JP2021047247A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンのＬＥＲを低減すること。【解決手段】実施形態の基板処理方法は、基板上に基板とは異なる材料によってパターンを形成し、パターンに液体を供給し、液体が供給されたパターンに、液体を解離させる波長よりも長い波長の光を照射し、液体は、水、または炭酸水である。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体の製造工程の様々な局面において、種々の材料を用いてパターンが形成される。このようなパターンが有するＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を低減することが望ましい。ＬＥＲはパターンの延伸方向の粗度である。

特開２０１７−１６８７８９号公報 特開２００９−２８０４３２号公報 特開２０１６−１７１１８９号公報 特開２０１８−１２０９６７号公報

１つの実施形態は、パターンのＬＥＲを低減することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

実施形態の基板処理方法は、基板上に前記基板とは異なる材料によってパターンを形成し、前記パターンに液体を供給し、前記液体が供給された前記パターンに、前記液体を解離させる波長よりも長い波長の光を照射し、前記液体は、水、または炭酸水である。

図１は、実施形態にかかる基板処理装置の構成の一例を模式的に示す横方向断面図である。 図２は、実施形態にかかる光照射ユニットの構成の一例を模式的に示す縦方向断面図である。 図３は、実施形態にかかるレジストパターンの凸部を、近接場光を利用して除去するメカニズムを模式的に示す図である。 図４は、実施形態にかかるテンプレートの構成の一例を示す模式図である。 図５は、実施形態にかかる基板処理方法の手順の一例を示すフロー図である。 図６は、実施形態の変形例にかかる基板処理方法の手順の一例を示すフロー図である。 図７は、実施例１及び比較例にかかるレジスト膜の表面粗さをＲＭＳで示すグラフである。 図８は、実施例２及び比較例にかかるレジスト膜の表面粗さをＲＭＳで示すグラフである。

以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
半導体を製造するにあたって、微細なレジストパターンが形成される場合がある。その一例としては、インプリント処理に用いられるテンプレートの製造がある。インプリント処理では、テンプレートに形成された微細なパターンをウェハ上のレジスト膜に転写し、これをマスクとしてウェハを加工することで微細なパターンが得られる。このようなテンプレートを製造するには、石英等の基板に例えば電子線描画等によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして基板を加工する。

テンプレート製造時のような微細なレジストパターンにおいては、レジストパターン表面の凹凸による微細なナノレベル程度の粗度がその後の工程に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、レジストパターンの延伸方向の粗度であるＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）の悪化により、隣り合うパターン同士が繋がってしまったり、パターンが途切れてしまったりすることがある。これが、例えば半導体装置の配線パターンに転写されれば、ショート不良や断線によるオープン不良となる。

ここで、石英部材等が有するナノレベルの粗度を低減するため、近接場光を用いた技術が知られている。

近接場光は、光の波長よりも小さい構造物に対して光を照射した場合に、その構造物の周りに局在的に生じる光である。近接場光は、構造物近傍において入射光よりも高いエネルギを持ち、その強度は構造物表面からの距離に応じて指数関数的に減少する。その性質を利用し、石英部材等の凸部に近接場光を発生させ、そのエネルギで凸部近傍の反応性物質を活性化させ、化学反応により凸部を除去して平坦化を図る。反応性物質としては、酸素ガス、塩素系ガス、塩素等の溶解液、次亜塩素酸水、過酸化水素水、ヨウ化カリウムとヨウ素との水溶液、極性基とハロゲンとの極性溶液等が用いられる。

実施形態は、反応性の低い純水等の水を用いた近接場光によるレジストパターンの平坦化技術に関する。以下、図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。

（基板処理装置の構成例）
図１は、実施形態にかかる基板処理装置１の構成の一例を模式的に示す横方向断面図である。基板処理装置１は、例えば近接場光を用いてレジストパターンのＬＥＲを低減する処理を行う装置として構成されている。レジストパターンと反応させる液体としては水を用いることができる。基板処理装置１においては、レジストパターン等への汚染を抑制するため、より純度の高い純水または超純水等を用いることが好ましい。基板処理装置１で用いられる純水は、例えば二酸化炭素が微量添加されることで、２３℃での比抵抗値が０．１ＭΩｃｍ以上１．０ＭΩｃｍ以下を示すように調整された純水（炭酸水）であってもよい。

図１に示すように、基板処理装置１は、カセットユニット１０、搬送ユニット２０、アライメントユニット３０、純水供給ユニット４０、光照射ユニット５０、及び乾燥ユニット６０を備える。カセットユニット１０と、アライメントユニット３０、純水供給ユニット４０、光照射ユニット５０、及び乾燥ユニット６０とは、搬送ユニット２０を挟んで両側に設けられている。

