JP2006108564A - 電子デバイスの製造方法および露光システム - Google Patents

Abstract

【課題】 液浸露光前にレジスト膜表層を親水性化することにより、液浸露光時にレジスト界面の浸液におけるマイクロバブルの発生を防止する。
【解決手段】 シリコン基板１上に導電膜３を形成し、導電膜３上にレジスト膜２を形成する。シリコン基板１を活性酸素雰囲気に曝しながらレジスト膜２に真空紫外光４を照射することにより、レジスト膜２の表層に酸化層５を形成して、レジスト膜２表層を親水性化する。露光装置の投影レンズとレジスト膜２との間に浸液２７を満たし、該浸液２７を介してレジスト膜２に対して露光光２３を照射する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子デバイスの製造方法に係り、特に液浸露光技術に関するものである。

半導体装置、磁気ディスク装置、弾性効果素子、量子効果素子、磁性効果素子等の電子デバイスの製造過程、特に、半導体集積回路等の半導体装置の製造過程において、微細パターンを基板上に転写する方法としてリソグラフィ技術が用いられている。このリソグラフィ技術には主に投影露光装置が用いられ、該投影露光装置に装着したフォトマスクを透過した露光光を基板上のレジストに照射することによりパターン転写が行われる。

近年、デバイスの高集積化や、デバイス動作速度の高速化が要求されており、これらの要求に応えるためにパターンの微細化が進められている。パターンの微細化を図るため、露光装置のＮＡ（レンズ開口数）を上げて解像度を向上させる手法が用いられてきたが、ＮＡが理論限界である１に近づいてきた。そこで、実効的なＮＡを向上させる方法である液浸露光法が検討されている（例えば、非特許文献１，２参照。）。
液浸露光法とは、レンズとレジストとの間を液体で満たしてその空間の屈折率を上げることにより実効的なＮＡを向上させる露光法である。換言すれば、液浸露光法は、露光光の実効的な波長を短くした露光法である。
液浸露光法に関して、レンズの周りに給排水設備を設けて局所的に液浸状態にする局部液浸露光が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

従来の局部液浸露光では、ウェハステージを動かす際に液体中に発生するマイクロバブルが懸念されてきた。スキャナでは、ステップ＆スキャン方式で露光しているため、ウェハステージを３８０ｍｍ／ｓｅｃ程度の高速で移動させる必要がある。さらに、スキャン方向が上下に切り替わるため、マイクロバブルが発生しやすくなる。マイクロバブルが液体中に発生すると、露光光の遮断、屈折、回折が起こってしまう。このため、露光量の局所的低下、像のひずみ、転写像のコントラスト低下のような問題が発生する。

マイクロバブルの発生量を抑えるため、供給する液体を脱気する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。また、液体中の１μｍの大きさのバブルは０．０１ｓｅｃ以内に消失し、１０μｍの大きさのバブルは１ｓｅｃ以内に消失することから、マイクロバブルの問題は回避されたように思われていた。

"純水がＡｒＦステッパーの限界を変える液浸露光技術"、［２００４年３月８日検索］、インターネット＜URL：http://www.nikon.co.jp/main/jpn/profile/technology/immersion/＞ 中野 一志、"キヤノンのＦ２露光装置の開発と液浸技術の進捗"、電子ジャーナル第６９回Technical Symposium、２００４年２月１０日、ｐ．１３１−１４６ 特開昭５７−１５３４３３号公報

しかしながら、本発明者による鋭意検討の結果、実際には、レジスト界面における液体中でマイクロバブルが発生し、このレジスト界面で発生したマイクロバブルは消失しにくいことが分かった。このマイクロバブルはレジスト直上に存在するため、パターン転写に大きな影響を与えるという問題があった。
転写欠陥は半導体装置の歩留まりに直結する。半導体装置の製造過程においてリソグラフィ工程は数十回行われるため、ウェハ当たり数個レベルまで転写欠陥の発生量を抑える必要がある。しかし、従来の方法では、レジスト界面に発生したマイクロバブルにより転写欠陥の発生量を抑えることができず、半導体装置の歩留まりが低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液浸露光する際にレジスト界面でのマイクロバブルの発生を抑制することを目的とする。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
基板上に形成された被加工膜上あるいは被加工基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う工程と、
前記パターンを露光した後、現像処理を行うことによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記被加工膜あるいは前記被加工基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う工程と、
前記パターンを露光した後、現像処理を行うことによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記導電膜をエッチングすることによりゲート電極を形成する工程と、
前記レジストパターンを除去した後、前記ゲート電極をマスクとして前記基板内に低濃度の不純物を注入することによりエクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして前記基板内に高濃度の不純物を注入することによりソース／ドレイン領域を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
基板上に被加工膜となる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上方にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対して所望の孔パターンの露光を行う工程と、
前記孔パターンを露光した後、現像処理を行うことにより開孔を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを直接あるいは間接のマスクとして前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁膜に孔を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明に係る露光システムは、基板上にレジストパターンを形成するための露光システムであって、
基板上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置と、
前記レジスト膜の表層を酸化し、該表層を親水性に改質する表面改質装置と、
投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う液浸露光装置と、
前記パターンが露光された前記レジスト膜に対して現像処理を行う現像装置とを備えたことを特徴とするものである。

