(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に設けられ、化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう第１の露光光学系と、
前記チャンバー内に設けられ、前記レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するために前記レジスト膜に露光光を照射してテスト露光を行なう第２の露光光学系と、
前記チャンバー内に設けられ、前記レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するアウトガス検出手段とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第２の露光光学系は、前記レジスト膜の周縁部に選択的に露光を行なうことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
チャンバー内に設けられ、化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう第１の露光光学系と、前記チャンバー内に設けられ、前記レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するために前記レジスト膜に露光光を照射してテスト露光を行なう第２の露光光学系と、前記チャンバー内に設けられ、前記レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するアウトガス検出手段とを備えた露光装置を用いて行なうパターン形成方法であって、
化学増幅型レジスト材料よりなる第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記チャンバー内において、前記第１のレジスト膜に対して前記第２の露光光学系により露光光を選択的に照射して第１の露光を行なう工程と、
前記アウトガス検出手段により、前記第１の露光が行なわれた前記第１のレジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出する工程と、
検出された前記アウトガスの量が所定値以下であるときには、前記チャンバー内において、前記化学増幅型レジスト材料と同じ組成を有する第２のレジスト膜に対して前記第１の露光光学系により露光光を選択的に照射して第２の露光を行なう一方、検出された前記アウトガスの量が所定値を超えるときには、前記第２のレジスト膜に対する第２の露光を中止する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１の露光及び前記第２の露光は、いずれも、不活性ガスの雰囲気下で行な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。
【請求項５】
前記不活性ガスは、Ｎ2 ガス、Ｈｅガス又はＡｒガス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。
【請求項６】
前記第１の露光及び前記第２の露光は、いずれも、真空状態の下で行な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。
【請求項７】
前記第２の露光光学系は、前記レジスト膜の周縁部に選択的に露光を行なうことを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
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露光装置及びパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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化に伴って、リソグラフィ技術の開発加速が望まれている。現在のところ、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露光光とする光リソグラフィによりパターン形成が行われているが、０．１μｍ以下のルール、特に７０ｎｍ以下のルールを持つ微細なパターンを形成するためには、波長がより短いＦ2 レーザ（波長：１５７ｎｍ帯）等の真空紫外線若しくは極紫外線（波長：１ｎｍ帯〜３０ｎｍ帯）の適用が検討されていると共に、ＥＢプロジェクション露光等のＥＢの適用が検討されている。
【０００３】
以下、露光光として極紫外線を用いる従来のパターン形成方法について、図４(a) 〜(d) を参照しながら説明する。
【０００４】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【０００５】
ポリ((ｔ−ブチルメタクリレート)−(メバロニックラクトンメタクリレート))
（但し、ｔ−ブチルメタクリレート：メバロニックラクトンメタクリレート＝50mol%：50mol%）（ベースポリマー）………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフレート（酸発生剤）……………０．０８ｇ
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
【０００６】
次に、図４(a) に示すように、基板１００の上に、上記の組成を有する化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．２μｍの厚さを持つレジスト膜１０１を形成した後、図４(b) に示すように、レジスト膜１０１に極紫外線（波長：１３．５ｎｍ帯）１０２を選択的に照射してパターン露光を行なう。
【０００７】
次に、図４(c) に示すように、基板１００をホットプレートにより、１００℃の温度下で６０秒間加熱すると、レジスト膜１０１の露光部１０１ａにおいては酸発生剤から酸が発生するのでアルカリ性現像液に対して可溶性に変化する一方、レジスト膜１０１の未露光部１０１ｂにおいては酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。
【０００８】
次に、レジスト膜１０１を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（アルカリ性現像液）により現像を行なうと、図４(d) に示すように、レジスト膜１０１の未露光部１０１ｂよりなり０．０７μｍのライン幅を有するレジストパターン１０３が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のパターン形成方法により得られるレジストパターンの断面形状は劣化している。このように形状が劣化したレジストパターンをマスクにして被処理膜に対してエッチングを行なうと、得られるパターンの形状も劣化してしまう。
【００１０】
ところで、極紫外線を用いてパターン露光するためには、パターン露光されたレジスト膜から放出されるアウトガスの量が少ないことが必要である。すなわち、レジスト膜から多量のアウトガスが放出されると、アウトガスが露光光学系のミラー又はマスクに付着して露光光の照度が低下するので、レジストパターンの精度が劣化したり又はスループットが低下したりする。
【００１１】
