レジストパターンのスリミング処理方法
【課題】露光処理、現像処理を行って形成したレジストパターンをスリミング処理する際に、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができるレジストパターンのスリミング処理方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、レジストパターン上にレジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程とを含む。第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて熱処理条件を決定する。
【解決手段】基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、レジストパターン上にレジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程とを含む。第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて熱処理条件を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス等において、基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、光学露光技術だけでは、線幅とスペース幅が１：１の微細パターンの露光コントラストを十分に確保することが難しくなってきている。そこで、パターンに新たな層を組合せて微細パターンを形成する方法、又はパターン形成を２回に分けて行って微細パターンを形成する手法が検討されている。しかし、いずれの手法においても、パターンの線幅をいかに細く形成するかが重要である。レジスト塗布、熱処理、露光処理、現像処理よりなる一連のフォトリソグラフィを行って基板上にレジストパターンを形成した後、形成したレジストパターンの線幅を細く形成する処理（以下、「スリミング処理」という。）の方法であるスリミング処理方法として、以下のようなものがある。
【０００３】
化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上に酸性被覆を塗布してレジストパターンの表面層をアルカリ可溶性に転換し、アルカリ可溶性に転換された表面層を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
或いは、化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上に改質材を塗布してレジストパターンに改質材を拡散させる。その後、改質材と、レジストパターンのうち改質材が拡散されて溶解可能となった部分を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
或いは、レジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上にパターン薄肉化材料（縮小材料）を塗布してレジストパターンの表面にパターンミキシング層を形成する。その後、薄肉化材料とパターンミキシング層を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８１８８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９２０２号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のスリミング処理方法を用いて、レジストパターンの線幅を細くする場合、次のような問題があった。
【０００８】
スリミング処理を行うスリミング処理工程の前の工程にて線幅又は形状にばらつきが存在する場合、スリミング処理工程でその線幅又は形状のばらつきを残したまま、次の工程を行わなければならないという問題があった。
【０００９】
スリミング処理工程を行う前に、露光処理、現像処理を行ってレジストパターンを形成する露光・現像工程を行っている。ところが、半導体装置のパターンの微細化等により、露光処理を行う際のマスクパターンの線幅も小さくなっているため、基板間でのレジスト膜厚の少量のばらつき、基板面内でのレジスト膜厚の少量のばらつきによって、露光・現像工程を行って形成されるレジストパターンの仕上がり線幅にばらつきが発生する場合がある。
【００１０】
一方、スリミング処理工程は、線幅を一定量細らせるようにスリミング条件が設定されている。そのため、例えば基板間で線幅にばらつきが存在する基板について形成されたレジストパターンのスリミング処理を行うと、スリミング処理されたレジストパターンにも、スリミング処理前の線幅のばらつきを反映した線幅のばらつきが存在する場合がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、露光処理、現像処理を行って形成したレジストパターンをスリミング処理する際に、形成したレジストパターンの線幅のばらつきを補正するようにスリミング処理の処理条件を決定し、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができるレジストパターンのスリミング処理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】
【００１２】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１３】
第１の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、前記レジストパターン上に該レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、前記レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、前記スリミング処理工程前に前記レジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程とを含み、前記第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて前記熱処理条件を決定することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記スリミング処理工程後に前記レジストパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程を含み、前記基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行った後、次の基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行うときに、前記第２の線幅測定工程で測定した前記基板上の前記レジストパターンの線幅の測定値に基づいて、前記次の基板上の前記レジストパターンに行う前記スリミング処理工程の前記熱処理条件を変更することを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記熱処理条件は、温度であることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記第１の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、第２の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記第２の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、露光処理、現像処理を行って形成したレジストパターンをスリミング処理する際に、形成したレジストパターンの線幅のばらつきを補正するようにスリミング処理の処理条件を決定し、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の縦断側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の制御部の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その１）である。
【図６Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その２）である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を開始する前に予め保有している熱処理工程における熱処理温度とスリム幅との関係を示すグラフである。
【図８】従来のレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】従来のレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきが補正されないことを説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行った場合におけるステップＳ１７及びステップＳ１８における基板表面の構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきを補正し、スリミング処理工程後の線幅のばらつきを低減することができる作用効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
最初に、図１から図７を参照し、本発明の第１の実施の形態であるレジストパターンのスリミング処理方法、及びそのスリミング処理方法を行うために用いる塗布現像装置について説明する。
【００２１】
始めに、図１から図４を参照し、本実施の形態に係る塗布現像装置について説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す平面図である。図２は、本実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る塗布現像装置の縦断側面図である。図４は、本実施の形態に係る塗布現像装置の制御部の構成図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、塗布現像装置２は、手前側から順に、キャリアブロック２１、検査ブロック４０、処理ブロックＳ１、第１のインターフェイスブロックＳ２、第２のインターフェイスブロックＳ３、露光装置Ｓ４を有している。キャリアブロック２１には、ウェハＷが収納される複数のキャリアＣ１、Ｃ２が載置される。キャリアブロック２１の奥側には各々筐体にて周囲を囲まれる検査ブロック４０及び処理ブロックＳ１がこの順に接続されている。処理ブロックＳ１の奥側には、第１のインターフェイスブロックＳ２及び第２のインターフェイスブロックＳ３を介して露光装置Ｓ４が接続されている。
【００２４】
キャリアブロック２１には複数のキャリアＣ１、Ｃ２を載置する載置部２２と、載置部２２から見て前方の壁面に設けられる開閉部２３と、開閉部２３を介してキャリアＣ１、Ｃ２からウェハＷを取り出すための受け渡し手段である受け渡しアーム２４とが設けられている。受け渡しアーム２４は、アームが昇降自在、左右前後に移動自在、かつ、鉛直軸周りに回転自在に構成されていて、後述する制御部５０からの指令に基づいて制御される。
【００２５】
キャリアＣ１、Ｃ２には塗布現像処理を行うための基板であるウェハＷが例えば２５枚密閉収納されている。塗布現像処理を行うためのウェハＷが収納されるキャリアＣ１及び塗布現像処理を行わず検査のみを行うためのウェハＷが収納されるキャリアＣ２が塗布現像装置２の外部から図示しない搬送機構により搬入出される。
【００２６】
図３に示すように、検査ブロック４０は、４個の受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４と、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３と、これら受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４と、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３及び処理ブロックＳ１の受け渡しステージＴＲＳ５、ＴＲＳ６との間でウェハＷの受け渡しを行う基板搬送手段である搬送アーム４と、処理ブロックＳ１から検査ブロック４０に搬入されたウェハＷを一時的に滞留させるバッファモジュールＢとを備えている。第１〜第４のステージである受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４は、図３に示すように、上下に積層されており、また検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３についても上下に積層されている。
【００２７】
検査モジュールＩＭ１は、ウェハＷ上に形成された膜の厚みやパターンの線幅を測定する膜厚線幅検査モジュールである。膜厚線幅検査モジュールとして、例えばスキャトロメトリを備えたオプティカルデジタルプロファイロメトリ（Optical Digital Profilometry；ＯＤＰ）システムを用いることができる。
【００２８】
また、検査モジュールＩＭ２として、ウェハＷ上のマクロ欠陥を検出するマクロ検査モジュールを備えることができる。あるいは、検査モジュールＩＭ３として、露光の重ね合わせのずれ、すなわち形成されたパターンと下地のパターンとの位置ずれを検出する重ね合わせ検査モジュールを備えることができる。
【００２９】
図１及び図３に示すように、処理ブロックＳ１には手前側から順に加熱・冷却系のモジュールを多段化した３個の棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃと、後述する液処理モジュール間のウェハＷの受け渡しを行うための２個の主搬送手段であるメインアーム２６Ａ、２６Ｂとが交互に配列して設けられている。メインアーム２６Ａ、２６Ｂは、いずれも２本のアームを備えており、アームが昇降自在、左右前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されていて、後述する制御部５０からの指令に基づいて制御されるようになっている。
【００３０】
棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ及びメインアーム２６Ａ、２６Ｂはキャリアブロック２１側から見て前後一列に配列されており、各々接続部位Ｇには図示しないウェハ搬送用の開口部が形成されているため、処理ブロックＳ１内においてウェハＷは一端側の棚モジュール２５Ａから他端側の棚モジュール２５Ｃまで自由に移動することができるようになっている。またメインアーム２６Ａ、２６Ｂは、キャリアブロック２１から見て前後方向に配置される棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ側の一面部と、例えば右側の液処理装置側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁により囲まれる空間内に置かれている。
【００３１】
図２に示すように、メインアーム２６Ａ、２６ＢによりウェハＷの受け渡しが行われる位置には、レジストを塗布する塗布モジュールＣＯＴや現像装置ＤＥＶなどの液処理装置を多段化した液処理モジュール２８Ａ、２８Ｂが設けられている。液処理モジュール２８Ａ、２８Ｂは、例えば図２に示すように、各液処理装置が収納される処理容器２９が複数段例えば５段に積層された構成とされている。
【００３２】
また棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃについては、例えば図３に示すように、ウェハＷの受け渡しを行うための受け渡しステージＴＲＳ５〜ＴＲＳ８や、現像液の塗布後にウェハＷの加熱処理を行うための加熱装置をなす加熱モジュールＬＨＰや、レジスト液の塗布の前後や現像処理の前にウェハＷの冷却処理を行うための冷却装置をなす冷却モジュールＣＰＬ１、ＣＰＬ２、ＣＰＬ３の他、レジスト塗布後、露光処理前のウェハＷの加熱処理を行う加熱装置である加熱モジュールＰＡＢや露光処理後のウェハＷの加熱処理を行う加熱装置をなす加熱モジュールＰＥＢなどが、例えば上下１０段に割り当てられている。ここで受け渡しステージＴＲＳ５、ＴＲＳ６は、検査ブロック４０と処理ブロックＳ１との間、受け渡しステージＴＲＳ７、ＴＲＳ８は、２個のメインアーム２６Ａ、２６Ｂ同士の間で、それぞれウェハＷの受け渡しを行うために用いられる。この例では、加熱モジュールＬＨＰ、加熱モジュールＰＡＢ、加熱モジュールＰＥＢ及び冷却モジュールＣＰＬ１、ＣＰＬ２、ＣＰＬ３が処理モジュールに相当する。
