JP3808474B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子の形成に用いられる基板に対して行う各種ガス雰囲気による暴露処理を行う基板処理装置に関する。特に、本発明は、基板表面に形成された有機膜に対して、その有機膜を溶解し、リフローさせる有機溶媒溶液を気化させたガス雰囲気の下において行う暴露処理を行う基板処理装置に関する。
半導体素子の形成に用いられる基板に対して各種処理を行う従来の処理装置の一例として特許文献１に記載された装置がある。この装置は、有機材料からなる塗布膜を利用して、半導体素子の形成された基板表面の凹凸を平坦化する装置であり、平坦性が良く、熱処理による耐クラック性も良い平坦膜を形成することができる。
以下、この処理装置を図１２を参照して説明する。
この処理装置は、密閉容器５０１と、密閉容器５０１の底面に配置されたホットプレート５０２と、密閉容器５０１の上部を覆う蓋５０３と、密閉容器５０１内の温度をホットプレート５０２と同じ温度に保つために、密閉容器５０１を囲んで設けられたヒータ５０４と、を備えている。
密閉容器５０１の上部には、密閉容器５０１と蓋５０３との間にガス導入口５０５とガス排出口５０６とが設けられている。
この密閉容器５０１内のホットプレート５０２上に、ポリシロキサン塗布液が塗布されたウェハを搬入する。このとき、ホットプレート５０２は１５０℃とし、ガス導入口５０５からは１５０℃に加熱されたジプロピレングリコールモノエチルエーテルを溶媒ガスとして導入する。ウェハを６０秒間溶媒ガスに晒した後、溶媒ガスの導入を中止し、次いで、窒素を導入して１２０秒間保持し、ウェハを密閉容器５０１から搬出する。
この処理装置によれば、ポリシロキサン塗布液からなる塗布膜中に含まれる溶媒を急激に蒸発させるという従来の単純なホットプレートによる加熱処理に代えて、ポリシロキサン塗布液の溶媒と同じ溶媒を密閉容器５０１中に導入して、塗布膜中の溶媒の蒸発を遅らせ、塗布膜の流動性を保ちながら塗布膜を平坦化させ、徐々に溶媒を蒸発させる。従って、従来のような塗布膜の急激な収縮によるクラックの発生がなく、平坦性の良い平坦化膜が得られるというものである。
特開平１１−７４２６１号公報
以上のように、図１２に示した処理装置によれば、単なる平坦化膜の形成は可能である。
しかしながら、後述するように、本願発明者らが先に出願した特願２０００−１７５１３８号に記載のレジストパターンリフローには図１２に示した処理装置を使用することはできない。
ここで、上述のレジストパターンリフローについて概略を説明する。
図１３は、レジストパターンリフローを用いた半導体装置の製造プロセスの各過程を示す断面図である。
先ず、図１３（ａ）に示すように、透明性絶縁基板５１１の上にゲート電極５１２を形成し、ゲート絶縁膜５１３で透明性絶縁基板５１１及びゲート電極５１２を覆う。
次いで、ゲート絶縁膜５１３上に半導体膜５１４、クロム５１５を堆積させる。この後、スピンコート法により塗布膜を塗布し、露光及び現像を行って、図１３（ａ）に示すように、レジストパターン５１６を形成する。
次に、レジストパターン５１６をマスクとしてクロム５１５のみをエッチングし、図１３（ｂ）に示すように、ソース・ドレイン電極５１７を形成する。
続いて、図１３（ｃ）に示すように、レジストパターン５１６をリフローさせ、少なくともエッチングされてはならない領域、この場合はＴＦＴのバックチャネル領域５１８（図１４（ａ）参照）を覆うようなレジストパターン５３６を形成する。
次いで、図１４（ａ）に示すように、このレジストパターン５３６をマスクとして半導体膜５１４をエッチングして、半導体膜パターン５１８を形成する。
このように、レジストパターン５１６をリフローさせると、図１４（ｂ）の平面図に示されるように、ソース・ドレイン電極５１７の直下の領域以外の領域で形成される半導体膜パターン５１８が横方向に距離Ｌ（図１４（ａ）及び（ｂ）参照）だけ広くなる。この距離Ｌをレジストパターン５３６のリフロー距離と呼ぶ。
このようにして広げられたレジストパターン５３６がその下層にある半導体層５１４のエッチング加工寸法を決めることになるので、基板全面に渡ってリフロー距離Ｌの制御性は重要なポイントになる。
しかしながら、図１２に示した特許文献１に記載の装置では、単にガスをウェハ５０２表面に流すのみであり、ガスがウェハ５０２の全面に渡って均一にはならないので、リフロー距離Ｌを所望の値に正確に制御することは困難であることが分かった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、リフロー距離Ｌを所望の値に正確に制御することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、を備え、前記ガス吹き付け体は、前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動するものであり、前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされていることを特徴としている。
また、本発明の基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、を備え、前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動することを特徴としている。
また、本発明の基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、を備え、前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成されていることを特徴としている。
また、本発明の基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、を備え、前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成され、前記ガス吹き付け体は、中空形状をなしているとともに、複数個の開口を有し、該開口を介して基板に暴露処理用ガスを吹き付けるものであることを特徴としている。
また、本発明の基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、を備え、前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成され、前記ガス吹き付け体は、中空形状をなしているとともに、複数個の開口を有し、該開口を介して基板に暴露処理用ガスを吹き付けるものであり、その中心軸の周りに回転可能に形成されていることを特徴としている。
本発明の基板処理装置においては、前記基板が載置されるステージが、上下動可能に形成されていることが好ましい。
本発明の基板処理装置においては、前記基板が載置されるステージが、その軸心の周りに回転可能に形成されていることが好ましい。
本発明の基板処理装置においては、前記基板の温度を調整する基板温度調整手段をさらに備えていることが好ましい。
この場合、前記基板温度調整手段は、前記基板が載置されるステージの温度を制御することにより、前記基板の温度を制御するものであることを好ましい例とする。
本発明の基板処理装置においては、前記暴露処理用ガスの温度を調整するガス温度調整手段をさらに備えていることが好ましい。
本発明の基板処理装置においては、前記チャンバー内に配置された基板と前記ガス分配手段との間隔が５乃至１５ｍｍに設定されていることが好ましい。ただし、前記基板と前記ガス分配手段との間の間隔は２乃至１００ｍｍの範囲内に設定することが可能である。
前記暴露処理用ガスの流量は２乃至１０リットル／分であることが好ましい。ただし、前記暴露処理用ガスの流量を１乃至１００リットル／分とすることも可能である。
また、前記暴露処理用ガスの温度は摂氏２０乃至２５度であることが好ましい。ただし、前記暴露処理用ガスの温度は摂氏１８乃至４０度の範囲内にすることが可能である。
前記ステージの温度は摂氏２４乃至２６度に設定されていることが好ましい。ただし、前記ステージの温度は摂氏１８乃至４０度の範囲に設定することが可能である。
