KR20010064971A - 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

포토레지스트 패턴을 형성할 때 생성되는 스컴을 제거하기 위한 반도체 장치에서의 패턴 형성 방법이 개시되어 있다. 패턴을 형성하기 위한 피가공막을 반도체 기판상에 형성하고, 상기 피가공막상에는 반사 방지막을 형성한다. 상기 반사 방지막상에 포토레지스트막을 형성한 후, 노광 및 현상을 수행하여 상기 포토레지스트막을 포토레지스트 패턴으로 형성한다. 이어서 자외선 처리를 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성할 때 생성된 스컴을 제거한다. 그리고 상기 반사 방지막 및 피가공막을 순차적으로 에칭한다. 따라서 후속되는 공정의 수행시 상기 스컴으로 인한 파티클의 발생이 최소화된다.

Description

반도체 공정에서의 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING PATTERN IN SEMICONDUCTOR PROCESSING}

본 발명은 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선(ultra violet) 처리를 수행하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치의 집적도, 신뢰성 및 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되어 왔다. 이러한 반도체 장치의 집적도의 향상을 위한 주요한 기술로서 미세 가공 기술의 향상은 중요한 위치를 점유하고 있다.

최근 들어 반도체 장치의 고집적화는 더욱 가속화되고 있다. 이러한 반도체 장치 중에서 디램(DRAM) 소자를 예로 들면 16 메가비트 디램(16 Mbit DRAM) 및 64 메가비트 디램(64 Mbit DRAM)의 양산이 이루어져 왔고, 최근에는 256 메가 비트 디램의 양산화가 진행되고 있으며, 이에 더하여 기가비트 디램(Giga bit DRAM)으로 고집적화에 대한 양산연구가 진행되고 있다.

이에 따라 반도체 장치의 제조에 이용되는 미세 가공 기술에 대한 요구도 점점 엄격해지고 있다. 특히, 레지스트 프로세스 기술은 반도체 장치의 제조를 발전시켰을 뿐 아니라 이는 기반 기술이어서, 이에 사용되는 포토레지스트에 대한 요구 수준도 매년 높아지고 있다. 일반적인 포토레지스트를 사용하는 포토리소그라피(photolithography) 기술에 의한 패턴의 형성방법은 다음과 같다.

먼저, 절연막 또는 전도성막등 패턴을 형성하고자 하는 막이 형성된 기판상에 자외선이나 X선과 같은 광을 조사하면 알칼리성 용액에 대해 용해도 변화가 일어나게 되는 유기층인 포토레지스트막을 형성한다. 그리고 상기 포토레지스트막의 상부에 소정 부분만을 선택적으로 노광할 수 있도록 패터닝된 마스크 패턴을 개재하여 상기 포토레지스트막에 선택적으로 빛을 조사한 다음, 현상하여 용해도가 큰 부분(포지티브형 포토레지스트의 경우, 노광된 부분)은 제거하고 용해도가 작은 부분은 남겨 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트가 제거된 부분의 기판은 에칭에 의해 패턴을 형성하고 이후 남은 포토레지스트를 제거하여 각종 배선, 전극 등에 필요한 패턴을 형성하도록 한다.

도 1a 내지 1c는 종래의 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막(절연막 또는 전도성막)(12)을 형성한다. 그리고 피가공막(12)상에 포토레지스트 조성물(노광된 부분이 제거되는 포지티브형)을 사용하여 포토레지스트막(14)을 형성한다.

도 1b를 참조하면, 포토레지스트막(14)의 상부에 소정 부분만을 선택적으로 노광할 수 있도록 패터닝된 마스크 패턴(도시되지 않음)을 개재하여 포토레지스트막(14)에 자외선 또는 X선 등과 같은 광(16)을 선택적으로 조사한다.

여기서 광(16)의 조사시 포토레지스트막(14)과 피가공막(12)과의 굴절률의 차이로 인한 난반사를 방지하기 위하여 피가공막(12)상에 반사 방지막(도시되지 않음)을 형성하기도 한다.

