JP4346672B2 - 半導体製造装置及びパターン形成方法 - Google Patents

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Ｆ_２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になっている。

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（非特許文献１を参照。）が提案されている。

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ため、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６（ａ）〜図６（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ノナフレート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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６（ｂ）に示すように、レジスト膜２と投影レンズ５との間に温度が室温の、例えば２３℃程度の液体（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０．２６Ｎ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６（ｄ）に示すように、従来の液浸リソグラフィを用いた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について種々の検討を重ねた結果、液浸用の液体３が露光中に蒸発することにより液体３と投影レンズ５との間に空隙ができ、この空隙により液体３の屈折率が変動してしまい、所定の解像度を得られなくなることから、パターン形状の不良をもたらすということを突き止めた。

従って、液体の一部が蒸発した液浸用の液体を介して行なった露光によってレジストパターンの形状が不良となり、不良な形状のレジストパターンを用いてエッチングを行なうと、被エッチング膜に得られるパターンの形状も不良となってしまうため、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を生じる。

前記従来の問題に鑑み、本発明は、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を良好にできるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、液浸リソグラフィを用いたパターン形成方法を、液浸用の液体に蒸発しにくい組成の液体を用いるか、または液浸用の液体を露光中に蒸発しにくい環境下で配する構成とする。また、半導体製造装置として、液浸用の液体を露光中に蒸発しにくい環境下においてパターン露光を行なう構成とする。

具体的に、本発明に係る第１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、レジスト膜の上に不飽和脂肪酸を含む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することにより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、液浸用の液体に不飽和脂肪酸を含む液体を用いるため、添加された不飽和脂肪酸によって液浸用の液体が蒸発しにくくなる。これにより、液浸用の液体は露光中の蒸発で生じる空隙による屈折率の異常等が防止されるので、露光中の液体に所定の屈折率（露光特性）が維持される結果、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

本願発明者らは、不飽和脂肪酸は脂質が高いことにより、高い保湿作用を有するという知見を得ている。この保湿作用は、不飽和脂肪酸の炭素同士の２重結合又は３重結合による機能及びカルボン酸基に由来する機能による。炭素同士の２重結合又は３重結合は、単結合でつながる分子内において、特に炭素原子間に電子が集まり偏った状態になっている。また、カルボン酸基が有する炭素と酸素との２重結合は、電気陰性度が炭素よりも高い酸素との間での２重結合であるため、炭素同士の２重結合の場合よりも電子を多く引き付けるので、イオン性が高い状態となっている。その結果、イオン性が低い分子又は置換基との間であっても相互作用が生じやすく、特に液浸用の液体に含まれる水酸基とは相互作用を容易に起こす。その結果、不飽和脂肪酸は高い保湿作用を示し、液浸用の液体が蒸発することを抑制することができる。

なお、不飽和脂肪酸としては、炭素同士の２重結合又は３重結合とカルボン酸基に由来するカルボニル基とが、比較的に近い位置を占める構造を有することが好ましい。近い位置を示す構造を有する場合には、下記の［化１］に示すように、互いの結合間に豊富にある電子を共有し合うことが可能となるため、イオン性を帯びた状態がより安定化されるので、保湿効果が高まる。

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することにより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、パターン露光を行なう工程において、露光雰囲気の温度は液体の温度よりも低いことを特徴とする。

第２のパターン形成方法によると、パターン露光を行なう工程において、露光雰囲気の温度は液体の温度よりも低いため、露光雰囲気の飽和蒸気圧（最大蒸気圧）が低下するので、液浸用の液体が蒸発しにくくなる。その結果、液浸用の液体が露光中に蒸発することによる屈折率の異常等が防止されて所定の屈折率が維持されるので、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

本発明に係る第３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、レジスト膜の上に液体を配し且つ基板を冷却した状態で、レジスト膜に対して露光光を選択的に照射することにより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３のパターン形成方法によると、レジスト膜の上に液体を配し且つ基板を冷却した状態でパターン露光を行なうため、冷却された液体は蒸発しにくくなる。これにより、液浸用の液体が露光中に蒸発することによる屈折率の異常等が防止されて、露光中の液浸用の液体には所定の屈折率が維持されるので、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

第１のパターン形成方法において、不飽和脂肪酸はオレイン酸（ＣＨ_３−(ＣＨ_２)_７−ＣＨ＝ＣＨ−(ＣＨ_２)_７−ＣＯＯＨ）を用いることができる。

また、この場合に、オレイン酸には、オリーブ油、紅花油、ひまわり油又はキャノーラ油を用いることができる。ここで、不飽和脂肪酸の液体への添加量として、０．０１ｗｔ％以上且つ５ｗｔ％以下の範囲を適用可能ではあるが、必ずしもこの濃度範囲には限られない。

