JP2006235230A - レジストパターン形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン寸法精度に優れ、露光装置を長期使用可能なレジストパターン形成方法を提供する。
【解決手段】 レジストパターン形成方法は、以下の工程を含む。基板上にレジスト膜を形成する。基板の外縁部の所定領域のレジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、外縁部のレジスト膜に潜像を形成する。外縁部に光が照射されたレジスト膜を洗浄する。洗浄されたレジスト膜の所望の露光領域に、露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する。レジスト膜の露光領域を現像する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レジストパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関し、液浸露光を用いたレジストパターン形成方法に関する。

半導体製造工程において、基板上に形成されたレジスト膜は、基板ベベル部および外周部（以下、基板外縁部）において除去されていることが望ましく、またその膜厚減少は急激であることが望ましい。レジスト膜をマスクにしてより下層の被加工膜を加工するため、中途半端な膜厚のレジスト膜が加工前に存在していた場合、中途の膜厚まで加工された被加工膜が点在する。このような形状の被加工膜が存在した場合、次工程以降におけるダストあるいは（および）汚染の原因となる。また、基板外縁部の凹凸は、レジスト等の塗布膜の塗布異常、また剥離異常を引き起こし、現像欠陥などを引き起こす。

このため、露光装置内の投影光学系の光路下流側の最終要素とレジスト膜を含む多層膜が形成された基板との間の光路が空気、あるいは窒素などの屈折率がほぼ１である気体が占める従来型の露光装置（以下、ドライ露光）では、周辺露光工程（Wafer Edge Exposure）が設けられる。周辺露光工程は、レジスト溶液を回転塗布することによって溶液を除去すること（以下、エッジリンス）に加えて、レジスト溶液膜の加熱工程（以下、PAB：Post Applied Bake）とパターン露光工程の間に行われる。周辺露光工程では、レジスト膜の外縁部に、外縁部のレジスト膜が後に行う現像工程において溶解するのに十分な光が照射される。周辺露光工程を行うことにより、基板周辺部のレジスト膜を急峻な形状にすることが可能である。

また、ドライ露光に対して、いわゆる液浸露光が知られている。液浸露光によれば、適切な光学系の設計をすることによりドライ露光の場合よりも微細なパターンを形成することが可能である。

しかしながら、液浸露光においては、液浸溶液中にレジスト膜から膜中の低分子成分が溶出することがわかっている（非特許文献１乃至３）。ＰＡＧ（Photo Acid Generator）や、その光反応生成物である光発生酸、酸のクエンチャーとしての塩基、レジスト膜中に残留溶媒として存在するレジスト溶媒などが、溶出する低分子成分として学会等で報告されている。特に、光発生酸の溶出量が多いことがわかっている。

これらの低分子成分が液浸溶液に溶出することにより、１．液浸溶液の屈折率が変化することにより光路差が発生する、２．気泡が発生することによって光路差およびフレアが発生する、３．溶出物が堆積したり腐食したりすることによって投影光学系に曇りが生じたことに起因してフレアおよび光路差の発生する、４．ウェハステージや光路周辺のみに液浸溶液を供給するためのシャワーヘッドが汚染される等によって液浸溶液の保持機能が劣化する、ことなどが懸念される。１．および２．は、局所的な収差あるいはフォーカス変動による寸法変動、３．は主に装置の長期使用における光学像が劣化することによる寸法異常、４．は基板および（あるいは）ウェハステージへのＷ／Ｍ（ウォーターマーク）形成によるパターン欠陥、汚染が発生すると考えられる。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
欧州特許公開23231号明細書 W. Hinsberg etc、「Proc. SPIE」、2004、vol. 5376、p.21-33 J. Talylor etc、「Proc. SPIE」、2004、vol. 5376、p.34-43 S. Kishimura、「Proc. SPIE」、2004、vol. 5376、p.44-55 K. Ishizuka et al.、New Cover Material Development Status for Immersion Lithography、International Symposium on Immersion and 157nm Lithography, August 4th, 2004 A. K. Raub etc、「Proc. SPIE」、2004、vol. 5377、p.306-318

本発明は、パターン寸法精度に優れ、露光装置を長期使用可能なレジストパターン形成方法を提供しようとするものである。

本発明の第１の視点によるレジストパターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第１露光工程と、前記外縁部に光が照射された前記レジスト膜を洗浄する洗浄工程と、洗浄された前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第２露光工程と、前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の第２の視点によるレジストパターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第１露光工程と、前記第１露光工程の後に、前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第２露光工程と、前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、パターン寸法精度に優れ、露光装置を長期使用可能なレジストパターン形成方法を提供できる。

