(57)【要約】【課題】寸法ばらつき及び欠陥を可及的に低減したレジストパターンを高いスループットで形成する。【解決手段】基板上にレジスト膜を形成し、  減圧処理を施した後に、減圧状態の下で前記レジスト膜に露光処理を施し、  常温換算の相対湿度が所定の範囲に保たれたガスを、減圧環境下に導入することにより、減圧状態を解放しながら前記レジスト膜を加湿する、減圧解放処理を行い、  前記減圧解放処理の後、前記レジスト膜を加熱するベーク処理を行い、  前記レジスト膜を現像する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜を形成し、
減圧処理を施した後に、減圧状態の下で前記レジスト膜に露光処理を施し、
常温換算の相対湿度が所定の範囲に保たれたガスを、減圧環境下に導入することにより、減圧状態を解放しながら前記レジスト膜を加湿する、減圧解放処理を行い、
前記減圧解放処理の後、前記レジスト膜を加熱するベーク処理を行い、
前記レジスト膜を現像する、
ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレジストパターンの形成方法であって、
前記レジスト膜は化学増幅型レジスト膜であり、前記減圧解放処理における雰囲気の常温換算の相対湿度は１０％以上７０％以下である、ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレジストパターンの形成方法であって、
前記ベーク処理は、前記化学増幅型レジスト膜を室温以上１３０℃以下の温度に加熱することにより行われる、ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載のレジストパターンの形成方法であって、
温調装置により前記基板の温度を、所定の露光基板温度より大きい調整基板温度に調整し、この後、前記減圧処理を行うことにより前記基板の温度を前記露光基板温度とし、この後、前記露光基板温度とした前記基板に対して前記露光処理を行う、
ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレジストパターンの形成方法であって、
前記基板の温度の調整は、空気または不活性ガスの雰囲気中で行われることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスのさらなる微細化を実現するため、軟Ｘ線（ＥＵＶ）や電子線（ＥＢ）などを露光源として用いる次世代リソグラフィー技術が活発に研究開発されている。この次世代リソグラフィーに用いられるレジストは、露光源の強度やスループットを考慮すると、高感度であることが望ましい。そのようなレジスト材料の一つとして、化学増幅型レジスト（Chemical Amplification Resist，ＣＡＲ）がある。露光光が化学増幅型レジストに照射されると、レジスト中に酸が発生する。その後、ベーク処理を行うことにより、この酸を触媒として熱分解反応（酸触媒反応）が起こり、現像剤に対するレジストの溶解性が変化する。このことを利用して、所望のパターンを得ることができる。露光で発生した酸が少量であっても、熱処理時の拡散によって連鎖的に反応が進行するため、極めて高い感度が得られる。
【０００３】
この化学増幅型レジストを用いて微細パターンを作製する際には、露光により発生する酸の拡散距離を制御することが重要である。なぜなら、酸の拡散距離が大きすぎると解像性が劣化し、小さすぎると感度が低下するからである。
【０００４】
また、化学増幅型レジストを用いたときの問題の一つとして、像質歪（照射されたパターン像と現像したパターン像とのずれ）が発生することが挙げられる。この像質歪に寄与する第１の因子として、酸拡散があるとされる（非特許文献１）。レジスト中に含まれる光酸発生剤（ＰＡＧ）から発生する酸と、ポリマー・マトリックス内の移動度がこの因子に影響を与える。このポリマー・マトリックス内の移動度は、ポリマーに含まれる化学的官能性、マトリックスの自由体積、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）、および露光後に行われるベーク処理の温度と時間に左右される。
【０００５】
像質歪に寄与する第２の因子は、反応成長と説明される（非特許文献１及び２）。この反応成長は、アーレニウス的挙動によって最もよく説明できる。活性化エネルギー（エンタルピー）、生成物の揮発度（エントロピー）、ならびに水分などの脱保護反応依存共反応体の利用可能性および濃度が、元の酸分布から離れて反応が成長する程度を決定するとされている。
【０００６】
