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WO2020045302A1 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法および基板処理装置 Download PDF

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WO2020045302A1
WO2020045302A1 PCT/JP2019/033124 JP2019033124W WO2020045302A1 WO 2020045302 A1 WO2020045302 A1 WO 2020045302A1 JP 2019033124 W JP2019033124 W JP 2019033124W WO 2020045302 A1 WO2020045302 A1 WO 2020045302A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
unit
metal
deprotection
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/033124
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
崇博 塩澤
正志 榎本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
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Priority to KR1020217009114A priority patent/KR102750860B1/ko
Priority to JP2020539426A priority patent/JP7045468B2/ja
Priority to US17/271,165 priority patent/US11594424B2/en
Publication of WO2020045302A1 publication Critical patent/WO2020045302A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10P76/405—
    • H10P50/00—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • H10P72/0458—
    • H10P76/00—
    • H10P76/4085—
    • H10W70/042—

Definitions

  • the exemplary embodiments of the present disclosure relate to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
  • the process of manufacturing a semiconductor includes a step of forming a resist pattern for etching on the surface of a wafer (substrate).
  • the resist pattern is formed by exposing and developing a resist film formed on the surface of the substrate.
  • Patent Document 1 discloses that a mask material solution containing a metal oxide is applied directly below a resist film, and the mask material is formed by heating, and then a resist film is formed on the mask material to form a resist pattern. Have been.
  • the exemplary embodiments of the present disclosure provide a substrate processing method and a substrate processing apparatus in which the uniformity of the line width of a resist pattern is improved.
  • a substrate processing method is a substrate processing method for a substrate on which a metal-containing liquid for a film below a resist is applied, wherein a heat treatment is performed on the substrate on which the metal-containing liquid is applied.
  • a deprotection promoting step of promoting deprotection of a functional group in the film material included in the substrate to which the metal-containing liquid has been applied, and the metal-containing liquid included in the metal-containing liquid of the substrate A solvent removing step of removing the solvent to be removed, and a moisture absorbing step of bringing the surface of the substrate into contact with moisture.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a substrate processing system according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of the substrate processing system according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main part of the substrate processing system.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a hardware configuration of the control device.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to a modification.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a processing module of a substrate processing system according to a modification.
  • 8A, 8B, 8C, and 8D are diagrams showing evaluation results of the line width of the resist pattern of the substrate according to the comparative example and the example.
  • 9 (A), 9 (B), 9 (C) and 9 (D) are diagrams showing the evaluation results of the thickness of the metal hard mask of the substrate according to the comparative example and the example.
  • the substrate processing method is a substrate processing method for a substrate on which a metal-containing liquid for a film below a resist is applied, wherein a heat treatment is performed on the substrate on which the metal-containing liquid is applied.
  • a deprotection promoting step of promoting deprotection of a functional group in the film material included in the substrate to which the metal-containing liquid has been applied, and the metal-containing liquid included in the metal-containing liquid of the substrate A solvent removing step of removing the solvent to be removed, and a moisture absorbing step of bringing the surface of the substrate into contact with moisture.
  • a deprotection promoting step of promoting deprotection of a functional group in the material for the film, and a solvent contained in the metal-containing liquid are performed before the heat treatment step on the substrate coated with the metal-containing liquid.
  • a solvent removing step of removing and a moisture absorbing step of bringing the surface of the substrate into contact with moisture are performed.
  • the step of promoting deprotection is a step of irradiating the substrate with ultraviolet light
  • the step of removing the solvent is a step of drying the substrate.
  • the characteristics of the film formed by the metal-containing liquid are further improved and provided above the film.
  • the uniformity of the line width of the resist pattern in the resist film is improved.
  • the moisture absorbing step is performed after the solvent removing step.
  • the moisture absorption step is performed after the deprotection promotion step and the solvent removal step.
  • the heat treatment step can be performed in a state where the moisture present around the material of the film in the moisture absorption step is prevented from drying and decreasing. Therefore, the effect of promoting a reaction using moisture in the material of the film is enhanced.
  • the step of removing a solvent is performed after the step of promoting deprotection.
  • the step of promoting deprotection is performed after the step of removing the solvent.
  • the deprotection promotion step is performed after the solvent is removed to some extent from the metal-containing liquid. Therefore, since the deprotection promoting step can be performed in a state where the proportion of the solvent in the metal-containing liquid applied on the substrate is reduced, it is possible to prevent the solvent from adhering to the device performing the deprotection promoting step. In addition, the frequency of maintenance can be suppressed.
  • the step of promoting deprotection is performed in a low oxygen atmosphere.
  • a substrate processing apparatus includes: a liquid processing unit that applies a metal-containing liquid for a film below a resist to a substrate; and a liquid processing unit that applies the metal-containing liquid to the substrate.
  • a deprotection promoting unit that promotes deprotection of a functional group in the material
  • a solvent removing unit that removes a solvent contained in the metal-containing liquid of the substrate, and a surface and moisture of the substrate on which the metal-containing liquid is applied.
  • a heat treatment unit that performs a heat treatment on the substrate after the treatment by the moisture absorption treatment unit.
  • the deprotection promotion unit before the heat treatment by the heat treatment unit, the promotion of deprotection of the functional group in the material for the film by the deprotection promotion unit, and the removal of the solvent contained in the metal-containing liquid by the solvent removal unit.
  • the removal the contact between the surface of the substrate and moisture by the moisture absorbing section, and the moisture absorbing processing are performed.
  • the deprotection promoting unit, the solvent removing unit, the moisture absorbing unit, and the heating unit are configured by the same processing module, and within the processing module, the solvent removing unit, The moisture absorption section and the heating section are provided in the same processing chamber, and the same heating mechanism is used as the solvent removing section and the heating section.
  • the deprotection promoting unit, the solvent removing unit, the moisture absorption unit, and the heat treatment unit are configured by the same processing module, so that the processing related to the formation of the film using the metal-containing liquid is performed by the same processing module. Therefore, the movement of the substrate in the apparatus can be reduced.
  • the solvent removing section, the moisture absorbing section, and the heat treating section are provided in the same processing chamber, the solvent atmosphere, moisture, and the like generated at the time of the operation performed by each section may be different from other parts of the other processing chamber. Can be prevented. Further, by using the same heating mechanism as the solvent removing section and the heating processing section, a series of simpler processing can be performed.
  • the substrate processing system 1 is a system that forms a photosensitive film on a substrate, exposes the photosensitive film, and develops the photosensitive film.
  • the substrate to be processed is, for example, a semiconductor wafer W.
  • the photosensitive film is, for example, a resist film.
  • the substrate processing system 1 includes a coating / developing device 2 and an exposure device 3.
  • the exposure device 3 performs an exposure process on a resist film (photosensitive film) formed on the wafer W (substrate). Specifically, an energy beam is applied to a portion to be exposed of the resist film by a method such as liquid immersion exposure.
  • the coating / developing device 2 performs a process of forming a resist film on the surface of the wafer W (substrate) before the exposure process by the exposure device 3, and performs a developing process of the resist film after the exposure process.
  • the coating / developing device 2 includes a carrier block 4, a processing block 5, an interface block 6, and a control device 100.
  • the carrier block 4 introduces the wafer W into the coating and developing device 2 and derives the wafer W from the coating and developing device 2.
  • the carrier block 4 can support a plurality of carriers C for the wafer W and has a built-in transfer arm A1.
  • the carrier C accommodates a plurality of circular wafers W, for example.
  • the transfer arm A1 takes out the wafer W from the carrier C and passes it to the processing block 5, receives the wafer W from the processing block 5, and returns the wafer W into the carrier C.
  • the processing block 5 has a plurality of processing modules 11, 12, 13, and 14.
  • the processing module 11 includes a liquid processing unit U1, a heat treatment unit U2, a light irradiation unit U3, and a transfer arm A3 for transferring a wafer W to these units.
  • the processing modules 12 and 13 include a liquid processing unit U1, a heat treatment unit U2, and a transfer arm A3 for transferring a wafer W to these units.
  • the processing module 11 forms a lower film on the surface of the wafer W and an intermediate film on the lower film by the liquid processing unit U1, the heat treatment unit U2, and the light irradiation unit U3.
  • the liquid processing unit U1 of the processing module 11 applies a processing liquid for forming a lower layer film and an intermediate film onto the wafer W.
  • the heat treatment unit U2 of the treatment module 11 performs various heat treatments associated with the formation of the lower film and the intermediate film.
  • the light irradiation unit U3 of the processing module 11 irradiates the wafer W with light (ultraviolet light) when the lower layer film is formed. Details of the processing by the processing module 11 will be described later.
  • Examples of the lower layer film include an antireflection (SiARC) film.
  • the intermediate film examples include an SOC (Spin On Carbon) film and a metal-containing hard mask (metal hard mask).
  • SOC Spin On Carbon
  • metal hard mask metal-containing hard mask
  • a case where the above-described metal hard mask is formed as an intermediate film provided immediately below a resist film will be described.
  • the lower layer film may be omitted.
  • the metal hard mask besides a TiN film, an alloy film or the like obtained by combining a plurality of metal materials can be used.
  • the material of the metal hard mask described in the present embodiment is not particularly limited.
  • the steps of forming a metal hard mask are roughly as follows. A metal-containing liquid in which a metal material constituting the metal hard mask is mixed in a solvent is applied on the wafer W, and the applied metal-containing liquid is subjected to a heat treatment to harden the material of the metal hard mask. As a result, a film is formed.
  • the characteristics of the metal hard mask are improved by performing a deprotection promoting step, a solvent removing step, and a moisture absorbing step.
  • the liquid processing unit U1 in the processing module 11 has a function as a liquid processing unit in the substrate processing apparatus (coating / developing apparatus 2) according to the present embodiment. Further, the heat treatment unit U2 has a function as a solvent removing unit in the coating and developing device 2. Further, the light irradiation unit U3 has a function as a deprotection promoting unit in the coating / developing device 2.
