(57)【要約】【課題】  化学増幅型のレジスト膜を用いて被加工基板に所定の微細パターンを簡便に形成することのできるパターン形成方法を提供する。また、化学増幅型のレジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することのできる露光装置を提供する。【解決手段】  レジストパターン１４に、光源１６からＶＵＶ光１７を照射するとともに、光源１８から波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光１９を照射する。白色光１９の照射によりレジストパターン１４の表面から発生する反射光１９′を検出系２１によって検出する。これにより、レジストパターン１４の膜厚および屈折率の少なくとも一方の値を測定し、この値に基づいてＶＵＶ光１７の照射時間を決定する。【選択図】      図１０
2005175258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工基板の上に化学増幅型のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンに真空紫外光を照射する工程と、
前記真空紫外光を照射した後のレジストパターンをマスクとする前記被加工基板のドライエッチングによって、前記被加工基板に所定のパターンを形成する工程とを有するパターン形成方法において、
前記真空紫外光を照射している間に、前記レジストパターンに波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射し、該白色光または該レーザ光の照射により前記レジストパターンの表面から発生する反射光を検出することによって前記レジストパターンの膜厚および屈折率の少なくとも一方の値を測定し、該値に基づいて前記真空紫外光の照射時間を決定することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジストパターンを形成する工程は、前記被加工基板の上に、アルカリ水溶液に可溶なベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜にマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
前記レジスト膜に加熱処理を行うことによって、前記露光部における前記アルカリ不溶性ポリマーの前記酸不安定基を前記酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、
前記レジスト膜に現像処理を行うことによって、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有する請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記レジストパターンを形成する工程は、前記被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上に、アルカリ水溶液に可溶なベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜にマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
前記レジスト膜に加熱処理を行うことによって、前記露光部における前記アルカリ不溶性ポリマーの前記酸不安定基を前記酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、
前記レジスト膜に現像処理を行うことによって、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有する請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記マスクは、光学近接効果補正が行われた所定のデータに対して、予め定めた前記真空紫外光の照射による前記レジストパターンのシュリンク量を補正して得られたデータから作成されたパターンを有する請求項２または３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記測定によって得られた膜厚および屈折率の少なくとも一方の値から求めたシュリンク量が前記シュリンク量に実質的に等しくなったところで前記真空紫外光の照射を停止する請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記ベースポリマーは脂肪族系ポリマーである請求項２〜５のいずれか１に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記脂肪族系ポリマーはアクリル酸系ポリマーである請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記被加工基板は半導体基材である請求項１〜７のいずれか１に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、
前記真空紫外光の照射とともに前記レジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、
前記白色光またはレーザ光の照射によって前記レジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、
前記反射光に基づいて前記レジスト膜の膜厚を算出する手段と、
前記膜厚が所定値になったところで前記真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、
前記真空紫外光の照射とともに前記レジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、
