(57)【要約】【課題】ライン幅ラフネスをより低減することが可能なレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびレジスト膜処理方法を提供する。【解決手段】基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、露光されたレジスト膜を現像するレジスト現像部１８と、レジスト現像部１８で現像されてパターン化されたレジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒す溶剤気相供給部１００と、第１の溶剤に晒されたレジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給する溶剤供給部１００とを備えるレジスト塗布現像装置１を開示する。【選択図】図１
2010245402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、
露光された前記レジスト膜を現像するレジスト現像部と、
前記レジスト現像部で現像されてパターン化された前記レジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒す溶剤気相供給部と、
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給する溶剤供給部と
を備えるレジスト塗布現像装置。
【請求項２】
前記溶剤気相供給部と前記溶剤供給部とが一の筐体内に組み込まれる、請求項１に記載のレジスト塗布現像装置。
【請求項３】
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部を更に備える、請求項１に記載のレジスト塗布現像装置。
【請求項４】
前記一の筐体内に、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部が更に組み込まれる、請求項２に記載のレジスト塗布現像装置。
【請求項５】
現像されてパターン化されたレジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒す溶剤気相供給部と、
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給する溶剤供給部と
を備えるレジスト膜処理装置。
【請求項６】
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部を更に備える、請求項５に記載のレジスト膜処理装置。
【請求項７】
基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、
前記レジスト膜を露光するステップと、
露光された前記レジスト膜を現像するステップと、
前記現像するステップで現像されてパターン化された前記レジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒すステップと、
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給するステップと
を含むレジスト塗布現像方法。
【請求項８】
前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱するステップを更に含む、請求項７に記載のレジスト塗布現像方法。
【請求項９】
前記第１の溶剤がアセトン、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）、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれかまたはこれらの組み合わせである、請求項７または８に記載のレジスト塗布現像方法。
【請求項１０】
前記レジスト膜のうちの前記第１の溶剤を吸収した部分に対する前記第２の溶剤の溶解性が、前記第１の溶剤を吸収していない部分に対する前記第２の溶剤の溶解性よりも高い、請求項７からのいずれか一項に記載のレジスト塗布現像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にレジスト膜を塗布し、露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成するレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法に関し、特に、レジストパターンを平滑化することにより、ライン幅ラフネスを低減することができるレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびレジスト膜処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に、より高い集積度を有する半導体集積回路を製造するため、更なる微細化が求められている。例えば、エッチングマスクの最小寸法（ＣＤ）は、現行の露光装置の露光限界を下回る３２ｎｍや２２ｎｍにまで達しつつある。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネルをこの程度の幅で形成する場合、レジストパターンのライン幅ラフネス（ＬＷＲ）が大きいと、ＦＥＴのしきい値電圧がばらつき、集積回路としての特性が悪化したり、正常に動作しなくなったりするという問題が生じる。
【０００３】
