基板加熱装置及び基板加熱方法
【課題】 化学増幅型のレジストが塗布され、例えば低加速の電子ビームにより露光された基板を加熱処理するにあたり、レジストの化学増幅反応を促進させて線幅精度の高いレジストパターンを形成すること
【解決手段】 表面にレジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体例えばグリセリンなどが供給された基板を基板載置部である載置台3に載置した状態で加熱手段をなすヒータ33及び51により加熱する構成とする。この場合、露光領域内での酸の活動を活発にすることができるので、結果として例えば低加速の電子ビームにしょり露光したレジストであっても現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。
【解決手段】 表面にレジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体例えばグリセリンなどが供給された基板を基板載置部である載置台3に載置した状態で加熱手段をなすヒータ33及び51により加熱する構成とする。この場合、露光領域内での酸の活動を活発にすることができるので、結果として例えば低加速の電子ビームにしょり露光したレジストであっても現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、例えば半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という)の表面に薄膜状にレジストを塗布し、露光した後、現像液により現像して表面にマスクパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布・現像を行う塗布・現像装置に、露光装置を接続したシステムを用いて行われる。
【0003】
レジストの種類の一つに化学増幅型のレジストがある。このレジストは、露光することによりレジストに含まれる酸発生剤から酸が発生し、さらにPEB(Post Exposure Bake)と呼ばれる加熱処理を行うことによりこの酸が露光領域内に拡散して酸触媒反応が進行する。図11は化学増幅型のレジストのうち露光領域が酸触媒反応によって現像液に対し溶解性に変質するポジ型のレジストを用いたときの露光、加熱、現像の状態を示す図である。先ず、レジストRが薄膜状に塗布された基板例えばウエハWに対し、パターンに対応する開口部を有するマスクMを介在させて露光を行うと、マスクMの開口部を通過して光の当たった部位の表面部に例えばプロトン(H+)などの酸が発生する(図11(a))。次いでウエハWを所定の温度例えば90〜140℃で加熱すると、酸が拡散して酸触媒反応が進行し、そしてレジストRの主成分であるベース樹脂を酸が分解して現像液に対して可溶解性となる(図11(b))。この酸触媒反応についてより詳しくは、例えば露光部に発生した酸が拡散してベース樹脂を分解すると、このとき新たに酸(或いは酸に相当する成分)が生成し、この酸がベース樹脂を分解する、といったように増幅反応が進行する。その後、ウエハWの表面に現像液を供給することにより、現像液に不溶解性の部位が残ってレジストパターンが形成される(図11(c))。
【0004】
この種のレジストを用いれば、原理的に微細な線幅に対応することができる利点がある。但し、化学増幅型レジストの現像速度は酸触媒反応量で決まるので、露光後の加熱処理の条件は化学増幅型レジストの特性、特に現像後に得られるパターンの線幅精度を著しく左右する。前記基板であるウエハWを加熱するための従来の加熱装置は、例えば図12に示すように、抵抗加熱体であるヒータ10を埋設した加熱プレート1の上にウエハWを載置し、この上に蓋体11を被せて処理空間を形成し、この処理空間に、例えば外方から中央へ向かうパージガスの気流を形成するように構成されている(特許文献1参照)。
【0005】
ところで、パターンの微細化は益々進行する傾向にあり、更に、近年においては、少品種大量生産から多品種少量生産の生産方式に移行しつつあることから、これまでのように各品種毎に専用のマスクMを作製していたのでは製品の単価が高騰してしまうことがある。そこで、電子ビームを用いてキャラクタープロジェクションと呼ばれるマスクレスの描画技術(以下、「電子ビーム露光」と呼ぶ)が検討され、報告がなされている(特許文献2参照)。電子ビーム露光の概念について図13を用いて以下に簡単に述べておく。図中2は電子ビームを照射するための電子銃であり、この電子銃2から照射された電子ビームは第1の偏向手段21により形成される静電界により曲げられ、上下の目開き部材22a,22b,・・・の各々の表面に形成された例えば丸、三角、四角などの種々の開口部(図示せず)のうち所定の組み合わせの開口部を通過させることにより、電子ビームの断面形状が所定のパターン状に形成される。その後、電子ビームは第2の偏向手段22により再度曲げられてウエハWの表面の予定とする照射領域に照射される。このように電子ビーム露光は、電子ビームを通過させる開口部の組み合わせを変えることによりマスクMを用いなくとも任意のパターンをウエハWの表面に描画することができる利点がある。
【0006】
但し、ウエハWに照射する電子ビームの加速度が大きすぎるとウエハWの下地に到達した電子が反射して上方側に向かい予定としない部位まで描画してしまうことから(このような現象は近接効果と呼ばれている)、この近接効果を抑制するために電子ビームの加速度は小さく設定されている。このように電子ビームを低加速に設定すれば、偏向手段21,23の静電界によりビームの軌道が曲げやすくなるので、目開き部材22の目標とする開口部を高精度に通過させることができ、更にウエハWの表面の予定とする位置に高精度にビームを当てることができるという利点もある。
【0007】
【特許文献1】特開2001−274052号公報(図10、段落0005〜0006)
【特許文献2】特開2002−50567号公報(「従来の技術」)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら低加速の電子ビームを用いた描画には以下のような問題がある。即ち、低加速にした分において電子ビームからレジストに注入されるエネルギーが少なくなるため、化学増幅型レジストの場合には増幅反応である酸触媒反応促進のトリガーとなり得る酸の量が不足してしまい、描画後加熱を行っても描画領域内に充分に酸が広がらない場合がある。このためレジストの変質が充分に行われず、結果としてパターンが形成されないか、あるいは形成されたとしても線幅精度が低いパターンが形成されてしまう。このため電子ビーム露光を実施しようとすると充分な電子ビームのエネルギーをレジストに注入するために描画部位に対する電子ビームの照射時間を長くせざるを得ないが、そうするとスループットがかなり低くなってしまい、実現化が阻まれている要因になっている。そして、今後、より高精度にビームの軌道を制御するために更にビームを低加速に設定したいという動きもあり、ビームの低加速度化とスループットの向上とのトレードオフの問題が益々顕著化する懸念がある。
【0009】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は化学増幅型のレジストが塗布され、例えば低加速の電子ビームにより露光された基板を加熱処理するにあたり、レジストの酸触媒反応である化学増幅反応を促進させて線幅精度の高いレジストパターンを得ることのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の基板加熱装置は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
基板を水平に載置する基板載置部と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【0011】
なお、前記流体供給手段は、基板載置部に載置された基板の表面にレジスト改質流体を供給するものに限られず、基板載置部に載置される前の基板の表面にレジスト改質流体を供給するものも含む。
【0012】
前記基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給される構成であってもよい。また流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されている構成であってもよい。更に流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口を設けるようにしてもよい。
【0013】
前記流体規制部はレジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられた構成であってもよい。また流体規制部を昇降させる昇降機構を備えた構成であってもよい。更に前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。また更にレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。
【0014】
本発明の基板加熱方法は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする。
【0015】
なお、前記基板の表面にレジスト改質流体を供給する工程を、前記基板を基板載置部に載置する工程よりも先に行ったとしても本発明の効果を得ることができるので、基板の表面にレジスト改質流体を供給した後に基板を基板載置部に載置する場合や、レジスト改質流体の供給と基板の載置を同時に行う場合も本発明の技術的範囲に含まれる。前記基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給するようにしてもよい。また加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を含むようにしてもよい。更に前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくようにしてもよい。
【0016】
また加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含むようにしてもよい。前記露光は、例えば低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。更にはレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、基板の表面にレジスト改質流体を接触させた状態で当該基板の加熱処理を行うことにより、露光領域内の酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは例えば酸の量が不足して酸触媒反応の促進が不十分となるものであっても、酸触媒反応が促進されてレジストを充分に変質させることができる。その結果、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことを言い換えれば、低加速の電子ビームの照射時間を長くしなくとも当該加熱処理の段階で対処できるので、スループットの向上を図ることができる。なお、本発明においては低加速の電子ビームを用いた描画に限らず、例えば従来のマスクを介在させて露光した基板であっても、酸触媒反応が促進されて高いスループットを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明の実施の形態に係る基板加熱装置について図1及び図2を参照しながら説明する。なお本例では基板例えばウエハWを加熱するための加熱部をなす基板加熱装置に、加熱した後のウエハWを冷却するための冷却部を組み合わせて加熱・冷却ユニットを形成した例について以下に説明するが、冷却部を別に設けることもある。先ず、加熱部について詳しく説明すると、図中3は、基板載置部をなす載置台であり、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより描画された後のウエハWを水平姿勢に載置するために空洞体からなる台座30の上に設けられている。なお、前記電子ビームの加速度は特に限定はされないが、ここでいう低加速とは、仮に加熱しただけではパターンの形成が不十分となるエネルギー注入量の少ない電子ビームのことを意味しており、エネルギー注入量が不足してしまう加速度の一例として例えば5kV以下の電子ビームが挙げられる。
【0019】
前記載置台3の表面には、ウエハWの裏面側周縁部と全周に亘って対向して設けられ、このウエハWを裏面側から吸引吸着すると共に、このウエハWの表面からこぼれ落ちた液が裏面側へ回り込むのを防止するための、例えば高さ0.1mmのバキュームリング31が設けられている。更にウエハWの中央部を裏面側から支持するための突起部31aも設けられている。前記バキュームリング31の表面には例えば周方向に沿って吸引口32が形成されており、この吸引口32は図示しない吸引路例えば配管を介して吸引手段例えば吸引ポンプと接続されている。
