JP2008042019A - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光のために基板表面が疎水性である基板であっても、所定のレジストパターンを均一に安定して形成することができるパターン形成方法およびそれに用いられるパターン形成装置を提供すること。
【解決手段】現像液を塗布してレジストパターンを形成する前に、液浸露光によりレジスト膜が所定のパターンに露光された基板の表面に薬液を供給して現像液が全面に濡れる程度に基板表面を親水化する。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば、半導体装置に用いられる液浸露光によりレジスト膜を所定パターンに露光し、露光パターンを現像して所定のレジストパターンを形成するパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。

半導体デバイスのフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）にレジストを塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に回路パターンが形成されている。

このようなフォトリソグラフィ工程により、最先端の領域では、線幅が９０ｎｍ（９０ｎｍノード）程度の微細な回路パターンを形成することが可能となっている。

近時、半導体デバイスの回路パターンの微細化が急速に進んでおり、これに対応して、現在９０ｎｍノードよりもさらに微細な４５ｎｍノードへ向けての開発が進められ、これに伴って、露光の解像性能を高める必要性が生じている。そこで、極端紫外露光（ＥＵＶＬ；Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）やフッ素ダイマー（Ｆ２）による露光技術の開発を進める一方で、例えばフッ化アルゴン（ＡｒＦ）やフッ化クリプトン（ＫｒＦ）による露光技術を改良して解像性能を上げるため、光を透過する液体からなる液層を基板の表面に形成した状態で露光する手法（以下、「液浸露光」という）が検討されている（例えば、特許文献１）。

このような液浸露光では、露光時にレジスト膜が光を透過する液体（以下、「浸漬液」という）に直接接触することを避けるため、保護膜（以下、「トップコート」という）をレジスト膜上に形成し、このトップコートの上から液浸露光する方法が検討されている（特許文献２）。

また、これに対して、保護膜を形成する工程を減らす目的から、上述のようなトップコートを用いないトップコートレスすなわちレジスト膜表面を直接液浸露光する方法も検討されている。

ところで、これらいずれの方法においても、トップコートもしくはレジスト膜の表面は、露光時に浸漬液への耐水性および露光機の液浸ヘッドのスキャンスピードを上げるために、疎水性にしておかなければならない。

しかしながら、このようなトップコートもしくはレジスト膜の表面が疎水性であるウエハを現像処理する場合、ウエハ上に現像液を液盛りするとウエハ表面が現像液をはじき、液盛りが困難となる。このため、ウエハを均一に安定して現像することができず、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）がばらついたり、欠陥が発生するなどの現像処理不良が発生し、所定のレジストパターンを均一に、かつ安定して形成することができないという問題がある。
再公表ＷＯ９９／０４９５０４号 特開２００５−１５７２５９号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、液浸露光のために基板表面が疎水性である基板であっても、所定のレジストパターンを均一に安定して形成することができるパターン形成方法およびそれに用いられるパターン形成装置を提供することを目的とする。また、このような方法を実行するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板表面にレジスト膜を形成し、または、レジスト膜と保護膜とを順次形成し、次いでレジスト膜またはレジスト膜および保護膜が形成された基板を液体に浸漬させながら露光する液浸露光により前記レジスト膜に所定の露光パターンを形成し、露光パターンを現像液により現像して所定のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、液浸露光した後、露光パターンを現像する前に、基板表面を構成するレジスト膜表面または保護膜表面を現像液が全面に濡れる程度に親水化する親水化処理を施すことを特徴とするパターン形成方法を提供する。

上記第１の観点において、前記レジスト膜表面または前記保護膜表面に薬液を供給することにより、または、紫外線照射することにより親水化処理を施すことができる。前記薬液を用いることにより、親水化処理することに加えて基板表面を洗浄することができる。また、前記薬液による親水化処理の前または後または前後両方に洗浄液による洗浄処理を施すことができる。さらに、前記薬液による親水化処理の前または後に上述のように紫外線照射することができる。さらにまた、前記紫外線照射を行った後、洗浄液による洗浄処理を施し、その後前記薬液による親水化処理を行うことができる。さらにまた、洗浄液による洗浄処理を施した後、前記薬液による親水化処理を行い、次いで紫外線照射した後、再び洗浄液による洗浄処理を施すことができる。

このような親水化処理は、現像処理に先立って行われるレジスト膜の酸触媒反応を促進させる加熱処理の前に行うことが好適である。また、前記薬液は酸性液を用いることが好適であり、希酸であることが好ましい。具体的には酢酸、蟻酸、塩酸、硫酸、パートフルオロアルキルスルフォン酸であることが好ましい。

本発明の第２の観点では、基板表面にレジスト膜を形成し、または、レジスト膜と保護膜とを順次形成する塗布系処理部と、レジスト膜またはレジスト膜および保護膜が形成された基板を液体に浸漬させながら露光して前記レジスト膜に所定の露光パターンを形成する液浸露光部と、露光パターンを現像液により現像して所定のレジストパターンを形成する現像処理部と、前記液浸露光部により露光した後、前記現像処理部で現像する前に、基板表面を構成するレジスト膜表面または保護膜表面を現像液が全面に濡れる程度に親水化する親水化機構とを具備することを特徴とするパターン形成装置を提供する。

