(57)【要約】【課題】露光工程においてレジスト膜から発生するアウトガスの量を低減して、レジスト膜の適正なパターニングを実現可能なレジスト処理装置を提供する。【解決手段】開示するレジスト処理装置１０は、基板Ｗに形成されたレジスト膜に対して処理を行うレジスト処理装置１０であって、内部を真空に維持することができる処理容器１２と、処理容器１２内に設けられ、レジスト膜が形成された基板Ｗが載置される載置台１４と、化学的に不活性な第１のガスおよび第２のガスを含む混合ガスを所定の流量にて載置台１２に向けて噴出するガス供給部１６と、ガス供給部１６から所定の流量で噴出される混合ガスが処理容器内で分子線になり得る真空度に処理容器１２を排気することが可能な排気部１８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されたレジスト膜に対して処理を行うレジスト処理装置であって、
内部を真空に維持することができる処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、レジスト膜が形成された基板が載置される載置台と、
化学的に不活性な第１のガスおよび第２のガスを含む混合ガスを所定の流量にて前記載置台に向けて噴出するガス供給部と、
前記ガス供給部から前記所定の流量で噴出される前記混合ガスが前記処理容器内で分子線になり得る真空度に前記処理容器を排気することが可能な排気部と、
を備えるレジスト処理装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２のガスが希ガスである、請求項１に記載のレジスト処理装置。
【請求項３】
前記第１のガスがヘリウムガスであり、前記第２のガスがキセノンガスである、請求項２に記載のレジスト処理装置。
【請求項４】
前記レジスト膜が化学増幅型レジスト膜である、請求項１から３のいずれか一項に記載のレジスト処理装置。
【請求項５】
前記基板の通り抜けを許容する２つのバルブを有し、当該２つのバルブの一方を介して前記処理容器に接続するロードロック室を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のレジスト処理装置。
【請求項６】
基板上にレジスト膜を塗布するレジスト塗布部と、
前記レジスト膜に対して処理を行うレジスト処理装置であって、請求項１から５のいずれ一項に記載のレジスト処理装置と、
前記処理が行われ、露光処理が行われたレジスト膜を現像する現像部と、
を備えるレジスト塗布現像装置。
【請求項７】
前記基板上に塗布されたレジスト膜を加熱するプリベーク部を更に備える、請求項６に記載のレジスト塗布現像装置。
【請求項８】
レジスト膜が形成された基板を処理容器内に設けられた載置台に載置するステップと、
前記処理容器内に分子線を形成することができるように前記処理容器内を排気するステップと、
化学的に不活性な第１のガスおよび第２のガスを含む混合ガスを前記処理容器内に噴出して分子線を形成し、当該分子線を前記載置台に載置される基板に照射するステップと、
を含むレジスト処理方法。
【請求項９】
前記第１および前記第２のガスが希ガスである、請求項８に記載のレジスト処理方法。
【請求項１０】
前記第１のガスがヘリウムガスであり、前記第２のガスがキセノンガスである、請求項９に記載のレジスト処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成されたレジスト膜を処理するレジスト処理装置、レジスト塗布現像装置、およびレジスト処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路パターンの更なる微細化を実現するため、極紫外域光を露光光として用いる極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィが検討されている。ＥＵＶリソグラフィにおいては、例えば化学増幅型レジスト膜に真空中で極紫外線を照射することにより、当該レジスト膜が露光される。
【０００３】
このようにＥＵＶリソグラフィでは極紫外線の照射は真空に維持された露光チャンバ内で行われるため、レジスト膜からのアウトガスが発生し易く、アウトガスによりフォトマスクや反射光学系が汚染されてしまう場合がある。このような汚染が生じると、露光光が散乱されたり、露光光の強度が減少したりするため、レジスト膜を所望のパターンとなるように露光することができない結果となる。特に、９０ｎｍ以降の微細パターンで問題視されているＬＥＲ（Line Edge Roughness）を低減するためには、まず、露光装置の汚染による露光誤差を解消することが重要となる。
【０００４】
アウトガスの低減のため、レジスト膜をプリベークした後に、レジスト膜に電子線、紫外線、または遠紫外線を照射してレジスト膜中の残存溶媒を揮発させることにより、露光装置内でのアウトガスを低減する方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３８１６００６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらのエネルギー線を照射するためには、大がかりな装置が必要となる場合がある。このため、レジストトラックや露光装置が高価になり、またフットプリントが大きくなって、結果として半導体デバイスの製造コストの上昇を招く可能性がある。また、そのようなエネルギー線により、レジストの特性が劣化する可能性もある。さらに、フォトリソグラフィ工程の前までに半導体ウエハに作り込まれた構造に悪影響を及ぼす可能性も否定できない。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされ、露光工程においてレジスト膜から発生するアウトガスの量を低減して、レジスト膜の適正なパターニングを実現可能なレジスト処理装置、レジスト塗布現像装置、およびレジスト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】
