JP5578675B2 - レジストパターン形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば半導体ウエハやＬＣＤ用ガラス基板等の基板にリソグラフィ処理を施すレジストパターン形成装置に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等の基板の上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の薄膜や電極パターンを形成するために、フォトリソグラフィ技術が利用されている。このフォトリソグラフィ技術においては、基板にフォトレジスト（以下にレジストという）を塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に所望の回路パターンを形成する、一連のリソグラフィ工程によって行われている。

ところで、近年ではデバイスパターンの微細化の要請が高まっており、微細化の方法の一つとして、リソグラフィ工程を複数回用いてレジストパターンを形成するダブルパターニング技術が知られている。

また、この種のダブルパターニング技術において、第１リソグラフィ工程によって形成された第１パターンのレジストを第２リソグラフィ工程から保護する目的で架橋剤を含有するレジストを用いたレジスト処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

架橋剤を含有するレジストを用いる、いわゆる自己架橋プロセス技術においては、第１リソグラフィ工程によって第１パターンが形成された基板を加熱（ハードベーク）することによって溶解耐性を持たせることができる。

特開２０１０−２８１０１号公報

しかしながら、自己架橋プロセス技術は、第２リソグラフィ工程のレジストから第１レジストパターンの溶解や混合を保護する目的であるが、第１，第２リソグラフィ工程のレジストの相性、あるいは、熱処理温度限界によっては、十分に保護できない。すなわち、第１レジストパターンが溶解して破壊し、第２レジストパターンが正常に被膜できない、すなわちレジストの面内塗布の均一性が低下するなどの問題がある。

この問題を解決する手法として、第１レジストパターンを第２リソグラフィ工程のレジストから溶解し難くするために高温度の熱処理によって架橋反応を促進させることが考えられる。しかしながら、高温度による熱処理は第１レジストパターンの変形や変質を招き、リソグラフィ性能を低下させることになる。

また、自己架橋プロセス技術においては、第２リソグラフィ工程における第２レジスト塗布処理の際に使用するプリウェットの溶剤によって第１レジストパターンが溶解するのを避けるために、溶剤を用いずにレジストを塗布する必要がある。そのため、レジストを多く使用することになり、高価なレジスト液の無駄を招くことになる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１レジストパターンの保護性能の向上及び第２レジストの面内塗布性能の向上が図れ、かつ、レジストの省薬液化を図れるようにしたレジストパターン形成装置を提供する。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板にレジスト塗布処理、露光処理及び現像処理等のリソグラフィ処理を施して所定のパターンを形成するリソグラフィ工程を繰り返し行うレジストパターン形成装置であって、 基板に架橋剤を含有するレジストを塗布する塗布処理部と、レジストが塗布された基板を露光する露光処理部、及び露光後の基板を現像する現像処理部等を備えるパターン形成部と、 上記パターン形成部によって第１レジストパターンが形成された現像処理後の基板に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を具備し、 上記紫外線照射装置は、基板の表面を上面にして保持すると共に、加熱体を配設する基板保持台と、上記基板保持台に保持された基板に紫外線を照射する紫外線照射体と、上記基板保持台と紫外線照射体とを相対的に平行移動する移動機構と、上記基板保持台と紫外線照射体を配設する筐体に開閉弁を介して接続する酸素ガス供給手段と、上記紫外線照射体，上記移動機構，上記加熱体及び上記開閉弁を制御する制御手段と、を具備し、 上記筐体内の処理空間内に、上記基板表面を親水性にすべく上記紫外線を照射可能に形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、パターン形成部によって基板に架橋剤を含有するレジストを塗布、露光及び現像して第１レジストパターンを形成した後、第１レジストパターンに紫外線を照射することにより、架橋剤の反応（結合）をし易くし、第１レジストパターンが形成された基板を加熱部で加熱することによって、第１レジストの第２レジストに対する溶解耐性を持たせることができ、かつ、接触角を低下させることができる。

また、この発明において、上記紫外線照射装置における上記筐体内の処理空間内が大気状態において、紫外線照射時間は、例えば２．１〜５秒に設定されている方がよい。

加えて、この発明において、上記紫外線照射装置における上記筐体内の処理空間内が大気状態において、上記加熱部における加熱温度はガラス転移温度以下に設定される方よく、例えば、加熱温度はガラス転移温度以下、１９０℃以上に設定される方がよい。

この発明によれば、第１レジストパターンの第１レジストの第２レジストに対する溶解耐性を持たせることができ、かつ、接触角を低下させることができるので、第１レジストパターンの保護性能の向上及び第２レジストの面内塗布性能の向上が図れ、かつ、レジストの省薬液化が図れる。