【0020】
載置台3は、例えばセラミックスより形成される本体部分の内部に、ウエハWを裏面側から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなる複数のリング状のヒーター33が同心円状に配置されて構成されている。これにより載置台3の表面はウエハWを加熱するための加熱プレートとして形成されている。また載置台3におけるウエハWの載置領域の外方側には、複数の給気口34が周方向に沿って設けられ、この給気口34にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気又は、窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管35が接続されている。
【0021】
載置台3の表面のうち、バキュームリング31の内側にあたる領域には、ウエハWを裏面側から突き上げて支持するための例えば3本の基板支持ピン36が載置台3の表面から突没自在に設けられている。これら3本の基板支持ピン36は、例えば空洞体である台座30内に位置された例えば上からみてリング状のベース体37の表面に垂立されており、さらに、このベース体37は昇降機構38と接続されている。この昇降機構38により基板支持ピン36はウエハWを水平姿勢に支持した状態で昇降可能なように構成されている。
【0022】
載置台3の上部には、上面が閉じられ下方側が開口する円筒状のカバー体をなす蓋体4が昇降自在に設けられている。この蓋体4は例えばアルミニウムにより形成されている。また蓋体4は、図示しない昇降機構と接続されて昇降自在であり、例えばウエハWを載置台3に受け渡すときには上昇位置に設定され、またウエハWを加熱処理するときには下降してウエハWの周囲を囲う処理空間を形成する。更に蓋体4の天井部には中心付近に排気口41が形成されており、この排気口41には排気路42例えば配管の一端が接続されている。当該排気路42の他端は排気手段例えば排気ポンプ43と接続されており、この排気ポンプ43により前記処理空間内にある前記パージガスなどの雰囲気を排気可能なように構成されている。
【0023】
載置台3に載置されたウエハWの上方には、このウエハWの表面に対し所定の隙間を介して対向すると共に、ウエハWの有効領域(デバイス形成領域)と同じか又は有効領域よりも大きい流体規制部をなす例えば厚み3mmの流体規制板5が昇降自在に設けられている。この流体規制板5は例えばセラミックスにより形成されている。また流体規制板5の内部には、ウエハW及びウエハ表面に供給されたレジスト改質流体を上方から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなるヒーター51が設けられている。なお前記所定の隙間とは、例えば毛細管現象により液例えばレジスト改質液が隙間内に広がる高さ位置であり、例えばウエハWとの離間距離を1〜2mmにすることが一例として挙げられる。但し、選択したレジスト改質液の粘度等によってはこれ以上に大きく設定することもある。また毛細管現象のみでは液の広がりが充分でない場合には、吐出圧を頼ることもある。
【0024】
更に、流体規制板5の表面の例えば中央部には、レジスト改質流体であるレジスト改質液をウエハWの表面に供給するための流体供給手段としての流体供給口52が設けられている。この流体供給口52には供給路53例えば流体規制板5の昇降範囲において追従可能なフレキシブルな配管の一端が接続されており、この供給路53の他端はレジスト改質液の供給源54と接続され、その途中にはバルブ53a及び図示しない流量調整部が設けられている。即ち、ウエハWの表面と流体規制板5の表面との間の隙間は、流体供給口52から供給されたレジスト改質液が毛細管現象により広がって満たされることにより流体層を形成するための流体層形成領域として形成されている。従って中央からレジスト改質液が広がって前記隙間を埋めつくし、ウエハWの周縁では表面張力により隙間内に留まってこぼれ落ちないようになっている。
【0025】
流体規制板5の表面のうち、少なくともウエハWと対向する部位は例えば表面処理を行うなどすることによりレジスト改質液に対し親水性を有するように設定するのが好ましい。このような構成とすれば表面張力の作用を高めて、より確実に面内均一な厚みの流体層を速やかに形成できるので得策である。更にまた、流体規制板5の裏面に例えば3本以上のギャップ調整ピンを設けておき、このギャップ調整ピンの先端部を載置台3の表面に当接させることにより流体規制板5をウエハWに対し水平に設定可能なようにすることもある。
【0026】
前記レジスト改質液は例えばグリセリン、アルコールの中から選択した成分を含む液体である。後述する実施例の結果からも分かるように、グリセリンを選択するのが好ましい。この場合、グリセリンを含む液体には、もちろんグリセリンからなる液体も含まれる。但し、レジスト改質液は前記成分の中から選択された一種の成分を含む場合に限られず、複数種の成分を組み合わせることができ、更に溶媒を用いて希釈して濃度を調整してもよい。但し、レジスト改質液はウエハWの加熱温度の設定値よりも沸点が高い液体であることが好ましい。またレジスト改質液はウエハWの処理温度との差がないか又は差が小さくなるように温調されて供給するのが好ましく、この場合、例えば装置の外部に設けた温度調整器により温調するようにしてもよく、あるいは、図示は省略するが、流体規制板5内部にレジスト改質液が通流する流路を形成しておき、この流路内を通流させることでヒータ51により例えばウエハW処理温度まで加熱温調するようにしてもよい。
【0027】
流体規制板5の表面のうちウエハWの周縁部と対向する位置には、ウエハWに供給されたレジスト改質液を吸引するための流体吸引手段である例えば小径の流体吸引口55が例えば狭い間隔をおいて全周に亘って形成されており、これら流体吸引口55は、図示は省略するが、例えば流体規制板5の内部にて連通している。更に流体吸引口55には吸引路56例えば配管の一端が接続されており、この吸引路56の他端は図示しない吸引手段例えば吸引ポンプ57と接続され、その途中にはバルブ56a及び図示しない流量調整部が設けられている。なお、前記供給路53及び吸引路56は、蓋体5の天井部を貫通させて装置外部の供給源54及び吸引ポンプ57と夫々接続してもよく、あるいは例えば排出口41の開口部を利用して供給源54及び吸引ポンプ57と接続してもよい。
【0028】
流体規制板5は、その周縁部を昇降自在な例えば3本の支持ピン6に支持されている。これら3本の支持ピン6は、空洞体である台座30内に位置された例えば上からみてリング状のベース体61の表面に垂立されており、さらに、このベース体61は昇降機構62と接続されている。この昇降機構62により流体規制板5は水平姿勢で昇降可能であると共に、ウエハWの表面に対して所定の高さ位置に設定可能なように構成されている。
【0029】
続いて、加熱部で加熱した後のウエハWを冷却するための冷却部について説明する。図中7は、その表面にウエハWを水平に支持した状態で前記加熱部に向かって進退可能な移載プレートであり、この移載プレート7の内部には冷却手段71例えば冷却水が通流する流路が形成されている。即ち、移載プレート7はウエハWを粗冷却(粗熱取り)するための冷却プレートを兼用する。また移載プレート7は例えば垂立する支持部72により支持されており、この支持部72は移動基体73と接続されている。更に移動基体73は、載置台3に向かってY方向に伸びるガイドレール74に支持されており、図示しない移動機構により移動基体73と一体的に移載プレート7はスライド移動可能なように構成されている。
【0030】
更に移載プレート7の下方には、ウエハWを裏面側から支持するための例えば3本の基板支持ピン75が台座30の表面から突没自在に設けられている。これら3本の基板支持ピン75は例えば上から見てリング状のベース体76により連結されており、さらに、このベース体76は昇降機構77と接続されている。この昇降機構77により基板支持ピン75はウエハWを裏面から支持した状態で昇降可能なように構成されている。なお移載プレート7の表面には上昇する基板支持ピン75を上下に貫通させるための切り欠き部78が形成されている(図2参照)。
【0031】
なお、本装置は図示しない制御部を備えており、この制御部は吸引口32に接続された吸引ポンプ、昇降機構38、排気ポンプ43、昇降機構62による流体規制板5の高さ位置の設定、バルブ53a、56aの開閉、移動基体73などの動作を制御する機能を有している。
【0032】
続いて、上述の基板加熱装置を用いて基板例えばウエハWを熱処理する工程について図3及び図4を参照しながら説明する。先ず、表面にレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより所定のパターンが表面に描画された後のウエハWは、図示しないウエハ搬送手段により図示しないウエハ搬送口を介して装置内に搬入される。そして後退位置にある移載プレート7の上方にウエハWが位置されると、基板支持ピン75が上昇し、この基板支持ピン75とウエハ搬送手段との協働作用により、移載プレート7の表面にウエハWは載置される。このとき冷却手段71により移載プレート7を予め所定の温度に冷却しておけば、ウエハWの温度を均一にして載置台3に受け渡すことができる。
【0033】
続いて、図3(a)に示すように、蓋体4及び流体規制板5の各々が独立して上昇する一方で、移載プレート7が前進して載置台3の上方位置にウエハWが搬送され、基板支持ピン36が上昇してウエハWを裏面側から突き上げて支持した後、移載プレート7が後退する。次いで、基板支持ピン36はウエハWを支持した状態で下降し、載置台3上にウエハWを載置すると、バキューム口32が負圧にされてウエハWを吸引吸着する。このとき載置台3及び上部電極6は、酸触媒反応時間をウエハW毎に揃えるためにレジストの酸触媒反応が進行しない温度に設定しておくのが好ましい。具体的には、例えば90℃よりも低い温度であればよく、その一例としてはより確実に酸触媒反応の進行がないと共にウエハ加熱温度に近い温度例えば50℃に加熱しておいてもよく、あるいは加熱をしないで室温例えば25℃にしておいてもよい。但し、必ずしも酸触媒反応が進行しない温度にしておかなくともよく、予めヒータ33及びヒータ62の出力を酸触媒反応が進行する前記した所定の温度に見合う量に設定しておいてもよい。
【0034】
続いて、図3(b)に示すように、流体規制板5が下降してウエハWの表面に対して所定の高さ位置に設定されると共に、蓋体4が下降してウエハWの周囲を囲む処理空間を形成する。その一方で、給気口34からパージガス例えばフィルタを通過させた空気を処理空間内に供給すると共に、排気ポンプ43により排気口41を介してパージガスを排気することにより、処理空間内には外側から中央部へ向かうパージガスの気流が形成される。
【0035】
続いて、図3(c)に示すように、流体供給口52を介してレジスト改質液例えばグリセリンをウエハWの表面に例えば吐出圧が略ゼロの状態で所定量供給すると、毛細管現象の作用によりレジスト改質液はウエハWと流体規制板5との間に形成された隙間に広がっていく。ウエハWの周縁まで広がった液は、その先は毛細管現象が作用しないので周縁にて表面張力により留まり、これによりウエハWの表面には隙間の幅に対応した厚みのレジスト改質液の液膜が形成される。次いでヒータ33及びヒータ51によりウエハWは所定の温度例えば90〜140℃まで昇温され、この液膜を形成した状態、つまり表面にレジスト改質液を接触させた状態でウエハWの加熱を所定時間例えば90秒間行う。この場合、詳しくは後述するが、レジスト改質液が表面に接触した状態でウエハWを加熱することでレジストの酸の活動が活発になり、描画領域内に充分に酸が拡散して酸触媒反応が進行する。ポジ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対して溶解性に変質し、またネガ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対し不溶解性に変質する。
【0036】
