JP2016035956A - 基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】現像処理前にレジスト中の酸を失活させることで現像処理を適切に行い、所望の寸法でレジストパターンを形成する。【解決手段】基板を処理する基板処理方法であって、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程（工程Ｓ１）と、基板上のレジスト膜にパターンの露光を行う露光工程（工程Ｓ２）と、露光工程後の基板を加熱し、レジスト膜中の酸により当該レジスト膜を脱保護させるＰＥＢ処理工程（工程Ｓ３）と、ＰＥＢ処理工程後の基板上のレジスト膜に対してアルカリ溶液の蒸気またはミストの少なくともいずれかを供給し、前記レジスト膜中の酸を失活させる酸失活工程（工程Ｓ４）と、酸失活工程後に現像液を基板に対して供給し、前記レジスト膜の現像処理を行う現像処理工程（工程Ｓ６）と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、レジスト膜が形成された基板を処理する基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）表面の被処理膜上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光後にレジスト膜内の化学反応を促進させる加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。

ところで、近年、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、上述した被処理膜のパターンの微細化が求められている。このため、レジストパターンの微細化が進められており、当該微細化に対応するレジストとして例えば光酸発生剤を含むレジスト（化学増幅型レジスト）が用いられている。（特許文献１）。

特開２０１２−１６５０００号公報

上述したような化学増幅型レジストは、露光処理により露光した箇所で光酸発生剤が光分解して酸が発生する。そして、露光後にポストエクスポージャーベーキング（以下、「ＰＥＢ処理」という）を行うことで、露光部に発生した酸によりレジストの脱保護反応がおこる。

ところが、露光部に発生した酸は、ＰＥＢ処理により脱保護反応を起こすだけではなく、熱エネルギーにより未露光部まで拡散する。未露光部まで酸が拡散すると、現像処理の際に当該拡散した酸の影響により未露光部が完全に除去されず、現像後に形成されるレジストパターンの線幅が所望の寸法にならないおそれがある。特に、レジストパターンの微細化が進んだ近年では、この未露光部の酸による寸法変化は無視できないものとなっている。

また、ポストエクスポージャーベーキング後であって現像処理前にウェハがなんらかの理由により加熱雰囲気に曝された場合は、未露光部の酸の拡散が一段と進行して、さらなるパターン寸法の悪化を招いてしまうおそれもある。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、現像処理前にレジスト中の酸を失活させることで現像処理を適切に行い、所望の寸法でレジストパターンを形成することを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板を処理する基板処理方法であって、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、基板上のレジスト膜にパターンの露光を行う露光工程と、前記露光工程後の基板を加熱し、前記レジスト膜中の酸により当該レジスト膜を脱保護させるＰＥＢ処理工程と、前記ＰＥＢ処理工程後の基板上のレジスト膜に対してアルカリ性のガスまたはアルカリ溶液のミストの少なくともいずれかを供給し、前記レジスト膜中の酸を失活させる酸失活工程と、前記酸失活工程後に現像液を基板に対して供給し、前記レジスト膜の現像処理を行う現像処理工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、ＰＥＢ処理工程後であって現像処理工程前に行われる酸失活工程によりレジスト膜中の酸を失活させるので、現像処理の際にはレジストパターンの線幅の変動要因である酸が存在しない。そのため、酸の影響を受けることなく現像処理を行い、それにより所望の寸法のレジストパターンを形成することができる。また、酸失活後であって現像処理前にウェハが加熱雰囲気に曝されたとしても、レジストには既に酸が存在しないため、酸の拡散が進行することによるパターン寸法の悪化が生じることもない。

前記酸失活工程後であって前記現像処理前に、前記レジスト膜を改質処理する改質処理工程をさらに有していてもよい。

前記改質処理では、前記レジスト膜をシリコン含有の化合物と反応させて当該レジスト膜をシリル化してもよい。

前記ＰＥＢ処理工程後であって前記酸失活工程前に、前記ＰＥＢ処理工程後のレジスト膜に対して波長１９３ｎｍ又は波長２４８ｎｍの紫外線を照射して当該レジスト膜中の光酸発生剤を失活させる、紫外線照射工程をさらに有していてもよい。