前記白色光またはレーザ光の照射によって前記レジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、
前記反射光に基づいて前記レジスト膜の屈折率を算出する手段と、
前記屈折率が所定値になったところで前記真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法および露光装置に関し、特に、化学増幅型のレジスト膜を用いたパターン形成方法および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板の表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望の微細パターンを形成する工程、および、この微細パターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
パターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【０００５】
従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭの製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）エキシマレーザ（波長：１５７ｎｍ）、さらには極端紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光（波長：１３ｎｍ）を露光光源として用いることも考えられている。
【０００６】
このようなフォトリソグラフィ技術においては、従来より化学増幅型レジストが用いられている。
【０００７】
一般に、ポジ型の化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含有する。従来、ＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストなどでは、アルカリ不溶性ポリマーとして、脂肪族系ベースポリマーの側鎖に結合したアルカリ可溶性基を保護基によってブロックした構造を有するものが用いられてきた。これは、脂肪族系ベースポリマーが露光光に対して高い透明性を有することによるものである。
【０００８】
このような化学増幅型レジストに対し、縮小投影露光装置を用い、適当なマスクを介して露光光を照射すると、露光部で酸発生剤が分解することによって酸を生じる。次に、加熱処理を行うと、アルカリ可溶性基をブロックしている保護基が酸の触媒作用により加熱分解して脱離する。これにより、化学増幅型レジストは、露光部においてアルカリ可溶性となる。その後、アルカリ現像液を用いた現像処理によって露光部を溶解除去すると、未露光部からなるレジストパターンが形成される。得られたレジストパターンをマスクとして下地膜をドライエッチングすることにより、下地膜にパターンを形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、脂肪族系ベースポリマーを有する化学増幅型レジストは、プラズマに対するエッチング耐性が低い。このため、下地膜をドライエッチングする際にレジストパターンがダメージを受け、下地膜を所望の寸法および形状を有するパターンに加工できないという問題があった。
【００１０】
これに対して、従来より、レジストパターンに真空紫外（Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ，以下、ＶＵＶという。）光を照射することによって、レジストのドライエッチング耐性を向上させる方法がとられている。
【００１１】
しかしながら、ＶＵＶ光の照射時間が長くなると、レジストパターンのシュリンク（収縮）量は大きくなる。図１５は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、微小線幅）縮小量の変化を示したものである。尚、図１５では、レジストパターンの線幅設計値を１３０ｎｍとしている。図より、ＶＵＶ光を１分間程度照射するとレジストパターンは急激にシュリンクし、その後、ＶＵＶ光の照射時間とともに次第にシュリンク量は大きくなっていくことが分かる。
【００１２】
シュリンクされたレジストパターンをマスクとして下地膜のエッチングを行った場合、形成されるパターンの線幅は所望の寸法より狭いものとなる。この場合、レジストパターンのシュリンク量が小さい場合には、レジストを露光する際に使用するマスクのデータを予め補正しておくことによって下地膜を所望の寸法に加工することが可能である。このため、従来は、マスクにより補正可能な範囲にシュリンク量を抑えるため、レジストの種類や膜厚に応じてその都度ＶＵＶ光の照射時間を最適化しなければならないという問題があった。
【００１３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、化学増幅型のレジスト膜を用いて被加工基板に所定の微細パターンを簡便に形成することのできるパターン形成方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、化学増幅型のレジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することのできる露光装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、被加工基板の上に化学増幅型のレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンに真空紫外光を照射する工程と、真空紫外光を照射した後のレジストパターンをマスクとする被加工基板のドライエッチングによって、被加工基板に所定のパターンを形成する工程とを有するパターン形成方法において、真空紫外光を照射している間に、レジストパターンに波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射し、白色光またはレーザ光の照射によりレジストパターンの表面から発生する反射光を検出することによってレジストパターンの膜厚および屈折率の少なくとも一方の値を測定し、この値に基づいて真空紫外光の照射時間を決定することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明において、レジストパターンを形成する工程は、被加工基板の上に、アルカリ水溶液に可溶なベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜にマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、レジスト膜に加熱処理を行うことによって、露光部におけるアルカリ不溶性ポリマーの酸不安定基を酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、レジスト膜に現像処理を行うことによって、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有するものとすることができる。
【００１８】
また、本発明において、レジストパターンを形成する工程は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に、アルカリ水溶液に可溶なベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、レジスト膜に加熱処理を行うことによって、露光部におけるアルカリ不溶性ポリマーの酸不安定基を酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、レジスト膜に現像処理を行うことによって、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有するものとすることができる。
【００１９】
上記のマスクは、光学近接効果補正が行われた所定のデータに対して、予め定めた真空紫外光の照射によるレジストパターンのシュリンク量を補正して得られたデータから作成されたパターンを有するものとすることができる。ここで、測定によって得られた膜厚および屈折率の少なくとも一方の値から求めたシュリンク量が上記のシュリンク量に実質的に等しくなったところで真空紫外光の照射を停止することができる。
【００２０】
また、上記のベースポリマーは脂肪族系ポリマーとすることができる。ここで、脂肪族系ポリマーはアクリル酸系ポリマーとすることができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法において、被加工基板は半導体基材とすることができる。
【００２２】
また、本発明は、化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、真空紫外光の照射とともにレジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、白色光またはレーザ光の照射によってレジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、検出した反射光に基づいてレジスト膜の膜厚を算出する手段と、この膜厚が所定値になったところで真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とするものである。
【００２３】
さらに、本発明は、化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、真空紫外光の照射とともにレジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、白色光またはレーザ光の照射によってレジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、検出した反射光に基づいてレジスト膜の屈折率を算出する手段と、この屈折率が所定値になったところで真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のパターン形成方法によれば、ＶＵＶ光を照射している間にレジストパターンに波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射し、レジストパターンの表面から発生する反射光を検出することによって、レジストパターンの膜厚および屈折率の少なくとも一方の値をｉｎ−ｓｉｔｕに測定する。得られた値に基づいてＶＵＶ光の照射時間を決定することにより照射時間を最適化することができるので、レジストの種類や膜厚毎に最適化を図る必要がなくなる。したがって、レジストのエッチング耐性の向上とともに、被加工基板に所定の微細パターンを簡便に形成することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の露光装置によれば、ＶＵＶ光を照射している間にｉｎ−ｓｉｔｕでレジスト膜の膜厚を測定するので、レジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することが可能となる。したがって、レジストの種類や膜厚毎に照射時間の最適化を図る必要がなくなるので、簡便にレジスト膜のエッチング耐性向上を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の露光装置によれば、ＶＵＶ光を照射している間にｉｎ−ｓｉｔｕでレジスト膜の屈折率を測定するので、レジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することが可能となる。