JP2021086993A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に微細化されたレジスト膜のパターンを形成することが可能な基板処理方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜が基板の加工対象膜上に形成される。紫外線が下層膜に照射される。紫外線が照射された後の下層膜上に感光性のレジスト膜が形成される。レジスト膜が所定のパターンに露光される。露光後のレジスト膜が現像されることによりレジスト膜にパターンが形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、基板に処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体デバイス等の製造におけるリソグラフィ工程では、基板上に感光性のレジスト膜のパターンが形成される。例えば、特許文献１に記載されたパターン形成方法においては、基板上の被加工基板に中間介在層を介してレジスト膜が形成される。次に、レジスト膜が所定のパターンに露光される。続いて、現像液を用いてレジスト膜の未露光部分が溶解されることにより、ネガティブパターンが基板上に形成される。

特開２０１４−２１９６６１号公報

近年、基板上に形成されるレジスト膜のパターンをより微細化することが求められている。しかしながら、パターンが微細化されると、レジスト膜と中間介在層との接触面積が小さくなることにより、中間介在層に対するレジスト膜の密着力が低下する。この場合、レジスト膜が剥離または倒壊しやすくなる。そのため、レジスト膜のパターンをより微細化することは困難となる。

本発明の目的は、基板上に微細化されたレジスト膜のパターンを形成することが可能な基板処理方法および基板処理装置を提供することである。

（１）第１の発明に係る基板処理方法は、カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜を基板の加工対象膜上に形成するステップと、紫外線を下層膜に照射するステップと、紫外線が照射された後の下層膜上に感光性のレジスト膜を形成するステップと、レジスト膜を所定のパターンに露光するステップと、露光後のレジスト膜を現像することによりレジスト膜にパターンを形成するステップとを含む。

この基板処理方法によれば、カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜が基板の加工対象膜上に形成される。ここで、本発明者らによる種々の実験および考察を行った結果、レジスト膜の形成前に下層膜に紫外線を照射することにより、レジスト膜と下層膜との密着力が向上することが判明した。

そこで、レジスト膜の形成前に、紫外線が下層膜に照射される。紫外線が照射された後の下層膜上に感光性のレジスト膜が形成される。レジスト膜が所定のパターンに露光される。露光後のレジスト膜が現像されることによりレジスト膜にパターンが形成される。

この方法によれば、レジスト膜と下層膜との密着力が向上しているので、レジスト膜のパターン幅が小さい場合でも、レジスト膜のパターンが剥離または倒壊しにくくなる。その結果、基板上に微細化されたレジスト膜のパターンを形成することが可能になる。

（２）紫外線を下層膜に照射するステップは、紫外線を下層膜の全面に照射することを含んでもよい。この場合、レジスト膜と下層膜との密着力がより向上する。これにより、形成されるレジスト膜のパターン幅をより小さくすることができる。

（３）紫外線を下層膜に照射するステップは、１２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長を有する真空紫外線を下層膜に照射することを含んでもよい。この場合、レジスト膜と下層膜との密着力がより向上する。これにより、形成されるレジスト膜のパターン幅をより小さくすることができる。

（４）真空紫外線を下層膜に照射することは、下層膜が存在する環境下の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くすることと、低下された酸素濃度を有する環境下で真空紫外線を下層膜に照射することを含んでもよい。この場合、真空紫外線が酸素分子に吸収されることが防止される。これにより、真空紫外線を下層膜に効率よく照射することができる。

（５）感光性のレジスト膜を形成するステップは、金属成分を含有する感光性の金属含有レジスト膜を形成することを含んでもよい。この場合、波長が極めて短い紫外線を用いてレジスト膜を露光することが容易になる。これにより、形成されるレジスト膜のパターン幅をより小さくすることができる。

（６）基板処理方法は、レジスト膜のパターンを下層膜に転写することにより下層膜にパターンを形成するステップと、レジスト膜と下層膜との積層構造をマスクとして用いて基板の加工対象膜を加工するステップとをさらに含んでもよい。この場合、下層膜により加工対象膜のエッチングレートが増幅されるので、レジスト膜の厚みを大きくする必要がない。そのため、レジスト膜がさらに剥離または倒壊しにくくなる。これにより、微細化された加工対象膜のパターンを容易に形成することが可能になる。

（７）第２の発明に係る基板処理装置は、基板を所定のパターンに露光する露光装置とともに用いられる基板処理装置であって、カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜を基板の加工対象膜上に形成するとともに、下層膜上に感光性のレジスト膜を形成する膜形成部と、レジスト膜が形成される前の下層膜に紫外線を照射する紫外線照射部と、レジスト膜が形成された基板を露光装置に搬入するとともに、レジスト膜が所定のパターンに露光された基板を露光装置から搬出する搬送部と、露光後のレジスト膜を現像することによりレジスト膜にパターンを形成する現像部とを備える。

この基板処理装置においては、カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜が膜形成部により基板の加工対象膜上に形成される。紫外線照射部により下層膜に紫外線が照射される。紫外線が照射された後の下層膜上に感光性のレジスト膜が膜形成部により形成される。レジスト膜が形成された基板が搬送部により露光装置に搬入される。また、レジスト膜が所定のパターンに露光された基板が搬送部により露光装置から搬出される。露光後のレジスト膜が現像部により現像されることによりレジスト膜にパターンが形成される。