搬入出部としてのカセットユニット１０は、例えば石英等の基板が入った収納容器１１が載置され、載置された収納容器１１と基板処理装置１との間で基板の搬入出が可能に構成される。なお、収納容器１１に収納される基板には、微細なレジストパターンが形成されている。

搬送室としての搬送ユニット２０は、基板処理装置１が備える各ユニット間で基板を搬送することが可能に構成される。搬送ユニット２０内には、搬送アーム２３を有する搬送ロボット２２が設置されている。搬送ロボット２２は、搬送ユニット２０内を縦断するレール２１に据え付けられ、搬送ユニット２０内を縦断することが可能に構成される。これにより、搬送ロボット２２は、各ユニット位置に移動して、搬送アーム２３により各ユニットに対する基板の搬入出を行うことができる。

また、搬送ユニット２０の純水供給ユニット４０、光照射ユニット５０、及び乾燥ユニット６０に対応する位置の床にはトレイ２４が設けられている。トレイ２４には、搬送ユニット２０外へと連通する排管２５が接続されている。後述するように、これらの純水供給ユニット４０、光照射ユニット５０、及び乾燥ユニット６０間は、純水が供給された基板の搬送経路となっている。このため、基板からこぼれた純水が基板処理装置１外に素早く排出される構成となっている。

搬送ユニット２０は、トレイ２４及び排管２５に替えて、あるいは加えて、搬送アーム２３下方に、排液チューブに接続された受け皿を備えていてもよい。

搬送ユニット２０は、搬送中の基板から純水がこぼれることによる基板の乾燥を抑制するため、搬送中の基板に純水を供給する機構を備えていてもよい。

アライメント室としてのアライメントユニット３０は基板の位置合わせが可能に構成される。アライメントユニット３０は、基板が載置されるステージ３１を備える。ステージ３１は縦横、つまり、Ｘ方向、及びＸ方向とステージ３１平面において直交するＹ方向に駆動可能に構成される。

また、アライメントユニット３０には、アライメントユニット３０の上下方向にレーザ光等を照射する図示しない照射装置が設けられている。基板を載置したステージ３１が、照射装置からのレーザ光を横切ることで生じる基板からの反射光等に基づき、基板の外縁部を特定してアライメントをすることができる。

第１の処理室としての純水供給ユニット４０は、基板に形成されたレジストパターンに純水を供給することが可能に構成される。純水供給ユニット４０は、基板が載置されるホットプレート４１と、ホットプレート４１上に載置された基板に純水を供給可能なノズル４２とを備える。

ホットプレート４１は、基板の温度を例えば２５℃以上８０℃以下に調整可能である。ノズル４２は純水を供給可能な図示しない供給管の一端に接続されている。供給管の他端は例えば純水が貯留された図示しないタンクに接続される。タンクは、例えば基板処理装置１外に設置される。例えば、供給管およびタンクにヒータが設置され、基板に供給される純水の温度を調整可能に構成されていてもよい。

純水供給ユニット４０は、ノズル４２の代わりに純水が貯留された浸漬槽を備えていてもよい。純水供給ユニット４０内に搬入された基板は浸漬槽に浸漬された後、上述のホットプレート４１に載置されて適温に調整される。

上記いずれかの構成により、レジストパターンが形成された基板には、表面張力で基板の全面に純水が盛り上がった状態となるまで純水が供給される。このような基板の状態を液盛り状態とも言うことがある。

液盛り状態となった基板は、上述の搬送ユニット２０を経て光照射ユニット５０へと搬送される。純水供給ユニット４０または搬送ユニット２０は、液盛り状態となった基板を搬送する際、基板の純水供給面に対向する側にダミー基板等のような構成を配置する機構を有していてもよい。液盛り状態の純水が基板とそれに対向する構成とに挟まれた状態となることで、基板から純水がこぼれ落ちてしまうのを抑制することができる。またこれにより、搬送時の基板の乾燥も抑制することができる。

第２の処理室としての光照射ユニット５０は、純水が供給された基板に光を照射することが可能に構成されている。また、光照射ユニット５０は、ポンプ５８を備え、光照射ユニット５０内の圧力が調整可能に構成される。これらの構成の詳細については後述する。

光照射ユニット５０は、基板が載置されるステージ５１を備える。ステージ５１の周囲には、基板からこぼれた純水を排出する排出路５４がステージ５１を中心として放射状に設けられている。排出路５４には、光照射ユニット５０外へと連通する排管５５が接続されている。

第３の処理室としての乾燥ユニット６０は、純水が供給された基板を乾燥することが可能に構成されている。乾燥ユニット６０は、基板を固定するチャック６２を有するスピナ６１を備える。スピナ６１上に載置され、チャック６２により固定された基板は、スピナ６１が高速回転することで回転乾燥される。基板ＳＢから飛散した純水は、乾燥ユニット６０が備える回収機構（不図示）によって回収される。

