JP2006220847A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストパターン異常を抑制し得るレジストパターン形成方法を提供すること。
【解決手段】潜像が形成された化学増幅型レジスト膜を第１の温度Ｔ₁に昇温する工程であって、前記第１の温度は前記化学増幅型レジスト膜内で酸触媒反応が生じる反応開始温度Ｔ₀である。前記化学増幅型レジスト膜の温度を第１の温度Ｔ₁に所定時間維持する。所定時間経過後、化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度Ｔ₀よりも高い第２の温度Ｔ₂に昇温する。
【選択図】図４

Description

本発明は、レジスト膜上の液体を介して露光を行って潜像を形成することでレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法に関する。

液浸露光装置は被処理基板上に形成した化学増幅型レジスト膜に対する露光を行う際に、化学増幅型レジスト膜表面と露光装置のレンズの間を液で満たして露光を行う手法である。このような露光法に用いる装置には例えば特許文献１記載のものがある。特許文献１では水を供給可能なステージの中で、被処理基板全体を水没させ、このステージを露光装置に対して相対的に移動させながら露光を行う装置について開示されている。このような形態の装置ではステージ全体に液が供給されているためステージを高速で移動させた際にステージから液が溢れるなどの問題があり高速駆動できないという問題があった。

ステージ移動による液の乱れの対策については、露光を行う部分に対して局所的に液体を供給しながらステージを駆動する手法が開示されている（非特許文献１）。この方式によりステージの高速移動が可能になった。

しかし、このような局所的に液体を供給する手法を用いた場合には、レンズが去った部分の露光領域などに水が取り残されやすい場合がある。このように、液浸露光によってレジスト膜表面またはレジスト膜中に残る水が基板全体でばらつきが生じる恐れがある。この状態で化学増幅型レジスト膜の露光後に加熱による酸触媒反応処理(ＰＥＢ)を行った際には、水しみが発生したり、水が存在した部分で温度低下が生じてレジストパターン異常が生じたりするなどの問題があった。
特開平１０−３０３１１４号公報 Soichi Owa and Hiroyuki Nagasaka, Immersion lithography; its potential performance and issues, Proc. of SPIE Vol.5040, pp.724-733

本発明の目的は、レジストパターン異常を抑制し得るレジストパターン形成方法を提供することにある。

本発明の一例に係わるレジストパターン形成方法は、基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、前記化学増幅型レジスト膜が形成された基板を投影光学系が具備される液浸型の露光装置に搭載する工程と、前記化学増幅型レジスト膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記化学増幅型レジスト膜に潜像を形成する工程であって、前記エネルギー線は前記化学増幅型レジスト膜上の局所的な領域に形成された溶液膜を介して前記化学増幅型レジスト膜に照射される工程と、前記潜像が形成された化学増幅型レジスト膜を第１の温度に昇温する工程であって、前記第１の温度は前記化学増幅型レジスト膜内で酸触媒反応が生じる反応開始温度未満である工程と、前記化学増幅型レジスト膜の温度を前記第１の温度に所定時間維持する工程と、前記所定時間経過後、前記化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度よりも高い第２の温度に昇温する工程と、前記化学増幅型レジスト膜を第２の温度まで加熱したあと、レジストパターンを形成するために前記化学増幅型レジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一例に係わるレジストパターン形成方法は、基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、前記化学増幅型レジスト膜が形成された基板を投影光学系が具備される液浸型の露光装置に搭載する工程と、前記化学増幅型レジスト膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記化学増幅型レジスト膜に潜像を形成する工程であって、前記エネルギー線は前記化学増幅型レジスト膜上の局所的な領域に形成された溶液膜を介して前記化学増幅型レジスト膜に照射される工程と、前記潜像が形成された化学増幅型レジスト膜を減圧雰囲気にさらす工程と、前記減圧雰囲気にさらされた化学増幅型レジスト膜を反応開始温度以上に加熱する工程であって、前記反応開始温度は前記化学増幅型レジスト膜内で酸触媒反応が生じる温度である工程と、レジストパターンを形成するために前記化学増幅型レジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、前記化学増幅型レジスト膜を酸触媒反応が生じる反応開始温度以上に加熱する前に、化学増幅型レジスト膜中に含まれる水分を気化させることで、パターン異常を抑制することができる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。

