KR20020001621A - 패턴 형성방법 및 반도체 장치의 제조장치 - Google Patents

패턴 형성방법 및 반도체 장치의 제조장치 Download PDF

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KR20020001621A
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

EUV광을 레지스트막에 조사하여 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로서 드라이 에칭을 행하였을 때에 피에칭막에 형성되는 패턴의 벽면에 거칠함(roughness)이 나타나지 않도록 한다.
1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(10)을 가열하여 레지스트막(11)을 프리베이크하고, 레지스트막(11)에 포함되는 용매를 휘산시키는 동시에 레지스트막(11)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다. 다음으로, 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공중에서 반사형 마스크(13)에 의해 반사된 EUV광(14)을 반사축소광학계(15)에 의해 축소하여 레지스트막(11)에 조사시켜 패턴노광을 행한 후, 대기중에서 레지스트막(11)을 현상하여 레지스트막(11)의 미노광부(11b)로 이루어진 레지스트 패턴(16)을 형성한다.

Description

패턴 형성방법 및 반도체 장치의 제조장치{PATTERN FORMATION METHOD AND FABRICATING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 방법 및 그 방법에 이용하는 반도체 장치의 제조장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로를 구성하는 반도체 소자의 미세화에 따라, 배선의 패턴치수의 미세화가 요구되고 있다. 미세한 패턴을 가공하기 위해서는 리소그래피기술이불가결하고, 특히 0.07㎛ 이하의 배선폭을 갖는 패턴의 형성공정에 있어서는, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 극단자외광(EUV광 ; Extreme Ultra-Violet)을 노광광으로 하는 리소그래피기술이 대단히 기대된다.
EUV광은 파장이 짧기 때문에 종래의 클립톤 플로라이드(KrF) 엑시머 레이저(파장 : 248㎚대) 또는 아르곤 플로라이드(ArF) 엑시머 레이저(파장 : 193㎚대)를 이용하는 리소그래피와 같이 공기중 또는 질소의 분위기중에서 노광을 행하면 노광광이 산소분자 또는 질소분자에 흡수된다. 이 때문에 EUV노광은 진공중에서 행할 필요가 있다.
따라서 EUV광을 이용하여, 예를 들어 화학증폭형 레지스트로 이루어진 레지스트 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같이 행해진다.
우선, 대기중에서 기판상에 화학증폭형 레지스트재료를 도포하고 레지스트막을 형성한 후, 레지스트막을 프리베이크하여 레지스트막에 포함되어 있는 용매를 휘산시킨다.
다음으로, 진공중에서 레지스트막에 대해 EUV광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 포토마스크의 패턴을 레지스트막에 전사한다.
다음으로, 대기중에서 레지스트막에 대해 포스트베이크(노광 후 베이크)를 행하여 레지스트막의 노광부 또는 미노광부에서 선택적으로 산을 확산시킨 후, 레지스트막을 현상액에 의해 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다.
또한, 비화학증폭형 레지스트로 이루어진 레지스트 패턴을 형성하는 경우에는 진공중에서 레지스트막에 EUV광을 포토마스크를 개재시켜 조사한 후, 대기중에서 포스트베이크를 행하지 않고 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다.
그런데, 본건 발명자가 EUV광을 레지스트막에 조사하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 그 레지스트 패턴을 마스크로서 피에칭막에 대하여 드라이 에칭을 행하면 피에칭막에 형성되는 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나는 문제에 직면하였다.
상기의 문제를 감안하여, 본 발명은 EUV광을 레지스트막에 조사하여 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로서 드라이 에칭을 행하였을 때에 피에칭막에 형성되는 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
본건 발명자는 EUV광을 레지스트막에 조사하여 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로서 드라이 에칭을 행하였을 때에 피에칭막에 형성된 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나는 원인에 대하여 검토한 결과, 아래와 같이 알게 되었다.
우선, EUV노광은 EUV광을 진공중에서 약 100eV의 고에너지로 레지스트막에 조사하기 때문에 레지스트막에 탈가스현상이 일어나고, 레지스트막으로부터 발생하는 가스(예를 들어, CO2가스)로부터 생성되는 반응생성물(예를 들어, COx(x<2))이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 때문에 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타난다. 이 때문에 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나는 것으로 생각된다.
또한, 피에칭막에 대하여 레지스트 패턴을 마스크로서 플라즈마 에칭을 행하여 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 경우에는, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막으로부터 발생한 가스(예를 들어, CO2가스)가 혼합되기 때문에 에칭 도중에 플라즈마의 상태가 변화하므로, 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나는 것으로 생각된다.