前記レジスト膜は、ＥＵＶレジストの膜であってもよい。

別の観点による本発明によれば、前記基板処理方法を基板処理装置によって実行させるように、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに、別な観点による本発明は、基板を処理する基板処理システムであって、基板上にレジスト膜を塗布するレジスト塗布装置と、前記基板処理システムの外部に設けられた露光装置により露光が行われた基板を加熱し、前記レジスト膜中の酸により当該レジスト膜を脱保護させるＰＥＢ処理装置と、前記レジスト膜に対してアルカリ性のガスまたはアルカリ溶液のミストの少なくともいずれかを供給してレジスト膜中の酸を失活させる酸失活処理装置と、基板上に現像液を供給して前記レジスト膜の現像処理を行う現像処理装置と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、現像処理前にレジスト中の酸を失活させることで現像処理を適切に行い、所望の寸法でレジストパターンを形成することができる。

本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す側面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す側面図である。 酸失活処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ウェハ処理の主な工程を説明したフローチャートである。 レジスト膜の露光部に酸が発生した状態を示す縦断面の説明図である。 熱処理によりレジスト膜の露光部の酸が未露光部まで拡散した状態を示す縦断面の説明図である。 ウェハ上にレジストパターンが形成された様子を示す縦断面の説明図である。 レジスト膜の露光部がシリル化により膨張する様子を示す縦断面の説明図である。 シリル化後のレジスト膜にポジ型現像を行って形成されたレジストパターンの様子を示す縦断面の説明図である。 他の実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理方法を実施する基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、基板処理システム１の内部構成の概略を示す側面図である。なお、本実施の形態では、基板処理システム１がウェハＷに対してフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像処理システムであり、ＰＥＢ処理後であって現像処理前にウェハＷに改質処理を行うことにより、ウェハＷが加熱雰囲気に曝される場合を一例として説明する。

基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。

カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。

第１のブロックＧ１の現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、処理時にウェハＷを収容するカップＦを水平方向に複数有し、複数のウェハＷを並行して処理することができる。これら液処理装置では、カップＦ内でウェハＷ上に所定の塗布液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に塗布液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、塗布液をウェハＷの表面に拡散させる。

第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱処理や冷却処理を行う熱処理装置４０、ウェハＷにＨＭＤＳガスを供給して疎水化処理する疎水化処理装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２、ウェハＷに対して紫外線を照射する紫外線照射装置４３、ウェハＷに対してアルカリ性のガスまたはアルカリ溶液のミストの少なくともいずれかを供給してレジスト膜中の酸を失活させる酸失活処理装置４４、レジスト膜を改質処理する改質処理装置４５が上下方向と水平方向に並べて設けられている。なお、各装置４０〜４５の数や配置は、任意に選択できる。なお、酸失活処理装置４４の構成については後述する。また、本実施の形態では、改質処理装置４５で行われる改質処理が、レジスト膜のシリル化である場合を例に説明する。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっており、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。

次に、上述した酸失活処理装置４４の構成について説明する。図４は、酸失活処理装置４４の構成の概略を示す縦断面図である。

酸失活処理装置４４は、上部が開口する有底の略Ｕ字状の処理容器１２０と、処理容器１２０の開口を覆う蓋体１２１とを有している。処理容器１２０の底面上部には、ウェハＷを載置する載置台１２２が設けられている。載置台１１２の内部には、ウェハＷを加熱するためのヒータ１２３が設けられている。

蓋体１２１は、水平な天板１３０と、天板１３０の外周縁部から鉛直下方に延伸して設けられた側板１３１を備えている。側板１３１の下端部１３１ａは、処理容器１２０の上端部１２０ａに対向している。これにより、処理容器１２０と蓋体１２１との間に処理空間Ｓが形成されている。

