JP3963846B2

JP3963846B2 - Thermal processing method and thermal processing apparatus

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Publication number: JP3963846B2
Application number: JP2003022588A
Authority: JP
Inventors: 華世荒巻; 裕一寺下; 桃子雫石; 孝介吉原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004235468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面にレジスト膜が形成された半導体ウエハ等の基板を現像処理した後に熱的に処理する熱的処理方法および熱的処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、いわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて、半導体ウエハの表面に所定の回路パターンを形成している。このフォトリソグラフィー工程では、例えば、洗浄処理された半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、所定のパターンでレジスト膜を露光し、これを現像処理するという一連の処理が行われている。また、現像処理工程においては、現像液による処理が終了した後に、ウエハを加熱処理（いわゆる、ポストベーク処理）することによって、ウエハに付着した水分を蒸発させており、これによって回路パターンを得ている。
【０００３】
このようなウエハの熱処理に使用される熱処理装置として、特開平６−２３６８４４号公報（特許文献１）には、ウエハを載置する載置台と、載置台を介して載置台に載置された基板を加熱する発熱体とを有するホットプレートと、載置台を回転させる回転機構とを具備した加熱処理装置が開示されている。また、この特許文献１には、従来の熱処理装置として、ウエハを上面に載置し、載置されたウエハを加熱するホットプレートと、ホットプレートの上方に処理空間を形成すべく配置されるとともに、加熱処理時に発生するガスを排気するカバーと、を有するものが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３６８４４号公報（第２−４項、第１、１１、１２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、フォトリソグラフィー工程においては、パターンの微細化や細線化が進められており、これに伴って、レジスト膜に形成された現像線（レジスト膜において現像処理後に残る部分）の線幅に対する側面の荒れ（いわゆる、ＬＥＲ（Line Edge Roughness））の幅の割合が大きくなってしまい、良好な回路を形成することが困難となってきている。
【０００６】
このＬＥＲの問題は、レジスト材料の特性上の問題でもあることから、ＬＥＲを小さくするために、レジスト液の組成調整等が試みられている。しかし、レジスト感度やＣＤ均一性等の他のレジスト特性との兼ね合いから、十分な成果を上げるには至っていない。
【０００７】
このために、加熱処理装置開発の立場からも、ＬＥＲの問題を解決するアプローチが望まれている。しかし、従来の加熱処理装置を用いた従来の現像処理後のウエハの加熱処理は、ウエハを加熱することによってレジスト膜が加熱されるために、レジスト膜が柔らかくなるまでウエハを加熱すると、回路パターンを保持することができない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、回路パターンを保持しながら、ＬＥＲを小さくする熱的処理方法および熱的処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、表面にレジスト膜が形成された基板を現像処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理方法であって、
前記基板を冷却プレートに載置する工程と、
熱源を前記基板の表面に近接させる工程と、
前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源からの輻射熱によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、表面にレジスト膜が形成された基板を現像液によって処理した後に、前記レジスト膜に形成された現像線のＬＥＲが小さくなるように、前記基板を熱的に処理する熱的処理装置であって、
前記基板を載置して冷却する冷却プレートと、
前記冷却プレートに載置された基板の表面側から前記基板に熱を輻射することによって、前記レジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱する熱源と、
前記冷却プレートに載置された基板と前記熱源とが近接／離隔するように、前記冷却プレートおよび前記熱源の少なくとも一方を移動させる移動機構と、
を具備し、
前記移動機構によって前記熱源と前記冷却プレートに載置された前記基板とを近接させた状態で、前記冷却プレートによって前記基板の裏面側を冷却しながら前記熱源によってレジスト膜の表面近傍を前記レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度に加熱することを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【００１１】
このような熱的処理方法および熱的処理方法によれば、基板に形成されたレジストを直接に加熱することによって現像処理によって形成された現像線の側面部分を現像線の内側の部分よりも高い温度に加熱することができる。また、このとき現像線の側面近傍部分をガラス転移点よりも高い温度に上げることによって、この部分が流動性を示すようになり、現像線の側面の荒れ小さくなる。こうしてＬＥＲが小さくなる。
【００１２】
なお、出願人は、先に特願２００１−３２７１９４号において、ＣＤ均一性を高め、またＬＥＲを小さくすることができる熱処理装置および熱処理方法について特許出願している（以下「先行出願」という）。しかし、この先行出願は、レジスト液を塗布した後の熱処理（プリベーク）を改善することによって、上記解決すべき課題を解決しようとするものであり、現像処理後のレジスト膜の熱処理によって上記解決すべき課題を解決するものではない。それ故に、先行出願と本願発明とでは、発明の趣旨および構成において異なる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、レジスト膜の現像処理後に半導体ウエハを熱処理する加熱／冷却ユニットを備え、レジスト塗布から現像処理までを一貫して行うレジスト塗布・現像処理システムを例に挙げて説明することとする。
【００１４】
図１は、レジスト塗布・現像処理システム１を示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。レジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１２と、を具備している。
【００１５】
カセットステーション１０は、ウエハＷを複数枚（例えば２５枚）収容可能なウエハカセットＣＲを載置するカセット載置台２０を有している。レジスト塗布・現像処理システム１において処理すべきウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、他のシステムからカセットステーション１０のカセット載置台２０へ搬入され、逆に、レジスト塗布・現像処理システム１における処理を終えたウエハＷが収容されたウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、カセット載置台２０から他のシステムへ搬出される。
【００１６】
カセット載置台２０上には、図１中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、位置決め突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて１列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが鉛直方向（Ｚ方向）に配列されている。
【００１７】
カセットステーション１０はまた、カセット載置台２０と処理ステーション１１との間にウエハ搬送機構２１を備えている。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能であり、かつ、図１中に示されるθ方向に回転可能なウエハ搬送用ピック２１ａを有している。こうしてウエハ搬送用ピック２１ａは、カセット載置台２０に載置されたウエハカセットＣＲの所定位置に収容されたウエハＷに対して選択的にアクセスすることができ、また、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１８】
処理ステーション１１は、ウエハＷに対してレジスト液の塗布および現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されている。各処理ユニットにおいてウエハＷは１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００１９】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体７９の内側にウエハ搬送装置７６を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体７９は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置７６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置７６は、搬送基台７７の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム７８を備え、これらの保持アーム７８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
図１に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１においては、４個の処理部Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３・Ｇ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１・Ｇ_２はレジスト塗布・現像処理システム１の正面側（図１における手前側）に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイスステーション１２に隣接して配置されている。また、レジスト塗布・現像処理システム１においては、背面部に第５の処理部Ｇ_５を配置することができるようになっている。
【００２１】
第１の処理部Ｇ_１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２２】
第３の処理部Ｇ_３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、現像処理後のウエハＷに対して加熱／冷却処理を行う２つのホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）、レジスト液が塗布されたウエハＷまたは露光処理後のウエハＷに対して加熱処理を行う２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の構造については後に詳細に説明する。
【００２３】
第４の処理部Ｇ_４においても、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングプレートユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２４】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合に、第５の処理部Ｇ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。これにより、第５の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることによって空間部が確保されるために、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２５】
