JP2008103384A

JP2008103384A - レジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置

Info

Publication number: JP2008103384A
Application number: JP2006282386A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshioka; 寛吉岡
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Memory Japan Ltd
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-05-01
Also published as: US7527442B2; US20080088808A1

Abstract

【課題】レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制可能とした、レジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るレジストパターンの形成方法は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、前記塗布、前記露光および前記現像の少なくとも１つの工程において、前記第一基板が属するロットの切り替え時に常に、前記ロットが滞在する雰囲気の入れ替えを行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置に係る。より詳細には、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制する技術に関する。

従来から、半導体装置の製造工程では、シリコン酸化膜や、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜をエッチングしたり、或いは、シリコン等からなるウェハに導電型不純物をイオン注入したりする際のマスクとして、レジストパターンを用いている。このレジストパターンはウェハの表面上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストに所定のパターンを露光し、現像処理すること（即ち、フォトリソグラフィ工程）によって形成する。

近年では、半導体デバイスの微細化に伴って、レジストパターンに要求される最小線幅も小さくなりつつある。このような背景から、リソグラフィ工程では、ＫｒＦやＡｒＦ等の短波長のレーザが露光光源が主流となっている。また、この露光光源の短波長化に対応する形で、化学増幅型のフォトレジストが多く用いられている。

この化学増幅型のフォトレジストには酸やアルカリに対して反応性に富み、例えば微量のアンモニア等に敏感に反応して、その特性に大きく影響してしまうことがある。このため、化学増幅型フォトレジストは、クリーンルーム内でも特にケミカルフィルタ等を通して清浄な雰囲気下で、短時間の間に露光、現像処理することが、その特性を安定に保つという点で好ましい。

それゆえ、特に化学増幅型フォトレジストを扱うフォトリソグラフィ工程では、フォトレジストを塗布するレジストコーターとスキャナー等の露光装置と、フォトレジストに熱処理を施すベーク装置と、現像処理を行うデベロッパーと、これらの各装置間でウェハを搬送する搬送装置等とが一体化した、いわゆるインラインレジスト塗布露光現像装置が用いられている。

このインラインレジスト塗布露光現像装置は、一般に枚葉処理型の装置であり、フルインライン塗布露光現像装置とも呼ばれている。このフルインライン塗布露光現像装置によって、例えば化学増幅型フォトレジストからレジストパターンを、決められた短時間の間に形成することができる。また、上記のベーク装置による熱処理工程は、例えば露光工程と現像工程との間に設けられており、露光後の熱処理によってフォトレジスト中に含まれる酸を拡散させる事でレジストを潜像させ、その後現像処理することによってレジストパターンを形成する。

ところで、多品種で多工程を要するような半導体製品を生産するために用いられる、多品種多工程生産ラインでは、生産する製品・工程に応じて、異なる種類の化学増幅型フォトレジストが使用される。例えば、「Ａ」という種類の化学増幅型フォトレジスト（以下、「レジストＡ」という）を塗布した半導体基板と、「Ｂ」という種類の化学増幅型フォトレジスト（以下、「レジストＢ」という）を塗布した半導体基板とが同一の製造ラインに混在し、これらの半導体基板を一枚づつ同一のベーク装置で連続して熱処理する場合がある。

例えば、レジストＡを塗布した半導体基板（先行ロット）をベーク装置内で熱処理した後、レジストＢを塗布した半導体基板（後続ロット）を同じベーク装置内で連続して熱処理すると、このレジストＢにより形成されるレジストパターンの線幅寸法がレジストＡの溶媒成分の化学的な影響を受けることにより、狙い目寸法よりも太くなったり、あるいは細くなったりする問題があった。

図８は、上述した従来の問題を示す散布図である。図８は、レジストＡを塗布した半導体基板（先行ロット）の熱処理をベーク装置内で終え、続けてレジストＢを塗布した半導体基板（後続ロット）を同一のベーク装置内で熱処理した時の、後続ロットにおけるレジストパターンの線幅寸法の変動する様子を表している。このレジストＢからなるレジストパターンの線幅寸法は、通常、８０〜１００［ｎｍ］の範囲（以下、「狙い目寸法範囲」という）に入るようになっている。

