特開 2024-152282 熱処理方法、熱処理装置及びコンピュータ記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152282

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】熱処理方法、熱処理装置及びコンピュータ記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20241018BHJP

   G03F 7/20 20060101ALN20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/30 571

G03F7/20 521

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066388

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【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】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

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】内藤 亮一郎

(72)【発明者】

【氏名】川上 真一路

(72)【発明者】

【氏名】鬼塚 智也

(72)【発明者】

【氏名】岡田 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】志村 悟

【テーマコード（参考）】

2H197

5F146

【Ｆターム（参考）】

2H197HA03

2H197JA13

5F146KA04

5F146KA10

(57)【要約】

【課題】基板上の金属含有レジストからの金属を含む昇華物による基板または装置の汚染を抑制しつつ、良好な熱処理を基板に行う。
【解決手段】金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法であって、前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って前記基板を加熱する工程を含み、前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を、前記基板の周囲の処理空間に供給する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法であって、
前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って前記基板を加熱する工程を含み、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を、前記基板の周囲の処理空間に供給する、熱処理方法。

【請求項2】

前記加熱温度は、前記加熱する工程を、前記反応性流体を供給しない状態で行ったと仮定したときに、前記金属含有レジストの被膜内の反応が不足し前記金属含有レジストの不溶化が不十分となり前記加熱処理後の現像処理により形成される前記金属含有レジストのパターンの寸法が目標値よりも細くなる温度である、請求項１に記載の熱処理方法。

【請求項3】

前記反応性流体は、二酸化炭素及び水分の両方の濃度が大気よりも高い、請求項１に記載の熱処理方法。

【請求項4】

前記反応性流体は、炭酸水の気化物とキャリアガスとの混合ガスである、請求項１に記載の熱処理方法。

【請求項5】

前記加熱する工程は、
平面視における前記基板の中央部の上方から前記処理空間を排気する中央排気の排気量を途中で増加させ、
前記中央排気の排気量を増加させた期間で、当該期間より前の期間よりも、前記反応性流体中の二酸化炭素に対する水分の割合を高くする、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱処理方法。

【請求項6】

前記加熱する工程において、前記反応性流体中の水分に対する二酸化炭素の割合を途中で低くする、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱処理方法。

【請求項7】

金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理装置であって、
前記基板を支持して加熱する加熱部と、
前記加熱処理中の前記基板が収容される処理空間を前記加熱部の上方に形成するチャンバと、
前記処理空間内を排気する排気部と、
前記処理空間内に、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を供給する供給部と、
制御部と、を備え、
前記制御部の制御により、当該熱処理装置が、
前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って前記加熱部により前記基板を加熱する工程を実行し、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い前記反応性流体を、前記処理空間に供給する、熱処理装置。

【請求項8】

金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法を熱処理装置によって実行させるように、当該熱処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
前記熱処理方法は、前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って加熱する工程を含み、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体 を、基板周囲の処理空間に供給する、コンピュータ記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱処理方法、熱処理装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、基板上に形成された金属含有膜を熱処理する熱処理装置が開示されている。この熱処理装置は、基板を収容する処理チャンバと、処理チャンバの内部に設けられ、基板を載置する熱処理板と、金属含有膜に水分を供給する水分供給部と、処理チャンバの中央部から当該処理チャンバの内部を排気する中央排気部と、を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－９８２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、基板上の金属含有レジストからの金属を含む昇華物による基板または装置の汚染を抑制しつつ、良好な熱処理を基板に行う。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法であって、前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って前記基板を加熱する工程を含み、前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を、前記基板の周囲の処理空間に供給する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板上の金属含有レジストからの金属を含む昇華物による基板または装置の汚染を抑制しつつ、良好な熱処理を基板に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】金属含有レジストの被膜から生じる金属の量と、加熱時間と、加熱温度との関係を示す図である。

【図2】本実施形態にかかる熱処理装置を含む、基板処理システムとしてのウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。

【図3】本実施形態にかかる熱処理装置を含む、基板処理システムとしてのウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す正面図である。

【図4】ＰＥＢ処理に用いられる熱処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

【図5】上チャンバの構成の概略を模式的に示す下面図である。

【図6】図４の熱処理装置を用いて行われるウェハ処理中の、当該熱処理装置の状態を示す図である。

【図7】図４の熱処理装置を用いて行われるウェハ処理中の、当該熱処理装置の状態を示す図である。

【図8】図４の熱処理装置を用いて行われるウェハ処理中の、当該熱処理装置の状態を示す図である。

【図9】比較の形態にかかるＰＥＢ処理により得られるラインアンドスペースのレジストパターンのスペースの幅と、チャンバの周囲雰囲気の二酸化炭素濃度との関係を示す図である。

【図10】比較の形態にかかるＰＥＢ処理により得られるラインアンドスペースのレジストパターンのスペースの幅と、チャンバの周囲雰囲気の水分濃度との関係を示す図である。

【図11】反応性ガスの供給機構の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイス等の製造プロセスでは、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）等の基板上にレジストパターンを形成するため基板に対し所定の処理が行われる。上記所定の処理とは、例えば、基板上にレジスト液を供給しレジストの被膜を形成するレジスト塗布処理や、上記被膜を露光する露光処理、露光された上記被膜を現像する現像処理等である。また、上記所定の処理には、露光処理後且つ現像処理前に基板を加熱するＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理等の熱処理も含まれる。

【0009】

近年では、レジストとして、化学増幅型レジストに代えて、金属含有レジストが用いられる場合がある。この場合、ＰＥＢ処理は、基板を例えば１８０℃で所定時間に亘って加熱することで行われる。また、ＰＥＢ処理は、処理中の基板を収容するチャンバ内に水分含有ガスを供給しながら行われる。さらに、ＰＥＢ処理では、１８０℃で基板を加熱したときに金属含有レジストの被膜から金属含有昇華物が発生するため、チャンバ内を排気して上記金属含有昇華物を回収することが行われている。これは、金属含有昇華物により基板や装置が汚染されると、半導体デバイスの電気特性等に影響を与えるため、である。

【0010】

しかし、金属含有レジストの被膜が形成された基板に対する従来のＰＥＢ処理では、金属含有レジストのパターンの寸法の基板面内における均一性と、金属含有昇華物による基板または装置の汚染の抑制と、を両立することは難しい。この両立のためには、ＰＥＢ処理により生じた金属含有昇華物を排気により回収するのではなく、そもそもＰＥＢ処理により金属含有昇華物が生じないようにすることが肝要である。

【0011】

そこで、本発明者らは、加熱により金属含有レジストの被膜から生じる金属（具体的には錫（Ｓｎ））の量と、加熱時間すなわち処理時間と、加熱温度との関係について試験を行った。その結果を図１に示す。なお、上記試験では、加熱時間として、６０秒、１２０秒、２４０秒、４８０秒を採用した。

【0012】

図１に示すように、加熱温度が１００℃では、Ｓｎの発生量は、加熱時間が１２０秒まで増加したが、加熱時間が１２０秒と２４０秒とでは増減が無く、加熱時間が４８０秒となると増加していた。
一方、加熱温度が１８０℃では、Ｓｎの発生量は加熱時間に応じて増加し続けていた。
また、加熱温度が１３０℃では、Ｓｎの発生量は、加熱時間が２４０秒まで増減が無かった。すなわち、加熱時間が６０秒までの間に、Ｓｎの発生が一旦停止していた。さらに、加熱温度が１３０℃では、Ｓｎの発生量は、加熱時間が４８０秒となると増加していた。

