(57)【要約】【課題】表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、基板の裏面に膜厚の面内均一性が良好な薄膜を成膜すること。【解決手段】表面を上に向けた状態で基板の裏面を支持部により支持し、基板の裏面と、裏面と対向するガイド面と、の間に隙間を形成する工程と、支持部に支持された基板よりも外側から排気する工程と、ガイド面側からガス吐出口を介して隙間に原料ガスを供給すると共に原料ガスを加熱して、基板の裏面に薄膜を蒸着により成膜する工程と、を含み、（ａ）成膜する工程は、成膜途中で前記隙間の高さを、第１の値及び当該第１の値よりも小さい第２の値の一方から他方に変更する工程を含むこと、（ｂ）成膜する工程は、基板の径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、  のうち、少なくとも一方の条件を備える。【選択図】図１
2020049959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内にて、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、
表面を上に向けた状態で基板の裏面を支持部により支持し、当該基板の裏面と、当該裏面と対向するガイド面と、の間に隙間を形成する工程と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口から処理容器内を排気する工程と、
前記ガイド面側からガス吐出口を介して前記隙間に原料ガスを供給すると共に当該原料ガスを加熱して、前記基板の裏面に薄膜を蒸着により成膜する工程と、を含み、
（条件ａ）前記成膜する工程は、成膜途中で前記隙間の高さを、第１の値及び当該第１の値よりも小さい第２の値の一方から他方に変更する工程を含むこと、
（条件ｂ）前記成膜する工程は、基板の径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法。
【請求項２】
前記条件ａを備え、
前記隙間の高さが第１の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量は、前記隙間の高さが第２の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量よりも多い請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記成膜する工程を行っている間、基板の表面側に上方からパージガスを供給する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記条件ａを備え、
前記第１の値が０．５ｍｍよりも大きく、７ｍｍ以下であり、前記第２の値が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である請求項１記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記ガス吐出口は、上面が前記ガイド面として形成されるガイド面形成部材に設けられたガス流路の出口である請求項１記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記ガイド面は、加熱部を備えた熱板の表面である請求項１記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記薄膜は、単分子膜が形成された後は当該単分子膜の上に蒸着されない膜である請求項１記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記薄膜は、フッ素樹脂からなる薄膜である請求項１記載の基板処理方法。
【請求項９】
処理容器内にて、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する装置において、
表面が上側に向いている基板の裏面との間に、原料ガスを通流させる隙間を形成するための原料ガスのガイド面を備えたガイド面形成部材と、
前記隙間を流れる原料ガスを加熱するための加熱部と、
前記ガイド面の上方にて前記基板を支持するための支持部と、
前記基板の裏面に薄膜を蒸着により成膜するための前記原料ガスを前記隙間に前記ガイド面側から供給するためのガス吐出口と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口と、
制御部と、を備え、
ａ）前記制御部は、成膜途中で前記隙間の高さを、第１の値及び当該第１の値よりも小さい第２の値の一方から他方に変更するように制御するものであること、
ｂ）前記ガス吐出口として基板の径方向の位置が互にことなる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口を備え、前記制御部は、基板の径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させるように制御するものであること、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理装置。
【請求項１０】
前記条件ａを備え、
