KR19990016993A - 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법 - Google Patents

화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 증폭형 포토레지스트에 관한 것으로, 특히 포토산(Photo Acid)의 확산 조절이 가능하도록 하여 해상력을 높인 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법은 식각 대상층상에 화학 증폭형 포토레지스트를 도포하는 공정과, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트를 선택적으로 노광하여 노광된 부분의 표면에 포토산을 발생시키는 공정과,상기 화학 증폭형 포토레지스트에 전기장을 걸어준 상태에서 PEB공정을 하여 포토산을 일방향으로만 확산시키는 공정과, 현상 공정으로 포토산의 확산이 일어난 부분만 제거되도록 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어진다.

Description

화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법
본 발명은 화학 증폭형 포토레지스트에 관한 것으로, 특히 포토산(Photo Acid)의 확산 조절이 가능하도록 하여 해상력을 높인 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법에 관한 것이다.
화학 증폭형 레지스트는 10년전 IBM의 연구자에 의해 발표된 컨셉이 있는데, 1990년 이 레지스트를 이용한 1M 비트 DRAM이 제조되었다. 이후, 여러 LSI 제조 메이커 및 연구 기관에서 프로세스 적용을 위한 검토가 활발해졌다. 화학 증폭형 레지스트는 베이스 수지, 광발산제(PAG) 등을 포함하고 용해저해제 및 가교제 등을 포함하는 것도 있다.
화학 증폭형 포토레지스트는 노광에 의해 포토레지스트 내부에서 발생하는 포토산이 확산되면서 일어나는 촉매 연쇄 화학 반응(Catalytic Chain Reaction)을 이용하여 고해상의 마스크 패턴을 얻는데 이용된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a내지 도 1d는 종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도이다.
종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정은 먼저, 도 1a에서와 같이, 식각 대상층(1)상에 화학 증폭형 포토레지스트(2)를 도포한다.
그리고 도 1b에서와 같이, 노광 마스크를 이용하여 선택적으로 상기의 화학 증폭형 포토레지스트(2)를 선택적으로 노광한다. 상기의 노광 공정으로 화학 증폭형 포토레지스트(2)는 노광원(λ=365nm,248nm,193nm)의 조사에 의해서 포토산이 생성된다.
이어, 도 1c에서와 같이, 상기의 선택적으로 노광된 화학 증폭형 포토레지스트(2)를 PEB(Post Exposure Bake)공정으로 포토산을 확산시킨다. 상기의 PEB공정으로 포토산은 화학 증폭형 포토레지스트(2)내의 노광 영역에서 확산되면서 PHS(Poly Hydroxy Styrene) 등의 베이스 수지(Base Resin)의 알카리 수용액에 대한 용해도를 급격히 증가시키게 된다.
그리고 도 1d에서와 같이, PEB공정으로 포토산의 확산이 이루어진 화학 증폭형 포토레지스트(2)를 현상하여 식각 대상층(1)을 식각하기 위한 마스크 패턴층을 형성한다. 상기의 노광 공정 및 PES공정으로 화학 증폭형 포토레지스트의 노광 영역과 비노광 영역의 베이스 수지의 용해도 선택비가 발생하여 현상 공정으로 특정의 패턴을 얻을 수 있게되는 것이다.
화학 증폭형 포토레지스트에서는 노광 공정에서 발생하는 소량의 포토산이 PEB 공정에서 얻은 열에너지에 의하여 포토레지스트 내부에서 확산되면서 수십 ∼ 수백번의 촉매성 연쇄 화학 반응(Catalytic Chain Reaction)을 유발하게 된다. 이러한 촉매성 연쇄 화학 반응을 통해서 베이스 수지의 알카리 수용액에 대한 용해성을 증가시킨다. 즉, 소량의 포토산만으로도 폭발적인 증폭 효과를 얻을 수 있어 화학 증폭형 포토레지스트는 고해상의 패터닝이 가능한 것이다.
종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정에 관하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
노광 공정에 의해서 포토산 생성 분자로부터 생성된 포토산이 90 ∼150℃의 온도와 90 ∼ 120sec 시간의 조건에서 진행되는 PEB 공정으로 포토레지스트내에서 100 ∼ 200nm 정도의 거리를 확산 이동하면서 포토레지스트의 베이스 수지가 t-부톡시 카보나이트화 폴리 히드록시 스틸렌(t-Butoxy Carbonate化 Poly Hydroxy Styrene : t-BOC)과 화학 반응을 한다. 화학 반응의 결과로 폴리 히드록시 스틸렌,CO2,이소부탄(Isobutane) 그리고 포토산 (H+)가 발생한다. 상기와 같은 과정에서 t-BOC와 분리된 폴리 히드록시 스틸렌은 알카리 수용액에 대하여 매우 잘 용해되고 새로 발생된 포토산은 또다른 반응을 연쇄적으로 일으키게 된다.
