(57)【要約】【課題】多層レジストプロセスにおける上層のレジスト膜の倒れを抑制すること。【解決手段】被処理基板上に塗布型絶縁膜を形成する工程と、前記塗布型薄膜を洗浄するために、前記塗布型薄膜上に洗浄液を供給する工程と、前記塗布型薄膜上に感光性膜を形成する工程と、前記感光性膜に潜像を形成するために、前記感光性膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、前記潜像に基づく感光性膜パターンを形成するために前記感光性膜を現像する工程と、前記感光性膜パターンをマスクとして、前記塗布型絶縁膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に塗布型絶縁膜を形成する工程と、
前記塗布型絶縁膜を洗浄するために、前記塗布型絶縁膜上に洗浄液を供給する工程と、
前記塗布型絶縁膜上に感光性膜を形成する工程と、
前記感光性膜に潜像を形成するために、前記感光性膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、
前記潜像に基づく感光性膜パターンを形成するために前記感光性膜を現像する工程と、
前記感光性膜パターンをマスクとして、前記塗布型絶縁膜を加工する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記洗浄液の供給後、前記塗布型絶縁膜表面を疎水化処理剤にさらす工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記疎水化処理剤は、クロロシラン類、シラザン類、またはアルコキシシラン類であることを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
被処理基板上に感光性膜を形成する工程と、
前記感光性膜を洗浄するために、前記感光性膜上に洗浄液を供給する工程と、
前記感光性膜に潜像を形成するために、前記感光性膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、
前記潜像に基づく感光性膜パターンを形成するために前記感光性膜を現像する工程と、
前記感光性膜パターンをマスクとして、前記被処理基板を加工する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
前記洗浄液は、超純水、オゾン水、及び過酸化水素水の何れか一つ以上を含む溶液であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
半導体素子を形成するための被処理基板を用意する工程と、
前記被処理基板に対して、請求項１〜５の何れかのパターン形成方法を適用する工程とを含むことを特徴とする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、半導体基板、ガラス基板、樹脂基板などの基板の加工に用いられるパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩは高集積化の要求がますます高くなり、それに伴い半導体リソグラフィー技術では１００ｎｍ以下の微細なデバイスパターンを形成するような、非常に高い精度の加工技術が要求されている。そのため、パターン露光装置では、ＫｒＦ→ＡｒＦ→Ｆ２と露光に用いるエキシマレーザーの波長の短波長化することにより高解像力化が進められている。一方、微細化が進むにつれ、レジスト膜のパターン倒壊が無視できなくなる。そのため、化学増幅型レジストの膜厚を薄膜化することでパターン倒壊を防止する多層レジストプロセスが用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されているように、多層レジストプロセスでは、上層のレジストパターンが倒れ（剥がれ）たりすることが問題になっていた。特許文献１ではＳＯＧ膜表面を一旦疎水化処理した後、化学増幅型レジストを形成することでレジストパターンの剥がれを抑制するという報告されている。しかし、これはレジストパターン剥がれの抑制にある一定の効果は見られるものの、まだ十分ではなかった。
【０００４】
