JP3702175B2 - 熱処理装置及びその方法、並びにパターン形成方法 - Google Patents
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Description
【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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に、加熱処理開始後から第１の時間の間、通流量が徐々に大きくなるように通流させ、この後は第２の時間の間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために、予め設定された設定通流量で通流させるように、前記制御部により前記第１の流量調整部と第２の流量調整部とを制御しながら、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。前記設定通流量は、例えば１リットル／分以上２０リットル／分以下である。
【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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に加熱処理開始から第１の時間の間、通流量を徐々に大きくしながら通流させて、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、
次いで不活性ガスを、前記処理容器内に第２の時間までの間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定通流量で通流させながら、前記加熱プレートにより前記基板を加熱する第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、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定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１６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１６、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１２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２６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ＳｉＣ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２１ａ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４５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１００℃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における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の通流量よりもかなり大きい３リットル／分程度（設定通流量である第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〜２０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５０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Ｖ２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ＬＣＤ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
【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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に、加熱処理開始後から第１の時間の間、通流量が徐々に大きくなるように通流させ、この後は第２の時間の間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために、予め設定された設定通流量で通流させるように、前記制御部により前記第１の流量調整部と第２の流量調整部とを制御しながら、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。前記設定通流量は、例えば１リットル／分以上２０リットル／分以下である。
【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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に加熱処理開始から第１の時間の間、通流量を徐々に大きくしながら通流させて、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、
次いで不活性ガスを、前記処理容器内に第２の時間までの間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定通流量で通流させながら、前記加熱プレートにより前記基板を加熱する第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、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定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１６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１６、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１２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２６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ＳｉＣ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２１ａ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４５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１００℃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における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の通流量よりもかなり大きい３リットル／分程度（設定通流量である第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〜２０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５０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Ｖ２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ＬＣＤ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
Claims (10)
- 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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に、加熱処理開始後から第１の時間の間、通流量が徐々に大きくなるように通流させ、この後は第２の時間の間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために、予め設定された設定通流量で通流させるように、前記制御部により前記第１の流量調整部と第２の流量調整部とを制御しながら、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。 - 前記設定通流量は、１リットル／分以上２０リットル／分以下であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
- 前記熱処理装置は、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処理を行う装置であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。 - 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。
- 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又は２記載の熱処理装置。
- 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、
前記不活性ガスを、前記処理容器内に加熱処理開始から第１の時間の間、通流量を徐々に大きくしながら通流させて、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、
次いで不活性ガスを、前記処理容器内に第２の時間までの間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定通流量で通流させながら、前記加熱プレートにより前記基板を加熱する第２の熱処理工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 前記塗布液は、レジストであることを特徴とする請求項６記載の熱処理方法。
- 前記熱処理方法は、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ものであることを特徴とする請求項６記載の熱処理方法。
- 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、前記不活性ガスを、前記処理容器内に加熱処理開始から第１の時間の間、通流量を徐々に大きくしながら通流させ、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、
次いで不活性ガスを、前記処理容器内に第２の時間までの間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定通流量で通流させながら、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。 - 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、前記不活性ガスを、前記処理容器内に加熱処理開始から第１の時間の間通流量を徐々に大きくしながら通流させながら、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、
次いで不活性ガスを、前記処理容器内に第２の時間までの間、前記基板に塗布された塗布液からの揮発成分が当該加熱処理後に処理容器内に残存することを抑えるために予め設定された設定通流量で通流させながら、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。
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