KR20070077161A

KR20070077161A - 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070077161A
Application number: KR1020070062143A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 이또; 겐따로 마쯔나가; 다이스께 가와무라; 야스노부 오니시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2007-07-25
Also published as: KR101089009B1; KR20070077160A; US20110039214A1; CN101441418A; CN100524040C; JP4718893B2; US20060263726A1; KR20060117260A; TWI317968B; TW200731331A; US7794922B2; JP2006317774A; CN101441418B; KR101106375B1; KR100778968B1; CN1862386A

Abstract

패턴 형성 방법은, 피가공막 상에 감광성 수지막을 형성하는 단계, 상기 감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막을 상기 감광성 수지막 상에 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 보호막을 형성한 후, 또한, 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하기 전에, 상기 보호막으로부터 상기 액침액에 대한 친화성 부위를 갖는 잔류 물질을 제거하는 단계, 상기 보호막을 제거하는 단계, 및 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

피가공막, 감광성 수지막, 보호막, 도포법, 액침액, 액침 노광

Description

패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{PATTERN FORMATION METHOD AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 종래의 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 2는 용제의 분자 구조를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

도 4는 종래의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 종래의 기술로 워터마크가 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면.

도 6의 (a)∼도 6의 (c)는 실시예에서 워터마크의 발생을 방지할 수 있는 이유를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 제3 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

도 8의 (a)∼도 8의 (c)는 액침액과 친화성이 있는 물질을 포함시킨 분위기에서 기판을 냉각한 경우의 보호막의 내부 모습을 도시하는 도면.

도 9의 (a)∼도 9의 (c)는 액침액과 친화성이 없는 물질을 포함시킨 분위기 에서 기판을 냉각한 경우의 보호막의 내부 모습을 도시하는 도면.

도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 액침액과 친화성이 없는 물질을 보호막의 표면에 작용시킨 경우의 보호막의 내부 모습을 도시하는 도면.

도 11은 본 발명에 따른 제4 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

도 12는 본 발명에 따른 제5 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

도 13은 본 발명에 따른 제6 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 레지스트막

2: 보호막

3: 고분자(응집체)

4: 용제

5: 액침액

6: 경로

[특허 문헌1] 일본 특허 2753930호 공보

[특허 문헌2] 일본 특개 2001-319862호 공보

[특허 문헌3] 일본 특개평 10-335203호 공보

[특허 문헌4] 일본 특개 2001-76984호 공보

[특허 문헌5] 일본 특개 2005-19969호 공보

[비특허 문헌1] Keita Ishizuka et al., New Cover material Development Status for Immersion lithography, Web publication of International symposium on immersion and 157nm lithography

[비특허 문헌2] Daisuke Kawamura et al., Influence of the watermark in i㎜ersion lithography process.(SPIE2005)

[비특허 문헌3] Karen Petrillo et al.,(SPIE2005 5753-9)

본 출원은 2005년 5월 13일 출원된 일본 특허 출원 제2005-141193호에 기초한 것으로 그 우선권 주장을 하며, 그 전체 내용은 본 명세서에서 참조로서 포함된다.

본 발명은, 반도체 분야에서의 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 소자의 미세화나 LSI의 고집적화에 수반하여, 자외광의 파장 이하의 해상도가 요구되도록 되어 온다. 그 때문에, 노광량 여유도, 포커스 여유도 등의 노광 프로세스 여유도가 부족해지고 있다.

따라서, 종래의 노광광원을 이용하면서 해상력을 향상시키는 기술로서, 액침 노광 기술이 제안되어 있다. 액침 노광 기술은, 특허 문헌1에 개시되어 있듯이, 투영 광학계의 기판 표면에 대향하는 광학 소자를 투영 광학계 본체로부터 분리하고, 또한, 그 광학 소자를 서로 평행한 2개의 표면을 갖는 평판 형상 소자로 하고, 이 평판 형상 소자와 이에 대향하는 기판 사이에 액체를 충전하기 위한 폐 공간을 구성하는 용기를 구비한 수단을 마련하고, 이것과 기판 상의 노광 영역을 상대적으로 이동시키면서 노광하는 방법이다.

액침 노광 기술에서는, 레지스트막으로의 액침액의 진입이나, 레지스트막으로부터의 액침액으로의 용출을 방지하기 위해서, 레지스트막 상에 보호막을 형성하는 것이 검토되고 있다.

노광 전에 레지스트막 상에 형성되는 보호막의 대표예로서는, 예를 들면, 특허 문헌2에 개시되어 있듯이, 레지스트막의 표면에 불소계의 처리 가스를 작용시켜 형성된 막이 있다.

이에 대하여 액침 노광에서 이용되는 보호막은, 비특허 문헌1에 개시되어 있듯이, 레지스트막과는 별도로, 레지스트막 상에 도포막으로서 형성되는 막이다.

그러나, 이러한 방법으로 형성된 보호막은, 전술한 목적을 달성할 수 없다. 예를 들면, 비특허 문헌2에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 보호막(92) 상에 잔류하는 액침액(93)의 형상에 의해서는, 액침액(93)이 보호막(92)을 투과하여 레지스트막(91)에 도달하고, 보호막(92)과 레지스트막(91)의 계면에 물 얼룩(워터마크)(94)이 발생하는 것이 개시되어 있다. 도 1의 액침액(93)은 직경이 0.1㎜인 물방울을 나타내고 있다.

감광제 등이 막으로부터 액침액에 용출하는 거동은 레지스트막에 대해서도 검토되고 있다. 예를 들면, 비특허 문헌3에는, 동일한 고체 성분으로 이루어지는 레지스트막을 형성하는 경우에도, 감광성 물질의 용출량은, 표 1에 나타낸 바와 같이(용제의 분자 구조는 도 2 참조), 감광제 용액에 포함되는 용제 종류에 따라 상이한 것이 개시되어 있다. 표 1의 예에서는, 알콜성 OH를 갖는 젖산 에틸이 포함되는 경우에 용출량이 증대하고 있다.

용제계	접촉각(°)	용출량(ppb)
PGMEA+EL+GBL	68.5	73
PGMEA+EL	67	55
PGMEA+GBL	65	25
PGMEA+Cycrohexanon	65	25

레지스트막으로부터의 감광제, 용해 억지제 등의 액침액으로의 용출은, 레지스트 성능을 열화시킨다. 또한, 용출한 액에 의해 노광 장치의 광학계가 오염된다. 광학계의 오염은, 결상 특성을 열화시킨다.

레지스트막이나 보호막은 회전 도포법에 의해 형성된다. 이 방법에서는, 도포막의 형성 후에 용제를 제거하기 위해서 베이크가 행해진다.

베이크는 습도 조정된 분위기에서 행해진다. 베이크는, 특허 문헌3에 개시되어 있듯이, 드라이 에어나 산소, 질소 등의 분위기에서 행해지는 경우도 있다. 특허 문헌3은, 베이크 시의 분위기에 바람직한 가스를 선택하는 것과, 가스를 공급하는 장치에 대하여 개시하고 있고, 또한, 분위기 절환 수단이 쿨 플레이트나 복수의 기판 처리를 연속하여 행하는 장치에 적용 가능하다고 개시하고 있다.

베이크 후에는 기판 냉각이 행해진다. 예를 들면, 특허 문헌4는, 냉각 시간의 단축화 및 피처리 기판의 면내 온도 분포의 균일화를 도모하기 위해서, 기판 가열 처리 후에, 불활성 가스 또는 청정화 공기 분위기로 치환하고, 그 후, 기판 냉각을 행한다고 하는 방법을 개시하고 있다.

또한, 특허 문헌5에는, 현상 후의 레지스트 패턴에 대하여, 레지스트 패턴에 그것을 용해하게 하는 용제 증기를 작용시켜, 레지스트 패턴의 표면을 매끄럽게 하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 패턴 형성 방법에 있어서, 피가공막 상에 감광성 수지막을 형성하는 단계, 상기 감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막을 상기 감광성 수지막 상에 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 보호막을 형성한 후, 또한, 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하기 전에, 상기 보호막으로부터 상기 액침액에 대한 친화성 부위를 갖는 잔류 물질을 제거하는 단계, 상기 보호막을 제거하는 단계, 및 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 패턴 형성 방법에 있어서, 피가공막 상에 감광성 수지막을 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 감광성 수지막을 형성한 후, 또한, 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하기 전에, 상기 감광성 수지막으로부터 상기 액침액에 대한 친화성 부위를 갖는 잔류 용제를 제거하는 단계, 및 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 패턴 형성 방법에 있어서, 피가공막 상에 감광성 수지막을 형성하는 단계, 상기 감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막을 상기 감광성 수지막 상에 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 보호막을 형성한 후, 또한, 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하기 전에, 상기 보호막의 표면을 평활화하는 단계, 상기 보호막을 제거하는 단계, 및 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 패턴 형성 방법에 있어서, 피가공막 상에 감광성 수지막을 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 감광성 수지막을 형성한 후, 또한, 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하기 전에, 상기 감광성 수지막의 표면을 평활화하는 단계, 및 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막을 상기 감광성 수지막 상에 도포법에 의해 형성하는 단계, 액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-, 상기 보호막의 용해 속도가 상기 감광성 수지막의 용해 속도보다도 빨라지는 농도를 갖는 제1 현상액을 이용하여, 상기 보호막을 제거하는 단계, 및 상기 제1 현상액보다도 농도가 높은 제2 현상액을 이용하여, 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판을 포함하는 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계-상기 레지스트 패턴은 본 발명의 일 양상의 패턴 형성 방법에 의해 형성됨-, 및 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 기판을 에칭함으로써, 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.