本発明は、以上説明したように、液浸露光前にレジスト膜表層を親水性化することにより、液浸露光時にレジスト界面の浸液におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。また、本発明は、表面改質装置でレジスト膜表層を親水性化することにより、液浸露光装置での露光時にレジスト界面の浸液におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１で用いられる半導体製造装置について説明する。
図１は、本実施の形態１で用いられるレジスト表面改質装置１０を説明するための概略断面図である。
図１に示すように、処理チャンバ１１の保持手段１２としてのステージ上に、レジスト膜２が形成された基板１が載置される。ガス供給部１５から処理チャンバ１１内に酸素を含むガスが供給される。取り扱い容易性とランニングコストとを考慮すると、酸素を含むガスとして大気を用いることができる。大気以外には、Ａｒ等の希ガスと酸素との混合ガスを用いることができる。この混合ガスを用いる場合には、酸素分圧を例えば３５％程度に高めることができるため、大気を用いる場合よりも高いレジスト表面改質効率が達成できる。処理チャンバ１１内のガスは排気部１６から排気される。

処理チャンバ１１の上部、すなわちレジスト膜２上方には、真空紫外光を発するランプ１３がウィンドウ板１４を介して配置されている。すなわち、処理チャンバ１１上にランプユニットが配置され、その境界部分にはランプ光が透過可能なようにウィンドウ板１４が配置されている。これにより、基板１上のレジスト膜２に対して真空紫外光の照射を行うことができる。ランプ１３としては、１７２ｎｍよりも短波長の光を発するものが好ましい。これは、ランプ光によりレジスト膜２がバルクとして感光すると転写特性に影響が出るためであり、極短波長の光によりレジストの極表層のみ化学変化を起こさせるためである。

ランプ１３の具体例としては、エネルギ効率を考慮すると、ピーク波長１７２ｎｍのＸｅ_２エキシマランプ、ピーク波長１４６ｎｍのＫｒ_２エキシマランプ、ピーク波長１２６ｎｍのＡｒ_２エキシマランプを用いることができる。波長が短いほど、レジストでの光吸収が大きくなり、化学反応がレジスト表層のみに留まる。よって、レジストバルクとしての感光を抑制することができ、転写特性に影響を与えない。一方、短波長になるほどランプ照度が低下してしまうため、Ｋｒ_２エキシマランプが最も好適である。

なお、Ｆ_２エキシマレーザは、十分な照度が得られるものの、装置が複雑かつ高コストである。これに対して、エキシマランプは、安価かつコンパクトである。よって、エキシマランプを有するレジスト表面改質装置が、後述する実施の形態４で説明するインライン化に適している。

ウィンドウ板１４は、ランプ光を透過する材料で形成されたものを用いることができ、具体的にはフッ化カルシウム板を用いることができる。

エキシマランプ光はレジスト膜２表層を活性化させると共に、処理チャンバ１１内の酸素と反応して活性酸素とオゾンを発生させる。この活性酸素とオゾン、特に活性酸素は効率的にレジスト膜２の表層を酸化させ、親水性に変える。エキシマランプ光がレジスト膜２の表面に照射されると、その酸化効率がより高まり、レジスト膜２表層の親水性化時間を短縮することができる。実際の親水性化処理時間は６０ｓｅｃであり、インライン化に適しているかが分かった。

なお、上記表面改質装置では、ランプ光をレジスト膜２に照射しているが、ランプ光をレジスト膜２に照射せずに活性酸素及びオゾン発生用にのみ用いてもよい。すなわち、ランプ光を酸素と反応させて活性酸素及びオゾンを発生させ、該発生した活性酸素及びオゾンを処理チャンバに導入する構成としてもよい。これにより、基板１近傍に活性酸素及びオゾンが供給される。この場合、ランプ光をレジスト膜２に照射する場合と比較して親水性化効率は低くなるが、レジスト膜２表層を親水性化するという目的は達成し得る。また、ランプ光がレジスト膜をバルクとして感光することがないため、転写特性に影響が出ることがなく、１７２ｎｍよりも長波長の光源を用いることができる。

