KR19980078341A - Photoresist pattern formation method - Google Patents
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Abstract
포토레지스트 패턴 형성 방법을 개시한다. 본 발명은 반도체 기판 상에 노광된 포토레지스트막을 형성하고, 그 상에 현상액을 공급하여 현상 반응을 진행함으로써 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이후에 반도체 기판 상에 현상액을 분사시켜 포토레지스트 패턴 사이에 잔존하는 포토레지스트 잔류물들을 제거한다. 연이어서 초순수를 사용하여 반도체 기판을 세정하고 건조한다. 이와 같이 하여 포토레지스트막을 현상하는 도중에 발생하는 결함들을 제거할 수 있어 반도체 소자의 패턴 불량을 개선할 수 있다.A photoresist pattern forming method is disclosed. The present invention forms a photoresist pattern by forming an exposed photoresist film on a semiconductor substrate, and supplying a developing solution thereon to proceed with a developing reaction. Thereafter, a developer is sprayed onto the semiconductor substrate to remove photoresist residues remaining between the photoresist patterns. Subsequently, ultrapure water is used to clean and dry the semiconductor substrate. In this way, defects occurring during the development of the photoresist film can be removed, thereby improving the pattern defect of the semiconductor device.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의한 포토레지스트 패턴(photoresist pattern) 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a photoresist pattern by a photolithography process.
포토리소그래피(photolithography) 공정은, 크게 반도체 기판 상에 포토레지스트(photoresist)막을 형성하는 공정과 상기 포토레지스트막의 소정의 영역에 빛을 조사시키는 노광(exposure) 공정 및 상기 노광된 포토레지스트막을 현상(development)하는 공정의 순으로 이루어진다. 이와 같이 하여 포토레지스트 패턴이 형성된다.The photolithography process includes a process of forming a photoresist film on a semiconductor substrate, an exposure process of irradiating light to a predetermined region of the photoresist film, and developing the exposed photoresist film. ) Process. In this way, a photoresist pattern is formed.
종래의 포토레지스트 패턴 형성 방법은 먼저, 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 도포한다. 상기 포토레지스트막의 소정 영역에 빛을 조사하여 노광시킨다. 이후, 상기 노광된 포토레지스트막 상에 현상액을 분사한다. 이때, 상기 현상액은 상기 포토레지스트막의 노광된 영역을 용해시킨다. 이와 같이 상기 포토레지스트막의 노광된 영역이 제거되어 포토레지스트 패턴이 형성된다. 이때, 포토레지스트 잔류물이 포토레지스트 패턴 사이에 잔존할 수 있다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 초순수를 공급하고 반도체 기판을 회전시킴으로써 상기 현상액을 제거한다. 다음에, 상기 초순수의 공급을 차단시키고 상기 현상액이 제거된 결과물을 계속하여 회전시킴으로써 잔존하는 초순수를 제거한다. 이때, 상기 포토레지스트의 잔류물의 일부는 포토레지스트 패턴 사이에 계속 잔존할 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정시 패턴 불량이 유발된다.In the conventional method of forming a photoresist pattern, first, a photoresist film is applied onto a semiconductor substrate. Light is exposed to a predetermined area of the photoresist film by exposure. Thereafter, a developer is sprayed onto the exposed photoresist film. At this time, the developer dissolves the exposed area of the photoresist film. As such, the exposed region of the photoresist film is removed to form a photoresist pattern. At this time, photoresist residues may remain between the photoresist patterns. Subsequently, the developer is removed by supplying ultrapure water on the resultant formed photoresist pattern and rotating the semiconductor substrate. Next, the supply of the ultrapure water is interrupted and the remaining ultrapure water is removed by continuously rotating the resultant from which the developer is removed. At this time, some of the residue of the photoresist may continue to remain between the photoresist pattern. Accordingly, pattern defects are caused during an etching process using the photoresist pattern as an etching mask.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토레지스트 잔류물 등과 같은 결함들을 효과적으로 제거할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of forming a photoresist pattern that can effectively remove defects such as photoresist residues.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoresist pattern of the present invention.
