JP4893574B2 - 表面露光装置、表面露光方法、塗布、現像装置及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、その表面に化学増幅型のポジレジストが塗布され、当該レジストにパターンを形成するために液浸露光が行われる基板について、そのレジストの表面のみを露光して良好なパターンを形成するための表面露光装置、表面露光方法及びその表面露光装置を備えた塗布、現像装置及び前記表面露光装置の動作を制御するプログラムを記憶した記憶媒体に関する。

半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面にレジストを塗布し、このレジストを所定のパターンで露光した後に現像してレジストパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布、現像を行う塗布、現像装置に、露光装置を接続したシステムを用いて行われる。

また、前記レジストとしては溶解抑止基が結合することで現像液に不溶に構成された樹脂及び光酸発生剤（ＰＡＧ）を含む化学増幅型のポジレジストが主流として用いられている。このレジストは露光されることで光酸発生剤（ＰＡＧ）から酸（Ｈ+）を生じ、さらにＰＥＢと呼ばれる加熱処理を受けることにより、その酸が熱拡散して酸触媒反応が起こり、連鎖的に樹脂から溶解抑止基を外す（脱保護）。それによって当該レジストにおいて露光されてない領域が現像液に対して不溶領域として維持される一方で、露光された領域が現像液に可溶となる。

近年は上記レジストパターンの線幅の微細化が進み、例えば４５ｎｍの線幅のパターンを形成することが目標となっており、それを実現するためのリソグラフィ技術として例えば液浸露光プロセスの開発が進められている。液浸露光について簡単に説明すると、図１５（ａ）に示すように露光手段１の露光レンズ１１とウエハＷとの間に例えば純水からなる液膜１２を形成し、そして図１５（ｂ）に示すように露光手段１を横方向に移動させて次の転写領域（ショット領域）１１Ａに対応する位置に当該露光手段１を配置し、光を照射する動作を繰り返すことにより、レジスト膜１４に所定の回路パターンを転写する露光方式である。図中１３Ａ，１３Ｂは、夫々液膜１２を形成するための液供給路、排液路である。また、転写領域１１Ａは実際よりも大きく示している。

液浸露光はレジスト膜表面にトップコート（ＴＣ）と呼ばれる撥水性の保護膜を形成して行われる場合もあるが、スループット向上を図るためにこの保護膜を形成しなくても液浸露光を適用できるレジストの導入が検討されている。しかし液浸露光後にウエハＷ表面上には液膜１２の形成に用いた液滴１０が残留する場合があり、図１６（ａ）に示すように前記化学増幅型のポジ型のレジスト膜１４の表面に液滴１０が残ると、その液滴１０を構成する液体がレジスト膜１４に浸透すると共にレジスト膜１４の極表面に含まれる酸、添加剤、ソルベント及びＰＡＧなどが当該液滴１０中に溶出し、その結果として液滴１０下のレジスト膜の表層領域にウォータマークと呼ばれる染みとなる領域１５が出現する（図１６（ｂ））。図示の便宜上図１６（ｂ）では酸のみが液滴に溶出するように示しているが前記ＰＡＧなども酸と同様に液滴に溶出する。

このようにウォータマークが形成された表層領域１５は、ＰＥＢ前に液滴１０が除去されても、ＰＥＢ処理時における酸濃度が低く、上述の酸触媒反応が、他の領域に比べて相対的に起こり難い不活性領域として残る（図１６（ｃ））。なお図中１４Ａ、１４Ｂは夫々レジスト膜１４の露光部分、未露光部分である。

上記のように酸触媒反応が不活性な表層領域１５が形成されたウエハＷがＰＥＢ処理を受けると、この表層領域１５においては上述した樹脂の脱保護反応率が他の領域に比べて低くなるため、図１６（ｄ）に示すように、表層領域１５以外の領域においてはＰＥＢにより露光部分１４Ａ、未露光部分１４Ｂが夫々現像液に対する可溶領域１６Ａ、不溶領域１６Ｂとなるように潜像が形成されるが、表層領域１５においては露光部分１４Ａであっても現像液に対する不溶領域１６Ｂとして潜像が形成されることになる。

その結果として図１６（ｅ）に示すように現像後、表層領域１５は未解像となり、ウエハＷの極表面に現像欠陥１８が発生する。観察される現像欠陥１８としては、液滴１０の形をそのままレジスト膜１４に投影した大きな円形のものから、パターン１７上部に形成される非常に小さなラインブリッジまで多種多様であるが、傾向としてクリーンルーム雰囲気中のアミンなどがレジストに作用した場合に発生するような、パターン１７間の壁部の上部が横方向に張り出したＴ−ｔｏｐと呼ばれる形状や、図１６（ｅ）に示すように前記壁部の上部同士がつながるような形状のものが発生しやすい。

特許文献１及び特許文献２には露光後にレジストの表面のみを露光し、その表面に多量の酸を発生させることで、現像時にその表面を露光により除去して、パターンの形状を整えることが記載されている。しかしレジスト表面のみを露光できるように、その波長を制御した光を供給することは難しく、この手法のみを用いて上記の問題を抑えることは難しい。

特開平６−３４９７２４（図１） 特開平７−１９９４８３（図１）

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、化学増幅型ポジレジストが塗布され、そのレジストにパターンを形成するために液浸露光が行われた基板について、当該レジストの表面のみを酸触媒反応を起こすための加熱処理前に露光して、良好な形状のパターンを形成するための表面露光装置、表面露光方法、その表面露光装置を備えた塗布、現像装置及びこの方法を実施するためのプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。

