JP6726558B2 - 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。

特許文献１には、シリコンウェハ上にレジスト膜を形成した後、レジスト膜に所望パターンを露光し、次いでレジスト膜がポジパターンを得るようなアルカリ現像液を用いて現像し、次いでレジスト膜がネガパターンを得るような有機溶剤を用いて現像するレジストパターン形成方法が開示されている。

特開２０００−１９９９５３号公報

本開示は、フォトリソグラフィーによるパターンの微細化に有効な基板処理方法、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、第一露光処理によって光増感剤を発生させる第一成分と、光増感剤からのエネルギーの供給に応じて酸を発生させる第二成分とを含む被膜を基板の表面に形成する被膜形成処理と、第一露光処理にて発生した光増感剤から第二成分にエネルギーを供給して酸を発生させるように、光増感剤を励起するための光を被膜に照射する第二露光処理と、第二露光処理にて発生した酸による触媒反応を促進するように被膜を加熱する第一加熱処理と、第一加熱処理における触媒反応が生じた箇所を溶解させる第一現像液を被膜に供給する第一現像処理と、第一現像処理の後に、被膜内に残留した光増感剤から第二成分にエネルギーを供給して酸を発生させるように、光増感剤を励起するための光を被膜に照射する第三露光処理と、第三露光処理にて発生した酸による触媒反応を促進するように被膜を加熱する第二加熱処理と、第二加熱処理における触媒反応が生じていない箇所を溶解させる第二現像液を被膜に供給する第二現像処理と、を含む。

この基板処理方法によれば、酸による触媒反応（以下、「酸触媒反応」という。）が生じた箇所を溶解させる第一現像処理を行うことで得られたパターン（以下、「第一パターン」という。）に対し、酸触媒反応が生じていない箇所を溶解させる第二現像処理を更に行うことで、第一パターンを更に細分化したパターン（以下、「第二パターン」という。）が得られる。

第一現像処理は、第二露光処理及び第一加熱処理の後に行われる。第二露光処理では、第一露光処理において露光された領域（以下、「第一領域」という。）の光増感剤が励起され、励起された光増感剤から第二成分にエネルギーが供給されることで、第一領域の酸が増殖する。第一加熱処理では、酸触媒反応が加熱によって促進される。第二露光処理により第一領域の酸が増殖しているので、第一加熱処理においては酸触媒反応が効率よく進行する。このため、被膜の過剰な加熱による溶解を抑制しつつ、酸触媒反応を促進することができる。酸触媒反応の促進により、第一領域とその他の領域とで、第一現像液に対する溶解性の差異が顕著になるので、第一パターンを高い信頼性で形成できる。

第二現像処理は、第三露光処理及び第二加熱処理の後に行われる。第三露光処理では、第一パターンのうち光増感剤が残留している領域（以下、「第二領域」という。）の酸が増殖する。第二加熱処理では、酸触媒反応が加熱によって促進される。第三露光処理により第二領域の酸が増殖しているので、第二加熱処理においても酸触媒反応が効率よく進行する。このため、被膜の過剰な加熱による溶解を抑制しつつ、酸触媒反応を促進することができる。酸触媒反応の促進により、第二領域とその他の領域とで、第二現像液に対する溶解性の差異が顕著になるので、第二パターンも高い信頼性で形成できる。

従って、フォトリソグラフィーによるパターンの微細化に有効である。

第二加熱処理では、第一加熱処理に比較して低い温度にて被膜を加熱してもよい。この場合、第二加熱処理における被膜の過剰な加熱が更に抑制されるので、第二パターンを更に高い信頼性で形成できる。

第一現像液はアルカリ現像液であり、第二現像液は有機現像液であってもよい。光増感剤はカルボニル化合物を含有してもよい。

本開示に係る基板処理装置は、上記基板処理方法を実行するための装置であって、被膜を基板の表面に形成する被膜形成部と、光増感剤を励起するための光を被膜に照射する光照射部と、被膜を加熱する加熱部と、被膜に第一現像液を供給する第一現像液供給部と、被膜に第二現像液を供給する第二現像液供給部と、を備える。

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ための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、フォトリソグラフィーによるパターンの微細化に有効な基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体を提供することができる。

