JP6020344B2 - レジストパターン形成方法、塗布、現像装置、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板にレジスト塗布を行い、その基板を現像するレジストパターン形成方法、塗布、現像装置及び当該装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。

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）表面にレジスト膜を形成して露光した後、現像処理を行うことにより、前記レジスト膜のパターンマスクを形成することが行われている。しかし、このパターンマスクにおけるレジストパターンの側壁には荒れが存在しており、それによってパターンの線幅にバラツキが生じている。後の工程でエッチング処理を行うときに、この荒れ具合が大きいと、レジスト膜の下層の膜におけるパターン線幅に悪影響を及ぼすおそれがある。

また、前記露光を行う露光装置では、微細なパターンを形成するために波長が比較的短い極端紫外光（ＥＵＶ：extreme ultraviolet）を用いることが検討されている。このＥＵＶは、それまで当該露光装置に用いられていたＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザーなどに比べて減衰が起こりやすい。そのため、露光エネルギーが低くても高い解像度でレジストパターンを形成する手法が求められている。

特許文献１には、赤外線を放射する加熱ランプを備え、熱板に載置前の露光後のウエハの半面に赤外線を照射し、ウエハの面内に温度分布を形成する加熱装置について記載されている。また、特許文献２にはシリコンであるウエハを加熱するために波長０．８５ｎｍ〜１μｍの範囲の波長の赤外線を照射してＰＥＢを行う加熱装置について記載されている。しかし、これら特許文献１、２は、上記の問題を解決できるものではない。

特開２００８−１７７３００号公報 特開２０１１−１６５６９３号公報

本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、レジストパターンの側壁の荒れを抑える技術を提供することである。

本発明のレジストパターン形成方法は、
基板に化学増幅型のレジストを塗布する工程と、
次に前記基板のレジスト膜を露光してパターンの潜像を形成する工程と、
露光後のレジスト膜に、第１の加熱源から波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射する工程と、
続いて露光により生じたレジスト膜中の酸を拡散させるために、前記第１の加熱源とは異なる第２の加熱源により、前記基板を加熱する工程と、
然る後、基板に現像液を供給して前記レジスト膜にパターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、露光後の化学増幅型のレジスト膜に第１の加熱源から波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射し、続いて第２の加熱源により加熱する。それによって、後の評価試験で示すように、レジストパターンの側壁の荒れが抑えられる。そして、パターンを解像するために、露光領域に供給する露光エネルギーを低減化させることができる。これは、上記の波長の赤外線により、露光により発生した酸がレジスト膜内を流動したことによると考えられる。
また、本発明によれば、露光前のレジスト膜に第１の加熱源から波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射しているときに、第２の加熱源により基板を加熱して、レジスト膜を乾燥させる。それによって、後の評価試験で示すように、レジストパターンの側壁の荒れが抑えられる。これは、上記の波長の赤外線により、第２の加熱源に起因するレジスト膜の温度分布のばらつきが抑えられ、レジストの粒子の凝集が防がれたためであると考えられる。

本発明の塗布、現像方法を行う塗布、現像装置の平面図である。 前記塗布、現像装置の概略斜視図である。 前記塗布、現像装置の概略縦断側面図である。 前記塗布、現像装置に設けられる加熱モジュールの縦断側面図である。 前記加熱モジュールの横断平面図である。 第１の実施形態に係るウエハの処理のフロー図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 赤外線を照射しない場合のレジスト膜の状態を示す模式図である。 赤外線を照射しない場合のレジスト膜の状態を示す模式図である。 加熱モジュールの作用図である。 加熱モジュールの作用図である。 加熱モジュールの作用図である。 第２の実施形態に係るウエハの処理のフロー図である。 赤外線を照射しない場合のレジスト膜の状態を示す模式図である。 赤外線を照射しない場合のレジストパターンの模式図である。 レジスト膜の状態を示す模式図である。 レジストパターンの模式図である。 対照試験により形成されたレジストパターンの模式図である。 評価試験により形成されたレジストパターンの模式図である。 評価試験により形成されたレジストパターンの模式図である。 評価試験により形成されたレジストパターンの模式図である。 評価試験の結果を示すグラフである。 評価試験の結果を示すグラフである。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るレジストパターン形成方法を実行するための、塗布、現像装置１について説明する。図１、図２、図３は、夫々当該塗布、現像装置１の平面図、斜視図、概略縦断側面図である。この塗布、現像装置１は、キャリアブロックＤ１と、処理ブロックＤ２と、インターフェイスブロックＤ３と、を直線状に接続して構成されている。インターフェイスブロックＤ３にはさらに露光装置Ｄ４が接続されている。以降の説明では、ブロックＤ１〜Ｄ３の配列方向（図１中Ｙ方向）を前後方向とする。キャリアブロックＤ１は、ウエハＷを複数枚含むキャリアＣを塗布、現像装置１に搬入出する役割を有し、キャリアＣの載置台１１と、開閉部１２と、開閉部１２を介してキャリアＣからウエハＷを搬送するための移載機構１３とを備えている。

処理ブロックＤ２は、ウエハＷに液処理を行う第１〜第６の単位ブロックＥ１〜Ｅ６が、下から順に積層されて構成されている。説明の便宜上ウエハＷに下層側の反射防止膜を形成する処理を「ＢＣＴ」、ウエハＷにレジスト膜を形成する処理を「ＣＯＴ」、露光後のウエハＷにレジストパターンを形成するための処理を「ＤＥＶ」と夫々表現する場合がある。この例では、図２に示すように下からＢＣＴ層、ＣＯＴ層、ＤＥＶ層が２層ずつ積み上げられている。同じ単位ブロックにおいて互いに並行してウエハＷの搬送及び処理が行われる。

