KR101857323B1 - 패턴 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 컴퓨터 판독 가능 기억 매체 - Google Patents

패턴 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 컴퓨터 판독 가능 기억 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블록 공중합체를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법이며, 적어도 2종류의 중합체를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과, 그 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과, 가열된 블록 공중합체의 막에 대해 불활성 가스의 분위기 하에서 자외광을 조사하는 스텝과, 자외광이 조사된 블록 공중합체의 막에 유기 용제를 공급하는 스텝을 갖는다.

Description

패턴 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 컴퓨터 판독 가능 기억 매체 {PATTERN FORMATION METHOD, PATTERN FORMATION DEVICE, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}
본 발명은 자기 조직적(DSA) 리소그래피 기술에 관한 것으로, 이 기술을 이용하는 패턴 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 장치에 패턴 형성 방법을 실시시키는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체에 관한 것이다.
본원은 2012년 4월 6일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-87106호 및 2012년 12월 27일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-285132호에 기초하여, 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 블록 공중합체가 자기 조직적으로 배열하는 성질을 이용하는 자기 조직적 리소그래피 기술의 실용화가 검토되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 및 비특허문헌 1). 자기 조직적 리소그래피 기술에 있어서는, 우선, 예를 들어 A 중합체쇄와 B 중합체쇄를 포함하는 블록 공중합체의 용액이 기판에 도포된다. 다음에, 기판을 가열하면, 서로 랜덤하게 고용하고 있던 A 중합체쇄와 B 중합체쇄가 상분리되어, 규칙적으로 배열되는 A 중합체 영역과 B 중합체 영역이 형성된다. 계속해서, A 중합체 영역과 B 중합체 영역 중 어느 하나를 제거하여 블록 공중합체를 패터닝하면, 소정의 패턴을 갖는 마스크가 형성된다.
일본 특허 출원 공개 2005-29779호 공보 일본 특허 출원 공개 2007-125699호 공보
K.W.Guarini,etal., "Optimization of Diblock Copolymer Thin Film Self Assembly", Advanced Materials, 2002, 14, No.18, September 16, pp.1290-1294.(p.1290,ll.31-51)
그와 같은 블록 공중합체로서, 예를 들어 A 중합체쇄가 폴리스티렌(polystyrene:PS)이고, B 중합체쇄가 폴리메틸메타크릴레이트[poly(methyl methacrylate):PMMA]인 블록 공중합체[poly(styrene-block-methyl methacrylate):PS-b-PMMA]가 알려져 있다(특허문헌 1 등). 상술한 바와 같이, PS-b-PMMA를 웨이퍼 상에 도포하여, 웨이퍼를 가열하면, 상분리된 PS 영역과 PMMA 영역이 규칙적으로 배열된다. 여기서, 예를 들어 PMMA 영역을 제거하여 패턴을 형성할 때에는, PMMA 영역의 용해도가 높고, PS 영역의 용해도가 낮은, 즉 PA 영역의 용해도에 대한 PMMA 영역의 용해도의 비(용해도비)가 큰 유기 용제 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 용해도비가 작은 경우에는 유기 용제로 형성한 패턴에 있어서의 PS 영역이 얇아지고, 그 패턴을 에칭 마스크로 하여 하지층을 에칭할 때에, 마스크가 소실되어 버릴 우려가 있기 때문이다.
그러나, PS도 PMMA도 유기물인 경우도 있고, 큰 용해도비를 갖는 유기 용제가 없는 것이 실정이다.
따라서, 예를 들어 특허문헌 1에서는, 기판 상에 도포된 블록 공중합체에 대해, 전자선, γ선, 또는 X선 등의 에너지선을 조사하고, 조사된 블록 공중합체를 수계 용매나 유기 용매로 린스하는 방법이 검토되어 있다. 상분리된 PS-b-PMMA에 에너지선을 조사하면, PMMA의 주쇄가 절단되어 유기 용제에 녹기 쉬워지므로, 용해도비를 크게 하는 것도 가능하다. 그러나, A 중합체 영역과 B 중합체 영역의 용해도비를 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하므로, 충분한 용해도비를 실현할 수 있다고는 하기 어렵다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여, 블록 공중합체에 있어서의 A 중합체 영역과 B 중합체 영역의 유기 용제에 대한 용해도비의 향상이 가능한 패턴 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 장치에 패턴 형성 방법을 실시시키는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 제공한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 적어도 2종류의 중합체를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과, 상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 불활성 가스 분위기 하에서 자외광을 조사하는 스텝과, 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 유기 용제를 공급하는 스텝을 포함하는 패턴 형성 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 기판에 블록 공중합체를 포함하는 도포액을 공급하여, 상기 기판 상에 블록 공중합체의 막을 형성하는 막 형성부와, 상기 막 형성부에 의해 상기 블록 공중합체의 막이 형성된 상기 기판을 가열하는 가열부와, 내부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 포함하고, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 불활성 가스 분위기 하에서 자외광을 조사하는 자외광 조사부와, 상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 유기 용제를 공급하는 액 처리부를 구비하는 패턴 형성 장치가 제공된다.
또한 다른 관점에 의한 본 발명은 상기한 패턴 형성 방법을, 패턴 형성 장치에 실시시키는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체이다.
