KR20070041903A - 포토레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

포토레지스트 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

파티클을 억제하고 세정시간을 단축한 포토레지스트 패턴 형성 방법이 개시되어 있다. 노광된 포토레지스트 막이 형성된 기판 상에 현상액을 제공한다. 상기 기판을 틸트된(tilted) 상태로 회전시키면서, 상기 포토레지스트 막을 예비 현상한다. 상기 예비 현상된 포토레지스트 막을 현상이 완료된 포토레지스트 막으로 형성한다. 상기 현상이 완료된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 세정한다. 상기 세정이 완료된 기판을 건조시켜 포토레지스트 패턴을 완성한다. 그 결과, 상기 기판 상에 파티클 생성이 억제되고 세정 시간을 줄어들어 포토레지스트 패턴의 균일성이 향상된 포토레지스트 패턴이 형성된다.

Description

포토레지스트 패턴 형성 방법{Method for forming a photoresist pattern}
도 1은 종래에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법에 따른 흐름도이다.
도 3은 상기 기판이 안착된 스핀 척이 틸트되어 회전되는 경우를 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명은 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상의 포토레지스트 막의 노광 공정 후 현상액의 제공 및 세정으로 이루어진 현상 공정을 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 박막 형성 공정, 확산 공정, 이온주입 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 반복하여 만들어진다. 상기 박막 형성 공정은 기판 상에 박막을 형성하는 공정이며, 확산 공정은 기판 표면에 주입된 불순물 이온을 기판 내부로 확산시키는 공정이며, 상기 이온주입 공정은 기판 표면에 불순물 이온을 주입하는 공정이다. 그리고, 상기 포토리소그래피 공정은 포토레지스트 막이 형성된 기판 상에 노광 장치 및 마스크를 이용하여 광을 포토레지스트 막에 선택적으로 조사한 후 현상함으로써 상기 기판 상에 미세한 포토레지스트 패턴을 만드는 공정이며, 상기 식각 공정은 상기 미세한 포토레지스트 패턴에 따라 하부막질을 식각하는 공정이다.
이 중에서, 상기 포토리소그래피 공정의 일 공정인 현상 공정에서는 통상적인 스핀 척(spin chuck)을 이용하여 기판을 회전시키면서 상기 기판으로 현상액을 공급하고, 현상액과 포토레지스트 막의 반응이 완료되면 상기 기판을 세정 및 건조하여 최종적으로 포토레지스트 패턴을 형성한다.
도 1은 종래에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법은 우선, 노광 공정을 거친 기판을 스핀 척 상에 장착하여 회전시키는 상태에서 현상액을 제공한다(S102).
위와 같이 현상액을 제공한 상태에서 현상액이 기판 상의 포토레지스트 막 내에 충분히 스며들도록 스핀 척의 회전이 없는 상태에서 방치한다(S102). 그런 다음, 스핀 척을 회전시키면서 기판 상에 세정액을 제공하고(S103), 스핀 척을 계속적으로 회전시키면서 상기 세정액을 건조한다(S104).
그런데, 종래에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법은 현상이 완료된 액이 상기 기판의 세정 전에 상기 기판에 안착되어 파티클을 유발하는 문제점을 갖는다. 따라서, 파티클의 제거를 위해 세정 시간이 길어지게 되고, 상기 긴 세정 시간은 포토레지스트 패턴의 불균일성을 야기한다. 다시 말하면, 상기 세정액을 분사하는 노즐이 향하는 상기 기판의 동일 부위에 상기 세정액이 장시간 퍼지되므로 포토레지스트 막 부위별 패턴 사이즈가 변동되는 문제점이 발생된다.
