JP2006032606A - 基板加熱装置及び基板加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 化学増幅型のレジストが塗布され、例えば低加速の電子ビームにより露光された基板を加熱処理するにあたり、レジストの化学増幅反応を促進させて線幅精度の高いレジストパターンを形成すること
【解決手段】 表面にレジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体例えばグリセリンなどが供給された基板を基板載置部である載置台３に載置した状態で加熱手段をなすヒータ３３及び５１により加熱する構成とする。この場合、露光領域内での酸の活動を活発にすることができるので、結果として例えば低加速の電子ビームにしょり露光したレジストであっても現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。

従来、半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に薄膜状にレジストを塗布し、露光した後、現像液により現像して表面にマスクパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布・現像を行う塗布・現像装置に、露光装置を接続したシステムを用いて行われる。

レジストの種類の一つに化学増幅型のレジストがある。このレジストは、露光することによりレジストに含まれる酸発生剤から酸が発生し、さらにＰＥＢ（Post Exposure Bake）と呼ばれる加熱処理を行うことによりこの酸が露光領域内に拡散して酸触媒反応が進行する。図１１は化学増幅型のレジストのうち露光領域が酸触媒反応によって現像液に対し溶解性に変質するポジ型のレジストを用いたときの露光、加熱、現像の状態を示す図である。先ず、レジストＲが薄膜状に塗布された基板例えばウエハＷに対し、パターンに対応する開口部を有するマスクＭを介在させて露光を行うと、マスクＭの開口部を通過して光の当たった部位の表面部に例えばプロトン（Ｈ^＋）などの酸が発生する（図１１（ａ））。次いでウエハＷを所定の温度例えば９０〜１４０℃で加熱すると、酸が拡散して酸触媒反応が進行し、そしてレジストＲの主成分であるベース樹脂を酸が分解して現像液に対して可溶解性となる（図１１（ｂ））。この酸触媒反応についてより詳しくは、例えば露光部に発生した酸が拡散してベース樹脂を分解すると、このとき新たに酸（或いは酸に相当する成分）が生成し、この酸がベース樹脂を分解する、といったように増幅反応が進行する。その後、ウエハＷの表面に現像液を供給することにより、現像液に不溶解性の部位が残ってレジストパターンが形成される（図１１（ｃ））。

この種のレジストを用いれば、原理的に微細な線幅に対応することができる利点がある。但し、化学増幅型レジストの現像速度は酸触媒反応量で決まるので、露光後の加熱処理の条件は化学増幅型レジストの特性、特に現像後に得られるパターンの線幅精度を著しく左右する。前記基板であるウエハＷを加熱するための従来の加熱装置は、例えば図１２に示すように、抵抗加熱体であるヒータ１０を埋設した加熱プレート１の上にウエハＷを載置し、この上に蓋体１１を被せて処理空間を形成し、この処理空間に、例えば外方から中央へ向かうパージガスの気流を形成するように構成されている（特許文献１参照）。

ところで、パターンの微細化は益々進行する傾向にあり、更に、近年においては、少品種大量生産から多品種少量生産の生産方式に移行しつつあることから、これまでのように各品種毎に専用のマスクＭを作製していたのでは製品の単価が高騰してしまうことがある。そこで、電子ビームを用いてキャラクタープロジェクションと呼ばれるマスクレスの描画技術（以下、「電子ビーム露光」と呼ぶ）が検討され、報告がなされている（特許文献２参照）。電子ビーム露光の概念について図１３を用いて以下に簡単に述べておく。図中２は電子ビームを照射するための電子銃であり、この電子銃２から照射された電子ビームは第１の偏向手段２１により形成される静電界により曲げられ、上下の目開き部材２２ａ，２２ｂ，・・・の各々の表面に形成された例えば丸、三角、四角などの種々の開口部（図示せず）のうち所定の組み合わせの開口部を通過させることにより、電子ビームの断面形状が所定のパターン状に形成される。その後、電子ビームは第２の偏向手段２２により再度曲げられてウエハＷの表面の予定とする照射領域に照射される。このように電子ビーム露光は、電子ビームを通過させる開口部の組み合わせを変えることによりマスクＭを用いなくとも任意のパターンをウエハＷの表面に描画することができる利点がある。

但し、ウエハＷに照射する電子ビームの加速度が大きすぎるとウエハＷの下地に到達した電子が反射して上方側に向かい予定としない部位まで描画してしまうことから（このような現象は近接効果と呼ばれている）、この近接効果を抑制するために電子ビームの加速度は小さく設定されている。このように電子ビームを低加速に設定すれば、偏向手段２１，２３の静電界によりビームの軌道が曲げやすくなるので、目開き部材２２の目標とする開口部を高精度に通過させることができ、更にウエハＷの表面の予定とする位置に高精度にビームを当てることができるという利点もある。

