JP6141144B2 - 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

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 Download PDF

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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、２種類のブロック鎖（ポリマー）から構成された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、先ず、ウェハ上に２種類のポリマーに対して中間の親和性を有する中性層を下地膜として形成し、当該中性層上に例えばレジストによりガイドパターンを形成する。その後、中性層上にブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体を相分離させる。その後、いずれか一方のポリマーを、例えばエッチング等により選択的に除去することで、ウェハ上に他方のポリマーにより微細なパターンが形成される。そして、このポリマーのパターンをマスクとして被処理膜のエッチング処理が行われ、被処理膜に所定のパターンが形成される。
特開２００８−３６４９１号公報
ところで、上述のブロック共重合体は、所定以上の温度で熱処理することで徐々に相分離し、相分離後のポリマーが所定の形状に配列する。また、ポリマーの結合を促進させてポリマーによるパターンの長さを長くするにはポリマーを拡散させる必要があり、そのためにはより高温で熱処理する必要がある。
しかしながら、ポリマーによるパターンを長くするために熱処理温度を高くした場合、温度が高いほど、また熱処理時間が長いほど、相分離後のポリマーによるパターンにばらつきが生じることが確認されている。
この点について本発明者らが鋭意検討したところ、パターンのばらつきは熱処理によりブロック共重合体のポリマーが酸化すること、または下地膜として用いる中性層が酸化すること、あるいはブロック共重合体のポリマーと中性層の双方が酸化することが原因であると推察された。そこで、ブロック共重合体を相分離させるための熱処理を酸素濃度が低い雰囲気で行ったところ、ポリマーや下地膜としての中性層の酸化を防止してばらつきのないパターンを形成できることが確認された。
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において、基板上に所定のパターンを適切に形成す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、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、前記ブロック共重合体を基板上に塗布された下地膜上に塗布するブロック共重合体塗布工程と、前記基板上の前記ブロック共重合体を非酸化性ガス雰囲気で熱処理して、前記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、を有し、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り、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り、または、前記親水性ポリマーはポリジメチルシロキサンであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであり、前記下地膜は、ブロック共重合体塗布工程の前に基板上にポリスチレンを塗布し、当該ポリスチレンを非酸化性ガス雰囲気において所定の温度で加熱して形成されたものであり、前記ポリスチレンの所定の温度での加熱は、内部を密閉可能な処理容器内に設けられた、基板を載置面に載置して熱処理する載置台から、当該基板を所定の距離離間した状態で前記載置面を所定の期間加熱し、前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱することで行われることを特徴としている。
本発明によれば、ポリマー分離工程において、基板上の前記ブロック共重合体を非酸化性ガス雰囲気で熱処理する。したがって、熱処理によりブロック共重合体のポリマーや下地膜が酸化することを防止でき、ばらつきのないパターンを形成できる。このように基板上に所定の微細なパターンを適切に形成することができるので、当該親水性ポリマー又は疎水性ポリマーのパターンをマスクとした被処理膜のエッチング処理を適切に行うことができ、被処理膜に所定のパターンを形成することができる。
前記ポリマー分離工程では、第１の温度で加熱して前記ブロック共重合体の第１のポリマーと第２のポリマーを拡散させ、その後前記第１の温度より低い第２の温度で加熱して第１のポリマーと第２のポリマーを相分離させてもよい。
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を有していてもよい。
前記ポリマー除去工程では、プラズマエッチング処理、または有機溶剤の供給によって、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してもよい。
前記ポリマー分離工程では、内部を密閉可能な処理容器内に設けられた、基板を載置面に載置して熱処理する載置台から、当該基板を所定の距離離間した状態で前記載置面を所定の期間加熱し、前記所定の期間経過後、基板を前記載置台に載置して加熱してもよい。
前記ポリマー分離工程では、前記処理容器内の酸素濃度を測定し、前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を載置台に載置して加熱してもよい。
前記ポリスチレンの所定の温度での加熱においては、前記処理容器内の酸素濃度を測定し、前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を前記載置台に載置して加熱してもよい。