도 1c를 참조하면, 광(16)이 조사된 부분의 포토레지스트막(14)을 제거하여 포토레지스트 패턴(14a)을 형성한다. 이어서 상기 포토레지스트 패턴(14a)을 에칭 마스크로 사용하여 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 피가공막(12)을 에칭한다. 그리고 상기 에칭이 수행된 피가공막(12)의 상부에 남아 있는 포토레지스트 패턴(14a)을 완전히 제거하여 상기 피가공막을 각종 배선, 전극 등에 필요한 패턴으로 형성한다.

그러나 상기 포토레지스트 패턴(14a)을 형성하기 위하여 상기 광이 조사된 부분의 포토레지스트막(14)을 제거할 때 상기 피가공막의 상부에는 후속공정의 수행시 파티클로 작용하는 스컴(scum)이 생성된다. 상기 스컴은 상기 광이 조사된 부분의 포토레지스트막을 제거할 때 상기 광이 조사된 부분의 포토레지스트막이 완전히 제거되지 않고 상기 피가공막의 상부에 남는 부산물이다. 그러나 상기 스컴은 상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 피가공막상에 파티클 등이 잔류하는 가를 검사하는 검사공정(ADI : after development inspection 또는 ACI : after cleaning inspection)에서는 발견되지 않고, 상기 피가공막을 패턴으로 형성한 후, 후속되는 공정에서 포도송이 형태의 파티클로 발견된다. 또한 상기 스컴이 미세한 상태로 상기 피가공막상에 남아 있어도 후속되는 공정이 수행됨에 따라 점차 그 형태 및 크기가 확대되어 파티클로 발견된다.

이에 따라 상기 광이 조사된 부분의 포토레지스트막을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 물, 또는 과산화수소, 불화수소 또는 황산 등이 희석된 물을 사용한 습식 세정을 수행하여 상기 스컴을 제거한다.

상기 스컴을 제거하기 위한 습식 세정의 예가 미합중국 특허 제4,873,177호(Tanaka et al)에 개시되어 있다. 또한, 습식 세정 방법이외에도, 포토레지스트 조성물을 개량하거나 포토레지스트에 사용되는 수지를 개량하여 스컴의 형성을 방지하는 방법이 제시되어 있다. 이외에도 마이크로파(micro wave)를 사용하여 상기 스컴의 형성을 방지하는 방법도 제시되어 있다.

그러나 상기 포토레지스트 조성물을 개량하거나 포토레지스트의 수지를 변경하는 것은 사용되는 포토레지스트의 특성에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 변환시켜야 하기 때문에 용이하지 않다. 또한, 마이크로 웨이브를 사용하는 방법은 전자파의 형성에 따른 주변기기의 영향을 고려하면 바람직한 방법이라 할 수는 없다.

그리고 상기 습식 세정을 수행하여도 상기 스컴은 완전히 제거되지 않고, 미세한 스컴은 상기 피가공막상에 남는다. 이와 같이 제거되지 않고 잔류하는 미세한 스컴은 후속되는 공정이 수행됨에 따라 그 형태 및 크기가 확대되어 파티클로 발견된다.

도 2는 종래의 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법으로 형성한 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(20)상에 콘택홀이 형성되어 있는 절연막(22)이 형성되어 있다. 그리고 상기 콘택홀을 포함하는 절연막(22)상에 금속막(24)이 형성되어 있다.

상기 콘택홀을 갖는 절연막은(22) 다음과 같이 형성한다. 먼저, 반도체 기판(20)상에 절연막(22)을 형성시킨 후, 절연막(22)상에 포토레지스트 조성물을사용하여 포토레지스트막(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고 상기 포토레지스트막을 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)으로 형성한 후, 스컴을 제거하기 위한 습식 세정을 수행한다. 이어서 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 절연막(22)을 에칭한다. 그리고 절연막(22)의 상부에 남아 있는 포토레지스트 패턴을 완전히 제거한다. 이에 따라 상기 콘택홀을 갖는 절연막(22)이 형성된다. 계속해서 상기 콘택홀을 갖는 절연막(22)상에 금속막(24)을 형성한다.

