(57)【要約】【課題】  ウエハ上に形成されたレジストパターンのストライエーションを改善してエッチング処理後のパターンの形状を適切なものとする。【解決手段】  パターンの露光処理の後に現像処理が行われる基板の処理方法において，現像処理後のレジストパターン１１０の側壁部１１１が溝側に膨出し，かつレジストパターンの底部の角隅部１１５に，溝側に膨出してかつ溝側に凹に湾曲する膨出部１１６が形成されるように，レジストパターン形状を整形する整形工程を有する。側壁部１１１を膨出させることでストライエーションが改善し，エッチング処理後の形状が好適なものとなる。【選択図】  図８
2006080277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの露光処理の後に現像処理が行われる基板の処理方法において，
現像処理後のレジストパターンの側壁部が溝側に膨出し，
かつレジストパターンの底部の角隅部に，溝側に膨出してかつ溝側に凹に湾曲する膨出部が形成されるように，レジストパターン形状を整形する整形工程を有することを特徴とする，基板処理方法。
【請求項２】
前記整形工程は，レジスト膜を膨潤させて行われることを特徴とする，請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記整形工程は，現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に行われることを特徴とする，請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記整形工程は，現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に，基板上に盛られている洗浄液に対して，界面活性剤又は界面活性剤を希釈した液体を混入して行われることを特徴とする，請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記整形工程は，現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に，基板上に盛られている洗浄液を，界面活性剤を希釈した液体に徐々に置換することで行われることを特徴とする，請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記整形工程は，レジスト膜を溶解させて行われることを特徴とする，請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記整形工程は，レジスト膜を溶解させる溶剤の蒸気雰囲気に基板を曝すことで行われることを特徴とする，請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記整形工程は，レジスト膜を溶解させる溶剤を基板に供給して行われることを特徴とする，請求項６に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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，例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の下地膜上にレジスト液が塗布されてレジスト膜が形成されるレジスト塗布処理，ウエハに所定のパターンが露光される露光処理，露光後のウエハが現像される現像処理，ウエハの下地膜などを蝕刻するエッチング処理等が行われて，ウエハ上に所定の回路パターンが形成される。
【０００３】
上記露光処理においては，平坦なレジスト膜の所定部分に光が照射され，それによって露光部分の現像液に対する溶解性が変化する。現像処理においては，ウエハに現像液が供給されると，例えばポジ型のレジストの場合，露光部分のレジスト膜が選択的に溶けて除去され，ウエハ上に所望のレジストのパターンが形成される（例えば特許文献１参照）。そして，エッチング処理においては，前記所定パターンのレジスト膜がマスクとしての機能を果たし，下層の下地膜が選択的に蝕刻される。
【０００４】
ところで，上述の現像処理が施された後のレジスト膜の表面には，例えば図１３に示すようにレジストパターン（マスクパターン）の側壁面に複数の筋Ｌが現れて，レジスト膜Ｒの表面に凹凸（ストライエーション）ができる場合がある。これは，露光処理時にウエハの上方から照射される光の波動的性質によるものと考えられる。またパターンのＬＥＲ（Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）も高くなっている。
【０００５】