【0013】

この試験結果から、金属含有レジストの被膜からＳｎが生じる段階としては、金属含有レジストの溶剤と共にＳｎが気化する第１段階と、金属含有レジストの溶質と共にＳｎが気化する、すなわちＳｎを含む昇華物が生じる第２段階と、があることが推測される。
上記試験では、加熱温度が１８０℃の場合、加熱時間が短いうちから、上記第２段階に入るため、上述のように、Ｓｎの発生量が加熱時間に応じて増加し続けていたと考えられる。
また、加熱温度が１００℃では、加熱時間が６０秒と１２０秒の間のいずれかのタイミングまで第１段階となっており、加熱時間が２４０秒と４８０秒の間のいずれかのタイミングから第２段階となっていたと考えられる。
一方、加熱温度が１３０℃では、加熱時間が６０秒前までに、第１段階が終了しており、加熱時間が２４０秒と４８０秒の間のいずれかのタイミングから第２段階となっていたと考えられる。

【0014】

この試験結果を踏まえると、ＰＥＢ処理により金属含有昇華物が生じないようにする方法として、ＰＥＢ処理時に上記第２段階に進ませない方法、すなわち、ＰＥＢ処理時に金属含有昇華物が発生しない低温で加熱する方法が考えられる。
しかし、ＰＥＢ処理時の温度を低くすることにより、良好なＰＥＢ処理を行うことができなくなってしまうことがある。具体的には、例えば、ＰＥＢ処理時の温度を低くすることにより、露光感度が低下してしまい、すなわち、露光量を増やさなければ、ＰＥＢ処理による金属含有レジストの被膜内での反応が不足してしまうことがある。この反応が不足すると、ＰＥＢ処理後に現像処理を行ったときに、所望の寸法の金属含有レジストのパターンを得られなくなってしまう。

【0015】

そこで、本開示にかかる技術は、金属含有レジストの被膜が形成され露光された基板に対する加熱処理すなわちＰＥＢ処理時に、金属含有昇華物により基板または装置が汚染されるのを抑制しつつ、良好なＰＥＢ処理を基板に行う。

【0016】

以下、本実施形態にかかる熱処理方法及び熱処理装置について、図面を参照ながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0017】

＜ウェハ処理システム＞
先ず、本実施形態にかかる熱処理装置を含む、基板処理システムとしてのウェハ処理システムの構成について説明する。図２及び図３は、それぞれウェハ処理システム１の構成の概略を模式的に示す平面図、正面図である。本実施形態においては、ウェハ処理システム１がウェハＷに対してレジスト膜の形成処理及び現像処理を行うフォトリソグラフィー処理システムである場合を一例として説明する。

【0018】

ウェハ処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出され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各種処理装置を備えた処理ステーション３と、を有する。そしてウェハ処理システム１は、カセットステーション２と、処理ステーション３と、処理ステーション３とは反対側に隣接する露光装置（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション４とを一体に接続した構成を有している。なお、処理ステーション３は図１ではカセットステーション２とインターフェイスステーション４の間に２基設置されているが、１基でもよく３基以上設置されてもよい。

【0019】

カセットステーション２は、複数のカセット載置板２１とウェハ搬送装置２２、２３が設けられている。カセットステーション２は、ウェハ搬送装置２２またはウェハ搬送装置２３によって、カセット載置板２１に載置されたカセットＣと処理ステーション３との間でウェハを搬送する。そのために、ウェハ搬送装置２２、２３は、各々がＸ方向、Ｙ方向、上下方向、鉛直軸回り（θ方向）といった方向の駆動機構が必要に応じて備わっており、全ての方向の駆動機構を備えていてもよい。
ウェハ搬送装置２２、２３の少なくともいずれかがカセットＣとウェハの受け渡しが可能であり、また、処理ステーション３とのウェハＷの受け渡し動作が可能である。なお、処理ステーション３とのウェハＷの受け渡し動作とは、例えば、後述の処理ステーション３内のウェハ搬送装置３３がアクセス可能な受け渡し装置を備える第３のブロックＧ３との間でウェハＷの受け渡しを行うことである。第３のブロックＧ３は、例えばカセットステーション２の内部に設けられており、上下方向に並ぶ複数の受け渡し装置（図示せず）を備えていてもよい。

【0020】

なお、ウェハ搬送装置２２、２３のいずれかがアクセス可能な位置に、ウェハＷに対して検査を行う検査装置（図示せず）を備えていてもよい。

【0021】

処理ステーション３には、複数のブロック、例えば第１、第２、第４の３つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ４が設けられている。また、図２に示すように第１、第２のブロックＧ１、Ｇ２を備える層３１が複数、上下方向に積層されている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、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、第２のブロックＧ２が設けられている。処理ステーション３のインターフェイスステーション４側（図１のＹ方向正方向側）あるいは隣接する別の処理ステーション３との接続部分には、第４のブロックＧ４が設けられている。第４のブロックＧ４は、上下方向に並ぶ複数の受け渡し装置を備えていてもよい。また、前述の第３のブロックＧ３が処理ステーション３内に設けられていてもよい。

【0022】

第１のブロックＧ１には、複数の処理装置、例えば共に図示されないパターニング用膜形成装置や現像処理装置が配置される。パターニング用膜形成装置としては、例えば、レジスト膜形成装置のほか、反射防止膜形成装置を含むことができる。

【0023】

例えば複数の処理装置が水平方向に並べて配置されている。なお、これら処理装置の数や配置、種類は、任意に選択できる。

【0024】

これらパターニング用膜形成装置や現像処理装置では、例えばウェハＷ上に所定の処理液を供給すること、または、所定のガスを供給することで行われる。そのようにして、パターニング用膜形成装置では、下層側の膜のパターンを形成する際のマスクとして利用されるレジスト膜の形成や、露光処理を一例とする光照射処理を効率的に行うための反射防止膜等の形成が行われる。また一方、現像処理装置では、露光されたレジスト膜の一部を除去して上記マスクとしての凹凸形状が形成される。

【0025】

例えば第２のブロックＧ２には、ウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う熱処理装置（図示せず）が上下方向と水平方向に並べて設けられている。また第２のブロックＧ２には、いずれも図示しないが、レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるために疎水化処理を行う疎水化処理装置、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置が上下方向（図２のＺ方向）と水平方向に並べて設けられている。これら熱処理装置、疎水化処理装置、周辺露光装置の数や配置についても、任意に選択できる。

【0026】

図１に示すように平面視において第１のブロックＧ１と第２のブロックに挟まれた領域には、ウェハ搬送領域３２が形成されている。ウェハ搬送領域３２には、例えばウェハ搬送装置３３が配置されている。

【0027】

ウェハ搬送装置３３は、例えばＹ方向、前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有している。ウェハ搬送装置３３は、ウェハ搬送領域３２内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２や、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。図１のように処理ステーション３が複数ある場合、インターフェイスステーション４側に位置する処理ステーション３に設けられたウェハ搬送装置３３は、第１、第２、第４のブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３のほかに後述の第５のブロックＧ５内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

