JP6678183B2 - 基板処理方法及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年１０月２３日に日本国に出願された特願２０１５−２０８７１８号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、親水性（極性）を有する親水性（有極性）ポリマーと疎水性を有する（極性を有さない）疎水性（非極性）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及びコンピュータ記憶媒体に関する。
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、親水性と疎水性の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、ウェハ上に例えばレジストパターンなどによりガイドを形成する。その後、ウェハ上にブロック共重合体を塗布し、当該ブロック共重合体に対して加熱処理を行うことで親水性ポリマーと疎水性ポリマーに相分離させる。その後、ウェハに紫外線を照射してポリマーの改質処理を行い、ウェハ上に有機溶剤を供給することで、親水性ポリマーが選択的に除去される。これにより、ウェハ上に疎水性ポリマーによる微細なパターンが形成される。そして、この疎水性ポリマーのパターンをマスクとして、被処理膜に所定のパターンが転写される。
日本国特開２０１３−２３２６２１号公報
ところで、レジストパターンなどにより形成されるガイドは凹凸形状を有しているが、一般にはこの凹凸パターンには疎な部分と密な部分があり、この疎な部分と密な部分とでは、ブロック共重合体の塗布膜の膜厚が異なったものとなる。具体的には、密な部分では膜厚が薄くなり、疎な部分では膜厚が厚くなる。そのため、塗布膜を形成する際の塗布液の供給量は、疎な部分の膜厚が概ね２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度となるように設定される。
しかしながら、本発明者らによれば、疎な部分の膜厚の設定によっては、ブロック共重合体相分離後に、親水性ポリマーと疎水性ポリマーが当該疎な部分において意図しない形状で配列する場合があることが確認されている。そうすると、この意図しない形状のパターンが被処理膜に転写され、被処理膜を所望の形状とすることができなくなるという問題が生じる。
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している。
前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、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て、基板を処理する基板処理方法であって、
所定の凹凸パターンが形成された基板上に前記ブロック共重合体を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成するブロック共重合体塗布工程と、前記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を選択的に除去するポリマー除去工程と、前記ブロック共重合体塗布工程後であって、前記ポリマー除去工程前に、前記ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する膜厚低減工程と、を有し、前記ポリマー除去工程において親水性ポリマーを選択的に除去した後に、前記膜厚低減工程によって膜厚が低減した前記疎水性ポリマーをマスクとして、前記基板に対してエッチング処理を行う。
本発明によれば、ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する膜厚低減工程を有しているので、当該膜厚低減工程をポリマー分離工程より前に実行して、例えば凹凸パターンが疎な部分の膜厚を所定の膜厚以下に低減することで、ポリマー分離工程後に疎な部分において意図しない形状で親水性ポリマーと疎水性ポリマーが配列することを防止できる。また、膜厚低減工程をポリマー分離工程より後に実行して、意図しない形状で配列した親水性ポリマーと疎水性ポリマーによる塗布膜の膜厚を低減することで、例えば疎水性ポリマーによるパターンをエッチングのマスクとして用いる場合に、意図しない形状が下地に転写されることを防止できる。したがって本発明の一態様によれば、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。
別な観点による本発明の一態様は、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ように、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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体である。
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平面の説明図である。 塗布処理装置の構成の概略を示す平面の説明図である。 塗布処理装置の構成の概略を示す正面の説明図である。 塗布処理装置の構成の概略を示す背面の説明図である。 紫外線照射装置の構成の概略を示す断面の説明図である。 プラズマ処理装置の構成の概略を示す平面の説明図である。 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、中性層及びレジスト膜が形成された様子を示す縦断面の説明図である。 中性層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。 中性層上にレジストパターンが形成された様子を示す平面の説明図である。 レジストパターン上にブロック共重合体が塗布され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させ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させた様子を示す平面の説明図である。 相分離後に親水性ポリマーを選択的に除去した状態を示す縦断面の説明図である。 膜厚低減工程後の疎水性ポリマーの状態を示す縦断面の説明図である。 第１の領域の疎水性ポリマー上にレジスト膜を形成した様子を示す縦断面の説明図である。 第１の領域の疎水性ポリマー上にレジスト膜を形成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方法を実施する基板処理システム１の構成の概略を示す平面の説明図である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