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。 現像ユニットの模式図である。 フラッド露光ユニットの模式図である。 コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。 コントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。 基板処理手順を示すフローチャートである。 基板処理手順におけるウェハの状態を示す模式図である。 基板処理手順におけるウェハの状態を示す模式図である。

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。

〔基板処理システム〕
基板処理システム１は、基板に対し、被膜の形成、当該被膜の露光、及び当該被膜の現像を施すシステムである。処理対象の基板は、例えば半導体のウェハＷである。被膜は、例えば感光性のレジスト膜を含む。

基板処理システム１は、塗布・現像装置２と露光装置３とを備える。露光装置３は、ウェハＷの表面に形成されたレジスト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。塗布・現像装置２は、露光装置３による露光処理の前に、ウェハＷ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。

（塗布・現像装置）
以下、基板処理装置の一例として、塗布・現像装置２の構成を説明する。図１〜図３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、インタフェースブロック６と、コントローラ１００とを備える。

キャリアブロック４は、塗布・現像装置２内へのウェハＷの導入及び塗布・現像装置２内からのウェハＷの導出を行う。例えばキャリアブロック４は、ウェハＷ用の複数のキャリア１１を支持可能であり、受け渡しアームＡ１を内蔵している。キャリア１１は、例えば円形の複数枚のウェハＷを収容する。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。

処理ブロック５は、複数の処理モジュール１４，１５，１６，１７を有する。図２及び図３に示すように、処理モジュール１４，１５，１６，１７は、複数の液処理ユニット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。液処理ユニットＵ１は、処理液をウェハＷの表面に塗布する。熱処理ユニットＵ２は、例えば熱板及び冷却板を内蔵しており、熱板によりウェハＷを加熱し、加熱後のウェハＷを冷却板により冷却して熱処理を行う。

処理モジュール１４，１５，１６（被膜形成部）は、ウェハＷの表面Ｗａに上記被膜を形成する。被膜は、ウェハＷの表面Ｗａ上に形成される下層膜と、下層膜上に形成される感光性のレジスト膜と、レジスト膜上に形成される上層膜とを含む。なお、被膜は少なくともレジスト膜を含んでいればよいので、例えば被膜は下層膜を含んでいなくてもよく、上層膜を含んでいなくてもよく、下層膜及び上層膜の両方を含んでいなくてもよい。

処理モジュール１４は、液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２によりウェハＷの表面上に下層膜を形成する。処理モジュール１４の液処理ユニットＵ１は、下層膜形成用の処理液をウェハＷ上に塗布する。処理モジュール１４の熱処理ユニットＵ２は、下層膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１５は、液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２により下層膜上にレジスト膜を形成する。

レジスト膜は、ベース材料と、露光装置３における露光処理（第一露光処理）によって光増感剤を発生させる第一成分と、光増感剤からのエネルギーの供給に応じて酸を発生させる第二成分とを含む。露光装置３における露光処理によって発生する光増感剤は、カルボニル化合物を含有してもよい。

ベース材料の具体例としては、重量平均分子量が１０００〜２０００００である高分子化合物であって、酸触媒反応により、後述の現像液に対して可溶又は不溶となるものが挙げられる。ベース材料の重量平均分子量は、２０００〜５００００であってもよく、２０００〜２００００であってもよい。

例えばベース材料は、極性基（例えば、酸性官能基）が酸不安定基で保護された高分子化合物である。このような高分子化合物は有機現像液に可溶であるが、アルカリ現像液には不溶又は難溶である。上記極性基が酸不安定基で保護された高分子化合物は、酸による触媒反応（以下、「酸触媒反応」ともいう。）によって酸不安定基が外れ（脱保護）、極性が付与され、アルカリ現像液に可溶であるが、有機現像液に不溶又は難溶となる。この場合、レジスト膜のうち酸触媒反応が生じていない部分は有機現像液により除去可能となり、酸触媒反応が生じた部分はアルカリ現像液により除去可能となる。すなわち、このような高分子化合物をベース材料として含むレジスト膜を有機現像液にて現像する場合、当該レジスト膜はネガ型レジストとして働き、当該レジスト膜をアルカリ現像液にて現像する場合、当該レジスト材料はポジ型レジスト材料として働く。

