JP2014027228A - 基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】親水性ポリマーと疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いた基板処理のスループットを向上させる。
【解決手段】ポリスチレン膜が形成されたウェハを加熱処理し、当該加熱処理中にポリスチレン膜に紫外線を照射する（工程Ｓ３）。その後、ウェハにレジスト膜によりレジストパターンを形成する（工程Ｓ４、Ｓ５）。その後、ポリスチレン膜をエッチング処理する（工程Ｓ６）。その後、ウェハに中性層を形成する。（工程Ｓ７）。その後、ウェハにブロック共重合体を塗布し、親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離させる（工程Ｓ８、Ｓ９）。その後、相分離したブロック共重合体から、親水性ポリマーを選択的に除去する（工程Ｓ１０）。
【選択図】図６

Description

本発明は、親水性を有する親水性ポリマーと疎水性を有する疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いた基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに関する。

例えば半導体デバイスの製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などを順次行うフォトリソグラフィー処理が塗布処理装置で順次行われ、ウェハ上に所定の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マスクとして、ウェハ上の被処理膜のエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、被処理膜に所定のパターンが形成される。

ところで、近年、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、上述した被処理膜のパターンの微細化が求められている。このため、レジストパターンの微細化が進められており、例えばフォトリソグラフィー処理における露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細なレジストパターンを形成するのが困難な状況にある。

そこで、親水性を有する親水性ポリマーと疎水性を有する疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いたウェハ処理方法が提案されている（特許文献１）。かかる方法では、図１６に示すように、先ず、ウェハＷに所定のパターン６００が形成される。その後、ウェハＷにブロック共重合体６１０を塗布し、ウェハＷをアニール処理する。それにより、ブロック共重合体６１０から親水性ポリマー６１１と疎水性ポリマー６１２を相分離させ、秩序化を行なう。この際、疎水性ポリマー６１２及び親水性ポリマー６１１は、ウェハＷに形成された所定のパターン６００に従って秩序化、即ち疎水性ポリマー６１２と親水性ポリマー６１１による微細なパターンが形成される。そして、例えば親水性ポリマー６１１のパターンをマスクとして被処理膜のエッチング処理を行なうことで、被処理膜に所定のパターンが形成される。

特表２００８−５２０４５０号公報

ところで、ブロック共重合体６１０を塗布する前にウェハに所定のパターンを形成するにあたっては、例えばポリスチレン（ＰＳ）などの疎水性（非極性）の材料が用いられる。ポリスチレンによるパターンの形成にあたっては、ウェハ上に反射防止膜、ポリスチレンの順で塗布を行う。その後、ウェハを熱処理してポリスチレンを架橋させた後に当該ポリスチレン上にレジストパターンを形成する。

その後、レジストパターンをマスクとしてポリスチレンをエッチング処理し、レジストパターンを除去することでポリスチレンのパターンが形成される。

しかしながら、ポリスチレンを熱処理により架橋させるためには、２５０℃という高温で９０分程度加熱する必要がある。そのため、ウェハ処理においてはこの熱処理がボトルネックとなってしまい、スループットが低下してしまう。

また、２５０℃の高温に耐えうる反射防止膜を形成するには、ＳｉＯＮ等の無機膜を例えばＣＶＤ等のプラズマ処理で形成する必要がある。そのため、反射防止膜を従来の塗布処理装置における一連の塗布処理では形成することができず、この点でもスループットの低下を招いてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、親水性ポリマーと疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いた基板処理のスループットを向上させることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、親水性（極性）を有する親水性ポリマーと疎水性（非極性）を有する疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いて、基板を処理する方法であって、基板にポリスチレン膜を形成するポリスチレン膜形成工程と、前記ポリスチレン膜を加熱処理し、且つ当該加熱処理中に前記ポリスチレン膜にエネルギー線を照射してポリスチレン膜を架橋させる架橋工程と、前記ポリスチレン膜上にレジストパターンが形成された基板において、当該レジストパターンをマスクとして前記架橋後のポリスチレン膜をエッチング処理してポリスチレン膜のパターンを形成するパターン形成工程と、パターン形成工程後にレジストパターンが除去された基板に対して、前記ブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗布工程と、前記基板に塗布されたブロック共重合体を前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーに相分離させるポリマー分離工程と、前記相分離したブロック共重合体から、前記親水性ポリマー又は前記疎水性ポリマーのいずれかを選択的に除去するポリマー除去工程と、を有することを特徴としている。