前記チャンバー内の圧力は−２０乃至＋２ＫＰａであることが好ましい。ただし、前記チャンバー内の圧力は−５０乃至＋５０ＫＰａの範囲に設定することが可能である。
本発明によれば、暴露処理用ガスはガス分配手段によって基板表面の全面に渡ってほぼ均一に吹き付けられることになるので、基板全面に渡ってリフロー距離Ｌを精度良く制御することができる。さらには、その暴露処理の前後あるいは暴露処理と同時に、基板に対してドライエッチング又はアッシング処理を行うことも可能である。
或いは、本発明によれば、暴露処理用ガスはガス吹き付け体によって基板表面の全面に渡ってほぼ均一に吹き付けられることになるので、基板全面に渡ってリフロー距離Ｌを精度良く制御することができる。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１００は、暴露処理チャンバー１０１と、暴露処理チャンバー１０１の内部に暴露処理用ガスを導入するガス導入機構１２０と、基板に暴露処理用ガスを吹き付けるガス吹き付け機構１１０と、を備えている。
暴露処理チャンバー１０１は、下部チャンバー１０と上部チャンバー２０とからなり、下部チャンバー１０及び上部チャンバー２０は下部チャンバー１０に取り付けられたＯ−リング１２１を介して接合され、内部に気密空間を形成している。
暴露処理チャンバー１０１には複数個のガス導入口１０１ａと２個のガス排気口１０１ｂとが形成されている。図示していないが、各ガス排気口１０１ｂには開度調節機構が設けられており、各ガス排気口１０１ｂの開口の割合を自在に調節することができるようになっている。
暴露処理チャンバー１０１の内部には、鉛直方向に上下動可能な昇降ステージ１１が設けられており、基板１は、昇降ステージ１１の上面に水平姿勢で載置される。昇降ステージ１１は１乃至５０ｍｍの範囲内で上下動することができるように構成されている。
ガス吹き付け機構１１０は、上部チャンバー２０に形成された複数個のガス導入口１０１ａの各々に挿入されたガス導入管２４と、ガス導入管２４の先端に取りつけられたガス拡散部材２３と、ガス吹き出し板２１と、ガス吹き出し板２１を固定し、ガスの吹き出し範囲を規定するガス吹き出し板枠２１２と、を備えている。
図２は、ガス吹き出し板２１とガス吹き出し板枠２１２とを示す斜視図である。
図２に示すように、ガス吹き出し板２１は平板からなり、ガス吹き出し板２１にはマトリクス状に複数個の開口２１１が形成されている。開口２１１は、ガス吹き出し板２１の下方に位置する基板１の全域を覆うように、設けられている。
本実施形態においては、開口２１１の直径は０．５乃至３ｍｍであり、隣接する開口２１１間の間隔は１乃至５ｍｍである。
図１に示すように、ガス吹き出し板２１はガス拡散部材２３と基板１との間に位置するように水平に設けられ、暴露処理チャンバー１０１の内部空間を、暴露処理用ガスがガス導入管２４を介して導入される第一の空間１０２ａと、基板１が配置されている第二の空間１０２ｂとに分離している。開口２１１は、この第一の空間１０２ａと第二の空間１０２ｂとを連通させており、第一の空間１０２ａに導入された暴露処理用ガスは開口２１１を介して第二の空間１０２ｂに導入される。
図２に示すように、ガス吹き出し板枠２１２は、フレーム状の側壁２１２ａと、側壁２１２ａの下端から内側に向かって延びるフレーム状の延長部２１２ｂと、からなっている。
ガス吹き出し板２１はシール材２１４を介して延長部２１２ｂ上に接着されている。これにより、ガス吹き出し板２１とガス吹き出し板枠２１２との間には隙間がなくなり、ガス吹き出し板２１の周囲から処理ガスが漏れ出すことがない。
延長部２１２ｂの長さを適当な長さに設定することにより、ガス吹き出し板２１に形成された開口２１１のいくつかが塞がれ、ガス吹き出し板２１による暴露処理用ガスの吹き出し範囲が規定される。
本実施形態においては、側壁２１２ａの高さは５ｍｍ、延長部２１２ｂの長さは１０ｍｍであり、ガス吹き出し板枠２１２は基板１の上方１０ｍｍの位置に配置されている。
また、ガス吹き出し板２１は、その中心を回転中心として回転可能に形成されている。例えば、モーターその他の動力源を用いて、暴露処理用ガス３３が基板１に対して吹き付けられている間にガス吹き出し板２１を回転させることにより、より均一に暴露処理用ガス３３を基板１に対して吹き付けることができる。
第一の空間１０２ａに位置するガス拡散部材２３は箱状の部材からなり、その外壁には複数個の孔が設けられている。
ガス導入管２４を介して吹き出した暴露処理用ガスは、ガス拡散部材２３の内部にあたって、一旦、ガス拡散部材２３の内部に貯留されることによって、均一に拡散される。この結果、ガス拡散部材２３の内部において暴露処理用ガスの濃度が均一になる。この後、暴露処理用ガスはガス拡散部材２３の外部に放出される。
ただし、ガス拡散部材２３の形状は上記の形状に限定されるものではなく、他の形状を取ることも可能である。図３にガス拡散部材２３の一例を示す。
図３に示すガス拡散部材２３は中空の球形をなしており、外面には複数個の孔２３ａが形成され、ガス拡散部材２３の内部と外部とを連通させている。
ガス導入管２４は球形のガス拡散部材２３の中心まで延びており、ガス拡散部材２３の中心から暴露処理用ガスがガス拡散部材２３の内部に放出されるようになっている。このため、暴露処理用ガスはいずれの孔２３ａであっても等距離で孔２３ａに到達する。このように、暴露処理用ガスが孔２３ａに到達する間に暴露処理用ガスが拡散され、濃度が均一化される。
ガス導入機構１２０は、蒸気発生装置３１と、蒸気発生装置３１から発生した暴露処理用ガスを各ガス導入管２４に供給するガス配管３２と、を備えている。
蒸気発生装置３１には、暴露処理用ガスを発生させる液体が貯留されている。この液体に対して、窒素（Ｎ2）ガスをバブリングすることにより、ガスが発生し、窒素ガスとともに暴露処理用ガス３３として暴露処理チャンバー１０１に供給される。
また、ガス導入機構１２０は、蒸気発生装置３１を取り囲む貯蔵容器３０１を備えており、この貯蔵容器３０１には温度調整液が貯留されている。この温度調整液からの熱伝導によって蒸気発生装置３１内の暴露処理用ガスを発生させる液体の温度を制御し、ひいては、暴露処理用ガス３３の温度を制御する。
温度調整液としては、例えば、エチレングリコールと純水とを混合した液体を用いる。なお、温度調整液としては、熱伝導性があり、凝固点が摂氏０度よりも低い液体であれば、いかなる液体をも用いることができる。温度調整液の温度調整は、ヒーターを用いた加熱、冷媒を用いた電子的な冷却、工場内の諸々の製造装置を冷却するための工場冷却水による冷却などにより行うことができる。
本実施形態においては、暴露処理チャンバー１０１に供給される暴露処理用ガス３３の流量は１乃至５０Ｌ／ｍｉｎの範囲に設定されている。
暴露処理チャンバー１０１において基板１に吹き付けられた暴露処理用ガスは、下部チャンバー１０の周辺に形成されたガス排気口１０１ｂを介して、真空ポンプ（図示せず）により、排気される。ガス排気口１０１ｂには、複数個の孔が設けられた排気孔板１３１がかぶせられており、この排気孔板１３１により、処理後の暴露処理用ガスは均等に排気される。
なお、本実施形態においては、排気孔板１３１に設けられた孔の直径は２乃至１０ｍｍ、隣接する孔の間の間隔は２乃至５０ｍｍの範囲に設定されている。
また、暴露処理チャンバー１０１内のガス雰囲気をより高純度にするためと、処理時間を秒単位で厳密に制御するためには、暴露処理チャンバー１０１内のガスの置換を短時間に行う必要がある。
このような要求を満たすため、本願発明者の実験結果によれば、暴露処理チャンバー１０１の排気に用いる真空ポンプは、少なくとも５０Ｌ／ｍｉｎ以上の排気速度を有し、かつ、排気開始から１分経過後の暴露処理チャンバー１０１内の圧力が−１００ＫＰａ以下になるような排気能力を有していることが必要であることが判明した。
次いで、本実施形態に係る基板処理装置１００の動作及び本基板処理装置１００を用いた基板１の処理方法を以下に説明する。
