KR20010084812A

KR20010084812A - 포토레지스트 제거 방법

Info

Publication number: KR20010084812A
Application number: KR1020000010135A
Authority: KR
Inventors: 전미숙; 문상식
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-06

Abstract

본 발명은 반도체 구조체를 형성하기 위해 물질막을 패터닝할 때 사용되는 포토레지스트 패턴을 효과적으로 제거하는 방법을 개시한다. 사진 공정은 포토레지스트 도포, 노광, 현상 및 검사의 순으로 진행하여 마스크 패턴을 포토레지스트에 패터닝 한다. 검사 과정에서 패터닝한 포토레지스트 패턴에서 불량을 발견하면 포토레지스트를 제거한 후 다시 포토레지스트 패턴을 형성한다. 여기서, 포토레지스트를 제거하기 위해 O₂기체와 N₂기체를 사용한 애싱(ashing) 공정을 실시하고, 이어서 새롭게 혼합된 유기혼합용제를 사용하여 포토레지스트를 완전히 제거한다. 결가적으로 경화된 어떤 상태의 포토레지스트도 완전히 제거할 수 있고, 무기혼합용제를 사용하여 포토레지스트를 제거할 때 소요되는 처리시간보다 짧은 시간에 포토레지스트를 제거할 수 있다.

Description

포토레지스트 제거 방법{METHOD OF REMOVING A PHOTORESIST}

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로써, 좀 더 구체적으로 포토레지스트 제거 방법에 관한 것이다.

반도체 공정 중 사진 공정은 반도체 구조물을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계이다. 사진 공정은 패턴을 형성하기 위한 절연막 또는 도전막 상에 포토레지스트막을 형성하고 마스크 패턴이 형성된 레티클을 사용하여 상기 포토레지스트막에 노광을 한다. 빛에 노출되거나 노출되지 않은 영역을 선택적으로 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 SEM(Scanning Electro Microscope)을 이용하여 인 라인(in line) 상태에서 검사한다. 검사 결과 상기 포토레지스트 패턴이 불량하다고 판단되면 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 재작업(rework)을 해야한다. 그런데, 상기 검사 과정에서 상기 SEM에서 발생되는 약 800eV의 전하들이 상기 포토레지스트와 충돌하여 상기 포토레지스트의 구성 요소인 고분자 물질(resin)과 광반응제(PAC) 등을 서로 융합 반응시킨다. 그 결과, 상기 포토레지스트를 경화시켜 재작업시 상기 포토레지스트를 제거하기 어렵게 만든다. 현재의 공정에서 상기 경화된 포토레지스트를 제거하는 방법으로 황산(H₂SO₄)과 과산화수소(H₂O₂)를 혼합한 무기혼합용제를 사용한다. 상기 무기혼합용제를 이용한 방법은 처리 시간이 2700초나 되어 반도체 공정의 생산성을 감소시키는 요인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 포토레지스트를 깨끗히 없애기 위한 포토레지스트 제거 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 포토레지스트를 없애는 처리 시간을 감소시키기 위한 포토레지스트 제거 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 제거 방법의 공정 단계를 보여주는 순서도이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 포토레지스트 제거 방법은 포토레지스트막을 형성한다. 사진 공정을 통해 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 검사한다. 애싱 공정을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 유기혼합용제를 사용하여 상기 애싱 공정 후에 잔존하는 포토레지스트 패턴을 제거한다.

(실시예)

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 제거 방법을 자세히설명한다.

본 발명의 신규한 포토레지스트 제거 방법은 포토레지스트 패턴 검사 후 애싱 공정과 유기혼합용제를 이용하여 단계적으로 포토레지스트를 제거한다.

도 1을 참조하면, 반도체 구조물을 형성하기 위해 절연막을 형성한다. 상기 절연막을 세정한다. 상기 절연막 상에 포토레지스트를 도포한다. 상기 포토레지스트 도포는 웨이퍼 중심부에 소정의 포토레지스트를 공급한 다음 약 30초간 약 2000rpm의 회전 속도로 상기 웨이퍼를 회전시키면 상기 웨이퍼 전면에 상기 포토레지스트가 고르게 퍼진다. 상기 포토레지스트는 일반적으로 고분자물질(resin), 광반응제(PAC;Photo Active Compound) 및 용제(solvent)로 구성된다. 상기 광반응제는 노광시 빛에 직접적으로 반응하는 물질이고 용제는 상기 포토레지스트가 용해되어 흐름성을 갖도록 하는 물질이다. 도포된 상기 포토레지스트는 웨이퍼 전면에서 일정한 두께를 유지한다. 상기 용제는 휘발성이 커서 대부분 대기 중으로 증발되고 도포 후 상기 포토레지스트에는 10% 내지 20%의 용제와 수분만이 남게 된다. 상기 용제와 수분은 노광 공정시 빛을 흡수하거나 원치 않는 화학 반응을 유발하여 패턴 불량을 초래할 수 있다. 따라서, 잔류하는 용제와 수분을 제거하는 공정이 필요한데, 챔버(chamber) 내에 웨이퍼를 넣고 열을 가하여 용매와 수분을 제거하는 베이크(bake) 공정을 수행한다. 상기 베이크 공정은 약 160℃의 온도에서 약 3분 동안 진행한다.

