JP7119617B2 - 塗布膜形成方法及び塗布膜形成装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板に塗布膜を形成する技術に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、段差を備えたパターンを有する基板の上に塗布膜を成膜する工程を行う場合がある。このような塗布膜にレジスト膜を積層しフォトリソグラフィによりパターンが形成されるが、近年フォトリソグラフィの精度を向上させる観点から塗布膜の表面の平坦性が求められている。
特許文献１には、半導体ウエハに形成された塗布膜を加熱する加熱装置が記載されている。この加熱装置は、複数の加熱モジュールの排気口に各々接続された個別排気路と、各個別排気路の下流端に共通に設けられた共通排気路とを備えている。また各個別排気路から分岐して、加熱モジュールの外部から気体を取り込む分岐路が設けられる。そして各分岐路に設けられるダンパの開閉により、各加熱モジュールの排気口からの排気量が調整される。この排気量の調整により、ウエハの面内における塗布膜について膜厚の均一性の向上が図られている。
特開２０１６－３９３６９号公報
本開示はこのような事情の下になされたものであり、表面に段差を備えたパターンを有する基板の表面全体に形成された塗布膜の表面を平坦化する技術を提供することにある。
本開示の塗布膜形成方法は、段差を備えたパターンを表面に有する基板の当該表面全体に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、
第１の保持部に保持された前記基板の表面全体を被覆する平坦面を備えたプレス部により、前記基板の塗布膜に対して前記平坦面を相対的に押し当てるプレス工程と、
表面が平坦化された前記塗布膜を硬化させる塗布膜硬化工程と、を含み、
前記プレス工程を行う前に、前記平坦面を備えるプレス本体部と共に前記プレス部を成す第２の保持部が、当該プレス本体部を着脱自在に保持する保持工程を備え、
前記プレス工程は区画された処理空間で行われ、
前記プレス工程の後、前記プレス本体部の平坦面と前記基板の塗布膜とが接着した状態で前記第２の保持部によるプレス本体部の保持を解除する保持解除工程と、
次いで、前記処理空間から当該処理空間の外部における前記基板とプレス本体部との分離を行うための分離部へ、前記基板及びプレス本体部を搬送する工程と、
然る後、前記分離部において互いに接着した前記基板、プレス本体部を分離する分離工程と、
を備える。
本開示によれば表面に段差を備えたパターンを有する基板の表面全体に形成された塗布膜の表面を平坦化することができる。
本開示の実施の形態に係るＳＯＣ膜塗布装置の平面図である。 本開示の実施の形態に係るＳＯＣ膜塗布装置の縦断側面図である。 本開示の実施の形態に係るプレスモジュールの正面図である。 本開示の実施の形態に係る分離モジュールの正面図である。 本開示の実施の形態に係る紫外線照射モジュールの縦断面図である。 本開示の塗布モジュールによるＳＯＣ膜の塗布を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 本開示のプレスモジュールの作用を説明する説明図である。 分離モジュールにおけるプレスプレートとウエハとの分離を示す説明図である。 ＵＶ照射モジュールにおける作用を示す説明図である。 剥離膜の除去を示す説明図である。 剥離膜を除去した平坦面の洗浄を示す説明図である。 平坦面への剥離膜の膜再形成を説明する説明図である。 段差パターンの形成されたウエハを示す断面図である。 ＳＯＣ膜が塗布されたウエハの表面構造を示す断面図である。 平坦化されたウエハの表面構造を示す断面図である。 第２のＳＯＣ膜の塗布を示す説明図である。 第２のＳＯＣ膜の塗布前のウエハの表面構造を示す断面図である。 第２のＳＯＣ膜の表面を平坦化した後のウエハの表面構造を示す断面図である。 第２のＳＯＣ膜の表面を平坦する加熱モジュールを示す説明図である。 プレス処理の前後におけるウエハの表面高さの水平分布を示す特性図である。
本開示の実施の形態であるＳＯＣ膜形成装置について、図１、図２の平面図、縦断側面図を夫々参照しながら説明する。先ず、このＳＯＣ膜形成装置で行われる処理の概要について簡単に説明しておく。このＳＯＣ膜形成装置においては、半導体ウエハ（以下、ウエハとする）Ｗの表面に塗布液を供給してＳＯＣ膜を形成する処理が行われる。さらに後述のプレスプレートの平坦面の押し当てによるＳＯＣ膜の表面の平坦化処理、押し当てにより一体化したプレスプレートとウエハＷとの分離処理、及び分離したウエハＷのＳＯＣ膜にＵＶを照射する処理が行われる。また、上記のプレスプレートの平坦面はＳＯＣ膜の平坦性を低下させることなく上記の分離を確実に行うようにするための薄膜（剥離膜）により構成される。そしてＳＯＣ膜形成装置は、使用済みの剥離膜の除去処理、剥離膜除去後のプレスプレートの洗浄処理、及び剥離膜の再形成処理についても行う。以上の各処理は互いに異なるモジュールで行われ、ＳＯＣ膜形成装置は、これらの処理が行われるようにウエハＷ及びプレスプレートを各モジュール間で搬送する。
ＳＯＣ膜形成装置は、ウエハＷを、ウエハＷの搬送容器であるキャリアＣから装置内に搬入出するためのキャリアステーションＢ１と、ウエハＷの表面に塗布膜であるＳＯＣ膜を形成する処理ステーションＢ２と、を前後に接続した構成となっている。以下、キャリアステーションＢ１側を前方、処理ステーションＢ２側を後方とする。キャリアステーションＢ１は、キャリアＣの載置ステージ９１と、キャリアＣからウエハＷを搬送するための搬送アーム９３と、を備えている。図１、２中の９２は、開閉ドアである。
