(57)【要約】【課題】  現像処理時間を短縮可能な基板処理方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】  以下の工程を具備する。被処理基板の表面上に、少なくとも表面に設けられた感光性樹脂膜を含む形成膜が形成される。次に、形成膜上に現像液の膜が形成される。次に、現像液の上方から、現像液の温度上昇より形成膜の温度上昇に大きく寄与する光を照射することにより、形成膜の温度を上昇させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の表面上に、少なくとも表面に設けられた感光性樹脂膜を含む形成膜を形成する工程と、
前記形成膜上に現像液の膜を形成する工程と、
前記現像液の上方から、前記現像液の温度上昇より前記形成膜の温度上昇に大きく寄与する光を照射することにより、前記形成膜の温度を上昇させる工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記光が、赤外光であ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】
前記光が、２．４〜３．３μｍの波長を含まない光であ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４】
前記光が、１．７〜１．９μｍの波長を含まない光であ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５】
前記光が、前記現像液によってほぼ全く吸収されない波長であ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６】
前記形成膜の温度を上昇させる工程の後、前記現像液に向かってリンス液を供給することにより現像を停止させる工程をさらに具備す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】
前記現像液の膜を形成する工程が、現像液供給手段が前記形成膜の上方を走査しながら前記現像液を供給する工程を含み、
前記形成膜の温度を上昇させる工程が、光照射手段が前記形成膜の上方を前記現像液供給手段の軌跡に沿って前記光を照射する工程を含み、
前記現像を停止させる工程が、リンス液供給手段が前記形成膜の上方で前記光照射手段の軌跡に沿って前記リンス液を供給する工程を含む、
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】
前記現像を停止させる工程が、前記リンス液を前記現像液に対して傾斜を持って供給する工程を含む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９】
前記現像を停止させる工程が、前記現像液に向かって前記現像液より低温の純水を供給する工程を含む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１０】
表面に設けられた感光性樹脂膜を含む形成膜が形成された被処理基板を保持する基板保持手段と、
前記形成膜上に現像液を供給する現像液供給手段と、
前記現像液の温度上昇より前記形成膜の温度上昇に大きく寄与する光を発生する光源と、
前記基板保持手段の上方に設置され、前記光を前記形成膜に照射する光照射手段と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１１】
前記光源が、赤外光を発生する発光部を有することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記光源が、
発光部と、
前記発光部が発する光の２．４〜３．３μｍの波長を除去するフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記光源が、
発光部と、
前記発光部が発する光の１．７〜１．９μｍの波長を除去するフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記光源が、前記現像液によってほぼ全く吸収されない波長の光を発生する発光部を有することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記現像液に向かってリンス液を供給するリンス液供給手段をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記現像液供給手段が前記形成膜の上方を走査しながら前記現像液を供給するように、前記現像液供給手段を駆動する現像液供給手段駆動部と、
前記光照射手段が前記形成膜の上方を前記現像液供給手段の軌跡に沿って前記光を照射するように、前記光照射手段を駆動する光照射手段駆動部と、
前記リンス液供給手段が前記形成膜の上方を前記光照射手段の軌跡に沿って前記リンス液を供給するように、前記リンス液供給手段を駆動するリンス液供給手段駆動部と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記リンス液供給手段が、前記リンス液が前記現像液に対して傾斜を持って供給されるように配置されることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１８】