先ず、処理する基板１を昇降ステージ１１上に置き、下部チャンバー１０及び上部チャンバー２０を閉じ、昇降ステージ１１を上下動させ、ガス吹き出し板２１と基板１との間の距離を１０ｍｍに設定する。
暴露処理チャンバー１０１内のガス雰囲気をより高純度にするため、暴露処理用ガスの導入前に暴露処理チャンバー１０１内を強制的に排気し、約−７０ＫＰａ以下（大気圧を０ＫＰａとする）になるようにする。
次いで、蒸気発生装置３１に送り込む窒素ガスのガス圧を０．５ｋｇ／ｃｍ、流量を５．０Ｌ／ｍｉｎに設定し、窒素ガスを蒸気発生装置３１に貯留されている処理液に流し込み、処理液（薬液）から気化したガスをバブル状に発生させる。
処理液から気化したガスと窒素ガスとを含んだ暴露処理用ガス３３を５．０Ｌ／ｍｉｎのガス流量でガス配管３２に流す。
暴露処理用ガス３３はガス配管３２及びガス導入管２４を経てガス拡散部材２３に貯留され、ガス拡散部材２３の内部において、ガス濃度がほぼ均一になるように拡散される。その後、暴露処理用ガス３３はガス拡散部材２３から第一の空間１０２ａに放出される。
各ガス拡散部材２３から第一の空間１０２ａに放出された暴露処理用ガス３３はほぼ均一の濃度とほぼ均一の速度を有している。さらに、暴露処理用ガス３３は第一の空間１０２ａに一旦貯留されて、ガス濃度がさらに均一化される。このため、暴露処理用ガス３３は、ガス吹き出し板２１に設けられた開口２１１を介して均一に第二の空間１０２ｂに放出され、ひいては、昇降ステージ１１上に載置されている基板１に対して、均一に吹き付けられる。
なお、ガス拡散部材２３を設けずに、ガス吹き出し板２１のみによってガス濃度の均一化を図ることも可能である。
この結果、基板１において、レジストパターン５１６のリフローが起きる（図１７（ａ）参照）。
暴露処理用ガス３３をガス配管３２、ガス導入管２４及びガス拡散部材２３を介して暴露処理チャンバー１０１の内部に流し続け、暴露処理チャンバー１０１内の圧力が陽圧（＋０ＫＰａ以上）になったときに、ガス排気口１０１ｂを開放する。
処理プロセス条件として暴露処理チャンバー１０１内の圧力を、例えば、＋０．２ＫＰａに設定した場合には、ガス排気口１０１ｂの開度を調整し、暴露処理チャンバー１０１内の圧力が＋０．２ＫＰａに維持されるようにする。
ただし、処理圧力としては−５０Ｋｐａから５０ＫＰａの範囲内の圧力を選ぶことが可能である。最適な圧力範囲は−２０ＫＰａから２０ＫＰａであり、特に望ましい圧力範囲は−５ＫＰａから５ＫＰａである。処理圧力は、その誤差が±０．１ＫＰａ以内になるように、制御される。
一定の処理時間が経過したら、ガスの置換をすみやかに行うために、暴露処理用ガスを排出し、Ｎ2ガスで置換する方法をとる。
そのために、先ず、暴露処理用ガス３３の導入を停止した後、真空排気を行い、暴露処理チャンバー１０１内の圧力を約−７０ＫＰａ以下にする。さらに、図１の破線で示した経路のバルブを開き、チャンバー置換用ガスとして暴露処理チャンバー１０１内に窒素ガスその他の不活性ガスを２０Ｌ／ｍｉｎ以上の流量で流入させながら、真空ポンプを用いて、真空排気を少なくとも１０秒以上行なう。この時の暴露処理チャンバー１０１の圧力としては、少なくとも−３０ＫＰａを維持するようにする。
真空排気を止め、暴露処理チャンバー１０１の圧力が陽圧になるまで窒素ガスを導入し、暴露処理チャンバー１０１の圧力が約＋２ＫＰａになった時点で置換用の窒素ガスの導入を止める。
上部チャンバー２０及び下部チャンバー１０を開き、処理した基板１を取り出す。
本実施形態において使用する有機膜パターンとしてのレジストの材料例を以下に説明する。レジストの材料には、有機溶剤に溶解するレジストと水溶性のレジストとがある。
有機溶剤に溶解するレジストの例としては、高分子化合物に感光剤及び添加剤を加えた材料から構成されるレジストがある。
高分子化合物としては種々のものがあり、ポリビニル系ではポリビニルケイ皮酸エステルがある。ゴム系では、環化ポリイソプレンや環化ポリブタジエンにビスアジド化合物を混合したものがある。ノボラック樹脂系では、クレゾールノボラック樹脂とナフトキノンジアジド−５−スルフォン酸エステルを混合したものがある。アクリル酸の共重合樹脂系では、ポリアクリルアミドやポリアミド酸がある。
また、水溶性のレジストの例としては、高分子化合物に感光剤及び添加剤を加えた材料から構成されるレジストがある。高分子化合物としては種々のものがあり、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミドのうちのいずれか、あるいは、これらの２種類以上の混合物を用いたものが考えられる。
次に、レジスト膜を溶解させる溶剤に用いられる薬液の例を挙げる。
１．レジストが有機溶剤に溶解する場合
（ａ）有機溶剤
具体例として、有機溶剤を上位概念としての有機溶剤と、それを具体化した下位概念の有機溶剤とに分けて示す。（Ｒはアルキル基又は置換アルキル基、Ａｒはフェニル基又はフェニル基以外の芳香環を示す）
・アルコール類（Ｒ−ＯＨ）
・アルコキシアルコール類
・エーテル類（Ｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ａｒ）
・エステル類
・ケトン類
・グリコール類
・アルキレングリコール類
・グリコールエーテル類
上記有機溶剤の具体例としては、次のようなものがある。
・ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＨ３（ＣＨ２）ＸＯＨ
・イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）
・エトキシエタノール
・メトキシアルコール
・長鎖アルキルエステル
・モノエタノールアミン（ＭＥＡ）
・アセトン
・アセチルアセトン
・ジオキサン
・酢酸エチル
・酢酸ブチル
・トルエン
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）
・ジエチルケトン
・ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）
・メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）
・ブチルカルビトール
・ｎ−ブチルアセテート（ｎＢＡ）
・ガンマーブチロラクトン
・エチルセロソルブアセテート（ＥＣＡ）
・乳酸エチル
・ピルビン酸エチル
・２−ヘプタノン（ＭＡＫ）
・３−メトキシブチルアセテート
・エチレングリコール
・プロピレングリコール
・ブチレングリコール
・エチレングリコールモノエチルエーテル
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル
・エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノメチルエーテル
・エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・ポリエチレングリコール
・ポリプロレングリコール
・ポリブチレングリコール
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリジエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・メチル−３−メトキシプロピオネート（ＭＭＰ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）
・プロピレングリコールモノプロピルエーテル（ＰＧＰ）
・プロピレングリコールモノエチルエーテル（ＰＧＥＥ）
・エチル−３−エトキシプロピオネート（ＦＥＰ）
・ジプロピレングリコールモノエチルエーテル
・トリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・ポリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート
・３−メトキシプロピオン酸メチル
・３−エトキシプロピオン酸エチル
・Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