図２は、本実施の形態１で用いられるレジスト表面改質装置の変形例を説明するための概略断面図である。
本変形例では、基板１を載置するステージ１２内に、加熱機構１７としてのヒータが設けられている。その他の構成は、図１に示したレジスト表面改質装置と同様である。
ランプ１３からレジスト膜２にランプ光を照射する際に、図示しない電源からヒータ１７に電力供給され、該ヒータ１７により基板１を加熱する。これにより、レジスト膜２表層を更に活性化させることができ、親水性化効率を更に高めることができる。

図３は、本実施の形態１で用いられる液浸露光装置２０を説明するための概略断面図である。
図３に示すように、２次元的に移動可能なステージ２１上に基板１が載置されている。基板１上にはレジスト膜２が形成されている。投影レンズ２４とレジスト膜２との隙間には、浸液２７が局所的に満たされている。この浸液２７は、脱気装置２５を通して気泡を取り除いた後、液浸液供給ノズル２６から上記隙間に供給される。該供給された浸液２７は、所定時間経過後、排水管２８を通して排水されて廃液となる。投影レンズ２４ａとレジスト膜２との隙間は、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。浸液２７としては、例えば、純水を用いることができる。純水は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を透過し、レジストとの相互作用も少ない。

図示しない光源から発せられた露光光２３は、照明系２２を通過した後、パターンが描画されたレチクルＲを透過する。レチクルＲを透過した光は、投影系２４の投影レンズ２４ａを介し、さらに浸液２７を介してレジスト膜２に対して照射される。露光光２３の光源としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いることができる。

図４は、本実施の形態１による半導体装置の製造方法、より詳細には、微細パターンの形成方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板等の基板１上に被加工膜３を形成し、その上にレジスト膜２を形成する。ここで、被加工膜３は、例えば、ゲート電極材料である導電膜としてのドープトポリシリコン膜である。なお、ＳｉＯ_２膜のような絶縁膜等が被加工膜３であってもよい。また、被加工膜３の代わりにシリコン基板自体を被加工基板として加工してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、上記レジスト表面改質装置（図１，２参照）を用いて、ランプ光４をレジスト膜２に照射しつつ、基板１を活性酸素雰囲気に曝す。これにより、レジスト膜２の表層が親水性化され、レジスト膜２の濡れ性が改善される。すなわち、レジスト膜２の表層が酸化され、酸化層５が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、上記液浸露光装置（図３参照）を用いて液浸露光法によりパターン露光を行う。レチクルＲを透過した露光光２３としてのＡｒＦエキシマレーザ光は、投影レンズと浸液２７とを透過した後、レジスト膜２に照射される。このとき、レジスト膜２表面には親水性の酸化層５が形成されているため、レジスト界面の浸液２７におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。また、酸化層５は極薄であるため、レジスト膜バルクに対して露光光の遮断、屈折、回折等の影響を与えない。このため、酸化層５は転写性能に悪影響を及ぼさない。
本発明者は、ウェハステージを５００ｍｍ／ｓｅｃでスキャンしながら露光を行ったところ、マイクロバブルの発生は見られず、マイクロバブル起因の転写不良の発生がないことを確認した。一方、レジスト表面改質処理を行っていない基板に対しても同様の露光を行ったところ、１ロット（２５枚）のうちの数枚の基板にマイクロバブル起因の転写不良が発生し、歩留まりを５％低下させていた。
なお、浸液２７は脱気装置（２５）により脱気した後、レンズ２４ａとレジスト膜２との隙間に供給されるため、レジスト界面以外での浸液２７におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。

次に、現像処理を行うと、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン２ａ，５ａが形成される。そして、図４（ｅ）に示すように、レジストパターン２ａ，５ａをマスクとして被加工膜３をエッチングすることにより、被加工膜のパターン３ａが形成される。最後に、レジストパターン２ａ，５ａを除去すると、図４（ｆ）に示すように、基板１上に微細パターン３ａが得られる。

以上説明したように、本実施の形態１では、レジスト膜２の表層部分を酸化することにより該表層部分の親水性を高めた後、液浸露光を行うこととした。これにより、液浸露光時に、レジスト界面の浸液２７におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。よって、レジスト界面のマイクロバブルに起因する転写欠陥の発生を防止することができる。従って、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