게다가, 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성할 경우에는, 프리베이크된 레지스트막을 패턴노광을 하기 위한 노광장치에 반송할 때에 레지스트막의 표면에 암모니아 등의 알칼리성 물질의 영향을 받아, 레지스트막의 표면에 알칼리성 현상액에 용해되기 어려운 난용화층(難溶化層)이 형성되기 때문에 미세한 레지스트 패턴을 형성할 수 없다는 문제도 있다.
도 1의 (a)∼(d)는 제 1 실시예에 관한 레지스트 패턴 형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도
도 2의 (a)∼(c)는 제 2 실시예에 관한 레지스트 패턴 형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도
도 3의 (a), (b)는 제 2 실시예에 관한 레지스트 패턴 형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도
도 4의 (a)∼(c)는 제 3 실시예에 관한 레지스트 패턴 형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도
도 5의 (a)∼(c)는 제 3 실시예에 관한 레지스트 패턴 형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도
도 6은 제 4 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법을 행하는 반도체 장치의 제조장치
도 7은 제 5 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법을 행하는 반도체 장치의 제조장치
도 8은 제 6 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법을 행하는 반도체 장치의 제조장치
도 9는 제 4, 제 5 또는 제 6 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법을 행하는 반도체 장치의 제조장치에 있어서의 제 2 처리실의 개략단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 20, 30 : 반도체 기판 11, 21, 31 : 레지스트막
12, 16, 22, 26, 32 : 히터 13, 23, 33 : 반사형 마스크
14, 24, 34 : EUV광 15, 25, 35 : 반사축소광학계
17, 27, 36, 38 : 레지스트 패턴 37 : 시릴화층
110, 210, 310 : 제 1 처리실 120, 220, 320 : 제 2 처리실
130, 230, 330 : 제 3 처리실 340 : 제 4 처리실
350 : 제 5 처리실 401 : 램프
402 : 터보 펌프
본 발명은 상기의 발견에 근거하여 이루어진 것으로 구체적으로는 아래와 같다.
본 발명에 관한 제 1 패턴 형성방법은 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비한 패턴 형성방법을 전제로 하고, 프리베이크공정 및 노광공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해진다.
본 발명에 관한 제 2 패턴 형성방법은 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실에 이송한 후, 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 제 1 처리실로 이송한 후, 그 제 1 처리실에 있어서 패턴노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비하고 있다.
제 1 또는 제 2 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크 공정에 있어서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하여 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에 있어서는 레지스트막으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지기 때문에 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
특히 제 2 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에 있어서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지지므로, 레지스트 패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 제 3 패턴 형성방법은 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과, 포스트베이크된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비한 패턴 형성방법을 전제로 하고, 프리베이크공정, 노광공정 및 포스트베이크공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해진다.
본 발명에 관한 제 4 패턴 형성방법은 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실에 이송한 후, 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행한 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 인라인으로 제 2 처리실에 이송한 후, 그 제 2 처리실에 있어서 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과, 포스트베이크된 레지스트막을 제 1 처리실에 이송한 후, 그 제 1 처리실에 있어서 패턴노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비하고 있다.
제 3 또는 제 4 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에 있어서는 레지스트막으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지기 때문에 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 포스트베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 포스트베이크공정에 있어서도 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, 플라즈마 에칭을 행하여도 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 경우, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막으로부터 발생한 가스가 혼합되는 사태를 억제할 수 있다. 이 때문에 에칭공정 도중에 플라즈마의 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있으므로, 피에칭막으로 이루어진 패턴벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 프리베이크공정, 노광공정 및 포스트베이크공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지기 때문에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막이 대기중의 암모니아 등의 알칼리성 물질의 영향을 받지 않으므로 레지스트막의 표면에 알칼리성 현상액에 용해되기 어려운 난용화층이 형성되지 않고, 이에 의해 미세한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
특히, 제 4 패턴 형성방법에 의하면 프리베이크공정 및 포스트베이크공정과노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에 있어서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트 패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 제 5 패턴 형성방법은 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과, 포스트베이크된 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하는 시릴화공정과, 표면에 시릴화층이 형성된 레지스트막에 대해서 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하는 드라이현상공정을 구비한 패턴 형성방법을 전제로 하고, 프리베이크공정, 노광공정, 포스트베이크공정 및 시릴화공정 및 드라이현상공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해진다.
본 발명에 관한 제 6 패턴 형성방법은 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 포토레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과, 프리베이크된 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실에 이송한 후, 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과, 패턴노광된 레지스트막을 인라인으로 제 2 처리실에 이송한 후, 그 제 2 처리실에 있어서 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과, 포스트베이크된 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 4 처리실에 이송한 후, 그 제 4 처리실에 있어서 포스트베이크된 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하는 시릴화공정과, 표면에 시릴화층이 형성된 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 5 처리실에 이송한 후, 그 제 5 처리실에 있어서 표면에 시릴화층이 형성된 레지스트막에 대해서 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하는 드라이현상공정을 구비하고 있다.
