KR20040095159A - 레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

통상의 하드 환경 그대로, 현상, 린스 공정에서, 레지스트막의 석출 및 반불용화물의 재부착에 의한 현상 결함을 저감시킬 수 있는 레지스트 패턴의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 리소그래피 공정에서, 기판(10)의 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막(12)에 대하여, 레지스트막(12)을 현상할 수 있는 최적 노광량(제1 노광량)에 의해 마스크(100)를 통해 노광을 행한 후에, 소자 형성 영역 Ar1 이외의 외주 영역 Ar2에서의 레지스트막(12)에 대하여, 레지스트막(12)을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 노광량에 의해 노광을 행한다. 경미하게 노광함으로써, 레지스트막의 현상 콘트라스트는 가해지지 않고, 큰 막 감소는 없지만, 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막과의 표면 상태의 차가 저감됨으로써, 발생한 현상 결함을 린스 시나 그 고속 회전에서 원활하게 제거할 수 있다.

Description

레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{METHOD OF FORMING RESIST PATTERN AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 레지스트 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들면 반도체 제조에서의 리소그래피 기술에 의한 레지스트 패턴 형성 방법 및 그것을 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조는, 디바이스 회로를 형성하기 위해, 리소그래피 기술이 이용되고 있다. 리소그래피 기술이란, 통상, 유리 기판이나 반도체 기판 등, 판 형상 피처리물의 표면에, 반사 방지막이나 레지스트 등의 유기 조성 재료를 도포하고, 가열 처리를 실시하여, 피막을 형성시키고, 가열 처리 및 노광, 현상 프로세스를 거쳐 레지스트 패턴을 형성하는 프로세스이다.

LSI에서, 최근 고집적화의 개발이 급속하게 진행되어, 리소그래피 프로세스에서의 가공 선폭도 미세화의 일로를 걷고 있다. 리소그래피 프로세스의 미세화를 실현하기 위해, 레지스트 재료, 반사 방지막 재료 등의 부가 프로세스 재료, 노광 방법, 노광 장치, 코터 디벨로퍼 방법, 장치 등의 다양한 차원으로부터의 어프로치가 시도되고 있다.

고미세화에 유효한 노광 파장의 단파장 광원을 이용함으로써, 즉 KrF 엑시머 레이저(248㎚), ArF 엑시머 레이저(193㎚) 등의 원자외선이나 또는 X선, 전자선을 노광 광원으로서 이용하는 방법이 제안되어 있다.

반도체 집적 회로 제조에서, 생산성을 고려한 수율 향상이 매우 중요하며, 수율을 결정하는 요인 중 하나로서, 리소그래피 프로세스로 패턴 형성할 때에 발생하는 패턴 형성 불량이 있다. 이 레지스트 패턴의 형성 불량의 원인으로서는, 레지스트 내 혹은 레지스트 표면에 부착된 이물에 기인하는 것, 크린룸 환경 하에서의 부유 화학종에 의한 레지스트의 열화, 레지스트 재료나 반사 방지막 재료의 도포 불량, 현상 불량 등이 있다.

여기서 주목해야 할 것은, 레지스트막의 현상 공정에서 발생하는 현상 결함에 대해서도 최근 문제화되고 있어, 라인-앤드-스페이스계 레지스트에서의 스켐, 브리징, 컨택트홀계 레지스트의 개구 불량 등이 있다. 이들 결함의 종류도 다양하게 분류할 수 있으며, 그 중에서도 현상 후의 잔사에 의한 결함도 대표적인 결함중 하나이다.

이 결함의 원인으로서는, 현상액이 레지스트막 면에 접촉할 때, 물을 주성분으로 하는 현상액의 레지스트막 면에의 접촉이 불충분하여, 노광부의 현상액에 대한 용해가 어중간하여 현상 후 결함으로 되게 되는 케이스, 또한 현상액에 대한 난용해물이 현상 후의 물 린스 시에 레지스트 패턴 표면에 재부착하는 케이스도 있다. 미세화에 수반하여, 원하는 치수, 형상의 패턴을 얻기 위해, 레지스트 재료의 조성 내용물도 다양화되고 있어, 현상액에의 용해성 거동뿐만 아니라, 현상 프로세스의 세세한 조건, 장치 환경, 노광 면적 밀도 등 다양한 인자가 상호 영향을 주고 받아, 결함의 발생, 그 정도가 변화되고 있다.

