KR19980077751A - 포토레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

포토레지스트 패턴 형성 방법을 개시한다. 본 발명은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성하고 노광시켜 노광된 포토레지스트막을 형성한다. 이후에 노광된 포토레지스트막 상에 현상액을 분사시켜 포토레지스트막의 노광된 영역을 제1차 현상한다. 연이어, 상기 현상액을 다시 분사시켜 잔존하는 포토레지스트막의 노광된 영역을 제2차 현상한다. 이후에 초순수로 반도체 기판을 세정한 후 건조한다. 이와 같이 하여 현상 반응에서 발생되는 유기 고분자를 포함하는 반응 생성물을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

포토레지스트 패턴 형성 방법.

본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의한 포토레지스트 패턴(photoresist pattern) 형성 방법에 관한 것이다.

포토리소그래피(photolithography) 공정은 크게 반도체 기판 상에 포토레지스트(photoresist)막을 형성하는 공정과 상기 포토레지스트막의 소정의 영역에 빛을 조사시키는 노광(exposure) 공정 및 상기 노광된 포토레지스트막을 현상(development)하는 공정의 순으로 이루어진다. 특히, 현상 공정은 상기 노광 공정에서 노광 반응된 포토레지스트막의 소정의 영역을 현상액으로 화학 반응시켜 제거하는 공정이다. 즉, 상기 노광된 포토레지스트막의 소정의 영역과 현상액이 화학 반응하여 반응 생성물을 형성한다. 이와 같은 반응 생성물은 상기 현상액에 용해되어 상기 노광 반응된 포토레지스막의 소정의 영역이 제거된다. 이와 같은 반응이 상기 현상 공정의 화학 반응에서 수행된다.

도 1을 참조하여 종래의 포토레지스트막 현상 방법의 문제점을 설명한다.

먼저, 반도체 기판(10) 상에 도전 물질 또는 절연 물질로 이루어진 제1 물질막(20)을 형성한다. 다음에, 상기 제1 물질막(20) 상에 제2 물질막, 예컨대 포토레지스트막을 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 상기 제1 물질막(20)의 소정 영역을 노출시키는 제2 물질막 패턴(31), 즉 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때, 현상액과 포토레지스트막의 화학 반응의 부반응에 의해 원하지 않는 유기 고분자(polymer)가 생성되며, 노출된 제1 물질막(20) 표면에 침적되어 유기 고분자막(40)을 형성한다. 이러한 유기 고분자막(40)은 상기 제1 물질막(20)을 패터닝하기 위한 후속의 습식 식각 공정을 방해한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 현상 반응에 사용된 현상액과 상기 현상 반응의 부반응에 의해 생성될 수 있는 유기 고분자막을 효과적으로 제거할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 포토레지스트 패턴 형성 방법의 문제점을 설명하기 위해서 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위해서 본 발명은, 먼저 반도체 기판 상에 노광된 포토레지스트막을 형성한다. 상기 노광된 포토레지스트막 상에 현상액을 공급하여 상기 포토레지스트막의 노광된 영역을 제1차 현상한다. 이때, 상기 현상액은 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide)와 초순수가 혼합된 용액을 이용한다. 또한 상기 제1차 현상에서 상기 현상액과 상기 포토레지스트막의 노광된 영역을 일정한 시간 동안 현상 반응시켜 상기 포토레지스트막의 노광된 영역의 50% 내지 70%의 두께를 제거한다. 이후에, 상기 현상된 포토레지스트막 상에 상기 현상액을 공급하여 상기 포토레지스트막의 잔존하는 노광된 영역을 제2차 현상한다. 이때, 제 2차 현상은 상기 반도체 기판을 회전시키며 상기 현상된 포토레지스트막 상에 상기 현상액을 공급하고, 이후에 상기 반도체 기판을 정지시켜 상기 포토레지스트막의 잔존하는 노광된 영역이 제거되도록 현상 반응을 진행시킨다. 연후에 상기 반도체 기판을 세정하고 건조한다.

이와 같은 방법에 의해서 현상 반응에서 발생될 수 있는 유기 고분자막의 잔존을 억제할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2내지 도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.

도 2는 반도체 기판(100) 상에 하부 물질막(200)과 노광된 포토레지스트막(300)이 순차적으로 형성된 것을 나타낸다.

먼저, 반도체 기판(100) 상에 하부 물질막(200), 예컨대 도전막 또는 절연막을 형성한다. 다음에, 상기 하부 물질막(200) 상에 포토레지스트막을 도포한다. 상기 포토레지스트막은 빛에 노출되면 그 분자 구조가 변하는 물질로 형성된다. 또한 상기 포토레지스트막은 노광된 영역 또는 노광되지 않은 영역이 제거되느냐에 따라 포지티브(positive)형 또는 네거티브(negative)형으로 구분된다. 본 실시예에서는 포지티브형 포토레지스트막을 도포한다. 예컨대, 상기 포토레지스트막은 감응제(sensitizer)를 포함하는 노볼락 레진(novolac resine)으로 형성된다. 이때 상기 감응제로는 디아조나프타퀴논(diazonaphthaquinone)을 이용한다. 이후에 상기 포토레지스트막의 소정의 영역에 빛을 조사하여 노광시킨다. 이와 같이 하여 노광 반응된 영역(320)과 노광 반응되지 않은 영역(310)이 설정된 노광된 포토레지스트막(300)이 형성된다. 상기 노광 반응된 영역(320)은 이후의 현상 반응에 의해 제거되는 영역이다.

