JP5541274B2 - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、パターンマスクの荒れを改善する基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体に関する。
半導体デバイスやＬＣＤ基板等の製造プロセスにおいては、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）表面にレジスト液を塗布して露光した後、現像処理を行うことにより、ウエハ表面に所定のパターンマスクを形成することが行われている。この際、特許文献１に記載されているように、現像処理後のレジストパターンの表面には微細な凹凸が存在し、後の工程でエッチング処理を行うときに、この表面の凹凸がパターン線幅に悪影響を及ぼす場合があることが知られている。このため、レジストパターンのラフネス（ＬＥＲ：Line Edge Roughness )や、パターン線幅のバラツキ（ＬＷＲ：Line Width Roughness )を改善するスムージング処理が提案されている。
このスムージング処理は、処理容器内にレジストを溶解する溶剤蒸気の雰囲気を形成し、この雰囲気中にレジストパターンを曝して、レジストパターンの表層部を膨潤させることにより行われる。これにより、前記表層部が溶剤に溶解して平滑化され、パターン表面の荒れが改善されてパターン形状が修正される。
ところで、上記のスムージング処理においては、前記処理容器を開放して処理済みのウエハを搬出すると共に次のウエハを搬入する前に、処理容器内の排気を十分に行い、残留する溶剤の濃度を所定の基準値以下に下げておき、処理容器の外部の他のウエハの処理に影響を与えることを防ぐ必要がある。しかし、この排気処理に多くの時間を要すれば、スループットの低下を招くおそれがある。特許文献１にはこのような問題を解決する手法については記載されていない。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は基板に形成されたパターンマスクの表面を平滑化させる基板処理装置において、処理容器からの溶剤の外部への漏洩を防ぐと共にスループットの低下を防ぐことができる技術を提供することである。
本発明の基板処理装置は、露光、現像処理されてパターンマスクが形成された基板に対して、前記パターンマスクの荒れを改善するために処理を行う基板処理装置において、
その内部に処理空間を形成する処理容器と、
前記処理空間に設けられ、前記基板を載置する処理用載置部と、
前記処理用載置部に載置された基板を溶剤の露点温度よりも高い温度に加熱するための加熱部と、
前記基板の表面全体と対向するように前記処理空間に設けられ、前記基板との間の雰囲気を溶剤の飽和蒸気雰囲気として基板を処理するための溶剤の蒸発源となる蒸発源形成部材と、
前記処理空間において前記蒸発源形成部材が設けられる第１の領域と、処理容器の外部と前記処理用載置部との間で基板を受け渡すための第２の領域とを、夫々の雰囲気が遮断されるように区画する区画状態と、前記夫々の雰囲気が互いに開放される開放状態とを互いに切替える区画機構と、
前記処理容器に設けられ、前記区画状態の第２の領域に開閉自在な基板搬送口と、
前記区画状態の第２の領域を排気して、当該第２の領域の溶剤雰囲気を除去する排気口と、
を備えたことを特徴とする。
その内部に処理空間を形成する処理容器と、
前記処理空間に設けられ、前記基板を載置する処理用載置部と、
前記処理用載置部に載置された基板を溶剤の露点温度よりも高い温度に加熱するための加熱部と、
前記基板の表面全体と対向するように前記処理空間に設けられ、前記基板との間の雰囲気を溶剤の飽和蒸気雰囲気として基板を処理するための溶剤の蒸発源となる蒸発源形成部材と、
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前記処理容器に設けられ、前記区画状態の第２の領域に開閉自在な基板搬送口と、
前記区画状態の第２の領域を排気して、当該第２の領域の溶剤雰囲気を除去する排気口と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の具体的な態様は、例えば下記の通りである。
（ａ）前記区画機構は、処理容器の外部の待機領域と前記処理空間との間で移動自在に構成され、
前記処理容器には、前記区画機構が移動するために開閉自在な移動用開口部が設けられている。
（ｂ）前記待機領域を囲む筐体と、当該筐体内を排気するための外側領域排気口と、が設けられる。
（ｃ）前記待機領域と処理空間との間で移動自在、且つ前記区画機構に覆われるように構成され、前記加熱部により加熱された基板を載置して冷却するための冷却用載置部と、前記処理用載置部から前記冷却用載置部へ基板を移載するための移載機構と、が設けられ、
前記第２の領域は冷却用載置部と、区画機構との間に形成される。
（ｄ）前記蒸発源形成部材から不要な溶剤を排出するための排出機構を備え、
前記区画機構は、前記溶剤を排液して除去するための液受け部を備える。
（ｅ）前記排気口は、前記区画機構に設けられることを特徴とする。
