JP6145065B2 - 基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体に関する。

近年、半導体素子の更なる高集積化が求められている。高集積化を実現するために、レジストパターン等を形成するためのフォトリソグラフィー工程においては、パターンの高集積化が求められると共に、パターンの構成要素（ホール、溝等）の微細化も求められる。例えば特許文献１には、パターンの構成要素を微細化するための手法が開示されている。この手法は、レジストパターンを形成した後に、そのホール、溝等の内壁面に膜層を形成することで、ホール径、溝幅等を縮小するものである。

特開２００７−２１４５０６号公報

特許文献１に記載の手法では、ホール、溝等（以下、「凹状パターン」という。）を所望の大きさまで縮小できない可能性がある。そこで本開示は、基板上の凹状パターンを十分に縮小できる基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体を提供することを目的とする。

本開示に係る基板処理方法は、基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成すること、露光処理が施された被膜に現像処理を施すことで、被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成すること、現像処理後に、基板の表面に残留した被膜の架橋反応を加熱処理により進行させること、加熱処理が施された被膜にエネルギー線を照射すること、エネルギー線が照射された被膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小させること、を含む。

この基板処理方法によれば、凹状パターンを十分に縮小できる。その機序は、次のように推定される。現像処理後の加熱処理により架橋反応が進行し、溶剤に対する被膜の溶解性が低下する。この後、エネルギー線の照射により、被膜を構成する高分子が部分的に分断される。これにより、被膜は溶剤を吸収し易い状態となる。この状態で被膜に溶剤が供給されるので、被膜が溶剤を吸収して膨潤し、凹状パターンが縮小する。なお、エネルギー線の照射量、又はエネルギー線の照射前における架橋反応の進行の程度等を変えることにより、凹状パターンの縮小量を調整することも可能である。

酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射してもよい。この場合、エネルギー線の照射後において、溶剤に対する被膜の溶解を抑制できる。その機序は、次のように推定される。酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射する場合、上述した高分子の分断は酸化反応を伴う。この酸化反応によって、溶剤に対する被膜の溶解が抑制される。

エネルギー線は紫外線であってもよい。紫外線の波長は２００ｎｍ以下であってもよい。溶剤はシクロヘキサノンであってもよい。ウレア系架橋剤、アルキルウレア系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、メラミン系架橋剤の少なくとも一つの架橋剤を含有した材料により被膜を形成してもよい。

被膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小した後に、被膜の架橋反応を加熱処理により進行させることを更に含んでもよい。この場合、後の工程における被膜の耐性を高めることができる。

本開示に係る基板処理装置は、基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成するように構成された成膜部と、被膜に現像処理を施すことで、被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように構成された現像部と、被膜に加熱処理を施すように構成された加熱部と、被膜にエネルギー線を照射するように構成された照射部と、被膜に溶剤を供給するように構成された溶剤供給部と、成膜部、現像部、照射部及び溶剤供給部を制御するように構成された制御部と、を備え、制御部は、基板の表面に被膜を形成するように成膜部を制御すること、露光処理が施された被膜に現像処理を施すことで、被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように現像部を制御すること、現像処理後に、基板の表面に残留した被膜の架橋反応を加熱処理により進行させるように加熱部を制御すること、加熱処理が施された被膜にエネルギー線を照射するように照射部を制御すること、エネルギー線が照射された被膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小させるように溶剤供給部を制御すること、を実行する。この基板処理装置によれば、凹状パターンを十分に縮小できる。

照射部は、酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射してもよい。この場合、エネルギー線の照射後において、溶剤に対する被膜の溶解を抑制できる。

エネルギー線は紫外線であってもよい。紫外線の波長は２００ｎｍ以下であってもよい。溶剤はシクロヘキサノンであってもよい。成膜部は、ウレア系架橋剤、アルキルウレア系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、メラミン系架橋剤の少なくとも一つの架橋剤を含有した材料により被膜を形成してもよい。

制御部は、被膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小するように溶剤供給部を制御した後に、被膜の架橋反応を加熱処理により進行させるように加熱部を制御することを更に実行してもよい。この場合、後の工程における被膜の耐性を高めることができる。

本開示に係る記録媒体は、上記基板処理方法を装置に実行させるプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本開示によれば、基板上の凹状パターンを十分に縮小できる。

