特許 7556230 基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システム

(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】

(24)【登録日】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システム

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/40 20060101AFI20240918BHJP

   H01L 21/677 20060101ALI20240918BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20240918BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

G03F7/40

H01L21/68 A

G03F7/20 521

H01L21/30 570

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020135982

(22)【出願日】2020-08-11

(65)【公開番号】P2022032331

(43)【公開日】2022-02-25

【審査請求日】2023-05-10

(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】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鬼海 貴也

(72)【発明者】

【氏名】井手 裕幸

【審査官】塚田 剛士

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１９７３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／４０

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属を含有するレジストパターンが表面に形成された基板を格納する処理容器内の雰囲気を低酸素雰囲気とした状態で、当該レジストパターンに真空紫外光を照射する工程を備え、
前記金属を含有するレジストパターンに用いられるレジストは、当該金属を当該レジストの構成成分として含み、前記真空紫外光の照射前の前記レジストに含まれる前記金属にはリガンド及び水酸基が結合したものが含まれる基板処理方法。

【請求項2】

前記真空紫外光を照射する工程は、前記結合を切断して前記金属の酸化物を生成させる工程であり、
前記金属の酸化物は、酸素を介して前記金属が互いに結合した化合物である請求項１記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記金属の酸化物を生成させるために、前記真空紫外光が照射された基板を加熱する工程を備え、前記金属の酸化物は、酸素を介して前記金属が互いに結合した化合物である請求項１または２記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記真空紫外光は、波長が１６０ｎｍ未満の光を含む請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記真空紫外光は、波長が１２０ｎｍ以上、且つ１６０ｎｍ未満の光を含む請求項４記載の基板処理方法。

【請求項6】

前記低酸素雰囲気は、前記処理容器内が排気されることにより形成される真空雰囲気か、あるいは窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気である請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理方法。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理方法を実施する基板処理装置において、
処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、前記金属を含有するレジストパターンが表面に形成された基板を載置するステージと、
前記処理容器内に低酸素雰囲気を形成する低酸素雰囲気形成機構と、
前記レジストパターンに真空紫外光を照射する光照射部と、
を備える基板処理装置。

【請求項8】

請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理方法を実施する基板処理システムにおいて、
基板を格納する搬送容器が載置される搬送容器用のステージと、
請求項７記載の基板処理装置と、
酸素を介して前記金属が互いに結合した化合物である前記金属の酸化物を生成させるために、前記基板処理装置で処理された基板を加熱する加熱モジュールと、
前記搬送容器と前記基板処理装置と前記加熱モジュールとの間で前記基板を搬送する搬送機構と、
を備える基板処理システム。

【請求項9】

前記基板に金属を含有するレジスト膜を形成するレジスト膜形成モジュールと、
露光機で露光済みの前記レジスト膜を現像して前記レジストパターンを形成する現像モジュールと、を備え、
前記搬送機構は、前記搬送容器、前記レジスト膜形成モジュール、前記露光機、前記基板処理装置及び前記加熱モジュールの間で前記基板を搬送する請求項８記載の基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法、基板処理装置及び基板処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程において、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して、フォトリソグラフィによってレジストパターンが形成される。特許文献１には、そのレジストパターンに対して重水素ランプから真空紫外光を照射することにより、パターンの表面荒れを緩和することについて示されている。

【0003】

また、特許文献２では、金属含有レジストによって構成されたレジストパターンが形成されたウエハに対して酸素雰囲気下にて、ピーク波長が１７２ｎｍであるＵＶ光を照射することが記載されている。この処理によって、レジストの架橋がなされると共に、パターンによって形成される凹部の底部に残存するメタル成分と当該底部をなす下層膜との結合が切られ、その後、ウエハの加熱により当該メタル成分が昇華されることが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ＷＯ２０１９／１３１１４４

【文献】ＷＯ２０１９／０８２８５１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基板の表面に形成された金属を含有するレジストパターンについて、エッチング耐性を高くすると共に、表面の荒れを低減させることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の基板処理装置は、金属を含有するレジストパターンが表面に形成された基板を格納する処理容器内の雰囲気を低酸素雰囲気とした状態で、当該レジストパターンに真空紫外光を照射する工程を備え、
前記金属を含有するレジストパターンに用いられるレジストは、当該金属を当該レジストの構成成分として含み、前記真空紫外光の照射前の前記レジストに含まれる前記金属にはリガンド及び水酸基が結合したものが含まれる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、基板の表面に形成された金属を含有するレジストパターンについて、エッチング耐性を高くすると共に、表面の荒れを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態である基板処理システムの平面図である。