レジスト膜の表面に凹凸ができて表面が荒くなり，ＬＥＲの値が高くなると，そのレジスト膜をマスクとして下地膜をエッチング処理した時に，下地膜には，例えば前記レジスト膜の筋に対応したような凹凸が現れる。このように下地膜に筋ができて下地膜の表面に凹凸ができると，ウエハ上には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。特に回路パターンが微細化された今日においては，僅かな凹凸であっても，回路パターンの形状に大きく影響するため，そのような一種のレジストパターン表面の「荒れ」を改善することが望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−７５８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ウエハなどの基板上に形成されたレジストパターンの露光処理の後に現像処理が行われる基板の処理方法において，前記したレジストパターンのストライエーション，ＬＥＲを改善する，基板処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために，本発明は，パターンの露光処理の後に現像処理が行われる基板の処理方法において，現像処理後のレジストパターンの側壁部が溝側に膨出し，かつレジストパターンの底部の角隅部に，溝側に膨出してかつ溝側に凹に湾曲する膨出部が形成されるように，レジストパターン形状を整形する整形工程を有することを特徴としている。
【０００９】
このように現像処理後のレジストパターンの側壁部を溝側に膨出させることでも，側壁部表面に形成されていた筋等は無くなる。
【００１０】
このような整形工程は，例えばレジスト膜を膨潤させて行われる。また整形工程自体は，エッチング処理前に行われればよい。例えば現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に行われてもよい。
【００１１】
前記整形工程は，例えば現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に，基板上に盛られている洗浄液に対して，界面活性剤又は界面活性剤を希釈した液体を混入して行われる。また前記整形工程は，現像処理の際に基板に供給された現像液を洗浄した後に，基板上に盛られている洗浄液を，界面活性剤を希釈した液体に徐々に置換することによって行ってもよい。そのような界面活性剤としては，例えばノニオン性炭化水素化合物が挙げられる。
【００１２】
前記整形工程は，膨出させることに限らず，例えばレジスト膜を溶解させて行ってもよい。そのためにはたとえばレジスト膜を溶解させる溶剤の蒸気雰囲気に基板を曝したり，レジスト膜を溶解させる溶剤を基板に供給することが提案できる。溶剤の蒸気雰囲気に基板を曝すには，例えば溶剤蒸気を含む気体を基板に供給するようにしたり，あるいは基板を収容している容器内に溶剤蒸気を供給するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，エッチング前のレジストパターンのストライエーション，ＬＥＲを改善することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態を実施するための現像処理装置が搭載された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り，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。
【００１５】
塗布現像処理システム１は，図１に示すように，例えば２５枚のウエハ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に対してウエハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してな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との間でウエハＷの受け渡しをするインターフェイス部５とを一体に接続した構成を有している。
【００１６】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台６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）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウエハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００１７】
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備えている。このウエハ搬送体７は，後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群G３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできるように構成されている。
【００１８】
処理ステーション３では，その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の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。この塗布現像処理システム１においては，４つの処理装置群G1，G2，G3，G4が配置されており，第１及び第２の処理装置群G1，G2は塗布現像処理システム１の正面側に配置され，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５に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群G5を背面側に別途配置可能となっている。前記主搬送装置１３は，これらの処理装置群G1，G2，G3，G4，G5に配置されている後述する各種処理装置に対して，ウエハＷを搬入出可能である。なお，処理装置群の数や配置は，ウエハＷに施される処理の種類によって任意に選択できる。