本発明者らが鋭意調査したところ、ポリスチレン膜を加熱処理して架橋反応させる際、加熱と並行してポリスチレン膜にエネルギー線を照射すると、架橋反応が促進され、加熱時間が従来と比較して短縮できるという知見を得た。また、エネルギー線を照射することで、加熱温度も従来と比較して低くすることが出来ることが確認された。本発明はこの知見に基づくものであり、本発明によれば、架橋工程においてポリスチレン膜の加熱処理中にポリスチレン膜にエネルギー線を照射するので、加熱処理の時間を短縮することができる。その結果、基板上にブロック共重合体を用いて微細なパターンを形成するにあたり、基板処理のスループットを向上させることができる。

また、架橋工程においてポリスチレン膜の加熱処理中にポリスチレン膜にエネルギー線を照射することで、加熱処理の温度を従来よりも低下させることができる。その結果、従来の塗布処理装置による一連のフォトリソグラフィー処理において反射防止膜の形成が可能となるので、この点でもスループットの向上を図ることができる。

前記エネルギー線は、紫外線または電子線のいずれかであってもよい。かかる場合、前記紫外線の波長は２００ｎｍ以下であってもよい。

前記架橋工程における加熱処理は、１５０℃〜２００℃で行われてもよい。

前記架橋工程における加熱処理及びエネルギー線の照射は、不活性ガス雰囲気中で行なわれてもよい。

前記親水性ポリマーはポリメタクリル酸メチルであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであってもよい。

前記ポリスチレン膜のパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、前記ブロック共重合体における前記親水性ポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であってもよい。

前記ポリマー分離工程において、前記スペース部に前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーが交互に奇数層に相分離されてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記基板処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに別な観点による本発明は、親水性を有する親水性ポリマーと疎水性を有する疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いて、基板を処理するシステムであって、基板にポリスチレン膜を形成するポリスチレン膜形成装置と、前記ポリスチレン膜を加熱処理し、且つ当該加熱処理中に前記ポリスチレン膜にエネルギー線を照射してポリスチレン膜を架橋させる架橋装置と、前記ポリスチレン膜上にレジストパターンが形成された基板において、当該レジストパターンをマスクとして前記架橋後のポリスチレン膜をエッチング処理してポリスチレン膜のパターンを形成するパターン形成装置と、パターン形成工程後にレジストパターンが除去された基板に対して、前記ブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗装置と、前記基板に塗布されたブロック共重合体を前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーに相分離させるポリマー分離装置と、前記相分離したブロック共重合体から、前記親水性ポリマー又は前記疎水性ポリマーのいずれかを選択的に除去するポリマー除去装置と、を有することを特徴としている。

前記エネルギー線は、紫外線または電子線のいずれかであってもよい。かかる場合、前記紫外線の波長は２００ｎｍ以下であってもよい。

前記架橋工程における加熱処理は、１５０℃〜２００℃で行われてもよい。

前記架橋工程における加熱処理及びエネルギー線の照射は、不活性ガス雰囲気中で行なわれてもよい。

前記親水性ポリマーはポリメタクリル酸メチルであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであってもよい。

前記ポリスチレン膜のパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、前記ブロック共重合体における前記親水性ポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であってもよい。

前記ポリマー分離工程において、前記スペース部に前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーが交互に奇数層に相分離されてもよい。

本発明によれば、親水性ポリマーと疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いた基板処理のスループットを向上させることができる

本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す説明図である。 塗布現像処理装置の構成の概略を示す平面図である。 塗布現像処理装置の内部構成の概略を示す側面図である。 塗布現像処理装置の内部構成の概略を示す側面図である。 エッチング処理装置の構成の概略を示す平面図である。 ウェハ処理の主な工程を説明したフローチャートである。 ウェハ上に反射防止膜とポリスチレン膜が形成された様子を示す縦断面の説明図である。 ポリスチレン膜上にレジストパターンが形成された様子を示す縦断面の説明図である。 レジストパターンをマスクとしてポリスチレン膜をエッチングした様子を示す縦断面の説明図である。 レジストパターンを除去した様子を示す縦断面の説明図である。 反射防止膜上に中性層が形成された様子を示す縦断面の説明図である。 ウェハ上にブロック共重合体を塗布した様子を示す縦断面の説明図である。 ブロック共重合体を親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離した様子を示す縦断面の説明図である。 ブロック共重合体を親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離した様子を示す平面の説明図である。 疎水性ポリマーを除去した様子を示す縦断面の説明図である。 従来のウェハ処理においてブロック共重合体を親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離した様子を示す縦断面の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。