本発明の表面露光装置は、その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われ、次いで露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理が行われる基板に対して、液浸露光の前または後にレジスト膜の表面のみを露光する表面露光装置において、
前記基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板上のレジスト膜の表面に露光用の光を照射する光照射面を有する露光ヘッドと、
少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面を露光するように、前記露光ヘッドを当該基板に対して相対的に水平移動させる移動手段と、
前記露光ヘッドと基板の表面との間にその屈折率がレジスト膜の屈折率よりも大きい液体を供給する液体供給部と、
基板に供給された前記液体を除去する液体除去部と、
前記露光ヘッドに設けられ、前記光照射面から照射されて基板の表面から反射された光を吸収する光吸収体と、を備え、
前記光照射面は、前記液体を介してレジスト膜の表面に供給された光が当該レジスト膜の表面にて全反射するようにその向きが設定されていることを特徴とする。

前記液体供給部として、例えば前記光照射面を介して表面露光を行うにあたり、露光ヘッドの下端部において基板から見て、前記光照射面よりも当該露光ヘッドの進行方向側に開口した前記液体の吐出口が設けられており、その場合例えば前記液体除去部として、露光ヘッドの下端部に基板に供給された液体を吸引する吸引口が設けられ、前記吐出口と吸引口とは互いに光照射面を挟むように開口していてもよい。また前記光源から発せられる光は例えばレジスト膜が吸収する帯域の波長を有する単色光である。前記光照射面は、石英からなる導光ロッドにより構成されていてもよく、また、レジスト膜が吸収する帯域の波長を有する光を発する光源を備え、その光源からの光が、前記露光ヘッドを介さずに、少なくとも前記パターンが形成される領域に照射されていてもよい。

本発明の表面露光方法は、その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われ、次いで露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理が行われる基板に対して、液浸露光の前または後にレジスト膜の表面のみを露光する表面露光方法において、
基板保持部により前記基板を水平に保持する工程と、
光照射面を有する露光ヘッドから前記基板上のレジスト膜の表面に露光用の光を照射する工程と、
移動手段により少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面を露光するように、前記露光ヘッドを当該基板に対して相対的に水平移動させる工程と、
液体供給部により前記露光ヘッドと基板の表面との間にその屈折率がレジスト膜の屈折率よりも大きい液体を供給する工程と、
液体除去部により基板に供給された前記液体を除去する工程と、
前記露光ヘッドに設けられた光吸収体により、前記光照射面から照射されて基板の表面から反射された光を吸収する工程と、を備え、
前記光照射面は、前記液体を介してレジスト膜の表面に供給された光が当該レジスト膜の表面にて全反射するようにその向きが設定されていることを特徴とする。

前記処理液を供給する工程は、例えば前記光照射面を介して表面露光を行うにあたり、露光ヘッドの下端部において基板から見て、前記光照射面よりも露光ヘッドの進行方向側に開口した吐出口から前記液体を吐出する工程を含んでいてもよく、また、前記処理液を除去する工程は、露光ヘッドの下端部に開口し、前記吐出口と互いに光照射面を挟むように設けられた吸引口から基板に供給された処理液を吸引する工程を含んでいてもよい。さらに例えばレジスト膜が吸収する帯域の波長を有する光を発する光源からの光を、前記露光ヘッドを介さずに、少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面に照射する工程を含んでいてもよい。

本発明の塗布、現像装置は基板を収納しキャリアが搬入されるキャリアブロックと、
前記キャリアから取り出された基板の表面に化学増幅型のポジレジストを塗布してレジスト膜を形成する塗布部と、前記レジスト膜が形成された基板を加熱処理する加熱装置と、液浸露光後の基板を現像する現像処理部と、を含む処理ブロックと、
この処理ブロックと前記レジストに対して前記液浸露光を行う露光装置との間で基板の受け渡しを行うインターフェイスブロックと、を備えた塗布、現像装置において、
前記前記液浸露光後、前記加熱処理を行うまでに、レジスト膜に表面露光処理を行う上述の表面露光装置を備えることを特徴とする。

その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜が形成され、そのレジスト膜の形成後に当該レジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われる基板に対して、そのレジスト膜の露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理を行う前に当該レジスト膜の表面のみを露光する表面露光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、上述の表面露光方法を実施するためのものであることを特徴とする。

本発明の表面露光装置によれば、露光用の光を照射する光照射面を備えた露光ヘッドと基板の表面との間にその屈折率が化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜の屈折率よりも大きい液体を供給して、レジスト膜に照射される光が当該レジスト膜で全反射されるようにその向きを設定して表面露光を行っている。従ってレジスト膜に照射された光は当該レジスト膜中へと進入せず、当該レジスト膜の表面のみが露光されて、その表面の酸の濃度が上昇する。従って液浸露光後、レジスト膜表面に液滴が残り、ウォータマークが発生し、そのウォータマークの発生した領域が、酸濃度が低下した加熱処理時に酸触媒反応の起こり難い不活性領域となっても、このようにレジスト膜の表面が露光されることでその不活性領域に酸が補填されて活性化される。従って前記レジスト膜の液滴下の表面領域において液浸露光後の加熱処理時に酸触媒反応の低下を抑えることができ、その領域に異常なパターンが形成されることが抑えられる。また、液浸露光前に表面露光する場合にも、レジスト膜に含まれる光酸発生剤が前記液滴に溶出する前に予め基板表面に高い酸濃度の層を形成することが可能になるため、当該液滴に酸が溶出しても、レジスト膜表面の酸濃度が、前記不活性領域が形成されるレベルにまで低下することが抑えられる。従ってレジスト膜の液滴下の表面領域において液浸露光後の加熱処理時に酸触媒反応の低下を抑えることができる。
また、この手法は光をレジスト膜で全反射させることにより、露光される領域を非常に薄い極表面に留めることができるので、液浸露光により形成される本来のパターン形状や線幅（ＣＤ）への影響が少ないため有効である。

