KR20070109466A - Manufacturing method of semiconductor device using immersion lithography process - Google Patents

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KR20070109466A
KR20070109466A KR1020060042480A KR20060042480A KR20070109466A KR 20070109466 A KR20070109466 A KR 20070109466A KR 1020060042480 A KR1020060042480 A KR 1020060042480A KR 20060042480 A KR20060042480 A KR 20060042480A KR 20070109466 A KR20070109466 A KR 20070109466A
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반근도
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Abstract

A method for manufacturing a semiconductor device by using an immersion lithography process is provided to prevent a photoresist pattern defect due to a water mark by performing a process for blowing an inactive gas and water cleaning to remove the water mark, before a bake process. After exposing, a water cleaning process and an inactive gas blowing process are performed to a photoresist surface, before performing a bake. A photoresist is formed on a semiconductor wafer(110). An exposure process is performed by using am immersion lithography exposure apparatus. The water cleaning and the inactive gas blowing process are performed to the surface of the photoresist. After exposing the resultant structure, a bake process is performed. The resultant structure is developed to get a required pattern.

Description

이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법{Manufacturing Method of Semiconductor Device Using Immersion Lithography Process}Manufacturing Method of Semiconductor Device Using Immersion Lithography Process

도 1a 내지 도 1e 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법을 도시하는 공정도.1A to 1E are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device using an immersion lithography process according to the prior art.

도 2 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 경우에 발생하는 워터 마크 디펙트의 개수를 보여주는 SEM 사진.2 is a SEM photograph showing the number of watermark defects that occur when the immersion lithography process according to the prior art is used.

도 3a 및 도 3b 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정에서 물방울의 발생 과정을 도시하는 개략도.3A and 3B are schematic diagrams illustrating the generation of water droplets in an immersion lithography process according to the prior art.

도 4 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정에서 물방울에 의한 디펙트 발생 메카니즘을 도시하는 개략도.4 is a schematic diagram showing a mechanism for generating defects by water droplets in an immersion lithography process according to the prior art.

도 5a 내지 도 5d 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정에서 워터 마크에 의한 T-탑 패턴 형성 메카니즘을 도시하는 개략도.5A-5D are schematic diagrams illustrating a T-top pattern formation mechanism by watermark in an immersion lithography process according to the prior art.

도 6a 내지 도 6f 는 본 발명에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법을 도시하는 공정도.6A to 6F are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device using an immersion lithography process according to the present invention.

도 7 은 본 발명에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 경우에 발생하는 워터 마크 디펙트의 개수를 보여주는 SEM 사진.7 is a SEM photograph showing the number of watermark defects that occur when the immersion lithography process according to the present invention is used.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 110 : 반도체 웨이퍼 12, 112 : 레지스트막10, 110: semiconductor wafer 12, 112: resist film

14, 114 : 노광 마스크 16, 116 : 노광 렌즈14, 114: exposure mask 16, 116: exposure lens

18, 118 : 물 20, 120 : 노광 영역18, 118: water 20, 120: exposure area

22, 122 : 비노광 영역 24, 124 : 물방울22, 122: non-exposed areas 24, 124: water droplets

26 : 워터 마크 28 : 노광 스테이지26: watermark 28: exposure stage

30 : 이물질 32 : 포토레지스트 수지30: foreign matter 32: photoresist resin

34 : 용해 억제제 36 : 광산발생제34: dissolution inhibitor 36: photoacid generator

140 : 물 분사기 150 : 물 분사기140: water sprayer 150: water sprayer

160 : 질소 분사기160: nitrogen injector

본 발명은 이머젼 리소그라피 (immersion lithography) 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이머젼 리소그라피 공정시 노광 후 베이크 하기 전에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 공정을 수행함으로써 레지스트막 표면에 존재하는 워터 마크 (water mark)를 제거할 수 있는 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using an immersion lithography process. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device by using an immersion lithography process. The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method capable of removing a water mark.