(제1 실시예)

본 발명에 따른 실시예의 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 개요를 이하에 열거한다.

(1) 패턴 형성 방법은,

피가공막 상에 제1 막재를 포함하는 감광성 수지막(제1 막)을 형성하는 제1 성막 공정과,

상기 감광성 수지막 상에 제2 막재를 포함하는 용액을 도포하여(도포법에 의해) 제2 막(상기 감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막)을 형성하는 제2 성막 공정과,

상기 제2 막이 형성된 상태에서 상기 감광성 수지막에 액침액을 통하여 선택적으로 액침 노광하는 액침 노광 공정과,

상기 제2 막을 제거하는 공정과,

상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거하는 현상 공정을 포함하고,

또한, 상기 제2 성막 공정으로부터 상기 액침 노광 공정 전에 있어서, 상기 제2 막으로부터 상기 액침 노광 공정에서 이용하는 액침액에 대한 친화성 부위를 갖는 잔류 물질을 제거하는 공정을 포함한다.

(2) 상기 (1)에 있어서,

상기 잔류 물질을 제거하는 공정은, 상기 제2 막에 잔류하는 제1 용매보다도 비점이 낮은 제2 용매를 작용시킨 후에 베이크를 행하거나, 혹은, 상기 제2 막에 상기 제1 용매보다도 비점이 낮은 제2 용매를 작용시키면서 베이크를 행하는 공정이다.

(3) 상기 (2)에 있어서,

상기 제2 용매는, 상기 액침액이 친화성을 갖지 않는 분위기에 상기 제2 용매를 포함시켜 만들어진다.

(4) 상기 (2)에 있어서,

상기 베이크 공정은 상기 제2 용매의 비점보다도 높은 온도에서 행한다.

(5) 상기 (2)에 있어서,

상기 제2 막재의 베이크 후에 상기 제2 막의 표면을 상기 분위기로 치환하고, 그 후, 상기 제2 막의 냉각을 행한다.

(6) 상기 (1)에 있어서,

상기 잔류 물질을 제거하는 공정은, 상기 잔류 물질을 제거하는 공정 전과 비교하여 상기 제2 막의 액침액에 대한 후퇴 접촉각을 높이는 처리이다.

(7) 상기 (3) 또는 (5)에 있어서,

상기 분위기가 건조 공기, 건조 질소, 건조 헬륨 중 어느 하나이다.

(8) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,

상기 액침 노광 공정에서 이용하는 광이 ArF 레이저 광(파장 193㎚) 또는 KrF 레이저 광(파장 248㎚)으로서, 또한, 상기 액침액이 물이며, 또한, 상기 제1 용매와 제2 용매는 알콜성 OH기를 갖는다.

(9) 상기 (7)에 있어서,

상기 제1 용매가 1-부탄올 또는 탄소수가 5 이상의 알콜이다.

(10) 상기 (7)에 있어서,

상기 제2 용매가 메탄올, 에탄올 또는 2-프로파놀이다.

(11) 상기 (1)에 있어서,

상기 액침 노광 공정에서 이용하는 광이 ArF 레이저 광(파장 193㎚) 또는 KrF 레이저 광(파장 248㎚) 또는 불소 레이저 광(파장 157㎚)으로서, 또한, 상기 액침액이 유기물이다.

(12) 패턴 형성 방법은,

피가공막 상에 감광성 수지막재를 포함하는 용액을 도포하여(도포법에 의해) 감광성 수지막을 형성하는 성막 공정과,

상기 감광성 수지막에 액침액을 통하여 선택적으로 액침 노광하는 액침 노광 공정과,

또한, 상기 제1 성막 공정으로부터 상기 액침 노광 공정 전에 있어서, 상기 감광성 수지막으로부터 상기 액침 노광 공정에서 이용하는 액침액에 대한 친화성 부위를 갖는 잔류 용제를 제거하는 공정을 포함한다.

(13) 상기 (12)에 있어서,

상기 잔류 용제를 제거하는 공정은, 상기 감광성 수지막에 잔류하는 상기 제1 용매보다도 비점이 낮은 제2 용매를 작용시킨 후에 베이크를 행하거나, 혹은, 상기 감광성 수지막에 상기 제1 용매보다도 비점이 낮은 제2 용매를 작용시키면서 베이크를 행하는 공정이다.

(14) 상기 (13)에 있어서,

(15) 상기 (13)에 있어서,

(16) 상기 (13)에 있어서,

(17) 상기 (12)에 있어서,

(18) 상기 (14) 또는 (16)에 있어서,

(19) 상기 (12) 내지 (15) 중 어느 하나에 있어서,

(20) 상기 (18)에 있어서,

상기 제1 용매가 1-부탄올 또는 젖산 에틸 또는 탄소수가 5 이상의 알콜이다.

(21) 상기 (18)에 있어서,

상기 제2 용매가 메탄올, 에탄올 또는 2-프로파놀이다.

(22) 상기 (12)에 있어서,

(23) 패턴 형성 방법은,

피가공막 상에 감광성 수지막(제1 막)을 형성하는 제1 성막 공정과,

상기 제2 막을 제거하는 공정과,

또한, 상기 제2 성막 공정으로부터 상기 액침 노광 공정 전에 있어서, 상기 제2 막의 표면을 평활화하는 공정을 포함한다.

(24) 상기 (23)에 있어서,

상기 평활화하는 공정은, 상기 제2 막에 상기 제2 막이 용해하는 용제를 포함하는 분위기에 노출하여 행한다.

(25) 상기 (23)에 있어서,

상기 평활화하는 공정은, 상기 제2 막을 가열하면서 행한다.

(26) 상기 (23)에 있어서,

상기 제2 막이 용해하는 용매는, 상기 제2 막제에 포함되는 용제이다.

(27) 상기 (25)에 있어서,

상기 제2 막이 용해하는 용매는, 아세톤, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트, N 메틸 2 필로리디논 또는 알콜이다.

(28) 상기 (29)에 있어서,

상기 분위기가 건조 공기, 건조 질소 또는 건조 헬륨을 주성분으로 하는 것이다.

(29) 상기 (23)에 있어서,

상기 액침 노광 공정에서 이용하는 광이 ArF 레이저 광(파장 193㎚) 또는 KrF 레이저 광(파장 248㎚) 또는 F₂ 레이저(파장 157㎚) 광이다.

(30) 패턴 형성 방법은,

또한, 상기 제1 성막 공정으로부터 상기 액침 노광 공정 전에 있어서, 상기 감광성 수지막의 표면의 평활화를 행하는 공정을 포함한다.

(31) 상기 (30)에 있어서,

상기 평활화하는 공정은, 상기 감광성 수지막의 표면에 상기 감광성 수지막이 용해하는 용제를 포함하는 분위기에 노출하여 행한다.

(32) 상기 (30)에 있어서,

상기 평활화하는 공정은, 상기 감광성 수지막을 가열하면서 행한다.

(33) 상기 (30)에 있어서,

상기 감광성 수지막이 용해하는 용매는, 상기 감광성 수지막제에 포함되는 용제이다.

(34) 상기 (30)에 있어서,

상기 감광성 수지막이 용해하는 용매는, 아세톤, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트, N 메틸 2 필로리디논 또는 알콜이다.

(35) 상기 (30)에 있어서,

(36) 상기 (30)에 있어서,

(37) 레지스트 패턴의 형성 방법은,

상기 제2 막을 제거하는 공정과,

상기 제2 막은 현상 공정에 이용하는 현상액에 대하여 가용인 막이며,

상기 현상 공정은, 상기 제2 막의 용해 속도가 상기 감광성 수지막보다도 빨라지는 농도의 제1 현상액을 이용하여 상기 제2 막의 용해를 선택적으로 행하는 제1 현상 공정과, 상기 제1 현상액 농도보다 높은 현상액으로 상기 감광성 수지막의 현상을 행하는 제2 현상 공정을 포함한다.

