JP4967004B2 - レジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板にレジスト膜を塗布し、露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成するレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法に関し、特に、レジストパターンを平滑化することにより、ライン幅ラフネスを低減することができるレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法に関する。
より高い集積度を有する半導体集積回路を製造するため、更なる微細化が求められている。例えば、エッチングマスクの最小寸法（ＣＤ）は、現行の露光装置の露光限界を下回る３２ｎｍや２２ｎｍにまで達しつつある。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネルをこの程度の幅で形成する場合、レジストパターンのライン幅ラフネス（ＬＷＲ）が大きいと、ＦＥＴのしきい値電圧がばらつき、集積回路としての特性が悪化したり、正常に動作しなくなったりするという問題が生じる。
このような問題に対処するため、レジスト膜に溶剤気体を供給してレジスト膜の表面を溶解することにより、レジスト膜の表面の凹凸を均一化する方法が、特許文献１に記載されている。
特開２００５−１９９６９号公報
ところで、レジスト塗布現像装置内でレジスト膜に溶剤気体を供給する場合、溶剤気体がレジスト塗布現像装置内で拡散して、現像前のレジスト膜が溶剤気体に晒される可能性がある。この場合、例えばレジスト膜が化学増殖型のレジストにより形成されるときには、溶剤に含まれるアルカリ性成分によりレジスト膜中の酸性成分が中和されてしまい、現像作用が阻害され、パターン化できない事態ともなる。
さらに、溶剤のなかには例えば刺激臭が強い溶剤もあり、このような溶剤による溶剤気体がレジスト塗布現像装置の外に漏洩すると、装置の操作者に不快感を与えることにもなる。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされ、外部への拡散を防止しつつ、レジストパターンのライン幅ラフネスを効率よく低減することができるレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法を提供する。
上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、露光された前記レジスト膜を現像するレジスト現像部と、前記レジスト膜に対して溶解性を有する溶剤の蒸気またはガスを含む気体を生成する溶剤気体生成部と、前記気体生成部により生成された前記気体を調整する溶剤気体調整部と、前記レジスト現像部で現像されてパターン化された前記レジスト膜を有する基板が収容される減圧維持可能な処理室であって、収容される前記基板に向けて、前記溶剤気体調整部により調整された前記気体を供給する供給部を含む当該処理室と、前記処理室を減圧に排気する排気部とを備えるレジスト塗布現像装置が提供される。
本発明の第２の態様によれば、基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、所定のフォトマスクを利用して前記レジスト膜を露光するステップと、露光された前記レジスト膜を現像してパターン化するステップと、前記パターン化された前記レジスト膜を有する基板を減圧維持可能な処理室に収容するステップと、前記レジスト膜に対して溶解性を有する溶剤の蒸気またはガスを含む気体を生成するステップと、前記気体生成部により生成された前記気体を調整するステップと、調整された前記気体を前記処理室に収容された前記基板に対して供給するステップとを含むレジスト塗布現像方法が提供される。
本発明の実施形態によれば、プロセス雰囲気の汚染を避けつつ、レジストパターンのライン幅ラフネスを効率よく低減することができるレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法が提供される。
本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置の構成を示す概略平面図である。 本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置の概略正面図である。 本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置の概略背面図である。 図１から図３に示すレジスト塗布現像装置に含まれるレジスト膜処理装置の概略平面図である。 図４に示すレジスト膜処理装置、溶剤気体生成器、および溶剤気体調整器を示す概略断面図である。 図５に示す溶剤気体調整器のミスト除去ノズルを示す斜視図である。 図６Ａのミスト除去ノズルを示す側面図である。 図６Ａのミスト除去ノズルを示す他の側面図である。 図４に示すレジスト膜処理装置の効果を説明する図である。 図５に示す溶剤気体生成器の変形例を示す図である。 図５に示す溶剤気体調整器の変形例を示す図である。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態によるレジスト塗布現像装置１の構成を示す概略平面図であり、図２は、レジスト塗布現像装置１の概略正面図であり、図３は、レジスト塗布現像装置１の概略背面図である。