이와 같은 종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트 패터닝 방법에 있어서는 PEB 공정에 의한 포토산의 확산 과정에서 수직 방향 뿐만아니라 수평 방향으로도 확산되기 때문에 비노광 영역에서도 화학 반응이 유발된다.
상기와 같이 비노광 영역에서도 포토산의 확산에 의한 화학 반응이 일어나게되면 잠상(潛像)(Latent Image) 콘트라스트가 저하되는데, 이는 화학 증폭형 포토레지스트의 패턴 프로파일을 불균일하게 하는 원인이되어 해상력을 저하시키는 문제점을 일으키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트 패터닝 방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 포토산(Photo Acid)의 확산 방향의 조절이 가능하도록 하여 해상력을 높인 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법을 제공하는데 그목적이 있다.
도 1a내지 도 1d는 종래 기술의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도
도 2a내지 도 2e는 본 발명에 따른 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도
도 3a내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20. 식각 대상층 21. 하부 전도성 박막
22. 화학 증폭형 포토레지스트 23. 상부 전도성 박막
24. 히터 25a. 25b. 전기장 인가 장치
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 증폭형 포토레지스트 패터닝 방법은 식각 대상층상에 화학 증폭형 포토레지스트를 도포하는 공정과, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트를 선택적으로 노광하여 노광된 부분의 표면에 포토산을 발생시키는 공정과, 상기 화학 증폭형 포토레지스트에 전기장을 걸어준 상태에서 PEB공정을 하여 포토산을 일방향으로만 확산시키는 공정과, 현상 공정으로 포토산의 확산이 일어난 부분만 제거되도록 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a내지 도 2e는 본 발명에 따른 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도이다.
본 발명의 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법은 포토산의 확산이 특정 방향으로 일어나도록 제어할 수 있도록한 것으로 그 공정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 도 2a에서와 같이, 식각 대상층(20)상에 하부 전도성 박막(21)층을 형성하고 상기의 하부 전도성 박막(21)층상에 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 도포한다. 현상액 또는 건식 식각 등에 의해 쉽게 제거되고 노광 공정에서 식각 대상층(20)에 의한 빛의 난반사를 막는 표면 반사 방지막의 역할을 하는 물질을 사용하여 형성한다.
이어, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트(22)상에 그리고 현상액 등에 의해 쉽게 제거되는 물질을 사용하여 상부 전도성 박막(23)층을 형성한다. 상기의 상부 전도성 박막(23)은 노광 공정에서 식각 대상층(20)에 의한 빛의 난반사를 막는 표면 반사 방지막의 역할을 한다. 그리고 상기의 상부 전도성 박막(23)층은 노광 공정에서 빛을 모두 투과시키는 물질을 사용하여 형성한다.
이때, 상기의 식각 대상층(20)이 폴리 실리콘 또는 폴리사이드 또는 금속 등의 전도성 기판이라면 하부 전도성 박막(21)을 추가로 형성하지 않고 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 도포한다. 이는 식각 대상층 자체를 전기장을 걸어주는 하부 전도성 박막으로 사용하기 위한 것이다. 그리고 식각 대상층(20)이 절연체(산화막, 질화막 등의)라면 하부 전도성 박막(21)을 형성한다.
그리고 도 2b에서와 같이, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 선택적으로 노광하여 화학 증폭형 포토레지스트의 내부에 포토산이 분포되도록한다.
이어, 도 2c에서와 같이, 상기의 하부 전도성 박막(21)층과 상부 전도성 박막(23)층의 사이에 전기장을 걸리게한 상태(하부 전도성 박막(21)층 또는 식각 대상층(20)에 저전위가 걸리는)에서 PEB 공정을 하여 상기의 포토산이 수직 방향으로 확산되면서 촉매 연쇄 화학 반응을 일으키게한다. 이때, 상기의 PEB 공정시에 온도 조절을 위하여 식각 대상층(20)의 하부에서 히터(24)를 작동시킨다.
상기의 PEB 공정에서 확산되는 포토산은 수소 이온(H+)으로 양전하를 띠고 있으므로 저전위를 갖는 하부 전도성 박막(21)층의 방향으로 포토산의 확산이 일어나게 된다.
그리고 도 2d에서와 같이, 상기의 상부 전도성 박막(23)을 제거하고 현상 공정으로 상기의 포토산 확산이 수직한 방향으로 일어난 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 패터닝한다.
이어, 도 2e에서와 같이, 상기의 패터닝 공정이 끝난 화학 증폭형 포토레지스트(22)의 하부에 구성된 하부 전도성 박막(21)층이 현상 공정으로 제거되지 않았다면 별도의 공정으로 하부 전도성 박막(21)을 제거한다.
