JP3981368B2

JP3981368B2 - パターン形成方法

Info

Publication number: JP3981368B2
Application number: JP2004146219A
Authority: JP
Inventors: 政孝遠藤; 勝笹子
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: US20050255413A1; JP2005327976A; CN1700416A; EP1600815A2; CN100444316C; EP1600815A3

Description

本発明は、半導体装置の製造プロセス等において用いられる半導体製造装置及びそれを用いたパターン形成方法に関する。

半導体集積回路の大集積化及び半導体素子のダウンサイジングに伴って、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在のところ、露光光としては、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザ等を用いる光リソグラフィによりパターン形成が行なわれていると共に、より短波長であるＦ₂ レーザの使用も検討されているが、露光装置及びレジスト材料における課題が未だ多く残されているため、より短波長の露光光を用いる光リソグラフィの実用化の時期は未だ先となっている。

このような状況から、最近従来の露光光を用いてパターンの一層の微細化を進めるべく、液浸リソグラフィ（immersion lithography）法が提案されている（非特許文献１を参照。）。

この液浸リソグラフィ法によれば、露光装置内における投影レンズとウエハ上のレジスト膜との間の領域が屈折率がｎ（但し、ｎ＞１）である液体で満たされることになり、露光装置のＮＡ（開口数）の値がｎ・ＮＡとなるので、レジスト膜の解像性が向上する。

以下、従来の液浸リソグラフィを用いるパターン形成方法について図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら説明する。

まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。

ポリ（（ノルボルネン−5−メチレン-t-ブチルカルボキシレート）(50mol%)−（無水マレイン酸）(50mol%)）（ベースポリマー）…………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０４ｇ
トリエタノールアミン（クエンチャー）………………………………………０．００２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）……………………２０ｇ
次に、図７（ａ）に示すように、基板１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．３５μｍの厚さを持つレジスト膜２を形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜２の上に水３を配して、ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光４をマスク５を介してレジスト膜２に照射してパターン露光を行なう。

次に、図７（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱した後、濃度が２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なうと、図７（ｄ）に示すように、レジスト膜２の未露光部よりなり０．０９μｍのライン幅を有するレジストパターン２ａを得られる。
M. Switkes and M. Rothschild, "Immersion lithography at 157 nm", J. Vac. Sci. Technol., Vol.B19, P.2353 (2001)

ところが、図７（ｄ）に示すように、前記従来のパターン形成方法により得られるレジストパターン２ａのパターン形状は不良であった。

本願発明者らは、液浸リソグラフィにより得られるレジストパターンの形状が不良となる原因を種々検討した結果、以下のような結論を得ている。すなわち、レジスト膜２の上に配される水３にレジスト膜２から酸発生剤又はクエンチャー等の低分子量の化合物が溶出したり、また、水３がレジスト膜２中に浸透したりするため、レジスト自体に所期の性能が得られなくなるというものである。例えば、図７（ｄ）に示す場合には、レジスト膜２における露光領域と未露光領域との界面において酸発生剤の濃度が低下したため、レジストパターン２ａの上部が庇状の不良パターンとなったと考えられる。逆に、酸発生剤を失活させるクエンチャーの濃度が低下した場合には、得られるレジストパターン２ａは、逆に上端部が丸まってしまうような不良形状となる。

いずれにしても、形状が不良なレジストパターン２ａを用いて被処理膜に対してエッチングを行なうと、被処理膜から得られるパターンの形状も不良になってしまうため、半導体装置の製造プロセスにおける生産性及び歩留まりが低下してしまうという問題が発生する。

前記従来の問題に鑑み、本発明は、液浸リソグラフィに用いる液体によるレジスト膜への影響を防止して、良好な形状を有する微細化パターンを得られるようにすることを目的とする。

本願発明者らは、前述した検討結果から、露光時にレジスト膜上に配され、露光光の開口数値を高くする液体のイオン化を防ぐことにより、レジストに含まれる酸発生剤又はクエンチャー等の低分子量成分の液体中への溶出と、該液体のレジスト中への浸透とを防止できるという知見を得ている。これに対し、液体がイオン性を有していると、液体と酸発生剤又はクエンチャーとの相溶性が大きくなって、レジスト中から液体への溶出が多くなり、また、ポリマー等のレジストの極性部分との相溶性が大きくなるため、液体からレジストへの浸透が大きくなるためである。

