特許 5917459 紫外線照射装置及び基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5917459

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】紫外線照射装置及び基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20160428BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20160428BHJP

   B01J 19/12 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

   H01L21/304 645D

   B01J19/12 C

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-162759(P2013-162759)

(22)【出願日】2013年8月5日

(65)【公開番号】特開2015-32757(P2015-32757A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2015年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(72)【発明者】

【氏名】小林 真二

【審査官】 杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１０４７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３２９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１１９２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３４４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１７２３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｂ０１Ｊ １９／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、
上面で基板を保持する基板保持部と、
紫外線を照射する光源を備え、前記基板保持部が通過する搬送口が対向して形成された紫外線照射室と、
前記紫外線照射室内を排気して減圧する排気機構と、
前記基板保持部を待機させる照射前待機部と、
前記紫外線照射室を挟んで前記照射前待機部の反対側に設けられた照射後退避部と、
前記基板保持部を、前記照射前待機部、前記紫外線照射室及び前記照射後退避部の間で、前記搬送口を介して移動させる保持部搬送機構と、
前記紫外線照射室内に処理ガスを導入するガス供給機構と、を有し、
前記処理ガスは、酸素ガス、アンモニアガス、水蒸気、メタノール又はエタノールのすくなくともいずれか一つを含むガスであり、
前記光源は、前記基板保持部が移動する方向と直交する方向に延伸して配置された、前記基板の直径より長い長尺状のランプであり、
前記紫外線照射室の、前記ランプが延伸する方向と直交する方向の幅は、基板の直径より小さいことを特徴とする、紫外線照射装置。

【請求項2】

前記基板保持部の上面には、基板を収容する下方に窪んだ窪み部が形成され、
前記窪み部は、前記基板保持部の上端面の高さが、前記窪み部内で保持された基板の上端面の高さと同じとなるような深さを有していることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線照射装置。

【請求項3】

前記紫外線照射室の前記照射前待機部側の搬送口と、前記紫外線照射室の前記照射後退避部側の他の搬送口は、同一形状であることを特徴とする、請求項２に記載の紫外線照射装置。

【請求項4】

前記基板保持部は、基板を加熱する加熱機構を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置を用いた基板の処理方法であって、
前記紫外線照射室内を排気機構で減圧し、
前記基板保持部を前記照射前待機部から前記照射後退避部に移動させて、前記光源の下方を通過させることで基板の全面に紫外線を照射することを特徴とする、基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に紫外線を照射する紫外線照射装置及び当該紫外線処理装置を用いた基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば多層配線構造の半導体デバイスの製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。このレジストパターンをマスクとして、ウェハのエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、ウェハ上に所定のパターンが形成される。このように所定の層に所定のパターンが形成される工程が複数回繰り返し行われ、多層配線構造の半導体デバイスが製造される。

【0003】

ところで、上述のような半導体デバイスの製造工程においては、例えばウェハに紫外線を照射してウェハＷ表面の改質処理が行われることがある。この改質処理には、例えば特許文献１に示されるような紫外線照射装置が用いられる。

【0004】

この紫外線照射装置は、処理室内に設けられたステージと、ステージの上方に設けられた紫外線照射部を有している。この紫外線照射装置では、処理室内に処理ガスを供給しながら、ステージ上に載置された被処理物に紫外線照射部から紫外線が照射される。また、この紫外線照射装置には、紫外線照射部から照射される紫外線が処理容器内の酸素により吸収される量を低減するために、予め処理ガスに紫外線を照射して酸素を励起する他の処理室が設けられており、処理室内にはこの他の処理室で紫外線が照射された処理ガスが供給される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２５１２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、ウェハに形成された例えばＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）膜やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜といった有機膜を、ドライエッチングに代えて、紫外線照射により除去する方法が用いられている。かかる方法では、例えば波長が１７２ｎｍの紫外線を照射して処理雰囲気中に活性酸素とオゾンを生成し、この活性酸素とオゾンによって有機膜の表面が分解されて除去される。

【0007】

ところで、照射される紫外線の照度は、例えば大気圧下では照射面からの距離が１ｍｍ離れると約７６％に、３ｍｍ離れると約４４％の照度に減衰する。そのため、有機膜の除去に紫外線照射を用いるにあたっては、照射面とウェハとの距離が、例えば１ｍｍ程度に保たれる。

【0008】

しかしながら、１ｍｍ程度の小さなギャップでは、紫外線の照度のばらつきが緩和されず、均一な処理を行うことが困難であった。また、酸素による紫外線の減衰を抑えるためには、例えば減圧雰囲気下で紫外線を照射すればよいが、例えば特許文献１に示されるような処理室全体を減圧するには、大がかりな排気装置が必要になる。また、処理室内を所望の圧力まで減圧させるために時間を要するため、スループットの低下を招くという問題もある。