特開２００１−２７４０５２号公報（図１０、段落０００５〜０００６） 特開２００２−５０５６７号公報（「従来の技術」）

しかしながら低加速の電子ビームを用いた描画には以下のような問題がある。即ち、低加速にした分において電子ビームからレジストに注入されるエネルギーが少なくなるため、化学増幅型レジストの場合には増幅反応である酸触媒反応促進のトリガーとなり得る酸の量が不足してしまい、描画後加熱を行っても描画領域内に充分に酸が広がらない場合がある。このためレジストの変質が充分に行われず、結果としてパターンが形成されないか、あるいは形成されたとしても線幅精度が低いパターンが形成されてしまう。このため電子ビーム露光を実施しようとすると充分な電子ビームのエネルギーをレジストに注入するために描画部位に対する電子ビームの照射時間を長くせざるを得ないが、そうするとスループットがかなり低くなってしまい、実現化が阻まれている要因になっている。そして、今後、より高精度にビームの軌道を制御するために更にビームを低加速に設定したいという動きもあり、ビームの低加速度化とスループットの向上とのトレードオフの問題が益々顕著化する懸念がある。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は化学増幅型のレジストが塗布され、例えば低加速の電子ビームにより露光された基板を加熱処理するにあたり、レジストの酸触媒反応である化学増幅反応を促進させて線幅精度の高いレジストパターンを得ることのできる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明の基板加熱装置は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
基板を水平に載置する基板載置部と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする。

なお、前記流体供給手段は、基板載置部に載置された基板の表面にレジスト改質流体を供給するものに限られず、基板載置部に載置される前の基板の表面にレジスト改質流体を供給するものも含む。

前記基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給される構成であってもよい。また流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されている構成であってもよい。更に流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口を設けるようにしてもよい。

前記流体規制部はレジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられた構成であってもよい。また流体規制部を昇降させる昇降機構を備えた構成であってもよい。更に前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。また更にレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。

本発明の基板加熱方法は、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする。

なお、前記基板の表面にレジスト改質流体を供給する工程を、前記基板を基板載置部に載置する工程よりも先に行ったとしても本発明の効果を得ることができるので、基板の表面にレジスト改質流体を供給した後に基板を基板載置部に載置する場合や、レジスト改質流体の供給と基板の載置を同時に行う場合も本発明の技術的範囲に含まれる。前記基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給するようにしてもよい。また加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を含むようにしてもよい。更に前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくようにしてもよい。

また加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含むようにしてもよい。前記露光は、例えば低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であってもよい。更にはレジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気であってもよい。

本発明によれば、基板の表面にレジスト改質流体を接触させた状態で当該基板の加熱処理を行うことにより、露光領域内の酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは例えば酸の量が不足して酸触媒反応の促進が不十分となるものであっても、酸触媒反応が促進されてレジストを充分に変質させることができる。その結果、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことを言い換えれば、低加速の電子ビームの照射時間を長くしなくとも当該加熱処理の段階で対処できるので、スループットの向上を図ることができる。なお、本発明においては低加速の電子ビームを用いた描画に限らず、例えば従来のマスクを介在させて露光した基板であっても、酸触媒反応が促進されて高いスループットを確保することができる。

本発明の実施の形態に係る基板加熱装置について図１及び図２を参照しながら説明する。なお本例では基板例えばウエハＷを加熱するための加熱部をなす基板加熱装置に、加熱した後のウエハＷを冷却するための冷却部を組み合わせて加熱・冷却ユニットを形成した例について以下に説明するが、冷却部を別に設けることもある。先ず、加熱部について詳しく説明すると、図中３は、基板載置部をなす載置台であり、化学増幅型のレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより描画された後のウエハＷを水平姿勢に載置するために空洞体からなる台座３０の上に設けられている。なお、前記電子ビームの加速度は特に限定はされないが、ここでいう低加速とは、仮に加熱しただけではパターンの形成が不十分となるエネルギー注入量の少ない電子ビームのことを意味しており、エネルギー注入量が不足してしまう加速度の一例として例えば５ｋＶ以下の電子ビームが挙げられる。

前記載置台３の表面には、ウエハＷの裏面側周縁部と全周に亘って対向して設けられ、このウエハＷを裏面側から吸引吸着すると共に、このウエハＷの表面からこぼれ落ちた液が裏面側へ回り込むのを防止するための、例えば高さ０．１ｍｍのバキュームリング３１が設けられている。更にウエハＷの中央部を裏面側から支持するための突起部３１ａも設けられている。前記バキュームリング３１の表面には例えば周方向に沿って吸引口３２が形成されており、この吸引口３２は図示しない吸引路例えば配管を介して吸引手段例えば吸引ポンプと接続されている。

載置台３は、例えばセラミックスより形成される本体部分の内部に、ウエハＷを裏面側から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなる複数のリング状のヒーター３３が同心円状に配置されて構成されている。これにより載置台３の表面はウエハＷを加熱するための加熱プレートとして形成されている。また載置台３におけるウエハＷの載置領域の外方側には、複数の給気口３４が周方向に沿って設けられ、この給気口３４にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気又は、窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管３５が接続されている。

載置台３の表面のうち、バキュームリング３１の内側にあたる領域には、ウエハＷを裏面側から突き上げて支持するための例えば３本の基板支持ピン３６が載置台３の表面から突没自在に設けられている。これら３本の基板支持ピン３６は、例えば空洞体である台座３０内に位置された例えば上からみてリング状のベース体３７の表面に垂立されており、さらに、このベース体３７は昇降機構３８と接続されている。この昇降機構３８により基板支持ピン３６はウエハＷを水平姿勢に支持した状態で昇降可能なように構成されている。

