JP5193121B2 - レジスト塗布現像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびこれを含むレジスト塗布現像装置に関し、特にエッチング耐性を向上することが可能なレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびこれを含むレジスト塗布現像装置に関する。
半導体集積回路やフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の一層の高密度化が進められている。これに伴ってフォトリソグラフィー工程における露光光の短波長化も進み、ｉ線（波長３５６ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）よりも更に短い波長を有するＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が使用されつつある。これに合わせて、レジストについても、ＡｒＦエキシマレーザ光に対して解像力を有するものが使用されている（例えば、特許文献１，２）。
特開２００４−１８２７９６号公報 特開２００５−０３７８８８号公報 特開２００７−１６１９８７号公報（段落００３４）
従来のＫｒＦ用レジストは、そのレジスト化学構造中の終端基（保護基）としてのベンゼン環によりエッチング耐性を獲得しているが、ＡｒＦ用レジストにおいては、ベンゼン環の代わりにアダマンチル基によりエッチング耐性が発揮される。これは、ベンゼン環がＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）を吸収してしまいレジスト膜が露光されなくなるためである（特許文献３）。
ところが、アダマンチル基によるエッチング耐性は、ベンゼン環によるエッチング耐性よりも低いという問題がある。例えば、発明者らの検討によれば、ＣＦ４／Ｏ２混合ガスを用い同じエッチング条件で両レジスト膜のエッチングレートを調べたところ、ＡｒＦ用レジストのエッチングレートは約３００ｎｍ／ｍｉｎであり、ＫｒＦ用レジスト膜のエッチングレートは約２６０ｎｍ／ｍｉｎであった。レジスト膜のエッチングレートが低いほど高いエッチングレシオが得られるため、特にＡｒＦ用レジストにおいてエッチング耐性を高くすることが望まれている。
そこで、本発明は、エッチング耐性を向上することが可能なレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびこれを含むレジスト塗布現像装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、基板にレジスト膜を形成するステップと、前記基板に形成された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、現像によりパターン化された前記レジスト膜に紫外域光を照射するステップと、前記照射するステップ中または後に前記レジスト膜を加熱するステップと、前記加熱するステップ中または後に、ベンゼン環を含有する溶剤を含む溶剤気体に前記レジスト膜を晒すステップと、を含むレジスト塗布現像方法を提供する。
上記の溶剤は、フェノール類に属するフェノール溶剤であると好ましく、このフェノール溶剤がｍ−メチルフェノールであると更に好ましい。
また、上記の露光するステップにおいてアルゴンフッ素（ＡｒＦ）光源が使用されて良い。すなわち、レジスト膜を形成するステップで形成されるレジスト膜は、例えばＡｒＦエキシマレーザ光に対する解像力を有する、いわゆるＡｒＦ用レジスト膜であって良い。また、上記の紫外域光を照射するステップにおける紫外域光は、１５０ｎｍから４５０ｎｍの波長成分を含むと好ましい。
本発明の第２の態様は、現像によりパターン化された前記レジスト膜に紫外域光を照射する光源と、前記光源により紫外域光が照射された又は照射されている前記レジスト膜を加熱するよう構成された加熱部と、前記加熱部により加熱された又は加熱されている前記レジスト膜を、ベンゼン環を含有する溶剤を含む溶剤気体に晒すよう構成された溶剤処理部と、を備えるレジスト膜処理装置を提供する。
上記の溶剤は、フェノール類に属するフェノール溶剤であると好ましく、このフェノール溶剤がｍ−メチルフェノールであると更に好ましい。また、上記の紫外域光を照射するステップにおける紫外域光は、１５０ｎｍから４５０ｎｍの波長成分を含むと好ましい。
本発明の第３の態様は、基板にレジスト膜を形成するレジスト形成部と、露光された前記レジスト膜を現像してパターン化する現像部と、上記のレジスト膜処理装置と、を備えるレジスト塗布現像装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、エッチング耐性を向上することが可能なレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびこれを含むレジスト塗布現像装置が提供される。
