KR19990050476A - 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 세척용액을 감광막 패턴에 분사하여 감광막의 강도를 증대시키므로써 세척용액의 표면장력에 의한 감광막 패턴의 훼손을 방지하는 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치에 관한 것으로 종래에는 세척용액에 의한 감광막 패턴과 패턴사이의 표면장력에 의한 패턴훼손을 방지하기 위하여 세척용액 중 표면장력이 작은 종류를 사용하거나 세척용액의 온도를 높여 표면장력을 저하시키는 방법이 사용되었으나 세척용액 선정에 한계가 있고 세척용액의 온도를 올릴 때 온도에 의한 효과가 비교적 작아 표면장력에 의한 웨이퍼의 패턴손상을 방지할 수 없는 문제점이 있었던바 본 발명은 세척작업시 웨이퍼상에 고온의 세척용액을 분사하여 감광막에 함유된 용제가 추출되도록 세척 및 베이크를 실시하므로써 감광막의 강도를 높여 감광막 패턴의 쓰러짐에 의한 패턴 훼손을 미연에 방지할 수 있으며 이에따라 세척용액을 건조할 때에 상온의 세척용액을 사용하는 것이 가능하여 용액과 기판 표면과의 반응에 대한 활성화를 저하시키므로써 물반점의 생성을 차단하여 웨어퍼 표면의 손상을 방지하여 미세하고 종횡비가 큰 패턴을 형성할 수 있도록 하는 잇점이 있는 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치이다.

Description

반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치

본 발명은 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고온의 세척용액을 감광막 패턴에 분사하여 감광막의 강도를 증대시키므로써 세척용액의 표면장력에 의한 감광막 패턴의 훼손을 방지하는 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 도 1에서 도시된 바와같이 웨이퍼(1)상에 형성되는 감광막 패턴(3)은 그 크기가 작아지거나 또는 도포막 두께(a)와 감광막 패턴폭(b)과의 종횡비(Aspect rate)가 커지면 감광 후에 세척용액(5)에 의한 표면장력에 영향을 받게된다. 이러한 표면장력은 감광막 패턴과 패턴 사이에 작용하여 감광막 패턴을 외측으로 밀어내므로써 일측방향으로 기울어지게 한다.

상기와 같은 종래 반도체 소자의 패턴형성과정은 다음과 같다.

먼저 웨이퍼 표면에 부착된 수산기(OH-)를 제거하기 위한 고온 베이크(Bake)단계와, 감광막을 도포하기 위한 HMDS(Hexa Methyl Di Silazane)와 같은 접착 촉진제(Adhesion promoter)를 증착하는 단계와, 감광막의 온도에따라 감광막의 두께가 변하므로 웨이퍼 표면온도를 안정시키기 위하여 웨이퍼를 냉각하는 단계와, 용액상태의 감광막을 회전방식으로 도포하는 단계와, 감광막의 용제를 증발시켜 고형성분화하는 저온 베이크단계와, 상기 웨이퍼를 냉각하는 단계와, 원하는 패턴을 형성하기 위하여 노광장치로 패턴을 노광하는 단계와, 감광작용합성재(Photo active compound)과 같이 현상(Development)에 영향을 주는 인자를 활성화하기 위한 포스트 엑소스 베이크(Post exoose bake)단계와, 상기 웨이퍼를 냉각하는 단계와, 노광유무에 따른 선택적인 현상작업을 수행하는 단계와, 현상용액을 제거하기 위한 세척(Rinse)단계와, 감광막에 존재하는 용제성분을 제거하기 위하여 고온에서 베이크하여 패턴을 형성하는 하드 베이크 단계로 이루어진다.

이때 상기 현상용액을 제거하는 세척단계에서 사용되는 세척액은 순수를 사용하거나 순수에 t-부틸알콜(t-butyl alcohol)이 1:1로 혼합된 세척액 등을 사용한다.

상기와 같은 웨이퍼의 패턴형성과정에서 종래에는 상기 세척용액에 의한 감광막 패턴과 패턴사이의 표면장력을 최소화하기 위하여 세척용액 중 표면장력이 작은 종류를 사용하거나 세척용액의 온도를 높여 표면장력을 저하시키는 방법이 사용되었으나 세척용액 선정에 한계가 있고 세척용액의 온도를 올릴 때 온도에 의한 효과가 비교적 작아 표면장력에 의한 웨이퍼의 패턴손상을 방지할 수 없는 문제점이 있다.

