JP5059082B2 - 基板の処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板上にレジストパターンを形成する基板の処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

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、例えばウェハ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、ウェハ上のレジスト膜に所定パターンの光を照射してレジスト膜を露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理等が順次行われて、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。そして、このレジストパターンの形成処理後に、そのレジストパターンをマスクとして被処理膜がエッチングされ、当該被処理膜に所定のパターンが形成される。

上述したレジストパターンを形成する際には、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、レジストパターンの微細化が求められている。これを受けて従来より露光光源の短波長化が進められている。しかしながら、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細なレジストパターンを形成するのが困難な状況にある。

そこで、２回のフォトリソグラフィー工程を行い、２つのレジストパターンを合成して、微細なレジストパターンを形成する方法（以下、「ダブルパターニング」という。）が考えられている。このダブルパターニングの方法として、１回目の第１のレジスト膜の形成、露光、現像により、第１のレジスト膜に第１のレジストパターンを形成し、その後２回目の第２のレジスト膜の形成、露光、現像により、第２のレジスト膜に第２のレジストパターンを形成することが提案されている（特許文献１）。そして、これら第１のレジストパターンと第２のレジストパターンの合成により、微細なレジストパターンが実現されている。

特開２００９−３１６０号公報

上述したダブルパターニングにおいて、第２のレジスト膜を形成する際には、例えば第１のレジストパターンが形成されたウェハ上にレジスト液を供給し、ウェハの回転の遠心力によりレジスト液を拡散させて、ウェハ全面に第２のレジスト膜を形成する。しかしながら、この場合、第１のレジストパターンに対するレジスト液の接触角が大きく、レジスト液が拡散し難いため、多量のレジスト液を必要とする。

そこで、発明者らは、レジスト液の供給量を抑えるため、例えばプリウェットを行うことを試みた。このプリウェットは、第２のレジスト膜形成用のレジスト液を供給する前に、ウェハ上、すなわち第１のレジストパターン上にレジスト液の溶剤、例えばシクロヘキサノンを供給してレジスト液を拡散させ易くする方法である。しかしながら、ダブルパターニングにおいてプリウェットを行った場合、レジスト液の溶剤により第１のレジストパターンが溶解してしまい、当該第１のレジストパターンが所定の寸法に形成されない場合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ダブルパターニングにおける２回目のレジスト液の供給量を少量に抑えつつ、基板上に所定のレジストパターンを形成することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上にレジストパターンを形成する基板の処理方法であって、基板上にレジスト液を塗布して第１のレジスト膜を形成した後、当該第１のレジスト膜を選択的に露光し、現像して第１のレジストパターンを形成する第１のパターニング工程と、その後、前記第１のレジストパターンの表面にエーテル化合物又はメチルイソブチルカルビノールである表面改質剤を塗布し、前記表面改質剤によって、前記第１のレジストパターンの表層を除去し、かつ新たに露出した前記第１のレジストパターンの表面を改質する表面改質工程と、その後、前記第１のレジストパターンが形成された基板上にレジスト液を塗布して第２のレジスト膜を形成した後、当該第２のレジスト膜を選択的に露光し、現像して、前記第１のレジストパターンと同じ層に第２のレジストパターンを形成する第２のパターニング工程と、を有することを特徴としている。なお、本発明の基板には、基板表面に所定の被処理膜、例えばレジストパターンをマスクとしてエッチングされる被処理膜が形成されている基板も含まれる。

発明者らが調べたところ、基板上に第１のレジストパターンを形成した後、第１のレジストパターン上にエーテル化合物又はメチルイソブチルカルビノールである表面改質剤を塗布すると、第１のレジストパターンの表面が改質し、第１のレジストパターンに対するレジスト液の接触角が小さくなることが分かった。そうすると、その後第２のレジスト膜を形成する際に、第１のレジストパターン上のレジスト液の流動性が向上する。すなわち、本発明によればレジスト液の供給量が少量であっても、当該レジスト液は基板上を円滑に拡散し、第２のレジスト膜を所定の膜厚で適切に形成することができる。そして、さらにその後、第１のレジストパターンと同じ層に第２のレジストパターンを形成しているので、これら第１のレジストパターンと第２のレジストパターンを合成することで、基板上に微細なレジストパターンを所定の寸法で形成することができる。