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。 図１のレジスト塗布現像装置の概略正面図である。 図１のレジスト塗布現像装置の概略背面図である。 図１のレジスト塗布現像装置に備わる、本発明の実施形態によるレジスト膜処理装置を示す概略平面図である。 図４のレジスト膜処理装置を示す概略側面図である。 図４のレジスト膜処理装置に備わる溶剤供給ノズルを示す斜視図である。 ＡｒＦ用レジストの化学構造を示す図である。 本発明の実施形態によるレジスト膜処理装置の変形例を示す概略図である。 本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法に関して行った実験の結果を示すグラフである。
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枚の半導体ウエハＷ（以下、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はレジスト膜処理装置６０の概略平面図であり、図５はレジスト膜処理装置６０の概略断面図であり、図６はレジスト膜処理装置６０に設けられる溶剤供給ノズル８３の構造を示す概略構成図である。
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溶剤処理が行われる溶剤処理室６２と、この溶剤処理室６２に対し仕切弁ＧＶ１を介して接続される予備室６４とを有している。
溶剤処理室６２は、筐体６２ａ内のほぼ中央部に設けられるカップ７０と、カップ７０内に配置される例えば温調加熱プレートであるサセプタ６２Ｓと、サセプタ６２Ｓに保持されるウエハＷの表面に溶剤気体に供給する溶剤供給ノズル８３とを有している。
カップ７０は、図５に示すように、互いにほぼ同心円状に配置されるアウターカップ７０ａおよびインナーカップ７０ｂを有している。カップ７０の底部には開口部が設けられ、この開口部には、溶剤処理室６２の底部を貫通する排気管５１が接続されている。排気管５１は図示しない排気システムと接続されており、排気システムにより、アウターカップ７０ａとサセプタ６２Ｓとの間の隙間から、アウターカップ７０ａとインナーカップ７０ｂの間を通って排気管５１から排気されるような空気の流れが形成される。これにより、後述する溶剤気体が溶剤処理室６２から排気される。
サセプタ６２Ｓは、ほぼ水平に維持され、ウエハＷの直径とほぼ同じ直径を有する上面を有し、ここにウエハＷが載置される。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、これによりサセプタ６２Ｓ上のウエハＷを保持すると好ましい。
再び図４を参照すると、溶剤処理室６２内において、カップ７０の−Ｘ方向側には、Ｙ方向に沿って延びるレール８０が設けられている。レール８０の一端はカップ７０の−Ｙ方向側に位置し、他端はカップ７０の＋Ｙ方向側に位置している。レール８０上には、例えばリニアモータを含む駆動部８２が往復可能に配置されており、駆動部８２にはアーム８１が取り付けられている。アーム８１の先端には、ウエハＷに溶剤気体を吐出するノズルとしての溶剤供給ノズル８３が取り付けられている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、駆動部８２により駆動されて、サセプタ６２Ｓ上を通過するように移動できる。また、溶剤供給ノズル８３の移動は、例えば駆動部８２の動作を制御する駆動制御部８４により制御されており、この駆動制御部８４によって、溶剤供給ノズル８３をＹ方向に所定の速度で移動させることができる。また、駆動部８２は、例えばアーム８１を上下動させるシリンダなどを備え、溶剤供給ノズル８３の高さを調整することができる。
溶剤供給ノズル８３はＸ方向に沿った細長形状を有しており、溶剤供給ノズル８３の一端（アーム８１との取り付け部）は、サセプタ６２Ｓの−Ｘ方向側に位置し、他端はサセプタ６２Ｓの＋Ｘ方向側に位置している。また、図６に示すように、溶剤供給ノズル８３の下面には、長手方向の一端から他端に亘って吐出部８５が形成されている。吐出部８５には、溶剤供給ノズル８３の長手方向に沿って、吐出部８５の下面に開口する複数の吐出口８６が形成されている。これらの吐出口８６は、溶剤供給ノズル８３の内部の導管に連通し、この導管は、溶剤供給ノズル８３の上部に接続される溶剤供給管８８と連通している。溶剤供給管８８は、図４に示すように溶剤気体供給源８７に接続されている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体供給源８７からの溶剤気体を溶剤供給管８８から導入し、導入した溶剤気体を下面の吐出口８６から下方に向けて均等に吐出できる。
