JP4328667B2

JP4328667B2 - 基板の処理膜の表面荒れを改善する方法及び基板の処理装置

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Publication number: JP4328667B2
Application number: JP2004151372A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎稲富
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005019969A

Description

本発明は，基板の処理膜の表面荒れを改善する方法及び基板の処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では，例えば半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）の下地膜上にレジスト液が塗布され，レジスト膜が形成されるレジスト塗布処理，ウェハに所定のパターンが露光される露光処理，露光後のウェハが現像される現像処理，ウェハの下地膜などを蝕刻するエッチング処理等が行われて，ウェハ上に所定の回路パターンが形成される。

上記露光処理においては，平坦なレジスト膜の所定部分に光が照射され，それによって露光部分の現像液に対する溶解性が変化する。上記現像処理において，ウェハに現像液が供給されると，例えばポジ型のレジストの場合，露光部分のレジスト膜が選択的に溶けて除去され，ウェハ上に所望のレジスト膜のパターンが形成される。そして，エッチング処理においては，前記所定パターンのレジスト膜がマスクとしての機能を果たし，下層の下地膜が選択的に蝕刻されていた（例えば特許文献１参照。）。

特開２００２−７５８５４号公報

ところで，上述の現像処理が施された後のレジスト膜の表面には，例えば図１７に示すように側壁面に複数の横筋が現れて，レジスト膜Ｒの表面に凹凸ができる。これは，露光処理時にウェハの上方から照射される光の波動的性質によるものと考えられる。

上述のようにレジスト膜の表面に凹凸ができて表面が荒くなると，そのレジスト膜をマスクとして下地膜をエッチング処理した時に，下地膜には，例えば前記レジスト膜の横筋に対応したような縦筋などの凹凸が現れる。このように下地膜に縦筋ができて下地膜の表面に凹凸ができると，ウェハ上には精密な回路パターンが形成されず，所望の品質の半導体デバイスが製造されなくなる。特に，回路パターンが微細化された今日においては，僅かな凹凸が回路パターンの形状に大きく影響するため，レジスト膜の表面の荒れを改善することが重要な課題となっている。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ウェハなどの基板上に形成されたレジスト膜などの処理膜の表面荒れを改善する方法及び基板の処理装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板上に形成された処理膜の表面荒れを改善する方法であって，基板を露光し現像した後に，基板の処理膜の表面のみが溶解するように前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する工程と，
その後，前記基板を加熱する工程と，を有している。なお，このときの「溶解」は，例えば処理膜に溶剤気体が取り込まれ，処理膜が溶けて膨潤した状態をいう。

この発明によれば，基板上の処理膜の表面に溶剤気体が供給されて，処理膜の表面のみが溶解するので，処理膜の表面の凹凸が均され平滑化（スムージング）される。そしてその後，前記基板を加熱することにより，例えば溶剤気体を吸収して膨潤していた処理膜が乾燥され，焼き締められる。この結果，処理膜の表面が平坦になり，処理膜の表面荒れを改善できる。

前記基板上の処理膜の表面荒れを改善する方法は，前記処理膜の表面に溶剤気体を供給する前記工程の前に，基板を所定の温度に温度調節する工程を有していてもよい。溶剤気体の供給による処理膜表面の溶解の程度は，温度に依存する。したがって，溶剤気体の供給前に，基板の温度を所定の温度に調整しておくことによって，処理膜の表面のみを適正に溶解させることができる。また，前処理の現像処理では，基板面内の温度が僅かに不均一になることがあるので，基板の温度を調節して面内温度の均一性を向上することによって，基板面内において一様に処理膜の表面を溶解させることができる。

また本発明では，基板を露光し現像した後に，基板の表面の一部の領域に前記処理膜の溶剤気体を供給すると共に，当該溶剤気体の供給される領域を移動させることによって，前記処理膜の表面の全面に前記溶剤ガスを供給するようにしてもよい。

この発明によれば，基板の表面の一部の領域に溶剤気体を供給しつつ，その供給領域を移動させるので，基板表面の処理膜に，処理膜の表面のみが溶解する程度の適量の溶剤気体を供給することができる。
なお前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する際には，基板の上方から基板の全面に向けて前記処理膜の溶剤気体を供給するようにしてもよい。

さらにまた本発明においては，基板を露光し現像した後，前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する前に，処理膜における溶解を阻害する保護基を分解するための処理を行ってもよい。これによっていわゆるＡｒＦレジストにおいても，前記したスムージング効果を好適に実施することが可能になる。処理膜における溶解を阻害する保護基とは，例えばラクトン基がある。