본 발명에 따르면, 블록 공중합체에 있어서의 A 중합체 영역과 B 중합체 영역의 유기 용제에 대한 용해도비를 종래보다도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을, 기판에 홀을 형성하는 경우에 적용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 따라서 형성한 홀을 도시하는 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 상면상이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 따라서 형성한 홀을 도시하는 SEM에 의한 단면상이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 패턴 형성 장치를 도시하는 평면도이다.
도 7은 도 5의 패턴 형성 장치를 도시하는 다른 사시도이다.
도 8은 도 5의 패턴 형성 장치의 액 처리 유닛을 도시하는 모식도이다.
도 9는 도 5의 패턴 형성 장치의 자외광 조사 유닛을 도시하는 모식도이다.
도 10은 PS, PMMA, PS-b-PMMA의 자외광의 파장에 대한 흡수 계수를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부 도면에 있어서는, 동일한 또는 대응하는 부품 또는 부재에는 동일한 또는 대응하는 참조 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 대해 설명한다. 우선, 폴리스티렌(PS)-폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 블록 공중합체(이하, PS-b-PMMA)를 유기 용매에 용해한 용액(도포액이라고도 함)이 준비된다. 유기 용매는 PS-b-PMMA를 구성하는 PS 및 PMMA와 상용성이 높은 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 톨루엔, 프로필렌글리콜ㆍ모노메틸에테르ㆍ아세테이트(PGMEA) 등이어도 된다.
다음에, 예를 들어 스핀 도포법에 의해, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼)(W) 상에 도포액을 도포하면, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된다. 이 막(21)에 있어서는, 도 1의 (a) 중 삽입도에 모식적으로 도시한 바와 같이, PS 중합체와 PMMA 중합체가 서로 랜덤하게 혼합되어 있다.
계속해서, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된 웨이퍼(W)를, 예를 들어 핫 플레이트 HP에 의해 소정의 온도로 가열하면, PS-b-PMMA에 상분리가 발생한다. 이 상분리에 의해, 도 1의 (b) 중 삽입도에 도시한 바와 같이, PS 영역(DS)과 PMMA 영역(DM)이 교대로 배열되게 된다. 여기서, PS의 분자 길이의 정수배로 PS 영역(DS)의 폭이 정해지고, PMMA의 분자 길이의 정수배로 PMMA 영역(DM)의 폭이 정해지므로, PS-b-PMMA의 막(21)에 있어서는, PS 영역(DS) 및 PMMA 영역(DM)이 소정의 피치[PS 영역(DS)의 폭＋PMMA 영역(DM)의 폭]로 반복해서 배열된다. 또한, PS 분자의 중합수에 의해 PS 영역(DS)의 폭이 정해지고, PMMA 분자의 중합수에 의해 PMMA 영역(DM)의 폭이 정해지므로, 중합수의 조정에 의해, 원하는 패턴을 결정할 수 있다. 또한, PS-b-PMMA의 PS 영역(DS)과 PMMA 영역(DM)을 소정의 패턴으로 배열시키기 위해, 웨이퍼(W)의 표면에 가이드 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
가열 종료 후, 도 1의 (c)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 PS-b-PMMA의 막(21)에 대해, 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등의 희가스나, 질소 가스 등의 불활성 가스의 분위기 하에서, 예를 들어 광원(L)에 의해, 자외광이 조사된다. 자외광은 자외광 영역에 속하는 파장 성분을 갖고 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 200㎚ 이하의 파장 성분을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 자외광이, PMMA에 흡수될 수 있는 185㎚ 이하의 파장 성분을 포함하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 파장 200㎚ 이하의 파장 성분을 갖는 자외광을 사용하는 경우, 광원(L)으로서, 파장 172㎚의 자외광을 발하는 Xe 엑시머 램프를 적절하게 사용할 수 있다.
PS-b-PMMA의 막(21)에 자외광이 조사되면, PS에 있어서는 가교 반응이 발생하므로, PS가 유기 용제에 녹기 어려워지는 한편, PMMA에 있어서는 주쇄가 절단되므로, PMMA가 유기 용제에 녹기 쉬워진다고 생각된다. 또한, 파장 172㎚의 자외광을 사용하는 경우, 그 조사 강도(도우즈량)는 약 180mJ 이하인 것이 바람직하다. 180mJ보다 큰 도우즈량으로 파장 172㎚의 자외광을 PS-b-PMMA의 막(21)에 조사하면, PS-b-PMMA의 막(21)에 대해 이후에 유기 용제를 공급할 때에 유기 용제가 PS 영역(DS)에 침투하기 쉬워지고, 그 결과, PS 영역(DS)이 팽윤되어, PMMA 영역(DM)이 제거되기 어려워지기 때문이다. 또한, 자외광의 도우즈량이 180mJ보다 큰 경우, PMMA 영역(DM)이, 변질되어 응고될 우려가 있고, 유기 용제에 용해되기 어려워질 우려가 있다.
또한, 불활성 가스에 의해 웨이퍼(W) 주위의 분위기 중의 산소 농도는 저하되지만, 구체적으로는, 후술하는 바와 같이 불활성 가스 분위기 중의 산소 농도는, 예를 들어 400ppm 이하이면 충분하다.
