JP6610285B2 - 基板処理装置及び基板処理システム並びに基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に対して処理を行う基板処理装置及び基板処理システム並びに基板処理方法に関する。

半導体製造工程において、デバイスパターンの微細化を図るために、複数回のパターニングを行うマルチパターニング技術が知られている。マルチパターニングを実行するにあたっては、ＥＰＥ（Edge Placement Error）と呼ばれるパターンの個別の大きさや位置の正確さが重要となり、現像後のレジストパターンの線幅（ＣＤ：Critical Dimension）の精度を高める必要がある。

従来、レジストパターンの線幅は、例えば露光後、現像処理前のウエハを加熱するＰＥＢ（ポストエクスポージャーベーク）と呼ばれる加熱処理において、加熱温度を制御することによって補正されている。しかしながら、ＰＥＢ処理は熱板上にウエハを載置して加熱することにより行われるため、熱板面内の部分的な温度制御には限界があり、局所的な線幅の変動は補正できない。

一方、デバイスパターンの微細化技術として、シュリンク法が提案されている。この手法は、レジスト部分の周囲に膜を形成することによって、レジストパターンのスペース部分の寸法を縮小させ、微細化を図るものである。特許文献１には、シュリンク剤溶液を塗布し、次いで、基板をベークしてシュリンク剤溶液とレジスト部分とを反応させた後、余分なシュリンク剤を除去する手法が提案されている。

この手法では、図１４（ａ）に示すように、ベークにより基板１００を一様に加熱しているので、シュリンク剤溶液とレジスト部分の反応の程度が基板面内において揃えられる。図１４中、１０１はレジスト部分、１０２はシュリンク剤溶液である。このため、図１４（ｂ）に示すように、レジスト部分１０１に形成される膜１０３の厚さが一定になり、パターンの線幅が局所的に細い場合に、当該細い領域の線幅を太くするという補正を行うことはできない。従って、レジストパターンのスペース部分を縮小できても、線幅のばらつきを改善することはできない。

特許文献２には、光開始剤を含有してなる感光性樹脂組成物が提案され、非特許文献１には、光照射により架橋が形成され、加熱されることで溶剤に可溶になる光架橋型高分子が提案されている。しかしながら、これらの文献には、レジストパターンの線幅のばらつきを改善する技術については記載されていない。

特開２０１５−８７７４９号公報（段落００７３等） 特開平７−５６３３８号公報

白井 正充（大阪府立大学）著「再可溶化できる光架橋型高分子」

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レジストパターンのスペース部分を細らせて、現像後のレジストパターンの線幅のばらつきの改善を図ることができる技術を提供することにある。

本発明の基板処理装置は、
露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に対して処理を行う基板処理装置であって、
基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板の被処理面に、光によりレジストとの反応が促進される有効成分と前記有効成分の光反応を開始させる光開始剤とを含み、レジストパターンのスペース部分を細らせるためのシュリンク剤である薬液を供給するための薬液供給部と、
前記基板における薬液が盛られた部分に、前記光開始剤に対応した波長を有し、薬液の有効成分とレジストとを反応させるための光を照射する光照射部と、
前記光照射部により基板の表面に対して光照射を行うときに前記薬液を基板上で流動させるために前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
前記基板の被処理面を同心円状に複数に分割した分割領域と、前記光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データに基づいて、基板の面内でレジストパターンの線幅を共通の目標値に揃えるために前記光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方を前記分割領域毎に制御するための制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の基板処理システムは、
既述の基板処理装置と、
前記基板におけるレジストパターンの線幅を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記関係データを作成するデータ作成部と、
前記測定部と前記基板処理装置との間で基板を搬送する搬送機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明の基板処理方法は、
露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に対して処理を行う基板処理方法であって、
基板におけるレジストパターンの線幅を測定部で測定する工程と、
前記測定部の測定結果に基づいて、基板の被処理面を同心円状に複数に分割した分割領域と、光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データを作成する工程と、
基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
前記基板保持部に保持された基板の被処理面に、光によりレジストとの反応が促進される有効成分と前記有効成分の光反応を開始させる光開始剤とを含み、レジストパターンのスペース部分を細らせるためのシュリンク剤である薬液を供給する工程と、
回転機構により基板保持部を鉛直軸周りに回転させて前記薬液を基板上で流動させながら、基板における薬液が盛られた部分に、前記光開始剤に対応した波長を有し、薬液の有効成分とレジストとを反応させるための光を光照射部により照射し、前記関係データに基づいて、基板の面内でレジストパターンの線幅を共通の目標値に揃えるために当該光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方を前記分割領域毎に制御する工程と、
その後、前記基板の被処理面を洗浄する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に、シュリンク剤である薬液を供給し、次いで薬液が盛られた部分に、光照射部から光を照射している。この光により薬液の有効成分とレジストとが反応し、その反応の程度は、光の強度又は照射時間に対応して変化する。基板の複数の分割領域と、光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データに基づいて光照射部を制御することにより、レジストパターンのスペース部分を面内において均一になるように細らせることができ、現像後のレジストパターンの線幅のばらつきの改善を図ることができる。

