(57)【要約】【課題】露光、現像後のレジストパターンに形成される凹凸が小さくなるようにレジスト膜を形成することが可能な基板の熱処理方法などを提供する。【解決手段】基板Ｗを加熱する熱処理方法において、化学増幅型のフォトレジスト組成物５１と、第１の溶剤５３と、前記フォトレジスト組成物５１との相互作用により、予め設定された加熱温度における揮発性が前記第１の溶剤５３よりも低い第２の溶剤５２と、を含むレジスト液が塗布された基板Ｗを加熱開始前の温度雰囲気に置く。そして、前記基板Ｗを加熱温度まで加熱し、前記レジスト液から第１の溶剤及び第２の溶剤を揮発させレジスト膜を形成する。次いで、レジスト膜中に前記第２の溶剤が残存している状態で、基板Ｗを加熱温度から、当該第２の溶剤の揮発を抑えるための加熱停止温度まで冷却する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱する熱処理方法において、
化学増幅型のフォトレジスト組成物と、第１の溶剤と、前記フォトレジスト組成物との相互作用により、予め設定された加熱温度における揮発性が前記第１の溶剤よりも低い第２の溶剤と、を含むレジスト液が塗布された基板を加熱開始前の温度雰囲気に置く工程と、
前記レジスト液から第１の溶剤及び第２の溶剤を揮発させるために、前記加熱開始前の温度雰囲気に置かれた前記基板を前記加熱温度まで加熱する工程と、
次いで、レジスト膜中に前記第２の溶剤が残存している状態で、前記基板を加熱温度から、当該第２の溶剤の揮発を抑えるための加熱停止温度まで冷却する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
前記相互作用は、前記フォトレジスト組成物が極性基を含み、第２の溶剤が第１の溶剤よりも大きな極性を有することによるものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記加熱開始前の温度雰囲気は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記加熱温度は、８０℃以上、１３０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項５】
前記溶剤を揮発させる工程では、前記加熱開始前の温度雰囲気に置かれた基板の平均昇温速度が１０℃／秒以上、３０℃／秒以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項６】
前記基板を前記加熱温度の９０％以上の温度に加熱している時間が５秒以内であることを特徴とする請求項１ないいし５のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項７】
前記加熱停止温度は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項８】
前記基板を冷却する工程では、前記加熱温度から、当該加熱温度の５０％の温度までの平均降温速度が１０℃／秒以上、２０℃／秒以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記加熱停止温度まで冷却されたレジスト膜中の前記第２の溶剤の含有割合が、１００質量ｐｐｍ以上、５０００質量ｐｐｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の熱処理方法。
【請求項１０】
基板を加熱処理するための熱処理装置において、
前記基板が載置され、熱処理が行われる加熱板と、
熱処理後の基板を冷却する冷却機構と、
前記加熱板に対して基板を搬送する搬送機構と、
化学増幅型のフォトレジスト組成物と、第１の溶剤と、前記フォトレジスト組成物との相互作用により、予め設定された加熱温度における揮発性が前記第１の溶剤よりも低い第２の溶剤と、を含むレジスト液が塗布された基板を、前記搬送機構により、加熱開始前の温度雰囲気中で前記加熱板へ載置するステップと、前記加熱板に載置された基板を前記加熱温度まで加熱し、前記レジスト液から第１の溶剤及び第２の溶剤を揮発させるステップと、次いで、レジスト膜中に前記第２の溶剤が残存している状態で、前記加熱板による加熱を停止し、前記冷却機構により、当該第２の溶剤の揮発を抑えるための加熱停止温度まで当該基板を冷却するステップと、を実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
