JP2002184682A - 熱処理装置及びその方法、並びにパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗布液例えば化学増幅型レジストが塗布され
た基板の熱処理を行うにあたり、レジストの膜質均一性
を高めること。 【解決手段】 例えば塗布、現像装置に設けられる加熱
ユニット２において、前記処理容器２１への不活性ガス
の通流量を極めて小さい第１の通流量例えば０．５リッ
トル／分にして、加熱プレート４に化学増幅型レジスト
が塗布されたウエハＷを載置して加熱し、次いで前記不
活性ガスの通流量を第１の通流量よりも大きい第２の通
流量例えば３リットル／分にして、さらに加熱プレート
によりウエハＷを加熱する。このようにするとレジスト
に含まれる光酸発生剤の飛散の程度をウエハ面内におい
て揃えた状態でレジストの溶剤を揮発させることがで
き、レジストの膜質の均一性を確保した状態で熱処理を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体ウエハ
やＬＣＤ基板（液晶ディスプレイ用ガラス基板）等の基
板に塗布されたレジストの溶剤を揮発させる熱処理装置
及びその方法、並びに前記熱処理方法を含むパターン形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセス
において行われるフォトリソグラフィと呼ばれる技術
は、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、フォトマ
スクを用いてそのレジスト膜を露光した後、現像処理を
行うことによって、基板上に所望のレジストパタ−ンを
作製するものである。

【０００３】ところでレジスト液の一種に化学増幅型レ
ジストがある。この化学増幅型レジストは、露光するこ
とにより酸が生成し、この酸が加熱処理により拡散して
触媒として作用し、レジスト材料の主成分であるベ−ス
樹脂を分解したり、分子構造を変えて現像液に対して可
溶化するものである。

【０００４】この種のレジストを用いて、例えばレジス
ト液の塗布処理及び現像処理を行う塗布現像装置に露光
装置を接続したシステムで前記フォトリソグラフィー技
術を行なう場合には、例えばウエハにレジスト液を塗布
した後、レジスト液の溶剤を揮発させるためにウエハを
所定の温度で加熱し、次いで所定の温度に調整するため
にウエハを冷却してから、露光装置にて所定の露光処理
が行なわれる。露光後のウエハは所定温度まで加熱され
て酸による現像液への可溶化反応（レジストの解像反
応）を促進させた後、前記可溶化反応を抑えるために所
定温度まで冷却され、次いで現像液が塗布されて現像処
理が行われる。

【０００５】前記レジスト液の塗布処理後の熱処理は、
例えば処理容器の内部に設けられ、所定温度に調整され
た加熱プレート上にウエハを所定時間載置することによ
り行われる。この、熱処理は既述のようにレジスト液の
溶剤を揮発させるためのものであるので、処理容器内へ
の前記揮発成分の滞積を抑えるために、処理容器内にパ
ージガスとして例えば空気を供給しながら処理容器内を
排気することにより処理容器内にパージガスを通気さ
せ、このパージガスの流れにより前記揮発成分を処理容
器から排出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら化学増幅
型レジストを用いた場合、現像処理後の線幅の均一性が
低下する傾向にある。本発明者らが検討したところ、こ
の線幅均一性と処理容器内でのパージガスの通気とに相
関関係があり、パージガスの通気量が多くなる程、線幅
の均一性が悪化する傾向にあることを見出した。

【０００７】このため処理容器内でのパージガスの通気
を停止すれば、線幅均一性が向上するものの、パージガ
スを通気させないと、既述のように処理容器内にレジス
ト液の揮発成分が滞積し、処理容器からウエハを搬出す
る際、前記揮発成分もウエハと共に処理容器から流出し
てしまう。

【０００８】ここで前記システムは、レジスト液の塗布
処理を行う塗布ユニットや現像処理を行う現像ユニッ
ト、当該レジスト液の塗布処理後の加熱を行う加熱ユニ
ット、ウエハを冷却する冷却ユニット等が、ウエハの搬
送路に沿って並ぶようにレイアウトされており、加熱ユ
ニットの処理容器から揮発成分が流出すると、揮発成分
が塗布現像装置の内部やクリーンルーム内を汚染してし
まうという問題がある。またこのように揮発成分が装置
内外を汚染すると、レジスト液の塗布処理等の各処理に
悪影響を及ぼし、結果として歩留まりの低下を引き起こ
すおそれもある。

【０００９】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、熱処理装置において処理容器内
に通流させる不活性ガスの通流量を制御することによ
り、熱処理後の塗布膜の膜質の均一性を高め、これによ
り例えばレジスト塗布後の熱処理の場合には、現像線幅
の均一性を向上させる技術を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理装置は、
処理容器の内部に設けられ、基板を載置し、これにより
塗布液が塗布された基板を加熱するための、所定の温度
に調整される加熱プレートと、処理容器の内部に不活性
ガスを供給するためのガス供給路と、処理容器の内部雰
囲気を処理容器外部に排気するための排気路と、前記ガ
ス供給路に設けられ、処理容器内部への前記不活性ガス
の供給流量を調整するための第１の流量調整部と、前記
排気路に設けられ、前記処理容器の排気流量を調整する
ための第２の流量調整部と、前記第１の流量調整部の不
活性ガスの供給流量及び第２の流量調整部の処理容器の
排気流量を制御する制御部と、を備え、処理容器内の前
記不活性ガスの通流量を極めて小さい第１の通流量にし
て前記加熱プレートにより前記基板を加熱し、次いで前
記不活性ガスの通流量を前記第１の通流量よりも大きい
第２の通流量にして、前記加熱プレートにより前記基板
を加熱することを特徴とする。

