(57)【要約】  【課題】  液浸リソグラフィにおける解像度の向上と焦点深度の維持とを両立させることにより、パターン形状を良好にできるようにする。  【解決手段】  露光装置は、露光部２０において、ウェハ７０上に形成されたレジスト膜の上に液浸用の液体７１を配した状態で、レジスト膜にマスク７２を介した露光光を照射し、液浸用液体供給部３０は液体７１をパターン露光部２０に供給する。この液体供給部３０は、複数の液体ユニット３１ａ、３１ｂ等から屈折率が異なる複数の液体７１のうちの１つを選択してウェハ７０上に供給する。【選択図】      図２
2006032834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたレジスト膜の上に液体を配した状態で、前記レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する露光部と、
前記液体を前記露光部に供給する液体供給部とを備え、
前記液体供給部は、屈折率が異なる複数の液体のうちの１つを選択して供給することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
第１の基板上に形成された第１のレジスト膜の上に第１の液体を配した状態で、前記第１のレジスト膜に第１のパターンを露光する工程と、
第２の基板上に形成された第２のレジスト膜の上に、前記第１のパターンと比べてパターンサイズが異なる第２のパターンを露光する際に、前記第１の液体の屈折率と異なる屈折率を持つ第２の液体を配した状態で、前記第２のレジスト膜に前記第２のパターンを露光する工程とを備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項３】
前記第２のパターンは前記第１のパターンと比べてパターンサイズが大きいことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第２の液体の屈折率は、前記第１の液体の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の露光方法。
【請求項５】
第１の基板上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜の上に第１の液体を配した状態で、前記第１のレジスト膜に対して第１のパターンを有する第１のマスクを介した露光光を照射して第１のパターン露光を行なう工程と、
第１のパターン露光が行なわれた前記第１のレジスト膜に対して現像を行なって第１のレジストパターンを形成する工程と、
第２の基板上に第２のレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のレジスト膜の上に、前記第１の液体とは屈折率が異なる第２の液体を配した状態で、前記第２のレジスト膜に対して第２のパターンを有する第２のマスクを介した露光光を照射して第２のパターン露光を行なう工程と、
第２のパターン露光が行なわれた前記第２のレジスト膜に対して現像を行なって第２の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半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２のパターンは前記第１のパターンと比べてパターンサイズが大きく、且つ、前記第２の液体の屈折率は、前記第１の液体の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の基板と前記第２の基板とは同一の基板であることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第１の基板と前記第２の基板とは同一の基板であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは、パターン密度が異なることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは、パターン密度が異なることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記液体は、水、添加物を含む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に記載の露光装置。
【請求項１２】
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１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記液体供給部は、互いに異なる屈折率を持つ液体を収納する複数の液体ユニットを有していることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記第１の液体及び第２の液体は、水、添加物を含む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２に記載の露光方法。
【請求項１５】
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１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記第１の液体及び第２の液体は、水、添加物を含む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５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
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１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記露光光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記露光に用いる光源は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光であることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項２０】
