JP4601079B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば半導体ウエハ等の基板のレジスト膜の表面荒れを改善する基板処理方法及び基板処理装置に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造のプロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウエハ（以下にウエハという）の下地膜上にレジスト液を塗布し、レジスト膜を形成するレジスト塗布処理、ウエハ表面に所定の回路パターンが露光される露光処理、露光後のウエハを現像液により現像する現像処理、及びウエハの下地膜などを食刻するエッチング処理等が行われている。

ところで、上述の現像処理が施された後のレジストパターンの表面には、図１２に示すように、露光処理時にウエハの表面に照射される光の波動的性質｛例えば、ＫｒＦの波長は２４８ｎｍ，ＡｒＦの波長は１９３ｎｍ｝によってレジストパターンＲの側壁面の水平及び鉛直方向に複数の筋が現れて、レジストパターンＲの表面に凹凸｛ＬＷＲ（Line Width Roughness），ＬＥＲ（Line Edge Roughness）｝が現れる。また、図１３に示すように、ホールＨを有するレジストパターンＲにおいても、露光処理時にウエハの表面に照射される光の波動的性質によってホールＨの内周面に、同様に凹凸の縞が現れる。このように、レジストパターンＲの表面に凹凸ができて表面が荒くなると、そのレジストパターンＲをマスクとして下地膜をエッチング処理したときに、下地膜にはレジストパターンＲの筋に対応した筋などの凹凸が現れ、精密な回路パターンが形成されず、所望の品質の半導体デバイスが製造されなくなる。

そこで、出願人は、上述した凹凸｛ＬＷＲ（Line Width Roughness），ＬＥＲ（Line Edge Roughness）｝を改善する手法として、レジストの溶剤雰囲気を使用し、レジストパターンの最表面を溶解させて平滑化する手法（スムージング処理）を既に提案している（例えば、特許文献１参照）。このとき、ＡｒＦレジストにおいては有機溶剤に対する溶解性が低い性質のため、スムージング処理の前に、紫外線を照射することにより、レジスト膜における溶解阻害性保護基（例えば、ラクトン基等）を分解している。
特開２００５−１９９６９号公報（特許請求の範囲、図４，図５，図１６）

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、レジストパターンの表面に紫外線を照射する紫外線照射処理と、レジストパターンの表面を溶剤蒸気の雰囲気におくスムージング処理とを、それぞれ独立した装置で行っているため、紫外線照射処理からスムージング処理までの時間が一定でなく、処理精度が一定しない懸念があった。また、紫外線照射処理装置とスムージング処理装置を別個に設けると、紫外線照射処理からスムージング処理までに時間を要する。また、この種のスムージング処理においては、溶剤蒸気雰囲気で処理するため、レジストパターンＲに取り込まれた溶剤成分が基板を介して装置内外へ拡散する虞がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、紫外線照射処理を行わずに、レジストパターンの表面に溶剤蒸気を効率よく付着させて、処理精度の向上を図ると共に、処理時間の短縮を図り、かつ、溶剤成分の装置内外への拡散を抑制する基板処理方法及び基板処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、この発明の基板処理方法は、露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理方法であって、 冷却された状態の前記基板上のレジストパターンの表面に水分子を付着させる前処理工程と、 前記水分子が付着されたレジストパターンの表面に対し、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給し、前記水分子に結合する溶剤蒸気によりレジストパターンの表面を膨潤させるスムージング処理工程と、 前記スムージング処理された基板上のレジストパターンに付着する水分子及び溶剤を乾燥により除去する後処理工程と、を有することを特徴とする（請求項１）。

この発明における水溶性を有する溶剤蒸気としては、例えば、Ｎメチル２ピロリドン（ＮＭＰ），アセトン，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）の各溶剤蒸気を用いることができる。より好ましい使用法については、ＡｒＦ（波長が１９３ｎｍの光源）用レジスト膜についてはＮＭＰが適している。

また、この発明の基板処理方法は、露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理方法であって、 前記基板上のレジストパターンの表面に水分子を付着させる前処理工程と、 前記水分子が付着されたレジストパターンの表面に対し、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給し、前記水分子に結合する溶剤蒸気によりレジストパターンの表面を膨潤させるスムージング処理工程と、 前記スムージング処理された基板上のレジストパターンに付着する水分子及び溶剤を乾燥により除去する後処理工程と、 前記後処理工程における乾燥の前に、レジストパターンの表面に、該レジストパターンの表面に付着する水分子と溶剤との結合を誘発するための水分子を供給する工程と、を有することを特徴とする（請求項２）。

また、この発明の基板処理方法において、前記後処理工程は、基板を鉛直軸回りに回転させて行ってもよく（請求項３）、あるいは、基板を加熱させることによって行うようにしてもよい（請求項４）。

また、この発明の基板処理装置は、露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理装置であって、 基板の表面を上面にして保持すると共に、基板を冷却する冷却手段を具備する基板保持台と、 基板上のレジストパターンの表面に水分子を供給する水供給ノズルと、 水分子が付着された基板上のレジストパターンの表面に、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給ノズルと、 前記レジストパターンの表面に付着した水分子及び溶剤を除去する乾燥手段と、を具備することを特徴とする（請求項５）。

また、この発明の基板処理装置において、前記乾燥手段は、前記基板保持台を鉛直軸回りに回転する回転駆動機構によって形成されるか（請求項６）、あるいは、基板を載置する熱板を有する加熱装置によって形成される（請求項７）。