상기 웨이퍼를 정렬 노광기에 넣고 정렬과 노광을 한 후 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한다(10). 상기 정렬 과정은 먼저 레티클(reticle)의 위치 확인, 웨이퍼의 위치 확인 및 레티클과 웨이퍼의 위치 정렬 순으로 진행된다. 상기 노광 과정은 상기 레티클과 상기 웨이퍼가 정렬된 상태에서 상기 레티클 상에 빛을 입사시킨다. 여기서 사용되는 빛은 365nm의 파장을 갖는 i-라인(line) 빛 또는 245nm의 파장을 갖는 DUV(Deep Ultra Violet) 빛이 사용된다. i-라인 빛은 0.30㎛ 이상의 패턴 형성에 적합하고 DUV 빛은 0.20㎛ 이상의 패턴 형성에 적합하다. 상기 현상 과정은 현상액을 사용하여 상기 포토레지스트의 노광된 영역 또는 노광되지 않은 영역을 선택적으로 제거함으로써 포토레지스트 패턴이 형성된다. 상기 포토레지스트가 양성(positive)의 포토레지스트이면 빛에 노출된 부분이 현상액과 반응하여 제거되고, 음성(negative)의 포토레지스트이면 빛에 노출되지 않은 부분이 현상액과 반응하여 제거된다.

현상 후 상기 포토레지스트에 함유된 용제와 수분을 제거하기 위하여 베이크 처리를 한 번 더 하고 검사 과정을 수행한다(20). 검사 과정에서는 SEM(Scanning Electro Microscope)을 통한 포토레지스트 패턴 CD(Critical Dimension) 검사, 정렬 상태를 검사하는 정렬 검사, 불량을 검사하는 결함 검사 등이 있다. 이러한 일련의 검사 과정에서 공정 기준에 벗어나는 불량이 발생되면 상기 포토레지스트를 제거하고 다시 포토레지스트 패터닝 과정을 실시하여야 하는데 이것을 재작업(rework)이라고 한다. SEM을 통한 CD 검사는 인 라인(in line) 상태에서 수행되는데 800eV의 에너지를 갖는 SEM의 강렬한 전자빔(elecron beam)에 노출된상기 포토레지스트가 변화되어 경화된 포토레지스트가 된다. 즉, 상기 포토레지스트의 성분인 고분자물질(resin)과 광반응제(PAC) 등이 서로 융합 반응하여 새로운 생성물이 만들어져 상기 포토레지스트를 경화시킨다. 상기 경화된 포토레지스트는 종래의 애싱(ashing)이나 무기혼합용제(H₂SO₄)를 사용하여 재작업을 하면 상기 경화된 포토레지스트가 완전히 제거되지 않거나 재작업 시간이 길어져 생산성이 저하되는 문제를 안고 있다. 본 발명에서는 재작업 시간을 줄이면서 상기 경화된 포토레지스트를 완전히 제거하는 방법을 제시한다. 본 발명에서는 재작업 처리를 위해 유기혼합용제(GNA)를 사용한다. 상기 유기혼합용제는 C₄H₅O₂(GBL:Gamma Butyro Lactone), CH₃COOC₄H₉(Normal Butyl Acetate) 및 CH₃COCH₃(Acetone)의 유기물을 혼합한 용제이다. 표준 공정에서 상기 유기혼합용제만을 사용하여 상기 경화된 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있다. 그러나, 베이크 처리를 표준 공정보다 추가적으로 더 받은 포토레지스트일 경우에는 상기 유기혼합용제를 사용하더라도 상기 경화된 포토레지스트가 완전히 제거되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 애싱(ashing) 공정을 상기 유기혼합용제를 사용한 공정 이전에 먼저 실시하여 상기 유기혼합용제의 효과를 극대화하고자 한다(30).

애싱 공정은 상기 경화된 포토레지스트가 형성된 웨이퍼를 챔버 내의 척 상에 얹어 놓고 챔버 내부 압력을 1000mT 내지 1800mT 범위로 유지시키고, 챔버 내의 전극에 약 1100W 내외의 전력을 인가시키고, 척의 온도를 200℃ 내지 320℃ 범위로 유지시킨다. 그리고, 3000sccm 내지 4000sccm 유량 범위를 갖는 O₂기체와 100sccm내지 200sccm 유량 범위를 갖는 N₂기체를 상기 챔버 내에 주입하여 상기 경화된 포토레지스트를 식각한다. 바람직하게는 1500mT의 챔버 압력, 1100W의 전극 전력, 270℃의 척 온도, 3550sccm 유량의 O₂기체 및 150sccm 유량의 N₂기체를 사용하는 조건에서 양호한 결과를 얻을 수 있다. 이 때의 처리 시간은 약 90초로 가장 짧은 시간에 상기 경화된 포토레지스트를 제거할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 치명적으로 상기 애싱 공정만을 사용해서는 상기 경화된 포토레지스트를 완전히 깨끗하게 제거할 수 없다. 따라서, 애싱 공정 후 본 발명에서 제시한 유기혼합용제를 사용하여 추가 공정을 진행하면 상기 경화된 포토레지스트를 완전하게 제거할 수 있다(40). 또한, 상기 애싱 공정 후 유기혼합용제를 사용하여 상기 경화된 포토레지스트를 제거하면, 추가된 베이크 공정시 상기 유기혼합용제만을 사용해서 완전히 제거할 수 없었던 상기 경화된 포토레지스트도 제거할 수 있는 효과가 있다.