  • the processing module 12 forms a resist film on the intermediate film by the liquid processing unit U1 and the heat treatment unit U2.
  • the liquid processing unit U1 of the processing module 12 applies a processing liquid for forming a resist film on the intermediate film.
  • the heat treatment unit U2 of the processing module 12 performs various heat treatments associated with the formation of the resist film. As a specific example of the heat treatment, a heat treatment (PAB: Pre Applied Bake) for curing the coating film to form a resist film R can be given.
  • PAB Pre Applied Bake
  • the processing module 13 forms an upper layer film on the resist film by the liquid processing unit U1 and the heat treatment unit U2.
  • the liquid processing unit U1 of the processing module 13 applies a liquid for forming an upper layer film on the resist film.
  • the heat treatment unit U2 of the treatment module 13 performs various heat treatments associated with the formation of the upper layer film.
  • the processing module 14 includes a developing unit U4, a heat treatment unit U5, and a transfer arm A3 for transferring a wafer W to these units.
  • the processing module 14 performs development processing of the exposed resist film by the developing unit U4 and the heat treatment unit U5.
  • the developing unit U4 performs a developing process of the resist film by applying a developing solution on the surface of the exposed wafer W and then washing the developing solution with a rinsing solution.
  • the heat treatment unit U5 performs various heat treatments associated with the development processing. Specific examples of the heat treatment include a heat treatment before the development treatment (PEB: Post Exposure Bake), a heat treatment after the development treatment (PB: Post @ Bake), and the like.
  • the developing unit U4 in the processing module 14 has a function as a moisture absorbing unit in the coating / developing apparatus 2 as the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
  • the function as the moisture absorption processing unit may be performed by a module or a unit different from the developing unit U4 in the processing module 14.
  • a module having a function as a moisture absorption processing section for example, a substrate cleaning module 15 shown in FIG.
  • the substrate cleaning module 15 is a module that performs a cleaning process using, for example, pure water to remove droplets (PER: Post Immersion Rinse) remaining on the substrate after the immersion exposure and to reduce uneven heating in the pre-development heating process. is there.
  • PER Post Immersion Rinse
  • another module or unit that performs processing using pure water may be used as the moisture absorption processing unit.
  • a shelf unit U10 is provided on the carrier block 4 side in the processing block 5.
  • the shelf unit U10 is partitioned into a plurality of cells arranged vertically.
  • An elevating arm A7 is provided near the shelf unit U10. The elevating arm A7 elevates and lowers the wafer W between cells of the shelf unit U10.
  • a shelf unit U11 is provided on the interface block 6 side in the processing block 5.
  • the shelf unit U11 is partitioned into a plurality of cells arranged vertically.
  • the above-described substrate cleaning module 15 is provided near the shelf unit U11.
  • the interface block 6 exchanges the wafer W with the exposure apparatus 3.
  • the interface block 6 has a built-in transfer arm A8 and is connected to the exposure apparatus 3.
  • the transfer arm A8 transfers the wafer W placed on the shelf unit U11 to the exposure device 3, receives the wafer W from the exposure device 3, and returns the wafer W to the shelf unit U11.
  • the control device 100 controls the coating / developing device 2 to execute the coating / developing process in the following procedure, for example. First, the control device 100 controls the transfer arm A1 so as to transfer the wafer W in the carrier C to the shelf unit U10, and controls the elevating arm A7 to arrange the wafer W in the cell for the processing module 11.
  • control device 100 controls the transfer arm A3 to transfer the wafer W in the shelf unit U10 to the liquid processing unit U1, the heat treatment unit U2, and the light irradiation unit U3 in the processing module 11.
  • control device 100 controls the liquid processing unit U1, the heat treatment unit U2, and the light irradiation unit U3 to form a lower layer film on the surface of the wafer W, and further form an intermediate film on the lower layer film.
  • control. controls the transfer arm A3 to return the wafer W on which the lower layer film and the intermediate film are formed to the shelf unit U10, and raises and lowers the arm A7 so that the wafer W is arranged in the cell for the processing module 12. Control. If necessary, the control device 100 can move the wafer W with respect to the processing module 14 to perform a process required for forming a metal hard mask as an intermediate film.
  • control device 100 controls the transfer arm A3 to transfer the wafer W in the shelf unit U10 to the liquid processing unit U1 and the heat treatment unit U2 in the processing module 12. Further, control device 100 controls liquid processing unit U1 and heat treatment unit U2 so as to form a resist film on the surface of wafer W. Thereafter, the control device 100 controls the transfer arm A3 to return the wafer W to the shelf unit U10, and controls the lifting arm A7 to arrange the wafer W in the cell for the processing module 13.
  • control device 100 controls the transfer arm A3 so as to transfer the wafer W of the shelf unit U10 to each unit in the processing module 13. Further, control device 100 controls liquid processing unit U1 and heat treatment unit U2 so as to form an upper layer film on the resist film of wafer W. Thereafter, control device 100 controls transfer arm A3 to transfer wafer W to shelf unit U11.
  • control device 100 controls the transfer arm A8 so as to send out the wafer W in the shelf unit U11 to the exposure device 3. After that, the control device 100 controls the transfer arm A8 so as to receive the wafer W on which the exposure processing has been performed from the exposure device 3 and arrange the wafer W in the cell for the processing module 14 in the shelf unit U11.
  • control device 100 controls the transfer arm A3 to transfer the wafer W of the shelf unit U11 to each unit in the processing module 14, and performs the developing unit U4 and the developing unit U4 so as to perform the developing process on the resist film of the wafer W.
  • the heat treatment unit U5 is controlled.
  • control device 100 controls the transfer arm A3 to return the wafer W to the shelf unit U10, and controls the lifting arm A7 and the transfer arm A1 to return the wafer W to the carrier C.
  • the coating / developing process is completed.
  • the specific configuration of the substrate processing apparatus is not limited to the configuration of the coating / developing apparatus 2 exemplified above.
  • the substrate processing apparatus may be of any type as long as it includes the heat treatment unit U2 or the heat treatment unit U5 and the control device 100 capable of controlling the same.
  • the control device 100 includes a reading unit M1, a storage unit M2, a processing unit M3, and an instruction unit M4 as functional modules.
  • These functional modules merely divide the functions of the control device 100 into a plurality of modules for convenience, and do not necessarily mean that the hardware constituting the control device 100 is divided into such modules.
  • Each functional module is not limited to being realized by executing a program, but may be realized by a dedicated electric circuit (for example, a logic circuit) or an integrated circuit (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) integrating the same. You may.
  • the reading unit M1 reads a program from a computer-readable recording medium RM.
  • the recording medium RM records a program for operating each unit of the substrate processing system 1.
  • the recording medium RM may be, for example, a semiconductor memory, an optical recording disk, a magnetic recording disk, or a magneto-optical recording disk.
  • the storage unit M2 stores various data.
  • the storage unit M2 is, for example, a program read from the recording medium RM in the reading unit M1, various data for processing the wafer W (a so-called processing recipe), and input from an operator via an external input device (not shown).
  • the setting data and the like are stored.
  • the processing unit M3 processes various data.
  • the processing unit M3 is, for example, an operation for operating the liquid processing unit U1, the heat treatment unit U2, the light irradiation unit U3, the development unit U4, and the heat treatment unit U5 based on various data stored in the storage unit M2. Generate a signal.
  • the instruction unit M4 transmits the operation signal generated by the processing unit M3 to various devices.
  • the hardware of the control device 100 is constituted by, for example, one or a plurality of control computers.
  • the control device 100 has a circuit 120 shown in FIG.
  • the circuit 120 includes one or more processors 121, a memory 122, a storage 123, an input / output port 124, and a timer 125.
  • the storage 123 has a computer-readable storage medium such as a hard disk.
  • the storage medium stores a program for causing the exposure / developing apparatus 2 to execute a substrate processing procedure described later.
  • the storage medium may be a removable medium such as a nonvolatile semiconductor memory, a magnetic disk, and an optical disk.
  • the memory 122 temporarily stores the program loaded from the storage medium of the storage 123 and the calculation result by the processor 121.
  • the processor 121 configures each of the above-described functional modules by executing the above-described program in cooperation with the memory 122.
  • the input / output port 124 performs input / output of an electric signal with each unit of the substrate processing system 1 according to a command from the processor 121.
  • the timer 125 measures the elapsed time by counting, for example, a reference pulse having a constant period.
  • the control device 100 controls the liquid processing unit U1, the heat treatment unit U2, the light irradiation unit U3, the development unit U4, the heat treatment unit U5, and the like included in the substrate processing system 1 with the above configuration.
  • the control device 100 also controls other units not shown in FIG. 3 at the same time.
  • the configuration of the control device 100 is an example, and is not limited to the above.
  • the procedure for forming the metal hard mask includes a metal-containing liquid application step (S01), a deprotection promoting step (S02), a solvent removal step (S03), a moisture absorption step (S04), and heating.
  • a processing step (S05) is included. Each step is performed by the control device 100 controlling each unit constituting the coating / developing device 2.
  • the metal-containing liquid application step (S01) is a step of applying a metal-containing liquid on the lower layer film on the surface of the wafer W.
  • the metal-containing liquid is a liquid in which a material (metal hard mask material) of a metal-containing hard mask (metal hard mask) is dissolved in a solvent.
  • the metal-containing liquid application step (S01) can be performed using the liquid processing unit U1 of the processing module 11.
  • the deprotection accelerating step (S02) is a step of accelerating the deprotection of a functional group in the metal hard mask material contained in the metal-containing liquid. Specifically, by irradiating the applied metal-containing liquid with ultraviolet rays, deprotection of the functional group in the metal hard mask material is promoted.
