(57)【要約】【課題】  ＡｒＦ液浸リソグラフィ等に用いる疎水性樹脂を含むレジスト膜のリワークにおいて、レジスト膜を有機溶剤で剥離する際に、半導体基板上に付着するレジスト残渣のような欠陥の発生を防止する。【解決手段】  レジスト膜のリワークは、疎水性の樹脂を含むレジスト膜の親水性を向上させる処理と、親水性を向上させたレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する処理と、半導体基板上に再度レジスト膜を形成する処理を含む。親水性を向上させる処理として、例えばレジスト膜に紫外線等のエネルギー線を照射した後、熱処理する方法を用いることができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、疎水性の樹脂を含む第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程と、
親水性を向上させた前記第１のレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する工程と、
前記半導体基板上に前記第１のレジスト膜と同一材料からなる第２のレジスト膜を形成する工程と
を含むことを特徴とするレジスト膜のリワーク方法。
【請求項２】
前記第１のレジスト膜は、前記疎水性の樹脂と、エネルギーを与えることによって酸を発生する酸発生剤とを含み、前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程は、前記第１のレジスト膜にエネルギー線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項３】
前記エネルギー線は、波長１２０ｎｍ〜４００ｎｍを有する紫外線、または電子線であることを特徴とする請求項２に記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項４】
前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程は、前記第１のレジスト膜に前記エネルギー線を照射した後、熱処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項５】
前記極性を有する有機溶剤は、グリコール、グリコール誘導体、エステル類、アルコールまたはアルコール誘導体のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項６】
前記疎水性の樹脂は脂環基を有する樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項７】
前記疎水性の樹脂は、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリオレフィン、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸の共重合体であって多環式のアルキル基を置換基として含むポリマー、および、ポリメタクリル酸誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリオレフィンの３種のうちの、２種以上が共重合した共重合体、のうち少なくとも１つを含むポリマーを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項８】
前記第１のレジスト膜は、フッ素を含むポリマーをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項９】
前記第１のレジスト膜の表面の、水に対する接触角は６０°以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレジスト膜のリワーク方法。
【請求項１０】
半導体基板上に形成され、疎水性の樹脂を含む第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程と、
親水性を向上させた前記第１のレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する工程と、
前記半導体基板上に前記第１のレジスト膜と同一材料からなる第２のレジスト膜を形成する工程と
前記第２のレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターンを露光する工程と、
前記露光した第２のレジスト膜に現像を行い、前記第２のレジスト膜のパターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１のレジスト膜は、前記疎水性の樹脂と、エネルギーを与えることによって酸を発生する酸発生剤とを含み、前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程は、前記第１のレジスト膜にエネルギー線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程は、前記第１のレジスト膜に前記エネルギー線を照射した後、熱処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記疎水性の樹脂は脂環基を有する樹脂であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記露光光はＡｒＦエキシマレーザ光であり、前記第２のレジスト膜に対するパターンの露光は、露光装置の対物レンズと前記第２のレジスト膜との間に屈折率が１より大きい液体を充填して行うことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１のレジスト膜の表面の、水に対する接触角は６０°以上であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置と、
前記レジスト膜にパターンを露光する露光装置と、
前記レジスト膜に熱処理を施す熱処理装置と、
前記露光装置で前記パターンが露光された前記レジスト膜を現像する現像装置と、
前記レジスト膜の親水性を向上させる処理を行うレジスト処理装置と、
前記レジスト塗布装置、前記露光装置のうちの少なくとも１つの装置から送信されたデータと判定基準とに基づき、前記レジスト膜のリワークの要否を判定する判定部と、
前記判定部から送信された判定結果が、前記レジスト膜のリワークが必要との結果であった場合、前記レジスト処理装置で前記レジスト膜の親水性向上の処理を行うように前記基板の処理を変更する装置制御部と
を備えたことを特徴とする基板処理システム。
【請求項１７】
前記レジスト処理装置は、前記レジスト膜にエネルギー線を照射するエネルギー線照射装置であることを特徴とする請求項１６に記載の基板処理システム。
【請求項１８】
前記エネルギー線照射装置は前記露光装置であることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理システム。
【請求項１９】