（ｆ）前記区画機構は、前記第２の領域の溶剤雰囲気を除去するためのパージガスを当該第２の領域に供給するパージガス供給口を備える。
（ｇ）前記蒸発源形成部材は、基板に対向して設けられ、基板に向けて開口する溶剤供給用開口部を備える対向部により構成され、
溶剤が貯留される貯留部が設けられ、
前記貯留部から前記溶剤供給用開口部へ毛細管現象により溶剤が供給される。
（ｈ）前記貯留部の液の残量を検出するためのセンサを備える。
（ａ）前記区画機構は、処理容器の外部の待機領域と前記処理空間との間で移動自在に構成され、
前記処理容器には、前記区画機構が移動するために開閉自在な移動用開口部が設けられている。
（ｂ）前記待機領域を囲む筐体と、当該筐体内を排気するための外側領域排気口と、が設けられる。
（ｃ）前記待機領域と処理空間との間で移動自在、且つ前記区画機構に覆われるように構成され、前記加熱部により加熱された基板を載置して冷却するための冷却用載置部と、前記処理用載置部から前記冷却用載置部へ基板を移載するための移載機構と、が設けられ、
前記第２の領域は冷却用載置部と、区画機構との間に形成される。
（ｄ）前記蒸発源形成部材から不要な溶剤を排出するための排出機構を備え、
前記区画機構は、前記溶剤を排液して除去するための液受け部を備える。
（ｅ）前記排気口は、前記区画機構に設けられることを特徴とする。
（ｆ）前記区画機構は、前記第２の領域の溶剤雰囲気を除去するためのパージガスを当該第２の領域に供給するパージガス供給口を備える。
（ｇ）前記蒸発源形成部材は、基板に対向して設けられ、基板に向けて開口する溶剤供給用開口部を備える対向部により構成され、
溶剤が貯留される貯留部が設けられ、
前記貯留部から前記溶剤供給用開口部へ毛細管現象により溶剤が供給される。
（ｈ）前記貯留部の液の残量を検出するためのセンサを備える。
本発明によれば、処理空間を溶剤の蒸発源形成部材から区画する区画機構が設けられ、この区画された領域を排気する排気口と、区画された領域に開閉自在な搬送口とが設けられる。従って、処理空間に対して基板の搬入出を行うときに、蒸発源形成部材から発生した溶剤が処理容器の外部へ漏洩することを防ぐことができる。また処理容器内において排気する容積の大きさが抑えられるため、速やかに前記領域の排気を行い、処理済みの基板を搬出して次の基板を処理容器内に搬入することができる。従ってスループットの向上を図ることができる。
以下、本発明の実施形態に係る基板処理装置１について図面を参照して説明する。この基板処理装置１は、露光、現像されてレジストからなるパターンマスクがその表面に形成されたウエハＷに対して、前記パターンマスクの荒れを改善する表面処理を行う。図１、図２は夫々基板処理装置１の縦断断面図、横断平面図である。この基板処理装置１は、処理雰囲気を形成するための処理容器１１と、処理容器１１の外部から処理容器１１内へ進退自在な冷却アーム５１及び排気アーム６１と、筐体７１とを備えている。
図３の概略斜視図に示すように処理容器１１は例えば扁平な角形状に形成されており、その内部がウエハＷを処理する処理空間１０として構成されている。処理容器１１は上下に分割され、下部側をなす基体１２と、上部側をなす蓋体１３とにより構成されている。この処理容器１１のウエハＷの搬送路に臨む側部において、前記基体１２と蓋体１３との隙間は、ウエハＷの搬送口１４として構成されている。また、前記搬送口１４に対向する基体１２と蓋体１３との隙間は進退口（移動用開口部）１５として構成されており、冷却アーム５１及び排気アーム６１が処理空間１０に対してこの進退口１５を介して進退する。説明の便宜上、以下搬送口１４側を前方側、進退口１５側を後方側とする。
前記基体１２について更に説明すると、基体１２は、処理空間１０の側部を囲む側壁１６と、処理空間１０の底部をなすステージ２１とにより構成されている。処理用載置部をなすステージ２１は側壁１６に囲まれ、水平に形成されている。また、前記側壁１６において前方側は、ステージ２１の表面よりも高く形成され、処理容器１１内に進入した冷却アーム５１の先端側（前方側）が、この側壁１６に接触できるようになっている。
ステージ２１は、その内部に加熱部をなすヒータ２２が設けられており、ステージ２１に載置されるウエハＷを、後述する溶剤の露点温度よりも高く、前記溶剤の沸点よりも低い温度に加熱する。また、ステージ２１は、当該ステージ２１を厚さ方向に穿孔された３つの孔２３ａと、各孔２３ａに挿通された昇降ピン２３とを備えている。昇降ピン２３の先端は、昇降機構２４により当該ステージ２１の表面において突没する。昇降ピン２３と昇降機構２４はウエハＷの移載機構をなす。
蓋体１３は、処理容器１１の天井壁１７と、前記処理空間１０の側部を囲む側壁１８とを備えている。側壁１８において、前方側は後述の溶剤保持板３３よりも低く形成され、処理容器１１内に進入した排気アーム６１の先端側が当該側壁１８に接触できるようになっている。蓋体１３は昇降機構１９により昇降自在に構成されている。
