JP2013140833A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に溶剤を供給して、レジストパターン表面の荒れを改善するにあたり、高い面内均一性でレジストパターンの表面の凹凸を平坦化すること。
【解決手段】レジストパターンが形成されたウエハＷを処理容器１１内へ導入し、溶剤雰囲気内でウエハＷを加熱プレート２１上で加熱した後、昇降ピン２４によりウエハＷを加熱プレート２１から上昇させて冷却しレジストパターン表面９１を溶剤で膨潤させる。昇降ピン２４によりウエハＷを加熱プレート２１上に降下して加熱し、溶剤を揮発させて、レジストパターン表面９１を乾燥させる。これらの冷却と加熱を、処理容器１１の排気を行わず溶剤雰囲気を形成したまま、複数回繰り返す。
【選択図】図１

Description

本発明は、レジストパターンが形成された基板に対して、前記レジストパターンの表面の荒れを改善する基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体デバイスやＬＣＤ基板の製造プロセスにおいては、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）表面にレジスト液を塗布して露光したのち、現像処理を行うことにより、ウエハ表面に所定のパターンマスク（以下「レジストパターン」という）を形成することが行われている。この際、特許文献１に記載されているように、現像処理後のレジストパターンの表面には微細な凹凸が存在し、後の工程でエッチング処理を行うときに、この表面の凹凸がパターン線幅に悪影響を及ぼす場合があることが知られている。このため、レジストパターンのラフネス（ＬＥＲ：Line Edge Roughness（表面の荒れ）や、ＬＷＲ：Line Width Roughness（パターン幅のばらつき））を改善するスムージング処理が提案されている。

このスムージング処理は、レジストパターンを溶解する有機溶剤蒸気中にレジストパターンを曝して、前記有機溶剤をレジストパターンの表層部に膨潤させることにより行われる。これにより、前記表層部が有機溶剤に溶解して平滑化され、パターン表面の荒れが改善されてパターン形状が修正される。この後、加熱処理を実施することにより、有機溶剤を揮発させて除去している。

前記特許文献１には、ノズルと基板とを相対的に移動させながら、前記ノズルから溶剤気体を基板に対して供給し、基板の処理膜の表面のみを溶解することにより、基板の処理膜の表面荒れを改善する技術が記載されている。この手法では、ノズルを移動させた状態でノズルから基板に溶剤気体を供給しているので、基板面内において、最初に溶剤気体が供給される領域と、最後に溶剤気体が供給される領域とでは、溶剤気体の供給量が異なるおそれがある。このため、溶剤気体の供給量が少ない領域と供給量が多い領域との間で、レジストパターンの表層部の溶解の程度が異なり、表面処理について高い面内均一性を確保することが難しくなる懸念がある。

特許第４３２８６６７号

本発明は、このような背景の下になされたものであり、基板に形成されたレジストパターンの荒れを高い面内均一性で改善することができる技術を提供することにある。

本発明の基板処理方法は、
レジストパターンが形成された基板に対して、溶剤を用いて前記レジストパターンの表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理方法において、
処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に前記溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、前記基板を第１の温度の状態としてレジストパターンの表面を前記溶剤により膨潤させるステップと、次に前記基板を、前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱するステップと、を繰り返す工程と、
その後、前記基板を処理容器の外へ搬出する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の基板処理装置は、
レジストパターンが形成された基板に対して、溶剤を用いて前記レジストパターンの表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理装置において、
前記溶剤の蒸気雰囲気を形成するための処理容器と、
この処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
この載置部に載置された基板を加熱するための加熱部と、
前記溶剤の蒸気を含むガスを、前記処理容器内に供給する溶剤供給部と、
前記処理容器内の溶剤蒸気を排気するための排気部と、
前記処理容器内に前記溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、前記基板を第１の温度の状態としてレジストパターンの表面を溶剤により膨潤させるステップと、次に前記基板を、前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱するステップと、を繰り返すように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、レジストパターンが形成された基板に対して、前記レジストパターン表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の基板処理方法を実施するためのものであることを特徴とする。

本発明は、基板の表面に形成されたレジストパターンの荒れを溶剤により平坦化する処理を行うにあたり、処理容器内に溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、前記基板を第１の温度の状態としてレジストパターンの表面を溶剤で膨潤させるステップと、レジストパターンの表面の溶剤による膨潤が抑制される、第１の温度より高温である第２の温度まで加熱するステップと、を繰り返すようにしている。従って溶剤の蒸気雰囲気に置かれた基板を冷却してレジストパターンの表面全体がほぼ（実質）同時に膨潤し、また膨潤したレジストパターンの表面全体がほぼ（実質）同時に乾燥する工程が含まれるので、基板の面内均一性の高い処理を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置を示す縦断面図である。 前記基板処理装置を示す横断平面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置に設けられた処理室で行われる表面処理を説明するための断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置の工程の流れを説明するためのタイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る変形例の作用を説明するための、前記基板処理装置の縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置を示す縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 前記基板処理装置の作用を説明するための縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の基板処理方法の実施形態を、この方法を実施する基板処理装置と共に図面を参照して説明する。この基板処理装置は、レジストパターンが形成された基板に対して、前記レジストパターンの荒れを改善する表面処理方法を行うための装置である。