図１に示すように、レジスト塗布現像装置１は、カセットステーション２、処理ステーション３、およびインターフェイス部４を有している。
カセットステーション２は、例えば２５枚のウエハＷが収容されたカセットＣが載置される載置部６と、載置部６に載置されるカセットＣからウエハＷを取り出して、カセットＣと処理ステーション３との間でウエハＷを搬入出するウエハ搬送体７と、を有している。載置台６には、図中のＸ方向（カセットステーション２の長手方向）に沿って複数（例えば４つ）のカセットＣを載置することできる。ウエハ搬送体７は、カセットステーション２の載置部６と処理ステーション３との間に配置され、搬送路８に沿ってＸ方向に移動することができる。また、ウエハ搬送体７は、Ｙ方向、Ｚ方向（上下方向）、およびθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）に移動自在なウエハ搬送アーム７ａを有している。このような構成により、ウエハ搬送体７は、載置部６に載置されるカセットＣに選択的にアクセスして、カセットＣ内にＺ方向に多段に収容されるウエハＷを順次取り出すことができ、取り出したウエハＷを処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３（後述）へ搬送することができる。また、ウエハ搬送体７は、ウエハＷの位置合わせを行うアライメント機能を有していると好ましい。
処理ステーション３では、その略中心部に主搬送装置１３が設けられており、この主搬送装置１３の周辺には４つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が配置されている。これらの処理装置群は、後述するように、多段に配置された種々の処理装置を有している。第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ１は、主搬送装置１３に対して＋Ｘ方向側に配置されている。また、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４は、主搬送装置１３のＹ方向に沿った両側に配置されている。具体的には、第３の処理装置群Ｇ３はカセットステーション２に隣接して配置され、第４の処理装置群Ｇ４はインターフェイス部４に隣接して配置されている。
主搬送装置１３は、これらの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に配置されている各種処理装置（後述）およびレジスト膜処理装置６０（後述）に対して、ウエハＷを搬入出することができる。
第１の処理装置群Ｇ１および第２の処理装置群Ｇ２は、例えば図２に示すようにウエハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１７と、レジスト塗布装置１７の上方に配置され、露光されたレジスト膜を現像する現像処理装置１８とを有している。
第３の処理装置群Ｇ３は、例えば図３に示すように、ウエハＷを冷却するクーリング装置３０と、ウエハＷに対するレジスト液の定着性を高めるためのアドヒージョン処理が行われるアドヒージョン装置３１と、ウエハＷの受け渡しを行うエクステンション装置３２と、ウエハＷに塗布されたレジスト液中の溶剤を蒸発させるベーキング処理が行われるプリベーキング装置３３，３４と、予備のベーキング装置３６と、現像されたレジスト膜を加熱するポストベーキング処理が行われるポストベーキング装置３６、とを下から順に有している。
第４の処理装置群Ｇ４は、例えば図３に示すように、クーリング装置４０と、ウエハＷを自然冷却するエクステンション・クーリング装置４１と、主搬送装置１３とウエハ搬送体５０（後述）との間におけるウエハＷの受け渡しが行われるエクステンション装置４２と、クーリング装置４３と、露光されたレジスト膜を加熱するポストエクスポージャーベーキング装置４４，４５と、予備のベーキング装置４６と、ポストベーキング装置４７とを下から順に有している。
なお、処理装置群の数および配置、各処理装置群に配置される処理装置の数、種類および配置は、当該レジスト塗布現像装置１において行われる処理や製造されるデバイスの種類により任意に選択して良い。
再び図１を参照すると、インターフェイス部４の中央部にウエハ搬送体５０が設けられている。このウエハ搬送体５０はＸ方向およびＺ方向の移動と、θ方向の回転とを自在にできるように構成されている。ウエハ搬送体５０は、第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション・クーリング装置４１、エクステンション装置４２、周辺露光装置５１及び露光装置５に対してアクセスして、各々に対してウエハＷを搬送することができる。
次に、図４から図６を参照しながら、処理ステーション３に配置されるレジスト膜処理装置６０について説明する。
