JP2019021807A - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】マスクパターンの表面の荒れを改善すると共にマスクパターンの概形が変化することを抑制すること。【解決手段】処理容器２１内にて表面にパターンマスク１２が形成された基板Ｗを載置する載置台２４と、前記処理容器２１内を減圧する減圧機構３２と、前記処理容器内が減圧されて１Ｐａ以下の圧力に到達した後に前記基板Ｗに真空紫外光を照射して前記パターンマスク１２の表面の荒れを改善する光照射機構４２と、前記処理容器２１内が１００００Ｐａ以上の圧力から１Ｐａに減圧されるまでの間、前記減圧機構３２による当該処理容器２１内の減圧速度が２５０Ｐａ／秒以下となるように制御信号を出力する制御部１０と、を備えるように装置を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面に形成されたパターンマスクの荒れを改善する技術に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」と記載する）などの基板の表面にレジスト膜を形成して露光した後、現像処理を行うことにより、ウエハ表面にレジストパターンが形成される。そして、このレジストパターンをパターンマスクとして、レジスト膜の下層膜のエッチングが行われて、当該下層膜にパターンが形成される。
ところでレジストパターンの表面には荒れ、即ち凹凸が存在する場合が有る。このレジストパターンの荒れが、エッチングの際に下層膜のパターンの形状に悪影響を及ぼす場合が有るため、この荒れを改善する処理が行われる場合が有る。特許文献１には、オゾン濃度が所定の濃度よりも低い雰囲気で２００ｎｍ以下の波長の放射線を照射することでレジストパターンの表面の荒れを抑制することができるとされている。しかし、詳しくは後述するが、そのような雰囲気を形成するために基板の周囲を真空引きすることでパターンの概形が、所望の概形とずれてしまい、レジストパターンがパターンマスクとしての役割を果たせなくなってしまうおそれが有る。
特開２００１―１２７０３７号公報
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、マスクパターンの表面の荒れを改善すると共にマスクパターンの概形が変化することを抑制することができる技術を提供することである。
本発明の基板処理装置は、処理容器内にて表面にパターンマスクが形成された基板を載置する載置台と、
前記処理容器内を減圧する減圧機構と、
前記処理容器内が減圧されて１Ｐａ以下の圧力に到達した後に前記基板に真空紫外光を照射して前記パターンマスクの表面の荒れを改善する光照射機構と、
前記処理容器内が１００００Ｐａから１Ｐａに減圧されるまでの間において、前記減圧機構による当該処理容器内の減圧速度の平均が２５０Ｐａ／秒以下となるように制御信号を出力する制御部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の基板処理方法は、処理容器内にて表面にパターンマスクが形成された基板を載置台に載置する工程と、
前記処理容器内を減圧する工程と、
前記処理容器内が減圧されて１Ｐａ以下の圧力に到達した後に前記基板に真空紫外光を照射して前記パターンマスクの表面の荒れを改善する工程と、
前記処理容器内が１００００Ｐａから１Ｐａに減圧される間において、前記減圧機構による当該処理容器内の減圧速度の平均が２５０Ｐａ／秒以下となるように制御する工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、基板の表面に形成されたパターンマスクの荒れを改善する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、本発明の基板処理方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする。
本発明によれば、真空紫外光によるパターンマスクの表面の荒れの改善処理が行えるように処理容器内を減圧させるにあたり、比較的圧力が低い雰囲気において、急激な圧力変化が抑制されるようにしている。それによって、パターンマスクを構成する分子が当該パターンマスクから脱離することを防ぎ、パターンマスクの概形の変化を抑えつつ、表面の荒れを改善することができる。
本発明の基板処理装置の縦断側面図である。 前記基板処理装置に設けられる重水素ランプの平面図である。 前記重水素ランプから照射される光のスペクトルの波形図である。 前記基板処理装置の動作を示す説明図である。 前記基板処理装置の動作を示す説明図である。 前記基板処理装置の動作を示す説明図である。 基板処理装置の処理容器内における圧力の変化を示すグラフ図である。 レジストパターンの状態を示す説明図である。 レジストパターンの状態を示す説明図である。 レジストパターンの状態を示す説明図である。 レジストパターンの状態を示す説明図である。 レジストパターンの状態を示す説明図である。 前記処理容器内における他の圧力の変化を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本発明の一実施形態である基板処理装置１について、図１の縦断側面図を参照しながら説明する。基板処理装置１は例えば大気雰囲気中に設けられた処理容器（真空容器）２１を備え、図示しない搬送機構によって搬送された円形の基板であるウエハＷを当該処理容器２１内に収納して処理を行う。図１の点線の矢印の先には当該ウエハＷの表面の縦断側面を拡大して示している。図示されるように、ウエハＷの表面にはレジスト膜１１が形成されている。このレジスト膜１１は露光された後に現像されており、レジストパターン１２が形成されている。基板処理装置１は、ウエハＷに光を照射してレジストパターン１２の表面の荒れを改善する。なお、レジストパターン１２はレジスト膜１１の下層の反射防止膜１３をエッチングして当該反射防止膜１３にパターンを形成するためのマスクパターンである。
図中２２は処理容器２１に対してウエハＷを搬入出するための搬送口であり、処理容器２１の側壁に開口している。図中２３は搬送口２２を開閉するゲートバルブである。処理容器２１内には円形の載置台２４が設けられており、ウエハＷはその中心が載置台２４の中心に重なるように、当該載置台２４に水平に載置される。載置台２４には３本の垂直な昇降ピン２５が設けられている。昇降ピン２５の下端は処理容器２１の底部を貫通して、処理容器２１の外部に設けられる昇降機構２７に接続されている。昇降機構２７により、昇降ピン２５の上端は載置台２４の上面にて突没し、搬送口２２を介して処理容器２１内に進入した搬送機構と載置台２４との間でウエハＷの受け渡しが行われる。図中２８は上下に伸縮自在なベローズであり、各昇降ピン２５の下端部を囲むと共に処理容器２１の底部と昇降機構１７とを接続して、処理容器２１内の気密性を担保する。
処理容器２１には排気管３１の一端が接続され、排気管３１の他端はバルブＶ１を介して真空ポンプ３２に接続されている。真空ポンプ３２により、排気管３１を介して処理容器２１内が排気され、当該処理容器２１内が真空雰囲気とされる。後述する制御部１０からの制御信号を受けてバルブＶ１の開度が調整されることによって真空ポンプ３２の排気量が調整され、単位時間あたりの処理容器２１内の減圧量を所望の値とすることができる。バルブＶ１及び真空ポンプ３２は減圧機構として構成される。