半導体基板上に反射防止膜用塗布材料を滴下し回転して広げた後で加熱処理を行い、約５０ｎｍの厚さの反射防止膜を形成する（ステップＳＴ１０１）。反射防止膜上に酸発生材を含むＡｒＦ化学増幅型レジスト膜を膜厚２００ｎｍで形成する（ステップＳＴ１０２）。化学増幅型レジストは以下の手順で形成される。スピンコート法により反射防止膜上に化学増幅型レジスト用塗布材料を広げる。そして、加熱処理を行って、塗布材料に含まれる溶剤を除去する。

次に、基板をスキャン露光装置に搬送する（ステップＳＴ１０３）。スキャン露光装置を用いてレチクルに形成された半導体素子パターンをレジスト膜に転写し、潜像を形成する（ステップＳＴ１０４）。

本実施形態で用いるスキャン露光装置は液浸型である。図２に露光装置の概略を示す。図２は、本発明の一実施形態に係わる露光装置の概略構成を示す図である。照明光学系２０の下方にレチクルステージ２１が配置されている。レチクルステージ２１上にレチクル２２が設置されている。レチクルステージ２１は水平に平行移動可能である。レチクルステージ２１の下方に投影レンズ系２３が配置されている。投影レンズ系２３の下方にウェハステージ２４が配置されている。ウェハステージ２４上に前述した処理が行われた半導体基板１０が設置されている。ウェハステージ２４は、半導体基板１０と共に平行移動する。半導体基板１０の周囲にはサポート板２７が設けられている。

投影レンズ系２３の下方には、フェンス２５が取り付けられている。投影レンズ系２３の横にフェンス２５内への水（液浸溶液）の供給及びフェンス２５内からの水の排出を行う一対の水供給・排出器２６が設けられている。露光時、フェンス２５と投影レンズ系２３で囲まれた領域の基板１０と投影レンズ系２３との空間は水の液膜で満たされる。投影レンズ系２３から射出する露光光は水の層を通過して照射領域に到達する。照射領域にあたる化学増幅型レジストにレチクル２２上のマスクパターン（図示せず）の像が投影され、潜像が形成される。

第１のチャンバーにて７０℃、６０秒間加熱処理を行う（ステップＳＴ１０５）。次いで、基板を第２のチャンバーに搬送した後、１３０℃、６０秒の条件で加熱処理を行い、被処理基板のPEB(Post Exposure Bake)処理を行う（ステップＳＴ１０６）。この加熱により露光段階で発生した酸触媒の拡散・増幅反応を行う。この後、基板を降温室に搬送し、基板温度が２３℃になるまで冷却を行う（ステップＳＴ１０７）。

上述の処理を行った前述の被処理基板を現像ユニットに搬送し現像を行って、ＡｒＦレジストパターンが形成される（ステップＳＴ１０８）。以上の工程により形成されたレジストパターンの断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、６０ｎｍの１：１のラインアンドスペースパターンのウェハ面内でのばらつきは３σ：３．０ｎｍであった。なお、本実施形態を用いないＰＥＢ処理を行った時の面内ばらつきは３σ：１０．０ｎｍと劣化していた。

次に、上述した本実施形態でのＰＥＢ処理の作用について詳しく説明する。先ず、第１の熱板を第１の所定温度としての設定温度Ｔ₁(例:７０℃)に維持し、第２の熱板を第２の所定温度としての設定温度(例:１３０℃)に維持し、降温板を設定温度Ｔ₃(例:２３℃)になるように調節しておく。

先ず、基板１０は第１のチャンバー３１内に搬入される。チャンバー３１の基板搬入口(図示せず)が開いたところに、搬送アームが基板１０を搬送し、第１の熱板３３上方にセットする。そこで、基板は予め支持台上方の所定の位置で待機していた昇降ピン３２が受け取る。搬送アームがチャンバー３１内から退室した後、昇降ピン３２が下降して、基板１０が第１の熱板３３上に載置される。そして、基板１０が載置されると同時に基板１０の昇温が開始され、基板温度は図４に示すように２３℃から７０℃に昇温される。そして、基板１０が７０℃に達した状態で所定時間維持される。所定時間経過した段階で第１のチャンバー３１での処理は終了し、基板１０は昇降ピン３２によって再び上昇し、次いで基板搬入口が開き、第１のチャンバー３１が密閉空間から開放される。

