KR20020052488A - 반도체소자의 미세패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 반도체소자의 고집적화에 따른 미세패턴 형성공정시 패턴이 쓰러지는 현상을 방지하기 위하여, 피식각층이 구비되는 반도체기판 상부에 감광막패턴을 형성하고 상기 감광막패턴을 포함한 상부면을 증류수로 린스하여 찌꺼기를 제거한 다음, 상기 반도체기판 상에 초임계유체를 분사하여 상기 증류수를 제거하고 표면장력이 없는 초임계유체만을 남긴 다음, 상기 초임계유체를 건조공정으로 제거하는 공정으로 패턴의 쓰러짐 없이 미세패턴을 형성하여 반도체소자의 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

반도체소자의 미세패턴 형성방법{A method for manufacturing a fine pattern of a semiconductor device}

본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 반도체소자의 고집적화에 따른 미세패턴 형성공정시 패턴이 쓰러지는 현상을 방지하는 기술에 관한 것이다.

반도체소자가 고집적화에 됨에 따라 회로를 구성하는 미세패턴의 선폭도 작아져 왔다.

이러한 미세패턴의 형성은 리소그래피 기술의 발전에 따른 것이지만, 이제는 리소그래피 공정에 의한 감광막패턴을 웨이퍼 상에 쓰러뜨리지 않고 제대로 세우는 기술개발이 중요하게 되었다.

감광막패턴이 쓰러지게 되면 후속 식각공정후 패넌 간에 합선이 되어 반도체소자가 동작하지 않는 치명적인 오류를 발생시킨다.

감광막 패턴이 쓰러지는 근본적인 이유는 패턴이 쓰러지려는 힘이 패턴과 웨이퍼 간의 접착력보다 크기 때문인데, 패턴이 쓰러지려는 힘은 감광막의 현상 공정시 사용되는 소융액의 모세관 작용에 기인한다.

참고로, 감광막의 현상공정은 크게 세단계로 이루어진다.

첫째, 현상액을 웨이퍼 상에 뿌려 적시는 현상 단계,

둘째, 증류수 ( deionized water )를 뿌려 현상을 멈추게 하고 레지스트 찌꺼기를 세척하는 린스 ( rince ) 단계,

셋째, 웨이퍼를 회전시켜 증류수를 증발시키는 건조 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 감광막패턴이 쓰러지는 순간은 둘째 단계가 끝나고 셋째 건조 단계에서 증류수가 거의 증발되어 웨이퍼 상에 남아 있지 않게 되는 시점이다.

도 1a 및 도 1b 는 상기 셋째 단계에 따른 미세패턴 형성공정을 도시한 단면도이다.

도 1a를 참조하면, 피식각층(도시안됨)이 구비되는 반도체기판(11) 상부에 감광막패턴(13)을 형성하고 린스 공정후 건조 공정할때 증류수(15)가 다 제거되지 않고 컨케이브 ( concave ) 한 모양으로 남은 상태를 도시한다.

이때, 상기 컨케이브한 상태의 증류수는 모세관 현상에 의해 그 표면이 안쪽으로 잡아당기는 인력이 작용하게 된다. 그리고, 상기 감광막패턴(13)의 바깥쪽은 넓은 면적이기 때문에 증류수가 수평한 형태로 남는다.

도 1b를 참조하면, 상기 증류수(15)가 완전히 증발된 후에 상기 감광막패턴(13)이 안쪽으로 쓰러진 것을 도시한다.

참고로, 상기 감광막패턴(13)의 간격이 작아질수록 모세관 현상이 커지기 때문에 패턴의 쓰러짐이 심하게 된다.

또한, 건조공정 전 단계에서 사용되는 수용액의 표면장력이 커질수록 모세관 현상이 증폭되어 감광막패턴(13)이 더 잘 쓰러지게 된다. 여기서, 상기 모세관 현상은 상기 감광막패턴(13)의 간격이 좁을수록 더욱 심하게 나타난다. 그리고, 상기 감광막패턴(13)의 면비 ( aspect ratio ) 가 클수록 심하게 나타난다.

상기한 바와같이 종래기술에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 패턴 밀도가 높은 감광막패턴 사이에서의 모세관 현상으로 인하여 패턴의 무너짐 현상이 일어나고 그로 인하여 반도체소자의 생산성 및 수율을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 증류수의 표면 장력으로 인한 문제점을 해결하기 위하여 표면 장력이 없는 초임계 유체를 이용하여 패턴의 무너짐 현상을 방지하여 반도체소자의 수율 및 생산성을 향상시키는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명에 사용되는 CO₂의 상전이도를 도시한 그래프.

