(57)【要約】【課題】レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制可能とした、パターン形成方法およびパターン形成装置を提供する。【解決手段】本発明のパターン形成方法は、ウェハーＷにフォトレジストを塗布する第１の工程と、フォトレジストを塗布されたウェハーＷに対して選択的に露光を行う第２の工程と、露光されたウェハーＷをベーク処理する第３の工程と、ベーク処理されたウェハーＷを現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成してベーク処理を行い、第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続きベーク処理を行うことを特徴とする。【選択図】図３
2008218866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、
前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続き前記ベーク処理を行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の雰囲気は、湿度４４〜４６％に加湿された気体で形成し、前記第２の雰囲気は、不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第３の工程において、複数の前記露光された基板ごとに、前記第１の雰囲気および前記第２の雰囲気を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを行うパターン形成装置であって、
前記露光された基板を載せて加熱する加熱部と、前記加熱部を覆うチャンバと、前記チャンバ内の気体を外部へ排気する排気手段と、前記チャンバ内に気体を供給する気体供給機構とを備えたユニットを少なくとも１つ備え、
前記気体供給機構は、前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の気体と、水分を含まない第２の気体とを切り替えて供給することができ、
第１の気体からなる第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて第２の気体からなる第２の雰囲気を形成し、引き続き前記ベーク処理を行うことができることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項５】
前記第１の気体は、湿度４４〜４６％に加湿された気体であり、前記第２の気体は不活性ガスであることを特徴とする請求項４記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記ユニットを複数備え、それぞれの前記ユニットごとに前記気体の供給を制御する能力を有したことを特徴とする請求項４または５に記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造におけるパターン形成方法およびパターン形成装置に係り、より詳細には、レジストパターンの寸法のばらつきを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、シリコンなどからなる円盤状の基板（ウェハー）に複数の回路を形成し、これらの回路を切り分けることで半導体素子を作製する。
この回路のパターン形成はフォトリソグラフィ工程によって行われ、一般に、ウェハー表面にシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などからなる各層を形成したウェハー表面上に、さらにフォトレジストを膜状に塗布し、加熱によりフォトレジスト膜を固化した後、フォトマスクを通じて露光し現像すると、フォトマスクに描かれた素子・回路のパターンをフォトレジスト膜に転写することができる。
【０００３】
フォトレジストは、感光した部分が溶解する「ポジ型」と、感光した部分が残る「ネガ型」があるが、パターンの微細化にはポジ型が有利であるとも言われている。
いずれも露光後に現像処理を行うと、不要な部分のフォトレジストが除去され、レジストパターンがウェハー上に現れる。
このレジストパターンを利用して、さらにエッチングや成膜・リフトオフなどを行うことで、目的とする回路をウェハー上に作成することができる。
【０００４】
近年では、半導体デバイスの微細化に伴い、レジストパターンに要求される最小線幅も小さくなるとともに、ＫｒＦやＡｒＦ等の短波長のエキシマレーザーが露光光源の主流となっている。こうした短波長の露光光源において露光強度が弱い場合、化学増幅型フォトレジストが多く用いられている。
【０００５】
ポジ型の化学増幅型フォトレジストは、水酸基やカルボン酸などのアルカリ現像液可溶な官能基をある種の化合物（保護基）で置換した樹脂と、酸発生剤（ＰＡＧ：フォトアシッドジェネレーター）から構成され、露光により酸発生剤が分解する。
