JPH11354430A - 基板処理装置および基板製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程数を増加させることなく基板に対して周
辺露光を実行することができる基板処理装置および基板
製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 冷却／露光処理部ＣＰ２は、その表面に
配設された３個の球体１５を介して基板Ｗを支持するク
ールプレート１４と、クールプレート１４を鉛直方向を
向く軸まわりに回転させるモータと、クールプレート１
４上に載置されて回転する基板Ｗの周辺部に対しその上
方から光を照射する光照射機構２０とを備える。冷却／
露光処理部ＣＰ２に搬送された基板Ｗは、クールプレー
ト１４上に載置されて冷却処理される。また、光照射機
構２０から出射された光が、基板Ｗの周辺部に向けて照
射される。この状態において、基板Ｗがクールプレート
１４とともに回転することにより、基板Ｗの周辺部全域
に光が照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ等
の基板を処理する基板処理装置および基板製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】基板の製造工程においては、カセットに
収納された状態で基板製造装置に搬送された基板は、加
熱装置および冷却装置により順次加熱処理および冷却処
理がされた後、塗布装置によりその表面にフォトレジス
トの薄膜が形成される。そして、この基板は、再度、加
熱装置および冷却装置により順次加熱処理および冷却処
理された後、ステッパ等と呼称される露光装置によりパ
ターン露光される。パターン露光が施された基板は、加
熱装置および冷却装置により順次加熱処理および冷却処
理がされた後、現像装置により現像処理される。そし
て、この基板は、再度、加熱装置および冷却装置により
順次加熱処理および冷却処理がされた後、再度カセット
に収納されて、後工程に搬送される。

【０００３】また、上述したようなフォトリソグラフィ
工程においては、フォトレジストの薄膜が形成された基
板を搬送する際に、基板の周辺部が基板の搬送機構やカ
セット等との接触部分に対して摺動することにより、フ
ォトレジストが基板の表面から剥がれてパーティクルと
なり、このパーティクルが基板に付着することにより、
この基板により製造された製品の歩留まりを低下させる
という問題が発生する。このため、パターン形成のため
の露光工程とは別に、パターン露光工程と現像工程との
間に基板の周辺部に対して光を照射する周辺露光工程を
設け、基板の周辺部の不要なレジストを予め除去するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年の基板処理工程に
おけるスループットの向上の要請から、基板の処理に要
する工程数は、できうる限り少ないことが好ましい。し
かしながら、上述したように、基板の周辺部に対して光
を照射する周辺露光工程を単独で設定した場合には、周
辺露光のために基板の処理に要する工程数が一つ増加す
ることになってしまい、基板処理のスループットが低下
する。

【０００５】また、近年、フォトレジストとして化学増
幅型のものが使用されている。この化学増幅型のフォト
レジストを使用する際には、基板に塗布されたフォトレ
ジストの薄膜に所望のパターンを露光することでそのフ
ォトレジスト膜中に酸触媒を発生させ、ポストエクスポ
ージャーベーク（ＰＥＢ）と呼ばれる基板の加熱処理を
行い、この酸触媒を拡散させて反応を進めることにより
高い感度を得る。そして、基板を冷却することにより反
応を停止させた後、現像処理を行うことによって微細な
パターンを得ている。

【０００６】このような化学増幅型のフォトレジスト
は、露光によってフォトレジスト内部に酸を発生させ、
加熱処理によってフォトレジストの化学反応を促進させ
るものであることから、雰囲気中にアルカリ物質が存在
するとフォトレジストの内部に発生した酸が中和され、
フォトレジストの化学反応が阻害されることになる。こ
のため、フォトレジスト中の酸とアルカリ物質との中和
反応を極力抑えるため、パターン露光行程から現像行程
まで、特に、パターン露光行程から冷却行程による反応
停止までの時間を、短く、かつ、正確に管理する必要が
ある。

【０００７】しかしながら、上述したように、パターン
露光行程から現像行程までの間に周辺露光を行うと、パ
ターン露光行程と現像行程との間の時間が長くなるとと
もに、エッジ露光行程に起因する時間変動も加わり、正
確な時間管理が困難となる。

【０００８】このため、本出願人は、周辺露光行程の後
にパターン露光行程を行い、さらにその後に現像行程を
行うことにより、基板に形成された化学増幅型のフォト
レジストの薄膜にパターンを形成する際に重要なパター
ン露光行程から現像行程までの時間を短くすることがで
き、かつ、正確に時間管理することができる基板処理方
法を提案している（特願平９−１４１５５７号）。