上記の目的を実現するため、本発明の第１の態様は、基板に形成されたレジスト膜に対して処理を行うレジスト処理装置であって、内部を真空に維持することができる処理容器と、処理容器内に設けられ、レジスト膜が形成された基板が載置される載置台と、化学的に不活性な第１のガスおよび第２のガスを含む混合ガスを所定の流量にて載置台に向けて噴出するガス供給部と、ガス供給部から所定の流量で噴出される混合ガスが処理容器内で分子線になり得る真空度に処理容器を排気することが可能な排気部と、を備えるレジスト処理装置を提供する。
【０００８】
上記の第１および第２のガスは希ガスであると好適である。また、第１のガスはヘリウムガスであり、第２のガスはキセノンガスであって良い。さらに、上記のレジスト膜は化学増幅型レジスト膜であると好ましい。
【０００９】
また、上記のレジスト処理装置は、基板の通り抜けを許容する２つのバルブを有し、当該２つのバルブの一方を介して上記の処理容器に接続するロードロック室を更に備えると有用である。
【００１０】
本発明の第２の態様は、基板上にレジスト膜を塗布するレジスト塗布部と、このレジスト膜に対して所定の処理を行うレジスト処理装置であって、請求項１から５のいずれ一項に記載のレジスト処理装置と、上記の所定の処理が行われ、露光処理が行われたレジスト膜を現像する現像部と、を備えるレジスト塗布現像装置を提供する。
【００１１】
上記のレジスト塗布現像装置は、基板上に塗布されたレジスト膜を加熱するプリベーク部を更に備えると好ましい。
【００１２】
本発明の第３の態様は、レジスト膜が形成された基板を処理容器内に設けられた載置台に載置するステップと、処理容器内に分子線を形成することができるように処理容器内を排気するステップと、化学的に不活性な第１のガスおよび第２のガスを含む混合ガスを処理容器内に噴出して分子線を形成し、当該分子線を載置台に載置される基板に照射するステップと、を含むレジスト処理方法を提供する。
【００１３】
上記の第１および第２のガスは希ガスであると好適である。また、第１のガスはヘリウムガスであり、第２のガスはキセノンガスであって良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、露光工程においてレジスト膜から発生するアウトガスの量を低減して、レジスト膜の適正なパターニングを実現可能なレジスト処理装置、レジスト塗布現像装置、およびレジスト処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、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。また、図面は、部材もしくは部品間、または、種々の層の厚さの間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によるレジスト処理装置を示す概略断面図である。このレジスト処理装置（以下、処理装置）１０は、後述するように、好ましくはレジスト塗布現像装置（レジストトラック）内に設けられる。レジスト膜が塗布されたウエハは、露光装置へ搬送される前に、処理装置１０内へ搬送され、当該ウエハに対して後述する処理が行われる。
【００１７】
図１を参照すると、処理装置１０は、内部を真空に保持可能なチャンバ１２と、チャンバ１２内に配置され、レジスト膜が形成されたウエハＷが載置される載置台１４と、載置台１４上に載置されたウエハＷに向けてガスを噴出するためのガスノズル１６と、チャンバ１２内を所定の真空度に減圧する真空システム１８とを有している。
【００１８】
チャンバ１２の側壁には、ウエハＷをチャンバ１２内へ搬入出するため、チャンバ１２内へ搬入され、また、チャンバ１２から搬出されるウエハＷが通り抜ける搬送口１２ａが設けられている。搬送口１２ａは、チャンバ１２の側壁に取り付けられたゲートバルブ１２ｂにより開閉される。また、ウエハＷの搬入出は、搬送アームＡＭにより行われる。
【００１９】
チャンバ１２の底部には排気口１２ｃが設けられ、排気口１２ｃにはバルブ１２ｄを介して真空システム１８が接続されている。バルブ１２ｄは、開閉により、チャンバ１２と真空システム１８とを遮断し、また連通させることができる。
【００２０】
真空システム１８は、バルブ１２ｄに接続される排気管１８ａに設けられ、チャンバ１２内の真空度を調整するための圧力調整バルブ１８ｂと、圧力調整バルブ１８ｂの下流側において排気管１８ａに設けられ、チャンバ１２を高真空度に排気することが可能なターボ分子ポンプなどの高真空ポンプ１８ｃと、高真空ポンプ１８ｃの補助ポンプとして機能するドライポンプ１８ｄと、チャンバ１２の側壁に設けられた貫通孔に気密に挿入され、チャンバ１２内の真空度を測定する圧力センサ１８ｅと、圧力センサ１８ｅにより測定された真空度に基づいて圧力調整バルブ１８ｄを制御してチャンバ１２内を所定の真空度に維持する圧力調整器１８ｆと、を有している。また、ドライポンプ１８ｄは、バルブ１８ｇが設けられた分岐管１８ｈによりチャンバ１２に接続され、粗引きポンプとしても機能する。
【００２１】