  • the step of promoting deprotection by irradiating the metal-containing liquid with ultraviolet rays (S02) can be performed using the light irradiation unit U3 of the processing module 11.
  • the irradiation amount of the ultraviolet ray to the metal-containing liquid is not particularly limited as long as the deprotection of the functional group in the metal hard mask material is promoted.
  • the metal-containing liquid by irradiating the metal-containing liquid with light of about 180 mJ / cm 2 to 800 mJ / cm 2 , deprotection of a functional group in the metal hard mask material can be promoted.
  • a light source that emits ultraviolet light for example, an excimer laser using a mixed gas can be used, but the type of light source can be appropriately changed.
  • the wavelength of the ultraviolet light is not particularly limited, but by setting the wavelength of the ultraviolet light to 200 nm or less, deprotection can be more appropriately promoted.
  • the wavelength of the ultraviolet light for example, light having a wavelength of 172 nm, 193 nm, or the like can be used, but is not limited thereto.
  • the environment in which the deprotection promoting step (S02) is performed is not particularly limited, but a configuration in which the periphery of the wafer W is a low oxygen atmosphere can be adopted.
  • a low oxygen atmosphere refers to an atmosphere in which the proportion of oxygen is 300 ppm or less.
  • the deprotection promoting step (S02) may be performed in a low oxygen atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere.
  • the solvent removal step (S03) is a step of removing the solvent contained in the metal-containing liquid by drying. Specifically, by performing a predetermined heat treatment on the wafer W to which the metal-containing liquid has been applied, removal of the solvent is promoted. In the solvent removing step (S03), for example, by heating at a heating temperature of 100 ° C. to 170 ° C. for about 30 seconds to 90 seconds, removal of the solvent from the surface of the wafer W is promoted. As an example, in the solvent removing step (S03), the wafer W is heated under the conditions of a heating temperature of 130 ° C. and a heating time of 60 seconds.
  • the heating temperature in the solvent removal step (S03) a temperature higher than the volatilization temperature of the solvent contained in the metal-containing liquid is set.
  • the heating time is set to such an extent that the surface of the metal-containing liquid is maintained at a temperature higher than the volatilization temperature of the solvent by heating for a predetermined time.
  • the solvent removal step (S03) can be performed using the heat treatment unit U2 of the processing module 11.
  • a configuration may be adopted in which a gas flow of a predetermined atmosphere is provided around the wafer W instead of performing a predetermined heat treatment to promote the removal of the solvent. Even when a gas flow of a predetermined atmosphere is provided around the wafer W, the removal of the solvent can be promoted as in the case of performing the heat treatment.
  • the moisture absorption step (S04) is a step in which moisture is brought into contact with the metal hard mask material contained in the metal-containing liquid on the surface of the wafer W to promote hydrolysis of the metal hard mask material.
  • the procedure is not particularly limited as long as the metal hard mask material on the surface of the wafer W can come into contact with moisture.
  • the moisture absorption step (S04) may be performed by spraying water vapor on the wafer W, or the moisture absorption step (S04) may be performed by, for example, spraying water directly on the surface of the wafer W. Note that the moisture absorption step (S04) may be performed after the solvent removal step (S03).
  • the moisture absorption step (S04) is performed, whereby the contact between the metal hard mask material and moisture can be promoted, and the moisture absorption efficiency can be improved. Can be increased.
  • the moisture absorption step (S04) can be performed using a mechanism for flushing the rinsing liquid in the developing unit U4 of the processing module 14.
  • the heat treatment step (S05) is a step of curing the metal hard mask material contained in the metal-containing liquid to form a metal hard mask on the wafer W. Through this step, a metal hard mask as an intermediate film is formed. The heating temperature and the heating time used in forming the metal hard mask are applied to the heating temperature and the heating time in the heat treatment step (S05). In the heat treatment step (S05), for example, a metal hard mask on the surface of the wafer W is formed by heating at a heating temperature of 200 ° C. to 300 ° C. for about 30 seconds to 90 seconds.
  • the heat treatment step (S05) can be performed using the heat treatment unit U2 of the treatment module 11.
  • a metal hard mask as an intermediate film is formed on the wafer W by the above procedure. After the formation of the metal hard mask, a resist film is formed immediately above.
  • the deprotection promotion step, the solvent removal step, and the moisture absorption step are performed before the heat treatment step, so that the thickness of the metal hard mask is increased. And the uniformity of film quality can be improved.
  • each of the above steps promotes the progress of the reaction of the metal hard mask material at the stage of forming the metal hard mask.
  • a metal hard mask forms a film by reducing hydrolysis and dehydration condensation of a metal hard mask material.
  • the solvent removal step and the moisture absorption step are presumed to reduce the solvent around the metal hard mask material and increase the contact with moisture, thereby promoting the hydrolysis particularly near the film surface. Is done.
  • the deprotection promoting step is presumed to promote dehydration condensation. As described above, by performing the deprotection promoting step, the solvent removing step, and the moisture absorbing step before the heat treatment step of forming the metal hard mask, the reaction relating to the formation of the metal hard mask is promoted. It is presumed.
  • the deprotection promoting step performed before the heat treatment step of forming the metal hard mask causes the dehydration condensation reaction in the entire film forming the metal hard mask to proceed.
  • the dehydration condensation of the metal hard mask material in the film progresses uniformly (regardless of location).
  • the film quality uniformity of the entire metal hard mask after the heat treatment is improved. It is considered that, by improving the uniformity of the film quality at the time of forming the metal hard mask, the unevenness of the film thickness of the metal hard mask is eliminated, and the uniformity of the film thickness is also improved. As a result, it is considered that the uniformity of the line width of the resist pattern in the resist film formed on the metal hard mask is also improved.
  • the moisture absorption step may be performed after the deprotection promotion step and the solvent removal step.
  • the heat treatment step is performed immediately after the moisture absorption step, the heat treatment step can be performed before the moisture around the metal hard mask material is dried.
  • a metal hard mask can be formed. Note that the above operation is more effectively achieved by adopting a configuration in which the process is promptly shifted from the moisture absorption process to the heat treatment process.
  • the solvent removal step and the moisture absorption step may be performed continuously in this order.
  • the contact between the metal hard mask material and moisture can be increased, so that the reaction of the metal hard mask material can be promoted.
  • the interval between the solvent removing step and the heat treatment step can be shortened.
  • the temperature applied in the solvent removal step and the heat treatment step may greatly change.
  • a change in temperature of the metal hard mask material may affect the film quality.
  • the deprotection promoting step can be performed in a low oxygen atmosphere.
  • the effect of oxygen can be reduced as compared with, for example, performing the deprotection promoting step in an atmosphere containing a large amount of oxygen.
  • it is necessary to prevent the reaction of oxygen and ultraviolet rays to generate ozone and the like, and to prevent ozone from affecting the deprotection of the functional groups. Can be.
  • FIG. 5 shows a case where the metal-containing liquid application step (S01), the deprotection promoting step (S02), the solvent removal step (S03), the moisture absorption step (S04), and the heat treatment step (S05) are performed in this order. explained. However, in the formation procedure of the metal hard mask, the order of the deprotection promoting step, the solvent removing step, and the moisture absorbing step can be appropriately changed. If possible, some of these steps may be performed simultaneously.
  • the deprotection promoting step and the solvent removing step can be performed simultaneously. Also, as shown in FIG. 6, the order of the deprotection promoting step and the solvent removing step is changed, and the metal-containing liquid applying step (S01), the solvent removing step (S03), the deprotecting promoting step (S02), the moisture absorbing step (S04) and the heat treatment step (S05) may be performed in this order.
  • the deprotection promotion step is performed after the solvent is removed to some extent from the metal-containing liquid.
  • the deprotection promoting step can be performed in a state where the proportion of the solvent in the metal-containing liquid applied on the wafer W is reduced.
  • the possibility that the solvent adheres to the unit (light irradiation unit U3) that performs the deprotection promotion step can be reduced, and the frequency of maintenance can be suppressed.
  • the order of the solvent removing step (S03) and the moisture absorbing step (S04) may be changed. Also, the conditions (parameters) and the like for performing each step can be appropriately changed.
  • the substrate processing method described in the above embodiment can be implemented using the above-described coating / developing apparatus 2.
  • the procedure of forming a metal hard mask using a plurality of processing modules has been described.
  • the configuration may be such that each step is performed by the same processing module by changing the configuration of the processing module. .
  • FIG. 7 shows an example of a processing module capable of performing a deprotection promoting step (S02), a solvent removing step (S03), and a moisture absorbing step (S04) in a substrate processing apparatus according to a modification.
  • the processing module 20 shown in FIG. 7 a case will be described in which the deprotection promoting step (S02) is performed by irradiating the wafer W with ultraviolet rays, and the solvent removing step (S03) is performed by drying the substrate.
  • the processing module 20 can be divided into two processing chambers 21 and 22.
  • the processing chamber 21 is a processing chamber provided with a heating mechanism 30 that also functions as a heat processing unit.
  • the heating mechanism 30 includes a support table 31, a hot plate 32, a chamber (cover) 33, and support pins 34. Further, the heating mechanism 30 has a ring shutter 35 so as to connect the support table 31 and the chamber 33 and seal the inside.
  • a heat plate 32 serving as a heat source is accommodated on the support table 31, and the heat received by the wafer W from the heat plate 32 is controlled by using the support pins 34 to separate and support the wafer W from the heat plate 32. can do. Therefore, the heating mechanism 30 of the processing chamber 21 can control the heating temperature for the wafer W to both the heating temperature in the solvent removing step and the heating temperature in the heat treatment step.
