TW202020574A - 基板處理方法及基板處理系統 - Google Patents

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志村悟
岡田聡一郎
榎本正志
八重樫英民
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

一種對處理對象基板進行處理之基板處理方法，其特徵係，具有如下述工程：在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。

Description

基板處理方法及基板處理系統
本揭示，係關於基板處理方法及基板處理系統。
在專利文獻1中，係揭示有如下述方法：在為了利用極紫外線(EUV光)光源而使用光敏化學增幅型光阻(PS-CAR)的圖案化中，使圖案化時之有助於LWR(Line Edge Roughness)等的EUV散射雜訊降低。揭示於專利文獻1的方法中，係在使用圖案化遮罩的EUV圖案曝光與不使用圖案化遮罩的整片曝光之間，於EUV圖案曝光期間，使PS-CAR層內所生成的光敏劑分子擴散。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特表2017-507360號公報
[本發明所欲解決之課題]
本揭示之技術，係使光阻圖案的粗糙度更提升。 [用以解決課題之手段]
本揭示之一態樣，係一種對處理對象基板進行處理之基板處理方法，其特徵係，具有如下述工程：在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。 [發明之效果]
根據本揭示，可使光阻圖案的粗糙度更提升。
在半導體元件等的製造程序之光微影工程中，係進行一連串的處理，在作為處理對象基板之半導體晶圓(以下，稱為「晶圓」。)上形成所期望的光阻圖案。在上述一連串的處理中，係例如包含有將光阻液塗佈至晶圓上而形成光阻液之塗佈膜的光阻塗佈處理、加熱上述塗佈膜而形成光阻膜的預烘烤處理、對光阻膜進行曝光的曝光處理、對經曝光之光阻膜進行顯像的顯像處理等。
然而，在光阻圖案中，係要求改善LER或LWR(Line Width Roughness)等所示的粗糙度，而提供各種方法。另外，LER，係表示線圖案之側壁之凹凸程度者，LWR，係表示線寬的差異程度者。 例如，在專利文獻1中，係如前述般，揭示如下述方法：在使用圖案化遮罩的EUV圖案曝光與整片曝光之間，於EUV圖案曝光期間，使PS-CAR層內所生成的光敏劑分子擴散，藉此，使LER等提升。
但是，近年來，為了謀求半導體元件更進一步高積體化，光阻圖案之微細化日益演進，且伴隨著該微細化，要求進一步改善光阻圖案中之LER等的粗糙度。特別是，由於為了以提升生產率為目的之低劑量化或微細化，光阻膜之薄膜化日益演進，因此，要求改善較薄之光阻圖案中的粗糙度。
因此，本揭示之技術，係使光阻圖案的粗糙度更提升。
圖1，係表示本發明者們為了提升粗糙度而進行審慎調查之結果的圖。圖1(A)，係示意地表示被形成於基底膜B上之光阻圖案P的膜厚T1為70nm時之該光阻圖案P的剖面形狀。相同地，圖1(B)及圖1(C)，係分別示意地表示上述膜厚T1為50nm及30nm時的上述剖面形狀。
如圖1(A)~圖1(C)所示般，光阻圖案P，係不受其膜厚影響，在與基底膜B之邊界部分寬廣地形成。而且，該寬廣部分之厚度T2，係固定而不受光阻圖案P的膜厚T1影響，為20nm~30nm。亦即，光阻圖案P，係不受其膜厚影響，特定厚度之寬廣部被形成於與基底膜B的邊界部分。
吾人認為其原因如下述。亦即，在光阻液被塗佈至基底膜B後直至固化的期間，如圖2(A)所示般，在基底膜B上之光阻液的塗佈膜R中，位於基底膜B側的部分之具有該光阻液之極性的溶質S會往基底膜B側移動。因此，隨著時間經過，則如圖2(B)所示般，在塗佈膜R內，溶質S偏靠於基底膜B側。其結果，在光阻液之塗佈膜R被加熱且固化而成為了光阻膜時，基底膜B與光阻膜的鍵結會變強。因此，在曝光時，由於產生於光阻膜內之酸，係變得難以在基底膜B側擴散，故光阻膜之基底膜B側的部分會變得難以溶於顯像液。因此，在對該光阻膜進行曝光且顯像而形成了光阻圖案P時，在該光阻圖案中之與基底膜B的邊界部分形成有寬廣部。在塗佈膜R內，溶質S偏靠之區域的厚度(高度)有助於寬廣部之厚度T2，該偏靠區域之厚度，係由光阻液的狀態與基底膜B之表面的狀態來決定，不受塗佈膜R(光阻膜)的膜厚影響。因此，吾人認為光阻圖案P，係不受其膜厚影響，特定厚度之寬廣部被形成於與基底膜B的邊界部分。