상술한 바와 같은 문제점들은 미세 크기의 패턴 형성을 요구하는 반도체 소자에 대한 연구 추세에 비추어 볼 때 심각한 제한 요인이 되고 있으며, 이는 반드시 해결해야 할 과제로 부각되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기판 상의 노광된 포토레지스트 막과 반응이 완료된 현상액이 기판 상에 파티클로 남지 않도록 효과적으로 제거하면서 형성되는 포토레지스트 패턴 사이즈가 균일하도록 현상하는 것을 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법에 있어서, 노광된 포토레지스트 막이 형성된 기판 상에 현상액을 제공한다. 상기 기판을 틸트된(tilted) 상태로 회전시키면서, 상기 포토레지스트 막을 예비 현상한다. 상기 예비 현상된 포토레지스트 막을 현상이 완료된 포토레지스트 막으로 형성하다. 상기 현상이 완료된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 세정한다. 상기 세정이 완료된 기판을 건조시켜 포토레지스트 패턴을 완성한다.
일 예로, 상기 현상액은 1000 내지 2000 rpm의 회전 속도로 회전하는 상기 기판 상면에 제공된다. 또한, 일 예로 상기 기판은 상기 기판의 표면으로부터 5°내지 10°틸트된 상태로 회전한다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 현상액을 제공할 시 스핀 척을 틸트된 상태로 회전시켜 미 반응의 현상액 및 반응 부산물을 제거함으로써 현상 공정 중의 반응액이 파티클로 안착되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 파티클의 제거를 위한 추가적인 세정 시간이 단축될 수 있다. 또한, 세정 시간의 단축으로 세정액의 분사 시 상기 기판 상의 동일 부위에 장시간 퍼지되는 것을 줄일 수 있어 포토레지스트 패턴의 균일성이 향상될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법에 따른 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 노광 공정이 수행된 기판을 마련한다.
이를 구체적으로 설명하면, 포토레지스트를 기판 상에 도포한 후 상기 포토레지스트가 도포된 기판을 소프트 베이킹 처리하여 기판 상에 포토레지스트 막을 형성한다. 여기서, 상기 소프트 베이킹 공정은 상기 기판 상에 도포된 포토레지스트 조성물의 접착력을 증가시키기 위하여 약 110 내지 120℃ 의 온도로 가열하는 것이다. 이어서, 노광 설비인 스텝퍼(stepper)를 이용하여 상기 기판에 형성된 포 레지스트 막을 선택적으로 노광하기 위해 상기 노광 설비에 크롬 패턴이 형성된 레티클을 개재한 후 상기 레티클을 투과한 광을 상기 포토레지스트 막 상에 축소 투영시켜 상기 포토레지스트 막을 노광한다. 이 때, 본 발명의 포토레지스트는 240nm미만의 파장을 갖는 광원에 의해 노광 반응이 일어나는 포토레지스트이다. 보다 바람직하게는 193nm이하의 파장을 갖는 ArF 광원에 의해 반응하는 ArF용 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 필요에 따라서 적절한 파장을 갖는 다른 광원을 사용하여 노광할 수 있다. 이어서, 노광 공정이 수행된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 포스트 베이킹 처리한다.
상기 노광 공정이 수행된 상기 기판 상에 현상액을 제공한다(S201).
구체적으로, 상기 노광 공정이 수행된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 현상 공정을 수행하기 위한 현상 장치의 스핀 척 상에 로딩한다. 상기 현상 장치는 노즐 디스펜스(nozzle dispense) 방식의 현상 장치(도시않됨)이다.
여기서, 상기 노즐 디스펜스 방식의 현상 장치는 포토레지스트의 도포 및 노광 공정을 거친 기판이 로딩되고, 상기 기판을 회전시키는 스핀 척과, 상기 기판 상에 현상액을 분사하는 현상액 분사노즐 및 세정액을 분사하는 세정액 분사 노즐을 포함하는 구성을 갖는다.
이어서, 상기 기판을 일정 속도로 회전시키면서 상기 노광 공정이 수행된 포토레지스트 막 상에 현상액을 분사한다. 이때 상기 기판이 안착된 상기 스핀 척은 5 내지 10초 동안 1000 내지 2000 rpm 정도의 회전 속도로 회전하는 것이 바람직하다.
