(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜を形成し、
洗浄の際に洗浄液と前記基板との界面に作用するせん断応力が、液浸露光の際に液浸液と前記基板との界面に作用するせん断応力よりも大きくなる制御の下、前記基板の表面を洗浄し、
前記レジスト膜を前記液浸露光により露光して、前記レジスト膜に潜像を形成し、
前記レジスト膜を現像して、前記基板上にレジスト膜パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記制御は、
前記洗浄の際に前記基板上に形成される前記洗浄液の層の液厚が、
前記液浸露光の際に前記基板と液浸露光冶具との間に介在する前記液浸液の液厚よりも小さくなる制御である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】
前記制御は、
前記洗浄の際の前記洗浄液と前記基板との相対速度が、
前記液浸露光の際の前記液浸液と前記基板との相対速度よりも大きくなる制御であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記洗浄前に、前記レジスト膜上に塗布膜を形成し、
前記液浸露光後に、前記レジスト膜上の前記塗布膜を除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
基板の表面を洗浄液により洗浄するための洗浄冶具と、
前記洗浄冶具に設けられた、前記洗浄液を供給するための洗浄液供給部と、
前記洗浄冶具に設けられた、前記洗浄液を排出するための洗浄液排出部と、
前記基板と前記洗浄冶具との間に前記洗浄液が介在している状態で、前記洗浄液と前記基板との界面に作用するせん断応力が、液浸露光の際に液浸液と前記基板との界面に作用するせん断応力よりも大きくなるように前記基板と前記洗浄冶具とを相対移動させることで、前記基板の表面を洗浄する洗浄制御部とを備えることを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】
前記制御制御部は、前記液浸露光の際の前記液浸液と前記基板との最大相対速度に基づいて、前記洗浄冶具の移動速度を制御することを特徴とする請求項５に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法及び洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の回路パターンは、年々微細化される傾向にある。これに伴い、露光装置の改良が検討されている。現在、１９３ｎｍ波長のＡｒＦレーザーを光源する露光装置が、先端露光装置として量産や開発に広く用いられている。
【０００３】
露光装置の投影レンズと露光対象のレジスト膜との間の光路を占める媒質を、光路媒質と呼ぶ。液浸露光法は、光路媒質を液体とする露光法である。液浸露光では、光路媒質の屈折率を大きくすることで、レーザー光の臨界角を大きくすることが可能である。これにより、光路媒質が空気である通常の露光の限界を超えるような微細な回路パターンが形成可能になる。液浸露光は一般に、基板表面の全体を光路媒質に浸漬する方式と、基板表面の光路周辺部のみを局所的に光路媒質に浸漬する方式とに分類される。現在、活発に開発が進められている液浸露光装置は、後者の方式の液浸露光装置である。
【０００４】
光路媒質に求められる重要な特性は、露光波長における高い透明性である。１９３ｎｍ光源の液浸露光装置においては、屈折率が約１．４３の超純水が、光路媒質の最有力候補とされている。また、屈折率が更に高い有機薬液等も開発されつつある。
【０００５】
液浸露光では、光路媒質とレジスト膜とが接触することに起因して不都合が生じることが懸念される。例えば、レジスト膜の表面に存在する光酸発生材等のコンタミネーションが、レジスト膜と光路媒質とが接触することで光路媒質中に溶解する可能性がある。さらには、このような光路媒質が露光ステージ上に残留した場合、光路媒質中に溶解していたコンタミネーションが、露光ステージ上に付着して汚染源になる可能性がある。
【０００６】