ベース材料のより具体的な例としては、フェノール樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、スチレン系樹脂、及びポリエステル樹脂等が挙げられる。高分子化合物は、フェノール樹脂、（メタ）アクリル樹脂、又はスチレン系樹脂であってもよく、（メタ）アクリル樹脂であってもよい。

第一成分の具体例としては、光増感剤前駆体が挙げられる。光増感剤前駆体は、露光装置３における露光処理によって光増感剤となる。例えば、光増感剤前駆体は、電離放射線又は４００ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって光増感剤となる。光増感剤前駆体は、２５０ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって光増感剤となるものであってもよく、２００ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって光増感剤となるものであってもよい。

光増感剤は、２００ｎｍを超える波長を有する非電離放射線によって励起されるものであってもよく、２５０ｎｍを超える波長を有する非電離放射線によって励起されるものであってもよい。光増感剤を励起するための非電離放射線の波長は、光増感剤前駆体を光増感剤に変化させるための非電離放射線の波長に比較して長くてもよい。

光増感剤前駆体は、カルボニル基を有する化合物（カルボニル化合物）を含有する光増感剤となるものであってもよい。カルボニル化合物としてはアルデヒド及びケトン等が挙げられる。

光増感剤前駆体のより具体的な例としては、アルコール化合物が挙げられる。光増感剤前駆体は、第２級アルコール化合物であってもよい。なお、アルコール化合物は、アルコール性水酸基を有している化合物のみを指すものではなく、アルコール性水酸基の水素原子が置換されたケタール化合物及びアセタール化合物等であってもよい。

第二成分の具体例としては、酸発生剤が挙げられる。酸発生剤は、電離放射線又は４００ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって酸を発生する。酸発生剤は、２５０ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって酸を発生するものであってもよく、２００ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線の照射によって酸を発生するものであってもよい。

酸発生剤は、励起された光増感剤からのエネルギーの供給によっても酸を発生する。

酸発生剤のより具体的な例としては、オニウム塩化合物、ジアゾメタン化合物、及びスルホンイミド化合物等が挙げられる。また、オニウム塩化合物としては、例えば、スルホニウム塩化合物、テトラヒドロチオフェニウム塩化合物、及びヨードニウム塩化合物等が挙げられる。酸発生剤は、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、スルホニルジアゾメタン、Ｎ−スルホニルオキシイミド、及びオキシム−Ｏ−スルホネート型酸発生剤からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよく、スルホニウム塩化合物及びヨードニウム塩化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよく、ヨードニウム塩化合物を含んでいてもよい。

処理モジュール１５の液処理ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の処理液を下層膜の上に塗布する。処理モジュール１５の熱処理ユニットＵ２は、レジスト膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１６は、液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２によりレジスト膜上に上層膜を形成する。処理モジュール１６の液処理ユニットＵ１は、上層膜形成用の処理液をレジスト膜の上に塗布する。処理モジュール１６の熱処理ユニットＵ２は、上層膜の形成に伴う各種熱処理を行う。

処理モジュール１７は、液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２により、露光後のレジスト膜の現像処理を行う。処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１は、露光済みのウェハＷの表面上に現像液を塗布した後、これをリンス液により洗い流すことで、レジスト膜の現像処理を行う。処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２（加熱部）は、現像処理に伴う各種熱処理を行う。例えば処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２は、上記被膜を加熱する。加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）、現像処理後の加熱処理（ＰＢ：Ｐｏｓｔ Ｂａｋｅ）等が挙げられる。

処理モジュール１７は、液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２に加え、光照射ユニットＵ３（光照射部）及び直接搬送アームＡ６とを更に内蔵している。光照射ユニットＵ３は、上記光増感剤を励起するための光（以下、「励起光」という。）を被膜に照射する。直接搬送アームＡ６は、液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２及び光照射ユニットＵ３を経ずにウェハＷを搬送する。

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、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。

処理ブロック５内におけるインタフェースブロック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、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。

インタフェースブロック６は、露光装置３との間でウェハＷの受け渡しを行う。例えばインタフェースブロック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に配置されたウェハ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。

（現像ユニット）
続いて、処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１について詳細に説明する。処理モジュール１５の液処理ユニットＵ１は、図４に示す現像ユニット２０を含む。現像ユニット２０は、回転保持部３０と、現像液供給部４０（第一現像液供給部）と、現像液供給部５０（第二現像液供給部）と、リンス液供給部６０とを備える。