또한 고온의 세척용액으로 웨이퍼를 건조할 때 용액과 기판 표면과의 반응이 활성화되어 물반점을 생성하므로써 웨이퍼의 표면이 손상되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 웨이퍼의 패턴형성과정에서 현상용액을 씻어내기 위한 세척작업시 웨이퍼상에 고온의 세척용액을 분사하여 감광막에 함유된 용제가 추출되도록 세척 및 베이크를 실시하므로써 감광막의 강도를 높여 감광막 패턴의 쓰러짐에 의한 패턴 훼손을 미연에 방지할 수 있으며 이에따라 세척용액을 건조할 때에 상온의 세척용액을 사용하는 것이 가능하여 용액과 기판 표면과의 반응에 대한 활성화를 저하시키므로써 물반점의 생성을 차단하여 웨어퍼 표면의 손상을 방지하는 반도체 소자의 패턴형성방법 및 장치를 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 목적을 달성하고자, 감광막의 온도에 따라 감광막의 두께가 변하므로 웨이퍼 표면온도를 안정시키기 위하여 웨이퍼를 냉각하는 단계와, 용액상태의 감광막을 회전방식으로 도포하는 단계와, 감광막의 용제를 증발시켜 고형성분화하는 저온 베이크단계와, 원하는 패턴을 형성하기 위하여 노광장치로 패턴을 노광하는 단계와, 감광작용합성재와 같이 현상에 영향을 주는 인자를 활성화하기 위한 포스트 엑소스 베이크단계와, 노광유무에 따른 선택적인 현상작업을 수행하는 단계와, 현상용액을 제거하기 위하여 고온의 세척용액을 상기 웨이퍼상에 공급하여 감광막을 경화시키며 웨이퍼를 세척하는 단계와, 상온의 세척용액으로 상기 웨이퍼를 건조하는 단계와, 상기 감광막에 존재하는 용제성분을 제거하기 위하여 고온에서 베이크하여 패턴이 형성되는 하드 베이크 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 감광막 패턴에서 세척용액의 표면장력을 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명의 분사기를 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명의 플레이트 회전척을 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 웨이퍼, 3 : 감광막 패턴,

5, 111 : 세척용액, 101 : 분사기,

103 : 회전척, 105 : 분사노즐,

107 : 유입관, 109, 115 : 열선,

113 : 플레이트 회전척, 117 : 플레이트,

119 : 지지봉.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 고온 세척용액을 공급하는 장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 웨이퍼 건조장치를 도시한 구성도이다.

웨이퍼상에 감광막 패턴을 형성하는 과정은 먼저, 웨이퍼상에 감광막을 코팅하기전에 웨이퍼 표면에 부착된 수산기를 제거하기 위한 고온 베이크단계가 실시된다.

이러한 고온 베이크 단계후에는 웨이퍼에 감광막을 흡착하기 위하여 HMDS와 같은 접착 촉진제를 증착하는 단계가 실시되고 감광막 코팅시 온도에따라 감광막의 두께가 변하므로 웨이퍼의 표면 온도를 안정시키기 위한 냉각단계를 거친다.

상기와 같이 처리된 웨이퍼상에 감광막을 회전방식으로 도포하는 단계가 실시된다.

이러한 감광막의 내부에 함유된 용제를 증발시켜 고형성분으로 변형하기 위하여 저온에서 베이크하는 소프트 베이크 단계와, 이러한 웨이퍼를 냉각하는 냉각단계가 순차적으로 실시된다.

이어서 상기 웨이퍼상에 원하는 감광막 패턴을 형성하기 위하여 노광장치로 패턴을 노광하는 단계가 실시된다.

이렇게 노광된 웨이퍼는 감광작용합성재와 같이 현상에 영향을 주는 인자를 활성화하기 위한 포스트 엑소스 베이크단계가 수행된 후 다시 냉각 단계를 거쳐 노광유무에 따라 선택적으로 현상하는 현상단계가 순차적으로 실시된다.

이러한 웨이퍼의 표면에는 현상작업시 사용되는 현상용액이 잔류하므로 이를 씻어내기 위한 세척단계가 수행된다.

이때 상기 세척단계에서 웨이퍼의 표면에 고온의 세척용액으로 감광막을 경화시키므로써 감광막 패턴이 강화되며 베이크되도록 한다.

이러한 패턴경화작업 후에는 세척용액을 상온으로 유지하면서 웨이퍼를 건조하는 건조단계가 수행된다.

상기 웨이퍼의 표면에 고온의 세척용액을 공급하여 감광막을 경화시키는 동시에 세척용액을 상온상태로 유지하여 웨이퍼를 건조하는 장치는 도 2에서 도시된 바와같이 상부면에 웨이퍼(1)를 안착하여 일정한 속도로 회전하는 회전척(103)을 형성하고 이와 대응되는 상단에 위치하도록 분사노즐(105)을 일측단에 형성하고 타측단에는 세척용액(111)이 공급되는 유입관(107)으로 이루어진 분사기(101)로 구성된다.

이때 상기 분사기(101)의 유입관(107) 외주연에는 열선(109)이 권취되어 전원의 공급에 따라 열을 방출하여 유입관(107) 내부를 흐르는 세척용액(111)의 온도를 상승시킨다.

따라서 상기 분사기(101)의 유입관(107) 외주연에 형성된 열선(109)에 의하여 온도가 상승된 세척용액(111)을 분사노즐(105)을 통하여 회전척(103)에 안착된 웨이퍼(1) 상부면에 분사하므로써 웨이퍼(1)의 표면에 형성된 패턴을 경화한다.

