JP6722492B2 - 基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法、基板処理装置及び記録媒体に関する。
半導体製造プロセス等において、金属酸化物を含有する被膜が用いられる場合がある。特許文献１には、金属酸化物を含有する被膜を形成する手法として、金属酸化物を含有する化合物の溶液をコーティングし、溶剤を蒸発させた後に、架橋反応を促進するためのベークを行う手法が開示されている。
特開２０１４−１３４５８１号公報
特許文献１に開示された手法では、ベークに際して気泡が発生する場合がある。そこで本開示は、金属酸化物を含有する被膜を形成する際の気泡の発生を抑制できる基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
本開示の一側面に係る基板処理方法は、金属酸化物を含有する化合物の溶液の液膜を基板の表面に形成するように、表面に溶液を塗布することと、化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、液膜を加熱することと、第一温度にて液膜を加熱した後に、金属酸化物を含有する被膜を表面に形成するように、液膜にエネルギー線を照射することと、を含む。
この基板処理方法によれば、架橋温度よりも低い第一温度で液膜が加熱されるので、化合物の流動性が保たれた状態で溶剤の揮発が促進される。化合物の流動性が保たれることで、溶剤の揮発中における気泡の発生が抑制される。その後、エネルギー線の照射によって液膜中の化合物の架橋反応が促進され、金属酸化物を含有する被膜が形成される。エネルギー線の照射によれば、加熱による場合に比較して、架橋反応の進行に伴う液膜の収縮が抑制される傾向がある。また、エネルギー線の照射に先立って溶剤の揮発が促進されているので、架橋反応の進行に伴う液膜の収縮は更に抑制される。従って、液膜の収縮に伴う気泡の発生が抑制されるので、金属酸化物を含有する被膜を形成する際の気泡の発生を抑制できる。
溶液は溶剤を含んでもよく、第一温度は溶剤の沸点以下であってもよい。この場合、溶剤の揮発を緩やかに進行させることで、気泡の発生をより確実に抑制できる。
液膜を表面に形成する前に、液膜に比べて厚さの小さい下地液膜を表面に形成するように、化合物の溶液を塗布することと、被膜に比べて厚さの小さい下地被膜を表面に形成するように、化合物の架橋温度よりも高い第二温度にて、下地液膜を加熱することと、を更に含んでもよい。この場合、液膜に比べて下地液膜の厚さが小さく、被膜に比べて下地被膜の厚さが小さいので、下地被膜の形成過程においては下地液膜の収縮が抑制される。このため、下地被膜の形成過程では気泡が生じ難い。液膜の形成に先立って下地被膜を形成しておくことで、液膜が収縮する際に、基板の表面からの液膜の遊離が抑制される。このため、被膜の形成過程における気泡の発生が更に抑制される。従って、気泡の発生をより確実に抑制できる。
金属酸化物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ハフニウム、及び酸化アルミニウムの少なくとも一種を含んでもよい。
表面に溶液を塗布することは、表面のうち凹凸を有する部分に溶液を塗布することを含んでもよい。基板の表面が凹凸を有する場合、凹部内においては液膜の収縮に伴う気泡が特に発生し易い傾向がある。このため、凹凸を有する表面に被膜を形成する場合には、液膜の収縮の抑制による上記効果がより顕著なものとなる。
被膜として、表面を保護するためのマスクを形成してもよい。
本開示の一側面に係る基板処理装置は、金属酸化物を含有する化合物の溶液を塗布するための第一処理部と、熱処理を施すための第二処理部と、エネルギー線を照射するための第三処理部と、コントローラとを備え、コントローラは、溶液の液膜を基板の表面に形成するように、表面に溶液を塗布することを第一処理部に実行させる制御と、化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、液膜を加熱することを第二処理部に実行させる制御と、第一温度にて液膜を加熱した後に、金属酸化物を含有する被膜を表面に形成するように、液膜にエネルギー線を照射することを第三処理部に実行させる制御と、を実行するように構成されていてもよい。
本開示の一側面に係る記録媒体は、上記基板処理方法を装置に実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な媒体である。