図１は、基板処理を行うための処理モジュールであり、図１に示すように、処理容器に相当する処理室１１及び冷却室４１を備えている。処理室１１と冷却室４１とは図１及び図２中左右方向（Ｘ軸方向）に並ぶように設けられている。

図１では前記処理室１１の左側面部には、基板であるウエハＷの搬出入口６３が形成されると共に、処理室１１と冷却室４１との間には連通口６４が形成されている。搬出入口６３及び連通口６４は、夫々雰囲気を仕切る仕切り部材であるシャッタ６１、６２により開閉されるように構成される。処理室１１の底部には、ウエハＷを載置するための加熱部である加熱プレート２１が設けられている。この加熱プレート２１には抵抗発熱体からなるヒータ２２が内蔵されており、加熱プレート２１に載置されるウエハＷが加熱されるように設定されている。

また、ウエハＷを保持して昇降させるための昇降部材をなす例えば３本の昇降ピン２４が、処理室１１底部の下方から加熱プレート２１の内部に貫通して設けられている。この昇降ピン２４は昇降機構２３により昇降する。昇降ピン２４及び昇降機構２３は、昇降ピン２４の貫通孔を介して処理室１１内の雰囲気が外部に漏れ出さないようにするために、カバー２７により覆われている。

処理室１１の上部には、加熱プレート２１に載置されたウエハＷの表面全体と対向するように天井部材２５が設置されている。この天井部材２５は例えばステンレス鋼により構成され、ウエハＷと対向する面が前記加熱プレート２１上のウエハＷの温度よりも低い温度に維持されるように構成されている。この例では、天井部材２５の内部には、例えばヒータや温調流路により構成された温度調整機構２６が設けられており、天井部材２５の温度調整が行われる。

処理室１１の上部中央には溶剤蒸気を含むプロセスガス供給口１３がウエハＷの搬送方向に直交する方向（Ｙ方向）に伸び、ウエハＷの直径をカバーする長さ寸法のスリット状構造に形成されている。プロセスガス供給口１３はガス供給管７６及びガス供給制御機器群７５を介して溶剤供給源７１に接続されている。前記ガス供給管７６は途中で分岐し、ガス供給制御機器群７５を介してＮ_２ガス供給源７２に接続されている。Ｖ１〜Ｖ５はバルブ、ｆ１〜ｆ６は流量計であり、説明の簡略化のため、これらをまとめてガス供給制御機器群７５として取り扱っている。ガス供給制御機器群７５は、ガスを加温できる構成となっている。具体的には、ガス供給制御機器群７５をケース体に収納し、当該ケース体内にヒータを設ける構成などが採用される。また、ガス供給制御機器群７５中の配管及びガス供給管７６は例えば断熱材により被覆されるようにしてもよいし、あるいはテープヒータを巻き付けるなど、加熱機構を設けてガスを加温できるようにしてもよい。

前記処理室１１には搬出入口６３に各々上下から対向して臨むように、置換ガスであるＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給路１４ａ、１５ａが形成されると共に、これらＮ_２ガス供給路１４ａ、１５ａよりも内側（処理室１１の中央寄り）に排気路１４ｂ、１５ｂが形成されている。また前記処理室１１には、連通口６４に各々上下から互いに対向して臨むように、同様にＮ_２ガス供給路１６ａ、１７ａ及び排気路１６ｂ、１７ｂが形成されている。

Ｎ_２ガス供給路１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａはＹ方向に伸び、ウエハＷの直径をカバーする長さ寸法のスリット状構造に形成され、処理室１１内にある吐出口は外壁側から容器内部へ斜め方向にガスを吐出するように形成されている。Ｎ_２ガス供給路１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａは、ガス供給管７６及びガス供給制御機器群７５を介してＮ_２ガス供給源７２に接続されている。

また、排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂについても、Ｙ方向に伸び、ウエハＷの直径をカバーする長さ寸法のスリット状構造に形成されている。これらの排気路は排気管を介して処理室１の外部で合流し、バルブＶ６を経由して排気機構７３に接続されている。

前記冷却室４１内には、ウエハＷを冷却するための保持部材である冷却アーム５１が設けられている。前記冷却アーム５１は、移動機構５２により連通口６４を介して処理室１１内へ水平移動することが可能である。