この構成によれば、レジスト膜と下層膜との密着力が向上しているので、レジスト膜のパターン幅が小さい場合でも、レジスト膜のパターンが剥離または倒壊しにくくなる。その結果、基板上に微細化されたレジスト膜のパターンを形成することが可能になる。

本発明によれば、基板上に微細化されたレジスト膜のパターンを形成することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式的ブロック図である。 紫外線照射部の構成を示す模式的断面図である。 図１の基板処理装置により実行される基板処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。 第１の下層膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 第１の下層膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 第２の下層膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 第２の下層膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部の模式的側面図である。 レジスト膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 レジスト膜の形成工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 露光工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 現像工程を示す基板の部分拡大縦断面図である。 第２の実施の形態における基板処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。 図１８の基板処理が実行された後の基板の部分拡大縦断面図である。 実施例１および比較例１におけるレジスト膜のパターンを示す画像である。 実施例２および比較例２におけるレジスト膜のパターンを示す画像である。 実施例３および比較例３におけるレジスト膜のパターンを示す画像である。 実施例４および比較例４におけるレジスト膜のパターンを示す画像である。

以下、本発明の一実施の形態に係る基板処理方法および基板処理装置について図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、基板とは、半導体基板、液晶表示装置もしくは有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等のＦＰＤ（Flat Panel Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板または太陽電池用基板等をいう。

［１］第１の実施の形態
（１）基板処理装置
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、基板処理装置２００は、露光装置３００に隣接するように設けられ、紫外線照射部１００、制御部１１０、搬送部１２０、熱処理部１３０、塗布部１４０および現像部１５０を備える。露光装置３００は、基板を所定のパターンに露光可能に構成される。

紫外線照射部１００は、１２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長を有する紫外線（以下、真空紫外線と呼ぶ。）を基板の上面の全面に照射可能に構成される。紫外線照射部１００の詳細については後述する。制御部１１０は、例えばＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、紫外線照射部１００、搬送部１２０、熱処理部１３０、塗布部１４０および現像部１５０の動作を制御する。搬送部１２０は、例えば搬送ロボットを含み、処理対象の基板を紫外線照射部１００、熱処理部１３０、塗布部１４０、現像部１５０および露光装置３００の間で搬送する。

熱処理部１３０は、例えば加熱プレートおよび冷却プレートを含み、塗布部１４０による塗布処理および現像部１５０による現像処理の前後に基板に熱処理を行う。塗布部１４０は、例えばスピンコータを含み、所定の処理液を基板の上面に塗布することにより、感光性のレジスト膜を含む種々の塗布膜を基板の上面に形成する。現像部１５０は、例えばスピンデベロッパを含み、基板に現像液を供給することにより、露光装置３００による露光後のレジスト膜にパターンを形成する。

上記のように、紫外線照射部１００においては、基板に真空紫外線が照射される。ここで、基板に向かう真空紫外線の経路上に多量の酸素が存在すると、酸素分子が真空紫外線を吸収して酸素原子に分離するとともに、分離した酸素原子が他の酸素分子と再結合することによりオゾンが発生する。この場合、基板に到達する真空紫外線が減衰する。真空紫外線の減衰は、約２００ｎｍよりも長い波長の紫外線の減衰に比べて大きい。そこで、紫外線照射部１００においては、酸素濃度が低く維持された処理空間内で基板に真空紫外線が照射される。

図２は、紫外線照射部１００の構成を示す模式的断面図である。図２に示すように、紫外線照射部１００は、光出射部１０、周壁部材２０、下蓋部材３０、基板支持部４０、給気部５０、排気部６０および昇降部７０を含む。周壁部材２０は、例えば上部開口２１および下部開口２２を含む円筒形状を有する。周壁部材２０の内周面により取り囲まれる空間が基板Ｗに処理を行うための処理空間２０Ｓとして用いられる。

光出射部１０は、周壁部材２０の上部開口２１を塞ぐように周壁部材２０の上方に設けられ、ハウジング１１、透光板１３、面状の光源部１４および電源装置１５を含む。ハウジング１１は内部空間１０Ｓを有し、ハウジング１１の底面には、内部空間１０Ｓにつながる例えば円形状の下部開口１２が形成される。透光板１３は、例えば石英ガラス板であり、下部開口１２を閉塞するようにハウジング１１の底面に取り付けられる。ハウジング１１の下部は、周壁部材２０の上部に接続される。

光源部１４および電源装置１５は、ハウジング１１の内部空間１０Ｓに収容される。本例では、光源部１４は、波長１７２ｎｍの真空紫外線を出射する複数の棒形状の光源素子ＬＥが所定間隔で水平に配列された構成を有する。各光源素子ＬＥは、例えばキセノンエキシマランプであってもよいし、他のエキシマランプまたは重水素ランプ等であってもよい。電源装置１５は、光源部１４に電力を供給する。

下蓋部材３０は、周壁部材２０の下方で上下方向に移動可能に設けられる。下蓋部材３０は、上下方向の移動により下部開口２２を閉塞可能および開放可能に構成される。以下、下蓋部材３０が下部開口２２を閉塞する位置を閉塞位置と呼び、下蓋部材３０が下部開口２２を開放する位置を開放位置と呼ぶ。昇降部７０は、例えばステッピングモータを含み、閉塞位置と開放位置との間で下蓋部材３０を上下方向に移動させる。

