JP3935426B2 - 基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示デバイス等に使用されるガラス基板や半導体基板を処理する基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）の製造工程において、ＬＣＤ用のガラス基板上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の薄膜や電極パターンを形成するために、半導体デバイスの製造に用いられるものと同様のフォトリソグラフィ技術が利用される。フォトリソグラフィ技術では、フォトレジストをガラス基板に塗布し、これを露光し、さらに現像する。
【０００３】
上記露光する手法として、いわゆるハーフ露光がある。通常の露光の場合には、露光しない部分はマスクで覆われ遮光される。これに対しハーフ露光では、使用される１枚のマスクにおいて光の透過率に差を設けたハーフトーンマスク等を用い、例えば通常の場合よりも露光量の少ない部分、つまり露光されるレジストの深さが部分的に浅い箇所を意図的に形成させることが可能となる。これにより、マスクで覆われない部分（完全に露光される部分）、ハーフトーンで覆われる部分（露光が浅い部分）及びマスクで覆われる部分（露光されない部分）という具合に露光の深さに差をつけることができ、１枚のマスクで異なるレジスト膜厚を形成することが可能となる。したがってハーフ露光では使用するマスクの枚数を減らすことができ、マスク交換工程の分だけ処理時間を短縮することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−０８０７４０号公報（段落[０００２]、[０００３]等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ハーフトーンマスクには同一形状・同一面積の半遮光部分が複数設けられており、ハーフ露光される深さ・幅が同一になることが望まれる。
【０００６】
しかしながら、ハーフ露光された場合にそれぞれの部分によってハーフ露光される深さや幅が異なってしまい、現像後のレジストの残膜が不均一になるという問題がある。すなわち、現像後のレジストパターンのアスペクト比やピッチが不均一になってしまうという問題がある。実際、所望の値に対して１０％以上のばらつきが見られる。このため、例えばエッチング後に形成される複数の電極間の距離が不均一になり、スイッチング時間が場所によって異なるようになり、例えば液晶による画像の表示時において色ムラなどの原因となる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させ、形成される電極間の距離を均一にすることができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理方法は、レジスト液供給部から供給されるレジストと、現像液と親和性を有する材料を貯留する親和性材料供給部から供給される親和性材料とを混合部において混合した混合レジストを基板に塗布しレジスト膜を形成する工程と、（ｂ）前記混合レジストが塗布された基板の現像処理の前に、前記基板に塗布された前記混合レジストに所定の処理を施すことにより、前記レジスト膜の厚さ方向で前記材料を偏在化させ、前記レジスト膜の厚さ方向で、前記現像処理に用いられる現像液に対する前記混合レジストの溶解特性の分布を制御する工程とを具備する。
【０００９】
本発明では、レジスト膜の厚さ（深さ）方向で現像液に対するレジストの溶解特性に分布をつけることで、レジスト膜厚方向に現像液に溶解しやすい層と溶解しにくい層のコントラストを形成することができる。すなわち現像が促進される層と抑制される層とを形成することができる。これにより、膜厚方向で現像の反応速度に差を生じさせることができる。例えばレジスト膜の表面側に現像液が促進される層を形成すればその表面側のみを現像することができる。これにより、ハーフ露光された部分によってそれぞれ露光の深さや幅が異なっても、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させることができ、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００１０】
ここで、レジスト膜中の、現像液で溶解させやすい層を形成する領域は、例えばレジストの表面からハーフ露光を行う所期の深さ（本来ハーフ露光により望まれる深さ）とほぼ等しい深さまでの領域とすればよい。
【００１１】
本発明では、レジスト膜中に、親和性の材料をレジスト膜の表面側に偏在化させることにより、その表面側の領域で現像液で溶解させやすい層を形成することができる。所定の処理とは例えば熱的な処理、減圧処理等が挙げられ、これらのうちいずれか一方、あるいは両者を行うようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は本発明が適用されるＬＣＤ基板の塗布現像処理システムを示す平面図であり、図２はその正面図、また図３はその背面図である。
【００２２】
この塗布現像処理システム１は、複数のガラス基板Ｇを収容するカセットＣを載置するカセットステーション２と、基板Ｇにレジスト塗布及び現像を含む一連の処理を施すための複数の処理ユニットを備えた処理部３と、露光装置３２との間で基板Ｇの受け渡しを行うためのインターフェース部４とを備えており、処理部３の両端にそれぞれカセットステーション２及びインターフェース部４が配置されている。
【００２３】
カセットステーション２は、カセットＣと処理部３との間でＬＣＤ基板の搬送を行うための搬送機構１０を備えている。そして、カセットステーション２においてカセットＣの搬入出が行われる。また、搬送機構１０はカセットの配列方向に沿って設けられた搬送路１２上を移動可能な搬送アーム１１を備え、この搬送アーム１１によりカセットＣと処理部３との間で基板Ｇの搬送が行われる。
【００２４】
処理部３には、カセットステーション２におけるカセットＣの配列方向（Ｙ方向）に垂直方向（Ｘ方向）に延設された主搬送部３ａと、この主搬送部３ａに沿って、レジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）を含む各処理ユニットが並設された上流部３ｂ及び現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８を含む各処理ユニットが並設された下流部３ｃとが設けられている。
【００２５】
主搬送部３ａには、Ｘ方向に延設された搬送路３１と、この搬送路３１に沿って移動可能に構成されガラス基板ＧをＸ方向に搬送する搬送シャトル２３とが設けられている。この搬送シャトル２３は、例えば支持ピンにより基板Ｇを保持して搬送するようになっている。また、主搬送部３ａのインターフェース部４側端部には、処理部３とインターフェース部４との間で基板Ｇの受け渡しを行う垂直搬送ユニット７が設けられている。
【００２６】
上流部３ｂにおいて、カセットステーション２側端部には、基板Ｇに洗浄処理を施すスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０が設けられ、このスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０の上流側に基板Ｇ上の有機物を除去するためのエキシマＵＶ処理ユニット（ｅ−ＵＶ）１９が配設されている。
【００２７】
スクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０の隣には、ガラス基板Ｇに対して熱的処理を行うユニットが多段に積み上げられた熱処理系ブロック２４及び２５が配置されている。これら熱処理系ブロック２４と２５との間には、垂直搬送ユニット５が配置され、搬送アーム５ａがＺ方向及び水平方向に移動可能とされ、かつθ方向に回動可能とされているので、両ブロック２４及び２５における各熱処理系ユニットにアクセスして基板Ｇの搬送が行われるようになっている。なお、上記処理部３における垂直搬送ユニット７についてもこの垂直搬送ユニット５と同一の構成を有している。
【００２８】
図２に示すように、熱処理系ブロック２４には、基板Ｇにレジスト塗布前の加熱処理を施すベーキングユニット（ＢＡＫＥ）が２段、ＨＭＤＳガスにより疎水化処理を施すアドヒージョンユニット（ＡＤ）が下から順に積層されている。一方、熱処理系ブロック２５には、基板Ｇに冷却処理を施すクーリングユニット（ＣＯＬ）が２段、アドヒージョンユニット（ＡＤ）が下から順に積層されている。
【００２９】
熱処理系ブロック２５に隣接してレジスト処理ブロック１５がＸ方向に延設されている。このレジスト処理ブロック１５は、基板Ｇにレジストを塗布するレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）と、減圧により前記塗布されたレジストを乾燥させる減圧乾燥ユニット（ＶＤ）と、基板Ｇの周縁部のレジストを除去するエッジリムーバ（ＥＲ）とが設けられて構成されている。このレジスト処理ブロック１５には、レジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）からエッジリムーバ（ＥＲ）にかけて移動する図示しないサブアームが設けられており、このサブアームによりレジスト処理ブロック１５内で基板Ｇが搬送されるようになっている。