なお、本実施の形態１では、レジスト表面改質処理として、活性酸素処理、或いは、活性酸素処理に真空紫外光照射を併用する処理について説明したが、これらの処理に代えてプラズマ酸化を用いることができる。すなわち、酸素分圧下でプラズマを生成し、レジスト膜の極表層部のみを酸化する方法を用いることができる。この方法は既存の酸素プラズマ処理装置を用いることができるため、新規に装置の設計を行う必要がない（後述する実施の形態２，３，４についても同様）。

レジスト膜の濡れ性を改善することによりマイクロバブル（気泡）の発生を防止する方法としては、上述した本実施の形態１による方法の他にも、レジストの構成成分を親水性化する方法や、浸液にアルコールなどの界面活性剤を添加する方法が考えられる。本発明者は、これらの方法についても検討した。その結果を以下に述べる。
レジストの構成成分を親水性化する方法としては、例えば、酸発生剤（ＰＡＧ：photoacid generator）を親水性のものに替える方法が考えられる。しかしながら、この方法では、親水性の分子が選択的に浸液に遊離（溶解）してしまうため、レジストの成分のバランスが崩れ、転写性能に悪影響が出てしまう。特に、レジスト上面で親水性成分の遊離が起こるため、レジストの膜厚方向でレジスト成分のバランスが崩れてしまい、レジスト上面部が丸まってしまう問題や、Ｔ−ｔｏｐ形状に繋がってしまうという問題があった。また、浸液に遊離したレジスト成分が投影レンズのコンタミネーションの原因になるという問題もあった。遊離した成分は微量であるが、この成分に露光光の光エネルギーが加わると、投影レンズのコンタミネーションに繋がることが分かった。
また、浸液に界面活性剤を添加する方法も、レンズコンタミネーションの問題があり、露光装置を長時間使用したときのメンテナンスに問題が生じた。また、この方法では、浸液によるレジストダメージの問題もあった。

これに対して、本発明では、上述したように、レジスト表層部におけるレジストポリマの一部をＯＨ化するものであり、レジスト成分の浸液への遊離はほとんどない。このため、レジストバルク部には影響しないため、転写特性に与える影響は無視できるほど小さい。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態２による半導体装置の製造方法、より詳細には、ＭＯＳトランジスタの形成方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図５（ａ）に示すように、シリコン基板５１内にＳＴＩ法を用いて素子分離５２を形成し、該素子分離５２により分離された活性領域に不純物を注入することによりウェル領域５３を形成する。そして、シリコン基板５１上にゲート絶縁膜５４を形成する。ゲート絶縁膜５４としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜のほか、いわゆる高誘電率膜を用いることができる。
次に、ゲート絶縁膜５４上にゲート電極となる導電膜５５として、ドープトポリシリコン膜（以下「ポリシリコン膜」と略す。）を形成する。ポリシリコン膜に代えて、シリコンゲルマニウム膜を導電膜５５として用いることができる。そして、ポリシリコン膜５５上にレジスト膜５６を形成する。
続いて、実施の形態１で説明したレジスト表面改質装置（図１，２参照）を用いて、Ｋｒ_２エキシマランプ光５７をレジスト膜５６に照射しつつ、基板５１を活性酸素雰囲気に曝す。これにより、レジスト膜５６の表層が親水性化され、レジスト膜５６の濡れ性が改善される。すなわち、レジスト膜５６の表層が酸化され、酸化層５８が形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、実施の形態１で説明した液浸露光装置（図３参照）を用いて、液浸露光法によりパターン露光を行う。レチクル（マスク）を透過した露光光６０としてのＡｒＦエキシマレーザ光は、投影レンズと浸液５９とを透過した後、レジスト膜５６に照射される。このとき、レジスト膜５６表面には酸化層５８が形成されているため、レジスト界面の浸液５９におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。

次に、現像処理を行うと、レジストパターン５６ａ，５８ａが形成される。そして、このレジストパターン５６ａ，５８ａをマスクとしてポリシリコン膜５５及びゲート絶縁膜５４をドライエッチングする。これにより、図５（ｃ）に示すように、ポリシリコンゲート電極５５ａが形成される。

次に、レジストパターン５６ａ，５８ａを除去する。そして、図５（ｄ）に示すように、ゲート電極５５ａをマスクとして低濃度の不純物を基板５１内に注入することにより、基板５１上層にチャネル領域を挟むエクステンション領域６１が形成される。続いて、基板５１全面にシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成し、該絶縁膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極５５ａ側壁を覆うサイドウォール６２を形成する。そして、サイドウォール６２及びゲート電極５５ａをマスクとして高濃度の不純物を基板５１内に注入することにより、基板５１上層にソース／ドレイン領域６３が形成される。

