KR19990014327A - 레지스트 현상 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 얻기 위해 웨이퍼 상의 현상액을 퍼들링(puddling)시키는 공정과, 퍼들링된 상태에서 선정된 경사각으로 기울어진 웨이퍼를 홀딩하는 공정과, 정지 및 저속 회전을 여러번 번갈아 반복하는 공정을 포함하는 현상 방법(developing process)을 제공한다. 이는 단순히 장치를 조정하여, 선택적으로 중심 패턴폭을 좁히거나 또는 이와는 달리 웨이퍼 중심부의 웨이퍼 패턴폭을 넓힐 수 있으므로써, 웨이퍼의 패턴 균일성을 증가시키고 성능을 향상시키는 역할을 한다.

Description

레지스트 현상 방법

본 발명은 포토레지스트(이하 레지스트라고 함) 현상 방법(photoresist developing process)에 관한 것으로, 더 상세히는 반도체 제조 공정에서 퍼들링 방법(puddling method)를 제공함으로써 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 현상 방법에 관한 것이다.

현재 반도체 제조 공정에서, 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하는 공정은 예를 들어 도 8에 도시된 장치를 사용하여 수행한다. 도 8에서, 11은 웨이퍼, 12는 흡입(absorption)에 의해 웨이퍼를 지지하기 위한 척(chuck), 13은 척의 샤프트, 14는 척의 샤프트를 회전시키기 위한 모터, 15는 지지대, 및 16는 장치의 접속부를 나타낸다. 도 8에 도시된 장치에 대해서는, 특히 (도 2의) 통상 기술로서 마이크로필름에 담긴 일본국 실용 신안 등록 제 61-135016호(1986)(실용 신안 공개 공보 JP-U-A-63-43427(1988))를 참조한다.

우선, 레지스트를 웨이퍼 상에 피복한 다음 노광 장치(exposing apparatus)에 의해 노광 처리시킨다. 이 웨이퍼(11)를 웨이퍼 척(12) 상에 지지시킨 다음, 현상시에 어떤 결함도 야기시키지 않고 웨이퍼 표면 상에 현상된 패턴의 치수(dimension)를 균일하게 하는 목적으로, 최적의 회전수로 회전시키고, 스프레잉법(spraying method) 등을 이용하여 현상액을 적하(drop)한다. 적하 후, 웨이퍼 상에 쌓여진 현상액을 선정된 시간 예를 들어, 대략 60초 동안 유지함으로써, 실수 없이 현상 공정이 진행될 수 있도록, 웨이퍼 상에 대략 2 mm의 액체 두께(liquid thickness)로 싸여진 현상액의 패들 상태(paddle state)를 형성한다. 그 다음, 고속 회전에 의해 현상액이 웨이퍼로 부터 튀겨 나오면 웨이퍼를 순수한 물로 세정한 다음 이 웨이퍼를 회전시키면서 건조시킨다.

부동의 직선 회전축을 갖는 회전 척(rotary chuck)에 대한 대안으로, JP-U-A-63-43427호에서는 현상액을 분산시키기 위해 회전축을 경사지게 스윙시켜 척을 저속으로 회전시켜 현상 처리를 진행하는 방법이 제안되어 있다.

패턴을 최소화하거나 또는 웨이퍼 크기를 확대하는데 비례하여, 반도체 제조시 공정 마진이 점점 제한되고 있다. 상기 현상 공정은 예외 없이 다음의 문제를 갖는다.

즉, 현상한 후에 형성된 레지스트 패턴의 폭을 웨이퍼 전체면에 걸쳐 균일하게 만드는 것이 바람직하나, 단순히 기존의 수단 또는 기기를 이용하는 것 만으로는 웨이퍼의 크기를 확대하거나 패턴을 최소화시키는 요건을 충족시키는 것은 어렵다.

이러한 이유로, 현상액의 적하 조건과 회전수(회전 속도)를 포함하는 최적의 조합(optimum combination)을 시행착오를 거쳐 다양한 파라미터를 변경함으로써 평가하게 됨으로써, 새로운 만족스러운 조건을 설정하기 위해서는 많은 시간이 요구되었다.