上記第２の観点において、前記親水化機構は、前記レジスト膜表面または前記保護膜表面を親水化する薬液を基板表面に供給する薬液供給機構を有するように、または、前記レジスト膜表面または前記保護膜表面を親水化する紫外線を基板表面に照射する紫外線照射機構を有するように構成することができる。また、前記親水化機構は、前記薬液供給機構および／または前記紫外線照射機構を有するように構成することができる。

また、露光処理後の基板に洗浄液を供給して洗浄する洗浄処理部をさらに具備するように構成することができる。また、前記親水化機構は前記洗浄処理部に設けられるように構成することができる。さらに、基板を加熱してレジスト膜の酸触媒反応を促進させる加熱処理部をさらに具備し、前記親水化機構で施す親水化処理は、前記現像処理部で施す現像処理に先立って行われる前記加熱処理部で施す加熱処理の前に行うようにすることができる。

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点に係る方法が行われるように、コンピュータにパターン形成装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、基板表面にレジスト膜を形成し、または、レジスト膜と保護膜とを順次形成し、次いでレジスト膜またはレジスト膜および保護膜が形成された基板に対して、液浸露光した後、露光パターンを現像する前に、この基板表面に薬液を供給して、液浸露光時における浸漬液への耐水性および液浸ヘッドのスキャンスピードを上げる観点から通常疎水化されているレジスト膜表面または保護膜表面を現像液が全面に濡れる程度に親水化するので、基板表面が現像液をはじくことなく液盛りすることができる。このため、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）のばらつきや、欠陥が発生するなどの現像処理不良を抑制することができ、所定のレジストパターンを均一に安定して形成することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態としてのパターン形成装置の概略平面図であり、図２はその概略斜視図である。

パターン形成装置１は、半導体基板であるウエハＷに所定のレジストパターンを形成するためのものであり、ウエハＷの搬送ステーションであるカセットステーション１１と、ウエハＷに所定の処理を施す複数の処理ユニットを有する処理ステーション１２と、ウエハＷに露光処理を施す露光装置１４と、処理ステーション１２および露光装置１４の間でウエハＷを受け渡すためのインターフェースステーション１３とを備えている。カセットステーション１１、処理ステーション１２、インターフェースステーション１３および露光装置１４は、この順にパターン形成装置１の長さ方向（Ｘ方向）に直列に配置されている。

カセットステーション１１は、複数枚、例えば１３枚のウエハＷが収容されたウエハカセット（ＣＲ）を載置するカセット載置台１１ａと、カセット載置台１１ａ上のウエハカセット（ＣＲ）と後述する処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ₃に設けられたトランジションユニットとの間でウエハＷを搬送するためのウエハ搬送部１１ｃとをＸ方向に直列に有している。カセット載置台１１ａ上には、ウエハカセット（ＣＲ）を位置決めするための位置決め部１１ｂが、パターン形成装置１の幅方向（Ｙ方向）に複数、例えば５個設けられており、ウエハカセット（ＣＲ）は、その開口がウエハ搬送部１１ｃの筐体の壁面に設けられた開閉部１１ｅと対向するように、位置決め部１１ｂ位置に載置される。ウエハ搬送部１１ｃは、その筐体内に配置された、ウエハＷを保持可能な搬送ピック１１ｄを有し、この搬送ピック１１ｄによりカセット載置台１１ａ上の各ウエハカセット（ＣＲ）とトランジションユニットとの間でウエハＷを搬送するように構成されている。

処理ステーション１２は、筐体１５内に配置されており、その前面側（図１下方）に、カセットステーション１１側からインターフェースステーション１３側に向かって順に、第１処理ユニット群Ｇ₁と第２処理ユニット群Ｇ₂とを有し、その背面側（図１上方）に、カセットステーション１１側からインターフェースステーション１３側に向かって順に、第３処理ユニット群Ｇ₃、第４処理ユニット群Ｇ₄および第５処理ユニット群Ｇ₅を有している。また、処理ステーション１２は、第３処理ユニット群Ｇ₃と第４処理ユニット群Ｇ₄との間に第１主搬送部Ａ₁を有し、第４処理ユニット群Ｇ₄と第５処理ユニット群Ｇ₅との間に第２主搬送部Ａ₂を有している。

第１処理ユニット群Ｇ₁は、ウエハＷに露光時の光の反射を防止する反射防止膜を形成する例えば２つのボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）と、ウエハＷにレジスト膜を形成する例えば３つのレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とが積み重ねられて構成されている。第２処理ユニット群Ｇ₂は、ウエハＷに現像処理を施す例えば３つの現像ユニット（ＤＥＶ）と、ウエハＷに形成されたレジスト膜の表面に疎水性の保護膜を形成する例えば２つのトップコーティングユニット（ＩＴＣ）とが積み重ねられて構成されている。

第３処理ユニット群Ｇ₃、第４処理ユニット群Ｇ_４、第５処理ユニット群Ｇ_５は、例えば、ウエハＷに疎水化処理を施すアドヒージョンユニットやレジスト塗布後のウエハＷに加熱処理を施すプリベークユニット、現像処理後のウエハＷに加熱処理を施すポストベークユニット、露光後現像前のウエハＷに加熱処理を施すポストエクスポージャーベークユニット等の熱処理ユニットが例えば１０段に積み重ねられて構成されている。また、第３処理ユニット群Ｇ₃は、カセットステーション１１と第１主搬送部Ａ₁との間でのウエハＷの受け渡し部となるトランジションユニットを有している。第５処理ユニット群Ｇ_５は、第２主搬送部Ａ_２とインターフェースステーション１３の後述する第１ウエハ搬送体２１との間でのウエハＷの受け渡し部となるトランジションユニットを有している。