因此，本發明者們進行深入研究，結果發現到以下事項。亦即，在塗佈光阻液之前，配合該光阻液的極性來調整基底膜表面的極性，藉此，抑制光阻液中之具有極性之溶質的偏靠，並且抑制光阻圖案之寬廣部的形成，而可提升該圖案的粗糙度。發現到該事項。 以下說明之本實施形態的基板處理方法及基板處理系統，係基於上述見解者。
以下，參閱圖面，說明本實施形態之基板處理方法及基板處理系統。另外，在本說明書及圖面中，對於實質上具有同一機能構成的要素，係賦予同一符號而省略重複說明。
(第1實施形態) 圖3，係表示第1實施形態之基板處理系統1之內部構成之概略的說明圖。圖4及圖5，係各別表示基板處理系統1之內部構成之概略的正視圖與後視圖。另外，在本實施形態中，係以下述情形為例而進行說明：基板處理系統1為對晶圓W進行塗佈顯像處理的塗佈顯像處理系統。
基板處理系統1，係如圖3所示般，具有：匣盒站10，搬入搬出收容有複數片晶圓W的匣盒C；及處理站11，具備有對晶圓W施予預先設定之處理的複數個各種處理裝置。而且，基板處理系統1，係具有將下述者連接成一體的構成：匣盒站10；處理站11；及介面站13，在與鄰接於處理站11的曝光裝置12之間，進行晶圓W之收授。
在匣盒站10，係設置有匣盒載置台20。在匣盒載置台20，係設置有：複數個匣盒載置板21，在對基板處理系統1之外部搬入搬出匣盒C之際，載置匣盒C。
在匣盒站10，係設置有在沿圖的X方向延伸之搬送路徑22上移動自如的晶圓搬送裝置23。晶圓搬送裝置23，係亦沿上下方向及繞垂直軸(θ方向)移動自如，可在各匣盒載置板21上的匣盒C與後述之處理站11之第3區塊G3的收授裝置之間搬送晶圓W。
在處理站11，係設置有具備了各種裝置的複數個例如4個區塊G1、G2、G3、G4。例如在處理站11之正面側(圖3之X方向負方向側)，係設置有第1區塊G1，在處理站11之背面側(圖3之X方向正方向側)，係設置有第2區塊G2。又，在處理站11之匣盒站10側(圖3之Y方向負方向側)，係設置有第3區塊G3，在處理站11之介面站13側(圖3之Y方向正方向側)，係設置有第4區塊G4。
在第1區塊G1，係如圖4所示般，從下方依序配置有複數個液處理裝置，例如顯像處理裝置30、下部反射防止膜形成裝置31、光阻塗佈裝置32、上部反射防止膜形成裝置33。 顯像處理裝置30，係對晶圓W進行顯像處理。 下部反射防止膜形成裝置31，係基底膜形成裝置的一例，對於光阻膜形成基底膜。具體而言，下部反射防止膜形成裝置31，係在晶圓W之光阻膜的下層，形成由有機酸所構成的反射防止膜(以下稱為「下部反射防止膜」)作為基底膜。另外，在本例中，下部反射防止膜形成裝置31，係形成由有機酸所構成的SiARC(Silicon containing Anti-reflective Coating)作為基底膜。 光阻塗佈裝置32，係將光阻液塗佈至晶圓W之下部反射防止膜上，藉由光阻液形成塗佈膜。光阻塗佈裝置32，係例如藉由EUV曝光用的光阻液形成塗佈膜。 上部反射防止膜形成裝置33，係在加熱處理晶圓W上之光阻液的塗佈膜所形成之光阻膜的上層，形成反射防止膜(以下稱為「上部反射防止膜」)。
例如顯像處理裝置30、下部反射防止膜形成裝置31、光阻塗佈裝置32、上部反射防止膜形成裝置33，係分別沿水平方向排列配置3個。另外，該些顯像處理裝置30、下部反射防止膜形成裝置31、光阻塗佈裝置32、上部反射防止膜形成裝置33的數量或配置，係可任意選擇。
在該些顯像處理裝置30、下部反射防止膜形成裝置31、光阻塗佈裝置32、上部反射防止膜形成裝置33中，係例如進行將預先設定之塗佈液塗佈至晶圓W上的旋轉塗佈。在旋轉塗佈中，係例如將塗佈液從塗佈噴嘴吐出至晶圓W上，並且使晶圓W旋轉，從而使塗佈液擴散於晶圓W的表面。
在第2區塊G2，係如圖5所示般，設置有熱處理裝置40、UV照射裝置41、HMDS處理裝置42。 熱處理裝置40，係進行晶圓W之加熱或冷卻這樣的熱處理。 UV照射裝置41，係調整晶圓上之基底膜的極性之極性調整裝置的一例，使用於晶圓W上之基底膜的極性低於光阻液的極性之情形。UV照射裝置41，係在晶圓W上之基底膜的極性低於光阻液的極性時，進行對該基底膜表面之整面照射紫外光(UV光)的UV照射處理。藉此，晶圓W上之基底膜的極性與光阻液的極性變得大致相同。UV照射裝置41所照射之UV光的波長，係例如172m。 HMDS處理裝置42亦與UV照射裝置41相同地，為調整晶圓上之基底膜的極性之極性調整裝置的一例。但是，HMDS處理裝置42，係不同於UV照射裝置41，使用於晶圓W上之基底膜的極性高於光阻液的極性之情形。HMDS處理裝置42，係在晶圓W上之基底膜的極性低於光阻液的極性時，進行如下述處理：將六甲基二矽烷(HMDS：Hexa-methyl-Disilazane)氣體供給至該基底膜的表面，使基底膜的表面與HMDS進行化學反應並使其疏水化。藉由該疏水化處理(HMDS處理)，晶圓W上之基底膜的極性與光阻液的極性變得大致相同。
