KR19990054904A - Fine photoresist pattern formation method - Google Patents

Abstract

반도체장치의 포토리소그래피공정의 적용시 나타나는 푸팅현상을 방지할 수 있는 미세 감광막패턴 형성방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 미세 감광막패턴 형성방법은, 반도체기판의 상부에 형성된 물질층에 감광막을 도포하는 단계와; 상기 감광막에 노광 및 현상공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광막패턴에 발생하는 푸팅을 제거하기 위해, 상기 감광막패턴을 산소 플라즈마에 의해 처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 감광막의 푸팅현상이 발생했는지의 여부에 관계없이 언제나 일정한 선폭과 측면 프로파일을 얻을 수 있다.Disclosed is a method of forming a fine photosensitive film pattern which can prevent the footing phenomenon appearing upon application of a photolithography process to a semiconductor device. The method of forming a fine photoresist pattern of the present invention includes the steps of applying a photoresist to a material layer formed on an upper portion of a semiconductor substrate; Forming a photoresist pattern by applying an exposure and development process to the photoresist; And removing the footing generated in the photoresist pattern by treating the photoresist pattern with an oxygen plasma. According to the present invention, it is possible to obtain a constant line width and side profile at all times regardless of whether or not a footing phenomenon of the photoresist film has occurred.

Description

미세 감광막패턴 형성방법Fine photoresist pattern formation method

본 발명은 미세 감광막패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 반도체장치의 포토리소그래피공정의 적용시 나타나는 푸팅(footing) 현상을 방지할 수 있는 미세 감광막패턴 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a fine photoresist pattern, and more particularly, to a method of forming a fine photoresist pattern which can prevent a footing phenomenon occurring when the photolithography process of a semiconductor device is applied.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 단위소자의 크기는 감소된다. 예를 들어, 금속산화물반도체(Metal Oxide Semiconductor; MOS) 트랜지스터를 형성하는 경우, 게이트전극의 폭은 0.35㎛ 내지 0.25㎛ 이하로 감소되어야 한다. 이에 따라, 기존의 g-line(436㎚) 및 i-라인(365㎚)보다 더욱 단파장인 심자외선(DUV; 254㎚) 리소그래피 기술이 도입되었는데, 이러한 심자외선에서는 통용되고 있는 근자외선(near-UV) 감광막이 부적합하기 때문에 고감도, 고해상도의 화학증폭형 감광막(Chemical Amplification Resist; CAR)라는 새로운 개념의 재료가 대두되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the size of the unit devices decreases. For example, when forming a metal oxide semiconductor (MOS) transistor, the width of the gate electrode should be reduced to 0.35 탆 to 0.25 탆 or less. As a result, deep ultraviolet (DUV; 254 nm) lithography technology, which is shorter than conventional g-line (436 nm) and i-line (365 nm), has been introduced, and the near-ultraviolet (near-) commonly used in such deep ultraviolet is introduced. Due to the inadequate UV) photoresist, a new concept of chemical amplification resist (CAR) is emerging.

화학증폭형 감광막은 노광에 의해 생성된 H⁺(proton)를 촉매로 이용하여 노광후의 베이크(Post Exposure Bake; PEB) 처리에 의해 H⁺의 확산 및 분해반응을 연쇄적으로 일으켜 고투명도를 유지하면서 패턴을 형성할 수 있는 재료이다. 따라서, H⁺의 움직임에 따라 패턴 형태가 민감한 영향을 받게 되기 때문에, 그 조절이 잘못될 경우 감광막의 푸팅현상, 바(Bar)패턴의 감광막 점착(adhesion) 불량, 테일(tail)에 의한 패턴 브리지(bridge), 및 패턴의 최종 사이즈 변화 등의 현상이 발생하며, 콘택(contact) 패턴의 경우 테일로 인해 콘택이 개구되지 않는 문제가 발생한다.The chemically amplified photoresist film uses H ⁺ (proton) produced by exposure as a catalyst to post-exposure bake (PEB) treatment, causing a chain of diffusion and decomposition of H ⁺ to maintain high transparency. It is a material that can form a pattern. Therefore, since the pattern shape is sensitively affected by the movement of H ⁺ , if the adjustment is incorrect, the photosensitive film's footing phenomenon, the photosensitive film adhesion failure of the bar pattern, and the pattern bridge due to the tail are affected. A phenomenon such as a bridge and a final size change of the pattern occurs, and in the case of a contact pattern, a contact does not open due to a tail.

이 중에서, 감광막의 푸팅현상을 도 1을 통하여 설명한다.Among these, the footing phenomenon of the photosensitive film will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 푸팅현상이 발생한 감광막패턴을 나타낸 단면사시도이다.1 is a cross-sectional perspective view showing a photoresist pattern in which a footing phenomenon occurs.

