JP2008198970A - 塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成された所定のパターン上に塗布膜を形成するにあたって、当該塗布膜の表面を平坦化する。
【解決手段】パターンが形成されたウェハを回転させ（ステップＳ１）、ウェハの中心に液体状の塗布膜形成成分を含む塗布液を塗布する（ステップＳ２）。ウェハの回転による遠心力によって塗布液がウェハのパターン上の全面に拡散されると、塗布された塗布液に紫外線を照射する（ステップＳ３）。この照射された紫外線によって、塗布液内に含まれる光重合開始剤が活性化し、塗布液が硬化する（ステップＳ４）。これによって、ウェハのパターン上に塗布膜が形成される（ステップＳ５）。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板に形成されたパターン上に塗布膜を形成する塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

例えば多層配線構造の半導体デバイスの製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターン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などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。このレジストパターンをマスクとして、ウェハのエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、ウェハ上に所定のパターンが形成される。このように所定の層に所定のパターンが形成される工程が通常２０〜３０回程度繰り返し行われ、多層配線構造の半導体デバイスが製造される。

ところで、このようにウェハ上に所定のパターンが繰り返し形成される場合、ｎ層目に所定のパターンが形成された後に、（ｎ＋１）層目のレジスト膜が適切な高さに形成されるためには、レジスト液が塗布される面が平坦であることが必要になる。

そこで従来より、ウェハの所定のパターン上に塗布膜を形成し、その表面を平坦化することが行われている。このような塗布膜の形成は、ウェハの所定のパターン上に例えば固体状の塗布膜形成成分と溶剤を有する塗布液を塗布し、当該塗布された塗布液を加熱して硬化させることにより行われる。この塗布液としては、例えばＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ
Ｇｌａｓｓ）材料が用いられている。（非特許文献１）

大橋直史ら著 「多層配線構造に対するＳＯＧプロセスの改良」 電気情報通信学会論文誌 Ｃ−ＩＩ Ｖｏｌ．Ｊ７８−Ｃ−ＩＩ Ｎｏ．５ １９９５年

しかしながら、図１６に示したように、このような従来の塗布液がウェハＷの所定のパターンＰ上に塗布された場合、塗布液中の固体状の塗布膜形成成分の流動性が悪いため、塗布液はウェハＷの所定のパターンＰの凹凸上を円滑に拡散しなかった。その結果、パターンＰの穴Ｈが形成されている領域Ｓでは、パターンＰの穴Ｈが形成されていない領域Ｔに比べて塗布膜Ｒが凹み、塗布膜Ｒの高さが異なる、いわゆる段差Ｂが生じていた。したがって、従来の塗布膜Ｒの表面は平坦化されず、この塗布膜Ｒ上に形成されるレジスト膜にも段差が生じるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板に形成された所定のパターン上に塗布膜を形成するにあたって、当該塗布膜の表面を平坦化することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板に形成されたパターン上に塗布膜を形成する塗布処理方法であって、前記塗布膜を形成する塗布液は液体状の塗布膜形成成分と溶剤とを含み、前記塗布膜形成成分は光重合開始剤を含み、基板のパターン上に前記塗布液を塗布する塗布工程と、前記基板のパターン上に塗布された塗布液に紫外線を照射し、前記光重合開始剤を活性化させて塗布膜を形成する照射工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、基板のパターン上に液体状の塗布膜形成成分を含む塗布液が塗布される。このように基板のパターン上に塗布液が塗布されると、その塗布液に含まれる液体状の塗布膜形成成分の流動性が良いために、塗布液は基板のパターンの凹凸上を円滑に拡散することができる。したがって、基板のパターン上に形成される塗布膜に段差が生じず、塗布膜の表面を平坦化することができる。
またここで、この基板のパターン上に塗布された塗布液に含まれる液体状の塗布膜形成成分は低分子であり、それぞれの分子が結合していないため、昇華しやすい性質を有している。この塗布膜形成成分を加熱すると、塗布液はさらに昇華しやすくなる。従来の塗布膜は塗布液を加熱することにより塗布液を硬化させて形成されるので、液体状の塗布形成成分を有する塗布液を用いる場合、塗布液を硬化させる際に塗布液が昇華してしまう。しかしながら本発明によれば、基板のパターン上に塗布された塗布液に紫外線を照射し、塗布液中の塗布膜形成成分に含まれる光重合開始剤を活性化させて塗布液を硬化させて、基板のパターン上に塗布膜を形成するので、塗布液の加熱が不要、あるいは必要以上に加熱する必要がなく、塗布液の昇華を従来より抑えることができる。また光重合開始剤に紫外線を照射すると、光重合開始剤は極めて短時間で活性化し、塗布液の硬化を短時間で行うことができる。この光重合開始剤の短時間での活性化も塗布液の昇華の抑制に寄与している。このように塗布液の昇華を抑えることができるので、形成される塗布膜の膜厚の減少を抑えることができる。