インターフェイスステーション１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイスステーション１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＰＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＰＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００２６】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａはθ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００２７】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用ピック２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２８】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置７６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置７６によりクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２９】
アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了してクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷ、またはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置７６によりレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、レジスト膜（塗布膜）が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでプリベーク処理され、次いでいずれかのクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて、そこで冷却される。
【００３０】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイスステーション１２に搬送される。
【００３１】
ウエハＷは、インターフェイスステーション１２において周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイスステーション１２に隣接して設けられた図示しない露光装置に搬送され、そこで所定のパターンにしたがってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３２】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイスステーション１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そしてウエハＷは、ウエハ搬送装置７６により第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでポストエクスポージャーベーク処理が施される。ポストエクスポージャーベーク処理においては、ウエハＷは所定温度まで冷却されるが、ウエハＷはその後に必要に応じてクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送され、そこでさらに冷却処理される。
【００３３】
その後、ウエハＷは現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷは第３の処理部Ｇ_３のホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）へ搬送されて、そこでＬＥＲを小さくするための熱的処理（以下「ＬＥＲ改善処理」という）が施される。なお、このＬＥＲ改善処理は、ウエハＷのポストベーク処理を兼ねている。このような一連の処理が終了したウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３４】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の構成について、さらに詳細に説明する。図４は、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す平面図であり、図５はホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略断面図であり、図５（ａ）は加熱処理中の状態を、図５（ｂ）はウエハＷの搬入出時の状態をそれぞれ示している。
【００３５】
ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）は、加熱処理チャンバ８１とこれに隣接して設けられた冷却処理チャンバ８２とを有している。加熱処理チャンバ８１と冷却処理チャンバ８２の間にはこれらの間でウエハＷの受渡を行う際に開閉されるシャッタ９１が設けられ、また、加熱処理チャンバ８１には、主ウエハ搬送機構２２との間でウエハＷの受け渡しを行う際に開閉されるシャッタ９２が設けられている。
【００３６】
加熱処理チャンバ８１は、ウエハＷを載置する載置プレート８３と、載置プレート８３に載置されたウエハＷの表面側からウエハＷに熱を輻射してウエハＷを加熱するホットプレート８４を有している。載置プレート８３の表面には図示しない支持ピンが複数箇所に設けられており、ウエハＷを支持した際に、ウエハＷの裏面と載置プレート８３の上面との間には、所定の隙間が形成されるようになっている。また、載置プレート８３の表面外周部には、載置プレート８３とホットプレート８４との間隔を決める位置決め突起８６が設けられている。
【００３７】
図示しない昇降機構によって駆動され、載置プレート８３上でウエハＷを昇降させる３本の昇降ピン８８（図５では２本のみを図示する）が、載置プレート８３を貫通するように設けられている。この昇降ピン８８は、昇降ピン８８とウエハ搬送装置７６との間でウエハＷを受け渡しする際には、ウエハＷを載置プレート８３から持ち上げて所定の高さ位置でウエハＷを支持し、ウエハＷの加熱処理中は、例えば、その先端が載置プレート８３の上面と同じ高さとなるようにして保持される。
【００３８】
ホットプレート８４は昇降機構８５により昇降自在となっている。ホットプレート８４は、昇降ピン８８とウエハ搬送装置７６との間でウエハＷを受け渡しする際は加熱処理チャンバ８１の天井壁に近い位置で保持され、ウエハＷの加熱処理中は載置プレート８３に載置されたウエハＷの表面と一定の隙間が形成される位置で保持される。ウエハＷの加熱処理中のホットプレート８４の位置は、ホットプレート８４の裏面外周部が載置プレート８３の表面外周部に設けられた位置決め突起８６と接した状態となることにより、定められる。
【００３９】
加熱処理チャンバ８１へは、加熱処理チャンバ８１の側壁に設けられた給気口９６ａから清浄な空気が供給されるようになっている。加熱処理チャンバ８１に供給された空気は、加熱処理チャンバ８１の底壁に形成されている排気口９９ａと加熱処理チャンバ８１の側壁に設けられた排気口９９ｂから排気されるようになっている。給気口９６ａから排気口９９ｂへと流れる空気の流れを加熱処理チャンバ８１の内部に作ることによって、ホットプレート８４をウエハＷに近接させてウエハＷを加熱処理している間にウエハＷの表面から蒸発する各種ガスを、効率よくウエハＷとホットプレート８４の間の隙間から除去することができる。
【００４０】
加熱処理チャンバ８１と冷却処理チャンバ８２との間は、シャッタ９１により開閉可能な連通口８１ａを介して連通している。冷却処理チャンバ８２は、ウエハＷを載置して冷却するためのクーリングプレート９３と、クーリングプレート９３を水平方向に移動させるためのガイドプレート９４および移動機構９５とを有している。
【００４１】
クーリングプレート９３が加熱処理チャンバ８１に進入したときに、昇降ピン８８と衝突しないように、クーリングプレート９３には昇降ピン８８が設けられている位置に合わせて、溝９８が設けられている。
【００４２】
移動機構９５を駆動することによって、クーリングプレート９３は、連通口８１ａを通って加熱処理チャンバ８１内に進入することができ、加熱処理チャンバ８１内において載置プレート８３により加熱された後のウエハＷを昇降ピン８８から受け取って冷却処理チャンバ８２内に搬入し、ウエハＷを冷却した後にウエハＷを昇降ピン８８に戻すようになっている。なお、クーリングプレート９３の設定温度は、例えば、１５℃〜２５℃とされる。
【００４３】
冷却処理チャンバ８２へは給気口９６ｂから清浄な空気が供給されるようになっており、冷却処理チャンバ８２に供給された空気は、冷却処理チャンバ８２の底壁に形成された排気口９９ｃから排気されるようになっている。
【００４４】
図６は、このように構成されたホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）を用いたウエハＷの熱的処理工程を示すフローチャートである。まずホットプレート８４を上方に待機させた状態でシャッタ９２が開かれ、現像処理を終えたウエハＷを保持した保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１へ進入させる（ステップ１）。次いで昇降ピン８８を上昇させると、ウエハＷは昇降ピン８８に支持されて、保持アーム７８がフリーな状態となる。保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１から退出させてシャッタ９２を閉じ、昇降ピン８８を降下させてウエハＷを載置プレート８３上に載置する（ステップ２）。
【００４５】
続いて、ホットプレート８４が位置決め突起８６に接するまで降下させて、ウエハＷの表面側からウエハＷを加熱する（ステップ３）。ホットプレート８４の昇温は、降下前、降下中、降下後のいずれのタイミングで行ってもよい。
【００４６】
このときの処理温度は、レジスト膜のガラス転移点よりも高い温度、例えば、ガラス転移点が１５０℃である場合には１５０℃〜２００℃、とする。ガラス転移点以上に加熱されたレジスト膜においては、分子の熱運動が激しくなって流動性を示すようになる。ウエハＷの表面側からホットプレート８４による加熱を行うことによって、現像線の表面近傍では流動性が大きく、内部では流動性が小さい状態を実現することができる。これにより現像線の側面が熱垂れして荒れがスムージングされてＬＥＲが小さくなる。つまり、現像線の側面の荒れ幅が小さくなる。なお、現像線の内部で流動性が大きくならないように、処理温度に応じて処理時間を変えることが必要である。
【００４７】
所定の処理時間が経過したら、ホットプレート８４を上昇させ、続いて昇降ピン８８を上昇させて、所定の高さまでウエハＷを持ち上げる。シャッタ９１を開いて、クーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１へスライドさせ、昇降ピン８８を降下させることにより、ウエハＷは昇降ピン８８からクーリングプレート９３へと受け渡される（ステップ４）。ウエハＷを載置したクーリングプレート９３は冷却処理チャンバ８２へ戻されて、そこでウエハＷは冷却される（ステップ５）。
【００４８】
ＬＥＲが問題となるレジスト材料のほとんどは、化学増幅型レジストと呼ばれているものであり、この化学増幅型レジストでは、加熱処理の後に速やかに冷却処理を行わないと、現像線幅が膨らんでしまうという問題を生ずる。ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）によれば、加熱処理されたウエハＷを速やかに強制的に冷却することができるために、レジスト膜の熱垂れが過度に進行することと、現像線幅の膨張を防止することができる。
【００４９】
冷却処理されたウエハＷは、クーリングプレート９３に乗せられた状態で再び加熱処理チャンバ８１へ戻され、昇降ピン８８に受け渡される（ステップ６）。シャッタ９２を開いて保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１に進入させ、次いで昇降ピン８８を降下させることによりウエハＷは保持アーム７８に保持され、加熱処理チャンバ８１から搬出される（ステップ７）。
【００５０】
