KR100572950B1 - 레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 양태의 레지스트 패턴 형성 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과, 상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
노광, 레지스트막, 레지스트 보호막, 피 가공막, 대물 렌즈, 액체, 친수성
Description
도 1은 제1 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법을 실시하는 장치 구성을 나타내는 도면.
도 2a 내지 도 2d는 제1 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 3a 내지 도 3d는 제1 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시 형태 및 종래예에 따른 레지스트 패턴 형상을 나타내는 도면.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법을 실시하는 장치 구성을 나타내는 도.
도 6a 내지 도 6d는 제2 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7c는, 제2 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8d는, 제3 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로 세스 흐름을 나타내는 도면.
도 9a 내지 도 9c는, 제3 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 10a 내지 도 10d는 제4 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 제4 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 12a 내지 도 12d는 제5 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 13a 내지 도 13e는 제5 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 14a 내지 도 14d는 제6 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 15a 내지 도 15e는 제6 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 16a 내지 도 16d는 제7 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
도 17a 내지 도 17e는 제7 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 대물 렌즈
2 : 액체
R : 레지스트막
R1 : 레지스트 보호막
S : 기판
본 발명은 반도체 장치 제조에 있어서의 리소그래피 공정에 사용되는 레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 회로의 미세화에 수반하여, 노광 장치의 단파장화가 진행되고 있다. 한편, 노광 장치의 해상도를 향상하기 위해서, 대물 렌즈와 레지스트막의 사이를 고 굴절율의 액체로 채우는 액침형(液浸型) 노광 장치를 이용하는 것이 제안되어 있다. 이에 의해서, 실질적인 NA를 올릴 수 있어, 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 또, ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서는 상기 액체로서 물을 이용하는 것이 제안되어 있다. 또한, 이 종류의 액침 기술에 대하여, 「일경 마이크로 디바이스」일경 BP사, 9월호(제61-70페이지)에 기술되어 있다.
그러나, 상기 액침형 노광 장치를 이용한 경우, 레지스트막과 액체가 직접 접촉하게 된다. 이 때문에, 화학 증폭형 포지티브 레지스트를 이용한 경우 등, 레지스트 중에서 발생한 산이 상기 액체 중으로 용출하고, 레지스트막 표면의 산이 부족하여, 레지스트 형상에 이상을 초래하는 경우가 있다.
또한, 상기 액침형 노광 장치를 이용한 경우, 레지스트막과 렌즈의 사이를 채우는 액체 중에 기포가 발생하면, 상질(像質)의 열화를 가져오게 된다. 특히, 레지스트막 표면은 일반적으로 소수성(疎水性)이기 때문에, 레지스트막과 액체의 계면에 기포가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 양태의 레지스트 패턴 형성 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체에 대하여 불용해(不溶)로 되는 레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과, 상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태의 레지스트 패턴 형성 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것과, 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태의 레지스트 패턴 형성 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈 의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과, 상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것과, 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태의 반도체 장치의 제조 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과, 상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태의 반도체 장치의 제조 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것과, 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태의 반도체 장치의 제조 방법은, 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과, 상기 액체에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과, 상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함한다.
이하, 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법을 실시하는 장치 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 액침 노광 장치에 구비된 대물 렌즈(1)의 아래쪽에, 실리콘 기판(반도체 기판, 반도체 웨이퍼) S가 배치된다. 대물 렌즈(1)와 실리콘 기판 S의 사이에는 액체(순수)(2)가 채워진다. 후술하는 바와 같이, 실리콘 기판 S에는 레지스트막 R이 형성되고, 또한 레지스트막 R의 표면에 레지스트 보호막 R1이 형성된다.
도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d는, 본 제1 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 실리콘 기판 S 상에 반사 방지막 용액(ARC29A((주) 일산 화학사제))을 도포하고, 190℃ 핫 플레이트 상에서 60초간 베이크 처리를 행하여, 80nm 막 두께 의 반사 방지막(피 가공막)을 얻는다.
그 후, 도 2a에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S 상에 하층 레지스트 용액(13)을 공급한다. 이에 의해, 상기 반사 방지막 상에 메타크릴레이트계의 ArF 화학 증폭형 포지티브 레지스트(막 두께 300nm)를 도포한다. 다음에, 도 2b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 상기 실리콘 기판 S에 대하여 60초간 베이크 처리를 행하여, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다.