さらに、像質歪には温度依存性があることが認められている。Ｂｒｅｙｔａ他は、適当な焼成条件が、化学増幅型レジストで実現できる解像度を最適化できることを開示している（特許文献１）。
【０００７】
ところで、前述の酸触媒反応は加水分解の一種であるため、水分の存在下で容易に反応が進む。しかし、電子ビーム露光やＥＵＶ露光では、露光光が空気中の分子により吸収されることを防止するために、露光は真空中（１０−６Ｐａ程度）で行われる。このため、レジスト膜中の水分が露光プロセスの間に奪われてしまい、露光後のベーク工程における酸触媒反応が不十分となってしまう。その結果、感度が著しく低下するという問題があった。ＩＢＭのデビッド・アール・メデイロスらは、アセタール系化学増幅型レジストの露光後のベーク処理を、相対湿度１０％〜８０％の湿度雰囲気中で行う手段を開示している（特許文献２）。しかし、所望の品質のレジストパターンを得ることは困難であった。
【０００８】
また、次世代リソグラフィー技術を用いたレジストパターン形成プロセスのスループットを向上させることが要求されている。ＥＵＶ露光では真空中で露光が行われるため、露光機の前室において真空引き（減圧工程）を行う必要がある。この際、前室内のガスが断熱膨張することによってガスの温度が低下し、それに伴い、基板の温度が低下する。基板温度が所定の温度からずれると、基板の熱収縮・膨張により露光時に位置合わせずれやフォーカスずれが生じてしまう。よって、露光時の基板温度は厳密に制御される必要がある。このため、基板を加熱して所定の温度に戻す、又は真空引きの速度を落とすことが考えられる。従来、真空引きを行う際の基板温度の低下に対応すべく、ロードロックに加熱手段を設けた備える露光装置が開示されている（特許文献３）。このような装置を用いた場合、従来のプロセスに対して加熱工程が追加されるため、スループットが低下するという問題があった。特に、ＥＢ露光に比べて露光時間が格段に短いＥＵＶ露光の場合、露光以外の時間がわずかでも増加すると、スループットが大幅に低下してしまう。
【特許文献１】米国特許第６，２２７，５４６号
【特許文献２】特許第３８９２０００号
【特許文献３】特開２００３−２３４２８２号公報
【非特許文献１】Hinsberg 他、Proc. SPIE、2000年、3999、148
【非特許文献２】Houle 他、J. Vac. Sci. Technol B、2000年、18、1874
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、寸法ばらつき及び欠陥を可及的に低減したレジストパターンを高いスループットで形成可能なレジストパターン形成方法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】
【００１０】
本発明によれば、基板上にレジスト膜を形成し、減圧処理を施した後に、減圧状態の下で前記レジスト膜に露光処理を施し、常温換算の相対湿度が所定の範囲に保たれたガスを、減圧環境下に導入することにより、減圧状態を解放しながら前記レジスト膜を加湿する、減圧解放処理を行い、前記減圧解放処理の後、前記レジスト膜を加熱するベーク処理を行い、前記レジスト膜を現像する、ことを特徴とするレジストパターンの形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、寸法ばらつき及び欠陥を可及的に低減したレジストパターンを高いスループットで形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明者らが本発明をするに至った経緯について説明する。
【００１３】
本発明者らは、次世代リソグラフィー技術を用いて高品質なレジストパターンを高スループットで形成すべく、検討を行っていた。前述のように、従来、真空中の露光でレジスト膜中の水分が失われることにより低下したレジスト感度を回復させるために、露光後ベーク処理中に加湿する方法があった。しかし、ベーク温度が比較的低温（１５℃〜６０℃）であるために、十分なレジスト感度が得られなかった。さらに、本発明者らは独自に実験を行った結果、この方法ではベーク処理と同時に加湿するためレジスト面内に水分が均一に取り込まれず、面内における反応速度のばらつきが生じ、現像後のレジストパターンの寸法ばらつき（面内寸法差）が大きくなる虞があることを知得した。そうした場合、この面内寸法差により局所的に寸法が変動すると、パターン倒れやショート欠陥が発生してしまい、所望の品質のレジストパターンを得ることができない。
【００１４】
以下、本発明に係る３つの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
