KR20060017170A - 감광막 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 소자의 리소그래피 공정 중 감광막을 현상하거나 세정할 때 현상액 또는 세정액에 시너를 소량 첨가함으로써 표면장력을 낮추어 감광막 패턴의 붕괴를 방지할 뿐만 아니라 스컴과 같은 감광막 잔류물 및 유기 오염물을 효과적으로 제거하여 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
감광막 패턴 붕괴, 시너(Thinner), 현상액, 세정액, 표면장력

Description

감광막 패턴 형성 방법{Method for patterning photoresist}
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도.
본 발명은 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 소자의 리소그래피 공정 중 감광막을 현상하거나 세정할 때 현상액 또는 세정액에 시너를 소량 첨가함으로써 표면장력을 낮추어 감광막 패턴의 붕괴를 방지할 뿐만 아니라 감광막 잔류물, 유기 오염물 등을 효과적으로 제거할 수 있는 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등 을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이에 따라 집적도 향상을 위한 리소그래피 공정과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구 특성 또한 엄격해지고 있다.
리소그래피 기술은 마스크(mask) 상에 형성된 패턴을 기판으로 전사하는 사진 기술로서 반도체 소자의 미세화 및 고집적화를 주도하는 핵심 기술이다. 일반적으로, 리소그래피 공정은 감광막을 코팅하는 단계, 소프트베이크(softbake)하는 단계, 정렬 및 노광하는 단계, 노광 후 베이크(Post Exposure Bake, 이하 PEB)하는 단계, 현상하는 단계 및 세정하는 단계를 포함하는 일련의 공정을 거쳐 수행된다.
감광막은 하부층을 식각할 때 내식각성을 가지고 빛에 반응하는 감광성을 가진 재료로 양성 감광막(positive photoresist)과 음성 감광막(negative photoresist)이 존재한다. 양성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 분해, 분자쇄 절단 등의 반응이 일어나 용해성이 크게 증가하여 현상시 제거되는 것으로서 내식각성이 강하고 해상력이 뛰어나 고집적도 반도체 공정에 많이 사용되고 있다. 이에 비해 음성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 가교 등의 반응이 일어나 분자량이 크게 증가하여 현상시 제거되지 않고 남는 특성을 보이는 감광막이다.
현상이란 노광에 의해 변화된 감광막을 제거하여 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 공정으로, 일반적으로 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TetraMethyl Ammonium Hydroxide, 이하 TMAH)를 주성분으로 하는 알칼리 수용액을 현상액으로 사용하는 습식 현상을 주로 이용한다.
이하에서는 종래 기술에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도인 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명하도록 한다.
도 1a는 소정의 구조물이 형성된 반도체 기판(102) 상에 감광막(104)을 코팅하고 노광 및 PEB 공정 후 현상액(106)에 침지한 상태를 나타낸 것이다. 상기 노광에 의해 감광막은 노광된 부분(104b)과 노광되지 않은 부분(104a)이 형성되며 양성 감광막일 경우 노광된 부분(104b)이 현상 공정에서 제거되게 된다. 상기 PEB 공정을 거치면서 감광막 표면은 소수성을 갖게 되는데 물이 주성분인 현상액은 소수성 표면에 충분히 접촉하지 않을 뿐만 아니라 그 표면장력이 커서 더욱더 접촉이 어렵게 되어 현상액(106)과 감광막(104)이 접촉되지 않은 영역(108)이 생긴다.
도 1b는 현상액(106)이 감광막을 제거하여 패턴을 형성하는 상태를 나타낸 것이다. 상기 감광막 현상시 패턴과 패턴 사이의 감광막이 얇게 남는 스컴(Scum, 112)과 같은 감광막 잔류물 또는 기타 유기 오염물이 발생할 수 있으며 상기 스컴 및 유기 오염물은 하부층의 식각 공정시 하부층의 식각을 방해함으로써 패턴 불량을 발생시킨다. 특히 하부층이 배선 라인일 경우에는 배선 사이의 브리지(bridge)를 형성하여 소자의 쇼트(short) 불량을 유발하기도 한다.
