JP2016149525A - 研磨装置、塗布膜形成装置、塗布膜形成方法、記憶媒体、パターン形成方法及びパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜の表面を平坦化する技術を提供する。
【解決手段】塗布膜を硬化する前に塗布膜の表面及び研磨部材を添加液により濡れた状態としながらポリビニールアルコール、またはポリエチレン製の研磨部材により研磨している。このためパターン９２へのダメージを抑制しながら塗布膜９を除去することができる。またポリビニールアルコール性の研磨部材４０を用いる際には、ウエハＷに供給した純水に窒素ガスを吹き付けて、研磨部材４０に供給される純水の液量を規制するようにしている。更にＳＯＣ膜塗布装置に、塗布ユニット２と、研磨ユニット３と、加熱ユニット５と、を設けているため、研磨装置や加熱装置に搬送する必要がなく、装置間の搬送にかかる時間の短縮や、研磨装置や加熱装置の設置コストの削減をすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を、硬化させる前に研磨して平坦化する技術に関する。更にまた本発明は、少なくとも２種類のポリマーを含み、相分離するためのブロック共重合体を用いてパターンを形成する技術に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、段差を有する基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の上に薄膜を積層して平坦化する工程を行う場合がある。例えば基板の上に形成されたパターンの所定の部位をエッチングするためのエッチングマスクは、基板上に薄膜が形成された後、この薄膜の上に形成したレジストパターンを用いてエッチングすることにより作成される。

エッチングマスクとなる薄膜としては、炭素を主成分とする、例えば炭素の含有割合が８０〜９０％である有機膜からなるＳＯＣ（Spin On Cap）膜などと呼ばれている塗布膜が知られており、この塗布膜は、塗布膜の前駆体を含む薬液を例えば基板上にスピンコーティングした後、架橋反応により硬化させることにより得られる。一方、レジストパターンは、基板上にレジスト液を塗布した後、パターンマスクを用いて露光し、次いで現像処理を行うことにより形成されるが、露光時におけるフォーカスエラーを生じさせないようにするために、ＳＯＣ膜の表面を平坦化する必要がある。ＳＯＣ膜の下層側には段差が形成されているため、加熱処理により硬化させた塗布膜の表面には緩やかな段差が発生してしまう。

そこで、塗布膜の表面の平坦化方法としては、塗布膜の表面を研磨剤を含むスラリーを供給しながら研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）が知られている。しかしながらＳＯＣ膜は、非常に硬度が高いためＣＭＰにより研磨する場合に、大きな負荷が必要となりパターンにダメージが及んだりパターンが削れてエロージョンと呼ばれる状態になってしまい平坦化することが難しい。近年のパターンの微細化に伴い、平坦化の精度の要求が高くなっているため問題となっていた。

特許文献１には、絶縁膜として用いられるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜において、硬化させる前にウレタン製のブラシを用いて研磨して平坦化する技術が記載されている。この技術をＳＯＣ膜に適用してもＳＯＣ膜は硬度が高いため十分に研磨できないおそれがある。

また特許文献２には平坦化用の膜の最低標高部が平坦化用の膜の下層膜の最高標高部より高くなるように成膜し、切削あるいは、拭取りにより平坦化する技術が記載されている。しかしながらＳＯＧ膜において平坦化する方法であり、ＳＯＣ膜においては十分に研磨できないおそれがあった。

更にまた最近において、マスクパターンについてより一層の微細化を図るために、ブロック共重合体が自己組織的に配列する性質を利用する自己組織的リソグラフィー技術の実用化が検討されている（特許文献３）。ブロック共重合体としては例えばポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とを含むものが知られている。この技術は例えば基板上に形成されたレジストパターンに、ブロック共重合体を溶剤に溶解してなる薬液を塗布して塗布膜を形成し、次いで基板を加熱するとＰＳとＰＭＭＡとが相分離し、規則的に配列され、溶剤によりＰＭＭＡを溶解させることによりＰＭＭＡが抜けたパターンが形成される。例えばホールを含むマスクを形成する場合、レジストに形成されたホール内に満たされたブロック共重合体において上面で見て中央部に位置する円筒状のＰＭＭＡとＰＭＭＡの周囲を囲むＰＳとに分離され、ＰＭＭＡが除去されることで、ホール径がＰＳＳの残留分だけ小さくなる。

塗布膜を形成するにあたって、ホール群の配列密度が大きい領域（パターンが密の領域）と小さい領域（パターンが疎の領域）とが併存している場合には、パターンが疎の領域の方がパターン内に塗布液が入り込む量が少なくなるので、基板上における塗布膜の膜厚がパターンが密の領域に比べて大きくなる。しかしながらブロック共重合体からなる塗布膜の膜厚が大きい領域では、ブロック共重合体の相分離が適切に行われないという課題がある。

特許第４６７５８０３号公報 特開平９−８２６１６号公報 特開２０１３−２３２６２１

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜の表面を平坦化する技術を提供することにある。本発明の他の目的は、ブロック共重合体の塗布膜について、ガイド用のパターンに起因して塗布膜の膜厚差が生じても、相分離を良好に行うことができ、良好なパターンを形成することができる技術を提供することにある。

本発明の研磨装置は、表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を、硬化させる前に研磨して平坦化する研磨装置であって、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板の表面の塗布膜を研磨するためのポリビニールアルコールまたはポリエチレンからなる研磨部材と、
前記研磨部材を前記基板保持部に保持された基板の表面に沿って相対的に移動させる駆動部と、
前記研磨部材と基板の表面とを濡れた状態とするために添加液を供給する添加液供給部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の塗布膜形成装置は、表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を形成する装置において、
前記塗布膜の前駆物質を含む薬液を前記基板の表面に塗布する塗布部と、
上述の研磨装置と、
前記研磨装置により研磨された基板上の塗布膜を加熱処理して架橋反応により硬化させる加熱処理部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の塗布膜形成方法は、表面に段差を有する基板の上に炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を形成する方法において、
前記塗布膜の前駆物質を含む薬液を前記基板の表面に塗布する工程と、
この工程により前記基板の表面に形成された塗布膜に対して硬化前に、ポリビニールアルコールまたはポリエチレンからなる研磨部材により、当該研磨部材と基板の表面とを濡れた状態とするために添加液を供給しながら、当該塗布膜を研磨して平坦化する工程と、
次いで、前記塗布膜を架橋反応により硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、表面に段差を有する基板の上に炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を形成する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の塗布膜形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

他の発明である塗布膜形成方法は、基板上にパターンの密度が互いに異なる領域を含むガイド用のパターンを形成する工程と、
次いで前記基板上に、互いに種類が異なる第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成する工程と、
その後、前記塗布膜を研磨部材により研磨して平坦化する研磨工程と、
次に、前記塗布膜を加熱して前記第１のポリマー及び第２のポリマーを互いに分離する工程と、
しかる後、溶剤を前記塗布膜に供給して、前記第１のポリマー及び第２のポリマーのうちの一方を溶解して除去する工程と、を含むことを特徴とする。

他の発明である記憶媒体は、基板上にガイド用のパターンを形成し、前記ガイド用のパターン内にポリマーの相分離を利用して分離された一方のポリマーを除去してポリマーで覆われたパターンを形成するための装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、本発明のいずれか一項に記載されたパターン形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

更に他の発明である塗布膜形成装置は、基板上にレジスト膜を形成し、露光後のレジスト膜を現像してガイド用のパターンを形成するためのモジュール群と、
前記ガイド用のパターンが形成された基板の上に、互いに種類が異なる第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成するためのモジュールと、
前記塗布膜中の溶剤を揮発させるために基板を第１の温度で加熱するためのモジュールと、
前記第１の温度で加熱された塗布膜を研磨部材により研磨して平坦化するためのモジュールと、
前記第１のポリマー及び第２のポリマーを互いに分離するために前記基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱するためのモジュールと、
前記第１のポリマー及び第２のポリマーのうちの一方を溶解して除去するための溶剤を前記塗布膜に供給するためのモジュールと、
前記モジュールの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、表面に段差を有する基板の上に形成された、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を平坦化するにあたって、塗布膜を硬化する前に塗布膜の表面及び研磨部材を添加液により濡れた状態としながらポリビニールアルコール、またはポリエチレン製の研磨部材により研磨している。このため基板のパターンのダメージを抑制しながら塗布膜を平坦化することができる。
他の発明は、自己組織的リソグラフィー技術に用いられるブロック共重合体の塗布膜について、ガイド用のパターンに起因して塗布膜の膜厚差が生じても、研磨部材により研磨してブロック共重合体膜（塗布膜）を平坦化しているため、その後の相分離を良好に行うことができ、この結果良好なパターンを形成することができる。また別の観点からみれば、ブロック共重合体膜を平坦化することで、膜厚差が生じることを見込んでブロック共重合体膜を形成する場合に比べて、ブロック共重合体膜の膜厚の設定などのプロセスマージンが大きくなる。