分解した酸発生剤は、空気中の水分と反応して水素イオン（Ｈ＋）を発生し、Ｈ＋は酸触媒反応にて、レジスト樹脂についた保護基の脱離反応を引き起こす。保護基は分解してＨ＋を生成し、更に他の保護基の脱離反応を引き起こす。こうして、Ｈ＋はレジストマトリックス中を拡散し、保護基の分解反応が次々に進む。
保護基が脱離したレジスト樹脂はアルカリ現像液に可溶となるため、露光によりレジストにパターンを潜像させ、その後の現像処理によって所望のレジストパターンを形成することができる。
【０００６】
これら一連の酸触媒反応は、ポスト露光ベーク（以下、ＰＥＢと略す。）と呼ばれる露光後の熱処理によって促進する。高温によるＰＥＢでは酸触媒反応の反応速度は速くなり、また長時間のＰＥＢ処理では酸触媒反応量は多くなる。そのため、ＰＥＢ時の温度や処理時間などの処理条件で酸触媒反応を制御する。
しかし、化学増幅型フォトレジストは、他の酸やアルカリに対しても反応性に富み、例えば微量のアンモニア等に敏感に反応するゆえ、クリーンルーム内でも特にケミカルフィルタ等を通して清浄な雰囲気下で、短時間の間に露光、現像処理することが、その特性を安定に保つという点で好ましい。
【０００７】
そのため、特に化学増幅型フォトレジストを扱うフォトリソグラフィ工程では、ウェハーにフォトレジストを塗布するレジストコーターと、スキャナー等の露光装置と、ＰＥＢ処理を行うベーク装置と、現像処理を行うデベロッパーと、これらの各装置間でウェハーを搬送する搬送装置等とが一体化した、インライン式のパターン形成装置が用いられている。この装置は一般に枚葉処理型であり、複数枚のウェハーをロット単位で搬送しながら処理を行い、決められた短時間の間にレジストパターンを形成する。
【０００８】
ＰＥＢ処理を行うベーク装置は、一般にホットプレートとチャンバと排気口とガス供給ラインを備えたユニットからなる。ホットプレートはチャンバで覆われ、外気から遮断されたチャンバ内でＰＥＢ処理が行われる。その際、ウェハーから発するガスを排気口から排気し、排気によりホットプレートが陰圧にならないよう、ケミカルおよび水分をコントロールした空気をガス供給ラインから取り込む。
【０００９】
前述のように、このＰＥＢ処理時の処理条件で、酸触媒反応の制御を行うが、温度や処理時間の他、湿度によっても制御される。
例えば、特許文献１には、温度２３℃、湿度４５〜５５％の空気を送りながらＰＥＢ処理を行う方法が記載されている。
また、特許文献２には、加湿した窒素ガスをチャンバ内に導入することで、チャンバ内の湿度を４５％位にしながらＰＥＢ処理を行う方法が記載されている。
【特許文献１】特開平９−３２０９３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０８９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、パターン形成装置内にホットプレートが複数存在した場合、ＰＥＢ処理温度と処理時間を複数のホットプレート間で均一に制御することが難しい。
例えば、ウェハーの搬送などにより、ホットプレートの温度が変動するという問題があった。また、処理時間においても、各ユニットで作業されたウェハー間で処理時間が異なるという問題があった。その結果、同一ロットのウェハー間でレジストパターンの寸法差、つまり、ばらつきが生じるという不具合があった。
【００１１】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制可能とした、パターン形成方法およびパターン形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のパターン形成方法は、基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続き前記ベーク処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のパターン形成方法は、前記第１の雰囲気を、湿度４４〜４６％に加湿された気体で形成し、前記第２の雰囲気は、不活性ガス雰囲気とすることを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明のパターン形成方法は、前記第３の工程において、複数の前記露光された基板ごとに、前記第１の雰囲気および前記第２の雰囲気を形成することを特徴とすることができる。
【００１５】