乾燥ユニット６０は、回転乾燥に替えて、あるいは加えて、基板にドライエア等の気体を吹き付ける機構を備えていてもよい。

なお、純水供給ユニット４０のホットプレート４１及び光照射ユニット５０のステージ５１の少なくともいずれかにおいても基板を固定するチャックが設けられていてもよい。

制御部７０は、基板処理装置１の各部を制御する。すなわち、制御部７０は、搬送ユニット２０の搬送ロボット２２及び搬送アーム２３を制御して、各ユニット間で基板の搬送を行わせる。また、制御部７０は、アライメントユニット３０のステージ３１及び照射装置を制御して基板のアライメントをさせる。また、制御部７０は、純水供給ユニット４０のホットプレート４１及びノズル４２を制御して、基板の温度を調整させつつ基板に純水を供給させる。また、制御部７０は、光照射ユニット５０の各部を制御して、光照射ユニット５０内の圧力を調整させつつ基板に光を照射させる。また、制御部７０は、乾燥ユニット６０のスピナ６１及びチャック６２を制御して、スピナ６１上の基板をチャック６２で固定させつつスピナ６１を回転させて基板を乾燥させる。

（光照射ユニットの構成例）
次に、図２を用いて、基板処理装置１の光照射ユニット５０の詳細の構成例について説明する。図２は、実施形態にかかる光照射ユニット５０の構成の一例を模式的に示す縦方向断面図である。

図２に示すように、光照射ユニット５０は、光照射ユニット５０内の圧力調整が可能な密閉容器として構成される。光照射ユニット５０の一方の側壁にはバルブ５７が設けられたガス供給管５６が接続されている。光照射ユニット５０の他方の側壁には、バタフライバルブ５９等を介してポンプ５８が接続され、光照射ユニット５０内の雰囲気を排気することが可能である。

ガス供給管５６には、ニードルバルブやマスフローコントローラ等の流量調整装置が設けられていてもよい。ガス供給管５６の他端には図示しないガスボンベが接続され、所定のガスを光照射ユニット５０内に供給可能である。

所定のガスとしては、後述する照明装置５３から照射される光の波長よりも短い波長の光でなければ解離しないガスであることが好ましい。すなわち、照明装置５３から照射される光のエネルギによって解離しないガスであることが好ましい。具体的には、所定のガスとして、例えば酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び酸化窒素等を用いることができる。

光照射ユニット５０内に供給するガスの供給量と、バタフライバルブ５９によりポンプ５８の排気量とを調整することで、光照射ユニット５０内の圧力を調整することができる。光照射ユニット５０内の圧力は、例えば数パスカル〜数十パスカル程度とすることが好ましい。

光照射ユニット５０内の中央部には、基板ＳＢが載置されるステージ５１が配置されている。ステージ５１は、純水供給ユニット４０のホットプレート４１と同様に、基板ＳＢの温度を例えば２５℃以上８０℃以下に調整可能に構成されていてもよい。

光照射ユニット５０上面のステージ５１に対向する位置には窓５２が配置されている。光照射ユニット５０の外部であって窓５２の上方には、例えばＬＥＤ等の照射部としての照明装置５３が配置されている。照明装置５３が発する光ＬＴは白色光またはレーザ光とすることができる。レーザ光の波長は、例えば純水のＯ−Ｈ結合を解離させる波長である２５８ｎｍよりも長波長の光であることが好ましい。つまり、照明装置５３は、純水を解離させない波長の光ＬＴを照射することが好ましい。

照明装置５３からの光ＬＴは、光照射ユニット５０上面の窓５２を透過し、ステージ５１上に載置された基板ＳＢに照射される。ここで、照明装置５３からの光ＬＴとして例えば白色光を用いた場合、照度は、例えば５０ｃｍの距離において、１５０００ルクス以上、好ましくは２２５００ルクス以上であって、例えば３００００ルクスとすることができる。またこのとき、図示しないフレネルレンズ等を用いて照度を上げてもよい。

光照射ユニット５０は、光照射ユニット５０上面の窓５２及び照明装置５３に替えて、あるいは加えて、ステージ５１側に照明装置を備えていてもよい。テンプレートに用いられる石英等の基板ＳＢは透明であるので、レジストパターンが設けられた側の裏面から光を照射することも可能である。

