JP2006222284A - パターン形成方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光時に用いられる液浸溶液による問題の発生を抑制すること。
【解決手段】基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成するための塗布溶液を前記レジスト膜上に塗布すること及び必要に応じて加熱することによって前記レジスト膜上に前記保護膜を形成する工程と、液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜にパターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、前記潜像形成後、前記保護膜を剥離する工程と、前記剥離後、前記基板上にレジストパターンを形成するために前記レジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法において、前記塗布液膜形成後と前記保護膜を剥離する前との間に、前記保護膜の欠陥有無を検査するために第１の検査を行う工程と、前記検査時に前記欠陥があった場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液浸露光によるパターン形成方法、及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体素子のパターン微細化にともなって露光装置の開発が進行している。現在実用化されている１９３ｎｍ光源の次世代露光装置としては、１５７ｎｍ光源露光装置が開発されていた。しかし、露光装置、レジスト開発の遅れから、現時点では１９３ｎｍの液浸露光装置が有力視されている。液浸露光装置は、対物レンズと結像対象であるレジスト積層膜との間を空気よりも屈折率の大きい媒質である水などの溶媒で満たすことで、対物レンズと前記媒質界面、あるいは前記媒質と前記レジスト積層膜界面の臨界角を大きくし、適切なレンズを用いることで、より回折角の大きい微細パターンの結像を可能とするものである（特許文献１）。

液浸露光装置を用いてレジスト膜にパターンを転写する光リソグラフィー工程において、レジスト膜から液浸溶液への含有物の溶出が懸念される。これは、レジスト膜中に含まれる光酸発生剤およびその光反応性生物である光発生酸、塩基性物質、その他の低分子成分が液浸溶液中に溶出し、投影光学系、シャワーヘッド、ウェハステージ等を汚染することが懸念されるためである。投影光学系への前記溶出物質の吸着あるいは腐食は、光路差として現れるために、収差、フレアとして結像性能に影響を与え、同種のレジストプロセスに対する処理増加によって影響が累積的に増加することが類推される。一方、液浸溶液に前記物質が溶出することで、液浸溶液の屈折率が変化して光路差が変化することから、投影像の収差や収差が発生し、結像性能に影響する。

また、対物レンズの光軸下流側面と像投影対象である基板上面との間を、液体である液浸溶液で選択的に満たす液浸露光装置において、露光工程終了後の基板の搬送時に基板上に液浸溶液が残存している場合には、下記の問題が生じる。

１．露光装置、塗布装置内に液浸溶液が漏洩し、電気系統に触れることで、前記装置動作に不都合が生じる。この結果、装置停止・修理に伴う生産性低下およびコスト発生、ウェハ再処理および破損に伴う損失が生じる。

２．露光装置、塗布装置内に液浸溶液が漏れ、放置されることにより、前記漏洩溶液内でバクテリアなど微生物が発生することで装置中の塩基等の化学種雰囲気が悪化する。これにより、リソグラフィ性能が劣化することによる生産性低下とともに、装置停止および修理費用が発生する。

３．基板表面において前記液浸溶液が残留したままＰＥＢ前に乾燥すること、あるいは液浸溶液が残留したままＰＥＢ工程を実施することで、レジスト膜上にウォーターマークが発生する。当該部位においては、レジストパターンの非解像、Ｔ−ｔｏｐ形状、寸法変化などが生じる。当該レジストパターンをマスクとした加工パターンにおいて欠陥が生じる。この結果、生産低下による損失が生じる。

４．基板表面に前記液浸溶液が残留したままＰＥＢを行うことで、前記液浸溶液残留部近傍においては、潜熱によるレジスト膜温度が変化し、レジストパターン寸法が変動する。この結果、生産低下による損失が生じる。

５．基板表面に前記液浸溶液が残留したままＰＥＢを行うことで、基板上膜中から揮発する物質量が増加する、あるいは前記揮発物質と液浸溶液の反応によって物質が生成する。この結果、ＰＥＢ工程の加熱ユニット内壁の付着物が増加し、さらに前記付着物が構造ウェハに対してダストとして作用してパターン欠陥の原因となるために、生産性が低下し、損失が生じる。

６．基板表面に前記液浸溶液が残留したままＰＥＢを行うことで、前記液浸溶液残留部近傍のレジスト膜あるいは保護膜表面状態が変化する。この結果、保護膜剥離、あるいは現像特性が異なる部位が発生することで、保護膜剥離不足、あるいは現像欠陥が生じることで、生産低下による損失が生じる。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

本発明の目的は、液浸露光時に用いられる液浸溶液による問題の発生を抑制し得るパターン形成方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一例に係わるパターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成するための塗布溶液を前記レジスト膜上に塗布すること及び必要に応じて加熱することによって前記レジスト膜上に前記保護膜を形成する工程と、液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜にパターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、前記潜像形成後、前記保護膜を剥離する工程と、前記剥離後、前記基板上にレジストパターンを形成するために前記レジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法において、前記塗布液膜形成後と前記保護膜を剥離する前との間に、前記保護膜の欠陥有無を検査するために第１の検査を行う工程と、前記検査時に前記欠陥があった場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一例に係わるパターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成する工程と、液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜にパターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、前記潜像形成後、前記レジスト膜上に液浸溶液が残留しているかを検査するための第１の検査を行う工程と、前記第１の検査後、前記レジスト膜を現像する工程と、前記検査時に前記液浸溶液が残留していた場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、保護膜を形成するための塗布液膜形成後と保護膜を剥離する前との間に、前記塗布液膜または保護膜の欠陥有無を検査し、前記欠陥があった場合、予め決められた所定の処理を行う処理を行うことによって、レジスト膜から液浸溶液への含有物の溶出を抑制することができる。