ガスノズル１６は、図１に示すように、チャンバ１２の天井部に設けられた貫通孔からチャンバ１２内へ挿入され、チャンバ１２の気密性が維持されるように天井部に対して取り付けられている。チャンバ１２の大きさにもよるが、ガスノズル１６の内径は、例えば約１ｍｍ〜約１０ｍｍとすることができ、ガスノズル１６の長さは、例えば約３０ｍｍ〜約２００ｍｍとすることができる。また、ガスノズル１６の下端には、これに限定されないが例えば、約５０μｍから約１００μｍの直径を有する複数のオリフィス１６ａが形成されている。
【００２２】
ガスノズル１６の下端と、載置台１４に載置されるウエハＷとの間の距離は、チャンバ１２内の真空度を考慮して決定してすることができ、例えば、所定の真空度の下でのガス分子の平均自由工程以下に設定される。このようにすれば、ガスノズル１６のオリフィス１６ａから噴出したガスは、分子線となって、載置台１４上に載置されたウエハＷに照射される。分子線は、チャンバ１２中で空間分布が線状（または帯状）となって略直進する気体分子の流れである。例えば、ガスノズル１６の先端（ガス噴出端）と載置台１４上のウエハＷとの間の距離が、所定の真空度の下での平均自由行程よりも短いか、ほぼ等しい場合、ガスノズル１６からウエハＷに至るガスの流れは分子線となっていると考えることができる。具体的には、約０．１Ｐａ（約７．５×１０−４Ｔｏｒｒ）の真空度の下で、窒素ガス分子が約６ｃｍの平均自由行程を有していることを考慮すると、チャンバ１２の大きさにもよるが、チャンバ１２内の圧力が約０．５Ｐａから約１×１０−５Ｐａの範囲の真空度であれば、分子線が形成されると考えられる。
【００２３】
図１を参照すると、ガスノズル１６の上端はガス供給システム１７に接続されている。ガス供給システム１７は、これに限定されないが、ヘリウム（Ｈｅ）ガスシリンダ１７ＡＨと、ガスシリンダ１７ＡＨに接続される配管１７ＢＨに設けられ、ガスシリンダ１７ＡＨからのＨｅガスの流量を調整する質量流量調整器（ＭＦＣ）１７ＣＨと、キセノン（Ｘｅ）ガスシリンダ１７ＡＸと、ガスシリンダ１７ＡＸに接続される配管１７ＢＸに設けられ、ガスシリンダ１７ＡＸからのＸｅガスの流量を調整する質量流量調整器（ＭＦＣ）１７ＣＸと、ＨｅガスとＸｅガスとを一時的に保留し、混合させるバッファタンク１７Ｄと、バッファタンク１７Ｄとガスノズル１６を繋ぐ配管１７Ｅに設けられたバルブ１７Ｆと、を有している。
【００２４】
載置台１４は、その上面に、ウエハＷが載置されるウエハ載置部を提供する。ウエハ載置部は、例えば、静電チャックを有していて良い。また、ウエハ載置部には、複数の位置決めピンが配置され、これらにより、載置台１４の上面に載置されるウエハＷを位置決めしても良い。また、載置台１４は、搬送アームＡＭによりチャンバ１２内に搬送されたウエハＷをウエハ載置部（載置台１４の上面）に降ろすための昇降ピン（図示せず）を有することができる。さらに、載置台１４は、内部にヒータを有し、これによりウエハＷを加熱しても良い。さらにまた、載置台１４は、冷媒の流通を許容する流路を有し、この流路を流れる温度調整された媒体により、ウエハＷを冷却しても良い。また、載置台１４に、載置台１４の温度を所定の温度に維持する温度調整器を設けても良い。
【００２５】
載置台１４は、チャンバ１２の底部に設けられた載置台支持部１５により支持されている。載置台支持部１５は、載置台１４の回転角度の制御が可能なサーボモータなどを備え、載置台１４の内部に配置される駆動部１５ａと、載置台１４をＸ方向に移動可能に支持するＸ方向レール１５ｘと、載置台１４をＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に支持するＹ方向レール１５ｙと、を有している。また、載置台支持部１５は、例えばリニアモータなどの駆動機構（図示せず）を有し、これによって、載置台１４は、Ｘ方向レール１５ｘ上をＸ方向に移動することができ、Ｙ方向レール１５ｙ上をＹ方向に移動することができる。
【００２６】
次に、本実施形態の処理装置１０におけるレジスト処理について説明する。まず、所定のレジスト塗布装置により、ウエハＷ上にレジスト膜が塗布され、レジスト膜に対してプリベークが行われる。このレジスト膜は、例えば半導体デバイスの製造工程における特定のフォトリソグラフィ工程のために用意されるものに限定されず、どのフォトリソグラフィ工程のために用意されるものであっても良い。また、微細パターンを有するエッチングマスクを形成するためＥＵＶリソグラフィにより露光が行われる場合、レジスト膜は化学増幅型のレジストにより形成することができる。
【００２７】
次に、ゲートバルブ１２ｂが開き、プリベークされたウエハＷが、搬送アームＡＭによって搬送口１２ａを通してチャンバ１２内へ搬入される。このウエハＷは、図示しない昇降ピンにより受け取られ、搬送アームＡＭがチャンバ１２から引き抜かれた後に、昇降ピンが昇降機構（図示せず）により駆動されてウエハＷが載置台１４の上に載置される。次いで、静電チャック（図示せず）により載置台１４の上に保持される。また、載置台１４は、駆動部１５ａおよび駆動機構（図示せず）により、所定の位置（以下、初期位置）に移動される。
【００２８】
この後、ドライポンプ１８ｄにより、分岐管１８ｈを通してチャンバ１２を粗引きする。チャンバ１２内の真空度が所定の値となった時点で、バルブ１２ｄを開き、高真空ポンプ１８ｃによりチャンバ１２を高真空引きする。チャンバ１２内の真空度が、チャンバ１２内で分子線が形成される程度の真空度となったことが圧力センサ１８ｅによって確認された後、ガス供給システム１７から供給されるＨｅとＸｅの混合ガスをガスノズル１６のオリフィス１６ａを通して、載置台１４上に載置されたウエハＷに向けて噴出する。オリフィス１６ａから噴出した混合ガスは、分子線となり、ウエハＷ上のレジスト膜の所定の領域（以下、照射領域と称す）に照射される。また、チャンバ１２内は、圧力センサ１８ｅ、圧力調整器１８ｆ、および圧力調整バルブ１８ｄにより、所定の真空度に維持される。