반도체기판의 상부에 형성된 물질막(10) 상에 푸팅현상이 발생한 감광막패턴(20)이 형성되어 있다. 푸팅현상은 패터닝된 감광막의 하부(b)가 상부(a)보다 큰 폭을 가지는 현상으로서, 노광장비의 재현성 감소로 인한 감광막 찌꺼기(scum) 또는 아민(amine)기로 인한 감광막과 그 하부 물질막과의 반응으로 인한 하부 물질막의 변화에 의해 형성되기도 한다. 특히, 0.25㎛ 이하의 선폭을 패터닝하기 위해 사용하는 감광막은 아민기의 흡수성질이 강해 푸팅현상이 매우 자주 발생한다. 푸팅현상이 발생할 경우에는, 푸팅부분에 의해 넓어진 패턴 하부가 후속하는 건식식각공정에서 마스크로 작용하기 때문에 정확한 선폭의 조절이 어려우며, 정상적인 식각도 이루어지지 않게 되어 경사진 식각프로파일을 형성하게 된다. 반도체장치의 집적도가 떨어지는 종래의 반도체소자는 충분한 선폭을 가지도록 설계되기 때문에 이와 같은 푸팅현상을 무시해도 상관이 없었지만, 근래 선폭의 미세화에 따라 푸팅현상으로 인한 선폭조절의 부정확도가 20% 이상이 되어 반도체소자의 동작과 수율에 큰 영향을 미치고 있다.A photosensitive film pattern 20 on which the footing phenomenon occurs is formed on the material film 10 formed on the semiconductor substrate. The footing phenomenon is a phenomenon in which the lower part (b) of the patterned photoresist film has a width larger than the upper part (a), and the photoresist film and its lower material film due to the photoresist scum or amine group due to the reduced reproducibility of the exposure equipment and It is also formed by the change of the underlying material film due to the reaction of. In particular, the photosensitive film used for patterning a line width of 0.25 μm or less has a strong absorbing property of the amine group, so the footing phenomenon occurs very often. In the case of the footing phenomenon, since the lower part of the pattern widened by the footing part acts as a mask in a subsequent dry etching process, accurate line width is difficult to control, and normal etching is not performed, thereby forming an inclined etching profile. Conventional semiconductor devices, which have a low degree of integration of semiconductor devices, are designed to have a sufficient line width, so it is irrelevant to ignore such footing phenomena. As a result, the operation and yield of semiconductor devices are greatly affected.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체장치의 포토리소그래피공정의 적용시 나타나는 푸팅현상을 방지할 수 있는 미세 감광막패턴 형성방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of forming a fine photoresist pattern which can prevent the footing phenomenon appearing upon application of the photolithography process of a semiconductor device.

본 발명의 다른 목적은 후속하는 건식식각공정과 연계하여 공정시간을 단축할 수 있는 미세 감광막패턴 형성방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a fine photoresist pattern which can shorten the process time in connection with the subsequent dry etching process.

도 1은 푸팅현상이 발생한 감광막패턴을 나타낸 단면사시도,1 is a cross-sectional perspective view showing a photoresist pattern in which a footing phenomenon occurs;

도 2는 본 발명의 실시예를 적용하여 형성한 감광막패턴을 나타낸 단면사시도이다.Figure 2 is a cross-sectional perspective view showing a photosensitive film pattern formed by applying the embodiment of the present invention.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호설명 *Explanation of Codes on Major Parts of Drawings

10, 110 … 반도체기판 상부의 물질막10, 110... Material film on top of semiconductor substrate

20 … 푸팅현상이 발생한 감광막패턴20... Photoresist pattern with footing

30 … 본 발명의 실시예에 따른 감광막패턴30. Photosensitive film pattern according to an embodiment of the present invention

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 미세 감광막패턴 형성방법은,Method for forming a fine photosensitive film pattern of the present invention for achieving the above objects,

반도체기판의 상부에 형성된 물질층에 감광막을 도포하는 단계와; 상기 감광막에 노광 및 현상공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광막패턴에 발생하는 푸팅을 제거하기 위해, 상기 감광막패턴을 산소 플라즈마에 의해 처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.Applying a photoresist film to the material layer formed on the semiconductor substrate; Forming a photoresist pattern by applying an exposure and development process to the photoresist; And removing the footing generated in the photoresist pattern by treating the photoresist pattern with an oxygen plasma.