도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11,21 : 반도체기판13,23 : 감광막패턴

15,25 : 증류수

27 : 증류수와 액체 이산화탄소의 혼합용액

29 : 액체 이산화탄소

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은,

반도체소자의 미세패턴 형성방법에 있어서,

피식각층이 구비되는 반도체기판 상부에 감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 감광막패턴을 포함한 상부면을 증류수로 린스하여 찌꺼기를 제거하는 공정과,

상기 반도체기판 상에 초임계유체를 분사하여 상기 증류수를 제거하고 표면장력이 없는 초임계유체만을 남기는 공정과,

상기 초임계유체를 건조공정으로 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

한편, 본 발명의 원리는 다음과 같다.

종래기술에서 설명한 바와 같이 패턴의 쓰러짐 현상은 패턴 간격이 좁을수록, 에스펙트비가 심할수록 심해진다. 그러나, 패턴 쓰러짐의 근본 원인은 증류수의 표면 장력에 기인한 것으로 증류수의 표면 장력을 없앨 수 있다면 패턴이 아무리 작고 에스펙트비가 크다고 해도 패턴이 쓰러지지 않을 것이다.

그러나, 표면장력은 유체의 고유 특성 값으로 증류수의 표면장력을 낮추는것이 불가능한 일이다.

따라서, 증류수 대신 표면 장력이 거의 없는 초임계 유체를 사용하는 것이다. 그러나, 초임계 유체라고 하더라도 감광막을 용해시키면 패턴 선폭의 제어가 어려워지기 때문에 감광막패턴에 대한 용해도가 현저히 낮은 물질이라야 한다.

보통 유체라고 하면 액체 또는 기체 처럼 일정한 힘이 가해졌을 때 흐르는 물질인데, 초임계 유체는 어떤 유체가 특정 조건하에서 액체도 아니고 기체도 아닌 그 두상의 중간적인 물질로 변하는 유체를 말한다.

이러한 특성을 만족시키는 유체로서 가장 적합한 물질은 액체 이산화탄소이다.

도 2 는 액체 이산화탄소의 상전이도를 도시한 그래프도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액체 이산화탄소는 A, B, C 단계로 상전이를 하게 되어 표면 장력이 발생하지 않는다.

도 3a 내지 도 3e 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 단면도이다.

도 3a 를 참조하면, 노광 마스크를 이용한 노광 공정과 현상공정으로 감광막패턴(23)이 구비되는 반도체기판(21) 상부를 증류수로 린스시킨다.

이때, 상기 증류수는 이소프로필 ( isoprophyl alcohol ) 과 같은 유기 용매를 사용할 수도 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 증류수로 찌꺼기를 모두 제거시킨후 상기 증류수(27)가 제거되기 전에 초임계유체인 액체 이산화탄소를 뿌려 증류수와 액체이산화탄소가 혼합용액(27)을 반도체기판 상에 남긴다.

이때, 상기 초임계유체인 액체 이산화탄소의 분사 공정은, 챔버의 온도를 상기 액체 이산화탄소의 임계온도인 31.1 도 보다 높게 하고 챔버의 압력을 상기 액체 이산화탄소의 임계압력인 7.38 MPa 보다 높게 하여 실시한다.

여기서, 상기 액체 이산화탄소는 99.99 볼륨 퍼센트 ( vol% ) 의 액체 이산화탄소와 0.005 볼륨 퍼센트 이하의 물로 형성된 것이다.

도 3c를 참조하면, 상기 초임계유체인 액체 이산화탄소의 계속된 분사로 증류수를 모두 제거하여 상기 반도체기판(21) 상에 초임계상태의 이산화탄소(29)만을 남긴다.

도 3d 및 도 3e를 참조하면, 상기 초임계유체인 액체 이산화탄소(29)를 건조 공정으로 모두 제거하여 예정된 형태의 감광막패턴(23)을 형성한다.

본 발명의 다른 실시예는 상기 감광막패턴 대신 모든 형태의 패턴 쓰러짐을 방지하는데 사용하는 것이다.

상기한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 리소그래피 공정의 마진을 증가시켜 고집적화에 의한 패턴 밀도 증가에도 패턴의 쓰러짐을 방지할 수 있어 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하고 그에 따른 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 있어서,

   피식각층이 구비되는 반도체기판 상부에 감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 감광막패턴을 포함한 상부면을 증류수로 린스하여 찌꺼기를 제거하는 공정과,

   상기 반도체기판 상에 초임계유체를 분사하여 상기 증류수를 제거하고 표면장력이 없는 초임계유체만을 남기는 공정과,

   상기 초임계유체를 건조공정으로 제거하는 공정을 포함하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 린스 공정을 이소프로필 알콜로 실시하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 초임계유체로 액체 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 액체 이산화탄소의 분사 공정은, 쳄버의 온도를 상기 액체 이산화탄소의 임계온도인 31.1 도 보다 높게 하고 챔버의 압력을 상기 액체 이산화탄소의 임계압력인 7.38 MPa 보다 높게 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 액체 이산화탄소는 99.99 볼륨 퍼센트 ( vol% ) 의 액체 이산화탄소와 0.005 볼륨 퍼센트 이하의 물로 구성되는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법