ここでは単位ブロックのうち、代表して単位ブロックＥ５を、図１を参照しながら説明する。キャリアブロックＤ１からインターフェイスブロックＤ３へ向かう搬送領域１４の左右の一方側には棚ユニットＵが設けられている。この棚ユニットＵは、例えば上下に２段に積層された加熱モジュールの積層体を、前後方向に６つ配列して構成されている。前記加熱モジュールのうち、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）と呼ばれる露光後、現像前のウエハＷに対する加熱処理を行う加熱モジュールを２、現像後のウエハＷの加熱処理を行う加熱モジュールを２０で示している。加熱モジュール２の構成については後述する。加熱モジュール２０は、後述の赤外線ランプ及びフィルタが設けられないことを除いて、加熱モジュール２と略同様に構成される。

前記搬送領域１４の左右の他方側には、現像モジュール３が前後方向に２つ配列されて設けられている。各現像モジュール３は、前後方向に配列されたカップ３１、３１を備えており、カップ３１内のチャック３２にウエハＷが載置される。カップ３１、３１間を図示しないノズルが移動し、ノズルから各カップ３１内のウエハＷ表面に現像液を供給して、ウエハＷ表面のレジスト膜の現像が行われる。

前記搬送領域１４には、ウエハＷの搬送機構である搬送アームＦ５が設けられている。搬送アームＦ５は、カップ３１と、加熱モジュール２と、後述のタワーＴ１、Ｔ２において単位ブロックＥ５の高さに設けられる受け渡しモジュールＴＲＳとの間でウエハＷを受け渡すことができる。

単位ブロックＥ６は、単位ブロックＥ５と同様の構成である。単位ブロックＥ１、Ｅ２は、現像モジュール３の代わりに反射防止膜形成モジュールが設けられること、棚ユニットＵの加熱モジュールが全て加熱モジュール２０により構成されること、を除いて単位ブロックＥ５と同様の構成である。反射防止膜形成モジュールについては、ノズルから現像液の代わりに反射防止膜形成用の薬液が供給されることを除いて、現像モジュール３と同様の構成である。

単位ブロックＥ３、Ｅ４においては、現像モジュール３の代わりにレジスト塗布モジュールが設けられる。このレジスト塗布モジュールは、現像液の代わりにノズルから化学増幅型且つポジ型のレジストが供給されることを除いて、現像モジュール３と同様の構成である。また、単位ブロックＥ３、Ｅ４の棚ユニットＵの加熱モジュールは、この第１の実施形態においては、全て加熱モジュール２０により構成される。このような差異を除いて単位ブロックＥ３、Ｅ４は、単位ブロックＥ５と同様の構成である。単位ブロックＥ３、Ｅ４の加熱モジュール２０は、ウエハＷに形成されたレジスト膜に含まれる溶剤を、ウエハＷを加熱することにより揮発させて除去し、それによって、当該レジスト膜を乾燥させる露光前の加熱処理（Pre applied Bake :PAB）を行う。また、図３では、単位ブロックＥ５の搬送アームＦ５に相当する、各単位ブロックＥ１〜Ｅ４及びＥ６の搬送アームをＦ１〜Ｆ４及びＦ６として示している。

処理ブロックＤ２におけるキャリアブロックＤ１側には、各単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＴ１と、タワーＴ１に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な受け渡し機構である受け渡しアーム１５とが設けられている。タワーＴ１は、互いに積層された複数のモジュールにより構成されており、単位ブロックＥ１〜Ｅ６の各高さに設けられるモジュールは、当該単位ブロックＥ１〜Ｅ６の各搬送アームＦ１〜Ｆ６との間でウエハＷを受け渡すことができる。これらのモジュールとしては、実際には各単位ブロックの高さ位置に設けられた受け渡しモジュールＴＲＳ、ウエハＷの温度調整を行う温調モジュール、複数枚のウエハＷを一時的に保管するバッファモジュール、及びウエハＷの表面を疎水化する疎水化処理モジュールなどが含まれている。説明を簡素化するために、前記疎水化処理モジュール、温調モジュール、前記バッファモジュールについての図示は省略している。

インターフェイスブロックＤ３は、単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＴ２、Ｔ３、Ｔ４を備えており、タワーＴ２とタワーＴ３に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な受け渡し機構であるインターフェイスアーム１６と、タワーＴ２とタワーＴ４に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な受け渡し機構であるインターフェイスアーム１７と、タワーＴ２と露光装置Ｄ４の間でウエハＷの受け渡しを行うためのインターフェイスアーム１８が設けられている。

タワーＴ２は、受け渡しモジュールＴＲＳ、露光処理前の複数枚のウエハＷを格納して滞留させるバッファモジュール、露光処理後の複数枚のウエハＷを格納するバッファモジュール、及びウエハＷの温度調整を行う温調モジュールなどが互いに積層されて構成されているが、ここでは、バッファモジュール及び温調モジュールの図示は省略する。この塗布、現像装置１においては、ウエハＷが載置される場所をモジュールと記載する。なお、タワーＴ３、Ｔ４にも夫々モジュールが設けられているが、ここでは説明を省略する。
例えば露光装置Ｄ４は、所定のパターンに沿って開口部が形成されたマスクを介してウエハＷのレジスト膜を露光する。

続いて、ＰＥＢを行う加熱モジュール２の構成について、図４の縦断側面図及び図５の横断平面図を用いて説明する。図中２１は筐体であり、搬送領域１４に面するようにウエハＷの搬送口２２を備えている。図中２３は、搬送口２２を開閉するシャッタである。図中２４は水平な冷却プレートであり、図示しない駆動機構により筐体２１内を、搬送口２２に対して進退自在に構成される。冷却プレート２４には、図示しない冷却水の流路が形成され、加熱処理後に冷却プレート２４に載置されたウエハＷが冷却される。搬送アームＦの昇降動作により、冷却プレート２４と前記搬送アームＦとの間でウエハＷが受け渡される。

筐体２１内の奥側には、ウエハＷが載置される熱板（加熱プレート）２５が設けられている。図中２６はヒータであり、熱板２５を加熱する。ウエハＷは、冷却プレート２４から所定の温度に加熱された熱板２５に受け渡されて、加熱処理される。この例では、熱板２５は第２の加熱源を構成する。図中２７は昇降ピンであり、昇降機構２８により昇降し、熱板２５と、熱板２５上に移動した冷却プレート２４との間でウエハＷを受け渡す。

