JP2006319206A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸リソグラフィーにおいて良好なパターンを形成することが可能なレジストパターン形成方法を提供する。
【解決手段】基板上にレジスト膜を形成するＳ１１。レジスト膜上に保護膜を形成するＳ１２，Ｓ１３。光学系の最終要素と保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構とフォトマスク上のパターンをレジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて液浸機構と基板との相対的な位置を変化させる移動機構とを有する液浸露光装置によってレジスト膜を露光するＳ１４。保護膜を剥離するＳ１６。レジスト膜を現像するＳ１７。レジスト膜および保護膜は、液浸液の保護膜上における接触角が、保護膜上に液浸液が滴下された後に一度低下した後に上昇する特性を示すように形成される。
【選択図】図９

Description

本発明は、レジストパターン形成方法に関し、例えば、液浸リソグラフィーにおけるレジストパターン形成方法に関する。

素子のパッケージサイズの微細化、回路動作の高速化、多機能化、消費電力の削減のために、素子回路の微細化が進められている。一方で、回路の微細化においては、リソグラフィー工程におけるパターン解像性能が制約となっている。制約の主たる要因は、光源波長によって限界の解像度が制約を受けるという物理法則に基づくものである。具体的には、光学系と光路の媒質、光路の媒質と結像面であるレジスト膜、などの屈折率によって、臨界入射角の上限がスネルの法則に記載されるように制約を受けていることによる。

この制約を回避する手段として、液浸リソグラフィーの開発が進められている。液浸リソグラフィーでは、結象面であるレジスト膜（その上層に膜が存在する場合にはレジストの上層膜）の表面と光学系の最終要素との間の少なくとも光路が、屈折率が１である空気あるいは窒素に替えて、屈折率が大きい媒質、特に高屈折率の液体（以下、液浸液と呼称する）により満たされている。液浸液による光路は、レジスト膜あるいはその上層膜の表面と、光学系の最終要素の間だけである。

一般にリソグラフィー工程においては、フォトマスクの製造上の制約から、縮小光学系が用いられる。このため、光学系の要素間では入射角がスネルの法則で決まる臨界角を超える角度で入射することはあり得ない。このため、液浸リソグラフィーにおいては、適切なレンズ設計を行うことで、レジスト膜（あるいはその上層膜）と最終要素の間が空気である既存のリソグラフィーに比べて、解像性、焦点深度が向上する。

液浸リソグラフィーにおいては、液浸液と、レジスト膜あるいはその上層膜と、が接触する。このため、以下に述べる問題が発生する。

まず、現在使用されている１９３ｎｍリソグラフィー露光装置の次世代リソグラフィー技術として開発が進められている１９３ｎｍ液浸リソグラフィー露光装置における液浸液には、純水が使用される。

また、今日使用されているレジスト、特に１９３ｎｍリソグラフィーにおいて用いられる化学増幅型レジストの現像液として、ＴＭＡＨ（tetramethyl ammonium hydroxide）水溶液が用いられる。このことは、レジスト膜自身がある程度の水の浸透性を有することを示している。実際に、レジスト膜から液浸液である純水に溶出する物質による光学系の最終要素へのダメージが問題となっている。溶出物質としては、光酸発生剤（Photo Acid Generator：PAG）、ＰＡＧから発生する光発生酸、塩基、レジスト薬液の溶媒などがある。

上記の溶出の問題を解決するために、レジスト膜上に保護膜（Cover Material、あるいはTop Coat、あるいはCover Coat等と呼称される）の使用が検討されている。保護膜としては、所定の溶剤によって剥離されるもの（東京応化工業製 TSP-3Aなど）、ＴＭＡＨ液によって現像工程において剥離されるもの、がある。保護膜を使用することによって、上記の溶出の問題は解決される。

現在開発が進められている液浸リソグラフィー露光装置は、光路およびその周囲のみを選択的に液浸液で満たすシャワーヘッド（Shower Head）型の露光装置である。すなわち、ウェハステージの駆動に追随して、シャワーヘッドと基板表面との間に液浸液を保持することが必要となる。

発明者等の検討において、レジスト膜の上、あるいはレジスト膜上の保護膜の上に水が残留し、この水が乾燥した場合、光学像において水染み（Water Mark）として検出されるパターン欠陥が形成されることがわかっている。（D. Kawamura, et al., Proc. SPIE Microlithography (2005)、河村大輔 他、2005年春季応用物理学会（非特許文献１））。また、露光後に行われるＰＥＢ（Post Exposure Bake）工程において、水分が存在することに起因して、水染みの形成、あるいは水の気化熱によるレジストパターン寸法変化などのパターン欠陥も発生する。