回転保持部３０は、ウェハＷを保持して回転させる。回転保持部３０は、例えば保持部３１と回転駆動部３２とを有する。保持部３１は、表面Ｗａを上にして水平に配置されたウェハＷの中心部を支持し、当該ウェハＷを例えば真空吸着等により保持する。回転駆動部３２は、例えば電動モータ等を動力源としたアクチュエータであり、鉛直な軸線まわりに保持部３１を回転させる。これにより、ウェハＷも回転する。回転保持部３０をウェハＷにより回転させ、遠心力を生じさせることにより、後述の第一現像液、第二現像液又はリンス液を表面Ｗａの中心側から外周側に塗り広げることが可能である。

現像液供給部４０は、表面Ｗａ上の被膜に第一現像液を供給する。第一現像液は、被膜のうち上記酸触媒反応が生じた箇所を溶解させる。第一現像液の具体例としては、アルカリ現像液が挙げられる。なお、「酸触媒反応が生じた」とは、第一現像液への溶解性に実質的な影響を及ぼす程度に酸触媒反応が生じたことを意味する。

例えば現像液供給部４０は、ノズル４１と、供給源４２と、ノズル移動機構４３とを有する。ノズル４１は、ウェハＷの表面Ｗａに第一現像液を吐出する。例えばノズル４１は、ウェハＷの上方に配置され、第一現像液を下方に吐出する。供給源４２は、例えばポンプ等（不図示）により、ノズル４１に第一現像液を供給する。ノズル移動機構４３は、ウェハＷの上方の吐出位置と、ウェハＷの上方から外れた退避位置との間でノズル４１を移動させる。吐出位置は、例えばウェハＷの回転中心の鉛直上方である。

現像液供給部５０は、表面Ｗａ上の被膜に第二現像液を供給する。第二現像液は、被膜のうち上記酸触媒反応が生じていない箇所を溶解させる。第二現像液の具体例としては、有機現像液が挙げられる。なお、「酸触媒反応が生じていない」とは、第二現像液への溶解性に実質的な影響を及ぼさない程度に僅かな酸触媒反応が生じている場合を含む。

例えば現像液供給部５０は、ノズル５１と、供給源５２と、ノズル移動機構５３とを有する。ノズル５１は、ウェハＷの表面Ｗａに第二現像液を吐出する。例えばノズル５１は、ウェハＷの上方に配置され、第二現像液を下方に吐出する。供給源５２は、例えばポンプ等（不図示）により、ノズル５１に第二現像液を供給する。ノズル移動機構５３は、ウェハＷの上方の吐出位置と、ウェハＷの上方から外れた退避位置との間でノズル５１を移動させる。吐出位置は、例えばウェハＷの回転中心の鉛直上方である。

リンス液供給部６０は、表面Ｗａ上の被膜にリンス液を供給する。リンス液は、現像液（第一現像液又は第二現像液）と、被膜のうち現像液により溶解した部分とを洗い流す。リンス液の具体例としては、純水が挙げられる。リンス液は界面活性剤を含有していてもよい。

例えばリンス液供給部６０は、ノズル６１と、供給源６２と、ノズル移動機構６３とを有する。ノズル６１は、ウェハＷの表面Ｗａにリンス液を吐出する。例えばノズル６１は、ウェハＷの上方に配置され、リンス液を下方に吐出する。供給源６２は、例えばポンプ等（不図示）により、ノズル６１にリンス液を供給する。ノズル移動機構６３は、ウェハＷの上方の吐出位置と、ウェハＷの上方から外れた退避位置との間でノズル６１を移動させる。吐出位置は、例えばウェハＷの回転中心の鉛直上方である。

（光照射ユニット）
続いて、処理モジュール１７の光照射ユニットＵ３について詳細に説明する。光照射ユニットＵ３は、図５に示すフラッド露光ユニット７０を含む。フラッド露光ユニット７０は、支持台７１と光源７２とを有する。

支持台７１は、表面Ｗａが上方に面した状態でウェハＷを支持する。光源７２は、支持台７１により支持された表面Ｗａに対し、上記励起光を照射する。上記励起光は、例えば２００ｎｍを超える波長を有する非電離放射線であり、２５０ｎｍを超える波長を有する非電離放射線であってもよい。例えば光源７２は、波長が３６５ｎｍの紫外線を照射するＵＶ−ＬＥＤを含んでいてもよい。

