KR101150526B1 - 동적 현상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 50nm급 이하 이머젼 공정에서 사용되는 동적 방식의 현상 공정에 관한 것으로 기존의 정적 현상 방식과 비교하여 대기 시간(puddle time)을 생략(skip)함으로써 공정 시간을 약 30% 정도 감소시킬 수 있으며, 이머젼 공정에 적용하기 위해 쓰러짐 마진을 기존의 정적 방식과 동등 수준으로 확장함으로써 정적 방식과 유사한 CD 균일성(uniformity)을 갖는다.

이머젼, 현상(development), collapse, 린스, 동적(dynamic), 정적(static)

Description

동적 현상 방법{Dynamic developing method}

본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 정적(static) 현상 방식과 비교하여 대기 시간(puddle time)을 생략(skip)함으로써 공정 시간을 약 30% 정도 감소시킬 수 있으며, 이머젼(immersion) 공정에 적용하기 위해 쓰러짐 마진을 기존의 정적 방식과 동등 수준으로 확장함으로써 정적 방식과 유사한 CD 균일성(uniformity)을 갖는 e동적 현상 방법에 관한 것이다.

포토 리소그라피(photolithography) 공정은 크게 반도체 기판 상부에 포토레지스트(photoresist) 막을 도포하고, 패턴이 정의된 노광 마스크를 통하여 빛을 조사하는 노광(exposure) 공정 및 빛이 조사된 포토레지스트막의 특정 영역을 제거하여 패턴을 형성하는 현상(development) 공정의 순서로 이루어진다.

특히, 현상 공정은 노광 공정에서 빛이 조사된 포토레지스트막의 특정 영역을 현상액으로 화학 반응시켜 제거하는 공정이다. 즉, 빛이 조사된 포토레지스트막과 현상액이 화학 반응하여 반응 생성물을 형성하고, 그 반응 생성물은 현상액에 용해되어 제거된다.

그리고, 현상 공정은 현상액이 담긴 배스(Bath) 내부에 웨이퍼를 투입하여 설정된 시간 동안 대기한 후 방출시키는 이머젼(Immersion) 방식, 일정량의 현상액으로 정지된 웨이퍼 전면을 적시고(Wetting) 일정 반응 대기 시간 후에 현상액을 세정하는 퍼들(Puddle) 방식, 웨이퍼를 회전시키며 그 상부에 현상액을 분사하는 스프레이(Spray)방식 등이 있다.

이머젼 방식의 현상 공정에서 트랙(track)의 현상 방식을 스테틱(static) 방식에서 동적(dynamic) 방식으로 변화시켜 결함에 유리한 현상 방식을 개발하였으나, 기존 현상 방식에서 사용되는 스테틱 방식에 비해 다이나믹 방식은 회전계의 영향으로 쓰러짐 마진(collapse margin)에 취약한 특성을 보인다. 기존 현상 방식은 현상액을 도포하는 과정에서 웨이퍼의 회전이 없이 정지상태로 현상을 진행한 후, 점차적인 회전을 주어 순수(DI water)로 린스(rinse) 공정을 진행한다. 이러한 회전에 의해 쓰러짐 마진 및 CD 균일성(uniformity) 측면에서 어느 정도 취약성을 보인다. 그러므로 50nm 이하 급 소자에서 구현되는 어머젼 공정에서 많은 결함을 유발하며 유발된 결함은 공정 진행 및 소자 전체에 큰 손실을 가져오는 문제점이 있다.