그러나 상기 콘택홀을 갖는 절연막(22)상에 금속막(24)을 형성할 때 도 2의 A에 의해 도시된 바와 같이 파티클이 콘택홀내에 생성될 가능성이 있다. 여기서 상기 파티클은 스컴에 의하여 생성되는 것으로 판단된다. 전술한 바와 같이, 습식 세정을 수행하여 상기 스컴을 제거하지만, 미세한 스컴을 완전히 제거하기는 매우 어렵다. 상기 미세한 스컴은 상기 절연막의 에칭 및 상기 금속막의 형성과 같은 후속되는 공정을 수행함에 따라 점차 그 형태 및 크기가 확대되어 파티클로 생성된다. 그리고 심할 경우에는 상기 스컴이 엄청난 크기로 확대되어 콘택홀이 완전하게 형성되지 않는, 즉 개구되지 않는(not open) 상황이 발생하기도 한다.

상기 스컴은 상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, ADI 또는 ACI등과 같은 검사공정에서는 발견되지 않고 상기 후속되는 공정을 수행함에 따라 그 형태 및 크기가 확대되어 파티클로 생성되기 때문에 그 제거가 용이하지 않다. 이러한 스컴은 습식 세정을 수행함으로써 어느 정도의 스컴은 제거할 수 있지만, 완전하지는 못하다. 잔류하는 미세한 스컴에 의해, 파티클이 생성되어 반도체 장치의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 포토레지스트 패턴을 형성할 때 생성되는 스컴을 보다 완전하게 제거하기 위한 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.

도 1a 내지 1c는 종래의 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 종래의 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법으로 형성한 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 3e의 자외선 처리를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 3e의 자외선 처리를 수행하는 챔버를 나타내는 구성도이다.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 7은 도 6f를 수행한 후, 습식 세정을 수행하는 스피너를 나타내는 구성도이다.

도 8은 도 7의 습식 세정을 수행한 후, 습기의 제거를 수행하는 스피너를 나타내는 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 20, 30, 60 : 반도체 기판

12, 32, 62 : 피가공막

14, 34, 64 : 포토레지스트막

14a, 34a, 64a : 포토레지스트 패턴

16, 36, 66 : 광

22 : 절연막

24 : 금속막

32a, 62a : 피가공막 패턴

38, 68 : 자외선

40 : 스컴

50 : 챔버

52 : 핫플레이트

54 : 자외선 램프

63 : 반사 방지막

70 : 스피너

72 : 노즐

W : 반도체 웨이퍼

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법은, 반도체 기판상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막을 형성하는 단계와, 상기 피가공막상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 피가공막을 자외선으로 처리하여 피가공막상에 존재하는 스컴을 제거하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 피가공막을 에칭하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 포토레지스트 패턴은 상기 피가공막상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막을 광원을 사용하여 선택적으로 노광한 후, 현상액을 사용하여 상기 노광된 포토레지스트막을 제거함으로써 형성한다.

상기 노광을 수행할 때 포토레지스트막과 피가공막의 굴절률의 차이로 인한 난반사를 방지하기 위하여 상기 피가공막상에 산질화 규소 또는 질화 규소를 사용하여 반사 방지막을 형성한 후, 상기 반사 방지막상에 포토레지스트막을 형성하기도 한다.

따라서 고해상도의 프로파일(profile)을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다.

상기 자외선 처리는 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프를 사용하는데, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 80 내지 150℃의 온도로 가열하면서 30 내지 90초간 수행하는 것이 바람직하다.

상기 자외선 처리를 수행한 후, 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 피가공막을 물, 또는 과산화수소, 불화수소 또는 황산이 희석된 물을 사용하여 습식 세정한다. 그리고 상기 습식 세정을 수행한 후, 습기를 제거하는 것이 바람직하다.

보다 구체적인 본 발명의 반도체 공정에서의 반도체 패턴 형성 방법은, 반도체 기판상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막을 형성하는 단계와, 상기 피가공막상에 반사 방지막을 형성하는 단계와, 상기 반사 방지막상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막을 광원을 사용하여 선택적으로 노광하는 단계와. 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 반사 방지막상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막을 자외선으로 처리하여 상기 반사 방지막상에 존재하는 스컴을 제거하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막을 습식 세정하는 단계와, 상기 습식 세정 후, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막상에 존재하는 습기를 제거하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 반사 방지막 및 피가공막을 순차적으로 에칭하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 습식 세정 및 습기의 제거는 인시튜(in-situ)로 수행하는데, 스피너를 사용하는 것이 바람직하다.