第１実施形態に係る基板処理システムの斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 縮小処理ユニットの模式図である。 制御部の機能的な構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る基板処理方法の実行手順を示すフローチャートである。 エネルギー線照射及び溶剤供給中のウェハを示す模式図である。 第２実施形態に係る基板処理システムの断面図である。 制御部の機能的な構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る基板処理方法の実行手順を示すフローチャートである。 比較例及び実施例に係る凹状パターンの電子顕微鏡写真である。ある。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔第１実施形態〕
（基板処理システム）
第１実施形態に係る基板処理システム１は、塗布・現像装置（基板処理装置）２と露光装置３とを備える。露光装置３は、レジスト膜（感光性被膜）の露光処理を行う。具体的には、液浸露光等の方法によりレジスト膜の露光対象部分にエネルギー線を照射する。エネルギー線としては、例えばＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ｇ線、ｉ線又はＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ、極端紫外線）が挙げられる。

塗布・現像装置２（基板処理装置）は、露光装置３による露光処理の前に、ウェハＷ（基板）の表面にレジスト膜を形成する処理を行い、露光処理後にレジスト膜の現像処理を行う。

図１及び図２に示すように、塗布・現像装置２は、キャリアブロック４と、処理ブロック５と、インターフェースブロック６と、制御部１００とを備える。キャリアブロック４、処理ブロック５及びインターフェースブロック６は、水平方向に並んでいる。

キャリアブロック４は、キャリアステーション１２と搬入・搬出部１３とを有する。搬入・搬出部１３はキャリアステーション１２と処理ブロック５との間に介在する。キャリアステーション１２は、複数のキャリア１１を支持する。キャリア１１は、複数枚のウェハＷを密封状態で収容し、ウェハＷを出し入れするための開閉扉（不図示）を一側面１１ａ側に有する。キャリア１１は、側面１１ａが搬入・搬出部１３側に面するように、キャリアステーション１２上に着脱自在に設置される。搬入・搬出部１３は、キャリアステーション１２上の複数のキャリア１１にそれぞれ対応する複数の開閉扉１３ａを有する。側面１１ａの開閉扉と開閉扉１３ａとを同時に開放することで、キャリア１１内と搬入・搬出部１３内とが連通する。搬入・搬出部１３は受け渡しアームＡ１を内蔵している。受け渡しアームＡ１は、キャリア１１からウェハＷを取り出して処理ブロック５に渡し、処理ブロック５からウェハＷを受け取ってキャリア１１内に戻すように構成されている。

処理ブロック５は、下層膜形成（ＢＣＴ）モジュール１４と、レジスト膜形成（ＣＯＴ）モジュール１５と、下層膜形成（ＴＣＴ）モジュール１６と、現像処理（ＤＥＶ）モジュール１７とを有する。これらのモジュールは、床面側からＤＥＶモジュール１７、ＢＣＴモジュール１４、ＣＯＴモジュール１５、ＴＣＴモジュール１６の順に積層されている。

ＢＣＴモジュール１４は、ウェハＷの表面上に下層膜を形成するように構成されている。ＢＣＴモジュール１４は、複数の塗布ユニット（不図示）と、複数の熱処理ユニット（不図示）と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ２とを内蔵している。塗布ユニットは、下層膜形成用の薬液をウェハＷの表面に塗布するように構成されている。熱処理ユニットは、例えば熱板によりウェハＷを加熱し、加熱後のウェハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＢＣＴモジュール１４において行われる熱処理の具体例としては、薬液を硬化させるための加熱処理が挙げられる。

ＣＯＴモジュール（成膜部）１５は、下層膜上に熱硬化性且つ感光性のレジスト膜（被膜）を形成するように構成されている。熱硬化性且つ感光性のレジスト膜を構成する材料としては、ウレア系架橋剤、アルキルウレア系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、メラミン系架橋剤の少なくとも一つの架橋剤を含有した材料が挙げられる。

図３に示すように、ＣＯＴモジュール１５は、複数の塗布ユニットＵ１と、複数の熱処理ユニットＵ２と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。塗布ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の薬液（レジスト剤）を下層膜の上に塗布するように構成されている。熱処理ユニットＵ２は、例えば熱板によりウェハＷを加熱し、加熱後のウェハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＣＯＴモジュール１５において行われる熱処理の具体例としては、薬液を硬化させるための加熱処理（ＰＡＢ：Ｐｒｅ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂａｋｅ）が挙げられる。

ＴＣＴモジュール１６は、レジスト膜上に上層膜を形成するように構成されている。ＴＣＴモジュール１６は、複数の塗布ユニット（不図示）と、複数の熱処理ユニット（不図示）と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ４とを内蔵している。塗布ユニットは、上層膜形成用の薬液をウェハＷの表面に塗布するように構成されている。熱処理ユニットは、例えば熱板によりウェハＷを加熱し、加熱後のウェハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＴＣＴモジュール１６において行われる熱処理の具体例としては、薬液を硬化させるための加熱処理が挙げられる。