液浸リソグラフィーにおいては、保護膜がウェハステージの駆動に伴う水の追随性において良好な特性を示すことが重要である。

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。
D. Kawamura, et al., 河村大輔 他、Pro. SPIE Microlithography(2005)、河村大輔 他、応用物理学会、2005年春

本発明は、液浸リソグラフィーにおいて良好なパターンを形成することが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工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、前記保護膜を剥離する工程と、前記レジスト膜を現像する工程と、を具備し、前記液浸液の保護膜上における接触角が、前記保護膜上に前記液浸液が滴下された後に一度低下した後に上昇する特性を示すように、前記レジスト膜および前記保護膜が形成され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工程と、前記レジスト膜の表面を処理する工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、前記保護膜を剥離する工程と、前記レジスト膜を現像する工程と、を具備し、前記レジスト膜の表面を処理する工程が、前記液浸液が前記保護膜上に前記液浸液が滴下された後に一度低下した後に上昇する特性を示すように、前記レジスト膜の表面を処理する工程を含むことを特徴とする。

本発明の第３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工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、前記保護膜を剥離する工程と、前記レジスト膜を現像する工程と、を具備し、前記保護膜の滑水性が、前記レジスト膜を露光する工程における前記液浸液で満たすことと、前記液浸液が保持された部位と前記保護膜との相対的な位置関係を変化させることと、を再現しながら前記液浸液で満たされた部位を前記保護膜上で走査する工程と、前記走査された領域Ａにおける欠陥数Ｎを検出する工程と、（Ｎ／Ａ）が前記保護膜の許容欠陥密度Ｄ以下である場合に前記領域Ａを可と判定する工程と、を含む検査工程において可と判定されるように、前記レジスト膜および保護膜が形成されることを特徴とする。

本発明の第４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工程と、前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、前記保護膜を剥離する工程と、前記レジスト膜を現像する工程と、を具備し、前記保護膜の滑水性が、前記レジスト膜を露光する工程における前記液浸液で満たすことと、前記液浸液が保持された部位と前記保護膜との相対的な位置関係を変化させることと、を再現しながら前記液浸液で満たされた部位を前記保護膜上で走査する工程と、前記走査された領域内の、前記液浸液および前記保護膜の状態および経た過程に応じて分類されたｎ個（ｎは自然数）の区分の第ｉ（ｉは、ｎ以下の自然数）の前記区分に属する領域の面積Ａｉ＝Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎを算出する工程と、前記走査された領域中の第ｉの前記区分における欠陥数Ｎｉ＝Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｎを求める工程と、第ｉの前記区分に属する領域が前記走査された領域に占める面積比Ｐｉ＝Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを求める工程と、Σ（Ｐｉ×Ｎｉ／Ａｉ）が許容欠陥密度Ｄ以下である場合に、前記領域Ａを可と判定する工程と、を含む検査工程において可と判定されるように、前記レジスト膜および保護膜が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、液浸リソグラフィーにおいて良好なパターンを形成することが可能なレジストパターン形成方法を提供できる。

以下に本発明の実施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、略同一の機能及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１は、本発明の第１実施形態に用いられる液浸露光装置の主要部を概略的に示す図である。図１に示すように、ウェハステージ１上に配置された基板２の上方に、投影光学系１１が配置される。投影光学系１１の下端と処理基板２との間の領域は、シャワーヘッド１２によりその周囲を覆われており、この領域は、空気よりも屈折率が大きい液浸液１３によって満たされている。液浸液１３の典型例として、純水が用いられる。ここで、処理基板２は、後述のように、半導体基板と、この半導体基板上に処理工程の段階に応じて形成された種々の導電膜および絶縁膜と、を含んだ構造物を総称的に呼称するものとして用いられる。

投影光学系１１の周囲には、液浸液供給／回収機構１４が設けられる。液浸液供給／回収機構１４は、投影光学系１１の下面の端部とシャワーヘッド１２との間の隙間から液浸液を供給および回収する。

投影光学系１１の上方には、レティクル（フォトマスク）１５が配置される。レティクル１５は、レティクルステージ１６により保持される。レティクル１５は、基板２上に形成される所望のパターンに応じた開口を有する。レティクル１５の上方には、図示せぬ照明光学系が設けられ、この照明光学系から投影光学系１１に露光光が入射する。