請求項１，５記載の発明によれば、基板上の有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面に水分子を付着した後、水分子が付着されたレジストパターンの表面に対し、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給することにより、溶剤蒸気は水分子に結合してレジストパターンの最表面に満遍なく付着して、レジストパターンの表面を膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングすることができる。また、スムージング処理された基板上のレジストパターンに付着する水分子及び溶剤を乾燥により除去することにより、基板に付着する溶剤成分を除去することができる。

また、請求項１，５記載の発明によれば、基板を冷却した状態で、基板上のレジストパターンの表面に水分子を付着することにより、水分子を結露させた状態でレジストパターンの表面に付着させることができる。

請求項２記載の発明によれば、後処理工程における乾燥の前に、レジストパターンの表面に、該レジストパターンの表面に付着する水分子と溶剤との結合を誘発するための水分子を供給することにより、レジストパターンに付着する溶剤成分が新たに付加された水分子に結合されて水分子と共にレジストパターンから除去することができる。

請求項３，６記載の発明によれば、基板を鉛直軸回りに回転させることで、レジストパターンに付着した水分子及び溶剤を遠心力によって除去することができる。

請求項４，７記載の発明によれば、基板を加熱させることで、レジストパターンに付着した水分子及び溶剤を蒸発させて除去することができる。また、基板を加熱させることにより、スムージング処理で膨潤したレジストが硬化し、耐薬品性が向上する。

以上に説明したように、この発明の基板処理方法及び基板処理装置は、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１，５記載の発明によれば、溶剤蒸気を有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの最表面に満遍なく付着して、レジストパターンの表面を膨潤させ、レジストパターンの表面の凹凸を均しスムージングすることができるので、処理精度の向上が図れ、また、紫外線照射処理を行う場合に比べて処理時間の短縮が図れる。また、後処理によって基板に付着する溶剤成分を除去することができるので、装置内外へ溶剤成分が拡散するのを抑制することができる。

（２）請求項１，５記載の発明によれば、前処理によって水分子を結露させた状態でレジストパターンの表面に付着させることができるので、上記（１）に加えて、レジストパターンの表面への溶剤蒸気の付着を確実にすることができ、更に処理精度の向上が図れる。

（３）請求項２記載の発明によれば、後処理工程において、レジストパターンに付着する溶剤成分が新たに付加された水分子に結合されて水分子と共にレジストパターンから除去することができるので、上記（１）に加えて、更にレジストパターンに付着する溶剤成分の除去を確実にすることができ、溶剤成分の装置内外への拡散を確実に抑制することができる。

（４）請求項３，６記載の発明によれば、基板を鉛直軸回りに回転させることで、レジストパターンに付着した水分子及び溶剤を遠心力によって除去することができるので、上記（１）〜（３）に加えて、スムージング処理と後処理（乾燥処理）とを同一の装置内で連続して行うことができ、処理時間を更に短縮することができる。

（５）請求項４，７記載の発明によれば、上記（１）〜（３）に加えて、基板を加熱させることで、レジストパターンに付着した水分子及び溶剤を蒸発させて除去することができ、また、基板を加熱させることにより、スムージング処理で膨潤したレジストを硬化し、耐薬品性を向上させることができる。

以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る基板理装置を半導体ウエハのレジスト塗布・現像処理システムに適用した場合について説明する。

図１は、上記レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態の概略平面図、図２は、図１の正面図、図３は、図１の背面図である。

上記レジスト塗布・現像処理システムは、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）をウエハカセット１で複数枚例えば２５枚単位で外部からシステムに搬入又はシステムから搬出したり、ウエハカセット１に対してウエハＷを搬出・搬入したりするためのカセットステーション１０（搬送部）と、塗布現像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理装置を具備する処理ステーション２０と、この処理ステーション２０と隣接して設けられる露光装置４０との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェース部３０とで主要部が構成されている。

上記カセットステーション１０は、図１に示すように、カセット載置台２上の突起３の位置に複数個例えば４個までの蓋付のウエハカセット１がそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション２０側に向けて水平のＸ方向に沿って一列に載置され、各ウエハカセット１に対峙して蓋開閉装置５が配設され、また、カセット配列方向（Ｘ方向）及びウエハカセット１内に垂直方向に沿って収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用ピンセット４が各ウエハカセット１に選択的に搬送するように構成されている。また、ウエハ搬送用ピンセット４は、θ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）及びエクステンションユニット（ＥＸＴ）にも搬送できるようになっている。

上記処理ステーション２０は、図１に示すように、中心部には、移動機構２２によって垂直移動する垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２１が設けられ、この主ウエハ搬送機構２１の周りに全ての処理ユニットが１組又は複数の組に渡って多段に配置されている。この例では、５組Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４及びＧ５の多段配置構成であり、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニットはシステム正面側に並列され、第３の組Ｇ３の多段ユニットはカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ユニットはインターフェース部３０に隣接して配置され、第５の組Ｇ５の多段ユニットは背部側に配置されている。