本発明者等は、本発明の開発の過程において、パターン寸法精度に優れたレジストパターン形成方法について研究した。その結果、本発明者等は、以下に述べるような知見を得た。

（参考例１）
まず、ドライ露光装置を用いたリソグラフィー工程について、図１を参照して説明する。

［工程Ｓ１０１］
基板上に、被加工膜、単層あるいは複数層の反射防止膜が順次形成される。次に、反射防止膜上に、滴下したレジスト溶液を回転塗布によって展開することでレジスト溶液膜が形成される。

［工程Ｓ１０２］
レジスト溶液膜が形成された基板が加熱されることにより、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ１０３］
レジスト膜が形成された基板の外縁部の所定範囲に対して周辺露光が実施される。市販されている塗布・現像装置と露光装置を使用した場合、周辺露光は塗布・現像装置から露光装置へウェハを受け渡すインターフェースに組み込まれていることが普通である。このため、周辺露光工程は、通常は、本例に示すように、露光工程の直前に行われる。

［工程Ｓ１０４］
周辺露光が実施された基板に対して、ドライ露光装置を用いて所定のフォトマスクを介してパターン露光が行われることにより、レジスト膜のパターン露光に応じた位置に光反応を生じさせる。

［工程Ｓ１０５］
パターン露光が実施された基板に対して、露光後に行われる所定の加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）が行われる。この結果、レジスト膜中の光反応が発生した部位およびその周囲で化学反応が発生することにより、レジストの所定現像液に対する溶解性を変化させる。

［工程Ｓ１０６］
ＰＥＢが実施された基板に対して、現像が行われることにより、レジストパターンが得られる。

この後、検査工程およびさらなる加工工程等の、さらなる工程が行われる。

（参考例２）
液浸リソグラフィーにおいて、ドライ露光と同様に周辺露光を行うことが考えられる。この場合、通常は、パターン露光の後、余り時間を置かずにＰＥＢ工程を実施したいという観点等から、以下に示すような工程順序になるものと予想される。この工程について、図２を参照して説明する。なお、参考例２では、レジスト膜上に保護膜が設けていない。

［工程Ｓ１１１、工程Ｓ１１２］
工程Ｓ１０１、Ｓ１０２と同じ工程により、被加工膜、反射防止膜、レジスト膜が順次形成される。

［工程Ｓ１１３］
工程Ｓ１０３と同じ工程により、周辺露光が行われる。ドライ露光の場合と同じく、市販されている塗布・現像装置と露光装置を使用した場合、周辺露光は塗布・現像装置から露光装置へウェハを受け渡すインターフェースに組み込まれていることが普通である。このため、周辺露光は、本例に示すように、露光の直前に行われることが一般的であると予想される。

［工程Ｓ１１４］
周辺露光が実施された基板に対して、液浸露光装置を用いて所定のフォトマスクを介してパターン露光が行われることにより、レジスト膜のパターン露光に応じた位置に光反応を生じさせる。

［工程Ｓ１１５］
工程Ｓ１０５と同じ工程により、ＰＥＢが行われる。

［工程Ｓ１１６］
工程Ｓ１０６と同じ工程により、現像が実施される。

しかしながら、本例が実施された場合、以下に述べるような問題点が生じることが予想される。まず、一般的には、周辺露光時は、パターン露光時より１桁〜２桁高い露光量で照射される。したがって、周辺露光が実施されたレジスト膜中においては、ほぼすべてのＰＡＧが光反応を起こして光発生酸となることが普通である。また、露光されていない部分のＰＡＧよりも、露光された部分において光反応を起こした光発生酸の方が液浸溶液への溶出が多い。このような理由により、パターン露光の際の液浸溶液中に、多量の光発生酸（およびＰＡＧ）が溶出する問題が懸念される。この結果、背景技術の欄に記載の問題点１．乃至４．がより顕著になる。特に、光学系の曇りについては、ＰＡＧおよびそれから発生する光発生酸の影響が大きな問題となる。このため、レジスト膜からの溶出量を減少させる方法の開発が求められる。

このような問題は、基板全体を液浸溶液に浸漬するバスタイプの液浸露光装置（特許文献１）に限らず、シャワーヘッド型の液浸露光装置であっても避け得ない。これは、ウェハステージの移動上の制約などから、基板の周辺露光部をシャワーヘッドが走査する必要があるためである。特に、周辺露光部をシャワーヘッドが走査する際、より多くの低分子成分、光発生酸がレジスト膜から溶出する。

