JP2019004108A - 成膜方法、記憶媒体及び成膜システム - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、従来、ウェハ上の所定のパターン上にSOC(Spin On Carbon)膜やSOG(Spin On Glass)膜等の有機膜を形成し、その有機膜の表面すなわちレジスト液の塗布面を平坦化することが行われている(特許文献1参照)。
なお、前述のような大きなオーダーのピッチ及び深さの凹凸を表面に有するウェハWの場合も、レジスト液の回転塗布の際に、回転速度を例えば10〜50rpmまで落とせば、均一な膜厚のレジスト膜Rを得ることはできるが、ここまで回転速度を落とすと、スループットが低下し、生産性に影響が出てしまう。
図示するように、レジスト膜乾燥時の回転数が、通常の回転数である1500rpmであると、レジスト膜の膜厚は7μm以下と小さいが、外側に向けて徐々に小さくなっており、面内で不均一である。それに対し、レジスト膜乾燥時の回転数が、500rpmと遅い場合、レジスト膜の膜厚は、当該レジスト膜の目標の膜厚である7μmの1.8倍以上である約14μmと大きいが、面内で均一となる。
図3に示すように、ウェハWの凸部上のレジスト膜の膜厚が大きいほど、レジスト膜の凹凸の深さが小さくなる。特にレジスト膜Rの膜厚が15μm以上であると、レジスト膜Rの凹凸の深さは6μm以下となる。
しかし、レジスト膜の膜厚が大きいと、該レジスト膜を所定のパターンで露光し現像しても適切な形状のレジスト膜をウェハWの凹部Bに得ることができない。
図4は、第1の実施形態にかかる成膜システムとしての基板処理システム1の内部構成の概略を示す説明図である。図5及び図6は、各々基板処理システム1の内部構成の概略を示す、正面図と背面図である。なお、以下では、基板処理システム1が、基板としてのウェハW上に塗布液としてレジスト液を塗布し、塗布膜としてレジスト膜を形成する例で説明する。また、基板処理システム1で処理されるウェハの表面には予めシリコン酸化膜(SiO2膜)等の所定のパターンが積層されて図17を用いて説明したような凹凸、すなわち、凸部及び凹部の幅が大きく凹部のアスペクト比(凹部の幅に対する凹部の深さの比)が低い凹凸が形成されている。
酸処理装置32は、レジスト膜の表面を現像液に可溶な状態に変質させる「表面処理」として、ウェハWのレジスト膜の表面に酸を塗布する酸処理を行うものであり、図7及び図8に示すように、内部を密閉可能な処理容器100を有している。処理容器100のウェハ搬送装置70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。
また、塗布処理装置31で形成される厚膜R´の下地であるウェハWの表面に凹凸が形成されているため、厚膜R´自体の表面にも凹凸が形成される。しかし、上述のような膜厚を厚くすることにより厚膜R´の表面の凹凸の深さH2は所定値以下、例えば下地であるウェハWの凹凸の深さの0.9倍以下となる。
言い換えると、塗布処理装置31では、上記凹凸の深さH2が所定値以下でありレジスト膜Rの目標の膜厚より厚い塗布膜である厚膜R´を形成する。
なお、厚膜R´を形成するため、塗布処理装置31では、ウェハWの回転速度、特に、レジスト液供給停止後のレジスト液の乾燥工程におけるウェハWの回転速度は低速とされる。具体的には、乾燥工程におけるウェハの回転速度は300〜750rpmである。当該乾燥工程の時間は30〜90秒である。
そして、ウェハWは、酸処理装置32に搬送される。酸処理装置32に搬入されたウェハWは、回転されながら、図9(B)に示すように、塗布ノズル122から酸Sが供給される。供給された酸Sは遠心力により厚膜R´の表面全面に拡散されて、図9(C)に示すように、当該厚膜R´の上部R1が現像液に対して可溶な状態に変質される。具体的には、厚膜R´の上部に位置するポリマーが脱保護され、より具体的には、上記保護基が、酸Sによって、現像液に対してポリマーが可溶となる現像可溶極性基へと変えられる。
なお、厚膜R´の上部R1の除去処理すなわちエッチバック処理を、酸処理及び現像処理で行う場合、これらの処理を複数回繰り返すことで上記目標の膜厚のレジスト膜Rを得るようにしてもよい。また、1回の除去処理で除去する量は、塗布する酸の濃度や量で調整することができる。
また、本実施形態で形成されるレジスト膜は、表面の凹凸の深さが小さいため、すなわち、レジスト膜が平坦であるため、上記パターンそれぞれのCDを向上させることができる。
さらに、本実施形態では、レジスト液の回転塗布の際の回転速度は低く、エッチバック処理が必要となるが、回転速度を10〜50rpmまで落とした場合に比べればスループットにほとんど影響がない。