前記露光光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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液浸露光用の露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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Ｆ2 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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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１０（ａ）〜図１０（ｄ）及び図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００６】
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。
【０００７】
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トリフラート（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１０（ａ）に示すように、基板１Ａ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。
【０００８】
次に、図１０（ｂ）に示すように、レジスト膜２と投影レンズ（図示せず）との間に、屈折率が１．４４である液浸露光用の水３を配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光４を第１のマスク５Ａを介してレジスト膜２に照射するパターン露光を行なう。
【０００９】
次に、図１０（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１０（ｄ）に示すように、レジスト膜２の未露光部よりなり０．１０μｍのライン幅で良好な形状を有する第１のレジストパターン２ａを得る。
【００１０】
次に、図１１（ａ）に示すように、基板１Ｂ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。
【００１１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レジスト膜２と投影レンズ（図示せず）との間に、屈折率が１．４４である液浸露光用の水３を配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光４を第２のマスク５Ｂを介してレジスト膜２に照射するパターン露光を行なう。
【００１２】
次に、図１１（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１１（ｄ）に示すように、レジスト膜２の未露光部よりなり０．０７μｍのライン幅を有する第２のレジストパターン２ｂを得る。
【非特許文献１】M. Switkes and M. Rothschild, "Immersion lithography at 157 nm", J. Vac. Sci. Technol., Vol.B19, P.2353 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、図１１（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おいては、ライン幅が０．１０μｍの第１のレジストパターンの形状は良好であったが、ライン幅が０．０７μｍの第２のレジストパターン２ｂのパターン形状は不良であった。
【００１４】
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、第２のレジストパターン２ｂは、解像性の限界であることが分かった。
【００１５】
しかしながら、本願発明者らは、露光光の解像性を上げるだけでは、焦点深度が浅くなってしまい、焦点深度が浅くなることによっても良好な形状のレジストパターンを得ることができないという新たな知見を得ている。
【００１６】
液浸リソグラフィによる解像性の向上を図るには、例えば、液浸用の液体の屈折率の値を高めることが挙げられるが、屈折率の値を高めるだけでは、パターンの微細の程度に拘わらず常に開口数値を大きくした条件で露光することになるために、パターンの種類によっては開口数値の増大による焦点深度の低下につながる。
【００１７】
一般に解像性は次の式（１）により表わされる。
【００１８】
解像性＝Ｋ１・λ／ＮＡ  …（１）
ここで、Ｋ１はプロセス条件や露光光学系で決まる定数であり、λは露光光の波長であり、ＮＡは開口数である。従って、式（１）から、露光光の波長を短くするか又は開口数値を大きくすることによって、解像性自体の数値が小さくなり、すなわち解像度が向上することが分かる。
【００１９】
これに対し、焦点深度は、レンズの開口数ＮＡの２乗に反比例して小さくなるため、解像度が向上するほど焦点深度は急激に浅くなり、焦点を合わせることが困難となる。
【００２０】
液浸リソグラフィは、露光レンズとレジスト膜との間の空隙を、屈折率が空気とは異なる材料、一般には水等の液体で満たして屈折率の値を高め、露光装置の開口数の値を大きくすることによって、波長を短くすることなく、高い解像度を得られるようにする露光方法である。
【００２１】
ところが、前述したように、露光レンズとレジスト膜との間に配される液体の屈折率の値を高めて解像度を向上させると、焦点深度が浅くなってしまうという二律背反の問題がある。
【００２２】
前記従来の問題に鑑み、本発明は、液浸リソグラフィにおける解像度の向上と焦点深度の維持とを両立させることにより、パターン形状を良好にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の目的を達成するため、本発明は、液浸用の露光方法をレイアウトにおけるパターンサイズに応じて屈折率の値が異なる複数の液浸露光用の液体を使い分ける構成とする。
【００２４】
まず、高い解像度が要求されるレイアウトについて説明する。
【００２５】
高い解像度が必要なレイアウトとしては、例えば、電界効果トランジスタのゲートパターン、第１層の配線パターン及び回路の集積密度が高い回路パターンであり、形状としてはアスペクト比の値が大きいホールパターン等が挙げられる。特に、隣り合う配線同士の距離が０．２５μｍ以下となるようなレイアウトや、ゲート電極と電気的に接続されるコンタクトホール等のパターン形成に用いられるレイアウトの場合は、例えば屈折率の値が１．５６程度の液浸用の液体を用いることが望ましい。