このような処理膜における溶解を阻害する保護基を分解するための処理としては，紫外線やは電子線の照射を例示できる。

本発明は，フォトリソ工程におけるレジスト膜のスムージングに特に有効であるが，その場合の溶剤気体は，アセトン，プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ），Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）の各蒸気を用いることができる。より好ましい使用法については，ＫｒＦ（波長が２４８ｎｍの光源）用レジスト膜については，ＰＧＭＥＡが適し，ＡｒＦ（波長が１９３ｎｍの光源）用レジスト膜についてはＮＭＰが適している。
別な観点による本発明は，基板上に形成された処理膜の表面荒れを改善する方法であって，基板を露光し現像した後に，基板の処理膜の表面のみが溶解するようにノズルから前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する工程を有し，前記溶剤気体は，移動機構により前記ノズルを前記基板に対して相対的に移動させながら供給されることを特徴とする。

本発明の基板の処理装置は，表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，基板上の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，前記溶剤気体を吐出している状態の前記ノズルを基板に対して相対的に移動させる移動機構と，を備えたことを特徴とする。

この発明によれば，基板上に処理膜を形成し，当該基板を露光し現像した後に基板の処理膜の表面に溶剤気体を供給して，処理膜の表面のみを溶解させることができる。こうすることによって，処理膜の表面に形成された凹凸が均され平滑化され，処理膜の表面荒れを改善できる。また，基板の処理装置は前記移動機構を備えているので，例えばノズルから溶剤気体を吐出した状態で，当該ノズルを基板の表面上を移動させることによって，処理膜の表面の全面に適量の溶剤気体を供給することができる。したがって，処理膜に対し，当該処理膜の表面のみが溶解するように溶剤気体を供給することができる。

別な観点による本発明は，表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルを備え，前記ノズルは，少なくとも基板の直径よりも長い細長の吐出部を有することを特徴とする。かかる場合，例えばノズルを基板上において基板の一端部側から他端部側まで移動させることによって，基板上に形成された処理膜の表面の全面に溶剤気体を供給することができる。

また別な観点による本発明は，表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，前記基板の温度を調節する温度調節機構と，を備えたことを特徴とする。この温度調節機構によって，例えば基板に溶剤気体を供給する前に，基板の温度を調節することができる。溶剤気体による処理膜の溶解は，温度に影響されるので，予め基板を所定の温度に設定しておくことによって，処理膜の表面のみを適正に溶解させることができる。また，基板面内の温度を均一にすることができるので，基板表面の全面において処理膜表面の溶解を均等に行うことができる。

さらに別な観点による本発明は，表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，基板を加熱する加熱機構と，を備えたことを特徴とする。かかる場合，基板の処理膜の表面に溶剤気体を供給した後に，基板を熱乾燥し，基板を焼き締めることができる。なお，前記基板の処理装置は，基板を現像処理する現像処理機構を備えていてもよく，この場合同じ装置内で基板を現像し，その後溶剤を供給することができる。

前記ノズルは，吐出部の前後，すなわちノズルの移動方向の前後に仕切板を有していてもよい。これによって，吐出部から吐出された溶剤気体が周囲に拡散することを抑えることができ，全体として均一な溶剤気体の供給が行える。

本発明によれば，基板の処理膜の表面荒れを改善できるので，例えば基板上に所定寸法の回路パターンが形成され，例えばその後のエッチング処理なども好適に行え，歩留まりの向上が図られる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる基板の処理装置が搭載された塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，塗布現像処理システム１の正面図であり，図３は，塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置４との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台６上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。

ウェハ搬送体７は，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント機能を備えている。このウェハ搬送体７は，後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群G３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできるように構成されている。

処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，この主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。この塗布現像処理システム１においては，４つの処理装置群G1，G2，G3，G4が配置されており，第１及び第２の処理装置群G1，G2は塗布現像処理システム１の正面側に配置され，第３の処理装置群G3は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群G4は，インターフェイス部５に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群G5を背面側に別途配置可能となっている。前記主搬送装置１３は，これらの処理装置群G1，G2，G3，G4，G5に配置されている後述する各種処理装置に対して，ウェハＷを搬入出可能である。なお，処理装置群の数や配置は，ウェハＷに施される処理の種類によって任意に選択できる。

第１の処理装置群G1では，例えば図２に示すようにウェハＷにレジスト液を塗布し，ウェハＷ上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１７と，ウェハＷを現像する現像処理装置１８とが下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群G2には，本実施の形態にかかる基板の処理装置としての溶剤供給装置１９と，現像処理装置２０とが下から順に２段に配置されている。