載置台３の上部には、上面が閉じられ下方側が開口する円筒状のカバー体をなす蓋体４が昇降自在に設けられている。この蓋体４は例えばアルミニウムにより形成されている。また蓋体４は、図示しない昇降機構と接続されて昇降自在であり、例えばウエハＷを載置台３に受け渡すときには上昇位置に設定され、またウエハＷを加熱処理するときには下降してウエハＷの周囲を囲う処理空間を形成する。更に蓋体４の天井部には中心付近に排気口４１が形成されており、この排気口４１には排気路４２例えば配管の一端が接続されている。当該排気路４２の他端は排気手段例えば排気ポンプ４３と接続されており、この排気ポンプ４３により前記処理空間内にある前記パージガスなどの雰囲気を排気可能なように構成されている。

載置台３に載置されたウエハＷの上方には、このウエハＷの表面に対し所定の隙間を介して対向すると共に、ウエハＷの有効領域（デバイス形成領域）と同じか又は有効領域よりも大きい流体規制部をなす例えば厚み３ｍｍの流体規制板５が昇降自在に設けられている。この流体規制板５は例えばセラミックスにより形成されている。また流体規制板５の内部には、ウエハＷ及びウエハ表面に供給されたレジスト改質流体を上方から加熱するための加熱手段例えば抵抗発熱体からなるヒーター５１が設けられている。なお前記所定の隙間とは、例えば毛細管現象により液例えばレジスト改質液が隙間内に広がる高さ位置であり、例えばウエハＷとの離間距離を１〜２ｍｍにすることが一例として挙げられる。但し、選択したレジスト改質液の粘度等によってはこれ以上に大きく設定することもある。また毛細管現象のみでは液の広がりが充分でない場合には、吐出圧を頼ることもある。

更に、流体規制板５の表面の例えば中央部には、レジスト改質流体であるレジスト改質液をウエハＷの表面に供給するための流体供給手段としての流体供給口５２が設けられている。この流体供給口５２には供給路５３例えば流体規制板５の昇降範囲において追従可能なフレキシブルな配管の一端が接続されており、この供給路５３の他端はレジスト改質液の供給源５４と接続され、その途中にはバルブ５３ａ及び図示しない流量調整部が設けられている。即ち、ウエハＷの表面と流体規制板５の表面との間の隙間は、流体供給口５２から供給されたレジスト改質液が毛細管現象により広がって満たされることにより流体層を形成するための流体層形成領域として形成されている。従って中央からレジスト改質液が広がって前記隙間を埋めつくし、ウエハＷの周縁では表面張力により隙間内に留まってこぼれ落ちないようになっている。

流体規制板５の表面のうち、少なくともウエハＷと対向する部位は例えば表面処理を行うなどすることによりレジスト改質液に対し親水性を有するように設定するのが好ましい。このような構成とすれば表面張力の作用を高めて、より確実に面内均一な厚みの流体層を速やかに形成できるので得策である。更にまた、流体規制板５の裏面に例えば３本以上のギャップ調整ピンを設けておき、このギャップ調整ピンの先端部を載置台３の表面に当接させることにより流体規制板５をウエハＷに対し水平に設定可能なようにすることもある。

前記レジスト改質液は例えばグリセリン、アルコールの中から選択した成分を含む液体である。後述する実施例の結果からも分かるように、グリセリンを選択するのが好ましい。この場合、グリセリンを含む液体には、もちろんグリセリンからなる液体も含まれる。但し、レジスト改質液は前記成分の中から選択された一種の成分を含む場合に限られず、複数種の成分を組み合わせることができ、更に溶媒を用いて希釈して濃度を調整してもよい。但し、レジスト改質液はウエハＷの加熱温度の設定値よりも沸点が高い液体であることが好ましい。またレジスト改質液はウエハＷの処理温度との差がないか又は差が小さくなるように温調されて供給するのが好ましく、この場合、例えば装置の外部に設けた温度調整器により温調するようにしてもよく、あるいは、図示は省略するが、流体規制板５内部にレジスト改質液が通流する流路を形成しておき、この流路内を通流させることでヒータ５１により例えばウエハＷ処理温度まで加熱温調するようにしてもよい。

流体規制板５の表面のうちウエハＷの周縁部と対向する位置には、ウエハＷに供給されたレジスト改質液を吸引するための流体吸引手段である例えば小径の流体吸引口５５が例えば狭い間隔をおいて全周に亘って形成されており、これら流体吸引口５５は、図示は省略するが、例えば流体規制板５の内部にて連通している。更に流体吸引口５５には吸引路５６例えば配管の一端が接続されており、この吸引路５６の他端は図示しない吸引手段例えば吸引ポンプ５７と接続され、その途中にはバルブ５６ａ及び図示しない流量調整部が設けられている。なお、前記供給路５３及び吸引路５６は、蓋体５の天井部を貫通させて装置外部の供給源５４及び吸引ポンプ５７と夫々接続してもよく、あるいは例えば排出口４１の開口部を利用して供給源５４及び吸引ポンプ５７と接続してもよい。

流体規制板５は、その周縁部を昇降自在な例えば３本の支持ピン６に支持されている。これら３本の支持ピン６は、空洞体である台座３０内に位置された例えば上からみてリング状のベース体６１の表面に垂立されており、さらに、このベース体６１は昇降機構６２と接続されている。この昇降機構６２により流体規制板５は水平姿勢で昇降可能であると共に、ウエハＷの表面に対して所定の高さ位置に設定可能なように構成されている。