따라서 스컴이 완전히 제거된 포토레지스트 패턴을 형성함으로써, 후속되는 공정의 수행시 상기 스컴으로 인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3a를 참조하면, 반도체 기판(30)상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막(32)을 형성한다. 상기 피가공막(32)은 반도체 장치의 형성에 사용되는 절연막 또는 도전막이다. 절연막으로서는 예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막등을 들 수 있고, 도전막으로서는 예를 들면 폴리실리콘막과 같은 비금속막, 알루미늄막, 텅스텐막, 티타늄막등과 같은 금속막등을 들 수 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 피가공막(32)상에 포토레지스트 조성물을 사용하여 포토레지스트막(34)을 형성한다. 상기 포토레지스트 조성물을 스핀-코팅방식으로 피가공막(32)상에 도포하여 포토레지스트막(34)을 형성한다. 본 실시예에서는 상기 포토레지스트 조성물을 노광된 부분이 제거되는 포지티브형을 사용하고 있지만, 노광된 부분이 남아 있는 네거티브형을 사용하여 포토레지스트막을 형성할 수도 있다.

도 3c를 참조하면, 포토레지스트막(34)의 상부에 소정 부분만을 선택적으로 노광할 수 있도록 패터닝된 마스크 패턴(도시되지 않음)을 개재하여 포토레지스트막(34)에 광(36)을 선택적으로 조사한다.

도 3d를 참조하면, 광(36)이 조사된 포토레지스트막(34)을 현상액을 사용하여 현상하면, 도시한 바와 같이 광이 조사된 부분은 용해도가 증가되어 현상액에 의해 제거된다. 따라서, 노광되지 않은 부분만이 잔류하여 포토레지스트 패턴(34a)을 형성한다.

도 3e를 참조하면, 포토레지스트 패턴(34a)이 형성되어 있는 피가공막(32)을 자외선(38)으로 처리한다. 상기 자외선(38) 처리는 포토레지스트 패턴(34a)에 의하여 노출되는 피가공막(32)상에 존재하는 스컴을 제거하기 위하여 수행한다. 여기서 상기 스컴은 광이 조사된 부분의 포토레지스트막을 제거할 때 상기 광이 조사된 부분의 포토레지스트막이 완전히 제거되지 않고 상기 피가공막의 상부에 남는 부산물이다. 이러한 스컴은 ACI 또는 ADI 등과 같은 검사공정에서는 발견되지 않고, 후속 공정에서 파티클을 형성하여 반도체 장치의 불량을 유발한다. 따라서, 이러한 스컴은 자외선 처리를 수행하여 제거할 수 있다.

자외선 처리에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

자외선 처리 공정을 포함하는 반도체 공정은 미합중국 특허 제4,451,503호(Blum et al), 미합중국 특허 제 5,234,540호(Grant et al), 미합중국 특허 제5,709,754호(Morinville et al) 등에 개시되어 있다. 그렇지만, 이들 특허는 금속층을 형성하거나 또는 산화막의 에칭을 수행할 때 자외선 처리를 수행하는 방법에 대하여 개시하고 있고, 패턴의 형성에 대하여는 아무런 언급을 하지 않고 있다. 본 실시예에서 자외선 처리를 상기 특허 문헌등에 개시된 방법에 따라서 수행할 수도 있다.

도 4는 도 3e의 자외선 처리를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 3e의 자외선 처리를 수행하는 챔버를 나타내는 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 자외선을 포토레지스트 패턴(34a)이 형성되어 있는 피가공막(32)상에 조사함으로써 피가공막(32)과 스컴(40)의 결합력은 약화된다. 그러면, 스컴(40)은 피가공막(32)으로부터 이탈되어 제거된다.

도 5를 참조하면, 상기 자외선 처리는 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프(54)를 사용하여 30 내지 100초간 수행한다. 이때 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)는 챔버(50)내에 상기 반도체 웨이퍼(W)가 안착되는 핫플레이트(hot plate)(52)를 사용하여 80 내지 150℃의 온도로 가열한다.

