미세 콘택홀 형성 방법
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미세 콘택홀 형성 방법{Method of making contact hole}
본 발명은 미세 콘택홀 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 케이알에프(KrF) 디유브이(DUV; Deep UV)용 노광 장비와 피에스엠(PSM) 레티클(reticle)을 이용하여 0.20㎛이하의 미세패턴 형성이 가능하도록 한 미세 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘택홀의 크기 형성은 라인 및 스패이스(Line ＆ Space)와는 달리, 노광을 하여 레지스트(resist)가 제거되는 콘택 홀 이외 부분이 빛이 통과하지 않는 다크 필드(dark field)이기 때문에 브라이트 필드(bright field)일때 보다 빛의 간섭 효과에서 보강되는 빛이 적기 때문에 해상도가 떨어진다. 따라서, 종래에서는 이를 해결하기 위해 PSM 마스크를 이용하여 콘트라스트를 증가시켜 라인 및 스패이스(Line ＆ Space)와 근접하게 해상도를 높이지만, 현재까지는 콘택 홀 형성시 상업화된 KrF DUV용 노광장비(λ:248㎚)와 PSM 마스크, 그리고 고해상도의 포토 레지시트를 이용하여 형성할 수 있는 콘택홀 크기의 한계는 0.20㎛이었다.
이와 같이, 종래의 미세 콘택홀 형성 방법에 있어서는, KrF DUV용 노광장비(λ:248㎚)와 PSM 마스크(mask)를 이용하여 형성할 수 있는 콘택 홀의 한계가 0.20㎛이었기 때문에 기판 상에 형성된 패턴과 이들 패턴 사이의 공간을 0.15㎛이하로 형성할 수 있다고 해도 셀의 크기를 줄일 수가 없어 기가(Giga)급 디바이스(device)를 개발하는데 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 KrF DUV용 노광 장비와 PSM 레티클을 이용하여 0.20㎛이하의 미세패턴 형성이 가능하도록 한 미세 콘택홀 형성 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 미세 콘택홀을 형성시키기 위해 웨이퍼 상으로 고온 증류수를 인가하는 고온 증류수 공급 장치의 구성도
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 사용한 고온 증류수 습식후 콘택홀의 변화 모습을 도시한 콘택홀 확대단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 웨이퍼 20 : 스핀들 모터
22 : 선반 30 : 증류수 가열부
32 : 고온 증류수 노즐부 40 : 증류수 저장부
50, 52 : 콘택홀
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 미세 콘택홀 형성 방법은,
레지스터 코팅, 노광작업, 현상 공정이 끝난 후, 브리칭된 레지스트와 현상액이 반응한 부산물을 제거시키는 탈이온수 세정 공정과,
상기 탈이온수 세정 공정에서 패터닝된 콘택 홀에 고온 정류수를 습식시켜 일정 시간동안 레지스터와 반응시킴으로써 콘택 홀의 크기를 줄이는 습식 공정과,
상기 습식 공정에 의해 콘택 홀이 원하는 목표의 크기로 되면 현상 장치에서 스핀들의 모터를 이용하여 상기 콘택홀 내부에 잔존하는 고온 정류수 성분을 제거시키는 드라이 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 미세 콘택홀 형성 방법은 상기 드라이 공정이 끝난 후 상기 고온 정류수 습식을 하지 않았을 경우의 임계치수와 비교하여 임계치수 차이로 수축비를 결정하는 임계치수 산출 공정과,
상기 임계치수에 의해 원하는 콘택홀의 크기로 줄이기 위해 상기 습식 공정과 드라이 공정을 조절하는 피드백 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고온 정류수는 45℃를 갖는 정류수이며, 상기 습식 공정에서 고온 증류수와 레지스터가 반응하는 시간은 120sec인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 의한 미세 콘택홀을 형성시키기 위해 웨이퍼(10) 상으로 고온 증류수를 인가하는 고온 증류수 공급 장치의 구성도를 나타낸 것이다. 그리고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 사용한 고온 증류수 습식후 콘택홀(50,52)의 변화 모습을 도시한 콘택홀 확대단면도이다.
상기 도면에서, 부호 10은 웨이퍼, 부호 20은 스핀들 모터, 부호 22는 선반, 부호 30은 증류수 가열부, 부호 32는 고온 증류수 노즐부, 부호 40은 증류수 저장부, 부호 50 및 52는 콘택홀을 각각 나타낸 것이다.