（コントローラ）
コントローラ１００は、キャリアブロック４、処理ブロック５及びインタフェースブロック６を制御する。コントローラ１００は、上記被膜をウェハＷの表面Ｗａに形成する被膜形成処理を実行するように処理モジュール１４，１５，１６を制御することと、第一露光処理（露光装置３における露光処理）により発生した光増感剤から第二成分にエネルギーを供給して酸を発生させるように、光増感剤を励起するための光を被膜に照射する第二露光処理を実行するように処理モジュール１７の光照射ユニットＵ３を制御することと、第二露光処理により発生した酸による触媒反応を促進するように被膜を加熱する第一加熱処理を実行するように処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２を制御することと、第一現像液を被膜に供給する第一現像処理を実行するように処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１を制御することと、第一現像処理の後に、被膜内に残留した光増感剤から第二成分にエネルギーを供給して酸を発生させるように、光増感剤を励起するための光を被膜に照射する第三露光処理を実行するように処理モジュール１７の光照射ユニットＵ３を制御することと、第三露光処理により発生した酸による触媒反応を促進するように被膜を加熱する第二加熱処理を実行するように処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２を制御することと、第二現像液を被膜に供給する第二現像処理を実行するように処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１を制御することと、を実行するように構成されている。

図６に例示するように、コントローラ１００は、機能上のモジュール（以下、「機能モジュール」という。）として、搬送制御部１１１と、成膜制御部１１２と、フラッド露光制御部１１３と、ＰＥＢ制御部１１４と、現像制御部１１５とを有する。

搬送制御部１１１は、後述の基板処理手順に応じてウェハＷを搬送するように、受け渡しアームＡ１，Ａ８と、直接搬送アームＡ６と、昇降アームＡ７と、処理モジュール１４，１５，１６，１７の搬送アームＡ３とを制御する。成膜制御部１１２は、被膜形成処理を実行するように処理モジュール１４，１５，１６の液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。フラッド露光制御部１１３は、第二露光処理及び第三露光処理を実行するように処理モジュール１７の光照射ユニットＵ３を制御する。ＰＥＢ制御部１１４は、第一加熱処理及び第二加熱処理を実行するように処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２を制御する。現像制御部１１５は、第一現像処理及び第二現像処理を実行するように処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１を制御する。

コントローラ１００は、一つ又は複数の制御用コンピュータにより構成される。例えばコントローラ１００は、図７に示す回路１２０を有する。回路１２０は、一つ又は複数のプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４と、タイマー１２５とを有する。

入出力ポート１２４は、受け渡しアームＡ１，Ａ８と、搬送アームＡ３と、直接搬送アームＡ６と、昇降アームＡ７と、処理モジュール１４，１５，１６の液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２と、処理モジュール１７の液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２及び光照射ユニットＵ３との間で電気信号の入出力を行う。タイマー１２５は、例えば一定周期の基準パルスをカウントすることで経過時間を計測する。

ストレージ１２３は、例えばハードディスク等、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体を有する。記録媒体は、後述の基板処理手順をキャリアブロック４、処理ブロック５及びインタフェースブロック６に実行させるためのプログラムを記録している。記録媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等の取り出し可能な媒体であってもよい。

メモリ１２２は、ストレージ１２３の記録媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記録する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働して上記プログラムを実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。なお、コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えばコントローラ１００の各機能モジュールは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

〔基板処理方法〕
続いて、基板処理方法の一例として、コントローラ１００の制御に応じて塗布・現像装置２が実行する基板処理手順を説明する。図８は、基板処理手順を示すフローチャートである。図９及び図１０は、基板処理手順におけるウェハＷの状態を示す模式図である。図９及び図１０では、被膜Ｆのうち下層膜及び上層膜の図示を省略し、レジスト膜のみを図示している。

図８に示すように、基板処理手順は、ステップＳ０１〜Ｓ０９を順に含む。

ステップＳ０１では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１４，１５，１６が上記被膜形成処理を実行する。例えば、まず搬送制御部１１１が、キャリア１１内のウェハＷを棚ユニットＵ１０に搬送するように受け渡しアームＡ１を制御し、このウェハＷを処理モジュール１４用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御し、このウェハＷを処理モジュール１４の各ユニットに搬送するように処理モジュール１４の搬送アームＡ３を制御する。これに応じ、成膜制御部１１２は、ウェハＷの表面Ｗａ上に下層膜を形成するように処理モジュール１４の液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。