(38) 상기 (37)에 있어서,

상기 제1 현상 공정과 제2 현상 공정 사이에서, 상기 제1 현상 공정에서 용출한 제2 막의 용해물을 제거하는 공정을 더 포함한다.

(39) 반도체 장치의 제조 방법은,

상기 (1) 내지 (37) 중 어느 하나의 패턴 형성 방법에 의해, 반도체 기판을 포함하는 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,

상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 기판을 에칭하여, 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.

이하, 제2 내지 제6 실시예에 의해, 상기 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 상세에 대하여 설명한다.

(제2 실시예)

도 3은, 본 발명에 따른 제2 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우이다. 본 실시예에서는, 광원으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하고, 액침액으로서 순수를 이용한 레지스트 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다. 비교를 위해서, 도 4에, 종래의 레지스트 패턴의 형성 방법의 프로세스 플로우를 도시한다.

우선, 피가공막을 준비한다(스텝 S1). 피가공막은, 산화막(제1 피가공막)과, 그 산화막 상에 형성된 반사 방지막(제2 피가공막)을 포함한다. 상기 피가공막(산화막, 반사 방지막)은 반도체 기판(웨이퍼) 상에 형성된 것이다.

반사 방지막을 형성하는 공정은, 상기 산화막 상에 노광광(파장 193㎚)에 대하여 반사 방지 효과를 갖는 막을 스핀 도포법에 의해 형성하는 공정과, 상기 막을 베이킹하는 공정을 포함한다.

다음으로, 상기 피가공막 상에 레지스트막(제1 막)을 형성한다(스텝 S2). 레지스트막을 형성하는 공정(스텝 S2)은, 상기 베이킹한 막을 냉각하여 원하는 온도에서 조정한 막(반사 방지막) 상에, 노광광(파장 193㎚)에 대하여 감광성을 갖는 레지스트를 도포하는 공정(레지스트막 도포 공정(스텝 S2a))과, 그 레지스트를 110 ℃에서 베이킹하여 굳히는 공정(레지스트막 베이크 공정(스텝 S2b))과, 이 베이킹하여 굳힌 레지스트(가열된 레지스트막)를 냉각하는 공정(스텝 S2c)을 포함한다.

레지스트막 도포 공정(스텝 S2a)은, 레지스트 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 레지스트 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

다음으로, 레지스트막(제1 막) 상에, 액침액이 레지스트막 내에 흡수되거나, 레지스트막 내의 물질이 액침액에 용출하거나 하는 것을 방지하기 위한 보호막(제2 막)을 형성한다(스텝 S3).

보호막을 형성하는 공정(스텝 S3)은, 레지스트막 상에 보호막의 재료를 포함하는 용액(보호막 용액)을 도포하는 공정(보호막 도포 공정(스텝 S3a))과, 보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정(보호막 베이크 공정(스텝 S3b))과, 이 베이킹하여 굳힌 보호 용액막(가열된 보호막)을 냉각하는 공정(스텝 S3c)을 포함한다.

상기 보호막 용액의 용제에는, 1-헥사놀(액침액(물)에 대하여 알콜성 OH의 친화성기로, 비점은 158℃)이 포함되어 있다. 1-헥사놀은, 베이크(스텝 S3c) 후의 보호막 내에도 미량 잔존하고 있는 것을 확인했다.

지금까지의 공정(스텝 S1-S3)은, 실시예와 종래에서 동일하다. 스텝 S3 후에, 보호막 및 피가공막을 포함하는 기판을 즉시 액침액(물)에 노출하여 액침 노광을 행한 경우에는, 수 100개/wafer의 워터마크가 레지스트막 상에 검출되었다.

도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 이용하여 워터마크가 발생한 이유에 대하여 설명한다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서, 1은 레지스트막, 2는 보호막, 3은 보호막 내의 고분자(응집체), 4는 액침액과 친화성이 있는 재류 용제, 5는 액침액, 6은 액침액이 유도되는 경로를 나타내고 있다. 도 5의 (a)는, 가열(스텝 S3b) 후의 보호막(2)의 내부의 모습, 도 5의 (b)는 액침 노광(스텝 S6) 시의 보호막의 내부 모습을 도시하고 있다.

보호막(2) 내에는 기판 회전 시 및 베이크 시에 발생한 용제의 빠져나가는 길이 다수 존재한다. 빠져나가는 길은 용제가 어느 정도 응집하여 막으로부터 증발한 궤적이기 때문에, 빠져나가는 길 근방에는 용제(4)가 미량 존재하고 있다. 용제(4)가 액침액(5)에 대하여 친화성을 갖는 경우, 액침 노광 시에 액침액(5)이 보호막(2) 내로 도입하고, 예를 들면, 경로(6)로써, 액침액(5)은 레지스트막(1)의 표면까지 도달하는 것이라고 생각된다.

따라서, 본 실시예에서는, 보호막의 형성 후, 또한, 액침 노광 전에, 보호막 내에 포함되는 액침액의 용제(잔류 친화성 물질)를 제거한다(스텝 S4).

도 6의 (a)∼도 6의 (c)를 이용하여 워터마크의 발생을 방지할 수 있는 이유에 대하여 설명한다. 도 6의 (a)는, 가열(스텝 S3b) 후의 보호막(2)의 내부 모습, 도 6의 (b)는 잔류 친화성 물질의 제거 시(스텝 S4)의 보호막(2)의 내부 모습, 도 6의 (c)는 액침 노광(스텝 S6) 시의 보호막의 내부 모습을 도시하고 있다.

본 실시예에서는, 보호막(2)을 형성한 후, 용제의 빠져나가는 길 근방에 잔존하는 용제(4)(알콜)를 제거하기 위해, 용제(4)에 대하여 친화성을 갖고, 또한, 용제(4)보다도 비점이 낮은 이소프로필 알콜을 용제(7)에 작용시켜, 이소프로필 알콜과 함께 용제(4)를 증발시킨다.

즉, 이소프로필 알콜을 건조 질소로 버블링하여, 이소프로필 알콜을 포함하는 드라이 질소 분위기를 만들어, 이 분위기를 보호막(2)의 표면에 공급한다. 이소프로필 알콜의 비점은 82.4℃이기 때문에, 보호막(2)을 95℃로 가열하여 작용한 물질이 증발하기 쉬운 환경으로 했다. 이 처리에 의해, 보호막(2) 중에 잔존하는 용제(4)는 제거된다. 그 결과, 용제의 빠져나가는 길(경로(6))의 액침액(5)에 대한 친화성은 크게 저하한다.

액침액과 친화성을 갖는 물질을 보호막으로부터 제거하는 공정(스텝 S4)의 전에, 보호막의 표면에 대한 후퇴 접촉각을 확장 수축법으로 측정하였더니, 65°였다.

이에 대하여 스텝 S4 후의 친화성을 갖는 물질이 제거된 보호막의 후퇴 접촉각은 80°이며, 후퇴 접촉각이 비약적으로 증가하고 있는 것이 확인되었다.

액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역에 액막을 유지하면서 노광을 행할 때에, 후퇴 접촉각이 65°인 경우에는, 액침 노광 시의 노광 동작에 있어서 기판 상에 잔류 액적이 발생하고 있었지만, 스텝 S4 후의 후퇴 접촉각 80°인 경우에는 잔류 액적은 보이지 않았다. 잔류 액적은 워터마크 결함을 야기하는 원인으로 될 수 있지만, 본 처리(스텝 S4)에 의해 그 리스크도 크게 저감할 수 있었다.

또한, 여러 가지 막에 대하여 잔류 액적을 평가하였더니, 후퇴 접촉각이 75° 이상에서 잔류 액적은 보이지 않게 되었다는 점에서, 후퇴 접촉각이 75° 이상으로 되도록, 분위기 중의 이소프로필 알콜의 농도, 분위기의 유속, 압력, 기판 온 도, 처리 시간을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 이소프로필 알콜 이외에서도 메탄올(비점 64.7℃, 적정 베이크 온도=65℃ 이상), 에탄올(비점 78.3℃, 적정 베이크 온도=80℃ 이상)로 처리함으로써, 후퇴 접촉각을 75° 이상으로 할 수 있었다.

이와 같이 처리된 보호막을 갖는 기판을 이용하여 액침 노광을 행하고(스텝 S6), 그 후, 주지의 공정, 즉, 노광 후의 베이크(PEB) 공정(스텝 S7), 보호막의 박리 공정(스텝 S8), 레지스트막의 현상 공정(스텝 S9)을 거쳐 레지스트 패턴이 형성된다.