本発明はこの問題を改善したものであり、異常を生じたＳＯＧ膜を用いた場合であっても、レジストパターンが剥がれることなくパターンを形成することができるものである。
【特許文献１】特開平６−８４７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、多層レジストプロセスでは、上層のレジストパターンが剥がれ／倒れるが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、多層レジストプロセスにおける上層のレジスト膜の剥がれ／倒れが生じることを抑制し得るパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、被処理基板上に塗布型絶縁膜を形成する工程と、前記塗布型絶縁膜を洗浄するために、前記塗布型絶縁膜上に洗浄液を供給する工程と、前記塗布型絶縁膜上に感光性膜を形成する工程と、前記感光性膜に潜像を形成するために、前記感光性膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、前記潜像に基づく感光性膜パターンを形成するために前記感光性膜を現像する工程と、前記感光性膜パターンをマスクとして、前記塗布型絶縁膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、被処理基板上に感光性膜を形成する工程と、前記感光性膜を洗浄するために、前記感光性膜上に洗浄液を供給する工程と、前記感光性膜に潜像を形成するために、前記感光性膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、前記潜像に基づく感光性膜パターンを形成するために前記感光性膜を現像する工程と、前記感光性膜パターンをマスクとして、前記被処理基板を加工する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、塗布型絶縁膜の表面を洗浄した後、感光性膜を形成し、エネルギー線照射／現像を行って感光性膜パターン形成することによって、感光性膜パターンの倒れ／剥がれを抑制することができる。
【００１１】
塗布型絶縁膜を形成するための絶縁膜用塗布材料中には膜の骨格となる樹脂の他に、絶縁膜用塗布材料の保存安定性を高めるといった目的等から、樹脂以外の副成分を含有している。絶縁膜用塗布材料を被処理基板上に塗布・焼成して成膜した際には、ＳＯＧ膜(塗布型絶縁膜)の表面近傍にはこの副成分が偏析した偏析層が形成される。次に、この偏析層上に感光性膜パターンを形成すると、偏析層中の副成分が感光性膜中に拡散し、感光性膜パターン底部を溶解させる。これにより、感光性膜と塗布型絶縁膜との界面でのレジストパターン倒れ／剥がれが生じる。
【００１２】
本実施形態のように、塗布型絶縁膜の表面を洗浄することによって偏析層が除去される。偏析層が除去された塗布型絶縁膜上に感光性膜パターンを形成することによって、感光性膜が溶解し、感光性膜パターンに倒れ／剥がれが生じること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】
【００１３】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、３層レジストプロセスにおけるパターン形成方法について説明する。この３層膜において、炭素からなる反射防止膜を下層膜、ＳＯＧ膜（塗布型絶縁膜）を中間膜、また化学増幅型レジスト膜（感光性膜）を上層膜とする。以下、３層レジストプロセスにおいて、上層膜である化学増幅型レジスト膜のパターン形成方法について具体的に説明する。
【００１５】
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図である。
【００１６】
先ず、図１（ａ）に示すように、被処理基板１１上に反射防止材を含む溶液を回転塗布法にて塗布した後、３００℃、１２０秒の条件で加熱を行うことで膜厚３００ｎｍの反射防止膜１２を形成する。また、反射防止膜１２には例えば炭素からなるＳｐｕｎ  ｏｎ  Ｃを用いる。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、中間膜として絶縁膜用塗布材料を反射防止膜上に回転塗布法にて塗布した後、３５０℃、１２０秒の条件で加熱を行い、膜厚５０ｎｍのＳＯＧ膜１３を形成する。
