KR930008141B1 - 다층감광막 사진식각방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다층감광막 사진식각방법

제 1a 도 내지 제 1e 도는 종래의 콘트라스트 증강 사진식각방법의 공정순서도.

제 2a 도 내지 제 2g 도는 본 발명에 의한 다층감광막 사진식각방법의 공정순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 실리콘기판 12 : 하층감광막

12a : 하층감광막의 노광된 부분 13 : 상층감광막

14 : 혼합막 14a : 제거되지 않은 혼합막

15 : 포토마스크 16 : 노광되지 않은 부분

17 : 노광된 부분

본 발명은 다층감광막 사진식각방법에 관한 것으로서, 특히 층간혼합막의 생성으로 인한 패턴불량을 제거하기 위한 다층감광막 사진식각방법에 관한 것이다.

반도체소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세하면서도 높은 정밀도를 갖는 패턴형성기술이 요구되고 있는바 일반적인 패턴형성의 사진식각공정은 웨이퍼의 전처리, 감광막 도포, 소프트 베이크, 마스크 정렬, 노광, 현상, 하드베이크, 식각 및 감광막 제거공정으로 이루어진다. 그러나 이러한 사진식각공정에 있어서는 마스크를 통과한 빛이 감광막의 표면에 도달할 때 빛의 회절현상에 의해 패턴의 가장자리가 선명하지 않아 미세패턴형성이 곤란하며 초점심도가 낮아지는 등 공정의 안정도가 저하되는 문제점이 있어 이로 인한 다층 감광법이 필연적으로 요구되었다. 다층감광법의 경우 기판단차나 반사의 영향이 없는 고해상도의 표면 이미지를 사용한 패턴형성이 가능해진다. 그 중에서도 콘트라스트 증강공정(Contrast Enhancement Lithography ; CEL)은 레지스트표면에 표백효과가 큰 콘트라스트 증강막을 도포, 이미지 노광된 후 콘트라스트 증강층을 제거해서 현상하는 방법으로 간단하고 효율적인 다층레지스트 기술인데 마스크를 통과한 빛이 감광액 표면에 도달할 때 패턴 가장자리의 약한 빛을 모두 차단하므로써 선명한 패턴을 형성할 수가 있다. 그러나 상기와 같은 콘트라스트 증강공정에서 상층감광막과 하층감광막과의 사이에서 생성되는 혼합막이 공정과정에서 완전히 제거되지 않아 현상후에도 불량요인으로 작용하여 반도체 제품의 수율저하를 가져오는 문제점으로 지적되고 있다.

제 1a 도 내지 제 1e 도는 종래의 콘트라스트 증강 사진식각방법에 의한 사진식각 공정도를 도시한 것이다.

제 1a 도는 실리콘 기판(1) 위에 양성의 하층감광막(2)을 도포하고 콘트라스트 증강 물질(Contrast Enhancement Material ; CEM)로 양성의 상층감광막(3)을 도포한 상태를 도시한 것이며 잠시의 시간 경과후에는 제 1b 도에 나타낸 바와 같이 하층감광막(2)과 상층감광막(3)과의 상호 혼합으로 혼합막(4)이 형성된다. 다음에 제 1c 도는 노광공정을 도시한 것으로 혼합막(4)이 형성된 가층감광막상에 포토마스크(5)를 씌우고 자외선으로 노광했을 때 노광된 부분(7)과 노광되지 않은 부분(6)의 변화를 나타낸다. 제 1d 도는 상층 감광막의 제거후 채 제거되지 않은 혼합막(4a)에 의해 노광된 부분(7)의 일부분이 현상되기 시작하는 과정을 도시한 것이며, 현상이 종료된 상태에서도 제거되지 않은 혼합막(4a)에 의해 노광된 부분(7)이 제대로 현상되지 못하여 제 1e 도에 도시한 바와 같이 패턴불량이 발생되는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 종래에는 이와 같은 다층감광막 공정에서 층간혼합막의 생성을 방지하기 위해 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 수용성 물질인 BC-5 등을 하층감광막과 상측감광막 사이에 도포하는 방법이 사용되고 있으나, 완전하게 층간혼합막이 생성되는 것을 방지할 수 없어 여전히 패턴불량이 발생되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 하층감광막의 표면을 미리 노광시켜 현상시 생성된 층간혼합막의 제거가 용이하게 되도록 함으로써 혼합막에 의한 패턴불량을 감소시킬 수 있는 다층감광막 사진식각방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다층감광막 사진식각방법은 다음 공정순서에 따라 이루어진 것을 특징으로 한다.