그리고 상기와 같이 화학 증폭형 포토레지스트의 상하부에 박막층을 형성하여 자기장을 걸어주는 본 발명의 제 1 실시예와는 달리 웨이퍼 상하부에 별도의 전기장 인가 장치를 구성하여 전기장을 걸어주는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에서와 같이, 식각 대상층(20)상에 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 도포한다.
그리고 도 3b에서와 같이, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 선택적으로 노광하여 화학 증폭형 포토레지스트(22)의 내부에 포토산이 분포되도록한다.
이어, 도 3c에서와 같이, 상기의 화학 증폭형 포토레지스트(22)가 형성된 식각 대상층(20)(웨이퍼 또는 웨이퍼상에 형성된 어느 하나의 결과물)의 상하측에 전기장을 걸어주기 위한 전기장 인가 장치(25a)(25b)를 구동하여 전기장을 걸어준 상태에서 PEB 공정을 하여 상기의 포토산이 수직 방향으로 확산되면서 촉매 연쇄 화학 반응을 일으키게한다. 이때, 상기의 전기장 인가 장치(25a)(25b)는 PEB 장치에 설치하는 것으로, 웨이퍼와 동일한 크기 및 형태를 갖는 전극을 포함한다.
상기의 PEB 공정에서 확산되는 포토산은 도 3d에서와 같이, 수소 이온(H+)으로 양전하를 띠고 있으므로 저전위를 갖는 하측의 전기장 인가 장치(25b)의 방향으로 포토산의 확산이 일어나게 된다.
그리고 도 3e에서와 같이, 현상 공정을 하여 상기의 포토산 확산이 수직한 방향으로 일어난 화학 증폭형 포토레지스트(22)를 패터닝한다.
화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 공정시에 확산되는 포토산의 확산 방향을 특정 방향으로 제어할 수 있어 포토산의 측면 확산에 따른 패턴 불량을 줄이고 노광 장비의 한계 해상력 이상의 해상도를 갖는 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
그리고 화학 증폭형 포토레지스트의 상부만을 노광하므로 TSI(Top Surface Imaging)의 장점을 그대로 이용할 수 있고, 기판의 반사에 의한 낫칭(Notching)현상을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 공정상에서 포토레지스트의 두께의 제한이 없어 공정 마진을 좋게하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 식각 대상층상에 화학 증폭형 포토레지스트를 도포하는 공정과,
    상기의 화학 증폭형 포토레지스트를 선택적으로 노광하여 노광된 부분의 표면에 포토산을 발생시키는 공정과,
    상기 화학 증폭형 포토레지스트에 전기장을 걸어준 상태에서 PEB공정을 하여 포토산을 일방향으로만 확산시키는 공정과,
    현상 공정으로 포토산의 확산이 일어난 부분만 제거되도록 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 화학 증폭형 포토레지스트에 걸리는 전기장은 화학 증폭형 포토레지스트의 상부에 고전위가 걸리고 하부에 저전위가 걸리도록 하는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
  3. 식각 대상층상에 하부 전도성 박막층을 형성하는 공정과,
    상기 하부 전도성 박막층상에 화학 증폭형 포토레지스트를 도포하는 공정과,
    상기의 화학 증폭형 포토레지스트상에 상부 전도성 박막을 형성하는 공정과,
    상기의 화학 증폭형 포토레지스트를 선택적으로 노광하여 노광된 부분의 표면에 포토산을 발생시키는 공정과,
    상기 상,하부 전도성 박막을 이용하여 화학 증폭형 포토레지스트에 전기장을 걸어준 상태에서 PEB공정을 하여 포토산을 일방향으로만 확산시키는 공정과,
    현상 공정으로 포토산의 확산이 일어난 부분만 제거되도록 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상부 전도성 박막에는 고전위를, 하부 전도성 박막에는 저전위의 전압을 인가하여 화학 증폭형 포토레지스트에 전기장이 걸리도록하는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, PEB 공정시에 온도 조절을 위하여 식각 대상층의 하측에서 히터를 구동하여 화학 증폭형 포토레지스트에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
  6. 식각 대상층상에 화학 증폭형 포토레지스트를 도포하는 공정과,
    상기의 화학 증폭형 포토레지스트를 선택적으로 노광하여 화학 증폭형 포토레지스트의 내부에 포토산이 분포되도록하는 공정과,
    상기의 화학 증폭형 포토레지스트가 형성된 식각 대상층의 상하측에 고전위와 저전위의 전압이 인가되는 전극을 갖는 전기장 인가 장치를 구동하여 전기장을 걸어준 상태에서 PEB 공정을 하여 상기의 포토산이 일방향으로 확산되도록하는 공정과,
    현상 공정으로 상기의 포토산 확산이 수직한 방향으로 일어난 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 증폭형 포토레지스트의 패터닝 방법.
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