第２のパターン形成方法において、露光雰囲気の温度は０℃よりも高く且つ２３℃よりも低いことが好ましい。

第３のパターン形成方法において、冷却された基板の温度は露光雰囲気よりも低いことが好ましい。

この場合に、露光雰囲気の温度は０℃よりも高く且つ２３℃よりも低いことが好ましい。

第１〜第３のパターン形成方法において、液浸用の液体には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。

また、第１〜第３のパターン形成方法において、液浸用の液体には添加物を加えることができる。例えば、液体の屈折率を高めるための添加物として、硫酸セシウム（ＣｓＳＯ_４ ）又はエチルアルコール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）等を用いる場合に、液体に添加された添加物が蒸発又は揮発した場合には屈折率の変動として露光特性により悪影響を与えるおそれがあるため、本発明はきわめて有効となる。

本発明に係る第１の導体製造装置は、レジスト膜と露光レンズとの間に液体を配してパターン露光を行なう露光部と、レジスト膜の上に液体を供給する液体供給部と、レジスト膜の上に配された液体をレジスト膜の上から排出する液体排出部と、液体の温度と露光部の雰囲気温度とを測定する温度測定部と、雰囲気温度を調節する空調部と、温度測定部により測定された液体の温度及び雰囲気温度に基づいて、雰囲気温度が液体の温度よりも低くなるように空調部を制御する温度制御部とを備えていることを特徴とする。

第１の半導体製造装置によると、雰囲気温度を調節する空調部と、温度測定部により測定された液体の温度及び雰囲気温度に基づいて、雰囲気温度が液体の温度よりも低くなるように空調部を制御する温度制御部とを備えているため、露光雰囲気の飽和蒸気圧が低下するので、液浸用の液体が蒸発しにくくなる。その結果、液浸用の液体が露光中に蒸発することによる屈折率の異常等が防止されて、液体には所定の屈折率が維持されるので、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

第１の半導体製造装置において、露光部と空調部とは、１つのチャンバーの内部に設けられていることが好ましい。

本発明に係る第２の導体製造装置は、ウエハを保持するウエハ保持部と、ウエハ上に形成されたレジスト膜と露光レンズとの間に液体を配してパターン露光を行なう露光部と、レジスト膜の上に液体を供給する液体供給部と、レジスト膜の上に配された液体をレジスト膜の上から排出する液体排出部と、液体の温度及び前記ウエハ保持部の温度を測定する温度測定部と、ウエハ保持部を冷却する冷却部とを備えていることを特徴とする。

第２の半導体製造装置によると、ウエハ保持部を冷却する冷却部を備えているため、冷却部により冷却されたウエハ保持部を介して液浸用の液体が冷却されるので、冷却された液体は蒸発しにくくなる。これにより、液浸用の液体が露光中に蒸発することによる屈折率の異常等が防止される結果、露光中の液浸用の液体が所定の屈折率を維持できるので、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

第２の半導体製造装置は、温度測定部により測定された液体の温度及びウエハ保持部の温度に基づいて、冷却部の温度を制御する温度制御部をさらに備えていることが好ましい。

第１又は第２の半導体製造装置において、液浸用の液体には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。

第１〜第３のパターン形成方法又は第１〜第２の半導体製造装置において、露光用の光源には、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ_２レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ_２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及びパターン形成方法によると、レジスト膜上に配する液浸用の液体の蒸発を抑制でき、液体の蒸発による露光異常を防止することができるため、良好な形状を有するレジスト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の実施形態に係るパターン形成方法について図１（ａ）〜図１（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ノナフレート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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１（ａ）に示すように、ウエハ１０１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１０２を形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、不飽和脂肪酸であるオレイン酸を含むひまわり油を１ｗｔ％の濃度で添加した液体１０３をレジスト膜１０２と投影レンズ１０５との間に配する。この状態で、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を図示しないマスクを介してレジスト膜１０２に照射してパターン露光を行なう。ここでは、液体１０３の温度は室温で、例えば２３℃程度としている。

次に、図１（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜１０２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１（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり０．０９μｍのライン幅を有し且つ良好な形状を持つレジストパターン１０２ａを得られる。

