KR100384877B1 - 포토레지스트 도포 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 포토레지스트의 도포 불량 문제를 개선할 수 있는 포토레지스트 도포 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 즉, 본 발명은 포토레지스트를 도포한 후, 베이크 공정을 통해 경화시키되, 포토레지스트의 높이에 따른 경화 정도의 차이가 나타나도록 한 상태에서 전면 건식 식각(또는 화학·기계적 연마)을 통해 토폴로지가 낮은 부분에만 포토레지스트가 잔류하도록 하고, 재차 포토레지스트를 도포함으로써 포토레지스트의 도포 불량을 방지한다.

Description

포토레지스트 도포 방법{A method for coating photoresist}

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정 중 포토레지스트 도포 방법에 관한 것이다.

DRAM을 비롯한 반도체 소자 제조시 전극, 필드 산화막 등 각종 패턴 형성을 위하여 포토레지스트를 이용한 리소그래피(lithography) 공정을 진행하고 있다. 리소그래피 공정을 진행함에 있어서, 포토레지스트를 기판 상에 도포하는 방법으로 통상 스핀 코팅(spin coating) 방식을 이용하고 있다.

첨부된 도면 도 1은 종래기술에 따른 포토레지스트 도포시 도포 불량 상태를 나타낸 단면도로서, 종래에 소정의 단차를 가진 하부층(10) 상에 스핀 코팅 방식을 이용하여 포토레지스트(11)를 도포하는 경우, 단차가 심한 하부층(10)의 토폴로지(topology)의 영향과 포토레지스트(11) 도포시 스핀 코터(spin coater)의 빠른 회전력에 의한 원심력으로 인하여 웨이퍼의 바깥쪽 2/3 부분부터 가장자리에 이르는 영역에서 도시된 바와 같은 포토레지스트 도포 불량(A)이 발생하고 있다.

상기와 같은 도포 불량(A)은 DUV(Deep UV)급 이상의 고해상도를 가지고 있는 포토레지스트 도포시에 더욱 빈번하게 발생되고 있으며, 포토레지스트(11)의 두께 차이를 심하게 유발시키는 주 원인이 되며, 이러한 포토레지스트(11)의 두께 차이는 후속 공정인 포토레지스트의 노광시 초점심도(depth of focus) 마진을 저하시키는 등 공정의 난이도를 증가시키고, 결국 패턴의 불일치로 귀결된다.

즉, 전체 웨이퍼에 걸쳐 동일한 노광 조건으로 노광하기 때문에 포토레지스트(11)가 두꺼운 부분에서는 노광이 완벽히 되지 않아 포토레지스트 찌꺼기(residue)를 남기는 결과를 가져오며, 반대로 포토레지스트가 얇은 부분에서는 과다한 노광으로 인한 디멘젼(dimension)의 수축 등의 문제를 유발하게 된다.

이러한 문제점은 디자인 룰(design rule)이 작은 256 메가 DRAM급 이상의 고집적 반도체 소자로 갈수록 소자의 신뢰도 및 수율에 더욱 치명적인 결과를 낳게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 포토레지스트의 도포 불량 문제를 개선할 수 있는 포토레지스트 도포 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 포토레지스트 도포시 도포 불량 상태를 나타낸 단면도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 도포 공정도.

도 3은 베이크 조건에 따른 포토레지스트(PR)의 식각율을 나타낸 그래프.

도 4는 하부층의 토폴로지에 따른 포토레지스트(PR)의 식각율을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 하부층