第１の実施形態と第２の実施形態は露光後ベーク処理前に加湿する点で共通する。相違点の一つは、使用するレジストである。第１の実施形態では、化学増幅型レジストを使用するのに対して、第２の実施形態では、非化学増幅型レジストを使用する。第３の実施形態は、基板を露光装置に搬入する前に基板温度の調整を行うことを特徴の一つとする。
【００１６】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。図１は、レジストパターン形成に用いられるレジスト塗布／現像システム１００及びＥＵＶ露光システム２００の概略構成を示している。この図からわかるように、レジスト塗布／現像システム１００は、レジスト塗布ユニット１０１と、レジストベークユニット１０２と、現像ユニット１０３とを備える。また、ＥＵＶ露光システム２００は、第１のチャンバー２０１（露光機前室）と、ＥＵＶ露光ユニット２０２（露光機本体）と、第２のチャンバー２０３と、第３のチャンバー２０４と、露光後ベーカー２０５とを備える。図１中の矢印は搬送される基板の流れを示している。
【００１７】
次に、ＥＵＶ露光システム２００の第２のチャンバー２０３及び第３のチャンバー２０４の構成について説明する。図２は、第２のチャンバー２０３と第３のチャンバー２０４の構成を示している。
【００１８】
各チャンバー間は、図１及び図２からわかるように、ゲートバルブで仕切られている。即ち、ＥＵＶ露光ユニット２０２と第２のチャンバー２０３との間にゲートバルブ１が設けられている。第２のチャンバー２０３と第３のチャンバー２０４との間にゲートバルブ５が設けられている。第３のチャンバー２０４と露光後ベーカー２０５との間にゲートバルブ１９が設けられている。
【００１９】
第２のチャンバー２０３は、真空ゲージ２、真空引き口３及びパージ口４を備えている。図２からわかるように、パージラインＰＬ１を通して窒素ガス（Ｎ２）を第２のチャンバー２０３に導入することができる。このパージラインＰＬ１は、開閉弁８と、マスフローコントローラ７とを有し、湿度を含まない窒素ガス（湿度０％の窒素ガス）を流量制御してパージ口４より第２のチャンバー２０３内に導入する。マスフローコントローラ７は、第２のチャンバー２０３への窒素ガスの導入量を制御し、また、真空ゲージ２の計測値をフィードバックして動作する機能を備える。
【００２０】
第３のチャンバー２０４は、２つのパージ口１４，１５、湿度計１６、真空ゲージ１７及び真空引き口１８を備えている。図２からわかるように、パージラインＰＬ２及びＰＬ３を通して窒素ガス（Ｎ２）を第３のチャンバー２０４に導入することができる。第３のチャンバー２０４の内壁は結露しないように超撥水加工が施されている。
【００２１】
パージラインＰＬ２は、開閉弁９と、マスフローコントローラ１３とを有し、湿度を含まない窒素ガスを流量制御してパージ口１４より第３のチャンバー２０４内に導入する。マスフローコントローラ１３は、第３のチャンバー２０４への窒素ガスの導入量を制御し、また、真空ゲージ１７の計測値をフィードバックして動作する機能を備える。
【００２２】
パージラインＰＬ３は、開閉弁１０と、湿度制御装置１１と、マスフローコントローラ１２とを有し、湿度が制御された窒素ガスを第３のチャンバー２０４内に導入することができる。マスフローコントローラ１２は、第３のチャンバー２０４への窒素ガスの導入量を制御し、また、真空ゲージ１７の計測値をフィードバックして動作する機能を備える。湿度制御装置１１はパージ口１５より導入される窒素ガスの湿度を調整し、また、湿度計１６によって計測された第３のチャンバー２０４内の湿度の計測値をフィードバックして動作する機能を有する。このような手段により、パージ口１５から導入される窒素ガスの湿度および流量が制御される。なお、窒素ガスの湿度制御及び流量制御を行う際、パージ速度が乱れる。その乱れを補正するために、マスフローコントローラ１３がパージ口１４から導入される窒素ガスの導入量を微調整する。
【００２３】
上記のようにしてパージ口１４及びパージ口１５から導入される窒素ガスの流量がそれぞれ制御される。これにより、第３のチャンバー２０４内の圧力及び相対湿度を制御することができる。
【００２４】
以下、本実施形態に係るレジストパターン形成のプロセスを、図３に沿って説明する。
【００２５】
（１）まず、被加工基板の上に少なくとも１層のハードマスク材が形成された基板を、レジスト塗布ユニット１０１に搬送し、ハードマスク材の上にアセタール系の化学増幅型レジスト膜を形成する（ステップＳ１０１）。
【００２６】
