KR19990087875A

KR19990087875A - 막의패터닝방법

Info

Publication number: KR19990087875A
Application number: KR1019990009242A
Authority: KR
Inventors: 호시노에이이찌; 우라구찌마사히로; 미나가와도시가쓰; 야마모또유우이찌; 사또유끼히로
Original assignee: 아끼구사 나오유끼; 후지쓰 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-12-27
Also published as: US6143473A; JP4162756B2; JPH11327166A; TWI227383B; KR100285384B1

Abstract

본 발명은 레지스트를 마스크로 사용하는 막의 패터닝 방법에 관한 것으로, 현상 후의 불요한 레지스트 잔사를 기판 상으로부터 단시간에 제거하는 것에 관한 것이다.

기판(1) 상에 막(2)을 형성하는 공정과, 상기 막(2) 상에 레지스트(3)를 도포하는 공정과, 상기 레지스트(3)를 노광하는 공정과, 상기 레지스트(3)를 현상액(4)으로 현상하는 공정과, 상기 현상액(4)을 상기 막(2) 상으로부터 제거하는 공정과, 현상에 의해 상기 막(2) 상에 남은 상기 레지스트(3)에 산소 함유 분위기 중에서 자외선을 조사하는 공정과, 상기 막(2) 상에 남은 상기 레지스트(3)에 알칼리 수용액(5)을 공급하여 상기 레지스트(3) 중의 현상 잔사를 제거하는 공정과, 상기 레지스트(3)로부터 노출한 막(2)을 에칭함으로써 상기 막(2)에 패턴을 형성하는 공정을 함유한다.

Description

막의 패터닝 방법{FILM PATTERNING METHOD}

본 발명은 막의 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 막 상에 레지스트를 도포한 후에, 노광 및 현상을 거쳐서 형성된 레지스트의 패턴을 마스크로 사용하여 막을 패터닝하는 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에서는 포토리소그래피 기술에 의해 막을 패터닝하는 공정이 함유되며, 포토리소그래피 기술에서는 막 상에 도포한 레지스트를 노광하고 현상하여 얻어진 레지스트의 패턴을 마스크로서 사용하고 있다. 레지스트의 노광은 레티클에 형성된 차광 패턴을 레지스트에 전사하여 잠상을 형성하는 것이다.

이 레티클의 차광 패턴은 일반적으로 크롬, 산화크롬으로 되고, 포토리소그래피 기술을 사용하여 이하와 같은 공정으로 형성된다.

먼저 도 1a에 나타낸 바와 같이, 크롬 또는 산화크롬으로 된 차광막(102)을 석영 기판(101) 상에 형성한 후에, 차광막(102) 상에 감광성 재료로서 방사선 중합형의 레지스트(103)를 도포하고, 이것을 프리베이킹한다.

그 후 도 1b에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 전자선으로 잠상을 레지스트(103)에 묘화한다. 또한 도 14c에 나타낸 바와 같이, 현상 처리에 의해 레지스트(103)의 잠상을 현상화하여 패턴을 형성한다.

다음에 도 14d에 나타낸 바와 같이, 차광막(102) 중 레지스트(103)의 패턴으로부터 노출하고 있는 부분을 에칭함으로써, 레지스트(103)의 패턴을 차광막(102)에 전사한다.

그리고 최후에 레지스트(103)를 산소 플라즈마에 쬐든지 또는 황산과 과산화수소수의 혼합액에 레지스트(103)를 침지함으로써, 도 14e에 나타낸 바와 같이, 레지스트(103)를 석영 기판(101) 상으로부터 제거한다.

이에 따라 레티클의 형성이 종료하지만, 레지스트(103)로서 예를 들면 폴리스티렌과 같이 겔화 작용이 있는 재료를 사용하면 현상 잔사가 생기기 쉬워진다. 현상 잔사는 레지스트의 현상이 불완전게 되어 필요가 없는 부분에 레지스트가 남는 현상이다.

이러한 현상 잔사가 생기면, 제 1로 차광막(102)의 패턴의 에지의 직선성이 나빠지고, 제 2로 차광막(102)의 패턴의 측부가 테이퍼 형상이 되어 패턴 정밀도를 저하시키고, 제 3으로 본래 제거되어야 할 영역에 레지스트(103)가 섬 형상으로 얇게 남고 말아서 그 아래의 막의 에칭이 불완전해지는 문제가 있다. 이러한 불요한 섬 형상의 레지스트를 이하에 레지스트 현상 잔사라고 한다.