また、処理容器２１には配管３３の一端が接続されており、配管３３の他端はバルブＶ２を介して大気雰囲気に開口している。これら配管３３及びバルブＶ２は、真空雰囲気が形成された処理容器２１内を大気雰囲気に復帰させるために設けられる。さらに、処理容器２１には配管３４の一端が接続されており、配管３４の他端はバルブＶ３を介してレジストの不活性ガスであるＡｒ（アルゴン）ガスの供給源３５に接続されている。バルブＶ３の開閉により処理容器２１内へのＡｒガスの給断が行われる。また、ガス供給源３５は、配管３４に供給するＡｒガスの流量を調整することができるように構成されている。このＡｒガスの役割については後述する。バルブＶ３及びＡｒガス供給源３５は昇圧ガス供給機構をとして構成される。
処理容器２１の上部には筐体４１が設けられており、この筐体４１内には例えば１２個の重水素ランプ４２が設けられている。図２は重水素ランプ４２の配置の一例を示す平面図である。重水素ランプ４２は平面で見て、載置台２４の中心を中心とする２つの同心円に沿って配置されている。内側の円に沿って４つの重水素ランプ４２が、外側の円に沿って８つの重水素ランプ４２が、夫々周方向に間隔を空けて配置されている。このように配置された重水素ランプ４２により、載置台２４に載置されたウエハＷの表面全体に光が照射される。図中４３は、重水素ランプ４２の点灯のオンオフを切り替えるスイッチであり、その動作は制御部１０によって制御される。スイッチ４３及び重水素ランプ４２は光照射機構として構成されている。
図３は、重水素ランプ４２から照射される光のスペクトルの一例を示したものである。この図３に示すように、重水素ランプ４２は例えば１１５ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光、つまり１１５ｎｍ〜４００ｎｍの連続スペクトルをなす光を照射する。従って、当該重水素ランプ４２から照射される光には真空紫外光（Vacuum Ultra Violet Light：ＶＵＶ光）、即ち波長が１０ｎｍ〜２００ｎｍである光が含まれる。また、この真空紫外光（真空紫外線）の他に、波長が２００ｎｍよりも大きい近紫外光（近紫外線）についても含まれる。また、上記の重水素ランプ４２から照射される光の連続スペクトルのピークの波長は、例えば１６０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以上である。図中の矢印Ｐは、当該ピークの波長を指している。
上記のように重水素ランプ４２から照射される光のスペクトルの波長域は比較的広いため、レジストパターン１２は様々な波長の光のエネルギーを受けることになり、その結果として当該レジストパターン１２の表面では様々な反応が起こる。具体的に述べると、レジスト膜１１を構成する分子中の様々な位置における化学結合が切断されて様々な化合物が生成するため、光照射前にレジスト膜１１中に存在していた分子が持つ配向性が解消され、後述の評価試験でも示すようにレジスト膜１１の表面自由エネルギーが低下し、内部応力が低下する。つまり、光源として重水素ランプ４２を用いることで、レジストパターン１２の表面の流動性が高くなりやすく、その結果として、当該表面の荒れの改善効果を向上させることができる。
また、レジスト膜１１に照射される光については波長が大きいものほど、その強度が大きい場合には当該レジスト膜１１の深層へ到達する。しかし重水素ランプ４２から照射される光のスペクトルのピークの波長は、上記のようにＶＵＶ光の帯域（１０ｎｍ〜２００ｎｍ）に含まれているため、重水素ランプ４２から照射される光について、比較的大きい波長を持つ光の強度は小さい。従って、重水素ランプ４２から照射される光でレジスト膜１１の深層へ到達するものは少なく、当該レジスト膜１１の深層においては、上記の分子の結合の切断を抑えることができる。つまり、重水素ランプ４２を用いることで、レジストパターン１２において光照射によって反応する領域を、表面に限定することができる。
なお、ＶＵＶ光は酸素が存在する雰囲気においてはこの酸素と反応するので、レジストパターン１２の荒れの改善効果が低下してしまう。そこで、後述するようにウエハＷの処理時には処理容器２１内の酸素を除去するために、処理容器２１内に真空雰囲気が形成される。ここで、上記のように光照射によって結合が切断されて生成した分子量が比較的小さい分子は、ガスとしてこの真空雰囲気へと放出されやすいが、上記のようにレジスト膜の深層では、そのような結合の切断が起こり難いので、この深層からのガスの放出が抑制される。従って、当該レジストパターン１２について、高さの変化や幅の変化などの概形の変化が起きてしまうことを抑制することができる。
図１に示すように基板処理装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられており、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、基板処理装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述の処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、バルブＶ１の開度の調整、バルブＶ２、Ｖ３の開閉、ガス供給源３５からのＡｒガスの流量の調整、スイッチ３３の切り替えによるウエハＷへの光の給断、昇降機構２７による昇降ピン２５の昇降、ゲートバルブ２３の開閉などの動作が制御される。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、制御部１０にインストールされる。
続いて、基板処理装置１の動作について図４〜図６を参照しながら説明する。また、処理容器２１内の圧力の経時変化の概略を示す図７のグラフも適宜参照する。図７の片対数グラフの横軸は処理中の経過時間を示し、対数目盛を表示した縦軸は処理容器２１内の圧力（単位：Ｐａ）を示す。先ず、バルブＶ１〜Ｖ３が閉じられた状態で、搬送機構によりウエハＷが処理容器２１内に搬入され、載置台２４にウエハＷが載置されると、ゲートバルブ２３が閉じられて処理容器２１内が気密にされる。このとき処理容器２１内は、例えば標準気圧の大気雰囲気である。然る後、バルブＶ１が所定の開度で開かれ（時刻ｔ１）、処理容器２１内の圧力が低下する（図４）。そして処理容器２１内の圧力が１００００Ｐａになる（時刻ｔ２）。
さらに減圧が進行して、処理容器２１内の圧力が１Ｐａになると（時刻ｔ３）、バルブＶ３が開かれて処理容器２１内にＡｒガスが供給されてＡｒガス雰囲気が形成されると共に、当該処理容器２１内の圧力が上昇する。時刻ｔ２から時刻ｔ３に至るまでの減圧速度の平均は２５０Ｐａ／秒以下となるようにバルブＶ１の開度が制御される。つまり、［（１００００Ｐａ−１Ｐａ）／時刻ｔ２〜ｔ３の時間（秒）］が２５０Ｐａ／秒以下である。なお、図７のグラフでは説明を容易にするために時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減圧速度が一定であるように示しているが、上記のような平均減圧速度となればよく、例えば後述の評価試験８で示す例のように減圧速度を変動させてもよい。