ウェハステージ１、または（および）投影光学系１１、シャワーヘッド１２は、図示せぬ移動機構／制御装置によって移動可能なように構成されている。そして、この移動の結果、投影光学系１１、シャワーヘッド１２が、処理基板（以下、単に基板と称する）２上を走査するように、ウェハステージ１が制御される。

次に、図１に示した液浸露光装置を用いた、本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。まず、図２に示すように、エッチング処理の対象となる導電膜または絶縁膜（被加工膜）２１が最上層に形成されている基板２上に、下層反射防止膜２１を形成する。

次に、下層反射防止膜２２上に、レジスト膜２３を形成する。レジスト膜の形成方法の典型例としては、回転塗布装置を用いて、基板２上にレジスト膜の薬液を吐出した後、基板２を所定回転数で所定時間回転させ、レジスト膜塗膜を形成する。この際、望ましくは、レジスト膜塗膜に対して、所定薬液によって、エッジリンス、バックリンスを行う。レジスト塗膜に対してＰＡＢ（Post Applied Bake）工程を行うことにより、レジスト膜が得られる。レジスト膜２３の材質の特徴については、後に詳述する。

次に、レジスト膜２３上に保護膜２４を形成する。保護膜２４の形成方法の典型例は、レジスト膜２３と同様に、保護膜の薬液を使用した回転塗布である。すなわち、まず、レジスト膜２３上に、保護膜塗膜を形成する。この際、保護膜塗膜２４に対して、少なくともバックリンスを行う。次に、基板２に対して加熱工程を行うことにより、保護膜２４が得られる。保護膜２４の材質の特徴については、後に詳述する。

レジスト膜２３および保護膜２４として、保護膜２４上に、液浸液の微小な水滴（液浸液の水滴）を滴下し、その接触角の時間変化を計測した場合に以下に述べるような特性を示す材料が選択される。

まず、発明者等は、レジスト膜２３および保護膜２４としての、種々の積層膜に対する純水の接触角について検討した。発明者等が検討した多くの積層膜においては、接触角は図３のように、滴下後、時間の経過に連れて接触角は低下し、一度低下した接触角が回復することはなかった。この理由は、積層膜を構成する上層膜の表面の微細な段差あるいは／および積層膜中に純水が浸透することによって、表面の平均的な自由エネルギーが積層膜自身と水自身とで変化したため、滴下直後に接触角が急激に低下していったことと考えられる。次いで、積層膜中の樹脂のグレインを通じて、水が膜中に浸透し、このときに僅かな純水の流れが生じて、平衡状態に達するまでは緩やかに接触角が低下していると考えられる。

次に、発明者等は、図３の特性を示す積層膜をレジスト膜２３および保護膜２４として用いた基板２に対して、液浸露光装置によって周期的なラインアンドスペースパターンが形成されるように露光を行った。この後、保護膜２４に、０．１μＬ、０．３μＬの水滴をパターン露光領域に滴下した。

次に、水滴を自然乾燥させた後、所定のＰＥＢ工程、保護膜の剥離工程、現像工程を実施後、水滴が滴下された領域におけるレジストパターン形状の確認を行った。この結果、水滴滴下領域において、図４に示すように、本来、相互に分断されるべき各パターンの上部が相互に接続される（T-top形状）パターン欠陥が観察された。

なお、水滴滴下領域以外の領域では、良好な形状のレジストパターンが得られた。また、水滴滴下領域を観察した結果、自然乾燥後およびＰＥＢ工程後の保護膜上、保護膜の剥離工程後のレジスト膜上に、凸状の欠陥が観察された。発明者等の別途行った検討によれば、水滴滴下領域において、水滴が保護膜２４を通じてレジスト膜２３中に浸入し、レジスト膜２３中のＰＡＧ等が水染みを形成したことが、T-top欠陥に繋がったと考えられる。これらの検討の一部は、非特許文献１に記載されている。

一方、図５に示すように、接触角が、水滴の滴下後に低下した後に上昇する積層膜が存在することを発明者等は見出した。この原因として、積層膜のうちの上層膜中を浸透して上層膜と下層膜との界面に水が達した際に、下層膜と水とが接することがエネルギー的に不安定であることに起因して、浸透が阻害されるとのモデルを考察した。

図５に示す積層膜を、レジスト膜２３と保護膜２４として用いることにより、保護膜２４中へのある程度の水の浸み込みは防げないとしても、レジスト膜２３中への水の染み込みを抑制できると考えられる。