蓋体１２１は、当該蓋体１２１を処理容器１２０に対して相対的に昇降動させる昇降機構１２４を備えている。なお、昇降機構１２４は、蓋体１２１と処理容器１２０とを互いに相対的に昇降自在に移動させることができれば、処理容器１２０側に設けられていてもよい。また、昇降機構１２４により、側板１３１の下端部１３１ａと処理容器１２０の上端部１２０ａとの間に、所定の隙間Ｇが形成されるように、蓋体１２１の処理容器１２０に対する高さ方向の位置が調整されている。なお、本実施の形態においては、所定の隙間Ｇは例えば３ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定されている。

蓋体１２１下面の中央部には、ウェハＷの上方から当該ウェハＷに対して処理ガスを供給するガス供給部１３２が設けられている。ガス供給部１３２は、図４に示すように、縦断面形状が下底側が狭い台形状に形成された、略円錐台形状を有している。ガス供給部１３２には蓋体１２１の内部に形成されたガス流路１３３が連通している。

図４に示すように、ガス流路１３３には、ガス供給管１３５が接続されている。ガス供給管１３５におけるガス流路１３３の反対側の端部には、アルカリ性のガスとしてのＨＭＤＳガスを供給するＨＭＤＳガス供給源１４０と、パージガスとして例えば窒素ガスを供給する窒素ガス供給源１４１がそれぞれ接続されている。ガス流路１３３におけるＨＭＤＳガス供給源１４０の下流側と窒素ガス供給源１４１の下流側には、開閉機能及び流量調整機能を備えた弁体１４２、１４３がそれぞれ設けられている。これにより、ウェハＷに対して供給するガスを、ＨＭＤＳガスと窒素ガスとに交互に切替えることができる。なお、ガス供給部１３２からは、アルカリ性のガスに代えて、アルカリ溶液のミストを供給してもよい。本実施の形態においては、ＨＭＤＳガスに代えて、例えばＨＭＤＳのミストを供給してもよい。また、アルカリ性のガスとしては、本実施の形態のＨＭＤＳガスのように常温で液相のものを蒸気化したものや、例えばアンモニアガスのように常温で気相のもののいずれを用いてもよい。

蓋体１２１の下面であってガス供給部１３２の外側には、中心排気部１５０が形成されている。中心排気部１５０は、ウェハＷの中央部に対向する位置であってガス供給部１３２の外側に、例えばガス供給部１３２に同心円状に形成された複数の排気孔１５１により構成されている。

蓋体１２１の内部には、各排気孔１５１に連通する中心排気路１５２が形成されている。中心排気路１５２には中心排気管１５３が接続されている。中心排気管１５３は、当該中心排気管１５３と後述する外周排気管１６３とに共通して設けられた排気母管１５４を介して、例えば真空ポンプなどの排気装置１５５に接続されている。これにより、中心排気部１５０から処理空間Ｓ内の雰囲気を排気することができる。排気母管１５４には、開閉機能を備えた弁体１５６が設けられている。

また、蓋体１２１の側板１３１の下端部１３１ａには、載置台１２２上のウェハＷより外方から処理空間Ｓ内の雰囲気を排気する外周排気部１６０が形成されている。外周排気部１６０は、蓋体１２１の下端部１３１ａの周方向に沿って、例えば環状に等間隔に設けられた複数の排気孔１６１により構成されている。各排気孔１６１は、蓋体１２１の内部に形成された外周排気路１６２に連通している。