前記リンス液供給手段が、前記現像液に向かって前記現像液より低温の純水を供給する手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程で用いられるレジストパターンは、一般に以下のように形成される。まず、半導体ウェハ上にレジスト膜が形成され、次に、露光によって所定のパターンがレジスト膜に転写され、次に、現像処理がなされる。このレジストパターン形成プロセスでは、高いスループットを得る観点から、レジスト膜の塗布や現像など各工程で処理時間の短縮が必要である。一般に現像処理後に行われるリンス処理は、現像処理に引き続き、同一装置内で行われる。現像処理の際に必要なリンス処理は、現像に起因する欠陥を低減させるために、ある程度の処理時間が必要であるため、現像処理において、リンス処理以外の処理に要する時間、例えば現像時間を短縮させることが考えられる。
【０００３】
現像時間を短縮させる方法の１つとして、現像液の温度を上げることにより現像速度を上げる方法が知られている。現像液の温度を上げるための具体的手法として、現像中にレジストが感光しない光をウェハの全面に照射する機能を持つ現像装置が提案されている（特開平３−２５９５１１号公報）。また、加熱源として、赤外線ヒータ（特開２００１―１０２２９２号公報）、ハロゲンランプ（特開２００２―３４３７１１号公報）を用いた現像装置および現像方法が提案されている。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開平3-259511号公報
【特許文献２】特開2001-102292号公報
【特許文献３】特開2002-343711号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報では、現像液がレジスト膜の表面に形成された状態で、半導体ウェハの上方より光を照射させることにより、現像液が表面から加熱される。このような方法の場合、現像液は照射光を吸収する性質を有するため、現像液の表面から遠ざかるほど、すなわちレジスト膜の表面に近づくほど、光の強度は減衰する。したがって、レジスト膜の近傍の現像液の温度は上昇しにくい。また、現像液の加熱された部分は対流によって上昇するため、現像液の底部（レジスト膜近傍）の温度は、さらに上昇しにくい。このため、現像液の温度を上昇させるのに要する時間は長くなり、この結果、現像時間を短縮するのが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像処理時間を短縮可能な基板処理方法および基板処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の視点による基板処理方法は、被処理基板の表面上に、少なくとも表面に設けられた感光性樹脂膜を含む形成膜を形成する工程と、前記形成膜上に現像液の膜を形成する工程と、前記現像液の上方から、前記現像液の温度上昇より前記形成膜の温度上昇に大きく寄与する光を照射することにより、前記形成膜の温度を上昇させる工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の視点による基板処理装置は、表面に設けられた感光性樹脂膜を含む形成膜が形成された被処理基板を保持する基板保持手段と、前記形成膜上に現像液を供給する現像液供給手段と、前記現像液の温度上昇より前記形成膜の温度上昇に大きく寄与する光を発生する光源と、前記基板保持手段の上方に設置され、前記光を前記形成膜に照射する光照射手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、現像処理時間を短縮可能な基板処理方法および基板処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
（第１実施形態）
図１、図２は、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。図１は、現像時の状態を示しており、図２は、リンス時の状態を示している。図１、図２に示すように、チェンバー１内の回転軸２上にステージ３（基板保持手段）が設けられる。ステージ３上には、例えば３００ｍｍの直径を有するウェハＷ（被処理基板）が配置される。ステージ３の上方には、現像液供給ノズル４が設けられる。現像液供給ノズル４には、現像液供給管を介して現像液が供給される。また、現像液供給ノズル４（現像液供給手段）は、現像液供給ノズル駆動部５（現像液供給手段駆動部）により駆動されることにより、ウェハＷの両端に亘って、ウェハＷをスキャンするように移動する。
【００１３】
また、リンス時には、例えば純水等のリンス液を吐出するリンス液供給ノズル６（リンス液供給手段）がウェハ中心へと移動して、そこでリン液が吐出されるように構成されている。リンス液供給ノズル６には、リンス液供給管を介してリンス液が供給される。
【００１４】
チェンバー１内の上部には、複数の光照射部１１（光照射手段）が設けられる。各光照射部１１には、光ファイバ等により、チェンバー１の外部に設けられた光源１２が出力する光が導入される。各光照射部１１の光照射のオン、オフは、図示せぬ照射制御部により独立して制御される。
【００１５】