なお、この表面改質工程において、表面改質剤は、例えば第１のレジストパターンの線幅や高さなどの寸法に影響のない範囲で第１のレジストパターンの表層を薄く除去する。すなわち、表面改質剤によって第１のレジストパターンの表層が除去されても、当該第１のレジストパターンは所定の寸法で形成される。

前記第２のパターニング工程において、前記第２のレジスト膜は、基板を静止させた状態で当該基板の中心部にレジスト液を供給した後、基板を回転させて前記レジスト液を基板全面に拡散させて形成されるようにしてもよい。

前記表面改質剤は、プロピレングリコールブチルエーテルであってもよい。

別な観点による本発明によれば、前記基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、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。

本発明によれば、ダブルパターニングにおける２回目のレジスト液の供給量を少量に抑えつつ、基板上に微細なレジストパターンを所定の寸法で形成することができる。

本実施の形態にかかる基板の処理方法を実行する塗布現像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塗布現像処理システムの正面図である。 本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す横断面図である。 ウェハ処理の各工程を示したフローチャートである。 ウェハ処理の各工程におけるウェハ上の膜の状態を示す説明図であり、（ａ）はウェハ上に予め被処理膜が形成された様子を示し、（ｂ）はウェハ上に第１のレジスト膜が形成された様子を示し、（ｃ）はウェハ上に第１のレジストパターンが形成された様子を示し、（ｄ）は第１のレジストパターンの表面が表面改質剤によって改質された様子を示し、（ｅ）はウェハ上に第２のレジスト膜が形成された様子を示し、（ｆ）はウェハ上に第２のレジストパターンが形成された様子を示している。 他の実施の形態におけるウェハ上の膜の状態を示す説明図であり、（ａ）は第１のレジストパターンの表層が表面改質剤によって除去された様子を示し、（ｂ）は第１のレジストパターンの表面が表面改質剤によって改質された様子を示している。

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の処理方法を実行する基板処理装置としての塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３と、この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置４との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５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２には、カセット載置台６が設けられ、当該カセット載置台６は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路７上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体８が設けられている。ウェハ搬送体８は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体８は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置６０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１に対してもアクセスできる。

カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション２側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション２側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置Ａ１が設けられており、第１の搬送装置Ａ１の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第１の搬送アーム１０が設けられている。第１の搬送アーム１０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置Ａ２が設けられており、第２の搬送装置Ａ２の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第２の搬送アーム１１が設けられている。第２の搬送アーム１１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０、２１、２２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２３、２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０、４１がそれぞれ設けられている。

図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、温度調節装置６０、トランジション装置６１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置６２、６３及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６４〜６７が下から順に８段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置７０〜７３及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置７４〜７７が下から順に８段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５には、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置８０〜８２、ポストエクスポージャーベーキング装置８３〜８７が下から順に８段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置Ａ１のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するための疎水化処理装置９０、９１、ウェハＷを加熱する加熱装置９２、９３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置Ａ２のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９４が配置されている。

インターフェイスステーション５には、図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション５に隣接した露光装置４と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に、上述したレジスト塗布装置２０、２１、２２の構成について説明する。レジスト塗布装置２０は、図４に示すように側面にウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成された処理容器１１０を有している。

処理容器１１０内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック１２０が設けられている。スピンチャック１２０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック１２０上に吸着保持できる。

スピンチャック１２０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構１２１を有し、そのチャック駆動機構１２１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構１２１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１２０は上下動可能になっている。

スピンチャック１２０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１２２が設けられている。カップ１２２の下面には、回収した液体を排出する排出管１２３と、カップ１２２内の雰囲気を排気する排気管１２４が接続されている。

図５に示すようにカップ１２２のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール１３０が形成されている。レール１３０は、例えばカップ１２２のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール１３０には、例えば二本のアーム１３１、１３２が取り付けられている。

第１のアーム１３１には、図４及び図５に示すようにウェハＷにレジスト液を供給するレジスト液ノズル１３３が支持されている。第１のアーム１３１は、図５に示すノズル駆動部１３４により、レール１３０上を移動自在である。これにより、レジスト液ノズル１３３は、カップ１２２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１３５からカップ１２２内のウェハＷの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。また、第１のアーム１３１は、ノズル駆動部１３４によって昇降自在であり、レジスト液ノズル１３３の高さを調整できる。

レジスト液ノズル１３３には、図４に示すように、レジスト液供給源１３６に連通する供給管１３７が接続されている。レジスト液供給源１３６内には、レジスト液が貯留されている。供給管１３７には、レジスト液の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１３８が設けられている。