続いて、加熱部で加熱した後のウエハＷを冷却するための冷却部について説明する。図中７は、その表面にウエハＷを水平に支持した状態で前記加熱部に向かって進退可能な移載プレートであり、この移載プレート７の内部には冷却手段７１例えば冷却水が通流する流路が形成されている。即ち、移載プレート７はウエハＷを粗冷却（粗熱取り）するための冷却プレートを兼用する。また移載プレート７は例えば垂立する支持部７２により支持されており、この支持部７２は移動基体７３と接続されている。更に移動基体７３は、載置台３に向かってＹ方向に伸びるガイドレール７４に支持されており、図示しない移動機構により移動基体７３と一体的に移載プレート７はスライド移動可能なように構成されている。

更に移載プレート７の下方には、ウエハＷを裏面側から支持するための例えば３本の基板支持ピン７５が台座３０の表面から突没自在に設けられている。これら３本の基板支持ピン７５は例えば上から見てリング状のベース体７６により連結されており、さらに、このベース体７６は昇降機構７７と接続されている。この昇降機構７７により基板支持ピン７５はウエハＷを裏面から支持した状態で昇降可能なように構成されている。なお移載プレート７の表面には上昇する基板支持ピン７５を上下に貫通させるための切り欠き部７８が形成されている（図２参照）。

なお、本装置は図示しない制御部を備えており、この制御部は吸引口３２に接続された吸引ポンプ、昇降機構３８、排気ポンプ４３、昇降機構６２による流体規制板５の高さ位置の設定、バルブ５３ａ、５６ａの開閉、移動基体７３などの動作を制御する機能を有している。

続いて、上述の基板加熱装置を用いて基板例えばウエハＷを熱処理する工程について図３及び図４を参照しながら説明する。先ず、表面にレジストが塗布され、さらに例えば低加速の電子ビームにより所定のパターンが表面に描画された後のウエハＷは、図示しないウエハ搬送手段により図示しないウエハ搬送口を介して装置内に搬入される。そして後退位置にある移載プレート７の上方にウエハＷが位置されると、基板支持ピン７５が上昇し、この基板支持ピン７５とウエハ搬送手段との協働作用により、移載プレート７の表面にウエハＷは載置される。このとき冷却手段７１により移載プレート７を予め所定の温度に冷却しておけば、ウエハＷの温度を均一にして載置台３に受け渡すことができる。

続いて、図３（ａ）に示すように、蓋体４及び流体規制板５の各々が独立して上昇する一方で、移載プレート７が前進して載置台３の上方位置にウエハＷが搬送され、基板支持ピン３６が上昇してウエハＷを裏面側から突き上げて支持した後、移載プレート７が後退する。次いで、基板支持ピン３６はウエハＷを支持した状態で下降し、載置台３上にウエハＷを載置すると、バキューム口３２が負圧にされてウエハＷを吸引吸着する。このとき載置台３及び上部電極６は、酸触媒反応時間をウエハＷ毎に揃えるためにレジストの酸触媒反応が進行しない温度に設定しておくのが好ましい。具体的には、例えば９０℃よりも低い温度であればよく、その一例としてはより確実に酸触媒反応の進行がないと共にウエハ加熱温度に近い温度例えば５０℃に加熱しておいてもよく、あるいは加熱をしないで室温例えば２５℃にしておいてもよい。但し、必ずしも酸触媒反応が進行しない温度にしておかなくともよく、予めヒータ３３及びヒータ６２の出力を酸触媒反応が進行する前記した所定の温度に見合う量に設定しておいてもよい。

続いて、図３（ｂ）に示すように、流体規制板５が下降してウエハＷの表面に対して所定の高さ位置に設定されると共に、蓋体４が下降してウエハＷの周囲を囲む処理空間を形成する。その一方で、給気口３４からパージガス例えばフィルタを通過させた空気を処理空間内に供給すると共に、排気ポンプ４３により排気口４１を介してパージガスを排気することにより、処理空間内には外側から中央部へ向かうパージガスの気流が形成される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、流体供給口５２を介してレジスト改質液例えばグリセリンをウエハＷの表面に例えば吐出圧が略ゼロの状態で所定量供給すると、毛細管現象の作用によりレジスト改質液はウエハＷと流体規制板５との間に形成された隙間に広がっていく。ウエハＷの周縁まで広がった液は、その先は毛細管現象が作用しないので周縁にて表面張力により留まり、これによりウエハＷの表面には隙間の幅に対応した厚みのレジスト改質液の液膜が形成される。次いでヒータ３３及びヒータ５１によりウエハＷは所定の温度例えば９０〜１４０℃まで昇温され、この液膜を形成した状態、つまり表面にレジスト改質液を接触させた状態でウエハＷの加熱を所定時間例えば９０秒間行う。この場合、詳しくは後述するが、レジスト改質液が表面に接触した状態でウエハＷを加熱することでレジストの酸の活動が活発になり、描画領域内に充分に酸が拡散して酸触媒反応が進行する。ポジ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対して溶解性に変質し、またネガ型のレジストの場合には描画した部位が現像液に対し不溶解性に変質する。