従って、前記従来のパターン形成方法においても、レジスト膜から放出されたアウトガスが露光光学系に付着して、レジストパターンの形状が劣化したものと考えられる。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、パターン露光されたレジスト膜から放出されるアウトガスに起因して、レジストパターンの形状が劣化する事態を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る露光装置は、チャンバー内に設けられ、化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう第１の露光光学系と、チャンバー内に設けられ、レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するアウトガス検出手段とを備えている。
【００１４】
本発明に係る露光装置によると、パターン露光を行なう第１の露光光学系が設けられているチャンバー内に、レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するアウトガス検出手段を備えているため、パターン露光されたレジスト膜から放出されるアウトガスの量を簡易に検出できるので、パターン露光されたレジスト膜から放出されるアウトガスに起因して、レジストパターンの形状が劣化する事態を防止することができる。
【００１５】
本発明に係る露光装置は、チャンバー内に設けられ、レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するためにレジスト膜に露光光を照射してテスト露光を行なう第２の露光光学系をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
このようにすると、量産用のパターン露光よりも少ない露光量で露光光を照射してテスト露光を行なうことができるので、化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜から多量のアウトガスが放出される場合であっても、チャンバー内の露光光学系にアウトガスが付着して、照射量の低減によりレジストパターンの形状が劣化する事態を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る露光装置において、第１の露光光学系は、レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するためにレジスト膜に露光光を照射してテスト露光を行なう手段を有していることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、量産用のパターン露光よりも少ない露光量で露光光を照射してテスト露光を行なうことができるので、化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜から多量のアウトガスが放出される場合であっても、チャンバー内の露光光学系にアウトガスが付着して、照射量の低減によりレジストパターンの形状が劣化する事態を防止することができる。
【００１９】
本発明に係るパターン形成方法によると、化学増幅型レジスト材料よりなる第１のレジスト膜を形成する工程と、チャンバー内において、第１のレジスト膜に対して露光光を選択的に照射して第１の露光を行なう工程と、チャンバー内に設けられたアウトガス検出手段により、第１の露光が行なわれた第１のレジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出する工程と、検出されたアウトガスの量が所定値以下であるときには、チャンバー内において、化学増幅型レジスト材料と同じ組成を有する第２のレジスト膜に対して露光光を選択的に照射して第２の露光を行なう一方、検出されたアウトガスの量が所定値を超えるときには、第２のレジスト膜に対する第２の露光を中止する工程とを備えている。
【００２０】
本発明に係るパターン形成方法によると、チャンバー内に設けられたアウトガス検出手段により検出されたアウトガスの量が所定値以下であるときには、同じ組成を有する第２のレジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう一方、検出されたアウトガスの量が所定値を超えるときには、第２のレジスト膜に対する第２の露光を中止するため、チャンバー内の露光光学系にアウトガスが付着して照射量が低減することに起因して、レジストパターンの形状が劣化する事態を防止することができる。
【００２１】
本発明に係るパターン形成方法において、第１の露光及び第２の露光は、いずれも、不活性ガスの雰囲気下で行なうことができる。
【００２２】
この場合、不活性ガスとしては、Ｎ2 ガス、Ｈｅガス又はＡｒガスを用いることができる。
【００２３】
本発明に係るパターン形成方法において、第１の露光及び第２の露光は、いずれも、真空状態の下で行なうことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る露光装置について、図１を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の断面構造を示しており、内部が真空状態又は不活性ガスの雰囲気に保持されるチャンバー１の底部に設けられたベース２の上にはウェハステージ３が設けられており、被処理膜及びレジスト膜が形成されたウェハ４はウェハステージ３に保持される。
【００２６】
ウェハステージ３の上方には、パターン形成用の第１の露光光学系５とアウトガス検出用の第２の露光光学系６とが設けられている。第１の露光光学系５は、ウェハ４の上に形成されているレジスト膜に例えば極紫外線を選択的に照射してパターン露光を行なうためのものであって、従来の露光光学系を同様の構造を有している。一方、第２の露光光学系６は、ウェハ４の上に形成されているレジスト膜の周縁部に例えば極紫外線を局部的に照射して該レジスト膜からアウトガスを放出させるためのものである。
【００２７】
チャンバー１の側部には、レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出するためのアウトガス検出手段７が設けられており、該アウトガス検出手段７は、レジスト膜に第１の露光光学系５から極紫外線が照射されたときに該レジスト膜から放出されるアウトガスの量、又はレジスト膜に第２の露光光学系６から極紫外線が照射されたときに該レジスト膜から放出されるアウトガスの量を検出する。
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る露光装置を用いて行なうパターン形成方法について、図２(a) 〜(c) 及び図３(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、以下の組成を有する第１の化学増幅型のレジスト材料を準備する。
【００３０】
ポリ((ｔ−ブチルメタクリレート)−(メバロニックラクトンメタクリレート))
（但し、ｔ−ブチルメタクリレート：メバロニックラクトンメタクリレート＝50mol%：50mol%）（ベースポリマー）………………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフレート（酸発生剤）……………０．０８ｇ
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
【００３１】