다음에, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)에 대해 유기 용제(OS)가 공급된다. 유기 용제(OS)에 의해, 막(21) 중의 PMMA 영역(DM)이 녹고, PS 영역(DS)이 웨이퍼(W)의 표면 상에 남는다. 여기서, 유기 용제(OS)로서는, 예를 들어 이소프로필알코올(IPA)을 적절하게 사용할 수 있다.
소정의 시간이 경과한 후, 웨이퍼(W)의 표면을 건조시키면, 도 1의 (e)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면 상에 PS 영역(DS)에 의한 패턴이 얻어진다.
다음에, 본 발명의 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)에 홀(콘택트 홀 또는 비아 홀에 상당)을 형성하는 경우에 적용한 예에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, PS-b-PMMA의 막으로의 자외광의 조사를 노광이라고 하고, 유기 용제에 의해 PMMA 영역을 녹이는 것을 현상이라고 하는 경우가 있다. 또한, 도 2의 (A)로부터 도 2의 (D)는 상면도이고, 도 2의 (a)로부터 도 2의 (d)는 도 2의 (A)로부터 도 2의 (D)에 대응한, I-I선을 따른 단면도이다.
우선, 웨이퍼(W)의 표면 상에 포토레지스트층(PL)을 형성하고, 이 포토레지스트층(PL)에 도 2의 (A) 및 (a)에 도시한 바와 같이, 복수의 홀 H를 형성한다(도 2에서는, 편의상, 하나의 홀 H가 도시되어 있음). 홀 H는 종래의 포토리소그래피 기술에 의해 형성할 수 있다. 홀 H의 내경은, 예를 들어 약 90㎚여도 된다.
다음에, 예를 들어 톨루엔을 용매로서 사용하고, 이 용매에 PS-b-PMMA를 녹임으로써 도포액을 제작한다. 도포액 중의 PS-b-PMMA의 고형 성분 농도는, 예를 들어 2체적％여도 된다. 상기의 포토레지스트층(PL) 및 웨이퍼(W) 상에, 예를 들어 스핀 코터에 의해 도포액을 도포하여, PS-b-PMMA의 막(21)을 형성한다. 여기서, 도 2의 (B) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 홀 H는, PS-b-PMMA의 막(21)에 의해 매립되어 있다. 또한, 이때 PS와 PMMA는 서로 랜덤하게 혼합되어 있다.
PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된 웨이퍼(W)를, 예를 들어 핫 플레이트 상에서 약 150℃로부터 약 250℃의 온도에서, 약 30 내지 약 10분간 가열하면, PS와 PMMA가 상분리된다. 그 결과, 도 2의 (C) 및 (c)에 도시한 바와 같이, 홀 H의 내벽을 따르도록 원통 형상을 갖는 PS 영역(DS)이 배치되고, PS 영역(DS)의 중앙에 원기둥 형상을 갖는 PMMA 영역(DM)이 배치된다.
웨이퍼(W)를 실온 정도까지 냉각한 후, 불활성 가스 분위기 하에 있어서 Xe 엑시머 램프를 사용하여 PS-b-PMMA의 막(21)에 자외광(파장 172㎚)을, 예를 들어 약 10초 내지 약 60초간 조사(노광)한다.
노광 후, 예를 들어 후술하는 액 처리 유닛에 있어서, PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된 웨이퍼(W)에 대해 유기 용제(예를 들어, IPA)가 적하되어, 막(21) 상에 IPA를 형성한다. 예를 들어, 약 30초 내지 약 3분 경과한 후에, 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써 IPA를 건조시킨다. 이에 의해, 도 2의 (D) 및 (d)에 도시한 바와 같이, PS 영역(DS)에 의해 구획 형성되는 홀 h가 형성된다. 홀 h는 포토레지스트층(PL)에 형성된 홀 H의 내경(90㎚)보다도 작은 내경을 갖고 있다. 홀 h의 내경은 PS-b-PMMA의 PS와 PMMA의 혼합비에 의해 조정할 수 있고, 본 예에서는 약 30㎚이다. 이와 같은 홀 h를 갖는, PS-b-PMMA의 막(21)을 마스크로서 사용하여, 하지의 웨이퍼(W)를 에칭하면, 홀 h의 내경과 대략 동등한 내경을 갖는 홀이 웨이퍼(W)에 형성된다. 이와 같이 본 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 따르면, 종래의 포토리소그래피 기술에 의해 실현 가능한 한계 치수(예를 들어, 약 60㎚)보다도 작은 내경을 갖는 홀 h를 얻는 것이 가능해진다.
다음에, 실시예 1로서 상술한 방법에 따라서 홀 h[도 2의 (D) 및 (d)]를 형성하여, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 결과에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 질소 가스를 사용하여, 웨이퍼 상의 PS-b-PMMA의 막을 자외광(파장 172㎚)으로 노광할 때의 불활성 가스 분위기를 생성하였다. 또한, 질소 가스 분위기 중의 산소 농도를 6ppm, 150ppm 및 400ppm으로 조정하였다. 비교예로서, 공기의 분위기 하에서 PS-b-PMMA의 막(21)에 자외광(파장 172㎚)으로 노광한 경우에 대해서도 실험을 행하였다. 이들의 결과(SEM상)를 도 3에 도시한다.