ところが、図８から明らかなように、先行ロットの処理を終え、後続ロットの処理開始から６枚目（横軸目盛りの６）くらいまで、即ち、１〜６の半導体基板は、レジストパターンの線幅寸法が狙い目寸法範囲から外れてしまう傾向があった。このような線幅寸法のばらつきは、通常、先行ロットの熱処理を終えた後のベーク装置で最初に処理される半導体基板（横軸目盛りの１）で最も顕著になる傾向が見られ、後続ロットの処理が進むにつれてばらつきは徐々に小さくなる。

このようにレジストパターンの線幅寸法が「狙い目寸法範囲」から大きく外れてしまうと、このレジストパターンをマスクにした被エッチング膜のエッチング後の形状や、不純物のイオンの注入領域が変動してしまい、結果的に半導体デバイスの特性が変動してしまう虞があった。

半導体製造用途のポストベーク装置であって、排気量を調整する機能を備えた例としては、例えば、以下に説明する３つの装置が挙げられる。
（１）レジストの塗布されたマスクプレートまたはウェーハなどの塗布プレートをホットプレート上でベークする装置において、前記塗布プレートが載せられているホットプレート表面に不活性ガスを均一にパージさせる機構とガス流量を調整する為のガス流量調整機構とを備えてなるホットプレート式ベーキング装置（例えば、特許文献１を参照）。
（２）基板載置プレートの周囲に形成される熱処理雰囲気に表面処理用のガスを供給するガス供給手段と、熱処理雰囲気中のガスを排気するための排気手段とを備え、基板が熱処理されている間は熱処理雰囲気中のガスを排気し、基板が熱処理されていない間は熱処理雰囲気中のガスの排気を阻止するように、前記排気手段に設けた第１開閉手段を制御する制御手段を備えた基板熱処理装置（例えば、特許文献２を参照）。
（３）外部環境との遮断のため密閉構造を採る熱処理ユニット内に、半導体ウェハーを載置するプレート状の熱板、および、この半導体ウェハー上に、排気を制御する整流板が所定の間隙を持って配置され、整流板は１つ以上の穴と、半導体ウェハーとの間隙を制御する可変機構を持つ半導体製造装置（例えば、特許文献３を参照）。

上記（１）〜（３）の装置はそれぞれ、熱処理雰囲気中のガスを特色ある手段を設けて、装置の外部へ排出する手法については開示されておりますが、前述したような「ロット間のばらつき」に対処するという工夫については、全く記述が有りませんし、また「ロット間のばらつき」が問題となるという認識も読み取れません。
特開平０１−２２５１１９号公報特開平０７−３２１０２３号公報特開２０００−４９０８４号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制可能とした、レジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るレジストパターンの形成方法は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、前記塗布、前記露光および前記現像の少なくとも１つの工程において、前記第一基板が属するロットの切り替え時に常に、前記ロットが滞在する雰囲気の入れ替えを行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るレジストパターンの形成方法は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、前記フォトレジストが塗布された第一基板を熱処理用のチャンバ内に配する工程Ａと、前記第一基板上に塗布されていたフォトレジストの種類と、前記チャンバ内において該第一基板の直前に熱処理された第二基板上に塗布されていたフォトレジストの種類とを比較して同一か否かを判定する工程Ｂと、前記工程Ｂにより、前記第一基板上のフォトレジストの種類と前記第二基板上のフォトレジストの種類とが、同一でないと判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替え、同一であると判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えしない工程Ｃと、前記工程Ｃの後に、前記チャンバ内にある前記第一基板に熱処理を施す工程Ｄと、を少なくとも備えていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るレジスト塗布現像装置は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施してレジストパターンを形成するためのレジスト塗布現像装置であって、前記フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバと、前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段と、前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバに連通するバイパスラインに付属するバルブを開閉し、これにより前記バイパスラインの使用本数を変更して排気流量を制御する第一排気調整手段と、を少なくとも備えていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るレジスト塗布現像装置は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施してレジストパターンを形成するためのレジスト塗布現像装置であって、前記フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバと、前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段と、前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバ内に設けた気流整流用天板の開口径を制御する第二排気調整手段と、を少なくとも備えていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係るレジストパターンの形成方法は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、前記塗布、前記露光および前記現像の少なくとも１つの工程において、前記第一基板が属するロットの切り替え時に常に、前記ロットが滞在する雰囲気の入れ替えを行う。
かかる構成によれば、仮に、第一基板（後続基板）より前のロットで処理された基板（先行基板）と第一基板（後続基板）の上にそれぞれ塗布されていたフォトレジストの種類が異なっていたとしても、ロットの切り替え時に常に、先行基板のロットが滞在する雰囲気の入れ替えを行う。ゆえに、先行基板のフォトレジストの影響を受けることなく、第一基板（後続基板）はレジストパターンの形成方法における各工程が安定して実施可能となる。そのため、先行基板のフォトレジスト中に含まれる溶媒の残留成分の除去を充分に施した後、第一基板（後続基板）を処理することにより、第一基板（後続基板）はフォトレジストに所定のパターンを安定して得られる。したがって、本発明は、ロット内寸法変動への影響を著しく低減できるので、半導体回路の信頼性低下や歩留まり低下の防止が図れる、レジストパターンの形成方法の提供に寄与する。