第３の処理装置群G3では，例えば図３に示すようにウェハＷを冷却処理するクーリング装置３０，レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置３１，ウェハＷの受け渡しを行うためのエクステンション装置３２，レジスト液中の溶剤を蒸発させるためのプリベーキング装置３３，３４，溶剤気体が供給されたウェハＷを熱乾燥する加熱装置３５，現像処理後の加熱処理を行うポストベーキング装置３６が下から順に例えば７段に積み重ねられている。

第４の処理装置群G4では，例えばクーリング装置４０，載置したウェハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，露光後の加熱処理を行うポストエクスポージャーベーキング装置４４，４５，加熱装置４６，ポストベーキング装置４７が下から順に例えば８段に積み重ねられている。

インターフェイス部５の中央部には，図１に示すように例えばウェハ搬送体５０が設けられている。このウェハ搬送体５０はＸ方向（図１中の上下方向），Ｚ方向（垂直方向）の移動とθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の回転を自在にできるように構成されている。ウェハ搬送体５０は，第４の処理装置群G4に属するエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び露光装置４に対してアクセスして，各々に対してウェハＷを搬送できる。

次に，上述の溶剤供給装置１９の構成について詳しく説明する。図４，５に示すように溶剤供給装置１９の筐体１９ａ内の中央部には，ウェハＷを保持するチャック６０が設けられている。チャック６０の上面の保持面６０ａは，水平でウェハＷの径と同程度の円形状に形成されている。チャック６０の保持面６０ａには，図示しない複数の吸引口が設けられており，当該吸引口から吸引することによりウェハＷを吸着できる。なお，チャック６０には，シリンダなどの昇降駆動部６１が設けられており，チャック６０の保持面６０ａを上下動させて，主搬送装置１３との間でウェハＷを受け渡しできる。

例えばチャック６０の保持面６０ａ内には，ペルチェ素子６２が内蔵されている。ペルチェ素子６２は，保持面６０ａ内において偏りなく均等に配置されている。ペルチェ素子６２の電源６３は，温度制御部６４によって制御されている。この温度制御部６４によりペルチェ素子６２への給電量を変えることによってペルチェ素子６２の温度を調整し，チャック６０の保持面６０ａの温度を所定の温度に設定できる。なお，本実施の形態においては，ペルチェ素子６２，電源６３及び温度制御部６４によって温度調節機構が構成されている。

チャック６０の周囲には，例えば排気用の排気カップ７０が設けられている。排気カップ７０は，例えばチャック６０の保持面６０ａの下方に位置している。排気カップ７０は，例えば円筒状の外カップ７１と内カップ７２からなる二重構造に有し，当該外カップ７１と内カップ７２との間に排気通路７３が形成されている。外カップ７１と内カップ７２との上端部の隙間には，環状の吸入口７４が開口し，当該吸入口７４は，図５に示すように保持面６０ａの周縁部に沿うように配置されている。外カップ７１と内カップ７２との下端部の隙間には，溶剤供給装置１９の外部に設置された排気装置（図示せず）に通じる排気管７５が接続されており，チャック６０上の雰囲気を吸入口７４から適宜排気できる。

例えば図５に示すように排気カップ７０のＸ方向負方向（図５の上方向）側の側方には，Ｙ方向（図５の左右方向）に沿ったレール８０が設けられている。レール８０は，例えば排気カップ７０の一端部側の外方から他端部側の外方まで設けられている。レール８０上には，アーム８１が設けられ，アーム８１は，駆動部８２によってレール８０上を移動自在である。アーム８１には，ウェハＷに溶剤気体を吐出するノズルとしての溶剤供給ノズル８３が保持されている。したがって，溶剤供給ノズル８３は，レール８０に沿って排気カップ７０の一端部側の外方からチャック６０上を通過し排気カップ７０の他端部側の外方まで移動できる。また，溶剤供給ノズル８３の移動は，例えば駆動部８２の動作を制御する駆動制御部８４により制御されており，この駆動制御部８４により，溶剤供給ノズル８３をＹ方向に所定の速度で移動させることができる。また，駆動部８２は，例えばアーム８１を上下動させるシリンダなどを備え，溶剤供給ノズル８３の高さを調整することができる。なお，本実施の形態においては，レール８０，アーム８１，駆動部８２及び駆動制御部８４によって移動機構が構成されている。