계속해서, 도 3f를 참조하면, 포토레지스트 패턴(34a)을 에칭 마스크로 사용하여 포토레지지스트 패턴(34a)에 의해 노출된 피가공막(32)을 에칭한다. 그리고 상기 피가공막상에 남아 있는 상기 포토레지스트 패턴을 완전히 제거하여 상기 피가공막(32)을 패턴(32a)으로 형성한다.

상술한 바와 같이 자외선 처리를 수행하여 상기 피가공막의 상부에 남아 있는 스컴을 제거함으로써 후속되는 피가공막의 에칭공정 또는 금속층이 형성을 위한 공정의 수행시 상기 스컴으로 인한 파티클의 형성을 억제할 수 있다.

본 발명자들은 종래의 스컴 제거를 위한 처리를 하지 않은 패턴 형성 공정과, 종래의 습식 세정을 수행하여 스컴을 제거하는 패턴 형성 공정 및 상술한 바와 같은 자외선 처리 공정을 포함하는 패턴 형성 공정을 수행하여 반도체 장치의 비트라인 패턴을 형성하였다. 상기 비트라인 패턴을 형성하는 공정을 수행한 후, 스컴에 의하여 생성되는 제1 파티클 및 제2 파티클의 개수를 검사하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

구분	제1 파티클	제2 파티클
제1 공정	10.0	29.4
제2 공정	0.6	41.0
제3 공정	1.0	0.6

상기 표 1의 제1 공정은 포토레지스트 패턴을 비트라인 패턴을 형성하기 위한 전도성막상에 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 비트라인 패턴을 형성한 후, 질화실리콘막 및 층간절연막(borophospho silicate glass : BPSG)을 형성하는 공정을 나타낸다. 제2 공정은 상기 제1 공정에서 전도성막상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 습식 세정을 수행하는 공정을 나타낸다. 그리고 제3 공정은 상기 제1 공정에서 전도성막상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 전술한 자외선 처리를 수행하는 공정을 나타낸다.

그리고 상기 표 1의 제1 파티클은 큰 포도송이 형태로 발견되는 파티클이고, 제2 파티클은 작은 포도송이 형태로 발견되는 파티클이다.

따라서 반도체 웨이퍼의 맵당 제1 파티클은 1.0개, 제2 파티클은 0.6개가 발견된 제3 공정의 결과가 가장 양호한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 자외선 처리에 의하여 스컴을 제거할 수 있었다.

전술한 바와 같은 본 발명을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 공정에서의 패턴형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 6a를 참조하면, 반도체 기판(60)상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막(62)을 형성한다. 상기 피가공막(62)은 반도체 장치를 구성하는 절연막 또는 전도성막이다. 절연막으로서는, 예를 들면 산화막, 질화막 등을 들 수 있고, 전도성막으로서는 폴리실리콘막 또는 금속막등을 들 수 있다. 피가공막(62)은 화학기상증착 0또는 스퍼터링 방법을 수행하여 형성한다.

도 6b를 참조하면, 피가공막(62)상에 반사 방지막(63)을 형성한다. 반사 방지막(63)은 화학기상증착을 수행하여 300Å의 두께를 갖는 산질화 규소(silicon oxynitride) 또는 질화 규소(silicon nitride)를 증착하여 형성한다. 상기 반사 방지막(63)은 후속되는 노광을 수행할 때 포토레지스트막과 굴절률의 차이로 인한 난반사를 방지하여 고해상도의 프로파일을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있게 한다.

도 6c를 참조하면, 반사 방지막(63)상에 포토레지스트 조성물을 사용하여 포토레지스트막(64)을 형성한다. 상기 포토레지스트 조성물을 스핀-코팅방식으로 반사 방지막상에 도포하여 포토레지스트막을 형성한다. 본 실시예에서 상기 포토레지스트 조성물은 노광된 부분이 제거되는 포지티브형을 사용하지만, 노광된 부분이 남아 있는 네거티브형 포토레지스트 조성물을 사용하여 포토레지스트막을 형성할 수도 있다.

도 6d를 참조하면, 포토레지스트막(64)의 상부에 소정 부분만을 선택적으로 노광할 수 있도록 패터닝된 마스크 패턴(도시되지 않음)을 개재하여 포토레지스트막(64)에 광(66)을 선택적으로 조사한다.

도 6e를 참조하면, 광(66)이 조사된 부분의 포토레지스트막(64)을 제거하여 포토레지스트 패턴(64a)을 형성한다.