蓋体１３の前方側の側壁１８には、シャッタ３６が設けられている。シャッタ３６は蓋体１３に対して昇降自在に構成され、前記搬送口１４を開閉する。また、蓋体１３の後方側の側壁１８には、シャッタ３７が設けられている。シャッタ３７は、蓋体１３に対して昇降自在に構成され、前記進退口１５を開閉する。蓋体１３の左右の側壁には仕切り板３８、３８が下方に伸びるように設けられている。これら仕切り板３８は蓋体１３と共に昇降し、蓋体１３の上昇時及び下降時において処理容器１１の左右に形成されている蓋体１３と基体１２との隙間を塞ぎ、処理容器１１の左右から処理空間１０の雰囲気が漏洩することを防ぐ。
前記天井壁１７には側壁１８に囲まれるように、扁平な円形の流路形成部材３１が設けられている。この流路形成部材３１の下方には円形の凹部が形成されており、当該凹部は溶剤供給領域３２をなす。この溶剤供給領域３２を下側から塞ぐように蒸発源形成部材をなす溶剤保持板３３が設けられている。
この溶剤保持板３３の下面はステージ２１上のウエハＷに対向する対向部を構成し、溶剤保持板３３においては多数の溶剤供給口３４が分散されて配置されている。各溶剤供給口３４は溶剤保持板３３の厚さ方向に穿孔されており、溶剤供給領域３２に供給された溶剤は毛細管現象により各溶剤供給口３４を溶剤保持板３３の下面側へ向けて滲み出す。この滲み出した溶剤が揮発して、ステージ２１上のウエハＷから見たときにウエハＷの表面全体に対向する領域から溶剤の蒸発が起こり、ウエハＷ全体が前記溶剤の蒸気に曝される。このようにウエハＷ全体に溶剤蒸気を供給するように溶剤保持板３３は、その平面形状がウエハＷよりも大きく形成されている。各溶剤供給口３４の径は例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度である。流路形成部材３１には加熱部であるヒータ３５が埋設されている。このヒータ３５によって溶剤供給領域３２を介して溶剤保持板３３は均一性高く温調され、溶剤供給口３４を下方へ向かった溶剤は、上記のように溶剤保持板３３の面内において均一性高く揮発し、ウエハＷに均一性高く溶剤蒸気が供給される。
図１中４１は溶剤が貯留される供給源であり、溶剤供給管４２を介して溶剤を前記溶剤供給領域３２に圧送する。図１中Ｖ１は溶剤供給管４２に介設されたバルブであり、後述の制御部８０により開閉状態が制御されることで、溶剤供給領域３２への溶剤の給断が制御される。この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）、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、γブチルラクトン、ピリジン、キシレン、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）、乳酸エチル、２−へプタノン、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、アニソール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ｍ−クレゾール等であり、レジスト膜の溶解作用を有する。
溶剤供給領域３２には起立した液面検出管４３が接続されている。この液面検出管４３には下方側から上方側に向けて下側液面検出センサ４４、タンク４５、上側液面検出センサ４６がこの順に介設されている。液面検出管４３の上方端には、排液路に接続される排液管４７と、Ｎ2ガスの供給源４８に接続されるガス供給管４９とに分岐する。図中Ｖ２、Ｖ３は排液管４７、ガス供給管４９に夫々介設されるバルブである。後述するように溶剤を廃棄するときには液面検出管４３内を加圧するためにバルブＶ２は閉鎖されるが、この溶剤の廃棄動作を行う場合を除いては、バルブＶ２は溶剤供給源４１から液面検出管４３に溶剤を供給するために開放される。バルブＶ３は前記溶剤を廃棄するときにはガス供給源４８から液面検出管４３内にＮ2ガスを供給するために開放され、この溶剤の廃棄動作を行う場合を除いては閉鎖される。バルブＶ３、ガス供給管４９及びＮ2ガス供給源４８は溶剤の排出機構をなす。
続いて、冷却アーム５１及び排気アーム６１について夫々その下側斜視図、正面図を夫々示した図４、図５も参照しながら説明する。冷却アーム５１は、水平且つ角型に形成された冷却用載置部を構成する冷却板５２を備えている。例えば冷却板５２の内部には、図示しない冷却水の流路が形成されており、冷却板５２の表面に載置されたウエハＷを前記冷却水との熱交換により冷却する。図５に示すように前後方向に向かって見て、冷却板５２の左右は上側に向けて折れ曲がり、起立板５３、５３を構成している。冷却アーム５１の左右の後端側は下方へ向かって伸びて支持部５４を構成し、図示しない駆動機構に接続されている。この駆動機構により冷却アーム５１は、図１、図２に示す処理容器１１の後方側の待機領域７０と処理容器１１の処理空間１０との間で前後方向に移動することができる。図中５５はスリットであり、冷却板５２の前方端から後方側に向かって平行に２本形成され、冷却アーム５１が処理空間に移動したときに昇降ピン２３がこれらのスリット５５を通過することができる。