【０００９】このような基板処理方法を採用した場合に
おいては、化学増幅型のフォトレジストを使用して正確
なパターンを形成することが可能となるが、パターン露
光行程の前に周辺露光行程を別途実行する必要があるこ
とから、パターン露光前の処理工程数がパターン露光後
の処理工程数に比べて多くなり、基板の製造工程全体の
処理バランスが悪くなるという問題が生ずる。

【００１０】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたものであり、工程数を増加させることなく基板に対
して周辺露光を実行することができる基板処理装置およ
び基板製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の基板処
理装置は、その表面にフォトレジストの薄膜が形成され
た基板を加熱または冷却することにより熱処理する熱処
理プレートと、前記熱処理プレートを鉛直軸まわりに回
転させる回転手段と、前記熱処理プレート上に載置され
て回転する基板の周辺部に対してその上方から光を照射
する光照射手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載の基板処理装置は、請求項
１に記載の基板処理装置において、前記熱処理プレート
を熱伝導性部材により構成するとともに、この熱処理プ
レートを加熱または冷却する手段をさらに配設してい
る。

【００１３】請求項３に記載の基板製造方法は、基板を
加熱する第１の加熱行程と、前記第１の加熱行程におい
て加熱された基板を冷却する第１の冷却行程と、前記第
１の冷却行程において冷却された基板に対して化学増幅
型のフォトレジストを塗布することにより、基板の表面
にフォトレジストの薄膜を形成する塗布工程と、前記塗
布工程において前記フォトレジストの薄膜が形成された
基板を加熱する第２の加熱工程と、前記第２の加熱工程
において加熱された基板を冷却するとともに、この基板
の周辺部に対してその上方から光を照射する第２の冷却
工程と、前記第２の冷却工程において冷却および光照射
された基板に対しパターン露光を行う露光工程と、前記
露光工程においてパターン露光された基板を加熱する第
３の加熱行程と、前記第３の加熱行程において加熱され
た基板を冷却する第３の冷却行程と、前記第３の冷却行
程において冷却された基板を現像する現像工程と、前記
現像行程において現像された基板を加熱する第４の加熱
行程と、前記第４の加熱行程において加熱された基板を
冷却する第４の冷却行程とを備えたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態で
ある基板製造装置の斜視図であり、図２はその平面図で
ある。なお、図２においては、説明の便宜上、熱処理部
４における複数の処理装置を平面的に配置したように図
示している。

【００１５】この基板製造装置は、基板に対して一連の
処理を行う処理ユニット１と、基板に対してパターン露
光を行う露光ユニット２とから構成される。

【００１６】処理ユニット１は、複数枚の基板Ｗを収納
したカセット５から処理を行うべき基板Ｗを１枚ずつ搬
出するとともに、処理を終えた基板Ｗを再度カセット５
内に搬入するための搬送ロボット６を備えるインデクサ
部ＩＤと、基板Ｗに対して薬液処理を行う薬液処理部３
と、基板Ｗに対して熱処理を行う熱処理部４と、露光ユ
ニット２との間で基板Ｗの受け渡しを行うための図示し
ない搬送ロボットを備えるインターフェース部ＩＦと、
インデクサ部ＩＤ、薬液処理部３、熱処理部４およびイ
ンターフェース部ＩＦの間で基板Ｗを搬送する搬送ロボ
ット７を備えた搬送ユニットＴＲとを有する。

【００１７】基板Ｗに対して薬液処理を行う薬液処理部
３は、基板Ｗに対して化学増幅型のフォトレジストを塗
布するスピンコータ（回転式フォトレジスト塗布装置）
ＳＣと、露光ユニット２により露光を完了した後の基板
Ｗに対して、現像液を供給することにより、パターン露
光後のフォトレジストを現像処理する第１、第２のスピ
ンデベロッパ（回転式現像装置）ＳＤ１、ＳＤ２とを備
える。

【００１８】基板Ｗに対して熱処理を行う熱処理部４
は、基板Ｗの表面とフォトレジストとの密着性を良くす
るためにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）の雰囲気
下で基板Ｗを加熱処理する加熱装置としてのアドヒージ
ョン部ＡＨと、パターン露光後のフォトレジスト膜の反
応促進のため基板を加熱する加熱装置としてのポストエ
クスポージャベーク部ＰＥＢと、他の加熱装置としての
３つの加熱処理部ＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３と、４つの冷
却処理部ＣＰ１、ＣＰ３、ＣＰ４、ＣＰ５と、基板Ｗに
対して冷却処理と周辺露光処理とを行う処理装置として
の冷却／露光処理部ＣＰ２とを有する。

