KR20050011478A - 포토레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

포토레지스트 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자를 제조하기 위한 화학증폭형 레지스트를 사용하는 리소그라피(lithography) 공정에서 노광 시 또는 노광 후에 급랭 공정을 수행하여 노광 후 지연 시간(post delay time) 동안 산이 추가로 발생 및 확산되는 것을 방지함으로써, 선폭(critical dimension;이하"CD"라 칭함)의 변화를 막을 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

포토레지스트 패턴 형성 방법{Method of Forming Photoresist Pattern}
본 발명은 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자를 제조하기 위한 화학증폭형 레지스트를 사용하는리소그라피(lithography) 공정에서 노광 시 또는 노광 후에 급랭 공정을 수행하여 노광 후 지연 시간(post delay time) 동안 산이 추가로 발생 및 확산되는 것을 방지함으로써, 선폭(critical dimension;이하“CD”라 칭함)의 변화를 막을 수 있는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자에서 미세 패턴을 형성하기 위해서는 수많은 공정 단계를 수행해야 하는데, 이러한 공정 단계 중 하나가 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용한 패턴 형성 단계이다.
상기 포토리소그라피 공정은 웨이퍼(1) 상부에 포토레지스트 층(3)을 도포하는 단계(coating)(도 1a 참조), 노광장비의 광원(7)을 이용하여 마스크(5) 원판의 패턴을 도포된 포토레지스트 층(3)의 소정의 영역에 전사하여 마스크의 원판에 따라 노광부위(3b)와 비노광부위(3a)를 형성하는 단계(exposure)(도 1b 및 도 1c 참조), 노광부에서 발생한 산(proton)을 확산시키기 위하여 굽는 단계(post exposure bake;이하“PEB”라 칭함), 현상액을 이용하여 노광된 포토레지스트 지역(3b)을 현상하여 패턴(3d)을 형성하는 단계(development)(도 1d 참조) 및 경화하기 위하여 굽는 단계(hard bake) 등을 포함한다.
이와 같은 여러 단계들은 웨이퍼(9)를 연결된 상태(clustering)의 노광 장비(11) 및 트랙 장비(13)로 이동시키면서 열(in-line) 대로 처리하는데, 구체적으로 상기 노광 단계는 노광 장비(11)에 의해 수행되고, 상기 도포, 베이크 및 현상 단계는 트랙 장비(13)라 불리는 공정 장비를 이용하여 수행된다(도 2 참조).
이때, 상기 웨이퍼 상부에 형성되는 포토레지스트 층은 화학증폭형 포토레지스트를 이용하여 형성한다.
상기 화학증폭형 레지스트란, 용매(solvent), 유기성 고분자(protecting organic polymer), 광산발생제(photoacid generator; 이하“PAG”라 칭함) 및 기타 첨가제(additive) 등을 포함하는 물질로써, 노광 단계에서 노출된 빛에 의해 상기 PAG로부터 발생된 산이 PEB 공정을 수행하는 동안 상기 고분자로부터 기능기(functional group)를 분리시켜 현상액에 용해될 수 있도록 한다.
그러나, 상기 화학증폭형 레지스트들은 PEB 공정을 수행하기 위하여 웨이퍼를 이동시키는 노광 후 지연시간 동안, 노광된 지역으로부터 미세한 산이 계속 발생 및 확산되어 주변의 비노광 패턴 영역까지 확산되고, 이로 인하여 후속 현상 공정 시에 비노광 영역까지 용해되어 선폭이 변화되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 선폭의 변화는 웨이퍼 내부의 패턴 균일도를 저하시키고, 웨이퍼간의 패턴 크기 차이를 발생시켜 후속 공정의 안정화와 수율 향상에 어려움을 가져오므로, 노광 후 지연 시간 동안 PAG로부터 산이 발생 및 확산되는 것을 해결하기 위한 공정의 개발이 필요하다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 단점들을 극복하고, 노광 시 또는 노광 후에 웨이퍼를 급랭시켜 상온에서 산이 추가적으로 반응하는 것을 억제하는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 방법에 따른 포토레지스트 패턴 형성 공정도.