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、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、基板を処理するシステムであって、前記ブロック共重合体を、基板上に塗布された下地膜上に塗布するブロック共重合体塗布装置と、前記基板上の前記ブロック共重合体を非酸化性ガス雰囲気で熱処理して、前記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、を有し、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り、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り、または、前記親水性ポリマーはポリジメチルシロキサンであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであり、前記下地膜は、前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーに対して中間の親和性を有する中性層を所定の温度で加熱したものであり、ブロック共重合体が塗布される前の基板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と、前記中性層を所定の温度で加熱して前記下地膜を形成する下地膜形成装置と、をさらに有し、前記下地膜形成装置は、内部を密閉可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、前記載置台における基板の載置面を加熱する加熱機構と、前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給源と、基板を保持し、当該保持した基板を、前記載置台の載置面に対して相対的に上下動させる昇降機構と、前記昇降機構との間で基板の受け渡しを行う搬送機構と、前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するようにガス供給源を制御すると共に、前記昇降機構に基板を受け渡すように前記搬送機構を制御し、次いで、基板が載置台の載置面から所定の距離離間した状態で、前記載置台の載置面を所定の期間加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御し、前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構をさらに制御する制御を行う、制御部と、を有することを特徴としている。
前記ポリマー分離装置では、第１の温度で加熱して前記ブロック共重合体の第１のポリマーと第２のポリマーを拡散させ、その後前記第１の温度より低い第２の温度で加熱して第１のポリマーと第２のポリマーを相分離させてもよい。
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を有していてもよい。
前記ポリマー除去装置は、プラズマエッチング処理装置、または有機溶剤を供給して前記第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溶剤供給装置であってもよい。
前記ポリマー分離装置は、内部を密閉可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、前記載置台における基板の載置面を加熱する加熱機構と、前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給源と、基板を保持し、当該保持した基板を、前記載置台の載置面に対して相対的に上下動させる昇降機構と、前記昇降機構との間で基板の受け渡しを行う搬送機構と、前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するようにガス供給源を制御すると共に、前記昇降機構に基板を受け渡すように前記搬送機構を制御し、次いで、基板が載置台の載置面から所定の距離離間した状態で、前記載置台の載置面を所定の期間加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御し、前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構をさらに制御する制御を行う、制御部と、を有していてもよい。
前記ポリマー分離装置は、前記処理容器内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出機構をさらに有し、前記制御部は、前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御してもよい。
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において、基板上に所定のパターンを適切に形成することができる。
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。 ポリマー分離装置の構成の概略を示す横断面図である。 ポリマー分離装置の構成の概略を示す縦断面図である。 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。 ウェハ上の中性層の露出面を親水化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。 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。 ポリマー分離装置における熱処理温度を示す説明図である。 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。 親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。 他の実施の形態においてレジストパターンが形成されたウェハ上にブロック共重合体を塗布した様子を示す平面の説明図である。 他の実施の形態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。 他の実施の形態にかかるポリマー分離装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるポリマー分離装置の構成の概略を示す横断面図である。 ウェハが冷却板に受け渡された状態を示す説明図である。 冷却板が熱板上に移動した状態を示す説明図である。 ウェハが冷却板から昇降ピンに受け渡された状態を示す説明図である。 ウェハが熱板から所定の距離離間した状態で昇降ピンを保持した状態を示す説明図である。 ウェハが昇降ピンから熱板に受け渡された状態を示す説明図である。