処理ステーションＢ２は、ウエハＷに各々ＳＯＣ膜を形成する２層の単位ブロックＦ１、Ｆ２が積層されて構成されており、図１は、単位ブロックＦ１を示している。単位ブロックＦ１、Ｆ２は同様に構成され、各単位ブロックＦ１、Ｆ２において互いに並行してウエハＷの搬送及び処理が行われる。また単位ブロックＦ１、Ｆ２のキャリアステーションＢ１側には、単位ブロックＦ１、Ｆ２に跨って上下に伸びるタワーＴ１と、タワーＴ１に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な受け渡しアーム９４とが設けられている。タワーＴ１は、例えばウエハＷの受け渡しを行う受け渡しモジュールＴＲＳなどのモジュールが互いに積層されて構成されている。
単位ブロックＦ１を例に説明すると、単位ブロックＦ１は、前後方向に伸びる搬送路Ｒ１を移動し、各モジュール間でウエハＷを搬送する搬送機構９５を備えている。キャリアステーションＢ１側から見て、搬送路Ｒ１の右側には、ウエハＷにＳＯＣ膜を形成する４台の塗布モジュール７が前後方向に並べて配置されている。
またキャリアステーションＢ１側から見て、搬送路Ｒ１の左側には、塗布処理以外の記述の各処理を行うモジュール群が設けられる。当該モジュール群は、前方側からプレスモジュール１、分離モジュール２、ＵＶ照射モジュール３、剥離膜除去モジュール４、洗浄モジュール５及び膜再生モジュール６から構成されている。剥離膜除去モジュール４、洗浄モジュール５及び膜再生モジュール６は、プレスプレートの剥離膜を再生する膜再生部となるモジュール群である。
続いて塗布モジュール７について説明する。塗布モジュール７はウエハＷに対して、公知のスピンコーティング法により、ＳＯＣ膜の前駆物質となる有機材料を溶剤に溶解した塗布液を塗布する。有機材料としては、炭素化合物を含む有機膜原料、例えばポリエチレン構造（（－ＣＨ２－）ｎ）の骨格を持つポリマー原料が用いられる。また塗布液には、例えば紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）を照射することにより上記のポリマー原料の架橋を進行させる化合物である架橋剤が含まれている。ウエハＷに塗布液を塗布して形成されたＳＯＣ膜は、架橋前は、流動性が高いが、ＵＶを照射することで架橋が進行しＳＯＣ膜の硬度が高くなる。
塗布モジュール７は、例えばウエハＷを鉛直軸周りに回転させるスピンチャック７１と、回転するウエハＷから振り切られる塗布液を受け止めるカップ体７０と、を備えている。また塗布モジュール７は、スピンチャック７１に保持されたウエハＷに向けて上記の有機材料を含む塗布液を吐出して塗布する塗布液ノズル７２を備えている。
次に図３を用いて、上記のＳＯＣ膜の表面の平坦化処理を行うプレスモジュール１について説明する。プレスモジュール１は、ウエハＷをプレスするプレス処理部１０と、ウエハＷをプレスモジュール１の外部の搬送機構９５から受け取り、プレス処理部１０に受け渡すクーリングプレート２０を備えている。
プレス処理部１０は処理容器１１を備え、処理容器１１の側面には全周に亘ってウエハＷの搬入出口１２ａが形成されている。また処理容器１１の周囲には、昇降機構２８により昇降して、当該搬入出口１２ａを開閉するリング状のシャッタ１２が設けられている。搬入出口１２ａが閉じると、処理容器１１内の処理空間が外部と区画される。
処理容器１１の底部側をなす底部構造体１１ｂには、ウエハＷを保持する第１の保持部である載置台１３が設けられている。載置台１３には、載置台１３及び底部構造体１１ｂを厚さ方向に貫通する貫通孔１３ａが３つ（図では、２つのみ表示）設けられている。各貫通孔１３ａには、昇降ピン２３が配置されている。昇降ピン２３は、処理容器１１の外側の昇降機構２４に接続され、昇降機構２４により昇降して、載置台１３の表面から突没し、後述のように移動するクーリングプレート２０と載置台１３との間でウエハＷを受け渡す。図中２５は、後述の処理容器１１内の排気時に、当該処理容器１１内を気密に保つためのベローズである。
載置台１３は、例えば表面が静電チャックとなっており、載置台１３に載置されたウエハＷを吸着保持できるように構成されている。また載置台１３には、載置台１３に載置されたウエハＷを加熱するための加熱部であるヒータ１７が埋設されている。
また底部構造体１１ｂの底面には、周縁に沿って複数の排気口１９が形成されている。排気口１９は、排気管２６を介して排気部２７に接続されている。また排気管２６に設けられたバルブＶ２６の開閉により、処理容器１１内（処理空間）の雰囲気が排気される状態と、排気が停止した状態と、が切り替えられる。
また処理容器１１の天板部１１ａ側には、第２の保持部であるプレート保持部１４が設けられている。プレート保持部１４の下部側は静電チャックをなし、載置台１３に載置されたウエハＷと対向するように、プレス本体部を成すプレスプレート１１０を着脱自在に吸着保持する。プレスプレート１１０は、ウエハＷと同様にシリコンからなるウエハであるが、その表面には半導体装置製造用の各膜が形成されていない、いわゆるベアウエハである。従ってプレスプレート１１０の主面（表面及び裏面）は平坦である。またこのベアウエハは、ウエハＷと平面視同じ形状である。この形状が同じとは、設計上同じ形状ということであり、製造上の誤差があっても同じ形状に含まれる。プレスプレート１１０の下面（裏面）全体に例えばテフロン（登録商標）などにより剥離膜１１１が形成されている。この剥離膜１１１は、ベアウエハに均一な膜厚となるように形成されているので、その表面は平坦面をなす。なおプレスプレート１１０のプレート保持部１４への吸着と、その解除は、制御部９からの制御信号によりにより切り替えられる。