しかる後、図4(a)に示すように、ウエハWの表面に対し極めて接近する位置例えば0.1mm離れた位置まで流体規制板5を低速度で下降させると共に、バルブ56aを開いて流体吸引口55を負圧にする。これによりウエハWの表面にあるレジスト改質液を吸引していく。そして前記した接近した位置まで流体規制板5が下降すると、続いて、図4(b)に示すように、吸引ポンプ57を停止する一方で、流体規制板5を上昇させる。これによりウエハWの表面に残ったレジスト改質液が蒸発し、パージガスと共に装置外へ排出される。なお吸引の際に流体規制板5をウエハWに接近させて隙間を小さくしたことによりウエハWの表面には殆ど液が残っていないので乾燥に要する時間はかなり短い。その後、図4(c)に示すように、蓋体4が上昇し、進入してくる移載プレート(冷却プレート)7にウエハWは受け渡され、このプレート上でウエハWは冷却されて粗熱取りがなされる。なおプレートの設定温度によっては酸触媒反応の進行を停止させることができる。その後、ウエハWは装置の外部からのウエハ搬送手段に受け渡されて装置外へ搬出される。
【0037】
上述の実施の形態によれば、表面にレジスト改質液を接触させた状態、例えばグリセリンの液膜が形成された状態でウエハWの加熱を行うことにより、描画領域内での酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは酸が不足して酸触媒反応の促進が不十分となってしまうものであっても、描画領域内に酸を充分に広げてレジストを変質させることができる。その結果、後述する実施例の結果からも明らかなように、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことは言い換えれば、例えばマスクレスの低加速の電子ビーム露光において充分な電子ビームのエネルギーをレジストに与えるためには、電子ビームの照射時間を長くせざる得なかったが、この発明により前記照射時間を短くしてレジストに与えられる電子ビームのエネルギーを小さくしても、熱処理の段階で対処できるようになったため、スループットの向上を図ることができ、電子ビーム露光の実現化に極めて有効な手段であるといえる。
【0038】
なお、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すれば酸の活動を活発にすることができる理由については、本発明者らは次のように推測している。即ち、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すると、加熱時においてレジスト改質液がレジストの描画領域内に浸透し、これにより描画領域内が親水化されることにより、当該描画領域内を酸が動きやすくなり、そのため描画時に発生した酸が少量であっても描画領域内に充分に拡散させていくことができる。但し、レジスト改質液の浸透は加熱時に促進されるため、ウエハWを前記した所定の温度に加熱しているとき、特に酸触媒反応が盛んに行われているときにウエハWの表面にレジスト改質液が接触していることが必要である。その裏づけとしてレジスト改質液を表面に供給し、このレジスト改質液を除去してから加熱をした場合にはパターンが形成されなかったことを実験により確認している。
【0039】
更に、上述の実施の形態によれば、ウエハWの表面と対向する位置に流体規制板5を配置し、この流体規制板5とウエハWとの間の隙間にレジスト改質液を満たして流体層を形成する構成としたことにより、ウエハW表面の面内において厚みの均一なレジスト改質液の液膜を形成することができる。このため、例えばウエハWの温度とレジスト改質液の温度に差があったとしても、レジスト改質液に奪われる熱の量をウエハWの面内で均一にすることができるので、レジスト改質液の浸透及び酸触媒反応の進行を面内で均一に促進させることができる。その結果、面内均一性の高い線幅のレジストパターンを形成することができる。即ち、仮に流体規制板5がなければ表面張力により引っ張られてレジスト改質液が塗られない部位がウエハWの表面に生じてしまうような凝集性の高い液例えばグリセリンを選択した場合や、疎水性のレジストが塗布されたウエハWを処理する場合に対し本発明は極めて有効である。
【0040】
更に上述の実施の形態によれば、ウエハWと流体規制板5との間に毛細管現象により液を広げて、ウエハWの周縁部において表面張力により液を保持することにより、ウエハWの表面から液がこぼれ落ちて装置内が浸水することを抑制することができる。そして更に、ウエハWとの間の隙間を狭く設定することにより1回の処理で使用するレジスト改質液の液量を少なくすることができるので、その分において運転コストの低減を図ることができる。但し、必ずしもレジスト改質液を静置した状態で加熱をしなくともよく、例えば液の供給及び液の吸引を続けることでウエハWと流体規制板5との間の隙間内に液流が形成された状態で加熱するようにしてもよい。
【0041】
なお、例えば流体供給口52を介するか、又は別途流体規制板5に別途形成した供給口を介してしてウエハWの表面に気体例えば乾燥用気体を供給する手段を設けておき、加熱した後のウエハWの表面に気体を供給することによりウエハWを乾燥させるようにしてもよい。
【0042】
また、レジスト改質液は載置台3に載置された状態のウエハWに供給しなくともよく、例えば載置台3に載置する前に基板支持ピン36により支持されたウエハWの表面に流体規制板5を対向させてレジスト改質液の液膜を形成してからウエハWを載置台3に載置するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、レジスト改質液を供給する液供給手段を有するユニットを別途設けておき、表面にレジスト改質液を液盛りしたウエハWを搬入して載置台3に載置し、流体規制板5を対向させて液を面内に広げるようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【0043】
更に、この例ではレジスト改質液を用いた実施例について説明したが、レジスト改質流体は液体に限られず、例えばこのレジスト改質液を蒸気にして液供給口52から供給するようにしてもよい。この場合、加熱している間継続して蒸気を供給することでウエハWと流体規制板5の隙間に中央から外に広がる蒸気の気流が形成される。そして周縁部に到達した蒸気は液吸引口55から吸引される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液体の場合のように加熱後にウエハWの上面からレジスト改質液を除去する工程を本例の場合には省くことができるので、処理の短時間化を図ることができる。
【0044】
続いて本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置について図5を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、ウエハWを洗浄するための洗浄液であるリンス液を兼ねた冷却液をウエハWに供給する手段を備えたことを除いては図1記載の装置と同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例においては流体供給口52に接続された供給路53は途中で分岐されて冷却液例えば温度が調整された純水の供給源8と接続されており、図示しない制御手段により操作される切り替え部例えば三方バルブ81によりレジスト改質流体及び冷却液のうちのいずれか一方を流体供給口52を介してウエハWの表面に供給可能なように構成されている。
【0045】
上記基板加熱装置を用いてウエハWを加熱する場合、図3及び図4記載の工程と略同じにして処理が行われるが、本例においては表面にレジスト改質液の液膜を形成した状態で所定の時間ウエハWの加熱をした後(図3(c)参照)、三方バルブ81を切り替えて例えば23℃に温調された冷却液をウエハWの表面に供給すると共に、ウエハWの表面にあるレジスト改質液又はレジスト改質液と冷却液(リンス液)の混合液を流体吸引口55から吸引する。これによりウエハWの表面を洗浄すると共に、ウエハWを冷却することで酸触媒反応を停止させる。その後、冷却液の供給を停止し、次いで流体規制板5を下降させながら流体吸引口55を介して冷却液の吸引が行われることとなる(図4(d)参照)。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【0046】
更に、上述の例によれば、冷却液(リンス液)で洗浄することによりウエハWをより確実に清浄にすることができる。即ち、万が一選択したレジスト改質流体に含まれる成分が残っていると後の工程の処理に影響を及ぼす懸念がある場合に対しこの例は有効である。更に、冷却液としてレジスト改質液よりも揮発性の高いもの(沸点の低いもの)を用いれば、ウエハWからの乾燥除去を短時間で行うことができるので得策である。更にまた、最適なタイミングでウエハWを冷却して酸触媒反応を停止させることができるので、冷却液の温度などを選定することにより冷却プレート7を省略することも可能である。
【0047】
なお、冷却液は載置台3に載置されたウエハWに供給しなくともよく、例えば基板支持ピン36により載置台(加熱プレート)3から離れた位置に設定してから冷却液を供給するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、冷却液供給手段を有するユニットを別途設けるようにしてもよい。
【0048】
続いて本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置について図6を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、昇降可能な流体規制板5を備えないことを除いては図1記載の装置と概ね同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例の装置における蓋体4は、下降位置に配置されたときにその天井部の表面がウエハWの表面と所定の隙間例えば1〜2mmの僅かな隙間を形成するように設定されている。更に蓋体4の天井部中央付近にはレジスト改質液をウエハWに供給するための流体供給口8が設けられており、この流体供給口8は供給路53を介してレジスト改質液の供給源54と接続されている。即ち、蓋体4の天井部の表面は流体規制部として形成されており、ウエハWの表面と蓋体4の天井部表面との間にレジスト改質液が供給されて液膜が形成される構成である。なお、供給路53は途中で分岐されており、分岐路の一端は例えば乾燥用の気体の供給源80と接続されている。更に、図中81は、図示しない制御部により操作される切り替え部例えば三方バルブであり、この三方バルブ81を切り替えることにより流体供給口8を介してレジスト改質液又は乾燥用気体のいずれか一方をウエハWに供給可能なように構成されている。また、図中82は加熱手段例えば抵抗発熱体をなすヒータである。
【0049】
前記蓋体4の天井部におけるウエハWの外周縁よりも外側に対応する部位には、複数の給気口83が周方向に沿って設けられており、この給気口83にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気や窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管84が接続されている。また載置台3におけるウエハWの載置領域の外方側にはレジスト改質液や前記パージガスを排出するための複数の排出口85が周方向に沿って形成されており、この排出口85には吸引手段86例えばエジェクタなどが接続されている。更に載置台3のウエハWの載置領域の外側にあたる表面は、液が速やかに排出されるように前記排出口85に向かって下方側に傾斜しており、この傾斜面は例えば表面処理を行ってレジスト改質液に対し撥水性を有するように設定されている。なお、パージガスは天井部側から供給して底部側から排気する構成に限られず、反対に蓋体4に排気口を形成すると共に給気口を載置台3に形成することもある。
【0050】
この場合、載置台3にウエハWが載置されると、蓋体4を閉じて処理空間を形成し、流体供給口8からウエハWの表面と蓋体4の天井部表面との間にレジスト改質液を供給して液膜を形成する。これにより表面にレジスト改質液が接触した状態でウエハWの加熱が行われる。その後、三方バルブ81を切り替えてウエハWの表面に気体例えば乾燥空気を供給してレジスト改質液を外に押しやってウエハWから除去する構成とする。このウエハWからこぼれ落ちたレジスト改質液は排出口85を介して排出される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本例においても冷却液を供給する手段を設けておき、気体を供給する前にウエハWの表面に冷却液を供給するようにしてもよい。なお本例においては、流体供給口8はウエハWの中央に対応する位置に設けた構成に限られず、例えばウエハWの周方向に間隔をおいて配置されていてもよい。更に必ずしも乾燥気体を供給する手段を備えていなくともよく、加熱によりレジスト改質液を蒸発させてウエハWを乾燥させるようにしてもよい。
【0051】