したがって、レジストの種類や膜厚毎に照射時間の最適化を図る必要がなくなるので、簡便にレジスト膜のエッチング耐性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本実施の形態においては、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極材料が成膜された基板を被加工基板として用い、ゲート電極材料をエッチングしてゲート電極パターンを形成する例について述べる。但し、本発明がゲート電極パターンの形成に限られるものでないことはいうまでもない。例えば、レジストパターンを用いたコンタクトホールの形成や層間絶縁膜の加工などにも本発明を適用することが可能である。さらに、半導体基材以外の被加工基板（例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの上に被加工膜が形成されたもの）に本発明を適用することも可能である。
【００２８】
図１〜図１３は、本発明にかかるパターン形成方法の一例を示したものである。尚、これらの図に示す半導体装置はＣＭＯＳ構造を有している。
【００２９】
まず、図１に示すように、半導体基板としてのシリコン基板１表面の所定領域に、素子分離領域２を形成してＮＭＯＳ領域とＰＭＯＳ領域とに区画する。その後、ＰＭＯＳ領域にＮウェル３を、ＮＭＯＳ領域にＰウェル４をそれぞれ形成する。
【００３０】
次に、シリコン基板１の上にゲート絶縁膜５を形成する（図２）。本実施の形態においては、ゲート絶縁膜５を構成する材料の種類および膜厚に特に制限はない。任意の材料を選択して適当な膜厚を有するゲート絶縁膜５を形成することができる。
【００３１】
例えば、熱酸化法によって、膜厚１．５ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成することができる。また、ゲート絶縁膜５としては、８５０℃程度の温度の酸化性ガス雰囲気中でシリコン基板１の表面を酸化して膜厚２．０ｎｍ程度のＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を形成した後、ＮＯ（一酸化窒素）ガス雰囲気中でこのＳｉＯ２膜の表面を窒化することによって得られた膜を用いることもできる。さらに、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）若しくはＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）またはこれらの混合物を３．０ｎｍ〜５．０ｎｍ程度の膜厚で成膜したものをゲート絶縁膜５として用いてもよい。
【００３２】
次に、Ｎウェル３およびＰウェル４に、それぞれ閾値電圧調整用の不純物を注入する。その後、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート電極材料としての多結晶シリコン膜６を形成する（図２）。
【００３３】
多結晶シリコン膜６の形成は、例えば、ＳｉＨ４（シラン）またはＳｉＤ４などを原料とするＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって行うことができる。また、多結晶シリコン膜６の膜厚は、例えば１５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３４】
多結晶シリコン膜６を形成した後は、多結晶シリコン膜６にＰ（リン）などの不純物をイオン注入する。
【００３５】
次に、多結晶シリコン膜６の上にハードマスク材料としてのＳｉＯ２膜７を形成する（図３）。ＳｉＯ２膜７は、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。また、ＳｉＯ２膜７の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とすることができる。
【００３６】
ＳｉＯ２膜７を形成した後は、この上に反射防止膜８を形成する（図４）。反射防止膜は、次に形成するレジスト膜をパターニングする際に、レジスト膜を透過した露光光を吸収することによって、レジスト膜と反射防止膜との界面における露光光の反射をなくす役割を果たす。反射防止膜８としては有機物を主成分とする膜を用いることができ、例えば、スピンコート法などによって形成することができる。また、反射防止膜８の膜厚は、例えば４０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下とすることができる。尚、本実施の形態においては、反射防止膜８はなくてもよい。
【００３７】
次に、反射防止膜８の上にレジスト膜９を形成する（図４）。レジスト膜９の膜厚は、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【００３８】
レジスト膜９としては、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基（保護基）が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を用いる。脂肪族系ベースポリマーとしては、例えばアクリル酸系ポリマーなどを用いることができる。
【００３９】
例えば、露光光が波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光である場合には、ポリ（ノルボルネン−ｃｏ−無水マレイン酸）若しくはその誘導体またはポリ（メチルアダマンチルメタクリレート）若しくはその誘導体などを用いることができる。さらには、露光光が１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光である場合には、ポリ（ノルボルネンヘキサフルオロイソプロパノール）若しくはその誘導体またはポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ノルボルネン−ｃｏ−テトラフルオロ−ｔ−ブチルメタクリレート）若しくはその誘導体などを用いることができる。