【００３０】
レジスト処理ブロック１５に隣接して多段構成の熱処理系ブロック２６が配設されており、この熱処理系ブロック２６には、基板Ｇにレジスト塗布後の加熱処理を行うプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）が３段積層されている。
【００３１】
下流部３ｃにおいては、図３に示すように、インターフェース部４側端部には、熱処理系ブロック２９が設けられており、これには、クーリングユニット（ＣＯＬ）、露光後現像処理前の加熱処理を行うポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。
【００３２】
熱処理系ブロック２９に隣接して現像処理を行う現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８がＸ方向に延設されている。この現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８の隣には熱処理系ブロック２８及び２７が配置され、これら熱処理系ブロック２８と２７との間には、上記垂直搬送ユニット５と同一の構成を有し、両ブロック２８及び２７における各熱処理系ユニットにアクセス可能な垂直搬送ユニット６が設けられている。また、現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８端部の上には、ｉ線処理ユニット（ｉ―ＵＶ）３３が設けられている。
【００３３】
熱処理系ブロック２８には、クーリングユニット（ＣＯＬ）、基板Ｇに現像後の加熱処理を行うポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。一方、熱処理系ブロック２７も同様に、クーリングユニット（ＣＯＬ）、ポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。
【００３４】
インターフェース部４には、正面側にタイトラー及び周辺露光ユニット（Ｔｉｔｌｅｒ／ＥＥ）２２が設けられ、垂直搬送ユニット７に隣接してエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５が、また背面側にはバッファカセット３４が配置されており、これらタイトラー及び周辺露光ユニット（Ｔｉｔｌｅｒ／ＥＥ）２２とエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５とバッファカセット３４と隣接した露光装置３２との間で基板Ｇの受け渡しを行う垂直搬送ユニット８が配置されている。この垂直搬送ユニット８も上記垂直搬送ユニット５と同一の構成を有している。
【００３５】
以上のように構成された塗布現像処理システム１の処理工程については、先ずカセットＣ内の基板Ｇが処理部３部における上流部３ｂに搬送される。上流部３ｂでは、エキシマＵＶ処理ユニット（ｅ−ＵＶ）１９において表面改質・有機物除去処理が行われ、次にスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０において、基板Ｇが略水平に搬送されながら洗浄処理及び乾燥処理が行われる。続いて熱処理系ブロック２４の最下段部で垂直搬送ユニットにおける搬送アーム５ａにより基板Ｇが取り出され、同熱処理系ブロック２４のベーキングユニット（ＢＡＫＥ）にて加熱処理、アドヒージョンユニット（ＡＤ）にて、ガラス基板Ｇとレジスト膜との密着性を高めるため、基板ＧにＨＭＤＳガスを噴霧する処理が行われる。この後、熱処理系ブロック２５のクーリングユニット（ＣＯＬ）による冷却処理が行われる。
【００３６】
次に、基板Ｇは搬送アーム５ａから搬送シャトル２３に受け渡される。そしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）に搬送され、レジストの塗布処理が行われた後、減圧乾燥処理ユニット（ＶＤ）にて減圧乾燥処理、エッジリムーバ（ＥＲ）４８にて基板周縁のレジスト除去処理が順次行われる。
【００３７】
次に、基板Ｇは搬送シャトル２３から垂直搬送ユニット７の搬送アームに受け渡され、熱処理系ブロック２６におけるプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）にて加熱処理が行われた後、熱処理系ブロック２９におけるクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。熱処理系ブロック２６の最下層には、後述する水分供給ユニット３９が設けられている。続いて基板Ｇはエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５にて冷却処理されるとともに露光装置にて露光処理される。
【００３８】
次に、基板Ｇは垂直搬送ユニット８及び７の搬送アームを介して熱処理系ブロック２９のポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢＡＫＥ）に搬送され、ここで加熱処理が行われた後、クーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。そして基板Ｇは垂直搬送ユニット７の搬送アームを介して、現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８において基板Ｇは略水平に搬送されながら現像処理、リンス処理及び乾燥処理が行われる。
【００３９】
次に、基板Ｇは熱処理系ブロック２８における最下段から垂直搬送ユニット６の搬送アーム６ａにより受け渡され、熱処理系ブロック２８又は２７におけるポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）にて加熱処理が行われ、クーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。そして基板Ｇは搬送機構１０に受け渡されカセットＣに収容される。
【００４０】
次に、図４を参照してレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）について説明する。
【００４１】
このレジスト塗布処理ユニットＣＴでは、ほぼ中央部に基板Ｇを収容するカップＣＰが配置されている。カップＣＰの内部には例えば基板Ｇを真空引き等で保持するチャック部材３８が備えられ、このチャック部材３８は図示しないエアシリンダ等の駆動機構によってカップＣＰから出没するように上下に移動できるようになっている。これにより外部から搬送されてくる基板をチャック部材３８で受け取ったり、このユニットＣＴで処理を終えた基板を外部に渡したりすることができる。
【００４２】
なお、図示しないが、カップの開口部５９には、エアシリンダ等により上下に移動する蓋部材が配置されている。
【００４３】
カップＣＰに隣接した位置には、レジストノズル４１を水平方向（図中でＸ方向）に移動させるための駆動装置３０が設けられている。
【００４４】
駆動装置３０には、モータ５４により回転するボールネジ５４ａが設けられている。ボールネジ５４ａには、レジストノズル４１を保持するノズル保持部材４６を支持する支持体４４がその下方部で螺挿されており、モータ５４の回転により支持体４４はＸ方向に移動できるようになっている。支持体４４にはノズル保持部材４６を垂直方向（Ｚ方向）に移動させるための図示しないエアシリンダ等の駆動機構が内蔵され、レジストノズル４１を上下移動させることができるようになっている。そして、制御部１７に設けられたＸ軸コントローラ３７、Ｚ軸コントローラ３６によって、Ｘ軸、Ｚ軸の移動量等が個別的に制御されるようになっている。
【００４５】
レジスト塗布処理ユニットＣＴには混合レジスト供給部９が設けられている。混合レジスト供給部９は、混合部１３、供給管１３ａ、親和性材料供給部１４、レジスト液供給部１６及びレジストノズル４１を有している。
【００４６】
レジスト液供給部１６からはレジスト液が供給される。親和性材料供給部１４からは現像処理ユニット１８で用いられる現像液と親和性を有する材料が供給される。レジストの材料は例えばノボラック樹脂系のものを用いる。現像液と親和性を有する材料は例えば現像液との接触角を下げることができるものを用いる。
【００４７】
混合部１３では、レジスト液供給部１６から供給されるレジストと親和性材料供給部１４から供給される親和性材料とが混合される。後述するように、例えばこのレジスト液と親和性材料との混合比率は親和性材料が含まれる混合レジスト層Ｒ１の厚さに影響する。混合されたレジストＲＲは、混合部１３から供給管１３ａを介して、レジストノズル４１に供給されるようになっている。
【００４８】