  • a bubbler 37 that generates water vapor is connected to the chamber 33 of the heating mechanism 30 via a pipe 36. Since the water vapor from the bubbler 37 can be supplied into the chamber 33 of the heating mechanism 30 via the pipe 36, when the wafer W is disposed on the hot plate 32, the water vapor can contact the surface of the wafer W. Therefore, the moisture absorption step can be performed in the heating mechanism 30. As described above, by using the heating mechanism 30 provided in the processing chamber 21 of the processing module 20, the solvent removing step and the moisture absorbing step can be performed, and the heat processing step can also be performed. Note that a thermocouple or the like may be provided in the heating mechanism 30, and the heating mechanism 30 may be controlled using temperature information or the like detected by the thermocouple.
  • the processing chamber 22 is separated from the processing chamber 21 by a shutter 41 that can be opened and closed.
  • a light source 42 that emits ultraviolet light is provided inside.
  • a gas pipe 43 for supplying a gas into the processing chamber 22 separated by the shutter 41 is connected, so that the inside of the processing chamber 22 can be brought into a predetermined type of atmosphere.
  • the wafer W can be cooled and moved using the arm 44 provided in the processing chamber 22.
  • the deprotection promoting step can be performed using the light source 42 provided in the processing chamber 22 of the processing module 20.
  • a series of processing after the metal-containing liquid applying step can be performed only by moving the wafer W between the processing chambers 21 and 22.
  • the wafer W is irradiated with ultraviolet rays in the processing chamber 22 to remove the wafer.
  • the protection promotion step (S02) is performed.
  • the wafer W is moved to the processing chamber 21, and the solvent removing step (S03) using the heating by the hot plate 32 and the moisture absorbing step (S04) using the supply of water vapor from the bubbler 37 are continuously performed. be able to. Further, by changing the heating temperature of the hot plate 32, the heat treatment step (S05) can be performed.
  • a series of steps related to the formation of the metal hard mask can be performed using the same processing module.
  • the movement of the wafer W between the processing modules can be reduced, so that the working efficiency is improved.
  • the same heating mechanism 30 as the solvent removing unit and the heat treatment unit, a series of steps for forming a metal hard mask can be performed while preventing the addition of a processing module or a heat treatment unit.
  • the solvent removal unit, the moisture absorption unit, and the heat treatment unit are provided in the same processing chamber, so that the solvent atmosphere, moisture, and the like generated at the time of the operation performed by each unit are different. It is possible to prevent scattering in other parts of the processing chamber.
  • the configuration of the processing module 20 described above is an example, and the configuration of the processing module can be changed as appropriate. Further, the combination of the processing modules for performing the series of steps related to the formation of the metal hard mask described in the above embodiment can be appropriately changed.
  • the film formed using the metal-containing liquid only needs to be provided below the resist film, and between the film formed using the metal-containing liquid and the resist film, the above two types of films are used. May be provided with another different layer.
  • Comparative Example 1 The substrate according to Comparative Example 1 was formed by the following procedure using the substrate processing system 1 according to the above embodiment. First, after a metal-containing liquid containing a metal hard mask material is applied onto the wafer W, heating is performed at a heating temperature of 250 ° C. for 60 seconds to form a metal hard mask (a heat treatment process). (Before forming a resist film). Thereafter, a resist film was formed on the surface, exposure and development were performed, and a substrate according to Comparative Example 1 having a predetermined resist pattern was prepared.
  • Comparative Example 2 As in Comparative Example 1, first, a metal-containing liquid containing a metal hard mask material was applied onto the wafer W, and then heated at 130 ° C. for 60 seconds to remove the solvent (solvent removing step). Next, water was allowed to flow on the surface for 15 seconds to bring the surface into contact with water (a moisture absorption step). Thereafter, heating was performed at a heating temperature of 250 ° C. for 60 seconds to form a metal hard mask (a heat treatment step), thereby obtaining a substrate according to Comparative Example 2 (before forming a resist film). Thereafter, a resist film was formed on the surface, exposure and development were performed, and a substrate according to Comparative Example 2 having a predetermined resist pattern was prepared.
  • Comparative Example 3 As in Comparative Example 1, first, a metal-containing liquid containing a metal hard mask material is applied onto a wafer W, and then, under a nitrogen atmosphere, a surface is irradiated with an excimer laser light source having a wavelength of 172 nm and an output of 800 mJ. Ultraviolet irradiation was performed (deprotection promoting step). Thereafter, heating was performed at a heating temperature of 250 ° C. for 60 seconds to form a metal hard mask (a heat treatment step), thereby obtaining a substrate according to Comparative Example 3 (before forming a resist film). Thereafter, a resist film was formed on the surface, exposure and development were performed, and a substrate according to Comparative Example 3 having a predetermined resist pattern was prepared.