도 3의 (a)로부터 (c)에 도시한 바와 같이, 불활성 가스 분위기 하에서 PS-b-PMMA의 막을 자외광으로 노광한 경우에 있어서는, PS 영역에 의한 홀 h가 개방되어 있다. 한편, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 공기 분위기 하에서 PS-b-PMMA의 막을 자외광으로 노광한 경우에는, 도 3의 (a)로부터 (c)에 도시하는 홀에 비해, 홀의 내경이 작게 되어 있고[도 3의 (d)의 SEM상의 배율은 도 3의 (a)로부터 (c)의 SEM상의 배율보다도 큰 것에 주의해야 함], 또한 홀이 형성되어 있지 않은 개소가 여기저기 보인다. 산소가 고농도로 포함되는 분위기 하에서는(공기 중의 산소 농도는 약 20％), PS-b-PMMA의 막이 자외광에 의해 과도하게 산화되어, 변질되므로, PMMA 영역이 IPA 중에 용출되기 어려워진다고 생각된다. 또한, 도 3의 (d)을 참조하면, 표면(PS 영역의 표면)이 거칠게 되어 있으므로, PS 영역도 또한 과도하게 산화되어, 변질되어 있다고 생각된다.
한편, 불활성 가스 분위기 하에서는, PMMA의 과도한 산화가 억제되므로, PS-b-PMMA의 막의 변질은 방지되어 있다고 생각된다. 특히, 도 3의 (a)로부터 (c)를 참조하면, 불활성 가스 분위기 중의 산소 농도가 약 400ppm 이하이면, PS 및 PMMA의 양쪽에 있어서, 자외광에 의한 변질이 발생되어 있지 않다고 추측된다. 이상의 결과로부터, 불활성 가스 분위기 하에서 PS-b-PMMA의 막을 자외광으로 노광하는 효과가 이해된다.
다음에, 현상 전후에서의 PMMA 영역의 막 두께 변화에 대해 조사한 결과에 대해 설명한다. 도 4는 상술한 방법에 따라서 형성한 홀의 단면을 도시하는 SEM상이다. 도 4는 도 2의 (D) 중의 I-I선을 따라서 웨이퍼(W), 포토레지스트층(PL) 및 PS 영역을 절단하고, 절단면에 수직인 방향으로부터 SEM으로 관찰한 단면상이다. 단, 홀 H 내의 PS 영역은 제거되어 있고, 홀 h가 아니라 홀 H가 보이고 있다.
도 4의 (a)는 IPA에 의한 현상 전의 단면상을 도시하고 있고, 포토레지스트층(PL) 상의 PS 영역(DS)의 두께는 약 15㎚이다. 도 4의 (b)는 현상 후의 단면상을 도시하고 있다. 도 4의 (b)에 있어서도, 포토레지스트층(PL) 상의 PS 영역(DS)의 두께는 약 15㎚이다. 즉, PS 영역(DS)이 IPA에 용해되는 일은 거의 없다. PMMA 영역이 현상에 의해 거의 완전히 용해되는 것을 고려하면, 용해도비(PMMA의 용해도/PS의 용해도)는 거의 무한대가 된다.
또한, 도 4의 (c)는 비교를 위해, 반응성 이온 에칭(RIE) 장치에 의해 산소 플라즈마로 PS-b-PMMA의 막을 현상한 경우의 결과를 도시하고 있다. 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 포토레지스트층(PL) 상에 남은 PS 영역(DS)의 두께는 약 10㎚로 되어 있다. 이 결과에 따르면, RIE 산소 플라즈마에 의한 에칭 속도비(PMMA의 에칭 속도/PS의 에칭 속도)는 7 정도이다. 이들의 결과로부터, 본 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법은 RIE에 의한 현상에 대해 유의한 효과를 갖고 있다고 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 도 5로부터 도 9까지를 참조하면서, 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법(홀 형성 방법을 포함함)을 실시하는 데 적합한, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치에 대해 설명한다. 도 5는 본 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치(10)를 도시하는 개략 사시도이고, 도 6은 패턴 형성 장치(10)를 도시하는 개략 상면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 패턴 형성 장치(10)는 카세트 스테이션(S1), 처리 스테이션(S2) 및 인터페이스 스테이션(S3)을 갖고 있다.
카세트 스테이션(S1)에는 카세트 스테이지(24)와 반송 아암(22)(도 6)이 설치되어 있다. 카세트 스테이지(24)에는 복수매(예를 들어, 25매)의 웨이퍼(W)를 수용 가능한 복수의(도시의 예에서는 4개의) 카세트 C가 놓인다. 이하의 설명에 있어서, 카세트 C가 배열되는 방향을 편의상, X방향으로 하고, 이에 직교하는 방향을 Y방향으로 한다.