前記レジスト処理装置で前記レジスト膜の親水性向上の処理を行う工程の後に、前記熱処理装置で前記レジスト膜に熱処理を施す工程が行われることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ工程、特に半導体装置の製造におけるリソグラフィ工程で用いられるレジストのリワーク方法、およびそのリワーク方法を含む半導体装置の製造方法、さらにそのリワーク方法を実施する基板処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置の大集積化および回路を形成する半導体素子のダウンサイジングを行うために、微細なパターンを形成できるリソグラフィ技術の開発が行われてきた。その一連の開発において、半導体基板上に回路パターンを形成する露光光の波長は、水銀ランプによるｇ線から、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光へ短波長化されてきた。現在半導体集積回路は、形成する回路パターンの寸法に応じて、対応する波長を有する露光光を用いた光リソグラフィ工程により生産されている。
【０００３】
量産レベルにおいて、最も短波長の露光光が用いられ、高解像度のパターンが得られるリソグラフィはＡｒＦエキシマレーザリソグラフィ（以下ＡｒＦリソグラフィという）である。ＡｒＦエキシマレーザ光用のレジスト材料は１９３ｎｍという短波長を考慮して選択されている。
【０００４】
一般に半導体製造用レジストには、露光光に対する高い透過性とドライエッチング耐性が求められる。しかしＡｒＦエキシマレーザ光（以下ＡｒＦ光という）は、ＫｒＦエキシマレーザリソグラフィに使用されているレジスト材料のような、製造工程において扱い易いフェノール樹脂系材料に吸収され、ほとんど透過しない。従ってこのような材料は使用することができない。ＡｒＦリソグラフィでは、露光光に対する透明性とドライエッチング耐性とを両立させるため、脂環族炭化水素を含む有機材料が広く使用される。そして分子構造としての環の数が多いほどドライエッチング耐性が向上するので、多環式の脂環族炭化水素が使用されることが多い。
【０００５】
４５ｎｍノード以下のような微細プロセス技術を用いる最先端の半導体集積回路装置の製造には、露光光源としてＡｒＦ光を用いることに加えて液浸リソグラフィが採用されている。液浸リソグラフィは、投影露光装置の対物レンズとウエハ上に形成されたレジスト膜との間を、空気より大きい屈折率ｎ（ｎ＞１）を有する液体（実際には純水ｎ＝１．４４）の層で満たし、露光する技術である。液浸リソグラフィによれば、焦点深度が大きくなり、露光装置固有のＮＡ（開口数）が実効的にｎ・ＮＡとなる。この結果、露光光をさらに短波長化することなく回路パターンの解像度を向上させることができる。
【０００６】
上記液浸リソグラフィを正常に行うためにもレジスト材料等に改善が加えられてきた。通常リソグラフィ工程に使用される投影露光装置はステップ・アンド・スキャン方式またはステップ・アンド・リピート方式である。投影露光装置の対物レンズは露光のスループットを増すためにレジスト膜表面に相対的に高速に移動する。このような高速移動をしても、対物レンズとレジスト膜間に満たされた純水層は、レジスト膜表面に水滴を残すことなく対物レンズに追随して速やかに移動しなければならない。このため、純水に接するレジスト膜の表面には強い疎水性（撥水性）が要求される。
【０００７】
この要求に対して以下の手段が採用されている。その第１はレジスト膜を疎水性の高い有機材料（ポリマー）で構成することである。第２はレジスト膜上に、一般に「トップコート」と呼ばれる疎水性の高い薄膜を形成することである。第３は表面自由エネルギーの小さい界面活性剤を添加したレジスト材料を用いることである。このレジスト材料は、原料液の状態では上記添加剤を均一に含むが、膜の状態に形成されると表面付近に添加剤が局在する性質を有し、これによってレジスト膜表面の疎水性を向上させる。
【０００８】
半導体集積回路装置等を生産する生産工場においては、リソグラフィ工程において、レジスト膜塗布、露光等の基板処理、基板処理条件または設備状態に異常が発生する場合がある。このような時、半導体装置の完成品に不良を発生させないため、既に形成されているレジスト膜を半導体基板から除去し、改めて半導体基板上にレジストを塗布する処理が行われる。すなわちレジスト膜の再生あるいはリワークが行われる。
【０００９】
特許文献１にはレジスト膜のリワーク方法が開示されている。その方法は、有機膜、反射防止用ケイ素樹脂膜、フォトレジスト膜をこの順に形成した３層構造のマスク層を対象とする。マスク層はいわゆる多層レジストプロセス用であり、例えば被加工層のエッチング等のマスクに使用される。リワークは、フォトレジスト膜を特定の有機溶剤により溶解除去し、再びケイ素樹脂膜上に新しいフォトレジスト膜を形成することによって行う。特許文献１の記載によれば、下層のケイ素樹脂膜に損傷を与えずにマスク層のフォトレジスト膜を除去することができ、簡単且つ低コストである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１６５８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載されるようなレジスト膜のリワーク方法は、レジスト膜を単に有機溶剤を用いて溶解除去する方法であり低コストという利点がある。本願発明者らはこのような従来の方法をＡｒＦリソグラフィ用のレジスト膜の剥離に適用した。その結果、特にＡｒＦ液浸リソグラフィ用のレジスト膜に関してはその膜を完全に除去することができない場合が多く、半導体基板上にレジスト膜の残留物等の微小な欠陥が生ずることが明らかとなった。このような欠陥はリワークに続いて行う後工程で不良を発生させ、製造歩留り低下の原因となる。
【００１２】
以下に本願発明者らが明らかにした従来のレジスト膜のリワーク法における問題の具体例について述べる。従来の方法によるレジスト膜のリワークを行うために用いた基板は、半導体基板上に被加工膜、有機膜、ケイ素樹脂膜、ＡｒＦ液浸レジスト膜がこの順に積層された構造を有する。まず、ＡｒＦ液浸レジスト膜を、プロピレングリコールモノメチルエーテル：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが７：３の混合有機溶剤で除去した時、ケイ素樹脂膜上にレジスト膜の残渣が付着した。その大きさは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。上記のプロピレングリコールモノメチルエーテル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はフォトレジスト膜の剥離溶剤として特許文献１にも記載される。
【００１３】
レジスト膜の残渣は、ケイ素樹脂膜上に新たなＡｒＦ液浸レジスト膜を塗布形成した時、およびそのレジスト膜を露光・現像しパターン形成した時にも残った。レジスト膜の残渣は、ケイ素樹脂膜、有機膜のエッチングのマスクとなり、両膜にレジスト残渣パターンが転写された。そしてケイ素樹脂膜および有機膜のパターンをマスクとした被加工膜のエッチングによってレジスト膜の残渣に起因するパターンが被加工膜に転写され、パターン欠陥が発生した。ケイ素樹脂膜および有機膜は被加工膜のエッチング等に対するマスク層の一部であるから、レジスト膜をマスクとして異方性およびレジスト膜とのエッチング速度選択比の高い条件でエッチングされる。従ってケイ素樹脂膜および有機膜のパターンはレジスト膜の欠陥に非常に敏感であり、欠陥の転写が顕著に現れる結果となる。
【００１４】
