JPH10261558A

JPH10261558A - 加熱処理装置および加熱処理方法

Info

Publication number: JPH10261558A
Application number: JP1830398A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Yoshioka; 和敏吉岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: JP3290943B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超サブミクロン領域の線幅の微細な回路パタ
ーンを実現することができ、特に化学増幅型レジストを
用いた場合であっても確実に微細パターンを形成するこ
とができる加熱処理装置および加熱処理方法を提供する
こと。【解決手段】露光パターンが形成された化学増幅型レ
ジストからなるレジスト膜が形成された半導体ウエハＷ
が筐体40に収容される。この筐体内には半導体ウエハＷ
を加熱する熱板41が配置される。筐体40内には加湿機構
50により加湿された気体が供給される。そして加湿機構
50により加湿された気体を供給しながらレジストが塗布
された半導体ウエハＷを加熱処理する。この際に、気体
中の水分がレジスト膜に作用し、露光部分または非露光
部分がアルカリ可溶性となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハやＬＣＤ基板等の被処理体に塗布形成されたレジスト
膜に対してベーキング処理を行う加熱処理装置および加
熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、被処
理体としての半導体ウエハにフォトレジストを塗布し、
回路パターンに対応してフォトレジストを露光し、これ
を現像処理するという、いわゆるフォトリソグラフィー
技術により回路が形成される。

【０００３】このようなレジスト塗布・現像のための一
連の工程は、これらの処理を行うための各処理装置を一
体化したシステムにより行われている。このようなシス
テムにおける一連の処理においては、レジストの安定化
のためのプリベーク処理、露光後のポストエクスポージ
ャーベーク処理、および現像後のポストベーク処理等の
加熱処理が行われる。

【０００４】ところで、近年、デバイスが６４Ｍビット
から２５６Ｍビットへと高集積化するに伴い、回路パタ
ーンの微細化の要求が益々高まっており、最小線幅が
０．３μｍ以下の超サブミクロン領域に達しようとして
いる。このため、フォトレジスト膜に対する品質要求レ
ベルが従来よりも格段に厳しくなっており、その要求に
対応すべく種々の研究がなされている。そして、最近で
はこのような超微細加工が可能なレジストとして化学増
幅型レジストが開発され、実際に用いられている。

【０００５】化学増幅型レジストは、露光された部分の
化学反応がポストエクスポージャーベーク処理によって
進行する性質を有するため、エネルギーが小さいクリプ
トンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ）による露光によってもパターン形成が可能であ
り、超微細加工が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな化学増幅型レジストを従来のホットプレートユニッ
トにより加熱処理すると、パターンが形成されなかった
り、線幅が変動するという不都合が生じ、歩留まりの低
下を招いている。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、超サブミクロン領域の線幅の回路パターン
を実現することができる加熱処理装置および加熱処理方
法を提供することを目的とする。特に化学増幅型レジス
トを用いた場合に確実にパターンを形成することができ
る加熱処理装置および加熱処理方法、さらには、化学増
幅型レジストを用いた場合に線幅にばらつきのない超微
細パターンを形成することができる加熱処理装置および
加熱処理方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１発明は、パターン露光されたレジスト膜を有す
る被処理体を収容する筐体と、この筐体内の被処理体を
加熱する加熱部材と、前記筐体内に水分を含有する気体
を供給する供給手段とを具備し、前記気体中の水分を前
記レジスト膜に作用させることを特徴とする加熱処理装
置を提供する。

【０００９】第２発明は、パターン露光された化学増幅
型レジストからなるレジスト膜を有する被処理体を収容
する筐体と、この筐体内の被処理体を加熱する加熱部材
と、前記筐体内に水分を含有する気体を供給する供給手
段と、を具備し、前記気体中の水分を前記レジスト膜に
作用させ、これにより前記レジスト膜の露光部または非
露光部をアルカリ可溶とすることを特徴とする加熱処理
装置を提供する。

【００１０】第３発明は、上記第１発明または第２発明
の加熱処理装置において、前記水分を含有する気体の湿
度を制御する湿度制御手段をさらに有することを特徴と
する加熱処理装置を提供する。

【００１１】第４発明は、上記第１発明または第２発明
の加熱処理装置において、前記水分を含有する気体の湿
度および温度を制御する湿度・温度制御手段をさらに有
することを特徴とする加熱処理装置を提供する。

