JP7341309B2 - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents
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Description
また、ハードマスク層は、当該ハードマスク層をマスクとしたエッチング後は、スループット等の観点から、容易に除去可能であることが求められる。
現像装置12は、現像液を用いて、ウェハWを現像処理する。
第2加熱装置22は、第1加熱装置21による加熱後、ウェハを加熱する。第2加熱装置22による加熱により、後述の有機成分含有金属酸化膜としての有機成分含有酸化チタン膜が形成される。
第3加熱装置23は、レジスト塗布装置11によるレジスト液膜の形成後且つ露光装置(図示せず)による露光前に、ウェハWを加熱する。つまり、第3加熱装置23は、PAB(Pre-applied bake)処理を行う。上述の露光装置は、例えば第1処理システム1に隣接する位置に設けられている。
第4加熱装置24は、上記露光後且つ現像装置12による現像前に、ウェハWを加熱する。つまり、第4加熱装置24は、PEB(Post exposure bake)処理を行う。
第5加熱装置25は、上記現像後、ウェハWを加熱する。つまり、第5加熱装置25はポストベイク処理を行う。
第2ドライエッチング装置32は、上記有機成分含有酸化チタン膜のパターンをマスクとして、処理対象層をドライエッチングする。処理対象層は例えば有機成分含有酸化チタン膜の直下に形成されている、アモルファスシリコン層や、タングステン(W)を含むWBC層等の金属炭化層である。
第1ドライエッチング装置31及び第2ドライエッチング装置32には、公知のエッチング装置を用いることができ、例えばRIE(Reactive Ion Etching)装置が用いられる。
ウェットエッチング装置42には、公知の装置を用いることができる。
まず、図2及び図3(A)に示すように、第1処理システム1の液膜形成装置13において、有機チタン錯体等を含むマスク層形成用液がウェハWの表面に回転塗布され、a-Si膜F1を覆うようにマスク層形成用液の液膜F2が形成される(ステップS1)。図4(A)に示すように、マスク層形成用液の液膜F2の状態では、チタン原子Mとリガンド(R)Lとを含む有機チタン錯体Cは互いに独立しており、チタン原子M同士は結合していない。また、マスク層形成用液の液膜F2には、添加物Aが含有されている。なお、図示は省略するが、マスク層形成用液の液膜F2中には溶媒も含有されている。
次いで、マスク層形成用液の液膜F2が形成されたウェハWが加熱され、図3(B)に示すように、有機成分含有金属酸化膜としての有機成分含有酸化チタン膜F3が形成され、具体的には、a-Si膜F1上の液膜F2が、有機成分含有酸化チタン膜F3となる(ステップS2)。有機成分含有金属酸化膜とは、マスク形成用液の添加物に含まれていた密度向上用有機物を含有する金属酸化膜であり、具体的には、密度向上用有機物が金属酸化膜構造の中に入り込んだような形態で存在する膜である。
なお、第2加熱装置22での加熱後の有機成分含有酸化チタン膜F3の厚さは、例えば20~500nmである。また、上述の第2温度T2は例えば350~600℃である。
図示するように、第1加熱装置21及び第2加熱装置22で加熱された後の有機成分含有酸化チタン膜F3において、チタン原子、酸素原子及び炭素原子の原子組成百分率は深さ方向に偏りがなく、略一様であり、言い換えると、組成比が深さ方向に関して略一様である。また、第1加熱装置21及び第2加熱装置22で加熱された後の有機成分含有酸化チタン膜F3中の炭素原子の割合は約50%であり比較的高い。
これらのことから、第1加熱装置21及び第2加熱装置22での加熱後の膜には、マスク層形成用液に含まれる有機成分が除去されずに残っていることが分かる。
なお、原子組成百分率からみると、有機成分含有酸化チタン膜F3は一酸化チタンの構造に近いと思われる。しかし、有機成分含有酸化チタン膜F3の構造は、加熱により反応が進み形成されたチタン原子と酸素原子との結合(Ti-O結合)の部分と、未反応のチタン原子とリガンドとの結合(Ti-R結合)の部分とが混在しており、その全体が純粋な一酸化チタンの構造、二酸化チタンの構造等を成すものではない、と推測される。