プレート保持部１４は、天板部１１ａを貫通するように設けられた昇降軸１５ａを介して昇降機構１５に接続され、処理容器１１内を昇降する。昇降機構１５によりプレート保持部１４を下降させることにより、プレスプレート１１０を、載置台１３に載置されたウエハＷに周縁を揃えて押し当て、ウエハＷの表面全体を被覆することができる。またプレート保持部１４の昇降によりクーリングプレート２０との間でプレスプレート１１０の受け渡しが行われる。
またプレート保持部１４の下面には圧力検出部１６が設けられ、検出信号を制御部９に送信する。制御部９は、この検出信号によりプレスプレート１１０をウエハＷに押し当てたときのプレート保持部１４の下面の圧力を検出すると共に、この圧力が所定の範囲内となるように昇降機構１５の動作を制御する。それによりプレスされるＳＯＣ膜の膜厚が所望の範囲内になるようにする。
またプレート保持部１４内には、加熱部であるヒータ１８が埋設されている。既述の載置台１３に設けられたヒータ１７及びプレート保持部１４に設けられたヒータ１８は、制御部９により、オン／オフが切り替えられるように構成されている。
移動体であるクーリングプレート２０は、内部に流路２１が形成されている。流路２１は、例えば水などの冷媒の供給、排出を行う図示しない供給路、排出路に夫々接続されて、流路２１には、当該冷媒が流通する。それによりクーリングプレート２０に載置されたウエハＷが冷却される。クーリングプレート２０は、図に示す処理空間の外部の位置と、搬送機構９５との間でウエハＷ及びプレスプレート１１０を受け渡す位置と、処理容器１１の内部の載置台１３上の位置と、の間を移動する。
続いて分離モジュール２について説明する。図４に示すように分離モジュール２は、プレスプレート１１０と一体となったウエハＷを保持する第３の保持部である載置台２０１と、一体となったプレスプレート１１０と、ウエハＷと、の周縁部の境界に挿入されるくさび部２０２と、くさび部２０２を挿入した後、プレスプレート１１０を吸着して上方に引き上げる第４の保持部である昇降部２００と、を備えている。
続いてウエハＷにＵＶを照射し、ＳＯＣ膜を硬化するＵＶ照射モジュール３について説明する。図５に示すようにＵＶ照射モジュール３は、筐体３０を備え、筐体３０の側面には、シャッタ３２を備えた搬入出口３１が形成されている。筐体３０内には、ウエハＷを載置する載置台３３が設けられ、載置台３３には、ウエハＷを加熱するための加熱部３４が埋設されている。
また筐体３０の天井部には、載置台３３に載置されたウエハＷにＵＶを照射するためのＵＶ照射ユニット３５が設けられている。ＵＶ照射ユニット３５は、ケース体３６を備え、ケース体３６の内部には、ＵＶ光源３８が設けられている。またケース体３６の下面は、例えば石英などで構成された透過部３７となっており、ＵＶ光源３８から照射されるＵＶが透過部３７を介して載置台３３に載置されたウエハＷに照射されるように構成されている。また筐体３０の側面には、筐体３０内に窒素（Ｎ２）ガスを供給するためのガス供給部３９が設けられている。
プレスプレート１１０の剥離膜１１１を再生する膜再生部となるモジュール群である剥離膜除去モジュール４、洗浄モジュール５及び膜再生モジュール６について簡単に説明する。
剥離膜除去モジュール４は、例えばプレスプレート１１０の下面に向けてＵＶを照射して剥離膜１１１を除去する。また洗浄モジュール５はプレスプレート１１０における剥離膜１１１を除去した面を洗浄し、膜再生モジュール６は、洗浄モジュール５にて洗浄した面に、例えばテフロン（登録商標）を蒸着させて剥離膜１１１を再生する。剥離膜除去モジュール４、洗浄モジュール５及び膜再生モジュール６の構成については、後述する。
また図１に示すようにＳＯＣ膜形成装置は、制御部９を備えている。制御部９は、プログラム格納部を有している。プログラム格納部には、ＳＯＣ膜形成装置内におけるウエハＷの搬送、あるいは各モジュール１～７において行われる後述の作用に示す塗布膜形成方法を実行するシーケンスが実施されるように命令が組まれた、プログラムが格納される。このプログラムは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード、ＤＶＤなどの記憶媒体により格納されて制御部９にインストールされる。
続いて本開示に係る実施の形態の作用について、各モジュールの動作を示した図６～図１７を参照して説明する。また、ウエハＷの表面状態を示す図１８～図２０の縦断側面図も適宜参照する。ウエハＷがキャリアＣに収納されてＳＯＣ膜形成装置に搬入される。図１８はこの時のウエハＷを示す。ウエハＷの表面に形成された膜には、凹部であるパターン１００が形成され、このパターン１００によってウエハＷの表面は段差を備えている。凹部であるパターン１００は、例えばパターン１００の幅に対するパターン１００の深さの割合を表すアスペクト比が０．０００２～０．８となるように構成され、パターン１００の深さは、例えば１～８μｍである。さらにパターン１００の幅と、パターン１００が形成されることによりウエハＷ表面に突出する部位（凸部）の幅と、は、例えば各々１０～５０００μｍである。