점차 미세화되는 반도체 소자를 제조하기 위하여 패턴의 크기 또한 점차 작아지는 추세이다. 그동안 미세한 패턴을 얻기 위해서 노광 장비와 그에 대응하는 레지스트를 개발하는 방향으로 연구가 진행되어 왔다.In order to manufacture a semiconductor device which is gradually miniaturized, the size of the pattern is also gradually decreasing. In the meantime, research has been conducted toward developing an exposure apparatus and a corresponding resist in order to obtain a fine pattern.

노광 장비에 있어서, 노광 광원은 주로 248㎚ 파장의 KrF 또는 193㎚ 파장의 ArF 광원이 생산 공정에 적용되었으나, 점차 F2 (157㎚) 또는 EUV (13nm) 등과 같이 단파장화 광원과 렌즈 개구수 (numerical aperture)를 증대시키기 위한 노력이 시도되고 있다.In exposure equipment, an exposure light source is mainly a KrF of 248 nm wavelength or an ArF light source of 193 nm wavelength is applied to the production process, but gradually a short wavelength light source and a lens numerical aperture (F 2 (157 nm) or EUV (13 nm), etc.) are applied. Efforts have been made to increase the numerical aperture.

하지만, F2 등 새로운 광원을 채용하는 경우에는 새로운 노광 장치가 필요하게 되므로 제조 비용 면에서 효율적이지 못하고, 개구수를 증대시키는 방안 또한 초점 심도 폭이 저하되는 문제가 있다.However, when a new light source such as F 2 is employed, a new exposure apparatus is required, which is not efficient in terms of manufacturing cost, and there is a problem that a method of increasing the numerical aperture also lowers the depth of focus.

최근, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이머젼 리소그라피 공정이 개발되었다. 기존 노광 공정의 경우 노광 장비에서 노광 렌즈와 레지스트막이 형성된 웨이퍼 중간의 노광 빔의 매체로서 굴절률 1.0의 값을 갖는 공기를 사용하는 반면, 상기 이머젼 리소그라피 공정은 중간 매체로서 1.0 이상의 굴절률을 갖는 물(H2O) 또는 유기 용매 등의 유체들을 사용함으로써, 같은 노광 파장의 광원을 사용해도 보다 단파장의 광원을 사용하거나 높은 개구수의 렌즈를 이용한 것과 같은 효과를 달성할 수 있으며, 초점 심도의 저하도 없다.Recently, immersion lithography processes have been developed to solve this problem. In the conventional exposure process, the exposure equipment uses air having a refractive index of 1.0 as a medium of the exposure beam between the wafer and the resist film on which the resist film is formed, whereas the immersion lithography process uses water having a refractive index of 1.0 or more as an intermediate medium (H). By using fluids such as 2 O) or an organic solvent, the same effect as using a shorter wavelength light source or a lens having a high numerical aperture can be achieved even when using a light source of the same exposure wavelength, and there is no deterioration of the depth of focus. .

상기 이머젼 리소그라피 공정은 초점 심도를 현저히 개선할 수 있고, 기존 노광원을 사용하더라도 더 작은 60nm 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.The immersion lithography process has an advantage that the depth of focus can be remarkably improved and a smaller fine pattern of less than 60 nm can be formed even using an existing exposure source.

종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법은 도 1a 를 참조하면, 반도체 웨이퍼(10) 상의 피식각층(미도시) 상부에 레지스트 막(12)을 형성한 다음, 상기 레지스트막(12)을 소프트 베이크한다.Referring to FIG. 1A, a method of fabricating a semiconductor device using an immersion lithography process according to the related art is performed by forming a resist film 12 on an etched layer (not shown) on a semiconductor wafer 10, and then forming the resist film 12. Soft bake.

도 1b 를 참조하면, 노광 마스크(14)와 이머젼 리소그라피용 노광 장비를 이용한 노광 공정을 수행한다. 상기 노광 장비의 노광 렌즈(16)와 레지스트막(12)이 형성된 웨이퍼(10) 중간의 노광 빔의 매체로서 물(H2O)(18)이 사용됨을 알 수 있다. 이때 레지스트막(12)으로부터 광산발생제, 퀀쳐 (quencher) 등의 성분이 빠져 나와 물(18)에 용해되고, 이 오염된 물(18)은 렌즈(16) 표면을 오염시킴으로써 패턴 선폭의 균일도를 저하시킨다.Referring to FIG. 1B, an exposure process using an exposure mask 14 and exposure equipment for immersion lithography is performed. It can be seen that water (H 2 O) 18 is used as a medium of the exposure beam between the exposure lens 16 and the wafer 10 on which the resist film 12 is formed. At this time, components such as a photoacid generator, a quencher, and the like are released from the resist film 12 and dissolved in the water 18. The contaminated water 18 contaminates the surface of the lens 16 to improve the uniformity of the pattern line width. Lowers.