【００１８】
次いで、図１（ｃ）に示すように、ＳＯＧ膜１３表面を洗浄するために、被処理基板１１を回転させながらＳＯＧ膜１３上にノズル１４から純水１５を供給する。６０秒間洗浄処理を行った後、スピン乾燥によって被処理基板１１表面を乾燥させる。
【００１９】
次いで、図１（ｄ）に示すように、ホットプレート１６上に被処理基板１１を載置して、被処理基板１１を２００℃、６０秒の条件で加熱することにより、ＳＯＧ膜１３表面に吸着する水分子を除去する。
【００２０】
次いで、図２（ｅ）に示すように、ＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）用化学増幅型ポジレジスト膜用塗布材料を回転塗布法にて塗布した後、１２０℃、６０秒で加熱を行い、膜厚２００ｎｍのレジスト膜１７を形成する。
【００２１】
次に、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、露光用レチクルを介し、レジスト膜１７にパターンを縮小投影露光し、レジスト膜１７に潜像を形成する。被処理基板１１を１３０℃、６０秒の条件で加熱処理し、現像装置に搬送する。現像装置では、現像液をレジスト膜１７上に供給して３０秒間現像した後、反応の停止および洗浄を行うために被処理基板を回転させながら純水を供給する。純水供給停止後、スピン乾燥によって基板を乾燥させる。これらの処理を行うことで、図２（ｆ）に示すように、１：１のラインアンドスペースパターン１８を形成する。
【００２２】
以上の工程により形成されたレジストパターンの断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、１：１のラインアンドスペースパターン１８の寸法が７０ｎｍのパターンにおいても、レジスト膜とＳＯＧ膜との界面でレジストパターン倒れ／剥がれが見られず、垂直なパターンが形成された。
【００２３】
次いで、図２（ｇ）に示すように、ラインアンドスペースパターン１８をマスクにＳＯＧ膜１３をパターニングする。通常、ＳＯＧ膜１３をエッチングしている間に、ラインアンドスペースパターン１８は無くなってしまう。その後、ＳＯＧ膜１３をマスクに反射防止膜１２及び被処理基板１１を順次エッチングしてパターニングする。
【００２４】
一方、従来の３層レジストプロセスで行われるように、純水によるＳＯＧ膜１３の洗浄処理を行わずにＳＯＧ膜１３上に化学増幅型レジスト膜を形成後、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、パターンを縮小投影露光及び現像し、１：１のラインアンドスペースパターンを形成した。形成されたレジストパターンの断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、１：１のラインアンドスペースパターン２１で寸法が１００ｎｍ以下のパターンにおいて、パターン２１下端に細りが見られ、パターン２１とＳＯＧ膜１３との界面でラインアンドスペースパターン２１の多くが剥がれていた（図３）。
【００２５】
以上のように、本実施形態に記載した方法を用いて作成されたパターン１８をマスクに加工して作製した半導体デバイスは本処理を行わずに作製した半導体デバイスよりもより微細なパターンを加工でき、且つ歩留まりも向上することができた。
【００２６】
絶縁膜用塗布材料中には膜の骨格となる樹脂の他に、絶縁膜用塗布材料の保存安定性を高めるといった目的等から、樹脂以外の副成分を含有している。絶縁膜用塗布材料を被処理基板上に塗布・焼成して成膜した際には、ＳＯＧ膜の表面近傍にはこの副成分が偏析した偏析が形成される。次に、この偏析層上に化学増幅型レジスト膜を形成し、所望のパターンを縮小投影露光および現像した際には、偏析層中の副成分が化学増幅型レジスト膜中に拡散し、レジストパターン底部を溶解させる。これにより、図３に示すような化学増幅型レジストとＳＯＧとの界面でのレジストパターン剥がれが生じる。
【００２７】