上記構成により、基板ＳＢに形成されたレジストパターンの凸部に近接場光が生じ、レジストパターンのＬＥＲが低減される。詳細については後述する。

光照射ユニット５０の床は、例えばステージ５１が配置される中央部分が最も高く、光照射ユニット５０の側壁側へ向かって低くなっていく傾斜を備えている。このように傾斜した光照射ユニット５０の床には、例えば基板ＳＢからこぼれた純水ＤＩＷを排出する排出路５４が設けられている。排出路５４は、光照射ユニット５０外へと連通する排管５５と接続されている。

これにより、例えば基板ＳＢから純水ＤＩＷが光照射ユニット５０内にこぼれても、光照射ユニット５０内から純水ＤＩＷを素早く輩出することができ、光照射ユニット５０内の圧力を一定に保つことができる。

制御部７０は、光照射ユニット５０の各部を制御する。すなわち、制御部７０はガス供給管５６に設けられたバルブ５７を制御して、光照射ユニット５０内に所定のガスを供給させる。また、制御部７０はポンプ５８及びバタフライバルブ５９を制御して、光照射ユニット５０内の雰囲気を排気させる。また、制御部７０は照明装置５３を制御して、ステージ５１に載置された基板に光ＬＴを照射させる。

（メカニズム）
次に、図３を用いて、近接場光を用いてレジストパターンＲＰのＬＥＲを低減する際のメカニズムについて説明する。図３は、実施形態にかかるレジストパターンＲＰの凸部を、近接場光を利用して除去するメカニズムを模式的に示す図である。

図３に示すレジストパターンＲＰは、例えば石英等の基板ＳＢ上に電子線描画を用いて形成されたものである。レジストパターンＲＰは、レジスト材や電子線描画に起因するナノレベルの微細な凹凸を有している。

ここで、レジストパターンＲＰは、ラインアンドスペース等の線状のパターンでもよく、ドットパターンや穴を有するパターン等でもよい。ドットパターンにおけるＬＥＲは、パターンの延伸方向である外周方向の粗度、つまり、ドットの側壁の粗度と定義される。穴を有するパターンにおけるＬＥＲは、パターンの延伸方向である穴の内周方向の粗度、つまり、穴の内壁の粗度と定義される。

図３（ａ）に示すように、純水供給ユニット４０において、上記のようなレジストパターンＲＰが形成された基板ＳＢに純水を供給する。そして、基板ＳＢに供給した純水を液盛り状態としたまま、基板ＳＢをホットプレート４１上に所定温度で所定時間保持する。このときの温度は例えば８０℃程度とすることができる。また、保持時間を１５分以上１８０分以下であって、例えば３０分とすることができる。

後述する近接場光を用いたレジストパターンＲＰの凸部の除去に際しては、レジストパターンＲＰの外側に存在する純水だけでなく、レジストパターンＲＰの内部に含浸した純水によっても反応が進行することが判っている。上記のように、基板ＳＢに純水を液盛りした状態にて所定温度で所定時間保持することで、レジストパターンＲＰ内部への純水の含浸を促進させることができる。

図３（ｂ）に示すように、光照射ユニット５０において、純水を液盛り状態とした基板ＳＢ上に光ＬＴを照射する。基板ＳＢへの光ＬＴの照射時間は１５分以上１８０分以下であって、例えば３０分とすることができる。

これにより、レジストパターンＲＰの微細な凸部に近接場光ＮＦＬが発生する。そして、近接場光ＮＦＬのエネルギにより、レジストパターンＲＰの凸部の近傍に存在する純水の水分子を以下のように解離させる。レジストパターンＲＰの凸部近傍の水分子には、レジストパターンＲＰ内部に含浸した水分子も含まれる。

Ｈ_２Ｏ→ＯＨ^＊＋Ｏ^＊

上記のように解離した活性種のうち、主にＯＨ^＊がレジストパターンＲＰの凸部を構成するレジスト材と化学反応を起こす。上述のように、近接場光は、凸部からの距離に応じて急速に減衰する。このため、主にレジストパターンＲＰの凸部が選択的に除去される。

図３（ｃ）に示すように、凸部が除去されてＬＥＲが低減されたレジストパターンＲＰが得られる。

なお、上記のように、減圧下にて所定のガスの雰囲気中で上記処理を行うことで、近接場光のエネルギを利用した光化学反応が促進される。具体的には、不活性ガスである窒素の分圧を大気中における分圧よりも下げ、より活性な酸素の分圧を上げることで、光化学反応が促進されると考えられる。加えて、基板ＳＢが載置されるステージ５１を温度調整可能に構成し、基板ＳＢの温度を例えば８０℃程度に保持することで、よりいっそう純水とレジスト材との化学反応を促進することができる。

その後、側壁が平滑化され、ＬＥＲが改善されたレジストパターンＲＰをマスクに基板ＳＢをエッチング加工する。これにより、微細パターンを有するテンプレートが得られる。

図４は、実施形態にかかるテンプレートＴＭの構成の一例を示す模式図である。図４（ａ）はテンプレートＴＭの縦方向断面図であり、図４（ｂ）はテンプレートＴＭの平面図である。