（２）次に、基板をレジストベークユニット１０２に搬送し、露光前ベーク処理を行う（ステップＳ１０３）。この露光前ベークの処理温度Ｔｐｒｅは、露光中の基板の温度をＴａ[℃]とすると、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋８０である。より好ましくは、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋１０である。ベーク時間は１０秒以上１２０秒以下である。なお、この露光前ベーク処理を省略することもある。
【００２７】
（３）次に、ＥＵＶ露光を行うため、基板を第１のチャンバー２０１に搬入する（ステップＳ１０５）。
【００２８】
（４）次に、第１のチャンバー２０１の真空引き（減圧処理）を開始する（ステップＳ１０７）。
【００２９】
（５）次に、第１のチャンバー２０１の圧力がＥＵＶ露光機の規定値に達すると、基板をＥＵＶ露光ユニット２０２に搬入する（ステップＳ１０９）。
【００３０】
（６）次に、ＥＵＶ露光ユニット２０２において、減圧状態の下でＥＵＶ露光を行う（ステップＳ１１１）。これにより所望のパターンがレジスト膜に露光される。
【００３１】
（７）次に、基板をＥＵＶ露光ユニット２０２から第２のチャンバー２０３に移動する（ステップＳ１１３）。なお、基板を移動する前に、第２のチャンバー２０３はＥＵＶ露光ユニット２０２の圧力と同じ圧力まで真空引きされている。
【００３２】
（８）次に、第２のチャンバー２０３の圧力を、ＥＵＶ露光ユニット２０２の圧力から、それよりも高い第１の圧力まで上昇させる（ステップＳ１１５）。第１の圧力は、１０−１Ｐａから１０−４Ｐａの間である。圧力を上げる方法について、図４を用いてより詳細に説明する。図４は第２のチャンバー２０３及び第３のチャンバー２０４の制御模式図である。この図に示すように、開閉弁８及び９は開放されている。そして、第２のチャンバー２０３及び第３のチャンバー２０４の圧力が第１の圧力になるように、マスフローコントローラ７，１３はそれぞれ真空ゲージ２，１７の計測値を参照しながら窒素ガスを導入する。そして、第２のチャンバー２０３と第３のチャンバー２０４の圧力が概ね第１の圧力になった段階で、窒素ガスの導入を停止する。
【００３３】
（９）次に、ゲートバルブ５を開放し、基板を第２のチャンバー２０３から第３のチャンバー２０４に移動させる（ステップＳ１１７）。
【００３４】
（１０）次に、ゲートバルブ５を閉じた後、第３のチャンバー２０４のパージ口１４及び１５からに窒素ガスを導入し、第３のチャンバー２０４の圧力を常圧まで上げる減圧解放工程を行う（ステップＳ１１９）。常圧まで上げるのに要する時間は１〜２分程度である。なお、この間、次の基板を受け入れるために、第２のチャンバー２０３の真空引きを行う。
【００３５】
この減圧解放工程について、図５の制御模式図を用いてより詳細に説明する。パージ口１５及び１４からそれぞれ、所定の常圧換算の相対湿度に調整された窒素ガス及び湿度を含まない窒素ガスを、マスフローコントローラ１２，１３により導入量を微調整しながら、所定の割合で導入する。それにより、第３のチャンバー２０４内の常圧換算の相対湿度を１０％以上７０％以下に保ちながら、第３のチャンバー２０４の内圧を常圧まで上げる。ここで、常温換算の相対湿度は、好ましくは、３０％以上６０％以下に保たれる。特に好ましくは４５％に保たれる。この場合、パージ口１５及び１４からそれぞれ常圧換算の相対湿度が６０％の窒素ガス及び湿度を含まない窒素ガスを、１：０．３３の割合で導入する。
【００３６】
上記の減圧解放工程の間に、適度な水分がレジスト膜中に均一に取り込まれる。この適度な水分により、露光後のベーク工程において、十分な感度が得られ、かつ解像性を劣化させない程度の酸触媒反応を起こすことができる。
【００３７】
（１１）次に、第３のチャンバー２０４の圧力が常圧であり、かつ、相対湿度が所望値（例えば４５％）になったことを確認した後、第３のチャンバー２０４への窒素ガスの導入を停止する。そして、第３のチャンバー２０４のゲートバルブ１９を開放し、基板を第３のチャンバー２０４から露光後ベーカー２０５に移動する（ステップＳ１２１）。なお、基板を移動した後、ゲートバルブ１９を閉じて第３のチャンバー２０４の真空引きを行い、次の基板を処理する準備をする。
【００３８】
（１２）次に、露光後ベーカー２０５において、レジスト膜を加熱するベーク処理を行う（ステップＳ１２３）。このベーク処理により酸触媒反応が起こる。ベーク処理の温度は室温以上１３０℃以下であり、ベーク時間は３０秒以上１２０秒以下である。なお、このベーク処理の雰囲気として、水分を含む窒素ガスを用いてもよい。
【００３９】
（１３）次に、基板を露光後ベーカー２０５から現像ユニット１０３に移動させ、現像処理ユニット１０３でレジスト膜の現像を行い、露光部分又は非露光部分を選択的に除去し、レジストパターンを形成する（ステップＳ１２５）。