도 3은 반도체 기판(100) 상에 현상액을 공급하여 노광된 포토레지스트막(300)을 제1차 현상시킨 결과를 나타낸다.

먼저, 반도체 기판(100) 상에 현상액을 공급한다. 상기 현상액을 공급하는 방법은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다. 예컨대, 현상액이 담긴 액조(bath)안에 반도체 기판(100)을 담근 상태로 흔들어주는 방법(immersion 방법), 일정량의 현상액을 정지된 반도체 기판(100) 상에 떨어뜨려 상기 노광된 포토레지스트막(300) 상에 공급하는 퍼들(puddle) 방법 또는 정지하거나 회전하는 반도체 기판(100) 상에 현상액을 분사하는 스프레이(spray) 방법 등을 이용하여 현상액을 반도체 기판(100) 상의 상기 노광된 포토레지스트막(300) 상에 공급한다.

본 실시예에서 바람직하게는 상기 스프레이(spray) 방법을 이용하여 반도체 기판(100) 상에 현상액을 공급한다. 예컨대, 먼저 정지된 반도체 기판(100) 상에 노즐을 이용하여 현상액을 분사한다. 이후에 상기 반도체 기판(100)을 회전시켜 상기 분사된 현상액이 상기 노광된 포토레지스트막(300) 상을 충분히 뒤덮도록 한다. 이때, 상기 반도체 기판(100)을 대략 30 rpm 내지 200rpm의 속도로 회전시킨다. 또한, 상기 회전 속도 범위내에서 회전 속도를 변화시키며 상기 반도체 기판(100)을 회전시킨다. 이후에, 상기 회전하는 반도체 기판(100)을 정지시켜 상기 현상액과 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)이 화학 반응을 일으키도록 한다.

상기 현상액으로 염기성 용액(alkaline solution) 및 초순수의 혼합 용액을 이용한다. 예컨대, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydrooxide)와 초순수를 포함하는 용액을 현상액으로 사용한다. 이때, 상기 현상액의 TMAH는 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)과 화학 반응을 일으켜 수용성의 반응 생성물을 형성한다. 동시에 상기 반응 생성물은 현상액으로 녹아든다. 이에 따라 상기 TMAH가 소모되어 즉, OH 반응기가 소모되어 상기 현상액의 pH는 중성에 가까워진다. 즉, 상기 현상액의 반응성이 점차 감소하게 된다. 이와 같이 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)은 점차 상기 현상액에 녹아 들며 제거된다.

상기 현상액의 반응성이 점차 감소함에 따라 상기 화학 반응의 부반응에 의해 유기 고분자가 형성될 수 있다. 즉, 현상액의 반응성이 감소함에 따라 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)에서 떨어져나온 포토레지스트의 잔재들이 현상액에 용해되지 못하고 부유하게 된다. 상기 현상 반응이 진행됨에 따라 상기 잔재들은 점차 침적되어 유기 고분자막(400)을 형성할 수 있다. 이러한 유기 고분자막(400)은 상기 포토레지스막(300)의 노광된 영역(320)에 기인한 것이므로 종래의 세정에서와 같이 초순수에 의한 세정 방법으로는 용이하게 제거되지 않는다. 상기 유기 고분자막(400)은 이후의 습식 식각 공정에서 식각 반응을 방해하여 식각 불량을 일으키는 원인이 된다.

본 발명은 이러한 유기 고분자막(400)을 제거하기 위해서 제1차 현상 단계에서 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)의 초기 두께 중 일부 두께만을 용해하여 제거한다. 즉, 형상 반응 시간을 조절하여 상기 노광된 영역(320)이 일부 두께까지 제거되면, 이후의 제2차 현상 단계를 수행한다. 예컨대, 제1차 현상 단계에서는 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)의 초기 두께의 대략 50% 내지 70%정도의 두께를 용해시켜 제거한다. 이렇게 되면 잔존하는 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320) 상에 유기 고분자막(400)이 형성된 형상을 가질 수 있다.

도 4는 반도체 기판(100) 상에 현상액을 공급하여 포토레지스트막(300)을 제2차 현상시킨 결과를 나타낸다.