溶剤供給ノズル８３は，例えばウェハＷの直径よりも長いＸ方向に沿った細長形状を有し，図６に示すように溶剤供給ノズル８３の下面には，長手方向の一端部から他端部に渡って吐出部８５が形成されている。吐出部８５には，溶剤供給ノズル８３の長手方向に沿って円形の吐出口８６が複数形成されている。例えば溶剤供給ノズル８３の上部には，図４に示すように溶剤気体供給源８７に通じる溶剤供給管８８が接続されている。溶剤供給ノズル８３は，上部から溶剤気体を導入し，当該溶剤気体を内部を通過させ，溶剤気体を下面の各吐出口８６から下方に向けて均等に吐出できる。

溶剤気体供給源８７は，例えば溶剤供給管８８と連通し液体溶剤が貯留された貯留タンク９０と，貯留タンク９０内に不活性の窒素ガスを供給する窒素ガス供給管９１を備えている。窒素ガス供給管９１から貯留タンク９０の液体溶剤内に窒素ガスを供給することによって，貯留タンク９０内で気化している溶剤気体が溶剤供給管８８内に圧送され，溶剤気体が溶剤供給管８８を通って溶剤供給ノズル８３に供給される。溶剤としては，例えばアセトン，プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ），Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）を用いることができる。

また，溶剤供給管８８には，溶剤気体の流量を検出する流量センサ９２と，流量を調節するバルブ９３が設けられている。流量センサ９２で検出された検出結果は，流量制御部９４に出力され，流量制御部９４は，当該検出結果に基づいてバルブ９３の開閉度を調整して溶剤供給ノズル８３から吐出される溶剤気体の流量を所定の流量に設定できる。

溶剤供給装置１９は，以上のように構成されている。次に上述の加熱装置３５，４６の構成について説明する。例えば加熱装置３５は，図７に示すように筐体３５ａ内にウェハＷを載置し加熱する熱板１００を有している。熱板１００内には，給電により発熱するヒータ１０１が内蔵されている。ヒータ１０１の電源１０２は，ヒータ制御部１０３により制御されており，ヒータ制御部１０３は，ヒータ１０１の発熱量を調節して熱板１００の温度を制御できる。

熱板１００の中央部には，上下方向に貫通した貫通孔１０４が形成されている。貫通孔１０４には，下方から昇降ピン１０５が挿入されている。昇降ピン１０５は，昇降部１０６により昇降し，熱板１００の表面に突出自在になっている。したがって，ウェハＷを昇降ピン１０５により持ち上げて例えば主搬送装置１３と熱板１００との間でウェハＷの受け渡しを行うことができる。なお，加熱装置４６は，加熱装置３５と同様の構成を有しており，その説明は省略する。

次に，以上のように構成されている溶剤供給装置１９及び加熱装置３５を備えた塗布現像処理システム１における処理プロセスを説明する。

先ず，ウェハ搬送体７によりカセットＣから未処理のウェハＷが１枚取り出され，第３の処理装置群G3に属するエクステンション装置３２に搬送される。次にウェハＷは，主搬送装置１３によってアドヒージョン装置３１に搬入され，ウェハＷに対し，レジスト液の密着性を向上させる例えばHMDSが塗布される。次にウェハＷは，クーリング装置３０に搬送され，所定の温度に冷却された後，レジスト塗布装置１７に搬送される。レジスト塗布装置１７では，ウェハＷ上にレジスト液が塗布され，処理膜としてのレジスト膜が形成される。

レジスト膜が形成されたウェハＷは，主搬送装置１３によってプリベーキング装置３３，エクステンション・クーリング装置４１に順次搬送され，さらにウェハ搬送体５０によって，周辺露光装置５１，露光装置４に順次搬送され，各装置で所定の処理が施される。露光装置４において露光処理の終了したウェハＷは，ウェハ搬送体５０によりエクステンション装置４２に搬送され，その後ポストエクスポージャーベーキング装置４４，クーリング装置４３で所定の処理が施された後，現像処理装置１８に搬送されて，現像処理が行われる。このとき，ウェハＷのレジスト膜の表面には，図１３で示したような凹凸ができている。また，図８は，この後の処理プロセスの概要を示すフロー図である。

現像処理が終了したウェハＷは，溶剤供給装置１９に搬送される。溶剤供給装置１９に搬送されたウェハＷは，先ず予め所定の設定温度，例えば常温の２３℃に維持されたチャック６０の保持面６０ａに保持される。この状態が所定時間維持され，ウェハＷが２３℃に温度調節される（図８中の工程Ｓ１）。この間，排気カップ７０から排気が行われており，溶剤供給装置１９内はパージされている。