【００２９】
次いで、載置台１４を駆動部１５ａおよび駆動機構（図示せず）により移動することによりウエハＷをスキャンし、ガスノズル１６のオリフィス１６ａから噴出される分子線がウエハＷ上のレジスト膜の全面に照射される。以下に、載置台１４の移動の一例について、図２（ａ）〜（ｄ）および図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｄ）および図３（ａ）〜（ｃ）は、載置台１４に載置されたウエハＷとガスノズル１６の位置関係を示す上面図である。 
図２（ａ）は、ウエハＷの初期位置を示している。初期位置おいては、ウエハＷは、ウエハＷのＸ方向接線ＴＬｘとＹ方向接線ＴＬｙとの交点にガスノズル１６が位置するように配置されている。次に、図２（ｂ）に示すように、載置台１４（図１）の移動によりウエハＷを＋Ｘ方向にスキャンする。これにより、図２（ｂ）中に斜線で示す部分に対して、ガスノズル１６からＨｅとＸｅの混合ガスの分子線が照射される。次いで、図２（ｃ）に示すように、載置台１４（図１）の移動により、ウエハＷを＋Ｙ方向に所定の距離だけ移動する。この距離は、混合ガスの分子線の未照射部分が発生しないように、上述の照射領域の幅とほぼ等しいか、僅かに短い距離とされる。続けて、ウエハＷを−Ｙ方向にスキャンする。これにより、図２（ｄ）中に斜線で示すように、分子線が照射された領域が拡大される。
【００３１】
この後、図３（ａ）に示すように、ウエハＷの半分に分子線が照射されるまで、上記の動作を繰り返す。次に、ウエハＷを時計回りに１８０°回転させて、照射済みの部分と未照射の部分とを入れ替える（図３（ｂ））。その後、載置台１４が上述した軌跡を戻るようにして、ウエハＷをＸ方向、Ｙ方向に移動させながら、未照射部分に分子線を照射する（図３（ｃ））。
【００３２】
以上のようにして、ガスノズルから噴出したＨｅとＸｅの混合ガスは、ウエハＷ上のレジスト膜表面の全体に照射されて、ウエハＷ上に形成されたレジスト膜が処理される。これにより、後続の露光工程におけるアウトガスが低減される。以下、アウトガス低減の原理について説明する。 
ガス供給システム１７からガスノズル１６へ流入したＨｅとＸｅの混合ガスは、ガスノズル１６内では、粘性流に近い状態で流れる。このため、Ｈｅ分子とＸｅ分子（単原子分子）は、互いに衝突しながら、同じ方向に、同じ速度でガスノズル１６内を流れるようになる。この後、混合ガスがガスノズル１６のオリフィス１６ａ（図１）から処理容器１２内へ噴出すると、混合ガスの分子線が形成され、分子量によらずにＨｅ分子もＸｅ分子もほぼ一定の方向に同じ速度で移動することとなる。また、このときガス分子間には分子間力は殆ど働かない。このような状況の下では、ガス分子の温度は、ガス分子の分子量と定圧比熱により決定される。上記のとおり、ＨｅとＸｅの混合ガスの分子線においては、平均分子量より軽いＨｅ分子は低い温度を有し、平均分子量より重いＸｅ分子は高い温度を有する。換言すると、分子線中のＸｅ分子は、Ｈｅ分子と同じ速度で移動していても、Ｈｅ分子よりも高い運動エネルギーを有し、しかも、分子間の相互作用が無いため、Ｘｅ分子から周囲のＨｅ分子へエネルギーが伝達されることが殆どない。
【００３３】
このような分子線がレジスト膜に照射すると、高いエネルギーを有するＸｅ分子が照射した部分では、Ｘｅ分子からその部分へ比較的大きいエネルギーが移動し、その部分のレジスト分子の温度が上昇し、分子運動が活発化される。これにより、レジスト分子はより安定な状態へと移行し、その結果、当該部分においては自由体積（高分子鎖間に存在する空隙）が減少し、レジストが高密度化される。しかも、Ｘｅ分子からのエネルギーの移動はレジスト膜の表層部で吸収されるため、高密度化はレジスト膜の表層部で生じることとなる。したがって、ウエハＷを移動しつつＨｅとＸｅの混合ガスの分子線をレジスト膜に照射させると、レジスト膜の表層部に高密度層が形成され、この高密度層がキャップ層となってレジスト膜からのアウトガスを阻害する。故に、露光装置の真空チャンバ内でのレジスト膜からのアウトガスが低減される。
【００３４】
また、プリベーク後のレジスト膜の表面には凹凸があるが、凸状部に分子線が照射されてＸｅ分子が有するエネルギーが凸状部に移動すると、凸状部のレジスト分子は、平坦部分のレジスト分子に比べて、周囲のレジスト分子からの束縛力が小さいため、Ｘｅ分子からのエネルギーにより比較的容易に移動することが可能となる。したがって、レジスト分子が移動して、レジスト膜の表面の凹部に捕らえられれば、レジスト膜の表面が平坦化される。レジスト膜の表面の平坦化により、入射する露光光の散乱が防止され、ＬＥＲを低減することが可能となる。
【００３５】
なお、Ｘｅ分子が有するエネルギー（温度）は、混合ガス中のＸｅガスの濃度により適宜調整することができ、したがって、アウトガス低減の効果もＸｅガスの濃度により調整することが可能となる。以下に、混合ガス中のＸｅガスの濃度により、Ｘｅ分子の温度がどのように変化するかについて説明する。
【００３６】
Ｈｅ分子やＸｅ分子は単原子分子であって、振動と回転のエネルギーを無視することができるため、このような分子が有するエネルギーは、ｘｙｚの３方向の運動エネルギーのみを考慮し、
（１／２）ｍｖ２ ＝ （３／２）ｋＴ  ・・・（１）
となる（ｍは分子量、ｖは分子速度、ｋはボルツマン定数、Ｔは分子の温度）。ここで、Ｘｅ分子の分子量をｍＸｅとし、Ｘｅ分子の温度をＴＸｅとすると、Ｘｅ分子のエネルギーは、