이들 문제는 디스컴（DESCUM）공정이라고 부르는 처리에 의해 해결되도록 하고 있다.

디스컴 공정은 레지스트의 노광, 현상을 마친 후에 산소 플라즈마로 레지스트를 약간 에칭함으로써 레지스트 현상 잔사를 제거하는 공정이거나, 또는 레지스트의 노광, 현상을 마친 후에, 산소 함유 분위기 중에서 레지스트에 자외선（ＵV）을 조사하여 레지스트 현상 잔사를 제거하는 공정이다.

이와 같은 산소 분위기 중에서 레지스트의 현상 잔사에 자외선을 조사하는 것은 특개소58－218126호 공보에 기재되어 있고, 그 자외선 조사는 진공 증착 장치 내에서 행하여지고 있다.

또 자외선 대신에 원자외선을 사용하는 것이 특개소61－77852호 공보, 특개평4－302427호 공보, 특개평3－154330호 공보, 특개소61－108135호 공보, 특개소57－66633호 공보에 기재되어 있다.

산소 함유 가스로서는 특개소61－77852호 공보에서는 공기를 사용하고, 특개평4－302427호 공보에서는 오존을 사용하고, 특개소57－66633호 공보, 특개소61－108135호 공보 및 특개평3－154330호 공보에서는 산소를 사용하고 있다.

그러나 디스컴 공정으로 산소 플라즈마를 사용하는 것은 플라즈마 발생을 위해 대규모적이고 고가의 설비가 필요해진다.

또 디스컴 공정으로 자외선 조사와 산소 분위기를 사용하는 것은 특별히 대규모의 설비는 필요로 하지 않지만, 불요한 레지스트를 단시간에 제거할 수는 없어서, 생산량(throughput)의 향상을 도모할 수 없다.

또한 불요한 레지스트가 완전히 제거될 때까지 디스컴 처리를 하면, 마스크가 되는 레지스트 패턴의 형상을 손상하고 만다.

본 발명의 목적은 레지스트 패턴의 형상을 손상하는 일이 없이, 불요한 레지스트의 잔사를 기판상으로부터 단시간에 제거할 수 있는 공정을 함유하는 막의 패터닝 방법을 제공하는 것에 있다.

도 1a∼ 도 1e는 종래의 막의 패터닝 공정을 나타내는 단면도.

도 2a∼ 도 2h는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝 공정을 나타내는 단면도.

도 3a는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 직후의 상태를 확대한 사시 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 직후의 상태를 확대한 SEM 사진.

도 4a는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 60초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태를 확대한 사시 단면도이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 120초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태의 SEM 사진.

도 5a는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 180초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태를 확대한 사시 단면도이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 180초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태를 확대한 SEM 사진.

도 6a는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 240초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태를 확대한 사시 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝에 사용하는 레지스트의 현상 후에, 자외선을 240초 조사한 후에, 알칼리 수용액을 공급한 후의 레지스트의 상태를 확대한 SEM 사진.

도 7a는 도 3a의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도이고, 도 7b는 도 3b의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도.

도 8a는 도 4a의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도이고, 도 8b는 도 4b의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 SEM 사진.

도 9a는 도 5a의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도이고, 도 9b는 도 5b의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 SEM 사진.

도 10a는 도 6a의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도이고, 도 10b는 도 6b의 사시 단면의 일부를 더욱 확대한 사시 단면도.

도 11은 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝 방법에서, 레지스트를 노광, 현상하여 개구부를 형성한 직후의 상태를 나타내는 사시 확대도.

도 12는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝 방법에서, 도 11에 나타낸 상태에서 레지스트에 자외선을 조사한 후에, 알칼리 수용액을 레지스트에 공급한 후의 상태를 나타내는 사시 확대도.

도 13a는 자외선 조사 후에 알칼리 수용액 또는 유기 현상액을 레지스트에 공급할 경우의 자외선 조사 시간과 치수 편차량과의 관계를 나타내고, 도 13b는 자외선 조사 후에 알칼리 수용액 또는 유기 현상액을 레지스트에 공급할 경우의 자외선 조사 시간과 치수 공차와의 관계를 나타내는 도면.