前記制御部は、前記隙間の高さが第１の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量を、前記隙間の高さが第２の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量よりも多くなるように制御信号を出力するものである請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記基板の表面側にパージガスを供給するために当該基板の上方側に設けられたパージガス供給部を備え、
前記制御部は、少なくとも基板の裏面に蒸着により成膜しているときに前記パージガスの供給を行うように制御信号を出力するものである請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記ガス吐出口は、前記ガイド面形成部材に設けられたガス流路の出口である請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記薄膜は、フッ素樹脂膜である請求項９記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板の表面を疎水化するにあたり、基板がＨＭＤＳガスに十分曝されていないうちに熱処理のために基板を加熱してしまうと、熱処理温度を高めても基板の疎水性が期待通りに高くならないことを見出したことが記載されている。そこでウエハは次のようにして疎水化処理される。先ずウエハは、アップした状態の支持ピンにより支持されることで、処理空間内において表面が上に向くように水平に配置され、この状態で上側ケースの中心部に設けられたガス吐出口から処理ガスの供給が実施される。つまり熱板から離隔した上方位置にウエハを配置した状態で、基板の表面側に処理ガスの供給が実施される。このときの処理ガスの温度は例えば１５〜３０℃である。次に、支持ピンを降下させ、ウエハを熱板上に配置し、ウエハの表面温度を６０〜８０℃に加熱する。
このような方法によれば、基板の熱処理温度に応じて期待される疎水化度を基板に対して十分安定的に付与できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４６５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示はこのような事情に基づいてなされたものであり、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、基板の裏面に膜厚の面内均一性が良好な薄膜を成膜することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、処理容器内にて、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、
表面を上に向けた状態で基板の裏面を支持部により支持し、当該基板の裏面と、当該裏面と対向するガイド面と、の間に隙間を形成する工程と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口から処理容器内を排気する工程と、
前記ガイド面側からガス吐出口を介して前記隙間に原料ガスを供給すると共に当該原料ガスを加熱して、前記基板の裏面に薄膜を蒸着により成膜する工程と、を含み、
（条件ａ）前記成膜する工程は、成膜途中で前記隙間の高さを、第１の値及び当該第１の値よりも小さい第２の値の一方から他方に変更する工程を含むこと、
（条件ｂ）前記成膜する工程は、基板の径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、基板の裏面に膜厚の面内均一性が良好な薄膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一実施形態にかかる基板処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す基板処理装置に使用される熱板を示す平面図である。
【図３】図１に示す基板処理装置のＡ−Ａ´線に沿った横断平面図である。
【図４】図１に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図５】図１に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図６】露光装置のステージと当該ステージに載置される基板とを模式的に示す説明図である。
【図７】本開示の他の実施形態にかかる基板処理装置を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す基板処理装置に使用される熱板を示す平面図である。
【図９】図７に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図１０】図７に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図１１】図７に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図１２】図７に示す基板処理装置の動作を示す説明図である。
【図１３】本開示の基板処理装置の配置の一例の対象である塗布、現像装置の例を示す外観図である。
【図１４】基板の裏面の膜厚分布を評価するための実験データの結果を模式的に示すグラフである。
【図１５】基板の裏面の膜厚分布を評価するための実験データの結果を模式的に示すグラフである。