このようなＬＥＲ改善処理の有無と、現像線の線幅および現像線の側面の荒れ幅の変化との関係を表１に示す。図７は、表１に示す各符号を模式的に示す説明図である。表１中の「試料１」〜「試料３」には、ガラス転移点が１５０℃のレジスト膜が形成されており、レジスト液の塗布から現像処理までは同じ条件で行われている。「試料１」は、ウエハをレジスト膜のガラス転移点よりも低い１２０℃で処理した試料であり、「試料２」は、レジスト膜のガラス転移点よりも高い１６０℃で３０秒のＬＥＲ改善処理を施した試料であり、「試料３」は１６０℃で６０秒のＬＥＲ改善処理を施した試料である。なお、ここでのＬＥＲ改善処理においては、加熱処理後のウエハの急冷処理を行っていない。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表１中の「中心」はウエハＷの中心部分で測定していることを示しており、表１中の「中間」はウエハＷの半径の中間部分で測定していることを示している。これらの各測定位置には３本の平行な現像線が左右に列べて形成されるようにパターニングされており、表１中の「右」は３本の平行な現像線の右側の現像線を、「左」は３本の平行な現像線の左側の現像線を示している。さらに、表１中の「上」は各現像線の上側の領域を、「中」は各現像線の中間の領域を、「下」は各現像線の下側の領域を、それぞれ示している。そして、表１中の「Ｄ（平均値）」は実際の現像線の線幅の平均値（各測定位置における６点の測定点の平均値）を示し、「ｄ」は現像線の片側の側面の荒れ幅を示している。なお、図７に示されている平行な点線は目的とする現像線の線幅を示している。
【００５３】
表１に示されるように、ＬＥＲ改善処理を行うことによって、現像線の荒れ幅が狭くなっており、処理時間の長い試料３でもっともＬＥＲが小さくなっていることがわかる。一方で、ＬＥＲ改善処理を行うと現像線の線幅が拡がるという傾向が現れているが、これは前述したように、加熱処理後の急冷処理を行っていないことが原因となっている。このため、ＬＥＲ改善処理においては、ウエハＷを加熱処理した後に速やかに急冷処理を行うことによって、所望する線幅の現像線を得ることができる。なお、最初に狭い幅の現像線を形成しておいて、その後のＬＥＲ改善処理によって所望する線幅へ拡げること等によっても、現像線の線幅を調整することができる。
【００５４】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）における加熱処理チャンバ８１の別の実施の形態（加熱処理チャンバ８１ａ・８１ｂ）について説明する。図８は加熱処理チャンバ８１ａの概略断面図である。加熱処理チャンバ８１ａは、ウエハＷを略水平姿勢で吸着保持するスピンチャック３１と、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面側からウエハＷに熱を輻射してウエハＷを加熱するホットプレート３２と、スピンチャック３１の周囲に鉛直に設けられた昇降自在な３本のウエハ受渡ピン３５を有している。
【００５５】
スピンチャック３１は、図示しない吸引機構によりウエハＷを吸着保持することができ、また、回転機構３３よって回転自在であり、かつ、昇降機構３４によって昇降自在である。ホットプレート３２は加熱処理チャンバ８１ａの上壁に固定されている。ウエハ受渡ピン３５は、スピンチャック３１との間でのウエハの受け渡し、および、クーリングプレート９３との間でのウエハＷの受け渡しを行う。なお、クーリングプレート９３に設けられる溝９８は、ウエハ受渡ピン３５の位置に適合させた位置に設けられる。
【００５６】
加熱処理チャンバ８１ａの側壁には、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面とホットプレート３２の下面との間隔を測定する位置センサ３６が設けられている。加熱処理チャンバ８１ａにおける給排気は、先に説明した加熱処理チャンバ８１と同様に行われる。
【００５７】
このような加熱処理チャンバ８１ａでは、ウエハＷを保持した保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１ａに進入させた後に、スピンチャック３１を上昇させてウエハＷをスピンチャック３１に保持させる。このときウエハ受渡ピン３５はその先端がスピンチャック３１よりも低い高さにあるようにする。保持アーム７８を加熱処理チャンバ８１ａから退出させた後に、ウエハＷの表面とホットプレート３２の下面との間が所定の間隔となるように、位置センサ３６からの信号にしたがって、スピンチャック３１を所定の高さまで上昇させ、スピンチャック３１を一定速度（例えば、１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ）で回転させながら、ウエハＷを加熱処理する。なお、スピンチャック３１を一定速度で回転させながら、所定の高さまで上昇させてもよい。
【００５８】
このように加熱処理チャンバ８１ａでは、ウエハＷを回転させながら加熱処理を行うことができるために、ウエハＷの温度均一性を高めることができる。これによって、ウエハ面内でＬＥＲ改善処理にばらつきが生ずることを抑制することができる。
【００５９】
処理時間が経過したら、スピンチャック３１を降下させると同時にウエハ受渡ピン３５を上昇させて、ウエハＷをウエハ受渡ピン３５で支持する。この状態でシャッタ９１を開いてクーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１ａに進入させて、ウエハＷをウエハ受渡ピン３５からクーリングプレート９３に受け渡す。クーリングプレート９３を冷却処理チャンバ８２に戻してウエハＷを冷却した後に、クーリングプレート９３を加熱処理チャンバ８１ａに進入させ、ウエハＷをクーリングプレート９３からウエハ受渡ピン３５へ、次いでウエハ受渡ピン３５からスピンチャック３１へ、さらにピンチャック３１から保持アーム７８へ逐次受け渡す。ＬＥＲ改善処理の終了したウエハＷは加熱処理チャンバ８１ａから搬出される。
【００６０】
続いて、図９に加熱処理チャンバ８１ｂの概略断面図を示す。加熱処理チャンバ８１ｂの内部には、載置プレート８３と、載置プレート８３の外周を囲む第１リング部材６１と、ホットプレート８４ａと、ホットプレート８４ａの外周を囲む第２リング部材６２と、載置プレート８３を貫通して配置された昇降自在な昇降ピン８８と、を有している。第１リング部材６１の上面にはシールリング６３が取り付けられ、第２リング部材６２にはガス供給管６４が設けられている。
【００６１】
ホットプレート８４ａには複数箇所に排気口６６が設けられている。排気口６６の大きさ、形成する位置、数は、ウエハＷの温度分布の均一性が保たれるように定められる。ホットプレート８４ａを降下させると、第２リング部材６２がシールリング６３を押圧して変形させることにより、載置プレート８３に載置されたウエハＷの周囲に、狭い処理空間７０が形成される。この処理空間７０へはガス供給管６４から空気または窒素ガスを供給することができるようになっており、排気口６６を通してウエハＷの近傍の雰囲気ガスが排気装置６５によって排気される。
【００６２】
このような加熱処理チャンバ８１ｂは、特に、ウエハＷやレジスト膜の酸化を防止するためにウエハＷを窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で処理しなければならない場合（例えば、ガラス転移点の温度が高いために、ウエハＷの熱処理温度が高くなる場合）に好適に用いられ、狭い処理空間７０へ窒素ガス等を供給するために、使用する窒素ガス等の量を少なくすることができる。
【００６３】
次に、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の別の実施の形態について説明する。図１０の断面図に示すホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）は、１個の処理チャンバ５１の内部に、内部に冷媒を流すことによって所定の温度に保持することができるクーリングプレート５２と、クーリングプレート５２に載置されたウエハＷの表面側からウエハＷを加熱するホットプレート５３と、ホットプレート５３を回転させる回転機構５４と、ホットプレート５３を昇降させる昇降機構５５と、ホットプレート５３の下面とクーリングプレート５２との間隔を測定する非接触式の距離測定センサ５６と、クーリングプレート５２を貫通して配置された昇降自在の昇降ピン５７と、を有している。
【００６４】
このようなホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）を用いれば、ホットプレート５３を、距離測定センサ５６による距離測定結果に基づいてクーリングプレート５２上に載置されたウエハＷに近接させて、ホットプレート５３を回転させながらウエハＷを加熱処理することができる。また、所定時間の加熱処理が終了した後には、クーリングプレート５２に冷媒を流すことによってクーリングプレート５２を急冷することによって、ウエハＷを搬送することなく、ウエハＷを冷却することができる。また、ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ´）は１個の処理チャンバ５１で構成されるために、省スペース化される。なお、ウエハＷの加熱処理中に、クーリングプレート５２に冷媒を流してクーリングプレート５２の温度を低く保持してもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものでない。例えば、加熱処理チャンバ８１に設けられた載置プレート８３を回転自在としてもよい。この場合には、位置決め突起８６を載置プレート８３内に収納可能な構造とするか、または位置決め突起８６を可倒式とする。つまり、位置決め突起８６によってホットプレート８４の位置が決められた後に、位置決め突起８６とホットプレート８４とを離隔させることができる構造とすればよい。
【００６６】
また、載置プレート８３を高速回転させる必要はないために、例えば、載置プレート８３を回転させてもウエハＷが載置プレート８３との間に生じている摩擦力によって位置ずれしない場合には、ウエハＷの移動を抑制する手段を載置プレート８３に設けることは必要とされない。
【００６７】
加熱処理チャンバ８１ａにおいては、ウエハ受渡ピン３５をスピンチャック３１を貫通するように配置することもできる。スピンチャック３１としては、ウエハＷを吸着保持するものに限定されず、ウエハＷの周縁を機械的に保持するものを用いることもできる。ウエハＷを加熱する熱源としては、ホットプレート８４に代えて、例えば、ハロゲンランプ等の放熱性の高いランプ等を用いることも可能である。上記説明においては、基板として半導体ウエハを取り上げたが、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板等の他の基板のフォトリソグラフィー工程におけるＬＥＲ改善処理に、本発明の熱的処理方法および熱的処理装置を適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
上述の通り本発明によれば、基板に形成されたレジストを直接に加熱することによって現像処理によって形成された現像線の側面を他の部分よりも高い温度に加熱することができる。また、このとき現像線の側面近傍部分をガラス転移点よりも高い温度に上げることによって、この部分が流動性を示すようになり、現像線の荒れが小さくなる。こうして現像線の側面が滑らかになって、ＬＥＲが小さくなる。これにより、その後に形成される回路の品質が高められ、製品の信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す平面図。
【図２】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す正面図。
【図３】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す背面図。
【図４】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す平面図。
【図５】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の概略構造を示す断面図。
【図６】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）を用いたウエハの熱的処理工程を示すフローチャート。
【図７】表１に示す各符号を模式的に示す説明図。
【図８】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）が具備する加熱処理チャンバの別の実施の形態を示す概略断面図。
【図９】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）が具備する加熱処理チャンバのさらに別の実施の形態を示す概略断面図。
【図１０】ホット／クーリングプレートユニット（ＣＨＰ）の別の実施の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１；レジスト塗布・現像処理システム
３１；スピンチャック
３２；ホットプレート
３３；回転機構
３４；昇降機構
３５；ウエハ受渡ピン
５１；処理チャンバ
５２；クーリングプレート
５３；ホットプレート
８１・８１ａ・８１ｂ；加熱処理チャンバ
８２；冷却処理チャンバ
８３；載置プレート