２．レジストが水溶性の場合
（ａ）水
（ｂ）水を主成分とする水溶液
本願発明者は、本実施形態に係る基板処理装置１００及び暴露処理用ガス３３を用いて、以下のように、実際に基板上にパターニングされた塗布膜をリフローさせた。
１．レジストが有機溶剤に溶解する場合
（ａ）有機溶剤
具体例として、有機溶剤を上位概念としての有機溶剤と、それを具体化した下位概念の有機溶剤とに分けて示す。（Ｒはアルキル基又は置換アルキル基、Ａｒはフェニル基又はフェニル基以外の芳香環を示す）
・アルコール類（Ｒ−ＯＨ）
・アルコキシアルコール類
・エーテル類（Ｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ａｒ）
・エステル類
・ケトン類
・グリコール類
・アルキレングリコール類
・グリコールエーテル類
上記有機溶剤の具体例としては、次のようなものがある。
・ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＨ３（ＣＨ２）ＸＯＨ
・イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）
・エトキシエタノール
・メトキシアルコール
・長鎖アルキルエステル
・モノエタノールアミン（ＭＥＡ）
・アセトン
・アセチルアセトン
・ジオキサン
・酢酸エチル
・酢酸ブチル
・トルエン
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）
・ジエチルケトン
・ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）
・メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）
・ブチルカルビトール
・ｎ−ブチルアセテート（ｎＢＡ）
・ガンマーブチロラクトン
・エチルセロソルブアセテート（ＥＣＡ）
・乳酸エチル
・ピルビン酸エチル
・２−ヘプタノン（ＭＡＫ）
・３−メトキシブチルアセテート
・エチレングリコール
・プロピレングリコール
・ブチレングリコール
・エチレングリコールモノエチルエーテル
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル
・エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノメチルエーテル
・エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・ポリエチレングリコール
・ポリプロレングリコール
・ポリブチレングリコール
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリジエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・メチル−３−メトキシプロピオネート（ＭＭＰ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）
・プロピレングリコールモノプロピルエーテル（ＰＧＰ）
・プロピレングリコールモノエチルエーテル（ＰＧＥＥ）
・エチル−３−エトキシプロピオネート（ＦＥＰ）
・ジプロピレングリコールモノエチルエーテル
・トリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・ポリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート
・３−メトキシプロピオン酸メチル
・３−エトキシプロピオン酸エチル
・Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
２．レジストが水溶性の場合
（ａ）水
（ｂ）水を主成分とする水溶液
本願発明者は、本実施形態に係る基板処理装置１００及び暴露処理用ガス３３を用いて、以下のように、実際に基板上にパターニングされた塗布膜をリフローさせた。
まず、基板上にノボラック樹脂を主成分とするレジストからなる塗布膜を２．０μｍの厚さに塗布し、幅１０．０μｍ及び長さ２０．０μｍの塗布膜パターンを形成した。この塗布膜パターンを本実施形態に係る基板処理装置１００において、暴露処理用ガス３３としてＮＭＰを用いて、リフローさせた。暴露処理用ガス３３に含まれるＮ2ガスその他の条件は上記の第一の実施形態に記載した条件を用いた。
図４は、塗布膜パターンの横方向へのリフロー距離のリフロー時間依存性を示したものである。この時に用いた上記の条件以外のリフローの主要条件は下記の通りである。
（１）暴露処理用ガス及び流量：処理液蒸気５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ2ガス５Ｌ／ｍｉｎ
（２）暴露処理用ガス温度：２２℃
（３）昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔：１０ｍｍ
（４）昇降ステージ１１の温度：２６℃
（５）暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力：＋０．２ＫＰａ
図４からわかるように、塗布膜パターンのリフロー距離はリフロー時間に対してほぼリニアな関係で変化する。従って、リフロー距離はリフロー時間で制御することが可能である。
（１）暴露処理用ガス及び流量：処理液蒸気５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ2ガス５Ｌ／ｍｉｎ
（２）暴露処理用ガス温度：２２℃
（３）昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔：１０ｍｍ
（４）昇降ステージ１１の温度：２６℃
（５）暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力：＋０．２ＫＰａ
図４からわかるように、塗布膜パターンのリフロー距離はリフロー時間に対してほぼリニアな関係で変化する。従って、リフロー距離はリフロー時間で制御することが可能である。
図５は、塗布膜パターンのリフロー後のリフロー距離の基板内での均一性を示すグラフである。
図４において示したリフロー条件において、リフロー時間、処理ガス温度、昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔、昇降ステージ１１の温度、暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力を固定し、処理ガス流量を変化させた。これら以外の条件は図４の条件と同じ条件を用いた。
この測定では、塗布膜パターンのリフロー時間を５分とし、リフローさせた後の塗布膜パターンのリフロー距離を測定した。測定点は基板１の１０箇所をほぼ平面的に均等に渡って測定した。１０箇所の測定値における最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎ、それらの平均値をＴｍｅａｎとすると、測定点でのリフロー距離ＴｘのばらつきＴｘｓは次式で表される。
Ｔｘｓ＝｜（Ｔｍｅａｎ―Ｔｘ）／Ｔｍｅａｎ｜
図５からわかるように、暴露処理用ガス３３の流量が２乃至１０Ｌ／ｍｉｎの間では、基板１内におけるリフロー距離のばらつきが約５％と極めて良い結果が得られた。
Ｔｘｓ＝｜（Ｔｍｅａｎ―Ｔｘ）／Ｔｍｅａｎ｜
図５からわかるように、暴露処理用ガス３３の流量が２乃至１０Ｌ／ｍｉｎの間では、基板１内におけるリフロー距離のばらつきが約５％と極めて良い結果が得られた。
発明者の実験によれば、リフロー処理の制御因子としては、レジストパターンへの暴露処理用ガス３３の供給量が最も重要である。ガス吹き出し板２１を設け、基板１の各部分ごとに暴露処理用ガス３３の供給量を制御することにより、リフロー距離を自在に制御することが可能である。
図６は、塗布膜パターンのリフロー後のリフロー距離の基板内での均一性を示すグラフである。