本発明の第１の実施の形態に係るＳＯＣ膜形成装置の平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＳＯＣ膜形成装置の縦段面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る研磨ユニットの縦段面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る研磨ユニットの平面図である。 本発明の第１の実施の形態に用いられるウエハの表面構造を示す断面図である。 本発明の研磨ユニットによる研磨を説明する説明図である。 本発明の研磨ユニットによる研磨を説明する説明図である。 ウエハの平坦化工程を説明する説明図である。 平坦化工程におけるウエハの表面構造を示す断面図である。 平坦化工程におけるウエハの表面構造を示す断面図である。 平坦化工程におけるウエハの表面構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係る研磨ユニットを示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係る研磨ユニットを示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係る研磨ユニットを示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係る研磨ユニットを示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係るＳＯＣ膜塗布装置の縦段面図である。 本発明の第１の実施の形態の他の例に係るＳＯＣ膜塗布装置の縦段面図である。 本発明の第２の実施の形態における参考例について、ウエハの表面状態の推移を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における、ウエハの表面状態の推移を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における、ウエハの表面状態の推移を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における、ウエハの表面状態の推移を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に用いられる紫外線照射モジュールの一例を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパターン形成方法を実施するためのパターン形成装置を示す横断面図である。 上記のパターン形成装置を内部から見た右側面図である。 上記のパターン形成装置を内部から見た左側面図である。 実施例に係るウエハの表面を示す写真である。 実施例に係るウエハの表面を示す写真である。 実施例に係るウエハの表面を示す写真である。 比較例に係るウエハの表面を示す写真である。 ウエハの表面における撮影部位を説明する説明図である。 研磨前及び２回目の塗布膜の塗布後のウエハの断面を示す写真である。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態について説明する。図１、図２はウエハＷに塗布膜であるＳＯＣ膜の原料を塗布し、表面を平坦化するＳＯＣ膜形成装置を示す。ＳＯＣ膜形成装置は、ウエハＷを複数枚含む搬送容器であるキャリアＣから装置内に搬入出するためのキャリアステーション１１０と、ウエハＷの表面に塗布膜であるＳＯＣ膜を形成する処理ステーション１２０と、を接続した構成となっている。キャリアステーション１１０は、ウエハＷを複数枚含む搬送容器であるキャリアＣから装置内に搬入出する役割を有し、キャリアＣの載置ステージ１１１と、キャリアＣからウエハＷを搬送するためのガイドレール１１２に沿って移動する第１の搬送アーム１１３と、を備えている。

処理ステーション１２０には、第２の搬送アーム１２２が設けられ、キャリアステーション１１０側から見て、第２の搬送アーム１２２の右側方の手前側及び奥側に各々処理ブロックＧ１、Ｇ２が配置され、キャリアステーション１１０側から見て、第２の搬送アーム１２２の左側方の手前側及び奥側に各々処理ブロックＧ３，Ｇ４が配置されている。図２に示すように処理ブロックＧ１は、ウエハＷにＳＯＣ膜を形成するための原料を塗布する塗布ユニット２が２段に積層されている。また処理ブロックＧ２は、ウエハにＳＯＣ膜の原料を塗布した後、表面を平坦化するための研磨装置である研磨ユニット３が２段に積層されている。処理ブロックＧ３は、処理ブロックＧ１と同様に塗布ユニット２が２段に積層され、処理ブロックＧ４は加熱ユニット５が２段に積層されている。

処理ステーション１２０におけるキャリアステーション１１０寄りの位置には、ウエハＷの受け渡しを行うための受け渡し棚１２１が設けられ、第１の搬送アーム１１３により、キャリアＣと受け渡し棚１２１との間でウエハＷの受け渡しが行われ、第２の搬送アーム１２２により、受け渡し棚１２１と、各処理ブロックＧ１〜Ｇ４に設けられた塗布ユニット２、研磨ユニット３及び加熱ユニット５と、の間でウエハＷが受け渡される。

続いて、塗布ユニット２について説明する。塗布ユニット２は例えばパターンの形成されたウエハＷに対して、公知のスピンコーティング法により、ＳＯＣ膜の前駆物質となる有機材料を溶剤に溶解した塗布液を塗布する。有機材料としては、炭素化合物を含む有機膜原料、例えばポリエチレン構造（（−ＣＨ_２−）_ｎ）の骨格を持つポリマー原料を溶解させた液体が用いられる。また有機材料には、例えば３００℃に加熱することにより架橋が進行する架橋剤が含まれている。ウエハＷに有機材料を塗布して形成された塗布膜は、加熱前においては、パターンを形成するＳｉＯ_２などの膜に比べて硬度が低いが、３００℃に加熱することにより架橋が進行しＳＯＣ膜の硬度が高くなる。塗布ユニット２は、例えば後述する研磨ユニット３と同様に構成されたスピンチャックとカップ体とを備えているが、ここでは記載を省略する。また塗布ユニット２はスピンチャックに保持されたウエハＷに向けて有機材料を吐出して塗布する塗布液ノズルを備えている。

続いてＳＯＣ膜を平坦化する平坦化ユニットである研磨ユニット３について説明する。図３及び図４に示すように研磨ユニット３は、筐体１０内を備え、筐体１０の側壁には、シャッタ１５により開閉されるウエハＷの搬入出口１４が設けられている。筐体１０の中央部には、ウエハＷの裏面中央部を吸着して水平に保持する基板保持部であるスピンチャック１１が設けられており、スピンチャック１１は垂直に伸びる回転軸１２を介して駆動機構１３と接続されている。駆動機構１３は図示しない回転モータ等の回転駆動源を備えており、所定の速度で回転できるように構成され、この例では、ウエハＷは上方側から見て時計回りに回転するように構成されている。また駆動機構１３は、昇降駆動源を備え、スピンチャック１１は昇降自在に構成されている。

スピンチャック１１の周囲には、スピンチャック１１に保持されたウエハＷを囲むようにして上方側が開口したカップ体３０が設けられている。カップ体３０の側周面上端側は内側に傾斜した傾斜部３１が形成され、カップ体３０の底部側には例えば凹部をなす液受け部３２が設けられている。液受け部３２は隔壁３３によりウエハＷの周縁下方側に全周に亘って外側領域と内側領域とに区画されている。外側領域の底部にはドレインを排出するための排液口３４が設けられ、内側領域の底部には処理雰囲気を排気するための排気口３５が設けられている。

筐体１０内には、各々前後に伸びる第１、第２及び第３のアーム２１〜２３が設けられている。第１のアーム２１は、研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、カップ体３０の手前側にて、左右方向に伸びるガイドレール２４に沿って駆動体２７により移動できるように構成されている。また駆動体２７は図示しない昇降機構を備えており、第１のアーム２１は昇降自在に構成されている。第１のアーム２１の先端部には、例えば純水などの添加液を供給する添加液供給部である添加液ノズル５１と、乾燥用のガスである例えば窒素ガスを吐出する窒素ガスノズル５２と、が設けられている。これらノズル５１、５２は、カップ体３０の上方領域と研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、カップ体３０の左側に位置する待機領域との間で移動する。待機領域には、添加液ノズル５１の液受け部であるノズルバス５３が設けられている。

添加液ノズル５１は、例えば配管５４を介して添加液供給部５５に接続されている。この添加液供給部５５は添加液供給源、ポンプ、バルブなどを備えており、添加液ノズル５１の先端から添加液を吐出できるように構成されている。窒素ガスノズル５２は配管５６を介して、窒素ガス供給源、ポンプ、バルブなどを備えたガス供給部５７と接続され、窒素ガスノズル５２からは、窒素ガスを吐出できるように構成されている。添加液ノズル５１は、研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て窒素ガスノズル５２の左側に位置するように設けられる。また窒素ガスノズル５２は先端が添加液ノズル５１側に傾斜して設けられており、窒素ガスノズル５２から吹き付けられる窒素ガスが、ウエハＷ表面に吐出された添加液をウエハＷの周縁方向に押すように設けられている。

また第２のアーム２２は、研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、カップ体３０の手前側にて、ガイドレール２４と並行に設けられたガイドレール２５に沿って駆動体２８により移動できるように構成されている。また駆動体２８は昇降機構を備えており第２のアーム２２は、昇降自在に構成されている。第２のアーム２２の先端部の下面には研磨体である研磨部４が設けられている。研磨部４は、研磨部材４０と、研磨部材４０の上部に板状部材４１を介して接続された回転軸４２と、を備えている。研磨部材４０は、例えばＰＶＡ（ポリビニールアルコール）により下面の直径が６５ｍｍの略円柱形状の多孔質に形成され、下面が平坦に形成されている。回転軸４２は、第２のアーム２２の内部に挿入されており、第２のアーム２２内に設けられた、例えばベルトや回転シャフトなどにより構成された駆動機構により鉛直軸周りに回転自在に構成されている。この例では、回転軸４２は上方から見て反時計回りに回転するように構成されている。

また研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、研磨部４の左側には、ウエハＷの表面を撮影し、ウエハＷの表面の色を検出し、後述する塗布膜９の膜厚を測定するための測定部となるＣＣＤカメラ４３が接続されている。研磨部４及びＣＣＤカメラ４３は、研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、カップ体３０の右側に設けられた研磨部４が待機する待機部４４と、カップ体３０の上方領域との間を移動する。なおこの例では、研磨部４を移動させる駆動体２７及びスピンチャック１１を回転させる駆動機構１３が駆動部に相当する。

第３のアーム２３も同様に研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、カップ体３０の手前側にて、ガイドレール２４、２５と並行に設けられたガイドレール２６に沿って駆動体２９により移動できるように構成されている。また駆動体２９は、昇降機構を備え、第３のアーム２３は昇降自在に構成されている。第３のアーム２３の先端部の下面には洗浄用ブラシ６が設けられている。洗浄用ブラシ６は、例えばポリウレタンにより構成された洗浄用部材６０と、洗浄用部材６０の上部に板状部材６１を介して接続された回転軸６２と、を備えている。回転軸６２は、第３のアーム２３の内部に挿入されており、第３のアーム２３内に設けられた、例えばベルトや回転シャフトなどにより構成された駆動機構により鉛直軸周りに回転自在に構成されている。また研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、研磨部４が待機する待機部４４の更に右側に洗浄用ブラシの待機部６４が設けられている。

続いて加熱ユニット５について説明する。加熱ユニット５は筐体内にウエハＷを載置する載置台と、載置台に載置されたウエハＷを加熱する加熱部を備えており、例えばウエハＷを３００℃に加熱できるように構成されている。

ＳＯＣ膜形成装置には、例えばコンピュータからなる制御部８が設けられている。制御部８は、プログラム格納部を有しており、プログラム格納部には、ＳＯＣ膜形成装置内におけるウエハＷの搬送、あるいは研磨ユニットにおいて、第１の搬送アーム１１１と、スピンチャック１１と、の間のウエハＷの受け渡しや、スピンチャック１１の回転、窒素ガス及び純水の供給、あるいは、研磨部４による研磨のシーケンスが実施されるように命令が組まれた、プログラムが格納される。このプログラムは、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカードなどの記憶媒体により格納されて制御部８にインストールされる。