特許文献１には、被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、前記化学増幅型レジスト膜の表層に偏析している光酸発生剤を純水、オゾン水、及び過酸化水素水の何れか一つ以上を含む洗浄液により除去する洗浄工程と、前記化学増幅型レジスト膜に潜像を形成するために、前記化学増幅型レジスト膜の所定の位置にエネルギー線を照射する工程と、前記潜像に基づく化学増幅型レジスト膜パターンを形成するために前記化学増幅型レジスト膜を現像する工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法が開示されている。特許文献１には更に、前記エネルギー線を照射する工程は、化学増幅型レジスト膜と投影露光装置の光学系との間の光路中に形成した水層を介した液浸露光により行われることを特徴とするパターン形成方法が開示されている。当該パターン形成方法は、上記の問題に対処するのに有効である。
【０００７】
特許文献２には、基板保持部により基板を保持したまま、基板表面に洗浄液ノズルから洗浄液を供給し、基板表面を洗浄する方法が開示されている。当該方法による基板表面の洗浄は、基板表面に付着する光酸発生材等の物質が露光装置に搬入され、露光装置内（例えば露光ステージ上）が汚染されるのを防止することを目的とする。しかしながら、当該洗浄の際に洗浄液が基板表面に与えるインパクトが小さいと、液浸露光の際に基板表面が液浸液で洗われて、洗われた物質により露光装置が汚染される可能性がある。
【０００８】
特許文献３には、ウエハ上に形成されたレジスト膜の表面を洗浄する洗浄部と、前記レジスト膜と露光レンズとの間に液体を配してパターン露光を行なう露光器とを備えていることを特徴とする露光装置が開示されている。特許文献３には更に、それぞれが上面に前記ウエハを保持可能な第１ステージと第２ステージとを更に備え、前記第１ステージ及び第２ステージのうち、一方は前記露光部に含まれ、他方は前記洗浄部に含まれることを特徴とする露光装置が開示されている。
【特許文献１】特許第３８５７６９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４５２０号公報
【特許文献３】特開２００５−３５３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、基板表面を好適に洗浄可能なパターン形成方法及び洗浄装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施例は例えば、基板上にレジスト膜を形成し、洗浄の際に洗浄液と前記基板との界面に作用するせん断応力が、液浸露光の際に液浸液と前記基板との界面に作用するせん断応力よりも大きくなるような制御の下、前記基板の表面を洗浄し、前記レジスト膜を前記液浸露光により露光して、前記レジスト膜に潜像を形成し、前記レジスト膜を現像して、前記基板上にレジスト膜パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法である。
【００１１】
本発明の実施例は例えば、基板の表面を洗浄液により洗浄するための洗浄冶具と、前記洗浄冶具に設けられた、前記洗浄液を供給するための洗浄液供給部と、前記洗浄冶具に設けられた、前記洗浄液を排出するための洗浄液排出部と、前記基板と前記洗浄冶具との間に前記洗浄液が介在している状態で前記基板と前記洗浄冶具とを相対移動させることで、前記基板の表面を洗浄する洗浄制御部とを備えることを特徴とする洗浄装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、基板表面を好適に洗浄可能なパターン形成方法及び洗浄装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａ乃至Ｄは、基板（ウェハ基板）１０１の側方断面図である。本実施例のパターン形成方法ではまず、図１Ａ乃至Ｄのいずれかのように、基板１０１上にレジスト膜１２１が形成される。基板１０１は例えば、バルク半導体基板でもＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）基板でも構わない。レジスト膜１２１は、ここでは化学増幅型のレジスト膜とするが、化学増幅型以外のレジスト膜でも構わない。
【００１４】