本開示によれば、金属酸化物を含有する被膜を形成する際の気泡の発生を抑制できる。
基板処理システムの斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 塗布ユニットの模式図である。 熱処理・照射ユニットの模式図である。 コントローラのハードウェア構成図である。 基板処理手順を示すフローチャートである。 液膜の形成手順を示すフローチャートである。 液膜の形成手順におけるウェハの状態を示す模式図である。 液膜の加熱手順を示すフローチャートである。 液膜の加熱手順におけるウェハの状態を示す模式図である。 被膜の形成手順を示すフローチャートである。 被膜の形成手順におけるウェハの状態を示すフローチャートである。 基板処理手順の変形例を示すフローチャートである。 図１３の基板処理手順におけるウェハの状態を示す模式図である。 下地液膜の形成手順を示すフローチャートである。 下地被膜の形成手順を示すフローチャートである。 被膜の形成後におけるウェハの断面の電子顕微鏡写真である。
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
〔基板処理装置〕
まず、基板処理装置の一例として、基板処理システム１の構成を説明する。基板処理システム１は、金属酸化物を含有する被膜を基板の表面に形成するものである。被膜の例としては、基板の表面を保護するためのマスクが挙げられる。
図１及び図２に示すように、基板処理システム１は、キャリアブロック２と処理ブロック３とを備える。
キャリアブロック２は、キャリアステーション２１と搬入・搬出部２２とを有する。キャリアステーション２１は、複数のキャリア１０を支持する。キャリア１０は、基板の一例として、例えば円形の複数枚のウェハＷ（例えば半導体ウェハ）を収容する。キャリア１０の一側面には、ウェハＷを出し入れするための開閉扉１０ａが設けられている。
搬入・搬出部２２は、キャリアステーション２１及び処理ブロック３の間に介在するように配置されており、キャリアステーション２１上の複数のキャリア１０にそれぞれ対応する複数の開閉扉２２ａを有する。キャリアステーション２１上のキャリア１０は、開閉扉１０ａが開閉扉２２ａに面するように配置される。開閉扉２２ａ及び開閉扉１０ａを同時に開放することで、キャリア１０内と搬入・搬出部２２内とが連通し、キャリア１０に対するウェハＷの出し入れを搬入・搬出部２２内から行うことが可能となる。搬入・搬出部２２は受け渡しアームＡ１を内蔵している。受け渡しアームＡ１は、キャリア１０からウェハＷを取り出して処理ブロック３に渡し、処理ブロック３からウェハＷを受け取ってキャリア１０内に戻す。
処理ブロック３は、棚部２３と、塗布ユニット３０と、熱処理・照射ユニット４０と、搬送アームＡ２とを有する。棚部２３は、ウェハＷを一時的に収容するものであり、受け渡しアームＡ１と処理ブロック３との間におけるウェハＷの受け渡しに用いられる。棚部２３は、処理ブロック３内のキャリアブロック２側に配置されている。
塗布ユニット３０は、金属酸化物を含有する化合物（以下、「第一化合物」という。）の溶液（以下、「第一処理液」という。）をウェハＷの表面に塗布するための処理部（第一処理部）である。第一化合物は、例えば金属酸化物を含有する有機化合物である。金属酸化物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ハフニウム、及び酸化アルミニウムの少なくとも一種を含んでいてもよい。
第一化合物の具体例としては、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンプロポキシド、チタンブトキシド、チタンアミロキシド、チタンヘキシロキシド、メトキシジルコニウム、エトキシジルコニウム、プロポキシジルコニウム、ブトキシジルコニウム、フェノキシジルコニウム、メトキシタンタル、エトキシタンタル、プロポキシタンタル、ブトキシタンタル、フェノキシタンタル、ハフニウムメトキシド、ハフニウムエトキシド、ハフニウムプロポキシド、ハフニウムブトキシド、ハフニウムアミロキシド、ハフニウムヘキシロキシド、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムプロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムアミロキシド、アルミニウムヘキシロキシド等が挙げられる。