그 후, 도 2C에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 보호막 수용액(15)을 공급한다. 이에 의해, 레지스트막 R 상에 고형분 농도 6wt%의 폴리실세스키옥산 수용액을 막 두께 60nm 로 되도록 도포한다. 계속해서, 120℃의 핫 플레이트 상에서 60초간 가열 처리를 행하고, 불용해화 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면에 액체(2)에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막 R1이 형성된다.
다음에, 도 2d에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 3a에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 3b에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 박리액(16)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 0.1% 불산 용액 중 에 30초간 침지하여, 상기 폴리실세스키옥산막, 즉 레지스트 보호막 R1을 제거한다. 그 후, 도 3c에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 3d에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
도 4a와 도 4b는 레지스트 패턴 형상을 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이 레지스트 보호막을 이용함으로써, 도 4a에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴(1)이 얻어진다. 한편, 레지스트 보호막을 이용하지 않는 경우, 도 4b에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴 P2는 T-top 형상을 나타내게 되어, 양호한 형상으로 되지 않는다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법을 실시하는 장치 구성을 나타내는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 액침 노광 장치에 구비된 대물 렌즈(1)의 아래쪽에 실리콘 기판 S가 배치된다. 대물 렌즈(1)와 실리콘 기판 S의 사이에는 액체(순수)(2)가 채워진다. 후술하는 바와 같이, 실리콘 기판 S에는 레지스트막 R이 형성되고, 또한 레지스트막 R의 표면이 친수성으로 된다.
도 6 및 도 7은 본 제2 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6 및 도 7을 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 실리콘 기판 S 상에 반사 방지막 용액(ARC29A((주) 일산 화학사제))을 도포하고, 190℃ 핫 플레이트 상에서 60초간 베이크 처리를 행하여, 80nm 막 두께의 반사 방지막(피 가공막)을 얻는다.
그 후, 도 6a에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S 상에 하층 레지스트 용액(13)을 공급한다. 이에 의해, 상기 반사 방지막 상에 메타클릴레이트계의 ArF 화학 증폭형 포지티브 레지스트(막 두께 300nm)를 도포한다. 다음에, 도 6b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 상기 실리콘 기판 S에 대하여 60초간 베이크 처리를 행하여, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다.
그 후, 도 6c에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 오존수(18)를 공급한다. 이에 의해, 레지스트막 R을 오존수 공급 장치에서 공급되는 5ppm의 오존수에 5분간 노출하였더니, 액체(2)가 접촉하는 레지스트막 R의 표면이 친수성을 갖게 되고, 순수의 접촉각은 65°에서 55°까지 저감했다.
다음에, 도 6d에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 7a에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 7b에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용 액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 7c에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
또한, 오존수 대신에 1%의 황산 수용액에 60초간 침지함으로써, 접촉각은 65°에서 35°로 저감할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9c는, 제3 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9c를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 8a, 도 8b에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다. 그 후, 도 8c에 도시한 바와 같이, 대기 하에서 172nm VUV 엑시머 조사 장치(18)에 의해, 상기 레지스트막 R에, 엑시머 광을 실온에서 10초간 조사한다. 방사 조도는 5mW/㎠, 램프와 실리콘 기판 S의 갭은 2mm로 한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면의 순수의 접촉각은, 65°에서 35°까지 저감하였다.
다음에, 도 8d에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 9a에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 9b에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상 에 현상액(17)을 공급한다. 이것에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 9c에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
도 10a 내지 도 10d 및 도 11a 내지 도 11c는, 제4 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 10a 내지 도 10d 및 도 11a 내지 도 11c를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 10a, 도 10b에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다. 그 후, 도 10c에 도시한 바와 같이, 상기 실리콘 기판 S를 진공 챔버(19) 내에 탑재하고, 산소 분위기 하에서 플라즈마 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면의 순수의 접촉각은, 65°에서 30°까지 저감했다.
다음에, 도 10d에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 11a에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 11b에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 11c에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
도 12a 내지 도 12d 및 도 13a 내지 도 13e는, 제5 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 12a 내지 도 12d 및 도 13a 내지 도 13e를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 실리콘 기판 S 상에 반사 방지막 용액(ARC29A((주) 일산 화학사제))을 도포하고, 190℃ 핫 플레이트 상에서 60초간 베이크 처리를 행하여, 80nm 막 두께의 반사 방지막(피 가공막)을 얻는다.
그 후, 도 12a에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S 상에 하층 레지스트 용액(13)을 공급한다. 이에 의해, 상기 반사 방지막 상에 메타클릴레이트계의 ArF 화학 증폭형 포지티브 레지스트(막 두께 300nm)를 도포한다. 다음에, 도 12b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 상기 실리콘 기판 S에 대하여 60초간 베이크 처리를 행하여, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다.