  • Example 1 As in Comparative Example 1, first, a metal-containing liquid containing a metal hard mask material was applied onto the wafer W, and then heated at 130 ° C. for 60 seconds to remove the solvent (solvent removing step). Next, water was allowed to flow on the surface for 15 seconds to bring the surface into contact with water (a moisture absorption step). Next, under a nitrogen atmosphere, the substrate surface was irradiated with ultraviolet rays using an excimer laser light source having a wavelength of 172 nm and an output of 800 mJ (deprotection promoting step). Thereafter, heating was performed at a heating temperature of 250 ° C.
  • Example 1 a substrate according to Example 1 (before forming a resist film). Thereafter, a resist film was formed on the surface, exposure and development were performed, and a substrate according to Example 1 having a predetermined resist pattern was prepared.
  • FIG. 8 shows the measurement result and its variation (FTU: 3 ⁇ ).
  • FIG. 8A shows the result according to Comparative Example 1
  • FIG. 8B shows the result according to Comparative Example 2
  • FIG. 8C shows the result according to Comparative Example 3, and
  • FIG. 9 shows the measurement result and its variation (CDU: 3 ⁇ ).
  • 9 (A) shows the result according to Comparative Example 1
  • FIG. 9 (B) shows the result according to Comparative Example 2
  • FIG. 9 (C) shows the result according to Comparative Example 3, and
  • FIG. 9 (D) Is the result according to the first embodiment.
  • Example 1 From the results of evaluation results -3 and 4, in Example 1, the refractive index and its variation are smaller and the contact angle is larger than in Comparative Example 1. From this, it is presumed that the reaction was promoted in Example 1 as compared with Comparative Example 1.
  • substrate processing system # 1: substrate processing system, 2: coating / developing device (substrate processing device), 11 to 14, 20: processing module, 30: heating mechanism, 100: control device, W: wafer (substrate).

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Abstract

基板処理方法は、レジストより下方の膜用の金属含有液が塗布された基板に対する基板処理方法であって、金属含有液が塗布された基板に対する加熱処理を行う加熱処理工程（Ｓ０５）の前に、金属含有液が塗布された基板に含まれる膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進工程（Ｓ０２）と、基板の金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去工程（Ｓ０３）と、基板の表面と水分とを接触させる吸湿工程（Ｓ０４）と、を有する。

Description

基板処理方法および基板処理装置
　本開示の例示的実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
　半導体を製造するプロセスは、ウエハ（基板）の表面にエッチング用のレジストパターンを形成する工程を有する。レジストパターンは、基板の表面に形成されたレジスト膜を露光および現像することで形成される。
　特許文献１では、レジスト膜の直下に金属酸化物を含むマスク材溶液を塗布し、加熱することによりマスク材を形成した後、マスク材上にレジスト膜を形成しレジストパターンを形成することが示されている。
特開２００１－２７２７８６号公報
　本開示の例示的実施形態は、レジストパターンの線幅に係る均一性の向上が図られた基板処理方法および基板処理装置を提供する。
　一つの例示的実施形態に係る基板処理方法は、レジストより下方の膜用の金属含有液が塗布された基板に対する基板処理方法であって、前記金属含有液が塗布された前記基板に対する加熱処理を行う加熱処理工程の前に、前記金属含有液が塗布された前記基板に含まれる前記膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進工程と、前記基板の前記金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去工程と、前記基板の表面と水分とを接触させる吸湿工程と、を有する。
　一つの例示的実施形態によれば、レジストパターンの線幅に係る均一性の向上が図られた基板処理方法および基板処理装置を提供することができる。
図１は、一つの例示的実施形態に係る基板処理システムを示す斜視図である。 図２は、一つの例示的実施形態に係る基板処理システムの内部構成を示す模式図である。 図３は、基板処理システムの主要部を示すブロック図である。 図４は、制御装置のハードウェア構成を示す概略図である。 図５は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法を説明するフロー図である。 図６は、変形例に係る基板処理方法を説明するフロー図である。 図７は、変形例に係る基板処理システムの処理モジュールの概略図である。 図８（Ａ），図８（Ｂ），図８（Ｃ）および図８（Ｄ）は、比較例および実施例に係る基板のレジストパターンの線幅の評価結果を示す図である。 図９（Ａ），図９（Ｂ），図９（Ｃ）および図９（Ｄ）は、比較例および実施例に係る基板のメタルハードマスクの膜厚の評価結果を示す図である。
　以下、種々の例示的実施形態について説明する。
　一つの例示的実施形態において、基板処理方法は、レジストより下方の膜用の金属含有液が塗布された基板に対する基板処理方法であって、前記金属含有液が塗布された前記基板に対する加熱処理を行う加熱処理工程の前に、前記金属含有液が塗布された前記基板に含まれる前記膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進工程と、前記基板の前記金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去工程と、前記基板の表面と水分とを接触させる吸湿工程と、を有する。
　上記の基板処理方法では、金属含有液が塗布された基板に対する加熱処理工程の前に、膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進工程と、金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去工程と、基板の表面と水分とを接触させる吸湿工程と、が行われる。このような工程を経た後に加熱処理工程を行って、レジストより下方の金属含有液による膜を形成することで、当該膜の特性が向上し、当該膜の上方に設けられるレジスト膜におけるレジストパターンの線幅に係る均一性が向上する。
　別の例示的実施形態において、前記脱保護促進工程は、前記基板に対して紫外線を照射する工程であって、前記溶剤除去工程は、前記基板を乾燥する工程である。
　脱保護促進工程として基板に対して紫外線を照射し、溶剤除去工程として基板を乾燥する工程を行うことで、金属含有液により形成される膜の特性がより向上し、当該膜の上方に設けられるレジスト膜におけるレジストパターンの線幅に係る均一性が向上する。
　別の例示的実施形態において、前記吸湿工程は、前記溶剤除去工程よりも後に行われる。
　吸湿工程が溶剤除去工程よりも後に行われることで、溶剤が除去された金属含有液に含まれる膜の材料と水分との接触が促進される。そのため、膜の材料における水分を利用した反応を促進することができ、レジスト膜におけるレジストパターンの線幅に係る均一性の向上効果が高められる。
　別の例示的実施形態において、前記吸湿工程は、前記脱保護促進工程および前記溶剤除去工程よりも後に行われる。
　吸湿工程を脱保護促進工程および溶剤除去工程よりも後に行うことで、吸湿工程で膜の材料の周囲に存在した水分が乾燥して減少することを防いだ状態で加熱処理工程を行うことができるため、膜の材料における水分を利用した反応を促進する効果が高められる。
　別の例示的実施形態において、前記溶剤除去工程は、前記脱保護促進工程よりも後に行われる。
　溶剤除去工程を脱保護促進工程よりも後に行うことで、溶剤除去工程と加熱処理工程との間の経過時間を短くすることができる。そのため、溶剤を含む金属含有液の種類によって溶剤除去工程および加熱処理工程において必要な加熱温度が変化した場合であっても、溶剤除去工程および加熱処理工程を適切に行うことができる。
　別の例示的実施形態において、前記脱保護促進工程は、前記溶剤除去工程よりも後に行われる。
　脱保護促進工程を溶剤除去工程よりも後に行うことで、金属含有液から溶剤をある程度除去した後に、脱保護促進工程を行うことになる。したがって、基板上に塗布された金属含有液における溶剤の割合を低減した状態で脱保護促進工程を行うことができるため、脱保護促進工程を行う装置に溶剤が付着することを防ぐことができるため、メンテナンス頻度を抑制することができる。
　別の例示的実施形態において、前記脱保護促進工程を低酸素雰囲気下で行う。
　脱保護促進工程を低酸素雰囲気下で行うことで、脱保護促進工程時に雰囲気中に含まれる酸素が官能基の脱保護に対して影響を与えることを防ぐことができる。
　一つの例示的実施形態において、基板処理装置は、レジストより下方の膜用の金属含有液を基板に塗布する液処理部と、前記金属含有液が塗布された前記基板に含まれる前記膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進部と、前記基板の前記金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去部と、前記金属含有液が塗布された前記基板の表面と水分とを接触させる吸湿処理部と、前記脱保護促進部、前記溶剤除去部、および、前記吸湿処理部による処理後の前記基板に対して加熱処理を行う加熱処理部と、を有する。
　上記の基板処理装置によれば、加熱処理部による加熱処理の前に、脱保護促進部による膜用の材料における官能基の脱保護の促進と、溶剤除去部による金属含有液に含まれる溶剤の除去と、吸湿処理部による基板の表面と水分とを接触と吸湿処理と、が行われる。このような手順によりレジストより下方の金属含有液による膜を形成することで、当該膜の特性が向上し、当該膜の上方に設けられるレジスト膜におけるレジストパターンの線幅に係る均一性が向上する。
　別の例示的実施形態において、前記脱保護促進部、前記溶剤除去部、前記吸湿処理部、および前記加熱処理部が同一の処理モジュールにより構成され、前記処理モジュール内において、前記溶剤除去部、前記吸湿処理部、および前記加熱処理部が、同一の処理室内に設けられ、前記溶剤除去部および前記加熱処理部として同一の加熱機構が用いられる。