そして、時刻ｔ３から供給が開始されたＡｒガスにより例えば処理容器２１内の圧力が１００Ｐａに達すると、処理容器２１内の圧力が当該１００Ｐａに維持され、重水素ランプ４２からウエハＷにＶＵＶ光を含む光（図５中鎖線で表示している）が照射される（時刻ｔ４）。所定の時間、例えば３０秒間、重水素ランプ４２から光が照射されると、当該光照射が停止し（時刻ｔ５）、バルブＶ１、Ｖ３が閉鎖されて、処理容器２１内へのＡｒガスの供給と、処理容器２１内の排気とが停止する。続いて、バルブＶ２が開放され、処理容器２１内に大気が流入して、当該処理容器２１内が標準圧力の大気雰囲気に戻り（図６）、バルブＶ２が閉じられ、ウエハＷが処理容器２１内から搬出される。
後述の各評価試験の結果から、上記のウエハＷの処理中において、レジストパターン１２は図８〜図１２の模式図で示す状態となっていると考えられる。各図について説明する前に、レジストパターン１２をなすレジスト膜１１についてさらに説明すると、基板処理装置１に搬入されたレジスト膜１１中には、例えばＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）などの樹脂、酸発生剤、溶剤、分解物などが含まれている。分解物とは、レジストパターン１２を形成するための現像前の露光によって、レジスト膜に含まれる成分が分解して生じた化合物である。上記の高分子の樹脂、酸発生剤は比較的分子量が大きい分子であり、分子１４として示す。また、上記の溶剤、分解物については分子量が比較的小さい分子であり、溶剤を分子１５、分解物を分子１６として示す。
上記の時刻ｔ１以降は処理容器２１内が減圧されることで、レジストパターン１２から分子量が小さい分子１５、１６がガスとして脱離する。そして圧力が１００００Ｐａ以下となる時刻ｔ２以降は、処理容器２１内の圧力がより低下することで、当該処理容器２１内は分子１５、１６がさらにガスとして脱離しやすく、且つ分子量が大きい分子１４についてもガスとして脱離しやすい環境となる。しかし、上記のように時刻ｔ２以降、処理容器２１内の減圧速度が既述のように制御されることで急激な圧力変化が抑えられているため、レジストパターン１２に強い応力が加わることが抑制されることで、これら分子１４〜１６の脱離が抑制される（図８）。
このように処理容器２１内の減圧が行われるときのレジストパターン１２の表層の状態についてさらに詳しく説明すると、上記の分子量が小さい分子１５、１６は、レジストパターン１２の周囲が比較的低い圧力の真空雰囲気とされていることにより、当該レジストパターン１２の表層から脱離するが、上記の減圧速度に制御されていることにより、脱離する量は比較的少なくなるように抑えられる。そのように分子１５、１６が適度に脱離することで、レジストパターン１２の表層においては分子が過密には存在せず、レジストパターン１２の表層に残留する各分子は適度な流動性を有することになる。つまり、後に光照射によるエネルギーを受けたときに、レジストパターン１２の表層の各分子は容易に移動し、荒れを改善することができる状態となる。また、上記の分子量が大きい分子１４が脱離すると、その分子の大きさ故にレジストパターン１２の表層の状態が大きく変化し、荒れ具合が大きくなってしまうおそれが有るが、既述のように減圧速度が制御されているため、当該分子１４についての脱離は抑制されている。従って、この分子１４の脱離により、レジストパターン１２の表層の荒れが上昇してしまうことが抑制される。
そして、処理容器２１内の減圧が進行することで、処理容器２１内の酸素濃度が低下し、時刻ｔ３で処理容器２１内が１Ｐａになると、当該酸素濃度はＶＵＶ光による処理がほぼ影響を受けない濃度、具体的には例えば２ｐｐｍ以下に達すると共に、Ａｒガスが処理容器２１内に供給されて処理容器２１内が昇圧することで、レジストパターン１２からの分子１４〜１６の脱離が、より確実に抑制される環境となる（図９）。このように重水素ランプ４２からの光照射を行う時刻ｔ４より前において分子量が大きい分子１４の脱離が抑制されているため、時刻ｔ４におけるレジストパターン１２の概形が、装置１による処理を開始する前のレジストパターン１２の概形から変化することが抑制されている。
そして、上記のように重水素ランプ４２により光照射されることで、レジストパターン１２の表面における分子１４中の結合は光エネルギーにより切断され、分子１７が生じる（図１０）。既述のように高分子である分子１４の様々な位置の結合が切断されるため、生じる分子１７の種類は様々である。そして、このように分子１４の結合が切断されることで、レジストパターン１２の表面自由エネルギーが低下し、レジストパターン１２の表面の内部応力が低下する。なお、時刻ｔ１〜ｔ３においてレジストの分解物である分子１６が若干脱離することも、この内部応力の低下に寄与すると考えられる。このように光照射が行われる前に、既述のようにＡｒガスによる昇圧が行われているため、当該光照射時には各分子１４〜１６及び新たに生じた分子１７がガスとして処理容器２１内に放出されることが抑制される。従って、この光照射によってレジストパターン１２の概形が変化することが、Ａｒガスによる昇圧で抑制される。
ところで、既述のように時刻ｔ２〜ｔ３で減圧速度を比較的遅くすること及びＡｒガスによる昇圧を行うことにより、溶剤である分子１５のレジストパターン１２の表面からの脱離が抑制されているため、この光照射時において、レジストパターン１２の表面は、過剰な乾燥が防がれている。また、分子量が低く、比較的移動しやすい分子１６が適度に残留している。そのため、レジストパターン１２の表面は流動性が比較的高い状態となっているため、上記のように内部応力が低下することで各分子１４〜１７は、レジストパターン１２の表面を容易に移動することができる。従って、レジストパターン１２の表面の荒れが改善される。つまり表面の凹凸が平滑化される（図１１）。
さらに、光照射中及び光照射終了直後にレジストパターン１２中に残留する分子１７は互いに結合し、架橋される。それによって、レジストパターン１２の表層部は光照射を行う前よりも硬化した硬化層１８とされる（図１２）。便宜上、レジストパターン１２において硬化層１８に覆われた領域を本体部１９とする。ところで、基板処理装置１から搬出後、ウエハＷはエッチング装置を構成する処理容器内に搬入される。そして、処理容器内が真空雰囲気とされた状態でエッチングガスが供給されることで、レジストパターン１２をマスクとして反射防止膜１３がエッチングされて当該反射防止膜１３にパターン（凹凸）が形成される。このようにエッチング処理時に真空雰囲気が形成された際において、硬化層１８に覆われていることにより、本体部１９を構成する各分子１４〜１６がガスとして真空雰囲気中へ脱離することが抑制される。従って、レジストパターン１２の形状が変化することを防ぐことができるため、反射防止膜１３をエッチングして形成されたパターンが、所望の形状のパターンに対して異なってしまうことを防ぐことができる。
上記の基板処理装置１によれば、処理容器２１内の圧力が１００００Ｐａに減圧されてから１Ｐａに達するまで、処理容器２１内の平均の減圧速度が２５０Ｐａ／秒以下とされる。従って、ウエハＷが比較的真空度が高い雰囲気に曝された状態で急激に圧力が変化することが抑制されるので、重水素ランプ４２による光照射を行うまでに、レジストパターン１２を構成する分子がガスとなって脱離してしまうことが抑制される。従って、レジストパターン１２の概形が変化することが抑制されると共に、当該レジストパターン１２の表面の荒れを改善することができる。