第一処理液は、第一化合物を溶解させるための溶剤を更に含んでいてもよい。溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、アセトン、シンナー等が挙げられる。
例えば、塗布ユニット３０は、図３に示すように、回転保持機構３１と処理液供給部３２とを有する。回転保持機構３１は、ウェハＷを保持して回転させる。回転保持機構３１は、保持部３３及び駆動部３４を有する。保持部３３は、水平に配置されたウェハＷを下方から支持し、そのウェハＷを真空吸着等によって保持する。駆動部３４は、例えば電動モータ等を動力源として内蔵し、鉛直な軸線まわりに保持部３３を回転させる。
処理液供給部３２は、第一処理液をウェハＷの表面Ｗａに供給する。処理液供給部３２は、本体３５とノズル３６とを有する。本体３５は、例えばポンプにより第一処理液をノズル３６に圧送する。ノズル３６は、保持部３３の上方に配置され、本体３５から圧送された第一処理液を下方に吐出する。
図４に示すように、熱処理・照射ユニット４０は、熱処理部４１と照射部４２とを有する。
熱処理部４１は、熱処理を施すための処理部（第二処理部）である。例えば熱処理部４１は、熱板４３と、昇降機構４４とを有する。熱板４３は水平に配置されたウェハＷを支持し、加熱するための板状の加熱要素である。例えば熱板４３は、熱源として複数のヒータを内蔵している。ヒータの具体例としては、電熱線式のヒータ等が挙げられる。
昇降機構４４は、熱板４３の上においてウェハＷを昇降させる。例えば昇降機構４４は、複数（例えば３本）の昇降ピン４５と駆動部４６とを有する。複数の昇降ピン４５は、熱板４３を貫通するように上方に突出している。駆動部４６は複数の昇降ピン４５を昇降させ、その先端部を熱板４３の上部に出没させる。これにより、熱板４３上においてウェハＷを昇降させることが可能となっている。
照射部４２は、エネルギー線を照射するための処理部（第三処理部）である。エネルギー線は、その照射によって上記第一化合物の架橋を促進可能であればどのような波長帯の線であってもよい。エネルギー線の具体例としては、波長１５０〜４００ｎｍの紫外線が挙げられる。エネルギー線の波長は、１７０〜２５０ｎｍであってもよい。
例えば照射部４２は、熱板４３の上方に設けられており、紫外線を出射する光源を有している。光源の具体例としては、波長１７２ｎｍの紫外線を出射するフッ化クリプトンエキシマ光源、波長１９３ｎｍの紫外線を出射するフッ化アルゴンエキシマ光源、及び波長２２２ｎｍの紫外線を出射するクリプトンクロライドエキシマ光源等が挙げられる。照射部４２は、光源から出射されたエネルギー線を熱板４３側（下方）に出射するように構成されている。
なお、熱処理部４１及び照射部４２は、必ずしも一つのユニットとして構成されていなくてよく、互いに独立したユニットとして構成されていてもよい。
搬送アームＡ２は、棚部２３と塗布ユニット３０及び熱処理・照射ユニット４０との間でウェハＷを搬送し、塗布ユニット３０と熱処理・照射ユニット４０との間でもウェハＷを搬送する。
処理ブロック３は、熱処理ユニット５０を更に有してもよい。熱処理ユニット５０は、熱処理・照射ユニット４０の熱処理部４１とは異なる温度にて、熱処理を施すための処理部（第四処理部）である。熱処理ユニット５０は、例えば熱処理部４１と同様に構成可能である。処理ブロック３が熱処理ユニット５０を更に有する構成において、搬送アームＡ２は、塗布ユニット３０と熱処理ユニット５０との間でもウェハＷを搬送する。
コントローラ１００は、第一処理液の液膜をウェハＷの表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに第一処理液を塗布することを塗布ユニット３０に実行させる制御と、上記第一化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、上記液膜を加熱することを熱処理部４１に実行させる制御と、第一温度にて上記液膜を加熱した後に、上記金属酸化物を含有する被膜を表面Ｗａに形成するように、上記液膜にエネルギー線を照射することを照射部４２に実行させる制御と、を実行するように構成されている。
架橋温度とは、第一化合物の架橋に必要な温度の最低値である。第一温度は、第一化合物の架橋温度未満であり、且つ上記溶剤の沸点以下であってもよい。例えば第一温度は７０〜１１０℃であり、８０〜１００℃であってもよく、８５〜９５℃であってもよい。第一温度にて上記液膜を加熱することは、例えば温度が第一温度の近傍に保たれた熱源（例えば熱板４３）によって上記液膜を加熱することを含む。
