KR0171943B1 - 반도체 소자의 미세패턴 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 미세패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 웨이퍼 기판 상부에 레지스트 패턴(Resist Pattern)을 형성하기 위한 리소그라피(Lithography)공정에 있어서, 현상공정 후 웨이퍼 상에 남아있는 현상액을 제거하기 위해 웨이퍼 세척공정시 사용되는 세척액의 표면장력을 줄이고 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력을 크게 함으로써 웨이퍼 세척에 의해 형성된 레지스트 패턴의 쓰러짐(Pattern Collapse)을 방지하는 방법이다.

Description

반도체 소자의 미세패턴 형성방법
제1a도 내지 제1d도는 종래의 일반적인 리소그라피 공정단계를 도시한 도면.
제2a도와 제2b도는 현상공정을 통해 레지스트 패턴을 형성한 후, 세척액을 사용한 세척공정을 도시한 도면.
제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 포지티브 레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위한 웨이퍼 세척공정단계를 도시한 도면.
제4a도 내지 제4c도는 본 발명에 따른 네거티브 레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위한 웨이퍼 세척공정단계를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 웨이퍼 2: 포토레지스트
3 : 노광 마스크 4,11 : 광
5,6 : 레지스트 패턴 7,8,9,10 : 세척액
본 발명은 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 상부에 레지스트 패턴(Resist Pattern)을 형성하기 위한 리소그라피(Lithography)공정에 있어서, 웨이퍼 상부에 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해 레지스트 패턴을 형성한 후, 웨이퍼 상에 남아있는 현상액 등을 제거하는 웨이퍼 세척 및 건조공정에서 패턴의 쓰러짐(Pattern Collapse)을 방지하기 위해 세척액의 표면장력을 줄이고 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력을 크게 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하는 리소그라피 공정에 있어서, 패턴의 쓰러짐이 발생하는 종래의 공정에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제1a도 내지 제1c도는 종래의 일반적인 리소그라피 공정단계를 도시한 도면이다.
제1a도는 웨이퍼 기판(1)상에 포토레지스트(2)를 도포한 다음, 소프트 베이크(Soft bake)를 실시한 상태의 단면도이고,
제1b도는 포토레지스트(2) 상부에 마스크(3)를 씌우고 광(4)을 주사하여 노광을 실시하는 상태의 단면도이다.
제1c도는 현상액을 사용하여 노광된 포토레지스트(2)를 제거한 후, 현상액을 세척(Rinse)하는 과정에서 포토레지스트 패턴(5)이 쓰러진 상태의 단면도이고,
제1d도는 포토레지스트 패턴(6)이 정상적으로 형성된 상태의 단면도이다.
상기와 같이 포토레지스트 패턴이 웨이퍼 세척공정에서 쓰러지는 현상에 대해 살펴보면 다음과 같다.
제2a도는 현상공정을 통해 레지스트 패턴을 형성한 후, 세척액을 웨이퍼 기판상에 뿌린 상태의 단면도이고,
제2b도는 웨이퍼 기판을 고속으로 회전(Spin)하여 세척액을 증발시키는 상태의 단면도이다.
종래의 세척공정에서 세척이 끝난 직후에 패턴이 쓰러지게 되는 이유는 세척액으로 쓰이는 초순수(Deionized Water)의 표면장력(Surface Tension)이 크기 때문이다. 상기 제2a도에 도시된 바와 같이, 세척액인 초순수(7)가 패턴(6)과 패턴(6)사이에 존재할 때에는 초순수(7)가 일종의 충진제 역할을 하여 패턴(6)이 쓰러지지 않게 되나, 제2b도에서와 같이 초순수(7)가 증발되기 시작하면 충진제가 빠지는 것과 같은 효과로 인해 패턴(6)이 쓰러지게 된다.
이와 같은 패턴(6)이 쓰러지는 형상은 세척액의 표면장력이 클수록, 그리고 패턴(6)의 넓이에 대한 높이의 비인 애스팩비(Aspect Ratio)가 클수록 심해진다. 웨이퍼 기판(1)의 종류에 따라 다소 차이가 있으나, 보통 애스팩비가 5이상이 되면 패턴(6)이 쓰러지는 현상이 발생하게 된다. 예컨대, 0.25㎛의 패턴넓이를 사용하는 256M DRAM을 기준으로 할 경우, 포토레지스트 두께(또는 높이) 1.25㎛이상이 되면 문제가 발생하게 된다.
금속배선(Metalization)공정에서는 보통 1.6㎛이상의 포토레지스트 두께가 필요하기 때문에 패턴의 쓰러짐이 심각한 문제가 된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 웨이퍼 상에 레지스트 패턴형성 후, 웨이퍼 세척 및 건조공정에서 세척액의 표면장력을 줄이고 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력을 크게 하여 형성된 패턴의 쓰러짐을 방지하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계와,
상기 포토레지스트를 적정 온도에서 소프트 베이크 하여 열처리하는 단계와,
노광 마스크로 빛을 주사하여 노광 하는 단계와,
상기 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계와,
현상공정으로 형성된 패턴을 세척한 후, 건조시키는 단계로 구성되는 리소그라피 공정에 있어서,
상기 웨이퍼를 세척 및 건조 공정단계에서 세척에 사용되는 세척액의 표면장력을 줄이거나 레지스트 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력을 증대시켜 형성된 패턴의 쓰러짐을 방지하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.