基板処理システム１は、基板としてのウェハにフォトリソグラフィー処理などの液処理を行う塗布処理装置２と、ウェハにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置３とを有している。
図２は、塗布処理装置２の平面の説明図であり、図３及び図４は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を模式的に示す、正面図と背面図である。本実施の形態における塗布処理装置２は、例えば塗布処理や現像処理といった液処理を行うものである。
塗布処理装置２は、図２に示すように複数枚のウェハ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、ウェハＷ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、基板処理システム１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を載置するカセット載置板２１が複数設けられている。
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２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上に有機溶剤を供給する、ポリマー除去装置としての有機溶剤供給装置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、有機溶剤供給装置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、これら液処理装置の数や配置は、任意に選択できる。
また、これら液処理装置では、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のモノマーと第２のモノマーが直鎖状に重合した、第１のポリマー（第１のモノマーの重合体）と第２のポリマー（第２のモノマーの重合体）とを有する高分子（共重合体）である。第１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、第２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約２０％〜４０％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約８０％〜６０％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の共重合体を溶剤により溶液状としたものである。
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に対して紫外線を照射する紫外線照射装置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。なお、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。
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、ポリマー分離装置４４もウェハＷに対して熱処理を施す装置であり、その構成は熱処理装置４０と同様である。
紫外線照射装置４１は、図５に示すように、ウェハＷを気密に収容する処理容器４５と、ウェハＷを載置する載置台４６と、載置台４６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４７と、処理容器４５内に清浄な酸素含有ガスを供給するガス供給源４８を有している。載置台４６には、図示しないヒータが内蔵されており、載置台４６に載置されたウェハＷを所定の温度に加熱できる。
例えば第３のブロックＧ３には、図４に示したように、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２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７０ａを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。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。
また、ウェハ搬送領域Ｄには、図４に示したように、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２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９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０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９０ａを有している。ウェハ搬送装置９０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９１と受け渡し装置９２が設けられている。ウェハ搬送装置９１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９１ａを有している。ウェハ搬送装置９１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９２及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。
プラズマ処理装置３は、図６に示すようにプラズマ処理装置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１００と、ウェハＷの搬送を行う共通搬送部１０１と、ウェハＷに対してプラズマ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１０２、１０３と、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１０４、１０５を有している。