제 5 또는 제 6 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에 노광공정에서는 레지스트막으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스터 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지기 때문에 레지스터 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 포스트베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 포스트베이크공정에서도 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, 레지스트막에 대해서시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상(플라즈마 에칭)을 행하는 현상공정 및 플라즈마 에칭에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막으로부터 발생한 가스가 혼합되는 사태를 억제할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마 에칭 도중에 플라즈마의 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있다.
또한, 프리베이크공정, 노광공정, 포스트베이크공정 및 시릴화공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지기 때문에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막이 대기중의 암모니아 등의 알칼리성 물질의 영향을 받지 않으므로, 레지스트막 표면에 알칼리성 현상액에 용해되기 어려운 난용화층이 형성되지 않는다. 따라서, 레지스트막 표면에 시릴화층을 양호하게 형성할 수 있기 때문에 미세한 레지스트 패턴을 확실하게 형성할 수 있다.
특히 제 6 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정 및 포스트베이크공정과, 노광공정과, 시릴화공정과, 드라이현상공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에 있어서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트 패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
제 1∼제 6 패턴 형성방법에 있어서 프리베이크공정은 레지스트막에 그 레지스트막이 감광하지 않은 정도의 장파장광을 조사하면서 레지스트막을 가열하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 프리베이크공정에 있어서 가스의 방출이 촉진되기 때문에가스방출의 스루 풋(throughput)이 향상하는 동시에 노광공정에서의 탈가스현상을 한층 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 반도체 장치의 제조장치는 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 동시에 패턴노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 1 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 레지스트막을 프리베이크하기 위한 제 2 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실을 구비하고 있다.
제 1 반도체 장치의 제조장치에 의하면, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에서 프리베이크를 행할 수 있기 때문에 프리베이크공정에서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에 노광공정에서는 레지스트막으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 프리베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에 있어서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트 패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 제 2 반도체 장치의 제조장치는 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 동시에 패턴노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 1 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 레지스트막을 프리베이크하는 동시에 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하기 위한 제 2 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실을 구비하고 있다.
제 2 반도체 장치의 제조장치에 의하면, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에서 프리베이크를 행할 수 있기 때문에 프리베이크공정에서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에서는 레지스트막으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 프리베이크공정 및 포스트베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 프리베이크공정, 노광공정 및 포스트베이크공정을 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행하기 때문에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막이 대기중의 암모니아 등의 알칼리성 물질의 영향을 받지 않으므로, 레지스트막의 표면에 알칼리성 현상액에 용해하기 어려운 난용화층이 형성되지 않고, 이에 의해 미세한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 관한 제 3 반도체 장치의 제조장치는 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하기 위한 제 1 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 레지스트막을 프리베이크하는 동시에 패턴노광된 레지스트막을 포스트베이크하기 위한 제 2 처리실과, 내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실과, 포스트베이크된 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하기 위한 제 4 처리실과, 표면에 시릴화층이 형성된 레지스트막에 대하여 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 5 처리실을 구비하고 있다.
제 3 반도체 장치의 제조장치에 의하면 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에서 프리베이크를 행할 수 있기 때문에 프리베이크공정에서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에 노광공정에서는 레지스트막으로부터 발생하는 C02가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워지고, 이에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 프리베이크공정 및 포스트베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막의 표면, 포토마스크의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트 패턴의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 프리베이크공정, 노광공정, 포스트베이크공정 및 시릴화공정은 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지기 때문에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막이 대기중의 암모니아 등의 알칼리성 물질의 영향을 받지 않으므로, 레지스트막의 표면에 알칼리성 현상액에 용해하기 어려운 난용화층이 형성되지 않는다. 또한, 프리베이크공정에서 산의 확산이 충분히 행해지기 때문에 노광부와 미노광부와의 콘택트가 향상한다. 이 때문에, 레지스트막의 표면에 시릴화층을 양호하게 형성할 수 있으므로, 미세한 레지스트 패턴을 확실하게 형성할 수 있다.
제 1∼제 3 반도체 장치의 제조장치에 있어서 제 2 처리실은 레지스트막에 대하여 그 레지스트막이 감광하지 않은 정도의 장파장광을 조사하는 수단을 갖고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 프리베이크공정에 있어서 가스의 방출이 촉진되기 때문에 노광공정에서의 탈가스현상을 한층 억제할 수 있다.
제 1∼제 3 반도체 장치의 제조장치에 있어서 제 2 처리실은 레지스트막으로부터 발생하는 가스를 강제적으로 외부에 배출하는 수단을 갖고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 프리베이크공정에 있어서 방출된 가스가 레지스트막의 표면에 다시 부착하여 레지스트막이 악영향을 받는 사태는 방지할 수 있다.