【００３３】
図１に示すように、第１のインターフェイスブロックＳ２は、昇降自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、後述するように処理ブロックＳ１の棚モジュール２５Ｃの冷却モジュールＣＰＬ２や加熱モジュールＰＥＢに対してウェハＷの受け渡しを行う受け渡しアーム３１と、周辺露光装置、露光装置Ｓ４に搬入されるウェハＷを一旦収納するためのイン用バッファカセット及び露光装置Ｓ４から搬出されたウェハＷを一旦収納するためのアウト用バッファカセットが多段に配置された棚モジュール３２Ａと、ウェハＷの受け渡しステージと高精度温調モジュールとが多段に配置された棚モジュール３２Ｂとを備えている。
【００３４】
第２のインターフェイスブロックＳ３は、受け渡しアーム３３を備えている。受け渡しアーム３３は、第１のインターフェイスブロックＳ２の受け渡しステージや高精度温調モジュール、露光装置Ｓ４のインステージ３４及びアウトステージ３５に対してウェハＷの受け渡しを行う。
【００３５】
次に、処理ブロックＳ１にてウェハに塗布、現像処理を行う場合のウェハの流れについて説明する。
【００３６】
先ず外部から塗布、現像を行うためのウェハＷが収納されたキャリアＣ１がキャリアブロック２１に搬入されると、開閉部２３が開かれると共にキャリアＣ１の蓋体が外されて受け渡しアーム２４によりウェハＷが取り出される。そしてウェハＷは受け渡しアーム２４から受け渡しステージＴＲＳ１に受け渡され、検査モジュール４０の搬送アーム４により受け渡しステージＴＲＳ５に搬送される。次いでメインアーム２６Ａが受け渡しステージＴＲＳ５からウェハＷを受け取り、この後メインアーム２６Ａ及び２６Ｂにより、受け渡しステージＴＲＳ５→冷却モジュールＣＰＬ１→塗布モジュールＣＯＴ→受け渡しステージＴＲＳ７→ＰＡＢ→冷却モジュールＣＰＬ２の経路で搬送される。このようにして、冷却モジュールＣＰＬ２を介してレジスト液の塗布が行われたウェハＷが、第１のインターフェイスブロックＳ２に送られる。
【００３７】
第１のインターフェイスブロックＳ２内では、ウェハＷはイン用バッファカセット→周辺露光装置→高精度温調モジュールの順序で受け渡しアーム３１により搬送され、棚モジュール３２Ｂの受け渡しステージを介して第２のインターフェイスブロックＳ３に搬送される。その後ウェハＷは、受け渡しアーム３３により露光装置Ｓ４のインステージ３４を介して露光装置Ｓ４に搬送されて、露光が行われる。
【００３８】
露光後、ウェハＷは、アウトステージ３５→第２のインターフェイスブロックＳ３→第１のインターフェイスブロックＳ２のアウト用バッファカセットの順に搬送された後、受け渡しアーム３１を介して処理ブロックＳ１の加熱モジュールＰＥＢに搬送される。その後、ウェハＷは、冷却モジュールＣＰＬ３→現像装置ＤＥＶ→加熱モジュールＬＨＰ→受け渡しステージＴＲＳ８→受け渡しステージＴＲＳ６の経路で搬送される。このようにして、現像装置ＤＥＶにて所定の現像処理が行われたウェハＷに所定のレジストパターンが形成される。
【００３９】
塗布現像装置２は、例えばコンピュータを含む制御部５０を備えており、図４にその構成を示している。図４中５１はバスであり、各種演算を行うためのＣＰＵ５２及びワークメモリ５３がそのバス５１に接続されている。また、バス５１には各種のプログラムが格納されたプログラム格納部５４が接続されており、それぞれのプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部５４に格納される。
【００４０】
制御部５０には、ホストコンピュータ５５が接続されている。ホストコンピュータ５５は、塗布現像装置２に搬送されるキャリアごとに、どのような処理を行うロットが入っているか例えば識別コードによって識別する。ホストコンピュータ５５は、キャリアＣ１、Ｃ２が塗布現像装置２に搬送されるまでに、その識別コードに対応する信号を制御部５０に送信し、制御部５０がその信号に基づいて各種のプログラムを読み出し、読み出されたプログラムにより、受け渡しアーム２４、搬送アーム４の搬送動作も含めて一連の処理工程が制御される。
【００４１】
また、制御部５０は、各キャリアＣ１、Ｃ２ごとに含まれる２５枚のウェハＷについてキャリアブロック２１に搬入される順にウェハ番号を割り当てるようになっており、オペレータはキャリアＣ１、Ｃ２が塗布現像装置２に搬入される前に前記入力画面から各ロットの先頭のウェハ「１」〜最後のウェハ「２５」について、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３の一つあるいは複数で検査を行うか、あるいは全く検査を行わないかを設定できるようになっている。
【００４２】
また、制御部５０は、通常のスリミング処理を行うロットについては、塗布現像装置２に搬送されるキャリアごとに、塗布現像処理を行って形成したレジストパターンの線幅測定を行ったデータを取得して保有し、管理している。また、通常のスリミング処理を行うロットについての処理を行う前に、予め複数のウェハに対して、例えば熱処理条件等の処理条件を変化させてスリミング処理工程を行い、それぞれについてスリミング処理工程を行う前後の線幅同士の差であるスリム量のデータを取得して、スリミング処理の処理条件とスリム量との相関関係のデータを保有している。
【００４３】
次に、図５から図７を参照し、本実施の形態に係るスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００４４】
図５は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。図７は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を開始する前に予め保有している熱処理工程における熱処理温度とスリム幅との関係を示すグラフである。
【００４５】
なお、図６Ａ（ａ）から図６Ｂ（ｇ）は、それぞれステップＳ１１からステップＳ１４、ステップＳ１７からステップＳ１９が行われた後の基板表面の構造を示す。
【００４６】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を含むレジストパターンの形成方法は、図５に示すように、レジスト塗布工程（ステップＳ１１）と、露光工程（ステップＳ１２）と、第１の現像工程（ステップＳ１３）と、第２の現像工程（ステップＳ１４）と、第１の線幅測定工程（ステップＳ１５）と、熱処理条件決定工程（ステップＳ１６）と、スリミング処理工程（ステップＳ１７〜ステップＳ１９）とを含む。また、スリミング処理工程は、反応物質塗布工程（ステップＳ１７）と、熱処理工程（ステップＳ１８）と、第３の現像工程（ステップＳ１９）とを含む。また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、ステップＳ１５の第１の線幅測定工程からステップＳ１９の第３の現像工程までを含む。
【００４７】
始めに、ステップＳ１１のレジスト塗布工程を行う。レジスト塗布工程は、下地層１０１上に、反射防止膜（Bottom Anti-Reflection Coating：ＢＡＲＣ）１０２及びレジスト層１０３を塗布する工程である。図６Ａ（ａ）は、ステップＳ１１の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００４８】
ステップＳ１１では、最初に、下地層１０１上に、反射防止膜１０２を形成する。下地層１０１の例は、半導体ウェハ自体や、半導体ウェハ上に形成された層間絶縁膜などの半導体装置内構造である。反射防止膜１０２は、例えば、反射防止剤が添加されたレジストを塗布する、又は反射防止膜を堆積することで形成される。なお、反射防止膜１０２は、必要に応じて形成されればよい。
【００４９】
次いで、ステップＳ１１では、塗布現像装置２の塗布モジュールＣＯＴを用い、図６Ａ（ａ）に示すように、反射防止膜１０２上にレジストを塗布し、塗布されたレジストをプリベークして溶剤を蒸発させ、固化させることでレジスト層１０３を形成する。レジストの一例は化学増幅型レジストである。化学増幅型レジストの一例は、例えば、光が照射されることで、溶剤に対して可溶な可溶化物質を発生させるレジストである。具体的な一例として、本例では、光酸発生材（PhotoAcid Generator：ＰＡＧ）を含有し、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を光源に用いた露光に対応可能な化学増幅型レジストを用いた。ＰＡＧは光が当たると酸を発生する。酸は、レジストに含まれたアルカリ不溶性保護基と反応し、アルカリ不溶性保護基をアルカリ可溶性基（可溶化物質）に変化させる。上記反応の一例は、酸触媒反応である。
【００５０】
次に、ステップＳ１２の露光工程を行う。露光工程は、レジスト層１０３の選択された部分を露光する工程である。図６Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５１】
ステップＳ１２では、図６Ａ（ｂ）に示すように、レジスト層１０３の選択された部分を露光し、アルカリ性の溶剤（現像液）に対して可溶な可溶化物質を選択的に発生させる。本例のレジストは、ＰＡＧを含有した化学増幅型レジストである。本例では、露光後、レジスト層１０３中に発生した酸を活性化させ、アルカリ不溶性保護基のアルカリ可溶性基（可溶化物質）への変化を促すために、熱処理（Post Exposure Bake：ＰＥＢ）を行う。このように、可溶化物質を選択的に発生させることで、レジスト層１０３中に、例えば、アルカリ性の溶剤（現像液）に対して可溶な可溶層１０３ａ及び不溶な不溶層１０３ｂのパターンよりなる露光パターンを得る。
【００５２】
次に、ステップＳ１３の第１の現像工程を行う。第１の現像工程は、現像処理を行って露光パターンに応じたレジストパターン１０３ｃを形成する工程である。図６Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５３】
ステップＳ１３では、図６Ａ（ｃ）に示すように、例えば塗布現像装置２の現像装置ＤＥＶを用い、露光パターンが形成されたレジスト層１０３から可溶層１０３ａを除去し、露光パターンに応じたレジストパターン１０３ｃを形成する。本例では、露光パターンが形成されたレジスト層１０３上に、アルカリ性の溶剤（現像液）を噴霧することで、可溶層１０３ａを除去した。これにより、不溶層１０３ｂよりなるレジストパターン１０３ｃが形成される。次いで、必要ならば、レジストパターン１０３ｃを硬化させるために、ポストベークを行う。これで第１の現像工程が終了する。第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅はＣＤｉｎｔである。
【００５４】
次に、ステップＳ１４の第２の現像工程を行う。第２の現像工程は、レジストパターン１０３ｃから中間露光領域を除去する工程である。図６Ａ（ｄ）は、ステップＳ１４の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５５】
第１の現像工程を行った後のレジスト層１０３の側面には、可溶であるはずの領域にも関わらず可溶化が完全に進まない、又は不溶であるはずの領域にも関わらずわずかな可溶性基が発生する、といった可溶層１０３ａと不溶層１０３ｂとの中間的な性質をもつ領域を生じてしまう。このような領域を、以下中間露光領域１０３ｄと呼ぶ。中間露光領域１０３ｄを生ずる原因として、例えば、半導体装置の微細化が進むにつれ、露光される領域と露光されない領域との境界に充分な露光量のコントラストを確保することが難しくなってきていることが挙げられる。
【００５６】
ステップＳ１４では、図６Ａ（ｄ）に示すように、例えば現像液の温度を２３℃以上５０℃以下、現像液の濃度を２．３８％以上１５％以下、現像時間を２０ｓｅｃ以上３００ｓｅｃ以下とし、現像処理を行うことによって、中間露光領域１０３ｄを除去する。中間露光領域１０３ｄを除去することにより、第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅ＣＤｉｎｔよりも細い線幅ＣＤを有するレジストパターン１０３ｃを形成することができる。
【００５７】
なお、ステップＳ１４の第２回現像工程は、省略することができる。すなわち、ステップＳ１３の第１の現像工程を行った後、ステップＳ１４の第２の現像工程を省略し、ステップＳ１５の第１の線幅測定工程を行ってもよい。
【００５８】
次に、ステップＳ１５である第１の線幅測定工程を行う。第１の線幅測定工程は、第２の現像工程（第２の現像工程を省略する場合は、第１の現像工程）を行って形成したレジストパターンの線幅を測定する工程である。
【００５９】
例えば、スキャトロメトリを備えたＯＤＰを用いる膜厚線幅検査モジュールである検査モジュールＩＭ１にウェハを搬送し、線幅を測定する。
【００６０】
ＯＤＰは、分光エリプソメトリ（Ellipsometry）等と同様に、偏光を入射し、その入射光が反射された反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定し、反射率を測定する。偏光でない通常の白色光よりなる入射光が偏光子を透過するとき、その入射光は、偏光子の１本の軸と平行な電界ベクトルを有する直線偏光となる。直線偏光は、入射光と反射光を含む平面である入射平面に対し、平行なベクトル成分を有するｐ偏光と垂直なベクトル成分とを有するｓ偏光よりなる。エリプソメトリは、入射光のｐ偏光及びｓ偏光の各々が、ある媒質から反射された時に発生する偏光の変化を測定する測定方法である。偏光の変化は、振幅（強度）の変化と位相の変化という２つの成分よりなる。
【００６１】
一方、ＯＤＰは、被測定物である基板上に周期的なパターンが形成されている場合の反射率を計算する。被測定物が周期的なパターンである場合、被測定物は回折格子とみなすことができ、反射光は回折格子によって回折された回折反射光となる。このような回折反射光が反射される場合の反射率の計算は、例えば、米国特許５８３５２２５号公報又は米国特許５７３９９０９号公報に記載されているような密結合波分析Rigorous Coupled Wave Analysis、以下ＲＣＷＡという）を用いることができる。誘電率等の材料定数を仮定した上で、矩形要素の集合体として近似する等の手法により、回折格子の断面形状を、モデル化し、モデル化した断面形状の回折反射率を計算する。このようにして計算された回折反射率の計算値と、回折反射率の測定値とを比較解析することによって、断面形状を算出することができ、その結果、レジストパターン１０３ｃの線幅を測定することができる。
【００６２】
次に、ステップＳ１６である熱処理条件決定工程を行う。熱処理条件決定工程は、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて熱処理条件を決定する工程である。
【００６３】
本実施の形態に係るスリミング処理方法を用いてウェハの処理を開始する前に、予め熱処理条件とスリミング処理工程の前後の線幅の変化量であるスリム量との相関関係のデータを保有しておく。具体的には、処理するウェハとは別の複数のウェハに対して、熱処理条件を変化させてスリミング処理工程を行い、スリミング処理工程の前後での線幅の変化量であるスリム量のデータを測定して、熱処理条件とスリム量との相関関係のデータを取得し、保有している。
【００６４】