従って、本実施形態のようにＳＯＧ膜の成膜後に純水により表面を洗浄処理することで、ＳＯＧ膜表層に過剰に偏析している副成分を除去することができる。これにより、化学増幅型レジスト中への副成分の拡散の程度を抑制でき、化学増幅型レジストとＳＯＧ膜との界面でのレジストパターン剥がれを抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、ＳＯＧ膜の洗浄薬液として純水を用いたが、洗浄薬液はこれに限らない。特に、オゾン水や過酸化水素水を用いた場合はさらに有効である。これらの薬液は酸化力を有するため、副成分を酸化分解することで、ＳＯＧ表層に偏析した副成分の除去効果がより高まる。オゾン水を洗浄水に用いた場合、１：１のラインアンドスペースパターンで寸法が６０ｎｍの微細パターンにおいても、レジストとＳＯＧ膜との界面で生じるレジストパターン剥がれが見られなかった。
【００２９】
また、本実施形態ではＳＯＧ膜の洗浄処理終了後には、ＳＯＧ膜表層に吸着する水分子を除去するため２００℃、６０秒の条件で加熱処理を行っているが、加熱処理条件はこれに限らない。ＳＯＧ膜表層に吸着する水分子を除去できる加熱温度や加熱時間であれば良い。但し、洗浄処理で除去できる副成分はＳＯＧ表層近傍のものだけであるため、加熱温度が過度に高すぎるとＳＯＧ膜中に残存している副成分が加熱処理中に再びＳＯＧ膜表層に偏析する恐れがある。従って、吸着水を除去するための加熱処理温度は少なくともＳＯＧ膜の成膜温度以下であることが望ましく、また用いるＳＯＧ膜の種類に応じて、加熱処理条件は適宜選択すれば良い。
【００３０】
本実施形態では、ＳＯＧ膜の場合について述べたが、本発明が有効である材料はこれに限らない。具体的には公知のＳＯＤ（Spin on dielectric）膜（塗布型絶縁膜）に分類される材料に対しても有効である。
【００３１】
また、本実施形態に用いたレジストとしてＡｒＦに反応性を有する化学増幅型レジストを用いたが、これに限らず、他の脂環式樹脂（アクリル系、コマ系、ハイブリッド系樹脂）に対しても同等の効果が得られた。また、芳香族化合物を有する樹脂に対しても有効でノボラック樹脂を持つｉ線、ｇ線レジストやポリビニルフェノール骨格を持つ樹脂で構成されるＫｒＦレジストや電子線露光用レジスト、軟Ｘ線（ＥＵＶ）露光用レジストなどについても効果を確認できた。
【００３２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様にＳＯＧ膜表層に偏析層が形成された状態であっても、レジストパターンを形成するパターン形成方法について説明する。被処理基板上には３層構造の多層膜を形成する。この多層膜において、炭素からなる反射防止膜を下層膜、ＳＯＧ膜を中間膜、また化学増幅型レジスト膜を上層膜とする。以下、３層構造での上層膜である化学増幅型レジスト膜のパターン形成方法について具体的に説明する。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図である。
【００３４】
先ず、図４（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、被処理基板１１上に反射防止膜１２及びＳＯＧ膜１３を形成する。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、被処理基板１１を回転させながらＳＯＧ膜１３上に純水を供給し、６０秒間洗浄処理を行う。洗浄処理後、スピン乾燥によってＳＯＧ膜１３を乾燥させる。
【００３６】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ヘキサメチルジシラザン蒸気を充満させた処理装置内で、被処理基板１１を１００℃、６０秒の条件で加熱処理することでＳＯＧ膜１３表面の疎水化処理を行う。
【００３７】
次いで、図４（ｄ）に示すように、基板を２００℃、６０秒の条件で加熱することにより、ＳＯＧ膜１３表面に吸着する水分子を除去した。第１の実施形態と同様な工程を経て、ラインアンドスペースパターン１８を形成する。そして、さらにはパターン１８をマスクにＳＯＧ膜１３をエッチングする。
【００３８】
以上の工程により形成されたパターン１８の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、１：１のラインアンドスペースパターン１８の寸法が６０ｎｍであっても、レジスト膜とＳＯＧ膜との界面でレジストパターン剥がれが見られず、垂直なパターン１８が形成された。