図４に示すように、テンプレートＴＭは、表面にメサ部ＭＳを有し、裏面にザグリＣＢを有する基板ＳＢを備える。基板ＳＢのメサ部ＭＳ及びザグリＣＢは、上述のレジストパターンＲＰ等が形成される前に、機械加工等により形成されたものである。

メサ部ＭＳ上には、上述のレジストパターンＲＰをマスクに形成された微細パターンＰＴが配置されている。微細パターンＰＴは、レジストパターンＲＰのＬＥＲが踏襲され、比較的平滑な側壁を有する低ＬＥＲのパターンである。一例として、微細パターンＰＴは、例えばハーフピッチで十数ｎｍのパターンを有し、ＬＥＲが３σで数ｎｍ以下である。

（基板処理方法）
次に、図５を用いて、基板処理装置１における基板処理方法について説明する。図５は、実施形態にかかる基板処理方法の手順の一例を示すフロー図である。

図５に示すように、アライメントユニット３０で基板ＳＢがアライメントされる（ステップＳ１０１）。

より具体的には、レジストパターンＲＰが形成された基板ＳＢは収納容器１１に収納され、収納容器１１はカセットユニット１０に載置される。搬送ユニット２０の搬送アーム２３が収納容器１１内の基板ＳＢをピックアップし、アライメントユニット３０内のステージ３１に載置する。

アライメントユニット３０内では、照射装置がレーザ光を発した状態で、基板ＳＢが載置されたステージ３１が縦横に動くことで、レーザ光が基板ＳＢにより反射されるなどして基板ＳＢの外縁部が検出される。制御部７０は、検出された基板ＳＢの外縁部の位置情報に基づき、基板ＳＢが所定位置となるようステージ３１位置を調整する。これにより、再び搬送アーム２３にピックアップされた基板ＳＢは、純水供給ユニット４０、光照射ユニット５０、及び乾燥ユニット６０の各ユニット内の正しい位置に搬送されることができる。

次に、純水供給ユニット４０で基板ＳＢに純水が塗布される（ステップＳ１０２）。

より具体的には、搬送ユニット２０の搬送アーム２３が、アライメントユニット３０内の基板ＳＢをピックアップし、純水供給ユニット３０のホットプレート４１に載置する。そして、ホットプレート４１により所定温度に調整された基板ＳＢ上に、ノズル４２から純水が供給される。これにより、基板ＳＢは液盛り状態となる。

その後、基板ＳＢはホットプレート４１上に所定温度で所定時間保持される（ステップＳ１０３）。この間、基板ＳＢに形成されたレジストパターンＲＰへの純水の含浸が進行するものと考えられる。

次に、光照射ユニット５０で基板ＳＢに所定時間、光ＬＴが照射される（ステップＳ１０４）。

より具体的には、搬送ユニット２０の搬送アーム２３が、純水供給ユニット４０内の基板ＳＢをピックアップし、光照射ユニット５０のステージ５１に載置する。このとき、純水が液盛り状態となった基板ＳＢから純水がこぼれても、搬送ユニット２０内の床に設置されたトレイ２４及び排管２５により、こぼれた純水は速やかに基板処理装置１外へと排出される。また、光照射ユニット５０内にこぼれた純水は、排出路５４及び排管５５により速やかに基板処理装置１外へと排出される。

光照射ユニット５０では、ポンプ５８が作動して光照射ユニット５０内が減圧とされ、また、ガス供給管５６のバルブ５７が開いて光照射ユニット５０内に所定のガスが供給される。さらに、このときのガスの供給量およびバタフライバルブの開度をそれぞれ調整することで、光照射ユニット５０内が所定の圧力に調整される。

この状態で、照明装置５３から光ＬＴが照射される。照明装置５３からの光ＬＴは、光照射ユニット５０の窓５２を透過してステージ５１上の基板ＳＢに照射される。

これにより、近接場光のエネルギで解離したＯＨ^＊との化学反応によって、基板ＳＢ上のレジストパターンＲＰの凸部が除去される。このとき、ステージ５１に温調機能を持たせることにより基板ＳＢの温度を所定温度に保つようにしてもよい。

所定時間が経過したら、照明装置５３による光ＬＴの照射を終了する。そして、ガス供給管５６のバルブ５７を閉じ、また、ポンプ５８を停止させる。

次に、乾燥ユニット６０で基板ＳＢが回転乾燥される（ステップＳ１０５）。

より具体的には、搬送ユニット２０の搬送アーム２３が、光照射ユニット５０内の基板ＳＢをピックアップし、乾燥ユニット６０のスピナ６１に載置する。このとき、純水が液盛り状態となった基板ＳＢから純水がこぼれても、搬送ユニット２０内の床に設置されたトレイ２４及び排管２５により、こぼれた純水は速やかに基板処理装置１外へと排出される。