본 발명은 공정 시간을 감소시키고, 이머젼 공정에 적용하기 위해 쓰러짐 마진을 기존의 정적 방식과 동등 수준으로 확장하고, 정적 방식과 유사한 CD 균일성(uniformity)을 갖는 동적 현상 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 동적 현상 방법은

노광 공정에서 노광된 포토레지스트를 현상액과의 반응을 이용하여 현상하는 현상 공정;

상기 현상 공정에서 발생한 잔재물을 순수(DI water)를 이용하여 웨이퍼를 세척하는 린스 공정; 및

웨이퍼에 남아있는 수분을 제거하는 건조 공정을 포함하고,

상기 현상 공정, 상기 린스 공정 및 상기 건조 공정은 웨이퍼가 회전하는 회전계에서 수행하고,

상기 현상 공정에서 상기 현상액을 계속 공급하여 건조 구간이 발생하지 않고, 상기 린스 공정에서 상기 순수를 계속 공급하여 건조 구간이 발생하지 않고,

또한, 상기 현상액은 테트라메틸암모늄히드록사이드 (TMAH) 수용액을 포함하고,

상기 노광 공정은 이머젼(immersion) 공정을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 정적 현상 방식과 비교하여 대기 시간(puddle time)을 생략(skip)함으로써 공정 시간을 약 30% 정도 감소시킬 수 있으며, 이머젼 공정에 적용하기 위해 쓰러짐 마진을 기존의 정적 방식과 동등 수준으로 확장함으로써 정적 방식과 유사한 CD 균일성(uniformity)을 갖는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명은 50nm급 이하 소자에서 적용되고 있는 이머젼(immersion) 공정 기술에 관한 것으로, 현재 사용하는 현상 방식에서 50nm급 이하 패턴 상에서 쓰러짐 현상(collapse)에 대한 취약점에 의한 결함 제거에 효과적인 현상 공정을 진행하기 위해 기존 현상 방식과 동등 수준의 쓰러짐 마진(collapse margin)을 확보할 수 있는 기술을 개시한다. 즉, 본 발명은 쓰러짐 마진이 커져 미리 적시기(pre wet) 방식에 따른 쓰러짐 DICD보다 약 3nm 더 작은 쓰러짐 DICD를 달성할 수 있다.

기존의 정적(static) 현상 방식은 웨이퍼의 회전 없이 정지된 상태에서 현상액을 도포하는 방식으로 포토레지스트(photoresist)와 현상액의 반응으로 남은 잔여물의 재 침착에 취약한 특성이 나타나 마이크로 브리지(micro bridge) 형태의 결 함이 발생한다.

한편, 동적(dynamic) 현상 방식은 처음부터 현상액을 도포하는 과정과 건조 과정까지 모든 구간에서 웨이퍼는 회전하게 된다. 그러므로 포토레지스트와 반응하고 남은 잔여물의 제거에 효과적인 측면이 있고, 기존의 정적 방식보다 전체적으로 공정(process) 시간이 단축된다. 그러나 동적 현상 방식은 기존의 방식에 비해 회전계를 이용한다는 측면에서 패턴 쓰러짐(collapse)에 취약한 특성이 있다.

따라서, 본 발명은 동적 현상 방식에 있어서 쓰러짐 마진을 기존의 정적 현상 방식과 동일 수준으로 유지하기 위해 미리 적시기(pre wet) 공정을 진행하는 방식에서 미리 적시기 공정을 적용하지 않고 주(main) 현상액의 도포에서 건조 공정 이전까지의 구간에서 절대적으로 현상액의 건조 및 린스의 건조가 발생하지 않도록 전체적인 방법을 구성한다.

여기서, 동적 방식의 현상 공정에서 미리 적시기 공정은 현상액이 웨이퍼의 전면에 골고루 퍼지게 하는 것을 목적으로 주(main) 현상 공정의 전 단계에서 실시한다. 그러나 이러한 미리 적시기 공정은 동적 현상 공정에서 초기에 소량의 현상액을 도포하고 웨이퍼가 계속 회전하기 때문에 주 현상 공정이 진행되기 전에 웨이퍼 상의 현상액은 건조되기 때문에 표면 장력이 발생하여 모세관 이론에 따라 쓰러짐에 취약한 상태가 된다.

현재 일반적으로 사용하는 현상 공정은 미리 적시기(pre wet) 공정, 현상 공정, 린스 공정, 회전 건조(spin dry) 공정을 순차적으로 수행한다.