また、液浸露光による潜像形成後、レジスト膜上に液浸溶液が残留しているかを検査するための第１の検査を行うことによって、基板上に残留した光路媒質によって生じる問題を回避、あるいは装置の調整あるいは洗浄あるいはウェハ再処理を早期に行うことで次工程や後続ロットへの問題の拡大を回避することが可能となる。これにより生産効率が改善される。

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工程を説明するためのフローチャートである。

先ず、半導体基板上に反射防止膜を形成する。本実施形態では例えば塗布型の反射防止膜を形成する（ステップＳＴ１０１）。

次いで、反射防止膜上にポジ型の化学増幅型レジスト膜を塗布形成する（ステップＳＴ１０２）。レジスト膜の形成時、ウェハのエッジ部のレジスト膜を選択的に除去する。エッジ部の選択除去時、縁が少し持ち上がる形状になる。

別途行ったＡｒＦ化学増幅型レジスト膜の表面分析では、膜表面に酸発生材や酸トラップ材（アミンなど）が分布していることが判っている。レジスト膜表面の酸発生材や酸トラップ材を除去するために、レジスト膜上に純水を供給して洗浄処理を行う（ステップＳＴ１０３）。この洗浄により、レジスト膜表面の酸発生材と酸トラップ材が除去される。なお、加熱処理後の膜表面に残存する酸発生材や酸トラップ材の影響を除くためにレジスト膜上に更に保護膜を形成する場合がある。このときの加熱状態によっても保護膜上に酸発生材や酸トラップ材が存在してしまい、同様の洗浄が必要になる場合がある。

図２は、本発明の第１の実施形態に係わる洗浄処理を行っている状態を示す図である。図２（ａ）は洗浄処理を行っている状態の平面図、図２（ｂ）は洗浄処理を行っている状態の側面図である。

図２に示すように、半導体基板１０を基板支持部１１上に保持させる。基板支持部１１は、駆動部１２により回転される。半導体基板１０を回転させつつ洗浄ノズル１３から半導体基板に対して洗浄液である純水（第３の薬液）１４を供給する。洗浄処理時、図２（ａ）に示すように、洗浄ノズル１３を基板１０の周方向の一端と他端との間を往復移動させる。洗浄ノズル１３が基板１０外周部にある状態でのノズル１３の移動速度は、ノズル１３が基板１０中心部上に位置する状態での移動速度より遅くする。その結果、基板１０の単位面積辺りに供給される洗浄液がほぼ等しくなり、洗浄の効果を高めることができる。なお、ノズル１３が等速運動する場合、ノズルの径方向位置に対して逆比例するように基板の回転数を変更することで同様の効果を得ることができる。

またこれらの物質を除去しやすい薬液であればよく本実施形態記載の純水には限らない。洗浄にかかる時間が長い場合、洗浄液として酸素溶存水、水素溶存水、炭酸溶存水などを用いることで短時間処理が可能となった。酸素溶存水を用いる場合には１０ｐｐｍ以下で作用させることで膜表面にダメージを与えることなく洗浄することができた。また水素水を用いる場合にはほぼ飽和の状態（１．２ｐｐｍ程度）で作用させると良い。これらの薬液の選択は膜表面を薬液に晒したときに生じる電位、酸発生材、酸トラップ材の液中での電位などに応じて、酸発生材、酸トラップ材が膜表面から遊離しやすい条件で用いると良い。

また、図３に示すようにノズル１３を基板１０の中心部と基板１０の外周部の一端との間で折り返して移動させても良い。図３は、本発明の第１の実施形態に係わる洗浄処理を行っている状態を示す図である。図３（ａ）は洗浄処理を行っている状態の平面図、図３（ｂ）は洗浄処理を行っている状態の側面図である。図３において、図２と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。

また、本実施形態での基板１０主面に対する注水は主面と直交する方向に行ったがこれに限るものではない。例えば、基板１０の回転方向と同じ向きに注水しても良い。その結果、純水１４が膜表面にぶつかる時の衝撃を和らげ、膜表面にダメージを与えることなく洗浄することができる。また、基板回転方向と逆向きに注水することで膜表面に付着した酸発生材や酸トラップ材を効率よく除去することができる。また、基板外周方向に向けて注水することで膜表面から除去した酸発生材や酸トラップ材を効率よく基板外に排出できる。

次いで、レジスト膜表面の乾燥処理を行う（ステップＳＴ１０４）。乾燥処理は、図４に示すように、エアーナイフ２１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２２を吹き付ける。エアーナイフ２１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２１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４は、本発明の第１の実施形態に係わる洗浄液の除去処理を行っている状態を示す図である。図４（ａ）は洗浄液の除去処理を行っている状態の平面図、図４（ｂ）は洗浄液の除去処理を行っている状態の側面図である。純水１４の除去は膜表面に吸着水が残る程度であっても良い。エアーナイフ２１から吹き付けられるエアー２２の向きはエアーナイフ２１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。この工程での純水１４の除去のポイントは、熱処理または減圧下で乾燥を行わないことにある。熱処理または減圧下での乾燥を行った場合にはレジスト膜内部から酸発生材と酸トラップ材が抽出されて再び膜表面に現れてしまい、先の洗浄の効果を失う。径が小さい基板の場合にはエアーナイフを使わずに基板を回転して乾燥を行っても良い。