【0009】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板面内に紫外線を均一に照射することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記の目的を達成するため、本発明は、基板の表面に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、上面で基板を保持する基板保持部と、紫外線を照射する光源を備え、前記基板保持部が通過する搬送口が対向して形成された紫外線照射室と、前記紫外線照射室内を排気して減圧する排気機構と、前記基板保持部を待機させる照射前待機部と、前記紫外線照射室を挟んで前記照射前待機部の反対側に設けられた照射後退避部と、前記基板保持部を、前記照射前待機部、前記紫外線照射室及び前記照射後退避部の間で、前記搬送口を介して移動させる保持部搬送機構と、前記紫外線照射室内に処理ガスを導入するガス供給機構と、を有し、前記処理ガスは、酸素ガス、アンモニアガス、水蒸気、メタノール又はエタノールのすくなくともいずれか一つを含むガスであり、前記光源は、前記基板保持部が移動する方向と直交する方向に延伸して配置された、前記基板の直径より長い長尺状のランプであり、前記紫外線照射室の、前記ランプが延伸する方向と直交する方向の幅は、基板の直径より小さいことを特徴としている。

【0011】

本発明によれば、紫外線照射室を挟んで照射前待機部と照射後退避部が設けられ、保持部搬送機構により基板を保持した基板保持部をこれら紫外線照射室、照射前待機部及び照射後退避部の間で移動させることができるので、基板保持部を紫外線照射室を横切らせることで、基板の全面に紫外線を照射できる。そして、排気機構により紫外線照射室内を減圧できるので、紫外線照射室内での紫外線の減衰を抑えることができる。そのため、光源と基板との間に所定の間隔を確保でき、光源の照度のばらつきを緩和できる。その結果、基板面内に紫外線を均一に照射し、基板面内で均一な処理を行うことができる。ここで、紫外線照射室の幅は、基板の直径より小さいため、紫外線照射室内の容積を小さくできる。したがって、大がかりな排気機構を設けることなく紫外線照射室内を所望の圧力に減圧できる。また、紫外線照射室内を所望の圧力まで減圧させるのに要する時間も低減できるため、スループットの低下を最低限に抑えることができる。

【0012】

前記基板保持部の上面には、基板を収容する下方に窪んだ窪み部が形成され、
前記窪み部は、前記基板保持部の上端面の高さが、前記窪み部内で保持された基板の上端面の高さと同じとなるような深さを有していてもよい。

【0013】

前記紫外線照射室の前記照射前待機部側の搬送口と、前記紫外線照射室の前記照射後退避部側の他の搬送口は、同一形状であってもよい。

【0014】

前記基板保持部は、基板を加熱する加熱機構を備えていてもよい。

【0017】

別な観点による本発明によれば、前記の紫外線照射装置を用いた基板の処理方法であって、前記紫外線照射室内を排気機構で減圧し、前記基板保持部を前記照射前待機部から前記照射後退避部に移動させて、前記光源の下方を通過させることで基板の全面に紫外線を照射することを特徴としている。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、基板の全面にわたって均一に紫外線を照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。

【図2】本実施の形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。

【図3】本実施の形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。

【図4】紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。

【図5】紫外線照射装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図6】成膜システムで処理される前のウェハの状態を示した説明図である。

【図7】成膜処理の各工程におけるウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はウェハ上に有機材料が塗布された様子を示し、（ｂ）は１回目の加熱処理が行われてウェハ上に有機膜が形成された様子を示し、（ｃ）１回目の紫外線照射処理が行われて有機膜の表面が除去された様子を示し、（ｄ）は２回目の加熱処理が行われてウェハ上に有機膜が形成された様子を示し、（ｅ）２回目の紫外線照射処理が行われて有機膜の表面が除去された様子を示し、（ｆ）ｎ回目の紫外線照射処理が行われて有機膜の表面が除去された様子を示し、（ｇ）ウェハ上に所定の有機膜が形成された様子を示している。

【図8】紫外線照射と活性酸素の生成についての説明図である。

【図9】他の実施の形態にかかる紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理システム１の構成の概略を示す平面図である。図２及び図３は、基板処理システム１の内部構成の概略を示す側面図である。なお、本実施の形態の基板処理システム１では、基板としてのウェハＷ上にＳＯＣ膜である有機膜を形成する場合について説明する。また基板処理システム１で処理されるウェハＷ上には、予めＳｉＯ_２膜等の所定のパターンが形成されている。

【0021】

基板処理システム１は、図１に示すように複数、例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部と基板処理システム１との間で搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

【0022】

カセットステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。すなわち、カセットステーション２は、複数のウェハＷを保有可能に構成されている。

【0023】

カセットステーション２には、Ｘ方向に延伸する搬送路１１上を移動可能なウェハ搬送体１２が設けられている。ウェハ搬送体１２は、鉛直方向及び鉛直周り（θ方向）にも移動自在であり、カセットＣと処理ステーション３との間でウェハＷを搬送できる。

【0024】

処理ステーション３には、その中心部にウェハ搬送装置２０が設けられている。このウェハ搬送装置２０の周辺には、各種処理装置が多段に配置された、例えば４つの処理ブロックＧ１〜Ｇ４が配置されている。処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、カセットステーション２側から第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２が順に配置されている。処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、カセットステーション２側から第３の処理ブロックＧ３、第４の処理ブロックＧ４が順に配置されている。処理ステーション３のカセットステーション２側には、ウェハＷの受け渡しを行うための受け渡し装置２１が配置されている。ウェハ搬送装置２０は、これらの処理ブロックＧ１〜Ｇ４内に配置された後述する各種処理装置、及び受け渡し装置２１に対してウェハＷを搬送できる。