所定時間が経過すると、基板１０は昇降ピン３２によって再び上昇し、第１の熱板３３による基板１０の昇温が終了する。次いで基板搬入口が開き、第１のチャンバー３１が開放される。

次に、搬送アームが基板を第２のチャンバーの熱板上方まで移動を行う(ここで、第２のチャンバーは第１のチャンバーと構造が同じであるため、図示は略す。)。基本的移動されてきた基板は昇降ピンに受け渡され、第１の熱板の場合と同様にして第２のチャンバーが形成される。

第２の熱板上に載置されると、図４に示すように基板の温度は７０℃から１３０℃に昇温される。この時、化学増幅型レジスト膜の酸触媒反応の反応開始温度Ｔ₀である８０℃を超えたところで化学増幅型レジスト膜の反応が開始される。尚、反応開始温度は、化学増幅型レジスト膜の種類によって定まる。

その後、基板が１３０℃で所定時間加熱され、所定時間経過後に昇降ピンによって再び上昇され、基板の加熱処理、即ちＰＥＢ処理が終了する。

次いで、基板搬入口が上昇し、第２のチャンバーが開放されると、基板は搬送アームにより降温板へ搬送される。降温板に搬送された基板は昇降ピンに受け渡され、その後、降温室が形成される。そして、基板が下降されて、降温板に載置される。この時、基板の降温が開始され、図４に示すように１３０℃から２３℃まで降温される。これに伴い、化学増幅型レジストの温度が低下することで、化学増幅型レジストの酸触媒反応が停止する。

基板が２３℃まで達し、降温処理が終了すると、昇降ピンによって基板は上昇し、搬送アームが基板を昇降ピンから受け取り、処理室害に搬送した段階で一連のＰＥＢ処理及びクーリング処理が終了する。

以上の実施形態では、第１のチャンバーの熱板において基板を１度化学増幅型レジスト膜の酸触媒反応の反応開始温度よりも低い設定温度であるＴ₁に昇温させ、その状態で所定時間維持することで、化学増幅型レジスト中に含まれている水分を気化させる。その後、第２の熱板において、反応開始温度Ｔ₀を越える設定温度Ｔ₂に基板を昇温する。酸触媒反応に先立って、酸触媒反応の開始温度以下でレジスト膜中に含まれる水分を気化させることで、次の第２のチャンバーでの酸触媒反応時に、与えた熱の一部が水分の気化熱として奪われることなくなる為、酸触媒反応が十分に進行する。これによって、基板面内において液浸露光後のレジスト膜表面に不均一にできる液膜が原因で生じる寸法ばらつきに対して、最終的に形成されるパターンの線幅を基板面内において均一化することができる。

本実施形態では、第１の設定温度での処理と第２の設定温度での熱処理を各々異なる処理室で行ったが、実施形態はこれに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。例えば、同一の処理室にて、先ず第１の設定温度で所定時間処理した後、更に基板温度を第２の設定温度まで昇温させることで、ＰＥＢ処理を行ってもよい。

また、本実施形態では、第１のチャンバーの熱板温度（Ｔ₁）を７０℃にて行ったが、熱板温度はこれに限るものではない。第１のチャンバーの熱板温度（Ｔ₁）は用いる化学増幅型レジストに応じて適宜最適な温度条件を用いればよい。但し、第１のチャンバーの熱板温度（Ｔ₁）が低すぎると、基板上の水分を十分に気化できない為、本実施形態で記載する効果が十分に得られない。その為、第１のチャンバーの熱板温度（Ｔ₁）は化学増幅型レジストの反応開始温度（Ｔ₀）からＴ₀−２０℃の範囲内で行われることが望ましく、反応開始温度（Ｔ₀）より１０℃低い温度が最適である。