（参考例３）
参考例３は、参考例２と同様に、液浸露光によるレジストパターン形成において、周辺露光工程が挿入された場合に、通常、予想される処理工程に関する。このような処理工程について、図３を参照して説明する。なお、この参考例３では、レジスト膜上に上層保護膜が設けられる。

［工程Ｓ１２１、工程Ｓ１２２］
工程Ｓ１０１、Ｓ１０２と同じ工程により、被加工膜、反射防止膜、レジスト膜が順次形成される。

［工程Ｓ１２３］
レジスト膜が形成された基板上に、滴下した保護膜溶液を回転塗布によって展開することで上層保護膜の溶液膜が形成される。

［工程Ｓ１２４］
上層保護膜が形成された基板が加熱されることにより保護膜が形成される。保護膜が設けられることにより、液浸溶液に対する溶出物の量が、１〜２桁程度低減するとの報告がある（非特許文献４）。

［工程Ｓ１２５、Ｓ１２６、Ｓ１２７］
工程Ｓ１０３、Ｓ１１４、Ｓ１０５と同じ工程により、周辺露光、液浸露光、ＰＥＢが順次行われる。

［工程Ｓ１２８］
ＰＥＢが実施された基板に対して、所定の薬液を用いて上層保護膜を剥離する工程が実施される。次いで、工程Ｓ１１６と同じく、現像が行われる。

周辺露光および液浸露光により、参考例１と同様に基板周辺部のレジスト膜を急峻な形状にし、かつドライ露光の場合よりも微細なパターンを形成することが可能である。さらに、上層保護膜が設けられることにより、液浸溶液に対する溶出物の量を減少できる。

しかしながら、上層保護膜によっても、溶出物を抑える効果は十分ではない。また、上記のように、周辺露光時は、パターン露光時より高い露光量の光が照射されため、上層保護膜の樹脂構造が光分解を起こす可能性がある。この結果、周辺露光部の保護膜の構造が変化し、レジスト膜中の光発生酸などの溶出量が増加する可能性がある。また、保護膜中、あるいは（および）保護膜とレジスト膜との界面に蓄積された、保護膜が光分解した気体がパターン露光中に液浸溶液中に移動することにより、気泡が発生する可能性がある。この結果、レジストパターンの光学像が変化する。

以下に、このような知見に基づいて構成された本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図である。図４を参照して第１実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。

［工程Ｓ１］
まず、図４、図５に示すように、基板２上に、被加工膜４、単層あるいは複数層の反射防止膜（ＢＡＲＣ膜：Bottom Anti Reflection Coating膜）１が順次形成される。基板２は、半導体基板そのものの場合もあるし、既に、絶縁膜、導電膜等が形成されている場合も含まれる。次に、反射防止膜１上に、滴下したレジスト溶液を回転塗布によって展開することによりレジスト溶液膜３が形成される。

半導体素子製造においては、レジストの塗布はスピン塗布により実施される。図５に示すように、スピン塗布および乾燥によってレジスト膜が形成された場合、基板２の外縁部のレジスト溶液膜３は、ベベル部において緩やかな膜厚変化を示す。このとき、レジスト溶液の滴下量、種類、回転塗布シーケンスによっては、ベベル部を超えて基板２の裏面側にレジスト溶液が回り込み、この部位が搬送アームあるいはウェハステージなどと接触することによってダストが発生したり、クロスコンタミネーションが引き起こされたりする。このため、スピン塗布工程においては、レジスト溶液膜３を溶解する薬液を基板１の裏面側から吐出するバックリンスが行われることが一般的である。

また、図５のようにレジスト膜の膜厚現象が緩やかな部分が存在した場合、あるいはレジスト塗布領域の境界部分において塗布ムラが存在した場合、レジスト膜をマスクとした被加工膜４の加工後に、当該部位の下方の被加工膜４、あるいはさらに下層の膜の表面に凹凸が生じる。このような形状の下層膜が存在した場合、次工程以降におけるダストあるいは（および）汚染の原因となる。また、基板１の外縁部の凹凸は、レジスト等の塗布膜の塗布異常、また剥離異常を引き起こし、現像欠陥などを引き起こす。このため、通常は基板１周辺の所定距離に対して、バックリンスと同様に溶液が吐出され、ベベル部などのレジスト溶液が除去される（エッジリンス）。この結果、スピン塗布工程後のレジスト溶液膜３は、一般に、図６のような膜厚変化を示す。

［工程Ｓ２］
レジスト溶液膜４が形成された基板に対する所定の加熱工程によって、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ３］
レジスト膜が形成された基板の外縁部の所定範囲に対して、強度が概一様な光を照射する、周辺露光が実施される。周辺露光時の照射光の波長は、後述のパターン露光と同じ照射光の波長と異なる方法、同じ露光波長で露光量を変える方法がある。

