KR100698093B1

KR100698093B1 - 포토레지스트 패턴의 형성방법

Info

Publication number: KR100698093B1
Application number: KR1020050067782A
Authority: KR
Inventors: 강재현
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-03-23
Also published as: KR20070013462A; US20070020402A1

Abstract

본 발명은 포토레지스트를 현상한 후 현상액을 제거하기 위해 사용된 린스액을 효과적으로 제거함으로써 패턴의 무너짐을 방지하도록 한 린스액 제거 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 패턴의 형성방법에 관한 것으로서, 노광 및 현상 공정이 완료된 포토레지스트가 형성된 웨이퍼와, 상기 웨이퍼가 안착되는 스테이지와, 상기 웨이퍼의 상측에 구성되어 상기 포토레지스트로부터 린스액을 흡수하여 제거하는 린스액 흡수수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

포토레지스트, 현상액, 린스액, 흡수 수단, 패턴

Description

포토레지스트 패턴의 형성방법{method for forming of photo resist pattern}

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 나타낸 도면

도 2는 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴을 형성할 때 린스액에 의한 불량을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 의한 린스액 제거 장치를 나타낸 개략적인 구성도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 나타낸 도면

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 웨이퍼 120 : 스테이지

130 : 포토레지스트 140 : 린스액

150 : 린스액 흡수 수단

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 현상 공정시 포토레지스트 패턴의 변형을 방지하여 소자의 수율을 향상시키도록 한 포토레지스트 패턴의 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제품을 생산하기 위해서는 매우 정밀한 반도체 제조 공정은 물론, 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 제조 설비를 필요로 한다.

여기서, 상기 반도체 제조 설비는 크게 선행 반도체 제조 설비와 후속 반도체 제조 설비로 구분할 수 있다.

먼저, 선행 반도체 제조 설비는 순수 웨이퍼에 반도체 박막 패턴을 형성하기 위한 선행 공정인 포토레지스트의 도포 - 노광 - 현상 공정을 복합적으로 수행한다.

그리고 후속 반도체 제조 설비는 웨이퍼에 패터닝된 포토레지스트를 매개로 웨이퍼에 소정의 특성을 갖는 불순물을 주입하는 이온 주입 공정, 이미 형성된 반도체 박막을 식각하는 식각 공정, 웨이퍼에 소정 박막을 부가하는 증착 공정, 미세 박막 회로 패턴을 연결하는 메탈 공정 등을 수행한다.

이 중에서, 선행 반도체 제조 설비의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정은 세척 및 건조를 마친 웨이퍼의 표면에 포토레지스트를 균일하게 도포하고, 그 위에 소정의 레이아웃으로 형성된 포토마스크상의 특정 패턴에 따라 노광 공정을 수행하며, 이렇게 노광된 포토레지스트의 불필요한 부위를 현상액으로 제거하고, 잔류하는 현상액을 린스액으로 세정하는 공정을 포함한다.

이러한 포토 리소그래피 공정 중 현상 공정을 수행하는 현상장치는 일반적으 로 컵의 내측에 설치되어 웨이퍼를 안착하는 진공척을 포함한다.

상기 진공척의 상측으로 소정 거리 이격된 위치에는 웨이퍼의 불필요한 포토레지스트를 선택적으로 제거하기 위한 현상액 공급부가 이동 가능하게 설치되고, 현상액 공급부의 소정 위치에는 웨이퍼의 상면에 현상액을 분사하는 현상액 공급관이 연결된다.

그리고, 진공척의 상측으로는 잔류하는 현상액을 세정하기 위한 린스액 공급부가 설치되고, 상기 린스액 공급부의 소정 위치에는 웨이퍼의 상면에 린스액(예를 들면, DI water)을 분사하는 린스액 공급관이 연결된다.

이러한 구성의 현상장치는 다음과 같이 작동된다.

포토마스킹 공정을 거친 웨이퍼가 진공척의 상면에 안착된 후 진공 펌프와 연결된 흡입구를 통해 진공척의 상면에 흡착 고정되면, 웨이퍼가 고정된 진공척은 공정이 끝날 때까지 고속 회전을 하게 되며, 이때 현상액 공급관이 수평 방향으로 움직이며 소정 시간동안 현상액을 분사하게 된다.

분사를 마친 후 소정 시간이 경과되면 세정액 공급관을 통해서 세정액이 분사되며, 분해된 PR층의 불필요한 부위와 현상액의 잔량은 상기 분사된 린스액으로 인해 제거된다.

한편, 고집적 회로의 설계를 위해 패턴의 CD(Critical Dimension)은 점점 작아짐에도 불구하고, 식각(etch) 내성을 만족시키기 위해 포토레지스트의 두께는 그대로 유지해야 한다.