熱板２５の上方には、赤外線の照射部である赤外線ランプ３４が、例えば複数設けられている。赤外線ランプ３４は、赤外線、即ち波長が０．７５μｍ〜１ｍｍの光をウエハＷに照射するように構成されている。図中３５は、赤外線ランプ３４の側周及び上側を被覆するカバーであり、その内周面は赤外線ランプ３４からの赤外線を反射させて、下方に照射する。赤外線ランプ３４の下方にはフィルタ３６が設けられている。フィルタ３６は、例えば板状のガラスと、アンチモンドープ酸化スズからなる膜とを積層して構成され、熱板２４に載置されたウエハＷ全体を覆うように形成されている。そして、赤外線ランプ３４からウエハＷに向けて照射された赤外線について、その波長が２．５μｍ〜５μｍである赤外線は透過させ、２．５μｍ〜５μｍ以外の波長の赤外線については遮断するように、フィルタ３６が構成されている。このように２．５μｍ〜５μｍの波長の赤外線を、選択的にウエハＷに照射できる構成とする理由については後述する。フィルタ３６と赤外線ランプ３４とは、第１の加熱源を構成する。

塗布、現像装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられる。制御部１０は、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塗布、現像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る。このプログラムが制御部１０に読み出されることで、制御部１０は塗布、現像装置１の各部に制御信号を出力し、各搬送アームの動作、各モジュールにおけるウエハの処理、ウエハへの現像液及びレジストの供給などを制御して、後述のようにウエハＷに塗布、現像処理を行うことができる。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。

図６は、この塗布、現像装置１及び露光装置Ｄ４からなるシステムのウエハＷの処理工程の概略を示したフロー図である。この図６及び上記の図１、図３を参照しながら、塗布、現像装置１におけるウエハＷの搬送経路について説明する。ウエハＷは、キャリアＣから移載機構１３により、処理ブロックＤ２におけるタワーＴ１の受け渡しモジュールＴＲＳ０に搬送される。

この受け渡しモジュールＴＲＳ０からウエハＷは、単位ブロックＥ１、Ｅ２に振り分けられて搬送される。例えばウエハＷを単位ブロックＥ１に受け渡す場合には、タワーＴ１の受け渡しモジュールＴＲＳのうち、単位ブロックＥ１に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ１（搬送アームＦ１によりウエハＷの受け渡しが可能な受け渡しモジュール）に対して、前記ＴＲＳ０からウエハＷが受け渡される。またウエハＷを単位ブロックＥ２に受け渡す場合には、タワーＴ１の受け渡しモジュールＴＲＳのうち、単位ブロックＥ２に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ２に対して、前記ＴＲＳ０からウエハＷが受け渡される。これらのウエハＷの受け渡しは、受け渡しアーム１５により行われる。

このように振り分けられたウエハＷは、ＴＲＳ１（ＴＲＳ２）→反射防止膜形成モジュール→加熱モジュール２０→ＴＲＳ１（ＴＲＳ２）の順に搬送され、続いて受け渡しアーム１５により単位ブロックＥ３に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ３と、単位ブロックＥ４に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ４とに振り分けられる。

このようにＴＲＳ３、ＴＲＳ４に振り分けられたウエハＷは、ＴＲＳ３（ＴＲＳ４）からレジスト塗布モジュールに搬送されて、前記反射防止膜上にレジストが塗布され、ウエハＷ表面にレジスト膜が形成される（図６中、ステップＳ１）。その後、ウエハＷは、加熱モジュール２０に搬送され、当該加熱モジュール２０の熱板２５上に載置されて、加熱処理（ＰＡＢ）が行われた後（ステップＳ２）、タワーＴ２の受け渡しモジュールＴＲＳに搬送される。前記受け渡しモジュールＴＲＳに搬送されたウエハＷは、インターフェイスアーム１６、１８により、タワーＴ３を介して露光装置Ｄ４へ搬入され、前記レジスト膜が露光され、レジストパターンの潜像が形成される（ステップＳ３）。

露光後のウエハＷは、インターフェイスアーム１６、１７によりタワーＴ２、Ｔ４間を搬送されて、単位ブロックＥ５、Ｅ６に対応するタワーＴ２の受け渡しモジュールＴＲＳ５、ＴＲＳ６に夫々搬送される。然る後、ウエハＷは加熱モジュール２に搬送され、赤外線の照射と、加熱処理（ＰＥＢ）とを受ける（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理の詳細は後述する。然る後、ウエハＷは現像モジュール３に搬送されて現像処理を受け（ステップＳ５）、レジスト膜にレジストパターンが形成される。その後、加熱モジュール２０にて加熱された後、タワーＴ１の受け渡しモジュールＴＲＳに搬送され、移載機構１３を介してキャリアＣに戻される。

続いて、ステップＳ３〜Ｓ５においてウエハＷの表面が変化する様子を、図７〜図１２の模式図を参照しながら説明する。図７は、ステップＳ３にて、露光されるウエハＷを示している。図中４１はレジスト膜であり、このレジスト膜４１中の現像液に不溶な樹脂を４２で示している。図中４３は、露光装置Ｄ４のマスクであり、マスク４３には所定のパターンに沿って開口部４４が形成されている。図中、マスク４３において光を遮蔽する部分を遮蔽部４５として示している。

マスク４３の開口部４４を透過した光により、レジスト膜４１における当該開口部４４の下方の露光領域５１では、レジスト膜４１に含まれる酸発生剤（不図示）から酸４７が生じ、酸４７により樹脂４２が分解される。具体的には、当該樹脂４２を現像液に不溶にするための保護基（図７中Ｒで表示）が樹脂４２から外れ、その代りに水酸基を有するように樹脂４２が変化し、この水酸基により現像液に可溶となる。このように現像液に可溶になった樹脂を４８として図８に示している。このように、レジスト膜４１において、パターンの潜像が形成される。