８４；ホットプレート
８５；昇降機構
８８；昇降ピン
９３；クーリングプレート
ＣＨＰ・ＣＨＰ´；ホット／クーリングプレートユニット
Ｗ；半導体ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal processing method and a thermal processing apparatus for performing thermal processing after developing a substrate such as a semiconductor wafer having a resist film formed on the surface thereof.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device manufacturing process, a predetermined circuit pattern is formed on the surface of a semiconductor wafer by using a so-called photolithography technique. In this photolithography process, for example, a series of processing is performed in which a photoresist film is applied to a cleaned semiconductor wafer to form a resist film, the resist film is exposed with a predetermined pattern, and this is developed. ing. In the development processing step, after the processing with the developer is completed, the wafer is heated (so-called post-bake processing) to evaporate water adhering to the wafer, thereby obtaining a circuit pattern. Yes.
[0003]
As a heat treatment apparatus used for such a heat treatment of a wafer, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-236844 (Patent Document 1) places a mounting table on which a wafer is mounted and a mounting table via the mounting table. A heat treatment apparatus including a hot plate having a heating element for heating a substrate and a rotating mechanism for rotating the mounting table is disclosed. Further, in Patent Document 1, as a conventional heat treatment apparatus, a wafer is placed on the upper surface, a hot plate for heating the placed wafer, and a processing space above the hot plate are formed. And a cover for exhausting gas generated during the heat treatment.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-236844 (section 2-4, FIGS. 1, 11, 12)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in the photolithography process, pattern miniaturization and thinning have been promoted, and along with this, the side surface with respect to the line width of the development line formed in the resist film (the part remaining in the resist film after the development process) is increased. The ratio of the width of roughness (so-called LER (Line Edge Roughness)) has increased, and it has become difficult to form a good circuit.
[0006]
Since this LER problem is also a problem in the characteristics of the resist material, attempts have been made to adjust the composition of the resist solution in order to reduce the LER. However, sufficient results have not been achieved in view of other resist characteristics such as resist sensitivity and CD uniformity.
[0007]
Therefore, an approach to solve the LER problem is also desired from the standpoint of developing a heat treatment apparatus. However, in the conventional heat treatment of the wafer after the development processing using the conventional heat treatment apparatus, since the resist film is heated by heating the wafer, if the wafer is heated until the resist film becomes soft, the circuit pattern Can not hold.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermal processing method and a thermal processing apparatus that reduce the LER while maintaining a circuit pattern.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, after developing a substrate having a resist film formed on the surface, the LER of the development line formed on the resist film is reduced. A thermal processing method for thermally processing the substrate,
  The substratePlace on cooling plateProcess,
  Bringing a heat source close to the surface of the substrate;
  While cooling the back side of the substrate by the cooling plateHeating the vicinity of the surface of the resist film to a temperature higher than the glass transition point of the resist film by radiant heat from the heat source;,
TheThere is provided a thermal processing method characterized by comprising:
[0010]
  According to the second aspect of the present invention, after the substrate having a resist film formed on the surface thereof is treated with a developer, the substrate is thermally treated so that the LER of the development line formed on the resist film is reduced. A thermal processing apparatus for processing
  The substrateCooling plate for mounting and coolingWhen,
  SaidPlace on cooling plateA heat source that heats the vicinity of the surface of the resist film to a temperature higher than the glass transition point of the resist film by radiating heat to the substrate from the surface side of the substrate,
  SaidPlace on cooling plateSo that the heated substrate is close to / separated from the heat source.Said cooling plate andA moving mechanism for moving at least one of the heat sources;
  Equipped withAnd
In the state where the heat source and the substrate placed on the cooling plate are brought close to each other by the moving mechanism, the resist film is provided near the surface of the resist film by the heat source while cooling the back side of the substrate by the cooling plate. Heated to a temperature higher than the glass transition temperature ofThere is provided a thermal processing apparatus.
[0011]
According to such a thermal processing method and a thermal processing method, the side part of the development line formed by the development process by directly heating the resist formed on the substrate is higher than the part inside the development line. Can be heated to temperature. At this time, by raising the portion near the side surface of the development line to a temperature higher than the glass transition point, this portion becomes fluid, and the side surface of the development line becomes less rough. Thus, LER is reduced.