（１／２）ｍＸｅｖ２ ＝ （３／２）ｋＴＸｅ  ・・・（２）
と表すことができる。また、混合ガスの平均分子量をmａｖｅとし、平均温度をＴａｖｅとすると、混合ガスの分子のエネルギーは、
（１／２）ｍａｖｅｖ２ ＝ （３／２）ｋＴａｖｅ  ・・・（３）
と表すことができる。
【００３７】
式（２）と式（３）から、
ＴＸｅ ＝ （ｍＸｅ／ｍａｖｅ）×Ｔａｖｅ  ・・・（４）
という関係式が得られる。
【００３８】
一方、混合ガス中のＨｅのモル濃度をＣＨｅ％とし、Ｘｅのモル濃度をＣＸｅ％とすると、Ｈｅの分子量ｍＨｅが４であり、Ｘｅの分子量ｍＸｅが１３２であるから、混合ガスの平均分子量ｍａｖｅは、
ｍａｖｅ ＝（ＣＨｅ×４＋ＣＸｅ×１３２）／１００    ・・・（５）
で表すことができる。
【００３９】
したがって、Ｘｅ分子の温度ＴＸｅは、以下のとおりとなる。
【００４０】
ＴＸｅ ＝ ｍＸｅ／（（ＣＨｅ×４＋ＣＸｅ×１３２）／１００）×Ｔａｖｅ  ・・・（６）
混合ガスの平均温度Ｔａｖｅ（チャンバ１２内の温度）を２３℃とした場合における式（６）の関係を図４に示す。図示のとおり、ＨｅとＸｅの混合ガス中のＸｅ濃度を変えることにより、Ｘｅ分子の温度を広い範囲で変えることができる。例えば、ＨｅとＸｅの混合ガス中のＸｅ濃度が５％の場合、Ｘｅ分子はチャンバ１２内の温度よりも約１２．７倍高い温度を有することができる。なお、図４には、窒素（Ｎ２）ガスとＸｅガスの混合ガスにおいて、Ｘｅガスの濃度によってＸｅ分子の温度がどのように変化するかを示している。このような混合ガスであっても、Ｘｅ分子の温度を高くすることができることが分かる。
【００４１】
上述のとおり、本実施形態によるレジスト処理装置および処理方法によれば、ＨｅとＸｅの混合ガスを加熱することなく、レジスト膜の表層部の温度を上昇させることができ、その結果、レジスト膜の表層部が高密度化される。このため、レジスト膜が形成されたウエハＷを真空中で露光する場合であっても、レジスト膜からのアウトガスが低減され、露光装置内の汚染が低減される。
【００４２】
また、本実施形態によるレジスト処理装置および処理方法においては、分子線を照射するだけで良いため、ウエハへのダメージは小さく、また、レジスト膜の表層部が加熱されるに過ぎないため、レジスト膜への温度の影響は殆どない。さらに、ＨｅガスやＸｅガスは高純度化が比較的容易であるため、分子線によるウエハへの汚染の心配がない。また、本実施形態によるレジスト処理装置および処理方法は、レジスト膜への電子線、紫外線、または遠紫外線の照射に比べて、大がかりな装置を必要としないという利点も有している。
【００４３】
さらに、露光装置内の汚染が低減されることから、露光装置のメンテナンスの頻度を低減でき、スループットの向上に寄与する。
【００４４】
なお、上記のウエハＷの移動例によれば、ウエハＷを１８０°回転するようにしているため、ウエハＷの移動範囲を狭くすることができる。図２および図３から明らかなように、ウエハＷの移動に必要なスペースＳとしては、Ｘ方向にはウエハＷの直径の約２倍が必要であるが、Ｙ方向にはウエハＷの直径の約１．５倍で足りる。したがって、レジスト処理装置１０のフットプリントを低減することができる。
【００４５】
次に、上述のレジスト処理装置１０が組み込まれた、本発明の実施形態による塗布現像装置について図５から図７を参照しながら説明する。図５に示すように、塗布現像装置５０は、例えば２５枚のウエハＷを収容するカセットＣから処理対象のウエハＷを搬出し、処理済みのウエハＷをカセットＣに搬入するカセットステーション５２と、塗布現像処理工程においてウエハＷに対して枚葉式に所定の処理を行う各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション５３と、この処理ステーション５３に隣接して設けられている図示しない露光装置との間でウエハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５４と、を有している。
【００４６】
カセットステーション５２では、カセット保持台５２ａ上の所定の位置に、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置することができる。カセット保持台５２ａに隣接してウエハ搬送体５２ｂが設けられている。ウエハ搬送体５２ｂは、カセットＣの配列方向（Ｘ方向）に搬送路５２ｃに沿って移動自在であり、また、カセットＣに収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に対しても移動自在である。これにより、ウエハ搬送体５２ｂは各カセットＣ内のウエハＷに対し選択的にアクセスすることができる。
【００４７】
また、ウエハ搬送体５２ｂは、後述するように処理ステーション５３の第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置Ｇ３ｃとエクステンション装置Ｇ３ｄに対してもアクセスすることができるように構成されている。
【００４８】
処理ステーション５３では、その中心部に主搬送装置５３ａが設けられている。また、主搬送装置５３ａを取り囲むように、各種処理装置が多段に配置された５つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と上述のレジスト処理装置１０とが配置されている。主搬送装置５３ａは、処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の各種処理装置とレジスト処理装置１０へウエハを搬入出することができる。