【００１１】このような熱処理装置は、例えば複数枚の
基板を保持したキャリアが載置されるキャリア載置部
と、このキャリア載置部に載置されたキャリアから取り
出された基板にレジストを塗布し、露光後の基板に対し
て現像を行う処理部と、を備えた塗布、現像装置に設け
られる。

【００１２】このような熱処理装置では、例えば不活性
ガスが通流する処理容器の内部において、加熱プレート
に基板を載置し、これにより露光により発生した酸がレ
ジストの解像反応を進行させる化学増幅型レジストが塗
布された基板を加熱して、この化学増幅型レジストの溶
剤を揮発させる熱処理方法において、前記不活性ガスの
通流量を極めて小さい第１の通流量にして、前記加熱プ
レートにより化学増幅型レジストが塗布された基板を加
熱する第１の熱処理工程と、次いで前記不活性ガスの通
流量を第１の通流量よりも大きい第２の通流量にして、
前記加熱プレートにより化学増幅型レジストが塗布され
た基板を加熱する第２の熱処理工程と、を含むことを特
徴とする熱処理方法が実施される。

【００１３】本発明では、熱処理の開始時（第１の熱処
理工程）には、不活性ガスの通流量が極めて小さい第１
の通流量であるので、熱処理の開始時の塗布液の成分の
揮発速度が小さくなり、本来は揮発しない前記塗布液の
他の成分が飛散しにくくなって、塗布液の各成分の基板
面内の量のばらつきが抑えられる。また第２の熱処理工
程では、不活性ガスの通流量を第１の通流量よりも大き
い第２の通流量に制御しているので、基板表面の塗布液
から飛散した成分の処理容器内への滞積が抑えられ、こ
れにより塗布膜の膜質の均一性が高くなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の熱処理装置を備え
た塗布現像装置の実施の形態について説明する。図１及
び図２は、夫々塗布現像装置１００を露光装置２００に
接続したレジストパタ−ン形成装置Ａ１の全体構成を示
す平面図及び概観図である。

【００１５】先ず塗布現像装置１００の全体構成につい
て簡単に説明する。図中１１は例えば２５枚の基板であ
る半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗが収納されたキ
ャリアＣを搬入出するためのキャリアステーションであ
り、このキャリアステーション１１は、前記キャリアＣ
を載置するキャリア載置部１２と受け渡し手段１３とを
備えている。受け渡し手段１３はキャリアＣから基板で
あるウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷをキャリ
アステーション１１の奥側に設けられている処理部Ｓ１
へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自
在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。

【００１６】処理部Ｓ１の中央には主搬送手段１４が設
けられており、これを取り囲むように例えばキャリアス
テーション１１から奥を見て例えば右側には塗布ユニッ
ト１５、現像ユニット１６及び反射防止膜形成ユニット
１７が、左側、手前側、奥側には加熱・冷却系のユニッ
ト等を多段に積み重ねた棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３が
夫々配置されている。図示の便宜上塗布ユニット１５及
び反射防止膜形成ユニット１７は２個の現像ユニット１
６の下段側に１個ずつ配置されている構成としたが、実
際にはこれら塗布ユニット１５，現像ユニット１６，反
射防止膜形成ユニット１７は複数個ずつ設けるようにし
てもよい。

【００１７】前記棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、複数
のユニットが積み上げられて構成され、例えば熱処理装
置をなす加熱ユニット２や冷却ユニット１８のほか、ウ
エハの受け渡しユニット１９等が上下に割り当てられて
いる。前記主搬送手段１４は、昇降自在、進退自在及び
鉛直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットＵ１，
Ｕ２，Ｕ３及び塗布ユニット１５並びに現像ユニット１
６、反射防止膜形成ユニット１７の間でウエハＷを搬送
する役割を持っている。但し図２では便宜上受け渡し手
段１３及び主搬送手段１４は描いていない。

【００１８】前記処理部Ｓ１はインタ−フェイス部Ｓ２
を介して露光装置２００と接続されている。インタ−フ
ェイス部Ｓ２は受け渡し手段１０と、バッファカセット
Ｃ０とを備えており、受け渡し手段１０は、例えば昇降
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、前記処理部Ｓ１と露光装置２００とバッ
ファカセットＣ０との間でウエハＷの受け渡しを行うよ
うになっている。