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下地膜としての中性層を形成する中性層形成装置３３、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３４、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３５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、レジスト塗布装置３４、ブロック共重合体塗布装置３５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、レジスト塗布装置３４、ブロック共重合体塗布装置３５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、レジスト塗布装置３４、ブロック共重合体塗布装置３５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３５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、疎水性を有する（極性を有さない）疎水性（無極性）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（有極性）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（ＰＳ）が用いられる。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、例えば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、直線的に化合した高分子である。
また、中性層形成装置３３でウェハＷ上に形成される中性層は、親水性ポリマーと疎水性ポリマーに対して中間の親和性を有する。本実施の形態では、中性層として例えばポリメタクリル酸メチルとポリスチレンとのランダム共重合体や交互共重合体が用いられる。以下において、「中性」という場合は、このように親水性ポリマーと疎水性ポリマーに対して中間の親和性を有することを意味する。
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上の中性層に紫外線を照射して当該中性層を表面処理する中性層処理装置としての紫外線照射装置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、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４４が上下方向と水平方向に並べて設けられている。このポリマー分離装置４４の構成については後述する。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。紫外線照射装置４１は、ウェハＷを載置する載置台と、載置台上のウェハＷに対して、例えば波長が１７２ｎｍの紫外線を照射する紫外線照射部を有している。また、熱処理装置４０、紫外線照射装置４１、アドヒージョン装置４２、周辺露光装置４３、ポリマー分離装置４４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、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、親水性ポリマーまたは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してのエッチング装置２０２、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、例えば酸素（Ｏ２）などの反応性の気体（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。
次に、上述したポリマー分離装置４４の構成について説明する。図６は、ポリマー分離装置４４の構成の概略を示す横断面図であり、図７は、ポリマー分離装置４４の構成の概略を示す縦断面図である。
例えばポリマー分離装置４４は、内部を閉鎖可能な処理容器１７０を有し、処理容器１７０のウェハ搬送装置７０に対向する側面には、ウェハＷの搬入出口１７１が形成されている。また、ポリマー分離装置４４は、処理容器１７０内に、ウェハＷを載置して加熱する熱板１７２と、ウェハＷを載置して温度調節する冷却板１７３を有する熱処理装置であり、加熱処理と冷却処理の両方を行うことができる。
熱板１７２は、厚みのある略円盤形状を有している。熱板１７２は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷを熱板１７２上に吸着保持できる。
熱板１７２の内部には、図７に示すように、加熱機構としての電気ヒータ１７４が設けられており、後述する制御部３００により電気ヒータ１７４への電力の供給量を制御することにより、熱板１７２を所定の設定温度に制御することができる。
熱板１７２には、上下方向に貫通する複数の貫通孔１７５が形成されている。貫通孔１７５には、昇降ピン１７６が設けられている。昇降ピン１７６は、シリンダなどの昇降駆動機構１７７によって上下動できる。昇降ピン１７６は、貫通孔１７５内を挿通して熱板１７２の上面に突出し、ウェハＷを支持して昇降できる。
熱板１７２には、当該熱板１７２の外周部を保持する環状の保持部材１７８が設けられている。保持部材１７８には、当該保持部材１７８の外周を囲み、昇降ピン１７６を収容する筒状のサポートリング１７９が設けられている。
冷却板１７３は、厚みのある略円盤形状を有している。冷却板１７３は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷを冷却板１７３上に吸着保持できる。
冷却板１７３の内部には、例えばペルチェ素子などの冷却部材（図示せず）が内蔵されており、冷却板１７３を所定の設定温度に調整できる。
冷却板１７３のその他の構成は、熱板１７２と同様の構成を有している。すなわち、冷却板１７３には、上下方向に貫通する複数の貫通孔１８０が形成されている。貫通孔１８０には、昇降ピン１８１が設けられている。昇降ピン１８１は、シリンダなどの昇降駆動機構１８２によって上下動できる。昇降ピン１８１は、貫通孔１８０内を挿通して冷却板１７３の上面に突出し、ウェハＷを支持して昇降できる。
冷却板１７３には、当該冷却板１７３の外周部を保持する環状の保持部材１８３が設けられている。保持部材１８３には、当該保持部材１８３の外周を囲み、昇降ピン１８１を収容する筒状のサポートリング１８４が設けられている。
処理容器１７０の搬入出口１７１と反対側の側面には、処理容器１７０内に処理ガスを供給するガス供給口１９０が形成されている。ガス供給口１９０にはガス供給管１９１を介してガス供給源１９２が接続されている。ガス供給管１９１には流量調整機構１９３が設けられ、ガス供給源１９２から処理容器１７０内に供給する処理ガスの量を調整できる。流量調整機構１９３は、後述する制御部３００により制御される。処理ガスには、ウェハＷを熱処理して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際に、当該ポリマーを酸化させない非酸化性ガスが用いられる。非酸化性ガスとしては、例えば窒素ガスやアルゴンガスといった、酸素を含んでいないガスが用いられる。なお、熱処理装置４０の構成は、処理容器１７０にガス供給口１９０が形成されていない点を除いてポリマー分離装置４４と同様の構成を有している。