本実施の形態では、熱処理条件の一例として、複数のウェハに対し、それぞれ熱処理温度を変化させた熱処理工程を含む一連のスリミング処理工程を行い、それぞれのウェハに対しスリミング処理工程の前後でのスリム量を測定しておく。熱処理時間を一定値（例えば６０ｓｅｃとする。）とすると、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係は、図７に示すように、略直線関係を示し、正の相関関係を有する。熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との間に正の相関関係があるため、その後、本実施の形態に係るスリミング処理方法に係るスリミング処理工程を行う際に、熱処理温度を変えたときのスリム量を予め計算し、予測することが可能である。すなわち、所望のスリム量を得るための熱処理温度（ベーク温度）を設定することが可能である。
【００６５】
例えば、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値が４２ｎｍであったとする。これを３５ｎｍへ細らせる場合、スリム量を７ｎｍとする必要がある。このような場合には、熱処理温度（ベーク温度）を、図７のグラフにおいてスリム量が７ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である６０℃に設定すればよい。
【００６６】
以上のようにして、ステップＳ１６では、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定することができる。
【００６７】
次に、ステップＳ１７の反応物質塗布工程を行う。反応物質塗布工程は、レジストパターン上に、レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布する工程である。図６Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１７の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００６８】
ステップＳ１７では、例えば塗布現像装置２の塗布モジュールＣＯＴを用い、図６Ｂ（ｅ）に示すように、レジストパターン１０３ｃに、レジストパターン１０３ｃを可溶化する反応物質を含む溶液を塗布する。反応物質の一例は、酸である。酸を含む酸性溶液の一例としては、例えば、ＴＡＲＣ（Top Anti-Reflection Coating）を用いることができる。具体的には、レジストパターン１０３ｃ上に、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）を含む溶液１０４ａを塗布する。
【００６９】
次に、ステップＳ１８の熱処理工程を行う。熱処理工程は、予め決定された熱処理条件で熱処理を行い、レジストパターン１０３ｃ内に反応物質を拡散させる工程である。図６Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１８が行われたレジストパターンの構造を示す。
【００７０】
ステップＳ１８では、予め決定された熱処理温度で熱処理を行い、図６Ｂ（ｆ）に示すように、レジストパターン１０３ｃ内に反応物質を拡散させて、レジストパターン１０３ｃの表面に新たな可溶層１０３ｅを形成する。図６Ｂ（ｆ）に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成されている基板、例えば半導体ウェハＷを、ベーカー１０５を用いてベークすることにより、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）の拡散量を大きくすることができる。あるいは、例えば塗布現像装置２の加熱モジュールＰＥＢ等を用いてもよい。また、ベークすることにより、レジストパターン１０３ｃ内に拡散した酸（Ｈ＋）を活性化することができ、不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化を促進することができる。不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化の一例は、例えば、アルカリ不溶性保護基からアルカリ可溶性基（可溶化物質）への、酸（Ｈ＋）を触媒成分とした変化である。
【００７１】
このとき、熱処理温度は、第１の線幅測定工程で測定された線幅に基づいて決定された熱処理温度であるため、第１の線幅測定工程で測定された線幅にばらつきがあったとしても所定の線幅に細らせることができる。
【００７２】
なお、ベーク温度が高すぎると、パターン崩れやパターン倒れの要因となるので、ベーク温度には上限が設定されることが好ましい。ベーク温度の上限は、レジストパターン１０３ｃを構成するレジストの種類に応じて変わるが、本実施の形態に示す一例では、１１０℃とすることができる。また、好ましいベーク温度は、５０℃から１８０℃である。
【００７３】
以上のように、ステップＳ１７及びステップＳ１８を行って、液相拡散により新たな可溶層１０３ｅを形成した後、ステップＳ１９を行う。ステップＳ１９は、新たな可溶層１０３ｅが形成されたレジストパターン１０３ｃから新たな可溶層１０３ｅを除去する工程である。除去の一例として現像処理を行うことができる。ここでは、ステップＳ１９として、第３の現像工程を行う例を説明する。図６Ｂ（ｇ）は、ステップＳ１９の工程を行った後のレジストパターンの構造を示す。
【００７４】
ステップＳ１９では、例えば塗布現像装置２の現像装置ＤＥＶを用い、図６Ｂ（ｇ）に示すように、新たな可溶層１０３ｅが形成されたレジストパターン１０３ｃ上に、アルカリ性の溶剤（現像液）を噴霧することで、新たな可溶層１０３ｅを除去した。また、ステップＳ１９を行った後、必要ならば、レジストパターン１０３ｃを硬化させるために、ポストベークを行う。
【００７５】
本実施の形態によれば、図６Ａ（ｃ）に示す第１の現像工程の後に、図６Ａ（ｄ）に示す中間露光領域１０３ｄの除去工程（第２の現像工程）、及び図６Ｂ（ｇ）に示す新たな可溶層１０３ｅの除去工程（第３の現像工程）を行う。中間露光領域１０３ｄ及び新たな可溶層１０３ｅを除去することにより、第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅ＣＤｉｎｔよりも細い線幅ＣＤｆｎｌを有するレジストパターン１０３ｃを形成することができる。
【００７６】
次に、図７並びに図８及び図９を参照し、従来のレジストパターンのスリミング処理方法と比較することによって、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行うことによりスリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる作用効果を説明する。
【００７７】
図８は、従来のレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図９は、従来のレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきが補正されないことを説明するための図である。
【００７８】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法においては、スリミング処理工程前にウェハ間で線幅にばらつきがあった場合、ばらつきを補正するように熱処理条件を変更することができる。例えばスリミング処理工程前の線幅が４２ｎｍであった場合、図７に示すように、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うことによって、スリム量が７ｎｍとなり、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍとなる。
【００７９】
また、例えばスリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を８ｎｍとしなくてはならない。図７に示すように、スリム量８ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）は７０℃であるため、熱処理工程における熱処理温度（ベーク温度）を７０℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【００８０】
また、例えばスリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を６ｎｍとしなくてはならない。図７に示すように、スリム量６ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）は５０℃であるため、熱処理工程における熱処理温度（ベーク温度）を５０℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【００８１】
従って、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を用いれば、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８２】
一方、従来のレジストパターンのスリミング処理方法においては、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができない。
【００８３】
従来のレジストパターンのスリミング処理方法においては、図８に示すように、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法における第１の線幅測定工程と、熱処理条件決定工程を行うことがない。第１の線幅測定工程を行わない場合、処理するウェハごとに第２の現像工程が終了した後、ウェハ１枚ごとにレジストパターンの線幅の測定を行うことがない。従って、ウェハ間で線幅にばらつきがあるか否かが分からない。また、熱処理条件決定工程を行わない場合、ウェハ間でレジストパターンの線幅にばらつきがあっても、それぞれのウェハに対して一定の熱処理条件、例えば熱処理温度で熱処理工程を行う。従って、スリミング処理工程前にウェハ間で線幅にばらつきがあった場合には、ばらつきを補正するように熱処理条件を変更することができないため、スリミング処理工程後もウェハ間で線幅にばらつきが残ってしまう。
【００８４】
図９に示すように、スリミング処理工程前の線幅が４２ｎｍであった場合、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うことによって、スリム量が７ｎｍとなり、スリミング処理工程後の線幅は３５ｎｍとなる。しかし、スリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うため、スリム量は７ｎｍのままであり、スリミング処理工程後の線幅は３６ｎｍと増大し、適正な線幅である３５ｎｍよりも１ｎｍ多くなってしまう。また、スリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合にも、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うため、スリム量は７ｎｍのままであり、スリミング処理工程後の線幅が３４ｎｍと減少し、適正な線幅よりも１ｎｍ少なくなってしまう。
【００８５】
従って、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行うことにより、従来のスリミング処理方法に比べ、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８６】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果を熱処理工程の熱処理条件に反映させることにより、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅寸法を所望の線幅寸法に調整することが可能である。
【００８７】
また、第１の線幅測定工程において、ウェハ面内での線幅の分布を測定し、熱処理工程において、ウェハ面内での温度分布を制御するようにすれば、ウェハ面内で線幅にばらつきがあった場合にも、本実施の形態に係る手法を用いて、ウェハ面内での線幅のばらつきを補正し、ウェハ面内での線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８８】
また、本実施の形態では、熱処理条件として熱処理温度を変化させて補正する方法を例示した。しかし、熱処理条件としては、熱処理温度に限定されるものではなく、例えば時間等でもよい。また、熱処理条件以外のスリミング処理工程における他の条件を変化させてもよく、例えば、第３の現像工程における現像処理温度若しくは現像処理時間、又は反応物質として塗布する酸の濃度等のいずれの条件を変化させてもよい。
【００８９】
また、本実施の形態では、スリミング処理工程後の線幅の目標値を設計上の所望の線幅として説明した。しかし、第２の実施の形態で説明するように、スリミング処理工程後の線幅をプロセスの途中でそのプロセスの歩留まりに応じた値に目標値としてもよい。あるいは、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンのそれぞれのスペースの間に２回目のリソグラフィでレジストパターンを追加して微細なレジストパターンを形成するダブルパターニングの場合には、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンの線幅を、２回目のリソグラフィで形成する追加のレジストパターンの線幅の目標値とするようにしてもよい。
【００９０】
また、本実施の形態では、第１の線幅測定工程は、第２の現像工程と反応物質塗布工程との間に行う例を示した。しかし、第１の線幅測定工程は、第１の現像工程と熱処理工程との間であれば、いつ行ってもよい。
【００９１】
また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を塗布現像装置２を用いて行う場合、第２の現像工程を現像装置ＤＥＶで行った後、第１の線幅測定工程を検査モジュールＩＭ１で行い、その後、反応物質塗布工程を塗布モジュールＣＯＴで行うことができる。しかし、検査モジュールに相当する装置が、現像装置ＤＥＶ、塗布モジュールＣＯＴ、ベーカー１０５又は加熱モジュールＰＥＢ等の装置内又は装置近傍にインラインモジュールとして備えられた塗布現像装置を用い、第１の線幅測定工程を、第１の現像工程、第２の現像工程、反応物質塗布工程、又は熱処理工程のいずれかと同時に行ってもよい。
【００９２】
また、本実施の形態では、反応物質塗布工程、熱処理工程及び第３の現像処理工程よりなるスリミング処理工程を１回行ってスリミング処理する例を示した。しかし、スリミング処理工程を１回行うだけでは充分なスリム量が得られない場合、スリミング処理工程を複数回繰り返すことによって、スリム量を目標値に近づける方法を行うこともできる。
（第１の実施の形態の変形例）
次に、図１０を参照し、第１の実施の形態の変形例に係るレジストパターンのスリミング方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００９３】
図１０は、本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行った場合におけるステップＳ１７及びステップＳ１８における基板表面の構造を模式的に示す断面図である。また、以下の文中でも、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある（以下の変形例、実施の形態についても同様）。
【００９４】
本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、レジストパターンを可溶化させる反応物質をレジストパターン内に気相拡散させる点で、第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理と相違する。
【００９５】
第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、ステップＳ１７及びステップＳ１８において、レジストパターン１０３ｃ上に反応物質を含む溶液を塗布し、反応物質をレジストパターン１０３ｃ内に液相拡散させるのと相違し、本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、レジストパターン１０３ｃを反応物質を含む雰囲気に暴露し、反応物質をレジストパターン１０３ｃ内に気相拡散させる。