현상 공정과 마찬가지로, 다음 공정인 건식 에칭 공정에서도 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 패턴 에칭을 위해서는 많은 현상 시간이 요구되는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 웨이퍼의 면내(on-surface) 패턴의 균일성이 단순히 장치의 조정에 의해서 부분적으로 변경될 수 있다면, 치수의 견지에서 레지스트의 면내 균일성을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 평가 개발을 위해 소요되는 시간을 단축시키는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기 문제점들을 인식하고 그에 대한 연구 결과에 기초하여 달성되었다.

본 발명의 목적은 간단한 장치 조정(기계적 조정)에 의해서 선택적으로 웨이퍼 중심부의 패턴폭을 좁게 만들 수 있고(즉, 넓혀지는 것을 방지하고), 또는 이와는 달리 특정 조건하에서 웨이퍼 중심부의 패턴폭을 넓게 만들 수 있으므로써, 면내 균일성을 상승시킬 수 있고 성능을 향상시키도록 작용시킬 수 있는 레지스트 현상 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본원의 평가 개발에 필요한 시간을 단축시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 레지스트 현상 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전체적인 기술에서 더욱 분명해질 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 반도체용 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하는 신규의 레지스트 현상 방법을 제공한다. 상기 방법은 웨이퍼의 표면 상에 현상액을 퍼들링(puddling)(casting up)시키는 공정과, 현상액이 퍼들링되는 동안 선정된 각도로 경사진 웨이퍼를 홀딩하는 공정과, 정지(stoppage) 및 저속 회전(slow rotation)을 수차례 번갈아 반복하는 공정을 포함한다.

웨이퍼의 중심부에서의 패턴폭은 이러한 공정이 적용되지 않는 경우에 비해 좁아질 수 있다. 즉, 다른 경우라면 웨이퍼의 중심부의 패턴폭은 웨이퍼의 주변부보다 넓어질 수 있다. 그리하여, 전체 웨이퍼 면에 걸친 폭에서의 증가된 패턴 균일성을 달성할 수 있다.

경사각은 웨이퍼 상에 현상액이 엎질러지지 않도록 하는 각으로 설정된다. 상기 저속 회전 공정은 현상액을 웨이퍼 상에 퍼들링된 상태로 유지되게 하는 속도로 실행된다.

현상액이 경사진 웨이퍼의 최하단부(lowest end portion)쪽으로 흘러 이 곳에서 퍼들링되기에 충분한 시간 동안 회전 정지 공정을 수행하여, 웨이퍼의 다른 단부에서는 얇은 두께의 현상액이 제공되도록 한다 .

전체 웨이퍼에 걸쳐 균일한 패턴 폭을 얻을 때까지 정지 및 저속 회전 공정이 번갈아 반복된다.

대안으로, 주변부에 비해 웨이퍼 중심부에서 현상 속도를 증가시키기 위해서는 정지 및 저속 회전 공정을 충분한 시간 동안 번갈아 반복한다.

도 1은 본 발명의 예를 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명의 예를 설명하기 위한 단면 및 평면도.

도 3은 본 발명의 예에서 웨이퍼 척의 구성을 도시하는 평면도.

도 4는 정상 상태에서 종래의 현상 처리로 구한 패턴의 치수 측정 결과를 도시하는 그래프.

도 5는 본 발명의 예에 따른 패턴의 치수 측정 결과를 도시하는 그래프.

도 6은 에칭후 패턴 치수의 면내 경향(on-surface tendancy)(면내 특성)을 도시하는 그래프.

도 7은 레지스트 패턴의 치수의 면내 경향(특성)을 도시하는 그래프.

도 8은 종래의 레지스트 현상 장치를 도시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 웨이퍼

12: 척

13: 샤프트

14: 회전 모터

15: 지지대

16: 장치 접속부

17: 고도-조정 스크류

이하 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(11)는 정상적으로는 장치의 세팅-업시 수평 방향으로 설정된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 상태로 부터 퍼들링된 액체가 유출되지 않을 정도의 각도로 웨이퍼를 기울임으로써 웨이퍼 중심부의 현상 속도를 선택적으로 증가시킨 다음, 퍼들링된 용액내에서 현상한다. 통상 고도-조정 스크류(17)는 일반적으로 웨이퍼를 수형 방향으로 조정하는 데 사용되고, 웨이퍼를 기울이는 것을 용이하게 한다.