続いて、区画機構を構成する排気アーム６１について説明する。図３に示すように排気アーム６１は、冷却アーム５１を覆うように形成されており、冷却板５２の上方に位置する区画板６２を備えている。区画板６２は水平な角型状に形成されており、図５に示すようにこの区画板６２を前後方向に見ると、その左右には下方側に向かって垂直に伸びる下降板６３、６３が設けられている。これら下降板６３、６３は冷却アーム５１を左右から挟むように形成される。この下降板６３及び前記冷却アーム５１の起立板５３は、後述の隣接領域６０の溶剤蒸気から見て排気領域５０へ向かう流路を屈曲構造とするために形成され、当該蒸気の排気領域５０への進入を抑える役割を有する。
区画板６２の後方側には下降板６３、６３に挟まれるように排気部６４が設けられており、この排気部６４は、排気アーム６１の前方端の位置と、冷却アーム５１の前方端の位置とが揃った状態で、冷却アーム５１の冷却板５２と起立板５３、５３と、区画板６２とに囲まれて形成される排気領域５０を後方側から塞ぐように設けられている。排気部６４には左右方向に伸びるスリット状の排気口６５が形成されており、排気領域５０の雰囲気を排気して除去することができる。この排気口６５はバルブＶ４を介して後述のタンク８１に接続されている。図４、図５中６６は冷却アーム５１の起立板５３が通過するために、排気部６４と下降板６３との間に設けられる隙間である。
下降板６３の後端側は下方へ向かって伸びて支持部６７を構成し、図示しない駆動機構に接続されている。この駆動機構により排気アーム６１は、図１に示す処理容器１１の後方側の待機領域７０と、処理容器１１の処理空間１０との間で前後方向に移動することができる。区画板６２の下面の前方側の端部には左右に伸びるスリット状のパージガス吐出口６８が形成されている。このパージガス吐出口６８は、前記排気領域５０において当該領域５０の溶剤雰囲気が処理容器１１の外側へ向けて流れることを防ぐために、斜め後方側に向けてパージガスであるＮ2ガスを吐出する。パージガス吐出口６８は、バルブＶ５を介して上記のＮ2ガス供給源４８に接続される。
区画板６２の上面側には円形の凹部をなす液受け部６９が形成されている。この液受け部６９は、排気アーム６１が処理容器１１内に進入したときに溶剤保持板３３の下方に対向して位置し、当該溶剤保持板３３から吐出された不要な溶剤を受けて除去する役割と、区画板６２の上側の雰囲気とを除去する役割とを有しており、溶剤保持板３３よりも大きく形成されている。この液受け部６９には廃液路６９ａが接続され、廃液路６９ａはバルブＶ６を介してタンク８１に接続されている。
図１、図２に戻って筐体７１について説明する。筐体７１は、処理容器１１の外側において上記の冷却アーム５１及び排気アーム６１が待機する待機領域７０と、処理容器１１とを囲むように形成される。筐体７１内の後方側には排気口（外側領域排気口）７２が開口しており、上記のシャッタ３７が開いて進退口１５が開放されたときに処理空間１０から放出される溶剤雰囲気を除去し、筐体７１の外部へ溶剤雰囲気の漏洩を防ぐ。排気口７２はバルブＶ７を介してタンク８１に接続されている。筐体７１の前方側には、処理空間１０にウエハＷの受け渡しを行うための搬送口７３が開口している。
タンク８１はクリーンルーム内に設置され、その内部に前段室８２及び後段室８３を備え、各室８２、８３を仕切る仕切り壁８４が設けられている。仕切り壁８４には前段室８２から後段室８３へ気体を流通させる孔８５が形成されている。前段室８２には排液路８２ａが接続され、後段室８３には真空ポンプなどの排気機構８６が接続されており、当該タンク８１を介して排気機構８６は上記のように装置１の各所から排気を行うことができる。仕切り壁８４及び前段室８２を構成するタンク８１の壁部には冷却水の流路８７が形成され、タンク８１の外部の図示しない温調部にて温度調整された冷却水が、この流路８７に供給された後、前記温調部にて温調されて繰り返し前記流路８７に供給される。
処理容器１１内及び筐体７１内から排気され、前段室８２に流れ込んだ雰囲気中の溶剤及びレジストの溶解物などは、この前段室８２にて冷却されて液化し、前記排液路から排液される。そして、このように溶剤及びレジストなどが除去された雰囲気が後段室８３に流れ込んで排気される。つまり、タンク８１は気体と液体とを分離して除去する役割を有する。なお、処理容器１１内及び筐体７１内から排気される溶剤ガスは高温多湿のガスなので、前記クリーンルームの温度、例えば２３度程度で液化するため、冷却水の流路８７を設けずに自然冷却させてもよいが、流路８７を設けることで前記分離性能をより高くすることができる。冷却水の代わりに温度調整されたガスを流路８７に流してもよい。
基板処理装置１は制御部８０により制御される。この制御部８０は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。前記プログラムには制御部８０から基板処理装置の各部に制御信号を送り、所定の表面処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード等の記憶部に格納されて制御部８０にインストールされる。ここで前記プログラムには、各バルブＶの開閉、ヒータ２２、３５による昇温、冷却アーム５１及び排気アーム６１の移動及び昇降ピン２３の昇降動作等を制御するためのプログラムも含まれており、制御部８０のメモリに予め記憶されたプロセスレシピに応じて、前記各部が制御されるようになっている。