次いで、レジスト膜上に保護膜を形成するための塗布溶液をスピンコーターで塗布し、塗布液膜を形成する（ステップＳＴ１０５）。塗布液膜形成後、引き続き基板を回転させて、回転乾燥により塗布溶液を乾燥させて塗布膜を形成する（ステップＳＴ１０６）。引き続き基板を回転させて、ウェハの裏面にエッチング溶液を噴射してウェハの裏面に付着した塗布膜を除去する（ステップＳＴ１０７）。エッジバックリンス時、塗布膜の表面の塗布欠陥を検査する（ステップＳＴ１０８）。

前記基板の回転中に検査を実施する場合、基板の動径方向距離ごとに回転方向の情報を平均して塗布欠陥を検出する。このため、塗布欠陥の有無の判定は可能であるが、塗布欠陥位置の特定については、低速で回転を行っていても基板外周方向については移動速度が速くなることから位置決定精度が若干低下する。

検出方法としては、以下の手法が考えられるが、これらの方法に限定するものではない。

（A)検出光の反射
基板上に垂直あるいは斜め方向から検出光を入射し、検出光と共役位置に設けられた検出器において検出光の強度あるいは位相を検出する。同検出を基板上の概全ての領域を走査する。この際、検出光の基板上の面積（及び検出器の有効検出器面積）に応じて、検出領域の走査間隔の最適化を行うことが望ましい。検出光の所定変化を有する部位が存在した場合において、上層保護膜の塗布欠陥と判断する。その際、基板エッジ部、基板下地段差の影響を考慮しても良い。

（B)画像処理
基板上の画像を取得し、色調変化、あるいは基板の積層構造および検査位置に応じた元画像あるいはＣＡＤ情報に基づいたテンプレートを基にして、当該検査位置における画像異常を判断し、異常があると判定される場合を塗布欠陥と認識する。

(C)静電容量計
上層保護膜が誘電体である場合に有効と考える。以下の２種類の形態が考案できる。
第一に、基板上を走査可能であり、上層保護膜の塗布欠陥の基板上における相対位置を検出可能である走査型の形態。
第二に、基板以上の面積を有する平板上に静電容量計を所定の配列で配置し、静電容量計側が露光後の基板に相対し、上層保護膜の塗布欠陥の位置を、検出した前記静電容量計の配置情報から読み取る形態。

次いで、塗布膜を加熱することによって、塗布膜中に残留する溶剤を除去する（ステップＳＴ１０９）。溶剤の除去によって保護膜が形成される。

次いで、周辺露光をおこなう（ステップＳＴ１１０）。この周辺露光は、レジスト膜のエッジ部の選択除去時に縁が少し持ち上がった部分が現像時に除去されるために行う。レジスト膜はポジ型であるので周辺部を露光することによって、現像時に除去される。

次いで、ウェハを液浸型のスキャン＆ステップ型露光装置に搬送する（ステップＳＴ１１１）。次いで、搬送された基板が、塗布検査工程で塗布欠陥が有りと判定されたか判定する（ステップＳＴ１１２）。

塗布欠陥が無い場合、各種アライメント調整を行った後、パターンを転写してレジスト膜に潜像を形成する（ステップＳＴ１１３）。

本実施形態で用いる露光装置は液浸型である。図５に露光装置の概略を示す。図５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。図示されない照明光学系の下方にレチクルステージ３１が配置されている。レチクルステージ３１上にレチクル３２が設置されている。レチクルステージ３１は平行移動可能である。レチクルステージ３１の下方に投影レンズ系３３が配置されている。投影レンズ系３３の下方にウェハステージ３４が配置されている。ウェハステージ３４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３４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３７が設けられている。

投影レンズ系３３の下方には、純水（液浸溶液）の液膜３５が形成される。液膜３５を形成するために投影レンズ系３３の横に水の供給及び水の排出を行う一対の水供給・排出器３６が設けられている。露光時、基板１０と投影レンズ系３３との空間は水の液膜３５で満たされる。投影レンズ系３３から射出する露光光は液膜３５の層を通過して照射領域に到達する。照射領域にあたる基板表面のフォトレジストにレチクル３２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。

図６はウェハ上に形成される各露光フィールドの配置を表す平面図である。１枚のレチクルに描かれたマスクパターンが、スキャン露光により基板１０上の矩形の露光フィールド４１にそれぞれ投影・転写される。スキャン露光時、例えば図７に示すように、露光スリット領域５１が露光フィールド４１を紙面の下から上に走査する。または図８に示すように、露光スリット領域５１が露光フィールド４１を紙面の上から下に走査する。図７及び図８は、本発明の第１の実施形態に係わるスキャン露光を説明するために用いられる図である。

図９は、各露光フィールドを順次走査露光する際の露光順序の一例を表す平面図である。図９における上向きの矢印・下向きの矢印はそれぞれ、露光スリット領域が移動する方向を示している。図９に示すように、一つの露光フィールドをスキャン露光し、隣の露光フィールドをスキャン露光するときには走査の向きが逆になっている。このような動作を繰り返しながら基板全面の露光を行う。

ステップＳＴ１１２において、塗布欠陥が有りと判定されていた場合、基板を露光装置内で待機させる（ステップＳＴ１１４）。待機時間が変化すると、パターン寸法の変動が起こる場合があるので、この待機時間は、アライメント調整及びパターン転写にかかる時間と同様にすることが好ましい。