【００３９】
以上のように、本実施形態に記載した方法を用いて作成されたレジストパターンをマスクに加工して作製した半導体デバイスは第１の実施形態同様に、本処理を行わずに作製した半導体デバイスよりもより微細なパターンを加工でき、且つ歩留まりも向上することができた。
【００４０】
本実施形態では、ＳＯＧ膜の洗浄処理終了後にヘキサメチレンジシラザン蒸気にさらすことでＳＯＧ表層の疎水化処理を行っている。これは、ＡｒＦ用化学増幅型ポジレジスト膜をはじめとする有機膜は疎水性が高いため、洗浄処理による副成分除去後にＳＯＧ膜の疎水化処理を行うことで、次にＳＯＧ膜上に化学増幅型レジスト膜を成膜した際には、化学増幅型レジスト膜とＳＯＧ膜との密着性が向上し、レジストパターンの剥がれをより抑制できるといった効果を有する。
【００４１】
また、ヘキサメチレンジシラザンによる疎水化処理はＳＯＧ膜の洗浄薬液として第１の実施形態に記載したようにオゾン水や過酸化水素水を用いた場合においても有効である。これらの薬液は副成分を酸化分解する一方でＳＯＧ樹脂自身も酸化するため、ＳＯＧ膜１３表面に水酸基やカルボキシル基が生成される。これにより、ＳＯＧ膜１３表面は親水性を帯びるようになり、用いるレジスト樹脂によってはＳＯＧ膜との密着性を低下させる恐れがある。そのため、洗浄処理終了後に疎水化処理を行うことで、ＳＯＧ樹脂表層に形成された水酸基やカルボキシル基をなくすことができ、ＳＯＧ膜との密着性を維持することができる。例えば、オゾン水を洗浄水に用いた場合、１：１のラインアンドスペースパターンで寸法が５５ｎｍの微細パターンにおいても、レジストとＳＯＧ膜との界面で生じるレジストパターン剥がれが見られ無かった。しかし、図５に示すように、６０ｎｍ未満のパターン３１では、レジストの強度不足から生じるレジストの折れによりパターン倒壊現象が起きていた（図５）。
【００４２】
本実施形態では、ＳＯＧ膜表面の洗浄後にＳＯＧ膜表層の疎水化処理を行うため、ヘキサメチレンジシラザン蒸気が充満した処理装置内にて１００℃、６０秒の条件で加熱処理を行っているが、加熱処理条件はこれに限らない。用いるレジスト膜や中間膜の材料に応じてレジストパターンが倒壊しない最適な処理条件を適宜選択すれば良い。また、疎水化処理はヘキサメチレンジシラザンに限らず、他のシラザン類、クロロシラン類、アルコキシシラン類でもよく、適宜最適なものを選択すれば良い。
【００４３】
また、本実施形態では、ＳＯＧ膜の疎水化処理後に、ＳＯＧ膜表層に吸着する水分子を除去するため、２００℃、６０秒の条件で加熱処理を行っているが、加熱処理条件はこれに限らない。第１の実施形態と同様に、温度や時間等の加熱処理条件はＳＯＧ膜表層に吸着する水分子を除去でき、且つＳＯＧ膜の種類に応じて、適宜最適な条件を選択すれば良い。
【００４４】
本実施形態では、ＳＯＧ膜の場合について述べたが、本発明が有効である材料はこれに限らない。具体的には公知のＳＯＤ膜に分類される材料に対しても有効である。
【００４５】
また、本実施形態に用いたレジストとしてＡｒＦに反応性を有する化学増幅型レジストを用いたが、これに限らず、他の脂環式樹脂（アクリル系、コマ系、ハイブリッド系樹脂）に対しても同等の効果が得られた。また、芳香族化合物を有する樹脂に対しても有効でノボラック樹脂を持つｉ線、ｇ線レジストやポリビニルフェノール骨格を持つ樹脂で構成されるＫｒＦレジストや電子線露光用レジスト、軟ｘ線（ＥＵＶ）露光用レジストなどについても効果を確認できた。
【００４６】
（第３の実施形態）
本実施形態では、液浸式の投影露光装置を用いてレジストパターンを形成する際のパターン形成方法について説明する。ここでは、上述の実施形態同様に３層レジストプロセスにおけるパターン形成方法について述べる。炭素からなる反射防止膜を下層膜、ＳＯＧ膜を中間膜、また化学増幅型レジスト膜を上層膜とする。
【００４７】
第１及び第２の実施形態では、ＳＯＧ膜表面を洗浄した後に、レジスト膜の形成を行っていた。ＳＯＧ膜の洗浄と同様に、レジスト膜を現像する前のレジスト膜表面を洗浄したところ、現像後のパターンの寸法均一性の向上やラインエッジラフネスの抑制に効果があった。レジスト膜の表面を洗浄する実施の形態について以下に説明する。