【００１２】第５発明は、上記第４発明の加熱処理装置
において、前記湿度・温度制御手段は、供給される気体
を冷却する第１の熱交換器と、冷却された気体を加湿す
る加湿器と、加湿器を制御して気体の湿度を制御する湿
度制御手段と、加湿された気体の熱交換を行う第２の熱
交換器と、第２の熱交換器を制御して気体の温度の制御
する温度制御手段とを有することを特徴とする加熱処理
装置を提供する。

【００１３】第６発明は、第４発明の加熱処理装置にお
いて、前記湿度・温度制御手段は、気体を導入する手段
と、気体を冷却し除湿する冷却部と、冷却された気体を
加熱するヒーターと、前記除湿された気体に水蒸気を添
加するための水蒸気発生手段とを有することを特徴とす
る加熱処理装置を提供する。

【００１４】第７発明は、第６発明の加熱処理装置にお
いて、前記蒸発手段は、水が貯留された蒸発皿を有し、
前記ヒーターにより蒸発皿を加熱することにより水蒸気
を発生させることを特徴とする加熱処理装置を提供す
る。

【００１５】第８発明は、上記第１発明ないし第７発明
の加熱処理装置において、前記筐体内に昇降可能に設け
られ、前記被処理体を覆うカバーをさらに具備し、前記
供給手段はこのカバー内に水分を含有する気体を供給す
ることを特徴とする加熱処理装置を提供する。

【００１６】第９発明は、パターン露光されたレジスト
膜を有する被処理体を加熱処理する加熱処理方法であっ
て、前記被処理体に水分を含有する気体を供給しながら
その被処理体を加熱し、水分を前記レジスト膜に作用さ
せることを特徴とする加熱処理方法を提供する。

【００１７】第１０発明は、パターン露光された化学増
幅型レジストからなるレジスト膜を有する被処理体を加
熱処理する加熱処理方法であって、前記被処理体に水分
を含有する気体を供給しながらその被処理体を加熱し、
水分を前記レジスト膜に作用させ、これにより前記レジ
スト膜の露光部または非露光部をアルカリ可溶とするこ
とを特徴とする加熱処理方法を提供する。

【００１８】第１１発明は、上記第９発明または第１０
発明の加熱処理方法において、前記被処理体を外部から
隔離された空間内に配置し、前記水分を含有する気体を
前記空間内に供給することを特徴とする加熱処理方法を
提供する。

【００１９】第１２発明は、上記第９発明ないし第１１
発明のいずれかの加熱処理方法において、前記加湿され
た気体の湿度が制御されていることを特徴とする加熱処
理方法を提供する。

【００２０】第１３発明は、上記第９発明ないし第１１
発明のいずれかの加熱処理方法において、前記被処理体
に供給される気体の湿度および温度が制御されているこ
とを特徴とする加熱処理方法を提供する。

【００２１】第１４発明は、上記第１２発明または第１
３発明の加熱処理方法において、加湿された気体の相対
湿度を３０％以上に制御することを特徴とする加熱処理
方法を提供する。

【００２２】第１５発明は、上記第１４発明の加熱処理
方法において、加湿された気体の相対湿度を３０〜５０
％の範囲に制御することを特徴とする加熱処理方法を提
供する。

【００２３】本発明者は、上記化学増幅型レジストを用
いた場合に生じる不都合を回避すべく鋭意検討を重ねた
結果、従来の加熱処理装置では化学増幅型レジストの化
学反応が安定的に進行しないこと、およびその反応を安
定的に進行させるためにはある程度の湿度が必要なこと
を見出した。

【００２４】つまり、化学増幅型レジストを露光した
後、パターン形成に必要な反応を生じさせるためには、
熱のみならず水分も必要であることを見出した。しかし
ながら、従来から加熱処理装置として用いているホット
プレートユニットは、その中に空気または窒素ガス等の
気体が供給されるが、これらは通常湿度が極めて低い状
態で供給される。したがって、従来は化学増幅型レジス
トの化学反応に必要な水分が十分ではなく、安定してパ
ターン形成を行うことができなかった。