外周排気路１６２は、外周排気管１６３を介して排気母管１５４に接続されている。外周排気管１６３の排気母管１５４側の端部は、中心排気管１５３に設けられた弁体１５６と排気装置１５５との間に接続されている。外周排気管１６３には、当該外周排気管１６３を流れる流体の流量を制限する流量制限機構１６４が設けられている。流量制限機構１６４は、中心排気管１５３の弁体１５６を開操作したときに、外周排気管１６３を流れる流体の流量が中心排気管１５３を流れる流体の流量と同じかまたは少なくなるように構成されている。流量制限機構１６４としては、例えばオリフィスなどを使用することができるが、流量制限機構１６４には最低限の機能として流量を制限する機能が備わっていればよく、例えば流量制限の機能に加えて開閉機能も有するニードル弁などの弁体をオリフィスに代えて用いてもよい。

なお、疎水化処理装置４１は、酸失活処理装置４４と同一の構成を有している。また、本実施の形態における改質処理装置４５は、ガス供給部１３２から供給されるガスが、レジスト膜のシリル化のためのシリコン含有の低分子化合物である、ＴＭＳＤＭＡ（Ｎ−トリメチルシリルジメチルアミン）ガスである点を除いて、酸失活処理装置４４と同一の構成を有している。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１における塗布現像処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。図５は、かかるウェハ処理の主な工程の例を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においては、改質処理装置４５で行われる改質処理は、上述の通りレジスト膜のシリル化である。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次処理ステーション１１の受け渡し装置５３に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７１によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、熱処理が行われる。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の疎水化処理装置４１に搬送される。疎水化処理装置４１では、ウェハＷを例えば約９０℃で加熱した状態でＨＭＤＳガスを供給し、疎水化処理が行われる。次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第１のブロックＧ１のレジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される（図５の工程Ｓ１）。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、プリベーク処理される。なお、本実施の形態では、レジストとして例えばネガ型のＥＵＶレジストが用いられる。

次にウェハＷは、第１のブロックＧ１の上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後、ウェハＷは第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理が行われる。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。

その後、ウェハＷは、露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される（図５の工程Ｓ２）。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、例えば約９５℃で加熱されてＰＥＢ処理される（図５の工程Ｓ３）。これにより、例えば図６に示すように、レジスト膜３００の露光部３０１において発生した酸３０２により、当該レジスト膜３００の露光部３０１を脱保護反応させる。なお、本実施の形態では、熱処理装置４０が、本発明のＰＥＢ処理装置として機能する。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって酸失活処理装置４４に搬送される。

酸失活処理装置４４においては、先ず、昇降機構１２４により蓋体１２１を所定の位置まで上昇させた状態で載置台１２２上にウェハＷが載置される。

次いで、蓋体１２１の下端部１３１ａと処理容器１２０の上端部１２０ａとの間に所定の隙間Ｇが形成される位置まで蓋体１２１を下降させ、処理空間Ｓを形成する。

次に、ヒータ１２３によりウェハＷをＰＥＢ処理の温度よりも低い温度、本実施の形態では例えば５０℃に加熱した後、弁体１４２を所定の開度で開き、ガス供給部１３２から例えば濃度が概ね１％のＨＭＤＳガスを処理空間Ｓ内に所定の流量で供給する。また、ＨＭＤＳガスの供給と共に排気装置１５５を起動し、外周排気部１６０から所定の流量でＨＭＤＳガスを排気する。なお、この際、排気母管１５４の弁体１５６は閉止した状態にしており、処理空間Ｓ内の排気は外周排気部１６０のみから行われる。これにより、ウェハＷの中央上方から供給されたＨＭＤＳガスは、ウェハＷの上方をウェハＷの外周縁部に向かって均一に拡散するように流れる。これにより、ＨＭＤＳガスがウェハＷ上のレジスト膜３００内に浸透し、露光部３０１で発生した酸３０２が中和され、失活する（図５の工程Ｓ４）。