また、本発明のパターン形成装置は、基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを行うパターン形成装置であって、前記露光された基板を載せて加熱する加熱部と、前記加熱部を覆うチャンバと、前記チャンバ内の気体を外部へ排気する排気手段と、前記チャンバ内に気体を供給する気体供給機構とを備えたユニットを少なくとも１つ備え、前記気体供給機構は、前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の気体と、水分を含まない第２の気体とを切り替えて供給することができ、第１の気体からなる第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて第２の気体の気体からなる第２の雰囲気を形成し、引き続き前記ベーク処理を行うことができることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のパターン形成装置において、前記第１の気体は、湿度４４〜４６％に加湿された気体であり、前記第２の気体は不活性ガスであることを特徴とすることができる。
【００１７】
また、本発明のパターン形成装置は、前記ユニットを複数備え、それぞれの前記ユニットごとに前記気体の供給を制御する能力を有したことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続き前記ベーク処理を行うことで、前記熱処理中に雰囲気を切り替えることができ、前記熱処理の温度と処理時間だけでなく、雰囲気によって化学増幅型フォトレジストの酸触媒反応を制御することができる。
【００１９】
また、前記第１の雰囲気を、湿度４４〜４６％に加湿された気体で形成し、前記第２の雰囲気は、不活性ガス雰囲気とすることで、第１の雰囲気により前記酸触媒反応の開始剤となる水分を供給し、第２の雰囲気により前記酸触媒反応を終了させるため、前記酸触媒反応を高度に制御することができる。
【００２０】
また、前記第３の工程において、複数の前記露光された基板ごとに、前記第１の雰囲気および前記第２の雰囲気を形成することで、前記酸触媒反応を前記露光された基板ごとに高度に制御することができ、前記露光された基板間のレジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成装置によれば、基板にフォトレジストを塗布する第１の工程と、前記フォトレジストを塗布された基板に対して選択的に露光を行う第２の工程と、前記露光された基板をベーク処理する第３の工程と、前記ベーク処理された基板を現像処理する第４の工程とを行うパターン形成装置であって、前記露光された基板を載せて加熱する加熱部と、前記加熱部を覆うチャンバと、前記チャンバ内の気体を外部へ排気する排気手段と、前記チャンバ内に気体を供給する気体供給機構とを備えたユニットを少なくとも１つ備え、前記気体供給機構は、前記第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の気体と、水分を含まない第２の気体とを切り替えて供給することができ、第１の気体からなる第１の雰囲気を形成して前記ベーク処理を行い、前記第１の雰囲気を切り替えて第２の気体の気体からなる第２の雰囲気を形成し、引き続き前記ベーク処理を行うことができることで、前記第３の工程において、前記第１の雰囲気を形成して前記熱処理を行い、前記第１の雰囲気とは異なる気体からなる前記第２の雰囲気を形成して、引き続き前記熱処理を行うことができ、前記熱処理の温度と処理時間だけでなく、雰囲気によって化学増幅型フォトレジストの酸触媒反応を制御することができる。
【００２２】
また、前記第１の気体は、湿度４４〜４６％に加湿された気体であり、前記第２の気体は不活性ガスであることで、第１の気体により前記酸触媒反応の開始剤となる水分を供給し、第２の気体により前記酸触媒反応を終了させるため、前記酸触媒反応を高度に制御することができる。
【００２３】
また、本発明のパターン形成装置は、前記ユニットを複数備え、それぞれの前記ユニットごとに前記気体の供給を制御する能力を有したことで、前記酸触媒反応を前記露光された基板ごとに高度に制御することができ、前記露光された基板間のレジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
まず、レジストパターンを呈示する化学機構を説明する。
化学増幅型ポジフォトレジスト（以下、レジストと略す）は、水酸基やカルボン酸などのアルカリ現像液可溶な官能基をある種の化合物（保護基）で置換した樹脂と、酸発生剤（ＰＡＧ：フォトアシッドジェネレーター）から構成されている。
【００２５】
ＫｒＦ用のポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）樹脂系で、保護基はターシャルブトキシカルボニル基（ｔ−ＢＯＣ）を例に説明すると、露光により酸発生剤が分解し、以下の化学式（１）に示すように、分解した酸発生剤は空気中の水分と反応して水素イオン（Ｈ＋）を発生する。Ｘ−は酸発生剤のアニオンである。
【００２６】
【化１】
2008218866.tif 000003
【００２７】