【００１９】
第１の処理装置群G1では，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，ウエハＷ上にレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１７と，ウエハＷを現像する現像処理装置１８とが下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群G2には，現像処理装置１９，２０とが下から順に２段に配置されている。
【００２０】
第３の処理装置群G3では，例えば図３に示すようにウエハＷを冷却処理するクーリング装置３０，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３１，ウエハＷの受け渡しを行うためのエクステンション装置３２，レジスト液中の溶剤を蒸発させるためのプリベーキング装置３３，３４，ウエハＷを加熱する加熱装置３５，現像処理後の加熱処理を行うポストベーキング装置３６が下から順に例えば７段に積み重ねられている。
【００２１】
第４の処理装置群G4では，例えばクーリング装置４０，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４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，露光後の加熱処理を行うポストエクスポージャーベーキング装置４４，４５，加熱装置４６，ポストベーキング装置４７が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００２２】
インターフェイス部５の中央部には，図１に示すように例えばウエハ搬送体５０が設けられている。このウエハ搬送体５０はＸ方向（図１中の上下方向），Ｚ方向（垂直方向）の移動とθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の回転を自在にできるように構成されている。ウエハ搬送体５０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４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び露光装置４に対してアクセスして，各々に対してウエハＷを搬送できる。
【００２３】
次に，現像処理装置１９の構成について説明する。現像処理装置２０も現像処理装置１９と同一の構成を有している。図４，５に示すように現像処理装置１９のケーシング１９ａ内の中央部には，ウエハＷを保持するチャック６０が設けられている。チャック６０の上面の保持面６０ａは，ウエハＷの径よりも少し大きい径を有する円形状に形成されている。保持面６０ａには，図示しない複数の吸引口が設けられており，当該吸引口から吸引することによりウエハＷを吸着できる。チャック６０には，シリンダなどの昇降駆動部６１が設けられており，チャック６０の保持面６０ａを上下動させて，主搬送装置１３との間でウエハＷを受け渡しできる。
【００２４】
チャック６０の保持面６０ａ内には，温度調整装置６２が内蔵され，保持面６０ａ上のウエハの温度を所定温度にすることが可能である。この温度調整装置６２は，電源６３からの電力の供給によって作動し，温度制御部６４によって制御される。
【００２５】
チャック６０の周囲には，例えば排気用の排気カップ７０が設けられている。排気カップ７０は，例えばチャック６０の保持面６０ａの下方に位置している。排気カップ７０は，例えば円筒状の外カップ７１と内カップ７２からなる二重構造に有し，当該外カップ７１と内カップ７２との間に排気通路７３が形成されている。外カップ７１と内カップ７２との上端部の隙間には，環状の吸入口７４が形成され，吸入口７４は，図５に示すように保持面６０ａの周縁部に沿うように配置されている。外カップ７１と内カップ７２との下端部の隙間には，溶剤供給装置１９の外部に設置された排気装置（図示せず）に通じる排気管７５が接続されており，チャック６０近傍の雰囲気を吸入口７４から適宜排気できる。
【００２６】
図５に示すように排気カップ７０の一側部には，Ｙ方向（図５の左右方向）に沿ったレール８０が設けられている。レール８０は，例えば排気カップ７０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。
【００２７】
レール８０上には，アーム８１の一端部が支持されており，このアーム８１は，駆動部８２によってレール８０上を移動自在である。アーム８１には，ウエハＷに対して現像液を供給する現像液供給ノズル８３が保持されている。したがって，現像液供給ノズル８３は，レール８０に沿って排気カップ７０の一端部側の外方からチャック６０上を通過し排気カップ７０の他端部側の外方まで移動できる。現像液供給ノズル８３には，ポンプ８４によって現像液供給源８５からの現像液が供給される。
【００２８】
また現像処理装置１９のケーシング１９ａ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９１が設けられている。洗浄ノズル９１は，回転駆動部９２に支持されるアーム９３の一端部に取り付けられており，図５に示したように，旋回してウエハＷの中心まで移動可能である。