下蓋部材３０は、光出射部１０に対向する平坦な上面３１を有する。下蓋部材３０の上面３１には、例えばＯリングからなるシール部材３５が取り付けられる。下蓋部材３０が閉塞位置にある状態においては、シール部材３５が周壁部材２０の下部開口２２を取り囲むように周壁部材２０の下端面に密着する。また、下蓋部材３０の上面３１には、基板Ｗの下面を支持可能に構成された複数（本例では３つ）の支持部材３４が取り付けられる。各支持部材３４は、球状のプロキシミティボールであり、例えばセラミックにより形成される。

下蓋部材３０の中央部には、後述する複数の支持ピン４１にそれぞれ対応する複数の貫通孔３２が形成される。また、下蓋部材３０の下面における複数の貫通孔３２の形成部分には、一定距離下方に延びるように複数の収容管３３が設けられる。各収容管３３は、貫通孔３２の内径と同じ内径を有する。収容管３３の下端部には、その収容管３３の内周面からその軸心に向かうように形成された内向きフランジが形成される。

基板支持部４０は、複数（本例では３つ）の支持ピン４１およびピン連結部材４２を含む。複数の支持ピン４１は、上下方向に延びるように設けられ、下蓋部材３０の複数の貫通孔３２および複数の収容管３３にそれぞれ挿入される。ピン連結部材４２は、複数の支持ピン４１の下端部を連結するとともに紫外線照射部１００の図示しないベース部分に固定される。

下蓋部材３０が開放位置にある場合、複数の支持ピン４１の上端部は、下蓋部材３０に取り付けられた複数の支持部材３４の上端よりも上方に位置する。これにより、複数の支持ピン４１の上端部上に処理対象の基板Ｗを載置することが可能になる。このとき、基板Ｗの上面は光出射部１０に対向する。

下蓋部材３０が開放位置から閉塞位置に向けて上方に移動すると、基板支持部４０の複数の支持ピン４１の上端部は、下蓋部材３０の複数の貫通孔３２を通して収容管３３の内部に収容される。そのため、下蓋部材３０が閉塞位置にある場合、複数の支持ピン４１の上端部は、下蓋部材３０に取り付けられた複数の支持部材３４の上端よりも下方に位置する。これにより、複数の支持ピン４１により支持された基板Ｗは、複数の支持部材３４に渡される。

ここで、基板支持部４０の各上部には、外向きフランジが形成される。一方、複数の収容管３３の各々の下端部に形成された内向きフランジの上面部分には、支持ピン４１の外向きフランジの下面に接触可能なＯリング等のシール部材（図示せず）が設けられる。各シール部材は、下蓋部材３０が閉塞位置にあるときに、処理空間２０Ｓ、貫通孔３２の内部空間および収容管３３の内部空間と処理空間２０Ｓの外部との間の気体の流れを遮断する。これにより、処理空間２０Ｓが密閉される。

周壁部材２０には、外部と処理空間２０Ｓとを連通する給気流路２３および排気流路２４が形成される。周壁部材２０においては、給気流路２３および排気流路２４は、処理空間２０Ｓを挟んで互いに対向するように形成される。給気流路２３には、給気部５０から延びる配管５１が接続される。排気流路２４には、排気部６０から延びる配管６１が接続される。

給気部５０は、図示しない不活性ガス供給源から配管５１および給気流路２３を通して処理空間２０Ｓに窒素ガス等の不活性ガスを供給する。排気部６０は、周壁部材２０の処理空間２０Ｓの雰囲気を排気流路２４および配管６１を通して周壁部材２０の外部に排出する。配管６１には、酸素濃度計２５が設けられる。酸素濃度計２５は、配管６１を流れる気体の酸素濃度を処理空間２０Ｓ内の酸素濃度として計測する。酸素濃度計２５は、例えばガルバニ電池式酸素センサまたはジルコニア式酸素センサである。

光源部１４は、酸素濃度計２５により計測される処理空間２０Ｓの酸素濃度が予め定められた目標酸素濃度まで低下した時点で、透光板１３を通して処理空間２０Ｓ内の基板Ｗに真空紫外線を出射する。目標酸素濃度は、例えば真空紫外線の照射後で周壁部材２０の下部開口２２が開放される際に、周壁部材２０の近傍におけるオゾンの濃度が予め許容された濃度（０．１ｐｐｍ）以下となるように設定され、例えば１％である。

（２）基板処理
図３は、図１の基板処理装置２００により実行される基板処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。以下、図１の基板処理装置２００および図３のフローチャートを用いて基板処理を説明する。まず、制御部１１０は、搬送部１２０、熱処理部１３０および塗布部１４０を制御することにより、基板Ｗの加工対象膜上に塗布膜として第１の下層膜を形成する（ステップＳ１）。

次に、制御部１１０は、搬送部１２０、熱処理部１３０および塗布部１４０を制御することにより、第１の下層膜上に塗布膜として第２の下層膜を形成する（ステップＳ２）。第１および第２の下層膜は、基板Ｗの加工対象膜をエッチングするためのマスクであり、加工対象膜のエッチングレートを増幅させるために用いられる。