被加工膜に生じるパターン欠陥の寸法はレジスト膜の残渣を反映し、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍであった。被加工膜のパターンが最小ピッチ１４０ｎｍのラインアンドスペースパターンである場合、パターン欠陥の寸法はスペース寸法の概ね半分以上であり、大部分のパターン欠陥はスペース寸法より大きい。従ってラインパターン同士が明らかにショートする。ラインアンドスペースパターンが例えば回路のゲート電極や配線のパターンである場合は、半導体集積回路は動作しない。
【００１５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＡｒＦ液浸リソグラフィ用のレジスト膜を含めたレジスト膜を、半導体基板上に残留物等の欠陥を発生させることなく剥離することができるレジスト膜のリワーク方法を提供することを目的とする。また本発明の他の目的は、当該リワーク方法を含む半導体装置の製造方法および当該リワーク方法を行うための基板処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明に係るレジスト膜のリワーク方法は、半導体基板上に形成され、疎水性の樹脂を含む第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程と、親水性を向上させた前記第１のレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する工程と、前記半導体基板上に前記第１のレジスト膜と同一材料からなる第２のレジスト膜を形成する工程とを含む。
【００１７】
上記のリワーク方法が特に効果を発揮する第１のレジスト膜は、前記疎水性の樹脂と、エネルギーを与えることによって酸を発生する酸発生剤とを含む。そして前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程の１つは、前記第１のレジスト膜にエネルギー線を照射する工程である。この場合、前記エネルギー線は、好ましくは波長１２０ｎｍ〜４００ｎｍを有する紫外線、または電子線である。
【００１８】
前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程は、前記第１のレジスト膜に前記エネルギー線を照射した後、熱処理を行う工程を含むことがさらに有効である。
【００１９】
前記極性を有する有機溶剤として、グリコール、グリコール誘導体、エステル類、アルコールまたはアルコール誘導体のうちの少なくとも１つを含む有機溶剤を挙げることができる。
【００２０】
第１のレジスト膜において、代表的な前記疎水性の樹脂は脂環基を有する樹脂である。あるいは前記疎水性の樹脂は、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリオレフィン、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸の共重合体であって多環式のアルキル基を置換基として含むポリマー、および、ポリメタクリル酸誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリオレフィンの３種のうちの、２種以上が共重合した共重合体、のうち少なくとも１つを含むポリマーを含む。また、前記第１のレジスト膜がフッ素を含むポリマーを含むことも可能である。
【００２１】
前記疎水性の樹脂は前記第１のレジスト膜の表面に疎水性を与える。その疎水性の程度は、水に対する接触角として６０°以上である。
【００２２】
上記課題を解決するための、本発明に係るリワーク方法を含む半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成され、疎水性の樹脂を含む第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程と、親水性を向上させた前記第１のレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する工程と、前記半導体基板上に前記第１のレジスト膜と同一材料からなる第２のレジスト膜を形成する工程と、前記第２のレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターンを露光する工程と、前記露光した第２のレジスト膜に現像を行い、前記第２のレジスト膜のパターンを形成する工程とを含む。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１のレジスト膜の構成材料、前記第１のレジスト膜の親水性を向上させる工程、前記第１のレジスト膜の表面の疎水性等は上に述べた本発明に係るレジスト膜のリワーク方法と同様である。
【００２４】
この半導体装置の製造方法の一形態では、前記露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光を用い、前記第２のレジスト膜に対するパターンの露光は、露光装置の対物レンズと前記第２のレジスト膜との間に屈折率が１より大きい液体を充填して行う。
【００２５】
上記課題を解決するための本発明に係るレジスト膜のリワーク方法、または半導体装置の製造方法を実施するために用いることができる基板処理システムは、基板上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置と、前記レジスト膜にパターンを露光する露光装置と、前記レジスト膜に熱処理を施す熱処理装置と、前記露光装置で前記パターンが露光された前記レジスト膜を現像する現像装置と、前記レジスト膜の親水性を向上させる処理を行うレジスト処理装置と、前記レジスト塗布装置、前記露光装置のうちの少なくとも１つの装置から送信されたデータと判定基準とに基づき、前記レジスト膜のリワークの要否を判定する判定部と、前記判定部から送信された判定結果が、前記レジスト膜のリワークが必要との結果であった場合、前記レジスト処理装置で前記レジスト膜の親水性向上の処理を行う  ように前記基板の処理を変更する装置制御部とを備える。
【００２６】
この基板処理システムが有する前記レジスト処理装置の１つの可能な形態は、前記レジスト膜にエネルギー線を照射するエネルギー線照射装置である。前記露光装置は前記エネルギー線照射装置としての機能も果たすことができる。
【００２７】
前記判定部から送信された判定結果が、前記レジスト膜のリワークが必要との結果であった場合、装置制御部による前記基板の処理の変更が、前記レジスト処理装置で前記レジスト膜の親水性向上の処理を行う工程の後に、前記熱処理装置で前記レジスト膜に熱処理を施す工程を伴うことが望ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、疎水性の樹脂を含むレジスト膜（ＡｒＦ液浸リソグラフィ用のレジスト膜等）の親水性を向上させる工程と、親水性を向上させる処理をしたレジスト膜を、極性を有する有機溶剤で除去する工程とを有する。親水性が向上したレジスト膜の材料は極性を有する有機溶剤に対する化学上の親和性が向上し、前記の有機溶剤への溶解性が増加する。このためレジスト膜の除去後に、レジスト残渣や有機溶剤中の浮遊析出物の半導体基板上への再付着等に起因する欠陥発生が抑止される。これにより疎水性の樹脂を含むレジスト膜の良好なリワークを行うことができ、半導体装置の製造歩留りが向上する。
【００２９】