図４において示したリフロー条件において、リフロー時間、処理ガス温度、処理ガス流量、昇降ステージ１１の温度、暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力を固定し、昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔を変化させた。
図６から明らかであるように、昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔を５乃至１５ｍｍの範囲に設定すれば、リフロー距離は基板１内で約１０％以内のばらつきに抑えることができることが分かった。
図７は、塗布膜パターンのリフロー速度を示すグラフである。
図４において示したリフロー条件において、リフロー時間、処理ガス温度、処理ガス流量、昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔、暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力を固定し、昇降ステージ１１の温度を変化させた。
図７から明らかであるように、昇降ステージ１１の温度を２４乃至２６℃に設定することにより、塗布膜パターンのリフロー速度が１０μｍ／分近傍で安定することがわかる。
以上の測定結果から、本実施形態に係る基板処理装置１００において、以下の条件の下に、基板１に対する暴露処理用ガス３３の暴露処理を行うことにより、マスクとしての機能を保持しつつ、塗布膜パターンのリフロー距離を基板１内で１０％以内に抑えることができる。
（１）暴露処理用ガス及び流量：処理液蒸気２乃至１０Ｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２乃至１０Ｌ／ｍｉｎ
（２）暴露処理用ガス温度：２０乃至２６℃
（３）昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔：５乃至１５ｍｍ
（４）昇降ステージ１１の温度：２４乃至２６℃
（５）暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力−１乃至＋２ＫＰａ
本実施形態に係る基板処理装置１００はレジストのリフローを行うための装置として説明したが、基板処理装置１００は、レジストのリフロー以外の使用目的に用いることも可能である。例えば、半導体基板の表面を酸洗浄したり、あるいは、基板に対するレジストの密着性向上のために使用することも可能である。このような場合には、次のような薬液が使用される。
（Ａ）酸を主成分とする溶液（表面洗浄用）
・塩酸・弗化水素・その他酸溶液
（Ｂ）無機−有機混合溶剤（有機膜の密着力強化に用いる場合）
・ヘキサメチルジシラザン等のシランカップリング剤
（第二の実施形態）
図８は、第二の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置２００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００と同様に、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
（１）暴露処理用ガス及び流量：処理液蒸気２乃至１０Ｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２乃至１０Ｌ／ｍｉｎ
（２）暴露処理用ガス温度：２０乃至２６℃
（３）昇降ステージ１１とガス吹き出し板２１との間隔：５乃至１５ｍｍ
（４）昇降ステージ１１の温度：２４乃至２６℃
（５）暴露処理チャンバー１０１内の処理圧力−１乃至＋２ＫＰａ
本実施形態に係る基板処理装置１００はレジストのリフローを行うための装置として説明したが、基板処理装置１００は、レジストのリフロー以外の使用目的に用いることも可能である。例えば、半導体基板の表面を酸洗浄したり、あるいは、基板に対するレジストの密着性向上のために使用することも可能である。このような場合には、次のような薬液が使用される。
（Ａ）酸を主成分とする溶液（表面洗浄用）
・塩酸・弗化水素・その他酸溶液
（Ｂ）無機−有機混合溶剤（有機膜の密着力強化に用いる場合）
・ヘキサメチルジシラザン等のシランカップリング剤
（第二の実施形態）
図８は、第二の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置２００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００と同様に、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
第一の実施形態に係る基板処理装置１００の構成要素と同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本願発明者の実験によれば、基板１に対する処理プロセスの安定化及び均一化を高め、さらに、反応速度を制御するためには、各機構の温度調整をする必要があることが分かった。このため、本実施形態に係る基板処理装置２００においては、以下のように、温度調整機構が設けられている。
下部チャンバー１０においては、基板１の温度を調整するため、昇降ステージ１１の内部を中空とし、昇降ステージ１１の内部に温度調節液１１２を流し、循環させることにより、昇降ステージ１１全体の温度調節を行う。
また、上部チャンバー２０の内部を中空とし、上部チャンバー２０の内部に温度調節液２２１を流し、循環させることにより、上部チャンバー２０のみならず、熱伝導を利用して、上部チャンバー２０に接しているガス導入管２４、ガス拡散部材２３及びガス吹き出し板２１の温度調節を行う。
次に、ガス導入機構１２０においては、供給される暴露処理用ガス３３の温度を調整するため、貯留容器３０１の内部を中空とし、貯留容器３０１の内部に温度調節液を流し、循環させることにより、暴露処理用ガス３３の温度調節を行う。
制御が必要な温度範囲としては１０乃至８０℃、特に、２０乃至５０℃の範囲で制御可能であることが必要であり、さらに、少なくとも±３℃以内、特に±０．５℃以内で制御できるようにすることが必要であることが判明した。
次いで、本実施形態に係る基板処理装置２００の動作及び本基板処理装置２００を用いた基板１の処理方法を以下に説明する。
先ず、温度調節液１１２を２４℃に設定し、昇降ステージ１１及び基板１の温度が同温度になるようにする。
貯留容器３０１に流し込む温度調節液は２６℃に設定し、ガス導入機構１２０からの暴露処理用ガス３３の温度が同温度になるようにする。
温度調節液２２１も２６℃に設定し、ガス吹き出し板２１、上部チャンバー２０及びガス拡散器２３の温度が同温度になるようにする。
この後、第一の実施形態に係る基板処理装置１００を用いた基板１の処理方法と同様の過程を実施する。
（第一及び第二の実施形態の変形例）
上述の第一の実施形態に係る基板処理装置１００及び第二の実施形態に係る基板処理装置２００の構造は上記の構造に限定されるものではなく、以下に述べるように、種々の変更が可能である。
上述の第一の実施形態に係る基板処理装置１００及び第二の実施形態に係る基板処理装置２００の構造は上記の構造に限定されるものではなく、以下に述べるように、種々の変更が可能である。
先ず、ガス吹き付け機構１１０において、次のような変更が可能である。
第一及び第二の実施形態においては、各ガス導入管２４の上流側に１個のガス流量制御機構を設け、このガス流量制御機構から各ガス導入管２４に暴露処理用ガス３３を分配することを想定したが、ガス導入管２４の各々に暴露処理用ガス３３の流量を調節するガス流量制御機構を設けることも可能である。このガス流量制御機構は、マスフロー制御、流量計を用いた制御、単なるバルブの開角度の制御などを行うことにより、暴露処理用ガス３３の流量を制御することができる。
第一の実施形態に係る基板処理装置１００においては、ガス吹き出し板２１は平板として形成されているが、基板１に向かって凸状の、あるいは、凹状の円弧状の曲面を有する板から構成することも可能である。
