KR100596276B1 - 감광막 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 때는 PEB 공정을 생략함으로써 생산성을 향상 시킬 수 있는 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 기판에 형성된 감광막을 노광하는 단계, 상기 감광막의 시디 측정 여부를 판단하는 단계, 상기 시디 측정이 불필요할 경우 감광막을 현상하고 시디 측정이 필요할 경우 상기 노광시 발생한 물결무늬에 의한 시디 변화량을 산출하는 단계 및 상기 물결무늬에 의한 시디 변화량이 기설정된 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 경우 상기 감광막을 현상하고, 특정 비율을 초과할 경우 PEB 공정과 현상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 감광막 패턴 형성 방법은 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 때는 PEB 공정을 생략함으로써 감광막 패턴 형성 공정의 생산성을 향상시키고 해당 베이크 장치를 다른 공정에 사용할 수 있으므로 추가적인 장비의 투자를 줄일 수 있는 효과가 있다.
감광막, 시디, PEB 생략 조건, 생산성

Description

감광막 패턴 형성 방법{Method for forming photoresist pattern}
도 1은 종래 기술에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 정재파 현상을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 현상 후 감광막 패턴 단면도.
본 발명은 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 때는 PEB 공정을 생략함으로써 생산성을 향상시키기 위한 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이에 따라 집적도 향상을 위한 리 소그래피 공정과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구 특성 또한 엄격해지고 있다.
리소그래피 기술은 마스크(mask) 상에 형성된 패턴을 기판으로 전사하는 사진 기술로서 반도체 소자의 미세화 및 고집적화를 주도하는 핵심 기술이다. 일반적으로, 리소그래피 공정은 감광막을 코팅하는 단계, 소프트베이크(softbake)하는 단계, 정렬 및 노광하는 단계, 노광후베이크(Post Exposure Bake, 이하 PEB)하는 단계 및 현상하는 단계를 포함하는 일련의 공정을 거쳐 수행된다.
감광막은 하부층을 식각할 때 내식각성을 가지고 빛에 반응하는 감광성을 가진 재료로 양성 감광막(positive photoresist)과 음성 감광막(negative photoresist)이 존재한다. 양성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 분해, 분자쇄 절단 등의 반응이 일어나 용해성이 크게 증가하여 현상시 제거되는 것으로서 내식각성이 강하고 해상력이 뛰어나 고집적도 반도체 공정에 많이 사용되고 있다. 이에 비해 음성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 가교 등의 반응이 일어나 분자량이 크게 증가하여 현상시 제거되지 않고 남는 특성을 보이는 감광막이다.
현상이란 노광에 의해 변화된 감광막을 제거하여 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 공정으로, 일반적으로 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH : TetraMethyl Ammonium Hydroxide)를 주성분으로 하는 알칼리 수용액을 현상액으로 사용하는 습식 현상을 주로 이용한다.
도 1은 종래 기술에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 흐름도이며 도 2는 정재파 현상을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 1과 도 2를 참조하여 종래 기술에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 기판 상에 감광막의 접착력을 강화시키기 위한 표면처리를 한 후 감광막을 코팅한다(S100). 접착력 향상을 위해서는 기판 표면을 소수성화시켜 수분에 대한 저항을 향상시키는 재료, 예를 들어 HMDS(Hexa Methyldisilazane)를 질소 가스와 함께 탱크 내로 도입하여 기판에 기상도포한다.
다음, 소프트베이크를 실시한다(S101). 상기 소프트베이크는 감광막의 용액을 제거하기 위한 것으로 감광막 성분이 열분해되지 않을 정도의 온도 조건을 설정한다.