【００１９】次に上述のレジストパターン形成装置での
ウエハＷの流れについて簡単に説明する。先ず自動搬送
ロボット（あるいは作業者）により例えば２５枚のウエ
ハＷを収納したキャリアＣが外部からキャリア載置部１
２に搬入され、受け渡し手段１３によりこのキャリアＣ
内からウエハＷが取り出される。ウエハＷは、受け渡し
手段１３から棚ユニットＵ２の受け渡しユニット１９
（図２参照）を介して主搬送手段１４に受け渡され、更
に反射防止膜形成ユニット１７に搬送されて、反射防止
膜が形成される。このように反射防止膜を形成するの
は、化学増幅型レジストを用いると露光時にレジストの
下側で反射が起こるので、これを防止するためである。

【００２０】続いてウエハＷは棚ユニットＵ２（あるい
はＵ１、Ｕ３）の各部に順次搬送されて、所定の処理例
えば加熱処理、冷却処理などが行われる。次いでウエハ
Ｗは塗布ユニット１５にて塗布液である化学増幅型レジ
ストが塗布された後、加熱ユニット２にてプリベーク処
理と呼ばれる所定の加熱処理が行われ、レジストの溶剤
が揮発される。こうしてプリベーク処理が行われたウエ
ハＷは、棚ユニットＵ３の図では見えない受け渡しユニ
ットからインターフェイス部Ｓ２を経て露光装置２００
に送られ、所定の露光処理が行われる。露光後のウエハ
Ｗは、逆の経路で棚ユニットＵ３の受け渡しユニット
（図示せず）を介して処理部Ｓ１に戻され、所定の加熱
処理及び冷却処理が行われる。この後ウエハＷは主搬送
手段１４により現像ユニット１６に搬送されて現像処理
され、現像後のウエハＷは加熱処理及び冷却処理が行わ
れた後、上述と逆の経路で受け渡し手段１３に受け渡さ
れ、例えば元のキャリアＣ内に戻される。

【００２１】本発明はレジスト塗布後のプリベークと呼
ばれる熱処理に特徴があり、続いて当該処理を行う前記
加熱ユニット２について図３を参照しながら説明する。
２１は、蓋体２１ａ及び下部容器２１ｂからなる例えば
略円筒形状の処理容器であり、蓋体２１ａの下面と下部
容器２１ｂの上面とが接合されて内部に密閉された空間
を形成するように構成されている。前記蓋体２１ａは例
えば図４に示すように側部をアーム２２により支持され
て図示しない第１の昇降機構により昇降自在に構成され
ている。

【００２２】前記蓋体２１ａ中央にはガス供給口２３が
形成されており、このガス供給口２３の上部側には当該
ガス供給口２３に接続するようにガス供給室２４が設け
られている。また蓋体２１ａのガス供給口２３の下方側
には蓋体２１ａの天井部２５と対向するように整流板２
６が設けられており、この整流板２６には多数の通気孔
２７が形成されている。

【００２３】前記ガス供給室３４は、途中に第１の流量
調整部をなす開閉バルブＶ１、第１のフローメータＭ１
を備えたガス供給管３１によりガス供給部３２が接続さ
れており、不活性ガス例えば空気や窒素ガス、アルゴン
ガス等からなるパージガスがガス供給室２４、ガス供給
口２３を介して処理容器２の天井部２５と整流板２６と
に囲まれた空間に供給される。そしてパージガスは前記
空間内を拡散し、前記通気孔２７を介して下方側に通気
していき、これにより整流板２６の下方側に整流された
状態で供給されるようになっている。この例ではガス供
給管３１，ガス供給室２４，ガス供給口２３がガス供給
路に相当する。

【００２４】前記下部容器２１ｂは例えばアルミナやＳ
ｉＣ等のセラミックスにより構成された例えば円板状の
加熱プレート４が載置部４１の上に設けられており、こ
の加熱プレート４と載置部４１の周囲には排気流路４２
が形成されている。前記加熱プレート４の内部には、例
えば抵抗発熱体よりなる加熱手段４３が設けられてお
り、この加熱手段４３には、電源部４４により所定量の
電力が供給され、これにより加熱プレート４が所定の温
度に加熱されるようになっている。

【００２５】前記下部容器２１ｂには、ウエハＷを前記
加熱プレート４上に受け渡す際に、ウエハＷを昇降させ
るための複数例えば３本の昇降ピン４５が前記加熱プレ
ート４を貫通するように設けられており、これら昇降ピ
ン４５は図示しない第２の昇降機構により昇降自在に構
成されている。また前記排気流路４２には例えば２カ所
に、途中に第２の流量調整部をなす開閉バルブＶ２、第
２のフローメータＭ２を備え、他端側に排気手段４３が
設けられた排気管３４が接続されている。この例では排
気管３４，排気流路４２が排気路に相当する。

【００２６】こうして前記処理容器３の内部は、蓋体２
１ａを閉じたときに、蓋体２１ａと加熱プレート４とに
より囲まれた領域が加熱処理室として構成され、この加
熱処理室には、ガス供給管３１により通気孔２７を介し
て供給された前記パージガスによって熱雰囲気の気流が
発生するようになっている。この際前記パージガスの供
給流量と処理容器２１内の排気流量とにより、処理容器
２内のパージガスの通流量が決定され、例えば供給流量
が１リットル／分、排気流量が１リットル／分の場合に
は、処理容器２内のパージガス通流量は１リットル／分
となる。