このような問題に対処するため、レジスト膜に溶剤気体を供給することによりレジスト膜の表面を処理する方法が開発されている（特許文献１）。この方法によれば、レジスト膜の表面が溶剤気体により溶解するため、レジスト膜表面の凹凸が平滑化され、ＬＷＲを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９９６９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法の更なる改善のために検討を重ねたところ、溶剤気体で溶解したレジストにより、レジスト膜のパターン形状が変形する可能性があることが判明した。具体的には、溶剤により溶解したレジストは、粘性を有してはいるものの、膨潤変化し、これにより垂れ下がるため、レジスト膜の側面が傾斜する傾向にある。言い換えると、例えばレジストパターンのライン部の断面形状は、矩形ではなく裾が広がったようになる場合がある。その結果、所望のライン幅より広くなったり、部分的に垂れ下がるとパターン形状が変形したりする。そうすると、下地層に所望の形状を転写できないこととなり、作製しようとする半導体デバイスの特性が悪化してしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情に照らして為され、レジストパターンのライン幅ラフネスをより低減することが可能なレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびレジスト膜処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、露光された前記レジスト膜を現像するレジスト現像部と、前記レジスト現像部で現像されてパターン化された前記レジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒す溶剤気相供給部と、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給する溶剤供給部とを備えるレジスト塗布現像装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様のレジスト塗布現像装置であって、前記溶剤気相供給部と前記溶剤供給部とが一の筐体内に組み込まれるレジスト塗布現像装置を提供する。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１の態様のレジスト塗布現像装置であって、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部を更に備えるレジスト塗布現像装置を提供する。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第２の態様のレジスト塗布現像装置であって、前記一の筐体内に、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部が更に組み込まれるレジスト塗布現像装置を提供する。
【００１１】
本発明の第５の態様は、現像されてパターン化されたレジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒す溶剤気相供給部と、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給する溶剤供給部とを備えるレジスト膜処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第６の態様は、第５の態様のレジスト膜処理装置であって、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱する加熱部を更に備えるレジスト膜処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の第７の態様は、基板上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、前記レジスト膜を露光するステップと、露光された前記レジスト膜を現像するステップと、前記現像するステップで現像されてパターン化された前記レジスト膜を、気相雰囲気下で、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第１の溶剤に晒すステップと、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜に、当該レジスト膜に対して溶解性を有する第２の溶剤を供給するステップとを含むレジスト塗布現像方法を提供する。
【００１４】
本発明の第８の態様は、第７の態様のレジスト塗布現像方法であって、前記第１の溶剤に晒された前記レジスト膜を加熱するステップを更に含むレジスト塗布現像方法を提供する。
【００１５】
本発明の第９の態様は、第７または第８の態様のレジスト塗布現像方法であって、前記第１の溶剤がアセトン、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）、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれかまたはこれらの組み合わせである、レジスト塗布現像方法を提供する。
【００１６】
本発明の第１０の態様は、第７から第９のいずれかのレジスト現像塗布方法であって、前記レジスト膜のうちの前記第１の溶剤を吸収した部分に対する前記第２の溶剤の溶解性が、前記第１の溶剤を吸収していない部分に対する前記第２の溶剤の溶解性よりも高いレジスト塗布現像方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施形態によれば、レジストパターンのライン幅ラフネスをより低減することが可能なレジスト塗布現像装置およびレジスト塗布現像方法、並びにレジスト膜処理装置およびレジスト膜処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のレジスト塗布現像装置の概略正面図である。
【図３】図１のレジスト塗布現像装置の概略背面図である。
【図４】図１のレジスト塗布現像装置に備わるレジスト膜処理装置を模式的に示す概略側面図である。
【図５】図４のレジスト膜処理装置を模式的に示す概略上面図である。
【図６】図４のレジスト膜処理装置に備わる溶剤供給ノズルを示す斜視図である。