第２のアーム１３２には、エーテル類の表面改質剤を供給する表面改質剤ノズル１４０が支持されている。第２のアーム１３２は、図５に示すノズル駆動部１４１によってレール１３０上を移動自在であり、表面改質剤ノズル１４０を、カップ１２２のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部１４２からカップ１２２内のウェハＷの中心部上方まで移動させることができる。また、ノズル駆動部１４１によって、第２のアーム１３２は昇降自在であり、表面改質剤ノズル１４０の高さを調節できる。なお、本実施の形態では、表面改質剤として例えばメチルイソブチルカルビノール（Ｍｅｔｈｙｌ ＩｓｏＢｕｔｙｌ Ｃａｒｂｉｎｏｌ；以下、「ＭＩＢＣ」という。）が用いられる。

表面改質剤ノズル１４０には、図４に示すように表面改質剤供給源１４３に連通する供給管１４４が接続されている。表面改質剤供給源１４３内には、上述したエーテル類の表面改質剤が貯留されている。供給管１４４には、表面改質剤の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１４５が設けられている。なお、以上の構成では、レジスト液を供給するレジスト液ノズル１３３と溶剤を供給する表面改質剤ノズル１４０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、レジスト液ノズル１３３と表面改質剤ノズル１４０の移動と供給タイミングを制御してもよい。

なお、レジスト塗布装置２１、２２の構成は、上述したレジスト塗布装置２０の構成と同様であるので説明を省略する。

以上の塗布現像処理システム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、レジスト塗布装置２０、２１、２２におけるウェハＷのレジスト塗布処理を実行するプログラムが格納されている。またこれに加えて、プログラム格納部には、カセットステーション２、処理ステーション３、露光装置４、インターフェイスステーション５間のウェハＷの搬送や、処理ステーション３における駆動系の動作などを制御して、塗布現像処理システム１におけるウェハ処理を実行するプログラムが格納されている。なお、このプログラムは、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。

本実施の形態にかかる塗布現像処理システム１は以上のように構成されている。次に、その塗布現像処理システム１で行われるウェハ処理について説明する。図６は、このウェハ処理の主な処理工程を示したフローチャートである。図７は、このウェハ処理の各工程におけるウェハＷ上の膜の状態を示す説明図である。

なお、図７（ａ）に示すようにカセットＣ内のウェハＷの表面には、予め被処理膜Ｆが形成されている。被処理膜Ｆは、後述するレジストパターンをマスクとしてエッチングされる被処理膜である。

塗布現像処理システム１では、先ず、ウェハＷ上に第１のレジストパターンを形成する、１回目のパターニング処理が開始される。先ず、カセット載置台６上のカセットＣ内のウェハＷが、ウェハ搬送体８によって一枚ずつ取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置６０に搬送される。温度調節装置６０に搬送されたウェハＷは、所定温度に温度調節される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってボトムコーティング装置２３に搬送され、ウェハＷの被処理膜Ｆ上に反射防止膜（図示せず）が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によって加熱装置９２、高精度温度調節装置６２、疎水化処理装置９０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってレジスト塗布装置２０に搬送される。

レジスト塗布装置２０に搬入されたウェハＷは、先ず、スピンチャック１２０に吸着保持される。続いて第１のアーム１３１により待機部１３５のレジスト液ノズル１３３がウェハＷの中心部上方まで移動する。その後、ウェハＷを所定の回転数で回転させながら、レジスト液ノズル１３３から所定量のレジスト液が供給される。供給されたレジスト液は、ウェハＷの回転によりウェハＷの被処理膜Ｆ上を拡散する。こうして、いわゆるダイナミック塗布法によって、図７（ｂ）に示すようにウェハＷ上に第１のレジスト膜Ｒ１が形成される。

第１のレジスト膜Ｒ１が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってプリベーキング装置７０に搬送され、プリベーク処理が施される。続いて第２の搬送装置Ａ２によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８２に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１０１によって露光装置４に搬送され、ウェハＷ上の第１のレジスト膜Ｒ１に所定のパターンが選択的に露光される。

露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８３に搬送され、露光後ベーク処理が施される。その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって高精度温度調節装置８１に搬送されて温度調節される。