이들 문제를 해결하기 위해 다양한 검토가 행해지고 있다.

예를 들면, 화학 증폭형 포토레지스트막 상에, 현상 결함 저감용 조성물을 도포하고, 표면을 친수화한 후, 노광, 현상하여 레지스트 패턴을 얻는 패턴 형성 방법에서, 현상 후의 레지스트의 막 감량을, 현상 결함 저감용 조성물을 도포하지 않은 경우에 비해 보다 크게 함으로써, 패턴 형상의 열화를 발생시키지 않고, 또한 현상 결함이 없는 방법과 그 조성물이 제안되어 있다(특허 문헌1 참조).

또한, 특허 문헌2에는, 레지스트 표면을 플라즈마 처리에 의해 레지스트 표면에 대한 현상액의 습윤성을 변화시켜, 현상 결함을 저감하는 것이 제안되어 있다. 또한, 현상액의 습윤성을 개선하여, 현상 결함을 방지하는 방법으로서, 현상액, 린스액에 계면 활성제를 첨가하는 방법, 혹은 현상액과의 습윤성을 향상시키는 표면 도포막을 적층하는 방법 등도 있다.

[특허 문헌1]

일본 특허 제3320402호

[특허 문헌2]

일본 특개평9-246166호 공보

[특허 문헌3]

일본 특개2002-231599호 공보

[특허 문헌4]

일본 특개2002-270496호 공보

[특허 문헌5]

일본 특개2002-343710호 공보

특허 문헌1에서 제안된 방법은, 현상 결함의 저감을 위한 하나의 수단이기는 하지만, 통상 프로세스에 재료가 추가되는 것에 의한 노즐이나 프로세스 처리 공정의 증가, 스루풋의 점에서 다소의 폐해가 있다.

특허 문헌2에서 제안된 방법에서는, 플라즈마 처리를 행하기 위한 장치 도입이나 스루풋의 저하 등 폐해가 있다. 또한, 현상액의 습윤성을 개선하여, 현상 결함을 방지하기 위해, 상기한 계면 활성제의 첨가나 표면 도포막을 형성하는 것은, 결함에 대한 저감의 효과에 차가 있어, 각 소재끼리의 상성, 상성 최적화의 필요성이 발생하여, 그 재료 비용면에서의 부하도 커진다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 통상의 하드 환경 그대로, 현상, 린스 공정에서, 레지스트막의 석출 및 반불용화물의 재부착에 의한 현상 결함을 저감시킬 수 있는 레지스트 패턴의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법이 적용되는 리소그래피 공정 전체의 개략적인 수순에 대하여 설명하기 위한 공정 단면도.

도 2는 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법이 적용되는 리소그래피 공정 전체의 개략적인 수순에 대하여 설명하기 위한 공정 단면도.

도 3은 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법이 적용되는 리소그래피 공정 전체의 개략적인 수순에 대하여 설명하기 위한 공정 단면도.

도 4는 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성에 사용되는 마스크의 구성을 도시하는 단면도로서, (a)는 2치 마스크, (b)는 하프톤 위상 시프트 마스크를 도시하는 도면.

도 5는 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 공정 중, 제1 노광 공정을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6은 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 공정 중, 제2 노광 공정을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7은 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 공정 중, 현상·린스 공정을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 8은 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 방법의 효과를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 방법에 적용 가능한, 다른 마스크의 구성을 도시하는 단면도으로, (a)는 스텐실 마스크, (b)는 멤브레인 마스크를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2 : 샘플 기판

10 : 기판

11 : 피가공막

12 : 레지스트막

12a : 개구

12-1, 12-2, 12-3 : 영역

12-4 : 난용해물

13 : 불순물 영역

21 : 현상액

22 : 린스액

100 : 마스크

101 : 기판

102 : 차광부

102-1, 102-2 : 차광막

103 : 투과부

110 : 지지 보강체

110a : 기둥

111 : 보강층

112 : 멤브레인(박막)

112a : 구멍 패턴

113 : 산란체 패턴

Ar1 : 소자 형성 영역

Ar2 : 외주 영역

Ch : 반도체 칩

Sh1, Sh2 : 샷 영역

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 레지스트 패턴 형성 방법은, 기판 상에 레지스트막을 도포하는 공정과, 상기 기판의 소자 형성 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상할 수 있는 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 상기 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 제2 노광 공정과, 상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여, 상기 레지스트막의 현상을 행하는 현상 공정을 갖는다.