(부호의 설명)

1…석영 글라스 기판

2…차광막

3…레지스트

3a…레지스트 현상 잔사

3t…레지스트의 테이퍼 부분

3p…레지스트 패턴

4…현상액

5…알칼리 수용액

（수단）

상기한 과제는 도 2에 예시하는 바와 같이, 기판(1) 상에 막(2)을 형성하는 공정과, 상기 막(2) 상에 레지스트(3)를 도포하는 공정과, 상기 레지스트(3)를 노광하는 공정과, 상기 레지스트(3)를 현상액(4)으로 현상하는 공정과, 상기 현상액(4)을 상기 막(2) 상으로부터 제거하는 공정과, 현상에 의해 상기 막(2) 상에 남은 상기 레지스트(3)에 산소 함유 분위기 중에서 자외선을 조사하는 공정과, 상기 막(2) 상에 남은 상기 레지스트(3)에 알칼리 수용액(5)을 공급하여 상기 레지스트(3) 중의 현상 잔사를 제거하는 공정과, 상기 레지스트(3)로부터 노출한 막(2)을 에칭함으로써 상기 막(2)에 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법으로 해결한다.

상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 기판(1)은 석영 글라스로 되고, 상기 막(2)은 크롬 또는 산화크롬으로 된 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 산소 함유 분위기는 대기인 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 레지스트(3)는 래디컬 트랩제(radical trap agent)를 함유하는 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 레지스트(3)는 클로로메틸화 스티렌과 클로로스티렌의 공중합체인 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 레지스트(3)는 전자빔 레지스트이고, 상기 노광은 상기 레지스트에 전자빔 조사하는 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 알칼리 수용액(5)은 테트라메틸암모늄하이드라임을 함유하는 액, 또는 수산화칼륨을 함유하는 액 또는 수산화나트륨을 함유하는 액인 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 알칼리 수용액의 pH은 10 이상인 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 레지스트(3)에의 상기 자외선 조사량은 1．0∼19μC／cm²의 범위 내인 것을 특징으로 한다.

또 상기한 막의 패터닝 방법에서, 상기 레지스트(3)에의 상기 자외선 조사량은 레지스트 현상 잔사가 완전히 제거되지 않을 정도의 양인 것을 특징으로 한다.

다음에 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 의하면, 막 상에 도포된 레지스트를 노광, 현상한 후에, 레지스트 현상 잔사에 자외선을 조사하고, 이어서 레지스트 현상 잔사를 알칼리 수용액으로 제거하고 있다.

미소량의 레지스트 현상 잔사는 자외선 조사에 의해 겔화하고 있음에도 불구하고, 자외선 조사에 의해 레지스트의 관능기가 파괴되어 레지스트 현상 잔사와 그 아래의 막과의 밀착성이 대폭적으로 저감한다. 또한 대기 등의 산소 함유 분위기 중의 산소가 자외선 조사에 의해 오존이 되어 레지스트 현상 잔사를 산화한다. 이 자외선 조사는 레지스트 현상 잔사를 완전히 제거하는 조건으로 설정하지 않고, 저분자화하는 정도로 한다. 이에 따라 본래 필요한 레지스트 패턴에의 자외선 조사에 의한 손상은 실질적으로 생기지 않는다.

저분자화된 레지스트 현상 잔사는 알칼리 수용액의 구성 분자와 결합하고, 막 상으로부터 제거되어 씻겨내려가게 된다.

레지스트 현상 잔사의 제거와 함께, 레지스트 패턴의 측부에 존재하는 테이퍼 형상의 레지스트도 산화되고, 알칼리 수용액에 의해 축소화된다.

이러한 레지스트 현상 잔사의 제거 처리는 특별히 대규모의 장치를 필요로 하지 않고, 막 상의 불요한 미량의 레지스트를 선택적으로 제거할 수 있고, 또한 레지스트 패턴의 패턴 정밀도를 열화시키는 일이 없다.

(발명의 실시예)

이어서 이하에 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

도 2a∼도 2h는 본 발명의 실시예에 관한 막의 패터닝 공정을 나타내는 단면도이다.

먼저 도 2a에 나타내는 상태가 될 때까지의 공정을 설명한다.