【００２５】本発明では、レジストが塗布された被処理
体を加熱処理する際に、水分を含有する気体を供給する
ことにより、レジストの化学反応が安定的に進行し、確
実に微細パターンを形成することができる。特に、アル
カリ不溶の化学増幅型レジストでレジスト膜を形成した
場合には、ポストエクスポージャーベーク処理の際に水
分を供給すると、露光部分または非露光部分をアルカリ
可溶にすることができ、その部分を現像液によりほぼ完
全に除去することができ、微細な回路パターンに対応す
ることが可能となる。また、供給する気体の湿度を制御
することにより、レジストの反応が制御され、線幅のば
らつきが少ない高精度の微細回路パターンを形成するこ
とができる。さらに、供給する気体の湿度および温度を
制御することにより一層精度が向上する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明の対象となる加熱処理装置が組み込まれた、半導体ウ
エハの塗布・現像処理システムを示す斜視図である。

【００２７】この塗布・現像処理システムは、複数の半
導体ウエハＷを収容するカセットＣを載置するカセット
ステーション１と、半導体ウエハにレジスト塗布および
現像を含む一連の処理を施すための複数の処理ユニット
を備えた処理部２と、カセットステーション１上のカセ
ットＣと処理部２との間で半導体ウエハの搬送を行うた
めの搬送機構３とを備えている。そして、カセットステ
ーション１においてカセットＣの搬入出が行われる。ま
た、搬送機構３はカセットの配列方向に沿って設けられ
た搬送路１２上を移動可能な搬送アーム１１を備え、こ
の搬送アーム１１によりカセットＣと処理部２との間で
半導体ウエハＷの搬送が行われる。処理部２の後端部に
はインターフェース部３０が設けられており、このイン
ターフェース部３０に露光装置（図示せず）が連設可能
となっている。このインターフェース部３０は、露光装
置との間で基板Ｇの受け渡しを行う機能を有している。

【００２８】処理部２は、前段部分２ａと後段部分２ｂ
とに分かれており、それぞれ中央に通路１５、１６を有
しており、これら通路の両側に各処理ユニットが配設さ
れている。そして、これらの間には中継部１７が設けら
れている。

【００２９】前段部２ａは、通路１５に沿って移動可能
なメインアーム機構１８を備えており、通路１５の一方
側には、ブラシ洗浄ユニット２１、水洗ユニット２２、
アドヒージョン処理ユニット２３、および冷却ユニット
２４が、他方側には２つの塗布ユニット２５が配置され
ている。一方、後段部２ｂは、通路１６に沿って移動可
能なメインアーム機構１９を備えており、通路１６の一
方側には複数の加熱処理ユニット２６および冷却ユニッ
ト２７からなる熱系ユニット群２８が、他方側には２つ
の現像処理ユニット２９が配置されている。熱系ユニッ
ト群２８は、ユニットが４段積層されてなる組が通路１
９に沿って３つ並んでおり、上２段が加熱処理ユニット
２６であり、下段が冷却ユニット２７である。本発明の
対象である加熱処理ユニット２６は、レジストの安定化
のためのプリベーク、露光後のポストエクスポージャー
ベーク、および現像後のポストベーク処理を行うもので
あり、詳細は後述する。

【００３０】上記メインアーム機構１８は、搬送機構３
のアーム１１との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う
とともに、前段部２ａの各処理ユニットに対するウエハ
Ｗの搬入・搬出、さらには中継部１７との間でウエハＷ
の受け渡しを行う機能を有している。また、メインアー
ム機構１９は中継部１７との間で半導体ウエハＷの受け
渡しを行うとともに、後段部２ｂの各処理ユニットに対
するウエハＷの搬入・搬出、さらにはインターフェース
部３０との間のウエハＷの受け渡しを行う機能を有して
いる。

【００３１】このように各処理ユニットを集約して一体
化することにより、省スペース化および処理の効率化を
図ることができる。そして、これら処理ユニットを含む
処理部２全体がケーシング（図示せず）内に配置されて
いる。

【００３２】このように構成される塗布・現像処理シス
テムにおいては、カセットＣ内の半導体ウエハＷが、処
理部２に搬送され、まず、洗浄ユニット２１および水洗
ユニット２２により洗浄処理され、レジストの定着性を
高めるためにアドヒージョン処理ユニット２３にて疎水
化処理され、冷却ユニット２４で冷却後、塗布ユニット
２５でレジストが塗布される。その後、半導体ウエハＷ
は、加熱処理ユニット２６の一つでプリベーク処理さ
れ、冷却ユニット２７で冷却された後、インターフェー
ス部３０を介して露光装置に搬送されてそこで所定のパ
ターンが露光される。そして、再びインターフェース部
３０を介して搬入され、加熱処理ユニット２６の一つで
ポストエクスポージャーベーク処理が施される。レジス
トとして化学増幅型レジストを用いた場合には、この熱
処理によって回路パターン形成に必要な反応が完了す
る。その後、冷却ユニット２７で冷却された半導体ウエ
ハＷは、現像処理ユニット２９で現像処理され、所定の
回路パターンが形成される。現像処理された半導体ウエ
ハＷは、メインアーム１９，１８および搬送機構３によ
ってカセットステーション１上の所定のカセットに収容
される。