その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって現像処理装置３０に搬送される。現像処理装置３０では、ウェハＷ上の第１のレジスト膜Ｒ１が現像され、第１のレジスト膜Ｒ１の露光部分が溶解して、図７（ｃ）に示すようにウェハＷ上に第１のレジストパターンＰ１が形成される。その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によってポストベーキング装置７４に搬送され、ポストベーク処理が施された後、第１の搬送装置Ａ１によって高精度温度調節装置６３に搬送され温度調節される。こうして、１回目のパターニング処理（第１のパターニング工程）が終了する（図６の工程Ｓ１）。

次にウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってレジスト塗布装置２１に搬送される。なお、ウェハＷは、１回目のパターニング処理の終了後、ウェハ搬送体８によって一旦カセットＣに戻された後、所定のタイミングでレジスト塗布装置２１に搬送されてもよい。

レジスト塗布装置２１に搬入されたウェハＷは、先ず、スピンチャック１２０に吸着保持される。続いて第２のアーム１３２により待機部１４２の表面改質剤ノズル１４０がウェハＷの中心部の上方まで移動する。次に、ウェハＷが停止している状態で、表面改質剤ノズル１４０からウェハＷの中心部に所定量の表面改質剤が供給される。その後、チャック駆動機構１２１を制御してスピンチャック１２０によりウェハＷを回転させ、その回転数を例えば３０００ｒｐｍまで上昇させる。この３０００ｒｐｍの回転数でウェハＷを例えば２秒間回転させることにより、ウェハＷの中心部に供給された表面改質剤はウェハＷ全面に拡散する。このとき、図７（ｄ）に示すように第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａは、表面改質剤によって改質される（図６の工程Ｓ２）。そして、発明者らが調べたところ、このように第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａが改質されることによって、当該表面Ｐ１ａに対するレジスト液の接触角が小さくなることが分かった。例えば第１のレジストパターンの表面を改質しない場合、レジスト液の接触角は２９．６度であったが、本実施の形態のＭＩＢＣを用いて第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａを改質すると、レジスト液の接触角は１５．９度まで小さくできることが分かった。

その後さらにウェハＷを例えば１５秒間回転させることにより、第１のレジストパターンＰ１上の表面改質剤が乾燥する。このようにウェハＷ上の表面改質剤を乾燥させている間に、表面改質剤ノズル１４０がウェハＷの中心部上方から移動すると共に、第１のアーム１３１により待機部１３５のレジスト液ノズル１３３がウェハＷの中心部上方まで移動する。

その後ウェハＷの回転を停止させ、レジスト液ノズル１３３からウェハＷの中心部に所定量のレジスト液が供給される。続いてウェハＷを所定の回転数で回転させ、ウェハＷ上のレジスト液を拡散させる。このとき、第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａは表面改質剤によって改質され、表面Ｐ１ａに対するレジスト液の接触角が小さくなっているため、ウェハＷ上に供給されたレジスト液は表面Ｐ１ａ上を円滑に拡散する。こうして、いわゆるスタティック塗布法によって、図７（ｅ）に示すようにウェハＷ上に第２のレジスト膜Ｒ２が形成される。なお、第２のレジスト膜Ｒ２は、例えば第１のレジストパターンＰ１を覆うように形成される。

第２のレジスト膜Ｒ２が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってプリベーキング装置７１に搬送され、プリベーク処理が施される。続いて第２の搬送装置Ａ２によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８０に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１０１によって露光装置４に搬送され、ウェハＷ上の第２のレジスト膜Ｒ２に所定のパターンが選択的に露光される。この２回目の露光は、１回目の露光と未露光部分がずらされて行われる。

露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８４に搬送され、露光後ベーク処理が施される。その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって高精度温度調節装置８２に搬送されて温度調節される。

その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって現像処理装置３１に搬送される。現像処理装置３１では、ウェハＷ上の第２のレジスト膜Ｒ２が現像され、第２のレジスト膜Ｒ２の露光部分が溶解して、図７（ｆ）に示すように第１のレジストパターンＰ１と同じ層に第２のレジストパターンＰ２が形成される。すなわち、第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２が、被処理膜Ｆ上で位置をずらして形成され、所望のレジストパターンＰが形成される。その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によってポストベーキング装置７５に搬送され、ポストベーク処理が施された後、第１の搬送装置Ａ１によって高精度温度調節装置６２に搬送され温度調節される。こうして、２回目のパターニング処理（第２のパターニング工程）が終了する（図６の工程Ｓ３）。