【００４０】
以上、本実施形態に係るレジストパターンの形成プロセスを説明した。上記のプロセスにより、ハーフピッチ２５ｎｍのレジストパターンが得られた。
【００４１】
上記の説明ではアセタール系の化学増幅型レジストを使用したが、本実施形態はこれにかぎらず、真空中での露光を含むプロセスに用いられる、あらゆる化学増幅型レジストに適用することができる。露光形態についてもＥＵＶ露光に限らず、ＥＵＶ露光と同じく真空中で露光するＥＢ露光にも適用可能である。
【００４２】
上記の説明において、ＥＵＶ露光システム２００の露光機後室は２つのチャンバー（第２のチャンバー２０３と第３のチャンバー２０４）で構成されていたが、第２のチャンバー２０３を省き、第３のチャンバー２０４のみで構成してもよい。
【００４３】
次に、減圧解放工程（ステップＳ１１９）における望ましい湿度条件について、相対湿度と形成されたレジストパターンの品質の関係を調べた結果に基づいて説明する。
【００４４】
種々のアセタール系の化学増幅型レジストについて調べた結果は以下の通りである。
【００４５】
常圧換算の相対湿度が１０％未満の場合、レジストの感度は向上するものの、パターン寸法の面内均一性が悪いという結果が得られた。よって、感度向上については若干の湿度があれば効果が見られるものの、均一性の観点では概ね常圧換算の相対湿度が１０％以上であることが望ましいことがわかった。
【００４６】
常圧換算の相対湿度が７０％より大きい場合、露光後ベーク処理の後にウォータマーク（watermark）という欠陥が見られた。これは、水分が過剰であることによりレジスト表面に水分が吸着し、この吸着した水分がウォータマークを生じせしめたためと考えられる。
【００４７】
従って、減圧解放工程における第３のチャンバー２０４内の常圧換算の相対湿度が１０％以上７０％以下であれば、パターン寸法の面内均一性が良好で、且つ低欠陥であるという条件を満足することができる。また、この常圧換算の相対湿度は、好ましくは、面内均一性が非常に良好で欠陥数もほぼ０であった、３０％以上６０％以下である。
【００４８】
一方、アセタール系以外の化学増幅型レジストについて調べた結果は次の通りである。アセタール系以外の化学増幅型レジスト（例えばアクリル系、コマ系などの化学増幅型レジスト）に対しても、減圧解放工程における常圧換算の相対湿度は概ね１０％以上７０％以下であればよい。また、この常圧換算の相対湿度は、好ましくは、面内均一性が非常に良好で欠陥数もほぼ０であった、３０％以上６０％以下である。
【００４９】
なお、上記の説明ではチャンバーに導入するガスとして窒素ガスを用いたが、これ以外の不活性ガス（例えばＡｒガスなど）を用いてもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、寸法ばらつき及び欠陥を可及的に低減したレジストパターンを形成することができる。また、減圧解放工程において加湿するため高いスループットを維持できる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。本実施形態と第１の実施形態の相違点の一つは、前述のように使用するレジストである。第１の実施形態では化学増幅型レジストを使用するのに対して、第２の実施形態では非化学増幅型レジストを使用する。
【００５２】
使用するシステムは、第１の実施形態と同じであり、図１に示すレジスト塗布／現像システム１００及びＥＵＶ露光システム２００である。
【００５３】
以下、本実施形態に係るレジストパターン形成プロセスを、図６に沿って説明する。
【００５４】
（１）まず、被加工基板の上に少なくとも１層のハードマスク材が形成された基板を、レジスト塗布ユニット１０１に搬送し、ハードマスク材の上に非化学増幅型の低分子レジスト膜を形成する（ステップＳ２０１）。低分子レジストとして、例えば、ポリフェノール誘導体をベースとしたものを用いる。
【００５５】
（２）次に、基板をレジストベークユニット１０２に搬送し、露光前ベーク処理を行う（ステップＳ２０３）。この露光前ベークの処理温度Ｔｐｒｅは、露光中の基板の温度をＴａ[℃]とすると、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋８０である。より好ましくは、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋１０である。ベーク時間は１０秒以上１２０秒以下である。なお、この露光前ベーク処理を省略することもある。
【００５６】
（３）次に、ＥＵＶ露光を行うため、基板を第１のチャンバー２０１に搬入する（ステップＳ２０５）。
【００５７】