この発明に係るレジストパターン形成装置を適用したレジスト塗布・現像処理装置の一例を示す概略平面図である。 上記レジスト塗布・現像処理装置の概略斜視図である。 上記レジスト塗布・現像処理装置の概略断面図である。 上記レジスト塗布・現像処理装置における塗布ユニットを示す概略平面断面図（ａ）及び概略断面図（ｂ）である。 上記レジスト塗布・現像処理装置における処理ブロックの単位ブロック（ＤＥＶ層）を示す概略斜視図である。 この発明に係るレジストパターン形成装置の第１実施形態を示す要部断面図である。 上記レジストパターン形成装置の要部平面断面図である。 第１実施形態のパターン形成方法の処理工程を示すフローチャートである。 この発明に係るレジストパターン形成装置の第２実施形態を示す要部断面図である。 第２実施形態のパターン形成方法の処理工程を示すフローチャートである。 この発明に係るレジストパターン形成方法の評価実験から得た紫外線照射の有無とレジスト溶解性の関係を示すグラフである。 この発明に係るレジストパターン形成方法の別の評価実験から得た紫外線照射の有無とレジスト溶解性の関係を示すグラフである。

以下に、この発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、この発明に係るレジストパターン形成装置をレジスト塗布・現像処理システムに適用した場合について説明する。

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）が例えば２５枚密閉収容されたキャリア１０を搬入出するための搬入・搬出部であるキャリアブロックＳ１と、複数個例えば４個の単位ブロックＢ１〜Ｂ４を縦に配列して構成され塗布・現像処理部である塗布・現像処理部ブロックＳ２（以下に処理ブロックＳ２という）と、インターフェイス部であるインターフェイスブロックＳ３と、露光処理部である露光装置Ｓ４と、を具備している。このレジスト塗布・現像処理システムにおいて、処理ブロックＳ２とインターフェイスブロックＳ３及び露光装置Ｓ４とでレジストパターン形成部が形成されている。

上記処理ブロックＳ２は、図２に示すように、この例では現像処理を行うための第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１、レジスト膜の下層側に形成される反射防止膜の形成処理を行うための第２のブロック（ＢＣＴ層）Ｂ２、レジスト膜の塗布を行うための第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３、レジスト膜の上層側に形成される反射防止膜の形成を行うための第４のブロック（ＴＣＴ層）Ｂ４を、下から順に積層して構成されている。

また、処理ブロックＳ２には、レジスト塗布後又は現像処理後のウエハを各々加熱、冷却するための加熱部と冷却部とを積層した熱系棚ユニット群Ｕ１〜Ｕ４が配置されている。また、処理ブロックＳ２には、後述する紫外線照射装置５０が熱系棚ユニット群Ｕ１〜Ｕ４に並設されている。

第２のブロック（ＢＣＴ層）Ｂ２と第４のブロック（ＴＣＴ層）Ｂ４とは、各々反射防止膜を形成するための薬液をスピンコーティングにより塗布する塗布ユニット２２，２４と、この塗布ユニットにて行われる処理の前処理及び後処理を行うための加熱・冷却系の処理ユニット群と、上記塗布ユニットと処理ユニット群との間に設けられ、これらの間でウエハＷの受け渡しを行う主搬送機構である搬送アームＡ２，Ａ４と、で構成されている。

第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３についても上記薬液が架橋剤を含有する第１レジスト液あるいは第２レジスト液であることを除けば同様の構成である。すなわち、架橋剤を含有する第１レジスト液をスピンコーティングにより塗布する塗布処理部である塗布ユニット２３と、この塗布ユニット２３にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための加熱・冷却系の処理ユニット群と、上記塗布ユニットと処理ユニット群との間に設けられ、これらの間でウエハＷの受け渡しを行う主搬送機構である搬送アームＡ３と、で構成されている。

塗布ユニット２３は、図４に示すように、一側壁にウエハＷの搬入・搬出口３０ａを有する扁平な箱状の筐体３０内に、横方向（図中のＹ方向）に一列に配列された３つの液処理部２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、これらの液処理部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに架橋剤を含有する第１レジスト液，第２レジスト液やシンナー等の塗布液を供給する複数本のノズル３１と、このノズル３１を搬送するためのノズル搬送機構３２と、ノズル３１を待機させるノズルバス３３と、ウエハＷに塗布されたレジスト膜の周縁部を除去するためのエッジ・ビード・リムーバ（Edge Bead Remover：ＥＢＲ）機構３４と、を備えている。

この場合、液処理部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、共通の構成を備えており、基板保持部としてのスピンチャック３５と、このスピンチャック３５に保持されウエハＷを取り囲むように設置されたカップ体３６とを備えている。