상기 기술적 과제를 이루기 위해서 본 발명은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성하고 상기 포토레지스트막을 노광시킨다. 이후에 상기 노광된 포토레지스트막 상에 현상액을 공급하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때, 상기 현상액은 상기 포토레지스막의 노광된 영역을 화학 반응으로 용해시켜 제거한다. 상기 현상액으로 염기 용액(alkaline solution) 및 초순수가 혼합된 용액을 이용한다. 이때, 상기 염기 용액(alkaline solution)으로 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide)를 이용한다. 연후에, 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 상기 현상액을 공급하여 제1차 세정한다. 이때, 상기 현상액을 노즐을 이용해서 회전되는 상기 반도체 기판 상에 분사한다. 즉, 상기 현상액을 대략 1초 내지 10초 동안 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 공급한다. 연이어 상기 제1차 세정된 결과물 상을 초순수를 사용하여 제2차 세정한다. 이후에 상기 제2차 세정된 결과물, 즉 반도체 기판을 건조시킨다.In order to achieve the above technical problem, the present invention forms a photoresist film on a semiconductor substrate and exposes the photoresist film. Thereafter, a developer is supplied onto the exposed photoresist film to form a photoresist pattern. At this time, the developer is removed by dissolving the exposed region of the photoresist film by chemical reaction. As the developer, a solution in which an alkaline solution and ultrapure water are mixed is used. In this case, Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide (TMAH) is used as the alkaline solution. After the cleaning, the developer is first washed by supplying the developer onto the resultant on which the photoresist pattern is formed. At this time, the developer is sprayed onto the semiconductor substrate rotated using a nozzle. That is, the developer is supplied onto the resultant formed with the photoresist pattern for about 1 to 10 seconds. The first washed resultant phase is subsequently washed with ultrapure water. Thereafter, the second cleaned result, that is, the semiconductor substrate is dried.
이와 같은 방법에 의해서 포토레지스트 패턴 형성 도중에 발생되는 포토레지스트 잔류물 등과 같은 결함들을 효과적으로 제거할 수 있다.By this method, defects such as photoresist residues and the like generated during photoresist pattern formation can be effectively removed.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating an exemplary embodiment of the present invention.
도 1은 반도체 기판(100) 상에 하부 물질막(200)과 노광된 포토레지스트막(300)이 순차적으로 형성된 것을 나타낸다.1 illustrates that the lower material layer 200 and the exposed photoresist layer 300 are sequentially formed on the semiconductor substrate 100.
먼저, 반도체 기판(100) 상에 하부 물질막(200), 예컨대 도전막 또는 절연막을 형성한다. 다음에, 상기 하부 물질막(200) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막은 광원에 노출되면 그 분자 구조가 변하는 물질로 형성된다. 포토레지스트막은 노광된 영역(310)이 또는 노광되지 않은 영역(320)이 제거되느냐에 따라 포지티브(positive)형 또는 네거티브(negative)형으로 구분된다. 본 실시예에서는 포지티브형 포토레지스트막을 예로 들어 본 발명을 설명한다. 예컨대, 상기 포토레지스트막은 감응제(sensitizer)를 포함하는 노볼락 레진(novolac resine) 계열의 고분자로 형성된다. 이때 상기 감응제로는 디아조나프타퀴논(diazonaphthaquinone)을 이용한다. 다음에, 상기 포토레지스트막의 소정의 영역을 노광한다. 예컨대, 레티클(recticle)을 통과한 자외선을 이용하여 노광한다. 상기 포토레지스트막이 노광되면 노광 반응된 영역(310)과 노광 반응되지 않은 영역(320)이 설정된다. 본 실시예에서 노광 반응된 영역(310)은 이후의 현상 반응에 의해 제거되는 영역이다. 이와 같이 반도체 기판(100) 상에 노광된 포토레지스트막(300)을 형성한다.First, a lower material layer 200, for example, a conductive layer or an insulating layer, is formed on the semiconductor substrate 100. Next, a photoresist film is formed on the lower material film 200. The photoresist film is formed of a material whose molecular structure changes when exposed to a light source. The photoresist film is classified into a positive type or a negative type depending on whether the exposed region 310 or the unexposed region 320 is removed. In the present embodiment, the present invention will be described taking a positive photoresist film as an example. For example, the photoresist film is formed of a novolac resine-based polymer including a sensitizer. In this case, as the sensitizer, diazonaphthaquinone is used. Next, a predetermined area of the photoresist film is exposed. For example, the light is exposed using ultraviolet light that has passed through a reticle. When the photoresist film is exposed, the exposed area 310 and the unexposed area 320 are set. In the present exemplary embodiment, the exposed region 310 is a region removed by a subsequent development reaction. In this way, the photoresist film 300 exposed on the semiconductor substrate 100 is formed.