混合部１３では、具体的な装置として例えばスタティックミキサ（図示せず）を用いることができる。レジスト液供給部１６は、図示しないが例えばレジスト液を貯留するタンクと、タンクに貯留されたレジスト液を混合部１３へ供給するためのベローズポンプとを有している。親和性材料供給部１４もレジスト液供給部１６と同様に親和性の材料を貯留するタンク等の容器と、この容器に貯留された親和性材料を混合部１３へ供給するためのベローズポンプポンプとを有している。
【００４９】
次に、基板に形成されたレジスト膜中の親和性材料を偏在化させる工程について図５から図７を参照しながら説明する。
【００５０】
図５は本発明の工程を示したフロー図であり、図６及び図７はその工程の模式図である。
【００５１】
上記のように、レジスト液と親和性材料とが混合部１３において混合される（ステップ５０１）。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、混合部１３で混合された混合レジストＲＲが、レジストノズル４１から基板上に塗布される（ステップ５０２）。基板上に塗布された混合レジストＲＲは、減圧乾燥処理ユニットＶＤで減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステップ５０３）。この乾燥及び加熱の工程で、図６（ｃ）に示すように、親和性材料４９が混合レジストＲＲの表面側に偏在し、混合レジスト層Ｒ１を形成するようになる。例えば混合レジストＲＲを加熱する時の蒸発スピードを上げると、混合レジストＲＲの表面にレジスト中の光酸発生剤（ＰＡＧ：Photoactive Acid Generator）が偏在することが分かっている。
【００５２】
次に、図７（ａ）に示すように、混合レジスト層Ｒ１と、親和性材料４９を含まないレジスト層Ｒ２とが形成されたコントラスト層４５をハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ５０４）。図７（ｂ）に示すように、露光光自体のばらつき等により、露光された範囲Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ異なるものとなる。ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００５３】
この状態から、図７（ｃ）に示すように、現像液５０を塗布し、露光された範囲Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を溶解して現像する（ステップ５０５）。
【００５４】
ここで仮にレジストＲに親和性材料４９を加えない場合、すなわち通常のレジストを塗布した場合には現像後はＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれの露光深さに応じて異なる深さ・幅のレジストパターンが残る可能性がある。例えば図８に示すように、レジストに現像液を塗布した際に、Ｌ１に比べてＬ２は露光深さが浅く、現像により露光深さの底まで到達する時間が短い。露光されない部分が現像液に曝されて侵食される時間も短くなる。したがってＬ２を現像した場合は、Ｌ１に比べて幅が狭く、深さが浅いパターンが形成されてしまう。また、Ｌ３については露光深さがＬ１よりも深いため、Ｌ２を現像した場合とは逆に、露光されない部分が侵食される時間が長くなり、Ｌ１に比べて幅が広く、深さが深いパターンが形成されてしまう。
【００５５】
これに対し本実施の形態では、親和性材料は現像液５０に対して親和性を有するため、現像液５０は混合レジスト層Ｒ１に留まりやすくなり、混合レジスト層Ｒ１での現像が促進される。レジスト層Ｒ２では、混合レジスト層Ｒ１に比べて現像が抑制される。これにより露光される深さがＬ１、Ｌ２、Ｌ３のように異なる場合であっても、実際には混合レジスト層Ｒ１のみが現像されることとなる。混合レジスト層Ｒ１の深さを一定にすることにより、ハーフ露光された部分のレジスト残膜、例えば現像後のレジストパターンのアスペクト比やピッチ等を均一にすることができる。これによりエッチング後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００５６】
混合レジスト層Ｒ１の深さはハーフ露光により除去される部分の深さとなるため、この深さを所望の深さにするためには、レジスト液への親和性材料の添加比率を変えればよい。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に、基板に形成されたレジストに含まれる水分量を制御し、レジストの露光光に対する反応特性の分布を制御する形態について、図９から図１２を参照しながら説明する。本実施の形態では、レジストの種類として例えばｇ線レジストを用いる。
【００５８】
図９は本発明の工程を示したフロー図であり、図１０及び図１１はその工程の模式図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、本発明の工程を示したものである。また、図１０（ｄ）、図１０（ｅ）、図１０（ｆ）は従来の工程を示したものである。ここでは、本発明と従来の工程を比較して説明する。
【００５９】
図１０（ａ）又は図１０（ｄ）に示すように、レジストＲがレジストノズル４１から基板上に塗布される（ステップ９０１）。基板上に塗布されたレジストＲは、減圧乾燥処理ユニット（ＶＤ）で減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステップ９０２）。一般に、ポジ型レジストに露光光を照射すると、照射された部分のレジストは現像液５０に対して可溶性となる。このときの反応は以下のようになり、反応を起こすためには所定の水分（Ｈ２Ｏ）量が必要となる。
（化学反応）
乾燥及び加熱の工程で、従来では図１０（ｅ）に示すように、露光に必要な水分をレジストＲに残すように乾燥・加熱する。これに対し、本発明では、図１０（ｂ）に示すように、露光に必要な水分が残らない程度に、やや過度にレジストＲを乾燥させる。この状態から、図１０（ｃ）に示すように、レジストＲの表面から露光に必要な水分を供給し、水分を十分に含んだ水分含有層５１と、水分を十分に含まない乾燥層５２とからなるコントラスト層を形成する（ステップ９０３）。水分の供給は、例えば上記水分供給ユニット３９を設けて行う。本実施形態では、熱処理系ブロック２６の最下層に設けているが、露光前であれば他の場所、例えばインターフェース部４等に設けても良い。
【００６０】
次に、図１１（ａ）に示すように、コントラスト層５３が形成されたレジストを、ハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ９０４）。図１１（ｂ）に示すように、露光による化学反応が促進されるのはＬ４、Ｌ５、Ｌ６のように水分層５１内に限られ、深さは等しくなる。乾燥層５２では露光による反応が抑制されるためである。なお、ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００６１】
この状態から、図１０（ｃ）に示すように、現像液５０を塗布し、露光された範囲Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を溶解させて現像する（ステップ９０５）。露光範囲Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は同じ深さであるため、それぞれ現像することにより、図１０（ｄ）に示すようにハーフ露光された部分の残膜が均一になる。これにより、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００６２】
水分層５１の深さは現像により除去される部分の深さであり、この深さを所望の深さにするためには、レジストに供給する水分の量を変えればよい。
【００６３】
一方、従来では、通常のレジストを塗布した後にレジストの厚さ方向に水分のコントラストを形成することがないため、現像後はＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれの露光深さに応じて異なる深さ・幅のレジストパターンが残る可能性がある。例えば図８に示したように、レジストに現像液を塗布した際に、Ｌ１に比べてＬ２では幅が狭く、深さが浅いパターンが形成されてしまう。また、Ｌ３についてはＬ１に比べて幅が広く、深さが深いパターンが形成されてしまう。
【００６４】
（第３の実施の形態）
次に、レジストの表面側に難溶化層を形成させる形態について、図１２から図１６を参照しながら説明する。
【００６５】
図１４は本発明の工程を示したフロー図であり、図１２及び図１３はその工程の模式図、図１５及び図１６は露光エネルギーと現像後のレジストの膜厚との関係を示すグラフである。
【００６６】
図１２（ａ）に示すようにレジストＲが基板上に塗布される（ステップ１４０１）。基板上に塗布されたレジストＲは、減圧乾燥処理ユニットＶＤで減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステッ１４０２）。