（４）次に、第１のチャンバー２０１の真空引き（減圧処理）を開始する（ステップＳ２０７）。
【００５８】
（５）次に、第１のチャンバー２０１の圧力がＥＵＶ露光機の規定値に達すると、基板をＥＵＶ露光ユニット２０２に搬入する（ステップＳ２０９）。
【００５９】
（６）次に、ＥＵＶ露光ユニット２０２において、減圧状態の下でＥＵＶ露光を行う（ステップＳ２１１）。これにより所望のパターンがレジスト膜に露光される。
【００６０】
（７）次に、基板をＥＵＶ露光ユニット２０２から第２のチャンバー２０３に移動する（ステップＳ２１３）。なお、基板を移動する前に、第２のチャンバー２０３はＥＵＶ露光ユニット２０２の圧力と同じ圧力まで真空引きされている。
【００６１】
（８）次に、第２のチャンバー２０３の圧力を、ＥＵＶ露光ユニット２０２の圧力から、それよりも高い第１の圧力まで上昇させる（ステップＳ２１５）。第１の圧力は、１０−１Ｐａから１０−４Ｐａの間である。圧力を上昇させる方法の詳細は第１の実施形態（ステップＳ１１５）と同様である。
【００６２】
（９）次に、ゲートバルブ５を開放し、基板を第２のチャンバー２０３から第３のチャンバー２０４に移動させる（ステップＳ２１７）。
【００６３】
（１０）次に、ゲートバルブ５を閉じた後、第３のチャンバー２０４のパージ口１４及び１５から窒素ガスを導入し、第３のチャンバー２０４の圧力を常圧まで上げる減圧解放工程を行う（ステップＳ２１９）。常圧まで上げるのに要する時間は１〜２分程度である。なお、この間、次の基板を受け入れるために、第２のチャンバー２０３の真空引きを行う。
【００６４】
この減圧解放工程について、第１の実施形態と同様、パージ口１５及び１４からそれぞれ、所定の常圧換算の相対湿度に調整された窒素ガス及び湿度を含まない窒素ガスを、マスフローコントローラ１２，１３により導入量を微調整しながら、所定の割合で導入する。それにより、第３のチャンバー２０４内の常圧換算の相対湿度を２０％以上７０％以下に保ちながら、第３のチャンバー２０４の内圧を常圧まで上げる。ここで、常温換算の相対湿度は、好ましくは、４０％以上６０％以下に保たれる。特に好ましくは５０％に保たれる。この場合、パージ口１５及び１４からそれぞれ常圧換算の相対湿度が６０％の窒素ガス及び湿度を含まない窒素ガスを、１：０．２の割合で導入する。
【００６５】
上記の減圧解放工程の間に、露光後のベーク工程において定在波により生じる感光率差を平滑化するのに必要な水分がレジスト膜中に取り込まれる。
【００６６】
（１１）次に、第３のチャンバー２０４の圧力が常圧であり、かつ、相対湿度が所望値（例えば５０％）になったことを確認した後、第３のチャンバー２０４への窒素ガスの導入を停止する。そして、第３のチャンバー２０４のゲートバルブ１９を開放し、基板を第３のチャンバー２０４から露光後ベーカー２０５に移動する（ステップＳ２２１）。なお、基板を移動した後、ゲートバルブ１９を閉じて第３のチャンバー２０４の真空引きを行い、次の基板を処理する準備をする。
【００６７】
（１２）次に、露光後ベーカー２０５において、レジスト膜を加熱するベーク処理を行う（ステップＳ２２３）。ベーク処理の温度は８０℃以上１３０℃以下であり、ベーク時間は３０秒以上１２０秒以下である。なお、このベーク処理の雰囲気として、水分を含む窒素ガスを用いてもよい。
【００６８】
（１３）次に、基板を露光後ベーカー２０５から現像ユニット１０３に移動させ、現像処理ユニット１０３でレジスト膜の現像を行い、露光部分または非露光部分を選択的に除去し、レジストパターンを形成する（ステップＳ２２５）。
【００６９】
以上、本実施形態に係るレジストパターンの形成プロセスを説明した。上記のプロセスにより、ハーフピッチ２０ｎｍのレジストパターンが得られた。また、従来のように、ＥＵＶ露光後に湿度を含まない窒素ガスで常圧まで圧力を上げた場合には、ラインエッジラフネス（ＬＥＲ）は２．５ｎｍ程度であったが、本実施形態の方法の場合には２．０ｎｍまで改善できた。
【００７０】
上記の説明ではポリフェノール誘導体をベースとした非化学増幅型レジストを使用したが、本実施形態はこれに限らない。本実施形態は、ベンゼン骨格を有する種々のベース分子を用いたレジストに適用可能であり、同等の性能が得られることが確認されている。また、本実施形態は、低分子レジストに限らず、樹脂系の非化学増幅型レジスト（例えばポリメチルメタクリレートなど）にも適用可能であり、同等の性能が得られることが確認されている。露光形態についてもＥＵＶ露光に限らず、ＥＵＶ露光と同じく真空中で露光するＥＢ露光にも適用可能である。
【００７１】
上記の説明において、ＥＵＶ露光システム２００の露光機後室は２つのチャンバー（第２のチャンバー２０３と第３のチャンバー２０４）で構成されていたが、第２のチャンバー２０３を省き、第３のチャンバー２０４のみで構成してもよい。