本発明は、前記の知見に基づいてなされ、レジスト膜の上に配された液体のイオン化を防止することにより、レジスト膜の所期の性能を維持するものであって、具体的には以下の構成によって実現される。

本発明に係る半導体製造装置は、レジスト膜が形成された基板を載置するステージの上に配される液体を供給する液体供給部と、ステージ上でレジスト膜の上に液体を配した状態で、レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する露光部と、液体のイオン化を防ぐイオン化防止部とを備えていることを特徴とする。

本発明の半導体製造装置によると、レジスト膜の上に配する液体のイオン化を防ぐイオン化防止部を備えているため、液体のイオン化を防止できるので、露光時に液体中へのレジスト膜を構成する低分子量成分の溶出と、該液体のレジスト膜中への浸透とを防止することができる。これにより、液浸リソグラフィに用いる液体によるレジストへの影響を防止でき、レジストの所期の性能が維持されるので、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

本発明に係る半導体製造装置において、イオン化防止部は、ステージ上に配された液体の少なくとも近傍を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給部を有していることが好ましい。このように、液体を不活性ガス雰囲気下におくと、液体が空気に直接に触れなくなるため、空気中の炭酸ガス（ＣＯ₂ ）が液体に溶け込まなくなるので、溶け込んだ炭酸ガスにより生じる炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）によって液体がイオン化することを防ぐことができる。

本発明に係る半導体製造装置において、イオン化防止部は、ステージ上に配された液体の少なくとも近傍の雰囲気から炭酸ガスを除去する脱炭酸部を有していることが好ましい。このように、ステージ上に配された液体の少なくとも近傍の雰囲気から炭酸ガスを除去すると、液体が空気に触れたとしても空気中の炭酸ガスが除去されているため、溶け込んだ炭酸ガスにより生じる炭酸によって該液体がイオン化することを防ぐことができる。

また、本発明に係る半導体製造装置において、イオン化防止部は、液体が液体供給部から供給され、供給された液体を超純水とする超純水生成部を有していることが好ましい。このように、ステージ上に配される液体の脱イオンを十分に行なうと、脱イオン化された液体は空気と触れてもイオン化しにくくなる。

この場合に、イオン化防止部は液体の導電率を０．０３μＳ／ｃｍ以下とすることが好ましい。

本発明の半導体製造装置が不活性ガス供給部を有している場合に、不活性ガス雰囲気として、窒素、アルゴン及びネオンのうちの少なくとも１つを用いることができる。

本発明の半導体製造装置が脱炭酸部を有している場合に、脱炭酸部としてハイドロタルサイトを用いることができる。なお、ハイドロタルサイトは、代表的な組成がＭｇ₆Ａｌ₂（ＯＨ）₁₆・Ｏ₃・Ｈ₂Ｏの層状構造を有する化合物である。

本発明に係る第１のパターン形成方法は、レジスト膜が形成された基板を載置するステージと、ステージ上でレジスト膜の上に液体を配した状態で、レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する露光部とを備えた半導体製造装置によるパターン形成方法を対象とし、基板の上にレジスト膜を形成する工程と、液体が配される領域のうち少なくともレジスト膜の近傍の雰囲気を液体がイオン化しにくい状態にする工程と、レジスト膜の上に雰囲気下で液体を配した状態で、レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。

第１のパターン形成方法によると、液体が配されている領域の少なくともレジスト膜の近傍の雰囲気を液体がイオン化しにくい状態にするため、レジスト膜の上に配された液体のイオン化が防止されるので、パターン露光時に液体中へのレジスト膜を構成する低分子量成分の溶出と、該液体のレジスト膜中への浸透とを防止することができる。これにより、液浸リソグラフィに用いる液体によるレジストへの影響を防止でき、レジストの所期の性能が維持されるので、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

第１のパターン形成方法において、液体がイオン化しにくい状態にする工程は、レジスト膜の上側に不活性ガスを供給することにより生成する工程を含むことが好ましい。このように、露光中の液体を不活性ガスにさらすと、液体が空気に直接に触れなくなるため、空気中の炭酸ガスが液体に溶け込まなくなるので、該液体が炭酸によってイオン化することを防ぐことができる。