以上説明したように、本実施の形態２では、レジスト膜５６の表層部分を酸化することにより親水性を高めた後、液浸露光を行うこととした。これにより、液浸露光時に、レジスト界面の浸液５９におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。よって、マイクロバブルに起因する転写欠陥の発生を防止することができる。従って、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。ここでの転写欠陥はパターン欠けや潰れだけでなく、基準外寸法欠陥も含む。ゲートは寸法管理基準が厳しいので、パターン直上でなくパターン近傍にできたマイクロバブルの影響も受けやすい。このため、本実施の形態２による方法は特に有効である。

実施の形態３．
上述した実施の形態２では、本発明をＭＯＳＦＥＴのゲート電極の形成に適用した例について説明したが、本実施の形態３では、図６〜図１０を参照して、本発明を孔パターンの形成に適用した例について説明する。

図６は、本実施の形態３による半導体装置の製造方法、より詳細には素子要部における孔パターンの形成方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、ＬＤＤ構造を有するＭＯＳＦＥＴを形成する。詳細には、シリコン基板７０にＳＴＩ（shallow trench isolation）法を用いて絶縁膜からなる素子分離７１を形成した後、所望のウェル領域を形成し、シリコン基板７０上にゲート絶縁膜７２を形成する。ゲート絶縁膜７２上にゲート電極７３を形成すると共に、素子分離７１上に配線７４を形成する。ゲート電極７３及び配線７４は、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、金属のような導電体からなる。ゲート電極７３の側壁を覆うサイドウォールスペーサ７５を形成する。シリコン基板７０上層には、ゲート電極７３に対して自己整合的なエクステンション領域と、サイドウォールスペーサ７５に対して自己整合的なソース／ドレイン領域とからなる不純物拡散層７６を形成する。
そして、上記ＭＯＳＦＥＴを覆うように、基板全面に絶縁膜７７を形成する。本実施の形態３では、この絶縁膜７７の所望の位置に孔を形成する方法について説明する。

次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜７７上に反射防止膜７８を形成し、反射防止膜７８上にレジスト膜７９を形成する。なお、絶縁膜７７が露光光を吸収する材料であれば、反射防止膜７８の形成を省略することも可能である。反射防止膜７８としては、塗布形式の有機膜を用いることができ、無機材料系のシリコン酸窒化膜やカーボン膜を用いることもできる。
次に、レジスト膜７９に対して、実施の形態１で説明した酸素表面処理を施す。これにより、レジスト膜７９の表面に酸化層８０が形成され、レジスト膜７９の表面が親水性化される。すなわち、レジスト膜７９の表面の濡れ性が高くなる。例えば、酸素表面処理の時間を６０ｓｅｃとすることで、表面から数ｎｍの深さまで十分な親水性層が形成することができる。
そして、所望の孔パターンを有するマスク８２を用いて、液浸露光法によりパターン露光を行う。マスク８２を通過した露光光８３としてのＡｒＦエキシマレーザ光は、投影レンズ（図示せず）と浸液８１とを透過した後、レジスト膜７９に照射される。

次に、現像処理を行うことにより、図６（ｃ）に示すように、開孔を有するレジストパターン（すなわち、孔形状のレジストパターン）８０ａ，７９ａが形成される。
その後、レジストパターン８０ａ，７９ａをマスクとして、反射防止膜７８及び絶縁膜７７をエッチングする。これにより、図６（ｄ）に示すように、絶縁膜７７内に所望の孔形状７７ａ，７７ｂが開孔する。その後、レジストパターン８０ａ，７９ａと反射防止膜７８とを除去する。

本実施の形態３では、開口不良の無い微細孔開口７７ａ，７７ｂを絶縁膜７７に形成することができる。なお、本実施の形態３では、レジストパターン８０ａ，７９ａを直接マスクとして絶縁膜をエッチングしたが、例えばポリシリコン膜からなるハードマスクを間接的なマスクとして絶縁膜をエッチングすることができる。すなわち、レジストパターンを一旦ハードマスクにエッチング転写し、レジストパターンを除去し、ハードマスクパターンをマスクとして絶縁膜７７をエッチングすることができる。