도 2는 종래 인-라인 공정으로 수행되는 반도체 소자 제조 장비의 구성도.
도 3a는 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장비 구성도.
도 3b는 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장비 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 >
1, 9, 31, 51 : 웨이퍼 3, 33, 53 : 포토레지스트 층
3a : 비노광 부위 3b : 노광 부위
3d : 패턴 5, 35, 55 : 마스크
7, 37, 57 : 광원 11, 41, 61 : 노광 장비
13, 43, 63 : 트랙 장비 30 : 스테이지
39 : 냉각판 50 : 냉각용 스테이지
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 노광기내에 웨이퍼를 급랭시키는 냉각판을 장착하여 화학적 물리적으로 안정화시키는 공정을 도입한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다.
본 발명은
웨이퍼 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트층이 형성된 웨이퍼를 노광하는 단계;
상기 노광된 웨이퍼를 베이크하는 단계; 및
상기 베이크 된 웨이퍼를 현상하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법에 있어서,
상기 노광 시 또는 노광 단계 후에 웨이퍼를 급랭시키는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다.
이때, 상기 급랭 단계는 웨이퍼가 올려지는 스테이지(stage) 하부를 온도를 낮게 조절(control) 할 수 있는 냉각용 스테이지로 형성하여, 노광 시에 웨이퍼를 급랭시키는 공정을 수행하거나, 노광 장비 내에 냉각판(chillplate)을 구비함으로써, 노광 후 웨이퍼를 급랭시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 노광 공정은 노광 에너지를 수십 회, 수백 회 웨이퍼에 계속 가하면서 수행되기 때문에, 처음 노광 공정으로부터 마지막 노광 공정을 수행할 때까지 웨이퍼의 온도가 점점 상승한다. 그래서, 노광 공정 후 베이크 공정을 위해 트랙 장비로 웨이퍼를 이동시킬 때, 온도가 상승된 웨이퍼에 장착된 포토레지스트 내부에서 산이 계속 발생되어 패턴 선폭의 변화가 발생한다.
이때, 상기와 같이 스테이지 하부를 냉각용 스테이지로 형성하여 노광 공정과 노광 공정 사이에 또는 노광 공정과 함께 웨이퍼를 계속 냉각시키는 저온 노광 공정을 수행하면, 처음 노광 공정을 수행할 때의 웨이퍼의 온도와 노광 공정이 종결될 때의 웨이퍼의 온도가 같게 유지되므로, 포토레지스트 내부에서 산이 계속적으로 발생되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 노광 공정이 끝난 웨이퍼를 냉각판으로 이동하여 급랭시킴으로써, 포토레지스트 내부에서 산이 계속적으로 발생되는 것을 억제할 수 있다.
상기 냉각용 스테이지 또는 냉각판은 냉각수(chill water)를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도를 유지하는 것이 바람직하데, 이때 온도는 15℃ 이하, 바람직하게는 -10℃∼15℃로 유지한다.
또한, 상기 노광 후 냉각판에서 웨이퍼를 급랭시키는 시간은 5∼180초, 바람직하게는 5∼150초로 수행된다.
이하 첨부 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3a에 표시된 바와 같이, 웨이퍼(31) 상부에 포토레지스트 층(33)을 형성하고, 노광 장비(41)내의 스테이지(30)에 장착한다.
이때, 상기 포토레지스트층은 248nm, 193nm 및 157nm에서 사용하는 화학증폭형 레지스트면 무엇이든 가능한데, 예를 들면, 아세탈(acetal)형, 아크릴레이트(acrylate)형, 사이클로올레핀계 단량체들과 말레익안하이드라이드의 공중합체(Cyclo olefin-Maleic anhydride copolymer;이하“COMA형 중합체”라 칭함) 및 COMA형과 아크릴레이트형의 하이브리드(hybrid)형 중에서 하나 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음, 노광 광원(37)을 이용하여 마스크(35) 원판의 패턴을 도포된 포토레지스트층(33)에 전사한다.
상기 노광 광원은 ArF, KrF 및 VUV 등을 이용하여 1∼100mJ/㎠의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 노광 공정 후, 노광된 웨이퍼(31)를 냉각판(39) 상부로 이동시켜 급랭시키는 공정을 수행함으로써, 포토레지스트 내부에서 산이 발생 및 확산되는 것이 방지한다.
