JP7079850B2 - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

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Description

特許法第３０条第２項適用 ＳＰＩＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ２０１８ 平成３０年２月２７日開催
特許法第３０条第２項適用 ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｓｐｉｅ．ｏｒｇ／Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／Ｐａｐｅｒ／１０．１１１７／１２．２２９７６６１） 平成３０年３月１３日掲載
本開示は、基板処理方法及び基板処理システムに関する。
特許文献１には、極紫外線（ＥＵＶ）光源を利用するために光増感化学増幅レジスト（ＰＳ－ＣＡＲ）を用いるパターニングにおいて、パターニング時のＬＷＲ（Line Edge Roughness）等に寄与するＥＵＶショットノイズを低減させる方法が開示されている。特許文献１に開示の方法では、パターン化マスクを用いるＥＵＶパターン露光と、パターン化マスクを用いないフラッド露光との間に、ＥＵＶパターン露光中にＰＳ－ＣＡＲ層内で生成された光増感剤分子を拡散させる。
特表２０１７－５０７３６０号公報
本開示にかかる技術は、レジストパターンのラフネスをさらに向上させる。
本開示の一態様は、処理対象基板を処理する基板処理方法であって、前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う工程を有し、前記下地膜の極性を低下させる処理は、当該下地膜にＨＭＤＳガスを供給する処理または当該下地膜にＴＭＡＨ水溶液を供給する処理の少なくともいずれか一方である。
本開示によれば、レジストパターンのラフネスをさらに向上させることができる。
本発明者らが行った試験の結果を模式的に示す図である。 レジストパターンにおける下地膜側に、レジストパターンの膜厚によらない特定の厚さの幅広部が形成される理由を説明するための図である。 第１の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 第１の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す正面図である。 第１の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す背面図である。 第１の実施形態にかかるウェハ処理の一例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態の変形例にかかるウェハ処理の効果を説明するための図である。 第２の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す背面図である。 第２の実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す正面図である。 第２の実施形態の変形例にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す、背面図である。 第３の実施形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す正面図である。 第３の実施形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す背面図である。 第４の実施形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す正面図である。 第４の実施形態の変形例にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す、背面図である。
半導体デバイス等の製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、一連の処理が行われ、処理対象基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に、所望のレジストパターンが形成される。上記一連の処理には例えば、ウェハ上にレジスト液を塗布しレジスト液の塗布膜を形成するレジスト塗布処理、上記塗布膜を加熱しレジスト膜を形成するプリベーク処理、レジスト膜を露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理等が含まれる。
ところで、レジストパターンには、ＬＥＲやＬＷＲ（Line Width Roughness）等で示されるラフネスの改善が求められており、種々の方法が提案されている。なお、ＬＥＲは、ラインパターンの側壁の凹凸の程度を示すものであり、ＬＷＲはライン幅のばらつきの程度を示すものである。
例えば、特許文献１には、前述のように、パターン化マスクを用いるＥＵＶパターン露光と、フラッド露光との間に、ＥＵＶパターン露光中にＰＳ－ＣＡＲ層内で生成された光増感剤分子を拡散させることで、ＬＥＲ等を向上させる方法が開示されている。
しかし、近年、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、レジストパターンの微細化が進められており、この微細化に伴い、レジストパターンにおけるＬＥＲ等のラフネスの更なる改善が求められている。特に、スループット向上を目的とした低ドーズ量化のためや微細化のためにレジスト膜の薄膜化が進められていることから、薄いレジストパターンにおけるラフネスの改善が求められている。
そこで、本開示にかかる技術は、レジストパターンのラフネスをさらに向上させる。