図５に詳細に示すように、溶剤気体供給源８７は、例えば溶剤供給管８８に接続され液体溶剤が貯留された貯留タンク９０と、貯留タンク９０内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管９１とを備えている。キャリアガス供給管９１から貯留タンク９０の液体溶剤内にキャリアガスを供給すること（バブリングすること）によって溶剤の蒸気を含むキャリアガス（以下、溶剤気体という）を溶剤供給管８８内に圧送することができる。これにより、溶剤気体が溶剤供給管８８を通って溶剤供給ノズル８３に供給される。貯留タンク９０内に貯留される溶剤（第１の溶剤）としては、ベンゼン環を含有する溶剤を使用することができる。具体的には、この溶剤はフェノール類に属する溶剤であって良い。より具体的には、この溶剤は、フェノール、ｏ−メチルフェノール、ｍ−メチルフェノール（ｍ−クレゾール）、ｐ−メチルフェノール、１−ナフトール、２−ナフトール、１,２−ジヒドロキシベンゼン、１,３−ジヒドロキシベンゼン、１,４−ジヒドロキシベンゼン、１,２,３−トリヒドロキシベンゼン、ｏ−エチルフェノール、ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノール、２,３−ジメチルフェノール、２,４−ジメチルフェノール、２,５−ジメチルフェノール、２,６−ジメチルフェノール、２,３,４−トリメチルフェノール、２,３,５−トリメチルフェノール、２,３,６−トリメチルフェノール、２,４,６−トリメチルフェノール、２,４,５−トリメチルフェノール、ｏ−ニトロフェノール、ｍ−ニトロフェノール、ｐ−ニトロフェノール、ｏ−ブロモフェノール、ｍ−ブロモフェノール、ｐ−ブロモフェノール、ｐ−フルオロフェノール、ｐ−クロロフェノール、ｐ−ヨードフェノール、ｐ−アミノフェノール、アニソールのいずれかであって良く、これらの混合液であっても良い。また、上述のキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスや窒素ガスを利用することができる。
また、溶剤供給管８８には、溶剤気体の流量を検出する流量センサ９２と、流量を調節するバルブ９３が設けられている。流量センサ９２で検出された検出結果は、流量制御部９４（図５）に出力され、流量制御部９４は、当該検出結果に基づいてバルブ９３の開閉度を調整することにより、溶剤供給ノズル８３へ供給する溶剤気体の流量を調整することができる。
予備室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６４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６４Ｐ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、上述のように、搬送アーム６４Ａは、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、予備室６４は、処理ステーション３の主搬送装置１３に面する仕切弁ＧＶ２を有している。仕切弁ＧＶ２を開くと、主搬送装置１３によってウエハＷを予備室６４内へ搬入し、予備室６４から搬出することができる。仕切弁ＧＶ２を閉じると、予備室６４を気密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、予備室６４には、天井部に近くにおいて仕切弁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、約１５０ｎｍから約４５０ｎｍまでの範囲に含まれる波長成分を有する紫外域光を発すると好ましい。約１５０ｎｍよりも短い波長を有する光をレジスト膜に照射すると、レジストの骨格構造が破壊される可能性があり、約４５０ｎｍよりも長い波長を有する光をレジスト膜に照射してもエネルギーが低く、後述する効果が得られないためである。具体的には、紫外線ランプＵＶは、１７２ｎｍの紫外域光を発するキセノン（Ｘｅ）エキシマランプまたは１９３ｎｍの紫外域光を発するアルゴンフッ素（ＡｒＦ）エキシマランプなどの単一波長光源であって良い。また、紫外線ランプＵＶは、キセノン・水銀ランプ、高圧水銀灯、低圧水銀灯、およびメタルハライドランプなどと所定のフィルターとを用いて構成されても良い。これによれば、紫外線ランプＵＶからは、広い発光スペクトルを有する光が発せられることとなるが、この場合であっても、発光スペクトルの一部が約１５０ｎｍから約４５０ｎｍにあれば良い。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によって予備室６４から溶剤処理室６２へ搬入される際に、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、予備室６４の天井部近くにおいて仕切弁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によって予備室６４へ搬入される際に、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の上方に一または複数のキセノンエキシマランプ等を配置しても良い。特に、複数のキセノンエキシマランプ等を配置すれば、紫外域光をウエハＷの全体に照射することができ、有用である。さらに、紫外線ランプＵＶを予備室６４内でＹ方向に移動可能とし、紫外線ランプＵＶを移動しながら、搬送アーム６４Ａ上のウエハＷに対して紫外域光を照射しても良い。