カセットステーション１００は、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構１１０が内部に設けられた搬送室１１１を有している。ウェハ搬送機構１１０は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１０ａ、１１０ｂを有しており、これら搬送アーム１１０ａ、１１０ｂ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１１１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１１２が備えられている。図示の例では、カセット載置台１１２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１１１と共通搬送部１０１は、真空引き可能な２つのロードロック装置１１３ａ、１１３ｂを介して互いに連結させられている。
共通搬送部１０１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１１４を有している。搬送室チャンバー１１４内には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構１１５が設けられている。ウェハ搬送機構１１５は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１５ａ、１１５ｂを有しており、これら搬送アーム１１５ａ、１１５ｂ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１１４の外側には、エッチング装置１０２〜１０５、ロードロック装置１１３ｂ、１１３ａが、搬送室チャンバー１１４の周囲を囲むように配置されている。エッチング装置１０２〜１０５、ロードロック装置１１３ｂ、１１３ａ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１１４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におけるウェハ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。
本実施の形態に係る基板処理システム１は以上のように構成されている。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先ず説明し、次いで本発明の原理及びその作用について説明する。図７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、塗布処理装置２のカセットステーション１０に搬入される。カセットＣ内の各ウェハＷは、順次処理ステーション１１の熱処理装置４０に搬送されて温度調節される。
その後ウェハＷは、反射防止膜形成装置３２に搬送され、図８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７の工程Ｓ１）。なお、本実施の形態におけるウェハＷには、予め被処理膜ＥがウェハＷの上面に形成されており、反射防止膜４００はこの被処理膜Ｅの上面に形成される。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８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４０１が形成される（図７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。
次にウェハＷは、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、レジスト塗布装置３４に搬送され、ウェハＷの反射防止膜４００上にレジスト液が塗布されて、図８に示すようにレジスト膜４０２が形成される。その後ウェハＷは、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、周辺露光装置４３に搬送され、周辺露光処理される。
次にウェハ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９１によって露光装置１２に搬送され、露光処理される。その後ウェハＷは、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、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、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９、図１０に示すようにウェハＷの反射防止膜４００上にレジスト膜４０２による凹凸のレジストパターン４０３が形成される（図７の工程Ｓ３）。なお、本実施の形態で形成されるレジストパターン４０３は、凹凸が形成されていない疎な部分である第１の領域Ａと、円形状のホール部４０３ａが、格子状に複数形成された密な部分である第２の領域Ｂとを有している。また、図９では、中性層４０１よりも下層の膜を省略して描図している。
次にウェハＷは、ブロック共重合体塗布装置３５に搬送され、レジストパターン４０３上にブロック共重合体４０４が塗布される（ブロック共重合体塗布工程。図７の工程Ｓ４）。
このとき、図１１に示すようにウェハＷ上に塗布されたブロック共重合体４０４の表面張力や粘度に起因して、第１の領域Ａのブロック共重合体４０４（以下、「ブロック共重合体４０４Ａ」という。）の膜厚ＨＡは、第２の領域Ｂのブロック共重合体４０４（以下、「ブロック共重合体４０４Ｂ」という。）の膜厚と比較して厚くなる。具体的には、第２の領域Ｂのブロック共重合体４０４Ｂは概ねレジストパターン４０３のホール部４０３ａの高さと同程度の膜厚となり、第１の領域Ａのブロック共重合体４０４Ａは、凹凸形状のレジストパターン４０３における、凸部の上面よりも上方に存在することとなる。なお、以下においてブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡとは、このレジストパターン４０３の凸部の上面よりも上方に存在するブロック共重合体４０４の膜厚を意味している。また、本実施の形態では、膜厚ＨＡが概ね２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度となるようにブロック共重合体４０４の供給量が設定されている。