本発明の基板処理装置を備えた基板処理システムの一実施形態を示す平面図である。 基板処理システムの外観斜視図である。 本発明の基板処理装置の一実施形態を示す縦断面図である。 基板処理装置を示す平面図である。 ウエハの分割領域と光照射部とを示す平面図である。 光照射部を示す側面図である。 測定部を示す縦断面図である。 基板処理装置の作用を示す工程図である。 基板処理装置の作用を説明するための平面図である。 レジストパターンを示す縦断面図である。 本発明の基板処理装置の他の実施形態を示す縦断面図である。 基板処理装置を示す平面図である。 ウエハの分割領域と光照射部とを示す平面図である。 従来のレジストパターンのシュリンク処理を示す縦断面図である。

先ず、本発明の基板処理装置を備えた基板処理システムをなす塗布、現像装置１の一実施形態について、図１及び図２を参照して簡単に説明する。図１及び図２は夫々塗布、現像装置１の平面図及び外観斜視図である。この塗布、現像装置１は、キャリアブロックＤ１と、処理ブロックＤ２と、インターフェイスブロックＤ３と、露光装置１１と、を直線状に接続して構成されている。多数枚の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを収納したキャリアＣはキャリアブロックＤ１の載置台１２に対して搬入出され、キャリアＣに対しては開閉部１３を介して移載機構１４によりウエハＷの受け渡しが行われる。

処理ブロックＤ２は、ウエハＷに液処理を行うための単位ブロックＥ１〜Ｅ６を下から順に積層して構成されている。この例では下層側から順に、ウエハＷに下層側の反射防止膜を形成する処理を行う２つのＢＣＴ層、ウエハＷにレジスト膜を形成する処理を行う２つのＣＯＴ層、露光後のウエハＷにレジストパターンを形成するための処理を行う２つのＤＥＶ層が設けられている。同じ処理を行う単位ブロックにおいては互いに並行してウエハＷの搬送及び処理が行われる。

図１では代表して単位ブロックＥ５（ＤＥＶ層）を示す。キャリアブロックＤ１からインターフェイスブロックＤ３へ向かう搬送領域１０の左右の一方側には、加熱モジュールなどの複数のモジュールが収納された棚ユニットＵが配置され、他方側には、例えば現像処理を行う現像モジュール１５及び本発明の基板処理装置２が２つ並べて設けられている。この単位ブロックＥ５の各モジュールに対しては、搬送機構である搬送アーム１６によりウエハＷの搬送が行われている。

単位ブロックＥ１、Ｅ２は、反射防止膜を形成するための薬液をウエハＷに供給するための反射防止膜形成モジュールを備え、単位ブロックＥ３、Ｅ４は、ウエハＷにレジストを塗布するための塗布モジュールを備えている。単位ブロックＥ１〜Ｅ４の各モジュールに対しても、夫々の単位ブロックＥ１〜Ｅ４に設けられた搬送アームによりウエハＷの搬送が行われるように構成されている。

各単位ブロックＥ１〜Ｅ６同士の間では、これら単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＴ１に設けられた受け渡し用のモジュールと、昇降自在な受け渡しアームＡ１とにより、ウエハＷが受け渡される。また、例えば単位ブロックＥ５、Ｅ６のタワーＴ１には、レジストパターンの線幅を測定するための測定部５が設けられており、搬送アーム１６により、測定部５と基板処理装置２との間でウエハＷの搬送が行われる。

インターフェイスブロックＤ３は、露光装置１１との間でウエハＷの受け渡しを行うものであり、単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＴ２、Ｔ３、Ｔ４と、これらタワーＴ２、Ｔ３、Ｔ４にアクセス自在なインターフェイスアームＡ２、Ａ３と、露光装置１１との間でウエハＷの受け渡しを行うインターフェイスアームＡ４と、を備えている。

上記の塗布モジュールは、ウエハＷの表面にポジ型またはネガ型のレジストを塗布してレジスト膜を形成し、露光装置１１は、レジスト膜を所定のパターンに沿って露光するように夫々構成されている。現像モジュール１５ではウエハＷに現像液が供給され、レジスト膜において露光装置１１にて露光された領域あるいは、露光されていない領域が溶解し、当該レジスト膜に凹凸であるレジストパターンが形成される。

続いて、本発明の基板処理装置２の一実施形態について、図３の縦断面図及び図４の平面図を参照しながら説明する。この基板処理装置２は、例えばウエハＷを水平に保持して回転させる基板保持部をなすスピンチャック２１を備えている。このスピンチャック２１は、ウエハＷの裏面中央部を吸着してウエハＷを水平に保持すると共に、シャフト２２により接続された回転機構２３により鉛直軸に沿って平面視時計回りに回転自在に構成されている。スピンチャック２１に保持されたウエハＷの周囲にはカップ２４が設けられており、このカップ２４は、排気管２４１を介して排気されると共に、排液管２４２により、ウエハＷからカップ２４内にこぼれ落ちた液体が除去されるようになっている。図中２５は昇降ピンであり、昇降機構２５１によって昇降することで、搬送アーム１６と、スピンチャック２１との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。