【図７】図４のレジスト膜処理装置に備わるディスペンサを示す斜視図である。
【図８】図４のレジスト膜処理装置の変形例を模式的に示す概略側面図である。
【図９】本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法に従って行った第１の実験の結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法に従って行った第２の実験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるレジスト塗布現像装置１の構成を示す概略平面図であり、図２は、レジスト塗布現像装置１の概略正面図であり、図３は、レジスト塗布現像装置１の概略背面図である。
【００２１】
図１に示すように、レジスト塗布現像装置１は、カセットステーション２、処理ステーション３、およびインターフェイス部４を有している。
【００２２】
カセットステーション２は、例えば２５枚のウエハＷが収容されたカセットＣが載置される載置部６と、載置部６に載置されるカセットＣからウエハＷを取り出して、カセットＣと処理ステーション３との間でウエハＷを搬入出するウエハ搬送体７と、を有している。載置台６には、図中のＸ方向（カセットステーション２の長手方向）に沿って複数（例えば４つ）のカセットＣを載置することできる。ウエハ搬送体７は、カセットステーション２の載置部６と処理ステーション３との間に配置され、搬送路８に沿ってＸ方向に移動することができる。また、ウエハ搬送体７は、Ｙ方向、Ｚ方向（上下方向）、およびθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）に移動自在なウエハ搬送アーム７ａを有している。このような構成により、ウエハ搬送体７は、載置部６に載置されるカセットＣに選択的にアクセスして、カセットＣ内にＺ方向に多段に収容されるウエハＷを順次取り出すことができ、取り出したウエハＷを処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３（後述）へ搬送することができる。また、ウエハ搬送体７は、ウエハＷの位置合わせを行うアライメント機能を有していると好ましい。
【００２３】
処理ステーション３では、その略中心部に主搬送装置１３が設けられており、この主搬送装置１３の周辺には４つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が配置されている。これらの処理装置群は、後述するように、多段に配置された種々の処理装置を有している。第１の処理装置群Ｇ１および第２の処理装置群Ｇ１は、主搬送装置１３に対して＋Ｘ方向側に配置されている。また、第３の処理装置群Ｇ３および第４の処理装置群Ｇ４は、主搬送装置１３のＹ方向に沿った両側に配置されている。具体的には、第３の処理装置群Ｇ３はカセットステーション２に隣接して配置され、第４の処理装置群Ｇ４はインターフェイス部４に隣接して配置されている。
【００２４】
主搬送装置１３は、これらの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に配置されている各種処理装置（後述）およびレジスト膜処理装置１００（後述）に対して、ウエハＷを搬入出することができる。
【００２５】
第１の処理装置群Ｇ１および第２の処理装置群Ｇ２は、例えば図２に示すようにウエハ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１７と、レジスト塗布装置１７の上方に配置され、露光されたレジスト膜を現像する現像処理装置１８とを有している。
【００２６】
第３の処理装置群Ｇ３は、例えば図３に示すように、ウエハＷを冷却するクーリング装置３０と、ウエハＷに対するレジスト液の定着性を高めるためのアドヒージョン処理が行われるアドヒージョン装置３１と、ウエハＷの受け渡しを行うエクステンション装置３２と、ウエハＷに塗布されたレジスト液中の溶剤を蒸発させるベーキング処理が行われるプリベーキング装置３３、３４と、予備のベーキング装置３６と、現像されたレジスト膜を加熱するポストベーキング処理が行われるポストベーキング装置３６、とを下から順に有している。
【００２７】
第４の処理装置群Ｇ４は、例えば図３に示すように、クーリング装置４０と、ウエハＷを自然冷却するエクステンション・クーリング装置４１と、主搬送装置１３とウエハ搬送体５０（後述）との間におけるウエハＷの受け渡しが行われるエクステンション装置４２と、クーリング装置４３と、露光されたレジスト膜を加熱するポストエクスポージャーベーキング装置４４、４５と、予備のベーキング装置４６と、ポストベーキング装置４７とを下から順に有している。
【００２８】
なお、処理装置群の数および配置、各処理装置群に配置される処理装置の数、種類および配置は、当該レジスト塗布現像装置１において行われる処理や製造されるデバイスの種類により任意に選択して良い。
【００２９】
続いて、図４から図６を参照しながら、レジスト処理装置１００について説明する。レジスト処理装置１００においては、後述するように、パターン化（露光および現像）されたレジスト膜に溶剤気体を供給することにより、レジスト膜の表面（上面および側面）を平滑化する平滑化処理と、溶剤気体により溶解し膨潤したレジスト部分をレジスト剥離液等により除去する除去処理（スリミング処理）と、除去されたレジストや剥離液等をリンスする水洗処理とが行われる。
【００３０】
図４および図５に示すように、レジスト処理装置１００は、筐体１００ａ内のほぼ中央部に設けられるカップ７０と、カップ７０内に配置されるチャック６０と、チャック６０に保持されるウエハＷの表面に剥離液等を供給するディスペンサ７７と、当該ウエハＷ上のレジスト膜に溶剤気体に供給する溶剤供給ノズル８３とを有している。また、図５を参照すると、筐体１００ａには、ウエハＷの搬入出のため、主搬送装置１３によるウエハＷの通過を許容する搬送口１００ｂと、搬送口１００ｂを開閉する開閉扉１００ｃとが設けられている。