続いてＳＯＣ膜形成装置の作用について説明する。基板となる例えば直径３００ｍｍのウエハＷには、例えば図５に示すようにＳｉＯ_２膜９１のパターン９２が形成されており、このパターン９２は、疎密に形成され、パターン９２のみが配置されたブランケット領域Ａと、パターン９２と窪み部９３が交互に形成されたラインアンドスペース領域Ｂと、パターン９２が形成されず、広い窪み部９３が形成された凹部領域Ｃと、が設けられている。

このようなウエハＷが例えば２５枚収納されたキャリアＣが載置ステージ１１１に載置されると第１の搬送アーム１１３により一枚のウエハＷが取り出され、受け渡し棚１２１に載置される。その後ウエハＷは、第２の搬送アーム１２２により、例えば第１の処理ブロックＧ１における下段側の塗布ユニット２に搬送されて、スピンコーティングにより、ＳＯＣ膜の原料となる有機材料、即ちＳＯＣ膜の前駆物質を含む塗布液が塗布される。

この時ウエハＷの表面には、塗布液が面内に均一に供給されるが、塗布液は粘度が大きいため図５に示すようにウエハＷの表面の開口率（単位面積当たりの凸部であるパターン９２の面積が占める割合）により表面高さが異なる塗布膜９が形成される。例えば開口率が０のブランケット領域Ａでは、パターン９２の上面の高さから塗布膜９が形成される。一方開口率の大きい凹部領域Ｃにおいては、パターン９２が形成されていないため、窪み部９３の底面の高さから塗布膜９が形成される。このため凹部領域Ｃ及びブランケット領域Ａに単位面積当たりで等量の塗布液が載った時に、凹部領域Ｃに形成された塗布膜９の表面高さは、ブランケット領域Ａに形成された塗布膜９の表面高さよりも低くなる。またラインアンドスペース領域Ｂの開口率を０．５とすると、ラインアンドスペース領域Ｂにおいては、凹部領域Ｃにおいて窪み部９３に入り込む塗布液の量の半分の量の塗布液が窪み部９３に入り込む。そのため、ラインアンドスペース領域Ｂに形成された塗布膜９の表面高さは、ブランケット領域Ａに形成された塗布膜９の表面高さと、凹部領域Ｃに形成された塗布膜９の表面高さとの、中間の高さとなる。

研磨ユニット３においては、ウエハＷは、第２の搬送アーム１２２から、スピンチャック１１にウエハＷの中心と回転中心とが一致するように受け渡され、吸着保持される。ウエハＷの受け渡し時には、スピンチャック１１が上昇してもよいが、図示しない例えば３本のピンをスピンチャック１１の厚さ方向に貫通させて上昇させ、ウエハＷが受け渡されたピンを降下させるようにしてもよい。次いで第１のアーム２１が移動し、添加液ノズル５１の吐出位置がウエハＷの中心部の上方に位置する。その後、ウエハＷを例えば５００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、添加液ノズル５１から添加液、例えば純水を例えば１００ｍＬ／分の流量で供給する。この添加液はウエハＷの表面及び研磨部材４０を濡らして、両者の摩擦を低減させる役割を持つ。ウエハＷの中心部に供給された純水はウエハＷの回転による遠心力により周縁部に向かって広がる。以下研磨ユニット３の内側から搬入出口１４側を見て、左右の方向を夫々左側及び右側として説明する。

次いでウエハＷの回転を維持したまま、添加液ノズル５１から純水を吐出した状態で、第１のアーム２１を左側に移動させ、窒素ガスノズル５２の吐出位置をウエハＷの中心部に位置させる。そして窒素ガスノズル５２から、ウエハＷの中心部に向けて窒素ガスを吹き付ける。窒素ガスノズル５２は、ウエハＷの周縁方向に向けて窒素ガスを吹き付けるため、ウエハＷの中心部の液膜が破れて、さらに純水が窒素ガスによりウエハＷの周縁側に押される。

続いてウエハＷの回転を維持し、添加液ノズル５１及び窒素ガスノズル５２から夫々純水及び窒素ガスを吐出したまま、第１のアーム２１をウエハＷの左側に移動させ、添加液ノズル５１の吐出位置をウエハＷの中心部から少し変位した個所に位置させる。また第２のアーム２２を移動させ研磨部材４０の中心部をウエハＷの中心部の少し右側に位置させる。これによりウエハＷの中心部は研磨部材４０の下方に位置する。なお研磨部材４０の直径は例えば６５ｍｍである。その後、研磨部材４０を鉛直軸周りに回転させると共に、研磨部材４０を降下させて、研磨部材４０の下面をウエハＷの表面に接触させる。

この時ウエハＷを時計回りに回転させた状態でウエハＷの中心部の少し左側の位置に純水を供給している。そのため、図６に示すようにウエハＷの表面においてウエハＷの中心部から純水の供給されている位置よりも遠い図中ハッチングで示した領域が純水で濡れた状態となる。またこの時窒素ガスノズル５２からウエハＷの周縁方向に向けて窒素ガスを吹き付けているため、図６中のハッチングを付した領域の内、ウエハＷの中心部から見て添加液ノズル５１側のハッチングを左右反転させた領域で示すように、ウエハＷの表面において、純水の供給位置の外側であって、純水の供給位置のウエハＷの回転方向側ここでは、時計回り方向側は、純水吹き寄せられて純水の量が多くなる。

これによりウエハＷ表面の純水で濡らされる領域の内、ハッチングを左右反転させた領域を除いた領域は、純水が薄く流れる領域になる。さらに研磨部４は、ウエハＷの表面において純水の供給位置に対して、ウエハＷを時計回りに回転させた位置に位置している。そのため研磨部材４０は、ウエハＷの中心に対して反時計回りの方向から純水が供給されて濡れた状態になる。そして純水で濡れた状態となっている研磨部４を鉛直軸周りに回転させながらウエハＷに押し当てることにより、ウエハＷの表面が研磨される。

また研磨部材４０は、まずウエハＷの中心部の上方に配置され、研磨部材４０の中心部がウエハＷの中心部の少し右側に変位した位置に配置されている。その状態でウエハＷを回転させるため、研磨部材４０はウエハＷの表面を破線で示した円周上を移動し、鎖線で示した領域が研磨される。

その後ウエハＷを回転させた状態、かつ研磨部４をウエハＷの表面に接触させて回転させた状態で、第２のアーム２２を右側に向けてウエハＷの周縁まで移動させる。また第１のアーム２１を第２のアーム２２の移動速度以下の速度、例えば第２のアーム２２の移動速度と同じ速度で左側に向けてウエハＷの周縁まで移動させる。これによりウエハＷ表面に純水が流れ、更にウエハＷ表面への窒素ガスの吹付により、研磨部材４０に供給される純水の量が少量になるように規制された状態で、図７に破線で示すようにウエハＷの表面において研磨された領域がウエハＷの中心側から周縁に向けて広がり、ウエハＷの表面全体が研磨される。

本例では、研磨部４をウエハＷの中心から周縁まで移動させてウエハＷの表面全体を研磨する（走査する）上述した研磨工程を例えば３回繰り返し行うが、１回目から３回目の各研磨工程において、削り量を調整してウエハＷの研磨を行う。ウエハＷの削り量は、例えば研磨部４の回転速度を上昇させること、研磨部４の高さ位置を下げて研磨部材４０をウエハＷに押し付ける力を大きくすること、ウエハＷの回転速度を上昇すること、第２のアーム２２の移動速度を遅くすることにより増加するが、ここでは研磨部４の回転速度の調整による削り量の調整を例に説明する。これらの研磨部４の回転速度、研磨部４の高さ位置、ウエハＷの回転速度及び第２のアーム２２の移動速度は、調整因子に相当する。

図８は、上段の図が研磨工程における研磨部４のウエハＷの中心部からの距離の経時変化を示し、下段の図が研磨部４の回転数の経時変化を示す。従って下段の図の横軸は、各回の工程における研磨部材４０の位置を示し、各回の工程における左端は研磨部材４０がウエハの中心部に位置し、右端は研磨部材４０がウエハＷの周縁部に位置している状態ということができる。研磨部材４０のウエハＷの中心部からの距離は、研磨部材４０における最もウエハＷの中心寄りの部位の位置で示しており、研磨部４の下面にウエハＷの中心が位置する場合には０としている。１回目の研磨工程においては、研磨部４をウエハＷの中心部から周縁部に移動するにあたって、研磨部４の回転数を一定として行い、例えば、研磨を開始する前のブランケット領域Ａにおける塗布膜９の最も厚い部位の厚さに対して２０％程度厚さが削られる削り量となるように研磨を行う。削り量については、予めウエハＷの回転速度、塗布する有機材料の種類、純水の供給量、研磨部４の移動速度などを考慮して、研磨部４の回転速度と、削り量との関係式を求めておき、目標とする削り量となる研磨部４の回転速度に設定して研磨する。なお研磨工程における塗布膜９の厚さについては、パターン９２の上面の高さ位置よりも上方に積層された塗布膜９の厚さを示し、パターン９２の上面の高さ位置よりも下方の窪み部９３に埋め込まれた塗布膜９は含まないものとして説明する。

また１回目の研磨工程を行う際、研磨部４をウエハＷの中心部から周縁に向けて移動しながらＣＣＤカメラ４３により１回目の研磨後のウエハＷの表面の撮影を行い、例えばその色により、塗布膜９の厚さを判定する。塗布膜９は、半透明の層となっているため、研磨後の残りの塗布膜９が薄い部分は下層のＳｉＯ_２膜９１の色に近くなる。そのため予め研磨処理後のウエハＷの表面の色の色データを取得しておき、ウエハＷの表面の色の色データが、研磨処理前のウエハＷの表面の色の色データから、研磨処理後のウエハＷの表面の色の色データにどれだけ近づいたかにより研磨量を推定する。また研磨処理後のウエハＷの表面の色データは、パターン９２の疎密により異なる。そのため例えばブランケット領域Ａ、ラインアンドスペース領域Ｂ及び凹部領域Ｃの各々において、研磨処理後のウエハＷの表面の色の色データを取得し、ブランケット領域Ａ、ラインアンドスペース領域Ｂ及び凹部領域Ｃの各々の領域を研磨する際には、各領域ごとの色データに基づいて研磨量を推定する。