[0012]
The applicant previously filed a patent application in Japanese Patent Application No. 2001-327194 regarding a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of improving CD uniformity and reducing LER (hereinafter referred to as “prior application”). However, this prior application intends to solve the above-mentioned problem to be solved by improving the heat treatment (pre-baking) after applying the resist solution, and solves the above problem by heat-treating the resist film after the development treatment. It does not solve the problem to be solved. Therefore, the prior application and the present invention differ in the spirit and structure of the invention.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a resist coating / development processing system that includes a heating / cooling unit that heat-treats a semiconductor wafer after the resist film development processing and consistently performs from resist coating to development processing will be described as an example.
[0014]
1 is a schematic plan view showing a resist coating / developing system 1, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a rear view thereof. The resist coating / development processing system 1 receives a wafer W between a cassette station 10 which is a transfer station, a processing station 11 having a plurality of processing units, and an exposure apparatus (not shown) provided adjacent to the processing station 11. And an interface station 12 for delivery.
[0015]
The cassette station 10 has a cassette mounting table 20 on which a wafer cassette CR that can store a plurality of wafers W (for example, 25 wafers) is mounted. The wafer cassette CR containing the wafer W to be processed in the resist coating / development processing system 1 is carried into the cassette mounting table 20 of the cassette station 10 from another system, and conversely, the processing in the resist coating / development processing system 1 is performed. The wafer cassette CR containing the wafer W containing the wafer W that has been finished is transferred from the cassette mounting table 20 to another system.
[0016]
A plurality (four in the figure) of positioning protrusions 20a are formed on the cassette mounting table 20 along the X direction in FIG. 1, and the wafer cassette CR passes through each wafer entrance / exit at the position of the positioning protrusion 20a. It can be placed in one row toward the 11 side. In the wafer cassette CR, the wafers W are arranged in the vertical direction (Z direction).
[0017]
The cassette station 10 also includes a wafer transfer mechanism 21 between the cassette mounting table 20 and the processing station 11. This wafer transfer mechanism 21 is movable in the cassette arrangement direction (X direction) and the arrangement direction (Z direction) of wafers W therein, and is capable of rotating in the θ direction shown in FIG. It has a pick 21a. In this way, the wafer transfer pick 21a can selectively access the wafer W accommodated in a predetermined position of the wafer cassette CR mounted on the cassette mounting table 20, and can be accessed on the processing station 11 side described later. Third processing unit G₃An alignment unit (ALIM) and an extension unit (EXT) belonging to can be accessed.
[0018]
The processing station 11 includes a plurality of processing units for performing a series of steps when applying and developing a resist solution on the wafer W, and these are arranged in multiple stages at predetermined positions. In each processing unit, the wafers W are processed one by one. As shown in FIG. 1, the processing station 11 has a wafer transfer path 22a at the center thereof, in which a main wafer transfer mechanism 22 is provided, and all the processing units are arranged around the wafer transfer path 22a. It is an arranged configuration. The plurality of processing units are divided into a plurality of processing units, and each processing unit includes a plurality of processing units arranged in multiple stages along the vertical direction (Z direction).
[0019]
As shown in FIG. 3, the main wafer transfer mechanism 22 is equipped with a wafer transfer device 76 inside a cylindrical support 79 so as to be movable up and down in the vertical direction (Z direction). The cylindrical support 79 can be rotated by a rotational driving force of a motor (not shown), and accordingly, the wafer transfer device 76 can also be rotated integrally. The wafer transfer device 76 includes a plurality of holding arms 78 that are movable in the front-rear direction of the transfer base 77, and the transfer of the wafers W between the processing units is realized by these holding arms 78.
[0020]
As shown in FIG. 1, in the resist coating / development processing system 1, four processing units G₁・ G₂・ G₃・ G₄Are actually arranged around the wafer transfer path 22a. Of these, the first and second processing units G₁・ G₂Are arranged in parallel on the front side (front side in FIG. 1) of the resist coating / development processing system 1, and the third processing unit G₃Is arranged adjacent to the cassette station 10 and the fourth processing section G₄Is arranged adjacent to the interface station 12. Further, in the resist coating / development processing system 1, the fifth processing unit G is provided on the back surface.₅Can be arranged.
[0021]
First processing unit G₁Then, in the coater cup (CP), a resist coating processing unit (COT) which is two spinner type processing units for performing predetermined processing by placing the wafer W on a spin chuck (not shown) and a development processing unit for developing a resist pattern. (DEV) are stacked in two steps from the bottom. Second processing unit G₂Similarly, a resist application processing unit (COT) and a development processing unit (DEV) are stacked in two stages from the bottom as two spinner type processing units.
[0022]
Third processing unit G₃In FIG. 3, oven-type processing units that perform predetermined processing by placing the wafer W on the mounting table SP are stacked in multiple stages. That is, an adhesion unit (AD) that performs so-called hydrophobic treatment for improving the fixability of the resist, an alignment unit (ALIM) that performs alignment, an extension unit (EXT) that carries in and out the wafer W, and cooling processing A cooling plate unit (COL) to be performed, two hot / cooling plate units (CHP) for performing heating / cooling processing on the wafer W after development processing, a wafer W coated with a resist solution or a wafer W after exposure processing On the other hand, two hot plate units (HP) that perform heat treatment are stacked in eight stages in order from the bottom. A cooling plate unit (COL) may be provided instead of the alignment unit (ALIM), and the cooling plate unit (COL) may have an alignment function. The structure of the hot / cooling plate unit (CHP) will be described in detail later.
[0023]
Fourth processing unit G₄The oven-type processing units are stacked in multiple stages. That is, a cooling plate unit (COL), an extension / cooling plate unit (EXTCOL), which is a wafer loading / unloading section equipped with a cooling plate, an extension unit (EXT), a cooling plate unit (COL), and four hot plate units (HP) ) Are stacked in 8 steps from the bottom.
[0024]
On the back side of the main wafer transfer mechanism 22 is a fifth processing unit G.₅When the fifth processing unit G is provided₅Can move sideways along the guide rail 25 as viewed from the main wafer transfer mechanism 22. As a result, the fifth processing unit G₅Even in the case where the space is provided, the space is secured by sliding the guide rail 25 along the guide rail 25, so that the main wafer transfer mechanism 22 can be easily maintained from behind.
[0025]
The interface station 12 has the same length as the processing station 11 in the depth direction (X direction). As shown in FIGS. 1 and 2, a portable pickup cassette PR and a stationary buffer cassette BR are arranged in two stages on the front part of the interface station 12, and a peripheral exposure device 23 is arranged on the rear part. A wafer transfer mechanism 24 is disposed at the center. The wafer transfer mechanism 24 has a wafer transfer arm 24a. The wafer transfer arm 24a can move in the X and Z directions to access both cassettes PR and BR and the peripheral exposure device 23. Yes.
[0026]
The wafer transfer arm 24 a is rotatable in the θ direction, and the fourth processing unit G of the processing station 11 is used.₄It is also possible to access an extension unit (EXT) belonging to No. 1 and a wafer transfer table (not shown) on the adjacent exposure apparatus side.
[0027]
In the resist coating / developing system 1 described above, first, in the cassette station 10, the wafer transport pick 21 a of the wafer transport mechanism 21 is placed on the wafer cassette CR containing the unprocessed wafers W on the cassette mounting table 20. Access to take out one wafer W, and the third processing unit G₃To the extension unit (EXT).
[0028]
The wafer W is transferred from the extension unit (EXT) to the processing station 11 by the wafer transfer device 76 of the main wafer transfer mechanism 22. And the third processing unit G₃After being aligned by the alignment unit (ALIM), it is transported to an adhesion processing unit (AD), where it is subjected to a hydrophobization process (HMDS process) for improving the fixability of the resist. Since this process involves heating, the wafer W is then transferred to the cooling plate unit (COL) by the wafer transfer device 76 and cooled.