【図１６】基板の裏面の膜厚分布を評価するための実験データの結果を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の一実施形態にかかる基板処理装置は、図１に示すように下部材１と上部材２とを備えており、下部材１と上部材２とにより処理容器１０が構成される。下部材１は、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗの半径よりも大きい半径を有する円板状の熱板３と、熱板３の上面以外を囲む扁平な円筒状の外装部３０とを備えている。
熱板３は、板状部３１とこの板状部３１内に設けられた加熱部をなす抵抗発熱体からなるヒータ３２とを備えている。ヒータ３２は、例えば熱板３の中心を中心とする同心円状に複数分割され、熱板３の表面を高い均熱性をもって加熱できるように構成されている。図１では抵抗発熱ヒータ３２は、便宜上２つに分割されているものとして記載してある。
【０００９】
図１及び図２に示すように、熱板３の表面には、熱板３の中心を中心とし、ウエハの半径よりも短い半径の円に沿って複数例えば８本のギャップピン３３が設けられている。各ギャップピン３３は、例えば０．３ｍｍの高さに設定されている。
熱板３におけるギャップピン３３よりも中央寄りには、熱板３の中心を中心とする円に沿って周方向に３本の昇降ピン３４が当該熱板３を貫通して設けられている。３本の昇降ピン３４は昇降部材３５を介して例えばエアシリンダにより構成される昇降機構３６に接続されている。図１では、便宜上２本のギャップピン３３及び２本の昇降ピン３４を図示している。
【００１０】
熱板３の中心部には後述の蒸着用の原料ガスが流れるガス流路４１が貫通して形成されている。ガス流路４１の先端側は熱板３の中心部に開口するガス吐出口４０をなしている。即ち、ガス流路４１の出口がガス吐出口４０をなしている。またガス流路４１の基端側は外装部３０の中心部を貫通し、原料ガス供給管４２に接続されている。原料ガス供給管４２の基端側はバルブＶ１を介して気化器４３に接続されている。気化器４３は、液体原料をキャリアガスにより気化するためのものであり、液体原料供給管５１及びキャリアガス供給管５２とが接続されている。キャリアガスとしてこの例では窒素ガスが使用される。
液体原料供給管５１には、バルブＶ２、流量調整部５１１、液体原料供給源５１２が下流側からこの順に接続されている。キャリアガス供給管５２には、バルブＶ３、流量調整部５２１、キャリアガス供給源５２２が下流側からこの順に接続されている。
液体原料は、フッ素樹脂であるポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）、例えばテフロン（登録商標）が使用される。
【００１１】
上部材２は、下部材１の上方空間を覆うように扁平な円筒状の蓋部２１を備え、蓋部２１における周壁部２２の下面は外装部３０の上面に重なり合うように形成されている。蓋部２１は、昇降機構２０により下部材１に重なり合う位置と、外部の基板搬送機構と昇降ピン３４との間でウエハＷの受け渡しが行われる位置と、の間で昇降できるように構成される。
蓋部２１には、当該蓋部２１の周壁部２２で囲まれる空間を上下に区画するようにガス分散板２３が設けられ、ガス分散板２３の上方側及び下方側は夫々ガスの拡散空間及び処理空間をなしている。ガス分散板２３は、この例では処理空間を平面で見たとき全体に亘ってガス噴出孔２４が設けられている。
蓋部２１の上面板の中心部にはガス流路２５が貫通して形成され、ガス流路２５の下端は、既述の拡散空間に開口している。ガス流路２５の上端はパージガス供給管２６に接続され、パージガス供給管２６には、バルブＶ４、流量調整部２７、パージガス供給源２８が下流側からこの順に接続されている。パージガスとしてこの例では窒素ガスが使用される。またガス分散板２３及びガス流路２５はパージガス供給部を構成している。
【００１２】
蓋部２１の周壁部２２の内部には、図１及び図３に示すように各々上下に貫通する複数の排気路６が当該蓋部２１の周方向に沿って配置されている。周壁部２２の下面側には、排気路６を含む蓋部２１の中央寄り部位が全周に亘って切り取られ、当該周壁部２２の下部を処理空間側から見ると段部６１が形成されている。従って排気路６の下端は段部６１に開口しており、排気口６０を形成している。蓋部２１の上面の周縁部には周方向に沿って環状に形成された排気室６２が設けられ、排気室６２の底部には排気路６の上端が開口している。排気室６２には、周方向に沿って複数の排気管６３が接続されており、排気管６３の下流端は例えば工場内の各セクションの排気路が共通に接続される排気ダクトに接続されている。
【００１３】
本開示の実施形態にかかる基板処理装置はコンピュータにより構成される制御部１００を備えており、制御部１００は、後述の動作を行うためのプログラムが記憶部に格納されている。プログラムは、コンパクトディスク、メモリカード、マグネットオプティカルディスクなどの記憶媒体を介して記憶部にインストールされる。図１には、制御部１００から制御信号が送られる制御ラインの一部が記載されており、昇降ピン３４の昇降機構３６、バルブＶ１〜Ｖ４、流量調整部２７、５１１、５２１は制御部１００により制御される。
【００１４】
次に上述の基板処理装置の作用について説明する。先ず蓋部２１を上昇させて処理容器１０を開放した状態とし、表面側に半導体装置が形成されるウエハＷを図示しない基板搬送機構により熱板３の上方領域に搬送し、基板搬送機構から昇降ピン３４に受け渡す。基板搬送機構が処理容器１０の外に退避した後、蓋部２１を下降させて処理容器１０を閉じた状態（図１に示す状態）とする。ウエハＷは、ウエハＷの裏面と熱板３の表面との距離、即ち図１にも符号を記載した隙間Ｇの高さが第１の値例えば２ｍｍに設定された状態で昇降ピン３４に支持されている。このときウエハＷの中心が所定の許容範囲内で熱板３の中心、即ちガス吐出口４０の中心に一致するように載置される。