図４に示すように、ＤＥＶモジュール１７は、複数の現像ユニットＵ３と、複数の熱処理ユニットＵ４と、縮小処理ユニットＵ５と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ５と、これらのユニットを経ずにウェハＷを搬送する直接搬送アームＡ６とを内蔵している。

現像ユニットＵ３は、露光されたレジスト膜に現像処理を施すことで、レジスト膜を部分的に除去してレジストパターンを形成するように構成されている。すなわち現像ユニットＵ３は、レジスト膜を部分的に除去して孔又は溝等の凹状パターンを形成するように構成された現像部として機能する。

熱処理ユニットＵ４は、例えば熱板によりウェハＷを加熱し、加熱後のウェハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＤＥＶモジュール１７において行われる熱処理の具体例としては、現像処理前の加熱処理（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）、レジスト膜を熱架橋させるための加熱処理（ＣＢ：Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ Ｂａｋｅ）等が挙げられる。すなわち、熱処理ユニットＵ４はレジスト膜に加熱処理を施すように構成された加熱部として機能する。

縮小処理ユニットＵ５は、凹状パターンを縮小させるように構成されている。図５に示すように、縮小処理ユニットＵ５は、回転保持部２０と、照射部３０と、溶剤供給部４０とを有する。

回転保持部２０は回転部２１と保持部２３とを有する。回転部２１は上方に突出した回転軸２２を有し、例えば電動モータ等を動力源として回転軸２２を回転させる。保持部２３は、回転軸２２の先端部に設けられている。保持部２３上には、表面Ｗａ上にレジスト膜Ｒ１が形成されたウェハＷが水平に配置される。保持部２３は、例えば吸着等によりウェハＷを保持する。

照射部３０は、保持部２３の上方に位置し、ウェハＷの表面Ｗａに対向する。照射部３０は、酸素を含有する雰囲気中において、表面Ｗａ上のレジスト膜Ｒ１の全域にエネルギー線を照射するように構成されている。エネルギー線は、例えば紫外線である。照射部３０が照射する紫外線の波長は、２００ｎｍ以下（例えば１７２ｎｍ、１９３ｎｍ）であることが好ましく、１７２ｎｍであることが特に好ましいがこれに限られない。照射部３０が照射する紫外線の波長は２００ｎｍ超（例えば２２２ｎｍ）であってもよい。酸素を含有する雰囲気の酸素濃度は、例えば１００００ｐｐｍ以上である。なお、照射部３０は、レジスト膜Ｒ１の一部のみにエネルギー線を照射するように構成されていてもよい。この場合、照射部３０は、エネルギー線の出射源の回動及び移送の少なくとも一方によりエネルギー線の照射範囲を移動させるように構成されていてもよい。

溶剤供給部４０は、レジスト膜Ｒ１に溶剤を供給するように構成されている。溶剤としては、例えばシクロヘキサノン、イソプロピルアルコール、γブチルラプトン、アセトン、エタノール又はジメチルエーテル等が挙げられる。溶剤供給部４０は、溶剤タンク４１と、ノズル４２と、供給管４３と、ポンプ４４と、バルブ４５と、ノズル移送部４６とを有する。

溶剤タンク４１は溶剤を収容する。ノズル４２は、保持部２３に保持されたウェハＷの上方に配置される。ノズル４２は、供給管４３により溶剤タンク４１に接続されており、溶剤タンク４１から供給された溶剤を下方に吐出して表面Ｗａ上に供給する。ポンプ４４は、供給管４３の途中に設けられ、溶剤タンク４１からノズル４２に溶剤を圧送する。バルブ４５は、供給管４３においてノズル４２及びポンプ４４の間に設けられている。バルブ４５は、ノズル４２からの溶剤の吐出を開始又は停止させる。

ノズル移送部４６は、水平なガイドレール４７と、ガイドレール４７に沿って移動可能なスライドブロック４８とを備える。スライドブロック４８は、アーム４９を介してノズル４２に接続されている。ノズル移送部４６は、例えば電動モータ等を動力源として、スライドブロック４８を移動させ、これに伴ってノズル４２を移動させる。平面視において、ノズル４２の移動経路は、ウェハＷの回転中心を通る。

処理ブロック５内におけるキャリアブロック４側には棚ユニットＵ１０が設けられている。棚ユニットＵ１０は、床面からＴＣＴモジュール１６に亘るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。棚ユニットＵ１０の近傍には昇降アームＡ７が設けられている。昇降アームＡ７は、棚ユニットＵ１０のセル同士の間でウェハＷを昇降させるように構成されている。

処理ブロック５内におけるインターフェースブロック６側には棚ユニットＵ１１が設けられている。棚ユニットＵ１１は床面からＤＥＶモジュール１７の上部に亘るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。