一方、本発明のレジスト表面処理を行わなかった場合は開口不良が多発することが分かった。図７は、等幅／等ピッチで孔９０がマトリックス状に並んだ最密集の孔パターン開口のレイアウトの一例を示した上面図である。図８は、ロジック回路の孔パターンのレイアウトの一例を示す上面図である。図８において、符号９１は孔、９２はゲート配線、９３は拡散領域（アクティブエリア）を示している。図７に示すような最密集レイアウトの場合でもパターン開口密度は２５％であり、図８に示すようなロジック回路では開口密度は５％以下と小さい。しかしながら、このような開口密度が小さい場合でも、本発明のレジスト表面処理を行わなかった場合は開口不良が多発した。
この原因を検討したところ、以下に示す２つの要因が主要因であることが分かった。
先ず、第１の要因を説明する。図９は、液浸露光時のマイクロバブルの発生状態を示す概略断面図である。図９に示すように、露光光１０１が所望の孔開口を有するマスク１０２を通り、投影レンズ１０３、レンズ保護カバーガラス１０４、浸液１０５を介して基板１０７上に形成されたレジスト膜１０８に結像照射される。脱気した浸液１０５を用いてもレジスト膜１０８表面の濡れ性が低い場合には、スキャン移動の際等に、浸液１０５中にマイクロバブル１０６が発生する。発生したバブル１０６の一部はレジスト膜１０８／浸液１０５の界面から遊離し、浸液１０５中に浮遊する。このマイクロバブル１０６は、形成する孔パターンの直前になくても、露光光の一部を遮るために転写欠陥を生じやすい。従って、開口密度が低くても転写欠陥が発生しやすい。

次に、第２の要因を説明する。図１０は、現像工程におけるレジストの現像溶解を示す概略上面図である。図１０（ａ）はライン＆スペースパターンのスペースパターン（溝パターン）を現像する場合を示す図であり、図１０（ｂ）は孔パターンを現像する場合を示す図である。図１０（ａ），（ｂ）において、符号１１０，１２０は開口部を示し、符号１１１，１２１はレジスト部を示している。この開口部１１０，１２０、すなわちポジ型レジストを用いた場合の露光部に、マイクロバブルの陰１１２，１２２がかかる場合について考察する。光露光では回折の影響を受け、一般に露光パターンの中心部の露光強度が強く、中心部から周辺に行くほど露光強度は弱くなる。現像時のレジスト溶解速度は露光強度に応じて変わり、露光強度が強いほど溶解速度は速い。このため、図１０（ａ）に示すように、符号１１３で示す方向からの現像溶解は急激に進み、符号１１４、１１５で示す方向からの現像溶解は溶解が進まなくなる。図１０（ａ）に示すスペースパターンを現像する場合、溶解速度の速い２方向からの浸食を受けるため、マイクロバブルの陰１１２に起因する転写欠陥は残りにくい。一方、図１０（ｂ）に示す孔パターンの場合、溶解速度は符号１２３で示す何れの方向からも均一であり遅いため、マイクロバブルの陰１２２に起因する転写欠陥が発生しやすい。この現像液による浸食のされ易さの違いが、第２の要因となっている。
従って、本発明は、孔パターン形成時の転写欠陥の発生の防止に特に有効である。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による露光システムを説明するための概略図である。
図１１に示すように、露光システムは、レジスト塗布現像部３０と、図３に示した液浸露光装置２０と、両装置２０，３０間を繋ぐインターフェイス４０とを備えている。

レジスト塗布現像部３０は、複数枚の基板１を収納したウェハキャリアＣを載置し、このキャリアＣに対して基板１のロード／アンロードを行うローダ／アンローダ３１と、レジストの密着性を強化するための前処理を行う前処理ユニット３２と、基板の加熱処理を行う加熱ユニット３３と、加熱された基板の冷却処理を行う冷却ユニット３４と、実施の形態１で説明した表面改質ユニット１０と、搬送アーム３５ａを有し、各ユニット間の基板搬送を行う搬送ユニット３５と、前処理が施された基板にレジストを回転塗布する塗布ユニット３６と、露光後の現像処理を行う現像ユニット３７とを備えている。

次に、上記露光システムの動作について説明する。
先ず、複数の基板１を収納したウェハキャリアＣをローダ／アンローダ３１に載置する。次に、搬送ユニット３５の搬送アーム３５ａによりキャリアＣ内の基板１を前処理ユニット３２に搬送する。そして、前処理ユニット３２において、基板１を加熱し、該加熱した基板１をヘキサメチルジシラザン蒸気に接触させる。これにより、基板１表面が疎水性化され、基板と後に塗布されるレジストとの密着性を向上させることができる。なお、図示しないが、前処理ユニット３２は２段構成になっており、それぞれ６０ｓｅｃのタクトで疎水性化処理が行われる。

次に、疎水性化処理が施された基板１を搬送アーム３５ａによりレジスト塗布ユニット３６に搬送する。そして、レジスト塗布ユニット３６において、基板１上にレジスト材料を回転塗布することにより、基板１上にレジスト膜を形成する。なお、図示しないが、レジスト塗布ユニット３６は２台構成になっており、それぞれ６０ｓｅｃのタクトでレジスト塗布処理が行われる。