이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 레지스트 패턴을 조사하였더니, 종래 프로세스에서 발생하였던 워터마크는 수개/wafer까지 저감되어 있는 것이 확인되었다.

본 실시예의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 반사 방지막(제2 피가공막)과 산화막(제1 피가공막)을 순차적으로 에칭하여 형성한 홈 패턴을 조사하였더니, 결함수는 수개/wafer로 양호했다. 상기 홈 패턴 내를 배선 재료로 매립하고, 또한 후 공정을 진행시켜 작성한 디바이스는 양호한 신뢰성을 나타내었다.

본 실시예는 보호막 용제에 1-헥사놀 용매가 포함되어 있는 것에 관한 것이지만, 대상으로 하는 용매는 이에 한하는 것은 아니다. 대략 상압에서의 비점이 100℃ 이상인 알콜성 OH기를 갖는 물질이 대상으로 된다.

예를 들면, 알콜성 OH기를 1개 갖는 물질에서는, 1-부탄올, 1-펜타놀, 2-펜타놀, 3-펜타놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀, 1-헵타놀, 2-헵타놀, 3-헵타놀, 4-헵타놀, 1-옥타놀, 1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀, 4-옥타놀 등 1위에 OH기를 갖는 것은 탄소수 4 이상, 그 이외의 위치에 OH를 갖는 것은 탄소수 5 이상의 것에서, 보호막 내의 잔류 물질의 제거 효과가 인정되었다.

또한, 에스테르 골격을 갖는 알콜(예를 들면 젖산 에틸: 비점 154℃) 등에서도 잔류 물질의 제거 효과를 확인했다.

또한, 알콜성 OH기를 2개 이상 갖는 물질에서도, 이들 알콜 정도는 아니지만 제거 효과가 인정되었다.

본 실시예에서는, 보호막 내의 용제 기인의 액침액에 대한 친화성 물질을 제거하기 위해 이소프로필 알콜을 이용했지만 이것에 한하는 것은 아니다. 대략 상압에서의 비점이 100℃ 미만인 알콜성 OH기를 갖는 물질이 대상으로 된다. 탈수 처리 및 아민류를 제거한 메탄올이나 에탄올을 드라이 에어, 드라이 헬륨, 드라이 질소 등에 포함하여 보호막의 표면에 공급시켜 처리해도 된다.

분위기 및 분위기에 포함시키는 물질에 대하여 탈수 처리나 탈아민 처리를 행하는 이유는, 이들 물질을 포함하여 폭로시키면 이들 물질이 용제의 빠져나가는 길에 반대로 흡착하고, 이들이 액침액의 유도 물질로 되어 워터마크의 생성원으로 되는 것을 방지하기 위해서이다.

이소프로필 알콜을 이용한 가열로부터 막의 냉각을 종료하기까지의 사이에 보호막의 표면이 노출되는 분위기를, 액침액에 대한 친화성을 갖는 물질(액침액이 물인 경우에는 수분이나 알콜, 아민이나 물과 화학·물리적 흡착을 하는 것, 액침액이 유기물인 경우에는 유사의 유기물)을 포함하지 않도록 제어하는 것이 바람직 하다.

바람직하게는, 드라이 에어, 드라이 헬륨, 드라이 질소의 분위기에서 행하면 된다. 더욱 바람직하게는, 액침액에 대하여 친화성을 갖지 않는 분위기(액침액이 물인 경우에는 불소계 물질을 포함하는 분위기나 실라잔 화합물(헥사 메틸 디실라잔, 테트라 메틸 디실라잔 등), 액침액이 유기물인 경우에는 알콜을 포함하는 분위기)에 노출하여 화학 반응이나 물리 흡착시키면 된다.

화학 반응을 행함으로써 액침액에 대한 친화성이 발생하는 경우에는, 처리 후에 재차, 본 실시예에 설명한 바와 같은 저비점 알콜을 작용시켜 제거하든지, 화학 반응을 행하고나서 친화성 물질의 제거를 행하면 된다.

액침 노광 전의 보호막의 표면이 미소 파티클로 오염되어 있는 경우에는, 액침 노광 전에 보호막의 표면을 세정해도 된다(노광 전 보호막 처리(스텝 S5)).

또한, 액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역에 액막을 유지하면서 노광을 행하는 경우에는, 액막이 국소 영역 밖으로 비산하지 않도록 보호막의 표면에 대하여 개질 처리를 행해도 된다(노광 전 보호막 처리(스텝 S5)).

또한, 액침 노광 시에 보호막 상에 액적이 발생한 경우에는, 워터마크나 패턴 치수·형상 불량의 발생을 방지하기 위해서, 노광 후 베이크(스텝 S8)를 행하기 전에, 액적을 빠르게 제거하는 것이 좋다(노광 후 보호막 처리(스텝 S7)).

본 실시예는, 파장이 193㎚인 노광광을 이용한 경우이지만, 파장이 248㎚인 노광광을 이용하여, 액침액에 물 또는 유기물을 이용한 경우에도 마찬가지의 처리에 의해, 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

또한, 파장이 157㎚인 노광광을 이용하고, 액침액에 불소계 유기물을 이용한 경우에도, 마찬가지의 처리에 의해 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

레지스트막과 보호막의 베이크 온도도 본 실시예의 값에 한하는 것은 아니고, 재료에 따라서 보호 특성을 발휘할 수 있는 온도이면 된다. 또한, 레지스트막의 물질이 보호막 내로 이동하지 않도록, 보호막의 베이크 온도는 레지스트막의 베이크 온도보다 낮게 하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 기초 가공 공정은 산화막의 홈 형성 공정에 관하지만, 본 실시예의 기초 가공 공정은 이 공정에 제한하는 것은 아니다. 예를 들면, 컨택트홀 형성, 게이트 형성, 액티브 에리어 형성, 이온 주입 등 모든 디바이스 제조 공정 내의 리소그래피 공정에 대하여 적용할 수 있다.

(제3 실시예)

도 7은 본 발명에 따른 제3 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우이다.

우선, 피가공막을 준비한다(스텝 S21). 피가공막은, 산화막(제1 피가공막)과, 그 산화막 상에 형성된 반사 방지막(제2 피가공막)을 포함한다. 상기 피가공막(산화막, 반사 방지막)은 반도체 기판(웨이퍼) 상에 형성된 것이다.

다음으로, 상기 피가공막 상에 레지스트막(제1 막)을 형성한다(스텝 S22). 레지스트막을 형성하는 공정(스텝 S22)은, 상기 베이킹한 막을 냉각하여 원하는 온도에서 조정한 막(반사 방지막) 상에, 노광광(파장 193㎚)에 대하여 감광성을 갖는 레지스트를 도포하는 공정((레지스트막 도포 공정(스텝 S22a))과, 그 레지스트를 베이킹하여 굳히는 공정(레지스트막 베이크 공정(스텝 S22b))과, 이 베이킹하여 굳힌 레지스트(가열된 레지스트막)를 냉각하는 공정(스텝 S22c)을 포함한다.

레지스트막 도포 공정(스텝 S22a)은, 레지스트 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 레지스트 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

다음으로, 레지스트막(제1 막) 상에, 액침액이 레지스트막 내에 흡수되거나, 레지스트막 내의 물질이 액침액에 용출하거나 하는 것을 방지하기 위한 보호막(제2 막)을 형성한다(스텝 S23).

보호막을 형성하는 공정(스텝 S23)은, 레지스트막 상에 보호막의 재료를 포함하는 용액(보호막 용액)을 도포하는 공정(보호막 도포 공정(스텝 S23a))과, 보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정(보호막 베이크 공정(스텝 S23b))과, 이 베이킹하여 굳힌 보호 용액막(가열된 보호막)을 냉각하는 공정(스텝 S23c)을 포함한다.

상기 보호막 용액의 용제에는 2-헥사놀이 포함되어 있다. 2-헥사놀은, 습도 40%의 분위기에서 베이크하여 작성한 보호막 내에도 미량 관측되었다.

따라서, 본 실시예에서는, 보호막의 형성 공정(스텝 S23)을 이하와 같이 행하였다.

보호막 도포 공정(스텝 S23a)은, 보호막 용액을 반도체 기판의 주면 상의 레지스트막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 보호막 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

보호막 베이킹 공정(스텝 S23b)은, 액침액과 친화성 부위를 갖는 물질을 보호막으로부터 제거하면서 보호막을 베이크하는 공정으로서, 드라이 공기 중에 2-헥사놀보다 저비점의 무수화 에탄올을 포함시킨 분위기를 베이크 챔버 내에 도입하는 공정과, 그 분위기 내에서 기판을 110℃에서 가열하는 공정을 포함한다.