インターフェースブロック６は、受け渡しアームＡ８を内蔵しており、露光装置３に接続される。受け渡しアームＡ８は、棚ユニットＵ１１のウェハＷを露光装置３に渡し、露光装置３からウェハＷを受け取って棚ユニットＵ１１に戻すように構成されている。

制御部１００は、１又は複数の制御用コンピュータにより、塗布・現像装置２を制御するように構成されている。制御部１００は、各処理の条件設定画面を表示する表示部（不図示）と、各処理の条件を入力する入力部（不図示）と、コンピュータ読み取り可能な記録媒体からプログラムを読み取る読取部（不図示）とを有する。記録媒体は、塗布・現像装置２に基板処理方法を実行させるためのプログラムを記録している。このプログラムが制御部１００の読取部によって読み取られる。記録媒体としては、例えばハードディスク、コンパクトディスク、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、メモリーカード等が挙げられる。制御部１００は、入力部に入力された各処理の条件と、読取部により読み取られたプログラムとに応じて塗布・現像装置２を制御する。

図６は、プログラムの実行により実現される個々の機能を仮想的な構成要素（以下、「機能ブロック」という。）として示したブロック図である。図６に示すように、制御部１００は、機能ブロックとして、成膜制御部１１１と、現像制御部１１２と、熱架橋制御部１１３と、乾燥制御部１１４と、照射制御部１１５と、溶剤供給制御部１１６とを備える。

成膜制御部１１１は、ウェハＷの表面Ｗａに下層膜、レジスト膜Ｒ１及び上層膜を形成するように塗布・現像装置２を制御する。成膜制御部１１１は、下層膜の形成においては主としてＢＣＴモジュール１４の塗布ユニット及び熱処理ユニット（不図示）を制御し、レジスト膜の形成においては主としてＣＯＴモジュール１５の塗布ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御し、上層膜の形成においては主としてＴＣＴモジュール１６の塗布ユニット及び熱処理ユニット（不図示）を制御する。

現像制御部１１２は、露光処理が施されたレジスト膜Ｒ１に現像処理を施すことで、レジスト膜Ｒ１を部分的に除去して凹状パターンを形成するように塗布・現像装置２を制御する。現像制御部１１２は、主としてＤＥＶモジュール１７の現像ユニットＵ３及び熱処理ユニットＵ４を制御する。

熱架橋制御部１１３は、現像制御部１１２による制御の後に、ウェハＷの表面Ｗａに残量したレジスト膜Ｒ１の架橋反応を加熱処理により進行させるように塗布・現像装置２を制御する。熱架橋制御部１１３は、主としてＤＥＶモジュール１７の熱処理ユニットＵ４を制御する。

照射制御部１１５は、熱架橋制御部１１３による制御の後に、レジスト膜Ｒ１にエネルギー線を照射するように塗布・現像装置２を制御する。照射制御部１１５は、主としてＤＥＶモジュール１７の縮小処理ユニットＵ５の照射部３０を制御する。

溶剤供給制御部１１６は、照射制御部１１５による制御の後に、レジスト膜Ｒ１に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小させるように塗布・現像装置２を制御する。溶剤供給制御部１１６は、主として縮小処理ユニットＵ５の溶剤供給部４０を制御する。

乾燥制御部１１４は、溶剤供給制御部１１６による制御の後に、レジスト膜Ｒ１を加熱処理により乾燥させるように塗布・現像装置２を制御する。乾燥制御部１１４は、主としてＤＥＶモジュール１７の熱処理ユニットＵ４を制御する。

このような機能的構成により、制御部１００は、ウェハＷの表面Ｗａに下層膜、レジスト膜Ｒ１及び上層膜を形成するようにＢＣＴモジュール１４、ＣＯＴモジュール１５及びＴＣＴモジュール１６を制御すること、露光処理が施されたレジスト膜Ｒ１に現像処理を施すことで、レジスト膜Ｒ１を部分的に除去して凹状パターンを形成するように現像ユニットＵ３及び熱処理ユニットＵ４を制御すること、現像処理後に、ウェハＷの表面Ｗａに残留したレジスト膜Ｒ１の架橋反応を加熱処理により進行させるように熱処理ユニットＵ４を制御すること、加熱処理が施されたレジスト膜Ｒ１にエネルギー線を照射するように照射部３０を制御すること、エネルギー線が照射されたレジスト膜Ｒ１に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小させるように溶剤供給部４０を制御すること、溶剤が供給されたレジスト膜Ｒ１を加熱処理により乾燥させるように熱処理ユニットＵ４を制御すること、を実行する。