続いて、制御部１１０は、紫外線照射部１００および搬送部１２０を制御することにより、第２の下層膜に真空紫外線を照射する（ステップＳ３）。なお、真空紫外線は、第２の下層膜の全面に照射されることが好ましいが、第２の下層膜の一部には照射されなくてもよい。その後、制御部１１０は、搬送部１２０、熱処理部１３０および塗布部１４０を制御することにより、第２の下層膜上に感光性のレジスト膜を形成する（ステップＳ４）。

次に、制御部１１０は、搬送部１２０を制御することにより、基板Ｗを露光装置３００に搬入する（ステップＳ５）。露光装置３００においては、レジスト膜が所定のパターンに露光される（露光工程）。続いて、制御部１１０は、搬送部１２０を制御することにより、露光後の基板Ｗを露光装置３００から搬出する（ステップＳ６）。

その後、制御部１１０は、搬送部１２０および熱処理部１３０を制御することにより、レジスト膜中の酸が拡散されるように基板Ｗに露光後ベークを行う（ステップＳ７）。最後に、制御部１１０は、搬送部１２０、熱処理部１３０および現像部１５０を制御することにより、レジスト膜にパターンが形成されるようにレジスト膜を現像する（ステップＳ８）。

以下、図３の基板処理の詳細を説明する。第１の下層膜の形成前に、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、基板Ｗに冷却処理が行われる。その後、基板Ｗは、塗布部１４０に搬送される。図４および図５は、第１の下層膜の形成工程を示す基板Ｗの部分拡大縦断面図である。図６および図７は、第２の下層膜の形成工程を示す基板Ｗの部分拡大縦断面図である。図４〜図７に示すように、塗布部１４０は、スピンチャック１４１、複数の塗布ノズル１４２および複数のエッジリンスノズル１４３を含む。

図４に示すように、基板Ｗは、スピンチャック１４１により水平姿勢で吸着保持されつつ回転される。この状態で、いずれかの塗布ノズル１４２から第１の塗布液が基板Ｗの上面の略中央部に吐出される。これにより、基板Ｗの上面に第１の塗布液が塗布され、第１の下層膜Ｆ１が塗布膜として形成される。第１の下層膜Ｆ１は、例えばＳＯＣ（Spin On Carbon）膜である。

また、図５に示すように、いずれかのエッジリンスノズル１４３から基板Ｗの周縁部にリンス液が吐出される。リンス液は、例えば有機溶媒であってもよいし、純水または水溶液であってもよい。これにより、エッジリンス処理が行われ、基板Ｗの周縁部に付着する第１の塗布液が除去される。エッジリンス処理の後、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、基板Ｗに所定の熱処理（冷却処理を含む。）が行われる。これにより、第１の下層膜Ｆ１が焼成される。

次に、図６に示すように、基板Ｗは、塗布部１４０に搬送され、スピンチャック１４１により水平姿勢で吸着保持されつつ回転される。この状態で、いずれかの塗布ノズル１４２から第２の塗布液が基板Ｗの上面の略中央部に吐出される。これにより、基板Ｗの上面に第２の塗布液が塗布され、第２の下層膜Ｆ２が塗布膜として形成される。第２の下層膜Ｆ２は、例えばＳＯＧ（Spin On Glass）膜またはＳｉＡＲＣ（Si-rich Anti Reflective Coating）膜である。

また、図７に示すように、いずれかのエッジリンスノズル１４３から基板Ｗの周縁部にリンス液が吐出される。これにより、エッジリンス処理が行われ、基板Ｗの周縁部に付着する第２の塗布液が除去される。エッジリンス処理の後、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、基板Ｗに所定の熱処理が行われる。これにより、第２の下層膜Ｆ２が焼成される。

第２の下層膜Ｆ２の形成工程の後、真空紫外線の照射工程が実行される。図８〜図１３は、真空紫外線の照射工程を示す紫外線照射部１００の模式的側面図である。図８〜図１３では、開放位置Ｐ１および閉塞位置Ｐ２がそれぞれ下蓋部材３０の上面３１の高さ位置で示される。紫外線照射部１００に電源が投入される前の初期状態において、下蓋部材３０は閉塞位置Ｐ２にある。紫外線照射部１００の電源がオン状態になると、図８に白抜きの矢印ａ１で示すように、下蓋部材３０が開放位置Ｐ１に移動する。

次に、基板支持部４０の複数の支持ピン４１の上端部が周壁部材２０よりも下方に位置する状態で、紫外線照射部１００の外部から紫外線照射部１００の内部に基板Ｗが搬入される。この場合、図９に白抜きの矢印ａ２で示すように、図１の搬送部１２０により基板Ｗが紫外線照射部１００に搬入され、複数の支持ピン４１の上端部上に載置される。

次に、図１０に白抜きの矢印ａ３で示すように、下蓋部材３０が閉塞位置Ｐ２に移動する。これにより、基板Ｗが処理空間２０Ｓ内に収容された状態で、周壁部材２０の下部開口２２が下蓋部材３０により閉塞される。また、処理空間２０Ｓ内で、基板Ｗが複数の支持部材３４により支持される。さらに、下蓋部材３０に設けられた複数の収容管３３の下端部が複数の支持ピン４１の上端部および図示しないシール部材により閉塞される。これにより、処理空間２０Ｓが密閉される。