しかる後、図４（ａ）に示すように、ウエハＷの表面に対し極めて接近する位置例えば０．１ｍｍ離れた位置まで流体規制板５を低速度で下降させると共に、バルブ５６ａを開いて流体吸引口５５を負圧にする。これによりウエハＷの表面にあるレジスト改質液を吸引していく。そして前記した接近した位置まで流体規制板５が下降すると、続いて、図４（ｂ）に示すように、吸引ポンプ５７を停止する一方で、流体規制板５を上昇させる。これによりウエハＷの表面に残ったレジスト改質液が蒸発し、パージガスと共に装置外へ排出される。なお吸引の際に流体規制板５をウエハＷに接近させて隙間を小さくしたことによりウエハＷの表面には殆ど液が残っていないので乾燥に要する時間はかなり短い。その後、図４（ｃ）に示すように、蓋体４が上昇し、進入してくる移載プレート（冷却プレート）７にウエハＷは受け渡され、このプレート上でウエハＷは冷却されて粗熱取りがなされる。なおプレートの設定温度によっては酸触媒反応の進行を停止させることができる。その後、ウエハＷは装置の外部からのウエハ搬送手段に受け渡されて装置外へ搬出される。

上述の実施の形態によれば、表面にレジスト改質液を接触させた状態、例えばグリセリンの液膜が形成された状態でウエハＷの加熱を行うことにより、描画領域内での酸の活動を活発にすることができる。このため、例えば低加速の電子ビームを用いて短時間に描画された基板であって、単に加熱しただけでは酸が不足して酸触媒反応の促進が不十分となってしまうものであっても、描画領域内に酸を充分に広げてレジストを変質させることができる。その結果、後述する実施例の結果からも明らかなように、現像後において基板の表面に線幅精度の高いレジストパターンを形成することができる。このことは言い換えれば、例えばマスクレスの低加速の電子ビーム露光において充分な電子ビームのエネルギーをレジストに与えるためには、電子ビームの照射時間を長くせざる得なかったが、この発明により前記照射時間を短くしてレジストに与えられる電子ビームのエネルギーを小さくしても、熱処理の段階で対処できるようになったため、スループットの向上を図ることができ、電子ビーム露光の実現化に極めて有効な手段であるといえる。

なお、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すれば酸の活動を活発にすることができる理由については、本発明者らは次のように推測している。即ち、レジスト改質液を接触させた状態で加熱すると、加熱時においてレジスト改質液がレジストの描画領域内に浸透し、これにより描画領域内が親水化されることにより、当該描画領域内を酸が動きやすくなり、そのため描画時に発生した酸が少量であっても描画領域内に充分に拡散させていくことができる。但し、レジスト改質液の浸透は加熱時に促進されるため、ウエハＷを前記した所定の温度に加熱しているとき、特に酸触媒反応が盛んに行われているときにウエハＷの表面にレジスト改質液が接触していることが必要である。その裏づけとしてレジスト改質液を表面に供給し、このレジスト改質液を除去してから加熱をした場合にはパターンが形成されなかったことを実験により確認している。

更に、上述の実施の形態によれば、ウエハＷの表面と対向する位置に流体規制板５を配置し、この流体規制板５とウエハＷとの間の隙間にレジスト改質液を満たして流体層を形成する構成としたことにより、ウエハＷ表面の面内において厚みの均一なレジスト改質液の液膜を形成することができる。このため、例えばウエハＷの温度とレジスト改質液の温度に差があったとしても、レジスト改質液に奪われる熱の量をウエハＷの面内で均一にすることができるので、レジスト改質液の浸透及び酸触媒反応の進行を面内で均一に促進させることができる。その結果、面内均一性の高い線幅のレジストパターンを形成することができる。即ち、仮に流体規制板５がなければ表面張力により引っ張られてレジスト改質液が塗られない部位がウエハＷの表面に生じてしまうような凝集性の高い液例えばグリセリンを選択した場合や、疎水性のレジストが塗布されたウエハＷを処理する場合に対し本発明は極めて有効である。

更に上述の実施の形態によれば、ウエハＷと流体規制板５との間に毛細管現象により液を広げて、ウエハＷの周縁部において表面張力により液を保持することにより、ウエハＷの表面から液がこぼれ落ちて装置内が浸水することを抑制することができる。そして更に、ウエハＷとの間の隙間を狭く設定することにより１回の処理で使用するレジスト改質液の液量を少なくすることができるので、その分において運転コストの低減を図ることができる。但し、必ずしもレジスト改質液を静置した状態で加熱をしなくともよく、例えば液の供給及び液の吸引を続けることでウエハＷと流体規制板５との間の隙間内に液流が形成された状態で加熱するようにしてもよい。

なお、例えば流体供給口５２を介するか、又は別途流体規制板５に別途形成した供給口を介してしてウエハＷの表面に気体例えば乾燥用気体を供給する手段を設けておき、加熱した後のウエハＷの表面に気体を供給することによりウエハＷを乾燥させるようにしてもよい。

また、レジスト改質液は載置台３に載置された状態のウエハＷに供給しなくともよく、例えば載置台３に載置する前に基板支持ピン３６により支持されたウエハＷの表面に流体規制板５を対向させてレジスト改質液の液膜を形成してからウエハＷを載置台３に載置するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、レジスト改質液を供給する液供給手段を有するユニットを別途設けておき、表面にレジスト改質液を液盛りしたウエハＷを搬入して載置台３に載置し、流体規制板５を対向させて液を面内に広げるようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

更に、この例ではレジスト改質液を用いた実施例について説明したが、レジスト改質流体は液体に限られず、例えばこのレジスト改質液を蒸気にして液供給口５２から供給するようにしてもよい。この場合、加熱している間継続して蒸気を供給することでウエハＷと流体規制板５の隙間に中央から外に広がる蒸気の気流が形成される。そして周縁部に到達した蒸気は液吸引口５５から吸引される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液体の場合のように加熱後にウエハＷの上面からレジスト改質液を除去する工程を本例の場合には省くことができるので、処理の短時間化を図ることができる。