該些熱處理裝置40、UV照射裝置41、HMDS處理裝置42，係沿上下方向與水平方向排列設置，其數量或配置，係可任意選擇。
例如在第3區塊G3，係從下方依序設置有複數個收授裝置50、51、52、53、54、55、56。又，在第4區塊G4，係從下方依序設置有複數個收授裝置60、61、62。
如圖3所示般，在第1區塊G1~第4區塊G4所包圍的區域，係形成有晶圓搬送區域D。在晶圓搬送區域D，係配置有晶圓搬送裝置70。
晶圓搬送裝置70，係例如具有在Y方向、X方向、θ方向及上下方向移動自如的搬送臂70a。晶圓搬送裝置70，係可在晶圓搬送區域D內移動，將晶圓W搬送至周圍的第1區塊G1、第2區塊G2、第3區塊G3及第4區塊G4內之預先設定的單元。晶圓搬送裝置70，係例如如圖5所示般，於上下配置有複數台，例如可將晶圓W搬送至各區塊G1~G4之相同程度的高度之預先設定的單元。
又，在晶圓搬送區域D，係設置有穿梭搬送裝置80，該穿梭搬送裝置80，係在第3區塊G3與第4區塊G4之間直線地搬送晶圓W。
穿梭搬送裝置80，係例如在圖5的Y方向上直線地移動自如。穿梭搬送裝置80，係可在支撐了晶圓W的狀態下，沿Y方向移動，並在第3區塊G3的收授裝置52與第4區塊G4的收授裝置62之間搬送晶圓W。
如圖3所示般，在第3區塊G3之X方向正方向側旁，係設置有晶圓搬送裝置90。晶圓搬送裝置90，係例如具有在X方向、θ方向及上下方向移動自如的搬送臂90a。晶圓搬送裝置90，係可在支撐了晶圓W的狀態下，上下地移動，將晶圓W搬送至第3區塊G3內的各收授裝置。
在介面站13，係設置有晶圓搬送裝置100與收授裝置101。晶圓搬送裝置100，係例如具有在Y方向、θ方向及上下方向移動自如的搬送臂100a。晶圓搬送裝置100，係例如以搬送臂100a支撐晶圓W，可在第4區塊G4內的各收授裝置、收授裝置101及曝光裝置12之間搬送晶圓W。
在以上的基板處理系統1，係如圖3所示般，設置有控制部200。控制部200，係例如由具備有CPU或記憶體等的電腦所構成，並具有程式儲存部(未圖示)。在程式儲存部，係儲存有控制基板處理系統1中之晶圓W之處理的程式。另外，上述程式，係亦可為被記錄於電腦可讀取的記憶媒體H者，且亦可為從該記憶媒體H安裝於控制部200者。
其次，使用圖6，說明關於使用如以上般所構成之基板處理系統1而進行的晶圓處理。圖6，係用以說明晶圓處理之一例的流程圖。另外，被處理對象之晶圓W，係有時在基板處理系統1的處理前已形成基底膜，亦有時在基板處理系統1中形成基底膜。
如圖示般，首先，晶圓W被搬入至基板處理系統1內(步驟S1)。具體而言，係藉由晶圓搬送裝置23，從載置板21上的匣盒C依序取出各晶圓W，並搬送至處理站11之第3區塊G3的例如收授裝置53。
而且，在由非有機酸所構成之下部反射防止膜亦即基底膜未形成於晶圓W上的情況下，晶圓W，係被搬送至下部反射防止膜形成裝置31，形成由有機酸所構成的下部反射防止膜(步驟S2)。其後，晶圓W，係被搬送至UV照射裝置41，並對基底膜即下部反射防止膜的表面整面照射UV光(步驟S3)。由有機酸所構成之基底膜的極性，係低於光阻液的極性，藉由UV光照射至該基底膜之表面而使其極性提高的方式，基底膜的極性與光阻液的極性變得大致相同。
另一方面，在由非有機酸所構成之下部反射防止膜被形成於晶圓W上的情況下，晶圓W，係被搬送至HMDS處理裝置42，藉由HMDS氣體對作為基底膜之該下部反射防止膜的表面進行處理，亦即進行HMDS處理(步驟S4)。由非有機酸所構成之下部反射防止膜，係例如藉由SiON等的CVD(Chemical Vapor Deposition)法而形成者，其極性，係高於光阻膜的極性。因此，如上述般，藉由HMDS氣體對由非有機酸所構成的下部反射防止膜表面亦即基底膜表面進行處理，並以疏水基(具體而言，係甲基)覆蓋而使其極性降低，藉此，基底膜的極性與光阻液的極性變得大致相同。另外，藉由延長進行HMDS處理之時間的方式，可增大使極性降低的程度。
在步驟S1後執行步驟S2及步驟S3之工程或執行步驟S4之工程，係例如由晶圓W的處理配方來決定。
在如步驟S3或步驟S4般對基底膜表面進行極性調整工程後，晶圓W，係被搬送至光阻塗佈裝置32，在晶圓W之基底膜上形成光阻液的塗佈膜(步驟S5)。在光阻塗佈裝置32中，係例如以使光阻膜之膜厚成為50nm以下的方式，形成光阻液的塗佈膜。
其次，晶圓W，係被搬送至熱處理裝置40，進行預烘(PAB處理)處理(步驟S6)。藉此，光阻液之塗佈膜所包含的溶劑會蒸發，從而使該塗佈膜固化而形成光阻膜。由於在本實施形態中，係進行基底膜之表面的極性之調整，因此，塗佈光阻液後，在直至光阻液之塗佈膜固化為止的期間，光阻液中之溶質不會往基底膜側移動。因此，在光阻液的塗佈膜及光阻膜內，上述溶質不會偏靠於基底膜側。