第１主搬送部Ａ₁は、ウエハＷを保持可能な第１主ウエハ搬送アーム１６を有し、この第１主ウエハ搬送アーム１６は、第１処理ユニット群Ｇ₁、第３処理ユニット群Ｇ₃および第４処理ユニット群Ｇ₄の各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。第２主搬送部Ａ₂は、ウエハＷを保持可能な第２主ウエハ搬送アーム１７を有し、この第２主ウエハ搬送アーム１７は、第２処理ユニット群Ｇ₂、第４処理ユニット群Ｇ₄および第５処理ユニット群Ｇ₅の各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。

第１処理ユニット群Ｇ₁とカセットステーション１１との間および第２処理ユニット群Ｇ₂とインターフェースステーション１３との間にはそれぞれ、第１および第２処理ユニット群Ｇ₁、Ｇ₂に供給される処理液の温度調節装置や温度湿度調節用のダクト等を備えた温度湿度調節ユニット１８が設けられている。また、第１および第２処理ユニット群Ｇ₁、Ｇ₂の下側にはそれぞれ、これらに薬液を供給するケミカルユニット（ＣＨＭ）が設けられている。

図３はパターン形成装置１に設けられたインターフェースステーション１３の概略斜視図である。
インターフェースステーション１３は、筐体内に配置された、処理ステーション１２側の第１インターフェースステーション１３ａと、露光装置１４側の第２インターフェースステーション１３ｂとを有している。第１インターフェースステーション１３ａには、第５処理ユニット群Ｇ₅の開口部と対面するように、ウエハＷを搬送するための第１ウエハ搬送体２１が設けられており、第２インターフェースステーション１３ｂには、Ｙ方向に移動可能なウエハＷを搬送するための第２ウエハ搬送体２２が設けられている。

第１インターフェースステーション１３ａの正面側には、ウエハ周辺部の余分なレジストを除去するためにウエハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置（ＷＥＥ）と、露光装置１４に搬送されるウエハＷを一時収容するイン用バッファカセット（ＩＮＢＲ）と、露光装置１４から搬送されたウエハＷを一時収容するアウト用バッファカセット（ＯＵＴＢＲ）と、露光装置１４に搬送される前のウエハを洗浄する前洗浄ユニット（ＰＲＥＣＬＮ）と、露光装置１４から搬送されたウエハＷを洗浄する後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）とが積み重ねられて構成された第６処理ユニット群Ｇ_６が配置されている。第１インターフェースステーション１３ａの背面側には、ウエハＷを高精度に温調する高精度温調ユニット（ＣＰＬ）が例えば２段に積み重ねられて構成された第７処理ユニット群Ｇ_７が配置されている。

第１ウエハ搬送体２１は、ウエハＷを受け渡すためのフォーク２１ａを有している。このフォーク２１ａは、第５処理ユニット群Ｇ₅、第６処理ユニット群Ｇ_６、第７処理ユニット群Ｇ_７の各ユニットにアクセス可能であり、これにより各ユニット間でのウエハＷの搬送を行う。

第２ウエハ搬送体２２は、ウエハＷを受け渡すためのフォーク２２ａを有している。このフォーク２２ａは、第６処理ユニット群Ｇ_６の前洗浄ユニット（ＰＲＥＣＬＮ）および後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）、第７処理ユニット群Ｇ_７の各ユニット、露光装置１４の後述するインステージ１４ａおよびアウトステージ１４ｂにアクセス可能であり、これら各部の間でウエハＷの搬送を行う。

第１インターフェースステーション１３ａの上部には、第１インターフェースステーション１３ａまたはインターフェースステーション１３の気流を調整する気流調整部２３が設けられ、第２インターフェースステーション１３ｂの上部には、露光装置から搬送されたウエハＷが乾燥しないように第２インターフェースステーション１３ｂまたはインターフェースステーション１３を加湿する加湿部が設けられている。

ウエハＷにレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）や、露光装置１４による露光後のレジスト膜を現像する現像ユニット（ＤＥＶ）等の各ユニットを有する処理ステーション１２と、レジスト塗布後で露光前のウエハＷを洗浄する前洗浄ユニット（ＰＲＥＣＬＮ）および露光後で現像前のウエハＷを洗浄する後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）を有するインターフェースステーション１３とは、レジスト塗布・現像部を構成している。

露光装置１４は、インターフェースステーション１３から搬送されたウエハＷを載置するインステージ１４ａと、インターフェースステーション１３に搬送されるウエハＷを載置するアウトステージ１４ｂと、レジスト膜が形成されたウエハＷを所定の液体（以下、「浸漬液」という）に浸漬させた状態でレジスト膜を露光する液浸露光部３０と、インステージ１４ａ、液浸露光部３０およびアウトステージ１４ｂの間でウエハＷを搬送するウエハ搬送機構２５とを有している。