また、本実施形態で液浸露光の際にレンズと被処理基板間に介在させた水は脱気させた純水を用いていたがこれに限るものではない。屈折率を大きくするためにＩ族、II族などのアルカリイオンを添加する、または、吸収係数を小さくするために酸イオンを添加した液体を用いても良い。露光光に対して吸収係数が小さく、特定の屈折率に併せた露光装置を用いる場合、特定の屈折率を有する液体であって、レンズ系などにダメージを与えないものであればいかなるものを用いても良い。

また、液浸露光後にＰＥＢ処理に先だって、レジスト膜表面のラフな乾燥処理を付加しても良い。乾燥処理は、例えば図５（ａ），図５（ｂ）に示すようにエアーナイフ５１から基板１０の主面に酸、アルカリをフィルタリングしたガス５２を吹き付ける。エアーナイフ５１が基板上にエアーを吹き付ける領域は、基板表面の一部である。基板１０全面にエアーを吹き付けるために、エアーナイフ５１が基板１０表面上を基板１０の周方向の一端から他端に向けて走査する。この時、基板１０を回転させてもよいし、静止させた状態でも良い。図５は、本発明の一実施形態に係わる純水の除去処理を行っている状態を示す図である。図５（ａ）は純水の除去処理を行っている状態の平面図、図５（ｂ）は純水の除去処理を行っている状態の側面図である。エアーナイフ５１から吹き付けられるガス５２の向きはエアーナイフ５１の進行方向であることが望ましい。向きを同じにすることで、効率的且つ短時間で水の除去が可能である。また、乾燥処理方法はこれに限らず回転乾燥方法を用いても構わない。

本発明はＡｒＦ（１９３ｎｍ）光を用いた露光に関するが、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）光を用いた露光や関しても同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができる。またＦ₂露光（１５７ｎｍ）露光では第一の溶媒にフッ素系オイルを用いた場合には、同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができることを確認した。

また、本実施形態では液浸露光プロセスにおけるＰＥＢ処理に関するものであったが、実施形態はこれに限らず、他にも露光前後等で化学増幅型レジスト膜の表面処理等の目的に薬液処理を行った際に、レジスト膜表層に偏在する薬液を除去する場合にも用いることが可能であり、同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができることを確認した。この薬液処理は、例えば特開２００４−６３４９０公報の第３の実施形態に記載されている処理である。

また、本実施形態では、被処理基板の最表層が化学増幅型レジストの場合について述べたが、実施形態はこれに限らず、化学増幅型レジストへの水の浸透を防止する為の保護膜をレジスト膜上に形成した場合についても、同様に実施可能である。

但し、形成した保護膜が現像液等のアルカリに可溶しないものについては、図１に示したフローチャートのステップＳＴ１０４の液浸露光後からステップＳＴ１０８の現像処理前までの間に専用のユニットにて保護膜剥離液を基板表面に供給し、保護膜を1度レジスト膜上から除去する必要がある。一方、アルカリ可溶性の保護膜を用いた場合は、ステップＳＴ１０８の現像時において、現像液供給時に保護膜が除去することができる為、剥離ユニットを必ずしも設ける必要はない。この場合は、用いる化学増幅型レジスト及び保護膜に応じて、適宜現像液温度、現像液濃度、現像液供給時間等を最適な条件にて実施すればよい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。

半導体基板上に反射防止膜用塗布材料を滴下し回転して広げた後で加熱処理を行い、約５０ｎｍの厚さの反射防止膜を形成する（ステップＳＴ２０１）。反射防止膜上に酸発生材を含むＡｒＦ化学増幅型レジスト膜を膜厚２００ｎｍで形成する（ステップＳＴ２０２）。化学増幅型レジストは以下の手順で形成される。スピンコート法により反射防止膜上に化学増幅型レジスト用塗布材料を広げる。そして、加熱処理を行って、塗布材料に含まれる溶剤を除去する。

次に、基板をスキャン露光装置に搬送する（ステップＳＴ２０３）。スキャン露光装置を用いてレチクルに形成された半導体素子パターンをレジスト膜に転写し、潜像を形成する（ステップＳＴ２０４）。

