JP4859245B2

JP4859245B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP4859245B2
Application number: JP2007280093A
Authority: JP
Inventors: 秀朗船越; 太郎山本; 裕一郎稲富
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP2009111050A

Description

この発明は、例えば半導体ウエハ等の基板のレジスト膜の表面荒れを改善する基板処理装置に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造のプロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウエハ（以下にウエハという）の下地膜上にレジスト液を塗布し、レジスト膜を形成するレジスト塗布処理、ウエハ表面に所定の回路パターンが露光される露光処理、露光後のウエハを現像液により現像する現像処理、及びウエハの下地膜などを食刻するエッチング処理等が行われている。

ところで、上述の現像処理が施された後のレジストパターンの表面には、露光処理時にウエハの表面に照射される光の波動的性質｛例えば、ＫｒＦの波長は２４８ｎｍ，ＡｒＦの波長は１９３ｎｍ｝によってレジストパターンの側壁面の水平及び鉛直方向に複数の筋が現れて、レジストパターンの表面に凹凸｛ＬＷＲ（Line Width Roughness），ＬＥＲ（Line Edge Roughness）｝が現れる。このように、レジストパターンの表面に凹凸ができて表面が荒くなると、そのレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチング処理したときに、下地膜にはレジストパターンの筋に対応した筋などの凹凸が現れ、精密な回路パターンが形成されず、所望の品質の半導体デバイスが製造されなくなる。

そこで、出願人は、上述した凹凸｛ＬＷＲ（Line Width Roughness），ＬＥＲ（Line Edge Roughness）｝を改善する手法として、レジストの溶剤雰囲気を使用し、レジストパターンの最表面を溶解させて平滑化する手法（スムージング処理）を既に提案している（例えば、特許文献１参照）。このとき、スムージング処理の前に、紫外線を照射することにより、レジスト膜における溶解阻害性保護基（例えば、ラクトン基等）を分解して、処理時間の短縮が図れることが知られている。
特開２００５−１９９６９号公報（特許請求の範囲、図４，図５，図１６）

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、レジストパターンの表面に紫外線を照射する紫外線照射処理と、レジストパターンの表面を溶剤蒸気の雰囲気におくスムージング処理とを、それぞれ独立した装置で行っているため、紫外線照射処理からスムージング処理までの時間が一定でなく、処理精度が一定しない懸念があった。また、紫外線照射処理装置とスムージング処理装置を別個に設けると、装置内の個々のスペースが必要となり、かつ、紫外線照射処理からスムージング処理までに時間を要する。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、紫外線照射処理からスムージング処理までの時間を安定化させると共に、処理時間の短縮を図り、かつ、装置の小型化を図れるようにした基板処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の基板処理装置は、表面にレジストパターンが形成され、露光処理され現像処理された基板を処理する基板処理装置であって、上記基板の表面を上面にして保持する基板保持台と、上記レジストパターンを膨潤させる溶剤蒸気を上記基板の表面に向けて吐出する溶剤蒸気吐出ノズルと、上記レジストパターンの溶解阻害性保護基を分解するための紫外線を上記基板の表面に向かって照射する紫外線照射体と、上記基板保持台を上記溶剤蒸気吐出ノズル及び紫外線照射体に対して平行移動する保持台移動機構と、上記基板保持台を水平面上に半回転する回転機構とを具備してなり、上記紫外線照射体に対して上記基板保持台を平行移動して上記基板表面のレジストパターンに上記紫外線照射体から紫外線を照射した後、上記基板保持台を半回転した状態で基板保持台を上記溶剤蒸気吐出ノズルに対して平行移動して上記溶剤蒸気吐出ノズルから溶剤蒸気を吐出する、ことを特徴とする（請求項１）。
また、この発明の第２の基板処理装置は、表面にレジストパターンが形成され、露光処理され現像処理された基板を処理する基板処理装置であって、上記基板の表面を上面にして保持する基板保持台と、上記レジストパターンを膨潤させる溶剤蒸気を上記基板の表面に向けて吐出する溶剤蒸気吐出ノズルと、上記レジストパターンの溶解阻害性保護基を分解するための紫外線を上記基板の表面に向かって照射する紫外線照射体と、上記基板保持台を上記紫外線照射体に対して平行移動する保持台移動機構と、上記溶剤蒸気吐出ノズルを上記基板保持台に対して平行移動するノズル移動機構とを具備してなり、上記紫外線照射体に対して上記基板保持台を平行移動して上記基板表面のレジストパターンに上記紫外線照射体から紫外線を照射した後、上記溶剤蒸気吐出ノズルを基板保持台に対して平行移動して上記溶剤蒸気吐出ノズルから溶剤蒸気を吐出する、ことを特徴とする（請求項２）。