続いて、基板処理装置１によるウエハの処理工程について、装置１の各部の動作を示す図６〜図１６を参照しながら説明する。また、装置１の各部の動作を示すタイムチャートである図１７も適宜参照しながら説明する。このタイムチャートでは、シャッタ３６、３７による搬送口１４及び進退口１５の開閉動作、各アーム５１、６１の処理空間１０への進入動作及び処理空間１０からの退出動作、各部からのガス供給及び排気のオンオフ、蓋体１３の昇降動作、昇降ピン２３の昇降動作を示している。
先ず基板処理装置１は、搬送口１４が閉じ、蓋体１３が上昇位置にあり、進退口１５が開いて冷却アーム５１及び排気アーム６１が処理空間１０に進入し、各アーム５１、６１の先端が処理容器１１の内壁に接して排気アーム６１と冷却アーム５１とに囲まれる排気領域５０が周囲から区画された状態におかれる。便宜上処理空間１０において、このように区画された排気領域５０の周囲の領域を隣接領域６０と記載する。このような排気領域５０の区画後、筐体７１の排気口７２からの当該筐体７１内の排気と、排気アーム６１の液受け部６９からの排気とが行われる。
続いて溶剤供給源４１から溶剤が溶剤供給領域３２に圧送されて液面検出管４３に流入し、図６に示すように当該液面検出管４３における溶剤の液面が次第に上昇する。このとき溶剤供給口３４から落下した溶剤は前記液受け部６９から排液される。タンク４５に溶剤が満たされ、上側液面検出センサ４６が溶剤の液面を検出すると、溶剤供給領域３２への溶剤の供給が停止する。ヒータ２２によりステージ２１の温度が上昇すると共に、ヒータ３５により溶剤保持板３３の下面が前記ステージ２１よりも低い温度例えば４０℃に加熱され、溶剤保持板３３の溶剤供給口３４から溶剤が蒸発して溶剤蒸気となり、溶剤供給口３４から蒸発した分の溶剤は毛細管現象により溶剤供給領域３２から溶剤供給口３４に自動で供給される。
このように溶剤供給領域３２及び液面検出管４３に溶剤が供給された後、ウエハＷの処理が開始される。このウエハＷの処理は、概略的には図１７に記載したようにウエハＷの処理空間１０への搬入及び温度調整、溶剤蒸気によるレジストマスクの平滑化処理、処理後のウエハＷの冷却及び処理空間１０からの搬出を行う各区間からなる。
排気アーム６１のパージガス吐出口６８からＮ2ガスが吐出されると共に排気口６５から排気が行われ、隣接領域６０から区画された排気領域５０の溶剤濃度が低下する。そして、搬送口１４が開かれて排気領域５０が処理容器１１の外部に開放され（図１６中時刻ｔ１）、図７に示すように搬送機構２０がウエハＷの裏面周縁部を支持した状態でこの排気領域５０に進入する。昇降ピン２３が上昇してウエハＷの裏面を支持し、搬送機構２０が処理容器１１から退避する。
図８に示すように搬送口１４が閉じられ（時刻ｔ２）、パージガス吐出口６８からのＮ2ガスの吐出が停止すると共に排気口６５からの排気が停止すると、冷却アーム５１が待機領域７０へ後退し（時刻ｔ３）、昇降ピン２３が下降して図９に示すようにウエハＷがステージ２１に載置される（時刻ｔ４）。このときウエハＷはクリーンルームの温度例えば２３℃であり、ステージ２１のヒータ２２により溶剤の露点温度より高く、溶剤の沸点よりも低い目標温度例えば５０℃になるように加熱される。このウエハＷの温度上昇中において、溶剤保持板３３と当該ウエハＷとが排気アーム６１により仕切られているため、溶剤保持板３３から揮発した溶剤が目標温度に達する前のウエハＷに付着、結露することが抑えられる。従って、ウエハＷは過度に膨潤してしまうことが防がれながら、目標温度に達する。
ウエハＷが目標温度に達すると排気アーム６１が待機領域７０へ後退し、シャッタ３７により進退口１５が閉じられ、図１０に示すように処理空間１０が待機領域７０から区画されて密閉され、排気口７２からの筐体７１内の排気が停止し、図１１に示すように処理容器１１の蓋体１３が処理位置に下降する（時刻ｔ５）。溶剤保持板３３から処理空間１０に溶剤が揮発し、処理空間１０と溶剤保持板３３の表面との間で溶剤が平衡状態となり、処理空間１０には溶剤の飽和蒸気雰囲気が形成される。
このときウエハＷが溶剤の露点温度よりも高く、溶剤の沸点よりも低い温度に調整されているため、レジストにより構成されたパターンマスク９の表面では、溶剤分子がレジストパターンに衝突し、パターン表面が溶剤により膨潤するものの、ウエハＷの熱により再び溶剤が揮発していく現象が繰り返し生じている。このため、図１７の上段、中段に示すように、溶剤によりパターンマスク９の表層部９１のみが溶剤を吸収して膨潤し、この溶剤により当該部位ではレジスト膜を構成する分子が軟化、溶解して流動するものの、パターンマスク９の内部への浸透が抑えられるので、パターン形状の溶解や変形は抑えられる。