ところで、レジスト膜４１において、前記マスク４３の遮蔽部４５により光が遮蔽される領域を遮光領域（非露光領域）５２とする。光は散乱するため、レジスト膜４１において、マスク４３の開口部４４と遮蔽部４５との境界の下方には、露光領域５１に比べて光の照射量が少ない、即ち、酸４７及び現像液に可溶な樹脂４８が存在する割合が、遮光領域５２に比べて多く、露光領域５１に比べて少ない領域（便宜上、中間領域とする）５３が形成される。

ここで本実施形態のレジスト膜の変化との比較のために、当該実施形態のように赤外線の照射を行わずに、このように露光領域５１、遮光領域５２、中間領域５３が形成されたウエハＷにＰＥＢを行い、現像する場合について説明する。図１３は、前記ＰＥＢを行った後のウエハＷの模式図である。露光領域５１では、ＰＥＢを行う前に比較的多くの酸４７が発生し、それによって樹脂４２から樹脂４８への変化が起きているため、前記ＰＥＢ終了後には、樹脂４８が存在する割合が高い。しかし、中間領域５３では、ＰＥＢを行う前に発生する酸４７の量は比較的少なく、樹脂４２から樹脂４８への変化が露光領域５１に比べて起こりにくい。従って、ＰＥＢ終了後において、中間領域５３では樹脂４２と樹脂４８とが混在して存在しやすい。図１４は、現像処理後のウエハＷであり、この図１４に示すように、前記樹脂４２、４８から、レジストパターン５４の側壁に凸部、凹部が夫々形成され、レジストパターン５４の側壁の荒れが大きくなる。

第１の実施形態の説明に戻る。ステップＳ４を行うために露光後のウエハＷは、加熱モジュール２に搬入され、冷却プレート２４から例えば９０℃〜１３０℃に加熱された熱板２５に受け渡されて載置されると同時に、赤外線ランプ３４から赤外線が照射され、波長２．５μｍ〜５μｍの赤外線がフィルタ３６を透過してレジスト膜４１に供給される。図１５は、このようにウエハＷの加熱及び赤外線の照射を行う加熱モジュール２を示している。

前記波長２．５μｍ〜５μｍの赤外線（ＩＲ）により、樹脂４２においては、炭素と水素との間に形成された単結合についての伸縮振動が促進される。樹脂４８においては、前記炭素と水素との間の単結合の伸縮振動及び水酸基における水素と酸素との結合の伸縮振動が促進される。即ち、樹脂４２、４８を構成する分子が振動する（図９）。このように分子が振動することにより、露光領域５１及び中間領域５３における酸４７が、レジスト膜４１中を流動すると本発明者は考えている。そして、流動した酸４７は樹脂４２に作用し、この樹脂４２が樹脂４８に変化する。それによって、露光領域５１及び中間領域５３においては、樹脂４２に対する樹脂４８の割合が低下する（図１０）。

そして、熱板２５により次第にウエハＷの温度が上昇し、この熱板２５から受ける熱エネルギーによって、酸４７はレジスト膜４１中を拡散する。即ち、ＰＥＢが行われる。それによって、露光領域５１及び中間領域５３における樹脂４２から樹脂４８の変化が、さらに進行する。さらにウエハＷの温度が上昇すると、酸４７は揮発して、レジスト膜４１から除去される。所定の時間、熱板２５上にウエハＷが載置されると、赤外線の照射が停止され、ウエハＷは加熱モジュール２から搬出される。図１１は、このようにＰＥＢを終え、加熱モジュール２から搬出される時のウエハＷを示している。

フィルタ３６により上記のようにウエハＷに照射する赤外線の波長を選択しているのは、当該赤外線によるレジスト膜４１の温度の上昇を抑えながら、樹脂４２から樹脂４８への変化を起こすためである。即ち、ウエハＷに照射される赤外線の波長の範囲が広いほど、その照射される赤外線の中に、レジスト膜４１及びウエハＷを構成するシリコンが吸収する波長の赤外線が含まれやすくなるので、ウエハＷの温度が急速に上昇する。しかし、そのようにウエハＷの温度が急速に高くなると、十分に酸４７がレジスト膜４１中を流動する前に揮発することになるため、前記樹脂４８への変化が十分に行われなくなる。それを防ぐために、上記の波長の選択を行っている。

上記の赤外線の照射により酸４７を流動させたことにより、ＰＥＢ終了後には、中間領域５３において、樹脂４２、４８の混在が防がれている。従って、上記のステップＳ５の現像処理時に、中間領域５３はその全体が現像液により溶解されるので、中間領域５３からパターン５４の側壁の凹凸が形成されることが防がれる。従って、図１２に示すように、レジストパターン５４の側壁における荒れが抑えられる。

この塗布、現像装置１によれば、上記のように露光済みのレジスト膜に、当該レジスト膜を構成する分子を振動させる波長の赤外線を選択的に照射し、ＰＥＢを行うことにより、後述の評価試験で示すようにレジストパターン５４の側壁における荒れの程度を抑えることができる。また、上記のように赤外線の照射により、露光領域５１の酸４７の流動を起こすことにより、露光装置Ｄ４における露光によって生じる酸４７が少量であっても、ＰＥＢ後における露光領域５１のレジスト膜４１の樹脂を現像液に可溶な状態にすることができる。即ち、露光装置Ｄ４においてウエハＷに供給する光の強度を抑えても、レジストパターン５４を解像することができる。既述のように波長が１０ｎｍ〜１５ｎｍであるＥＵＶを用いてウエハＷを露光する場合、高い強度の光をウエハＷに供給しにくいので、本手法を用いることが有効である。ただし、露光装置Ｄ４としては、ＫｒＦやＡｒＦを光源とするものを用いてもよい。