図１は、ラフネスの向上のため、本発明者らが鋭意調査した結果を示す図である。図１（Ａ）は、下地膜Ｂ上に形成されたレジストパターンＰの膜厚Ｔ１が７０ｎｍのときの当該レジストパターンＰの断面形状を模式的に示している。同様に、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ、上記膜厚Ｔ１が５０ｎｍ及び３０ｎｍのときの上記断面形状を模式的に示している。
図１（Ａ）～図１（Ｃ）に示すように、レジストパターンＰは、その膜厚によらず、下地膜Ｂとの境界部分において幅広に形成されている。そして、この幅広部分の厚さＴ２は、レジストパターンＰの膜厚Ｔ１によらず一定であり、２０ｎｍ～３０ｎｍである。つまり、レジストパターンＰは、その膜厚によらず、特定の厚さの幅広部が下地膜Ｂとの境界部分に形成されている。
その原因としては、以下のものが考えられる。すなわち、レジスト液が下地膜Ｂに塗布されてから固化するまでの間に、図２（Ａ）に示すように、下地膜Ｂ上のレジスト液の塗布膜Ｒ中において、下地膜Ｂ側の部分に位置する当該レジスト液の極性を有する溶質Ｓが下地膜Ｂ側に移動する。そのため、時間が経過すると、図２（Ｂ）に示すように、塗布膜Ｒ内において溶質Ｓが下地膜Ｂ側に偏在する。その結果、レジスト液の塗布膜Ｒが加熱され固化されレジスト膜となったときに、下地膜Ｂとレジスト膜の結合が強くなる。したがって、露光時にレジスト膜内に生じた酸は下地膜Ｂ側において拡散しにくくなるため、レジスト膜の下地膜Ｂ側の部分は現像液に対し溶けにくくなる。そのため、当該レジスト膜が露光され現像されレジストパターンＰが形成されたときに、当該レジストパターンにおける下地膜Ｂとの境界部分で、幅広部が形成される。幅広部の厚さＴ２には、塗布膜Ｒ内において溶質Ｓが偏在する領域の厚さ（高さ）が寄与するところ、この偏在領域の厚さは、レジスト液の状態と下地膜Ｂの表面の状態で決まり、塗布膜Ｒ（レジスト膜）の膜厚によらない。したがって、レジストパターンＰは、その膜厚によらず、特定の厚さの幅広部が下地膜Ｂとの境界部分に形成されるものと考えられる。
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、以下のことを知見した。すなわち、レジスト液を塗布する前に当該レジスト液の極性に合わせて下地膜表面の極性を調整することで、レジスト液中の極性を有する溶質の偏在を抑制し、もって、レジストパターンの幅広部の形成を抑制し、当該パターンのラフネスを向上可能である。このことを知見した。
以下に説明する本実施形態にかかる基板処理方法及び基板処理システムは上述の知見に基づくものである。
以下、本実施形態にかかる基板処理方法及び基板処理システムを、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態にかかる基板処理システム１の内部構成の概略を示す説明図である。図４及び図５は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を示す、正面図と背面図である。なお、本実施の形態では、基板処理システム１がウェハＷに対して塗布現像処理を行う塗布現像処理システムである場合を例にして説明する。
基板処理システム１は、図３に示すように、複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに予め定められた処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、を有する。そして、基板処理システム１は、カセットステーション１０と、処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３と、を一体に接続した構成を有している。
カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。
カセットステーション１０には、図のＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。
処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図３のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図３のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図３のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図３のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。
第１のブロックＧ１には、図４に示すように複数の液処理装置、例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。
現像処理装置３０は、ウェハＷを現像処理する。
下部反射防止膜形成装置３１は、下地膜形成装置の一例であり、レジスト膜に対する下地膜を形成する。具体的には、下部反射防止膜形成装置３１は、ウェハＷのレジスト膜の下層に、有機酸により構成される反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を下地膜として形成する。なお、本例では、下部反射防止膜形成装置３１は、有機酸により構成されるＳｉＡＲＣ（Silicon containing Anti-reflective Coating）を下地膜として形成するものとする。
レジスト塗布装置３２は、ウェハＷの下部反射防止膜上にレジスト液を塗布し、レジスト液による塗布膜を形成する。レジスト塗布装置３２は、例えばＥＵＶ露光用のレジスト液による塗布膜を形成する。
上部反射防止膜形成装置３３は、ウェハＷ上のレジスト液の塗布膜を加熱処理することで形成されるレジスト膜の上層に、反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する。