도 2는 노광된 포토레지스트막(300) 상에 현상액(400)이 공급되는 것을 나타낸다.2 shows that the developer 400 is supplied onto the exposed photoresist film 300.
반도체 기판(100) 상의 노광된 포토레지스트막(300) 상에 현상액(400)을 공급하는 방법은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다. 예컨대, 현상액(400)이 담긴 액조(bath)안에 반도체 기판(100)을 담근 상태로 흔들어주는 방법(immersion 방법)이나 일정량의 현상액(400)을 정지된 반도체 기판(100) 상에 떨어뜨려 상기 노광된 포토레지스트막(300) 상에 공급하는 퍼들(puddle) 방법 또는 정지하거나 회전하는 반도체 기판(100) 상에 현상액(400)을 분사하는 스프레이(spray) 방법 등을 이용하여 현상액(400)을 상기 노광된 포토레지스트막(300) 상에 공급한다.The method of supplying the developer 400 onto the exposed photoresist film 300 on the semiconductor substrate 100 may be performed in various ways. For example, a method of shaking the semiconductor substrate 100 in a state in which a developer 400 is immersed (immersion method) or dropping a predetermined amount of the developer 400 onto the stationary semiconductor substrate 100 to expose the exposure. The developer 400 may be formed by using a puddle method for supplying the photoresist film 300, or a spray method for spraying the developer 400 on the stationary or rotating semiconductor substrate 100. It supplies on the exposed photoresist film 300.
본 실시예에서 바람직하게는 상기 스프레이(spray) 방법을 이용하여 노광된 포토레지스트막(300) 상에 현상액(400)을 공급한다. 예컨대, 정지된 반도체 기판(100) 상에 노즐을 이용하여 현상액(400)을 분사한다. 이후에, 상기 반도체 기판(100)을 회전시켜 상기 분사된 현상액(400)이 상기 반도체 기판(100) 상의 노광된 포토레지스트막(300) 상을 충분히 뒤덮도록 한다. 이때, 상기 반도체 기판(100)는 정지한 상태, 즉 0rmp 내지 대략 100rpm의 회전 속도 범위 내에서 회전되는 것이 바람직하다. 연후에, 상기 현상액(400)과 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)이 현상 반응하도록 상기 반도체 기판(100)을 정지시킨다.In the present embodiment, the developer 400 is preferably supplied onto the exposed photoresist film 300 using the spray method. For example, the developer 400 is sprayed onto the stationary semiconductor substrate 100 using a nozzle. Thereafter, the semiconductor substrate 100 is rotated to sufficiently cover the exposed photoresist layer 300 on the semiconductor substrate 100. At this time, it is preferable that the semiconductor substrate 100 is rotated within a stationary state, that is, within a rotation speed range of about 0 rpm to about 100 rpm. After the opening, the semiconductor substrate 100 is stopped such that the developer 400 and the exposed region 310 of the photoresist film 300 are developed and reacted.
도 3은 현상액(400)에 의해 포토레지스트 패턴(320)이 형성되는 것을 나타낸다.3 illustrates that the photoresist pattern 320 is formed by the developer 400.
상기 정지된 반도체 기판(100) 상에 공급된 현상액(400)에 의해 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)이 용해되어 제거된다. 이때, 상기 현상액(400)으로 염기 용액(alkaline solution) 및 초순수의 혼합 용액을 이용한다. 예컨대 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide)와 초순수를 포함하는 용액을 이용한다. 이러한 현상액(400)의 TMAH는 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)과 화학 반응을 일으켜 수용성의 반응 생성물을 생성한다. 상기 생성된 반응 생성물은 현상액(400)으로 용해된다. 이에 따라 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)이 점차 용해되어 제거된다. 이에 따라 노광되지 않은 영역(320)으로 구성되는 포토레지스트 패턴(320)이 형성된다. 이와 같은 현상 반응의 진행 시간은 현상 조건에 따라 변화되지만, 본 실시예에서는 대략 60초 정도의 시간 동안 진행하는 것이 바람직하다.The exposed region 310 of the photoresist film 300 is dissolved and removed by the developer 400 supplied on the stopped semiconductor substrate 100. In this case, a mixed solution of an alkaline solution and ultrapure water is used as the developer 400. For example, a solution containing Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide (TMAH) and ultrapure water is used. The TMAH of the developer 400 reacts chemically with the exposed region 310 of the photoresist film 300 to generate a water-soluble reaction product. The resulting reaction product is dissolved into the developer 400. Accordingly, the exposed region 310 of the photoresist film 300 is gradually dissolved and removed. As a result, the photoresist pattern 320 including the unexposed regions 320 is formed. Although the progress time of such a development reaction changes with development conditions, it is preferable to progress for about 60 second in this embodiment.