本発明の実施の形態の一例である表面露光装置２について夫々縦断平面図、横断平面図である図１、図２を参照しながら説明する。表面露光装置２は筐体２１を備え、筐体２１内にはウエハＷの裏面側中央部を吸引吸着して水平姿勢に保持する基板保持部２２が設けられている。このウエハＷは詳しくは後述するが、例えばシリコン基板により構成され、その表面には背景技術の欄で説明したように化学増幅型のポジレジスト（以下単にレジストと呼ぶ）によるレジスト膜Ｒが形成されており、そのレジスト膜Ｒは所定のパターンに沿って液浸露光が行われている。

基板保持部２２上のウエハＷを囲むようにして上方側が開口するカップ体２３が設けられている。このカップ体２３は、外カップ２４及び内カップ２５とからなる。昇降部２６により外カップ２４が昇降し、この外カップ２４の昇降動作に応じて内カップも昇降して、ウエハ処理時にはカップ体２３が図中点線で示すように位置に上昇する。また基板保持部２２の下方側の円形板２７の外側には、断面が凹部状に形成された液受け部２８が全周に亘って設けられており、ウエハＷからこぼれ落ちた処理液は、液受け部２８の底面に設けられた排出口２９を介して装置の外部に排出される。

なお、図示は省略するが、円形板２７を貫通する例えば３本の昇降ピンが設けられており、この昇降ピンと図示しない基板搬送手段との協働作用により筐体２１の側壁に開口した搬送口２０を介して筐体２１内に搬送されたウエハＷは基板保持部２２に受け渡される。

表面露光装置２は水平に伸びた露光ヘッド３を備えている。この露光ヘッド３の下端面３１はウエハＷと対向し、図３に示すようにその下端面３１には露光ヘッド３の長さ方向に沿ってスリット状の処理液吐出口３２及び吸引口３３が間隔をおいて互いに並行するように開口している。処理液吐出口３２及び吸引口３３の長さ方向の大きさはウエハＷの直径と略同じか、あるいはそれよりも若干長く形成されている。

処理液吐出口３２、吸引口３３は図４に示すように夫々露光ヘッド３内に形成された処理液供給路３２Ａ，吸引路３３Ａに連通している。処理液供給路３２Ａには処理液供給管３２Ｂの一端が接続され、処理液供給管３２Ｂの他端はバルブ及びマスフローコントローラからなる流量制御部３４を介して処理液供給源３５に接続されている。また、吸引路３３Ａには吸引管３３Ｂの一端が接続され、吸引管３３の他端は不図示の排液量調整機構を備えた排液ポンプなどからなる吸引手段３６に接続されている。

図２に示すように露光ヘッド３はアーム２Ａを介して駆動機構２Ｂに接続されている。この駆動機構２Ｂは、露光ヘッド３の長さ方向に直交し、且つ水平方向に伸びるように構成されたガイド２Ｃに沿って移動する。その駆動機構２Ｂの移動に伴って露光ヘッド３がカップ２３の外に設けられた待機領域２ＤからウエハＷへと移動し、さらに基板保持部２２に載置されたウエハＷ上をその一端側から他端側へと移動できるように構成されている。このウエハＷの一端側から他端側への移動中に処理液吐出口３２から所定の流量で処理液例えば純水が吐出されると共に吸引口３３からその吐出された処理液の吸引が行われて、露光ヘッド３の下端面３１に処理液の液膜Ｌが形成される。この処理液の吐出量及び吸引量は表面露光処理後のウエハＷ上に処理液が残留しないように設定される。

また、露光ヘッド３内においてはその露光ヘッド３の上部から下部へと向かう通路４１が形成されており、この通路４１は露光ヘッド３の下端面３１に形成された照射口４２に連通している。照射口４２は図７に示すように処理液吐出口３２と並行するようにスリット状に形成されている。通路４１には、図５に示すように例えば当該露光ヘッド３の長さ方向に沿って夫々角型の導光ロッド４４，４５，４６が複数設けられている。各導光ロッド４４〜４６は例えば石英により構成されており、その一端を構成する入光面４４ａ，４５ａ，４６ａに入射した光が、その他端を構成する出光面４４ｂ，４５ｂ，４６ｂから出光するように構成されている。また、通路４１には反射鏡４７が設けられている。出光面４６ｂは、特許請求の範囲でいう光照射面を構成する。

露光ヘッド３の上部には図６に示すように露光ヘッド３の長さ方向に多数配列されたコネクタ５１を介して多数の光ファイバ５２の一端が接続されており、各光ファイバ５２の一端からの光が導光ロッド４４の入光面４４ａに入射するように構成されている。各光ファイバ５２の他端は束ねられて光ファイバ束５３を形成し、所定の波長の光を発する光源であるランプ５４を備えた光源部５５に接続されており、このランプ５４の光が前記各光ファイバ５２の他端に入射するようになっている。後述するように露光ヘッド３の露光はレジスト表面での光の全反射を利用するものであるが、ランプ５４としては例えばウエハＷの表面の凹凸によりウエハＷに供給された光が散乱することでレジスト膜内部に入射し、そのレジスト膜内部が露光されることを防ぐために、レジストに吸収される帯域における波長を有する光を発するものが好ましく、その帯域における単色光がさらに好ましい。