【００２６】
逆に、高い解像度が必ずしも必要ではないレイアウトとしては、ボンディングパッドを形成するためのホールパターンや、上層に形成されるグローバル配線パターン等の配線幅が大きいレイアウトパターンが挙げられる。
【００２７】
従って、レイアウトに応じて適切な屈折率を検討し、検討して選ばれた屈折率と対応する液浸用の液体を露光時に供給することにより、高精度なパターン形成を行なうことができる。
【００２８】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成によって実現される。
【００２９】
本発明に係る露光装置は、基板上に形成されたレジスト膜の上に液体を配した状態で、レジスト膜にマスクを介した露光光を照射する露光部と、液体を露光部に供給する液体供給部とを備え、液体供給部は屈折率が異なる複数の液体のうちの１つを選択して供給することを特徴とする。
【００３０】
本発明の露光装置によると、液体供給部は屈折率が異なる複数の液体のうちの１つを選択して露光部に供給するため、レイアウトのパターンサイズに応じて屈折率の値が異なる液浸用の液体を使い分けることができるので、比較的にパターンサイズが小さい、いわゆる微細なパターンの露光時には屈折率の値が相対的に大きい液体を用い、比較的にパターンサイズが大きい、いわゆるラフなパターンの露光時には屈折率の値が相対的に小さい液体を用いることが可能となる。これにより、比較的にサイズが小さいパターンの解像度が向上する一方、比較的にサイズが大きいパターン露光時の焦点深度が浅くなることがなく、パターンサイズの大小に拘わらず良好なパターン形状を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る露光方法は、第１の基板上に形成された第１のレジスト膜の上に第１の液体を配した状態で、第１のレジスト膜に第１のパターンを露光する工程と、第２の基板上に形成された第２のレジスト膜の上に、第１のパターンと比べてパターンサイズが異なる第２のパターンを露光する際に、第１の液体の屈折率と異なる屈折率を持つ第２の液体を配した状態で、第２のレジスト膜に第２のパターンを露光する工程とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
この場合に、第２のパターンは第１のパターンと比べてパターンサイズが大きいことが好ましい。また、この場合に、第２の液体の屈折率は、第１の液体の屈折率よりも小さいことが好ましい。
【００３３】
本発明の露光方法によると、例えば第２の基板上に形成された第２のレジスト膜の上に、第１のパターンと比べてパターンサイズが大きい第２のパターンを露光する際に、第１の液体の屈折率とは異なる屈折率、例えば第１の液体よりも小さい屈折率を持つ第２の液体を配した状態で、第２のレジスト膜に第２のパターンを露光する。これにより、第１のパターンの解像度を向上すべく、第１の液体の屈折率の値を十分に高めたとしても、第１のパターンよりもパターンサイズが大きい第２のパターン露光時の焦点深度が浅くなることがなく、その結果、パターン密度の大小に拘わらず良好なパターン形状を得ることができる。特に、デバイスの構造の複雑化及び微細化が進むにつれて配線層の多層化が進み、各配線層間で異なるサイズのパターンが必要とされるため、焦点深度をできるだけ確保しつつ、各パターンサイズに合わせた露光を行なう上で有効である。
【００３４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の基板上に第１のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜の上に第１の液体を配した状態で、第１のレジスト膜に対して第１のパターンを有する第１のマスクを介した露光光を照射して第１のパターン露光を行なう工程と、第１のパターン露光が行なわれた第１のレジスト膜に対して現像を行なって第１のレジストパターンを形成する工程と、第２の基板上に第２のレジスト膜を形成する工程と、第２のレジスト膜の上に、第１の液体とは屈折率が異なる第２の液体を配した状態で、第２のレジスト膜に対して第２のパターンを有する第２のマスクを介した露光光を照射して第２のパターン露光を行なう工程と、第２のパターン露光が行なわれた第２のレジスト膜に対して現像を行なって第２の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。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法によると、第１のレジスト膜に第１の液体を配した状態で第１のパターン露光を行なう工程とは別に、第２のレジスト膜の上に、第１の液体とは屈折率が異なる第２の液体を配した状態で第２のパターン露光を行なうため、例えば、比較的にパターンサイズが小さい第１のパターンの露光時には屈折率の値が相対的に大きい液体を用いることができる一方、第１のパターンよりもパターンサイズが大きい第２のパターンの露光時には屈折率の値が第１の液体よりも小さい第２の液体を用いることが可能となる。これにより、パターンサイズが小さい第１のパターンの解像度が向上する一方、パターンサイズが第１のパターンよりも大きい第２のパターン露光時の焦点深度が浅くならず、パターンサイズの大小に拘わらず良好なパターン形状を得ることができる。
【００３６】
本発明の半導体装置の製造方法において、第２のパターンは第１のパターンと比べてパターンサイズが大きい場合には、第２の液体の屈折率は、第１の液体の屈折率よりも小さいことが好ましい。
【００３７】
本発明の露光方法又は半導体装置の製造方法において、第１の基板と第２の基板とは同一の基板であってもよい。
【００３８】
本発明の露光方法又は半導体装置の製造方法において、互いに異なるパターン密度を有する第１のパターン及び第２のパターンに対して、それぞれ異なる屈折率を有する液体を用いてパターンを形成することも有効である。特に、密度が大きいパターンに対しては、パターン同士の間隔が狭い領域が多く存在するため高い解像度が必要となるので、比較的に高い屈折率を持つ液体を用いることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る露光装置において、液体供給部は、互いに異なる屈折率を持つ液体を収納する複数の液体ユニットを有していることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法における液浸用の液体には、水、添加物を含む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。