前記塗布工程が終了してから、前記照射工程が開始するまでの時間を、所定の時間以内となるように制御してもよい。所定の時間は、例えば塗布液が塗布された基板を放置した場合に、当該塗布された塗布液が昇華する量が許容範囲内となる時間に設定される。このように時間を制御することによって、塗布工程が終了してから照射工程が開始するまでに塗布液が昇華しても、形成される塗布膜の膜厚の減少を許容範囲内に抑えることができる。

基板の面方向の全位置において、前記塗布工程で塗布液が塗布されてから、前記照射工程で紫外線が照射されるまでの時間が一定となるように制御してもよい。これによって、塗布液が塗布された基板の面方向の全位置において、当該塗布された塗布液が昇華する量を一定にできるので、形成される塗布膜の膜厚を一定にすることができる。

前記塗布工程において基板の領域上に塗布液を塗布した直後の当該領域上の塗布液に対して、前記照射工程における紫外線の照射を行ってもよい。これによって、基板のパターン上に塗布された塗布液は、基板に塗布された直後に紫外線を照射されて硬化するので、塗布液の塗布から紫外線の照射までの時間を微小にすることができ、塗布液の昇華を抑えることができる。

少なくとも前記塗布工程又は前記照射工程は、基板周辺の雰囲気を冷却して行われてもよい。これによって、基板のパターン上に塗布された塗布液が冷却されるので、塗布液の昇華をさらに抑えることができる。

前記塗布工程の後であって、かつ、前記照射工程の前に、基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱し、前記基板のパターン上に塗布された塗布液を所定の厚みになるまで昇華させる加熱工程をさらに有していてもよい。
これによって、基板のパターン上に塗布液を塗布した後、塗布された塗布液の厚みが所定の厚みよりも厚い場合には、基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱して基板のパターンの塗布液を昇華させることで、塗布液の厚みを所定の厚みにすることができる。その結果、所定の膜厚の塗布膜を形成することができる。なお、このように塗布膜の膜厚は加熱する温度と時間で制御することができるが、大きい膜厚の変化は温度で制御し、小さい膜厚の変化は時間で制御するようにしてもよい。
また、このように基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱することで、パターンの凹部分以外のパターンの表面に塗布された塗布液をすべて昇華させることもできる。すなわち、パターン上に形成される塗布膜の膜厚をゼロにして、パターンの凹部にのみ塗布液が充填され硬化することで、パターンの凹凸をなくしてパターンの上面を平坦化することができる。従来から、塗布膜を形成した後にパターン上の塗布膜を不要として例えばエッチングを行ってこの塗布膜を除去する、いわゆるエッチバック工程を行う場合があるが、本発明によれば、このようなエッチバック工程を省略することができ、基板処理のスループットを向上させることができる。

前記照射工程の後に、基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱し、前記基板のパターン上に形成された塗布膜を昇華させる加熱工程をさらに有していてもよい。例えば基板のパターン上の塗布膜上に形成されるレジスト膜の膜厚が不均一であったり、レジスト膜のパターンが所望のものでない場合には、当該レジスト膜と塗布膜を剥離した後、基板のパターン上に塗布膜とレジスト膜を再形成する、いわゆるリワーク処理を行うことがある。このリワーク処理の際のレジスト膜と塗布膜の除去は、従来から、Ｏ_２プラズマやＮ_２／Ｈ_２プラズマを照射して行われていた。しかしながら、従来のようにＯ_２プラズマ等の照射を行った場合、基板のパターンがＯ_２プラズマ等により損傷を受けることがあった。本発明によれば、このようなリワーク処理の際において、基板周辺の雰囲気を加熱することで塗布膜を昇華させて剥離することができるので、基板上のパターンに対する損傷を軽減あるいは消失させることができる。またこれにより、リワーク処理の際の歩留まり低下を改善することができる。

