KR960015640B1 - 포토레지스트 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

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Description

포토레지스트 패턴 형성방법

제1도(a) 내지 제1도(e)는 본 발명의 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 일련의 공정단계를 나타낸 도면,

제2도는 통상의 포토레지스트 패턴 형성방법을 개략적으로 나타낸 블럭도,

제3도는 제2도의 형성방법에 의해 형성된 포토레지스트 패턴의 단면도이다.

본 발명은 반도체 장치 제조시의 미세가공기술에 관한 것으로서, 특히 정(positive) 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 광식각(photolithography) 공정이란 반도체 제조공정에서의 패턴 전달방법으로, VLSI와 같은 반도체 제조기술의 급속한 발전과 초미세소자의 개발 과정에서 그 기술의 중요성이 증대되고 있다. 이 기술에서의 중요한 공정은 마스크 패턴을 기판위의 포토레지스트에 소정의 과정을 거쳐 형성하는 포토레지스트 공정이다.

통상, 포토레지스트 공정은 단층 레지스트 공정과 2층 혹은 3층 레지스트 공정같은 다층 레지스트 공정으로 분류된다. 이 레지스트 공정에서, 다수의 부(negative)제조 또는 정 제조 레지스트 물질은 소망결과 및 기타 요인에 따라 사용된다.

예를들면, 정 제조 레지스트 물질을 이용하는 단층 포토레지스트 공정은 제2도에 도시된 개략 블럭도와 같다. 먼저, 선택된 포토레지스트 물질의 용액은 기판에 피복(coating)되어 레지스트층을 형성하기 위해 건조된다. 포토레지스트층은 레지스트 물질이 민감한 빛, 예를들어 자외 방사선인 광선 혹은 방사선에 노광(explosure)된다.

노광의 결과로서, 포토레지스트층의 노광영역의 레지스트 물질은 유기용매와 같은 현상용액에 잘 녹는다. 이러한 용화현상은 포토레지스트의 주요 구성물질인 노복락 수지(novolac resin)와 같은 고분자 물질과, 광감응제(Photo-Active Sensitizer)가 아세톤 등의 용매에 용해되어 있다가 빛을 받게 되면 광감응제에서 먼저 반응이 일어나, 고분자 물질을 국부적으로 분해시켜 일어난다. 이와는 반대로 부 제조 레지스트 물질을 이용하는 경우, 노광영역의 레지스트 물질은 현상액에 녹지 않는데, 이러한 불용화는 광감응제가 빛에 의해 반응성이 강한 반응기로 변하여, 고분자 물질로 하여금 가교결합(cross-linking) 반응을 일으키는데 근거한다.

포토레지스트층으로부터 노광된 레지스트 물질을 제거하기 위하여, 현상용액으로 현상(develope), 경화건조(hard baking)되며, 따라서 제3도에 도시된 바와같은 정 레지스트 패턴(30)이 기판(11)에 형성된다.

그러나, 이 공정은 현상액에 접촉되는 레지스트 패턴(30)의 표면부위에만 고분자 물질(33)과 광감응제(32)가 가교결합을 이루게 된다. 즉, 레지스트 패턴(30)의 표면부위에만 아조결합물(Azo-coupling product)(34)이 형성되고, 레지스트 패턴(30)의 내부에는 고분자 물질(33)과 광감응제(32)가 따로 떨어져서 존재함으로써, 에칭중에 레지스트 패턴(30)이 에칭용액 또는 O₂-RIE와 같은 건식에칭에 대해 만족할 만한 저항성을 보장하기에 충분치 않다. 그 결과, 양질의 레지스트 패턴이 얻어질 수 없는 결점을 갖는다.

본 발명의 목적은 반응성 이온에칭(RIE) 혹은 플라즈마 에칭과 같은 건식에칭에도 강한 내성을 갖는, 다시말해 레지스트의 선택도를 향상시킬 수 있는 양질의 정 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징은 하기 단계를 포함하는 적어도 하나의 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 기술하고 있다.

a) 포토레지스트 물질을 기판위에 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계,

b) 상기 포토레지스트층의 소정 부위를 방사선에 노광시키는 단계,

c) 상기 노광된 포토레지스트층을 제거하기 위하여 현상 처리하는 단계,

d) 현상된 포토레지스트 패턴 내부가 가교결합(cross-linking)을 이룰 수 있도록 알카리 용액으로 소우킹(soaking)하는 단계, 및

e) 포토레지스트 패턴을 경화건조시키는 단계.