【００４１】
この場合の添加物には、例えば硫酸セシウム又はエチルアルコールを用いることができる。
【００４２】
また、本発明に係る露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法における露光光には、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 レーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光を用いることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係る露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法によると、パターンサイズの大小に拘わらず良好なパターン形状を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る液浸リソグラフィによる半導体製造装置のシステム構成を示し、（ｂ）は半導体製造装置の液浸用液体供給部のブロック構成を示している。
【００４６】
図１（ａ）に示すように、本発明に係る半導体製造装置１０は、ウェハ上のレジスト膜にパターンを露光するパターン露光部２０、該パターン露光部２０に液浸用の液体を供給する液浸用液体供給部３０とを有している。
【００４７】
パターン露光部２０には、設計パターンをそれぞれ転写された複数のマスク（レチクル）を一時的に収納するマスクホルダ４０から露光に使用されるマスクが搬送される。各マスクは、マスクレイアウト検査ユニット５０により所定の検査を受けた後、マスクホルダ４０に収納される。
【００４８】
図１（ｂ）に液浸用液体供給部３０の構成例を示す。図１（ｂ）に示すように、液浸用液体供給部３０には、屈折率の値がそれぞれに異なる複数の、例えば５種類の各液体ユニット３１ａ〜３１ｅを収納する選択ユニット３１が設けられている。
【００４９】
また、マスクホルダ４０に収納され、パターン露光部２０に搬送されるマスクごとに転写されたパターンサイズの情報を取得し、パターンサイズの大きさ（寸法）に応じた適切な値の屈折率を持つ液浸用液体を選択して、その選択指令を液浸用液体供給部３０に出力する制御部６０が設けられている。
【００５０】
図２に本発明に係る半導体製造装置１０の断面構成を模式的に示す。図２に示すように、本発明に係る半導体製造装置１０は、チャンバー２０内に設けられ、ウェハ７０上に塗布されたレジスト膜（図示せず）に設計パターンを露光する光源である照明光学系２１と、該照明光学系２１の下方に設けられ、レジスト膜に転写される設計パターンを有するマスク（レチクル）７２を透過して入射される照明光学系２１からの露光光を液浸用の液体７１を介してレジスト膜に投影する投影レンズ２２と、ウェハ７０を保持するウェハステージ２３と、該ウェハステージ２３を可動状態で保持する定盤２４とを有している。
【００５１】
露光時には、ウェハ７０上のレジスト膜の上に照明光学系２１の開口数値を上げる液浸用の液体７１が、液浸用液体供給部３０に収納されている複数の液体ユニット３１ａ、３１ｂ等から選択的に供給される。このとき、供給された液体７１は投影レンズ２２の液面と接するように配される。
【００５２】
このように、本発明に係る半導体製造装置（露光装置）によると、液浸用液体供給部３０は屈折率が異なる複数の液体のうちの１つを選択して供給するため、マスク７２におけるパターンサイズの大きさに応じて屈折率の値が異なる液浸用の液体を使い分けることができる、このため、比較的にパターンサイズが小さいパターンの露光時には屈折率の値が相対的に大きい液体を用い、比較的にパターンサイズが大きいパターンの露光時には屈折率の値が相対的に小さい液体を用いることが可能となる。これにより、比較的にサイズが小さいパターンの解像度が向上する一方、比較的にサイズが大きいパターン露光時の焦点深度が浅くなることがなく、パターンサイズの大小に拘わらず良好なパターン形状を得ることができる。
【００５３】
以下、本発明に係る半導体製造装置を用いた第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法（パターン形成方法）について図３（ａ）〜図３（ｄ）及び図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しながら説明する。
【００５４】
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。
【００５５】
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トリフラート（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、基板７０Ａ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。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．４４の水よりなる液浸用の第１の液体７１Ａを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第１のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第１のマスクのパターンサイズは比較的に大きいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第１の液体７１Ａには、水が選択されて供給される。
【００５７】
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１０２に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間の加熱を行なった後、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３（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．１０μｍのライン幅を有し形状が良好な第１のレジストパターン１０２ａを得る。