所定時間が経過し，ウェハＷの温度が調節されると，溶剤供給ノズル８３が排気カップ７０の外方からウェハＷの一端部，例えばＹ方向正方向側の上方まで移動する。そして，例えば排気カップ７０からの排気が一旦停止され，溶剤供給ノズル８３から一定流量の溶剤気体が吐出され始める（図８中の工程Ｓ２）。このときウェハ表面の一端部側の所定量域に溶剤気体が供給される。溶剤供給ノズル８３から溶剤気体が吐出され始めると，溶剤供給ノズル８３が一定速度でウェハＷの他端部側，つまりＹ方向負方向側に向かって移動し，これに伴ってウェハ表面上における溶剤気体の供給領域もＹ方向負方向側に移動する。そして，溶剤供給ノズル８３がウェハＷのＹ方向負方向側の端部の上方まで移動すると，今度は，折り返しウェハＷの他端部側から一端部側に移動する。こうして，溶剤供給ノズル８３がウェハＷ上を往復移動し，ウェハＷ上のレジスト膜の表面に溶剤気体が供給される。

こうして，レジスト膜の表面に溶剤気体が供給されると，図９に示すようにレジスト膜Ｒの表面が溶剤気体を取り込んで，レジスト膜Ｒの表面のみが溶解し膨潤する。なお，このときの溶剤供給ノズル８３の移動速度，吐出量の設定には，レジスト膜Ｒの表面のみが溶解するように予め実験等で算出された値が用いられる。

溶剤供給ノズル８３が往復移動し終えると，溶剤気体の供給が停止され，再び排気カップ７０からの排気が行われる。ウェハＷはチャック６０から主搬送装置１３に受け渡され，加熱装置３５に搬送される。

加熱装置３５に搬送されたウェハＷは，予め上昇して待機していた昇降ピン１０５に受け渡され，熱板１００上に載置される。熱板１００は，所定の設定温度，例えば１１０℃程度に維持されており，ウェハＷは，この熱板１００上で所定時間加熱される。この所定時間の加熱により，レジスト膜Ｒ内の溶剤気体が蒸発し，レジスト膜Ｒが焼き締められる（図８中の工程Ｓ３）。こうしてレジスト膜Ｒは，図９に示すように溶剤気体供給前の厚みに戻される。

熱乾燥が終了したウェハＷは，主搬送装置１３により加熱装置３５から搬出され，クーリング装置４３で冷却された後，ポストベーキング装置４７，クーリング装置３０に順次搬送され，各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは，エクステンション装置３２を介してカセットＣに戻されて，ウェハＷの一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

以上の実施の形態によれば，塗布現像処理システム１に，溶剤供給ノズル８３を有する溶剤供給装置１９を設けたので，現像処理後にレジスト膜Ｒの表面に溶剤気体を供給して，レジスト膜Ｒの表面を溶かし膨潤させて平滑化することができる。また，塗布液現像処理システム１には，加熱装置３５が設けられているので，レジスト膜Ｒに溶剤気体を供給した後に，ウェハＷを加熱し，レジスト膜Ｒ中にある余分な溶剤を揮発させることができる。この結果，レジスト膜Ｒの表面に形成されていた凹凸を均してレジスト膜Ｒの表面荒れを改善することができる。そしてこの後のエッチング処理時に，下地膜が斑なく蝕刻され，ウェハＷ上に所定形状の回路パターンが形成される。

溶剤供給装置１９では，溶剤供給ノズル８３をウェハＷに対して移動できるようにしたので，溶剤供給ノズル８３から溶剤気体を供給した状態で，当該溶剤供給ノズル８３がウェハＷ上を移動し，レジスト膜Ｒの全面に適量の溶剤気体を均等に供給することができる。

溶剤供給装置１９のチャック６０にペルチェ素子６２を設けて，溶剤気体を供給する前にウェハＷの温度を２３℃に調整するようにしたので，レジスト膜Ｒの表面が溶解する最適温度にし，さらにウェハＷの面内温度を均等にすることができる。したがって，レジスト膜Ｒの表面の溶解を好適に行うことができる。

以上の実施の形態では，溶剤供給ノズル８３がウェハＷ上を往復移動することによって，レジスト膜Ｒに溶剤気体を供給していたが，溶剤供給ノズル８３の往路若しくは復路のみで溶剤気体を供給するようにしてもよい。また，往路で溶剤気体を供給した後，ウェハＷを所定角度，例えば９０度回転させてその後復路でも溶剤気体を供給してもよい。かかる場合，例えばチャック６０に回転機能を設けて行ってもよい。

以上の実施の形態では，溶剤気体の供給前の温度調節を溶剤供給装置１９において行っていたが，例えばクーリング装置３０，４０，４３などで行ってもよい。かかる場合，現像処理後，ウェハＷは，一旦クーリング装置に搬送され，２３℃に温度調節された後，溶剤供給装置１９に搬送される。