図４を参照すると、レジスト膜処理装置６０は、レジスト膜に対する処理が行われる処理室６２と、この処理室６２に対しゲート弁ＧＶ１を介して接続されるロードロック室６４とを有している。処理室６２には、ウエハＷが載置されるサセプタ６２Ｓが配置されている。サセプタ６２Ｓには３つの貫通孔が設けられ、ウエハＷをサセプタ６２Ｓ上に載置し、サセプタ６２Ｓから持ち上げるため、対応する貫通孔を通して上下動する３つ昇降ピン６２Ｐが設けられている。また、サセプタ６２Ｓには、例えば電熱線などにより形成される加熱部６２Ｈ（図５）が内蔵されている。加熱部６２Ｈには、図示しない電源、温度測定部、および温度調整器などが接続されており、これらにより、サセプタ６２Ｓおよびその上に載置されるウエハＷを所定の温度で加熱することができる。また、サセプタ６２Ｓは、静電チャックを有していると好ましい。
また、処理室６２の底部には、複数（図示の例では４つ）の排気口６２Ｅが形成されており、排気口６２Ｅに接続された排気システム（図示せず）により、処理室６２内を減圧に維持することができる。この排気システムは、高い排気速度を実現しやすいターボ分子ポンプを有していると好ましい。なお、排気口６２Ｅと排気システムを繋ぐ配管の途中には圧力調整バルブ（不図示）が設けられている。圧力調整バルブは、処理室６２に設けられた圧力ゲージ等とともに制御部（ともに不図示）により制御され、処理室６２内の圧力を調整することができる。
ロードロック室６４には、ウエハＷを支持して搬送する搬送アーム６４Ａが設けられている。搬送アーム６４Ａは、ガイドレール６６により移動可能に支持され（図５）、図示しない駆動装置によりガイドレール６６に沿って図中のＹ方向に往復移動することができる。また、搬送アーム６４Ａは、２つのスリット部を有しており、これらを通して、３つの昇降ピン６４Ｐが上下動することができる。昇降ピン６４Ｐの上下動により、ウエハＷが搬送アーム６４Ａ上に載置され、搬送アーム６４Ａから持ち上げられる。本実施形態では、搬送アーム６４Ａの内部には、流体が流れる導管が形成されており、図示しない流体循環器から温度調整された流体を流すことができる。これにより、搬送アーム６４Ａ上に載置されるウエハＷを冷却することができる。また、搬送アーム６４Ａは、上述の昇降ピン６４Ｐの上下動を許容するスリット部を除いた広い範囲でウエハＷに接することができるため、効率よくウエハＷを冷却することが可能である。
また、ロードロック室６４は、処理ステーション３の主搬送装置１３に面するゲート弁ＧＶ２を有している。ゲート弁ＧＶ２が開くと、主搬送装置１３によってウエハＷをロードロック室６４内へ搬入し、ロードロック室６４から搬出することができる。ゲート弁ＧＶ２を閉じると、ロードロック室６４を気密に維持することができる。また、ロードロック室６４の底部には複数（図示の例では４つ）の排気口６４Ｐが形成されており、排気口６４Ｐに接続された排気システムによって、ロードロック室６４内を減圧に維持することができる。
さらに、図４および図５を参照すると、ロードロック室６４には、天井部に近くにゲート弁ＧＶ１に沿って延在する紫外線ランプＵＶが設けられている。紫外線ランプＵＶは、主に１７２ｎｍの紫外域光を発するキセノンエキシマランプであって良い。図示のとおり配置される紫外線ランプＵＶによれば、ウエハＷが搬送アーム６４Ａによってロードロック室６４から処理室６２へ搬入される際に（または処理室６２からロードロック室６４へ搬出される際に）、ウエハＷに対して紫外域光を照射することができる。なお、紫外線ランプＵＶは、ロードロック室６４の天井部近くにゲート弁ＧＶ２に沿って延在するように設けても良い。これによれば、ウエハＷが主搬送装置１３によってロードロック室６４へ搬入される際（または搬出される際）に、ウエハＷに対して紫外域光を照射することができる。また、ウエハＷに対して紫外域光を照射することができる限り、搬送アーム６４Ａに載置されるウエハＷの上方にキセノンエキシマランプを配置し、反射鏡等を用いて、ウエハＷの全体に紫外域光を照射するようにしても良い。
図５を参照すると、レジスト膜処理装置６０には、ウエハＷ上のレジスト膜へ供給される溶剤気体を生成する溶剤気体生成器６７Ａと、溶剤気体生成器６７Ａにより生成された溶剤気体を調整（コンディショニング）する溶剤気体調整器６５Ａとを有している。なお、図示の便宜上、溶剤気体生成器６７Ａおよび溶剤気体調整器６５Ａはレジスト膜処理装置６０の処理室６２の隣に図示しているが、この位置に限られることはない。溶剤気体生成器６７Ａおよび溶剤気体調整器６５Ａは、例えば、レジスト膜処理装置のロードロック室６４に隣接して配置されても良いし、レジスト膜処理装置６０の上方に配置されても良い。また、図１および図４においては、溶剤気体生成器６７Ａおよび溶剤気体調整器６５Ａの図示を省略している。
本実施形態においては、溶剤気体生成器６７Ａとして、図５に模式的に示すようにバブラータンクが用いられている。すなわち、溶剤気体生成器６７Ａの内部には溶剤（液体）が収容される。また、溶剤気体生成器６７Ａには、この溶剤をバブリングするキャリアガスを取り入れる吸気管６７Ｂと、バブリングにより溶剤の蒸気を含んだキャリアガス（溶剤気体）を溶剤気体調整器６５Ａへ提供するブリッジ配管６５Ｂとが接続されている。キャリアガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの不活性ガス、または窒素（Ｎ２）ガスであって良く、図示しないキャリアガス供給源から吸気管６７Ｂに対して供給される。