【図2】前記基板処理システムに設けられる光照射モジュールの縦断側面図である。

【図3】前記光照射モジュールによる反応を示す模式図である。

【図4】他の実施形態に係る基板処理システムの平面図である。

【図5】前記基板処理システムの側面図である。

【図6】評価試験で取得されたウエハの縦断側面を示す模式図である。

【図7A】評価試験で取得されたウエハの縦断側面を示す模式図である。

【図7B】評価試験で取得されたウエハの縦断側面を示す模式図である。

【図7C】評価試験で取得されたウエハの縦断側面を示す模式図である。

【図7D】評価試験で取得されたウエハの縦断側面を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の基板処理装置の一実施形態である光照射モジュール３を含む、基板処理システム１の平面図を図１に示している。この基板処理システム１は、金属含有レジストであるレジストパターンが表面に形成されたウエハＷに対して、真空紫外光（Vacuum Ultra Violet Light：ＶＵＶ光）の照射処理と加熱処理とを行う。それらの処理を行うことで、当該レジストパターンについて、エッチング耐性を高めると共にラフネス（表面の荒れ）を低減させる。なお、上記の金属含有レジストは金属をレジストの構成成分として含むものであり、不純物としてのみ含むレジストを意味するものではない。このレジストの構成成分である金属としては、例えばスズである。

【0010】

基板処理システム１は大気雰囲気下に設けられており、キャリアブロックＤ１と処理ブロックＤ２とにより構成されている。なお以下、大気圧と記載した場合には特に記載無い限り、当該基板処理システムが設けられる環境の大気圧を意味する。キャリアブロックＤ１と処理ブロックＤ２とは左右に並び、互いに接続されている。上記したレジストパターンを備えるウエハＷは、基板の搬送容器であるキャリアＣに格納された状態で、キャリアブロックＤ１に搬送される。キャリアブロックＤ１は搬送容器用（キャリアＣ用）のステージ１１を備えている。また、キャリアブロックＤ１には、ブロックの側壁に形成された開閉部１２と、当該開閉部１２を介してステージ１１に載置されたキャリアＣに対してウエハＷの搬送を行う搬送アーム１３と、が設けられている。

【0011】

処理ブロックＤ２は、左右方向に伸びるウエハＷの搬送路２１と、当該搬送路２１に設けられる搬送アーム２２とを備えており、搬送アーム２２及び上記の搬送アーム１３は、キャリアＣと処理ブロックＤ２に設けられる各処理モジュールとの間でウエハＷを搬送する搬送機構である。そして、搬送路２１の前方側、後方側の各々に処理モジュールが複数、左右方向に並べられて設けられている。例えば前方側の各処理モジュールは光照射モジュール３、後方側の各処理モジュールは加熱モジュール２３である。また、搬送路２１のキャリアブロックＤ１寄りの位置には、ウエハＷが仮置きされる受け渡しモジュールＴＲＳが設けられており、当該受け渡しモジュールＴＲＳを介してキャリアブロックＤ１と処理ブロックＤ２との間でウエハＷが受け渡される。

【0012】

以下、各処理モジュールの構成について説明する。図２に光照射モジュール３の側面図を示している。光照射モジュール３は、その内部が真空雰囲気とされる処理容器３１を備えている。処理容器３１は搬送路２１に面して開口するウエハＷの搬送口を備えており、ウエハＷの搬入出を行う場合を除いてゲートバルブ３２によって閉鎖される。処理容器３１内にはウエハＷを載置するステージ３３が設けられている。ステージ３３は図示しない昇降ピンを備えており、搬送アーム２２との間でウエハＷを受け渡せるように構成されている。

【0013】

処理容器３１の上部には筐体３４が設けられている。筐体３４内にはステージ３３に載置されたウエハＷに対して上記したＶＵＶ光、即ち波長が１０～２００ｎｍである光を照射する光照射部３５が複数設けられており、ウエハＷの表面全体に光（図中に鎖線で表示）が供給される。後の評価試験で詳細に説明するが、光照射部３５によってウエハＷに照射されるＶＵＶ光としては波長１６０ｎｍ未満の光が含まれることが好ましく、より具体的には例えば波長１２０ｎｍ以上の光が含まれることが好ましい。

【0014】

従って、例えばこの１２０ｎｍ～１６０ｎｍ未満の範囲においてピーク波長を有する光を照射する光源を、光照射部３５として好ましく用いることができる。具体例を挙げると、重水素ランプについてはピーク波長が１５０ｎｍ台となるように構成することができるので、光照射部３５として好ましく用いることができる。その他に、ピーク波長が１２６ｎｍであるＡｒ（アルゴン）エキシマランプ、ピーク波長が１４６ｎｍであるＫｒ（クリプトン）エキシマランプを光照射部３５として好ましく用いることができる。