この場合、図２に示すように、第１の組Ｇ１では、カップ（容器）２３内でウエハＷと現像液供給手段（図示せず）とを対峙させてレジストパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）と、カップ（容器）２３内でウエハＷをスピンチャック（図示せず）に載置して所定の処理を行うレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とが垂直方向の下から順に２段に重ねられている。第２の組Ｇ２には、この発明に係る基板処理装置としてのスムージング処理装置５０（以下にスムージング装置５０という）を組み込んだ現像ユニット（ＤＥＶ）と、現像ユニット（ＤＥＶ）とが垂直方向の下から順に２段に重ねられている。なお、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とスムージング装置５０を下段側に配置した理由は、レジスト液の排液や、レジストの溶剤の排気が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であるためである。しかし、必要に応じてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ），スムージング装置５０を上段に配置することも可能である。

第３の組Ｇ３では、図３に示すように、ウエハＷをウエハ載置台２４に載置して所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット例えばウエハＷを冷却するクーリングユニット（ＣＯＬ）、ウエハＷに疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷの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）、ウエハＷをベークする熱処理装置を使用した４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。

また、第４の組Ｇ４では、オーブン型処理ユニット例えばクーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、急冷機能を有する熱処理装置を使用した２つのチリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及び熱処理装置を使用した２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。

上記のように処理温度の低いクーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いホットプレートユニット（ＨＰ）、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及びアドヒージョンユニット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱的な相互干渉を少なくすることができる。勿論、ランダムな多段配置とすることも可能である。

なお、図１に示すように、処理ステーション２０において、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニット（スピナ型処理ユニット）に隣接する第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４の多段ユニット（オーブン型処理ユニット）の側壁の中には、それぞれダクト２５，２６が垂直方向に縦断して設けられている。これらのダクト２５，２６には、ダウンフローの清浄空気又は特別に温度調整された空気が流されるようになっている。このダクト構造によって、第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４のオーブン型処理ユニットで発生した熱は遮断され、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２のスピナ型処理ユニットへは及ばないようになっている。

また、この処理システムでは、主ウエハ搬送機構２１の背部側にも図１に点線で示すように第５の組Ｇ５の多段ユニットが配置できるようになっている。この第５の組Ｇ５の多段ユニットは、案内レール２７に沿って主ウエハ搬送機構２１から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の組Ｇ５の多段ユニットを設けた場合でも、ユニットをスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２１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。なお、処理ステーション２０の下部側には、例えばレジスト液，現像液、レジストの溶剤等を貯留するタンク類や、その配管系統を収納するケミカルユニット２９が設けられている。

上記インターフェース部３０は、奥行き方向では処理ステーション２０と同じ寸法を有するが、幅方向では小さなサイズに作られている。このインターフェース部３０の正面部には可搬性のピックアップカセット３１と定置型のバッファカセット３２が２段に配置され、背面部には、ウエハＷの周辺部の露光及び識別マーク領域の露光を行う露光手段である周辺露光装置３３が配設され、中央部には、搬送手段であるウエハの搬送アーム３４が配設されている。この搬送アーム３４は、Ｘ，Ｚ方向に移動して両カセット３１，３２及び周辺露光装置３３に搬送するように構成されている。また、搬送アーム３４は、θ方向に回転可能に構成され、処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）及び隣接する露光装置側のウエハ受渡し台（図示せず）にも搬送できるように構成されている。

上記のように構成される処理システムは、クリーンルーム内に設置されるが、更にシステム内でも、天井部に例えばヘパ（ＨＥＰＡ）フィルタ６を配設した効率的な垂直層流方式によって各部の清浄度を高めている。

次に、スムージング装置５０について、図４ないし図６を参照して詳細に説明する。

図４は、現像ユニット（ＤＥＶ）に組み込まれた、この発明に係る基板処理装置であるスムージング装置５０を示す概略縦断面図、図５は、スムージング装置５０の概略横断面図である。

スムージング装置５０は、図４及び図５に示すように、筐体５６内の中央部には、ウエハＷを保持するチャック５１（基板保持台）が設けられている。チャック５１の上面の保持面５１ａは、水平でウエハＷの径と同程度の円形状に形成されている。チャック５１の保持面５１ａには、図示しない複数の吸引口が設けられており、この吸引口から吸引することによりウエハＷを吸着できる。このチャック５１は、回転軸５１ｂを介して回転駆動機構であるモータ５２に連結されており、チャック５１を鉛直軸回りに回転自在に形成されている。このモータ５２の駆動によってチャック５１に保持されたウエハＷを高速回転することにより、スムージング処理時にウエハＷに付着した溶剤及び水分子をスピン乾燥によって除去することができるようになっている。また、チャック５１は、シリンダなどの昇降駆動部５８が設けられており、チャック５１の保持面５１ａを上下動させて、主ウエハ搬送アーム２１との間でウエハＷを受け渡しできるようになっている。

また、チャック５１の保持面５１ａ内には、冷却手段と加熱手段を兼用する温度調整手段であるペルチェ素子５４が内蔵されている。このペルチェ素子５４は、電源５４ａからの電力の供給によって作動し、温度制御部５５によって制御される。すなわち、ペルチェ素子５４は、ＰＮ接合部に電流を流すと、Ｎ→Ｐ接合部分では吸熱現象が、Ｐ→Ｎ接合部分では放熱現象が発生する原理を利用して、保持面５１ａ上に載置されたウエハＷの温度を所定温度、例えば冷却時の５℃又は現像処理時の２３℃に切換可能に制御される。