(실시예)
(제 1 실시예)
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법에 대해서 도 1의 (a)∼(d)를 참조하여 설명한다.
우선, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이 스핀코터에 의해 반도체 기판(10)상에 통상(비화학증폭형)의 포토레지스트재료를 도포하여, 예를 들어 130㎚의 막두께를 갖는 레지스트막(11)을 형성한다.
다음으로, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(10)을 히터(12)에 의해, 예를 들어 90℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(11)을 프리베이크한다. 이와 같이 하면 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11)에 포함되는 용매가 휘산하는 동시에, 레지스트막(11)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출된다. 또한, 프리베이크된 레지스트막(11)을 진공중에서 300초간정도 방치해 두면 레지스트막(11)으로부터의 CO2가스 등의 가스의 방출이 촉진된다.
다음으로, 도 1(c)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공중에서 도시하지 않은 EUV광원으로부터 출사된, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(13)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(13)에 의해 반사된 EUV광(14)을 반사축소광학계(15)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(11)에 조사시켜 패턴노광을 행한다. 이와 같이 하면 레지스트막(11)에 노광부(11a)와 미노광부(11b)가 형성된다.
EUV광으로서는 파장이 13㎚대의 광에 한정되지 않고, 3㎚∼50㎚대의 광을 적당히 이용할 수 있다. 반사형 마스크(13)로서는 그 종류를 특별히 문제삼지 않지만, 예를 들어 몰리브덴막과 실리콘막과의 다층막으로 이루어진 EUV광 반사막 위에 EUV광 흡수체인 탄탈로 이루어진 마스크 패턴이 형성된 것을 이용할 수 있다. 반사축소광학계(15)는 몰리브덴막과 실리콘막의 다층막으로 이루어진 반사면을 갖는 여러장의 반사 미러에 의해 구성되어 있다.
다음으로, 도 1(d)에 도시하는 바와 같이 대기중에 레지스트막(11)을, 예를 들어 크실렌 등의 현상액에 의해 웨트현상하여 레지스트막(11)의 미노광부(11b)로 이루어진 레지스트 패턴(16)을 형성한다.
제 1 실시예에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로 EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(11)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에서는 레지스트막(11)으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴(16)의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴(16)의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다. 따라서, 레지스트 패턴(16)을 마스크로서 반도체 기판(10)상에 형성되어 있는 피에칭막에 대하여 드라이에칭을 행하였을 때에 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
(제 2 실시예)
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법에 대해서 도 2의 (a)∼(c) 및 도 3의 (a), (b)를 참조하여 설명한다.
우선, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 스핀코터에 의해 반도체 기판(20)상에 화학증폭형의 포토레지스트재료를 도포하여, 예를 들어 130㎚의 막두께를 갖는 레지스트막(21)을 형성한다. 또한, 화학증폭형의 포토레지스트재료로서는 t-BOC(타샬브톡시카르보닐)로 이루어진 보호기를 갖는 폴리비닐페놀수지를 이용할 수 있다.
다음으로, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(20)을 히터(22)에 의해, 예를 들어 110℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(21)을 프리베이크한다. 이와 같이 하면, 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(21)으로부터 용매가 휘산하는 동시에, 레지스트막(21)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출된다. 또한, 프리베이크된 레지스트막(21)을 진공중에서 300초간 정도 방치해 두면 레지스트막(21)으로부터 가스의 방출이 촉진된다.
다음으로, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공중에서 도시하지 않은 EUV광원으로부터 출사된, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(23)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(23)에 의해 반사된 EUV광(24)을 반사축소광학계(25)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(21)에 조사시켜 패턴노광을 행한다. 이와 같이 하면, 레지스트막(21)에 노광부(21a)와 미노광부(21b)가 형성된다. 또한, EUV광으로서는 파장이 13㎚대의 광에 한정되지 않고, 3㎚∼50㎚대의 광을 적당히 이용할 수 있는 동시에, 반사형 마스크(23) 및 반사축소광학계(25)로서는 제 1 실시예와 동일한 것을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(20)을 히터(26)에 의해, 예를 들어 130℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(21)을 포스트베이크한다. 이와 같이 하면, 레지스트막(21)의 노광부(21a) 및 미노광부(21b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분에 있어서 산의 확산이 촉진되는 동시에, 포스트베이크공정에 있어서도 레지스트막(21)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출된다.
다음으로, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 대기중에서 레지스트막(21)을 예를 들어 TMAH(트리메틸 암모늄 하이드로 옥사이드) 등의 현상액에 의해 웨트현상하여 레지스트막(21)의 미노광부(21b)로 이루어진 레지스트 패턴(27)을 형성한다.