[0029]
The wafer W that has been processed in the adhesion processing unit (AD) and has been cooled by the cooling plate unit (COL), or the wafer W that has not been processed in the adhesion processing unit (AD), is continuously processed by the wafer transfer device 76. The resist is applied to a resist coating processing unit (COT) where a resist is applied to form a resist film (coating film). After the coating process is completed, the wafer W is transferred to the third processing unit G.₃Or the fourth processing unit G₄To a hot plate unit (HP), where it is pre-baked, and then transferred to one of the cooling plate units (COL) where it is cooled.
[0030]
The cooled wafer W is transferred to the third processing unit G.₃After being transferred to the alignment unit (ALIM) and aligned there, the fourth processing unit G₄Are transferred to the interface station 12 via an extension unit (EXT).
[0031]
The wafer W is subjected to peripheral exposure by the peripheral exposure device 23 in the interface station 12 to remove excess resist, and then transferred to an exposure device (not shown) provided adjacent to the interface station 12, where the wafer W is transferred according to a predetermined pattern. An exposure process is performed on the resist film of the wafer W.
[0032]
The exposed wafer W is returned to the interface station 12 again, and the fourth processing unit G is transferred by the wafer transfer mechanism 24.₄To the extension unit (EXT) belonging to Then, the wafer W is transferred to the third processing unit G by the wafer transfer device 76.₃Or the fourth processing unit G₄To the hot plate unit (HP), where post-exposure baking is performed. In the post-exposure baking process, the wafer W is cooled to a predetermined temperature, but the wafer W is then transferred to a cooling plate unit (COL) as necessary, and further cooled there.
[0033]
Thereafter, the wafer W is transferred to a development processing unit (DEV) where the exposure pattern is developed. After the development, the wafer W is transferred to the third processing unit G.₃To the hot / cooling plate unit (CHP), where thermal processing for reducing LER (hereinafter referred to as “LER improvement processing”) is performed. This LER improvement processing also serves as post-baking processing of the wafer W. The wafer W having undergone such a series of processing is transferred to the third processing unit G.₃Is returned to the cassette station 10 via the extension unit (EXT) and accommodated in one of the wafer cassettes CR.
[0034]
Next, the configuration of the hot / cooling plate unit (CHP) will be described in more detail. FIG. 4 is a plan view showing a schematic structure of the hot / cooling plate unit (CHP), FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the hot / cooling plate unit (CHP), and FIG. FIG. 5B shows the state when the wafer W is loaded and unloaded.
[0035]
The hot / cooling plate unit (CHP) has a heat processing chamber 81 and a cooling processing chamber 82 provided adjacent thereto. A shutter 91 that is opened and closed when the wafer W is delivered between the heat treatment chamber 81 and the cooling treatment chamber 82 is provided between the heat treatment chamber 81 and the heat treatment chamber 82. A shutter 92 that is opened and closed when the wafer W is transferred between them is provided.
[0036]
The heat treatment chamber 81 includes a mounting plate 83 for mounting the wafer W, and a hot plate 84 for radiating heat to the wafer W from the surface side of the wafer W mounted on the mounting plate 83 to heat the wafer W. Have. Supporting pins (not shown) are provided at a plurality of locations on the surface of the mounting plate 83. When the wafer W is supported, a predetermined gap is formed between the back surface of the wafer W and the upper surface of the mounting plate 83. It is supposed to be formed. In addition, positioning protrusions 86 that determine the distance between the mounting plate 83 and the hot plate 84 are provided on the outer peripheral portion of the surface of the mounting plate 83.
[0037]
Three elevating pins 88 (only two are shown in FIG. 5) that are driven by an elevating mechanism (not shown) to raise and lower the wafer W on the mounting plate 83 are provided so as to penetrate the mounting plate 83. Yes. When the wafer W is transferred between the lift pins 88 and the wafer transfer device 76, the lift pins 88 support the wafer W at a predetermined height by lifting the wafer W from the mounting plate 83. During the heat treatment of W, for example, the tip is held so as to be at the same height as the upper surface of the mounting plate 83.
[0038]
The hot plate 84 can be moved up and down by a lifting mechanism 85. The hot plate 84 is held at a position close to the ceiling wall of the heat treatment chamber 81 when the wafer W is transferred between the lift pins 88 and the wafer transfer device 76, and is placed on the mounting plate 83 during the heat treatment of the wafer W. It is held at a position where a certain gap is formed with the surface of the mounted wafer W. The position of the hot plate 84 during the heat treatment of the wafer W is determined by bringing the outer peripheral portion of the back surface of the hot plate 84 into contact with the positioning protrusions 86 provided on the outer peripheral portion of the front surface of the mounting plate 83.
[0039]
Clean air is supplied to the heat treatment chamber 81 from an air supply port 96 a provided on the side wall of the heat treatment chamber 81. The air supplied to the heat treatment chamber 81 is exhausted from an exhaust port 99 a formed on the bottom wall of the heat treatment chamber 81 and an exhaust port 99 b provided on the side wall of the heat treatment chamber 81. The surface of the wafer W is heated while the wafer W is being heated by bringing the hot plate 84 close to the wafer W by creating an air flow from the air supply port 96a to the exhaust port 99b in the heat processing chamber 81. Various gases evaporating from the wafer W can be efficiently removed from the gap between the wafer W and the hot plate 84.
[0040]
The heat processing chamber 81 and the cooling processing chamber 82 communicate with each other via a communication port 81 a that can be opened and closed by a shutter 91. The cooling processing chamber 82 includes a cooling plate 93 for mounting and cooling the wafer W, and a guide plate 94 and a moving mechanism 95 for moving the cooling plate 93 in the horizontal direction.
[0041]
A groove 98 is provided in the cooling plate 93 so as not to collide with the lifting pins 88 when the cooling plate 93 enters the heat treatment chamber 81 in accordance with the position where the lifting pins 88 are provided.
[0042]
By driving the moving mechanism 95, the cooling plate 93 can enter the heat processing chamber 81 through the communication port 81 a and the wafer W after being heated by the mounting plate 83 in the heat processing chamber 81. Is received from the lift pins 88 and loaded into the cooling processing chamber 82, and after cooling the wafer W, the wafer W is returned to the lift pins 88. The set temperature of the cooling plate 93 is, for example, 15 ° C. to 25 ° C.
[0043]
Clean air is supplied to the cooling processing chamber 82 from the air supply port 96b, and the air supplied to the cooling processing chamber 82 is supplied from an exhaust port 99c formed on the bottom wall of the cooling processing chamber 82. It is designed to be exhausted.
[0044]
FIG. 6 is a flowchart showing a thermal processing process of the wafer W using the hot / cooling plate unit (CHP) configured as described above. First, the shutter 92 is opened with the hot plate 84 waiting upward, and the holding arm 78 holding the wafer W that has undergone the development process enters the heat treatment chamber 81 (step 1). Next, when the elevating pins 88 are raised, the wafer W is supported by the elevating pins 88 and the holding arm 78 becomes free. The holding arm 78 is withdrawn from the heat treatment chamber 81, the shutter 92 is closed, and the elevation pins 88 are lowered to place the wafer W on the placement plate 83 (step 2).
[0045]
Subsequently, the hot plate 84 is lowered until it comes into contact with the positioning protrusion 86, and the wafer W is heated from the front side of the wafer W (step 3). The temperature of the hot plate 84 may be raised at any timing before, during, or after the descent.