【0015】

以上に述べたように、光照射モジュール３ではウエハＷに対して比較的短い波長における相対エネルギーが高いスペクトルを有する光を照射するように構成される。この理由について、レジスト中で起こる反応の模式図である図３を参照して説明する。上記したようにウエハＷの表面には金属含有レジスト膜であるレジストパターンが形成されているが、このレジスト膜の材料となるレジストは元々、図３中左側に示すようにリガンド（図中にＬとして表示）及び水酸基が各々結合した金属（図中にＭとして表示）を含んでいる。そして、レジストパターンが形成されるまでの露光及びＰＥＢ（Post Exposure Bake）によって、金属ＭとリガンドＬとの結合の切断（即ち、リガンドＬの脱離）、それに続く金属Ｍと上記の水酸基を構成する酸素原子との結合（金属Ｍの再結合）及び水酸基同士の脱水縮合が起きる。そのような一連の反応が進行することで、図３中右側に示すように各金属Ｍは酸化物としてレジストパターン中に存在することになる。酸化物となった金属Ｍは、酸素原子を介することで互いに結合した状態となるため、酸化物となる前よりも強固な化合物としてレジストパターン中に存在する。

【0016】

従ってレジストパターンにおいて上記の酸化物化されていない金属Ｍが多く含まれる場合にはパターンの硬度が低いことになり、その場合、レジストパターンを用いてレジスト膜の下側に形成されている下層膜をドライエッチングする際に、当該レジストパターンについては十分なエッチング耐性が得られない。つまり、レジストパターンも大きくエッチングされてしまい、エッチング中にレジストパターンの線幅であるＣＤ（Critical Dimension）が小さくなる、いわゆるパターン細りが発生してしまう。

【0017】

また、レジストパターンの表面における酸化物化されていない金属Ｍは、酸素を介した他の金属Ｍとの結合がなされていないことから、パターンの形成後に当該表面から脱離しやすい。つまり酸化物化されていない金属Ｍが多いと、レジストパターンの表面の荒れが大きくなる。これらのレジストパターンについての細り及び表面の荒れは、ドライエッチングによって上記の下層膜に形成されるパターンの形状に影響するため、当該下層膜のパターンについて、所望の形状にすることができなくなってしまうおそれが有る。

【0018】

そのような不具合を防ぐために、光照射モジュール３にてウエハＷに上記した光を照射し、金属Ｍの酸化物化を促進する。詳しく述べると、波長が小さい光成分は高いエネルギーを有するので、その高いエネルギーを受けたレジストパターンにおいては、リガンドＬが結合したままの状態の金属Ｍと、当該リガンドＬとの結合が切断される。さらに、そのように高いエネルギーを受けていることで、結合が切断された金属Ｍは水酸基の酸素原子と再結合すると共に上記の脱水縮合が起こる。つまり、光照射によって図３に示した金属Ｍが酸化物となる反応が促進される。それにより、レジストパターンの硬度が高くなり、上記したパターン細り及び表面の荒れを低減させる。

【0019】

ところで背景技術の項目で述べたように特許文献１においては、重水素ランプからレジストパターンにＶＵＶ光を含む光が照射される。そのように重水素ランプから光を照射するのは、重水素ランプのスペクトルの波長域が比較的広く、レジストパターンで様々な反応を起こして流動性を高くすることで、パターンの表面の荒れの改善効果を得るためであるとされている。しかし特許文献１ではレジストパターンが金属含有レジストにより構成されることについては記載されておらず、従って波長が比較的小さい光を用いることによって図３で述べた金属含有レジストの反応を促進させるということには着眼されていない。

【0020】

即ち、図３で述べた反応機序に着目して、金属含有レジストにおけるパターンのエッチング耐性を向上させると共に表面荒れを低減させる本技術は、特許文献１とは異なる技術である。また、特許文献２では上記したようにウエハＷの周囲を酸素雰囲気としてＶＵＶ光を含む光をレジストパターンに照射するが、ＶＵＶ光は酸素に吸収される。従って特許文献２で開示されている技術は、ＶＵＶ光により図３で述べた反応を進行させるものではなく、本技術とは異なる。

【0021】

光照射モジュール３の構成の説明に戻る。光照射モジュール３の処理容器３１には、排気管４１の上流端が開口している。排気管４１の下流側は排気機構４２に接続されており、当該排気機構４２は、処理容器３１内の排気量を調整可能な真空ポンプにより構成されている。上記したように光照射モジュール３ではＶＵＶ光を照射してレジストパターンを処理するため、排気機構４２によってＶＵＶ光を吸収する大気成分（窒素及び酸素）を処理容器３１内から排気して除去し、処理容器３１内に低酸素雰囲気として真空雰囲気が形成されるようにしている。