さらに基板処理装置１によれば、処理容器２１内の圧力が１Ｐａに達すると、Ａｒガスによって処理容器２１内を昇圧させている。このように昇圧させることで、光照射を行うまでに真空度が高い雰囲気にウエハＷが曝される時間が長くなることを防ぐことができるので、レジストパターン１２を構成する分子が脱離することを、より確実に抑制することができる。さらに昇圧させることで、光照射によって発生した上記の分子１７がレジストから脱離することが抑制されるため、この点からもレジストパターン１２の概形が変化することを、より確実に抑制することができる。また、Ａｒガスの供給は、処理容器２１内が１Ｐａに達する前には行っていない。従って、処理容器２１内の酸素の排気効率を高くし、当該酸素の濃度を重水素ランプ４２による処理が可能な濃度に速やかに到達させることができる。
なお、図７のグラフでは時刻ｔ１〜時刻ｔ２の減圧速度が、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の減圧速度よりも大きいものとして示しているが、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の減圧速度が、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の減圧速度より小さくなるようにしてもよい。ただしスループットの向上を図るために時刻ｔ１〜ｔ２の減圧速度は、時刻ｔ２〜ｔ３の減圧速度以上の減圧速度とすることが好ましい。また、平均減圧速度を２５０Ｐａ／秒以下とする時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は６０秒以下とすることが、スループットを向上させるためには好ましい。
また、上記の処理では処理容器２１内を昇圧させる昇圧ガスとしてＡｒガスを用いているが、Ｎ２（窒素）ガスなど他のガスであってもよい。ただし、光照射されて活性化されたレジストパターン１２及び当該レジストパターン１２から放出されるガスに対して反応してしまったり、重水素ランプ４２から放射される光で活性化されたりすることによって処理の不具合が生じることが無いように、昇圧ガスとしては極めて活性が低いものを用いることが好ましい。そのような理由により、Ｎ２ガスよりもＡｒガスを用いることが好ましく、後述の評価試験からもＡｒガスを用いることが有効であることが確認されている。また、昇圧ガスによる昇圧を行うことにより、レジストパターン１２からの分子の脱離を防ぐことには限られない。例えば、処理容器２１内が１Ｐａに達する上記の時刻ｔ３から速やかに、例えば１０秒以内に重水素ランプ４２からの光照射を開始することで、分子の脱離を抑制してもよい。
図１３には図７に示した処理とは異なる処理を行う場合の処理容器２１内の圧力変化を示すグラフを示している。図１３のグラフでは図７のグラフと同様に縦軸、横軸に夫々圧力、時間を示している。時刻ｔ１から時刻ｔ３までは、図７のグラフで説明した処理と同様に処理容器２１内を減圧し、時刻ｔ３で供給を開始するＡｒガスにより、処理容器２１内の圧力を例えば１０００００Ｐａまで上昇させる。その後、Ａｒガスの供給を停止し、時刻ｔ１〜時刻ｔ３と同様に処理容器２１内を減圧する。つまり、処理容器２１内が１００００Ｐａとなった後は２５０Ｐａ／秒以下の平均減圧速度で減圧する。
そして、圧力が再度１Ｐａとなった後は、Ａｒガスにより圧力を再度１０００００Ｐａになるように上昇させ、光照射を行う（時刻ｔ１１）。つまり、光照射を行うまでに減圧と昇圧とを繰り返し２回行っている。このように減圧、昇圧の後にさらに減圧を行うことで、処理容器２１内の酸素濃度をより確実に低下させることができるので、光エネルギーを確実にレジストパターン１２に供給し、当該レジストパターン１２の表面の荒れの改善をより確実に行うことができる。また、そのように２回目の減圧を行った後に昇圧を行ってから光照射を行うことで、図７の処理と同様にレジストパターンの概形の変化が抑制される。なお、２回目の減圧後、昇圧を行わずに光照射を行ってもよい。さらに、減圧と昇圧との繰り返しの回数は２回に限られず、３回以上行ってもよい。ところで、この図１３のグラフに示す処理では、略常圧となるまで昇圧させてから光照射を行っている。つまり、光照射を行う際に処理容器２１内は真空雰囲気であることには限られず、常圧であってもよいし加圧雰囲気であってもよい。
なお、重水素ランプ４２とウエハＷとの距離が変更されると、レジストパターン１２に供給される光エネルギーの量が変化することで、荒れの改善具合に影響を与える。そこで、上記の基板処理装置１においてステージ２４を昇降させる昇降機構を設けて、例えばウエハＷ毎にステージ２４の高さを調整することで、各ウエハＷのレジストパターン１２の荒れに応じて、エネルギーの供給量を調整してもよい。また、上記の各処理においては処理容器２１内の圧力の下限は１Ｐａであるが、この下限は１Ｐａより低い圧力であってもよい。その場合も１００００Ｐａから１Ｐａに減圧される間は上記した平均減圧速度とする。
なお、基板処理装置１は、ウエハＷの他にＬＣＤ（liquid crystal display）基板などの基板に対して処理を行う場合にも適用することができる。さらに、レジストパターンの荒れの改善を行う場合に適用することに限られず、反射防止膜や、レジスト膜以外の炭素を主成分とする膜などに形成されたマスクパターンの荒れを改善する場合にも適用することができる。また、本明細書で述べる装置構成及び処理方法は適宜変更したり、組み合わせたりすることができる。
(評価試験)
続いて本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
（評価試験１）
試験用の装置の処理容器内に、その表面にレジストパターンが形成された基板を格納し、処理容器内を減圧して、当該処理容器内が設定圧力に達したら重水素ランプ４２によって光を照射する試験を行った。試験毎に上記の設定圧力が異なるようにしており、１Ｐａより低い圧力、２〜２．５Ｐａあるいは２．５Ｐａより大きい圧力に設定している。このように設定圧力が１Ｐａより低い圧力、２〜２．５Ｐａ、２．５Ｐａより大きい圧力であるものを夫々評価試験１−１、評価試験１−２、評価試験１−３とする。また、処理容器内を常圧（大気圧）として光照射した他は、評価試験１−１〜１−３と同様の条件を設定して対照試験１を行った。
そして上記のように光照射を行った各試験の基板については、レジストパターンの線幅であるＣＤ（Critical Dimension）、ＬＥＲ（line edge roughness）、ＬＷＲ（line width roughness）を夫々測定した。なお、ＬＷＲ、ＬＥＲはレジストパターンの荒れの指標であり、値が低いほどパターンの表面の荒れが小さい。さらに、評価試験１−１〜１−３についてΔＣＤを算出した。ΔＣＤとは、（対照試験のＣＤ−評価試験のＣＤ）／（対照試験のＣＤ）×１００（％）である。さらに評価試験１−１〜１−３について、ＬＥＲ、ＬＷＲ夫々の改善率を取得した。この改善率とは、（対照試験の値−評価試験の値）／（対照試験の値）×１００（％）である。
図１４、図１５、図１６は、上記の試験の結果を示すグラフである。図１４のグラフの２つの縦軸はＣＤ、ΔＣＤを各々示しており、各縦軸についての単位はｎｍである。そしてグラフ中、ＣＤについては棒グラフで、ΔＣＤについては点で夫々示している。この図１４に示すように評価試験１−１〜１−３と対照試験１との間にＣＤの値に大きな差は無く、ΔＣＤは−５％程度である。従って、ＣＤが重水素ランプ４２による光照射の影響を受けにくいことが分かる。