基板処理装置２は、シュリンク剤である薬液を供給するためのノズルユニット３を備えている。ノズルユニット３の先端部には、シュリンク剤を吐出するための薬液ノズル３１と、洗浄液を吐出するための洗浄ノズル３２と、乾燥用のガスを供給するためのガスノズル３３と、が設けられている。この例における薬液ノズル３１は、ウエハＷの中心に薬液を供給する供給位置にあるときには、その先端の薬液の吐出口がウエハＷの中心の上方側からずれて配置され、斜め上方側からウエハＷの中心に対して薬液を吐出するように構成されている。

薬液ノズル３１、洗浄ノズル３２及びガスノズル３３は、夫々供給路３４１、３５１、３６１を介して薬液供給機構３４、洗浄液供給機構３５及びガス供給機構３６に夫々接続されている。薬液供給機構３４、洗浄液供給機構３５及びガス供給機構３６は、例えばポンプ、バルブ、フィルタなどの機器を備えており、薬液ノズル３１、洗浄ノズル３２及びガスノズル３３の先端から夫々薬液、洗浄液及び乾燥用のガスを所定量吐出するように構成されている。洗浄液としては例えば薬液の主溶媒（例えば水や酢酸ブチル）、乾燥用のガスとしては例えば窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスが夫々用いられる。この例では、薬液ノズル３１、供給路３４１及び薬液供給機構３４により、ウエハＷの被処理面にシュリンク剤である薬液を供給するための薬液供給部が構成され、洗浄ノズル３２、供給路３５１及び洗浄液供給機構３５により、ウエハＷの表面を洗浄するための洗浄機構が構成されている。

ノズルユニット３は、図４に示すように、例えば移動機構３７により昇降かつ水平方向に移動自在に構成された共通のアーム３８に支持されて、ウエハＷの中心部に薬液を供給する供給位置とカップ２４の外側の退避位置との間で移動自在に構成されている。図中３９は、移動機構３７が上記のように水平方向に移動するためのガイドである。

ここでシュリンク剤をなす薬液について説明する。シュリンク剤は、レジスト部分を膨潤させてレジストパターンのスペース部分を細らせるものであり、例えばレジストに反応する有効成分と光反応を開始させるための光開始剤、及び安定剤を含み、光により薬液の有効成分とレジストとの反応が促進されるように構成されている。有効成分としては、例えば光照射により架橋が形成され、加熱により溶剤に可溶になるもの、例えば非特許文献１に記載されている光架橋型高分子を用いることができる。また、光開始剤としては、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、アセトフェノンジエチルケタール、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−フェニルプロパンなどを用いることができる。光開始剤の波長は、例えば２６０ｎｍ〜４５０ｎｍである。

また、基板処理装置２は、薬液の有効成分とレジストとを反応させるための光を照射する光照射部４を備えている。この例の光照射部４は、その照射領域の長さがウエハＷの半径寸法をカバーするように、複数のＬＥＤ素子を配列して構成されている。具体的には、光照射部４は平面形状が例えば細長い矩形状に形成され、その長さ方向に沿って複数の発光領域４１が設けられ、細長い照射領域を形成している。

これら発光領域４１は、例えば図５に示すように、ウエハＷ表面を複数にマトリックス状に分割した分割領域４０の一つに対応するものである。この分割領域４０は、例えば露光の際に用いるレチクルによる１ショットの領域であるが、ウエハＷ上で周期的に配列する形状の１まとまりであればよく、実際にウエハＷ上に形成される実際のチップサイズであってもよい。複数の発光領域４１は、図６に示すように、夫々電力供給部４２に接続され、後述する制御部６からの制御信号に基づいて個別に電力が供給されて、発光領域４１毎に光強度及び照射時間が制御できるように構成されている。

光照射部４は、図４に示すように、移動機構４４により昇降かつ水平方向に移動自在に構成されたアーム４５に支持されて、例えば一点鎖線にて示すカップ２の外側の退避位置から図４中前後方向（Ｙ方向）に水平に移動自在に構成されている。図中４６は、移動機構４４が上記のように水平方向に移動するためのガイドである。こうして移動機構４４により、光照射部４をスピンチャック２１に対して相対的にＹ方向に移動させることにより、例えばウエハＷの図５中左側の分割領域４０全てに光を照射するように構成されている。次いで、ウエハＷを反回転させて、光照射部４をＹ方向に移動させることにより、ウエハＷの図５中右側の分割領域４０全てに光が照射される。なお、光照射部４が移動する際に、薬液の供給位置にある薬液ノズル３１と干渉しないように、薬液ノズル３１の形状及び位置が設定されている。