前記相互作用は、前記フォトレジスト組成物が極性基を含み、第２の溶剤が第１の溶剤よりも大きな極性を有することによるものであることを特徴とする請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記加熱開始前の温度雰囲気は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記加熱温度は、８０℃以上、１３０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記溶剤を揮発させるステップでは、前記加熱開始前の温度雰囲気に置かれた基板の平均昇温速度が１０℃／秒以上、３０℃／秒以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記基板を前記加熱温度の９０％以上の温度に加熱している時間が５秒以内であることを特徴とする請求項１０ないいし１４のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記加熱停止温度は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記基板を冷却するステップでは、前記加熱温度から、当該加熱温度の５０％の温度までの平均降温速度が１０℃／秒以上、２０℃／秒以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記加熱停止温度まで冷却されたレジスト膜中の前記第２の溶剤の含有割合が、１００質量ｐｐｍ以上、５０００質量ｐｐｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項１９】
基板を加熱処理するための熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記プログラムは請求項１ないし９のいずれか一つに記載された熱処理方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジスト液が塗布された基板を加熱する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面にレジスト液を膜状に塗布し、得られたレジスト膜を所定のパターンで露光した後に現像してレジストパターンを形成する。
【０００３】
このフォトリソグラフィ工程において、現像液により現像されたレジストパターンの表面には微細な凹凸が存在し、後段のエッチング工程にてエッチング処理を行うときに、この凹凸がパターンの線幅の均一性に悪影響を及ぼす場合がある。  
特に、半導体装置の高集積化の進展に伴って、上述の凹凸に起因するレジストパターンのラフネス（ＬＥＲ：Line Edge Roughness)や、パターン線幅のバラツキ（ＬＷＲ：Line Width Roughness)をできるだけ小さくすることが重要になってきている。
【０００４】
例えばダブルパターニングと呼ばれる回路形成手法においては、レジスト膜の露光、現像、及びエッチングを複数回に分けて共通の回路が形成される。この際、現像されたレジストパターンの凹凸が大きいと、互いに接続されるべきパターンが途中で途切れたり、反対に互いに分離されるべきパターン同士がくっついてしまったりして、設計通りの回路パターンを形成できないおそれがある。
【０００５】
ここで特許文献１には、回転するウエハの表面にレジスト（液）を滴下してその表面に広げた後、このウエハをホットプレート上で加熱し、レジストに含まれる有機溶剤を蒸発させて除去する熱処理であるプリベークに関する記載がある。またこのプリベークにおける有機溶剤の除去が十分でなく、レジスト膜中に有機溶剤が残留すると、最適な露光時間が変化してしまい、レジストパターンの形状や寸法を安定して形成することが困難となってしまう旨が記載されている。しかしながら当該特許文献１には、露光前に行われるプリベークと、露光、現像されたレジストパターンのＬＥＲやＬＷＲとの関係に係る記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２８０２８号公報：（１）ページ右欄５行目〜（２）ページ右上欄４行目、図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、露光、現像後のレジストパターンに形成される凹凸が小さくなるようにレジスト膜を形成することが可能な基板の熱処理方法、熱処理装置、及び前記熱処理方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱処理方法は、基板を加熱する熱処理方法において、
化学増幅型のフォトレジスト組成物と、第１の溶剤と、前記フォトレジスト組成物との相互作用により、予め設定された加熱温度における揮発性が前記第１の溶剤よりも低い第２の溶剤と、を含むレジスト液が塗布された基板を加熱開始前の温度雰囲気に置く工程と、
前記レジスト液から第１の溶剤及び第２の溶剤を揮発させるために、前記加熱開始前の温度雰囲気に置かれた前記基板を前記加熱温度まで加熱する工程と、
次いで、レジスト膜中に前記第２の溶剤が残存している状態で、前記基板を加熱温度から、当該第２の溶剤の揮発を抑えるための加熱停止温度まで冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
前記熱処理方法は、以下の構成を備えていてもよい。  
（ａ）前記相互作用は、前記フォトレジスト組成物が極性基を含み、第２の溶剤が第１の溶剤よりも大きな極性を有することによるものであること。  
（ｂ）前記加熱開始前の温度雰囲気は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であること。  
（ｃ）前記加熱温度は、８０℃以上、１３０℃以下の範囲内の温度であること。前記溶剤を揮発させる工程では、前記加熱開始前の温度雰囲気に置かれた基板の平均昇温速度が１０℃／秒以上、３０℃／秒以下の範囲内の値であること。前記基板を前記加熱温度の９０％以上の温度に加熱している時間が５秒以内であること。  