その後ウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体８によってカセットＣに戻されて一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。なお、一連のフォトリソグラフィー工程の終了後、ウェハＷは、例えば塗布現像処理システム１からエッチング装置（図示せず）に搬送され、レジストパターンＰをマスクとして被処理膜Ｆがエッチングされる。

以上の実施の形態によれば、工程Ｓ１においてウェハＷ上に第１のレジストパターンＰ１を形成した後、工程Ｓ２において第１のレジストパターンＰ１上にエーテル類の表面改質剤を塗布しているので、第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａが改質され、当該表面Ｐ１ａに対するレジスト液の接触角を小さくすることができる。このため、後続の工程Ｓ３において第２のレジスト膜Ｒ２を形成する際に、第１のレジストパターンＰ１上のレジスト液の流動性が向上する。すなわち、本実施の形態によればレジスト液の供給量が少量であっても、当該レジスト液はウェハＷ上を円滑に拡散し、第２のレジスト膜Ｒ２を所定の膜厚で適切に形成することができる。そして、さらにその後、第１のレジストパターンＰ１と同じ層に第２のレジストパターンＰ２を形成しているので、これら第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２を合成することで、ウェハＷの被処理膜Ｆ上に微細なレジストパターンＰを所定の寸法で形成することができる。

なお、発明者らが調べたところ、例えば本実施の形態のＭＩＢＣを用いて第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａを改質した場合には、第１のレジストパターンの表面を改質しない場合に比べて、第２のレジスト膜Ｒ２を適切に形成するために必要なレジスト液の供給量を約２０％削減できることが分かった。

以上の実施の形態では、工程Ｓ３において、ウェハＷを停止させた状態でウェハＷの中心部にレジスト液を供給し、その後ウェハＷを回転させてレジスト液をウェハＷ全面に拡散させるスタテッィク塗布法によって第２のレジスト膜Ｒ２を形成したが、ダイナミック塗布法によって形成してもよい。すなわち、ウェハＷを回転させながらレジスト液を供給して、当該レジスト液をウェハＷ上に拡散させて第２のレジスト膜Ｒ２を形成してもよい。いずれの場合でも、工程Ｓ２において第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａが改質されるので、第１のレジストパターンの表面を改質しない場合に比べて、第２のレジスト膜Ｒ２を形成するためのレジスト液をウェハＷ上に円滑に拡散させることができる。したがって、レジスト液の供給量を削減することができる。なお、スタティック塗布法とダイナミック塗布法を比較した場合には、スタテッィク塗布法の方がさらにレジスト液の供給量を削減することができる。

また、工程Ｓ１では、ウェハＷを回転させながらレジスト液を供給して、当該レジスト液をウェハＷ上に拡散させるダイナミック塗布法によって第１のレジスト膜Ｒ１を形成したが、スタテッィク塗布法によって第１のレジスト膜Ｒ１を形成してもよい。すなわち、ウェハＷを回転させる前にレジスト液を塗布し、その後ウェハＷを回転させてレジスト液をウェハＷ上に拡散させ、第１のレジスト膜Ｒ１を形成してもよい。

以上の実施の形態では、表面改質剤としてＭＩＢＣを用いていたが、エーテル類の表面改質剤であればこれに限定されない。例えば表面改質剤として、プロピレングリコールブチルエーテル（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ Ｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ；以下、「ＰＧＢ」という。）を用いてもよい。

表面改質剤にＰＧＢを用いた場合、工程Ｓ２において第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａを改質する際には、先ず、ウェハＷが停止している状態で、表面改質剤ノズル１４０からウェハＷの中心部に所定量の表面改質剤が供給される。その後、ウェハＷを例えば３０００ｒｐｍの回転数で２秒間回転させることにより、ウェハＷの中心部に供給された表面改質剤はウェハＷ全面に拡散する。そうすると、図８（ａ）に示すように表面改質剤によって第１のレジストパターンＰ１の表層Ｐ１ｂが薄く除去される。このとき除去される表層Ｐ１ｂの厚みは、極めて微小、例えば４．４ｎｍであって、第１のレジストパターンＰ１の寸法に影響はない。すなわち、表面改質剤によって表層Ｐ１ｂが除去されても、第１のレジストパターンＰ１は、所定の線幅、所定の高さに形成される。そして、図８（ｂ）に示すように新たに露出した第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａが、表面改質剤によって改質される。その後、さらにウェハＷを例えば４０秒間回転させることにより、第１のレジストパターンＰ１上の表面改質剤が乾燥する。なお、その他の工程Ｓ１と工程Ｓ３は、前記実施の形態と同様であるので説明を省略する。