続いて、図７の概略縦断側面図を参照しながら測定部５について説明する。この測定部５は、レジストパターンの線幅を測定する測定部をなすものであり、スキャトロメトリによりレジストパターンの線幅（ＣＤ）の測定を行うためのモジュールである。図中５１は、ウエハＷが水平に載置される載置台であり、載置台５１の上方側には、発光部５２と受光部５３とが設けられている。発光部５２はウエハＷに対して斜め上方から光を照射し、受光部５３はウエハＷで反射した光を受光し、この受光した光に応じた検出信号を制御部６に送信する。制御部６はこの検出信号に基づいて、ウエハＷにおいて発光部５２により光照射された箇所のレジストパターンの線幅を測定する。

載置台５１は図示しない駆動機構により、前後左右に水平移動自在に構成されている。それによって、ウエハＷの各分割領域４０に発光部５２から光を照射して、当該測定箇所の線幅が測定される。図５では鎖線の矢印の先に測定箇所を拡大して示している。図中５４、５５は夫々パターンの凸部、凹部である。こうしてウエハＷに形成されたパターンの線幅を測定し、例えばウエハＷ内の分割領域４０とパターンの線幅とを対応付けて測定パターン情報として、後述する制御部６内の記憶部に記憶する。

続いて、塗布、現像装置１に設けられる制御部６について説明する。制御部６は例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、各モジュールの動作、上記の搬送アーム１６によるウエハＷの搬送、上記の測定部５によるウエハＷの面内におけるレジストパターンの線幅の測定、基板処理装置２における処理など、上述した各種の動作及び後述する各種の動作を実行するように命令（ステップ群）が組まれたプログラムが格納されている。そして、当該プログラムによって制御部６から塗布、現像装置１の各部に制御信号が出力されることで、当該塗布、現像装置１の各部の動作が制御される。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またはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

また、制御部６は、ウエハＷの表面の分割領域４０と、光照射部４により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データに基づいて光照射部４を制御するように構成されている。例えば関係データは、制御部６に設けられたデータ作成部６１にて、測定部５によるレジストパターンの線幅の測定結果と、目標とするレジストパターンとの比較結果に基づいて作成される。

例えば制御部６内の記憶部には、目標とするレジストパターンの線幅と、ウエハ上の分割領域４０とを対応付けた目標パターン情報と、既述の測定パターン情報と、が記憶されている。データ作成部６１では、この目標パターン情報と、測定パターン情報とに基づいて、例えばウエハＷの分割領域４０の夫々において、線幅の測定結果と目標の線幅との差分を取得し、この差分に相当する分、基板処理装置２にてレジスト部分を膨潤させるように、光照射部４の各発光領域４１の光の強度及び照射時間の少なくとも一方、この例では光の強度を決定する。なお光の強度は、ゼロである場合も含む。光照射部４の光強度とレジスト部分の膨潤の程度との関係は、薬液の有効成分や光開始剤などの種別により異なるため、予め把握しておく。こうして、制御部６は、目標とするレジストパターンと測定したレジストパターンとの比較結果に基づいて、前記光を照射するウエハＷ上の位置及び光強度を制御するための制御信号を出力するように構成されている。

続いて、本発明の基板処理システムの作用について、図８及び図９を参照して説明する。先ず、外部から例えば多数枚の同一のロットのウエハＷを格納するキャリアＣを、キャリアブロックＤ１に搬入し、キャリアＣ内のウエハＷを処理ブロックＤ２に受け渡す。次に、処理ブロックＤ２内のウエハＷを単位ブロックＥ１、Ｅ２に振り分けて搬送して反射防止膜を形成する。次いで、ウエハＷを単位ブロックＥ３、Ｅ４に振り分けて搬送してレジストを塗布した後、露光装置１１へ搬入する。露光後のウエハＷは、単位ブロックＥ５、Ｅ６に夫々搬送して所定の現像処理を行う。

こうして、露光、現像が行われてレジストパターンが形成されたウエハＷを測定部５に搬送し、既述のようにレジストパターンの線幅を測定する。制御部６では、この線幅の測定結果に基づいて、データ作成部６１により、ウエハ上の分割領域４０と、光照射部４により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方、この例では光の強度を関連付けた関係データを作成する。

次いで、ウエハＷを測定部５から搬送アーム１６により基板処理装置２に搬送し、スピンチャック２１により水平に保持する。この動作も含めて、後述する一連の動作は制御部６内のプログラムにより実行される。次に、図８（ａ）に示すように、退避位置にあるノズルユニット３を供給位置に移動し、スピンチャック２１により回転されたウエハＷの中心部に薬液ノズル３１からシュリンク剤よりなる薬液を例えば５ｍｌ／ｓの流量で吐出する。一方、ウエハＷを例えば１０００ｒｐｍで回転し、これによりウエハＷの中心部に供給された薬液を、ウエハＷの回転の遠心力によって外方に向けて広げ、ウエハＷの表面全体に薬液の液膜３０を形成する。

続いて、図８（ｂ）に示すように、ウエハＷの回転を停止する一方、ウエハＷ中心部への薬液の供給を続けながら、光照射部４によりウエハＷ表面に対して光照射を行う。薬液を供給し続けることにより、薬液はウエハＷ表面において流動した状態となり、余分な薬液はウエハＷからカップ２４内に流れ落ちる。この例では薬液の供給により薬液をウエハＷ上で流動させているため、薬液を流動させるための機構は、薬液供給部を含むものとなる。