그 후, 도 12c에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 보호막 수용액(15)을 공급한다. 이것에 의해, 레지스트막 R 상에 고형분 농도 6wt%의 폴리실세스키옥산 수용액을 막 두께 60nm로 되도록 도포한다. 계속해서, 120℃의 핫 플레이트 상에서 60초간 가열 처리를 행하고, 불용해화 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면에 액체(2)에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막 R1이 형성된 다.
다음에, 도 12d에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 오존수(18)를 공급한다. 이에 의해, 레지스트막 R을 오존수 공급 장치로부터 공급되는 5 ppm의 오존수에 5분간 노출하였더니, 액체(2)가 접촉하는 레지스트 보호막 R1의 표면이 친수성을 갖게 되어, 순수의 접촉각은 55°에서 45°까지 저감했다.
다음에, 도 13a에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 13b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 13c에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 박리액(16)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 0.1% 불산 용액 중에 30초간 침지하고, 상기 폴리실세스키옥산막, 즉 레지스트 보호막 R1을 제거한다. 그 후, 도 13d에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 13e에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
도 14a 내지 도 14d 및 도 15a 내지 도 15e는, 제6 실시 형태에 따른 레지스 트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 14a 내지 도 14d 및 도 15a 내지 도 15e를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 실리콘 기판 S 상에 반사 방지막 용액(ARC29A((주)일산 화학사제))을 도포하고, 190℃ 핫 플레이트 상에서 60초간 베이크 처리를 행하여, 80nm 막 두께의 반사 방지막(피 가공막)을 얻는다. 그 후, 도 14a에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S 상에 하층 레지스트 용액(13)을 공급한다. 이에 의해, 상기 반사 방지막 상에 메타크릴레이트계의 ArF 화학 증폭형 포지티브 레지스트(막 두께 300nm)를 도포한다.
다음에, 도 14b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 상기 실리콘 기판 S에 대하여 60초간 베이크 처리를 행하고, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다. 그 후, 도 14c에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 보호막 수용액(15)을 공급한다. 이것에 의해, 레지스트막 R 상에 고형분 농도 6wt%의 폴리실세스키옥산 수용액을 막 두께 60nm 로 되도록 도포한다. 계속해서, 120℃의 핫 플레이트 상에서 60초간 가열 처리를 행하고, 불용해화 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면에 액체(2)에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막 R1이 형성된다.
다음에, 도 14d에 도시한 바와 같이, 대기하에서 172nm VUV 엑시머 조사 장치(18)에 의해, 상기 레지스트막 R에 엑시머 광을 실온에서 10초간 조사한다. 방사 조도는 5 mW/cm2, 램프와 실리콘 기판 S의 갭은 2mm로 한다. 이에 의해, 레지 스트막 R 표면의 순수의 접촉각은 65°에서 35°까지 저감했다.
다음에, 도 15a에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저-노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 15b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행하였다.
다음에, 도 15c에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 박리액(16)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 0.l% 불산 용액 중에 30초간 침지하여, 상기 폴리실세스키옥산막, 즉 레지스트 보호막 R1을 제거한다. 그 후, 도 15d에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 15e에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
도 16a 내지 도 16d 및 도 17a 내지 도 17e는, 제7 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 프로세스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 16a 내지 도 16d 및 도 17a 내지 도 17e를 기초로 레지스트 패턴 형성의 처리 수순을 설명한다.
우선, 실리콘 기판 S 상에 반사 방지막 용액(ARC29A((주) 일산 화학사제))을 도포하고, 190℃ 핫 플레이트 상에서 60초간 베이크 처리를 행하여, 80nm 막 두께의 반사 방지막(피 가공막)을 얻는다.
그 후, 도 16a에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S 상에 하층 레지스트 용액(13)을 공급한다. 이에 의해, 상기 반사 방지막 상에 메타크릴레이트계의 ArF 화학 증폭형 포지티브 레지스트(막 두께 300nm)가 도포한다. 다음에, 도 16b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 상기 실리콘 기판 S에 대하여 60초간 베이크 처리를 행하여, 실리콘 기판 S 상에 레지스트막 R을 형성한다.
