KR20040005483A - Method of forming a photoresist pattern - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 양호한 형상(profile)의 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a photoresist pattern, and more particularly, to a method of forming a photoresist pattern capable of forming a photoresist pattern of a good profile.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정을 진행함에 있어, 포토레지스트 패턴은 다양하게 사용되고 있다. 포토레지스트 패턴의 형상에 따라 소자의 회로 패턴의 모양이 결정되기 때문에 포토레지스트 패턴 형성 기술은 반도체 소자의 제조 공정에서 중요한 기술중 하나라 할 수 있다. 최근 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 회로 패턴의 선폭은 서브-마이크론 이하로 좁아지고 있어 포토레지스트 패턴을 미세하면서도 양호한 형상으로 형성해야 하기 때문에 그 형성 기술이 더욱 중요시 되고 있다.In general, in the process of manufacturing a semiconductor device, a photoresist pattern is used in various ways. Since the shape of the circuit pattern of the device is determined according to the shape of the photoresist pattern, the photoresist pattern forming technology is one of important technologies in the manufacturing process of the semiconductor device. In recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, the line width of circuit patterns has been narrowed to sub-microns or less, and the formation technology has become more important because the photoresist pattern must be formed in a fine and good shape.
도 1a 내지 도 1c는 종래 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a conventional photoresist pattern.
도 1a를 참조하면, 포토레지스트 패턴의 형성이 필요한 웨이퍼(11) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(12)을 형성한다. 포토레지스트막(12)이 형성된 웨이퍼(11)를 노광 장비에 로딩(loading) 시키고, 포토레지스트막(12) 윗부분에 회로 패턴의 형성을 위해 일정한 패턴이 그려진 마스크(13)를 위치시킨다. 광원으로부터 일정 파장의 광을 조사시켜 노광(exposure) 공정을 실시한다. 노광 영역의 포토레지스트막(12)에는 광 에너지에 의해 산 촉매(acid catalyst; 14)가 생성된다. 그런데, 노광 공정 시 광의 산란 등으로 인하여 비노광 영역의 포토레지스트막(12)에도 어느 정도 광 에너지가 조사가 되어 산 촉매(14)가 생성되고, 이로 인하여 노광 영역과 비노광 영역의 경계 라인이 웨이브(wave) 모양으로 된다.Referring to FIG. 1A, a photoresist film 12 is formed by applying a photoresist onto a wafer 11 that requires formation of a photoresist pattern. The wafer 11 on which the photoresist film 12 is formed is loaded into an exposure apparatus, and a mask 13 having a predetermined pattern is placed on the photoresist film 12 to form a circuit pattern. An exposure process is performed by irradiating light of a predetermined wavelength from a light source. An acid catalyst 14 is generated in the photoresist film 12 in the exposure region by light energy. However, light energy is irradiated to the photoresist film 12 in the non-exposed area due to scattering of light during the exposure process to generate an acid catalyst 14, and thus, a boundary line between the exposed area and the non-exposed area is generated. It becomes a wave shape.
도 1b를 참조하면, 포토레지스트의 광활성 성분(photoactive component)을확산시켜 노광 영역과 비노광 영역 사이의 웨이브 모양을 최소화시키고 후속 현상 공정시 포토레지스트 패턴의 형상을 개선시키기 위해, 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 실시한다. PEB 공정 이후에 웨이브 모양이 최소화되기는 그 효과는 미약하여 전체적인 형상에 큰 변화가 없다.Referring to FIG. 1B, post-exposure bake (post exposure) is performed to diffuse the photoactive component of the photoresist to minimize wave shape between the exposed and non-exposed areas and to improve the shape of the photoresist pattern during the subsequent development process. exposure bake (PEB) process. The effect of minimizing the wave shape after the PEB process is minimal and there is no significant change in the overall shape.
도 1c를 참조하면, 노광 영역과 비노광 영역의 경계 라인이 웨이브진 상태로 현상(develop) 공정을 실시하게 된다. 현상 공정으로 산 촉매(14)가 생성되지 않은 비노광 영역의 포토레지스트막(12)을 제거하므로, 산 촉매(14)가 생성된 노광 영역의 포토레지스트막(12)이 남아 포토레지스트 패턴(120)이 된다. 그런데, 비노광 영역의 포토레지스트막(12)은 웨이브 모양을 따라 제거되기 때문에 포토레지스트 패턴(120)은 라인 가장자리가 울퉁불퉁(line edge roughness; LER)하게 형성된다.Referring to FIG. 1C, a development process may be performed with a boundary line between an exposed area and a non-exposed area being waved. Since the development process removes the photoresist film 12 in the non-exposed areas where the acid catalyst 14 has not been generated, the photoresist film 12 in the exposed area where the acid catalyst 14 has been generated remains in the photoresist pattern 120. ) However, since the photoresist film 12 in the non-exposed areas is removed along the wave shape, the photoresist pattern 120 is formed with line edge roughness (LER).