光源部５５からの光は各光ファイバ５２を介して各導光ロッド４４の入光面４４ａに入光し、出光面４４ｂから出光して、各導光ロッド４５の入光面４５ａに入光する。そして、その光は各導光ロッド４５の出光面４５ｂから出光して反射鏡４７により反射し、各導光ロッド４６の入光面４６ａに入光してその出光面４６ｂから出光する。導光ロッド４６の出光面４６ｂは上述のように露光ヘッド４の下端面３１とウエハＷとの間に液膜Ｌが形成されたときに、その液膜Ｌに接するように構成されている。光ファイバ５２、導光ロッド４４〜４６及び反射鏡４７は、上記のように導光ロッド４６から出光した光が平行光となり、後述するようにレジスト膜Ｒ表面で全反射するように構成される。

また、各導光ロッド４６からウエハＷへ照射される光束の横断面４Ａは、スリット状となり、図７に示すように露光ヘッド３の移動によりウエハＷの一端から他端へ移動し、ウエハＷ表面全体が露光されるようになっている。

図６中の鎖線は鉛直軸を示しており、また図中θは、上述のように導光ロッド４６からウエハＷのレジスト膜Ｒに照射される光の入射角である。この入射角θはスネルの法則に従い、導光ロッド４６から液膜Ｌを透過してレジスト膜Ｒへと照射された光がレジスト膜Ｒを透過せず、そのレジスト膜Ｒ表面で全反射するように決定される。具体的に、液膜Ｌを形成する処理液として用いる物質の屈折率をｎ１、レジスト膜Ｒを構成する物質の屈折率をｎ２とすると、下記の式１の関係を満たすように処理液及びレジストが選択されると共に露光ヘッド３内の各導光部材の配置が設定される。全反射が起きるには屈折率が大きい媒質から屈折率が小さい媒質へ光が入ることが必要であるためｎ１＞ｎ２である。
［式１］・・・入射角θ≧arcsin(ｎ２/ｎ１)
このように入射角θが設定されるのは、この表面露光装置２の作用で説明するようにレジスト膜Ｒの表面で前記全反射が起こるようにランプ５４からの光をレジスト膜Ｒに供給して、レジスト膜Ｒの表面のみを露光するためである。また、θ＝arcsin(ｎ２/ｎ１)であるとき、このθは全反射が起きる最も小さな入射角である臨界角となる。

ところで、この例では光源部５５からウエハＷに光を供給するための導光部材は、光ファイバ５２、導光ロッド４４〜４６及び反射鏡４７により構成されているが、上記のθ≧arcsin(ｎ２/ｎ１)を満たすように光源部５５からの光をウエハＷに供給できれば、このように複数種類の導光部材により光路を形成することに限られない。例えば光ファイバや導光ロッドのみによって光路を構成し、光源部５５からの光をレジスト膜Ｒに供給してもよい。またこの例よりも多くの導光部材によって光路を形成してもよい。

また露光ヘッド３の下端面３１には照射口４２に並行するように、光吸収体４９が設けられる。光吸収体４９は、上述のように照射口４２から出光してレジスト膜Ｒ表面で全反射した光が散乱して、再度レジスト膜Ｒに供給されてレジスト内が露光されることを抑える役割を有する。光吸収体４９を構成する材質は、光源部５５のランプ５４が発する光に応じて選択される。

また、例えば露光ヘッド３内にはシャッタ４８が設けられている。ウエハＷの露光が行われない場合には、シャッタ４８は通路４１において導光ロッド４４と導光ロッド４５との間の待機位置に位置して導光ロッド４４から導光ロッド４５へ向かう光を遮る一方で、ウエハＷの表面露光を行う場合には導光ロッド４４，４５間から例えば図４及び図５に示す導光ロッド４４から導光ロッド４５への光の入光を妨げない退避位置に移動する。

続いて制御部５０について説明する。制御部５０は、例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、後述の作用で説明する表面露光処理が行われるように命令が組まれた例えばソフトウエアからなるプログラムが格納されており、このプログラムが制御部５０に読み出されることで制御部５０は露光ヘッド３の移動、流量制御部３４による処理液の供給、吸引手段による処理液の吸引、シャッタ４８の移動によるウエハＷへの光の供給などを制御し、後述のようにウエハＷ表面に露光処理を行うことができるようになっている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

次に表面露光装置２の作用について図８及び図９を参照しながら説明する。図８は露光ヘッド３の動作を示したものであり、図９はウエハＷの表面部を構成するレジスト膜Ｒの極表面が露光される様子を示したものである。このウエハＷについて詳しく説明しておくと、図９中６１，６２はそのレジスト膜Ｒにおける夫々露光領域、未露光領域であり、前記露光領域は液浸露光により形成されており、その液浸露光は例えばレジスト膜Ｒを透過する光を用いて行われ、露光領域６１は図９（ａ）に示すようにレジスト膜Ｒの表面だけでなくレジスト膜Ｒ内部にも形成されている。また、レジスト膜Ｒの表面上には液浸露光で用いられた液体例えば純水により構成される液滴Ｄが残留しており、背景技術の欄で説明したように液滴Ｄを構成する液体がレジスト膜Ｒの極表面に浸透すると共にレジスト膜Ｒ中に含まれる酸や光酸発生剤などが液滴Ｄ中に溶出し、それらの濃度が低下することで、液滴Ｄ直下のレジスト膜Ｒの極表面には酸触媒反応が起こり難い不活性領域６３が形成されている（図９（ｂ））。

先ず前記ウエハＷが図示しない基板搬送手段により表面露光装置２に搬入されると、図示しない昇降ピンを介して基板保持部２２に載置され、然る後露光ヘッド３が待機領域２ＤからウエハＷの一端へと移動する（図８（ａ））。露光ヘッド３の下端面３１がウエハＷ上に位置する直前で処理液吐出口３２からの処理液の吐出及び吸引口３３から処理液の吸引が開始され、また、例えばこれら処理液の吐出及び吸引と略同時に露光ヘッド３のシャッタ４８が導光ロッド４４，４５間を遮る待機位置から退避位置に移動し、光源部５５から光ファイバ５２を介して導光ロッド４４に入射した光が、導光ロッド４５、反射鏡４７及び導光ロッド４６を介して露光ヘッド３の照射口４２から照射される。