【００４０】
酸発生剤としては、トリフェニルスルホニウムトリフラートなどの光によって酸を発生する光酸発生剤を用いることができる。
【００４１】
尚、化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤により構成された２成分系のレジストに限定されるものではない。例えば、アルカリ可溶性ポリマー、酸発生剤および溶解阻害剤により構成された３成分系のレジストであってもよい。
【００４２】
レジスト膜９を形成した後は、縮小投影露光装置を用い、所定のマスク１０を介してレジスト膜９に露光光１１を照射する（図５）。本実施の形態においては、所定のマスクデータに対してＶＵＶ光の照射によるレジストパターンのシュリンク量を補正し、これを基にマスク１０のパターンを作成する。ここで、補正前のマスクデータは、光学近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，以下、ＯＰＣという。）が行われたデータであることが好ましい。
【００４３】
具体的には、ＶＵＶ光の照射によるレジストパターンのシュリンク量ｓを予め定めておき、図６に示すように、ＯＰＣ処理が行われたマスクのデータ１２に対してシュリンク量ｓを補正したデータ１３を作成する。そして、得られたデータ１３に基づいてマスク１０のパターンを形成する。
【００４４】
露光光１１としては、深紫外（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）から真空紫外の光を用いることができる。例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光または波長１３ｎｍのＥＵＶ光などが挙げられる。
【００４５】
この露光は、レジスト膜９に所定の潜像を形成することを目的として行うものである。この際、図５の露光部９ａにおいては、レジスト膜中に含まれる酸発生剤から酸が生じるが、未露光部９ｂでは酸発生剤は露光されないので酸が生じることはない。
【００４６】
次に、露光後のレジスト膜９に対して加熱処理を行う。加熱処理の条件は、例えば、８０℃以上１５０℃以下の温度で３０秒以上９０秒以下の時間とすることができる。
【００４７】
加熱処理を行うと、露光部９ａにおけるレジスト膜９中のアルカリ不溶性ポリマーが、酸と反応してアルカリ可溶性ポリマーになる。すなわち、アルカリ可溶性の官能基をブロックしている酸不安定基が、酸の触媒作用によって加熱分解して脱離する。これにより、露光部９ａにアルカリ可溶性ポリマーの構造が生じる。
【００４８】
例えば、アルカリ不溶性ポリマーが式（１）に示す構造を有する場合、露光により生じた酸と反応することによって、式（１）のポリマーは、式（２）に示すアルカリ可溶性ポリマーになる。尚、式（１）において、Ｒはｔ−ブチル基またはアダマンチル基などの脂環式基などであり、Ｒ′は水素原子またはメチル基などである。
【００４９】
【化１】
2005175258.tif 000003
【００５０】
【化２】
2005175258.tif 000004
【００５１】
加熱処理を終えた後は、レジスト膜９に対して現像処理を行う。
【００５２】
現像液としては、アルカリ水溶液を用いることができる。アルカリ水溶液としては、例えば、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液を用いることができる。尚、現像液として使用可能なアルカリ水溶液であれば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド以外の他の物質が含まれていてもよい。
【００５３】
現像処理を行うことによって、露光部９ａに生じたアルカリ可溶性ポリマーがアルカリ水溶液に溶解する。これにより、図７に示すように、未露光部９ｂからなるレジストパターン１４が形成される。
【００５４】
次に、レジストパターン１４が形成された基板の全面に対してＶＵＶ光１５を照射する（図８）。ＶＵＶ光１５としては、例えば、波長１２６ｎｍのＡｒ２エキシマ光、波長１４６ｎｍのＫｒ２エキシマ光、波長１５３ｎｍのＦ２エキシマ光、波長１６５ｎｍのＡｒＢｒエキシマ光、波長１７２ｎｍのＸｅ２エキシマ光、波長１７５ｎｍのＡｒＣｌエキシマ光、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ光または波長１０７ｎｍのＫｒＢｒエキシマ光などを用いることができる。
【００５５】
図９は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストのシュリンク量と屈折率の変化を示した結果の一例である。図において、屈折率の測定には、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅ（ヘリウムネオン）レーザを光源として用いている。
【００５６】
図９より、ＶＵＶ光の照射時間が長くなると、レジストのシュリンク量と屈折率は同じような傾向で増加していくことが分かる。したがって、屈折率を測定することによってシュリンク量を求めることが可能である。また、ＶＵＶ光照射によって、レジストパターンの上面および側壁部は略均等に膜減りしていくので、膜厚を測定することによってシュリンク量を推定することもできる。そこで、本実施の形態においては、ＶＵＶ光照射中の膜厚または屈折率をｉｎ−ｓｉｔｕで計測することによって、最適なＶＵＶ光の照射時間を決定することを特徴とする。