また、第１のパターン形成方法において、液体がイオン化しにくい状態にする工程は、レジスト膜の上側を不活性ガス雰囲気とする工程を含むことが好ましい。

また、第１のパターン形成方法において、液体がイオン化しにくい状態にする工程は、レジスト膜の上側に不活性ガスをフローする工程を含むことが好ましい。

また、第１のパターン形成方法において、液体がイオン化しにくい状態にする工程は、レジスト膜の上側の雰囲気から炭酸ガスを除去する工程を含むことが好ましい。このように、レジスト膜の上側の雰囲気から炭酸ガスを除去すると、液体が空気に触れたとしても、炭酸ガスが液体に溶け込まなくなるので、該液体が炭酸によってイオン化することを防ぐことができる。

本発明に係る第２のパターン形成方法は、基板の上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜の上にイオン化を防止された液体を配する工程と、レジスト膜の上にイオン化を防止された液体を配した状態で、レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。

第２のパターン形成方法によると、レジスト膜の上にイオン化を防止された液体を配するため、イオン化を防止された液体は空気と触れてもイオン化しにくくなるので、パターン露光時に液体中へのレジスト膜を構成する低分子量成分の溶出と、該液体のレジスト膜中への浸透とを防止することができる。これにより、液浸リソグラフィに用いる液体によるレジストへの影響を防止でき、レジストの所期の性能が維持されるので、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

第２のパターン形成方法において、イオン化を防止された液体を配する工程は、液体を超純水とする工程を含むことが好ましい。

第２のパターン形成方法において、イオン化を防止された液体は、導電率が０．０３μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。

第１のパターン形成方法において、不活性ガスを用いる場合に、不活性ガスには窒素、アルゴン及びネオンのうちの少なくとも１つを用いることができる。

第１のパターン形成方法において、炭酸ガスを除去する場合に、炭酸ガスの除去には、ハイドロタルサイトを用いることができる。

本発明に係る半導体製造装置及びパターン形成方法は、露光光の開口数値を高くする液体として、水又はパーフルオロポリエーテルを用いることができる。

本発明に係る半導体製造装置及びパターン形成方法において、露光光には、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ₂ レーザ光、Ｋｒ₂ レーザ光、ＡｒＫｒレーザ光、Ａｒ₂ レーザ光又はＸｅ₂ レーザ光を用いることができる。

本発明に係る半導体製造装置又はそれを用いたパターン形成方法によると、レジスト膜上に配する液体をイオン化しにくい状態とすることにより、液体のレジスト膜への影響が防止されるため、レジストの所期の性能が維持されるので、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法を実現する半導体製造装置の要部の断面構成を模式的に示している。

図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体製造装置は、チャンバー１０内に設けられ、ウェハ２０の主面上に塗布されたレジスト膜（図示せず）に設計パターンを露光する光源である光学系３０と、露光時にウェハ２０のレジスト膜の上に露光光の開口数値を上げるために配される液体２４を供給路４１を通して供給する液体供給部４０と、例えば窒素（Ｎ₂ ）ガスからなる不活性ガス２６を供給口５１からウェハ２０の主面上に供給して、不活性ガス２６をフロー状態とするイオン化防止部としての不活性ガス供給部５０とを有している。

チャンバー１０内の光学系３０の下方には、レジスト膜に転写される設計パターンを有するマスク（レチクル）３２を通って入射される光学系３０からの露光光を液体２４を介してレジスト膜に投影する露光部（投影レンズ）３４と、ウェハ２０を保持する可動ステージ３６とが配置されている。露光部３４は、露光時にはウェハ２０のレジスト膜上に可動ステージ３６（ウェハ２０）を覆うように配された液体２４の液面と接するように保持される。また、可動ステージ３６は、定盤３８の上に露光部３４に対して可動に保持される。

なお、不活性ガス２６は、可動ステージ３６上の近傍をフロー状態で常時流す代わりに、チャンバー１０内に不活性ガス２６を充満させて、チャンバー１０内の全体を不活性ガス雰囲気としてもよい。また、これに代えて、液体２４を液体供給部４０から可動ステージ３６上に供給する経路において、液体２４が空気にさらされる可能性がある領域のみを不活性ガス雰囲気としてもよい。ここで、不活性ガス２６には、窒素に代えて、アルゴン（Ａｒ）又はネオン（Ｎｅ）を用いることができる。さらには、窒素、アルゴン及びネオンのうちの少なくとも１つを含む混合ガスを用いることもできる。