研磨ユニット３においてウエハＷを研磨したときに、研磨部４の摩耗の状態や、ウエハＷの濡れの程度により研磨量は異なる。そのため１回目の研磨工程において、現在の研磨部４の状態やウエハＷの濡れの程度に応じた現在の研磨効率、例えば所定の研磨部４の回転速度で単位時間研磨を行った時の研磨量を把握する。

そして続く２回目の研磨工程において、研磨部４をウエハＷの中心から周縁に向けて移動させるにあたって、１回目の研磨工程後のウエハＷの表面の色の色データの分布に基づいて研磨部４の回転速度を調整する。例えば表面に高低差のあるウエハＷの表面を研磨する場合に、表面の高低差はサブミクロンオーダーであるため、ウエハＷ表面の高低差にかかわらず略同時に研磨部材４０に接する。しかしながらウエハＷの表面が高い部位は研磨部材４０に押し当てられる強さがウエハＷの表面が低い部位よりもごくわずかに強くなるため研磨されやすくなる。そのため研磨後にわずかな高低差が残ることがある。

図９から図１１において、ブランケット領域Ａ側をウエハＷの周縁側とした例で説明すると、例えば１回目の研磨工程において、図９に示すように周縁側の残りの塗布膜９の厚さが厚くなっている（塗布膜９の表面が高い）場合には、図８に示すように２回目の研磨工程において、研磨部４が周縁側の位置まで移動したときに研磨部４の回転数を上げて研磨量を多くする。そして２回目の研磨工程においては、図１０に示すように塗布膜９の大部分を削り、例えば研磨を開始する前のブランケット領域Ａにおける塗布膜９の最も厚い部位の厚さに対して、１０％程度の厚さの塗布膜９が残るように研磨を行うようにする。従って１回目の研磨工程後のウエハＷの表面の色の色データの分布と、１０％厚さの塗布膜９が残った時のウエハＷの表面の色の色データの分布と、の差分の研磨量となるように、研磨部４の回転速度を調整する。この時の研磨部４の回転速度は、１回目の研磨工程にて推定された、現在の研磨部４の状態やウエハＷの濡れの程度における研磨部４の回転速度に対する現在の研磨効率に基づいて調整される。

このように１回目の研磨工程は、現在の研磨部４の研磨効率の確認であり、２回目の研磨工程を行った後のウエハＷの表面に残る塗布膜の厚さを面内で均一に１０％の厚さにするために行われる。

更に２回目の研磨工程の際にも、ＣＣＤカメラ４３によりウエハＷの表面の撮影を行い塗布膜９の高さ分布を求める。３回目の研磨工程においては、塗布膜９の残り厚さが目標とする削り量になるように、つまり塗布膜９の表面が平坦になるように調整する。従って図８に示すように例えば２回目の研磨工程後において、ウエハＷの周縁側の領域の塗布膜９の残りの厚さが薄い場合には、図８に示すように３回目の研磨工程において、研磨部４の位置が周縁に近づくに従い、研磨部４の回転数を少なくする。塗布膜９は加熱前においては、ＳｉＯ_２のパターン９２に比べて硬度が低い。そのため塗布膜９を研磨により除去した場合に、パターン９２がストッパーとなり、パターン９２の上面の高さ位置まで研磨される。これにより３回目の研磨工程を終了した後のウエハＷは、図１１に示すようにＳｉＯ_２膜９１のパターン９２が露出し、窪み部９３が塗布膜９で埋められて、表面が平坦になる。

３回目の研磨処理が終了した後、ウエハＷの回転を維持したまま研磨部４、をウエハＷの外に退避させる。次いで第３のアーム２３を移動させ、洗浄用ブラシ６をウエハＷの上方に位置させる。また第１のアーム２１を移動させて、添加液ノズル５１をウエハＷの中心に位置させる。その後研磨部４に代えて、洗浄用ブラシ６を用いることを除いて研磨工程と同様の操作を行い、ウエハＷの表面に添加液及び窒素ガスを供給しながら、ウエハＷの中心部から周縁部に向けて洗浄用ブラシ６を一回移動させる。これにより塗布膜９の研磨により生じた研磨物が除去される。洗浄用ブラシ６はポリウレタンで構成されるため、塗布膜９を研磨するほどの研磨力はないが、ウエハＷの表面に純水等のリンス液を供給しながら表面を擦ることにより、純水等のリンス液の供給のみによりウエハＷの表面を洗い流す場合に比べて、ウエハＷの表面に付着している研磨残渣や異物を効率よく除去することができる。ここでは第1のアーム２１に設けた添加液ノズル５１により、純水をリンス液として供給しているが、リンス液を供給するノズルを設けてもよい。

上述の実施の形態においては、有機材料を塗布した後、加熱処理を行う前に材質をＰＶＡとした研磨部４を用いて、研磨部４とウエハＷとを純水で濡れた状態としながら研磨をしている。塗布膜９は加熱前においては、ＳｉＯ_２よりも硬度が低い。そのため硬度が低い塗布膜９が研磨され、パターン９２の上面まで研磨されるが、ＰＶＡのような硬度が小さい材質の研磨部４を用いて、ウエハＷ及び研磨部４を濡れた状態としながら研磨を行うことで後述の実施例にて裏付けされているようにパターン９２へのダメージを抑制しながら塗布膜９を除去することができる。

また１回目及び２回目の研磨工程において測定した研磨効率により研磨量の調整を行い、３回目の研磨工程において、ウエハＷの表面が平坦になるようにしている。そのためパターン９２にかかる負荷が大きくなりすぎたり、研磨量が少なく塗布幕が残るおそれが少ない。

研磨処理が行われたウエハＷは、例えば第２の搬送アーム１２２により受け渡し棚１２１に受け渡された後、例えば第１の処理ブロックＧ１における上段側の塗布ユニット２に搬入されて、研磨されたウエハＷの上に更に２層目の有機原料の層が形成される。研磨処理が行われたウエハＷは、表面の凹凸が小さくなっているため、２層目の有機原料の層が塗布されたウエハＷの表面は平坦になる。その後、例えば第２の処理ブロックＧ２における加熱ユニット５に搬入されて、３００℃に加熱され、２層化された塗布膜９の架橋が進行して、硬度が高まり、ＳＯＣ膜となる。

その後ウエハＷは、第２の搬送アーム１２２により受け渡し棚１２１に受け渡された後、第１の搬送アーム１１２により、キャリアＣに戻される。その後キャリアＣは、塗布、現像装置に搬送され、塗布、現像装置において、例えば平坦化されたウエハＷの上にＳｉ含有反射防止膜、レジスト膜がこの順で成膜され、露光装置にて露光処理が行われた後、現像処理が行われレジストパターンが形成される。

また例えばＳＯＣ膜形成装置は、１回目の塗布膜９を塗布し、研磨ユニット３にて研磨を行った後、加熱ユニット５に搬送して加熱処理を行い、塗布膜９を硬化させた後、塗布ユニット２に搬送して、２回目の塗布膜９の塗布を行い、さらにその後加熱ユニット５に搬送して加熱処理を行い、塗布膜９を硬化させてもよい。

さらに塗布膜９の塗布は１回であってもよく、更には、２回以上例えば５回塗布するようにしてもよい。

上述の実施の形態においては、次のような効果がある。まず研磨部材４０としてＰＶＡを用いている。ＰＶＡのような吸水性を有する材質の研磨部４を使用することで、ウエハＷを研磨する際に、研磨部４にしみ込んだ水が研磨部４とウエハＷの間に染み出しながら研磨することができる。またポリウレタンやセーム皮に比べて、摩擦抵抗が高く研磨能力が高いため、余分な塗布膜９の除去を行うのに適している。さらにＰＶＡは、炭素、水素及び酸素により構成されており、ＳＯＣ膜の原料として供給される有機材料と近い組成となっている。例えばスラリーに含まれる金属系の物質などがＳＯＣ膜に含まれてしまうと、エッチングの際に不具合を起こすおそれがあるが、炭素、水素及び酸素により構成される材料の場合は、不具合が発生するおそれがない。そのため研磨部４の摩耗による削りかすウエハＷに付着し、その後２回目の塗布液の塗布により、ＳＯＣ膜中に含まれた場合にもエッチング等の際に不具合が発生するおそれがない。

またウエハＷに供給した純水に窒素ガスを吹き付けて、研磨部材４０に供給される純水の液量を規制するようにしている。研磨部４が接する水の量が多く過ぎると、水が潤滑剤となり、研磨部４による研磨力が弱くなるおそれがある。従って、塗布膜９の研磨を確実に行うことができる。

更にＳＯＣ膜塗布装置に、塗布ユニット２と、研磨ユニット３と、加熱ユニット５と、を設けている。そのため、ＳＯＣ膜の塗布を行った後、研磨ユニットを備えた研磨装置や加熱装置に搬送する必要がなく、装置間の搬送にかかる時間の短縮や、研磨装置や加熱装置の設置コストの削減をすることができる。

続いて研磨ユニットの他の例について説明する。例えば研磨部４及び洗浄用ブラシ６を共通のアームにより持ち替えるように構成してもよい。例えば図３に示す筐体１０内に研磨部４及び洗浄用ブラシ６を載置する載置部を設け、第２のアーム２２の先端に研磨部４及び洗浄用ブラシ６を付け替えて研磨及び洗浄を行うようにすればよい。更に研磨部４と洗浄用ブラシ６とは、着脱自在に構成すればよく、例えば回転軸４２と、板状部材４１、６１との間に係合構造を採用すればよい。