【００３１】
カップ７０は、図４に示すように、アウターカップ７０ａ、インナーカップ７０ｂ、およびベース７０ｃを有している。アウターカップ７０ａは、ウエハＷ上に供給され、ウエハＷの回転により飛散する剥離液等やそのミストを受けてレジスト処理装置１００の外に排出する。インナーカップ７０ｂは、アウターカップ７０ａで跳ね返る剥離液等やウエハＷから流れ落ちる剥離液等を受ける。
【００３２】
アウターカップ７０ａとインナーカップ７０ｂは、ベース７０ｃによってほぼ同心円状に配置される。ベース７０ｃの底部には、ドレインポート７５ａと、排気ポート７５ｂとが設けられている。ドレインポート７５ａは、剥離液等を排出するドレイン管７５ｃに接続され、アウターカップ７０ａおよびインナーカップ７０ｂから流れ落ちる剥離液等を外部へ排出する。排気ポート７５ｂの上端は、ベース７０ｃの底部に溜まる剥離液等を吸引しないようにベース７０ｃの底部よりも上方に延びており、排気ポート７５ｂの下端は排気システム（図示せず）に繋がる排気管５１に接続されている。排気システムにより、アウターカップ７０ａと後述するチャック６０との間に形成される環状の吸入口７４から、アウターカップ７０ａとインナーカップ７０ｂの間を通って排気ポート４５ｂに至り、排気管５１を通して排気されるような空気の流れが形成される。これにより、溶剤気体ならびに剥離液等から蒸発する溶媒およびミストが排気される。
【００３３】
カップ７０の中央部には、ウエハＷを保持し回転するチャック６０が設けられている。チャック６０は、ウエハＷを保持するウエハ保持部６０ａと、ウエハ保持部６０ａを支持する支柱６０ｂとを有している。保持部６０は、ほぼ水平となるように支持され、平坦な上面を有し、直径とほぼ同じ直径を有している。ウエハ保持部６０ａには上面に開口した複数の吸引口（図示せず）が設けられており、これらの吸引口を通してウエハＷを吸引することによりウエハＷがウエハ保持部６０ａの上面に保持される。また、チャック６０の支柱６０ｂは、駆動部６１に結合されている。駆動部６１によりチャック６０は回転することができ、上下に移動可能である。チャック６０の上下動により、主搬送装置１３との間でウエハＷが受け渡される。
【００３４】
チャック６０のウエハ保持部６０ａ内には、例えば、ペルチェ素子６２が内蔵されている。ペルチェ素子６２は、ウエハ保持部６０ａ内において偏りなく均等に配置されている。ペルチェ素子６２の電源６３は、温度制御部６４によって制御されている。この温度制御部６４によりペルチェ素子６２への給電量を変えることによってペルチェ素子６２の温度を調整し、チャック６０のウエハ保持部６０ａの温度を所定の温度に設定できる。なお、本実施の形態においては、ペルチェ素子６２、電源６３および温度制御部６４によって温度調節機構が構成されている。
【００３５】
図５を参照すると、レジスト処理装置１００内において、カップ７０の−Ｘ方向側には、Ｙ方向に沿って延びるレール８０が設けられている。レール８０の一端はカップ７０の−Ｙ方向側に位置し、他端はカップ７０の＋Ｙ方向側に位置している。レール８０上には、例えばリニアモータを含む駆動部８２が往復可能に配置されており、駆動部８２にはアーム８１が取り付けられている。アーム８１の先端には、ウエハＷに溶剤気体を吐出するノズルとしての溶剤供給ノズル８３が取り付けられている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、駆動部８２により駆動されて、チャック６０上を通過するように移動できる。また、溶剤供給ノズル８３の移動は、例えば駆動部８２の動作を制御する駆動制御部８４により制御されており、この駆動制御部８４によって、溶剤供給ノズル８３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８２は、例えばアーム８１を上下動させるシリンダなどを備え、溶剤供給ノズル８３の高さを調整することができる。
【００３６】
溶剤供給ノズル８３はＸ方向に沿った細長形状を有しており、溶剤供給ノズル８３の一端（アーム８１との取り付け部）は、チャック６０のウエハ保持部６０ａの−Ｘ方向側に位置し、他端はウエハ保持部６０ａの＋Ｘ方向側に位置している。また、図６に示すように、溶剤供給ノズル８３の下面には、長手方向の一端から他端に亘って吐出部８５が形成されている。吐出部８５には、溶剤供給ノズル８３の長手方向に沿って、吐出部８５の下面に開口する複数の吐出口８６が形成されている。これらの吐出口８６は、溶剤供給ノズル８３の内部の導管に連通し、この導管は、溶剤供給ノズル８３の上部に接続される溶剤供給管８８と連通している。溶剤供給管８８は、図４に示すように溶剤気体供給源８７に接続されている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体供給源８７からの溶剤気体を溶剤供給管８８から導入し、導入した溶剤気体を下面の吐出口８６から下方に向けて均等に吐出できる。
【００３７】
図４に示すように、溶剤気体供給源８７は、例えば溶剤供給管８８に接続され液体溶剤が貯留された貯留タンク９０と、貯留タンク９０内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管９１を備えている。キャリアガス供給管９１から貯留タンク９０の液体溶剤内にキャリアガスを供給すること（バブリングすること）によって溶剤の蒸気を含むキャリアガス（以下、溶剤気体という）を溶剤供給管８８内に圧送することができる。これにより、溶剤気体が溶剤供給管８８を通って溶剤供給ノズル８３に供給される。貯留タンク９０内に貯留される溶剤（第１の溶剤）としては、現像されてパターン化されたレジスト膜に対して溶解性を有する溶剤を使用することができる。具体的には、この溶剤は、例えばアセトン、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）、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれかであって良く、これらの混合液であっても良い。また、上述のキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスや窒素ガスを利用することができる。
