JP3963846B2

JP3963846B2 - 熱的処理方法および熱的処理装置

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Publication number: JP3963846B2
Application number: JP2003022588A
Authority: JP
Inventors: 華世荒巻; 裕一寺下; 桃子雫石; 孝介吉原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004235468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面にレジスト膜が形成された半導体ウエハ等の基板を現像処理した後に熱的に処理する熱的処理方法および熱的処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、いわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて、半導体ウエハの表面に所定の回路パターンを形成している。このフォトリソグラフィー工程では、例えば、洗浄処理された半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、所定のパターンでレジスト膜を露光し、これを現像処理するという一連の処理が行われている。また、現像処理工程においては、現像液による処理が終了した後に、ウエハを加熱処理（いわゆる、ポストベーク処理）することによって、ウエハに付着した水分を蒸発させており、これによって回路パターンを得ている。
【０００３】
このようなウエハの熱処理に使用される熱処理装置として、特開平６−２３６８４４号公報（特許文献１）には、ウエハを載置する載置台と、載置台を介して載置台に載置された基板を加熱する発熱体とを有するホットプレートと、載置台を回転させる回転機構とを具備した加熱処理装置が開示されている。また、この特許文献１には、従来の熱処理装置として、ウエハを上面に載置し、載置されたウエハを加熱するホットプレートと、ホットプレートの上方に処理空間を形成すべく配置されるとともに、加熱処理時に発生するガスを排気するカバーと、を有するものが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３６８４４号公報（第２−４項、第１、１１、１２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、フォトリソグラフィー工程においては、パターンの微細化や細線化が進められており、これに伴って、レジスト膜に形成された現像線（レジスト膜において現像処理後に残る部分）の線幅に対する側面の荒れ（いわゆる、ＬＥＲ（Line Edge Roughness））の幅の割合が大きくなってしまい、良好な回路を形成することが困難となってきている。
【０００６】
このＬＥＲの問題は、レジスト材料の特性上の問題でもあることから、ＬＥＲを小さくするために、レジスト液の組成調整等が試みられている。しかし、レジスト感度やＣＤ均一性等の他のレジスト特性との兼ね合いから、十分な成果を上げるには至っていない。
【０００７】
このために、加熱処理装置開発の立場からも、ＬＥＲの問題を解決するアプローチが望まれている。しかし、従来の加熱処理装置を用いた従来の現像処理後のウエハの加熱処理は、ウエハを加熱することによってレジスト膜が加熱されるために、レジスト膜が柔らかくなるまでウエハを加熱すると、回路パターンを保持することができない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、回路パターンを保持しながら、ＬＥＲを小さくする熱的処理方法および熱的処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、表面にレジスト膜が形成された基板を現像処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理方法であって、
前記基板を冷却プレートに載置する工程と、
熱源を前記基板の表面に近接させる工程と、
前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源からの輻射熱によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、表面にレジスト膜が形成された基板を現像液によって処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理装置であって、
前記基板を載置して冷却する冷却プレートと、
前記冷却プレートに載置された基板の表面側から前記基板に熱を輻射することによって、前記レジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する熱源と、
前記冷却プレートに載置された基板と前記熱源とが近接／離隔するように、前記冷却プレートおよび前記熱源の少なくとも一方を移動させる移動機構と、
を具備し、
前記移動機構によって前記熱源と前記冷却プレートに載置された前記基板とを近接させた状態で、前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱することを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【００１１】
このような熱的処理方法および熱的処理方法によれば、基板に形成されたレジストを直接に加熱することによって現像処理によって形成された現像線の側面部分を現像線の内側の部分よりも高い温度に加熱することができる。また、このとき現像線の側面近傍部分をガラス転移点よりも高い温度に上げることによって、この部分が流動性を示すようになり、現像線の側面の荒れ小さくなる。こうしてＬＥＲが小さくなる。
【００１２】