基板処理システム１は、図１に示すように基板としてのウェハにフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像処理装置２と、ウェハにエッチング処理を行うエッチング処理装置３とを有している。なお、基板処理システム１で処理されるウェハ上には、予め被処理膜（図示せず）が形成されている。

塗布現像処理装置２は、図２に示すように例えば外部との間で複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、フォトリソグラフィー処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、複数、例えば４つのカセット載置板２１が設けられている。カセット載置板２１は、水平方向のＸ方向（図２中の上下方向）に一列に並べて設けられている。これらのカセット載置板２１には、塗布現像処理装置２の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置することができる。

カセットステーション１０には、図２に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図２のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図２のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図２のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図３に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像装置３０、ウェハＷ上に有機溶剤を塗布してウェハＷを洗浄する洗浄装置３１、ウェハＷ上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成装置３２、ウェハＷ上に中性剤を塗布して中性層を形成する中性層形成装置３３、ウェハＷ上に第１のポリマーとしてのポリスチレンを塗布してポリスチレン膜を形成するポリスチレン膜形成装置３４、ウェハＷ上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３５、ウェハＷ上にブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗布装置３６が下から順に重ねられている。

例えば現像装置３０、洗浄装置３１、反射防止膜形成装置３２、中性層形成装置３３、ポリスチレン膜形成装置３４、レジスト塗布装置３５、ブロック共重合体塗布装置３６は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像装置３０、洗浄装置３１、反射防止膜形成装置３２、中性層形成装置３３、ポリスチレン膜形成装置３４、レジスト塗布装置３５、ブロック共重合体塗布装置３６の数や配置は、任意に選択できる。

これら現像装置３０、洗浄装置３１、反射防止膜形成装置３２、中性層形成装置３３、ポリスチレン膜形成装置３４、レジスト塗布装置３５、ブロック共重合体塗布装置３６では、例えばウェハＷ上に所定の塗布液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に塗布液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、塗布液をウェハＷの表面に拡散させる。

なお、ブロック共重合体塗布装置３６でウェハＷ上に塗布されるブロック共重合体は、第１のポリマーと第２のポリマーとを有する。第１のポリマーとしては、疎水性（非極性）を有する疎水性ポリマーが用いられ、第２のポリマーとしては、親水性（極性）を有する親水性ポリマーが用いられる。本実施の形態では、親水性ポリマーとして例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が用いられ、疎水性ポリマーとしては例えばポリスチレン膜形成装置３４でも用いられるポリスチレンである。また、ブロック共重合体における親水性ポリマーの分子量の比率は４０％〜６０％であり、ブロック共重合体における疎水性ポリマーの分子量の比率は６０％〜４０％である。そして、ブロック共重合体は、これら親水性ポリマーと疎水性ポリマーが、直線的に化学した高分子である。

例えば第２のブロックＧ２には、図４に示すようにウェハＷの熱処理を行う熱処理装置４０、ウェハＷの熱処理を行なうと共にウェハＷに紫外線を照射して、ウェハＷ上のポリスチレンを架橋反応させる架橋装置４１、ウェハＷを疎水化処理するアドヒージョン装置４２、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４３が上下方向と水平方向に並べて設けられている。熱処理装置４０は、ウェハＷを載置して加熱する熱板と、ウェハＷを載置して冷却する冷却板を有し、加熱処理と冷却処理の両方を行うことができる。なお、複数の熱処理装置４０のうち、一部の熱処理装置４０は、ブロック共重合体塗布装置３６でウェハＷ上に塗布されたブロック共重合体を親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離させるポリマー分離装置として機能する。また、架橋装置４１は、ウェハＷを載置して加熱する熱板と、熱板上のウェハにエネルギー線を照射するエネルギー線源を有し、ウェハＷの加熱処理とウェハＷへのエネルギー線の照射を並行して行うことができる。また、架橋装置４１には、架橋装置４１内を不活性ガス雰囲気に維持するための、不活性ガス供給源が設けられている。複数の熱処理装置４０のうち、一部の熱処理装置４０は、ブロック共重合体塗布装置３５でウェハＷ上に塗布されたブロック共重合体を親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離させるポリマー分離装置として機能する。また、熱処理装置４０、架橋装置４１、アドヒージョン装置４２、周辺露光装置４３の数や配置は、任意に選択できる。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置７０が配置されている。

ウェハ搬送装置７０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

ウェハ搬送装置７０は、例えば図４に示すように上下に複数台配置され、例えば各ブロックＧ１〜Ｇ４の同程度の高さの所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。