【0028】

ウェハ搬送装置３３は、例えば上下に複数台配置される。１つのウェハ搬送装置３３は、上下に積層された複数の層３１のうち、上側における複数の層３１の高さに位置する所定の装置にウェハＷを搬送できる。それらの層３１より下方に位置する複数の層３１の高さに位置する所定の装置に対しては、別のウェハ搬送装置３３がウェハＷを搬送できる。このようなウェハＷの搬送を可能とするように複数のウェハ搬送領域３２が設けられる。なお、ウェハ搬送装置３３を１つの層３１ごとに設ける等、ウェハ搬送装置３３の数や、１つのウェハ搬送装置３３に対応する層３１の数は、任意に選択できる。

【0029】

また、ウェハ搬送領域３２あるいは第１のブロックＧ１や第２のブロックＧ２には、シャトル搬送装置（図示無し）があってもよい。シャトル搬送装置は、処理ステーション３の一方に隣接する空間とその反対側に隣接する別の空間との間で直線的にウェハＷを搬送する

【0030】

インターフェイスステーション４には、複数の受け渡し装置を備える第５のブロックＧ５と、ウェハ搬送装置４１、４２が設けられている。インターフェイスステーション４は、ウェハ搬送装置３３によってウェハＷの受け渡しが行われる第５のブロックＧ５と露光機との間で、ウェハ搬送装置４１またはウェハ搬送装置４２を用いてウェハＷを搬送する。そのために、ウェハ搬送装置４１、４２は、各々がＸ方向、Ｙ方向、上下方向、鉛直軸回り（θ方向）といった方向の駆動機構が必要に応じて備わっており、全ての方向の駆動機構を備えていてもよい。ウェハ搬送装置４１、４２の少なくともいずれかが、ウェハＷを支持して、第５のブロックＧ５内の受け渡し装置及び露光装置との間でウェハＷを搬送できる。

【0031】

ウェハＷの表面を洗浄する洗浄装置や、前述した周辺露光装置が、インターフェイスステーション４内で、ウェハ搬送装置４１および４２のいずれかがアクセス可能な位置に設けられていてもよい。

【0032】

以上のウェハ処理システム１には、制御装置１００が設けられている。制御装置１００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、ウェハ処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置等の駆動系の動作を制御して、ウェハ処理システム１におけるウェハ処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な非一時的な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置１００にインストールされたものであってもよい。

【0033】

＜ウェハ処理システムの動作＞
ウェハ処理システム１は以上のように構成されている。次に、以上のように構成された
ウェハ処理システム１を用いて行われるウェハ処理の一例について説明する。

【0034】

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、ウェハ処理システム１のカセットステーション２に搬入され、カセット載置板２１に載置される。次に、ウェハ搬送装置２２あるいは２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、第３のブロックＧ３の受け渡し装置に搬送される。

【0035】

第３のブロックＧ３の受け渡し装置に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置３３で支持されて第２のブロックＧ２内に設けられた疎水化処理装置に搬送され、疎水化処理が行われる。次いで、ウェハ搬送装置３３によって、レジスト膜形成装置に搬送されてウェハＷ上にレジスト膜が形成され、その後に熱処理装置に搬送されてプリベーク処理された後で、第５のブロックＧ５の受け渡し装置に搬送される。なお、図１、２のように処理ステーション３が複数ある場合は、ウェハＷは第５のブロックＧ５の受け渡し装置に搬送される前に第４のブロックＧ４の受け渡し装置に一度置かれてから、複数のウェハ搬送装置３３との間での受け渡しがなされる。また、ウェハＷは必要に応じて、ウェハ搬送装置３３によって周辺露光装置に搬送され、ウェハの周縁部に対する露光処理がされても良い。

【0036】

第５のブロックＧ５の受け渡し装置に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置４１またはウェハ搬送装置４２によって、露光装置に搬送され、所定のパターンで露光処理される。なお、露光処理の前に洗浄装置でウェハＷを洗浄してもよい。

【0037】

露光処理されたウェハＷは、ウェハ搬送装置４１またはウェハ搬送装置４２によって第５のブロックＧ５の受け渡し装置に搬送される。その後、ウェハ搬送装置３３によって熱処理装置に搬送され、露光後ベーク処理される。

【0038】

露光後ベーク処理されたウェハＷは、ウェハ搬送装置３３によって現像処理装置に
搬送され、現像される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置３３によって熱処理装置に搬送され、ポストベーク処理される。

【0039】

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置３３によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置に搬送され、カセットステーション２のウェハ搬送装置２２あるいは２３によって所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

【0040】

＜レジストの種類＞
本開示のウェハ処理システム１において、レジスト膜形成装置がウェハＷ上に形成するレジストの被膜すなわちレジスト膜は、金属含有レジストの被膜すなわち金属含有レジスト膜である。
また、金属含有レジストに含まれる金属は任意であるが、例えばスズである。なお、ウェハ処理システム１において用いられる金属含有レジストは例えばネガ型である。

【0041】

＜熱処理装置＞
次に、上述の熱処理装置のうち、露光後ベーク処理すなわちＰＥＢ処理に用いられる熱処理装置について説明する。図４は、ＰＥＢ処理に用いられる熱処理装置２００の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図５は、後述の上チャンバ３０１の構成の概略を模式的に示す下面図である。

【0042】

図４の熱処理装置２００は、加熱処理中（具体的にはＰＥＢ処理中）のウェハＷが収容される処理空間Ｋ１を形成するチャンバ３００を備える。チャンバ３００は、上チャンバ３０１と、下チャンバ３０２と、整流部材３０３と、を備える。上チャンバ３０１は上側に位置し、下チャンバ３０２は下側に位置する。整流部材３０３は、上チャンバ３０１と下チャンバ３０２との間に位置し、具体的には、上チャンバ３０１の周縁部と下チャンバ３０２の周縁部との間に位置する。

【0043】

上チャンバ３０１は、昇降自在に構成されている。上チャンバ３０１を昇降させる、モータ等の駆動源を有する昇降機構（図示せず）は、制御装置１００により制御される。
また、上チャンバ３０１は、例えば、円板状に形成されている。上チャンバ３０１は天井部３１０を有する。天井部３１０は、下方に処理空間Ｋ１を形成しており、後述の熱板３５０上のウェハＷに対向するように設けられる。また、天井部３１０には、供給部としてのシャワーヘッド３１１が設けられている。

【0044】

シャワーヘッド３１１は、処理空間Ｋ１内に、金属含有レジスト膜内の反応を促進させる反応性流体としての反応性ガスを供給する。具体的には、シャワーヘッド３１１は、天井部３１０から、処理空間Ｋ１内に収容された熱板３５０上のウェハＷに向けて、反応性ガスを供給する。反応性ガスは、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気より高いガスである。反応性ガスの二酸化炭素濃度は例えば４５０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である。また、反応性ガスの水分濃度すなわち湿度は例えば４０％以上、９０％以下である。
シャワーヘッド３１１は、複数の吐出孔３１２と、ガス分配空間３１３と、を有する。

【0045】

吐出孔３１２はそれぞれ、シャワーヘッド３１１の下面に形成されている。吐出孔３１２は、例えば、図５に示すように、シャワーヘッド３１１の下面中央部における、後述する排気口３３１以外の部分に、略均一に配置されている。

【0046】

ガス分配空間３１３は、シャワーヘッド３１１に導入された反応性ガスを分配して各吐出孔３１２に供給する。図４に示すように、シャワーヘッド３１１には、供給管３１４を介して、供給機構３２０が接続されている。