도 2a에서 석영 글라스 기판（투명 기판）(1) 상에는 스퍼터에 의해 크롬（Cr） 또는 산화크롬（CrO）으로 된 막 두께 60nm∼100nm의 차광막(2)이 형성되어 있다. 또 차광막(2) 상에는 스핀 코트법에 의해 네거티브형의 레지스트(3)가 예를 들면 300nm의 두께로 도포되어 있다.

네거티브형의 레지스트(3)로는, 예를 들면 클로로메틸화 폴리에틸렌을 주성분으로 하고 이것에 래디컬 트랩제인 TNP（트리스·노닐페닐·포스파이트）와 BHT（2.6-디-t-부틸-4-메틸페놀）을 첨가한 재료 또는 클로로메틸화 스티렌과 클로로스티렌의 공중합체로 된 재료가 있다. 그 재료를 함유하는 레지스트(3)의 구체예로서 니혼 제온 주식회사제의 상품명 "ZEN4100"이 있다.

그 후 석영 글라스 기판(1)을 핫 플레이트（도시하지 않음) 상에 놓고, 온도 120℃, 시간 15분의 조건에서 레지스트(3)를 베이킹한다. 이러한 프리베이킹 처리를 거친 기판(1), 차광막(2) 및 레지스트(3)는 포토 플레이트 기판이라고 부른다.

다음에 도 2b에 나타낸 바와 같이 노광에 의해 레지스트(3)에 잠상을 형성한다. 노광은 예를 들면 벡터 스캔형 전자빔 노광 장치를 사용하여 전자빔(EB）을 레지스트(3)에 조사하는 직접 묘화법에 의해 행하여진다. 전자빔의 조사 조건으로는, 예를 들면 가속 전압을 20keV, 전자 조사량을 1．0∼19μC／cm²로 설정한다.

이어서 석영 글라스 기판(1)을 현상 장치의 회전대（도시하지 않음) 상에 놓고, 회전대를 약 250rpm 정도의 저속으로 회전시키면서 현상액(4)을 레지스트(3)에 공급하고, 이어서 그 회전을 정지해서 레지스트(3) 상에 현상액(4)이 수북이 쌓인 상태로 하고, 이 상태에서 레지스트(3)를 현상한다. 이러한 현상 방법은 일반적으로 패들(paddle) 현상이라고 한다.

현상액으로서는 예를 들면 초산이소아밀과 에틸셀솔브를 함유하는 혼합액을 사용한다. 이러한 현상을 약 180 초간 하고, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 레지스트(3)에 형성된 잠상을 현상화한다. 이에 따라 레지스트(3) 중에서 전자빔이 조사되지 않는 부분이 거의 제거되어 레지스트 패턴(3p)이 형성된다.

이어서 린스액으로서 에틸셀솔브를 레지스트(3) 및 차광막(2)에 15초간 공급하여 이들의 표면을 세척한다. 린스액으|XM 공급을 정지한 후에 회전대（도시하지 않음）의 회전수를 2000rpm으로 설정하여 차광막(2) 및 레지스트(3)의 표면을 건조시킨다.

레지스트 현상 직후에는 도 2c에 나타낸 바와 같이, 전자빔이 조사되지 않는 영역에 섬 형상의 얇은 레지스트 현상 잔사(3a)가 남음과 동시에, 레지스트 패턴(3p)의 측부에 레지스트(3)의 현상 잔사인 테이퍼부(3t)가 형성된다.

그리고 그와 같은 레지스트(3)의 레지스트 현상 잔사(3a)를 제거하기 위해 다음과 같은 디스컴 처리를 한다.

먼저 도 2d에 나타낸 바와 같이, 산소를 함유하는 분위기, 예를 들면 대기, 공기, 산소 가스, 오존 가스 중에 석영 글라스 기판(1)을 놓은 상태에서 차광막(2) 상에 남아 있는 레지스트(3)에 자외선을 조사한다. 자외선 조사는 예를 들면 에너지 밀도2mV／cm²의 저압 수은 램프를 사용하여 행하고, 자외선 조사후의 레지스트 현상 잔사(3a)가 남을 정도의 조사 시간으로 한다.