다음, 마스크의 패턴이 이전에 형성된 패턴과 정확히 일치하도록 기판을 정렬하고 노광한다(S102). 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 노광시 광원(100)에서 송출된 빛은 소정의 광학계(102)와 투명기판(104a)과 크롬막(104b)으로 구성되는 마스크(104)를 통과한 후 투영렌즈(도시하지 않음)를 거쳐 기판(108) 상의 감광막(106)에 도달하게 된다. 정재파(standing wave) 효과란 기판(108)과 감광막(106)의 경계면에서 반사되는 빛이 입사하는 빛과 보강 또는 상쇄 간섭을 일으켜 빛의 강도가 변하고 그에 따라 물결무늬(110) 모양의 감광막 패턴이 형성되고 현상 후 상기 물결무늬(110) 모양으로 감광막이 현상되는 것을 말하는데 특히 아이-라인(365nm), KrF 엑시머 레이저(248nm), X-ray(7nm)와 같이 노광에 사용되는 광원이 단파장일수록 두드러지게 나타난다.
다음, PEB 공정을 실시한다 (S103) . 상기 PEB 공정은 정재파 효과를 제거하여 기판 내의 선폭의 균일성을 높이고자 실시하는 것이다. 예를 들어, 아이-라인으로 노광한 후 PEB 공정을 실시할 경우, 열에 의해 감광막 내의 노볼락 레진(novolak resin)의 구조가 느슨하게 되고 노광된 PAC(Photo Active Compound)와 노광되지 않은 PAC를 서로 확산시켜 정재파 효과를 제거하게 된다.
마지막으로, 감광막을 현상한다 (S104) . 이후, 하드베이크를 실시하고 식각 공정이나 이온주입 공정을 실시하게 된다.
상기 PEB 공정은 현상 후 시디(CD : Critical Dimension) 및 최종 패턴 형태에 큰 영향을 미치기 때문에 시디를 측정하는 중요한 패턴 공정에서는 반드시 수행해야 하는 공정이다.
그러나 시디 측정이 불필요하거나 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화가 미미한 경우와 같이 PEB 공정을 생략해도 공정상 문제가 없는 경우까지 PEB 공정을 실시함으로써 공정 시간의 낭비 및 베이크 장치의 비효율적인 사용으로 인해 감광막 패턴 형성 공정의 생산성을 떨어뜨리고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 때는 PEB 공정을 생략함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 감광막 패턴 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판에 형성된 감광막을 노광하는 단계, 상기 감광막의 시디 측정 여부를 판단하는 단계, 상기 시디 측정이 불필요할 경우 감광막을 현상하고 시디 측정이 필요할 경우 상기 노광시 발생한 물결무늬에 의한 시디 변화량을 산출하는 단계 및 상기 물결무늬에 의한 시디 변화량이 기설정된 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 경우 상기 감광막을 현상하고, 특정 비율을 초과할 경우 PEB 공정과 현상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적은 기판에 형성된 감광막을 노광하는 단계, 상기 노광시 발생한 물결무늬에 의한 시디 변화량을 산출하는 단계 및 상기 물결무늬에 의한 시디 변화량이 기설정된 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하가 되도록 PEB 공정 시간을 설정하여 PEB 공정과 현상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 기판 상에 감광막의 접착력을 강화시키기 위한 표면처리를 한 후 감광막을 코팅한다(S200). 접착력 향상을 위해서는 기판 표면을 소수성화시켜 수분에 대한 저항을 향상시키는 재료, 예를 들어 HMDS를 질소 가스와 함께 탱크 내로 도입하여 기판에 기상도포한다.
본 발명에서 사용가능한 감광막으로는 예를 들어, 솔벤트(solvent)에 노볼락 레진과 PAC를 함유하는 아이-라인용 감광막, DUV용 감광막, 노볼락 계열의 X-ray용 감광막 및 전자빔 리소그래피용 감광막 등이 가능하다.
다음, 소프트베이크를 실시한다(S201). 상기 소프트베이크는 감광막의 용액을 제거하기 위한 것으로 감광막 성분이 열분해되지 않을 정도의 온도 조건을 설정한다.
다음, 마스크의 패턴이 이전에 형성된 패턴과 정확히 일치하도록 기판을 정렬하고 노광한다(S202). 본 발명에서 사용가능한 마스크로는 석영 기판상에 크롬/산화크롬을 증착한 통상의 마스크 외에도 반사형 마스크(reflective mask) 또는 위상 반전 마스크(phase shift mask) 등을 들 수 있다. 사용할 수 있는 광원으로는, 예를 들어 수은 램프나 제논(Xe) 램프 등에서 나오는 365 nm의 아이-라인, DUV(Deep Ultraviolet) 영역의 248nm의 파장을 가지는 KrF 레이저와 193nm의 파장을 가지는 ArF 레이저 같은 엑시머 레이저 및 X-ray(7nm) 등과 같이 아이-라인보다 파장이 같거나 짧은 빛을 생성하기 위해 사용되는 모든 광원이 가능하다.