【0022】

また処理容器３１には、ガス供給管４３の下流端が開口している。ガス供給管４３の上流側は分岐して、Ｎ_２（窒素）ガスの供給源４４、Ａｒ（アルゴン）ガスの供給源４５に各々接続されている。Ａｒガスは、上記した排気機構４２による排気時に処理容器３１内に供給され、大気を処理容器３１内からパージすることによって、より確実に除去する役割を果たす。Ｎ_２ガスはゲートバルブ３２を開放する直前に処理容器３１内に供給されることで、真空雰囲気形成後の処理容器３１内を大気圧と同等の圧力に復帰させ、当該ゲートバルブ３２の開放を可能にする役割を有する。排気機構４２及びＡｒガス供給源４５は、低酸素雰囲気形成機構を構成する。

【0023】

図１に戻って、加熱モジュール２３について説明する。この加熱モジュール２３には、光照射モジュール３で処理済みのウエハＷが搬送される。図３で説明したように金属Ｍの酸化物の生成には、金属ＭからリガンドＬが脱離した後の水酸基同士の脱水縮合が寄与する。この加熱モジュール２３における加熱処理で当該脱水縮合を起こし、金属Ｍの酸化物の生成を促進させる。

【0024】

加熱モジュール２３は、ウエハＷが各々載置される熱板２４と、冷却板２５と、を備える。冷却板２５は、搬送路２１寄りの位置（モジュールの手前側）と、モジュール奥側の熱板２４の上方位置との間を移動自在であり、モジュールの手前側において搬送アーム２２の昇降動作により、当該冷却板２５に対してウエハＷが受け渡される。熱板２４はヒーター及びウエハＷを支持する昇降ピンを備えており、載置されたウエハＷを所望の温度に加熱すると共に、モジュールの奥側に移動した冷却板２５との間でウエハＷの受け渡しを行えるように構成されている。上記の脱水縮合を起こすために、熱板２４は例えば１７０℃～２００℃とされる。冷却板２５は冷媒の流路を備えており、熱板２４により加熱されたウエハＷは、搬送アーム２２に受け渡されるまでに冷却板２５に載置されて冷却される。

【0025】

続いて、図１に示す制御部１０について説明する。この制御部１０はコンピュータであり、コンパクトディスク、ハードディスク、メモリーカード及びＤＶＤなどの記憶媒体に格納されたプログラムがインストールされる。インストールされたプログラムにより、基板処理システム１の各部に制御信号が出力されるように、プログラムには命令（各ステップ）が組み込まれている。そして、この制御信号によって、各搬送アームによるウエハＷの搬送、各処理モジュールによるウエハＷの処理が行われる。

【0026】

続いて、基板処理システム１におけるウエハＷの搬送経路及び処理について説明する。ウエハＷはキャリアＣ→搬送アーム１３→受け渡しモジュールＴＲＳ→搬送アーム２２の順で搬送される。そして当該ウエハＷは、Ｎ_２ガスが供給されることによって大気圧と同等の圧力とされた光照射モジュール３の処理容器３１内に搬送され、ステージ３３に載置される。そのようにウエハＷを格納した処理容器３１内が排気されると共に、当該処理容器３１内にＡｒガスが例えば１０Ｌ／分～３０Ｌ／分で供給される。そして処理容器３１内が例えば８０００Ｐａ～１２０００Ｐａの真空雰囲気となると、光照射部３５からウエハＷにＶＵＶ光が照射され、図３で述べたように金属Ｍの酸化物の生成が促進される。

【0027】

その後、ＶＵＶ光の照射及び処理容器３１内の排気が停止し、Ａｒガスに代わってＮ_２ガスが処理容器３１内に供給されて処理容器３１内が大気圧と同等の圧力となる。然る後、ウエハＷは搬送アーム２２によって光照射モジュール３から搬出され、加熱モジュール２３の冷却板２５を介して熱板２４に搬送され、例えば６０秒間、ウエハＷが熱板２４に載置され、既述した温度で加熱される。その後ウエハＷは昇降ピンの上昇により熱板２４から離され、然る後、冷却板２５を介して搬送アーム２２に受け渡され、受け渡しモジュールＴＲＳ→搬送アーム１３の順で搬送されて、キャリアＣに戻される。ウエハＷが戻されたキャリアＣはエッチング装置に搬送され、当該ウエハＷにエッチングガスが供給されて、レジストパターンをマスクとして下層膜がエッチングされる。