この発明における溶剤蒸気には、例えば、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），Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）の各蒸気を用いることができる。より好ましい使用法については、ＫｒＦ（波長が２４８ｎｍの光源）用レジスト膜については、ＰＧＭＥＡが適し、ＡｒＦ（波長が１９３ｎｍの光源）用レジスト膜についてはＮＭＰが適している。また、この発明において、レジスト膜における溶解を阻害する保護基としては、例えばラクトン基がある。

請求項１記載の発明によれば、現像処理後の基板を保持した基板保持台と紫外線照射体とを相対的に平行移動し、基板表面のレジストパターンに紫外線照射体から紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解した後、基板保持台を水平面上に半回転して、先に紫外線が照射された基板表面より後に紫外線が照射された基板表面に向かって溶剤蒸気吐出ノズルから基板表面に溶剤蒸気を吐出することにより、レジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均し平滑化（スムージング）することができる。

請求項２記載の発明によれば、紫外線照射体に対して基板保持台を平行移動し、基板表面のレジストパターンに紫外線照射体から紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解した後、溶剤蒸気吐出ノズルを基板保持台に対して平行移動し、溶剤蒸気吐出ノズルから基板表面に溶剤蒸気を吐出することにより、レジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングすることができる。

加えて、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の基板処理装置において、上記溶剤蒸気吐出ノズルは、少なくとも基板の直径の長さに渡って溶剤蒸気を吐出する吐出口を有するヘッドを具備し、上記ヘッドにおける上記吐出口の周囲に、溶剤蒸気を排気する排気口を形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、溶剤蒸気がノズルの外部に拡散するのを抑制することができる。

以上に説明したように、この発明の基板処理装置は、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項２記載の発明によれば、基板保持台と、溶剤蒸気吐出ノズル及び紫外線照射体とを相対的に平行移動することにより、基板表面のレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解した後、レジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングすることができるので、紫外線照射処理からスムージング処理までの時間を安定化させることができると共に、処理時間の短縮を図り、かつ、装置の小型化を図ることができる。

（２）請求項１記載の発明によれば、先に紫外線が照射された基板表面より後に紫外線が照射された基板表面に向かって溶剤蒸気吐出ノズルから基板表面に溶剤蒸気を吐出してスムージングすることができるので、基板表面全体の紫外線照射後の時間のずれを少なくして溶解阻害性保護基の分解を均一にすることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、溶剤蒸気がノズルの外部に拡散するのを抑制することができるので、上記（１）〜（２）に加えて、更にノズルの外部に飛散された溶剤蒸気による基板への悪影響を防止することができる。

以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る基板理装置を半導体ウエハのレジスト塗布・現像処理システムに適用した場合について説明する。

図１は、上記レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態の概略平面図、図２は、図１の正面図、図３は、図１の背面図である。

上記レジスト塗布・現像処理システムは、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）をウエハカセット１で複数枚例えば２５枚単位で外部からシステムに搬入又はシステムから搬出したり、ウエハカセット１に対してウエハＷを搬出・搬入したりするためのカセットステーション１０（搬送部）と、塗布現像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理装置を具備する処理ステーション２０と、この処理ステーション２０と隣接して設けられる露光装置４０との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェース部３０とで主要部が構成されている。

上記カセットステーション１０は、図１に示すように、カセット載置台２上の突起３の位置に複数個例えば４個までの蓋付のウエハカセット１がそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション２０側に向けて水平のＸ方向に沿って一列に載置され、各ウエハカセット１に対峙して蓋開閉装置５が配設され、また、カセット配列方向（Ｘ方向）及びウエハカセット１内に垂直方向に沿って収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用ピンセット４が各ウエハカセット１に選択的に搬送するように構成されている。また、ウエハ搬送用ピンセット４は、θ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）及びエクステンションユニット（ＥＸＴ）にも搬送できるようになっている。

上記処理ステーション２０は、図１に示すように、中心部には、移動機構２２によって垂直移動する垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２１が設けられ、この主ウエハ搬送機構２１の周りに全ての処理ユニットが１組又は複数の組に渡って多段に配置されている。この例では、５組Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４及びＧ５の多段配置構成であり、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニットはシステム正面側に並列され、第３の組Ｇ３の多段ユニットはカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ユニットはインターフェース部３０に隣接して配置され、第５の組Ｇ５の多段ユニットは背部側に配置されている。