光源１２は、チェンバー１の外部に設けられ、少なくとも発光部２１、または発光部２１および分光部２２を有する。光源１２については、後に詳述する。
【００１６】
次に、図１、図２の基板処理装置を用いた基板処理の工程について説明する。まず、図１の基板処理装置による処理に先立って、ウェハＷ上にはリソグラフィ工程が行われる段階に応じた数の層の絶縁膜、導電膜等が形成されている。すなわち、例えばゲート電極を形成するためのリソグラフィ工程の段階である場合、ウェハＷ上には、ゲート絶縁膜、ゲート電極の材料膜が既に形成されている。よって、ウェハＷ上の最上層の膜はゲート電極の材料膜である。また、同様に、例えば層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するためのリソグラフィ工程の段階である場合、ウェハＷ上の最上層の膜は、層間絶縁膜である。したがって、リソグラフィ工程が、半導体装置の製造工程のどの段階化によって、最上層の材料膜が異なる。そして、最上層の材料膜がエッチングの対象とされる。以下、図３に示すように、ウェハＷ上に形成された各層を総称して下地膜３１と称し、下地膜３１の表面の層がエッチングの対象とされる。
【００１７】
図４に示すように、下地膜３１の表面上に、例えば回転塗布法により、反射防止膜が形成される。次に、例えば１９０℃、６０秒の条件で、ウェハＷがベーク処理されることにより、下地膜３１上に反射防止膜３２が形成される。
【００１８】
次に、反射防止膜３２上に、例えばポジ型の化学増幅レジストの材料液が滴下される。次に、例えば１３０℃、６０秒の条件で、ウェハＷに対してプリベーク処理が行われる。プリベーク処理は、レジストの材料液の溶剤を揮発させるための加熱処理である。プリベーク処理の結果、反射防止膜３２上に、例えば３００ｎｍのレジスト膜３３（感光性樹脂膜）が形成される。以下、少なくともレジスト膜３３を含んだ、下地膜３１、反射防止膜３２、レジスト膜３３を総称して形成膜３４と称する。
【００１９】
次に、ウェハＷは、室温まで冷却された後、例えばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を光源とする露光装置に搬送される。露光装置内で、露光用のフォトマスクを用いて、ウェハＷに対して縮小投影露光が行われる。この結果、レジスト膜３３に、ライン寸法＝１００ｎｍ、スペース寸法＝１００ｎｍの繰り返しパターンを有する潜像が形成される。
【００２０】
次に、ウェハＷは、加熱処理装置に搬送される。加熱処理装置内で、ウェハＷに対して、例えば１３０℃、９０秒の条件でＰＥＢ（Post Exposure Bake）と呼ばれる熱処理が行われる。次に、ウェハＷは、室温まで冷却される。
【００２１】
次に、ウェハＷは、図１の基板処理装置（現像装置）に搬送される。ウェハＷは、現像装置内で、ステージ３上で、水平になるようにチャックされる。現像液供給ノズル４は、現像液を吐出しながら、ウェハＷを走査（スキャン）するように移動する。この結果、図５に示すように、形成膜３４上に現像液４１からなる膜が形成される。スキャンの終了後、現像液供給ノズル４は、ウェハＷ外へと退避する。
【００２２】
次に、現像液４１は、光照射部１１から照射される光により加熱される。光源１２から光照射部１１に導入される光は、レジスト膜３３の温度上昇に対する寄与が、現像液４１の温度上昇に対する寄与より大きくなるような特性を有するものが選択される。例えば、現像液４１にほぼ全く吸収されない波長を有する光が最も好ましい。
【００２３】
照射光は、具体的には、赤外光とすることができる。より具体的には、現像液４１が多く吸収する波長が除去された光が用いられる。現像液４１の主成分である水が、図６に示すように、赤外領域で波長２．４μｍ〜３．３μｍの光を吸収することを考慮して、この範囲の波長を除去するフィルタを、分光部２２として用いることができる。発光部２１としては、ハロゲンランプが例えば用いられる。また、他の吸収されやすい波長帯である１．７〜１．９μｍを除去するフィルタも用いることもできる。
【００２４】
このような特性を有する光が、現像液４１に照射されることにより、照射光は、現像液４１にあまり吸収されることなくレジスト膜３３に到達する。この結果、レジスト膜３３の表面が加熱され、レジスト膜３３が発する熱により現像液４１の底部（レジスト膜３３との界面）の温度が上昇する。なお、実施例の１つとして、レジスト膜３３の表面の温度が５０℃となるように、光照射部１１の動作時間を制御した。以上のような条件下で現像が成されることにより、現像反応が促進される。現像処理後、光照射部１１はオフとされる。
【００２５】
次に、図２に示すように、回転軸２を回転させながら、リンス液供給ノズル６からウェハＷに向かってリンス液７が供給されることにより、リンス処理（現像停止処理）がなされる。リンス処理後、ウェハＷが例えばスピンドライにより乾燥処理される。
【００２６】
本発明の第１実施形態によれば、レジスト膜３３の温度上昇に対する寄与が現像液４１の温度上昇に対する寄与より大きくなるような特性を有する光が、現像処理の際にウェハＷに照射される。このため、照射光により、現像液４１よりもレジスト膜３３（典型的には、レジスト膜３３の表面）の温度が最も速く上昇する。温度が上昇したレジスト膜３３により、現像液４１は、レジスト膜３３との界面部分すなわち底部の温度が、上昇する。従来の方法では温度上昇させるのに長時間を要した底部を効率よく加熱することにより、現像処理時間を短縮することができる。