상기한 바와 같이, 종래 방법으로 포토레지스트 패턴을 형성할 경우 패턴에 LER이 발생하게 된다. 점차적으로 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 포토리소그라피(photolithography) 공정에서 형성해야 하는 포토레지스트 패턴의 크기는 작아지게 되고, 이에 따라 포토레지스트 패턴의 LER은 소자에 요구되는 회로 패턴을 구현하기 어렵게 한다. 이러한 LER은 원천적으로 레지스트 폴리머 집합체(resist polymer aggregate)의 엑스트레이션(extration) 방식의 불균일한 현상(develop) 속도에서 기인하다. 따라서, 이러한 레지스트 폴리머 집합체의 불균일한 현상(develop)을 막는 것이 곧바로 소자에 요구되는 회로 패턴을 구현하는 중요한 요소(factor)이다.As described above, when the photoresist pattern is formed by the conventional method, LER is generated in the pattern. Increasingly, as semiconductor devices are highly integrated, the size of the photoresist pattern to be formed in the photolithography process becomes small, so that the LER of the photoresist pattern makes it difficult to implement the circuit pattern required for the device. This LER originates from the uneven development rate of the extension method of resist polymer aggregates. Therefore, preventing the uneven development of such a resist polymer aggregate is an important factor immediately implementing the circuit pattern required for the device.
레지스트 폴리머 집합체의 불균일한 현상(develop)을 막는 방법으로, 첫째, 레지스트 폴리머 집합체의 크기(size)를 줄여 엑스트레이션(extration) 방식에 의해 불균일 현상(develop) 속도를 보이더라도 근원적으로 레지스트 폴리머 집합체의 작은 크기로 인해 LER을 줄여주는 방법이고, 둘째, 엑스트레이션(extration) 방식에 의한 불균일 현상(develop) 속도를 줄이는 방법이다.As a method of preventing the uneven development of the resist polymer aggregate, firstly, the resist polymer aggregate is basically reduced even though the size of the resist polymer aggregate is reduced to show the uneven development rate by an extension method. It is a method to reduce the LER due to the small size of the second, and the second method to reduce the speed of development (develop) by the extension method.
상기한 첫번째 방법은 포토레지스트 물질 자체 개발에 의해 해결할 수 있고, 두번째 방법은 포토레지스트 물질 자체 개발 또는/및 공정의 개선에 의해 해결할 수 있다.The first method described above can be solved by developing the photoresist material itself, and the second method can be solved by developing the photoresist material itself and / or by improving the process.
이러한 해결 방안으로 레지스트의 교차 결합(crosslink)을 증가시키는 것이 있는데, 교차 결합을 증가시키는 방식으로는 두 가지가 있다. 그 하나는 레지스트 물질 자체를 교차 결합이 많이 되어 있는 폴리머를 사용하는 것인데, 이 경우 교차 결합의 양에 따라 레지스트 잔류(residue) 등의 문제와 레지스트 퍼포머스(resist performance) 자체의 문제를 야기시킬 수 있다. 다른 하나는 패터닝(patterning) 이후에 UV-bake 장비를 사용하여 교차 결합을 형성시키는 것인데, 이 경우 타 공정에서는 사용되지 않는 추가적인 장비가 필요하고, UV 강도(intensity) 변화에 의한 불완전한 교차 결합이 발생하는 등 공정 안정성 측면에서 여러 가지 문제점을 안고 있다.One solution to this is to increase the crosslink of the resist. There are two ways to increase the crosslink. One is the use of polymers with many crosslinks in the resist material itself, which can cause problems such as resist residues and resist performance itself depending on the amount of crosslinking. have. The other is the formation of crosslinks using UV-bake equipment after patterning, which requires additional equipment not used in other processes, resulting in incomplete crosslinks due to UV intensity changes. There are various problems in terms of process stability.