【００９６】
ステップＳ１７及びステップＳ１８では、図１０に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成された基板、例えば半導体ウェハＷを処理チャンバ１０６内に搬入し、処理チャンバ１０６内に、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）を含む酸含有ガスを供給し、レジストパターン１０３ｃを、酸（Ｈ＋）を含む雰囲気１０４ｂに暴露する。次いで、酸（Ｈ＋）を含む雰囲気１０４ｂから、酸（Ｈ＋）をレジストパターン１０３ｃ内に拡散させる。拡散の際には、図１０に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成されている基板、例えば半導体ウェハＷを、ベーカー１０５を用いてベークすることがよい。ベークすることで、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）の拡散量を大きくすることができ、また、レジストパターン１０３ｃ内に拡散した酸（Ｈ＋）を活性化することができ、不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化を促進することができる。不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化の一例は、本変形例においても、酸（Ｈ＋）を触媒成分としたアルカリ不溶保護基からアルカリ可溶性基（可溶化物質）への変化である。
【００９７】
本変形例によっても、第１の線幅測定工程において、ウェハ面内での線幅の分布を測定し、熱処理工程において、ウェハ面内での温度分布を制御するようにすれば、ウェハ面内で線幅にばらつきがあった場合にも、ウェハ面内での線幅のばらつきを補正し、ウェハ面内での線幅のばらつきを低減させることができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１１及び図１２を参照し、本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００９８】
図１１は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図１２は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきを補正し、スリミング処理工程後の線幅のばらつきを低減することができる作用効果を示す図である。
【００９９】
本実施の形態に係るスリミング処理方法は、第３の現像工程の後、第２の線幅測定工程を行う点で、第１の実施の形態に係るスリミング処理方法と相違する。
【０１００】
第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定するのと相違し、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、次の基板のレジストパターンにスリミング処理工程を行うときに、前の基板の第２の線幅測定工程で測定した線幅の測定値にも基づいて、次の基板のレジストパターンに行う熱処理条件を決定（又は変更）する。
【０１０１】
なお、本実施の形態に係る塗布現像装置については、図１から図４を用いて説明した第１の実施の形態に係る塗布現像装置と同一であり、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
本実施の形態の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を含むレジストパターンの形成方法は、図１１に示すように、先の基板と後の基板のそれぞれについて、レジスト塗布工程（ステップＳ２１、ステップＳ３１）と、露光工程（ステップＳ２２、ステップＳ３２）と、第１の現像工程（ステップＳ２３、ステップＳ３３）と、第２の現像工程（ステップＳ２４、ステップＳ３４）と、第１の線幅測定工程（ステップＳ２５、ステップＳ３５）と、熱処理条件決定工程（ステップＳ２６、ステップＳ３６）と、スリミング処理工程（ステップＳ２７〜ステップＳ２９、ステップＳ３７〜ステップＳ３９）と、第２の線幅測定工程（ステップＳ３０、ステップＳ４０）とを含む。また、スリミング処理工程は、反応物質塗布工程（ステップＳ２７、ステップＳ３７）と、熱処理工程（ステップＳ２８、ステップＳ３８）と、第３の現像工程（ステップＳ２９、ステップＳ３９）とを含む。
【０１０３】
前の基板について、ステップＳ２１からステップ２９までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１１からステップＳ１９までの工程と同一である。
【０１０４】
ただし、前の基板について、ステップＳ３０である第２の線幅測定工程は、第１の実施の形態と相違する。第２の線幅測定工程は、前の基板について、ステップＳ２１のレジスト塗布工程からステップＳ２９の第３の現像工程を行って形成したレジストパターンの線幅を測定する工程である。例えば、スキャトロメトリを備えたＯＤＰを用いる膜厚線幅検査モジュールである検査モジュールＩＭ１にウェハを搬送し、線幅を測定する。
【０１０５】
一方、後の基板について、ステップＳ３１からステップＳ３５までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１１からステップＳ１５までの工程と同一の工程である。
【０１０６】
ただし、後の基板について、ステップＳ３６である熱処理条件決定工程は、第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１６の工程と相違する。第１の実施の形態において、第１の線幅測定工程は、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定する工程である。一方、本実施の形態において、第１の線幅測定工程は、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、前の基板の第２の線幅測定工程で測定した線幅の測定値と、後の基板の第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定（又は変更）する工程である。
【０１０７】
また、後の基板について、ステップＳ３６の後に行うステップＳ３７からステップＳ３９までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１７からステップＳ１９までの工程と同様である。更に、後の基板について、ステップＳ３９の後に行うステップＳ４０の工程は、前の基板について行うステップＳ３０の工程と同一の工程である。
【０１０８】
ステップＳ３６である熱処理条件決定工程においては、熱処理条件の一例として、複数のウェハに対し、それぞれ熱処理温度を変化させた熱処理工程を含む一連のスリミング処理工程を行い、それぞれのウェハに対しスリミング処理工程の前後でのスリム量を測定しておくのは、第１の実施の形態と同様である。予め保有しているデータは、図１２の線Ｌ０に示すように、略直線関係を示し、正の相関関係を有する。この場合、所望のスリム量を得るための熱処理温度（ベーク温度）を設定することが可能である。
【０１０９】
しかしながら、予め保有しているデータを取得してから時間が経過すると、例えばベーカーから周囲への熱伝導による環境温度の変化等の理由により、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係に齟齬が発生する場合がある。このような場合には、前の基板のスリミング処理工程後の線幅と目標値とのずれを参照して補正を行うことにより、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係を最新の状態に合わせて更新することができる。
【０１１０】
例えば、予め保有しているデータを取得してから、最初の複数枚のウェハのスリミング処理を行う間、６０℃の熱処理温度（ベーク温度）ではスリム量が７ｎｍであったにも関わらず、徐々に熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係に齟齬が発生し、直前の基板（前の基板）では６０℃の熱処理温度（ベーク温度）でスリム量が６．５ｎｍに変化した場合を仮定する。このような場合には、図１２において直線Ｌ０で示され、予め保有しているデータに基づく相関関係を、図１２において熱処理温度（ベーク温度）６０℃でスリム量が６．５ｎｍとなるようにシフトさせた直線Ｌ１とすることによって、熱処理温度とスリム量との相関関係を更新する。
【０１１１】
例えば、後の基板の第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値が４２ｎｍであったとする。これを３５ｎｍへ細らせる場合、スリム量を７ｎｍとする必要がある。このような場合には、熱処理温度（ベーク温度）を、図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が７ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である６５℃に設定すればよい。
【０１１２】
また、後の基板のスリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を８ｎｍとしなくてはならない。図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が８ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である７５℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【０１１３】
また、後の基板のスリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を６ｎｍとしなくてはならない。図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が６ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である５５℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【０１１４】
以上より、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果を熱処理工程の熱処理条件に反映させるとともに、直前の基板のデータを参照して予め保有する熱処理条件とスリム量の相関関係を最新の状態に更新することができ、レジストパターンの線幅寸法を所望の線幅寸法に更に精度よく調整することが可能である。
【０１１５】
なお、ある基板のスリミング処理を行う場合において予め保有しているデータの更新を行うとき、本実施の形態で説明したように直前の１枚の基板について第２の線幅測定工程で測定した線幅のみに基づいてデータを更新してもよく、あるいはその基板の直前の複数枚の基板について測定した線幅に基づいてデータを更新してもよい。あるいは、直前の基板について測定した線幅をより強く反映させるように調整する等、種々の重み付けをすることができる。
【０１１６】
また、本実施の形態でも、熱処理条件としては、熱処理温度に限定されるものではなく、例えば時間等でもよい。更に、熱処理条件以外のスリミング処理工程における他の条件を変化させてもよく、例えば塗布する反応物質として塗布する酸の濃度等を変化させてもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態でも、スリミング処理工程後の線幅をプロセスの途中でそのプロセスの歩留まりに応じた値に目標値としてもよい。あるいは、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンのそれぞれのスペースの間に２回目のリソグラフィでレジストパターンを追加して微細なレジストパターンを形成するダブルパターニングの場合には、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンの線幅を、２回目のリソグラフィで形成する追加のレジストパターンの線幅の目標値とするようにしてもよい。
【０１１８】
また、本実施の形態でも、第１の線幅測定工程は、第１の現像工程と熱処理工程との間であれば、いつ行ってもよい。
【０１１９】
また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を塗布現像装置２を用いて行う場合も、検査モジュールに相当する装置が、現像装置ＤＥＶ、塗布モジュールＣＯＴ、ベーカー１０５又は加熱モジュールＰＥＢ等の装置内又は装置近傍にインラインモジュールとして備えられた塗布現像装置を用い、第１の線幅測定工程を、第１の現像工程、第２の現像工程、反応物質塗布工程、又は熱処理工程のいずれかと同時に行ってもよく、更に、第２の線幅測定工程を、第３の現像工程と同時に行ってもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態でも、スリミング処理工程を複数回繰り返すことによって、スリム量を目標値に近づける方法を行うこともできる。
【０１２１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
２ 塗布現像装置
４ 搬送アーム
２１ キャリアブロック
２２ 載置部
２３ 開閉部
２４、３１、３３ 受け渡しアーム
２５Ａ〜２５Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ 棚モジュール
２６Ａ、２６Ｂ メインアーム
２８Ａ、２８Ｂ 液処理モジュール
２９ 処理容器
３４ インステージ
３５ アウトステージ
４０ 検査ブロック
５０ 制御部
５１ バス
５２ ＣＰＵ
５３ ワークメモリ
５４ プログラム格納部
５５ ホストコンピュータ
１０１ 下地層
１０２ 反射防止膜（ＢＡＲＣ）
１０３ レジスト層
１０３ａ 可溶層
１０３ｂ 不溶層
１０３ｃ レジストパターン
１０３ｄ 中間露光領域
１０３ｅ 新たな可溶層
Ｂ バッファモジュール
Ｃ１、Ｃ２ キャリア
ＣＤ、ＣＤｉｎｔ、ＣＤｆｎｌ 線幅
ＣＯＴ 塗布モジュール
ＣＰＬ１〜ＣＰＬ３ 冷却モジュール
ＤＥＶ 現像装置
ＩＭ１〜ＩＭ３ 検査モジュール
ＬＨＰ、ＰＡＢ、ＰＥＢ 加熱モジュール
Ｓ１ 処理ブロック
Ｓ２ 第１のインターフェイスブロック
Ｓ３ 第２のインターフェイスブロック
Ｓ４ 露光装置
ＴＲＳ１〜ＴＲＳ８ 受け渡しステージ
Ｗ ウェハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス等において、基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、光学露光技術だけでは、線幅とスペース幅が１：１の微細パターンの露光コントラストを十分に確保することが難しくなってきている。そこで、パターンに新たな層を組合せて微細パターンを形成する方法、又はパターン形成を２回に分けて行って微細パターンを形成する手法が検討されている。しかし、いずれの手法においても、パターンの線幅をいかに細く形成するかが重要である。レジスト塗布、熱処理、露光処理、現像処理よりなる一連のフォトリソグラフィを行って基板上にレジストパターンを形成した後、形成したレジストパターンの線幅を細く形成する処理（以下、「スリミング処理」という。）の方法であるスリミング処理方法として、以下のようなものがある。
【０００３】
化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上に酸性被覆を塗布してレジストパターンの表面層をアルカリ可溶性に転換し、アルカリ可溶性に転換された表面層を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