【0025】

第１の処理ブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷに有機膜を形成するための有機材料を塗布する塗布処理装置３０、３１が下から順に２段に重ねられている。第２の処理ブロックＧ２も同様に、塗布処理装置３２、３３が下から順に２段に重ねられている。これら塗布処理装置３０〜３３では、例えばウェハＷ上に有機材料を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に有機材料を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、有機材料をウェハＷの表面に拡散させる。また、第１の処理ブロックＧ１及び第２の処理ブロックＧ２の最下段には、塗布処理装置３０〜３３に有機材料を供給するためのケミカル室３４、３５がそれぞれ設けられている。なお有機材料は、例えば有機膜であるＳＯＣ膜の組成物を所定の溶媒に溶解させた液体である。

【0026】

第３の処理ブロックＧ３には、図３に示すようにウェハＷに対して紫外線照射処理を行う紫外線照射装置４０、４１、４２、ウェハＷを加熱処理する熱処理装置４３、ウェハＷの温度を調節する温度調節装置４４が下から順に例えば５段に重ねられている。

【0027】

第４の処理ブロックＧ４にも、第３の処理ブロックＧ３と同様に、紫外線照射装置５０、５１、５２、熱処理装置５３、温度調節装置５４が下から順に５段に重ねられている。

【0028】

次に、上述した紫外線照射装置４０〜４２、５０〜５２の構成について説明する。紫外線照射装置４０は、図４及び図５に示すように筐体１００を有している。筐体１００のウェハ搬送装置２０側の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられている。
筐体は上部が開口してもよい。

【0029】

筐体１００内には、ウェハＷを吸着保持する、基板保持部としてのウェハ保持機構１０１と、紫外線を照射する光源１０２を備えた紫外線照射室１０３が設けられている。筐体１００の底面には、筐体１００内の一端側（図４中のＸ方向負方向側）から他端側（図４中のＸ方向正方向側）まで平行に延伸する２本のガイドレール１０４、１０４が設けられている。ウェハ保持機構１０１はガイドレール１０４、１０４上に設けられ、ウェハ保持機構１０１に設けられた保持部搬送機構１０５によってガイドレール１０４、１０４上を自在に移動できる。

【0030】

紫外線照射室１０３は、筐体１００の中央部近傍に配置されている。紫外線照射室１０３のＸ方向正方向側及びＸ方向負方向側の側面には、ウェハ保持機構１０１が通過する搬送口１１０、１１１が形成されている。換言すれば、搬送口１１０、１１１は、ウェハ保持機構１０１の断面より大きな開口であり、ガイドレール１０４、１０４に対応する位置に対向して配置されている。

【0031】

紫外線照射室１０３に設けられた光源１０２は、例えばウェハＷの直径より長い長尺状のランプである。この光源１０２は、紫外線照射室１０３の天井面の中央付近に、平面視においてガイドレール１０４、１０４に直交する方向に延伸して配置されている。光源１０２の設置高さは、光源１０２の照射面からウェハ保持機構１０１までの距離が所定の長さ、本実施の形態では例えば６．５ｍｍとなるように調整されている。光源１０２から照射される紫外線の波長は、例えば１７２ｎｍである。なお、図示の例において光源１０２は紫外線照射室１０３の天井面に支持されて設けられているが、当該光源１０２は紫外線照射室１０３の天井面に設けられたガラス窓（図示せず）上に設けられていてもよい。かかる場合、紫外線照射部１４２から照射された紫外線はガラス窓を介して処理容器１３０の内部に進入する。

【0032】

紫外線照射室１０３におけるガイドレール１０４、１０４が延伸する方向の幅は、ウェハＷの直径より小さく構成されている。また、紫外線照射室１０３のガイドレール１０４、１０４が延伸する方向と直交する方向の幅はウェハＷの直径より大きく、より具体的には、ウェハ保持機構１０１が通過可能な大きさに構成されている。したがって、ウェハＷに紫外線を照射するにあたっては、ウェハＷを保持したウェハ保持機構１０１をガイドレール１０４、１０４に沿って移動させて、光源１０２の下方を横切らせる。

【0033】

また、筐体１００内における紫外線照射室１０３外側のＸ方向負方向側の領域は、平面視においてウェハ保持機構１０１よりも広く構成されており、紫外線照射前のウェハＷを待機させる照射前待機部１０６として機能する。即ち、照射前待機部１０６では、ウェハＷの全面が紫外線照射室１０３の外部に位置する状態でウェハ保持機構１０１を待機させておくことができる。また、紫外線照射室１０３を挟んで照射前待機部１０６の反対側に位置する領域も、ウェハ保持機構１０１よりも広く構成されている。この領域は、光源１０２の下方を横切って紫外線照射されたウェハＷの全面が紫外線照射室１０３の外部に位置する状態でウェハ保持機構１０１を待機させる、照射後退避部１０７として機能する。したがって、ウェハＷの全面に紫外線を照射するにあたっては、ウェハＷの全面が紫外線照射室１０３の外側に位置する状態でウェハ保持機構１０１を照射前待機部１０６で待機させ、次いで、ウェハ保持機構１０１を照射後退避部１０７に向けて移動させる。そして、ウェハＷの照射後退避部１０７端部（図４のＸ方向正方向側の端部）からウェハＷの照射前待機部１０６側の端部（図４のＸ方向負方向側の端部）にわたって光源１０２の下を横切らせることで、ウェハＷの全面に紫外線が照射される。