通常は、図７に示すように、設定上の値であるが、基板周囲から所定距離に対して、一律に周辺露光が実施される。ただし、図８、図９に示すように、基板の表面にナンバリングが存在する場合、あるいは基板にノッチが存在する場合には、基板周囲からの所定距離を越えた領域にも周辺露光が行われることがある。

周辺露光時の照射光は、レジスト膜へのパターン露光時の照射光の波長と同一である必要はなく、レジスト膜が十分な感光性を有する波長であれば良い。

周辺露光を実施することにより、基板周辺部のレジスト形状は、図１０に示すように急峻な膜厚変化を示し、レジスト膜をマスクとする加工工程における問題を防止できる。よって、当該レジスト膜をマスクとしたエッチングにおいて、被加工膜の凹凸などの問題を低減できる。

［工程Ｓ４］
周辺露光が実施された基板に対して、例えば純水を用いて露光前洗浄が行われ、次に、乾燥工程が実施される。未露光のＰＡＧに比べて、光発生酸は純水への溶出割合が多い。この洗浄工程によって、周辺露光領域において発生した過剰な光発生酸を低減する。洗浄工程によって、パターン露光領域におけるＰＡＧの量も低減するが、低減した量に合わせて、パターン露光の露光量を調整することで問題は解決する。このため、後述の液浸露光によるパターン露光時に周辺露光部のレジスト膜から発生する溶出物を低減することができる。

［工程Ｓ５］
露光前洗浄・乾燥が実施された基板に対して、液浸露光装置を用いて所定のフォトマスクを介してパターン露光が行われる。すなわち、図１０に示すように、投影光学系の最終要素（典型的にはレンズ）５と露光領域の基板との間に屈折率が１よりも大きな液浸用液（例えば水（純水）６が占めた状態で露光が行われる。露光することによって、レジスト膜にパターン露光に応じた光反応を生じさせる。なお、液浸露光は、いわゆるバスタイプと呼ばれる、基板全体を液浸溶液に浸漬させる方法や、いわゆるシャワーヘッド型と呼ばれる、露光部分のみに液浸溶液が供給され、レンズとともに液浸溶液の供給される部分を走査させる方法の何れを用いても良い。

液浸露光によれば、適切な光学系の設計をすることによりドライ露光の場合よりも微細なパターンを形成することが可能である。また、同一周期のパターンであれば焦点深度の拡大の効果が得られる。

［工程Ｓ６］
パターン露光が実施された基板に対して、露光後に行う所定の加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）が行われる。こうすることによって、レジスト膜中の光反応が発生した部位およびその周囲において化学反応を起こさせ、レジスト膜の所定現像液に対する溶解性を変化させる。

［工程Ｓ７］
ＰＥＢが実施された基板に対して、所定現像液を用いて現像を実施することにより、図１１に示すように、レジストパターンが得られる。なお、ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）光を照射するリソグラフィー（光源波長３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍなど）では、一般には、アルカリ水溶液であるＴＭＡＨ（tetramethyl ammonium hydroxide）現像液が用いられる。ＴＭＡＨ現像液には、種々の界面活性剤を含むものも存在する。

次に、レジスト膜に対して、その形状の検査工程および、レジスト膜をマスクとして被加工膜をエッチングする加工工程が行われる。そして、ここまで示した工程や、イオン注入等の公知の半導体製造工程が実施されることにより、半導体装置が形成される。なお、本実施形態は、半導体装置のみならず、磁性素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＤＮＡチップ等の、リソグラフィー工程を用いて製造される、あらゆる素子に適用可能である。この記載は、以下の各実施形態についても同様に適用される。

本発明の第１実施形態に係るレジストパターン形成方法によれば、周辺露光の後に露光前洗浄・乾燥工程が実施される。このため、液浸露光によって微細なパターンを有し且つ周辺露光によって外縁部において急峻な形状のレジスト膜を形成できるとともに、液浸溶液への周辺露光部からの溶出物を大幅に低減することが可能となる。この結果、液浸溶液中での光路差の発生を防止でき、また、露光装置の長期使用における安定性が確保できる。

また、第１実施形態によれば、パターン露光後にＰＥＢが行われる。このため、露光後の引き置き（ＰＥＤ：Post Exposure Delay）時間は短い。よって、レジスト膜の解像性の劣化を最低限に抑えることができる。その意味において、ＰＥＤによるパターン寸法変化が比較的大きいレジスト材料およびプロセス、また露光プロセスマージンが非常に狭い場合において、第１実施形態は有効である。