【００１９】図３は、上記冷却／露光処理部ＣＰ２の要
部を示す斜視図であり、図４はその側面概要図である。

【００２０】この冷却／露光処理部ＣＰ２は、その表面
に配設された３個の球体１５を介して基板Ｗを支持する
クールプレート１４と、伝熱部材１３と、冷却部材１２
と、クールプレート１４を鉛直方向を向く軸１６まわり
に回転させるモータ１７と、クールプレート１４を軸１
６を介して微少距離だけ昇降させるアクチュエータ１８
と、クールプレート１４上に載置されて回転する基板Ｗ
の周辺部に対しその上方から光を照射する光照射機構２
０とを備える。

【００２１】上記クールプレート１４は、基板を冷却処
理する熱処理プレートとして機能するものであり、高い
熱伝導率を有する熱伝導性部材から構成される。また、
冷却部材１２は、伝熱部材１３を介してクールプレート
１４を冷却する降温手段として機能するものであり、そ
の内部にはペルチェ素子等の冷却機構が内蔵されてい
る。伝熱部材１３は、クールプレート１４と冷却部材１
２との間で熱を伝達するためのものであり、クールプレ
ート１４と同様、高い熱伝導率を有する熱伝導性部材か
ら構成される。

【００２２】クールプレート１４の表面には、３個の球
体１５が埋設されている。この球体１５は、例えば、ア
ルミナ等の低伝熱部材から構成される。この球体１５の
上端は、クールプレート１４の表面より微小量だけ突出
する状態で配設されており、基板Ｗとクールプレート１
４表面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称さ
れる微小間隔を保った状態で、基板Ｗをクールプレート
１４の球体１５上に載置、支持して、この基板Ｗを冷却
するよう構成されている。

【００２３】このクールプレート１４は、伝熱部材１３
および冷却部材１２を貫通する軸１６を介して、上述し
たモータ１７およびアクチュエータ１８と接続されてい
る。このクールプレート１４は、回転していない状態に
おいては、冷却部材１２により冷却される伝熱部材１３
と接触している。また、このクールプレート１４が回転
を開始する場合には、アクチュエータ１８の作用により
伝熱部材１３の表面より微小距離だけ上昇した後に、モ
ータ１７の駆動により回転する。

【００２４】また、上記光照射機構２０は、水銀キセノ
ンランプ２１と、楕円鏡２２と、紫外線透過フィルタ２
３と、シャッター２４とを有する光源２５と、この光源
２５と光を出射するための出射端２６とを接続する光フ
ァイバー２７とを備える。水銀キセノンランプ２１から
出射された光は、楕円鏡２２により集光され、紫外線透
過フィルタ２３および光ファイバー２７を介して出射端
２６から基板Ｗの周辺部に向けて照射される。

【００２５】光の照射を受けた基板Ｗの周辺部のフォト
レジストは、後工程である現像処理時に基板Ｗから除去
される。このため、フォトレジストの薄膜が基板Ｗを収
納するカセット５や基板Ｗの搬送装置等に接触すること
により基板Ｗから飛散することを未然に防止することが
できる。

【００２６】次に、上述した処理ユニット１により基板
Ｗに対して一連の処理を行うとともに、露光ユニット２
によりパターン露光を行う、基板製造装置による基板Ｗ
の製造工程について説明する。図５は、この基板製造装
置による基板Ｗの製造工程を示す説明図である。

【００２７】複数の基板Ｗを収納したカセット５は、前
段の処理工程からインデクサ部ＩＤに搬入される。そし
て、基板Ｗは、インデクサ部ＩＤの搬送ロボット６から
搬送ユニットＴＲの搬送ロボット７に受け渡され、アド
ヒージョン部ＡＨに搬入される。そして、基板Ｗは、ア
ドヒージョン部ＡＨにおいて、ＨＭＤＳの雰囲気下で加
熱され、密着強化処理される。

【００２８】なお、搬送ユニットＴＲにおける搬送ロボ
ット７は、上下一対の搬送アームを備える。そして、搬
送ロボット７とアドヒージョン部ＡＨ等の各処理装置と
の間の基板Ｗの受け渡しは、各処理装置から処理済の基
板Ｗを取り出した後、未処理基板Ｗを各処理装置内に搬
送することにより実行される。