またＰＶＡを材質とする研磨部４を用いる場合において、図１２に示すように研磨部４に対して、ウエハＷの回転方向の反対側、この例では、ウエハＷ表面において、研磨部４の位置に対して、反時計回りに、例えばウエハＷの中心角において、１５〜３０度ずれた位置にウエハＷ表面の水分量を調整する添加液の規制部となるワイパーブラシ４５を設けてもよい。ワイパーブラシ４５は、例えば第２のアーム２２に固定するように設ければよい。例えば窒素ガスノズル５２から吐出される窒素ガスのみでは、水量を抑えきることができない場合には、ワイパーブラシ４５により、ウエハＷの表面を流れて研磨部４に接する純水の液量を規制することができる。研磨部４が接する水の量が多く過ぎると、水が潤滑剤となり、研磨部４による研磨力が弱くなるおそれがある。従って、塗布膜９の研磨を確実に行うことができる。

また規制部としてはワイパーブラシ４５に代えて、図１３に示すようにウエハＷの表面に平板の側面を接するように構成されたワイパー４６であってもよく、例えば平板の側面とウエハの表面との隙間の高さを調整することにより液量を規制するようにしてもよい。またウエハＷの表面に線状に窒素ガスを吹き付けるエアーワイパーであってもよく、例えば窒素ガスの吐出量を調整して、研磨部材４０に向けて流れる添加液の液量を調整すればよい。更に例えば図１２に示したワイパーブラシ４５の下面に吸引孔を設け、吸引機構により、吸引孔からウエハＷ表面の水分を吸引して液量を規制してもよい。

さらに研磨部４とウエハＷの表面とを濡れた状態にする添加液を供給する添加液供給部は、例えば回転軸４２及び板状部材４１を貫通し、第２のアーム２２内を通した配管を設けて、研磨部４の上方側から添加液を供給し、多孔質体で構成された研磨部４を浸透した添加液がウエハＷの表面に供給されるような構成であってもよい。

さらに研磨ユニット３に図１４（ａ）に示すようにウエハＷの裏面側を洗浄するための裏面洗浄ブラシ４７を設けてもよい。研磨部４によりウエハＷの表面を研磨するにあたって、ウエハＷはスピンチャック１１により裏面の中心部を保持されている。そのためウエハＷの周縁寄りの部位を研磨する際に研磨部４の押圧によりウエハＷが撓み均一に研磨できないおそれがある。従って研磨部４がウエハＷのスピンチャック１１に保持されている領域よりも外側の領域を研磨する際に、図１４（ｂ）に示すようにウエハＷの研磨部４に押圧されている部位を裏面側から裏面洗浄ブラシ４７により押圧すればよく、更に裏面洗浄ブラシ４７を研磨部４の移動に対応させて移動させることで研磨部４の押圧によるウエハＷの撓みを抑制することができる。

また例えば研磨部材４０の材質としては、ポリエチレンを用いてもよい。ポリエチレンは。吸水性は低いが、水にぬらすことにより摩擦抵抗及びウエハＷに対する密着性が良くなる。更にポリエチレンも炭素、水素及び酸素により構成されているため、削りかすが塗布膜９に混入した場合にもエッチングにおいて不具合が発生するおそれがない。従ってポリエチレン製の研磨部材４０を用いることにより、同様の効果を得ることができる。またポリエチレンを用いる場合においては、例えば密度が０．９４２以上の高密度ポリエチレンを用いることが好ましい。高密度ポリエチレンは硬度が高いため高い研磨力を得ることができる。またポリエチレンを材質とする研磨部４を用いる場合には、後述の実施例に示すように水量が多い場合にも十分に研磨することができる。

更に例えばウエハＷ周縁寄りの位置とウエハＷの中心部寄りの位置との各々における高さ位置を測定するレーザー変位計を設けたり、研磨部４の回転軸４２の上方に圧力センサを設けてウエハＷに対する研磨部材４０の押し付けられる圧力を測定して塗布膜９の膜厚を測定してもよく、あるいは研磨を行う前に塗布膜の膜厚を測定してもよい。更に例えばレーザー変位計を用いウエハＷの表面を反射したレーザーの周波数の位相の変位によりウエハＷとの距離を測定して、ウエハＷの反りを検出するようにしてもよい。そしてウエハＷの反りに合わせて研磨部４の高さ位置や回転速度を調整し、研磨量を調整してもよい。

またウエハＷの表面の色の色データの分布の測定にあたって、ウエハＷの中心側から外周側を見て、中心の色に対する外周側の相対的な色の差を判断してもよく、相対的な色の差に応じて研磨量を調整するようにしてもよい。

またＳＯＣ膜の原料となる有機材料の塗布と、研磨を共通のユニットにおいて行うようにしてもよい。例えば図１５に示すように図３、４に示した研磨ユニット３にＳＯＣ膜の原料となる有機材料を供給する塗布液ノズル７を設けた例が挙げられる。研磨ユニット１０３には、例えばガイドレール７１に沿って移動するノズルアーム７０に支持され、ウエハＷの上方と待機領域７２との間を移動するように構成された塗布液ノズル７を設ければよい。さらにノズルアーム７０及び塗布液ノズル７は、第１〜第３のアーム２１〜２３と互いに干渉しないように例えばその高さ位置が異なるように配置すればよい。そしてウエハＷに対して、塗布液ノズル７からウエハＷに有機材料を供給して、ＳＯＣ膜の原料の塗布を行った後、塗布液ノズル７をウエハＷの上方から退避させる。その後、研磨部４、添加液ノズル５１及び窒素ガスノズル５２により、前述の実施の形態に示したようにウエハＷに研磨処理を行うようにすればよい。このように研磨ユニット１０３にてＳＯＣ膜の塗布処理を行うことにより、研磨ユニット１０３とは別に塗布モジュールを設ける必要がないため設置空間を小さくすることができる。

さらに研磨部４、洗浄用ブラシ６は、待機位置にて洗浄液に浸しながら回転させたり、待機部４４、６４の底面への押し付けや振り切りによる脱水を行い、ウエハＷの上方に移動する前に、ある程度の水分を含ませて移動させるようにしてもよい。乾燥した研磨部材４０の場合、添加液の吸引量が大きく、ウエハＷの研磨の開始直後の水分量が不足するおそれがある。予め研磨部材４０に添加液を含ませておくことで、研磨開始から適度に濡らされた状態から研磨することができる。また研磨部４の下面をカメラで撮影し、研磨部材４０の摩耗の程度を評価し閾値を超えている場合には、アラームを発したり、上述した一本のアームにて研磨部４と、洗浄用ブラシ６の持ち替える例と同様に取り外し可能の構成の研磨部４を筐体１０内に配置しておき、研磨部４が摩耗したときに付け替えるようにしてもよい。また研磨部材４０は、例えば一回目の研磨工程において、研磨量を測定したときに、研磨量が少なく閾値を下回っていた場合に、交換するようにしてもよい。

またＳＯＣ膜成膜装置として、レジスト膜の塗布及び現像処理を行う塗布、現像装置に塗布ユニット２と、研磨ユニット３を組み込んでもよい。例えば図１６に示すように処理ステーションＳ２がウエハＷに各々塗布液、あるいは現像液を供給して、液処理を行う液処理装置が設けられた液処理ブロックを６層積層した構成の塗布、現像装置について説明する。

この塗布、現像装置は、キャリアステーションＳ１と、処理ステーションＳ２と、インターフェイスステーションＳ３と、を直線状に接続し、インターフェイスブロックＳ３に露光ステーションが接続される。例えば処理ステーションＳ２における最も下の層には、液処理装置として例えば図１５に示したＳＯＣ膜の原料の塗布と、研磨とを行う研磨ユニット１０３が設けられ、下から２番目の層には、液処理装置としてＳＯＣ膜の原料の塗布を行う塗布ユニット２が設けられる。さらに上層には、例えば反射防止膜を塗布する液処理ユニット（ＳｉＡＲＣ）、レジストを塗布する塗布ユニット（ＣＯＴ）、現像液を供給して現像処理を行う２層の現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下層側からこの順で積層されている。６層の液処理ブロックの各々の層は、キャリアステーションＳ１からインターフェイスステーションＳ３を見て左側に加熱処理を行う加熱ユニットが配列され、右側に図１５に示されているＣＯＴ等のユニットが配列されている。そして各層の中央には、キャリアステーションＳ１からインターフェイスステーションＳ３に向かう直線に沿って、移動する搬送アームが設けられ、各ユニット管のウエハＷの搬送が行われる。
この例では、研磨ユニット１０３において、１回目のＳＯＣ膜の原料の有機材料の塗布と、表面の研磨及び洗浄を行い、その後塗布ユニット２にて、２回目のＳＯＣ膜の原料の塗布を行う。

更に処理ブロックＳ２における最も下の層に液処理装置としてＳＯＣ膜の原料の塗布を行う塗布ユニット２を設け、下から２番目の層にＳＯＣ膜の原料の塗布と、研磨とを行う研磨ユニット１０３を設けてもよい。この場合には、塗布ユニット２にて１回目のＳＯＣ膜の原料の塗布を行い、次いで研磨ユニット１０３において、塗布膜の研磨及び洗浄処理を行った後、続けてウエハＷに有機材料を供給し、２回目のＳＯＣ膜の塗布を行うようにすればよい。

あるいは、図１７に示すようにキャリアステーションＳ１と、処理ブロックＳ２との間に研磨ユニット３を設け、処理ブロックＳ２に塗布ユニット２を備えた層を２段に構成するようにしてもよい。例えば最も下層に設けられた塗布ユニット２において、ウエハＷに１回目の塗布膜９の塗布を行った後、研磨ユニット３に搬入し、下層から２段目の層に設けられた塗布ユニット２において、２回目の塗布膜９の塗布を行うように構成してもよい。このような例では、塗布膜９の塗布、研磨及び加熱処理から、塗布膜９の上層への成膜処理を同一の装置における一連のウエハＷの処理にて行うことができるため、スループットの短縮や装置台数の削減を行うことができる。