その後、搬送制御部１１１は、下層膜が形成されたウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷを処理モジュール１５用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御し、このウェハＷを処理モジュール１５の各ユニットに搬送するように処理モジュール１５の搬送アームＡ３を制御する。これに応じ、成膜制御部１１２は、ウェハＷの下層膜上にレジスト膜を形成するように処理モジュール１５の液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。

その後、搬送制御部１１１は、ウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷを処理モジュール１６用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御し、このウェハＷを処理モジュール１６の各ユニットに搬送するように処理モジュール１６の搬送アームＡ３を制御する。これに応じ、成膜制御部１１２は、ウェハＷのレジスト膜上に上層膜を形成するように処理モジュール１６の液処理ユニットＵ１及び熱処理ユニットＵ２を制御する。

その後、搬送制御部１１１は、ウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷを処理モジュール１７用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。

ステップＳ０２では、コントローラ１００による制御手順に従って、インタフェースブロック６がウェハＷを露光装置３に送出する。具体的には、搬送制御部１１１が、棚ユニットＵ１０のウェハＷを棚ユニットＵ１１に搬送するように直接搬送アームＡ６を制御し、このウェハＷを露光装置３に送り出すように受け渡しアームＡ８を制御する。

ステップＳ０３では、コントローラ１００による制御手順に従って、インタフェースブロック６が、第一露光処理後のウェハＷを露光装置３から受け入れる。具体的には、搬送制御部１１１が、第一露光処理後のウェハＷを露光装置３から受け入れて棚ユニットＵ１１に戻すように受け渡しアームＡ８を制御する。被膜Ｆのうち、第一露光処理が施された箇所には光増感剤Ｃが発生している（図９の（ａ）参照）。

ステップＳ０４では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第二露光処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、棚ユニットＵ１１のウェハＷを光照射ユニットＵ３に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、フラッド露光制御部１１３が、ウェハＷの被膜Ｆに上記励起光を照射するように光照射ユニットＵ３を制御する。これにより、被膜Ｆの光増感剤Ｃが励起され、励起された光増感剤Ｃから上記第二成分にエネルギーが供給され、これに応じて第二成分が酸ＡＣを発生させる（図９の（ｂ）参照）。

ステップＳ０５では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第一加熱処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、ウェハＷを光照射ユニットＵ３から熱処理ユニットＵ２に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、ＰＥＢ制御部１１４が、被膜を第一温度にて加熱するように処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２を制御する。第一温度は、例えば６０〜２００℃であり、７０〜１４０℃であってもよい。第一加熱処理により、第二露光処理にて発生した酸による触媒反応が促進されるので、酸ＡＣが存在していた箇所に、第一現像液に可溶な領域Ｒ１が形成される（図９の（ｃ）参照）。

ステップＳ０６では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第一現像処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、ウェハＷを熱処理ユニットＵ２から液処理ユニットＵ１に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、現像制御部１１５が、被膜Ｆに第一現像液を供給するように液処理ユニットＵ１を制御する。例えば現像制御部１１５は、ウェハＷを回転させるように回転保持部３０を制御し、ウェハＷの回転中心の鉛直上方から被膜Ｆに第一現像液を供給するように現像液供給部４０を制御する。これにより、被膜Ｆの領域Ｒ１（第一加熱処理における触媒反応が生じた箇所）が第一現像液に溶解する。

その後、現像制御部１１５は、ウェハＷの回転中心の鉛直上方から被膜Ｆにリンス液を供給するようにリンス液供給部６０を制御する。これにより、被膜Ｆの領域Ｒ１が除去され、表面Ｗａ上にレジストパターンＰ１（第一パターン）が形成される（図９の（ｄ）参照）。

ステップＳ０７では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第三露光処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、ウェハＷを液処理ユニットＵ１から光照射ユニットＵ３に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、フラッド露光制御部１１３が、ウェハＷの被膜Ｆに上記励起光を照射するように光照射ユニットＵ３を制御する。これにより、被膜Ｆ内に残留した光増感剤Ｃが励起され、励起された光増感剤Ｃから上記第二成分にエネルギーが供給され、これに応じて第二成分が酸ＡＣを発生させる（図１０の（ｂ）参照）。