【0047】

供給機構３２０は、反応性ガスを、シャワーヘッド３１１（具体的にはガス分配空間３１３）に供給する。また、供給機構３２０は、例えば、反応性の原料として炭酸水を貯留するタンク３２１と、タンク３２１にキャリアガスを供給する供給管３２２と、を有し、炭酸水の気化物とキャリアガスとの混合ガスを供給する。タンク３２１には、炭酸水の気化を促進させるため、炭酸水を加熱するヒータ（図示せず）が設けられていてもよい。また、タンク３２１にてキャリアガスを炭酸水のバブリングに用いて炭酸水の気化を行ってもよい。キャリアガスは、例えば、窒素ガス、圧縮空気、炭酸ガスまたはこれらの混合ガスである。供給管３２２には、キャリアガスの流通を制御する開閉弁や流量調節弁等を含む供給機器群３２３が設けられている。
また、供給管３１４には、反応性ガスの流通を制御する開閉弁や流量調節弁等を含む供給機器群３１５が設けられている。
供給機器群３１５、３２３は制御装置１００により制御される。

【0048】

さらに、上チャンバ３０１の天井部３１０には中央排気部３３０が設けられている。この中央排気部３３０と後述の周縁排気部３４０が、処理空間Ｋ１内を排気する排気部を構成する。

【0049】

中央排気部３３０は、天井部３１０における、熱板３５０上のウェハＷの上面視中央寄りの位置から（図の例では上記中央の位置から）、すなわち熱板３５０上のウェハＷの上面視中央部の上方から、チャンバ３００内における熱板３５０の上方の処理空間Ｋ１を排気する。中央排気部３３０は排気口３３１を有する。排気口３３１は、図５に示すように、シャワーヘッド３１１の下面における、熱板３５０上のウェハＷの上面視中央寄りの位置（図の例では上記中央の位置）に設けられており、下方に開口している。中央排気部３３０は、この排気口３３１を介して、処理空間Ｋ１内を排気する。

【0050】

図４に示すように、中央排気部３３０は、排気口３３１から上方向に延伸するように形成された中央排気路３３２を有する。中央排気路３３２には、排気管３３３を介して、真空ポンプ等の排気装置３３４が接続されている。排気管３３３には、排気量を調整するバルブ等を有する排気機器群３３５が設けられている。排気装置３３４及び排気機器群３３５は制御装置１００により制御される。

【0051】

また、上チャンバ３０１の天井部３１０には周縁排気部３４０が設けられている。周縁排気部３４０は、天井部３１０における、上面視で中央排気部３１７よりも熱板３５０上のウェハＷの周縁部側から、すなわち、熱板３５０上のウェハＷの上面視周縁部の上方から、処理空間Ｋ１を排気する。周縁排気部３４０は、排気口３４１を有する。排気口３４１は、図５に示すように、シャワーヘッド３１１の外周を囲むように、天井部３１０の下面から、下方に開口している。排気口３４１は、複数の排気孔をシャワーヘッド３１１の外周に沿って並べたものであってもよい。周縁排気部３４０は、この排気口３４１を介して、処理空間Ｋ１内を排気する。

【0052】

図４の周縁排気部３４０は、排気口３４１から延びる周縁排気路を有する。周縁排気路には、排気管３４２を介して、真空ポンプ等の排気装置３４３が接続されている。排気管３４２には、排気量を調整するバルブ等を有する排気機器群３４４が設けられている。排気装置３４３及び排気機器群３４４は制御装置１００により制御される。

【0053】

下チャンバ３０２は、ウェハＷを支持して加熱する加熱部としての熱板３５０の周囲（具体的には熱板３５０の側方及び下方）を囲むように設けられる。

【0054】

熱板３５０は、厚みのある円盤形状を有する。また、熱板３５０には、例えばヒータ３５１が内蔵されている。そして、熱板３５０の温度は例えば制御装置１００によるヒータ３５１の制御により調整され、熱板３５０上に載置されたウェハＷが所定の温度に加熱される。

【0055】

さらに、熱板３５０は、当該熱板３５０にウェハＷを吸着するための吸着孔３５２を例えば複数有している。各吸着孔３５２は、熱板３５０を厚さ方向に貫通するように形成されている。
また、各吸着孔３５２は、中継部材３５３の中継孔３５４に接続されている。各中継孔３５４は、吸着のための排気を行う排気ライン３５５に接続されている。

【0056】

吸着孔３５２と中継孔３５４との接続は、金属製の金属部材３５６及び樹脂製のパッド３５７を介して行われる。具体的には、吸着孔３５２と中継孔３５４との接続は、金属部材３５６内の流路と樹脂製のパッド３５７内の流路を介して行われる。

【0057】

金属部材３５６は、吸着孔３５２側に位置し、樹脂製のパッド３５７は、中継孔３５４側に位置する。金属部材３５６は、一端が、熱板３５０（具体的には吸着孔３５２）に直接接続され、他端が、対応する樹脂製のパッド３５７の一端に直接接続されている。言い換えると、各樹脂製のパッド３５７は、金属部材３５６を介して、対応する吸着孔３５２に連通し且つ熱板３５０に接続されている。また、樹脂製のパッド３５７の他端は、中継部材３５３（具体的には中継孔３５４）に直接接続されている。

【0058】

金属部材３５６は、樹脂製のパッド３５７側に大径部３５８を有する。大径部３５８の内部は、金属部材３５６の熱板３５０に接続されている部分よりも断面積が大きい流路空間３５８ａを有し、熱処理で発生する昇華物による詰まりのリスクが低減されている。また、この断面積が大きい流路空間３５８ａによって、ウェハＷの吸着時に処理空間Ｋ１から吸引するガスの熱が緩和されて吸着のための排気ライン３５５に向かって流れる。つまり、樹脂製のパッド３５７や排気ライン３５５に至るまでの排気流路を構成する機器の高温による劣化リスクを抑制し得る。

【0059】

なお、排気ライン３５５には、真空ポンプ等の排気装置（図示せず）やバルブ等を有する排気量調整機器群（図示せず）が設けられている。これら排気装置及び排気量調整機器群は制御装置１００により制御される。

【0060】

また、下チャンバ３０２内には、熱板３５０の下方に、ウェハＷを下方から支持し昇降させる昇降ピン（図示せず）が例えば３本設けられている。昇降ピンは、モータ等の駆動源を有する昇降機構（図示せず）により昇降される。この昇降機構は制御装置１００により制御される。なお、熱板３５０の中央部には、上記昇降ピンが通過する貫通孔（図示せず）が形成されている。昇降ピンは、貫通孔を通過し、熱板３５０の上面から突出可能である。

【0061】

さらに、下チャンバ３０２は、サポートリング３６０と底チャンバ３６１とを有する。

【0062】

サポートリング３６０は、円筒形状を有している。サポートリング３６０の材料には、例えばステンレス等の金属が用いられる。サポートリング３６０は、熱板３５０の外側面を覆っている。サポートリング３６０は、底チャンバ３６１の上に固定される。

【0063】

底チャンバ３６１は、有底の円筒形状を有している。
前述の熱板３５０は、例えば、底チャンバ３６１の底壁に支持される。具体的には、熱板３５０は、支持部３７０を介して、底チャンバ３６１の底壁に支持される。支持部３７０は、例えば、上端が熱板３５０に接続される支持柱３７１と、支持柱３７１を支持する環状部材３７２と、底チャンバ３６１の底壁に環状部材３７２を支持する脚部材３７３と、を有する。