図２に示すように、前記冷却アーム５１上には、前記昇降ピン２４と平面的に干渉しないように、冷却アーム５１の移動方向に伸びるスリット５４が形成されている。前記冷却室４１の底面にはＹ方向に伸びるスリット状の排気路１８ｂが設けられており、配管を通じてバルブＶ６を経由し排気機構７３に接続されている。前記冷却室４１の上部中央にはＹ方向に伸び、ウエハＷの直径をカバーする長さ寸法のスリット状構造に形成されているＮ_２ガス供給口１８ａが設けられ、ガス供給制御機器群７５を介してＮ_２ガス供給源７２に接続されている。

こうして溶剤濃度とＮ_２濃度が適宜調製されたプロセスガスを処理室１１全体に供給することと、Ｎ_２ガスを処理室１１内及び冷却室４１内に供給することとが可能となっている。

ここで、前記溶剤としては、レジストパターンを溶解する性質を持つ溶剤が用いられ、一例としては、アセトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、γブチルラクトン、ピリジン、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）、乳酸エチル、２−へプタノン、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、アニソール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ｍ−クレゾール等が用いられる。

以上に説明してきた基板処理装置は、制御部１００により制御されるように構成されている。この制御部１００はたとえばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。前記プログラムには制御部１００から基板処理装置の各部に制御信号を送り、後述の動作を実行して所定の表面処理を行うように命令（各ステップ）が組み込まれている。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。

ここで前記プログラムには、ヒータ２２、昇降ピンの昇降機構２３、温度調整機構２６、ウエハ搬送アーム３１、冷却アーム移動機構５２、シャッタ６１、６２、溶剤供給源７１、Ｎ_２ガス供給源７２、排気機構７３、ガス供給制御機器群７５を制御するためのプログラムも含まれており、制御部１００のメモリに予め記憶されたプロセスレシピに応じて、前記各部が制御されるようになっている。

続いて、図１、図３〜図７を用いて本発明の表面（スムージング）処理方法について説明する。なお、溶剤供給源７１、Ｎ_２ガス供給源７２、排気機構７３、ガス供給制御機器群７５、制御部１００などについては記載を省略している場合もある。なお、ここでは溶剤の例としてＰＧＭＥＡを使用することとして説明を進める。

まず、図１に示す加熱プレート２１を含む処理室１１内の温度をヒータ２２及び温度調整機構２６により、後述のプロセスガス雰囲気においてウエハＷ上のレジストパターンがＰＧＭＥＡに膨潤されるときの温度よりも、例えば１℃〜１０℃程度高い温度に加熱する。また搬出入口６３側のＮ_２ガス流路１４ａ、１５ａからＮ_２ガスを吐出させてガスカーテンを形成し、搬出入口６３側の排気路１４ｂ、１５ｂから排気を開始する。

そして、たとえば室温のウエハＷを保持したウエハ搬送機構である外部のウエハ搬送アーム３１を搬出入口６３から処理室１１内に搬入する。次いで昇降ピン２４を上昇させ、昇降ピン２４とウエハ搬送アーム３１との協働作業によりウエハＷをウエハ搬送アーム３１から昇降ピン２４に受け渡し、ウエハ搬送アーム３１を搬出入口６３から搬出した後、シャッタ６１により、搬出入口６３を密閉する。

続いて昇降ピン２４を下降させ、既述のように加熱した加熱プレート２１の上へウエハＷを載置する。また搬出入口６３をシャッタ６１により閉じた後、前記Ｎ_２ガスの１４ａ、１５ａからの吐出及び前記排気路１４ｂ、１５ｂからの排気を停止させる。

その後、図３に示すようにプロセスガス供給口１３からプロセスガスを処理室１１内へ供給する。図３中、矢印は気体の流れを図示している。ここで、プロセスガスは、ＰＧＭＥＡの露点以上の温度状態で供給する。プロセスガスの温度がＰＧＭＥＡの露点以下であると、ＰＧＭＥＡの結露によりレジストパターンが溶解されてしまうためである。また、プロセスガス中のＰＧＭＥＡの濃度は、プロセスガスの露点よりも高い温度、例えば露点より１０℃以上高い温度において、ＰＧＭＥＡがウエハＷ上のレジストパターン表面を膨潤できるために十分な濃度に設定される。

プロセスガス供給の手順としては、まず溶剤供給源７１からＰＧＭＥＡを気化状態で配管へと供給する。そしてＮ_２ガス供給源７２からのＮ_２ガスと混合し、プロセスガス供給口１３から処理室１１内へ供給する。このプロセスガスは、ガス供給制御機器群７５により上記の温度条件及び濃度条件を満たすように調製される。処理室内が均一にプロセスガスで置換されるよう、図３に示すように同時に排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂから排気を行う。矢印はプロセスガス及び排気の流れである。