この状態で、図１０に太い一点鎖線の矢印で示すように、図２の給気部５０から給気流路２３を通して処理空間２０Ｓ内に不活性ガスが供給される。また、処理空間２０Ｓ内の雰囲気が排気流路２４を通して図２の排気部６０により紫外線照射部１００の外部に排出される。これにより、処理空間２０Ｓ内の雰囲気が漸次不活性ガスに置換され、処理空間２０Ｓ内の酸素濃度が低下する。

その後、処理空間２０Ｓ内の酸素濃度が目標酸素濃度まで低下すると、図１１に太い実線の矢印で示すように、光出射部１０の光源部１４から透光板１３を通して基板Ｗに真空紫外線が照射される。基板Ｗに照射される真空紫外線の露光量（基板Ｗ上の単位面積当たりに照射される真空紫外線のエネルギー）が予め定められた設定露光量に到達すると、基板Ｗの上面に対する真空紫外線の照射が停止される。このようにして基板Ｗの上面が露光されることにより、基板Ｗに形成された図７の第２の下層膜Ｆ２が所定の露光条件に従って改質される。

ここで、目標酸素濃度の環境下で基板Ｗに照射される真空紫外線の照度は既知であり、本例では２００ｍＪ／ｃｍ^２〜３００ｍＪ／ｃｍ^２である。この場合、基板Ｗに照射される真空紫外線の露光量は、真空紫外線の照度と真空紫外線の照射時間とに基づいて定まる。本実施の形態では、基板Ｗに照射される真空紫外線の露光量が予め定められた設定露光量に到達したか否かは、真空紫外線の照射が開始されてから設定露光量に対応する時間が経過したか否かに基づいて判定される。

基板Ｗの上面に対する真空紫外線の照射が停止された後、図１２に白抜きの矢印ａ４で示すように、下蓋部材３０が開放位置Ｐ１に移動する。これにより、周壁部材２０の下部開口２２が開放され、基板Ｗが複数の支持ピン４１上に支持された状態で処理空間２０Ｓの下方に取り出される。最後に、図１３に白抜きの矢印ａ５で示すように、複数の支持ピン４１上に支持された基板Ｗが、図１の搬送部１２０により受け取られ、紫外線照射部１００から搬出される。

真空紫外線の照射工程の後、レジスト膜の形成工程が実行される。レジスト膜の形成前に、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、基板Ｗに冷却処理が行われる。その後、基板Ｗは、塗布部１４０に搬送される。図１４および図１５は、レジスト膜の形成工程を示す基板Ｗの部分拡大縦断面図である。図４に示すように、基板Ｗは、スピンチャック１４１により水平姿勢で吸着保持されつつ回転される。この状態で、いずれかの塗布ノズル１４２からレジスト液が基板Ｗの上面の略中央部に吐出される。これにより、第２の下層膜Ｆ２上にレジスト膜Ｆ３が塗布膜として形成される。

本実施の形態では、レジスト膜Ｆ３は感光性の金属含有レジスト膜であり、１３ｎｍ以上１４ｎｍ以下のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet；超紫外線）を効率よく吸収するための金属成分または金属酸化物等の金属成分を含有する。金属成分は、例えばＳｎ（スズ）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）またはＺｒＯ_２（二酸化ジルコニウム）を含む。

また、図５に示すように、いずれかのエッジリンスノズル１４３により基板Ｗの周縁部にリンス液が吐出される。リンス液は、例えばＭＩＢＣ（methyl isobutyl carbinol：メチルイソブチルカルビノール）またはＭＩＢＫ（methyl isobutyl ketone：メチルイソブチルケトン）等の溶解性が低い有機溶媒が用いられる。これにより、エッジリンス処理が行われ、基板Ｗの周縁部に付着するレジスト液が除去される。エッジリンス処理の後、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、基板Ｗに所定の熱処理が行われる。これにより、レジスト膜Ｆ３が焼成される。

レジスト膜Ｆ３の形成工程の後、基板Ｗは露光装置３００に搬送され、露光工程が実行される。図１６は、露光工程を示す基板Ｗの部分拡大縦断面図である。図１６に太い矢印で示すように、露光装置３００は、所定のパターンを有するマスク３０１を介してＥＵＶを基板Ｗに照射する。これにより、基板Ｗ上のレジスト膜Ｆ３が所定のパターンに露光される。その後、基板Ｗは図１の熱処理部１３０に搬送され、露光後ベーク工程が実行される。この場合、露光時の光化学反応により生じた生成物の触媒作用が促進され、現像液に対するレジスト膜Ｆ３の溶解速度の変化を引き起こす化学反応が活性化される。

露光後ベーク工程の後、現像工程が実行される。図１７は、現像工程を示す基板Ｗの部分拡大縦断面図である。図１７に示すように、現像部１５０は、スピンチャック１５１および現像ノズル１５２を含む。基板Ｗは、現像部１５０に搬送され、スピンチャック１５１により水平姿勢で吸着保持されつつ回転される。この状態で、現像ノズル１５２から現像液が基板Ｗの上面の略中央部に吐出される。現像液は、例えば２−ヘプタノン（2-Heptanone）またはｎＢＡ（酢酸ｎ−ブチル：n-butyl acetate）である。これにより、レジスト膜Ｆ３の未露光部分が溶解するネガティブトーン現像処理が行われ、レジスト膜Ｆ３が所定のパターンに形成される。