なお、液浸によるパターン露光（工程Ｓ５）とＰＥＢ（工程Ｓ６）の間に露光後洗浄・乾燥工程を入れても良い。

ここで、露光前／後洗浄・乾燥工程は、必ずしも洗浄工程で基板と接した洗浄液が完全に乾燥することを意味せず、当該基板の搬送において洗浄液が基板裏面や装置内に垂れないレベルである場合も含む。すなわち、表面に洗浄液が吸着している場合、基板上の膜中に前記薬液を含む場合も含む。この記載は、以下の各実施形態に関しても同様に適用される。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第２実施形態に加えて、上層保護膜が設けられる。

図１２は、本発明の第２実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図である。図１２を参照して第２実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。

［工程Ｓ１１］
工程Ｓ１と同じ工程が実施されることにより、被加工膜、反射防止膜、レジスト溶液膜が形成される。この際、工程Ｓ１と同じく、エッジリンス、バックリンスも行われる。

［工程Ｓ１２］
レジスト溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ２と同じ工程が実施されることにより、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ１３］
レジスト膜が形成された基板上に、滴下した上層保護膜溶液を回転塗布によって展開することにより上層保護膜の溶液膜が形成される。上層保護膜の溶液膜に対しても、エッジリンスおよびバックリンスが行われる。

なお、上層保護膜は、少なくともレジスト膜、また反射防止膜を含む下層膜であって液浸溶液に対する溶出物を含む膜をすべて覆うことが望ましい。ただし、これらレジスト膜および液浸溶液に対する溶出物を含む膜が基板のベベル部の側面および下層まで存在する場合には、塗布・現像装置および露光装置内におけるダスト源となる懸案との兼ね合いから、適切な範囲を保護膜が覆うようにバックリンス（およびエッジリンス）が設定されることが望ましい。

［工程Ｓ１４］
上層保護膜の溶液膜が形成された基板に対する所定の加熱工程が実施されることによって、図１３に示すように、上層保護膜７が形成される。上記したように、上層保護膜７を使用することで、液浸溶液に対する溶出物の量が、１〜２桁程度低減するとの報告がある。

［工程Ｓ１５］
上層保護膜７が形成された基板に対して工程Ｓ３と同じ工程が実施されることにより、周辺露光が行われる。

［工程Ｓ１６］
周辺露光が実施された基板に対して工程Ｓ４と同じ工程が実施されることにより、露光前洗浄・乾燥工程が行われる。

［工程Ｓ１７］
図１３に示すように、露光前洗浄・乾燥工程が実施された基板に対して工程Ｓ５と同じ工程が実施されることにより、パターン露光が行われる。この際、液浸溶液６は、上層保護膜７と投影光学系の最終要素５との間に位置する。

［工程Ｓ１８］
パターン露光が実施された基板に対して工程Ｓ６と同じ工程が実施されることにより、ＰＥＢが行われる。

［工程Ｓ１９］
ＰＥＢが実施された基板に対して所定の薬液を用いて上層保護膜が剥離される。

次に、上層保護膜が剥離された基板に対して工程Ｓ７と同じ工程が実施されることにより、現像が行われる。上層保護膜がＴＭＡＨなどの現像液に溶解する場合には、上層保護膜の剥離と現像を連続的に不可分に実施しても良い。また、上層保護膜を剥離するための溶液と現像液を混合しても問題がない場合には、剥離と現像を連続的に実施しても良い。

上層保護膜は、現像工程を経た状態においては、すべて除去された状態となる。

本発明の第２実施形態に係るレジストパターン形成方法によれば、第１実施形態と同じく、周辺露光の後に露光前洗浄・乾燥工程が実施される。このため、第１実施形態と同じく、微細なパターンを有し且つ外縁部において急峻な形状のレジスト膜を形成できるとともに、液浸溶液への周辺露光部からの溶出物を大幅に低減することが可能となる。

また、第２実施形態によれば、上層保護膜が形成される。このため、液浸溶液に対する溶出物の量を第１実施形態よりもさらに低減することができる。一方、上層保護膜樹脂が周辺露光によって分解する場合、上層保護膜由来の気体、あるいは上層保護膜溶出物抑制能力が前記分解によって低下することからレジスト膜からの溶出物が周辺露光を実施しない領域と比べて増加する可能性がある。しかし、上層保護膜が形成され、周辺露光が行われた後に、露光前洗浄・乾燥工程が実施される本実施形態によれば、レジスト膜の周辺露光部から光発生酸などが溶出する量を抑制できる。また、保護膜中、あるいは（および）保護膜とレジスト膜との界面に蓄積された前記保護膜由来の気体やＰＡＧのカチオンなどの気体を除去することによって、この部分で気泡が発生すること、溶出物増加による長期不安定性を回避できる。この結果、レジストパターンの光学像が変化することを回避できる。