実際に、レジスト膜２３は同じであっても、レジスト膜２３との組み合わせによって図５の特性を示すような膜を保護膜２４として用いた場合、以下に述べるような良好なパターン形状を得られた。

まず、図５の特性を示す積層膜をレジスト膜２３および保護膜２４として用いた基板２に対して、液浸露光装置によって、周期的なラインアンドスペースパターンが形成されるように露光を行った。この後、保護膜２４に、０．１μＬ、０．３μＬの水滴をパターン露光領域に滴下した。

次に、水滴を自然乾燥させた後、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）工程、保護膜の剥離工程、現像工程を実施後、水滴が滴下された領域におけるパターン形状の確認を行った。この結果、水滴滴下領域において、図６に示すように、良好なラインアンドスペースパターンが観察された。図６に示すように、図３の特性の積層膜を用いた場合と比べて、T-top形状は形成されなかった。

このように、レジスト膜２３と保護膜２４として図５に示すような接触角が上昇する膜の組み合わせを選択することによって、レジスト膜２３中への水の浸み込みを抑制できる。このため、レジスト膜２３からのＰＡＧ等の溶出に伴う水染みの形成を抑えることができ、この結果、パターン欠陥の発生を抑制できる。

さらに、発明者等は、以上の検討の結果を踏まえて、図５に示す接触角の時間変化特性を示す複数の膜種について観測可能な物理量を検討した。その結果、図５の特性を示す積層膜では、水滴滴下後のほぼ全ての経過時間に対して、保護膜２４に相当する上層の膜の接触角が、レジスト膜２３に相当する下層の膜の接触角に対して小さいことがわかった。換言すれば、保護膜２４相当の上層の膜の方が、レジスト膜２３相当の下層の膜に対して、親水性が高いことがわかった。すなわち、保護膜２４として、レジスト膜２３より親水性の高い膜を用いることにより、レジスト膜２３中への水の染み込みを抑制できる。

このように図５に示す特性を示すレジスト膜２３および保護膜２４を形成した後、レジスト膜２３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た露光を行う。次に、基板２に対して、ＰＥＢ工程を行う。次に、所定の薬液を用いて保護膜２４を剥離し、次いで、所定の現像液を用いて現像を実施することにより、レジストパターンが得られる。保護膜２４の材質によっては、保護膜２４の剥離と現像を連続的に不可分に実施しても良い。また、保護膜２４、保護膜２４の剥離液およびレジスト膜２３の材質によっては、ＰＥＢ工程、保護膜の剥離工程、現像工程を、保護膜２４の剥離工程、ＰＥＢ工程、現像工程の順に行っても良い。

次に、図７に示すように、ここまでの工程によって形成された、パターンを有するレジスト膜２３をマスクとして被加工膜２１をエッチングする加工工程を行う。

そして、図８に示すように、ここまでの一連のリソグラフィー工程（ステップＳ１）、膜形成工程（ステップＳ２）、不純物導入工程（ステップＳ３）、熱処理工程（ステップＳ４）等の各種の公知の半導体製造工程を所定の段階で、所定回数実施する。この結果、半導体装置が形成される（ステップＳ９）。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、レジスト膜２３と保護膜２４は、保護膜２４上に滴下された液浸液の接触角が低下後に上昇する特性を示すように選択される。このため、液浸液がレジスト膜２３に染み込む量を減少させることができる。この結果、このようなレジスト膜２３および保護膜２４を有する基板２に液浸リソグラフィーを実施した場合に、良好なパターンを形成することができる。

（第２実施形態）
上記のように、レジスト膜２３と保護膜２４の組み合わせが第１実施形態に記載した特性を示すことが、水染みによるパターン欠陥を低減する上で有利である。しかしながら、その他の制約条件から、このような組み合わせを実現できない場合がある。第２実施形態は、そのような場合において、第１実施形態に記載の効果を得るための方法に関する。なお、第２実施形態において用いられる液浸露光装置は、第１実施形態（図１）と同じである。

図９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チャ−トである。基板２上にレジスト膜２３を形成する工程（ステップＳ１１）までは、第１実施形態と同じである。ここで、基板２には反射防止膜２１も含まれている。

次に、レジスト膜２３に対して、以下に示す処理が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、レジスト膜２３に対して、レジスト膜２３表面がＳｉユニットとなる条件で、公知のＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理が行われる。ＨＭＤＳ処理によって、レジスト膜２３の接触角を制御することができる。この際、レジスト膜２３の接触角が、後に形成される保護膜２４よりも接触角が高くなるように設定する。