前記塗布膜は、基板にパターンを形成するためのレジスト膜であってもよい。かかる場合、形成された塗布膜をレジスト膜として用いることができ、従来のレジスト膜を形成する工程を省略することができる。

別の観点による本発明によれば、前記の塗布処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

さらに別の観点による本発明によれば、前記のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、基板に形成された所定のパターン上に塗布膜を形成するにあたって、塗布膜の表面を平坦化することができ、また塗布液の昇華を抑えて塗布膜の膜厚の減少を抑えることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布処理方法を実施するための塗布処理装置を搭載した、塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３と、この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４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２には、カセット載置台５が設けられ、当該カセット載置台５は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路６上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体７が設けられている。ウェハ搬送体７は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体７は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置６０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１に対してもアクセスできる。

カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション２側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション２側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置Ａ１が設けられており、第１の搬送装置Ａ１の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第１の搬送アーム１０が設けられている。第１の搬送アーム１０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置Ａ２が設けられており、第２の搬送装置Ａ２の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第２の搬送アーム１１が設けられている。第２の搬送アーム１１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０、２１、２２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２３、本発明にかかるウェハＷのパターンＰ上に塗布膜Ｒを形成する塗布処理装置２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０、４１がそれぞれ設けられている。

例えば図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、温度調節装置６０、トランジション装置６１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置６２〜６４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４では、例えば高精度温度調節装置７０、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置７１〜７４及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５では、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置８０〜８３、ポストエクスポージャーベーキング装置８４〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置Ａ１のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、例えば図３に示すようにウェハＷに塗布された塗布膜の膜厚を検査する膜厚検査装置９５、ウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置９０、９１、ウェハＷを加熱する加熱装置９２、９３が下から順に５段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置Ａ２のＸ方向正方向側には、例えば例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９４が配置されている。

インターフェイス部４には、例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイス部４に隣接した露光装置（図示せず）と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に、上述の塗布処理装置２４の構成について、図４に基づいて説明する。塗布処理装置２４は、内部を密閉することができる処理容器１５０を有している。処理容器１５０の一側面には、ウェハＷの搬送手段である第１の搬送アーム１０の搬入領域に臨む面にウェハＷの搬入出口１５１が形成され、搬入出口１５１には、開閉シャッタ１５２が設けられている。

処理容器１５０の内部には、基板保持機構としてその上面にウェハＷを水平に真空吸着保持するスピンチャック１２０が設けられている。このスピンチャック１２０はモータなどを含む回転駆動部１２１により鉛直周りに回転でき、かつ昇降できる。

スピンチャック１２０の周囲には、カップ体１２２が設けられている。カップ体１２２の上面には、ウェハＷを保持した状態のスピンチャック１２０が昇降できるようにウェハＷ及びスピンチャック１２０よりも大きい開口部が形成されている。カップ体１２２底部には、ウェハＷ上から零れ落ちる塗布液を排出するための排液口１２３が形成されており、この排液口１２３には排液管１２４が接続されている。

スピンチャック１２０の上方には、ウェハＷ表面の中心部に塗布液を塗布するための塗布ノズル１３０が配置されている。塗布ノズル１３０は、塗布液供給管１３１を介して塗布液を供給する塗布液供給源１３２に接続されている。また塗布液供給管１３１にはバルブや流量調整部等を有する供給制御装置１３３が設けられている。塗布液供給源１３２から供給される塗布液には例えばＸＵＶ（日産化学工業株式会社製品）が用いられ、塗布液には液体状の塗布膜形成成分と溶剤が含まれている。塗布膜形成成分には、例えばインドニウム塩などの光重合開始剤、エポキシ樹脂、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルアセテートなどが含まれている。溶剤としては、例えばシンナーが用いられている。

処理容器１５０の上方には、スピンチャック１２０上のウェハＷに対して紫外線を照射する照射部１１０が設けられている。照射部１１０は、ウェハＷの全面に対して紫外線を照射することができる。