また、第２実施形態によれば、第１実施形態と同じく、ＰＥＤ時間は短い。よって、レジスト膜の解像性の劣化を最低限に抑えることができる。

なお、第１実施形態と同様に、液浸によるパターン露光とＰＥＢの間に洗浄・乾燥工程を入れても良い。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態と工程の順序が異なる。

図１４は、本発明の第３実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図である。図１４を参照して第３実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。

［工程Ｓ２１］
工程Ｓ１と同じ工程が実施されることにより、加工膜、反射防止膜、レジスト溶液膜が形成される。この際、工程Ｓ１と同じく、エッジリンス、バックリンスも行われる。

［工程Ｓ２２］
レジスト溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ２と同じ工程が実施されることにより、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ２３］
レジスト膜が形成された基板の外縁部の所定範囲に対して工程Ｓ３と同じ工程が実施されることにより、周辺露光が行われる。

［工程Ｓ２４］
周辺露光が実施された基板に対して工程Ｓ４と同じ工程が実施されることにより、露光前洗浄・乾燥工程が行われる。

［工程Ｓ２５］
露光前洗浄・乾燥が実施された基板に対して工程Ｓ１３と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜の溶液膜が形成される。

［工程Ｓ２６］
上層保護膜の溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ１４と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜が形成される。

［工程Ｓ２７］
上層保護膜が形成された基板に対して工程Ｓ５と同じ工程が実施されることにより、パターン露光が行われる。

［工程Ｓ２８］
パターン露光が実施された基板に対して工程Ｓ６と同じ工程が実施されることにより、ＰＥＢが行われる。

［工程Ｓ２９］
ＰＥＢが実施された基板に対して工程Ｓ１９と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜が剥離され、次いで、現像が行われる。

本発明の第３実施形態に係るレジストパターン形成方法によれば、第１実施形態と同じく、周辺露光の後に露光前洗浄・乾燥工程が実施される。このため、第１実施形態と同じく、微細なパターンを有し且つ外縁部において急峻な形状のレジスト膜を形成できるとともに、液浸溶液への周辺露光部からの溶出物を大幅に低減することが可能となる。

また、第３実施形態によれば、第２実施形態と同じく、上層保護膜が形成される。このため、第２実施形態と同じく、液浸溶液に対する溶出物の量を低減することができる。

また、第３実施形態によれば、周辺露光の後に上層保護膜が形成される。このため、周辺露光によって上層保護膜の構造が変化することを回避できる。よって、レジスト膜の周辺露光部から光発生酸などが溶出する量を抑制できる。この結果、レジストパターンの光学像が変化することを回避できる。

また、第３実施形態によれば、第１実施形態と同じく、ＰＥＤ時間は短い。よって、レジスト膜の解像性の劣化を最低限に抑えることができる。

なお、第１実施形態と同様に、液浸によるパターン露光とＰＥＢの間に洗浄・乾燥工程を入れても良い。

（第４実施形態）
図１５は、本発明の第４実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図である。図１５を参照して第４実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。

［工程Ｓ３１］
工程Ｓ１と同じ工程が実施されることにより、加工膜、反射防止膜、レジスト溶液膜が形成される。この際、工程Ｓ１と同じく、エッジリンス、バックリンスも行われる。

［工程Ｓ３２］
レジスト溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ２と同じ工程が実施されることにより、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ３３］
レジスト膜が形成された基板に対して工程Ｓ５と同じ工程が実施されることにより、パターン露光が行われる。

［工程Ｓ３４］
パターン露光が実施された基板に対して工程Ｓ３と同じ工程が実施されることにより、周辺露光が行われる。

［工程Ｓ３５］
周辺露光が実施された基板に対してて工程Ｓ６と同じ工程が実施されることにより、ＰＥＢが行われる。

［工程Ｓ３６］
ＰＥＢが実施された基板に対して工程Ｓ７と同じ工程が実施されることにより、現像が行われる。

本発明の第４実施形態に係るレジストパターン形成方法によれば、周辺露光がパターン露光の後に実施される。このため、液浸露光の際には、レジスト膜の外縁部には、まだ、光が照射されていない。よって、液浸露光によって微細なパターンを有し且つ周辺露光によって外縁部において急峻な形状のレジスト膜を形成できるとともに、液浸溶液への周辺露光部からの溶出物を大幅に低減することが可能となる。この結果、液浸溶液中での光路差の発生を防止でき、また、露光装置の長期使用における安定性が確保できる。