도 6f를 참조하면, 포토레지스트 패턴(64a)이 형성되어 있는 반사 방지막(63)을 자외선(68)으로 처리한다. 상기 자외선(68) 처리는 포토레지스트 패턴(64a)에 의하여 노출되는 반사 방지막(63)상에 존재하는 스컴을 제거하기 위하여 수행한다.

상기 자외선(68) 처리는 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프를 사용하여 30 내지 100초간 수행하는데, 이때 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼는 챔버내에 상기 반도체 웨이퍼가 안착되는 핫플레이트(hot plate)를 사용하여 80 내지 150℃의 온도로 가열한다. 계속해서, 상기 자외선 처리로 반사 방지막(63)과의 결합력이 약화된 스컴을 완전히 제거하기 위하여 포토레지스트 패턴(64a)이 형성되어 있는 반사 방지막(63)을 물을 사용하여 습식 세정한다. 그리고 상기 습식 세정에 의하여 포토레지스트 패턴(64a)이 형성되어 있는 반사 방지막(63)상에 존재하는 습기를 제거한다.

상기 반사 방지막의 습식 세정 및 습기의 제거는 다음과 같다.

도 7은 도 6f를 수행한 후, 습식 세정을 수행하는 스피너를 나타내는 구성도이고, 도 8은 도 7의 습식 세정을 수행한 후, 습기의 제거를 수행하는 스피너를 나타내는 구성도이다.

도 7을 참조하면, 상기 자외선 처리를 수행한 후, 스피너(70)를 사용하여 습식 세정을 수행한다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)를 스피너(70)에 안착시킨 후, 상기 스피너(70)를 회전시키면서 노즐(72)을 사용하여 물, 또는 과산화수소, 불화수소 또는 황산이 희석된 물을 상기 반도체 웨이퍼(W)에 플로우시킨다. 그러면, 상기 자외선 처리로 결합력이 약화된 스컴을 보다 완전하게 제거할 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 습식 세정을 수행한 후, 상기 반도체 웨이퍼(W)가 안착되어 있는 스피너(70)를 회전시킨다. 이에 따라 스피너(70)의 회전에 의한 회전력에 의해 습기가 제거된다. 따라서 상기 스피너를 사용함으로서 상기 습식 세정 및 습기의 제거를 인시튜로 수행할 수 있다.

다시, 도 6g를 참조하면, 포토레지스트 패턴(64a)을 에칭 마스크로 사용하여 포토레지지스트 패턴(64a)에 의해 노출된 반사 방지막(63) 및 피가공막(62)을 순차적으로 에칭한다. 그리고 상기 반사 방지막상(63)에 남아 있는 상기 포토레지스트 패턴(64a)을 완전히 제거한 후, 상기 피가공막상에 남아 있는 반사 방지막을 완전히 제거하여 상기 피가공막을 패턴(62a)으로 형성한다.

이와 같이 자외선 처리 및 습식 세정을 수행하여 상기 반사 방지막의 상부에 남아 있는 스컴을 완전히 제거할 수 있다. 따라서, 후속되는 공정의 수행시 상기 스컴으로 인한 파티클은 형성을 방지한다.

상술한 자외선 처리 및 습식 세정을 비트라인 패턴을 형성하는 공정에 적용하여 스컴에 의하여 생성된 파티클을 검사하였다. 여기서 ADI 또는 ACI 등의 검사에서는 상기 스컴에 의하여 생성되는 파티클이 나타나지 않기 때문에 상기 피가공막을 패턴으로 형성하고, 후속되는 공정을 수행한 후, 상기 스컴에 의하여 생성된파티클을 검사하였다.

상기 자외선 처리 및 습식 세정은 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 수행하였다. 그리고 비트라인 패턴을 형성한 후, 질화실리콘막 및 층간절연막을 형성하고, 스컴에 의하여 생성된 파티클을 검사한 결과, 반도체 웨이퍼의 맵당 큰 포도송이 형태의 제1 파티클은 0.1개, 작은 포도송이 형태의 제2 파티클은 0.1개가 발견되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 상기 자외선 처리 및 습식 세정이 스컴을 제거한다는 것을 알 수 있었다.