【0028】

上記したように光照射モジュール３は、上記したようにＶＵＶ光を、金属含有レジストからなるレジストパターンが表面に形成されたウエハＷに照射することで金属Ｍの酸化物化を促進することで、レジストパターンのエッチング耐性を高めると共に表面の荒れを低減させる。従って、下層膜に形成されるパターンの形状を所望の形状にすることができる。そして基板処理システム１については、ＶＵＶ光の照射後に加熱モジュール２３にてウエハＷが加熱される。その加熱によってより確実に金属Ｍの酸化物化がなされるので、上記のエッチング耐性についてより高くすることができると共に、上記の表面の荒れについてより低減される。

【0029】

ところで、基板処理システムとしてはレジスト膜の形成及び現像によるレジストパターンの形成についても行われるように構成されていてもよい。図４、図５は、そのレジストパターンの形成及び上記した下層膜の形成を行うことができる基板処理システム５を示しており、以下、基板処理システム１に対する差異点を中心に説明する。基板処理システム５は、キャリアブロックＤ１、処理ブロックＤ５、インターフェイスブロックＤ３が左右方向にこの順に接続されて構成されている。インターフェイスブロックＤ３には例えばＥＵＶ（Extreme ultraviolet：極端紫外線）によって、パターンに沿ってウエハＷを露光する露光機Ｄ４が接続されている。

【0030】

処理ブロックＤ５について述べると、階層Ｅ１～Ｅ６が積層された構成とされている。搬送路２１のキャリアブロックＤ１寄りの位置に階層Ｅ１～Ｅ６に跨がるタワーＴ１が設けられ、タワーＴ１は多段に積層された受け渡しモジュールＴＲＳを含む。また、搬送アーム５０が設けられ、タワーＴ１の受け渡しモジュールＴＲＳ間でウエハＷを搬送する。

【0031】

階層Ｅ５、Ｅ６の各々は、基板処理システム１における処理ブロックＤ２と概ね同様に構成され、搬送アーム２２を備えている。ただし、光照射モジュール３及び加熱モジュール２３が共に搬送路２１の後方側に設けられており、搬送路２１の前方側にはウエハＷの表面に現像液を供給して現像を行う現像モジュール５１が、搬送路２１に沿って複数設けられている。また多数設けられる加熱モジュール２３のうちのいくつかは、ＰＥＢを行うための加熱モジュールとされる。

【0032】

階層Ｅ３、Ｅ４は、光照射モジュール３、加熱モジュール２３が設けられないこと、及び現像モジュール５１の代わりにウエハＷの表面に薬液として金属含有レジストを供給してレジスト膜を形成するレジスト膜形成モジュールが設けられることを除き、階層Ｅ５、Ｅ６と同様の構成である。階層Ｅ１、Ｅ２は、レジスト膜形成モジュールの代わりに、各々薬液を供給することでＳＯＣ膜と呼ばれる炭素を主成分とする膜を形成する第１の成膜モジュール、ＳｉＡＲＣと呼ばれるシリコンを含んだ反射防止膜を形成する第２の成膜モジュールを備える。そのような違いを除き、階層Ｅ１、Ｅ２は階層Ｅ３、Ｅ４と同様に構成されている。上記の反射防止膜は、レジスト膜をマスクとしてエッチングされる下層膜である。なお、階層Ｅ１～Ｅ４に設けられる加熱モジュール２３は、各薬液の構成成分であり膜に残留している溶剤を除去するために用いられる。

【0033】

インターフェイスブロックＤ３は、複数のモジュールが互いに積層されて構成されるタワーＴ２、Ｔ３、Ｔ４を備えている。タワーＴ２～Ｔ４に含まれるモジュールの詳細の説明は省略するが、タワーＴ２のモジュールとしては多段に積層された受け渡しモジュールＴＲＳが含まれる。図中の符号６１、６２、６３はタワーＴ２、Ｔ３間、タワーＴ３、Ｔ４間、タワーＴ２と露光機Ｄ４間で、ウエハＷを夫々受け渡す搬送アームである。搬送アーム１３、２２、５０、６１～６３は、キャリアＣと処理ブロックＤ２に設けられる各処理モジュールと、露光機Ｄ４とのの間でウエハＷを搬送する搬送機構である。

【0034】

基板処理システム５においてウエハＷは、キャリアＣから搬送アーム２２を介してタワーＴ１に搬送された後、搬送アーム５０を介して階層Ｅ１またはＥ２に搬入される。そして当該ウエハＷは搬送アーム２２により、第１の成膜モジュール→加熱モジュール２３→第２の成膜モジュール→加熱モジュール２３の順で搬送されて、ＳＯＣ膜、下層膜であるＳｉＡＲＣ膜が、順に形成される。その後、ウエハＷは、搬送アーム５０によりタワーＴ１のＴＲＳ間を搬送されて、階層Ｅ３またはＥ４に搬入され、搬送アーム２２によりレジスト膜形成モジュール→加熱モジュール２３→タワーＴ２の順で搬送され、レジスト膜が形成される。然る後、ウエハＷは、搬送アーム６１～６３によりタワーＴ２～Ｔ４間を受け渡されて、露光機Ｄ４に搬送されて露光される。