或いは、化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上に改質材を塗布してレジストパターンに改質材を拡散させる。その後、改質材と、レジストパターンのうち改質材が拡散されて溶解可能となった部分を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
或いは、レジストパターンを形成した後、そのレジストパターン上にパターン薄肉化材料（縮小材料）を塗布してレジストパターンの表面にパターンミキシング層を形成する。その後、薄肉化材料とパターンミキシング層を除去することで、レジストパターンの線幅を、最初に形成された線幅よりも、更に細くする方法がある（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８１８８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９２０２号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のスリミング処理方法を用いて、レジストパターンの線幅を細くする場合、次のような問題があった。
【０００８】
スリミング処理を行うスリミング処理工程の前の工程にて線幅又は形状にばらつきが存在する場合、スリミング処理工程でその線幅又は形状のばらつきを残したまま、次の工程を行わなければならないという問題があった。
【０００９】
スリミング処理工程を行う前に、露光処理、現像処理を行ってレジストパターンを形成する露光・現像工程を行っている。ところが、半導体装置のパターンの微細化等により、露光処理を行う際のマスクパターンの線幅も小さくなっているため、基板間でのレジスト膜厚の少量のばらつき、基板面内でのレジスト膜厚の少量のばらつきによって、露光・現像工程を行って形成されるレジストパターンの仕上がり線幅にばらつきが発生する場合がある。
【００１０】
一方、スリミング処理工程は、線幅を一定量細らせるようにスリミング条件が設定されている。そのため、例えば基板間で線幅にばらつきが存在する基板について形成されたレジストパターンのスリミング処理を行うと、スリミング処理されたレジストパターンにも、スリミング処理前の線幅のばらつきを反映した線幅のばらつきが存在する場合がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、露光処理、現像処理を行って形成したレジストパターンをスリミング処理する際に、形成したレジストパターンの線幅のばらつきを補正するようにスリミング処理の処理条件を決定し、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができるレジストパターンのスリミング処理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】
【００１２】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１３】
第１の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、前記レジストパターン上に該レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、前記レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、前記スリミング処理工程前に前記レジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程とを含み、前記第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて前記熱処理条件を決定することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記スリミング処理工程後に前記レジストパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程を含み、前記基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行った後、次の基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行うときに、前記第２の線幅測定工程で測定した前記基板上の前記レジストパターンの線幅の測定値に基づいて、前記次の基板上の前記レジストパターンに行う前記スリミング処理工程の前記熱処理条件を変更することを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記熱処理条件は、温度であることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記第１の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、第２の発明に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、前記第２の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、露光処理、現像処理を行って形成したレジストパターンをスリミング処理する際に、形成したレジストパターンの線幅のばらつきを補正するようにスリミング処理の処理条件を決定し、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の縦断側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る塗布現像装置の制御部の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その１）である。
【図６Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その２）である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を開始する前に予め保有している熱処理工程における熱処理温度とスリム幅との関係を示すグラフである。
【図８】従来のレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】従来のレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきが補正されないことを説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行った場合におけるステップＳ１７及びステップＳ１８における基板表面の構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきを補正し、スリミング処理工程後の線幅のばらつきを低減することができる作用効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
最初に、図１から図７を参照し、本発明の第１の実施の形態であるレジストパターンのスリミング処理方法、及びそのスリミング処理方法を行うために用いる塗布現像装置について説明する。
【００２１】
始めに、図１から図４を参照し、本実施の形態に係る塗布現像装置について説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す平面図である。図２は、本実施の形態に係る塗布現像装置の全体構成を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る塗布現像装置の縦断側面図である。図４は、本実施の形態に係る塗布現像装置の制御部の構成図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、塗布現像装置２は、手前側から順に、キャリアブロック２１、検査ブロック４０、処理ブロックＳ１、第１のインターフェイスブロックＳ２、第２のインターフェイスブロックＳ３、露光装置Ｓ４を有している。キャリアブロック２１には、ウェハＷが収納される複数のキャリアＣ１、Ｃ２が載置される。キャリアブロック２１の奥側には各々筐体にて周囲を囲まれる検査ブロック４０及び処理ブロックＳ１がこの順に接続されている。処理ブロックＳ１の奥側には、第１のインターフェイスブロックＳ２及び第２のインターフェイスブロックＳ３を介して露光装置Ｓ４が接続されている。
【００２４】
キャリアブロック２１には複数のキャリアＣ１、Ｃ２を載置する載置部２２と、載置部２２から見て前方の壁面に設けられる開閉部２３と、開閉部２３を介してキャリアＣ１、Ｃ２からウェハＷを取り出すための受け渡し手段である受け渡しアーム２４とが設けられている。受け渡しアーム２４は、アームが昇降自在、左右前後に移動自在、かつ、鉛直軸周りに回転自在に構成されていて、後述する制御部５０からの指令に基づいて制御される。
【００２５】
キャリアＣ１、Ｃ２には塗布現像処理を行うための基板であるウェハＷが例えば２５枚密閉収納されている。塗布現像処理を行うためのウェハＷが収納されるキャリアＣ１及び塗布現像処理を行わず検査のみを行うためのウェハＷが収納されるキャリアＣ２が塗布現像装置２の外部から図示しない搬送機構により搬入出される。
【００２６】
図３に示すように、検査ブロック４０は、４個の受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４と、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３と、これら受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４と、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３及び処理ブロックＳ１の受け渡しステージＴＲＳ５、ＴＲＳ６との間でウェハＷの受け渡しを行う基板搬送手段である搬送アーム４と、処理ブロックＳ１から検査ブロック４０に搬入されたウェハＷを一時的に滞留させるバッファモジュールＢとを備えている。第１〜第４のステージである受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ４は、図３に示すように、上下に積層されており、また検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３についても上下に積層されている。
【００２７】
検査モジュールＩＭ１は、ウェハＷ上に形成された膜の厚みやパターンの線幅を測定する膜厚線幅検査モジュールである。膜厚線幅検査モジュールとして、例えばスキャトロメトリを備えたオプティカルデジタルプロファイロメトリ（Optical Digital Profilometry；ＯＤＰ）システムを用いることができる。
【００２８】
また、検査モジュールＩＭ２として、ウェハＷ上のマクロ欠陥を検出するマクロ検査モジュールを備えることができる。あるいは、検査モジュールＩＭ３として、露光の重ね合わせのずれ、すなわち形成されたパターンと下地のパターンとの位置ずれを検出する重ね合わせ検査モジュールを備えることができる。
【００２９】
図１及び図３に示すように、処理ブロックＳ１には手前側から順に加熱・冷却系のモジュールを多段化した３個の棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃと、後述する液処理モジュール間のウェハＷの受け渡しを行うための２個の主搬送手段であるメインアーム２６Ａ、２６Ｂとが交互に配列して設けられている。メインアーム２６Ａ、２６Ｂは、いずれも２本のアームを備えており、アームが昇降自在、左右前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されていて、後述する制御部５０からの指令に基づいて制御されるようになっている。
【００３０】
棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ及びメインアーム２６Ａ、２６Ｂはキャリアブロック２１側から見て前後一列に配列されており、各々接続部位Ｇには図示しないウェハ搬送用の開口部が形成されているため、処理ブロックＳ１内においてウェハＷは一端側の棚モジュール２５Ａから他端側の棚モジュール２５Ｃまで自由に移動することができるようになっている。またメインアーム２６Ａ、２６Ｂは、キャリアブロック２１から見て前後方向に配置される棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ側の一面部と、例えば右側の液処理装置側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁により囲まれる空間内に置かれている。
【００３１】
図２に示すように、メインアーム２６Ａ、２６ＢによりウェハＷの受け渡しが行われる位置には、レジストを塗布する塗布モジュールＣＯＴや現像装置ＤＥＶなどの液処理装置を多段化した液処理モジュール２８Ａ、２８Ｂが設けられている。液処理モジュール２８Ａ、２８Ｂは、例えば図２に示すように、各液処理装置が収納される処理容器２９が複数段例えば５段に積層された構成とされている。
【００３２】
また棚モジュール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃについては、例えば図３に示すように、ウェハＷの受け渡しを行うための受け渡しステージＴＲＳ５〜ＴＲＳ８や、現像液の塗布後にウェハＷの加熱処理を行うための加熱装置をなす加熱モジュールＬＨＰや、レジスト液の塗布の前後や現像処理の前にウェハＷの冷却処理を行うための冷却装置をなす冷却モジュールＣＰＬ１、ＣＰＬ２、ＣＰＬ３の他、レジスト塗布後、露光処理前のウェハＷの加熱処理を行う加熱装置である加熱モジュールＰＡＢや露光処理後のウェハＷの加熱処理を行う加熱装置をなす加熱モジュールＰＥＢなどが、例えば上下１０段に割り当てられている。ここで受け渡しステージＴＲＳ５、ＴＲＳ６は、検査ブロック４０と処理ブロックＳ１との間、受け渡しステージＴＲＳ７、ＴＲＳ８は、２個のメインアーム２６Ａ、２６Ｂ同士の間で、それぞれウェハＷの受け渡しを行うために用いられる。この例では、加熱モジュールＬＨＰ、加熱モジュールＰＡＢ、加熱モジュールＰＥＢ及び冷却モジュールＣＰＬ１、ＣＰＬ２、ＣＰＬ３が処理モジュールに相当する。
【００３３】
図１に示すように、第１のインターフェイスブロックＳ２は、昇降自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、後述するように処理ブロックＳ１の棚モジュール２５Ｃの冷却モジュールＣＰＬ２や加熱モジュールＰＥＢに対してウェハＷの受け渡しを行う受け渡しアーム３１と、周辺露光装置、露光装置Ｓ４に搬入されるウェハＷを一旦収納するためのイン用バッファカセット及び露光装置Ｓ４から搬出されたウェハＷを一旦収納するためのアウト用バッファカセットが多段に配置された棚モジュール３２Ａと、ウェハＷの受け渡しステージと高精度温調モジュールとが多段に配置された棚モジュール３２Ｂとを備えている。
【００３４】
第２のインターフェイスブロックＳ３は、受け渡しアーム３３を備えている。受け渡しアーム３３は、第１のインターフェイスブロックＳ２の受け渡しステージや高精度温調モジュール、露光装置Ｓ４のインステージ３４及びアウトステージ３５に対してウェハＷの受け渡しを行う。
【００３５】
次に、処理ブロックＳ１にてウェハに塗布、現像処理を行う場合のウェハの流れについて説明する。
【００３６】
先ず外部から塗布、現像を行うためのウェハＷが収納されたキャリアＣ１がキャリアブロック２１に搬入されると、開閉部２３が開かれると共にキャリアＣ１の蓋体が外されて受け渡しアーム２４によりウェハＷが取り出される。そしてウェハＷは受け渡しアーム２４から受け渡しステージＴＲＳ１に受け渡され、検査モジュール４０の搬送アーム４により受け渡しステージＴＲＳ５に搬送される。次いでメインアーム２６Ａが受け渡しステージＴＲＳ５からウェハＷを受け取り、この後メインアーム２６Ａ及び２６Ｂにより、受け渡しステージＴＲＳ５→冷却モジュールＣＰＬ１→塗布モジュールＣＯＴ→受け渡しステージＴＲＳ７→ＰＡＢ→冷却モジュールＣＰＬ２の経路で搬送される。このようにして、冷却モジュールＣＰＬ２を介してレジスト液の塗布が行われたウェハＷが、第１のインターフェイスブロックＳ２に送られる。
【００３７】