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８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９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８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９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、下地膜としての中性層４０１が形成される（図８の工程Ｓ２）。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５３に戻される。なお、熱処理装置４０における中性層４０１形成後のウェハＷの加熱温度は、概ね２００℃〜３００℃が好ましく、本実施の形態では、例えば約２５０℃である。
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５４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３４に搬送され、ウェハＷの中性層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。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、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１０に示すようにウェハＷの中性層４０１上に所定のレジストパターン４０２が形成される（図８の工程Ｓ３）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、スペース部４０２ｂの幅は、後述するようにスペース部４０２ｂに親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６が交互に奇数層に配置されるように設定される。
レジストパターン４０２が形成されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって紫外線照射装置４１に搬送される。紫外線照射装置４１では、図１１に示すようにレジストパターン４０２（スペース部４０２ｂ）から露出した中性層４０１の露出面に紫外線が照射される。このとき、１７２ｎｍの波長を有する紫外線が照射される。そうすると、当該中性層４０１の露出面が酸化して親水化される（図８の工程Ｓ４）。以下、このように親水化された中性層４０１の領域を親水性領域４０３という場合がある。
なお、発明者らが鋭意検討した結果、中性層４０１に親水性領域４０３を形成するための紫外線の波長は３００ｎｍ以下であればよいことが分かった。具体的には、３００ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射すると、処理雰囲気中の酸素から活性酸素を生成でき、この活性酸素によって中性層４０１の露出面が酸化して親水化する。なお、活性酸素をより容易に生成するためには、処理雰囲気としてオゾンを用いたほうがよいことが分かっている。また、特に紫外線の波長が１７２ｎｍである場合、処理雰囲気としてオゾンを用いた場合はもちろんのこと、処理雰囲気が大気雰囲気であっても、当該大気雰囲気中の酸素から効率よく活性酸素を生成できることも分かっている。
次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって洗浄装置３１に搬送される。洗浄装置３１では、ウェハＷ上に有機溶剤が供給され、図１２に示すようにウェハＷ上のレジストパターン４０２が除去される（図８の工程Ｓ５）。そうすると、中性層４０１において、親水性領域４０３の表面は親水性を有し、その他の領域の表面は中性を有する。そして、中性層４０１の表面は平坦に維持される。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５５に搬送される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってブロック共重合体塗布装置３５に搬送される。ブロック共重合体塗布装置３５では、図１３に示すようにウェハＷの中性層４０１上にブロック共重合体４０４が塗布される（図８の工程Ｓ６）。このとき、中性層４０１の表面は平坦に維持されているので、ブロック共重合体４０４もその膜厚が均一になるように塗布される。
次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってポリマー分離装置４４に搬送され、熱板１７２に載置される。それ共に、ポリマー分離装置４４の処理容器１７０内に非酸化性ガスとして窒素ガスが供給される。この際、制御部３００により流量調整機構１９３が制御され、処理容器１７０内の酸素濃度が３０ｐｐｍ〜５０ｐｐｍに調整される。
ポリマー分離装置４４では、まず熱板１７２によりウェハＷが熱処理される。この熱処理においては、例えば図１４に示す温度パターンが用いられる。図１４の縦軸は熱板１７２の温度、横軸は熱処理の時間である。図１４に示すように、熱処理においては熱板１７２を第１の温度Ｔ１まで昇温し一定時間保持する。この第１の温度Ｔ１での熱処理により、ポリマーを拡散させる。本実施の形態における第１の温度は、例えば３５０℃である。なお、ポリマーを拡散させパターンを長くするという観点からは、第１の温度をブロック共重合体の秩序無秩序転移温度（ＴＯＤ）以上の温度とすることが好ましいが、通常、ブロック共重合体のポリマーはＴＯＤ以下の温度で揮発してしまう。そのため、第１の温度はポリマーの揮発温度以下で極力高い温度とすることが好ましい。
ウェハＷが第１の温度Ｔ１で所定時間熱処理されると、図１４に示すように熱板１７２が第１の温度Ｔ１より低い第２の温度Ｔ２に降温され、一定時間維持される。この第２の温度Ｔ２で所定の時間熱処理することで、図１５及び図１６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８の工程Ｓ７）。本実施の形態における第２の温度は、例えば１７０℃である。ウェハＷが第２の温度Ｔ２で所定時間熱処理されると、ポリマー分離装置４４での熱処理を終了し、熱板１７２が降温される。
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１５及び図１６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。また、上述した工程Ｓ３においてレジストパターン４０２のスペース部４０２ｂの幅が所定の幅に形成されているので、中性層４０１の親水性領域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、例えば３層に配置される。具体的には、親水性領域４０３の表面は親水性を有するので、当該親水性領域４０３上の真中に親水性ポリマー４０５が配置され、その両側に疎水性ポリマー４０６、４０６が配置される。そして、中性層４０１のその他の領域上にも、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。