図１２に示すように蓋体１３の上昇が開始され（時刻ｔ６）、蓋体１３は次第に下降する前の上昇位置へと戻る。それによって、溶剤保持板３３がステージ２１及びウエハＷから受ける輻射熱が次第に低下し、溶剤保持板３３の温度が低下し、それによって処理空間１０への溶剤蒸気の揮発量が低下する。そのため、ウエハＷへ供給される溶剤蒸気の量が抑えられ、前記膨潤した表層部９１にさらに過剰な溶剤が供給されることが抑えられるので、パターンマスク９内部へ溶剤が浸透することがより確実に抑えられる。このように処理が進行して、パターンマスク９表面の凹凸の表面が平坦化され、ウエハＷの面内においてパターン線幅のばらつきが低減する。
図１７の下段に示すようにパターンマスク９の表層部９１は乾燥が進行し、蓋体１３が上昇位置に戻り、昇降ピン２３がステージ２１からウエハＷを突き上げ（時刻ｔ７）、排気口７２からの筐体７１内の排気が再開される。そして、進退口１５が開放され、冷却アーム５１及び搬送アーム６１が前記進退口１５を介して処理空間１０へ移動し（時刻ｔ８）、ウエハＷが排気領域５０に収納される。冷却アーム５１及び搬送アーム６１の各先端が処理容器１１の内壁に当接し、排気領域５０がその外部の隣接領域６０から区画された状態となる。
そして、昇降ピン２３が下降してウエハＷが冷却アーム５１に受け渡されて冷却される。このように昇降ピン２３が下降する一方で、図１４に示すように排気アーム６１における液受け部６９から排気が行われると共にパージガス吐出口６８からのＮ2ガスの吐出及び排気口６５からの排気が行われて、排気領域５０に前方から後方へ向かうガス流が形成される（時刻ｔ９）。このように排気領域５０は、溶剤の供給源となる溶剤保持板３３が設けられる隣接領域６０から当該溶剤が流入しないように区画された状態で排気及びパージガスの供給が行われ、その溶剤濃度が速やかに低下する。
その後、搬送口１４が開いて排気領域５０が処理容器１１の外部に開放されると共に、昇降ピン２３が上昇して冷却アーム５１からウエハＷが離れ（時刻ｔ１０）、排気領域５０に搬送機構２０が進入し、昇降ピン２３が下降して搬送機構にウエハＷが受け渡される（図１５）。搬送機構２０が後退し、ウエハＷが搬出される。このウエハＷの搬出時にも排気領域５０には前記ガス流が引き続き形成され、より確実に排気領域５０からの処理容器１１の外部への溶剤雰囲気の漏洩が防がれる。
搬送口１４が閉じ、パージガス吐出口６８からのＮ2ガスの吐出及び排気口６５からの排気が停止する。液受け部６９及び排気口７２の排気により、溶剤保持板３３から発生する溶剤蒸気は除去されるので、当該溶剤蒸気の排気領域５０への流入は抑えられる。そして先のウエハＷを搬入する場合と同様に、排気領域５０に前記ガス流が形成されて排気領域５０の溶剤濃度がさらに下げられた後、搬送口１４が開いて後続のウエハＷが搬入される。この後続のウエハＷは先に処理されたウエハＷと同様に処理されて、処理容器１１から搬出される。
このようにウエハＷの装置１への搬入及び処理が続けられ、タンク４５内の溶剤が空になり下側液面検出センサ４４が溶剤の液面を検出すると、この液面の検出時に処理中のウエハＷの処理を終了した後で、次のウエハＷを処理容器１１内に搬送する前に溶剤の補充動作が行われる。この補充動作は、図６で説明したように装置１の動作開始時に溶剤供給領域３２に溶剤を供給する場合と同様に行われ、上側液面検出センサ４６が液面を検出するまで溶剤供給領域３２を介して液面検出管４３に溶剤の供給が行われる。
例えば所定の枚数のウエハＷを処理後、装置の動作を停止するときには、バルブＶ３を開き、図１６に示すようにＮ2ガスを液面検出管４３に供給する。当該液面検出管４３、タンク４５及び溶剤供給領域３２に残留している溶剤は加圧され、溶剤保持板３３の溶剤供給口３４から排気アーム６１の液受け部６９に押し出されて当該液受け部６９から除去される。然る後、排気口７２からの筐体７１内の排気と、排気アーム６１の液受け部６９からの排液及び排気とが停止する。
このような基板処理装置１においては、溶剤蒸気の飽和蒸気雰囲気が形成された処理容器１１内に周囲から隔離された排気領域５０を形成するための排気アーム６１及び冷却アーム５１を進入させ、この排気領域５０を排気アーム６１の排気口６５により局所的に排気するため、この排気領域５０の溶剤濃度を速やかに低下させることができる。従って、この排気領域５０に対して開閉される搬送口１４から処理容器１１の外部への溶剤蒸気の漏洩を抑えることができる。また処理空間１０に対して排気領域５０の容積を抑えることができるので、当該排気領域５０の溶剤濃度を速やかに低下させることができるため、処理済みのウエハＷの搬出及び後続のウエハＷの搬入を速やかに行うことができる。その結果、スループットの向上を図ることができる。
また、この装置１では排気領域５０の溶剤雰囲気を除去する間に加熱されたウエハＷを冷却アーム５１により冷却するので、装置１から搬出後にウエハＷを冷却する必要が無い。従って、より確実にスループットの向上を図ることができる。また、冷却アーム５１を設け、上記のように排気領域５０を形成することにより、排気領域５０を処理空間１０の下側の領域から区画し、当該排気領域５０の容積を小さくすることができるので好ましい。ただし、冷却アーム５１を設けず、排気アーム６１により処理空間１０の上下を区画して、排気アーム６１の下方側のステージ２１を含む領域を排気領域としてもよい。この場合には排気アーム６１とステージ２１との間隔を制御して、前記排気領域の高さを抑えて排気領域の容積を抑えることが好ましい。