【００２７】
また、現像液４１は底部を基点として全体に亘って対流が生じる。このため、レジスト膜３３と現像液４１との反応により発生した生成物（溶解生成物）が、発生した場所に留まらずに、効率よく拡散される。よって、現像処理がレジスト膜３３のパターンの疎密によって変動することを回避することができる。この結果、レジスト膜３３のパターンの疎密に依存した寸法の変動を大幅に低減することができる。
【００２８】
従来の方法では、レジスト膜３３のパターンの寸法が変動することによりある所望のスペックを逸脱することを回避するのに必要な現像時間が３０秒であった。本実施形態の上記した各条件を例として現像処理を行った結果、スペック内に収まるレジスト膜３３を得るのに要した時間は、１５秒であった。
【００２９】
なお、上記したように、照射光として、現像液４１より、レジスト膜３３を含む形成膜３４の温度上昇に大きく寄与するものが用いられる。すなわち、形成膜３４を構成する各膜のいずれかの温度が、まず上昇すればよい。しかしながら、現像液４１と面するレジスト膜３３の温度を最も速く上昇させる特性の照射光を用いることが、効率の観点から最も好ましい。
【００３０】
（第２実施形態）
第２実施形態では、１つの光照射部が用いられ、光照射部およびリンス液吐出ノズルが、ウェハＷをスキャンするように移動する。また、現像液に照射される光の特性は第１実施形態と同様である。
【００３１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。図７に示すように、光照射部１１は、１つのみ設けられ、また光照射部駆動部５１により駆動される。光照射部１１は、光照射部駆動部５１（光照射手段駆動部）によりウェハＷ上でウェハＷの両端に亘ってスキャンするように移動する。光照射部１１からは、第１実施形態と同様の特性の光が照射される。また、リンス液供給ノズル６は、リンス液供給ノズル駆動部５２（リンス液供給手段駆動部）により、ウェハＷの両端に亘ってスキャンするように移動する。
【００３２】
上記構成の基板処理装置を用いた現像処理について次に説明する。現像液の供給、現像液の温度上昇、現像停止までの一連の動作中、現像液供給ノズル４、光照射部１１、リンス液供給ノズル６は、同様の軌跡を描くように駆動される。
【００３３】
本発明の第２実施形態によれば、現像液４１の温度を上昇させるための光は第１実施形態と同様の特性を有する。このため、第１実施形態と同様の効果を得られる。よって、ウェハ面内でのレジストパターンの寸法の均一性を向上することができる。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第２実施形態の特徴に加え、リンス液供給ノズルが現像液に乱流を発生させるように構成される。
【００３５】
図８は、本発明の第３実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図である。図８に示すように、リンス液供給ノズル６は、ウェハＷに対して傾斜して配置されている。図９は、図８に示す基板処理装置を用いた現像処理時の状態を示す図である。図９に示すように、リンス液供給ノズル６から供給されたリンス液７によって現像液４１内で乱流６１が生じる。
【００３６】
本発明の第３実施形態によれば、第１、第２実施形態と同様の効果を得られる。さらに、第３実施形態によれば、リンス液供給ノズル６が、ウェハＷに対して傾斜して配置されている。このため、リンス液７が現像液４１に向かって吐出された際、現像液４１内で乱流６１が生じる。よって、現像液４１からリンス液７への置換を促進できるとともに、温められた現像液４１を効率的に冷却することができる。したがって、現像処理時間を短縮することができる。
【００３７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図。
【図３】ウェハＷの処理工程の一部を概略的に示す図。
【図４】図３に続く工程を概略的に示す図。
【図５】図４に続く工程を概略的に示す図。
【図６】光の波長に応じた、水に吸収される度合いを示す図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図。
【図９】図８の基板処理装置を用いた現像処理時の状態を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１…チェンバー、２…回転軸、３…ステージ、４…現像液供給ノズル、５…現像液供給ノズル駆動部、６…リンス液供給ノズル、７…リンス液、Ｗ…ウェハ、１１…光照射部、１２…光源、２１…発光部、２２…分光部、３１…下地膜、３２…反射防止膜、３３…レジスト膜、３４…形成膜、４１…現像液、５１…光照射部駆動部、５２…リンス液供給ノズル駆動部、６１…乱流。
【図１】
2005051024.tif 000003
【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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