【００６７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、レジストＲに例えば現像処理で用いる現像液５０を供給する。これにより図１２（ｃ）に示すようにレジストの表面側を難溶化させ、表面側に難溶化層５５を形成し、難溶化層５５の下層に通常のレジスト層である非難溶化層５６を形成する（ステップ１４０３）。難溶化層５５が形成されることは実験で確認されている。
【００６８】
次に、図１３（ａ）に示すように、難溶化層５５と非難溶化層５６からなるコントラスト層を、ハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ１４０４）。図１３（ｂ）に示すように、わずかな露光光自体のばらつきや、わずかな照射時間のばらつきはあるが、露光された範囲Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９はそれぞれ難溶化層内にとどまり、深さは等しくなっている。これは、後述するように難溶化層５５での露光の反応は緩やかに起こるため、露光深さの制御が容易になるからである。なお、ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００６９】
この状態から、図１３（ｃ）に示すように、現像液５０を供給し、露光された範囲Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９を溶解させて現像する（ステップ１４０５）。この場合では、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９それぞれが同じ深さであるため、現像することにより、図１３（ｄ）に示すようにハーフ露光された部分の残膜が均一になる。これにより、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００７０】
ここで、難溶化層を形成した場合について図１５及び図１６もとにして説明する。
【００７１】
図１５（ａ）は、非難溶化層５６を露光する場合のグラフを示したものである。グラフの縦軸は現像後のレジストＲの残膜厚、横軸は一定時間に照射する光のエネルギーである。レジストＲは、エネルギーＥ１以下で露光光を照射しても反応せず、これにより現像後の残膜厚も変化しない。エネルギーがＥ１以上Ｅ４以下の範囲となるように露光光を照射すると、エネルギーのわずかな増加により現像後の残膜厚が急激に減少する。照射する露光光のエネルギーがＥ４を超えれば、レジストはすべて反応し現像後の残膜厚はゼロになる。
【００７２】
非難溶化層５６を露光する場合は、通常はエネルギーが例えばＥ５（Ｅ４以上）となるように露光光を照射して行う。ハーフ露光の場合は、エネルギーＥ５のうち、ハーフトーンマスク４７を通過することにより、Ｅ２からＥ３のエネルギー分がレジスト層５６に照射されることとなる。通過した露光光のエネルギーがＥ２からＥ３とわずかに幅があるのは、ハーフトーンマスク４７による誤差等のためである。エネルギーＥ２で照射したときの残膜厚はＴ１であり、エネルギーＥ３で照射したときの残膜厚はＴ２である。レジスト層５６の露光の場合、このわずかなエネルギーの幅により、現像後の膜厚がＴ１からＴ２までの広い範囲となって現れる。
【００７３】
図１５（ｂ）は、難溶化層５５を露光する場合のグラフを示したものである。グラフの縦軸は現像後のレジストの残膜厚、横軸は一定時間に照射する光のエネルギーである。非軟溶化層５６の場合と同様に、エネルギーＥ１以下となるように露光光を照射しても非難溶化層５６は反応せず、現像後の残膜厚も変化しない。また、照射する露光光のエネルギーがＥ４を超えれば、レジスト層５６はすべて反応し現像後の残膜厚はゼロになる。
【００７４】
ただ、非難溶化層５６の場合と比較すると、エネルギーがＥ１以上Ｅ４以下の範囲において、エネルギーの増加による現像後の膜厚の変化が緩やかである点が異なる。
【００７５】
エネルギーがＥ５となるように難溶化層に露光光を照射した場合、非難溶化層５６の場合と同様に、露光光がハーフトーンマスク４７を通過し、Ｅ２からＥ３のエネルギー分が照射されることとなる。エネルギーＥ２で照射したときの残膜厚はＴ１であり、エネルギーＥ３で照射したときの残膜厚はＴ２である。この場合においても、現像後の膜厚がＴ１からＴ２の範囲でばらつくことになるが、難溶化層５５の露光では、レジスト層５６の露光と比べるとこのばらつきはそれほど大きくない。このため、本発明では、難溶化層５５を形成することにより、露光される深さの制御を容易に行うことができ、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させ、後の処理で形成されることとなる電極間の距離を均一にすることができる。
【００７６】
図１６は、難溶化層と非難溶化層とのコントラストを形成した場合について、現像後の膜厚と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。すなわち、図１５（ａ）、図１５（ｂ）のグラフを合わせたものである。
【００７７】
図１５（ｂ）では、膜全体が難溶化層５５で形成されている場合の説明であったが、レジストＲ全体を難溶化層５５に変質させるためには相当量の現像液５０が必要となる。しかし、実際にはハーフ露光を行った部位の現像後のレジスト厚さが難溶化層５５に含まれていれば良く、必ずしも全体が難溶化層５５である必要はない。そこで、図１２（ｃ）に示すように難溶化層５５と非難溶化層５６のコントラスト層を形成する。この場合、露光エネルギーと現像後の残膜厚との関係は図１５に示すように、図１５（ａ）、図１５（ｂ）のそれぞれの特性を合わせたグラフになる。すなわち難溶化層５５の領域では図１５（ｂ）の特性を示し、非難溶化層５６の領域では図１５（ａ）の特性を示すこととなる。
【００７８】
現像後のレジスト膜の厚さ、すなわち図１６に示すＴ１からＴ２の範囲が難溶化層５５に含まれるようにコントラストを形成する。難溶化層５５を形成するのは露光深さの制御を容易にするためであり、現像後のレジスト膜の厚さが難溶化層５５に含まれていれば本発明の目的を達成できる。このように難溶化層５５と非難溶化層５６とのコントラストを形成することにより、現像液を効率的に使用することができ、又、露光深さの制御を行い残膜厚を均一にすることができ、電極間の距離を均一にすることができる。
【００７９】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記第１の実施の形態においては、親和性材料とレジスト液を混合部１３で混合するようにしたが、最初から親和性材料が含まれたレジスト液を使用することももちろん可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハーフ露光された部分のレジスト残膜の均一性を向上させ、形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す塗布現像処理システムの正面図である。
【図３】図１に示す塗布現像処理システムの背面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニットの斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図６】第１の実施の形態において基板にレジスト膜が形成される様子を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態において基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図８】従来の露光・現像の様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図１０】第２の実施の形態において基板にレジスト膜が形成される様子を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態においてり基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態において基板にレジストが形成される様子を示す断面図である。
【図１３】第３の実施の形態においてり基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図１５】（ａ）非難溶化層、（ｂ）難溶化層の特性を示すグラフである。
【図１６】非軟溶化層及び難溶化層のコントラストの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ…ガラス基板
ＣＴ…レジスト塗布処理ユニット
Ｒ…レジスト
ＲＲ…混合レジスト
ＶＤ…減圧乾燥処理ユニット
Ｒ１…混合レジスト層
Ｒ２…レジスト層
１…塗布現像処理システム
２６…熱処理系ブロック
３９…水分供給ユニット
４７…ハーフトーンマスク
５０…現像液
５１…水分含有層
５２…乾燥層
５５…難溶化層
５６…非難溶化層