このＨ＋は酸触媒として機能し、ＰＥＢ（ポスト露光ベーク）処理時の熱でレジストの樹脂と保護基（ここでは、ｔ−ＢＯＣ）の結合が加水分解され、以下の化学式（２）に示すように、保護基の脱離反応を引き起こす。
【００２８】
【化２】
2008218866.tif 000004
【００２９】
さらに、以下の化学式（３）に示すように、保護基は分解してＨ＋を生成し、更に他の保護基の脱離反応を引き起こす。
【００３０】
【化３】
2008218866.tif 000005
【００３１】
こうして、Ｈ＋はレジストマトリックス中を拡散し、保護基の分解反応が次々に進む。
保護基が脱離したレジスト樹脂は、樹脂自身の現像液に可溶な官能基（ここでは、水酸基‐ＯＨ）が露呈するため、アルカリ現像液に可溶となり、露光部は現像液によって除去され、所望のレジストパターンが形成されるのである。
【００３２】
続いて、本実施形態におけるパターン形成装置について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のパターン形成装置は、ウェハーＷにレジストを塗布するレジストコーターと、パターンを焼き付ける露光装置と、ＰＥＢ処理を行うベーク装置と、現像処理を行うデベロッパーと、これらの各装置間でウェハーＷを搬送する搬送装置等とが一体化したインライン式で、枚葉処理型のパターン形成装置の一例である。
【００３３】
ＰＥＢ処理を行うベーク装置は、図１に示すようなユニット１を複数備え、各ユニット１はホットプレート（加熱装置）２と、チャンバ３と、ガスを排気する排気口４と、ガス供給ライン５とを備え、ユニット１ごとにチャンバ３内の雰囲気を調整することができる。
ガス供給ライン５の一端は２本に分かれ、それらの先端の１つには第１のガス供給管５ａ、もう１つには第２のガス供給管５ｂをそれぞれ備えている。ガス供給ライン５のもう一端は側面視５本に分かれ（平面視ではプレート２の上面にガス送入口５ｃが均等配置されるように複数に分岐され）、それぞれの先端はガス送入口５ｃを備えている。
第１のガス供給管５ａは第１のバルブ６を備え、第２のガス供給管５ｂは第２のバルブ７を備えており、それぞれ供給する気体の流量を調節できるようになっている。
【００３４】
ホットプレート２は、処理されるウェハーＷの外周よりも若干大きい円形の台と、その台の上に収容された加熱ヒータなどの発熱装置を備え、発熱装置によって加熱温度を制御しながら、台に載せたウェハーＷを目的の温度に加熱することができる。
チャンバ３は、ホットプレート２とウェハーＷを覆うように設けられ、外気や他のユニット１からチャンバ３内の雰囲気を遮断することで、安定した雰囲気を形成しながらウェハーＷのＰＥＢ処理を行うことができる。
排気口４は、ホットプレート２にウェハーＷを載せた時、ウェハーＷの外周付近を囲むようにホットプレート２の外周部に設けられ、このＰＥＢ処理によってウェハーＷから発するガスを排気することができる。
第１のガス供給管５ａは、ケミカルフィルターにてアミン系水素供与体を除去および水分（例えば湿度４４〜４６％）をコントロールした空気（第１の気体）を封入した容器を接続し、第２のガス供給管５ｂは不活性ガスとして例えば、窒素（Ｎ２）（第２の気体）を封入した容器を接続し、それぞれの気体は第１のバルブ６と第２のバルブ７でそれぞれの流量を独立に制御して、チャンバ３内に送入することができる。
【００３５】
第１の気体中の水分は、酸を触媒とした、樹脂の置換に用いられた保護基の加水分解反応、およびレジスト膜中の酸の拡散に寄与するとともに、酸触媒存在下において脱離した保護基がアルカリ液可溶性を示す官能基と再結合するのを防止することに寄与すると考えられる。
そのため、湿度が低い場合、レジスト膜中での酸触媒による加水分解反応が十分に進行しない、酸が十分にレジスト膜中を拡散しない、あるいは保護基の再結合反応を促進させる等の理由で、全く解像しない、あるいは微細パターンでの解像度が悪い等の問題が生じる。
従って、ホットプレート内に導入される空気の湿度をコントロールすることが必要である。クリーンルーム内の空気の湿度は４４〜４６％にコントロールされている。ホットプレート内に導入する空気の湿度も同じく４４〜４６％にコントロールするのが容易である。またクリーンルームと同じ湿度の空気であれば、ホットプレート内の結露などの問題もおきにくい。
【００３６】
ＰＥＢ処理完了後は直ちに酸触媒反応を停止させる必要があるが、第２の気体を供給することで、チャンバ３内の水分は無くなり酸触媒反応は速やかに停止する。
第２の気体は、水分を含まない不活性ガスであればよいが、Ｎ２ガスを使用した場合ではＮ原子の非共有電子対にＨ＋がトラップされることで酸触媒反応の停止反応が起こる。そのため、ユニット１ごとに処理時間が異なる場合でも、寸法バラツキ改善効果を奏する。
【００３７】
次に、本実施形態におけるパターン形成方法について、このようなパターン形成装置を用いて行うように説明する。