（３）効果
本実施の形態に係る基板処理方法においては、第１の下層膜Ｆ１が基板Ｗの加工対象膜上に形成され、第１の下層膜Ｆ１上に第２の下層膜Ｆ２が形成される。なお、本例では、第１の下層膜Ｆ１はカーボンを主成分とするＳＯＣ膜であり、第２の下層膜Ｆ２はガラスを主成分とするＳＯＧ膜またはＳｉＡＲＣ膜である。レジスト膜Ｆ３の形成前に、真空紫外線が第２の下層膜Ｆ２に照射される。真空紫外線が照射された後の第２の下層膜Ｆ２に感光性のレジスト膜Ｆ３が形成される。レジスト膜Ｆ３が所定のパターンに露光される。露光後のレジスト膜Ｆ３が現像されることによりレジスト膜Ｆ３にパターンが形成される。

この方法によれば、レジスト膜Ｆ３と第２の下層膜Ｆ２との密着力が向上する。これは、真空紫外線の照射により第２の下層膜Ｆ２のポリマの結合が切断され、第２の下層膜Ｆ２とレジスト膜Ｆ３とのミキシングが起きやすくなったことが原因の１つであると考えられる。そのため、レジスト膜Ｆ３のパターン幅が小さい場合でも、レジスト膜Ｆ３のパターンが剥離または倒壊しにくくなる。その結果、基板Ｗ上に微細化されたレジスト膜Ｆ３のパターンを形成することが可能になる。

また、レジスト膜Ｆ３としては、金属成分を含有する感光性の金属含有レジスト膜Ｆ３が用いられる。この場合、ＥＵＶを用いてレジスト膜Ｆ３を露光することが容易になる。これにより、形成されるレジスト膜Ｆ３のパターン幅をより小さくすることができる。

［２］第２の実施の形態
第２の実施の形態に係る基板処理方法について、第１の実施の形態に係る基板処理方法と異なる点を説明する。なお、本実施の形態に係る基板処理装置２００の構成は、第１の実施の形態に係る基板処理装置２００の構成と同様である。図１８は、第２の実施の形態における基板処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。図１９は、図１８の基板処理が実行された後の基板Ｗの部分拡大縦断面図である。

図１８に示すように、本実施の形態における基板処理においては、図３のステップＳ２が実行されない。すなわち、第１の下層膜Ｆ１上に第２の下層膜Ｆ２が形成されない。この場合、ステップＳ３では、第２の下層膜Ｆ２ではなく第１の下層膜Ｆ１に真空紫外線が照射される。また、ステップＳ４では、第２の下層膜Ｆ２ではなく第１の下層膜Ｆ１上にレジスト膜Ｆ３が形成される。そのため、図１９に示すように、第１の下層膜Ｆ１上のレジスト膜Ｆ３が所定のパターンに形成されることとなる。

このように、本実施の形態に係る基板処理方法においては、第１の下層膜Ｆ１が基板Ｗの加工対象膜上に形成される。レジスト膜Ｆ３の形成前に、真空紫外線が第１の下層膜Ｆ１に照射される。真空紫外線が照射された後の第１の下層膜Ｆ１に感光性のレジスト膜Ｆ３が形成される。レジスト膜Ｆ３が所定のパターンに露光される。露光後のレジスト膜Ｆ３が現像されることによりレジスト膜Ｆ３にパターンが形成される。

この方法によれば、レジスト膜Ｆ３と第１の下層膜Ｆ１との密着力が向上する。これは、真空紫外線の照射により第１の下層膜Ｆ１のポリマの結合が切断され、第１の下層膜Ｆ１とレジスト膜Ｆ３とのミキシングが起きやすくなったことが原因の１つであると考えられる。そのため、レジスト膜Ｆ３のパターン幅が小さい場合でも、レジスト膜Ｆ３のパターンが剥離または倒壊しにくくなる。その結果、基板Ｗ上に微細化されたレジスト膜Ｆ３のパターンを形成することが可能になる。

［３］他の実施の形態
（１）上記実施の形態において、レジスト膜Ｆ３は金属含有レジスト膜であるが、実施の形態はこれに限定されない。レジスト膜Ｆ３は無機材料または有機材料により形成された感光性のレジスト膜であってもよい。この場合、露光装置３００は、ＥＵＶではなく、他の波長を有する露光光を基板Ｗに照射してもよい。

（２）上記実施の形態において、レジスト膜Ｆ３の現像後、基板Ｗにリンス処理が実行されないが、実施の形態はこれに限定されない。レジスト膜Ｆ３の現像後、基板Ｗにリンス処理が実行されてもよい。この場合、リンス液として、ＭＩＢＣまたはＭＩＢＫ等の溶解性が低い有機溶媒が用いられる。

（３）上記実施の形態において、レジスト膜Ｆ３が現像され、レジスト膜Ｆ３にパターンが形成されることにより基板処理が終了するが、実施の形態はこれに限定されない。基板処理は、レジスト膜Ｆ３にパターンが形成された後、レジスト膜Ｆ３のパターンを下層膜に転写することにより下層膜にパターンを形成する工程をさらに含んでもよい。また、基板処理は、レジスト膜Ｆ３と下層膜との積層構造をマスクとして用いて基板Ｗの加工対象膜を加工する工程をさらに含んでもよい。