상기 제1차 현상 단계에 연이어 현상액을 상기 반도체 기판(100) 상에 공급한다. 예컨대, 상기 반도체 기판(100)을 회전시키며, 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 현상액을 노즐을 이용하여 분사한다. 이때, 상기 반도체 기판(100)을 대략 30 rpm 내지 200rpm의 회전수로 회전시킨다. 덧붙여 상기 회전수 범위내에서 회전수를 변화시키며 상기 반도체 기판(100)을 회전시킨다. 본 실시예에서는 상기 현상액으로 염기성 용액 및 초순수의 혼합 용액을 사용한다. 바람직하게는 제1차 현상 단계에서 사용되는 현상액, 즉 TMAH를 포함하는 초순수를 사용한다. 이와 같이 하면, 잔존하는 제1차 현상 단계에서의 사용된 현상액이 반도체 기판(100)에서 제거된다. 동시에 상기 반도체 기판(100)이 회전되는 원심력과 상기 현상액이 분사되는 분사압에 의해서 상기 유기 고분자막(400)이 제거된다. 상기 분사되는 현상액은 제1차 현상 단계에서 반응된 현상액에 비해 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)과의 반응성을 높게 유지하고 있다. 또한 상기 유기 고분자막(400)은 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)에 기인한 것이다. 따라서, 종래의 세정에서 사용되는 초순수에 비해 효과적으로 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)로부터 유기 고분자막(400)을 제거할 수 있다.

이후에, 상기 회전하는 반도체 기판(100)을 정지시켜 상기 현상액의 TMAH와 상기 포토레지스트막(300)의 잔존하는 노광된 영역(320)이 화학 반응하도록 한다. 이와 같이 하여 제1차 현상된 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)의 잔존하는 두께, 즉 노광된 영역(320)의 초기의 두께의 대략 30% 내지 50%의 잔존하는 두께를 제거한다. 이때, TMAH와 초순수는 재 공급된 것으로 반응기가 소모되지 않은 것이므로 높은 반응성을 유지하고 있다. 따라서 상기 포토레지스트막(300)의 노광된 영역(320)의 잔존하는 두께를 용해시킬 수 있다.

이와 같은 제2차 현상 단계에서도 유기 고분자(410)가 잔류될 수 있다. 그러나 이때의 상기 재공급된 현상액은 높은 반응성을 유지하고 있으므로 상기 유기 고분자(410)가 발생되는 확률은 낮다. 따라서 상기 잔류되는 유기 고분자(410)의 양은 미미하다. 이와 같이 현상 공정 중간에 염기 용액을 재 공급함으로써 상기 유기 고분자막(400)의 잔류를 억제할 수 있다.

도 5는 반도체 기판(100) 상에 포토레지스트 패턴(310)이 형성된 것을 나타낸다.

상기 제2차 현상 단계에 연이어서 상기 반도체 기판(100) 상을 세정한다. 이 때 세정액으로는 초순수를 사용한다. 즉, 반도체 기판(100) 상에 잔존하는 상기 제2차 현상 단계에서 사용된 현상액 등을 제거한다. 동시에, 상기 제2차 현상 단계에서 침적될수 있는 유기 고분자(410)는, 종래의 잔존되는 유기 고분자막(40)에 비해 그 양이 미미하여 초순수의 분사되는 압력 및 회전하는 반도체 기판(100)의 원심력 등에 의해 제거될 수 있다.

이후에 상기 반도체 기판(100)을 건조시킨다. 예컨대, 초순수의 분사를 중지하고 상기 반도체 기판(100)을 계속하여 회전시켜 그 원심력에 의해 반도체 기판(100) 상에 잔존하는 초순수를 제거한다. 이와 같은 방법으로 반도체 기판(100) 상에 포토레지스트막(300)의 노광되지 않은 영역(310)만이 남게 되어 포토레지스트 패턴(310)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(310)은 유기 고분자막(400)을 가지지 않으며 형성될 수 있어 이후의 식각 공정에서 반도체 소자의 패턴 불량을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 제조 방법의 포토레지스트 패턴 형성 방법은 제1차 및 제2차에 걸쳐 수행되는 현상 반응에 의해 유기 고분자막의 생성과 같은 결함들을 제거할 수 있다. 이어서 초순수로 상기 반도체 기판을 세정함으로써 현상 공정 중에 발생하는 미미한 결함들도 더 제거할 수 있다. 따라서 이와 같이 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하는 습식 식각 공정에서의 반도체 소자의 패턴 불량을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 반도체 기판 상에 노광된 포토레지스트막을 형성하는 단계;

   상기 노광된 포토레지스트막 상에 현상액을 공급하여 상기 포토레지스트막의 노광된 영역을 제1차 현상하는 단계;

   상기 제1차 현상된 포토레지스트막 상에 상기 현상액을 공급하여 상기 포토레지스트막의 잔존하는 노광된 영역을 제2차 현상하는 단계; 및

   상기 반도체 기판을 초순수로 세정하고 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 현상액은 초순수와 TMAH(tetra methyl ammonium hydrooxide)가 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1차 현상 단계는

   상기 현상액과 상기 포토레지스트막의 노광된 영역을 일정한 시간 동안 현상 반응시켜 상기 포토레지스트막의 노광된 영역의 50% 내지 70%의 두께를 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 형성 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2차 현상하는 단계는,

   상기 반도체 기판을 회전시키며 상기 반도체 기판 상에 상기 현상액을 공급하는 단계; 및

   상기 반도체 기판을 정지시켜 상기 포토레지스트막의 잔존하는 노광된 영역이 제거되도록 현상 반응을 진행시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 형성 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 반도체 기판은 30rpm 내지 200 rpm의 회전수 내에서 변화되는 회전수로 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴형성 방법.