【００３８】
また、溶剤供給管８８には、溶剤気体の流量を検出する流量センサ９２と、流量を調節するバルブ９３が設けられている。流量センサ９２で検出された検出結果は、流量制御部９４に出力され、流量制御部９４は、当該検出結果に基づいてバルブ９３の開閉度を調整することにより、溶剤供給ノズル８３へ供給する溶剤気体の流量を調整することができる。
【００３９】
ディスペンサ７７は、ウエハＷ上のパターン化されたレジスト膜に剥離液等（第２の溶剤）を供給する。ディスペンサ７７は、図７に示すように、下端において駆動部７８に取り付けられている。ディスペンサ７７は、駆動部７８により回動可能であり、図５に点線で示す待機位置と、実線で示す供給位置とに配置され得る。また、ディスペンサ７７および駆動部７８は、駆動部７８の下端からディスペンサ７７の先端に至る２本の内部導管（図示せず）を有しており、一の内部導管を通して剥離液等を吐出することができ、他の内部導管を通して洗浄用の純水や脱イオン水を吐出することができる。このような構成により、ディスペンサ７７は、ウエハＷに対して剥離液等と純水等を供給することができる。剥離液等は、使用するレジストに対する溶解度を有する液体であれば良い。具体的には、コリン水溶液（トリメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液）やＫＯＨ溶液などであって良い。また、剥離液の代わりに現像液を用いても良く、溶剤気体用の溶剤と同じものであっても構わない。
【００４０】
なお、剥離液等（第２の溶剤）として、レジスト膜表面の溶剤気体を吸収して溶解し膨潤した部分に対して比較的高い溶解性を有し、かつ、吸収していない部分に対して低い溶解性を有するものを選択すると好ましい。このようにすれば、溶剤気体により溶解し膨潤した部分を選択的に除去することができる。
【００４１】
次に、本実施形態による、レジスト膜処理装置１００を備えるレジスト塗布現像装置１の動作（レジスト塗布現像装置１におけるレジスト膜処理方法）について説明する。
【００４２】
先ず、ウエハ搬送体７（図１）によって、カセットＣから未処理のウエハＷが１枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３のエクステンション装置３２（図３）に搬送される。次にウエハＷは、主搬送装置１３によって第３の処理装置群Ｇ３のアドヒージョン装置３１に搬入され、ウエハＷに対するレジスト液の密着性を向上させるため、ウエハＷに例えばＨＭＤＳが塗布される。次に、ウエハＷはクーリング装置３０に搬送され、所定の温度に冷却された後、レジスト塗布装置１７に搬送される。レジスト塗布装置１７では、ウエハＷ上にレジスト液が回転塗布されてレジスト膜が形成される。
【００４３】
レジスト膜が形成されたウエハＷは、主搬送装置１３によってプリベーキング装置３３に搬送され、ウエハＷに対してプリベーキングが行われる。次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３によりエクステンション・クーリング装置４１に搬送されて冷却される。さらに、ウエハＷは、ウエハ搬送体５０によって、周辺露光装置５１、露光装置５に順次搬送され、各装置で所定の処理が行われる。露光装置５において、所定のフォトマスクを用いて露光処理が行われ、レジスト膜に所定のパターンを有する潜像が転写される。露光処理の後、ウエハＷは、ウエハ搬送体５０により第４の処理装置群Ｇ４のエクステンション装置４２に搬送される。
【００４４】
そして、そのウエハＷは、主搬送装置１３によって、ポストエクスポージャーベーキング装置４４に搬送されてポストエクスポージャーベーキングが行われ、続けてクーリング装置４３に搬送されて冷却される。次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３により、第１の処理装置群Ｇ１または第２の処理装置群Ｇ２の現像処理装置１８に搬送され、ここで、ウエハＷに対して現像処理が行われる。これにより、ウエハＷ上にはパターン化されたレジスト膜（レジストマスク）が形成される。
【００４５】
現像処理が終了したウエハＷは、主搬送装置１３により、レジスト膜処理装置１００（図４および図５）に搬送される。レジスト膜処理装置１００に搬送されたウエハＷは、先ず予め所定の設定温度、例えば常温の２３℃に維持されたチャック６０のウエハ保持部６０ａに保持される。このとき、排気システムによりカップ７０内の排気が行われており、これにより、レジスト膜処理装置１００内はパージされている。また、この時点では、ディスペンサ７７はホームポジションに位置している。
【００４６】
所定時間が経過し、ウエハＷの温度が２３℃に調節されると、溶剤供給ノズル８３が図５の矢印Ａに示すように−Ｙ方向に移動し始める。溶剤供給ノズル８３がカップ７０の外方からウエハ保持部６０ａの一端の上方に到達すると、例えばカップ７０の排気が一旦停止され、溶剤供給ノズル８３から一定流量の溶剤気体が吐出口８６から吐出され始める。この後、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体を吐出しながら、一定速度でウエハＷの他端側（−Ｙ方向）に移動し、これにより、ウエハＷ上のパターン化されたレジスト膜が溶剤気体に晒される。そして、溶剤供給ノズル８３がウエハ保持部６０ａの−Ｙ方向側の端の上方まで移動すると、折り返してウエハＷの他端から一端に（＋Ｙ方向に）移動する。こうして、溶剤供給ノズル８３がウエハＷ上を往復移動し、ウエハＷ上のレジスト膜の表面に溶剤気体が供給される。