其後，晶圓W，係被搬送至曝光裝置12，以所期望的圖案進行曝光處理(步驟S7)。其次，晶圓W，係被搬送至熱處理裝置40，進行曝光後烘烤處理(步驟S8)。
其次，晶圓W，係被搬送至顯像處理裝置30，進行顯像處理(步驟S9)。如上述般，在光阻膜內，光阻液之溶質不會偏靠於基底膜側，且不會存在有光阻膜與基底膜之鍵結較強的部分。因此，只要在藉由顯像所形成的光阻圖案中之與基底膜B的邊界部分未形成寬廣部，則可獲得良好的粗糙度之光阻圖案。
顯像處理結束後，晶圓W，係被搬送至熱處理裝置40，進行後烘烤處理(步驟S10)。而且，晶圓W，係被搬送至預先設定之匣盒載置板21的匣盒C，亦即被搬出至基板處理系統1外(步驟S11)，一連串的光微影工程便結束。
以上，根據本實施形態，在將光阻液塗佈至基底膜上之前，因應基底膜之表面的極性，使該極性上升或下降，藉此，使基底膜之表面的極性與光阻液的極性一致。因此，不會引起光阻液之溶質的偏靠，藉由曝光而產生於光阻膜內之酸，係即便在基底膜側的區域中亦充分地進行擴散。因此，由於在光阻圖案中之與基底膜的邊界部未形成寬廣部，故可獲得LER等的粗糙度提升之光阻圖案。特別是，即便在50nm以下之薄膜厚的情況下，亦由於不會引起光阻液之溶質的偏靠且未形成上述寬廣部，因此，可使光阻圖案的粗糙度提升。
(第1實施形態之變形例1) 在以上的例子中，係進行使用了HMDS氣體的處理來作為降低基底膜表面之極性的處理。取而代之，例如亦可將TMAH(氫氧化四甲基銨)水溶液供給至基底膜表面，並以甲基來置換該基底膜表面之羥基的氫原子而降低極性。另外，亦可在使用TMAH水溶液作為顯像液的情況下，在顯像處理裝置30中，如上述般，進行將使用了TMAH水溶液之基底膜表面的極性降低的處理。
(第1實施形態之變形例2) 在以上的例子中，係當作為基底膜之下部反射防止膜由非有機酸所構成且高於基底膜表面的極性時，在HDMS處理後，立即對基底膜上進行光阻膜的形成處理。取而代之，亦可藉由HDMS處理等，進行去除極性降低之基底膜表面之疏水基(具體而言，係甲基)的處理，其後，對基底膜上進行光阻膜的形成處理。HDMS處理後之去除基底膜表面之疏水基的處理，係例如在UV照射裝置41中，將波長為172nm的UV光之波長照射至該基底膜表面的處理。如此一來，藉由進行疏水基之去除的方式，可使極性降低之基底膜表面的極性再次提高。另外，使極性再次提高之程度，係例如可由UV光的劑量進行調整。
在圖7中，表示當「在HDMS處理後，立即於基底膜上形成EUV曝光用光阻膜」時與當「在HDMS處理後，於進行了UV照射處理之基底膜上形成相同的光阻膜」時，進行EUV曝光與顯像的結果。在圖7中，橫軸，係EUV曝光時的劑量，縱軸，係顯像後之光阻膜經規格化的膜厚。又，實線，係表示不進行用以去除疏水基之UV照射處理而進行了HDMS處理120秒時的結果，虛線，係表示不進行上述UV照射處理而進行了HDMS處理30秒時的結果。虛線，係表示將劑量設成為10mJ/cm2 ，在進行上述UV照射處理後進行了HDMS處理120秒時的結果，一點鏈線，係表示將劑量設成為20mJ/cm2 ，在進行上述UV照射處理後進行了HDMS處理120秒時的結果，二點鏈線，係表示將劑量設成為50mJ/cm2 ，在進行上述UV照射處理後進行了HDMS處理120秒時的結果。
在圖7中，如實線及虛線所示般，僅藉由HDMS處理，係若不增大EUV曝光時之劑量，則有時在顯像後會殘留有光阻膜的下層部。吾人推測此原因如下：僅藉由HDMS處理，係基底膜的極性降低過多，且基底膜與光阻膜之邊界的變質層變厚。 對此，如虛線、一點鏈線、二點鏈線所示般，在HDMS處理後進行UV照射處理而使基底膜之極性提高的情況下，即便EUV曝光時之劑量較低時，顯像後亦不會殘留有光阻膜。 由以上結果可知：雖然僅藉由HDMS處理，上述變質層有時會變厚，但即便在該情況下，亦可藉由在HDMS處理後進行UV照射處理的方式，使基底膜的極性提高，藉此，可使上述變質層變薄。
另外，在以上的例子中，用於去除HDMS後的疏水基之UV光的波長雖係172nm，但只要可去除疏水基，則亦可使用其他波長的UV光。又，去除HDMS後的疏水基之方式，係不限於照射UV光的方式，例如亦可為加熱晶圓W的方式。
(第1實施形態之變形例3) 在以上的例子中，係在形成了由非有機酸所構成之基底膜的情況下，進行使基底膜表面之極性降低的處理。取而代之，亦可在由非有機酸所構成之基底膜上形成由有機酸所構成的基底膜，其後，進行UV照射處理，使最上層之基底膜表面的極性提高，在該表面上形成光阻膜。