【００２７】図中５は、加熱ユニット２のレシピの作成
や管理を行うと共に、レシピに応じて加熱ユニット２の
制御を行うように構成された制御部であり、この制御部
５により、前記加熱手段４３の電源部４４、開閉バルブ
Ｖ１，Ｖ２、第１及び第２のフローメータＭ１，Ｍ２、
第１及び第２の昇降機構の動作が制御されるようになっ
ている。

【００２８】続いてこの加熱ユニット２にて行われるレ
ジスト塗布後のウエハＷのプリベーク処理について説明
する。既述のようにレジスト塗布後のウエハＷは、主搬
送手段１４により棚ユニットＵに設けられた加熱ユニッ
ト２に搬送される。この際加熱ユニット２では、処理容
器２１の蓋体２１ａを上昇させて当該容器２１を開き、
ここにウエハＷを搬入する。容器２１内では昇降ピン４
５と主搬送手段１４との協動作用により、予め制御部５
の指令に基づいて加熱手段４３により所定温度例えば１
００℃に調整された加熱プレート４にウエハＷを載置し
た後、蓋体２１ａを下降させて処理容器２１を閉じる。
この際加熱プレート４では、制御部５により電源部４４
から加熱手段４に供給される電力量を調整することによ
り、当該プレート４の温度が制御される。

【００２９】一方開閉バルブＶ１及び開閉バルブＶ２の
開度は制御部５により調整されるが、加熱処理時を開始
した時には、例えば図５に示すように、パージガス例え
ば空気の通流量が極めて小さい第１の通流量例えば０．
５リットル／分になるように開閉バルブＶ１及び開閉バ
ルブＶ２の開度を調整する。つまり空気の供給流量が例
えば０．５リットル／分、処理容器２１の排気流量が例
えば０．５リットル／分になるように開閉バルブＶ１，
Ｖ２の開度を調整する。こうして処理容器２１内に０．
５リットル／分の流量でパージガスを通流させながら、
第１の時間例えば５０秒程度第１の熱処理を行う。

【００３０】続いてパージガスの通流量が第２の通流量
例えば３リットル／分になるように開閉バルブＶ１及び
開閉バルブＶ２の開度を夫々調整して、処理容器２１内
に３リットル／分の流量でパージガスを通流させなが
ら、第２の時間例えば４０秒程度第２の熱処理を行な
う。

【００３１】こうしてトータルで９０秒程度のプリベー
ク処理を行った後、開閉バルブＶ１及び開閉バルブＶ２
を閉じてパージガスの供給及び排気を停止し、次いで蓋
体２１ａを開いて、昇降ピン４５との協動作用により主
搬送手段１４にウエハＷを受け渡す。この後ウエハＷは
主搬送手段１４により冷却ユニットに搬送され、所定の
処理が行われる。

【００３２】このように本発明は、プリベーク処理時に
パージガスの通流量を制御することに特徴があるが、例
えばこのパージガスの通流量等のパラメータは制御部５
により自由に設定入力できるようになっており、設定さ
れたレシピに基づいてプリベーク処理が行われるように
なっている。

【００３３】ここで制御部５の構成について図６に基づ
いて簡単に述べる。制御部５は実際にはＣＰＵ（中央処
理ユニット）、プログラム及びメモリなどにより構成さ
れるが、各機能をブロック化し、構成要素として説明す
ると、図中、５１はレシピ作成部、５２はレシピ格納
部、５３はレシピ選択部、５４はレシピ実行部である。

【００３４】レシピ作成部５１は、加熱温度や加熱時間
といった、熱処理に必要な条件を組み合わせたレシピの
入力を行うことができるようになっており、ここで作成
されたレシピはレシピ格納部５２へ格納される。このレ
シピ作成部５１はレシピ作成プログラムやレシピの入力
や編集のための操作画面等からなる。レシピは例えばレ
ジスト膜の種類に応じて複数用意され、オペレータはレ
シピ選択部５３にて前記レシピ格納部５２に格納されて
いる複数のレシピから目的とするレシピを選択し、レシ
ピ実行部５４を介して当該選択されたレシピが実行され
ることとなる。なおＢ１はバスである。

【００３５】ここでレシピ作成部５１レシピ作成画面の
一つであるプロセスレシピの設定入力画面の一例を図７
に示す。この画面６０は、例えば図５に基づいて既に説
明したように、パージガスの通流量をプリベークの途中
で１回段階的に変化させる場合に対応するものであり、
この場合加熱温度（加熱プレート４の温度）、加熱時間
（加熱プレート４にウエハを載置して、当該ウエハを加
熱している時間）、第１の時間、第１の通流量、第２の
時間、第２の通流量が入力でき、これらのパラメータが
自由に設定できるようになっている。そして設定された
レシピに基づいて各パラメータが制御され、所定のレシ
ピのプリベーク処理が行われるようになっている。