本発明の請求項２に係るレジストパターンの形成方法は、第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、前記フォトレジストが塗布された第一基板を熱処理用のチャンバ内に配する工程Ａと、前記第一基板上に塗布されていたフォトレジストの種類と、前記チャンバ内において該第一基板の直前に熱処理された第二基板上に塗布されていたフォトレジストの種類とを比較して同一か否かを判定する工程Ｂと、前記工程Ｂにより、前記第一基板上のフォトレジストの種類と前記第二基板上のフォトレジストの種類とが、同一でないと判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替え、同一であると判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えしない工程Ｃと、前記工程Ｃの後に、前記チャンバ内にある前記第一基板に熱処理を施す工程Ｄと、を少なくとも備えている。
かかる構成によれば、前記工程Ｂにおいて第二基板（先行基板）と第一基板（後続基板）の上にそれぞれ塗布されていたフォトレジストの種類が同一か否かを判定し、これに続く工程Ｃでは、この判定結果に基づき必要な場合にのみ、チャンバ内の雰囲気を入れ替えるプロセスを行った後、工程Ｄではチャンバ内にある前記第一基板に熱処理を施すことが可能となる。ゆえに、第二基板（先行基板）のフォトレジストの影響を受けることなく、第一基板（後続基板）はレジストパターンの形成方法における熱処理が安定して実施可能となる。そのため、先行基板のフォトレジスト中に含まれる溶媒の残留成分の除去を充分に施した後、第一基板（後続基板）を処理することにより、第一基板（後続基板）はフォトレジストに所定のパターンを安定して得られる。したがって、本発明は、ロット内寸法変動への影響を著しく低減できるので、半導体回路の信頼性低下や歩留まり低下の防止が図れる、レジストパターンの形成方法の提供に寄与する。また、本発明によれば、チャンバ内の雰囲気の入れ替えが必要に応じて最小限に行われるため、チャンバ内の雰囲気温度等がより一層、安定に保持されたプロセスが構築されるので、製造工程の省エネルギー化や低コスト化も大幅に改善できる、レジストパターンの形成方法が得られる。

本発明の請求項３に係るレジスト塗布現像装置は、フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバが、前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段に加えて、前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバに連通するバイパスラインに付属するバルブを開閉し、これにより前記バイパスラインの使用本数を変更して排気流量を制御する第一排気調整手段を備えている。
かかる構成によれば、第一基板とその直前に熱処理された第二基板とを比較した結果に基づき適宜、第一排気調整手段を構成するバイパスラインの使用本数を変更して排気流量を制御できるので、チャンバ内の雰囲気の入れ替えを必要に応じて最小限の分量だけ行うことが可能な、レジスト塗布現像装が得られる。