【0034】

また、紫外線照射室１０３の天井面であって、光源１０２の例えば照射後退避部１０７側には、紫外線照射室１０３内を排気して減圧する排気機構１２０が排気管１２１を介して接続されている。また、光源１０２を挟んで排気管１２１とは反対側の天井面には、紫外線照射室１０３内に処理ガスを導入するガス供給機構１２２がガス供給管１２３を介して接続されている。ガス供給管１２３には、処理ガスの流れを制御するバルブや流量調整機構等を含む供給機器群１２４が設けられている。本実施の形態における処理ガスは、例えば酸素ガスを含むガスである。但し、紫外線照射室１０３内に酸素を含むガスを供給する場合は、ガス供給機構１２２を設けず、ガス供給管１２３に代えて天井面に大気を吸い込むための開口を形成してもよい。また、ウェハＷを保持した状態のウェハ保持機構１０１が搬送口１１０、１１１を通過する際に、搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間に形成される隙間からも大気が吸い込まれるので、必ずしも開口そのものを設ける必要もない。かかる場合も、排気機構１２０により紫外線照射室１０３内を減圧することで、紫外線照射室１０３の外部から酸素を含んだガスである大気を紫外線照射室１０３内へ導入できる。また、排気管１２１及びガス供給管１２３も必ずしも紫外線照射室１０３の天井面に配置する必要はなく、紫外線照射室１０３内を所望の雰囲気にできれば、その接続位置は任意に設定が可能である。

【0035】

ウェハ保持機構１０１は、ウェハＷの直径より大きく構成されており、所定の厚みを有する略矩形状に構成されている。ウェハ保持機構１０１の上面には、ウェハＷの直径より大きく下方に窪んだ窪み部１０１ａが形成されており、当該窪み１０１ａにウェハＷを収容できる。窪み部１０１ａの底面には、図示しない吸気口が複数形成されており、この吸引口によりウェハＷを吸着保持できる。また、窪み部１０１ａの底面にはギャップピン１３０が複数設けられている。そして、この窪み部１０１ａは、ウェハ保持機構１０１で保持したウェハＷの上端面の高さが、ウェハ保持機構１０１の上端面の高さと同じとなるような深さを有している。そのため、ウェハＷを保持した状態のウェハ保持機構１０１が搬送口１１０、１１１を通過する際に、搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間に形成される隙間の形状を一定に保つことができる。したがって、保持機構１０１が搬送口１１０、１１１を通過する際に、隙間から吸い込まれる大気の量の変動を最小限に抑制できる。その結果、紫外線照射室１０３内の圧力やガスの濃度、本実施の形態では酸素の濃度を概ね一定に保つことができる。

【0036】

また、ウェハ保持機構１０１には、加熱機構としてのヒータ１３１が内蔵されており、保持したウェハＷを所定の温度に加熱することができる。

【0037】

照射前待機部１０６の下方であって、例えばウェハ保持機構１０１がウェハ搬送装置２０との間でウェハＷの受け渡しを行う位置には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１３２が例えば３本設けられている。昇降ピンは図示しない昇降機構により上下動できる。ウェハ保持機構１０１の中央部付近には、当該ウェハ保持機構１０１を厚み方向に貫通する貫通孔１３３が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン１３２は貫通孔１３３を挿通し、ウェハ保持機構１０１の上面から突出可能になっている。

【0038】

紫外線照射装置４１、４２、５０〜５２の構成は、上述した紫外線照射装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。

【0039】

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１における成膜処理を実行するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

【0040】

本実施の形態にかかる基板処理システム１は以上のように構成されている。次に、その基板処理システム１で行われる有機膜を成膜する処理について説明する。図６は基板処理システム１で処理される前のウェハＷの状態を示し、図７はウェハ処理の各工程におけるウェハＷの状態を示している。

【0041】

基板処理システム１で処理されるウェハＷ上には、図６に示すように予めＳｉＯ_２膜等の所定のパターンＰが形成されている。ウェハＷ上においてパターンＰは疎密に形成されており、ウェハＷ上には、パターンＰの窪み部が形成されず、膜（パターンＰ）がウェハＷの表面を覆う第１の領域Ａと、パターンＰ、Ｐ間に窪み部Ｑが形成された第２の領域Ｂとが形成されている。すなわち、第１の領域Ａはいわゆるブランケット領域であり、第２の領域Ｂは例えばラインアンドスペースのパターンＰが形成された領域である。

【0042】

先ず、ウェハ搬送体１２によって、カセット載置台１０上のカセットＣからウェハＷが取り出され、処理ステーション３の受け渡し装置２１に搬送される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置２０によって温度調節装置４４に搬送され、所定の温度に温度調節される。

【0043】

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置２０によって塗布処理装置３０に搬送される。塗布処理装置３０に搬入されたウェハＷは、スピンコーティングによりウェハＷ上に有機材料が塗布される（工程Ｓ１）。