図１５のグラフの２つの縦軸はＬＥＲ、ＬＥＲの改善率を各々示している。このグラフ中、ＬＥＲについては棒グラフで、ＬＥＲの改善率については点で夫々示している。図１６のグラフの２つの縦軸はＬＷＲ、ＬＷＲの改善率を各々示している。そしてグラフ中、ＬＷＲについては棒グラフで、ＬＷＲの改善率については点で夫々示している。なお、図１５、図１６の各縦軸についての単位はｎｍである。図１５に示すように、ＬＥＲの値については試験毎に異なっており、ＬＥＲの改善率については評価試験１−２、１−３が１５％程度であったが、評価試験１−１は２５％を超えていた。図１６に示すように、ＬＷＲの値については試験毎に異なっており、ＬＷＲの改善率については評価試験１−２、１−３が２０％以下であったが、評価試験１−１は２０％を超えていた。従ってこの評価試験１の結果から、十分なＬＷＲ、ＬＥＲの改善率を得るには、１Ｐａより低い圧力で重水素ランプ４２により光照射することが好ましいことが分かる。
（評価試験２）
評価試験２として、評価試験１と同様に基板の表面のレジストパターンに重水素ランプ４２を用いて光照射する試験を行った。ただし、光照射時の処理容器内の設定圧力については１Ｐａ、１×１０−２Ｐａまたは１×１０−４Ｐａに設定した。このように設定圧力を１Ｐａ、１×１０−２Ｐａ、１×１０−４Ｐａとした試験を夫々評価試験２−１、２−２、２−３とする。また、処理容器内を常圧（大気圧）として光照射した他は、評価試験２−１〜２−３と同様の条件を設定して、対照試験２を行った。この試験を対照試験２とする。これらの各試験で光照射されたレジストパターンについて、ＣＤ、ＬＷＲ、ＬＥＲ、レジストの膜厚を夫々測定した。
下記の表１は評価試験２の結果を示しており、表中の各数値の単位はｎｍである。表１に示されるようにＣＤは各試験で大きな差違は見られない。ＬＷＲ、ＬＥＲについては、対照試験２の値よりも評価試験２−１〜２−３の値が低くなっているが、評価試験２−２、２−３の値は評価試験２−１の値よりも高い。これは、評価試験２−２、２−３では真空度が大きいため、比較的分子量が小さい分子が過剰に脱離したことで、レジストパターンの表面の流動性が低下したため、評価試験２−１よりも改善効果が低かったものと考えられる。この評価試験２から、上記の処理で処理容器２１内を減圧するにあたり、１×１０−２Ｐａ以下より高い圧力に維持することが好ましいことが分かる。また、この評価試験２の結果と上記の評価試験１の結果とから、光照射するまでに処理容器２１内の圧力を１Ｐａ以下にすることでパターンの荒れを十分に改善することができることが示された。
Figure 2019021807
（評価試験３）
評価試験３−１として、真空雰囲気下で重水素ランプ４２を用いて基板の表面に形成されたレジストパターンに３０秒間、光照射した。また、評価試験３−２として、重水素ランプ４２の代わりにＡｒエキシマランプを用いた他は、評価試験３−１と略同様に光照射する試験を行った。さらに、評価試験３−３として重水素ランプ４２の代わりにＫｒエキシマランプを用いた他は、評価試験３−１と略同様に光照射する試験を行った。Ａｒエキシマランプの波長域は１２４〜１２８ｎｍであり、ピーク波長は１２６ｎｍである。Ｋｒエキシマランプの波長域は１４３〜１４８ｎｍであり、ピーク波長は１４５ｎｍである。評価試験３―２、３−３と評価試験３−１との差異点としては、このように用いる光源が違うこと及び評価試験３−２、３−３では複数の基板に対し処理を行い、基板毎に照射時間を変更したことが挙げられる。この照射時間は０秒〜３０秒の範囲内に設定した。これらの各試験で光照射されたレジストパターンについては、ＬＥＲ、ＬＷＲ、レジスト膜の膜厚を測定した。
図１７、図１８、図１９は、ＬＥＲ、ＬＷＲ、レジストの膜厚についての結果を夫々示すグラフであり、各グラフの縦軸がＬＥＲ、ＬＷＲ、レジストの膜厚を各々示しており、各縦軸についての単位はｎｍである。また、これらのグラフの横軸は、光源である各ランプからの光の照射時間（単位：秒）を示している。図１７〜図１９では、評価試験３−２、３−３の結果を実線のグラフ線、点線のグラフ線で夫々示している。評価試験３−１の結果は図１７、図１８では点で、図１９では鎖線のグラフ線で夫々示している。
図１７、図１８のグラフに示されるように、評価試験３−２、３−３では照射時間が長くなるにつれてＬＥＲ、ＬＷＲの値が低くなる、つまり荒れの改善効果が高くなる。しかし、照射時間が３０秒の場合におけるＬＥＲ、ＬＷＲの値を比較すると、評価試験３−１の値は、評価試験３−２、３−２の各値よりも低い。また図１９のグラフに示されるように、評価試験３−２、３−３では照射時間が長くなるにつれてレジスト膜の膜厚が小さくなる。そして、評価試験３−２、３−３で光の照射時間が０〜３０秒であるときの各レジスト膜の膜厚よりも、評価試験３−１のレジスト膜の膜厚の方が大きい。
従って、この評価試験３から、重水素ランプ４２を用いることで、Ａｒエキシマランプ、Ｋｒエキシマランプを用いる場合よりもレジストの膜厚を低下させずに、レジストパターンの荒れについての高い改善効果を得ることができることが確認された。このような結果となったのは照射される光のスペクトルにおけるピークの波長について、重水素ランプ４２の方がＡｒエキシマランプ及びＫｒエキシマランプよりも大きいことが一因として考えられる。従ってこの評価試験３の結果から、照射される光のスペクトルについて、ピークの波長が１５０ｎｍ以上となる光源を用いることが好ましいことが推定される。さらに、そのスペクトルが比較的広い波長域を持つことが好ましいことが推定される。具体的には、真空紫外光の他に近紫外光も照射する光源を用いることが好ましいと考えられる。
（評価試験４）
評価試験４として、照射する光の波長が互いに異なる光源からレジストパターンに各々光照射を行い、評価試験２と同様にＣＤ、ＬＷＲ、ＬＥＲ及びレジストの膜厚（パターンの高さ）について測定した。評価試験４−１としては波長が１１５ｎｍ〜４００ｎｍである光源を用い、評価試験４−２としては波長が１６０ｎｍ〜４００ｎｍである光源を用い、評価試験４−３としては波長が２７０ｎｍ〜４００ｎｍである光源を用いた。また、対照試験４として光照射を行わずにＣＤ、ＬＷＲ、ＬＥＲ及びレジストの膜厚を測定した。
下記の表２は評価試験４の結果を示しており、表中の各数値の単位はｎｍである。この表２に示されるように、ＣＤは各試験で大きな差違は見られない。また、レジストの膜厚については、評価試験４−３の値が対照試験４の値よりも若干低く、評価試験４−１、４−２の各値については対照試験４の値と同じであった。ＬＷＲ、ＬＥＲについて、評価試験４−２、４−３の各値は対照試験４の各値と同程度であったが、評価試験４−１の各値は、対照試験４の各値よりも低かった。つまり、評価試験４−１では光照射によりレジストの膜厚やＣＤの大きさが変更されることなく、即ちパターンの概形が変形されることなく、パターンの表面の荒れが改善されている。従って、この評価試験４の結果から、レジストパターンに照射される光には１６０ｎｍより低い波長のＶＵＶ光が含まれていることが好ましいことが示された。
Figure 2019021807
（評価試験５）
評価試験５−１として、ＶＵＶ光を照射したレジストパターンをマスクとして、真空雰囲気下で反射防止膜１３のエッチングを行った。つまり、反射防止膜１３にパターンを転写した。そして、この反射防止膜１３のパターンについて、ＬＥＲ、ＬＷＲを各々測定した。また、対照試験５−１として、ＶＵＶ光の照射を行わないレジストパターンをマスクとして用いたことを除いては評価試験５−１と同様の試験を行い、反射防止膜１３のパターンのＬＥＲ、ＬＷＲを各々測定した。これらのＬＥＲ、ＬＷＲから、評価試験１と同様にＬＥＲの改善率、ＬＷＲの改善率を各々算出した。