【0064】

環状部材３７２は金属で形成されており、熱板３５０の裏面の大部分に対して支持柱３７１の高さの分、間隙をもって設けられている。樹脂製のパッド３５７を、そのように設けられている環状部材３７２の下方に位置せしめることで、熱板３５０からの熱を環状部材３７２で効果的に遮断し、樹脂製のパッド３５７が高温に晒されにくく（熱劣化しにくく）している。

【0065】

さらに、下チャンバ３０２は、取り込み口３６２を有する。取り込み口３６２は、チャンバ３００の外部から当該チャンバ３００内にガスを取り込む。取り込み口３６２は、例えば、底チャンバ３６１の円筒状の側壁に形成されている。
なお、底チャンバ３６１の側壁の内周面と、サポートリング３６０の内周面とは、例えば同径である。

【0066】

また、熱処理装置２００は、供給部３８０を有する。供給部３８０は、取り込み口３６２を介してチャンバ３００内に取り込まれたガスを、熱板３５０上のウェハＷの側方であって処理空間Ｋ１の下部（具体的にはウェハＷの表面（すなわち上面）よりも下側）から、熱板３５０上のウェハＷに向けて、供給する。

【0067】

また、供給部３８０は、熱板３５０の側面を囲うように設けられたガス流路３８１と、整流部材３０３と、を含む。

【0068】

ガス流路３８１は、例えば、熱板３５０の外側面とサポートリング３６０の内周面と間の空間で構成される。したがって、ガス流路３８１は、例えば、平面視円環状に形成される。なお、熱板３５０の外側面を、支持部材を介して、下チャンバ３０２の側壁の内周面で支持し、上下方向に貫通する貫通孔を上記支持部材に環状に複数設け、これら複数の貫通孔をガス流路３８１としてもよい。

【0069】

整流部材３０３は、ガス流路３８１に沿って上昇したガスを、熱板３５０上のウェハＷに向かわせる部材である。

【0070】

整流部材３０３は、例えば平面視円環状に形成されている。
整流部材３０３の内周側下面は、ガス流路３８１に沿って上昇したガスを、熱板３５０の中心に向かわせるガイド面となる。整流部材３０３の下面における内周側端は、処理空間Ｋ１の高さ、つまりウェハＷが載置される熱板３５０の表面から、吐出孔３１２が形成され熱板３５０上のウェハＷに対向するシャワーヘッド３１１の下面までの高さ、の２分の１以下の高さに位置する。例えば、整流部材３０３の下面における内周側端は、熱板３５０上のウェハＷの表面より下方に位置する。
整流部材３０３の内周側部は、上面視で熱板３５０の周縁部と重なり、且つ、上面視で熱板３５０上のウェハＷとは重ならない。ガス流路３８１に沿って上昇したガスは、整流部材３０３の内周側下面と熱板３５０の周縁部の上面との間の隙間Ｇを通り、処理空間Ｋ１内の熱板３５０上のウェハＷの側方から当該ウェハＷに向かう。熱板３５０の表面から上方の空間を処理空間Ｋ１とすると、処理空間Ｋ１内にガスを流入させる隙間Ｇは、処理空間Ｋ１の下部に設けられている。

【0071】

上記隙間Ｇは、ガス流路３８１の一端に接続されている。また、ガス流路３８１の他端は、チャンバ３００内における熱板３５０の下方のバッファ空間Ｋ２に接続されている。熱板３５０の下方のバッファ空間Ｋ２は、熱板３５０の上方の処理空間Ｋ１より、体積が大きい。

【0072】

整流部材３０３の内周面は、上チャンバ３０１の天井部３１０から下方に直線的に延びている。

【0073】

一実施形態において、整流部材３０３は中実体である。整流部材３０３の材料には、例えば、ステンレス等の金属材料が用いられる。
また、整流部材３０３の上面全体は、上チャンバ３０１の下面に接触する。
より具体的には、整流部材３０３は、その上面全体が、上チャンバ３０１の下面に接触する形態で上チャンバ３０１に固定され、上チャンバ３０１と共に昇降する。

【0074】

整流部材３０３が、上チャンバ３０１と共に下降し、下チャンバ３０２（具体的にはサポートリング３６０）に当接することで、チャンバ３００が閉じられる。

【0075】

なお、熱処理装置２００は、ウェハＷを冷却する機能を有する冷却板（図示せず）を更に備えていてもよい。冷却板は、例えば、チャンバ３００外の冷却位置と、その少なくとも一部がチャンバ３００内に配置され当該冷却板と熱板３５０との間でウェハＷが受け渡される受け渡し位置との間を、往復移動する。あるいは、冷却板が、水平方向に熱板３５０と並ぶ位置に固定され、熱処理装置２００が、冷却板と熱板３５０との間でウェハＷを搬送する搬送アームを有してもよい。

【0076】

＜熱処理装置２００を用いたウェハ処理＞
次に、熱処理装置２００を用いて行われるウェハ処理の一例について、図６～図１０を用いて説明する。図６～図８は、熱処理装置２００を用いて行われるウェハ処理中の、当該熱処理装置２００の状態を示す図である。図９は、後述の比較の形態にかかるＰＥＢ処理により得られるラインアンドスペースのレジストパターンのスペースの幅（ＣＤ：Critical Dimension）と、チャンバ３００の周囲雰囲気の二酸化炭素濃度との関係を示す図である。図１０は、同スペースの幅と、チャンバ３００の周囲雰囲気の湿度すなわち水分濃度との関係を示す図である。図９及び図１０において、縦軸の目盛り１つ分は０．５ｎｍに相当する。なお、以下のウェハ処理は、制御装置１００の制御の下、行われる。

【0077】

（ステップＳ１：チャンバ内の状態調整）
まず、例えば、熱板３５０へのウェハＷの載置に先立って、チャンバ３００内の状態が調整される。
具体的には、図６（ａ）に示すように、上チャンバ３０１が下降され、整流部材３０３が下チャンバ３０２のサポートリング３６０に当接した状態とされ、すなわちチャンバ３００が閉状態とされ、処理空間Ｋ１が形成された状態で、熱板３５０が所定の温度に調整される。
また、処理空間Ｋ１内の二酸化炭素濃度及び湿度が調整される。処理空間Ｋ１内の二酸化炭素濃度及び湿度の調整は、例えば、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給を、所定時間継続することにより行われる。この工程では、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給は、供給部３８０による気体供給がなされるよう、行われてもよい。具体的には、例えば、シャワーヘッド３１１から処理空間Ｋ１への吐出流量Ｌ１より、周縁排気部３４０による処理空間Ｋ１からの排気流量Ｌ２が大きくなるよう、制御が行われてもよい。これにより、流量（Ｌ２－Ｌ１）に対応する気体が、取り込み口３６２を介して、チャンバ３００外部からチャンバ３００内へ取り込まれる。そして、流量（Ｌ２－Ｌ１）に対応する気体が、供給部３８０から処理空間Ｋ１に供給される。

【0078】

（ステップＳ２：ウェハ載置）
次に、金属含有レジスト膜が形成されたウェハＷが、熱板３５０に載置される。
具体的には、図６（ｂ）に示すように、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給が継続されたまま、上チャンバ３０１が上昇される。
その後、上記ウェハＷが、ウェハ搬送装置３３によって、熱板３５０の上方に搬送される。次いで、昇降ピン（図示せず）の昇降等が行われ、搬送装置３０から昇降ピンへのウェハＷの受け渡し、昇降ピンから熱板３５０へのウェハＷの受け渡しが行われ、図７（ａ）に示すように、ウェハＷが熱板３５０に載置される。その後、吸着孔３５２を介したウェハＷの熱板３５０への吸着が行われる。