さらに、上記のようにガス吹き出し板２１を回転させるのみならず、昇降ステージ１１もその軸心を回転中心として回転可能に形成することが可能である。
例えば、ガス吹き出し板２１と昇降ステージ１１の双方を相互に逆方向に回転させることにより、より均一に暴露処理用ガス３３を基板１に対して吹き付けることができる。
また、暴露処理チャンバー１０１の内部に暴露処理チャンバー１０１の内圧を測定するための圧力測定素子を設け、暴露処理チャンバー１０１の内部を真空排気する真空排気装置を圧力測定素子が測定した圧力に応じて作動させることにより、暴露処理チャンバー１０１の内圧を自動調整することが可能である。
（第三の実施形態）
図９は、第三の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置３００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００と同様に、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
図９は、第三の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る基板処理装置３００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００と同様に、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置である。
第一の実施形態に係る基板処理装置１００の構成要素と同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態に係る基板処理装置３００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００における複数個のガス導入管２４、複数個のガス拡散部材２３及びガス吹き出し板２１に代えて、可動式ガス導入管３４と、可動式ガス導入管３４の先端に取りつけられたガス吹き付け体３６と、を備えている。
本実施形態における上部チャンバー２０には基板１の長さ方向（図９の左右の方向）に延びるスリット（図示せず）が設けられており、可動式ガス導入管３４はこのスリットの内部を摺動可能であるように構成されている。
可動式ガス導入管３４はモーター（図示せず）により駆動され、スリットに沿って摺動する。なお、可動式ガス導入管３４がスリットに沿って摺動する場合であっても、暴露処理チャンバー１０１内部の気密は維持されるように構成されている。
可動式ガス導入管３４の上端はガス配管３２に接続されており、ガス配管３２を介して暴露処理用ガス３３が供給される。
可動式ガス導入管３４の下端にはガス吹き付け体３６が取り付けられている。ガス吹き付け体３６は中空形状をなしており、その下端の開口面には、ガス吹き出し板２１と同様に、複数個の開口２１１ａが形成されているガス吹き出し板２１ａが取りつけられている。
すなわち、ガス吹き付け体３６とガス吹き出し板２１ａとの総体を１つの構成として捉えると、ガス吹き付け体３６は、中空形状をなしているとともに、複数個の開口２１１ａを有し、該開口２１１ａを介して基板１に暴露処理用ガスを吹き付けるように構成されているといえる。
ガス吹き付け体３６が第一の実施形態におけるガス拡散部材２３の機能を奏するため、ガス配管３２及び可動式ガス導入管３４を通ってガス吹き付け体３６の内部に導入された暴露処理用ガス３３は一旦ガス吹き付け体３６の内部で拡散し、暴露処理用ガス３３の濃度が均一になった後に、ガス吹き出し板２１１ａの開口２１１ａを介して基板１に向けて放出される。
また、ガス吹き付け体３６はその軸心の回りに可動式ガス導入管３４に対して回転可能であるように可動式ガス導入管３４に取り付けられており、モーター（図示せず）からの駆動力を受けて、その軸心の回りに回転する。
本実施形態に係る基板処理装置３００においては、可動式ガス導入管３４が上部チャンバー２０に設けられたスリットに沿って基板１の長さ方向に移動し、その間に、ガス吹き付け体３６は蒸気発生装置３１から供給された暴露処理用ガス３３を基板１に対して吹き付ける。
このように、ガス吹き付け体３６が基板１を走査しながら基板１に対して暴露処理用ガス３３を吹き付けるため、基板１に均一に暴露処理用ガス３３を吹き付けることが可能になる。
加えて、可動式ガス導入管３４がスリットに沿って基板１の長さ方向に移動している間、ガス吹き付け体３６はその軸心の回りに回転しているため、より一層均一に基板１に暴露処理用ガス３３を吹き付けることが可能になる。
なお、本実施形態においては、ガス吹き付け体３６は上下方向に可動であるように構成することができる。例えば、可動式ガス導入管３４を外管と内管の二重構造として、内管を外管に対して摺動自在に構成する。ガス吹き付け体３６をこの内管に対して取りつけることにより、ガス吹き付け体３６は外管に対して上下方向に自在に摺動可能となり、基板１とガス吹き付け体３６との間の距離を自在に変更することができる。
このように、ガス吹き付け体３６を上下方向に可動であるように構成する場合には、昇降テーブル１１を上下方向に可動であるように構成することは必ずしも必要ではなくなるが、ガス吹き付け体３６と昇降テーブル１１の双方を上下方向に可動であるように構成することも可能である。
（第四の実施形態）
図１０は、本発明の第四の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。第一の実施形態に係る基板処理装置１００がチャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置であったのに対して、本実施形態に係る基板処理装置４００は、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付けるとともに、基板に対してドライエッチング又はアッシング処理をも行う装置である。
図１０は、本発明の第四の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。第一の実施形態に係る基板処理装置１００がチャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付ける装置であったのに対して、本実施形態に係る基板処理装置４００は、チャンバー内に配置された基板に対して暴露処理用ガスを均一に吹き付けるとともに、基板に対してドライエッチング又はアッシング処理をも行う装置である。
なお、ドライエッチング又はアッシング処理は暴露処理の前または後に行うことができ、あるいは、暴露処理と同時に行うことも可能である。
第一の実施形態に係る基板処理装置１００の構成要素と同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態に係る基板処理装置４００は、第一の実施形態に係る基板処理装置１００の構成に加えて、プラズマ発生機構を備えており、このプラズマ発生機構は、上部チャンバー２０とガス吹き出し板２１との間に配置された上部電極４１０と、昇降ステージ１１の内部に配置された下部電極４２０と、コンデンサ４２２と、ＲＦ高周波電源４２３と、から構成されている。
上部電極４１０は上部電極配線４１１を介してアース４１２に接続されている。
また、下部電極４２０は、下部電極配線４２１を介してコンデンサ４２２及びＲＦ高周波電源４２３に接続されており、最終的には、アース４２４に接続されている。
本実施形態に係る基板処理装置４００は、以下のようにして、基板１に対する暴露処理及びドライエッチング又はアッシング処理を施す。
まず、基板１上に被エッチング膜のパターンを形成する。その上に更に形成するレジスト膜のマスクパターン（以後「レジストマスク」と呼ぶ）を前述の第一の実施形態の場合と同様にして変形する。すなわち、基板１を暴露処理用ガス３３に対して暴露させることにより、レジストマスクを溶解リフローさせ、そのパターンを変形させる。
ここで、そのレジストマスクが溶解リフロー変形を起こす前後において、基板１上に形成されている被エッチング膜のパターンに対して、異なるパターン状態のレジストマスクでエッチング加工を行う。