シャトル搬送装置８０は、例えばＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。

エッチング処理装置３は、図５に示すようにエッチング処理装置３に対するウェハＷの搬入出を行うカセットステーション２００、ウェハＷの搬送を行う共通搬送部２０１、ポリスチレン膜上にレジストパターンが形成されたウェハＷおいて、レジストパターンをマスクとしてポリスチレン膜のエッチング処理を行うパターン形成装置としてのエッチング装置２０２、ウェハＷ上で相分離したブロック共重合体にエッチング処理を行い、疎水性ポリマーを選択的に除去するポリマー除去装置としてのエッチング装置２０３、ウェハＷ上の被処理膜を所定のパターンにエッチングするエッチング装置２０４、２０５を有している。

カセットステーション２００は、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１０が内部に設けられた搬送室２１１を有している。ウェハ搬送機構２１０は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１０ａ、２１０ｂを有しており、これら搬送アーム２１０ａ、２１０ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。搬送室２１１の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なカセットＣが載置されるカセット載置台２１２が備えられている。図示の例では、カセット載置台２１２には、カセットＣを複数、例えば３つ載置できるようになっている。

搬送室２１１と共通搬送部２０１は、真空引き可能な２つのロードロック装置２１３ａ、２１３ｂを介して互いに連結させられている。

共通搬送部２０１は、例えば上方からみて略多角形状（図示の例では六角形状）をなすように形成された密閉可能な構造の搬送室チャンバー２１４を有している。搬送室チャンバー２１４内には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１５が設けられている。ウェハ搬送機構２１５は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１５ａ、２１５ｂを有しており、これら搬送アーム２１５ａ、２１５ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。

搬送室チャンバー２１４の外側には、エッチング装置２０２、２０３、２０４、２０５、ロードロック装置２１３ｂ、２１３ａが、搬送室チャンバー２１４の周囲を囲むように配置されている。エッチング装置２０２、２０３、２０４、２０５、ロードロック装置２１３ｂ、２１３ａは、例えば上方からみて時計回転方向においてこの順に並ぶように、また、搬送室チャンバー２１４の６つの側面部に対してそれぞれ対向するようにして配置されている。

なお、エッチング装置２０２〜２０５としては、例えば例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｃｈｉｎｇ）装置が用いられる。すなわち、エッチング装置２０２〜２０５では、反応性の気体（エッチングガス）やイオン、ラジカルによって、疎水性ポリマーや被処理膜をエッチングするドライエッチングが行われる。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１における後述の基板処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部３００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。図６は、かかるウェハ処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、塗布現像処理装置２のカセットステーション１０に搬入され、所定のカセット載置板２１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、処理ステーション１１の受け渡し装置５３に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、温度調節される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって反射防止膜形成装置３２に搬送され、図７に示すようにウェハＷ上に反射防止膜４００が形成される（図６の工程Ｓ１）。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、加熱され、温度調節される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってポリスチレン膜形成装置３４に搬送される。ポリスチレン膜形成装置３４では、図７に示すようにウェハの反射防止膜４００上にポリスチレンが塗布されて、ポリスチレン膜４０１が形成される（図６の工程Ｓ２）。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって架橋装置４１に搬送される。架橋装置４１では、ウェハＷが熱処理板に載置されて、例えば約２００℃でウェハＷの加熱処理が不活性ガス雰囲気、例えば窒素ガスの雰囲気中で行なわれる。それと共に、ウェハＷにエネルギー線として紫外線が照射される（図６の工程Ｓ３）。このとき、例えば１９３ｎｍの波長を有する紫外線が照射される。そうすると、ポリスチレン膜４０１における架橋反応が促進され、ポリスチレン膜４０１が硬化する。なお、この加熱処理及び紫外線照射は、例えば５分間行なわれる。

なお、本発明者らが鋭意検討した結果、ポリスチレン膜４０１の架橋反応を促進するための紫外線の波長は２００ｎｍ以下であればよいことが確認された。また、紫外線を照射する場合、加熱処理の温度は１５０℃〜２００℃であればよいことが確認された。具体的には、ポリスチレン膜４０１を１５０℃〜２００℃で加熱した場合、ポリスチレン分子の結合手同士は十分に架橋しきらないものの、そこに２００ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射すると、熱エネルギーによる熱振動では十分に架橋しきらなかった結合手に直接作用し、当該結合手を架橋させることができる。なお、ポリスチレン膜４０１は酸化すると表面に水酸基が結合して親水性の膜となるので、酸化を防止するために加熱処理及び紫外線の照射は不活性ガスの雰囲気中で行なうことが好ましい。また、エネルギー線としては、紫外線以外にも電子線を用いてもよいことが分かっている。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってアドヒージョン装置４２に搬送され、アドヒージョン処理される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってレジスト塗布装置３５に搬送され、ウェハＷのポリスチレン膜４０１上にレジスト液が塗布されて、レジスト膜が形成される（図６の工程Ｓ４）。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送されて、プリベーク処理される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって受け渡し装置５５に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって周辺露光装置４３に搬送され、周辺露光処理される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって受け渡し装置５６に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置１００によって受け渡し装置５２に搬送され、シャトル搬送装置８０によって受け渡し装置６２に搬送される。