また，上記実施の形態では，溶剤気体の供給後のウェハＷの加熱を加熱装置３５で行っていたが，溶剤供給装置１９に加熱機構を取り付け，ウェハＷの加熱を溶剤供給装置１９で行ってもよい。かかる場合，例えば図１０に示すように溶剤供給装置１９のチャック６０内には，ヒータなどの発熱体１１０が内蔵される。発熱体１１０は，例えば電源１１１からの給電によって発熱し，その電源１１１からの給電量は，温度制御部１１２により制御されている。そして，溶剤供給装置１９において，ウェハＷに溶剤気体が供給され，その後，同じ溶剤供給装置１９内でウェハＷが加熱される。この場合，溶剤気体の供給と加熱を同じ装置内で行うことができ，ウェハＷの処理効率を向上させることができる。なお，この例において，加熱機構は，例えばチャック６０，発熱体１１０，電源１１１及び温度制御部１１２により構成されている。

また，上述の加熱装置３５には，冷却機能も備えた加熱・冷却装置を用いてもよい。この場合，加熱し昇温したウェハＷを直ちに冷却することができる。

さらに，前記実施の形態では，現像処理と溶剤気体の供給処理を別個の装置で行っていたが，同じ装置で行ってもよい。例えば溶剤供給装置１９に現像処理機構を取り付けてもよい。かかる場合，例えば図１１に示すように溶剤供給装置１９には，溶剤供給ノズル８３の他に，ウェハＷに現像液を供給する現像液供給ノズル１２０と，ウェハＷに洗浄液を供給する洗浄ノズル１２１が設けられている。例えば現像液供給ノズル１２０は，例えば溶剤供給ノズル８３と同様に，レール８０上を移動自在なアーム１２２に保持されている。洗浄ノズル１２１は，例えば後述の排気カップ１２３の外側に設けられた垂直軸１２４の軸周りに回動する保持アーム１２５に保持されており，排気カップ１２３の外方からウェハＷ上方に進退自在になっている。また，図１２に示すようにチャック６０には，回転駆動部１２６が取り付けられ，チャック６０に保持されたウェハＷを所定速度で回転させることができる。排気カップ１２３は，例えばウェハＷ上から飛散する現像液を受け止めるように，チャック６０の周囲を囲むように形成されている。なお，他の構成については，上記溶剤供給装置１９と同様であるので説明を省略する。また，この例において現像処理機構は，例えば現像液供給ノズル１２０，チャック６０及び排気カップ１２３で構成されている。

そしてウェハ処理の際には，ポストエクスポージャーベーキング，クーリングが終了したウェハＷは，溶剤供給装置１９に搬送され，チャック６０に保持される。ウェハＷがチャック６０に保持されると，現像液供給ノズル１２０が現像液を吐出しながらウェハＷの一端部上から他端部上まで移動し，ウェハＷの表面の全面に現像液が供給される。こうしてウェハＷ上に現像液が液盛りされると，所定時間静止現像される。その後ウェハＷが回転され，洗浄ノズル１２１によりウェハＷ上に洗浄液が供給されて，ウェハＷが洗浄される。洗浄が終了すると，ウェハＷは高速回転され，乾燥される。ウェハＷが乾燥されて一連の現像処理が終了すると，上述したように溶剤供給ノズル８３によってウェハＷに溶剤気体が供給され，レジスト膜Ｒの表面荒れが改善される。かかる場合，現像処理と溶剤の供給処理が同じ装置で行われ，ウェハＷの搬送時間を省略することができるので，ウェハＷの処理効率を向上できる。なお，この例では，溶剤供給装置１９に現像処理機構を取り付けていたが，現像処理装置１８，２０に溶剤供給ノズル８３などの溶剤供給機構を取り付けるようにしてもよい。

実際に行った発明者の実験によれば，フォトリソ工程によって形成されたレジストパターンに対して上記したようなスムージングを行った結果，ＬＥＲ（ＬｉｎｅＥｄｇｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓ），ＬＷＲ（ＬｉｎｅＷｉｄｔｈＲｏｕｇｈｎｅｓｓ）共に，スムージングを行わない場合よりも低い値に抑えることができた。