또한, 비트라인 패턴을 형성하는 공정을 수행한 후, 스컴에 의하여 생성되는 제1 파티클 및 제2 파티클의 개수를 검사하였다. 검사한 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

구분	제1 파티클	제2 파티클
제4 공정	0	0
제5 공정	0	0
제6 공정	1	0
제7 공정	0	27
제8 공정	0	26

상기 표 2에서, 제4 공정은 비트라인 패턴을 형성하기 위한 전도성막상에 포토레지스트 패턴을 형성한 다음 50초간 120℃의 온도로 반도체 웨이퍼를 가열하면서 자외선 처리를 하고, 습식 세정을 수행한 후, 후속 공정을 수행하는 공정이다. 제5 공정은 제4 공정의 자외선 처리를 60초간 130℃의 온도로 수행하고, 습식 세정을 수행하는 공정이다. 그리고 제6 공정은 제4 공정의 자외선 처리를 50초간 120℃의 온도로 수행하고, 습식 세정은 스킵하는 공정이다. 제7 공정은 제4 공정의 습식세정을 먼저 수행하고, 50초간 120℃의 온도로 자외선 처리를 수행하는 공정이다. 제8 공정은 제4 공정의 습식 세정을 수행하고, 자외선 처리를 스킵하는 공정이다. 그리고 제1 파티클은 큰 포도송이와 같은 형태로 발견되는 파티클이고, 제2 파티클은 작은 포도송이와 같은 형태로 발견되는 파티클이다.

상기 표 2로부터, 반도체 웨이퍼의 맵당 제1 파티클이 0개, 제2 파티클이 0개가 발견된 제4 공정 및 제5 공정의 결과가 가장 양호한 것을 확인할 수 있었다. 또한 제1 파티클이 1개, 제2 파티클이 0개가 발견되는 제6 공정의 결과도 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 상기 자외선 처리 및 습식 세정을 수행하는 것이 상기 스컴을 가장 용이하게 제거할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 상기 자외선 처리만을 수행하여도 스컴을 용이하게 대부분 제거할 수 있었다.

하기 표 3은 자외선 처리를 수행하기 위한 시간 및 파장 그리고 반도체 웨이퍼의 가열 조건에 따라 스컴에 의하여 생성된 제1 파티클 및 제2 파티클의 개수를 검사한 결과이다. 여기서 ADI 또는 ACI 등과 같은 검사에서는 상기 스컴에 의하여 생성되는 파티클이 나타나지 않기 때문에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 자외선 처리들을 수행하고, 상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 전도성막을 비트라인 패턴을 형성하고, 상기 비트라인 패턴상에 질화실리콘막 및 층간절연막을 형성한 후, 검사를 수행한 결과이다.

구분	조건	개수
번호	파장(nm)	온도(℃)	시간(sec)	제1 파티클	제2 파티클
1	200 ∼ 400	110	30	0	0
2	200 ∼ 400	110	50	0	0
3	200 ∼ 400	110	70	0	0
4	200 ∼ 400	110	90	0	0
5	200 ∼ 400	70	30	0	0
6	200 ∼ 400	70	90	0	7
7	200 ∼ 400	90	30	0	2
8	200 ∼ 400	90	90	0	0
9	200 ∼ 400	130	30	0	0
10	200 ∼ 400	130	90	0	0
11	200 ∼ 400	150	30	0	0
12	200 ∼ 400	150	90	0	0
13	250 ∼ 400	110	30	0	1
14	250 ∼ 400	110	90	0	0
15	250 ∼ 400	70	30	0	2
16	250 ∼ 400	70	90	0	0
17	250 ∼ 400	150	30	0	0
18	250 ∼ 400	150	90	0	0
19	250 ∼ 500	110	30	0	0
20	250 ∼ 500	110	90	0	0
21	250 ∼ 500	70	30	0	5
22	250 ∼ 500	70	90	0	1
23	250 ∼ 500	150	30	0	0
24	250 ∼ 500	150	90	0	0

상기 표 2에서, 자외선 처리는 200 내지 500nm 파장의 범위내에서 반도체 웨이퍼를 50 내지 150℃의 온도로 가열하면서 30 내지 90초간 수행할 경우 제1 파티클은 발견되지 않고, 제2 파티클은 최대 7개가 발견되는 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 상기 자외선 처리는 반도체 웨이퍼를 50 내지 150℃이 온도로 가열하면서 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프를 사용하여 30 내지 90초간 수행할 수 있는 공정조건을 얻을 수 있다.