これにより、基板１上の被エッチング膜のパターンとしては、２種類のエッチングパターンを形成することができる。
ただし、このレジストマスクに対しては、Ｏ2プラズマを用いたアッシング処理と呼ばれる処理も併せて行われる。
本実施形態に係る基板処理装置４００におけるドライエッチング又はアッシング処理は以下のようにして行われる。ただし、本実施形態に係る基板処理装置４００において行われるドライエッチング又はアッシング処理は通常のドライエッチング又はアッシング処理と同様のものである。
まず、暴露処理チャンバー１０１内に基板１を搭載し、真空引きして、暴露処理チャンバー１０１内の残留ガスを除去する。この場合の暴露処理チャンバー１０１内の圧力は約１Ｐａ以下である。
次に、ドライエッチング処理の場合には、エッチングガスとして、例えば、Ｃｌ2／Ｏ2／Ｈｅ（Ｃｒ等のメタルのエッチングの場合）、アッシング処理の場合には、ガスとして、Ｏ2のみ又はＯ2／ＣＦ4等の混合ガスを暴露処理チャンバー１０１内に導入する。
その場合の暴露処理チャンバー１０１内の圧力は１０Ｐａ乃至１２０Ｐａの範囲で一定に保つ。
次に、上部電極４１０と下部電極４２０の間に、ＲＦ高周波電源６２３とコンデンサ６２２を用いてプラズマ放電をさせることにより、基板１に対してドライエッチング又はアッシング処理を行う。
本実施形態においては、下部電極４２０はコンデンサ６２２及びＲＦ高周波電源６２３を介して接地されているが、下部電極４２０はＲＦ高周波電源６２３のみを介して接地するように構成することも可能である。
また、本実施形態においては、上部電極４１０が直接接地され、下部電極４２０がコンデンサ６２２及びＲＦ高周波電源６２３を介して接地されているが、これとは逆に、下部電極４２０が直接接地され、上部電極４１０がコンデンサ６２２及びＲＦ高周波電源６２３を介して、あるいは、ＲＦ高周波電源６２３のみを介して接地されているように構成することも可能である。
さらに、暴露処理チャンバー１０１内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生機構は本実施形態におけるプラズマ発生機構に限定されるものではなく、他のプラズマ発生機構を用いることが可能である。
以上のように、本実施形態に係る基板処理装置４００によれば、基板１に体する暴露処理と、ドライエッチング又はアッシング処理とを一つのチャンバーで行うことが可能である。
なお、暴露処理で使用する暴露処理用ガス３３とドライエッチング又はアッシング処理で使用する各種ガスとはそれぞれ別個のガス導入機構を介して暴露処理チャンバー１０１内に導入してもよく、あるいは、単一のガス導入機構を共用して、暴露処理チャンバー１０１内に導入することも可能である。ただし、暴露処理とドライエッチング又はアッシング処理とを同時に行う必要がある場合には、別個のガス導入機構を設けることが必要である。
また、本実施形態に係る基板処理装置４００においても、第二の実施形態に係る基板処理装置２００と同様に、上部電極４１０及び下部電極４２０の温度を一定に維持するための温度調節機構を設けることができる。
（第五の実施形態）
図１１は、本発明の第五の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る基板処理装置６００は、処理対象の基板を大気中から暴露処理チャンバーに移送し、処理終了後に、基板を暴露処理チャンバーから再び大気中に戻すまでのプロセスを連続して行うことを可能にする装置である。
図１１は、本発明の第五の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る基板処理装置６００は、処理対象の基板を大気中から暴露処理チャンバーに移送し、処理終了後に、基板を暴露処理チャンバーから再び大気中に戻すまでのプロセスを連続して行うことを可能にする装置である。
本実施形態に係る基板処理装置６００は、３個の処理チャンバー６０１と、３個の処理チャンバー６０１のそれぞれと連結し、処理前の基板を減圧状態の下において処理チャンバー６０１に搬入し、あるいは、処理後の基板を減圧状態の下において処理チャンバー６０１から搬出するため減圧搬送チャンバー６０２と、減圧搬送チャンバー６０２と連結し、処理前の基板を大気圧の下に外部から搬入し、減圧状態の下において基板を減圧搬送チャンバー６０２に搬入するとともに、処理後の基板を減圧状態の下において減圧搬送チャンバー６０２から搬出し、大気圧の下にその基板を外部に搬出する圧力調整搬送チャンバー６０３と、基板を圧力調整搬送チャンバー６０３内に移送し、あるいは、基板を圧力調整搬送チャンバー６０３から搬出するための基板搬入搬出用移載機構６０４と、から構成されている。
３個の処理チャンバー６０１のそれぞれには上述の第一乃至第四の実施形態に係る基板処理装置１００、２００、３００、４００の何れかが搭載されている。
以下、本実施形態に係る基板処理装置６００の動作を説明する。
先ず、処理対象の基板は大気圧の下で基板搬入搬出用移載機構６０４により圧力調整搬送チャンバー６０３内に移送される。
基板が圧力調整搬送チャンバー６０３内に移送された後、圧力調整搬送チャンバー６０３は基板搬入搬出用移載機構６０４と遮断状態になり、圧力調整搬送チャンバー６０３の内部は減圧され、真空状態になる。この状態の下で、基板は圧力調整搬送チャンバー６０３から減圧搬送チャンバー６０２に搬送される。減圧搬送チャンバー６０２は常に真空状態にされている。
次いで、基板は減圧搬送チャンバー６０２から何れかの処理チャンバー６０１に搬送され、その処理チャンバー６０１において処理（例えば、暴露処理あるいはアッシング処理）が施される。
処理終了後、基板は処理チャンバー６０１から減圧搬送チャンバー６０２に搬送される。必要な場合には、基板は、再度、他の処理チャンバー６０１に搬送され、他の種類の処理が施される。
次いで、基板は減圧搬送チャンバー６０２から真空状態にある圧力調整搬送チャンバー６０３に搬送される。基板が圧力調整搬送チャンバー６０３内に搬送された後、圧力調整搬送チャンバー６０３は内圧を上げ、真空状態から大気圧状態に移行する。
その後、圧力調整搬送チャンバー６０３は基板搬入搬出用移載機構６０４との遮断状態を解除し、処理後の基板を基板搬入搬出用移載機構６０４に搬出する。
次いで、基板搬入搬出用移載機構６０４は基板を外部に搬出する。
以上のように、本実施形態に係る基板処理装置６００によれば、基板を連続的に処理することができる。
１ 基板
１０ 下部チャンバー
１１ 昇降ステージ
２０ 上部チャンバー
２１ ガス吹き出し板
２３ ガス拡散部材
２４ ガス導入管
３１ 蒸気発生装置
３２ ガス配管
３３ 暴露処理用ガス
３４ 可動式ガス導入管
３６ ガス吹き付け体
１００ 第一の実施形態に係る基板処理装置
１０１ 暴露処理チャンバー
１１０ ガス吹き付け機構
１０３ 隔壁
１１２、２２１ 温度調節液
１２０ ガス導入機構
１２１ Ｏ−リング
２００ 第二の実施形態に係る基板処理装置
３００ 第三の実施形態に係る基板処理装置
４００ 第四の実施形態に係る基板処理装置
４１０ 上部電極
４１１ 上部電極配線
４１２、４２４ アース
４２０ 下部電極
４２１ 下部電極配線
４２２ コンデンサ
４２３ ＲＦ高周波電源
６００ 第五の実施形態に係る基板処理装置
６０１ 処理チャンバー
６０２ 減圧搬送チャンバー
６０３ 圧力調整搬送チャンバー
６０４ 基板搬入搬出用移載機構
１０ 下部チャンバー
１１ 昇降ステージ
２０ 上部チャンバー
２１ ガス吹き出し板
２３ ガス拡散部材
２４ ガス導入管
３１ 蒸気発生装置
３２ ガス配管
３３ 暴露処理用ガス
３４ 可動式ガス導入管
３６ ガス吹き付け体
１００ 第一の実施形態に係る基板処理装置
１０１ 暴露処理チャンバー
１１０ ガス吹き付け機構
１０３ 隔壁
１１２、２２１ 温度調節液
１２０ ガス導入機構
１２１ Ｏ−リング
２００ 第二の実施形態に係る基板処理装置
３００ 第三の実施形態に係る基板処理装置
４００ 第四の実施形態に係る基板処理装置
４１０ 上部電極
４１１ 上部電極配線
４１２、４２４ アース
４２０ 下部電極
４２１ 下部電極配線