なお、出願人は、先に特願２００１−３２７１９４号において、ＣＤ均一性を高め、またＬＥＲを小さくすることができる熱処理装置および熱処理方法について特許出願している（以下「先行出願」という）。しかし、この先行出願は、レジスト液を塗布した後の熱処理（プリベーク）を改善することによって、上記解決すべき課題を解決しようとするものであり、現像処理後のレジスト膜の熱処理によって上記解決すべき課題を解決するものではない。それ故に、先行出願と本願発明とでは、発明の趣旨および構成において異なる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、レジスト膜の現像処理後に半導体ウエハを熱処理する加熱／冷却ユニットを備え、レジスト塗布から現像処理までを一貫して行うレジスト塗布・現像処理システムを例に挙げて説明することとする。
【００１４】
図１は、レジスト塗布・現像処理システム１を示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。レジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１２と、を具備している。
【００１５】
カセットステーション１０は、ウエハＷを複数枚（例えば２５枚）収容可能なウエハカセットＣＲを載置するカセット載置台２０を有している。レジスト塗布・現像処理システム１において処理すべきウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、他のシステムからカセットステーション１０のカセット載置台２０へ搬入され、逆に、レジスト塗布・現像処理システム１における処理を終えたウエハＷが収容されたウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、カセット載置台２０から他のシステムへ搬出される。
【００１６】
カセット載置台２０上には、図１中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、位置決め突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて１列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが鉛直方向（Ｚ方向）に配列されている。
【００１７】
カセットステーション１０はまた、カセット載置台２０と処理ステーション１１との間にウエハ搬送機構２１を備えている。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能であり、かつ、図１中に示されるθ方向に回転可能なウエハ搬送用ピック２１ａを有している。こうしてウエハ搬送用ピック２１ａは、カセット載置台２０に載置されたウエハカセットＣＲの所定位置に収容されたウエハＷに対して選択的にアクセスすることができ、また、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１８】
処理ステーション１１は、ウエハＷに対してレジスト液の塗布および現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されている。各処理ユニットにおいてウエハＷは１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００１９】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体７９の内側にウエハ搬送装置７６を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体７９は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置７６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置７６は、搬送基台７７の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム７８を備え、これらの保持アーム７８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
図１に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１においては、４個の処理部Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３・Ｇ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１・Ｇ_２はレジスト塗布・現像処理システム１の正面側（図１における手前側）に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイスステーション１２に隣接して配置されている。また、レジスト塗布・現像処理システム１においては、背面部に第５の処理部Ｇ_５を配置することができるようになっている。
【００２１】
第１の処理部Ｇ_１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２２】
第３の処理部Ｇ_３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、現像処理後のウエハＷに対して加熱／冷却処理を行う２つのホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）、レジスト液が塗布されたウエハＷまたは露光処理後のウエハＷに対して加熱処理を行う２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の構造については後に詳細に説明する。
【００２３】