この場合、図２に示すように、第１の組Ｇ１では、カップ（容器）２３内でウエハＷと現像液供給手段（図示せず）とを対峙させてレジストパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）と、ウエハＷをスピンチャック（図示せず）に載置して所定の処理を行うレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とが垂直方向の下から順に２段に重ねられている。第２の組Ｇ２には、この発明に係る基板処理装置としてのスムージング処理装置５０（以下にスムージング装置５０という）と、現像ユニット（ＤＥＶ）とが垂直方向の下から順に２段に重ねられている。なお、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とスムージング装置５０を下段側に配置した理由は、レジスト液の排液や、レジストの溶剤の排気が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であるためである。しかし、必要に応じてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ），スムージング装置５０を上段に配置することも可能である。

第３の組Ｇ３では、図３に示すように、ウエハＷをウエハ載置台２４に載置して所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット例えばウエハＷを冷却するクーリングユニット（ＣＯＬ）、ウエハＷに疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷの位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、ウエハＷをベークする熱処理装置を使用した４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。

また、第４の組Ｇ４では、オーブン型処理ユニット例えばクーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、急冷機能を有するこの発明に係る熱処理装置を使用した２つのチリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及びこの発明に係る熱処理装置を使用した２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。

上記のように処理温度の低いクーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いホットプレートユニット（ＨＰ）、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及びアドヒージョンユニット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱的な相互干渉を少なくすることができる。勿論、ランダムな多段配置とすることも可能である。

なお、図１に示すように、処理ステーション２０において、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニット（スピナ型処理ユニット）に隣接する第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４の多段ユニット（オーブン型処理ユニット）の側壁の中には、それぞれダクト２５，２６が垂直方向に縦断して設けられている。これらのダクト２５，２６には、ダウンフローの清浄空気又は特別に温度調整された空気が流されるようになっている。このダクト構造によって、第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４のオーブン型処理ユニットで発生した熱は遮断され、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２のスピナ型処理ユニットへは及ばないようになっている。

また、この処理システムでは、主ウエハ搬送機構２１の背部側にも図１に点線で示すように第５の組Ｇ５の多段ユニットが配置できるようになっている。この第５の組Ｇ５の多段ユニットは、案内レール２７に沿って主ウエハ搬送機構２１から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の組Ｇ５の多段ユニットを設けた場合でも、ユニットをスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２１に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。

上記インターフェース部３０は、奥行き方向では処理ステーション２０と同じ寸法を有するが、幅方向では小さなサイズに作られている。このインターフェース部３０の正面部には可搬性のピックアップカセット３１と定置型のバッファカセット３２が２段に配置され、背面部には、ウエハＷの周辺部の露光及び識別マーク領域の露光を行う露光手段である周辺露光装置３３が配設され、中央部には、搬送手段であるウエハの搬送アーム３４が配設されている。この搬送アーム３４は、Ｘ，Ｚ方向に移動して両カセット３１，３２及び周辺露光装置３３に搬送するように構成されている。また、搬送アーム３４は、θ方向に回転可能に構成され、処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）及び隣接する露光装置側のウエハ受渡し台（図示せず）にも搬送できるように構成されている。

上記のように構成される処理システムは、クリーンルーム内に設置されるが、更にシステム内でも、天井部に例えばヘパ（ＨＥＰＡ）フィルタ６を配設した効率的な垂直層流方式によって各部の清浄度を高めている。

次に、スムージング装置５０について、図４ないし図１０を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図４は、この発明に係る基板処理装置であるスムージング装置５０の第１実施形態を示す概略縦断面図、図５は、スムージング装置５０の概略横断面図である。

上記スムージング装置５０は、筐体５１内に、上記主ウエハ搬送機構２１から受け取った現像処理後のウエハＷを、該ウエハの表面を上面にして吸着保持する基板保持台５２（以下に保持台５２という）と、ウエハＷ表面に形成されたレジストパターンを膨潤させる溶剤蒸気をウエハＷの表面に向けて吐出する溶剤蒸気吐出ノズル５３（以下に溶剤吐出ノズル５３という）と、レジストパターンの溶解阻害性保護基を分解するための紫外線をウエハＷの表面に向かって照射する紫外線照射体５４と、を配設してなる。

この場合、保持台５２は、ウエハＷを保持する面が凹状に形成され、この凹状部５２ａ内に支持ピン５２ｂによって支持された状態で吸着保持されるウエハＷの表面と保持台５２の周辺上面とが略同一平面上になるように形成されている。なお、支持ピン５２ｂは図示しない昇降機構によって保持台５２の上面に昇降可能に形成されており、筐体５１の側壁５１ａに形成された搬入出口５１ｄを介して筐体５１内に侵入する主ウエハ搬送機構２１に対してウエハＷの受け渡しが行えるようになっている。なお、搬入出口５１ｄにはシャッタ５１ｇが開閉機構（図示せず）によって開閉可能に配設されている。