【００３６】このように加熱ユニット２にて、パージガ
スの通流量を制御しながら化学増幅型レジスト塗布後の
プリベーク処理を行うと、現像後の線幅の均一性が向上
する。この理由については、次のように推察される。つ
まり化学増幅型レジストは、露光により発生した酸がレ
ジストの解像反応を進行させるものであり、主成分であ
るベース樹脂と、現像液に対するベース樹脂の溶解を抑
制するための保護基と、光酸発生剤とを含み、少ない露
光エネルギーで露光領域全体が感光する性質を有してい
る。このような化学増幅型レジストでは、露光後のウエ
ハＷを加熱してレジストの解像反応を進行させた後、当
該ウエハＷを冷却して、レジストの解像反応の進行を抑
え、この後現像処理が行われる。上述のレジストパター
ン形成装置Ａ１では、露光後の加熱処理がレジストの解
像反応を進行させる加熱工程に相当し、次いで行われる
冷却処理がレジストの解像反応の進行を抑える冷却工程
に相当する。

【００３７】ところでレジスト塗布後のプリベーク処理
は、レジスト液の溶剤例えばシンナーを揮発させて除去
するために行われるものであるが、この処理の際のレジ
スト膜厚の経時変化を調べたところ図８に示す結果が得
られた。これは化学増幅型レジストが塗布されたウエハ
Ｗに、所定の処理条件でプリベーク処理を行った場合の
膜厚を処理時間毎に測定したものであり、このときの処
理条件は、処理温度（加熱プレート４の温度）が５０
℃，９０℃，１３０℃であって、各温度でパージガスの
通流量を、夫々０リットル／分、５リットル／分、１５
リットル／分と変化させたものである。

【００３８】この結果、何れの処理温度の場合も、プリ
ベーク処理開始後１５秒程度で膜厚が急激に小さくなっ
ており、しかもパージガスの供給量及び排気量が大きい
程、膜厚が小さくなることが認められた。膜厚が小さく
なるのは溶剤が揮発しているためであるので、処理開始
後は溶剤の揮発量が多く、パージガスの供給量及び排気
量が大きい程、溶剤が揮発しやすいことが理解される。

【００３９】またこのプリベーク処理における、ＣＤ
（Critical Dimension：パターンの線幅や間隔、パタ
ーン位置等を示す寸法値）の処理容器内のパージガスの
通流量依存性を調べたところ図９に示す結果が得られ
た。これは処理容器内のパージガスの通流量を１リット
ル／分、２リットル／分、３リットル／分、５リットル
／分、１０リットル／分として、化学増幅型レジストが
塗布されたウエハＷに、加熱プレート温度１２０℃、加
熱時間９０秒という処理条件でプリベーク処理を行な
い、その後露光処理、現像処理を行って、現像線幅の面
内レンジと３σとを測定したものである。

【００４０】ここで面内レンジとは、ウエハ内で測定さ
れた線幅の最大値から最小値を引いた値であり、３σは
標準偏差を３倍した値であって、面内レンジ及び３σ共
に、値が小さい方が均一性が高いことを示している。

【００４１】これにより、処理容器内のパージガスの通
流量が多くなると、ＣＤの面内レンジ及び３σの値が大
きくなり、現像線幅の均一性が悪化することが理解され
る。また本発明者らは、パージガスの供給及び排気を停
止した状態でプリベーク処理を行うと、現像線幅の均一
性が向上することを把握している。

【００４２】ところで溶剤の揮発速度が大きいと、この
溶剤の揮発しようとする力により、上述の化学増幅型レ
ジストの成分のうち、光酸発生剤などの現像に重要な成
分の一部が溶剤と一緒に持っていかれ、飛散してしまう
のではないかと推察される。この際もともと光酸発生剤
などの成分自体は揮発性ではないので、ウエハＷの面内
において溶剤の揮発力が大きい場所で光酸発生剤などが
飛散し、結果として飛散する場所としない場所とが発生
してしまう。このためプリベーク処理の終了時には、前
記酸発生剤などの成分の量がウエハＷの面内で不均一に
なり、この膜質の不均一性がそのまま現像線幅の不均一
性に反映してしまうと考えられる。一方プリベーク処理
は約９０秒程度行っているので、ウエハ面内の溶剤の揮
発量は結果としてほぼ均一になり、レジストの膜厚はほ
ぼ均一になる。

【００４３】しかしながら本発明のようにパージガスの
供給量及び排気量を制御すると、第１の時間つまり処理
開始から５０秒程度までは、パージガスの供給量及び排
気量は共に０．５リットル／分程度（第１の通流量）と
極めて小さくしており、処理開始時は溶剤の揮発量はパ
ージガスの通流量に依存するので、この間の溶剤の揮発
の程度が小さくなる。このように溶剤の揮発速度が小さ
いと、溶剤が飛散しようとする力が小さくなるので、光
酸発生剤などの成分が溶剤に持って行かれにくくなり、
前記光酸発生剤などが飛散する場所と飛散しない場所と
のばらつきが小さくなる。

【００４４】こうして第１の加熱処理を行ったのち、パ
ージガスの通流量を第１の通流量ようりもかなり大きい
３リットル／分程度（第２の通流量）と急激に大きくし
て第２の時間例えば４０秒程度第２の加熱処理を行う
と、第１の加熱処理の間に処理容器内に滞積したレジス
トの揮発成分及び第２の加熱処理で発生したレジストの
揮発成分が処理容器から排出され、これらレジストの揮
発成分がプリベーク処理終了後に処理容器内に残存する
ことが抑えられ、塗布現像装置内へのレジストの揮発成
分の流出が抑えられる。