【００３３】次に、本発明の対象である加熱処理装置の
一実施形態としての加熱処理ユニット２６について説明
する。この加熱処理ユニット２６は、図２に示すよう
に、筐体４０を有し、その中に半導体ウエハＷを加熱す
るための熱板４１がその面を水平にして配置されてい
る。この熱板４１にはヒーター（図示せず）が装着され
ており、所望の温度に設定可能となっている。

【００３４】この熱板４１の表面には、複数のスペーサ
４４が設けられており、このスペーサ４４によって半導
体ウエハＷが保持される。すなわち、プロキシミティ方
式が採用されており、熱板４０と半導体ウエハＷとの直
接の接触を避け、熱板４１からの放熱によって半導体ウ
エハＷを加熱処理するようになっている。これにより、
熱板４１からの半導体ウエハＷの汚染が防止される。各
スペーサ４４には位置決め部材４３がねじ止めされてお
り、これにより半導体ウエハＷが位置決めされる。これ
ら位置決め部材４３は、いわゆる落とし込みにより半導
体ウエハＷを保持するようになっている。

【００３５】熱板４１には複数本のリフトピン４７が埋
設されており、このリフトピン４７は駆動機構４８によ
り上下動し、突没可能となっている。そして、半導体ウ
エハＷの搬入の際にはリフトピン４７が突出してメイン
アーム機構１９のアームハンドから半導体ウエハＷを受
け取り、搬出の際には半導体ウエハＷを持ち上げ、メイ
ンアーム１９のアームハンドに移載可能とする。加熱処
理の際にはリフトピン４７は熱板４１内に退入した状態
となる。

【００３６】熱板４１の上方位置にはカバー４２が図示
しない昇降機構により上下動可能に設けられている。こ
のカバー４２は、半導体ウエハＷの加熱処理の際に熱板
４１の表面を覆うことにより、半導体ウエハＷに対する
外乱を避け、所定の処理雰囲気を形成するために設けら
れ、その中に処理空間Ｓが形成される。半導体ウエハＷ
の搬入および搬出に際しては、カバー４２は上方に退避
される。

【００３７】カバー４２の上板４２ａには、その中央に
ガス導入口４５が、その両側にはガス排出口４６が設け
られている。そして、後述するように、ガス導入口４５
を通って加湿されたガスが半導体ウエハＷが配置された
処理空間Ｓに導入され、ガス排出口４６から排出され
る。ガス導入口４５には配管４９が接続されており、こ
の配管４９の他端は以下に示す加湿機構５０に接続され
ている。

【００３８】加湿機構５０はポット５１を有し、ポット
５１内には純水５２が貯留されており、その上端部には
蓋５４が取り付けられている。そして、蓋５４を介して
ポット５１内に前述の配管４９および窒素ガス配管５３
が挿入されている。ガス供給管５３には窒素ガス供給源
５３ａが接続されている。

【００３９】このように構成される加熱処理ユニット２
６においてポストエクスポージャーベーク処理を行う際
には、まず、熱板４１上に露光後の半導体ウエハＷを載
置し、カバー４２を下降させる。そして、図示しない窒
素ガス供給源から窒素ガス配管５２を通って加湿機構５
０のポット５１内に窒素ガスを供給する。その際の供給
圧力により、ポット５１内に貯留された純水５２により
加湿された窒素ガスが配管４９を通ってガス導入口４５
から空間Ｓ内に供給され、空間Ｓから排気口４６を介し
て排気される。そして、この状態で熱板４１のヒーター
に通電することにより、半導体ウエハＷの加熱処理を実
行する。この際の加熱温度は８０〜１７０℃であること
が好ましい。

【００４０】この場合に、窒素ガス供給量、温度等の条
件を設定することにより、所望の湿度の窒素ガスを供給
することができる。また、空間Ｓ内からの排気をその上
方に設けられた排気口４６から行うので、排気による気
流が半導体ウエハＷに悪影響を与えることがない。