なお、筐体５６の一側部５６ａにはウエハＷの搬入出口５６ｂが設けられており、この搬入出口５６ｂには図示しない開閉機構によって搬入出口５６ｂを開閉するシャッタ５７が配設されている。また、筐体５６の下部側方には排気口５６ｃが形成されている。この排気口５６ｃは、排気管５６ｄを介して排気手段例えば排気ポンプ９０に接続されている。

チャック５１の周囲には、例えば排気用のカップ５９が設けられている。カップ５９は、例えばチャック５１の保持面５１ａの下方に位置している。カップ５９は、例えば円筒状の外カップ５９ａと内カップ５９ｂからなる二重構造に形成され、外カップ５９ａと内カップ５９ｂとの間に排気通路５９ｃが形成されている。外カップ５９ａと内カップ５９ｂとの上端部の隙間には、環状の吸入口５９ｄが開口し、この吸入口５９ｄは、図４に示すように、保持面５１ａの周縁部に沿うように配置されている。外カップ５９ａと内カップ５９ｂとの下端部の隙間には、排気装置（図示せず）に通じる排気管５９ｅが接続されており、チャック５１上の雰囲気を吸入口５９ｄから適宜排気できるようになっている。

また、図５に示すように、カップ５９のＸ方向負方向（図５の上方向）側の側方には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿ったレール７２が設けられている。レール７２は、例えばカップ５９の一端部側の外方から他端部側の外方まで設けられている。レール７２上には、２本のアーム７３Ａ，７３Ｂが設けられ、これらアーム７３Ａ，７３Ｂは、駆動部７４Ａ，７４Ｂによってレール７２上を移動自在に形成されている。アーム７３Ａ，７３Ｂには、ウエハＷに溶剤蒸気を吐出するノズルとしての溶剤蒸気供給ノズル７１（以下に溶剤供給ノズル７１という）と、ウエハＷに現像液を供給する現像液供給ノズル８１が保持されている。

したがって、溶剤供給ノズル７１と現像液供給ノズル８１は、レール７２に沿ってカップ５９の一端部側の外方からチャック５１上を通過しカップ５９の他端部側の外方まで移動できる。また、溶剤供給ノズル７１と現像液供給ノズル８１の移動は、例えば駆動部７４Ａ，７４Ｂの動作を制御する駆動制御部７５により制御されており、この駆動制御部７５により、溶剤供給ノズル７１と現像液供給ノズル８１をＹ方向に所定の速度で移動させることができる。また、駆動部７４Ａ，７４Ｂは、例えばアーム７３Ａ，７３Ｂを上下動させるシリンダなどを備えており、溶剤供給ノズル７１と現像液供給ノズル８１の高さをそれぞれ調整することができるようになっている。なお、本実施の形態においては、レール７２，アーム７３Ａ，７３Ｂ，駆動部７４Ａ，７４Ｂ及び駆動制御部７５によって移動機構が構成されている。

また、筐体５６内には、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンに対して水分子、例えば純水をミスト状にして供給する水供給ノズル６１（以下にミストノズル６１という）が配設されている。このミストノズル６１は、回転駆動部６２に一端部が支持されるアーム６３の先端部に装着されており、図５に示すように、旋回してウエハＷの中心まで移動可能に形成されている。このミストノズル６１によってスムージング処理の前工程において、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンに対して水分子すなわちミスト状の純水を供給して、レジストパターンの表面に水分子を付着させることができる。

更に、筐体５６内には、ウエハＷに対して洗浄液、例えば純水を供給する洗浄ノズル６４が配設されている。この洗浄ノズル６４は、回転駆動部６５に一端部が支持されるアーム６６の先端部に装着されており、図５に示すように、ミストノズル６１と同様に旋回してウエハＷの中心まで移動可能に形成されている。この洗浄ノズル６４によって、現像処理後のウエハＷに対して洗浄液である純水が供給される。

上記のように構成されるミストノズル６１と洗浄ノズル６４は、切換弁６７を介設した純水供給管６８を介して純水供給源６０に接続されている。なお、純水供給管６８における切換弁６７の二次側とミストノズル６１の接続側にはオリフィス６９が設けられている。

上記溶剤供給ノズル７１は、図６に示すように、ウエハＷの直径よりも長い矩形状のヘッド７１ａを有し、このヘッド７１ａの下面中央部には、長手方向の一端から他端に渡ってスリット状の吐出孔７１ｂが形成され、吐出孔７１ｂの周囲には、４分割されたスリット状の溶剤蒸気の排気孔７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆが形成されている。また、ヘッド７１ａの下面の少なくとも長手方向に沿う対向する２辺には、溶剤蒸気が外部へ流出するのを阻止する阻止壁７１ｇが形成されている。また、ヘッド７１ａには、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、連通路７１ｈを介して吐出孔７１ｂに連通する溶剤蒸気溜め空間部７１ｉが形成され、この空間部７１ｉの上部に連通する供給孔７１ｊに、溶剤蒸気供給源７０に接続する溶剤蒸気供給管７６が接続されている。なお、排気孔７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆは、排気管９１を介して排気手段例えば排気ポンプ９０に接続されている。