【００７２】
次に、減圧解放工程（ステップＳ２１９）における望ましい湿度条件について、相対湿度と形成されたレジストパターンの品質の関係を調べた結果に基づいて説明する。種々の低分子または高分子非化学増幅型レジストについて調べた結果は以下の通りである。
【００７３】
常圧換算の相対湿度が２０％未満の場合、ラインエッジラフネスの改善はみられたものの、面内での寸法ばらつきが大きいという結果が得られた。よって、ＬＥＲ改善と均一性の観点では概ね常圧換算の相対湿度は２０％以上であることが望ましいことがわかった。
【００７４】
常圧換算の相対湿度が７０％より大きい場合、露光後ベーク処理の後にウォータマークという欠陥が見られた。これは、水分が過剰であることによりレジスト表面に水分が吸着し、この吸着した水分がウォータマークを生じせしめたためと考えられる。
【００７５】
従って、減圧解放工程における第３のチャンバー２０４内の常圧換算の相対湿度が２０％以上７０％以下であれば、ＬＥＲが改善し、面内均一性が良好で、かつ低欠陥であるという条件を満足することができる。また、この常圧換算の相対湿度は、好ましくは、ＬＥＲ及び面内均一性が非常に良好で欠陥数もほぼ０であった、４０％以上６０％以下である。
【００７６】
なお、上記の説明ではチャンバーに導入するガスとして窒素ガスを用いたが、これ以外の不活性ガス（例えばＡｒガスなど）を用いてもよい。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、寸法ばらつき及び欠陥を可及的に低減したレジストパターンを形成することができる。さらに、ラインエッジラフネスを低減させることができる。また、減圧解放工程において加湿するため高いスループットを維持できる。
【００７８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るレジストパターン形成方法について説明する。本実施形態は、第１のチャンバー２０１に基板を搬入する前に基板温度を調整することで減圧処理後の加熱工程を不要とし、スループットの向上を図るものである。
【００７９】
使用するシステムは、第１及び第２の実施形態と同じであり、図１に示すレジスト塗布／現像システム１００及びＥＵＶ露光システム２００である。
【００８０】
以下、本実施形態に係るレジストパターン形成プロセスを、図７及び図８を用いて説明する。図７は本実施形態に係るプロセスフローを示し、図８は工程と基板温度との関係の一例を示している。
【００８１】
（１）まず、被加工基板の上に少なくとも１層のハードマスク材が形成された基板を、レジスト塗布ユニット１０１に搬送し、ハードマスク材の上にレジスト膜を形成する（ステップＳ３０１）。
【００８２】
（２）次に、基板をレジストベークユニット１０２に搬送し、露光前ベーク処理を行う（ステップＳ３０３）。このとき、基板温度は、露光中の基板温度であるＴａ[℃]（例えば、室温の２３℃）からＴｐｒｅ[℃]まで上昇させる。ここで、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋８０である。より好ましくは、Ｔａ＜Ｔｐｒｅ＜Ｔａ＋１０である。ベーク時間は１０秒以上１２０秒以下である。ベーク処理前の基板温度はＴａに限られない。なお、この露光前ベーク処理を省略することもある。
【００８３】
（３）次に、露光前ベーク処理が終了した後、温調装置３０を用いて基板温度の調整を行う（ステップＳ３０５）。この温調装置３０は、レジスト塗布／現像システム１００とＥＵＶ露光システム２００のインタフェース部、及び基板をレジスト塗布／現像システム１００からＥＵＶ露光システム２００に搬送する搬送装置に設けられている。この温調装置３０の構成について説明する。図９に示すように、この温調装置３０はチャンバー３１と、ギャップピン３３を有するホットプレート３２を備える。このホットプレート３２の上にレジスト３５の塗布された基板３４が載せられる。基板３４はギャップピン３３のみにより支持されるため基板裏面へのゴミの付着等が防止される。基板３４とホットプレート間の間隔（Ｇａｐ）は約１００μｍ〜２００μｍである。そして、乾燥空気（Ｄｒｙ  Ａｉｒ）または乾燥した不活性ガス（例えば窒素ガス）の雰囲気中で基板温度が調整される。基板温度は、図８に示すように、Ｔａ＋αに調整される。例えば、α＝５℃である。αは、後述の第１のチャンバー２０１における真空引き工程の後に基板温度が露光中の温度Ｔａになるように、予め実験的又は理論的に決められる値である。基板はチャンバー３１内のガスの対流により温度調整されるため、輻射による真空中の温度調整の場合と比べて温度調整に要する時間が短縮される。図８からわかるように、基板温度はレジスト塗布／現像システム１００のインタフェース部でＴａ＋αに調整され、搬送装置及びＥＵＶ露光システム２００のインタフェース部にてその温度に保持される。