例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。
これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３では、例えばウェハＷ上に予め定められた塗布液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に塗布液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、塗布液をウェハＷの表面に拡散させる。
第２のブロックＧ２には、図５に示すように、熱処理装置４０、ＵＶ照射装置４１、ＨＭＤＳ処理装置４２が設けられている。
熱処理装置４０は、ウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う。
ＵＶ照射装置４１は、ウェハ上の下地膜の極性を調整する極性調整装置の一例であり、ウェハＷ上の下地膜の極性がレジスト液の極性より低い場合に用いられる。ＵＶ照射装置４１は、ウェハＷ上の下地膜の極性がレジスト液の極性より低い場合に、当該下地膜表面の全面に対し紫外光（ＵＶ光）を照射するＵＶ照射処理を行う。これにより、ウェハＷ上の下地膜の極性とレジスト液の極性が略同じとなる。ＵＶ照射装置４１が照射するＵＶ光の波長は例えば１７２ｍである。
ＨＭＤＳ処理装置４２も、ＵＶ照射装置４１と同様、ウェハ上の下地膜の極性を調整する極性調整装置の一例である。ただし、ＨＭＤＳ処理装置４２は、ＵＶ照射装置４１と異なり、ウェハＷ上の下地膜の極性がレジスト液の極性より高い場合に用いられる。ＨＭＤＳ処理装置４２は、ウェハＷ上の下地膜の極性がレジスト液の極性より低い場合に、当該下地膜の表面に、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ：Hexa-methyl-Disilazane）ガスを供給し、下地膜の表面とＨＭＤＳとを化学反応させ疎水化させる処理を行う。この疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）により、ウェハＷ上の下地膜の極性とレジスト液の極性が略同じとなる。
これら熱処理装置４０、ＵＶ照射装置４１、ＨＭＤＳ処理装置４２は、上下方向と水平方向に並べて設けられており、その数や配置は、任意に選択できる。
例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。
図３に示すように第１のブロックＧ１～第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、ウェハ搬送装置７０が配置されている。
ウェハ搬送装置７０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有している。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の予め定められたユニットにウェハＷを搬送できる。ウェハ搬送装置７０は、例えば図５に示すように上下に複数台配置され、例えば各ブロックＧ１～Ｇ４の同程度の高さの予め定められたユニットにウェハＷを搬送できる。
また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。
シャトル搬送装置８０は、例えば図５のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。
図３に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム９０ａを有している。ウェハ搬送装置９０は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。
インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１００と受け渡し装置１０１が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム１００ａを有している。ウェハ搬送装置１００は、例えば搬送アーム１００ａにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１０１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。
以上の基板処理システム１には、図３に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。
次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について図６を用いて説明する。図６はウェハ処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、被処理対象のウェハＷは、基板処理システム１における処理前に、下地膜が既に形成されている場合もあれば、基板処理システム１において下地膜が形成されている場合もある。
図示するように、まず、ウェハＷが基板処理システム１内に搬入される（ステップＳ１）。具体的には、載置板２１上のカセットＣからウェハ搬送装置２３により各ウェハＷが順次取り出され、処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の例えば受け渡し装置５３に搬送される。
そして、非有機酸により構成される下部反射防止膜すなわち下地膜がウェハＷ上に形成されていない場合、ウェハＷは、下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、有機酸により構成される下部反射防止膜が形成される（ステップＳ２）。その後、ウェハＷは、ＵＶ照射装置４１に搬送され、下地膜である下部反射防止膜の表面全面に対しＵＶ光が照射される（ステップＳ３）。有機酸により構成される下地膜の極性はレジスト液の極性より低いところ、ＵＶ光を当該下地膜の表面に照射してその極性を上げることで、下地膜の極性とレジスト液の極性が略同じとなる。