露光ヘッド３の下端面３１がウエハＷの一端上へ移動すると、下端面３１とウエハＷのレジスト膜Ｒとの間に液膜Ｌが形成され、照射口４２から照射された光はこの液膜Ｌを介してレジスト膜Ｒに入射する。図８（ｂ）に矢印で示すようにレジスト膜Ｒに照射された光は上述のようにレジスト膜Ｒを透過せずに、当該レジスト膜Ｒの極表面で全反射し、光が照射されたレジスト膜Ｒの極表面が露光され、全反射した光は露光ヘッド３の光吸収体４９により吸収される（図９（ｃ））。

露光ヘッド３がウエハＷの一端から他端へ向けて移動すると共に、前記液膜Ｌの形成及び露光ヘッド３からの光の照射が続けられ、ウエハＷの一端側から他端側へ向けてその表面が露光されて、露光された領域においてはレジスト膜Ｒ中に含まれる光酸発生剤から酸が発生する。

露光ヘッド３の移動中、その下端面３１がレジスト膜Ｒ上に残留した液滴Ｄに近づくと液滴Ｄは液膜Ｌを形成する液流に巻き込まれ、その液膜Ｌを形成する液体と共に吸引口３３に吸引されて、レジスト膜Ｒ表面から除去される（図８（ｃ））。そして露光ヘッド３が液滴Ｄの直下にあった前記酸触媒反応の不活性領域６３を露光し、この領域６３においても当該領域６３に残っている光酸発生剤から酸が発生してその酸濃度が上昇する。それによって当該不活性領域６３が消失する（図９（ｄ））。

ウエハＷの他端へ露光ヘッド３が移動し、レジスト膜Ｒ表面全体が露光されると（図８（ｄ））、処理液吐出口３２からの処理液の吐出が停止して液膜Ｌの形成が停止し、また処理液の吐出停止と略同時にシャッタ４８が導光ロッド４４，４５間の待機位置に移動し、露光ヘッド３の照射口４２からの光の照射が停止する。処理液の吐出の停止に若干遅れて吸引口３３からの処理液の吸引が停止する。その後、露光ヘッド３が待機領域２Ａに移動し、然る後ウエハＷは不図示の基板搬送手段により装置２の外部へ搬出される。

この表面露光装置２による処理後のウエハＷについて図１０を用いて説明すると、例えばそのウエハＷは加熱装置に搬送されＰＥＢ処理を受け、背景技術の欄に示すように酸触媒反応による脱保護が起きて、レジスト膜Ｒの露光領域６１が現像液に対する可溶領域６５となる。つまりレジスト膜Ｒにおいて、表面露光装置２により露光された表面全体と液浸露光により露光された領域とが可溶領域６５となり、未露光領域６２が現像液に対する不溶領域６６として残る（図１０（ａ））。加熱処理後、ウエハＷは現像装置に搬送され、現像液が供給されて可溶領域６５が現像液に溶解し、レジストパターン６７が形成される（図１０（ｂ））。

上記の表面露光装置２によれば、露光ヘッド３の下端面３１とレジスト膜Ｒとの間にレジスト膜Ｒの屈折率より高い屈折率を持つ液体により構成される液膜Ｌを形成し、その液膜Ｌを介してレジスト膜Ｒ表面で全反射が起きるように露光ヘッド３から当該レジスト膜Ｒ表面に光を供給すると共に露光ヘッド３を水平移動させてレジスト膜Ｒの極表面全体を露光している。これにより当該レジスト膜Ｒの極表面において液滴Ｄの残留によりウォータマークが形成され、そのウォータマークが形成された領域の酸が少なくなっても、露光によってその領域に残留している光酸発生剤から酸が発生し、その領域の酸の濃度が上昇する。その結果、この表面露光装置２による処理後に加熱処理を行ったときに、このレジスト膜Ｒの極表面が現像液に対する可溶領域となり、現像処理を受けることによりその可溶領域が除去される。従って現像欠陥の発生が抑えられ、良好な形状のレジストパターンを得ることができる。

また、この表面露光装置２は液滴Ｄの除去処理と表面露光と同時に行っているので、これらの処理を別々に行う場合に比べてスループットの向上を図ることができる。

本発明はレジスト膜Ｒ上に例えば撥水性の保護膜や反射防止膜などが形成されていても、これらの膜上に液滴Ｄが残留したときに、当該膜を介して液滴Ｄへとレジスト膜Ｒ中の酸などが溶出する場合は、効果的に用いることができる。

なお、上記のように表面露光処理を行う際に露光ヘッド３を水平移動させながら液膜Ｌの形成及び光の照射を行う代わりに、ウエハＷへの照射される光束の横断面４ＡがウエハＷの直径をカバーするように露光ヘッド３を配置し、基板保持部２２を鉛直軸周りに回転させてウエハＷ表面全体を露光するようにしてもよい。なお、上記実施形態においてはウエハＷの表面全体を露光しているが、例えば周縁部を除いた、レジストパターンが形成される領域の表面のみを露光できるような大きさに露光ヘッド３を構成してもよい。