次にウェハＷは、ポリマー分離装置４４に搬送され、所定の温度で熱処理が行われる。これにより、ウェハＷ上のブロック共重合体４０４が、図１２及び図１３に示すように、親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１に相分離される（ポリマー分離工程。図７の工程Ｓ５）。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の分子量の比率は２０％〜４０％であり、疎水性ポリマーの分子量の比率は８０％〜６０％である。そうすると、図１２及び図１３に示すように、第２の領域Ｂにおいては、レジストパターン４０３のホール部４０３ａの中心に円柱形状の親水性ポリマー４１０が相分離される。疎水性ポリマー４１１は、親水性ポリマー４１０外周を囲むように、当該親水性ポリマー４１０と同心円の円筒形状に相分離される。その結果、親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１が所望の形状に相分離する。
その一方で、第１の領域Ａにおいては、ブロック共重合体４０４Ａの膜厚が薄く、また、相分離の際にガイドとして機能するレジストパターン４０３が存在しないため、ブロック共重合体Ａは第２の領域Ｂのように円筒形状に相分離することができず、例えば図１２及び図１３に示すように、親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１が不規則な形状に相分離してしまう。
ポリマー分離装置４４でブロック共重合体４０４を相分離させた後、ウェハＷは、紫外線照射装置４１に搬送されて紫外線が照射される。ウェハＷに紫外線を照射することで、親水性ポリマー４１０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４１１であるポリスチレンを架橋反応させる（図７の工程Ｓ６）。
次にウェハＷは、有機溶剤供給装置３１に搬送される。有機溶剤供給装置３１では、ウェハＷに極性を有する有機溶剤（極性有機溶剤）が供給される。極性有機溶剤としては、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などが用いられる。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４１０が有機溶剤により溶解され、ウェハＷから親水性ポリマー４１０が選択的に除去される（ポリマー除去工程。図７の工程Ｓ７）。その結果、図１４に示すように、第２の領域Ｂにおいては、疎水性ポリマー４１１によりホールパターン４２０が形成される。その一方で、第１の領域Ａにおいては、親水性ポリマー４１０が選択的に除去されることで、不規則な形状で疎水性ポリマー４１１が残存する。
次に、通常であれば、ウェハＷはプラズマ処理装置３に搬送され、疎水性ポリマー４１１をマスクとして、反射防止膜４００及び被処理膜Ｅがエッチング処理されるのであるが、図１４のように、第１の領域Ａに不規則な形状の疎水性ポリマー４１１が残存した状態でエッチング処理を行うと、反射防止膜４００及び被処理膜Ｅにこの不規則な形状が転写されてしまうことが本発明者らにより確認されている。有機膜である疎水性ポリマー４１１をマスクとして例えば反射防止膜４００や被処理膜Ｅといった無機膜をエッチングする場合、エッチング選択比が確保されていれば、通常は疎水性ポリマー４１１に対応する領域はエッチングされない。しかしながら、例えば図１４の第１の領域Ａに存在する疎水性ポリマー４１１のように、微小な凹凸が存在する場合、マイクロローディング効果等により、微小な凹凸内部がエッチングされ、疎水性ポリマー４１１に小さな孔が形成される。そうすると、第１の領域Ａに存在する疎水性ポリマー４１１のパターンが下層に転写されてしまうものと考えられる。そこで本実施の形態では、プラズマ処理装置３でエッチング処理を行う前に、酸素ガスを含有する雰囲気下において、ウェハＷに対して紫外線を照射することで、第１の領域Ａに存在する疎水性ポリマー４１１の膜厚を低減し、下層にパターンが転写されることを防止する。
紫外線の照射にあたっては、ウェハＷは再度紫外線照射装置４１に搬送される。そして、ウェハＷを載置台４６に載置して、ウェハＷをブロック共重合体の転移点温度Ｔｇよりも低い温度、本実施の形態では概ね１５０℃程度で加熱しながら、紫外紫外線を照射する。この際、ガス供給源４８からは、処理容器４５内に清浄な酸素含有ガスとして、例えば清浄空気が供給される。
このように、酸素ガス雰囲気中でウェハＷに対して紫外線を照射することにより、酸素ガスからオゾンや活性酸素が生成され、ウェハＷは活性酸素雰囲気に曝される。そして、ウェハＷを加熱しながら活性酸素雰囲気に曝すことで、疎水性ポリマー４１１が活性酸素により分解、揮発して、図１５に示すように、第１の領域Ａにおいて疎水性ポリマー４１１の膜厚ＨＡが減少する（膜厚低減工程。図７の工程Ｓ８）。即ち、活性酸素によるアッシング処理が行われる。これにより、第１の領域Ａには、概ね平坦状の疎水性ポリマー４１１のみが残存する。また、第２の領域Ｂにおいても、疎水性ポリマー４１１のホールパターン４２０の高さも減少する。
その後ウェハＷは、カセットＣに搬送され、プラズマ処理装置３に搬送される。そして、エッチング装置１０２において疎水性ポリマー４１１をマスクとして、反射防止膜４００及び被処理膜Ｅがエッチング処理される。これにより、被処理膜Ｅにホールパターン４２０が転写される（図７の工程Ｓ９）。この際、膜厚低減工程（工程Ｓ８）により第１の領域Ａの疎水性ポリマー４１１からは不規則なパターンが概ね除去されているので、被処理膜Ｅには不規則なパターンが転写されることがなく、被処理膜Ｅに所望な形状でパターンを転写することができる。なお、本発明者らによれば、膜厚低減工程により減少した後の膜厚ＨＡを、概ね相分離後の親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１とのピッチの半分程度とすることが好ましく、より好ましくは、概ねゼロとすることが好ましい。なお、ここでいう親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１とのピッチとは、例えば平坦な中性層４０１上にブロック共重合体４０４を塗布した後に例えば円柱形状のパターンに相分離させた際の、隣接する親水性ポリマー４１０間の距離であり、主にブロック共重合体４０４における親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１との配合比で定まる値である。