제 2 실시예에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(21)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(21)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에 있어서는 레지스트막(21)으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴(27)의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴(27)의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다. 따라서, 레지스트 패턴(27)을 마스크로서 반도체 기판(20)상에 형성되어 있는 피에칭막에 대하여 드라이 에칭을 행하였을 때에 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 포스트베이크공정도 진공중에서 행해지기 때문에 플라즈마 에칭을 행하여 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 경우, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막(21)으로부터 발생한 가스가 혼합되는 사태를 저감할 수 있다. 이 때문에, 에칭공정 도중에 플라즈마 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있으므로, 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다.
(제 3 실시예)
이하, 본 발명의 제 3 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법에 대해서 도 4의 (a)∼(c) 및 도 5의 (a)∼(c)를 참조하여 설명한다.
우선, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이 스핀코터에 의해 반도체 기판(30)상에 화학증폭형의 포토레지스트재료를 도포하여, 예를 들어 130㎚의 막두께를 갖는 레지스트막(31)을 형성한다.
다음으로, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(30)을 히터(32)에 의해, 예를 들어 110℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(31)을 프리베이크한다. 이와 같이 하면, 프리베이크공정에서 레지스트막(31)으로부터 용매가 휘산하는 동시에, 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출된다. 또한, 프리베이크된 레지스트막(31)을 진공중에서 300초간 정도 방치해 두면 레지스트막(31)으로부터 가스의 방출이 촉진된다.
다음으로, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공중에서 도시하지 않은 EUV광원으로부터 출사된, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(33)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(33)에 의해 반사된 EUV광(34)을 반사축소광학계(35)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(31)에 조사시켜 패턴노광을 행한다. 이와 같이 하면, 레지스트막(31)에 있어서는 노광부(31a)와 미노광부(31b)가 형성된다. 또한, EUV광으로서는 파장이 13㎚대의 광에 한정되지 않고, 3㎚∼50㎚대의 광을 적당히 이용할 수 있는 동시에, 반사형 마스크(23) 및 반사축소광학계(25)로서는 제 1 실시예와 동일한 것을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공중에서 반도체 기판(30)을 히터(36)에 의해, 예를 들어 130℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(31)을 포스트베이크한다. 이와 같이 하면, 레지스트막(31)의노광부(31a) 및 미노광부(31b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분에 있어서 산의 확산이 촉진되는 동시에, 포스트베이크공정에 있어서도 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출된다.
다음으로, 레지스트막(31)의 표면에 시릴화제를 공급하여 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 레지스트막(31)의 노광부(31a) 및 미노광부(31b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분(도 5(b)에서는 미노광부(31b)에 산이 발생하고 있는 경우의 예를 도시하고 있다)의 표면에 시릴화층(37)을 형성한다.
다음으로, 레지스트막(31)에 대하여 시릴화층(37)을 하드마스크로서 플라즈마 에칭을 하는 드라이현상을 행하여, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이 레지스트막(31)의 미노광부(31b)로 이루어진 레지스트 패턴(38)을 형성한다.
제 3 실시예에 의하면 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(31)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 노광공정에서는 레지스트막(31)으로부터 발생하는 CO2가스 등의 가스에 기인하는 반응생성물이 레지스트 패턴(38)의 벽면에 부착되기 어려워지므로, 레지스트 패턴(38)의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다. 따라서, 레지스트 패턴(38)을 마스크로서 반도체 기판(30)상에 형성되어 있는 피에칭막에 대하여 드라이에칭을 행하였을 때에 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에도 거칠함이 나타나기 어려워진다.
또한, 포스트베이크공정도 진공중에서 행해지기 때문에 레지스트막(31)에 대하여 드라이현상(플라즈마 에칭)을 행하여 레지스트 패턴(38)을 형성하는 공정 및 플라즈마 에칭에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막(31)으로부터 발생한 가스가 혼합되는 사태를 저감할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마 에칭 도중에 플라즈마의 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있기 때문에 양호한 레지스트 패턴이 얻어지는 동시에, 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다.
(제 4 실시예)
이하, 본 발명의 제 4 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법 및 그 방법에 이용되는 반도체 장치의 제조장치에 대해서 도 1의 (a)∼(d) 및 도 6을 참조하여 설명한다.
우선, 도 6에 도시하는 바와 같이 대기압상태의 공기로 채워져 있는 제 1 처리실(110)에 있어서 도 1(a)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(10)상에 통상(비화학증폭형)의 포토레지스트재료를 도포하여 레지스트막(11)을 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(10)을 제 1 처리실(110)로부터 내부가 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 2 처리실(120)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 2 처리실(120)의 내부에 있어서 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(10)을 히터(12)에 의해, 예를 들어 90℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(11)을 프리베이크하여 레지스트막(11)에 포함되는 용매를 휘산시키는 동시에,레지스트막(11)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다.