이렇게 패턴을 경화한 후 상온으로 유지된 세척용액(111)을 상기 웨이퍼 표면에 분사하므로써 웨이퍼(1)의 건조작업이 수행된다.

이때 상기 회전척(103)을 일정한 속도로 회전하여 웨이퍼(1)에 세척용액(111)이 균일하게 분사되도록 한다.

또한 상기 웨이퍼의 표면에 고온의 세척용액을 공급하여 감광막을 경화하고 상온의 세척용액을 공급하여 웨이퍼를 건조하는 다른 장치는 도 3에 도시된 바와같이 내측에 열선(115)이 배선되며 표면에는 세척용액(111)이 담긴 플레이트(117)를 형성하고 상기 플레이트(117)의 저부에 연결되어 일정한 속도로 플레이트(117)를 회전시키는 지지봉(119)을 형성하는 플레이트 회전척(113)으로 구성된다.

상기 플레이트(117)의 상부면에 웨이퍼(1)를 안착한 상태에서 상기 열선(115)에 의하여 플레이트(117) 내에 저장된 세척용액(111)이 가열되어 고온을 유지하고 이러한 상태에서 웨이퍼(1)의 표면에 형성된 감광막이 경화된다.

또한 상기 경화작업이 수행된 후 상기 플레이트(117)내의 세척용액(111)을 상온으로 유지하며 웨이퍼(1)를 건조하는 작업이 이어서 수행된다.

이때 상기 세척용액(111)이 담긴 플레이트(117)를 일정한 속도로 회전시켜 웨이퍼(1)에 고르게 세척용액(111)이 작용하도록 한다.

상기 건조단계후에는 감광막에 존재하는 용제성분을 제거하기 위하여 고온에서 베이크하여 패턴이 형성되는 하드 베이크 단계를 수행하므로써 웨이퍼의 감광막 패턴을 형성하는 공정이 완료된다.

상기에서 상술된 바와 같이, 본 발명은 세척작업시 웨이퍼상에 고온의 세척용액을 분사하여 감광막에 함유된 용제가 추출되도록 세척 및 베이크를 실시하므로써 감광막의 강도를 높여 감광막 패턴의 쓰러짐에 의한 패턴 훼손을 미연에 방지할 수 있으며 이에따라 세척용액을 건조할 때에 상온의 세척용액을 사용하는 것이 가능하여 용액과 기판 표면과의 반응에 대한 활성화를 저하시키므로써 물반점의 생성을 차단하여 웨어퍼 표면의 손상을 방지하여 미세하고 종횡비가 큰 패턴을 형성할 수 있도록하는 잇점이 있다.

Claims (4)

1. 감광막의 온도에 따라 감광막의 두께가 변하므로 웨이퍼 표면온도를 안정시키기 위하여 웨이퍼를 냉각하는 단계와;

   용액상태의 감광막을 회전방식으로 도포하는 단계와;

   감광막의 용제를 증발시켜 고형성분화하는 저온 베이크단계와;

   원하는 패턴을 형성하기 위하여 노광장치로 패턴을 노광하는 단계와;

   감광작용합성재와 같이 현상에 영향을 주는 인자를 활성화하기 위한 포스트 엑소스 베이크단계와;

   노광유무에 따른 선택적인 현상작업을 수행하는 단계와;

   현상용액을 제거하기 위하여 고온의 세척용액을 상기 웨이퍼상에 공급하여 감광막을 경화시키며 웨이퍼를 세척하는 단계와;

   상온의 세척용액으로 상기 웨이퍼를 건조하는 단계와;

   상기 감광막에 존재하는 용제성분을 제거하기 위하여 고온에서 베이크하여 패턴이 형성되는 하드 베이크 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴형성방법.
2. 웨이퍼와;

   상부면에 상기 웨이퍼를 안착하여 일정한 속도로 회전하는 회전척과;

   상기 웨이퍼와 상호 대응되는 분사노즐을 일측단에 형성하고 타측단에는 세척용액이 공급되는 유입관으로 이루어진 분사기로 구성되어 웨이퍼에 분사되는 세척용액의 온도를 각 단계에 적절한 고온 및 저온상태로 조절하여 웨이퍼를 경화 및 건조하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴형성장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 유입관은 외주연에 열선이 권취되어 세척용액을 고온 및 상온으로 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴형성장치.
4. 웨이퍼와;

   내측에 열선이 배선되고 상부면에 세척용액이 담긴 상태에서 상기 웨이퍼가 안착되는 플레이트와;

   상기 플레이트의 저부에 형성되어 일정한 속도로 회전시키는 지지봉으로 이루어진 플레이트 회전척으로 구성되어 세척용액의 온도를 각 단계에 적절한 고온 및 상온상태로 조절하여 웨이퍼를 경화 및 건조하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴형성장치.