上記表面露光装置２において、例えば露光ヘッド３とは別体の処理液供給ノズルを設けると共に基板保持部２２を鉛直軸回りに回転可能に構成し、前記処理液供給ノズルから処理液をウエハＷ中心に供給すると共に基板保持部２２を介してウエハＷを回転させ、遠心力により処理液をウエハＷ全体に広げて液膜を形成した後に露光ヘッド３により表面露光を行ってもよい。また表面露光後、ウエハＷ上の処理液を、基板保持部２２を高速で回転させて振り切ることで除去してもよい。ただし上述の実施形態のように処理液の供給及び除去を行うことで、ウエハＷが処理液に接する時間が抑えられ、処理液への酸の溶出が抑えられるため好ましい。

上記の実施形態は液浸露光済みのウエハＷを露光する例について説明しているが、例えばレジスト膜Ｒ形成後、液浸露光前のウエハＷについて上述のようにその表面を露光し、表面の酸の濃度を増加させてから液浸露光を行ってもよい。そのようにした場合、液浸露光後、レジスト膜Ｒ表面に液滴が残ったとしても液滴の下側のレジスト膜Ｒの極表面に残留する酸濃度は、このような表面露光を行わない場合に比べて増加するので、加熱処理及び現像処理後にレジスト膜Ｒの極表面が除去され、ウォータマークによる現像欠陥の発生を抑えることができる。
また、レジスト膜表面のＰＡＧは液浸露光に使用される液体により当該レジスト膜から抜けてしまう可能性があり、その場合は液浸露光前の方がレジスト膜にＰＡＧが十分に存在するため、露光領域において酸が均一に発生しやすい。従ってこの場合は、液浸露光前に表面露光を行うことがより有効である。

続いて図１１に示した本発明の他の実施の形態の一例である表面露光装置７について説明する。図中表面露光装置２と同様に構成されている部分については同じ符号を付して示しており、表面露光装置２との差異点としては、基板保持部２２と対向するように筐体７１を備えた露光部７０が設けられている。露光部７０は露光ヘッド３による表面露光を補助する目的で設けられており、筐体７１内には例えば複数の光源であるランプ７２と、各ランプ７２の周囲を覆いランプ７２から放射された光の一部を反射してウエハＷに供給するための複数の反射鏡７３とが設けられている。各ランプ７２及び反射鏡７３はウエハＷの表面全体に光を照射できるように横方向に配列されている。

レジスト膜Ｒ表面のみを露光し、レジスト膜Ｒ内部の露光を防ぐために、ランプ７２はレジストの吸収帯の波長域における光を照射するものが選択され、且つ適切な露光量で露光が行われるものとする。露光部７０の下部はランプ７２からの光を透過する光取出窓７４となっており、その光取出窓７４の下方には不図示の駆動部により横方向にスライドするシャッタ７５，７５が設けられている。シャッタ７５，７５の開閉動作は前記駆動部を介して制御部５０により制御され、ウエハＷの露光時には図１１に示すようにシャッタ７５，７５が開き、各ランプ７２からの光が光取出窓７４を透過してウエハＷの全面に供給され、レジスト膜Ｒ表面全体が露光される。そして露光を行わない場合にはシャッタ７５,７５が光取出窓７４の下方全体を覆い、ランプ７２からの光が遮断されるようになっている。

続いてこの表面露光装置７の作用について説明する。ウエハＷがこの表面露光装置７の基板保持部２２に載置されると、シャッタ７５，７５が開きランプ７２からの光がウエハＷの表面全体に照射され、レジスト膜Ｒの表面が露光される。所定の時間経過後、シャッタ７５，７５が閉じ、続いて露光ヘッド３が待機領域２ＡからウエハＷ上に移動し、表面露光装置２と同様にウエハＷの表面が露光される。このような表面露光装置７によれば、より確実にレジスト膜Ｒの表面が露光され、その酸濃度を増やすことができるので現像欠陥の発生を抑えることができる。特に露光部７０からの光はレジスト膜Ｒに吸収されるので、露光ヘッド３の全反射のみによる露光よりも若干深い領域まで露光し、その領域の酸濃度を増加させることができるため、酸濃度が減少している領域がレジスト膜Ｒの深さ方向に大きい場合に特に有効である。なお、露光ヘッド３による露光を行った後、露光部７０による露光を行ってもよい。また、露光ヘッド３の光ファイバ５２はこの露光部７０に接続し、ランプ７２からの光を取り入れるようにしてもよい。

続いて上述の表面露光装置７の塗布、現像装置への適用例について説明する。図１２、図１３を用いて説明する。図１２、図１３は夫々塗布、現像装置８の平面図、斜視図である。図中Ｂ１はウエハＷが例えば２５枚密閉収納されたキャリアＣを搬入出するためのキャリアブロックであり、キャリアＣを複数個載置可能な載置部８２を備えたキャリアステーション８１と、このキャリアステーション８１から見て前方の壁面に設けられる開閉部８３と、開閉部８３を介してキャリアＣからウエハＷを取り出すための受け渡し手段Ａ１とが設けられている。

キャリアブロックＢ１の奥側には筐体８４にて周囲を囲まれる処理ブロックＢ２が接続されており、この処理ブロックＢ２には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３と、後述する塗布・現像ユニットを含む各処理ユニット間のウエハＷの受け渡しを行う主搬送手段Ａ２，Ａ３とが交互に配列して設けられている。即ち、棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３及び主搬送手段Ａ２，Ａ３はキャリアブロックＢ１側から見て前後一列に配列されると共に、各々の接続部位には図示しないウエハ搬送用の開口部が形成されており、ウエハＷは処理ブロックＢ２内を一端側の棚ユニットＵ１から他端側の棚ユニットＵ３まで自由に移動できるようになっている。

また主搬送手段Ａ２，Ａ３は、キャリアブロックＢ１から見て前後方向に配置される棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットＵ４，Ｕ５側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁７５により囲まれる空間内に置かれている。また図中８６、８７は各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。