【００５８】
次に、図４（ａ）に示すように、基板７０Ｂ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。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．５６となるように、水に硫酸セシウム（ＣｓＳＯ4 ）を５ｗｔ％の濃度で添加した液浸用の第２の液体７１Ｂを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第２のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第２のマスクのパターンサイズは比較的に小さいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第２の液体７１Ｂには硫酸セシウムが添加された水が選択されて供給される。
【００６０】
次に、図４（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秒間の加熱を行なった後、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４（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．０７μｍのライン幅を有し形状が良好な第２のレジストパターン１０２ｂを得る。
【００６１】
このように、第１の実施形態によると、第１のマスクを用いた第１のパターン露光と、第１のマスクのパターンサイズよりも小さいパターンサイズを持つ第２のマスクを用いた第２のパターン露光とを行なう際に、第１のパターン露光用の屈折率の値が１．４４の第１の液体７１Ａと、第２のパターン露光用の屈折率の値が１．５６の第２の液体７１Ｂとを用いる。これにより、第１のパターン露光時に焦点深度が浅くなることがないので、パターンサイズが大きい第１のレジストパターン１０２ａの露光時の焦点が合いやすくなり、パターン形状も良好となる。その上、第２のパターン露光時には第１の液体７１Ａよりも屈折率が大きい第２の液体７１Ｂを用いるため、第２のレジストパターン１０２ｂのパターン形状も良好となる。従って、パターンサイズの大小に拘わらず良好な形状のレジストパターンを得ることができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る半導体製造装置を用いた第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法（パターン形成方法）について図５（ａ）〜図５（ｄ）、図６（ａ）〜図６（ｄ）及び図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６３】
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。
【００６４】
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トリフラート（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、基板７０Ａ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。
【００６５】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．４４の水よりなる液浸用の第１の液体７１Ａを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第１のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第１のマスクのパターンサイズは比較的に大きいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第１の液体７１Ａには、水が選択されて供給される。
【００６６】
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１０２に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間の加熱を行なった後、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５（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．１０μｍのライン幅を有し形状が良好な第１のレジストパターン１０２ａを得る。
【００６７】
次に、図６（ａ）に示すように、基板７０Ｂ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。
【００６８】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．４９となるように、水にエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）を５ｗｔ％の濃度で添加した液浸用の第２の液体７１Ｃを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第２のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第２のマスクのパターンサイズは第１のマスクのパターンサイズよりも小さいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第２の液体７１Ｃにはエチルアルコールが添加された水が選択されて供給される。
【００６９】
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１０２に対して、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間の加熱を行なった後、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１０２の未露光部よりなり、０．０８μｍのライン幅を有し形状が良好な第２のレジストパターン１０２ｂを得る。
【００７０】
次に、図７（ａ）に示すように、基板７０Ｃ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。