その後ウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１１０によって露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置１１０によって露光装置１２から受け渡し装置６０に搬送される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像装置３０に搬送され、現像処理される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。こうして、図８に示すようにウェハＷのポリスチレン膜４０１上に所定のレジストパターン４０２が形成される（図６の工程Ｓ５）。本実施の形態では、レジストパターン４０２は、平面視において直線状のライン部４０２ａと直線状のスペース部４０２ｂを有し、いわゆるラインアンドスペースのレジストパターンである。なお、ライン部４０２ａの幅は、後述するようにライン部４０２ａに親水性ポリマー４０５が１層だけ配置されるように設定される。そのため、レジストパターン４０２のライン部４０２ａには、レジストパターンの線幅を細らせる、いわゆるスリミング処理が施されている。また、スペース部４０２ｂの幅は、スペース部４０２ｂに親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に奇数層だけ配置されるように設定される。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって受け渡し装置５０に搬送され、その後カセットステーション１０のウェハ搬送装置２３によって所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。

塗布現像処理装置２においてウェハＷにレジストパターン４０２が形成されると、ウェハＷを収納したカセットＣは、塗布現像処理装置２から搬出され、次にエッチング処理装置３に搬入される。

エッチング処理装置３では、先ず、ウェハ搬送機構２１０によって、カセット載置台２１２上のカセットＣから１枚のウェハＷが取り出され、ロードロック装置２１３ａ内に搬入される。ロードロック装置２１３ａ内にウェハＷが搬入されると、ロードロック装置２１３ａ内が密閉され、減圧される。その後、ロードロック装置２１３ａ内と大気圧に対して減圧された状態（例えば略真空状態）の搬送室チャンバー２１４内とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構２１５によって、ウェハＷがロードロック装置２１３ａから搬出され、搬送室チャンバー２１４内に搬入される。

搬送室チャンバー２１４内に搬入されたウェハＷは、次にウェハ搬送機構２１５によってエッチング装置２０２に搬送される。エッチング装置２０２では、レジストパターン４０２をマスクとしてウェハＷにエッチング処理を行い、図９に示すように、レジストパターン４０２から露出した部分のポリスチレン膜４０１が除去される（図６の工程Ｓ６）。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送機構２１５によって再び搬送室チャンバー２１４内に戻される。そして、ロードロック装置２１３ｂを介してウェハ搬送機構２１０に受け渡され、カセットＣに収納される。その後、ウェハＷを収納したカセットＣは、エッチング処理装置３から搬出され、再び塗布現像処理装置２に搬入される。

塗布現像処理装置２に搬入されたウェハＷは、洗浄装置３１に搬送され、有機溶剤で洗浄される。こうして、図１０に示すようにウェハＷ上のレジストパターン４０２が除去され、ウェハＷ上にポリスチレン膜４０１のパターンが形成される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置１００によって受け渡し装置５３に搬送される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって中性層形成装置３３に搬送される。中性層形成装置３３では、図１１に示すようにウェハＷの反射防止膜４００上に中性剤が塗布されて、中性層４０３が形成される（図６の工程Ｓ７）。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、加熱され、温度調節され、その後受け渡し装置５５に戻される。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってブロック共重合体塗布装置３６に搬送される。ブロック共重合体塗布装置３６では、図１２に示すようにウェハＷの中性層４０３及びポリスチレン膜４０１のパターン上にブロック共重合体４０４が塗布される（図６の工程Ｓ８）。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送される。熱処理装置４０では、ウェハＷに所定の温度の熱処理が行われる。そうすると、図１３及び図１４に示すようにウェハＷ上のブロック共重合体４０４が、親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６に相分離される（図６の工程Ｓ９）。

ここで、上述したようにブロック共重合体４０４において、親水性ポリマー４０５の分子量の比率は４０％〜６０％であり、疎水性ポリマー４０６の分子量の比率は６０％〜４０％である。そうすると、工程Ｓ６において、図１３及び図１４に示すように親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６はラメラ構造に相分離される。この際、上述した工程Ｓ５においてレジストパターン４０２のライン部４０２ａとスペース部４０２ｂの幅がそれぞれ所定の幅に形成されているので、ポリスチレン膜４０１上には疎水性ポリマー４０６が１層配置され、中性層４０３上には親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に奇数層配置される。