상기 현상액의 분사는 상기 기판의 일단부로부터 타단부로 이동해가면서 부분적으로 그리고 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 포토레지스트 막 상으로 상기 현상액이 제공됨으로써 상기 포토레지스트 막 중 노광된 부분은 상기 현상액과 화학적 반응이 일어난다.
이어서, 상기 현상액이 제공된 기판을 일정시간 동안 방치한 후 기판을 틸트된 상태로 회전시켜 예비 현상한다(S202).
구체적으로, 상기 현상액이 상기 기판 상의 포토레지스트 막 내에 충분히 스며들도록 20 내지 30초 동안 방치한 후, 상기 스핀 척에 안착된 기판을 소정의 기울기를 갖도록 틸트시켜 회전시킨다. 이때, 상기 틸트되어 회전하는 기판의 상면으로 현상액이 제공된다. 일 예로서, 상기 스핀 척은 수평을 이룰 시의 기판의 표면으로부터 5°내지 10°로 기울어지는 것이 바람직하다.
그 결과 상기 기판 상에 분사되어 노광된 포토레지스트 막과 미 반응한 현상액 및 상기 노광된 포토레지스트 막과 현상 반응을 일으킨 반응 부산물을 포함하는 현상액이 기판으로부터 용이하게 제거될 수 있다. 상기와 같은 예비 현상을 통한 현생액의 제거를 통하여 상기 포토레지스트와의 반응이 완료된 현상액이 상기 기판 상에 파티클로 안착되는 것을 막을 수 있다.
또한, 상기와 같이 기판이 틸트된 상태에서 예비 현상 공정을 수행할 경우 이후 공정에서 형성되는 포토레지스트 패턴들은 실리적으로 균일한 폭을 가질 수 있다.
이어서, 상기 스핀 척을 수평 상태로 되돌리고 회전을 정지한 후 상기 예비 현상된 포토레지스트 막을 현상이 완료된 포토레지스트 막으로 형성한다(S203).
구체적으로 상기 예비 현상으로 발생한 반응 부산물과 미 반응 현상액이 제거된 후 상기 스핀 척을 본래의 수평 위치로 조정하여 상기 기판 상에 현상액이 남도록 한다. 이와 동시에, 상기 예비 현상된 포토레지스트 막 내에 여분의 현상액이 충분히 스며들도록 상기 스핀 척의 회전을 일정 시간 정지한다. 본 실시예에서는 상기 포토레지스트 막에 여분의 현상액이 충분히 스며들도록 상기 스핀 척을 약 20 내지 30초 동안 시키는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 현상이 완료된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 세정한다(S204).
구체적으로 상기 현상이 완료된 포토레지스트 막이 형성된 상기 기판을 일정 속도로 회전시키면서 상기 기판에 초순수(D.I. water)와 같은 세정액을 분사하여 현상 반응 후 잔류하는 현상액과 반응 부산물을 제거한다.
이때, 상기 기판의 회전은 상기 세정액의 분사 동안 상기 세정액이 상기 기판 상에 고르게 퍼지도록 하기 위해 수행된다. 일 예로서, 상기 세정액은 상기 기판이 안착된 스핀 척이 1500 내지 2500 rpm의 회전 속도로 회전하는 상기 기판 표면으로 5 내지 10분 동안 제공된다. 그 결과 상기 기판 상에 세정 공정이 수행된 포토레지스트 패턴이 형성된다.
이와 같이, 상기 스핀 척을 틸트시켜 회전하면서 상기 노광된 포토레지스트 막과 현상 반응으로 발생한 반응 부산물과 미 반응한 현상액을 바로 제거하는 예비 현상을 수행한 후 현상 및 세정 공정을 진행하면, 상기 기판 상에 파티클을 유발하 는 현상 부산물 및 미 반응한 현상액이 현상 공정 중에 효과적으로 제거될 수 있기 때문에 파티클의 제거를 위한 추가적인 세정 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다.