スピナ６１に載置された基板ＳＢはチャック６２により固定される。この状態で、スピナ６１が高速回転し、基板ＳＢ上の純水が遠心力によって飛散することにより、基板ＳＢが回転乾燥される。

以上により、実施形態の基板処理装置１における基板処理が終了する。その後、基板ＳＢを減圧下に置き、所定温度で保持することで、より確実に基板ＳＢの乾燥を行ってもよい。これにより、例えばレジストパターンＲＰの内部に含浸していた純水も除去することができる。

（比較例）
比較例の基板処理方法においては、レジストパターンのＬＥＲ改善のため、電子線描画の性能向上を図ったり、レジスト材の改善を図ったりすることで対応している。しかしながら、例えばナノオーダのパターンを有するレジストパターンに対しては、これらの改善策には限界がある。

上述のように、近接場光のエネルギを利用した化学反応により、所定の部材の凸部を除去する技術が知られている。その場合、ハロゲン系ガスや塩素等の溶解液等を反応性物質として用いて平滑化させたい部材と反応させる。しかし、電子線描画等により形成された微細なレジストパターンにこのような技術を適用すると、凸部以外の部分にも反応性物質による影響が及び、パターンサイズの変化等、レジストパターン自体にダメージを与えてしまう場合がある。

実施形態の基板処理方法によれば、レジストパターンＲＰに対して純水を用いて化学反応を起こさせる。レジスト材と純水とは、そのままでは化学反応を起こさない。つまり、純水はレジスト材との反応性を有さず、または、極めて低い反応性しか有さない。このような液体を用いることで、レジストパターンＲＰの凸部を選択的に除去することができる。よって、レジストパターンＲＰの側壁を平滑化してＬＥＲを改善することができる。

実施形態の基板処理方法によれば、純水を供給して液盛り状態とした基板ＳＢを所定温度で所定時間保持する。これにより、基板ＳＢ上のレジストパターンＲＰへの純水の含浸を促進させることができる。レジストパターンＲＰの内部に含浸した純水は、近接場光を用いたレジスト材との化学反応に寄与し、レジストパターンＲＰの凸部の除去をよりいっそう促進させることができる。

実施形態の基板処理方法によれば、基板ＳＢに対して減圧下で光ＬＴを照射する。これにより、大気中よりも窒素の分圧が下がり、相対的に酸素の分圧が高まる。このような雰囲気で光ＬＴを照射することで、近接場光による化学反応を促進させることができる。

実施形態の基板処理装置１によれば、純水を供給して液盛り状態とした基板ＳＢを所定温度で所定時間保持可能な純水供給ユニット４０を備える。これにより、レジストパターンＲＰへの純水の含浸を促進させることができる。

実施形態の基板処理装置１によれば、純水を供給した基板ＳＢに減圧下で光を照射する光照射ユニット５０を備える。これにより、光照射ユニット５０中の窒素の分圧を下げて、近接場光によるレジスト材とＯＨ^＊との化学反応を促進させることができる。

実施形態の基板処理装置１によれば、光照射ユニット５０は排出路５４及び排管５５を備える。これにより、光照射ユニット５０内にこぼれた純水を速やかに排出し、光照射ユニット５０内の圧力を一定に保つことができる。

実施形態の基板処理装置１によれば、搬送ユニット２０はトレイ２４及び排管２５を備える。これにより、純水が液盛りされた基板ＳＢの搬送時、基板ＳＢからこぼれた純水を基板処理装置１外へと速やかに排出することができる。

実施形態のテンプレートＴＭによれば、純水から解離したＯＨ^＊とレジスト材との化学反応により凸部が除去され、ＬＥＲが改善されたレジストパターンＲＰをマスクに形成された微細パターンＰＴを有する。これにより、低ＬＥＲの微細パターンＰＴが得られる。また、このような微細パターンＰＴが、半導体基板等のウェハ上のレジスト膜に更に転写されることで、ウェハを所望の精度で加工することができる。

（変形例）
次に、図６を用いて、実施形態の変形例の基板処理方法について説明する。変形例の基板処理方法では、光ＬＴの照射を行う際、基板ＳＢを液盛り状態としない点が、上述の実施形態とは異なる。変形例の基板処理方法も、上述の実施形態の基板処理装置１にて実施される。

図６は、実施形態の変形例にかかる基板処理方法の手順の一例を示すフロー図である。図６に示すように、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３までの処理は、上述の実施形態の図５におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様に実施される。