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示デバイス等に使用されるガラス基板や半導体基板を処理する基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）の製造工程において、ＬＣＤ用のガラス基板上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の薄膜や電極パターンを形成するために、半導体デバイスの製造に用いられるものと同様のフォトリソグラフィ技術が利用される。フォトリソグラフィ技術では、フォトレジストをガラス基板に塗布し、これを露光し、さらに現像する。
【０００３】
上記露光する手法として、いわゆるハーフ露光がある。通常の露光の場合には、露光しない部分はマスクで覆われ遮光される。これに対しハーフ露光では、使用される１枚のマスクにおいて光の透過率に差を設けたハーフトーンマスク等を用い、例えば通常の場合よりも露光量の少ない部分、つまり露光されるレジストの深さが部分的に浅い箇所を意図的に形成させることが可能となる。これにより、マスクで覆われない部分（完全に露光される部分）、ハーフトーンで覆われる部分（露光が浅い部分）及びマスクで覆われる部分（露光されない部分）という具合に露光の深さに差をつけることができ、１枚のマスクで異なるレジスト膜厚を形成することが可能となる。したがってハーフ露光では使用するマスクの枚数を減らすことができ、マスク交換工程の分だけ処理時間を短縮することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−０８０７４０号公報（段落[０００２]、[０００３]等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ハーフトーンマスクには同一形状・同一面積の半遮光部分が複数設けられており、ハーフ露光される深さ・幅が同一になることが望まれる。
【０００６】
しかしながら、ハーフ露光された場合にそれぞれの部分によってハーフ露光される深さや幅が異なってしまい、現像後のレジストの残膜が不均一になるという問題がある。すなわち、現像後のレジストパターンのアスペクト比やピッチが不均一になってしまうという問題がある。実際、所望の値に対して１０％以上のばらつきが見られる。このため、例えばエッチング後に形成される複数の電極間の距離が不均一になり、スイッチング時間が場所によって異なるようになり、例えば液晶による画像の表示時において色ムラなどの原因となる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させ、形成される電極間の距離を均一にすることができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理方法は、レジスト液供給部から供給されるレジストと、現像液と親和性を有する材料を貯留する親和性材料供給部から供給される親和性材料とを混合部において混合した混合レジストを基板に塗布しレジスト膜を形成する工程と、（ｂ）前記混合レジストが塗布された基板の現像処理の前に、前記基板に塗布された前記混合レジストに所定の処理を施すことにより、前記レジスト膜の厚さ方向で前記材料を偏在化させ、前記レジスト膜の厚さ方向で、前記現像処理に用いられる現像液に対する前記混合レジストの溶解特性の分布を制御する工程とを具備する。
【０００９】
本発明では、レジスト膜の厚さ（深さ）方向で現像液に対するレジストの溶解特性に分布をつけることで、レジスト膜厚方向に現像液に溶解しやすい層と溶解しにくい層のコントラストを形成することができる。すなわち現像が促進される層と抑制される層とを形成することができる。これにより、膜厚方向で現像の反応速度に差を生じさせることができる。例えばレジスト膜の表面側に現像液が促進される層を形成すればその表面側のみを現像することができる。これにより、ハーフ露光された部分によってそれぞれ露光の深さや幅が異なっても、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させることができ、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００１０】
ここで、レジスト膜中の、現像液で溶解させやすい層を形成する領域は、例えばレジストの表面からハーフ露光を行う所期の深さ（本来ハーフ露光により望まれる深さ）とほぼ等しい深さまでの領域とすればよい。
【００１１】
本発明では、レジスト膜中に、親和性の材料をレジスト膜の表面側に偏在化させることにより、その表面側の領域で現像液で溶解させやすい層を形成することができる。所定の処理とは例えば熱的な処理、減圧処理等が挙げられ、これらのうちいずれか一方、あるいは両者を行うようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は本発明が適用されるＬＣＤ基板の塗布現像処理システムを示す平面図であり、図２はその正面図、また図３はその背面図である。
【００２２】
この塗布現像処理システム１は、複数のガラス基板Ｇを収容するカセットＣを載置するカセットステーション２と、基板Ｇにレジスト塗布及び現像を含む一連の処理を施すための複数の処理ユニットを備えた処理部３と、露光装置３２との間で基板Ｇの受け渡しを行うためのインターフェース部４とを備えており、処理部３の両端にそれぞれカセットステーション２及びインターフェース部４が配置されている。
【００２３】
カセットステーション２は、カセットＣと処理部３との間でＬＣＤ基板の搬送を行うための搬送機構１０を備えている。そして、カセットステーション２においてカセットＣの搬入出が行われる。また、搬送機構１０はカセットの配列方向に沿って設けられた搬送路１２上を移動可能な搬送アーム１１を備え、この搬送アーム１１によりカセットＣと処理部３との間で基板Ｇの搬送が行われる。
【００２４】
処理部３には、カセットステーション２におけるカセットＣの配列方向（Ｙ方向）に垂直方向（Ｘ方向）に延設された主搬送部３ａと、この主搬送部３ａに沿って、レジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）を含む各処理ユニットが並設された上流部３ｂ及び現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８を含む各処理ユニットが並設された下流部３ｃとが設けられている。
【００２５】
主搬送部３ａには、Ｘ方向に延設された搬送路３１と、この搬送路３１に沿って移動可能に構成されガラス基板ＧをＸ方向に搬送する搬送シャトル２３とが設けられている。この搬送シャトル２３は、例えば支持ピンにより基板Ｇを保持して搬送するようになっている。また、主搬送部３ａのインターフェース部４側端部には、処理部３とインターフェース部４との間で基板Ｇの受け渡しを行う垂直搬送ユニット７が設けられている。
【００２６】
上流部３ｂにおいて、カセットステーション２側端部には、基板Ｇに洗浄処理を施すスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０が設けられ、このスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０の上流側に基板Ｇ上の有機物を除去するためのエキシマＵＶ処理ユニット（ｅ−ＵＶ）１９が配設されている。
【００２７】
スクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０の隣には、ガラス基板Ｇに対して熱的処理を行うユニットが多段に積み上げられた熱処理系ブロック２４及び２５が配置されている。これら熱処理系ブロック２４と２５との間には、垂直搬送ユニット５が配置され、搬送アーム５ａがＺ方向及び水平方向に移動可能とされ、かつθ方向に回動可能とされているので、両ブロック２４及び２５における各熱処理系ユニットにアクセスして基板Ｇの搬送が行われるようになっている。なお、上記処理部３における垂直搬送ユニット７についてもこの垂直搬送ユニット５と同一の構成を有している。
【００２８】
図２に示すように、熱処理系ブロック２４には、基板Ｇにレジスト塗布前の加熱処理を施すベーキングユニット（ＢＡＫＥ）が２段、ＨＭＤＳガスにより疎水化処理を施すアドヒージョンユニット（ＡＤ）が下から順に積層されている。一方、熱処理系ブロック２５には、基板Ｇに冷却処理を施すクーリングユニット（ＣＯＬ）が２段、アドヒージョンユニット（ＡＤ）が下から順に積層されている。
【００２９】
熱処理系ブロック２５に隣接してレジスト処理ブロック１５がＸ方向に延設されている。このレジスト処理ブロック１５は、基板Ｇにレジストを塗布するレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）と、減圧により前記塗布されたレジストを乾燥させる減圧乾燥ユニット（ＶＤ）と、基板Ｇの周縁部のレジストを除去するエッジリムーバ（ＥＲ）とが設けられて構成されている。このレジスト処理ブロック１５には、レジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）からエッジリムーバ（ＥＲ）にかけて移動する図示しないサブアームが設けられており、このサブアームによりレジスト処理ブロック１５内で基板Ｇが搬送されるようになっている。