また、液体供給部４０から可動ステージ３６上に供給される液体２４にはあらかじめ脱イオン化された液体を用いてもよい。

また、液体供給部４０及び不活性ガス供給部５０は、チャンバー１０の内部でも外部でもいずれに設けてもよい。

このように、第１の実施形態に係る半導体製造装置によると、ウェハ２０上に配され開口数（ＮＡ）値を高くする液体２４の少なくとも近傍を、不活性ガス２６のフロー状態又は不活性ガス雰囲気とするため、液体２４が空気に触れなくなる。その結果、空気中の炭酸ガス（ＣＯ₂ ）が液体２４に溶け込まなくなるので、炭酸ガスが液体２４に溶け込んで生じる炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）によって液体２４がイオン化することを防ぐことができる。これにより、液体２４によるレジストへの影響が防止されるので、レジストの所望の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

以下、図１に示した半導体製造装置を用いたパターン形成方法について図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照しながら説明する。

ポリ（（ノルボルネン−5−メチレン-t-ブチルカルボキシレート）(50mol%)−（無水マレイン酸）(50mol%)）（ベースポリマー）…………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０４ｇ
トリエタノールアミン（クエンチャー）………………………………………０．００２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）……………………２０ｇ
次に、図２（ａ）に示すように、基板２０の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．３５μｍの厚さを持つレジスト膜２１を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト膜２１と投影レンズ３４との間に、水よりなる液体２４を配して、ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光３５をマスク（図示せず）を介してレジスト膜２１に照射してパターン露光を行なう。ここで、図１に示すように、レジスト膜２１上に配された液体２４は、露光中に不活性ガス供給部５０の供給口５１からフロー状態で供給される不活性ガス２６にさらされる。

次に、図２（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２１に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱した後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なうと、図２（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり、０．０９μｍのライン幅を有するレジストパターン２１ａを得る。

このように、第１の実施形態に係るパターン形成方法によると、パターン露光時に、レジスト膜２１上に配される液体２４を不活性ガス２６にさらすため、液体２４が空気と直接に触れなくなるので、空気中の炭酸ガスが液体２４に溶け込んで生じる炭酸によって液体２４がイオン化することを防ぐことができる。これにより、レジストに含まれる酸発生剤又はクエンチャー等の低分子量成分の液体中への溶出と、該液体２４のレジスト中への浸透とを防止できるので、レジスト膜２１が持つ所期の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化されたレジストパターン２１ａを得ることができる。

なお、液体２４には、水に代えてパーフルオロポリエーテルを用いることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図３は本発明の第２の実施形態に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法を実現する半導体製造装置の要部の断面構成を模式的に示している。図３において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図３に示すように、第２の実施形態に係る半導体製造装置は、可動ステージ３６上に保持されたウェハ２０の上に配される液体２４の少なくとも近傍の大気２７を吸引し、吸引した大気２７中の炭酸ガスを吸着して、残りの大気を排出するイオン化防止部としての脱炭酸部５２を有している。

脱炭酸部５２は、可動ステージ３６側に開口する吸気口５３と、チャンバー１０の外部に排気する排気口５４とを有し、ハイドロタルサイト等の炭素を吸着可能な公知の化合物等を用いて大気中の炭酸ガスを除去する。ここで、炭酸ガスを除去された大気（排気）は、チャンバー１０内に排出してもよい。

さらに、脱炭酸部５２は、可動ステージ３６上の近傍だけでなく、チャンバー１０内の全体、又は液体２４が空気にさらされる領域の雰囲気から炭酸ガスを除去する構成としてもよい。