여기서, 현상 공정은 테트라메틸암모늄히드록사이드 (TMAH) 수용액에서 60 초간 수행하고, 린스 공정은 순수(DI water)를 사용하여 10초간 수행하고, 회전 건조 공정은 웨이퍼를 회전하면서 40초간 수행한다.

한편, 도 1은 미리 적시기(pre wet) 공정을 나타낸 개념도로써, 미리 적시기 공정은 (i)동적 노즐을 사용하여 웨이퍼 센터에서 에지로 이동하며 현상액을 공급(dispense)하고, (ii) 동적 노즐이 웨이퍼 외주로 이동한 후 (iii) 현상액 공급을 종료하고, (iv) 동적 노즐은 웨이퍼 외부에서 현상액을 다시 공급하면서 (v)웨이퍼 센터로 이동한다. 이때, 웨이퍼는 현상액 미공급시간이 발생하여 패턴 쓰러짐(pattern collapse)에 가장 큰 영향을 준다.

따라서, 본 발명에 따른 현상 공정은 미리 적시기 공정을 생략(skip)하여 동적 현상 공정을 적용하더라도 정적 현상 공정과 동등 수준의 쓰러짐 마진(collapse margin)을 확보할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 기존 정적 현상 방식 및 본 발명에 따른 동적 현상 방식에서 각각 에너지 정도에 따른 쓰러짐을 검출하여 점(dot)으로 나타낸 검사(inspection) 웨이퍼 맵(map)이다. 여기서, 도 2b에 개시된 본 발명에 따른 동작 현상 방식에서의 검사 웨이퍼 맵은 린스 회전 속도(RPM)를 200~400으로 설정하고, 건조 저속 회전(dry low RPM)을 적용하여 쓰러짐이 발생하기 전 가장 작은 DICD를 구현한 것이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 쓰러짐이 발생하기 전 가장 작은 DICD가 기존 정적 현상 방식 및 본 발명에 따른 동적 현상 방식에서 각각 48.9nm 및 49.4nm로 유사한 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 50nm급 이하 이머젼 공정에서 사용되는 동적 방식의 현상 공정에 관한 것으로 기존의 정적 현상 방식과 비교하여 대기 시간(puddle time)을 생략(skip)함으로써 공정 시간을 약 30% 정도 감소시킬 수 있으며, 이머젼 공정에 적용하기 위해 쓰러짐 마진을 기존의 정적 방식과 동등 수준으로 확장함으로써 그 장점을 이용한 개선된 공정을 진행하여 정적 방식과 유사한 CD 균일성(uniformity)을 갖는다.

또한, 본 발명은 이머젼 공정에 적용하여 이머젼 관련 결함을 기존의 정적 방식과 비교하여 약 100~300 개 정도 감소시키는 효과를 나타내며, 이머젼 결함 제거에 효과적인 방식이다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 미리 적시기 공정을 나타낸 개념도이다.

도 2a 및 도 2b는 기존 정적 현상 방식 및 본 발명에 따른 동적 현상 방식에서 각각 에너지 정도에 따른 쓰러짐을 검출하여 점(dot)으로 나타낸 검사(inspection) 웨이퍼 맵(map)이다.

Claims (3)

1. 노광 공정에서 노광된 포토레지스트를 현상액과의 반응을 이용하여 현상하는 현상 공정;

   상기 현상 공정에서 발생한 잔재물을 순수(DI water)를 이용하여 웨이퍼를 세척하는 린스 공정; 및

   웨이퍼에 남아있는 수분을 제거하는 건조 공정을 포함하되,

   상기 현상 공정, 상기 린스 공정 및 상기 건조 공정은 웨이퍼가 회전하는 회전계에서 수행하고,

   상기 현상 공정에서 상기 현상액을 계속 공급하여 건조 구간이 발생하지 않고, 상기 린스 공정에서 상기 순수를 계속 공급하여 건조 구간이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 동적 현상 방법.
2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 현상액은 테트라메틸암모늄히드록사이드 (TMAH) 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 현상 방법.
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 노광 공정은 이머젼(immersion) 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 동적 현상 방법.

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