第４の処理部Ｇ_４においても、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングプレートユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２４】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合に、第５の処理部Ｇ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。これにより、第５の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることによって空間部が確保されるために、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２５】
インターフェイスステーション１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイスステーション１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＰＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＰＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００２６】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａはθ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００２７】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用ピック２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２８】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置７６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置７６によりクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２９】
アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了してクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷ、またはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置７６によりレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、レジスト膜（塗布膜）が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでプリベーク処理され、次いでいずれかのクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて、そこで冷却される。
【００３０】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイスステーション１２に搬送される。
【００３１】
ウエハＷは、インターフェイスステーション１２において周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイスステーション１２に隣接して設けられた図示しない露光装置に搬送され、そこで所定のパターンにしたがってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３２】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイスステーション１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そしてウエハＷは、ウエハ搬送装置７６により第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでポストエクスポージャーベーク処理が施される。ポストエクスポージャーベーク処理においては、ウエハＷは所定温度まで冷却されるが、ウエハＷはその後に必要に応じてクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送され、そこでさらに冷却処理される。
【００３３】
その後、ウエハＷは現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷは第３の処理部Ｇ_３のホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）へ搬送されて、そこでＬＥＲを小さくするための熱的処理（以下「ＬＥＲ改善処理」という）が施される。なお、このＬＥＲ改善処理は、ウエハＷのポストベーク処理を兼ねている。このような一連の処理が終了したウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３４】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の構成について、さらに詳細に説明する。図４は、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す平面図であり、図５はホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略断面図であり、図５（ａ）は加熱処理中の状態を、図５（ｂ）はウエハＷの搬入出時の状態をそれぞれ示している。
【００３５】
ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）は、加熱処理チャンバ８１とこれに隣接して設けられた冷却処理チャンバ８２とを有している。加熱処理チャンバ８１と冷却処理チャンバ８２の間にはこれらの間でウエハＷの受渡を行う際に開閉されるシャッタ９１が設けられ、また、加熱処理チャンバ８１には、主ウエハ搬送機構２２との間でウエハＷの受け渡しを行う際に開閉されるシャッタ９２が設けられている。
【００３６】