【００４１】ベーク処理が完了すると、処理空間Ｓへの
加湿ガスの供給を停止し、カバー４２を上昇させ、半導
体ウエハＷを加熱処理ユニットから搬出し、現像処理ユ
ニット２９へ搬入して現像処理を行う。

【００４２】このようにして加熱処理ユニット２６に加
湿された窒素ガスを供給することにより、化学増幅型レ
ジストを採用した際のポストエクスポージャーベーク処
理において、必要なレジストの化学反応を安定的に生じ
させることができ、確実に回路パターンを形成すること
ができる。すなわち、化学増幅型レジストにおける露光
部の化学反応は以下に説明するように、ポストエクスポ
ージャーベークにより完了するが、この化学反応には水
分が必要であるため、このように加湿されたガスを半導
体ウエハに供給することによりその化学反応が安定的に
進行する。この場合に、要求される湿度は化学増幅型レ
ジストの種類によって異なるが、相対湿度で３０％以上
であれば十分であり、例えば３０〜５０％の範囲とす
る。また、化学反応を十分に生じさせるためには、加熱
処理時間を例えば６０〜１５０秒程度、好ましくは６０
〜９０秒程度に設定する。なお、加湿された気体として
窒素ガスを用いたが、他の不活性ガスを用いてもよい。

【００４３】次に、アルカリ不溶な樹脂を主成分とする
化学増幅型レジストを用いてレジスト膜を形成した場合
におけるポストエクスポージャーベーク処理の際の化学
反応について説明する。

【００４４】フォトレジスト膜に光を照射すると、まず
これに含まれる光酸発生剤からＨ⁺が発生する。その
後、ウエハＷにポストエクスポージャーベーク処理を施
すと、以下に示す式１−１または式２−１に示すよう
に、露光部に存在するＨ⁺がポリヒドロキシスチレン
（ＰＨＳ）からアセタール基を切り離す。ＰＨＳはアル
カリ可溶である。一方、切り離されたアセタール基は共
鳴構造式で表される炭素陽イオン（１）または（２）と
なる。これら炭素陽イオン（１）、（２）は不安定な中
間生成物であり分解して新たにＨ⁺を発生させる。この
新たに発生したＨ⁺は次の分解に使われ、連鎖反応的に
次々にＨ⁺を発生させる。このように化学増幅型レジス
トではポストエクスポージャーベーク処理の際に次々に
Ｈ⁺が発生するので、露光の際に弱いエネルギーのエキ
シマレーザー光を用いた場合でも高感度で感光したこと
となる。

【００４５】一方、化学増幅型レジストに対し、加湿雰
囲気下（水分含有雰囲気下）でポストエクスポージャー
ベーク処理を施すと、以下に示す式１−２および式２−
２に示すように、Ｈ₂Ｏが炭素陽イオン（１）、（２）
の分解反応に積極的に寄与する。すなわち、炭素陽イオ
ン（１）、（２）がＨ₂Ｏとが反応すると、これらは互
変異性体に変わり、さらに互変異性体はアルコールやア
ルデヒドに分解する。これら分解生成物（アルコールお
よびアルデヒド）は揮発しやすいので、これらが揮発し
てしまうとレジスト膜中にはアルカリ可溶なＰＨＳのみ
が残留する。このような実質的にＰＨＳのみからなる部
分に現像液が供給されると、その部分はすっかりきれい
に溶け出し、したがって、線幅にばらつきのないクリア
なパターンが形成される。

【００４６】

【化１】

【００４７】

【化２】

【００４８】なお、このような加熱処理ユニット２６を
システムに組み込む場合に、ポストエクスポージャーベ
ーク専用にしてもよいし、すべての加熱処理ユニットを
同じ構造にして、ポストエクスポージャーベークに用い
る場合のみ加湿するようにしてもよい。

【００４９】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。図３に示すように、この実施の形態において
は、筐体４０の内部構造、および加湿されたガスを配管
４９を通って半導体ウエハＷに供給する点においては従
前の実施の形態と同様であるが、配管４９の途中に湿度
・温度制御部５５を有している点が異なっている。すな
わち、この実施の形態では、湿度および温度が制御され
た窒素ガスを半導体ウエハＷに供給しながら加熱処理を
行う。