그 후에 석영 글라스 기판(1)을 회전대（도시하지 않음) 상에 놓고, 도 2e에 나타낸 바와 같이, 알칼리 수용액(5), 예를 들면 니혼 제온 주식회사제의 상품명 "ZTMA－100"을 스프레이법으로 레지스트(3) 및 차광막(2)을 향하여 예를 들면 60초간 분사한다. 그 결과 도 2f에 나타낸 바와 같이, 레지스트 현상 잔사(3a)는 알칼리 수용액(5)에 의해 제거되고, 또한 레지스트 패턴(3p)의 측부의 테이퍼부(3t)가 축소하였다.

이와 같이 레지스트 패턴(3p)의 형상이 손상되지 않고 레지스트 현상 잔사(3a)가 소멸하고, 또한 레지스트 패턴(3p) 측부의 테이퍼부(3t)가 축소한 것은 다음과 같은 이유에 기인하는 것으로 생각된다.

즉 현상 후에 감광이 되지 않거나 또는 감광이 불충분한 레지스트에서는 자외선 조사에 의해 대기중에 발생한 래디컬을 래디컬 트랩제가 흡수하여 겔화가 진행하게 된다. 그리고 겔화한 얇은 레지스트 수지는 자외선에 쬐서 발생한 대기 또는 공기중의 오존에 의해 산화 반응을 일으킨다. 이 경우 레지스트 패턴(3p)의 측부에 존재하는 테이퍼부(3t)의 얇은 부분은 기판과의 계면의 깊이까지 산화가 진행한다. 또 레지스트 현상 잔사(3a)의 산화는 불완전하지만, 자외선 조사에 의해 레지스트 현상 잔사(3a)의 저부의 관능기가 파괴됨으로써 레지스트 현상 잔사(3a)와 차광막(2)과의 밀착성이 저하한다.

이러한 레지스트 현상 잔사(3a)는 관능기의 파괴와 산화에 의해 박리가 용이한 상태가 되고, 또한 레지스트 현상 잔사(3a)는 알칼리 수용액(5)의 구성 원소와 결합하여 차광막(2)으로부터 제거된다.

대기중의 자외선 조사에 의하면, 레지스트 패턴(3p)의 표면도 근소하게 산화되지만, 레지스트 패턴(3p)의 표면으로부터 깊은 부분은 산화되지 않는다. 또한 그 자외선 조사는 레지스트 패턴(3p)의 저부의 관능기가 파괴될 때까지의 자외선의 조사량, 조사 시간의 조건으로는 되어 있지 않다.

또 알칼리 수용액(5)에 의해 레지스트 패턴(3p)의 측부의 테이퍼부(3t)가 완전히 제거되지는 않았다 해도, 그 잔량은 허용되는 범위로 되어 있다.

이상과 같이 레지스트(3)의 패터닝과 자외선 조사와 알칼리 수용액의 분사를 마친 후에, 회전대（도시하지 않음) 상에서 레지스트 패턴(3p) 및 차광막(2)을 60초간 수세하고, 이어서 회전대를 2000rpm의 속도로 회전시켜서 석영 글라스 기판(1) 상의 물을 제거해서 건조시킨다. 또한 자외선 조사의 전 또는 후에 포스트베이킹을 한다.

다음에 도 2g에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(3p)을 마스크로 사용하여, 레지스트 패턴(3p)으로부터 노출하고 있는 부분의 차광막(2)을 에칭, 제거함으로써 차광막(2)을 패터닝한다. 크롬 또는 산화크롬으로 된 차광막(2)의 에칭으로는 습식 에칭법 또는 건식 에칭법 중의 어느 것이어도 좋다.

습식 에칭에 사용하는 에칭액으로서는, 예를 들면 초산 제 2 세륨암모늄과 가염소산수와의 혼합액이 있다. 또 건식 에칭으로서 반응성 이온 에칭, 플라즈마 에칭 등의 기술을 적용할 경우에는 에칭 가스로서 예를 들면 트리클로메탄, 사염화탄소, 염소, 염화 메틸렌 중의 어느 것인가를 함유하는 반응 가스를 사용한다.

이러한 차광막(2)을 패터닝한 후에, 산소 플라즈마를 사용하는 건식 애싱에 의해 레지스트 패턴(3p)을 제거하면, 도 2h에 나타내는 바와 같은 차광 패턴(2p)이 석영 글라스 기판(1) 상에 나타나게 된다.