液処理ユニットＵ４，Ｕ５は、例えば図１２に示すように塗布液（レジスト液）や現像液といった薬液供給用のスペースをなす収納部８８の上に、上記レジストを塗布して成膜する塗布ユニットＣＯＴ、現像ユニットＤＥＶ及び反射防止膜形成ユニットＢＡＲＣ等を複数段例えば５段に積層した構成とされている。また上述の棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、液処理ユニットＵ４，Ｕ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば１０段に積層した構成とされており、ウエハＷを加熱（ベーク）する加熱ユニット、ウエハＷを冷却する冷却ユニット、各ユニット間でウエハの受け渡しを行うための受け渡しステージ（ＴＲＳ）等が含まれる。棚ユニットＵ３に含まれる加熱ユニットは液浸露光されたウエハＷを現像前に加熱するＰＥＢとして構成される。

処理ブロックＢ２における棚ユニットＵ３の奥側には、例えば第１の搬送室９１及び第２の搬送室９２からなるインターフェイスブロックＢ３が設けられている。図１３はインターフェイスブロックＢ３の斜視図であり、この図に示すように第１の搬送室９１、第２の搬送室９２には処理ブロックＢ２と露光装置Ｂ４との間でウエハＷの受け渡しを行うための２つの受け渡し手段Ａ４、Ａ５が夫々設けられている。第１の搬送室９１には、ウエハＷの受け渡しステージＴＲＳ，高精度温度調整モジュールＩＣＰＬが積層された棚ユニットＵ６と、露光装置Ｂ４に搬入する前にウエハＷを一時滞留させるバッファモジュールＢＭと表面露光装置７に相当する表面露光モジュール７Ａとが設けられており、これらのモジュール及びステージ間で受け渡し手段Ａ４はウエハＷの受け渡しができるようになっている。

第２の搬送室９２の受け渡し手段Ａ５は第１の搬送室９１の受け渡しステージＴＲＳと露光装置Ｂ４の搬入ステージ９３と、搬出ステージ９４との間でウエハＷの受け渡しを行う。露光装置Ｂ４は、搬入ステージ９３に搬入されたウエハＷに対して液浸露光を行い、液浸露光を終えたウエハＷは搬出ステージ９４に載置される。

続いて本発明の塗布、現像装置８のウエハＷの搬送経路について説明する。先ず外部からウエハＷの収納されたキャリアＣが載置部８２に載置されると、開閉部８３と共にキャリアＣの蓋体が外されて受け渡し手段Ａ１によりウエハＷが取り出される。そしてウエハＷは棚ユニットＵ１の一段をなす受け渡しステージ（図示せず）を介して主搬送手段Ａ２へと受け渡され、棚ユニットＵ１〜Ｕ３内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば反射防止膜形成処理、冷却処理が行われ、然る後、塗布ユニットＣＯＴにて化学増幅型のポジレジストが塗布され、ウエハＷの表面にレジスト膜Ｒが形成される。

続いてウエハＷは棚ユニットＵ１〜Ｕ３の一の棚をなす加熱ユニットで加熱（ベーク処理）され、更に冷却された後棚ユニットＵ３の受け渡しステージを経由してインターフェイスブロックＢ３へと搬入される。このインターフェイスブロックＢ３においてウエハＷは、例えば受け渡し手段Ａ４→バッファモジュールＢＭに搬送され、そこで一時滞留された後、受渡し手段Ａ４→棚ユニットＵ６のＩＣＰＬ→棚ユニットＵ６のＴＲＳ→受け渡し手段Ａ５→露光装置Ｂ４の搬入ステージ９３へ搬入され、然る後ウエハＷは露光装置Ｂ４内の所定の場所にて液浸露光される。

液浸露光を終えたウエハＷは露光装置Ｂ４の搬出ステージ９４に載置され、受け渡し手段Ａ５→棚ユニットＵ６のＴＲＳ→受け渡し手段Ａ４→表面露光モジュール７Ａの順に搬送され、そこで上述のように表面露光処理が行われる。然る後ウエハＷは受け渡し手段Ａ４→ＰＥＢ→液処理ユニットＵ５の現像ユニットＤＥＶに搬送されて現像処理を受けてレジストパターンが形成される。然る後ウエハＷは、主搬送手段Ａ３→棚ユニットＵ２の受け渡しステージ→主搬送手段Ａ２→棚ユニットＵ１の受け渡しステージ→キャリアアームＡ１の順に搬送され、キャリアアームＡ１により元のキャリアＣへと戻される。

上記の塗布、現像装置８においては、表面露光装置７に相当する表面露光モジュール７Ａが設けられているが、そのモジュール７Ａの代わりに表面露光装置２を適用してもよく、その場合は、表面露光装置７の露光部７０を表面露光装置２の筐体とは別の筐体内に設けて処理を行ってもよい。また、液浸露光後、より確実にウエハＷに付着した液滴Ｄを除去するために、インターフェイスブロックＢ３にウエハＷに洗浄液を供給してウエハＷを洗浄した後、ウエハＷの乾燥処理を行う洗浄モジュールを設けてもよく、その場合例えば露光装置Ｂ４→表面露光モジュール７Ａ→洗浄モジュール→ＰＥＢの順にウエハＷが搬送される。また、露光装置Ｂ４→洗浄モジュール→表面露光モジュール７Ａ→ＰＥＢの順にウエハＷが搬送されてもよい。