プロセスガスでの置換中、加熱プレート２１上のウエハＷは、ヒータ２２により、ＰＧＭＥＡの露点温度より高く、沸点よりも低い温度、例えば５０℃に熱する。また、温度調整機構２６により天井部材２５は加熱プレート２１よりも低い温度、例えば４０℃に熱する。処理室１１内をプロセスガスで均一に置換した後、プロセスガスの供給及び排気を停止する。そして、図４の破線で示すように、昇降ピン２４を上昇させ、ウエハＷを加熱プレート２１から予め設定された高さ位置まで上昇させる。

加熱プレート２１から離間したことにより、ウエハＷの温度が下降し、これによりウエハＷの周囲のＰＧＭＥＡが凝縮して、ウエハＷのレジストパターン表面に浸透し、レジストパターン表面はＰＧＭＥＡで膨潤した状態になる。ウエハＷを冷却するときには、既に処理室１１内には溶剤の蒸気雰囲気が形成されているので、上述した、ＰＧＭＥＡがウエハＷのレジストパターン表面を膨潤できる温度まで冷却されると、表面全体に亘ってほぼ同時にレジストパターンの膨潤が起こる。このままウエハＷを冷却させていくと、ＰＧＭＥＡがレジストパターン内部まで浸透し、レジストパターンが過膨潤し、倒壊したり溶解したりしてしまうおそれがある。そこで、過膨潤する前に図４の実線で示すように再びウエハＷを加熱プレート２１へと下降させ加熱する。ウエハＷを加熱することによって、レジストパターン表面のＰＧＭＥＡを揮発させ、レジストパターンを乾燥させる。

しかる後、再びウエハＷを昇降ピンにより上昇させて冷却し、レジストパターン表面をＰＧＭＥＡで膨潤させ、その後再びウエハＷを下降させ加熱し、レジストパターンを乾燥させる上述の工程を繰り返す。図４はこの繰り返し工程を示している。

この冷却と加熱の繰り返しにより、レジストパターン表面の凹凸が改善される。この作用を図５に示す。図５において、（ａ）はレジストパターン表面の処理前の状態であり、レジストパターン表面９１に凹凸が見られる。ウエハＷを加熱した後冷却させ、レジストパターン表面９１をＰＧＭＥＡで膨潤させた状態が（ｂ）である。この状態ではＰＧＭＥＡはレジストパターン表面９１に吸収されるが、ウエハＷの熱で、レジストパターン内部にまでは浸透しない。レジストパターン表面９１が溶剤で溶解する前にウエハＷを再加熱し、溶剤を揮発させる。再加熱後の状態が（ｃ）である。（ａ）と比較すると凹凸の差が縮小されている。

凹凸が改善される理由は、レジストパターン表面９１が一旦溶剤で膨潤し、当該部位では溶剤によってレジストパターン表面が軟化することと、ウエハＷを再加熱する間レジストパターンの粘度が低下し、レジストパターン表面９１の流動性が一時的に向上することによる。この結果、レジストパターン表面の微細な凹凸のみが平坦化され、パターンの表面の荒れが改善し、パターン線幅のばらつきが低減される。

この凹凸改善現象は、ウエハの冷却と加熱を繰り返すことでさらに効果を表す。図５の（ｃ）の後、再びウエハＷを冷却し、レジストパターン表面９１を溶剤で膨潤させた状態が（ｄ）であり、（ｄ）の後再度ウエハＷを加熱し、溶剤を揮発させた状態が（ｅ）である。（ｃ）と（ｅ）を比較すると、更に表面の凹凸が平坦化されている。

こうしてレジストパターンの表面を平坦化させるために，例えば３回、ウエハＷの冷却と加熱を繰り返す。そして、最後にウエハＷを加熱プレート２１上で十分加熱し、レジストパターンからＰＧＭＥＡを完全に揮発させる。

しかる後、図１のシャッタ６２を開け、昇降ピン２４によりウエハＷを上昇させる。ウエハＷの上昇と同時に、上部のプロセスガス供給口１３と連通口６４側のＮ_２ガス供給路１６ａ、１７ａからＮ_２ガスを吐出させる。Ｎ_２ガス供給路１６ａ、１７ａからのＮ_２ガスは処理室１１における連通口６４のガスカーテンの役割をなすものであり、その吐出量は冷却室４１に流出しない程度の流量である。また例えば同時に排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂから排気を開始する。