【００４７】
レジスト膜が溶剤気体に晒されると、レジスト膜の表面（側面、上面）に溶剤気体が取り込まれ、レジスト膜の表面が溶解し膨潤する。また、溶解により流動性を有することとなったレジストが、レジスト膜の側面に沿って垂れ下がり、側面が傾斜する。なお、溶剤供給ノズル８３の移動速度、溶剤気体の供給量などは、レジスト膜の表面のみが溶解するように予備実験等を通して決定すると好ましい。
【００４８】
溶剤供給ノズル８３が往復移動し終えると、溶剤気体の供給が停止され、カップ７０の排気が再開される。
【００４９】
続いて、ディスペンサ７７がホームポジションから回動して、その先端部がウエハＷの中央の上方に位置する。そして、ディスペンサ７７はウエハＷ上に所定量の剥離液等を供給し、ホームポジションへ戻る。供給された剥離液等はウエハＷの全面に広がり、剥離液等の表面張力によりウエハＷの全面が剥離液等の液層で覆われる。このまま所定の時間（レジスト膜の表面の膨潤した部分が溶けるのに要する時間）が経過した後、ディスペンサ７７が回動して、先端部がウエハＷの中央の上方に位置し、純水等をウエハＷに供給し始める。また、純水等の供給に合わせてチャック６０が回転を開始する。ウエハＷの回転と供給される純水等とにより、ウエハＷ上を覆っていた剥離液等による液層が外方へ押し流され、ウエハＷ上の剥離液等および剥離液等に溶け出したレジストが洗い流される。所定の期間、純水等の供給とウエハＷの回転とを行った後、ディスペンサ７７からの純水等の供給を停止し、ディスペンサ７７をホームポジションへ戻すとともに、ウエハＷの回転数を上げてウエハＷをスピン乾燥する。以上により、レジスト膜処理が終了する。
【００５０】
その後、ウエハＷは、チャック６０のウエハ保持部６０ａから主搬送装置１３に受け渡され、主搬送装置１３により第４の処理装置群Ｇ４のポストベーキング装置４７に搬送されて、ここで、ポストベーキングが行われる。このベーキングにより、ウエハＷに残留する微量の剥離液等や純水等が蒸発し、パターン化されたレジスト膜が硬化し、また、レジスト膜のエッチング耐性の低下が防止される。
【００５１】
次いで、ウエハＷは、主搬送装置１３により第４の処理装置群Ｇ４のクーリング装置３０に搬送されて冷却され、その後、エクステンション装置３２を介してもとのカセットＣに戻される。以上により、一枚のウエハＷに対するレジスト膜処理を含む一連のレジスト塗布現像方法が終了する。
【００５２】
以上説明したように、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像方法によれば、パターン化されたレジスト膜のうち溶剤気体により溶解し膨潤した部分が、剥離液等により除去されるため、溶解し膨潤した部分による、レジスト膜の側面の裾引きを解消することができる。このため、このレジスト膜を用いて下地層をエッチングすれば、所望のパターンを下地層に転写することができる。
【００５３】
また、溶剤気体によりレジスト膜の表面が溶解し膨潤するため、膨潤した部分で生じる表面張力によって、パターン化されたレジスト膜の側面の凹凸を平滑化することができ、その結果、ＬＷＲが低減される。
【００５４】
さらに、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置は、溶剤供給ノズル８３等により、溶剤気体をウエハＷの全面に対して均一に供給することができ、ディスペンサ７７等により、溶剤気体によって溶解し膨潤した部分を剥離液等により除去し、純水等により水洗することができる。すなわち、一連のプロセスを一つの装置内で連続して行うことができるため、スループットの大きな低減を防止することができる。
【００５５】
また、本発明の実施形態の他の特徴としては、パターン化されたレジスト膜をスリミングできることが挙げられる。スリミング（シュリンクまたはトリミングと呼ばれる場合がある）は、現行の露光装置の露光限界を下回る線幅を実現するため、レジスト膜のパターンを細くする方法であり、例えば、パターン化されたレジスト膜を酸素プラズマに晒してレジストを灰化することにより実現される。酸素プラズマによるスリミングでは、レジスト塗布現像装置においてレジストマスクを形成した後、ウエハをエッチング装置（アッシャー）へ搬入する必要があり、ウエハの搬入出の手間がかかる。また、どの程度細くするか（スリミング量）は、レジスト膜を酸素プラズマに晒す時間によって制御されるため、レジスト膜のパターンが細くなりすぎたり、レジスト膜がすべて除去されたりする虞がある。
【００５６】
また、酸素プラズマの代わりに、オゾン水、およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの有機溶剤を用いたスリミング方法が、特許文献２に記載されている。この方法は、レジスト膜のパターン化の後に、オゾン水や有機溶剤によりレジスト膜をエッチングしてレジストパターンをスリミングし、洗浄し、乾燥し、ポストベークを行うといったステップを含んでいる。
【００５７】
しかし、オゾン水や有機溶剤によるスリミングにおいても、スリミング量は基本的にスリミング時間により制御されるため、レジスト膜のパターンが細くなりすぎたり、レジスト膜がすべて除去されたりするのを防止するのは難しい。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、パターン化されたレジスト膜に対して溶剤気体を供給することにより、レジスト膜の表面を溶解し、その後に、溶解したレジストを剥離液等により除去しているため、レジストパターンを細くすることができる。しかも、剥離液等として、レジスト膜表面の溶剤気体により溶解し膨潤した部分に対して比較的高い溶解性を有し、かつ、膨潤していない部分に対して低い溶解性を有するものを選択すれば、溶剤気体により溶解し膨潤した部分を選択的に除去することができるため、セルフリミティング効果が奏される。このため、レジスト膜のパターンが細くなりすぎたり、レジスト膜をすべて除去したりするのを防止することができる。