[표 1]

재작업 처리 방법에 따른 처리 시간

처리 방법	처리 조건	처리 시간
유기혼합용제	C₄H₅O₂+CH₃COOC₄H₉+CH₃COCH₃	160초
무기혼합용제	H₂SO₄+H₂O₂	2700초
애싱	챔버 압력 1500mT전극 전력 1100W척 온도 270℃O₂유량 3550sccmN₂유량 150sccm	90초

[표 2]

재작업 처리 방법에 따른 포토레지스트 종류별 처리 효과

	A	B(추가 베이크)	C(추가 베이크)	D
유기혼합용제	○	○(×)	○(×)	○
무기혼합용제	○	○(○)	○(○)	○
애싱	×	×(×)	×(×)	×
애싱+유기혼합용제	○	○(○)	○(○)	○

(○:처리 양호, ×:처리 불량, 괄호는 추가 베이크 처리시 효과)

표 1은 재작업 처리 방법에 따른 재작업 처리 시간을 보여주는 도표이고, 도 2는 재작업 처리 방법에 따른 포토레지스트 종류별 처리 효과를 보여주는 도표이다. 상기 포토레지스트 종류는 A, B, C 및 D 제품, 예를 들면, UV3, SEPR-402, SEPR-403S 및 SQM08A6 제품으로서 실험에 적용된 제품들이다.

표 1에서 보는 바와 같이 상기 유기혼합용제를 사용하여 상기 경화된 포토레스트 제거시 처리 시간이 약 160초 소요된다. 그런, 상기 무기혼합용제를 사용하여 상기 경화된 포토레지스트 제거시 처리 시간이 약 2700초 소요된다. 이에 반하여 애싱 공정을 이용하여 상기 경화된 포토레지스트 제거시 약 90초면 처리가 가능하다. 처리 시간으로는 애싱 공정이 가장 빠르고 무기혼합용제를 사용할 때 가장 긴 처리 시간이 소요된다.

그러나, 표 2에서 보는 바와 같이 상기 애싱 공정은 처리 시간이 가장 짧은 반면 상기 경화된 포토레지스트를 제거하는 과정에서 웨이퍼(wafer) 상에 파티클(particle)를 발생시키기 때문에 후속 공정에서 불량이 초래된다. 그러므로, 상기 애싱 공정을 단독으로 적용할 수가 없다. 상기 무기혼합용제는 모든 종류의 포토레지스트에 대해서 처리 효과가 양호하다. 추가 베이크 공정이 적용된 경우에도 상기 경화된 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있다. 그러나, 상기 무기혼합용제는 처리 시간이 다른 처리 방법에 비해 가장 길어 생산성을 저하시키는 요인이 된다. 상기 유기혼합용제는 모든 포토레지스트에 대해서 처리 효과가 양호하다. 처리 시간도 상기 무기혼합용제보다 훨씬 짧다. 다만, 추가 베이크 공정이 적용된 상기 경화된 포토레지스트에 대해서는 처리 효과가 불량하다. 애싱 공정 후 유기혼합용제를 사용하는 경우에는 표 2에서는 보는 바와 같이 모든 면에서 양호한 처리 효과를 나타내고 있다. 처리 시간이 애싱 공정 처리 시간과 유기혼합용제 처리 시간을 합한 250초 정도로 각각의 처리 시간보다 더 소요되지만 상기 무기혼합용제를 사용하는 경우보다 약 11배나 짧은 시간에 처리할 수 있다. 따라서, 상기 경화된 포토레지스트를 완전히 깨끗히 처리하면서 상기 무기혼합용제를 사용한 처리 시간보다 더 짧은 시간에 처리할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 측정 장비에 의해 경화된 포토레지스트를 애싱과 유기혼합용제를 이용하여 깨끗히 제거할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 애싱과 유기혼합용제를 사용함으로써 무기혼합용제를 사용하는 것에 비해 포토레지스트를 제거하는 시간을 감소시키는 효과가 있다.

Claims

포토레지스트막을 형성하는 단계;

사진 공정을 통해 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 포토레지스트 패턴을 검사하는 단계;

애싱(ashing) 공정을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및

유기혼합용제를 사용하여 상기 애싱 공정 후 잔존하는 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토레지스트 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유기혼합용제로 C₄H₅O₂, CH₃COOC₄H₉및 CH₃COCH₃를 사용하여 160초 동안 세정하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 애싱 공정은 1500mT 압력, 1100W 인가전력 및 270℃ 온도 하에서 3550sccm O₂기체와 150sccm N₂기체를 주입하여 90초 동안 세정하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 제거 방법.