本実施形態で用いる露光装置は第１の実施形態と同様に図２記載の液浸型である。

次に基板を熱処理装置に搬送して、被処理基板のＰＥＢ(Post Exposure Bake)処理を行う。この加熱により露光段階で発生した酸触媒の拡散・増幅反応を行う。

ＰＥＢ処理は先ず第１のチャンバー内に被処理基板を搬送及び載置する。次に、チャンバー室内の圧力を常圧から予め設定した圧力まで下げていく。真空引きを開始してから所定時間経過した段階で、第１のチャンバーでの処理は終了する（ステップＳＴ２０５）。真空引きが止められた後、チャンバー内にガスを供給する。次いで、被処理基板を第１のチャンバーから第２のチャンバー内に搬送した後、１３０℃、６０秒の条件で加熱処理を行う（ステップＳＴ２０６）。この後、基板を降温室に搬送し、基板温度が２３℃になるまで冷却を行う（ステップＳＴ２０７）。

上述の処理を行った前述の被処理基板を現像ユニットに搬送し現像を行って、ＡｒＦレジストパターンが形成される（ステップＳＴ２０８）。以上の工程により形成されたレジストパターンの断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、６０ｎｍの１：１のラインアンドスペースパターンのウェハ面内でのばらつきは３σ：３．０ｎｍであった。なお、本実施形態を用いないＰＥＢ処理を行った時の面内ばらつきは３σ：１０．０ｎｍと劣化していた。

次に、上述した本実施形態でのＰＥＢ処理の作用について詳しく説明する（図７）。

先ず、基板１０は第１のチャンバー７１に搬入される。この基板１０の搬入に際して、第１のチャンバー７１内は不活性ガスで常圧に初めは維持されている。チャンバー７１の基板搬入口が開いたところに、搬送アームが基板１０を搬送し、チャンバー７１の支持台上方にセットする。そこで、基板１０は予め支持台７３上方の所定の位置で待機していた昇降ピン７２が受け取る。搬送アームがチャンバー７１内から退室した後、昇降ピン７２が下降して、基板を支持台７３上に載置される。

基板が載置されると、第１のチャンバー内の排気口７４から排気（真空引き）が開始される。この真空引きでは、図８に示すように、第１のチャンバー内の圧力を常圧Ｐ₀から設定圧力Ｐ₁まで単調に下げても良く、または段階的に下げても良い。真空引き開始してから所定時間経過した段階で第１のチャンバーでの減圧乾燥処理は終了し、基板は昇降ピン７２によって再び上昇され、次いで吸気口７５から不活性ガスをパージした後に基板搬入口が開き、第１のチャンバー７１が密閉空間から開放される。

次に、搬送アームが基板１０を第２のチャンバー上方まで移動を行う。移動されてきた基板は昇降ピンに受け渡され、第１のチャンバーと同様に第２のチャンバーの熱板上に基板が支持される。第２のチャンバーの構造は第１の実施形態で図３を参照して説明したチャンバーと構造は同じで良い為、図示及び説明を省略する。

第２のチャンバーの熱板上に載置されると、基板温度は１３０℃まで昇温し、所定時間経過した段階で第２のチャンバーでの加熱処理、即ちＰＥＢ処理が終了する。

次いで、昇降ピンによって基板は再び上昇し、基板搬入口が開き、第２のチャンバーが開放された段階で、基板は第２のチャンバーから降温板に搬送される。降温板に搬送された基板は昇降ピンに受け渡した後、基板が下降されて、降温板に載置される。この時、基板の降温が開始され、１３０℃から２３℃まで降温される。この時化学増幅型レジスト膜の温度が低下する為、化学増幅型レジストの酸触媒反応が停止される。

基板が23℃まで達し、降温処理が終了すると、昇降ピンによって基板は上昇し、搬送アームが基板を昇降ピンから受け取り、処理室外に搬送した段階で一連のＰＥＢ処理及びクーリング処理が終了する。