また、評価試験５−２としてレジストパターンをマスクとして真空雰囲気下で反射防止膜１３の下層の炭素膜に至るまでエッチングを行い、炭素膜に転写されたパターンのＬＥＲ、ＬＷＲを各々測定した。また、対照試験５−２として、ＶＵＶ光の照射を行わないレジストパターンをマスクとして用いた他は評価試験５−２と同様に、炭素膜にパターンを転写し、ＬＥＲ、ＬＷＲを各々測定した。これらのＬＥＲ、ＬＷＲから、評価試験１と同様にＬＥＲの改善率、ＬＷＲの改善率を各々算出した。
評価試験５−１におけるＬＥＲの改善率は１７．３％、ＬＷＲの改善率は１３．１％であった。評価試験５−２におけるＬＥＲの改善率は８．０％、ＬＷＲの改善率は７．０％であった。従って、この評価試験５からは、レジストパターンにＶＵＶ光が照射されることで、当該レジストパターンをマスクとする各被エッチング膜のパターンの荒れが改善されることが確認された。なお、評価試験５−１と同様の試験及び対照試験５−１と同様の試験を行った際に、エッチングによりレジストパターンが除去された状態の各反射防止膜１３の高さについて測定しており、その結果としては、対照試験５−１よりも評価試験５−１の高さの方が大きかった。これは評価試験５−１ではＶＵＶ光の照射により図１２で説明した硬化層１８が形成されたことで、レジストパターンが除去され難くなったことによるものと考えられる。つまり、硬化層１８が形成されることが示唆される試験結果となった。
（評価試験６）
評価試験６として、材料としてＰＭＭＡを含むレジストパターンにＶＵＶ光を照射した後、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）を行った。また、対照試験６として、ＶＵＶ光をレジストパターンに照射せずにＸＰＳを行った。ＸＰＳにより取得された各結果を図２０〜図２２に示している。図２０の棒グラフは、炭素原子の質量％と酸素原子の質量％との比率について、これら炭素原子の質量％と酸素原子の質量％との合計が１００％であるものとして示している。評価試験６において、炭素原子の質量％、酸素原子の質量％は、夫々７７％、２３％であり、対照試験６において炭素原子の質量％、酸素原子の質量％は、夫々７３％、２７％である。つまりＶＵＶ光を照射することで炭素原子の質量％が増加している。
図２１、図２２は結合エネルギーの分布を示すスペクトルであり、これら図２１、図２２の各グラフについて、横軸は当該結合エネルギー（単位：ｅＶ）、縦軸は強度（無単位）を夫々示している。図２１は、スペクトル中でＯ１ｓと呼ばれる５３５ｅＶ付近における炭素が２つ単結合した酸素の存在を示すピークを表示している。図２２は、スペクトル中でＣ１ｓと呼ばれる２９３ｅＶ〜２８３ｅＶの酸素原子が単結合した炭素原子、及び互いに単結合した２つの炭素原子の存在を夫々示すピークを表示している。図２１、図２２から明らかなように、評価試験６は対照試験６に比べてＯ１ｓのピーク及びＣ１ｓのピークが大きい。従って、評価試験６の試験済みのレジストパターンには、対照試験６の試験済みのレジストパターンに比べて、これらのピークに対応する各結合がより多く存在している。この評価試験６の結果から、ＶＵＶ光を照射することで、レジストパターン中の炭素の比率が増加し、図１２で説明したように分子同士の架橋反応が起き、硬化層１８が形成されたことが推定される。
（評価試験７）
評価試験７として、材料としてＰＭＭＡを含むレジストパターンにＶＵＶ光を照射し、表面自由エネルギーの各成分を測定した。さらにこのレジストパターンの表面に対して、ＦＴ-ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）を行い、吸光スペクトルを取得した。また対照試験７として、ＶＵＶ光を照射しないレジストパターンに対して、表面自由エネルギーの各成分の測定と、吸光スペクトルの取得とを行った。
また、評価試験７の吸光スペクトルと対照試験７の吸光スペクトルとを比較すると、ＰＭＭＡの側鎖をなすラクトンを構成する炭素原子と酸素原子との二重結合に対応する１８００ｃｍ−１付近のピーク、及びＰＭＭＡの主鎖とラクトンとを接続するエステルをなす炭素原子と酸素原子との二重結合に対応する１７３０ｃｍ−１付近のピークについて、評価試験７の吸光スペクトルの方が低かった。これはＶＵＶ光の照射により、ＰＭＭＡの側鎖の解離が起きたことを示す。
また図２３は評価試験７と対照試験７とについて、表面自由エネルギー（単位：ｍＮ／ｍ）の成分である水素結合項、配向項、分散項を各々示す棒グラフである。この図２３に示すように評価試験７は対照試験７に比べて、水素結合項及び配向項については小さく、分散項については大きい。また、これら水素結合項、配向項、分散項の合計値については、対照試験７よりも評価試験７の方が小さい。ＶＵＶ光の照射によって、このように各項が変化すること及び各項の合計値が低くなることは、ＶＵＶ光が照射されたレジストの表面では内部応力が緩和されたことを示している。従って、ＶＵＶ光の照射によって上記の側鎖の解離が起きる結果、レジストパターン表面の内部応力が緩和されることで、評価試験１，２などで示されたようにＬＥＲ及びＬＷＲが改善されることが示された。
（評価試験８）
処理容器２１内の排気及び昇圧がレジストパターンの荒れの改善率とレジストパターンの高さに与える影響を調べるための評価試験８を行った。この評価試験８は、基板処理装置１と同様の試験装置を用いた。ただし、昇圧ガスとしてはＡｒガスの代わりにＮ２ガスを用いている。また、図２４はこの評価試験８における処理容器２１内の圧力の変化の概略について示したグラフであり、図７と同様に縦軸、横軸は処理容器２１内の圧力、時間を夫々示している。
評価試験８−１として、図２４に実線で示したグラフのように処理容器２１内の圧力を制御した。この圧力の制御について具体的に説明すると、この評価試験８−１では図７の時刻ｔ１〜ｔ３で説明したように、処理容器２１内の圧力が１００００Ｐａ以下となった後に１Ｐａとなるまでの平均減圧速度が２５０Ｐａ／秒以下となるように減圧を行い、１Ｐａより低い所定の設定圧力に達した時点で重水素ランプ４２による光照射を行った。なお、４００Ｐａまでは比較的低い減圧速度とし、４００Ｐａに達すると比較的大きい減圧速度となるように制御している。また、評価試験８−２として評価試験８−１と同様に、つまり図２４に実線で示したグラフのように、評価試験８−１と同じ設定圧力になるように処理容器２１内を減圧させた後、昇圧させ、１００Ｐａとなった状態で重水素ランプ４２による光照射を行った。
さらに評価試験８−３として、評価試験８−１と同様に処理容器２１内の減圧する工程と、１０００００Ｐａに昇圧させる工程とを繰り返し行った後、処理容器２１内が１０００００Ｐａとなった状態で重水素ランプ４２による光照射を行った。つまり、評価試験８−３では図１３で説明した処理と同様に、減圧工程と昇圧工程とを繰り返して処理を行っている。ただし、図１３に示した処理では減圧工程と昇圧工程とを２回繰り返した後に光照射を行っているが、評価試験８−３では減圧工程と昇圧工程とを５回繰り返した後に光照射を行っている。