【００４８】
図６及び図７は、本発明の第３の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図である。
【００４９】
次に、図６（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、被処理基板１１上に反射防止膜１２及びＳＯＧ膜１３を順次形成する。
【００５０】
その後、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＧ膜１３上にＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）用の化学増幅型ポジレジスト膜用塗布材料を回転塗布法にて塗布した後、１２０℃、６０秒で加熱を行い、膜厚２００ｎｍの化学増幅型ポジレジスト膜１７を形成する。
【００５１】
次に、図６（ｃ）に示すように被処理基板１１を回転させながら化学増幅型ポジレジスト膜１７上に純水を供給し、６０秒間洗浄処理を行う。洗浄処理後、スピン乾燥によって化学増幅型ポジレジスト膜１７表面を乾燥させる。
【００５２】
次いで、図６（ｄ）に示すように、ホットプレート１６上に被処理基板１１を載置し、被処理基板１１を１３０℃、６０秒の条件で加熱することにより、化学増幅型ポジレジスト膜１７表面に吸着する水分子を除去する。
【００５３】
次に、例えば特開平６−１２４８７３に記載されている液浸式の投影露光装置にて、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、ポジレジスト膜１７にレチクル上に設けられた所望のパターンを露光し、ポジレジスト膜１７に潜像を形成する。例えば、図７（ｅ）に示すように、液槽３１中に被処理基板１１を載置し、化学増幅型ポジレジスト膜１７と投影露光装置の光学系３２との間の光路中に形成されている水層３３を介し、ポジレジスト膜１７にパターンを縮小投影露光する。
【００５４】
該基板を１３０℃、６０秒の条件で加熱処理し、現像装置に搬送する。現像装置では、現像液を被処理基板上に供給し、３０秒間現像後、被処理基板を回転させながら純水を供給し、反応の停止および洗浄を行い、スピン乾燥によって被処理基板を乾燥する。これらの処理を行うことで、９０ｎｍの１：１のラインアンドスペースパターン１８を形成する（図７（ｆ））。
【００５５】
次いで、図７（ｇ）に示すように、レジスト膜のパターン１８をマスクにＳＯＧ膜１３をパターニングする。通常、ＳＯＧ膜１３をエッチングしている間に、パターン１８は無くなってしまう。その後、ＳＯＧ膜１３をマスクに反射防止膜１２及び被処理基板１１を順次エッチングしてパターニングする。
【００５６】
以上の工程により、形成されたパターン１８の被処理基板面内での寸法の均一性は、３σで３ｎｍであった。また、パターン１８のラインエッジラフネスのばらつきを計測したところ、従来の方法で３σが１．５ｎｍであった。一方、従来の液浸露光装置を用いた３層レジストプロセスで行われるように、化学増幅型ポジレジスト膜の純水での洗浄処理を行わずにパターンを縮小投影露光及び現像し、９０ｎｍの１：１のラインアンドスペースパターンを形成したところ、レジストパターンの被処理基板面内での寸法の均一性は３σで７ｎｍであった。また、レジストパターンのラインエッジラフネスのばらつきは３σで４ｎｍであった。
【００５７】
以上のように、本実施形態に記載した方法を用いて作成されたレジストパターンをマスクに加工して作製した半導体デバイスは本処理を行わずに作製した半導体デバイスよりも歩留まりが向上し、且つデバイスの信頼性を高めることができた。
【００５８】