상기한 본 발명의 레지스트 패턴 형성 방법에서는, 제1 노광 공정에서, 레지스트막을 현상할 수 있는 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행한다. 이 때, 소자 형성 영역에는, 현상 콘트라스트가 가해지도록 노광되어 있지만, 모든 영역에서 경미한 노광이 이루어져 있다.

따라서, 제2 노광으로서, 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 레지스트막에 대하여, 레지스트막을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하고 있다.

이에 의해, 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역도 현상되지 않을 정도로 노광되어, 소자 형성 영역에서의 레지스트막의 표면 상태와의 차가 저감된다.

이 결과, 현상 공정에서 레지스트막이 석출되거나, 혹은 반불용화물이 생성되었다고 해도, 후의 린스 시에 기판으로부터 제거되기 쉬워진다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 상에 에칭 혹은 이온 주입 마스크로 되는 레지스트 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 기판 상에 레지스트막을 도포하는 공정과, 상기 기판의 소자 형성 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상할 수 있는 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 상기 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 제2 노광 공정과, 상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여, 상기 레지스트막의 현상을 행하는 현상 공정을 갖는다.

상기 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 제1 노광 공정에서, 레지스트막을 현상할 수 있는 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행한다. 이 때, 소자 형성 영역에는, 현상 콘트라스트가 가해지도록 노광되어 있지만, 모든 영역에서 경미한 노광이 이루어져 있다.

따라서, 제2 노광으로서, 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 레지스트막에 대하여, 레지스트막을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하고 있다.

이에 의해, 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역도 현상되지 않을 정도로 노광되어, 소자 형성 영역에서의 레지스트막의 표면 상태와의 차가 저감된다.

이 결과, 현상 공정에서 레지스트막이 석출되거나, 혹은 반불용화물이 생성되었다고 해도, 후의 린스 시에 기판으로부터 제거되기 쉬워진다.

<실시예>

이하에, 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴 형성 방법이 적용되는 리소그래피 공정 전체의 개략적인 수순에 대하여, 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다.

도 1의 (a)에 도시한 피가공층(11)을 표면에 형성한 기판(10) 상에, 감광성 고분자 재료를 유기 용제로 녹인 레지스트(Resist)를 도포한다. 그 후, 프리베이크로 여분의 유기 용제를 건조시켜, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 레지스트막(12)을 형성한다.

도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 마스크(100)를 통해 자외선, 전자선, X선 등을 조사하여, 레지스트막(12)에 부분적으로 광을 조사한다. 노광 후, 현상액으로 불필요한 부분의 레지스트막(12)을 용해 제거하고, 또한 순수의 린스액으로 린스한다. 이에 의해, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 레지스트막(12)에 개구(12a)가 형성되어 레지스트 패턴으로 된다.

이상의 레지스트 도포 공정, 노광 공정, 현상·린스 공정이 리소그래피 공정으로 불리는 것이다.

리소그래피에 의해 레지스트 패턴이 형성된 후에는, 예를 들면, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 레지스트막(12)을 마스크로 하여 피가공막(11)을 에칭하고,마지막으로, 불필요한 레지스트막(12)을 제거함으로써, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 피가공막(11)에 패턴이 형성된다. 이 피가공막(11)의 패턴이 집적되어 반도체 장치가 제조된다.

레지스트 패턴은 기판에의 이온 주입에 이용하는 경우도 있다.

즉, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 상술한 바와 마찬가지로 하여, 리소그래피에 의해 원하는 패턴의 레지스트막(12)을 형성한 후에는, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 레지스트막(12)을 마스크로 하여 기판(10)에 이온 주입을 실시하여, 불순물 영역(13)을 형성한다. 마지막으로, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 불필요한 레지스트막(12)을 제거함으로써, 트랜지스터의 소스·드레인 영역 등을 구성하는 불순물 영역(13)이 형성된다.

상기한 리소그래피 공정 중, 도 1의 (c)에 도시한 노광 공정에서 사용되는 마스크(100)로서, 예를 들면 도 4에 도시한 것이 있다.