図２に示すように、カセットステーション１１の下部にはこのパターン形成装置１全体を制御する集中制御部１９が設けられている。この集中制御部１９は、図４に示すように、パターン形成装置１の各ユニットおよび各搬送機構等の各構成部を制御する、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ４１を有し、このプロセスコントローラ４１には、工程管理者がパターン形成装置１の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、パターン形成装置１の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４２と、パターン形成装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部４３とが接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部４３から呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、パターン形成装置１において所望の各種処理が行われる。レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、適宜の装置から例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。なお、各処理ユニットには下位のユニットコントローラが設けられており、これらコントローラがプロセスコントローラ４１の指令に基づいて各ユニットの動作制御を行うようになっている。

このように構成されたパターン形成装置１においては、まず、ウエハ搬送部１１ｃの搬送ピック１１ｄにより、ウエハカセット（ＣＲ）から１枚のウエハＷを取り出し、処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ_３に設けられたトランジションユニットに搬送する。次に、第１および第２主搬送部Ａ_１、Ａ_２により、レシピの順序に従って、第１〜５処理ユニット群Ｇ_１〜５の所定のユニットにウエハＷを順次搬送し、ウエハＷに一連の処理を施す。ここでは、例えば、アドヒージョンユニットでのアドヒージョン処理、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）でのレジスト膜の形成、プリベークユニットでのプリベーク処理を順次行う。また、必要に応じて、レジスト膜の上にトップコーティングユニット（ＩＴＣ）により保護膜を形成する。なお、アドヒージョン処理に代えてボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）でレジスト膜形成に先立って反射防止膜（ＢＡＲＣ）の形成を行う場合もある。なお、レジスト膜上に反射防止膜（ＴＡＲＣ）を形成し、その上に保護膜を形成する場合もある。

処理ステーション１２でのウエハＷの一連の処理が終了し、ウエハＷを第５処理ユニット群Ｇ_５に設けられたトランジションユニットに搬送したら、第１ウエハ搬送体２１により、ウエハＷを周辺露光装置（ＷＥＥ）、イン用バッファカセット（ＩＮＢＲ）、前洗浄ユニット（ＰＲＥＣＬＮ）および高精度温調ユニット（ＣＰＬ）に順次搬送し、ウエハＷに一連の処理を施す。次に、ウエハＷを、第２ウエハ搬送体２２によって露光装置１４のインステージ１４ａに搬送し、さらにウエハ搬送機構２５によって液浸露光部３０に搬送し、液浸露光部３０でウエハＷに露光処理を施す。

液浸露光部３０での露光後、ウエハ搬送機構２５によってウエハＷをアウトステージ１４ｂに搬送する。次に、第２ウエハ搬送体２２によってウエハＷを後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）に搬送し、ウエハＷを洗浄する。続いて、第１ウエハ搬送体２１によりウエハＷを第５処理ユニット群Ｇ_５に設けられたトランジションユニットに搬送したら、第１および第２主搬送部Ａ_１、Ａ_２により、レシピの順序に従って、第１〜５処理ユニット群Ｇ_１〜５の所定のユニットにウエハＷを順次搬送し、ウエハＷに一連の処理を施す。ここでは、例えば、ポストエクスポージャーベークユニットでのポストエクスポージャーベーク処理、現像ユニット（ＤＥＶ）での現像処理、ポストベークユニットでのポストベーク処理を順次行う。そして、ウエハＷを、第３処理ユニット群Ｇ_３に設けられたトランジションユニットに搬送した後、カセットステーション１１のウエハカセット（ＣＲ）へ搬送する。

本実施形態においては、露光装置１４において液浸露光を行うため、浸漬液に対する耐水性および液浸ヘッドのスキャンスピードを上げる観点から、ウエハ表面を疎水性とする必要がある。このため、レジスト膜として疎水性のものを用いるか、またはトップコーティングユニット（ＩＴＣ）でレジスト膜表面に疎水性の保護膜を形成する。しかし、この場合には、ウエハＷに現像処理を施す際に、その表面が疎水性であるため、現像液をはじき、液盛りが困難となり、所定のレジストパターンを均一に安定して形成することが難しい。

そこで、本実施形態では、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）にウエハ表面を親水化する機構を持たせ、液浸露光した後、現像液を塗布する前にその後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）によりウエハＷの洗浄に加え、ウエハＷ表面（保護膜表面）を親水化する処理を施す。

以下、このようなウエハＷ表面を親水化する機構を備えた後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）について詳細に説明する。図５および図６は、それぞれ本実施形態に係る後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）の全体構成を示す概略断面図および概略平面図である。

後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）は筐体５０を有し、その中央部には環状の洗浄カップ（ＣＰ）が配置され、洗浄カップ（ＣＰ）の内側にはスピンチャック５１が配置されている。スピンチャック５１は真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で駆動モータ５２によって回転駆動される。洗浄カップ（ＣＰ）の底部にはドレイン５３が設けられており、親水化処理に用いられた薬液や洗浄処理に用いられた純水液がここから排出される。

駆動モータ５２は、筐体５０の底板５０ａに設けられた開口５０ｂに昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５４を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動機構５５および昇降ガイド５６と結合されている。フランジ部材５４は、この駆動モータ５２の上半部を覆うように取り付けられている。