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、液浸用の液体１０３に不飽和脂肪酸であるオレイン酸を含むひまわり油を添加しているため、不飽和脂肪酸の保湿作用により液体１０３は蒸発しにくくなるので、レジスト膜１０２と投影レンズ１０５との間に配する液体１０３には空隙が生じなくなる。これにより、液体１０３には空隙による屈折率の異常等が起きなくなるため、液体１０３は所定の露光特性が維持されるようになり、その結果、液浸リソグラフィによるレジストパターンの形状を良好にすることができる。

なお、不飽和脂肪酸であるオレイン酸には、ひまわり油の他に、オリーブ油、紅花油、又はキャノーラ油等を用いることができる。ここで、不飽和脂肪酸の液体１０３への添加量は、０．０１ｗｔ％以上で且つ５ｗｔ％以下を適用できるが、必ずしもこの濃度範囲には限られない。

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

図２は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の要部の構成を模式的に示している。図２に示すように、第２の実施形態に係る半導体製造装置１０Ａは、チャンバー１１の内部に、レジスト膜に所定の設計パターンを露光する露光部３０と、チャンバー１１内の温度を調節する空調部４０と、露光部４０の例えば液浸用の液体の温度と露光雰囲気の温度とを測定する温度モニタ５０とが設けられている。

チャンバー１１の外部には、温度モニタ５０から送られてくる露光部３０の温度すなわちチャンバー１１内の雰囲気温度及び液浸用の液体２５の温度に基づいて、空調部４０を制御する温度制御部６０が設けられている。

露光部３０は、レジスト膜（図示せず）が形成されたウエハ２０を上面に保持する可動ステージ３１と、可動ステージ３１上に保持されたウエハ２０の上方に位置する投影レンズ（露光レンズ）３２と、液浸用の液体２５をレジスト膜と投影レンズ３２との間に供給する液体供給部３３と、露光後にレジスト膜上から液体２５を排出する液体排出部３４とを有している。なお、図２においては、通常、投影レンズ３２の上方に配置される、露光光の光源を含む照明光学系及び所望の設計パターンを有するマスク（レチクル）は省略している。

温度モニタ５０は、露光部３０における露光雰囲気の温度を測定する第１の測定ポイント５１と、ウエハ２０と投影レンズ３２との間に配された液体２５の温度を測定する第２の測定ポイント５２とに対して温度の測定を行ない、温度制御部６０に測定した温度データを送信する。

温度制御部６０は、受信した温度データに基づいて、第１の測定ポイント５１からの露光雰囲気の温度（チャンバー１１内の温度）が、第２の測定ポイント５２からの液浸用の液体２５の温度よりも高い場合には、チャンバー１１内の温度を液体２５の温度よりも低くなるように空調部４０の運転状況を制御する。

このように、第２の実施形態に係る半導体製造装置１０Ａによると、露光時においてチャンバー１１内における露光雰囲気の温度を液浸用の液体２５の温度よりも低くなるように制御することができる。なお、このときの雰囲気温度は０℃よりも高く且つ２３℃以下であることが好ましい。

従って、露光雰囲気の温度を液体２５の温度よりも低くすると、液体２５の飽和蒸気圧が低下すると共に該液体２５を間接的に冷却できるため、露光時に液体２５が蒸発するのを抑制することができ、ウエハ２０と投影レンズ３２との間に配する液体２５に空隙が生じなくなる。これにより、液体２５には空隙による屈折率の異常等が起きなくなり、液浸用の液体２５に対して所定の露光特性を維持することができる。

また、空調部４０と温度モニタ５０とが温度制御部６０を介し連動してチャンバー１１内の温度を調節するため、液浸用の液体２５の温度が露光過程において大きく変動することを防ぐことができる。その結果、液体２５における温度変化による屈折率の変動をも抑制できるため、複数のショット間で生じる露光精度のばらつきを低減することができる。ここで、露光のショットとは、通常ウエハ２０の主面は複数の露光領域に区画されており、区画された一露光領域ごとに露光光が順次照射される。このときの一露光領域に対する露光光の照射を１ショットと呼ぶ。

なお、第２の実施形態においては、第２の測定ポイント５２として、レジスト膜と投影レンズ３２との間に配された液浸用の液体２５に設定したが、液体２５の近傍の温度、すなわち液体２５の周囲温度を測定してもよい。