【００４５】また処理開始から４０秒程度経過すると、
溶剤の揮発量自体が少なくなって揮発速度が小さくなっ
てくるので、パージガスの供給量及び排気量を大きくし
てもそれ程溶剤の揮発速度が大きくならず、このため光
酸発生剤などの成分が飛散しにくくなって飛散する場所
と飛散しない場所とのばらつきが小さくなり、飛散の程
度がウエハＷの面内で揃えられる。これによりレジスト
膜の膜質がウエハの面内において均一になるので、現像
処理がウエハＷの面内において均一に進行し、結果とし
て現像線幅の均一性が向上すると推察される。

【００４６】ここで前記第１の熱処理は、処理容器２１
内のパージガスが、ほとんど通流していない状態か、極
めて少ない流量で通流している状態で行うことが望まし
いので、第１の通流量は０リットル／分〜０．５リット
ル／分に設定することが望ましく、第１の時間は、溶剤
の揮発量が安定し、溶剤の揮発速度が小さくなる時間に
設定され、例えば２０秒〜４０秒に設定することが望ま
しい。

【００４７】また前記第２の熱処理では、処理容器２１
内に滞積する溶剤等を容器２１の外部に排出しなければ
ならないので、前記第２の通流量は１リットル／分〜２
０リットル／分に設定することが望ましく、第２の時間
は例えば３０秒〜６０秒に設定することが望ましい。

【００４８】この際第１の通流量及び第２の通流量は、
既述のように制御部５において自由に設定できるが、こ
の制御は、開閉バルブＶ１及び開閉バルブＶ２の開度の
調整により行うようにしてもよいし、例えば開閉バルブ
とフローメータの組み合わせの代わりにマスフローコン
トローラを用い、パージガスの供給流量を調整する第１
のマスフローメータ及び処理容器の排気流量を制御する
第２のマスフローメータを、制御部５により調整するよ
うにしてもよい。

【００４９】実際に、上述の処理容器２１において、加
熱温度を１００℃、加熱時間を９０秒、第１の時間を５
０秒、第１の通流量を０．５リットル／分、第２の時間
を４０秒、第２の通流量を３リットル／分の条件でプリ
ベーク処理を行ない、その後所定の処理を行ってレジス
トパターンを形成したウエハＷについて現像線幅の均一
性を測長ＳＥＭ（線幅測定器）により測定したところ、
パージガスの通流量を３リットル／分のまま変化させな
い場合に比べて現像線幅の均一性が高いことが認められ
た。またこの際、レジストの溶剤の装置内への流出は認
められなかった。

【００５０】以上において本発明では、第１の通流量及
び／又は第２の通流量を、図１０に示すように徐々に変
化させるようにしてもよい。このようにパージガスの通
流量を徐々に変化させる場合には、例えば開閉バルブと
フローメータの組み合わせの代わりにマスフローコント
ローラを用い、パージガスの供給流量を調整する第１の
マスフローメータ及び処理容器の排気流量を制御する第
２のマスフローメータを、制御部５により制御すること
により、通流量が調整される。図１０の例は、第１の通
流量を徐々に増加させる例であり、この場合においても
加熱処理の開始時にはほとんどパージガスが通流しない
状態であり、その後徐々に通流量が多くなっているの
で、現像線幅の均一性が向上する。

【００５１】この例においては、例えばプロセスレシピ
の設定入力画面において、加熱温度、加熱時間、第１の
時間、第１の通流量増加曲線、第２の時間、第２の通流
量増加曲線等を入力することにより、パラメータが自由
に設定でき、設定されたレシピに基づいて、所定のレシ
ピのプリベーク処理が行われるようになっている。ここ
で第１及び第２の通流量増加曲線は、例えば図１０に示
すようなカーブの曲線を得るための値や指数関数等の数
式を入力して予め所定の曲線を作成しておき、これらの
中から適宜選択される。

【００５２】また本発明では、加熱処理の開始後所定の
時間例えば４０秒間の間、パージガスの通流量が例えば
０．５リットル／分以下であれば、例えば図１１に示す
ようにパージガスの通流量をプリベーク処理の間で複数
回変化させるようにしてもよく、変化の手法としては階
段状に変化させるようにしてもよいし、徐々に変化させ
るようにしてもよい。

【００５３】以上において上述の加熱ユニット２では、
処理終了後のウエハ受け渡し時において、処理容器２１
の開閉動作時に次のようにバルブ制御を行い、これによ
り処理容器からの揮発成分の流出を抑えることが望まし
い。つまり第２の加熱処理を終了した後、開閉バルブＶ
２を閉じ、開閉バルブＶ１を開いてパージガスを例えば
１リットル／分以下の低流量で通流させる。ここで開閉
バルブＶ２を閉じるのは、排気を一旦停止しなければ処
理容器２１内部が負圧になり、開閉バルブＶ１を開いて
パージガスを低流量で通流させるのは、処理容器２１内
部を弱陽圧に保持するためである。