また、上記の例ではウエハＷを熱板２５に載置し、温度を上昇させながらウエハＷに赤外線を照射することで、スループットの向上を図っている。ただし、図１６に示すように、フィルタ３６の下方に位置する冷却プレート２４に載置されたウエハＷに赤外線を照射し、然る後、熱板２５にウエハＷを載置してＰＥＢを行ってもよい。この場合、熱板２５にウエハＷを移載した後も、ウエハＷに赤外線照射を続けて行ってもよいし、熱板２５にウエハＷを移載後は、赤外線照射を停止させてもよい。また、この場合、冷却プレート２４が、図中鎖線で示すようにモジュール２の手前側の熱板２５から外れた位置した状態から、赤外線照射を開始し、図中実線で示すように熱板２５上に位置するまでの間、赤外線照射を行う。つまり、移動部である冷却プレート２４により、ウエハＷを熱板２５に搬送中に赤外線照射を行ってもよい。

また図１７に示すように、上記加熱モジュール２においてフィルタ３６を筐体２１内の手前側に移動させる駆動部３８を設けてもよい。この場合、例えば熱板２５の代わりに、例えばヒータ２６を備えていないステージ３９を設ける。前記ステージ３９に載置されたウエハＷについて、ステージ３９上に配置したフィルタ３６を介して赤外線を照射して、酸を流動させる。その後、図１７に示すように、フィルタ３６を前記ステージ３９上から退避させて、赤外線ランプ３４から２．５μｍ〜５μｍよりも広い範囲の波長の赤外線をウエハＷに照射し、ＰＥＢを行ってもよい。このようにステージ３９上から退避し、赤外線ランプ３４からウエハＷへの光路から外れた位置に位置するフィルタ３６と、当該赤外線ランプ３４とは、第２の加熱源を構成する。フィルタ３６を移動させる代わりに、ステージ３９及び赤外線ランプ３４を移動させ、酸を流動させた後にＰＥＢが行われるように構成してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の塗布、現像装置１が用いられるが、単位ブロックＥ３、Ｅ４の加熱モジュールとして、上記の加熱モジュール２が設けられる。また、例えば単位ブロックＥ５、Ｅ６の加熱モジュールとしては、上記のフィルタ３６及び赤外線ランプ３４が設けられていない加熱モジュール２０により構成される。

図１８は、第２の実施形態におけるフロー図である。この図１８に示すように、第２の実施形態では、ステップＳ２が第１の実施形態と異なり、ＰＡＢを行う際にウエハＷに赤外線を照射する。具体的には、前記図１５で示したように、ウエハＷを加熱された熱板２５上に載置し、この熱板２５に載置されたウエハＷにフィルタ３６を介して２．５μｍ〜５μｍの赤外線を照射する。即ち、ウエハＷが熱板２５に載置されて加熱され、レジスト膜の溶剤の除去が行われている間、赤外線の照射が行われる。また、この例ではステップＳ４において、赤外線の照射を行わない。

上記のようにＰＡＢを行うと同時に、上記の波長の赤外線を照射する理由について説明するために、比較例として、当該赤外線照射を行わずにＰＡＢを行う場合におけるレジスト膜４１について、その模式図である図１９を参照しながら説明する。図１９では、上記のレジスト膜４１中の樹脂４２について、便宜上、図７〜図１２とは異なる形状に示している。図１９上段では、ＰＡＢを行う前のレジスト膜４１について示しており、レジスト膜４１中の樹脂４２が集まって構成されるレジストの粒子４０で示している。ＰＡＢを行う前においては、この粒子４０は、レジスト膜４１中に比較的均一性高く分散している。

図１９の中段は、熱板２４にウエハＷを載置してＰＡＢを行っている状態を示している。ウエハＷは下方側から熱板２４に加熱されることにより、レジスト膜４１中においては温度勾配が形成される。そして、ＰＡＢを行っている間、レジスト膜４１には溶剤が残留していることから、前記粒子４０の流動性は比較的高いので、粒子４０は前記温度勾配に従って、粒子４０が流動する。この流動中に複数の粒子４０同士が凝集し、図１９中下段に示すように粒子４０の粒径が大きくなると考えられる。

図２０の上段は、目標とする形状のレジストパターン５４を示している。このようにレジストパターンは側面視矩形状に形成されることを目標とするが、実際にはウエハＷ表面を流れる現像液や、現像液の供給後に当該現像液をウエハＷから洗い流すために供給される洗浄液により、その上面及び側面は削られることになる。このとき、上記のように粒子４０の径が大きいため、図２０の下段に示すようにレジストパターン５４から削られて脱離する粒子４０の径も大きくなる。その結果として、レジストパターン５４の側壁の凹凸は大きくなり、荒れが大きくなると考えられる。また、レジストパターン５４の上部から脱離する粒子４０の径も大きいため、レジストパターン５４の高さとＰＡＢ終了時のレジスト膜４１の膜厚との差分が大きくなると考えられる。

第２の実施形態の説明に戻る。図２１上段は、図１９上段と同じくＰＡＢを行う前のウエハＷを示している。上記のように、レジストの粒子４０は、レジスト膜４１中に均一性高く分散している。そして、図２２中段は、図１８のフローのステップＳ２として説明したように、前記ウエハＷを熱板２５に載置し、ＰＡＢを行いながら２．５μｍ〜５．０μｍの波長の赤外線を照射している状態を示している。

前記赤外線は、樹脂４２に吸収され、第１の実施形態で説明したように当該樹脂４２の原子間結合の伸縮振動が促進される。赤外線は、レジスト膜４１の表層から深部へと入射し、レジスト膜４１全体で樹脂４２の振動が起こり、この振動により、レジスト膜４１が発熱する。この発熱により、熱板２５により形成されるレジスト膜４１中の温度勾配が抑えられ、粒子４０の流動が抑えられると本発明者は考えている。その結果、図２２下段に示すように、ＰＡＢ終了後も粒子４０はレジスト膜４１中に均一性高く分散し、凝集が抑えられていると、本発明者は考えている。