さらに対照試験８として、図２４に点線で示したグラフのように減圧を行い、光照射を行った。具体的に、この対照試験８では処理容器２１の圧力が１００００Ｐａとなるまでは、評価試験８−１〜８−３と同様の減圧速度で減圧を行い、１００００Ｐａ以下となってから１Ｐａになるまでは２５０Ｐａ／秒より大きい平均減圧速度で減圧した後、光照射を行っている。なお、装置構成の都合により、対照試験８では光照射を行う設定圧力に達する前に僅かな昇圧が発生しているが、この昇圧時の波形については表示を省略している。これらの試験で光照射されたレジストパターンについて、ＬＥＲ改善率とパターン高さ変化率とを算出した。ここでのＬＥＲ改善率は、（処理前のＬＥＲ−処理後のＬＥＲ）／処理前のＬＥＲ×１００（％）である。またパターン高さ変化率は、（処理前のパターン高さ−処理後のパターン高さ）／処理前のパターン高さ×１００（％）である。
図２５はこの評価試験８の結果を示しており、グラフの縦軸、横軸はＬＥＲ改善率、パターン高さ変化率を夫々示している。なお、下層へパターンを転写するためにパターン高さ変化率が２５％以下でないと実用的ではないため、図２５のグラフではパターン高さ変化率が２５％以下となった結果のみを抽出して表示している。グラフ中、評価試験８−１の結果を白抜きの丸、評価試験８−２の結果を黒丸、評価試験８−３の結果を三角、対照試験８の結果を四角で夫々プロットして表示している。また、評価試験８−３のプロットから得られる近似直線を点線で示している。
グラフに示されるように、対照試験８についてはＬＥＲ改善率が５％以下であるが、評価試験８−１〜８−３についてはＬＥＲ改善率を５％より高くすることができる。従って、ＬＥＲ改善率を高くするために、評価試験８−１〜８−３のように比較的遅い減圧速度で減圧することが有効であることが確認された。つまり、本発明の効果が示された。また、パターンの高さ変化率が抑制されつつ、高いＬＥＲ改善率が得られるものが好ましいため、プロットはグラフ中の左上に寄るものほど好ましい。従って、グラフのプロットから得られる近似直線はグラフの上側に位置すること、あるいはその傾きが大きいことが好ましい。グラフを見ると評価試験８−３では特に近似直線の傾きが大きい。従って、減圧と昇圧を繰り返すこと、１００Ｐａより高い圧力になるように昇圧を行うことがより好ましいことが、この評価試験８から確認された。
（評価試験９）
評価試験９として、基板処理装置１と同様の試験装置を用いて、レジストパターンに光照射を行う好ましいタイミングを調べた。ただし、この試験装置は昇圧ガスとして、Ａｒガスの代わりにＮ２ガスを供給する。評価試験９−１として、図７を用いて説明したように処理容器２１内の減圧を行い、圧力が１Ｐａになると同時に時刻ｔ３で光照射を行った。時刻ｔ１〜時刻ｔ３の時間は６０秒に設定した。また、評価試験９−２として、評価試験９−１と同様に処理容器２１内の減圧を行った後、処理容器２１内が１Ｐａに達する時刻ｔ３から５分間、処理容器２１内を１Ｐａに維持し、然る後、処理容器２１内にＮ２ガスを供給して１Ｐａより若干高い圧力に維持した。そして、Ｎ２ガスの供給を開始してから５分後に光照射を行った。
また、評価試験９−３として、評価試験９−１と同様に処理容器２１内の減圧を行った後、処理容器２１内を１Ｐａに維持し、処理容器２１内が１Ｐａに達した時刻ｔ３から１０分後に光照射を行った。さらに評価試験９−４として、評価試験９−１と同様に処理容器２１内の減圧を行った後、処理容器２１内の圧力を１０００００Ｐａに昇圧させた。この減圧と昇圧とを繰り返し５回行った後、光照射を行った。これら評価試験９−１〜９−４で光照射された各レジストパターンについて、評価試験８と同様にＬＥＲ改善率及びパターン高さ変化率を測定した。
図２６のグラフは評価試験９の結果を示しており、図２５のグラフと同様に縦軸、横軸はＬＥＲ改善率、パターン高さ変化率を夫々示している。グラフ中、評価試験９−１の結果を白抜きの丸、評価試験９−２の結果を黒丸、評価試験９−３の結果を三角、評価試験９−４の結果を四角でプロットして表示している。また、各プロットから得られる近似直線を評価試験９−１については実線、評価試験９−２については点線、評価試験９−３については一点鎖線、評価試験９−４については二点鎖線で夫々示している。近似直線の傾きについては評価試験９−４＞評価試験９−１＞評価試験９−２＞評価試験９−３の順で大きくなっている。このように評価試験９−１〜９−４の中では評価試験９−３の改善効果が低かったのは、圧力が低い真空環境にレジストパターンが比較的長く曝されたことで図８などで説明した、レジストパターンの流動性を保つために必要な分子量が低い分子が過剰に脱離し、レジストパターンの表面の流動性が低下したことによるものと考えられる。従って、この評価試験９からは、圧力が１Ｐａに達した後に速やかに光照射を行うか、昇圧を行うことが好ましいことが確認された。また、評価試験９−４、評価試験９−１の傾きは評価試験９−２よりも大きい。従って、圧力が１Ｐａに達した後、昇圧させることがより好ましいことについても確認された。
（評価試験１０）
処理容器２１内が１Ｐａより低い所定の圧力になるように減圧した後、レジストパターンに光照射を行った。この所定の圧力に達してから光照射されるまでの時間を試験毎に変更した。評価試験１０−１としては光照射されるまでの時間を０秒、評価試験１０−２としては光照射されるまでの時間を５分、評価試験１０−３としては光照射されるまでの時間を１０分とした。これら評価試験１０−１〜１０−３のレジストパターンについて、評価試験９と同様にＬＥＲ改善率を算出した。図２７の棒グラフは、評価試験１０の結果を示している。評価試験１０−１のＬＥＲ改善率は、評価試験１０−２、１０−３のＬＥＲ改善率よりも比較的大きいが、評価試験１０−２、１０−３間では、評価試験１０−１よりも改善率が低く、互いに略同じ改善率であった。
この評価試験１０からは、比較的低い圧力雰囲気に曝す時間が長いほどＬＥＲ改善率が低くなることが示された。そして、この評価試験１０からは１Ｐａ以下の所定の圧力に達して、昇圧を行わない場合には速やかに光照射することが好ましいことが分かる。そこで、例えば１Ｐａに達してから上記のように１０秒以内に光照射することが好ましい。
（評価試験１１）
レジストパターンへの光照射中及び光照射を行う前後でレジストパターンから放出されるガスの量の変化を調べるために、当該レジストパターンが形成された基板の周囲の圧力変化を測定する評価試験１１を行った。この評価試験１１ではレジストパターンが形成された基板を処理容器内に格納し、真空雰囲気中で２００℃より低い温度に加熱して、ＥＵＶ（Extreme ultraviolet）光を照射することができる試験用の実験装置を用いた。この実験装置の処理容器内においては、ＥＵＶ光の基板への照射を妨げないように基板の周囲にカバーが設置されている。この実験装置は、検査装置と連結されており、真空雰囲気下で当該カバーを、当該検査装置を構成する検査容器内に搬送することができる。検査容器内ではＮ２ガス雰囲気でカバーを加熱して、実験装置でレジストパターンから放出されてカバーに付着しているガスが放出されることによる圧力変化を検出することができる。上記の実験装置により多数の基板に互いに同様の条件で光の照射処理を行った。そして、カバーを実験装置から搬出するタイミングを処理毎に変更し、上記の検査容器内の圧力変化を検出した。この検査容器内の圧力変化に基づいて、実験装置での基板の処理中における、当該基板の周囲の圧力変化を算出した。