続いて本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置について図５を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、ウエハＷを洗浄するための洗浄液であるリンス液を兼ねた冷却液をウエハＷに供給する手段を備えたことを除いては図１記載の装置と同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例においては流体供給口５２に接続された供給路５３は途中で分岐されて冷却液例えば温度が調整された純水の供給源８と接続されており、図示しない制御手段により操作される切り替え部例えば三方バルブ８１によりレジスト改質流体及び冷却液のうちのいずれか一方を流体供給口５２を介してウエハＷの表面に供給可能なように構成されている。

上記基板加熱装置を用いてウエハＷを加熱する場合、図３及び図４記載の工程と略同じにして処理が行われるが、本例においては表面にレジスト改質液の液膜を形成した状態で所定の時間ウエハＷの加熱をした後（図３（ｃ）参照）、三方バルブ８１を切り替えて例えば２３℃に温調された冷却液をウエハＷの表面に供給すると共に、ウエハＷの表面にあるレジスト改質液又はレジスト改質液と冷却液（リンス液）の混合液を流体吸引口５５から吸引する。これによりウエハＷの表面を洗浄すると共に、ウエハＷを冷却することで酸触媒反応を停止させる。その後、冷却液の供給を停止し、次いで流体規制板５を下降させながら流体吸引口５５を介して冷却液の吸引が行われることとなる（図４（ｄ）参照）。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

更に、上述の例によれば、冷却液（リンス液）で洗浄することによりウエハＷをより確実に清浄にすることができる。即ち、万が一選択したレジスト改質流体に含まれる成分が残っていると後の工程の処理に影響を及ぼす懸念がある場合に対しこの例は有効である。更に、冷却液としてレジスト改質液よりも揮発性の高いもの（沸点の低いもの）を用いれば、ウエハＷからの乾燥除去を短時間で行うことができるので得策である。更にまた、最適なタイミングでウエハＷを冷却して酸触媒反応を停止させることができるので、冷却液の温度などを選定することにより冷却プレート７を省略することも可能である。

なお、冷却液は載置台３に載置されたウエハＷに供給しなくともよく、例えば基板支持ピン３６により載置台（加熱プレート）３から離れた位置に設定してから冷却液を供給するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、冷却液供給手段を有するユニットを別途設けるようにしてもよい。

続いて本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置について図６を参照しながら説明する。この例の基板加熱装置は、昇降可能な流体規制板５を備えないことを除いては図１記載の装置と概ね同じ構成である。同じ構成を採用するところについては同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略する。本例の装置における蓋体４は、下降位置に配置されたときにその天井部の表面がウエハＷの表面と所定の隙間例えば１〜２ｍｍの僅かな隙間を形成するように設定されている。更に蓋体４の天井部中央付近にはレジスト改質液をウエハＷに供給するための流体供給口８が設けられており、この流体供給口８は供給路５３を介してレジスト改質液の供給源５４と接続されている。即ち、蓋体４の天井部の表面は流体規制部として形成されており、ウエハＷの表面と蓋体４の天井部表面との間にレジスト改質液が供給されて液膜が形成される構成である。なお、供給路５３は途中で分岐されており、分岐路の一端は例えば乾燥用の気体の供給源８０と接続されている。更に、図中８１は、図示しない制御部により操作される切り替え部例えば三方バルブであり、この三方バルブ８１を切り替えることにより流体供給口８を介してレジスト改質液又は乾燥用気体のいずれか一方をウエハＷに供給可能なように構成されている。また、図中８２は加熱手段例えば抵抗発熱体をなすヒータである。

前記蓋体４の天井部におけるウエハＷの外周縁よりも外側に対応する部位には、複数の給気口８３が周方向に沿って設けられており、この給気口８３にはパージガス例えばフィルタを通過させた空気や窒素ガス等の不活性ガスを供給するための給気管８４が接続されている。また載置台３におけるウエハＷの載置領域の外方側にはレジスト改質液や前記パージガスを排出するための複数の排出口８５が周方向に沿って形成されており、この排出口８５には吸引手段８６例えばエジェクタなどが接続されている。更に載置台３のウエハＷの載置領域の外側にあたる表面は、液が速やかに排出されるように前記排出口８５に向かって下方側に傾斜しており、この傾斜面は例えば表面処理を行ってレジスト改質液に対し撥水性を有するように設定されている。なお、パージガスは天井部側から供給して底部側から排気する構成に限られず、反対に蓋体４に排気口を形成すると共に給気口を載置台３に形成することもある。

この場合、載置台３にウエハＷが載置されると、蓋体４を閉じて処理空間を形成し、流体供給口８からウエハＷの表面と蓋体４の天井部表面との間にレジスト改質液を供給して液膜を形成する。これにより表面にレジスト改質液が接触した状態でウエハＷの加熱が行われる。その後、三方バルブ８１を切り替えてウエハＷの表面に気体例えば乾燥空気を供給してレジスト改質液を外に押しやってウエハＷから除去する構成とする。このウエハＷからこぼれ落ちたレジスト改質液は排出口８５を介して排出される。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本例においても冷却液を供給する手段を設けておき、気体を供給する前にウエハＷの表面に冷却液を供給するようにしてもよい。なお本例においては、流体供給口８はウエハＷの中央に対応する位置に設けた構成に限られず、例えばウエハＷの周方向に間隔をおいて配置されていてもよい。更に必ずしも乾燥気体を供給する手段を備えていなくともよく、加熱によりレジスト改質液を蒸発させてウエハＷを乾燥させるようにしてもよい。