一方、ウェハＷ上に、非有機酸により構成される下部反射防止膜が形成されている場合、ウェハＷは、ＨＭＤＳ処理装置４２に搬送され、下地膜としての当該下部反射防止膜の表面がＨＭＤＳガスにより処理され、すなわち、ＨＤＭＳ処理が行われる（ステップＳ４）。非有機酸により構成される下部反射防止膜は、例えば、ＳｉＯＮ等のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されるものであり、その極性はレジスト膜の極性より高い。そこで、上述のように非有機酸により構成される下部反射防止膜表面すなわち下地膜表面をＨＭＤＳガスにより処理し、疎水基（具体的にはメチル基）で覆い、その極性を下げることで、下地膜の極性とレジスト液の極性が略同じとなる。なお、ＨＤＭＳ処理を行う時間を長くすることにより、極性を下げる度合いを大きくすることができる。
ステップＳ１後に、ステップＳ２及びステップＳ３の工程が実行されるか、または、ステップＳ４の工程が実行されるかは例えばウェハＷの処理レシピで決定されている。
ステップＳ３やステップＳ４のような、下地膜表面に対する極性調整工程後、ウェハＷは、レジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷの下地膜上にレジスト液の塗布膜が形成される（ステップＳ５）。レジスト塗布装置３２では、例えば、レジスト膜の膜厚が５０ｎｍ以下になるように、レジスト液の塗布膜が形成される。
次に、ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、プリベーク（ＰＡＢ）処理される（ステップＳ６）。これにより、レジスト液の塗布膜に含まれる溶剤が蒸発することで当該塗布膜が固化し、レジスト膜が形成される。本実施形態では、下地膜の表面の極性の調整を行っているため、レジスト液の塗布後、レジスト液の塗布膜が固化するまでの間に、レジスト液中の溶質が下地膜側に移動することがない。そのため、レジスト液の塗布膜及びレジスト膜内において、上記溶質が下地膜側に偏在することがない。
その後、ウェハＷは、露光装置１２に搬送され、所望のパターンで露光処理される（ステップＳ７）。次にウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される（ステップＳ８）。
次いで、ウェハＷは、現像処理装置３０に搬送され、現像処理が行われる（ステップＳ９）。上述のように、レジスト膜内においてレジスト液の溶質が下地膜側に偏在しておらず、レジスト膜と下地膜との結合が強い部分が存在しない。そのため、現像により形成されるレジストパターンにおける下地膜Ｂとの境界部分で、幅広部が形成されず、良好なラフ熱のレジストパターンを得ることができる。
現像処理の終了後、ウェハＷは熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される（ステップＳ１０）。そして、ウェハＷは、予め定められたカセット載置板２１のカセットＣに搬送され、すなわち、基板処理システム１外に搬出され（ステップＳ１１）、一連のフォトリソグラフィー工程が完了する。
以上、本実施形態によれば、レジスト液を下地膜上に塗布する前に、下地膜の表面の極性に応じて、当該極性を上昇させたり低下させたりすることで、下地膜の表面の極性とレジスト液の極性とを合わせている。したがって、レジスト液の溶質の偏在が起こらず、露光によりレジスト膜内に生じた酸は下地膜側の領域においても十分に拡散する。そのため、レジストパターンにおける下地膜との境界部に幅広部が形成されないので、ＬＥＲ等のラフネスが向上したレジストパターンを得ることができる。特に、５０ｎｍ以下の薄い膜厚の場合でも、レジスト液の溶質の偏在が起こらず上記幅広部が形成されないため、レジストパターンのラフネスを向上させることができる。
（第１の実施形態の変形例１）
以上の例では、下地膜表面の極性を下げる処理として、ＨＭＤＳガスを用いた処理を行っていた。これに代えて、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を下地膜表面に供給し、当該下地膜表面の水酸基の水素原子をメチル基で置換し極性を下げるようにしてもよい。なお、現像液にＴＭＡＨ水溶液を用いる場合、現像処理装置３０において、上述のようにＴＭＡＨ水溶液を用いた下地膜表面の極性を下げる処理を行ってもよい。
（第１の実施形態の変形例２）
以上の例では、下地膜としての下部反射防止膜が非有機酸により構成され下地膜表面の極性が高い場合、ＨＤＭＳ処理の直後に下地膜上へのレジスト膜の形成処理を行っていた。これに代えて、ＨＤＭＳ処理等により極性が低下した下地膜表面の疎水基（具体的にはメチル基）を除去する処理を行い、その後、下地膜上へのレジスト膜の形成処理を行ってもよい。ＨＤＭＳ処理後の下地膜表面の疎水基を除去する処理は例えば、ＵＶ照射装置４１において波長が１７２ｎｍのＵＶ光の波長を当該下地膜表面に照射する処理である。このように疎水基の除去を行うことで、極性が下げられた下地膜表面の極性を再び上げることができる。なお、極性を再び上げる度合いは、例えば、ＵＶ光のドーズ量で調整することができる。