반송 아암(22)은 카세트 스테이지(24) 상의 카세트 C와 처리 스테이션(S2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위해, 승강 가능, X방향으로 이동 가능, Y방향으로 신축 가능, 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
처리 스테이션(S2)은 카세트 스테이션(S1)에 대해 ＋Y방향측에 결합되어 있다. 처리 스테이션(S2)에는 Y방향을 따라서 2개의 도포 유닛(32)이 배치되고, 이들 위에는 액 처리 유닛(31)과 자외광 조사 유닛(40)이 Y방향으로 이 순서로 배치되어 있다(도 5). 또한, 도 6을 참조하면, 도포 유닛(32) 및 액 처리 유닛(31)에 대해 ＋X방향측에 선반 유닛 R1이 배치되고, 도포 유닛(32) 및 자외광 조사 유닛(40)에 대해 ＋X방향측에 선반 유닛 R2가 배치되어 있다. 선반 유닛 R1 및 R2에는, 후술하는 바와 같이 웨이퍼에 대해 행해지는 처리에 대응한 처리 유닛이 적층되어 있다.
처리 스테이션(S2)의 대략 중앙에는 주반송 기구 MA(도 6)가 설치되어 있고, 주반송 기구 MA는 아암(71)을 갖고 있다. 아암(71)은 도포 유닛(32), 액 처리 유닛(31), 자외광 조사 유닛(40) 및 선반 유닛 R1 및 R2의 각 처리 유닛에 대해 웨이퍼(W)를 반입출하기 위해, 승강 가능, X방향 및 Y방향으로 이동 가능, 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 선반 유닛 R1에는 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 유닛(61)과, 웨이퍼(W)를 냉각하는 냉각 유닛(62)과, 웨이퍼 표면을 소수화하는 소수화 유닛(63)과, 웨이퍼(W)가 일시적으로 놓이는 스테이지를 갖는 패스 유닛(64)과, 웨이퍼(W)의 위치 정렬을 행하는 얼라인먼트 유닛(65) 등이 종방향으로 배열되어 있다. 또한, 선반 유닛 R2에는 웨이퍼(W)를 가열하고, 계속해서 냉각하는 복수의CHP 유닛(66)과, 웨이퍼(W)가 일시적으로 놓이는 스테이지를 갖는 패스 유닛(67) 등이 종방향으로 배열되어 있다. 또한, 선반 유닛 R1 및 R2에 있어서의 각 유닛의 종류 및 배열은 도 7에 도시하는 것으로 한정되지 않고, 다양하게 변경해도 된다.
다음에, 도 8을 참조하면서 액 처리 유닛(31)에 대해 설명한다. 액 처리 유닛(31)은 하우징(31C)을 갖고, 이 하우징(31C) 내에, 웨이퍼(W)를 회전 가능하게 보유 지지하는 스핀 척(2)과, 스핀 척(2)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 표면을 따라서 이동 가능하고, 웨이퍼(W)에 대해 유기 용제를 공급(토출)하는 약액 공급 노즐(5)과, 스핀 척(2)에 의해 보유 지지되는 웨이퍼(W)의 외주를 둘러싸고, 약액 공급 노즐(5)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 공급되어, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 비산되는 유기 용제를 받는 컵(6)을 구비하고 있다. 또한, 하우징(31C)의 일측벽에는 웨이퍼(W)의 반입 반출구(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 이 반입 반출구는 셔터(도시하지 않음)에 의해 개폐 가능하다.
컵(6)은, 예를 들어 하면이 폐쇄되고 상면이 개방된 원통 형상으로 형성되어 있다. 컵(6)의 저부에는 배기구(6a)와 배액구(6b)가 형성되어 있다. 배기구(6a)에는 배기 펌프 등의 배기 장치(도시하지 않음)에 접속되는 배기관(16)이 접속된다. 또한, 배액구(6b)에는, 예를 들어 공장의 배액부(도시하지 않음)에 접속되는 배출관(17)이 접속되어 있고, 컵(6)에 의해 회수한 유기 용제가 액 처리 유닛(31)의 외부로 배출된다.
스핀 척(2)에는, 예를 들어 서보 모터(12)가 연결되어, 서보 모터(12)에 의해 스핀 척(2)과, 스핀 척(2)에 보유 지지되는 웨이퍼(W)가 소정의 회전 속도로 회전된다.
또한, 스핀 척(2)을 둘러싸도록, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키는, 예를 들어 3개의 지지 핀(14)이 설치되어 있다[도 8에는 2개의 지지 핀(14)을 도시함]. 지지 핀(14)은, 예를 들어 실린더 등의 승강 구동 기구(15)에 의해, 컵(6)의 저부에 형성된 관통 구멍(도시하지 않음)을 통해 승강 가능하다. 지지 핀(14)은 승강 구동 기구(15)에 의해, 스핀 척(2)의 상면보다 높은 위치까지 돌출될 수 있어, 스핀 척(2)에 대한 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있다.
약액 공급 노즐(5)은, 도 8에 도시한 바와 같이 컵(6)의 외측에 배치되어 수평 회전 및 승강 기능을 갖는 이동 기구(20)에 연결되는 회전ㆍ승강 아암(25)에 의해 지지되어 있다. 이동 기구(20)에 의해, 약액 공급 노즐(5)은 컵(6)의 외측 위치(점선으로 나타내는 위치)와, 웨이퍼(W)의 중앙 상방의 위치(실선으로 나타내는 위치) 사이에서 이동 가능하다. 또한, 약액 공급 노즐(5)은 유기 용제를 저류하는 약액 공급원(39)에 약액 공급관(39C)을 통해 접속되어 있고, 약액 공급원(39)으로부터 공급되는 유기 용제를 웨이퍼(W)에 대해 공급할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 약액 공급관(39C)에 분기관(39B)이 접속되고, 분기관(39B)은 첨가제 공급원(39A)에 접속되어 있다. 첨가제 공급원(39A)에는, 예를 들어 실릴화제 등의 소수화제(후술)가 저류되어 있고, 도시하지 않은 밸브의 전환에 의해, 약액 공급원(39)으로부터 공급되는 유기 용제에 대해 소수화제를 첨가할 수 있다.