また、保持台５２は移動機構５５によって筐体５１の対向する両側壁５１ｂ，５１ｃ間に、水平移動可能に形成されている。この場合、移動機構５５は、筐体５１の対向する両側壁５１ｂ，５１ｃ間に横設されるボールねじ軸５５ａと、このボールねじ軸５５ａを正逆回転するモータ５５ｂと、保持台５２の下部に連結され、ボールねじ軸５５ａに摺動可能に嵌装される可動体５５ｃと、からなるボールねじ機構によって形成されている。なお、移動機構５５は、必ずしもボールねじ機構にて形成する必要はなく、筐体５１の対向する両側壁５１ｂ，５１ｃ間において、保持台５２を往復移動するものであれば、例えばシリンダやタイミングベルト機構等であってもよい。

上記紫外線照射体５４は、筐体５１の天井部５５ｅに取り付けられる、下部が開口するケース５４ａ内に配置される紫外線ランプ５４ｂによって形成されている。この場合、紫外線ランプ５４ｂの上方側に反射板５４ｃを配設し、また、ケース５４ａの開口部に紫外線を透過する透明板（図示せず）を設けてもよい。

上記溶剤吐出ノズル５３は、筐体５１の天井部５５ｅに、図示しない取り付けブラケットを介して紫外線照射体５４と隣接する位置に取り付けられている。この場合、溶剤吐出ノズル５３は、図示しない昇降機構によって垂直方向に昇降可能、すなわち保持台５２に保持されたウエハ表面と溶剤吐出ノズル５３との間隔が調整可能に形成されている。

なお、溶剤吐出ノズル５３と紫外線照射体５４との間に、天井部５５ｅから垂下される仕切壁５６を設けるようにしてもよい。この仕切壁５６によって、溶剤吐出ノズル５３から吐出される溶剤蒸気が紫外線照射体５４側に流れるのを阻止することができる。

上記溶剤吐出ノズル５３は、図６に示すように、ウエハＷの直径よりも長い矩形状のヘッド６０を有し、このヘッド６０の下面中央部には、長手方向の一端から他端に渡ってスリット状の吐出孔６１が形成され、吐出孔６１の周囲には、４分割されたスリット状の溶剤蒸気の排気孔６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄが形成されている。また、ヘッド６０の下面の少なくとも長手方向に沿う対向する２辺には、溶剤蒸気が外部へ流出するのを阻止する阻止壁６３が形成されている。また、ヘッド６０には、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、連通路６４を介して吐出孔６１に連通する溶剤蒸気溜め空間部６５が形成され、この空間部６５の上部に連通する供給孔６６に、溶剤蒸気供給源６７に接続する溶剤蒸気供給管６８が接続されている。なお、排気孔６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、図示しない排気管を介して排気手段例えば排気ポンプ（図示せず）に接続されている。

溶剤蒸気供給源６７は、例えば溶剤蒸気供給管６８と接続し液体溶剤が貯留された貯留タンク６７ａと、不活性の窒素（Ｎ２）ガスの供給源６９に接続し貯留タンク６７ａ内にＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給管６９Ａを備えている。Ｎ２ガス供給管６９Ａから貯留タンク６７ａの液体溶剤内にＮ２ガスを供給することによって、貯留タンク６７ａ内で気化している溶剤蒸気が溶剤蒸気供給管６８内に圧送され、溶剤蒸気が溶剤蒸気供給管６８を通って溶剤吐出ノズル５３に供給される。溶剤としては，例えばアセトン，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），Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）を用いることができる。

また、溶剤蒸気供給管６８には、溶剤蒸気の流量を検出する流量センサ７１と、流量を調節するバルブ７２が設けられている。流量センサ７１で検出された検出結果は、流量制御部７０に出力され、流量制御部７０は、検出結果に基づいてバルブ７２の開閉度を調整して溶剤吐出ノズル５３から吐出される溶剤蒸気の流量を所定の流量に設定できる。