이상과 같은 공정에 의해 레티클의 제조 공정이 종료한다.

다음에 알칼리 수용액의 종류에 대하여 설명한다.

상기한 예에서는 알칼리 수용액으로서 니혼 제온 주식회사제의 상품명 "ZTMA－100"을 적용하고 있다. "ZTMA－100"은 순수를 사용하여 2．38wT％의 농도로 희석한 테트라메틸암모늄하이드라임（TMAH）을 함유한 용액이다. TMAH을 함유하는 알칼리 수용액으로서는 그 외에 도꾜오까고오교(東京應化工業)의 상품명 "NMD－3"이 있다. 알칼리 수용액으로서는 이들의 용액 대신에 약알칼리 수용액인 1wT％의 KOH（수산화칼륨）을 사용하여도 좋고, 1wt％의 NaOH（수산화나트륨）을 사용하여도 좋다.

알칼리 수용액(5)이 최적인 농도는 처리 시간에 관련하게 된다. 또한 알칼리 수용액(5)에 레지스트(3（3p, 3t）)를 쬐는 시간이 60초 이상일 경우는 스프레이로부터 알칼리 수용액이 나오기 시작하여 유량이 일정이 될 때까지의 시간이나, 약액의 공급을 정지하고 나서 스프레이 배관 내에 고여 있는 약액의 배출이 완전히 끝나기까지의 시간을 무시할 수 있게 된다.

알칼리 수용액(5)의 알칼리 농도가 높을수록 처리 시간이 단축되므로, 그 pH은 10 이상인 것이 바람직하다.

다음에 레지스트의 재료에 대하여 설명한다.

상기한 예에서는 레지스트 재료로서 상품명 "ZEN4100"을 적용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 노보락계 수지를 주성분으로 한 시프레이사제의 네거티브형 레지스트, 상품명 "SAL－601"이 있다. 이 레지스트 재료도 "ZEN4100"와 마찬가지로, 도포, 노광, 현상을 거친 후에 자외선이 조사되고, 또한 상기한 알칼리 수용액이 공급된다.

레지스트로서는 그 외에 PVP（폴리비닐페놀）계의 수지를 주성분으로 한 네거티브형의 재료가 있다.

다음에 상기한 실시예를 따른 레지스트(3)의 패터닝에 대한 실험 결과에 대하여 설명한다.

먼저 상기한 현상 후에 자외선 조사, 알칼리 수용액 공급을 하는 일련의 공정에서, 자외선 조사 시간에 따라 레지스트 현상 잔사의 제거가 어떻게 변화할지를 조사하였던 바, 도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a에 나타내는 사시 단면도와 같이 되었다. 도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a는 각각 도 3b, 도 4b, 도 5b 및 도 6b에 나타내는 SEM 사진에 의거하여 그린 것이고, 폭2．0μm의 라인＆스페이스의 레지스트 패턴(3p)을 약 15000배로 확대한 것이다.

도 3a는 현상 직후의 기판과 그 위의 상태를 나타내고 있고, 레지스트 패턴의 상호간의 영역에는 레지스트 현상 잔사가 많이 존재하고 있는 것을 알 수 있다.

도 4a는 자외선 조사 시간을 120 초로 해서 알칼리 수용액을 공급한 후의 기판과 그 위의 상태를 나타내고 있다. 도 5a는 자외선 조사 시간을 180 초로 해서 알칼리 수용액을 공급한 후의 기판과 그 위의 상태를 나타내고 있다. 도 6a는 자외선 조사 시간을 240 초로 해서 알칼리 수용액을 공급한 후의 기판과 그 위의 상태를 나타내고 있다.

도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a에 의하면, 스트라이프 형상의 레지스트 패턴끼리 사이의 영역에 존재하는 레지스트 현상 잔사는 자외선 조사 시간의 증가에 따라 제거량이 증가하고, 자외선 조사 시간이 180 초일 경우에는 알칼리 수용액 처리 후에 레지스트 패턴 사이의 영역에서의 레지스트 현상 잔사가 실질적으로 존재하지 않는 것을 알 수 있다.