疎水性の樹脂を含むレジスト膜が酸発生剤を含む場合は、レジスト膜に紫外線等のエネルギー線を照射する方法が、親水性を向上させる手段として有効である。エネルギー線は酸発生剤から酸を発生させ、発生した酸が直接レジスト膜の親水性を高めると同時に、疎水性の樹脂を分解してレジスト膜の親水性を向上させる。レジスト膜にエネルギー線を照射した後に熱処理を追加すると、熱が疎水性の樹脂を分解する酸の触媒作用を加速するので、きわめて効率的にレジスト膜の親水性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を示す工程断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る、リソグラフィ工程を行うための基板処理システムのブロック図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る第１のリソグラフィ工程を示す工程フロー図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る第２のリソグラフィ工程を示す工程フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本願発明者らは、ＡｒＦリソグラフィ用のレジスト膜を有機溶剤を用いて剥離した際に半導体基板上に発生した残留物等の欠陥の原因について検討した。ＡｒＦリソグラフィ用のレジストは上に述べたように脂環基を有する有機ポリマーを基礎材料として含み、脂環基は高い疎水性を有する。特にＡｒＦ液浸リソグラフィ用のレジストは上記基礎材料に加えて、例えば膜状にした時に表面が高い疎水性を示すように高疎水性の添加剤を含む。あるいはＡｒＦリソグラフィ用のレジスト膜上にさらに高疎水性の材料からなるトップコート膜が形成される。
【００３２】
高疎水性は、分子構造における正負電荷分布の偏り（双極子モーメント）を表す「極性」を用いて言えば、原理的に低極性または無極性であることに対応する。これに対してレジスト膜の除去に用いたい一般的な有機溶剤は比較的高い極性を有する。両者の極性が異なることにより原理的にＡｒＦリソグラフィ用のレジストには上記有機溶剤に対して親和性が低い。このことが原因でＡｒＦリソグラフィ用のレジストは溶解し難い傾向があると考えられる。
【００３３】
これに基づき、半導体基板上に発生する残留物等の欠陥は、有機溶剤中に一時的に溶解したレジスト材料の疎水性成分が再析出し、半導体基板上に再付着することに起因すると推定された。本発明はこの検討結果に基づいている。
【００３４】
（実施形態１）
本発明に係る第１の実施形態はレジスト膜のリワーク方法である。以下これについて説明する。本実施形態に係る方法によりレジスト膜のリワークを行う被処理基板は、ドライエッチング等によって回路パターンを形成するためのマスク層が半導体基板（シリコン単結晶ウエハ等）上に形成された構造を有する。マスク層は、例えば厚さ２００ｎｍの有機膜、厚さ４０ｎｍのケイ素樹脂膜、厚さ１５０ｎｍのＡｒＦ液浸リソグラフィ用の化学増幅型ポジレジスト膜（以下ＡｒＦ液浸レジスト（膜）という）がこの順に積層された３層構造を有する。このようなマスク層は多層レジストプロセス用であり、極めて微細なパターンを形成するために用いられる。
【００３５】
本実施形態におけるＡｒＦリソグラフィ用化学増幅型ポジレジストは、レジスト材料の主成分としてのベース樹脂（ベースポリマー）、エネルギー線の照射によって酸を発生させる酸発生剤、およびこれらの液状材料を形成するための有機溶剤からなる。レジストの基本組成は液浸方式を用いないドライリソグラフィ用に対しても液浸リソグラフィ用に対しても同じであり、一般的にも使用されている。ある種のレジストは、酸発生剤から発生した酸の一部を中和しレジスト内での反応を制御するために当該酸を中和するアミン化合物も含む。
【００３６】
ベース樹脂は脂環基を含む基本構造を有する。ベース樹脂は、例えばポリメタクリル酸誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリオレフィン、またはポリメタクリル酸誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリオレフィンの３種のうちの、２種以上が共重合した共重合体、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸の共重合体で、多環式のアルキル基を置換基として含むポリマーである。ベース樹脂は酸発生剤から発生した酸により分解してアルカリ現像液に可溶となる性質を有する。
【００３７】
酸発生剤は、例えばジアゾジスルホン化合物、ジアゾケトスルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、ジスルホン化合物もしくはオニウム塩等のスルホン酸を発生する化合物である。
【００３８】
有機溶剤は、例えばプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコール系溶剤、酢酸エチル、酪酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、シクロヘキサノン、メチルアミルケトンなどのケトン類、ガンマブチロラクトン等である。
【００３９】
またＡｒＦ液浸レジストの一つは最初に述べたように、レジスト膜の疎水性を向上させる界面活性剤を含んでいる。また他のＡｒＦ液浸レジストは、膜状に塗布した時に膜表面層に偏在すすることによって膜表面を疎水性にするフッ素系ポリマーを添加剤として含んでいる。この種のレジスト膜では、添加剤が膜表面層のみに存在するので、レジスト膜全体としてリソグラフィ特性が添加剤の影響を受けにくいという利点がある。
【００４０】
さらに他のＡｒＦ液浸レジスト膜では、当該レジスト膜より疎水性の高い膜（トップコート膜等）がその表面上に塗布される。この膜は液浸リソグラフィに用いる純水に対するレジスト膜表面の撥水性を向上させると共に、レジスト膜成分の純水への溶出および純水のレジスト膜中への浸透を防止するバリアとして働く。以上に述べたＡｒＦ液浸レジスト自体あるいはその膜上に形成される膜の疎水性は、純水と膜表面との接触角で表示すると６０°以上であることが好ましい。
【００４１】
マスク層の中間層を形成するケイ素樹脂膜のベースポリマー材料として、例えばポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン等のシリコン系ポリマーの誘導体を採用することができる。これらのポリマー材料はドライエッチング用のシリコン系ハードマスク材料や多層配線の低誘電率層間絶縁膜用のスピンコート材料としても使用される物質である。
【００４２】
これらのポリマー材料は、レジスト膜の原液に溶解するのを防止するために、またレジスト膜のリワーク工程を容易にするために、熱エネルギーやケイ素樹脂膜内部に生成された酸の作用により架橋反応を起こす架橋性の置換基やシラノール基を自ら有することが望ましい。あるいは以下のようなケイ素樹脂膜材料が望ましい。
（１）ベースポリマーと、熱エネルギーや酸の作用により上記ベースポリマー材料に架橋反応を起こす架橋剤を含む材料
（２）ベースポリマーと、ベースポリマー材料に架橋反応を起こす酸を、熱エネルギーにより発生する熱酸発生剤を含む材料
（３）ベースポリマーと、架橋剤と、架橋剤による架橋反応を促進する酸を発生する熱酸発生剤を含む材料
【００４３】