이때, 상기 냉각판은 냉각수를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도를 15℃ 이하, 바람직하게는 -10℃∼15℃로 유지하면서 5∼180초, 바람직하게는 5∼150초 동안 웨이퍼를 급랭시킨다.
그리고, 상기 급랭 공정을 수행한 웨이퍼를 베이크 공정을 수행하기 위하여 트랙 장비(43)로 이동시켜 현상 공정을 수행한다.
또는, 도 3b에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(51) 상부에 화학증폭형 포토레지스트 층(53)을 도포한 다음, 노광 장비(61)내의 냉각용 스테이지(50) 상부로 웨이퍼(51)를 이동시킨다.
상기 냉각용 스테이지(50)에서 웨이퍼(51)를 급랭시키면서 마스크(55) 원판의 패턴을 광원(57)을 이용하여 상기 결과물에 전사하는 노광 공정을 수행함으로써, 포토레지스트 내부에서 산이 발생 및 확산되는 것이 방지한다.
상기 냉각용 스테이지는 냉각수를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도를 15℃ 이하, 바람직하게는 -10℃∼15℃로 유지한다.
그리고, 상기 급랭 공정을 수행하면서 노광된 웨이퍼를 베이크 공정을 수행하기 위하여 트랙 장비(63)로 이동시켜 현상 공정을 수행한다.
또한, 본 발명에서는
노광 장비 및 트랙 장비를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 노광 장비는 웨이퍼를 장착하여 노광 공정을 수행하는 스테이지와
상기 웨이퍼를 급랭시키는 공정을 수행하기 위한 냉각판이 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는
노광 장비 및 트랙 장비를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 노광 장비는 웨이퍼를 장착하여 노광 공정을 수행하는 스테이지 하부를 웨이퍼를 급랭시키는 위한 냉각용 스테이지로 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 화학증폭형 레지스트에서 발생하고 있는 웨이퍼 내의 비균일도와 웨이퍼간의 패턴 크기의 변화를 줄일 수 있고 패턴 특성도 개선할 수 있어, 0.10㎛ 이하의 고집적 반도체 소자의 공정 안정화와 수율 증대에 기여할 수 있다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층이 형성된 웨이퍼를 노광하는 단계;
    상기 노광된 웨이퍼를 베이크하는 단계; 및
    상기 베이크 된 웨이퍼를 현상하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법에 있어서,
    상기 노광 시 또는 노광 단계 후에 웨이퍼를 급랭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급랭 단계는 웨이퍼가 올려지는 스테이지(stage) 하부를 온도를 낮게 조절(control) 할 수 있는 냉각용 스테이지로 형성함으로써, 노광 시 웨이퍼를 급랭시키는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급랭 단계는 노광 장비 내에 냉각판(chillplate)을 도입함으로써, 노광 후 웨이퍼를 급랭시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각용 스테이지 또는 냉각판은 냉각수(chill water)를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도가 유지되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 급랭 단계는 냉각판의 온도를 -10℃∼15℃로 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 급랭 단계는 5∼180초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 급랭 단계는 5∼150초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토레지스트층은 화학증폭형 레지스트 물질을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 단계는 ArF, KrF 또는 VUV의 노광원을 이용하여 1∼100mJ/㎠의 노광에너지로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  10. 노광 장비 및 트랙 장비를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 노광 장비는 웨이퍼를 장착하여 노광 공정을 수행하는 스테이지 하부에 웨이퍼를 급랭시키는 위한 냉각용 스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각용 스테이지는 냉각수를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도가 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 급랭은 냉각용 스테이지를 -10℃∼15℃로 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 노광 장비 및 트랙 장비를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 노광 장비는 웨이퍼를 장착하여 노광 공정을 수행하는 스테이지와
    상기 웨이퍼를 급랭시키는 공정을 수행하기 위한 냉각판을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각판은 냉각수를 순환시키는 방법 또는 전기/전자적 냉각 방법을 사용하여 온도가 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 급랭 공정은 냉각판의 온도를 -10℃∼15℃로 유지하면서, 5∼180초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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