【0079】

（ステップＳ３：加熱）
続いて、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給が継続されたまま、熱板３５０上のウェハＷが、金属含有レジスト膜から金属を含む昇華物すなわち金属含有昇華物が発生しない加熱温度Ｔｔで所定時間に亘って加熱される。

【0080】

（ステップＳ３ａ：加熱の開始）
具体的には、図７（ｂ）に示すように、上チャンバ３０１が下降され、整流部材３０３が下チャンバ３０２のサポートリング３６０に当接し、チャンバ３００が閉状態とされる。これにより、熱板３５０上のウェハＷに対する上述の加熱温度Ｔｔでの所定時間Ｊｔに亘る加熱すなわちＰＥＢ処理が開始される。

【0081】

上記加熱温度Ｔｔは、具体的には、ステップＳ３を、反応性流体を供給しない状態で行ったと仮定したときに、金属含有レジスト膜内の反応が不足し金属含有レジストの不溶化すなわち反応が不十分となり、ＰＥＢ処理後の現像処理により形成される金属含有レジストのパターンの寸法が目標値よりも細くなる温度である。より具体的には、上記加熱温度Ｔｔは例えば１８０℃未満である。上記加熱温度Ｔｔは金属含有レジスト中の溶媒の沸点以下であってもよい。金属含有レジスト中の溶媒の沸点は例えば１３０℃である。また、上記加熱温度Ｔｔは例えば８０℃以上である。８０℃以上とすることにより、熱板３５０の温度の面内均一性を容易に実現することができる。

【0082】

ＰＥＢ処理の開始から第１所定時間Ｊ１（＜Ｊｔ）が経過するまでは、中央排気部３３０による排気が行われずに、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給が行われる。この工程では、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給は、供給部３８０による気体供給がなされるよう、行われる。具体的には、例えば、シャワーヘッド３１１から処理空間Ｋ１への吐出流量Ｌ１より、周縁排気部３４０による処理空間Ｋ１からの排気流量Ｌ２が大きくなるよう、制御が行われる。これにより、流量（Ｌ２－Ｌ１）に対応する気体が、取り込み口３６２を介して、チャンバ３００外部からチャンバ３００内へ取り込まれる。そして、流量（Ｌ２－Ｌ１）に対応する気体が、供給部３８０から熱板３５０上のウェハＷに向けて供給される。供給部３８０から熱板３５０上のウェハＷに向けて供給される気体の流量は、周方向に亘って略均等である。取り込み口３６２は、熱板３５０より下方の位置における、処理空間Ｋ１内に流入させる気体の導入部と言える。

【0083】

また、供給部３８０から処理空間Ｋ１へ供給された気体は、ウェハＷに向かい、排気口３４１へ移動し、上昇流を形成する。これにより、後述するように、ウェハＷの裏面やベベルに昇華物が付着するのを抑制することができる。

【0084】

上記第１所定時間Ｊ１は、ウェハＷ上の金属含有レジスト膜が所望のレベルまで固化するよう設定される。言い換えると、上記第１所定時間Ｊ１は、ウェハＷ上の金属含有レジストの縮合が所望のレベルまで進むよう設定される。また、上記第１所定時間Ｊ１の情報は記憶部（図示せず）に記憶されている。

【0085】

（ステップＳ３ｂ：中央排気の開始）
ＰＥＢ処理の開始から第１所定時間Ｊ１が経過すると、図８に示すように、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給が継続されたまま、中央排気部３３０による排気が開始される。

【0086】

（ステップＳ３ｃ：ＰＥＢ処理の停止）
中央排気部３３０による排気が開始されてから第２所定時間Ｊ２が経過すると、ＰＥＢ処理が終了する。具体的には、例えば、上チャンバ３０１が上昇され、チャンバ３００が開状態とされる。この際、例えば、中央排気部３３０による排気、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給は継続される。
上記第２所定時間Ｊ２は、ウェハＷ上の金属含有レジスト膜の固化が所望のレベルまで進むよう設定される。上記第２所定時間Ｊ２の情報は記憶部（図示せず）に記憶されている。

【0087】

また、上記第１所定時間Ｊ１及び上記第２所定時間Ｊ２は以下のように設定される。すなわち、ＰＥＢ処理の総時間（すなわち前述の所定時間Ｊｔ）中、中央排気部３３０による排気が行われている期間が占める割合が、１／２０～１／２となるよう設定される。より具体的には、ＰＥＢ処理の総時間が６０秒の場合に、中央排気部３３０による排気が行われている期間が３秒～３０秒になるよう、設定される。ＰＥＢ処理の総時間（すなわち前述の所定時間Ｊｔ）とは、例えば、ウェハＷの熱板３５０への載置後に上チャンバ３０１が下降されチャンバ３００が閉状態とされてから、上チャンバ３０１が上昇されチャンバ３００が開状態とされるまでの時間である。

【0088】

本ステップＳ３のように、金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない温度で所定時間に亘ってウェハＷを加熱する場合、すなわち、金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない低温でＰＥＢ処理を行う場合、前述したように、ＰＥＢ処理による金属含有レジスト膜内での反応が不足してしまう。

【0089】

この反応の不足を補うため、本発明者らは鋭意検討を重ねたところ、以下が判明した。すなわち、本実施形態と異なり、温度及び湿度がチャンバ３００の周囲雰囲気と略等しい熱処理装置２００の周囲雰囲気（具体的にはウェハ処理システムの周囲雰囲気）を含むガスをシャワーヘッド３１１及び供給部３８０から供給する形態（以下、比較の形態）では、熱処理装置の周囲雰囲気の状態が、ＰＥＢ処理結果に影響を与えることが判明した。具体的には、比較の形態では、図９に示すように、熱処理装置の周囲雰囲気の二酸化炭素濃度が高いほど、ＰＥＢ処理後の現像処理により得られるラインアンドスペースのレジストパターンのスペースの幅が狭くなることが判明した。すなわち、シャワーヘッド３１１及び供給部３８０から処理空間Ｋ１に供給するガス中の二酸化炭素濃度が高いほど、ＰＥＢ処理による金属含有レジスト膜内での反応（具体的には金属含有レジストの縮合反応）が進むことが判明した。また、図１０に示すように、熱処理装置の周囲雰囲気の湿度すなわち水分濃度が高いほど上記スペースが狭くなることが判明した。すなわち、シャワーヘッド３１１及び供給部３８０から処理空間Ｋ１に供給するガス中の水分濃度が高いほど、ＰＥＢ処理による金属含有レジスト膜内での反応（具体的には金属含有レジストの縮合反応）が進むことが判明した。

【0090】

これを踏まえ、本実施形態では、ＰＥＢ処理時に、すなわち、ステップＳ３において、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気より高い反応性ガスを処理空間Ｋ１に供給している。これにより、本実施形態では、ＰＥＢ処理時に金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない低温で加熱することで不足する金属含有レジスト膜内での反応を補うようにしている。
なお、図９及び図１０の結果は、金属含有レジスト膜内での反応に対する寄与度は水分より二酸化炭素の方が大きいことも示している。