更に本発明においては、ウエハＷの表面にレジスト改質液を供給した際においてウエハＷの外周縁から液がこぼれ落ちるのを抑制するために、例えばレジストをウエハＷの表面に塗布した後に、この塗布ユニットにてウエハＷの周縁部に撥水処理を行うようにしてもよい。具体的にはウエハＷの周縁部に全周に亘って撥水剤例えばフッ素系の塗布液を塗布し乾燥させる処理が一例として挙げられる。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に、液がこぼれ落ちるのをより確実に抑制するために、流体規制板５の表面のうちウエハＷの周縁部と対応する部位に予め同様にして撥水処理を行っておくようにしてもよい。また更に、載置台３に載置されたウエハＷの周縁全周と僅かな隙間を介して対向するように例えば表面に撥水処理が施されたリング部材を設けるようにしても液がこぼれ落ちるのを抑制することができる。

更に本発明においては、加熱処理するウエハＷは低加速の電子ビームにより描画されたものに限られず、例えば高加速の電子ビームで描画されたウエハＷや、マスクを介して露光機により露光されたウエハＷにも適用することもできる。この場合であっても、酸触媒反応を促進させることができるので、短時間で露光後加熱を行うことでスループットの向上を図ることができる。また本発明は、被処理基板に半導体ウエハＷ以外の基板、例えばＬＣＤ基板、フォトマスク用レチクル基板の加熱処理にも適用できる。

最後に本発明の基板加熱装置の一つである上述の現像装置が組み込まれた塗布・現像装置の一例について図７及び図８を参照しながら簡単に説明する。図中Ｂ１は基板であるウエハＷが例えば１３枚密閉収納された キャリアＣを搬入出するためのキャリア載置部であり、キャリアＣを複数個載置可能な載置部９０ａを備えた キャリアステーション９０と、この キャリアステーション９０から見て前方の壁面に設けられる開閉部９１と、開閉部９１を介してキャリアＣからウエハＷを取り出すための受け渡し手段Ａ１とが設けられている。

キャリア載置部Ｂ１の奥側には筐体９２にて周囲を囲まれる処理部Ｂ２が接続されており、この処理部Ｂ２には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３と、後述する塗布・現像ユニットを含む各処理ユニット間のウエハＷの受け渡しを行うウエハ搬送手段である主搬送手段Ａ２，Ａ３とが交互に配列して設けられている。即ち、棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３及び主搬送手段Ａ２、Ａ３は キャリア載置部Ｂ１側から見て前後一列に配列されると共に、各々の接続部位には図示しないウエハ搬送用の開口部が形成されており、ウエハＷは処理部Ｂ１内を一端側の棚ユニットＵ１から他端側の棚ユニットＵ３まで自由に移動できるようになっている。また主搬送手段Ａ２、Ａ３は、 キャリア載置部Ｂ１から見て前後方向に配置される棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットＵ４，Ｕ５側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁９３により囲まれる空間内に置かれている。また図中９４、９５は各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。

液処理ユニットＵ４，Ｕ５は、例えば図８に示すように塗布液（レジスト液）や現像液といった薬液供給用のスペースをなす収納部９６の上に、塗布ユニットＣＯＴ、現像ユニットＤＥＶ及び反射防止膜形成ユニットＢＡＲＣ等を複数段例えば５段に積層した構成とされている。また既述の棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、液処理ユニットＵ４，Ｕ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば９段に積層した構成とされており、その組み合わせは、上述の基板加熱装置をユニット化した露光後加熱ユニット（ＰＥＢ）、ウエハＷを加熱（ベーク）する加熱ユニット、ウエハＷを冷却する冷却ユニット等が含まれる。

処理部Ｂ２における棚ユニットＵ３の奥側には、例えば第１の搬送室９７及び第２の搬送室９８からなるインターフェイス部Ｂ３を介して露光部Ｂ４が接続されている。インターフェイス部Ｂ３の内部には処理部Ｂ２と露光部Ｂ４との間でウエハＷの受け渡しを行うための２つの受け渡し手段Ａ４、Ａ５の他に、棚ユニットＵ６及びバッファキャリアＣ０が設けられている。

この装置におけるウエハの流れについて一例を示すと、先ず外部からウエハＷの収納されたキャリアＣが載置台９０ａに載置されると、開閉部９１と共に キャリアＣの蓋体が外されて受け渡し手段ＡＲ１によりウエハＷが取り出される。そしてウエハＷは棚ユニットＵ１の一段をなす受け渡しユニット（図示せず）を介して主搬送手段Ａ２へと受け渡され、棚ユニットＵ１〜Ｕ３内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば反射防止膜形成処理、冷却処理が行われ、しかる後、塗布ユニットにてレジスト膜が形成されると、ウエハＷは棚ユニットＵ１〜Ｕ３の一の棚をなす加熱ユニットで加熱（ベーク処理）され、更に冷却された後棚ユニットＵ３の受け渡しユニットを経由してインターフェイス部Ｂ３へと搬入される。このインターフェイス部Ｂ３においてウエハＷは例えば受け渡し手段Ａ４→棚ユニットＵ６→受け渡し手段Ａ５という経路で露光部Ｂ４へ搬送され、露光が行われる。露光後、ウエハＷは逆の経路で主搬送手段Ａ２まで搬送され、加熱ユニットにて加熱処理がなされた後、現像ユニットＤＥＶにて現像されることでレジストマスクが形成される。しかる後ウエハＷは載置台９０ａ上の元のキャリアＣへと戻される。