加熱処理チャンバ８１は、ウエハＷを載置する載置プレート８３と、載置プレート８３に載置されたウエハＷの表面側からウエハＷに熱を輻射してウエハＷを加熱するホットプレート８４を有している。載置プレート８３の表面には図示しない支持ピンが複数箇所に設けられており、ウエハＷを支持した際に、ウエハＷの裏面と載置プレート８３の上面との間には、所定の隙間が形成されるようになっている。また、載置プレート８３の表面外周部には、載置プレート８３とホットプレート８４との間隔を決める位置決め突起８６が設けられている。
【００３７】
図示しない昇降機構によって駆動され、載置プレート８３上でウエハＷを昇降させる３本の昇降ピン８８（図５では２本のみを図示する）が、載置プレート８３を貫通するように設けられている。この昇降ピン８８は、昇降ピン８８とウエハ搬送装置７６との間でウエハＷを受け渡しする際には、ウエハＷを載置プレート８３から持ち上げて所定の高さ位置でウエハＷを支持し、ウエハＷの加熱処理中は、例えば、その先端が載置プレート８３の上面と同じ高さとなるようにして保持される。
【００３８】
ホットプレート８４は昇降機構８５により昇降自在となっている。ホットプレート８４は、昇降ピン８８とウエハ搬送装置７６との間でウエハＷを受け渡しする際は加熱処理チャンバ８１の天井壁に近い位置で保持され、ウエハＷの加熱処理中は載置プレート８３に載置されたウエハＷの表面と一定の隙間が形成される位置で保持される。ウエハＷの加熱処理中のホットプレート８４の位置は、ホットプレート８４の裏面外周部が載置プレート８３の表面外周部に設けられた位置決め突起８６と接した状態となることにより、定められる。
【００３９】
加熱処理チャンバ８１へは、加熱処理チャンバ８１の側壁に設けられた給気口９６ａから清浄な空気が供給されるようになっている。加熱処理チャンバ８１に供給された空気は、加熱処理チャンバ８１の底壁に形成されている排気口９９ａと加熱処理チャンバ８１の側壁に設けられた排気口９９ｂから排気されるようになっている。給気口９６ａから排気口９９ｂへと流れる空気の流れを加熱処理チャンバ８１の内部に作ることによって、ホットプレート８４をウエハＷに近接させてウエハＷを加熱処理している間にウエハＷの表面から蒸発する各種ガスを、効率よくウエハＷとホットプレート８４の間の隙間から除去することができる。
【００４０】
加熱処理チャンバ８１と冷却処理チャンバ８２との間は、シャッタ９１により開閉可能な連通口８１ａを介して連通している。冷却処理チャンバ８２は、ウエハＷを載置して冷却するためのクーリングプレート９３と、クーリングプレート９３を水平方向に移動させるためのガイドプレート９４および移動機構９５とを有している。
【００４１】
クーリングプレート９３が加熱処理チャンバ８１に進入したときに、昇降ピン８８と衝突しないように、クーリングプレート９３には昇降ピン８８が設けられている位置に合わせて、溝９８が設けられている。
【００４２】
移動機構９５を駆動することによって、クーリングプレート９３は、連通口８１ａを通って加熱処理チャンバ８１内に進入することができ、加熱処理チャンバ８１内において載置プレート８３により加熱された後のウエハＷを昇降ピン８８から受け取って冷却処理チャンバ８２内に搬入し、ウエハＷを冷却した後にウエハＷを昇降ピン８８に戻すようになっている。なお、クーリングプレート９３の設定温度は、例えば、１５℃〜２５℃とされる。
【００４３】
冷却処理チャンバ８２へは給気口９６ｂから清浄な空気が供給されるようになっており、冷却処理チャンバ８２に供給された空気は、冷却処理チャンバ８２の底壁に形成された排気口９９ｃから排気されるようになっている。
【００４４】
図６は、このように構成されたホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）を用いたウエハＷの熱的処理工程を示すフローチャートである。まずホットプレート８４を上方に待機させた状態でシャッタ９２が開かれ、現像処理を終えたウエハＷを保持した保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１へ進入させる（ステップ１）。次いで昇降ピン８８を上昇させると、ウエハＷは昇降ピン８８に支持されて、保持アーム７８がフリーな状態となる。保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１から退出させてシャッタ９２を閉じ、昇降ピン８８を降下させてウエハＷを載置プレート８３上に載置する（ステップ２）。
【００４５】
続いて、ホットプレート８４が位置決め突起８６に接するまで降下させて、ウエハＷの表面側からウエハＷを加熱する（ステップ３）。ホットプレート８４の昇温は、降下前、降下中、降下後のいずれのタイミングで行ってもよい。
【００４６】
このときの処理温度は、レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度、例えば、ガラス転移点が１５０℃である場合には１５０℃〜２００℃、とする。ガラス転移点以上に加熱されたレジスト膜においては、分子の熱運動が激しくなって流動性を示すようになる。ウエハＷの表面側からホットプレート８４による加熱を行うことによって、現像線の表面近傍では流動性が大きく、内部では流動性が小さい状態を実現することができる。これにより現像線の側面が熱垂れして荒れがスムージングされてＬＥＲが小さくなる。つまり、現像線の側面の荒れ幅が小さくなる。なお、現像線の内部で流動性が大きくならないように、処理温度に応じて処理時間を変えることが必要である。
【００４７】
所定の処理時間が経過したら、ホットプレート８４を上昇させ、続いて昇降ピン８８を上昇させて、所定の高さまでウエハＷを持ち上げる。シャッタ９１を開いて、クーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１へスライドさせ、昇降ピン８８を降下させることにより、ウエハＷは昇降ピン８８からクーリングプレート９３へと受け渡される（ステップ４）。ウエハＷを載置したクーリングプレート９３は冷却処理チャンバ８２へ戻されて、そこでウエハＷは冷却される（ステップ５）。
【００４８】