また、第４実施形態によれば、第１乃至第３実施形態と異なり、従来の工程に比べて、工程（露光前洗浄・乾燥工程）を追加する必要が無い。このため、塗布・現像装置あるいは露光装置あるいは両者間のＩ／Ｆユニットにおいて、上記順序の工程を実施するためのユニットの配置および制御プログラムの大幅な変更の必要性は生じない。

参考例１、２において、周辺露光がパターン露光の前に実施されることの最大の理由は、ＰＥＤによるパターン寸法変化、解像性劣化に対する懸念である。しかし、周辺露光に要する時間は３０秒程度であって時間経過に伴う寸法変化が小さいこと、またソフト的に露光装置から周辺露光ユニットを経てＰＥＢユニットに至る基板の搬送時間の制御を一定にすることで、ウェハ間の寸法変化を抑制できる。

なお、第１実施形態と同様に、液浸によるパターン露光とＰＥＢ工程の間、すなわち周辺露光（工程Ｓ３４）の前に洗浄・乾燥工程を入れても良い。現行装置を使用する場合には、周辺露光の後に入れることになると考えられる。

また、レジスト膜形成（工程Ｓ３２）とパターン露光（工程Ｓ３３）の間に、非特許文献５にあるように露光前洗浄を入れても良い。こうすることによって、液浸露光によるパターン露光時に、パターン露光領域から発生する溶出物を低減することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第４実施形態に加えて、上層保護膜が設けられる。

図１６は、本発明の第５実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図である。図１６を参照して第５実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。

［工程Ｓ４１］
まず、工程Ｓ１と同じ工程が実施されることにより、加工膜、反射防止膜、レジスト溶液膜が形成される。この際、工程Ｓ１と同じく、エッジリンス、バックリンスも行われる。

［工程Ｓ４２］
レジスト溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ２と同じ工程が実施されることにより、レジスト膜が形成される。

［工程Ｓ４３］
レジスト膜が形成された基板に対して工程Ｓ１３と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜の溶液膜が形成される。

［工程Ｓ４４］
上層保護膜の溶液膜が形成された基板に対して工程Ｓ１４と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜が形成される。

［工程Ｓ４５］
上層保護膜が形成された基板に対して工程Ｓ５と同じ工程が実施されることにより、パターン露光が行われる。

［工程Ｓ４６］
パターン露光が実施された基板に対して工程Ｓ３と同じ工程が実施されることにより、周辺露光が行われる。

［工程Ｓ４７］
周辺露光が実施された基板に対して工程Ｓ６と同じ工程が実施されることにより、ＰＥＢが行われる。

［工程Ｓ４８］
ＰＥＢが実施された基板に対して工程Ｓ１９と同じ工程が実施されることにより、上層保護膜が剥離され、次いで、現像が行われる。

本発明の第５実施形態に係るレジストパターン形成方法によれば、第４実施形態と同じく、周辺露光がパターン露光の後に実施される。このため、第４実施形態と同じ効果を得られる。

また、第５実施形態によれば、第２実施形態と同じく、上層保護膜が形成される。このため、第２実施形態と同じく、液浸溶液に対する溶出物の量を低減することができる。

なお、第１実施形態と同様に、液浸によるパターン露光とＰＥＢの間に洗浄・乾燥工程を入れても良い。現行装置を使用する場合には、第４実施形態と同じく、周辺露光の後に入れることになると考えられる。

また、第４実施形態と同様に、レジスト膜形成とパターン露光の前に露光前洗浄を入れても良い。

また、この発明は以下の実施態様を取りうる。
（１）基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第１露光工程と、前記外縁部に光が照射された前記レジスト膜を洗浄する洗浄工程と、洗浄された前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第２露光工程と、前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、を具備することを特徴とするレジストパターン形成方法。

（２）前記第２露光工程と前記現像工程との間に前記レジスト膜を加熱する加熱工程をさらに具備することを特徴とする（１）に記載のレジストパターン形成方法。

（３）前記第２露光工程の前に前記レジスト膜上に第１膜を形成する膜形成工程と、前記第２露光工程と前記現像工程との間に前記第１膜を除去する除去工程と、をさらに具備することを特徴とする（１）に記載のレジストパターン形成方法。