具体的には、図１３に示すウェハＷの中央のポリスチレン膜４０１上には当該ポリスチレン膜４０１と同様に非極性の疎水性ポリマー４０６が配置され、その両側、すなわちポリスチレン膜４０１の端部と接する位置であって中性層４０３の上面には親水性ポリマー４０５、４０５が配置される。そして、中性層４０３の残りの領域には親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に配置される。この際、スペース部４０２ｂの幅は、スペース部４０２ｂに親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に奇数層だけ配置されるように形成されているので、ウェハＷの両端部に形成されたポリスチレン膜４０１、４０１の端部には、親水性ポリマー４０５、４０５がそれぞれ配置される。なお、例えば図１３及び図１４では、疎水性ポリマー４０６が親水性ポリマー４０５よりも１層多い状態を描図しているが、これは、ブロック共重合体４０４における疎水性ポリマー４０６の分子量の比率を、親水性ポリマー４０５の分子量の比率よりも多くなるように設定しているためである。即ち、
本実施の形態では、ブロック共重合体４０４における疎水性ポリマー４０６の分子量の比率は、親水性ポリマー４０５の分子量の比率よりも多い。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって受け渡し装置５０に搬送され、その後カセットステーション１０のウェハ搬送装置２３によって、再び所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。

塗布現像処理装置２においてウェハＷに所定の処理が行われると、ウェハＷを収納したカセットＣは、塗布現像処理装置２から搬出され、再びエッチング処理装置３に搬入される。

エッチング処理装置３に搬入されたウェハＷは、ウェハ搬送機構２１５によってエッチング装置２０３に搬送される。エッチング装置２０３では、ウェハＷにエッチング処理を行い、図１５に示すように親水性ポリマー４０５を選択的に除去し、疎水性ポリマー４０６の所定のパターンが形成される（図６の工程Ｓ１０）。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送機構２１５によってエッチング装置２０４に搬送される。エッチング装置２０４では、ウェハＷ上の疎水性ポリマー４０６をマスクとして、ウェハＷ上の被処理膜がエッチングされる。その後、疎水性ポリマー４０６及び反射防止膜４００が除去されて、被処理膜に所定のパターンが形成される（図６の工程Ｓ１１）。

以上の実施の形態によれば、工程Ｓ３において、ポリスチレン膜４０１を加熱処理すると共に当該ポリスチレン膜にエネルギー線として紫外線を照射するので、ポリスチレン膜４０１の架橋反応が促進される。これにより、加熱処理の時間を短縮することができる。具体的には、例えば従来の加熱処理のみではポリスチレン膜４０１の硬化に３０分間要していたところ、紫外線の照射を並行して行うことで、この加熱処理時間を５分間に短縮できる。その結果、ウェハＷ上にブロック共重合体４０４を用いて微細なパターンを形成するにあたり、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

また、工程Ｓ３において紫外線を照射することで、加熱処理の温度を従来よりも低下させることができる。具体的には、従来の加熱処理のみでポリスチレン膜４０１を架橋反応させるためには２５０℃での加熱処理が必要であったところ、紫外線の照射を並行して行うことで、加熱処理の温度を１５０℃〜２００℃とすることができる。そして、２５０℃の加熱処理に耐えうる反射防止膜の形成には、例えばＣＶＤ等のプラズマ処理で形成する必要があり、反射防止膜の形成には時間を要することとなる。この点、本発明によれば、加熱処理の温度が１５０℃〜２００℃であるので、塗布現像処理装置２による従来の反射防止膜４００を用いることができる。換言すれば、一連の処理を塗布現像処理装置２で行うことができるので、この点でもスループットの向上を図ることができる。

また、工程Ｓ５で形成されるレジストパターン４０２はラインアンドスペースのレジストパターンであり、ブロック共重合体４０４において親水性ポリマー４０５の分子量の比率は４０％〜６０％であり、疎水性ポリマー４０６の分子量の比率は６０％〜４０％であるので、工程Ｓ７において、ブロック共重合体４０４を親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６にラメラ構造に相分離できる。しかも、上述した工程Ｓ３においてレジストパターン４０２のライン部４０２ａとスペース部４０２ｂの幅が所定の幅に形成されているので、親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に奇数層配置される。そうすると、ウェハＷ上に親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６を適切なラメラ構造で形成することができる。特に、疎水性ポリマー４０６に対してガイドとして機能するポリスチレン膜４０１と、ブロック共重合体４０４を構成する疎水性ポリマー４０６とが共にポリスチレンであることから、ポリスチレン膜４０１と疎水性ポリマー４０６とが安定である。