도 1c 를 참조하면, 상기 노광 공정의 결과 레지스트막(12)에 노광 영역(20)과 비노광 영역(22)이 형성되고, 레지스트막(12) 표면에는 물방울(24)이 생긴다.Referring to FIG. 1C, the exposure region 20 and the non-exposed region 22 are formed in the resist film 12 as a result of the exposure process, and the water droplets 24 are formed on the surface of the resist film 12.

도 1d 를 참조하면, 상기 결과물을 노광 후 베이크한다. 그 결과, 물방울(24)이 증발하여 워터 마크(26)로 남는다. 이때 워터 마크(26)는 노광 영역(20)의 산을 소모시킴으로써 베이크 공정을 하는 동안에 포토레지스트 수지에 붙어 있는 용해 억제제가 탈리되는 반응을 일어나지 못하게 한다. 이러한 탈리 반응이 일어나지 않으면 노광 영역(20)이 현상액에 녹지 않게 된다.Referring to FIG. 1D, the resultant is baked after exposure. As a result, the water droplets 24 evaporate and remain as watermarks 26. At this time, the water mark 26 consumes the acid in the exposure area 20 to prevent the dissolution inhibitor adhering to the photoresist resin from detaching during the baking process. If the desorption reaction does not occur, the exposure area 20 does not melt in the developer.

도 1e 를 참조하면, 상기 결과물을 현상하여 원하는 패턴을 얻는다. 그 결과, 레지스트막(12) 표면에 존재하는 워터 마크(26) 하부의 노광 영역(20)이 현상액에 녹지 않아 T-탑 형상의 패턴이 형성되는 디펙트가 발생한다.Referring to FIG. 1E, the resultant is developed to obtain a desired pattern. As a result, the defect in which the exposure area | region 20 below the water mark 26 which exists on the surface of the resist film 12 does not melt | dissolve in a developing solution, and a T-top pattern is formed.

도 2 는 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 경우에 발생하는 워터 마크 디펙트의 개수를 보여주는 SEM 사진으로서, 디펙트의 개수는 5000∼ 10000 개였다.FIG. 2 is a SEM photograph showing the number of watermark defects generated when the immersion lithography process according to the prior art is used, and the number of defects is 5000 to 10,000.

상기 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정에서 물방울의 발생 과정을 도 3a 및 도 3b 를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The generation of water droplets in the immersion lithography process according to the prior art will be described in more detail with reference to FIGS. 3A and 3B.

도 3a 는 스캐너 방식의 노광 장비를 이용한 노광 공정시 노광 스테이지(28)가 정지된 상태를 나타낸다.3A shows a state where the exposure stage 28 is stopped in the exposure process using the scanner type exposure equipment.

이에 대해 도 3b 는 노광 스테이지(28)가 스캐닝되어 우측으로 이동한 상태로서, 정지되어 있던 스테이지(28)가 스캐닝되면서 물방울(24)이 발생한다. 스테이지(28)가 우측으로 움직이면 물(18)의 메니스커스는 좌측으로 휘면서 터지게 되는데, 이때 생긴 물방울(24)들이 레지스트막(12)의 표면으로 떨어지는 것이다.On the other hand, FIG. 3B shows the exposure stage 28 being scanned and moved to the right. As the stationary stage 28 is scanned, water droplets 24 are generated. When the stage 28 is moved to the right, the meniscus of the water 18 is bent to the left and burst. The water droplets 24 generated at this time fall onto the surface of the resist film 12.

메니스커스는 스테이지(28)의 스캔 속도가 빠를수록 잘 터지기 때문에 물방울(24)도 그 만큼 많이 발생한다. 그러나 반도체 공정에서는 물방울(24)이 증가되더라도 생산성을 높이기 위해 스캐너의 스캔 속도를 올릴 수 밖에 없어 이머젼 리소그라피 공정에서는 물방울(24)에 의한 디펙트를 제거할 수 있는 방법의 개발이 필수적이다.Since the meniscus bursts faster as the scanning speed of the stage 28 increases, so much water droplet 24 also occurs. However, in the semiconductor process, even if the droplet 24 is increased, it is inevitable to increase the scanning speed of the scanner to increase productivity. Therefore, in the immersion lithography process, the development of a method capable of removing defects caused by the droplet 24 is essential.

상기한 바와 같이 레지스트막(12)의 표면에 물방울(24)이 있으면 후속 공정 중에 워터 마크(26)를 만들고 이 워터 마크(26)는 디펙트를 만드는데, 이처럼 물방울(26)에 의한 디펙트 형성 메카니즘을 도 4 를 참조하여 설명한다. 도 4 에 있어서, 상단의 도면은 평면도이고 하단의 도면은 측면도이다.If water droplets 24 are present on the surface of the resist film 12 as described above, water marks 26 are created during the subsequent process, and the water marks 26 make defects. Thus, defect formation by the water droplets 26 is performed. The mechanism is described with reference to FIG. 4. In FIG. 4, the top view is a plan view and the bottom view is a side view.

물이 증발되면서 물방울(24)의 크기가 점점 작아지게 되는데, 도 4 의 (a) 는 노광 후 베이크 하기 전 물방울(24)이 형성된 초기 상태로서 물방울(24) 속에는 아무런 이물질이 없음을 나타낸다. (b) 및 (c) 는 노광 후 베이크 공정 중의 상태로서 물방울(24)이 증발되면서 그 크기가 작아질 뿐만 아니라, 레지스트막(12) 표면으로부터 이물질(30)이 물방울 속으로 점점 녹아 들어오게 된다. (d) 는 노광 후 베이크 공정 후의 상태로서 물이 완전히 증발되고 레지스트막(12)으로부터 나온 이물질(30)만이 남은 상태로서, 이물질(30)의 성분은 포토레지스트의 종류에 따라 다르지만 주로 불소(F), 황(S) 으로, 후속 현상 공정에서 용해되지 않고 디펙트로 남는다.As the water is evaporated, the size of the water droplets 24 becomes smaller and smaller, and FIG. 4A shows an initial state in which the water droplets 24 are formed before baking after exposure and there is no foreign matter in the water droplets 24. (b) and (c) are in the post-exposure bake process. As the droplet 24 evaporates, the size thereof becomes smaller, and the foreign matter 30 gradually melts into the droplet from the surface of the resist film 12. . (d) is a state after the baking process after exposure, in which water is completely evaporated and only the foreign substance 30 left from the resist film 12 is left. The component of the foreign substance 30 varies depending on the type of photoresist, but mainly fluorine (F). ), Sulfur (S), which does not dissolve in the subsequent development process and remains as a defect.

또한, 종래 기술에 따른 이머젼 리소그라피 공정에서 워터 마크에 의해 T-탑 형상의 패턴이 형성되는 메카니즘을 도 5a 내지 도 5d 를 참조하여 설명한다.In addition, a mechanism in which a T-top pattern is formed by a watermark in an immersion lithography process according to the prior art will be described with reference to FIGS. 5A to 5D.

도 5a 는 반도체 웨이퍼(10) 상의 피식각층(미도시) 상부에 레지스트막(12)을 도포한 후 베이크를 실시한 상태로서, 레지스트막(12)은 용해 억제제(34)가 붙어 있는 포토레지스트 수지(32)와 광산 발생제(36)로 구성된다.FIG. 5A illustrates a state in which a resist film 12 is coated on an etched layer (not shown) on the semiconductor wafer 10 and then baked, and the resist film 12 includes a photoresist resin having a dissolution inhibitor 34 attached thereto (FIG. 32) and a photoacid generator 36.

도 5b 는 이머젼 리소그라피 노광 장비로 노광시킨 후의 상태로서, 레지스트막(12) 표면에 워터 마크(26)가 발생되어 있고 레지스트막(12)의 노광 영역(20)에는 광산 발생제(36)로부터 나온 산(H+)이 존재하는데, 이때 노광 영역(20) 표면의 산은 워터 마크(26)에 용해되어 사라진다. 5B is a state after exposure with an immersion lithography exposure apparatus, in which a water mark 26 is generated on the surface of the resist film 12 and the photo-acid generator 36 is emitted from the exposure region 20 of the resist film 12. Acid (H + ) is present, wherein the acid on the surface of the exposure area 20 is dissolved in the water mark 26 and disappears.

도 5c 는 노광 후 베이크를 실시한 후의 상태로서, 산이 촉매 역할을 하여 포토레지스트 수지(32)로부터 용해 억제제(34)를 탈리시키는데, 이때 노광 영역(20)에는 산이 존재하지 않기 때문에 탈리 반응이 일어나지 않는다.5C shows a state after the exposure bake, in which an acid serves as a catalyst to desorb the dissolution inhibitor 34 from the photoresist resin 32, in which no desorption reaction occurs because no acid is present in the exposure region 20. .

도 5d 는 T-탑 형상의 패턴이 형성된 것을 도시하는 것으로, 워터 마크(26)가 발생된 부분에는 산이 없어서 탈리 반응이 일어나지 않기 때문에 현상액에 용해되지 않아 패턴이 T-탑의 형상으로 형성됨을 알 수 있다. 한편, 레지스트막(12)의 비노광 영역(22) 역시 포토레지스트 수지(32)로부터 용해 억제제(34)가 탈리되지 않고 붙어 있기 때문에 TMAH 수용액과 같은 현상액에 녹지 않는 것이다.5D shows that the T-top pattern is formed, and since the desorption reaction does not occur because there is no acid in the portion where the watermark 26 is generated, it is understood that the pattern is formed in the shape of the T-top because it is not dissolved in the developer. Can be. On the other hand, the non-exposed regions 22 of the resist film 12 also do not dissolve in the developing solution such as TMAH aqueous solution because the dissolution inhibitor 34 is attached to the photoresist resin 32 without being detached.

이에 본 발명자들은 활발한 연구를 거듭한 결과, 고가의 장비 개발 없이도 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 이머젼 리소그라피 공정에 의해 워터 마크 디펙트를 해결할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have conducted extensive research and have completed the present invention by developing a semiconductor device manufacturing method that can solve the watermark defect by an immersion lithography process that can overcome the above-mentioned problems without developing expensive equipment. It was.

본 발명은 상기와 같이 이머젼 리소그라피 공정 시에 워터 마크 디펙트 현상이 발생하는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이머젼 리소그라피 공정 시에 레지스트막 표면에 발생하는 워터 마크를 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problem that the watermark defect phenomenon occurs in the immersion lithography process as described above, the semiconductor device manufacturing that can effectively remove the watermark generated on the surface of the resist film during the immersion lithography process It is an object to provide a method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 이머젼 리소그라피를 이용한 노광 후 베이크 하기 전에 레지스트막 표면에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of washing with water and blowing an inert gas on the surface of the resist film before baking after exposure using immersion lithography.

구체적으로 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법은Specifically, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention

반도체 웨이퍼 상의 피식각층 상부에 레지스트막을 형성하는 단계;Forming a resist film on the etched layer on the semiconductor wafer;

이머젼 리소그라피용 노광 장비를 이용한 노광 공정을 수행하는 단계;Performing an exposure process using an exposure apparatus for immersion lithography;

상기 레지스트막 표면에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 단계;Water washing and blowing an inert gas onto the resist film surface;

상기 결과물을 노광 후 베이크하는 단계; 및Baking the resultant after exposure; And

상기 결과물을 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계를 포함한다.Developing the result to obtain a desired pattern.

상기 방법은 레지스트막 형성 후 노광 공정 전에 레지스트막 표면을 탈이온수로 처리하는 프리 소우크 (pre-soak) 공정을 더 수행할 수 있다.The method may further perform a pre-soak process in which the surface of the resist film is treated with deionized water after the resist film formation and before the exposure process.

또 상기 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 공정은 순차적으로 수행하거나 동시에 수행하고, 이때 스핀 속도는 200 rpm 으로 하고, 탈이온수는 25 ㎖/sec 의 속도로 분사하며, 질소 가스는 100∼1000 ㎖/sec 의 속도로 분사한다.In addition, the process of washing the water and blowing the inert gas is performed sequentially or simultaneously, wherein the spin speed is 200 rpm, deionized water is sprayed at a rate of 25 ml / sec, and nitrogen gas is 100-1000 ml /. Spray at a speed of sec.

또 상기 물은 탈이온수이며, 상기 비활성 가스는 질소 가스 (N2)이다.The water is deionized water and the inert gas is nitrogen gas (N 2 ).

또한 상기 노광 공정은 광원으로 G-라인 (436㎚), i-라인 (365㎚), KrF (248㎚), ArF (193㎚), F2 (157㎚) 및 EUV (13㎚) 로 이루어진 군으로부터 선택된다.In addition, the exposure process is a light source group consisting of G-line (436nm), i-line (365nm), KrF (248nm), ArF (193nm), F 2 (157nm) and EUV (13nm) Is selected from.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the examples are only to illustrate the invention and the present invention is not limited by the following examples.

도 6a 내지 도 6f 는 본 발명에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법을 도시하는 공정도이다.6A to 6F are process diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device using an immersion lithography process according to the present invention.

도 6a 를 참조하면, 반도체 웨이퍼(110) 상의 피식각층(미도시) 상부에 ArF 포토레지스트 (TOK사 TARF-P6111)를 0.20㎛ 의 두께로 코팅하고 130℃ 에서 90 초간 소프트 베이크 하여 레지스트막(112)을 형성한다. 상기 ArF 포토레지스트로는 TOK사의 TARF-P6111 외에 JSR사의 TCX-015, 신에쯔사의 IOC-73 등 모든 종류의 이머젼 레지스트의 사용이 가능하다.Referring to FIG. 6A, an ArF photoresist (TOK TARF-P6111) is coated on the etched layer (not shown) on the semiconductor wafer 110 to a thickness of 0.20 μm and soft baked at 130 ° C. for 90 seconds to form a resist film 112. ). As the ArF photoresist, all kinds of immersion resists, such as TOK Corp.'s TARF-P6111 and JSR's TCX-015 and Shin-Etsu's IOC-73, can be used.

도 6b 를 참조하면, 물 분사기(140)로부터 탈이온수를 분사시켜 레지스트막(112) 표면을 20초 이상 씻어준다. 이는 레지스트막(112) 표면에 존재하는 광산발생제나 퀀쳐 등의 성분을 노광하기 전에 미리 제거시키는 프리 소우크 (pre-soak) 공정이다.Referring to FIG. 6B, deionized water is sprayed from the water injector 140 to wash the surface of the resist film 112 for 20 seconds or more. This is a pre-soak process in which components such as a photoacid generator, quencher, etc. present on the surface of the resist film 112 are removed before exposure.

이러한 프리 소우크 공정에 의해 노광 렌즈가 오염되는 것을 줄여서 노광 균일도를 개선시킬 수 있고, 그 결과 패턴 선폭의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한 노광 렌즈의 오염을 줄이면 렌즈의 세정 주기가 단축되어 렌즈 수명이 길어지므로 노광 장비의 수명이 길어진다.By reducing the contamination of the exposure lens by this pre-soak process, the exposure uniformity can be improved, and as a result, the uniformity of the pattern line width can be improved. In addition, reducing the contamination of the exposure lens shortens the cleaning cycle of the lens and extends the life of the lens, thereby increasing the life of the exposure equipment.

도 6c 를 참조하면, 노광 마스크(114)와 이머젼 리소그라피용 노광 장비를 이용한 노광 공정을 수행한다. 상기 노광 공정의 광원으로는 G-라인 (436㎚), i-라인 (365㎚), KrF (248㎚), ArF (193㎚), F2 (157㎚) 또는 EUV (13㎚) 을 사용한다.Referring to FIG. 6C, an exposure process using an exposure mask 114 and exposure equipment for immersion lithography is performed. As the light source of the exposure process, G-line (436 nm), i-line (365 nm), KrF (248 nm), ArF (193 nm), F 2 (157 nm) or EUV (13 nm) is used. .

상기 노광 장비의 노광 렌즈(116)와 레지스트막(112)이 형성된 웨이퍼(110) 중간의 노광 빔의 매체로서 물(H2O)(118)이 사용됨을 알 수 있다. 상기 노광 공정의 결과 레지스트막(112)에 노광 영역(120)과 비노광 영역(122)이 형성되고, 레지스트막(112) 표면에는 물방울(124)이 생긴다.It can be seen that water (H 2 O) 118 is used as a medium of the exposure beam in the middle of the wafer 110 in which the exposure lens 116 and the resist film 112 of the exposure apparatus are formed. As a result of the exposure process, the exposed region 120 and the non-exposed region 122 are formed in the resist film 112, and the water droplet 124 is formed on the surface of the resist film 112.

즉, 도 6c 는 노광 스테이지(미도시)가 스캐닝되어 우측으로 이동한 상태로서, 정지되어 있던 스테이지가 스캐닝되면서 물방울(124)이 발생한 것이다. 스테이 지가 우측으로 움직이면 물(118)의 메니스커스는 좌측으로 휘면서 터지게 되는데, 이때 생긴 물방울(124)들이 레지스트막(112)의 표면으로 떨어진다.That is, FIG. 6C illustrates a state in which an exposure stage (not shown) is scanned and moved to the right, where water droplets 124 are generated while the stationary stage is scanned. When the stage moves to the right, the meniscus of the water 118 is bent to the left to burst, and the water droplets 124 generated at this time fall to the surface of the resist film 112.

도 6d 를 참조하면, 물 분사기(150)로부터 탈이온수를 그리고 질소 분사기(160)로부터 질소 가스를 레지스트막(112) 표면에 20초 이상 분사하는 포스트 소우크 (post-soak) 공정을 수행한다. 이때, 스핀 속도는 200 rpm 으로 하고, 탈이온수는 25 ㎖/sec 의 속도로 분사하며, 질소 가스는 100∼1000 ㎖/sec 의 속도로 분사한다.Referring to FIG. 6D, a post-soak process of spraying deionized water from the water sprayer 150 and nitrogen gas from the nitrogen sprayer 160 on the surface of the resist film 112 is performed. At this time, the spin speed is 200 rpm, deionized water is injected at a rate of 25 ml / sec, and nitrogen gas is injected at a rate of 100 to 1000 ml / sec.

이러한 포스트 소우크 공정의 결과, 물방울(124)에 의해 발생하는 워터 마크가 탈이온수에 의해 세척되고, 상기 탈이온수는 블로우된 질소 가스에 의해 급속히 건조됨으로써 레지스트막(112) 표면에는 워터 마크 자국이 남지 않게 된다.As a result of this post soak process, the water mark generated by the water droplets 124 is washed with deionized water, and the deionized water is rapidly dried by the blown nitrogen gas, whereby watermark marks appear on the surface of the resist film 112. It will not remain.

상기 탈이온수 세척 및 질소 가스를 블로우하는 공정은 순차적으로 수행하거나 동시에 수행한다.The process of washing the deionized water and blowing nitrogen gas is performed sequentially or simultaneously.

도 6e 를 참조하면, 상기 결과물을 130℃ 에서 90 초간 베이크한다.Referring to FIG. 6E, the resultant is baked at 130 ° C. for 90 seconds.

도 6f 를 참조하면, TMAH 2.38 wt% 수용액을 사용하여 노광 영역(120)을 20초 이상 현상시키면 비노광 영역(122)이 레지스트 패턴으로 남게 된다.Referring to FIG. 6F, when the exposure area 120 is developed for 20 seconds or more using a TMAH 2.38 wt% aqueous solution, the non-exposure area 122 remains as a resist pattern.

도 7 은 본 발명에 따른 이머젼 리소그라피 공정을 이용한 경우에 발생하는 워터 마크 디펙트의 개수를 보여주는 SEM 사진으로서, 디펙트의 개수는 50∼100 개로, 종래와 비교하여 그 개수가 1/100 수준으로 줄었음을 알 수 있다.FIG. 7 is an SEM photograph showing the number of watermark defects generated when the immersion lithography process according to the present invention is used. The number of defects is 50 to 100, the number of which is 1/100 compared to the conventional art. It can be seen that the decrease.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부 가가 가능할 것이며, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.On the other hand, preferred embodiments of the present invention for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are as follows It should be regarded as belonging to the claims.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이머젼 리소그라피를 이용한 노광 후 베이크 하기 전에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 공정을 수행함으로써, 레지스트막 표면에 존재하는 워터 마크가 제거되어 워터 마크로 인한 레지스트 패턴 불량을 효과적으로 방지할 수 있고, 그 결과 반도체 생산 수율이 향상된다.As described above, in the present invention, by performing the process of washing the water and blowing the inert gas before baking after exposure using immersion lithography, the water mark existing on the surface of the resist film is removed to effectively prevent the resist pattern defect due to the water mark. Can be prevented, and as a result, semiconductor production yield is improved.

아울러, 본 발명에서는 노광 공정 전에 프리 소우크 공정을 수행함으로써 노광 렌즈가 오염되는 것을 줄여서 노광 균일도를 개선시킬 수 있고, 그 결과 패턴 선폭의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한 노광 렌즈의 오염을 줄이면 렌즈의 세정 주기가 단축되어 렌즈 수명이 길어지므로 노광 장비의 수명이 길어진다.In addition, in the present invention, the exposure uniformity may be improved by reducing the contamination of the exposure lens by performing the pre-soak process before the exposure process, and as a result, the uniformity of the pattern line width may be improved. In addition, reducing the contamination of the exposure lens shortens the cleaning cycle of the lens and extends the life of the lens, thereby increasing the life of the exposure equipment.

Claims (8)

이머젼 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법에 있어서,In the semiconductor device manufacturing method using an immersion lithography process, 노광 후 베이크 하기 전에 레지스트막 표면에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: washing water and blowing an inert gas onto the resist film surface before baking after exposure. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은The method of claim 1 wherein the method is 반도체 웨이퍼 상의 피식각층 상부에 레지스트막을 형성하는 단계;Forming a resist film on the etched layer on the semiconductor wafer; 이머젼 리소그라피용 노광 장비를 이용한 노광 공정을 수행하는 단계;Performing an exposure process using an exposure apparatus for immersion lithography; 상기 레지스트막 표면에 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 단계;Water washing and blowing an inert gas onto the resist film surface; 상기 결과물을 노광 후 베이크하는 단계; 및Baking the resultant after exposure; And 상기 결과물을 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.Developing the resultant to obtain a desired pattern. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 방법은 레지스트막 형성 후 노광 공정 전에 레지스트막 표면을 탈이온수로 처리하는 프리 소우크 (pre-soak) 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method further comprises a pre-soak process for treating the surface of the resist film with deionized water after the resist film formation and before the exposure process. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 공정은 순차적으로 수행하거나 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The process of washing the water and blow the inert gas is a semiconductor device manufacturing method characterized in that performed sequentially or at the same time. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 물 세척 및 비활성 가스를 블로우하는 공정시 스핀 속도는 200 rpm 으로 하고, 탈이온수는 25 ㎖/sec 의 속도로 분사하며, 질소 가스는 100∼1000 ㎖/sec 의 속도로 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.In the process of washing the water and blowing the inert gas, the spin speed is 200 rpm, deionized water is sprayed at a rate of 25 ml / sec, and nitrogen gas is sprayed at a rate of 100 to 1000 ml / sec. Semiconductor device manufacturing method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 물은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The water is a semiconductor device manufacturing method characterized in that the deionized water. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 비활성 가스는 질소 가스 (N2)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The inert gas is a nitrogen gas (N 2 ) characterized in that the semiconductor device manufacturing method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 노광 공정은 광원으로 G-라인 (436㎚), i-라인 (365㎚), KrF (248㎚), ArF (193㎚), F2 (157㎚) 및 EUV (13㎚) 로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The exposure process is carried out with a light source from the group consisting of G-line (436 nm), i-line (365 nm), KrF (248 nm), ArF (193 nm), F 2 (157 nm) and EUV (13 nm). A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that performed using the selected one.
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