また、ノズル搬送機構３２はノズル３１を保持するノズルアーム３２ａと、このノズルアーム３２ａを支える基台３２ｂと、基台３２ｂの走行軌道をなすガイドレール３２ｃと、レール１３上で基台１２を移動させる機構とから構成されている。

上記のように構成される塗布ユニット２３によれば、外部の搬送アームＡ３によって３つの搬入・搬出口３０ａのいずれか一つより筐体３０内に搬入されたウエハＷは、搬入・搬出口３０ａに対応する液処理部２３ａ，２３ｂ，２３ｃのスピンチャック３５に受け渡される。

そしてノズル搬送機構３２を作動させ、ノズルバス３３上で待機させたノズルアーム３２ａを持ち上げて、図４のＹ方向に搬送する。次いでシンナーを供給するノズル３１がウエハＷの略中央上方の位置に到達したらノズルアーム３２ａの移動を停止し、その位置にてノズルアーム１１を降下させる。その後静止しているウエハＷ上にノズル３１からシンナーを供給した後、当該処理にて塗布する架橋剤を含有する第１レジスト液の供給ノズル３１がウエハＷの略中央上方に位置するように、ノズルアーム３２ａを移動させる。この移動動作と並行して、スピンチャック３５を例えば高速回転させ、その回転中のウエハＷ上に第１レジスト液を供給、停止してウエハＷの径方向に広げるスピンコーティングを行う。

続けてスピンチャック３５を低速で回転させ、スピンコーティングした第１レジスト膜の膜圧を均一にし、次いで再び高速回転させることによりコーティングした第１レジスト液の振り切り乾燥を行う。この間、ノズル搬送機構３２は上述の経路とは反対の経路でノズルアーム３２ａを移動させて、塗布液の供給の完了したノズル３１をノズルバス１４で待機させる。

一方、振り切り乾燥の完了したウエハＷに対しては対応するＥＢＲ機構６を稼働させて、リンス液ノズルをＥＢＲノズルバス３３からウエハＷの周縁部まで搬送して、ここにリンス液を塗布し、スピンチャック３５を回転させることでウエハＷ周縁部に塗布した第１レジスト膜を除去した後、レジスト膜の場合と同様にリンス液の振り切り乾燥を行って一連のレジスト塗布処理を完了する。

以上の動作は第１レジストパターンを形成するレジスト塗布処理の場合であるが、第２レジストパターンを形成する場合は、シンナーを供給せずに第２レジスト液を供給して上述と同様の動作を行って一連のレジスト塗布処理を完了する。

一方、第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１については図３に示すように一つのＤＥＶ層Ｂ１内に現像処理部である現像ユニット２１が２段に積層されている。そしてＤＥＶ層Ｂ１内には、これら２段の現像ユニット２１にウエハＷを搬送するための主搬送機構である搬送アームＡ１が設けられている。つまり２段の現像ユニットに対して搬送機構である搬送アームＡ１が共通化されている構成となっている。

第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１における熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４には、例えば図５に示すように、露光後のウエハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキングユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＰＥＢ１）や、現像処理後のウエハＷの水分を飛ばすために加熱処理するポストベーキングユニット等と呼ばれている加熱ユニット（ＰＯＳＴ１）等が含まれている。これら加熱ユニット（ＰＥＢ１、ＰＯＳＴ１）等の各処理ユニットは、それぞれ処理容器９１内に収容されており、熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４は、上記処理容器９１が３段ずつ積層されて構成され、各処理容器９１の搬送領域Ｒ１に臨む面にはウエハ搬入・搬出口９２が形成されている。

また、第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１の搬送領域Ｒ１には上記搬送アームＡ１が設けられている。この搬送アームＡ１は、ＤＥＶ層Ｂ１内の全てのモジュール（ウエハＷが置かれる場所）、例えば熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４の各処理ユニット、現像ユニット２１，棚ユニットＵ５の各部との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されており、このために水平のＸ，Ｙ方向及び鉛直のＺ方向に移動自在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。

例えば、搬送アームＡ１（Ａ３〜Ａ５）は、同様に構成されており、図５に示すように、内周壁側の適宜位置に突設される複数の保持爪４１を有する２段の略馬蹄形状のアーム本体４０と、各アーム本体４０を水平方向に移動自在に保持する保持台４２と、保持台４２を水平方向に回転自在に支持する回転駆動機構４３と、水平ガイドレール４４及び垂直ガイドレール４５に沿って移動するための移動機構４６によって、Ｘ方向に進退自在，Ｙ方向に移動自在，昇降自在及び鉛直軸回りに回転自在に構成され、熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ６の各ユニットや受渡しステージＴＲＳ１、液処理ユニット及び紫外線照射装置パターン形成部との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。