マスク層の最下層を形成する有機膜は、ベースポリマー、熱酸発生剤、および酸によってべースポリマーに架橋反応を起こす架橋剤を含む。ベースポリマーは、例えばポリメタクリル酸誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリビニルフェノール、ノボラック樹脂等からなるポリマーである。これらの材料の一部はレジスト膜の下に形成する下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）等に使用されている。なお、熱酸発生剤および架橋剤はベースポリマーに化学結合していてもよい。
【００４４】
本実施形態に係るレジスト膜のリワーク方法においては、まず上に説明したマスク層の最上層を構成するＡｒＦ液浸レジスト膜にＡｒＦ光のような紫外領域のエネルギー線を所定の強度および時間で照射する。このような照射は例えば投影露光装置に備えられた露光用のＡｒＦ光源を用いて行うことができる。しかし照射されるエネルギー線はＡｒＦ光に限定されず、種々のエネルギー線を用いることができる。
【００４５】
そのエネルギー線は、水銀ランプによる連続スペクトル紫外線や水銀輝線（ｇ線、ｉ線等）、エキシマレーザ光（ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）等）、エキシマランプ光（Ａｒ2（１２６ｎｍ）、Ｋｒ2（１４６ｎｍ）、Ｘｅ2（１７２ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＣｌ（２２２ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）：カッコ内は波長）のような近紫外線（約２００ｎｍ〜約４００ｎｍ）および遠紫外線・真空紫外線（約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、特に約１２０ｎｍ〜約２００ｎｍ）、５ｋｅＶ〜１００ｋｅＶの電子線等である。
【００４６】
エネルギー線の照射後、例えばプロピレングリコールモノメチルエーテル：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが７：３の混合有機溶剤を用いてＡｒＦ液浸レジスト膜を溶解し、剥離除去する。この有機溶剤は極く微量の水分を自然に含むが、意図的に水を混合させた水溶液ではない。レジスト膜を剥離する溶剤として、上に例示したプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体、および酢酸エチル、酪酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、アルコール、アルコール誘導体等の明確な極性を有する溶剤を使用することができる。これらの溶剤は工業用の溶剤として一般的に使用されている安価な材料である。またレジスト膜の剥離用溶剤は上に掲げた極性物質に、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルアミルケトンなどのケトン類、ガンマブチロラクトンなどのラクトン類を含んでもよい。
【００４７】
このようにしてＡｒＦ液浸レジスト膜を除去した後、ケイ素樹脂膜上に、除去した最初のレジストと同一材料からなるＡｒＦ液浸レジストを再度塗布することによってレジスト膜をリワークする。
【００４８】
本実施形態に係るレジスト膜のリワーク方法によれば、ＡｒＦ液浸レジスト膜のような疎水性の高いレジスト膜であっても、当該レジスト膜成分等の残留物による欠陥を半導体基板上に発生させることなく極性有機溶剤で除去することができる。その理由は次のように推測することができる。
【００４９】
本実施形態は、上に説明したようにＡｒＦ液浸レジスト膜にエネルギー線を照射する工程を有する。エネルギー線の照射によってレジスト膜中に存在する酸発生剤がエネルギー線を吸収し分解することを含む光化学反応によって酸を発生させる。レジスト膜中で発生した酸は、それ自体が高い極性を有すると同時に触媒として働き、レジスト材料に高い疎水性を与えているベース樹脂の脂環基や他の疎水性添加剤の保護基を脱離させる。これによりレジスト膜の疎水性は低下し、親水性が向上する。このことはレジスト膜を形成している有機材料ポリマーの極性が向上することを意味する。
【００５０】
このようにして極性が増加したレジスト膜は比較的高い極性を有する極性有機溶剤に対して親和性が高く、その有機溶剤に容易に溶解することができる。この結果、有機溶剤中にレジスト材料の疎水性成分が再析出し、半導体基板上に欠陥として再付着することを抑制できる。エネルギー線照射を通じたレジスト膜の疎水性低下機構に基づけば、エネルギー線照射後で且つレジスト膜の剥離前に６０℃〜１５０℃程度の温度で５秒〜３００秒程度の時間、熱処理することがレジスト膜の疎水性低下に極めて有効である。この熱処理はレジスト膜中で発生した酸によってレジスト膜の疎水性を発現させている基の脱離を促進させる。
【００５１】
半導体基板上に形成されたマスク層を構成するケイ素樹脂膜および有機膜は、通常液状材料を半導体基板上に塗布した後、百数十度〜二百数十度の温度で熱処理を行い、溶媒を揮発させて形成される。これらの膜が熱エネルギーによって架橋反応を起こす樹脂からなる膜である場合、あるいは架橋剤、熱酸発生剤を含む膜である場合は、架橋反応による硬化が上記の熱処理により既に完了している。従ってそれらの膜はＡｒＦ液浸レジスト膜等を剥離する際、有機溶剤による部分的溶解等の損傷を受けない。このような膜を本実施形態に係るリワーク方法に適用する場合は、これらの膜をレジストと共に再生する必要がない。レジスト膜のみを剥離し、直ちに新たなレジスト膜をケイ素樹脂膜上に形成してよい。
【００５２】
(実施形態２)
本発明に係る第２の実施形態は、第１の実施形態によるレジスト膜のリワーク工程を含む半導体装置の製造方法を提供する。以下、その半導体装置の製造方法を２例説明する。
【００５３】
〈半導体装置の第１の製造方法〉
図１は第２の実施形態に係る、半導体装置の第１の製造方法を示す工程断面図である。まず、図１（ａ）に示す構造の被処理基板が用意される。被処理基板において、半導体基板１上に例えば絶縁膜２が形成され、絶縁膜上にドライエッチングにより微細なパターンを形成すべき被加工膜３が形成されている。
【００５４】
被加工膜３上には有機膜４、ケイ素樹脂膜５およびＡｒＦ液浸レジスト膜６がこの順に積層された３層構造のマスク層が形成されている。有機膜３は、例えば熱酸発生剤および架橋剤を含む樹脂材料からなり、既に熱処理が行われて有機溶剤等に不溶になっている。またケイ素樹脂膜も架橋剤を含む樹脂材料からなり、既に熱処理が行われて有機溶剤に不溶になっている。これら３種の膜の膜厚は第１の実施形態と同一である。
【００５５】
このような被処理基板にＡｒＦ液浸レジスト膜６のリワーク処理が施される。リワークの理由を、例えばレジスト膜６にストリエーションと呼ばれる塗布ムラが検出されたことと仮定する。レジスト膜６に塗布ムラが生じた場合、その膜は剥離しやすく、投影露光装置の対物レンズとレジスト膜６との間に充填された純水や投影露光装置自体を汚染する原因となるのでリワークする必要がある。
【００５６】