（基板処理方法）
以下、図７を参照し、基板処理システム１を用いた基板処理方法について説明する。まず、成膜制御部１１１により塗布・現像装置２を制御し、ウェハＷの表面Ｗａ上に下層膜を形成する（ステップＳ１）。塗布・現像装置２の各要素は以下のように動作する。すなわち、受け渡しアームＡ１がキャリア１１内のウェハＷを棚ユニットＵ１０に搬送する。このウェハＷを、昇降アームＡ７がＢＣＴモジュール１４用のセルに配置し、搬送アームＡ２がＢＣＴモジュール１４内の各ユニットに搬送する。塗布ユニットは、下層膜の形成用の薬液を表面Ｗａ上に塗布する。熱処理ユニットは、薬液を硬化させるための加熱処理等を行う。下層膜の形成が完了すると、搬送アームＡ２がウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻す。

次に、成膜制御部１１１により塗布・現像装置２を制御し、下層膜上にレジスト膜Ｒ１を形成する（ステップＳ２）。塗布・現像装置２の各要素は以下のように動作する。すなわち、搬送アームＡ２により棚ユニットＵ１０に戻されたウェハＷを昇降アームＡ７がＣＯＴモジュール１５用のセルに配置し、搬送アームＡ３がＣＯＴモジュール１５内の各ユニットに搬送する。塗布ユニットＵ１は、レジスト膜の形成用の薬液を表面Ｗａ上に塗布する。熱処理ユニットＵ２は、薬液を硬化させるための加熱処理（ＰＡＢ）等を行う。レジスト膜の形成が完了すると、搬送アームＡ３がウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻す。

次に、成膜制御部１１１により塗布・現像装置２を制御し、レジスト膜Ｒ１上に上層膜を形成する（ステップＳ３）。塗布・現像装置２の各要素は以下のように動作する。すなわち、搬送アームＡ３により棚ユニットＵ１０に戻されたウェハＷを昇降アームＡ７がＴＣＴモジュール１６用のセルに配置し、搬送アームＡ４がＴＣＴモジュール１６内の各ユニットに搬送する。塗布ユニットは、上層膜の形成用の薬液を表面Ｗａ上に塗布する。熱処理ユニットは、薬液を硬化させるための加熱処理等を行う。上層膜の形成が完了すると、搬送アームＡ４がウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻す。

次に、露光装置３を用いてレジスト膜Ｒ１の露光処理を実行する（ステップＳ４）。露光処理の前後において、塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、搬送アームＡ４により棚ユニットＵ１０に戻されたウェハＷを昇降アームＡ７がＤＥＶモジュール１７用のセルに配置し、直接搬送アームＡ６が棚ユニットＵ１１に搬送する。このウェハＷを受け渡しアームＡ８が露光装置３に送り出す。露光装置３における露光処理が完了すると、受け渡しアームＡ８がウェハＷを露光装置３から受け入れ、棚ユニットＵ１１に戻す。

次に、現像制御部１１２により塗布・現像装置２を制御し、レジスト膜Ｒ１の現像処理を行う（ステップＳ５）。塗布・現像装置２の各要素は以下のように動作する。すなわち、受け渡しアームＡ８により棚ユニットＵ１１に戻されたウェハＷを、搬送アームＡ５がＤＥＶモジュール１７の熱処理ユニットＵ４に搬送する。熱処理ユニットＵ４は、ウェハＷの加熱処理（ＰＥＢ）を行う。ＰＥＢが完了すると、搬送アームＡ５がウェハＷを現像ユニットＵ３に搬送する。現像ユニットＵ３は、現像液及びリンス液をウェハＷの表面Ｗａに供給することで、レジスト膜Ｒ１の現像処理を行う。現像処理により、レジスト膜Ｒ１が部分的に除去され、凹状パターンが形成される。

次に、熱架橋制御部１１３により塗布・現像装置２を制御し、ウェハＷの表面Ｗａに残留したレジスト膜Ｒ１の加熱処理を行う（ステップＳ６）。塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、現像処理後のウェハＷを搬送アームＡ５が熱処理ユニットＵ４に搬送する。熱処理ユニットＵ４は、ウェハＷの加熱処理を行う。この加熱処理（以下、「熱架橋処理」という。）により、レジスト膜Ｒ１の架橋反応が進行する。

次に、照射制御部１１５により塗布・現像装置２を制御し、レジスト膜Ｒ１にエネルギー線を照射する（ステップＳ７）。塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、熱架橋処理後のウェハＷを搬送アームＡ５が縮小処理ユニットＵ５に搬送する。縮小処理ユニットＵ５においては、回転保持部２０の保持部２３がウェハＷを保持し、照射部３０がレジスト膜Ｒ１にエネルギー線を照射する（図８（ａ）参照）。照射部３０は、酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射する。