본 발명에 있어서, 상기 감광막패턴의 측면을 보호하기 위해 상기 산소 플라즈마처리단계 시에 질소 또는 HBr를 상기 산소 대 질소 또는 HBr의 비가 1:1∼1:4가 되도록 혼합하는 것이 바람직하며, 이 때 상기 산소 플라즈마처리단계 시에 상기 산소 플라즈마를 희석하기 위해 헬륨 또는 아르곤을 상기 산소 대 헬륨 또는 아르곤의 비가 1:20∼1:100이 되도록 더 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.In the present invention, in order to protect the side surface of the photoresist pattern, it is preferable to mix nitrogen or HBr so that the ratio of oxygen to nitrogen or HBr is 1: 1 to 1: 4 during the oxygen plasma treatment step, wherein More preferably, helium or argon is further mixed so that the oxygen to helium or argon ratio is 1:20 to 1: 100 in order to dilute the oxygen plasma during the oxygen plasma treatment step.

한편, 상기 물질층이 건식식각이 가능한 물질층인 경우에, 상기 산소 플라즈마처리를 후속하는 건식식각의 처리챔버와 동일한 챔버에서 인시튜(in-situ)공정으로 행하게 하면 공정시간을 단축할 수 있다.Meanwhile, when the material layer is a dry etching material layer, the oxygen plasma treatment may be performed in an in-situ process in the same chamber as the subsequent dry etching treatment chamber, thereby reducing the process time. .

이 때, 상기 산소 플라즈마처리가 행해지는 상기 챔버 내의 온도를 50℃ 이하로 조절하는 것이 바람직하며, 상기 산소 플라즈마처리는 바이어스 전력을 80∼150W로, 소스전력을 100∼200W로, 처리시간을 10∼60초로 하여 진행하는 것이 더욱 바람직하다.At this time, the temperature in the chamber where the oxygen plasma treatment is performed is preferably adjusted to 50 ° C. or lower, wherein the oxygen plasma treatment has a bias power of 80 to 150W, a source power of 100 to 200W, and a processing time of 10 It is more preferable to advance to -60 second.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.In addition, this embodiment does not limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only.

일반적으로 감광막은 탄소가 주성분으로 되어 있으므로 산소 플라즈마에서 식각이 매우 잘 이루어진다. 그러나, 산소만으로는 등방성으로 식각되는 성질이 강하므로 감광막패턴의 측면이 많이 식각되어 원하는 선폭의 조절이 어렵게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 측면을 보호하기 위해 질소를 혼합하였다. 첨가된 질소는 감광막의 탄소성분과 강하게 반응하여 쉽게 C-N 계통의 폴리머로 이루어진 보호막을 형성시킬 수 있다. 산소 플라즈마 처리시에 공급하는 산소 대 질소의 비율은 1:1∼1:4 정도로 변화시킬 수 있다. 이 때, 질소 대신에 HBr을 혼합할 수도 있다.In general, since the photoresist is mainly composed of carbon, etching is very well performed in an oxygen plasma. However, since only oxygen is strongly etched isotropically, many side surfaces of the photoresist pattern are etched, making it difficult to control desired line width. Therefore, in this example, nitrogen was mixed to protect the side surface. The added nitrogen reacts strongly with the carbon component of the photosensitive film to easily form a protective film made of C-N based polymer. The ratio of oxygen to nitrogen supplied in the oxygen plasma treatment can be varied in the range of 1: 1 to 1: 4. At this time, HBr may be mixed instead of nitrogen.

또한, 산소 플라즈마를 희석하여 측면손실을 없애기 위해 비활성가스인 아르곤을 더 혼합하였다. 산소 대 아르곤의 혼합비는 1:20∼1:50이 되도록 조절하였으며, 비활성기체로는 아르곤 대신에 헬륨을 사용할 수도 있다.In addition, argon, an inert gas, was further mixed to dilute the oxygen plasma to eliminate side loss. The mixing ratio of oxygen to argon was adjusted to be 1:20 to 1:50, and helium may be used instead of argon as an inert gas.