その後、プラズマ処理装置３では疎水性ポリマー４１１及びレジストパターン４０３が除去されて、ウェハＷに所定のパターンが形成される。その後ウェハＷは、カセットＣに収納され、ウェハＷを収納したカセットＣがプラズマ処理装置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、例えばプラズマ処理装置３でエッチング処理を行う前に、疎水性ポリマー４１１の膜厚ＨＡを低減させる膜厚低減工程（工程Ｓ８）を実行するので、例えば第１の領域に疎水性ポリマー４１１による不規則なパターンが形成されても、エッチング処理の際にこの不規則なパターンが被処理膜Ｅに転写されることを防止できる。したがって本発明によれば、親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１とを含むブロック共重合体４０４を用いたウェハ処理において、ウェハＷ上に所定のパターンを適切に形成することができる。
なお、以上の実施の形態では、ブロック共重合体４０４を相分離させ、親水性ポリマー４１０を除去した後に膜厚低減工程を行ったが、膜厚低減工程を行うタイミングは本実施の形態の内容に限定されない。即ち、工程Ｓ４においてブロック共重合体４０４を塗布した後であって、工程Ｓ９でエッチング処理を行う前であれば、任意のタイミングで行うことができる。例えば図１１に示すように、ブロック共重合体４０４を塗布し、熱処理装置４０でブロック共重合体４０４を硬化処理した後、膜厚低減工程を行ってブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡを低減してもよいし、図１２のように、ブロック共重合体４０４を相分離させた後であって親水性ポリマー４１０を除去する前の状態で膜厚低減工程を行ってもよい。
また、上述のように、親水性ポリマー４１０を除去する前に膜厚低減工程を行う場合、膜厚低減の手段としては、酸素ガス含有雰囲気中での加熱を伴う紫外線照射のみに限られるものではなく、物理的、化学的に膜厚ＨＡを低減してもよい。物理的な処理としては、例えばウェハＷの表面を研磨するＣＭＰ処理によりブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡを低減することが考えられる。また、化学的な処理としては、例えば酸素プラズマを用いたエッチング処理などが考えられる。この場合、酸素プラズマを用いたエッチング処理も、広義において活性酸素による膜厚低減工程であるといえる。いずれの場合においても、膜厚低減工程においてブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡを所定の値以下まで低減しておくことで、第１の領域Ａの疎水性ポリマー４１１に不規則なパターンが形成されることを防止し、工程Ｓ９のエッチング処理の際に不規則なパターンが被処理膜Ｅに転写されることを防止できる。なお、本発明者らによれば、酸素ガス含有雰囲気下における紫外線照射と加熱を併用する処理においては、パターンの形状によらず等方的に減膜させることができ、また加熱温度を制御することで、減膜のレートを制御できるため、この手法を用いることが最も好ましいことが確認されている。
なお、以上の実施の形態では、膜厚低減工程によりブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡを所定の値以下まで低減することで第１の領域Ａの疎水性ポリマー４１１に不規則なパターンが形成されることを防止したが、不規則なパターンの被処理膜Ｅへの防止という観点からは、例えばプラズマ処理装置３において工程Ｓ９のエッチング処理を行う際に、第１の領域Ａの疎水性ポリマー４１１の上面に、例えばレジスト膜４０２等によりマスキングを行うことが考えられる。しかしながら、レジスト膜４０２によりマスキングを行うためには、下層にパターンを転写したい第２の領域Ｂと、下層へのパターンの転写を防止したい第１の領域Ａとの境界まで、例えば図１６に示すように、高精度でレジスト膜４０２を形成する必要がある。しかしながら、そのようなアライメント精度で露光処理を行うことは極めて困難である。
そこで本発明者らは、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界近傍で、図１６に示すように、第１の領域Ａから第２の領域Ｂに向かってブロック共重合体４０４の膜厚がなだらかに低下する傾斜部Ｋが形成されることに着目し、この傾斜部Ｋの一部の膜を除去することで第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界領域を広げ、マスクとしてのレジスト膜４０２を形成するためのアライメントのマージンを確保できると考えた。具体的には、例えば図１５に示すように、紫外線照射により膜厚低減工程を実施することで、傾斜部Ｋの膜が概ね除去され、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界近傍に、疎水性ポリマー４１１の存在しない除去領域Ｒが形成される。なお、この除去領域Ｒを形成するためには、上述のように、第１の領域Ａの疎水性ポリマー４１１の膜厚ＨＡをピッチの半分まで低減する必要が無いことが本発明者らにより確認されている。
そして、除去領域Ｒを形成した後、ウェハＷにレジスト膜４０２を塗布し、その後に露光、現像処理により、図１７に示すように、第１の領域Ａにのみレジスト膜４０２を形成する。かかる場合、レジスト膜４０２に露光処理を行う際に、除去領域Ｒがアライメントのマージンとなるため、第１の領域Ａに残存する疎水性ポリマー４１１に対してのみレジスト膜４０２を形成することが容易となる。したがって、膜厚低減工程においてブロック共重合体４０４Ａの膜厚ＨＡを低減する際は、必ずしも親水性ポリマー４１０と疎水性ポリマー４１１のパターンのピッチの半分以下まで低減する必要はなく、除去領域Ｒにおいて露光処理のアライメントのマージンが確保できる程度に低減すれば足りる。
なお、除去領域Ｒを形成するための膜厚低減工程としては、酸素雰囲気下における紫外線照射と加熱を併用する処理の他に、例えばプラズマエッチング処理などを用いてもよく、除去領域Ｒを形成できれば任意の手段を選択できる。
以上の実施の形態では、ウェハＷ上の被処理膜Ｅに対してレジストパターン４０３を転写する場合を例に説明したが、例えばウェハＷに対してエッチングを施し、ウェハＷ上にボール状のパターンを転写する場合にも適用できる。また、ブロック共重合体４０４によるパターンについても、ホールパターン４２０に限定されるものではなく、例えばラインアンドスペースのラメラ構造に相分離させた場合にも本発明を適用できる。
以上の実施の形態では、工程Ｓ７における親水性ポリマー４１０の除去を、いわゆるウェット処理により行ったが、親水性ポリマー４１０を除去する手法は本実施の形態に限定されるものではなく、例えば上述のプラズマによるエッチング処理などを用いてもよい。