ウエハＷを親水化処理または洗浄処理する時には、フランジ部材５４の下端５４ａは、開口５０ｂの外周付近で底板５０ａに密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック５１と第１ウエハ搬送体２１のフォーク２１ａとの間でウエハＷの受け渡しが行われる時は、昇降駆動機構５５が駆動モータ５２ないしスピンチャック５１を上方へ持ち上げることでフランジ部材５４の下端が底板５０ａから浮くようになっている。

洗浄カップ（ＣＰ）の上方には、ウエハＷの表面にウエハＷの表面を親水化するための薬液を供給する薬液供給ノズル６１と、純水を供給する純水供給ノズル６２と、紫外線を照射するウエハＷとほぼ同じ幅を有する紫外線ランプ６３とが、ウエハＷ上の供給位置とウエハＷの外方の待機位置との間で移動可能に設けられている。薬液供給ノズル６１は薬液供給配管６４を介して薬液供給部６５に接続されており、純水供給ノズル６２は純水供給配管６６を介して純水供給部６７に接続されている。薬液供給配管６４には開閉バルブ６８が設けられ、純水供給配管６６には開閉バルブ６９が設けられている。紫外線ランプ６３は、紫外線ランプ電源７０から通電される。

薬液供給ノズル６１は第１のノズルスキャンアーム７１の先端に取り付けられており、純水供給ノズル６２は第２のノズルスキャンアーム７２の先端に取り付けられており、紫外線ランプ６３は第３のノズルスキャンアーム７３の先端部に取り付けられている。これら第１、第２、第３のノズルスキャンアーム７１、７２、７３は、それぞれ筐体５０の底板５０ａ上にＹ方向に敷設されたガイドレール７４上から垂直方向に延び、ガイドレール７４上を水平移動可能な第１の垂直支持部材７５、第２の垂直支持部材７６および第３の垂直支持部材７７の上端部に取り付けられており、薬液供給ノズル６１、純水供給ノズル６２、紫外線ランプ６３は、これら第１、第２、第３の垂直支持部材７５、７６、７７とともにＹ軸駆動機構７８によってＹ方向に移動するようになっている。また、第１、第２、第３の垂直支持部材７５、７６、７７はＺ軸駆動機構７９によってＺ方向に移動可能となっている。薬液供給ノズル６１は、ノズル待機部８０で待機できるようになっている。

スピンチャック５１の下方周辺位置には、バックリンス処理用のリンスノズル５７が配設されており、ウエハＷの裏面に向かって純水等のリンス液を吐出させ、ウエハＷの裏面洗浄が可能となるように構成されている。

後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）には、パターン形成装置１のプロセスコントローラ４１からの指令に基づいて後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）を制御するためのユニットコントローラ１００が設けられている。このユニットコントローラ１００は駆動モータ５２によるスピンチャック５１の駆動制御や、Ｙ軸駆動機構７８、Ｚ軸駆動機構７９、薬液供給部６５、純水供給部６７、紫外線ランプ電源７０などの制御を行う。

なお、前洗浄ユニット（ＰＲＥＣＬＮ）は、薬液供給系および紫外線を照射するための機構が存在しない以外は後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）と同様の構成を有している。

次に、上記後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）による処理方法について説明する。
図７は第１の処理方法を示すフローチャートである。この方法においては、液浸露光によりレジスト膜が所定のパターンに露光されたウエハＷを搬入する（ＳＴＥＰ１）。すなわち、第１ウエハ搬送体２１のフォーク２１ａによって後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）内へ搬送し、スピンチャック５１を昇降駆動機構５５によって上昇させることによりウエハＷをスピンチャック５１上に真空吸着させる。ウエハＷを洗浄カップ（ＣＰ）内の定位置まで下降させた状態で、薬液供給ノズル６１をスピンチャック５１の中心（ウエハの中心）上に移動させ、駆動モータ５２によって回転させながら、ウエハＷ表面に親水化のための薬液を供給し、親水化処理する（ＳＴＥＰ２）。すなわち、ウエハＷ表面に供給された薬液は遠心力によってウエハＷ中心からその周囲全域にむらなく拡がり、ウエハＷが親水化処理される。このような親水化処理に用いられる薬液としては、酸性液を好適に用いることができる。酸性液を用いることにより、酸（Ｈ^＋）によるレジスト表面または保護膜表面の保護基を離脱させる脱保護反応が生じ、その部分が水酸基（ＯＨ⁻）に置換されて親水性となる。これによりレジスト膜表面または保護膜表面が現像液の主成分であるＴＭＡＨに可溶となり、現像液がウエハ表面全体に濡れるようになる。酸性液には、希酸のような弱酸性液を用いることができる。具体的には、酢酸、蟻酸、塩酸、硫酸、パートフルオロアルキルスルフォン酸であることが好ましい。パートフルオロアルキルスルフォン酸を用いる場合は、アルキル長鎖がｎ＝１〜４、濃度が１０^−３〜１０^−１Ｎであることがより好ましい。この時のウエハＷの回転数は、例えば、１００〜５００ｒｐｍとする。この第１の処理方法では、ＳＴＥＰ２の親水化処理がウエハＷの洗浄処理を兼ねる。すなわち、親水化処理に用いる薬液により親水化処理と洗浄処理の両方を行う。