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、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内と所定の真空度に排気された搬送室チャンバー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、ウェハＷにエッチング処理を行い、図１７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８の工程Ｓ８）。このとき、ブロック共重合体４０４の膜厚は均一であるので、疎水性ポリマー４０６のパターン高さも均一になる。
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８の工程Ｓ９）。
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がエッチング処理装置３から搬出されて一連のウェハ処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、工程Ｓ７において、ウェハＷ上のブロック共重合体４０４を非酸化性ガス雰囲気で熱処理するので、ブロック共重合体４０４の親水性ポリマー４０５及び疎水性ポリマー４０６が酸化することを防止できる。したがって、親水性ポリマー４０５、疎水性ポリマー４０６の酸化によるパターンのばらつきを防止し、ウェハＷ上に所定の微細なパターンを形成することができる。その結果、工程Ｓ９において当該パターンをマスクとした被処理膜のエッチング処理を適切に行うことができ、被処理膜に所定のパターンを形成することができる。
また、工程Ｓ７において、ウェハＷ上のブロック共重合体４０４を先ず第１の温度Ｔ１で熱処理するので、ポリマー４０５、４０６の拡散を促進してより長いパターンを形成できる。特に、上述のようにラメラ構造を形成する場合、ポリマー４０５、４０６がレジストパターン４０２のライン部４０２ａの長手方向に沿ってばらつきなく配列させることが要求されるので、第１の温度Ｔ１で熱処理することが有効である。
ここで、従来、工程Ｓ４のようにウェハＷ上に親水性を有する領域と中性を有する領域とを形成するため、レジストパターンをマスクとして中性層をエッチングすることも行われていた。そうすると、中性層が除去された面は反射防止膜が露出して親水性を有し、中性層が残存する面は中性を有する。しかしながら、かかる場合、中性層をエッチングするため、ウェハＷを一旦塗布現像処理装置２から搬出し、エッチング処理装置３に搬送する必要があった。
以上の実施の形態では、工程Ｓ４において塗布現像処理装置２内の紫外線照射装置４１で中性層４０１の露出面に紫外線照射を照射し、それにより中性層４０１を表面処理して親水化している。ここで、従来、工程Ｓ４のようにウェハＷ上に親水性を有する領域と中性を有する領域とを形成するため、レジストパターンをマスクとして中性層をエッチングすることも行われていた。そうすると、中性層が除去された面は反射防止膜が露出して親水性を有し、中性層が残存する面は中性を有する。しかしながら、かかる場合、中性層をエッチングするため、ウェハＷを一旦塗布現像処理装置２から搬出し、エッチング処理装置３に搬送する必要があった。この点本実施の形態では紫外線照射を照射して中性層４０１を親水化するので、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。そして、工程Ｓ１〜Ｓ７のウェハ処理は一の塗布現像処理装置２で行われる。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。
以上の実施の形態では、工程Ｓ４において中性層４０１の露出面に紫外線を照射して当該露出面を親水化していたが、露出面を親水化する手段はこれに限定されない。例えば中性層４０１の露出面に親水性を有する親水膜を形成してもよい。
また、以上の実施の形態では、中性層４０１の露出面を親水化していたが、表面処理として当該露出面を疎水化するようにしてもよい。中性層４０１の露出面を疎水化する場合、疎水化された領域の真中に疎水性ポリマー４０６が配置され、その両側に親水性ポリマー４０５、４０５が配置される。そして、ウェハＷ上には、中性層４０１の露出面を親水化した場合と反対の配置で、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。
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に変えて紫外線照射装置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。
以上の実施の形態では、親水性ポリマーとしてポリメタクリル酸メチルを用いたが、親水性ポリマーとして他のポリマーを用いてもよい。ポリメタクリル酸メチルに代わるポリマーとしては、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いることができる。親水性ポリマー４０５としてポリジメチルシロキサンを用いる場合、ブロック共重合体４０４における親水性ポリマー４０５の分子量の比率が２０％〜４０％であり、疎水性ポリマー４０６の分子量の比率が８０％〜６０％である。なお、本実施の形態でも、上記実施の形態と同様の構造を有する基板処理システム１が用いられる。
かかる場合、工程Ｓ３で形成されるレジストパターンをガイドとしてポリマー４０５、４０６のパターンを形成するので、工程Ｓ４での中性層４０１の表面処理（親水化）及び工程Ｓ５でのレジストパターン除去は行なわず、工程Ｓ３で形成したレジストパターンに、図１８に示すように、直接ブロック共重合体４０４が塗布される（工程Ｓ６）。
その後、工程Ｓ７においてブロック共重合体４０４をポリマー分離装置４４で熱処理する。この際、ポリマー分離装置４４の処理容器１７０内は非酸化性の雰囲気である。これにより、図１９に示すように、断面形状が疎水性ポリマー４０６の上下を親水性ポリマー４０５により挟まれ且つ疎水性ポリマー４０６の内部に親水性ポリマー４０５が円形状に配置された、シリンダ構造の親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６に相分離される。図１９のようなシリンダ構造となるのは、親水性ポリマー４０５に用いるポリジメチルシロキサンの表面張力が疎水性ポリマー４０６として用いるポリスチレンに比べて非常に小さく、中性層４０１の表面に沿って層状に相分離するためである。また、表面張力が小さいことから、親水性ポリマー４０５は大気側にも層状に相分離し、疎水性ポリマー４０６は親水性ポリマー４０５の間に挟まれた形で相分離する。そして、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、残りの親水性ポリマー４０５が疎水性ポリマー４０６の内部でシリンダ形状となる。