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（レジスト塗布現像方法）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ＡｒＦ用のレジスト液が回転塗布され、ＡｒＦ用レジスト膜が形成される。
ＡｒＦ用レジスト膜が形成されたウエハＷは、主搬送装置１３によってレジスト塗布装置１７から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、ＡｒＦ用レジスト膜が所定のフォトマスク（レチクル）を通してＡｒＦエキシマレーザにより露光された後、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後、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、仕切弁ＧＶ２（図４）が開き、主搬送装置１３によりウエハＷが予備室６４内へ搬入され、搬送アーム６４Ａおよび昇降ピン６４Ｐの上方でウエハＷが維持される。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が予備室６４から退出した後に、昇降ピン６４Ｐが下降し、これによりウエハＷが搬送アーム６４Ａの上に載置される。仕切弁ＧＶ２が閉まった後、ウエハＷが予備室６４から溶剤処理室６２へ搬送される。具体的には、予備室６４に設けられた紫外線ランプＵＶが点灯された後、予備室６４と溶剤処理室６２との間の仕切弁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を溶剤処理室６２内へ搬入し、サセプタ６２Ｓの上方でウエハＷを保持する。
上記のように、予備室６４から溶剤処理室６２へ搬送されるウエハＷに対して、紫外線ランプＵＶから紫外域光（例えば１７２ｎｍまたは１９３ｎｍ）が照射されるため、ウエハＷ上のパターン化されたＡｒＦ用レジスト膜が化学的に活性化される。具体的には、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ウエハＷ上のパターン化されたＡｒＦ用レジスト膜中の終端基としてのアダマンチル基かつ／またはラクトン基が紫外域光により分解し、当該レジストの末端はＨ原子により終端される。
次いで、溶剤処理室６２の昇降ピン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が溶剤処理室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、仕切弁ＧＶ１が閉まる。
次いで、サセプタ６２Ｓに内蔵された加熱部６２Ｈにより、ウエハＷが例えば約４０℃から約１００℃までの温度範囲の温度、好ましくは約７０℃で例えば約６０秒間加熱される。これにより、上述のアダマンチル基やラクトン基の分解と酸性化が促進される。また、このとき、排気システムによりカップ７０内の排気が行われており、これにより、溶剤処理室６２内はパージされている。
続いて、溶剤供給ノズル８３が図５の矢印Ａに示すように−Ｙ方向に移動し始める。溶剤供給ノズル８３がカップ７０の外方からウエハ保持部６０ａの一端の上方に到達すると、例えばカップ７０の排気が一旦停止され、溶剤供給ノズル８３から一定流量の溶剤気体が吐出口８６から吐出され始める。この後、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体を吐出しながら、一定速度でウエハＷの他端側（−Ｙ方向）に移動し、これにより、ウエハＷ上のパターン化されたレジスト膜が溶剤気体に晒される。そして、溶剤供給ノズル８３がウエハ保持部６０ａの−Ｙ方向側の端の上方まで移動すると、折り返してウエハＷの他端から一端に（＋Ｙ方向に）移動する。こうして、溶剤供給ノズル８３がウエハＷ上を往復移動し、ウエハＷ上のレジスト膜の表面に溶剤気体が供給される。溶剤気体の供給時間は、例えば約４０秒であって良い。