【００８４】
（４）次に、基板を第１のチャンバー２０１に搬入する（ステップＳ３０７）。
【００８５】
（５）次に、第１のチャンバー２０１の圧力が規定値に達するまで真空引き（減圧処理）を行う（ステップＳ３０９）。この減圧処理に伴って基板温度が低下する。そして、図８に示すように、減圧処理が完了した時点で基板の温度は露光中の所定の温度Ｔａとなる。
【００８６】
（６）次に、基板をＥＵＶ露光ユニット２０２に搬入する（ステップＳ３１１）。
【００８７】
以降の工程は、通常行われる露光・現像工程、第１の実施形態（ステップＳ１１１〜ステップＳ１２５）又は第２の実施形態（ステップＳ２１１〜ステップＳ２２５）と同様であるので説明を省略する。
【００８８】
なお、上記の説明では、基板温度の調整はレジスト塗布／現像システム１００のインタフェース部で行い、搬送装置及びＥＵＶ露光システム２００のインタフェース部にて調整された温度を保持して行ったが（図８参照）、調整方法はこれに限定されるものではない。基板温度の調整は、例えば、搬送装置のみで行ってもよいし、インタフェース部のみで行っても良い。使用する温調装置３０の組合せは任意である。また、複数の温調装置に跨って温度調整を行ってもよい。
【００８９】
図８では露光前ベーク終了後、基板温度をＴａまで下げてからＴａ＋αに上げているが、露光前ベーク終了後の基板温度がＴａ＋αとなるようにし、温調装置ではその温度に維持するようにしてもよい。
【００９０】
上記の方法は、ＥＵＶ露光に限らず、例えばＥＢ露光など真空中で行う露光に適用可能である
本実施形態によれば、減圧処理後に基板温度を上げる工程が不要となる。さらに、インタフェース部での待機時間や搬送装置での搬送時間に基板の温度調整を行うため、真空中で露光を行う工程を含むレジストパターン形成プロセスのスループットを向上させることができる。より具体的には、真空引き後に基板温度を上昇させる場合に比べて、ウエーハ１枚あたり１０秒〜２０秒の短縮化される。量産時のスループットが約１００ＷＰＨ（Ｗａｆｅｒ  Ｐｅｒ  Ｈｏｕｒ）以上であることを考慮すると、大幅なスループットの向上が可能である。また、本実施形態は、既存の装置に設けられている温調装置を利用しているため、従来の工程に与える影響が少ないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】レジスト塗布・現像システム及びＥＵＶ露光システムの概略構成を示す図である。
【図２】第２のチャンバー及び第３のチャンバーの構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るプロセスフローを示す図である。
【図４】第２のチャンバー及び第３のチャンバーの制御模式図である。
【図５】第２のチャンバー及び第３のチャンバーの制御模式図である。
【図６】第２の実施形態に係るプロセスフローを示す図である。
【図７】第３の実施形態に係るプロセスフローを示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る工程と基板温度の関係の一例を示す図である。
【図９】温度調整装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９２】
１，５，１９・・・ゲートバルブ、２，１７・・・真空ゲージ、３，１８・・・真空引き口、４，１４，１５・・・パージ口、７，１２，１３・・・マスフローコントローラ、８，９，１０・・・開閉弁、１１・・・温度制御装置、１６・・・湿度計、３０・・・温調装置、３１・・・チャンバー、３２・・・ホットプレート、３３・・・ギャップピン、３４・・・基板、３５・・・レジスト、１００・・・レジスト塗布／現像システム、１０１・・・レジスト塗布ユニット、１０２・・・レジストベークユニット、１０３・・・現像ユニット、２００・・・ＥＵＶ露光システム、２０１・・・第１のチャンバー、２０２・・・ＥＵＶ露光ユニット、２０３・・・第２のチャンバー、２０４・・・第３のチャンバー、２０５・・・露光後ベーカー、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３・・・パージライン
【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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