次に、溶剤供給制御部１１６により塗布・現像装置２を制御し、レジスト膜Ｒ１に溶剤を供給する（ステップＳ８）。塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、エネルギー線の照射後に、回転保持部２０の回転部２１が回転軸２２を回転させる。これにより、保持部２３及びウェハＷが回転する。この状態で、溶剤供給部４０がウェハＷの表面Ｗａの中央部に溶剤Ｌ１を供給する（図８（ｂ）参照）。供給された溶剤Ｌ１は、ウェハＷの回転によってウェハＷの周縁側に塗り広げられる。溶剤Ｌ１の供給により、凹状パターンが縮小する。

次に、乾燥制御部１１４により塗布・現像装置２を制御し、レジスト膜Ｒ１の加熱処理を行う（ステップＳ９）。塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、溶剤の供給後のウェハＷを搬送アームＡ５が熱処理ユニットＵ４に搬送する。熱処理ユニットＵ４は、ウェハＷの加熱処理を行う。この加熱処理（以下、「乾燥処理」という。）により、レジスト膜Ｒ１が乾燥する。

乾燥処理が完了すると、搬送アームＡ５がウェハＷを棚ユニットＵ１０に搬送する。
このウェハＷを、昇降アームＡ７が受け渡し用のセルに配置し、受け渡しアームＡ１がキャリア１１内に戻す。以上で基板処理方法が完了する。

この基板処理方法によれば、凹状パターンを十分に縮小できる。その機序は、次のように推定される。現像処理後の熱架橋処理により架橋反応が進行し、溶剤に対するレジスト膜の溶解性が低下する。この後、エネルギー線の照射により、レジスト膜を構成する高分子が部分的に分断される。これにより、レジスト膜は溶剤を吸収し易い状態となる。この状態でレジスト膜に溶剤が供給されるので、レジスト膜が溶剤を吸収して膨潤し、凹状パターンが縮小する。レジスト膜の乾燥後においても、レジスト膜は膨らんだ状態に維持され、凹状パターンは縮小した状態に維持される。なお、エネルギー線の照射量、又は熱架橋処理における架橋反応の進行の程度等を変えることにより、凹状パターンの縮小量を調整することも可能である。

エネルギー線は、酸素を含有する雰囲気中で照射される。これにより、エネルギー線の照射後において、溶剤に対するレジスト膜の溶解を抑制できる。その機序は、次のように推定される。酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射する場合、上述した高分子の分断は酸化反応を伴う。この酸化反応によって、溶剤に対するレジスト膜の溶解が抑制される。

なお、基板処理方法は、レジスト膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小した後に、レジスト膜の架橋反応を加熱処理により進行させることを更に含んでもよい。すなわち、制御部１００は、レジスト膜に溶剤を供給することで凹状パターンを縮小するように溶剤供給部４０を制御した後に、レジスト膜の架橋反応を加熱処理により進行させるように熱処理ユニットＵ４を制御することを更に実行してもよい。この場合、後の工程における被膜の耐性を高めることができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る塗布・現像装置２Ａは、塗布・現像装置２にＤＳＡユニットＵ６を追加したものである。図９に示すように、ＤＳＡユニットＵ６は、塗布・現像装置２ＡのＤＥＶモジュール１７内に設けられている。ＤＳＡユニットＵ６は、エネルギー線の照射及び溶剤の供給により縮小された凹状パターンの内面に保護膜を形成する。具体的に、ＤＳＡユニットＵ６は、凹状パターン内にブロックコポリマーを供給し、その自己組織化（ＤＳＡ：Ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）によって保護膜を形成する。

図１０に示すように、塗布・現像装置２Ａの制御部１００Ａは、成膜制御部１１１、現像制御部１１２、熱架橋制御部１１３、乾燥制御部１１４、照射制御部１１５及び溶剤供給制御部１１６に加えて、ＤＳＡ制御部１１７を更に有する。ＤＳＡ制御部１１７は、溶剤供給制御部１１６による制御の後に、凹状パターンの内面に保護膜を形成するようにＤＳＡユニットＵ６を制御する。

第２実施形態に係る基板処理システム１Ａを用いた基板処理方法は、図１１に示すように、第１実施形態に係る基板処理方法と同様のステップＳ１〜Ｓ９を実行した後に、ＤＳＡ制御部１１７により塗布・現像装置２を制御し、凹状パターンの内面に保護膜を形成すること（ステップＳ１０）を更に含む。ステップＳ１０において、塗布・現像装置２の各要素は次のように動作する。すなわち、ステップＳ９においてレジスト膜Ｒ１の乾燥が完了すると、搬送アームＡ５がウェハＷをＤＳＡユニットＵ６に搬送する。ＤＳＡユニットＵ６は、凹状パターン内にブロックコポリマーを供給し、その自己組織化によって凹状パターンの内面に保護膜を形成する。