(第2實施形態) 圖8及圖9，係表示第2實施形態之基板處理系統1a之內部構成之概略的後視圖與正視圖。 本實施形態之基板處理系統1a，係如圖8所示般，在第2區塊G2不具備有第1實施形態之基板處理系統1所具備的UV照射裝置41或HMDS處理裝置42。或者，本實施形態之基板處理系統1a，係如圖8所示般，在第1區塊G1具有被膜裝置300。
被膜裝置300，係極性調整裝置之一例，進行被膜處理，該被膜處理，係將「極性聚合物與非極性聚合物以因應光阻液之極性的比率存在」的溶液塗佈至基底膜之表面，並以由極性聚合物與非極性聚合物所構成之預先設定的膜，覆蓋基底膜表面。被膜，係例如藉由旋轉塗佈來進行。由於上述預先設定的膜，係從「極性聚合物與非極性聚合物以因應光阻液之極性的比率存在」的溶液所形成，因此，該預先設定的膜之極性，係與光阻液之極性變得大致相同。另外，上述的被膜處理，係可以說是在下部反射防止膜亦即基底膜之極性高於光阻液之極性的情況下，使該基底膜之極性下降的處理，且在基底膜之極性低於光阻液之極性的情況下，使該基底膜之極性上升的處理。又，極性聚合物，係例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，非極性聚合物，係例如聚苯乙烯(PS)。又，用於覆蓋基底膜表面之上述溶液，係藉由溶劑，使極性聚合物與非極性聚合物所線性結合的高分子即嵌段共聚合體成為溶液狀者。另外，在極性聚合物為PMMA而非極性聚合物為PS的情況下，用於上述溶液之溶劑，係例如甲苯、丙二醇･單甲基醚･乙酸酯(PGMEA)等的有機溶劑。
在第1實施形態之基板處理系統1中，在光阻液之塗佈膜的形成前所進行之基底膜之極性的調整處理之內容因基底膜的種類而有所不同。對此，在本實施形態之基板處理系統1a中，係進行如下述處理：上述基底膜之極性的調整處理之內容，係不受基底膜的種類影響，以具有與光阻液大致相同極性之上述預先設定的膜，覆蓋基底膜 來作為基底膜之極性的調整處理。而且，在由具有與光阻液大致相同極性之上述預先設定的膜所覆蓋之基底膜上，形成光阻液的塗佈膜。因此，在塗佈光阻液後，在直至光阻液之塗佈膜固化為止的期間，光阻液中之溶質不會往基底膜側移動。因此，在光阻液的塗佈膜及光阻膜內，上述溶質不會偏靠於基底膜側。因此，即便在本實施形態中，亦由於在光阻圖案中之與基底膜的邊界部未形成寬廣部，故可使光阻圖案的粗糙度提升。
另外，用於覆蓋基底膜之上述溶液，係例如以處理配方來預先設定。
(第2實施形態之變形例) 圖10，係表示第2實施形態之變形例之基板處理系統1a之內部構成之概略的後視圖。 在以上的例子之被膜裝置300中，係將「極性聚合物與非極性聚合物以因應光阻液之極性的比率存在」的溶液塗佈至基底膜之表面，藉此，以具有與光阻液之極性大致相同極性的膜，覆蓋基底膜。對此，例如如圖10所示般，設置於第2區塊G2之被膜裝置301，係如以下般地覆蓋基底膜。亦即，被膜裝置301，係將混合氣體供給至基底膜表面，該混合氣體，係因應光阻液之極性，混合使極性聚合物之溶液氣化的氣體與使非極性聚合物之溶液氣化的氣體而成。藉此，被膜裝置301，係以由極性聚合物與非極性聚合物所構成的自我組織化單分子膜，覆蓋基底膜。在本例中，覆蓋基底膜的膜，係亦具有與光阻液大致相同極性。因此，在如上述般所覆蓋的基底膜上，形成光阻液之塗佈膜，藉此，在光阻液的塗佈膜及光阻膜內，光阻液之溶質不會偏靠於基底膜側。因此，在本例中，亦由於在光阻圖案中之與基底膜的邊界部未形成寬廣部，故可使光阻圖案的粗糙度提升。
另外，用於覆蓋基底膜之上述混合氣體中的混合比，係例如以處理配方來預先設定。
(第3實施形態) 圖11及圖12，係表示第3實施形態之基板處理系統1b之內部構成之概略的正視圖與後視圖。 在第1及第2實施形態中，係用以在光阻液的塗佈膜及光阻膜內，使光阻液中之溶質不會偏靠於基底膜側者，特別是，關於具有光阻液中之極性的溶質者。 但是，在光阻液中，係有時亦含有非極性的溶質。在該情況下，當光阻液的塗佈膜被暴露於大氣氛圍中時，則非極性之溶質會往塗佈膜的表面側移動而導致偏靠。因此，隨著時間經過，則在光阻液之塗佈膜內，非極性的溶質會偏靠於表面側。吾人認為該非極性之溶質的偏靠有助於促進光阻圖案之前端部分的反應及作為其結果之異形部(參閱圖1)的形成。
因此，在本實施形態之基板處理系統1b中，係如圖11所示般，設置有噴嘴302，該噴嘴302，係將光阻液之溶劑以氣體狀供給至光阻塗佈裝置32的處理室32a內。 又，在基板處理系統1b中，係如圖12所示般，設置有噴嘴303，該噴嘴303，係將使光阻液之溶劑氣化而成的氣體供給至涉及PAB處理之熱處理裝置40的處理室40a内。 而且，在基板處理系統1b中，係在處理站11設置有噴嘴304，該噴嘴304，係對「從光阻塗佈裝置32至涉及PAB處理之熱處理裝置40為止的搬送空間」亦即晶圓搬送區域D供給不是非極性氣體之預先設定的氣體。上述預先設定之氣體，係例如鹵素氣體，亦可為Ar氣體或N2 氣體等的惰性氣體。