本発明の請求項４に係るレジスト塗布現像装置は、フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバが、前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段に加えて、前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバ内に設けた気流整流用天板の開口径を制御する第二排気調整手段を備えている。
かかる構成によれば、第一基板とその直前に熱処理された第二基板とを比較した結果に基づき適宜、第二排気調整手段を構成する気流整流用天板の開口径を制御できるので、チャンバ内の雰囲気の入れ替えを必要に応じて最小限の分量だけ行うことが可能な、レジスト塗布現像装が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るレジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置の一実施形態について説明する。なお、後述する実施形態は、本発明の具体的な構成例であり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（１）第一実施形態
第一実施形態は、本発明の請求項１に係るレジストパターンの形成方法であり、以下では、その具体例として、図２に示すような第４ベーク装置２２で強制排気を行う方法として利用される。
図１は、本発明に係るフルインライン塗布露光現像装置１００の一構成例を示すブロック図である。このフルインライン塗布露光現像装置１００は、基板として半導体基板を使用した一例であり、例えばシリコン等からなるウェハ上への化学増幅型フォトレジスト（以下、単に「レジスト」という。）の塗布と、露光と、現像処理とを短時間の間に連続して行う、枚葉処理型の装置である。

図１に示すように、このフルインライン塗布露光現像装置１００は、キャリアブロックと、コータブロックと、露光装置プロセスブロックとデベロッパーブロックと、これらの各ブロック間や、各ブロック内で図１の矢印で示す順で半導体基板１を搬送する搬送装置等とから構成されている。

キャリアブロックには、例えば２５枚の半導体基板１からなるロットを収納可能なＦＯＵＰ１１を載置するためのステージと、半導体基板を一枚づつ搬送装置に載せるローダと、搬送装置から半導体基板を一枚づつ受け取るアンローダ等が設けられている。またコータブロックには、第１ベーク装置１２とアドヒュージョン部１３と、第１冷却部１４と、ＡＲＣコーター１５と、第２ベーク装置１６と、第２冷却部１７と、レジストコーター１８と、第３ベーク装置１９と、第３冷却部２０と、周辺露光部２１とが設けられている。

コータブロックを構成する第１ベーク装置１２は、半導体基板とレジストとの密着性を向上させるために、半導体基板を例えば１８０〜２００［℃］まで加熱し、半導体基板上の水分を昇華させる装置である。この第１ベーク装置１２は、チャンバと、このチャンバ内に設けられたホットプレート等で構成されている。このホットプレート上で半導体基板は１枚づつ加熱される。

また、アドヒュージョン部１３は、ミスト状のＨＭＤＳ（hexamethyl disilazane）を半導体基板の表面に吹き付けて、この半導体基板の表面を疎水処理する装置である。この疎水処理では、半導体基板は例えば１１０〜１３０［℃］程度まで加熱される。さらに、第１冷却部１４は、アドヒュージョン部１３で加熱された半導体基板を例えば２３［℃］程度の通常温度まで冷却する装置である。この第１冷却部１４は、クーリングプレート等で構成されている。クーリングプレート上で半導体基板は１枚づつ冷却される。また、ＡＲＣコーター１６は、半導体基板上に反射防止膜を滴下し、この半導体基板を高速回転させ、半導体基板上に反射防止膜を薄く塗布する装置である。また、レジストコーター１５は、周知のように、半導体基板上にレジストを滴下し、この半導体基板を高速回転させ、半導体基板上にレジストを薄く塗布する装置である。

第２ベーク装置１６は、ウェハ上に塗布された反射防止膜の溶媒分等を揮発させるために、半導体基板を例えば１７０〜２２０［℃］まで加熱する装置である。この第２ベーク装置１６は、第１ベーク装置１２と同様に、チャンバとホットプレート等で構成されており、このホットプレート上で半導体基板は１枚づつ加熱される。また、第２冷却部１７は、第１冷却部１４と同様にクーリングプレート等で構成されている。クーリングプレート上で半導体基板は１枚づつ冷却される。