【００４９】
図６を参照すると、第１の処理装置群Ｇ１では、ウエハＷ上にレジスト液を滴下し回転塗布することができるレジスト塗布装置Ｇ１ａと、レジスト塗布装置Ｇ１ａの上方に配置され、ウエハＷに塗布されたレジスト膜に対して現像液を供給して現像処理を行う現像処理装置Ｇ１ｂとが配置されている。第２の処理装置群Ｇ２の場合も同様に、レジスト塗布装置Ｇ２ａと、現像処理装置Ｇ２ｂとが下から順に２段に積み重ねられている。
【００５０】
図７を参照すると、第３の処理装置群Ｇ３では、ウエハＷを冷却処理するクーリング装置Ｇ３ａ、レジスト液とウエハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置Ｇ３ｂ、ウエハＷの位置合わせを行うアライメント装置Ｇ３ｃ、ウエハＷを待機させるエクステンション装置Ｇ３ｄ、レジスト塗布後の溶剤を乾燥させるプリベーキング装置Ｇ３ｅ、Ｇ３ｆおよび現像処理後の加熱処理を施すポストベーキング装置Ｇ３ｇ、Ｇ３ｈ等が下から順に例えば８段に重ねられている。
【００５１】
また、第４の処理装置群Ｇ４では、例えばクーリング装置Ｇ４ａ、載置したウエハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置Ｇ４ｂ、エクステンション装置Ｇ４ｃ、クーリング装置Ｇ４ｄ、露光処理後の加熱処理を行うポストエクスポージャベーキング装置Ｇ４ｅ、Ｇ４ｆ、ポストベーキング装置Ｇ４ｇ、Ｇ４ｈ等が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００５２】
再び図５を参照すると、インターフェイスステーション５４の中央部にはウエハ搬送体５５が設けられている。このウエハ搬送体５５は、Ｘ方向およびＺ方向に移動自在であり、また、回転自在に構成されている。ウエハ搬送体５５は、第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション・クーリング装置Ｇ４ｂ、エクステンション装置Ｇ４ｃ、周辺露光装置５６および図示しない露光装置に対してアクセスすることができる。
【００５３】
次に、以上のように構成された塗布現像装置５０において行われるウエハＷに対するレジスト塗布／露光／現像プロセスを説明する。 
先ず、ウエハ搬送体５２ｂ（図５）がカセットＣから未処理のウエハＷを１枚取りだし、第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置Ｇ３ｃに搬入する（図７）。次いで、アライメント装置Ｇ３ｃにて位置合わせされたウエハＷは、主搬送装置５３ａによって、アドヒージョン装置Ｇ３ｂ、クーリング装置Ｇ３ａ、レジスト塗布装置Ｇ１ａ（Ｇ２ａ）（図６）、プリベーキング装置Ｇ３ｅ（Ｇ３ｆ）に順次搬送され、各装置において所定の処理が行われる。プリベーキングの後、ウエハＷは、ウエハ搬送体５３ａによって、図７に示すエクステンション・クーリング装置Ｇ４ｂに搬送されて所定の温度まで冷却される。次いで、ウエハＷは、ウエハ搬送体５３ａによりレジスト処理装置１０へ搬送され、上述のレジスト処理が行われる。
【００５４】
次いで、ウエハＷはレジスト処理装置１０からウエハ搬送体５３ａによって取り出され、エクステンション装置Ｇ４ｃにおいてウエハ搬送体５５（図５）に受け渡されて、インターフェイスステーション５４の周辺露光装置５６を経て図示しない露光装置に搬送される。この露光装置は、典型的にはＥＵＶ露光装置あり、露光装置に搬送されたウエハＷは真空中で露光される。露光されたウエハＷは、ウエハ搬送体５５によりエクステンション装置Ｇ４ｃに搬送された後、主搬送装置５３ａによって、ポストエクスポージャベーキング装置Ｇ４ｅ（Ｇ４ｆ）、現像処理装置Ｇ１ｂ（Ｇ２ｂ）（図６）、ポストベーキング装置Ｇ４ｇ（Ｇ４ｈ）、クーリング装置Ｇ４ｄ（図７）に順次搬送され、各装置において所定の処理が行われる。
【００５５】
以上説明したとおり、本発明の実施形態による塗布現像装置は、レジスト処理装置１０を組み込んでいるため、レジスト処理装置１０が有する効果を発揮することができる。したがって、露光装置における汚染を低減することができ、レジスト膜を所望のパターンとなるように露光することが可能となる。また、汚染が低減されるため、露光装置のメンテナンスの頻度を低減することができ、塗布現像装置５０におけるスループットを向上することも可能となる。
【００５６】
以上、幾つかの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、種々に変更することが可能である。
【００５７】
例えば、上記の実施形態においてはＨｅとＸｅの混合ガスを例示したが、化学的に不活性なガスの混合ガスであれば、ＨｅとＸｅの混合ガスに限定されない。例えば、Ｈｅとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスであっても良い。ただし、この場合、ＨｅとＡｒの分子量の差がＨｅとＸｅの分子量差よりも小さいため、Ａｒ分子はＸｅ分子ほどには大きなエネルギーを有することができない。このため、レジスト膜の最表面の温度も比較的低くなるが、ＡｒガスはＸｅガスに比べ安価であるため、Ａｒガスの使用はコストの点で有利である。したがって、使用するレジストの特性等により、ガスを選択することにより、所望の効果を発揮させるようにすると好ましい。また、２種類のガスに限らず、３種類以上のガスの混合ガスを用いても良い。３種類以上のガスの混合ガスを用いれば、上述したアウトガス低減の効果をより適切に調整することが可能となる。なお、化学的に不活性なガスは、混合ガス中の他のガスおよびレジスト膜との反応性が低いガスであって、典型的には、Ｈｅ、ネオン（Ｎｅ）、Ａｒ、クリプトン（Ｋｒ）、Ｘｅなどの希ガスであり、チッ素ガスであっても良い。また、使用するレジストにもよるが、混合ガスは水素ガスを含んで良い。換言すると、レジスト膜と反応してレジストの性質を損ねたり、除去が困難な膜がレジスト膜上に堆積されたりするようなガスでなければ、レジスト処理装置１０において使用することが可能である。