化学増幅型ポジレジスト膜用塗布材料中には膜の骨格となる樹脂の他に、光が照射されると分解して強酸を生成する光酸発生材等を含有している。露光後に加熱処理を行うと光照射部は光酸発生材から発生した酸の作用によりレジスト樹脂が分解することで現像液に可溶化し、その結果レジストパターンが形成される。この光酸発生材は化学増幅型レジスト薬液を被処理基板上に塗布・成膜した際には化学増幅型レジスト膜の表面に偏析する。ところが、液浸露光時には光酸発生材は被処理基板と投影光学系との間に設けられた液槽中の液体に溶解する。通常の露光装置同様にステップ・アンド・リピート動作により露光を行った際には液体に流動が発生するため、液流動に応じて溶解した光酸発生材も流動し、化学増幅型レジスト膜表面に光酸発生材が局在化する。次に、光酸発生材が基板表面に局在化した状態で加熱処理及び現像した際には、被処理基板表面に局在化する光酸発生材の量に応じて光照射部のレジスト樹脂が溶解し、レジストパターンが形成されるため、化学増幅型レジストパターンの被処理基板面内での寸法均一性が劣化する。
【００５９】
従って、本実施形態のように化学増幅型レジスト膜成膜後に純水で洗浄処理することで、化学増幅型レジスト膜表層に過剰に偏析している光酸発生材を除去することができる。これにより、化学増幅型レジストパターンの被処理基板面内での寸法均一性やラインエッジラフネスが従来の方法に比べ向上することができる。
【００６０】
本実施形態では液浸式の投影露光装置を用いてレジストパターンを形成する際のパターン形成方法について述べたが、本発明が有効なのは液浸式の露光装置を用いた場合に限るものではない。通常の露光装置を用いてレジストパターンを形成する場合においても化学増幅型レジスト膜を成膜後に洗浄処理を行った後に、所望のパターンを縮小投影露光した場合においても、洗浄処理を行わなかったものに比べ被処理基板面内での寸法均一性やラインエッジラフネスが向上することができる。
【００６１】
また、本実施形態では化学増幅型レジスト膜の洗浄薬液として純水を用いたが、洗浄薬液はこれに限らない。特に、オゾン水や過酸化水素水を用いた場合はさらに有効である。これらの薬液は酸化力を有するため、副成分を酸化分解することで、化学増幅型レジスト表層に偏析した光酸発生材の除去効果がより高まる。被処理基板面内での寸法均一性やラインエッジラフネスはより向上する。
【００６２】
また、本実施形態では化学増幅型レジスト膜の洗浄処理終了後には、化学増幅型レジスト膜表層に吸着する水分子を除去するため１３０℃、６０秒の条件で加熱処理を行っているが、加熱処理条件はこれに限らない。化学増幅型レジスト膜表層に吸着する水分子を除去できる加熱温度や加熱時間であれば良い。
【００６３】
本実施形態では、ＳＯＧ膜の場合について述べたが、本発明が有効である材料はこれに限らない。具体的には公知のＳＯＤ膜に分類される材料に対しても有効である。
【００６４】
また、本実施形態に用いたレジストとしてＡｒＦ光に反応性を有する化学増幅型レジストを用いたが、これに限らず、他の脂環式樹脂（アクリル系、コマ系、ハイブリッド系樹脂）に対しても同等の効果が得られた。また、芳香族化合物を有する樹脂に対しても有効でノボラック樹脂を持つｉ線、ｇ線レジストやポリビニルフェノール骨格を持つ樹脂で構成されるＫｒＦレジストや電子線露光用レジスト、軟ｘ線（ＥＵＶ）露光用レジストなどについても効果を確認できた。
【００６５】
なお上述した第〜第５の実施形態を半導体装置の製造工程に適用することができる。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図。
【図３】従来の３層レジストプロセスにおけるパターン形成した際のパターン剥がれを模式的に示す断面図。
【図４】第２の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図。
【図５】レジスト強度不足によって生じるレジストパターン折れ現象を模式的に示す図。
【図６】第３の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係わるパターン形成方法の手順を示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１１…被処理基板，１２…反射防止膜，１３…ＳＯＧ膜，１４…ノズル，１５…純水，１６…ホットプレート，１７…化学増幅型ポジレジスト膜，１８…ラインアンドスペースパターン
【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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