このようなウエハＷは、キャリアＣから取り出されて塗布モジュール７に搬送され、図６に示すように、スピンコーティングによりウエハＷの表面全体に塗布液が塗布されてＳＯＣ膜１０１が形成される。図１９は、この時のウエハＷを示している。塗布液の粘性とパターン１００の段差とによりＳＯＣ膜１０１の表面は当該段差が反映されて凹凸を備えている。
次いでＳＯＣ膜１０１が形成されたウエハＷは、プレスモジュール１に搬送される。プレスモジュール１においては、ウエハＷをプレスモジュール１に搬入する前に、図７に示すようにプレスプレート１１０が、クーリングプレート２０を介して処理容器１１内に搬送され、プレート保持部１４の所定の位置に装着される。このプレスプレート１１０を上昇させた状態でプレスモジュール１は、待機している。
そして図８に示すようにＳＯＣ膜１０１が塗布されたウエハＷがクーリングプレート２０を介して処理容器１１内に搬送され、さらに図示しない昇降ピンとクーリングプレート２０との協働作用により、図９に示すように載置台１３に載置される。その後、シャッタ１２が閉じられ、処理空間が区画される。なお図９の時点では排気が停止し、処理空間の圧力は大気圧（１気圧）となっており、載置台１３及びプレート保持部１４のヒータ１７、１８が共にオフの状態になっている。
続いてバルブＶ２６を開き、ウエハＷの周囲の雰囲気を排気して、処理容器１１内を大気圧より低い圧力である減圧雰囲気とした後、当該減圧雰囲気においてプレスプレート１１０を下降させて、図１０に示すようにプレスプレート１１０の下面をウエハＷの表面全体に押し当てる。具体的に減圧雰囲気は、例えば１Ｐａ～１００Ｐａであり、この例では、２Ｐａで処理を行う。この時ＳＯＣ膜１０１の表面は、架橋反応が進行しておらず流動性が高いため、プレスプレート１１０の平坦面に沿うように均されて平坦化される。
さらに続いて図１１に示すようにプレスプレート１１０をウエハＷの表面に押し付けたまま、バルブＶ２６を閉じ、例えば処理容器１１内を大気圧に戻す。そして処理容器１１内を大気圧とした状態で載置台１３及びプレート保持部１４のヒータ１７、１８をオンとし、載置台１３及びプレート保持部１４の温度を上昇させてウエハＷを５０～３５０℃に加熱する。この時ＳＯＣ膜１０１を所望の膜厚とするために圧力検出部１６からの検出値が例えば１０ｋＰａ～１００ｋＰａになるようにプレート保持部１４の昇降機構１５の動作が制御される。既述のようにプレスプレート１１０を押し当てることで、ＳＯＣ膜１０１の表面は、平坦化されるが、さらにウエハＷを５０～３５０℃で加熱することで、ＳＯＣ膜１０１の流動性を高めることができる。それによりプレスプレート１１０が押し当てられたＳＯＣ膜１０１の表面をさらに平坦化することができる。図２０はこの時のウエハＷの表面を示している。
続いてプレスプレート１１０の平坦面と、ウエハＷの表面とを接着させた状態で、プレート保持部１４のプレスプレート１１０の吸着保持を解除する。さらに図１２に示すようにプレスプレート１１０と一体となった状態のウエハＷをクーリングプレート２０に受け渡す。そしてウエハＷとプレスプレート１１０とを一括して冷却すると共に処理容器１１の外側に搬送する。このようにウエハＷを冷却することでＳＯＣ膜１０１の流動性が低下する。
続いて、冷却されたウエハＷは、プレスプレート１１０と一体となった状態で搬送機構９５に受け渡されて分離モジュール２に搬送される。分離モジュール２においては、図１３に示すように、ウエハＷが下方側から載置台２０１に吸着保持されると共に、プレスプレート１１０が上方側から昇降部２００に保持される。さらにウエハＷの周縁部におけるＳＯＣ膜１０１と剥離膜１１１との界面に、くさび部２０２の先端を挿入してＳＯＣ膜１０１と剥離膜１１１との接着を解除し、プレスプレート１１０を上昇させる。ＳＯＣ膜１０１は、クーリングプレート２０において冷却されて流動性が低下し硬度が高い膜となっている。さらに剥離膜１１１のＳＯＣ膜１０１に対する吸着性は比較的低い。そのため剥離膜１１１側にＳＯＣ膜１０１が付着して残らないように、ＳＯＣ膜１０１から剥離膜１１１を剥がすことができる。つまりＳＯＣ膜１０１の表面の平坦性が保たれたまま、一体となっていたプレスプレート１１０と、ウエハＷと、が分離する。またくさび部２０２の挿入によりウエハＷの一部でＳＯＣ膜１０１と剥離膜１１１とが分離してから、プレスプレート１１０の上昇により、上記の引きはがしが行われる。そのためより確実に剥離膜１１１へのＳＯＣ膜１０１の付着が抑制される。
さらにプレスプレート１１０と引き離されたウエハＷは、搬送機構９５により取り出されてＵＶ照射モジュール３に搬送される。そして図１４に示すようにウエハＷを載置台３３に載置して加熱、または、ウエハＷの周囲にＮ２ガスを供給しながらウエハＷにＵＶを照射する。これによりＳＯＣ膜１０１内の架橋反応が進行し、平坦化されたＳＯＣ膜１０１が硬化する。
なおウエハＷと分離されたプレスプレート１１０は、プレスモジュール１に搬送され、図７にて説明したようにプレート保持部１４に保持される。
ところでウエハＷの処理を継続していると、剥離膜１１１が劣化してプレスプレート１１０と、ＳＯＣ膜１０１と、が分離しにくくなったり、剥離膜１１１が汚れてしまいＳＯＣ膜１０１の汚染源となることがある。そこで例えば所定の枚数のウエハＷを処理した後、剥離膜１１１の除去及び再形成を行う。