웨이퍼를 기울인 효과는 다음과 같다: 상기에서 언급한 바와 같이, 퍼들링 현상 공정에서, 현상액은 대략 2 mm의 액체 두께를 갖도록 웨이퍼 상에서 퍼들링되고, 60초 간격으로 예를 들어, 9초간 정지 및 1초간 60 °의 저속 회전을 6번 반복한다. 이 시간 동안, 현상액은 웨이퍼가 기울어지지 않는다면 흐르지 않을 것이다.

그러나, 웨이퍼가 기울어지면, 현상액은 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 흐른다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 현상액은 9초 동안의 정지 동안 (흑색 서클로 표시된) 최하단부에서 퍼들링(축적)될 것이다.

다음의 1초간 60°저속 회전이 있을때 최하단이 이동하고, 도 2c에 도시된 바와 같이 현상액은 상측으로 부터 신규의 최하단부(흰색 원으로 표시됨)쪽으로 흐른 다음, 다음의 9초 동안의 정지 동안 도 2a에 도시된 바와 같이 안정(stable) 상태로 복귀된다. 여기서, 도 2a 및 2c는 단면도이고, 도 2b 및 2d는 평면도이다.

상기 과정을 6번 반복한 결과, 주변부에 비해중심부에서의 현상 속도는 매 회전 마다 발생하는 현상액의 확산때문에 증가된다.

주변부에서, 액체 두께는 때로는 감소되고 현상 속도는 비교적 낮아진다.

결과적으로, 현상 속도를 증가시켜, (마스크되지 않은 영역의) 패턴 치수를 중심부에서 선택적으로 얇게 하는 것이 가능해진다.

〈예〉

상술한 실시예를 좀더 상세히 설명하기 위해, 본 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명할 것이다. 도 1은 본 발명의 예시적인 현상 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 현상 처리가 수행될 웨이퍼(11) 표면을 정(positive)의 레지스트 막으로 피복한 다음, 스테퍼(stepper) 등의 환원 노광 장치(reduction exposure apparatus)를 사용하여 노광 처리시킨다. 본 발명에 사용된 현상 장치를 조정하는 데 있어, 척(12)을 의도적으로 기울일 수 있다. 통상, 레벨링(levelling)을 위해 사용된 고도-조정 스크류(height-adjusting screw)를 이용함으로써 현존하는 장비를 용이하게 조정할 수 있게 된다.

미소한 각도에 대응하는 경사각은 퍼들링 상태 형성 후, 웨이퍼(11)로 부터 현상액이 유출되지 않도록 하나, 통상 단면부의 각도를 측정하기란 어렵다. 그리하여, 예를 들면, 척(12) 상에 레벨링 기구(level instrument)(도면에 도시 안됨)를 위치시킴으로써, 레벨링 기구에서 발견된 기포(bubble)의 이동 거리로 부터 경사각을 검출할 수 있다. 그러나, 척(12) 상부에 레벨링 기구를 위치시킴으로써 경사각을 조사하는 방법은 척(12) 표면에 오염을 야기시켜 결과적으로, 웨이퍼(11)의 뒷면이 오염됨으로써 일상 점검 등의 과정에서의 빈번한 체킹은 무효로 된다.

이제, 도 3a에 도시된 바와 같이, 레벨링 기구(18)를 척(12)에 매립함으로써, 상기 문제를 명확히 해결한다. 이렇게 개조된 척(12) 상에 웨이퍼(11)를 배치하며, 퍼들링 방법을 사용하는 현상 처리를 수행한다. 도 3b는 척(12) 내에 매립된 레벨링 기구(18)를 도시하는 확대 단편도이다.

현상액의 적하 방법 및 현상액 적하시의 웨이퍼 회전수(속도)는 현상시에 결함을 발생시키지 않고 웨이퍼 표면 상의 패턴의 치수를 균일하게 하도록 최적화된다. 그러나, 이 평가 개발을 위해서는 전술한 바와 같이 많은 시간이 요구되었다.

따라서, 웨이퍼 치수 확대시 또는 평가 개발 공정에서 현행의 수단을 적용한 결과, 패턴의 치수가 도 4에 도시된 바와 같이 표면의 중심부에서만 넓어지는 경향이 있는 경우에, 본 발명의 현상 방법을 제공하는 것이 효율적이다.