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、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
３０ 現像装置
３１ 有機溶剤供給装置
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 塗布膜形成装置
３６ レジスト除去装置
３７ 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
３００ 制御部
４００ 反射防止膜
４０１ 中性層
４０２ レジスト膜
４０３ レジストパターン
４０４ ポリスチレン膜
４１０ ブロック共重合体
４１１ 親水性ポリマー
４１２ 疎水性ポリマー
Ｗ ウェハ

Claims (10)

  1. 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て、基板を処理する基板処理方法であって、
    所定の凹凸パターンが形成された基板上に前記ブロック共重合体を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成するブロック共重合体塗布工程と、
    前記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を選択的に除去するポリマー除去工程と、
    前記ブロック共重合体塗布工程後であって、前記ポリマー除去工程前に、前記ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する膜厚低減工程と、を有し、
    前記ポリマー除去工程において親水性ポリマーを選択的に除去した後に、前記膜厚低減工程によって膜厚が低減した前記疎水性ポリマーをマスクとして、前記基板に対してエッチング処理を行う、基板処理方法。
  2. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    膜厚低減工程では、酸素ガスを含有した雰囲気中の基板に対して紫外線を照射し、前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板を活性酸素雰囲気に曝すことで、当該ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する、基板処理方法。
  3. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記膜厚低減工程では、
    酸素ガスを含有した雰囲気中の基板に対して紫外線を照射し、前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板を活性酸素雰囲気に曝し、
    その後、前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板に対して酸素ガス含有プラズマによるプラズマ処理を行うことで、当該ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する、基板処理方法。
  4. 請求項２に記載の基板処理方法において、
    前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板を活性酸素雰囲気に曝しながら、前記基板を所定の温度で加熱処理する、基板処理方法。
  5. 請求項３に記載の基板処理方法において、
    前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板を活性酸素雰囲気に曝しながら、前記基板を所定の温度で加熱処理する、基板処理方法。
  6. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記膜厚低減工程では、前記ブロック共重合体の塗布膜が形成された基板に対して酸素ガス含有プラズマによるプラズマ処理を行うことで、当該ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する、基板処理方法。
  7. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記膜厚低減工程では、前記ブロック共重合体の塗布膜の膜厚が、前記ポリマー分離工程により相分離する前記親水性ポリマーと前記疎水性ポリマーとの間のピッチの半分以下まで低減する、基板処理方法。
  8. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記膜厚低減工程では、前記基板上に形成された前記所定の凹凸パターンにおける凸部の上面よりも上方の前記ブロック共重合体の塗布膜が除去される、基板処理方法。
  9. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記膜厚低減工程は、前記ポリマー分離工程後であって、前記ポリマー除去工程前に行われる、基板処理方法
  10. 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て、基板を処理する基板処理方法を基板処理システムによって実行させるように、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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
    前記基板処理方法は、
    所定の凹凸パターンが形成された基板上に前記ブロック共重合体を塗布して当該ブロック共重合体の塗布膜を形成するするブロック共重合体塗布工程と、
    前記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を選択的に除去するポリマー除去工程と、
    前記ブロック共重合体塗布工程後であって、前記ポリマー除去工程前に、前記ブロック共重合体の塗布膜の膜厚を低減する膜厚低減工程と、を有し、
    前記ポリマー除去工程において親水性ポリマーを選択的に除去した後に、前記膜厚低減工程によって膜厚が低減した前記疎水性ポリマーをマスクとして、前記基板に対してエッチング処理を行う、コンピュータ記憶媒体。
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