a. 반도체 기판상에 하층감광막을 피복한 다음, 하층감광막의 전표면을 노광시키는 공정 ;

b. 상기 하층감광막상에 상층감광막을 피복하는 공정 ;

c. 마스크로부터 패턴을 전사하기 위해 상기 상층 및 하층 감광막을 패턴 노광시키는 공정 ;

d. 상기 패턴 노광후 상기 상층감광막을 제거하는 공정 ; 및

e. 상기 제거공정후 상기 하층감광막을 현상하는 공정.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 의한 다층감광막 사진식각방법을 상세히 설명한다.

제 2a 도는 실리콘 기판(11)상에 양성의 하층감광막(12)을 도포한 다음 자외선에 상기 하층감광막(12)의 표면을 전면 노광시키는 공정을 도시한 것으로, 하층감광막은 0.5㎛ 이상의 두께에 노보락(Novolak)계의 감광액, MMA(Methyl Met Acrylate)계의 감광액 혹은 화학증폭형(Chemically Amplified Type) 감광액이 사용되며 전면노광에 사용하는 광원은 h라인(405㎚), g라인(436㎚), i라인(365㎚), excimer 레이저(193㎚, 248㎚) 혹은 광대역(240∼480㎚)의 파장에 에너지는 200mj/㎠ 이하이면 가능하다.

제 2b 도는 상기 하층감광막(12)의 노광된 감광막(12a) 위에 콘트라스트 증강형 물질의 양성의 상충감광막(13)을 도포한 것으로 상기 콘트라스트 증강물질은 고감도의 탈색염료를 함유하는 물질로서 광 크기의 특정 파장대에서는 불투명하다가 점점 탈색되어 가면서 투명해지는 물질이며, 콘트라스트 증강 물질에 입사되는 가공 이미지(aerial image)를 보다 첨예하게 수정하여 하측감광막에 전달항므로써 콘트라스트를 증가시키는 것이다. 또한 상기 상측감광막(13)은 0.1㎛ 이상의 두께로 형성된다.

제 2b 도의 공정이후 잠시의 시간 경과후에는 제 2c 도에 도시한 바와 같이 상기 상층감광막(13)과 노광된 하층감광막(12a) 사이에 혼합막(14)이 형성된다.

그 다음 포토마스크(15)를 사용하여 자외선으로 노광하게 되면 노광된 부분(17)과 노광되지 않은 부분(16)이 제 2d 에서와 같이 나타난다. 이때의 노광에너지는 50mj/㎠ 이상이면 가능하며 노광시의 파장은 제 2a 도 공정에서의 파장대와 동일하다.

제 2e 도는 상측감광막을 제거한 공정을 도시한 것으로, 탈이온수(Deionized Water)나 알칼리 수용액의 현상액, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 현상액 혹은 휘발성 액체를 사용하여 상층감광막을 제거한다. 이때 채 제거되지 않는 혼합막(14a)이 남게된다.

다음에 현상을 하게 되면 제 2f 도에 도시한 바와 같이 현상액이 제거되지 않은 혼합막(14a) 밑의 등방향으로 침투하게 된다. 이때의 현상시간이 10초 이상이고, 현상액으로는 알칼리 수용액 혹은 TMAH(Tetra Methyl Ammonim Hydroxide)계를 사용한다. 이후 현상을 더욱 진행시키고 린스 및 스핀드라이과정을 거치면 제 2g 도와 같이 깨끗한 패턴이 얻어진다.