熱板３は、一例ではウエハＷが昇降ピン３４に受け渡される前にヒータ３２により原料ガスが結露する温度よりも高い温度であって、液体原料であるテフロンが分解する温度よりも低い温度、例えば５０〜１８０℃に加熱されている。
【００１５】
そしてバルブＶ４を開いてパージガス供給源２８から窒素ガスであるパージガスを処理容器１０内に供給する。パージガスは蓋部２１の中心部のガス流路２５からガス分散板２３を介してウエハＷの表面及びウエハＷの外側領域に供給される。また排気路６により処理室１０内が排気されている。
この状態において、図４に示すように熱板３の中心部のガス吐出口４０からテフロンガス（蒸気）とキャリアガスである窒素ガスとの混合ガスである原料ガスが例えば２．０リットル／分の流量でウエハＷの裏面と熱板３との間の隙間Ｇに供給される。
【００１６】
原料ガスの供給に関して記載しておくと、液体原料供給管５１及びキャリアガス供給管５２から夫々液体原料であるテフロンとキャリアガスである窒素ガスとが気化器４３に送られ、テフロンが気化されて窒素ガスと共に原料ガス供給管４２内を流れ、ガス吐出口４０から吐出する。
ガス吐出口４０から吐出した原料ガスは、ウエハＷの裏面と熱板３との間の隙間Ｇを全周に亘って広がり、ウエハＷの外方側に流出し、ガス分散板２３から流れてくるパージガスと共に蓋部２２の下部の段部６１を介して排気路６内に流れ込み、処理雰囲気から排気される。
蓋部２２の周壁部２２に沿って複数形成されている排気路６の下端は、段部６１に開口しており、段部６１は周壁部２２の全周に亘って形成されている。従って互に隣接する排気路６の間の段部６１は、排気流路のいわば緩衝領域の役割りを有し、原料ガス及びパージガスは周方向に高い均一性をもって排気される。
【００１７】
原料ガスが前記隙間Ｇを流れることにより蒸着原料であるテフロンがウエハＷの裏面に蒸着される。ウエハＷの裏面の周縁に近い領域、即ち周縁部は、ガス分散板２３から下降してくるパージガスが回り込み、このため原料ガスの気流が乱れ、原料ガスがウエハＷの裏面に行き亘らず、当該周縁部にテフロン膜が蒸着されない領域が現れる場合があり、膜厚の面内均一性が安定しない。パージガスを供給しない場合には、ウエハＷの裏面の周縁部にテフロン膜が成膜されるが、図１に示す装置構造においては、原料ガスがウエハＷの表面に回り込み、半導体装置の形成領域にテフロンが成膜されてしまうおそれがある。
【００１８】
そこで本実施形態では、ウエハＷの裏面と熱板３との距離、即ち隙間Ｇの高さ（寸法）を第１の値である例えば２ｍｍに設定した状態で既述のように当該裏面に対して蒸着を行った後、ウエハＷの裏面と熱板３との距離を第２の値である例えば０．３ｍｍまで小さく設定した状態で蒸着を行う。この例では、ギャップピン３３の高さが０．３ｍｍであり、昇降ピン３４を下降させて昇降ピン３４に支持されているウエハＷを図５に示すようにギャップピン３３に受け渡すことにより前記隙間Ｇの高さを２ｍｍから０．３ｍｍに変更している。昇降ピン３４は熱板３の表面よりも下方側に位置しているが、図５では昇降ピン３４は図示していない。
【００１９】
そしてウエハＷをギャップピン３３に支持した状態で、ガス吐出口４０から原料ガスが１リットル／分の流量でウエハＷの裏面と熱板３との間の隙間Ｇに供給される。このように隙間Ｇを小さくすると、パージガスがウエハＷの裏面に回り込みにくくなるため、ウエハＷの裏面の周縁部において原料ガスに対するパージガスの気流の影響が抑えられ、このため蒸着が進行してテフロン膜が成膜される。原料ガスはウエハＷの裏面の周縁部より中央寄りの領域にも行き亘るが、テフロンは単分子膜が形成された後は、更に積層されないことから、ウエハＷの裏面全体に亘って積層されるのではなく、ウエハＷの裏面の周縁部に積層される。
【００２０】
ここで隙間Ｇの高さが大きい方の状態、この例では当該寸法を２ｍｍに設定した状態を広ギャップ、寸法が小さい方の状態、この例では当該寸法を０．３ｍｍに設定した状態を狭ギャップと呼ぶこととする。本実施形態では、先ず広ギャップで蒸着を行い、次いで狭ギャップで蒸着を行っており、２段階のステップを行っている。従って１段目のステップにて蒸着されなかったウエハＷの裏面の周縁部に対し、２段目のステップにて蒸着を補っているということができる。
仮に２段目のステップのみでウエハＷの裏面にテフロン膜を成膜しようとすると、隙間Ｇが狭いため、原料ガスの流量を多くするとウエハＷが浮き上がってしまうことから、原料ガスをいわば小流量で流さざるを得ないので、テフロンの蒸着速度が遅くなる。
【００２１】
これに対して、広ギャップにて１段目のステップを行った後、狭ギャップにて２段目のステップを行うと、２段目のステップにおける蒸着速度が速くなる。即ち、２段目のステップを行う時にはウエハＷの裏面の周縁部よりも中央に寄った領域には既にテフロン膜が成膜されていることから、当該領域における原料ガスの消費が抑えられる。このためウエハＷの裏面周縁部に供給される原料ガスの流量が多くなり、当該周縁部における蒸着速度が速くなる。この結果ウエハＷの裏面全体に速やかに薄膜としての樹脂膜であるテフロン膜を成膜することができる。