本発明の実施の形態に係る表面露光装置の縦断側面図である。 前記表面露光装置の横断平面図である。 前記表面露光装置の露光ヘッドの下部側を示した斜視図である。 前記露光ヘッドの縦断側面図である。 前記露光ヘッド内における光路形成部材の構成を示した斜視図である。 前記表面露光装置の露光ヘッドの上部側を示した斜視図である。 前記露光ヘッドから発せられる光束が移動する様子を示したものである。 前記露光ヘッドがウエハＷ上を移動する様子を示した工程図である。 レジスト膜表面が露光される様子を示した工程図である。 表面露光処理後にレジストパターンが形成される様子を示した工程図である。 他の表面露光装置の縦断側面図である。 塗布、現像装置の平面図である。 前記塗布、現像装置の斜視図である。 前記塗布、現像装置のインターフェイスブロックの斜視図である。 液浸露光についての説明図である。 液浸露光後、ウエハ表面に残留した液滴によりウォータマークが形成される様子を示した工程図である。

符号の説明

Ｗ ウエハ
Ｄ 液滴
Ｌ 液膜
Ｒ レジスト膜
２ 表面露光装置
２２ 基板保持部
３ 露光ヘッド
３２ 処理液吐出口
３３ 吸引口
４４，４５，４６ 導光ロッド
４９ 光吸収体
５２ 光ファイバ

Claims (12)

1. その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われ、次いで露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理が行われる基板に対して、液浸露光の前または後にレジスト膜の表面のみを露光する表面露光装置において、
   前記基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板上のレジスト膜の表面に露光用の光を照射する光照射面を有する露光ヘッドと、
   少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面を露光するように、前記露光ヘッドを当該基板に対して相対的に水平移動させる移動手段と、
   前記露光ヘッドと基板の表面との間にその屈折率がレジスト膜の屈折率よりも大きい液体を供給する液体供給部と、
   基板に供給された前記液体を除去する液体除去部と、
   前記露光ヘッドに設けられ、前記光照射面から照射されて基板の表面から反射された光を吸収する光吸収体と、を備え、
   前記光照射面は、前記液体を介してレジスト膜の表面に供給された光が当該レジスト膜の表面にて全反射するようにその向きが設定されていることを特徴とする表面露光装置。
2. 前記液体供給部として、前記光照射面を介して表面露光を行うにあたり、露光ヘッドの下端部において基板から見て、前記光照射面よりも当該露光ヘッドの進行方向側に開口した前記液体の吐出口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の表面露光装置。
3. 前記液体除去部として、露光ヘッドの下端部に基板に供給された液体を吸引する吸引口が設けられ、前記吐出口と吸引口とは互いに光照射面を挟むように開口していることを特徴とする請求項２記載の表面露光装置。
4. 前記光源から発せられる光はレジスト膜が吸収する帯域の波長を有する単色光であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の表面露光装置。
5. 前記光照射面は、石英からなる導光ロッドにより構成されている特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の表面露光装置。
6. レジスト膜が吸収する帯域の波長を有する光を発する光源を備え、その光源からの光が、前記露光ヘッドを介さずに、少なくとも前記パターンが形成される領域に照射されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の表面露光装置。
7. その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われ、次いで露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理が行われる基板に対して、液浸露光の前または後にレジスト膜の表面のみを露光する表面露光方法において、
   基板保持部により前記基板を水平に保持する工程と、
   光照射面を有する露光ヘッドから前記基板上のレジスト膜の表面に露光用の光を照射する工程と、
   移動手段により少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面を露光するように、前記露光ヘッドを当該基板に対して相対的に水平移動させる工程と、
   液体供給部により前記露光ヘッドと基板の表面との間にその屈折率がレジスト膜の屈折率よりも大きい液体を供給する工程と、
   液体除去部により基板に供給された前記液体を除去する工程と、
   前記露光ヘッドに設けられた光吸収体により、前記光照射面から照射されて基板の表面から反射された光を吸収する工程と、を備え、
   前記光照射面は、前記液体を介してレジスト膜の表面に供給された光が当該レジスト膜の表面にて全反射するようにその向きが設定されていることを特徴とする表面露光方法。
8. 前記処理液を供給する工程は、前記光照射面を介して表面露光を行うにあたり、露光ヘッドの下端部において基板から見て、前記光照射面よりも露光ヘッドの進行方向側に開口した吐出口から前記液体を吐出する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の表面露光方法。
9. 前記処理液を除去する工程は、露光ヘッドの下端部に開口し、前記吐出口と互いに光照射面を挟むように設けられた吸引口から基板に供給された処理液を吸引する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の表面露光方法。
10. レジスト膜が吸収する帯域の波長を有する光を発する光源からの光を、前記露光ヘッドを介さずに、少なくとも前記パターンが形成される領域のレジスト膜の表面に照射する工程を含むことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一に記載の表面露光方法。
11. 基板を収納しキャリアが搬入されるキャリアブロックと、
    前記キャリアから取り出された基板の表面に化学増幅型のポジレジストを塗布してレジスト膜を形成する塗布部と、前記レジスト膜が形成された基板を加熱処理する加熱装置と、液浸露光後の基板を現像する現像処理部と、を含む処理ブロックと、
    この処理ブロックと前記レジストに対して前記液浸露光を行う露光装置との間で基板の受け渡しを行うインターフェイスブロックと、を備えた塗布、現像装置において、
    前記前記液浸露光後、前記加熱処理を行うまでに、レジスト膜に表面露光処理を行う請求項１ないし６のいずれか一つに記載の表面露光装置を備えることを特徴とする塗布、現像装置。
12. その表面に露光されることで酸を生じる化学増幅型のポジレジストからなるレジスト膜にパターンを形成するために液浸露光が行われ、次いで露光部分を現像液に対して可溶にするための加熱処理が行われる基板に対して、液浸露光の前または後にレジスト膜の表面のみを露光する表面露光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、請求項８ないし１１のいずれか一に記載の表面露光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。

Images