また、溶剤気体生成器６７Ａは、本実施形態では恒温槽６７Ｔに収容されており、これにより、溶剤気体生成器６７Ａ、吸気管６７Ｂ、およびブリッジ配管６５Ｂがほぼ同一の温度に維持される。この温度は、溶剤が分解したり変質したりしない程度の温度であって良く、例えば８０℃から１２０℃の範囲にあり、具体的には約１００℃であって良い。後述のとおり、溶剤気体生成器６７Ａの温度は、溶剤気体調整器６５Ａの温度より高いと一層好ましい。また、ブリッジ配管６５Ｂのうち、恒温槽６７Ｔの外部の部分には、例えばテープ状ヒータ６５Ｈが巻かれており、これによってブリッジ配管６５Ｂを加熱することによって、ブリッジ配管６５Ｂ内部への溶剤気体の凝縮が防止される。
なお、溶剤気体生成器６７Ａに収容される溶剤は、レジスト膜を溶解させる性質を有していると好ましい。また、この溶剤は、レジスト膜を溶解させるに至らなくても、レジスト膜に吸収され、吸収された部分を膨潤させる性質を有していれば良い。このような性質も本明細書においては溶解性を有するという。具体的には、好適な溶剤としては、アセトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、およびＮメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）などを挙げることができる。
また、溶剤気体生成器６７Ａの吸気管６７Ｂには、キャリアガス供給源（不図示）と溶剤気体生成器６７Ａとの間において、キャリアガスの供給の開始／停止のための開閉弁や流量制御のための流量制御器（ともに図示せず）が設けられ、図示しない制御部により、供給の開始／停止および流量が制御される。
溶剤気体調整器６５Ａは、例えばバブラータンクと同程度の大きさを有する中空のタンクにより構成される。また、溶剤気体調整器６５Ａには、溶剤気体生成器６７Ａからのブリッジ配管６５Ｂが接続されている。これにより、溶剤気体生成器６７Ａで生成された溶剤気体を溶剤気体調整器６５Ａの内部に取り入れることができる。また、溶剤気体調整器６５Ａには送出管としてのブリッジ配管６２Ｂが接続され、これにより、溶剤気体が溶剤気体調整器６５Ａから処理室６２へ送り出される。また、溶剤気体調整器６５Ａは恒温槽６５Ｔに収容されており、これにより、溶剤気体調整器６５Ａ、ブリッジ配管６５Ｂ、およびブリッジ配管６２Ｂがほぼ等しい温度に維持される。この温度は、例えば、約７０℃から約９０℃までの範囲にあって良く、例えば約８０℃であると好ましい。また、この温度は、溶剤気体生成器６７Ａの温度よりも低いと一層好ましい。
また、溶剤気体調整器６５Ａの内部においては、溶剤気体生成器６７Ａからのブリッジ配管６５Ｂに接続するミスト除去ノズル６５Ｃが設けられている。ミスト除去ノズル６５Ｃは、図６Ａに示すように、ブリッジ配管６５Ｂに接続する漏斗部６５Ｃ１と、漏斗部６５Ｃ１に接続する扁平な方形導管部６５Ｃ２とを有している。
漏斗部６５Ｃ１は、ほぼ三角形の形状を有する２つの板部材により構成され、この三角形の頂部においてブリッジ配管６５Ｂに接続され、三角形の底辺において方形導管部６５Ｃ２と接続されている。また、漏斗部６５Ｃ１は、２つの板状部材の側壁が封止されており、全体として、扁平な漏斗状の形状を有している。
図６Ｂは、ミスト除去ノズル６５Ｃを図６Ａ中の矢印ＡＲ１方向から見た側面図である。図示のとおり、漏斗部６５Ｃ１の厚さは、ブリッジ配管６５Ｂから方形導管部６５Ｃ２に向って、ブリッジ配管６５Ｂの外径とほぼ等しい厚さから扁平な方形導管部６５Ｃ２の厚さとほぼ等しい厚さまで小さくなる。このようにして、ブリッジ配管６５Ｂ内部における円形断面を有する溶剤気体の流路が、方形導管部６５Ｃ２内部における扁平な矩形断面を有する流路に変換される。
方形導管部６５Ｃ２は、漏斗部６５Ｃ１との接続端と反対側の端において開口しており、これにより、ブリッジ配管６５Ｂを通して提供される溶剤気体が溶剤気体調整器６５Ａの内部に吐出される。また、図６Ａおよび図６Ｃ（ミスト除去ノズル６５Ｃを図６Ａ中の矢印ＡＲ２方向から見た側面図）に示すように、方形導管部６５Ｃ２の内部には、漏斗部６５Ｃ１から方形導管部６５Ｃ２へ向かう方向に沿って延びる複数の区画壁６５Ｃ３が設けられている。これらの区画壁６５Ｃ３により、方形導管部６５Ｃ２の内壁面の表面積が増大される。
また、方形導管部６５Ｃ２には図５に示すように熱電対ＴＣが設けられ、これにより、方形導管部６５Ｃ２（ミスト除去ノズル６５Ｃ）の温度を制御することが可能となる。
このように構成された溶剤気体調整器６５Ａによれば、溶剤気体生成器６７Ａから溶剤気体調整器６５Ａへ提供される溶剤気体中にミストや微小液滴が含まれていた場合であっても、溶剤気体が主として方形導管部６５Ｃ２内において内壁面にぶつかる際に、ミスト等が内壁面に吸着されるため、溶剤気体中からミストを確実に除去することができる。ミスト除去ノズル６５Ｃを有する溶剤気体調整器６５Ａは、特に溶剤気体生成器６７Ａとして、例えば溶剤を直接に霧状に噴霧する噴霧器や超音波アトマイザーなどを利用した場合に特に好適である。