（ｄ）前記加熱停止温度は、２０℃以上、４０℃以下の範囲内の温度であること。前記基板を冷却する工程では、前記加熱温度から、当該加熱温度の５０％の温度までの平均降温速度が１０℃／秒以上、２０℃／秒以下の範囲内の値であること。  
（ｅ）前記加熱停止温度まで冷却されたレジスト膜中の前記第２の溶剤の含有割合が、１００質量ｐｐｍ以上、５０００質量ｐｐｍ以下の範囲内にあること。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、第１の溶剤と第２の溶剤とを含むレジスト液のうち、化学増幅型のフォトレジストとの相互作用により揮発性が低い第２の溶剤が残存するように熱処理を行ってレジスト膜を形成する。この結果、露光の際に発生する酸が現像液に対する可溶部や不溶部を形成する際に、露光されたフォトレジスト内の第２の溶剤の存在によって酸が均一に拡散するので、凹凸の小さなレジストパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る熱処理装置を搭載した塗布、現像装置の横断平面図である。
【図２】前記塗布、現像装置の縦断側面図である。
【図３】熱処理前のレジスト液の状態を示す模式図である。
【図４】前記熱処理装置による熱処理後のレジスト膜の状態を示す模式図である。
【図５】従来の熱処理後のレジスト膜の状態を示す模式図である。
【図６】前記熱処理装置の縦断側面図である。
【図７】前記熱処理装置の横断平面図である。
【図８】前記熱処理装置に設けられている加熱プレート及びその冷却台の縦断側面図である。
【図９】前記熱処理装置の第１の作用説明図である。
【図１０】前記熱処理装置の第２の作用説明図である。
【図１１】前記熱処理装置の第３の作用説明図である。
【図１２】前記熱処理装置におけるウエハの温度履歴を示す説明図である。
【図１３】従来の熱処理によるウエハの温度履歴を示す説明図である。
【図１４】加熱温度までのウエハの昇温時間とＬＥＲとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る熱処理装置１は、レジスト液が塗布されたウエハＷの熱処理を行い、レジスト液中に含まれる溶剤を揮発させることによりレジスト膜を形成する。  
この熱処理装置１の具体的構成を説明する前に、当該熱処理装置１を搭載した塗布、現像装置におけるウエハＷに対する処理の流れを簡単に説明すると共に、上述の熱処理と、露光、現像後のレジストパターン表面の凹凸との関係について説明する。図１は、塗布、現像装置の横断平面図であり、図２は縦断側面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、処理対象のウエハＷを収容したキャリア１０２は塗布、現像装置のキャリアブロックＳ１に設けられた載置台１０１に載置され、受け渡しアームＣによってウエハＷが取り出される。取り出されたウエハＷは、処理ブロックＳ２に設けられた棚ユニットＵ２内の受け渡しモジュールＣＰＬ２に受け渡され、搬送アームＡ２によってＢＣＴ層Ｂ２に搬入され、反射防止膜が形成される。次いで、ウエハＷは、棚ユニットＵ１の受け渡しモジュールＢＦ２に受け渡され、受け渡しモジュールＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介してＣＯＴ層Ｂ３に搬入され、レジスト膜が形成される。
【００１４】
レジスト膜形成後のウエハＷは、搬送アームＡ３により、棚ユニットＵ１の受け渡しモジュールＢＦ３に受け渡された後、例えば受け渡しモジュールＢＦ３→受け渡しアームＤ→受け渡しモジュールＣＰＬ４を介して搬送アームＡ４に受け渡され、ＴＣＴ層Ｂ４にてレジスト膜の上に反射防止膜が形成される。しかる後、ウエハＷは、搬送アームＡ４により受け渡しモジュールＴＲＳ４に受け渡される。なおレジスト膜の上の反射防止膜を形成しない場合や、レジスト膜の下の反射防止膜を形成する代わりに、ウエハＷに対して疎水化処理を行う場合もある。
【００１５】
受け渡しモジュールＴＲＳ４に受け渡された反射防止膜形成後のウエハＷは、さらに受け渡しモジュールＣＰＬ１１に受け渡され、ＤＥＶ層Ｂ１内の上部に設けられた搬送専用のシャトルアームＥにより棚ユニットＵ３の受け渡しモジュールＣＰＬ１２に搬送される。次いで、ウエハＷはインターフェイスブロックＳ３に取り込まれ、インターフェイスアームＦにより露光装置Ｓ４に搬送され、ここで所定の露光処理が行われる。しかる後、ウエハＷは、棚ユニットＵ３の受け渡しモジュールＴＲＳ６に載置されて処理ブロックＳ２に戻される。
【００１６】
処理ブロックＳ２に戻されたウエハＷは、ＤＥＶ層Ｂ１にて露光後の熱処理、現像処理が行われた後、棚ユニットＵ２における受け渡しアームＣのアクセス範囲の受け渡し台に搬送され、受け渡しアームＣを介してキャリア１０２に戻される。
【００１７】