光照射部４は、例えばウエハＷの前後方向（Ｙ方向）の先頭列の分割領域群４０Ａに対応する位置に配置し（図９（ａ）参照）、当該分割領域群４０Ａの各分割領域４０に対応する夫々の発光領域４１から、関係データに基づいた光強度で、所定の照射時間で所定波長の光を照射する。この例では光の照射時間は一定であり、予め設定された時間である。

こうして、光照射部４からウエハＷ表面に光を照射した後、光照射部４を、前記先頭列の分割領域群４０Ａに対してＹ方向に隣接する２列目の分割領域群４０Ｂに対応する位置まで移動する。次いで、同様に光照射部４の各発光領域４１から、当該分割領域群４０Ｂの各分割領域４０に対して、関係データに基づいて光を照射する。このようにして、光照射部４をウエハＷのＹ方向の先頭列の分割領域群４０Ａに対応する位置から、Ｙ方向の後尾列の分割領域群４０Ｎに対応する位置まで分割領域群毎に停止して対応する各分割領域４０に対して、関係データに基づいて光を照射しながら、順に移動する。これにより、図９（ａ）に光が照射された領域を斜線にて示すように、ウエハＷの左側の分割領域４０の表面に光が照射される。

次いで、例えばウエハＷを反転（鉛直軸まわりに１８０度回転）させる。そして、図９（ｂ）に示すように、光照射部４を例えばウエハＷのＹ方向の後尾列の分割領域群４０Ｎに対応する位置から、Ｙ方向の先頭列の分割領域群４０Ａに対応する位置まで、分割領域群毎に停止して対応する各分割領域４０に対して、関係データに基づいて光を照射しながら、順に移動する。こうして、ウエハＷの右側の分割領域４０の表面に対して万遍なく光を照射する。

しかる後、光照射部４を退避位置に移動した状態で、例えば図８（ｃ）に示すように、洗浄ノズル３２から洗浄液をウエハＷの中心部にしながら、ウエハＷを例えば１０００ｒｐｍで回転させ、洗浄液を遠心力によりウエハＷの外方へ向けて広げて不要な薬液を除去し、ウエハＷの表面を洗浄する。次いで、ガスノズル３３から乾燥用のＮ_２ガスをウエハＷの表面に供給しながら、ウエハＷを例えば２０００ｒｐｍで回転させ、ウエハＷ表面を乾燥させる。例えばガスノズル３３はＮ_２ガスを吐出しながら、ウエハＷの半径方向に移動し、こうしてＮ_２ガスをウエハＷ表面全体に吹き付けながら、乾燥処理を所定時間実行した後、ウエハＷの回転を停止し、一連の処理を終了する。

既述のように、ウエハＷ表面の各分割領域４０に対しては、線幅の測定結果に基づいて決定された光強度で光を照射する。この光の照射により、薬液に含まれる有効成分とレジストとの反応が促進されて架橋が形成され、レジスト部分が膨潤し、レジスト部分の周囲に膜が形成された状態となる。そして、光強度の大きさにより有効成分とレジストとの反応の程度が変化し、光強度が大きい程、架橋反応が進行するので、レジスト部分の膨潤の程度が大きく、レジスト部分には大きな膜厚で膜が形成される。このため、データ作成部６１では、目標とするレジストパターンの線幅と測定されたレジストパターンの線幅との比較結果に基づいて、各分割領域４０の線幅が目標値に近付くように、光照射部４の光強度を設定している。

図１０は、ウエハＷ表面のレジストパターンの一部について、線幅ＣＤ１が小さい分割領域４０１と、線幅ＣＤ２が大きい分割領域４０２と、これら分割領域４０１、４０２に対応する光照射部４の発光領域４１１、４１２とを、模式的に示すものである。図１０中、７１はレジストパターンのレジスト部分、７２はスペース部分を示している。関係データは、分割領域４０１に照射される光強度Ｌ１が分割領域４０２に照射される光強度Ｌ２よりも小さくなるように設定されている。これにより、図１０（ｂ）に示すように、分割領域４０２においては、分割領域４０１に比べて、レジスト部分７１の膨潤の程度が大きくなってレジスト部分７１の周囲に形成される膜７３の膜厚が厚くなる。この結果、レジストパターンのスペース部分７２が細くなり、これら分割領域４０１、４０２の線幅ＣＤ１、ＣＤ２が共に目標値に揃えられる。

このように、上述の実施形態によれば、ウエハＷの分割領域４０と、光照射部により照射される光の強度と、を関連付けた関係データに基づいて光照射部４を制御しているので、レジストパターンの線幅のばらつきを改善しながら、線幅の微細化を図ることができる。線幅の面内均一性が向上することから、パターンの個別の大きさや位置の正確さが向上し、ＥＰＥも改善される。