レジスト膜が溶剤気体に晒されると、レジスト膜中に溶剤気体中の溶剤分子が取り込まれ、図７（ｃ）に示すように、レジストの終端に溶剤分子中のベンゼン環が結合する。すなわち、レジスト中にベンゼン環が取り込まれることとなり、これにより、当該レジストのエッチング耐性が向上される。なお、溶剤供給ノズル８３の移動速度、溶剤気体の供給量などは、予備実験等を通して決定すると好ましい。
溶剤供給ノズル８３が往復移動し終えると、溶剤気体の供給が停止され、カップ７０の排気が再開される。
この後、ウエハＷは、搬送アーム６４Ａにより、溶剤処理室６２から予備室６４へ搬出され、次いで、主搬送装置１３により、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。続けて、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。
以上説明したように、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法によれば、パターン化されたＡｒＦ用レジスト膜に対して紫外域光を照射し、加熱し、フェノール類を含む溶剤気体を供給するため、ＡｒＦ用レジスト膜中の終端基としてのアダマンチル基かつ／またはラクトン基をベンゼン環に置換することができる。したがって、ＡｒＦ用レジスト膜のエッチング耐性を向上することができる。
また、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置によれば、予備室６４に設けられた紫外線ランプＵＶより、パターン化されたＡｒＦ用レジスト膜を有するウエハＷに対して紫外域光を照射することができ、溶剤処理室６２内のサセプタ６２Ｓ内に内蔵される加熱部６２Ｈにより、当該ウエハＷを加熱することができ、溶剤供給ノズル８３等により、当該ウエハＷにフェノール類を含む溶剤気体を供給することができる。したがって、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法を好適に実施することができ、よって、ＡｒＦ用レジスト膜のエッチング耐性を向上することができる。
次に、図８を参照しながら、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置に設けられたレジスト膜処理装置６０の変形例について説明する。図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、変形例のレジスト膜処理装置の概略上面図および概略側面図である。
図示のとおり、このレジスト膜処理装置は、上述のレジスト膜処理装置６０における予備室６４に相当する部分を有しておらず、溶剤処理室６２に対応する溶剤処理室６２０のみを有し、溶剤処理室６２０に紫外線ユニット９５が設けられている。また、溶剤処理室６２０には、開口６２０ｂが形成されており、これを通して、主搬送装置１３によりウエハＷが溶剤処理室６２０へ搬入され、溶剤処理室６２０から搬出される。また、開口６２０ｂに対して開閉扉６２０ｃが設けられ、これにより、開口６２０ｂが開閉される。これらを除くと、変形例のレジスト膜処理装置は、上述のレジスト膜処理装置６０と同一の構成を有している。
図８（ｂ）に示すように、紫外線ユニット９５は、溶剤処理室６２０の筐体６２０ａのうちサセプタ６２Ｓの上方に相当する部分に形成された開口部に対してシール部材を介して気密に設けられる窓９５ａと、窓９５ａの上方に配置される複数の紫外線ランプ９５ｂと、窓９５ａおよび紫外線ランプ９５ｂを覆うケーシング９５ｃとを有している。窓９５ａは、紫外線ランプ９５ｂが発する紫外域光を透過する透明な材料により形成され、具体的には、石英ガラスにより形成されると好ましい。紫外線ランプ９５ｂは、例えば、１７２ｎｍの紫外域光を発するキセノン（Ｘｅ）エキシマランプまたは１９３ｎｍの紫外域光を発するアルゴンフッ素（ＡｒＦ）エキシマランプなどであって良い。ケーシング９５ｃの内面には紫外線ランプ９５ｂからの紫外域光を反射してウエハＷに照射するリフレクタ（図示せず）を有していると好ましい。なお、ケーシング９５ｃ内を例えば窒素ガスでパージするように、窒素ガス供給系を設けても良い。
以上のように構成されたレジスト膜処理装置（溶剤処理室６２０）を含むレジスト塗布現像装置においては、露光され現像されてパターン化されたＡｒＦ用レジスト膜を有するウエハＷが主搬送装置１３によって溶剤処理室６２０内へ搬入されて、サセプタ６２Ｓ上に載置される。次に、サセプタ６２Ｓ上のウエハＷに対して紫外線ユニット９５から紫外域光が所定の時間照射される。次いで、ウエハＷは、サセプタ６２Ｓ内の加熱部６２Ｈにより、例えば約４０℃から約１００℃までの温度範囲の温度、好ましくは約７０℃で例えば約６０秒間加熱される。続けて、溶剤供給ノズル８３がＹ方向に往復移動しつつ、溶剤気体がウエハＷ上のＡｒＦ用レジスト膜へ供給され、当該レジスト膜が溶剤気体に晒される。その後、溶剤処理室６２０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。続けて、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（図３）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（図１）に戻される。