潜像形成後、または待機後、基板を露光装置外に搬送する（ステップＳＴ１１５）。

スキャン露光の間、水供給・排出器３６は基板上に水が残らないように水の回収を行う。ところが、基板上の保護膜が水をはじきやすい（保護膜の水に対する接触角が高い）場合、ステージの移動速度が速い場合、ステージの加速度／減速度の絶対値が大きい場合などでは、図１０に示すように、基板１０上に残留水７１が生じてしまう。このように露光後に部分的に水がレジスト膜上で残った状態で次の加熱（Post exposure bake）を行うと、水が残った部分では熱が吸収されて他の部分と比べてレジスト膜へ供給される熱量が少なくなり、レジスト膜中での加熱による反応を十分に生じさせることができず線幅異常が生じる。レジストがポジレジストである場合には未開口の欠陥が発生してしまう。ネガレジストである場合にはオープン不良の欠陥が発生するという問題が生じる。

これらの問題を解消するため、本実施形態では液浸露光を行った後に、基板上に残った残留水７１を除去することが望まれる。基板１０上の残留水を除去するために、回転乾燥がよく用いられる。ところが、残留水７１は基板１０上に点在しているために、回転乾燥で残留水７１を除去することは困難である。

本実施形態では、残留水７１を除去するために以下の処理を行う。即ち、潜像が形成された基板を水処理ユニットに搬送し、残留水除去処理を行う。残留水除去処理を行うために、基板全面に純水を供給して、基板上の略全面に液膜を形成する（ステップＳＴ１１６）。ステップＳＴ１０３での洗浄処理後の乾燥と同様、回転乾燥またはエアーナイフを用いて、純水の液膜を除去する（ステップＳＴ１１７）。これらの処理で膜表面の水（残留水＋液膜）が完全に除去される。水を完全に除去できない場合には、チップ間で同じように水が吸着する状態を形成すると良い。チップ間で同じように水が吸着させることで、後の加熱で生じる寸法差を予め露光時に用いるマスクに寸法変換差としてフィードバックさせることで最終的に所望のレジストパターンを得ることができる。なお、ここでは水を用いたがこれに限らない。水との親和性がよく且つレジスト膜にダメージを与えることがなく、液滴（この実施形態の場合は水：気化熱＝583cal/g at 100℃）より気化熱が小さい薬液、例えばアルコール類やエーテル類などの薬液を用いたり、これら薬液を液滴と同じ成分の溶媒に溶かして用いたりしても良い。用いる薬液が速乾性であればなお良い。これらの処理はレジスト膜表面に対してだけではなく保護膜を用いた場合の保護膜表面に対しても有効であった。

上述の処理を行った基板をベーカーに搬送して被処理基板（レジスト膜）の加熱（露光後加熱処理，ＰＥＢ）を行う（ステップＳＴ１１８）。この加熱により露光段階でレジスト膜中に発生した酸の拡散、増幅反応を行う。更に、現像液と異なる専用の溶液を用いて保護膜を剥離する（ステップＳＴ１１９）。保護膜の剥離後、基板を現像ユニットに搬送して、現像を行うことによってレジストパターンが形成される（ステップＳＴ１２０）。なお、保護膜の剥離に現像液に用いるＴＭＡＨ溶液に溶解するアルカリ溶型のものを用いても良い。この場合、専用溶液による保護膜の除去工程は不要となり、ＴＭＡＨ溶液による保護膜の除去とレジスト膜の現像工程を連続的に行うことができる。

次いで、塗布検査での塗布欠陥の有無に応じて基板を仕分けするために、塗布欠陥が有ったか判定する（ステップＳＴ１２１）。塗布欠陥が無い場合、基板を通常の検査工程に回す（ステップＳＴ１２２）。塗布欠陥が有る場合、レジスト膜を剥離する（ステップＳＴ１２３）。そして、再度リソグラフィ工程（ステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１２０）を行う（リワーク処理）。

ところで、少なくとも露光ユニットから露光後の水処理ユニットを経てベーカーユニットに至るまでの工程は雰囲気制御を行う必要がある。レジストパターン形成に影響を与えない程度に酸の失活を抑えるには塩基性物質の濃度を１０ｐｐｂ以下にする必要があることが判った。また、搬送時間を含む処理時間についても±１０％の範囲で管理することが望ましいという実験結果を得た。

本実施形態によれば、液浸露光後に保護膜上に水を供給し、水の除去を行うことによって、保護膜表面の残留水を除去することができる。その結果、パターン形成不良の発生を抑制することができる。

なお、液浸露光を行った後に、基板上に点在する残留水７１を除去するために、純水供給（ステップＳＴ１１６）、純水除去（ステップＳＴ１１７）を行った。しかし、残留水７１を除去するために、ステップＳＴ１０３の乾燥処理と同様、スリット状の吹き出し口から基板の一部にガスを吹き付けるエアーナイフ２１が基板上を走査しても良い。また、エアーナイフの変わりにエアーガンが基板上を走査しても良い。残留水の除去能力は、エアーガンを用いるより、エアーナイフを用いた方が高い。よって、エアーガンを用いるよりエアーナイフを用いて残留水７１を除去することが好ましい。

なお、本実施形態で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イオンや塩或いは液体中の分散が均一である微粒子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。

［変形例１−１］
なお、上記実施形態では、露光装置に搬送した後、塗布欠陥の有無に応じて、半導体素子パターンの転写を行うか否かを決定していた（ステップＳＴ１１２）。しかし、図１１に示すように、ステップＳＴ１１２の判定処理を行わず、塗布欠陥があっても半導体素子パターンの転写（ステップＳＴ１１３）をおこなっても良い。