続いて、レジストが塗布された基板１を搬送アーム３５ａにより加熱ユニット３３に搬送する。そして、加熱ユニット３３において露光前ベーク（プリベーク）を行った後、基板１を搬送アーム３５ａにより冷却ユニット３４に搬送して、冷却ユニット３４において基板温度が常温になるまで冷却する。

その後、冷却された基板１を搬送アーム３５ａによりレジスト表面改質装置１０に搬送し、レジスト表面改質装置１０においてレジスト膜表層を酸化することによりレジスト膜表層を親水性化する。この親水性化処理により、レジスト膜の純水に対する接触角が７０度から０度に変わる。なお、図示しないが、レジスト表面改質装置１０は２段構成になっており、それぞれ６０ｓｅｃのタクトで親水性化処理が行われる。

次に、レジスト膜表層に親水性化処理が施された基板１をインターフェイス４０を通じて液浸露光装置２０に搬送する。そして、液浸露光装置２０において、液浸露光法を用いたパターン露光を行う。すなわち、投影レンズとレジスト膜との隙間を浸液である純水で満たした後、該浸液を介してレジスト膜に対して露光光を照射する。ここで、上述したように、レジスト膜の純水に対する接触角は０度であるため、レジスト界面の純水におけるマイクロバブルの発生を防止することができる。よって、精度良く液浸露光を行うことができる。

パターン露光後、基板１をインターフェイス４０を通じて加熱ユニット３３に搬送する。そして、加熱ユニット３３において露光後ベーク（ポストベーク）を行った後、基板１を搬送アーム３５ａにより冷却ユニット３４に搬送して、冷却ユニット３４において基板温度が常温になるまで冷却する。

続いて、冷却された基板１を搬送アーム３５ａにより現像ユニット３７に搬送する。そして、現像ユニット３７において現像処理を行うことにより、基板１上にレジストパターンが形成される。なお、図示しないが、現像ユニット３７は４台構成になっており、それぞれ１２０ｓｅｃのタクトで現像処理が行われる。現像処理後、基板１を搬送アーム３５ａによりローダ／アンローダ３１に載置されたキャリアＣ内に戻す。

以上説明したように、本実施の形態４では、レジスト表面改質装置１０においてレジスト膜の表層部分を酸化することにより該表層部分の親水性を高めた後、液浸露光装置２０において液浸露光を行うようにしたため、実施の形態１，２，３と同様に、レジスト界面での浸液におけるマイクロバブルの発生を防止することができ、該マイクロバブル起因の転写欠陥の発生を防止することができる。さらに、本実施の形態４のようにレジスト表面改質装置１０と液浸露光装置２０をインライン化することにより、マイクロバブル起因の転写欠陥のない微細レジストパターンを１２０枚／Ｈｒのスループットで形成することができる。

本発明の実施の形態１で用いられる表面改質装置を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１で用いられる表面改質装置の変形例を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１で用いられる液浸露光装置を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の実施の形態３による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 最密集の孔パターン開口のレイアウトの一例を示した上面図である。 ロジック回路の孔パターンのレイアウトの一例を示す上面図である。 液浸露光時のマイクロバブルの発生状態を示す概略断面図である。 現像工程におけるレジストの現像溶解を示す概略上面図である。 本発明の実施の形態４による露光システムを説明するための概略図である。