상기 분위기에서 기판을 가열함으로써, 회전 도포 후에 보호막 내에 잔존하는 2-헥사놀(액침액에 대하여 약친화성 부위의 알콜성 OH를 가짐)을 베이크 처리 중에 무수화 에탄올과 작용시켜 막으로부터 배출하기 쉽게 했다. 이 분위기에서 베이크 처리한 보호막을 조사하였더니 용제 기인의 알콜을 대략 제거할 수 있는 것을 확인했다.

드라이 공기에 무수화 에탄올(액침액과 친화성이 있는 물질)을 포함시킨 분위기에서 기판의 냉각을 행한 경우에는, 보호막 내에 결로한 무수화 에탄올이 검출되고, 이들이 액침액을 보호막 내로 유도하는 것을 알았다.

도 8의 (a)∼도 8의 (c)에, 액침액과 친화성이 있는 물질을 포함시킨 분위기에서 기판을 냉각하는 공정으로부터, 레지스트막을 액침 노광하는 공정까지의 사이의 보호막의 내부 모습을 도시한다. 도 8에서, 10은 액침액과 친화성이 있는 물질을 나타내고 있다. 도 8 중 참조 부호 1∼6은 도 5의 (a) 및 도 5의 (b) 중 그들과 동일한 것을 나타내고 있다.

도 8의 (a)는 본 실시예의 베이크(스텝 S23b)가 행해진 후의 잔류 물질이 제거된 상태의 보호막(2)을 도시하고 있다. 도 8의 (b)는 액침액과 친화성이 있는 물질(10)을 포함하는 분위기 중에서 기판을 냉각하는 공정을 나타내고 있다. 이 냉각 공정에서는, 액침액과 친화성이 있는 물질(10)은, 보호막(2) 중 잔류 물질이 제거된 영역(용제의 빠져나가는 길) 내로 침입한다. 도 8의 (c)는 레지스트막(1)을 액침 노광하는 공정을 나타내고 있다. 이 액침 노광 공정에서는, 액침액은, 액침액과 친화성이 있는 물질(10)에 의해 보호막(2)에 침입하고, 또한 액침액(5)은 경로(6)로써 레지스트막(1)의 표면까지 도달한다.

상기 지견에 기초하여, 본 실시예에서는, 보호막 내로의 액침액 유도 물질의 진입을 억제하기 위해서, 액침액과 친화성이 있는 물질을 포함하지 않는 분위기(여기서는 드라이 공기) 중에서, 가열 후의 보호막의 냉각을 행한다(스텝 S23c).

도 9의 (a)∼도 9의 (c)에, 액침액과 친화성이 없는 물질을 포함시킨 분위기에서 기판을 냉각하는 공정으로부터, 레지스트막을 액침 노광하는 공정까지의 사이의 보호막의 내부 모습을 나타낸다. 도 9의 (a)∼도 9의 (c)에 있어서, 물질(11)은 액침액(5)과 친화성이 없는 물질 또는 액침액(5)에 대하여 반발성을 나타내는 물질을 나타내고 있다. 도 9의 (a)∼도 9의 (c) 중 참조 부호 1∼6은 도 5의 (a) 및 도 5의 (b) 중 그들과 동일한 것을 나타내고 있다.

도 9의 (a)는 본 실시예의 베이크(스텝 S23b)가 행해진 후의 잔류 물질이 제거된 상태의 보호막(2)을 도시하고 있다. 도 9의 (b)는 액침액과 친화성이 없는 물질(11)을 포함하는 분위기 중에서 기판을 냉각하는 공정을 도시하고 있다. 이 냉각 공정에서는, 액침액과 친화성이 없는 물질(11)은, 보호막(2) 중 잔류 물질이 제거된 영역(용제의 빠져나가는 길) 내로 침입한다. 도 9의 (c)는 레지스트막(1)을 액침 노광하는 공정을 도시하고 있다. 이 액침 노광 공정에서는, 보호막(2) 내에 액침액과 친화성이 있는 물질은 존재하지 않기 때문에, 액침액(5)은 보호막(2)에 침입하지 않는다.

스텝 S23b에서 드라이 공기 중에 액침액과 친화성이 없는 물질(11)인 저비점의 무수화 에탄올을 포함시키지 않은 분위기 중에서 110℃로 가열하여 얻은 보호막의 표면에 대한 후퇴 접촉각을 확장 수축법으로 측정하였더니, 61°였다.

이에 대하여 드라이 공기에 저비점의 무수화 에탄올을 포함시킨 분위기에서 가열하여 얻은 보호막의 후퇴 접촉각은 85°이며, 후퇴 접촉각이 비약적으로 증가하는 것이 확인되었다.

액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역 상에 액침막을 유지하면서 노광을 행할 때에, 후퇴 접촉각 61°인 경우에는, 액침 노광 시의 노광 동작에서 기판 상에 잔류 액적이 발생하였지만, 스텝 S23c 후의 후퇴 접촉각 85°인 경우에는 잔류 액적은 보이지 않았다. 잔류 액적은 워터마크 결함을 야기하는 원인으로 될 수 있지만, 본 처리(스텝 S23b, S23c)에 의해 그 리스크도 크게 저감할 수 있었다.

또한, 여러 가지 막에 대하여 잔류 액적을 평가하였더니, 후퇴 접촉각이 75° 이상에서 잔류 액적은 보이지 않게 되었다는 점에서, 후퇴 접촉각이 75° 이상으로 되도록, 분위기 중 저비점의 무수화 알콜 물질과 그 농도, 분위기의 유속, 압 력, 처리 시간을 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 처리된 보호막을 갖는 기판을 이용하여 액침 노광을 행하고(스텝 S26), 그 후, 주지의 공정, 즉, 노광 후의 베이크(PEB) 공정(스텝 S28), 보호막의 박리 공정(스텝 S29), 레지스트막의 현상 공정(스텝 S30)을 거쳐 레지스트 패턴이 형성된다.

이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 레지스트 패턴을 조사하였더니, 종래 프로세스에서 발생하고 있던 워터마크는 수개/wafer까지 저감되어 있는 것이 확인되었다.

본 실시예의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 반사 방지막(제2 피가공막)과 산화막(제1 피가공막)을 순차적으로 에칭하여 형성한 구멍 패턴을 조사하였더니, 결함수는 수개/wafer까지 저감되어 있는 것이 확인되었다. 상기 구멍 패턴을 배선간 접합 재료로 매립하고, 또한 후 공정을 진행시켜 작성한 디바이스는 양호한 신뢰성을 나타내었다.

본 실시예에서는, 베이크 분위기에 보호막 내의 용제 기인의 액침액에 대한 친화성 물질을 제거하기 위해서 저비점의 무수화 에탄올을 이용했지만 이에 한하는 것은 아니다. 제1 실시예에 기재한 것과 동일한 이유로, 다른 탈수 처리 및 아민류를 제거한 메탄올이나 이소프로필 알콜을 드라이 에어, 드라이 헬륨, 드라이 질소 등에 포함시켜 보호막의 표면에 공급시켜 처리해도 된다. 또한, 보호막 내에 포함되는 용매도 제1 실시예와 마찬가지의 것이 대상으로 된다.

전술한 처리의 도 9의 (b)의 공정(보호막의 냉각 공정) 후에, 또한, 도 9의 (c)의 공정(액침 노광 공정) 전에, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 액침액과 친화성이 없는 물질 또는 액침액에 대하여 반발성을 나타내는 물질(12), 예를 들면, 프론 화합물을 보호막(2)의 표면 및 내부에 작용(물리 흡착)시킴으로써, 보다 액침액(5)에 대하여 친화성을 저하할 수 있으며, 후퇴 접촉각도 향상시킬 수 있었다.

동일한 것은, 제1 실시예의 도 6의 (b)의 공정(보호막의 베이크 공정) 후, 또한, 도 6의 (c)의 공정(액침 노광 공정) 전에, 액침액과 친화성이 없는 물질을 보호막의 표면에 작용(물리 흡착)시킴으로써, 보다 액침액에 대하여 친화성을 저하할 수 있으며, 후퇴 접촉각도 향상시킬 수 있었다.

액침 노광 전의 보호막의 표면이 미소 파티클로 오염되어 있는 경우에는, 액침 노광 전에 보호막의 표면을 세정해도 된다(노광 전 보호막 처리(스텝 S25)).

또한, 액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역에 액막을 유지하면서 노광을 행하는 경우에는, 액막이 국소 영역 밖으로 비산하지 않도록 보호막의 표면에 대하여 개질 처리를 행해도 된다(노광 전 보호막 처리(스텝 S25)).

또한, 액침 노광 시에 보호막 상에 액적이 발생한 경우에는, 워터마크나 패턴 치수·형상 불량의 발생을 방지하기 위해서, 노광 후 베이크(스텝 S28)를 행하기 전에, 액적을 빠르게 제거하는 것이 좋다(노광 후 보호막 처리(스텝 S27)).