更に本発明においては、ウエハWの表面にレジスト改質液を供給した際においてウエハWの外周縁から液がこぼれ落ちるのを抑制するために、例えばレジストをウエハWの表面に塗布した後に、この塗布ユニットにてウエハWの周縁部に撥水処理を行うようにしてもよい。具体的にはウエハWの周縁部に全周に亘って撥水剤例えばフッ素系の塗布液を塗布し乾燥させる処理が一例として挙げられる。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液がこぼれ落ちるのをより確実に抑制するために、流体規制板5の表面のうちウエハWの周縁部と対応する部位に予め同様にして撥水処理を行っておくようにしてもよい。また更に、載置台3に載置されたウエハWの周縁全周と僅かな隙間を介して対向するように例えば表面に撥水処理が施されたリング部材を設けるようにしても液がこぼれ落ちるのを抑制することができる。
【0052】
更に本発明においては、加熱処理するウエハWは低加速の電子ビームにより描画されたものに限られず、例えば高加速の電子ビームで描画されたウエハWや、マスクを介して露光機により露光されたウエハWにも適用することもできる。この場合であっても、酸触媒反応を促進させることができるので、短時間で露光後加熱を行うことでスループットの向上を図ることができる。また本発明は、被処理基板に半導体ウエハW以外の基板、例えばLCD基板、フォトマスク用レチクル基板の加熱処理にも適用できる。
【0053】
最後に本発明の基板加熱装置の一つである上述の現像装置が組み込まれた塗布・現像装置の一例について図7及び図8を参照しながら簡単に説明する。図中B1は基板であるウエハWが例えば13枚密閉収納された キャリアCを搬入出するためのキャリア載置部であり、キャリアCを複数個載置可能な載置部90aを備えた キャリアステーション90と、この キャリアステーション90から見て前方の壁面に設けられる開閉部91と、開閉部91を介してキャリアCからウエハWを取り出すための受け渡し手段A1とが設けられている。
【0054】
キャリア載置部B1の奥側には筐体92にて周囲を囲まれる処理部B2が接続されており、この処理部B2には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットU1,U2,U3と、後述する塗布・現像ユニットを含む各処理ユニット間のウエハWの受け渡しを行うウエハ搬送手段である主搬送手段A2,A3とが交互に配列して設けられている。即ち、棚ユニットU1,U2,U3及び主搬送手段A2、A3は キャリア載置部B1側から見て前後一列に配列されると共に、各々の接続部位には図示しないウエハ搬送用の開口部が形成されており、ウエハWは処理部B1内を一端側の棚ユニットU1から他端側の棚ユニットU3まで自由に移動できるようになっている。また主搬送手段A2、A3は、 キャリア載置部B1から見て前後方向に配置される棚ユニットU1,U2,U3側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットU4,U5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93により囲まれる空間内に置かれている。また図中94、95は各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。
【0055】
液処理ユニットU4,U5は、例えば図8に示すように塗布液(レジスト液)や現像液といった薬液供給用のスペースをなす収納部96の上に、塗布ユニットCOT、現像ユニットDEV及び反射防止膜形成ユニットBARC等を複数段例えば5段に積層した構成とされている。また既述の棚ユニットU1,U2,U3は、液処理ユニットU4,U5にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば9段に積層した構成とされており、その組み合わせは、上述の基板加熱装置をユニット化した露光後加熱ユニット(PEB)、ウエハWを加熱(ベーク)する加熱ユニット、ウエハWを冷却する冷却ユニット等が含まれる。
【0056】
処理部B2における棚ユニットU3の奥側には、例えば第1の搬送室97及び第2の搬送室98からなるインターフェイス部B3を介して露光部B4が接続されている。インターフェイス部B3の内部には処理部B2と露光部B4との間でウエハWの受け渡しを行うための2つの受け渡し手段A4、A5の他に、棚ユニットU6及びバッファキャリアC0が設けられている。
【0057】
この装置におけるウエハの流れについて一例を示すと、先ず外部からウエハWの収納されたキャリアCが載置台90aに載置されると、開閉部91と共に キャリアCの蓋体が外されて受け渡し手段AR1によりウエハWが取り出される。そしてウエハWは棚ユニットU1の一段をなす受け渡しユニット(図示せず)を介して主搬送手段A2へと受け渡され、棚ユニットU1〜U3内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば反射防止膜形成処理、冷却処理が行われ、しかる後、塗布ユニットにてレジスト膜が形成されると、ウエハWは棚ユニットU1〜U3の一の棚をなす加熱ユニットで加熱(ベーク処理)され、更に冷却された後棚ユニットU3の受け渡しユニットを経由してインターフェイス部B3へと搬入される。このインターフェイス部B3においてウエハWは例えば受け渡し手段A4→棚ユニットU6→受け渡し手段A5という経路で露光部B4へ搬送され、露光が行われる。露光後、ウエハWは逆の経路で主搬送手段A2まで搬送され、加熱ユニットにて加熱処理がなされた後、現像ユニットDEVにて現像されることでレジストマスクが形成される。しかる後ウエハWは載置台90a上の元のキャリアCへと戻される。
【実施例】
【0058】
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
(実施例1)
本例は、レジスト改質流体としてグリセリンを露光後のウエハの表面に液盛りした状態でウエハの加熱処理を行った実施例である。詳しい試験条件を以下に記載する。所定時間ウエハを加熱した後、純水でレジスト改質流体を洗い流し、更にウエハの表面に現像液を供給してパターンを形成した。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図9に示す。
・レジスト;ポジ型
・レジスト膜厚;100nm
・線幅目標値;250nm
・電子ビーム照射量;6mJ/cm2
・加熱温度及び加熱時間;90℃,90秒
・純水供給時間;30秒
・現像液及び現像時間;TMAH=2.38重量%,60秒
【0059】
(比較例1)
本例はレジスト改質流体を用いなかったことを除いて実施例1と同じ処理を行った比較例である。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図10に示す。
【0060】
(実施例1及び比較例1の結果と考察)
図9及び図10の結果からも明らかなように、レジスト改質流体であるグリセリンを載せた状態で加熱した実施例の場合、描画した領域(電子ビームを当てた領域)が現像液に溶解し、描画しなかった領域にあるレジストが残ってパターンが形成されている。パターンの線幅も目標値を満足するものが形成されている。これに対し、グリセリンを用いなかった比較例は描画した領域のレジストが溶解せずに残ってしまってパターンが全くといっていいほど形成されていない。以上の結果からレジスト改質流体としてグリセリンを用いれば、電子ビームを低加速に設定したとしても、加熱時において酸触媒反応を促進させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す平面図である。
【図3】上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である
【図4】上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である
【図5】本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図6】本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図7】本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す平面図である。
【図8】本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す斜視図である。
【図9】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図10】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図11】化学増幅型レジストを露光、加熱、現像したときの様子を示す説明図である。
【図12】従来の加熱装置を示す説明図である。
【図13】電子ビーム露光の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【0062】
3 載置台
33 ヒータ
34 給気口
36 基板支持ピン
4 蓋体
41 排気口
5 流体規制板
51 ヒータ
52 流体供給口
55 流体吸引口
7 移載プレート(冷却プレート)
【技術分野】
【0001】
本発明は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、例えば半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という)の表面に薄膜状にレジストを塗布し、露光した後、現像液により現像して表面にマスクパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布・現像を行う塗布・現像装置に、露光装置を接続したシステムを用いて行われる。
【0003】
レジストの種類の一つに化学増幅型のレジストがある。このレジストは、露光することによりレジストに含まれる酸発生剤から酸が発生し、さらにPEB(Post Exposure Bake)と呼ばれる加熱処理を行うことによりこの酸が露光領域内に拡散して酸触媒反応が進行する。図11は化学増幅型のレジストのうち露光領域が酸触媒反応によって現像液に対し溶解性に変質するポジ型のレジストを用いたときの露光、加熱、現像の状態を示す図である。先ず、レジストRが薄膜状に塗布された基板例えばウエハWに対し、パターンに対応する開口部を有するマスクMを介在させて露光を行うと、マスクMの開口部を通過して光の当たった部位の表面部に例えばプロトン(H+)などの酸が発生する(図11(a))。次いでウエハWを所定の温度例えば90〜140℃で加熱すると、酸が拡散して酸触媒反応が進行し、そしてレジストRの主成分であるベース樹脂を酸が分解して現像液に対して可溶解性となる(図11(b))。この酸触媒反応についてより詳しくは、例えば露光部に発生した酸が拡散してベース樹脂を分解すると、このとき新たに酸(或いは酸に相当する成分)が生成し、この酸がベース樹脂を分解する、といったように増幅反応が進行する。その後、ウエハWの表面に現像液を供給することにより、現像液に不溶解性の部位が残ってレジストパターンが形成される(図11(c))。
【0004】
この種のレジストを用いれば、原理的に微細な線幅に対応することができる利点がある。但し、化学増幅型レジストの現像速度は酸触媒反応量で決まるので、露光後の加熱処理の条件は化学増幅型レジストの特性、特に現像後に得られるパターンの線幅精度を著しく左右する。前記基板であるウエハWを加熱するための従来の加熱装置は、例えば図12に示すように、抵抗加熱体であるヒータ10を埋設した加熱プレート1の上にウエハWを載置し、この上に蓋体11を被せて処理空間を形成し、この処理空間に、例えば外方から中央へ向かうパージガスの気流を形成するように構成されている(特許文献1参照)。
【0005】
ところで、パターンの微細化は益々進行する傾向にあり、更に、近年においては、少品種大量生産から多品種少量生産の生産方式に移行しつつあることから、これまでのように各品種毎に専用のマスクMを作製していたのでは製品の単価が高騰してしまうことがある。そこで、電子ビームを用いてキャラクタープロジェクションと呼ばれるマスクレスの描画技術(以下、「電子ビーム露光」と呼ぶ)が検討され、報告がなされている(特許文献2参照)。電子ビーム露光の概念について図13を用いて以下に簡単に述べておく。図中2は電子ビームを照射するための電子銃であり、この電子銃2から照射された電子ビームは第1の偏向手段21により形成される静電界により曲げられ、上下の目開き部材22a,22b,・・・の各々の表面に形成された例えば丸、三角、四角などの種々の開口部(図示せず)のうち所定の組み合わせの開口部を通過させることにより、電子ビームの断面形状が所定のパターン状に形成される。その後、電子ビームは第2の偏向手段22により再度曲げられてウエハWの表面の予定とする照射領域に照射される。このように電子ビーム露光は、電子ビームを通過させる開口部の組み合わせを変えることによりマスクMを用いなくとも任意のパターンをウエハWの表面に描画することができる利点がある。