도 4의 (a)에 도시한 마스크는, 유리 등으로 이루어지는 투명 기판(101) 상에, 크롬 등의 차광성이 높은 금속 차광막(102-1)에 의해 차광부가 형성되어 있는 것으로, 바이너리 마스크로 불리는 마스크이다. 바이너리 마스크에서는, 차광막(102-1)이 형성되어 있지 않은 투과부(103)에 입사한 광만이 마스크를 통과하고, 차광부에 입사한 광은 마스크를 통과하지 않는다.

한편, 단파장의 ArF 엑시머 레이저 등을 노광 광원으로 하는 리소그래피에는, 도 4의 (b)에 도시한 하프톤 위상 시프트 마스크가 사용된다. 도 4의 (b)에 도시한 하프톤 위상 시프트 마스크는, 유리 등으로 이루어지는 투명 기판(101) 상에, 예를 들면 불화 크롬(CrF) 등으로 이루어지는 반투과막(102-2)에 의해 차광부가 형성되어 있는 것이다. 하프톤 위상 시프트 마스크에서는, 반투과막(102-2)이 형성된 차광부에서도 6% 정도의 투과율을 갖고 있어, 조금이지만 광을 투과한다. 이 차광부를 투과한 광은, 투과부(103)를 투과한 광과는 위상이 반전되어 있다. 이 때문에, 경계부에서는, 위상 반전에 의한 광 강도 저하가 발생하여 광 강도 분포의 베이스의 확대를 억제할 수 있어, 해상도를 높일 수 있다.

상기한 레지스트 도포, 노광, 현상·린스 공정으로 이루어지는 리소그래피 공정 중, 본 실시 형태에서는, 노광 공정에서 이하에 도시한 바와 같이 고안되어 있다. 이하, 일례로서 ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로 사용하고, 마스크로서 하프톤 위상 시프트 마스크를 사용하며, 레지스트막으로서 포지티브형 레지스트를 사용하는 경우에 대해 도 5∼도 6을 참조하여 설명한다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 노광의 대상이 되는 반도체 웨이퍼 등으로 이루어지는 기판(10)에는, 복수의 반도체 칩 Ch가 형성되게 되는 소자 형성 영역 Ar1과, 소자 형성 영역 Ar1의 외측에서 반도체 칩 Ch가 형성되지 않는 외주 영역 Ar2로 대별된다. 상기의 소자 형성 영역 Ar1만이 소위 노광 공정에서의 노광 대상 영역으로 된다.

ArF 엑시머 레이저 등의 원자외선을 이용한 노광에서는, 하나의 반도체 칩 Ch에 상당하는 영역이 1샷 영역 Sh1(1회의 노광으로 조사되는 영역)로 되고, 기판(10)을 반복 스텝함으로써, 기판(10)의 소자 형성 영역 Ar1 모두를 노광한다. 이 제1 노광 공정에 의해, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크의 투과부(103)에 대응하는 레지스트막의 영역(12-1)에는, 현상에 필요한 노광량이 조사되지만, 마스크의 차광부(102)에 대응하는 레지스트막의 영역(12-2)에도, 영역(12-1)에의 노광량의 6% 정도로 조금이지만 광이 조사된다. 단, 영역(12-2)에의 노광량은, 레지스트(12)가 현상되는 데 필요한 노광량보다 충분히 작기 때문에 현상은 되지 않는다.

소자 형성 영역 Ar1에의 노광 후, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(10)의 외주 영역 Ar2를 노광한다. 기판(10)의 외주 영역 Ar2에의 노광량은, 후의 현상에서 해상되지 않을 정도의 노광량으로 한다. 바람직하게는, 마스크의 차광부(102)에 상당하는 레지스트막의 영역(12-2)의 노광량과 동일하게 하기 위해, 외주 영역 Ar2에서의 레지스트막(12)에의 노광량은, 제1 노광 공정에서의 최적 노광량에 마스크의 차광부(102)의 투과율을 곱하여 얻어지는 노광량으로 한다.

이 제2 노광 공정에 의해, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막의 영역(12-2)의 노광량과, 외주 영역 Ar2의 노광량이 비슷하게 되어, 양자의 레지스트막 표면 상태의 차가 저감된다. 레지스트막 표면 상태의 인자로서는 표면 장력값, 표면 거칠기 등을 들 수 있다.

다음으로, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 도시하지 않은 토출 노즐로부터 현상액(21)을 공급함으로써, 레지스트막(12)이 형성된 기판(10) 상에, 표면 장력으로 현상액(21)을 주입하여 정지 방치한다.