コントローラ１００は、上記液膜を表面Ｗａに形成する前に、上記液膜に比べて厚さの小さい下地液膜を表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに第一化合物の溶液（以下、「第二処理液」という。）を塗布することを塗布ユニット３０に実行させる制御と、上記被膜に比べて厚さの小さい下地被膜を表面Ｗａに形成するように、第一化合物の架橋温度よりも高い第二温度にて、下地液膜を加熱することを熱処理ユニット５０に実行させる制御と、を更に実行するように構成されていてもよい。
例えば第二温度は２００〜３００℃であり、２３０〜２７０℃であってもよく、２４０〜２６０℃であってもよい。第二温度にて上記液膜を加熱することは、例えば温度が第二温度の近傍に保たれた熱源（例えば熱板）によって上記液膜を加熱することを含む。
例えばコントローラ１００は、機能モジュールとして、塗布制御部１１１と、熱処理制御部１１２と、照射制御部１１３とを有する。塗布制御部１１１は塗布ユニット３０を制御し、熱処理制御部１１２は熱処理・照射ユニット４０の熱処理部４１及び熱処理ユニット５０を制御し、照射制御部１１３は熱処理・照射ユニット４０の照射部４２を制御する。各部の処理内容の詳細については後述する。
コントローラ１００は、一つ又は複数の制御用コンピュータにより構成される。例えばコントローラ１００は、図５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とを有する。入出力ポート１２４は、塗布ユニット３０、熱処理・照射ユニット４０及び熱処理ユニット５０との間で電気信号の入出力を行う。ストレージ１２３は、例えばハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有する。記録媒体は、後述の基板処理手順をキャリアブロック２及び処理ブロック３に実行させるためのプログラムを記録している。記録媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及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の記録媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記録する。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。
なお、コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えばコントローラ１００の各機能モジュールは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。
〔基板処理方法〕
続いて、基板処理方法の一例として、コントローラ１００がキャリアブロック２及び処理ブロック３を制御することにより実行される基板処理手順を説明する。この基板処理手順は、上記液膜をウェハＷの表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに第一処理液を塗布することと、上記第一温度にて、上記液膜を加熱することと、第一温度にて上記液膜を加熱した後に、上記金属酸化物を含有する被膜を表面Ｗａに形成するように、上記液膜にエネルギー線を照射することと、を含む。
図６に示すように、基板処理手順は、ステップＳ０１〜Ｓ０３を順に含む。ステップＳ０１では、コントローラ１００が、上記液膜を表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに第一処理液を塗布することを塗布ユニット３０に実行させる。ステップＳ０２では、コントローラ１００が、第一温度にて、上記液膜を加熱することを熱処理部４１に実行させる。ステップＳ０３では、コントローラ１００が、上記金属酸化物を含有する被膜を表面Ｗａに形成するように、上記液膜にエネルギー線を照射することを照射部４２に実行させる。以下、ステップＳ０１〜Ｓ０３における処理をより詳細に例示する。