ＨＭＤＳガスを所定の時間供給してレジスト膜３００中の酸３０２を失活させた後、弁体１４２を閉じてＨＭＤＳガスの供給を停止する。そして、弁体１４３を所定の開度で開き、ガス供給部１３２から窒素ガスを所定の流量で供給して、処理空間Ｓ内に残存するＨＭＤＳガスを例えば１０秒間パージする。また、窒素ガスの供給と共に弁体１５６を開操作し、中心排気部１５０からも処理空間Ｓ内の排気を行う。これにより、処理容器１２０内のＨＭＤＳガスがパージされる。

処理容器１２０内のパージが完了した後、各弁体１４３、１５６を閉止すると共に排気装置１５５を停止させる。次いで、昇降機構１２４により蓋体を所定の高さまで上昇させ、酸失活処理が完了したウェハＷが処理容器１２０の外部に搬出される。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって改質処理装置４５に搬送される。改質処理装置４５ではレジスト膜３００のシリル化が行われる。改質処理装置４５では、ウェハＷがシリル化温度以上、レジスト膜３００の溶解温度以下、本実施の形態では、例えば１３０℃で加熱した後、レジスト膜３００に対してＴＭＳＤＭＡガスを供給する。これにより、露光部３０１のカルボキシル基にシラノール基が付加してレジスト膜３００の露光部３０１がシリル化する（図５の工程Ｓ５）。なお、改質処理装置４５においてＴＭＳＤＭＡガスを供給する際の手順については、酸失活処理装置４４においてＨＭＤＳガスを供給する際の手順と同様である。

ここで、現像処理前にレジスト膜中の酸を失活させていない場合、ＰＥＢ処理後のレジスト膜３００では、例えば図７に示すように、露光部３０１で発生した酸３０２がＰＥＢ処理の熱エネルギーにより未露光部３０３まで拡散した状態となっている。また、このように酸３０２が失活していない状態で例えば加熱処理を伴う改質処理を行うと、改質処理の際の熱エネルギーによりさらに酸３０２を拡散させると共に、本来は脱保護されるべきでない未露光部３０３でも脱保護が進行してしまう。この点、本実施の形態においては、酸失活処理装置４４により既にレジスト膜３００中の酸３０２を失活させているので、改質処理装置４５でＰＥＢ処理の温度以上の温度で加熱しても、酸３０２がレジスト膜３００内に拡散し、未露光部３０３を脱保護させるようなことがない。換言すれば、レジスト膜３００中の脱保護された領域が、ＰＥＢ処理後に変動することがない。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理装置３０に搬送され、例えば酢酸ブチルがウェハＷ上に供給されてネガ型の現像処理（（図５の工程Ｓ６）が行われる。その結果、図８に示すように、未露光部３０３が除去されて所定のレジストパターン３１０が形成される。この際、レジスト膜３００にはレジストパターン３１０の線幅の変動要因である酸３０２が存在しないため、酸３０２の影響を受けることなく現像処理を行うことができる。また、ＰＥＢ処理後、直ちに酸３０２を失活させることで、レジスト膜３００中の脱保護された領域は酸失活工程後に変動することがないので、例えばシリル化のような、ウェハＷが加熱雰囲気に曝される改質処理を行った場合であっても、所望の線幅のレジストパターン３１０を得ることができる。

また、露光部３０１がシリル化することで当該露光部３０１が硬化し、酢酸ブチルに対してより溶解しにくくなるため、ネガ現像の際の露光部３０１と未露光部３０３との間の酢酸ブチルに対する溶解コントラストが向上する。その結果、レジストパターン３１０のラインエッジラフネス（ＬＥＲ）や面内均一性（ＣＤＵ）が向上し、より精度の高いレジストパターン３１０を得ることができる。

現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５０に搬送され、その後カセットステーション１０のウェハ搬送装置２３によって所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

