KR100472732B1 - 반도체장치제조방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
반도체 장치 제조 방법.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
미세패턴 형성을 위한 마스크 작업시 포토레지스트 패턴이 쓰러지는 현상을 방지하고자 함.
3. 발명의 해결 방법의 요지
현상액(TMAH 2.38%)을 웨이퍼에 공급하여 현상을 실시한 다음, 표면장력(surface tension)을 줄이기 위해 계면활성제가 첨가된 탈이온수(DIW: deionied water)를 사용하여 세정(rinse)를 행한 후, 감압 건조 방법으로 웨이퍼를 건조시킨다.
4. 발명의 중요한 용도
반도체 장치의 포토레지스트 현상 및 세정 공정

Description

반도체 장치 제조 방법
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 미세 패턴을 형성하기 위한 마스크 공정에서 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도가 높아짐에 따라 포토레지스트 두께는 일정하지만 패턴 크기가 작아지기 때문에, 패턴의 에스펙트 비(aspect ratio)는 증가하게 된다. 에스펙트 비가 커지면 라인(line), 스페이스(space), 및 아일랜드(island) 형상의 포토레지스트 패턴은 현상 공정시 패턴이 휘거나 꺽어 쓰러지거나 또는 기판으로부터 탈리되는 등의 패턴 무너짐(pattern collapse)이 발생하게 된다. 패턴이 휘거나 꺽어지는 것도 문제지만, 특히 탈락되어 다른 지역으로 이동하는 것은 패턴의 페일(fail)과 브리지(bridge)를 동시에 유발시킴으로써 수율저하의 요인이 된다.
종래에는 현상액(TMAH 2.38%)을 웨이퍼에 공급하여 현상을 실시한 다음, 탈이온수(DIW: deionied water)에 의해 세정(rinse)를 행한 후, 스핀 건조(spin dry)에 의해 웨이퍼를 건조시키는 방법을 사용하였다.
이때, 포토레지스트 패턴이 무너지는 현상(pattern collapse)이 발생하는데, 이 현상은 탈이온수(DIW: deionied water)에 의한 세정이 끝나고, 건조하는 단계로 넘어가기 직전에 발생하는데, 여기서 탈이온수가 패턴 사이에서 없어지면서 표면 장력이 크게 작용하기 때문에 포토레지스트 패턴은 무너지게 된다.
도 1의 (a)는 포토레지스트 패턴이 구부러지는 현상, (b)는 포토레지스트 패턴이 부러지는 현상, (c)는 포토레지스트 패턴이 탈리되어 쓰러져 있는 현상을 각각 보여준다.
본 발명은 반도체 장치의 미세패턴 형성을 위한 마스크 공정시, 포토레지스트 패턴이 포토레지스트 패턴이 휘거나 꺽어지거나 탈리되는 등의 쓰러짐 현상을 방지하는 반도체 장치 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 포토레지스트 패턴 현상 방법은, 웨이퍼에 현상액을 공급하여 웨이퍼 상의 포토레지스트를 현상하는 단계; 게면활성제 함유한 탈이온수 용액에서 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 건조시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
포토레지스트 패턴이 무너지는 현상(pattern collapse)은 탈이온수의 표면장력(surface tension) 때문이다. 포토레지스 패턴 사이에 탈이온수가 채워져 있을때는 표면장력이 작용하더라도 탈이온수 자체가 충진체 역할을 하여 쓰러지지 않지만, 스핀 건조 직후 탈이온수가 빠져나가면 포토레지스트 패턴이 쓰러지게 된다. 물론, 탈이온수가 빠져나가도 포토레지스트 패턴과 기판간 접착력 세기가 표면 장력보다 클 경우에는 포토레지트 패턴이 쓰러지지 않지만, 보통 에스펙트 비가 5 이상이면 패턴이 무너지게 된다.