根據本實施形態，設置上述的噴嘴302及噴嘴303，將光阻液之溶劑以氣體狀供給至相當於光阻液的塗佈處理中或PAB處理中的處理室內。因此，可在光阻液被塗佈後直至其塗佈膜固化而形成光阻膜的期間，抑制光阻液內之非極性的成分往該塗佈膜的表面側移動。具體而言，係可在光阻液的塗佈處理中或PAB處理中，抑制上述非極性的成分(溶質)往光阻液之塗佈膜的表面側移動。亦即，可在光阻液的塗佈膜內，抑制上述非極性之溶質偏靠於該塗佈膜的表面側。因此，可在對使該塗佈液固化所形成之光阻膜進行曝光且顯像而形成了光阻圖案時，抑制在該光阻圖案之前端部分形成異形部。因此，可使光阻圖案之前端的粗糙度提升。
另外，亦可省略噴嘴302及噴嘴303中之任一者。但是，在設置了噴嘴302及噴嘴303兩者的情況下，可使光阻圖案之前端的粗糙度大幅提升。 又，從噴嘴302及噴嘴303所供給之氣體，係不限於使光阻液之溶劑氣化而成者，只要不是非極性氣體即可，例如亦可為鹵素氣體或亦可為Ar氣體或N2 氣體等的惰性氣體。
又，根據本實施形態，設置上述的噴嘴304，在從光阻塗佈裝置32朝涉及PAB處理之熱處理裝置40搬送期間，將鹵素氣體等的預先設定之氣體供給至晶圓搬送區域D。因此，可在上述搬送期間，抑制光阻液內之非極性成分往光阻液之塗佈膜的表面側移動。因此，可抑制在光阻圖案之前端部分形成異形部，並可使光阻圖案之前端的粗糙度提升。
另外，亦可從噴嘴304供給使光阻液之溶劑氣化而成的氣體。
(第4實施形態) 圖13，係表示第4實施形態之基板處理系統1c之內部構成之概略的正視圖。 在第3實施形態中，係為了防止光阻液所包含之非極性之溶質的偏靠，而將光阻液之溶劑以氣體狀供給至光阻塗佈裝置32的處理室32a等。對此，在本實施形態中，係例如如圖13所示般，藉由被設置於第1區塊G1的膜形成裝置305，防止上述非極性之溶質的偏靠。
具體而言，膜形成裝置305，係在對晶圓W之基底膜上形成光阻液的塗佈膜後且在PAB處理前，將預先設定之溶液塗佈至該塗佈膜的表面而形成預先設定的膜。上述預先設定之溶液，係包含有極性聚合物與非極性聚合物的溶液，且為以不引起非極性之溶質的偏靠之方式，調整極性聚合物與非極性聚合物的組成比者。上述預先設定之溶液，係例如用於形成上部反射防止膜(TARC)之水基質的聚合物溶液，更具體而言，係例如藉由水，使極性聚合物與非極性聚合物的共聚合體成為溶液狀者。又，上述預先設定之溶液，係與第2實施形態相同地，亦可為藉由有機溶劑，使極性聚合物與非極性聚合物所線性結合的高分子即嵌段共聚合體成為溶液狀者。另外，藉由上述預先設定之溶液形成上述預先設定的膜，係例如藉由旋轉塗佈來進行。
根據本實施形態，在光阻液之塗佈膜的形成後且PAB處理前，使用調整了極性聚合物與非極性聚合物之組成比之預先設定的溶液，在光阻液之塗佈膜的表面形成預先設定的膜。因此，在光阻液被塗佈後直至其塗佈膜固化而形成光阻膜的期間，可在光阻液的塗佈膜內，抑制光阻液內之非極性的溶質偏靠於該塗佈膜的表面側。因此，可在對使該塗佈液固化所形成之光阻膜進行曝光且顯像而形成了光阻圖案時，抑制在該光阻圖案之前端部分形成異形部。因此，可使光阻圖案之前端的粗糙度提升。
(第4實施形態之變形例) 圖14，係表示第4實施形態之變形例之基板處理系統1c之內部構成之概略的後視圖。 在以上的例子之膜形成裝置305中，係將預先設定之溶液塗佈至光阻液之塗佈膜的表面，藉此，在光阻膜之表面上形成預先設定的膜。對此，例如如圖14所示般，設置於第2區塊G2之膜形成裝置306，係如以下般地，在光阻液之塗佈膜的表面上形成預先設定的膜。亦即，膜形成裝置306，係將預先設定之氣體供給至基底膜表面，藉此，在光阻液之塗佈膜上形成預先設定的自我組織化單分子膜。另外，例如可使用第2實施形態之變形例所舉出的混合氣體作為上述預先設定的氣體。
在本例中，係在光阻液之塗佈膜的形成後且PAB處理前，在該塗佈膜之表面形成預先設定的自我組織化單分子膜。因此，在光阻液被塗佈後直至其塗佈膜固化而形成光阻膜的期間，可在光阻液的塗佈膜內，抑制光阻液內之非極性的溶質偏靠於該塗佈膜的表面側。因此，與圖13的例子相同地，可使光阻圖案之前端的粗糙度提升。
另外，在第4實施形態及其變形例中，在形成於光阻液的塗佈膜上之預先設定的膜阻礙曝光之情況下，在曝光前去除預先設定的膜。 又，在不阻礙曝光的情況下。該預先設定的膜，係亦可在曝光後且顯像前，或顯像時進行去除。
另外，由用於形成TARC之水基質的聚合物溶液所形成之上述預先設定的膜，係可藉由水進行去除。 又，自我組織化單分子膜，雖係取決於其組成，但例如可藉由稀釋劑進行去除。