【００５９】
また、本発明の実施形態によるレジスト膜処理装置１００によれば、これを備えるレジスト塗布現像装置において行われる一連のレジスト塗布／露光／現像プロセスの過程でスリミング工程を行うことができるため、例えば酸素プラズマによるスリミングで必要となるプラズマ装置へのウエハの搬入出が不要となり、スリミングの効率化を図ることができる。
【００６０】
＜レジスト膜処理装置の変形例＞
次に、本発明の実施形態によるレジスト膜処理装置の変形例について、図８を参照しながら説明する。
【００６１】
図８に示すように、この変形例によるレジスト膜処理装置１０１は、上述のレジスト膜処理装置１００に比べ、チャック６０により保持されるウエハＷを加熱するためのランプ加熱部９５が設けられている点で相違し、その他の構成の点で同一である。
【００６２】
ランプ加熱部９５は、レジスト膜処理装置１０１の筐体１００ａのチャック６０の上方に形成された開口部に対してシール部材を介して気密に設けられる窓９５ａと、窓９５ａの上方に配置される複数のランプ９５ｂと、窓９５ａおよびランプ９５ｂを覆うケーシング９５ｃとを有している。窓９５ａは、ランプ９５ｂからの光を透過する透明な材料により形成され、具体的には、石英ガラスにより形成されると好ましい。ランプ９５ｂは、例えば、石英管の中に電熱線が封入されたヒータエレメントで構成することができる。電熱線は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、並びにモリブデン、タングステンおよびタンタルなどの金属で作製されると好ましい。また、電熱線は石英管中に真空封入されて良く、また、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスやＮ２ガスの雰囲気中に封入されていて良い。さらに、ランプ９５ｂは、電熱線が石英管中に挿入されており、石英管内がＨｅやＡｒなどの不活性ガスやＮ２ガスでパージされるような構成を有しても良い。また、ケーシング９５ｃの内面にはランプ９５ｂからの光を反射してウエハＷに照射するリフレクタ（図示せず）を有していると好ましく、ケーシング９５ｃの温度上昇を防止するため、ケーシング９５ｃの内部に導管を設けて冷媒を流すようにしても良い。また、レジスト膜処理装置１０１の筐体１００ａの天井部には、図示しないビューポートを設け、これを通して放射温度計によりウエハＷの温度をモニタすると好ましい。さらに、放射温度計から信号を入力し、これに基づいてランプ９５ｂの電源（図示せず）を制御して、ウエハＷを所定の温度に加熱するための温調器（図示せず）を備えるとなお好ましい。
【００６３】
このように構成されたレジスト膜処理装置１０１においては、例えば、ウエハＷに対して溶剤気体を供給した後、このウエハＷをランプ加熱部９５によって所定の時間例えば約７０℃から約１３０℃に加熱することができ、この後、上述のように、ウエハＷ上にディスペンサ７７から剥離液を供給し、水洗およびスピン乾燥をすることができる。溶剤気体の供給と剥離液等の供給との間でウエハＷを加熱することにより、ウエハＷに付着した溶剤が蒸発して、ウエハＷおよびウエハＷ上のパターン化されたレジスト膜が乾燥されるとともに、レジスト膜の膨潤していた部分が収縮することによって平滑化が促進され、また、レジスト膜のエッチング耐性の低下が防止される。さらに、この加熱により、スリミング量が増大する傾向にあることが分かっている。これは、レジスト膜の表面に取り込まれた（または表面に付着した）溶剤が加熱により深くまで拡散したためと考えられる。
【００６４】
なお、スピン乾燥の後に、ランプ加熱部９５によりウエハＷを加熱し、確実に乾燥するようにしても良い。
【００６５】
＜実験例＞
次に、本発明の実施形態によるレジスト塗布処理方法の効果を確認するために行った実験および実験結果について説明する。この実験は、上述のレジスト膜処理装置１００を含むレジスト塗布現像装置１を用い、上述のレジスト膜処理方法に従ってライン・アンド・スペース・パターンを有するレジスト膜を形成し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより行った。
【００６６】
（実験１）
実験１として、溶剤気体の供給まで行ったウエハ上のレジスト膜と、剥離液等の供給まで行ったウエハ上のレジスト膜とを比較した。その結果を図９に示す。図９（ａ）は、溶剤気体を供給した後のレジスト膜（レジストパターンのライン部）の断面を示し、図９（ｂ）は、剥離液等を供給した後のレジスト膜（レジストパターンのライン部）の断面を示している。両図において特に矢印で示した断面形状に着目すると、溶剤気体を供給したことにより、レジスト断面は釣り鐘形状を呈しているが、剥離液等を供給した後には、上部が丸まっているものの、ほぼ矩形となっている。すなわち、溶剤気体により溶解した部分が垂れ下がったため釣り鐘形状となっていたが、垂れ下がった部分が剥離液等により除去され、矩形となっていることが分かる。
【００６７】
（実験２）
実験２として、４枚のウエハを用意し、これらに対して現象処理までの手順を行ってレジストパターンを形成した。ここで、比較のためのサンプルとして１枚のウエハをレジスト塗布現像装置１から取り出した（便宜上、このウエハをウエハａと記す）。次いで、残りの３枚のウエハのうちの１枚をレジスト膜処理装置１００へ搬送して溶剤気体に晒した後、剥離液等を供給することなく取り出した（ウエハｂと記す）。また、残りの２枚のウエハのうちの１枚をレジスト膜処理装置１００へ搬送して溶剤気体に晒し、剥離液等を供給し、水洗し、乾燥してから、取り出した（ウエハｃ）。残りの１枚については、レジスト膜処理装置１００へ搬送した後、溶剤気体に晒すことなく剥離液等を供給した（ウエハｄ）。
【００６８】