21 : 제1 포토레지스트

22 : 제2 포토레지스트

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 웨이퍼 상에 소정의 단차를 가진 하부층을 형성하는 제1 단계; 상기 하부층 상에 제1 포토레지스트를 도포하는 제2 단계; 상기 제1 포토레지스트를 베이킹하되, 상기 웨이퍼 표면으로부터의 거리에 따라 제1 포토레지스트의 경화 정도가 다르게 나타나도록 하는 제3 단계; 상기 제1 포토레지스트를 건식 에치백하여 상기 하부층의 토폴로지가 상대적으로 낮은 부분에 상기 제1 포토레지스트가 잔류되도록 하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계를 마친 전체구조 상부에 제2 포토레지스트를 도포하는 제5 단계를 포함하는 포토레지스트 도포 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 웨이퍼 상에 소정의 단차를 가진 하부층을 형성하는 제1 단계; 상기 하부층 상에 제1 포토레지스트를 도포하는 제2 단계; 상기 제1 포토레지스트를 베이킹하되, 상기 웨이퍼 표면으로부터의 거리에 따라 제1 포토레지스트의 경화 정도가 다르게 나타나도록 하는 제3 단계; 상기 제1 포토레지스트를 화학·기계적 연마하여 상기 하부층의 토폴로지가 상대적으로 낮은 부분에 상기 제1 포토레지스트가 잔류되도록 하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계를 마친 전체구조 상부에 제2 포토레지스트를 도포하는 제5 단계를 포함하는 포토레지스트 도포 방법이 제공된다.

즉, 본 발명은 포토레지스트를 도포한 후, 베이크 공정을 통해 경화시키되, 포토레지스트의 높이에 따른 경화 정도의 차이가 나타나도록 한 상태에서 전면 건식 식각(또는 화학·기계적 연마)을 통해 토폴로지가 낮은 부분에만 포토레지스트가 잔류하도록 하고, 재차 포토레지스트를 도포함으로써 포토레지스트의 도포 불량을 방지한다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

첨부된 도면 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 도포 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.

본 실시예에 따른 포토레지스트 도포 공정은, 우선 도 2a에 도시된 바와 같이 소정의 단차를 가진 하부층(20) 상에 스핀 코팅 방식을 사용하여 제1 포토레지스트(21)를 도포한다. 이때, 웨이퍼 전체에 균일하게 도포되지 않고, 도시된 바와같이 국부적으로 도포 불량(A)이 나타난다. 생산 단가를 낮추기 위하여 제1 포토레지스트(21)로는 해상도가 떨어지고 가격이 싼 포토레지스트를 사용하여도 무방하다. 또한, 제1 포토레지스트(21)는 점도가 비교적 높은 것을 사용하는 것이 좋으며, 스핀 코팅시 회전력을 최소화시킨 상태에서 도포하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 소정의 베이크 공정을 통해 제1 포토레지스트를 경화시키고, 토폴로지가 높은 하부층(20) 표면이 노출될 정도로 전면 건식 식각을 실시하여 토폴로지가 낮은 부분에만 제1 포토레지스트(21)가 잔류되도록 한다.

이때, 제1 포토레지스트(21)를 경화시키는데 있어서, 웨이퍼 온도를 0∼50℃로 하여 2분을 넘지 않는 시간 동안 1차 베이크를 실시하고, 웨이퍼 온도를 50∼100℃로 하여 2분을 넘지 않는 시간 동안 2차 베이크를 실시하여, 제1 포토레지스트(21)의 높이에 따른 경화 정도가 다르게 나타나도록 한다. 즉, 웨이퍼에 가까운 제1 포토레지스트(21)의 하부가 가장 많이 경화되며, 상부로 갈수록 덜 경화되도록 한다. 이러한 경화 정도의 차이는 건식 식각시 식각 속도를 결정 짓는 중요한 변수가 된다.

한편, 플라즈마를 이용한 전면 건식 식각시 베이크에 의해 발생한 제1 포토레지스트(21)의 높이별 경화 정도의 차이와 로딩 효과(loading effect)로 인하여 단차가 낮은 부분(웨이퍼에 가까운 부분)에 제1 포토레지스트(21)가 잔류하게 된다. 포토레지스트는 다른 물질과의 식각 선택비가 비교적 큰 물질이므로 하부층(20) 손상의 우려는 적다.

다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이 전체구조 상부에 제2 포토레지스트(22)를 도포한다. 이때, 제2 포토레지스트(22)는 고해상도를 가지는 것으로 얄은 두께로 도포하며, 제1 포토레지스트(21)가 하부층(20)의 토폴로지를 개선하는 역할을 수행하므로 포토레지스트의 도포 불량 현상은 거의 발생하지 않게 된다.

첨부된 도면 도 3은 베이크 조건에 따른 포토레지스트(PR)의 식각율을 나타낸 그래프로서, 웨이퍼 온도 및 베이크 시간을 각각 40℃/2분, 40℃/1분+80℃/1분, 40℃/1분+120℃/1분으로 설정하여 실험한 결과를 나타내고 있다.