本実施形態のパターン形成方法は、ウェハーＷにフォトレジストを塗布する第１の工程と、フォトレジストを塗布されたウェハーＷに対して選択的に露光を行う第２の工程と、露光されたウェハーＷをベーク処理する第３の工程と、ベーク処理されたウェハーＷを現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成してベーク処理を行い、第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続きベーク処理を行うことを特徴とするパターン形成方法である。
【００３８】
図２（ａ）のように、ウェハーＷにおいて、基板８の表面上に、シリコン酸化膜や、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などからなるハードマスク９を予め形成する。
続いて、図２（ｂ）に示すように、第１の工程において、このハードマスク９上にレジストを膜状に塗布し、塗布されたレジストを固化してレジスト膜１０を形成する。
レジストは、例えば、東京応化工業製ＴＤＵＲ−Ｐシリーズ、和光純薬製ＷＫＲ−ＰＴシリーズなどが市販されている。このようなレジストをウェハーＷのハードマスク９上に例えば４〜５ｃｃ滴下し、所望の膜厚を得るに適した回転数でウェハーＷを回転させることによりレジスト塗布膜を形成し、さらにこのレジスト塗布膜中の有機シンナーを、蒸発乾燥させるためにウェハーＷをホットプレート（図示せず）に載せてレジスト塗布膜を熱処理し、例えば膜厚７６００Åのレジスト膜１０を形成する。
【００３９】
本実施形態で用いるレジストは、少なくとも酸発生剤と樹脂とを有機シンナーに溶解させて構成されたものであり、詳しくは、電子線や紫外線等のエネルギーを受けて分解し酸を発生する酸発生剤、ポリフェニールやアクリル酸等の樹脂の水酸基やカルボン酸のような本来現像液に可溶な特性を示す官能基を、アルキル基等の保護基で置換することによって現像液に不溶化している樹脂、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、２−ヘプタノン、乳酸エチル等の有機シンナーが用いられる。
本実施形態では、ＫｒＦ用化学増幅型で具体的な説明したが、原理的にはＡｒＦ用化学増幅型でも可能である。ＡｒＦ用化学増幅型では用いる樹脂の構造が異なるが、例えば、アクリル樹脂系、保護基にはアダマンチル基が挙げられる。
【００４０】
続いて、図２（ｃ）に示すように、第２の工程において、レジスト膜１０が形成されたウェハーＷの上から、予めパターンの描かれたフォトマスク１１を介して露光し、レジスト膜１０にパターンを焼き付ける。
縮小投影式の露光装置（図示せず）により、露光光源は、クリプトン、フッ素の混合ガス（ＫｒＦ）を用いたエキシマレーザーの２４８ｎｍの波長で、例えば２８ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー量で露光を行う。
露光部１０ａは、後で説明する第４の工程において除去され、未露光部１０ｂのみがウェハーＷ上に残るので、フォトマスク１１に描かれたマスクパターン１１ａをレジスト膜１０に形成することができるようになる。
なお、ＡｒＦ用化学増幅型のレジストを用いた場合、露光光源は、アルゴン、フッ素の混合ガス（ＡｒＦ）を用いたエキシマレーザーで行う。
【００４１】
その後、ユニット１内で、第３の工程であるＰＥＢ処理を行う。
ユニット１にウェハーＷを搬入後、ＰＥＢ開始時は第１のバルブ６を開放し、第１の気体を例えば、４．０ｌ/ｍｉｎの流量でチャンバ３内に送入する。ホットプレート２は例えば１１０℃に設定し、処理時間は例えば９０秒間行う。
図３（ａ）に示すように、それによりＰＥＢ処理中には第１の気体がチャンバ３内に十分行き渡り、化学増幅型フォトレジストの酸触媒反応が円滑に進む。ＰＥＢ処理を終了する際には、第１のバルブ６を閉じて、第２のバルブ７を開放し、第２の気体を例えば、４．０ｌ/ｍｉｎの流量で送入し、ウェハーＷを直ちに搬出せずに、図３（ｂ）に示すように、ホットプレート２上にしばらく待機させることで、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制する効果が高まる。
【００４２】
最後に、第４の工程において、現像処理により露光部１０ａを除去すると、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜１０からレジストパターン１２が形成される。
現像液として、例えば２．３８ｗｔ％テトラメチルアンモニウム水溶液を用い、例えば６０秒間レジスト膜１０上にパドルを形成して現像する。
【００４３】
本実施形態のように、第３の工程において、第１の気体を用いて酸触媒反応をさせた後、第２の気体を用いることで、ホットプレート２にウェハーＷが存在してもそれ以上酸触媒反応は進まないため、制御が容易となる。従って、複数個のユニット１間でウェハーＷの処理時間が異なっても反応はガス供給コントロールにより制御されているので寸法差が生じることなく、ウェハーＷ間寸法均一性が向上する。