また、工程Ｓ３における加熱処理及び紫外線照射は不活性ガス雰囲気中で行なわれるので、ポリスチレン膜４０１が酸化してその表面が親水性となることを防止できる。仮に、ポリスチレン膜４０１の表面が親水性になってしまうと、親水性となったポリスチレン膜４０１上には疎水性ポリマー４０６が配置されることとなる。その一方で、上述したように本実施の形態では、ブロック共重合体４０４における疎水性ポリマー４０６の分子量の比率が、親水性ポリマー４０５の分子量の比率よりも多いので、中性層４０３には疎水性ポリマー４０６が親水性ポリマー４０５よりも１層多く形成される。そうすると、ポリスチレン膜４０１上の疎水性ポリマー４０６と中性層４０３上の疎水性ポリマー４０６とが隣り合うこととなるが、その場合、同じ極性を有する物質同士が反発しあい、疎水性ポリマー４０５の規則正しい配列を妨げてしまう。この点、以上の実施の形態によれば、ポリスチレン膜４０１が酸化して親水性になることを防止できるで、ウェハＷ上に親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６を適切なラメラ構造で形成することができる。

以上の実施の形態では、親水性ポリマー４０５を選択的に除去するにあたりエッチング処理装置３においていわゆるドライエッチング処理を行ったが、親水性ポリマー４０５の除去は、ウェットエッチング処理により行ってもよい。

具体的には、工程Ｓ７においてブロック共重合体４０４を相分離したウェハＷを、工程Ｓ８においてエッチング処理装置３に変えて架橋装置４１に搬送する。そして、ウェハＷに紫外線を照射することで、親水性ポリマー４０５であるポリメタクリル酸メチルの結合鎖を切断すると共に、疎水性ポリマー４０６であるポリスチレンを架橋反応させる。その後、ウェハＷを洗浄装置３１に搬送し、当該洗浄装置３１においてウェハＷに例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を供給する。これにより、紫外線照射で結合鎖が切断された親水性ポリマー４０５が溶解除去される。

親水性ポリマー４０５をいわゆるドライエッチング処理により除去する場合、親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６の選択比は例えば３〜７：１程度であるため、疎水性ポリマー４０６の膜べりが避けられない。その一方、親水性ポリマー４０５を、有機溶剤を用いたいわゆるウェットエッチングにより除去する場合は、疎水性ポリマー４０６はほとんど有機溶剤に溶解しないため、膜べりを避けることができる。その結果、その後の工程において疎水性ポリマー４０６のパターンをマスクとして被処理膜のエッチング処理を行なう際に、マスクとしての十分な膜厚を確保することができる。

また、親水性ポリマー４０５をウェットエッチングにより除去することで、上述した塗布現像処理装置２からエッチング処理装置３へのウェハＷの搬送を省略することができる。したがって、基板処理システム１におけるウェハ処理のスループットを向上させることができる。

以上の実施の形態のブロック共重合体４０４には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリスチレン（ＰＳ）を有していたが、親水性を有する親水性ポリマーと疎水性を有する疎水性ポリマーを含めばこれに限定されない。例えば親水性ポリマーにシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）を用いてもよい。また、ブロック共重合体４０４は、ポリマーが適切に相分離すれば必ずしも親水性ポリマーと疎水性ポリマーを含む必要はなく、例えば界面エネルギー差が所定の値以上の同じ極性のポリマーを含むものであってもよい。

以上の実施の形態では、工程Ｓ１１においてウェハＷ上の被処理膜をエッチングしていたが、本発明のウェハ処理方法はウェハＷ自体をエッチングする際にも適用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば親水性を有する親水性ポリマーと疎水性を有する疎水性ポリマーとを含むブロック共重合体を用いて、基板を処理する際に有用である。

１ 基板処理システム
２ 塗布現像処理装置
３ エッチング処理装置
３０ 現像装置
３１ 洗浄装置
３２ 反射防止膜形成装置
３３ 中性層形成装置
３４ ポリスチレン膜形成装置
３５ レジスト塗布装置
３６ ブロック共重合体塗布装置
４０ 熱処理装置
４１ 架橋装置
２０２〜２０５ エッチング装置
３００ 制御部
４００ 反射防止膜
４０１ ポリスチレン膜
４０２ レジストパターン
４０２ａ ライン部
４０２ｂ、４０２ｃ スペース部
４０４ ブロック共重合体
４０５ 親水性ポリマー
４０６ 疎水性ポリマー
Ｗ ウェハ