ステップＳ２０３において、液盛り状態の基板ＳＢを所定温度で所定時間保持した後、乾燥ユニット６０で基板ＳＢが回転乾燥される（ステップＳ２０４）。

より具体的には、搬送ユニット２０の搬送アーム２３が、純水供給ユニット４０内の基板ＳＢをピックアップし、乾燥ユニット６０のスピナ６１に載置する。スピナ６１に載置された基板ＳＢはチャック６２により固定される。この状態で、スピナ６１が高速回転し、基板ＳＢ上の純水が遠心力によって飛散することにより、基板ＳＢが回転乾燥される。

次に、光照射ユニット５０で基板ＳＢに所定時間、光ＬＴが照射される（ステップＳ２０５）。

より具体的には、搬送ユニット２０の搬送アーム２３が、乾燥ユニット６０内の基板ＳＢをピックアップし、光照射ユニット５０のステージ５１に載置する。ポンプ５８により光照射ユニット５０内を減圧とし、ガス供給管５６のバルブ５７を開いて所定ガスを供給する。照明装置５３からステージ５１上の基板ＳＢに光ＬＴを照射する。

ここで、乾燥ユニット６０にて回転乾燥された基板ＳＢ表面は純水が除去された状態である。しかし、基板ＳＢ上のレジストパターンＲＰの内部には含浸した純水が残っている。したがって、基板ＳＢが液盛り状態となっていなくとも、レジストパターンＲＰ内の純水が近接場光によりＯＨ^＊を解離させ、このＯＨ^＊と凸部のレジスト材との間で化学反応が進行する。これにより、レジストパターンＲＰの凸部が除去され、レジストパターンＲＰのＬＥＲを低減することができる。

所定時間が経過したら、照明装置５３による光ＬＴの照射を終了し、ガス供給管５６のバルブ５７を閉じ、また、ポンプ５８を停止させる。

以上により、実施形態の変形例の基板処理が終了する。その後、基板ＳＢを減圧下に置き、所定温度で保持することで、追加乾燥を行ってもよい。

変形例の基板処理方法によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

変形例の基板処理装置１によれば、純水供給ユニット４０での基板ＳＢへの純水供給後、基板ＳＢを乾燥ユニット６０に搬送して回転乾燥させる。そして、さらに、乾燥ユニット６０の基板ＳＢを光照射ユニット５０へと搬送して光照射を行う。これにより、液盛り状態での基板ＳＢの搬送区間が短くなる。よって、基板ＳＢからの純水こぼれを抑制し、基板処理装置１内をクリーンに保つことができる。また、基板ＳＢのハンドリングが容易となる。

なお、上述の実施形態等では、解離した活性種のうちＯＨ^＊が、レジスト材との化学反応に寄与することとしたが、これに限られない。解離した活性種のうちＯ^＊が、レジスト材との化学反応に寄与していてもよい。

また、上述の実施形態等では、石英等の基板ＳＢ上に形成されたレジストパターンＲＰのＬＥＲを改善することとしたが、これに限られない。例えば、半導体基板等のウェハ上に形成されたレジストパターン、その他の部材から構成されるパターンのＬＥＲを改善してもよい。このとき、基板として、上述の石英基板の他、シリコン基板やサファイア基板も用いることができる。

また、上述の実施形態等では、純水を解離させてレジストパターンＲＰの凸部と化学反応を起こさせることとしたが、これに限られない。平滑化の対象となる部材と、通常状態において化学反応を起こすことのない液体であれば、純水以外の液体を用いてもよい。反応性の低い液体を用いることで、部材の凸部を選択的に除去してＬＥＲを低減することができる。

ここで、平滑化の対象となる部材がレジストパターン等の樹脂材であるような場合、樹脂材の自由体積よりも小さい分子サイズの液体であることが好ましい。自由体積は、分子レベルで絶えず動いている樹脂材の間隙が最大限広がったときの体積と定義される。つまり、樹脂材の間隙に含浸可能な分子サイズの液体であることが好ましい。これにより、近接場光のエネルギにより解離した液体と樹脂材との化学反応が促進される。

［実施例］
次に、図７及び図８を用いて実施例について説明する。

（実施例１）
石英基板上にクロム膜を形成し、クロム膜上に厚さ５００ｎｍのレジスト膜を形成してサンプルを作製した。レジスト膜はパターン等を有さないベタ膜とした。作製したサンプルを、上述の実施形態の基板処理装置１と同様の構成を有する装置にて処理した。

１つ目のサンプルには、上記装置で純水を供給して液盛り状態とし、３０分、液盛り状態で保持した。その後、白色ＬＥＤを用いて３０分、光照射を行った。このときの照度は、５０ｃｍの距離で３００００ルクスとした。その後、回転乾燥によりサンプル上から純水を除去した。これを実施例１のサンプルとする。