また、処理容器１１内で溶剤保持板３３の下面に溶剤を供給し、溶剤が不足したときには自動で補充を行えるため、溶剤を溶剤保持板３３に供給するために溶剤保持板３３を処理容器１１の外部へ搬出する必要が無いので、それによってより確実に溶剤雰囲気の装置１の外側への漏洩を防ぐことができるし、溶剤保持板３３を外部へ搬出するための搬送機構も不要になるので、装置の構成を簡素化し、製造コストを低下させることができる。この溶剤保持板３３は多孔質体により構成してもよい。
上記の例においてはクリーンルームの温度つまり溶剤の露点よりも低い温度のウエハＷを処理空間１０に搬入しているが、ウエハＷを溶剤の露点よりも高い温度に加熱した状態で処理空間１０に搬送してもよい。この場合、ステージ２１に受け渡された前記ウエハＷは搬入時の温度からステージ２１の温度に降温して目標温度となり飽和蒸気雰囲気によりパターンマスク９が膨潤する。つまりウエハＷの搬入時から目標温度になるまではウエハＷへの溶剤分子の付着が防がれ、パターンマスク９の過度の膨潤をより確実に抑えることができる。
上記の例で、処理容器１１を囲う筐体７１内を排気する構成とする代わりに図１９に示すように進退口１５にＮ２ガスの供給口１０１と排気口１０２とを設けてもよい。シャッタ３７が開いたときには、供給口１０１からＮ2ガスが供給されると共に排気口１０２から排気が行われ、進退口１５に矢印で示すようにガス流が形成され、処理空間１０の雰囲気はこのガス流に阻まれて外部に漏れ出すことが防がれる。
また、外部から区画部材である排気アーム６１を進入させて処理空間１０を区画する場合の他に、図２０に示すように処理空間１０内に開閉自在なシャッタ１０３を設け、それによって処理空間１０を区画してもよい。図中１０４は処理容器１１底部に設けられた排気口であり、ウエハＷの処理後にシャッタ１０３が閉まり、溶剤保持板３３とウエハＷを載置したステージ２１とが区画されると、排気口１０４からステージ２１の周囲が排気されると共にガス供給口１０５からＮ2ガスが供給されて、シャッタ１０３により区画された下側の雰囲気が置換される。然る後、搬送口１４からウエハＷが搬出され、例えば処理容器１１の外部の冷却装置に搬送されて冷却される。
なお、上記の例では、ヒータ２２がステージ２１に内蔵されているが、ステージ２１に載置されるウエハＷが加熱される構成であれば、どのような構成であってもよく、例えば処理容器１１内にＬＥＤ（発光ダイオード）を設けて、このＬＥＤからウエハＷに光エネルギーを照射して加熱を行ってもよい。また、上記の装置１で各部からＮ2ガスを供給することに限られず、空気など他のガスを供給してもよい。
Ｗ ウエハ
１ 基板処理装置
１０ 処理空間
１１ 処理容器
１３ 蓋体
１４ 搬送口
１５ 進退口
３３ 溶剤保持板
５０ 排気領域
５１ 冷却アーム
６１ 排気アーム
８０ 制御部
１ 基板処理装置
１０ 処理空間
１１ 処理容器
１３ 蓋体
１４ 搬送口
１５ 進退口
３３ 溶剤保持板
５０ 排気領域
５１ 冷却アーム
６１ 排気アーム
８０ 制御部
Claims (17)
- 露光、現像処理されてパターンマスクが形成された基板に対して、前記パターンマスクの荒れを改善するために処理を行う基板処理装置において、
その内部に処理空間を形成する処理容器と、
前記処理空間に設けられ、前記基板を載置する処理用載置部と、
前記処理用載置部に載置された基板を溶剤の露点温度よりも高い温度に加熱するための加熱部と、
前記基板の表面全体と対向するように前記処理空間に設けられ、前記基板との間の雰囲気を溶剤の飽和蒸気雰囲気として基板を処理するための溶剤の蒸発源となる蒸発源形成部材と、
前記処理空間において前記蒸発源形成部材が設けられる第１の領域と、処理容器の外部と前記処理用載置部との間で基板を受け渡すための第２の領域とを、夫々の雰囲気が遮断されるように区画する区画状態と、前記夫々の雰囲気が互いに開放される開放状態とを互いに切替える区画機構と、
前記処理容器に設けられ、前記区画状態の第２の領域に開閉自在な基板搬送口と、
前記区画状態の第２の領域を排気して、当該第２の領域の溶剤雰囲気を除去する排気口と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。 - 前記区画機構は、処理容器の外部の待機領域と前記処理空間との間で移動自在に構成され、
前記処理容器には、前記区画機構が移動するために開閉自在な移動用開口部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。 - 前記待機領域を囲む筐体と、当該筐体内を排気するための外側領域排気口と、が設けられることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
- 前記待機領域と処理空間との間で移動自在、且つ前記区画機構に覆われるように構成され、前記加熱部により加熱された基板を載置して冷却するための冷却用載置部と、
前記処理用載置部から前記冷却用載置部へ基板を移載するための移載機構と、
が設けられ、