【００５７】
具体的には、化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、真空紫外光の照射とともにレジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、白色光またはレーザ光の照射によってレジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、検出した反射光に基づいてレジスト膜の膜厚を算出する手段と、この膜厚が所定値になったところで真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とする露光装置を用いることにより、レジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することができる。
【００５８】
また、化学増幅型のレジスト膜に真空紫外光を照射する露光装置であって、真空紫外光の照射とともにレジスト膜に波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光を照射する手段と、白色光またはレーザ光の照射によってレジスト膜の表面から発生する反射光を検出する手段と、検出した反射光に基づいてレジスト膜の屈折率を算出する手段と、この屈折率が所定値になったところで真空紫外光の照射を停止する手段とを有することを特徴とする露光装置によっても、レジスト膜にＶＵＶ光を最適な照射時間で照射することが可能である。
【００５９】
以下に、本発明の露光装置を用いてレジスト膜にＶＵＶ光を照射する方法について詳細に説明する。
【００６０】
レジストパターンへのＶＵＶ光の照射は、波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光またはレーザ光の照射とともに行う。レーザ光としては、例えば、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を照射することができる。そして、レジストパターンの表面で反射した反射光を検出することによって、レジストパターンの膜厚および屈折率の少なくとも一方を求める。膜厚を求めた場合には、得られた値と元の膜厚との差が実質的にシュリンク量に等しくなる。また、屈折率を求めた場合には、図９の結果からシュリンク量を求めることができる。
【００６１】
このようにして得られたシュリンク量の値が、使用するマスクで設定したシュリンク量に実質的に等しくなったところでＶＵＶ光の照射を停止する。このことを以下に詳細に説明する。
【００６２】
図５および図６において、マスク１０のデータ１３は、レジストパターンのシュリンク量ｓを補正して作成したデータである。ここで、シュリンク量ｓは、ＶＵＶ光の照射によってレジストパターンがシュリンクする量を予め見積もった値であり、レジストパターンのエッチング耐性向上に必要なＶＵＶ光の照射時間と、マスクにより補正可能なシュリンク量の値とから決定される。ここで、エッチング耐性向上のためには照射時間は長い方が好ましい。一方、照射時間が長くなるとシュリンク量は大きくなっていくので、図６におけるシュリンク量ｓの値を大きくとることが必要となる。しかしながら、データ１３により作成されるパターンにおいて、隣接するパターン間の距離（すなわち、マスクの開口部の寸法）Ｌが露光解像度の限界を超えた値とすることはできない。すなわち、シュリンク量ｓが露光解像度の限界を超えて大きくなると、マスクによる補正は不可能となる。したがって、シュリンク量ｓは、少なくともマスクによる補正可能な値以下としなければならない。
【００６３】
上記のようにしてシュリンク量ｓを予め定めた上で、ＶＵＶ光を照射している間にレジストパターンの膜厚および透過率の少なくとも一方をｉｎ−ｓｉｔｕで測定する。このようにすることによって、ＶＵＶ光の照射により変化していくシュリンク量の値を正確に把握することが可能となる。そして、実際のシュリンク量がｓに実質的に等しくなったところでＶＵＶ光の照射を停止する。これにより、レジストの種類や膜厚に拘らず、最適な照射時間を簡便に決定することが可能となる。このことは、レジストの種類や膜厚が変化する度に、ＶＵＶ光照射前に照射時間を最適化する処理を行う必要がなくなることを意味している。したがって、レジストのエッチング耐性の向上を図るとともに、下地膜を所望の寸法に加工可能なレジストパターンを簡便に形成することが可能となる。
【００６４】
本実施の形態においては、ＶＵＶ光照射のためのチャンバ内にエリプソメータを組み込むことによって上記の測定を行うことができる。
【００６５】
図１０は、ＶＵＶ光照射の際に、レジストパターンの膜厚または屈折率を測定する様子を示したものである。図に示すように、レジストパターン１４には、光源１６からＶＵＶ光１７が照射されている。一方、光源１８から出射した波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある白色光１９は、偏向子２０により直線偏向となってレジストパターン１４を照射する。ここで、光源１８としては、例えば、キセノンランプまたはハロゲンランプなどを用いることができる。
【００６６】
レジストパターン１４に白色光１９を照射すると、レジストパターン１４の表面から反射光１９′（楕円偏向）が発生する。この反射光１９′を検出系２１で検出することによって、レジストパターン１４の膜厚または屈折率を算出することができる。ここで、検出系２１に膜厚算出手段および屈折率算出手段の両方が設けられている場合には、膜厚および屈折率の両方を求めることができる。
【００６７】
尚、光源１８として波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用い、レジストパターン１４にレーザ光を照射してもよい。