또한, 파장이 157㎚인 노광광에 이용하고, 액침액에 불소계 유기물을 이용한 경우에도, 마찬가지의 처리에 의해 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

본 실시예의 기초 가공 공정은 산화막의 구멍 형성 공정에 관하지만, 본 실시예의 기초 가공 공정은 이 공정에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 배선 형성, 게이트 형성, 액티브 에리어 형성, 이온 주입 등 모든 디바이스 제조 공정 내의 리소그래피 공정에 대하여 적용할 수 있다.

(제4 실시예)

도 11은 본 발명에 따른 제4 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우이다. 본 실시예에서는, 광원으로서 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)를 이용하고, 액침액으로서 순수를 이용한 레지스트 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다.

우선, 피가공막을 준비한다(스텝 S41). 피가공막은, 산화막(제1 피가공막)과, 그 산화막 상에 형성된 반사 방지막(제2 피가공막)을 포함한다. 상기 피가공막(산화막, 반사 방지막)은 반도체 기판(웨이퍼) 상에 형성된 것이다.

반사 방지막을 형성하는 공정은, 상기 산화막 상에 노광광(파장 248㎚)에 대 하여 반사 방지 효과를 갖는 막을 스핀 도포법에 의해 형성하는 공정과, 상기 막을 베이킹하는 공정을 포함한다.

다음으로, 상기 피가공막 상에 레지스트막(제1 막)을 형성한다(스텝 S42). 레지스트막을 형성하는 공정(스텝 S42)은, 상기 베이킹한 막을 냉각하여 원하는 온도에서 조정한 막(반사 방지막) 상에, 노광광(파장 248㎚)에 대하여 감광성을 갖는 레지스트를 도포하는 공정(스텝 S42a)과, 그 레지스트를 베이킹하여 굳히는 공정(스텝 S42b)과, 이 베이킹하여 굳힌 레지스트(가열된 레지스트막)를 냉각하는 공정(스텝 S42c)을 포함한다.

레지스트를 도포하는 공정(스텝 S42a)은, 레지스트 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 레지스트 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

이 레지스트막은 액침액의 침투성은 약했지만 약간의 침입이 인정되었기 때문에, 보호막을 이용하지 않고서, 레지스트막 내에 잔존하는 액침액(물)과 친화성 부위를 갖는 용제의 제거를 행했다(스텝 S43).

여기서는, 레지스트막 내에 잔류하는 용제가 젖산 에틸이기 때문에, 이것보다 저비점의 이소프로필 알콜을 드라이 에어에 포함시킨 분위기를 레지스트막에 작용시켜, 이소프로필 알콜과 함께 증발시켰다. 상기 분위기(액침액과 친화성이 없는 물질)를 레지스트막의 표면에 공급하여, 분위기를 레지스트막에 작용시켰다.

여기서, 이소프로필 알콜의 비점은 82.4℃이기 때문에, 레지스트막을 95℃로 가열하여 작용한 물질이 증발하기 쉬운 환경으로 했다.

상기 처리(스텝 S43)에 의해 레지스트막 내에 잔존하는 젖산 에틸을 제거할 수 있으며, 용제의 빠져나가는 길의 액침액에 대한 친화성을 크게 저하할 수 있었다. 또한, 이소프로필 알콜 증기에 의해 레지스트막의 표면이 약간 용해하여 보다 평활한 면으로 할 수 있었다. 레지스트막의 냉각은 드라이 에어만의 분위기에서 행했다(스텝 S42c).

액침액과 친화성을 갖는 물질을 레지스트막으로부터 제거하는 공정(스텝 S43) 전에, 레지스트막의 표면에 대한 후퇴 접촉각을 확장 수축법으로 측정하였더니, 55°였다.

이에 대하여 스텝 S43 후의 젖산 에틸을 갖는 물질이 제거된 보호막은 물과의 친화성이 저하하고, 또한, 표면이 보다 평활해짐으로써, 후퇴 접촉각은 83°로 비약적으로 증가했다.

액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역에 액막을 유지하면서 노광을 행할 때에, 후퇴 접촉각 55°인 경우에는, 액침 노광 시의 노광 동작에서 기판 상에 잔류 액적이 다수 발생하였지만, 스텝 S43의 후퇴 접촉각 83°인 경우에는 잔류 액적은 나타나지 않았다. 잔류 액적은 워터마크 결함을 야기하는 원인으로 될 수 있지만, 본 처리(스텝 S43)에 의해 그 리스크도 크게 저감할 수 있었다.

또한, 여러 가지 막에 대하여 잔류 액적을 평가하였더니, 후퇴 접촉각이 75° 이상에서 잔류 액적은 보이지 않게 되었다는 점에서, 후퇴 접촉각이 75° 이상으로 되도록, 분위기 중 이소프로필 알콜의 농도, 분위기의 유속, 압력, 기판 온 도, 처리 시간을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 이소프로필 알콜 이외에도 메탄올(비점 64.7℃, 적정 베이크 온도=65℃ 이상), 에탄올(비점 78.3℃, 적정 베이크 온도=80℃ 이상)로 처리함으로써 후퇴 접촉각을 75° 이상으로 할 수 있었다.

이와 같이 처리된 레지스트막을 갖는 기판을 이용하여 액침 노광을 행하고(스텝 S46), 그 후, 주지의 공정, 즉, 노광 후의 베이크(PEB) 공정(스텝 S48), 레지스트막의 현상 공정(스텝 S49)을 거쳐 레지스트 패턴이 형성된다.

이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 레지스트 패턴을 조사하였더니, 종래 프로세스에서 발생하였던 워터마크가 수개/wafer까지 저감되어 있는 것이 확인되었다.

본 실시예의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 반사 방지막(제2 피가공막)과 산화막(제1 피가공막)을 순차적으로 에칭하여 형성한 홈 패턴을 조사하였더니, 결함수가 수개/wafer로 양호했다. 상기 홈 패턴 내를 배선 재료로 매립하고, 또한 후 공정을 진행시켜 작성한 디바이스는 양호한 신뢰성을 나타내었다.

본 실시예는 레지스트 용제에 젖산 에틸 용매가 포함되어 있는 것에 관하지만, 대상으로 하는 용매는 이에 한하는 것은 아니다. 다른 에스테르 골격을 갖는 알콜 등으로도 제거 효과를 확인했다.

또한, 대략 상압에서의 비점이 100℃ 이상인 알콜성 OH기를 갖는 물질이 대상으로 된다.

예를 들면, 알콜성 OH기를 1개 갖는 물질에서는, 1-부탄올, 1-펜타놀, 2-펜 타놀, 3-펜타놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀, 1-헵타놀, 2-헵타놀, 3-헵타놀, 4-헵타놀, 1-옥타놀, 1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀, 4-옥타놀 등 1위에 OH기를 갖는 것은 탄소수 4 이상, 그 이외의 위치에 OH를 갖는 것은 탄소수 5 이상의 것에서, 보호막 내의 잔류 물질의 제거 효과가 인정되었다.

본 실시예에서는, 레지스트막 내의 용제 기인의 액침액에 대한 친화성 물질을 제거하기 위해 이소프로필 알콜을 이용했지만 이것에 한하는 것은 아니다. 대략 상압에서의 비점이 100℃ 미만인 알콜성 OH기를 갖는 물질이 대상으로 된다. 탈수 처리 및 아민류를 제거한 메탄올이나 에탄올을 드라이 에어, 드라이 헬륨, 드라이 질소 등에 포함하여 보호막의 표면에 공급시켜 처리해도 된다.

이소프로필 알콜을 이용한 가열로부터 막의 냉각을 종료하기까지의 사이에 레지스트막의 표면이 노출되는 분위기를, 액침액에 대한 친화성을 갖는 물질(액침액이 물인 경우에는 수분이나 알콜, 아민이나 물과 화학·물리적 흡착을 하는 것, 액침액이 유기물인 경우에는 유사의 유기물)을 포함하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다(스텝 S44). 바람직하게는, 본 실시예와 같이, 드라이 에어, 드라이 헬 륨, 드라이 질소의 분위기에서 행하면 된다.

또한, 액침액에 대하여 친화성을 갖지 않는 분위기(액침액이 물인 경우에는 불소계 물질을 포함하는 분위기나 실라잔 화합물(헥사 메틸 디실라잔, 테트라 메틸 디실라잔 등) 액침액이 유기물인 경우에는 알콜을 포함하는 분위기)에 노출하여 화학 반응이나 물리 흡착시키면 된다.