次に、冷却アームの移動機構５２により、冷却アーム５１をガイドレール５３に沿って移動させ、連通口６４から処理室１１内に搬入する。冷却アーム５１が処理室１１内のウエハＷの受け渡し位置に到達したところで、昇降ピン２４を下降させ、ウエハＷを冷却アーム５１上に受け渡す。その後、冷却アーム５１を、図６に示すように連通口６４から冷却室４１に格納し、シャッタ６２により、連通口６４を密閉する。

上述のウエハＷを冷却室に格納する過程で、プロセスガス供給口１３からＮ_２ガスを吐出させる理由は、ウエハＷが処理室１１と冷却室４１とに跨がったときに、レジストパターンに接する雰囲気を揃え、表面処理の不均一性の要因となる懸念を排除するためである。そこで、プロセスガス供給口１３からＮ_２ガスを吐出させ、搬出入口６３側の排気路１４ｂ、１５ｂからも排気を行い、ウエハＷ表面にまんべんなくＮ_２ガスが当たるようにして、ウエハＷ表面から溶剤を除去するようにしている。

ウエハＷを冷却室に格納した後、処理室１１において、処理室１１内の雰囲気をＮ_２ガスで置換し、溶剤蒸気を処理室１１内から排出する。プロセスガス供給口１３からはＮ_２ガスを供給すると共に、Ｎ_２ガス供給路１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａからもＮ_２ガスを供給し、排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂからは排気を行う。

一方、冷却室４１においては、ウエハＷを冷却アーム５１で冷却するとともに、Ｎ_２ガス供給路１８ａからＮ_２ガスを供給し、排気路１８ｂから排気を行う。こうすることで、冷却室４１内の雰囲気をＮ_２ガスで置換し、溶剤を冷却室４１内から排出する。

処理室１１及び冷却室４１をＮ_２ガスで置換した後、シャッタ６２を開け、連通口６４を介してウエハＷを冷却アーム５１により処理室１１に搬入する。そして、図７に示すように昇降ピン２４を上昇させ、冷却アーム５１からウエハＷを昇降ピン２４に受け渡す。その後、冷却アーム５１を冷却室４１へと格納し、シャッタ６２により、連通口６４を密閉する。

そして、シャッタ６１を開け、搬出入口６３側のＮ_２ガス流路である１４ａ、１５ａからＮ_２ガスを吐出させ、排気路１４ｂ、１５ｂから排気を開始する。ウエハ搬送アーム３１を搬出入口６３から処理室１１内に搬入する。このときＮ_２ガス流路１４ａ、１５ａから吐出している前記Ｎ_２ガスは、ウエハ搬送アーム３１に対して吐出されており、処理室１１のガスカーテンの役割をする。

ウエハ搬送アーム３１を所定の受け渡し位置まで挿入した後、昇降ピン２４を下降させて、ウエハＷをウエハ搬送アーム３１に受け渡し、次いで、ウエハ搬送アーム３１を搬出入口６３から搬出する。そしてシャッタ６１により搬出入口６３を密閉し、前記Ｎ_２ガスの１４ａ、１５ａからの吐出及び前記排気路１４ｂ、１５ｂからの排気を停止する。

以上、説明した作用について、図８にタイムチャートを示しておく。

上述の実施形態では、図５の説明で示したとおり、レジストパターン表面の溶剤による膨潤と溶剤の揮発を繰り返すことにより、レジストパターン表面の荒れが段階的に改善される。このため膨潤が過度に進んでパターン形状が悪化することを抑えることができる。そして処理容器内に溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、ウエハＷを冷却させてレジストパターンの表面の膨潤を行い、次いでウエハＷを加熱することにより膨潤を停止させるようにしている。従ってレジストパターンの表面全体がほぼ同時に膨潤し、またレジストパターンの表面全体がほぼ同時に乾燥するので、面内均一性の高い状態で表面処理が進行する。この結果、レジストパターンの表面の荒れ（ＬＥＲ：Line Edge Roughness）を高い面内均一性をもって改善することができ、結果として良好なレジストパターンを得ることができる。このため、後の工程において、精度の高いパターン形状を用いてエッチング処理を行うことができる。その結果として、パターン幅のばらつき（ＬＷＲ：Line Width Roughness）の発生が抑えられる。

また、基板処理に用いられる溶剤等は環境に対して有害な物質が多い。また、作業効率の観点からも、残留溶剤の濃度をコントロールする必要がある。本実施例では、スムージング処理中には処理室１１の搬出入口６３及び連通口６４の夫々にＮ_２ガスによるガスカーテンを設け、スムージング処理後には処理室１１及び冷却室４１ともにＮ_２ガスでパージを行っている。これらの工程により、ウエハが装置の外部へ搬出されていく際に、外部環境へ漏洩していく溶剤蒸気の量を抑えることができる。