한편, 90nm 이하에 적용하는 ArF 공정에서는 포토레지스트의 식각 내성이 KrF 포토레지스트보다 떨어지기 때문에 패턴의 가로세로 비인 종횡 비(aspect ratio)가 커질 수밖에 없다.

상기 종횡 비(aspect ratio)가 증가하게 되면 패턴의 쓰러짐 현상이 나타나기 쉽게 되고, 특히 노광 후 현상액을 제거하기 위해 DI water로 린스하는 동안 큰 종횡 비의 패턴들은 쓰러지는 현상에 더 취약하게 된다.

일반적으로 패턴의 종횡 비가 4이상이 되면 세미 덴스(semi dense) 영역에서 패턴의 사이즈(size)가 100nm 이하가 되면 무너짐과 변형이 발생한다고 알려져 있다.

이러한 패턴의 무너짐 현상은 포토레지스트의 노광 공정 후 현상공정 시에 현상액을 제거하기 위해 웨이퍼에 린스액을 뿌리고 회전시켜 웨이퍼내의 린스액을 제거시키는 과정에서 발생한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 나타낸 도면이다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 현상장비의 스피닝 척(11)이 회전 가능하게 설치되어 있고, 상기 스피닝 척(11)의 상면에는 버큠에 의하여 진공 흡착되도록 웨이퍼(12)가 설치되어 있으며, 상기 웨이퍼(12)의 상측에는 부분적으로 노광된 포토레지스트(13)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 기술에 의한 반도체 현상 장비는 상기 스피 닝 척(11)의 상측에 웨이퍼(12)를 얹어 놓고, 상기 웨이퍼(12)를 진공으로 흡착한 다음, 상기 스피닝 척(11)을 일정속도로 회전시킴과 동시에 상기 부분적으로 노광된 포토레지스트(13)의 전면에 현상액을 분사한다.

즉, 상기 웨이퍼(12)의 상면에 포토레지스트(13)를 코팅하고, 노광을 실시한 다음, 현상 장치쪽으로 이동하여 현상액으로 현상작업을 하면 노광된 부분이 현상이 되면서 노광되지 않은 부분과 구분이 이루어지면서 상기 포토레지스트(13) 패턴이 형성된다.

이어, 상기 현상액을 제거하기 위해 상기 포토레지스트(13) 패턴의 전면에 디아이 워터(DI water) 등의 린스액(14)을 공급한다.

즉, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트(13)의 현상 공정이 완료되면, 상기 현상작업이 이루어진 웨이퍼(12)를 스피닝 척(11)에 얹어 놓고 웨이퍼(12)를 진공흡착한 다음, 상기 웨이퍼(12)의 상면에 디아이 워터(DI water) 등의 린스액(14)을 공급하여 상기 현상액을 제거한다.

종래에는 포토레지스트(13)의 노광 후 현상액을 웨이퍼(12)에 도포하고, 일정시간이 지난 후 현상액과 포토레지스트(13)의 현상된 부분을 씻어내기 위해 린스액(14)을 뿌려주면서 상기 스피닝 척(11)을 빠른 속도로 회전시켜 린스액(14)과 잔여물들을 제거하는 공정을 사용한다.

여기서, 상기 린스액(14)으로 사용되는 DI water는 친수성인대 반해 포토레지스트(13)는 유기물로 구성되어 소수성이므로 둘 사이에는 표면장력이 다르게 된다.

그런데 상기와 같이 린스액(14)으로 사용된 DI water와 잔여물들을 제거하기 위해 회전시키게 되면, 스페이스(space) 부분에 채워져 있던 DI water는 포토레지스트(13)의 벽면을 따라 밖으로 나가면서 모세관현상이 일어나 그 패턴의 무너짐 현상을 유발하게 된다(도 2를 참조).

즉, 전술한 바와 같이 스페이스(space)가 작아질수록, 패턴(pattern)의 종횡 비(aspect ration)가 커질수록 패턴의 무너짐 현상은 커지게 된다.

여기서, ΔP = 모세관 압력 그레디언티(Capillary pressure gradient),

= 표면 장력(Surface tension), R = 곡률의 반지름(Radius of curvature), S = 스페이스(Spacing), θ = 포토레지스트의 표면 위 린스액의 콘택 앵글(Contact angle of rinse liquid on resist surface), H는 포토레지스트 패턴의 높이, D는 포토레지스트 패턴의 폭이다.