このように親水化処理を行なった後、スピンチャック５１を高速回転させて薬液を振り切り乾燥する（ＳＴＥＰ３）。この時のウエハＷの回転数は、１５００〜２５００ｒｐｍとし、１５秒間程度行うことが好ましい。

このようにして乾燥処理されたウエハＷは、スピンチャック５１を昇降駆動機構５５によって上昇させて、第１ウエハ搬送体２１のフォーク２１ａによって後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する（ＳＴＥＰ４）。

この第１の方法では、薬液による親水化処理により、疎水性であったウエハＷの表面をその後の現像処理において現像液が全面に濡れる程度に親水化することができる他、その処理によりウエハ表面の洗浄処理を兼ねるので、レシピの短縮が可能となる。ただし、このような効果は用いる薬液に洗浄効果がある場合に限られる。

洗浄処理ユニット（ＰＯＣＬＮ）における処理の後、ポストエクスポージャーユニットへウエハＷを搬送し、ポストエクスポージャーベーク（露光後ベーク）処理を行う。次いで、第２主ウエハ搬送装置１７により現像ユニット（ＤＥＶ）へ搬送し、現像ユニット（ＤＥＶ）にて、ウエハＷの表面に現像液を液盛りする。この時、上述したように後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）によりウエハＷの表面であるレジスト膜の表面または保護膜の表面の全面が現像液に濡れる程度に親水化しており、現像液をはじくことなく液盛りすることができる。このため、ウエハＷを均一にかつ安定して現像処理することができ、所定のレジストパターンを均一にかつ安定して形成することができる。

次に、第２の処理方法について説明する。
上記第１の処理方法では、ウエハＷを搬入後ウエハＷの洗浄を兼ねた親水化処理を行ったが、第２の処理方法では、親水化処理に先立って洗浄処理を行う。図８は第２の処理方法を示すフローチャートである。

まず、上述したような第１の処理方法のＳＴＥＰ１と同様に、ウエハＷの搬入を行う（ＳＴＥＰ１１）。すなわち、液浸露光によりレジスト膜が所定のパターンに露光されたウエハＷを後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）へ搬送し、このウエハＷをスピンチャック５１に吸着させる。次いで、純水供給ノズル６２とスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）上に移動させウエハＷを駆動モータ５２によって回転させながらウエハＷの表面に純水を供給しウエハＷを洗浄処理する（ＳＴＥＰ１２）。すなわち、ウエハＷに供給された純水は遠心力によってウエハＷ中心からその周囲全域にむらなく拡がり、ウエハＷが洗浄処理される。次いで、ウエハＷを回転したままの状態にして、純水供給ノズル６２を退避させ、薬液供給ノズル６１をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）へ移動させ、第１の処理方法と同様、薬液供給ノズル６１から親水化のための薬液を吐出させて親水化処理を行う（ＳＴＥＰ１３）。親水化処理の後、上記第１の処理方法のＳＴＥＰ３と同様にウエハＷを振り切り乾燥し（ＳＴＥＰ１４）、次いで、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する（ＳＴＥＰ１５）。

この第２の方法では、親水化処理の前に洗浄処理を行うので親水化処理のための薬液洗浄力が小さい場合でもウエハＷ表面のパーティクルを確実に除去することができる。

次に第３の処理方法について説明する。
上記第２の処理方法では、親水化処理する前に洗浄処理を行ったが、第３の処理方法では、それに加えて、親水化処理した後さらに洗浄処理を行う。図９は、第３の処理方法を示すフローチャートである。

まず、上述したような第２の処理方法におけるＳＴＥＰ１１〜１３と同様に、ウエハＷを搬入し（ＳＴＥＰ２１）、後洗浄処理ユニット（ＰＯＣＬＮ）でウエハＷを洗浄し（ＳＴＥＰ２２）、その後、親水化処理（ＳＴＥＰ２３）を行う。次いで、ウエハＷを回転したままの状態にして、薬液供給ノズル６１を退避させ、純水ノズル供給６２をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）へ移動させ、純水供給ノズル６２から純水を供給して洗浄処理を行う（ＳＴＥＰ２４）。この洗浄処理の後、上記第１の処理方法のＳＴＥＰ３と同様にウエハＷを振り切り乾燥し（ＳＴＥＰ２５）、次いで、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する。

この第３の処理方法は、親水化処理の後に洗浄処理を行って親水化処理の際の薬液を洗い流すことができるので、親水化処理の薬液がその後の処理に悪影響を与える場合等に有効である。

上記第２の処理方法、第３の処理方法のように、親水化のための薬液と洗浄処理のための純水とを供給する場合には、例えば図１０に示すように薬液供給ノズル６１と純水供給ノズル６２を一つのアーム８１に取り付けて、ウエハＷ上に薬液と純水の両方を供給できるようにし、流量調節バルブによりこれらの流量比を除々に変化できるようにすることによって、洗浄効率を高めることができる。例えば、薬液による親水化処理後、薬液供給ノズル６１からの薬液吐出流量を除々に低下させ、純水供給ノズル６２からの純水吐出流量を除々に増加させることにより、薬液の除去効率を高めることができる。このように薬液と純水の流量比を変える操作を効率的に行うためには、図１１に示すように薬液供給ライン８２と純水供給ライン８３とを１つの液供給ノズル８４に接続し、この液供給ノズル８４から流量調節バルブ８５，８６を操作して薬液と純水との吐出流量比を変化させるようにしてもよいし、図１２に示すように薬液供給ライン８７と純水供給ライン８８を混合器８９に接続し、これらを混合器８９で混合してから液供給ノズル９０から所定の流量比の混合液を吐出するようにしてもよい。