【００２９】
そして現像処理装置１９のケーシング１９ａ内には，レジストを膨出させる作用を有する界面活性剤，例えばノニオン性炭化水素化合物を希釈した液体を供給する供給ノズル１０１が設けられている。この供給ノズル１０１は，回転駆動部１０２に支持されるアーム１０３の一端部に取り付けられており，図５に示したように，旋回してウエハＷの中心まで移動可能である。
【００３０】
現像処理装置１９は，以上の構成を有しており，次に塗布現像処理システム１における処理プロセスを説明する。本実施の形態では，ウエハ上に形成されている下地膜がポリシリコンで，その上にＴＥＯＳ酸化膜が形成され，さらにその上にＢＡＲＣ（反射防止膜）が形成されたウエハに対して，後述のプロセスによってレジスト膜が形成され，その後露光処理，現像処理がなされた例に基づいて説明する。
【００３１】
先ず，ウエハ搬送体７によりカセット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に属するエクステンション装置３２に搬送される。次にウエハＷは，主搬送装置１３によってアドヒージョン装置３１に搬入され，ウエハＷに対し，レジスト液の密着性を向上させる例えば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上にレジスト液が塗布され，レジスト膜が形成される。本実施の形態においては，レジスト膜の材料としてＫｒＦレジストを使用した。その他ＡｒＦレジストにも適用が可能である。
【００３２】
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，エクステンション・クーリング装置４１に順次搬送され，さらにウエハ搬送体５０によって，周辺露光装置５１，露光装置４に順次搬送され，各装置で所定の処理が施される。露光装置４において露光処理の終了したウエハＷは，ウエハ搬送体５０によりエクステンション装置４２に搬送され，その後ポストエクスポージャーベーキング装置４４，クーリング装置４３で所定の処理が施された後，現像処理装置１９に搬送されて，現像処理が行われる。
【００３３】
以下，図６に示したフローに基づいて説明すると，まず現像液供給ノズル８３によってウエハＷ上に現像液が供給される（ステップＳ１）。そしてウエハＷ上に現像液の液盛り（パドル）が形成された後，所定時間ウエハＷは静止状態におかれ，静止現像される（ステップＳ２）。その後所定時間経過後，洗浄ノズル９１がウエハＷの中心まで移動し，洗浄液，例えば純水がウエハＷ上に供給され，同時にチャック６０の回転よってウエハＷは回転されて，ウエハＷ上の現像液は洗い流される（ステップＳ３）。
【００３４】
ついでチャック６０が停止してウエハＷが静止し，そのままウエハＷ上に今度は洗浄液，例えば純水のパドルが形成される，すなわち純水がウエハＷ上に盛られる（ステップＳ４）。
【００３５】
その後今度は，供給ノズル１０１がウエハＷの中心まで移動し，希釈された界面活性剤がウエハＷ上に供給される（ステップＳ５）。この場合，希釈された界面活性剤を純水のパドル中に一部混入してもよいし，徐々に混入して，純水のパドルを希釈された界面活性剤の液体と置換してもよい。
【００３６】
いずれにしろその状態，すなわち純水パドル中に界面活性剤が混入された状態，あるいは純水パドルを希釈された界面活性剤と置換した状態で，しばらくウエハＷは静止される（ステップＳ６）。この現像処理後のレジストパターンに界面活性剤の活性成分が接した状態から本発明の整形工程が開始される。
【００３７】
そして所定時間経過後，チャック６０を回転させて，界面活性剤成分を有するウエハＷ上の液体を振り切る（ステップＳ７）。
【００３８】
上記のプロセスにおいて，静止現像（ステップＳ２）が終了した時点では，図７に示すように，レジストパターン１１０の側壁部１１１には，凹凸が発生している。なお図中，１１２は反射防止膜，１１３はＴＥＯＳ酸化膜，１１４は下地のポリシリコン層である。そしてレジストパターン１１０底部の角隅部１１５は，ほぼ直角に成形されている。
【００３９】
しかしながら本発明にしたがって，ウエハ表面に希釈した界面活性剤を供給して所定時間経過した後，すなわちステップＳ６の整形工程が終了した時点では，図８に示したように，レジストパターン１１０の側壁部１１１は溝側に膨出し，前記した凹凸は無くなっている。またレジストパターン１１０底部の角隅部１１５には，溝側に膨出してかつ溝側に凹に湾曲する膨出部１１６が形成されている。このような整形は，界面活性剤の溶解作用によって側壁部１１１が膨出したものと考えられる。
【００４０】
かかるごとくレジスタパターンの形状が整形されると，後処理であるエッチング処理が終了した時点では，好ましい形状のパターンが得られる。実際に発明者らが実験した結果を次に示す。
【００４１】
まず反射防止膜１１２をエッチングした様子を図９に示した。エッチングの条件は，次の通りである。なおウエハＷは３００ミリ径のものを使用した。
装置  ：  平行平板型プラズマエッチング装置
周波数／電力  ：  上部電極  ６０ＭＨｚ／５００Ｗ
下部電極  ２ＭＨｚ／６００Ｗ
エッチングガス  ：  ＣＦ４
圧力  ：  １３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