【0035】

露光済みのウエハＷは、搬送アーム６１～６３によりタワーＴ２～Ｔ４間を受け渡されて、階層Ｅ５またはＥ６に搬入され、搬送アーム２２により加熱モジュール２３→現像モジュール５１→光照射モジュール３→加熱モジュール２３の順で搬送される。それにより、ＰＥＢ、現像処理によるレジストパターンの形成、レジストパターンへのＶＵＶ光照射、ＶＵＶ光照射後の加熱が順に行われる。その後、ウエハＷは、タワーＴ１、搬送アーム５０、１３を介してキャリアＣに戻される。

【0036】

なお、ＶＵＶ光照射後の加熱処理としては、ＶＵＶ光の照射によって金属ＭからリガンドＬが脱離した状態のレジストパターンに行うことができればよいため、例えば光照射モジュール３のステージ３３にヒーターを設けてＶＵＶ光の照射中に加熱を行ってもよい。つまり、ＶＵＶ光を照射するタイミングと加熱を行うタイミングとが互いに重なっていてもよい。また、ＶＵＶ光の照射と、ＶＵＶ光照射後の加熱処理とは別個の基板処理システムで行われてもよい。つまり基板処理システム１の光照射モジュール３でＶＵＶ光を照射した後、キャリアＣにウエハＷを格納し、キャリアＣを別の基板処理システムに搬送して、当該基板処理システムに含まれる加熱モジュール２３にて処理を行ってもよい。即ち、ＶＵＶ光照射後の加熱処理としては下層膜のドライエッチングを開始するまでに行えばよく、例えば下層膜のドライエッチングを行うモジュールに組み込まれたヒーターを用いて、エッチング前にウエハＷを加熱することで行ってもよい。

【0037】

また、光照射モジュール３ではＶＵＶ光がウエハＷに到達して、既述した反応を進行させるために処理容器３１内に低酸素雰囲気として既述した圧力範囲の真空雰囲気が形成されるようにしているが、この低酸素雰囲気としては真空雰囲気であることに限られない。例えば処理容器３１内をＡｒガスやＨｅ（ヘリウム）ガスなどのＮ_２ガス以外の不活性ガス雰囲気として処理を行うことができ、その場合、処理容器３１内に真空を形成しなくてもよく、大気圧と同等の圧力でウエハＷを処理するようにしてもよい。また、既述した例では処理容器３１内を排気して真空雰囲気を形成する際に、より確実に大気が除去されるようにＡｒガスの供給を行っているが、このようなガス供給を行わなくてもよい。

【0038】

基板としてはウエハＷに限られず、例えばフラットパネルディスプレイ製造用のガラス基板などであってもよい。なお、今回開示された実施形態は、全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、添付の特許請求の範囲及びその趣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。

【0039】

〔評価試験〕
続いて、本技術に関連して行われた評価試験について説明する。
・評価試験１
評価試験１として、シリコンであるウエハＷに、ＳＯＣ膜、ＳｉＡＲＣである反射防止膜、金属含有レジストからなるレジスト膜を順に形成し、当該レジスト膜を露光、現像してレジストパターンを形成した。そしてこのウエハＷを平面視縦横に分割して多数のチップとした。そのうちの複数のチップの表面に対して、光照射モジュール３と概ね同様の構成の試験装置を用いて光照射を行った。光照射部３５としては波長が１２０ｎｍ～４００ｎｍの光を放射可能な重水素ランプを用いたが、処理毎に当該光照射部３５を構成する窓部の材料を変更した。ウエハＷに向かう光のうち、窓部の材料によっては一部の波長の光が遮蔽される。つまり、チップによっては上記した範囲の波長のうち、一部の範囲の波長の光のみが照射されるようにした。

【0040】

上記の窓部の材料としてはＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、合成石英ガラスまたはホウケイ酸ガラスである。ＭｇＦ_２の窓部を用いた場合は波長１２０ｎｍ～４００ｎｍの光が、合成石英ガラスの窓部を用いた場合は波長１６０ｎｍ～４００ｎｍの光が、ホウケイ酸ガラスの窓部を用いた場合は波長２７０ｎｍ～４００ｎｍの光が、夫々チップに照射される。ＭｇＦ_２の窓部、合成石英ガラスの窓部、ホウケイ酸ガラスの窓部を夫々用いて光照射されたサンプル（以下、ＭｇＦ_２サンプル、合成石英サンプル、ホウケイ酸サンプルと記載する）について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により縦断面の画像を取得した。また、そのような光照射を行わなかったチップ（以下、比較用サンプルとする）についても、ＳＥＭにより縦断面の画像を取得した。そして、取得した各画像について比較した。