また、本発明者らは、第2加熱装置22での加熱温度がある温度(例えば600℃)以上になると、有機成分含有酸化チタン膜F3の膜厚が下がることを確認している。これは、第2加熱装置22での加熱温度がある温度以上になると、密度向上用有機物が分解し始めるから、と考えられる。
有機成分含有酸化チタン膜F3の形成後、レジストパターンが形成される(ステップS3)。
具体的には、まず、レジスト塗布装置11において、ウェハWの表面にレジスト液が回転塗布され、有機成分含有酸化チタン膜F3を覆うように、レジスト液の液膜が形成される。
続いて、第3加熱装置23において、ウェハWがPAB処理され、図3(C)に示すように、有機成分含有酸化チタン膜F3上にレジスト膜F4が形成される。
次に、露光装置(図示せず)において、ウェハが所望のパターンで露光処理される。
次いで、第4加熱装置24において、ウェハWがPEB処理される。
そして、現像装置12において、ウェハWが現像処理され、図3(D)に示すように、レジストパターンF5が形成される。その後、第5加熱装置25において、ウェハWがボスとベーク処理される。
レジストパターンF5の形成後、当該レジストパターンF5が有機成分含有酸化チタン膜F3に転写され、図3(E)に示すように、有機成分含有酸化チタン膜のパターンF6が形成される(ステップS4)。
具体的には、例えば、ウェハWが、第2処理システム2に搬入され、第1ドライエッチング装置31において、レジストパターンF5をマスクとして、有機成分含有酸化チタン膜F3がドライエッチングされ、レジストパターンF5が有するパターンが有機成分含有酸化チタン膜F3に転写される。そして、アッシング装置(図示せず)において、レジストパターンF5が除去され、図3(E)に示すように、有機成分含有酸化チタン膜のパターンF6が形成される。有機成分含有酸化チタン膜F3のドライエッチングには、例えば塩素(Cl2)ガスや三塩化ホウ素(BCl3)ガスが用いられる。
次いで、第2ドライエッチング装置32において、有機成分含有酸化チタン膜のパターンF6をマスクとして、処理対象層であるa-Si膜F1がドライエッチングされる(ステップS5)。処理対象層のドライエッチングには、Cl系ガスが用いられる。Cl系ガスとは、Cl(塩素)を含むガスであり、例えば、塩化水素(HCl)ガス等である。また、Cl系ガスに代えて、フッ素(F)を含む六フッ化硫黄(SF6)ガス等のF系ガスを用いてもよい。
その後、有機成分含有酸化チタン膜のパターンF6から密度向上用有機物Yが除去される(ステップS6)。これにより、有機成分含有酸化チタン膜のパターンF6は、図3(F)に示すように、密度向上用有機物Yを含まない酸化チタン膜のパターンF7となる。
ステップS6では、具体的には、ウェハWが、第3処理システム3に搬入され、除去装置41において、ウェハWが第3温度T3で加熱され、その状態で、当該ウェハWに紫外線が照射され、密度向上用有機物Yが除去される。紫外線の照射は、例えば大気ガス雰囲気下で行われる。大気ガス雰囲気下での紫外線照射により生じたオゾンや活性酸素によって密度向上用有機物Yが酸化される。酸化した密度向上用有機物Yは揮発され除去されるところ、加熱することで揮発速度を高めることができる。なお、第3温度T3を高くするほど、密度向上用有機物Yの除去を高速で行うことができる。第3温度T3は例えば200~600℃である。
そして、ウェットエッチング装置42において、密度向上用有機物Yを含まない酸化チタン膜のパターンF7がウェットエッチングにより除去される(ステップS7)。エッチング液には、例えば希フッ酸を用いることができる。希フッ酸の代わりに、SPM(Sulfuric acid Peroxide Mixture:硫酸過水)を用いてもよい。
酸化チタン膜のパターンF7が厚い場合等においては、ステップS6の有機成分の除去処理とステップS7のウェットエッチング処理とを交互に繰り返すようにしてもよい。
このことから、有機成分含有酸化チタン膜は、紫外線照射処理を行うことで、短時間で容易に剥離することができることが分かる。なお、紫外線照射処理により、有機成分含有酸化チタン膜のウェットエッチングの速度が高くなる理由としては、密度向上用有機物によって希フッ酸と酸化チタン構造との反応が阻害されるのに対し、紫外線照射処理により密度向上用有機物が減少し上記反応が阻害されなくなったことが考えられる。