도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 레지스트막(12)으로서, 포지티브형 레지스트를 이용하는 예에서는, 레지스트에 충분히 광이 조사된 영역(12-1)이 현상액(21)에 용해되게 되지만, 일부에서 현상액(21)에 대하여 난용해물(12-4)이 생성된다.

마지막으로, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 현상 후의 린스액(순수)(22)에 의해, 기판(10)을 회전시키면서 린스함으로써, 화살표로 나타내는 회전의 원심력 F의 효과와 함께, 현상액에 대한 난용해물(12-4)이 기판(10)의 외주로 보내어져, 기판(10) 밖으로 떨어지게 된다. 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막의 영역(12-2)의 노광량과, 외주 영역 Ar2의 노광량이 비슷하게 되어, 양자의 레지스트막 표면 상태의 차가 저감되어 있기 때문에, 이 린스 시에 있어서, 발생한 난용해물(12-4)로 이루어지는 현상 결함을 린스 시나 그 고속 회전에서 원활하게 제거할 수 있게 된다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 방법의 효과에 대하여, 비교예를 이용하여 설명한다.

(비교예1)

비교예1로서, 8인치 웨이퍼에 반사 방지막 AR19(시플레이사제)를 85㎚의 막 두께로 도포하고, 그 위에 ArF용 아크릴계 레지스트(JSR 주식회사제)를 300㎚의 막 두께로 도포하였다. 프리베이크를 130℃, 90초로 처리한 후, ArF 스캐너 PASS5500/1100(ASML사제)에 의해, 적당한 마스크를 사용하여, 15mJ/㎠로 노광을 실시하였다. 노광 후, 포스트 익스포져 베이크를 150℃, 90초로 처리한 후, NMD-3(동경응화공업주식회사제)의 현상액에 의해, 현상 시간 30초로 현상한 후, 순수에 의해 린스하여 패터닝을 실시하였다. 본 실시에서는, 코터 디벨로퍼 ACT-8(동경일렉트론제)에 의해, 재료 도포, 베이크 처리, 현상, 린스 처리를 실시하여, 샘플 기판(1)을 작성하였다.

(실시예)

실시예로서, 8인치 웨이퍼에 반사 방지막 AR19(시플레이사제)를 85㎚의 막 두께로 도포하고, 그 위에 ArF용 아크릴계 레지스트(JSR 주식회사제)를 300㎚의 막 두께로 도포하였다. 프리베이크를 130℃, 90초로 처리한 후, ArF 스캐너 PASS5500/1100(ASML사제)에 의해, 적당한 마스크를 사용하여 15mJ/㎠로 노광을 실시하였다. 계속하여, 샷 외부의 웨이퍼 외주부를 1mJ/㎠로 노광을 실시한 후, 포스트 익스포져 베이크를 150℃, 90초로 처리한 후, NMD-3(동경응화공업주식회사제)의 현상액에 의해, 현상 시간 30초로 현상한 후, 순수에 의해 린스하여 패터닝을 실시하였다. 본 실시에서는, 코터 디벨로퍼 ACT-8(동경일렉트론제)에 의해, 재료 도포, 베이크 처리, 현상, 린스 처리를 실시하여, 샘플 기판(2)을 작성하였다.

(비교예2)

비교예2로서, 8인치 웨이퍼에 반사 방지막 AR19(시플레이사제)를 85㎚의 막 두께로 도포하고, 그 위에 ArF용 아크릴계 레지스트(JSR주식회사제)를 300㎚의 막 두께로 도포하였다. 프리베이크를 130℃, 90초로 처리한 후, ArF 스캐너 PASS5500/1100(ASML사제)에 의해, 적당한 마스크를 사용하여, 웨이퍼 외주부도 포함한 영역을 15mJ/㎠로 전면 노광을 실시하였다. 노광 후, 포스트 익스포져 베이크를 150℃, 90초로 처리한 후, NMD-3(동경응화공업주식회사제)의 현상액으로 현상 시간 30초로 현상한 후, 순수에 의해 린스하여 패터닝을 실시하였다. 본 실시에서는, 코터 디벨로퍼 ACT-8(동경일렉트론제)에 의해, 재료 도포, 베이크 처리, 현상,린스 처리를 실시하여, 샘플 기판(3)을 작성하였다.