도시된 바로부터 100℃ 이상의 온도로 베이크를 실시할 경우(40℃/1분+120℃/1분)에는 식각율의 변화가 거의 없으며, 40℃/2분의 조건으로 베이크를 실시한 경우에도 식각율의 변화가 거의 없음을 확인할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 40℃/1분+80℃/1분의 조건으로 베이크를 진행한 경우, 식각 시간에 따라 식각율의 변화가 두드러짐을 확인할 수 있다.

첨부된 도면 도 4는 하부층의 토폴로지에 따른 포토레지스트(PR)의 식각율을 나타낸 그래프로서, 40℃/1분+80℃/1분의 조건으로 베이크를 진행한 경우 토폴로지가 높은 부분(A)과 토폴로지가 낮은 부분(B)에서의 포토레지스트의 식각율을 나타내고 있다.

도시된 바로부터 식각 시간이 너무 길지 않다면, 하부층의 토폴로지가 높은 부분(A)과 낮은 부분(B)이 1.8 : 1 이상의 식각율 차이를 보임을 알 수 있다. 이는 로딩 효과에 의한 영향을 입증하는 것이라 할 수 있다.

상기 도 3 및 도 4의 결과를 종합해 볼 때, 상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 경우, 하부층의 토폴로지가 높은 부분과 낮은 부분의 포토레지스트에서 10 : 1 이상의 선택비를 기대할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 전면 건식 식각을 실시하여 포토레지스트를 리세스 시키는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 전면 건식 식각을 대신하여 화학·기계적 연마(CMP) 공정을 실시하는 경우에도 본 발명은 적용된다. 이와 같은 경우, 하부 포토레지스트의 경화 정도가 다르기 때문에 CMP 공정시 포토레지스트의 깊이에 따른 연마비가 달라지는 점을 이용한다.

전술한 본 발명은 포토레지스트의 도포 불량 현상을 방지하는 효과가 있으며, 이로 인하여 고집적 소자의 신뢰도 및 수율을 개선하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 상에 소정의 단차를 가진 하부층을 형성하는 제1 단계;

   상기 하부층 상에 제1 포토레지스트를 도포하는 제2 단계;

   상기 제1 포토레지스트를 베이킹하되, 상기 웨이퍼 표면으로부터의 거리에 따라 제1 포토레지스트의 경화 정도가 다르게 나타나도록 하는 제3 단계;

   상기 제1 포토레지스트를 건식 에치백하여 상기 하부층의 토폴로지가 상대적으로 낮은 부분에 상기 제1 포토레지스트가 잔류되도록 하는 제4 단계; 및

   상기 제4 단계를 마친 전체구조 상부에 제2 포토레지스트를 도포하는 제5 단계

   를 포함하는 포토레지스트 도포 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제3 단계가,

   웨이퍼 온도를 0∼50℃로 하여 2분을 넘지 않는 시간 동안 제1 베이크를 실시하는 제6 단계와,

   웨이퍼 온도를 50∼100℃로 하여 2분을 넘지 않는 시간 동안 제2 베이크를 실시하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 포토레지스트가 상기 제2 포토레지스트에 비해 점도가 높은 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 포토레지스트가 상기 제1 포토레지스트에 비해 해상도가 높은 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
5. 웨이퍼 상에 소정의 단차를 가진 하부층을 형성하는 제1 단계;

   상기 하부층 상에 제1 포토레지스트를 도포하는 제2 단계;

   상기 제1 포토레지스트를 베이킹하되, 상기 웨이퍼 표면으로부터의 거리에 따라 제1 포토레지스트의 경화 정도가 다르게 나타나도록 하는 제3 단계;

   상기 제1 포토레지스트를 화학·기계적 연마하여 상기 하부층의 토폴로지가 상대적으로 낮은 부분에 상기 제1 포토레지스트가 잔류되도록 하는 제4 단계; 및

   상기 제4 단계를 마친 전체구조 상부에 제2 포토레지스트를 도포하는 제5 단계

   를 포함하는 포토레지스트 도포 방법.