다음, 시디 측정이 필요한지를 판단(S203)하여 시디 측정이 필요없는 공정인 경우에는 상기 감광막을 현상한다(S206). 시디 측정이 필요한 경우에는 PEB 공정을 생략할 수 있는 조건을 만족하는지를 판단하여(S204) 상기 PEB 공정 생략 조건을 만족하면 상기 감광막을 현상(S206)하고 만족하기 않을 경우에는 PEB 공정(S205)을 실시한 후 현상한다(S206).
도 4는 현상 후 감광막 패턴 단면도로서 PEB 공정을 생략하기 위한 조건을 설명하기 위한 도면이다. 기판(208) 상의 감광막(206)을 노광한 후 현상하면 정재파 효과에 의해 도 4에 도시된 바와 같은 물결무늬(210)가 형성된다. PEB 공정을 생략하기 위한 조건은, 수학식 1에 표시된 바와 같이, 물결무늬(wave)에 의한 시디의 상한(WU)과 하한(WL)의 차이에 해당하는 물결무늬에 의한 시디의 변화량(WU-WL)이 기설정된 시디 스펙(spec.)의 상한(SU)과 하한(SL)의 차이에 해당하는 시디 스펙 범위(SU-SL)보다 특정 비율만큼 작을 때이다. 상기 특정 비율은 60% 내지 80%, 보다 바람직하게는 70%로 설정한다.
{PEB 생략조건} = {(WU-WL)≤(SU-SL)×R}
여기서, R은 상수로서 0.6 내지 0.8, 보다 바람직하게는 0.7이다.
이후, 하드베이크를 실시하고 식각 공정이나 이온주입 공정을 실시하게 된다.
이와 같이, 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 PEB 공정을 생략할 수 있는 경우에는 PEB 공정을 실시하지 않음으로 인해 감광막 패턴 형성 공정의 생산성을 향상시키고 해당 베이크 장치를 다른 공정에 사용할 수 있으므로 추가적인 장비의 투자를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기술을 응용하여 PEB 공정을 생략하는 대신 PEB 공정 시간을 줄여서 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하로 되게 하여 생산성을 향상시키는 방법도 가능하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 감광막 패턴 형성 방법은 감광막의 현상 후 시디 측정이 불필요하거나 시디를 측정하는 경우에도 물결무늬에 의한 시디 변화량이 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 때는 PEB 공정을 생략함으로써 감광막 패턴 형성 공정의 생산성을 향상시키고 해당 베이크 장치를 다른 공정에 사용할 수 있으므로 추가적인 장비의 투자를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 감광막 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판에 형성된 감광막을 노광하는 단계;
    상기 감광막의 시디 측정 여부를 판단하는 단계;
    상기 시디 측정이 불필요할 경우 감광막을 현상하고 시디 측정이 필요할 경우 상기 노광시 발생한 물결무늬에 의한 시디 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 물결무늬에 의한 시디 변화량이 기설정된 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하일 경우 상기 감광막을 현상하고, 특정 비율을 초과할 경우 PEB 공정과 현상을 실시하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  2. 감광막 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판에 형성된 감광막을 노광하는 단계;
    상기 노광시 발생한 물결무늬에 의한 시디 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 물결무늬에 의한 시디 변화량이 기설정된 시디 스펙 범위보다 특정 비율 이하가 되도록 PEB 공정 시간을 설정하여 PEB 공정과 현상을 실시하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물결무늬에 의한 시디 변화량은 물결무늬에 의한 시디 의 상한과 하한의 차이임을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시디 스펙 범위는 시디 스펙의 상한과 하한의 차이임을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 특정 비율은 60% 내지 80%임을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
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