(평가 결과)

상기의 샘플 기판을 결함 검사 장치 KLA S2132에 의해, 결함 검사를 실시하였다. 도 8의 (a)는 샘플 기판(1)의 결함 검사 결과를 도시하고, 도 8의 (b)는 샘플 기판(2)의 결함 검사 결과를 도시하고 있다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판의 외주 노광을 실시하지 않은 비교예1의 샘플 기판(1)에서는, 현상 결함이 93개 존재하였다. 도면에서, 그 밖의 결함은, 의사 결함으로 특성에는 영향을 미치지 않는 것이다. 이 현상 결함은, 도시한 바와 같이, 소자 형성 영역과 외주 영역의 경계에 많이 존재하고 있다.

이에 대하여, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판의 외주 노광을 실시한 실시예의 샘플 기판(2)에서는, 현상 결함이 2개로 수개 레벨로 저감되었다. 도면에서, 그 밖의 결함은 의사 결함이다. 웨이퍼 외주를 포함한 전면 노광을 행한 비교예2에서는 현상 결함이 2개이었기 때문에, 본 실시예에서는, 패턴을 형성하지 않는 전면 노광과 동일한 정도의 결함 레벨을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에서는, 리소그래피 공정에서, 기판(10)의 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막(12)에 대하여, 레지스트막(12)을 현상할 수 있는 최적 노광량(제1 노광량)에 의해 마스크(100)를 통해 노광을 행한 후에, 소자 형성 영역 Ar1 이외의 외주 영역 Ar2에서의 레지스트막(12)에 대하여, 레지스트막(12)을 현상할 수 있는 노광량을 초과하지 않는 노광량에 의해 노광을 행하고 있다.

이것은, 기판의 외주 영역 Ar2의 미노광부와 소자 형성 영역 Ar1의 경계선에 결함이 집중되어 있어, 석출계의 현상 결함의 경우, 린스 시간을 길게 하는 것이나, 혹은 린스 회전수를 고려함으로써, 물리적인 힘으로 털어내어 현상 결함을 저감하는 것도 생각된다. 그러나, 린스 시간의 연장도 스루풋 상한도가 있어, 기판의 중심 부분에서의 저감 효과는 있지만, 상술한 기판의 외주 영역의 미노광부와 샷 노광부의 경계선에 쌓이는 현상 결함의 저감은 어렵다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 실제로 필요한 샷 이외의 기판의 외주 영역의 미노광 부분도 현상으로 해상되지 않을 정도의 노광을 실시함으로써, 기판의 외주 영역의 미노광부와 소자 형성 영역의 경계선에 쌓이는 현상 결함이 격감된다. 이것은, 상술한 바와 같이, 경미하게 노광함으로써, 레지스트막의 현상 콘트라스트는 가해지지 않고, 큰 막 감소는 없지만, 소자 형성 영역 Ar1에서의 레지스트막과의 표면 상태의 차가 저감됨으로써, 발생한 현상 결함을 린스 시나 그 고속 회전에서 원활하게 제거할 수 있기 때문이다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 레지스트 패턴의 형성 방법에 따르면, 통상의 하드 환경 그대로, 현상, 린스 공정에서, 레지스트막의 석출 및 반불용화물의 재부착에 의한 현상 결함을 저감시킬 수 있다.

따라서, 이 레지스트 패턴을 이용하여 에칭이나 이온 주입함으로써 제조되는 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 상기의 실시 형태의 설명에 한정되는 것은 아니다.

상기에서는, ArF 엑시머 레이저 등의 원자외선을 이용한 예에 대하여 설명하였지만, 다른 파장 영역의 원자외선이나, 또는 X선, 전자선을 노광 광원으로서 이용하는 리소그래피 공정에 적용하는 것도 가능하다.

예를 들면 전자선을 이용한 리소그래피에는, 마스크를 투과한 하전 입자선을 전자/이온 광학계에 의해 웨이퍼 상에 축소 투영하는 타입의 것(EPL: Electron Projection Lithography , IPL: Ion Projection Lithography 등), 및, 마스크 바로 아래에 근접시킨 웨이퍼 상에 결상 광학계를 개재하지 않고 마스크 패턴을 전사하는 타입의 것(PEL: Proximity Electron Lithography)이 있다.