更に処理ブロックＳ２には、図１及び図２に示すように棚ユニットＵ５が設けられ、キャリアブロックＳ１のキャリア１０から受け渡しアームＣによって取り出されたウエハＷは、棚ユニットＵ５の一つの受け渡しユニット、例えば第２のブロック（ＢＣＴ層）Ｂ２の対応する受け渡しユニットＣＰＬ２に、棚ユニットＵ５の近傍に設けられた昇降自在な主搬送機構である第１の受け渡しアームＤによって順次搬送されるように構成されている。

一方ＤＥＶ層Ｂ１内の上部には、棚ユニットＵ５に設けられた受け渡しユニットＣＰＬ１１から棚ユニットＵ６に設けられた受け渡しユニットＣＰＬ１２にウエハＷを直接搬送するための専用の搬送手段であるシャトルアームＥが設けられている。レジスト膜や更に反射防止膜の形成されたウエハＷは、受け渡しアームＤを介して受け渡しユニットＢＦ３、ＴＲＳ４から受け取り受け渡しユニットＣＰＬ１１に受け渡され、ここからシャトルアームＥにより棚ユニットＵ６の受け渡しユニットＣＰＬ１２に直接搬送され、インターフェイスブロックＳ３に取り込まれることになる。受け渡しユニットＣＰＬ１１に搬送されたウエハＷは、受け渡しアームＦによって露光装置Ｓ４に搬送される。なお、図３中のＣＰＬが付されている受け渡しユニットは温調用の冷却ユニットを兼ねており、ＢＦが付されている受け渡しユニットは複数枚のウエハＷを載置可能なバッファユニットを兼ねている。

なお、上記搬送アームＡ１〜Ａ４，受け渡しアームＣ，Ｄ，Ｆ及びシャトルアームＥ等の搬送機構、塗布ユニットや現像ユニットの駆動機構等は、制御手段である制御部１００に電気的に接続されており、制御部１００において予め記憶されたプログラムに基づいて制御されるように構成されている。

上記のように構成されるレジスト塗布・現像処理システムの基本的な処理の流れは、以下に示すような工程によって行われる。すなわち、まず、キャリアブロックＳ１のキャリア１０から受け渡しアームＣによって取り出されたウエハＷは、棚ユニットＵ５の受け渡しユニットＣＰＬ２に搬送される。次に、第２のブロック（ＢＣＴ層）Ｂ２内の搬送アームＡ２は、この受け渡しユニットＣＰＬ２からウエハＷを受け取って各ユニット（反射防止膜ユニット及び加熱・冷却系の処理ユニット群）に搬送し、これらユニットにてウエハＷには反射防止膜が形成される。

その後、ウエハＷは棚ユニットＵ５の受け渡しユニットＢＦ２、受け渡しアームＤ、棚ユニットＵ５の受け渡しユニットＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介して第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入され、架橋剤を含有する第１レジスト液が塗布され第１レジスト膜が形成される。更にウエハＷは、搬送アームＡ３、棚ユニットＵ５の受け渡しユニットＢＦ３、受け渡しアームＤを経て棚ユニットＵ５における受渡しユニットＢＦ３に受け渡される。その後、ウエハＷは、受け渡しアームＤによって受け渡しユニットＣＰＬ１１に搬送され、シャトルアームＥによって棚ユニットＵ６の受け渡しユニットＣＰＬ１２に搬送される。

次いで、ウエハＷはインターフェイスアームＦにより露光装置Ｓ４に搬送され、ここで所定の露光処理が行われた後、棚ユニットＵ６の受け渡しユニットＴＲＳ６に載置されて処理ブロックＳ２に戻される。戻されたウエハＷは、第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１にて現像処理が行われ、ウエハＷ表面に第１レジストパターンが形成される。第１レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１により棚ユニットＵ５の受け渡し台ＴＲＳ１に受け渡される。その後、受け渡しアームＤによって受け渡しユニットＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介して再び第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入され、第２レジスト液が供給されて第２レジスト膜が形成される。第２レジスト膜が形成されたウエハＷは、上記と同様の工程すなわち露光工程及び現像工程を経て第２レジストパターンが形成される。第２レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１により棚ユニットＵ５の受け渡し台ＴＲＳ１に受け渡される。その後、第１の受け渡しアームＤにより棚ユニットＵ５における受け渡しアームＣのアクセス範囲の受け渡し台に搬送され、受け渡しアームＣを介してキャリア１０に戻される。