【００２９】密着強化処理を完了した基板Ｗは、冷却処
理部ＣＰ１へ搬送され、常温程度まで冷却される。そし
て、この基板Ｗは、スピンコータＳＣへ搬送され、その
表面に化学増幅型のフォトレジストを塗布される。

【００３０】その表面にフォトレジストの薄膜が形成さ
れた基板Ｗは、加熱処理部ＨＰ１に搬送されて加熱され
る。そして、この基板Ｗは、冷却／露光処理部ＣＰ２に
おいて冷却処理および周辺露光処理される。

【００３１】すなわち、冷却／露光処理部ＣＰ２に搬送
された基板Ｗは、クールプレート１４上に載置されて冷
却処理される。また、水銀キセノンランプ２１から出射
された光が、楕円鏡２２により集光され、紫外線透過フ
ィルタ２３および光ファイバー２７を介して出射端２６
から基板Ｗの周辺部に向けて照射される。この状態にお
いて、クールプレート１４がアクチュエータ１８の作用
により伝熱部材１３の表面より微小距離だけ上昇した後
に、モータ１７の駆動により回転する。これにより基板
Ｗが回転し、基板Ｗの周辺部全域に光が照射される。

【００３２】従って、この冷却／露光処理部ＣＰ２にお
いては、基板Ｗの冷却処理と周辺露光処理とを、同時に
一括して実行することが可能となる。

【００３３】冷却／露光処理部ＣＰ２での処理を完了し
た基板Ｗは、搬送ユニットＴＲにおける搬送ロボット７
からインターフェース部ＩＦにおける図示しない搬送ロ
ボットに受け渡され、露光装置としての露光ユニット２
（図５においては「ＳＴ」と表示）に搬送され、パター
ン露光される。

【００３４】パターン露光が完了した基板Ｗは、インタ
ーフェース部ＩＦにおける図示しない搬送ロボットから
搬送ユニットＴＲにおける搬送ロボット７に受け渡さ
れ、ポストエクスポージャベーク部ＰＥＢに搬送され
る。そして、この基板Ｗは、ポストエクスポージャベー
ク部ＰＥＢにおいて加熱され、パターン露光後のフォト
レジスト膜の反応促進がなされる。

【００３５】ポストエクスポージャベーク部ＰＥＢで加
熱された基板Ｗは、冷却処理部ＣＰ３へ搬送され、常温
程度まで冷却される。そして、この基板Ｗは、第１、第
２のスピンデベロッパＳＤ１、ＳＤ２のいずれか一方に
搬送され、パターン露光後のフォトレジストが現像され
ることにより、基板Ｗの表面に所望のパターンのレジス
ト膜が形成される。このとき、冷却／露光処理部ＣＰ２
において光の照射を受けた基板Ｗの周辺部のフォトレジ
ストは、基板Ｗから除去される。

【００３６】その表面に所望のパターンのレジスト膜が
形成された基板Ｗは、加熱処理部ＨＰ２、ＨＰ３のいず
れか一方に搬送されて加熱された後、冷却処理部ＣＰ
４、ＣＰ５のいずれか一方に搬送されて常温程度まで冷
却される。

【００３７】そして、この基板Ｗは、搬送ユニットＴＲ
の搬送ロボット７からインデクサ部ＩＤの搬送ロボット
６へ受け渡され、搬送ロボット６によりインデクサ部Ｉ
Ｄのカセット内に収納される。

【００３８】以上のように、上述した基板製造装置によ
れば、周辺露光行程の後にパターン露光行程を行い、さ
らにその後に現像行程を行う構成であることから、基板
Ｗに形成された化学増幅型のフォトレジストに対するパ
ターン露光行程から現像行程までの時間を短くすること
ができ、かつ、正確に時間管理することができる。この
とき、図５から明らかなように、基板Ｗに対する冷却処
理と周辺露光処理とを同時に実行することにより、パタ
ーン露光前の処理工程数とパターン露光後の処理工程数
とを同一にすることが可能となる。

【００３９】なお、上述した実施の形態においては、熱
処理プレートとしてのクールプレート１４により基板Ｗ
を冷却しながら周辺露光を行う冷却／露光処理部ＣＰ２
を採用しているが、基板Ｗを加熱しながら周辺露光を行
うようにしてもよい。また、基板Ｗに対して加熱と冷却
との両方の熱処理を実行しうる熱処理プレートを使用
し、この熱処理プレートによる基板Ｗの熱処理中に周辺
露光を行うようにしてもよい。