保護膜の形成が完了すると、搬送アームＡ５がウェハＷを棚ユニットＵ１０に搬送する。このウェハＷを、昇降アームＡ７が受け渡し用のセルに配置し、受け渡しアームＡ１がキャリア１１内に戻す。以上で基板処理方法が完了する。

この基板処理方法によれば、保護膜の形成により凹状パターンを更に縮小できる。
また、後の工程におけるレジスト膜Ｒ１の耐性を高めることができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、縮小処理ユニットＵ５及びＤＳＡユニットＵ６は必ずしもＤＥＶモジュール１７に設けられていなくてもよく、ＢＣＴモジュール１４、ＣＯＴモジュール１５又はＴＣＴモジュール１６に設けられていてもよい。縮小処理ユニットＵ５及びＤＳＡユニットＵ６は必ずしも同一のモジュール内に設けられていなくてもよい。縮小処理ユニットＵ５、熱架橋処理用の熱処理ユニットＵ４及びＤＳＡユニットＵ６は、塗布・現像装置２から分離した装置内に設けられていてもよい。照射部３０及び溶剤供給部４０は、互いに別のユニットとして構成されていてもよい。処理対象の基板は半導体ウェハに限られず、例えばプリント配線基板であってもよい。

本実施形態の実施例及び比較例に係るサンプルを作製し、凹状パターンの縮小の程度を確認した。なお、本発明は実施例及び比較例に限定されない。

〔比較例〕
ウェハＷの表面Ｗａ上にレジスト膜を形成し、露光処理及び現像処理により凹状パターンを形成してサンプルを作製した。

〔実施例１〕
比較例と同様に凹状パターンを形成した後に、レジスト膜に対する熱架橋処理、エネルギー線照射、溶剤供給及び乾燥処理を順次実行してサンプルを作製した。熱架橋処理における加熱条件を２１０℃６０秒（２１０℃の熱板上に６０秒載置）とした。空気（酸素濃度約２１００００ｐｐｍ）中においてエネルギー線の照射を行った。エネルギー線には波長１７２ｎｍの紫外線を用い、照射量（Ｄｏｓｅ）を１００ｍＪとした。乾燥処理における加熱条件を１１０℃６０秒（１１０℃の熱板上に６０秒載置）とした。

〔実施例２〕
紫外線照射のＤｏｓｅを８５ｍＪとした点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔実施例３〕
紫外線照射のＤｏｓｅを７５ｍＪとした点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔実施例４〕
紫外線照射のＤｏｓｅを５０ｍＪとした点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔実施例５〕
熱架橋処理における加熱条件を２１０℃１８０秒とした点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔実施例６〕
熱架橋処理における加熱条件を２１０℃３００秒とした点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔実施例７〕
窒素ガス（酸素濃度４００ｐｐｍ以下）中においてエネルギー線の照射を行った点を除き、実施例１と同様のサンプルを作製した。

〔比較結果〕
図１２（ａ）は、比較例１のサンプルにおける凹状パターンの電子顕微鏡写真である。
図１２（ｂ）は、実施例１のサンプルにおける凹状パターンの電子顕微鏡写真である。
比較例１の凹状パターンの幅Ｂは約７２ｎｍであるのに対し、実施例１の凹状パターンの幅Ｂは約４２ｎｍであった。この結果から、本実施形態によれば凹状パターンを大幅に縮小できることが確認された。

実施例２の凹状パターンの幅Ｂは約６５ｎｍであり、実施例３の凹状パターンの幅Ｂは約６９ｎｍであり、実施例４の凹状パターンの幅Ｂは約７１ｎｍであった。これにより、エネルギー線の照射量を増やすのに応じて凹状パターンの縮小量が増加することが確認された。実施例５の凹状パターンの幅Ｂは約５８ｎｍであり、実施例６の凹状パターンの幅Ｂは約６３ｎｍであった。これにより、熱架橋処理の加熱時間を長くするのに応じて凹状パターンの縮小量が減少することが確認された。これらの結果から、エネルギー線の照射量、又は熱架橋処理における架橋反応の進行の程度等を変えることにより、凹状パターンの縮小量を調整できることが確認された。

実施例７では、レジスト膜の大半が溶剤に溶解して消失したため、幅Ｂを測定不能であった。この結果から、酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射することで、その後の溶剤供給時に、溶剤に対するレジスト膜の溶解を抑制できることが確認された。