溶剤蒸気供給源７０は、例えば溶剤蒸気供給管７６と接続し液体溶剤が貯留された溶剤蒸気生成用の貯留タンク７７と、不活性の窒素（Ｎ２）ガスの供給源７８に接続し貯留タンク７７内に溶剤蒸気を圧送するためのＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給管７６Ａを備えている。このＮ２ガス供給管７６Ａには、気体流量調整弁７８ａが介設されている。このように構成されるＮ２ガス供給管７６Ａから貯留タンク７７の液体溶剤内にＮ２ガスを供給することによって、貯留タンク７７内で気化している溶剤蒸気が溶剤蒸気供給管７６内に圧送され、溶剤蒸気が溶剤蒸気供給管７６を通って溶剤供給ノズル７１に供給される。溶剤としては、水溶性を有する例えばＮメチル２ピロリドン（ＮＭＰ），アセトン，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）を用いることができる。

また、溶剤蒸気供給管７６には，溶剤蒸気の流量を検出する流量センサ７９ａと、流量を調節する流量調整バルブ７９ｂが設けられている。流量センサ７９ａで検出された検出結果は、流量制御部７９ｃに出力され、流量制御部７９ｃは、検出結果に基づいて流量調整バルブ７９ｂの開閉度を調整して溶剤供給ノズル７１から吐出される溶剤蒸気の流量を所定の流量に設定できる。この場合、流量制御部７９ｃは制御手段であるコントローラ１００に電気的に接続されており、コントローラ１００からの制御信号に基づいて溶剤蒸気の流量が調節される。

なお、現像液供給ノズル８１は、ポンプ８２を介設した現像液供給管８３を介して現像液供給源８０に接続されており、ポンプ８２の駆動によって現像液供給源８０から現像液供給ノズル８１に現像液が供給されるようになっている。

上記のように構成されるスムージング装置５０において、上記モータ５２，温度制御部５５，昇降駆動部５８，回転駆動部６２，６５、切換弁６７，駆動制御部７５，気体流量調整弁７８ａ，流量制御部７９ｃ，ポンプ８２及び排気ポンプ９０は、コントローラ１００に電気的に接続されており、コントローラ１００からの制御信号に基づいて制御されるようになっている（図４参照）。コントローラ１００は、予め記憶されたプログラムに基づいて、ウエハＷに対して現像液供給ノズル８１から現像液を供給することによる現像処理→洗浄ノズル６４から洗浄液（純水）を供給することによる洗浄処理→現像処理後のウエハ表面のレジストパターンに対してミストノズル６１から水分子（ミスト状の純水）を供給するスムージング前処理→水分子が付着されたレジストパターンに対して溶剤供給ノズル７１空溶剤蒸気を供給するスムージング処理→モータ５２の回転駆動によりウエハＷを高速回転してレジストパターンに付着する溶剤及び水分子をスピン乾燥するスムージング後処理が行われる。

次に、図７を参照して、スムージング前処理、スムージング処理及びスムージング後処理について詳細に説明する。まず、現像処理後のウエハＷのレジストパターンＲの表面に対してミストノズル６１から水分子（ミスト状の純水）を供給して、レジストパターンＲの表面に水分子ｍを付着させる（前処理工程：図７（ａ）参照）。このとき、モータ５２を駆動してウエハＷを水平方向に回転させることにより、レジストパターンＲの表面に水分子ｍを満遍なく付着させることができる。また、ペルチェ素子５４を吸熱側に切り換えてチャック５１の保持面５１ａを冷却することによってウエハＷを冷却することによって、レジストパターンＲの表面に付着した水分子ｍが結露してレジストパターンＲに密に付着することができる。

次に、溶剤供給ノズル７１がカップ５９の外方からウエハＷの一端部から上方まで移動する。そして、例えばカップ５９からの排気が一旦停止され、溶剤供給ノズル７１から一定流量の溶剤蒸気が吐出され始める。このときウエハ表面の一端部側の所定量域に溶剤蒸気が供給され、溶剤供給ノズル７１から溶剤蒸気が吐出され始めると、溶剤供給ノズル７１が一定速度でウエハＷの他端部側に向かって移動し、これに伴ってウエハ表面上における溶剤蒸気の供給領域も他端部側に移動する。そして、溶剤供給ノズル７１がウエハＷの他端部側の端部の上方まで移動すると、今度は、折り返しウエハＷの他端部側から一端部側に移動する。このようにして、溶剤供給ノズル７１がウエハＷ上を往復移動し、ウエハＷ上のレジストパターンＲの表面に溶剤蒸気例えばＮＭＰが供給される（スムージング処理工程：図７（ｂ）参照）。

このようにして、レジストパターンＲの表面に溶剤蒸気（ＮＭＰ）が供給されると、図７（ｃ）に示すように、レジストパターンＲの表面に付着された水分子ｍが溶剤蒸気（ＮＭＰ）の溶剤成分ｓを取り込んで結合し、この溶剤成分ｓによってレジストパターンＲの最表面のみが溶解し、レジストパターンＲの側壁部Ｒ１及び隅角部Ｒ２が膨潤する（図７（ｄ）参照）。なお、このときの溶剤供給ノズル７１の移動速度，吐出量，溶剤濃度及び温度等の設定には、レジストパターンＲの表面のみが溶解するように予め実験等で算出された値が用いられる。

なお、スムージング処理工程において、排気ポンプ９０を作動して溶剤供給ノズル７１の排気孔７１ｃ〜７１ｆから残留する溶剤蒸気を排気することによって、溶剤蒸気が溶剤供給ノズル７１の外部に拡散するのを抑制することができる。