【００３０】
レジスト処理ブロック１５に隣接して多段構成の熱処理系ブロック２６が配設されており、この熱処理系ブロック２６には、基板Ｇにレジスト塗布後の加熱処理を行うプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）が３段積層されている。
【００３１】
下流部３ｃにおいては、図３に示すように、インターフェース部４側端部には、熱処理系ブロック２９が設けられており、これには、クーリングユニット（ＣＯＬ）、露光後現像処理前の加熱処理を行うポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。
【００３２】
熱処理系ブロック２９に隣接して現像処理を行う現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８がＸ方向に延設されている。この現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８の隣には熱処理系ブロック２８及び２７が配置され、これら熱処理系ブロック２８と２７との間には、上記垂直搬送ユニット５と同一の構成を有し、両ブロック２８及び２７における各熱処理系ユニットにアクセス可能な垂直搬送ユニット６が設けられている。また、現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８端部の上には、ｉ線処理ユニット（ｉ―ＵＶ）３３が設けられている。
【００３３】
熱処理系ブロック２８には、クーリングユニット（ＣＯＬ）、基板Ｇに現像後の加熱処理を行うポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。一方、熱処理系ブロック２７も同様に、クーリングユニット（ＣＯＬ）、ポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が２段、下から順に積層されている。
【００３４】
インターフェース部４には、正面側にタイトラー及び周辺露光ユニット（Ｔｉｔｌｅｒ／ＥＥ）２２が設けられ、垂直搬送ユニット７に隣接してエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５が、また背面側にはバッファカセット３４が配置されており、これらタイトラー及び周辺露光ユニット（Ｔｉｔｌｅｒ／ＥＥ）２２とエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５とバッファカセット３４と隣接した露光装置３２との間で基板Ｇの受け渡しを行う垂直搬送ユニット８が配置されている。この垂直搬送ユニット８も上記垂直搬送ユニット５と同一の構成を有している。
【００３５】
以上のように構成された塗布現像処理システム１の処理工程については、先ずカセットＣ内の基板Ｇが処理部３部における上流部３ｂに搬送される。上流部３ｂでは、エキシマＵＶ処理ユニット（ｅ−ＵＶ）１９において表面改質・有機物除去処理が行われ、次にスクラバ洗浄処理ユニット（ＳＣＲ）２０において、基板Ｇが略水平に搬送されながら洗浄処理及び乾燥処理が行われる。続いて熱処理系ブロック２４の最下段部で垂直搬送ユニットにおける搬送アーム５ａにより基板Ｇが取り出され、同熱処理系ブロック２４のベーキングユニット（ＢＡＫＥ）にて加熱処理、アドヒージョンユニット（ＡＤ）にて、ガラス基板Ｇとレジスト膜との密着性を高めるため、基板ＧにＨＭＤＳガスを噴霧する処理が行われる。この後、熱処理系ブロック２５のクーリングユニット（ＣＯＬ）による冷却処理が行われる。
【００３６】
次に、基板Ｇは搬送アーム５ａから搬送シャトル２３に受け渡される。そしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）に搬送され、レジストの塗布処理が行われた後、減圧乾燥処理ユニット（ＶＤ）にて減圧乾燥処理、エッジリムーバ（ＥＲ）４８にて基板周縁のレジスト除去処理が順次行われる。
【００３７】
次に、基板Ｇは搬送シャトル２３から垂直搬送ユニット７の搬送アームに受け渡され、熱処理系ブロック２６におけるプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）にて加熱処理が行われた後、熱処理系ブロック２９におけるクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。熱処理系ブロック２６の最下層には、後述する水分供給ユニット３９が設けられている。続いて基板Ｇはエクステンションクーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）３５にて冷却処理されるとともに露光装置にて露光処理される。
【００３８】
次に、基板Ｇは垂直搬送ユニット８及び７の搬送アームを介して熱処理系ブロック２９のポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢＡＫＥ）に搬送され、ここで加熱処理が行われた後、クーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。そして基板Ｇは垂直搬送ユニット７の搬送アームを介して、現像処理ユニット（ＤＥＶ）１８において基板Ｇは略水平に搬送されながら現像処理、リンス処理及び乾燥処理が行われる。
【００３９】
次に、基板Ｇは熱処理系ブロック２８における最下段から垂直搬送ユニット６の搬送アーム６ａにより受け渡され、熱処理系ブロック２８又は２７におけるポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）にて加熱処理が行われ、クーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却処理が行われる。そして基板Ｇは搬送機構１０に受け渡されカセットＣに収容される。
【００４０】
次に、図４を参照してレジスト塗布処理ユニット（ＣＴ）について説明する。
【００４１】
このレジスト塗布処理ユニットＣＴでは、ほぼ中央部に基板Ｇを収容するカップＣＰが配置されている。カップＣＰの内部には例えば基板Ｇを真空引き等で保持するチャック部材３８が備えられ、このチャック部材３８は図示しないエアシリンダ等の駆動機構によってカップＣＰから出没するように上下に移動できるようになっている。これにより外部から搬送されてくる基板をチャック部材３８で受け取ったり、このユニットＣＴで処理を終えた基板を外部に渡したりすることができる。
【００４２】
なお、図示しないが、カップの開口部５９には、エアシリンダ等により上下に移動する蓋部材が配置されている。
【００４３】
カップＣＰに隣接した位置には、レジストノズル４１を水平方向（図中でＸ方向）に移動させるための駆動装置３０が設けられている。
【００４４】
駆動装置３０には、モータ５４により回転するボールネジ５４ａが設けられている。ボールネジ５４ａには、レジストノズル４１を保持するノズル保持部材４６を支持する支持体４４がその下方部で螺挿されており、モータ５４の回転により支持体４４はＸ方向に移動できるようになっている。支持体４４にはノズル保持部材４６を垂直方向（Ｚ方向）に移動させるための図示しないエアシリンダ等の駆動機構が内蔵され、レジストノズル４１を上下移動させることができるようになっている。そして、制御部１７に設けられたＸ軸コントローラ３７、Ｚ軸コントローラ３６によって、Ｘ軸、Ｚ軸の移動量等が個別的に制御されるようになっている。
【００４５】
レジスト塗布処理ユニットＣＴには混合レジスト供給部９が設けられている。混合レジスト供給部９は、混合部１３、供給管１３ａ、親和性材料供給部１４、レジスト液供給部１６及びレジストノズル４１を有している。
【００４６】
レジスト液供給部１６からはレジスト液が供給される。親和性材料供給部１４からは現像処理ユニット１８で用いられる現像液と親和性を有する材料が供給される。レジストの材料は例えばノボラック樹脂系のものを用いる。現像液と親和性を有する材料は例えば現像液との接触角を下げることができるものを用いる。
【００４７】
混合部１３では、レジスト液供給部１６から供給されるレジストと親和性材料供給部１４から供給される親和性材料とが混合される。後述するように、例えばこのレジスト液と親和性材料との混合比率は親和性材料が含まれる混合レジスト層Ｒ１の厚さに影響する。混合されたレジストＲＲは、混合部１３から供給管１３ａを介して、レジストノズル４１に供給されるようになっている。
【００４８】
混合部１３では、具体的な装置として例えばスタティックミキサ（図示せず）を用いることができる。レジスト液供給部１６は、図示しないが例えばレジスト液を貯留するタンクと、タンクに貯留されたレジスト液を混合部１３へ供給するためのベローズポンプとを有している。親和性材料供給部１４もレジスト液供給部１６と同様に親和性の材料を貯留するタンク等の容器と、この容器に貯留された親和性材料を混合部１３へ供給するためのベローズポンプポンプとを有している。