그리고 상기 자외선 처리 및 습식 세정을 순차적으로 수행할 경우 피가공막의 패턴 선폭에는 어느 정도 영향을 끼치는 가를 측정하였다. 측정된 결과를 하기 표 4에 나타낸다.

공정	영역	제1위치선폭	제2위치선폭	제3위치선폭	제4위치선폭	제5위치선폭	제6위치선폭	기준선폭
습식세정	셀영역	130Å	135Å	127Å	134Å	133Å	132Å	135±15Å
	배선영역	238Å	240Å	242Å	236Å	238Å	239Å	250±40Å
자외선 처리 및 습식세정	셀영역	129Å	129Å	130Å	130Å	135Å	130Å	135±15Å
	배선영역	221Å	220Å	220Å	222Å	224Å	221Å	250±40Å

상기 표 4에서, 습식 세정은 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 습식 세정을 수행하는 공정이고, 자외선 처리 및 습식 세정은 포토레지스 패턴을 형성한 후, 자외선 처리 및 습식 세정을 수행하는 공정이다. 그리고 열구분은 상기 피가공막의 선폭을 측정하는 각각의 위치를 나타낸다.

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 자외선 처리 및 습식 세정을 수행하여도 피가공막 패턴의 선폭에는 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 스컴을 제거하기 위한 자외선 처리 및 습식 세정을 수행하여도 반도체 제조 공정상의 파가공막의 패턴의 형성은 아무런 문제점은 없음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 포토레지스트 패턴의 형성시 발생하는 스컴을 자외선 처리 또는 자외선 처리 및 습식 세정을 수행함으로써 완전히 제거할 수 있다. 즉, 자외선 처리를 수행함으로써 스컴과 피가공막간의 결합력을 약화시키고, 스컴이 제거되고, 또한, 습식 세정을 수행하는 경우에는 보다 완전하게 스컴을 제거할 수 있다. 따라서, 스컴에 기인한 파티클의 생성을 억제할 수 있어 반도체 장치의 불량이 최소화되어 신뢰성을 향상시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (17)

1. 반도체 기판상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막을 형성하는 단계;

   상기 피가공막상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 피가공막을 자외선으로 처리하여 피가공막상에 존재하는 스컴을 제거하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 피가공막을 에칭하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막을 광원을 사용하여 선택적으로 노광한 후, 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 전에 상기 피가공막상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 반사 방지막은 산질화 규소(silicon oxynitride) 또는 질화 규소(silicon nitride)를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 처리 후, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 피가공막을 습식 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 습식 세정은 물, 또는 과산화수소, 불화수소 또는 황산이 희석된 물을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 습식 세정 후, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 피가공막상에 존재하는 습기를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 처리는 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 처리는 30 내지 90초간 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 처리는 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 기판을 80 내지 150℃의 온도로 가열하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
11. 반도체 기판상에 패턴을 형성하기 위한 피가공막을 형성하는 단계;

    상기 피가공막상에 반사 방지막을 형성하는 단계;

    상기 반사 방지막상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

    상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막을 자외선으로 처리하여 상기 반사 방지막상에 존재하는 스컴을 제거하는 단계;

    상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막을 습식 세정하는 단계;

    상기 습식 세정 후, 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반사 방지막상에 존재하는 습기를 제거하는 단계; 및

    상기 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 반사 방지막 및 피가공막을 순차적으로 에칭하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 반사 방지막은 산질화 규소(silicon oxynitride)또는 질화 규소(silicon nitride)을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 처리는 200 내지 500nm의 파장을 조사할 수 있는 자외선 램프를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 처리는 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 기판을 50 내지 150℃의 온도로 가열하면서 30 내지 90초간 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 습식 세정 및 습기의 제거는 인시튜로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 인시튜로 수행되는 습식 세정 및 습기의 제거는 스피너를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 습식 세정은 물, 또는 과산화수소, 불화수소 또는 황산이 희석된 물을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정에서의 패턴 형성 방법.