【００５８】
また、ガスノズル１６のオリフィス１６ａは、ガスノズル１６の長手方向に対して所定の角度で傾斜するように形成しても良い。例えば、図８に示すように、複数のオリフィス１６ａをガスノズル１６の中心線に対して外向きの所定の角度θで対称に傾斜させると、分子線の照射領域を拡大することが可能となり、図２および図３を参照しながら説明したウエハＷのスキャンの往復回数を低減することができる。この結果、スループットを向上することが可能となる。
【００５９】
また、ガスノズル１６は、他の実施形態においては、チャンバ１２の側壁からチャンバ１２内へ挿入されて、載置台１６の方を向くように屈曲して良い。このようにすれば、省スペース化の点で有利である。
【００６０】
また、上記の実施形態において、ウエハＷへ分子線を照射するため、載置台１４を図２（ａ）から図３（ｃ）に示すように移動する例を説明したが、載置台１４を図９に示すように移動しても良い。すなわち、ウエハＷに分子線を照射しつつ、ウエハＷを初期位置から＋Ｘ方向にウエハＷの半径分移動させ、＋Ｙ方向に照射領域の幅の分だけずらし、−Ｘ方向にウエハＷの半径分移動させる。以上の作業を繰り返し、ウエハＷの４分の１のエリアＩに対して分子線を照射させる（図９（ａ））。次に、ウエハＷを９０度回転させて、照射済みのエリアＩと未照射のエリアIIを入れ替える。そして、ウエハＷに分子線を照射しつつ、図９（ａ）の経路と逆の経路をたどるようにウエハＷを移動させ、ウエハＷの次の４分の１のエリアIIに対して分子線を照射する（図９（ｂ））。以上により、ウエハＷの半分に対して分子線が照射されたことになる。
【００６１】
次いで、ウエハＷを更に９０度回転させて、同様に、ウエハＷを移動させ、ウエハＷの次の４分の１のエリアIIIに対して分子線を照射する（図９（ｃ））。さらに、再度９０度回転して、図９（ｃ）の経路と逆の経路をたどりながら、ウエハＷの４分の１のエリアIVに対して分子線を照射する（図９（ｄ））。以上により、ウエハＷの全面に対して分子線が照射されことになる。
【００６２】
このようにすれば、ウエハＷの移動に必要なスペースＳは、Ｘ方向およびＹ方向にウエハＷの直径の約１．５倍で良く、一層の省スペース化が可能となる。
【００６３】
また、上記の実施形態におけるウエハＷを一様にスキャンすることによってレジスト膜の全面に混合ガスの分子線を照射させるようにしたが、分子線の照射領域がウエハＷに作り込まれるチップに対応するようにステップ・バイ・ステップに載置台１４を移動させても良い。
【００６４】
また、載置台１４を移動させる代わりに、ガスノズル１６を移動させてウエハＷのほぼ全面に混合ガスを照射させるようにしても良く、ガスノズル１６の向きを変えることにより、ウエハＷのほぼ全面に混合ガスを照射させるようにしても良い。
【００６５】
さらに、レジスト処理装置１０のチャンバ１２内において分子線が形成される限り、レジスト処理装置１０に複数のガスノズル１６を設けても良い。これによれば、ウエハＷのスキャン時間を低減することができ、スループットを向上することができる。
【００６６】
上記の塗布現像装置５０において、レジスト処理装置１０は処理ステーション５３に設置されていたが（図５）、設置位置はこれに限定されず、他の位置であっても良い。例えば、レジスト処理装置１０は、処理装置群Ｇ４内において、例えばエクステンション・クーリング装置Ｇ４ｂとエクステンション装置Ｇ４ｃとの間に配置することも可能である。また、レジスト処理装置１０をインターフェイスステーション５４内に設けても良い。
【００６７】
さらに、レジスト処理装置１０を塗布現像装置５０とは独立に構成することも可能である。そのようなレジスト処理装置の一例を図１０を参照しながら説明する。図示のとおり、レジスト処理装置１００は、処理容器１０１と、ゲートバルブ１０２ｃを介して処理容器１０１と接続されるロードロック室１０２と、ゲートバルブ１０３ｃを介して処理容器１０１と接続されるロードロック室１０３と、を備える。
【００６８】
処理容器１０１は、レジスト膜が形成されたウエハが載置される載置台１２と、載置台１２に載置されたウエハに対して分子線を照射するためのガスノズル１６と、載置台１２に対してウエハを搬入出する搬送体１０１ａと、を含んでいる（図１０（ａ））。載置台１２は、所定のステージによって、図１０（ａ）中に一点鎖線の矢印で示すように、Ｘ方向およびＹ方向に移動することが可能である。ガスノズル１６には、図１に示すガス供給システム１７と同様なガス供給システム（図示せず）が接続され、これにより、例えばＨｅガスとＸｅガスの混合ガスの分子線を、載置台１２に載置されたウエハに対して照射することができる。また、搬送体１０１ａは、図中、点線の矢印で示すように、Ｘ方向およびＹ方向に移動することができる。これにより、ゲートバルブ１０２ｃが開いたときにロードロック室１０２内へアクセスすることができ、ゲートバルブ１０３ｃが開いたときにロードロック室１０３内へアクセスすることができ、また、載置台１２へアクセスすることができる。
【００６９】