상기의 마스크에서는, 두께 약 10㎚ 내지 10㎛의 박막 영역(멤브레인)에, 전사해야 할 패턴이 배치된다. 전사 패턴이 (1) 멤브레인의 개구에 의해 형성되는 것은 스텐실 마스크(예를 들면, 특허 문헌3, 4, 5 참조), (2) 금속 박막 등 하전 입자선의 산란체로 형성되는 것은 산란 멤브레인 마스크라고 한다. 스텐실 마스크와 산란 멤브레인 마스크의 단면 구조의 예를 도 9에 도시한다.

도 9의 (a)는 스텐실 마스크의 단면도이다. 도 9의 (a)에 도시한 스텐실 마스크는, 지지 보강체(110) 상에 보강층(111)을 개재하여 멤브레인(박막)(112)이 형성되어 있다. 지지 보강체(110) 및 보강층(111)이 가공되어 기둥(110a)이 형성되어 있고, 기둥(110a)에 의해 구획된 패턴 형성 영역에서의 박막(112)에는 구멍 패턴(112a)이 형성되어 있다. 보강층(111)의 막 두께는, 예를 들면 10㎛이고, 박막(112)의 막 두께는 예를 들면 500㎚이다.

도 9의 (b)는 산란 멤브레인 마스크의 단면도이다. 도 9의 (b)에 도시한 산란 멤브레인 마스크는, 지지 보강체(110) 상에 박막(112)이 형성되어 있고, 지지보강체(110)가 가공되어 기둥(110a)이 형성되어 있다. 또한, 도 9의 (a)와 마찬가지로, 지지 보강체(110)와 박막(112) 사이에, 보강층(111)이 개재되어 있어도 된다. 기둥(110a)에 의해 둘러싸인 박막(112) 상에는 크롬막(113a) 및 텅스텐막(113b)으로 이루어지는 산란체 패턴(113)이 형성되어 있다. 박막(112)의 막 두께는 예를 들면 500㎚이고, 크롬막(113a)의 막 두께는 예를 들면 10㎚이며, 텅스텐막(113b)의 막 두께는 예를 들면 50㎚이다.

본 실시 형태는, 도 1의 (c)에 도시한 노광 시에, 도 9에 도시한 마스크를 통해, 노광 광원으로서 예를 들면 전자선을 이용함으로써, 레지스트 패턴을 형성하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명은, 상기의 실시 형태의 설명에서 예를 든 재료나 수치 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 레지스트로서, 포지티브형 레지스트를 이용한 예에 대하여 설명하였지만, 네가티브형 레지스트를 이용할 수도 있다.

그 밖에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 발명에 따르면, 통상의 하드 환경 그대로, 현상, 린스 공정에서, 레지스트막의 석출 및 반불용화물의 재부착에 의한 현상 결함을 저감시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 상에 레지스트막을 도포하는 공정과,

   상기 기판의 소자 형성 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상 가능한 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행하는 제1 노광 공정과,

   상기 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상 가능한 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 제2 노광 공정과,

   상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여, 상기 레지스트막의 현상을 행하는 현상 공정

   을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 노광 공정에서, 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 차광 패턴을 갖는 상기 마스크를 통해 노광을 행하고,

   상기 제2 노광 공정에서, 상기 제1 노광량에 상기 투과율을 곱하여 얻어지는 노광량과 실질적으로 동일한 상기 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 레지스트 패턴 형성 방법.
3. 기판 상에 에칭 혹은 이온 주입의 마스크로 되는 레지스트 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,

   기판 상에 레지스트막을 도포하는 공정과,

   상기 기판의 소자 형성 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상 가능한 제1 노광량에 의해 마스크를 통해 노광을 행하는 제1 노광 공정과,

   상기 소자 형성 영역 이외의 미노광 영역에서의 상기 레지스트막에 대하여, 상기 레지스트막을 현상 가능한 노광량을 초과하지 않는 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 제2 노광 공정과,

   상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여, 상기 레지스트막의 현상을 행하는 현상 공정

   을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 노광 공정에서, 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 차광 패턴을 갖는 상기 마스크를 통해 노광을 행하고,

   상기 제2 노광 공정에서, 상기 제1 노광량에 상기 투과율을 곱하여 얻어지는 노광량과 실질적으로 동일한 상기 제2 노광량에 의해 노광을 행하는 반도체 장치의 제조 방법.