その後、工程Ｓ８では、例えば洗浄装置３１で大気側に層状に形成された親水性ポリマー４０５に有機溶剤が供給されて当該親水性ポリマー４０５が除去される。次いで、ウェハＷはエッチング処理装置３でレジストパターン４０２及び疎水性ポリマー４０６を選択的に除去し、図２０に示すように、シリンダ状の親水性ポリマー４０５と当該の下部に残った疎水性ポリマー４０６によりパターンが形成される。
なお、その他の工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ９の工程は上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
本実施の形態によれば、ブロック共重合体４０４をシリンダ構造の親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６に適切に相分離することができ、被処理膜のエッチング処理を適切に行うことができる。
以上の実施の形態では、工程Ｓ９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。
なお、以上の実施の形態のポリマー分離装置４４は、熱板１７２と冷却板１７３が処理容器１７０内に配置されていたが、非酸化性ガス雰囲気とするのは、熱板１７２でウェハＷ上のブロック共重合体４０４を熱処理する場合のみで足りるので、例えば熱板１７２のみを内部を閉鎖可能な処理容器内に配置するようにしてもよい。かかる場合、非酸化性ガスの供給量を低減させることができるので、ポリマー分離装置のランニングコストを低減することができる。
このポリマー分離装置の一例について説明する。図２１は、他の実施の形態にかかるポリマー分離装置５００の構成の概略を示す縦断面図であり、図２２は、ポリマー分離装置５００の構成の概略を示す横断面図である。なお、ポリマー分離装置４４と同じ構成を有するものについては、図２１及び図２２において、同一の符号を付すことでその説明については省略し、以下では図６及び図７に示されるポリマー分離装置４４との主な相違点について記載する。
ポリマー分離装置５００は、筐体５０１を有し、筐体５０１のウェハ搬送装置７０側にはウェハＷを載置して温度調節する冷却板５０２が設けられ、冷却板５０２を挟んでウェハ搬送装置７０側と反対の側には、熱板１７２が設けられている。筐体５０１の冷却板５０２側は、例えば天井部が全面にわたって開口しており、熱板１７２側のみが天井を有する容器状に形成されている。筐体５０１の冷却板５０２と熱板１７２との間には冷却板５０２が通過する搬送口５０３が形成されている。
冷却板５０２は、図２２に示すように略方形の平板形状を有し、熱板１７２側の端面が円弧状に湾曲している。冷却板５０２には、Ｙ方向に沿った２本のスリット５１０が形成されている。スリット５１０は、冷却板５０２の熱板１７２側の端面から冷却板５０２の中央部付近まで形成されている。このスリット５１０により、冷却板５０２が、昇降ピン１７６、１８１と干渉するのを防止できる。また、冷却板５０２には、例えばペルチェ素子などの温度調節部材（図示せず）が内蔵されている。
冷却板５０２は、図２１に示すように支持アーム５１１に支持されている。支持アーム５１１には、駆動部５１２が取り付けられている。駆動部５１２は、Ｙ方向に延伸するレール５１３に取り付けられている。レール５１３は、冷却板５０２の下方から搬送口５０３の下方近傍まで延伸している。この駆動部５１２により、冷却板５０２は、レール５１３に沿って熱板１７２の上方まで移動可能になっている。このような構成により、冷却板５０２は熱板１７２との間でウェハＷの受け渡しを行う搬送機構としても機能する。
熱板１７２の上方には、例えばサポートリング１７９と同じ径を有する筒状の蓋体５２０が設けられている。蓋体５２０の天井部であって、中央部近傍にはガス供給口１９０が形成されており、ガス供給口１９０にはガス供給源１９２が接続されている。ガス供給口１９０には略円盤状に形成された供給ノズル５２１が設けられている。供給ノズル５２１の外周部には、図示しない供給口が形成されており、ガス供給源１９２から供給された非酸化性ガスをウェハの直径方向に放射状に供給できる。
蓋体５２０は図示しない昇降機構により昇降自在に形成されており、例えば、図２２に示すように、蓋体５２０を下降させて、当該蓋体５２０の下端面をサポートリング１７９の上面に当接させることで、保持部材１７８、サポートリング１７９及び熱板１７２と蓋体５２０とで囲まれる空間をほぼ密閉状態とすることができる。したがって、蓋体５２０をサポートリング１７９に当接させた状態でガス供給源１９２から非酸化性ガスを供給することで、最小限の非酸化性ガスで熱板１７２上のウェハＷを非酸化性ガスの雰囲気で覆うことができる。かかる場合、保持部材１７８、サポートリング１７９及び熱板１７２と蓋体５２０は、内部を密閉可能な処理容器として機能する。なお、例えば保持部材１７８の上面には、図示しない排気口が形成されており、ガス供給源１９２から供給された非酸化性ガスを排気することができる。
また、蓋体５２０の例えば天井部の下面には、酸素濃度検出機構５２２が設けられている。酸素濃度検出機構５２２の検出結果は制御部３００に入力される。
ポリマー分離装置５００は以上のように構成されており、次に、このポリマー分離装置５００におけるウェハＷの処理について、図２３〜図２７を用いて説明する。なお、図２３〜図２７では、主要な機器のみを記載している。
ポリマー分離装置５００で熱処理を行うにあたっては、先ず、ウェハ搬送装置７０により、図２３に示すように、冷却板５０２にウェハＷが受け渡される。次いで、図２４に示すように、搬送口５０３を介して冷却板５０２を熱板１７２の上方向に移動させる。この際、蓋体５２０は、当該蓋体５２０の下方を熱板１７２が通過できるように、熱板１７２の上方で待機している。また、熱板１７２は予め、第１の温度Ｔ１まで昇温されている。
その後、図２５に示すように昇降ピン１７６が上昇してウェハＷが昇降ピンに１７５受け渡され、次いで冷却板５０２が蓋体５２０の下方から退避する。その後、蓋体５２０が下降して、蓋体５２０の下端面とサポートリング１７９の上面とが当接する。その後、供給ノズル５２１から非酸化性ガスとしての窒素ガスが供給される。蓋体５２０と熱板１７２とで囲まれた空間内が徐々に非酸化性ガスに置換される。蓋体５２０の下降と並行して昇降ピン１７６が下降する。この際、昇降ピン１７６は、例えば図２６に示すように、ウェハＷが熱板１７２の上面から所定の距離離間した状態で一定時間維持される。この際のウェハＷと熱板１７２との距離は、例えばウェハＷの温度が２００℃を超えないような距離に調整される。これにより、ウェハＷ周囲の雰囲気が非酸化性ガスに置換される前にウェハＷが熱板１７２に載置されて、ブロック共重合体４０４の親水性ポリマー４０５及び疎水性ポリマー４０６が酸化することを防止できる。