このとき、レジスト膜２３の表面において、ＨＭＤＳ分子の吸着が不十分な領域が存在すると、保護膜２４とレジスト膜２３との界面に達した水が、当該部位に集中し、パターン欠陥を引き起こす可能性が高い。このため、ＨＭＤＳ処理はウェハ面内に対して、均一に実施する必要がある。

なお、レジスト膜２３に対する処理は、ＨＭＤＳに限らず、レジスト膜２３の接触角を上昇させる、あるいはレジスト膜２３表面の疎水性を増加させる他の処理であっても良い。このような処理として、たとえは、シリル化処理が挙げられる。

ステップＳ２の処理によって、レジスト膜２３および保護膜２４の材質によらずに、これらの積層膜に図５の特性を持たせることが可能となる。

この後、第１実施形態と同様に、保護膜２４を形成し（ステップＳ１３）、液浸露光装置を用いて所定のフォトマスクを介した露光を行う（ステップＳ１４）。次に、基板２に対して、ＰＥＢ工程を行い（ステップＳ１５）、所定の薬液を用いて保護膜２４を剥離する（ステップＳ１６）。次いで、所定の現像液を用いて現像を実施する（ステップＳ１７）ことにより、所定のレジストパターンを有するレジスト膜が得られる。

次に、第１実施形態（図７）と同様に、ここまでの工程によって形成されたパターンを有する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を行う。さらに、第１実施形態（図８）と同様に、ここまでの一連のリソグラフィー工程（ステップＳ１）、膜形成工程（ステップＳ２）、不純物導入工程（ステップＳ３）、熱処理工程（ステップＳ４）等の各種の公知の半導体製造工程を所定の段階で、所定回数実施する。この結果、半導体装置が形成される（ステップＳ９）。

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、レジスト膜２３の形成後に、レジスト膜２３上に形成される保護膜２４上に滴下された液浸液の接触角が低下後に上昇する特性を示すように、レジスト膜２３が処理される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態の説明に先立ち、本発明の開発の過程において、本発明者等が得た知見に基づいた参考例、および参考例による問題点について説明する。液浸リソグラフィーにおけるレジストパターンの形成方法、より具体的には欠陥の検査方法には、以下に参考例として述べるものが考えられる。

［第１参考例］
基板上に、少なくともレジスト膜、保護膜を順次形成する。また、基板は、レジスト膜のさらに下層に設けられた反射防止膜、さらには反射防止膜より下層の膜を有していてもよい。

保護膜が形成された基板に対して、この保護膜を使用する液浸リソグラフィー工程において使用する液浸露光装置と概同一機構の液浸露光装置、あるいは、液浸露光装置と概同一のシャワーヘッドおよびウェハステージの移動速度を有する装置によって、基板の水の追随性に対する試験を行う。

まず、投影光学系と基板との間に水を満たした状態において、基板を所定速度、所定配置で移動する処理を行う。この基板の移動速度あるいは加速度は、当該液浸露光装置において実際に使用される最大の値であることが望ましい。また、水の保持性能の安全率を見込み、適宜、より高速あるいは高加速であっても良い。

移動処理中のウェハ上を高速度カメラ等で記録し、水滴の残留をモニタする。あるいは、処理後の基板の光学顕微鏡などの光学装置や目視により、水滴の残留を検査する。

しかしながら、カメラ等を用いた検査では、水滴のサイズが小さい場合に、カメラの分解能以下の大きさの水滴を確認できない場合がある。また、シャワーヘッドの全方向にカメラを配置するのではない限り、動作中の動画を確認するだけでは、検査対象の領域が非常に狭い範囲へと制限される。

また、光学装置あるいは目視による検査の場合も、認識可能な水滴の大きさに下限が存在する。より具体的には、数十〜数百μｍ程度までの水滴のみしか検出できない。

［第２参考例］
第１参考例に示す方法によって作成した基板に対して、第１実施形態に示した工程と同様にして、液浸露光装置を用いたパターン露光、ＰＥＢ工程、保護膜の剥離工程、現像工程を実施することにより、実際にレジストパターンを形成する。そして、得られたレジストパターンを用いて、画像処理方式の欠陥検査を実施する。