【００４２】
その結果，レジストパターンの側壁部１１１は殆ど垂直に削られ，凹凸は発生していない。
【００４３】
次にＴＥＯＳ酸化膜１１３をエッチングした後のパターンの様子を図１０に，ポリシリコン層１１４をエッチングした後のパターンの様子を図１１に示した。
ＴＥＯＳ酸化膜１１３のエッチング条件は次の通りである。
装置  ：  平行平板型プラズマエッチング装置
周波数／電力  ：  上部電極  ６０ＭＨｚ／２７００Ｗ
下部電極  ２ＭＨｚ／３８００Ｗ
エッチングガス  ：  Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２
圧力  ：  ４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
またポリシリコンのエッチング条件は次の通りである。
装置  ：  平行平板型プラズマエッチング装置
周波数／電力  ：  上部電極  ６０ＭＨｚ／２５０Ｗ
下部電極  １３．５６ＭＨｚ／１００Ｗ
エッチングガス  ：  ＨＢｒ／Ｏ２
圧力  ：  ４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
【００４４】
以上の通り本実施の形態によれば，現像処理後にレジストパターンに発生する側壁部の凹凸や筋を失くしてストライエーションを改善し，その後に行われるエッチング後のパターンにおいてＬＥＲを改善することができる。
【００４５】
前記実施の形態では，現像処理後のレジスタパターンの整形工程を実施する際に，界面活性剤をウエハＷの表面に供給して行ったが，界面活性剤に代えて，レジスト膜を溶解させる，たとえばレジスト膜を溶解させる溶剤を用いて行ってもよい。そのような溶剤を用いる場合には，前記した界面活性剤と同様に，使用することができる。
【００４６】
また溶剤を用いる場合には，当該溶剤の蒸気雰囲気に基板を曝すことで，前記した整形工程を実施してもよい。この場合，前記した供給ノズル１０１に代えて例えば図１２に示した溶剤蒸気供給ノズル１２０を使用することができる。この溶剤蒸気供給ノズル１２０は，その長手方向の長さがウェハＷの直径よりも長い形状を有している。そして溶剤蒸気供給ノズ１２０の下面には，長手方向の一端部から他端部に渡って吐出部１２１が形成されている。吐出部１２１には，溶剤蒸気供給ノズル１２０の長手方向に沿って円形の吐出口１２２が複数形成されている。
【００４７】
このような構成を有する溶剤蒸気供給ノズ１２０は，現像液供給ノズル８３と同様，アーム８１に支持されてレール８０を移動するように構成するとよい。それによって，ウエハＷ上をスキャンして，ウエハＷに対して，均一に溶剤蒸気を供給することが可能である。
【００４８】
なお前記実施の形態においては，ウエハの処理に関するものであったが，ＬＣＤ基板，フォトマスク用のガラス基板などの他の基板にも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施の形態を実施するための現像処理装置を搭載した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。
【図２】図１の塗布現像処理システムの正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理システムの背面図である。
【図４】現像処理装置の縦断面の説明図である。
【図５】現像処理装置の横断面の説明図である。
【図６】ウエハの処理プロセスの一部を示すフロー図である。
【図７】現像処理後のレジストパターンの状態を示す側面断面図である。
【図８】整形工程終了後のレジストパターンの状態を示す側面断面図である。
【図９】反射防止膜をエッチングした後のパターンの状態を示す側面断面図である。
【図１０】ＴＥＯＳ酸化膜をエッチングした後のパターンの状態を示す側面断面図である。
【図１１】下地膜をエッチングした後のパターンの状態を示す側面断面図である。
【図１２】溶剤蒸気供給ノズルの斜視図である。
【図１３】従来の現像処理後のレジスト膜表面の凹凸を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    塗布現像処理システム
１９    現像処理装置
６０    チャック
７０    排気カップ
１０１    供給ノズル
１１０    レジストパターン
１１１    側壁部
１１５    角隅部
１１６    膨出部
Ｗ    ウエハ
【図１】
2006080277.tif 000003
【図２】
2006080277.tif 000004
【図３】
2006080277.tif 000005
【図４】
2006080277.tif 000006
【図５】
2006080277.tif 000007
【図６】
2006080277.tif 000008
【図７】
2006080277.tif 000009
【図８】
2006080277.tif 000010
【図９】
2006080277.tif 000011
【図１０】
2006080277.tif 000012
【図１１】
2006080277.tif 000013
【図１２】
2006080277.tif 000014
【図１３】
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