【００７１】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．５６となるように、水に硫酸セシウム（ＣｓＳＯ4 ）を５ｗｔ％の濃度で添加した液浸用の第３の液体７１Ｄを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第２のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第３のマスクのパターンサイズは第２のマスクのパターンサイズよりも小さいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第３の液体７１Ｄには、硫酸セシウムが添加された水が選択されて供給される。
【００７２】
次に、図７（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秒間の加熱を行なった後、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７（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．０７μｍのライン幅を有し形状が良好な第３のレジストパターン１０２ｃを得る。
【００７３】
このように、第２の実施形態によると、第１のマスクを用いた第１のパターン露光と、第１のマスクのパターンサイズよりも小さいパターンサイズを持つ第２のマスクを用いた第２のパターン露光と、第２のマスクのパターンサイズよりも小さいパターンサイズを持つ第３のマスクを用いた第３のパターン露光とを行なう際に、第１のパターン露光用の屈折率の値が１．４４の第１の液体７１Ａと、第２のパターン露光用の屈折率の値が１．４９の第２の液体７１Ｃと、第３のパターン露光用の屈折率の値が１．５６の第３の液体７１Ｄとを用いる。これにより、第１のパターン露光時に焦点深度が浅くなることがないので、パターンサイズが大きい第１のレジストパターン１０２ａのパターン形状も良好となる。その上、第２のパターン露光時及び第３のパターン露光時には、第１の液体７１Ａよりも屈折率が大きい第２の液体７１Ｃと、該第２の液体７１Ｃよりも屈折率が大きい第３の液体７１Ｄとをそれぞれ用いるため、第２のレジストパターン１０２ｂ及び第３のレジストパターン１０２ｃのパターン形状もそれぞれ良好となる。従って、パターンサイズの大小に拘わらず良好な形状のレジストパターンを得ることができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
以下、本発明に係る半導体製造装置を用いた第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００７５】
第２の実施形態においては、液浸用の液体に異なる屈折率を持たせる場合に、添加剤の組成を代えるという方法を採ったが、第３の実施形態においては、同一の添加剤をその添加量を変えることによって、液浸用の液体の屈折率を異ならせる方法を採る。これにより、組成が異なる複数の液浸用の液体を用意することなく、種々の屈折率を有する液浸用の液体を供給することができる。
【００７６】
特に、液体に加える添加剤の量を制御することにより、屈折率の差が微小な液体を供給することができるため、屈折率を微小な範囲で調整したい場合に有用となる。
【００７７】
従って、パターン幅やレイアウトが大きく異なる場合には、第２の実施形態のように、屈折率が異なる複数の液体のなかから選択し、パターン幅やレイアウトの変化が微小であって、屈折率の値を狭い範囲で調整する必要がある場合には、添加剤の添加量を調整することにより屈折率の値をわずかに変えることができる。その結果、レイアウトごとに最適な状態でパターンの形成を行なうことができる。
【００７８】
ここで、各露光に用いる液浸用の液体は、図１（ｂ）に示す液浸用液体供給部３０の液体ユニット３１ａ等に収納され、露光時のパターンに合わせて適宜、選択ユニット３１から選ばれた液浸用の液体が供給される。液浸用の液体が各液体ユニット３１ａ、３１ｂ等に収納されている間に、特に添加剤が添加された液体は、これらの液体を定期的に攪拌できる手段を備えていることが望ましい。
【００７９】
以下、本発明に係る半導体製造装置を用いた第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法（パターン形成方法）について図８（ａ）〜図８（ｄ）及び図９（ａ）〜図９（ｄ）を参照しながら説明する。
【００８０】
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。
【００８１】
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トリフラート（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８（ａ）に示すように、基板７０Ａ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。
【００８２】
次に、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．５１となるように、水に硫酸セシウム（ＣｓＳＯ4 ）を３ｗｔ％の濃度で添加した液浸用の第１の液体７１Ｅを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第１のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第１のマスクのパターンサイズは比較的に大きいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第１の液体７１Ｅには、硫酸セシウムが添加されて屈折率が１．５１に設定された水が選択されて供給される。
【００８３】
次に、図８（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秒間の加熱を行なった後、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８（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．１０μｍのライン幅を有し形状が良好な第１のレジストパターン１０２ａを得る。
【００８４】
次に、図９（ａ）に示すように、基板７０Ｂ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。