まず図１３に示す剥離工程にて、ウエハＷから引き離されたプレスプレート１１０は、搬送機構９５により剥離膜除去モジュール４に搬送される。剥離膜除去モジュール４は、図１５に示すようにプレスプレート１１０を剥離膜１１１が下方に向く姿勢で保持する図示しない保持部を備えている。そしてプレスプレート１１０の下方側に設けられたＵＶ光源４１から、プレスプレート１１０の下面全体にＵＶを照射できるように構成されている。このような構成の剥離膜除去モジュール４において、プレスプレート１１０の下面全体にＵＶを照射することで剥離膜１１１を除去する。
続いてプレスプレート１１０は、洗浄モジュール５に搬送される。洗浄モジュール５は、図１６に示すようにプレスプレート１１０を剥離膜１１１が形成されていた面を下方に向けて保持する図示しない保持部を備えると共に、プレスプレート１１０の下面側に押し当てられ、当該下面を擦るブラシ部５１を備えている。また洗浄モジュール５には、図示しない洗浄液供給ノズルが設けられ、ブラシ部５１の作用と洗浄液の供給とでプレスプレート１１０の下面全体を洗浄し、当該下面に残る剥離膜１１１を確実に除去する。なお剥離膜１１１を除去した後、洗浄モジュール５における洗浄を行わずに後述の膜再生処理を行うようにしてもよい。
洗浄を行ったプレスプレート１１０は、搬送機構９５により膜再生モジュール６に搬送される。図１７に示すように膜再生モジュール６６は、プレスプレート１１０を、洗浄された面を下方に向けて保持する図示しない保持部を備えると共に、プレスプレート１１０の下面側に気化したテフロン（登録商標）を供給して当該プレスプレート１１０の下面に蒸着させる蒸着部６１を備えている。この蒸着により剥離膜１１１が再形成される。その後図７に示したようにプレスプレート１１０は、プレスモジュール１に搬送されプレート保持部１４に保持される。
このように剥離膜１１１を除去、再生することで、剥離膜１１１の劣化による不具合や汚れに起因する汚染を抑制することができる。つまり使用時における剥離膜１１１の表面の清浄度を高く保つことができる。
上述の実施の形態によれば、段差パターン１００を有するウエハＷの表面全体にＳＯＣ膜１０１を形成するにあたって、ウエハＷにＳＯＣ膜１０１を塗布した後、ＳＯＣ膜１０１の表面にプレスプレート１１０を押し当てて平坦化している。その後ウエハＷとプレスプレート１１０とを分離させた後、ＳＯＣ膜１０１にＵＶを照射してＳＯＣ膜１０１中の化合物を架橋させている。そのため架橋反応が起こり硬化した後のＳＯＣ膜１０１の表面の平坦性を高くすることができる。
またプレスプレート１１０をＳＯＣ膜１０１に押し当てたときにプレスプレート１１０と、ＳＯＣ膜１０１と、の隙間に気体が入り込むと、ウエハＷを加熱したときに隙間に入り込んだ気体が膨張し、ＳＯＣ膜１０１の表面から深部へ移動する。それによって膜の厚さ方向に向かう溝が形成されてしまうことがある。ＳＯＣ膜形成装置は、この例では大気圧雰囲気におかれるので、上記の気体は、例えば大気である。
本開示に係るＳＯＣ膜形成装置においては、ウエハＷの雰囲気を大気圧よりも低い圧力雰囲気である減圧雰囲気とした後、当該減圧雰囲気にてプレスプレート１１０をウエハＷに押し当てるようにしている。そのためプレスプレート１１０と、ＳＯＣ膜１０１と、の隙間への気体が入り込みにくくなり、気体の侵入に起因するＳＯＣ膜１０１への溝の形成を抑制することができる。
さらにＳＯＣ膜１０１を架橋させる前に、ウエハＷの周囲の気圧が低い状態で、加熱してしまうと、ＳＯＣ膜１０１中に含まれる成分が揮発してしまいＳＯＣ膜１０１の膜質が悪くなるおそれがある。そのためウエハＷにプレスプレート１１０を押し当てた後、ウエハＷの周囲の雰囲気を大気圧に戻し、大気圧雰囲気下でウエハＷの温度を上昇させることで、膜質の悪化を抑制することができる。
また塗布膜の粘度等によっては、プレスプレート１１０を塗布膜に押し当てた直後は、完全に平坦化されず、プレスプレート１１０と、塗布膜と、の間に隙間が残り、その後塗布膜を加熱することで塗布膜が平坦化されることもある。この場合には、ウエハＷの加熱を開始する前にウエハＷの周囲の気圧を大気圧まで戻してしまうとプレスプレート１１０と、塗布膜と、の間に気体が進入してしまうおそれがある。そのためプレスプレート１１０を塗布膜に押し当てた後、プレスプレート１１０を塗布膜に押し当てるときの気圧よりも高い気圧であって、大気圧（１気圧）よりも低い気圧にて、加熱を開始するようにしてもよい。
上記の例ではＳＯＣ膜１０１の塗布及び整形を行っているが、ＳＯＣ膜１０１に対してこれらの処理を行うことには限られず、表面を平坦化させた後、加熱または光照射によって平坦化させたときよりも硬化させることが可能な膜に適用することができる。光としては上記のＵＶには限られない。また、例えば、レジスト膜について表面を平坦化させた後、加熱してレジスト中の溶剤を揮発させることで硬化させることが考えられる。
ところで、熱により膜を硬化させる場合、例えば上記のようにプレスプレート１１０を押し当て、ウエハＷを加熱させて第１の温度として表面を平坦化させる。平坦化後、プレスプレート１１０をウエハＷに押し当てたまま、載置台１３及びプレート保持部１４のヒータ１７、１８の出力を上昇させてウエハＷの温度を第１の温度よりも高い第２の温度とする。このように温度を上昇させることで、膜中に含まれる化合物に対してより大きなエネルギーを与えて架橋反応を進行させて硬化させる。
またプレスプレート１１０を例えばＵＶを透過する材料で作成し、プレスプレート１１０と一体となった状態のウエハＷにＵＶを照射して、ＳＯＣ膜１０１を架橋反応させるようにしてもよい。つまり上記の例では、ＳＯＣ膜１０１とプレスプレート１１０の分離後に膜の硬化を行っているが、このような順番で処理を行うことには限られない。