具体的に一例を挙げると，例えばシリコンウエハ上に形成されているパターン化されたレジスト膜（ＵＶ１３５４１００ＡＢａｒｃ：ＡＲ−５６００Ａ）に対して，スムージング処理を行う前とスムージング処理を行った後のパターンの線幅，ＬＷＲについては，図１３に示すようになった。なおこのときの溶剤気体は，アセトンの溶剤蒸気を使用した。またウエハの温度は２３℃，溶剤濃度は４．０Ｌであった。またアセトンの溶剤蒸気をウエハに供給するにあたっては，溶剤供給ノズル８３から溶剤気体を供給しつつ，ノズルをウエハ上で走査させるようにしたが，その際のスキャン速度は，４０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。

図１３の結果からわかるように，スムージング処理を行った後は，パターンの線幅（ＣＤ）は，僅かに低下するが，ＬＷＲは大幅に改善されている。したがって，ウエハ上に形成されたレジストパターンの表面が平滑化されたことがわかる。

なお溶剤供給ノズル８３から溶剤気体を基板に供給する場合，図１４に示したように，溶剤供給ノズル８３のノズルの吐出口８６とウエハＷとの間のギャップは，狭いほど好ましい。また溶剤供給ノズル８３をスキャンする際の溶剤供給ノズル８３の速度は，１５ｍｍ／ｓｅｃ〜２５０ｍｍ／ｓｅｃが適当である。

溶剤供給ノズル８３の吐出口８６から溶剤気体を供給する場合，図１４に示したように，溶剤供給ノズル８３の吐出部８５の前後に，仕切板８９ａ，８９ｂを取り付けることが好ましい。この仕切板８９ａ，８９ｂによって，ノズルの相対的移動方向の前後に，一種の仕切り壁が形成されるので，吐出口８６から供給された溶剤気体が前後方向に拡散することが防止でき，ノズルの相対的移動に伴ってウエハＷ全面に渡って均一に溶剤気体を供給することができる。なお仕切板８９ａ，８９ｂとの間の間隔ｄは，例えば約２０ｍｍ程度，仕切板８９ａ，８９ｂの高さ（溶剤供給ノズル８３の本体の下端からの長さ）ｈは，約１０ｍｍ程度に設定されている。

なお溶剤気体の供給は，上記したように溶剤供給ノズル８３の相対的移動によって溶剤供給領域を逐次移動させ，もって結果的にウエハＷ全面に渡って供給する方式に限らず，図１５に示したように，処理容器１５１内における載置台１５２上に載置されたウエハＷに対して，上面からウエハＷ全面に向けて供給する方式を採用してもよい。

この処理容器１５１は，容器内上面に，多数の孔１５３が形成されたバッフル板１５４を備えており，容器上部にある溶剤気体供給部１５５から溶剤気体が供給されると，バッフル板１５４を介して，溶剤気体がウエハＷの上面全面に均一に供給される。なお処理容器１５１内の雰囲気は，容器内の底部に設けられた排気口１５６を通じて，排気ポンプ１５７によって容器外へと排出される。

ところで発明者の検証によれば，ＡｒＦレジストは，溶剤気体を供給してもＫｒＦレジストの場合と比べて，平滑化がしにくいという傾向があることがわかった。その原因はＡｒＦレジストは中に存在する保護基，と呼ばれる箇所の一部が溶解性を阻害していると考えられる。保護基としては，例えばラクトン基が挙げられる。そこで溶剤気体を供給する前に，予めそのような保護基を分解しておけば，溶剤気体の供給によって，円滑に平滑化することができる。

そのような溶解阻害性保護基を分解する手法としては，例えばＵＶや電子線の照射が挙げられる。そのようないわば表面の改質処理を行う装置としては，例えば図１６に示したような処理装置１６１を提案できる。

この処理装置１６１は処理容器１６２内に回転載置台１６３を有し，また容器内の上面には紫外線又は電子線の照射部１６４を有している。そして回転載置台１６２上に載置されたウエハＷを回転させながら，照射部１６４から紫外線や電子線をウエハＷに照射することにより，ウエハＷ表面の処理膜，例えばレジスト膜を改質して，溶解阻害性保護基を分解することができる。またウエハＷを回転させながら照射しているので，ウエハＷに対して均一に紫外線や電子線を照射することが可能である。

このようにしてウエハＷの処理膜中の溶解阻害性保護基を分解してから，既述したような溶剤気体を供給することで，たとえレジスト膜がＡｒＦレジストであっても，これを好適にスムージングすることが可能である。しかもこのようないわば前処理をする事により，今まで効き目が無かった溶剤使用してもスムージングすることができるから，溶剤選択の幅が広がる。そして溶剤選択の幅が増える事により，各ＡｒＦレジスト合った溶剤が選択でき，形状等のコントロール性能も優位になる。