화학 반응을 행함으로써 액침액에 대한 친화성이 발생하는 경우에는, 처리 후에 재차, 본 실시예에 설명한 바와 같은 저비점 알콜을 작용시켜 제거하거나, 화학 반응을 행하고나서 친화성 물질의 제거를 행하면 된다.

노광 전의 레지스트막의 표면이 미소 파티클로 오염되어 있는 경우에는, 액침 노광 전에 레지스트막의 표면을 세정해도 된다(노광 전 레지스트막 처리(스텝 S45)).

또한, 액침 노광 시에 노광 영역을 포함하는 국소적인 영역에 액막을 유지하면서 노광을 행하는 경우에는, 액막이 국소 영역 밖으로 비산하지 않도록 레지스트막의 표면에 대하여 개질 처리를 행해도 된다(노광 전 레지스트막 처리(스텝 S45)).

또한, 액침 노광 시에 레지스트막 상에 액적이 발생한 경우에는, 워터마크나 패턴 치수·형상 불량의 발생을 방지하기 위해서, PEB(스텝 S48)를 행하기 전에, 액적을 빠르게 제거하는 것이 좋다(노광 후 레지스트막 처리(스텝 S47)).

본 실시예는, 파장이 193㎚인 노광광에 이용한 경우이지만, 파장이 248㎚인 노광광에 이용하고, 액침액에 물 또는 유기물을 이용한 경우에도 마찬가지의 처리 에 의해, 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

또한, 파장이 157㎚를 노광광에 이용하고, 액침액에 불소계 유기물을 이용한 경우에도, 마찬가지의 처리에 의해 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

레지스트막의 베이크 온도도 본 실시예의 값에 한하는 것은 아니고, 재료에 따라서 레지스트의 특성을 발휘할 수 있는 온도이면 된다.

본 실시예의 기초 가공 공정은 산화막의 홈 형성 공정에 관하지만, 본 실시예의 기초 가공 공정은 이 공정에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 컨택트홀 형성, 게이트 형성, 액티브 에리어 형성, 이온 주입 등 모든 디바이스 제조 공정 내의 리소그래피 공정에 대하여 적용할 수 있다.

(제5 실시예)

도 12는, 본 발명에 따른 제5 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우이다. 본 실시예에서는, 광원으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하여, 액침액으로서 순수를 이용한 레지스트 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다.

우선, 피가공막을 준비한다(스텝 S51). 피가공막은, 산화막(제1 피가공막)과, 그 산화막 상에 형성된 반사 방지막(제2 피가공막)을 포함한다. 상기 피가공막(산화막, 반사 방지막)은 반도체 기판(웨이퍼) 상에 형성된 것이다.

다음으로, 상기 피가공막 상에 레지스트막(제1 막)을 형성한다(스텝 S52). 레지스트막을 형성하는 공정(스텝 S52)은, 상기 베이킹한 막을 냉각하여 원하는 온도에서 조정한 막(반사 방지막) 상에, 노광광(파장 193㎚)에 대하여 감광성을 갖는 레지스트를 도포하는 공정(스텝 S52a)과, 그 레지스트를 110℃에서 베이킹하여 굳히는 공정(스텝 S52b)과, 이 베이킹하여 굳힌 레지스트(가열된 레지스트막)를 냉각하는 공정(스텝 S52c)을 포함한다.

레지스트를 도포하는 공정(스텝 S52a)은, 레지스트 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 레지스트 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

다음으로, 레지스트막(제1 막) 상에, 액침액이 레지스트막 내에 흡수되거나, 레지스트막 내의 물질이 액침액에 용출하거나 하는 것을 방지하기 위한 보호막(제2 막)을 형성한다(스텝 S53).

보호막을 형성하는 공정(스텝 S53)은, 레지스트막 상에 보호막의 재료를 포함하는 용액(보호막 용액)을 도포하는 공정(스텝 S53a)과, 보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정(스텝 S53b)을 포함한다. 필요에 따라서(상황에 따라서), 이 베이킹하여 굳힌 보호 용액막(가열된 보호막)을 냉각한다(스텝 S53c).

보호막 용액을 도포하는 공정(스텝 S53a)은, 보호막 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 보호막 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정(스텝 S53b)은 110℃에서 행해진다. 이 때, 보호막 내의 용제는 제거된다. 용제의 제거에 수반하여 보호막의 표면에는 ±1㎚ 정도의 요철(미소 요철)이 발생했다. 보호막의 표면에 미소 요철이 발생한 상태에서 액침 노광을 행하면, 오목부에 액침액이 흡착하여, 스텝 노광 시에 액이 잔류하기 쉬워진다. 액침 노광 후의 기판 상에 다수의 액적이 존재하는 것을 확인했다. 보호막의 표면의 요철이 ±2㎚로 큰 경우에는, 액침 스텝 노광 시에 액침액이 기판 밖으로 비산했다.

따라서, 본 실시예에서는, 보호막 내의 용제를 제거하기 위한 베이킹 처리(스텝 S53b)에 계속해서, 보호막의 표면의 평활화를 행한다(스텝 S54).

보호막의 표면의 평활화는, 기판 온도를 110℃로 유지하면서 N 메틸 2 필로리디논의 증기를 보호막의 표면에 작용시켜 행하였다. 보호막의 표면을 평활화한 후, 해당 증기의 공급을 정지하고, 계속해서, 가열 처리에 의해 보호막의 표면에 잔류하는 N 메틸 2 필로리디논을 제거하고, 그 후, 기판을 냉각했다.

이들 처리에서 얻어진 보호막의 표면의 요철은 ±0.2㎚였다. 표면이 평탄화된 보호막에 대하여 액침 노광을 행하였더니, 스텝 노광 시의 잔류 액적이나 액의 비산은 관측되지 않고, 노광 후의 기판에도 액적은 보이지 않았다. 이 방법에 따르면, 보호막 베이크 공정(스텝 S53b)에서 보호막으로부터 용제가 제거되어 발생한 용제의 빠져나가는 길이 봉해지기 때문에, 액침액의 보호막 내로의 침입이 억제된다.

보호막의 표면의 평활화를 행하지 않는 경우, 액침액의 보호막의 표면에 대 한 후퇴 접촉각을 확장 수축법으로 측정하였더니, 65°였다. 한편, 평활화를 행한 경우에는 85°로 양호했다.

이와 같이 처리된 보호막을 갖는 기판을 이용하여 액침 노광을 행하고(스텝 S56), 그 후, 주지의 공정, 즉, 노광 후의 베이크(PEB) 공정(스텝 S58), 보호막의 박리 공정(스텝 S59), 레지스트막의 현상 공정(스텝 S60)을 거쳐 레지스트 패턴이 형성된다.

이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 레지스트 패턴을 조사하였더니, 종래 프로세스에서 발생하고 있던 워터마크는 전혀 보이지 않았다.

*본 실시예는 보호막의 평활화에 N 메틸 2 필로리디논의 증기를 이용했지만 이것에 한하는 것은 아니고, 다양한 보호막에 대하여 효과를 조사하였더니, 아세톤의 증기, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)의 증기, N 메틸 2 필로리디논(NMP)의 증기에 대해서는 대부분의 보호막에 대하여 평활화 효과를 확인할 수 있었다.

또한, 다양한 보호막에 대하여, 그 용액에 포함되는 용제를 적용한 경우에도 평활화 효과를 확인할 수 있었다.

또한, 알콜성 OH기를 1개 갖는 물질, 예를 들면, 1-부탄올, 1-펜타놀, 2-펜타놀, 3-펜타놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀, 1-헵타놀, 2-헵타놀, 3-헵타놀, 4-헵타놀, 1-옥타놀, 1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀, 4-옥타놀 등 1위에 OH기를 갖는 것은 탄소수 4 이상, 그 이외의 위치에 OH를 갖는 것은 탄소수 5 이상의 것에서도 보호막의 평활화 효과가 인정되었다.

이들 물질은 그대로 작용시키는 것도 가능하지만, 공급량이 과다한 경우에는 클레이터나 돔 형상의 막 두께 변동이 발생하여 바람직하지 못하다. 그와 같은 경우에는 드라이 에어, 드라이 헬륨, 드라이 질소 등에 포함하여 희석하여 작용시켜도 된다.

액침 노광 전의 보호막의 표면이 미소 파티클로 오염되어 있는 경우에는, 액침 노광의 전에 보호막의 표면을 세정해도 된다(노광 전 보호막 처리(스텝 S55)).

또한, 액침 노광 시에 보호막 상에 액적이 발생한 경우에는, 워터마크나 패턴 치수 형상 불량의 발생을 방지하기 위해서, 노광 후 베이크(스텝 S58)를 행하기 전에, 액적을 빠르게 제거하는 것이 좋다(노광 후 보호막 처리(스텝 S57)).