次に、この発明における紫外線照射装置５０及び加熱部６０について説明する。紫外線照射装置５０は、ウエハＷの表面を上面にして保持する基板保持台５１と、基板保持台５１に保持されたウエハＷに紫外線を照射する紫外線照射体である紫外線ランプ５２と、基板保持台５１と紫外線ランプ５２とを相対的に平行移動する移動機構例えばボールねじ機構５３とを具備している。

例えば紫外線照射装置５０は、図６及び図７に示すように、側方に搬入・搬出口５４ａを有する扁平の箱状の筐体５４内の中央上部に紫外線ランプ５２が横設され、基板保持台５１が、該基板保持台５１の下方に連結する支持部材５５を介してボールねじ機構５３のねじ軸５３ａに装着されており、駆動モータ５３ｂの正逆回転によって筐体５４うちの一側部の搬入・搬出口５４ａ側から他側部に向かって紫外線ランプ５２と直交する水平方向に往復移動可能に構成されている。この場合、紫外線ランプ５２はウエハＷの直径以上の長さを有し、かつ波長が１７２ｎｍの直状紫外線照射ランプにて形成されている。

なお、筐体５４の搬入・搬出口５４ａの外側には、図示しない開閉機構によって搬入・搬出口５４ａを開閉するシャッター５６が設けられている。また、基板保持台５１は、図６に示すように、先端側が開口する２つのガイド溝５１ａが設けられたフォーク状に形成されている。待機位置（図７の右側）にある基板保持台５１の下方には、基板保持台５１のガイド溝５１ａを貫通する３本の支持ピン５７ａを有する受け渡し体５７が配設されている。この受け渡し体５７は、図示しない昇降機構によって昇降可能に形成されており、搬入・搬出口５４ａを介して筐体５４内に進入する搬送アームＡ１との間でウエハＷの受け渡しが行われるようになっている。

また、筐体５４内には、紫外線ランプ５２に対して搬入・搬出口５４ａ側と反対側に、紫外線ランプ５２によって紫外線が照射されたウエハＷを加熱する加熱部６０が配置されている。この加熱部６０は、ウエハＷを載置するヒータ６１が内蔵された熱板６２と、カバー用昇降シリンダ６３の駆動によって熱板６２の上方に昇降可能に配設されるカバー６４と、熱板６２に設けられた貫通孔（図示せず）を貫通する３本の昇降可能な受け渡しピン６５とを具備している。なお、受け渡しピン６５は支持板６６に立設され、支持板６６に連結される昇降ロッド６７ａを介してピン用昇降シリンダ６７の駆動によって受渡しピン６５が熱板６２の表面上方に出没可能に構成されている。すなわち、補助搬送機構を兼用するボールねじ機構５３の駆動によってウエハＷを載置した基板保持台５１が熱板６２の上方に搬送された状態で、ピン用昇降シリンダ６７が駆動して受渡しピン６５が上昇してウエハＷを基板保持台５１から受け取り、その後、下降してウエハＷを熱板６２上に載置し、ウエハＷの熱処理後、逆に、熱板６２上のウエハＷを熱板６２の上方に移動して基板保持台５１に受け渡すように構成されている。

更に、筐体５４の天井部にはガス供給口７１が設けられており、このガス供給口７１に接続されるガス供給管７２を介してガス供給手段例えば酸素ガスボンベ７０が接続されており、ガス供給管７２に介設された開閉弁７３の開放により、酸素ガスボンベ７０から酸素（Ｏ２）ガスが筐体５４内に供給されるように構成されている。

このように筐体５４内に酸素（Ｏ２）ガス又は窒素（Ｎ２）ガスを供給することにより、筐体５４内を酸素（Ｏ２）ガス雰囲気にすることができる。

なお、上記紫外線ランプ５２，ボールねじ機構５３，加熱部６０のヒータ６１，カバー用昇降シリンダ６３，ピン用昇降シリンダ６７及び開閉弁７３は、制御手段であるコントローラ８０に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動作するようになっている。例えば、コントローラ８０からの制御信号に基づいて、紫外線ランプ５２は、２．１〜５秒間照射し、ヒータ６１は各レジストによって架橋反応に必要な最適温度条件に設定されている。

なお、上記実施形態では、移動機構と搬送機構を兼用するボールねじ機構５３について説明したが、ボールねじ機構５３以外の機構例えばベルト駆動機構、リニアモータ駆動機構等によって移動機構と搬送機構を構成してもよい。

なお、上記実施形態では、紫外線照射装置５０を熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４と別個に設ける場合について説明したが、熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４の一部に組み込んで設けることも可能である。このように紫外線照射装置５０を熱系棚ユニットＵ１〜Ｕ４に組み込むことにより、装置の小型化が図れる。