以上の実施の形態は，本発明の一例を示すものであり，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば，本実施の形態では，溶剤供給ノズル８３の吐出部８５には，複数の円形の吐出口８６が形成されていたが，少なくともウェハＷの直径よりも長いスリット状の吐出口が形成されていてもよい。また，溶剤供給装置１９においてウェハＷに対して溶剤供給ノズル８３を移動させていたが，ウェハＷ側を移動させてもよい。さらに，本実施の形態は，ウェハＷの処理に関するものであったが，ＬＣＤ基板，フォトマスク用のガラス基板などの他の基板にも本発明は適用できる。

本実施の形態における塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。図１の塗布現像処理システムの正面図である。図１の塗布現像処理システムの背面図である。溶剤供給装置の縦断面の説明図である。溶剤供給装置の横断面の説明図である。溶剤供給ノズルの構成を示す斜視図である。加熱装置の構成を示す縦断面の説明図である。ウェハの処理プロセスの一部を示すフロー図である。レジスト膜の変化の様子を示す説明図である。加熱機構を備えた溶剤供給装置の構成を示す縦断面の説明図である。現像処理機構を備えた溶剤供給装置の構成を示す横断面の説明図である。図１１の溶剤供給装置の構成を示す縦断面の説明図である。溶剤気体の供給によって平滑化処理を行った際の線幅，ＬＷＲの変化を示すグラフとレジストパターンの一部拡大平面図である。溶剤供給ノズルの吐出部の前後に仕切板を取り付けた様子を示す溶剤供給ノズルの側面図である。ウエハの全面に一度に溶剤気体を供給する処理容器の縦断面の説明図である。紫外線や電子線の照射部を有する処理装置の縦断面の説明図である。現像処理後のレジスト膜表面の凹凸を示す説明図である。

符号の説明

１塗布現像処理システム
１９溶剤供給装置
６０チャック
７０排気カップ
８３溶剤供給ノズル
Ｗウェハ

Claims

基板上に形成された処理膜の表面荒れを改善する方法であって，
基板を露光し現像した後に，基板の処理膜の表面のみが溶解するように前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する工程と，
その後，前記基板を加熱する工程と，を有する，ことを特徴とする，基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する際には，基板の表面の一部の領域に前記処理膜の溶剤気体を供給すると共に，当該溶剤気体の供給される領域を移動させることによって，前記処理膜の表面の全面に前記溶剤気体を供給することを特徴とする，請求項１に記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する際には，基板の上方から基板の全面に向けて前記処理膜の溶剤気体を供給することを特徴とする，請求項１に記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
基板上に形成された処理膜の表面荒れを改善する方法であって，
基板を露光し現像した後に，基板の処理膜の表面のみが溶解するようにノズルから前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する工程を有し，
前記溶剤気体は，移動機構により前記ノズルを前記基板に対して相対的に移動させながら供給されることを特徴とする，基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
溶剤気体を供給する工程の後，前記基板を加熱する工程をさらに有することを特徴とする，請求項４に記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜の表面に溶剤気体を供給する前記工程の前に，基板を所定の温度に温度調節する工程を有することを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
基板を露光し現像した後，前記処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給する前に，処理膜における溶解阻害性保護基を分解するための処理工程を有することを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理工程は，紫外線又は電子線の照射によって行うことを特徴とする，請求項７に記載の基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜はレジスト膜であり，前記溶剤気体は，アセトンの蒸気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基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜はレジスト膜であり，前記溶剤気体は，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蒸気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基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
前記処理膜はレジスト膜であり，前記溶剤気体はＮメチル２ピロリジノンの蒸気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基板の処理膜の表面荒れを改善する方法。
表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，
基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，
前記溶剤気体を吐出している状態の前記ノズルを基板に対して相対的に移動させる移動機構と，を備えたことを特徴とする，基板の処理装置。
表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，
基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルを備え，
前記ノズルは，少なくとも基板の直径よりも長い細長の吐出部を有することを特徴とする，基板の処理装置。
表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，
基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，
前記基板の温度を調節する温度調節機構と，を備えたことを特徴とする，基板の処理装置。
表面に処理膜が形成され，露光処理され現像処理された基板を処理する処理装置であって，
基板の処理膜の表面に対し処理膜の溶剤気体を供給するノズルと，
基板を加熱する加熱機構と，を備えたことを特徴とする，基板の処理装置。
基板を現像処理する現像処理機構を備えたことを特徴とする，請求項１２〜１５のいずれかに記載の基板の処理装置。
前記ノズルは，吐出部の前後に仕切板を有していることを特徴とする，請求項１２〜１６のいずれかに記載の基板の処理装置。