본 실시예는, 파장이 193㎚인 노광광에 이용한 경우이지만, 파장이 248㎚인 노광광에 이용하고, 액침액에 물 또는 유기물을 이용한 경우에도 마찬가지의 처리에 의해 워터마크 결함을 저감할 수 있는 효과가 확인되었다.

또한, 파장이 157㎚인 노광광에 이용하고, 액침액에 불소계 유기물을 이용한 경우에도 마찬가지의 처리에 의해 잔류 액적을 없앨 수 있고, 워터마크 결함을 저 감할 수 있는 효과가 확인되었다.

본 실시예는 보호막에 관하지만, 레지스트막의 상에 보호막을 설치하지 않고서 액침 노광을 행하는 경우에도 레지스트막에 대하여 마찬가지의 방법으로 평활화를 행함으로써 잔류 액적량/수를 비약적으로 저감할 수 있었다.

(제6 실시예)

도 13은, 본 발명에 따른 제6 실시예의 레지스트 패턴의 형성 방법을 도시하는 프로세스 플로우이다. 본 실시예에서는, 광원으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하고, 액침액으로서 순수를 이용한 레지스트 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다.

우선, 피가공막을 준비한다. 피가공막은, 산화막(제1 피가공막)과, 그 산화막 상에 형성된 반사 방지막(제2 피가공막)을 포함한다. 상기 피가공막(산화막, 반사 방지막)은 반도체 기판(웨이퍼) 상에 형성된 것이다.

다음으로, 상기 피가공막 상에 레지스트막(제1 막)을 형성한다. 레지스트막을 형성하는 공정은, 상기 베이킹한 막을 냉각하여 원하는 온도에서 조정한 막(반사 방지막) 상에, 노광광(파장 193㎚)에 대하여 감광성을 갖는 레지스트를 도포하는 공정과, 해당 레지스트를 110℃에서 베이킹하여 굳히는 공정과, 이 베이킹하여 굳힌 레지스트(가열된 레지스트막)를 냉각하는 공정을 포함한다.

레지스트를 도포하는 공정은, 레지스트 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 레지스트 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

다음으로, 레지스트막(제1 막) 상에, 액침액이 레지스트막 내에 흡수되거나, 레지스트막 내의 물질이 액침액에 용출하거나 하는 것을 방지하기 위한 보호막(제2 막)을 형성한다. 보호막은 알칼리에 가용이다.

보호막을 형성하는 공정은, 레지스트막 상에 보호막의 재료를 포함하는 용액(보호막 용액)을 도포하는 공정과, 보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정을 포함한다. 필요에 따라서(상황에 따라서), 이 베이킹하여 굳힌 보호 용액막(가열된 보호막)을 냉각한다.

보호막 용액을 도포하는 공정은, 보호막 용액을 반도체 기판의 주면 상의 피가공막 상에 적하하는 공정과, 반도체 기판을 회전시켜 보호막 용액의 용제를 대략 제거하는 공정을 포함한다.

보호막 용액을 베이킹하여 굳히는 공정은 110℃에서 행해진다. 이 때, 보호막 내의 용제는 제거된다. 보호막 내의 용제를 제거하기 위한 베이킹 처리에 계속해서, 보호막의 표면의 평활화를 행한다.

보호막의 표면의 평활화는, 기판 온도를 110℃로 유지하면서 N 메틸 2 필로리디논의 증기를 보호막의 표면에 작용시켜 행하였다. 보호막의 표면을 평활화한 후, 해당 증기의 공급을 정지하고, 계속해서, 가열 처리에 의해 보호막의 표면에 잔류하는 N 메틸 2 필로리디논을 제거하고, 그 후, 기판을 냉각했다. 이들 처리에서 얻어진 보호막의 표면의 요철은 ±0.2㎚였다.

다음으로, 이와 같이 처리된 보호막을 갖는 기판을 이용하여 액침 노광을 행하고, 그 후, 노광 후의 베이크(PEB) 공정(스텝 S71)을 행한다.

여기서, 종래 방법에서는, 알칼리 가용의 보호막에 대해서는 레지스트막의 현상에 이용하는 것과 동일한 농도의 현상액을 이용하여, 보호막과 레지스트막을 일괄 현상하고 있었다.

그러나, 용출하는 것이 보호막과 레지스트막이기 때문에, 이들 상호 작용으로 결함이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 레지스트막의 보호막의 용해 속도가 느린 경우에는, 레지스트 패턴의 치수의 균일성이 나쁘거나, 패턴이 해상하지 않거나 한다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 실시예에서는 이하의 프로세스를 실시했다.

보호막의 박리는, 현상액을 희석하여 pH=12.5로 한 제1 현상액(테트라 메틸 암모늄 옥사이드의 수용액)을 이용하여 기판을 회전시키면서 행한다(스텝 S72).

이 때, 보호막의 박리를 단시간에 행하기 위해서, 제1 현상액은 액 공급 노즐을 기판 상을 직경 방향으로 이동시키면서 행한다.

보호막이 용해하고, 레지스트막이 노출된 단계에서, 제1 현상액의 공급을 정지하여, 동일한 액 공급 노즐로부터 순수를 공급하면서, 노즐의 직경 방향 이동과 기판의 회전을 행하면서, 보호막의 용해물을 기판 상으로부터 제거한다(스텝 S73).

다음으로, 기판의 외주에서 기판 상의 기류가 난류로 되지 않는 1800rpm으로 회전 건조를 행한다(스텝 S74).

다음으로, 보호막의 제거와 동일한 유닛 중에서 계속해서 레지스트막에 pH 13.8의 제2 현상액을 공급하여(스텝 S75), 레지스트막의 용해물을 제거한다(스텝 S76).

그 후, 건조 처리를 행하여(스텝 S77), 레지스트 패턴이 완성된다.

이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 반사 방지막(제2 피가공막)과 산화막(제1 피가공막)을 순차적으로 에칭하여 형성한 홈 패턴을 조사하였더니, 결함수는 수개/wafer로 양호했다. 상기 홈 패턴 내를 배선 재료로 매립하고, 또한 후 공정을 진행시켜 작성한 디바이스는 양호한 신뢰성을 나타내었다.

본 실시예는, 비교적 농도가 낮은 제1 현상액을 공급하여, 보호막을 용해함으로써 보호막을 제거하고, 그런 후, 기판을 건조시켜 제2 현상액을 기판(레지스트 막) 상에 공급하여 레지스트 패턴을 형성했지만 이것에 한하는 것은 아니다. 보호막이 용해한 후 즉시 제2 현상액을 공급하여 레지스트 패턴을 형성해도 된다.

또한, 제1 현상액의 농도는 이것에 한하는 것은 아니고, 보호막이 용해하고, 레지스트막이 거의 용해하지 않는 농도의 알칼리 용액이면 어떠한 것이라도 된다. 또한, 제2 현상액의 농도도 레지스트막이 현상되는 농도로 제1 현상액보다 높은 농도의 것이면 어떠한 것이어도 된다.

또한, 액침 노광 시에 보호막 상에 액적이 발생한 경우에는, 워터마크나 패턴 치수 형상 불량의 발생을 방지하기 위해서, 노광 후 베이크를 행하기 전에, 액적을 빠르게 제거하는 것이 좋다(노광 후 보호막 처리).

상술한 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시예의 설명이 아니라 특허 청구 범위 내에 의해 정의되며, 또한 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것으로 의도되어야 한다.

본 발명에 따르면, 반도체 분야에서의 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

감광성 수지막을 보호하기 위한 보호막을 상기 감광성 수지막 상에 도포법에 의해 형성하는 단계,

액침액을 통하여 상기 감광성 수지막의 일부 영역을 선택적으로 액침 노광하는 단계-상기 액침액은 상기 감광성 수지막 상에 공급됨-,

상기 보호막의 용해 속도가 상기 감광성 수지막의 용해 속도보다도 빨라지는 농도를 갖는 제1 현상액을 이용하여, 상기 보호막을 제거하는 단계, 및

상기 제1 현상액보다도 농도가 높은 제2 현상액을 이용하여, 상기 감광성 수지막의 노광 영역 혹은 비노광 영역을 선택적으로 제거함으로써, 상기 감광성 수지막으로 이루어지는 패턴을 형성하는 단계

를 포함하는 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서,

상기 보호막을 제거한 후, 상기 패턴을 형성하기 전에, 상기 보호막을 제거하고 있는 사이에 용출한 상기 보호막의 용해물을 제거하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
반도체 기판을 포함하는 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계-상기 레지스트 패턴은 제1항의 패턴 형성 방법에 의해 형성됨-, 및

상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 기판을 에칭함으로써, 패턴을 형성하는 단계

를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.