KR100511928B1 - 세정액 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세정액 제거방법에 관한 것으로, 이와같은 방법은 현상공정(develope process) 후 레지스트패턴(resist pattern)을 비롯한 반도체 기판상에 남아 있는 불필요한 물질을 세정액(rinse liquid)을 이용하여 제거한 후, 상기 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 제거하는 건조공정(dry process)시, 동일챔버내에 설치된 진동수단 및 다양한 방법으로 상기 레지스트패턴사이의 세정액을 흔들어 그 표면이 편평하게 되도록 함으로서, 즉 표면장력을 제거하여 회전건조 공정 후, 상기 레지스트패턴이 그 사이에 잔류하는 세정액의 표면장력(surface extension)에 의해 붕괴되는 것을 방지하는 효과가 있다.

특히, 0.2μm이하의 선폭을 가지는 미세패턴형성시 공정의 안정성을 기할 수 있는 효과가 있다.

Description

세정액 제거방법

본 발명은 반도체 제조공정에서의 레지스트패턴 제조방법에 관한 것으로, 특히 회전건조 공정 전 또는 동안, 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 다양한 방법으로 흔들어 0.2μm이하의 선폭을 가지는 미세패턴형성에 적당하도록 한 세정액 제거방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 기판상에 레지스트패턴을 형성함에 있어서, 일반적으로 사용되는 포토리소그래피방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

반도체 기판상에 액상의 레지스트를 도포하고, 상기 레지스트를 정렬 및 노광한 다음, 상기 레지스트에 현상액을 분사하여 패터닝하고, 상기 반도체 기판상을 비롯한 레지스트패턴사이에 남아있는 불필요한 물질을 세정액을 이용하여 세정한 후, 최종적으로 상기 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 스핀드라이공정으로 제거함으로서 완료된다.

상기한 바와 같은 포토리소그래피방법에 있어서, 스핀드라이공정 후 레지스트패턴이 붕괴되는 경우가 종종 발생하였다. 이러한 패턴붕괴현상은 패턴의 높이가 클수록 그리고 패턴의 폭이 좁을수록 자주 발생하였고, 특히 0.2μm이하의 미세패턴의 경우에 있어서 상당히 심각한 문제로 대두되었다.

이러한 패턴붕괴현상의 연유에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 세정공정 후 반도체 기판(1)상의 레지스트패턴(2)사이에 세정액(3)이 잔류하게 된다. 이때, 상기 세정액(3)의 표면은 상기 레지스트패턴(2)의 친수성으로 인해 아래로 오목해지거나(실선참조), 또는 위로 볼록해진다(점선참조). 상기 레지스트패턴(2)의 친수성은 현상액을 이용한 현상공정 후 얻어진다.

상기 세정액(3)은 그 표면에 따라 각기 다른 표면장력(surface extension)을 가지며, 이러한 표면장력에 의해 상기 레지스트패턴(2)이 단위면적 당 받는 힘(P)은 다음과 같이 표현된다.

P = σ/R --- ①

으로 표현된다.

상기 ① 식에서, σ는 세정액의 표면장력(surface tension)을, Ｒ은 세정액(30) 표면의 곡률반경(radius of curvature)을 각각 나타낸다.

상기 곡률반경 Ｒ은

R = d / ( 2cosθ) --- ②

으로 표현된다.

상기 ② 식에서, d는 레지스트패턴(2)사이의 거리를, θ는 레지스트표면에서 세정액(3)의 접촉각(contact)를 각각 나타낸다.

상기 ② 식을 ① 식에 대입하면,

P = 2σcosθ/d

이다.

상기 ① 식을 참조하면, 표면장력(σ)과 Ｐ가 비례하며, 이는 레지스트패턴(2) 사이에 잔류하는 세정액(3)의 표면장력이 크면 클수록 상기 세정액(3)을 제거하기 위한 스핀드라이공정시 상기 레지스트패턴(2)이 쉽게 붕괴됨을 보여준다.

왜냐하면, 0.2㎛ 이하의 미세 레지스트패턴의 경우, 반도체 기판(1)과 레지스트패턴(2)과의 접착력보다 잔류하는 세정액(3)의 표면장력이 크기 때문이다.

상기 레지스트패턴(2)의 붕괴는, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 세정액의 표면형태에 따라 각기 다른 방향으로 진행된다.