以上の実施形態では、基板を常温下で常圧状態から真空度の低い設定圧力Ｐ₁まで徐々に減圧する第１のチャンバー内に所定時間維持することで、基板上の化学増幅型レジスト中に含まれる水分が気化させる。その後、第２のチャンバーにおいて、反応開始温度を越える温度まで基板を昇温させることで、酸触媒反応を生じさせる。このように、酸触媒反応に先立って、酸触媒反応の温度以下で減圧乾燥することで、化学増幅型レジスト膜中に含まれる水分を気化させることで、次の酸触媒反応時に、与えた熱の一部が水分の気化熱として奪われることなくなる。その為、酸触媒反応が十分に進行し、基板面内において液浸露光後のレジスト膜表面に不均一にできる液膜が原因で生じる寸法ばらつきに対して、最終的に形成されるパターンの線幅を基板面内において均一化することができる。

尚、本実施形態では第１のチャンバーでは常温(２３℃)下にて減圧乾燥処理を行ったが、チャンバー内温度はこれに限るものではなく、酸触媒反応の反応開始温度未満であれば温度は適宜最適な条件を選択すればよい。またチャンバー内圧力も処理時間や各種レジスト膜に合わせて適宜最適な条件を選択すれば良く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。例えば、処理室内の圧力を可変、且つ温度可変な熱板を有するチャンバー内に基板を設置し、先ずチャンバー内の圧力を下げていき、減圧乾燥を第１の設定温度で所定時間処理する。次に、チャンバー内圧力を常圧に戻し、基板温度を第２の設定温度まで昇温させることで、ＰＥＢ処理を行ってもよい。但し、チャンバー内の温度を制御可能なものを用いる場合、チャンバー内の温度は設定圧力(Ｐ₁)での反応開始温度(Ｔ₀)が上回ると、基板上の水分を気化すると同時に酸触媒反応も生じてしまい、反応の制御が困難になる。そのため、チャンバーの熱板温度は設定圧力(Ｐ₁)での反応開始温度(Ｔ₀)よりも低くなるように制御することが望ましい。

また、本実施形態で液浸露光の際にレンズと被処理基板間に介在させた水は脱気させた純水を用いていたがこれに限るものではない。屈折率を大きくするためにＩ族、II族などのアルカリイオンを添加ある、または吸収係数を小さくするために酸イオンを添加した液体を用いても良い。露光光に対して吸収係数が小さく、特定の屈折率に併せた露光装置を用いる場合、特定の屈折率を有する液体であって、レンズ系などにダメージを与えないものであればいかなるものを用いても良い。

また、液浸露光後にＰＥＢ処理に先だって、レジスト膜表面のラフな乾燥処理を付加しても良い。乾燥処理は、例えば図５に示すようにエアーナイフ５１から基板１０の主面に酸、アルカリをフィルタリングしたガス５２を吹き付ける。エアーナイフ５１が基板上にエアーを吹き付ける領域は、基板表面の一部である。基板１０全面にエアーを吹き付けるために、エアーナイフ５１が基板１０表面上を基板１０の周方向の一端から他端に向けて走査する。この時、基板１０を回転させてもよいし、静止させた状態でも良い。図５は、本発明の一実施形態に係わる純水の除去処理を行っている状態を示す図である。図５（ａ）は純水の除去処理を行っている状態の平面図、図５（ｂ）は純水の除去処理を行っている状態の側面図である。エアーナイフ５１から吹き付けられるエアー５２の向きはエアーナイフ５１の進行方向であることが望ましい。向きを同じにすることで、効率的且つ短時間で水の除去が可能である。また、乾燥処理方法はこれに限らず回転乾燥方法を用いても構わない。

本実施形態はＡｒＦ（１９３ｎｍ）光を用いた露光に関するが、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）光を用いた露光や関しても同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができる。またＦ_２露光（１５７ｎｍ）露光では第一の溶媒にフッ素系オイルを用いた場合には、同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができることを確認した。

また、本実施形態では液浸露光プロセスにおけるＰＥＢ処理に関するものであったが、実施形態はこれに限らず、他にも露光前後等で化学増幅型レジスト膜の表面処理等の目的に薬液処理を行った際にレジスト膜表層に偏在する薬液を除去する場合にも用いることが可能であり、同様の処理を行うことで精度良くパターニングを行うことができることを確認した。この薬液処理は、例えば特開２００４−６３４９０公報の第３の実施形態に記載されている処理である。