【0006】
但し、ウエハWに照射する電子ビームの加速度が大きすぎるとウエハWの下地に到達した電子が反射して上方側に向かい予定としない部位まで描画してしまうことから(このような現象は近接効果と呼ばれている)、この近接効果を抑制するために電子ビームの加速度は小さく設定されている。このように電子ビームを低加速に設定すれば、偏向手段21,23の静電界によりビームの軌道が曲げやすくなるので、目開き部材22の目標とする開口部を高精度に通過させることができ、更にウエハWの表面の予定とする位置に高精度にビームを当てることができるという利点もある。
【0007】
【特許文献1】特開2001−274052号公報(図10、段落0005〜0006)
【特許文献2】特開2002−50567号公報(「従来の技術」)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら低加速の電子ビームを用いた描画には以下のような問題がある。即ち、低加速にした分において電子ビームからレジストに注入されるエネルギーが少なくなるため、化学増幅型レジストの場合には増幅反応である酸触媒反応促進のトリガーとなり得る酸の量が不足してしまい、描画後加熱を行っても描画領域内に充分に酸が広がらない場合がある。このためレジストの変質が充分に行われず、結果としてパターンが形成されないか、あるいは形成されたとしても線幅精度が低いパターンが形成されてしまう。このため電子ビーム露光を実施しようとすると充分な電子ビームのエネルギーをレジストに注入するために描画部位に対する電子ビームの照射時間を長くせざるを得ないが、そうするとスループットがかなり低くなってしまい、実現化が阻まれている要因になっている。そして、今後、より高精度にビームの軌道を制御するために更にビームを低加速に設定したいという動きもあり、ビームの低加速度化とスループットの向上とのトレードオフの問題が益々顕著化する懸念がある。
【0009】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は化学増幅型のレジストが塗布され、例えば低加速の電子ビームにより露光された基板を加熱処理するにあたり、レジストの酸触媒反応である化学増幅反応を促進させて線幅精度の高いレジストパターンを得ることのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の基板加熱装置は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
基板を水平に載置する基板載置部と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【0011】
なお、前記流体供給手段は、基板載置部に載置された基板の表面にレジスト改質流体を供給するものに限られず、基板載置部に載置される前の基板の表面にレジスト改質流体を供給するものも含む。
【0012】
前記基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給される構成であってもよい。また流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されている構成であってもよい。更に流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口を設けるようにしてもよい。
【0013】
前記流体規制部はレジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられた構成であってもよい。また流体規制部を昇降させる昇降機構を備えた構成であってもよい。更に前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。また更にレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。
【0014】
本発明の基板加熱方法は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする。
【0015】
なお、前記基板の表面にレジスト改質流体を供給する工程を、前記基板を基板載置部に載置する工程よりも先に行ったとしても本発明の効果を得ることができるので、基板の表面にレジスト改質流体を供給した後に基板を基板載置部に載置する場合や、レジスト改質流体の供給と基板の載置を同時に行う場合も本発明の技術的範囲に含まれる。前記基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給するようにしてもよい。また加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を含むようにしてもよい。更に前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくようにしてもよい。
【0016】
また加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含むようにしてもよい。前記露光は、例えば低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。更にはレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、基板の表面にレジスト改質流体を接触させた状態で当該基板の加熱処理を行うことにより、露光領域内の酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは例えば酸の量が不足して酸触媒反応の促進が不十分となるものであっても、酸触媒反応が促進されてレジストを充分に変質させることができる。その結果、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことを言い換えれば、低加速の電子ビームの照射時間を長くしなくとも当該加熱処理の段階で対処できるので、スループットの向上を図ることができる。なお、本発明においては低加速の電子ビームを用いた描画に限らず、例えば従来のマスクを介在させて露光した基板であっても、酸触媒反応が促進されて高いスループットを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明の実施の形態に係る基板加熱装置について図1及び図2を参照しながら説明する。なお本例では基板例えばウエハWを加熱するための加熱部をなす基板加熱装置に、加熱した後のウエハWを冷却するための冷却部を組み合わせて加熱・冷却ユニットを形成した例について以下に説明するが、冷却部を別に設けることもある。先ず、加熱部について詳しく説明すると、図中3は、基板載置部をなす載置台であり、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより描画された後のウエハWを水平姿勢に載置するために空洞体からなる台座30の上に設けられている。なお、前記電子ビームの加速度は特に限定はされないが、ここでいう低加速とは、仮に加熱しただけではパターンの形成が不十分となるエネルギー注入量の少ない電子ビームのことを意味しており、エネルギー注入量が不足してしまう加速度の一例として例えば5kV以下の電子ビームが挙げられる。
【0019】
前記載置台3の表面には、ウエハWの裏面側周縁部と全周に亘って対向して設けられ、このウエハWを裏面側から吸引吸着すると共に、このウエハWの表面からこぼれ落ちた液が裏面側へ回り込むのを防止するための、例えば高さ0.1mmのバキュームリング31が設けられている。更にウエハWの中央部を裏面側から支持するための突起部31aも設けられている。前記バキュームリング31の表面には例えば周方向に沿って吸引口32が形成されており、この吸引口32は図示しない吸引路例えば配管を介して吸引手段例えば吸引ポンプと接続されている。
【0020】
載置台3は、例えばセラミックスより形成される本体部分の内部に、ウエハWを裏面側から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなる複数のリング状のヒーター33が同心円状に配置されて構成されている。これにより載置台3の表面はウエハWを加熱するための加熱プレートとして形成されている。また載置台3におけるウエハWの載置領域の外方側には、複数の給気口34が周方向に沿って設けられ、この給気口34にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気又は、窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管35が接続されている。
【0021】
載置台3の表面のうち、バキュームリング31の内側にあたる領域には、ウエハWを裏面側から突き上げて支持するための例えば3本の基板支持ピン36が載置台3の表面から突没自在に設けられている。これら3本の基板支持ピン36は、例えば空洞体である台座30内に位置された例えば上からみてリング状のベース体37の表面に垂立されており、さらに、このベース体37は昇降機構38と接続されている。この昇降機構38により基板支持ピン36はウエハWを水平姿勢に支持した状態で昇降可能なように構成されている。
【0022】
載置台3の上部には、上面が閉じられ下方側が開口する円筒状のカバー体をなす蓋体4が昇降自在に設けられている。この蓋体4は例えばアルミニウムにより形成されている。また蓋体4は、図示しない昇降機構と接続されて昇降自在であり、例えばウエハWを載置台3に受け渡すときには上昇位置に設定され、またウエハWを加熱処理するときには下降してウエハWの周囲を囲う処理空間を形成する。更に蓋体4の天井部には中心付近に排気口41が形成されており、この排気口41には排気路42例えば配管の一端が接続されている。当該排気路42の他端は排気手段例えば排気ポンプ43と接続されており、この排気ポンプ43により前記処理空間内にある前記パージガスなどの雰囲気を排気可能なように構成されている。
【0023】
載置台3に載置されたウエハWの上方には、このウエハWの表面に対し所定の隙間を介して対向すると共に、ウエハWの有効領域(デバイス形成領域)と同じか又は有効領域よりも大きい流体規制部をなす例えば厚み3mmの流体規制板5が昇降自在に設けられている。この流体規制板5は例えばセラミックスにより形成されている。また流体規制板5の内部には、ウエハW及びウエハ表面に供給されたレジスト改質流体を上方から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなるヒーター51が設けられている。なお前記所定の隙間とは、例えば毛細管現象により液例えばレジスト改質液が隙間内に広がる高さ位置であり、例えばウエハWとの離間距離を1〜2mmにすることが一例として挙げられる。但し、選択したレジスト改質液の粘度等によってはこれ以上に大きく設定することもある。また毛細管現象のみでは液の広がりが充分でない場合には、吐出圧を頼ることもある。
【0024】
更に、流体規制板5の表面の例えば中央部には、レジスト改質流体であるレジスト改質液をウエハWの表面に供給するための流体供給手段としての流体供給口52が設けられている。この流体供給口52には供給路53例えば流体規制板5の昇降範囲において追従可能なフレキシブルな配管の一端が接続されており、この供給路53の他端はレジスト改質液の供給源54と接続され、その途中にはバルブ53a及び図示しない流量調整部が設けられている。即ち、ウエハWの表面と流体規制板5の表面との間の隙間は、流体供給口52から供給されたレジスト改質液が毛細管現象により広がって満たされることにより流体層を形成するための流体層形成領域として形成されている。従って中央からレジスト改質液が広がって前記隙間を埋めつくし、ウエハWの周縁では表面張力により隙間内に留まってこぼれ落ちないようになっている。
【0025】
流体規制板5の表面のうち、少なくともウエハWと対向する部位は例えば表面処理を行うなどすることによりレジスト改質液に対し親水性を有するように設定するのが好ましい。このような構成とすれば表面張力の作用を高めて、より確実に面内均一な厚みの流体層を速やかに形成できるので得策である。更にまた、流体規制板5の裏面に例えば3本以上のギャップ調整ピンを設けておき、このギャップ調整ピンの先端部を載置台3の表面に当接させることにより流体規制板5をウエハWに対し水平に設定可能なようにすることもある。
【0026】