ＨＤＭＳ処理の直後に下地膜上にＥＵＶ露光用レジスト膜を形成した場合と、ＨＤＭＳ処理後にＵＶ照射処理が行われた下地膜上に同レジスト膜を形成した場合に、ＥＵＶ露光と現像を行った結果を図７に示す。図７において、横軸はＥＵＶ露光時のドーズ量、縦軸は、現像後のレジスト膜の規格化された膜厚である。また、実線は、疎水基を除去するためのＵＶ照射処理を行わずにＨＤＭＳ処理を１２０秒間行ったときの結果を示し、破線は、上記ＵＶ照射処理を行わずにＨＤＭＳ処理を３０秒間行ったときの結果を示している。点線は、ドーズ量を１０ｍＪ／ｃｍ２として上記ＵＶ照射処理を行った後にＨＤＭＳ処理を１２０秒間行ったときの結果を示し、一点鎖線は、ドーズ量を２０ｍＪ／ｃｍ２として上記ＵＶ照射処理を行った後にＨＤＭＳ処理を１２０秒間行ったときの結果を示し、二点鎖線はドーズ量を５０ｍＪ／ｃｍ２として上記ＵＶ照射処理を行った後にＨＤＭＳ処理を１２０秒間行ったときの結果を示している。
図７において、実線及び破線で示すように、ＨＤＭＳ処理のみでは、ＥＵＶ露光時のドーズ量を大きくしなければ、レジスト膜の下層部が現像後に残る場合がある。これは、ＨＤＭＳ処理のみでは、下地膜の極性が下がり過ぎて下地膜とレジスト膜との境界の変質層が厚くなったためと推察される。
これに対し、点線、一点鎖線、二点鎖線で示すように、ＨＤＭＳ処理後にＵＶ照射処理を行い下地膜の極性を上げた場合、ＥＵＶ露光時のドーズ量が低くいときでも現像後にレジスト膜が残らなくなる。
以上の結果から、ＨＤＭＳ処理のみで上記変質層が厚くなる場合があるが、この場合でも、ＨＤＭＳ処理後にＵＶ照射処理を行うことで下地膜の極性を上げることで、上記変質層を薄くすることができているのが分かる。
なお、以上の例では、ＨＤＭＳ後の疎水基の除去に用いたＵＶ光の波長は１７２ｎｍであったが、疎水基を除去可能であれば、他の波長のＵＶ光を用いてもよい。また、ＨＤＭＳ後の疎水基を除去する方式は、ＵＶ光を照射する方式に限らず、例えば、ウェハＷを加熱する方式であってもよい。
（第１の実施形態の変形例３）
以上の例では、非有機酸により構成される下地膜が形成されていた場合、下地膜表面の極性を下げる処理を行っていた。これに代えて、非有機酸により構成される下地膜上に有機酸により構成される下地膜を形成し、その後、ＵＶ照射処理を行い、最上層の下地膜表面の極性を上げ、当該表面上にレジスト膜を形成するようにしてもよい。
（第２の実施形態）
図８及び図９は、第２の実施形態にかかる基板処理システム１ａの内部構成の概略を示す、背面図と正面図である。
本実施形態の基板処理システム１ａは、図８に示すように、第１の実施形態の基板処理システム１が備えていたＵＶ照射装置４１やＨＭＤＳ処理装置４２を第２のブロックＧ２に備えていない。代わりに、本実施形態の基板処理システム１ａは、図８に示すように、第１のブロックＧ１に、被膜装置３００を有する。
被膜装置３００は、極性調整装置の一例であり、極性ポリマーと非極性ポリマーとがレジスト液の極性に応じた比率で存在する溶液を下地膜の表面に塗布し、極性ポリマーと非極性ポリマーにより構成される予め定められた膜で下地膜表面を被膜する被膜処理を行う。被膜は例えばスピンコーティングにより行われる。上記予め定められた膜は、極性ポリマーと非極性ポリマーとがレジスト液の極性に応じた比率で存在する溶液から形成されるため、当該予め定められた膜の極性はレジスト液の極性と略同じとなる。なお、上述の被膜処理は、下部反射防止膜すなわち下地膜の極性がレジスト液の極性より高い場合に当該下地膜の極性を低下させる処理であり、且つ、下地膜の極性がレジスト液の極性より低い場合に当該下地膜の極性を上昇させる処理である、と言える。また、極性ポリマーは例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）であり、非極性ポリマーは例えばポリスチレン（ＰＳ）である。また、下地膜表面の被膜に用いられる上記溶液は、極性ポリマーと非極性ポリマーとが直線的に化合した高分子であるブロック共重合体を溶剤により溶液状としたものである。なお、極性ポリマーがＰＭＭＡであり非極性ポリマーがＰＳである場合、上記溶液に用いられる溶剤は、例えば、トルエン、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）などの有機溶剤である。
第１の実施形態の基板処理システム１では、レジスト液の塗布膜の形成前に行う下地膜の極性の調整処理の内容が、下地膜の種類により異なっていた。それに対し、本実施形態の基板処理システム１ａでは、上記下地膜の極性の調整処理の内容は下地膜の種類によらず、下地膜の極性の調整処理として、レジスト液と略同じ極性を有する上記予め定められた膜で下地膜を被膜する処理を行う。そして、レジスト液と略同じ極性を有する上記予め定められた膜で被膜された下地膜上に、レジスト液の塗布膜を形成する。そのため、レジスト液の塗布後、レジスト液の塗布膜が固化するまでの間に、レジスト液中の溶質が下地膜側に移動することがない。したがって、レジスト液の塗布膜及びレジスト膜内において、上記溶質が下地膜側に偏在することがない。よって、本実施形態においても、レジストパターンにおける下地膜との境界部に幅広部が形成されないため、レジストパターンのラフネスを向上させることができる。
なお、下地膜の被膜に用いられる上記溶液は例えば処理レシピで予め定められている。
（第２の実施形態の変形例）
図１０は、第２の実施形態の変形例にかかる基板処理システム１ａの内部構成の概略を示す背面図である。
以上の例の被膜装置３００では、極性ポリマーと非極性ポリマーとがレジスト液の極性に応じた比率で存在する溶液を下地膜の表面に塗布することで、レジスト液の極性と略同じ極性を有する膜で下地膜を被膜していた。これに対し、例えば図１０に示すように第２のブロックＧ２に設けられる被膜装置３０１は以下のようにして下地膜を被膜する。すなわち、被膜装置３０１は、極性ポリマーの溶液を気化したガスと非極性ポリマーの溶液を気化したガスとがレジスト液の極性に応じて混合された混合ガスを下地膜表面に供給する。これにより、被膜装置３０１は、極性ポリマーと非極性ポリマーにより構成される自己組織化単分子膜で下地膜を被膜する。本例でも、下地膜を被膜する膜はレジスト液と略同じ極性を有する。そのため、上述のように被膜された下地膜上に、レジスト液の塗布膜を形成することで、レジスト液の塗布膜及びレジスト膜内において、レジスト液の溶質が下地膜側に偏在することがない。したがって、本例においても、レジストパターンにおける下地膜との境界部に幅広部が形成されないため、レジストパターンのラフネスを向上させることができる。