２，２Ａ…塗布・現像装置（基板処理装置）、１５…ＣＯＴモジュール（成膜部）、３０…照射部、４０…溶剤供給部、１００，１００Ａ…制御部、Ｌ１…溶剤、Ｒ１…レジスト膜、Ｕ３…現像ユニット（現像部）、Ｕ４…熱処理ユニット（加熱部）、Ｗ…ウェハ、Ｗａ…表面。

Claims (11)

1. 基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成すること、
   露光処理が施された前記被膜に現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成すること、
   前記現像処理後に、前記基板の表面に残留した前記被膜の架橋反応を加熱処理により進行させること、
   前記加熱処理が施された前記被膜に、酸素を含有する雰囲気中でエネルギー線を照射すること、
   前記エネルギー線が照射された前記被膜に溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小させること、を含む基板処理方法。
2. 基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成すること、
   露光処理が施された前記被膜に現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成すること、
   前記現像処理後に、前記基板の表面に残留した前記被膜の架橋反応を加熱処理により進行させること、
   前記加熱処理が施された前記被膜に、波長が２００ｎｍ以下である紫外線を照射すること、
   前記紫外線が照射された前記被膜に溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小させること、を含む基板処理方法。
3. 前記溶剤としてシクロヘキサノンを供給する、請求項１又は２記載の基板処理方法。
4. ウレア系架橋剤、アルキルウレア系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、メラミン系架橋剤の少なくとも一つの架橋剤を含有した材料により前記被膜を形成する、請求項１〜３のいずれか一項記載の基板処理方法。
5. 前記被膜に前記溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小した後に、前記被膜の架橋反応を加熱処理により進行させることを更に含む、請求項１〜４のいずれか一項記載の基板処理方法。
6. 基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成するように構成された成膜部と、
   前記被膜に現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように構成された現像部と、
   前記被膜に加熱処理を施すように構成された加熱部と、
   酸素を含有する雰囲気中で前記被膜にエネルギー線を照射するように構成された照射部と、
   前記被膜に溶剤を供給するように構成された溶剤供給部と、
   前記成膜部、前記現像部、前記照射部及び前記溶剤供給部を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記基板の表面に前記被膜を形成するように前記成膜部を制御すること、
   露光処理が施された前記被膜に前記現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように前記現像部を制御すること、
   前記現像処理後に、前記基板の表面に残留した前記被膜の架橋反応を前記加熱処理により進行させるように前記加熱部を制御すること、
   前記加熱処理が施された前記被膜に前記エネルギー線を照射するように前記照射部を制御すること、
   前記エネルギー線が照射された前記被膜に前記溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小させるように前記溶剤供給部を制御すること、を実行する、基板処理装置。
7. 基板の表面に熱硬化性且つ感光性の被膜を形成するように構成された成膜部と、
   前記被膜に現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように構成された現像部と、
   前記被膜に加熱処理を施すように構成された加熱部と、
   波長が２００ｎｍ以下である紫外線を前記被膜に照射するように構成された照射部と、
   前記被膜に溶剤を供給するように構成された溶剤供給部と、
   前記成膜部、前記現像部、前記照射部及び前記溶剤供給部を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記基板の表面に前記被膜を形成するように前記成膜部を制御すること、
   露光処理が施された前記被膜に前記現像処理を施すことで、前記被膜を部分的に除去して凹状パターンを形成するように前記現像部を制御すること、
   前記現像処理後に、前記基板の表面に残留した前記被膜の架橋反応を前記加熱処理により進行させるように前記加熱部を制御すること、
   前記加熱処理が施された前記被膜に前記紫外線を照射するように前記照射部を制御すること、
   前記紫外線が照射された前記被膜に前記溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小させるように前記溶剤供給部を制御すること、を実行する、基板処理装置。
8. 前記溶剤供給部は、前記溶剤としてシクロヘキサノンを供給する、請求項６又は７記載の基板処理装置。
9. 前記成膜部は、ウレア系架橋剤、アルキルウレア系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、メラミン系架橋剤の少なくとも一つの架橋剤を含有した材料により前記被膜を形成する、請求項６〜８のいずれか一項記載の基板処理装置。
10. 前記制御部は、
    前記被膜に前記溶剤を供給することで前記凹状パターンを縮小するように前記溶剤供給部を制御した後に、前記被膜の架橋反応を前記加熱処理により進行させるように前記加熱部を制御することを更に実行する、請求項６〜９のいずれか一項記載の基板処理装置。
11. 請求項１〜５のいずれか一項記載の基板処理方法を装置に実行させるプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。