前記レジスト改質液は例えばグリセリン、アルコールの中から選択した成分を含む液体である。後述する実施例の結果からも分かるように、グリセリンを選択するのが好ましい。この場合、グリセリンを含む液体には、もちろんグリセリンからなる液体も含まれる。但し、レジスト改質液は前記成分の中から選択された一種の成分を含む場合に限られず、複数種の成分を組み合わせることができ、更に溶媒を用いて希釈して濃度を調整してもよい。但し、レジスト改質液はウエハWの加熱温度の設定値よりも沸点が高い液体であることが好ましい。またレジスト改質液はウエハWの処理温度との差がないか又は差が小さくなるように温調されて供給するのが好ましく、この場合、例えば装置の外部に設けた温度調整器により温調するようにしてもよく、あるいは、図示は省略するが、流体規制板5内部にレジスト改質液が通流する流路を形成しておき、この流路内を通流させることでヒータ51により例えばウエハW処理温度まで加熱温調するようにしてもよい。
【0027】
流体規制板5の表面のうちウエハWの周縁部と対向する位置には、ウエハWに供給されたレジスト改質液を吸引するための流体吸引手段である例えば小径の流体吸引口55が例えば狭い間隔をおいて全周に亘って形成されており、これら流体吸引口55は、図示は省略するが、例えば流体規制板5の内部にて連通している。更に流体吸引口55には吸引路56例えば配管の一端が接続されており、この吸引路56の他端は図示しない吸引手段例えば吸引ポンプ57と接続され、その途中にはバルブ56a及び図示しない流量調整部が設けられている。なお、前記供給路53及び吸引路56は、蓋体5の天井部を貫通させて装置外部の供給源54及び吸引ポンプ57と夫々接続してもよく、あるいは例えば排出口41の開口部を利用して供給源54及び吸引ポンプ57と接続してもよい。
【0028】
流体規制板5は、その周縁部を昇降自在な例えば3本の支持ピン6に支持されている。これら3本の支持ピン6は、空洞体である台座30内に位置された例えば上からみてリング状のベース体61の表面に垂立されており、さらに、このベース体61は昇降機構62と接続されている。この昇降機構62により流体規制板5は水平姿勢で昇降可能であると共に、ウエハWの表面に対して所定の高さ位置に設定可能なように構成されている。
【0029】
続いて、加熱部で加熱した後のウエハWを冷却するための冷却部について説明する。図中7は、その表面にウエハWを水平に支持した状態で前記加熱部に向かって進退可能な移載プレートであり、この移載プレート7の内部には冷却手段71例えば冷却水が通流する流路が形成されている。即ち、移載プレート7はウエハWを粗冷却(粗熱取り)するための冷却プレートを兼用する。また移載プレート7は例えば垂立する支持部72により支持されており、この支持部72は移動基体73と接続されている。更に移動基体73は、載置台3に向かってY方向に伸びるガイドレール74に支持されており、図示しない移動機構により移動基体73と一体的に移載プレート7はスライド移動可能なように構成されている。
【0030】
更に移載プレート7の下方には、ウエハWを裏面側から支持するための例えば3本の基板支持ピン75が台座30の表面から突没自在に設けられている。これら3本の基板支持ピン75は例えば上から見てリング状のベース体76により連結されており、さらに、このベース体76は昇降機構77と接続されている。この昇降機構77により基板支持ピン75はウエハWを裏面から支持した状態で昇降可能なように構成されている。なお移載プレート7の表面には上昇する基板支持ピン75を上下に貫通させるための切り欠き部78が形成されている(図2参照)。
【0031】
なお、本装置は図示しない制御部を備えており、この制御部は吸引口32に接続された吸引ポンプ、昇降機構38、排気ポンプ43、昇降機構62による流体規制板5の高さ位置の設定、バルブ53a、56aの開閉、移動基体73などの動作を制御する機能を有している。
【0032】
続いて、上述の基板加熱装置を用いて基板例えばウエハWを熱処理する工程について図3及び図4を参照しながら説明する。先ず、表面にレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより所定のパターンが表面に描画された後のウエハWは、図示しないウエハ搬送手段により図示しないウエハ搬送口を介して装置内に搬入される。そして後退位置にある移載プレート7の上方にウエハWが位置されると、基板支持ピン75が上昇し、この基板支持ピン75とウエハ搬送手段との協働作用により、移載プレート7の表面にウエハWは載置される。このとき冷却手段71により移載プレート7を予め所定の温度に冷却しておけば、ウエハWの温度を均一にして載置台3に受け渡すことができる。
【0033】
続いて、図3(a)に示すように、蓋体4及び流体規制板5の各々が独立して上昇する一方で、移載プレート7が前進して載置台3の上方位置にウエハWが搬送され、基板支持ピン36が上昇してウエハWを裏面側から突き上げて支持した後、移載プレート7が後退する。次いで、基板支持ピン36はウエハWを支持した状態で下降し、載置台3上にウエハWを載置すると、バキューム口32が負圧にされてウエハWを吸引吸着する。このとき載置台3及び上部電極6は、酸触媒反応時間をウエハW毎に揃えるためにレジストの酸触媒反応が進行しない温度に設定しておくのが好ましい。具体的には、例えば90℃よりも低い温度であればよく、その一例としてはより確実に酸触媒反応の進行がないと共にウエハ加熱温度に近い温度例えば50℃に加熱しておいてもよく、あるいは加熱をしないで室温例えば25℃にしておいてもよい。但し、必ずしも酸触媒反応が進行しない温度にしておかなくともよく、予めヒータ33及びヒータ62の出力を酸触媒反応が進行する前記した所定の温度に見合う量に設定しておいてもよい。
【0034】
続いて、図3(b)に示すように、流体規制板5が下降してウエハWの表面に対して所定の高さ位置に設定されると共に、蓋体4が下降してウエハWの周囲を囲む処理空間を形成する。その一方で、給気口34からパージガス例えばフィルタを通過させた空気を処理空間内に供給すると共に、排気ポンプ43により排気口41を介してパージガスを排気することにより、処理空間内には外側から中央部へ向かうパージガスの気流が形成される。
【0035】
続いて、図3(c)に示すように、流体供給口52を介してレジスト改質液例えばグリセリンをウエハWの表面に例えば吐出圧が略ゼロの状態で所定量供給すると、毛細管現象の作用によりレジスト改質液はウエハWと流体規制板5との間に形成された隙間に広がっていく。ウエハWの周縁まで広がった液は、その先は毛細管現象が作用しないので周縁にて表面張力により留まり、これによりウエハWの表面には隙間の幅に対応した厚みのレジスト改質液の液膜が形成される。次いでヒータ33及びヒータ51によりウエハWは所定の温度例えば90〜140℃まで昇温され、この液膜を形成した状態、つまり表面にレジスト改質液を接触させた状態でウエハWの加熱を所定時間例えば90秒間行う。この場合、詳しくは後述するが、レジスト改質液が表面に接触した状態でウエハWを加熱することでレジストの酸の活動が活発になり、描画領域内に充分に酸が拡散して酸触媒反応が進行する。ポジ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対して溶解性に変質し、またネガ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対し不溶解性に変質する。
【0036】
しかる後、図4(a)に示すように、ウエハWの表面に対し極めて接近する位置例えば0.1mm離れた位置まで流体規制板5を低速度で下降させると共に、バルブ56aを開いて流体吸引口55を負圧にする。これによりウエハWの表面にあるレジスト改質液を吸引していく。そして前記した接近した位置まで流体規制板5が下降すると、続いて、図4(b)に示すように、吸引ポンプ57を停止する一方で、流体規制板5を上昇させる。これによりウエハWの表面に残ったレジスト改質液が蒸発し、パージガスと共に装置外へ排出される。なお吸引の際に流体規制板5をウエハWに接近させて隙間を小さくしたことによりウエハWの表面には殆ど液が残っていないので乾燥に要する時間はかなり短い。その後、図4(c)に示すように、蓋体4が上昇し、進入してくる移載プレート(冷却プレート)7にウエハWは受け渡され、このプレート上でウエハWは冷却されて粗熱取りがなされる。なおプレートの設定温度によっては酸触媒反応の進行を停止させることができる。その後、ウエハWは装置の外部からのウエハ搬送手段に受け渡されて装置外へ搬出される。
【0037】
上述の実施の形態によれば、表面にレジスト改質液を接触させた状態、例えばグリセリンの液膜が形成された状態でウエハWの加熱を行うことにより、描画領域内での酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは酸が不足して酸触媒反応の促進が不十分となってしまうものであっても、描画領域内に酸を充分に広げてレジストを変質させることができる。その結果、後述する実施例の結果からも明らかなように、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことは言い換えれば、例えばマスクレスの低加速の電子ビーム露光において充分な電子ビームのエネルギーをレジストに与えるためには、電子ビームの照射時間を長くせざる得なかったが、この発明により前記照射時間を短くしてレジストに与えられる電子ビームのエネルギーを小さくしても、熱処理の段階で対処できるようになったため、スループットの向上を図ることができ、電子ビーム露光の実現化に極めて有効な手段であるといえる。
【0038】
なお、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すれば酸の活動を活発にすることができる理由については、本発明者らは次のように推測している。即ち、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すると、加熱時においてレジスト改質液がレジストの描画領域内に浸透し、これにより描画領域内が親水化されることにより、当該描画領域内を酸が動きやすくなり、そのため描画時に発生した酸が少量であっても描画領域内に充分に拡散させていくことができる。但し、レジスト改質液の浸透は加熱時に促進されるため、ウエハWを前記した所定の温度に加熱しているとき、特に酸触媒反応が盛んに行われているときにウエハWの表面にレジスト改質液が接触していることが必要である。その裏づけとしてレジスト改質液を表面に供給し、このレジスト改質液を除去してから加熱をした場合にはパターンが形成されなかったことを実験により確認している。
【0039】
更に、上述の実施の形態によれば、ウエハWの表面と対向する位置に流体規制板5を配置し、この流体規制板5とウエハWとの間の隙間にレジスト改質液を満たして流体層を形成する構成としたことにより、ウエハW表面の面内において厚みの均一なレジスト改質液の液膜を形成することができる。このため、例えばウエハWの温度とレジスト改質液の温度に差があったとしても、レジスト改質液に奪われる熱の量をウエハWの面内で均一にすることができるので、レジスト改質液の浸透及び酸触媒反応の進行を面内で均一に促進させることができる。その結果、面内均一性の高い線幅のレジストパターンを形成することができる。即ち、仮に流体規制板5がなければ表面張力により引っ張られてレジスト改質液が塗られない部位がウエハWの表面に生じてしまうような凝集性の高い液例えばグリセリンを選択した場合や、疎水性のレジストが塗布されたウエハWを処理する場合に対し本発明は極めて有効である。
【0040】
更に上述の実施の形態によれば、ウエハWと流体規制板5との間に毛細管現象により液を広げて、ウエハWの周縁部において表面張力により液を保持することにより、ウエハWの表面から液がこぼれ落ちて装置内が浸水することを抑制することができる。そして更に、ウエハWとの間の隙間を狭く設定することにより1回の処理で使用するレジスト改質液の液量を少なくすることができるので、その分において運転コストの低減を図ることができる。但し、必ずしもレジスト改質液を静置した状態で加熱をしなくともよく、例えば液の供給及び液の吸引を続けることでウエハWと流体規制板5との間の隙間内に液流が形成された状態で加熱するようにしてもよい。
【0041】
なお、例えば流体供給口52を介するか、又は別途流体規制板5に別途形成した供給口を介してしてウエハWの表面に気体例えば乾燥用気体を供給する手段を設けておき、加熱した後のウエハWの表面に気体を供給することによりウエハWを乾燥させるようにしてもよい。
【0042】