蒸着処理の時間について一例を挙げると、１段目のステップは１８０秒であり、２段目のステップは１２０秒である。
【００２２】
２段目のステップが終了すると、原料ガスの供給が停止され、蓋部２１が上昇して外装部３３との間が開放され、ギャップピン３３に支持されているウエハＷが昇降ピン３４により突き上げられて上昇する。続いて外部から図示しない基板搬送機構がウエハＷの下方に進入し、ウエハＷの搬入時と逆の動作でウエハＷが基板搬送機構に受け渡されて基板処理装置から搬出される。
広ギャップにおける隙間Ｇの高さ即ち第１の値は、２ｍｍに限られるものではなく、例えば０．５ｍｍよりも大きく、７ｍｍ以下の範囲から選択される値に設定される。また狭ギャップにおける隙間Ｇの高さ即ち第２の値は、０．３ｍｍに限られるものではなく、例えば０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲から選択される値に設定される。
【００２３】
本実施形態で使用される昇降ピン３４、ギャップピン３３及び熱板３の役割りについて説明を加えておく。
昇降ピン３４及びギャップピン３３は、ウエハＷを熱板３の上方にて支持するための支持部に相当する。ウエハＷの高さ位置を変更するにあたって、ギャップピン３３は昇降しないが、昇降ピン３４が昇降することから、制御部１００は、成膜途中で熱板３に対するウエハＷの高さ位置を変更させるように支持部を制御するものであるということができる。
また熱板３は原料ガスを加熱する役割りの他、ウエハＷの裏面との間に原料ガスを通流させる隙間Ｇを形成し、原料ガスをウエハＷの裏面に沿ってウエハＷの外縁までガイドする役割りを有している。つまり熱板３の表面は原料ガスのガイド面としての役割りを有している。従って本実施形態では、熱板３はガイド面形成部材の一態様である。
【００２４】
上述の実施形態によれば、次の効果がある。既述のように１段目のステップだけで蒸着処理を行おうとすると、膜厚の面内均一性が安定しない。また２段目のステップだけで蒸着処理を行おうとすると、ウエハＷの裏面全体にテフロン膜を成膜するのに長い時間がかかってしまう。このため、広ギャップにて１段目のステップを行った後、狭ギャップにて２段目のステップを行うことで、１段目のステップだけを行った場合、２段目のステップだけを行った場合の課題が補われ、結果としてウエハＷの裏面全体に膜厚の面内均一性が良好なテフロン膜を速やかに成膜することができる。
本発明においては、上述の例とは逆に、狭ギャップにて１段目のステップを行い、次に広ギャップにて２段目のステップを行うようにしてもよい。この場合、隙間Ｇを途中で変更せずに一定に維持した状態（広ギャップのままあるいは狭ギャップのまま）でウエハＷのテフロン膜の成膜を行う場合に比べて、膜厚の面内均一性及び処理時間全体の短縮化を図るための原料ガス流量などのパラメータの設定の自由度が大きい。従って装置を運用しやすくなり、結局、膜厚の面内均一性及び処理時間の短縮化を図ることができる。
【００２５】
既述の特許文献１には、熱板から離隔した上方位置にウエハを配置した状態で、基板に処理ガスの供給が実施されることが記載されている。しかし上側ケースの中心部に設けられたガス吐出口から基板の表面側に処理ガスが供給されること、処理ガスは疎水化処理用のＨＭＤＳガスであることから、方法自体が本開示の手法とは異なり、また成膜処理を行う手法でもない。従って本開示は、特許文献１に開示されている手法とは全く異なる。
【００２６】
ウエハＷの裏面にテフロン膜を成膜すると次のような利点がある。半導体製造工程の一つに露光処理があり、この露光処理は表面にレジスト膜が形成されたウエハを露光装置のステージに吸着した状態で行われる。露光装置のステージは、多数のピンが表面に配列され、ウエハはこれらピン群の上に載置され、バキュームチャックによりステージ側に吸引されて平坦化され、露光が行われる。
図６は、表面側が凸状に湾曲したウエハＷがステージＳに吸着される様子を模式的に示す図であり、ステージＳに吸着されたウエハＷの外縁付近に大きなストレスが発生し、パターンのオーバレイが悪化する要因の一つになる場合がある。
本開示のようにウエハＷの裏面にテフロン膜を成膜することにより、ステージＳとウエハＷとの間の摩擦が小さくなることから、ウエハＷがステージＳに吸着されるときに円滑に広げられ、このためウエハＷのストレスが抑えられ、オーバレイの悪化が抑えられる。
なお、本開示においては、広ギャップで１段目のステップを行った後、狭ギャップで２段目のステップを行うことに代えて、狭ギャップで１段目のステップを行い、次いで広ギャップで２段目のステップを行うようにしてもよい。この場合、原料ガスの流量の大小も逆になり、１段目のステップにおける原料ガスの流量は例えば１．０リットル／分、２段目のステップにおける原料ガスの流量は例えば２．０リットル／分に設定される。
【００２７】
図７は、本開示の他の実施形態にかかる基板処理装置を示す。この基板処理装置は、熱板３の中心部にガス流路４１が貫通して形成される構成に加え、熱板３の中心部から周縁側に離れた位置にガス流路７１が貫通して形成されている。ガス流路７１は、熱板３の中心を中心とし、ウエハＷの半径よりは小さい半径、この例ではウエハＷの半径の半分程度の半径の円に沿って等間隔に例えば３個形成されており、各ガス流路７１の先端側は熱板３の表面に開口するガス吐出口７０をなしている。図８は、この例の熱板３を示しているが、同図において、ギャップピン３３、昇降ピン３４は省略されている。
【００２８】