図１Ａでは、基板１０１上にレジスト膜１２１がダイレクトに形成されている。図１Ａの場合、レジスト膜１２１は、基板１０１を加工するのに利用される。図１Ｂでは、基板１０１上に被加工膜１１１を介してレジスト膜１２１が形成されている。図１Ｂの場合、レジスト膜１２１は、被加工膜１１１を加工するのに利用される。図１Ａ又はＢの場合、基板１０１の表面にはレジスト膜１２１が露出している。即ち、基板１０１の表面がレジスト膜１２１で構成されている。被加工膜１１１は、１層の膜を含む単層膜でも２層以上の膜を含む積層膜でも構わない。
【００１５】
図１Ｃでは、図１Ａのレジスト膜１２１上にカバー膜１３１が形成されている。図１Ｃの場合、レジスト膜１２１は、基板１０１を加工するのに利用される。図１Ｄでは、図１Ｂのレジスト膜１２１上にカバー膜１３１が形成されている。図１Ｄの場合、レジスト膜１２１は、被加工膜１１１を加工するのに利用される。図１Ｃ又はＤの場合、基板１０１の表面にはカバー膜１３１が露出している。即ち、基板１０１の表面がレジスト膜１２１で構成されている。カバー膜１３１は、塗布膜の一例であり、１層の膜を含む単層膜でも２層以上の膜を含む積層膜でも構わない。
【００１６】
なお、基板１０１と被加工膜１１１との間には、１層以上の何らかの膜が介在していても構わない。このような膜の例として、既に加工済の膜、エッチングストッパ、ストレスライナが挙げられる。また、被加工膜１１１とレジスト膜１２１との間にも、１層以上の何らかの膜が介在していても構わない。このような膜の例として、被加工膜１１１の表面の凹凸を平坦にする有機樹脂膜、加工用のマスクとなるカーボンＣＶＤ膜、アモルファスシリコン層、ＳＯＧ層が挙げられる。このような１層以上の膜が、図１Ａ又はＣの場合において、基板１０１とレジスト膜１２１との間に介在していてもよい。被加工膜１１１の例としては、ゲート電極層、コンタクトプラグ層、ビアプラグ層、配線層、層間絶縁膜等が挙げられる。
【００１７】
以下、本実施例のパターン形成方法について説明を続ける。以下の説明中の基板１０１は、図１Ａ乃至Ｄのいずれかの基板１０１、即ち、被加工膜１１１の形成処理、レジスト膜１２１の形成処理、カバー膜１３１の形成処理等が既に実施された基板１０１であるとする。以下のパターン形成処理では、基板１０１の洗浄処理、液浸露光処理、現像処理等が実施される。
【００１８】
図２は、液浸露光中の基板１０１を示した上面図である。液浸露光の方式はここでは、基板表面の光路周辺部のみを局所的に光路媒質（液浸液）に浸漬する方式とするが、基板表面の全体を光路媒質（液浸液）に浸漬する方式としても構わない。図２には、液浸領域２０１が示されている。液浸領域２０１は、液浸露光の際に局所的に液浸液に浸漬される領域である。液浸液はここでは、純水、例えば、屈折率が約１．４３の超純水とする。
【００１９】
基板１０１の真下には液浸露光ステージ２１１が存在しており、基板１０１は液浸露光ステージ２１１上に保持されている。図２では、液浸露光ステージ２１１は、基板１０１の裏に隠れている。また、基板１０１の外周部を露光するときには液浸領域２０１が基板１０１の外にはみ出すため、基板１０１の周囲には液浸補助ステージ２１２が配置されている。これにより、基板１０１の外で液浸領域２０１が乱れないようになっている。
【００２０】
図２にはさらに、露光領域２２１が示されている。露光領域２２１は、液浸露光の際にエネルギー線が照射される領域である。エネルギー線はここでは、レーザー光、例えば、１９３ｎｍ波長のＡｒＦレーザー光とする。図２の露光領域２２１は、基板１０１の外周部に位置している。よって、図２の液浸領域２０１は、基板１０１の外にはみ出ている。しかし、基板１０１の周囲には液浸補助ステージ２１２が配置されているため、液浸液は液浸領域２０１から流れ出ないようになっている。
【００２１】
図３には、個々の露光領域２２１の位置を示す露光マップが、破線Ａで示されている。図３にはさらに、該露光マップに基づく液浸露光の際に液浸領域２０１が少なくとも一度接触する領域が、点線Ｂで示されている。点線Ｂは、液浸領域接触領域と液浸領域非接触領域との境界線に相当する。図３の点線Ｂは、液浸補助ステージ２１２上に位置している事が解る。よって、図３の露光マップに基づく液浸露光によれば、基板表面の全体が液浸領域２０１に少なくとも一度接触することになる。即ち、基板１０１の全表面が液浸液で洗われることになる。
【００２２】