また、液体供給部４０及び脱炭酸部５２は、チャンバー１０の内部でも外部でもいずれに設けてもよい。さらには、液体供給部４０のみをチャンバー１０の外部に設けてもよい。

このように、第２の実施形態に係る半導体製造装置によると、ウェハ２０上に配され開口数（ＮＡ）値を高くする液体２４の少なくとも近傍の大気２７から炭酸ガスを除去するため、炭酸ガス（ＣＯ₂ ）が液体２４に溶け込まなくなる。その結果、大気中の炭酸ガスが液体２４に溶け込んで生じる炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）によって液体２４がイオン化することを防ぐことができる。これにより、液体２４によるレジストへの影響が防止されるので、レジストの所望の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

以下、図３に示した半導体製造装置を用いたパターン形成方法について図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しながら説明する。

ポリ（（ノルボルネン−5−メチレン-t-ブチルカルボキシレート）(50mol%)−（無水マレイン酸）(50mol%)）（ベースポリマー）…………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０４ｇ
トリエタノールアミン（クエンチャー）………………………………………０．００２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）……………………２０ｇ
次に、図４（ａ）に示すように、基板２０の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．３５μｍの厚さを持つレジスト膜２１を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜２１と投影レンズ３４との間に、水よりなる液体２４を配して、ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光３５をマスク（図示せず）を介してレジスト膜２１に照射してパターン露光を行なう。ここで、図３に示すように、レジスト膜２１上に配された液体２４を覆う大気２７は、露光中に脱炭酸部５２の吸気口５３から吸入されて、大気２７中の炭酸ガスが除去される。

次に、図４（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２１に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱した後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なうと、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり、０．０９μｍのライン幅を有するレジストパターン２１ａを得る。

このように、第２の実施形態に係るパターン形成方法によると、パターン露光時に、レジスト膜２１上に配される液体２４を覆う大気２７に含まれる炭酸ガスを除去するため、液体２４が炭酸ガスに触れなくなる。その結果、大気２７中の炭酸ガスが液体２４に溶け込んで生じる炭酸によって液体２４がイオン化することを防ぐことができる。これにより、レジストに含まれる酸発生剤又はクエンチャー等の低分子量成分の液体中への溶出と、該液体２４のレジスト中への浸透とを防止できるので、レジスト膜２１が持つ所期の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化されたレジストパターン２１ａを得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図５は本発明の第３の実施形態に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法を実現する半導体製造装置の要部の断面構成を模式的に示している。図５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図５に示すように、第３の実施形態に係る半導体製造装置は、液体供給部４０から液体の供給を受けて超純水を生成し、生成した超純水を可動ステージ３６上に供給するイオン化防止部としての超純水生成部５６を有している。

超純水生成部５６には、公知の純水装置や超純水装置を用いることができる。ここで、超純水は、導電率が０．０６μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは０．０３μＳ／ｃｍ以下となるように生成する。

なお、一変形例として、液体供給部４０に超純水を直接に供給する構成とすると、超純水生成部５６は不要となる。

また、液体供給部４０及び超純水供給部５６は、チャンバー１０の内部でも外部でもいずれに設けてもよい。

このように、第３の実施形態に係る半導体製造装置によると、ウェハ２０上に配され開口数（ＮＡ）値を高くする液体２５を脱イオン化して超純水とするため、脱イオン化された水は大気と触れてもイオン化しにくくなる。その結果、大気中の炭酸ガス（ＣＯ₂ ）が液体２５に溶け込みにくくなるため、炭酸ガスが液体２５に溶け込んで生じる炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）によって液体２５がイオン化することを防ぐことができる。これにより、液体２５によるレジストへの影響が防止されるので、レジストの所望の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化パターンを得ることができる。

以下、図５に示した半導体製造装置を用いたパターン形成方法について図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照しながら説明する。

ポリ（（ノルボルネン−5−メチレン-t-ブチルカルボキシレート）(50mol%)−（無水マレイン酸）(50mol%)）（ベースポリマー）…………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０４ｇ
トリエタノールアミン（クエンチャー）………………………………………０．００２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）……………………２０ｇ
次に、図６（ａ）に示すように、基板２０の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．３５μｍの厚さを持つレジスト膜２１を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜２１と投影レンズ３４との間に、導電率が０．０２５μＳ／ｃｍの水よりなる液体２５を配して、ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光３５をマスク（図示せず）を介してレジスト膜２１に照射してパターン露光を行なう。

次に、図６（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２１に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱した後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なうと、図６（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり、０．０９μｍのライン幅を有するレジストパターン２１ａを得る。