続いて、第１の実施形態の装置を用い、異なる手順でスムージング処理を行う変形例について、図９及び図１０を用いて説明する。

スムージング処理に先立ち、ウエハＷを処理室１１に搬入する前に、例えばウエハＷを外部の図示しない加熱プレートを備えたモジュールにより加熱しておく。このときのウエハＷの加熱温度は、その後搬送アームにより処理室１１内に搬入されたときにレジストパターン表面が溶剤で膨潤されない温度に維持されるように、搬送途中のウエハＷの温度の下降分を見込んで設定される。また、処理室１１内の温度は、前述の実施形態と同様に、プロセスガス雰囲気においてウエハＷ上のレジストパターンが溶剤に膨潤されるときの温度から、例えば１℃〜１０℃程度高い温度に熱しておく。加熱されたウエハＷは、ウエハ搬送アーム３１により、処理室１１内に搬入され、図９に示すように、昇降ピン２４に受け渡される。ウエハＷの搬入時には、搬出入口６３側のＮ_２ガス供給路１４ａ、１５ａから温調したＮ_２ガスを吐出し、ウエハＷの温度低下を抑制する。

ウエハ搬送アーム３１を搬出した後、シャッタ６１を閉め、Ｎ_２ガス供給を停止する。ウエハＷは昇降ピン２４により加熱プレート２１の上方位置で保持されており、図１０に示すように、この状態で、プロセスガス供給口１３からプロセスガスを供給する。排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂからは排気を行い、処理室１１内の雰囲気をプロセスガスで置換する。処理室１１内のプロセスガス濃度が均一かつ所定の濃度になった時点でガス供給及び排気を停止する。次いで、ウエハＷを加熱プレート２１上へと載置する。この場合加熱プレート２１の温度よりウエハＷの温度の方が高いので、加熱プレート２１への載置によりウエハＷの温度は低下する。

Ｎ_２ガスからプロセスガスへの置換のタイミングは、ウエハＷを加熱プレート２１上に載置した状態であってもよい。この場合にも、処理室１１内のプロセスガス濃度が均一かつ所定の濃度になった時点でガス供給及び排気を停止する。

そして、既述の図４に示した手順と同様に、ウエハＷを昇降させ、温度変化によってウエハＷのレジストパターン表面を溶剤で膨潤させた状態と乾燥させた状態にすることを繰り返す。最後にウエハＷを十分に加熱し、溶剤を気化させウエハＷを乾燥させる。その後の、ウエハＷの冷却、処理室１１内及び冷却室４１のＮ_２ガスによるパージ手順、ならびにウエハＷの装置外への搬出手順は、既述の例と同様である。

この変形例では、処理室１１内にウエハＷをスムージング処理温度よりも高温で搬入し、最初にレジストパターンの表面が膨潤されないようにするところに特徴がある。スムージング処理により得られる効果は、既述の例と同様である。

［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態に係る装置について図１１〜図１４を用いて説明する。なお、図１１〜図１４中、第１の実施形態に相当する部位には同じ符号を付し、説明を省略する。また、図１２〜図１４では、昇降ピンの昇降機構２３、ウエハ搬送アーム３１、シャッタ６１、溶剤供給源７１、排気機構７３、制御部１００などについては記載を省略している。

図１１において処理室１２は、第１の実施形態における処理室１１に相当し、冷却室は設けられていない。処理室１２の底面には、Ｎ_２ガス供給口１３ａが設けられ、搬出入口６３にはＮ_２ガス供給路１４ａ、１５ａが設けられている。

まず第１の実施形態と同様に、処理室１２内をスムージング処理時の温度より高温に熱しておく。搬出入口６３に臨むＮ_２ガス流路１４ａ、１５ａからＮ_２ガスを吐出させるときに排気路１４ｂ、１５ｂから排気を開始する。

そして室温のウエハＷを外部のウエハ搬送アーム３１により、搬出入口６３を介して処理室１２内に搬入し、昇降ピン２４とウエハ搬送アーム３１との協働作業で、ウエハＷを加熱プレート２１上に載置する。ウエハ搬送アーム３１を搬出後、シャッタ６１を閉じ、搬出入口６３を密閉すると同時に前記Ｎ_２ガス流路１４ａ、１５ａからのガス吐出及び前記排気路１４ｂ、１５ｂからの排気も停止させる。

次いで図１２に示すように、プロセスガス供給口１３からプロセスガスを供給する。プロセスガスの温度及び濃度の条件は第１の実施形態の第１の例と同様である。一方排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂからも排気を行い、処理室１２内の雰囲気をプロセスガスで均一に置換した後、図１３に示すように、加熱されたウエハＷを上昇させ、ウエハＷのレジストパターン表面を冷却することによって溶剤で膨潤した状態とする。次いで、ウエハＷを下降して加熱プレート２１上に載置して加熱し、乾燥した状態にする。これら２つの状態の繰り返しを例えば３回行った後、最後にウエハＷを加熱プレート２１上で十分に加熱し、溶剤を気化させウエハＷを乾燥させる。このレジストパターン表面処理における作用は、図５で示した第１の実施形態における作用と同様である。