상기 화학 반응이 진행됨에 따라 상기 TMAH가 소모되어 즉, OH 반응기가 소모되어 상기 현상액의 pH는 중성에 가까워진다. 즉, 상기 현상액의 반응성이 점차 감소하게 된다. 즉, 상기 현상액은 점차 포화 상태로 되어 간다. 이에 따라 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)을 제거하는 화학 반응의 원하지 않는 부반응이 발생할 수 있다. 따라서 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)으로부터 떨어져나온 잔재들이, 상기 반응성이 저하된 현상액에 용해되지 않고 포토레지스트 패턴(320) 사이에 침적될 수 있다. 즉, 포토레지스트 잔류물(500)이 형성된다. 이렇게 형성된 포토레지스트 잔류물(500)은 결국 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)에 기원된 것이다. 따라서 종래와 같은 초순수에 의한 세정으로 씻겨 제거되는 것이 용이하지 않다.As the chemical reaction proceeds, the TMAH is consumed, that is, the OH reactor is consumed, so that the pH of the developer approaches neutral. That is, the reactivity of the developer gradually decreases. That is, the developer gradually becomes saturated. Accordingly, an unwanted side reaction of a chemical reaction that removes the exposed region 310 of the photoresist film 300 may occur. Therefore, the residues that are separated from the exposed region 310 of the photoresist film 300 may be deposited between the photoresist patterns 320 without being dissolved in the reduced developer. That is, photoresist residue 500 is formed. The photoresist residue 500 thus formed originates in the exposed region 310 of the photoresist film 300. Therefore, it is not easy to be washed off by washing with conventional ultrapure water.
도 4는 반도체 기판(100) 상에 현상액(410)을 공급하여 제1차 세정하는 단계를 설명하기 위해서 도시한 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a first cleaning process by supplying a developing solution 410 onto the semiconductor substrate 100.
상기 현상 반응에 의해 포토레지스트 패턴(320)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 현상액(410)을 재차 공급한다. 상기 현상액(410)으로 염기 용액 및 초순수가 혼합된 용액을 이용한다. 상기 염기 용액으로는 TMAH를 이용한다. 즉, 상기 현상 반응에서 사용되는 현상액(400)과 동일한 현상액(410)을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 현상액(410)을 공급함으로써 현상 반응을 유도하기 보다는 상기 반도체 기판(100)을 제1차 세정한다. 예컨대, 노즐을 이용하여 현상액(410)을 계속하여 회전하는 반도체 기판(100) 상에 분사한다. 이때, 상기 현상액(410)은 대략 1초 내지 10초 정도의 짧은 시간 동안 분사한다. 대략 5초 정도 분사하는 것이 바람직하다. 이와 같은 짧은 시간 동안 상기 현상액(410)을 분사시키는 이유는 상기 포토레지스트 패턴(320)의 프로파일(profile)이 변화하거나, 재 현상 반응이 일어나 상기 포토레지스트 패턴(320)의 선폭이 변화되는 것을 방지하기 위해서이다.The developing solution 410 is again supplied to the semiconductor substrate 100 on which the photoresist pattern 320 is formed by the developing reaction. As the developer 410, a solution in which a base solution and ultrapure water are mixed is used. TMAH is used as the base solution. That is, it is preferable to use the same developer 410 as the developer 400 used in the development reaction. By supplying the developer 410, the semiconductor substrate 100 is first cleaned, rather than inducing a development reaction. For example, the developer 410 is sprayed onto the rotating semiconductor substrate 100 using a nozzle. At this time, the developer 410 is sprayed for a short time of about 1 second to about 10 seconds. It is preferable to spray about 5 seconds. The reason why the developer 410 is sprayed for such a short time is to prevent the profile of the photoresist pattern 320 from changing or a re-developing reaction to prevent the line width of the photoresist pattern 320 from changing. To do that.