[0046]
The processing temperature at this time is higher than the glass transition point of the resist film, for example, 150 ° C. to 200 ° C. when the glass transition point is 150 ° C. In a resist film heated to a temperature higher than the glass transition point, the thermal motion of the molecules becomes intense and exhibits fluidity. By performing heating by the hot plate 84 from the surface side of the wafer W, it is possible to realize a state in which the fluidity is large near the surface of the development line and the fluidity is small inside. As a result, the side surface of the developing line droops and the roughness is smoothed to reduce the LER. That is, the rough width of the side surface of the development line is reduced. It is necessary to change the processing time according to the processing temperature so that the fluidity does not increase inside the developing line.
[0047]
When the predetermined processing time has elapsed, the hot plate 84 is raised, and then the lift pins 88 are raised to lift the wafer W to a predetermined height. The wafer 91 is transferred from the lift pins 88 to the cooling plate 93 by opening the shutter 91 and sliding the cooling plate 93 to the heat treatment chamber 81 and lowering the lift pins 88 (step 4). The cooling plate 93 on which the wafer W is placed is returned to the cooling processing chamber 82 where the wafer W is cooled (step 5).
[0048]
Most of the resist materials for which LER is a problem are called chemically amplified resists. In this chemically amplified resist, if the cooling process is not performed immediately after the heat treatment, the developing line width expands. Cause the problem. According to the hot / cooling plate unit (CHP), the heat-treated wafer W can be quickly and forcibly cooled, so that the thermal dripping of the resist film proceeds excessively and the development line width expands. Can be prevented.
[0049]
The wafer W that has been subjected to the cooling process is returned to the heat processing chamber 81 again while being placed on the cooling plate 93 and transferred to the lift pins 88 (step 6). The wafer 92 is held by the holding arm 78 by opening the shutter 92 and causing the holding arm 78 to enter the heat processing chamber 81 and then lowering the raising / lowering pins 88 to be unloaded from the heat processing chamber 81 (step 7).
[0050]
Table 1 shows the relationship between the presence or absence of such LER improvement processing and the change in the line width of the development line and the roughness width of the side surface of the development line. FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the respective symbols shown in Table 1. In “Sample 1” to “Sample 3” in Table 1, a resist film having a glass transition point of 150 ° C. is formed, and the steps from application of the resist solution to development are performed under the same conditions. “Sample 1” is a sample obtained by processing a wafer at 120 ° C., which is lower than the glass transition point of the resist film, and “Sample 2” is a LER improvement process for 30 seconds at 160 ° C. which is higher than the glass transition point of the resist film. “Sample 3” is a sample that has been subjected to LER improvement treatment at 160 ° C. for 60 seconds. In the LER improvement process here, the wafer is not rapidly cooled after the heat treatment.
[0051]
[Table 1]

[0052]
“Center” in Table 1 indicates that measurement is performed at the central portion of the wafer W, and “Intermediate” in Table 1 indicates that measurement is performed at an intermediate portion of the radius of the wafer W. Each of these measurement positions is patterned so that three parallel development lines are formed side by side, and “right” in Table 1 indicates the development line on the right side of the three parallel development lines. “Left” indicates a development line on the left side of three parallel development lines. Furthermore, in Table 1, “upper” indicates the upper area of each development line, “middle” indicates the middle area of each development line, and “lower” indicates the lower area of each development line. . In Table 1, “D (average value)” indicates an average value of the actual line width of the developing line (average value of 6 measurement points at each measurement position), and “d” indicates one side of the developing line. The rough width of the side is shown. Note that the parallel dotted lines shown in FIG. 7 indicate the line width of the target development line.
[0053]
As shown in Table 1, it can be seen that by performing the LER improvement processing, the rough width of the development line is narrowed, and the LER is the smallest in the sample 3 having a long processing time. On the other hand, when the LER improvement process is performed, a tendency that the line width of the development line is expanded appears. This is because the rapid cooling process after the heat process is not performed as described above. For this reason, in the LER improvement process, a development line having a desired line width can be obtained by performing a rapid cooling process after heating the wafer W. It is also possible to adjust the line width of the development line by forming a narrow development line first and then expanding the development line to a desired line width by subsequent LER improvement processing.
[0054]
Next, another embodiment (

heat treatment chambers

81a and 81b) of the heat treatment chamber 81 in the hot / cooling plate unit (CHP) will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the heat treatment chamber 81a. The heat treatment chamber 81a includes a spin chuck 31 that sucks and holds the wafer W in a substantially horizontal posture, and a hot plate 32 that radiates heat from the surface side of the wafer W held by the spin chuck 31 to heat the wafer W. And three wafer delivery pins 35 that are vertically provided around the spin chuck 31 and can be moved up and down.
[0055]
The spin chuck 31 can suck and hold the wafer W by a suction mechanism (not shown), can be rotated by a rotating mechanism 33, and can be moved up and down by an elevating mechanism 34. The hot plate 32 is fixed to the upper wall of the heat treatment chamber 81a. Wafer delivery pins 35 deliver the wafer to / from the spin chuck 31 and deliver the wafer W to / from the cooling plate 93. The groove 98 provided in the cooling plate 93 is provided at a position adapted to the position of the wafer delivery pin 35.
[0056]
A position sensor 36 that measures the distance between the surface of the wafer W held by the spin chuck 31 and the lower surface of the hot plate 32 is provided on the side wall of the heat treatment chamber 81a. Supply / exhaust in the heat treatment chamber 81a is performed in the same manner as the heat treatment chamber 81 described above.
[0057]
In such a heat treatment chamber 81 a, the holding arm 78 holding the wafer W enters the heat treatment chamber 81 a, and then the spin chuck 31 is raised to hold the wafer W on the spin chuck 31. At this time, the tip of the wafer delivery pin 35 is set to a height lower than that of the spin chuck 31. After the holding arm 78 is withdrawn from the heat treatment chamber 81a, the spin chuck 31 is set in accordance with a signal from the position sensor 36 so that a predetermined distance is provided between the surface of the wafer W and the lower surface of the hot plate 32. The wafer W is heated while rotating the spin chuck 31 at a constant speed (for example, 10 rpm to 100 rpm). The spin chuck 31 may be raised to a predetermined height while rotating at a constant speed.
[0058]
As described above, in the heat treatment chamber 81a, the heat treatment can be performed while rotating the wafer W, so that the temperature uniformity of the wafer W can be improved. As a result, it is possible to suppress variation in the LER improvement processing within the wafer surface.
[0059]
When the processing time elapses, the spin chuck 31 is lowered and the wafer delivery pins 35 are raised simultaneously, and the wafer W is supported by the wafer delivery pins 35. In this state, the shutter 91 is opened to allow the cooling plate 93 to enter the heat treatment chamber 81a, and the wafer W is transferred from the wafer transfer pin 35 to the cooling plate 93. After the cooling plate 93 is returned to the cooling processing chamber 82 to cool the wafer W, the cooling plate 93 enters the heat processing chamber 81a, and the wafer W is spun from the cooling plate 93 to the wafer delivery pin 35 and then from the wafer delivery pin 35. The chuck 31 is successively transferred from the pin chuck 31 to the holding arm 78. The wafer W that has been subjected to the LER improvement processing is unloaded from the heat processing chamber 81a.
[0060]
Next, FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the heat treatment chamber 81b. Inside the heat treatment chamber 81b, there are a mounting plate 83, a first ring member 61 surrounding the outer periphery of the mounting plate 83, a hot plate 84a, a second ring member 62 surrounding the outer periphery of the hot plate 84a, and a mounting plate 83. And an elevating / lowering pin 88 that is disposed through the mounting plate 83 and is freely movable up and down. A seal ring 63 is attached to the upper surface of the first ring member 61, and a gas supply pipe 64 is provided on the second ring member 62.