また、ウエハＷの被処理面にシュリンク剤よりなる薬液の液膜３０を形成し、この液膜３０に対して光を照射することにより、薬液中の有効成分とレジストとの架橋反応を促進している。光が照射される領域は、光照射部４の発光領域４１の大きさにより決定され、ウエハＷの被処理面に対して局所的に光を照射できるので、レジストパターンの線幅の局所的な変動を補正することができる。また、加熱により薬液の有効成分とレジスト部分とを反応させる場合のように、熱が他の領域に移動して他の領域の反応量が変化するといったことがないため、精度よく、レジストパターンの線幅を制御することができる。さらに、ウエハＷに反りが生じている場合であっても、ウエハＷの被処理面に対して十分に光を照射することができるため、線幅の調整を精度よく行うことができる。

さらにまた、薬液の有効成分とレジストとの反応は、レジストの近傍に存在する薬液の有効成分との間で発生すると推察される。この例では、ウエハＷの被処理面に薬液の液膜３０を形成しているので、液体中の有効成分がレジスト部分に接触し、光の照射によって有効成分とレジスト部分との反応が速やかに進行する。このため、光の強度の変化に、有効成分とレジスト部分との反応量の変化が精度よく追随し、光の強度の制御により、線幅の調整を容易に行うことができる。さらに、薬液を流動させながら光を照射することにより、レジストの近傍の薬液が常に新しい薬液に入れ替わる状態となるので、新たな有効成分がレジスト近傍に存在し、レジストと有効成分との反応が促進される。なお、薬液の液膜３０に光を照射することによりレジスト部分を膨潤させているので、従来の手法であるレジストパターン上にシュリンク剤を含む膜を成膜する場合に比べて、膜の母材となるポリマーや母材を剥離する工程が不要となり、母材の残渣等の欠陥の発生がないという利点もある。

また、基板処理装置２と、測定部５と、データ作成部６１と、を備えた塗布、現像装置１によれば、測定部５により測定されたレジストパターンの線幅に基づいて関係データを作成することができる。このため、ウエハＷの分割領域４０に対してより適切な強度で光照射部４により光を照射することができ、レジストパターンの線幅の面内均一性がより向上する。さらに、データ作成部６１にて、目標とするレジストパターンと、測定したレジストパターンとの比較結果に基づいて関係データを作成することにより、レジストパターンの線幅を目標値に近付けることができ、より一層線幅の面内均一性を改善できる。

例えば複数の塗布モジュールや、現像モジュールを備えた、塗布、現像装置１では、塗布モジュールや現像モジュールの特性により、使用するモジュール毎にレジストパターンの線幅がばらつくおそれがある。また、レジスト液等の薬液の種別や露光装置１１の特性、ウエハＷの反りの発生などにより線幅が変動するおそれがあるが、本実施形態の手法によれば、既述のように線幅の面内均一性が改善するため、歩留りの向上を図ることができる。

さらにまた、上述の例のように、同一ロット内の全てのウエハＷについて測定部５にて線幅を測定して関係データを作成し、基板処理装置２にてレジスト部分を膨潤させる処理を行うようにすれば、同一ロット内の全てのウエハＷの線幅が揃えられ、ばらつきの発生が抑制される。但し、例えば塗布モジュールや露光装置１１の特性に起因して、ウエハ面内における線幅のばらつきの傾向が同じであることがある。この場合には、同一ロットの最初のウエハＷについて測定部５にて線幅を測定し、これに基づいて作成された関係データを用いて、ロットの残りのウエハＷについては、線幅を測定せずに、基板処理装置２にてレジスト部分を膨潤させる処理を行うにしてもよい。

続いて、本発明の第２の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。この例の基板処理装置７は、現像処理と、レジスト部分の膨潤処理とを行うものである。第１の実施形態の基板処理装置２と異なる点について説明すると、本実施形態の基板処理装置７は、ウエハＷに現像液を供給するための現像ノズル７１と、ウエハＷにリンス液を供給するためのリンスノズル７２と、を備えている。現像ノズル７１及びリンスノズル７２は、夫々供給路７３１、７４１を介して現像液供給機構７３及びリンス液供給機構７４に夫々接続されている。また、これら現像ノズル７１及びリンスノズル７２は、図１２に示すように、移動機構７５により昇降かつ水平方向に移動自在に構成された共通のアーム７６に支持されて、ウエハＷの中心部上とカップ２４の外側の退避位置との間で移動自在に構成されている。図中７７は、移動機構７５が上記のように水平方向に移動するためのガイドである。その他の構成は上述の第１の実施形態と同様であり、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。

この基板処理装置７の作用について簡単に説明する。この基板処理装置７では、現像後のウエハＷをスピンチャック２１に載置し、その中心に現像ノズル７１から現像液を吐出しながらウエハＷを回転させることにより、現像液をウエハ表面に供給して現像処理を行った後、リンス液をウエハＷに供給してウエハＷを洗浄することが行われる。