以上に概略動作を説明した塗布、現像装置において、レジスト膜の形成が行われるＣＯＴ層Ｂ３には、ウエハＷに対してスピンコーティングによりレジスト液を塗布する塗布モジュール１０３と、この塗布モジュール１０３にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための加熱・冷却系の処理モジュール群Ｕ１と、各モジュール間でウエハＷの受け渡しを行なう搬送アームＡ３とが設けられている。本実施の形態に係る熱処理装置１は、上述の処理モジュール群Ｕ１内に複数台設けられている。
【００１８】
次に、上述のＣＯＴ層Ｂ３におけるレジスト膜の形成条件が、露光、現像処理後のレジストパターン表面に形成される凹凸の大きさに与える影響について、図３〜図５を参照しながら説明する。これらの図は、例えばＡｒＦエキシマレーザー用の化学増幅型のレジスト液（レジスト膜）（ポジ型）の構造を模式的に表している。
【００１９】
図３に示すように、レジスト液はフォトレジスト組成物（以下、「フォトレジスト」という）５１を含んでいる。フォトレジスト５１は、例えば高分子の骨格を成す主鎖に、ドライエッチング時のエッチング耐性を高めるためのエッチング耐性基５１１や、現像液に対してフォトレジスト５１を不溶にする保護基５１２、反射防止膜に対する密着性を向上させる極性基５１３など、種々の機能を備えた側鎖を付加した構造となっている。化学増幅型のフォトレジスト５１（ポジ型）の場合、露光によって発生した酸が保護基５１２を脱離させ、これにより現像液に対してフォトレジスト５１が可溶となる。  
なお、図３〜図４には、側鎖であるエッチング耐性基５１１、保護基５１２、極性基５１３が順繰りに規則正しく並んだフォトレジストを示してあるが、これらの側鎖の並び方は不規則であってもよい。
【００２０】
レジスト液には、フォトレジスト５１を溶解して液状にするための溶剤が含まれており、フォトレジスト５１の溶解性能や粘度など種々の特性を調整するために、複数種類の溶剤が用いられることが多い。例えば図３には、溶剤としてシクロヘキサノン５２、及びＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）５３を用いた例を示している。
【００２１】
塗布モジュール１０３にてレジスト液を塗布されたウエハＷは、熱処理装置１に搬送され、熱処理（ＰＡＢ；Post Apply Bake）によってレジスト液から溶剤を揮発させることによりレジスト膜が形成される。ここで背景技術にて説明したように、従来は、安定した露光結果を得る観点からレジスト液に含まれる溶剤を十分に除去することが必要であった。このため、例えば図１３の温度履歴図に例示すように、ウエハＷに対する熱処理は、２０秒程度の時間をかけて加熱温度（本例では１２０℃）まで昇温され、この加熱温度を４０秒程度維持してから冷却する手順で行われていた。
【００２２】
一方、図３に示したレジスト液のように、フォトレジスト５１中に置換基として極性基５１３を有するものは、置換基内にカルボニル基（＝Ｏ）やヒドロキシ基（−ＯＨ）を含み（図３〜図５には、カルボニル基を含む極性基５１３の例を示してある）、極性基５１３が分極している。このフォトレジスト５１を溶解する溶剤として、極性のある溶剤を用いると、極性基５１３と溶剤との間に働く相互作用が溶剤の揮発性に影響を与える場合がある。
【００２３】
例えば図３に示したレジスト液の例においては、溶剤として用いられているシクロヘキサノン５２、ＰＧＭＥＡ５３のうち、より極性の大きなシクロヘキサノン５２が優先的に極性基５１３に引き付けられる。溶剤の揮発性は、各溶剤の分子量や気相側の溶剤分子の濃度などに応じて変化するが、極性の大きなシクロヘキサノン５２が極性基５１３に引き付けられると、水素結合や双極子相互作用の影響を受けてシクロヘキサノン５２の揮発性が小さくなる。この観点では、ＰＧＭＥＡ５３は本実施の形態の第１の溶剤に相当し、シクロヘキサノン５２は第２の溶剤に相当している。
【００２４】
そして、図１３に示した従来の手法によりウエハＷを加熱すると、相対的に揮発しやすいＰＧＭＥＡ５３はレジスト膜中から除去される一方、極性基５１３との相互作用が強いシクロヘキサノン５２は、その一部がレジスト膜中に残存してしまう場合があることを発明者らは見出した（図５）。
【００２５】
さらに発明者らは、図５に示すようにレジスト膜中にシクロヘキサノン５２が残存する領域と、シクロヘキサノン５２が揮発した領域（同図中に破線で示してある）とが歯抜け状に散在することにより、露光、現像後のレジストパターンの表面に形成される凹凸が大きくなる可能性があることを把握している。即ち、シクロヘキサノン５２が残存する領域では露光により発生した酸の拡散距離が長くなる一方、シクロヘキサノン５２の存在しない領域ではその拡散距離が短くなり、酸の拡散距離が異なる領域が散在する結果、現像後のレジストパターン表面の凹凸が大きくなってしまうのではないかと推測している。
【００２６】
従って、前記凹凸の大きさを低減するためには、ウエハＷの加熱時間を従来よりも長くして極性基５１３に引き寄せられたシクロヘキサノン５２を十分に揮発させる手法が考えられる。しかしながらこの場合には、ＰＡＢにおける熱処理の時間が長くなってしまい、塗布、現像装置の処理効率を低下させる要因となる。
【００２７】