これらの結果を図１０に示す。図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、ウエハａからウエハｄ上のライン・アンド・スペース・パターンの上面のＳＥＭ像をそれぞれ示している。また、これらから求めた平均ライン幅と平均ＬＷＲを以下の表に示す。
【００６９】
【表１】
2010245402.tif 000003
現像処理まで行ったウエハａにおいてはＬＷＲが１０．６ｎｍであったのに対し、現像処理後、溶剤気体に晒したウエハｂにおいてはＬＷＲが８．０ｎｍと２０％以上改善されていることが分かる。また、溶剤気体による処理の後、剥離液等による処理を行ったウエハｃにおいてＬＷＲは９．２ｎｍとなっており、ウエハｂほどではないが、ウエハａに比べて１０％を超える改善が認められる。一方、溶剤気体による処理を行わずに剥離液等による処理のみを行ったウエハｄにおいては、ＬＷＲは１０．０ｎｍであり、ウエハａに対する改善はほとんど見られない。これらの結果から、ＬＷＲの改善効果は主として溶剤気体により奏されるということができる。
【００７０】
また、剥離液による処理まで行ったウエハｃでは、ライン幅が１０４．９ｎｍとなっており、現像処理までのウエハａにおけるライン幅（１２８．５ｎｍ）に比べて約１８％細くなっていることが分かる。溶剤気体による処理を行わずに剥離液等による処理のみを行ったウエハｄにおいてライン幅が１２０．４ｎｍとなっていることから、スリミングの効果は、溶剤気体により溶解し膨潤した部分が剥離液により除去されることにより奏されると考えられる。
【００７１】
以上の結果から、本発明の実施形態による効果が理解される。
【００７２】
なお、実験１および２において使用した溶剤気体用の溶剤はＮＭＰであり、剥離液等は、露光後の現像処理に用いた現像液と同一のものを使用した。また、実験１および実験２ではＫｒＦ用レジストを用いたが、ＡｒＦ用レジストを用いても同様の効果が得られることが確認された。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形することが可能である。
【００７４】
例えば、上記の説明では、レジスト膜処理装置１００において、ウエハＷ上のパターン化されたレジスト膜に溶剤気体を供給し、ディスペンサ７７を用いてウエハＷに剥離液等を供給したが、溶剤気体の供給の後に主搬送装置１３によりウエハＷを現像処理装置１８へ搬送し、現像処理装置１８において、レジスト膜の表面の膨潤した部分を除去するようにしても良い。この場合、レジスト膜処理装置１００は、溶剤供給ノズル８３等の溶剤気体を供給するための構成を有していなくても良い。
【００７５】
また、レジスト膜処理装置１００の代わりに、現像されてパターン化されたレジスト膜を溶剤気体に晒すための溶剤気体供給チャンバと、溶剤気体により溶解し膨潤した部分を剥離液等により除去するための液体処理部とをレジスト塗布現像装置１に設けても良い。これによれば、溶剤気体供給チャンバにおいて、レジスト膜を溶剤気体に晒し、そのウエハを溶剤気体供給チャンバから液体処理部へ搬送し、液体処理部において、ウエハに対して剥離液等を供給することができる。また、溶剤気体供給チャンバから液体処理部へ搬送する途中で、例えば第３の処理装置群Ｇ３のベーキング装置３６または第４の処理装置群Ｇ４のベーキング装置４４，４５において、気体溶剤に晒されたレジスト膜をベーキングしても良い。
【００７６】
なお、溶剤気体供給チャンバは、減圧雰囲気下で溶剤気体を供給できるように構成して良い。これによれば、溶剤気体が溶剤気体供給チャンバの外へ流出することがなく、レジスト塗布現像装置１内の雰囲気が溶剤により汚染されるのを防止することができる。また、減圧雰囲気下であれば、溶剤気体に代わり（バブリングに代わり）、溶剤気体供給チャンバに挿入されたノズル、または溶剤気体供給チャンバに形成された微小開口を通して溶剤を減圧雰囲気中へ導入することにより、ウエハに対して溶剤を噴霧しても良い。
【００７７】
また、レジスト膜処理装置１００では、バブリングにより溶剤気体を生成し、これを溶剤供給ノズル８３からウエハＷに供給するようにしたが、例えば超音波アトマイザーを用いて溶剤（第１の溶剤）のミストを生成し、生成したミストをウエハＷに供給するようにしても良い。
【００７８】
また、レジスト膜処理装置１００，１０１は、レジスト塗布現像装置１内に配置されることなく、単独に配置されても良い。
【００７９】
また、レジスト膜が形成される基板としては、半導体ウエハだけでなく、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用基板であっても良く、本発明の実施形態によるレジスト塗布現像装置および方法、並びにレジスト膜処理装置をＦＰＤの製造のために使用して良い。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・レジスト塗布現像装置、２・・・カセットステーション、３・・・処理ステーション、４・・・インターフェイス部、５・・・露光装置、７・・・ウエハ搬送体、１３・・・主搬送装置、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４・・・処理装置群、６０・・・チャック、７０・・・カップ、８３・・・溶剤供給ノズル、７７・・・ディスペンサ、８７・・・溶剤気体供給源、９５・・・ランプ加熱部、１００，１０１・・・レジスト膜処理装置。
【図１】
2010245402.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010245402.tif 000009
【図７】
2010245402.tif 000010
【図８】
2010245402.tif 000011
【図９】
2010245402.tif 000012
【図１０】
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