그 후, 도 16c에 도시한 바와 같이, 스핀 척(11)에 의해 실리콘 기판 S를 회전시키면서, 노즐(12)로부터 실리콘 기판 S의 레지스트막 R 상에 보호막 수용액(15)을 공급한다. 이에 의해, 레지스트막 R 상에 고형분 농도 6wt%의 폴리실세스키옥산수용액을 막 두께 60nm 로 되도록 도포한다. 계속해서, 120℃의 핫 플레이트 상에서 60초간 가열 처리를 행하여, 불용해화 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면에 액체(2)에 대하여 불용해로 되는 레지스트 보호막 R1이 형성된다.
다음에, 도 16d에 도시한 바와 같이, 상기 실리콘 기판 S를 진공 챔버(19) 내에 탑재하고, 산소 분위기 하에서 플라즈마 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 R 표면의 순수의 접촉각은, 55°에서 25°까지 저감했다.
다음에, 도 17a에 도시한 바와 같이, 물을 매체로 한 액침형의 ArF 엑시머 레이저 노광 장치에서, NA=0.68, δ=0.75, 2/3 윤대 조명의 조건으로, 투과율 6%의 하프톤 마스크 M을 이용하여, 대물 렌즈(1)를 개재하여 실리콘 기판 S 상에서 선 폭 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사한다. 그 후, 도 17b에 도시한 바와 같이, 120℃의 핫 플레이트(14) 상에서 60초간 PEB 처리를 행한다.
다음에, 도 17c에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 박리액(16)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 0.l% 불산 용액 중에 30초간 침지하여, 상기 폴리실세스키옥산, 즉 레지스트 보호막 R1을 제거한다. 그 후, 도 17d에 도시한 바와 같이, 노즐(12)로부터 상기 실리콘 기판 S 상에 현상액(17)을 공급한다. 이에 의해, 상기 실리콘 기판 S를 2.38wt% TMAH 수용액으로 이루어지는 현상액에 30초간 침지하여, 현상을 행한다.
그 결과, 도 17e에 도시한 바와 같이, 양호한 형상의 레지스트 패턴 P가 얻어진다.
본 실시의 형태에 따르면, 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서의 리소그래피 공정의 레지스트 패턴 형성에 있어서, 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 직접 또는 간접적으로 레지스트막을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침형 노광 장치에서 상기 레지스트막을 노광하는 공정과, 상기 레지스트막을 현상하는 공정을 포함하고 있다. 그리고, 레지스트막의 형성 후, 또한 상기 레지스트막의 노광 전에, 상기 레지스트막 상에 수용성 무기 재료로 이루어지는 레지스트 보호막을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 보호막을 상기 액침형 노광 장치에 있어서 이용되는 액체에 대하여 불용해화하는 공정을 포함하고, 상기 레지스트막의 노광 후 또한 상기 레지스트막의 현상 전에, 상기 레지스트 보호막을 제거하는 공정을 포함하고 있다.
상기 레지스트 보호막의 재료로서는, 수용성 무기막(SOG: spin on glass) 재료 등이 바람직하다.
또한, 상기 레지스트 보호막을 상기 액침형 노광 장치에 이용되는 액체에 대하여 불용해화하는 공정으로서는, 상기 레지스트 보호막을 가열 처리하는 방법, 상기 레지스트 보호막에 자외선을 조사하는 방법(UV 조사), 전자선을 조사하는 방법(EB 조사), 혹은 이들 처리를 복수 조합하는 방법 등이 바람직하다.
또한, 상기 레지스트 보호막을 제거하는 방법으로서는, 상기 레지스트막의 현상 공정의 전에, 레지스트 재료가 불용인 유기 용매, 불화 수소산 수용액, 불화 암모늄 수용액 등의 산성 수용액, 또는 테트라메틸 암모늄 하이드로옥사이드 수용액 등의 알칼리 수용액, 혹은 이들 조합을 이용하는 방법이 바람직하다.
또한 본 실시의 형태에 따르면, 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 형성된 레지스트막을 액침형 노광 장치을 이용하여 노광한다. 또한, 상기 액침형 노광 장치에 이용되는 액체가 접하는 반도체 기판 표면은, 상기 액체에 대하여 친화성을 갖는 표면이다.
상술한 바와 같이, 액침형 노광 장치에 이용되는 액체가 직접 접하는 반도체 기판 표면에 있어서, 상기 액체에 대하여 친화성을 갖게 함으로써, 노광에 있어서, 레지스트 상에서의 광학상을 왜곡하여 레지스트 패턴을 열화시키는 기포가 상기 기판의 표면에 부착하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 반도체 기판 표면에서 상기 액체에 대하여 친화성을 갖게 하는 공정으로서는, 산소를 포함하는 분위기 하에서 가열 처리하는 방법, 자외선을 조사하는 방법(UV 조사), 전자선을 조사하는 방법(EB 조사), 혹은 이들의 처리를 복수 조합하는 방법 등이 바람직하다.