また塗布、現像装置において、塗布ユニット２を備えた層を一層設け、キャリアステーションＳ１と処理ブロックＳ２との間に研磨ユニット３を設けてもよい。この場合には、例えば塗布、現像装置内にウエハＷを一時的に載置するバッファモジュールを設けるようにしてもよい。そしてキャリアＣから搬送された一連のウエハＷの１回目の塗布膜９の塗布が終了するまでは、１回目の塗布膜９の塗布が終了し、研磨処理が終えたウエハＷをバッファモジュールに載置し、一連のウエハＷの１回目の塗布膜９の塗布が終了した後、バッファモジュールから塗布ユニットに搬送すればよい。

[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施形態は、表面にガイド用のパターンが形成された基板上に、互いに種類が異なる第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布して塗布膜を形成し、研磨する工程、相分離する工程を経て、ガイド用のパターン内にポリマーからなるパターンを形成する技術である。
まず本発明に至った経緯について説明する。図１８（ａ）は、基板であるウエハ上に下地膜２０１が形成され、その下地膜２０１にガイド用のパターンであるレジストパターン２０２が形成された状態を示している。２００はレジスト膜であり、図では下地膜２０１より下方部分は省略している。

この例ではパターンを形成する凹部２０３はホールであり、レジストパターンは、ホール２０３の配列密度が大きい領域(パターンが密な領域)とホールの配列密度が小さい領域(パターンが疎な領域)とを含んでいる。図１８では、向かって左側がパターンが密な領域であり、向かって右側がパターンが疎な領域である。このような基板の表面に、ブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布してブロック共重合体膜（塗布膜）２０４を形成すると、図１８（ｂ）に示すように、パターンが疎な領域におけるブロック共重合体膜２０４の膜厚は、パターンが密な領域におけるブロック共重合体膜２０４の膜厚よりも大きくなる。その理由については、パターンが疎な領域では、単位面積あたりで見たとき、パターン内に塗布液が入り込む量が少ないからである。

この状態でウエハを加熱してブロック共重合体の相分離を行うと、図１８（ｃ）に示すように、ブロック共重合体膜２０４の膜厚が小さい領域では、表面からホール２０３の底部に至るまで相分離が起こるが、ブロック共重合体膜２０４の膜厚が大きい領域では、相分離がホールの外で起こってしまう。ブロック共重合体の一例としては、第１のポリマーであるポリスチレン（ＰＳ）と第２のポリマーであるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とからなるものを挙げることができる。以下の説明では、ポリスチレンを「ＰＳ」、ポリメチルメタクリレートを「ＰＭＭＡ」としてそれぞれ略記する。

図１８（ｃ）において、２０５はＰＳであり、２０６はＰＭＭＡである。ＰＭＭＡ２０６は円筒状に分離されており、膜厚が小さい領域ではホール２０３内に存在するが、膜厚が大きい領域ではレジストパターンの上方側にて円筒状が横に寝た格好で分離している。従って、ＰＭＭＡ２０６がレジストパターン２０２の上方にて分離している領域においては、ＰＭＭＡ２０６を除去する溶剤をウエハに供給しても、ＰＳ２０５で囲まれたホールを得ることができない。

このため本発明では以下に述べる手順に従って処理を行っている。

図１９から図２０は、本発明のパターン形成方法の実施形態を示している。先ず基板であるウエハ上に図１９（ａ）に示すようにガイド用のパターンであるレジストパターン２０２を形成する。図中２００はレジスト膜、２０１は下地膜、２０３はパターンに相当する凹部であるホールを示している。レジストパターンは、図中左側領域である、ホール２０３の配列密度が大きい領域(パターンが密な領域)と、図中右側領域であるホールの配列密度が小さい領域(パターンが疎な領域)とを含んでいるものとする。

次いで図１９（ｂ）に示すようにレジスト膜２００及び下地膜２０１の表面を親水性として、ブロック共重合体液との馴染みをよくするためにウエハの表面全体に紫外線を照射する。この工程は、例えば大気雰囲気である処理容器内にて行われる。
続いて少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体、例えばＰＳとＰＭＭＡとを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液をウエハ上に供給する。塗布液の供給手法の一例としては、ウエハを回転させながら回転中心に塗布液を供給するスピンコーティング法が挙げられる。レジストパターンは、ホール２０３の配列密度が大きい領域と小さい領域とが隣接しているため、既述の理由により図１９（ｃ）に示すように、膜厚の大きい領域と膜厚の小さい領域とが並ぶブロック共重合体膜２０４が形成される。なお、塗布液をウエハ上に供給した直後においては液膜の状態であるが、スピン中に溶剤が揮発するので、図１９（ｃ）の段階においてもブロック共重合体膜として説明している。

その後、ウエハを例えば処理容器内の加熱プレート上に載置し、図２０（ｄ）に示すように第１の温度で加熱して、ブロック共重合体膜２０４に残留している溶剤を揮発させる。第１の温度は、ブロック共重合体（ＢＣＰ）を実質的に層分離させずにブロック共重合体中の溶媒を揮発させる温度であり、例えば８０〜１２０℃である。
続いて、後工程の研磨処理に用いられる研磨パッドとの親和性を良好にするため、図２０（ｅ）に示すようにウエハの表面全体に紫外線を照射する。

しかる後、ウエハの表面を研磨処理して、ブロック共重合体２０４の膜を平坦化する。研磨処理に用いられる研磨装置（ユニット）としては、例えば第１の実施形態で用いられた図３及び図４に示す研磨装置を用いることができる。潤滑剤（添加液）としては例えば純水を用い、研磨パッドの材質としては例えばＰＶＡ（ポリビニールアルコール）などを用いることができ、研磨方法としては、例えば第１の実施形態で述べた手法と同様にして行うことができる。研磨の終点位置としては、レジスト膜２００の表面に例えばブロック共重合体膜２０４の膜厚が５〜１０ｎｍ程度残る位置としてもよいが、レジスト膜２００の上面が露出するように、レジスト膜２００の上方側のブロック共重合体膜２０４が除去された位置であってもよい。図２０（ｆ）は、レジスト膜２００の表面に例えばブロック共重合体膜２０４が少し残った状態で表面が平坦化された状態を示している。

続いてウエハの表面に洗浄液を供給して研磨処理時におけるブロック共重合体膜２００の削り滓を除去する洗浄処理を行う。洗浄処理は例えば第１の実施形態で行った洗浄処理と同様にして研磨装置に設けられている添加液ノズルから洗浄液である純水を吐出させ、洗浄用ブラシを用いて行うことができる。また洗浄液としてはブロック共重合体を溶解させる溶剤、例えばブロック共重合体の塗布液に用いられている溶剤と同じ溶剤を用いることができる。洗浄液として溶剤を用いることで、ブロック共重合体膜２０４の表面がわずかに溶解するので、表面の削り滓などのゴミを確実に除去することができる利点がある。図２１（ｇ）は、ウエハの回転により洗浄液がブロック共重合体膜２０４の表面に沿って流れ、ゴミＰＡが除去される様子を模式的に示している。

次に、溶剤の揮発のために行った先の加熱処理時の加熱温度である第１の温度よりも高い第２の温度、例えば１５０〜４００℃、好ましくは２００〜３５０℃で、例えば３０秒〜１０分間、ウエハを加熱する。加熱の手法としては例えばウエハを加熱プレート上に載置して行われる。ブロック共重合体膜２０４は、ＰＳとＰＭＭＡとがランダムに混ざり合っており、第２の温度により加熱することにより、ＰＳとＰＭＭＡとが相分離する。図２１（ｈ）は相分離した状態を示しており、ホール２０３が配置されている位置においては、ホール２０３の内壁に沿うようにＰＳ２０５が円筒形状の領域になっており、この円筒領域の中にＰＭＭＡ２０６が円柱形状の領域として分離されている。
このようにブロック共重合体膜２０４の表面が平坦化されていて、ホール２０３の上の膜厚が一定化されているので、各ホール２０３内にて相分離が起こり、図１８（ｃ）に示したような不具合が発生しない。

次いで、ウエハを室温まで冷却した後、不活性ガス雰囲気下において紫外線照射処理を行う。例えばＸｅエキシマランプを用いて相分離したポリマーの膜に紫外線を例えば１０秒〜６０秒間照射（露光）する。このように紫外線照射を行うことにより、ＰＳ２０５においては架橋反応が生じて溶剤に溶けにくくなる一方、ＰＭＭＡ２０６においては、主鎖が切断されて溶剤に溶けやすくなると考えられる。

紫外線照射処理を行う装置の一例を図２２に示しておく。この装置は、シャッタ２１０により開閉されるウエハ搬送口２１１が形成された処理容器２１２の天井部において、紫外線透過体である石英板２１３を介して処理雰囲気と区画された空間に、左右方向に伸びる紫外線ランプ２１４を配置して構成される。そしてウエハＷを載置して、ガイド２１５に沿って前後方向（図の矢印方向）に移動可能な移動機構２１６を設け、紫外線ランプ２１４の照射領域を通過するようにウエハＷを移動させる。２１７は不活性ガスである窒素ガスの供給管、２１８は排気管、２１９は、処理空間と移動機構の駆動部分の通過領域とを仕切る仕切り板である。

その後、ウエハの表面に溶剤を供給し、図２１（ｉ）に示すように、ＰＭＭＡ２０６を溶解して除去し、ＰＳ２０５を残す処理を行う。溶剤としては例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が用いられ、例えばウエハを回転させながら溶剤をウエハの中心部に供給してウエハ表面全体に液膜を形成し、その後純水で洗浄した後、ウエハの回転を利用して乾燥させる。こうしてウエハ上にＰＳ２０５により区画形成されたホール２０７が形成される。レジスト膜２００に形成されるホールは例えば口径が９０ｎｍであり、ＰＳ２０５によりホールが縮径化されて形成されたホールの口径は例えば３０ｎｍである。