【００４０】また、上述した冷却／露光処理部ＣＰ２に
おいては、クールプレート１４を冷却部材１２および伝
熱部材１３により冷却しているが、クールプレート１４
内部に直接冷却機構を配設してもよい。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、その表
面にフォトレジストの薄膜が形成された基板を加熱また
は冷却することにより熱処理する熱処理プレートと、熱
処理プレートを鉛直軸まわりに回転させる回転手段と、
熱処理プレート上に載置されて回転する基板の周辺部に
対してその上方から光を照射する光照射手段とを備えた
ことから、基板の熱処理と周辺露光処理とを同時に実行
することが可能となる。このため、基板の処理に要する
工程数を減らすことができ、スループットを向上させる
ことが可能となる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、熱処理プ
レートを熱伝導性部材により構成するとともに、この熱
処理プレートを加熱または冷却する手段をさらに配設し
ていることから、熱処理プレートの加熱または冷却と回
転とを簡易な構成で実現することができ、装置の構成を
簡易なものとすることが可能となる。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、基板の熱
処理と周辺露光処理とを同時に実行することから、基板
の処理に要する工程数を減らすことが可能となり、スル
ープットを向上させることが可能となる。また、周辺露
光行程の後にパターン露光行程を行い、さらにその後に
現像行程を行うことから、基板に形成された化学増幅型
のフォトレジストに対するパターン露光行程から現像行
程までの時間を短くすることができ、かつ、正確に時間
管理することができる。このとき、基板Ｗに対する冷却
処理と周辺露光処理とを同時に実行することにより、パ
ターン露光前の処理工程数とパターン露光後の処理工程
数とが同一になり、基板の処理をバランスよく実行する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板製造装置の斜視図である。

【図２】基板製造装置の平面図である。

【図３】冷却／露光処理部ＣＰ２の要部を示すである。

【図４】冷却／露光処理部ＣＰ２の要部を示す側面概要
図である。

【図５】基板製造装置による基板Ｗの製造工程を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 処理ユニット ２ 露光ユニット ３ 薬液処理部 ４ 熱処理部 ５ カセット ６ 搬送ロボット ７ 搬送ロボット １４ クールプレート １６ 軸 １７ モータ ２０ 光照射機構 Ｗ 基板 ＩＤ インデクサ部 ＩＦ インターフェース部 ＴＲ 搬送ユニット ＳＣ スピンコータ ＳＤ１ 第１のスピンデベロッパ ＳＤ２ 第２のスピンデベロッパ ＡＨ アドヒージョン部 ＰＥＢ ポストエクスポージャ部 ＣＰ２ 冷却／露光処理部 ＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３ 加熱処理部 ＣＰ１、ＣＰ３、ＣＰ４、ＣＰ５ 冷却処理部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その表面にフォトレジストの薄膜が形成
   された基板を加熱または冷却することにより熱処理する
   熱処理プレートと、 前記熱処理プレートを鉛直軸まわりに回転させる回転手
   段と、 前記熱処理プレート上に載置されて回転する基板の周辺
   部に対してその上方から光を照射する光照射手段と、 を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理装置におい
   て、 前記熱処理プレートを熱伝導性部材により構成するとと
   もに、この熱処理プレートを加熱または冷却する手段を
   さらに配設した基板処理装置。
3. 【請求項３】 基板を加熱する第１の加熱行程と、 前記第１の加熱行程において加熱された基板を冷却する
   第１の冷却行程と、 前記第１の冷却行程において冷却された基板に対して化
   学増幅型のフォトレジストを塗布することにより、基板
   の表面にフォトレジストの薄膜を形成する塗布工程と、 前記塗布工程において前記フォトレジストの薄膜が形成
   された基板を加熱する第２の加熱工程と、 前記第２の加熱工程において加熱された基板を冷却する
   とともに、この基板の周辺部に対してその上方から光を
   照射する第２の冷却工程と、 前記第２の冷却工程において冷却および光照射された基
   板に対しパターン露光を行う露光工程と、 前記露光工程においてパターン露光された基板を加熱す
   る第３の加熱行程と、 前記第３の加熱行程において加熱された基板を冷却する
   第３の冷却行程と、 前記第３の冷却行程において冷却された基板を現像する
   現像工程と、 前記現像行程において現像された基板を加熱する第４の
   加熱行程と、 前記第４の加熱行程において加熱された基板を冷却する
   第４の冷却行程と、 を備えたことを特徴とする基板製造方法。