従って、図２２に示すように、現像液及び洗浄液によりレジストパターン５４が削られるときに、削られて脱離する粒子４０の径が小さくなる。そのため、レジストパターン５４の側壁の凹凸が大きくなることが抑えられる。即ち、前記側壁の荒れが抑えられる。また、ＰＡＢ終了後のレジスト膜４１の膜厚に対して、レジストパターン５４の高さが小さくなることが抑えられる。

上記の第１の実施形態と第２の実施形態とを互いに組み合わせてもよい。つまり、ウエハＷにＰＡＢを行う際に上記の波長の赤外線を照射し、さらに当該ウエハＷを露光後、上記の波長の赤外線照射を照射し、ＰＥＢを行うようにしてもよい。また、加熱モジュール２においては、上記のようにヒータ２６を備えた熱板２５によりウエハＷを加熱することには限られない。例えばウエハＷの裏面に光を照射するＬＥＤを備えるように加熱モジュール２を構成する。このＬＥＤから、ウエハＷを構成するシリコンが吸収する波長の光を照射してウエハＷを加熱するようにしてもよい。

また、レジストとしては、ポジ型レジストを用いた例について説明したが、ネガ型レジストを用いてもよい。また、第２の実施形態においては、上記のように粒子の凝集を抑えることでパターンの荒れを防ぐため、化学増幅型レジストを用いることには限られない。つまり、酸発生剤を含まないレジストを用いてもよい。また、第１の実施形態においては、モジュールの省スペース化を図るため、赤外線照射を行うモジュールと、ＰＥＢとを行うモジュールを共通化して加熱モジュール２として構成しているが、赤外線照射を行うモジュールと、ＰＥＢを行うモジュールとを別個に設けてもよい。具体的に、単位ブロックＥ５、Ｅ６の棚ユニットＵのモジュールの一つを上記のステージ３９、フィルタ３６及び赤外線ランプ３４を備えた赤外線照射モジュールとして構成し、この赤外線モジュールでウエハＷに赤外線を照射した後、前記棚ユニットＵの加熱モジュール２０に搬送して、当該ウエハＷにＰＥＢを行ってもよい。

評価試験
（評価試験１）
上記の第１の実施形態で示した手順に従って、複数枚のウエハＷに処理を行った。ウエハＷごとに露光装置Ｄ４における露光ビームのエネルギー量であるDose量（ｍＪ／ｃｍ^２）を変更して処理を行い、レジストパターン５４の線幅であるＣＤ（nm）と、レジストパターン５４の側壁の荒れの指標であるＬＷＲ：Line Width Roughness（nm）とについて測定した。前記Dose量は１ｍＪ／ｃｍ^２刻みで変更し、Dose量を夫々16.5ｍＪ／ｃｍ^２、17.5ｍＪ／ｃｍ^２、18.5ｍＪ／ｃｍ^２、19.5ｍＪ／ｃｍ^２、20.5ｍＪ／ｃｍ^２としたものを、評価試験１−１、１−２、１−３、１−４、１−５と記載する。前記ＬＷＲは、レジストパターン５４の線幅の最大値−最小値であり、上記の図１４に示すようにレジストパターン５４が形成された場合、図中のＬ１とＬ２との差分である。このＬＷＲの値が小さいほどレジストパターン５４の側壁の荒れが抑えられており、好ましい。

この評価試験１では、既述の波長の赤外線照射とＰＥＢとを異なるモジュールで行い、赤外線照射時においてはウエハＷを冷却プレート上に載置し、３５℃に温度調整した。ＰＥＢはウエハＷを熱板２５に載置することにより行い、この熱板２５に載置している間にはウエハＷへの赤外線の照射は行わなかった。また、対照試験として、赤外線照射を行わない他は、評価試験１−１〜１−５と同様に処理を行い、前記ＣＤ及びＬＷＲを測定した。この対照試験では、前記Dose量を21.5ｍＪ／ｃｍ^２に設定した。

下記の表１は、この評価試験１の結果を示している。この表１に示すように評価試験１−１〜１−５では、そのDose量が対照試験のDose量に比べて小さいが、LWR及びCDについて、対照試験と同程度か、あるいは対照試験よりも小さくなっていることが確認された。また、評価試験１−１〜１−５において、Dose量を大きくするほど、ＣＤが小さくなることが確認された。従って、この評価試験１の結果より、第１の実施形態に沿って処理を行うことで、レジストパターン４の荒れが抑えられると共に、所定の線幅のＣＤを得るために露光装置Ｄ４で照射する露光エネルギーを抑えることができることが確認された。

（評価試験２）
続いて、評価試験２−１として上記の第２の実施形態と同様の手順で処理を行った。つまりＰＡＢを行う際にウエハＷに赤外線を照射し、その後は赤外線の照射を行わずにウエハＷにレジストパターン５４を形成した。評価試験２−２として、評価試験２−１と同様の手順でＰＡＢを行い、レジストパターン５４を形成したが、露光後は第１の実施形態と同様にウエハＷに赤外線を照射すると共にウエハＷを加熱することでＰＥＢを行った。評価試験２−３として、評価試験１と同様に冷却プレート上のウエハＷに赤外線を照射し、その後ウエハＷを熱板２５に載置してＰＥＢを行い、ウエハＷにレジストパターン５４を形成した。この評価試験２−３では、ＰＡＢを行う際に赤外線の照射を行っていない。また、この評価試験２−３において、前記赤外線の照射は評価試験２−２よりも長い時間、具体的には３分間行った。評価試験２−１〜２−３で形成されたレジストパターン５４の断面を観察し、その高さを測定した。また、対照試験としてレジスト塗布後からＰＥＢを行うまでにウエハＷに赤外線を照射せずにレジストパターン５４を形成した。この対照試験においても、評価試験２−１〜２−３と同様に、レジストパターン５４の断面を観察し、その高さを測定した。