第３ベーク装置１９は、半導体基板上に塗布されたレジストの溶媒分等を揮発させるために、半導体基板を例えば９０〜１４０［℃］まで加熱する装置である。この第３ベーク装置１９は、第１ベーク装置１２と同様に、チャンバとホットプレート等で構成されており、このホットプレート上で半導体基板は１枚づつ加熱される。また、第３冷却部２０は、第１冷却部１４と同様にクーリングプレート等で構成されている。クーリングプレート上で半導体基板は１枚づつ冷却される。周辺露光部２１は、半導体基板にナンバを登録するとともに、搬送装置や他の装置へのレジスト付着を防止するために、半導体基板の周辺部だけを露光する装置である。

また、図１に示す露光装置プロセスブロックには、例えばスキャナー等の露光装置２７が設けられている。さらに、図１に示すデベロッパーブロックには、第４ベーク装置２２と第４冷却部２３と、デベロッパー２４と、第５ベーク装置２５と、第５冷却部２６が設けられている。

第４ベーク装置２２は熱反応により露光された部分の酸を拡散させるために、半導体基板を例えば９０〜１４０［℃］まで加熱する装置である。この第４ベーク装置２２は、第１、第２、第３ベーク装置と同様に、チャンバとホットプレート等で構成されており、このホットプレート上で半導体基板は１枚づつ加熱される。この第４ベーク装置２２はの構成例については、後で図２を参照しながら説明する。

第４冷却部２３は、第４ベーク装置２２で加熱された半導体基板を例えば２３［℃］程度の通常温度まで冷却する装置である。この第４冷却部２３は、第１、第２、第３冷却部と同様に、クーリングプレート等で構成されている。クーリングプレート上で半導体基板は１枚づつ冷却される。

デベロッパー２４は、周知のように、レジスト塗布後に露光処理・熱処理を施した半導体基板に現像液を滴下してレジストパターンを形成し、続いて、このレジストパターンを純水で洗浄（即ち、純水リンス）する装置である。

第５ベーク装置２５は、半導体基板上に形成されたレジストパターンを焼き固めるために、例えば９０〜１２０［℃］まで加熱する装置である。この第５ベーク装置２５は、第１〜第４ベーク装置と同様に、チャンバとホットプレート等で構成されており、このホットプレート上で半導体基板は１枚づつ加熱される。第５冷却部２６は、第５ベーク装置２５で加熱された半導体基板を例えば２３［℃］程度の通常温度まで冷却する装置である。この第５冷却部２５は、第１〜第４冷却部と同様に、クーリングプレート等で構成されている。クーリングプレート上で半導体基板は１枚づつ冷却される。

また、このフルインライン塗布露光現像装置１００は、上述した各ブロックにおける各装置での半導体基板処理、及び搬送装置による搬送動作とを制御し、かつ、各装置で処理中又は待機中にある半導体基板（ロット）のステータスを管理する本体制御部７０（図２参照）を備えている。この本体制御部７０には、記憶装置８０（図２参照）等が接続されており、フルインライン塗布露光現像装置１００で処理中又は待機中にあるウェハのロットナンバや、半導体基板上に滴下されるレジストの種類等に関する情報を格納している。これらの情報は、本体制御部７０によって、随時読み出し、書き込み可能になっている。

図２は、第４ベーク装置２２の構成例を示す概念図である。図２に示すように、第４ベーク装置２２は、チャンバ５１と、一端がチャンバ５１内に接続し他端が工場の排気系に接続した排気管５５と、この排気管５５内での排気ガスの流量（以下、「排気流量」という。）を測定する流量センサ５７と、排気バイパスライン６５、排気流量を調整する制御ダンパー５９、チャンバ５１内に窒素（Ｎ２）パージ量を制御する制御バルブ６２と、パージバイパスライン６４、排気制御部６１等とで構成されている。

図２に示すチャンバ５１は、レジストを塗布した半導体基板１を収容して加熱するための処理室である。このチャンバ５１には、ヒーターを内部に持つホットプレートが設けられている。また、排気制御部６１は排気流量センサ５７から得られる流量に関する情報や、フルインライン塗布露光現像装置１００本体を制御する本体制御部７０からの選択情報に基づいて、制御ダンパー５９の開度を調整し、排気流量を制御する機能、およびパージ流量を調整する制御バルブ６２を有するものである。この本体制御部７０からの選択情報については、後で説明する。レジスト塗布した半導体基板１は、チャンバ５１内に収納され、ホットプレート上に載置される。次に、このホットプレート上で半導体基板１が加熱される。これにより、レジストに含まれる溶媒分等がチャンバ５１内に蒸発する。そして、この蒸発した溶媒分等は排気管５５を通ってフルインライン塗布露光現像装置１００の外部、即ち工場の排気系へ排出される。