한편, 도 1b에서 미설명한 F는 린스액(14)에 의해 포토레지스트 패턴이 힘을 받는 방향을 나타내고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 포토레지스트를 현상한 후 현상액을 제거하기 위해 사용된 린스액을 효과적으로 제거함으로써 패턴의 무너짐을 방지하도록 한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법은 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포하고 선택적으로 노광하는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면에 현상액을 분사하여 상기 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면에 린스액을 공급하여 상기 현상액을 제거하는 단계와, 상기 노광 및 현상된 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 스테이지 위에 고정하는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면에 린스액 흡수수단을 위치시키어 상기 린스액을 흡수하여 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

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이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 린스액 제거 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 노광 및 현상 공정이 완료된 포토레지스트(130)가 형성된 웨이퍼(110)가 안착되는 스테이지(120)와, 상기 웨이퍼(110)의 상측에 구성되어 상기 포토레지스트(130)로부터 린스액을 제거하는 린스액 흡수 수단(150)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 린스액 흡수 수단(150)은 고(高)흡수성 수지로 이루어져 있다.

한편, 상기 스테이지(120)상에 안착되는 웨이퍼(110)는 진공척에 의해 고정되고, 상기 스테이지(120)는 고정되어 있다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3의 린스액 제거 장치를 이용한 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 스테이지(120)의 상측에 노광 처리된 포토레지스트(130)가 형성된 웨이퍼(110)를 얹어 놓고, 상기 웨이퍼(110)를 진공으로 흡착한 다음, 상기 노광된 포토레지스트(130)를 포함한 웨이퍼(110)의 전면에 현상액을 분사한다.

즉, 상기 웨이퍼(110)의 상면에 포토레지스트(130)를 코팅하고, 노광을 실시한 다음, 현상 장치쪽으로 이동하여 현상액으로 현상작업을 하면 노광된 부분이 현상이 되면서 노광되지 않은 부분과 구분이 이루어지면서 상기 포토레지스트(130)가 패터닝된다.

이어, 상기 현상액을 제거하기 위해 상기 패터닝된 포토레지스트(130)의 전 면에 디아이 워터(DI water) 등의 린스액(140)을 공급한다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 린스액(140)에 의해 현상액을 제거하고, 상기 린스액(140)을 제거하기 위해 상기 포토레지스트(130)의 상부에 고흡수성 수지로 이루어진 린스액 흡수 수단(150)을 위치시킨 후 상기 린스액(140)으로 사용된 DI water를 화살표 방향과 같이 흡수시켜 제거한다.

여기서, 상기 린스액 흡수 수단(150)으로 사용되는 고흡수성 수지는 상업용으로 널리 알려져 있으므로 얇은 섬유나 종이 상태로 된 고흡수성 수지를 웨이퍼(110) 위에 덮어 DI water를 흡수시킨 후 상기 DI water를 흡수한 린스액 흡수 수단(150)만 제거하여 종래의 모세관현상에 의한 패턴 무너짐 현상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 린스액(140)으로 사용된 DI water를 완전히 제거시키기 위해 종래에는 웨이퍼(110)를 고속으로 회전시켜야 했지만, 본 발명은 고흡수성 수지로 이루어진 린스액 흡수 수단(150)은 흡수성 능력이 뛰어나므로 린스액(140)의 완전한 제거하기 위해 고속으로 회전시켜야 할 필요가 없다.

한편, 상기 고흡수성 수지는 어떠한 압력이나 힘에 의해 물을 흡수하는 것이 아니라 그 자체로 자신의 무게의 약 1000배까지 DI water를 흡수할 수가 있고, 또한 외부의 압력이나 힘에 의해 흡수한 DI water를 다시 방출하지 않으므로 웨이퍼(110)위의 DI water를 회전하지 않고 제거할 수 있다.

도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 린스액 흡수 수단(150)에 의해 린스액(140)이 흡수되어 상기 린스액 흡수 수단(150)은 부피 팽창이 이루어지고, 이후 상기 린 스액 흡수 수단(150)을 제거한다.

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

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴의 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 고정된 스테이지에 웨이퍼를 안착하여 린스액 흡수 수단을 통해 린스액을 흡수하여 제거함으로써 고속 회전시 발생하는 포토레지스트 패턴의 무너짐(collapse)을 방지할 수 있다.

둘째, 포토레지스트 패턴의 무너짐을 방지함으로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims

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웨이퍼상에 포토레지스트를 도포하고 선택적으로 노광하는 단계;

상기 웨이퍼의 전면에 현상액을 분사하여 상기 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 웨이퍼의 전면에 린스액을 공급하여 상기 현상액을 제거하는 단계;

상기 노광 및 현상된 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 스테이지 위에 고정하는 단계;

상기 웨이퍼의 전면에 린스액 흡수수단을 위치시키어 상기 린스액을 흡수하 여 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 형성방법.
제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 스테이지 위에 진공으로 흡착하여 고정하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 형성방법.
제 4 항에 있어서, 상기 린스액 흡수수단은 고흡수성 수지를 이용하여 상기 린스액을 흡수하여 제거하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 형성방법.