なお、下地膜の被膜に用いられる上記混合ガスにおける混合比は例えば処理レシピで予め定められている。
（第３の実施形態）
図１１及び図１２は、第３の実施形態にかかる基板処理システム１ｂの内部構成の概略を示す、正面図と背面図である。
第１及び第２の実施形態では、レジスト液の塗布膜及びレジスト膜内において、レジスト液中の溶質が下地膜側に偏在することがないようにするためのものであり、特に、レジスト液中の極性を有する溶質に関するものである。
しかし、レジスト液中には非極性の溶質も含まれる場合がある。この場合、レジスト液の塗布膜が大気雰囲気中に晒されると、非極性の溶質が塗布膜の表面側に移動し、偏在することになる。そのため、時間が経過すると、レジスト液の塗布膜内において非極性の溶質が表面側に偏在する。この非極性の溶質の偏在が、レジストパターンの先端部分における反応の促進、及びその結果としての異形部（図１参照）の形成に寄与していると考えられる。
そこで、本実施形態の基板処理システム１ｂでは、図１１に示すように、レジスト塗布装置３２の処理室３２ａ内にレジスト液の溶剤をガス状に供給するノズル３０２が設けられている。
また、基板処理システム１ｂでは、図１２に示すように、ＰＡＢ処理にかかる熱処理装置４０の処理室４０ａ内に、レジスト液の溶剤を気化させたガスを供給するノズル３０３が設けられている。
さらに、基板処理システム１ｂでは、レジスト塗布装置３２からＰＡＢ処理にかかる熱処理装置４０までの搬送空間すなわちウェハ搬送領域Ｄに、非極性ガスではない予め定められたガスを供給するノズル３０４が、処理ステーション１１に設けられている。上記予め定められたガスは、例えばハロゲンガスであり、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスであってもよい。
本実施形態によれば、上述のノズル３０２及びノズル３０３を設け、レジスト液の塗布処理中やＰＡＢ処理中に該当する処理室内に、レジスト液の溶剤をガス状に供給している。そのため、レジスト液が塗布されてからその塗布膜が固化しレジスト膜が形成されるまでの間に、レジスト液内の非極性の成分が当該塗布膜の表面側に移動するのを抑制することができる。具体的には、レジスト液の塗布処理中やＰＡＢ処理中に、上記非極性の成分（溶質）がレジスト液の塗布膜の表面側に移動するのを抑制することができる。つまり、上記非極性の溶質がレジスト液の塗布膜内において当該塗布膜の表面側に偏在するのを抑制することができる。したがって、当該塗布液を固化して形成されたレジスト膜が露光され現像されレジストパターンが形成されたときに、当該レジストパターンの先端部分に異形部が形成されるのを抑制することができる。よって、レジストパターンの先端のラフネスを向上させることができる。
なお、ノズル３０２及びノズル３０３のうちいずれか一方は省略してもよい。ただし、ノズル３０２及びノズル３０３の両方を設けた場合、レジストパターンの先端のラフネスを大きく向上させることができる。
また、ノズル３０２及びノズル３０３から供給するガスは、レジスト液の溶剤を気化させたものに限らず、非極性ガスでなければよく、例えば、ハロゲンガスであってもよいし、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスであってもよい。
また、本実施形態によれば、上述のノズル３０４を設け、レジスト塗布装置３２からＰＡＢ処理にかかる熱処理装置４０へ搬送中に、ハロゲンガス等の予め定められたガスをウェハ搬送領域Ｄに供給する。そのため、上記搬送中に、レジスト液内の非極性成分がレジスト液の塗布膜の表面側に移動するのを抑制することができる。したがって、レジストパターンの先端部分に異形部が形成されるのを抑制することができ、レジストパターンの先端のラフネスを向上させることができる。
なお、ノズル３０４からレジスト液の溶剤を気化させたガスを供給するようにしてもおよい。
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態にかかる基板処理システム１ｃの内部構成の概略を示す正面図である。
第３の実施形態では、レジスト液に含まれる非極性の溶質の偏在を防ぐため、レジスト塗布装置３２の処理室３２ａ等にレジスト液の溶剤をガス状に供給していた。それに対し、本実施形態では、例えば図１３に示すように第１のブロックＧ１に設けられる膜形成装置３０５により、上記非極性の溶質の偏在を防ぐ。
具体的には、膜形成装置３０５は、ウェハＷの下地膜上へレジスト液の塗布膜を形成した後であってＰＡＢ処理前に、当該塗布膜の表面に、予め定められた溶液を塗布し予め定められた膜を形成する。上記予め定められた溶液は、極性ポリマーと非極性ポリマーを含む溶液であって、非極性の溶質の偏在が起きないように、極性ポリマーと非極性ポリマーの組成比が調整されたものである。上記予め定められた溶液は、例えば上部反射防止膜（ＴＡＲＣ）の形成に用いられる水ベースのポリマー溶液であり、より具体的には、例えば、極性ポリマーと非極性ポリマーの共重合体を水により溶液状としたものである。また、上記予め定められた溶液は、第２実施形態と同様に、極性ポリマーと非極性ポリマーとが直線的に化合した高分子であるブロック共重合体を有機溶剤により溶液状としたものであってもよい。なお、上記予め定められた溶液による上記予め定められた膜の形成は例えばスピンコーティングにより行われる。