なお、被膜Ｆ内の光増感剤Ｃは、主としてレジストパターンＰ１の側部に残留している。このため、第三露光処理においては、レジストパターンＰ１の側部に集中して酸ＡＣが発生する。

ステップＳ０８では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第二加熱処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、ウェハＷを光照射ユニットＵ３から熱処理ユニットＵ２に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、ＰＥＢ制御部１１４が、被膜を第二温度にて加熱するように処理モジュール１７の熱処理ユニットＵ２を制御する。第二温度は、第一温度と同等であってもよく、第一温度より低くてもよい。第二加熱処理により、第三露光処理にて発生した酸による触媒反応が促進されるので、酸ＡＣが集中している箇所（レジストパターンＰ１の側部）に、第二現像液に不溶な領域Ｒ２が形成される（図１０の（ｃ）参照）。

ステップＳ０９では、コントローラ１００による制御手順に従って、処理モジュール１７が上記第二現像処理を実行する。具体的には、搬送制御部１１１が、ウェハＷを熱処理ユニットＵ２から液処理ユニットＵ１に搬送するように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、現像制御部１１５が、被膜Ｆに第二現像液を供給するように液処理ユニットＵ１を制御する。例えば現像制御部１１５は、ウェハＷを回転させるように回転保持部３０を制御し、ウェハＷの回転中心の鉛直上方から被膜Ｆに第二現像液を供給するように現像液供給部５０を制御する。これにより、被膜Ｆの領域Ｒ２以外の領域（第二加熱処理における触媒反応が生じていない箇所）が第二現像液に溶解する。

その後、現像制御部１１５は、ウェハＷの回転中心の鉛直上方から被膜Ｆにリンス液を供給するようにリンス液供給部６０を制御する。これにより、被膜Ｆの領域Ｒ２以外の領域が除去され、レジストパターンＰ１を更に細分化したレジストパターンＰ２（第二パターン）が形成される（図１０の（ｄ）参照）。

その後、搬送制御部１１１は、ウェハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように処理モジュール１７の搬送アームＡ３を制御し、このウェハＷをキャリア１１内に戻すように昇降アームＡ７及び受け渡しアームＡ１を制御する。以上で基板処理手順が完了する。

〔本実施形態の効果〕
本実施形態に係る基板処理方法は、第一露光処理によって光増感剤Ｃを発生させる第一成分と、光増感剤Ｃからのエネルギーの供給に応じて酸ＡＣを発生させる第二成分とを含む被膜ＦをウェハＷの表面Ｗａに形成する被膜形成処理と、第一露光処理にて発生した光増感剤Ｃから第二成分にエネルギーを供給して酸ＡＣを発生させるように、光増感剤Ｃを励起するための光を被膜Ｆに照射する第二露光処理と、第二露光処理にて発生した酸ＡＣによる触媒反応を促進するように被膜Ｆを加熱する第一加熱処理と、第一加熱処理における触媒反応が生じた箇所を溶解させる第一現像液を被膜Ｆに供給する第一現像処理と、第一現像処理の後に、被膜Ｆ内に残留した光増感剤Ｃから第二成分にエネルギーを供給して酸ＡＣを発生させるように、光増感剤Ｃを励起するための光を被膜Ｆに照射する第三露光処理と、第三露光処理にて発生した酸ＡＣによる触媒反応を促進するように被膜Ｆを加熱する第二加熱処理と、第二加熱処理における触媒反応が生じていない箇所を溶解させる第二現像液を被膜Ｆに供給する第二現像処理と、を含む。

この基板処理方法によれば、酸触媒反応が生じた箇所を溶解させる第一現像処理を行うことで得られたレジストパターンＰ１に対し、酸触媒反応が生じていない箇所を溶解させる第二現像処理を更に行うことで、レジストパターンＰ１を更に細分化したレジストパターンＰ２が得られる。