次に、図２(a) に示すように、基板１０の上に上記の第１の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．２μｍの厚さを持つ第１のレジスト膜１１を形成した後、内部が真空状態に保持されているチャンバー１の内部において、図２(b) に示すように、第１のレジスト膜１１の周縁部に、第２の露光光学系６から出射される極紫外線（波長：１３．５ｎｍ帯）１２を１００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で照射して第１の露光を行なう。このようにすると、第１のレジスト膜１１からアウトガスが放出されるので、アウトガス検出手段７によりアウトガスの量を検出する。この場合、アウトガス検出手段７により検出されるアウトガスの量は所定の基準値（５０ｎｇ）を超えているため、第１のレジスト膜１１に対して、第１の露光光学系５から出射される極紫外線を選択的に照射することなく、パターン露光を中止する。
【００３２】
そして、新たに、以下の組成を有する第２の化学増幅型のレジスト材料を準備する。
【００３３】
ポリ((2-メチル-2-アダマンチルアクリレート)−(メバロニックラクトンメタクリレート))（但し、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート：メバロニックラクトンメタクリレート＝50mol%：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）……………０．０８ｇ
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
【００３４】
次に、図２(c) に示すように、基板１０の上に、上記の第２の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．２μｍの厚さを有する第２のレジスト膜１３を形成する。
【００３５】
次に、第２の化学増幅型レジスト材料よりなる第２のレジスト膜１３から放出されるアウトガスの量は所定の基準値（５０ｎｇ）以下であると予測されるので、第２のレジスト膜１３の周縁部に、第２の露光光学系６から出射される極紫外線を照射することなく、内部が真空状態に保持されているチャンバー１の内部において、図３(a) に示すように、第２のレジスト膜１３に対して、第１の露光光学系５から出射される極紫外線１４を選択的に照射する。尚、この露光工程は、アウトガスを検出するために行なうものであるから、第１の露光に相当する。
【００３６】
このようにすると、第２のレジスト膜１３からアウトガスが放出されるので、アウトガス検出手段７によりアウトガスの量を検出する。この場合、アウトガス検出手段７により検出されるアウトガスの量は所定の基準値（５０ｎｇ）よりも低い５ｎｇであるため、図３(b) に示すように、基板１０に対して、ホットプレートにより１００℃の温度下で６０秒間の加熱を行なう。このようにすると、第２のレジスト膜１３の露光部１３ａにおいては酸発生剤から酸が発生してアルカリ性現像液に対して可溶性に変化する一方、第２のレジスト膜１３の未露光部１３ｂにおいては酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。
【００３７】
次に、第２のレジスト膜１３に対して、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（アルカリ性現像液）により現像を行なうと、第２のレジスト膜１３の未露光部１３ｂよりなり、０．０７μｍのライン幅を有すると共に優れたパターン形状を有するレジストパターン１５が得られる。
【００３８】
第２の化学増幅型レジスト材料よりなる第２のレジスト膜１３から放出されるアウトガスの量は所定の基準値以下であるから、以後においては、アウトガス検出手段７によりアウトガスの検出を行なうことなく、第２の化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜を形成した後、内部が真空状態に保持されているチャンバー１の内部において、該レジスト膜に対して第１の露光光学系５から出射される極紫外線１４を選択的に照射した後、パターン露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する。尚、この露光工程は、量産のために行なうものであるから、第２の露光に相当する。
【００３９】
本実施形態によると、アウトガス検出手段７により検出されるアウトガスの量が所定の基準値以下である場合にのみ、パターン露光及び現像を行なってレジストパターンを形成するため、第１の露光光学系５のミラー又はマスク等にアウトガスが付着して、露光光の照度が低下する事態を防止できるので、良好な断面形状を有するレジストパターンを形成することができる。
【００４０】
尚、前記実施形態においては、チャンバー１に、パターン形成用の第１の露光光学系５とアウトガス検出用の第２の露光光学系６とを設けたが、第２の露光光学系６については省略することができる。このようにする場合には、第１の露光光学系５から出射される極紫外線がレジスト膜に照射されるときに放出されるアウトガスの量を検出し、検出されたアウトガスの量が所定の基準値以下であるときには、同じ化学増幅型レジスト材料を用いてレジスト膜を形成する一方、検出されたアウトガスの量が所定の基準値を超えるときには、異なる化学増幅型レジスト材料を用いてレジスト膜を形成する。
【００４１】
また、前記実施形態においては、内部が真空状態に保持されたチャンバー１の内部において、第１の露光及び第２の露光を行なったが、これに代えて、不活性ガス、例えば、Ｎ2 ガス、Ｈｅガス又はＡｒガスの雰囲気中において、第１及び第２の露光を行なってもよい。
【００４２】
また、前記実施形態においては、露光光として極紫外線を用いたが、露光光の波長については特に限定されず、波長が１ｎｍ帯〜３０ｎｍ帯の極紫外線、波長が１５７ｎｍ帯のＦ2 レーザ光、ＥＢのプロジェクション露光等を用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る露光装置又はパターン形成方法によると、チャンバー内の露光光学系にアウトガスが付着して照射量が低減することに起因して、レジストパターンの形状が劣化する事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の断面図である。
【図２】  (a) 〜(c) は、本発明の一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。
【図３】  (a) 〜(c) は、本発明の一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。
【図４】  (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】
１  チャンバー
２  ベース
３  ウェハステージ
４  ウェハ
５  第１の露光光学系
６  第２の露光光学系
７  アウトガス検出手段
１０  基板
１１  第１のレジスト膜
１２  極紫外線
１３  第２のレジスト膜
１３ａ  露光部
１３ｂ  未露光部
１４  極紫外線
１５  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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