따라서, 본 발명은 상기한 기존의 문제점을 해결하면서 양호한 형상의 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of forming a photoresist pattern capable of forming a photoresist pattern having a good shape while solving the above problems.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법은 교차 결합 작용제가 첨가된 포토레지스트를 웨이퍼에 도포하여 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막의 선택된 부분을 노광시키는 단계; 베이크 공정을 실시하는 단계; 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트막의 비노광된 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method of forming a photoresist pattern according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a photoresist film by applying a photoresist to which a crosslinking agent is added to a wafer; Exposing a selected portion of the photoresist film; Performing a baking process; And forming a photoresist pattern by removing an unexposed portion of the photoresist film by a developing process.
도 1a 내지 도 1c는 종래 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a conventional photoresist pattern.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11, 21: 웨이퍼12, 22: 포토레지스트막11, 21: wafer 12, 22: photoresist film
13, 23: 마스크14, 24: 산 촉매13, 23: mask 14, 24: acid catalyst
120, 220: 포토레지스트 패턴200: 교차 결합 작용제120, 220: photoresist pattern 200: crosslinking agent
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only this embodiment to make the disclosure of the present invention complete, and to those skilled in the art the scope of the invention It is provided for complete information.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 포토레지스트 패턴의 형성이 필요한 웨이퍼(21) 상에 교차 결합 작용제(crosslink agent; 200)가 첨가된 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(22)을 형성한다. 포토레지스트막(22)이 형성된 웨이퍼(21)를 노광 장비에 로딩(loading) 시키고, 포토레지스트막(22) 윗부분에 회로 패턴의 형성을 위해 일정한 패턴이 그려진 마스크(23)를 위치시킨다. 광원으로부터 일정 파장의 광을 조사시켜 노광(exposure) 공정을 실시한다. 노광 영역의 포토레지스트막(22)에는 광 에너지에 의해 산 촉매(acid catalyst; 24)가 생성된다. 그런데, 노광 공정 시 광의 산란 등으로 인하여 비노광 영역의 포토레지스트막(22)에도 어느 정도 광 에너지가 조사가 되어 산 촉매(24)가 생성되고, 이로 인하여 노광 영역과 비노광 영역의 경계 라인이 웨이브(wave) 모양으로 된다.Referring to FIG. 2A, a photoresist layer 22 is formed by applying a photoresist to which a crosslink agent 200 is added on a wafer 21 requiring formation of a photoresist pattern. The wafer 21 on which the photoresist film 22 is formed is loaded into an exposure apparatus, and a mask 23 having a predetermined pattern is placed on the photoresist film 22 to form a circuit pattern. An exposure process is performed by irradiating light of a predetermined wavelength from a light source. An acid catalyst 24 is generated in the photoresist film 22 in the exposure region by light energy. However, light energy is irradiated to the photoresist film 22 in the non-exposed area due to light scattering during the exposure process to generate an acid catalyst 24, and thus a boundary line between the exposed area and the non-exposed area is generated. It becomes a wave shape.
상기에서, 교차 결합 작용제(200)는 멀티-펑셔널 에테르(Multi-Functional Ether)나 멀티-펑셔널 알킬 할로 컴파운드(Multi-Functional Alkyl Halo Compound)를 사용한다. 멀티-펑셔널 에테르로 메틸 에테르(Methyl Ether)나 에틸 에테르(Ethyl Ether)를 사용한다. 멀티-펑셔널 알킬 할로 컴파운드로 알킬 클로로 컴파운드(Alkyl Chloro Compound), 알킬 브로모 컴파운드(Alkyl Bromo Compound) 또는 알킬 요도 컴파운드(Alkyl Iodo Compound)를 사용한다.In the above, the crosslinking agent 200 uses a multi-functional ether or a multi-functional alkyl halo compound. Methyl ether or ethyl ether is used as the multi-functional ether. Alkyl Chloro Compound, Alkyl Bromo Compound or Alkyl Iodo Compound is used as the multi-functional alkyl halo compound.