도 1c는 상기 감광막을 현상한 후 세정하는 단계를 나타낸 단면도이다. 통상, 현상 공정 후 기판에 남아있는 현상액을 제거하기 위해 세정을 실시하는데 세정시 기판(102)이 빠른 속도로 회전하기 때문에 세정액(114)이 빠져 나가면서 감광막 패턴(115) 사이의 빈 공간(116)은 순간적으로 진공 상태가 되며 이로 인해 감광막 패턴은 진공이 형성된 쪽으로 힘(화살표로 표시함)을 받게 된다. 이러한 힘은 세정액의 표면장력이 클수록 커지며 기판의 가장자리에서는 비대칭이 되기 때문에 주로 기판의 가장자리에서 감광막 패턴이 붕괴되는 현상이 많이 발생한다.
도 1d는 건조 후의 감광막 패턴을 나타낸 것이다. 세정하는 단계 또는 건조하는 단계에서 붕괴된 감광막 패턴(118) 및 쓰러져서 없어진 감광막 패턴(120)을 나타내었다. 세정액을 구성하는 물의 표면장력이 크기 때문에 세정시 또는 세정 후 건조시에도 감광막 패턴이 붕괴되는 현상이 발생한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 대한민국 공개특허 제2003-50175호와 대한민국 등록특허 제10-272797호는 세정액에 알코올을 첨가하여 감광막 패턴의 쓰러짐을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 알콜 첨가에 의해 감광막 패턴의 쓰러짐을 방지할 수 있으나 스컴(112)과 같은 감광막 잔류물을 제거할 수 없다.
또한 대한민국 공개특허 제10-2004-005480호는 현상액 대신 시너를 사용하여 감광막을 스트립하는 방법을 개시하고 있으나 교차결합 작용제가 첨가된 감광막에 응용 가능하며 세정시 발생하는 감광막 패턴의 붕괴를 방지할 수 없으며 무엇보다도 100% 시너를 사용할 경우 스트립되지 않고 남아 있어야 할 감광막이 제거될 가능성이 매우 높다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자의 리소그래피 공정 중 감광막을 현상하거나 세정할 때 현상액 또는 세정액에 시너를 소량 첨가함으로써 표면장력을 낮추어 감광막 패턴의 붕괴를 방지할 뿐만 아니라 스컴과 같은 감광막 잔류물 및 유기 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 감광막 패턴 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판 상에 형성된 감광막을 노광하는 단계 및 상기 감광막을 시너가 첨가된 현상액으로 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적은 기판 상에 형성된 감광막을 노광, 현상하는 단계 및상기 감광막을 시너가 첨가된 세정액으로 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 감광막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 소정의 구조물이 형성된 반도체 기판(202) 상에 감광막(204)을 코팅하고 노광 및 PEB 공정 후 현상액(206)에 침지한 상태를 나타낸 것이다. 상기 노광에 의해 감광막은 노광된 부분(204b)과 노광되지 않은 부분(204a)이 형성되며 양성 감광막일 경우 노광된 부분(204b)이 현상 공정에서 제거되게 된다. 상기 현상액(206)은 일반적으로 사용하는 TMAH를 주성분으로 하는 알칼리 수용액을 사용할 수 있으나 그 제한이 있는 것은 아니다.
상기 현상액(206)에 소량(예를 들어, 부피비로 5% 이하)의 시너(Thinner)를 첨가함으로써 현상액의 표면장력을 낮추어 현상액(206)과 감광막(204)의 접촉이 충분히 이루어지도록 한다. 상기 시너는 통상의 반도체 제조 공정에 사용되는 시너를 사용하면 되나 휘발성이 좋고 감광막의 용해 속도가 크지 않으며 표면장력이 작은 시너를 선택하는 것이 바람직하다. 감광막의 용해 속도가 너무 크거나 휘발성이 좋지 않으면 제거하지 않아야 할 감광막 패턴이 제거될 가능성이 있기 때문에 이럴 경우에는 첨가하는 비율을 낮추어 사용하여야 한다. 상기 시너로는 예를 들어, 프로필렌 글리콜 에테르, 프로필렌 글리콜 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(EGMEA: Ethylene glycol monoethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA: Propylene glycol monomethylether acetate) 등의 에테르 및 에테르 아세테이트류, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 에틸 락테이트(EL: Ethyl lactate) 등의 에스테르류 등을 사용할 수 있다.