本実施例の液浸露光処理は、以下のように実施される。まず、基板１０１の上方の所定位置に、液浸領域２０１が形成される。図１Ａ又はＢの場合には、レジスト膜１２１上の所定位置に液浸領域２０１が形成される。図１Ｃ又はＤの場合には、カバー膜１３１上の所定位置に液浸領域２０１が形成される。次に、液浸領域２０１の液浸液を介して、レジスト膜１２１にエネルギー線が照射される。このように、本実施例の液浸露光処理では、レジスト膜１２１を液浸露光により露光して、レジスト膜１２１に潜像を形成する。
【００２３】
なお、図１Ｃ又はＤの場合、レジスト膜１２１上のカバー膜１３１は、上記の液浸露光後に除去される。図４Ａには、図１Ｃの基板１０１からカバー膜１３１が除去された様子が示されている。図４Ｂには、図１Ｄの基板１０１からカバー膜１３１が除去された様子が示されている。図１Ｃ又はＤの場合、レジスト膜１２１上のカバー膜１３１は、後述の現像前に除去される。
【００２４】
図５Ｘ及びＹはそれぞれ、液浸露光装置３０１の側面図及び上面図である。図５Ｘは、図５ＹのＡ−Ｂ断面図に相当する。図５Ｘ，Ｙには、基板１０１と、液浸領域２０１と、液浸液３１１と、液浸露光冶具３２１と、露光レンズ３３１とが示されている。液浸露光装置３０１には、液浸露光冶具３２１と、露光レンズ３３１と、図２の液浸露光ステージ２１１と、図２の液浸補助ステージ２１２とが設けられている。
【００２５】
液浸露光冶具３２１は、液浸液３１１を保持して液浸領域２０１を形成するための冶具である。図５Ｘでは、液浸露光冶具３２１が、露光レンズ３３１を囲むように配置されている。液浸露光冶具３２１には、不図示の液浸液供給部と、Ｐで示す液浸液排出部（液浸液吸引排出部）が設けられている。図５Ｘでは、液浸液排出部が、液浸露光冶具３２１の下面に設けられている。液浸液３１１は、液浸液供給部から供給され、液浸液排出部から排出される。なお、基板１０１の表面における液浸液３１１の流れは、おおむね液浸領域２０１の中心から外周に向かうよう調整される。
【００２６】
図５Ｘのように、液浸液３１１は、基板１０１の上面と液浸露光冶具３２１の下面との間に介在している。図５Ｘには、液厚Ｄが図示されている。液厚Ｄは、基板１０１と液浸露光冶具３２１との間に介在する液浸液３１１の液厚である。
【００２７】
図６Ｘ及びＹはそれぞれ、洗浄装置４０１の側面図及び上面図である。図６Ｘは、図６ＹのＡ−Ｂ断面図に相当する。図６Ｘ，Ｙには、基板１０１と、洗浄液４１１と、洗浄冶具４２１と、洗浄液供給部４２２と、洗浄液排出部（洗浄液吸引排出部）４２３と、洗浄制御部４３１とが示されている。洗浄装置４０１には、洗浄冶具４２１と、洗浄液供給部４２２と、洗浄液排出部４２３と、洗浄制御部４３１と、図７の洗浄ステージ５１１と、図７の洗浄補助ステージ５１２とが設けられている。洗浄装置４０１による洗浄処理は、液浸露光装置３０１による液浸露光処理の実施前に実施される。
【００２８】
図６Ｘでは、洗浄冶具４２１が、基板１０１の上方に配置されている。洗浄冶具４２１は、基板１０１の表面を洗浄液４１１により洗浄するための冶具である。洗浄冶具４２１の下面には、洗浄液４１１を供給するための洗浄液供給部４２２と、洗浄液４１１を排出するための洗浄液排出部４２３とが設けられている。洗浄液供給部４２２と洗浄液排出部４２３はここでは、共に帯状の形状を有しており、互いに平行に配置されている。洗浄液４１１は、洗浄液供給部４２２から供給され、洗浄液排出部４２３から排出される。これによって、基板１０１と洗浄冶具４２１との間に洗浄液４１１が供給される。洗浄制御部４３１は、洗浄処理を制御するための制御部である。洗浄制御部４３１は、基板１０１と洗浄冶具４２１との間に洗浄液４１１が介在している状態で基板１０１と洗浄冶具４２１とを相対移動させることで、基板１０１の表面を洗浄することができる。
【００２９】
図６Ｘのように、洗浄液４１１は、基板１０１の上面と洗浄冶具４２１の下面との間に介在している。図６Ｘには、液厚ｄが図示されている。液厚ｄは、基板１０１と洗浄冶具４２１との間に介在する洗浄液４１１の液厚である。
【００３０】
図７は、洗浄中の基板１０１を示した上面図である。図７には、洗浄領域５０１が示されている。洗浄領域５０１は、洗浄の際に局所的に洗浄冶具で覆われる領域である。洗浄液はここでは、液浸液と同じ液体とする。即ち、洗浄液はここでは、純水、例えば、屈折率が約１．４３の超純水とする。
【００３１】