도 2b를 참조하면, 포토레지스트의 광활성 성분(photoactive component)을 확산시켜 노광 영역과 비노광 영역 사이의 웨이브 모양을 최소화시키고 후속 현상 공정시 포토레지스트 패턴의 형상을 개선시키기 위해, 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 실시한다. PEB 공정시 포토레지스트에 첨가된 교차 결합 작용제(200)에 의해 레지스트 레진 폴리머의 -OH기 간의 교차 결합으로 레지스트 레진 교차 결합(resist resin crosslink)이 생성된다. 이렇게 교차 결합이 형성된 레지스트 레진은 일반적으로 패터닝한 레지스트 패턴과는 다르게 일반적인 레지스트 용매에 녹지 않는 안정된 상태가 된다. 레지스트 레진은 노블락(Novolac) 혹은 하이드록시스틸렌(Hydroxystylene)이다. 레지스트 레진 교차 결합은 산 촉매(24)가 존재하는 노광 영역에만 일어나고, 산 촉매(24)가 없는 비노광 영역에는 일어나지 않기 때문에 노광 영역과 비노광 영역과의 경계라인의 웨이브 모양이 직선 모양으로 변하게 된다.Referring to FIG. 2B, post-exposure bake is performed to diffuse the photoactive component of the photoresist to minimize the wave shape between the exposed and non-exposed areas and to improve the shape of the photoresist pattern during the subsequent development process. exposure bake (PEB) process. The crosslinking agent 200 added to the photoresist during the PEB process produces a resist resin crosslink due to the crosslinking between the -OH groups of the resist resin polymer. The resist resin in which the crosslink is formed is generally in a stable state that does not dissolve in a general resist solvent, unlike a patterned resist pattern. The resist resin is Novolac or Hydroxystyrene. The resist resin crosslinking occurs only in the exposure region in which the acid catalyst 24 is present, and not in the non-exposure region without the acid catalyst 24, so that the wave shape of the boundary line between the exposure region and the non-exposure region is changed into a straight line shape. do.
상기에서, PEB 공정은 교차 결합 작용제(200)에 의한 레지스트 레지 교차 결합을 위해 인-라인 트랙(in-line track) 장비에서 오븐(oven) 가열 방식이나 핫 플레이트(hot plate) 가열 방식을 적용하며, 오븐 및 핫 플레이트 온도를 50 ~ 250℃로 하여 실시한다.In the above, the PEB process applies an oven heating method or a hot plate heating method in an in-line track apparatus for cross-linking resist resist by the cross-linking agent 200. The oven and hot plate temperature are 50 to 250 ° C.
도 2c를 참조하면, 노광 영역과 비노광 영역의 경계 라인이 직선으로 된 상태로 실리케이트(silicate) 혹은 포스페이트(phosphate)계의 계면활성제(surfactant)를 함유한 TMAH 수용액을 이용한 현상(develop) 공정을 실시하게 된다. 현상 공정으로 산 촉매(24)가 생성되지 않은 비노광 영역의 포토레지스트막(22)을 제거하므로, 산 촉매(24)가 생성된 노광 영역의 포토레지스트막(22)이 남아 포토레지스트 패턴(220)이 된다. 현상 공정을 거치면 레지스트 폴리머 집합체(resist polymer aggregate)와 주위의 레지스트 간의 엑스트레이션(extration)에 의한 현상 비(develop rate) 차이가 현저히 줄어들어 LER가 감소되고, 이로 인하여 포토레지스트 패턴(220)은 라인 가장자리가 울퉁불퉁 모양이 아니라 직선 형상(vertical profile)으로 형성된다.Referring to FIG. 2C, a development process using a TMAH aqueous solution containing a silicate or phosphate-based surfactant in a state where the boundary line between the exposure area and the non-exposure area is in a straight line is used. Will be implemented. Since the photoresist film 22 in the non-exposed areas in which the acid catalyst 24 is not generated is removed by the development process, the photoresist film 22 in the exposed area in which the acid catalyst 24 is generated remains in the photoresist pattern 220. ) After the development process, the difference in the development rate due to the extension between the resist polymer aggregate and the surrounding resist is significantly reduced, thereby reducing the LER. As a result, the photoresist pattern 220 is lined. The edges are formed not in a bumpy shape but in a straight profile.
상기한 바와 같이, 본 발명은 단순한 인-라인 트랙 장비만으로 포토레지스트 패턴의 LER을 감소시킬 수 있어 새로운 장비 투자가 필요 없고, 안정성 있는 포토레지스트 패턴 형상(pattern profile)을 얻어 임계치 제어(CD control)가 용이하고, 공정 안정성으로 인한 소자 개발 및 생산 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can reduce the LER of the photoresist pattern with only simple in-line track equipment, thus eliminating the need for new equipment investment, and obtaining a stable photoresist pattern profile to achieve CD control. It is easy to improve the device development and production yield due to the process stability.
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Date | Code | Title | Description |
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N231 | Notification of change of applicant | ||
WITN | Withdrawal due to no request for examination |