また、処理容器１０１には、レジスト処理装置１０と同様に、バルブ１２ｄを介して真空システム１８が接続されている（図１０（ｂ））。真空システム１８により、処理容器１０１内を高真空に維持することができ、これにより、ガスノズル１６からの混合ガスを分子線とすることが可能となる。
【００７０】
ロードロック室１０３は、ウエハを一時的に保持する保持台１０３ｂと、ゲートバルブ１０３ｃと保持台１０３ｂを挟んで反対側に他のゲートバルブ１０３ａとを有している。また、ロードロック室１０３の下部には、バルブ１０３ｄを介してロードロック室１０３と接続されるターボ分子ポンプなどの高真空ポンプ１０３ｅと、高真空ポンプ１０３ｅの補助ポンプとして、且つ、高真空ポンプ１０３ｅを介してロードロック室１０３内を排気する粗挽きポンプとして機能するドライポンプ１０３ｆが設けられている。 
なお、ロードロック室１０２もロードロック室１０３と同様に構成されている。
【００７１】
このような構成を有するレジスト処理装置１００においては、処理容器１２内を真空に保持することができ、以下のようにしてウエハ上のレジスト膜が処理される。まず、大気圧のロードロック室１０２のゲートバルブ１０２ａが開いた後、所定の搬送アームによって、ロードロック室１０２の保持台１０２ｂにウエハが載置される。ゲートバルブ１０２ａが閉った後に、ロードロック室１０２内が所定の真空度まで真空引きされる。次いで、ゲートバルブ１０３ｃが開き、搬送体１０１ａによりウエハがロードロック室１０２から処理容器１０１内へ搬入されて載置台１２上に載置される。続けて、処理容器１０１内で上述のレジスト処理が行われる。この間にロードロック室１０３が真空引きされ、レジスト処理が終了した後、ゲートバルブ１０３ｃが開き、ウエハが搬送体１０１ａによってウエハがロードロック室１０３の保持台１０３ｂに載置され、ゲートバルブ１０３ｃが閉まる。次に、ロードロック室１０３内が大気圧に戻されて、ゲートバルブ１０３ａが開いて、ウエハＷが所定の搬送アームによって搬出される。
【００７２】
このようにロードロック室を設けることにより、処理容器１０１内を高真空に維持することができ、処理容器１０１内の真空排気に要する時間を短縮することができる。このため、スループットを向上することが可能となる。
【００７３】
また、レジスト処理装置１００は、所定のインターフェイス部を介して、塗布現像装置５０または露光装置と接続することが可能であり、これにより、レジスト処理装置１００と塗布現像装置５０または露光装置の間でウエハを受け渡すことができる。なお、上述の種々の変形は、レジスト処理装置１００に対しても適用することができる。また、ロードロック室は、レジスト装置１０を塗布現像装置５０内に設ける場合にも適用することができることは言うまでもない。
【００７４】
また、ウエハＷは、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用のガラス基板であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態によるレジスト処理装置を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、図１のレジスト処理装置におけるウエハのスキャンを説明する図であって、当該レジスト処理装置の載置台に載置されたウエハとガスノズルとの位置関係を示している。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、図１のレジスト処理装置におけるウエハのスキャンを説明する図であって、当該レジスト処理装置の載置台に載置されたウエハとガスノズルとの位置関係を示している。
【図４】ＨｅとＸｅの混合ガス中のＸｅ分子が有する温度のＸｅ濃度依存性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態による塗布現像装置を示す概略上面図である。
【図６】本発明の実施形態による塗布現像装置を示す概略側面図である。
【図７】本発明の実施形態による塗布現像装置を示す他の概略側面図である。
【図８】図１のレジスト処理装置と図５の塗布現像装置におけるガスノズルの一例を示す図である。
【図９】（ａ）から（ｄ）は、レジスト処理装置におけるウエハのスキャンを説明する図であって、当該レジスト処理装置の載置台に載置されたウエハとガスノズルとの位置関係を示している。
【図１０】本発明の他の実施形態によるレジスト処理装置の概略を示す（ａ）上面図および（ｂ）側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１００・・・レジスト処理装置、１２・・・処理容器、１４・・・載置台、１６・・・ガスノズル、１７・・・ガス供給システム、１８・・・真空システム、５０・・・レジスト塗布現像装置、５２・・・カセットステーション、５３・・・処理ステーション、５４・・・インターフェイスステーション、１０２、１０３・・・ロードロック室。
【図１】
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【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】
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【図７】
2010016314.tif 000009
【図８】
2010016314.tif 000010
【図９】
2010016314.tif 000011
【図１０】
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