発明者らが調べたところ、本実施の形態のように表面改質剤にＰＧＢを用いた場合のレジスト液の接触角は、例えば第１のレジストパターンの表面を改質しない場合のレジスト液の接触角よりも小さくでき、さらに前記実施の形態のＭＩＢＣを用いた場合のレジスト液の接触角よりも小さくできることが分かった。具体的には、前記実施の形態で述べたように例えば第１のレジストパターンの表面を改質しない場合のレジスト液の接触角は２９．６度であり、表面改質剤としてＭＩＢＣを用いた場合のレジスト液の接触角は１５．９度であった。これに対して、本実施の形態のＰＧＢを用いて第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａを改質すると、レジスト液の接触角は３．０度まで小さくなった。

なお、このように表面改質剤にＭＩＢＣを用いた場合に比べてＰＧＢを用いた場合の方がレジスト液の接触角を小さくできるのは、工程Ｓ２において表面改質剤が第１のレジストパターンＰ１の表層Ｐ１ｂを除去するためであると考えられる。すなわち、工程Ｓ１では、第１のレジスト膜Ｒ１を形成後、露光処理、現像処理を行って第１のレジストパターンＰ１を形成するが、この現像処理の際に第１のレジストパターンＰ１の表層Ｐ１ｂが変質し、第１のレジストパターンＰ１は表面改質剤によって改質され難くなると考えられる。この点、ＭＩＢＣは表層Ｐ１ｂをほとんど除去しないが、本実施の形態のＰＧＢはこの表層Ｐ１ｂを除去するため、新たに露出した表面Ｐ１ａを改質し易く、レジスト液の接触角が小さくなる。

以上のように、本実施の形態によれば、工程Ｓ２において第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａが改質され、当該表面Ｐ１ａに対するレジスト液の接触角をさらに小さくすることができる。このため、後続の工程Ｓ３においてレジスト液の供給量が少量であっても、当該レジスト液はウェハＷ上を円滑に拡散し、第２のレジスト膜Ｒ２を適切に形成することができる。発明者らが調べたところ、例えば本実施の形態のＰＧＢを用いて第１のレジストパターンＰ１の表面Ｐ１ａを改質した場合には、第１のレジストパターンの表面を改質しない場合に比べて、第２のレジスト膜Ｒ２を適切に形成するために必要なレジスト液の供給量を約６０％削減できることが分かった。

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。例えば前記実施の形態において、レジストパターンを形成するパターニングの回数は２回であったが、３回以上の場合にも本発明を適用できる。また本発明は、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、例えば半導体ウェハ等の基板にレジストパターンを形成する際に有用である。

１ 塗布現像処理システム
２０、２１、２２ レジスト塗布装置
１２０ スピンチャック
１３３ レジスト液ノズル
１４０ 表面改質剤ノズル
２００ 制御部
Ｆ 被処理膜
Ｒ１ 第１のレジスト膜
Ｒ２ 第２のレジスト膜
Ｐ レジストパターン
Ｐ１ 第１のレジストパターン
Ｐ１ａ 表面
Ｐ１ｂ 表層
Ｐ２ 第２のレジストパターン
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. 基板上にレジストパターンを形成する基板の処理方法であって、
   基板上にレジスト液を塗布して第１のレジスト膜を形成した後、当該第１のレジスト膜を選択的に露光し、現像して第１のレジストパターンを形成する第１のパターニング工程と、
   その後、前記第１のレジストパターンの表面にエーテル化合物又はメチルイソブチルカルビノールである表面改質剤を塗布し、前記表面改質剤によって、前記第１のレジストパターンの表層を除去し、かつ新たに露出した前記第１のレジストパターンの表面を改質する表面改質工程と、
   その後、前記第１のレジストパターンが形成された基板上にレジスト液を塗布して第２のレジスト膜を形成した後、当該第２のレジスト膜を選択的に露光し、現像して、前記第１のレジストパターンと同じ層に第２のレジストパターンを形成する第２のパターニング工程と、を有することを特徴とする、基板の処理方法。
2. 前記第２のパターニング工程において、前記第２のレジスト膜は、基板を静止させた状態で当該基板の中心部にレジスト液を供給した後、基板を回転させて前記レジスト液を基板全面に拡散させて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の基板の処理方法。
3. 前記表面改質剤は、プロピレングリコールブチルエーテルであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、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。
5. 請求項４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。

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