そして、例えば同一ロットの先頭のウエハＷ（「先頭ウエハＷ」という）に対しては、リンス液により先頭ウエハＷを洗浄した後、ガスノズル３３から乾燥用のＮ_２ガスを供給しながら、先頭ウエハＷを回転させて先頭ウエハＷを乾燥させる。次いで、先頭ウエハＷを搬送アーム１６により当該基板処理装置７から測定部５に搬送して、レジストパターンの線幅を測定し、この測定結果に基づいて、データ作成部６１により関係データを作成する。

次いで、先頭ウエハＷを再び搬送アーム１６により基板処理装置７に搬送してスピンチャック２１に載置し、第１の実施形態と同様の手法にて、薬液の供給と、光照射部４による光の照射と、洗浄及び乾燥を実行する。続いて、同一ロットの２番目以降のウエハＷについては、当該基板処理装置７において、現像液の供給と、リンス液による洗浄を行った後、先頭ウエハＷの関係データを用いて、第１の実施形態と同様に、薬液の供給と、光照射部４による光の照射と、洗浄及び乾燥を実行する。このように現像処理とレジスト部分の膨潤処理とを同じ基板処理装置７にて実施する場合には、同一ロットの２番目以降のウエハＷについては、現像液の供給→洗浄→薬液の供給→光照射→洗浄→乾燥の順序で処理が行われる。このため、現像液の供給後のウエハＷの乾燥を省略することができて、スループットの向上を図ることができる上、基板処理装置を別個に設ける必要がないので、モジュールの設置スペースを削減することができる。

以上において、関係データは、ウエハＷの分割領域と、光照射部により照射される光の照射時間とを関連付けたものであってもよい。この場合には、光の強度を一定にし、照射時間を制御することにより、シュリンク剤よりなる薬液の有効成分とレジスト部分との反応量が制御される。また、関係データは、ウエハＷの分割領域と、光照射部により照射される光の強度及び照射時間とを関連付けたものであってもよい。

また、ウエハＷ表面の分割領域は上述の例に限らず、１つのチップエリアに対応するものであってもよい。この場合には、光照射部に多数のＬＥＤを配置して、１つのチップエリアに対応する発光領域を備えるように構成し、チップエリア毎に光の強度及び照射時間の少なくとも一方が制御される。さらに光照射部は、ＬＥＤ以外にレーザー光等を用いて構成するようにしてもよい。

また、基板処理装置２、７では、基板保持部と光照射部とをウエハＷの水平方向に相対的に移動させる移動機構は、基板保持部をなすスピンチャック２１の回転機構２３であってもよい。この例について図１３を用いて説明すると、ウエハＷ表面の複数の分割領域８１は、例えばウエハＷの中心と同心円状に分割された領域として形成される。例えば基板処理装置２、７では、ウエハＷを回転させながら薬液を供給した後、薬液の供給を停止する。次いで、光照射部４をウエハＷに光を照射する位置に配置して（図１３参照）、スピンチャック２１によりウエハＷを回転しながら、関係データに基づいて光照射部４から光を照射することにより、ウエハ表面全体に、各分割領域８１に対応した強度の光を射する。この場合には、スピンチャック２１を回転させることにより、ウエハＷ上の薬液が流動するので、薬液を流動させるための機構は、スピンチャック２１の回転機構２３を含むものとなる。さらに、図１３に示す手法にて、光照射部４から光を照射する場合には、ウエハＷの分割領域は、ウエハＷ表面を周方向に複数に分割した扇型形状のものであってもよい。

さらに、基板処理装置２、７の光照射部４は、複数の発光領域４１よりなる照射領域をウエハＷの半径よりも長く設定したが、例えば照射領域をウエハＷの半径よりも短く設定し、光照射部をウエハＷの半径方向にスキャンしながら、薬液が供給されたウエハＷに光を照射するようにしてもよい。また、例えば照射領域をウエハＷの直径よりも長く設定するようにしてもよい。さらに光照射部を複数本用意し、これらが独立して移動するように制御してもよい。

さらに、基板保持部は前後左右に水平移動自在に構成してもよい。この場合には、例えば基板保持部を薬液ノズルに対して前後左右に移動することにより、薬液をウエハＷ表面に供給し、次いで光照射部に対して基板保持部を前後方向（Ｙ方向）に移動することにより、ウエハＷの分割領域に対して関係データに従って光を照射するようにしてもよい。この例においては、基板保持部の移動によりウエハＷ上の薬液が流動するので、薬液を流動させる機構は、基板保持部となる。また、このような構成では、ウエハＷの一部の分割領域に対して薬液を供給し、当該領域に光照射部により光を照射するようにしてもよい。さらにまた、光照射部は、ウエハＷの表面全体に同時に光を照射できるように構成され、ウエハＷの複数の分割領域に対応する複数の発光領域から、対応する分割領域に対して関係データに従って光を照射するものであってもよい。

以上において、光照射部により薬液が供給されたウエハＷに対して光を照射する工程は、必ずしもウエハ上で薬液を流動させる必要はない。また、例えば基板保持部の回転や、前後左右方向の移動により、ウエハ上の薬液を流動させる場合には、一旦基板保持部を回転又は移動させることによってウエハ上の薬液を流動させた後、基板保持部を停止してから、光照射部からウエハ上の薬液に対して光を照射するようにしてもよい。