ＬＥＲが問題となるレジスト材料のほとんどは、化学増幅型レジストと呼ばれているものであり、この化学増幅型レジストでは、加熱処理の後に速やかに冷却処理を行わないと、現像線幅が膨らんでしまうという問題を生ずる。ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）によれば、加熱処理されたウエハＷを速やかに強制的に冷却することができるために、レジスト膜の熱垂れが過度に進行することと、現像線幅の膨張を防止することができる。
【００４９】
冷却処理されたウエハＷは、クーリングプレート９３に乗せられた状態で再び加熱処理チャンバ８１へ戻され、昇降ピン８８に受け渡される（ステップ６）。シャッタ９２を開いて保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１に進入させ、次いで昇降ピン８８を降下させることによりウエハＷは保持アーム７８に保持され、加熱処理チャンバ８１から搬出される（ステップ７）。
【００５０】
このようなＬＥＲ改善処理の有無と、現像線の線幅および現像線の側面の荒れ幅の変化との関係を表１に示す。図７は、表１に示す各符号を模式的に示す説明図である。表１中の「試料１」〜「試料３」には、ガラス転移点が１５０℃のレジスト膜が形成されており、レジスト液の塗布から現像処理までは同じ条件で行われている。「試料１」は、ウエハをレジスト膜のガラス転移点よりも低い１２０℃で処理した試料であり、「試料２」は、レジスト膜のガラス転移点よりも高い１６０℃で３０秒のＬＥＲ改善処理を施した試料であり、「試料３」は１６０℃で６０秒のＬＥＲ改善処理を施した試料である。なお、ここでのＬＥＲ改善処理においては、加熱処理後のウエハの急冷処理を行っていない。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表１中の「中心」はウエハＷの中心部分で測定していることを示しており、表１中の「中間」はウエハＷの半径の中間部分で測定していることを示している。これらの各測定位置には３本の平行な現像線が左右に列べて形成されるようにパターニングされており、表１中の「右」は３本の平行な現像線の右側の現像線を、「左」は３本の平行な現像線の左側の現像線を示している。さらに、表１中の「上」は各現像線の上側の領域を、「中」は各現像線の中間の領域を、「下」は各現像線の下側の領域を、それぞれ示している。そして、表１中の「Ｄ（平均値）」は実際の現像線の線幅の平均値（各測定位置における６点の測定点の平均値）を示し、「ｄ」は現像線の片側の側面の荒れ幅を示している。なお、図７に示されている平行な点線は目的とする現像線の線幅を示している。
【００５３】
表１に示されるように、ＬＥＲ改善処理を行うことによって、現像線の荒れ幅が狭くなっており、処理時間の長い試料３でもっともＬＥＲが小さくなっていることがわかる。一方で、ＬＥＲ改善処理を行うと現像線の線幅が拡がるという傾向が現れているが、これは前述したように、加熱処理後の急冷処理を行っていないことが原因となっている。このため、ＬＥＲ改善処理においては、ウエハＷを加熱処理した後に速やかに急冷処理を行うことによって、所望する線幅の現像線を得ることができる。なお、最初に狭い幅の現像線を形成しておいて、その後のＬＥＲ改善処理によって所望する線幅へ拡げること等によっても、現像線の線幅を調整することができる。
【００５４】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）における加熱処理チャンバ８１の別の実施の形態（加熱処理チャンバ８１ａ・８１ｂ）について説明する。図８は加熱処理チャンバ８１ａの概略断面図である。加熱処理チャンバ８１ａは、ウエハＷを略水平姿勢で吸着保持するスピンチャック３１と、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面側からウエハＷに熱を輻射してウエハＷを加熱するホットプレート３２と、スピンチャック３１の周囲に鉛直に設けられた昇降自在な３本のウエハ受渡ピン３５を有している。
【００５５】
スピンチャック３１は、図示しない吸引機構によりウエハＷを吸着保持することができ、また、回転機構３３よって回転自在であり、かつ、昇降機構３４によって昇降自在である。ホットプレート３２は加熱処理チャンバ８１ａの上壁に固定されている。ウエハ受渡ピン３５は、スピンチャック３１との間でのウエハの受け渡し、および、クーリングプレート９３との間でのウエハＷの受け渡しを行う。なお、クーリングプレート９３に設けられる溝９８は、ウエハ受渡ピン３５の位置に適合させた位置に設けられる。
【００５６】
加熱処理チャンバ８１ａの側壁には、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面とホットプレート３２の下面との間隔を測定する位置センサ３６が設けられている。加熱処理チャンバ８１ａにおける給排気は、先に説明した加熱処理チャンバ８１と同様に行われる。
【００５７】
このような加熱処理チャンバ８１ａでは、ウエハＷを保持した保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１ａに進入させた後に、スピンチャック３１を上昇させてウエハＷをスピンチャック３１に保持させる。このときウエハ受渡ピン３５はその先端がスピンチャック３１よりも低い高さにあるようにする。保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１ａから退出させた後に、ウエハＷの表面とホットプレート３２の下面との間が所定の間隔となるように、位置センサ３６からの信号にしたがって、スピンチャック３１を所定の高さまで上昇させ、スピンチャック３１を一定速度（例えば、１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ）で回転させながら、ウエハＷを加熱処理する。なお、スピンチャック３１を一定速度で回転させながら、所定の高さまで上昇させてもよい。
【００５８】