또한, 약액 공급관(39C) 및 분기관(39B)에, 유기 용제 및 소수화제의 유량을 조정하는 유량 조정기를 설치해도 되는 것은 물론이다.
컵(6)의 외측에는 스핀 척(2)에 보유 지지된 웨이퍼(W)를 향해 린스액을 공급하는 린스액 토출 노즐(8)이 설치되어 있다. 또한, 린스액 토출 노즐(8)에는 대기부(8a)가 설치되어 있다. 또한, 린스액 토출 노즐(8)은 약액 공급 노즐(5)과 마찬가지로 이동 기구 및 회전ㆍ승강 아암(도시하지 않음)에 의해, 웨이퍼(W)의 중앙 상방과 대기부(8a) 사이에서 이동할 수 있다. 또한, 린스액 토출 노즐(8)은 린스액 공급관(도시하지 않음)을 통해 액 처리 유닛(31)의 외부에 설치된 린스액 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이에 의해 린스액 공급원으로부터 공급된 린스액을 웨이퍼(W)에 대해 공급할 수 있다.
도포 유닛(32)(도 5)은 액 처리 유닛(31)과 동일한 구성을 갖고 있다. 단, 약액 공급원(39)에는, 예를 들어 PS-b-PMMA를 유기 용매에 용해한 용액(도포액)이 저류되고, 약액 공급 노즐(5)로부터 PS-b-PMMA가 공급된다. 도포 유닛(32)에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 처리 스테이션(S2)의 ＋Y방향측에는 인터페이스 스테이션(S3)이 결합되고, 인터페이스 스테이션(S3)의 ＋Y방향측에는 노광 장치(200)가 결합되어 있다. 노광 장치(200)는 도 2를 참조하면서 설명한 홀 h의 형성에 있어서, 포토레지스트층(PL)의 홀 H를 형성하기 위해 사용할 수 있다.
또한, 인터페이스 스테이션(S3)에는 반송 기구(76)(도 6)가 배치되어 있다. 반송 기구(76)는 처리 스테이션(S2) 내의 선반 유닛 R2의 패스 유닛(67)(도 7)과 노광 장치(200) 사이에서 웨이퍼(W)를 반입출하기 위해, 승강 가능, X방향으로 이동 가능, Y방향으로 신축 가능, 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
또한, 패턴 형성 장치(10)에는, 도 6에 도시한 바와 같이 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 제어부(100)가 설치되어 있다. 제어부(100)에는 CPU(Central Processing Unit)나 MPU(Micro Processing Unit) 등으로 형성된 프로세서를 구비하여 패턴 형성 장치(10)의 각 부품 또는 부재를 제어하는 프로세스 컨트롤러(100a)와, 유저 인터페이스부(100b)와, 기억부(100c)가 설치된다.
유저 인터페이스부(100b)는 공정 관리자가 패턴 형성 장치(10)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 패턴 형성 장치(10)의 가동 상황을 표시하는 디스플레이 등으로 구성된다.
기억부(100c)에는 패턴 형성 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(100a)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장된다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스부(100b)로부터의 지시 등에 의해 임의의 레시피를 기억부(100c)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(100a)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(100a)의 제어 하에서, 패턴 형성 장치(10)에 원하는 기능을 실행시켜 원하는 처리를 행하게 한다. 즉, 프로그램은, 예를 들어 후술하는 패턴 형성 방법을 실행하는 수단으로서 패턴 형성 장치(10)를 기능시키도록 컴퓨터를 제어한다. 또한, 프로그램(및 처리 조건 데이터 등의 레시피)은 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 기록 매체(100d)(예를 들어, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등)에 저장되어 있고, 소정의 입출력(I/O) 장치(도시하지 않음)를 통해 기억부(100c)에 인스톨된다. 혹은, 예를 들어 서버 장치 등의 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해 기억부(100c)에 인스톨해도 된다.
다음에, 도 9를 참조하면서 자외광 조사 유닛(40)을 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 자외광 조사 유닛(40)은 웨이퍼(W)가 수용되는 웨이퍼 챔버(51)와, 웨이퍼 챔버(51) 내에 수용된 웨이퍼(W)에 대해 자외광을 조사하는 광원 챔버(52)를 갖고 있다.
웨이퍼 챔버(51)는 하우징(53)과, 하우징(53)의 천장부에 설치되어 자외광이 투과 가능한 투과 창(54)과, 웨이퍼(W)가 놓이는 서셉터(57)를 구비한다. 투과 창(54)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성되어 있다.