基板１０１の真下には洗浄ステージ５１１が存在しており、基板１０１は洗浄ステージ５１１上に保持されている。図７では、洗浄ステージ５１１は、基板１０１の裏に隠れている。また、基板１０１の外周部を洗浄するときには洗浄領域５０１が基板１０１の外にはみ出すため、基板１０１の周囲には洗浄補助ステージ５１２が配置されている。これにより、基板１０１の外で洗浄領域５０１が乱れないようになっている。
【００３２】
図７の洗浄領域５０１は、基板１０１の外周部に位置している。よって、図７の洗浄領域５０１は、基板１０１の外にはみ出ている。しかし、基板１０１の周囲には洗浄補助ステージ５１２が配置されているため、洗浄液は洗浄領域５０１から流れ出ないようになっている。
【００３３】
本実施例の洗浄処理では、洗浄制御部４３１による制御の下、基板１０１の表面を洗浄する。詳細には、洗浄の際に基板１０１の表面に作用する洗浄液の力が、液浸露光の際に基板１０１の表面に作用する液浸液の力よりも大きくなるような制御の下、基板１０１の表面を洗浄する。具体的には、洗浄の際に洗浄液と基板１０１との界面に作用するせん断応力が、液浸露光の際に液浸液と基板１０１との界面に作用するせん断応力よりも大きくなるような制御の下、基板１０１の表面を洗浄する。図１Ａ又はＢの場合、基板１０１の表面にはレジスト膜１２１が露出しているため、当該洗浄処理によってレジスト膜１２１の表面が洗浄される。図１Ｃ又はＤの場合、基板１０１の表面にはカバー膜１３１が露出しているため、当該洗浄処理によってカバー膜１３１の表面が洗浄される。
【００３４】
このように、本実施例の洗浄処理では、洗浄液の力（洗浄液のせん断応力）が、液浸液の力（液浸液のせん断応力）よりも大きくなるよう制御される。これにより、本実施例の液浸露光処理では、液浸液で洗われた物質によって露光装置３０１が汚染される可能性が低減される。理由は、洗浄の際に洗浄液が基板表面に与えるインパクトが、液浸露光の際に液浸液が基板表面に与えるインパクトよりも大きくなるからである。
【００３５】
このような洗浄処理には、上記の洗浄装置４０１が適している。上記の洗浄装置４０１は、洗浄液の力を液浸液の力よりも大きくするような制御が比較的容易に実行可能だからである。以下、このような制御の具体例について説明する。露光装置３０１については、図５Ｘ及びＹに基づいて説明する。洗浄装置４０１については、図６Ｘ及びＹに基づいて説明する。
【００３６】
本実施例の洗浄処理ではまず、次のような設定を行う。第１に、基板１０１と洗浄冶具４２１との間に介在する洗浄液の液厚が、基板１０１と液浸露光冶具３２１との間に介在する液浸液の液厚よりも薄くなるように、洗浄液の液厚を設定する。すなわち、図６Ｘの液厚ｄを図５Ｘの液厚Ｄよりも薄くする。第２に、洗浄液と基板１０１との相対速度が、液浸液と基板１０１との相対速度とほぼ同じになるように、洗浄冶具４２１の移動速度を設定する。
【００３７】
ここで、液浸液と基板１０１との相対速度について考察する。ここではまず、液浸露光冶具３２１が基板１０１上で静止している場合を想定し、この場合に生じる液浸液の流れを考える。この場合、液浸液が液浸領域２０１の中心から外周に流れるとすると、液浸液の流れは、液浸領域２０１の中心から外周に向かうにつれて、径の増加分だけ徐々に遅くなる。よって、この場合、液浸領域２０１の中心における液浸液の流速が、液浸液の最大流速となり、液浸液と基板１０１との最大相対速度となる。この最大流速をｖと表す事にする。液浸液の流速は、液浸液の供給速度Ｑ［ｍ３／ｓ］と、液浸液の流れに直交する流速断面積Ｓ［ｍ２］とを用いて、Ｑ／Ｓ［ｍ／ｓ］と表される。最大流速ｖはおおむね、流速断面積Ｓが最も小さい部分の流速となる。次に、考察を一般化すべく、液浸露光冶具３２１が基板１０１上で動いている場合を想定する。ここで、液浸露光冶具３２１の最大移動速度はＶであるとする。この場合、液浸液と基板１０１との最大相対速度は、ｖ＋Ｖとなる。
【００３８】
そして、洗浄冶具４２１の移動速度は、液浸液と基板１０１との最大相対速度ｖ＋Ｖに基づいて設定される。洗浄冶具４２１の移動速度の設定方法については、図８に示されている。図８は、洗浄冶具４２１の移動速度について説明するための上面図である。以下、洗浄冶具４２１の移動速度をＢと表す事にする。
【００３９】