スムージング処理を行った後、モータ５２の回転駆動によりウエハＷを高速回転してレジストパターンＲに付着する溶剤ｓ及び水分子ｍをスピン乾燥する（スムージング後処理工程：図７（ｅ）参照）。この後処理工程によって、レジストパターンＲの表面の凹凸が平滑化される。

なお、上記実施形態では、この発明に係るスムージング装置５０を現像ユニット（ＤＥＶ）に組み込んだ場合について説明したが、スムージング装置５０を単独のユニットとして設けてもよい。

また、上記実施形態では、モータ５２の回転駆動によりウエハＷを高速回転させることによってレジストパターンＲに付着する溶剤ｓ及び水分子ｍをスピン乾燥する場合について説明したが、スピン乾燥に代えて乾燥手段を加熱装置によって構成してもよい。例えば、図８に示すように、加熱装置を構成する熱処理ユニット５３は、筐体５３ａ内にウエハＷを載置し加熱する熱板５３ｂを具備している。熱板５３ｂ内には、給電により発熱するヒータ５３ｃが内蔵されている。ヒータ５３ｃの電源５３ｄは、ヒータ制御部５３ｅにより制御されており、ヒータ制御部５３ｅは、上記コントローラ１００と電気的に接続されており、コントローラ１００からの制御信号に基づいてヒータ５３ｃの発熱量を調節して熱板５３ｂの温度を制御できる。また、筐体５３ａの側部にはウエハ搬入出口５３ｆが設けられ、このウエハ搬入出口５３ｆは、図示しない開閉機構によって開閉自在なシャッタ５３ｇが設けられている。

なお、熱板５３ｂの中央部には、上下方向に貫通した貫通孔５３ｈが形成されている。貫通孔５３ｈには、下方から昇降ピン５３ｉが挿入されている。昇降ピン５３ｉは、昇降機構５３ｊにより昇降し、熱板５３ｂの表面に突出自在になっている。したがって、ウエハＷを昇降ピン５３ｉにより持ち上げて例えば主ウエハ搬送アーム５４と熱板５３ｂとの間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。

上記のように構成される熱処理装置５３によれば、スムージング処理工程によってレジストパターンＲの表面が膨潤した状態のウエハＷを熱板５３ｂ上に載置した状態で、ヒータ５３ｃからの熱によってレジストパターンＲに付着する溶剤ｓ及び水分子ｍを乾燥すなわち蒸発させて除去することができると共に、膨潤したレジストを硬化し、耐薬品性の向上が図れる。

また、上記説明では、スムージング処理を行った後、レジストパターンＲに付着する溶剤ｓ及び水分子ｍを乾燥により除去する場合について説明したが、図９（ｄ）に示すように、スムージング処理を行った後のレジストパターンＲの膨潤した表面に、再度水分子ｍを付着させて、レジストパターンＲに付着する水分子と溶剤との結合を誘発させて、乾燥により除去するようにしてもよい。この場合、上記前処理工程と同様に、ウエハＷのレジストパターンＲの膨潤した表面に対してミストノズル６１から水分子（ミスト状の純水）を供給して、レジストパターンＲの表面に水分子ｍを付着させることができ、溶剤及び水分子ｍの除去を更に確実にすることができる。なお、図９（ａ），図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、上述したスムージング前処理工程（図７（ａ）参照）、スムージング処理工程（図７（ｂ）参照）及びスムージング処理後の状態（図７（ｄ）参照）と同じであるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。

また、上記説明では、レジストパターンＲがライン状に形成される場合について説明したが、ホールを有するレジストパターンにおいても同様の方法でスムージング前処理工程、スムージング処理工程及びスムージング後処理工程を行うことができる。すなわち、ホールＨを有するレジストパターンＲをスムージング処理する場合は、まず、目的とするホール径より若干大きめの径のホールＨを有するレジストパターンＲの表面に対してミストノズル６１から水分子（ミスト状の純水）を供給して、レジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に水分子ｍを付着させる（前処理工程：図１０（ａ）参照）。このとき、モータ５２を駆動してウエハＷを水平方向に回転させることにより、レジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に水分子ｍを満遍なく付着させることができる。また、ペルチェ素子５４を吸熱側に切り換えてチャック５１の保持面５１ａを冷却することによってウエハＷを冷却することによって、レジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に付着した水分子ｍが結露してレジストパターンＲに密に付着する。

次に、ウエハＷ上を往復移動する溶剤供給ノズル７１からウエハＷ上のレジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に溶剤蒸気（ＮＭＰ）を供給して、レジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に付着した水分子ｍに溶剤成分ｓを結合させ、溶剤によってレジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１を膨潤させる（スムージング処理工程：図１０（ｂ），（ｃ）参照）。

次に、乾燥処理例えば熱処理ユニット５３による加熱処理によってレジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１に付着する溶剤及び水分子ｍを乾燥により除去する（後処理工程：図１０（ｄ）参照）。