본 실시예에서, 푸팅부분만 선택적으로 제거하기 위해서는 비등방성식각이 필수적인데, 이를 위한 플라즈마 처리챔버로서 최근 널리 사용되는 TCP(Transformer Coupled Plasma), 헬리콘(helicon)과 같은 고밀도 플라즈마 반응챔버를 이용하고, 소스코일의 전력은 100∼200W로 비교적 낮게 하고, 바이어스 코일의 전력은 80∼150W로 비교적 높게 하여 비등방성 식각을 실시한다. 이 때, 반응챔버 내의 온도는 50℃ 이하로 하여 감광막의 반응성을 약화시킴으로써 측면부분의 손실을 최소화할 수 있다. 이와 같은 공정조건으로 건식식각 전에 건식식각이 행해질 챔버와 동일 챔버 내에서 인시튜로 10∼60초 동안 처리를 실시하면, 푸팅된 부분만 선택적으로 제거할 수 있으므로 언제나 일정한 선폭조절을 할 수 있게 된다. 이와 같이 처리한 감광막의 단면을 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 반도체기판 상부의 물질막(110)에는 산화막, 질화막, 폴리실리콘막, 금속막 등 건식식각이 적용될 수 있는 모든 막이 포함될 수 있다. 본 실시예의 방법을 이용하여 상부(a')와 하부(b')가 거의 동일한 폭을 가진 프로파일의 미세 감광막패턴(120)을 얻을 수 있었다.In this embodiment, anisotropic etching is essential to selectively remove only the footing part. As a plasma processing chamber for this purpose, a high density plasma reaction chamber such as TCP (Transformer Coupled Plasma) or helicon is used. Then, the power of the source coil is relatively low (100-200W), the power of the bias coil is relatively high (80-150W), and anisotropic etching is performed. At this time, the temperature in the reaction chamber is set to 50 ° C. or less, thereby minimizing the reactivity of the photosensitive film, thereby minimizing the loss of the side portions. In this process condition, if the treatment is performed in situ for 10 to 60 seconds in the same chamber as the chamber where dry etching is to be performed prior to dry etching, only a portion of the foot can be selectively removed so that a constant line width can be controlled at all times. . The cross section of the photosensitive film processed in this way is shown in FIG. 2. The material film 110 on the semiconductor substrate illustrated in FIG. 2 may include all films to which dry etching may be applied, such as an oxide film, a nitride film, a polysilicon film, and a metal film. By using the method of the present embodiment, a fine photoresist pattern 120 having a profile in which the upper portion a 'and the lower portion b' have substantially the same width was obtained.

상기한 본 발명에 의하면, 감광막의 푸팅현상이 발생했는지의 여부에 관계없이 언제나 일정한 선폭과 측면 프로파일을 얻을 수 있다. 또한, 노광장비의 불량으로 감광막의 찌꺼기(scum)가 남아있을 경우라도 자동적으로 제거가 가능하므로 후속공정인 건식식각에서 효과적인 공정결과를 얻을 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to obtain a constant line width and side profile at all times regardless of whether or not a footing phenomenon of the photosensitive film has occurred. In addition, even if the residue of the photoresist film (scum) remaining due to the failure of the exposure equipment can be automatically removed, it is possible to obtain an effective process result in the dry etching of the subsequent process.

Claims (6)

반도체기판의 상부에 형성된 물질층에 감광막을 도포하는 단계와;Applying a photoresist film to the material layer formed on the semiconductor substrate; 상기 감광막에 노광 및 현상공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와;Forming a photoresist pattern by applying an exposure and development process to the photoresist; 상기 감광막패턴에 발생하는 푸팅을 제거하기 위해, 상기 감광막패턴을 산소 플라즈마에 의해 처리하는 단계를 구비하는 미세 감광막패턴 형성방법.And removing the footing generated in the photoresist pattern by treating the photoresist pattern with oxygen plasma. 제1항에 있어서, 상기 감광막패턴의 측면을 보호하기 위해 상기 산소 플라즈마처리단계 시에 질소 또는 HBr를 상기 산소 대 질소 또는 HBr의 비가 1:1∼1:4가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein in order to protect the side surface of the photoresist pattern, nitrogen or HBr is mixed so that the ratio of oxygen to nitrogen or HBr is 1: 1 to 1: 4 during the oxygen plasma treatment step. Photosensitive film pattern forming method. 제2항에 있어서, 상기 산소 플라즈마처리단계 시에 상기 산소 플라즈마를 희석하기 위해 헬륨 또는 아르곤을 상기 산소 대 헬륨 또는 아르곤의 비가 1:20∼1:100이 되도록 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.The fine photoresist of claim 2, wherein helium or argon is further mixed so that the ratio of oxygen to helium or argon is 1:20 to 1: 100 in order to dilute the oxygen plasma during the oxygen plasma treatment step. Pattern formation method. 제1항에 있어서, 상기 물질층은 건식식각이 가능한 물질층이며, 상기 산소 플라즈마처리는 후속하는 건식식각의 처리챔버와 동일한 챔버에서 행해지는 인시튜공정인 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the material layer is a dry etchable material layer, and the oxygen plasma treatment is an in-situ process performed in the same chamber as a subsequent dry etching process chamber. 제4항에 있어서, 상기 산소 플라즈마처리가 행해지는 상기 챔버 내의 온도를 50℃ 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.The method of forming a fine photoresist pattern according to claim 4, wherein the temperature in the chamber in which the oxygen plasma treatment is performed is adjusted to 50 ° C or less. 제4항에 있어서, 상기 산소 플라즈마처리는 바이어스 전력을 80∼150W로, 소스전력을 100∼200W로, 처리시간을 10∼60초로 하여 진행하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.The method of claim 4, wherein the oxygen plasma processing is performed with a bias power of 80 to 150 W, a source power of 100 to 200 W, and a processing time of 10 to 60 seconds.