다음에 라인＆스페이스의 레지스트 패턴을 다시 40000 배로 더욱 확대한 도면을 나타내면 도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a와 같이 된다. 도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a는 각각 도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a에 대응하고, 도 7b, 도 8b, 도 9b 및 도 10b에 나타낸 SEM 사진에 의거하여 그린 것이다.

도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a를 비교하면 자외선 조사 시간이 길어지면, 알칼리 수용액 처리 후의 레지스트 패턴의 측부의 테이퍼 부분의 경사 각도가 증가하고, 또한 테이퍼 부분의 저부가 좁아지는 것을 알 수 있다. 즉 알칼리 수용액 처리 후에는 테이퍼 양이 감소하여 레지스트 패턴의 정밀도를 향상시키는 것을 알 수 있다.

그런데 도 4a, 도 5a 및 도 6a에 나타내는 전의 상태, 즉 자외선 조사 후, 알칼리 수용액 공급 전의 레지스트 잔사는 도 3의 현상 직후의 차광막(2) 상의 레지스트 현상 잔사보다는 약간 감소하기는 하였지만, 차광막(2) 상에 존재하는 것을 발명자 등이 확인한 바 있다.

또한 도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a에서, 레지스트 패턴의 측부에 보이는 지그재그의 형상은 전자빔 조사의 발사(shot) 편차에 의해 생긴 것이고, 레지스트 현상 잔사는 아니다.

레지스트 패턴(3p)으로서 폭 2μm의 평면 사각형의 개구부를 형성하면, 레지스트 패턴(3p)의 형성 직후에는 도 11에 나타낸 바와 같이 개구부(7)의 네 귀퉁이에 곡률 반경 0．5μm 정도의 원호가 형성된다. 그 상태에서 자외선 조사, 알칼리 수용액 처리를 하면, 도 12에 나타낸 바와 같이 개구부(7)의 네 귀퉁이의 곡률 반경이 0．2μm 이하로 뾰족해진다. 또한 도 11 및 도 12에 나타내는 레지스트 패턴(3)의 구성 재료로서는 상품명 "SAL－601"을 사용하였다. 이 경우, 상품명 "SAL－601"에 공급하는 알칼리 수용액으로는 상품명 "ZTMA－100"을 스프레이법으로 300초간 분사한 후에, 60초간 수세하고, 회전대를 2000rpm의 속도로 회전시켜서 액를 제거하여 건조시켰다.

다음에 레티클 패턴 치수 설계치에 대한 레지스트 패턴의 치수 편차량과 자외선 조사량과의 관계를 실측하고, 또한 치수 분포를 나타내는 공차와 자외선 조사량과의 관계를 실측하였다.

그 치수 편차량은 레지스트 패턴 치수의 실측의 평균치와 목표 치수치와의 차이다. 또 치수 공차는 레지스트 패턴 치수의 실측치의 최대치의 평균과 최소치의 평균과의 차이다.

실측의 결과, 도 13a의 실선으로 나타내는 자외선 조사 시간과 치수 편차량의 관계와, 도 13b의 실선으로 나타내는 자외선 조사 시간과 치수 공차의 관계가 얻어졌다.

도 13a 및 도 13b에는 본 실시예에 사용하는 알칼리 수용액 대신에 유기 현상액을 사용한 경우의 자외선 조사 시간과 치수 편차량의 관계와, 자외선 조사 시간과 치수 공차의 관계를 아울러 각각 기재하였다.

도 13a의 실선에 의하면, 알칼리 수용액 처리 후의 레지스트 패턴에 대하여 자외선 조사 시간을 60로부터 180 초까지 증가시킴에 따라 치수 편차량이 저하하였지만, 자외선 조사 시간을 240 초로 하였던 바, 치수 편차량은 증가하였다. 이것으로부터 자외선 조사 시간은 많으면 좋은 것이 아니고, 적정한 시간이 존재하는 것을 알 수 있다. 알칼리 수용액 대신에 유기 현상제를 사용한 경우에는 도 13a의 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 치수 편차량과 자외선 조사 시간의 관계는 알칼리 수용액을 사용한 경우와 동일한 경향이 있다. 그러나, 치수 편차량은 알칼리 수용액을 사용한 편이 작아지고, 동일한 치수 편차량을 얻기 위해서는 유기 현상제의 처리 시간을 길게 할 필요가 있다는 것을 알았다.