【００４９】
次に、基板に形成されたレジスト膜中の親和性材料を偏在化させる工程について図５から図７を参照しながら説明する。
【００５０】
図５は本発明の工程を示したフロー図であり、図６及び図７はその工程の模式図である。
【００５１】
上記のように、レジスト液と親和性材料とが混合部１３において混合される（ステップ５０１）。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、混合部１３で混合された混合レジストＲＲが、レジストノズル４１から基板上に塗布される（ステップ５０２）。基板上に塗布された混合レジストＲＲは、減圧乾燥処理ユニットＶＤで減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステップ５０３）。この乾燥及び加熱の工程で、図６（ｃ）に示すように、親和性材料４９が混合レジストＲＲの表面側に偏在し、混合レジスト層Ｒ１を形成するようになる。例えば混合レジストＲＲを加熱する時の蒸発スピードを上げると、混合レジストＲＲの表面にレジスト中の光酸発生剤（ＰＡＧ：Photoactive Acid Generator）が偏在することが分かっている。
【００５２】
次に、図７（ａ）に示すように、混合レジスト層Ｒ１と、親和性材料４９を含まないレジスト層Ｒ２とが形成されたコントラスト層４５をハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ５０４）。図７（ｂ）に示すように、露光光自体のばらつき等により、露光された範囲Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ異なるものとなる。ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００５３】
この状態から、図７（ｃ）に示すように、現像液５０を塗布し、露光された範囲Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を溶解して現像する（ステップ５０５）。
【００５４】
ここで仮にレジストＲに親和性材料４９を加えない場合、すなわち通常のレジストを塗布した場合には現像後はＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれの露光深さに応じて異なる深さ・幅のレジストパターンが残る可能性がある。例えば図８に示すように、レジストに現像液を塗布した際に、Ｌ１に比べてＬ２は露光深さが浅く、現像により露光深さの底まで到達する時間が短い。露光されない部分が現像液に曝されて侵食される時間も短くなる。したがってＬ２を現像した場合は、Ｌ１に比べて幅が狭く、深さが浅いパターンが形成されてしまう。また、Ｌ３については露光深さがＬ１よりも深いため、Ｌ２を現像した場合とは逆に、露光されない部分が侵食される時間が長くなり、Ｌ１に比べて幅が広く、深さが深いパターンが形成されてしまう。
【００５５】
これに対し本実施の形態では、親和性材料は現像液５０に対して親和性を有するため、現像液５０は混合レジスト層Ｒ１に留まりやすくなり、混合レジスト層Ｒ１での現像が促進される。レジスト層Ｒ２では、混合レジスト層Ｒ１に比べて現像が抑制される。これにより露光される深さがＬ１、Ｌ２、Ｌ３のように異なる場合であっても、実際には混合レジスト層Ｒ１のみが現像されることとなる。混合レジスト層Ｒ１の深さを一定にすることにより、ハーフ露光された部分のレジスト残膜、例えば現像後のレジストパターンのアスペクト比やピッチ等を均一にすることができる。これによりエッチング後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００５６】
混合レジスト層Ｒ１の深さはハーフ露光により除去される部分の深さとなるため、この深さを所望の深さにするためには、レジスト液への親和性材料の添加比率を変えればよい。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に、基板に形成されたレジストに含まれる水分量を制御し、レジストの露光光に対する反応特性の分布を制御する形態について、図９から図１２を参照しながら説明する。本実施の形態では、レジストの種類として例えばｇ線レジストを用いる。
【００５８】
図９は本発明の工程を示したフロー図であり、図１０及び図１１はその工程の模式図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、本発明の工程を示したものである。また、図１０（ｄ）、図１０（ｅ）、図１０（ｆ）は従来の工程を示したものである。ここでは、本発明と従来の工程を比較して説明する。
【００５９】
図１０（ａ）又は図１０（ｄ）に示すように、レジストＲがレジストノズル４１から基板上に塗布される（ステップ９０１）。基板上に塗布されたレジストＲは、減圧乾燥処理ユニット（ＶＤ）で減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステップ９０２）。一般に、ポジ型レジストに露光光を照射すると、照射された部分のレジストは現像液５０に対して可溶性となる。このときの反応は以下のようになり、反応を起こすためには所定の水分（Ｈ２Ｏ）量が必要となる。
（化学反応）
【００６０】
次に、図１１（ａ）に示すように、コントラスト層５３が形成されたレジストを、ハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ９０４）。図１１（ｂ）に示すように、露光による化学反応が促進されるのはＬ４、Ｌ５、Ｌ６のように水分層５１内に限られ、深さは等しくなる。乾燥層５２では露光による反応が抑制されるためである。なお、ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００６１】
この状態から、図１０（ｃ）に示すように、現像液５０を塗布し、露光された範囲Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を溶解させて現像する（ステップ９０５）。露光範囲Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は同じ深さであるため、それぞれ現像することにより、図１０（ｄ）に示すようにハーフ露光された部分の残膜が均一になる。これにより、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００６２】
水分層５１の深さは現像により除去される部分の深さであり、この深さを所望の深さにするためには、レジストに供給する水分の量を変えればよい。
【００６３】
一方、従来では、通常のレジストを塗布した後にレジストの厚さ方向に水分のコントラストを形成することがないため、現像後はＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれの露光深さに応じて異なる深さ・幅のレジストパターンが残る可能性がある。例えば図８に示したように、レジストに現像液を塗布した際に、Ｌ１に比べてＬ２では幅が狭く、深さが浅いパターンが形成されてしまう。また、Ｌ３についてはＬ１に比べて幅が広く、深さが深いパターンが形成されてしまう。
【００６４】
（第３の実施の形態）
次に、レジストの表面側に難溶化層を形成させる形態について、図１２から図１６を参照しながら説明する。
【００６５】
図１４は本発明の工程を示したフロー図であり、図１２及び図１３はその工程の模式図、図１５及び図１６は露光エネルギーと現像後のレジストの膜厚との関係を示すグラフである。
【００６６】
図１２（ａ）に示すようにレジストＲが基板上に塗布される（ステップ１４０１）。基板上に塗布されたレジストＲは、減圧乾燥処理ユニットＶＤで減圧乾燥され、熱処理系ブロック２６のプリベーキングユニットにて加熱処理が行われる（ステッ１４０２）。
【００６７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、レジストＲに例えば現像処理で用いる現像液５０を供給する。これにより図１２（ｃ）に示すようにレジストの表面側を難溶化させ、表面側に難溶化層５５を形成し、難溶化層５５の下層に通常のレジスト層である非難溶化層５６を形成する（ステップ１４０３）。難溶化層５５が形成されることは実験で確認されている。
【００６８】
次に、図１３（ａ）に示すように、難溶化層５５と非難溶化層５６からなるコントラスト層を、ハーフトーンマスク４７を用いて露光する（ステップ１４０４）。図１３（ｂ）に示すように、わずかな露光光自体のばらつきや、わずかな照射時間のばらつきはあるが、露光された範囲Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９はそれぞれ難溶化層内にとどまり、深さは等しくなっている。これは、後述するように難溶化層５５での露光の反応は緩やかに起こるため、露光深さの制御が容易になるからである。なお、ここでは説明上の便宜のため、レジストに光が照射される部分は全てハーフトーンであるとしている。