またＳＯＣ膜１０１の粘性が高い場合や、パターン１００の高低差が大きい場合などは、プレスモジュール１にてプレス処理を行った時に、平坦になりきらないことがある。
このような場合には、ＵＶ処理によりＳＯＣ膜１０１を硬化（固化）した後、さらにＳＯＣ膜１０１上にもう一度ＳＯＣ膜を形成する塗布液を塗布してもよい。例えば図１４に示すようにＳＯＣ膜１０１を固化した後、ウエハＷを塗布モジュール７に搬送し、図２１に示すようにウエハＷの表面全体に２回目の塗布液の塗布を行い、ＳＯＣ膜を形成する。図２２、２３は、２回目の塗布の前後のウエハＷを示している。なおウエハＷに１回目の塗布で形成されるＳＯＣ膜１０１を第１のＳＯＣ膜１０１Ａとし、第１のＳＯＣ膜１０１Ａの上に２回目の塗布で形成されるＳＯＣ膜１０１を第２のＳＯＣ膜１０１Ｂとしている。
さらに第２のＳＯＣ膜１０１Ｂを塗布したウエハＷを図２４に示す加熱モジュール８に搬送する。加熱モジュール８は、筐体８０を備え、筐体８０内に加熱部８２が埋設された載置台８１を備えている。この加熱モジュール８により第２のＳＯＣ膜１０１Ｂが塗布されたウエハＷを５０℃から３５０℃、例えば３００℃に加熱する。これにより第２のＳＯＣ膜１０１Ｂの流動性が増し、図２４に示すように第２のＳＯＣ膜１０１Ｂの表面が均されて平坦になる。加熱モジュール８を設けるにあたっては、例えば２層の単位ブロックＦ１、Ｆ２のうちの一方に設けられた膜再生部のモジュールに代えて設ければよい。
加熱処理を行ったウエハＷは、図１４に示したＵＶ照射モジュール３に搬送され、第２のＳＯＣ膜１０１ＢにＵＶが照射される。これにより第２のＳＯＣ膜１０１Ｂが架橋反応により硬化する。
なお第１のＳＯＣ膜１０１Ａを架橋させる前に第２のＳＯＣ膜１０１Ｂを塗布してしまうと、第２のＳＯＣ膜１０１Ｂに含まれる溶剤により、第１のＳＯＣ膜１０１Ａが溶解し、パターン１００の形状が反映されて第２のＳＯＣ膜１０１Ｂの表面の平坦性が低下してしまう。そのため上記のように第１のＳＯＣ膜１０１Ａの硬化後、第２のＳＯＣ膜１０１Ｂを形成することが好ましい。
また第２のＳＯＣ膜１０１Ｂに対しても、第１のＳＯＣ膜１０１Ａと同様にプレスモジュール１にて第２のＳＯＣ膜１０１Ｂのプレスを行うようにしてもよい。その場合は、例えば加熱モジュール８での加熱の代わりに当該プレスを行う。
さらに上記の例では、搬送機構９５はウエハＷ及びプレスプレート１１０の各裏面周縁部を支持する支持部を備えている。この支持部には吸引孔が設けられ、ウエハＷ及びプレスプレート１１０の裏面周縁部が吸引されて当該支持部に吸着される。この搬送機構９５については、上下の向きを反転できるように構成してもよい。つまり、プレスプレート１１０については、剥離膜１１１に接触しないように搬送機構９５の支持部がその表面周縁部を吸着し、各モジュール１～７間を搬送するようにしてもよい。そのように搬送することで支持部の接触による剥離膜１１１の剥がれなどの不具合を抑制してもよい。
プレスモジュール１においてプレスプレート１１０を用いたプレスを行わず、処理容器１１内にて昇降機構１５に対して分離されない押圧用の部材が昇降し、この押圧用の部材の下面が平坦に構成され、当該平坦面の押し付けによりＳＯＣ膜１０１の整形を行ってもよい。ただし、上記のようにプレスモジュール１に対して着脱自在なプレスプレート１１０を押圧用の部材とすることで、上記の剥離膜１１１の再形成を容易に行うことができるという利点が有る。なお、剥離膜１１１を形成せずにＳＯＣ膜１０１の整形を行ってもよいが、上記のように押圧用の部材へのＳＯＣ膜１０１の付着をより確実に防ぐためには剥離膜１１１を形成することが有効である。
上記の例では、プレスプレート１１０のウエハＷへの接触前にウエハＷの温度が高くなることを防ぐために、プレスプレート１１０をウエハＷに接触させた後、オフになっていた載置台１３のヒータ１７及びプレート保持部１４のヒータ１８をオンにしている。
ただし、これらのヒータ１７、１８について、プレスプレート１１０をウエハＷに接触させる前において比較的低い出力となるようにオンにしておき、プレスプレート１１０のウエハＷへの接触後に出力を上昇させるようにしてもよい。つまり、載置台１３及びプレート保持部１４の温度について、ウエハＷとプレスプレート１１０との接触後の温度が、接触前の温度に比べて温度が高くなるように制御される。上記のようにヒータ１７、１８は載置台１３及びプレート保持部１４の一方のみに設けてもよいので、載置台１３及びプレート保持部１４の一方のみをそのように温度制御してもよい。
ところで、ウエハＷの表面全体とは半導体デバイスの形成領域全体の意味である。従って、上記の例でウエハＷの周端で囲まれる領域全体に塗布膜の形成、塗布膜の整形を行っているが、デバイス形成領域から外れたウエハＷの周端への膜形成及び整形が行われない場合も本開示の権利範囲に含まれる。
またウエハＷの表面全体でＳＯＣ膜１０１の平坦化が行われればよいため、ＳＯＣ膜１０１を押圧する平坦面としては、このウエハＷの表面全体を覆うことができるものであればよく、ウエハＷの表面全体と同じ大きさあるいはウエハＷの表面全体よりも大きいものを用いることができる。
上記の例では、ＳＯＣ膜形成装置内で各処理を行うが、ＳＯＣ膜形成装置の外部装置で処理を行ってもよい。例えば膜再生モジュール６や分離モジュール２について、外部装置としてもよい。そのように外部装置とする場合にはキャリアＣを介してウエハＷやプレスプレート１１０をＳＯＣ膜形成装置と外部装置との間で搬送する。この装置間のキャリアＣの搬送は搬送機構により行ってもよいし、作業員が行ってもよい。