【００８５】
次に、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２と投影レンズ２２との間に、屈折率が１．５８となるように、水に硫酸セシウム（ＣｓＳＯ4 ）を６ｗｔ％の濃度で添加した液浸用の第２の液体７１Ｆを配し、この状態でＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザよりなる露光光１０４を第２のマスク（図示せず）を介してレジスト膜１０２に照射するパターン露光を行なう。ここで、第２のマスクのパターンサイズは第１のマスクのパターンサイズよりも小さいことがあらかじめ制御部６０により判定されており、その結果、第２の液体７１Ｆには、硫酸セシウムが添加されて屈折率が１．５８に設定された水が選択されて供給される。
【００８６】
次に、図９（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秒間の加熱を行なった後、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９（ｄ）に示すように、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、０．０７μｍのライン幅を有し形状が良好な第２のレジストパターン１０２ｂを得る。
【００８７】
このように、第３の実施形態によると、第１のマスクを用いた第１のパターン露光と、第１のマスクのパターンサイズよりも小さいパターンサイズを持つ第２のマスクを用いた第２のパターン露光とを行なう際に、第１のパターン露光用の屈折率の値が１．５１の第１の液体７１Ｅと、第２のパターン露光用の屈折率の値が１．５８の第２の液体７１Ｆとを用いる。これにより、第１のパターン露光時に焦点深度が浅くなることがなくなるので、パターンサイズが大きい第１のレジストパターン１０２ａのパターン形状も良好となる。その上、第２のパターン露光時には第１の液体７１Ｅよりも屈折率が大きい第２の液体７１Ｆを用いるため、第２のレジストパターン１０２ｂのパターン形状も良好となる。従って、パターンサイズの大小に拘わらず良好な形状のレジストパターンを得ることができる。
【００８８】
なお、第１〜第３の各実施形態に用いる液浸用の液体には、水又は添加物を含む水に代えて、パーフルオロポリエーテル又は添加物を含むパーフルオロポリエーテルを用いることができる。
【００８９】
また、第１〜第３の各実施形態における露光光には、ＡｒＦエキシマレーザ光に代えて、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 レーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法は、パターン密度の大小（疎密）に拘わらず良好なパターン形状を得ることができるという効果を有し、半導体装置の製造プロセス等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（ａ）は本発明に係る液浸リソグラフィによる半導体製造装置を示すブロック（システム）図であり、（ｂ）は半導体製造装置の液浸用液体供給部を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る半導体製造装置におけるパターン露光部の要部を示す模式的な構成断面図である。
【図３】（a）〜（d）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（a）〜（d）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（a）〜（d）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（a）〜（d）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（a）〜（d）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】（a）〜（d）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】（a）〜（d）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】（a）〜（d）は従来の液浸リソグラフィによる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】（a）〜（d）は従来の液浸リソグラフィによる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    半導体製造装置
２０    パターン露光部
２１    照明光学系
２２    投影レンズ
２３    ウェハステージ
２４    定盤
３０    液浸用液体供給部
３１    選択ユニット
３１ａ  液体ユニット
３１ｂ  液体ユニット
３１ｃ  液体ユニット
３１ｄ  液体ユニット
３１ｅ  液体ユニット
４０    マスクホルダ
５０    マスクレイアウト検査ユニット
６０    制御部
７０Ａ  ウェハ
７０Ｂ  ウェハ
７０Ｃ  ウェハ
７１    液浸用の液体
７１Ａ  第１の液体（水）
７１Ｂ  第２の液体（硫酸セシウムを添加）
７１Ｃ  第２の液体（エチルアルコールを添加）
７１Ｄ  第３の液体（硫酸セシウムを添加）
７１Ｅ  第１の液体（硫酸セシウムを添加）
７１Ｄ  第２の液体（硫酸セシウムを添加）
７２    マスク
１０２  レジスト膜
１０２ａ  第１のレジストパターン
１０２ｂ  第２のレジストパターン
１０２ｃ  第３のレジストパターン
１０４    露光光
【図１】
2006032834.tif 000003
【図２】
2006032834.tif 000004
【図３】
2006032834.tif 000005
【図４】
2006032834.tif 000006
【図５】
2006032834.tif 000007
【図６】
2006032834.tif 000008
【図７】
2006032834.tif 000009
【図８】
2006032834.tif 000010
【図９】
2006032834.tif 000011
【図１０】
2006032834.tif 000012
【図１１】
2006032834.tif 000013