この場合、実際に得られたレジストパターンの形状は、レジスト膜の塗膜形成工程、保護膜の剥離工程の完成度、現像工程、などの各工程の影響が重畳された結果に依存する。このため、レジストパターンの欠陥が発見できたとしても、発見された欠陥が、どの工程に起因するかの特定が煩雑である。すなわち、欠陥がどの工程に起因するかに応じて、欠陥を、複数の種類に分類し、水滴の残留による欠陥を抽出する作業が必要である。この欠陥の分類および抽出には長時間を要し、さらにこの作業に必要な装置を用意する必要がある。

［本実施形態］
以下に、参考例として説明した知見に基づいて構成された、本実施形態に係るレジストパターン形成方法中の検査方法について図１０を参照して説明する。図１０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中の検査方法を示すフローチャートである。

図１０に示すように、基板上に、少なくともレジスト膜を形成する（ステップＳ２１）。レジスト膜の形成方法は、このレジスト膜を用いて実際にレジストパターンを製造する場合と略同一の条件、材料等を用いることが好ましい。また、基板は、レジスト膜のさらに下層に設けられた反射防止膜、さらには反射防止膜より下層の膜を有していてもよい。

レジスト膜の形成方法の典型例は、以下の通りである。まず、回転塗布装置を用いて、基板上にレジスト薬液を吐出した後、基板を所定回転数で所定時間回転させることによりレジスト塗膜を形成する。この際、望ましくは、レジスト塗膜に対して、所定薬液によって、エッジリンス、バックリンスを行う。レジスト塗膜に対して、所定のＰＡＢ工程を行うことによりレジスト膜が得られる。

次に、レジスト膜上に保護膜を形成する（ステップＳ２２）。保護膜の形成方法の典型例は、レジスト膜と同様の、保護膜薬液を使用した回転塗布である。この際、保護膜に対して、少なくともバックリンスを行う。保護膜塗膜が形成された基板に対して加熱工程を行うことにより、保護膜が得られる。

保護膜の膜厚は、実際に当該保護膜を用いて実際にレジストパターンを形成する場合と略同一の条件、材料等を用いることが好ましい。具体的には、純水中への溶出、剥離工程における溶解速度および剥離残渣、露光工程における上層反射防止膜として機能から決定される。

また、レジスト膜および保護膜のエッジバックリンスによるウェハエッジおよびベベルの膜厚構造は、望ましくは、実際にレジストパターンを形成する場合と概同一であることが望ましい。

なお、実際にレジストパターンを形成する際の基板が表面段差を有する場合には、この段差を表現するに足る模擬的な段差を有することがより望ましい。

保護膜が形成された基板に対して、図１の液浸露光装置による露光工程の状態を再現しながら、以下に述べるように、基板の水の追随性（滑水性）に対する試験を行う。ここで、滑水性とは、基板上に水を残さずに基板を走査できる程度を言う。ただし、この再現の際、基板の走査と同時には、露光光は照射しない。但し、前記基板の走査の前に、所定の露光工程を施しても良い。また、同一或は複数の所定の積層膜に対して、未露光を含む複数の条件で露光工程を実施した後に、前記基板の走査を行ない、総合的に判断することが、より望ましい方法である。

露光工程の状態を再現するに当たり、図１の液浸露光装置と概同一機構の液浸露光装置、あるいは、液浸露光装置と概同一のシャワーヘッドおよびウェハステージの移動速度を有する検査装置が用いられる。なお、検査装置の構造は、図１の液浸露光装置の一部と同じである。

まず、投影光学系と基板との間に液浸液（水）を満たした状態において、基板を所定速度、所定配置で移動する処理を行う（ステップＳ２３）。移動処理は、露光の際に、シャワーヘッドが基板上を走査する動作を再現するように行う。基板の移動速度、あるいは加速度は、液浸露光装置において実際に使用される最大の値であることが望ましい。また、水の保持性能の安全率を見込み、適宜、より高速あるいは高加速であってもよい。

次に、移動処理後のウェハに対して、欠陥検査を行う（ステップＳ２４）。欠陥検査を行う装置としては、公知の、光散乱を利用したパーティクル検査装置、あるいは画像処理を利用した光学式欠陥検査装置であってもよい。

この移動処理を実施した段階で欠陥検査を行うことによって、検出された欠陥が、ウェハステージの移動動作の結果、保護膜上に水が残留し、蒸発することで形成されたものと判断できる。