第一現像処理は、第二露光処理及び第一加熱処理の後に行われる。第二露光処理では、第一露光処理において露光された領域（以下、「第一領域」という。）の光増感剤Ｃが励起され、励起された光増感剤Ｃから第二成分にエネルギーが供給されることで、第一領域の酸ＡＣが増殖する。第一加熱処理では、酸触媒反応が加熱によって促進される。第二露光処理により第一領域の酸ＡＣが増殖しているので、第一加熱処理においては酸触媒反応が効率よく進行する。このため、被膜Ｆの過剰な加熱による溶解を抑制しつつ、酸触媒反応を促進することができる。酸触媒反応の促進により、第一領域とその他の領域とで、第一現像液に対する溶解性の差異が顕著になるので、レジストパターンＰ１を高い信頼性で形成できる。

第二現像処理は、第三露光処理及び第二加熱処理の後に行われる。第三露光処理では、レジストパターンＰ１のうち光増感剤Ｃが残留している領域（以下、「第二領域」という。）の酸が増殖する。第二加熱処理では、酸触媒反応が加熱によって促進される。第三露光処理により第二領域の酸が増殖しているので、第二加熱処理においても酸触媒反応が効率よく進行する。このため、被膜Ｆの過剰な加熱による溶解を抑制しつつ、酸触媒反応を促進することができる。酸触媒反応の促進により、第二領域とその他の領域とで、第二現像液に対する溶解性の差異が顕著になるので、レジストパターンＰ２も高い信頼性で形成できる。従って、フォトリソグラフィーによるレジストパターンの微細化に有効である。

第二加熱処理では、第一加熱処理に比較して低い温度にて被膜Ｆを加熱してもよい。この場合、第二加熱処理における被膜Ｆの過剰な加熱が更に抑制されるので、レジストパターンＰ２を更に高い信頼性で形成できる。

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。処理対象の基板は半導体ウェハに限られず、例えばガラス基板、マスク基板、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等であってもよい。

Ｗ…ウェハ（基板）、Ｗａ…表面、２…塗布・現像装置（基板処理装置）、１４，１５，１６…処理モジュール（被膜形成部）、Ｕ２…熱処理ユニット（加熱部）、Ｕ３…光照射ユニット（光照射部）、４０…現像液供給部（第一現像液供給部）、５０…現像液供給部（第二現像液供給部）、Ｆ…被膜、Ｃ…光増感剤、ＡＣ…酸。

Claims (6)

1. 第一露光処理によって光増感剤を発生させる第一成分と、前記光増感剤からのエネルギーの供給に応じて酸を発生させる第二成分とを含む被膜を基板の表面に形成する被膜形成処理と、
   前記第一露光処理にて発生した前記光増感剤から前記第二成分に前記エネルギーを供給して酸を発生させるように、前記光増感剤を励起するための光を前記被膜に照射する第二露光処理と、
   前記第二露光処理にて発生した酸による触媒反応を促進するように前記被膜を加熱する第一加熱処理と、
   前記第一加熱処理における前記触媒反応が生じた箇所を溶解させる第一現像液を前記被膜に供給する第一現像処理と、
   前記第一現像処理の後に、前記被膜内に残留した前記光増感剤から前記第二成分に前記エネルギーを供給して酸を発生させるように、前記光増感剤を励起するための光を前記被膜に照射する第三露光処理と、
   前記第三露光処理にて発生した酸による前記触媒反応を促進するように前記被膜を加熱する第二加熱処理と、
   前記第二加熱処理における前記触媒反応が生じていない箇所を溶解させる第二現像液を前記被膜に供給する第二現像処理と、を含む基板処理方法。
2. 前記第二加熱処理では、前記第一加熱処理に比較して低い温度にて前記被膜を加熱する、請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記第一現像液はアルカリ現像液であり、前記第二現像液は有機現像液である、請求項１又は２記載の基板処理方法。
4. 前記光増感剤はカルボニル化合物を含有する、請求項１〜３のいずれか一項記載の基板処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の基板処理方法を実行するための装置であって、
   前記被膜を前記基板の表面に形成する被膜形成部と、
   前記光増感剤を励起するための光を前記被膜に照射する光照射部と、
   前記被膜を加熱する加熱部と、
   前記被膜に前記第一現像液を供給する第一現像液供給部と、
   前記被膜に前記第二現像液を供給する第二現像液供給部と、を備える基板処理装置。
6. 請求項１〜４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ための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。

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