また、溶剤気体調整器６５Ａは恒温槽６５Ｔに収容されるとともに、方形導管部６５Ｃ２に熱電対６５ＴＣが設けられているため、溶剤気体生成器６７Ａよりも低い温度に維持することができる。このため、溶剤気体調整器６５Ａを通過する際に、溶剤気体の温度を溶剤気体生成器６７Ａにおける温度よりも低くすることができる。したがって、溶剤気体生成器６７Ａにおいては、例えばキャリアガスの流速が早いという理由により溶剤気体が十分に飽和していない場合であっても、溶剤気体を溶剤気体調整器６５Ａに通過させることにより、溶剤気体の飽和度（キャリアガス中の溶剤蒸気の濃度）を高くすること（過飽和状態とすること）が可能となる。
再び図５を参照すると、処理室６２の天井部には、溶剤気体調整器６５Ａからのブリッジ配管６２Ｂが接続されている。処理室６２に接続されたブリッジ配管６２Ｂの吐出口は、サセプタ６２Ｓのほぼ中央の上方に位置しており、これにより、サセプタ６２Ｓに載置されるウエハＷの全体に対して溶剤気体を供給することができる。
また、図５に示すように、処理室６２にはテープ状ヒータ６２Ｈ１が巻き付けられ、ブリッジ配管６２Ｂにはテープ状ヒータ６２Ｈ２が巻き付けられている。これにより、処理室６２およびブリッジ配管６２Ｂの温度を制御することができる。これらの温度は、例えば約７０℃から約９０℃までの範囲にあって良く、好ましくは、溶剤気体調整器６５Ａの温度と等しいと好ましい。このようにすれば、ブリッジ配管６２Ｂおよび処理室６２の内壁面に溶剤気体が凝縮するのを防止することができる。
次に、本実施形態による、レジスト膜処理装置６０を備えるレジスト塗布現像装置１の動作（レジスト塗布現像装置１における処理プロセス）について説明する。
先ず、ウエハ搬送体７（図１）によって、カセットＣから未処理のウエハＷが１枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３のエクステンション装置３２（図３）に搬送される。次にウエハＷは、主搬送装置１３によって第３の処理装置群Ｇ３のアドヒージョン装置３１に搬入され、ウエハＷに対するレジスト液の密着性を向上させるため、ウエハＷに例えばＨＭＤＳが塗布される。次に、ウエハＷはクーリング装置３０に搬送され、所定の温度に冷却された後、レジスト塗布装置１７に搬送される。レジスト塗布装置１７では、ウエハＷ上にレジスト液が回転塗布され、レジスト膜が形成される。
レジスト膜が形成されたウエハＷは、主搬送装置１３によってプリベーキング装置３３に搬送され、ウエハＷに対してプリベーキングが行われる。次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３によりエクステンション・クーリング装置４１に搬送されて冷却される。さらに、ウエハＷは、ウエハ搬送体５０によって、周辺露光装置５１、露光装置５に順次搬送され、各装置で所定の処理が行われる。露光装置５において、所定のフォトマスクを用いてレジスト膜に対する露光処理が行われた後、ウエハＷは、ウエハ搬送体５０により第４の処理装置群Ｇ４のエクステンション装置４２に搬送される。
その後、そのウエハＷは、主搬送装置１３によって、ポストエクスポージャーベーキング装置４４に搬送されてポストエクスポージャーベーキングが行われ、クーリング装置４３に搬送されて冷却される。次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３により、第１の処理装置群Ｇ１または第２の処理装置群Ｇ２の現像処理装置１８に搬送され、ここで、ウエハＷに対して現像処理が行われる。これにより、ウエハＷ上にはパターン化されたレジスト膜（レジストマスク）が形成される。
現像処理が終了したウエハＷは、主搬送装置１３により、レジスト膜処理装置６０（図４及び図５）に搬送される。具体的には、レジスト膜処理装置６０のロードロック室６４の内部が大気圧に設定された後、ゲート弁ＧＶ２（図４）が開き、主搬送装置１３によりウエハＷがロードロック室６４内へ搬入され、３つの昇降ピン６４Ｐの上方でウエハＷが保持される。次に、昇降ピン６４Ｐが上昇して、主搬送装置１３からウエハＷを受け取り、主搬送装置１３がロードロック室６４から退出した後に、昇降ピン６４Ｐが下降してウエハＷを搬送アーム６４Ａの上に載置する。ゲート弁ＧＶ２が閉まった後、ロードロック室６４内が排気されて、所定の圧力に維持される。ロードロック室６４内の圧力は、例えば約７Ｔｏｒｒ（０．９３３ｋＰａ）から約１０Ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）までの範囲にあって良い。
次に、ウエハＷがロードロック室６４から処理室６２へ搬入される。すなわち、ロードロック室６４と処理室６２との間のゲート弁ＧＶ１が開き、搬送アーム６４Ａがガイドレール６６に沿って移動して、ウエハＷを処理室６２内へ搬入し、サセプタ６２Ｓの上方でウエハＷを保持する。このとき、ロードロック室６４に設けられた紫外線ランプＵＶを点灯し、処理室６２内へ搬入されるウエハＷに紫外域光を照射すると好ましい。この紫外域光の照射は、溶剤に対する溶解度の低いＡｒＦ用レジストによりレジスト膜を形成する場合に、特に好適である。これは、ＡｒＦ用レジストに含まれるラクトンが紫外域光の照射により分解されるためであると考えられる。