【0091】

また、ステップＳ３ａのように中央排気部３３０による排気を行わず周縁排気部３４０による排気のみを行う場合、ウェハＷの表面近傍では、ウェハＷの表面に沿って、ウェハＷの周縁部へ径方向に移動する反応性ガスの流れが形成される。
それに対し、ステップＳ３ｂのように中央排気部３３０による排気も行う場合、ガスはウェハＷの表面に沿って流れず、ウェハＷ上の周縁から中央に向かうにつれて上昇するように流れる。そのため、ガスの中央排気部３３０に向かう気流の境界層とウェハＷの表面との間隔がウェハＷの面内で異なってくる。これは、ウェハＷ上の金属含有レジスト膜からの揮発量のむらの要因となる。そして、この揮発量のむらは、ＰＥＢ処理の初期の方における、固化が進んでおらず揮発量が多い時には、ウェハＷ上の膜厚の面内均一性に悪影響を与える。

【0092】

そこで、ステップＳ３ａにおいて、ＰＥＢ処理の開始から第１所定時間Ｊ１が経過するまでは、中央排気部３３０による排気が行われずに、周縁排気部３４０による排気及びシャワーヘッド３１１からの反応性ガスの供給が行われる。

【0093】

また、ステップＳ３ａにおいて、供給部３８０から処理空間Ｋ１へガスの供給が行われるため、ウェハＷの周囲では、供給部３８０からウェハＷに向かうガスが排気口３４１へ移動し、上昇流が形成される。このとき、シャワーヘッド３１１からウェハＷに向けて吐出されウェハＷの表面に沿って移動する反応性ガスも、上記の上昇流と共に、上方へ移動し、排気口３４１を介して外部に排出される。したがって、金属含有レジスト膜からの金属を含む揮発物が生じたとしても上記の上昇流と共に外部に排出されるため、金属を含む揮発物がウェハＷの裏面やベベルに付着するのを抑制することができる。

【0094】

さらに、ステップＳ３ｂにおいて、中央排気部３３０による排気を行うことで、ウェハＷの表面付近では、ウェハＷの外周側からウェハＷの中央部へ向かう反応性ガスの流れが形成される。そのため、ウェハＷの表面付近の揮発物を含み得る反応性ガスが、中央排気部３３０を介しても排出される。また、中央排気部３３０による排気量を周縁排気部３４０による排気量より大きくしてもよく、この場合、ウェハＷの表面付近の揮発物を含み得る反応性ガスは、主に中央排気部３３０を介して排出される。したがって、金属を含む揮発物がウェハＷの裏面やベベルに付着するのをさらに抑制することができる。なお、この中央排気部３３０による排気を行う段階では、金属含有レジスト膜の固化が進んでおり、排気に伴う気流が膜厚変動に及ぼす影響は小さい。そのため、中央排気部３３０による排気を行っても、膜厚の面内均一性への影響は小さい。

【0095】

なお、金属含有レジストの溶剤の揮発物であって金属を含むものについては、プリベーク時に略全て回収するようにし、ＰＥＢ処理時には略生じないようにしてもよい。

【0096】

（ステップＳ４：ウェハ搬出）
ステップＳ３の後、ウェハＷの載置時と逆の手順で、ウェハＷが熱板３５０上から取り除かれ、熱処理装置２００の外部へ搬出される。

【0097】

＜本実施形態の主な効果＞
以上のように、本実施形態では、金属含有レジスト膜が形成され露光処理が行われたウェハＷに対するＰＥＢ処理において、金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない低温で所定時間に亘ってウェハＷを加熱する。したがって、本実施形態によれば金属含有昇華物によるウェハＷまたは熱処理装置２００等の装置の汚染を抑制することができる。また、本実施形態では、ＰＥＢ処理において、加熱中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、金属含有レジスト膜内の反応を促進させる反応性流体を処理空間Ｋ１に供給する。これにより、上述のような低温で加熱することで不足する金属含有レジスト膜内での反応を補うことができる。そのため、良好なＰＥＢ処理を行うことができる。具体的には、露光量を増やさずとも、ＰＥＢ処理により金属含有レジスト膜内での反応を十分に進めることができる。すなわち、本実施形態によれば、ＰＥＢ処理時に、金属含有昇華物によりウェハＷまたは装置の汚染を抑制しつつ、良好なＰＥＢ処理をウェハＷに行うことができる。

【0098】

なお、金属含有レジストは周囲の水分の影響を受けるため、露光後からＰＥＢ処理が行われるまでの間に金属含有レジストの縮合が進み、また、露光後からＰＥＢ処理が行われるまでの時間の長さによって、金属含有レジストの縮合の進み具合が変わる。本実施形態では、ＰＥＢ処理時に金属含有レジスト膜内の反応を促進させる反応性流体を処理空間Ｋ１に供給するため、ＰＥＢ処理前までの金属含有レジストの縮合の進み具合によらず、ＰＥＢ処理により金属含有レジスト膜内での反応を略完了するまで進めることができる。したがって、本実施形態によれば、露光後からＰＥＢ処理が行われるまでの時間の長さによってＰＥＢ処理結果が変化するのを抑制することができる。

【0099】

さらに、本実施形態によれば、金属含有昇華物の発生を抑制することができるため、金属含有レジスト膜中の金属量を増やすことができるので、金属含有レジスト膜のエッチング耐性を向上させることができる。

【0100】

＜反応性ガスの供給機構の他の例＞
図１１は、反応性ガスの供給機構の他の例を示す図である。
図１１のガス供給機構３２０Ａは、大気よりも二酸化炭素濃度が高い二酸化炭素含有ガス（例えば炭酸ガス）の供給源４００と、大気よりも水分濃度が高い水分含有ガス（例えば水蒸気）の供給源４０１と、供給源４００と供給管３１４を接続する供給管４０２と、供給源４０１と供給管３１４を接続する供給管４０３と、を有する。供給管４０２には、上記二酸化炭素含有ガスの流通を制御する開閉弁や流量調節弁等を含む供給機器群４０４が設けられている。また、供給管４０３には、上記水分含有ガスの流通を制御する開閉弁や流量調節弁等を含む供給機器群４０５が設けられている。
供給機器群４０４、４０５は制御装置１００により制御される。

【0101】

ガス供給機構３２０Ａは、例えば、供給源４００からの上記二酸化炭素含有ガスと供給源４０１からの上記水分含有ガスとの混合ガスを、シャワーヘッド３１１に供給する。この混合ガスにキャリアガス（例えば窒素ガス）が含まれていてもよい。
また、ガス供給機構３２０Ａは、供給源４００からの上記二酸化炭素含有ガスと供給源４０１からの上記水分含有ガスとのいずれか一方をシャワーヘッド３１１に供給してもよい。

【0102】

＜ＰＥＢ処理時の反応性ガスの供給形態の他の例１＞
金属含有レジストは、水分と反応することにより水酸化物となり、二酸化炭素と反応することにより炭酸水素塩となる。ＰＥＢ処理時に水酸化物化した金属含有レジストと炭酸水素塩化した金属含有レジストが熱等により縮合することにより、金属含有レジストは現像液に対して不溶化する。上述の縮合の際、水と二酸化炭素が生じる。
そのため、ステップＳ３においてステップＳ３ｂから中央排気部３３０による排気を行う等、中央排気部３３０による排気量を増加させると、ウェハＷの中央部において外周部より雰囲気中の二酸化炭素濃度及び水分濃度が高くなり得る。

【0103】

ところで、前述のように、金属含有レジスト膜内での反応に対する寄与度は水分より二酸化炭素の方が大きい。したがって、ウェハＷの中央部において外周部より雰囲気中の水分濃度が高くても問題とならないが、ウェハＷの中央部において外周部より雰囲気中の二酸化炭素濃度が高いと、金属含有レジスト膜内の反応がウェハＷの中央部において外周部より進んでしまうおそれがある。