また、上述したような樹脂を用いたレジストで、露光領域の広いパターンを露光した場合に、その領域の樹脂の保護基を分解するのに要する酸の量よりも多量の酸が発生するために、分解して生じた反応生成物がこの過剰な酸で重合を起こし、保護基が分解脱離したにもかかわらず不溶化することがあり、パターン欠陥の原因となる。このような場合でも、本実施形態で示したように湿度の制御された環境でＰＥＢ処理を行えば、この重合反応が抑制されるので、パターン欠陥に対しても有効である。
【実施例】
【００４４】
図１に示されるようなユニット１を備えたパターン形成装置を用いて、以下のように第１〜４工程を実施した。
ウェハーＷは、直径３０ｃｍ、厚さ０．７８ｍｍのものを用いた。
【００４５】
＜第１の工程＞
図２に示すように、ウェハーＷは予め、基板８の表面にハードマスク９を形成した後、第１の工程としてＫｒＦ用の化学増幅型ポジフォトレジスト（以下、レジストと略す。）を塗布した。
レジストは、ＴＤＵＲ−Ｐ００７を用い、ウェハーＷのハードマスク９上に４〜５ｃｃ滴下し、所望の膜厚を得るに適した回転数でウェハーＷを回転させることによりレジスト塗布膜を形成した。さらにこのレジスト塗布膜中の有機シンナーを、蒸発乾燥させるためにウェハーＷをホットプレート（図示せず）に載せてレジスト塗布膜を熱処理し、膜厚７６００Åのレジスト膜１０を形成した。
【００４６】
＜第２の工程＞
続いて、第２の工程において、レジスト膜１０が形成されたウェハーＷの上から、予めマスクパターン１１ａの描かれたフォトマスク１１を介して露光し、レジスト膜１０にパターンを焼き付けた。
縮小投影式の露光装置（図示せず）により、露光光源は、クリプトン、フッ素の混合ガス（ＫｒＦ）を用いたエキシマレーザーの２４８ｎｍの波長で、２８ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー量で露光を行った。
【００４７】
＜第３の工程＞
その後、ユニット１内で、第３の工程であるＰＥＢ（ポスト露光ベーク）処理を行った。
第１の気体として、アンモニアなどアミン系水素供与体を除去しかつ湿度４４〜４６％にコントロールした空気を封入した容器を第１のガス供給管５ａに接続し、第２の気体として、不活性ガスである窒素（Ｎ２）を封入した容器を第２のガス供給管５ｂに接続した。
ユニット１にウェハーＷを搬入後、ＰＥＢ開始時は第１のバルブ６を開放し、第１の気体を４．０ｌ/ｍｉｎの流量でチャンバ３内に送入した。ホットプレート２は１１０℃に設定し、処理時間は９０秒間行った。
ＰＥＢ処理を終了する際、第１のバルブ６を閉じて、第２のバルブ７を開放し、第２の気体を４．０ｌ/ｍｉｎの流量で送入し、ウェハーＷを直ちに搬出せずに、ホットプレート２上に６０秒間待機させた。
【００４８】
＜第４の工程＞
最後に、第４の工程において、現像処理により露光部１０ａを除去し、レジスト膜１０からレジストパターン１２を形成した。
現像液は、２．３８ｗｔ％テトラメチルアンモニウム水溶液を用い、６０秒間レジスト膜１０上にパドルを形成して現像した。
【００４９】
以上により、ウェハーＷにフォトレジストを塗布する第１の工程と、フォトレジストを塗布されたウェハーＷに対して選択的に露光を行う第２の工程と、露光されたウェハーＷをベーク処理する第３の工程と、ベーク処理されたウェハーＷを現像処理する第４の工程とを含むパターン形成方法であって、第３の工程において、少なくとも水分を含む第１の雰囲気を形成してベーク処理を行い、第１の雰囲気を切り替えて水分を含まない第２の雰囲気を形成して、引き続きベーク処理を行うことで、レジストパターンの線幅寸法のばらつきが抑制でき、良好なレジストパターンを形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態におけるパターン形成装置のユニットの断面図である。
【図２】本実施形態におけるウェハーＷの断面図であり、第１の工程の前（ａ）、後（ｂ）、および第２の工程（ｃ）の実施を示す。
【図３】本実施形態におけるウェハーＷの断面図であり、第３の工程（ａ）、（ｂ）、および第４の工程（ｃ）の実施を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１…ユニット、２…ホットプレート、３…チャンバ、４…排気口、５…ガス供給ライン、５ａ…第１のガス供給管、５ｂ…第２のガス供給管、６…第１のバルブ、７…第２のバルブ、８…基板、９…ハードマスク、１０…レジスト膜、１０ａ…露光部、１０ｂ…未露光部、１１…フォトマスク、１１ａ…マスクパターン、１２…レジストパターン
【図１】
2008218866.tif 000006
【図２】
2008218866.tif 000007
【図３】
2008218866.tif 000008