[0061]
The hot plate 84a is provided with exhaust ports 66 at a plurality of locations. The size, position, and number of the exhaust ports 66 are determined so that the uniformity of the temperature distribution of the wafer W is maintained. When the hot plate 84 a is lowered, the second ring member 62 presses and deforms the seal ring 63, thereby forming a narrow processing space 70 around the wafer W placed on the placement plate 83. Air or nitrogen gas can be supplied from the gas supply pipe 64 to the processing space 70, and the atmospheric gas in the vicinity of the wafer W is exhausted by the exhaust device 65 through the exhaust port 66.
[0062]
Such a heat treatment chamber 81b is particularly suitable when the wafer W must be processed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas in order to prevent oxidation of the wafer W and the resist film (for example, the temperature of the glass transition point is high). Therefore, the amount of nitrogen gas or the like used can be reduced in order to supply nitrogen gas or the like to the narrow processing space 70.
[0063]
Next, another embodiment of the hot / cooling plate unit (CHP) will be described. The hot / cooling plate unit (CHP ′) shown in the cross-sectional view of FIG. 10 includes a cooling plate 52 that can be maintained at a predetermined temperature by flowing a coolant inside one processing chamber 51, and a cooling A hot plate 53 that heats the wafer W from the surface side of the wafer W placed on the plate 52, a rotating mechanism 54 that rotates the hot plate 53, an elevating mechanism 55 that raises and lowers the hot plate 53, and a lower surface of the hot plate 53 And a non-contact type distance measuring sensor 56 that measures the distance between the cooling plate 52 and a lifting pin 57 that is movable up and down and is disposed through the cooling plate 52.
[0064]
If such a hot / cooling plate unit (CHP ′) is used, the hot plate 53 is brought close to the wafer W placed on the cooling plate 52 on the basis of the distance measurement result by the distance measurement sensor 56, so that the hot plate The wafer W can be heat-treated while rotating 53. In addition, after the heat treatment for a predetermined time is completed, the wafer W can be cooled without transporting the wafer W by rapidly cooling the cooling plate 52 by flowing a coolant through the cooling plate 52. Further, since the hot / cooling plate unit (CHP ′) is composed of one processing chamber 51, space is saved. Note that the temperature of the cooling plate 52 may be kept low by flowing a coolant through the cooling plate 52 during the heat treatment of the wafer W.
[0065]
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to such a form. For example, the mounting plate 83 provided in the heat treatment chamber 81 may be rotatable. In this case, the positioning projection 86 is structured to be housed in the mounting plate 83, or the positioning projection 86 is made to be retractable. In other words, after the positioning protrusion 86 determines the position of the hot plate 84, the positioning protrusion 86 and the hot plate 84 may be separated from each other.
[0066]
Further, since it is not necessary to rotate the mounting plate 83 at a high speed, for example, when the wafer W is not displaced due to the frictional force generated between the mounting plate 83 and the mounting plate 83, for example. It is not necessary to provide the mounting plate 83 with a means for suppressing the movement of the wafer W.
[0067]
In the heat treatment chamber 81a, the wafer delivery pins 35 can be disposed so as to penetrate the spin chuck 31. The spin chuck 31 is not limited to the one that holds the wafer W by suction, and one that mechanically holds the periphery of the wafer W can also be used. As a heat source for heating the wafer W, for example, a lamp with high heat dissipation such as a halogen lamp can be used instead of the hot plate 84. In the above description, the semiconductor wafer is taken up as the substrate. However, the thermal processing method and the thermal processing apparatus of the present invention are applied to the LER improvement processing in the photolithography process of another substrate such as a flat panel display (FPD) substrate. can do.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by directly heating the resist formed on the substrate, the side surface of the development line formed by the development process can be heated to a temperature higher than that of other portions. Further, at this time, by raising the portion in the vicinity of the side surface of the development line to a temperature higher than the glass transition point, this portion becomes fluid, and the roughness of the development line is reduced. In this way, the side surface of the development line becomes smooth and the LER is reduced. Thereby, the quality of the circuit formed after that is improved and the reliability of a product is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of a resist coating / developing system.
FIG. 2 is a front view showing a schematic structure of a resist coating / development processing system.
FIG. 3 is a rear view showing a schematic structure of a resist coating / development processing system.
FIG. 4 is a plan view showing a schematic structure of a hot / cooling plate unit (CHP).
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a hot / cooling plate unit (CHP).
FIG. 6 is a flowchart showing a wafer thermal processing process using a hot / cooling plate unit (CHP).
7 is an explanatory diagram schematically showing each symbol shown in Table 1. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a heat treatment chamber included in a hot / cooling plate unit (CHP).
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of a heat treatment chamber included in a hot / cooling plate unit (CHP).
FIG. 10 is a schematic sectional view showing another embodiment of a hot / cooling plate unit (CHP).
[Explanation of symbols]
1: Resist coating and development processing system
31: Spin chuck
32; Hot plate
33; Rotating mechanism
34; Lifting mechanism
35; Wafer delivery pin
51; processing chamber
52; Cooling plate
53; Hot plate
81, 81a, 81b; heat treatment chamber
82; cooling treatment chamber
83; Mounting plate
84; Hot plate
85; Lifting mechanism
88; Lift pin
93; Cooling plate
CHP / CHP '; Hot / cooling plate unit
W: Semiconductor wafer

Claims

A thermal processing method for thermally processing the substrate so that a LER of a development line formed on the resist film is reduced after the substrate having a resist film formed on the surface is developed.
Placing the substrate on a cooling plate ;
Bringing a heat source close to the surface of the substrate;
Heating the vicinity of the surface of the resist film to a temperature higher than the glass transition point of the resist film by radiant heat from the heat source while cooling the back side of the substrate by the cooling plate ;
The thermal processing method characterized by having.

The thermal processing method according to claim 1, wherein a hot plate having a flat heat radiation surface facing in parallel with the surface of the substrate is used as the heat source.

The thermal processing method according to claim 2 , wherein a distance between the heat radiation surface of the hot plate and the surface of the substrate is 0.1 mm or more and 1 mm or less.

4. The thermal processing method according to claim 1, wherein the substrate is heated while rotating at least one of the cooling plate and the heat source. 5.

A thermal processing apparatus for thermally processing the substrate so that a LER of a development line formed on the resist film is reduced after a substrate having a resist film formed on the surface is processed with a developer;
A cooling plate for mounting and cooling the substrate;
A heat source for heating the vicinity of the surface of the resist film to a temperature higher than the glass transition point of the resist film by radiating heat to the substrate from the surface side of the substrate placed on the cooling plate ;
A moving mechanism for moving at least one of the cooling plate and the heat source so that the substrate placed on the cooling plate and the heat source are close to / separated from each other;
Equipped with,
In the state where the heat source and the substrate placed on the cooling plate are brought close to each other by the moving mechanism, the surface of the resist film near the surface of the resist film is cooled by the heat source while cooling the back side of the substrate by the cooling plate. A thermal processing apparatus characterized by heating to a temperature higher than the glass transition point .

The heat source is a hot plate having a flat heat radiation surface facing the surface of the substrate in parallel.
A sensor for measuring a distance between a heat radiation surface of the hot plate and a surface of the substrate placed on the cooling plate ;
The thermal processing apparatus according to claim 5 , wherein the moving mechanism keeps a constant distance between the heat radiation surface of the hot plate and the surface of the substrate based on a measurement result by the sensor.

The heat source is a hot plate having a flat heat radiation surface facing the surface of the substrate in parallel.
When brought close to the substrate placed on the cooling plate and the hot plate by driving the moving mechanism, retaining the interval between the heat radiation surface of the hot plate and the front Kimoto plate surface of the fixed The thermal processing apparatus according to claim 5 , further comprising a spacer.

A rotation mechanism for rotating at least one of the cooling plate or the heat source ;
Thermal processing apparatus according to any one of claims 7 claim 5, characterized in that heating the substrate while rotating at least one of the cooling plate or the heat source by the rotation mechanism.