なお、筐体５１の下部側方には排気口５１ｆが形成されている。この排気口５１ｆは、図示しない排気管を介して排気手段例えば排気ポンプ（図示せず）に接続されている。

また、上記保持台５２の移動機構５５（ボールねじ機構）のモータ５５ｂと、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂの駆動部及び溶剤吐出ノズル５３の駆動部等は、コントローラ８０に電気的に接続されている。これにより、コントローラ８０からの制御信号に基づいて、移動機構５５が駆動して保持台５２を図の右側から左側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷが紫外線照射体５４の直下位置を通過する際に、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂからウエハＷ表面のレジストパターンに紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解する。保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過して停止した後、移動機構５５のモータ５５ｂが逆回転して保持台５２を図の左側から右側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷが溶剤吐出ノズル５３の直下位置を通過する際に、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均し平滑化（スムージング）することができる。

＜第２実施形態＞
図７は、この発明の第２実施形態のスムージング装置５０Ａの主要部の動作態様を示す概略側面図である。

第２実施形態は、この発明における保持台５２に、更に保持台５２を水平面上に半回転する回転機構５７を具備した場合である。回転機構５７は上記コントローラ（図示せず）に電気的に接続されており、コントローラからの制御信号に基づいて所定のタイミング、すなわち保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過した後に駆動するようになっている。

なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

次に、第２実施形態のスムージング装置５０Ａの動作態様について説明する。ここでは、動作を分かり易くするために、保持台５２の移動側の先端部に目印５２ｍを付けてある。

まず、図７（ａ）に示すように、移動機構５５（ボールねじ機構）が駆動して保持台５２を、図の右側から左側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷが紫外線照射体５４の直下位置を通過する際に、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂからウエハＷ表面のレジストパターンに紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解する。

保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過して停止した後、図７（ｂ）に示すように、回転機構５７が駆動して保持台５２を水平面上に半回転（１８０度回転）し、保持台５２の先端部（目印５２ｍを付けた部分）を１８０度回転する。

次に、図７（ｃ）に示すように、移動機構５５のモータ５５ｂが逆回転し、保持台５２によって保持されているウエハＷが溶剤吐出ノズル５３の直下位置を通過する際に、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングすることができる。

第２実施形態のスムージング装置５０Ａによれば、先に紫外線が照射されたウエハ表面より後に紫外線が照射されたウエハ表面に向かって溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してスムージングすることができるので、ウエハ表面全体の紫外線照射後の時間のずれを少なくして溶解阻害性保護基の分解を均一にすることができる。

＜第３実施形態＞
図８は、この発明の第３実施形態のスムージング装置５０Ｂの主要部の動作態様を示す概略側面図である。

第３実施形態は、この発明における溶剤吐出ノズル５３を保持台５２に対して水平移動可能にした場合である。この場合、溶剤吐出ノズル５３は、保持台５２の水平移動と平行に配設されるガイドレール５８に沿って移動可能に装着される移動機構５５Ｂ（ボールねじ機構）によって保持台５２に対して平行移動可能に形成されている。なお、移動機構５５Ｂはコントローラ８０と電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて所定のタイミング、すなわち保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過した後に駆動するようになっている。

また、第３実施形態において、保持台５２の対向する両端部には、溶剤吐出ノズル５３の助走面５９が延在して設けられている。このように助走面５９を設けることにより、溶剤吐出ノズル５３を保持台５２に設けられた助走面５９に位置させてから溶剤蒸気を吐出し、安定させた状態でウエハ表面に溶剤蒸気を吐出することができる。また、ウエハ表面に溶剤蒸気を吐出した後、溶剤吐出ノズル５３を助走面５９上に位置させてから溶剤蒸気の吐出を停止し、保持台５２の周囲への溶剤蒸気の飛散を抑制することができる。

なお、第３実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

次に、第３実施形態のスムージング装置５０Ｂの動作態様について説明する。まず、第１実施形態と同様に、移動機構５５Ｂ（ボールねじ機構）が駆動して保持台５２を、図の右側から左側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷが紫外線照射体５４の直下位置を通過する際に、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂからウエハＷ表面のレジストパターンに紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解する。

次に、保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過して、助走面５９が待機中の溶剤吐出ノズル５３の直下位置で停止した後、溶剤吐出ノズル５３から溶剤蒸気を吐出させ、その後、移動機構５５Ｂが駆動して、保持台５２によって保持されているウエハＷの上方に溶剤吐出ノズル５３を水平移動し、溶剤吐出ノズル５３がウエハＷの上方を通過する際に、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングする。なお、保持台５２が紫外線照射体５４の直下位置を通過した後、保持台５２を停止させずに、保持台５２と溶剤吐出ノズル５３とを相対的に水平移動して溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してもよい。