前記の表面処理の後、図１４に示すように、ウエハＷを昇降ピン２４により加熱プレート２１の上方位置で保持する。そしてプロセスガス供給口１３及びＮ_２ガス供給口１３ａ、すなわち処理室１２の上下から温調した状態のＮ_２ガスを供給し、各排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂから排気を行うことで、処理室１２内をＮ_２ガスでパージする。

Ｎ_２ガスを温調した状態にする理由は、処理室１２内における溶剤気体の液滴化を防止するためである。またＮ_２ガスを上下両面から供給する理由は、片面中央からのＮ_２ガス供給のみの場合、ウエハＷ上で溶剤の揮発速度が部位によって異なり、すなわち中央部から優先的に溶剤が揮発するからである。その結果としてレジストパターン表面の凹凸の改善効率が中央では高いが、外周部ほど低くなる。そこで裏面からもＮ_２ガスを供給することによって、外周部の溶剤の揮発を促進させ、ウエハＷ全体で溶剤の揮発量を平均化させるようにしている。

最終的には第１の実施形態にて説明した手順と同様に、昇降ピン２４とウエハ搬送アーム３１との協働作業により処理室１２内からウエハＷを搬出する。

この第２の実施形態に対しても、第１の実施形態で示した既述の変更例を適用することができる。

［第３の実施形態］
続いて、第３の実施形態に係る装置について図１５を用いて説明する。図１５中、第１、第２の実施形態の構成と同じ構成の部位には同様の符号を付し、説明を省略する。また、溶剤供給源７１、Ｎ_２ガス供給源７２、制御部１００などについては記載を省略している。

図１５中、処理室１２は図１と同様の昇降ピン２４により外部機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しを行う。処理室１２の左側面には、壁面内上部と下部に夫々排気路１４ｂと１５ｂ、処理室１２の右側面には、壁面内上部と下部に夫々排気路１６ｂと１７ｂ、蓋体の上面中央にはプロセスガス供給口１３が設けられている。各排気路及びプロセスガス供給口１３はＹ方向に伸びるスリット状である。

処理室１２内底面にはＬＥＤ（発光ダイオード）モジュール８１が載置されている。このＬＥＤモジュール８１は、多数のＬＥＤランプの組み合わせにより、赤外線を放射する。そしてプロセスガスは前述の実施形態と同様に、ガス供給制御機器群７５で調製され、プロセスガス供給口１３から供給される。

この装置における処理方法は以下の通りである。まず、外部搬送機構（図示せず）から昇降ピン２４にウエハＷを受け渡した後、ＬＥＤモジュール８１の上方で、昇降ピン２４によりウエハＷを保持する。昇降ピン２４の代替として、ＬＥＤモジュール８１を覆う形の石英の台を処理室１２内に設け、その上にウエハＷを載置してもよい。

そしてＬＥＤモジュール８１を点灯させ、ウエハＷを加熱する。ウエハＷが溶剤により膨潤しない温度まで熱せられたところで、プロセスガス供給口１３からプロセスガスを供給し、同時に排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂから排気を行うことで前述の実施形態と同様のプロセスガス雰囲気を形成する。プロセスガス条件が整ったところで、ガス供給及び排気を停止させる。

しかる後に、ＬＥＤモジュール８１を消灯させ、ウエハＷを冷却する。そしてウエハＷの温度が前述のウエハＷのレジストパターン表面を溶剤で膨潤できる一定温度以下となると、既述の図５（ｂ）の状態、即ち、ウエハＷのレジストパターンの表面が溶剤で膨潤した状態になる。この時点で再びＬＥＤモジュール８１を点灯させると、赤外線が再びウエハＷに供給されるので、ウエハの温度は上昇する。そしてレジストパターンの表面中の溶剤は揮発し、図５（ｃ）のレジストパターンの表面が乾燥した状態になる。

以降ＬＥＤモジュール８１の消灯と点灯を複数回繰り返すことにより、上述の実施形態と同様に、レジストパターンの表面の溶剤による膨潤と乾燥を繰り返す。このレジストパターン表面処理における作用は、図５で示した第１の実施形態における作用と同様である。最後にＬＥＤモジュール８１を点灯させ、ウエハＷのレジストパターンの表面を乾燥させる。そしてＮ_２ガスをプロセスガス供給口１３から供給し、同時に排気路１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂから排気を行い、処理室１２内の雰囲気をＮ_２ガスでパージした後に、処理室１２からウエハＷを搬出する。