【0044】

このとき、図７（ａ）に示すようにウェハＷ上に塗布された有機材料Ｌの表面張力や粘度に起因して、第２の領域Ｂの有機材料Ｌ（以下、「有機材料Ｌ_Ｂ」という。）は、第１の領域Ａの有機材料Ｌ（以下、「有機材料Ｌ_Ａ」という。）に比べて窪む。すなわち、有機材料Ｌ_ＢのパターンＰ表面からの高さＨ_Ｂ１は、有機材料Ｌ_ＡのパターンＰ表面からの高さＨ_Ａ１より低くなる。そして、有機材料Ｌ_Ａと有機材料Ｌ_Ｂとの間で段差Ｄ_１が生じる。

【0045】

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置２０によって紫外線照射装置４０に搬送される。このとき、ウェハ保持機構１０１は照射前待機部１０６で待機している。紫外線照射装置４０に搬入されたウェハＷは、先ずウェハ保持機構１０１の上方に搬送され、予め上昇して待機していた昇降ピン１３２に受け渡される。続いて昇降ピン１３２が下降して、ウェハＷはウェハ保持機構１０１のギャップピン１３０に載置されて吸着保持される。そしてウェハ保持機構１０１上のウェハＷは、ヒータ１３１により所定の温度、例えば３００℃に加熱される。ウェハＷが所定の時間加熱されると、ウェハＷ上の有機材料Ｌが加熱されて、図７（ｂ）に示すようにウェハＷ上に有機膜Ｆが形成される（工程Ｓ２）。なお、第１の領域Ａの有機膜Ｆ（以下、「有機膜Ｆ_Ａ」という場合がある。）と第２の領域Ｂの有機膜Ｆ（以下、「有機膜Ｆ_Ｂ」という場合がある。）との間には、上述した段差Ｄ_１が生じている。

【0046】

次いで、ウェハ保持機構１０１が紫外線照射室１０３側に移動する。このとき、紫外線照射室１０３には、予めガス供給機構１２２から酸素ガスを含む処理ガスが供給されると共に、排気機構１２０により排気されて、所定の減圧雰囲気、例えば本実施の形態では、１Ｐａに維持されている。この際、紫外線照射室１０３はウェハＷの直径よりも幅が狭いため、短時間で所定の圧力まで減圧できる。そして、ウェハ保持機構１０１上のウェハＷが光源１０２の下方を横切ることにより、ウェハＷの全面に紫外線が照射される。このとき、照射された紫外線によって、紫外線照射室１０３内の酸化性ガスの処理雰囲気中に活性酸素とオゾンが発生する。これら活性酸素とオゾンによって、有機膜Ｆの表面が分解されて除去される（工程Ｓ３）。すなわち、有機膜Ｆのエッチバックが行われる。

【0047】

ここで、紫外線照射による活性酸素とオゾンの発生について詳述する。例えば有機膜Ｆの分解の速度を高めるためには、ウェハＷの表面近傍において、特に活性酸素の密度を高めることが好ましい。しかしながら、活性酸素の寿命は極めて短いため、ウェハＷと光源との間の領域で生成された活性酸素の全てがウェハＷの表面近傍に到達するわけではなく、その大半はウェハＷの表面近傍に到達することなく失活する。そのため、ウェハＷの表面近傍の活性酸素の密度を高めるには、ウェハＷの表面近傍における活性酸素の生成量を増加させる必要がある。しかしながら、紫外線は雰囲気中の酸素により吸収されて減衰するため、ウェハＷの表面近傍において十分な紫外線の照射量を確保するには、例えば光源からの紫外線の照度を強めることが考えられるが、それにも限界がある。そのため従来は、ウェハＷと光源との距離を、例えば１ｍｍ程度に近づけるという対策が取られている。しかしながら、ウェハＷと光源１０２との距離を近づけると、紫外線の照度のばらつきに起因して、ウェハＷの全面で均一な処理を行うことが困難であった。

【0048】

そこで、本発明者らは鋭意検討し、減圧雰囲気下で紫外線を照射することで、紫外線の照度を増加させることなく、ウェハＷに到達する活性酸素の量を増加させることができるという点に想到した。即ち、活性酸素の寿命は概ね平均自由工程を移動する時間と同程度であり、減圧雰囲気下で紫外線を照射することで活性酸素の平均自由工程、即ち寿命を延ばし、その結果ウェハＷに到達する活性酸素の量が増加する。

【0049】

より具体的には、例えば図８に示すように、ウェハＷの表面から平均自由工程以上の距離が離れた領域Ｕで生成された活性酸素の大半はウェハＷに到達することなく失活する。ここで、例えば大気圧下での活性酸素の平均自由工程は例えば６５ｎｍ程度であるため、ウェハＷから６５ｎｍ以上離れた領域Ｕは光源１０２からの紫外線を減衰させるのみであり、有機膜Ｆの分解には寄与しない。かかる場合、有機膜Ｆの分解に寄与するのは、ウェハＷから平均自由工程の範囲内にある領域Ｖに到達した紫外線により生成された活性酸素である。しかしながら、領域Ｖに到達する紫外線は、領域Ｕで大幅に減衰しまうため、領域Ｖで生成される活性酸素も領域Ｕと比較して大幅に低下してしまう。したがって、例えば従来のように光源とウェハＷとの距離を１ｍｍとしても、依然として大半の紫外線は領域Ｕで吸収されて減衰することとなる。このことから、光源１０２とウェハＷとの距離を平均自由工程以下とすることが好ましいが、ナノオーダーで光源１０２とウェハＷとの距離を調整することは極めて困難であり、現実的ではない。