各ガス流路７１の基端側は外装部３０を貫通し、原料ガス供給管７２に接続されている。原料ガス供給管７２の基端側は、熱板３３の中心部のガス流路４１に接続されている既述の原料ガス供給管４２と合流し、気化器４３に接続されている。各原料ガス供給管７２には、制御部１００の制御信号により開閉制御されるバルブＶ５が設けられている。図７では、便宜上ガス流路７１は２本示している。ガス流路７１を設けて当該ガス流路７１に関連する構造を備えている他は、図１に示した基板処理装置と同様である。
【００２９】
次に本開示の他の実施形態にかかる基板処理装置の作用について説明する。熱板３の中心部のガス吐出口である４０を第１のガス吐出口４０、当該中心部から外側に離れている３つのガス吐出口７０を第２のガス吐出口７０と呼ぶものとする。この実施形態では、ウエハＷが外部の基板搬送機構から昇降ピン３４を介してギャップピン３３に受け渡される。そして既述の一実施形態と同様に処理容器１０内にパージガスが供給され、また排気口６０から排気が行われる。この状態において、図９に示すように第１のガス吐出口４０から原料ガスである、テフロンガスとキャリアガスとの混合ガスが例えば１．０リットル／分の流量で所定時間ウエハＷの裏面と熱板３との間の隙間Ｇに供給される。このときバルブＶ５は閉じられており、第２のガス吐出口７０からは原料ガスは供給されていない。
【００３０】
次にバルブＶ１を閉じると共にバルブＶ５を開き、第１のガス吐出口４０からの原料ガスの供給を停止し、図１０に示すように第２のガス吐出口７０から原料ガスを隙間Ｇに供給する。３つのガス吐出口７０からの原料ガスの総流量は例えば１．０リットル／分に設定される。蒸着処理の時間について一例を挙げると、１段目のステップは１８０秒であり、２段目のステップは１２０秒である。
そして所定時間蒸着処理を行った後、原料ガスの供給が停止され、既述したようにウエハＷが基板処理装置の外へ搬出される。
【００３１】
この実施形態では、１段目のステップを狭ギャップで第１のガス吐出口４０から原料ガスを吐出しているので、ウエハＷの裏面の周縁部の蒸着速度は遅いが、裏面の中央領域にはテフロン膜が速やかに成膜される。そして２段目のステップを狭ギャップで第２のガス吐出口７０から原料ガスを吐出しているので、裏面の周縁部にテフロン膜が速やかに成膜される。従って、ウエハＷの裏面全体に膜厚の面内均一性が良好なテフロン膜を速やかに成膜することができる。  
前記他の実施形態では、１段目のステップにて、狭ギャップで第１のガス吐出口４０から原料ガスを吐出しているが、１段目のステップを図１１に示すように広ギャップで行うようにしてもよい。この場合１段目のステップにおいては、昇降ピン３４を上昇させてギャップピン３３上のウエハＷを突き上げ、隙間Ｇの高さが例えば２ｍｍに設定され、原料ガスの流量は例えば２．０リットル／分に設定される。
【００３２】
また２段目のステップにて、狭ギャップで第２のガス吐出口７０から原料ガスを吐出することに代えて、図１２に示すように広ギャップで行うようにしてもよい。この場合、２段目のステップにおいては、ウエハＷは昇降ピン３４により支持され、隙間Ｇの高さが例えば２ｍｍに設定され、３つのガス吐出口７０からの原料ガスの総流量は例えば２．０リットル／分に設定される。
従って図７に示した基板処理装置を用いて蒸着処理を行う場合、既述の説明をまとめると、１段目のステップ、２段目のステップは次のような組み合わせとすることができる。
１段目のステップ  ２段目のステップ
図９の状態          図１０の状態
図１１の状態        図１０の状態
図９の状態          図１２の状態
図１１の状態        図１２の状態
【００３３】
また本開示においては、図７に示した基板処理装置を用いて蒸着処理を行う場合、既述の１段目のステップに対応する蒸着処理と２段目のステップに対応する蒸着処理との実施順序を逆にしてもよい。つまり、この場合上述の２段目のステップが１段目のステップになり、上述の１段目のステップが２段目のステップになる。このようなステップの組み合わせを以下に記載しておく。
１段目のステップ  ２段目のステップ
図１０の状態        図９の状態
図１０の状態        図１１の状態
図１２の状態        図９の状態
図１２の状態        図１１の状態
【００３４】
本開示の基板処理装置は、原料ガスのガス吐出口を熱板３の径方向に複数設ける構成を採用することができ、その一例として図７の基板処理装置を挙げている。そして第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０の一方から原料ガスを供給し、他方からの原料ガスの供給は停止する例を挙げている。しかし第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０の両方から原料ガスを供給し、第１のガス吐出口４０のガス流量及び第２のガス吐出口７０のガス流量の比率、つまりガス流量比を１段目のステップと２段目のステップとの間において変更するようにしてもよい。例えば両方のガス吐出口４０、７０から原料ガスを供給しながら、１段目のステップでは第１のガス吐出口４０のガス流量をウエハＷの中央領域の蒸着に適した値に設定し、２段目のステップでは第２のガス吐出口７０のガス流量をウエハの周縁領域の蒸着に適した値とするなどの手法が採用できる。