従って図１（ｂ）に示すように、レジスト膜６にＡｒＦ光７を照射する。この照射工程は、投影露光装置のウエハステージに被処理基板を載置し、露光用光源からのＡｒＦ光７を投影レンズを通して被処理基板に照射することによって行うことができる。この際、十分なＡｒＦ光７の照射強度を確保するために露光装置のレチクルステージから光路上にあるレチクルを排出した状態にすることが望ましい。レチクル無しの照射はレチクル装着状態での照射の場合より少ないＡｒＦ光源強度であってもレジスト膜６の疎水性を低下させる酸を効率よく発生させることができる。
【００５７】
しかしながらリワークは本来のリソグラフィ工程の途中で行われるので投影露光装置にはレチクルが装着されたままになっている。従ってレジスト膜を従来の方法でリワークした時に半導体基板上に発生する欠陥量が小さい場合は、レチクルを装着した状態でＡｒＦ光７を照射してもよい。特にレジスト膜に極微細パターンを形成するリソグラフィ工程では、レチクルとして、遮光領域が露光光（ＡｒＦ光）に対して半透過性を有するパターン膜からなる位相シフトマスクがよく用いられる。このレチクルは光を部分的に透過させるため、レチクルを通してもＡｒＦ光をレジスト膜の全面に照射することができる。
【００５８】
さらに、レチクルが遮光性のパターン膜を有する場合であっても、パターン膜の寸法が非常に小さい場合は、回折により遮光性パターン膜直下にもＡｒＦ光が回りこむので、レジスト膜の全面に照射することができる。ＡｒＦ光７の照射はさらに投影露光装置の対物レンズとレジスト膜６との間に純水を充填しない状態で行うことが望ましい。これによりレジスト膜６の剥がれによる純水、レンズ等の汚染を回避することができる。
【００５９】
このようにして被処理基板を１露光ショット毎に移動させながらＡｒＦ光７を照射し、被処理基板全面に渡る照射を完了する。ＡｒＦ光７の照射エネルギー量は、レチクルを通して回路パターンをレジスト膜に露光する場合の照射エネルギーの１％から４００％が適切である。望ましくは回路パターン露光エネルギーの１％〜１００％である。１％よりも少ない照射エネルギーはレジスト膜６中において、レジスト膜６の親水性を十分高めるだけの酸を酸発生剤から発生させることができない。
【００６０】
一方、回路パターン露光エネルギーの４００％よりも大きい照射エネルギーはレジスト膜６の構成樹脂に直接光架橋反応を起こし、有機溶剤に不溶にする確率を増加させる。ここで述べているＡｒＦ光の照射エネルギーは照射エネルギーの総量である。ＡｒＦ光源からレジスト膜に照射される単位時間当たりの照射エネルギー量が一定値に固定されている時、照射エネルギー総量が回路パターン露光エネルギーの１００％よりも大きい条件を用いる場合は、回路パターン露光時より照射時間を長くしなければならない。このため照射工程のスループットを低下させる可能性が高くなる。このような照射エネルギーの条件は、第１の実施形態において列挙したすべてのエネルギー線照射手段に対して適用される。なお、ＡｒＦ光の照射手段として投影露光装置を用いる場合は、エネルギー線照射手段の導入が不要である。
【００６１】
ＡｒＦ光７の照射後、図１（ｃ）に示すように、プロピレングリコールモノメチルエーテル：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが７：３の混合有機溶剤でレジスト膜６を除去する。次に図１（ｄ）に示すように、ケイ素樹脂膜５上にＡｒＦ液浸レジスト膜８を塗布する。レジスト膜８はレジスト膜６と同一材料からなる。
【００６２】
ケイ素樹脂膜５および有機膜４は図１(ａ)の段階で既にレジスト膜６を除去する有機溶剤に対して不溶化しているので、除去する必要はない。従ってレジスト膜６の除去に続いて新たなレジスト膜８を塗布することができる。これはリワークに要するコストを低下させる。
【００６３】
次に図１（ｅ）に示すように、最初のレジスト膜６の塗布ムラがリワークにより解決されたので、レジスト膜８を露光・現像し、レジストパターン８ａを形成する。露光は、半導体装置の回路パターンが形成されたレチクルおよび液浸リソグラフィ用の純水を介してレジスト膜８にＡｒＦ光を選択的に照射することにより行う。その後２．３８％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液でレジスト膜８に現像処理を行い、最小ピッチ１４０ｎｍラインアンドスペースパターンを含むレジストパターン８ａを形成する。
【００６４】
次に図１（ｆ）に示すように、レジストパターン８ａをマスクとしてフッ化炭素系のエッチングガスでケイ素樹脂膜５を選択的にエッチングし、ケイ素樹脂膜パターン５ａを形成する。続いて図１（ｇ）に示すように、Ｏ2ガスを含むエッチングガスを用い、レジストパターン８ａおよびケイ素樹脂膜パターン５ａをマスクとして有機膜４を異方性エッチングし、有機膜パターン４ａを形成する。この工程においてはＯ2ガスプラズマによりレジストパターン８ａも除去される。次に図１（ｈ）に示すように、ケイ素樹脂膜パターン５ａ、有機膜パターン４ａをマスクとして被加工膜３を選択的にエッチングし、被加工膜パターン３ａを形成する。
【００６５】
〈半導体装置の第２の製造方法〉
図２は本実施形態に係る、半導体装置の第２の製造方法を示す工程断面図である。まず、図２（ａ）に示す構造の被処理基板が用意される。被処理基板において、半導体基板１上に例えば絶縁膜２が形成され、絶縁膜上にドライエッチングにより微細なパターンを形成すべき被加工膜３が形成されている。
【００６６】
被加工膜３上には有機膜１１、ケイ素樹脂膜１２およびＡｒＦ液浸レジスト膜６がこの順に積層された３層構造のマスク層が形成されている。このマスク層において、ケイ素樹脂膜は架橋剤等を含まない樹脂材料からなり、有機溶剤等に一部溶解する可能性を有する。これら３種の膜の膜厚は第１の実施形態と同一である。
【００６７】
このような被処理基板にＡｒＦ液浸レジスト膜６のリワーク処理が施される。リワークの理由を例えば次のように仮定する。この被処理基板が投影露光装置のステージに載置され、レジスト膜６に露光を行うためにアライメントが実施された。しかし何らかの理由で投影露光装置が被処理基板上のアライメントマークを正常に認識できなかった。この問題はレジスト膜６に起因する可能性があるのでリワークする必要がある。このため投影露光装置は露光せずに動作を終了した。
【００６８】
従って図２（ｂ）に示すように、レジスト膜６に紫外線１３を照射する。紫外線照射は、例えば投影露光装置や現像装置等を含むリソグラフィ工程システム内に設置された低圧水銀ランプにより行う。低圧水銀ランプは水銀の共鳴線である波長１８４．９ｎｍおよび２５３．７ｎｍの紫外線を強力に放射する。
【００６９】
この後、図２（ｃ）に示すように、プロピレングリコールモノメチルエーテル：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが７：３の混合有機溶剤でレジスト膜６を除去する。ケイ素樹脂膜１２は、レジスト膜６の塗布時におけるレジスト材料の溶媒、およびレジスト膜６を除去する有機溶剤により損傷を受けている可能性がある。この理由により、図２（ｄ）に示すように有機膜１１とともにケイ素樹脂膜１２を除去する。ケイ素樹脂膜１２は、例えばフッ化炭素系のエッチングガスを用いるプラズマエッチングにより除去する。また有機膜１１は例えばＯ2プラズマによるアッシング等により除去する。
【００７０】
次に図２（ｅ）に示すように、被加工膜３上に再度有機膜１４、ケイ素樹脂膜１５およびＡｒＦ液浸レジスト膜１６をこの順に積層し３層構造のマスク層を形成する。有機膜１４、ケイ素樹脂膜１５およびレジスト膜１６はそれぞれ、有機膜１１、ケイ素樹脂膜１２およびレジスト膜６と同一材料からなる。