【００６８】
上記のＶＵＶ光照射工程によって、レジストパターン１４の耐エッチング性を向上させることができる。また、ＶＵＶ光照射により、レジストパターン１４はシュリンクしてレジストパターン１４′となる（図１１）。尚、図１１における破線部２２は、ＶＵＶ光照射前のレジストパターン１４の外形である。
【００６９】
図１２は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジスト膜のエッチング速度と表面粗さとの関係を示した図の一例である。図より、ＶＵＶ光の照射時間が長くなるほどレジスト膜のエッチング速度は遅くなり、また、レジスト膜の表面粗さも小さくなることが分かる。このことは、ＶＵＶ光の照射によりレジスト膜のエッチング耐性が向上していることを示している。例えば、ＶＵＶ光を１分間程度照射することによって、市販されているＫｒＦエキシマレーザに対応するレジストと同程度のエッチング耐性が得られる。
【００７０】
次に、レジストパターン１４′をマスクとして反射防止膜８およびＳｉＯ２膜７をドライエッチングする。ＶＵＶ光照射によってレジストパターン１４′は良好なドライエッチング耐性を有するようになるので、反射防止膜８およびＳｉＯ２膜７を所望の寸法のパターンに加工して、反射防止膜パターン２３と、ハードマスクとしてのＳｉＯ２膜パターン２４とを得ることができる（図１３）。
【００７１】
反射防止膜８およびＳｉＯ２膜７のドライエッチングは、例えば、ＣＦ４（四フッ化炭素）、Ｏ２（酸素）およびＡｒ（アルゴン）からなる混合ガスをエッチングガスとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって行うことができる。
【００７２】
反射防止膜パターン２３およびＳｉＯ２膜パターン２４を形成した後は、不要となったレジストパターン１４′および反射防止膜パターン２３をＯ２ガスを用いたアッシングなどによって除去する。
【００７３】
次に、ＳｉＯ２膜パターン２４をマスクとして、多結晶シリコン膜６のエッチングを行う。その後、ゲート絶縁膜５のエッチングを行うことによって、図１４に示すゲート電極パターン１６を得ることができる。
【００７４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ＶＵＶ光照射中の膜厚または屈折率をｉｎ−ｓｉｔｕで計測することによって、レジストの種類や膜厚に拘らず、最適なＶＵＶ光の照射時間を決定することができる。これにより、レジストパターンのエッチング耐性を向上させるとともに、下地膜を所望の寸法に加工可能なレジストパターンを得ることができる。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、脂肪族系ベースポリマーを有する化学増幅型レジストを用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。エッチング耐性の向上のためにＶＵＶ光の照射を必要とする化学増幅型レジストであれば、他の種類のベースポリマーを用いた化学増幅型レジストにも本発明を適用することができる。また、ポジ型の化学増幅型レジストに限らず、ネガ型の化学増幅型レジストに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図２】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図４】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図５】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図６】本実施の形態にかかるマスクデータの作成方法の説明図である。
【図７】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図８】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図９】本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストのシュリンク量と屈折率の変化を示した結果の一例である。
【図１０】本実施の形態において、レジストパターンの膜厚または屈折率の測定の説明図である。
【図１１】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図１２】本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジスト膜のエッチング速度と表面粗さとの関係を示す図の一例である。
【図１３】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図１４】本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す図である。
【図１５】ＶＵＶ光の照射時間とＣＤ縮小量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  シリコン基板
２  素子分離領域
３  Ｎウェル
４  Ｐウェル
５  ゲート絶縁膜
６  多結晶シリコン膜
７  ＳｉＯ２膜
８  反射防止膜
９  レジスト膜
１０  マスク
１１  露光光
１２，１３  データ
１４  レジストパターン
１５，１７  ＶＵＶ光
１６，１８  光源
１９  白色光
２０  偏向子
２１  検出系
２３  反射防止膜パターン
２４  ＳｉＯ２膜パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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