［変形例１−２］
また、上記変形例１−１の変形例のフローチャートを図１２に示す。現像した後（ステップＳＴ１２０）、通常の検査（第１の検査）を行う（ステップＳＴ１２２）。第１の検査をパスしたウェハについて、塗布欠陥が有るかを判定する（ステップＳＴ１３０）。塗布欠陥が無いウェハについては、次の処理に回す（ステップＳＴ１３１）。塗布欠陥があるウェハについては、第２の検査を行う（ステップＳＴ１３３）。

第２の検査の種類としては、光学式欠陥検査、ＣＤ−ＳＥＭなどによる寸法測定、マクロ検査、などがある。項目としては、保護膜の塗布欠陥によって生じ得るウォーターマーク形成、水分量の変化、反射防止効果の変化に起因するパターンの未解像、Ｔ−ｔｏｐ等のパターン形状不良、パターン寸法異常などがある。パターン寸法、形状等の定量的測定、あるいはウォーターマーク検出が可能であれば、上記以外の装置であってもよい。

なお、第２の検査は、該当するウェハの全面に対して検査を行っても良い。また、塗布欠陥検査時に、塗布欠陥の位置情報を記憶し、記憶された位置情報を参照して塗布欠陥の位置に対して第２の検査を行っても良い。

また、第２の検査の実施においては、当該レイヤのパターン配置或いは設計データ、および露光時におけるウェハ上のショットマップを基にして、前記検出された保護膜の塗布欠陥に起因する欠陥が回路動作に対して影響するかを考慮し、第２の検査の省略、あるいは第２の検査工程結果の判定に利用しても良い。

なお、第２の検査の実施は、レジストパターン形成後だけでなく、必要に応じて、前記レジストパターンをマスクにして加工したパターンに対しても実施しても良い。

第２の検査で異常が発見されたか判定する（ステップＳＴ１３３）。異常が無いウェハについては、次の処理に回す（ステップＳＴ１３１）。異常が有ったウェハについては、レジスト膜を剥離し（ステップＳＴ１２３）、リワーク処理（ステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１２０）を行う。

［変形例１−２］の場合、［変形例１−１］に記載した場合に比べて、リワーク率が低減する。この結果、前記付加的な検査時間がリワークおよび再度のリソグラフィ工程に比べてコスト、処理時間が短い場合には、特に生産性、歩留まりが向上する。また、非加工層の熱耐性或いはリワーク工程に対する耐性が低い場合には、不要なリワークを低減することで、歩留まりの改善が図れる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、露光装置内に搬送した後に、塗布欠陥検査を行う例について説明する。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャートである。

第１の実施形態と同様に、ステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０６の処理は、第１の実施形態で図１を参照して説明したステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１０と同様なので説明を省略する。

次いで、露光装置に搬送する（ステップＳＴ２０７）。近年、基板Ｐを保持するステージを２つ搭載したツインステージ型露光装置が登場している。本実施形態で用いる露光装置の概要について図１４を参照して説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態に係わる露光装置の概要を示す図である。

ツインステージ型露光装置は共通のベース４２上をそれぞれ独立に移動可能な第１、第２基板ステージ３４ａ、３４ｂを備えている。また、ツインステージ型露光装置は露光ステーションＡと計測・交換ステーションＢとを有している。計測・交換ステーションＢには、投射部４０ａ及び受光部４０ｂを有するフォーカス検出系４０が搭載されている。

このようなツインステージ型露光装置の基本的な動作としては、例えば露光ステーションＡにおいて第２基板ステージ３４ｂ上の基板の露光処理中に、計測・交換ステーションＢにおいて、第１基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの交換及び計測処理が行われる。そして、それぞれの作業が終了すると、第２基板ステージＰＳＴ２が計測・交換ステーションＢに移動し、それと並行して第１基板ステージＰＳＴ１が露光ステーションＡに移動し、今度は第２基板ステージＰＳＴ２において計測及び交換処理が行われ、第１基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐに対して露光処理が行われる。

つまり、計測・交換ステーションＢにおいてフォーカス検出系４０により基板Ｐの面位置情報が検出され（ステップＳＴ２０８）、この検出結果は制御装置（不図示）に記憶される。

また、フォーカス検出系６０の検出信号を用いて、基板の塗布欠陥を検査する（ステップＳＴ２０９）。フォーカス検出系４０は、露光領域のスキャン方向のフォーカス位置を検出するために配置されている。スキャン方向が双方に存在する場合には、スキャン方向の変化に応じた方向に配置された塗布欠陥検出機に切り替えて、塗布欠陥の検出を行う。通常のフォーカス検出系と異なる点は、スキャンアンドリピート方式のフォーカス検出系が、露光領域のスキャン方向、すなわち基板平面上一軸の両方向に対してのみ配置されていればよいのに対して、本実施形態の趣旨に基づく塗布欠陥検査装置においては、ショット間の移動においては、前記露光領域のスキャン方向と異なる方向、典型的には直交方向における移動が存在することである。したがって、前記直交方向に対しても同様の塗布欠陥検査装置を配置する必要がある。

制御装置は、面位置情報を検出された基板を露光ステーションＡに移動する。基板に塗布欠陥が有ったか判定する（ステップＳＴ２１０）。塗布欠陥がない場合、前記記憶した面位置情報に基づいて投影光学系ＰＬの像面と基板Ｐの表面との位置関係を調整しつつ、半導体素子パターンを転写する（ステップＳＴ２１１）。塗布欠陥がある場合、待機させる（ステップＳＴ２１２）。