塗布ノズル１３０は、図５に示すようにアーム１３４を介して移動機構１３５に接続されている。アーム１３４は移動機構１３５により、処理容器１５０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って設けられたガイドレール１３６に沿って、カップ体１２２の一端側（図５では左側）の外側に設けられた待機領域１３７から他端側に向かって移動できると共に、上下方向に移動できる。待機領域１３７は、塗布ノズル１３０を収納できるように構成されていると共に、塗布ノズル１３０の先端部を洗浄できる洗浄部１３７ａを有している。

塗布処理装置２４は、後述する一連の動作を制御するコンピュータプログラムを有する制御部１４０を備えている。制御部１４０は、照射部１１０、回転駆動部１２１、供給制御装置１３３、移動機構１３５等を制御するように構成されており、塗布ノズル１３０により塗布液の塗布が終了してから、照射部１１０により紫外線の照射が開始されるまでの時間を所定の時間以内となるように制御している。なおこの所定の時間は、塗布液が塗布されたウェハＷを放置した場合に、当該塗布された塗布液が昇華する量が許容範囲内となる時間、例えば２０秒間に設定される。前記コンピュータプログラムは、例えばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、メモリーカード、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、ハードディスク等の読み取り可能な記憶媒体に格納され、制御部１４０であるコンピュータにインストールされている。

本実施の形態にかかる塗布処理装置２４を搭載した塗布現像処理システム１は以上のように構成されており、次にこの塗布現像処理システム１で行われるウェハ処理について説明する。

先ず、ウェハ搬送体７によって、カセット載置台５上のカセットＣから表面に所定のパターンが形成されたウェハＷが一枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置６０に搬送される。温度調節装置６０に搬送されたウェハＷは、所定温度に温度調節され、その後本発明にかかる塗布処理装置２４に搬送される。塗布処理装置２４内では、後述するウェハＷのパターン上に塗布膜が形成される。

ウェハＷのパターン上に塗布膜が形成されると、ウェハＷは第１の搬送アーム１０によってボトムコーティング装置２３に搬送され、反射防止膜が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送アーム１０によって加熱装置９２、高温度熱処理装置６５、高精度温度調節装置７０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは、レジスト塗布装置２０に搬送される。

レジスト塗布装置２０においてウェハＷ上にレジスト膜が形成されると、ウェハＷは第１の搬送アーム１０によってプリベーキング装置７１に搬送され、加熱処理が施された後、続いて第２の搬送アーム１１によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８３に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイス部４のウェハ搬送体１０１によって露光装置（図示せず）に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８４に搬送され、所定の処理が施される。

ポストエクスポージャーベーキング装置８４における熱処理が終了すると、ウェハＷは第２の搬送アーム１１によって高精度温度調節装置８１に搬送されて温度調節され、その後現像処理装置３０に搬送され、ウェハＷ上に現像処理が施され、レジスト膜にパターンが形成される。その後ウェハＷは、第２の搬送アーム１１によってポストベーキング装置７５に搬送され、加熱処理が施された後、高精度温度調節装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは、第１の搬送アーム１０によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体７によってカセットＣに戻されて一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

次に、塗布処理装置２４内で行われる、ウェハＷのパターン上に例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚の塗布膜を形成する塗布処理方法について、説明する。図６は、塗布膜を形成する塗布処理方法についてのフローを示している。

ウェハＷは、第１の搬送アーム１０によって搬入出口１５１から処理容器１５０内に搬送され、スピンチャック１２０の上方まで移動される。そこでスピンチャック１２０を上昇させて、第１の搬送アーム１０からスピンチャック１２０にウェハＷが受け渡される。そしてウェハＷをスピンチャック１２０に吸着して水平に保持して、ウェハＷを所定の位置まで下降させる。

次に回転駆動部１２１によってウェハＷを例えば回転数５００ｒｐｍで回転させると共に、塗布ノズル１３０をウェハＷの中心部上方に移動させる（ステップＳ１）。そして、図７（ａ）に示すように塗布ノズル１３０からウェハＷの中心部に塗布液Ｑを例えば２秒間吐出し、ウェハＷを例えば回転数１５００ｒｐｍに加速して１５秒間回転させる（ステップＳ２）。このウェハＷの回転により生じる遠心力によって、塗布液ＱをウェハＷのパターンＰ上に拡散させる。その後、塗布ノズル１３０をウェハＷの中心部上方から待機領域１３７に移動させる。