　脱保護促進部、溶剤除去部、吸湿処理部、および加熱処理部が同一の処理モジュールにより構成されることで、金属含有液を用いた膜の形成に係る処理を同一の処理モジュールで実施することができるため、装置内での基板の移動を減らすことができる。また、溶剤除去部、吸湿処理部、および加熱処理部が、同一の処理室内に設けられることで、各部により行われる操作の際に発生する溶剤雰囲気や水分等が他の処理室の他の部品等に飛散することを防ぐことができる。さらに、溶剤除去部および加熱処理部として同一の加熱機構を用いることで、より簡便な装置の一連の処理を行うことができる。
　以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。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、感光性被膜の形成、当該感光性被膜の露光、および当該感光性被膜の現像を施すシステムである。処理対象の基板は、例えば半導体のウエハＷである。感光性被膜は、例えばレジスト膜である。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、ウエハＷ（基板）上に形成されたレジスト膜（感光性被膜）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、ウエハＷ（基板）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。
［基板処理装置］
　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および図２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、制御装置１００とを備える。
　キャリアブロック４は、塗布・現像装置２内へのウエハＷの導入および塗布・現像装置２内からのウエハＷの導出を行う。例えばキャリアブロック４は、ウエハＷ用の複数のキャリアＣ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Ｃは、例えば円形の複数枚のウエハＷを収容する。受け渡しアームＡ１は、キャリアＣからウエハＷを取り出して処理ブロック５に渡し、処理ブロック５からウエハＷを受け取ってキャリアＣ内に戻す。
　処理ブロック５は、複数の処理モジュール１１，１２，１３，１４を有する。処理モジュール１１は、液処理ユニットＵ１と、熱処理ユニットＵ２と、光照射ユニットＵ３と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。また、処理モジュール１２，１３は、液処理ユニットＵ１と、熱処理ユニットＵ２と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。
　処理モジュール１１は、液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２、および、光照射ユニットＵ３によりウエハＷの表面上の下層膜、および、下層膜上の中間膜を形成する。処理モジュール１１の液処理ユニットＵ１は、下層膜および中間膜を形成するための処理液をウエハＷ上に塗布する。処理モジュール１１の熱処理ユニットＵ２は、下層膜および中間膜の形成に伴う各種熱処理を行う。処理モジュール１１の光照射ユニットＵ３は、下層膜の形成時にウエハＷ上に光（紫外線）の照射を行う。処理モジュール１１による処理の詳細は後述する。下層膜としては、例えば、反射防止（ＳｉＡＲＣ）膜が挙げられる。また、中間膜としては、例えば、ＳＯＣ（Spin　On　Carbon）膜、金属を含有するハードマスク（メタルハードマスク）が挙げられる。本実施形態では、レジスト膜の直下に設けられる中間膜として上記のメタルハードマスクを形成する場合について説明する。なお、下層膜は省略してもよい。メタルハードマスクとしては、ＴｉＮ膜のほか、複数の金属材料を組み合わせた合金膜等を用いることができる。本実施形態で説明するメタルハードマスクについては、材料は特に限定されない。
　メタルハードマスクを形成する工程は概略以下の通りである。メタルハードマスクを構成する金属材料が溶媒中に混合された金属含有液をウエハＷ上に塗布し、塗布された金属含有液に対して加熱処理を行うことで、メタルハードマスクの材料を硬化させることで膜が形成される。本実施形態では、詳細は後述するが、メタルハードマスクを形成させる過程において、脱保護促進工程、溶剤除去工程、および、吸湿工程を行うことで、メタルハードマスクの特性を向上させる。
　処理モジュール１１における液処理ユニットＵ１は、本実施形態に係る基板処理装置（塗布・現像装置２）における液処理部としての機能を有する。また、熱処理ユニットＵ２は、塗布・現像装置２における溶剤除去部としての機能を有する。さらに、光照射ユニットＵ３は、塗布・現像装置２における脱保護促進部としての機能を有する。
　処理モジュール１２は、液処理ユニットＵ１および熱処理ユニットＵ２により中間膜上にレジスト膜を形成する。処理モジュール１２の液処理ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の処理液を中間膜の上に塗布する。処理モジュール１２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。熱処理の具体例としては、塗布膜を硬化させてレジスト膜Ｒとするための加熱処理（ＰＡＢ：Pre　Applied　Bake）が挙げられる。
　処理モジュール１３は、液処理ユニットＵ１および熱処理ユニット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１３の液処理ユニットＵ１は、上層膜形成用の液体をレジスト膜の上に塗布する。処理モジュール１３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１４は、現像ユニットＵ４と、熱処理ユニットＵ５と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。処理モジュール１４は、現像ユニットＵ４および熱処理ユニットＵ５により、露光後のレジスト膜の現像処理を行う。現像ユニットＵ４は、露光済みのウエハ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。熱処理ユニットＵ５は、現像処理に伴う各種熱処理を行う。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１４における現像ユニットＵ４は、本実施形態に係る基板処理装置としての塗布・現像装置２における吸湿処理部としての機能を有する。
　なお、上記の吸湿処理部としての機能は、処理モジュール１４における現像ユニットＵ４とは異なるモジュールまたはユニット等で行われてもよい。吸湿処理部としての機能を有するモジュールとしては、例えば、図２に示す基板洗浄モジュール１５が挙げられる。基板洗浄モジュール１５は、液浸露光後の基板上に残る液滴除去（ＰＥＲ：Post　Immersion　Rinse）や現像前加熱処理における加熱むら低減のために、例えば純水を用いて洗浄処理を行うモジュールである。上記の基板洗浄モジュール１５のように、純水を用いた処理を行う他のモジュールまたはユニットを吸湿処理部として利用してもよい。
　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エハ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。上述の基板洗浄モジュール１５は、棚ユニットＵ１１の近傍に設けられる。
　インタフェースブロック６は、露光装置３との間でウエハ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に配置されたウエハＷを露光装置３に渡し、露光装置３からウエハＷを受け取って棚ユニットＵ１１に戻す。
　制御装置１００は、例えば以下の手順で塗布・現像処理を実行するように塗布・現像装置２を制御する。まず制御装置１００は、キャリアＣ内のウエハ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、このウエハＷを処理モジュール１１用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。
　次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウエハＷを処理モジュール１１内の液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２、および、光照射ユニットＵ３に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウエハＷの表面上に下層膜を形成し、さらに、下層膜上に中間膜を形成するように、液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２、および、光照射ユニットＵ３を制御する。その後制御装置１００は、下層膜および中間膜が形成されたウエハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウエハＷを処理モジュール１２用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。なお、必要に応じて、制御装置１００は、ウエハＷを処理モジュール１４に対して移動させて、中間膜としてのメタルハードマスクの形成に必要な処理を行うことができる。
　次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウエハＷを処理モジュール１２内の液処理ユニットＵ１および熱処理ユニットＵ２に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウエハＷの表面に対してレジスト膜を形成するように液処理ユニットＵ１および熱処理ユニットＵ２を制御する。その後制御装置１００は、ウエハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウエハＷを処理モジュール１３用のセルに配置するように昇降アームＡ７を制御する。
　次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１０のウエハＷを処理モジュール１３内の各ユニットに搬送するように搬送アームＡ３を制御する。また、制御装置１００は、このウエハＷのレジスト膜上に上層膜を形成するように液処理ユニットＵ１および熱処理ユニットＵ２を制御する。その後制御装置１００は、ウエハＷを棚ユニットＵ１１に搬送するように搬送アームＡ３を制御する。
　次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１１のウエハ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。その後制御装置１００は、露光処理が施されたウエハＷを露光装置３から受け入れて、棚ユニットＵ１１における処理モジュール１４用のセルに配置するように受け渡しアームＡ８を制御する。
　次に制御装置１００は、棚ユニットＵ１１のウエハＷを処理モジュール１４内の各ユニットに搬送するように搬送アームＡ３を制御し、このウエハＷのレジスト膜に現像処理を施すように現像ユニットＵ４および熱処理ユニットＵ５を制御する。その後制御装置１００は、ウエハＷを棚ユニットＵ１０に戻すように搬送アームＡ３を制御し、このウエハＷをキャリアＣ内に戻すように昇降アームＡ７および受け渡しアームＡ１を制御する。以上で塗布・現像処理が完了する。
　なお、基板処理装置の具体的な構成は、以上に例示した塗布・現像装置２の構成に限られない。基板処理装置は、熱処理ユニットＵ２又は熱処理ユニットＵ５と、これを制御可能な制御装置１００とを備えていればどのようなものであってもよい。
［制御装置］
　制御装置１００は、図３に示されるように、機能モジュールとして、読取部Ｍ１と、記憶部Ｍ２と、処理部Ｍ３と、指示部Ｍ４とを有する。これらの機能モジュールは、制御装置１００の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、制御装置１００を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。各機能モジュールは、プログラムの実行により実現されるものに限られず、専用の電気回路（例えば論理回路）、又は、これを集積した集積回路（ＡＳＩＣ：Application　Specific　Integrated　Circuit）により実現されるものであってもよい。
　読取部Ｍ１は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体ＲＭからプログラムを読み取る。記録媒体ＲＭは、基板処理システム１の各部を動作させるためのプログラムを記録している。記録媒体ＲＭとしては、例えば、半導体メモリ、光記録ディスク、磁気記録ディスク、光磁気記録ディスクであってもよい。
　記憶部Ｍ２は、種々のデータを記憶する。記憶部Ｍ２は、例えば、読取部Ｍ１において記録媒体ＲＭから読み出したプログラム、ウエハＷを処理する際の各種データ（いわゆる処理レシピ）、外部入力装置（図示せず）を介してオペレータから入力された設定データ等を記憶する。
　処理部Ｍ３は、各種データを処理する。処理部Ｍ３は、例えば、記憶部Ｍ２に記憶されている各種データに基づいて、液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２、光照射ユニットＵ３、現像ユニットＵ４、および、熱処理ユニットＵ５を動作させるための動作信号を生成する。