다음으로, 반도체기판(10)을 제 2 처리실(120)로부터 내부가 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 3 처리실(130)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 3 처리실(130)의 내부에 있어서 도 1(c)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(13)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(13)에 의해 반사된 EUV광(14)을 반사축소광학계(15)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(11)에 조사시켜 패턴노광을 행하여 레지스트막(11)에 노광부(11a)와 미노광부(11b)를 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(10)을 제 3 처리실(130)로부터 제 1 처리실(110)로 인라인으로 이송한 후, 제 1 처리실(110)의 내부에 있어서 레지스트막(11)을 웨트현상하여 레지스트막(11)의 미노광부(11b)로 이루어진 레지스트 패턴(16)을 형성한다.
제 4 실시예에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(11)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다.
그런데, 프리베이크공정 및 EUV노광공정을, 진공상태로 유지된 동일한 챔버 안에서 행하는 것도 가능하지만, 동일한 챔버내에서 행하면 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11)으로부터 발생한 CO2가스 등의 반응생성물이 레지스트막(11)의 표면, 반사형 마스크(13)의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 있다. 반응생성물이 레지스트막(11)의 표면에 부착되면 레지스트 패턴(16)의 형상열화가 일어나고, 반응생성물이 반사형 마스크(13)의 표면 또는 광학계 미러에 부착되면 반사형 마스크(13) 또는 광학계 미러에 의해 반사되는 EUV광의 노광량이 저감될 우려가 있다.
이에 대하여, 제 4 실시예와 같이 프리베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하면 반응생성물이 레지스트막(11)의 표면, 반사형 마스크(13)의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지기 때문에, 레지스트 패턴(16)의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
(제 5 실시예)
이하, 본 발명의 제 5 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법 및 그 방법에 이용되는 반도체 장치의 제조장치에 대해서 도 2의 (a)∼(c), 도 3의 (a), (b) 및 도 7을 참조하여 설명한다.
우선, 도 7에 도시하는 바와 같이 대기압상태의 공기로 채워져 있는 제 1 처리실(210)에 있어서 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(20)상에 화학증폭형의 포토레지스트재료를 도포하여 레지스트막(21)을 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(20)을 제 1 처리실(210)로부터 내부가 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 2 처리실(220)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 2 처리실(220)의 내부에 있어서 도 2(b)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(20)을히터(22)에 의해, 예를 들어 110℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(21)을 프리베이크하여 레지스트막(21)으로부터 용매를 휘산시키는 동시에 레지스트막(21)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다.
다음으로, 반도체 기판(20)을 제 2 처리실(220)로부터 내부가 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 3 처리실(230)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 3 처리실(230)의 내부에 있어서 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(23)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(23)에 의해 반사된 EUV광(24)을 반사축소광학계(25)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(21)에 조사시켜 패턴노광을 행하여 레지스트막(21)에 노광부(21a)와 미노광부(21b)를 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(20)을 제 3 처리실(230)로부터 제 2 처리실(220)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 2 처리실(220)의 내부에 있어서 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(20)을 히터(26)에 의해, 예를 들어 130℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(21)을 포스트베이크하여 레지스트막(21)의 노광부(21a) 및 미노광부(21b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분에 있어서 산의 확산을 촉진하는 동시에, 레지스트막(21)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다.
다음으로, 반도체 기판(20)을 제 2 처리실(220)로부터 제 1 처리실(210)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 1 처리실(210)의 내부에 있어서, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 레지스트막(21)을 예를 들어 TMAH 등의 현상액에 의해 웨트현상하여,레지스트막(21)의 미노광부(21b)로 이루어진 레지스트 패턴(27)을 형성한다.
제 5 실시예에 의하면, 프리베이크공정 및 포스트베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정 및 포스트베이크에 있어서 레지스트막(21)으로부터 C02가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(21)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어려운 동시에, 피에칭막에 대한 플라즈마 에칭 도중에 플라즈마의 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있다.
또한, 프리베이크공정 및 포스트베이크공정과 노광공정을 다른 처리실에서 행하는 동시에 노광공정에 있어서 탈가스가 적어지기 때문에 반응생성물이 레지스트막(21)의 표면, 반사형 마스크(23)의 표면 또는 광학계 미러에 부착될 우려가 없어지므로, 레지스트 패턴(27)의 형상열화 및 EUV광의 노광량의 저하를 방지할 수 있다.
(제 6 실시예)
이하, 본 발명의 제 6 실시예에 관한 레지스트 패턴의 형성방법 및 그 방법에 이용되는 반도체 장치의 제조장치에 대해서, 도 4의 (a)∼(c), 도 5의 (a)∼(c) 및 도 8을 참조하여 설명한다.