図８には、洗浄液の流れる方向と、洗浄液の流速ａとが示されている。洗浄液の流速ａは、洗浄液の供給速度ｑ［ｍ３／ｓ］と、洗浄液の流れに直交する流速断面積ｓ［ｍ２］とを用いて、ｑ／ｓ［ｍ／ｓ］と表される。本実施例の洗浄処理では、洗浄冶具４２１の移動速度Ｂが次のように設定される。以下の移動速度Ｂは、洗浄液が洗浄冶具４２１で保持される場合の移動速度の例である。洗浄冶具４２１の移動方向と洗浄液の流れる方向とが同方向のときには、洗浄液と基板１０１との相対速度はＢ＋ａとなる。この場合には、この相対速度Ｂ＋ａを、液浸液と基板１０１との最大相対速度ｖ＋Ｖと同じにすべく、Ｂ＝ｖ＋Ｖ−ａと設定される。一方、洗浄冶具４２１の移動方向と洗浄液の流れる方向とが逆方向のときには、洗浄液と基板１０１との相対速度はＢ−ａとなる。この場合には、この相対速度Ｂ−ａを、液浸液と基板１０１との最大相対速度ｖ＋Ｖと同じにすべく、Ｂ＝ｖ＋Ｖ＋ａと設定される。また、洗浄冶具４２１の移動方向と洗浄液の流れる方向とが直交方向のときには、洗浄液と基板１０１との相対速度はＢとなる。この場合には、この相対速度Ｂを、液浸液と基板１０１との最大相対速度ｖ＋Ｖと同じにすべく、Ｂ＝ｖ＋Ｖと設定される。これらの場合にはいずれも、洗浄液と基板１０１との相対速度は、ｖ＋Ｖとなる。即ち、洗浄液と基板１０１との相対速度は、液浸液と基板１０１との相対速度（詳細には、液浸液と基板１０１との最大相対速度）と同一速度となる。
【００４０】
本実施例の洗浄処理では次に、以上のような設定の下、基板１０１の表面の洗浄を実施する。本実施例では、洗浄液の液厚ｄを液浸液の液厚Ｄよりも薄くしている。そのため、本実施例では、洗浄液の力が液浸液の力よりも強く、洗浄冶具４２１の移動により生じるメニスカス作用が、液浸露光冶具３２１の移動により生じるメニスカス作用よりも強いと考えられる。このことは例えば、基板１０１上にポリエチレン等の真球ビーズを散布しておき、洗浄冶具４２１が移動したときの真球ビーズの除去率と液浸露光冶具３２１が移動したときの真球ビーズの除去率とを比較することで、検証可能である。
【００４１】
本実施例では、洗浄時のメニスカス作用が強い場合には、洗浄液の流速を低くする事が許容される。理由は、メニスカス作用が強い場合には、低い流速の洗浄液でも十分な洗浄効果が得られるからである。洗浄液の流速の値を決定する際には、メニスカス作用の強さを定量的に評価する事が有用である。メニスカス作用の強さは例えば、真球ビーズの除去率から定量的に評価可能である。この場合、洗浄液の流速の値は、メニスカス作用の強さに応じて決定可能である。なお、洗浄液の流速は、基板表面の状態に依存するので、基板表面の状態を考慮して最適化するのが好ましい。
【００４２】
図９Ａ及びＢは、基板（ウェハ基板）１０１の側方断面図である。本実施例のパターン形成方法では、洗浄処理及び液浸露光処理の実施後に現像処理が実施される。本実施例の現像処理では、レジスト膜１２１を現像して、基板１０１上にレジスト膜パターン１４１を形成する。即ち、レジスト膜１２１をレジスト膜パターン１４１に加工する。
【００４３】
図９Ａには、図１Ａ又はＣの基板１０１の現像後の様子が示されている。図１Ｃの基板１０１は、カバー膜１３１の除去により、図４Ａのような基板１０１となり、レジスト膜１２１の現像により、図９Ａのような基板１０１となる。
【００４４】
図９Ｂには、図１Ｂ又はＤの基板１０１の現像後の様子が示されている。図１Ｄの基板１０１は、カバー膜１３１の除去により、図４Ｂのような基板１０１となり、レジスト膜１２１の現像により、図９Ｂのような基板１０１となる。
【００４５】
本実施例のパターン形成方法は、半導体装置の製造方法に適用可能である。図９Ａでは例えば、レジスト膜パターン１４１をマスクとして基板１０１をエッチング加工することにより、素子分離層の溝等を形成することができる（図１０Ａ）。図９Ｂでは例えば、レジスト膜パターン１４１をマスクとして被加工膜１１１をエッチング加工することにより、ゲート電極、コンタクトホール、ビアホール、配線用の溝等を形成することができる（図１０Ｂ）。図９Ｂでは、レジスト膜パターン１４１をマスクとして被加工膜１１１及び基板１０１をエッチング加工しても構わない。
【００４６】
以上のように、本実施例の洗浄処理では、洗浄の際に洗浄液と基板１０１との界面に作用するせん断応力が、液浸露光の際に液浸液と基板１０１との界面に作用するせん断応力よりも大きくなるような制御の下、基板１０１の表面を洗浄する。以下、このような制御について更に説明する。
【００４７】