図７に示すように、ステップＳ０１は、例えばステップＳ１１〜Ｓ１７を順に含む。ステップＳ１１では、塗布制御部１１１が、塗布ユニット３０にウェハＷを搬入するように受け渡しアームＡ１及び搬送アームＡ２を制御する。例えば塗布制御部１１１は、キャリア１０からウェハＷを取り出して棚部２３に配置するように受け渡しアームＡ１を制御し、棚部２３に配置されたウェハＷを塗布ユニット３０内に搬入するように搬送アームＡ２を制御する。その後塗布制御部１１１は、搬送アームＡ２により搬送されたウェハＷを保持部３３により保持するように、塗布ユニット３０の回転保持機構３１を制御する。
ステップＳ１２では、塗布制御部１１１が、駆動部３４によりウェハＷ及び保持部３３の回転を開始するように塗布ユニット３０を制御する。
ステップＳ１３では、塗布制御部１１１が、回転中のウェハＷの表面Ｗａ上に第一処理液の供給を開始するように処理液供給部３２を制御する。例えば塗布制御部１１１は、ウェハＷの回転中心の上方にノズル３６を配置した状態で、本体３５からノズル３６に第一処理液を供給し、ノズル３６から下方に第一処理液を吐出するように処理液供給部３２を制御する。表面Ｗａ上に到達した第一処理液は、ウェハＷの回転の遠心力によってウェハＷの外周側に広がる。これにより、第一処理液が表面Ｗａ上に塗布され、表面Ｗａ上に液膜ＬＦ１が形成される（図７及び図８参照）。
ステップＳ１４では、塗布制御部１１１が所定の塗布期間の経過を待機する。塗布期間は、例えば事前の条件出しによって設定されている。
ステップＳ１５では、塗布制御部１１１が、第一処理液の供給を停止するように処理液供給部３２を制御する。
ステップＳ１６では、塗布制御部１１１が、所定の乾燥期間の経過を待機する。乾燥期間は、例えば事前の条件出しによって設定されている。
ステップＳ１７では、塗布制御部１１１が、駆動部３４によるウェハＷ及び保持部３３の回転を停止するように塗布ユニット３０を制御する。以上で上記ステップＳ０１が完了する。
なお、ステップＳ０１における処理対象のウェハＷは、図８に示すように、表面Ｗａに凹凸パターンＷＰを有するものであってもよい。この場合、表面Ｗａに処理液を塗布することは、表面Ｗａのうち凹凸を有する部分Ｒ１に処理液を塗布することを含む。
図９に示すように、上記ステップＳ０２は、例えばステップＳ２１〜Ｓ２３を順に含む。ステップＳ２１では、熱処理制御部１１２が、ウェハＷを塗布ユニット３０内から搬出し、熱処理・照射ユニット４０内に搬入するように搬送アームＡ２を制御する。搬送アームＡ２がウェハＷを塗布ユニット３０内から搬出するのに先立って、熱処理制御部１１２は、保持部３３によるウェハＷの保持状態を解除するように回転保持機構３１を制御する。搬送アームＡ２がウェハＷを熱処理・照射ユニット４０内に搬入するのに先立って、熱処理制御部１１２は、駆動部４６により昇降ピン４５を上昇させてその先端部を熱板４３上に突出させるように昇降機構４４を制御する。その後熱処理制御部１１２は、熱処理・照射ユニット４０内に搬入したウェハＷを昇降ピン４５上に配置するように搬送アームＡ２を制御する（図９及び図１０の（ａ）参照）。
ステップＳ２２では、熱処理制御部１１２が、熱板４３の温度を上記第一温度の近傍に保ちながら、駆動部４６により昇降ピン４５を下降させるように昇降機構４４を制御する（図９及び図１０の（ｂ）参照）。昇降ピン４５の下降によりウェハＷが熱板４３上に設置されると、熱板４３の熱がウェハＷに伝わり、その熱が液膜ＬＦ１に伝わる。すなわちウェハＷを介した液膜ＬＦ１の加熱が開始される。
ステップＳ２３では、熱処理制御部１１２が、熱板４３の温度を上記第一温度の近傍に保ちながら、所定の加熱期間の経過を待機する。加熱期間は、例えば事前の条件出しによって設定されている。熱板４３の温度が第一温度の近傍に保たれることによって、第一温度での液膜ＬＦ１の加熱が加熱期間の経過まで継続される。以上で上記ステップＳ０２が完了する。
図１１に示すように、上記ステップＳ０３は、例えばステップＳ３１〜Ｓ３５を順に含む。ステップＳ３１では、照射制御部１１３が、駆動部４６により昇降ピン４５を上昇させるように昇降機構４４を制御する。昇降ピン４５の上昇に伴ってウェハＷが熱板４３上から浮上し、照射部４２側に近付く（図１１及び図１２の（ａ）参照）。
ステップＳ３２では、照射制御部１１３が、液膜ＬＦ１へのエネルギー線の照射を開始するように照射部４２を制御する（図１１及び図１２の（ｂ）参照）。