次に、上記のように構成されたレジストパターン形成装置の動作態様について図８に示すフローチャートを参照して説明する。

＜第１レジストパターン形成工程＞
上記第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入されたウエハＷに架橋剤を含有する第１レジスト液を塗布して、ウエハＷ表面にレジスト膜を形成する（Ｓ−１）。レジスト膜が形成されたウエハＷは熱系棚ユニットに搬送され、プリベーク処理（Ｓ−２）によってレジスト膜から残存溶剤を蒸発除去し、クーリング処理（Ｓ−３）した後、露光装置Ｓ４に搬送され、露光処理（Ｓ−４）された後、ポストエクスポージャーベーク処理（Ｓ−５）してポジ型レジストの現像液に対する可溶解性をもたせる。その後、ウエハＷは第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１に搬入され、現像処理（Ｓ−６）されて、ウエハＷ表面に第１レジストパターンが形成される。

第１レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１によって第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１から取り出され、紫外線照射装置５０に搬入されて基板保持台５１上に載置される。次に、移動機構兼補助搬送機構例えばボールねじ機構５３の駆動モータパターン形成部が駆動して、基板保持台５１を図５において左方向に水平移動すると共に、紫外線ランプ５２から紫外線をウエハＷ表面に照射する（Ｓ−７）。このとき、紫外線ランプ５２から照射される紫外線の波長は１７２ｎｍで、照射時間は例えば２．１〜５秒に設定される。

このようにして第１レジストパターンが形成されたウエハＷ表面に紫外線を照射することにより、架橋剤の反応（結合）をし易くすることができる。

紫外線が照射されたウエハＷは、連続して加熱部６０の熱板６２の上方に搬送され、熱板６２上に載置され、架橋反応に最適な温度（ガラス転移温度以下）に加熱される（Ｓ−８）。これにより、架橋剤を含有する第１レジストに、以後の第２レジストに対する溶解耐性を持たせることができ、かつ、接触角を低下させることができる。

＜第２レジストパターン形成工程＞
紫外線照射及び加熱処理（ハードベーク処理）された第１レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１によって紫外線照射装置５０の筐体５４から搬出された後、受け渡し台ＴＲＳ１に搬送され、受け渡しアームＤによって受け渡しユニットＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介して再び第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入され、ウエハＷ表面に第１レジストパターン表面に第２レジスト液が塗布されて、第２レジスト膜が形成される（Ｓ−９）。この第２のレジスト塗布処理においては、上述したように第１レジストパターンが形成されたウエハＷ表面に紫外線を照射することによって接触角が低下すなわち親水性となるため、第２レジスト液の塗布の際にシンナー（溶剤）を用いずに第２レジスト液を塗布することができる。

第２レジスト膜が形成されたウエハＷは、プリベーク処理（Ｓ−１０）、クーリング処理（Ｓ−１１）された後、露光装置Ｓ４に搬送され、露光処理（Ｓ−１２）された後、ポストエクスポージャーベーク処理（Ｓ−１３）してポジ型レジストの現像液に対する可溶解性をもたせる。その後、ウエハＷは第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１に搬入され、現像処理（Ｓ−１４）されて、ウエハＷ表面に第２レジストパターンが形成される。第２レジストパターンが形成されたウエハＷは、熱系棚ユニットに搬送されて、ポストベーク処理（Ｓ−１５）、クーリング処理（Ｓ−１６）された後、搬送アームＡ１により棚ユニットＵ５の受け渡し台ＴＲＳ１に受け渡される。その後、第１の受け渡しアームＤにより棚ユニットＵ５における受け渡しアームＣのアクセス範囲の受け渡し台に搬送され、受け渡しアームＣを介してキャリア１０に戻される。

上記実施形態では、第１レジストパターンが形成されたウエハＷの第１レジスト膜に紫外線を照射した後に、加熱部６０でウエハＷを加熱する場合について説明したが、紫外線照射と同時にウエハＷを加熱してもよい。

例えば、図９に示すように、移動機構例えばボールねじ機構５３によって紫外線ランプ５２と直交する水平方向に往復移動可能な基板保持台５１Ａにヒータ６１Ａを内蔵して、基板保持台５１Ａに加熱部を兼用させてもよい。なお、図８に示す実施形態においては、上記第１実施形態の加熱部６０を除いた以外は同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

このように構成することにより、基板保持台５１によって保持される第１レジストパターンが形成されたウエハＷを所定温度例えばガラス転移温度以下の１９０℃に加熱した状態で、ウエハＷ表面に形成された第１レジストパターンに紫外線を照射することができる。したがって、装置の小型化が図れると共に、スループットの向上が図れる。