上述のように、洗浄液の流速ａは、洗浄液の供給速度ｑ［ｍ３／ｓ］と、洗浄液の流れに直交する流速断面積ｓ［ｍ２］とを用いて、ｑ／ｓ［ｍ／ｓ］と表される。同様に、液浸液の流速は、液浸液の供給速度Ｑ［ｍ３／ｓ］と、液浸液の流れに直交する流速断面積Ｓ［ｍ２］とを用いて、Ｑ／Ｓ［ｍ／ｓ］と表される。流速Ｑ／Ｓの最大値が、最大流速ｖである。液浸液の供給速度Ｑが一定であれば、液浸液の上流から下流において流速断面積Ｓが最小となる部分の流速Ｑ／Ｓが、最大流速ｖとなる。
【００４８】
本実施例の洗浄処理では例えば、洗浄の際に基板１０１と洗浄冶具４２１との間に介在する洗浄液の液厚が、液浸露光の際に基板１０１と液浸露光冶具３２１との間に介在する液浸液の液厚よりも小さくなるような制御の下、基板１０１の表面を洗浄してもよい。洗浄液の液厚を薄くすることで、洗浄液の洗浄効果が向上するからである。本実施例の洗浄処理では例えば、洗浄液と基板１０１との相対速度を液浸液と基板１０１との相対速度と同じにしつつ、洗浄液の液厚ｄを液浸液の液厚Ｄよりも薄くする。これにより、洗浄液の力が液浸液の力よりも大きくなる。これは、図８で説明した具体例と同様である。
【００４９】
本実施例の洗浄処理では例えば、洗浄の際の洗浄液と基板１０１との相対速度が、液浸露光の際の液浸液と基板１０１との相対速度よりも大きくなるような制御の下、基板１０１の表面を洗浄してもよい。洗浄液と基板１０１との相対速度を速くすることで、洗浄液の洗浄効果が向上するからである。本実施例の洗浄処理では例えば、洗浄液の液厚ｄを液浸液の液厚Ｄと同じにしつつ、洗浄液と基板１０１との相対速度を液浸液と基板１０１との相対速度よりも速くする。これにより、洗浄液の力が液浸液の力よりも大きくなる。なお、図８では、Ｂ＝ｖ＋Ｖ−ａ，Ｂ＝ｖ＋Ｖ＋ａ，Ｂ＝ｖ＋Ｖをそれぞれ、Ｂ＞ｖ＋Ｖ−ａ，Ｂ＞ｖ＋Ｖ＋ａ，Ｂ＞ｖ＋Ｖと置き換えることで、洗浄液と基板１０１との相対速度が、ｖ＋Ｖよりも大きくなる。即ち、洗浄液と基板１０１との相対速度が、液浸液と基板１０１との相対速度（詳細には、液浸液と基板１０１との最大相対速度）よりも速い速度となる。
【００５０】
本実施例の洗浄処理では例えば、洗浄液の液厚ｄを液浸液の液厚Ｄよりも薄くすると共に、洗浄液と基板１０１との相対速度を液浸液と基板１０１との相対速度よりも速くしてもよい。これにより、洗浄液の力を液浸液の力よりも大幅に大きくすることができる。
【００５１】
本実施例の洗浄処理では逆に、洗浄液の液厚ｄを液浸液の液厚Ｄよりも厚くしても構わない。この場合、洗浄液の液厚を厚くすることで、洗浄液の速度低下が生じる。洗浄液の速度は、上述のように、洗浄液の供給速度ｑと、洗浄液の流れに直交する流速断面積ｓとを用いて、ｑ／ｓと表されるからである。そこで、この場合には、液厚を厚くすることで生じる速度低下を十分補うよう、洗浄液の供給速度及び排出速度を増加させ、洗浄液と基板１０１との相対速度を液浸液と基板１０１との相対速度よりも速くする。即ち、液厚がｄ／Ｄ倍になるため、相対速度をｄ／Ｄ倍より大きくする。これにより、洗浄液の力を液浸液の力よりも大きくすることができる。
【００５２】
洗浄液の液厚の変化により洗浄液の速度変化が生じることは、上述のいずれの洗浄処理でも問題となり得る。よって、洗浄液の速度を所望の速度にするよう、洗浄液の供給速度及び排出速度を適切に設定することが望まれる。加えて、洗浄冶具４２１の移動速度Ｂも適切に設定することが望まれる。このようにして、洗浄液の力を液浸液の力よりも大きくすることができる。
【００５３】
なお、洗浄液と基板１０１との相対速度はここでは、洗浄液と基板１０１との界面における相対速度とする。理由は、本実施例では、洗浄液と基板１０１との界面に作用するせん断応力の大きさを問題とするからである。また、液浸液と基板１０１との相対速度はここでは、液浸液と基板１０１との界面における相対速度とする。理由は、本実施例では、液浸液と基板１０１との界面に作用するせん断応力の大きさを問題とするからである。また、液浸液と基板１０１との相対速度はここでは、液浸液と基板１０１との最大相対速度とする。この場合、洗浄液と基板１０１との相対速度を液浸液と基板１０１との最大相対速度よりも速くすることで、洗浄液と基板１０１との相対速度は常に液浸液と基板１０１との相対速度よりも速くなる。
【００５４】