そこで本例の熱処理装置１は、ＰＡＢの熱処理を行う時間を従来よりも短くして、シクロヘキサノン５２よりも揮発性の高いフォトレジスト５１や、極性基５１３に引き付けられていないシクロヘキサノン５２はレジスト膜内から揮発させる。一方で、極性基５１３との相互作用により、極性基５１３に引き付けられているシクロヘキサノン５２はレジスト膜中に残すことにより、酸の拡散距離を均一にして現像後のレジストパターン表面の凹凸を小さくする。  
以下、図６〜図８を参照しながら、本実施の形態に係る熱処理装置１の構成について説明する。なお、図６、図７の説明においては熱処理装置１に対してウエハＷが搬入されてくる方向を手前側として説明を行う。
【００２８】
図６の縦断側面図、及び図７の横断平面図に示すように、熱処理装置１は、前後方向に細長い扁平な筐体１０内に、熱処理後のウエハＷを冷却する冷却機構である冷却プレート２と、ウエハＷの熱処理を行う加熱プレート（加熱板）３とを手前からこの順に並べた構成となっている。  
筐体１０の前面には、ウエハＷの搬入出が行われる搬入出口１１が開口しており、搬入出口１１には開閉自在なシャッター１２が設けられている。また、筐体１０には不図示の清浄空気の供給部から常温（２３℃）の清浄空気が供給されると共に、排気部から排気が行われている。
【００２９】
冷却プレート２は、その上面にウエハＷを載置可能な円板であり、その内部には冷却水などの冷媒を通流させるための不図示の冷媒流路が形成されている。図７に示すように冷却プレート２には、冷却プレート２と搬送アームＡ３とを上下方向に交差させてウエハＷの受け渡しを行う際に、搬送アームＡ３にてウエハＷを支持している保持爪Ａ１０を通過させるための切り欠き部２０１が設けられている。また、冷却プレート２には、加熱プレート３側に設けられている後述の支持ピン３３との干渉を避けるためのスリット２０２が形成されている。
【００３０】
図６に示すように冷却プレート２は、手前側の基端部が支持部２２によって支持され、この支持部２２を介して駆動部２１内に形成された不図示の駆動機構に連結されている。この結果、冷却プレート２は、搬送アームＡ３との間でウエハＷの受け渡しを行うと共に、ウエハＷの冷却を実行する手前側の位置と、加熱プレート３との間でウエハＷの受け渡しを行う奥手側の位置との間を移動することができる。この観点において、冷却プレート２は、加熱プレート３に基板を搬送する搬送機構としての役割も果たしている。
【００３１】
冷却プレート２の駆動部２１の後方側には、ウエハＷに対して熱処理を実行する加熱プレート３と、この加熱プレート３を保持し、上下方向に移動させる伸縮ロッド３２と、加熱プレート３の下方側に配置され、熱処理実行後の加熱プレート３を冷却する冷却台３４と、冷却プレート２と加熱プレート３との間でウエハＷの受け渡しを行う際に用いられる支持ピン３３とが設けられている。
【００３２】
図６に示すように本例の熱処理装置１においては、上下方向に伸びる３本の支持ピン３３が共通の昇降機構３３１に接続され、冷却台３４の下方側の退避位置と、加熱プレート３の上方側まで支持ピン３３の上端部を突出させた受け渡し位置との間で突没することができる。
【００３３】
図６に示すように冷却台３４は加熱プレート３の下方側に配置され、その内側には支持ピン３３及び昇降機構３３１が収容されている。冷却台３４の上面側の天板部には冷媒供給管３４２から供給された冷却水などの冷媒を通流させる冷媒流路３４１が形成されている（図８）。この冷媒流路３４１は、冷媒排出管３４３に接続され、加熱プレート３の冷却時に熱を吸収した冷媒は、この冷媒排出管３４３を介して外部へ排出される。また冷却台３４には、既述の支持ピン３３を通過させる通過口や、加熱プレート３に設けられている後述の排気管３１７を収容可能な不図示の溝部が設けられている。
【００３４】
本例の加熱プレート３は、ウエハＷの昇温及び冷却を短時間で正確に行うことができるように、熱容量の小さな薄板によって構成されている。図７、図８に示すように加熱プレート３は、シート状の抵抗発熱体などからなり、後述の温度検出部３１４に対応して複数に分割され、加熱プレート３の面内に分散して配置されたヒーター３０３を、ポリイミドなどの樹脂シートで上下から挟んだ下面側シート３０４と、加熱プレート３の強度を維持するためのカーボンシートや耐熱性和紙、ステンレス箔などからなる芯材シート３０２と、上面側に凹凸が形成され、その凸部３１１がウエハＷと接するポリイミド樹脂からなる上面側シート３０１とを下方側からこの順に積層した構成となっている。
【００３５】
加熱プレート３の中央部には、真空排気部３１８に接続された排気管３１７の末端部が開口しており、加熱プレート３上に載置されたウエハＷをこの開口を介して吸引し、固定することができる。薄板状に形成された加熱プレート３は、図８に示すようにウエハＷの反りなどに合わせて変形する。この結果、ウエハＷは、プロキシミティピンとしての役割を果たす凸部３１１を介して加熱プレート３の表面から所定の距離を開けて配置されるので、反りなどがあるウエハＷであっても面内を均一に加熱することができる。
【００３６】
図８に示すように加熱プレート３の上面には、凸部３１１に支持されたウエハＷの裏面と接触する位置に、熱電対などからなる温度検出部３１４がウエハＷの面内に分散して配置されている。温度検出部３１４にて検出されたウエハＷの温度検出結果（例えばで熱電対の熱起電力）は、信号出力部３１５にて温度データに変換され、各ヒーター３０３へ電力を供給する給電部３１６へと出力される。給電部３１６は、予め設定されたウエハＷの加熱温度との差分に基づいて各ヒーター３０３へ供給される電力を増減するフィードバック制御を行う。