図２３〜図２６は、対照試験及び評価試験２−１〜２−３のレジストパターン５４を示しており、各図とも上側に上方から見たレジストパターン５４の模式図を、下側にレジストパターン５４の断面の模式図を夫々示している。レジストパターン５４の高さＨ１は、対照試験が６０ｎｍ、評価試験２−１及び評価試験２−２が８０ｎｍ、評価試験２−３が５０ｎｍであった。評価試験２−１、２−２において、対照試験よりもレジストパターン５４の高さが大きいのは、第２の実施形態で説明したようにＰＡＢ時に照射した赤外線により、レジスト膜４１中における粒子４０の偏り及び凝集が防がれたためと考えられる。また、評価試験２−３において対照試験よりもレジストパターンの高さが小さいのは、赤外線照射を長く行ったことで、過剰に酸が流動したものと考えられる。

（評価試験３）
評価試験３として、第１の実施形態に沿って処理を行い、ＰＥＢを行うために加熱中のウエハＷに赤外線を照射して、レジストパターンを形成した。ウエハＷごとに赤外線の照射時間は４０秒〜８０秒の範囲で変更した。またこの評価試験３において、露光装置Ｄ４としてはＡｒＦを光源とする装置を用い、レジストに４５ｎｍのパターンを形成するように設定した。また、対照試験として露光後に赤外線を照射せずにウエハＷに処理を行い、レジストパターンを形成した。ＰＥＢを行う際に熱板２５にウエハＷを載置する時間は、６０秒とした。これら評価試験３と対照試験とにおいて、ウエハＷの各所におけるレジストパターンのＬＷＲを測定した。また、測定されたＬＷＲについて、その平均を算出した。

下記の表２に評価試験３の結果を示している。赤外線の照射時間が夫々６０秒、７０秒、８０秒であるときに、対照試験に比べてＬＷＲの平均値が小さくなっている。
従って、この評価試験３より、上記の第１の実施形態の手法でＬＷＲを小さくすることができる、即ちレジストパターン５４の荒れを抑えることができることが示された。

（評価試験４）
評価試験４として、第２の実施形態に沿って処理を行い、ウエハＷにレジストパターン５４を形成した。即ち、ＰＡＢを行うときに２．５μｍ〜５μｍの波長の赤外線をウエハＷに照射した。露光後はウエハＷに前記赤外線の照射を行っていない。この評価試験４では、ウエハＷごとに赤外線の照射時間を５０秒〜７０秒の範囲で変更した。また、対照試験としてＰＡＢを行うときに前記赤外線の照射を行わないことを除いて、評価試験４と同様にウエハＷにレジストパターンを形成した。つまり、この対照試験ではレジスト塗布からレジストパターンを形成するまでに、ウエハＷに赤外線の照射を行っていない。この対照試験では、ウエハＷの加熱時間は６０秒とした。これら評価試験４−１〜４−３及び対照試験を行ったウエハＷについて、レジストパターンのＣＤとＬＷＲとを測定した。

下記の表３に評価試験４の結果を示している。赤外線の照射時間が５０秒とした場合は、対照試験に対してＬＷＲの平均値が大きいが、照射時間が６０秒、７０秒とした場合は、対照試験に対してＬＷＲの平均値が小さい。従って、この評価試験４の結果より、上記の第２の実施形態の手法を用いることでＬＷＲを改善させることができることが示された。また、評価試験４においては赤外線の照射時間が長くなるに従って、ＣＤが小さくなることが確認された。

（評価試験５）
評価試験５として、評価試験４と略同様の手順で処理を行った。評価試験４との差異として、第１の実施形態と同様に、ＰＥＢを行う際にもウエハＷに上記の範囲の波長の赤外線を照射した。このＰＥＢ処理時の赤外線の照射時間は６０秒に設定した。ＰＡＢを行う際の赤外線の照射時間については、評価試験４と同様にウエハＷごとに変更した。評価試験４と同様に、ウエハＷごとにＰＡＢ時における赤外線の照射時間を５０秒〜７０秒の範囲で変更した。

下記の表４に評価試験５の結果を示している。表中には、評価試験４で説明した対照試験の結果も示している。ＰＡＢにおける赤外線の照射時間が５０秒、７０秒では前記対照試験に比べて、ＬＷＲの平均値が大きいが、照射時間が６０秒では対照試験に比べてＬＷＲの平均値が小さい。従って、この評価試験５の結果より、上記の第１及び第２の実施形態の手法を組合わせてもＬＷＲを改善させることができることが示された。また、この評価試験５においてもＰＡＢを行う際の赤外線の照射時間が長くなるに従って、ＣＤが小さくなることが確認された。

（評価試験６）
評価試験６として、評価試験１と同様に、冷却プレートに載置した露光後のウエハＷに赤外線を照射し、その後ウエハＷを熱板２５に移載してＰＥＢを行い、レジストパターン５４を形成した。ウエハＷごとに前記赤外線の照射時間を８０秒〜３００秒の範囲で変更した。熱板２５による加熱時間は６０秒とした。評価試験３〜５と同様に、形成されたレジストパターンについて、ウエハＷの各所におけるＬＷＲを測定し、その平均値を算出した。また、このレジストパターンのＣＤを測定した。

下記の表５に評価試験６の結果を示している。表中には、評価試験４で説明した対照試験の結果も示している。赤外線の照射時間が３００秒であるときには前記対照試験に対してＬＷＲの平均値が大きいが、照射時間が６０秒、１８０秒であるときは対照試験に対してＬＷＲの平均値が小さい。従って、この評価試験６の結果から、露光後のウエハＷについて、適切な時間、赤外線の照射を行うことで、レジストパターン５４の荒れを抑えることができることが示された。また、赤外線の照射時間が長くなるにつれて、ＣＤが小さくなっていることから、長い時間赤外線の照射するほど、既述のようにレジスト膜４１中における酸の流動が進行するものと考えられる。また、この評価試験６及び評価試験３から、露光後に赤外線を照射する場合、ウエハＷの加熱中に照射しても、加熱処理を行う前に照射してもよいことが示された。