以上の実施の形態によれば、ＰＥＢ処理（図５の工程Ｓ３）後のウェハＷに酸失活処理装置４４でアルカリ性のガスとしてＨＭＤＳガスを供給し、レジスト膜３００中の酸３０２を中和して失活させている（図５の工程Ｓ４）ので、現像処理の際にはレジストパターン３１０の線幅の変動要因である酸３０２が既に存在しないため、酸３０２の影響を受けることなく現像処理を行うことができる。したがって、当該レジストパターン３１０の線幅を所望なものとすることができる。また、レジスト膜３００中の脱保護された領域は酸失活工程後に変動することがないので、現像処理前に、例えばシリル化のような熱処理を伴う処理を行ったとしても、所望の線幅のレジストパターン３１０を得ることができる。

また、現像処理前にレジスト膜３００のシリル化を行うことで、レジスト膜３００の露光部３０１と未露光部３０３の酢酸ブチルに対する溶解コントラストが向上するため、レジストパターン３１０のラインエッジラフネス（ＬＥＲ）や面内均一性（ＣＤＵ）が向上し、より精度の高いレジストパターン３１０を得ることができる。

また、従来レジストパターン３１０のシリル化を行う場合は、シリル化に伴う熱処理により酸３０２が拡散するのを避けるために、現像処理によりレジストパターン３１０を形成した後に当該レジストパターン３１０のシリル化を行っていた。しかしながらその場合、熱処理に伴うレジストパターン３１０への応力などによりレジストパターン３１０が倒れるいわゆるパターン倒れが生じるという問題があった。この点について、本実施の形態のように現像処理前のレジスト膜３００に対してシリル化を行う場合、シリル化の時点では現像処理後にレジストパターン３１０となる未露光部３０３に露光部３０１が未だ隣接して存在した状態にあり、例えばシリル化の際の熱処理などに伴う応力が作用しても、未露光部３０３が倒れるスペースが存在しない。そのため、現像処理後にシリル化を行う際に問題となっていた、パターン倒れについてもその問題を解消することができる。

なお、以上の実施の形態では、ＰＥＢ処理後であって現像処理前に、レジストの改質処理としてシリル化を行っていたが、改質処理は必ずしも行う必要はなく、酸失活処理工程後に直ちに現像処理を行った場合でも、酸３０２の影響を受けることなく現像処理を行うことでレジストパターン３１０の線幅を所望なものとすることができるという本発明の効果は、当然に得ることができる。

なお、以上の実施の形態では、ＰＥＢ処理後に酸を失活させ、レジスト膜をシリル化した後にネガ型現像によりレジスト膜３００を現像したが、現像処理に際してはポジ型現像を行ってもよい。既述のように、露光部３０１がシリル化することにより、当該露光部３０１が硬化する。その際、例えば図９に示すように、露光部３０１が未露光部３０３を押しよけるように膨張する。したがって、例えば図１０に示すように、ポジ型現像を行った後にレジストパターン３２０として残る未露光部３０３は、露光部３０１に押されることで表面の凹凸が均される。その結果、現像処理後のレジストパターン３２０に、いわゆるスムージング処理を行った場合と同様の効果を得ることができる。なお、ポジ型現像を行う場合、例えば図５に示す工程Ｓ６の現像処理において、酢酸ブチルに代えてＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などのアルカリ溶液が供給される。

また、以上の実施の形態では、レジストとしてネガ型のＥＵＶレジストを用いた場合を例に説明したが、レジストとしてポジ型のＥＵＶレジストを用いてもよい。ポジ型のレジストを用いる場合、露光処理においてはポジ型のマスクが用いられ、現像処理においてはアルカリ溶液である例えばＴＭＡＨが用いられる点を除いて、ネガ型のＥＵＶレジストを用いた場合と同様である。なお、上述のネガ型レジストに対してポジ型現像を用いる場合と同様に、ポジ型レジストに対してネガ型現像を用いてもよい。