次に、上記のように構成された第２実施形態のレジストパターン形成装置の動作態様について図１０に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、第１実施形態のレジストパターン形成装置の動作態様の工程と同じ部分については省略して説明する。

＜第１レジストパターン形成工程＞
上記第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入されたウエハＷに架橋剤を含有する第１レジスト液を塗布して、ウエハＷ表面に第１レジスト膜を形成する（Ｓ−１）。第１レジスト膜が形成されたウエハＷは、プリベーク処理（Ｓ−２）→クーリング処理（Ｓ−３）→露光処理（Ｓ−４）→ポストエクスポージャーベーク処理（Ｓ−５）→現像処理（Ｓ−６）されて、ウエハＷ表面に第１レジストパターンが形成される。

第１レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１によって第１のブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１から取り出され、紫外線照射装置５０Ａに搬入されて基板保持台５１Ａ上に載置され、ヒータ６１Ａによって所定温度例えば１９０℃に加熱される。次に、ボールねじ機構５３の駆動モータパターン形成部が駆動して、基板保持台５１Ａを図９において左方向に水平移動すると共に、紫外線ランプ５２から紫外線をウエハＷ表面に照射する｛Ｓ−７（Ｓ−８）｝。このとき、紫外線ランプ５２から照射される紫外線の波長は１７２ｎｍで、照射時間は例えば２．１〜５秒に設定される。

このようにして第１レジストパターンが形成されたウエハＷを加熱すると同時に、ウエハ表面に紫外線を照射することにより、架橋剤の反応（結合）をし易くすることができると共に、架橋剤を含有する第１レジストに、以後の第２レジストに対する溶解耐性を持たせることができ、かつ、接触角を低下させることができる。

＜第２レジストパターン形成工程＞
紫外線照射及び加熱処理（ハードベーク処理）された第１レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ１によって紫外線照射装置５０Ａの筐体５４から搬出された後、受け渡し台ＴＲＳ１に搬送され、受け渡しアームＤによって受け渡しユニットＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介して再び第３のブロック（ＣＯＴ層）Ｂ３に搬入され、ウエハＷ表面に第１レジストパターン表面に第２レジスト液が塗布されて、第２レジスト膜が形成される（Ｓ−９）。この第２のレジスト塗布処理においては、上述したように第１レジストパターンが形成されたウエハＷ表面に紫外線を照射することによって接触角が低下すなわち親水性となるため、第２レジスト液の塗布の際にシンナー（溶剤）を用いずに第２レジスト液を塗布することができる。

第２レジスト膜が形成されたウエハＷは、プリベーク処理（Ｓ−１０）→クーリング処理（Ｓ−１１）→露光処理（Ｓ−１２）→ポストエクスポージャーベーク処理（Ｓ−１３）→現像処理（Ｓ−１４）→ポストベーク処理（Ｓ−１５）→クーリング処理（Ｓ−１６）される。その後、搬送アームＡ１により棚ユニットＵ５の受け渡し台ＴＲＳ１に受け渡される。その後、第１の受け渡しアームＤにより棚ユニットＵ５における受け渡しアームＣのアクセス範囲の受け渡し台に搬送され、受け渡しアームＣを介してキャリア１０に戻される。

上記実施形態のレジストパターン形成方法（装置）によれば、第１レジストパターンに紫外線を照射することによって、架橋剤の反応（結合）をし易くし、第１レジストパターンが形成された基板を加熱することによって、第１レジストの第２レジストに対する溶解耐性を持たせることができ、かつ、接触角を低下すなわち親水性にすることができる。したがって、液浸露光に使用される自己架橋型レジストの場合においても、第１レジストパターンに紫外線を照射することによって、架橋剤の反応（結合）をし易くできるので、適用可能である。

なお、この発明に係るレジストパターン形成方法によれば、ライン状の第１レジストパターンの間にライン状の第２レジスリパターンを形成するライン型ダブルパターン形状の他に、ライン状の第１レジストパターンを形成した後に、ウエハＷを水平方向に９０度回転して第２レジストパターンを形成するホール型パターンを形成することが可能である。