前記第２の領域は冷却用載置部と、区画機構との間に形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。 - 前記蒸発源形成部材から不要な溶剤を排出するための排出機構を備え、
前記区画機構は、前記溶剤を排液して除去するための液受け部を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。 - 前記排気口は、前記区画機構に設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
- 前記区画機構は、前記第２の領域の溶剤雰囲気を前記排気口にパージして除去するためのパージガスを当該第２の領域に供給するパージガス供給口を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
- 前記蒸発源形成部材は、基板に対向して設けられ、基板に向けて開口する溶剤供給用開口部を備える対向部により構成され、
溶剤が貯留される貯留部が設けられ、
前記貯留部から前記溶剤供給用開口部へ毛細管現象により溶剤が供給されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板処理装置。 - 前記貯留部の液の残量を検出するためのセンサを備えることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
- 露光、現像処理されてパターンマスクが形成された基板に対して、前記パターンマスクの荒れを改善するために処理を行う基板処理方法において、
処理容器の内部に形成された処理空間に設けられる処理用載置部に前記基板を載置する工程と、
加熱部により前記処理用載置部に載置された基板を溶剤の露点温度よりも高い温度に加熱する工程と、
前記基板の表面全体と対向するように前記処理空間に設けられる蒸発源形成部から溶剤を蒸発させ、前記基板との間の雰囲気を溶剤の飽和蒸気雰囲気とする工程と、
区画機構により、前記処理空間において前記蒸発源形成部材が設けられる第１の領域と、処理容器の外部と前記処理用載置部との間で基板を受け渡すための第２の領域とを、夫々の雰囲気が遮断されるように区画する区画状態とする工程と
前記区画機構により前記夫々の雰囲気が互いに開放される開放状態とする工程と、
前記区画状態の第２の領域に、前記処理容器に設けられる基板搬送口を開閉する工程と、
排気口により前記区画状態の第２の領域を排気して、当該第２の領域の溶剤雰囲気を除去する工程と、
を備えたことを特徴とする基板処理方法。 - 前記区画機構を、処理容器の外部の待機領域と前記処理空間との間で移動させる工程と、
処理容器において、前記区画機構を移動させるための移動用開口部を開閉する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。 - 前記待機領域を囲む筐体内を排気する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の基板処理方法。
- 前記区画機構に覆われるように構成され、前記待機領域と処理空間との間で前記加熱部により加熱された基板を載置して冷却するための冷却用載置部を移動させる工程と、
移載機構により前記処理用載置部から前記冷却用載置部へ基板を移載する工程と、を備え、
前記第２の領域は冷却用載置部と、区画機構との間に形成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板処理方法。 - 排出機構により前記蒸発源形成部材から不要な溶剤を前記区画機構に排出する工程と、
前記区画機構に設けられる液受け部から、前記溶剤を排液して除去する工程と、を備えることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一つに記載の基板処理方法。 - 前記第２の領域の溶剤雰囲気を除去するために、前記第２の領域にパージガスを供給して前記溶剤雰囲気を前記排気口にパージする工程と、を備えることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一つに記載の基板処理方法。
- 前記蒸発源形成部材を構成し、前記基板に対向して形成された対向部にて、基板に向けて開口するように設けられた溶剤供給用開口部へ、溶剤が貯留される貯留部から毛細管現象により溶剤を供給する工程を含むこと特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか一つに記載の基板処理方法。
- 露光、現像処理されてパターンマスクが形成された基板に対して、前記パターンマスクの荒れを改善するために処理を行う基板処理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１１ないし１６のいずれか一つに記載の基板処理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。
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