次いで、昇降ピン６２Ｐが上昇して搬送アーム６４ＡからウエハＷを受け取り、搬送アーム６４Ａが処理室６２から退出した後に、昇降ピン６２Ｐが下降して、ウエハＷをサセプタ６２Ｓ上に載置する。この後、ゲート弁ＧＶ１が閉まって、排気システム（不図示）により排気口６２Ｅを通して処理室６２内が排気され、所定の圧力に維持される。この圧力は、後述するレジスト膜処理の際の圧力よりも低い圧力であって、排気に要する時間によってスループットが低下しない程度の圧力、例えば約０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）から約７Ｔｏｒｒ（０．９３３ｋＰａ）であると好ましい。
この後、パターン化されたレジスト膜を平滑化するためのレジスト膜処理がウエハＷに対して行われる。具体的には、まず、バルブ６７Ｖを開き、図示しないキャリアガス供給源から溶剤気体生成器６７Ａの吸気管６７Ｂへキャリアガスを供給する。これにより、キャリアガスは吸気管６７Ｂから溶剤気体生成器６７Ａに収容される溶剤内へ吐出されて、溶剤内を流れる間に溶剤の蒸気を含んで、溶剤気体として、ブリッジ配管６５Ｂを通して溶剤気体調整器６５Ａへ供給される。
溶剤気体調整器６５Ａでは、ブリッジ配管６５Ｂからの溶剤気体がミスト除去ノズル６５Ｃを通して溶剤気体調整器６５Ａ内へ吐出される。溶剤気体が特にミスト除去ノズル６５Ｃを通過する際に内壁面に衝突することにより、溶剤気体に含まれていたミスト等が除去される。また、溶剤気体調整器６５Ａの温度は溶剤気体生成器６７Ａの温度よりも低いため、溶剤気体生成器６７Ａにより生成された温度の高い溶剤気体が、溶剤気体調整器６５Ａ（特にミスト除去ノズル６５Ｃ）により冷やされる。したがって、ミスト等を含まない飽和度の高い溶剤気体（溶剤の蒸気またはガスを含んだキャリアガス）が、ブリッジ配管６２Ｂを通してレジスト膜処理装置６０の処理室６２へ供給される。
溶剤気体が処理室６２へ供給されると、処理室６２内は所定の圧力の溶剤気体で満たされ、ウエハＷ上のレジスト膜が溶剤気体に晒される。このときの処理室６２内の圧力は、大気圧よりも低ければ良く、例えば約１Ｔｏｒｒ（０．１３３ｋＰａ）から約１０Ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）までの範囲にあると好ましい。この程度の圧力であれば、ウエハＷ上のレジスト膜を適度に溶剤気体に晒すことができる。
所定の期間、レジスト膜を溶剤気体に晒した後、バルブ６７Ｖを閉めるとともにキャリアガスの供給を停止し、そのウエハＷに対するレジスト膜処理を終了する。
レジスト膜処理の終了後、ウエハＷをサセプタ６２Ｓ上に載置したまま、サセプタ６２内の加熱部６２Ｈにより、サセプタ６２Ｓおよびその上のウエハＷが加熱される。このときの温度は、例えば約７０℃から約１３０℃までの範囲にあって良い。
ここで、以上の処理により、レジスト膜が平滑化されるメカニズムについて説明する。図７（ａ）は、ライン・アンド・スペース状のパターンを有するレジスト膜の「ライン」の断面を模式的に示す図である。図示のように、現像後のレジスト膜Ｒ１は、特に側面において凹凸が見られる。このような凹凸は、例えば露光中のレジスト膜内における露光光の干渉などにより生じると考えられる。次いで、レジスト膜が溶剤気体に晒されると、溶剤がレジスト膜表面（上面および側面）に吸着し、レジスト膜に吸収される。吸収された溶剤は、レジストを溶解させ、かつ／またはレジスト膜に吸収されて、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜を膨潤させる。膨潤したレジスト膜Ｒ２の表層部は液状化しており、その表面は表面張力により平滑化される。そして、この後の加熱により、吸収された溶剤が蒸発すると、レジスト膜の膨潤していた部分が収縮することにより更に平滑化され、図７（ｃ）に示すように、表面が平滑化されたレジスト膜Ｒ３を得ることができる。また、レジスト膜Ｒ２を加熱することにより、レジスト膜のエッチング耐性の低下が防止される。
このようにして平滑化処理が終了した後、ウエハＷは、ロードロック室６４から処理室６２へ搬入された手順と逆の手順に従って、処理室６２からロードロック室６４へ搬出される。このとき、ウエハＷは、ロードロック室６４の搬送アーム６４Ａにより速やかに冷却される。
更に続けて、ウエハＷは、主搬送装置１３によりロードロック室６４から搬出されて、第４の処理装置群Ｇ４のポストベーキング装置４７に搬送されて、ここで、ポストベーキングが行われる。次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３により第４の処理装置群Ｇ４のクーリング装置３０に搬送されて冷却され、その後、エクステンション装置３２を介してもとのカセットＣに戻されて、ウエハＷに対する一連のレジスト塗布／露光／現像を含む処理プロセスが終了する。