ここでは、洗浄液と液浸液は同じ液体であるが、本実施例において、洗浄液と液浸液は異なる液体でもよい。基板表面に付着している洗浄対象物質が有機物質である場合には、洗浄液は、酸化性を有する液体とする事が好ましい。こうした液体の例として、オゾン水や過酸化水素水が挙げられる。こうした液体により、レジスト膜１２１の表層に偏析している光酸発生剤や溶解抑止剤や、カバー膜１３１上のコンタミネーション等が、より強力な洗浄作用で除去される。また、コンタミネーションやパーティクルの持つ電荷を相殺する効果のある炭酸水を用いても、同様の強力な除去作用が得られる。
【００５５】
レジスト膜１２１は、化学増幅型のレジスト膜でも、化学増幅型以外のレジスト膜でも構わない。ただし、本実施例の洗浄処理は特に、化学増幅型のレジスト膜の洗浄に有効である。理由は、化学増幅型のレジスト膜は、コンタミネーションが特に問題になりやすいレジスト膜であるからである。本実施例の洗浄方法によれば、化学増幅型のレジスト膜におけるコンタミネーションの問題が、効果的に抑制されることになる。
【００５６】
本実施例では、洗浄作用の評価方法の例として、真球ビーズを用いた実験について取り上げた。しかし、洗浄作用の評価方法としては、洗浄作用を定量的に評価可能なその他の評価方法を採用しても構わない。このような評価方法により、上記液厚や上記相対速度を適切に設定することができる。
【００５７】
洗浄液と基板１０１との相対流速を制御する手法としては、種々の方法が考えられる。例えば、平口を有し、液厚を制御可能なジェットノズルを用いてもよい。この場合には、基板１０１を回転させた状態で、洗浄液を所望の流速でジェットノズルから基板１０１の表面に供給し、当該ノズルを基板１０１の径方向に走査させてもよい。
【００５８】
本実施例の洗浄処理は、上記の洗浄装置４０１以外の洗浄装置で実行しても構わない。本実施例の洗浄処理は例えば、通常の回転洗浄で実行してもよい。この場合には例えば、回転速度や洗浄液供給量の制御により、洗浄液の液厚ｄや、洗浄液と基板１０１との相対速度を制御可能である。ただし、この場合、液厚ｄは、基板１０１と洗浄冶具４２１との間に介在する洗浄液の液厚ではなく、より一般的に、基板１０１上に形成される洗浄液の層の液厚となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】基板の側方断面図である（洗浄前）。
【図１Ｂ】基板の側方断面図である（洗浄前）。
【図１Ｃ】基板の側方断面図である（洗浄前）。
【図１Ｄ】基板の側方断面図である（洗浄前）。
【図２】液浸露光中の基板を示した上面図である。
【図３】露光マップを示した上面図である。
【図４Ａ】基板の側方断面図である（液浸露光後）。
【図４Ｂ】基板の側方断面図である（液浸露光後）。
【図５Ｘ】液浸露光装置の側面図である。
【図５Ｙ】液浸露光装置の上面図である。
【図６Ｘ】洗浄装置の側面図である。
【図６Ｙ】洗浄装置の上面図である。
【図７】洗浄中の基板を示した上面図である。
【図８】洗浄冶具の移動速度について説明するための上面図である。
【図９Ａ】基板の側方断面図である（現像後）。
【図９Ｂ】基板の側方断面図である（現像後）。
【図１０Ａ】基板の側方断面図である（エッチング加工後）。
【図１０Ｂ】基板の側方断面図である（エッチング加工後）。
【符号の説明】
【００６０】
１０１  基板
１１１  被加工膜
１２１  レジスト膜
１３１  カバー膜
１４１  レジスト膜パターン
２０１  液浸領域
２１１  液浸露光ステージ
２１２  液浸補助ステージ
２２１  露光領域
３０１  液浸露光装置
３１１  液浸液
３２１  液浸露光冶具
３３１  露光レンズ
４０１  洗浄装置
４１１  洗浄液
４２１  洗浄冶具
４２２  洗浄液供給部
４２３  洗浄液排出部
４３１  洗浄制御部
５０１  洗浄領域
５１１  洗浄ステージ
５１２  洗浄補助ステージ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ｘ】
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【図５Ｙ】
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【図６Ｘ】
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【図６Ｙ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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