또 도 13b의 실선으로 나타낸 바와 같이, 알칼리 수용액 처리 후의 레지스트 패턴에 대하여, 치수 공차는 자외선 조사 시간이 길수록 작아지는 경향이 있는 것을 알았다. 또 도 13b의 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 알칼리 수용액 대신에 유기 현상제를 이용한 경우에는 알칼리 수용액을 사용한 경우보다도 치수 공차가 커져서, 처리 시간을 길게 하여도 알칼리 수용액보다는 불리하는 것을 알았다.

치수 공차가 작아진다는 것은 레지스트 패턴의 측선이 직선에 가까워지는 것을 의미하므로, 치수 편차량을 아울러 생각하면, 알칼리 수용액에 의한 처리는 유기 현상액을 사용할 경우에 비해 치수형상을 좋게 하고, 치수 정밀도를 높인다.

따라서 자외선이 조사된 뒤의 레지스트 현상 잔사를 제거하기 위한 액으로는 패턴 치수 정밀도의 향상을 고려하여 유기 현상제보다도 알칼리 수용액을 적용한 편이 양호한 결과가 얻어진다는 결론에 이르렀다.

또한 이상의 설명에서는 자외선 조사를 위해 수은 램프를 사용하고 있지만, 그것보다도 짧은 파장, 예를 들면 172nm보다 짧은 파장의 빛을 조사하는 광원을 사용하여도 좋다.

또 상기한 레지스트 도포로부터 알칼리 수용액 처리까지의 일련의 공정의 적용은 레티클 형성에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 노광 마스크에도 적용하여도 좋음은 물론이고, 또한 반도체 장치의 제조 공정에 적용하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 막 상에 도포된 레지스트를 노광하고 현상한 후에, 산소 함유 분위기 중에서 레지스트에 자외선을 조사한 후에, 레지스트에 알칼리 수용액을 공급하도록 하였으므로, 현상후의 레지스트의 잔사는 산화된 후에, 알칼리 수용액에 의해 용이하게 제거된다. 또한 산화만으로 레지스트 현상 잔사를 제거하지 않고, 그 후의 알칼리 수용액에 의해 제거하도록 하였으므로, 산화만으로 제거할 경우에 비해 레지스트 현상 잔사 제거 시간이 짧아지고, 또한 레지스트 패턴에의 형상에의 악영향을 방지할 수 있다.

또 레지스트 패턴의 측부에 존재하는 테이퍼 부의 얇은 부분이 레지스트 현상 잔사와 함께 제거되므로, 레지스트 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims

기판 상에 막을 형성하는 공정과,

상기 막 상에 레지스트를 도포하는 공정과,

상기 레지스트를 노광하는 공정과,

상기 레지스트를 현상액으로 현상하는 공정과,

현상에 의해 상기 막 상에 남은 상기 레지스트에 산소 함유 분위기 중에서 자외선을 조사하는 공정과,

상기 막 상에 남은 상기 레지스트에 알칼리 수용액을 공급하여 상기 레지스트 중의 현상 잔사를 제거하는 공정과,

상기 레지스트로부터 노출한 막을 에칭함으로써 상기 막에 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트에 상기 자외선을 조사하기 전으로서 상기 레지스트의 현상을 마친 후에, 상기 막 상으로부터 현상액을 제거하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 기판은 석영 글라스로 되고, 상기 막은 크롬 또는 산화크롬으로 된 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 막은 크롬막 또는 산화크롬막인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝방법．
제 1항에 있어서,

상기 산소 함유 분위기는 대기인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트는 래디컬 트랩제를 함유하는 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트는 클로로메틸화스티렌과 클로로스티렌의 공중합체인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트는 전자빔 레지스트이고, 상기 노광은 상기 레지스트에 전자빔 조사하는 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 알칼리 수용액은 테트라메틸암모늄하이드라임을 함유하는 액 또는 수산화칼륨을 함유하는 액 또는 수산화나트륨을 함유하는 액인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 알칼리 수용액의 pH는 10 이상인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트에의 상기 자외선의 조사량은 1．0∼19μC／cm²의 범위 내인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．
제 1항에 있어서,

상기 레지스트에의 상기 자외선 조사량은 레지스트 현상 잔사가 완전히 제거되지 않을 정도의 양인 것을 특징으로 하는 막의 패터닝 방법．