【0041】

さらに比較用サンプル、ＭｇＦ_２サンプル、合成石英サンプル、ホウケイ酸サンプルの各々について、水溶液であるＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）に６０秒間浸漬することでレジストパターンのウエットエッチングを行った。そして、そのようにウエットエッチングを行った各サンプルについて１０秒間洗浄処理を行い、ＳＥＭにより縦断面の画像を取得して互いに比較した。

【0042】

エッチング前の各サンプルの画像を比較した結果、レジストパターン７１の形状について大きな差違は確認されなかった。より具体的に述べると、各サンプルのレジストパターン７１の高さは略同じであると共に、概ね矩形状であった。このエッチング前の各サンプルの画像の中から代表して、比較用サンプルの画像から得られた模式図を図６に示している。図中、レジストパターンを７１、反射防止膜（ＳｉＡＲＣ膜）を７２、ＳＯＣ膜を７３として夫々示している。

【0043】

エッチング及び洗浄後における各サンプルの画像を比較した結果、レジストパターン７１の形状について、比較的大きな差が見られた。その洗浄後における各サンプルの画像から得られた模式図を図７Ａ～図７Ｄに示しており、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄが夫々、比較用サンプル、ＭｇＦ_２サンプル、合成石英サンプル、ホウケイ酸サンプルを表している。なお、各レジストパターン７１の高さの違いを示すために図７Ａ～図７Ｄでは、図６に示したエッチング前の比較用サンプルにおけるレジストパターン７１の底の高さ、上端面の高さに夫々点線、一点鎖線を引いて表示している。

【0044】

ホウケイ酸サンプルのレジストパターン７１については、表層がエッチングされることで、矩形性が崩れると共に高さが低下していた。合成石英サンプルのレジストパターン７１についても表層がエッチングされており、矩形性は比較的高いが、高さの低下及びＣＤの低下が見られた。また、比較用サンプルのレジストパターン７１についても表層がエッチングされており、高さの低下及びＣＤの低下が見られた。ＭｇＦ_２サンプルのレジストパターン７１については、他の各サンプルよりもエッチングが抑制されており、エッチング前と略同様の形状であった。

【0045】

各サンプルのレジストパターン７１においてエッチングされた部分は、図３で説明した金属Ｍの酸化物化が不十分となっていると考えられる。上記のように波長１２０ｎｍ～４００ｎｍの光が照射されたＭｇＦ_２サンプルは金属Ｍの酸化物化が十分になされているが、波長１６０ｎｍ～４００ｎｍの光が照射された合成石英サンプル、波長２７０ｎｍ～４００ｎｍの光が照射されたホウケイ酸サンプルは、この酸化の進行度が小さい。これは、１６０ｎｍ～４００ｎｍの波長の光については金属ＭとリガンドＬとの結合を切断可能であったとしても、金属Ｍを酸素と再結合させるにはエネルギーが十分では無かったことによると考えられる。そして、この評価試験１からは金属Ｍの酸化を進行させるためには１２０ｎｍ～１６０ｎｍ未満の波長の光の寄与が大きく、当該範囲の波長の光をウエハＷに照射することが好ましいことが確認された。

【0046】

・評価試験２
評価試験２として複数のウエハＷに夫々、評価試験１と同様の各膜を形成し、レジスト膜に露光、現像を行うことでレジストパターン７１を形成した。レジストパターン７１を形成した複数枚のウエハＷについて互いに異なる処理条件で、重水素ランプにより波長１２０ｎｍ～４００ｎｍの光照射を行った。詳しく述べると、光照射時において処理容器３１内に供給するＡｒガスの流量と処理容器３１内の圧力との組み合わせを、ウエハＷ毎に変更して処理を行った。

【0047】

そして、光照射を行ったウエハＷ、光照射を行わなかったウエハＷの各レジストパターン７１について撮像し、ＣＤと、パターンの溝幅の凹凸の指標であるＬＷＲ（Line Width Roughness）と、を測定した。その後、各ウエハＷにエッチングガスを供給し、レジストパターン７１をマスクとして反射防止膜７２をエッチングすることでパターンを形成した。この反射防止膜７２のパターンについて撮像し、ＣＤとＬＷＲとを測定した。以降は、現像後、エッチング前に取得したレジストパターン７１のＣＤ、ＬＷＲを総称してＡＤＩ（After Development Inspection）、エッチング後に取得した反射防止膜７２のＣＤ、ＬＷＲを総称してＡＥＩ（After Etching Inspection）として記載する。さらに、これらのＡＤＩ、ＡＥＩについてＣＤの差（ΔＣＤ＝ＡＤＩのＣＤ－ＡＥＩのＣＤ）を算出した。