また、第１の実施形態と同様に、液体２５にオレイン酸等からなる不飽和脂肪酸を添加すると、液体２５の蒸発をさらに抑えることができる。

（パターン形成方法）
以下、前記のように構成された露光装置を用いたパターン形成方法について図３（ａ）〜図３（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ノナフレート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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３（ａ）に示すように、ウエハ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、レジスト膜２１が形成されたウエハ２０を図２に示す半導体製造装置１０Ａにおける露光部３０の可動ステージ３１上に保持し、続いて、図３（ｂ）に示すように、温度が２３℃の室温程度の液体２５をレジスト膜２１と投影レンズ３２との間に配する。このとき、図２に示す温度制御部６０は、第２の測定ポイント５２からの液体２５の温度データに基づき、露光雰囲気の温度、すなわち第１の測定ポイント５１からの温度データが１５℃となるように空調部４０を制御する。この状態で、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光３５を図示しないマスク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３（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、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３（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり０．０９μｍのライン幅を有し且つ良好な形状を持つレジストパターン２１ａを得られる。

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、露光時に、チャンバー１１内の温度、すなわち露光雰囲気の温度を液浸用の液体２５の温度よりも低く設定するため、液体２５が蒸発しにくくなるので、レジスト膜２１と投影レンズ３２との間に配する液体２５に空隙が生じなくなる。これにより、液体２５には空隙による屈折率の異常等が起きなくなるため、液体２５は所定の露光特性を維持できるようになり、液浸リソグラフィによる得られるレジストパターン２１ａの形状を良好にすることができる。

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

図４は本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の要部の構成を模式的に示している。図４において、図２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４に示すように、第３の実施形態に係る半導体製造装置１０Ｂは、チャンバー１１内の露光部３０における可動ステージ３１の下側に、該可動ステージ３１を冷却可能な冷却部３６が設けられていることを特徴とする。

温度モニタ５０は、露光部３０の液体供給部３３における液体２５の温度を測定する第１の測定ポイント５３と、ウエハ２０と投影レンズ３２との間に配された液体２５の温度を測定する第２の測定ポイント５４とに対して温度の測定を行ない、温度制御部６０に測定した温度データを送信する。

第３の実施形態に係る温度制御部６０はチャンバー１１内に設けられており、温度モニタ５０から送られてくる液体供給部３３における液体２５の温度及びウエハ２０上に配された状態の液体２５の温度に基づいて、冷却部３６の温度を制御する。なお、温度制御部６０は、チャンバー１１の内部に設置してもよく、また外部に設置してもよい。

温度制御部６０は、受信した温度データに基づいて、第２の測定ポイント５４からの液浸用の液体２５の温度が、第１の測定ポイント５３からの供給前の液体２５の温度よりも高い場合には、ウエハ２０上に配された液体２５の温度を供給前の液体２５の温度と同等か又はそれよりも低くなるように冷却部３６を冷却する。従って、ウエハ２０上に配された液体２５は、冷却された冷却部３６により可動ステージ３１を介して間接的に冷却される。

なお、冷却部８の具体的な一構成例として、可動ステージ３１の下側に冷媒を流通可能な少なくとも１本の冷媒管を配置する。このように、可動ステージ３１の下側に冷媒を循環させることにより、可動ステージ３１、ウエハ２０及びレジスト膜を介して液体２５を間接的に冷却することができる。

このように、第３の実施形態に係る半導体製造装置１０Ｂによると、露光時において、ウエハ２０上に配された液浸用の液体２５が、露光光から受ける光エネルギー及び液体供給部３３から液体排出部３４に移動する際の運動エネルギーを受けることによって生じる温度上昇を抑制することができる。

従って、ウエハ２０上に配された液浸用の液体２５の温度を適宜制御できるため、露光時にウエハ２０上に配された液体２５が蒸発することを抑制することができる。また、温度モニタ５０と冷却部３６とが温度制御部６０を介し連動して液体２５の温度を調節するため、液体２５の温度が露光過程において大きく変動することを防ぐことができる。その結果、液体２５における温度変化による屈折率の変動をも抑制できるため、複数のショット間で生じる露光精度のばらつきを低減することができる。

なお、第３の実施形態においては、第２の測定ポイント５４をレジスト膜と投影レンズ３２との間に配された液浸用の液体２５に設定したが、液体２５の近傍の温度、すなわち液体２５の周囲温度を測定してもよい。