（４）前記第２露光工程と前記現像工程との間に前記レジスト膜を加熱する加熱工程をさらに具備することを特徴とする（３）に記載のレジストパターン形成方法。

（５）前記第２露光工程の後に前記加熱工程が行われ、前記加熱工程の後に前記除去工程が行われる、ことを特徴とする（４）に記載のレジストパターン形成方法。

（６）前記除去工程と前記現像工程が同じ処理ユニット内で実施されることを特徴とする（５）に記載のレジストパターン形成方法。

（７）前記レジスト形成工程の後に前記膜形成工程が行われ、前記膜形成工程の後に前記第１露光工程が行われる、ことを特徴とする（３）乃至（６）の何れか１項に記載のレジストパターン形成方法。

（８）前記洗浄工程の後に前記膜形成工程が行われ、前記膜形成工程の後に前記第２露光工程が行われる、ことを特徴とする（３）乃至（６）のいずれか１項に記載のレジストパターン形成方法。

（９）基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第１露光工程と、前記第１露光工程の後に、前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第２露光工程と、前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、を具備することを特徴とするレジストパターン形成方法。

（１０）前記第１露光工程と前記現像工程との間に前記レジスト膜を加熱する加熱工程をさらに具備することを特徴とする（９）に記載のレジストパターン形成方法。

（１１）前記第２露光の後に前記加熱工程が行われることを特徴とする（１０）に記載のレジストパターン形成方法。

（１２）前記レジスト形成工程と前記第１露光工程との間に前記レジスト膜上に第１膜を形成する膜形成工程と、前記第１露光工程と前記現像工程との間に前記第１膜を除去する除去工程と、をさらに具備することを特徴とする（９）に記載のレジストパターン形成方法。

（１３）前記第１露光工程と前記現像工程との間に前記レジスト膜を加熱する加熱工程をさらに具備することを特徴とする（１２）に記載のレジストパターン形成方法。

（１４）前記第２露光工程の後に前記加熱工程が行われ、前記加熱工程の後に前記除去工程が行われる、ことを特徴とする（１３）に記載のレジストパターン形成方法。

（１５）前記除去工程と前記現像工程が同じ処理ユニット内で実施されることを特徴とする（１４）に記載のレジストパターン形成方法。

（１６）前記基板上に被加工膜を形成する工程と、（１）乃至（１５）のいずれか１項に記載のレジストパターン形成方法によって、前記被加工膜上に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材として用いて前記前記被加工膜を加工する工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

ドライ露光装置を用いた通常のレジストパターン形成方法を示すフロー図。 液浸露光と周辺露光を実施する場合に予想されるレジストパターン形成方法を示すフロー図。 液浸露光と周辺露光を実施する場合に予想されるレジストパターン形成方法を示すフロー図。 本発明の第１実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 周辺露光領域を説明するための図。 周辺露光領域を説明するための図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 本発明の第２実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図。 レジストパターン形成工程の一部を示す図。 本発明の第３実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図。 本発明の第４実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図。 本発明の第５実施形態に係るレジストパターン形成方法を示すフロー図。

符号の説明

１…反射防止膜、２…基板、３…レジスト膜、４…被加工膜、５…投影光学系の最終要素６…液浸溶液、７…上層保護膜。

Claims (5)

1. 基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
   前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第１露光工程と、
   前記外縁部に光が照射された前記レジスト膜を洗浄する洗浄工程と、
   洗浄された前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第２露光工程と、
   前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、
   を具備することを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記第２露光工程の前に前記レジスト膜上に第１膜を形成する膜形成工程と、
   前記第２露光工程と前記現像工程との間に前記第１膜を除去する除去工程と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
3. 基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
   前記レジスト膜の所望の露光領域に、前記露光領域と露光装置の投影光学系の最も基板側の構成要素の基板側面との間に屈折率が空気よりも大きい液体が存在する状態で前記投影光学系を通じて所望のパターン光を照射する第１露光工程と、
   前記第１露光工程の後に、前記基板の外縁部の所定領域の前記レジスト膜に後の現像工程で該レジスト膜を溶解するに足りる露光量で光を照射することにより、前記外縁部の前記レジスト膜に潜像を形成する第２露光工程と、
   前記レジスト膜の前記露光領域を現像する現像工程と、
   を具備することを特徴とするレジストパターン形成方法。
4. 前記レジスト形成工程と前記第１露光工程との間に前記レジスト膜上に第１膜を形成する膜形成工程と、
   前記第１露光工程と前記現像工程との間に前記第１膜を除去する除去工程と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のレジストパターン形成方法。
5. 前記基板上に被加工膜を形成する工程と、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレジストパターン形成方法によって、前記被加工膜上に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材として用いて前記前記被加工膜を加工する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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