塗布液ＱがウェハＷのパターンＰ上の全面に拡散されると、スピンチャック１２０によってウェハＷを所定の位置まで上昇させる。そして照射部１１０からウェハＷのパターンＰ上に塗布された塗布液Ｑに、例えば波長２２２ｎｍ、エネルギー７ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線が例えば２秒間／ｃｍ^２照射される（ステップＳ３）。この照射された紫外線によって、塗布液Ｑ内に含まれる光重合開始剤が活性化し、活性化した光重合開始剤が拡散することで、塗布液Ｑが硬化する（ステップＳ４）。そして、図７（ｂ）に示すようにウェハＷのパターンＰ上に塗布液Ｑが硬化してできた塗布膜Ｒが形成される（ステップＳ５）。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷのパターンＰ上に塗布液Ｑが塗布されると、その塗布液Ｑに含まれる液体状の塗布膜形成成分の流動性が良いために、塗布液ＱはウェハＷのパターンＰの凹凸上を円滑に拡散することができる。したがって、図７（ｂ）に示すようにウェハＷのパターンＰ上に形成される塗布膜Ｒの表面を平坦化することができる。

また照射部１１０からウェハＷのパターンＰ上に塗布された塗布液Ｑに紫外線を照射することによって塗布液Ｑを硬化させて、ウェハＷのパターンＰ上に塗布膜Ｒを形成することができるので、従来のように塗布膜Ｒの形成の際に塗布液Ｑを加熱する必要がなく、加熱により昇華しやすい塗布液Ｑの昇華を従来より抑えることができる。したがって、形成される塗布膜Ｒの膜厚の減少を抑えることができる。

また光重合開始剤に紫外線を照射すると、光重合開始剤は極めて短時間、例えば２秒間で活性化して、塗布液Ｑが硬化するので、塗布液Ｑの昇華を抑えることができる。

また制御部１４０によって、塗布ノズル１３０により塗布液Ｑの塗布が終了してから、照射部１１０により紫外線の照射が開始されるまでの時間を所定の時間以内、例えば２０秒以内に制御したので、塗布液Ｑの塗布が終了してから紫外線の照射が開始するまでに昇華する塗布液Ｑの量を許容範囲内に抑えることができ、形成される塗布膜Ｒの膜厚の減少を許容範囲内に抑えることができる。

大口径のウェハ上に薄膜を形成するために、ウェハを高速回転させて塗布液をウェハ上に拡散させる場合、従来の塗布液を用いると、ウェハの端でいわゆる風きりといわれる膜厚不均一な領域が発生していた。このような風きりが発生する原因は、従来の塗布液が固体状の塗布膜形成成分と溶剤を有しており、ウェハの回転中に溶剤の揮発により塗布液が乾燥する際、ウェハの端で乱流が生じるためであった。この点、本実施の形態の塗布液Ｑは液体状の塗布膜形成成分を有しており塗布液Ｑが乾燥しにくいため、このような風きりが生じにくい。したがって、ウェハＷ上に薄膜の塗布膜Ｒを形成するためにウェハＷを高速回転させても、形成される塗布膜Ｒの膜厚を一定にすることができる。

以上の実施の形態で記載した塗布ノズル１３０に代えて、図８に示すようにＸ方向に延びるスリット状の吐出口１６０ａを有する塗布ノズル１６０を用いてもよい。塗布ノズル１６０は、図９及び図１０に示すように例えばウェハＷのＸ方向の幅よりも長く形成されている。塗布ノズル１６０はガイドレール１３６に沿って、カップ体１２２の一端側（図１０では左側）の外側に設けられた待機領域１６１から他端側に向かって移動できる。待機領域１６１は、塗布ノズル１６０を収納できるように構成されている。

またこの場合、処理容器１５０の上部に設けられた照射部１１０に代えて、図１０に示すように塗布ノズル１６０と平行にＸ方向に延びる照射部１７０を用いてもよい。照射部１７０は、アーム１７１を介して移動機構１７２に接続されている。アーム１７１は移動機構１７１により、ガイドレール１３６に沿って、カップ体１２２の一端側（図１０では右側）の外側に設けられた待機領域１７３から他端側に向かって移動できると共に、上下方向に移動できる。待機領域１７３は、照射部１７０を収納できるように構成されている。