続いてのステップＳＴ２１３〜ステップＳＴ２２１の処理は、第１の実施形態で図１を参照して説明したステップＳＴ１１５〜ステップＳＴ１２３の処理と同様なので説明を省略する。

［変形例２−１］
なお、上記実施形態では、露光装置に搬送した後、塗布欠陥の有無に応じて、半導体素子パターンの転写を行うか否かを決定していた（ステップＳＴ２１０）。しかし、第１の実施形態の［変形例１−１］と同様に、ステップＳＴ２１０の判定処理を行わず、塗布欠陥があっても半導体素子パターンの転写（ステップＳＴ２１１）をおこなっても良い。

［変形例２−２］
また、第１の実施形態の［変形例１−２］と同様な処理を行っても良い。現像した後、第１の検査を行う。第１の検査をパスしたウェハについて、塗布欠陥が有るかを判定する。塗布欠陥が無いウェハについては、次の処理に回す。塗布欠陥があるウェハについては、第２の検査を行う。第２の検査で異常が発見されたか判定する。異常が無いウェハについては、次の処理に回す。異常が有ったウェハについては、レジスト膜を剥離し、リワーク処理を行う。

（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャートである。

先ず、半導体基板上に反射防止膜を形成する。本実施形態では例えば塗布型の反射防止膜を形成する（ステップＳＴ３０１）。次いで、反射防止膜上にポジ型の化学増幅型レジスト膜を塗布形成する（ステップＳＴ３０２）。レジスト膜上に保護膜を形成する（ステップＳＴ３０３）。周辺露光をおこなう（ステップＳＴ３０４）。ウェハを液浸型のスキャン＆ステップ型露光装置に搬送する（ステップＳＴ３０５）。各種アライメント調整を行った後、液浸露光により半導体素子パターンを転写してレジスト膜に潜像を形成する（ステップＳＴ３０６）。

次いで、液浸露光時に用いた液浸溶液が保護膜上に残留しているか検査する（ステップＳＴ３０７）。前記残留液浸溶液の検出機構としては、下記方式が考えられる。同時に、以下の複数の方法を併用してもよい。また、検出方式によって、本発明の効果が変化しないことから、下記以外の検出方法であってもよい。なお、検出を光学式で行う方式は、レジストが感光しない波長であることを必要とする。

(A)検出光の反射
基板上に垂直あるいは斜め方向から検出光を入射し、共役位置に設けた検出器において検出光の強度あるいは位相を検出する。同検出を基板上の概全ての領域を走査する。この際、検出光の基板上の面積（及び検出器の有効検出器面積）に応じて、検出領域の走査間隔の最適化を行うことが望ましい。検出光の所定変化を有する部位が存在した場合において、液浸溶液の残留と判断する。その際、基板エッジ部、基板下地段差の影響を考慮しても良い。また、露光装置に設置されているフォーカス検出系を流用しても良い。

(B)検出光の入射
基板表面と概並行方向に検出光源と検出器を設け、検出光の強度あるいは位相をモニタする。検出光の所定変化を有する部位が存在した場合において、液浸溶液の残留と判断する。

(C)液浸溶液の特性吸収あるいは発光の利用
検出光を垂直あるいは斜め方向から入射し、反射光中の液浸溶液の特性吸収あるいは特性発光を検出する。レジストあるいは保護膜上に、前記液浸溶液が吸着、あるいは浸漬している可能性もある。そこで、特性吸収あるいは特性発光が所定強度以上の部位において、光路溶媒が残留していると判断する。

(D)画像処理
基板上の画像を取得し、色調変化、あるいは基板の積層構造および検査位置に応じた元画像あるいはＣＡＤ情報に基づいたテンプレートを基にして、当該検査位置における画像異常を判断し、異常があると判定される場合を液浸溶液が残留していると認識する。

(E)静電容量計
２種類の形態が考案できる。

第一に、基板上を走査可能であり、基板上の残留液浸溶液の相対位置を検出可能である操作型の形態。

第二に、基板以上の面積を有する平板上に静電容量計を所定の配列で配置し、静電容量計側が露光後の基板に相対し、残留液浸溶液の位置を、検出した前記静電容量計の配置情報から読み取る形態。具体的には、露光後の基板上に、静電容量計によって液浸溶液の残留溶液の検出が可能である所定距離を保ち、静電容量計が下側に配置された前記平板を検出可能な時間だけ保持する。露光後の基板をウェハステージ上から搬送する前、あるいはウェハステージから搬送するためのウェハハンドリングアームの上部に設けてもよい。

ステップＳＴ３０７の検査後、ウェハを露光装置から搬出する（ステップＳＴ３０８）。ウェハをベーカーに搬送して被処理基板（レジスト膜）の加熱（露光後加熱処理，ＰＥＢ）を行う（ステップＳＴ３０９）。この加熱により露光段階でレジスト膜中に発生した酸の拡散、増幅反応を行う。更に、現像液と異なる専用の溶液を用いて保護膜を剥離する（ステップＳＴ３１０）。保護膜の剥離後、基板を現像ユニットに搬送して、現像を行うことによってレジストパターンが形成される（ステップＳＴ３１１）。なお、保護膜の剥離に現像液に用いるＴＭＡＨ溶液に溶解するアルカリ溶型のものを用いても良い。この場合、専用溶液による保護膜の除去工程は不要となり、ＴＭＡＨ溶液による保護膜の除去とレジスト膜の現像工程を連続的に行うことができる。