また、本実施形態では、被処理基板の最表層が化学増幅型レジストの場合について述べたが、実施形態はこれに限らず、化学増幅型レジストへの水の浸透を防止する為の保護膜をレジスト膜上に形成した場合についても、同様に実施可能である。

但し、形成した保護膜が現像液等のアルカリに可溶しないものについては、図６に示したフローチャートのステップＳＴ２０４の液浸露光後からステップＳＴ２０８の現像処理前までの間に専用のユニットにて保護膜剥離液を基板表面に供給し、保護膜を１度レジスト上から除去する必要がある。一方、アルカリ可溶性の保護膜を用いた場合は、ステップＳＴ２０８の現像時において、現像液供給時に保護膜が除去することができる為、剥離ユニットを必ずしも設ける必要はない。この場合は、用いる化学増幅型レジスト及び保護膜に応じて、適宜現像液温度、現像液濃度、現像液供給時間等を最適な条件にて実施すればよい。

上記各実施形態では、半導体装置の製造方法の一部のレジストパターン形成工程について説明した。説明されたレジストパターン形成工程は、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等を製造する際に好適なものである。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。

第１の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係わる露光装置の概略構成を示す図。 第１の実施形態に係わるチャンバーの概略構成を示す図。 第１の実施形態に係わるＰＥＢ処理での基板温度の時間変化を表すグラフ。 第１の実施形態に係わる液浸露光後の薬液除去処理を行っている状態示す図。 第２の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャート。 第２の実施形態に係わる減圧乾燥処理を行う第１のチャンバーの構造を表す模式図。 第２の実施形態に係わるＰＥＢ処理での基板温度及びチャンバー内圧力の時間変化を表すグラフ。

符号の説明

１０…半導体基板，２０…照明光学系，２１…レチクルステージ，２２…レチクル，２３…投影レンズ系，２４…ウェハステージ，２５…フェンス，２６…水供給・排出器，２７…サポート板

Claims (5)

1. 基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
   前記化学増幅型レジスト膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記化学増幅型レジスト膜に潜像を形成する工程と、
   前記化学増幅型レジスト膜の表面に液体を接触させる工程と、
   前記潜像の形成後、且つ前記接触後、前記化学増幅型レジスト膜を第１の温度に昇温する工程であって、前記第１の温度は前記化学増幅型レジスト膜内で酸触媒反応が生じる反応開始温度未満である工程と、
   前記化学増幅型レジスト膜を前記第１の温度に所定時間維持する工程と、
   前記所定時間経過後、前記化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度以上の第２の温度に昇温する工程と、
   前記第２の温度に昇温された前記化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度未満の温度に降温する工程と、
   前記降温後、レジストパターンを形成するために前記化学増幅型レジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
   前記化学増幅型レジスト膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記化学増幅型レジスト膜に潜像を形成する工程と、
   前記化学増幅型レジスト膜の表面に液体を接触させる工程と、
   前記潜像の形成後、且つ前記接触後、前記化学増幅型レジスト膜を減圧雰囲気にさらす工程と、
   前記減圧雰囲気にさらされた前記化学増幅型レジスト膜を第１の温度に昇温する工程であって、前記第１の温度は前記化学増幅型レジスト膜内で酸触媒反応が生じる反応開始温度以上である工程と、
   前記昇温後、前記化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度未満の温度に降温する工程と、
   前記降温後、レジストパターンを形成するために前記化学増幅型レジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
3. 前記化学増幅型レジスト膜を減圧雰囲気にさらす時、前記化学増幅型レジスト膜を前記反応開始温度未満の温度に昇温することを特徴とする請求項２に記載のレジストパターン形成方法。
4. 前記潜像の形成は液浸露光で行われ、前記液浸露光を行う前に、前記化学増幅型レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、
   前記液浸露光を行ってから前記現像を行う前迄の間に、前記保護膜を除去する工程とを更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレジストパターン形成方法
5. 請求項１〜４の何れかに記載されたレジストパターン形成方法を用いて半導体基板上にレジストパターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images