本実施形態によれば、レジスト液の塗布膜の形成後ＰＡＢ処理前に、極性ポリマーと非極性ポリマーの組成比が調整された予め定められた溶液を用いて、レジスト液の塗布膜の表面に予め定められた膜を形成している。そのため、レジスト液が塗布されてからその塗布膜が固化しレジスト膜が形成されるまでの間に、レジスト液内の非極性の溶質がレジスト液の塗布膜内において当該塗布膜の表面側に偏在するのを抑制することができる。したがって、当該塗布液を固化して形成されたレジスト膜が露光され現像されレジストパターンが形成されたときに、当該レジストパターンの先端部分に異形部が形成されるのを抑制することができる。よって、レジストパターンの先端のラフネスを向上させることができる。
（第４の実施形態の変形例）
図１４は、第４の実施形態の変形例にかかる基板処理システム１ｃの内部構成の概略を示す背面図である。
以上の例の膜形成装置３０５では、予め定められた溶液をレジスト液の塗布膜の表面に塗布することで、レジスト膜の表面上に予め定められた膜を形成していた。これに対し、例えば図１４に示すように第２のブロックＧ２に設けられる膜形成装置３０６は以下のようにしてレジスト液の塗布膜の表面上に予め定められた膜を形成する。すなわち、膜形成装置３０６は、予め定められたガスを下地膜表面に供給することで、予め定められた自己組織化単分子膜をレジスト液の塗布膜上に形成する。なお、上記予め定められたガスには、例えば、第２の実施形態の変形例で挙げた混合ガスを用いることができる。
本例では、レジスト液の塗布膜の形成後ＰＡＢ処理前に当該塗布膜の表面に予め定められた自己組織化単分子膜を形成する。そのため、レジスト液が塗布されてからその塗布膜が固化しレジスト膜が形成されるまでの間に、レジスト液内の非極性の溶質がレジスト液の塗布膜内において当該塗布膜の表面側に偏在するのを抑制することができる。したがって、図１３の例と同様に、レジストパターンの先端のラフネスを向上させることができる。
なお、第４の実施形態及びその変形例において、レジスト液の塗布膜上に形成した予め定められた膜が露光を阻害する場合、露光前に当該予め定められた膜は除去される。
また、露光を阻害しない場合。当該予め定められた膜は、露光後であって現像前に、または、現像時に、除去するようにしてもよい。
なお、ＴＡＲＣの形成に用いられる水ベースのポリマー溶液で形成された上記予め定められた膜は、水により除去することができる。
また、自己組織化単分子膜は、その組成にもよるが、例えばシンナーにより除去することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）処理対象基板を処理する基板処理方法であって、
前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う工程を有する、基板処理方法。
前記（１）によれば、レジスト膜の極性と下地膜の極性とを略同一にすることができるため、レジスト液の塗布膜中において、当該レジスト液の溶質が下地膜側に移動するのを抑制することができる。そのため、レジスト液の塗布膜中において当該レジスト液の溶質が偏在するのを抑制することができ、レジスト膜内での酸の拡散が妨げられることがない。したがって、レジストパターンにおいて幅広部が形成されないため、ＬＥＲ等のラフネスを向上させることができる。
（２）前記下地膜の極性を低下させる処理は、当該下地膜にＨＭＤＳガスを供給する処理である、前記（１）に記載の基板処理方法。
（３）前記下地膜の極性を低下させる処理は、当該下地膜にＴＭＡＨ水溶液を供給する処理である、前記（１）または（２）に記載の基板処理方法。
（４）前記下地膜の極性を上昇させる処理は、当該下地膜にＵＶ光を照射する処理である、前記（１）～（３）のいずれか１に記載の基板処理方法。
（５）前記下地膜の極性を低下させる処理の後に、極性が低下した当該下地膜の表面の疎水基を除去する工程を有する、前記（１）～（４）のいずれか１に記載の基板処理方法。
（６）前記疎水基を除去する工程は、極性が低下した下地膜にＵＶ光を照射する処理である、前記（５）に記載の基板処理方法。
（７）前記下地膜の極性を低下させる処理及び前記下地膜の極性を上昇させる処理は、極性ポリマーと非極性ポリマーにより構成される予め定められた膜で前記下地膜を被膜する処理である、前記（１）に記載の基板処理方法。
（８）前記予め定められた膜は、前記極性ポリマーと前記非極性ポリマーとが存在する溶液を前記下地膜に塗布して形成される、前記（７）に記載の基板処理方法。
（９）前記予め定められた膜は、前記極性ポリマーを含む溶液を気化したガスと前記非極性ポリマーを含む溶液を気化したガスとが混合された混合ガスを前記下地膜に供給することにより形成される自己組織化単分子膜である、前記（７）に記載の基板処理方法。
（１０）前記下地膜上に塗布されて形成された前記レジスト液の塗布膜中において、当該レジスト液に含まれる非極性成分が表層側に移動することを抑制する処理を行う工程を有する、前記（１）～（９）のいずれか１に記載の基板処理方法。
前記（９）によれば、レジストパターンのラフネスをさらに向上させることができる。
（１１）前記下地膜上に前記レジスト液の塗布を行う塗布工程を有し、
前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記下地膜上に前記レジスト液の塗布を行う工程において、当該塗布を行うレジスト塗布装置の処理室内に、前記レジスト液の溶剤を気化させたガス、ハロゲンガスまたは不活性ガスを供給する処理である、前記（１０）に記載の基板処理方法。
（１２）前記下地膜上に形成されたレジスト液の塗布膜の加熱を行いレジスト膜を形成する工程を有し、
前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記レジスト膜を形成する工程において、前記加熱を行う熱処理装置の処理室内に、前記レジスト液の溶剤を気化させたガス、ハロゲンガスまたは不活性ガスを供給する処理である、前記（１０）または（１１）に記載の基板処理方法。