＜第４実施形態＞
図９は、この発明の第４実施形態のスムージング装置５０Ｃの主要部を示す概略横断面図である。

第４実施形態は、保持台５２を水平移動させずに、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３を保持台５２に対して水平移動可能に構成した場合である。この場合、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３は、保持台５２に対して平行に配設されるガイドレール５８Ｃに沿って移動可能に装着される紫外線照射体移動機構５５Ｃ1と溶剤吐出ノズル移動機構５５Ｃ2によって保持台５２に対してそれぞれ平行移動可能に形成されている。なお、移動機構５５Ｃ1，５５Ｃ2はコントローラ８０と電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて所定のタイミング、すなわち先に紫外線照射体５４が保持台５２の上方位置を水平移動した後に、溶剤吐出ノズル５３が保持台５２の上方位置を水平移動するようになっている。なお、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３とを時間遅れをもたせて同時に移動してもよい。

また、第４実施形態において、保持台５２の対向する両端部には、第３実施形態と同様に、溶剤吐出ノズル５３の助走面５９が延在して設けられており、溶剤吐出ノズル５３を保持台５２に設けられた助走面５９に位置させてから溶剤蒸気を吐出し、安定させた状態でウエハ表面に溶剤蒸気を吐出することができる。また、溶剤吐出ノズル５３を助走面５９上に位置させてから溶剤蒸気の吐出を停止することで、保持台５２の周囲への溶剤蒸気の飛散を抑制することができる。

なお、第４実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

次に、第４実施形態のスムージング装置５０Ｃの動作態様について説明する。まず、紫外線照射体移動機構５５Ｃ1が駆動して、ウエハＷを保持した保持台５２に対して、紫外線照射体５４を図の左側から右側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷの上方を紫外線照射体５４が通過する際に、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂからウエハＷ表面のレジストパターンに紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解する。

次に、溶剤吐出ノズル５３を助走面５９上に移動し、溶剤吐出ノズル５３から溶剤蒸気を吐出させ、その後、溶剤吐出ノズル移動機構５５Ｃ2が駆動して、保持台５２によって保持されているウエハＷの上方に溶剤吐出ノズル５３を水平移動し、溶剤吐出ノズル５３がウエハＷの上方を通過する際に、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングする。なお、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３とを時間遅れをもたせて同時に移動してもよい。

＜第５実施形態＞
図１０は、この発明の第５実施形態のスムージング装置５０Ｄの主要部を示す概略横断面図である。

第５実施形態は、保持台５２を水平移動させずに、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３を保持台５２に対して水平移動可能に構成し、かつ、保持台５２の対向する両端部側に紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３を配設した場合である。この場合、紫外線照射体５４と溶剤吐出ノズル５３は、それぞれ保持台５２に対して平行に配設されるガイドレール５８Ｄ1，５８Ｄ2に沿って移動可能に装着される紫外線照射体移動機構５５Ｄ1，溶剤吐出ノズル移動機構Ｄ2によって保持台５２に対してそれぞれ平行移動可能に形成されている。なお、移動機構５５Ｄ1，５５Ｄ2はコントローラ８０と電気的に接続されており、コントローラ８０からの制御信号に基づいて所定のタイミング、すなわち先に紫外線照射体５４が保持台５２の上方位置を水平移動した後に、溶剤吐出ノズル５３が保持台５２の上方位置を水平移動するようになっている。

次に、第５実施形態のスムージング装置５０Ｄの動作態様について説明する。まず、紫外線照射体移動機構５５Ｄ1が駆動して、ウエハＷを保持した保持台５２に対して、紫外線照射体５４を図の右側から左側に向かって水平移動し、保持台５２によって保持されているウエハＷの上方を紫外線照射体５４が通過する際に、紫外線照射体５４の紫外線ランプ５４ｂからウエハＷ表面のレジストパターンに紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性保護基を分解する。

次に、紫外線照射体５４を元の位置に移動させた後、あるいは、紫外線照射体５４の元の位置への移動と共に、溶剤吐出ノズル５３を助走面５９上に移動し、溶剤吐出ノズル５３から溶剤蒸気を吐出させ、その後、溶剤吐出ノズル移動機構５５Ｄ2が駆動して、保持台５２によって保持されているウエハＷの上方に溶剤吐出ノズル５３を図の左側から右側に向かって水平移動し、溶剤吐出ノズル５３がウエハＷの上方を通過する際に、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面に溶剤蒸気を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングする。