かかる場合、制御部１４０によって、塗布ノズル１６０と照射部１７０の移動速度を調整することにより、ウェハＷの面方向の全位置において、塗布ノズル１６０により塗布液Ｑが塗布されてから、照射部１７０により紫外線が照射されるまでの時間を一定となるように制御することができる。これによって、塗布液Ｑが塗布されたウェハＷの面方向の全位置において、当該塗布された塗布液Ｑが昇華する量を一定にできるので、形成される塗布膜Ｒの膜厚を一定にすることができる。

以上の実施の形態に記載した塗布ノズル１６０と照射部１７０は独立して設けられていたが、図１１に示すように照射部１７０を塗布ノズル１６０に併設してもよい。図１１の例によれば、ウェハＷの領域上に塗布液Ｑを塗布した直後の当該領域上の塗布液Ｑに対して、紫外線の照射を行うことができる。照射部１７０は、図１２に示すように塗布ノズル１６０の一の側面１６０ａと照射部１７０の一の側面１７０ａとが接続されている。これによって、ウェハＷのパターンＰ上に塗布された塗布液Ｑは、ウェハＷに塗布された直後に紫外線に照射されて硬化するので、塗布液Ｑの塗布から紫外線の照射までの時間を微小にすることができ、塗布液Ｑの昇華を抑えることができる。

以上の実施の形態の塗布処理装置２４内に、図１３に示すように気体供給部１８０をさらに備えることにより、スピンチャック１２０上のウェハＷの周辺の雰囲気を冷却してもよい。気体供給部１８０は、処理容器１５０内の上部に設けられている。気体供給部１８０の下面には複数の孔（図示せず）が形成されており、これらの複数の孔から下方に向かって気体が供給される。気体供給部１８０は、気体供給管１８１を介して気体を供給する気体供給源１８２に接続されている。また供給配管１８１には、供給される気体の温度及び湿度を調整する温湿度調整装置１８３が設けられている。

かかる場合、少なくともウェハＷのパターンＰ上に塗布液Ｑを塗布している間、あるいは当該塗布された塗布液Ｑに紫外線を照射している間において、温湿度調整装置１８３によって気体供給源１８２から供給される気体を冷却し、気体供給部１８０から下方の処理容器１５０内部に向かって冷却された気体を供給することができる。その結果、処理容器１５０内が常温より低い温度、例えば１５℃まで冷却される。これによって、ウェハＷのパターンＰ上に塗布された塗布液Ｑが冷却され、塗布液Ｑの昇華をさらに抑えることができる。

またこの図１３に示す塗布処理装置２４を用いて、ウェハＷのパターンＰ上に塗布液Ｑを塗布した後であって、かつ当該塗布された塗布液Ｑに紫外線を照射する前に、ウェハＷの周辺の雰囲気を所定の時間加熱してもよい。

かかる場合、先ず塗布ノズル１３０によってウェハＷのパターンＰ上に塗布液Ｑを塗布する（図１４（ａ））。その後、塗布された塗布液Ｑの厚みを図３に示した膜厚検査装置９５で測定し、この測定結果が制御部１４０に伝達される。制御部１４０では、この測定結果に基づいて、塗布された塗布液Ｑの厚みが所定の厚みより厚い場合には、塗布液Ｑが所定の厚みになるように塗布液Ｑの一部を昇華させるため、ウェハＷの周辺の雰囲気を所定の時間加熱させるように制御する。具体的には、大きい厚みの変化は加熱する温度で制御し、小さい厚みの変化は加熱する時間で制御するように加熱温度及び時間が算出される。そしてこの加熱温度及び時間の算出結果が制御部１４０から温湿度調整装置１８３に伝達され、温湿度調整装置１８３で気体供給源１８２から供給される気体を加熱する。加熱された気体が気体供給部１８０から処理容器１５０内に供給されて、ウェハＷの周辺の雰囲気が所定の時間加熱される。そして、ウェハＷのパターンＰ上の塗布液Ｑの一部を昇華させて、塗布液Ｑの厚みを所定の厚みにする（図１４（ｂ））。その後、ウェハＷのパターンＰ上に残存している塗布液Ｑが所定の厚みになったところで、残存する塗布液Ｑに対して照射部１１０から紫外線を照射して、当該塗布液Ｑを硬化させる（図１４（ｃ））。これによって、ウェハＷのパターンＰ上に所定の膜厚の塗布膜Ｒを形成することができる。