なお、１段目のステップと２段目のスッテプとにおいて第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０の流量の比率を変更しない場合には、次の不利益がある。即ち、ウエハＷの周縁領域にテフロンを確実に蒸着させ、かつウエハＷの表面への原料ガスの回り込みを防止し、更にウエハＷの浮きを防止することを同時に満足させることが至難である。
またウエハＷの中央領域の蒸着を行うための原料ガスの吐出口である第１のガス吐出口４０は、熱板３の中心部に設けることに限定されず、例えば当該中心部の近傍に周方向に複数設ける構成であってもよい。第２のガス吐出口７０は、３個に限らず、２個あるいは４個以上設けてもよい。
【００３５】
図１の基板処理装置を用いた成膜手法は、成膜途中で熱板３の表面に対するウエハWの高さ位置、つまり隙間Ｇの高さを変更する方法の一例である。
また図７の基板処理装置を用いた成膜手法は、原料ガスのガス吐出口としてウエハＷの径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０を用い、第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更する方法の一態様である。更に図７の基板処理装置を用いた成膜手法は、第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０の各吐出流量の流量比を変更することと、隙間Ｇの高さを変更することと、を組み合わせた例も含まれている。
従って本開示は、
（条件ａ）成膜途中で前記ガイド面に対する基板の高さ位置を変更する工程を含むこと、
（条件ｂ）基板の径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法である。
【００３６】
ウエハＷの径方向の位置が互に異なる第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０を用いる場合には、既述の例のように前記径方向の位置が互に異なる２グループ、即ち第１のガス吐出口４０及び第２のガス吐出口７０を設けることに限らない。例えば前記径方向の位置が互に異なる３グループ、あるいは４以上のグループのガス吐出口を用いて互に異なるグループの原料ガスの流量を成膜途中で変えるようにしてもよい。その一例として、第２のガス吐出口７０よりも更にウエハＷの外周側に位置する第３のガス吐出口を設ける場合を挙げることができる。
【００３７】
本開示にて成膜する薄膜は、上述の例では、単分子膜が形成された後は当該単分子膜の上に膜の成分が積層されない膜としてテフロン膜を記載しているが、このような単分子膜としては、テフロン膜に限られるものではない。また薄膜としてフッ素樹脂の膜を成膜する場合には、ポリテトラフロオロエチレン膜に限られるものではなく、他のフッ素樹脂である例えばパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）であってもよい。
本開示にて成膜する薄膜は、フッ素樹脂に限られるものではなく、他の樹脂膜であってもよいし、樹脂膜以外の膜であってもよい。また上述の例では、薄膜はウエハの露光時におけるステージとウエハとの摩擦の低減化の役割りを有する膜として使用されるものであるが、半導体装置の製造時における他の補助的役割を有する補助膜、例えばウエハの裏面を保護する保護膜であってもよい。
【００３８】
本開示に関する技術について更に以下のように追記しておく。
ウエハＷの上方から供給されるパージガスについては、１段目のステップにおける流量と２段目のステップにおける流量とを同じとしてもよいが、各ステップ毎に適切な流量に設定するようにしてもよい。例えば狭ギャップで成膜するときの原料ガスの流量よりも広ギャップで成膜するときの原料ガスの流量が多い場合、原料ガスのウエハＷの表面への回り込み防止及びウエハＷの浮き防止のために狭ギャップ時に比較して広ギャップ時のパージガス流量を多くするといった手法を採用してもよい。
本開示の基板処理方法においては、ウエハＷの上方側からパージガスを供給することに限定されるものではない。例えば排気口の配置、排気流量、ウエハＷの外方側の構造などを調製して、パージガスを供給することなく原料ガスの気流の適正化を図るようにしてもよい。
【００３９】
そしてまた成膜途中でウエハＷの向きを変更するようにしてもよい。このような手法の利点は次の通りである。処理容器１０内の全領域にて気流が完全に一様ではない場合、また支持部（ギャップピン３３あるいは昇降ピン３４）に支持されているウエハＷについて水平から僅かに傾いている場合がある。このためウエハＷの周縁部の一部の領域に膜が付きにくい状態が顕在化される懸念がある。このため成膜途中でウエハＷの向きを変更することにより、膜が付きやすい部位と膜が付きにくい部位とが相対的に入れ替わり、結果としてウエハＷの周縁部において周方向に一様に膜が付くことになる。
【００４０】
ウエハＷの向きを変更する手法の一つとして、熱板３に回転機構を組み合わせてウエハＷを熱板３と一緒に回転させる手法が挙げられる。この場合、成膜途中において一旦原料ガスの供給を停止し、ウエハＷをギャップピン３３に載せた状態で熱板３を回転させてウエハＷの向きを変えてから、原料ガスの供給を再開する手法が挙げられる。