【００５４】。次いで処理容器２１の蓋体２１ａを上昇
させ、開閉バルブＶ２を開く。このようにすると、処理
容器２１内は陽圧になっているので、蓋体２１ａをスム
ーズに開くことができ、これにより処理容器２１の開放
と同時に排気による汚染物を吸引排気を効果的に行うこ
とができる。

【００５５】続いて処理容器２１の蓋体２１ａの上昇を
停止して、開閉バルブＶ１を閉じる。この段階まで開閉
バルブＶ１を開いておくのは、一定流量のパージガスを
通流させながら、吸引排気するためである。この後昇降
ピン４５を上昇させてから、開閉バルブＶ２を閉じ、吸
引排気を停止する。

【００５６】本発明の加熱装置は上述の例に限らず、ウ
エハＷが載置される加熱プレートを備えた処理容器内
に、パージガスが供給されると共に、処理容器内が排気
されて、これにより処理容器内にパージガスが通流さ
れ、その際のパージガスの通流量が制御される構造であ
ればよく、パージガスの通流量の制御方法としては、上
述のように開閉バルブやマスフローコントローラの他、
これらを組み合わせた構成つまり一方の流量調整部とし
て開閉バルブを用い、他方の流量調整部としてマスフロ
ーコントローラを用いるようにしてもよい。

【００５７】さらに本発明の加熱方法は、化学増幅型レ
ジスト以外のレジストや、ＬＣＤ基板塗布現像処理装置
のカラーフィルタ薬液等の塗布液を塗布した基板の熱処
理にも適用できる。さらにまた本発明は、例えば露光後
の加熱処理等や、レジスト塗布後のプリベーク処理以外
の塗布液を塗布したウエハＷの熱処理にも適用でき、こ
の場合パージガスの通流量を制御することは基板表面の
処理液の乾燥スピードがコントロールできるという点で
有効である。さらにまた本発明で用いられる基板はＬＣ
Ｄ基板であってもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、塗布液が塗布された基
板の熱処理を行うにあたり、処理容器内の不活性ガスの
通流量を制御しているので、塗布膜の膜質の均一性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる加熱ユニットを備えたレジスト
パターン形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面
図である。