以上の実施の形態では、酸失活処理装置４４において、例えば５０℃でウェハＷを加熱した状態でＨＭＤＳガスを供給したが、ウェハＷの加熱温度については、本実施の形態の内容に限定されるものではなく、例えば常温（２３℃）程度であっても、レジスト膜３００中の酸３０２を失活させられることが本発明者らにより確認されている。したがって、酸失活処理装置４４でのウェハＷの温度は、ＨＭＤＳガスによりレジスト膜３００中の酸３０２を失活させられる程度の温度であればよい。その一方、ウェハＷ処理のスループットの観点からは、ウェハＷの温度が高いほど酸の中和が促進するが、ＰＥＢ処理の際の温度以上に加熱すると、レジスト膜３００中の酸３０２の拡散、及びそれに伴う脱保護反応が進んでしまうため、酸失活工程におけるウェハ加熱の上限温度は、ＰＥＢ処理温度よりも、例えば３０℃程度低い温度とすることが好ましい。

なお、以上の実施の形態では、改質処理装置４５でレジスト膜３００のシリル化を行っていたが、改質処理の内容については本実施の形態の内容に限定されるものではなく、シリル化の他に、例えばレジストパターン３２０に金属含有液を浸潤させた後にウェハＷを加熱処理して、当該レジストパターン３２０を硬化（ハードニング）するといった、熱処理を伴う処理を行ってもよい。また、当然に、熱処理を伴わない処理を行ってもよい。

レジストパターン３２０のハードニングにおいては、既述の工程Ｓ１〜Ｓ４を実施してレジスト膜３００中の酸３０２を失活させた後、レジスト膜３００上に液体状の金属含有液を供給する。金属含有液としては、例えばアルコールに金属を溶解させた溶液が用いられ、アルコールとしては、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、エタノール、ブタノール、ＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）等が用いられる。また金属としては、例えばＺｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）等が用いられる。なお、この金属は微小な径を有し、例えば５ｎｍ以下の径のナノパーティクルである。

レジスト膜３００上に金属含有液が塗布されると、金属含有液中のアルコールは、レジスト膜３００の露光部３０１中のＯＨ基等、親和性の良い官能基をターゲットにして露光部３０１中に進入する。この露光部３０１中へのアルコールの進入に伴い、当該アルコールを進入経路として金属も露光部３０１中に進入する。そして、金属は露光部３０１中のＯＨ基と結合して露光部３０１中に浸潤する。なおこのとき、未露光部３０３中には金属が進入せず、当該未露光部３０３の表面には金属が堆積する。その後、ウェハＷ上に洗浄液を供給して、未露光部３０３上に堆積した金属を除去し、次いでウェハＷを熱処理装置４０で熱処理する。これにより、露光部３０１のハードニングが行われ、その後、現像処理（工程Ｓ６）を行うことで、硬化したレジストパターン３２０がウェハＷ上に形成される。

このような金属含有液の供給や洗浄液の供給は、スピンコーティングにより行われる。したがって、酸失活工程（工程Ｓ４）の後に金属含有液によるレジストパターン３２０のハードニングを行う場合は、例えば図１１に示すように、基板処理システム１に、ウェハＷに対して金属含有液や洗浄液を供給する液処理装置として、塗布処理装置４００を設けてもよい。

なお、シリル化等の、ＰＥＢ処理後、現像処理前に行われる改質処理においては、既述のとおり、レジスト膜３００中の酸３０２が既に失活しているため、レジストパターン３１０の線幅に影響を与えることなくＰＥＢ温度以上の加熱を行うことができるが、酸失活後であってもレジスト膜３００中には光酸発生剤が残存しており、この光酸発生剤が加熱により分解し、酸３０２が発生する可能性がある。