ウエハＷの向きを変更する他の手法として、成膜途中で一旦原料ガスの供給を停止し、ウエハＷを処理容器３の外に搬出してウエハＷの向きを変え、ウエハＷを処理容器３内に戻して原料ガスの供給を再開する例を挙げることができる。この場合、処理容器３の外部にウエハＷの回転ステージを設けて、当該回転ステージによりウエハＷの向きを変えるようにしてもよい。あるいは回転機能を備えない保持ステージを設置しておき、この保持ステージにウエハＷを載せた後、搬送機構の向きを変えてウエハＷを保持ステージから受け取り、これによりウエハＷの向きを変えるようにしてもよい。
【００４１】
上述の実施形態では、ギャップピン３３の上にウエハＷを載置して狭ギャップとしていたが、ギャップピン３３を用いずに昇降ピン３４に支持した状態で狭ギャップを形成するようにしてもよい。
また隙間Ｇの高さの変更は、ウエハＷの高さ位置を固定し、熱板３を昇降させるようにしてもよい。
更にまた、熱板３を用いずに、ウエハＷの裏面と対向する原料ガスのガイド面を有する板状体例えば石英製の板状体を用い、この板状体の下方に加熱部をなす加熱ランプを設けて、加熱ランプから板状体を透過した赤外線により原料ガスを加熱するようにしてもよい。
【００４２】
次に本開示の基板処理装置の適用例について記載しておく。レジストパターンを形成するためのシステムとして、ウエハＷにレジストを塗布し、露光後のウエハを現像する塗布、現像装置に露光装置を接続したシステムが知られている。図１３は、塗布、現像装置の一例を示す外観の概略図であり、塗布、現像装置は、キャリアブロックＡ１と、中間ブロックＡ２と、処理ブロックＡ３と、インターフェイスブロックＡ４と、をこの順に、水平方向に直線状に接続して構成されている。インターフェイスブロックＡ４には、露光機Ａ５が接続されている。キャリアブロックＡ１には、基板であるウエハＷが格納されたキャリアＣが、図示しないキャリア搬送機構によって搬送されて載置される。処理ブロックＡ３には、基板であるウエハＷの表面にレジストを供給してレジスト膜を形成する塗布モジュール、露光されたレジスト膜に現像液を供給してレジストパターンを形成する現像モジュールなどが設けられている。中間ブロックＡ２には、現像されたウエハＷの表面全体を撮像する撮像モジュールなどが設けられている。
キャリアＣに収納されているウエハＷは、ウエハ搬送機構により取り出され、レジスト膜の形成、露光、現像処理が行われた後、キャリアＣに戻される。
【００４３】
本開示の基板処理装置は、塗布、現像装置内の例えばインターフェイスブロックＡ４に設けられ、レジスト膜が形成されたウエハＷの裏面にテフロン膜が成膜される。レジスト膜を形成する一連の処理として、レジスト液塗布後のウエハを加熱する処理があり、この加熱処理を行う加熱モジュール群が処理ブロックＡ３内に設けられているが、本開示の基板処理装置は、加熱モジュール群が設けられているエリアに配置するようにしてもよい。また本開示の基板処理装置は、塗布、現像装置の外部に別個の単独の装置として配置してもよい。
【実施例】
【００４４】
装置構造が図１に示す構成と同等の基板処理装置を用い、隙間Ｇの高さを一定にしてテフロンを蒸着により成膜した場合と、隙間Ｇの高さを成膜途中で変更してテフロンを蒸着により成膜した場合と、の各々において、３００ｍｍウエハの裏面の膜厚がどのような状態になるかを調べた実験結果について記載する。【００４５】
＜比較例１＞
隙間Ｇの高さを０．３ｍｍに設定し、原料ガスを１．０リットル／分の流量で３００秒ウエハの裏面に供給した結果を図１４に示す。図１４は、ウエハ上の位置を横軸にとり、ウエハの裏面の水の接触角を縦軸にとったグラフである。横軸において、ゼロはウエハの中心の位置に相当する。
＜比較例２＞
隙間Ｇの高さを２．０ｍｍに設定し、原料ガスを２．０リットル／分の流量で３００秒ウエハの裏面に供給した結果を図１５の実線（１）により示す。
＜比較例３＞
隙間Ｇの高さを５．０ｍｍに設定し、原料ガスを２．０リットル／分の流量で３００秒ウエハの裏面に供給した結果を図１５の鎖線（２）により示す。
＜実施例１＞
隙間Ｇの高さを２．０ｍｍに設定し、原料ガスを２．０リットル／分の流量で１８０秒ウエハの裏面に供給し、続いて隙間Ｇの高さを０．３ｍｍに変更し、原料ガスを１．０リットル／分の流量で１２０秒ウエハの裏面に供給した結果を図１６に示す。【００４６】
＜考察＞
図１４〜図１６は、ウエハの裏面の複数点について水の接触角を計測し、その計測値の並びを模式化して、接触角の面内分布の傾向を示したものである。テフロン膜の膜厚が大きいほど接触角も大きくなり、従って図１４〜図１６は、ウエハの裏面におけるテフロン膜の膜厚分布を示したものである。
この結果から分かるように隙間Ｇを狭くすると、ウエハの裏面の周縁部における蒸着速度が遅い。ウエハＷの中央寄りの領域では単分子膜が成膜されていても、周縁部ではテフロンの分子単位での蒸着が確立されておらず、単分子に至らない、炭素及びフッ素の化合物が付着している状態が続いている。
また隙間Ｇを広くすると、ウエハの裏面の周縁部にテフロンが付かない領域が生じる。この実験において、隙間Ｇを広くした場合に、ウエハの周方向において薄膜が付いている個所と付いていない箇所が現れている。この理由は、排気圧の僅かな変動などから処理容器内の気流の流れが周方向で常に一定ではないこと、ウエハの反りの状態が周方向で一律ではないことなどの要因が考えられる。
これに対して隙間Ｇを変更すると、ウエハの裏面の全体に亘ってテフロン膜が成膜されていることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2020049959.tif 000020
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