発明者等の検討（非特許文献１）によれば、水滴は乾燥過程で微細化することで、保護膜を透過してレジスト膜に達するに足るほどに内圧が上昇する。この結果、レジスト膜中に達した水によって、レジスト膜中のＰＡＧ等の成分が移動し、レジスト膜と保護膜との界面、保護膜中、保護膜上などに集中する。そして、このことが、パターン欠陥の原因となる。本欠陥検査を行うことにより、ウェハステージの移動時に、十分な水追随性を有するか否かの検証が可能となる。

欠陥検査は、例えば、以下の方法により行うことができる。まず、検出された水染み欠陥の発生量の閾値は、下記のように決定する。検査対象の保護膜が保護すべきレジスト膜の許容欠陥密度をＤとする。次に、検査によって検出された欠陥数をＮ、ウェハステージの移動に伴ってシャワーヘッドが通過した領域の面積をＡとする。

得られた欠陥数を用いた計算の結果、Ｄ≦Ｎ／Ａである場合、検査対象の保護膜を使用可能と判断する。

また、欠陥密度に依存した、保護膜の使用可否の判断についてのより詳細な方法について、以下に説明する。保護膜が保護すべきレジスト膜での基板上の露光マップにおいて、水と基板との接触履歴に応じて複数の区分ｎ（ｎは自然数）を作成する。ここで示す水と基板との接触履歴としては、区分けされる対象となる部位が水と接触した回数、およびこの部位が未露光か露光済みであるか、などの少なくとも１つの特性が用いられる。これらの特性は、保護膜表面の状態を変化させる可能性があり、ウェハステージの移動に伴って、水が保護膜上に残留する可能性を変化させるからである。

次に、区分ごとに、基板上で走査を行った領域（基板の全面に対して行った場合、基板の面積）のうち、各区分に属する領域の面積が占める割合（面積比）Ｐｉ＝Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを求める。ここで、０≦Ｐｉ≦１であり、ΣＰｉ＝１である。

次に、区分ごとの面積Ａｉ＝Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎを求める。次に、各区分における欠陥数Ｎｉ＝Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｎを求める。

そして、Ｄ≦Σ（Ｐｉ×Ｎｉ／Ａｉ）である場合において、検査対象の保護膜を使用可能と判断する。

以降、実際にレジストパターンを形成する際に、以上の検査工程によって可と判断された保護膜が形成されるような材質、条件等でレジスト膜および保護膜を形成する。すなわち、図１１に示すように、上記の検査工程によって可と判断されたレジスト膜および保護膜が形成されるような材質、条件等で、レジスト膜を形成（ステップＳ３１）し、保護膜を形成する（ステップＳ３２）。次に、第１、第２実施形態と同じように、第１実施形態（図１）と同様の液浸露光装置による露光（ステップＳ１４）、ＰＥＢ（ステップＳ１５）、保護膜剥離（ステップＳ１６）、現像（ステップＳ１７）が行われることにより、所定のレジストパターンを有するレジスト膜が得られる。

次に、第１実施形態（図７）と同様に、ここまでの工程によって形成されたパターンを有する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を行う。さらに、第１実施形態（図８）と同様に、ここまでの一連のリソグラフィー工程（ステップＳ１）、膜形成工程（ステップＳ２）、不純物導入工程（ステップＳ３）、熱処理工程（ステップＳ４）等の各種の公知の半導体製造工程を所定の段階で、所定回数実施する。この結果、半導体装置が形成される（ステップＳ９）。

なお、移動処理によって発生した欠陥を、他の工程に起因する欠陥から選別するために、以下の工程を取ることが望ましい。図１２は、第３実施形態の変形例に係るレジストパターン形成方法中の検査方法を示すフローチャートである。

図１２に示すように、ステップＳ２２の後、ステップＳ２３と同じ移動処理前欠陥検査を行う（ステップＳ４１）。この後、ステップＳ２３の移動処理、ステップＳ２４の移動処理後欠陥検査を行う。

そして、移動処理前欠陥検査の結果を、移動処理後欠陥検査の結果から減ずる。こうすることにより、移動処理によって発生した欠陥のみを抽出することができる（ステップＳ４２）。

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中の検査方法によれば、露光工程と同様の状態を再現した移動処理後で保護膜の剥離前にレジストパターンの欠陥検査を行う。このため、移動処理時の、保護膜上の領域を液浸液で満たしつつウェハステージを移動する際に形成される欠陥を検出することができる。そして、この検査の結果、可と判断された材質、成膜条件等のレジスト膜および保護膜を、実際のレジストパターン形成の際に形成する。

第３実施形態では、第２参考例と異なり移動処理後に検査を行う。このため、第２参考例で必要であった、各工程で発生した欠陥から露光の際に発生した欠陥を抽出する作業は不要である。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及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。