本次所揭示之實施形態，係在所有方面皆為例示，吾人應瞭解該等例示並非用以限制本發明。上述之實施形態，係亦可在不脫離添附之申請專利範圍及其主旨的情況下，以各種形態進行省略、置換、變更。
另外，如下述般之構成亦屬於本揭示的技術範圍。 (1)一種基板處理方法，係對處理對象基板進行處理之基板處理方法，其特徵係，具有如下述工程： 在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。 根據前述(1)，由於可使光阻膜之極性與基底膜之極性成為大致相同，因此，可在光阻液的塗佈膜中，抑制該光阻液之溶質往基底膜側移動。因此，可在光阻液的塗佈膜中，抑制該光阻液之溶質偏靠的情形，且不會妨礙光阻膜內之酸的擴散。因此，由於在光阻圖案中未形成寬廣部，故可使LER等的粗糙度提升。
(2)如前述(1)之基板處理方法，其中，使前述基底膜之極性下降的處理，係將HMDS氣體供給至該基底膜的處理。
(3)如前述(1)或(2)之基板處理方法，其中，使前述基底膜之極性下降的處理，係將TMAH水溶液供給至該基底膜的處理。
(4)如前述(1)~(3)中任一之基板處理方法，其中，使前述基底膜之極性上升的處理，係將UV光照射至該基底膜的處理。
(5)如前述(1)~(4)中任一之基板處理方法，其中，具有如下述工程：在使前述基底膜之極性下降的處理後，去除極性下降之該基底膜之表面的疏水基。
(6)如前述(5)之基板處理方法，其中，去除前述疏水基之工程，係將UV光照射至極性下降之基底膜的處理。
(7)如前述(1)之基板處理方法，其中，使前述基底膜之極性下降的處理及使前述基底膜之極性上升的處理，係「以由極性聚合物與非極性聚合物所構成之預先設定的膜，覆蓋前述基底膜」的處理。
(8)如前述(7)之基板處理方法，其中，前述預先設定的膜，係將存在有前述極性聚合物與前述非極性聚合物之溶液塗佈至前述基底膜所形成。
(9)如前述(7)之基板處理方法，其中，前述預先設定的膜，係藉由將混合氣體供給至前述基底膜所形成的自我組織化單分子膜，該混合氣體，係混合使包含前述極性聚合物之溶液氣化的氣體與使包含前述非極性聚合物之溶液氣化的氣體而成。
(10)如前述(1)~(9)中任一之基板處理方法，其中，具有如下述工程：在被塗佈至前述基底膜上而形成之前述光阻液的塗佈膜中，進行抑制該光阻液所包含之非極性成分往表層側移動的處理。 根據前述(9)，可使光阻圖案的粗糙度更提升。
(11)如前述(10)之基板處理方法，其中，具有：塗佈工程，在前述基底膜上進行前述光阻液的塗佈， 抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在對前述基底膜上進行前述光阻液之塗佈的工程中，將使前述光阻液之溶劑氣化而成的氣體、鹵素氣體或惰性氣體供給至進行該塗佈之光阻塗佈裝置的處理室內」之處理。
(12)如前述(10)或(11)之基板處理方法，其中，具有如下述工程：進行被形成於前述基底膜上之光阻液之塗佈膜的加熱，形成光阻膜， 抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在形成前述光阻膜的工程中，將使前述光阻液之溶劑氣化而成的氣體、鹵素氣體或惰性氣體供給至進行前述加熱之熱處理裝置的處理室內」之處理。
(13)如前述(10)之基板處理方法，其中，抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在加熱被形成於前述基底膜上之前述光阻液的塗佈膜之前，在該塗佈膜上形成其他預先設定的膜」之處理。
(14)一種基板處理系統，係對處理對象基板進行處理之基板處理系統，其特徵係，具有： 極性調整裝置，在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。
1、1a、1b、1c:基板處理系統 13:介面站 41:UV照射裝置 42:HMDS處理裝置 300、301:被膜裝置 B:基底膜 W:晶圓
[圖1] 示意地表示本發明者們進行之試驗之結果的圖。 [圖2] 用以說明在光阻圖案之基底膜側形成不受光阻圖案之膜厚影響的特定厚度之寬廣部之理由的圖。 [圖3] 表示第1實施形態之基板處理系統之構成之概略的平面圖。 [圖4] 表示第1實施形態之基板處理系統之構成之概略的正視圖。 [圖5] 表示第1實施形態之基板處理系統之構成之概略的後視圖。 [圖6] 用以說明第1實施形態之晶圓處理之一例的流程圖。 [圖7] 用以說明第1實施形態之變形例之晶圓處理之效果的圖。 [圖8] 表示第2實施形態之基板處理系統之構成之概略的後視圖。 [圖9] 表示第2實施形態之基板處理系統之構成之概略的正視圖。 [圖10] 表示第2實施形態之變形例之基板處理系統之內部構成之概略的後視圖。 [圖11] 表示第3實施形態之基板處理系統之內部構成之概略的正視圖。 [圖12] 表示第3實施形態之基板處理系統之內部構成之概略的後視圖。 [圖13] 表示第4實施形態之基板處理系統之內部構成之概略的正視圖。 [圖14] 表示第4實施形態之變形例之基板處理系統之內部構成之概略的後視圖。