（評価試験７）
評価試験７として、評価試験３と同様に露光後のウエハＷについて、加熱中に上記の波長の赤外線を照射して、レジストパターン５４を形成した。前記赤外線の照射時間については、ウエハＷごとに、４０秒〜７０秒の範囲において１０秒刻みで変更した。この評価試験７では、露光装置Ｄ４としてＫｒＦを光源とする装置を用い、レジストとしては、ＥＵＶ露光用に開発されたレジストを用いた。また、この評価試験７では、同じウエハＷの異なる箇所に、Dose量を変えて露光処理を行った。形成されたレジストパターン５４については、ＣＤとＬＷＲとを測定し、レジストパターン５４のＣＤが目標とする値となるDose量（適正Dose量とする）を調べた。対照試験として、前記赤外線を照射しないことを除いて、評価試験７と同様にウエハＷに処理を行って、レジストパターン５４を形成した。そして、評価試験７と同じくＣＤ、ＬＷＲ及び適正Dose量を調べた。

下記の表６は、評価試験７の結果を示しており、この表６では、赤外線の照射時間ごとに適正Dose量と、感度改善率と、ＬＷＲの平均値と、ＬＷＲの最小値と、を示している。感度改善率は、照射時間Ｘであるときの適正Dose量をＹ、前記対照試験の適性Dose量をＺとした場合における、（Ｚ−Ｙ）/Ｙ×１００である。また、評価試験７の結果は、図２７及び図２８のグラフにも示している。図２７のグラフは、縦軸に測定されたＣＤを示しており、横軸に露光時のDose量を示している。図２８のグラフは、縦軸にＬＷＲの平均値を示しており、横軸に前記Dose量を示している。

表６及び図２７，２８に示すように、照射時間が５０秒、６０秒、７０秒である場合に感度改善率は高く、また、ＬＷＲの平均値及び最小値は、対照試験に比べて小さい。従ってこの評価試験７より、上記の第１の実施形態の手法でＬＷＲを改善することができ、また、露光量に対するレジスト膜の感度を向上させることができることが示された。

Ｗ ウエハ
１ 塗布、現像装置
２ 加熱モジュール
２５ 熱板
２４ 冷却プレート
３４ 赤外線ランプ
３６ フィルタ
４１ レジスト膜
５１ 露光領域
５２ 遮光領域
５３ 中間領域

Claims (13)

1. 基板に化学増幅型のレジストを塗布する工程と、
   次に前記基板のレジスト膜を露光してパターンの潜像を形成する工程と、
   露光後のレジスト膜に、第１の加熱源から波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射する工程と、
   続いて露光により生じたレジスト膜中の酸を拡散させるために、前記第１の加熱源とは異なる第２の加熱源により、前記基板を加熱する工程と、
   然る後、基板に現像液を供給して前記レジスト膜にパターンを形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記第２の加熱源は、基板が載置される加熱プレートであることを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
3. 前記基板を加熱する工程は、前記第２の加熱源とは異なる前記第１の加熱源により、前記赤外線を前記レジスト膜に照射する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のレジストパターン形成方法。
4. 前記赤外線をレジスト膜に照射する工程は、基板を前記加熱プレートに搬送するために移動する移動部に載置された基板に対して行われることを特徴とする請求項２または３記載のレジストパターン形成方法。
5. 前記第１の加熱源は、赤外線の照射部と、前記照射部から基板へ向かう赤外線の光路に位置する赤外線のフィルタと、により構成され、
   前記第２の加熱源は、前記赤外線の照射部と、前記光路から外れた位置に移動した前記赤外線のフィルタと、により構成され、
   前記光路に対して前記フィルタを相対的に移動させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
6. 前記基板にレジストを塗布する工程を行った後、前記パターンの潜像を形成する工程を行う前において、
   前記基板のレジスト膜に、第３の加熱源から波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射すると共に、前記レジスト膜を乾燥させるために、前記第３の加熱源とは異なる第４の加熱源により、前記赤外線が照射されている基板を加熱する膜乾燥工程が行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のレジストパターン形成方法。
7. 前記第４の加熱源は、基板が載置される加熱プレートであることを特徴とする請求項６記載のレジストパターン形成方法。
8. 前記膜乾燥工程は、基板を前記加熱プレートに載置して前記加熱プレートにより加熱しながら前記レジスト膜に前記赤外線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項７記載のレジストパターン形成方法。
9. 前記膜乾燥工程に加えて、前記加熱プレートに搬送するために移動する移動部に載置された基板に対して前記レジスト膜に前記赤外線を照射する工程が行われることを特徴とする請求項７または８記載のレジストパターン形成方法。
10. 基板に化学増幅型のレジストを塗布してレジスト膜を形成するためのレジスト塗布モジュールと、
    露光されてパターンの潜像が形成された前記レジスト膜に、波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射する第１の加熱源を備える赤外線照射モジュールと、
    前記第１の加熱源により赤外線が照射された基板を加熱し、露光により生じた酸を拡散させるための第１の加熱源とは異なる第２の加熱源を備えた露光後加熱モジュールと、
    前記露光後加熱モジュールにて加熱された基板に現像液を供給して前記レジスト膜にパターンを形成するための現像モジュールと、
    を備えたことを特徴とする塗布、現像装置。
11. 前記赤外線照射モジュールと露光後加熱モジュールとは、共通のモジュールであることを特徴とする請求項１０記載の塗布、現像装置。
12. 前記パターンの潜像が形成される前のレジスト膜に、波長が２．５μｍ〜５μｍの赤外線を選択的に照射する第３の加熱源と、露光前の前記レジスト膜を乾燥させるために前記赤外線が照射されている基板を加熱する、前記第３の加熱源とは異なる第４の加熱源と、を備えた露光前加熱モジュールが設けられることを特徴とする請求項１０または１１に記載の塗布、現像装置。
13. レジストパターンの形成方法に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、
    前記プログラムは、請求項１ないし９のいずれか一項の方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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