以上のように、本実施形態によるレジスト塗布現像装置１によれば、レジスト膜処理装置６０において、現像によりパターン化されたレジスト膜が減圧下で溶剤気体に晒され、レジスト膜に吸着した溶剤によりレジスト膜表面が溶解し膨潤するため、レジスト膜表面の凹凸が平滑化される。これによりレジストパターンのＬＷＲが低減される。したがって、例えば、３２ｎｍや２２ｎｍといった最小寸法でＦＥＴのゲートを形成する場合であっても、しきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。
また、溶剤気体は、減圧に維持される処理室６２内へ供給され、排気システムにより排気されるため、レジスト処理装置６０の外部へ拡散することがない。また、溶剤を収容する溶剤気体生成器６７Ａは密閉され、吸気管６７Ｂおよびブリッジ配管６５Ｂは溶剤気体生成器６７Ａに対して気密に接続されている。したがって、これらから溶剤の蒸気がレジスト塗布現像装置１の内部空間に拡散することもない。したがって、ウエハＷがレジスト塗布現像装置１の内部空間で溶剤に晒されることはなく、溶剤によってレジスト膜の現像作用が低下されるのを防ぐことができる。
また、溶剤および溶剤気体が限られた領域に閉じこめられるため、例えば可燃性の溶剤を使用する場合であっても、例えばレジスト塗布現像装置１の内部の機器やクリーンルーム内の他の装置が着火源となって溶剤気体が引火するといった事態を避けることができる。
さらに、本実施形態のレジスト膜処理装置６０は溶剤気体調整器６５Ａを有しており、これにより、溶剤気体生成器６７Ａで生成される溶剤気体中のミスト等を除去したり、溶剤気体中の溶剤の飽和度を高くしたりする、溶剤気体の調整が行われる。ミスト等が含まれた溶剤気体が処理室６２に供給され、ミスト等がレジスト膜に付着すると、その部分でレジスト膜が過剰に溶解して、パターンが変形してしまう事態になりかねない。しかし、本実施形態においては、ミスト除去ノズル６５Ｃを有する溶剤気体調整器６５Ａにより溶剤気体中のミスト等が除去されるため、レジスト膜は均一に膨潤して平滑化され得る。また、溶剤気体調整器６５Ａにより溶剤気体を過飽和状態にすれば、溶剤の蒸気またはガスを高い濃度で処理室６２へ供給することができ、平滑化を促進することが可能となる。また、過飽和とすることにより、溶剤濃度の再現性を向上することができるため、プロセス再現性を向上することも可能となる。
以上、幾つかの実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変更することが可能である。
例えば、レジスト膜処理装置６０の処理室６２内において、ブリッジ配管６２Ｂの先端を複数本に分岐してよいし、先端にシャワーヘッドを取り付けても良い。これらによれば、溶剤気体をウエハＷに均一に吹き付けることが可能となる。また、サセプタ６２Ｓを水平方向に移動可能とし、サセプタ６２Ｓ上のウエハＷを移動しつつ溶剤気体を供給しても良い。
また、溶剤気体生成器としては、図５に示したバブラータンク、および上述した噴霧器や超音波アトマイザーに限らず、図８に示す蒸気供給器であっても良い。図８を参照すると、この例の溶剤気体生成器６７Ａ１では、バブラータンクと異なり、吸気管６７Ｂが溶剤中まで達していない。このため、溶剤気体生成器６７Ａ１へ供給されたキャリアガスは、溶剤の上方の空間を満たす溶剤の蒸気を含んでブリッジ配管６５Ｂから送出される。この構成によっても、溶剤気体を生成することができる。
さらに、溶剤気体調整器としては、例えば、図９に示すように、ミスト除去ノズル６５Ｃに代わり、複数のバッフル板６５Ｆを有しても良い。図示の例では、溶剤気体調整器６５Ａ１の内部において吸気管６７Ｂの先端から噴出した溶剤気体は、最も下のバッフル板６５Ｆの開口６５Ｏを通して上方へ流れる。このとき、２段目のバッフル板６５Ｆ開口６５Ｏは、最も下のバッフル板６５Ｆの開口６５Ｏとは鉛直方向にずれているため、溶剤気体は、２段目のバッフル板６５Ｆの裏面に衝突し、方向を変えてから開口６５Ｏを通して上方へ流れる。このとき、溶剤気体中に含まれるミスト等は、２段目のバッフル板６５Ｆの裏面に衝突して吸着されるため、溶剤気体中からミスト等を除去することができる。この場合、３つのバッフル板６５Ｆに限らず、２つ又は４つ以上のバッフル板６５Ｆを設けて良いことは勿論である。また、複数のバッフル板６５Ｆのいずれかに熱電対を設け、温度調節を行って良いことは言うまでもない。
また、パターン化されたレジスト膜を溶剤気体に晒した後のベーキングは、処理室６２内のサセプタ６２Ｓでなく、例えば第４の処理装置群Ｇ４のベーキング装置４６やポストベーキング装置４７で行っても良い。言い換えると、処理室６２内でベーキングを行うことなく、ポストベーキングのみを行うようにしても良い。また、サセプタ６２Ｓ内に加熱部６２Ｈを設ける代わりに、ロードロック室６４の天井部に加熱ランプを設けて、これによりベーキングを行っても良い。
溶剤気体生成部６７Ａ、溶剤気体調整器６５Ａなどの温度は、例示に過ぎず、使用する溶剤、溶剤気体中の溶剤の濃度などにより、適宜変更して良いことは言うまでもない。特に、溶剤が熱により変質したり分解したりする温度よりも低く、ブリッジ配管６５Ｂ，６２Ｂ等の内部で凝結しない程度の温度に設定して良い。