서셉터(57)는 원판 형상을 갖고 내부에 히터(68)를 갖고 있다. 히터(68)는 온도 조정기(69)와 접속되고, 이에 의해 서셉터(57)의 온도가 소정의 온도로 조정된다. 또한, 서셉터(57)의 상면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 복수의(예를 들어, 3개의) 지지 핀(58)이 설치되어 있다. 서셉터(57)는 웨이퍼(W)와 동등하거나 또는 약간 큰 직경을 갖고 있고, 바람직하게는 높은 열전도율을 갖는 열전도율, 예를 들어 탄화규소(SiC)나 알루미늄에 의해 형성된다.
복수의 지지 핀(58)은 웨이퍼(W)가 과도하게 가열되는 것을 억제하여, 가열 후의 웨이퍼(W)의 냉각을 촉진하는 기능을 갖고 있다. 이로 인해, 지지 핀(58)은, 예를 들어 100W/(mㆍk) 이상의 높은 열전도율을 갖는 재료, 예를 들어 탄화규소(SiC)로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)로부터 서셉터(57)로의 열전도를 촉진하기 위해, 3개의 지지 핀(58)으로 한정되지 않고, 또한 다수의 지지 핀(58)을 설치해도 된다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(55)의 내부에는 냉각수의 유수로(55a)가 형성되어 있다. 그리고, 유수로(55a)에는 냉각수 공급 장치(70)로부터 냉각수가 공급되어, 베이스 플레이트(55) 전체가 소정의 온도로 냉각된다. 또한, 베이스 플레이트(55) 상에 설치되어 서셉터(57)를 지지하는 지주(56)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼 챔버(51)에는 베이스 플레이트(55) 및 서셉터(57)를 관통하여 승강 동작함으로써, 웨이퍼(W)의 반입출 시에 웨이퍼(W)를 하방으로부터 지지하여 승강시키는 승강 핀(59)과, 승강 핀(59)을 승강시키는 승강 기구(60)가 설치되어 있다.
또한, 하우징(53)의 일측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 이를 통해, 주반송 기구 MA의 아암(71)에 의해 웨이퍼(W)가 웨이퍼 챔버(51) 내로 반입되고, 웨이퍼 챔버(51)로부터 반출된다. 반입출구에는 셔터(도시하지 않음)가 설치되고, 셔터에 의해 반입출구가 개폐된다. 셔터는 반입출구를 기밀하게 폐쇄할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 하우징(53)의 측벽에는 불활성 가스 도입구(51A)가 형성되고, 하우징(53)의 저부에는 불활성 가스 배기구(51B)가 형성되어 있다. 불활성 가스 도입구(51A)에는 불활성 가스가 저류(충전)되는 불활성 가스 공급원(81)이 접속되어, 불활성 가스 공급원(81)으로부터 불활성 가스 도입구(51A)를 통해 웨이퍼 챔버(51)의 내부에 불활성 가스가 공급된다.
한편, 웨이퍼 챔버(51)의 상방에 배치되는 광원 챔버(52)는 웨이퍼 챔버(51) 내의 웨이퍼(W)에 대해 자외광을 조사하는 광원(L)과, 광원(L)에 전력을 공급하는 전원(72)을 구비하고 있다. 광원(L)은 하우징(73)에 수용되어 있다. 하우징(73)의 저부에는 광원(L)으로부터 방사되는 자외광을 웨이퍼 챔버(51)로 투과시키기 위해, 조사 창(74)이 형성되어 있다. 조사 창(74)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성된다. 광원(L)으로부터의 자외광이, 조사 창(74)을 통해 웨이퍼 챔버(51)를 향해 방사되고, 웨이퍼 챔버(51)의 투과 창(54)을 투과한 자외광이 웨이퍼(W)에 조사된다.
상기와 같이 구성되는 자외광 조사 유닛(40)에 있어서는, 도포 유닛(32)에서 웨이퍼(W) 상에 형성된 PS-b-PMMA의 막이 이하와 같이 가열되어, 노광된다. 즉, PS-b-PMMA의 막이 형성된 웨이퍼(W)가, 주반송 기구 MA의 아암(71)에 의해 웨이퍼 챔버(51)에 반입되고, 승강 핀(59)에 의해 수취되어, 서셉터(57) 상의 지지 핀(58)에 놓인다.
주반송 기구 MA의 아암(71)이 웨이퍼 챔버(51)로부터 퇴출된 후, 셔터가 폐쇄되어 웨이퍼 챔버(51) 내가 외부 환경으로부터 격리된다. 그리고, 불활성 가스 공급원(81)으로부터, 예를 들어 질소 가스 등의 불활성 가스를 웨이퍼 챔버(51) 내로 소정의 시간 공급하면, 웨이퍼 챔버(51) 내에 잔류하는 공기가 퍼지된다. 이에 의해 웨이퍼 챔버(51) 내가 불활성 가스 분위기로 된다.
웨이퍼 챔버(51) 내를 불활성 가스에 의해 퍼지하고 있는 동안에, 서셉터(57)의 히터(68)에 의해, 지지 핀(58)에 지지되는 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 소정의 시간 경과 후, 히터(68)로의 전력의 공급을 정지하면, 웨이퍼(W)의 열이, 지지 핀(58) 및 서셉터(57)를 통해 베이스 플레이트(55)로 전해지고, 웨이퍼(W)가, 예를 들어 실온(약 23℃) 정도까지 냉각된다.