도 2는 레지스트패턴 사이에 잔류하는 세정액의 표면이 아래로 오목한 경우을 도시한 것이고, 도 3는 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액의 표면이 위로 볼록한 경우을 도시한 것이다.

상기한 바와 같은 레지스트패턴(2)의 붕괴를 방지하기 위해 제시된 종래의 방법들과 그들의 문제점을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

첫째, 세정액의 온도를 높이거나, 세정액에 유기용제(Organic Solvent) 또는 퍼플루오르헥산(Perfluorohexane, PHF)과 같은 표면활성제(Surface Active Agent)을 넣어 세정액 자체의 표면장력을 감소시킨다. 이러한 방법은 세정액 자체의 성분 변화를 이용한 표면장력의 조절은 기술적으로 대단히 힘들고, 실제 공정에 대한 호환성이 문제되었다

둘째, 레지스트 자체의 영률(Young's modulus)을 크게 하거나, 레지스트을 다중층(Multi Layer)으로 형성시켜 세정액의 음압을 견딜 수 있는 감광물질(Photo Resist)을 사용한다. 이러한 방법은 세정액의 음압을 이길 수 있는 감광물질(Photo Resist)의 개발은 많은 시간 및 비용이 소요되므로 실용적이지 않다는 문제가 있고, 레지스트을 다중층으로 형성하는 것은 생산비용이 상승되는 문제점이 있었다.

셋째, 세정액으로는 보통 순수(Deionized Water)를 사용하므로 레지스트을 친수성이 작은 물질로 선택한다. 이러한 방법은 친수성이 작은 새로운 레지스트의 개발은 많은 시간 및 비용이 소요되므로 실용적이지 않다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 제거하기 위한 회전건조 공정 후 레지스턴패턴이 붕괴되지 않도록 하기 위해 세정액의 표면장력을 감소 또는 제거시키고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 세정액제거방법은 반도체 기판상에 레지스트를 도포하는 공정과; 상기 레지스트를 패터닝하여 레지스트패턴을 형성하는 공정과; 상기 레지스트패턴을 세정하는 공정과; 상기 레지스트패턴에 진동을 가하는 공정과; 상기 레지스트패턴을 회전하여 건조하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 제거하기 위한 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 현상장치에 있어서, 회전건조 공정 전 또는 동안, 챔버(10)의 내측 상방에 설치된 진동수단(12)으로부터 진공척(14)상에 놓인 반도체 기판(21)의 레지스트패턴(23) 사이에 잔류하는 세정액(실선 또는 점선)(25)을 흔들기 위해 진동파가 공급된다.

상기 반도체 기판(21)은 상기 진공 척(14)과 회전축(16)으로 연결된 회전모터(18)에 구동에 의해 일정속도로 회전된다.

상기 진동수단(12)은 전자기파발생기, 초음파발생기가 있고, 이로부터 공급되는 진동파가 상기 레지스트패턴(23) 사이의 잔류하는 세정액(25)에 직접 전달되어 상기 세정액(25)의 표면이 흔들리게 된다.

게다가, 상기 진동수단(12)은 상기 챔버(10)에 부가적으로 설치하거나, 별도의 장치로 만들어 설치할 수 있으며, 상기 주파수와 파장을 변화하여 세정액(25)의 표면장력을 조절할 수 있다.

상기 진동수단(12) 이외에도 상기 세정액(25)을 흔들기 위해 건조공정시 회전모터(18)에 의한 반도체 기판(21)의 회전시에 발생하는 진동을 이용할 수도 있다. 이러한 방법은 상기 반도체 기판(21)의 회전율과 진동수단(12)의 진동수, 진폭, 주변온도를 동시 조절함으로서 상기 세정액(25)의 표면장력을 감소 또는 제거할 수 있는 최적의 조건을 구현할 수 있다.

또한, 상기 반도체 기판(21)을 흔들어 상기 세정액(25)을 흔들 수도 있다.

상기한 바와 같은 방법으로 레지스트패턴(23) 사이에 잔류하는 세정액(25)을 건조공정시 흔들면 상기 세정액(25)의 표면이 비평형상태로 불안정하게 되어 표면장력이 감소 또는 없어지게 된다.