また図７に示すように、加熱プレート３には支持ピン３３を通過させるための通過口３１２が設けられている。
【００３７】
図７に示すように加熱プレート３の周縁部側には、周方向に沿って互いに間隔を開けた４か所の位置に貫通口３１９が設けられ、各貫通口３１９にはステンレス製のワイヤー３２１が結びつけられている。一方、加熱プレート３の周囲には、各貫通口３１９が設けられている位置に対応して上下方向に伸縮自在の伸縮ロッド３２が設けられており、これら伸縮ロッド３２の先端部に各ワイヤー３２１の他端を取り付けることによって、加熱プレート３は、各ワイヤー３２１によって広げられた状態で保持されている。各伸縮ロッド３２は、加熱プレート３の上面に冷却台３４を載置する位置と、この載置位置よりも上方側の位置との間で加熱プレート３を昇降させることができる。
【００３８】
また図６〜図８に示すように、熱処理装置１は制御部４に接続されている。制御部４は不図示のＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には熱処理装置１内におけるウエハＷの搬送や熱処理、冷却などについてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００３９】
以下、上述の熱処理装置１の作用について図９〜図１２などを参照しながら説明する。なお、図９〜図１１においては、冷却台３４の内部や伸縮ロッド３２、加熱プレート３に設けられている凸部３１１や温度検出部３１４などの記載は適宜、省略してある。  
図１に示した塗布モジュール１０３にてレジスト液が塗布されたウエハＷは、搬送アームＡ３によって処理モジュール群Ｕ１内の熱処理装置１へと搬送される。このとき冷却プレート２は、搬送アームＡ３との間でウエハＷの受け渡しを行う搬入出口１１側まで移動し、また加熱プレート３は、冷却台３４にて加熱開始前の温度（例えば常温である２３℃）まで冷却された後、冷却台３４の上方側まで上昇して待機している（図６、図７）。
【００４０】
処理を実行する熱処理装置１にウエハＷが搬送されてきたらシャッター１２を開き、搬送アームＡ３を筐体１０内に進入させる。搬送アームＡ３は冷却プレート２の上方位置まで移動した後、下方側へ移動方向を変える。この結果、搬送アームＡ３と冷却プレート２とが上下方向に交差することによって冷却プレート２へとウエハＷが受け渡される。ウエハＷを受け渡した搬送アームＡ３は筐体１０の外へ退避し、シャッター１２が閉じられる。
【００４１】
ウエハＷを受け取った冷却プレート２は、奥手側へ向けて横方向に移動し、加熱プレート３の上方側へ進入して停止する。しかる後、支持ピン３３を上昇させ、冷却プレート２から支持ピン３３にウエハＷを受け渡す（図９）。ウエハＷを受け渡した冷却プレート２は、加熱プレート３の上方側から退避し、支持ピン３３が降下することによって加熱プレート３上にウエハＷが載置される（図１０）。
【００４２】
加熱プレート３上にウエハＷが載置されたら、真空排気部３１８を作動させ、吸引口３１３を介して加熱プレート３にウエハＷを吸着保持する。これにより、ウエハＷの反りなどに合わせて加熱プレート３の形状が変形し、凸部３１１を介して対向する加熱プレート３の上面とウエハＷの下面との間の距離がウエハＷの面内で揃った状態となる。なお、図１０においては、ウエハＷや加熱プレート３の変形に係る記載は省略してある。
【００４３】
図１２に示すように、ウエハＷが加熱プレート３上に載置された時刻ｔ１において、筐体１０内及び加熱プレート３は常温となっており、ウエハＷは加熱開始前温度雰囲気に置かれた状態となっている。またこのとき、ウエハＷに塗布されたレジスト液は、図３に示すように、ＰＧＭＥＡ５３（第１の溶剤）及びシクロヘキサノン５２（第２の溶剤）にフォトレジスト５１が溶解した状態となっている。
【００４４】
そして加熱プレート３にウエハＷを載置した後の時刻ｔ２にて、給電部３１６からヒーター３０３に電力を供給し、８０〜１３０℃の範囲の例えば１２０℃の加熱温度になるまでウエハＷを加熱する（図１２の時刻ｔ３）。このとき、加熱開始前の温度から、熱処理時の加熱温度に到達するまでの時間（時刻ｔ２−ｔ３までの時間）は、３〜１０秒の範囲の例えば５秒に設定されている。また、この期間中におけるウエハＷの平均昇温速度は６〜３６℃／秒、好適には１０〜３０℃／秒の範囲の約１９．４℃／秒となっている。
【００４５】
そして、ウエハＷの温度が加熱温度に達した時刻ｔ３にて支持ピン３３を上昇させ、加熱プレート３からウエハＷを持ち上げると共に、給電部３１６からの電力供給を停止する。この結果、ウエハＷの温度は低下する。そして、再び冷却プレート２を加熱プレート３の上方位置に進入させ、支持ピン３３から冷却プレート２にウエハＷを受け渡した後、冷却プレート２を加熱プレート３の上方位置から退避させる（図１１）
【００４６】