第１のインターフェイスブロックＳ２内では、ウェハＷはイン用バッファカセット→周辺露光装置→高精度温調モジュールの順序で受け渡しアーム３１により搬送され、棚モジュール３２Ｂの受け渡しステージを介して第２のインターフェイスブロックＳ３に搬送される。その後ウェハＷは、受け渡しアーム３３により露光装置Ｓ４のインステージ３４を介して露光装置Ｓ４に搬送されて、露光が行われる。
【００３８】
露光後、ウェハＷは、アウトステージ３５→第２のインターフェイスブロックＳ３→第１のインターフェイスブロックＳ２のアウト用バッファカセットの順に搬送された後、受け渡しアーム３１を介して処理ブロックＳ１の加熱モジュールＰＥＢに搬送される。その後、ウェハＷは、冷却モジュールＣＰＬ３→現像装置ＤＥＶ→加熱モジュールＬＨＰ→受け渡しステージＴＲＳ８→受け渡しステージＴＲＳ６の経路で搬送される。このようにして、現像装置ＤＥＶにて所定の現像処理が行われたウェハＷに所定のレジストパターンが形成される。
【００３９】
塗布現像装置２は、例えばコンピュータを含む制御部５０を備えており、図４にその構成を示している。図４中５１はバスであり、各種演算を行うためのＣＰＵ５２及びワークメモリ５３がそのバス５１に接続されている。また、バス５１には各種のプログラムが格納されたプログラム格納部５４が接続されており、それぞれのプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部５４に格納される。
【００４０】
制御部５０には、ホストコンピュータ５５が接続されている。ホストコンピュータ５５は、塗布現像装置２に搬送されるキャリアごとに、どのような処理を行うロットが入っているか例えば識別コードによって識別する。ホストコンピュータ５５は、キャリアＣ１、Ｃ２が塗布現像装置２に搬送されるまでに、その識別コードに対応する信号を制御部５０に送信し、制御部５０がその信号に基づいて各種のプログラムを読み出し、読み出されたプログラムにより、受け渡しアーム２４、搬送アーム４の搬送動作も含めて一連の処理工程が制御される。
【００４１】
また、制御部５０は、各キャリアＣ１、Ｃ２ごとに含まれる２５枚のウェハＷについてキャリアブロック２１に搬入される順にウェハ番号を割り当てるようになっており、オペレータはキャリアＣ１、Ｃ２が塗布現像装置２に搬入される前に前記入力画面から各ロットの先頭のウェハ「１」〜最後のウェハ「２５」について、検査モジュールＩＭ１〜ＩＭ３の一つあるいは複数で検査を行うか、あるいは全く検査を行わないかを設定できるようになっている。
【００４２】
また、制御部５０は、通常のスリミング処理を行うロットについては、塗布現像装置２に搬送されるキャリアごとに、塗布現像処理を行って形成したレジストパターンの線幅測定を行ったデータを取得して保有し、管理している。また、通常のスリミング処理を行うロットについての処理を行う前に、予め複数のウェハに対して、例えば熱処理条件等の処理条件を変化させてスリミング処理工程を行い、それぞれについてスリミング処理工程を行う前後の線幅同士の差であるスリム量のデータを取得して、スリミング処理の処理条件とスリム量との相関関係のデータを保有している。
【００４３】
次に、図５から図７を参照し、本実施の形態に係るスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００４４】
図５は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。図７は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を開始する前に予め保有している熱処理工程における熱処理温度とスリム幅との関係を示すグラフである。
【００４５】
なお、図６Ａ（ａ）から図６Ｂ（ｇ）は、それぞれステップＳ１１からステップＳ１４、ステップＳ１７からステップＳ１９が行われた後の基板表面の構造を示す。
【００４６】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を含むレジストパターンの形成方法は、図５に示すように、レジスト塗布工程（ステップＳ１１）と、露光工程（ステップＳ１２）と、第１の現像工程（ステップＳ１３）と、第２の現像工程（ステップＳ１４）と、第１の線幅測定工程（ステップＳ１５）と、熱処理条件決定工程（ステップＳ１６）と、スリミング処理工程（ステップＳ１７〜ステップＳ１９）とを含む。また、スリミング処理工程は、反応物質塗布工程（ステップＳ１７）と、熱処理工程（ステップＳ１８）と、第３の現像工程（ステップＳ１９）とを含む。また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、ステップＳ１５の第１の線幅測定工程からステップＳ１９の第３の現像工程までを含む。
【００４７】
始めに、ステップＳ１１のレジスト塗布工程を行う。レジスト塗布工程は、下地層１０１上に、反射防止膜（Bottom Anti-Reflection Coating：ＢＡＲＣ）１０２及びレジスト層１０３を塗布する工程である。図６Ａ（ａ）は、ステップＳ１１の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００４８】
ステップＳ１１では、最初に、下地層１０１上に、反射防止膜１０２を形成する。下地層１０１の例は、半導体ウェハ自体や、半導体ウェハ上に形成された層間絶縁膜などの半導体装置内構造である。反射防止膜１０２は、例えば、反射防止剤が添加されたレジストを塗布する、又は反射防止膜を堆積することで形成される。なお、反射防止膜１０２は、必要に応じて形成されればよい。
【００４９】
次いで、ステップＳ１１では、塗布現像装置２の塗布モジュールＣＯＴを用い、図６Ａ（ａ）に示すように、反射防止膜１０２上にレジストを塗布し、塗布されたレジストをプリベークして溶剤を蒸発させ、固化させることでレジスト層１０３を形成する。レジストの一例は化学増幅型レジストである。化学増幅型レジストの一例は、例えば、光が照射されることで、溶剤に対して可溶な可溶化物質を発生させるレジストである。具体的な一例として、本例では、光酸発生材（PhotoAcid Generator：ＰＡＧ）を含有し、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を光源に用いた露光に対応可能な化学増幅型レジストを用いた。ＰＡＧは光が当たると酸を発生する。酸は、レジストに含まれたアルカリ不溶性保護基と反応し、アルカリ不溶性保護基をアルカリ可溶性基（可溶化物質）に変化させる。上記反応の一例は、酸触媒反応である。
【００５０】
次に、ステップＳ１２の露光工程を行う。露光工程は、レジスト層１０３の選択された部分を露光する工程である。図６Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５１】
ステップＳ１２では、図６Ａ（ｂ）に示すように、レジスト層１０３の選択された部分を露光し、アルカリ性の溶剤（現像液）に対して可溶な可溶化物質を選択的に発生させる。本例のレジストは、ＰＡＧを含有した化学増幅型レジストである。本例では、露光後、レジスト層１０３中に発生した酸を活性化させ、アルカリ不溶性保護基のアルカリ可溶性基（可溶化物質）への変化を促すために、熱処理（Post Exposure Bake：ＰＥＢ）を行う。このように、可溶化物質を選択的に発生させることで、レジスト層１０３中に、例えば、アルカリ性の溶剤（現像液）に対して可溶な可溶層１０３ａ及び不溶な不溶層１０３ｂのパターンよりなる露光パターンを得る。
【００５２】
次に、ステップＳ１３の第１の現像工程を行う。第１の現像工程は、現像処理を行って露光パターンに応じたレジストパターン１０３ｃを形成する工程である。図６Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５３】
ステップＳ１３では、図６Ａ（ｃ）に示すように、例えば塗布現像装置２の現像装置ＤＥＶを用い、露光パターンが形成されたレジスト層１０３から可溶層１０３ａを除去し、露光パターンに応じたレジストパターン１０３ｃを形成する。本例では、露光パターンが形成されたレジスト層１０３上に、アルカリ性の溶剤（現像液）を噴霧することで、可溶層１０３ａを除去した。これにより、不溶層１０３ｂよりなるレジストパターン１０３ｃが形成される。次いで、必要ならば、レジストパターン１０３ｃを硬化させるために、ポストベークを行う。これで第１の現像工程が終了する。第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅はＣＤｉｎｔである。
【００５４】
次に、ステップＳ１４の第２の現像工程を行う。第２の現像工程は、レジストパターン１０３ｃから中間露光領域を除去する工程である。図６Ａ（ｄ）は、ステップＳ１４の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００５５】
第１の現像工程を行った後のレジスト層１０３の側面には、可溶であるはずの領域にも関わらず可溶化が完全に進まない、又は不溶であるはずの領域にも関わらずわずかな可溶性基が発生する、といった可溶層１０３ａと不溶層１０３ｂとの中間的な性質をもつ領域を生じてしまう。このような領域を、以下中間露光領域１０３ｄと呼ぶ。中間露光領域１０３ｄを生ずる原因として、例えば、半導体装置の微細化が進むにつれ、露光される領域と露光されない領域との境界に充分な露光量のコントラストを確保することが難しくなってきていることが挙げられる。
【００５６】
ステップＳ１４では、図６Ａ（ｄ）に示すように、例えば現像液の温度を２３℃以上５０℃以下、現像液の濃度を２．３８％以上１５％以下、現像時間を２０ｓｅｃ以上３００ｓｅｃ以下とし、現像処理を行うことによって、中間露光領域１０３ｄを除去する。中間露光領域１０３ｄを除去することにより、第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅ＣＤｉｎｔよりも細い線幅ＣＤを有するレジストパターン１０３ｃを形成することができる。
【００５７】
なお、ステップＳ１４の第２回現像工程は、省略することができる。すなわち、ステップＳ１３の第１の現像工程を行った後、ステップＳ１４の第２の現像工程を省略し、ステップＳ１５の第１の線幅測定工程を行ってもよい。
【００５８】
次に、ステップＳ１５である第１の線幅測定工程を行う。第１の線幅測定工程は、第２の現像工程（第２の現像工程を省略する場合は、第１の現像工程）を行って形成したレジストパターンの線幅を測定する工程である。
【００５９】
例えば、スキャトロメトリを備えたＯＤＰを用いる膜厚線幅検査モジュールである検査モジュールＩＭ１にウェハを搬送し、線幅を測定する。
【００６０】
ＯＤＰは、分光エリプソメトリ（Ellipsometry）等と同様に、偏光を入射し、その入射光が反射された反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定し、反射率を測定する。偏光でない通常の白色光よりなる入射光が偏光子を透過するとき、その入射光は、偏光子の１本の軸と平行な電界ベクトルを有する直線偏光となる。直線偏光は、入射光と反射光を含む平面である入射平面に対し、平行なベクトル成分を有するｐ偏光と垂直なベクトル成分とを有するｓ偏光よりなる。エリプソメトリは、入射光のｐ偏光及びｓ偏光の各々が、ある媒質から反射された時に発生する偏光の変化を測定する測定方法である。偏光の変化は、振幅（強度）の変化と位相の変化という２つの成分よりなる。
【００６１】
一方、ＯＤＰは、被測定物である基板上に周期的なパターンが形成されている場合の反射率を計算する。被測定物が周期的なパターンである場合、被測定物は回折格子とみなすことができ、反射光は回折格子によって回折された回折反射光となる。このような回折反射光が反射される場合の反射率の計算は、例えば、米国特許５８３５２２５号公報又は米国特許５７３９９０９号公報に記載されているような密結合波分析Rigorous Coupled Wave Analysis、以下ＲＣＷＡという）を用いることができる。誘電率等の材料定数を仮定した上で、矩形要素の集合体として近似する等の手法により、回折格子の断面形状を、モデル化し、モデル化した断面形状の回折反射率を計算する。このようにして計算された回折反射率の計算値と、回折反射率の測定値とを比較解析することによって、断面形状を算出することができ、その結果、レジストパターン１０３ｃの線幅を測定することができる。
【００６２】
次に、ステップＳ１６である熱処理条件決定工程を行う。熱処理条件決定工程は、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて熱処理条件を決定する工程である。
【００６３】
本実施の形態に係るスリミング処理方法を用いてウェハの処理を開始する前に、予め熱処理条件とスリミング処理工程の前後の線幅の変化量であるスリム量との相関関係のデータを保有しておく。具体的には、処理するウェハとは別の複数のウェハに対して、熱処理条件を変化させてスリミング処理工程を行い、スリミング処理工程の前後での線幅の変化量であるスリム量のデータを測定して、熱処理条件とスリム量との相関関係のデータを取得し、保有している。
【００６４】
本実施の形態では、熱処理条件の一例として、複数のウェハに対し、それぞれ熱処理温度を変化させた熱処理工程を含む一連のスリミング処理工程を行い、それぞれのウェハに対しスリミング処理工程の前後でのスリム量を測定しておく。熱処理時間を一定値（例えば６０ｓｅｃとする。）とすると、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係は、図７に示すように、略直線関係を示し、正の相関関係を有する。熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との間に正の相関関係があるため、その後、本実施の形態に係るスリミング処理方法に係るスリミング処理工程を行う際に、熱処理温度を変えたときのスリム量を予め計算し、予測することが可能である。すなわち、所望のスリム量を得るための熱処理温度（ベーク温度）を設定することが可能である。
【００６５】
例えば、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値が４２ｎｍであったとする。これを３５ｎｍへ細らせる場合、スリム量を７ｎｍとする必要がある。このような場合には、熱処理温度（ベーク温度）を、図７のグラフにおいてスリム量が７ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である６０℃に設定すればよい。
【００６６】
以上のようにして、ステップＳ１６では、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定することができる。
【００６７】
次に、ステップＳ１７の反応物質塗布工程を行う。反応物質塗布工程は、レジストパターン上に、レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布する工程である。図６Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１７の工程が行われた後のレジストパターンの構造を示す。
【００６８】
ステップＳ１７では、例えば塗布現像装置２の塗布モジュールＣＯＴを用い、図６Ｂ（ｅ）に示すように、レジストパターン１０３ｃに、レジストパターン１０３ｃを可溶化する反応物質を含む溶液を塗布する。反応物質の一例は、酸である。酸を含む酸性溶液の一例としては、例えば、ＴＡＲＣ（Top Anti-Reflection Coating）を用いることができる。具体的には、レジストパターン１０３ｃ上に、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）を含む溶液１０４ａを塗布する。
【００６９】
次に、ステップＳ１８の熱処理工程を行う。熱処理工程は、予め決定された熱処理条件で熱処理を行い、レジストパターン１０３ｃ内に反応物質を拡散させる工程である。図６Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１８が行われたレジストパターンの構造を示す。