このように加熱処理チャンバ８１ａでは、ウエハＷを回転させながら加熱処理を行うことができるために、ウエハＷの温度均一性を高めることができる。これによって、ウエハ面内でＬＥＲ改善処理にばらつきが生ずることを抑制することができる。
【００５９】
処理時間が経過したら、スピンチャック３１を降下させると同時にウエハ受渡ピン３５を上昇させて、ウエハＷをウエハ受渡ピン３５で支持する。この状態でシャッタ９１を開いてクーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１ａに進入させて、ウエハＷをウエハ受渡ピン３５からクーリングプレート９３に受け渡す。クーリングプレート９３を冷却処理チャンバ８２に戻してウエハＷを冷却した後に、クーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１ａに進入させ、ウエハＷをクーリングプレート９３からウエハ受渡ピン３５へ、次いでウエハ受渡ピン３５からスピンチャック３１へ、さらにピンチャック３１から保持アーム７８へ逐次受け渡す。ＬＥＲ改善処理の終了したウエハＷは加熱処理チャンバ８１ａから搬出される。
【００６０】
続いて、図９に加熱処理チャンバ８１ｂの概略断面図を示す。加熱処理チャンバ８１ｂの内部には、載置プレート８３と、載置プレート８３の外周を囲む第１リング部材６１と、ホットプレート８４ａと、ホットプレート８４ａの外周を囲む第２リング部材６２と、載置プレート８３を貫通して配置された昇降自在な昇降ピン８８と、を有している。第１リング部材６１の上面にはシールリング６３が取り付けられ、第２リング部材６２にはガス供給管６４が設けられている。
【００６１】
ホットプレート８４ａには複数箇所に排気口６６が設けられている。排気口６６の大きさ、形成する位置、数は、ウエハＷの温度分布の均一性が保たれるように定められる。ホットプレート８４ａを降下させると、第２リング部材６２がシールリング６３を押圧して変形させることにより、載置プレート８３に載置されたウエハＷの周囲に、狭い処理空間７０が形成される。この処理空間７０へはガス供給管６４から空気または窒素ガスを供給することができるようになっており、排気口６６を通してウエハＷの近傍の雰囲気ガスが排気装置６５によって排気される。
【００６２】
このような加熱処理チャンバ８１ｂは、特に、ウエハＷやレジスト膜の酸化を防止するためにウエハＷを窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で処理しなければならない場合（例えば、ガラス転移点の温度が高いために、ウエハＷの熱処理温度が高くなる場合）に好適に用いられ、狭い処理空間７０へ窒素ガス等を供給するために、使用する窒素ガス等の量を少なくすることができる。
【００６３】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の別の実施の形態について説明する。図１０の断面図に示すホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）は、１個の処理チャンバ５１の内部に、内部に冷媒を流すことによって所定の温度に保持することができるクーリングプレート５２と、クーリングプレート５２に載置されたウエハＷの表面側からウエハＷを加熱するホットプレート５３と、ホットプレート５３を回転させる回転機構５４と、ホットプレート５３を昇降させる昇降機構５５と、ホットプレート５３の下面とクーリングプレート５２との間隔を測定する非接触式の距離測定センサ５６と、クーリングプレート５２を貫通して配置された昇降自在の昇降ピン５７と、を有している。
【００６４】
このようなホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）を用いれば、ホットプレート５３を、距離測定センサ５６による距離測定結果に基づいてクーリングプレート５２上に載置されたウエハＷに近接させて、ホットプレート５３を回転させながらウエハＷを加熱処理することができる。また、所定時間の加熱処理が終了した後には、クーリングプレート５２に冷媒を流すことによってクーリングプレート５２を急冷することによって、ウエハＷを搬送することなく、ウエハＷを冷却することができる。また、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）は１個の処理チャンバ５１で構成されるために、省スペース化される。なお、ウエハＷの加熱処理中に、クーリングプレート５２に冷媒を流してクーリングプレート５２の温度を低く保持してもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものでない。例えば、加熱処理チャンバ８１に設けられた載置プレート８３を回転自在としてもよい。この場合には、位置決め突起８６を載置プレート８３内に収納可能な構造とするか、または位置決め突起８６を可倒式とする。つまり、位置決め突起８６によってホットプレート８４の位置が決められた後に、位置決め突起８６とホットプレート８４とを離隔させることができる構造とすればよい。
【００６６】
また、載置プレート８３を高速回転させる必要はないために、例えば、載置プレート８３を回転させてもウエハＷが載置プレート８３との間に生じている摩擦力によって位置ずれしない場合には、ウエハＷの移動を抑制する手段を載置プレート８３に設けることは必要とされない。
【００６７】
加熱処理チャンバ８１ａにおいては、ウエハ受渡ピン３５をスピンチャック３１を貫通するように配置することもできる。スピンチャック３１としては、ウエハＷを吸着保持するものに限定されず、ウエハＷの周縁を機械的に保持するものを用いることもできる。ウエハＷを加熱する熱源としては、ホットプレート８４に代えて、例えば、ハロゲンランプ等の放熱性の高いランプ等を用いることも可能である。上記説明においては、基板として半導体ウエハを取り上げたが、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板等の他の基板のフォトリソグラフィー工程におけるＬＥＲ改善処理に、本発明の熱的処理方法および熱的処理装置を適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