도 4는 실제로 8인치 웨이퍼와 샤워형 현상 노즐(shower-type developing nozzle)(도 8에 도시된 통상의 현상 장치를 사용하는 비교예)을 사용함으로써 처리한 현상 결과를 도시한다. 면내 패턴 치수의 가변 범위는 0.02㎛이다. 도 4에서, 횡좌표는 웨이퍼 위치, 종좌표는 레지스트 치수를 나타낸다.

이와는 대조적으로, 본 발명이 적용된 실시예의 결과는 도 5에 도시된 바와 같이 대략 0.01㎛의 가변 범위로 매우 우수한 균일성을 나타낸다.

에칭과 조합한 경우에도 상기와 동일한 공정이 적용될 수 있다. 알루미늄을 예를 들어, 전자 사이클로트론 공명식(ECR) 에칭 장치를 사용하여 에칭한 경우, 몇몇 경우에서는 에칭 속도는 웨이퍼의 주변부에서 높아지고, 에칭 후의 치수(최종 비에칭된 폭)는 주변부에서 작아진다.

이 경우에서, 웨이퍼 중심부 상의 패턴 치수는 본 발명의 현상 공정을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 과정에서 좁게 설정되어, 에칭 후 표면상의 치수를 균일하게 달성하는 것이 가능해질 것이다.

본 발명의 가치있는 효과를 다음과 같이 요약한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 레지스트 현상 공정은 웨이퍼를 기울이고 저속 회전 및 정지를 수차례 반복하는 공정을 포함하며, 웨이퍼 표면의 중심부에서 패턴 치수를 선택적으로 얇게 줄이는 것이 가능해지는 효과가 있다. 본 발명이 적용되는 구체적인 예에서, 치수의 가변 범위는 종래의 1/2에 대응하는 0.01㎛로 감소되었다.

이는 웨이퍼의 경사 뿐 아니라 저속 회전 및 정지의 반복 수행이, 웨이퍼의 중심부에 위치된 현상액의 확산을 선택적으로 증진시키기 때문이다.

따라서, 면내 패턴의 치수를 균일하게 달성하기 위한 방법이 제공되었다. 또한, 현상액의 적하 방법 및 회전수와 관련하여, 종래에는 평가 개발에 많은 시간이 소요되었다 하더라도, 본 발명에서는 이들 평가 개발에 요구되는 시간을 현저하게 단축시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 범주를 벗어나지 않고 여기 개시된 첨부된 청구항의 범주내에서 본원의 수정이 가능해질 수 있다.

Claims (9)

1. 반도체 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 현상 방법에 있어서,

   웨이퍼 표면 상에 현상액을 퍼들링(puddling) 시키는 공정; 및

   상기 퍼들링된 상태에서 선정된 경사각으로 기울여진 상기 웨이퍼를 홀딩하여, 정지 및 저속의 회전을 수회 번갈아 반복하는 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 경사각을 시각적 관찰에 의해 판정할 수 있도록 일정한 경사각으로만 기울어져서 유지되는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼를 레벨링하기 위한 고도-조정 수단(height-adjusting means)에 의해 상기 웨이퍼를 홀딩하기 위한 척(chuck)을 기울임으로써 경사지는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 경사각은 상기 현상액이 상기 웨이퍼 상에서 엎질러지지 않도록 하는 각도로 설정된 것을 특징으로 하는 현상 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 저속 회전 공정은 상기 현상액이 상기 웨이퍼 상에서 퍼들링된 상태로 유지될 수 있게 하는 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 정지 공정은 상기 현상액을 상기 기울어진 웨이퍼의 상기 최하단부쪽으로 흘러보내 퍼들링시키기에 충분한 시간 동안 수행되어, 상기 웨이퍼의 다른 단부에도 얇은 두께의 현상액을 제공하는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 정지 및 저속 회전 공정은 상기 웨이퍼 전면에 걸쳐 패턴폭이 균일하게 달성될 때까지 번갈아 반복되는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 정지 및 저속 회전 공정은 상기 웨이퍼 주변부에 비해 상기 웨이퍼의 중심부에서의 현상 속도를 증가시키기 위해 충분한 회수만큼 번갈아 반복하는 것을 특징으로 하는 형상 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 경사각은 상기 척의 중심에 매립된 레벨링 기구(level instrument)에 의해 판정되는 것을 특징으로 하는 현상 방법.