次いで、ステップＳＴ３０７における検査での液浸溶液残留の有無に応じて基板を仕分けするために、液浸溶液の残留が有ったか判定する（ステップＳＴ３１２）。塗布欠陥が無い場合、基板を通常の検査を行う（ステップＳＴ３１３）。塗布欠陥が有る場合、レジスト膜を剥離した後（ステップＳＴ３１４、再度リソグラフィ工程（ステップＳＴ３０２〜ステップＳＴ３１１）を行う（リワーク処理）。

本実施形態によれば、浸溶液によって生じる問題を回避することが可能となる。これにより生産効率が改善される。液浸露光において、基板上に液浸溶液が残留し、液浸溶液の乾燥が生じることで、所謂ウォーターマークが発生し、その結果レジスト形状の異常あるいはパターンが非解像などのパターン欠陥が生じる。

［変形例３−１］
なお、図１６に示すフローチャートに従って処理を行っても良い。即ち、現像処理（ステップＳＴ３１１）をおこなった後に、通常の検査（第１の検査）を行う。検査をパスしたウェハについて、液浸溶液の残留が有ったか判定する（ステップＳＴ３２０）。残留がない場合は、ウェハを次の処理に回す（ステップＳＴ３２１）。

液浸溶液の残留が有ったウェハについては、第２の検査を行う（ステップＳＴ１３３）。第２の検査の種類としては、光学式欠陥検査、ＣＤ−ＳＥＭなどによる寸法測定、マクロ検査、などがある。項目としては、液浸溶液の残留によって生じ得るウォーターマーク形成、水分量の変化、反射防止効果の変化に起因するパターンの未解像、Ｔ−ｔｏｐ等のパターン形状不良、パターン寸法異常などがある。パターン寸法、形状等の定量的測定、あるいはウォーターマーク検出が可能であれば、上記以外の装置であってもよい。

なお、第２の検査は、該当するウェハの全面に対して検査を行っても良い。また、液浸溶液の残留検査時に、残留の位置情報を記憶し、記憶された位置情報を参照して残留の位置に対して第２の検査を行っても良い。

また、第２の検査の実施においては、当該レイヤのパターン配置或いは設計データ、および露光時におけるウェハ上のショットマップを基にして、前記検出された保護膜の残留に起因する欠陥が回路動作に対して影響するかを考慮し、第２の検査の省略、あるいは第２の検査工程結果の判定に利用しても良い。

なお、第２の検査の実施は、レジストパターン形成後だけでなく、必要に応じて、前記レジストパターンをマスクにして加工したパターンに対しても実施しても良い。

第２の検査で異常が発見されたか判定する（ステップＳＴ３２３）。異常が無いウェハについては、次の処理に回す（ステップＳＴ３２１）。異常が有ったウェハについては、レジスト膜を剥離し（ステップＳＴ３２４）、リワーク処理（ステップＳＴ３０２〜ステップＳＴ３１３）を行う。

リワーク率が低減する。この結果、前記付加的な検査時間がリワークおよび再度のリソグラフィ工程に比べてコスト、処理時間が短い場合には、特に生産性、歩留まりが向上する。また、非加工層の熱耐性或いはリワーク工程に対する耐性が低い場合には、不要なリワークを低減することで、歩留まりの改善が図れる。

また、図１７に示すフローチャートに従って処理を行っても良い。即ち、第１の実施形態で図１のフローチャートを参照して説明したステップＳＴ１０３，１０４と同様な洗浄処理（ステップＳＴ３３１）及び乾燥処理（ステップＳＴ３３２）を行う。またさらに、第１の実施形態で図１のフローチャートを参照して説明したステップＳＴ１１６，１１７と同様な純水供給（ステップＳＴ３３３）及び乾燥処理（ステップＳＴ３３４）を行う。なお、ステップＳＴ３３１，３３２とステップＳＴ３３３，３３４とは、どちらか一対の処理を行っても良い。

又、図１８に示すフローチャートに従って処理を行っても良い。液浸溶液の残留検査（ステップＳＴ３０７）を行った後、液浸溶液の残留が有ったか判定する（ステップＳＴ３４０）。残留が無ければ、露光装置から搬出する（ステップＳＴ３０８）。そして、ステップＳＴ３１０〜３１１，３１３の処理を順次実施する。残留が有れば、露光装置内で保護膜上に残留する残留溶液を回収する（ステップＳＴ３４１）。残留溶液は、吸引によって回収することが好ましい。吸引によって回収することで、残留溶液が露光装置内に飛散することを抑制することができる。残留溶液の回収後、ウェハを露光装置から搬出する（ステップＳＴ３４２）。レジスト膜を剥離する（ステップＳＴ３４３）。そして、再度リソグラフィ工程を行う（リワーク処理）。

なお、図１９に示すように、残留溶液を回収した後、残留溶液がなかったウェハと同様な処理を行っても良い。また、図２０に示すように、残留溶液の有無の判定（ステップＳＴ３５０）を露光装置から搬出した後に行っても良い。残留溶液が有ったウェハについては、残留溶液の回収処理（ステップＳＴ３５１）の後に、残留溶液が無いウェハと同様な処理（ステップＳＴ３０９〜３１１，３１３）を行う。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、液浸溶液としては屈折率が約１．４４の純水を用いていたが、露光装置の解像性を高めるために、より屈折率の高い液浸溶液を用いても良い。具体的には、純水に塩、イオン、界面活性剤の添加を行っても良い。また、液浸溶液として有機溶剤、フッ素オイルなどを用いても良い。