４２２ コンデンサ
４２３ ＲＦ高周波電源
６００ 第五の実施形態に係る基板処理装置
６０１ 処理チャンバー
６０２ 減圧搬送チャンバー
６０３ 圧力調整搬送チャンバー
６０４ 基板搬入搬出用移載機構
Claims (11)
- チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、
少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、
前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、
を備え、
前記ガス吹き付け体は、前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動するものであり、
前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、
前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、
前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、
前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされていることを特徴とする基板処理装置。 - チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、
少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、
前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、
を備え、
前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、
前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、
前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、
前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、
前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、
前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動することを特徴とする基板処理装置。 - チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、
少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、
前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、
を備え、
前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、
前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、
前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、
前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、
前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、
前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、
当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。 - チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、
少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、
前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、
を備え、
前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、
前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、
前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、
前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、
前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、
前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、
当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成され、
前記ガス吹き付け体は、中空形状をなしているとともに、複数個の開口を有し、該開口を介して基板に暴露処理用ガスを吹き付けるものであることを特徴とする基板処理装置。 - チャンバー内に配置された基板に暴露処理用ガスを吹き付ける基板処理装置であって、
少なくとも一つのガス導入口と少なくとも一つのガス排気口とを有するチャンバーと、
前記ガス導入口を介して前記チャンバー内に暴露処理用ガスを導入するガス導入手段と、
前記チャンバー内に導入された前記暴露処理用ガスを前記基板に吹き付けるガス吹き付け体と、
を備え、
前記ガス導入手段は、前記チャンバーの上壁を外側から内側に貫通したガス導入管からなり、
前記ガス導入管は、外管と内管との二重構造をなし、
前記ガス導入管の前記内管は前記外管に対して摺動自在に構成され、
前記ガス導入管の前記内管の下端に前記ガス吹き付け体を取り付けたことにより、前記ガス吹き付け体は上下方向に移動可能とされ、
前記チャンバーの上壁には、水平方向に延在するスリットが形成され、
前記ガス導入管が前記スリットの内部を水平方向に摺動するのに伴い、前記ガス吹き付け体が前記チャンバー内に配置された基板を走査するように前記チャンバーの内部において移動し、
当該基板処理装置は、前記ガス導入管が前記スリットに沿って移動する際においても前記チャンバーの内部の気密が維持されるように構成され、
前記ガス吹き付け体は、中空形状をなしているとともに、複数個の開口を有し、該開口を介して基板に暴露処理用ガスを吹き付けるものであり、その中心軸の周りに回転可能に形成されていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記基板が載置されるステージが、上下動可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板が載置されるステージが、その軸心の周りに回転可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板の温度を調整する基板温度調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板温度調整手段は、前記基板が載置されるステージの温度を制御することにより、前記基板の温度を制御するものであることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
- 前記暴露処理用ガスの温度を調整するガス温度調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の基板処理装置。
- 前記チャンバー内に配置された基板と前記ガス分配手段との間隔が５乃至１５ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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