레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위해서는 세척액의 표면장력을 줄이거나 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력(Adhesion)을 크게해야 한다. 세척액의 표면장력이 작을수록 세척액이 증발될 때 패턴의 탄성변형이 그만큼 작아지기 때문에 패턴의 쓰러짐이 방지되는 효과를 가져온다.
또한 패턴의 접착력이 증가하게 되면 세척액의 표면장력이 크다 하더라도 패턴의 움직임이 작아지기 때문에 패턴이 쓰러지지 않게 된다.
보통, 표면장력이 작은 세척액은 포지티브 레지스트 패턴 형성시 사용하고, 패턴의 접착력을 증가시키는 것은 네거티브 레지스트 패턴에 적용하는 것이 효과적이다.
제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 포지티브 레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위한 웨이퍼 세척공정단계를 도시한 도면이다.
제3a도는 현상공정 후, 웨이퍼(1)를 회전시켜 현상액을 떨어뜨리면서 동시에 제1세척액(8) 예컨대, 초순수의 세척액(8)을 뿌려서 제1세척액(8)이 웨이퍼(1)상에 쌓여있는 상태를 도시하고 있다.
제3b도는 세척공정 후, 웨이퍼(1)를 회전시켜 제1세척액(8)을 떨어뜨리면서 동시에 제2세척액(9)을 뿌러 상기 제2세척액(9)이 웨이퍼(1)상에 쌓여있는 상태를 도시하고 있다. 여기서, 상기 제2세척액(9)은 제1세척액(8)인 초순수보다 표면장력이 작은 물질 예컨대, 알코올(Alcohol)을 초순수와 일정비로 섞어서 사용하거나, 초순수보다 응고점이 낮은 용액, 예컨대 메틸 프로판을(2-Methyl-2propanol)과 같은 용액을 사용한다.
이때, 상기 표면장력이 낮은 알코올로는 이소프로필 알콜(Isopropyl Alcohol)이 효과적이고, 상기 메틸 프로판올은 응고점이 25.4℃로 실온에 가깝기 때문에 웨이퍼(1)상에 뿌려진 다음에는 점차적으로 응고되기 시작한다. 이때, 응고를 빨리 진행시키기 위해서는 진공에서 건조하면 된다. 상기 메킬 프로판올은 응고된 상태에서 그대로 증발하기 때문에 포토레지스터 패턴(6)에 탄성변형을 유발시키지 않으므로 패턴(6)이 쓰러지지 않게 된다.
제4a도 내지 제4c도는 본 발명에 따른 네거티브 레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위한 웨이퍼 세척공정단계를 도시한 도면이다.
제4a도는 상기 제3a도와 동일한 상태의 도면으로서, 현상공정 후, 웨이퍼(1)를 회전시켜 현상액을 떨어뜨리면서 동시에 제1세척액(8) 예컨대, 초순수의 세척액(8)을 뿌려서 제1세척액(8)이 웨이퍼(1)상에 쌓여있는 상태를 도시하고 있다.
제4b도는 상기 제1세척액(8)인 초순수로 세척한 후에 웨이퍼(1)를 회전시켜 초순수를 떨어뜨리면서 동시에 제2세척액(10)을 뿌려서 웨이퍼(1)상에 쌓은 다음, 전체구조 상부에서 광(11), 예컨대 자외선을 주사하여 노광하는 상태를 도시하고 있다. 여기서 상기 제2세척액(10)은 제1세척액(8)과 동일한 초순수로하되, 용액의 온도가 실온~100℃ 범위에 있어 상기 제1세척액(8)보다 온도가 높다. 세척액의 온도가 높을수록 네거티브 레지스트의 경우에는 경화(Crosslinking)되어 웨이퍼 기판(1)과 포토레지스트 패턴(6)간의 접착력이 증가되어 패텅의 쓰러짐을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 아울러, 상기 자외선(11)에 의한 노광도 포토레지스트를 경화시키는 효과를 얻을 수 있으며, 온수사용 및 자외선 노광의 어느 한가지 방법만으로도 패턴(6)의 쓰러짐을 방지할 수 있다.
또한, 패턴의 쓰러짐을 방지하는 근본적인 방법의 하나는 습식현상(Wet Development)대신에 건식현상(Dry Development)을 이용하는 것이지만, 상기 건식현상은 플라즈마에 의한 손상(Damamge)이 있게 되고, 장비의 구매에 따른 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 아울러, 건식현상은 공정시간이 길므로 생산성(Throughput)이 떨어져 양산시 적용하기가 곤란하다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법은 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성한 후, 웨이퍼 세척 및 건조공정에서 세척액의 표면장력을 줄이고 패턴의 웨이퍼 기판에 대한 접착력을 크게 함으로써 레지스트 패턴형성 후, 세척공정에서의 패턴 쓰러짐을 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼상의 네가티브 포토레지스트 패턴을 초순수로 세척하는 단계와, 상기 초순수를 온도가 실온~100℃인 초순수로 치환시키며, 일정시간 방치시킨 후, 회전시켜 건조시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실온~100℃인 초순수로의 치환 후, 방치시간을 1~3분으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성 방법.
  3. 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼상의 네가티브 포토레지스트 패턴을 초순수로 세척하는 단계와, 상기 네가티브 포토레지스트패턴에 자외선을 조사하여 포토레지스트 패턴을 경화시킨 다음 웨이퍼를 회전시켜 건조시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성 방법.
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