次に、上記のように構成されたスムージング装置５０，５０Ａ〜５０Ｄを備えたレジスト塗布・現像処理システムの動作態様について説明する。

まず、カセットステーション１０において、蓋開閉装置５が作動して先行のロットのウエハカセット１の蓋を開放する。次に、ウエハ搬送用ピンセット４がカセット載置台２上の未処理のウエハＷを収容しているカセット１にアクセスして、そのカセット１から１枚のウエハＷを取り出す。ウエハ搬送用ピンセット４は、カセット１よりウエハＷを取り出すと、処理ステーション２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット内に配置されているアライメントユニット（ＡＬＩＭ）まで移動し、ユニット（ＡＬＩＭ）内のウエハ載置台２４上にウエハＷを載せる。ウエハＷは、ウエハ載置台２４上でオリフラ合せ及びセンタリングを受ける。その後、主ウエハ搬送機構２１がアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に反対側からアクセスし、ウエハ載置台２４からウエハＷを受け取る。

処理ステーション２０において、主ウエハ搬送機構２１はウエハＷを最初に第３の組Ｇ３の多段ユニットに属するアドヒージョンユニット（ＡＤ）に搬入する。このアドヒージョンユニット（ＡＤ）内でウエハＷは疎水化処理を受ける。疎水化処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをアドヒージョンユニット（ＡＤ）から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。このクーリングユニット（ＣＯＬ）内でウエハＷはレジスト塗布処理前の設定温度例えば２３℃まで冷却される。冷却処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをクーリングユニット（ＣＯＬ）から搬出し、次に第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）へ搬入する。このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）内でウエハＷはスピンコート法によりウエハ表面に一様な膜厚でレジストを塗布する。

レジスト塗布処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）から搬出し、次にホットプレートユニット（ＨＰ）内へ搬入する。ホットプレートユニット（ＨＰ）内でウエハＷは載置台上に載置され、所定温度例えば１００℃で所定時間プリベーク処理される。これによって、ウエハＷ上の塗布膜から残存溶剤を蒸発除去することができる。プリベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次に第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）へ搬送する。このユニット（ＥＸＴＣＯＬ）内でウエハＷは次工程すなわち周辺露光装置３３における周辺露光処理に適した温度例えば２４℃まで冷却される。この冷却後、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを直ぐ上のエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬送し、このユニット（ＥＸＴ）内の載置台（図示せず）の上にウエハＷを載置する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台上にウエハＷが載置されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、搬送アーム３４はウエハＷをインターフェース部３０内の周辺露光装置３３へ搬入する。周辺露光装置３３において、ウエハＷ表面の周辺部の余剰レジスト膜（部）に光が照射されて周辺露光が施される。

周辺露光が終了した後、搬送アーム３４が周辺露光装置３３の筐体内からウエハＷを搬出し、隣接する露光装置４０側のウエハ受取り台（図示せず）へ移送する。

露光装置４０で全面露光が済んで、ウエハＷが露光装置４０側のウエハ受取り台に戻されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４はそのウエハ受取り台へアクセスしてウエハＷを受け取り、受け取ったウエハＷを処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬入し、ウエハ受取り台上に載置する。

ウエハ受取り台上に載置されたウエハＷは、主ウエハ搬送機構２１により、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）に搬送（搬入）され、フリンジの発生を防止するため、あるいは化学増幅型レジスト（ＣＡＲ）における酸触媒反応を誘起するため、例えば１２０℃で所定時間ポストエクスポージャーベーク処理が施される。

その後、ウエハＷは、第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属する現像ユニット（ＤＥＶ）に搬入される。この現像ユニット（ＤＥＶ）内では、ウエハＷ表面のレジストに現像液が満遍なく供給されて現像処理が施される。この現像処理によって、ウエハＷ表面に形成されたレジスト膜が所定の回路パターンに現像されると共に、ウエハＷの周辺部の余剰レジスト膜が除去され、更に、ウエハＷ表面に形成された（施された）アライメントマークＭの領域に付着したレジスト膜が除去される。このようにして、現像が終了すると、ウエハＷ表面にリンス液がかけられて現像液が洗い落とされる。

現像工程が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを現像ユニット（ＤＥＶ）から搬出して、次にスムージング装置５０（５０Ａ〜５０Ｄ）へ搬入する。スムージング装置５０（５０Ａ〜５０Ｄ）に搬送されたウエハＷは、表面を上向きにした状態で保持台５２上に保持される。そして、上述したように、保持台５２と、紫外線照射体５４及び溶剤吐出ノズル５３とが相対的に平行移動して、まず、ウエハ表面のレジストパターンに紫外線照射体５４から紫外線を照射してレジストパターンの溶解阻害性基（例えば、ラクトン基等）を分解する。その後、溶剤吐出ノズル５３からウエハ表面のレジストパターンに溶剤蒸気｛例えば、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），Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）等｝を吐出してレジストパターンを膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均し平滑化（スムージング）する。