B:基底膜
P:光阻圖案
T1:膜厚
T2:厚度

Claims (14)

  1. 一種基板處理方法，係對處理對象基板進行處理之基板處理方法，其特徵係，具有如下述工程： 在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中， 使前述基底膜之極性下降的處理，係將HMDS氣體供給至該基底膜的處理。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理方法，其中， 使前述基底膜之極性下降的處理，係將TMAH水溶液供給至該基底膜的處理。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之基板處理方法，其中， 使前述基底膜之極性上升的處理，係將UV光照射至該基底膜的處理。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項之基板處理方法，其中，具有如下述工程： 在使前述基底膜之極性下降的處理後，去除極性下降之該基底膜之表面的疏水基。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理方法，其中， 去除前述疏水基之工程，係將UV光照射至極性下降之基底膜的處理。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中， 使前述基底膜之極性下降的處理及使前述基底膜之極性上升的處理，係「以由極性聚合物與非極性聚合物所構成之預先設定的膜，覆蓋前述基底膜」的處理。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理方法，其中， 前述預先設定的膜，係將存在有前述極性聚合物與前述非極性聚合物之溶液塗佈至前述基底膜所形成。
  9. 如申請專利範圍第7項之基板處理方法，其中， 前述預先設定的膜，係藉由將混合氣體供給至前述基底膜所形成的自我組織化單分子膜，該混合氣體，係混合使包含前述極性聚合物之溶液氣化的氣體與使包含前述非極性聚合物之溶液氣化的氣體而成。
  10. 如申請專利範圍第1~9項中任一項之基板處理方法，其中，具有如下述工程： 在被塗佈至前述基底膜上而形成之前述光阻液的塗佈膜中，進行抑制該光阻液所包含之非極性成分往表層側移動的處理。
  11. 如申請專利範圍第10項之基板處理方法，其中，具有如下述工程： 在前述基底膜上進行前述光阻液的塗佈， 抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在對前述基底膜上進行前述光阻液之塗佈的工程中，將使前述光阻液之溶劑氣化而成的氣體、鹵素氣體或惰性氣體供給至進行該塗佈之光阻塗佈裝置的處理室內」之處理。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之基板處理方法，其中，具有如下述工程： 進行被形成於前述基底膜上之光阻液之塗佈膜的加熱，形成光阻膜， 抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在形成前述光阻膜的工程中，將使前述光阻液之溶劑氣化而成的氣體、鹵素氣體或惰性氣體供給至進行前述加熱之熱處理裝置的處理室內」之處理。
  13. 如申請專利範圍第10項之基板處理方法，其中， 抑制前述非極性成分往前述表層側移動之處理，係「在加熱被形成於前述基底膜上之前述光阻液的塗佈膜之前，在該塗佈膜上形成其他預先設定的膜」之處理。
  14. 一種基板處理系統，係對處理對象基板進行處理之基板處理系統，其特徵係，具有： 極性調整裝置，在將用以形成光阻膜的光阻液塗佈至被形成於前述處理對象基板之基板表面的基底膜上之前，在前述基底膜之極性高於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性下降的處理，在前述基底膜之極性低於前述光阻液之極性的情況下，係進行使前述基底膜之極性上升的處理。
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