ステップＳ３３では、照射制御部１１３が、所定の照射期間の経過を待機する。照射期間は、例えば事前の条件だしによって予め設定されている。照射期間に亘ってエネルギー線の照射が継続されると、液膜ＬＦ１に含まれる上記第一化合物の架橋が促進される。具体的には、エネルギー線の照射によって第一化合物の保護基が外され、第一化合物同士の間で架橋反応が進行する。これにより、金属酸化物を含有する被膜ＣＦ１が表面Ｗａに形成される（図１１及び図１２の（ｃ）参照）。
ステップＳ３４では、照射制御部１１３が、エネルギー線の照射を停止するように、照射部４２を制御する。
ステップＳ３５では、照射制御部１１３が、熱処理・照射ユニット４０からウェハＷを搬出し、キャリア１０内に戻すように受け渡しアームＡ１及び搬送アームＡ２を制御する。例えば照射制御部１１３は、熱処理・照射ユニット４０内からウェハＷを搬出して棚部２３に配置するように搬送アームＡ２を制御し、棚部２３に配置されたウェハＷをキャリア１０内に戻すように受け渡しアームＡ１を制御する。以上で上記ステップＳ０３が完了する。
基板処理手順は、液膜ＬＦ１を表面Ｗａに形成する前に、液膜ＬＦ１に比べて厚さの小さい下地液膜を表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに上記第二処理液を塗布することと、被膜ＣＦ１に比べて厚さの小さい下地被膜を表面Ｗａに形成するように、上記第二温度にて、下地液膜を加熱することと、を更に含んでもよい。例えば図１３に示すように、基板処理手順は、ステップＳ４１〜Ｓ４５を順に含んでもよい。
ステップＳ４１では、コントローラ１００が、液膜ＬＦ１に比べて厚さの小さい下地液膜ＬＦ２を表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに第二処理液を塗布することを塗布ユニット３０に実行させる（図１３及び図１４（ａ）参照）。
ステップＳ４２では、コントローラ１００が、被膜ＣＦ１に比べて厚さの小さい下地被膜ＣＦ２を表面Ｗａに形成するように、第二温度にて下地液膜ＬＦ２を加熱することを熱処理ユニット５０に実行させる（図１３及び図１４（ｂ）参照）。
ステップＳ４３〜Ｓ４５は、ステップＳ４３の冒頭における塗布ユニット３０内へのウェハＷの搬送がキャリア１０からではなく熱処理ユニット５０から行われる点を除いてステップＳ０１〜Ｓ０３と同様である。ステップＳ４３〜Ｓ４５の実行により下地被膜ＣＦ２上に被膜ＣＦ１が形成される（図１３及び図１４（ｃ）参照）。
以下、ステップＳ４１，Ｓ４２における処理をより詳細に例示する。図１５に示すように、ステップＳ４１は、例えばステップＳ５１〜Ｓ５７を順に含む。ステップＳ５１〜Ｓ５７の実行内容は、ステップＳ１１〜Ｓ１７と同様であるが、液膜ＬＦ１に比べて厚さの小さい下地液膜ＬＦ２を形成するためにいずれかのステップにおける設定条件が異なる。
例えばステップＳ５２〜Ｓ５５において、塗布制御部１１１は、ステップＳ１２〜Ｓ１５に比較して高い回転数でウェハＷを回転させるように回転保持機構３１を制御してもよい。ステップＳ５３〜Ｓ５５において、塗布制御部１１１は、第一処理液に比較して第一化合物の濃度の低い第二処理液を表面Ｗａに供給するように処理液供給部３２を制御してもよい。ステップＳ５４における塗布期間がステップＳ１４における塗布期間に比較して短く設定されていてもよく、ステップＳ５６における乾燥期間がステップＳ１６における乾燥期間に比較して長く設定されていてもよい。
図１６に示すように、ステップＳ４２は、例えばステップＳ６１〜Ｓ６３を順に含む。ステップＳ６１では、熱処理制御部１１２が、ウェハＷを塗布ユニット３０内から搬出し、熱処理ユニット５０内に搬入するように搬送アームＡ２を制御する。搬送アームＡ２がウェハＷを塗布ユニット３０内から搬出するのに先立って、熱処理制御部１１２は、保持部３３によるウェハＷの保持状態を解除するように回転保持機構３１を制御する。
ステップＳ６２では、熱処理制御部１１２が、上記第二温度にて下地液膜ＬＦ２を加熱するように熱処理ユニット５０を制御する。例えば熱処理制御部１１２は、熱処理ユニット５０の熱板５３の温度を第二温度の近傍に保った状態で熱板５３上にウェハＷを配置することで、下地液膜ＬＦ２を加熱する（図１４の（ｃ）参照）。
ステップＳ６３では、熱処理制御部１１２が、熱板の温度を第二温度の近傍に保ちながら、所定の加熱期間の経過を待機する。加熱期間は、例えば事前の条件出しによって設定されている。加熱期間に亘って下地液膜ＬＦ２の加熱が継続されると、下地液膜ＬＦ２に含まれる上記溶剤の揮発及び上記第一化合物の架橋が促進される。具体的には、加熱によって第一化合物の保護基が外され、第一化合物同士の間で架橋反応が進行する。これにより、下地被膜ＣＦ２が表面Ｗａに形成される。以上でステップＳ４２が完了する。