また、このようにウェハＷの周辺の雰囲気を所定の時間加熱することで、ウェハＷのパターンＰの凹部分以外のパターンＰの表面に塗布された塗布液Ｑをすべて昇華させることもできる（図１５（ａ））。すなわち、パターンＰ上に形成される塗布膜Ｒの膜厚をゼロにして、パターンＰの凹部にのみ塗布液Ｑが充填され硬化することで、パターンＰの凹凸をなくしてパターンＰの上面を平坦化することができる（図１５（ｂ））。これによって、ウェハＷのパターンＰ上の塗布膜Ｒを除去するエッチバック工程を省略することができ、ウェハＷ処理のスループットを向上させることができる。

また、例えば以上の実施の形態の塗布膜Ｒ上に形成されるレジスト膜のパターンが所望のものでない場合には、ウェハＷに対してリワーク処理が行われるが、このリワーク処理で塗布膜Ｒを剥離する際に、ウェハＷの周辺の雰囲気を加熱して塗布膜Ｒを剥離してもよい。

かかる場合、先ず塗布膜Ｒ上に形成されたレジスト膜のパターンＶと反射防止膜Ｕ上に例えばＯ_２プラズマを照射して、レジスト膜のパターンＶと反射防止膜Ｕを剥離する（図１７（ａ））。そして、ウェハＷの周辺の雰囲気を２５０℃〜３５０℃に加熱し（図１７（ｂ））、塗布膜Ｒを昇華させて剥離する（図１７（ｃ））。この塗布膜Ｒの昇華について発明者らが調べたところ、本発明における塗布膜Ｒは低分子の塗布膜形成成分を有しているため、塗布膜Ｒは２５０℃以上の温度で分解して昇華することが分かった。また、ウェハＷ処理の後続の工程（バックエンドプロセス）の許容温度を考慮すると、３５０℃以下の温度で加熱するのが好ましい。したがって、塗布膜Ｒを昇華させる際の加熱温度は、２５０℃〜３５０℃であることが好ましい。

以上の実施の形態では、塗布膜Ｒを加熱して剥離しているので、従来のようにＯ_２プラズマ等を用いる必要がなくなり、ウェハＷ上のパターンＰに対する損傷を軽減あるいは消失させることができる。またこれにより、ウェハＷのリワーク処理の際の歩留まり低下を改善することができる。

また、以上の実施の形態の塗布膜Ｒを加熱して剥離する方法は、レジスト膜のパターンＶをマスクとしてウェハＷをエッチングした後、パターンＰ上に残存する塗布膜Ｒをアッシングする際にも有効である。かかる場合、ウェハＷの周辺の雰囲気を２５０℃〜３５０℃に加熱し（図１８（ａ））、塗布膜Ｒを昇華させて剥離する（図１８（ｂ））。これによって、ウェハＷ上のパターンＰを傷つけることなく、パターンＰ上に残存する塗布膜Ｒをアッシングすることができる。

なお、以上の実施の形態において、図６のステップＳ３〜Ｓ５に示したウェハＷに塗布された塗布液Ｑを硬化させる工程では、塗布液Ｑに紫外線を照射することによって、塗布液Ｑを架橋に向かわせる光重合開始剤を活性化させ、活性化した光重合開始剤を拡散させて塗布液Ｑを硬化させている。この光重合開始剤を拡散させる工程においては、塗布液Ｑを１００℃〜１３０℃の温度で加熱することで、光重合開始剤の拡散を促進させることができる。このように本実施の形態における塗布液Ｑの硬化工程では、従来のように加熱エネルギーそのもので塗布液Ｑを硬化させるのではなく、従来の加熱温度よりも低い１００℃〜１３０℃の温度で加熱して、光重合開始剤を短時間で拡散させているので、塗布液Ｑの昇華を従来より抑えることができる。したがって、塗布液Ｑを効率よく硬化させることができる。

なお以上の実施の形態で形成された塗布膜Ｒは、ウェハＷにパターンＰを形成するためのレジスト膜であってもよい。このように形成された塗布膜Ｒをレジスト膜として用いることができ、従来のレジスト膜を形成する工程を省略することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