【図２】前記レジストパターン形成装置の概観を示す斜
視図である。

【図３】前記レジストパターン形成装置に設けられる加
熱ユニットを示す縦断側面図である。

【図４】前記加熱ユニットの一部を示す斜視図である。

【図５】前記加熱ユニットで行われる加熱方法を説明す
るための特性図である。

【図６】前記加熱ユニットの制御部の主要部を示すブロ
ック図図である。

【図７】前記制御部のプロセスレシピの設定入力画面の
一例を示す説明図である。

【図８】レジスト塗布後の加熱処理における処理時間と
レジストの膜厚との相関関係を示す特性図である。

【図９】レジスト塗布後の加熱処理におけるパージガス
通流量とＣＤとの相関関係を示す特性図である。

【図１０】前記加熱ユニットで行われる他の加熱方法を
説明するための特性図である。

【図１１】前記加熱ユニットで行われるさらに他の加熱
方法を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１００ 塗布、現像装置 ２００ 露光装置 Ａ１ レジストパターン形成装置 Ｗ 半導体ウエハ Ｖ１，Ｖ２ 開閉バルブ Ｍ１，Ｍ２ フローメータ ２ 加熱ユニット ２１ 処理容器 ２１ａ 蓋体 ２１ｂ 下部容器 ２３ ガス供給口 ２４ ガス供給室 ３１ ガス供給管 ３２ ガス供給部 ４ 加熱プレート ４２ 排気路 ４３ 加熱手段 ３４ 排気管 ３３ 排気手段 ５ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林田 和久 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロン九州株式会社熊本事業所内 (72)発明者 磧本 栄一 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロン九州株式会社熊本事業所内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 AA27 BA20 DA01 FA01 GA08 GA21 GB03 JA02 JA03 5F046 KA04 KA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理容器の内部に設けられ、基板を載置
   し、これにより塗布液が塗布された基板を加熱するため
   の、所定の温度に調整される加熱プレートと、 処理容器の内部に不活性ガスを供給するためのガス供給
   路と、 処理容器の内部雰囲気を処理容器外部に排気するための
   排気路と、 前記ガス供給路に設けられ、処理容器内部への前記不活
   性ガスの供給流量を調整するための第１の流量調整部
   と、 前記排気路に設けられ、前記処理容器の排気流量を調整
   するための第２の流量調整部と、 前記第１の流量調整部の不活性ガスの供給流量及び第２
   の流量調整部の処理容器の排気流量を制御する制御部
   と、を備え、 処理容器内の前記不活性ガスの通流量を、極めて小さい
   第１の通流量にして前記加熱プレートにより前記基板を
   加熱し、次いで前記不活性ガスの通流量を前記第１の通
   流量よりも大きい第２の通流量にして、前記加熱プレー
   トにより前記基板を加熱することを特徴とする熱処理装
   置。
2. 【請求項２】 複数枚の基板を保持したキャリアが載置
   されるキャリア載置部と、このキャリア載置部に載置さ
   れたキャリアから取り出された基板にレジストを塗布
   し、露光後の基板に対して現像を行う処理部と、を備え
   た塗布、現像装置において、レジストが塗布された基板
   を加熱して、レジストの溶剤を揮発させる熱処理装置で
   あって、 この熱処理装置は、処理容器の内部に設けられ、基板を
   載置し、これによりレジストが塗布された基板を加熱す
   るための、所定の温度に調整される加熱プレートと、 処理容器の内部に不活性ガスを供給するためのガス供給
   路と、 処理容器の内部雰囲気を処理容器外部に排気するための
   排気路と、 前記ガス供給路に設けられ、処理容器内部への前記不活
   性ガスの供給流量を調整するための第１の流量調整部
   と、 前記排気路に設けられ、前記処理容器の排気流量を調整
   するための第２の流量調整部と、 前記第１の流量調整部の不活性ガスの供給流量及び第２
   の流量調整部の処理容器の排気流量を制御する制御部
   と、を備え、 処理容器内の前記不活性ガスの通流量を、極めて小さい
   第１の通流量にして前記加熱プレートにより前記基板を
   加熱し、次いで前記不活性ガスの通流量を前記第１の通
   流量よりも大きい第２の通流量にして、前記加熱プレー
   トにより前記レジストが塗布された基板を加熱すること
   を特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記第１の流量調整部及び／又は第２の
   流量調整部は、開閉バルブであることを特徴とする請求
   項１又は２記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記第１の流量調整部及び／又は第２の
   流量調整部は、マスフローコントローラであることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装
   置。
5. 【請求項５】 不活性ガスが通流する処理容器の内部に
   おいて、加熱プレートに基板を載置し、これにより塗布
   液が塗布された基板を加熱する熱処理方法において、 前記不活性ガスの通流量を極めて小さい第１の通流量に
   して、前記加熱プレートにより基板を加熱する第１の熱
   処理工程と、 次いで前記不活性ガスの通流量を第１の通流量よりも大
   きい第２の通流量にして、前記加熱プレートにより基板
   を加熱する第２の熱処理工程と、を含むことを特徴とす
   る熱処理方法。
6. 【請求項６】 前記塗布液は、レジストであることを特
   徴とする請求項５記載の熱処理方法。
7. 【請求項７】 不活性ガスが通流する処理容器の内部に
   おいて、加熱プレートに基板を載置し、これにより露光
   により発生した酸がレジストの解像反応を進行させる化
   学増幅型レジストが塗布された基板を加熱して、この化
   学増幅型レジストの溶剤を揮発させる熱処理方法におい
   て、 前記不活性ガスの通流量を極めて小さい第１の通流量に
   して、前記加熱プレートにより化学増幅型レジストが塗
   布された基板を加熱する第１の熱処理工程と、 次いで前記不活性ガスの通流量を第１の通流量よりも大
   きい第２の通流量にして、前記加熱プレートにより化学
   増幅型レジストが塗布された基板を加熱する第２の熱処
   理工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
8. 【請求項８】 前記第１の通流量は０リットル／分を含
   むことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載
   の熱処理方法。
9. 【請求項９】 基板表面にレジストを塗布する工程と、 不活性ガスが通流する処理容器の内部に設けられた加熱
   プレートに基板を載置し、前記不活性ガスの通流量を極
   めて小さい第１の通流量にして、前記加熱プレートによ
   り基板を加熱してレジストの溶剤を揮発させる第１の熱
   処理工程と、 次いで前記処理容器の前記不活性ガスの通流量を第１の
   通流量よりも大きい第２の通流量にして、前記加熱プレ
   ートにより基板を加熱してレジストの溶剤を揮発させる
   第２の熱処理工程と、 前記熱処理によりレジストの溶剤が揮発された基板に対
   して露光処理を行う工程と、 露光後の基板を現像処理してレジストパターンを得る工
   程と、含むことを特徴とするパターン形成方法。
10. 【請求項１０】 基板表面に、露光により発生した酸が
    レジストの解像反応を進行させる化学増幅型レジストを
    塗布する工程と、 不活性ガスが通流する処理容器の内部に設けられた加熱
    プレートに基板を載置し、前記不活性ガスの通流量を極
    めて小さい第１の通流量にして、前記加熱プレートによ
    り基板を加熱して前記化学増幅型レジストの溶剤を揮発
    させる第１の熱処理工程と、 次いで前記処理容器の前記不活性ガスの通流量を第１の
    通流量よりも大きい第２の通流量にして、前記加熱プレ
    ートにより基板を加熱して前記化学増幅型レジストの溶
    剤を揮発させる第２の熱処理工程と、 前記熱処理により化学増幅型レジストの溶剤が揮発され
    た基板に対して露光処理を行う工程と、 露光後の基板を加熱してレジストの解像反応を進行させ
    る加熱工程と、 前記加熱工程にて加熱された基板を冷却して、レジスト
    の解像反応の進行を抑える冷却工程と、 前記冷却工程にて冷却された基板を現像処理してレジス
    トパターンを得る工程と、含むことを特徴とするパター
    ン形成方法。