第２の実施形態では、ブロック共重合体膜２０４について、レジストパターンに起因して膜厚差が生じても、研磨処理により平坦化されるため、その後の相分離を良好に行うことができ、この結果良好なパターンを形成することができる。従って、ブロック共重合体膜２０４に図１８（ｃ）に示すような膜厚差が生じることを見込んでブロック共重合体膜２０４を形成する場合に比べて、ブロック共重合体膜２０４の膜厚の設定などのプロセスマージンが大きくなる。またブロック共重合体膜２０４の平坦化を紫外線照射処理やドライエッチングにより行うと、変質（酸化）するおそれがあるが、研磨により平坦化すれば、変質のおそれがなく、有効な手法である。

次に、ガイドパターンであるレジストパターンを形成し、既述のようにしてポリマーを用いたパターンを形成するためのパターン形成装置の一例について説明する。パターン形成装置は、レジスト膜を形成し、露光後のレジスト膜を現像する、いわゆる塗布、現像装置にポリマーのパターンを形成するために必要なモジュールを組み込んだ装置として構成できる。塗布、現像装置は、ウエハを収納したキャリアを搬入出するためのキャリアブロックと処理ブロックとインターフェイスブロックとを一列に接続して構成され、インターフェイスブロックには露光装置が接続される。

塗布、現像装置の具体例を図２３〜図２５に示すと、キャリアブロックＴ１はキャリアＣを搬出入するためのステージ３２０及び基板搬送機構である受渡しアーム３２３を備えている。キャリアブロックＴ１と処理ブロックＴ２との並び方向をＹ´方向とすると、処理ブロックＴ２は、例えば３段のブロックを備え、各段のブロックは、Ｙ´方向に移動自在なメインアーム３７０とキャリアブロックＴ１側から見て、メインアーム３７０の搬送路の右側に配置された液処理モジュール群Ｕ１とメインアーム３７０の搬送路から見て左側に熱処理モジュール群Ｕ２とを備えている。３段のブロックへのウエハの振り分けは、複数の受渡しモジュールが積層された棚ユニットＵ３とマルチアーム３００とにより行われる。液処理モジュール群Ｕ１は、レジスト液などの塗布液をスピンコーティングするためのモジュールからなるが、説明の便宜上、研磨液をウエハＷに供給して研磨するモジュールも含むものとする。また熱処理モジュール群Ｕ２は、説明の便宜上、ウエハＷに対して紫外線を照射して処理を行うモジュールも含まれるものとする。

図２３は、処理ブロックＴ２における３段のブロックのうちの１段のブロックの高さ位置に沿って示す塗布、現像装置の横断平面図である。図２４は、メインアーム３７０の搬送路の左側を見た状態を含む縦断側面図である。図２５は、メインアーム３７０の搬送路の右側を見た状態を含む縦断側面図である。
この例では、中段のブロックは、レジスト膜を形成するためのモジュールが設けられている。上段のブロックはレジストパターン形成後におけるＢＣＰ（ブロック共重合体）膜の塗布、ポリマーによるパターンの縮径化に関連する処理を行うためのモジュールが設けられている。下段のブロックは、露光後のレジスト膜を現像するためのモジュールが設けられている。また処理ブロックＴ２とインターフェイスブロックＴ３との間のウエハＷの搬送は、シャトル搬送モジュール３８０により行われる。
図２３中、４００は制御部を示し、塗布、現像装置を制御するためのプログラムを格納したメモリを備えている。プログラムは、コンパクトディスク、光磁気ディスク（ＭＯ）、メモリカードなどの記憶媒体にからメモリに格納される。

塗布、現像装置によりウエハＷを処理する動作の概要について説明する。
ウエハＷを収納したカセットＣが、キャリアブロックＴ１に搬入されたら、受渡しアーム３２３によりウエハＷを順次取り出し、中段のブロックに対応する棚ユニットＵ３内の受け渡しモジュール３５３に搬送する。次いでウエハＷはメインアーム３７０によりアドヒージョンモジュール３４２に搬送され、アドヒージョン処理される。その後ウエハＷは、レジスト塗布モジュール３３２に搬送され、レジスト液が塗布されて、レジスト膜が形成される。次いでウエハＷは、熱処理モジュール３４０に搬送されて、プリベーク処理された後、周辺露光モジュール３４３に搬送され、周辺露光処理される。こうして中段ブロックにおける処理が終了し、棚ユニットＵ３の受け渡しモジュール３５４に搬送される。

しかる後、ウエハＷは、マルチアーム３００によって受け渡しモジュール３５２に搬送され、シャトル搬送モジュール３８０によって棚ユニットＵ４の受け渡しモジュール３６２に搬送される。その後ウエハＷは、インターフェイスブロックＴ３のウエハ搬送モジュール３１０によって露光装置Ｔ４に搬送され、露光処理される。露光処理されたウエハＷは、ウエハ搬送モジュール３１０によって露光装置Ｔ４から受け渡しモジュール３６０に搬送された後、下段ブロックのメインアーム３７０により熱処理モジュール３４０に搬送され、露光後ベーク処理される。次いでウエハＷは、現像モジュール３３０に搬送され、現像された後、熱処理モジュール３４０でポストベーク処理されて、ガイドバターンであるレジストパターンが形成される。

レジストパターンが形成されたウエハＷは、棚ユニットＵ３及びマルチアーム３００を介して上段ブロックのメインアーム３７０に受け渡される。上段ブロックでは、ウエハＷは、第１の親水化処理モジュール３４４にて図１９（ｂ）の処理である紫外線照射処理が行われ、レジスト膜及び下地膜２０１の表面を親水化する。続いてウエハＷはＢＣＰ液塗布モジュール３３４にて図１９（ｃ）の処理であるＢＣＰ液の塗布処理が行われ、加熱モジュール３４０にて図２０（ｄ）の処理である加熱処理が第１の温度で行われる。

その後、ウエハＷは第２の親水化処理モジュール３４５にて図２０（ｅ）の処理である紫外線照射処理が行われ、ＢＣＰ膜の表面が親水化され、続いて研磨モジュール３３５にて図２０（ｆ）の処理である研磨処理が行われてＢＣＰ膜が平坦化される。そして研磨処理後のウエハＷを研磨モジュール３３５内のスピンチャックにより回転させながら、ウエハＷの上方のノズルから洗浄液をウエハＷの中心部に吐出させて、図２１（ｇ）の処理である洗浄処理を行う。洗浄後のウエハＷは、加熱モジュール３４０に搬入され、ここでアニール処理のうちの図２１（ｈ）に示す第１ステップである加熱処理が第１の温度よりも高い第２の温度で行われて、ＢＣＰの相分離が行われる。更にウエハＷは例えば図２２に示した構成の紫外線照射モジュール３４６に搬入され、アニール処理のうちの第２ステップである紫外線の照射が不活性ガス雰囲気下で行われる。

その後、溶剤供給モジュール３３６にて図２１（ｉ）にて説明した処理が行われる。即ち、ウエハＷの表面に溶剤、例えばＩＰＡが供給され、ＢＣＰから分離されたＰＭＭＡが溶剤に溶解して除去され、後にＰＳが残ってレジストパターン例えばホールがＰＳにより縮径化された状態となる。即ちＰＳからなるパターンが形成され、いわば現像工程であるということができる。次いでウエハＷは、上段モジュールのメインアーム３７０から例えば棚ユニットＵ３の受け渡しモジュール３５６マルチアーム３００、受渡しモジュール３５２を介して、キャリアブロックＴ１のウエハ搬送モジュール３２３に受け渡され、キャリアＣに戻される。
図２３〜２５に示すモジュール群の配置、及びモジュールの処理種別毎の数は、説明の便宜上のものであり、実際には各モジュールの処理時間を考慮して設定される。

本発明を評価するためにパターンの形成されたウエハＷに対し、ＳＯＣ膜（塗布膜９）の塗布を行った後、図３、４に示した研磨ユニット３により研磨を行いウエハＷの表面について評価を行った。ウエハＷには、ＳｉＯ_２膜を成膜し、幅寸法が４０ｎｍのパターンを密に形成した領域と、幅寸法が１００μｍの凹部パターンを形成した領域と、を設けた。
（実施例１）
第１の実施の形態に示した研磨ユニット３により研磨した例を実施例１とした。
（実施例２）
研磨ユニット３の研磨部材４０を高密度ポリエチレンを材質とする研磨部材４０に代えたことを除いて実施例１と同様に研磨した例を実施例２とした。
（比較例１）
研磨を行う際に添加液ノズル５１から水を供給せず、また窒素ガスノズル５２からがガスを吐出せずにウエハＷの研磨を行ったことを除いて実施例１と同様に研磨した例を比較例１とした。
（比較例２）
研磨ユニット３の研磨部材４０をポリウレタンを材質とする研磨部材４０に代えたことを除いて実施例１と同様に研磨した例を比較例２とした。
（比較例３）
研磨ユニット３の研磨部材４０をテフロン（登録商標）を材質とする研磨部材４０に代えたことを除いて実施例１と同様に研磨した例を比較例２とした。
（比較例４）
研磨ユニット３の研磨部材４０をダイヤモンドを材質とする研磨部材４０に代えたことを除いて実施例１と同様に研磨した例を比較例４とした。
（比較例５）
研磨ユニット３の研磨部材４０をセーム皮（鹿のなめし皮）を材質とする研磨部材４０に代えたことを除いて実施例１と同様に研磨した例を比較例５とした。
（比較例６）
市販のフェルトにより構成された研磨部材４０によりウエハＷの表面のバフ研磨を行った例を比較例６とした。
（検証結果）
実施例１及び実施例２の例では、ウエハＷの表面の塗布膜９を十分に除去することができた。また実施例２においては、研磨部材４０に供給される純水の液量が多い場合にも研磨後のウエハＷの表面は平坦になっていた。従って研磨部材４０として高密度ポリエチレンを用いた方が得策であるといえる。