２つ目のサンプルには、光照射を行わないほかは、上述の実施例１のサンプルと同様の処理を行った。つまり、上記装置で純水を供給して液盛り状態とし、３０分、液盛り状態で保持した。その後、回転乾燥によりサンプル上から純水を除去した。これを比較例のサンプルとする。

３つ目のサンプルには、純水供給および光照射のいずれの処理も行わなかった。つまり、サンプル作製後の状態が保たれている。これをイニシャルとする。

これらの３つのサンプルに対して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて表面粗さを測定した。表面粗さを二乗平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）で表した値を図７に示す。

図７は、実施例１及び比較例にかかるレジスト膜の表面粗さをＲＭＳで示すグラフである。グラフの横軸は各サンプルを表し、縦軸はＲＭＳ（ｎｍ）を示している。図７に示すように、イニシャルのＲＭＳは１．５６ｎｍであり、比較例のＲＭＳは１，５４ｎｍであり、実施例１のＲＭＳは１．３１ｎｍであった。

純水を塗布し、また、含浸させただけの比較例では、レジスト膜の表面粗さはイニシャルから殆ど変化していない。このことから、純水とレジスト材との間には有意味な化学反応は起こっていないことが判る。

実施例１のサンプルでは、イニシャルに対して約０．２５ｎｍのＲＭＳ値の低減が認められた。このことから、純水が液盛り状態で光照射を行うことで、レジスト膜の表面粗さが改善されることが判った。

（実施例２）
石英基板上にクロム膜を形成し、クロム膜上に厚さ５００ｎｍのレジスト膜を形成して上述と同様のサンプルを作製した。作製したサンプルを、上述の実施形態の基板処理装置１と同様の構成を有する装置にて処理した。

１つのサンプルに、順番を変えて実施例１と同様の処理を行った。つまり、上記装置で純水を供給して液盛り状態とし、３０分、液盛り状態で保持した。その後、回転乾燥によりサンプル上から純水を除去した。更にその後、白色ＬＥＤを用いて３０分、光照射を行った。このときの照度は、５０ｃｍの距離で３００００ルクスとした。これを実施例２のサンプルとする。

実施例２のサンプルに対して、ＡＦＭを用いて表面粗さを測定した。表面粗さをＲＭＳで表した値を図８に示す。

図８は、実施例２及び比較例にかかるレジスト膜の表面粗さをＲＭＳで示すグラフである。グラフの横軸は各サンプルを表し、縦軸はＲＭＳ（ｎｍ）を示している。イニシャル及び比較例のサンプルとしては、上述と同様のサンプルを用いた。図８に示すように、イニシャルのＲＭＳは１．５６ｎｍであり、比較例のＲＭＳは１，５４ｎｍであり、実施例２のＲＭＳは１．３４ｎｍであった。

実施例２のサンプルでは、イニシャルに対して約０．２２ｎｍのＲＭＳ値の低減が認められた。このことから、純水供給後に３０府、液盛り状態でサンプルを保持することで、レジスト膜中に純水が含浸し、かつ、レジスト膜中の純水が、近接場光を利用したレジスト材との化学反応に寄与することが判った。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…基板処理装置、１０…カセットユニット、２０…搬送ユニット、２４…トレイ、２５…排管、３０…アライメントユニット、４０…純水供給ユニット、５０…光照射ユニット、５２…窓、５３…照明装置、５４…排出路、５５…排管、５６…ガス供給管、５８…ポンプ、６０…乾燥ユニット、７０…制御部。

Claims (5)

1. 基板上に前記基板とは異なる材料によってパターンを形成し、
   前記パターンに液体を供給し、
   前記液体が供給された前記パターンに、前記液体を解離させる波長よりも長い波長の光を照射し、
   前記液体は、水、または炭酸水である、
   基板処理方法。
2. 基板上に前記基板とは異なる材料によってパターンを形成し、
   前記パターンに液体を供給し、
   前記パターン上から前記液体を除去し、
   前記液体が除去された前記パターンに、前記液体を解離させる波長よりも長い波長の光を照射する、
   基板処理方法。
3. 前記パターンの材料はレジストである、
   請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記パターンに前記液体を供給するときは、前記パターンを構成する材料内に前記液体を含浸させる、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
5. パターンを有し、前記パターンとは異なる材料から構成される基板に液体を供給する第１の処理室と、
   前記液体が供給された前記基板の前記パターンに、前記液体を解離させる波長よりも長い波長の光を照射する第２の処理室と、
   前記液体が供給された前記基板を乾燥させる第３の処理室と、を備え、
   前記液体は、水、または炭酸水である、
   基板処理装置。

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