（１３）前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記下地膜上に形成された前記レジスト液の塗布膜の加熱の前に、当該塗布膜の上に別の予め定められた膜を形成する処理である、前記（１０）に記載の基板処理方法。
（１４）処理対象基板を処理する基板処理システムであって、
前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う極性調整装置を有する基板処理システム。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 基板処理システム
１３ インターフェイスステーション
４１ ＵＶ照射装置
４２ ＨＭＤＳ処理装置
３００、３０１ 被膜装置
Ｂ 下地膜
Ｗ ウェハ

Claims (14)

  1. 処理対象基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う工程を有し、
    前記下地膜の極性を低下させる処理は、当該下地膜にＨＭＤＳガスを供給する処理または当該下地膜にＴＭＡＨ水溶液を供給する処理の少なくともいずれか一方である、基板処理方法。
  2. 処理対象基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う工程を有し、
    前記下地膜の極性を上昇させる処理は、当該下地膜にＵＶ光を照射する処理である、基板処理方法。
  3. 前記下地膜の極性を低下させる処理の後に、極性が低下した当該下地膜の表面の疎水基を除去する工程を有する、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記疎水基を除去する工程は、極性が低下した下地膜にＵＶ光を照射する処理である、請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 処理対象基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う工程を有し、
    前記下地膜の極性を低下させる処理及び前記下地膜の極性を上昇させる処理は、極性ポリマーと非極性ポリマーにより構成される予め定められた膜で前記下地膜を被膜する処理である、基板処理方法。
  6. 前記予め定められた膜は、前記極性ポリマーと前記非極性ポリマーとが存在する溶液を前記下地膜に塗布して形成される、請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記予め定められた膜は、前記極性ポリマーを含む溶液を気化したガスと前記非極性ポリマーを含む溶液を気化したガスとが混合された混合ガスを前記下地膜に供給することにより形成される自己組織化単分子膜である、請求項５に記載の基板処理方法。
  8. 前記下地膜上に塗布されて形成された前記レジスト液の塗布膜中において、当該レジスト液に含まれる非極性成分が表層側に移動することを抑制する処理を行う工程を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  9. 前記下地膜上に前記レジスト液の塗布を行う工程を有し、
    前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記下地膜上に前記レジスト液の塗布を行う工程において、当該塗布を行うレジスト塗布装置の処理室内に、前記レジスト液の溶剤を気化させたガス、ハロゲンガスまたは不活性ガスを供給する処理である、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記下地膜上に形成されたレジスト液の塗布膜の加熱を行いレジスト膜を形成する工程を有し、
    前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記レジスト膜を形成する工程において、前記加熱を行う熱処理装置の処理室内に、前記レジスト液の溶剤を気化させたガス、ハロゲンガスまたは不活性ガスを供給する処理である、請求項８または９に記載の基板処理方法。
  11. 前記非極性成分が前記表層側に移動することを抑制する処理は、前記下地膜上に形成された前記レジスト液の塗布膜の加熱の前に、当該塗布膜の上に別の予め定められた膜を形成する処理である、請求項８に記載の基板処理方法。
  12. 処理対象基板を処理する基板処理システムであって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う極性調整装置を有し、
    前記下地膜の極性を低下させる処理は、当該下地膜にＨＭＤＳガスを供給する処理または当該下地膜にＴＭＡＨ水溶液を供給する処理の少なくともいずれか一方である、基板処理システム。
  13. 処理対象基板を処理する基板処理システムであって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う極性調整装置を有し、
    前記下地膜の極性を上昇させる処理は、当該下地膜にＵＶ光を照射する処理である、基板処理システム。
  14. 処理対象基板を処理する基板処理システムであって、
    前記処理対象基板の基板表面に形成された下地膜上に、レジスト膜を形成するためのレジスト液を塗布する前に、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より高い場合は、前記下地膜の極性を低下させる処理を行い、前記下地膜の極性が前記レジスト液の極性より低い場合は、前記下地膜の極性を上昇させる処理を行う極性調整装置を有し、
    前記下地膜の極性を低下させる処理及び前記下地膜の極性を上昇させる処理は、極性ポリマーと非極性ポリマーにより構成される予め定められた膜で前記下地膜を被膜する処理である、基板処理システム。
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