次に、上記フルインライン塗布露光現像装置１００を用いて、半導体基板１上にレジストパターンを形成する方法について説明する。まず始めに、例えば２５枚の半導体基板からなるロットを収容したＦＯＵＰ１１をキャリアブロックのステージ上に載置する。次に、このＦＯＵＰ１１に収容された半導体基板１を一枚づつ、ローダより搬送装置に載せる。以下では、図１の矢印の順に、各ブロックの各装置で半導体基板１を順次、枚葉処理していくことを前提とする。

まず、コーターブロックの第１ベーク装置１２で、半導体基板１を１８０〜２００［℃］まで加熱して、半導体基板１上の水分を昇華させる。次にアドヒュージョン部１３で、半導体基板１の表面にミスト状のＨＭＤＳを吹き付けて、この半導体基板１の表面を疎水処理する。さらに第１冷却部１４で半導体基板１を２３［℃］程度の通常温度まで冷却する。そして、ＡＣＲコーター１５で半導体基板１上に薄い反射防止膜を形成する。

次に、第２ベーク装置１６で、半導体基板１を１７０〜２２０［℃］まで加熱して、半導体基板１上に塗布されたＡＣＲの溶媒成分等を蒸発させる。その後、第２冷却部１７で半導体基板１を２３［℃］程度の通常温度まで冷却する。

そして、レジストコータ１８で半導体基板１上に薄いレジスト膜を形成する。第３ベーク装置１９で、半導体基板１を９０〜１３０［℃］まで加熱して、半導体基板１上に塗布されたレジストの溶媒成分等を蒸発させる（プリベーク）。その後、第３冷却部２０で半導体基板１を２３［℃］程度の通常温度まで冷却する。そして、周辺露光部２１で、半導体基板１の周辺部だけを露光する。

次に、露光装置プロセスブロックの露光装置２７で、半導体基板上に塗布されたレジストに所定のパターンを露光する。そして、デベロッパーブロックの第５ベーク装置２５で、例えば９０〜１２０［℃］程度で加熱して、露光された部分の酸を拡散させる（ポストベーク）。

図４は、本発明の実施形態に関わるポストベークの処理方法を示すフローチャートである。このポストベークでは、まず始めに、図４に示した第４ベーク装置２２のチャンバ５１内に半導体基板１を入れ、この半導体基板１をホットプレート上に載置する（ステップＡ１）。次に、チャンバ５１内で最後に熱処理された半導体基板（以下では、「ラストウェハ」という。）が属するロットと、このチャンバ５１内に配置されたウェハが属するロットとが同一か否かを本体制御部７０で判定する（ステップＡ２）。この判定は、記録装置７１に格納された情報に基づいて行う。

ステップＡ２で、ラストウェハが属するロットと、チャンバ５１内に配置されたウェハ１が属するロットとが同一でないと判断した場合、即ち、前回のポストベークとの間でロットが切り替わったと判定した場合には、ステップＡ３へ進む。

ステップＡ３では、本体制御部７０から排気制御部６１に向けて所定の信号が送信され、排気制御部６１はこの信号を受けて、制御バルブ６１と制御ダンパー５９を一定時間だけ大きく開放する。これにより、排気管内での排気流量が増え、チャンバ５１内の雰囲気が強制的に入れ替えられる。チャンバ５１内の雰囲気が十分に入れ替わった後で、ステップＡ４へ進む。ステップＡ４では、ホットプレート上に載置されたウェハ１を例えば９０〜１３０［℃］まで加熱し、露光有無部分の酸を拡散させる。これにより、図４に示したフローチャートを終了する。