以上の実施形態及び実施例にて、ウエハＷの処理については、先ずウエハＷを処理室内に室温で搬入し、この状態でプロセスガスを供給してウエハＷ上のレジストパターンを膨潤させ、その後、第１の実施形態から第３の実施形態で説明したように，ウエハＷの加熱と冷却を繰り返し、例えば最後に加熱した上で処理室内から搬出してもよい。

第１の実施形態のように冷却室にてウエハＷの冷却を行う場合には、ウエハＷを冷却した後、直接冷却室内から搬出してもよい。

また、各実施形態にて、ウエハの処理を連続して行う場合には、ウエハを装置外部へ搬出する際の溶剤の漏洩量を低減する観点から、ウエハ１枚ごとに、前述した処理容器内をパージする工程を行うことが望ましい。即ち、処理室１１及び冷却室４１のＮ_２ガスパージ、並びに処理室１２内のＮ_２ガスパージは、ウエハ１枚を処理する毎に行われることが望まれる。

さらに、各実施形態にて、ウエハを処理容器内に載置した後かつプロセスガスを装置内へ供給する前に、一旦真空排気を行うように構成してもよい。真空排気を予め行っておくことで、プロセスガスにより処理室の雰囲気を置換する時間を短縮でき、また処理室内のプロセスガスの濃度も安定し易くなるためである。

Ｗ ウエハ
１１ 処理室
１２ 処理室
１３ プロセスガス供給口
２１ 加熱プレート
２２ ヒータ
２４ 昇降ピン
３１ ウエハ搬入プレート
４１ 冷却室
５１ 冷却アーム
７１ 溶剤供給源
７２ Ｎ_２ガス供給源
７３ 排気機構
８１ ＬＥＤモジュール
９１ レジストパターン表面
１００ 制御部

Claims (10)

1. レジストパターンが形成された基板に対して、溶剤を用いて前記レジストパターンの表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理方法において、
   （ａ）処理容器内に基板を搬入する工程と、
   （ｂ）前記処理容器内に前記溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、前記基板を第１の温度の状態としてレジストパターンの表面を前記溶剤により膨潤させるステップと、次に前記基板を、前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱するステップと、を繰り返す工程と、
   （ｃ）その後、前記基板を処理容器の外へ搬出する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記（ａ）の工程と（ｂ）の工程との間に、前記レジストパターンの表面に溶剤が膨潤しない温度まで前記基板が加熱されている状態が存在することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記レジストパターンの表面を膨潤させるステップは、レジストパターンの表面に前記溶剤が膨潤しない温度まで加熱された基板を、溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態を維持しながら、前記第１の温度まで前記基板を冷却するステップであることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
4. 前記基板を加熱するステップは、溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態を維持しながら、前記第２の温度まで基板を加熱するステップであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 処理容器内には加熱プレートと加熱プレートに対して相対的に昇降する昇降部材が設けられており、
   基板の加熱は、加熱プレートの上に基板を載置することにより行われ、基板の冷却は前記昇降部材により加熱プレートの上方位置に保持することにより行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 移動自在な冷却用の保持部材が設けられた冷却室を、前記処理容器に仕切り部材を介して接続し、
   前記処理容器にてレジストパターンの表面を溶剤により膨潤させる一連の工程を終了した後、前記冷却用の保持部材を前記処理容器内に搬入させて前記基板を当該保持部材に移載し、その後当該保持部材を冷却室に移動させて基板を冷却することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. レジストパターンが形成された基板に対して、溶剤を用いて前記レジストパターンの表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理装置において、
   前記溶剤の蒸気雰囲気を形成するための処理容器と、
   この処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
   この載置部に載置された基板を加熱するための加熱部と、
   前記溶剤の蒸気を含むガスを、前記処理容器内に供給する溶剤供給部と、
   前記処理容器内の溶剤蒸気を排気するための排気部と、
   前記処理容器内に前記溶剤の蒸気雰囲気が形成されている状態で、前記基板を第１の温度の状態としてレジストパターンの表面を溶剤により膨潤させるステップと、次に前記基板を、前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱するステップと、を繰り返すように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
8. 前記処理容器内に、加熱部に対して相対的に昇降する昇降部を更に備えたことを特徴とする、請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記処理容器に雰囲気の仕切り部材を介して接続されると共に移動自在な冷却用の保持素材が設けられた冷却室を更に備えたことを特徴とする、請求項７または８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. レジストパターンが形成された基板に対して、前記レジストパターンの表面の荒れを改善するために処理を行う基板処理に用いられるコンピュータプログラムが記録された記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理方法を実施するためのものであることを特徴とする記憶媒体。

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