상기 액체가 물일 때, 상기 반도체 기판에 있어서, 상기 액체에 직접 접하는 면이 레지스트막 표면인 경우, 상기 반도체 기판 상에 레지스트 용액을 도포하고, 레지스트막을 형성한 후에 상기 레지스트막 표면을 산화성 수용액, 혹은 산화성 분위기에 노출시킴으로써, 상기 레지스트막 표면을 산화하여, 상기 반도체 기판 표면에 친수성을 갖게 한다.
여기서, 산화성 수용액으로서는, 과산화수소, 염산, 황산, 질산, 불산 등의 산을 한 종류 이상 포함하는 수용액이나 오존을 포함하는 수용액 등이 바람직하다. 산화성 수용액의 산성도에 관해서는, 레지스트에 대하여 최적화되는 것이 바람직하다. 즉, 산화력이 약한 경우에는 기포의 제거 효과가 충분히 얻어지지 않고, 또한, 산화력이 지나치게 강한 경우에는, 레지스트막이 현상액 혹은 물에 대하여 용해되어, 패턴 형성이 곤란해지기 때문이다.
한편, 산화성 분위기로서는, 산소를 포함하는 플라즈마에 노출하는 방법이나, 오존을 포함하는 분위기에 노출시키는 방법 등이 생각된다. 오존의 발생 방법으로서는, 산소를 포함하는 분위기 하에서 UV 광을 조사하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 산소를 포함하는 분위기 하에서 가열 처리를 행하여도 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 액침형 노광 장치을 이용한 경우에, 항상 안정된 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 추가 이점 및 변형들은 당업자에 의해 쉽게 이뤄질 수 있다. 따 라서, 본 발명은 넓은 면에서 볼 때 여기 보여지고 설명된 특정 예들 및 대표적 실시예들에만 제한되지는 않는다. 그러므로, 첨부된 청구범위와 이들의 균등물에 의해 규정되는 일반적 발명 사상의 정신 및 범위를 벗어나지 않고서 여러가지 변형들이 이뤄질 수 있다.
Claims (20)
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서,피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과,상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 레지스트 보호막이 수용성 무기막으로 이루어지는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 레지스트 보호막의 형성은, 상기 액체에 대하여 상기 레지스트 보호막을 불용해화하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제3항에 있어서,상기 불용해화는 상기 레지스트 보호막을 가열 처리하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제3항에 있어서,상기 불용해화는, 상기 레지스트 보호막에 자외선 또는 전자선을 조사하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 레지스트막의 노광 후 또한 상기 레지스트막의 현상 전에, 상기 레지스트 보호막을 제거하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것과,상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제7항에 있어서,상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것은, 상기 레지스트막의 표면을 산화성 용액에 노출시키는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제7항에 있어서,상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것은, 상기 레지스트막의 표면을 산화성 분위기에 노출시키는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서,피 처리 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 피 처리 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과,상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 하는 것과,상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 레지스트 보호막이 수용성 무기막으로 이루어지는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 레지스트 보호막의 형성은, 상기 액체에 대하여 상기 레지스트 보호막을 불용해화하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제12항에 있어서,상기 불용해화는 상기 레지스트 보호막을 가열 처리하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제12항에 있어서,상기 불용해화는 상기 레지스트 보호막에 자외선 또는 전자선을 조사하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 레지스트막의 노광 후 또한 상기 레지스트막의 현상 전에, 상기 레지스트 보호막을 제거하는 것을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 하는 것은, 상기 레지스트막의 표면을 산화성 용액에 노출시키는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 하는 것은, 상기 레지스트막의 표면을 산화성 분위기에 노출시키는 레지스트 패턴 형성 방법.
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과,상기 레지스트 보호막을 형성한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 하는 것과,상기 레지스트막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 레지스트막과 대물 렌즈의 사이를 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광 장치를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,반도체 기판에 피 가공막을 형성하는 것과,상기 피 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트막을 형성하는 것과,레지스트 보호막을 상기 레지스트막 상에 형성하는 것과,상기 액체가 접촉하는 상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 하는 것과,상기 레지스트 보호막의 표면을 친수성으로 한 후에 상기 레지스트막을 노광하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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