【００５０】図４に示すように、湿度・温度制御部５５
は、配管４９の途中に接続された筐体６０を有してお
り、その筐体６０の内を窒素ガスが矢印Ａ方向に沿って
通流する。筐体６０の内部には、窒素ガスの上流側から
第１の熱交換機６２および第２の熱交換機６６が設けら
れており、これら第１の熱交換機６２および第２の熱交
換機６６には、それぞれ第１の温調器６１および第２の
温調器６５が接続されている。筐体６０内の第１の熱交
換機６２と第２の熱交換機６６との間には、加湿器６３
から延びる加湿パイプ６４が設けられている。

【００５１】第１および第２の温調器６１，６５、なら
びに加湿器６３はコントローラ６９に接続されている。
また、第２の温調器６６の下流側には、湿度センサー６
７および温度センサー６８が設置されており、これらの
信号に基づいてコントローラ６９が湿度および温度をフ
ィードバック制御する。

【００５２】この際の湿度および温度の制御について説
明する。まず、配管４９から筐体６０内に供給された窒
素ガスは、第１の温調器６１により低温に設定された第
１の熱交換器６２により所定の温度に冷却される。続い
て加湿器６３から加湿パイプ６４を介して筐体６０内に
水蒸気を供給し、筐体６０内の窒素ガスを加湿する。そ
して、加湿された窒素ガスを、第２の温調器６５により
所定の温度に設定された第２の熱交換機６６によって所
定温度まで加熱される。この場合に、湿度センサー６７
および温度センサー６８により検出された信号に基づい
て、コントローラーが第１および第２の温調器６１，６
５、ならびに加湿器６３を制御するので、筐体６０内の
窒素ガスの湿度および温度が制御されることとなる。

【００５３】そして、この湿度および温度が制御された
窒素ガスが、配管４９およびガス導入口４５を通って空
間Ｓに供給され、雰囲気の湿度・温度が制御された状態
で加熱処理を行うことができる。これにより、化学増幅
型レジストの化学反応を高精度で制御することができる
ようになり、０．３μｍ以下という線幅の超微細パター
ンにも対応することができるようになる。例えば、目標
の０．２５μｍに対して±４〜５％という極めて高精度
の管理を実現することができる。

【００５４】次に、湿度および温度制御の他の例につい
て説明する。図５に示すように、温度湿度制御部７２
は、送風機７３、冷却部７４、調整器７５およびコント
ローラ７９を備えている。送風機７３は、窒素ガス供給
源７１から窒素ガスを湿度・温度制御部７２内に導入
し、冷却部７４へ送る。冷却部７４は、導入ガスを冷媒
と熱交換させ、ガスを除湿する。調整器７５は、ヒータ
ー７６および蒸発皿７７を具備し、冷却部７４で除湿さ
れたガスを所定の湿度と温度に調整するものである。そ
して、図示しない湿度センサーおよび温度センサーの検
出値に基づいて、冷却部７４および調整器７５のヒータ
ー７６にコントローラー７９から制御信号が出力され、
配管７８を通流するガスの湿度および温度が設定値に制
御される。これにより、より簡単に供給ガスの湿度およ
び温度を制御することができる。

【００５５】なお、化学増幅型レジストは上述のように
水分の存在下で反応が進行するため、湿度の変動が線幅
のばらつきに影響する。したがって、最初の実施の形態
のように湿度のみの制御であっても線幅のばらつき変動
を抑制するのに有効である。ただし、本実施の形態のよ
うに供給するガスの湿度および温度を制御することによ
り、より一層線幅の変動を小さくすることが可能とな
る。また、従来より上記湿度・温度制御部５５と同様の
湿度・温度制御を塗布処理ユニット２５で行っているこ
とから、塗布処理ユニット２５からガス導入口４５に配
管して塗布処理ユニット２５の湿度・温度が制御された
ガスを筐体４０内に導入するようにしてもよい。

【００５６】次に、実際に加湿されたガスを加熱処理ユ
ニットに供給してポストエクスポージャーベーク処理を
行った結果について説明する。まず、以下に示すサンプ
ル１〜３のレジスト液を塗布した後、露光し、湿度を変
化させてポストエクスポージャー処理を行い、処理雰囲
気中に含まれる水分が線幅に及ぼす影響を調査した。そ
の結果を図６に示す。図６は、横軸にポストエクスポー
ジャーベーク処理の際の処理雰囲気の相対湿度（％）を
とり、縦軸に回路パターンの線幅（μｍ）をとって、こ
れらの関係を示す図である。なお、図中、Ａがサンプル
１、Ｂがサンプル２、Ｃがサンプル３の結果をそれぞれ
示す。