なお、下地のウェハWの凹凸の深さやレジスト膜の凹凸の深さがμmオーダーである場合、レジスト膜の膜厚が、図17に示すように、ウェハWの同一の凹部上において径方向の両端で不均一であると、上記両端の一方においてデフォーカスとなることがある。しかし、本実施形態で形成されるレジスト膜の膜厚は、上記両端で略同一となっているため、パターン露光時に露光光のデフォーカスが同一の凹部の上記両端で生じない。したがって、適切な形状の上記パターンを形成することができる。
図10は、酸と現像液を用いた除去処理後のレジスト膜に対しても、パターン露光と現像によるパターン形成を行うことができるか否かの確認試験結果を示す図であり、パターン形成後のレジスト膜Rの断面を示している。
この確認試験は、ベアシリコンウェハW´すなわち表面が平坦なウェハ´上のレジスト膜に対するものであるが、凸部及び凹部の幅が大きく凹部のアスペクト比が低い凹凸があるウェハ上でも同様な結果が得られると考えられる。
前述の例では、レジスト膜の塗布処理と酸処理とを別々の装置で行っていたが、上記塗布処理と酸処理の両方を同一の装置で行ってもよい。
このように同一の装置で行う場合、該装置は、図11に示すような、ウェハWの回転に伴って飛散するレジスト膜と酸の両方を回収するカップ112を備えることが好ましい。カップ112は、ウェハWより外側の領域の側方及び上部を覆うカップ本体112aと、該カップ本体112aすなわちウェハWに対し上下方向に移動可能な可動カップ112bとを有する。このカップ112では、例えば、酸処理の際に可動カップ112bを上昇させることで、回転するウェハWから飛散した酸を、可動カップ112bの下側を通させ、カップ本体112aの内側流路112cに導入させて回収する。また、カップ112では、レジスト液の塗布処理の際に可動カップ112bを下降させることで、回転するウェハWから飛散したレジスト液を、可動カップ112bの上側を通させ、カップ本体112aの外側流路112dに導入される。これにより、酸の排液とレジスト液の排液を混合させずに別々に回収することができる。
また、同一の装置で行う処理は、酸処理と現像処理であってもよい。
以上の第1の実施形態では、厚膜の上部を現像液に可溶な状態に変質させる表面処理として酸処理を行っていたが、本実施形態は、該表面処理として、紫外線照射処理を行うものである。
図14及び図15の紫外線処理装置42は、レジスト膜の表面を現像液に可溶な状態に変質させる「表面処理」として、ウェハWのレジスト膜の表面に紫外線を照射する紫外線照射処理を行うものであり、内部を閉鎖可能な処理容器130を有している。処理容器130のウェハ搬送装置73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。
なお、厚膜R´の上部R1の除去処理で除去する量は、紫外線の照射量で調整することができる。
図16は、紫外線と現像液を用いた除去処理後のレジスト膜に対しても、パターン露光と現像によるパターン形成を行うことができるか否かの確認試験結果を示す図であり、パターン形成後のレジスト膜Rの断面を示している。
この確認試験は、ベアシリコンウェハW´すなわち表面が平坦なウェハ´上のレジスト膜に対するものであるが、凸部及び凹部の幅が大きく凹部のアスペクト比が低い凹凸があるウェハ上でも同様な結果が得られると考えられる。
また、以上の実施形態でレジスト膜の形成対象とするウェハは、以下の条件を満たすウェハである。すなわち、凹凸の凹部の幅に対する凹部の深さの比であるアスペクト比が0.0002〜0.8である凹凸を有するウェハである。このウェハが、凹部の深さが1〜8μmであり、凹凸の凸部及び凹部の幅が10〜5000μmである場合、従来の一般的な方法ではウェハ面内でレジスト膜の膜厚が不均一となるが、本実施形態によれば、ウェハ面内で均一の膜を得ることができる。
6 制御部
30 現像処理装置
31 塗布処理装置
32 酸処理装置
33 現像処理装置
40 熱処理装置
42 紫外線処理装置
なお、前述のような大きなオーダーのピッチ及び深さの凹凸を表面に有するウェハWの場合も、レジスト液の回転塗布の際に、回転速度を例えば10〜50rpmまで落とせば、均一な膜厚のレジスト膜Rを得ることはできるが、そのように低い回転速度にまで落とすと、スループットが低下し、生産性に影響が出てしまう。
また、塗布処理装置31で形成される厚膜R´の下地であるウェハWの表面に凹凸が形成されているため、厚膜R´自体の表面にも凹凸が形成される。しかし、上述のように膜厚を厚くすることにより厚膜R´の表面の凹凸の深さH2は所定値以下、例えば下地であるウェハWの凹凸の深さの0.9倍以下となる。
言い換えると、塗布処理装置31では、上記凹凸の深さH2が所定値以下でありレジスト膜Rの目標の膜厚より厚い塗布膜である厚膜R´を形成する。
なお、厚膜R´を形成するため、塗布処理装置31では、ウェハWの回転速度、特に、レジスト液供給停止後のレジスト液の乾燥工程におけるウェハWの回転速度は低速とされる。具体的には、乾燥工程におけるウェハの回転速度は300〜750rpmである。当該乾燥工程の時間は30〜90秒である。