この場合、下層膜により加工対象膜のエッチングレートが増幅されるので、レジスト膜Ｆ３の厚みを大きくする必要がない。そのため、レジスト膜Ｆ３がさらに剥離または倒壊しにくくなる。これにより、微細化された加工対象膜のパターンを容易に形成することが可能になる。

（４）上記実施の形態において、紫外線照射部１００は真空紫外線を基板Ｗに照射するが、実施の形態はこれに限定されない。紫外線照射部１００は、レジスト膜Ｆ３と下層膜との密着力を向上可能である限り、他の波長を有する紫外線を基板Ｗに照射してもよい。例えば、紫外線の波長は、２００ｎｍよりも大きく３００ｎｍ以下であってもよい。この場合、基板Ｗへの紫外線の照射は、不活性ガスの環境下で行われなくてもよい。

（５）上記実施の形態において、レジスト膜Ｆ３と接触する下層膜はＳＯＣ膜またはＳＯＧ膜であるが、実施の形態はこれに限定されない。レジスト膜Ｆ３と接触する下層膜は、シリコン酸化物を主成分として含むシリコン酸化膜、またはシリコン窒化物を主成分として含むシリコン窒化膜等であってもよい。

［４］実施例および比較例
以下の実施例および比較例では、露光装置３００から基板ＷへのＥＵＶの照射時間（露光時間）を変化させつつ、基板Ｗ上のレジスト膜Ｆ３にパターンを形成した。また、形成されたレジスト膜Ｆ３のパターンの幅を画像解析により露光時間ごとに計測した。

具体的には、実施例１では、基板Ｗ上に第１の下層膜Ｆ１として厚み６５ｎｍのＳＯＣ膜を形成し、基板Ｗを温度２２０℃で熱処理した。また、第１の下層膜Ｆ１上に第２の下層膜Ｆ２として厚み５ｎｍのＳＯＧ膜を形成し、基板Ｗを温度１８０℃で熱処理した。次に、不活性ガスの環境下で、第２の下層膜Ｆ２の全面に波長１７２ｎｍの真空紫外線を照射した。続いて、第２の下層膜Ｆ２上に厚み２５ｎｍの金属含有レジスト膜Ｆ３を形成した。

同様の基板Ｗを複数（本例では６つ）準備し、露光装置３００において、マスク３０１を通して複数の基板Ｗにそれぞれ異なる時間だけＥＵＶを照射することによりレジスト膜Ｆ３を露光した。ここで、マスク３０１のハーフピッチは３２ｎｍであり、Ｌ／Ｓ（パターン幅／パターン間隔）比は１：１である。その後、各基板Ｗを露光後ベークした。次に、回転する各基板Ｗに現像液として２−ヘプタノンを１０秒間吐出し、基板Ｗを１０秒間停止させることによりレジスト膜Ｆ３を現像した。これらの工程により、基板Ｗごとに異なる幅を有するパターンをレジスト膜Ｆ３に形成した。

比較例１では、第２の下層膜Ｆ２に真空紫外線が照射されない点を除き、実施例１と同様の基板処理を行った。図２０は、実施例１および比較例１におけるレジスト膜Ｆ３のパターンを示す画像である。図２０の各画像においては、レジスト膜Ｆ３のパターンが白色の部分により示される。また、各画像におけるレジスト膜Ｆ３のパターン幅が当該画像の下に示される。後述する図２１〜図２３においても同様である。

図２０に示すように、実施例１および比較例１のいずれにおいても、露光時間が比較的長い場合には、レジスト膜Ｆ３のパターン幅が大きくなるため、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊は確認されなかった。一方、実施例１および比較例１のいずれにおいても、露光時間が所定時間よりも短くなると、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が確認された。しかしながら、実施例１におけるレジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊の程度は、比較例１におけるレジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊の程度よりも軽減された。

実施例２では、基板Ｗ上に第１の下層膜Ｆ１として厚み６５ｎｍのＳＯＣ膜を形成し、基板Ｗを温度２２０℃で熱処理した。次に、不活性ガスの環境下で、第１の下層膜Ｆ１の全面に波長１７２ｎｍの真空紫外線を照射した。続いて、第１の下層膜Ｆ１上に厚み２５ｎｍの金属含有レジスト膜Ｆ３を形成した。

同様の基板Ｗを複数（本例では５つ）準備し、露光装置３００において、実施例１と同様のマスク３０１を通して複数の基板Ｗにそれぞれ異なる時間だけＥＵＶを照射することによりレジスト膜Ｆ３を露光した。その後、実施例１と同様の基板処理を行うことにより基板Ｗごとに異なる幅を有するパターンをレジスト膜Ｆ３に形成した。比較例２では、第１の下層膜Ｆ１に真空紫外線が照射されない点を除き、実施例２と同様の基板処理を行った。

図２１は、実施例２および比較例２におけるレジスト膜Ｆ３のパターンを示す画像である。図２１に示すように、実施例２においては、露光時間が比較的短い場合でも、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が確認されなかった。比較例２においては、露光時間が比較的長い場合には、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊は確認されなかった。しかしながら、比較例２においては、露光時間が所定時間よりも短くなると、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が確認された。