【００５７】サンプル１は、Ｓ１５０Ｊ（日本合成ゴム
株式会社製のアセタール系樹脂からなるレジストの商品
名）に溶剤として適量の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）を添加したもので
ある。サンプル２は、ＡＰＥＸ（ＩＢＭ社製のターシャ
リーブトキシカルボニル（略称ｔ−ＢＯＣ）基の樹脂か
らなるレジストの商品名）に溶剤として適量のＰＧＭＥ
Ａを添加したものである。サンプル３は、Ｓ１５０Ｇ
（日本合成ゴム株式会社製のアセタール系樹脂からなる
レジストの商品名）に溶剤として乳酸エチル（ＥＬ）と
エチル−３−エトキシプロピオネート（ＥＥＰ）とを
７：３の割合で混合したものを適量添加したものであ
る。

【００５８】ここでポストエクスポージャーベーク処理
は、８０〜１７０℃の温度範囲内で各レジスト毎に最適
な温度を選択し、その温度でそれぞれ９０秒間加熱し
た。また、処理空間Ｓへの水蒸気供給量を調整して、ポ
ストエクスポージャーベーク処理の相対湿度を最大５０
％までコントロールした。この際の相対湿度は、ガス導
入口４５において測定した。また、線幅の目標値は０．
２５μｍとした。

【００５９】図６に示すように、アセタール樹脂からな
る化学増幅型レジストを用いたサンプル１、サンプル３
はポストエクスポージャーベーク処理の際の相対湿度が
高くなるに従って線幅が減少する傾向を示した。一方、
サンプル２は相対湿度が高くなるに従って線幅が増加す
る傾向を示した。

【００６０】次に、以下に示すサンプル４のレジスト液
を塗布した後、露光し、湿度を変化させてポストエクス
ポージャー処理を行い、処理雰囲気中に含まれる水分が
線幅に及ぼす影響を調査した。その結果を図７に示す。
図７も図６と同様、横軸にポストエクスポージャーベー
ク処理における処理雰囲気の相対湿度（％）をとり、こ
れらの関係を示す図である。サンプル４は、ＴＤＵＲ−
Ｐ００７（東京応化工業株式会社製のアセタール系樹脂
からなるレジストの商品名）に溶剤として適量のＰＧＭ
ＥＡを添加したものである。

【００６１】ここで、ベーキング処理は温度１１０℃で
９０秒間加熱の条件とし、また処理空間Ｓへの水蒸気供
給量を調整して、ポストエクスポージャーベーク処理の
相対湿度を３６．６〜５０％の範囲にコントロールし
た。相対湿度はガス導入口４５において測定した。ま
た、線幅の目標値は０．２５μｍとした。

【００６２】図７に示すように、サンプル４ではポスト
エクスポージャーベーク処理の際の相対湿度が３６．６
％のときに線幅は０．２５５μｍ、４０％のときに０．
２５３μｍ、４５％のときに０．２５０μｍ、５０％の
ときに０．２４７μｍとなった。

【００６３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施
が可能である。例えば、加湿されたガスを供給する機構
および湿度および温度を制御する機構は種々のものが考
えられ、上記のものに限定されない。また、供給するガ
スも窒素ガスに限らず、空気や他の不活性ガス等、被処
理体に影響を与えないものであれば用いることができ
る。本発明は化学増幅型レジストに対して特に有効であ
るが、ノボラック樹脂などの他のレジストにも適用する
ことができる。被処理体として半導体ウエハを用いた
が、これに限らず、液晶ディスプレー基板等、レジスト
を用いてフォトリソグラフィー技術によりパターンを形
成する被処理体であれば適用可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水分を含有する気体を被処理体に供給することにより、
レジストの化学反応が安定的に進行し、確実に微細パタ
ーンを形成することができる。特に、アルカリ不溶の化
学増幅型レジストでレジスト膜を形成した場合には、ポ
ストエクスポージャーベーク処理の際に水分を供給する
と、露光部分または非露光部分をアルカリ可溶にするこ
とができ、その部分を現像液によりほぼ完全に除去する
ことができ、微細な回路パターンに対応することが可能
となる。また、供給する気体の湿度を制御することによ
り、レジストの反応が制御され、線幅のばらつきが少な
い高精度の微細回路パターンを形成することができる。
さらに、供給する気体の湿度および温度を制御すること
により一層精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となる加熱処理装置が組み込まれ
たレジスト塗布・現像システムを示す斜視図。