なお、厚膜R´の上部R1の除去処理すなわちエッチバック処理を、酸処理及び現像処理で行う場合、これらの処理を複数回繰り返すことで上記目標の膜厚のレジスト膜Rを得るようにしてもよい。また、1回の除去処理で除去する量は、塗布する酸の濃度や量で調整することができる。
また、本実施形態で形成されるレジスト膜は、表面の凹凸の深さが小さいため、すなわち、レジスト膜が平坦であるため、上記パターンそれぞれのCDを向上させることができる。
さらに、本実施形態では、レジスト液の回転塗布の際の回転速度は低く、エッチバック処理が必要となるが、回転速度を10〜50rpmまで落とした場合に比べればスループットにほとんど影響がない。
なお、下地のウェハWの凹凸の深さやレジスト膜の凹凸の深さがμmオーダーである場合、レジスト膜の膜厚が、図17に示すように、ウェハWの同一の凹部N内の両端で異なっていると、上記両端の一方においてデフォーカスとなることがある。しかし、本実施形態で形成されるレジスト膜の膜厚は、上記両端で略同一となっているため、パターン露光時に露光光のデフォーカスが同一の凹部内の両端で生じない。したがって、適切な形状の上記パターンを形成することができる。
前述の例では、レジスト膜の塗布処理と酸処理とを別々の装置で行っていたが、上記塗布処理と酸処理の両方を同一の装置で行ってもよい。
このように同一の装置で行う場合、該装置は、図11に示すような、ウェハWの回転に伴って飛散するレジスト液と酸の両方を回収するカップ112を備えることが好ましい。カップ112は、ウェハWより外側の領域の側方及び上部を覆うカップ本体112aと、該カップ本体112aに対し上下方向に移動可能、すなわちウェハWに対しても上下方向に移動可能な可動カップ112bとを有する。このカップ112では、例えば、酸処理の際に可動カップ112bを上昇させることで、回転するウェハWから飛散した酸を、可動カップ112bの下側を通させ、カップ本体112aの内側流路112cに導入させて回収する。また、カップ112では、レジスト液の塗布処理の際に可動カップ112bを下降させることで、回転するウェハWから飛散したレジスト液を、可動カップ112bの上側を通させ、カップ本体112aの外側流路112dに導入される。これにより、酸の排液とレジスト液の排液を混合させずに別々に回収することができる。
Claims (7)
- 所定のパターンにより表面に凹凸が形成された基板上に塗布液を塗布して塗布膜を形成する成膜方法であって、
前記基板の表面上に前記塗布液を塗布し、前記表面上の前記塗布膜の凹凸の深さが所定値以下であり前記塗布膜の目標の膜厚より厚い前記塗布膜である厚膜を形成する工程と、
前記厚膜の表面を除去し、前記目標の膜厚の前記塗布膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記厚膜の膜厚は前記塗布膜の前記目標の膜厚の1.5倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記厚膜の膜厚は前記塗布膜の前記目標の膜厚の1.8倍以上であることを特徴とする請求項2に記載の成膜方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の成膜方法を成膜システムによって実行させるように、当該成膜システム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。
- 所定のパターンにより表面に凹凸が形成された基板上に塗布液を塗布して塗布膜を形成する成膜システムであって、
前記基板上へ塗布液の塗布処理を行い、前記塗布膜を形成する塗布処理装置と、
前記塗布膜の表面を変質させる表面処理を行う表面処理装置と、
前記表面処理された前記塗布膜の現像処理を行う現像装置と、
前記塗布処理により、前記基板の表面上の前記塗布膜の凹凸の深さが所定値以下であり前記塗布膜の目標の膜厚より厚い前記塗布膜である厚膜が形成されるように、前記塗布処理装置を制御し、前記表面処理及び前記現像処理により、前記厚膜の表面が除去され前記目標の膜厚の前記塗布膜が形成されるように前記表面処理装置及び前記現像装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする成膜システム。 - 前記表面処理装置は、前記表面処理として、前記塗布膜の表面に酸を塗布する酸処理を行う酸処理装置であることを特徴とする請求項5に記載の成膜システム。
- 前記表面処理装置は、前記表面処理として、前記塗布膜に紫外線を照射する紫外線照射処理を行う紫外線処理装置であることを特徴とする請求項5に記載の成膜システム。
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