また、本実施形態にかかる基板処理方法は、有機成分含有金属酸化膜をマスクとしたドライエッチング後、当該有機成分含有金属酸化膜中の有機成分を除去する工程と、有機成分含有金属酸化膜から有機成分を除去した膜をウェットエッチングにより除去する工程と、を有する。この二つの工程で、マスクとして用いられた、高エッチング耐性の有機成分含有金属酸化膜を容易に除去することができる。
よって、本実施形態によれば、エッチング耐性が高く低コストで形成可能なマスクを用いてエッチングを行い、エッチング後に当該マスクを容易に除去可能な基板処理方法を提供することができる。
以上では、紫外線照射処理は、大気ガス雰囲気下で行われるものとしたが、紫外線照射処理時に処理空間にオゾンガス等の酸化ガスを供給するようにしてもよい。また、上述のように、紫外線は照射せずに高温で加熱する場合にも、酸化ガスを供給するようにしてもよい。酸化ガスを供給することにより、密度向上用有機物の除去処理を短時間で行うことができる。
21 第1加熱装置
22 第2加熱装置
31 第1ドライエッチング装置
32 第2ドライエッチング装置
41 除去装置
42 ウェットエッチング装置
F2 液膜
F3 有機成分含有酸化チタン膜
A 添加物
C 有機チタン錯体
K ウェハ処理システム
W ウェハ
Y 密度向上用有機物
Claims (7)
- 基板を処理する基板処理方法であって、
有機金属錯体、溶媒及び添加物を含む塗布液を基板に塗布し、前記塗布液の液膜を形成する工程と、
前記塗布液の液膜が形成された基板を加熱し、前記添加物に含まれる有機成分を含有する金属酸化膜である有機成分含有金属酸化膜を形成する工程と、
前記有機成分含有金属酸化膜をマスクとしてドライエッチングを行う工程と、
前記ドライエッチング後、前記有機成分含有金属酸化膜中の前記有機成分を除去する工程と、
前記有機成分含有金属酸化膜から前記有機成分を除去した膜をウェットエッチングにより除去する工程と、を有する、基板処理方法。 - 前記有機成分は、前記有機成分含有金属酸化膜の膜密度を向上させるためのものである、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記有機成分を除去する工程は、前記有機成分含有金属酸化膜が形成された基板を加熱しながら当該基板に紫外線を照射して、前記有機成分を除去する、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記有機成分含有金属酸化膜を形成する工程は、前記有機金属錯体を加水分解させ且つ加水分解した前記有機金属錯体同士を脱水縮合させ、前記有機成分含有金属酸化膜を形成する、請求項1~3のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記有機成分含有金属酸化膜を形成する工程は、
前記塗布液の液膜が形成された基板を第1温度で加熱し、前記塗布液の液膜内の溶媒を除去する工程と、
前記塗布液の液膜から前記溶媒が除去された基板を前記第1温度より高い第2温度で加熱し、前記有機金属錯体を加水分解させ且つ加水分解した前記有機金属錯体同士を脱水縮合させ、前記有機成分含有金属酸化膜を形成する工程と、を有する、請求項4に記載の基板処理方法。 - 前記有機成分含有金属酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを前記有機成分含有金属酸化膜に転写する工程と、をさらに有し、
前記ドライエッチングを行う工程は、前記レジストパターンが転写された前記有機成分含有金属酸化膜をマスクとして前記ドライエッチングを行う、請求項1~5のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 基板を処理する基板処理システムであって、
有機金属錯体、溶媒及び添加物を含む塗布液を基板に塗布し、前記塗布液の液膜を形成する液膜形成装置と
前記塗布液の液膜が形成された基板を加熱し、前記添加物に含まれる有機成分を含有する金属酸化膜である有機成分含有金属酸化膜を形成する加熱装置と、
前記有機成分含有金属酸化膜をマスクとしてドライエッチングを行うドライエッチング装置と、
前記ドライエッチング後、前記有機成分含有金属酸化膜中の前記有機成分を除去する除去装置と、
前記有機成分含有金属酸化膜から前記有機成分を除去した膜をウェットエッチングにより除去するウェットエッチング装置と、を有する、基板処理システム。
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