なお、ステップＳ４３〜Ｓ４５に先立って、ステップＳ４１，Ｓ４２を複数回繰り返してもよい。
〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、本実施形態に係る基板処理方法は、金属酸化物を含有する化合物の溶液の液膜ＬＦ１をウェハＷの表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに当該溶液を塗布することと、当該化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、液膜ＬＦ１を加熱することと、第一温度にて液膜ＬＦ１を加熱した後に、金属酸化物を含有する被膜ＣＦ１を表面Ｗａに形成するように、液膜ＬＦ１にエネルギー線を照射することと、を含む。
この基板処理方法によれば、架橋温度よりも低い第一温度で液膜ＬＦ１が加熱されるので、化合物の流動性が保たれた状態で溶剤の揮発が促進される。化合物の流動性が保たれることで、溶剤の揮発中における気泡の発生が抑制される。その後、エネルギー線の照射によって液膜ＬＦ１中の化合物の架橋反応が促進され、金属酸化物を含有する被膜ＣＦ１が形成される。エネルギー線の照射によれば、加熱による場合に比較して、架橋反応の進行に伴う液膜ＬＦ１の収縮が抑制される傾向がある。また、エネルギー線の照射に先立って溶剤の揮発が促進されているので、架橋反応の進行に伴う液膜ＬＦ１の収縮は更に抑制される。従って、液膜ＬＦ１の収縮に伴う気泡の発生が抑制されるので、被膜ＣＦ１を形成する際の気泡の発生を抑制できる。
図１７は、被膜ＣＦ１の形成後におけるウェハＷの断面の電子顕微鏡写真である。図１７において、（ａ）及び（ｂ）は、エネルギー線照射に代えて加熱により液膜ＬＦ１中の化合物の架橋反応を促進させたウェハＷ（以下、「第一サンプル」という。）の写真である。（ｃ）及び（ｄ）は、第一温度で液膜ＬＦ１を加熱することを行わずに、エネルギー線の照射により液膜ＬＦ１中の化合物の架橋反応を促進させたウェハＷ（以下、「第二サンプル」という。）の写真である。（ｅ）及び（ｆ）は、第一温度で液膜ＬＦ１を加熱した後に、エネルギー線の照射により液膜ＬＦ１中の化合物の架橋反応を促進させたウェハＷ（以下、「第三サンプル」という。）の写真である。
図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一サンプルにおいては、比較的に幅の広い凹部Ｈ１、及び比較的に幅の狭い凹部Ｈ２のいずれにおいても気泡Ｖが発生している。図１７の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第二サンプルにおいては、凹部Ｈ１における気泡Ｖは実質的に発生していないものの、凹部Ｈ２においては気泡Ｖが発生している。図１７の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第三サンプルにおいては、凹部Ｈ１における気泡Ｖは実質的に発生しておらず、凹部Ｈ２における気泡Ｖも大幅に低減されている。このように、第一温度で液膜ＬＦ１を加熱することと、エネルギー線の照射により被膜ＣＦ１を形成することとの両方を実行することで、気泡の発生を大幅に抑制できる。
上記溶液は溶剤を含んでもよく、第一温度は溶剤の沸点以下であってもよい。この場合、溶剤の揮発を緩やかに進行させることで、気泡の発生をより確実に抑制できる。
液膜ＬＦ１を表面Ｗａに形成する前に、液膜ＬＦ１に比べて厚さの小さい下地液膜ＬＦ２を表面Ｗａに形成するように、表面Ｗａに上記化合物の溶液を塗布することと、被膜ＣＦ１に比べて厚さの小さい下地被膜ＣＦ２を表面Ｗａに形成するように、上記化合物の架橋温度よりも高い第二温度にて、下地液膜ＬＦ２を加熱することと、を更に含んでもよい。この場合、液膜ＬＦ１に比べて下地液膜ＬＦ２の厚さが小さく、被膜ＣＦ１に比べて下地被膜ＣＦ２の厚さが小さいので、下地被膜ＣＦ２の形成過程においては下地液膜ＬＦ２の収縮が抑制される。このため、下地被膜ＣＦ２の形成過程では気泡が生じ難い。液膜ＬＦ１の形成に先立って下地被膜ＣＦ２を形成しておくことで、液膜ＬＦ１が収縮する際に、表面Ｗａからの液膜ＬＦ１の遊離が抑制される。このため、被膜ＣＦ１の形成過程における気泡の発生は更に抑制される。従って、気泡の発生をより確実に抑制できる。