またＵＶ照射モジュール３にて、ＳＯＣ膜１０１を硬化させた後、ＳＯＣ膜１０１の厚さを調整する膜厚調整処理を行ってもよい。ＵＶ照射モジュール３にて架橋反応を進行させてＳＯＣ膜１０１を硬化させた後、さらに加熱したウエハＷにＵＶを照射する。載置されて加熱されたウエハＷのＳＯＣ膜１０１は紫外線の作用によりその表面が除去されて、膜厚が調整される。第１及び第２のＳＯＣ膜１０１Ａ、１０１Ｂを形成する場合は、第１及び第２のＳＯＣ膜１０１Ａ、１０１Ｂのいずれか一方のＳＯＣ膜の硬化後のみ膜厚調整を行ってもよいし、ＳＯＣ膜の硬化後に膜厚調整を行ってもよい。
ところでＳＯＣ膜の上方にはフォトリソグラフィにより、レジストパターンが形成される。半導体装置の配線の微細化により、当該フォトリソグラフィにおいて許容されるレジストパターンの寸法のマージンの狭小化は著しい。そして、ＳＯＣ膜１０１の平坦性の低下は、このパターンの寸法の変動につながるおそれがある。そのためＳＯＣ膜１０１の表面を平坦化させることが求められている。この平坦化をＣＭＰで行うことが考えられるが、ウエハＷの全面で局所的に研磨を行う研磨パッドを走査させるため処理に時間を要し、スループットの低下が懸念される。また、スラリーなどの材料を用いることによって、高コストの処理になってしまう。
また、フォトリソグラフィを行うにあたり、熱架橋型のＳＯＣ膜（加熱することによって架橋反応が起きるＳＯＣ膜）をウエハＷに形成し、加熱温度を制御して膜の流動性の向上による表面の平坦化と、架橋反応による硬化とを行うことが考えられる。しかし膜の流動と架橋反応とを共に制御することは困難であった。
本開示の処理によれば、ウエハＷの全面で一括して膜の表面を平坦化するためスループットの低下が抑制されるし、高価な材料を用いずに膜の表面の平坦化を行うので、処理コストが嵩むことを防ぐことができる。そして、平坦化と膜の硬化とを確実性高く行うことができるという利点が有る。
以上に検討したように、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。
［実施例］
本開示の実施の形態の効果を検証するため、図１８に示した段差パターン１００が形成されたウエハＷを用い、実施の形態に示した塗布モジュール７を用いてウエハＷにＳＯＣ膜１０１の塗布を行った。さらに当該ウエハＷをプレスモジュール１に搬送し、実施の形態に示したプレス工程を実行した。そしてプレス工程の実行の前後において、ＳＯＣ膜１０１の表面高さの水平分布を計測した。
図２５はプレスモジュール１におけるプレス処理の実行の前後のＳＯＣ膜１０１の表面高さの水平分布を示すグラフであり、横軸は、ウエハＷの表面高さを径方向にスキャンしたときのウエハＷの中心からのスキャン距離を示し、縦軸は、当該スキャン距離の位置におけるＳＯＣ膜１０１の表面高さを示している。
図２５に示すようにＳＯＣ膜１０１のプレス処理前においては、ＳＯＣ膜１０１の表面に凹凸が見られ、表面高さに差が見られるが、プレス処理後は、凹凸がなくなり略平坦になっていた。この結果によれば、本開示に係るＳＯＣ膜形成装置によりＳＯＣ膜１０１の表面を平坦化することができると言える。
１ プレスモジュール
２ 分離モジュール
３ ＵＶ照射モジュール
４ 剥離膜除去モジュール
５ 洗浄モジュール
６ 膜再生モジュール
７ 塗布モジュール
１０１ ＳＯＣ膜
１１０ プレスプレート
１１１ 剥離膜
Ｗ ウエハ

Claims (16)

  1. 段差を備えたパターンを表面に有する基板の当該表面全体に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、
    第１の保持部に保持された前記基板の表面全体を被覆する平坦面を備えたプレス部により、前記基板の塗布膜に対して前記平坦面を相対的に押し当てるプレス工程と、
    表面が平坦化された前記塗布膜を硬化させる塗布膜硬化工程と、を含み、
    前記プレス工程を行う前に、前記平坦面を備えるプレス本体部と共に前記プレス部を成す第２の保持部が、当該プレス本体部を着脱自在に保持する保持工程を備え、
    前記プレス工程は区画された処理空間で行われ、
    前記プレス工程の後、前記プレス本体部の平坦面と前記基板の塗布膜とが接着した状態で前記第２の保持部によるプレス本体部の保持を解除する保持解除工程と、
    次いで、前記処理空間から当該処理空間の外部における前記基板とプレス本体部との分離を行うための分離部へ、前記基板及びプレス本体部を搬送する工程と、
    然る後、前記分離部において互いに接着した前記基板、プレス本体部を分離する分離工程と、
    を備える塗布膜形成方法。
  2. 前記分離工程は、
    前記基板、プレス本体部を前記分離部における第３の保持部、第４の保持部により夫々保持する工程と、
    前記基板の周縁部における前記塗布膜と前記平坦面との界面に、これら塗布膜と平坦面との接着を解除するための挿入部材を挿入する挿入工程と、
    前記挿入工程の後に前記第３の保持部から前記第４の保持部を相対的に遠ざけて前記プレス本体部と前記基板とを分離する工程と、を含む請求項１記載の塗布膜形成方法。
  3. 前記保持解除工程を行ってから前記分離工程を行うまでの間に、前記プレス本体部及び基板を一括して冷却する冷却工程を含む請求項２記載の塗布膜形成方法。