上述の通り本発明によれば、基板に形成されたレジストを直接に加熱することによって現像処理によって形成された現像線の側面を他の部分よりも高い温度に加熱することができる。また、このとき現像線の側面近傍部分をガラス転移点よりも高い温度に上げることによって、この部分が流動性を示すようになり、現像線の荒れが小さくなる。こうして現像線の側面が滑らかになって、ＬＥＲが小さくなる。これにより、その後に形成される回路の品質が高められ、製品の信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す平面図。
【図２】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す正面図。
【図３】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す背面図。
【図４】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す平面図。
【図５】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す断面図。
【図６】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）を用いたウエハの熱的処理工程を示すフローチャート。
【図７】表１に示す各符号を模式的に示す説明図。
【図８】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）が具備する加熱処理チャンバの別の実施の形態を示す概略断面図。
【図９】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）が具備する加熱処理チャンバのさらに別の実施の形態を示す概略断面図。
【図１０】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の別の実施の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１；レジスト塗布・現像処理システム
３１；スピンチャック
３２；ホットプレート
３３；回転機構
３４；昇降機構
３５；ウエハ受渡ピン
５１；処理チャンバ
５２；クーリングプレート
５３；ホットプレート
８１・８１ａ・８１ｂ；加熱処理チャンバ
８２；冷却処理チャンバ
８３；載置プレート
８４；ホットプレート
８５；昇降機構
８８；昇降ピン
９３；クーリングプレート
ＣＨＰ・ＣＨＰ´；ホット／クーリングプレートユニット
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

表面にレジスト膜が形成された基板を現像処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理方法であって、
前記基板を冷却プレートに載置する工程と、
熱源を前記基板の表面に近接させる工程と、
前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源からの輻射熱によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法。
前記熱源として、前記基板の表面と平行に対向する平坦な熱放射面を有するホットプレートを用いることを特徴とする請求項１に記載の熱的処理方法。
前記ホットプレートの熱放射面と前記基板の表面との間隔は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項２に記載の熱的処理方法。
前記冷却プレートまたは前記熱源の少なくとも一方を回転させながら前記基板の加熱処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱的処理方法。
表面にレジスト膜が形成された基板を現像液によって処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理装置であって、
前記基板を載置して冷却する冷却プレートと、
前記冷却プレートに載置された基板の表面側から前記基板に熱を輻射することによって、前記レジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する熱源と、
前記冷却プレートに載置された基板と前記熱源とが近接／離隔するように、前記冷却プレートおよび前記熱源の少なくとも一方を移動させる移動機構と、
を具備し、
前記移動機構によって前記熱源と前記冷却プレートに載置された前記基板とを近接させた状態で、前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱することを特徴とする熱的処理装置。
前記熱源は前記基板の表面と平行に対向する平坦な熱放射面を有するホットプレートであり、
前記ホットプレートの熱輻射面と前記冷却プレートに載置された基板の表面との間隔を測定するセンサをさらに具備し、
前記移動機構は、前記センサによる測定結果に基づいて、前記ホットプレートの熱輻射面と前記基板の表面との間隔を一定に保持することを特徴とする請求項５に記載の熱的処理装置。
前記熱源は前記基板の表面と平行に対向する平坦な熱放射面を有するホットプレートであり、
前記移動機構を駆動することによって前記ホットプレートと前記冷却プレートに載置された基板とを近接させた際に、前記ホットプレートの熱輻射面と前記基板の表面との間隔を一定に保持するスペーサをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の熱的処理装置。
前記冷却プレートまたは前記熱源の少なくとも一方を回転させる回転機構をさらに具備し、
前記回転機構によって前記冷却プレートまたは前記熱源の少なくとも一方を回転させながら前記基板を加熱することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の熱的処理装置。