このように、第３の実施形態に係るパターン形成方法によると、パターン露光時に、レジスト膜２１上に配される液体２５を超純水にして脱イオン化を行なっているため、液体２５が大気に触れても、大気中の炭酸ガスが溶け込みにくくなるので、液体２５が炭酸によってイオン化することを防ぐことができる。これにより、レジストに含まれる酸発生剤又はクエンチャー等の低分子量成分の液体中への溶出と、該液体２５のレジスト中への浸透とを防止できるので、レジスト膜２１が持つ所期の性能が維持されるようになり、良好な形状を有する微細化されたレジストパターン２１ａを得ることができる。

なお、第１〜第３の実施形態において、露光光３５開口数値を高くする液体２４、２５を可動ステージ３６（ウェハ２０）上に配する方法に液貯め法を用いたが、ウェハ２０と投影レンズ３４との間に局所的に液体２４、２５を水滴状に配する水滴法を用いてもよい。

また、露光光３５には、ＡｒＦエキシマレーザを用いたが、これに代えて、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂ レーザ、Ｋｒ₂ レーザ、ＡｒＫｒレーザ、Ａｒ₂ レーザ又はＸｅ₂ レーザを用いることができる。

本発明に係る半導体製造装置及びパターン形成方法は、液浸リソグラフィに用いる液体のイオン化を防ぐことができるため、レジスト成分の液体中への溶出等に起因する露光異常を防止することができるので、良好な形状のレジストパターンを得ることができ、液浸リソグラフィ法を用いる半導体製造装置及びパターン形成方法等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の要部を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を用いたパターン形成方法を示す工程順の断面図である。本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の要部を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置を用いたパターン形成方法を示す工程順の断面図である。本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の要部を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置を用いたパターン形成方法を示す工程順の断面図である。（ａ）〜（ｄ）は従来のパターン形成方法を示す工程順の断面図である。

符号の説明

１０チャンバー
２０ウェハ（基板）
２１レジスト膜
２１ａレジストパターン
２４液体
２５液体（超純水）
２６不活性ガス
２７液体近傍の大気
３０光学系
３２マスク
３４露光部（投影レンズ）
３５露光光
３６可動ステージ
３８定盤
４０液体供給部脱気部
４１供給路
５０不活性ガス供給部（イオン化防止部）
５１供給口
５２脱炭酸部（イオン化防止部）
５３吸気口
５４排気口
５６超純水生成部（イオン化防止部）

Claims

レジスト膜が形成された基板を載置するステージと、前記ステージ上で前記レジスト膜と投影レンズとの間に液体を満たした状態で、前記レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する前記投影レンズとを備えた半導体製造装置によるパターン形成方法であって、
基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
液体が配される領域のうち少なくとも前記レジスト膜の近傍の雰囲気を、液体がイオン化しにくい状態にする工程と、
前記雰囲気下で前記レジスト膜と前記投影レンズとの間に液体を満たした状態で、前記レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記液体がイオン化しにくい状態にする工程は、前記レジスト膜と前記投影レンズとの間に満たされた液体の少なくとも近傍を不活性ガス雰囲気とする工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
レジスト膜が形成された基板を載置するステージと、前記ステージ上で前記レジスト膜と投影レンズとの間に液体を満たした状態で、前記レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する前記投影レンズとを備えた半導体製造装置によるパターン形成方法であって、
基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
液体が配される領域のうち少なくとも前記レジスト膜の近傍の雰囲気を、液体がイオン化しにくい状態にする工程と、
前記雰囲気下で前記レジスト膜と前記投影レンズとの間に液体を満たした状態で、前記レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記液体がイオン化しにくい状態にする工程は、前記レジスト膜と前記投影レンズとの間に満たされた液体の少なくとも近傍の雰囲気から大気を吸引し、吸引した大気中の炭酸ガスを吸着することで炭酸ガスを除去する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
前記不活性ガスは、窒素、アルゴン及びネオンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記炭酸ガスを除去する工程は、ハイドロタルサイトを用いることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
前記液体は水又はパーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
前記露光光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ₂レーザ光、Ｋｒ₂レーザ光、ＡｒＫｒレーザ光、Ａｒ₂レーザ光又はＸｅ₂レーザ光であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。