  4. 前記基板の冷却用の流体が流通する流路を備える移動体を、前記処理空間と当該処理空間の外側との間で駆動機構により移動させる工程を含み、
    前記冷却工程は、当該移動体に前記基板を載置する工程を含む請求項３記載の塗布膜形成方法。
  5. 前記保持工程において前記第２の保持部が保持する前記プレス本体部の平坦面には、前記分離工程において当該平坦面から前記塗布膜を剥離させるための剥離膜が形成されており、
    当該分離工程を行った後、前記プレス本体部を前記分離部から膜再生部に搬送し、前記平坦面から前記剥離膜を除去した後、前記剥離膜を前記平坦面に再形成する再形成工程と、
    然る後、前記剥離膜が再形成されたプレス本体部を前記処理空間に搬送し、前記第２の保持部によって保持する工程と、
    を備える請求項１ないし４のいずれか一つに記載の塗布膜形成方法。
  6. 前記膜再生部は、前記剥離膜の除去を行う膜除去部と、当該剥離膜の再形成を行う膜形成部とを含み、
    前記膜除去部と前記膜形成部との間で、前記プレス本体部を搬送する工程を含む請求項５記載の塗布膜形成方法。
  7. 前記再形成工程は、前記剥離膜を除去した後、当該剥離膜を再形成するまでの間に前記平坦面を洗浄する工程を含み、
    前記膜再生部は、前記平坦面の洗浄を行う洗浄部を含み、
    前記膜除去部と膜形成部と前記洗浄部との間で、前記プレス本体部を搬送する工程を含む請求項６記載の塗布膜形成方法。
  8. 前記プレス本体部は、平面視前記基板と同じ形状のプレス用の基板であり、前記平坦面は当該プレス用の基板の主面である請求項１ないし７のいずれか一つに記載の塗布膜形成方法。
  9. 前記プレス工程は、前記基板の周囲の雰囲気を大気圧よりも低い減圧雰囲気とした後、当該減圧雰囲気において前記プレス部による押し当てを行う工程を含む請求項１ないし８のいずれか一つに記載の塗布膜形成方法。
  10. 前記プレス工程は、前記押し当てが行われた状態で前記第１の保持部及びプレス部の少なくとも一方の温度を上昇させて前記基板を加熱する工程を備える請求項９に記載の塗布膜形成方法。
  11. 前記塗布膜硬化工程は、前記塗布膜に光を照射し、前記塗布膜を硬化させる工程を含む請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
  12. 前記塗布膜硬化工程は、プレス工程における前記基板の温度よりも高い温度となるように基板を加熱して前記塗布膜を硬化させる工程を含む請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
  13. 前記塗布膜硬化工程で硬化された塗布膜を第１の塗布膜とすると、この第１の塗布膜の表面全体に前記塗布液を塗布して、第２の塗布膜を形成する工程と、
    続いて前記第２の塗布膜の表面を平坦化する工程と、
    然る後、前記第２の塗布膜を硬化させる工程と、を含む請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
  14. 前記第２の塗布膜の表面を平坦化する工程は、前記平坦面を当該第２の塗布膜に押し当てずに前記基板を加熱し、前記第２の塗布膜の表面を流動させて均す工程を含む請求項１３に記載の塗布膜形成方法。
  15. 基板が搬入される搬入部と、
    段差を備えたパターンを表面に有する基板の当該表面全体に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成モジュールと、
    第１の保持部に保持された前記基板の表面全体を被覆する平坦面を備えたプレス部により、前記基板の塗布膜に対して前記平坦面を相対的に押し当てて当該塗布膜の表面を平坦化するプレスモジュールと、
    表面が平坦化された前記塗布膜を硬化させる塗布膜硬化モジュールと、
    前記搬入部と、塗布モジュールと、プレスモジュールと、塗布膜硬化モジュールとの間で前記基板を搬送する搬送機構と、
    を備え、
    前記プレスモジュールは、区画された処理空間を内部に形成する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、前記平坦面を備えるプレス本体部と共にプレス部を構成し、当該プレス本体部を着脱自在に保持するための第２の保持部と、
    前記押し当てが行われるように前記第２の保持部を前記第１の保持部に対して相対的に進退させる進退機構と、を備え
    前記処理空間の外部に設けられ、前記プレス本体部と共に前記基板が前記搬送機構によって搬送される分離部と、
    前記押し当てを行う前に、前記第２の保持部が前記プレス本体部を着脱自在に保持する保持ステップと、前記処理空間で前記押し当てを行うプレスステップと、前記プレスステップの後、前記プレス本体部の平坦面と前記基板の塗布膜とが接着した状態で前記第２の保持部によるプレス本体部の保持を解除する保持解除ステップと、次いで、前記処理空間から前記分離部へ、前記基板及び前記プレス本体部を搬送するステップと、然る後、前記分離部において互いに接着した前記基板、前記プレス本体部を分離する分離ステップと、が実行されるように制御を行う制御部と、
    を備える塗布膜形成装置。
  16. 前記処理容器内の雰囲気を大気圧よりも低い減圧雰囲気とした状態で前記押し当てが行われるように、当該処理容器内を排気する排気口を備える請求項１５に記載の塗布膜形成装置。
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