符号の説明

１ 基板（シリコン基板）、 ２ レジスト膜、 ２ａ 酸化層、 ３ 被加工膜、 ４ 真空紫外光（Ｋｒ_２エキシマランプ光）、 １０ レジスト表面改質装置、 １１ 処理チャンバ、 １２ ステージ、 １３ ランプ（Ｋｒ_２エキシマランプ）、 １４ ウィンドウ板、 １５ ガス供給部、 １６ 排気部、 １７ 加熱機構（ヒータ）、 ２０ 液浸露光装置、 ２１ ステージ、 ２２ 照明系、 ２３ 露光光、 ２４ 投影系、 ２４ａ レンズ、 ２５ 脱気装置、 ２６ 供給ノズル、 ２７ 浸液、 ２８ 排水管、 ３０ レジスト塗布現像部、 ３１ ローダ／アンローダ、 ３２ 前処理ユニット、 ３３ 加熱ユニット、 ３４ 冷却ユニット、 ３５ 搬送ユニット、 ３５ａ 搬送アーム、 ３６ 塗布ユニット、 ３７ 現像ユニット、 ４０ インターフェイス、 ５１ 基板、 ５２ 素子分離、 ５３ ウェル領域、 ５４ ゲート絶縁膜、 ５５ 導電膜（ドープトポリシリコン膜）、 ５５ａ ゲート電極、 ５６ レジスト膜、 ５６ａ レジストパターン、 ５７ ランプ光、 ５８ 酸化層、 ５９ 浸液、 ６０ 露光光、 ６１ エクステンション領域、 ６２ サイドウォール、 ６３ ソース／ドレイン領域、７０ シリコン基板、 ７１ 素子分離、 ７２ ゲート絶縁膜、 ７３ ゲート電極、 ７４ 配線、 ７５ サイドウォールスペーサ、 ７６ 不純物拡散層、 ７７ 絶縁膜、 ７８ 反射防止膜、 ７９ レジスト膜、 ８０ 酸化層、 ８１ 浸液、 ８２ マスク、 ８３ 露光光、 ９０，９１ 孔、 ９２ ゲート配線、 ９３ 拡散領域、 １０１ 露光光、 １０２ マスク、 １０３ 投影レンズ、 １０４ レンズ保護カバーガラス、 １０５ 浸液、 １０６ マイクロバブル、 １０７ 基板、 １０８ レジスト膜、 １１０，１２０ 開口部、 １１１，１２１ レジスト部、 １１２，１２２ マイクロバブルの陰、 １１３，１１４，１１５，１２３ 現像溶解方向。

Claims (13)

1. 液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
   基板上に形成された被加工膜上あるいは被加工基板上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
   前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う工程と、
   前記パターンを露光した後、現像処理を行うことによりレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記被加工膜あるいは前記被加工基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
   基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、
   前記導電膜上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
   前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う工程と、
   前記パターンを露光した後、現像処理を行うことによりレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記導電膜をエッチングすることによりゲート電極を形成する工程と、
   前記レジストパターンを除去した後、前記ゲート電極をマスクとして前記基板内に低濃度の不純物を注入することによりエクステンション領域を形成する工程と、
   前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
   前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして前記基板内に高濃度の不純物を注入することによりソース／ドレイン領域を形成する工程とを含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 液浸露光法を用いた電子デバイスの製造方法であって、
   基板上に被加工膜となる絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上方にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の表層を酸化することにより該表層を親水性化する工程と、
   前記レジスト膜の表層を親水性化した後、露光装置の投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対して所望の孔パターンの露光を行う工程と、
   前記孔パターンを露光した後、現像処理を行うことにより開孔を有するレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンを直接あるいは間接のマスクとして前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁膜に孔を形成する工程とを含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
4. 請求項１から３の何れかに記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記基板を活性酸素雰囲気に曝すことにより前記レジスト膜の表層を酸化することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
5. 請求項１から４の何れかに記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記基板を活性酸素雰囲気に曝しながら前記レジスト膜に真空紫外光を照射することにより前記レジスト膜の表層を酸化することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
6. 請求項４に記載の電子デバイスの製造方法において、
   酸素に真空紫外光を照射することにより活性酸素を発生させ、該活性酸素を前記基板の周辺に供給することにより前記レジスト膜の表層を酸化することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 請求項１から３の何れかに記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記基板を酸素プラズマ雰囲気に曝すことにより前記レジスト膜の表層を酸化することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
8. 請求項５に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記真空紫外光は、波長が１７２ｎｍ以下の光であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
9. 請求項５に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記真空紫外光は、Ｋｒ_２エキシマランプ光であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
10. 基板上にレジストパターンを形成するための露光システムであって、
    基板上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置と、
    前記レジスト膜の表層を酸化し、該表層を親水性に改質する表面改質装置と、
    投影レンズと前記レジスト膜との間に浸液を満たし、該浸液を介して前記レジスト膜に対してパターンの露光を行う液浸露光装置と、
    前記パターンが露光された前記レジスト膜に対して現像処理を行う現像装置とを備えたことを特徴とする露光システム。
11. 請求項１０に記載の露光システムにおいて、
    前記表面改質装置は、処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に前記基板を保持する保持手段と、
    前記処理チャンバ内に酸素を含有するガスを供給するガス供給部と、
    前記酸素と反応し活性酸素を発生させると共に、前記レジスト膜の表層を活性化させる真空紫外光を発するランプとを有することを特徴とする露光システム。
12. 請求項１０に記載の露光システムにおいて、
    前記表面改質装置は、前記レジスト膜に対して活性酸素を供給する活性酸素供給部を有することを特徴とする露光システム。
13. 請求項１０に記載の露光システムにおいて、
    前記表面改質装置は、前記レジスト膜に対して酸素プラズマを用いた処理を行う酸素プラズマ処理装置であることを特徴とする露光システム。

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