比較例１、比較例２及び比較例５では、研磨部材４０がウエハＷの表面を滑ってしまい十分に研磨することができなかった。また比較例３、比較例４においては、パターン９２の破壊や、塗布膜９の膜はがれが見られた。更に比較例６においては、研磨部材４０の回転速度を調整することで、パターン９２の破壊を抑えることはできたが、研磨後における塗布膜９の表面が粗くなっていた。

図２６〜図２９に夫々実施例１及び比較例６における研磨処理後のウエハＷの断面を含む表面部の写真を示し、図３０中の（１）〜（４）はウエハＷにおいて夫々図２６〜図２９が表す部位を示す。図２６〜図２９は、夫々実施例１における幅寸法４０ｎｍのパターン９２が密に形成された領域の断面図、幅の広い凹部に塗布膜９を埋め込んだ領域の表面図及び凹部に塗布膜９を埋め込んだ領域の断面図を示し、図２９は、比較例６における幅寸法４０ｎｍのパターン９２が密に形成された領域の断面図を示す。

図２６に示すように実施例１において４０ｎｍパターン９２が密に形成された領域において、パターン９２よりも上層の塗布膜９が除去され平坦な面となっていることが分かる。また図２７、図２８に示すように幅の広い凹部に塗布膜９を埋め込んだ場合においても、パターン９２の上面の高さ位置よりも上方の塗布膜９が除去されており、表面が平坦な面となっていることが分かる。

一方比較例６においては、図２９に示すように窪み部９３に埋め込まれた塗布膜９の表面が粗くなっていることが分かる。この結果によれば、本発明の研磨ユニット３を用いることにより、ウエハＷの表面を精度よく平坦化することができるといえる。

また塗布膜９の研磨前と、実施例１により研磨を行い、その後２回目の塗布膜９の塗布を行った後と、の夫々におけるウエハＷの表面の高低差について測定した。図３１（ａ）に、塗布膜９の研磨前の図３０中に示すＩ−Ｉ´の断面の写真を示し、図３１（ｂ）に、実施例１により研磨を行い、その後２回目の塗布膜９の塗布を行った後の図３０中に示すＩ−Ｉ´の断面の写真を示す。研磨前と、２回目の塗布膜９の塗布後と、夫々において、図３１（ａ）、（ｂ）の写真中の中央のブランケット領域Ａにおける塗布膜９の表面の高さを基準として、図３１（ａ）、（ｂ）の写真中の左側に位置する凹部領域ＣのＰ１における塗布膜９の表面の高さと、図３１（ａ）、（ｂ）の写真中の右側に位置するラインアンドスペース領域ＢのＰ２における塗布膜９の表面の高さと、を測定した。

塗布膜９の研磨前においては、ブランケット領域Ａの塗布膜９の表面の高さに対して、Ｐ１における塗布膜９の表面は９０ｎｍ低く、Ｐ２における塗布膜９の表面は、４６ｎｍ低かった。一方実施例１により研磨を行い、その後２回目の塗布膜９の塗布を行った後は、ブランケット領域Ａの塗布膜９の表面の高さに対して、Ｐ１における塗布膜９の表面は１６ｎｍ低く、Ｐ２における塗布膜９の表面は、２８ｎｍ高かった。従って塗布膜９の研磨前には、高低差が９０ｎｍであったが、実施例１により研磨を行い、その後２回目の塗布膜９の塗布を行った後のウエハＷは、高低差が４４ｎｍと小さくなっていることが分かる。本発明の実施の形態によれば、ウエハＷに形成された塗布膜９の表面を平坦化することができると言える。

２ 塗布ユニット
３ 研磨ユニット
４ 研磨部
５ 加熱ユニット
６ 洗浄用ブラシ
８ 制御部
９ 塗布膜
３０ カップ体
１１ スピンチャック
２１〜２３ 第１〜第３のアーム
４０ 研磨部材
５１ 添加液ノズル
５２ 窒素ガスノズル
４４ 待機部
４３ ＣＣＤカメラ
９２ パターン
９３ 窪み部
Ａ ブランケット領域
Ｂ ラインアンドスペース領域
Ｃ 凹部領域
Ｗ ウエハ
２０２ レジストパターン
２０１ 凹部であるホール
２０４ ブロック共重合体膜
２０５ ポリスチレン（ＰＳ）
２０６ ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）

Claims (22)

1. 表面に段差を有する基板の上に形成され、炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を、硬化させる前に研磨して平坦化する研磨装置であって、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の表面の塗布膜を研磨するためのポリビニールアルコールまたはポリエチレンからなる研磨部材と、
   前記研磨部材を前記基板保持部に保持された基板の表面に沿って相対的に移動させる駆動部と、
   前記研磨部材と基板の表面とを濡れた状態とするために添加液を供給する添加液供給部と、を備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記駆動部は、前記基板保持部を回転する回転機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記添加液供給部は、基板の回転方向において基板と研磨部材との接触部位から離れた位置に添加液を供給するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記研磨体はポリビニールアルコールからなり、
   前記基板の回転方向において、添加液供給部による添加液の供給位置と前記接触部位との間に、研磨部材に向かって流れる添加液の液量を規制する規制部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
5. 塗布膜の表面の高さを測定するための測定部と、
   前記測定部により測定された測定結果に基づいて塗布膜の表面の高さ分布を求め、求めた高さ分布に基づいて、研磨量を調整する調整因子を研磨位置に応じて制御するための制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. 前記塗布膜の全面を研磨するために当該全面を走査する走査回数は複数回設定され、
   前記制御部は、ｎ（ｎは１以上の自然数）回目の走査により研磨された塗布膜の表面の高さ分布に基づいて（ｎ＋１）回目の走査において前記調整因子を制御することを特徴とする請求項５記載の研磨装置。
7. 前記研磨部材は多孔質体により構成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の研磨装置。
8. 塗布膜の高さ分布を測定する膜厚測定部を備え、
   前記膜厚測定部により測定された塗布膜の高さ分布に応じて、塗布膜の研磨量を調整しながら前記研磨部材を前記基板保持部に保持された基板の表面に沿って相対的に移動させて研磨することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の研磨装置。
9. 表面に段差を有する基板の上に塗布膜を形成する装置において、
   前記塗布膜の前駆物質を含む薬液を前記基板の表面に塗布する塗布部と、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載された研磨装置と、
   前記研磨装置により研磨された基板上の塗布膜を加熱処理して架橋反応により硬化させる加熱処理部と、を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。
10. 表面に段差を有する基板の上に炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を形成する方法において、
    前記塗布膜の前駆物質を含む薬液を前記基板の表面に塗布する工程と、
    この工程により前記基板の表面に形成された塗布膜に対して硬化前に、ポリビニールアルコールまたはポリエチレンからなる研磨部材により、当該研磨部材と基板の表面とを濡れた状態とするために添加液を供給しながら、当該塗布膜を研磨して平坦化する工程と、
    次いで、前記塗布膜を架橋反応により硬化させる工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。
11. 前記塗布膜を研磨して平坦化する工程は、前記基板を回転させながら前記基板の表面に添加液供給部から添加液を供給する工程と、この添加液が流れる部位に研磨部材を接触させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の塗布膜形成方法。
12. 前記研磨部材はポリビニールアルコールからなり、
    基板の周方向において前記添加液供給部による添加液の供給位置と研磨部材との間に、研磨部材に向かって流れる添加液の液量を規制する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の塗布膜形成方法。
13. 前記研磨部材は多孔質体により構成されることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
14. 膜厚測定部により塗布膜の高さ分布を測定する工程を含み、
    塗布膜を研磨して平坦化する工程は、前記膜厚測定部により測定された塗布膜の高さ分布に応じて、前記研磨部材を基板の表面に沿って相対的に移動させながら塗布膜の研磨量を調整して研磨することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
15. 表面に段差を有する基板の上に炭素を主成分とする有機膜であって、架橋反応より硬化される塗布膜を形成する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載された塗布膜形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
16. ガイド用のパターンが形成された基板上に、互いに種類が異なる第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成する工程と、
    前記基板を第１の温度で加熱して前記塗布膜中の溶剤を揮発させる工程と、
    その後、前記塗布膜を研磨部材により研磨して平坦化する研磨工程と、
    次に、前記基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱して前記第１のポリマー及び第２のポリマーを互いに分離する工程と、
    しかる後、ポリマー除去用の溶剤を前記塗布膜に供給して、前記第１のポリマー及び第２のポリマーのうちの一方を溶解して除去する工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
17. 前記第１の温度は、８０〜１２０℃であり、前記第２の温度は、１５０〜４００℃であることを特徴とする請求項１６に記載のパターン形成方法。
18. 前記基板上に塗布膜を形成した後、前記研磨工程の前に、塗布膜に紫外線を照射して当該塗布膜の表面を親水性にする処理を行うことを特徴とする請求項１６または１７に記載のパターン形成方法。
19. 前記研磨工程の後に、当該研磨工程時に発生した削り滓を除去するために基板上に洗浄液を供給する工程を行うことを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
20. 前記洗浄液は、前記ブロック共重合体を溶かす溶剤であることを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成方法。
21. 基板に形成されたガイド用のパターン内にブロック共重合体の相分離を利用して、分離されずに残ったポリマーで覆われたパターンを形成するための装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１６ないし２０のいずれか一項に記載されたパターン形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
22. 基板上にレジスト膜を形成し、露光後のレジスト膜を現像してガイド用のパターンを形成するためのモジュール群と、
    前記ガイド用のパターンが形成された基板の上に、互いに種類が異なる第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体を溶剤に溶解した塗布液を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成するためのモジュールと、
    前記塗布膜中の溶剤を揮発させるために基板を第１の温度で加熱するためのモジュールと、
    前記第１の温度で加熱された塗布膜を研磨部材により研磨して平坦化するためのモジュールと、
    前記第１のポリマー及び第２のポリマーを互いに分離するために前記基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱するためのモジュールと、
    前記第１のポリマー及び第２のポリマーのうちの一方を溶解して除去するための溶剤を前記塗布膜に供給するためのモジュールと、
    前記モジュールの間で基板を搬送するための基板搬送機構と、を備えたことを特徴とするパターン形成装置。

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