図２８のグラフはこの評価試験１１の結果を示しており、グラフの縦軸は上記の基板の周囲の圧力変化を示し、レジストから発生するガスの量に対応する。グラフの横軸は処理時間を示しており、この横軸における時刻ｔ２１、ｔ２２はＥＵＶ光の照射についての開始時刻、停止時刻を夫々示している。このグラフから明かなように、ＥＵＶ光の照射を開始すると急激にガスの放出量が上昇し、その後、ＥＵＶ光の照射を停止するまでに放出量が低下する。ＥＵＶ光の代わりにＶＵＶ光を照射した場合も同様の結果になると推定される。このように、レジストパターンに真空雰囲気で光照射するとガスが放出されるため、既述したように処理容器内を１Ｐａ以下に減圧した後、昇圧させることが、このガスの放出によるレジストパターンの概形の変化を抑制するために有効であることが推定される。
（評価試験１２）
重水素ランプ４２からレジストパターンへ３０秒間の光照射を行う場合における、基板の周囲の雰囲気の影響を調べた。図２９は図７と同様に処理容器２１内の圧力の変化を示すグラフであり、後述する評価試験１２−１、１２−３、１２−４、１２−５について、夫々実線、点線、一点鎖線、二点鎖線で示している。評価試験１２−１としては、図７を用いて説明したように処理容器２１内の減圧を行い、圧力が１Ｐａになる時刻ｔ３以降、処理容器２１内へのＮ２ガスの供給を行うことで圧力を１Ｐａに保ち、時刻ｔ３から１０分後の時刻ｔ３２においてＮ２雰囲気で光照射を行った。評価試験１２−２としては、評価試験１２−１と同様に処理容器２１内の減圧を行い、圧力が１Ｐａになる時刻ｔ３で光照射を行った。
評価試験１２−３としては、評価試験１２−１と同様に、処理容器２１内を１Ｐａに減圧し、圧力が１Ｐａになる時刻ｔ３以降は圧力を１Ｐａに維持し、時刻ｔ３から５分後の時刻ｔ３１でＮ２ガスにより処理容器２１内の圧力を昇圧させて１Ｐａより高い圧力に維持し、時刻ｔ３１から５分後の時刻ｔ３２においてＮ２雰囲気で光照射を行った。評価試験１２−４としては、評価試験１２−１と同様に処理容器２１内を減圧し、圧力を１Ｐａに維持した後、時刻ｔ３１でＡｒガスにより処理容器２１内を昇圧させて１Ｐａより高い圧力に維持し、時刻ｔ３２においてＡｒガス雰囲気で光照射を行った。この評価試験１２−４における時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２の圧力は、評価試験１２−３の時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２の圧力よりも高い圧力とした。評価試験１２−５としては、評価試験１２−１と同様に処理容器２１内の減圧を行い、圧力が１Ｐａになる時刻ｔ３でＡｒガスを供給して処理容器２１内を昇圧させ、評価試験１２−４の時刻ｔ３１〜ｔ３２と同じ圧力に維持して、Ａｒガス雰囲気で光照射を行った。
評価試験１２−１〜１２−５のレジストパターンについてＬＥＲ改善率及びパターン変化率を測定した。図３０のグラフに測定結果を示しており、当該グラフは評価試験８の図２５のグラフと同様にＬＥＲ改善率、パターン高さ変化率を夫々縦軸、横軸に表している。なお、評価試験８の図２５のグラフと同様にパターン高さ変化率が２５％以上となった結果は省略している。グラフ中、評価試験１２−１、１２−２、１２−３、１２−４、１２−５の結果を夫々、白抜きの丸、黒丸、白抜きの四角、三角、黒い四角でプロットして示している。なお、評価試験１２−３、１２−４、１２−５については、プロットから得られる近似直線を実線、点線、一点鎖線で夫々示している。
グラフより、昇圧を行わなかった評価試験１２−１、１２−２のプロットに比べて、昇圧を行った評価試験１２−３〜１２−５のプロットの方がグラフの左上に位置しているため、この評価試験１２からも処理容器２１内を減圧後に昇圧を行うことで、パターンの高さの変化を抑えつつ、より高いＬＥＲ改善率を得られることが確認された。また、評価試験１２−３の近似直線よりも、評価試験１２−４、１２−５の近似直線の方がグラフの上側に位置している。つまり、昇圧ガスとしてはＡｒガスを用いることが、パターンの高さの変化を抑えつつ、高いＬＥＲ改善率を得るためにより好ましいことが確認された。
１ 基板処理装置
１０ 制御部
１１ レジスト膜
１２ レジストパターン
２１ 処理容器
２４ 載置台
３２ 真空ポンプ
４２ 重水素ランプ

Claims (10)

  1. 処理容器内にて表面にパターンマスクが形成された基板を載置する載置台と、
    前記処理容器内を減圧する減圧機構と、
    前記処理容器内が減圧されて１Ｐａ以下の圧力に到達した後に前記基板に真空紫外光を照射して前記パターンマスクの表面の荒れを改善する光照射機構と、
    前記処理容器内が１００００Ｐａから１Ｐａに減圧される間において、前記減圧機構による当該処理容器内の減圧速度の平均が２５０Ｐａ／秒以下となるように制御信号を出力する制御部と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記光照射部から照射される光には、波長が１６０ｎｍより低い光が含まれることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記光照射機構は重水素ランプにより構成されることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
  4. 前記処理容器内が１００００Ｐａから１Ｐａに減圧される時間は６０秒以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  5. 前記処理容器内の圧力が１Ｐａ以下の圧力に到達した後、前記処理容器内に昇圧ガスを供給して当該処理容器内を昇圧させる昇圧ガス供給機構が設けられ、
    前記光照射部による光照射は当該昇圧後に行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  6. 前記減圧機構による前記処理容器内を１Ｐａ以下の圧力に到達させるための減圧と、前記昇圧ガス供給機構による昇圧とが交互に繰り返し行われることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
  7. 前記昇圧ガスはアルゴンガスであることを特徴とする請求項５または６記載の基板処理装置。
  8. 処理容器内にて表面にパターンマスクが形成された基板を載置台に載置する工程と、
    前記処理容器内を減圧する工程と、
    前記処理容器内が減圧されて１Ｐａ以下の圧力に到達した後に前記基板に真空紫外光を照射して前記パターンマスクの表面の荒れを改善する工程と、
    前記処理容器内が１００００Ｐａから１Ｐａに減圧される間において、前記減圧機構による当該処理容器内の減圧速度の平均が２５０Ｐａ／秒以下となるように制御する工程と、
    を備えることを特徴とする基板処理方法。
  9. 前記真空紫外光を照射する工程は、前記パターンマスクの表面を硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。
  10. 基板の表面に形成されたパターンマスクの荒れを改善する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体において、
    前記コンピュータプログラムは、請求項８または９記載の基板処理方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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