상기 노광시 노광원은 g-line(436nm), i-line(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(13nm), 엑스선(X-ray), 전자빔 및 이온빔 등이 사용될 수 있다. 특히, 본 발명이 해결하고자 하는 감광막 패턴의 붕괴 현상은 종횡비(Aspect ratio)가 큰 미세 패턴 형성 공정일수록, 패턴 사이의 간격이 좁을수록 더욱 심해지기 때문에 파장이 짧은 노광원을 사용하는 미세 패턴 형성 공정에 시너 첨가의 효과가 명백하게 나타난다.
도 2b는 현상액(206)이 노광된 감광막(204b)을 제거하는 상태를 나타낸 것이다. 현상액(206)과 감광막의 충분한 접촉에 의해 스컴과 같은 감광막 잔류물의 발 생을 일차적으로 제거할 수 있다. 그러나 감광막 잔류물은 다양한 원인에 의해서도 발생할 수 있으며 기타 유기 오염물 등이 발생할 수도 있다. 이러한 감광막 잔류물 및 유기 오염물 등을 시너를 첨가함으로써 그 발생을 억제하거나 발생한 불량을 제거할 수 있다.
도 2c는 상기 감광막을 현상한 후 세정하는 단계를 나타낸 단면도이다. 세정시 기판(202)이 고속으로 회전하게 되며 감광막의 패턴(215) 사이의 빈공간(216)은 순간적으로 진공이 되며 이로 인해 감광막 패턴(215)은 진공이 형성된 쪽으로 힘을 받게 되는데 세정액(214)의 표면장력이 작으면 그 힘을 줄일 수 있다. 따라서 세정액(214)을 구성하는 물(초순수, 탈이온수 또는 deionized water)에 소량(예를 들어 부피비 5% 이하)의 시너를 첨가함으로써 세정액(214)의 표면장력을 낮추어 상기 기판이 고속으로 회전할 때 감광막 패턴(215)이 붕괴되는 현상을 방지할 수 있다. 또한 시너를 첨가함으로써 스컴과 같은 감광막 잔류물 및 유기 오염물 등을 제거할 수 있는 효과도 아울러 존재한다.
상기 세정액(214)에 첨가하는 시너와 상기 현상액(206)에 첨가하는 시너는 동일한 물질이 바람직하나 다를 수도 있다.
상기와 같이 세정을 마친 기판은 건조 과정을 거치게 된다. 감광막 패턴이 붕괴되는 현상은 현상액에의 침지로부터 세정액의 건조까지의 과정 중 발생하며 세정액의 건조 과정에서도 발생할 수 있으며 건조시 발생하는 감광막 패턴의 붕괴 현상도 감광막 패턴 사이에 잔류하는 세정액에 의한 표면장력 때문인 것으로 알려져 있다. 따라서 시너 첨가는, 도 2d에 도시된 바와 같이, 건조 공정에서도 감광막 패 턴의 붕괴를 방지하여 패턴 불량이 없는 양호한 감광막 패턴을 얻을 수 있다.
이상에서 서술한 실시예는 현상액과 세정액에 모두 시너를 첨가하는 경우를 나타낸 것이나 현상액에만 첨가하거나 세정액에만 첨가하는 것도 가능하다. 또한 시너와 함께 알콜 또는 아세톤을 첨가하는 것도 가능하다. 이 경우, 시너는 감광막 잔류물 및 유기 오염물을 제거하는 역할을 주로 하며 알콜 또는 아세톤은 현상액과 세정액의 표면장력 감소를 강화하는 역할을 한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 감광막 패턴 형성 방법은 현상액 또는 세정액에 시너를 첨가함으로써 그 표면장력을 낮추어 감광막 패턴이 붕괴하는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 스컴과 같은 감광막 잔류물 및 유기 오염물 등을 효과적으로 제거하여 반도체 소자의 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 감광막 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판 상에 형성된 감광막을 노광하는 단계; 및
    상기 감광막을 시너가 첨가된 현상액으로 현상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  2. 감광막 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판 상에 형성된 감광막을 노광, 현상하는 단계; 및
    상기 감광막을 시너가 첨가된 세정액으로 세정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시너는 에테르류, 에테르 아세테이트류 또는 에스테르류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시너는 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(EGMEA), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 또는 에틸 락테이트(EL) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시너는 부피비 5% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 현상액 또는 세정액은 알콜 또는 아세톤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.
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