次に、第４の処理方法について説明する。
この第４の処理方法では、紫外線ランプ６３を用いて、ウエハＷの親水化または洗浄を補助する。すなわち、紫外線ランプ６３からウエハＷ表面（保護膜表面）に所定の波長の紫外線を照射することにより、ウエハＷの表面を改質して親水化を補助する効果およびウエハＷの表面の洗浄を補助する効果を得ることができる。図１３は第４の処理方法を示すフローチャートである。

上記第１の処理方法では、ウエハＷを搬入後ウエハＷの洗浄を兼ねた親水化処理を行ったが、第４の処理方法では、親水化処理に先立って紫外線照射処理を行う。

まず、上述したような上記第１の処理方法ＳＴＥＰ１と同様にウエハＷを搬入する（ＳＴＥＰ３１）。次いで、紫外線ランプ６３をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）上に移動させ、ウエハＷを駆動モータ５２によって回転させながらウエハＷの表面全体に均一に所定の波長の紫外線を照射し（ＳＴＥＰ３２）、ウエハＷ表面の親水化および洗浄処理を補助する。この時のウエハＷの回転数は３０〜１００ｒｐｍとし、３０秒間程度行うことが好ましい。次いで、ウエハＷを回転したままの状態にして、紫外線ランプ６３を退避させ、薬液供給ノズル６１をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）へ移動させ、薬液供給ノズル６１からウエハＷの表面に薬液を供給し親水化処理を行う（ＳＴＥＰ３３）。親水化処理の後、上記第１の処理方法のＳＴＥＰ３と同様に、ウエハＷを振り切り乾燥し（ＳＴＥＰ３４）、次いで、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する（ＳＴＥＰ３５）。

次に、第５の処理方法について説明する。
上記第４の処理方法では、ウエハＷを親水化処理する前に紫外線照射処理を行ったが、第５の処理方法では、それに加えて親水化処理する前に洗浄処理を行う。図１４は、第５の処理方法を示すフローチャートである。

まず、上述したような第４の処理方法におけるＳＴＥＰ３１、３２と同様にウエハＷを搬入し（ＳＴＥＰ４１）、紫外線照射処理を行う（ＳＴＥＰ４２）。次いで、ウエハＷを回転したままの状態にして、紫外線ランプ６３を退避させ、純水供給ノズル６２をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）へ移動させ、純水供給ノズル６２から純水を供給して洗浄処理を行う（ＳＴＥＰ４３）。この洗浄処理の後、上記第４の処理方法のＳＴＥＰ３３〜３５と同様に、親水化処理し（ＳＴＥＰ４４）、ウエハＷを振り切り乾燥し（ＳＴＥＰ４５）、次いで、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する（ＳＴＥＰ４６）。

この第５の処理方法では、紫外線照射処理した後、洗浄処理し、さらに薬液による親水化処理することにより、ウエハＷ表面の水滴を確実に除去することができる。

次に、第６の処理方法について説明する。
上記第５の処理方法では、親水化処理する前に洗浄処理を行ったが、第６の処理方法では、洗浄処理し、親水化処理した後、さらに洗浄処理を行う。図１５は、第６の処理方法を示すフローチャートである。

まず、上述したような第２の処理方法ＳＴＥＰ１１〜１３と同様にウエハＷを搬入し（ＳＴＥＰ５１）、次いで、ウエハＷを洗浄処理する（ＳＴＥＰ５２）。その後、ウエハＷ表面を薬液により親水化処理する（ＳＴＥＰ５３）。このＳＴＥＰ５３において、薬液供給ノズル６１からの薬液供給が終了した後、ウエハＷを回転させて薬液を振り切り乾燥している間に、薬液供給ノズル６１を退避させ、紫外線ランプ６３をスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）へ移動させ、紫外線照射して紫外線照射処理を行う（ＳＴＥＰ５４）。この紫外線照射処理の後、上記第３の処理方法のＳＴＥＰ２４〜２６と同様に、洗浄処理し（ＳＴＥＰ５５）、次いで、ウエハＷを振り切り乾燥し（ＳＴＥＰ５６）、その後、後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）から搬出する（ＳＴＥＰ５７）。

この第６の処理方法では、ＳＴＥＰ５３の薬液による親水化処理において、振り切り乾燥している間にＳＴＥＰ５４の紫外線照射処理をすることができるため、ウエハＷの処理時間を短縮することができる。また、親水化処理の後に、紫外線照射処理、洗浄処理を行って親水化処理の際の薬液を洗い流すことができるので、親水化処理の薬液がその後の処理に悪影響を与える場合等に有効である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々変形が可能である。例えば、上記実施形態では、後洗浄処理ユニット（ＰＯＣＬＮ）において、親水化処理を行った例について示したが、液浸露光後、露光パターンを現像する前であればこれに限るものではない。また、上記実施形態では酸性液を用いて親水化を行う例について示したが、これに限らず親水化可能な他の薬液を用いてもよい。上記実施形態では、ウエハを回転させながら薬液を供給して親水化処理を行ったが、これに限らず、例えば薬液にウエハを浸漬させる等、他の手段にてウエハの薬液処理を行うこともできる。親水化には薬液に限らず他の親水化手段を用いてもよく、例えば、上記実施形態において親水化を補助するために用いた紫外線照射ランプ等の紫外線照射手段を単独で用いて親水化処理を行ってもよい。このような紫外線照射手段の他、赤外線、マイクロ波、熱線または電子線などの高エネルギー線を照射する手段を用いることもできる。