上述のとおり、変形例のレジスト膜処理装置（溶剤処理室６２０）によれば、溶剤処理室６２０に設けられた紫外線ユニット９５により、パターン化されたＡｒＦ用レジスト膜を有するウエハＷに対して紫外域光を照射することができ、溶剤処理室６２０内のサセプタ６２Ｓ内に内蔵される加熱部６２Ｈにより、当該ウエハＷを加熱することができ、溶剤供給ノズル８３等により、当該ウエハＷにフェノール類を含む溶剤気体を供給することができる。したがって、ＡｒＦ用レジスト膜のエッチング耐性を向上することができる。
また、溶剤処理室６２０によれば、紫外線ユニット９５からウエハＷに対して紫外域光を照射すると同時に、ウエハＷを加熱することができる。これにより、紫外域光によるアダマンチル基かつ／またはラクトン基の分解が、熱により促進されるため、アダマンチル基かつ／またはラクトン基と置換するベンゼン環を増やすことが可能となる。また、ウエハＷに対する紫外域光の照射、ウエハＷの加熱、およびウエハＷへの溶剤気体の供給を同時に行っても良い。さらに、ウエハＷに対する紫外域光の照射よりも先に、ウエハＷの加熱かつ／または溶剤気体の供給を開始しても良い。さらにまた、溶剤の蒸気圧等により、溶剤気体（溶剤分子）がＡｒＦ用レジスト膜に吸着した状態で、そのレジスト膜に紫外域光を照射できるのであれば、始めに溶剤気体を供給し、供給を停止した後に、ウエハＷに対して紫外域光を照射しても構わない。
＜実験例＞
次に、上述のレジスト塗布現像方法の効果を確認するために行った実験と、その結果について説明する。
まず、レジスト塗布現像装置１により、ウエハ上にＡｒＦ用レジスト膜（厚さ約３００ｎｍ）を形成し、このレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを通してＡｒＦエキシマレーザ光を照射してＡｒＦ用レジスト膜を露光し、現像してパターン化されたレジスト膜を得る工程までを行った。
次に、このウエハをレジスト塗布現像装置１の処理ステーション３に配置された溶剤処理室６２０（図８）へ搬送し、サセプタ６２Ｓ上に載置した。続けて、ウエハ（パターン化されたレジスト膜）に対して紫外線ユニット９５から１７２ｎｍの波長を有する単波長紫外域光を照射した。このときの紫外域光の強度は約３６ｍＷ／ｃｍ２とし、照射時間は約５秒とした。
紫外域光の照射を終えた後、サセプタ６２Ｓ内の加熱部６２Ｈにより、ウエハを７０℃まで昇温し、約６０秒間そのまま維持し、ウエハを加熱した。
次いで、貯留タンク９０（図８（ｂ））に貯留したｍ−メチルフェノール（ｍ−クレゾール）を窒素ガスでバブリングし、溶剤供給ノズル８３からｍ−クレゾールを含む溶剤気体をウエハに吹き付けて、パターン化されたレジスト膜を溶剤気体に晒した。溶剤気体を吹き付けた時間（溶剤供給ノズル８３の往復時間）は、約４０秒とした。また、窒素ガスの供給量は４５００ｓｃｃｍとし、貯留タンク９０内のｍ−クレゾールの温度は約２３℃とした。
この後、加熱部６２Ｈにより、ウエハを約６０℃まで再び昇温し、約６０秒間そのまま維持した。この加熱は必ずしも行う必要はないが、これにより、ウエハ（パターン化されたレジスト膜）に吸着したｍ−クレゾールが蒸発され、クレゾール臭を除去することができる。
この後、所定の経路を通してレジスト塗布現像装置１からウエハを取り出し、ＦＴ−ＩＲ（ＡＴＲ）法による評価を行った。
図９（ａ）から図９（ｂ）は、上記のウエハについてのＦＴ−ＩＲ測定結果を示すグラフである。これらのグラフにおいて矢印Ａａで示すピークは、レジスト膜中の芳香族炭化水素の伸縮振動に由来しており、これにより、当該レジスト膜中にベンゼン環が取り込まれていることが確認された。なお、図９（ａ）の矢印Ａｈで示すピークは、炭素−水素結合の伸縮振動に由来し、図９（ｂ）の矢印Ａｏで示すピークは、炭素−酸素間の二重結合に由来している。
また、上記と同じ条件で、ＡｒＦ用レジスト膜を形成し、露光および現像までを行い、レジスト膜処理を行わずに比較用のウエハを用意し、エッチング試験を行った。具体的には、上記のＦＴ−ＩＲ測定の対象としたウエハと、比較用のウエハとについて、ＣＦ４／Ｏ２混合ガスを用い同じエッチング同じ条件でレジスト膜をエッチングし、エッチング前後の膜厚とエッチング時間とからエッチングレートを算出した。その結果、比較用のウエハのエッチングレートは約２７８．０ｎｍ／ｍｉｎであったのに対し、上述のレジスト膜処理を行ったレジスト膜では約２７６．３ｎｍ／ｍｉｎへと低減された。これにより、エッチング耐性を向上できることが理解される。