　指示部Ｍ４は、処理部Ｍ３において生成された動作信号を各種装置に送信する。
　制御装置１００のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。例えば制御装置１００は、図４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。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憶媒体を有する。記憶媒体は、後述の基板処理手順を露光・現像装置２に実行させるためのプログラムを記憶している。記憶媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクおよ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の記憶媒体からロードしたプログラムおよびプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記憶する。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。入出力ポート１２４は、プロセッサ１２１からの指令に従って、基板処理システム１の各部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。
　制御装置１００は、上記の構成により、基板処理システム１に含まれる液処理ユニットＵ１、熱処理ユニットＵ２、光照射ユニットＵ３、現像ユニットＵ４、および、熱処理ユニットＵ５等を制御する。また、制御装置１００は、図３において図示しない他のユニットの制御も同時に行う。なお、上記の制御装置１００の構成は一例であって、上記に限定されるものではない。
［基板処理方法］
　続いて、基板処理方法の一例として、塗布・現像装置２によるレジスト膜直下の中間膜であるメタルハードマスクの形成手順を説明する。メタルハードマスクの形成に係る手順は、図５に示すように、金属含有液塗布工程（Ｓ０１）、脱保護促進工程（Ｓ０２）、溶剤除去工程（Ｓ０３）、吸湿工程（Ｓ０４）、および、加熱処理工程（Ｓ０５）を含む。各工程は、制御装置１００が塗布・現像装置２を構成する各ユニットを制御することにより実施される。
　金属含有液塗布工程（Ｓ０１）は、ウエハＷの表面の下層膜上に金属含有液を塗布する工程である。金属含有液とは、金属を含有するハードマスク（メタルハードマスク）の材料（メタルハードマスク材料）が溶剤中に溶解されている液体である。この金属含有液をウエハＷの下層膜上に塗布することで、メタルハードマスク材料がウエハＷ表面に塗布されることになる。金属含有液塗布工程（Ｓ０１）は、処理モジュール１１の液処理ユニットＵ１を利用して行うことができる。
　脱保護促進工程（Ｓ０２）は、金属含有液に含まれるメタルハードマスク材料における官能基の脱保護を促進する工程である。具体的には、塗布された金属含有液に対して紫外線を照射することで、メタルハードマスク材料における官能基の脱保護が促進される。金属含有液に対する紫外線の照射による脱保護促進工程（Ｓ０２）は、処理モジュール１１の光照射ユニットＵ３を利用して行うことができる。金属含有液に対する紫外線の照射量は、メタルハードマスク材料における官能基の脱保護が促進される範囲で特に限定されない。一例として、１８０ｍＪ／ｃｍ２～８００ｍＪ／ｃｍ２程度の光を金属含有液に対して照射することで、メタルハードマスク材料における官能基の脱保護を促進することが可能となる。なお、紫外線を出射する光源としては、例えば、混合ガスを用いたエキシマレーザー等を用いることができるが、光源の種類は適宜変更することができる。紫外線の波長は特に限定されないが、紫外線の波長を２００ｎｍ以下とすることで、脱保護をより適切に促進することができる。紫外線の波長として、例えば、１７２ｎｍ、１９３ｎｍ等の波長を有する光を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
　脱保護促進工程（Ｓ０２）を行う環境は特に限定されないが、ウエハＷの周囲が低酸素雰囲気である構成とすることができる。ウエハＷの周囲を低酸素雰囲気とした状態で脱保護促進工程（Ｓ０２）を実施することで、紫外線の照射による官能基の脱保護の促進が効果的に行われる。なお、低酸素雰囲気とは、酸素の割合が３００ｐｐｍ以下である雰囲気をいう。また、低酸素雰囲気として、例えば、窒素雰囲気下で脱保護促進工程（Ｓ０２）を行う構成としてもよい。
　溶剤除去工程（Ｓ０３）は、金属含有液に含まれる溶剤を乾燥により除去する工程である。具体的には、金属含有液が塗布されたウエハＷに対して所定の加熱処理を行うことで、溶剤の除去を促進する。溶剤除去工程（Ｓ０３）では、例えば、加熱温度１００℃～１７０℃として、３０秒～９０秒程度加熱を行うことで、ウエハＷの表面からの溶剤の除去を促進される。一例として、溶剤除去工程（Ｓ０３）において、ウエハＷを加熱温度１３０℃、加熱時間６０秒の条件で加熱を行うことが挙げられる。溶剤除去工程（Ｓ０３）における加熱温度としては、金属含有液に含まれる溶剤の揮発温度よりも高い温度が設定される。また、加熱時間は、加熱により金属含有液表面が溶剤の揮発温度よりも高められた状態で所定の時間維持ができる程度に設定される。なお、溶剤除去工程（Ｓ０３）は、処理モジュール１１の熱処理ユニットＵ２を利用して行うことができる。
　なお、溶剤除去工程（Ｓ０３）として、所定の加熱処理を行うことに代えて、ウエハＷ周囲に所定の雰囲気による気体流を設けることで、溶媒の除去を促進する構成としてもよい。ウエハＷ周囲に所定の雰囲気による気体流を設けた場合でも、加熱処理を行う場合と同様に、溶剤の除去を促進することが可能となる。
　吸湿工程（Ｓ０４）は、ウエハＷ表面の金属含有液に含まれるメタルハードマスク材料に対して水分を接触させて、メタルハードマスク材料の加水分解を促進する工程である。ウエハＷ表面のメタルハードマスク材料が水分と接触できればよく、その手順は特に限定されない。例えば、ウエハＷに対して水蒸気を吹き付けることにより吸湿工程（Ｓ０４）を行ってもよいし、例えば、水をウエハＷ表面に対して直接噴霧することにより吸湿工程（Ｓ０４）を行ってもよい。なお、吸湿工程（Ｓ０４）は、溶剤除去工程（Ｓ０３）よりも後に行われる態様とすることができる。溶剤除去工程（Ｓ０３）において、ウエハＷ表面からの溶剤の除去が行われた後に、吸湿工程（Ｓ０４）を行うことで、メタルハードマスク材料と水分との接触を促進することができ、吸湿効率を高めることができる。なお、吸湿工程（Ｓ０４）は、処理モジュール１４の現像ユニットＵ４におけるリンス液を洗い流す機構を利用して行うことができる。
　加熱処理工程（Ｓ０５）は、金属含有液に含まれるメタルハードマスク材料を硬化させて、ウエハＷ上にメタルハードマスクを形成する工程である。この工程を経ることで、中間膜としてのメタルハードマスクが形成される。加熱処理工程（Ｓ０５）での加熱温度および加熱時間は、メタルハードマスクを形成する際に用いられる加熱温度および加熱時間が適用される。加熱処理工程（Ｓ０５）では、例えば、加熱温度２００℃～３００℃として、３０秒～９０秒程度加熱を行うことで、ウエハＷの表面のメタルハードマスクを形成する。なお、加熱処理工程（Ｓ０５）は、処理モジュール１１の熱処理ユニットＵ２を利用して行うことができる。
　以上の手順により、ウエハＷ上に中間膜としてのメタルハードマスクが形成される。なお、メタルハードマスクの形成後は、直上にレジスト膜が形成される。
［作用］
　上記実施形態で説明した基板処理方法および基板処理装置では、金属含有液を硬化させてメタルハードマスクを形成する加熱処理工程よりも前に、脱保護促進工程と、溶剤除去工程と、吸湿工程と、が行われる。上記の各工程を有することで、メタルハードマスクの膜厚および膜質の均一性を向上させることができ、基板におけるレジストパターンの線幅の均一性を向上させることができる。
　半導体の製造プロセスにおいて、レジストパターンの精細化から、メタルハードマスクを使用する機会がある。しかしながら、メタルハードマスクを用いる場合のレジストパターンの線幅（ＣＤ：Critical　Dimension／最小線幅）の均一性について改善の余地があった。これに対して、本実施形態で説明した基板処理方法では、加熱処理工程よりも前に、脱保護促進工程と、溶剤除去工程と、吸湿工程と、を行うことにより、メタルハードマスクの膜厚および膜質の均一性を向上させることができる。
　この理由は必ずしも明らかではないが、上記の各工程が、メタルハードマスクを形成する段階でのメタルハードマスク材料の反応の進行を促進していると考えられる。メタルハードマスクは、メタルハードマスク材料の加水分解および脱水縮合を減ることで、膜を形成することが知られている。上記の工程のうち、溶剤除去工程および吸湿工程は、メタルハードマスク材料の周囲の溶剤を低減し、水分との接触を増やすことで、特に膜表面付近での加水分解を促進していると推測される。また、脱保護促進工程は、脱水縮合を促進していると推測される。このように、メタルハードマスクを形成する加熱処理工程よりも前に、脱保護促進工程と、溶剤除去工程と、吸湿工程と、を行うことで、メタルハードマスクの形成に係る反応が促進されると推測される。
　また、メタルハードマスクを形成する加熱処理工程よりも前に行われる脱保護促進工程により、メタルハードマスクを形成する膜全体での脱水縮合反応が進行していると考えられる。メタルハードマスク材料を含む金属含有液に対して脱保護促進工程として紫外線を照射することで、膜中のメタルハードマスク材料における脱水縮合が（場所によらず）均一に進行する状態に変化すると考えられる。その結果、加熱処理後でのメタルハードマスク全体での膜質の均一性が向上すると考えられる。メタルハードマスクの形成時の膜質の均一性が向上することで、メタルハードマスクの膜厚の偏りも解消され、膜厚の均一性も向上すると考えられる。その結果、メタルハードマスクの上に形成されるレジスト膜におけるレジストパターンの線幅の均一性も向上すると考えられる。
　なお、上記の作用を効果的に奏する構成として、吸湿工程は、脱保護促進工程および溶剤除去工程よりも後に行われる構成とすることができる。このような構成とすることで、吸湿工程によりメタルハードマスク材料と水分との接触が増大した環境を形成した後、時間が経過するとメタルハードマスク材料の周囲の水分が乾燥してしまう可能性がある。これに対して、吸湿工程の直後に加熱処理工程を行う構成とすることで、メタルハードマスク材料の周囲の水分が乾燥する前に加熱処理工程を行うことができ、加熱分解を促進した状態でメタルハードマスクを形成することが可能となる。なお、吸湿工程から加熱処理工程からへ速やかに移行する構成とすることで、上記の作用がより効果的に奏される。
　また、溶剤除去工程および吸湿工程は、この順で連続的に行われる態様とすることができる。メタルハードマスク材料の周囲の溶剤の除去を促進した後に吸湿工程を設けることで、メタルハードマスク材料と水分との接触を増やすことができるため、メタルハードマスク材料の反応を促進することができる。
　また、脱保護促進工程と、溶剤除去工程と、をこの順で行う構成とした場合、溶剤除去工程と加熱処理工程との間隔を短くすることができる。メタルハードマスク材料の種類によっては、溶剤除去工程および加熱処理工程において適用する温度が大きく変化する場合がある。その場合、メタルハードマスク材料の温度変化等が膜質に影響を与える可能性がある。溶剤除去工程および加熱処理工程の２つの加熱に係る工程をより近付けた状態とすることで、メタルハードマスク材料を含む金属含有液の種類によらずメタルハードマスクの形成を行うことが可能となる。
　また、脱保護促進工程は、低酸素雰囲気とした状態で行うことができる。低酸素雰囲気下で脱保護促進工程を実施することで、例えば、酸素を多く含む雰囲気下で脱保護促進工程を行う場合と比較して、酸素による影響を低減することができる。特に、脱保護促進工程においてメタルハードマスク材料に対して紫外線を照射する場合に、酸素と紫外線が反応してオゾン等が生成されて、オゾンが官能基の脱保護に影響を与えることを防ぐことができる。
［変形例］
　今回開示された実施形態および変形例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、添付の請求の範囲およ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。
　メタルハードマスクの形成手順の変形例について説明する。図５で示したメタルハードマスクの形成手順は、適宜変更することができる。図５では、金属含有液塗布工程（Ｓ０１）、脱保護促進工程（Ｓ０２）、溶剤除去工程（Ｓ０３）、吸湿工程（Ｓ０４）、および、加熱処理工程（Ｓ０５）がこの順で行われる場合について説明した。ただし、メタルハードマスクの形成手順において、脱保護促進工程、溶剤除去工程、および、吸湿工程の順序は適宜変更することができる。また、可能な場合には、これらの工程の一部を同時に行ってもよい。