【００７０】
ステップＳ１８では、予め決定された熱処理温度で熱処理を行い、図６Ｂ（ｆ）に示すように、レジストパターン１０３ｃ内に反応物質を拡散させて、レジストパターン１０３ｃの表面に新たな可溶層１０３ｅを形成する。図６Ｂ（ｆ）に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成されている基板、例えば半導体ウェハＷを、ベーカー１０５を用いてベークすることにより、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）の拡散量を大きくすることができる。あるいは、例えば塗布現像装置２の加熱モジュールＰＥＢ等を用いてもよい。また、ベークすることにより、レジストパターン１０３ｃ内に拡散した酸（Ｈ＋）を活性化することができ、不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化を促進することができる。不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化の一例は、例えば、アルカリ不溶性保護基からアルカリ可溶性基（可溶化物質）への、酸（Ｈ＋）を触媒成分とした変化である。
【００７１】
このとき、熱処理温度は、第１の線幅測定工程で測定された線幅に基づいて決定された熱処理温度であるため、第１の線幅測定工程で測定された線幅にばらつきがあったとしても所定の線幅に細らせることができる。
【００７２】
なお、ベーク温度が高すぎると、パターン崩れやパターン倒れの要因となるので、ベーク温度には上限が設定されることが好ましい。ベーク温度の上限は、レジストパターン１０３ｃを構成するレジストの種類に応じて変わるが、本実施の形態に示す一例では、１１０℃とすることができる。また、好ましいベーク温度は、５０℃から１８０℃である。
【００７３】
以上のように、ステップＳ１７及びステップＳ１８を行って、液相拡散により新たな可溶層１０３ｅを形成した後、ステップＳ１９を行う。ステップＳ１９は、新たな可溶層１０３ｅが形成されたレジストパターン１０３ｃから新たな可溶層１０３ｅを除去する工程である。除去の一例として現像処理を行うことができる。ここでは、ステップＳ１９として、第３の現像工程を行う例を説明する。図６Ｂ（ｇ）は、ステップＳ１９の工程を行った後のレジストパターンの構造を示す。
【００７４】
ステップＳ１９では、例えば塗布現像装置２の現像装置ＤＥＶを用い、図６Ｂ（ｇ）に示すように、新たな可溶層１０３ｅが形成されたレジストパターン１０３ｃ上に、アルカリ性の溶剤（現像液）を噴霧することで、新たな可溶層１０３ｅを除去した。また、ステップＳ１９を行った後、必要ならば、レジストパターン１０３ｃを硬化させるために、ポストベークを行う。
【００７５】
本実施の形態によれば、図６Ａ（ｃ）に示す第１の現像工程の後に、図６Ａ（ｄ）に示す中間露光領域１０３ｄの除去工程（第２の現像工程）、及び図６Ｂ（ｇ）に示す新たな可溶層１０３ｅの除去工程（第３の現像工程）を行う。中間露光領域１０３ｄ及び新たな可溶層１０３ｅを除去することにより、第１の現像工程を行った後のレジストパターン１０３ｃの線幅ＣＤｉｎｔよりも細い線幅ＣＤｆｎｌを有するレジストパターン１０３ｃを形成することができる。
【００７６】
次に、図７並びに図８及び図９を参照し、従来のレジストパターンのスリミング処理方法と比較することによって、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行うことによりスリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる作用効果を説明する。
【００７７】
図８は、従来のレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図９は、従来のレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきが補正されないことを説明するための図である。
【００７８】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法においては、スリミング処理工程前にウェハ間で線幅にばらつきがあった場合、ばらつきを補正するように熱処理条件を変更することができる。例えばスリミング処理工程前の線幅が４２ｎｍであった場合、図７に示すように、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うことによって、スリム量が７ｎｍとなり、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍとなる。
【００７９】
また、例えばスリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を８ｎｍとしなくてはならない。図７に示すように、スリム量８ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）は７０℃であるため、熱処理工程における熱処理温度（ベーク温度）を７０℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【００８０】
また、例えばスリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を６ｎｍとしなくてはならない。図７に示すように、スリム量６ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）は５０℃であるため、熱処理工程における熱処理温度（ベーク温度）を５０℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【００８１】
従って、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を用いれば、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８２】
一方、従来のレジストパターンのスリミング処理方法においては、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができない。
【００８３】
従来のレジストパターンのスリミング処理方法においては、図８に示すように、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法における第１の線幅測定工程と、熱処理条件決定工程を行うことがない。第１の線幅測定工程を行わない場合、処理するウェハごとに第２の現像工程が終了した後、ウェハ１枚ごとにレジストパターンの線幅の測定を行うことがない。従って、ウェハ間で線幅にばらつきがあるか否かが分からない。また、熱処理条件決定工程を行わない場合、ウェハ間でレジストパターンの線幅にばらつきがあっても、それぞれのウェハに対して一定の熱処理条件、例えば熱処理温度で熱処理工程を行う。従って、スリミング処理工程前にウェハ間で線幅にばらつきがあった場合には、ばらつきを補正するように熱処理条件を変更することができないため、スリミング処理工程後もウェハ間で線幅にばらつきが残ってしまう。
【００８４】
図９に示すように、スリミング処理工程前の線幅が４２ｎｍであった場合、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うことによって、スリム量が７ｎｍとなり、スリミング処理工程後の線幅は３５ｎｍとなる。しかし、スリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うため、スリム量は７ｎｍのままであり、スリミング処理工程後の線幅は３６ｎｍと増大し、適正な線幅である３５ｎｍよりも１ｎｍ多くなってしまう。また、スリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合にも、一定の熱処理温度（ベーク温度）である６０℃で熱処理を行うため、スリム量は７ｎｍのままであり、スリミング処理工程後の線幅が３４ｎｍと減少し、適正な線幅よりも１ｎｍ少なくなってしまう。
【００８５】
従って、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行うことにより、従来のスリミング処理方法に比べ、スリミング処理後のレジストパターンの線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８６】
本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果を熱処理工程の熱処理条件に反映させることにより、スリミング処理工程後のレジストパターンの線幅寸法を所望の線幅寸法に調整することが可能である。
【００８７】
また、第１の線幅測定工程において、ウェハ面内での線幅の分布を測定し、熱処理工程において、ウェハ面内での温度分布を制御するようにすれば、ウェハ面内で線幅にばらつきがあった場合にも、本実施の形態に係る手法を用いて、ウェハ面内での線幅のばらつきを補正し、ウェハ面内での線幅のばらつきを低減させることができる。
【００８８】
また、本実施の形態では、熱処理条件として熱処理温度を変化させて補正する方法を例示した。しかし、熱処理条件としては、熱処理温度に限定されるものではなく、例えば時間等でもよい。また、熱処理条件以外のスリミング処理工程における他の条件を変化させてもよく、例えば、第３の現像工程における現像処理温度若しくは現像処理時間、又は反応物質として塗布する酸の濃度等のいずれの条件を変化させてもよい。
【００８９】
また、本実施の形態では、スリミング処理工程後の線幅の目標値を設計上の所望の線幅として説明した。しかし、第２の実施の形態で説明するように、スリミング処理工程後の線幅をプロセスの途中でそのプロセスの歩留まりに応じた値に目標値としてもよい。あるいは、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンのそれぞれのスペースの間に２回目のリソグラフィでレジストパターンを追加して微細なレジストパターンを形成するダブルパターニングの場合には、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンの線幅を、２回目のリソグラフィで形成する追加のレジストパターンの線幅の目標値とするようにしてもよい。
【００９０】
また、本実施の形態では、第１の線幅測定工程は、第２の現像工程と反応物質塗布工程との間に行う例を示した。しかし、第１の線幅測定工程は、第１の現像工程と熱処理工程との間であれば、いつ行ってもよい。
【００９１】
また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を塗布現像装置２を用いて行う場合、第２の現像工程を現像装置ＤＥＶで行った後、第１の線幅測定工程を検査モジュールＩＭ１で行い、その後、反応物質塗布工程を塗布モジュールＣＯＴで行うことができる。しかし、検査モジュールに相当する装置が、現像装置ＤＥＶ、塗布モジュールＣＯＴ、ベーカー１０５又は加熱モジュールＰＥＢ等の装置内又は装置近傍にインラインモジュールとして備えられた塗布現像装置を用い、第１の線幅測定工程を、第１の現像工程、第２の現像工程、反応物質塗布工程、又は熱処理工程のいずれかと同時に行ってもよい。
【００９２】
また、本実施の形態では、反応物質塗布工程、熱処理工程及び第３の現像処理工程よりなるスリミング処理工程を１回行ってスリミング処理する例を示した。しかし、スリミング処理工程を１回行うだけでは充分なスリム量が得られない場合、スリミング処理工程を複数回繰り返すことによって、スリム量を目標値に近づける方法を行うこともできる。
（第１の実施の形態の変形例）
次に、図１０を参照し、第１の実施の形態の変形例に係るレジストパターンのスリミング方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００９３】
図１０は、本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法を行った場合におけるステップＳ１７及びステップＳ１８における基板表面の構造を模式的に示す断面図である。また、以下の文中でも、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある（以下の変形例、実施の形態についても同様）。
【００９４】
本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、レジストパターンを可溶化させる反応物質をレジストパターン内に気相拡散させる点で、第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理と相違する。
【００９５】
第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、ステップＳ１７及びステップＳ１８において、レジストパターン１０３ｃ上に反応物質を含む溶液を塗布し、反応物質をレジストパターン１０３ｃ内に液相拡散させるのと相違し、本変形例に係るレジストパターンのスリミング処理方法は、レジストパターン１０３ｃを反応物質を含む雰囲気に暴露し、反応物質をレジストパターン１０３ｃ内に気相拡散させる。
【００９６】
ステップＳ１７及びステップＳ１８では、図１０に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成された基板、例えば半導体ウェハＷを処理チャンバ１０６内に搬入し、処理チャンバ１０６内に、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）を含む酸含有ガスを供給し、レジストパターン１０３ｃを、酸（Ｈ＋）を含む雰囲気１０４ｂに暴露する。次いで、酸（Ｈ＋）を含む雰囲気１０４ｂから、酸（Ｈ＋）をレジストパターン１０３ｃ内に拡散させる。拡散の際には、図１０に示すように、レジストパターン１０３ｃが形成されている基板、例えば半導体ウェハＷを、ベーカー１０５を用いてベークすることがよい。ベークすることで、反応物質、例えば、酸（Ｈ＋）の拡散量を大きくすることができ、また、レジストパターン１０３ｃ内に拡散した酸（Ｈ＋）を活性化することができ、不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化を促進することができる。不溶層１０３ｂから新たな可溶層１０３ｅへの変化の一例は、本変形例においても、酸（Ｈ＋）を触媒成分としたアルカリ不溶保護基からアルカリ可溶性基（可溶化物質）への変化である。
【００９７】
本変形例によっても、第１の線幅測定工程において、ウェハ面内での線幅の分布を測定し、熱処理工程において、ウェハ面内での温度分布を制御するようにすれば、ウェハ面内で線幅にばらつきがあった場合にも、ウェハ面内での線幅のばらつきを補正し、ウェハ面内での線幅のばらつきを低減させることができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１１及び図１２を参照し、本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法について説明する。
【００９８】
図１１は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法及びレジストパターンの形成方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図１２は、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法において、スリミング処理工程前の線幅のばらつきを補正し、スリミング処理工程後の線幅のばらつきを低減することができる作用効果を示す図である。
【００９９】
本実施の形態に係るスリミング処理方法は、第３の現像工程の後、第２の線幅測定工程を行う点で、第１の実施の形態に係るスリミング処理方法と相違する。
【０１００】