이와 같이 분사되는 현상액(410)은 이전의 현상 반응된 현상액(400)을 상기 반도체 기판에서 제거한다. 동시에, 상기 포토레지스트 잔류물(500)도 상기 현상액(410)이 분사되는 압력과 상기 반도체 기판(100)이 회전되는 원심력에 의해 제거된다. 분사되는 현상액(410)은 상기 현상 반응에 사용되어 반응기가 소모된 현상액(400)에 비해 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)과 높은 반응성을 유지하고 있다. 또한 상기 포토레지스트 잔류물(500)은 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(310)으로부터 기원된 것이어서 상기 현상액(410)과 반응하여 용이하게 제거된다. 따라서, 상기 분사되는 현상액(410)은 기존의 초순수를 사용하여 세정하는 방법에 비해 상기 포토레지스트 잔류물(500)을 효과적으로 제거할 수 있다.The developer 410 sprayed as described above removes the previously developed developer 400 from the semiconductor substrate. At the same time, the photoresist residue 500 is also removed by the pressure at which the developer 410 is injected and the centrifugal force at which the semiconductor substrate 100 is rotated. The developer 410 is sprayed to maintain a high reactivity with the exposed region 310 of the photoresist film 300 compared to the developer 400 consumed in the development reaction. In addition, the photoresist residue 500 originates from the exposed region 310 of the photoresist film 300 and is easily removed by reaction with the developer 410. Therefore, the injected developer 410 may remove the photoresist residue 500 more effectively than the conventional method of cleaning using ultrapure water.
도 5는 반도체 기판(100)을 제2차 세정하는 단계를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view for describing a second cleaning process of the semiconductor substrate 100.
반도체 기판(100) 상에 초순수를 분사하여 제2차 세정한다. 예컨대, 상기 제1차 세정 단계에 연이어서 회전하는 반도체 기판(100) 상에 초순수를 노즐로 분사한다. 즉, 상기 제1차 세정단계에서의 현상액(410)을 분사하는 것을 중단함과 동시에 초순수를 계속하여 회전하는 반도체 기판(100) 상에 분사한다. 상기 분사되는 초순수는, 상기 제1차 세정 단계에서 사용되어 반도체 기판(100) 상에 잔존하는 현상액(410)을 제거한다. 이후에 상기 초순수의 분사를 멈추고 상기 반도체 기판(100)을 계속하여 회전시키는 방법으로 상기 세정된 반도체 기판(100)을 건조시킨다.Secondary cleaning is performed by spraying ultrapure water on the semiconductor substrate 100. For example, ultrapure water is sprayed onto the semiconductor substrate 100 that is rotated after the first cleaning step with a nozzle. That is, the spraying of the developer 410 in the first cleaning step is stopped and the ultrapure water is continuously sprayed on the semiconductor substrate 100. The injected ultrapure water is used in the first cleaning step to remove the developer 410 remaining on the semiconductor substrate 100. Thereafter, the spraying of the ultrapure water is stopped and the cleaned semiconductor substrate 100 is dried by a method of continuously rotating the semiconductor substrate 100.
상술한 방법에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴(320)은 상기 포토레지스트 잔류물(500)이 제거되어 그 결함의 수가 줄어든다. 예컨대, 현상 공정 이후에 결함 검사(defect check)에서 종래에 비해 발생하는 결함의 수가 대략 1/10 정도 감소하는 결과를 보인다. 따라서 이후에 상기 포토레지스트 패턴(320)을 마스크로 사용하는 식각 공정에서의 패턴 불량의 발생을 방지할 수 있다.The photoresist pattern 320 formed by the above-described method removes the photoresist residue 500 and reduces the number of defects thereof. For example, after the developing process, the number of defects generated in the defect check is about 1/10 less than in the conventional case. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a pattern defect in the etching process using the photoresist pattern 320 as a mask later.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체의 포토레지스트 패턴 형성 방법은 현상액에 의해 포토레지스트막의 소정의 영역이 용해되어 제거된 후 현상액을 재차 분사하여 제1차 세정함으로써 포토레지스트 잔류물과 같은 결함들을 효과적으로 제거할 수 있다. 이후에 초순수를 분사하여 제2차 세정함으로써 결함들의 잔존을 더 방지할 수 있다. 따라서 이후에 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 식각 공정에서의 반도체 소자의 패턴 불량을 방지할 수 있다.As described above, in the method of forming a photoresist pattern of a semiconductor according to the present invention, after a predetermined region of a photoresist film is dissolved and removed by a developer, defects such as photoresist residues are first removed by spraying the developer again. Can be removed effectively. Subsequently, the second cleaning by spraying the ultrapure water can further prevent the residuals of the defects. Therefore, the pattern defect of the semiconductor device in the etching process using the photoresist pattern as a mask can be prevented later.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |