TWI408516B

TWI408516B - 半導體裝置之製造方法及光阻塗佈顯影處理系統

Info

Publication number: TWI408516B
Application number: TW098105271A
Authority: TW
Inventors: Fumiko Iwao; Satoru Shimura; Tetsu Kawasaki
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2013-09-11
Also published as: US8202682B2; JP5154395B2; KR20090093802A; TW200942999A; CN101521153B; US20090220892A1; CN101521153A; KR101059174B1; JP2009230106A

Description

半導體裝置之製造方法及光阻塗佈顯影處理系統

本發明係關於使用於例如半導體處理等之光阻圖案之細窄化方法，利用該細窄化方法之半導體裝置之製造方法，及光阻塗佈顯影處理系統。

伴隨半導體裝置之微細化，僅以光學曝光技術難以充分確保1：1之緻密圖案之曝光對比。所以目前有人探討：

(1)於圖案組合新的層，形成緻密圖案；

(2)將圖案形成分成2次，形成緻密圖案等方法。

不論採用任一方法，如何細窄地形成圖案線寬均為重要之事。

又，關於光阻圖案之線寬細窄形成之技術，已知者有例如專利文獻1至3。

專利文獻1中，係使用化學放大型光阻形成光阻圖案後，於該光阻圖案上塗佈酸性被膜而將光阻圖案之表面層轉換為鹼可溶性，並將轉換成鹼可溶性之表面層除去，藉此使光阻圖案之線寬成為較最初形成之線寬更細。

專利文獻2中，使用化學放大型光阻形成光阻圖案後，在該光阻圖案上塗佈改質材而使改質材擴散到光阻圖案。之後，藉由將改質材及光阻圖案當中，改質劑經擴散而成為可溶解之部分除去，而使光阻圖案之線寬成為較最初形成之線寬更細。

專利文獻3中，於光阻圖案形成後，在該光阻圖案上塗佈圖案薄壁化材料(縮小材料)而於光阻圖案之表面形成圖案混合層。之後，藉由將薄壁化材料及圖案混合層除去，而使光阻圖案之線寬成為較最初形成之線寬更細。

【專利文獻1】日本特開2001-281886號公報

【專利文獻2】日本特開2002-299202號公報

【專利文獻3】日本特開2003-215814號公報

專利文獻1至3，藉由使光阻圖案之表面成為可溶性，能使光阻圖案之線寬成為較最初形成之線寬更細(以下，本說明書稱為細窄化)。

但是，對於圖案細窄化之要求愈來愈嚴，對於圖案要求之線寬愈來愈細。光阻本身也變得更為高感度化以使得能形成更細窄之圖案。由於該等各種要因。若為了使光阻圖案細窄化，而在光阻圖案表面附加使成為可溶性之步驟，會導致容易使圖案崩塌的情事。

本發明目的在於提供一種光阻圖案之細窄化方法，能不產生圖案崩塌，使光阻圖案細窄化，並提供利用該細窄化方法之半導體裝置之製造方法，及實施上述細窄化方法之光阻塗佈顯影處理系統。

為了解決上述課題，本發明第1態樣之半導體裝置之製造方法，包含以下步驟：於基底層上形成光阻層；於該光阻層獲得由可溶層及不溶層之圖案所構成之曝光圖案；從形成有該曝光圖案之光阻層將可溶層除去，並形成光阻圖案；從該光阻圖案將中間曝光區域除去；於經除去該中間曝光區域之光阻圖案，導入產生使該光阻圖案成為可溶化之可溶化物質的反應物質；於經導入該反應物質之光阻圖案表面形成新的可溶層；及從該光阻圖案將新的可溶層除去。

本發明第2態樣之半導體裝置之製造方法，包含以下步驟：於基底層上形成第1光阻層；於該第1光阻層獲得由可溶層及不溶層之圖案所構成之曝光圖案；從形成有該曝光圖案之第1光阻層將可溶層除去，並形成第1光阻圖案；從該第1光阻圖案將中間曝光區域除去；於經除去該中間曝光區域之第1光阻圖案，導入發生使該第1光阻圖案成為可溶化之可溶化物質的反應物質；於導入有該反應物質之第1光阻圖案表面形成新的可溶層；從該第1光阻圖案除去新的可溶層；於形成有經除去該新可溶層之第1光阻圖案的該基底層上，形成第2光阻層；於該第2光阻層獲得由可溶層及不溶層之圖案所構成之曝光圖案；從形成有該曝光圖案之第2光阻層將可溶層除去，並形成第2光阻圖案；從該第2光阻圖案將中間曝光區域除去；於經除去該中間曝光區域之第2光阻圖案，導入發生使該第2光阻圖案成為可溶化之可溶化物質的反應物質；於經導入該反應物質之第2光阻圖案表面形成新的可溶層；從該第2光阻圖案將新的可溶層除去。

本發明第3態樣之光阻塗佈顯影處理系統，包含：塗佈單元，塗佈光阻；預烘烤單元，將該塗佈之光阻進行預烘烤；曝光單元，將該經預烘烤之光阻曝光；第1曝光後烘烤單元，將該經曝光之光阻進行曝光後烘烤；第1顯影單元，將該經曝光後烘烤之光阻進行顯影；後烘烤單元，將該經顯影之光阻進行後烘烤；第2顯影單元，將該經後烘烤且顯影之光阻進行第2次顯影；反應物質導入單元，對於該經第2次顯影之光阻，導入發生使該光阻成為可溶化之可溶化物質的反應物質；第2曝光後烘烤單元，將經導入該反應物質之光阻進行第2次曝光後烘烤；第3顯影單元，將該經第2次曝光後烘烤之光阻進行第3次顯影。

依照本發明，能提供一種光阻圖案之細窄化方法，不產生圖案崩塌，能將光阻圖案細窄化，並提供利用該細窄化方法之半導體裝置之製造方法，及能實施上述細窄化方法之光阻塗佈顯影處理系統。

(實施發明之最佳形態)

以下，參照圖式說明本發明之較佳形態。

(第1實施形態)

圖1A至圖1F顯示本發明第1實施形態之光阻圖案之細窄化方法一例之剖面圖。

首先，如圖1A所示，於基底層1上形成抗反射膜(Bottom Anti-Reflection Coating：BARC)2。基底層1之例，係半導體晶圓本身，或形成於該半導體晶圓上之層間絕緣膜等半導體裝置內構造。BARC2可藉由例如塗佈添加有抗反射劑之光阻，或沉積抗反射膜而形成。又，BARC2可視需要形成即可。其次，於抗反射膜2上塗佈光阻，並將塗佈的光阻進行預烘烤使溶劑散去，藉使固化，而形成光阻層3。光阻之一例為化學放大型光阻。化學放大型光阻之一例，例如藉由照射光，使產生對於溶劑為可溶之可溶化物質的光阻。具體例，本例中，係使用含有光酸產生劑(PhotoAcid Generator：PAG)，且能因應於以ArF準分子雷射(波長193nm)作為光源之曝光之化學放大型光阻。PAG一遇光則產生酸。酸與光阻中所含鹼不可溶性保護基反應，而將鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)。上述反應之一例為酸觸媒反應。

其次，如圖1B所示，將光阻層3之經選擇部分曝光，選擇性地產生使光阻層3可溶化之可溶化物質。本例之光阻，為含有PAG之化學放大型光阻。本例中，曝光後，為了使光阻層3中產生之酸活化，將鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)，進行熱處理(Post Exposure Bake：PEB)。如此，藉由使可溶化物質選擇地產生，於光阻層3中，獲得例如對於鹼性溶劑為可溶之可溶層3a及不溶之不溶層3b之圖案所構成之曝光圖案。

其次，如圖1C所示，從形成有曝光圖案之光阻層3將可溶層3a除去，形成對應於曝光圖案之光阻圖案3c。本例中，藉由在形成有曝光圖案之光阻層3上，噴霧鹼性溶劑(顯影液)，將可溶層3a除去。藉此，形成由不溶層3b所構成之光阻圖案3c。其次，視需要，為了使光阻圖案3c硬化，進行後烘烤。於此結束第1次顯影步驟。

以往光阻層3之顯影步驟係施行1次。但是，於顯影後之光阻層3之側面，會產生雖為應為可溶之區域，但可溶化完全沒進展，或應為不溶之區域但僅產生少數可溶性基，如這些具可溶層3a與不溶層3b之中間性質之區域。此種區域在本說明書稱為中間曝光區域3d。產生中間曝光區域3d之原因，考慮有各種原因，若舉一例，係隨著半導體裝置之細窄化進展，使得在應照光之區域及不照光之區域間的邊界，變得更難以確保充分曝光對比。例如，隨細窄化使曝光波長之短波長化進展，現在係使用KrF準分子雷射、或短波長之ArF準分子雷射作為光源。但是，準分子雷射等短波長光源，相較於例如水銀燈利用i線等之曝光，一般會有曝光強度容易減弱之情事。此為隨著半導體裝置之細窄化，確保充分曝光對比之嚴峻度更增加之要因之一。

又，從明亮部分到黑暗部分之明暗變化，若以微觀視之，並非如“1”與“0”之關係彼此離散且非連續的變化，而以連變變化為實際。因此，於光阻層3中，會產生受光照較微弱之部分。例如，使用於準分子雷射等短波長光源之化學放大型光阻，全體含有PAG。由於全體含有PAG，因此，即使僅有少量照光，仍會產生少量之酸。所產生之少量之酸，會使顯影後之光阻圖案3c產生中間曝光區域3d。如此中間曝光區域3d之產生，會對之後光阻之細窄化造成不利影響。

所以，本實施形態中，如圖1D所示，於第1次顯影步驟之後，從光阻圖案3c除去中間曝光區域3d。

除去中間曝光區域3d之方法之一例，係顯影。本第1實施形態中，使用顯影除去中間曝光區域3d(第2次顯影步驟)。

為了除去中間曝光區域3d之顯影，首先檢查光阻圖案3c之線寬(Critical Dimension：CD)與顯影液溫度間之關係。其結果如圖2所示。圖2顯示對於線寬(CD)約60nm之光阻圖案3c實施第2次顯影步驟時，於各顯影液溫度之線寬(CD)之變化。於該試驗時，顯影液濃度定為標準濃度(約2.38%)，顯影時間選擇60sec(Cond.1)、及30sec(Cond.2)二個時間。

如圖2所示，線寬(CD)隨著顯影液之溫度升高而減少。

如此，從上述試驗之結果確認線寬(CD)之減少量由於顯影液之溫度提高而增大。本試驗中，當顯影時間為60sec時，顯影液溫度為40℃至45℃之範圍。線寬(CD)之減少量約15nm，為最大之減少量。又，顯影時間為30sec時，顯影液溫度為40℃至50℃之範圍，線寬(CD)之減少量約6至8nm，為最大之減少量。

如此，確認若提高顯影液溫度，則線寬(CD)之減少量有增大之傾向，但是中間曝光區域3d，並非在光阻圖案3c亦即不溶層3b之全體而是在不溶層3b中某程度的比例發生。又，不溶層3b理論上不溶於顯影液，因此，若因應顯影時間而已沒有可除去之中間曝光區域3d，則線寬(CD)之減少應會飽和。

圖2所示試驗結果中，當顯影時間為60sec時，線寬(CD)之減少量於約10nm至15nm顯示有飽和之傾向。同樣地，當顯影時間為30sec時，線寬(CD)之減少量若成為約6至8nm，則顯示有飽和傾向。由此結果推測：原本線寬約60nm之光阻圖案3c，存在於顯影時間60sec可除去之中間曝光區域3d約10nm至15nm，並存在於顯影時間30sec可除去之中間曝光區域3d約6至8nm。若換算為比例，因應於顯影時間可除去之中間曝光區域3d，推測相對於原本線寬存在約10～25%。

將因應顯影時間而可除去之中間曝光區域3d除去後，僅殘留除去困難之不溶層3b。不溶層3b理論上不溶於顯影液，因此若原本之線寬減少約10～25%，則理論上並不會進一步減少線寬。亦即，即使顯影液溫度提高，若超過某溫度，中間曝光區域3d之除去效果幾乎不會改變。因此，顯影液之溫度宜設定適當上限。藉由設定適當上限，例如顯影液可以不必進行不必要的加溫，對於降低製造成本降低亦為有利。本例中，顯影液溫度若超過約43℃，則除去效果不變。故，顯影液之溫度範圍，雖依顯影時間而變，但是約23℃以上45℃以下為宜。

而，本例中，若顯影液溫度超過45℃至50℃，則不能測定線寬(CD)。原因為光阻圖案3c傾倒。光阻圖案3c即不溶層3b，理論上不溶於顯影液，因此，難認為係因為顯影液使光阻圖案3c過細而傾倒其原因在於光阻圖案3c之根本BARC2受顯影液所侵蝕。光阻圖案3c由於根本之BARC2受侵蝕而傾倒。

所以嘗試將光阻圖案3c之線寬(CD)變為約70nm，進行同樣的試驗。於該試驗中，顯影液濃度定為標準濃度(約2.38%)，顯影時間選擇10sec。結果如圖3所示。

如圖3所示，若線寬(CD)定為約70nm，則直到顯影液溫度為70℃為止，光阻圖案3c不會傾倒，能使光阻圖案3c之線寬(CD)減少。

由此結果可知，顯影液之較佳溫度範圍為23℃以上70℃以下。

惟，若將BARC2之耐性納入考慮，顯影液之溫度範圍宜為23℃以上45℃以下。

如此，當使用顯影除去中間曝光區域3d時，設定顯影液溫度之上限，不僅能有利於製造成本降低，對於抑制BARC2之不意之侵蝕、及抑制不意侵蝕伴隨之圖案傾倒亦有利。

其次，就為了除去中間曝光區域3d之顯影，檢查線寬(CD)與顯影液濃度間之關係。其結果如圖4所示。圖4顯示對於線寬(CD)約60nm光阻圖案3c實施第2次顯影步驟時，各顯影液濃度之線寬(CD)變化。該第2次顯影步驟使用之顯影液之溫度定為23℃，顯影時間定為60sec。

如圖4所示，單位時間，本例中每60sec之線寬(CD)之減少，隨著顯影液之濃度增高而增高。本例中，顯影液濃度隨著提高為2.38%、10%、15%，線寬(CD)之減少量增大。

本例亦為，若濃度超過15%成為20%，則光阻圖案3c發生傾倒。其原因亦為BARC2之侵蝕。

如此，為了除去中間曝光區域3d，則宜提高顯影液之濃度，但是若考慮中間曝光區域3d之除去效果均飽和，及BARC2受到侵蝕，則濃度宜給予上限。本例中，較佳之顯影液之濃度為2.38%以上15%以下。

又，就為了除去中間曝光區域3d之顯影，檢查線寬(CD)與顯影時間之間之關係。其結果如圖5所示。圖5顯示對於線寬(CD)約60nm光阻圖案3c實施第2次顯影步驟時，單位顯影時間之線寬(CD)變化。於該試驗中，顯影液濃度選擇2.38%(標準濃度)、5%、及10%之三個濃度。濃度為2.38%時，顯影液溫度定為23℃(Cond.1)、濃度為5%時，顯影液溫度定為35℃(Cond.2)、濃度為10%時，顯影液溫度定為35℃(Cond.3)。

如圖5所示，線寬(CD)隨著顯影時間增長而減少。

例如於Cond.1時，若顯影時間成為約60sec以上，則線寬(CD)開始減少。Cond.2、及Cond.3時，約顯影時間成為約20sec以上，則線寬(CD)之減少效果高。

又，中間曝光區域3d由於在原本光阻圖案3c中含有某個比例，因此，即使增長顯影時間，若超過某時間則除去效果幾乎不變。本例中，若超過300sec，則除去效果不變。

又，檢查於顯影時間不滿20sec時，線寬(CD)會如何變化。結果如圖6所示。於該試驗中，顯影液濃度定為2.38%、顯影液溫度定為48℃。

如圖6所示，自顯影時間為1sec起，線寬(CD)減少。

又，圖7係將圖5中之Cond.1之試樣之試驗結果，從顯影時間0sec至1200sec的線寬(CD)變化不以對數表示者。

如圖7重新顯示，若顯影時間超過300sec，則除去效果幾乎不變。

從以上之結果，本例中較佳顯影時間為1sec以上300sec以下。

又，本例中，如圖1E所示，對於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c，導入產生使該光阻圖案3c成為可溶化之可溶化物質的反應物質，在中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c表面形成新的可溶層3e。形成新可溶層3e之方法例，係使反應物質擴散到光阻圖案3c內。擴散主要可使用以下二例。

第1例係使反應物質於光阻圖案3c內以液相擴散使其擴散。液相擴散之一例，如圖8所示，係於上述中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c上，塗佈含有反應物質之溶液。反應物質之一例，為酸。含酸之酸性溶液之一例，例如可使用TARC(Top Anti-Reflection Coating)。

具體步驟之一例，如圖8所示，在中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c上，塗佈反應物質例如含酸(H⁺ )之溶液4a。其次，從溶液4a使酸(H⁺ )自光阻圖案3c之表面往光阻圖案3c內擴散。擴散時，如圖8所示，將形成有光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W，使用烘烤機5進行烘烤，則反應物質例如酸(H⁺ )之擴散量能增大，故較佳。又，藉由烘烤，能活化擴散到光阻圖案3c內之酸(H⁺ )，也能促進從不溶層3b變化為可溶層3e。從不溶層3b變化為可溶層3e之一例，例如從鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)之以酸(H⁺ )作為觸媒成分之變化。

又，若烘烤溫度過高，則會成為圖案崩塌或圖案傾倒的要因，因此宜對於烘烤溫度設定上限。烘烤溫度之上限，會因應構成光阻圖案3c之光阻種類而變化，但本例中，為110℃。較佳之烘烤溫度為50℃至180℃。

第2例，係使反應物質於光阻圖案3c內以氣相擴散使擴散。氣相擴散之一例，如圖9所示，係使上述中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c，暴露於含有反應物質之氣體(氛圍)。反應物質之一例，與第1例同樣為酸。含酸之氣體之一例，例如可使用TARC氣化後者。

具體步驟之一例，如圖9所示，將形成有中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W，送入處理室6內，對於處理室6內供給反應物質例如含有酸(H⁺ )之含酸氣體，並將光阻圖案3c暴露於含酸(H⁺ )之氛圍4b。其次，從含酸(H⁺ )之氛圍4b，使酸(H⁺ )從光阻圖案3c之表面擴散到光阻圖案3c內。擴散時，如圖9所示，與第1例同樣，可將形成有光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W，使用烘烤機5進行烘烤。藉由烘烤，與第1例同樣，能增大反應物質例如酸(H⁺ )之擴散量，且能使擴散到光阻圖案3c內之酸(H⁺ )活化，能促進從不溶層3b變化為可溶層3e。從不溶層3b變化為可溶層3e之一例，於本第2例中亦為以酸(H⁺ )為觸媒成分之從鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)。

又，本第2例中，烘烤溫度之範圍可與第1例相同。

如此，藉由使反應物質例如酸(H⁺ )從光阻圖案3c之表面往光阻圖案3c內以液相或氣相擴散，能在中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c之表面形成新的可溶層3e。

其次，如圖1F所示，從形成有新的可溶層3e的光阻圖案3c，除去新的可溶層3e。除去之一例為顯影。

本例中，藉由在形成有新的可溶層3e的光阻圖案3c上，噴霧鹼性溶劑(顯影液)，將新的可溶層3e除去。其次，視需要，為了使光阻圖案3c硬化，進行後烘烤。在此結束第3次顯影步驟。

如此，依照第1實施形態，於圖1C所示第1次顯影步驟後。進行圖1D所示中間曝光區域3d之除去步驟(第2次顯影步驟)，及圖1F所示新的可溶層3e的除去步驟(第3次顯影步驟)，因此，能獲得相較於第1次顯影步驟中之光阻圖案3c之線寬CDint，具有更細的線寬CDfnl之光阻圖案3c。

且，最終之光阻圖案3c之線寬CDfnl中，細窄化量係將從最初之光阻圖案3c之線寬CDint除去中間曝光區域3d而得之細窄化量與將新的可溶層3除去而得之細窄化量這二個細窄化量相加而得。因此，相較於細窄化步驟為一次之細窄化方法，能使光阻圖案3c之細窄化量更大。若舉具體數值例，當第1次顯影步驟後之光阻圖案3c之線寬為60nm時，中間曝光區域3d之除去可細窄化約10nm，接著於新的可溶層3e之除去可細窄化約15nm，總計可細窄化約25nm。因此，即使使用可獲得例如60nm線寬之光阻圖案之曝光技術時，最終獲得之光阻圖案之線寬，可為約一半之約35nm。

又，依照第1實施形態，從結束第1次顯影步驟之光阻圖案3c將中間曝光區域3d除去。因此，可在表面部分清潔的光阻圖案3c內形成新的可溶層3e。表面部分為清潔，於本例係指表面部分幾乎沒有多餘的可溶化物質、及/或反應物質。本例中，將新的可溶層3e形成在幾乎沒有多餘之鹼可溶性基、及/或酸的光阻圖案3c上。因此，相較於形成於未除去中間曝光區域3d之光阻圖案3c時，能於不易發生圖案崩塌的狀態，將光阻圖案3c細窄化。就支持該優點之參考例而言，於圖10A顯示於未除去中間曝光區域之光阻圖案，形成新的可溶層，之後將新的可溶層除去時之圖式代用照片(SEM照片)。

如圖10A所示，於未除去中間曝光區域之光阻圖案形成新的可溶層之細窄化方法中，光阻圖案崩塌。其原因之一，推測係於光阻圖案3c之側面殘留可溶化物質或反應物質，本參考例中殘留鹼可溶性基或酸，該等殘存物於形成新的可溶層3e時，造成新的可溶層3e異常成長。就結果而言，如圖10A所示參考例，於未除去中間曝光區域之光阻圖案形成新的可溶層之細窄化方法中，容易發生圖案崩塌。因此，參考例中，光阻圖案之細窄化有其極限。

圖10B係依照第1實施形態將光阻圖案細窄化時之圖式代用照片(SEM照片)。

相對於此，如圖10B所示，第1實施形態中，不產生圖案崩塌，可將光阻圖案細窄化。因此，相較於將新的可溶層3e形成於未除去中間曝光區域3d之光阻圖案3c之情形，依照第1實施形態能抑制圖案崩塌之發生，且能將光阻圖案3c細窄化。

如此，依照第1實施形態，可獲得不產生圖案崩塌，而可將光阻圖案細窄化之光阻圖案之細窄化方法。

又，依照第1實施形態，也能改善圖案粗糙度(LWR：Line Width Roughness)。

圖11顯示細窄化前、細窄化後之光阻圖案之圖式代用照片(SEM照片)。

如圖11所示，光阻A(Resist-A)於細窄化前，LWR=8.2nm。當將其依照第1實施形態進行細窄化，可降低至達LWR=6.8nm。又，關於光阻B(Resist-B)，於細窄化前，LWR=5.2nm，可降低至達LWR=4.4nm。

如此，依照第1實施形態，能改善光阻之LWR，也能形成凹凸差小之良好形狀之光阻圖案。

光阻圖案之線寬(CD)若例如細窄到40nm、30nm、20nm...，則即使些微的凹凸差也會對光阻圖案之形狀造成大影響。

對此，依照第1實施形態，形成凹凸差小且良好形狀之光阻圖案。因此，依照第1實施形態之細窄化方法，對於今後更細窄化亦為有利。

又，於上述第1實施形態中，於第3次顯影步驟(除去新的可溶層)時，進行與第1次顯影步驟同樣之顯影步驟。

但是，可知於第3次顯影步驟(除去新的可溶層)中，若進行於第2次顯影步驟(除去中間曝光區域)同樣之顯影步驟(在此為求簡便，稱為前處理顯影)，光阻圖案能進一步細窄化。其結果如表1所示。顯影條件，為通常顯影，顯影液溫度23℃、顯影液濃度2.38%、顯影時間60sec。又，前處理顯影為：顯影液溫度45℃、顯影液濃度2.38%、顯影時間60sec。

如此，於第3次顯影步驟(除去新的可溶層)，藉由進行與前處理顯影同樣之高溫、或高濃度顯影、或長時間顯影，能相較於通常顯影時，將光阻圖案進一步細窄化。

又，第3次顯影步驟與前處理顯影以同樣條件進行時之較佳條件範圍，可與第2次顯影步驟相同。

又，將第3次顯影步驟與前處理顯影以同樣條件進行，當然也可應用在以下所說明之其他實施形態。

(第2實施形態)

第1實施形態中，將新的可溶層3e形成於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c之表面至光阻圖案3c內。如此形成之新的可溶層3e，從光阻圖案3c之側面至頂面，形成於光阻圖案3c之表面全體。因此，光阻圖案3c於寬方向及高方向兩方向，等向地細窄化。等向的細窄化中，由於光阻圖案3e之頂面部分亦除去，因此，光阻圖案3e之高度不意地降低。光阻圖案3e有時欲維持某程度之高度。例如，欲將光阻圖案3e作為蝕刻加工基底層1時之遮罩利用時等。

第2實施形態，係能不產生圖案崩塌，且抑制光阻圖案之高度方向之細窄化，而能將光阻圖案之寬予以細窄化之光阻圖案之細窄化方法。

圖12A至圖12E，顯示本發明第2實施形態之光阻圖案之細窄化方法一例之剖面圖。

首先，如圖12A所示，依照參照圖1A至圖1D說明之細窄化方法，獲得中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c。

其次，如圖12B所示，於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c，形成導入層7，該導入層7導入有用以產生使光阻圖案3c可溶化之可溶化物質的反應物質。導入反應物質之方法，例如可利用參照圖8、或圖9說明的方法。反應物質之一例，與第1實施形態同樣為酸。

其次，如圖12C所示，將光阻圖案3c之圖案之間以填埋材料8進行填埋。填埋材料8可為具流動性之材料，例如可將流動性材料塗佈於光阻圖案3c上。流動性材料例如可利用浸液曝光中使用之浸液保護膜(頂部塗佈)。又，填埋材料8形成為使光阻圖案3c之頂面9露出。為了使頂面9露出，可塗佈填埋材料8使膜厚與例如光阻圖案3c之高度h大致相同。

其次，如圖12D所示，從露出之光阻圖案3c之頂面9，將使上述反應物質從不溶層變為可溶層之性質消除之物質例如中和物質，從頂面9導入到光阻圖案3c內。藉由將中和物質從頂面9導入光阻圖案3c內，圖中如虛線橢圓10內所示，能將形成於光阻圖案3c之表面全體之導入層7當中，形成於光阻圖案3c之頂面部分之部分予以中和。藉由中和，導入層7僅殘留於光阻圖案3c之側面部分。中和物質之一例，當反應物質為酸時，為胺系物質。將中和物質導入光阻圖案3c內之方法例，係使中和物質擴散到光阻圖案3c內。擴散方法之例，主要有2種：從含有中和物質之中和氣體使中和物質擴散之氣相擴散(參照圖13)，及從含有中和物質之中和溶液同樣使中和物質擴散之液相擴散(參照圖14)。

中和物質使用氣相擴散導入時，如圖13所示，將形成有光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W送入處理室6內，並對於處理室6內，供給含有中和物質之中和氣體，將光阻圖案3c之頂面9暴露於含有中和物質之氛圍11a。其次，從含有中和物質之氛圍11a，使中和物質從光阻圖案3c之頂面9擴散到光阻圖案3c內。中和氣體之一例，當反應物質為酸時，為胺系氣體。

又，使用液相擴散導入中和物質時，如圖14所示，於光阻圖案3c上塗佈含有中和物質之中和溶液11b。其次，將中和物質從中和溶液11b，從光阻圖案3c之頂面9往光阻圖案3c內擴散。中和溶液之一例，於反應物質為酸時，為胺系溶液。

如此，含有中和物質之材料，例如反應物質為酸時，從胺系氣體、或胺系溶液，使中和物質從光阻圖案3c之頂面9往光阻圖案3c內擴散。藉此，從光阻圖案3c之頂面部分，反應物質受中和，反應物質具有之使不溶層變化為為可溶層之性質消除。藉由如此中和，能使導入層7僅殘留於光阻圖案3c之側面部分。

其次，如圖12E所示，將形成有光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W，使用烘烤機5進行烘烤。藉此，導入於導入層7之反應物質例如酸，往光阻圖案3c內擴散。又，藉由使擴散之酸活化，促進從例如以酸作為觸媒成分之鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)，在光阻圖案3c之側面形成新的可溶層3e。

之後，依照參照圖1F說明之方法，除去新的可溶層3e即可。

如此，依照第2實施形態，藉由將導入光阻圖案3c之頂面部分之反應物質其使不溶層變化為可溶層之性質消除，能使新的可溶層3e僅形成在光阻圖案3c之側面，能抑制光阻圖案3c之高度h不意地降低。

如此第2實施形態，例如於將經細窄化之光阻圖案3e作為蝕刻加工基底層1時之遮罩利用時等可有效利用。

其次，說明第2實施形態之變形例之光阻圖案之細窄化方法。

該變形例，係形成新的可溶層3e時，使反應物質以液相擴散擴散到光阻圖案3c內時能適用之例。

圖15A至圖15C顯示第2實施形態之變形例之光阻圖案之細窄化方法一例之剖面圖。

首先，如圖15A所示，塗佈反應物質，本例中為含有酸(H⁺ )之酸性溶液4a，例如與光阻圖案3c之高度h大致相同，使得光阻圖案3c之頂面9露出。酸性溶液4a塗佈為使光阻圖案3c之頂面9露出，但是由於酸性溶液4a於塗佈時通過光阻圖案3c之頂面，因此，導入層7於頂面9亦有形成。

其次，如圖15B所示，與參照圖12D說明步驟同樣地，從露出之光阻圖案3c之頂面9，將使上述反應物質從不溶層變化為可溶層之性質消除之物質例如中和物質，從頂面9導入到光阻圖案3c內，藉此，於圖中如虛線橢圓10內所示，將形成於光阻圖案3c之表面之導入層7當中，形成於光阻圖案3c之頂面部分之部分予以中和。中和之方法，可為參照圖13、或圖14說明之方法。

其次，如圖15C所示，與參照圖12E說明之步驟同樣，將形成有光阻圖案3c之基板例如半導體晶圓W，使用烘烤機5進行烘烤。藉此將導入於導入層7之本例中之酸，擴散到光阻圖案3c內，同時，使酸活化，於光阻圖案3c之側面形成新的可溶層3e。

之後，依照參照圖1F說明之方法，除去新的可溶層3e即可。

如此，依照第2實施形態之變形例，當使反應物質例如酸使用酸性溶液4a擴散到光阻圖案3c時，藉由塗佈酸性溶液4a使光阻圖案3c之頂面9露出，能以1次步驟完成形成反應物質之導入層7，及填埋用以從頂面9導入中和物質之圖案之間。因此，能減少步驟數，對於製造成本之減低、產量降低之抑制及處理量之提升等為有用。

(第3實施形態)

第3實施形態係關於利用上述細窄化方法之半導體裝置之製造方法之一例。

圖16至圖24顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

首先，如圖16所示，在例如半導體晶圓或形成於晶圓上之層間絕緣膜等基底層31上，形成蝕刻阻擋層32。其次於蝕刻阻擋層32上形成例如導電性多晶矽膜33。其次，於多晶矽膜上形成BARC2。其次，於BARC2上塗佈光阻，將經塗佈之光阻預烘烤並使固化，以形成光阻層3。光阻之一例，為與第1實施形態同樣含有PAG且以產生之酸為觸媒成分，使鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)之化學放大型光阻。

其次，如圖17所示，將光阻層3之經選擇之部分曝光，於光阻層3中，形成由例如對於鹼性溶劑為可溶之可溶層3a及不溶之不溶層3b之圖案所構成之曝光圖案。曝光圖案之形成，例如可與參照圖1B說明之方法以同樣方法進行。

其次，如圖18所示，從光阻層3將可溶層3a除去，形成對應於不溶層3b之圖案的光阻圖案3c。光阻圖案3c之形成，例如可以與參照圖1C說明之方法以同樣方法進行。

其次，如圖19所示，從光阻圖案3c將中間曝光區域3d除去。中間曝光區域3d之除去，與參照圖1D說明之方法以同樣方法進行即可。其次，於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c，形成新的可溶層3e。新的可溶層3e之形成，例如與參照圖1E說明之方法以同樣方法進行即可。

其次，如圖20所示，從光阻圖案3c將新的可溶層3e除去。新的可溶層3e之除去例如可與參照圖1F說明之方法以同樣方法進行即可。

其次，如圖21所示，使用新的可溶層3e經除去之光阻圖案3c作為遮罩，將BARC2除去。

其次，如圖22所示，於光阻圖案3c之側壁上形成側壁膜34。側壁膜34之形成方法可使用周知之形成方法。本例之側壁膜34，之後作為蝕刻遮罩(硬遮罩)使用。因此，側壁膜34之材料，於本例中，擇自於能達到導電性多晶矽膜33與蝕刻之選擇比的材料。本例中，使用二氧化矽為其一例。

其次，如圖23所示，使用由二氧化矽所構成之側壁膜34作為遮罩，將光阻圖案3c及BARC2除去。

其次，如圖24所示，使用側壁膜34作為遮罩，將導電性多晶矽膜33蝕刻。藉此蝕刻，形成導電性多晶矽圖案33a，其具有較最初形成之光阻圖案3c之寬度更窄的寬度，且以較最初形成之光阻圖案3c間之間隔更窄之間隔配置。如此的導電性多晶矽圖案33a，能利用為半導體裝置之閘電極圖案或配線圖案。

如此，本發明實施形態之光阻圖案之細窄化方法，能應用在半導體裝置之製造。

又，於第3實施形態中，欲使光阻圖案3c之高度維持為某程度之高度時，可應用參照第2實施形態說明之將光阻圖案3c之上部予以中和之方法。

(第4實施形態)

第4實施形態係關於利用上述細窄化方法之半導體裝置之製造方法之另一例。

圖25至圖37顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法之一例之剖面圖。

首先，如圖25所示，例如在半導體晶圓或形成於晶圓上之層間絕緣膜等基底層31上，使用與參照圖16說明之方法以同樣方法，形成：蝕刻阻擋層32、導電性多晶矽膜33、第1BARC2-1、及第1光阻層3-1。構成第1光阻層3-1之光阻，例如與第1實施形態同樣，使用含有PAG且以產生之酸作為觸媒成分而使鹼不可溶性保護基變化為鹼可溶性基(可溶化物質)之化學放大型光阻。

其次，如圖26所示，例如使用與參照圖1B而說明之方法以同樣方法，將光阻層3-1之經選擇之部分曝光，於光阻層3-1中，形成例如由對於鹼性溶劑為可溶之可溶層3a及不溶之不溶層3b之圖案所構成之曝光圖案。

其次，如圖27所示，例如使用與參照圖1C說明之方法為同樣方法，從光阻層3-1除去可溶層3a，形成對應於不溶層3b之圖案的光阻圖案3c。

其次，如圖28所示，例如使用與圖1D參照說明之方法以同樣方法，從光阻圖案3c將中間曝光區域3d除去，並使用與圖1E說明之方法為同樣之方法，於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3c，形成新的可溶層3e。

其次，如圖29所示，使用例如與參照圖1E說明之方法以同樣方法，從光阻圖案3c除去新的可溶層3e。

其次，如圖30所示，使用新的可溶層3e經除去之光阻圖案3c為遮罩，將BARC2-1除去。

其次，如圖31所示，在導電性多晶矽膜33、及光阻圖案3c上，形成第2BARC2-2。其次，於第2BARC2-2上，形成第2光阻層3-2。第2BARC2-2之材料，可與第1BARC2-1之材料相同，第2光阻層3-2之光阻，亦可與第1光阻層3-1之光阻相同。

又，當形成第2BARC2-2、及第2光阻層3-2時，顧慮光阻圖案3c會傾倒時，可在例如形成第2BARC2-2前將二氧化矽等以薄層沉積，並將光阻圖案3c以被膜事先硬化，進行所謂硬化處理。

其次，如圖32所示，使用例如參照圖1B說明之方法為同樣方法，將光阻層3-2之經選擇之部分曝光。並於光阻層3-2中，形成由例如對鹼性溶劑為可溶之可溶層3g及不溶之不溶層3h之圖案所構成之曝光圖案。本例中，形成曝光圖案使得不溶層3c位在光阻圖案3c彼此間之區域。

其次，如圖33所示，例如使用與參照圖1C說明之方法為同樣方法，從光阻層3-2將可溶層3g除去，形成對應於不溶層3h之圖案之光阻圖案3i。

其次，如圖34所示，例如使用與參照圖1D說明之方法為同樣之方法，從光阻圖案3i將中間曝光區域3d除去，並使用與參照圖1E說明之方法為同樣之方法，於中間曝光區域3d經除去之光阻圖案3i，形成新的可溶層3e。

其次，如圖35所示，例如使用與參照圖1E說明之方法為同樣之方法，從光阻圖案3i除去新的可溶層3e。

其次，如圖36所示，使用已形成之光阻圖案3c、及新的可溶層3e經除去之光阻圖案3i作為遮罩，將BARC2-2除去。

其次，如圖37所示，使用光阻圖案3c、3i作為遮罩，將導電性多晶矽膜33蝕刻。藉此蝕刻，與第3實施形態同樣，形成導電性多晶矽圖案33b，其具較最初形成之光阻圖案3c之寬度更窄之線寬，且以較最初形成之光阻圖案3c間之間隔更窄之間隔配置。

如此導電性多晶矽圖案33b亦與第3實施形態同樣，能利用為半導體裝置之閘電極圖案或配線圖案。

其次，說明第4實施形態之半導體裝置之製造方法之另一例。

上述第1實施形態之半導體裝置之製造方法之一例中，使用最初形成之光阻圖案3c及其次形成之光阻圖案3i作為遮罩，將下層膜、實施形態中係將導電性多晶矽膜33蝕刻，形成導電性多晶矽圖案33b。

該他例中，係使第4實施形態組合第3實施形態，在光阻圖案3c及3i之側壁上形成側壁膜之例。

圖38A至圖38C顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法之另一例之剖面圖。

首先，依照參照圖25至圖36說明之方法，如圖36所示，在BARC2-1上形成光阻圖案3c，在BARC2-2上形成光阻圖案3i，並將該等光阻圖案3c及3i作為遮罩而將BARC2-1、2-2除去。

其次，如圖38A所示，在光阻圖案3c及3i之側壁上，依照周知之形成方法形成側壁膜34。本例之側壁膜34亦與第3實施形態同樣，之後作為蝕刻遮罩(硬遮罩)使用。因此，側壁膜34之材料，於本例中，選擇能達到導電性多晶矽膜33與蝕刻選擇比之材料。本例中，使用二氧化矽為一例。

其次，如圖38B所示，使用側壁膜34作為遮罩，除去光阻圖案3c、BARC2-1、光阻圖案3i、及BARC2-2。

其次，如圖38C所示，使用側壁膜34作為遮罩，蝕刻導電性多晶矽膜33。藉此蝕刻，形成導電性多晶矽圖案33c。

如此，依照第4實施形態之另一例之方法，也能形成導電性多晶矽圖案33c，其具較最初形成之光阻圖案3c之寬度更窄之線寬，且以較最初形成之光阻圖案3c間之間隔更窄之間隔配置。且，於第4實施形態之另一例中，由於在光阻圖案3c及3i之側壁上形成側壁膜34，且以該等作為蝕刻遮罩，因此相較於以光阻圖案3c及3i作為蝕刻遮罩之第4實施形態之一例，能獲得圖案之有無以高密度重複之圖案(所謂緻密圖案)。

如此之導電性多晶矽圖案33c，亦與第3實施形態、及第4實施形態之一例同樣，可利用為半導體裝置之閘電極圖案或配線圖案。

又，於第4實施形態亦為，當光阻圖案3c、3i之高度欲維持某程度之高度時，可應用參照第2實施形態說明之將光阻圖案3c之上部予以中和之方法。

(第5實施形態)

第5實施形態係關於能實施上述細窄化方法之半導體製造裝置之一例。

關於本發明實施形態之細窄化方法之一優點，例如：能於一台光阻塗佈顯影處理系統中進行光阻圖案之細窄化。

圖39顯示本發明第5實施形態之光阻塗佈顯影處理系統之概略俯視圖，圖40為其前視圖，圖41為其後視圖。

該光阻塗佈顯影處理系統100，包含：為輸送站之匣盒站111；具多數處理單元之處理站112；介面站113，在與鄰接於處理站112而設置之曝光裝置114與處理站112之間傳遞晶圓W。

以水平收容於光阻塗佈顯影處理系統100中進行處理之多片晶圓W之晶圓匣盒(CR)自其他系統運往匣盒站111。又，反之，收容有於光阻塗佈顯影處理系統100結束處理之晶圓W之晶圓匣盒(CR)，從匣盒站111運往其他系統。又，匣盒站111在晶圓匣盒(CR)與處理站112之間，進行晶圓W輸送。

匣盒站111中，如圖39所示，於匣盒載置台120上沿著X方向成1列形成有多數(圖39為5個)定位突起120a，晶圓匣盒(CR)可將晶圓搬入出口朝向處理站112側而載置於該突起120a之位置。

於匣盒站111，晶圓輸送機構121設置成位在匣盒載置台120與處理站112之間。該晶圓輸送機構121，具有可於匣盒排列方向(X方向)及晶圓匣盒(CR)中之晶圓W之排列方向(Z方向)移動之晶圓輸送用鎬121a，該晶圓輸送用鎬121a可於圖39中所示θ方向轉動。藉此，晶圓輸送用鎬121a可對任意晶圓匣盒(CR)接近，且可接近設置於後述處理站112之第3處理單元群G₃ 的傳送單元(TRS-G₃ )。

於處理站112，於系統前面側從匣盒站111側起依序設有：第1處理單元群G₁ 及第2處理單元群G₂ 。又，於系統背面側，自匣盒站111側起依序配置：第3處理單元群G₃ 、第4處理單元群G₄ 及第5處理單元群G₅ 。又，於第3處理單元群G₃ 與第4處理單元群G₄ 之間設有第1主輸送部A₁ ，於第4處理單元群G₄ 與第5處理單元群G₅ 之間設有第2主輸送部A₂ 。又，於第1主輸送部A₁ 之背面側設有第6處理單元群G₆ ，於第2主輸送部A₂ 之背面側設有第7處理單元群G₇ 。

如圖39及圖40所示，第1處理單元群G₁ ，以5段重疊：於杯體(CP)內使晶圓W承載於旋轉夾頭SP而進行既定處理之作為液供給單元之5台旋轉器型處理單元，例如3個光阻塗佈單元(COT)，及形成防止曝光時之光反射之抗反射膜之底部塗佈單元(BARC)。又，於第2處理單元群G₂ 中，5台旋轉器型處理單元，例如顯影單元(DEV)以5段重疊。

第3處理單元群G₃ ，如圖41所示，從下而上以10段重疊：調溫單元(TCP)；在匣盒站111與第1主輸送部A₁ 之間成為傳遞晶圓W部之傳送單元(TRS-G₃ )；將晶圓W載置於載置台而進行既定處理之烘箱型處理單元；能設置所望烘箱型處理單元等之備用空間V；對晶圓W以良好精度溫度管理下施行加熱處理之3個高精度調溫單元(CPL-G₃ )；對於晶圓W施加既定加熱處理之4個高溫度熱處理單元(BAKE)。

第4處理單元群G₄ ，如圖41所示自下而上，重疊10段：高精度調溫單元(CPL-G₄ )；對於光阻塗佈後之晶圓W施以加熱處理之4個預烘烤單元(PAB)；對於顯影處理後之晶圓W施以加熱處理之5個後烘烤單元(POST)。

第5處理單元群G₅ ，如圖41所示，自下而上重疊10段：4個高精度調溫單元(CPL-G₅ )；6個對於曝光後顯影前之晶圓W施以加熱處理之曝光後烘烤單元(PEB)。

設置於第3～5處理單元群G₃ ～G₅ 之高溫度熱處理單元(BAKE)、預烘烤單元(PAB)、後烘烤單元(POST)、曝光後烘烤單元(PEB)，例如具有完全相同之構造，且構成加熱處理單元。

又，第3～5處理單元群G₃ ～G₅ 之疊層段數及單元之配置，不限於圖示者，可任意設定。

第6處理單元群G₆ ，如圖41所示，自下而上，重疊4段：2個黏附單元(AD)，及將2個晶圓W加熱之加熱單元(HP)。於黏附單元(AD)，可具有將晶圓W調溫之機構。

第7處理單元群G₇ ，如圖41所示，自下而上，以2段重疊：測定光阻膜厚之膜厚測定裝置(FTI)，僅將晶圓W之邊緣部選擇曝光之周邊曝光裝置(WEE)。在此，可將周邊曝光裝置(WEE)以多段配置。

又，於第2主輸送部A₂ 之背面側，可與第1主輸送部A₁ 之背面側同樣，配置加熱單元(HP)等熱處理單元。

於第1主輸送部A₁ ，設置第1主晶圓輸送裝置116，該第1主晶圓輸送裝置116，可以選擇性接近第1處理單元群G₁ 、第3處理單元群G₃ 、第4處理單元群G₄ 及第6處理單元群G₆ 所具備之各單元。

於第2主輸送部A₂ ，設有第2主晶圓輸送裝置117，該第2主晶圓輸送裝置117，可選擇性接近第2處理單元群G₂ 、第4處理單元群G₄ 、第5處理單元群G₅ 、第7處理單元群G₇ 所具備之各單元。

第1主晶圓輸送裝置116，如圖42所示，具有固持晶圓W之3根臂107a、107b、107c。該等臂107a至107c，可沿著基台152前後移動。基台152以可旋轉地支持於支持部153，利用內建於支持部153之馬達可旋轉。支持部153沿著於鉛直方向延伸之支持柱155而可升降。於支持柱155沿著鉛直方向形成有套管155a，從支持部153往側方突出之凸緣部156能在套管155a滑動，支持部153可藉由未圖示之升降機構藉由凸緣部156而升降。

藉由如此構成，第1主晶圓輸送裝置116之臂107a至107c，能在X方向、Y方向、Z方向之各方向移動，且可於XY面內旋轉，藉此能如前所述，各別接近第1處理單元群G₁ 、第3處理單元群G₃ 、第4處理單元群G₄ 及第6處理單元群G₆ 之各單元。

又，於臂107a與臂107b之間，安裝有遮蔽來自於兩臂之放射熱的遮蔽板108。又，於最上段臂107a之前端部上方，設置有安裝著發光元件(未圖示)之感測器構件159，於基台152之前端設有受光元件(未圖示)，由該等發光元件及受光元件所構成之光學感測器確認臂107a至107c當中是否有晶圓W及晶圓W之突出等。

又，圖42所示壁部157，為位在第1處理單元群G₁ 側之第1主輸送部A₁ 之殼體之一部分，於壁部157形成有窗部157a，該窗部157a在與第1處理單元群G₁ 之各單元之間進行晶圓W的傳遞。

第2主晶圓輸送裝置117具有與第1主晶圓輸送裝置116同樣的構造。

第1處理單元群G₁ 與匣盒站111之間，設有液體調溫泵浦124及輸送管128，於第2處理單元群G₂ 與介面站113之間，設有液體調溫泵浦125及輸送管129。液體調溫泵浦124、125，各對於第1處理單元群G₁ 及第2處理單元群G₂ 供給既定之處理液。又，輸送管128、129，用以將來自於設置於光阻塗佈顯影處理系統100外之未圖示之空調器之清潔空氣對於各處理單元群G₁ ～G₅ 之內部供給。

第1處理單元群G₁ ～第7處理單元群G₇ ，為了維修可取下，處理站112之背面側之面板也可取下或可開閉。又，於第1處理單元群G₁ 與第2處理單元群G₂ 之下方，設有對於第1處理單元群G₁ 及第2處理單元群G₂ 供給既定處理液之化學藥品單元(CHM)126、127。

介面站113，由處理站112側之第1介面站113a與曝光裝置114側之第2介面站113b所構成，於第1介面站113a配置有第1晶圓輸送體162，使得與第5處理單元群G₅ 之開口部相對，於第2介面站113b配置有能於X方向移動之第2晶圓輸送體163。

於第1晶圓輸送體162之背面側，如圖41所示，自下而上依序配置：將從曝光裝置114搬出之晶圓W暫時收容之外用緩衝匣盒(OUTBR)；將輸送到曝光裝置114之晶圓W暫時收容之內用緩衝匣盒(INBR)；將周邊曝光裝置(WEE)疊層構成之第8處理單元群G₈ 。內用緩衝匣盒(INBR)與外用緩衝匣盒(OUTBR)，能收容多片例如25片晶圓W。

又，於第1晶圓輸送體162之前面側，如圖40所示，配置有第9處理單元群G₉ ，係自下而上依序疊層：2段之高精度調溫單元(CPL-G₉ )；及傳送單元(TRS-G₉ )而構成。

第1晶圓輸送體162，能於Z方向移動且可於θ方向旋轉，且具有能於X-Y面內進退自如之晶圓傳遞用之叉部162a。該叉部162a，可對於第5處理單元群G₅ 、第8處理單元群G₈ 、第9處理單元群G₉ 之各單元選擇地接近，藉此能在該等單元間進行晶圓W輸送。

第2晶圓輸送體163也同樣，可於X方向及Z方向移動，且可於θ方向旋轉，又，具有能於X-Y面內進退自如之晶圓傳遞用叉部163a。該叉部163a，可選擇性接近第9處理單元群G₉ 之各單元，及曝光裝置114之送入台座114a及送出台座114b，能將晶圓W在該等各部之間輸送。

如圖40所示，於匣盒站111之下部設置有集中控制部119，該集中控制部119控制光阻塗佈顯影處理系統100全體。該集中控制部119如圖43所示，具有控制光阻塗佈顯影處理系統100之各單元及各輸送機構等各構成部之具有CPU之處理控制器201，且於處理控制器201，連接：使用者介面202，由製程管理者為了管理光阻塗佈顯影處理系統100之各構成部而進行指令輸入操作等之鍵盤，或將光阻塗佈顯影處理系統100之各構成部之運轉狀況以可見化表示之顯示器等所構成；記憶部203，存放將於光阻塗佈顯影處理系統100執行之各種處理於處理控制器201之控制之下達成之控制程式，或視處理條件而於光阻塗佈顯影處理系統100之各構成部執行既定處理之控制程式亦即配方或各種資料庫等。配方記憶在記憶部203中之記憶媒體。記憶媒體，可為固定設置於硬碟等者，也可為CD-ROM、DVD、快閃記憶體等可攜性者。又，也可從其他裝置經由例如專線將配方適當傳送。視需要，可藉由接受來自於使用者介面202之指示等，將任意配方從記憶部203叫出，而於處理控制器201中執行，於處理控制器201之控制下，於光阻塗佈顯影處理系統100中進行所望之各種處理。

使用如此構成之光阻塗佈顯影處理系統100，進行上述光阻圖案之細窄化時，可依如下方式進行。

首先，從晶圓匣盒(CR)將處理前之晶圓W逐片由晶圓輸送機構121取出，將該晶圓W輸送到配置於處理站112之處理單元群G₃ 的傳送單元(TRS-G₃ )。其次，對於晶圓W以調溫單元(TCP)進行調溫處理後，於屬於第1處理單元群G₁ 之底部塗佈單元(BARC)形成抗反射膜，於加熱單元(HP)進行加熱處理，於高溫度熱處理單元(BAKE)進行烘烤處理。可於以底部塗佈單元(BARC)在晶圓W形成抗反射膜前，利用黏附單元(AD)進行黏附處理。其次，於高精度調溫單元(CPL-G₄ )進行晶圓W之調溫後，將晶圓W輸送到屬於第1處理單元群G₁ 之光阻塗佈單元(COT)後，進行光阻液之塗佈處理。之後，以設於第4處理單元群G₄ 之預烘烤單元(PAB)對於晶圓W施以預烘烤處理，於周邊曝光裝置(WEE)施以周邊曝光處理後，以高精度調溫單元(CPL-G₉ )等進行調溫。之後，將晶圓W藉由第2晶圓輸送體163輸送到曝光裝置114內。將於曝光裝置114經過曝光處理之晶圓W利用第2晶圓輸送體163送入傳送單元(TRS-G₉ )，並藉由第1晶圓輸送體162於屬於第5處理單元群G₅ 之曝光後烘烤單元(PEB)進行曝光後烘烤處理，又，輸送到屬於第2處理單元群G₂ 之顯影單元(DEV)並施行顯影處理後，於後烘烤單元(POST)進行後烘烤處理，於高精度調溫單元(CPL-G₃ )進行調溫處理。

以上結束於上述實施形態說明之第1次顯影步驟。

接著，進行第2次顯影步驟(除去中間曝光區域)。因此，將完成第1次顯影步驟之晶圓W再次搬入顯影單元(DEV)，進行顯影處理。顯影單元(DEV)也可使用於第1次顯影步驟使用之顯影單元(DEV)，也可準備第1次顯影步驟用及第2次顯影步驟用之二種顯影單元(DEV)。

以上結束於上述實施形態說明之第2次顯影步驟(除去中間曝光區域)。

接著，形成新的可溶層。因此，將完成第2次顯影步驟之晶圓W搬入光阻塗佈單元(COT)。光阻塗佈單元(COT)中，可將塗佈光阻溶液改為塗佈例如含反應物質之液體，例如酸性溶液。或也可與塗佈光阻溶液之塗佈單元(COT)分別地設置塗佈酸性溶液之塗佈單元(COT)。

以上完成形成新的可溶層。

接著，進行第3次顯影步驟(除去新的可溶層)。為此，將已完成新的可溶層形成之晶圓W再度搬入顯影單元(DEV)，進行顯影處理。顯影單元(DEV)，可使用第1次顯影步驟、及/或第2次顯影步驟使用之顯影單元(DEV)，也可準備第3次顯影步驟用之顯影單元(DEV)。施以顯影處理後，於後烘烤單元(POST)進行後烘烤處理，於高精度調溫單元(CPL-G₃ )進行調溫處理。

以上結束第3次顯影步驟(除去新的可溶層)。

之後，經由傳送單元(TRS-G₃ )輸送到匣盒站111之晶圓匣盒(CR)之既定位置。

如上所述，本發明實施形態之細窄化方法，也能於一台光阻塗佈顯影處理系統中實施光阻圖案之細窄化。

以上，以幾個實施形態說明本發明，但是該發明不限於上述實施形態，可以有各種變形。

例如，於第3、第4實施形態，就半導體裝置之製造方法之一例，顯示導電性多晶矽圖案之形成例，但是本發明不限於適用在導電性多晶矽圖案之形成，例如可使用於在膜層間絕緣膜形成孔洞圖案等。

1．．．基底層

2．．．抗反射膜(BARC)

2-1．．．BARC

2-2．．．BARC

3．．．光阻層

3-1．．．光阻層

3-2．．．光阻層

3a．．．可溶層

3b．．．不溶層

3c．．．光阻圖案

3d．．．中間曝光區域

3e．．．可溶層

3g．．．可溶層

3h．．．不溶層

3i．．．光阻圖案

4a．．．溶液

4b．．．氛圍

5．．．烘烤機

6．．．處理室

7．．．導入層

8．．．填埋材料

9．．．頂面

10．．．虛線橢圓

11a．．．氛圍

11b．．．中和溶液

31．．．基底層

32．．．蝕刻阻擋層

33．．．導電性多晶矽膜

33a．．．導電性多晶矽圖案

33b．．．導電性多晶矽圖案

33c．．．導電性多晶矽圖案

34．．．側壁膜

100．．．光阻塗佈顯影處理系統

107a、107b、107c．．．臂

108．．．遮蔽板

111．．．輸送站匣盒站

112．．．處理站

113．．．介面站

113a．．．第1介面站

113b．．．第2介面站

114．．．曝光裝置

114a．．．送入台座

114b．．．送出台座

116．．．第1主晶圓輸送裝置

117．．．第2主晶圓輸送裝置

119．．．集中控制部

120．．．匣盒載置台

120a．．．定位突起

121．．．晶圓輸送機構

121a．．．晶圓輸送用鎬

124．．．液體調溫泵浦

125．．．液體調溫泵浦

126、127．．．化學藥品單元(CHM)

128．．．輸送管

129．．．輸送管

152．．．基台

153．．．支持部

155．．．支持柱

155a．．．套管

156．．．凸緣部

157．．．壁部

157a．．．窗部

159．．．感測器構件

162．．．第1晶圓輸送體

162a．．．叉部

163．．．第2晶圓輸送體

163a．．．叉部

201．．．處理控制器

202．．．使用者介面

203．．．記憶部

A₁ ．．．第1主輸送部

A₂ ．．．第2主輸送部

AD．．．黏附單元

BAKE．．．高溫度熱處理單元

BARC．．．底部塗佈單元

COT．．．塗佈單元

CP．．．杯體

CPL-G₃ ．．．高精度調溫單元

CPL-G₄ ．．．高精度調溫單元

CPL-G₅ ．．．高精度調溫單元

CPL-G₉ ．．．高精度調溫單元

CR．．．晶圓匣盒

DEV．．．顯影單元

FTI．．．膜厚測定裝置

G₁ ．．．第1處理單元群

G₂ ．．．第2處理單元群

G₃ ．．．第3處理單元群

G₄ ．．．第4處理單元群

G₅ ．．．第5處理單元群

G₆ ．．．第6處理單元群

G₇ ．．．第7處理單元群

G₈ ．．．第8處理單元群

G₉ ．．．第9處理單元群

HP．．．加熱單元

INBR．．．內用緩衝匣盒

OUTBR．．．外用緩衝匣盒

PAB．．．預烘烤單元

PEB．．．曝光後烘烤單元

POST．．．後烘烤單元

SP．．．旋轉夾頭

TCP．．．調溫單元

TRS．．．傳送單元

TRS-G₃ ．．．傳送單元

TRS-G₉ ．．．傳送單元

V‧‧‧備用空間

W‧‧‧半導體晶圓

WEE‧‧‧周邊曝光裝置

圖1(A)~(F)顯示本發明第1實施形態之光阻圖案之細窄化方法一例之剖面圖。

圖2顯示線寬(CD)與顯影液溫度之關係。

圖3顯示線寬(CD)與顯影液溫度之關係。

圖4顯示線寬(CD)與顯影液濃度之關係。

圖5顯示線寬(CD)與顯影時間之關係。

圖6顯示線寬(CD)與顯影時間之關係。

圖7顯示線寬(CD)與顯影時間之關係。

圖8顯示將反應物質擴散到光阻圖案之第1擴散例之剖面圖。

圖9顯示將反應物質擴散到光阻圖案之第2擴散例之剖面圖。

圖10中，圖10A顯示利用參考例之細窄化方法形成之光阻圖案實例之圖式代用照片，圖10B顯示利用第1實施形態之細窄化方法形成之光阻圖案之實例之圖式代用照片。

圖11顯示利用第1實施形態之細窄化方法形成之光阻圖案實例之圖式代用照片。

圖12(A)~(E)顯示本發明第2實施形態之光阻圖案之細窄化方法之一例之剖面圖。

圖13顯示將中和物質擴散到光阻圖案之第1擴散例之剖面圖。

圖14顯示將中和物質擴散到光阻圖案之第2擴散例之剖面圖。

圖15(A)~(C)顯示本發明第2實施形態之光阻圖案之細窄化方法之另一例之剖面圖。

圖16顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖17顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖18顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖19顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖20顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖21顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖22顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖23顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖24顯示本發明第3實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖25顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖26顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖27顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖28顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖29顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖30顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖31顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖32顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖33顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖34顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖35顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖36顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖37顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法一例之剖面圖。

圖38(A)~(C)顯示本發明第4實施形態之半導體裝置之製造方法另一例之剖面圖。

圖39顯示本發明第5實施形態之光阻塗佈顯影處理系統之概略俯視圖。

圖40顯示圖39所示光阻塗佈顯影處理系統之前視圖。

圖41顯示圖39所示光阻塗佈顯影處理系統之後視圖。

圖42顯示圖39所示光阻塗佈顯影處理系統具備之主晶圓輸送裝置之概略構造立體圖。

圖43顯示圖39所示光阻塗佈顯影處理系統之控制系之方塊圖。