また、レジスト改質液は載置台3に載置された状態のウエハWに供給しなくともよく、例えば載置台3に載置する前に基板支持ピン36により支持されたウエハWの表面に流体規制板5を対向させてレジスト改質液の液膜を形成してからウエハWを載置台3に載置するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、レジスト改質液を供給する液供給手段を有するユニットを別途設けておき、表面にレジスト改質液を液盛りしたウエハWを搬入して載置台3に載置し、流体規制板5を対向させて液を面内に広げるようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【0043】
更に、この例ではレジスト改質液を用いた実施例について説明したが、レジスト改質流体は液体に限られず、例えばこのレジスト改質液を蒸気にして液供給口52から供給するようにしてもよい。この場合、加熱している間継続して蒸気を供給することでウエハWと流体規制板5の隙間に中央から外に広がる蒸気の気流が形成される。そして周縁部に到達した蒸気は液吸引口55から吸引される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液体の場合のように加熱後にウエハWの上面からレジスト改質液を除去する工程を本例の場合には省くことができるので、処理の短時間化を図ることができる。
【0044】
続いて本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置について図5を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、ウエハWを洗浄するための洗浄液であるリンス液を兼ねた冷却液をウエハWに供給する手段を備えたことを除いては図1記載の装置と同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例においては流体供給口52に接続された供給路53は途中で分岐されて冷却液例えば温度が調整された純水の供給源8と接続されており、図示しない制御手段により操作される切り替え部例えば三方バルブ81によりレジスト改質流体及び冷却液のうちのいずれか一方を流体供給口52を介してウエハWの表面に供給可能なように構成されている。
【0045】
上記基板加熱装置を用いてウエハWを加熱する場合、図3及び図4記載の工程と略同じにして処理が行われるが、本例においては表面にレジスト改質液の液膜を形成した状態で所定の時間ウエハWの加熱をした後(図3(c)参照)、三方バルブ81を切り替えて例えば23℃に温調された冷却液をウエハWの表面に供給すると共に、ウエハWの表面にあるレジスト改質液又はレジスト改質液と冷却液(リンス液)の混合液を流体吸引口55から吸引する。これによりウエハWの表面を洗浄すると共に、ウエハWを冷却することで酸触媒反応を停止させる。その後、冷却液の供給を停止し、次いで流体規制板5を下降させながら流体吸引口55を介して冷却液の吸引が行われることとなる(図4(d)参照)。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【0046】
更に、上述の例によれば、冷却液(リンス液)で洗浄することによりウエハWをより確実に清浄にすることができる。即ち、万が一選択したレジスト改質流体に含まれる成分が残っていると後の工程の処理に影響を及ぼす懸念がある場合に対しこの例は有効である。更に、冷却液としてレジスト改質液よりも揮発性の高いもの(沸点の低いもの)を用いれば、ウエハWからの乾燥除去を短時間で行うことができるので得策である。更にまた、最適なタイミングでウエハWを冷却して酸触媒反応を停止させることができるので、冷却液の温度などを選定することにより冷却プレート7を省略することも可能である。
【0047】
なお、冷却液は載置台3に載置されたウエハWに供給しなくともよく、例えば基板支持ピン36により載置台(加熱プレート)3から離れた位置に設定してから冷却液を供給するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、冷却液供給手段を有するユニットを別途設けるようにしてもよい。
【0048】
続いて本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置について図6を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、昇降可能な流体規制板5を備えないことを除いては図1記載の装置と概ね同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例の装置における蓋体4は、下降位置に配置されたときにその天井部の表面がウエハWの表面と所定の隙間例えば1〜2mmの僅かな隙間を形成するように設定されている。更に蓋体4の天井部中央付近にはレジスト改質液をウエハWに供給するための流体供給口8が設けられており、この流体供給口8は供給路53を介してレジスト改質液の供給源54と接続されている。即ち、蓋体4の天井部の表面は流体規制部として形成されており、ウエハWの表面と蓋体4の天井部表面との間にレジスト改質液が供給されて液膜が形成される構成である。なお、供給路53は途中で分岐されており、分岐路の一端は例えば乾燥用の気体の供給源80と接続されている。更に、図中81は、図示しない制御部により操作される切り替え部例えば三方バルブであり、この三方バルブ81を切り替えることにより流体供給口8を介してレジスト改質液又は乾燥用気体のいずれか一方をウエハWに供給可能なように構成されている。また、図中82は加熱手段例えば抵抗発熱体をなすヒータである。
【0049】
前記蓋体4の天井部におけるウエハWの外周縁よりも外側に対応する部位には、複数の給気口83が周方向に沿って設けられており、この給気口83にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気や窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管84が接続されている。また載置台3におけるウエハWの載置領域の外方側にはレジスト改質液や前記パージガスを排出するための複数の排出口85が周方向に沿って形成されており、この排出口85には吸引手段86例えばエジェクタなどが接続されている。更に載置台3のウエハWの載置領域の外側にあたる表面は、液が速やかに排出されるように前記排出口85に向かって下方側に傾斜しており、この傾斜面は例えば表面処理を行ってレジスト改質液に対し撥水性を有するように設定されている。なお、パージガスは天井部側から供給して底部側から排気する構成に限られず、反対に蓋体4に排気口を形成すると共に給気口を載置台3に形成することもある。
【0050】
この場合、載置台3にウエハWが載置されると、蓋体4を閉じて処理空間を形成し、流体供給口8からウエハWの表面と蓋体4の天井部表面との間にレジスト改質液を供給して液膜を形成する。これにより表面にレジスト改質液が接触した状態でウエハWの加熱が行われる。その後、三方バルブ81を切り替えてウエハWの表面に気体例えば乾燥空気を供給してレジスト改質液を外に押しやってウエハWから除去する構成とする。このウエハWからこぼれ落ちたレジスト改質液は排出口85を介して排出される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本例においても冷却液を供給する手段を設けておき、気体を供給する前にウエハWの表面に冷却液を供給するようにしてもよい。なお本例においては、流体供給口8はウエハWの中央に対応する位置に設けた構成に限られず、例えばウエハWの周方向に間隔をおいて配置されていてもよい。更に必ずしも乾燥気体を供給する手段を備えていなくともよく、加熱によりレジスト改質液を蒸発させてウエハWを乾燥させるようにしてもよい。
【0051】
更に本発明においては、ウエハWの表面にレジスト改質液を供給した際においてウエハWの外周縁から液がこぼれ落ちるのを抑制するために、例えばレジストをウエハWの表面に塗布した後に、この塗布ユニットにてウエハWの周縁部に撥水処理を行うようにしてもよい。具体的にはウエハWの周縁部に全周に亘って撥水剤例えばフッ素系の塗布液を塗布し乾燥させる処理が一例として挙げられる。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液がこぼれ落ちるのをより確実に抑制するために、流体規制板5の表面のうちウエハWの周縁部と対応する部位に予め同様にして撥水処理を行っておくようにしてもよい。また更に、載置台3に載置されたウエハWの周縁全周と僅かな隙間を介して対向するように例えば表面に撥水処理が施されたリング部材を設けるようにしても液がこぼれ落ちるのを抑制することができる。
【0052】
更に本発明においては、加熱処理するウエハWは低加速の電子ビームにより描画されたものに限られず、例えば高加速の電子ビームで描画されたウエハWや、マスクを介して露光機により露光されたウエハWにも適用することもできる。この場合であっても、酸触媒反応を促進させることができるので、短時間で露光後加熱を行うことでスループットの向上を図ることができる。また本発明は、被処理基板に半導体ウエハW以外の基板、例えばLCD基板、フォトマスク用レチクル基板の加熱処理にも適用できる。
【0053】
最後に本発明の基板加熱装置の一つである上述の現像装置が組み込まれた塗布・現像装置の一例について図7及び図8を参照しながら簡単に説明する。図中B1は基板であるウエハWが例えば13枚密閉収納された キャリアCを搬入出するためのキャリア載置部であり、キャリアCを複数個載置可能な載置部90aを備えた キャリアステーション90と、この キャリアステーション90から見て前方の壁面に設けられる開閉部91と、開閉部91を介してキャリアCからウエハWを取り出すための受け渡し手段A1とが設けられている。
【0054】
キャリア載置部B1の奥側には筐体92にて周囲を囲まれる処理部B2が接続されており、この処理部B2には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットU1,U2,U3と、後述する塗布・現像ユニットを含む各処理ユニット間のウエハWの受け渡しを行うウエハ搬送手段である主搬送手段A2,A3とが交互に配列して設けられている。即ち、棚ユニットU1,U2,U3及び主搬送手段A2、A3は キャリア載置部B1側から見て前後一列に配列されると共に、各々の接続部位には図示しないウエハ搬送用の開口部が形成されており、ウエハWは処理部B1内を一端側の棚ユニットU1から他端側の棚ユニットU3まで自由に移動できるようになっている。また主搬送手段A2、A3は、 キャリア載置部B1から見て前後方向に配置される棚ユニットU1,U2,U3側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットU4,U5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93により囲まれる空間内に置かれている。また図中94、95は各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。
【0055】
液処理ユニットU4,U5は、例えば図8に示すように塗布液(レジスト液)や現像液といった薬液供給用のスペースをなす収納部96の上に、塗布ユニットCOT、現像ユニットDEV及び反射防止膜形成ユニットBARC等を複数段例えば5段に積層した構成とされている。また既述の棚ユニットU1,U2,U3は、液処理ユニットU4,U5にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば9段に積層した構成とされており、その組み合わせは、上述の基板加熱装置をユニット化した露光後加熱ユニット(PEB)、ウエハWを加熱(ベーク)する加熱ユニット、ウエハWを冷却する冷却ユニット等が含まれる。
【0056】
処理部B2における棚ユニットU3の奥側には、例えば第1の搬送室97及び第2の搬送室98からなるインターフェイス部B3を介して露光部B4が接続されている。インターフェイス部B3の内部には処理部B2と露光部B4との間でウエハWの受け渡しを行うための2つの受け渡し手段A4、A5の他に、棚ユニットU6及びバッファキャリアC0が設けられている。
【0057】