【００６９】
この状態から、図１３（ｃ）に示すように、現像液５０を供給し、露光された範囲Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９を溶解させて現像する（ステップ１４０５）。この場合では、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９それぞれが同じ深さであるため、現像することにより、図１３（ｄ）に示すようにハーフ露光された部分の残膜が均一になる。これにより、後に形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【００７０】
ここで、難溶化層を形成した場合について図１５及び図１６もとにして説明する。
【００７１】
図１５（ａ）は、非難溶化層５６を露光する場合のグラフを示したものである。グラフの縦軸は現像後のレジストＲの残膜厚、横軸は一定時間に照射する光のエネルギーである。レジストＲは、エネルギーＥ１以下で露光光を照射しても反応せず、これにより現像後の残膜厚も変化しない。エネルギーがＥ１以上Ｅ４以下の範囲となるように露光光を照射すると、エネルギーのわずかな増加により現像後の残膜厚が急激に減少する。照射する露光光のエネルギーがＥ４を超えれば、レジストはすべて反応し現像後の残膜厚はゼロになる。
【００７２】
非難溶化層５６を露光する場合は、通常はエネルギーが例えばＥ５（Ｅ４以上）となるように露光光を照射して行う。ハーフ露光の場合は、エネルギーＥ５のうち、ハーフトーンマスク４７を通過することにより、Ｅ２からＥ３のエネルギー分がレジスト層５６に照射されることとなる。通過した露光光のエネルギーがＥ２からＥ３とわずかに幅があるのは、ハーフトーンマスク４７による誤差等のためである。エネルギーＥ２で照射したときの残膜厚はＴ１であり、エネルギーＥ３で照射したときの残膜厚はＴ２である。レジスト層５６の露光の場合、このわずかなエネルギーの幅により、現像後の膜厚がＴ１からＴ２までの広い範囲となって現れる。
【００７３】
図１５（ｂ）は、難溶化層５５を露光する場合のグラフを示したものである。グラフの縦軸は現像後のレジストの残膜厚、横軸は一定時間に照射する光のエネルギーである。非軟溶化層５６の場合と同様に、エネルギーＥ１以下となるように露光光を照射しても非難溶化層５６は反応せず、現像後の残膜厚も変化しない。また、照射する露光光のエネルギーがＥ４を超えれば、レジスト層５６はすべて反応し現像後の残膜厚はゼロになる。
【００７４】
ただ、非難溶化層５６の場合と比較すると、エネルギーがＥ１以上Ｅ４以下の範囲において、エネルギーの増加による現像後の膜厚の変化が緩やかである点が異なる。
【００７５】
エネルギーがＥ５となるように難溶化層に露光光を照射した場合、非難溶化層５６の場合と同様に、露光光がハーフトーンマスク４７を通過し、Ｅ２からＥ３のエネルギー分が照射されることとなる。エネルギーＥ２で照射したときの残膜厚はＴ１であり、エネルギーＥ３で照射したときの残膜厚はＴ２である。この場合においても、現像後の膜厚がＴ１からＴ２の範囲でばらつくことになるが、難溶化層５５の露光では、レジスト層５６の露光と比べるとこのばらつきはそれほど大きくない。このため、本発明では、難溶化層５５を形成することにより、露光される深さの制御を容易に行うことができ、ハーフ露光された部分の残膜の均一性を向上させ、後の処理で形成されることとなる電極間の距離を均一にすることができる。
【００７６】
図１６は、難溶化層と非難溶化層とのコントラストを形成した場合について、現像後の膜厚と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。すなわち、図１５（ａ）、図１５（ｂ）のグラフを合わせたものである。
【００７７】
図１５（ｂ）では、膜全体が難溶化層５５で形成されている場合の説明であったが、レジストＲ全体を難溶化層５５に変質させるためには相当量の現像液５０が必要となる。しかし、実際にはハーフ露光を行った部位の現像後のレジスト厚さが難溶化層５５に含まれていれば良く、必ずしも全体が難溶化層５５である必要はない。そこで、図１２（ｃ）に示すように難溶化層５５と非難溶化層５６のコントラスト層を形成する。この場合、露光エネルギーと現像後の残膜厚との関係は図１５に示すように、図１５（ａ）、図１５（ｂ）のそれぞれの特性を合わせたグラフになる。すなわち難溶化層５５の領域では図１５（ｂ）の特性を示し、非難溶化層５６の領域では図１５（ａ）の特性を示すこととなる。
【００７８】
現像後のレジスト膜の厚さ、すなわち図１６に示すＴ１からＴ２の範囲が難溶化層５５に含まれるようにコントラストを形成する。難溶化層５５を形成するのは露光深さの制御を容易にするためであり、現像後のレジスト膜の厚さが難溶化層５５に含まれていれば本発明の目的を達成できる。このように難溶化層５５と非難溶化層５６とのコントラストを形成することにより、現像液を効率的に使用することができ、又、露光深さの制御を行い残膜厚を均一にすることができ、電極間の距離を均一にすることができる。
【００７９】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記第１の実施の形態においては、親和性材料とレジスト液を混合部１３で混合するようにしたが、最初から親和性材料が含まれたレジスト液を使用することももちろん可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハーフ露光された部分のレジスト残膜の均一性を向上させ、形成される電極間の距離を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す塗布現像処理システムの正面図である。
【図３】図１に示す塗布現像処理システムの背面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニットの斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図６】第１の実施の形態において基板にレジスト膜が形成される様子を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態において基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図８】従来の露光・現像の様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図１０】第２の実施の形態において基板にレジスト膜が形成される様子を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態においてり基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態において基板にレジストが形成される様子を示す断面図である。
【図１３】第３の実施の形態においてり基板に形成されたレジストが露光・現像される様子を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る工程を示すフロー図である。
【図１５】（ａ）非難溶化層、（ｂ）難溶化層の特性を示すグラフである。
【図１６】非軟溶化層及び難溶化層のコントラストの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ…ガラス基板
ＣＴ…レジスト塗布処理ユニット
Ｒ…レジスト
ＲＲ…混合レジスト
ＶＤ…減圧乾燥処理ユニット
Ｒ１…混合レジスト層
Ｒ２…レジスト層
１…塗布現像処理システム
２６…熱処理系ブロック
３９…水分供給ユニット
４７…ハーフトーンマスク
５０…現像液
５１…水分含有層
５２…乾燥層
５５…難溶化層
５６…非難溶化層
Claims (2)
- （ａ）レジスト液供給部から供給されるレジストと、現像液と親和性を有する材料を貯留する親和性材料供給部から供給される親和性材料とを混合部において混合した混合レジストを基板に塗布しレジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記混合レジストが塗布された基板の現像処理の前に、前記基板に塗布された前記混合レジストに所定の処理を施すことにより、前記レジスト膜の厚さ方向で前記材料を偏在化させ、前記レジスト膜の厚さ方向で、前記現像処理に用いられる現像液に対する前記混合レジストの溶解特性の分布を制御する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法。 - 請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記工程（ｂ）で前記混合レジストに施す処理は熱的な処理または減圧処理を含むことを特徴とする基板処理方法。
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