【0104】

そこで、中央排気部３３０による排気を増加させる期間では、当該期間よりも前の期間に比べて反応性ガス中の二酸化炭素に対する水分の割合を高くしてもよい。具体的には、例えば、中央排気部３３０による排気及び周縁排気部３４０による排気が行われるステップＳ３ｂでは、周縁排気部３４０による排気が行われるステップＳ３ａよりも、処理空間Ｋ１に供給する反応性ガス中の二酸化炭素に対する水分の割合を高くしてもよい。これにより、金属含有レジスト膜内における反応量がウェハ面内で偏るのを抑制することができる。具体的には、金属含有レジスト膜内における反応量がウェハＷの中央部において外周部より進むのを抑制することができる。

【0105】

なお、中央排気部３３０による排気は、例えば、金属含有レジスト膜内からの金属を含む揮発物の回収や、金属含有レジスト膜内の反応により生じるガスすなわちアウトガスの除去等を目的として行われる。

【0106】

反応性ガス中の二酸化炭素に対する水分の割合を高くする手法としては、例えば、反応性流体中の二酸化炭素濃度を変更せずに水分濃度を高くする手法や、図１１のガス供給機構３２０Ａを用いる場合に、二酸化炭素含有ガスの供給流量を変更せずに、水分含有ガスの供給流量を増加させる手法等がある。

【0107】

＜ＰＥＢ処理時の反応性ガスの供給形態の他の例２＞
処理空間Ｋ１に供給する反応性ガス中の水分濃度のウェハ面内にかかるばらつきが、どう反応性ガス中の二酸化炭素濃度のウェハ面内にかかるばらつきより小さい場合、ＰＥＢ処理中に、処理空間Ｋ１に供給する反応性流体中の水分に対する二酸化炭素の割合を途中で低くするようにしてもよい。具体的には、例えば、ＰＥＢ処理中に、途中まで、二酸化炭素含有ガスのみを処理空間Ｋ１に供給し、その後終了まで、水分含有ガスを処理空間Ｋ１に供給するようにしてもよい。

【0108】

これにより、ＰＥＢ処理の最後にウェハ面内にかかる濃度のばらつきが少ない水分を多く用いてウェハＷが加熱されるため、ＰＥＢ処理の最後にウェハ面内にかかる濃度のばらつきが大きい二酸化炭素を多く用いてウェハＷが加熱される場合に比べて、金属含有レジスト膜内の反応がウェハ面内でばらつくのを抑制することができる。

【0109】

また、前述のように、金属含有レジスト膜内での反応に対する寄与度は水分より二酸化炭素の方が大きい。すなわち、水に対する金属含有レジストの反応性より二酸化炭素に対する金属含有レジストの反応性の方が大きい。したがって、ＰＥＢ処理中に、処理空間Ｋ１に供給する反応性流体中の水分に対する二酸化炭素の割合を途中で低くする場合、常に低くする場合に比べて、所望の反応量が得られるのに要する時間を短くすることができる。

【0110】

さらに、ＰＥＢ処理中に、途中まで、二酸化炭素含有ガスのみを処理空間Ｋ１に供給し、その後終了まで、水分含有ガスを処理空間Ｋ１に供給することで以下の安全面での効果もある。すなわち、ＰＥＢ処理後に熱処理装置２００に対し作業を行う作業者が二酸化炭素含有ガスにより窒息するのを防ぐことができる。

【0111】

＜その他の変形例＞
本実施形態にかかるＰＥＢ処理では、金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない低温で所定時間に亘ってウェハＷを加熱するため、高温で加熱する場合に比べて、加熱中に生じる金属を含む揮発物は少ないので、中央排気部３３０による排気を省略してもよい。
また、ＰＥＢ処理において、金属含有レジスト膜から金属含有昇華物が発生しない温度でウェハＷが加熱された後、別の条件（具体的には例えばより高温）でウェハＷが加熱されてもよい。この場合、別の条件でウェハＷが加熱される間、中央排気部３３０による排気が行われてもよい。
ＰＥＢ処理後のウェハＷにポストベーク処理が行われてもよい。ポストベーク処理が行われる場合は、当該ポストベーク処理においてＰＥＢ処理時の温度以下の温度でウェハＷが加熱される。

【0112】

なお、ウェハ搬送領域３２よりも高湿度のガスをウェハ処理システム１内においてダウンフローで供給し、処理空間Ｋ１に対する反応性ガスとしての水分含有ガスに、この高湿度のガスを利用してもよい。
また、金属含有レジスト膜は、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成されてもよい。

【0113】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。

【0114】

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

【0115】

なお、以下のような構成例も本開示の技術的範囲に属する。
（１）金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法であって、
前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生
で所定時間に亘って前記基板を加熱する工程を含み、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を、前記基板の周囲の処理空間に供給する、熱処理方法。
（２）前記加熱温度は、前記加熱する工程を、前記反応性流体を供給しない状態で行ったと仮定したときに、前記金属含有レジストの被膜内の反応が不足し前記金属含有レジストの不溶化が不十分となり前記加熱処理後の現像処理により形成される前記金属含有レジストのパターンの寸法が目標値よりも細くなる温度である、前記（１）に記載の熱処理方法。
（３）前記反応性流体は、二酸化炭素及び水分の両方の濃度が大気よりも高い、前記（１）または（２）に記載の熱処理方法。
（４）前記反応性流体は、炭酸水の気化物とキャリアガスとの混合ガスである、前記（１）～（３）のいずれか１に記載の熱処理方法。
（５）前記加熱する工程は、
平面視における前記基板の中央部の上方から前記処理空間を排気する中央排気の排気量を途中で増加させ、
前記中央排気の排気量を増加させた期間で、当該期間より前の期間よりも、前記反応性流体中の二酸化炭素に対する水分の割合を高くする、前記（１）～（４）のいずれか１に記載の熱処理方法。
（６）前記加熱する工程において、前記反応性流体中の水分に対する二酸化炭素の割合を途中で低くする、前記（１）～（４）のいずれか１に記載の熱処理方法。
（７）金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理装置であって、
前記基板を支持して加熱する加熱部と、
前記加熱処理中の前記基板が収容される処理空間を前記加熱部の上方に形成するチャンバと、
前記処理空間内を排気する排気部と、
前記処理空間内に、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体を供給する供給部と、
制御部と、を備え、
前記制御部の制御により、当該熱処理装置が、
前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って前記加熱部により前記基板を加熱する工程を実行し、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い前記反応性流体を、前記処理空間に供給する、熱処理装置。
（８）金属含有レジストの被膜が形成され露光処理が行われた基板に対し加熱処理を行う熱処理方法を熱処理装置によって実行させるように、当該熱処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
前記熱処理方法は、前記金属含有レジストの被膜から金属を含む昇華物が発生しない加熱温度で所定時間に亘って加熱する工程を含み、
前記加熱する工程中に、二酸化炭素または水分の少なくともいずれか一方の濃度が大気よりも高い、前記金属含有レジストの被膜内の反応を促進させる反応性流体
を、基板周囲の処理空間に供給する、コンピュータ記憶媒体。

【符号の説明】

【0116】

１００ 制御装置
２００ 熱処理装置
３００ チャンバ
３１１ シャワーヘッド
３３０ 中央排気部
３４０ 周縁排気部
３５０ 熱板
Ｈ 記憶媒体
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】