この装置におけるウエハの流れについて一例を示すと、先ず外部からウエハWの収納されたキャリアCが載置台90aに載置されると、開閉部91と共に キャリアCの蓋体が外されて受け渡し手段AR1によりウエハWが取り出される。そしてウエハWは棚ユニットU1の一段をなす受け渡しユニット(図示せず)を介して主搬送手段A2へと受け渡され、棚ユニットU1〜U3内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば反射防止膜形成処理、冷却処理が行われ、しかる後、塗布ユニットにてレジスト膜が形成されると、ウエハWは棚ユニットU1〜U3の一の棚をなす加熱ユニットで加熱(ベーク処理)され、更に冷却された後棚ユニットU3の受け渡しユニットを経由してインターフェイス部B3へと搬入される。このインターフェイス部B3においてウエハWは例えば受け渡し手段A4→棚ユニットU6→受け渡し手段A5という経路で露光部B4へ搬送され、露光が行われる。露光後、ウエハWは逆の経路で主搬送手段A2まで搬送され、加熱ユニットにて加熱処理がなされた後、現像ユニットDEVにて現像されることでレジストマスクが形成される。しかる後ウエハWは載置台90a上の元のキャリアCへと戻される。
【実施例】
【0058】
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
(実施例1)
本例は、レジスト改質流体としてグリセリンを露光後のウエハの表面に液盛りした状態でウエハの加熱処理を行った実施例である。詳しい試験条件を以下に記載する。所定時間ウエハを加熱した後、純水でレジスト改質流体を洗い流し、更にウエハの表面に現像液を供給してパターンを形成した。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図9に示す。
・レジスト;ポジ型
・レジスト膜厚;100nm
・線幅目標値;250nm
・電子ビーム照射量;6mJ/cm2
・加熱温度及び加熱時間;90℃,90秒
・純水供給時間;30秒
・現像液及び現像時間;TMAH=2.38重量%,60秒
【0059】
(比較例1)
本例はレジスト改質流体を用いなかったことを除いて実施例1と同じ処理を行った比較例である。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図10に示す。
【0060】
(実施例1及び比較例1の結果と考察)
図9及び図10の結果からも明らかなように、レジスト改質流体であるグリセリンを載せた状態で加熱した実施例の場合、描画した領域(電子ビームを当てた領域)が現像液に溶解し、描画しなかった領域にあるレジストが残ってパターンが形成されている。パターンの線幅も目標値を満足するものが形成されている。これに対し、グリセリンを用いなかった比較例は描画した領域のレジストが溶解せずに残ってしまってパターンが全くといっていいほど形成されていない。以上の結果からレジスト改質流体としてグリセリンを用いれば、電子ビームを低加速に設定したとしても、加熱時において酸触媒反応を促進させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す平面図である。
【図3】上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である
【図4】上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である
【図5】本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図6】本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。
【図7】本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す平面図である。
【図8】本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す斜視図である。
【図9】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図10】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図11】化学増幅型レジストを露光、加熱、現像したときの様子を示す説明図である。
【図12】従来の加熱装置を示す説明図である。
【図13】電子ビーム露光の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【0062】
3 載置台
33 ヒータ
34 給気口
36 基板支持ピン
4 蓋体
41 排気口
5 流体規制板
51 ヒータ
52 流体供給口
55 流体吸引口
7 移載プレート(冷却プレート)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
基板を水平に載置する基板載置部と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
【請求項2】
基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給されることを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
【請求項3】
流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、
前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されていることを特徴とする請求項2記載の基板加熱装置。
【請求項4】
流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口が更に設けられたことを特徴とする請求項2又は3記載の基板加熱装置。
【請求項5】
流体規制部における基板と対向する部位には、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口が更に設けられたことを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項6】
流体規制部は、レジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項7】
前記流体規制部を昇降させる昇降機構を備えたことを特徴とする請求項2ないし6のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項8】
前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項9】
レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項10】
化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする基板加熱方法。
【請求項11】
基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給することを特徴とする請求項10記載の基板加熱方法。
【請求項12】
加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を更に含むことを特徴とする請求項11記載の基板加熱方法。
【請求項13】
前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくことを特徴とする請求項12記載の基板加熱方法。
【請求項14】
加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項10ないし13のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【請求項15】
前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であることを特徴とする請求項10ないし14のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【請求項16】
レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であることを特徴とする請求項10ないし15のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【請求項1】
化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
基板を水平に載置する基板載置部と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
【請求項2】
基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給されることを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
【請求項3】
流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、
前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されていることを特徴とする請求項2記載の基板加熱装置。
【請求項4】
流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口が更に設けられたことを特徴とする請求項2又は3記載の基板加熱装置。
【請求項5】
流体規制部における基板と対向する部位には、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口が更に設けられたことを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項6】
流体規制部は、レジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項7】
前記流体規制部を昇降させる昇降機構を備えたことを特徴とする請求項2ないし6のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項8】
前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項9】
レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
【請求項10】
化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする基板加熱方法。
【請求項11】
基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給することを特徴とする請求項10記載の基板加熱方法。
【請求項12】
加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を更に含むことを特徴とする請求項11記載の基板加熱方法。
【請求項13】
前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくことを特徴とする請求項12記載の基板加熱方法。
【請求項14】
加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項10ないし13のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【請求項15】
前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であることを特徴とする請求項10ないし14のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【請求項16】
レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であることを特徴とする請求項10ないし15のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図11】
【図12】
【図13】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図11】
【図12】
【図13】
【図9】
【図10】
【公開番号】特開2006−32606(P2006−32606A)
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−208508(P2004−208508)
【出願日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】(502128800)株式会社オクテック (83)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】(502128800)株式会社オクテック (83)
【Fターム(参考)】
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