その後、酸素濃度検出機構５２２により検出された値に基づき、例えば制御部３００において酸素濃度が例えば５０ｐｐｍ以下となったと判定されると、昇降ピン１７６がさらに降下し、図２７に示すように、ウェハＷが熱板１７２上に載置される。なお、ウェハＷが熱板１７２の上面から所定の距離離間した状態で維持する時間は、酸素濃度検出機構５２２による測定結果に基づいて定めてもよいし、予め行われる試験等に基づいて、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下となる時間を求めて定めてもよい。その後、ウェハＷが第１の温度Ｔ１及び第２の温度Ｔ２で所定の時間加熱されると、蓋体５２０と昇降ピン１７６が上昇し、ポリマー分離装置５００での熱処理が終了する。次いで、図２３〜図２５と逆の順序で各機器が動作が動作することで、ウェハＷが冷却板５０２に受け渡される。その後、ウェハＷが冷却板５０２で所定の時間冷却されて温度調整され、ポリマー分離装置５００での処理が終了する。
かかるポリマー分離装置５００よれば、蓋体５２０と熱板１７２とで囲まれた空間内のみに非酸化性ガスが供給されるので、ポリマー分離装置４４と比較して非酸化性ガスの消費量を低減し、ランニングコストを低減することができる。
また、ウェハＷが熱板１７２の上面から所定の距離離間した状態で一定時間維持される、より具体的には、蓋体５２０と熱板１７２とで囲まれた空間内に酸素濃度が所定の値となるまでは、ウェハＷが熱板１７２に載置されないので、ブロック共重合体４０４の親水性ポリマー４０５及び疎水性ポリマー４０６が酸化することを防止できる。
なお、以上の実施の形態では、ブロック共重合体４０４の下地膜として中性層４０１が用いられたが、下地膜の種類は本実施の形態に限定されない。例えば、疎水性ポリマーであるポリスチレンを所定の温度、例えば３５０℃で加熱して架橋させたものを、下地膜として用いてもよい。
なお、下地膜として用いる中性層４０１やポリスチレンは、加熱により酸化すると、表面状態の物性にばらつきが生じる。その結果、例えば中性層４０１であれば、中性層４０１上に中性の部分と中性でない部分とが生じたり、ポリスチレンであれば、例えば疎水性を有する部分と疎水性を有さない部分とが生じたりすることがある。したがって、下地膜としての中性層４０１やポリスチレン膜の酸化をより効率的に抑えるために、工程Ｓ２の後であって工程Ｓ３の前に行われる加熱処理において、非酸化性ガス雰囲気で加熱処理を行う、例えば下地膜形成装置を用いて加熱処理を行ってもよい。かかる下地膜形成装置としては、上述のポリマー分離装置４４やポリマー分離装置５００を用いてもよく、ポリマー分離装置４４、５００と同一の構成を有する他の熱処理装置を用いてもよい。なお、パターンのばらつきの原因として、下地膜の酸化が支配的である場合は、例えば工程Ｓ２の後であって工程Ｓ３の前に下地膜形成装置で行われる加熱処理のみを非酸化性ガス雰囲気で行い、工程Ｓ７における加熱処理は非酸化性ガス以外の雰囲気で行うようにしてもよい。
また、ウェハＷにポリスチレンを塗布するにあたっては、例えば中性層形成装置３３等の液処理装置にポリスチレンを供給するノズルを設けてもよいし、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塗布装置を別途設けるようにしてもよい。なお、ポリスチレン塗布装置の構成は、中性層形成装置３３やブロック共重合体塗布装置３５といった、他の液処理装置と同様の構成であてよい。
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 レジスト塗布装置
３５ ブロック共重合体塗布装置
４０ 熱処理装置
４１ 紫外線照射装置
４２ アドヒージョン装置
４３ 周辺露光装置
４４ ポリマー分離装置
２０２〜２０５ エッチング装置
３００ 制御部
４００ 反射防止膜
４０１ 中性層
４０２ レジストパターン
４０２ａ ライン部
４０２ｂ、４０２ｃ スペース部
４０３ 親水性領域
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 (15)

  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、
    前記ブロック共重合体を、基板上に塗布された下地膜上に塗布するブロック共重合体塗布工程と、
    前記基板上の前記ブロック共重合体を非酸化性ガス雰囲気で熱処理して、前記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、を有し、
    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り、
    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り、または、
    前記親水性ポリマーはポリジメチルシロキサンであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであり、
    前記下地膜は、ブロック共重合体塗布工程の前に基板上にポリスチレンを塗布し、当該ポリスチレンを非酸化性ガス雰囲気において所定の温度で加熱して形成されたものであり、
    前記ポリスチレンの所定の温度での加熱は、
    内部を密閉可能な処理容器内に設けられた、基板を載置面に載置して熱処理する載置台から、当該基板を所定の距離離間した状態で前記載置面を所定の期間加熱し、前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱することで行われることを特徴とする、基板処理方法。
  2. 前記ポリマー分離工程では、第１の温度で加熱して前記ブロック共重合体の第１のポリマーと第２のポリマーを拡散させ、その後前記第１の温度より低い第２の温度で加熱して第１のポリマーと第２のポリマーを相分離させ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を有していることを特徴とする、請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記ポリマー除去工程では、プラズマエッチング処理、または有機溶剤の供給によって、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ことを特徴とする、請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 前記ポリマー分離工程では、内部を密閉可能な処理容器内に設けられた、基板を載置面に載置して熱処理する載置台から、当該基板を所定の距離離間した状態で前記載置面を所定の期間加熱し、