表面Ｗａに上記溶液を塗布することは、表面Ｗａのうち凹凸を有する部分に溶液を塗布することを含んでもよい。表面Ｗａが凹凸を有する場合、凹部内においては液膜ＬＦ１の収縮に伴う気泡が特に発生し易い傾向がある。このため、凹凸を有する表面Ｗａに被膜ＣＦ１を形成する場合には、液膜ＬＦ１の収縮の抑制による上記効果がより顕著なものとなる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、基板処理システム１による基板処理手順は、被膜ＣＦ１の形成後に、上記架橋温度よりも高い温度にて被膜ＣＦ１を加熱することを更に含んでもよい。処理対象の基板は半導体ウェハに限られず、ガラス基板、マスク基板、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）であってもよい。本発明の適用対象となる被膜は、上述したマスクに限られない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート絶縁膜も本発明の適用対象となり得る。
１…基板処理システム（基板処理装置）、Ｗ…ウェハ（基板）、３０…塗布ユニット（第一処理部）、Ｗａ…表面、４１…熱処理部（第二処理部）、４２…照射部（第三処理部）、１００…コントローラ、ＬＦ１…液膜、ＣＦ１…被膜、ＬＦ２…下地液膜、ＣＦ２…下地被膜。

Claims (7)

  1. 金属酸化物を含有する化合物の溶液の液膜を基板の表面に形成するように、前記表面に前記溶液を塗布することと、
    前記化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、前記液膜を加熱することと、
    前記第一温度にて前記液膜を加熱した後に、前記金属酸化物を含有する被膜を前記表面に形成するように、前記液膜にエネルギー線を照射することと、を含み、
    前記液膜を前記表面に形成する前に、
    前記液膜に比べて厚さの小さい下地液膜を前記表面に形成するように、前記表面に前記溶液を塗布することと、
    前記被膜に比べて厚さの小さい下地被膜を前記表面に形成するように、前記化合物の架橋温度よりも高い第二温度にて、前記下地液膜を加熱することと、を更に含む、基板処理方法。
  2. 前記溶液は溶剤を含み、前記第一温度は前記溶剤の沸点以下である、請求項１記載の基板処理方法。
  3. 前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ハフニウム、及び酸化アルミニウムの少なくとも一種を含む、請求項１又は２記載の基板処理方法。
  4. 前記表面に前記溶液を塗布することは、前記表面のうち凹凸を有する部分に前記溶液を塗布することを含む、請求項１〜３のいずれか一項記載の基板処理方法。
  5. 前記被膜として、前記表面を保護するためのマスクを形成する、請求項１〜４のいずれか一項記載の基板処理方法。
  6. 金属酸化物を含有する化合物の溶液を塗布するための第一処理部と、
    熱処理を施すための第二処理部と、
    エネルギー線を照射するための第三処理部と、
    コントローラとを備え、
    前記コントローラは、
    前記溶液の液膜を基板の表面に形成するように、前記表面に前記溶液を塗布することを前記第一処理部に実行させる制御と、
    前記化合物の架橋温度よりも低い第一温度にて、前記液膜を加熱することを前記第二処理部に実行させる制御と、
    前記第一温度にて前記液膜を加熱した後に、前記金属酸化物を含有する被膜を前記表面に形成するように、前記液膜に前記エネルギー線を照射することを前記第三処理部に実行させる制御と、を実行するように構成され、
    前記液膜を前記表面に形成する前に、
    前記液膜に比べて厚さの小さい下地液膜を前記表面に形成するように、前記表面に前記溶液を塗布することを前記第一処理部に実行させる制御と、
    前記被膜に比べて厚さの小さい下地被膜を前記表面に形成するように、前記化合物の架橋温度よりも高い第二温度にて、前記下地液膜を加熱することを前記第二処理部に実行させる制御と、を更に実行するように構成されている、基板処理装置。
  7. 請求項１〜５のいずれか一項記載の基板処理方法を装置に実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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