以上、本発明の実施形態および変形例を参照しながら、本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態および変形例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、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置１は、レジスト膜処理装置６０または変形例のレジスト膜処理装置（溶剤処理室６２０）の代わりに、ウエハＷを収容し加熱する、例えばホットウォール型のオーブンであって、内部に溶剤気体を供給可能なものを有しても良い。このようなレジスト塗布現像装置では、パターン化されたＡｒＦ用レジスト膜に対して紫外域光を照射した後、ウエハＷをこのオーブンへ搬入し、密閉された溶剤気体雰囲気下でウエハＷを加熱することができる。これによれば、溶剤気体も加熱されるため、溶剤気体によってウエハＷが冷やされることがなく、加熱の効果を向上することができる。さらに、このオーブンが、内部の圧力を常圧より高い圧力にまで加圧できるよう構成されていると好ましい。ウエハＷの加熱中にオーブンの内部を溶剤気体で加圧すれば、アダマンチル基かつ／またはラクトン基と置換するベンゼン環を更に増加することが可能となる。
また、ウエハＷを真空チャンバに搬入し、真空チャンバに挿入されたノズル、または真空チャンバに形成された微小開口を通して溶剤を減圧雰囲気中へ導入することにより、ウエハＷに対して溶剤を噴霧しても良い。また、例えば超音波アトマイザーを用いて、ウエハＷに対して常圧雰囲気下で溶剤を噴霧しても良い。
なお、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法およびレジスト塗布現像方法は、ＡｒＦ用レジストに限らず、ｉ線用のレジストやＫｒＦ用レジストを始めとする種々のレジストに対して適用することができる。これは、ＡｒＦ用レジスト以外のレジストにおいても、例えばラクトン基をベンゼン環で置換することによりベンゼン環を増やすことができ、よって、エッチング耐性の向上を図れるためである。
また、上記の説明中の温度や時間等は例示に過ぎず、最適な温度や時間等は予備実験等を通して決定すべきことは勿論である。
さらに、上述のレジスト膜処理装置６０または変形例のレジスト膜処理装置（溶剤処理室６２０）は、レジスト塗布現像装置１の処理ステーション３に配置されていたが、インターフェイス部４に配置されても良く、レジスト塗布現像装置１の外部に独立に設け、所定の搬送機構によりレジスト塗布現像装置１との間でウエハＷの受け渡しを行うようにしても良い。
また、レジスト膜が形成される基板は、半導体ウエハに限らずフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板であっても良く、したがって、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法およびレジスト塗布現像方法は、ＦＰＤ製造工程において使用されても良い。
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、Ｇ１〜Ｇ４・・・第１から第４の処理装置群、１３・・・主搬送装置、５０・・・ウエハ搬送体、６０・・・レジスト膜処理装置、６２，６２０・・・溶剤処理室、６４・・・予備室、７０・・・カップ、６２Ｓ・・・サセプタ、６２Ｈ・・・加熱部、８３・・・溶剤供給ノズル、８７・・・溶剤気体供給源、９０・・・貯留タンク、９１・・・キャリアガス供給管、６４Ａ・・・搬送アーム６４Ａ、ＵＶ・・・紫外線ランプＵＶ、９５・・・紫外線ユニット、９５ａ・・・窓、９５ｂ・・・紫外線ランプ９５ｂ。

Claims (4)

  1. 基板にレジスト膜を形成するステップと、
    前記基板に形成された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、
    現像によりパターン化された前記レジスト膜に紫外域光を照射するステップと、
    前記照射するステップ中または後に前記レジスト膜を加熱するステップと、
    前記加熱するステップ中または後に、フェノール類に属するフェノール溶剤を含む溶剤気体に前記レジスト膜を晒すステップと、
    を含むレジスト塗布現像方法。
  2. 前記フェノール溶剤がｍ−メチルフェノールである、請求項１に記載のレジスト塗布現像方法。
  3. 前記露光するステップにおいてアルゴンフッ素光源が使用される、請求項１又は２に記載のレジスト塗布現像方法。
  4. 前記紫外域光が１５０ｎｍから４５０ｎｍの波長成分を含む、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方法。
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