【0050】

そこで、例えば紫外線照射室１０３の圧力を、大気圧の約十万分の一である１Ｐａ程度に減圧すると、平均自由工程は約十万倍の６．５ｍｍとなる。したがって、本実施の形態のように光源１０２の照射面からウェハＷの表面までの距離を６．５ｍｍに設定すると、図８に示した、ウェハＷの表面から平均自由工程以上の距離が離れた領域Ｕは存在しないこととなる。そうすると、光源１０２から照射された紫外線により生成された活性酸素はその大半が失活することなくウェハＷの表面に到達する。かかる場合、例えば大気圧下において光源とウェハＷとの間の距離を６５ｎｍに設定する場合と同様の効果が得られる。したがって、本実施の形態では、光源１０２からの紫外線の照度が従来と同じであっても、ウェハＷに到達する活性酸素の量が飛躍的に増加し、活性酸素による有機膜Ｆのエッチバックを効率的に行うことができる。

【0051】

また、ウェハＷと光源１０２との距離を、従来の１ｍｍよりも広い６．５ｍｍとしているので、光源１０２の照度のばらつきを緩和し、ウェハＷ面内に紫外線を均一に照射できる。これにより、ウェハＷ面内での有機膜Ｆのエッチング量を均一にすることができる。

【0052】

さらに、ウェハ保持機構１０１の窪み部１０１ａにより、ウェハ保持機構１０１が搬送口１１０、１１１を通過するにあたり、搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間に形成される隙間の形状が一定に保たれるので、紫外線照射室１０３内の圧力が概ね一定に保たれる。その結果、有機膜Ｆのエッチング処理が安定して行われる。

【0053】

このように有機膜Ｆの表面の除去は、減圧雰囲気下の紫外線処理室１０３において、ウェハ保持機構１０１によって有機膜Ｆを加熱しながら、光源１０２から紫外線を照射することで行われる。そして、図７（ｃ）に示すように有機膜Ｆの表面の除去は、有機膜Ｆ_Ａが完全に除去される所定の深さまで、すなわち高さＨ_Ａ１分の有機膜Ｆの表面が除去される。そうすると、パターンＰの表面が露出し、第１の領域Ａには有機膜Ｆ_Ａが存在せず、第２の領域ＢにおいてパターンＰの窪み部Ｑ内に高さＨ_Ｃ１（＝Ｈ_Ａ１−Ｈ_Ｂ１）の有機膜Ｆ_Ｂが残存する。

【0054】

なお、紫外線照射室１０３で紫外線処理を行う際、有機膜Ｆを加熱することによって、有機膜Ｆの表面の除去を短時間で効率よく行うことができる。例えば常温（２３℃）の有機膜Ｆの表面を１００ｎｍ除去する場合、紫外線照射処理を１０分間行う必要があるのに対し、本実施の形態のように３００℃で有機膜Ｆを加熱しながら当該有機膜Ｆの表面を１００ｎｍ除去する場合、紫外線照射処理は３０秒間行うだけでよい。

【0055】

なお、光源から照射する紫外線の波長は、特に限定されるものではないが、本実施の形態のように１７２ｎｍが好ましい。紫外線の波長が短いほど、紫外線照射処理を行う際のパワーが大きく、効率よく有機膜Ｆの表面を除去することができる。その反面、当該波長の短い紫外線は雰囲気に存在する物質に吸収されて減衰し易くなるが、本実施の形態のように紫外線照射室１０３を減圧雰囲気とすることで、光源１０２からの紫外線の減衰を抑制できるので、紫外線の波長は１７２ｎｍとすることが好ましい。

【0056】

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置２０によって温度調節装置４４に搬送され、所定の温度に温度調節される。

【0057】

以上のように工程Ｓ１におけるウェハＷ上への有機材料Ｌの塗布処理、工程Ｓ２におけるウェハＷ上の有機材料Ｌの加熱処理、工程Ｓ３におけるウェハＷ上の有機膜Ｆの表面除去処理が順次行われて、ウェハＷ上に有機膜Ｆが形成される。そして、これら工程Ｓ１〜Ｓ３が複数回、例えばｎ回行われる。なお、各回の工程Ｓ３後には温度調節装置４４、５４におけるウェハＷの温度調節が行われるが、以下においては説明を省略する。

【0058】

次に２回目の工程Ｓ１〜Ｓ３について説明する。なお、２回目の工程Ｓ１〜Ｓ３は、それぞれ１回目の工程Ｓ１〜Ｓ３と同様の工程であり、以下の説明では要点のみについて説明する。