우선, 도 8에 도시하는 바와 같이 대기압상태의 공기로 채워져 있는 제 1 처리실(310)에 있어서 도 4(a)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(30)상에 화학증폭형의 포토레지스트재료를 도포하여 레지스트막(31)을 형성한다.
다음에, 반도체 기판(30)을 제 1 처리실(310)로부터 내부가 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 2 처리실(320)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 2 처리실(320)의 내부에 있어서 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(30)을 히터(32)에 의해, 예를 들어 110℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(31)을 프리베이크하여 레지스트막(31)으로부터 용매를 휘산시키는 동시에 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다.
다음으로, 반도체 기판(30)을 제 2 처리실(320)로부터 내부가 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 3 처리실(330)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 3 처리실(330)의 내부에 있어서 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 13㎚대의 파장을 갖는 EUV광을 반사형 마스크(33)로 유도한 후, 그 반사형 마스크(33)에 의해 반사된 EUV광(34)을 반사축소광학계(35)에 의해, 예를 들어 1/5 정도로 축소하여 레지스트막(31)에 조사시켜 패턴노광을 행하여 레지스트막(31)에 노광부(31a)와 미노광부(31b)를 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(30)을 제 3 처리실(330)로부터 제 2 처리실(320)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 2 처리실(320)의 내부에 있어서 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(30)을 히터(36)에 의해, 예를 들어 130℃의 온도하에서 60초간 가열하여 레지스트막(31)을 포스트베이크하여 레지스트막(31)의 노광부(31a) 및 미노광부(31b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분에 있어서 산의 확산을 촉진하는 동시에, 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킨다.
다음으로, 반도체 기판(30)을 제 2 처리실(320)로부터 내부가 1.0 ×10-5Pa 정도의 진공으로 유지되어 있는 제 4 처리실(340)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 4 처리실(340)의 내부에 있어서 레지스트막(31)의 표면에 시릴화제를 공급하여, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 레지스트막(31)의 노광부(31a) 및 미노광부(31b) 중 패턴노광에 의해 산이 발생하고 있는 부분의 표면에 시릴화층(37)을 형성한다.
다음으로, 반도체 기판(30)을 제 4 처리실(340)로부터 내부가 1.0 ×10-6Pa 정도의 진공로 유지되어 있는 제 5 처리실(350)에 인라인으로 이송한 후, 그 제 5 처리실(350)의 내부에 있어서 레지스트막(31)에 대해서 시릴화층(37)을 하드마스크로서 에칭을 하는 드라이현상을 행하여, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이 레지스트막(31)의 미노광부(31b)로 이루어진 레지스트 패턴(38)을 형성한다.
제 6 실시예에 의하면, 프리베이크공정은 진공중에서 행해지기 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(31)으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되므로, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막(31)에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어렵다.
또한, 포스트베이크공정도 진공중에서 행해지기 때문에, 레지스트막(31)에 대해서 드라이현상(플라즈마에칭)을 행하여 레지스트 패턴(38)을 형성하는 공정 및 플라즈마 에칭에 의해 피에칭막으로 이루어진 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 챔버내에 발생하고 있는 플라즈마에 레지스트막(31)으로부터 발생한 가스가 혼합되는 사태를 저감할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마 에칭 도중에 플라즈마의 상태가 변화하는 사태를 방지할 수 있으므로 양호한 레지스트 패턴이 얻어지는 동시에, 피에칭막으로 이루어진 패턴의 벽면에 거칠함이 나타나기 어려워진다.