したがって、ＰＥＢ処理後に、例えばレジスト膜３００に対して紫外線を照射して、レジスト膜３００中の光酸発生剤を失活させる紫外線照射工程を実施してもよい。紫外線照射工程の実施にあたっては、例えばＰＥＢ処理後であって、酸失活処理前にウェハＷを紫外線照射装置４３に搬送する。そして、紫外線照射装置４３において、ウェハＷに対して例えば波長が１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの紫外線が照射される。これにより、レジスト膜３００中の光酸発生剤が失活し、その後の改質処理においてウェハＷを加熱しても、光酸発生剤から酸３０２が発生したり、発生した酸３０２によりレジスト膜３００が脱保護したりすることがない。したがって、安定した改質処理を行うことができる。なお、照射する紫外線の波長としては、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍに限定されるものではなく、他の波長の紫外線も適宜使用可能であるが、１９３ｎｍよりも短い、例えば波長１７２ｎｍの紫外線の場合、エネルギーが高過ぎてレジスト膜３００中の保護基の結合も切断される可能性があるため、紫外線の波長は１９３ｎｍ以上であることが好ましい。

以上の実施の形態では、ウェハＷの疎水化を疎水化処理装置４１で、レジスト膜３００中の酸３０２の失活処理を酸失活処理装置４４で行ったが、既述の通り疎水化処理装置４１と酸失活処理装置４４は同一の構成を有しており、疎水化処理の際のウェハＷの加熱温度と酸失活処理の際のウェハＷの加熱温度が異なるのみである。したがって、基板処理システム１には、疎水化処理装置４１と酸失活処理装置４４の少なくともいずれかを設け、疎水化処理と酸失活処理との際に、ウェハＷを加熱するヒータ１２３の設定温度を変更して使用するようにしてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、基板にレジストパターンを形成する際に有用である。

１ 基板処理システム
３０ 現像処理装置
３１ 下部反射防止膜形成装置
３２ レジスト塗布装置
３３ 上部反射防止膜形成装置
４０ 熱処理装置
４１ 疎水化処理装置
４２ 周辺露光装置
４３ 紫外線照射装置
４４ 酸失活処理装置
４５ 改質処理装置
３００ レジスト膜
３０１ 露光部
３０２ 酸
３０３ 未露光部
３１０ レジストパターン
３２０ レジストパターン
Ｗ ウェハ

Claims (8)

1. 基板を処理する基板処理方法であって、
   基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
   基板上のレジスト膜にパターンの露光を行う露光工程と、
   前記露光工程後の基板を加熱し、前記レジスト膜中の酸により当該レジスト膜を脱保護させるＰＥＢ処理工程と、
   前記ＰＥＢ処理工程後の基板上のレジスト膜に対してアルカリ性のガスまたはアルカリ溶液のミストの少なくともいずれかを供給し、前記レジスト膜中の酸を失活させる酸失活工程と、
   前記酸失活工程後に現像液を基板に対して供給し、前記レジスト膜の現像処理を行う現像処理工程と、を有することを特徴とする、基板処理方法。
2. 前記酸失活工程後であって前記現像処理工程前に、前記レジスト膜を改質処理する改質処理工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記改質処理では、前記レジスト膜をシリコン含有の化合物と反応させて当該レジスト膜をシリル化することを特徴とする、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記ＰＥＢ処理工程後であって前記酸失活工程前に、前記ＰＥＢ処理工程後のレジスト膜に対して波長１９３ｎｍ又は波長２４８ｎｍの紫外線を照射して当該レジスト膜中の光酸発生剤を失活させる、紫外線照射工程をさらに有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記レジスト膜は、ＥＵＶレジストの膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理方法を基板処理システムによって実行させるように、当該基板処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
8. 基板を処理する基板処理システムであって、
   基板上にレジスト膜を塗布するレジスト塗布装置と、
   前記基板処理システムの外部に設けられた露光装置により露光が行われた基板を加熱し、前記レジスト膜中の酸により当該レジスト膜を脱保護させるＰＥＢ処理装置と、
   前記レジスト膜に対してアルカリ性のガスまたはアルカリ溶液のミストの少なくともいずれかを供給してレジスト膜中の酸を失活させる酸失活処理装置と、
   基板上に現像液を供給して前記レジスト膜の現像処理を行う現像処理装置と、を有することを特徴とする、基板処理システム。
   
   
   
   

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