次に、この発明に係るレジストパターン形成方法の効果を調べるための評価実験について、図１１及び図１２を参照して説明する。

＜評価実験１＞
実験条件
・レジスト：架橋剤を含有する自己架橋型レジスト
・紫外線の波長：１７２ｎｍ
・環境：大気中
試料
・比較例１：紫外線（ＵＶ）照射無し、ハードベーク時間１９０秒
・比較例２：紫外線（ＵＶ）照射時間２．１秒、ハードベーク無し
・実施例１：紫外線（ＵＶ）照射時間２．１秒、ハードベーク時間１９０秒
・実施例２：紫外線（ＵＶ）照射時間５．０秒、ハードベーク時間１９０秒
・実施例３：紫外線（ＵＶ）照射時間１０．０秒、ハードベーク時間１９０秒
上記条件の下で、評価実験を行ってレジスト溶解性を調べたところ、表１及び図１０に示すような結果が得られた。

表１及び図１１に示すように、ＵＶ照射無しの比較例１においては、膜厚のばらつきが１５．７７ｎｍであり、ハードベーク無しの比較例２においては、膜厚のばらつきが２７．６３ｎｍであった。これに対して、実施例１（ＵＶ照射２．１秒、ハードベーク時間１９０秒）と実施例２（ＵＶ照射５．０秒、ハードベーク時間１９０秒）においては、共に膜厚ばらつきが０．３３ｎｍであり、また、実施例３（ＵＶ照射１０．０秒、ハードベーク時間１９０秒）においては、共に膜厚ばらつきが０．３２ｎｍであった。

上記評価実験１の結果、従来技術のハードベーク処理にＵＶ照射プロセスを追加することで、ウエハ中心部の膜減りが著しく低減し、レジストの溶解性が向上していることが判った。また、上記評価実験から明らかなように、ＵＶ照射時間の差異による影響は少なく、ＵＶ照射時間は２．〜５．０秒で十分でることが判った。

＜評価実験２＞
ウエハにレジストパターンを形成して上記評価実験１と同様の条件で実験を行って、比較例３（ＵＶ照射無し、ハードベーク時間１９０秒）と実施例４（ＵＶ照射時間２．１秒、ハードベーク時間１９０秒）のウエハ中心部の膜厚ばらつきを調べたところ、図１２に示すような結果が得られた。

上記評価実験２の結果、従来技術のハードベーク処理にＵＶ照射プロセスを追加することで、塗布斑（塗布むら）無く、被膜することが可能であることが判った。

Ｓ２ 処理ブロック（塗布・現像処理部ロック）
Ｓ３ インターフェイスブロック
Ｓ４ 露光装置（露光処理部）
Ｂ１ ＤＥＶ層
Ｂ３ ＣＯＴ層
Ａ１〜Ａ４ 搬送アーム（主搬送機構）
Ｄ 受け渡しアーム（主搬送機構）
２１ 現像ユニット（現像処理部）
２３ 塗布ユニット（塗布処理部）
５０ 紫外線照射装置
５１，５１Ａ 基板保持台
５２ 紫外線ランプ（紫外線照射体）
５３ ボールねじ機構（移動機構、補助搬送機構）
５４ 筐体
６０ 加熱部
６１，６１Ａ ヒータ
６２ 熱板
７０ 酸素ボンベ（ガス供給手段）
７３ 開閉弁
８０ コントローラ
１００ 制御部

Claims (3)

1. 基板にレジスト塗布処理、露光処理及び現像処理等のリソグラフィ処理を施して所定のパターンを形成するリソグラフィ工程を繰り返し行うレジストパターン形成装置であって、
   基板に架橋剤を含有するレジストを塗布する塗布処理部と、レジストが塗布された基板を露光する露光処理部、及び露光後の基板を現像する現像処理部等を備えるパターン形成部と、
   上記パターン形成部によって第１レジストパターンが形成された現像処理後の基板に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を具備し、
   上記紫外線照射装置は、基板の表面を上面にして保持すると共に、加熱体を配設する基板保持台と、上記基板保持台に保持された基板に紫外線を照射する紫外線照射体と、上記基板保持台と紫外線照射体とを相対的に平行移動する移動機構と、上記基板保持台と紫外線照射体を配設する筐体に開閉弁を介して接続する酸素ガス供給手段と、上記紫外線照射体，上記移動機構，上記加熱体及び上記開閉弁を制御する制御手段と、を具備し、
   上記筐体内の処理空間内に、上記基板表面を親水性にすべく上記紫外線を照射可能に形成してなる、
   ことを特徴とするレジストパターン形成装置。
2. 請求項１記載のレジストパターン形成装置において、
   上記紫外線照射装置における上記筐体内の処理空間内が大気状態において、紫外線照射時間が２．１〜５秒に設定されている、ことを特徴とするレジストパターン形成装置。
3. 請求項１又は２に記載のレジストパターン形成装置において、
   上記紫外線照射装置における上記筐体内の処理空間内が大気状態において、上記加熱部における加熱温度がガラス転移温度以下に設定されている、ことを特徴とするレジストパターン形成装置。

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