도 9는 제 4 실시예에서의 제 2 처리실(120), 제 5 실시예에서의 제 2 처리실(220) 및 제 6 실시예에서의 제 3 처리실(320)의 단면구조를 나타내고 있고, 도 9에 도시하는 바와 같이 제 2 처리실(120, 220, 320)의 상부에는 레지스트막(11, 21, 31)에 대하여 레지스트막(11, 21, 31)이 감광하지 않은 정도의 장파장광(예를 들어, 가시광)을 조사하는 램프(401)가 설치되어 있다. 이 때문에, 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11, 21, 31)에 대하여 장파장광을 조사하면서 가열할 수 있기 때문에 레지스트막(11, 21, 31)으로부터의 가스의 방출이 촉진된다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이 제 2 처리실(120, 220, 320)에는 내부에 발생한 가스를 강제적으로 배출하는 수단, 예를 들어 대용량의 배기량을 갖는 터보펌프(402)가 설치되어 있다. 이 때문에 프리베이크공정에 있어서 레지스트막(11, 21, 31)으로부터 방출된 CO2가스 등의 가스는 강제적으로 외부에 배출되기 때문에 레지스트막(11, 21, 31)으로부터 방출된 가스가 레지스트막(11, 21, 31)의 표면에 다시 부착되거나 반사형 마스크(13, 23, 33)의 표면 또는 광학계 미러에 부착되는 사태를 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 패턴 형성방법에 의하면, 프리베이크공정에 있어서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스가 방출되기 때문에, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어려워지므로, 레지스트막으로부터 발생하는 가스의 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되지 않게 되고, 이에 의해 양호한 단면형상을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조방법에 의하면 프리베이크공정에 있어서 레지스트막으로부터 CO2가스 등의 가스를 방출시킬 수 있기 때문에, EUV광을 진공중에서 고에너지로 레지스트막에 조사하는 노광공정을 행하여도 노광공정에 있어서 탈가스현상이 일어나기 어려워지므로, 레지스트막으로부터 발생하는 가스의 반응생성물이 레지스트 패턴의 벽면에 부착되지 않게 되고, 이에 의해 양호한 단면형상을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과,
    상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비한 패턴 형성방법에 있어서,
    상기 프리베이크공정 및 상기 노광공정은 상기 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  2. 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과, 내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실로 이송한 후, 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 상기 제 1 처리실로 이송한 후, 그 제 1 처리실에 있어서 패턴노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  3. 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과,
    상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과,
    포스트베이크된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비한 패턴 형성방법에 있어서,
    상기 프리베이크공정, 상기 노광공정 및 상기 포스트베이크공정은 상기 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  4. 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과,
    내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실로 이송한 후, 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 인라인으로 상기 제 2 처리실로 이송한 후, 그 제 2 처리실에 있어서 패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과,
    포스트베이크된 상기 레지스트막을 상기 제 1 처리실로 이송한 후, 그 제 1 처리실에 있어서 패턴노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  5. 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과,
    상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과,
    포스트베이크된 상기 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하는 시릴화공정과,
    표면에 상기 시릴화층이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 상기 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하는 드라이현상공정을구비한 패턴 형성방법에 있어서,
    상기 프리베이크공정, 상기 노광공정, 상기 포스트베이크공정, 상기 시릴화공정 및 상기 드라이현상공정은 상기 레지스트막을 대기중에 노출하지 않고 진공중에서 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  6. 대기 또는 비활성 가스의 분위기로 유지된 제 1 처리실에 있어서 기판상에 포토레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성공정과,
    내부가 진공상태로 유지된 제 2 처리실에 있어서 상기 레지스트막을 프리베이크하는 프리베이크공정과,
    프리베이크된 상기 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 3 처리실로 이송한 후 그 제 3 처리실에 있어서 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하는 노광공정과,
    패턴노광된 상기 레지스트막을 인라인으로 상기 제 2 처리실로 이송한 후 그 제 2 처리실에 있어서 패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하는 포스트베이크공정과,
    포스트베이크된 상기 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 4 처리실로 이송한 후 그 제 4 처리실에 있어서 포스트베이크된 상기 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하는 시릴화공정과,
    표면에 상기 시릴화층이 형성된 상기 레지스트막을 인라인으로 내부가 진공상태로 유지된 제 5 처리실로 이송한 후, 그 제 5 처리실에 있어서 표면에 상기 시릴화층이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 상기 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하는 드라이현상공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리베이크공정은 상기 레지스트막에 그 레지스트막이 감광하지 않은 정도의 장파장광을 조사하면서 상기 레지스트막을 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  8. 기판상에 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 동시에 패턴노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 1 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 레지스트막을 프리베이크하기 위한 제 2 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  9. 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하는 동시에 패턴노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 1 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 레지스트막을 프리베이크하는 동시에 패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하기 위한 제 2 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  10. 기판상에 화학증폭형 레지스트재료로 이루어진 레지스트막을 형성하기 위한 제 1 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 상기 레지스트막을 프리베이크하는 동시에 패턴노광된 상기 레지스트막을 포스트베이크하기 위한 제 2 처리실과,
    내부가 진공상태로 유지되어 있고 프리베이크된 상기 레지스트막에 극단자외광을 포토마스크를 개재시켜 조사하여 패턴노광을 행하기 위한 제 3 처리실과,
    포스트베이크된 상기 레지스트막의 표면에 선택적으로 시릴화층을 형성하기 위한 제 4 처리실과,
    표면에 상기 시릴화층이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 상기 시릴화층을 하드마스크로서 드라이현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하기 위한 제 5 처리실을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  11. 제 8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 처리실은 상기 레지스트막에 대하여 그 레지스트막이 감광하지 않은 정도의 장파장광을 조사하는 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  12. 제 8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 처리실은 상기 레지스트막으로부터 발생하는 가스를 강제적으로 외부로 배출하는 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
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