下層反射防止膜およびレジスト膜は、基板加工工程における搬送系、あるいは装置の都合に合わせて、適切な量のエッジカット量が設定されても良い。

また、下層反射防止膜が酸、あるいは光酸発生剤、塩基、界面活性剤など、液浸溶液中への溶出物を含む場合においては、少なくとも当該液浸露光装置において液浸溶液と接触する可能性のある基板平面上に位置する当該下層反射防止膜表面を覆うように上層反射防止膜を形成することが望ましい。

前記レジスト膜への潜像形成工程後から前記保護膜の剥離工程の間に、前記レジスト膜に対して露光後加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のレジストパターン形成方法。

また、特許請求の範囲に記載した請求項以外に望ましい従属項として、次のものがあげられる。

請求項５において、前記所定の処理は、リワーク処理であることを特徴とする。

請求項５，６において、前記レジスト膜上に残留する液浸溶液を除去するための処理を行う工程を更に含むことを特徴とする。

請求項５，６において、前記潜像を形成する前に、前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする。さらに、前記潜像形成後と前記露光後加熱処理の前との間に、洗浄液を用いて前記保護膜の表面を洗浄する工程と、前記保護膜上の前記洗浄液を除去する工程とを更に含むことを特徴とする。

請求項５，６において、前記第１の検査工程後から前記現像工程の間に、前記レジスト膜に対して露光後加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする。

その他、本発明は、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工程を説明するためのフローチャート。 第１の実施形態に係わる洗浄処理を行っている状態を示す図。 第１の実施形態に係わる洗浄処理を行っている状態を示す図。 第１の実施形態に係わる洗浄液の除去処理を行っている状態を示す図。 第１の実施形態に係わる露光装置の概略を示す図。 第１の実施形態に係わる、ウェハ上に形成される各露光フィールドの配置を表す平面図。 第１の実施形態に係わるスキャン露光を説明するために用いられる図。 第１の実施形態に係わるスキャン露光を説明するために用いられる図。 各露光フィールドを順次走査露光する際の露光順序の一例を表す平面図。 第１の実施形態に係わるスキャン露光後に基板上に残存する液滴を示す平面図。 第１の実施形態の［変形例１−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第１の実施形態の［変形例１−２］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に係わる露光装置の概要を示す図。 第３の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の［変形例３−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の［変形例３−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の［変形例３−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の［変形例３−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の［変形例３−１］に係わる半導体装置の製造工程を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１０…半導体基板，１１…基板支持部，１２…駆動部，１３…洗浄ノズル，１４…純水，２１…エアーナイフ，２２…ガス，３１…レチクルステージ，３２…レチクル，３３…投影レンズ系，３４…ウェハステージ，３４ａ．３４ｂ…基板ステージ，３４ｂ…基板ステージ，３５…液膜，３６…水供給・排出器，３７…サポート板

Claims (9)

1. 基板上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜上に保護膜を形成するための塗布溶液を前記レジスト膜上に塗布すること及び必要に応じて加熱することによって前記レジスト膜上に前記保護膜を形成する工程と、
   液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜にパターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、
   前記潜像形成後、前記保護膜を剥離する工程と、
   前記剥離後、前記基板上にレジストパターンを形成するために前記レジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法において、
   前記塗布液膜形成後と前記保護膜を剥離する前との間に、前記保護膜の欠陥有無を検査するために第１の検査を行う工程と、
   前記検査時に前記欠陥があった場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記第１の検査は、前記塗布液膜形成後と前記露光前との間に行われ、
   前記所定の処理は、前記レジスト膜に潜像を形成せずに待機させる工程と、
   前記待機後、前記保護膜を剥離する工程と、
   前記剥離後、前記レジスト膜を現像する工程と、
   前記現像後、リワーク処理を行う工程と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。
3. 前記第１の検査は、前記保護膜形成後と前記剥離の前との間に行われ、
   前記現像後、前記欠陥があった基板に対して欠陥が有る場合に応じた所定の第２の検査を行う工程と、
   前記第２の検査により不良と判定された基板に対してリワーク処理を行う工程と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。
4. 前記第１の検査時、欠陥の位置情報を取得し、
   前記第２の検査は前記位置情報に応じて行われることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
5. 基板上にレジスト膜を形成する工程と、
   液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜にパターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、
   前記潜像形成後、前記レジスト膜上に液浸溶液が残留しているかを検査するための第１の検査を行う工程と、
   前記第１の検査後、前記レジスト膜を現像する工程と、
   前記検査時に前記液浸溶液が残留していた場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
6. 前記所定の処理は、
   前記現像後、前記液浸溶液の残留があった基板に対して残留が有る場合に応じた所定の第２の検査を行う工程と、
   第２の検査の結果、異常有りと判別された基板をリワーク処理する工程とを含むことを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
7. 前記第１の検査時、前記液浸溶液の残留位置の情報を取得し、
   前記第２の検査は前記情報に応じて行われることを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のパターン形成方法の各工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 半導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、
   液浸溶液を用いる液浸露光法によって前記レジスト膜に半導体素子パターンを転写することによって、前記レジスト膜に潜像を形成する工程と、
   前記潜像形成後、前記レジスト膜上に液浸溶液が残留しているかを検査するための第１の検査を行う工程と、
   前記第１の検査後、前記レジスト膜に対して露光後加熱処理を行う工程と、
   前記露光後加熱処理後、前記レジスト膜を現像する工程と、
   前記検査時に前記液浸溶液が残留していた場合、予め決められた所定の処理を行う工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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