以下、本発明の塗布膜を加熱することによって、当該塗布膜が昇華することについて説明する。本実施例においては、図６に説明した方法で、ウェハのパターン上に約１４０ｎｍの膜厚の塗布膜を形成し、その後、ウェハの周辺の雰囲気を３５０℃の温度で加熱した。

本実施例において、加熱後の塗布膜の膜厚の経時変化を測定した結果を図１９に示す。図１９の縦軸は塗布膜の平均膜厚を示し、横軸は加熱時間を示している。図１９を参照すると、塗布膜の膜厚は、加熱開始時には約１４０ｎｍであったが、約６０秒経過後には約１０ｎｍにまで減少している。したがって、本発明の塗布膜を所定の温度、例えば３５０℃で加熱することにより、当該塗布膜が昇華することが分かった。

本発明は、基板に形成されたパターン上に塗布膜を形成する塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に有用である。

本実施の形態にかかる塗布処理装置を搭載した、塗布現像処理システムの構成の概略平面図である。 本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの正面図である。 本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。 本実施の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略縦断面図である。 本実施の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略平面図である。 本実施の形態にかかる塗布膜の形成方法を示すフローである。 本実施の形態にかかるウェハのパターン上に形成された塗布膜の状態を示す説明図である。 スリット状の吐出口を有する塗布ノズルの斜視図である。 他の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略縦断面図である。 他の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略平面図である。 他の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略平面図である。 照射部が塗布ノズルに併設された場合の斜視図である。 他の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略縦断面図である。 他の形態にかかるウェハのパターン上に塗布膜が形成されるまでの塗布液の状態を模式的に示す作用説明図である。 他の形態にかかるウェハのパターン上に塗布膜が形成されるまでの塗布液の状態を模式的に示す作用説明図である。 従来のウェハのパターン上に形成された塗布膜の状態を示す説明図である。 リワーク処理の際に、ウェハのパターン上の塗布膜とレジスト膜が剥離される様子を示す作用説明図である。 ウェハのパターン上の塗布膜をアッシングする様子を示す作用説明図である。 実施例１において、ウェハのパターン上の塗布膜を３５０℃で加熱した際の膜厚の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 塗布現像処理システム
２４ 塗布処理装置
１１０ 照射部
１２０ スピンチャック
１３０ 塗布ノズル
１４０ 制御部
１８０ 気体供給部
Ｐ パターン
Ｑ 塗布液
Ｒ 塗布膜
Ｗ ウェハ

Claims (10)

1. 基板に形成されたパターン上に塗布膜を形成する塗布処理方法であって、
   前記塗布膜を形成する塗布液は液体状の塗布膜形成成分と溶剤とを含み、
   前記塗布膜形成成分は光重合開始剤を含み、
   基板のパターン上に前記塗布液を塗布する塗布工程と、
   前記基板のパターン上に塗布された塗布液に紫外線を照射し、前記光重合開始剤を活性化させて塗布膜を形成する照射工程と、
   を有することを特徴とする、塗布処理方法。
2. 前記塗布工程が終了してから、前記照射工程が開始するまでの時間を、所定の時間以内となるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理方法。
3. 基板の面方向の全位置において、前記塗布工程で塗布液が塗布されてから、前記照射工程で紫外線が照射されるまでの時間が一定となるように制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の塗布処理方法。
4. 前記塗布工程において基板の領域上に塗布液を塗布した直後の当該領域上の塗布液に対して、前記照射工程における紫外線の照射を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の塗布処理方法。
5. 少なくとも前記塗布工程又は前記照射工程は、基板周辺の雰囲気を冷却して行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の塗布処理方法。
6. 前記塗布工程の後であって、かつ、前記照射工程の前に、
   基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱し、前記基板のパターン上に塗布された塗布液を所定の厚みになるまで昇華させる加熱工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理方法。
7. 前記照射工程の後に、基板周辺の雰囲気を所定の時間加熱し、前記基板のパターン上に形成された塗布膜を昇華させる加熱工程をさらに有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の塗布処理方法。
8. 前記塗布膜は、基板にパターンを形成するためのレジスト膜であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の塗布処理方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の塗布処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

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