第１の実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定するのと相違し、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、次の基板のレジストパターンにスリミング処理工程を行うときに、前の基板の第２の線幅測定工程で測定した線幅の測定値にも基づいて、次の基板のレジストパターンに行う熱処理条件を決定（又は変更）する。
【０１０１】
なお、本実施の形態に係る塗布現像装置については、図１から図４を用いて説明した第１の実施の形態に係る塗布現像装置と同一であり、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
本実施の形態の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を含むレジストパターンの形成方法は、図１１に示すように、先の基板と後の基板のそれぞれについて、レジスト塗布工程（ステップＳ２１、ステップＳ３１）と、露光工程（ステップＳ２２、ステップＳ３２）と、第１の現像工程（ステップＳ２３、ステップＳ３３）と、第２の現像工程（ステップＳ２４、ステップＳ３４）と、第１の線幅測定工程（ステップＳ２５、ステップＳ３５）と、熱処理条件決定工程（ステップＳ２６、ステップＳ３６）と、スリミング処理工程（ステップＳ２７〜ステップＳ２９、ステップＳ３７〜ステップＳ３９）と、第２の線幅測定工程（ステップＳ３０、ステップＳ４０）とを含む。また、スリミング処理工程は、反応物質塗布工程（ステップＳ２７、ステップＳ３７）と、熱処理工程（ステップＳ２８、ステップＳ３８）と、第３の現像工程（ステップＳ２９、ステップＳ３９）とを含む。
【０１０３】
前の基板について、ステップＳ２１からステップ２９までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１１からステップＳ１９までの工程と同一である。
【０１０４】
ただし、前の基板について、ステップＳ３０である第２の線幅測定工程は、第１の実施の形態と相違する。第２の線幅測定工程は、前の基板について、ステップＳ２１のレジスト塗布工程からステップＳ２９の第３の現像工程を行って形成したレジストパターンの線幅を測定する工程である。例えば、スキャトロメトリを備えたＯＤＰを用いる膜厚線幅検査モジュールである検査モジュールＩＭ１にウェハを搬送し、線幅を測定する。
【０１０５】
一方、後の基板について、ステップＳ３１からステップＳ３５までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１１からステップＳ１５までの工程と同一の工程である。
【０１０６】
ただし、後の基板について、ステップＳ３６である熱処理条件決定工程は、第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１６の工程と相違する。第１の実施の形態において、第１の線幅測定工程は、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定する工程である。一方、本実施の形態において、第１の線幅測定工程は、予め保有している熱処理条件とスリム量との相関関係のデータと、前の基板の第２の線幅測定工程で測定した線幅の測定値と、後の基板の第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値とに基づいて熱処理条件を決定（又は変更）する工程である。
【０１０７】
また、後の基板について、ステップＳ３６の後に行うステップＳ３７からステップＳ３９までの工程は、それぞれ第１の実施の形態において図５に示したステップＳ１７からステップＳ１９までの工程と同様である。更に、後の基板について、ステップＳ３９の後に行うステップＳ４０の工程は、前の基板について行うステップＳ３０の工程と同一の工程である。
【０１０８】
ステップＳ３６である熱処理条件決定工程においては、熱処理条件の一例として、複数のウェハに対し、それぞれ熱処理温度を変化させた熱処理工程を含む一連のスリミング処理工程を行い、それぞれのウェハに対しスリミング処理工程の前後でのスリム量を測定しておくのは、第１の実施の形態と同様である。予め保有しているデータは、図１２の線Ｌ０に示すように、略直線関係を示し、正の相関関係を有する。この場合、所望のスリム量を得るための熱処理温度（ベーク温度）を設定することが可能である。
【０１０９】
しかしながら、予め保有しているデータを取得してから時間が経過すると、例えばベーカーから周囲への熱伝導による環境温度の変化等の理由により、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係に齟齬が発生する場合がある。このような場合には、前の基板のスリミング処理工程後の線幅と目標値とのずれを参照して補正を行うことにより、熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係を最新の状態に合わせて更新することができる。
【０１１０】
例えば、予め保有しているデータを取得してから、最初の複数枚のウェハのスリミング処理を行う間、６０℃の熱処理温度（ベーク温度）ではスリム量が７ｎｍであったにも関わらず、徐々に熱処理温度（ベーク温度）とスリム量との関係に齟齬が発生し、直前の基板（前の基板）では６０℃の熱処理温度（ベーク温度）でスリム量が６．５ｎｍに変化した場合を仮定する。このような場合には、図１２において直線Ｌ０で示され、予め保有しているデータに基づく相関関係を、図１２において熱処理温度（ベーク温度）６０℃でスリム量が６．５ｎｍとなるようにシフトさせた直線Ｌ１とすることによって、熱処理温度とスリム量との相関関係を更新する。
【０１１１】
例えば、後の基板の第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値が４２ｎｍであったとする。これを３５ｎｍへ細らせる場合、スリム量を７ｎｍとする必要がある。このような場合には、熱処理温度（ベーク温度）を、図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が７ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である６５℃に設定すればよい。
【０１１２】
また、後の基板のスリミング処理工程前の線幅が４３ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を８ｎｍとしなくてはならない。図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が８ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である７５℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【０１１３】
また、後の基板のスリミング処理工程前の線幅が４１ｎｍであった場合には、スリミング処理工程後の線幅が３５ｎｍになるためには、スリム量を６ｎｍとしなくてはならない。図１２のグラフにおいて新たに更新した相関関係を示す直線Ｌ１に基づき、スリム量が６ｎｍに対応する熱処理温度（ベーク温度）である５５℃に設定することによって、スリミング処理工程後の線幅を３５ｎｍにそろえることができる。
【０１１４】
以上より、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法では、スリミング処理工程前にレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果を熱処理工程の熱処理条件に反映させるとともに、直前の基板のデータを参照して予め保有する熱処理条件とスリム量の相関関係を最新の状態に更新することができ、レジストパターンの線幅寸法を所望の線幅寸法に更に精度よく調整することが可能である。
【０１１５】
なお、ある基板のスリミング処理を行う場合において予め保有しているデータの更新を行うとき、本実施の形態で説明したように直前の１枚の基板について第２の線幅測定工程で測定した線幅のみに基づいてデータを更新してもよく、あるいはその基板の直前の複数枚の基板について測定した線幅に基づいてデータを更新してもよい。あるいは、直前の基板について測定した線幅をより強く反映させるように調整する等、種々の重み付けをすることができる。
【０１１６】
また、本実施の形態でも、熱処理条件としては、熱処理温度に限定されるものではなく、例えば時間等でもよい。更に、熱処理条件以外のスリミング処理工程における他の条件を変化させてもよく、例えば塗布する反応物質として塗布する酸の濃度等を変化させてもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態でも、スリミング処理工程後の線幅をプロセスの途中でそのプロセスの歩留まりに応じた値に目標値としてもよい。あるいは、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンのそれぞれのスペースの間に２回目のリソグラフィでレジストパターンを追加して微細なレジストパターンを形成するダブルパターニングの場合には、１回目のリソグラフィで形成したレジストパターンの線幅を、２回目のリソグラフィで形成する追加のレジストパターンの線幅の目標値とするようにしてもよい。
【０１１８】
また、本実施の形態でも、第１の線幅測定工程は、第１の現像工程と熱処理工程との間であれば、いつ行ってもよい。
【０１１９】
また、本実施の形態に係るレジストパターンのスリミング処理方法を塗布現像装置２を用いて行う場合も、検査モジュールに相当する装置が、現像装置ＤＥＶ、塗布モジュールＣＯＴ、ベーカー１０５又は加熱モジュールＰＥＢ等の装置内又は装置近傍にインラインモジュールとして備えられた塗布現像装置を用い、第１の線幅測定工程を、第１の現像工程、第２の現像工程、反応物質塗布工程、又は熱処理工程のいずれかと同時に行ってもよく、更に、第２の線幅測定工程を、第３の現像工程と同時に行ってもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態でも、スリミング処理工程を複数回繰り返すことによって、スリム量を目標値に近づける方法を行うこともできる。
【０１２１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
２ 塗布現像装置
４ 搬送アーム
２１ キャリアブロック
２２ 載置部
２３ 開閉部
２４、３１、３３ 受け渡しアーム
２５Ａ〜２５Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ 棚モジュール
２６Ａ、２６Ｂ メインアーム
２８Ａ、２８Ｂ 液処理モジュール
２９ 処理容器
３４ インステージ
３５ アウトステージ
４０ 検査ブロック
５０ 制御部
５１ バス
５２ ＣＰＵ
５３ ワークメモリ
５４ プログラム格納部
５５ ホストコンピュータ
１０１ 下地層
１０２ 反射防止膜（ＢＡＲＣ）
１０３ レジスト層
１０３ａ 可溶層
１０３ｂ 不溶層
１０３ｃ レジストパターン
１０３ｄ 中間露光領域
１０３ｅ 新たな可溶層
Ｂ バッファモジュール
Ｃ１、Ｃ２ キャリア
ＣＤ、ＣＤｉｎｔ、ＣＤｆｎｌ 線幅
ＣＯＴ 塗布モジュール
ＣＰＬ１〜ＣＰＬ３ 冷却モジュール
ＤＥＶ 現像装置
ＩＭ１〜ＩＭ３ 検査モジュール
ＬＨＰ、ＰＡＢ、ＰＥＢ 加熱モジュール
Ｓ１ 処理ブロック
Ｓ２ 第１のインターフェイスブロック
Ｓ３ 第２のインターフェイスブロック
Ｓ４ 露光装置
ＴＲＳ１〜ＴＲＳ８ 受け渡しステージ
Ｗ ウェハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、
前記レジストパターン上に該レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、前記レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、
前記スリミング処理工程前に前記レジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程と
を含み、
前記第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて前記熱処理条件を決定することを特徴とするレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項２】
前記スリミング処理工程後に前記レジストパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程を含み、
前記基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行った後、次の基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行うときに、
前記第２の線幅測定工程で測定した前記基板上の前記レジストパターンの線幅の測定値に基づいて、前記次の基板上の前記レジストパターンに行う前記スリミング処理工程の前記熱処理条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項３】
前記熱処理条件は、温度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項４】
前記第１の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項５】
前記第２の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする請求項２に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項１】
基板上に形成したレジストパターンをスリミング処理するレジストパターンのスリミング処理方法において、
前記レジストパターン上に該レジストパターンを可溶化する反応物質を塗布し、次に予め決定された熱処理条件で熱処理し、次に現像処理することによって、前記レジストパターンにスリミング処理を行うスリミング処理工程と、
前記スリミング処理工程前に前記レジストパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程と
を含み、
前記第１の線幅測定工程で測定した線幅の測定値に基づいて前記熱処理条件を決定することを特徴とするレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項２】
前記スリミング処理工程後に前記レジストパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程を含み、
前記基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行った後、次の基板上の前記レジストパターンに前記スリミング処理工程を行うときに、
前記第２の線幅測定工程で測定した前記基板上の前記レジストパターンの線幅の測定値に基づいて、前記次の基板上の前記レジストパターンに行う前記スリミング処理工程の前記熱処理条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項３】
前記熱処理条件は、温度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項４】
前記第１の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【請求項５】
前記第２の線幅測定工程を、前記スリミング処理工程を行う装置内に備えられた装置により行うことを特徴とする請求項２に記載のレジストパターンのスリミング処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２６７８７９（Ｐ２０１０−２６７８７９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９０８７（Ｐ２００９−１１９０８７）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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