上記のようにしてスムージング処理が施されたウエハＷは、以下に示すシュリンク（縮径）処理を施すことによって、ホールＨの径が目的の径に形成される。シュリンク（縮径）処理は、まず、図１１（ａ）に示すように、レジストパターンＲの表面及びホールＨ内にシュリンク剤（ＲＥＬＡＣＳ）｛Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink｝をコーティングする（図１１（ａ）参照）。次に、シュリンク剤（ＲＥＬＡＣＳ）がコーティングされたウエハＷを例えば１２０〜１５０℃で加熱して、レジストパターンＲの表面及びホールＨの内表面Ｈ１とシュリンク剤（ＲＥＬＡＣＳ）層との間に架橋層Ｃを形成する（図１１（ｂ）参照）。この架橋層Ｃの厚さは温度によって調整することができ、温度を上げることによって架橋層Ｃを厚くすることができ、例えばシュリンク量を２０ｎｍとすることができる。次に、レジストパターンＲの表面及びホールＨに対して洗浄液である純水（ＤＩＷ）を供給して、目的とする径のホールＨを有するレジストパターンＲを形成する（図１１（ｃ），（ｄ）参照）。

上記のように、シュリンク処理にこの発明に係るスムージング処理方法を適用することによって、微細なホールを有するレジストパターンのシュリンク量のバラツキを低減することができる。

次に、上記のように構成されたスムージング装置５０を備えたレジスト塗布・現像処理システムの動作態様について説明する。

まず、カセットステーション１０において、蓋開閉装置５が作動して先行のロットのウエハカセット１の蓋を開放する。次に、ウエハ搬送用ピンセット４がカセット載置台２上の未処理のウエハＷを収容しているカセット１にアクセスして、そのカセット１から１枚のウエハＷを取り出す。ウエハ搬送用ピンセット４は、カセット１よりウエハＷを取り出すと、処理ステーション２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット内に配置されているアライメントユニット（ＡＬＩＭ）まで移動し、ユニット（ＡＬＩＭ）内のウエハ載置台２４上にウエハＷを載せる。ウエハＷは、ウエハ載置台２４上でオリフラ合せ及びセンタリングを受ける。その後、主ウエハ搬送機構２１がアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に反対側からアクセスし、ウエハ載置台２４からウエハＷを受け取る。

処理ステーション２０において、主ウエハ搬送機構２１はウエハＷを最初に第３の組Ｇ３の多段ユニットに属するアドヒージョンユニット（ＡＤ）に搬入する。このアドヒージョンユニット（ＡＤ）内でウエハＷは疎水化処理を受ける。疎水化処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをアドヒージョンユニット（ＡＤ）から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。このクーリングユニット（ＣＯＬ）内でウエハＷはレジスト塗布処理前の設定温度例えば２３℃まで冷却される。冷却処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをクーリングユニット（ＣＯＬ）から搬出し、次に第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）へ搬入する。このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）内でウエハＷはスピンコート法によりウエハ表面に一様な膜厚でレジストを塗布する。

レジスト塗布処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）から搬出し、次にホットプレートユニット（ＨＰ）内へ搬入する。ホットプレートユニット（ＨＰ）内でウエハＷは載置台上に載置され、所定温度例えば１００℃で所定時間プリベーク処理される。これによって、ウエハＷ上の塗布膜から残存溶剤を蒸発除去することができる。プリベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次に第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）へ搬送する。このユニット（ＥＸＴＣＯＬ）内でウエハＷは次工程すなわち周辺露光装置３３における周辺露光処理に適した温度例えば２４℃まで冷却される。この冷却後、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを直ぐ上のエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬送し、このユニット（ＥＸＴ）内の載置台（図示せず）の上にウエハＷを載置する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台上にウエハＷが載置されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、搬送アーム３４はウエハＷをインターフェース部３０内の周辺露光装置３３へ搬入する。周辺露光装置３３において、ウエハＷ表面の周辺部の余剰レジスト膜（部）に光が照射されて周辺露光が施される。

周辺露光が終了した後、搬送アーム３４が周辺露光装置３３の筐体内からウエハＷを搬出し、隣接する露光装置４０側のウエハ受取り台（図示せず）へ移送する。

露光装置４０で全面露光が済んで、ウエハＷが露光装置４０側のウエハ受取り台に戻されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４はそのウエハ受取り台へアクセスしてウエハＷを受け取り、受け取ったウエハＷを処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬入し、ウエハ受取り台上に載置する。

ウエハ受取り台上に載置されたウエハＷは、主ウエハ搬送機構２１により、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）に搬送（搬入）され、フリンジの発生を防止するため、あるいは化学増幅型レジスト（ＣＡＲ）における酸触媒反応を誘起するため、例えば１２０℃で所定時間ポストエクスポージャーベーク処理が施される。

その後、ウエハＷは、第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属する現像ユニット（ＤＥＶ）のいずれか例えばスムージング装置５０を備えた現像ユニット（ＤＥＶ）に搬入される。この現像ユニット（ＤＥＶ）内では、ウエハＷ表面のレジストに現像液が満遍なく供給されて現像処理が施される。この現像処理によって、ウエハＷ表面に形成されたレジスト膜が所定の回路パターンに現像されると共に、ウエハＷの周辺部の余剰レジスト膜が除去され、更に、ウエハＷ表面に形成された（施された）アライメントマークの領域に付着したレジスト膜が除去される。このようにして、現像が終了すると、ウエハＷ表面に洗浄液がかけられて現像液が洗い落とされる。

次に、現像処理されたウエハＷは、上述した手順でスムージング処理が施される。すなわち、ウエハ表面のレジストパターンに対してミストノズル６１から水分子（ミスト状の純水）を供給するスムージング前処理→水分子が付着されたレジストパターンに対して溶剤供給ノズル７１空溶剤蒸気を供給するスムージング処理→モータ５２の回転駆動によりウエハＷを高速回転してレジストパターンに付着する溶剤及び水分子をスピン乾燥するスムージング後処理が行われる。これにより、レジストパターンの表面の凹凸を均し平滑化（スムージング）する。