また、第１の実施形態と同様に、液体２５にオレイン酸等からなる不飽和脂肪酸を添加すると、液体２５の蒸発をさらに抑えることができる。

また、第３の実施形態に係る半導体製造装置１０Ｂには、必ずしもチャンバー１１は必要ではない。

（パターン形成方法）
以下、前記のように構成された露光装置を用いたパターン形成方法について図５（ａ）〜図５（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ノナフレート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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５（ａ）に示すように、ウエハ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、レジスト膜２１が形成されたウエハ２０を図４に示す半導体製造装置１０Ｂにおける露光部３０の可動ステージ３１上に保持し、続いて、図４に示す液体供給部３３から、温度が２３℃の室温程度の液体２５を、図５（ｂ）に示すようにレジスト膜２１と投影レンズ３２との間に配する。このとき、図４に示す温度制御部６０は、第２の測定ポイント５４から送られるレジスト膜２１上の液体２５の温度データに基づき、冷却部３６に対して可動ステージ３１の温度が１３℃となるように制御する。この状態で、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光３５を図示しないマスク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５（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、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５（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり０．０９μｍのライン幅を有し且つ良好な形状を持つレジストパターン２１ａを得られる。

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、露光時に、可動ステージ３１の温度を液浸用の液体２５の温度よりも低く設定するため、液体２５が蒸発しにくくなるので、レジスト膜２１と投影レンズ３２との間に配する液体２５に空隙が生じなくなる。これにより、液体２５には空隙による屈折率の異常等が起きなくなるため、液体２５には所定の露光特性が維持されるようになり、液浸リソグラフィによる得られるレジストパターン２１ａの形状を良好にすることができる。

なお、第１〜第３の実施形態において、液浸用の液体には水を用いたが、水以外にもパーフルオロポリエーテルを用いることができる。

また、第１〜第３の実施形態において、パターン露光用の光源は、ＡｒＦエキシマレーザ光に限られず、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光、Ｘｅ_２レーザ光、Ａｒ_２レーザ光又はＡｒＫｒレーザ光を用いることができる。

また、第１〜第３の実施形態において、パターン露光の露光対象であるレジスト膜は、ポジ型のレジストには限られず、ネガ型のレジストであってもよく、また、化学増幅型レジストに限られないことはいうまでもない。

本発明に係る半導体製造装置及びパターン形成方法は、レジスト膜上に配された液浸用の液体が露光中に蒸発することを防止できるため、蒸発に起因するパターン不良を防止でき、良好な形状を有するレジストパターンを得られるという効果を有し、半導体装置の製造プロセス等において用いられる微細パターンの形成方法等として有用である。

（a）〜（d）は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。 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模式的な断面図である。 （a）〜（d）は本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。 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模式的な断面図である。 （a）〜（d）は本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。 （a）〜（d）は従来のパターン形成方法の各工程を示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ 半導体製造装置
１０Ｂ 半導体製造装置
１１ チャンバー
２０ ウエハ（基板）
２１ レジスト膜
２１ａ レジストパターン
２５ 液体
３０ 露光部
３１ 可動ステージ
３２ 投影レンズ（露光レンズ）
３３ 液体供給部
３４ 液体排出部
３５ 露光光
３６ 冷却部
４０ 空調部
５０ 温度モニタ
５１ 第１の測定ポイント
５２ 第２の測定ポイント
５３ 第１の測定ポイント
５４ 第２の測定ポイント
６０ 温度制御部
１０１ ウエハ
１０２ レジスト膜
１０２ａ レジストパターン
１０３ 液体（不飽和脂肪酸添加）
１０４ 露光光
１０５ 投影レンズ（露光レンズ）

Claims (10)

1. 基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の上に液体を配した状態で、前記レジスト膜に対して露光光を選択的に照射することにより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、
   前記パターン露光を行なう工程において、露光雰囲気の温度は前記液体の温度に基づいて前記液体の温度よりも低い温度に制御されることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記露光雰囲気の温度は、０℃よりも高く且つ２３℃よりも低い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に記載のパターン形成方法。
4. 前記液体は添加物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
5. 前記添加物は、硫酸セシウム又はエチルアルコールであることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
6. 前記露光光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ_２レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ_２レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
7. レジスト膜と露光レンズとの間に液体を配してパターン露光を行なう露光部と、
   前記レジスト膜の上に前記液体を供給する液体供給部と、
   前記レジスト膜の上に配された前記液体を前記レジスト膜の上から排出する液体排出部と、
   前記液体の温度と前記露光部の雰囲気温度とを測定する温度測定部と、
   前記雰囲気温度を調節する空調部と、
   前記温度測定部により測定された前記液体の温度及び前記雰囲気温度に基づいて、前記雰囲気温度が前記液体の温度よりも低くなるように前記空調部を制御する温度制御部とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
8. 前記露光部と前記空調部とは、１つのチャンバーの内部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 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７に記載の半導体製造装置。
10. 前記露光部の光源は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ_２レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ_２レーザ光であることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。

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