Claims (20)

1. 第１のポリマーと第２のポリマーとを含むブロック共重合体を用いて、基板を処理する方法であって、
   基板に第１のポリマー膜を形成する第１のポリマー膜形成工程と、
   前記第１のポリマー膜を加熱処理し、且つ当該加熱処理中に前記第１のポリマー膜にエネルギー線を照射して前記第１のポリマー膜を架橋させる架橋工程と、
   前記第１のポリマー膜上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記架橋後の第１のポリマー膜をエッチング処理して第１のポリマー膜のパターンを形成する第１のポリマー膜パターン形成工程と、
   前記第１のポリマー膜パターン形成工程後にレジストパターンが除去された基板に対して、中性層を基板上に形成する中性層形成工程と、
   前記中性層が形成された基板上に前記ブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗布工程と、
   前記基板に塗布されたブロック共重合体を前記第１のポリマーと前記第２のポリマーに相分離させるポリマー分離工程と、
   前記相分離したブロック共重合体から、前記第１のポリマー又は前記第２のポリマーのいずれかを選択的に除去するポリマー除去工程と、を有することを特徴とする、基板処理方法。
2. 前記エネルギー線は、紫外線または電子線のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記紫外線の波長は２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記架橋工程における加熱処理は、１５０℃〜２００℃で行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理方法。
5. 前記架橋工程における加熱処理及びエネルギー線の照射は、不活性ガス雰囲気中で行なわれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記第１のポリマーは親水性を有する親水性ポリマーであり、前記第２のポリマーは、疎水性を有する疎水性ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 前記親水性ポリマーはポリメタクリル酸メチルであり、
   前記疎水性ポリマーはポリスチレンであることを特徴とする、請求項６に記載の基板処理方法。
8. 前記第１のポリマー膜のパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、
   前記ブロック共重合体における前記第１のポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理方法。
9. 前記ポリマー分離工程において、前記スペース部に前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーが交互に奇数層に相分離されることを特徴とする、請求項６または７のいずれかに記載の基板処理方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の基板処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
11. 請求項１０に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
12. 第１のと第２のポリマーとを含むブロック共重合体を用いて、基板を処理するシステムであって、
    基板に第１のポリマー膜を形成する第１のポリマー膜形成装置と、
    前記第１のポリマー膜を加熱処理し、且つ当該加熱処理中に前記第１のポリマー膜にエネルギー線を照射して前記第１のポリマー膜を架橋させる架橋装置と、
    前記第１のポリマー膜上にレジストパターンされた基板において、当該レジストパターンをマスクとして前記架橋後の第１のポリマー膜をエッチング処理して前記第１のポリマー膜のパターンを形成するパターン形成装置と、
    前記第１のポリマー膜のパターン形成後にレジストパターンが除去された基板に対して、中性層を基板上に形成する中性層形成装置と、
    前記中性層が形成された基板上に前記ブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗装置と、
    前記基板に塗布されたブロック共重合体を前記第１のポリマーと前記第２のポリマーに相分離させるポリマー分離装置と、
    前記相分離したブロック共重合体から、前記第１のポリマー又は前記第２のポリマーのいずれかを選択的に除去するポリマー除去装置と、を有することを特徴とする、基板処理システム。
13. 前記エネルギー線は、紫外線または電子線のいずれかであることを特徴とする、請求項１２に記載の基板処理システム。
14. 前記紫外線の波長は２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１３に記載の基板処理システム。
15. 前記架橋装置における加熱処理は、１５０℃〜２００℃で行われることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の基板処理システム。
16. 前記架橋工程における加熱処理及びエネルギー線の照射は、不活性ガス雰囲気中で行なわれることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれかに記載の基板処理方法。
17. 前記第１のポリマーは親水性を有する親水性ポリマーであり、前記第２のポリマーは、疎水性を有する疎水性ポリマーであることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれかに記載の基板処理システム。
18. 前記親水性ポリマーはポリメタクリル酸メチルであり、
    前記疎水性ポリマーはポリスチレンであることを特徴とする、請求項１７に記載の基板処理システム。
19. 前記ポリスチレン膜のパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、
    前記ブロック共重合体における前記第１のポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれかに記載の基板処理システム。
20. 前記ポリマー分離工程において、前記スペース部に前記第１のポリマーと前記第２ポリマーが交互に奇数層に相分離されることを特徴とする、請求項１９に記載の基板処理システム。

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