さらに、例えばウエハ上に薬液を供給した後、薬液の供給を停止し、光照射部４にて光を照射している間に、薬液の供給と停止とを繰り返すことによって、ウエハＷ上の薬液を流動させるようにしてもよい。さらにまた、例えばウエハ上に薬液を供給した後、薬液の供給を停止して光照射部４にて光を照射し、次いで一旦例えばウエハＷを回転させることにより薬液をウエハＷから除去した後、再びウエハ上に薬液を供給してから薬液の供給を停止して光照射部４にて光を照射するようにしてもよい。さらにまた、基板処理装置２、７では、乾燥用のガスを供給しながら洗浄後のウエハＷを乾燥していたが、乾燥用のガスを供給せずに、ウエハＷを高速回転することによって乾燥するようにしてもよい。

１ 塗布、現像装置
２、７ 基板処理装置
２１ スピンチャック
２３ 回転機構
３１ 薬液ノズル
３２ 洗浄ノズル
４ 光照射部
４０ 分割領域
４１ 発光領域
５ 測定部
６ 制御部
６１ データ作成部

Claims (12)

1. 露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に対して処理を行う基板処理装置であって、
   基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板の被処理面に、光によりレジストとの反応が促進される有効成分と前記有効成分の光反応を開始させる光開始剤とを含み、レジストパターンのスペース部分を細らせるためのシュリンク剤である薬液を供給するための薬液供給部と、
   前記基板における薬液が盛られた部分に、前記光開始剤に対応した波長を有し、薬液の有効成分とレジストとを反応させるための光を照射する光照射部と、
   前記光照射部により基板の表面に対して光照射を行うときに前記薬液を基板上で流動させるために前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
   前記基板の被処理面を同心円状に複数に分割した分割領域と、前記光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データに基づいて、基板の面内でレジストパターンの線幅を共通の目標値に揃えるために前記光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方を前記分割領域毎に制御するための制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記光照射部は、基板を前記基板保持部に保持したときに当該基板の半径方向に沿って並ぶように設けられた複数の発光領域を有し、前記複数の発光領域の各々は個別に光強度及び照射時間の少なくとも一方を制御可能であることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記光照射領域の発光領域は前記基板の半径よりも短く、前記基板の半径方向にスキャンしながら光照射を行うことが可能であることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記有効成分は、光架橋型高分子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記光開始剤は、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、アセトフェノンジエチルケタール、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−フェニルプロパンから選択されたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載された基板処理装置と、
   前記基板におけるレジストパターンの線幅を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づいて前記関係データを作成するデータ作成部と、
   前記測定部と前記基板処理装置との間で基板を搬送する搬送機構と、を備えたことを特徴とする基板処理システム。
7. 前記データ作成部は、目標とするレジストパターンと測定したレジストパターンとの比較結果に基づいて関係データを作成するものであることを特徴とする請求項６記載の基板処理システム。
8. 前記制御部は、目標とするレジストパターンと測定したレジストパターンとの比較結果に基づいて、前記光を照射する基板上の位置及び光強度を制御するための制御信号を出力することを特徴とする請求項７記載の基板処理システム。
9. 前記基板処理装置にて光照射時に基板に対して用いられる前記関係データは、前記測定部における当該基板の測定結果に基づいて作成されたものであることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の基板処理システム。
10. 露光、現像が行われてレジストパターンが形成された基板に対して処理を行う基板処理方法であって、
    基板におけるレジストパターンの線幅を測定部で測定する工程と、
    前記測定部の測定結果に基づいて、基板の被処理面を同心円状に複数に分割した分割領域と、光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方と、を関連付けた関係データを作成する工程と、
    基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
    前記基板保持部に保持された基板の被処理面に、光によりレジストとの反応が促進される有効成分と前記有効成分の光反応を開始させる光開始剤とを含み、レジストパターンのスペース部分を細らせるためのシュリンク剤である薬液を供給する工程と、
    回転機構により基板保持部を鉛直軸周りに回転させて前記薬液を基板上で流動させ、基板における薬液が盛られた部分に、前記光開始剤に対応した波長を有し、薬液の有効成分とレジストとを反応させるための光を光照射部により照射し、前記関係データに基づいて、基板の面内でレジストパターンの線幅を共通の目標値に揃えるために当該光照射部により照射される光の強度及び照射時間の少なくとも一方を前記分割領域毎に制御する工程と、
    その後、前記基板の被処理面を洗浄する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
11. 前記光照射部は、基板を前記基板保持部に保持したときに当該基板の半径方向に沿って並ぶように設けられた複数の発光領域を有し、
    前記制御する工程は、前記複数の発光領域の各々を光強度及び照射時間の少なくとも一方について個別に制御する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の基板処理方法。
12. 基板に対して光照射時に用いられる前記関係データは、前記測定部における当該基板の測定結果に基づいて作成されたものであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の基板処理方法。

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