ＡｒＦ用レジストにより形成されたレジスト膜に対する紫外域光の照射は、レジスト処理装置６０のロードロック室６４に配置された紫外線ランプＵＶによらず、例えば、第４の処理装置群Ｇ４に紫外域光照射用の処理装置を設け、ここで、行うこととしても良い。
また、レジスト膜が形成される基板として半導体ウエハを例示したが、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用基板であっても良く、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置および方法をＦＰＤの製造のために使用して良い。
１・・・レジスト塗布現像装置、２・・・カセットステーション、３・・・処理ステーション、４・・・インターフェイス部、５・・・露光装置、７・・・ウエハ搬送体、１３・・・主搬送装置、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４・・・処理装置群、６０・・・レジスト膜処理装置、６２・・・処理室、６４・・・ロードロック室、６５Ａ・・・溶剤気体調整器、６５Ｃ・・・ミスト除去ノズル、６７Ａ・・・溶剤気体生成器、ＵＶ・・・紫外線ランプ。

Claims (7)

  1. 基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、
    露光された前記レジスト膜を現像するレジスト現像部と、
    所定の温度に設定され、前記レジスト膜に対して溶解性を有する溶剤の蒸気またはガスを含む気体を生成する溶剤気体生成部と、
    前記所定の温度より低い温度に設定され、前記気体生成部により生成された前記気体を調整する溶剤気体調整部と、
    前記所定の温度より低い温度に設定され、前記レジスト現像部で現像されてパターン化された前記レジスト膜を有する基板が収容される減圧維持可能な処理室と、
    前記処理室内に設けられ、収容された前記基板を載置して加熱する加熱部と、
    前記加熱部上の前記基板に向けて、前記溶剤気体調整部により調整された前記気体を供給する供給部と、
    前記処理室を減圧に排気する排気部と、
    前記供給部から前記基板に向けて前記気体を供給した後に、前記加熱部を昇温する温度制御部と
    を備えるレジスト塗布現像装置。
  2. 前記溶剤気体調整部が、
    前記気体生成部により生成された前記気体を流入させる流入管と、
    前記流入管の内部断面形状を変換する変換部と、
    前記変換部に接続し、前記気体中に含まれるミストを除去するため、前記変換部から流入した前記気体を内面に複数回衝突させるよう構成される導管部と、
    を備える、請求項１に記載のレジスト塗布現像装置。
  3. 前記基板に向けて前記気体を供給する前に、現像されてパターン化された前記レジスト膜に対して紫外域光を照射する紫外域光光源を更に備える、請求項１又は２に記載のレジスト塗布現像装置。
  4. 前記溶剤が、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）、およびＮメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれか又はこれらの二以上の組み合わせである、請求項１から３のいずれか一項に記載のレジスト塗布現像装置。
  5. 基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、
    所定のフォトマスクを利用して前記レジスト膜を露光するステップと、
    露光された前記レジスト膜を現像してパターン化するステップと、
    前記パターン化された前記レジスト膜を有する基板を、減圧維持可能な処理室内に設けられ、基板を載置して加熱する加熱部に載置するステップと、
    前記レジスト膜に対して溶解性を有する溶剤の蒸気またはガスを含む気体を、所定の温度に設定される溶剤気体生成部により生成するステップと、
    前記溶剤気体生成部により生成された前記気体を、前記所定の温度より低い温度に設定される溶剤気体調整部により調整するステップと、
    前記調整するステップにより調整された前記気体を、前記所定の温度より低い温度に設定される前記処理室内の前記加熱部に載置された前記基板に向けて供給するステップと、
    前記処理室を減圧に排気するステップと、
    前記基板に向けて供給するステップの後に、前記加熱部を昇温するステップと、
    を含むレジスト塗布現像方法。
  6. 前記基板に向けて前記気体を供給するステップの前に、現像されてパターン化された前記レジスト膜に対して紫外域光を照射するステップを更に含む、請求項５に記載のレジスト塗布現像方法。
  7. 前記溶剤が、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）、およびＮメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれか又はこれらの二以上の組み合わせである、請求項５又は６に記載のレジスト塗布現像方法。
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