スムージング処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを現像ユニット（ＤＥＶ）のスムージング装置５０から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬入する。このユニット（ＨＰ）内でウエハＷは例えば１００℃で所定時間ポストベーク処理される。これによって、現像で膨潤したレジストが硬化し、耐薬品性が向上する。

ポストベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次にいずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。ここでウエハＷが常温に戻った後、主ウエハ搬送機構２１は、次にウエハＷを第３の組Ｇ３に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ移送する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台（図示せず）上にウエハＷが載置されると、カセットステーション１０側のウエハ搬送用ピンセット４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、ウエハ搬送用ピンセット４は、受け取ったウエハＷをカセット載置台上の処理済みウエハ収容用のウエハカセット１の所定のウエハ収容溝に入れ、ウエハカセット１内に全ての処理済みのウエハＷが収納された後、蓋開閉装置５が作動して蓋を閉じて処理が完了する。

この発明に係る基板処理装置を適用したレジスト塗布・現像処理システムの一例を示す概略平面図である。 上記レジスト塗布・現像処理システムの概略正面図である。 上記レジスト塗布・現像処理システムの概略背面図である。 この発明に係る基板処理装置の第１実施形態を示す概略縦断面図である。 上記基板処理装置の概略横断面図である。 この発明における溶剤蒸気吐出ノズルを示す斜視図（ａ）、（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図（ｂ）及び（ａ）のII−II線に沿う断面図（ｃ）である。 この発明に係るスムージング処理工程の前処理時のレジストパターンの状態を示す概略断面図（ａ）、スムージング処理時のレジストパターンの状態を示す概略断面図（ｂ）、（ｂ）の要部拡大断面図（ｃ）、スムージング処理直後のレジストパターンの状態を示す概略断面図（ｄ）及び後処理時のレジストパターンの状態を示す概略断面図（ｅ）である。 この発明の第２実施形態における熱処理装置を示す概略断面図である。 この発明に係る別のスムージング処理工程におけるレジストパターンの状態を示す概略断面図である。 この発明に係るスムージング処理をホールのレジストパターンに適用した場合の処理工程におけるレジストパターンの状態を示す概略断面図である。 ホールのレジストパターンのシュリンク処理工程におけるレジストパターンの状態を示す概略断面図である。 レジストパターンの凹凸を示す概略斜視図である。 ホールを有するレジストパターンの凹凸を示す概略断面斜視図である。

符号の説明

Ｗ 半導体ウエハ（基板）
５０ スムージング処理装置
５１ チャック（基板保持台）
５２ モータ（回転駆動機構）
５３ 熱処理ユニット（加熱装置：乾燥手段）
５４ ペルチェ素子（冷却手段）
６１ ミストノズル（水供給ノズル）
７１ 溶剤供給ノズル（溶剤蒸気供給ノズル）
１００ コントローラ（制御手段）
ｍ 水分子
ｓ 溶剤成分

Claims (7)

1. 露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理方法であって、
   冷却された状態の前記基板上のレジストパターンの表面に水分子を付着させる前処理工程と、
   前記水分子が付着されたレジストパターンの表面に対し、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給し、前記水分子に結合する溶剤蒸気によりレジストパターンの表面を膨潤させるスムージング処理工程と、
   前記スムージング処理された基板上のレジストパターンに付着する水分子及び溶剤を乾燥により除去する後処理工程と、
   を有することを特徴とする基板処理方法。
2. 露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理方法であって、
   前記基板上のレジストパターンの表面に水分子を付着させる前処理工程と、
   前記水分子が付着されたレジストパターンの表面に対し、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給し、前記水分子に結合する溶剤蒸気によりレジストパターンの表面を膨潤させるスムージング処理工程と、
   前記スムージング処理された基板上のレジストパターンに付着する水分子及び溶剤を乾燥により除去する後処理工程と、
   前記後処理工程における乾燥の前に、レジストパターンの表面に、該レジストパターンの表面に付着する水分子と溶剤との結合を誘発するための水分子を供給する工程と、
   を有することを特徴とする基板処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の基板処理方法において、
   前記後処理工程は、基板を鉛直軸回りに回転させて行うことを特徴とする基板処理方法。
4. 請求項１又は２に記載の基板処理方法において、
   前記後処理工程は、基板を加熱させることによって行うことを特徴とする基板処理方法。
5. 露光処理され現像処理された基板の表面に形成された有機溶剤に対して溶解性の低い性質のレジストパターンの表面荒れを平滑化する基板処理装置であって、
   基板の表面を上面にして保持すると共に、基板を冷却する冷却手段を具備する基板保持台と、
   基板上のレジストパターンの表面に水分子を供給する水供給ノズルと、
   水分子が付着された基板上のレジストパターンの表面に、水溶性を有するレジストの溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給ノズルと、
   前記レジストパターンの表面に付着した水分子及び溶剤を除去する乾燥手段と、
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項５記載の基板処理装置において、
   前記乾燥手段は、前記基板保持台を鉛直軸回りに回転する回転駆動機構によって形成されている、ことを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項５記載の基板処理装置において、
   前記乾燥手段は、基板を載置する熱板を有する加熱装置によって形成されている、ことを特徴とする基板処理装置。

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