後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）を搭載した半導体ウエハのパターン形成装置の全体構成を示す平面図。 図１に示すパターン形成装置の概略斜視図。 図１に示すパターン形成装置に設けられたインターフェースステーションの概略斜視図。 図１に示すパターン形成装置の制御系を示すブロック図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）を示す断面図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）の内部の概略平面図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第１の処理方法を説明するためのフローチャート。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第２の処理方法を説明するためのフローチャート。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第３の処理方法を説明するためのフローチャート。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における薬液と純水の供給系の一例を示す概略図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における薬液と純水の供給系の一例を示す概略図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における薬液と純水の供給系の一例を示す概略図。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第４の処理方法を説明するためのフローチャート。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第５の処理方法を説明するためのフローチャート。 後洗浄ユニット（ＰＯＣＬＮ）における第６の処理方法を説明するためのフローチャート。

符号の説明

５０；筐体
５１；スピンチャック
５２；駆動モータ
６１；薬液供給ノズル
６２；純水供給ノズル
６３；紫外線ランプ
１００；ユニットコントローラ
ＣＰ…洗浄カップ
Ｗ…半導体ウエハ（ウエハ）

Claims (20)

1. 基板表面にレジスト膜を形成し、または、レジスト膜と保護膜とを順次形成し、次いでレジスト膜またはレジスト膜および保護膜が形成された基板を液体に浸漬させながら露光する液浸露光により前記レジスト膜に所定の露光パターンを形成し、露光パターンを現像液により現像して所定のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、
   液浸露光した後、露光パターンを現像する前に、基板表面を構成するレジスト膜表面または保護膜表面を現像液が全面に濡れる程度に親水化する親水化処理を施すことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記レジスト膜表面または前記保護膜表面に薬液を供給することにより前記親水化処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記レジスト膜表面または前記保護膜表面に紫外線照射することにより前記親水化処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
4. 前記薬液により、親水化処理することに加えて基板表面を洗浄することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
5. 前記薬液による親水化処理の前または後または前後両方に洗浄液による洗浄処理を施すことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
6. 前記薬液による親水化処理の前または後に紫外線照射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のパターン形成方法。
7. 前記紫外線照射を行った後、洗浄液による洗浄処理を施し、その後前記薬液による親水化処理を行うことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
8. 洗浄液による洗浄処理を施した後、前記薬液による親水化処理を行い、次いで紫外線照射した後、再び洗浄液による洗浄処理を施すことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
9. 前記薬液による親水化処理は、現像処理に先立って行われるレジスト膜の酸触媒反応を促進させる加熱処理の前に行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
10. 前記薬液は酸性液であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
11. 前記酸性液は、希酸であることを特徴とする請求項１０に記載のパターン形成方法。
12. 前記希酸は酢酸、蟻酸、塩酸、硫酸、パートフルオロアルキルスルフォン酸を含むことを特徴とする請求項１１に記載のパターン形成方法。
13. 基板表面にレジスト膜を形成し、または、レジスト膜と保護膜とを順次形成する塗布系処理部と、
    レジスト膜またはレジスト膜および保護膜が形成された基板を液体に浸漬させながら露光して前記レジスト膜に所定の露光パターンを形成する液浸露光部と、
    露光パターンを現像液により現像して所定のレジストパターンを形成する現像処理部と、
    前記液浸露光部により露光した後、前記現像処理部で現像する前に、基板表面を構成するレジスト膜表面または保護膜表面を現像液が全面に濡れる程度に親水化する親水化機構と
    を具備することを特徴とするパターン形成装置。
14. 前記親水化機構は前記レジスト膜表面または前記保護膜表面を親水化する薬液を基板表面に供給する薬液供給機構を有することを特徴とする請求項１３に記載のパターン形成装置。
15. 前記親水化機構は前記レジスト膜表面または前記保護膜表面を親水化する紫外線を基板表面に照射する紫外線照射機構を有することを特徴とする請求項１３に記載のパターン形成装置。
16. 前記親水化機構は、前記薬液供給機構および／または前記紫外線照射機構を有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
17. 露光処理後の基板に洗浄液を供給して洗浄する洗浄処理部をさらに具備することを特徴とする請求項１３から請求項１６に記載のパターン形成装置。
18. 前記親水化機構は前記洗浄処理部に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載のパターン形成装置。
19. 基板を加熱してレジスト膜の酸触媒反応を促進させる加熱処理部をさらに具備し、
    前記親水化機構で施す親水化処理は、前記現像処理部で施す現像処理に先立って行われる前記加熱処理部で施す加熱処理の前に行うことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
20. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法が行われるように、コンピュータにパターン形成装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。

Images