　例えば、脱保護促進工程と溶剤除去工程とは同時に行うこともできる。また、図６に示すように、脱保護促進工程と溶剤除去工程との順序を変更し、金属含有液塗布工程（Ｓ０１）、溶剤除去工程（Ｓ０３）、脱保護促進工程（Ｓ０２）、吸湿工程（Ｓ０４）、および、加熱処理工程（Ｓ０５）がこの順で行われる構成としてもよい。溶剤除去工程（Ｓ０３）と脱保護促進工程（Ｓ０２）と、をこの順で行う構成とした場合、金属含有液から溶剤をある程度除去した後に、脱保護促進工程を行うことになる。したがって、ウエハＷ上に塗布された金属含有液における溶剤の割合を低減した状態で脱保護促進工程を行うことができる。その結果、脱保護促進工程を行うユニット（光照射ユニットＵ３）に溶剤が付着する可能性等を低減することができ、メンテナンス頻度を抑制することができる。上記のほかにも、例えば、溶剤除去工程（Ｓ０３）および吸湿工程（Ｓ０４）の順序を入れ替えてもよい。また、各工程を行う際の実施条件（パラメータ）等についても適宜変更することができる。
　次に、上記実施形態で説明した基板処理方法を実施する装置の構成の変形例について説明する。上記実施形態で説明した基板処理方法は、上述の塗布・現像装置２を用いて実施することができる。ただし、上記実施形態では、複数の処理モジュールを利用してメタルハードマスクを形成する手順について説明したが、処理モジュールの構成を変更することで、各工程を同一の処理モジュールで行う構成としてもよい。
　図７は、変形例に係る基板処理装置において、脱保護促進工程（Ｓ０２）、溶剤除去工程（Ｓ０３）、および、吸湿工程（Ｓ０４）を実施可能な処理モジュールの例である。図７に示す処理モジュール２０においては、ウエハＷに対する紫外線の照射により脱保護促進工程（Ｓ０２）が行われ、基板の乾燥により溶剤除去工程（Ｓ０３）が行われる場合について説明する。
　図７に示す変形例に係る処理モジュール２０は、２つの処理室２１，２２に分割可能である。処理室２１は、加熱処理部としても機能する加熱機構３０が設けられる処理室である。加熱機構３０は、支持台３１と、熱板３２と、チャンバー（蓋体）３３と、支持ピン３４と、を有する。また、加熱機構３０は、支持台３１とチャンバー３３とを接続して内部を封止可能なようにリングシャッター３５を有する。支持台３１上に熱源となる熱板３２が収容されるが、支持ピン３４を利用してウエハＷを熱板３２から離間させて支持することにより、熱板３２からウエハＷが受ける熱を制御することができる。したがって、処理室２１の加熱機構３０は、ウエハＷに対する加熱温度を、溶剤除去工程での加熱温度および加熱処理工程での加熱温度の両方に制御することができる。
　また、加熱機構３０のチャンバー３３には、配管３６を介して水蒸気を発生するバブラー３７が接続されている。バブラー３７からの水蒸気が配管３６を経て加熱機構３０のチャンバー３３内に供給可能とされているので、ウエハＷを熱板３２上に配置している場合、ウエハＷ表面に対して水蒸気を接触可能となるため、加熱機構３０内で吸湿工程を実施することも可能となる。このように、処理モジュール２０の処理室２１に設けられた加熱機構３０を利用することで、溶剤除去工程、吸湿工程を行うことができると共に、加熱処理工程も実施可能となっている。なお、加熱機構３０内に熱電対等を設け、熱電対において検出される温度情報等を利用して加熱機構３０を制御する構成としてもよい。
　一方、処理室２２は、開閉可能なシャッター４１により処理室２１に対して区切られている。内部には、紫外線を出射する光源４２が設けられている。また、シャッター４１により区切られた処理室２２内にガスを供給するガス管４３が接続されていて、処理室２２内を所定の種類の雰囲気下とすることができる。また、処理室２２内に設けられたアーム４４を利用して、ウエハＷの冷却および移動が可能となっている。このように、処理モジュール２０の処理室２２に設けられた光源４２を利用して、脱保護促進工程を行うことができる。
　上記の処理モジュール２０を利用すると、まず、金属含有液塗布工程の後の一連の処理について、処理室２１，２２間のウエハＷの移動のみで実施することができる。例えば、脱保護促進工程（Ｓ０２）、溶剤除去工程（Ｓ０３）、および、吸湿工程（Ｓ０４）をこの順で行う場合には、まず、処理室２２においてウエハＷに対して紫外線を照射して脱保護促進工程（Ｓ０２）を行う。その後、ウエハＷを処理室２１へ移動して、熱板３２による加熱を利用した溶剤除去工程（Ｓ０３）、および、バブラー３７からの水蒸気の供給を利用した吸湿工程（Ｓ０４）を連続して行うことができる。さらに、熱板３２による加熱温度を変更することで、加熱処理工程（Ｓ０５）を実施することもできる。
　このように、処理モジュール２０によれば、メタルハードマスクの形成に係る一連の工程を同一の処理モジュールを利用して実施することができる。このような処理モジュール２０を利用して基板の処理を行うことで、処理モジュール間のウエハＷの移動を減らすことができるため、作業効率が向上する。また、溶剤除去部および加熱処理部として同一の加熱機構３０を用いる構成とすることで、処理モジュールまたは熱処理ユニットの追加等を防ぎながらメタルハードマスクの形成に係る一連の工程を行うことができる。
　また、処理モジュール２０内において、溶剤除去部、吸湿処理部、および加熱処理部が、同一の処理室内に設けられることで、各部により行われる操作の際に発生する溶剤雰囲気や水分等が他の処理室の他の部品等に飛散することを防ぐことができる。
　なお、上記の処理モジュール２０の構成は一例であり、処理モジュールの構成は適宜変更することができる。また、上記実施形態で説明したメタルハードマスクの形成に係る一連の工程を実施する処理モジュールの組み合わせについても、適宜変更することができる。
　また、上記実施形態では、金属含有液を用いてレジスト膜の直下に設けられるメタルハードマスクを形成する場合について説明した。しかしながら、金属含有液を用いて形成される膜は、レジスト膜の下方に設けられていればよく、金属含有液を用いて形成される膜とレジスト膜との間に上記の２種類の膜とは異なる別の層が設けられていてもよい。
　以下、実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
　上記の実施形態に係る基板処理システム１を用いてレジストパターンを形成した場合に特性が改善していることを確認するため、以下の試験を行った。
（比較例１）
　上記の実施形態に係る基板処理システム１を用いて、以下の手順で比較例１に係る基板を形成した。まずウエハＷ上にメタルハードマスク材料を含む金属含有液を塗布した後、加熱温度２５０℃として、６０秒間加熱を行い、メタルハードマスクを形成して（加熱処理工程）、比較例１に係る基板（レジスト膜形成前）を得た。その後、表面にレジスト膜を形成して、露光・現像を行ない、所定のレジストパターンを有する比較例１に係る基板を作成した。
（比較例２）
　比較例１と同様に、まずウエハＷ上にメタルハードマスク材料を含む金属含有液を塗布した後、加熱温度１３０℃として、６０秒間加熱を行い、溶剤を除去した（溶剤除去工程）。次に、表面に対して水を１５秒間流して、表面と水とを接触させた（吸湿工程）。その後、加熱温度２５０℃として、６０秒間加熱を行い、メタルハードマスクを形成して（加熱処理工程）、比較例２に係る基板（レジスト膜形成前）を得た。その後、表面にレジスト膜を形成して、露光・現像を行ない、所定のレジストパターンを有する比較例２に係る基板を作成した。
（比較例３）
　比較例１と同様に、まずウエハＷ上にメタルハードマスク材料を含む金属含有液を塗布した後、窒素雰囲気下において、波長：１７２ｎｍ、出力：８００ｍＪのエキシマレーザー光源を用いて、表面に対して紫外線を照射した（脱保護促進工程）。その後、加熱温度２５０℃として、６０秒間加熱を行い、メタルハードマスクを形成して（加熱処理工程）、比較例３に係る基板（レジスト膜形成前）を得た。その後、表面にレジスト膜を形成して、露光・現像を行ない、所定のレジストパターンを有する比較例３に係る基板を作成した。
（実施例１）
　比較例１と同様に、まずウエハＷ上にメタルハードマスク材料を含む金属含有液を塗布した後、加熱温度１３０℃として、６０秒間加熱を行い、溶剤を除去した（溶剤除去工程）。次に、表面に対して水を１５秒間流して、表面と水とを接触させた（吸湿工程）。次に、窒素雰囲気下において、波長：１７２ｎｍ、出力：８００ｍＪのエキシマレーザー光源を用いて、基板表面に対して紫外線を照射した（脱保護促進工程）。その後、加熱温度２５０℃として、６０秒間加熱を行い、メタルハードマスクを形成して（加熱処理工程）、実施例１に係る基板（レジスト膜形成前）を得た。その後、表面にレジスト膜を形成して、露光・現像を行ない、所定のレジストパターンを有する実施例１に係る基板を作成した。
（評価結果－１）
　比較例１～３および実施例１に係る基板（レジスト膜形成前）におけるメタルハードマスクの膜厚の均一性を評価した。各基板におけるメタルハードマスクの膜厚を分光エリプソメトリを用いて計測した。計測結果およびそのばらつき（ＦＴＵ：３σ）を図８に示す。図８（Ａ）が比較例１に係る結果であり、図８（Ｂ）が比較例２に係る結果であり、図８（Ｃ）が比較例３に係る結果であり、図８（Ｄ）が実施例１に係る結果である。
（評価結果－２）
　比較例１～３および実施例１に係る基板におけるレジストパターンのホール径（ＣＤに対応）の均一性を評価した。各基板におけるレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭ（Critical　Dimension-Scanning　Electron　Microscope）で計測した。計測結果およびそのばらつき（ＣＤＵ：３σ）を図９に示す。図９（Ａ）が比較例１に係る結果であり、図９（Ｂ）が比較例２に係る結果であり、図９（Ｃ）が比較例３に係る結果であり、図９（Ｄ）が実施例１に係る結果である。
（評価結果－３）
　比較例１および実施例１に係る基板（レジスト膜形成前）におけるメタルハードマスクの波長１９３ｎｍの光に対する屈折率を計測した。計測結果の平均およびばらつき（３σ）を表１に示す。
（評価結果－４）
　比較例１および実施例１係る基板（レジスト膜形成前）表面での接触角を計測した。計測結果を表１に示す。比較例１と比較して実施例１において接触角が大きくなっていることから、メタルハードマスクの表面におけるＯＨ基が減少していることが推測される。
　評価結果－３，４の結果から、比較例１と比較して実施例１では、屈折率およびそのばらつきが小さくなるとともに、接触角が大きくなっている。このことから、実施例１では、比較例１と比較して反応が促進されていると推測される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１…基板処理システム、２…塗布・現像装置（基板処理装置）、１１～１４，２０…処理モジュール、３０…加熱機構、１００…制御装置、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims (9)

  1. 　レジストより下方の膜用の金属含有液が塗布された基板に対する基板処理方法であって、
    　前記金属含有液が塗布された前記基板に対する加熱処理を行う加熱処理工程の前に、
    　前記金属含有液が塗布された前記基板に含まれる前記膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進工程と、
    　前記基板の前記金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去工程と、
    　前記基板の表面と水分とを接触させる吸湿工程と、
    　を有する、基板処理方法。
  2. 　前記脱保護促進工程は、前記基板に対して紫外線を照射する工程であって、
    　前記溶剤除去工程は、前記基板を乾燥する工程である、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　前記吸湿工程は、前記溶剤除去工程よりも後に行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 　前記吸湿工程は、前記脱保護促進工程および前記溶剤除去工程よりも後に行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 　前記溶剤除去工程は、前記脱保護促進工程よりも後に行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  6. 　前記脱保護促進工程は、前記溶剤除去工程よりも後に行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  7. 　前記脱保護促進工程を低酸素雰囲気下で行う、請求項１に記載の基板処理方法。
  8. 　レジストより下方の膜用の金属含有液を基板に塗布する液処理部と、
    　前記金属含有液が塗布された前記基板に含まれる前記膜用の材料における官能基の脱保護を促進する脱保護促進部と、
    　前記基板の前記金属含有液に含まれる溶剤を除去する溶剤除去部と、
    　前記金属含有液が塗布された前記基板の表面と水分とを接触させる吸湿処理部と、
    　前記脱保護促進部、前記溶剤除去部、および、前記吸湿処理部による処理後の前記基板に対して加熱処理を行う加熱処理部と、
    　を有する、基板処理装置。
  9. 　前記脱保護促進部、前記溶剤除去部、前記吸湿処理部、および前記加熱処理部が同一の処理モジュールにより構成され、
    　前記処理モジュール内において、
    　前記溶剤除去部、前記吸湿処理部、および前記加熱処理部が、同一の処理室内に設けられ、
    　前記溶剤除去部および前記加熱処理部として同一の加熱機構が用いられる、請求項８に記載の基板処理装置。
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