図１に戻って、第４冷却部２３で半導体基板１を２３［℃］程度の通常温度まで冷却する。次にデベロッパー２４で、半導体基板上のレジストに現像液を施してレジストパターンを形成し、このレジストパターンに純水リンスを施す。そして、第５ベーク装置２５で、半導体基板１を例えば９０〜１２０［℃］程度の温度まで冷却する。さらに、搬送装置により半導体基板１をキャリアステージまで搬送する。その後、アンローダにより、半導体基板１をＦＯＵＰ１１に収納する。

このように本発明の第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法によれば、熱反応により露光有無の酸を拡散させるポストベーク工程で、ロットの切り替え時のみチャンバ５１内の雰囲気の入れ替え（即ち、強制パージ及び強制排気）する。従って、チャンバ５１内の温度変化をできるだけ抑えつつ、後続ロットのポストベークの初期複数枚で、露光有無の酸の拡散量のばらつきを小さくすることができ、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを小さくすることができる。

（２）第二実施形態
図５は本発明の第二実施形態に係るポストベークの処理方法を示すフローチャートである。第二実施形態は、図２に示した第４ベーク装置２２での強制排気（第一実施形態）に代えて、ロット切り替え時ではなく、フォトレジストの種類の切り替え時に行う場合である。その他の構成（即ち、フルインライン塗布露光現像装置１００の構成、及び第４ベーク装置２２の構成等）は、第一実施形態と同様である。従って、図５において、第一実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

第二実施形態のポストベークでは、まず始めに、図１に示した第４ベーク装置２２のチャンバ５１内に半導体基板１を入れ、この半導体基板１をホットプレート上に載置する（ステップＢ１）。次に、このチャンバ５１内で最後に熱処理された半導体基板（ラストウェハ）上のレジストの種類と、チャンバ５１内に配置された半導体基板１上に塗布されたレジストの種類とが同一か否かを本体制御部７０で判定する（ステップＢ２）。この判定は、記憶装置７１に格納された情報に基づいて行う。

このステップＢ２で、ラストウェハ上のレジストと、チャンバ５１内に配置された半導体基板１上に塗布されたレジストとが同一種類であると判定した場合には、チャンバ５１内の雰囲気を入れ替えしないで、ステップＢ４へ進む。また、ラストウェハ上のレジストと、チャンバ５１内に配置された半導体基板１上に塗布されたレジストとが同一種類でないと判定した場合には、ステップＢ３へ進む。

ステップＢ３では、本体制御部７０から排気制御部５１に向けて所定の信号が送信され、排気制御部５１はこの信号を受けて、制御ダンパー５９を一定時間だけ大きく開放、パージバイパスラインの制御バルブ６２を大きく開く。これにより、排気管内での排気流量は増え、チャンバ５１の雰囲気が入れ替えられる。チャンバの雰囲気が十分入れ替わった後で、ステップＢ４へ進む。ステップＢ４では、ホットプレート上に載置された半導体基板１は９０〜１３０［℃］まで加熱して、露光有無部分の酸を拡散させる。これにより、図５に示したフローチャートを終了する。

このように、本発明の第二実施形態に係るレジストパターンの形成方法によれば、図３に示すように、例えばロットの切り替え毎やレジストの種類がレジストＡからレジストＢに変わった時にのみチャンバ５１内の雰囲気を入れ替えする。従って、チャンバ５１内の温度変化をできるだけ抑えつつ、後続ロットにおける熱処理の初期複数枚で、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制することができる。

また、チャンバ５１内の雰囲気入れ替え中には、気流整流用天板６０の開口径が拡大（即ち開口面積が拡大）することにより、気流の流れを阻害する抵抗が減少し、排気し易い状況を形成できる。

なお、第一及び第二実施形態で説明したレジストパターンの形成方法の何れか一つを、任意の半導体製造装置の製造工程に取り入れることで、例えば、レジストパターンをマスクにした被エッチング膜のエッチング後の形状及びその大きさや、導電型不純物をイオン注入した後の被注入領域の形状及びその大きさ等のばらつきを小さくすることができる。

また、上記の第一及び第二実施形態では、本発明のレジストパターンの形成方法を第４ベーク装置２２でのポストベーク工程に適用する場合について説明したが、本発明の適用はこれに限られることはない。例えば、本発明のレジストパターンの形成方法を第３ベーク装置１９でのプリベーク工程に適用しても良い。この場合も、チャンバ内の温度変化をできるだけ抑えつつ、後続ロットにおける熱処理の初期複数枚で、レジストパターンの線幅寸法のばらつきを抑制することができる。