또한, 포토레지스트 패턴이 무너지는 현상을 낯추기 위해, 탈이온수 보다 표면장력이 작은 IPA(isopropy alcohol)을 혼합한 탈이온수 혼합용액을 사용하기도 하며, 에스펙트 비를 낮추기 위해 포토레지스트 두께를 낮추는 방법을 쓰기도 한다. 하지만 포토레지스트 두께를 낮추는 것도 식각 마스크로써의 역할, 즉 에치 레지스턴스(etch resistance)에 영향을 미치기 때문에 어느정도 이상 두께를 낮추는 것은 불가능 하다. 따라서 탈이온수의 표면장력(surface tension)을 낮추는 것이 절대적으로 필요하다.
포토레지스트 패턴이 무너지는 현상(pattern collapse)은, 세정 용액의 표면장력이 클수록 크고, 패턴의 선폭(CD: critical dimension)이 좁고 두께가 두꺼울수록, 즉 에스펙트 비(aspect ratio)가 클수록 심해진다. 반복되는 패턴이 있을 경우 웨이퍼 최 가장자리 패턴은 중앙부 보다 잘 쓰러지는데, 이것은 노광 작업시의 근접 효과(proximity effect)로 인해 가장자리 패턴의 선폭이 작아 에스펙트 비가 상대적으로 크기 때문이다. 그리고, 가장자리 패턴 좌우의 공간이 달라 표면장력이 가장자리 보다는 중앙부쪽이 크기 때문에 가장자리 패턴은 웨이퍼 중앙부를 향해 쓰러지게 된다.
포토레지스트 패턴이 무너지는 현상(pattern collapse)을 도 2를 참조하여 표현하면 아래 식 1과 같다. 아래 식 1에서 "S" 는 표면장력, "R" 은 탈이온수의 표면 반경, "T" 는 포토레지스트 두께, "W" 는 패턴 선폭을 각각 나타낸다.
[식 1]
무너지는 힘(collapse force) (dyne/㎠) = S / R ×T / W
따라서, 본 발명에서는 현상액(TMAH 2.38%)을 웨이퍼에 공급하여 현상을 실시한 다음, 표면장력(surface tension)을 줄이기 위해 계면활성제가 첨가된 탈이온수(DIW: deionied water)를 사용하여 세정(rinse)를 행한 후, 감압 건조 방법으로 웨이퍼를 건조시킨다.
포토레지스트 패턴 현상시 계면활성제가 첨가된 탈이온수를 사용하면, 탈이온수만을 사용하였을 때의 종래보다 보다 표면장력이 줄어들고, 스핀 건조가 아닌 감압하에서 건조를 하게 되면 표면장력이 줄어들고 또한 표면 반경(radius, 식 1의 R)이 증가하여, 패턴이 무너지는 힘은 상대적으로 낮아진다.
구체적으로, 게면활성제는 음이온, 양이온, 양쪽성 이온, 및 비이온의 유기 및 무기 계면활성제를 포함하며, 비이온의 친수성과 소수성간의 균형 정도를 나타내는 HLB(hydrophilic-lyphophilic-balance)은 0 ～ 20 사이의 값을 갖는다. 계면화성제를 포함한 탈이온수에서의 세정은 스프레이(spray) 방식, 스트림(stream) 방식, 퍼들(puddle) 방식 등을 사용하고, 공정처리시간은 0 ～ 3600초, 세정액 온도는 0 ～ 300℃, 계면활성제가 함유된 탈이온수의 농도는 0 ～ 100M(몰농도)이다. 감압건조시의 온도는 0 ～ 1000℃이며, 압력은 1 ～ 759mmHg이다.
본 발명은 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하여 결함 및 불순물을 DEFECT를 줄일 수 있고, 공정의 안정화로 생산단가절감 및 반도체 장치의 개발 기간을 단축시키고, 수율(yield)의 향상을 가져오는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의해 포토레지스트 패턴이 무너지는 현상을 나타내는 단면도,
도 2는 패턴이 무너지는 정도를 관게식으로 표현하기 위한 개념도.

Claims (1)

  1. 웨이퍼에 현상액을 공급하여 웨이퍼 상의 포토레지스트를 현상하는 단계;
    게면활성제 함유한 탈이온수 용액에서 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 건조시키는 단계를 포함하며,
    상기 웨이퍼를 건조시키는 단계는 소정온도의 감압 분위기에서 웨이퍼의 스핀에 의해 수행하고, 상기 감압 분위기의 압력은 1～759mmHg로 하는 것을 특징으로하는 반도체 장치 제조 방법.
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