実施例３では、第１の下層膜Ｆ１として実施例２のＳＯＣ膜とは異なる種類のＳＯＣ膜を用いた点を除き、実施例２と同様の基板処理を行った。比較例３では、第１の下層膜Ｆ１に真空紫外線が照射されない点を除き、実施例３と同様の基板処理を行った。

図２２は、実施例３および比較例３におけるレジスト膜Ｆ３のパターンを示す画像である。図２２に示すように、実施例３および比較例３のいずれにおいても、比較的長い場合には、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊は確認されなかった。一方、実施例３および比較例３のいずれにおいても、露光時間が所定時間よりも短くなると、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が確認された。しかしながら、実施例３におけるレジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊の程度は、比較例３におけるレジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊の程度よりも大きく軽減された。

実施例４では、第１の下層膜Ｆ１を２２０℃ではなく３５０℃で熱処理した点を除き、実施例３と同様の基板処理を行った。比較例４では、第１の下層膜Ｆ１に真空紫外線が照射されない点を除き、実施例４と同様の基板処理を行った。

図２３は、実施例４および比較例４におけるレジスト膜Ｆ３のパターンを示す画像である。図２３に示すように、実施例４においては、露光時間が比較的長い場合には、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊は確認されなかった。一方、露光時間が所定時間よりも短くなると、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊がわずかに確認された。比較例４においては、露光時間が比較的長い場合でも、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が確認された。そのため、比較例４においては、レジスト膜Ｆ３のパターン幅を計測することができなかった。

実施例１〜４と比較例１〜４との比較結果から、レジスト膜Ｆ３の形成前にレジスト膜Ｆ３と接触する下層膜に真空紫外線を照射することにより、レジスト膜Ｆ３のパターンの倒壊が発生しにくくなることが確認された。

［５］請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応関係
上記実施の形態においては、第１の下層膜Ｆ１または第２の下層膜Ｆ２が下層膜の例であり、基板Ｗが基板の例であり、レジスト膜Ｆ３がレジスト膜の例であり、露光装置３００が露光装置の例である。基板処理装置２００が基板処理装置の例であり、塗布部１４０が膜形成部の例であり、紫外線照射部１００が紫外線照射部の例であり、搬送部１２０が搬送部の例であり、現像部１５０が現像部の例である。

１０…光出射部，１０Ｓ…内部空間，１１…ハウジング，１２，２２…下部開口，１３…透光板，１４…光源部，１５…電源装置，２０…周壁部材，２０Ｓ…処理空間，２１…上部開口，２３…給気流路，２４…排気流路，２５…酸素濃度計，３０…下蓋部材，３１…上面，３２…貫通孔，３３…収容管，３４…支持部材，３５…シール部材，４０…基板支持部，４１…支持ピン，４２…ピン連結部材，５０…給気部，５１，６１…配管，６０…排気部，７０…昇降部，１００…紫外線照射部，１１０…制御部，１２０…搬送部，１３０…熱処理部，１４０…塗布部，１４１，１５１…スピンチャック，１４２…塗布ノズル，１４３…エッジリンスノズル，１５０…現像部，１５２…現像ノズル，２００…基板処理装置，３００…露光装置，３０１…マスク，Ｆ１…第１の下層膜，Ｆ２…第２の下層膜，Ｆ３…レジスト膜，ＬＥ…光源素子，Ｐ１…開放位置，Ｐ２…閉塞位置，Ｗ…基板

Claims (7)

1. カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜を基板の加工対象膜上に形成するステップと、
   紫外線を前記下層膜に照射するステップと、
   紫外線が照射された後の前記下層膜上に感光性のレジスト膜を形成するステップと、
   前記レジスト膜を所定のパターンに露光するステップと、
   露光後の前記レジスト膜を現像することにより前記レジスト膜にパターンを形成するステップとを含む、基板処理方法。
2. 前記紫外線を前記下層膜に照射するステップは、前記紫外線を前記下層膜の全面に照射することを含む、請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記紫外線を前記下層膜に照射するステップは、１２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長を有する真空紫外線を前記下層膜に照射することを含む、請求項１または２記載の基板処理方法。
4. 前記真空紫外線を前記下層膜に照射することは、
   前記下層膜が存在する環境下の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くすることと、
   前記低下された酸素濃度を有する前記環境下で前記真空紫外線を前記下層膜に照射することを含む、請求項３記載の基板処理方法。
5. 前記感光性のレジスト膜を形成するステップは、金属成分を含有する感光性の金属含有レジスト膜を形成することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記レジスト膜のパターンを前記下層膜に転写することにより前記下層膜にパターンを形成するステップと、
   前記レジスト膜と前記下層膜との積層構造をマスクとして用いて基板の前記加工対象膜を加工するステップとをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 基板を所定のパターンに露光する露光装置とともに用いられる基板処理装置であって、
   カーボン、ガラス、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする下層膜を基板の加工対象膜上に形成するとともに、前記下層膜上に感光性のレジスト膜を形成する膜形成部と、
   前記レジスト膜が形成される前の前記下層膜に紫外線を照射する紫外線照射部と、
   前記レジスト膜が形成された基板を前記露光装置に搬入するとともに、前記レジスト膜が所定のパターンに露光された基板を前記露光装置から搬出する搬送部と、
   露光後の前記レジスト膜を現像することにより前記レジスト膜にパターンを形成する現像部とを備える、基板処理装置。

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