【００７１】
このようにしてレジスト膜６を含むマスク層をリワークした結果、アライメントマークの認識に関する問題が解決されたので図２（ｆ）に示すように、レジスト膜１６を露光・現像し、レジストパターン１６ａを形成する。露光は、半導体装置の回路パターンが形成されたレチクルおよび液浸リソグラフィ用の純水を介してレジスト膜１６にＡｒＦ光を照射することにより行う。その後２．３８%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液でレジスト膜１６に現像処理を行い、最小ピッチ１４０ｎｍラインアンドスペースパターンを含むレジストパターン１６ａを形成する。この後、図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）に示した工程と同様の工程を行う。
【００７２】
本実施形態による第１および第２の製造方法は、第１の実施形態によるレジスト膜のリワーク方法を含む。これにより、最初のＡｒＦ液浸レジスト膜を、ケイ素樹脂膜の表面上にそのレジスト膜の残留物などの欠陥を生じることなく除去することができる。従ってリワークされたレジスト膜のパターンを有する３層構造のマスク層を用いて被加工膜３に欠陥のないパターンを形成することができる。
【００７３】
（実施形態３）
本発明に係る第３の実施形態は、第１および第２の実施形態に係るレジスト膜のリワーク方法またはそれを含む半導体装置の製造方法を実施するための、リソグラフィ工程用の基板処理システムを提供する。図３は本実施形態に係る基板処理システムの構成を示すブロック図である。
【００７４】
図３において、レジスト塗布装置２１は半導体基板上にＡｒＦ液浸レジスト膜等のレジスト膜をスピン塗布する。プリベーク装置２２はホットプレート上に被処理基板を載置して塗布されたレジスト膜を数十℃〜百数十℃で熱処理を行う。表面検査装置２３はレジスト膜の塗布状態やレジスト膜上の欠陥等の検査を行う。露光装置２４はレジスト膜に回路パターンを露光する。ある場合には露光装置２４は、半導体基板上に形成されたレジスト膜をリワークするために、露光用光源から例えばレチクルを介さずにＡｒＦ光等をレジスト膜に照射する。露光装置２４はステップ・アンド・スキャン方式（スキャナ）でもステップ・アンド・リピート方式（ステッパ）でもよく、またドライ露光用の構造を有しても液浸露光用の構造を有してもよい。また露光光は種々の波長を有する光が可能である。ここでは露光装置２４はＡｒＦ液浸リソグラフィ用スキャナとする。
【００７５】
ポストベーク装置２５は、ホットプレート上に被処理基板を載置して露光装置２４で露光されたレジスト膜を数十℃〜百数十℃で熱処理を行う。この熱処理は通常Post Exposure Bake（ＰＥＢ）と呼ばれている。現像装置２６はＰＥＢが終了したレジスト膜を現像液で現像する。現像液は例えば標準仕様の２．３８％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液である。
【００７６】
本発明に係る基板処理システムは、エネルギー線照射装置２７を備えている。エネルギー線照射装置２７は第１の実施形態で列挙した照射源のうち少なくとも１つを備え、リワークすべきレジスト膜にエネルギー線を照射する。第１の実施形態で述べたようにエネルギー線の照射後レジスト膜を熱処理する場合は、例えばポストベーク装置２５を用いることができる。
【００７７】
レジスト膜のリワークを実施するためにはレジスト剥離装置が必要であるが、本実施形態に係る基板処理システムはレジスト剥離装置を含まない。この装置は基板処理システムとは分離して別の場所に設置される。レジスト剥離装置はエネルギー線を照射したレジスト膜を有機溶剤で剥離する。有機溶剤は例えばプロピレングリコールモノメチルエーテル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の混合有機溶剤である。レジスト膜の剥離は例えばノズルから有機溶剤をレジスト膜に吐出するか、または有機溶剤にレジスト膜が形成された被処理基板を浸漬することにより実施できる。
【００７８】
ウエハ搬送機構２８は、上に述べた各処理装置と被処理基板の授受を行い、１つの処理装置から他の処理装置へ被処理基板を搬送する。図３に示す点線の矢印は各処理装置とウエハ搬送機構２８との間での被処理基板の授受を示す。
【００７９】
システム制御部３４は、基板処理システムに含まれる上に述べた各装置の動作を制御する。各処理装置の中で、レジスト塗布から露光までを行う装置、すなわちレジスト塗布装置２１、プリベーク装置２２、表面検査装置２３および露光装置２４は、被処理基板の回転数や温度等のような自らの装置に関する処理データや、レジスト膜の色ムラ等の測定データを入出力インターフェース２９を通じてシステム制御部３４に送信する。
【００８０】
記憶部３１は各処理装置における処理プログラム、処理データ、測定データ、レジスト膜に対するリワークの判定基準データ等を記憶する。判定部３０は、入出力インターフェース２９を通じて得られた各装置からのデータと、記憶部３１から取り出したリワーク判定基準とを比較し、リワークの要否を判定し、判定結果を装置制御部３２に送信する。装置制御部３２は判定部３０による判定結果に基づき、各処理装置およびウエハ搬送機構２９に入出力インターフェース２９を通じて制御信号を送信し、それらを駆動制御する。
【００８１】
特にリワークが必要な場合、装置制御部３２は少なくとも次のような制御信号を送信し、被処理基板の処理を正規のリソグラフィ工程から変更する。リワークが必要なレジスト膜を有する被処理基板が設置されている処理装置にその被処理基板をウエハ搬送機構２８に排出する命令を送信する。ウエハ搬送機構２８に、排出された被処理基板を受け取った後、エネルギー線照射装置２７に搬送する命令を送信する。そしてエネルギー線照射装置２７には、上記被処理基板上のレジスト膜へのエネルギー線照射を行う命令を送信する。
【００８２】
エネルギー線照射を露光装置２４で行うように、システム制御部３４が設定されることも可能である。装置制御部３２は、ウエハ搬送機構２８に、排出された被処理基板を露光装置２４に搬送する命令を送信し、露光装置２４に、上記被処理基板上のレジスト膜へのエネルギー線照射を行う命令を送信する。しかし露光装置２４に被処理基板が載置され、かつ露光装置から送信されたデータに基づきリワークが必要と判定されることがある。この場合装置制御部３２は、ウエハ搬送機構２８に命令を送信せず、露光装置２４に、上記被処理基板を保持した状態でその上のレジスト膜へのエネルギー線照射を行う命令を送信する。
【００８３】
必要な場合は、エネルギー線の照射後でレジスト膜剥離前にレジスト膜に熱処理する命令を例えばポストベーク装置２５に送信する。
【００８４】
ＣＰＵ３３は判定部３０、記憶部３１、装置制御部３２を制御する。記憶部３１およびＣＰＵ３３はシステム制御部３４ではなく、半導体装置の生産管理システムのホストコンピュータ等にあってもよい。
【００８５】