スムージング処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをスムージング装置５０（５０Ａ〜５０Ｄ）から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬入する。このユニット（ＨＰ）内でウエハＷは例えば１００℃で所定時間ポストベーク処理される。これによって、現像で膨潤したレジストが硬化し、耐薬品性が向上する。

ポストベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次にいずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。ここでウエハＷが常温に戻った後、主ウエハ搬送機構２１は、次にウエハＷを第３の組Ｇ３に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ移送する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台（図示せず）上にウエハＷが載置されると、カセットステーション１０側のウエハ搬送用ピンセット４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、ウエハ搬送用ピンセット４は、受け取ったウエハＷをカセット載置台上の処理済みウエハ収容用のウエハカセット１の所定のウエハ収容溝に入れ、ウエハカセット１内に全ての処理済みのウエハＷが収納された後、蓋開閉装置５が作動して蓋を閉じて処理が完了する。

この発明に係る熱処理装置を適用したレジスト塗布・現像処理システムの一例を示す概略平面図である。上記レジスト塗布・現像処理システムの概略正面図である。上記レジスト塗布・現像処理システムの概略背面図である。この発明に係る基板処理装置の第１実施形態を示す概略縦断面図である。上記基板処理装置の概略横断面図である。この発明における溶剤蒸気吐出ノズルを示す斜視図（ａ）、（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図（ｂ）及び（ａ）のII−II線に沿う断面図（ｃ）この発明の第２実施形態の基板処理装置の主要部の動作態様を示す概略側面図である。この発明の第３実施形態の基板処理装置の主要部の動作態様を示す概略側面図である。この発明の第４実施形態の基板処理装置の主要部を示す概略横断面図である。この発明の第５実施形態の基板処理装置の主要部を示す概略横断面図である。

符号の説明

Ｗ半導体ウエハ（被処理基板）
５０，５０Ａ〜５０Ｄスムージング処理装置
５１筐体
５２基板保持体
５３溶剤吐出ノズル（溶剤蒸気吐出ノズル）
５４紫外線照射体
５５保持台移動機構
５５Ｂ保持台移動機構
５５Ｃ１，５５Ｄ１紫外線照射体移動機構
５５Ｃ２，５５Ｄ２溶剤吐出ノズル移動機構
５７回転機構
５９助走面
８０コントローラ

Claims

表面にレジストパターンが形成され、露光処理され現像処理された基板を処理する基板処理装置であって、
上記基板の表面を上面にして保持する基板保持台と、
上記レジストパターンを膨潤させる溶剤蒸気を上記基板の表面に向けて吐出する溶剤蒸気吐出ノズルと、
上記レジストパターンの溶解阻害性保護基を分解するための紫外線を上記基板の表面に向かって照射する紫外線照射体と、
上記基板保持台を上記溶剤蒸気吐出ノズル及び紫外線照射体に対して平行移動する保持台移動機構と、上記基板保持台を水平面上に半回転する回転機構とを具備してなり、
上記紫外線照射体に対して上記基板保持台を平行移動して上記基板表面のレジストパターンに上記紫外線照射体から紫外線を照射した後、上記基板保持台を半回転した状態で基板保持台を上記溶剤蒸気吐出ノズルに対して平行移動して上記溶剤蒸気吐出ノズルから溶剤蒸気を吐出する、ことを特徴とする基板処理装置。
表面にレジストパターンが形成され、露光処理され現像処理された基板を処理する基板処理装置であって、
上記基板の表面を上面にして保持する基板保持台と、
上記レジストパターンを膨潤させる溶剤蒸気を上記基板の表面に向けて吐出する溶剤蒸気吐出ノズルと、
上記レジストパターンの溶解阻害性保護基を分解するための紫外線を上記基板の表面に向かって照射する紫外線照射体と、
上記基板保持台を上記紫外線照射体に対して平行移動する保持台移動機構と、上記溶剤蒸気吐出ノズルを上記基板保持台に対して平行移動するノズル移動機構とを具備してなり、
上記紫外線照射体に対して上記基板保持台を平行移動して上記基板表面のレジストパターンに上記紫外線照射体から紫外線を照射した後、上記溶剤蒸気吐出ノズルを基板保持台に対して平行移動して上記溶剤蒸気吐出ノズルから溶剤蒸気を吐出する、ことを特徴とする基板処理装置。
請求項１又は２に記載の基板処理装置において、
上記溶剤蒸気吐出ノズルは、少なくとも基板の直径の長さに渡って溶剤蒸気を吐出する吐出口を有するヘッドを具備し、上記ヘッドにおける上記吐出口の周囲に、溶剤蒸気を排気する排気口を形成してなる、ことを特徴とする基板処理装置。