본 발명의 미세 콘택 홀 형성 방법은, 리소그라피(Lithography)의 기본적인 작업인 레지스터 코팅(coating), 노광작업, 현상 공정이 끝난 후, 브리칭(bleaching)된 레지스트와 현상액이 반응한 부산물을 제거하는 탈이온수(DI) 세정(rinse) 공정에서 하트(hot) DI 워터(water)(45℃)(이하, '고온 정류수'라 칭함)를 이용하여 패터닝(patterning)된 콘택 홀에 충분히 습식(wetting)시켜 120sec 동안 고온 정류수와 레지스터가 반응하도록 한다.(여기서, 고온 정류수라고 칭한 이유는 보통 정류수의 룸(room) 온도가 23℃이기 때문에 편의상 '하트 DI 워터'란 표현을 사용하였다.)
상기 고온 정류수는 레지시터가 없는 부분에 채워지게 되고 용매 역할을 하여 확산 작용을 일으킨다. 그리고, 상기 레지스터는 상기 고온 정류수를 흡수하여 팽창을 하게 된다. 이때, 레지스터가 팽창되는 방향은 레지스터가 없는 방향이기 때문에 결국 콘택 홀 크기는 줄어들게 된다. 상기 공정에서, 고온 정류수를 사용하는 이유는 레지스터가 온도에 민감하고 화학 오염의 우려가 없기 때문이다.
고온 정류수에서 습식 공정이 끝나 콘택 홀이 원하는 목표의 크기(10∼20% 수축)가 되면 현상 장치에서 원심력을 이용한 고속(3000rpm)의 스핀(spin) 모터에 의해 콘택 홀 내부에 잔존하는 고온 정류수 성분을 스핀 드라이(dry) 시킨다.
상기 현상 공정, 고온 정류수 습식 공정, 스핀 드라이 공정은 트랙(track) 시스템의 현상장치 한곳에서 이루어진다. 상기 고온 정류수 습식으로 인한 콘택 홀 크기의 수축비는 스핀 드라이 공정이 끝난 후 CD-SEM 장비에서 임계치수(CD) 측정후에 확인이 가능하고, 상기 고온 정류수 습식시 정류수 온도와 습식 시간에 대해 스프리트(split) 적용후 고온 정류수 습식 적용을 안할 경우의 임계치수(CD)와 비교하여 임계치수 차이로 수축비를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 미세 콘택 홀 형성 방법에 의하면, 평가해서 세팅해 놓은 방법대로 고온 정류수 습식을 실시하였는데도 언더(under) 래이어(layer) 터퍼러지(topology)가 변하여 로트(lot) 변화가 존재하여 원하는 수축비보다 작을 경우에는 고온 정류수 습식과 스핀 드라이 공정만 추가로 실시함으로써 콘택 홀의 크기를 원하는 크기로 줄일 수 있다. 그리고, 원하는 수축비보다 클 경우나 포토 레지스터 형상이 리프팅(lifting)이 발생할 경우 재작업을 통해 고온 정류수의 온도를 낮추거나 습식 시간을 줄임으로써 콘택 홀의 크기를 원하는 크기로 줄일 수 있다.
본 발명은 편의상 인듐 라인 트랙 시스템(In-Line Track System)의 현상 장치에서 DI 린스 공정을 추가적으로 사용하였지만, 다른 실시예에서는 별도의 습식(wet) 공정에서 리소그래피 공정이 완료후 웨이퍼를 배치(batch)로 고온 정류수에 디핑(dipping)한 후 깨끗한 공기를 불어넣어 웨이퍼에 잔존하는 정류수를 제거할 수 있다.
본 발명의 미세 콘택 홀 형성 방법은 콘택 홀에 사용하였지만 라인 및 스패이스의 패턴에서도 사용 가능하다. 해상도의 한계로 0.15㎛ 이하의 스패이스에서는 디파인(define)이 안되고 브리지(bridge)가 발생하기 때문에 디파인(define) 가능한 0.15㎛ 스페이스를 형성 후 고온 정류수를 웨이퍼에 습식한 후 20% 수축시켜 스패이스 패턴을 0.12㎛로 만들 수 있다.
따라서, 본 발명은 레지스트 패턴을 고온 정류수에 습식하면 레지스트가 없는 부분에 고온 정류수가 채워지고, 이 고온 정류수가 용매 역할을 하여 확산 작용이 발생하게 되어 레지스트는 정류수를 흡수하여 팽창을 하게된다. 이때, 레지스터가 팽창되는 방향은 레지스트가 없는 방향이기 때문에 결국 콘택 홀의 크기가 줄어들게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 미세 콘택 홀 형성 방법에 의하면, 기존의 KrF DUV용 노광 장비와 PSM 레티클을 이용하여 0.20㎛ 콘택 홀을 형성한 다음 45℃의 고온 정류수에 120sec 동안 습식함으로써 레지스터가 밀도 차이에 의해 팽창되어 콘택 홀의 크기를 0.20㎛에서 0.16㎛(10∼20%)로 줄일 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
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