【図２】本発明の一実施形態に係る加熱処理装置を示す
概略断面図。

【図３】本発明の他の実施形態に係る加熱処理装置を示
す概略断面図。

【図４】図３の加熱処理装置に用いられる湿度・温度制
御部を示す断面図。

【図５】図４の湿度・温度制御部の加湿器の構成を示す
図。

【図６】ポストエクスポージャーベーク処理の際の相対
湿度がレジストパターンの線幅に及ぼす影響を示す図。

【図７】ポストエクスポージャーベーク処理の際の相対
湿度がレジストパターンの線幅に及ぼす影響を示す図。

【符号の説明】

２６……加熱処理ユニット４０……筐体４１……熱板４２……カバー４５……ガス導入口４９……ガス配管５０……加湿機構５５……湿度・温度制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターン露光されたレジスト膜を有する
被処理体を収容する筐体と、この筐体内の被処理体を加熱する加熱部材と、前記筐体内に水分を含有する気体を供給する供給手段と
を具備し、前記気体中の水分を前記レジスト膜に作用させることを
特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】パターン露光された化学増幅型レジスト
からなるレジスト膜を有する被処理体を収容する筐体
と、この筐体内の被処理体を加熱する加熱部材と、前記筐体内に水分を含有する気体を供給する供給手段
と、を具備し、前記気体中の水分を前記レジスト膜に作用させ、これに
より前記レジスト膜の露光部または非露光部をアルカリ
可溶とすることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項３】前記水分を含有する気体の湿度を制御す
る湿度制御手段をさらに有することを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】前記水分を含有する気体の湿度および温
度を制御する湿度・温度制御手段をさらに有することを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱処理装
置。
【請求項５】前記湿度・温度制御手段は、供給される
気体を冷却する第１の熱交換器と、冷却された気体を加
湿する加湿器と、加湿器を制御して気体の湿度を制御す
る湿度制御手段と、加湿された気体の熱交換を行う第２
の熱交換器と、第２の熱交換器を制御して気体の温度の
制御する温度制御手段とを有することを特徴とする請求
項４に記載の加熱処理装置。
【請求項６】前記湿度・温度制御手段は、気体を導入
する手段と、気体を冷却し除湿する冷却部と、冷却され
た気体を加熱するヒーターと、前記除湿された気体に水
蒸気を添加するための水蒸気発生手段とを有することを
特徴とする請求項４に記載の加熱処理装置。
【請求項７】前記蒸発手段は、水が貯留された蒸発皿
を有し、前記ヒーターにより蒸発皿を加熱することによ
り水蒸気を発生させることを特徴とする請求項６に記載
の加熱処理装置。
【請求項８】前記筐体内に昇降可能に設けられ、前記
被処理体を覆うカバーをさらに具備し、前記供給手段は
このカバー内に水分を含有する気体を供給することを特
徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載
の加熱処理装置。
【請求項９】パターン露光されたレジスト膜を有する
被処理体を加熱処理する加熱処理方法であって、前記被
処理体に水分を含有する気体を供給しながらその被処理
体を加熱し、水分を前記レジスト膜に作用させることを
特徴とする加熱処理方法。
【請求項１０】パターン露光された化学増幅型レジス
トからなるレジスト膜を有する被処理体を加熱処理する
加熱処理方法であって、前記被処理体に水分を含有する
気体を供給しながらその被処理体を加熱し、水分を前記
レジスト膜に作用させ、これにより前記レジスト膜の露
光部または非露光部をアルカリ可溶とすることを特徴と
する加熱処理方法。
【請求項１１】前記被処理体を外部から隔離された空
間内に配置し、前記水分を含有する気体を前記空間内に
供給することを特徴とする請求項９または請求項１０に
記載の加熱処理方法。
【請求項１２】前記加湿された気体の湿度が制御され
ていることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のい
ずれか１項に記載の加熱処理方法。
【請求項１３】前記被処理体に供給される気体の湿度
および温度が制御されていることを特徴とする請求項９
ないし請求項１１のいずれか１項に記載の加熱処理方
法。
【請求項１４】加湿された気体の相対湿度を３０％以
上に制御することを特徴とする請求項１２または請求項
１３に記載の加熱処理方法。
【請求項１５】加湿された気体の相対湿度を３０〜５
０％の範囲に制御することを特徴とする請求項１４に記
載の加熱処理方法。