상기 파티클을 제거하기 위한 세정 공정의 세정 시간이 길어질수록 노즐을 통해 분사되는 세정액이 처음으로 닿는 부위가 기판의 평균 세정치 보다 더 많이 세정되는 문제가 발생된다. 이는 상기 세정액의 분사가 이루어지는 노즐 출구로부터 방출되는 세정액의 분사 강도, 유량, 또는 유동 등에 의해 초과 세정(over cleaning) 또는 미달 세정(under cleaning) 등이 발생될 수 있기 때문이다.
따라서 상기와 같은 세정 시간의 감소는 상기 기판 상의 동일 부위에 상기 세정액이 장시간 퍼지되는 것을 줄일 수 있어 패턴의 부위별 사이즈의 차이를 감소시켜 포토레지스트 패턴 사이즈의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 세정이 완료된 기판을 건조시켜 포토레지스트 패턴을 완성한다(S205).
구체적으로 세정 공정이 완료된 기판을 회전시키는 동시에 열을 제공하여 상기 기판으로부터 세정액을 제거한다. 일 예로서 상기 세정액을 기판으로부터 제거하기 위해 상기 스핀 척은 약 10초 동안 2500 내지 3500rpm의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 이와 같이 상기 기판에 건조 공정을 수행함으로 인해 상기 기판에는 균일한 폭을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성된다.
도 3은 상기 기판이 안착된 스핀 척이 틸트되어 회전되는 경우를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 노광된 포토레지스트 막이 형성된 기판(10) 상에 현 상액을 분사하면서 기판(10)을 지지 및 회전시키기 위한 스핀 척(20)이 기판(10)의 표면으로부터 소정의 기울기를 갖도록 틸트된 상태로 회전시키는 예비 현상 공정을 수행한다.
이 때 스핀 척(20)은 기판(10)의 표면으로부터 5°내지 10°틸트된 상태로 회전될 수 있다. 또한, 상기 틸트된 스핀 척(20)은 수직 축(30)을 기준으로 360°회전 운동을 수행할 수 있다. 스핀 척(20) 상의 현상액과 노광된 포토레지스트 막과의 현상 반응이 완료된 현상액이 기판(10) 상에서 일차적으로 제거되면 스핀 척(20)은 다시 수평 상태로 되돌아간다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법은 기판 상에 현상액을 제공할 시 스핀 척을 틸트된 상태로 회전시켜 노광된 포토레지스트 막과의 미 반응한 현상액 및 상기 노광된 포토레지스트 막과의 반응 부산물을 우선 제거함으로써 현상 공정 중의 반응액이 파티클로 안착되는 것을 감소시킬 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 파티클을 제거하기 위한 세정 공정의 공정 시간이 현저하게 단축될 수 있다. 상기 세정 공정 시간의 단축은 세정 공정시 초래되는 포토레지스트 패턴의 손상을 방지할 수 있어 균일한 프로파일을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 포토레지스트 패턴은 반도체 제조공정의 식각마스크로 적용시 반도체 소자의 수율 및 칩의 신뢰성이 감소를 미연에 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 노광된 포토레지스트 막이 형성된 기판 상에 현상액을 제공하는 단계;
    상기 기판을 틸트된(tilted) 상태로 회전시키면서, 상기 포토레지스트 막을 예비 현상시키는 단계;
    상기 예비 현상된 포토레지스트 막을 현상이 완료된 포토레지스트 막으로 형성하는 단계;
    상기 현상이 완료된 포토레지스트 막이 형성된 기판을 세정하는 단계; 및
    상기 세정이 완료된 기판을 건조시켜 포토레지스트 패턴을 완성하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 현상액은 1000 내지 2000 rpm의 회전 속도로 회전하는 기판의 상면으로 제공되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판의 표면으로부터 5°내지 10°틸트된 상태로 회전하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
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