    前記所定の期間経過後、基板を前記載置台に載置して加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記ポリマー分離工程では、前記処理容器内の酸素濃度を測定し、
    前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を載置台に載置して加熱することを特徴とする、請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記ポリスチレンの所定の温度での加熱においては、
    前記処理容器内の酸素濃度を測定し、
    前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を前記載置台に載置して加熱することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項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。
  9. 請求項８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。
  10. 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、基板を処理するシステムであって、
    前記ブロック共重合体を、基板上に塗布された下地膜上に塗布するブロック共重合体塗布装置と、
    前記基板上の前記ブロック共重合体を非酸化性ガス雰囲気で熱処理して、前記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、を有し、
    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り、
    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り、または、
    前記親水性ポリマーはポリジメチルシロキサンであり、前記疎水性ポリマーはポリスチレンであり、
    前記下地膜は、前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーに対して中間の親和性を有する中性層を所定の温度で加熱したものであり、
    ブロック共重合体が塗布される前の基板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と、
    前記中性層を所定の温度で加熱して前記下地膜を形成する下地膜形成装置と、をさらに有し、
    前記下地膜形成装置は、
    内部を密閉可能な処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、
    前記載置台における基板の載置面を加熱する加熱機構と、
    前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給源と、
    基板を保持し、当該保持した基板を、前記載置台の載置面に対して相対的に上下動させる昇降機構と、
    前記昇降機構との間で基板の受け渡しを行う搬送機構と、
    前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するようにガス供給源を制御すると共に、前記昇降機構に基板を受け渡すように前記搬送機構を制御し、
    次いで、基板が載置台の載置面から所定の距離離間した状態で、前記載置台の載置面を所定の期間加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御し、
    前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構をさらに制御する制御を行う、制御部と、を有することを特徴とする、基板処理システム。
  11. 前記ポリマー分離装置では、第１の温度で加熱して前記ブロック共重合体の第１のポリマーと第２のポリマーを拡散させ、その後前記第１の温度より低い第２の温度で加熱して第１のポリマーと第２のポリマーを相分離させることを特徴とする、請求項１０に記載の基板処理システム。
  12. 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を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の基板処理システム。
  13. 前記ポリマー除去装置は、プラズマエッチング処理装置、または有機溶剤を供給して前記第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溶剤供給装置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. 前記ポリマー分離装置は、
    内部を密閉可能な処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置台と、
    前記載置台における基板の載置面を加熱する加熱機構と、
    前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給源と、
    基板を保持し、当該保持した基板を、前記載置台の載置面に対して相対的に上下動させる昇降機構と、
    前記昇降機構との間で基板の受け渡しを行う搬送機構と、
    前記処理容器内に非酸化性ガスを供給するようにガス供給源を制御すると共に、前記昇降機構に基板を受け渡すように前記搬送機構を制御し、
    次いで、基板が載置台の載置面から所定の距離離間した状態で、前記載置台の載置面を所定の期間加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御し、
    前記所定の期間経過後、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構をさらに制御する制御を行う、制御部と、を有することを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  15. 前記ポリマー分離装置は、前記処理容器内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出機構をさらに有し、
    前記制御部は、前記処理容器内の酸素濃度が所定の濃度以下となった後に、基板を載置台に載置して加熱するように、前記昇降機構及び前記加熱機構を制御することを特徴とする、請求項１４に記載の基板処理システム。
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