既述のように冷却プレート２内には冷媒が通流しているので、図１２の時刻ｔ４以降に示すように、ウエハＷは強制冷却され、その温度は自然冷却の場合に比べて急激に低下する。そしてウエハＷは、時刻ｔ５にて加熱停止温度である２０〜４０℃の範囲内の温度、例えば常温となる。
【００４７】
一方、ウエハＷの加熱を終えた加熱プレート３は、伸縮ロッド３２によって冷却台３４上に載置され、常温まで冷却される。このように、比較的熱容量の小さい薄型の加熱プレート３を用い、ウエハＷの熱処理を終えた加熱プレート３を冷却台３４にて冷却することにより、熱容量の大きな金属製の厚板からなる加熱プレートを昇温したままの状態とする場合に比べて、ウエハＷを加熱プレートに近づけたときの輻射熱などの影響を抑え、ウエハＷの温度履歴を正確に制御することができる。
【００４８】
図１２を用いて説明したウエハＷの温度履歴において、ウエハＷが加熱温度の９０％以上の温度に昇温されている時間は、例えば５秒以内とすることが好ましく、また加熱温度から加熱停止温度までの降温時間（時刻ｔ３−ｔ５までの時間）は１０〜２０秒の範囲の例えば２０秒となっている。さらに、加熱温度から、当該加熱温度の５０％の温度までの平均降温速度は１０〜２０℃／秒以下の範囲内の値に調整されている。
【００４９】
ウエハＷを加熱開始前の温度雰囲気から、加熱温度まで昇温する際、レジスト液内では、フォトレジスト５１（極性基５１３）との相互作用が小さいＰＧＭＥＡ５３が優先的に揮発する。また極性基５１３との相互作用に関与していない（極性基５１３に引き付けられていない）余剰なシクロヘキサノン５２も揮発する。これら溶剤の揮発によってレジスト液が固化してレジスト膜が形成されることになるが、極性基５１３に引き付けられているシクロヘキサノン５２は、短時間の昇温では揮発することができない。
【００５０】
この結果、図４に示すように、レジスト膜中には、各極性基５１３に引き付けられたシクロヘキサノン５２が残存することになる。そしてウエハＷの加熱時間（加熱開始前の温度雰囲気から加熱温度までの昇温時間、加熱温度に維持する時間、及び加熱温度から加熱停止温度までの降温時間）を短時間に抑えることにより、図１３に示した従来法におけるシクロヘキサノン５２の残存状態（図５）に比べて、極性基５１３に引き付けられたシクロヘキサノン５２を均一に残存させることができる。
【００５１】
熱処理完了時のレジスト膜中の溶剤の残存量を例示しておくと、レジスト膜の重量に対してシクロヘキサノン５２は１００〜５０００質量ｐｐｍ程度残存している。レジスト膜中のシクロヘキサノン５２やＰＧＭＥＡ５３の含有量は、レジスト膜を加熱しながら発生した蒸気をＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析計）などで定量分析することにより求めることができる。
【００５２】
こうしてウエハＷが加熱停止温度まで冷却されたら、搬送アームＡ３を熱処理装置１内に進入させ、冷却プレート２からウエハＷを受け取って熱処理装置１外へと搬出する。その後、ウエハＷに対しては上面側の反射防止膜の形成や疎水化処理などが行われるが、前者の場合はレジスト膜が反射防止膜で覆われた状態となり、レジスト膜からはシクロヘキサノン５２が揮発しにくくなる。また、後者の場合でも疎水化処理時の処理温度（例えば９０℃程度）は、レジスト形成時の加熱温度よりも低く、熱処理装置１における熱処理（本例では１２０℃）を数十秒継続する場合に比べてシクロヘキサノン５２の揮発は抑えられる。また、反射防止膜の形成や疎水化処理を行わずに露光処理を行う場合であっても、極性基５１３に引きつけられているシクロヘキサノン５２は、常温の大気雰囲気中で搬送されるレジスト膜からは殆ど揮発しない。
【００５３】
そして既述のように、当該ウエハＷはインターフェイスブロックＳ３を介して露光装置Ｓ４に搬送され、ここで露光処理が実行される。このときレジスト膜を構成するフォトレジスト５１の極性基５１３に引きつけられて、シクロヘキサノン５２が均一に残存していることにより、露光時に発生する酸の拡散距離を均一化することができる。この結果、酸と反応により保護基５１２が脱離し、現像液に対して可溶となる領域が均一になり、現像後におけるレジストパターン表面の凹凸を小さく抑えてＬＥＲやＬＷＲを改善することが可能となる（後述の実施例参照）。
【００５４】
本実施の形態に係る熱処理装置１によれば以下の効果がある。ＰＧＭＥＡ５３（第１の溶剤）とシクロヘキサノン５２（第２の溶剤）とを含むレジスト液のうち、化学増幅型のフォトレジストとの相互作用により揮発性が低いシクロヘキサノン５２を残存させることができるように短時間の熱処理を行ってレジスト膜を形成する。この結果、露光の際に発生する酸が現像液に対する可溶部を形成する際に、露光されたフォトレジスト内のシクロヘキサノン５２の存在によって酸が均一に拡散するので、凹凸の小さな（ＬＥＲやＬＷＲの小さな）レジストパターンを形成することができる。
【００５５】
ここで熱処理後の加熱プレート３を冷却する手法は、冷媒を通流させた冷却台３４上に載置する方式に限定されるものではない。例えば、熱処理を終えた加熱プレート３へ冷却台３４から冷却用の空気を吹き付ける構成としてもよい。
【００５６】