따라서, 세정액의 표면은, 도 5 에 도시된 바와 같이, 불안정한 비평형상태의 평편한 표면을 가지게 된다.

이러한, 평편한 표면을 가지는 세정액(25)의 표면장력(σ)을 계산해 보면 다음과 같다.

P = σ/R ---①

R = d/(2cosθ) ---②

②를 ①에 대입하면

P = (2cosθ)σ/d ---③

③에서 cosθ= 0 (왜냐하면, θ= 90°)

그러므로, P = 0 이고, 따라서, σ= 0 이다.

이는 반도체 기판(21)상의 레지스트패턴(23)이, 도 6 에 도시된 바와 같이, 세정액(25)을 기판(21)으로부터 제거하는 회전건조 공정을 실시한 후, 상기 세정액(25)이 표면장력에 의해 붕괴되지 않음을 보여준다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 사진식각공정에서의 세정액 제거방법은 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액의 표면을 회전건조 공정 전 또는 동안 진동을 주어 흔들리게 하여 그 표면을 평편하게 만듬으로서 즉, 표면장력을 감소시키거나 없앰으로서 레지스트패턴이 회전건조 동안 세정액의 표면장력에 기인하여 붕괴되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 현재 사용하는 현상장치에 진동수단을 부가적으로 용이하게 추가설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 패턴현상기술을 0.2μm이하 선폭의 안정적 형성에 적용할 수 있으며, 이로 인해 공정의 여유도를 증가시키는 효과가 있다.

또한, 다른 기존의 기술보완과 새로운 물질 개발에 필요한 시간과 경비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

특히, 차세대에 적용될 것으로 고려되는 X선과 전자빔을 이용한 리소그래피공정에 많은 도움을 줄것이 기대된다.

도 1 은 종래 세정액을 이용한 세정공정 후 반도체 기판상의 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 도시한 종단면도.

도 2 는 도 1 에 있어서, 건조공정시 세정액의 표면이 실선인 경우, 세정액의 표면장력에 의해 레지스트패턴의이 휘어짐을 도시한 종단면도.

도 3 은 도 1 에 있어서, 건조공정시 세정액의 표면이 점선인 경우, 세정액의 표면장력에 의해 레지스트패턴이 휘어짐을 도시한 종단면도.

도 4 내지 도 6 는 본 발명에 따른 반도체 기판상의 레지스트패턴사이에 잔류하는 세정액을 상기 레지스트패턴의 붕괴없이 제거하기 위한 방법을 도시한 종단면도로서,

도 4 는 회전건조 공정 전 또는 회전건조 공정동안 레지스트패턴사이의 세정액이 챔버내에 설치된 진동수단에 의해 흔들리는 것을 도시한 종단면도.

도 5 는 도 4 에 있어서, 'A'의 확대도.

도 6 는 회전건조 공정 후 반도체 기판상의 레지스트패턴의 형상을 도시한 종단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 설명 **

10 : 챔버 12 : 진동수단

14 : 진공척 16 : 회전축

18 : 회전모터

21 : 기판 23 : 레지스트패턴

25 : 세정액

Claims (5)

1. 반도체 기판(21)상에 레지스트를 도포하는 공정과;

   상기 레지스트를 패터닝하여 레지스트패턴(23)을 형성하는 공정과;

   상기 레지스트패턴(23)을 세정하는 공정과;

   상기 레지스트패턴(23)에 진동을 가하는 공정과;

   상기 레지스트패턴(23)을 회전하여 건조하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 세정액 제거방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레지스트패턴(23)을 세정하고, 상기 레지스트패턴(23)에 진동을 가하는 공정은 동일 챔버(10)에서 수행하는 것을 특징으로 하는 세정액 제거방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동은 통상적인 현상장치의 챔버(10) 내측 상방에 설치된 진동수단(12)을 이용하여 상기 레지스트패턴(23) 사이의 잔류하는 세정액(25)의 표면이 흔들리게 하는 것을 특징으로 하는 세정액 제거방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 진동수단(12)은 초음파발생기 또는 전자기파발생기 중 하나인 것을 특징으로 하는 세정액 제거방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전건조 공정시 회전하는 상기 반도체 기판(21)의 진동을 이용하여 상기 세정액(25)을 흔들리게 하는 것을 특징으로 하는 세정액 제거방법.