이하, 본 발명을 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도(a) 내지 제1도(e)는 본 발명의 실시예에 따른 정 포토레지스트 패턴 형성의 공정단계를 순차적으로 도시한 것이다. 제1공정은 제1도(a)에 의거한 포토레지스트층(2) 형성 공정으로서, 미합중국 Hoechest사 제품인 AZ5214 포토레지스트 물징을 기판(11)위에 스피닝 코팅법(spinning coating method)을 이용하여 소정두께로 도포하여 포토레지스트층(2)을 형성한다. 잘 알려진 바와같이, 반도체 제조에 사용되는 상기 기판(11)은 반도체, 예컨대 실리콘과 게르마늄 같은 단일 반도체 또는 화합물 반도체 또는 도전 성질을 갖는 모든 금속, 금속화합물 등의 물질을 포함할 수 있다. 또한 기판(11)은 절연층, 예컨데 기판상에 SiO₂층, SiN₄층 혹은 폴리실리콘층과 같은 어떤 층을 포함할 수 있다.

이어, 상기 포토레지스트층(2)은 제1도(b)에 도시된 바와같이, 마스크(13)를 통해 엑시머 레이저드의 광생성 단계에 의해 생성되어 249nm의 파장으로 방사되는 노광용 광(12)에 노출시켜 지는데, 이 경우 노광량은 대략 10펄스로서 100mJ/㎠ 에너지와 같은 정도이다.

이어, 특정한 현상액(예컨데, 탈이온수 : TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroride)=98% : 2%)을 사용하여 약 15초 정도 현상시켜 노출영역을 제거하면 제1도(c)에 도시된 바와같은 포토레지스트 패턴(20)이 형성된다.

이때, 아조결합물(24)은 포토레지스트 패턴(20)의 표면부위에만 형성되므로 표면경화(surface hardner)라고 불리어진다. 반면, 포토레지스트 패턴(20) 내부에는 고분자 물질(23)과 광감응제(22)가 독립적으로 존재하는 버진(virgin) 레지스트 패턴이 남아있게 된다.

최종 공정은 상기 표면경화를 포토레지스트 패턴(20)의 내부까지 확대하여 버진레지스트 패턴 역시 가교결합을 이루는 아조결합물로 고분자화시키는 공정으로서, 알카리 용액, 예컨데 TMAH 단독 혹은 TMAH에 소정의 탈이온수를 혼합한 혼합물을 사용하여 소우킹(soaking)시킨 후(제1도 d), 경화건조(hard baking)시키는 공정이다(제1도 e).

부연하면, 현상후 다시 TMAH를 포토레지스트 패턴(20)에 표면처리 한 후 경화시키면, 상기 표면 경화된 부분은 이미 아조결합물(24)이 형성되어 있으므로 반응치 않고, TMAH의 OH^-기(26)가 패턴 내부로 확산되면서 버진레지스트 패턴쪽으로 들어가 촉매 역할을 하면서 아조결합물(24)이 형성되는 것이다. 즉, 알카리 용액을 촉매로 하여 독립적으로 분리되어 있던 패턴 내부의 고분자 물질(23)과 광감응제(22)를 가교결합시켜 아조결합물(24)로 만들어 제1도(e)에 도시된 바와같이 강한 내성을 갖는 포토레지스트 패턴을 얻게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 알카리 용액에 의한 화학반응을 이용하여 포토레지스트 패턴 전체를 고분자화시켜 패턴의 내성을 강하게 함으로써, 고 에너지에 의한 건식에칭에도 패턴의 변형을 막아주고, 패턴의 선택비를 향상시켜 에칭공정의 마진(margine)을 넓힐 수 있다. 그 결과, 다양한 미세가공 기술에 적합한 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 포토레지스트 물질을 기판위에 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층의 소정 부위를 노광시키는 단계와, 상기 노광된 포토레지스트층을 제거하기 위하여 현상 처리하는 단계와, 현상된 포토레지스트 패턴 내부가 가교결합(cross-linking)을 이룰 수 있도록 알카리 용액으로 소우킹(soaking)하는 단계, 및 포토레지스트 패턴을 경화건조시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 알카리 용액이 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroride) 또는 TMAH에 탈이온수가 소정비율로 혼합된 혼합물 중의 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.