また、搬送アームＡ３と加熱プレート３との間に配置される冷却プレート２の設置を省略してウエハＷの冷却機構を構成してもよい。例えば加熱プレート３を、搬送アームＡ３から直接、ウエハＷを受け取ることが可能な形状に構成して搬入出口１１側に配置し、その下方側に冷却台３４を設ける。そして、搬送アームＡ３が加熱プレート３にウエハＷを載置して熱処理を行ったら、ヒーター３０３による加熱を停止すると共に、加熱プレート３にウエハＷを載置した状態のまま加熱プレート３を冷却台３４まで降下させて、ウエハＷ及び加熱プレート３の冷却を同時に実行する例などを挙げることができる
【００５７】
また、ウエハＷの温度を計測する手法は、図８に示した熱電対などの接触式のものに限られない。例えばサーモグラフィーのように、非接触式の温度計を加熱プレート３に埋め込んだり、加熱プレート３の上方側に位置する筐体１０の天板部に配置したりしてもよい。
【００５８】
さらに、本実施の形態に係る熱処理装置１にてＬＥＲやＬＷＲを改善可能なレジスト液は、図３に示したポジ型のレジスト液に限られない。露光により発生した酸により架橋反応を引き起こし、現像液に対して露光部を不溶にするネガ型の化学増幅型レジスト液にて、極性基５１３を備えていることなどにより、第２の溶剤と相互に作用して第１の溶剤よりも揮発性が小さくなる場合には、上述の熱処理装置１を利用した熱処理を適用することができる。
【００５９】
次いで、第１の溶剤として使用可能な溶剤の例を挙げると、既述のＰＧＭＥＡ５３の他、ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）を挙げることができる。また、フォトレジスト５１中の極性基５１３と作用して第１の溶剤よりも揮発性が低くなる第２の溶剤の例を挙げると、既述のシクロヘキサノン５２の他、γ-ブチロラクトンを挙げることができる。そして、フォトレジスト５１と第２の溶剤との間に働く相互作用は、分極による水素結合や双極子相互作用の例に限定されない。  
さらに、レジスト液中に含まれる溶剤の種類は２種類に限定されるものではなく３種類以上であってもよい。この場合には、フォトレジスト５１との相互作用が最も強く、揮発しにくい溶剤が第２の溶剤となり、残る他の溶剤が第１の溶剤となる。
【実施例】
【００６０】
（実験）  
常温の温度雰囲気に置かれたウエハＷを加熱温度まで昇温する時間を変化させて熱処理を行い、その後、露光処理、現像処理を行って形成されたレジストパターンのＬＥＲを調べた。  
Ａ．実験条件  
（実施例１−１）図３に示した例と同様に、エッチング耐性基５１１、保護基５１２、極性基５１３を有するＡｒＦエキシマレーザー用の化学増幅型のレジスト液をＰＧＭＥＡ５３（第１の溶剤）及びシクロヘキサノン５２（第２の溶剤）に溶解したレジスト液をウエハＷに塗布した後、熱処理装置１にて熱処理を行った。加熱開始前の温度雰囲気（常温（２３℃））から加熱温度（１２０℃）までの昇温時間は５秒であり、加熱温度到達後、直ちにウエハＷを常温（加熱停止温度）まで冷却した。しかる後、当該レジスト膜を露光、現像して線幅４５ｎｍのレジストパターンを形成し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真による撮影結果に基づいてＬＥＲを求めた。  
（実施例１−２）加熱開始前の温度雰囲気から加熱温度までの昇温時間を８秒とした他は、（実施例１−１）と同様の条件下で実験を行った。  
（比較例１−１）加熱開始前の温度雰囲気から加熱温度までの昇温時間を２０秒とした他は、（実施例１−１）と同様の条件下で実験を行った。
【００６１】
Ｂ．実験結果
実施例、比較例の結果を図１４に示す。図１４の横軸は、加熱開始前の温度雰囲気から加熱温度までの昇温時間［秒］、縦軸はＬＥＲ［ｎｍ］を示している。図中、実施例を白抜きのひし形でプロットし、比較例を黒塗りのひし形でプロットした。
【００６２】
図１４に示すように、熱処理の時間を短くにするにつれてＬＥＲの値も小さくなっていることから、レジストパターン表面の凹凸が小さくなっていることが分かる。これは、熱処理の時間を短くすることにより、図４に示したように極性基５１３と引き付けられたシクロヘキサノン５２が均一に残存した結果であると考えられる。一方で、さらに熱処理の時間を短くすると、レジスト膜中のシクロヘキサノン５２、ＰＧＭＥＡ５３の残存量が多くなり、レジスト膜の強度が十分でなくなる結果、図１４に破線で示すようにレジストパターン表面の凹凸が上昇するおそれがある。従って、熱処理の時間には、ＬＥＲやＬＷＲの値が最小となる最適値が存在すると考えられる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｗ          ウエハ
１          熱処理装置
２          冷却プレート
３          加熱プレート
３４        冷却台
４          制御部
５１        フォトレジスト
５１１      エッチング耐性基
５１２      保護基
５１３      極性基
５２        シクロヘキサノン
５３        ＰＧＭＥＡ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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