【0059】

２回目の工程Ｓ１では、塗布処理装置３１においてウェハＷ上に有機材料Ｌが塗布される。この２回目の工程Ｓ１においては、１回目の工程Ｓ１に比べて、有機材料Ｌが小さい膜厚で塗布される。そして、後述する図７（ｄ）に示すように２回目の有機膜Ｆ_Ａ、Ｆ_Ｂ（有機材料Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂ）の高さＨ_Ａ２、Ｈ_Ｂ２は、１回目の有機膜Ｆ_Ａ、Ｆ_Ｂの高さＨ_Ａ１、Ｈ_Ｂ１よりも小さくなる。

【0060】

その後、２回目の工程Ｓ２では、紫外線照射装置４１のウェハ保持機構１０１においてウェハＷ上の有機材料Ｌが加熱されて、図７（ｄ）に示すようにウェハＷ上に有機膜Ｆが形成される。このとき、有機膜Ｆ_Ａと有機膜Ｆ_Ｂとの間には、段差Ｄ_２が生じている。但し、２回目の工程Ｓ１において有機材料Ｌの膜厚を小さくした分、この段差Ｄ_２は上述した１回目の段差Ｄ_１よりも小さくなっている。

【0061】

その後、２回目の工程Ｓ３では、ウェハ保持機構１０１でウェハＷ上の有機膜Ｆを加熱しながら、紫外線照射室１０３の光源１０２から紫外線を照射することによって、図７（ｅ）に示すように有機膜Ｆの表面が除去される。有機膜Ｆの表面の除去は、有機膜Ｆ_Ａが完全に除去されるまで、すなわち高さＨ_Ａ２分の有機膜Ｆの表面が除去される。そうすると、第１の領域Ａには有機膜Ｆ_Ａが存在せず、第２の領域ＢにおいてパターンＰの窪み部Ｑ内に高さＨ_Ｃ２（＝Ｈ_Ａ１−Ｈ_Ｂ１）の有機膜Ｆ_Ｂが残存する。なお、２回目の工程Ｓ３後に残存する有機膜Ｆ_Ｂの高さＨ_Ｃ２は、１回目の工程Ｓ３後に残存する有機膜Ｆ_Ｂの高さＨ_Ｃ１よりも大きくなっている。すなわち、工程Ｓ１〜Ｓ３の回数を重ねるごとに、パターンＰの窪み部Ｑに有機膜Ｆ_Ｂが溜まっていく。

【0062】

以上の２回目の工程Ｓ１〜Ｓ３と同様に、３回目〜ｎ回目の工程Ｓ１〜Ｓ３を行う。そうすると、有機膜Ｆ_Ａと有機膜Ｆ_Ｂとの間の段差Ｄ_３〜Ｄ_ｎは小さくなり、最終的には段差Ｄ_ｎはほぼゼロになる。そうすると、図７（ｆ）に示すように有機膜Ｆ_Ｂの表面の高さとパターンＰの表面の高さが同一になる。

【0063】

その後、塗布処理装置３２においてウェハＷ上に所定の膜厚の有機材料Ｌを塗布し、熱処理装置４３でウェハＷ上の有機材料Ｌを加熱する。こうして、図７（ｇ）に示すようにウェハＷ上に所定の膜厚であり、且つ表面が平坦化された有機膜Ｆが形成される。

【0064】

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置２０によって受け渡し装置２１に搬送され、ウェハ搬送体１２によってカセットＣに戻される。こうして基板処理システム１における一連の成膜処理が終了する。

【0065】

以上の実施の形態によれば、紫外線照射室１０３を挟んで照射前待機部１０６と照射後退避部１０７が設けられ、ウェハＷを保持したウェハ保持機構１０１を保持部搬送機構１０５により紫外線照射室を横切らせることで、ウェハＷの全面に紫外線を照射できる。この際、排気機構１２０により紫外線照射室１０３内が減圧されているので、紫外線照射室１０３内での紫外線の減衰を抑えることができる。そのため、光源１０２とウェハＷとの間に所定の間隔、本実施の形態では、紫外線照射室１０３の圧力下における活性酸素の平均自由工程と概ね等しい距離である６．５ｍｍを確保できるので、光源１０２の照度のばらつきを緩和できる。その結果、ウェハＷ面内に紫外線を均一に照射し、ウェハＷ面内での均一な処理を行うことができる。ここで、紫外線照射室１０３の幅は、ウェハＷの直径より小さいため、紫外線照射室１０３内の容積を小さくできる。したがって、大がかりな排気機構１２０を設けることなく紫外線照射室１０３内を所望の圧力に減圧できる。また、紫外線照射室１０３内を所望の圧力まで減圧させるのに要する時間も低減できるため、スループットの低下を最低限に抑えることができる。

【0066】

また、ウェハ保持機構１０１の窪み部１０１ａにより、ウェハ保持機構１０１が搬送口１１０、１１１を通過するにあたり、搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間に形成される隙間の形状が一定に保たれる。そのため、紫外線照射室１０３内の圧力が概ね一定に保たれ、有機膜Ｆのエッチング処理が安定して行われる。なお、搬送口１１０、１１１は同一形状であることが好ましい、そうすることで、例えば照射前待機部１０６から紫外線照射室１０３に吸い込まれる大気の量と、照射後退避部１０７から紫外線照射室１０３に吸い込まれる大気の量が等しくなり、紫外線照射室１０３に圧力の偏りが生じることを防ぐことができる。これにより、紫外線照射室１０３内での活性酸素の濃度を均一にし、ウェハＷに面内均一な処理を施すことができる。