상기 상층감광막으로 콘트라스 증강물질 외에 상층감광막과 하층감광막과의 혼합을 방지하기 위한 혼합방지용막과 콘트라스트 증강물질을 함께 사용할 수 있다. 즉 혼합방지용 막, 예컨대 미국 Huls America사의 BC-5를 먼저 하층막상에 도포한 다음 그 위에 콘트라스트 증강물질, 예컨대 미국 Huls America사의 CEM-365WS을 도포하여 사용한다.

또한 상기 상층감광막으로 하층감광막과 동일 종류이나 다른 파장에 대하여 감광특성을 지닌 감광막을 사용할 수 있다. 이 경우에는 상층감광막을 제거하는 공정이후 다시 한번의 노광공정만을 추가함으로써 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 따라 다시 구체적으로 설명하는 바, 본 발명은 그것에 한정되는 것은 아니다

[실시예]

하층감광막으로 Tokyo Ohka사의 TSMR-i1100을 사용하여 두께 1.2㎛로 반도체기판을 피복한다. 상기 피복된 하층감광막을 i-라인(365㎚) 광원을 사용하여 30mj/㎠의 노광에너지로 전면노광을 실시한다. 이어서 층간혼합방지막인 BC-5(미국 Huls America사 제품)을 0.1㎛ 두께로 하층감광막상에 도포하고, 다시 층간혼합방지막상에 CEM-365WS 미국(Huls America사 제품)을 0.6㎛ 두께로 도포한다. 이어서 마스크를 통하여 상기 i라인 광원을 사용하여 300mj/㎠의 에너지로 상기 상, 하층감광막을 노광시킨다. 노광후, CEM-365WS와 BC-5의 제거는 초순수로 20초간 스피닝법으로 제거한다. 제거공정후 하층감광막을 현상액 NMD-W(Tokyo Ohka사 제품)로 45초간 현상하여 최종 불량이 없는 깨끗한 패턴을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예와 종래방법에서의 불량발생 빈도에 대한 비교를 웨이퍼 7장에 대해 조사한 결과 다음 [표 1]과 같았다.

[표 1]

이와같이 다층감광막 공정시 하층감광막의 표면을 미리 노광시킴으로써 상층감광막을 제거할 때 제거되지 않는 혼합막이 쉽게 떨어져 나가게 하여 종래의 다층감광막 공정에서 발생된 불량을 쉽게 제거할 수 있으며 원하는 패턴을 얻기가 용이하고 반도체 수율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. a. 반도체 기판상에 하층감광막을 피복한 다음, 하층감광막의 전표면을 노광시키는 공정 ; b. 상기 하층감광막상에 상층감광막을 피복하는 공정 ; c. 마스크로부터 패턴을 전사하기 위해 상기 상층 및 하층감광막을 패턴 노광시키는 공정 ; d. 상기 패턴 노광후 상기 상층감광막을 제거하는 공정 ; 및 e. 상기 제거공정후 상기 하층감광막을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상층감광막을 콘트라스트 증강형 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상층감광막은 콘트라스트 증강물질과 상하층의 혼합방지막을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 상층감광막은 하층감광막과 다른 방사선에 감응하는 감광막을 사용하며 상층감광막의 제거공정이후 자외선에 노광하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하층감광막으로 노보락계(Novolak)의 감광액, MMA(Methyl Met Acrylate)계의 감광액 및 화학증폭형(Chemically Amplified Type)계의 감광액중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 하층감광막의 두께는 0.5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 하층감광막 표면의 전면노광공정은 g라인(436㎚), i라인(365㎚), h라인(405㎚) excimer 레이저(248㎚, 193㎚) 및 광대역(240∼480㎚)의 파장대중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 노광공정의 노광에너지가 200mj/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 상층감광막은 상기 하층감광막의 전면노광시 사용한 파장대의 광원을 사용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 상층감광막의 노광시 노광에너지가 50mj/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 상층감광막의 제거시 탈이온수(Deionized water), 알칼리 수용액의 현상액, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 현상액 및 휘발성 액체중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각공정.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 하층감광막의 현상시간이 10초 이상인 것을 특징으로 하는 다층감광막 사진식각방법.