図４は、レジスト膜のリワーク工程を含むリソグラフィ工程を示す工程フロー図である。本実施形態に係る基板処理システム（図３参照）は、この工程フローにおいて、レジスト膜のリワーク工程の大部分を実行するために用いられる。リソグラフィ工程が何等トラブルなく正常に進行している場合、次の順に処理を行う。ＡｒＦ液浸レジスト膜等のレジスト膜塗布（ステップＳ１、使用装置（以下同じ）：レジスト塗布装置２１）→レジスト膜のプリベーク（ステップＳ２、プリベーク装置２２）→レジスト膜の表面検査（ステップＳ３、表面検査装置２３）→アライメント（ステップＳ４、露光装置２４）→レジスト膜へのレチクルパターン露光（ステップＳ５、露光装置２４）→ＰＥＢ（ステップＳ６、ポストベーク装置２５）→レジスト膜の現像によるパターン形成（ステップＳ７、現像装置２６）。
【００８６】
ステップＳ１からＳ５に至る工程毎に基板処理システムの判定部３０はリワークの要否を判定する。ステップＳ１〜Ｓ５のいずれかの工程において判定部３０がリワーク必要と判定した場合は、その工程の終了後またはその工程を中断して被処理基板を排出し、エネルギー線照射工程（ステップＳ８）に進む。
【００８７】
リワーク工程においては、図４に示すように、エネルギー線照射後に熱処理（ステップＳ９）を実施してもよい。第１の実施形態において述べたように、ステップＳ８はレジスト膜中の酸発生剤から酸を発生させる。そして熱処理（ステップＳ９）はレジスト膜の材料から疎水性を有する基や分子を酸によって脱離させる反応を促進する。このため、レジスト膜剥離に使用する極性有機溶剤に対してレジスト膜の溶解性が大幅に向上する。この熱処理工程は例えばプリベーク装置２２やポストベーク装置２５で行うことができる。
【００８８】
基板処理システムによるレジスト膜のリワーク処理は、ステップＳ８のエネルギー線照射、あるいはステップＳ９の熱処理の後に終了する。そしてこの終了は異常終了と見なされ、被処理基板は基板処理システムから排出される。
【００８９】
第２の実施形態の第１の製造方法のように、３層構造のマスク層のケイ素樹脂膜および有機膜が有機溶剤に対する耐性を有する時、基板処理システムから排出された上記被処理基板に対するレジスト膜のリワーク工程は次のように行われる。有機溶剤によるレジスト膜剥離（ステップＳ１０、基板処理システム外のレジスト剥離装置）→新たなレジスト膜塗布（ステップＳ１、例えばレジスト塗布装置２１）。
【００９０】
図５は、図３の基板処理システムを用いたレジスト膜のリワーク工程を含む第２のリソグラフィ工程を示す工程フロー図である。図５は、エネルギー線照射工程（ステップＳ８）以降のリワーク工程フローが図４と異なり、それ以外の工程フローは図４と同一である。第２の実施形態の第２の製造方法のように、３層構造のマスク層のケイ素樹脂膜が有機溶剤に対する耐性に乏しいときは図５の工程フローを適用する。
【００９１】
リソグラフィ工程が正常に進行している場合は、図４について説明したものと同一の工程フローで処理が行われる。しかしレジスト膜のリワークが必要な場合は、図５に示す次の基本フロー経路で処理を行う。エネルギー線照射(ステップＳ８、エネルギー線照射装置２７)→有機溶剤によるレジスト膜剥離（ステップＳ１０、レジスト剥離装置）→有機膜・ケイ素樹脂膜除去(ステップＳ１１)→有機膜形成（ステップＳ１２）→ケイ素樹脂膜形成（ステップＳ１３）→新たなレジスト膜塗布（ステップ１、例えばレジスト塗布装置２１）。このリワーク工程も、図５に示す、エネルギー線照射後に熱処理（ステップＳ９）を行うフロー経路を通るように実施してもよい。
【００９２】
図４の工程フローの場合と同様に、基板処理システムによるレジスト膜のリワーク処理は、ステップＳ８のエネルギー線照射、あるいはステップＳ９の熱処理の後に終了する。そしてこの終了は異常終了と見なされ、被処理基板は基板処理システムから排出される。この後、ステップＳ１０〜ステップＳ１３は基板処理システム外の装置により行われる。
【００９３】
図４および図５の工程フローにおいて、エネルギー線照射は、リワークすべきレジスト膜を有する被処理基板をウエハ搬送機構２８により露光装置２４またはエネルギー線照射装置２７へ搬送して行う。露光装置２４はこの場合エネルギー線照射装置２７と見なすことができる。本実施形態では図３に示すようにレジスト剥離装置を持たない基板処理システムを例示した。しかしながら基板処理システムはレジスト剥離装置を含んでいてもよい。その場合も、図４および図５に示した工程フローは変更されない。
【００９４】
レジスト膜にリワークを行うためにステップＳ１〜Ｓ５のいずれかの工程からエネルギー線を照射するステップＳ９に進める原因は種々存在する。以下に原因等を例示する。
（１）ステップＳ１：レジスト材料の吐出時間が短くレジスト材料の吐出量不足等のため、レジスト膜の塗布ムラが発生する、等。レジスト塗布装置２１からシステム制御部３６へ吐出状態のデータが送信される。
（２）ステップＳ２：ホットプレートの温度異常。プリベーク装置２２のセンサから温度データがシステム制御部３６へ送信される。
（３）ステップＳ３：レジスト膜に塗布ムラ、パーティクル付着などの異常が検出される。特に液浸リソグラフィではレジスト膜に塗布ムラ等があった場合、レジスト膜上に供給される純水を汚染する可能性が大きい。表面検査装置２３からシステム制御部３６へ検査結果が送信される。
（４）ステップＳ４：上層レチクルパターンの重ね合わせを行う場合、レジスト膜の膜厚ムラ等が原因で下層のアライメントマークが認識できない。被処理基板と露光装置２４の基板載置用ステージとの間に異物が挟まり、フォーカスやステージのレベリング値が異常を示す。露光装置２４からシステム制御部３６にアライメント、フォーカス、レベリングエラー等が送信される。
（５）ステップＳ５：露光光源の強度不足。露光装置２４のセンサからシステム制御部３６に光強度データが送信される。
【００９５】
その他各処理装置の動作が正常に終了しないこと等をリワークの原因として挙げることができる。
【００９６】
第１〜第３の実施形態では、有機膜、ケイ素樹脂膜、ＡｒＦ液浸レジスト膜からなる３層構造のマスク層を用いた。しかしこれに限らず、単層のレジスト膜からなるマスク層、有機系反射防止膜上にレジスト膜を積層した２層構造のマスク層、レジスト膜の下層に無機材料からなるハードマスク層を有するマスク層に対しても本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、上に詳細に述べたように、特にＡｒＦエキシマレーザリソグラフィ用等の疎水性を有する化学増幅型レジスト膜を用いる半導体集積回路装置の製造に有効である。しかしこの他疎水性の有機材料と光酸発生剤を含む材料を用い、この材料に対してリワークすることが有効な分野に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  被加工膜
３ａ  被加工膜パターン
４、１１、１４  有機膜
４ａ  有機膜パターン
５、１２、１５  ケイ素樹脂膜
５ａ  ケイ素樹脂膜パターン
６、８、１６  ＡｒＦ液浸レジスト膜
７  ＡｒＦ光
８ａ、１６ａ  レジストパターン
１３  紫外線
２１  レジスト塗布装置
２２  プリベーク装置
２３  表面検査装置
２４  露光装置
２５  ポストベーク装置
２６  現像装置
２７  エネルギー線照射装置
２８  ウエハ搬送機構
２９  入出力インターフェース
３０  判定部
３１  記憶部
３２  装置制御部
３３  ＣＰＵ
３４  システム制御部
【図１】
2012256726.tif 000003
【図２】
2012256726.tif 000004
【図３】
2012256726.tif 000005
【図４】
2012256726.tif 000006
【図５】
2012256726.tif 000007