【0048】

上記した光照射時のＡｒガスの流量と処理容器３１内の圧力との組み合わせは５通りであり、この５通りの処理条件による上記のＡＤＩ、ＡＥＩ、ΔＣＤの取得を評価試験２－１～２－５とする。具体的に処理条件を述べると、評価試験２－１はＡｒガスの流量を２０Ｌ／分、処理容器３１内の圧力を１００００Ｐａ、評価試験２－２はＡｒガスの流量を１５Ｌ／分、処理容器３１内の圧力を１００００Ｐａ、評価試験２－３はＡｒガスの流量を３０Ｌ／分、処理容器３１内の圧力を１００００Ｐａとした。そして、評価試験２－４はＡｒガスの流量を２０Ｌ／分、処理容器３１内の圧力を８０００Ｐａ、評価試験２－５はＡｒガスの流量を２０Ｌ／分、処理容器３１内の圧力が１２０００Ｐａとした。なお、ウエハＷへの光照射については、５０ｍＪ／ｃｍ^２となるように行った。また、光照射を行わないウエハＷに対するＡＤＩ、ＡＥＩ、ΔＣＤの取得を比較試験２とする。

【0049】

下記の表１は、評価試験２－１～２－５及び比較試験２の結果をまとめたものであり、表中の各数値の単位はｎｍである。この表１に示されるように、評価試験２－１～２－５のＡＥＩは比較試験２のＡＥＩよりも大きく、また評価試験２－１～２－５のΔＣＤは、比較試験２のΔＣＤよりも小さい。従って比較試験２に比べると、評価試験２－１～２－５ではエッチング中におけるレジストパターンのパターン細り（ＣＤの減少）が抑制され、それにより比較試験２に比べて反射防止膜７２のＣＤを大きくすることができることが示された。上記の評価試験１の結果と、この評価試験２の結果とから、１２０ｎｍ～１６０ｎｍ未満のＶＵＶ光を照射することで、レジストパターンのエッチング耐性を高くすることができることが分かる。

【表1】

【0050】

・評価試験３
評価試験２と同様に複数のウエハＷに各々レジストパターン７１を形成した後、ウエハＷ毎に異なる処理を行った後にウエハＷの上面を撮像し、ＡＤＩを測定した。評価試験３－１として、加熱モジュール２３による加熱を行った後にＡＤＩを測定した。従って、この評価試験３－１では実施形態で述べた処理と異なり、ＶＵＶ光の照射を行っていない。評価試験３－２として、波長１２０ｎｍ～４００ｎｍの光を照射した後にＡＤＩを測定した。評価試験３－３として、波長１２０ｎｍ～４００ｎｍの光の照射後、加熱モジュール２３による加熱を行った後にＡＤＩを測定した。また、比較試験３として、レジストパターン７１の形成後、光照射及び加熱処理を行っていないウエハＷについてＡＤＩを測定した。評価試験３－２、３－３において、ウエハＷへの光照射は５０ｍＪ／ｃｍ^２で行った。また、評価試験３－１、３－３において、ウエハＷは１６０℃に加熱された熱板に６０秒間載置することで行った。評価試験３－３においてウエハＷのへの光照射の終了後、熱板に載置されるまでの時間は３分とした。

【0051】

下記の表２は、評価試験３－１～３－３及び比較試験３の結果をまとめたものであり、表中の各数値の単位はｎｍである。表２に示すように評価試験３－１～３－３のＣＤは、比較試験３のＣＤよりも大きく、評価試験３－１～評価試験３－３のうち、評価試験３－３のＣＤが最も大きく、次いで評価試験３－２のＣＤが大きい。レジストパターン７１の表層からの酸化物化されていない金属Ｍの脱離が、評価試験３－３、３－２、３－１の順に少ないため、ＣＤについてこのような結果となったと考えられる。

【0052】

また、ＬＷＲが小さいほどパターンの表面の荒れが小さいが、表２に示すように当該ＬＷＲについては、評価試験３－３、３－２は比較試験３に比べて小さく、評価試験３－３のＬＷＲが最も小さかった。上記の評価試験１の結果とこの評価試験３の結果とから、１２０ｎｍ～１６０ｎｍ未満のＶＵＶ光を照射することでレジストパターン７１の硬度が高くなると共に表面の荒れが抑制される。そして、さらに当該ＶＵＶ光の照射後の加熱処理を行うことによって、よりパターンの硬度を高くし、表面の荒れを低減させることができることが分かる。

【表2】

【符号の説明】

【0053】

Ｗ ウエハ
３１ 処理容器
７１ レジストパターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】