続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１）
本例は、レジスト改質流体としてグリセリンを露光後のウエハの表面に液盛りした状態でウエハの加熱処理を行った実施例である。詳しい試験条件を以下に記載する。所定時間ウエハを加熱した後、純水でレジスト改質流体を洗い流し、更にウエハの表面に現像液を供給してパターンを形成した。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図９に示す。
・レジスト；ポジ型
・レジスト膜厚；１００ｎｍ
・線幅目標値；２５０ｎｍ
・電子ビーム照射量；６ｍＪ／ｃｍ^２
・加熱温度及び加熱時間；９０℃，９０秒
・純水供給時間；３０秒
・現像液及び現像時間；ＴＭＡＨ＝２．３８重量％，６０秒

（比較例１）
本例はレジスト改質流体を用いなかったことを除いて実施例１と同じ処理を行った比較例である。形成されたパターンを電子顕微鏡を用いて撮像した結果を図１０に示す。

（実施例１及び比較例１の結果と考察）
図９及び図１０の結果からも明らかなように、レジスト改質流体であるグリセリンを載せた状態で加熱した実施例の場合、描画した領域（電子ビームを当てた領域）が現像液に溶解し、描画しなかった領域にあるレジストが残ってパターンが形成されている。パターンの線幅も目標値を満足するものが形成されている。これに対し、グリセリンを用いなかった比較例は描画した領域のレジストが溶解せずに残ってしまってパターンが全くといっていいほど形成されていない。以上の結果からレジスト改質流体としてグリセリンを用いれば、電子ビームを低加速に設定したとしても、加熱時において酸触媒反応を促進させることができることが確認された。

本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る基板加熱装置を示す平面図である。 上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である 上記基板加熱装置を用いてウエハを加熱する工程を模式的に示す説明図である 本発明の他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。 本発明の更に他の実施の形態に係る基板加熱装置を示す縦断面図である。 本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す平面図である。 本発明の基板加熱装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す斜視図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。 化学増幅型レジストを露光、加熱、現像したときの様子を示す説明図である。 従来の加熱装置を示す説明図である。 電子ビーム露光の概略を示す説明図である。

符号の説明

３ 載置台
３３ ヒータ
３４ 給気口
３６ 基板支持ピン
４ 蓋体
４１ 排気口
５ 流体規制板
５１ ヒータ
５２ 流体供給口
５５ 流体吸引口
７ 移載プレート（冷却プレート）

Claims (16)

1. 化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱装置において、
   基板を水平に載置する基板載置部と、
   この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する流体供給手段と、
   このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
2. 基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部が設けられ、前記レジスト改質流体は基板の表面と流体規制部との隙間に供給されることを特徴とする請求項１記載の基板加熱装置。
3. 流体規制部における基板と対向する部位には、レジスト改質流体である液体を供給するための流体供給口が設けられ、
   前記隙間は前記液体が毛細管現象により広がる大きさに設定されていることを特徴とする請求項２記載の基板加熱装置。
4. 流体規制部における基板と対向する部位には、加熱後の基板の表面に冷却液を供給するための流体供給口が更に設けられたことを特徴とする請求項２又は３記載の基板加熱装置。
5. 流体規制部における基板と対向する部位には、基板の表面と流体規制部の表面との間の隙間にある流体を吸引するための流体吸引口が更に設けられたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
6. 流体規制部は、レジスト改質流体を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
7. 前記流体規制部を昇降させる昇降機構を備えたことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか一つに記載の基板加熱装置。
8. 前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光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基板加熱装置。
9. レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気で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基板加熱装置。
10. 化学増幅型のレジストが塗布され、さらに露光された後の基板を現像する前に加熱処理する基板加熱方法において、
    基板を基板載置台に水平に載置する工程と、
    この基板の表面に、レジストの酸触媒反応を促進させるためのレジスト改質流体を供給する工程と、
    このレジスト改質流体が供給された基板を前記基板載置部に載置した状態で当該基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする基板加熱方法。
11. 基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にレジスト改質流体を供給することを特徴とする請求項１０記載の基板加熱方法。
12. 加熱後の基板の表面と、この基板の表面に対し所定の隙間を介して対向する流体規制部の表面との間の隙間にある流体を流体吸引手段により吸引する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１記載の基板加熱方法。
13. 前記流体吸引手段により流体を吸引する工程を行っているときに、流体規制部を基板に向かって移動させて基板との間の隙間を狭くしていくことを特徴とする請求項１２記載の基板加熱方法。
14. 加熱後の基板の表面に冷却液を供給する工程と、を更に含む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基板加熱方法。
15. 前記露光は、低加速の電子ビームにより基板の表面にパターンを描画する電子ビーム露光であることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか一つに記載の基板加熱方法。
16. レジスト改質流体は、グリセリンを含む液体か又はグリセリンを含む蒸気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基板加熱方法。