第１実施形態に用いられる液浸露光装置の主要部を概略的に示す図。 処理基板の１つの状態を概略的に示す断面図。 積層膜の接触角と滴下後時間との関係を例示する図。 レジストパターンの形状を例示する図。 積層膜の接触角と滴下後時間との関係を例示する図。 レジストパターンの形状を例示する図。 リソグラフィー工程の一部を例示する断面図。 半導体装置の製造工程の概要を示す図。 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チャ−ト。 第３実施形態に係るレジストパターン形成方法中の検査方法を示すフローチャート。 第３実施形態に係る検査方法を用いたレジストパターン形成方法を示すフローチャート。 第３実施形態の変形例に係るレジストパターン形成方法中の検査方法を示すフローチャート。

符号の説明

１…ウェハステージ、２…基板、１１…投影光学系、１２…シャワーヘッド、１３…液浸液、１４…液浸液供給／回収機構、１５…レティクル、１６…レティクルステージ、２１…被加工膜、２２…下層反射防止膜、２３…レジスト膜、２４…保護膜。

Claims (5)

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工程と、
   光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、
   前記保護膜を剥離する工程と、
   前記レジスト膜を現像する工程と、
   を具備し、
   前記液浸液の保護膜上における接触角が、前記保護膜上に前記液浸液が滴下された後に一度低下した後に上昇する特性を示すように、前記レジスト膜および前記保護膜が形成されることを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 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面を処理する工程と、
   前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、
   光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、
   前記保護膜を剥離する工程と、
   前記レジスト膜を現像する工程と、
   を具備し、
   前記レジスト膜の表面を処理する工程が、前記液浸液が前記保護膜上に前記液浸液が滴下された後に一度低下した後に上昇する特性を示すように、前記レジスト膜の表面を処理する工程を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
3. 前記レジスト膜の表面を処理する工程が、前記レジスト膜に対してシラン類を暴露する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のレジストパターン形成方法。
4. 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工程と、
   光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、
   前記保護膜を剥離する工程と、
   前記レジスト膜を現像する工程と、
   を具備し、
   前記保護膜の滑水性が、
   前記レジスト膜を露光する工程における前記液浸液で満たすことと、前記液浸液が保持された部位と前記保護膜との相対的な位置関係を変化させることと、を再現しながら前記液浸液で満たされた部位を前記保護膜上で走査する工程と、
   前記走査された領域Ａにおける欠陥数Ｎを検出する工程と、
   （Ｎ／Ａ）が前記保護膜の許容欠陥密度Ｄ以下である場合に前記領域Ａを可と判定する工程と、を含む検査工程において可と判定されるように、前記レジスト膜および保護膜が形成されることを特徴とするレジストパターン形成方法。
5. 基板上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜上に保護膜を形成する工程と、
   光学系の最終要素と前記保護膜との間の少なくとも光路を選択的に屈折率が空気よりも大きい液浸液で満たす液浸機構と、フォトマスク上のパターンを前記レジスト膜へ投影するためのスキャン動作に応じて前記液浸機構と前記基板との相対的な位置を変化させる移動機構と、を有する液浸露光装置によって、前記レジスト膜を露光する工程と、
   前記保護膜を剥離する工程と、
   前記レジスト膜を現像する工程と、
   を具備し、
   前記保護膜の滑水性が、
   前記レジスト膜を露光する工程における前記液浸液で満たすことと、前記液浸液が保持された部位と前記保護膜との相対的な位置関係を変化させることと、を再現しながら前記液浸液で満たされた部位を前記保護膜上で走査する工程と、
   前記走査された領域内の、前記液浸液および前記保護膜の状態および経た過程に応じて分類されたｎ個（ｎは自然数）の区分の第ｉ（ｉは、ｎ以下の自然数）の前記区分に属する領域の面積Ａｉ＝Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎを算出する工程と、
   前記走査された領域中の第ｉの前記区分における欠陥数Ｎｉ＝Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｎを求める工程と、
   第ｉの前記区分に属する領域が前記走査された領域に占める面積比Ｐｉ＝Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを求める工程と、
   Σ（Ｐｉ×Ｎｉ／Ａｉ）が許容欠陥密度Ｄ以下である場合に、前記領域Ａを可と判定する工程と、を含む検査工程において可と判定されるように、前記レジスト膜および保護膜が形成されることを特徴とするレジストパターン形成方法。

Images