上述した第一及び第二実施形態では、化学増幅型フォトレジストが発明のフォトレジストに対応し、インライン塗布露光現像装置１００が本発明のインライン塗布露光現像装置に対応している。また、半導体基板１が本発明の後続ロットをなす第一基板（後続基板））に対応し、ラストウェハが本発明の先行ロットをなす第二基板（先行基板）に対応している。さらに、チャンバ５１が本発明の熱処理用チャンバに、排気管及び制御ダンパー５９が本発明の排気手段に、本体制御部７０が本発明の排気制御手段に、それぞれ対応している。

また、上述した第一及び第二実施形態では、基板が半導体基板からなる例について特に説明したが、本発明は半導体基板に限定されるものではない。例えば、ガラスやプラスチック、セラミックス等の他の材料からなる基板、あるいは半導体基板とこれらの基板とを重ね合わせた形態の基板に対しても、本発明に係るレジストパターンの形成方法およびレジスト塗布現像装置は有効である。

本発明の実施の形態に係るフルインライン塗布露光現像装置１００の構成例を示すブロック図。第４ベーク装置２２の構成例を示す概念図。レジストＡ，Ｂ，Ｃ群のそれぞれの組み合わせにおけるレジストパターンの線幅寸法への影響例を示す表図。第１実施形態に係るポストベークの処理方法を示すフローチャート。第２実施形態に係るポストベークの処理方法を示すフローチャート。第１実施形態に係る強制排気のタイミングを示す概念図。第２実施形態に係る強制排気のタイミングを示す概念図。従来例の問題点を示す散布図。

符号の説明

１半導体基板、１１ＦＯＵＰ、１２第１ベーク装置、１３アドヒュージョン部、１４第１冷却部、１５ＡＲＣコーター、１６第２ベーク装置、１７第２冷却部、１８周辺露光部、１９第３ベーク装置、２０第３冷却部、２１周辺露光部、２２第４ベーク装置、２３第４冷却部、２４デベロッパー、２５第５ベーク装置、２６第５冷却部、２７露光装置、５１チャンバ。

Claims

第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、
前記塗布、前記露光および前記現像の少なくとも１つの工程において、前記第一基板が属するロットの切り替え時に常に、前記ロットが滞在する雰囲気の入れ替えを行うことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施すレジストパターンの形成方法であって、
前記フォトレジストが塗布された第一基板を熱処理用のチャンバ内に配する工程Ａと、
前記第一基板上に塗布されていたフォトレジストの種類と、前記チャンバ内において該第一基板の直前に熱処理された第二基板上に塗布されていたフォトレジストの種類とを比較して同一か否かを判定する工程Ｂと、
前記工程Ｂにより、前記第一基板上のフォトレジストの種類と前記第二基板上のフォトレジストの種類とが、同一でないと判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替え、同一であると判定した場合に前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えしない工程Ｃと、
前記工程Ｃの後に、前記チャンバ内にある前記第一基板に熱処理を施す工程Ｄと、
を少なくとも備えていることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施してレジストパターンを形成するためのレジスト塗布現像装置であって、
前記フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバと、
前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段と、
前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバに連通するバイパスラインに付属するバルブを開閉し、これにより前記バイパスラインの使用本数を変更して排気流量を制御する第一排気調整手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするレジスト塗布現像装置。
第一基板上にフォトレジストを塗布し、この塗布されたフォトレジストに所定のパターンを露光した後、現像を施してレジストパターンを形成するためのレジスト塗布現像装置であって、
前記フォトレジストが塗布された第一基板を収容する熱処理用のチャンバと、
前記チャンバ内の気体を当該チャンバの外部へ排出する手段と、
前記第一基板と前記チャンバの内部において該第一基板の直前に熱処理された第二基板とを比較して、前記チャンバ内の雰囲気を入れ替えする際に、該チャンバ内に設けた気流整流用天板の開口径を制御する第二排気調整手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするレジスト塗布現像装置。