【0067】

さらには、ウェハ保持機構１０１がヒータ１３１を備えているので、ウェハＷ及び有機膜Ｆを加熱しながら紫外線処理を行うことができる。したがって、有機膜Ｆの表面の除去を短時間で効率よく行うことができる。なお、ウェハＷの加熱は、例えばガス供給機構１２２から供給する処理ガスを加熱することにより行っても良い。かかる場合、ガス供給機構１２２、あるいはガス供給管１２１に、処理ガスを加熱する加熱機構を設けてもよい。

【0068】

なお、照射前待機部１０６及び照射後退避部１０７は、ウェハＷに紫外線照射室１０３の光源１０２からの紫外線が照射されない位置までウェハ保持機構１０１を移動できる程度の広さを有していればよく、必ずしもウェハ保持機構１０１全体が紫外線照射室１０３の外部に退避できる大きさを有していなくてもよい。反対に、ウェハＷに紫外線が照射されない位置までウェハ保持機構１０１を退避させた場合に、例えば図９に示すように、ウェハＷ保持機構の一部が、紫外線照射室１０３に進入した状態となるように、例えばガイドレール１０４、１０４の端部の位置、照射前待機部１０６及び照射後退避部１０７の広さ、ウェハ保持機構１０１の大きさを調整してもよく、あるいは保持部移動機構１０５の動作を制御してもよい。なお、図９では、ウェハ保持機構１０１の照射後退避部１０７側の端部を照射後退避部１０７側に伸ばした状態を描図している。ウェハＷ保持機構の一部を、常時、紫外線照射室１０３に進入した状態とすることで、常に搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間に隙間が形成された状態となる。これにより、搬送口１１０、１１１から紫外線照射室１０３側に吸い込まれる大気の量を低減できるので、紫外線照射室１０３内を常に所定の減圧状態に維持できる。したがって、複数のウェハＷに紫外線を照射するにあたり、その都度紫外線照射室１０３の圧力が下がるのを待つ必要がなく、スループットの低下を避けることができる。

【0069】

また、搬送口１１０、１１１から紫外線照射室１０３側に吸い込まれる大気の量を低減するという観点からは、搬送口１１０、１１１とウェハ保持機構１０１との間の隙間は極力狭くすることが好ましい。また、搬送口１１０、１１１の内側に例えばラビリンスシールとして機能する凹凸を設け、搬送口１１０、１１１からの大気の吸い込み量を低減するようにしてもよい。

【0070】

なお、以上の実施の形態では、照射前待機部１０６と、照射後退避部１０７は筺体１００により囲われた状態となっていたが、紫外線照射室１０３を適切に排気できれば、照射前待機部１０６と、照射後退避部１０７は大気圧の状態であってもよいため、照射前待機部１０６と、照射後退避部１０７は必ずしも筺体１００に囲われている必要はない。かかる場合、例えば筺体１００上部の照射前待機部１０６と、照射後退避部１０７に対応する位置が開口していてもよい。

【0071】

以上の実施の形態では、ガス供給機構１２２から酸素ガスを含むガスを供給したが、ガス供給機構１２２から供給するガスは、紫外線照射装置１０３で行う処理により任意に設定が可能であり、例えばアンモニアガス、水蒸気、又はメタノールやエタノールなどを供給してもよい。例えば、ガス供給機構１２２からアンモニアガスを含んだガスを供給し、光源１０２から紫外線を照射することで、窒素ラジカルを生成して、ウェハＷの表面に例えば窒化膜を形成できる。また、水蒸気、メタノール及びエタノールを供給することで、ウェハＷの表面を酸化し、例えば酸化膜を形成したり、例えば炭素汚染の原因となる炭素を酸化させて洗浄を行ったりすることができる。

【0072】

以上の実施の形態では、ウェハ保持機構１０１は吸引口によりウェハＷを保持する、いわゆる真空チャックであったが、ウェハＷを吸着保持できれば他の機構、例えば静電チャックであってもよい。なお、ウェハＷを吸着保持するのは、紫外線照射室１０３と照射前待機部１０６及び照射後退避部１０７との圧力差によりウェハＷが浮き上がったり動いたりすることを防止するためである。

【0073】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0074】

１ 基板処理システム
３０〜３３ 塗布処理装置
４０〜４２、５０〜５２ 紫外線照射装置
１００ 筐体
１０１ ウェハ保持機構
１０２ 光源
１０３ 紫外線照射室
１０４ ガイドレール
１０５ 保持部搬送機構
１０６ 照射前待機部
１０７ 照射後退避部
１２０ 排気機構
１２１ 排気管
１２２ ガス供給機構
１２３ ガス供給管
２００ 制御部
Ａ 第１の領域
Ｂ 第２の領域
Ｄ 段差
Ｆ 有機膜
Ｆ_Ａ （第１の領域Ａの）有機膜
Ｆ_Ｂ （第２の領域Ｂの）有機膜
Ｌ 有機材料
Ｌ_Ａ （第１の領域Ａの）有機材料
Ｌ_Ｂ （第２の領域Ｂの）有機材料
Ｐ パターン
Ｑ 窪み部
Ｕ 領域
Ｖ 領域
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】