웨이퍼(W)가 실온 정도로 된 후, 전원(72)으로부터 광원(L)으로 전력이 공급되고, 광원(L)으로부터 자외광이 방사된다. 자외광은 광원 챔버(52)의 조사 창(74)과 웨이퍼 챔버(51)의 투과 창(54)을 통해, 불활성 가스 분위기에서 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. PS-b-PMMA의 막의 노광에 필요한 도우즈량은 「조도×조사 시간」으로 정해지므로, 예를 들어 예비 실험 등을 통해 자외광의 조도에 따른 조사 시간을 결정하는 것이 바람직하다.
소정 시간의 자외 조사 후, 웨이퍼(W)는 웨이퍼(W)의 반입 시와 역의 수순에 의해, 자외광 조사 유닛(40)으로부터 반출된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 액 처리 유닛(31)으로 반송되고, 여기서 유기 용제(예를 들어, IPA)에 의해 PS-b-PMMA의 막이 현상된다. 즉, PMMA 영역이 녹아, PS 영역에 의해 구성되는 패턴이 얻어진다.
제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치(10)에 따르면, 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 적절하게 실시할 수 있다. 즉, 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 의해 발휘되는 효과나 이점은 제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치(10)에 의해서도 발휘된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치에 따르면, 가열에 의해 상분리가 발생하여, PS 영역 및 PMMA 영역이 규칙적으로 배열된 PS-b-PMMA 블록 공중합체의 막을 불활성 가스 분위기 하에서 자외광에 의해 노광하고, 유기 용제에 의해 현상함으로써, PS 영역에 의한 미세 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 불활성 가스 분위기 하에서 노광하므로, 자외광에 의한 PMMA와 산소의 과도한 반응을 억제할 수 있다. 이로 인해, PMMA의 변질을 억제할 수 있고, 따라서 PMMA의 유기 용제로의 용해도의 저하를 방지할 수 있다. 그 결과, IPA에 대한 PMMA의 용해도를 PS의 용해도에 비해 높게 할 수 있어, 용해도비를 향상시킬 수 있다. 또한, 불활성 가스 분위기 중에서 자외광에 의한 노광을 행하므로, 자외광에 의한 PS와 산소의 과도한 반응도 억제할 수 있고, 따라서 PS의 변질도 억제할 수 있다. 이로 인해, 용해도비가 더욱 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 특허청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양하게 변형하고, 변경할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서 홀을 형성하는 예를 설명하였지만, 본 발명의 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법은 라인ㆍ앤드ㆍ스페이스ㆍ패턴의 형성에도 적용 가능하다. 이 경우, 예를 들어 IPA 등의 유기 용제에 의한 현상에 의해 PS 영역에서 구성되는 라인을 형성한 후, 기판을 건조시킬 때에, IPA의 표면 장력에 의해 라인이 무너지는 경우가 있다. 이를 방지하기 위해, IPA에, 예를 들어 실릴화제 등의 소수화제를 첨가함으로써, 표면 장력을 저하시키는 것이 바람직하다. IPA에 첨가 가능한 실릴화제로서는, 예를 들어 트리메틸실릴디메틸아민(TMSDMA), 디메틸실릴디메틸아민(DMSDMA), 트리메틸실릴디에틸아민(TMSDEA), 헥사메틸실라잔(HMDS), 트리메틸실라잔(TMDS)이 있다. 유기 용제에 소수화제를 첨가하는 경우, 제2 실시 형태에 있어서의 도포 유닛(32)의 첨가제 공급원(39A)으로부터 분기관(39B)을 통해 유기 용제에 소수화제를 첨가해도 되고, 약액 공급원(39)에 소수화제가 첨가된 유기 용제를 미리 저류해도 된다.
또한, IPA 등의 유기 용제를 사용하여 현상한 후에, 보다 작은 표면 장력을 갖는 액체를 사용하여 유기 용제를 린스해도 된다. 그와 같은 액체로서는, 예를 들어 메틸알코올이나 에틸알코올 등의 알코올이 있다. 이와 같은 액체는, 예를 들어 도 8의 액 처리 유닛(31)의 린스액 토출 노즐(8)로부터 웨이퍼(W)에 대해 공급할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 블록 공중합체로서 PS-b-PMMA를 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 폴리부타디엔-폴리디메틸실록산, 폴리부타디엔-4-비닐피리딘, 폴리부타디엔-메틸메타크릴레이트, 폴리부타디엔-폴리-t-부틸메타크릴레이트, 폴리부타디엔-t-부틸아크릴레이트, 폴리-t-부틸메타크릴레이트-폴리-4-비닐피리딘, 폴리에틸렌-폴리메틸메타크릴레이트, 폴리-t-부틸메타크릴레이트-폴리-2-비닐피리딘, 폴리에틸렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리에틸렌-폴리-4-비닐피리딘, 폴리이소플렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리메틸메타크릴레이트-폴리스티렌, 폴리-t-부틸메타크릴레이트-폴리스티렌, 폴리메틸아크릴레이트-폴리스티렌, 폴리부타디엔폴리스티렌, 폴리이소프렌-폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리-4-비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리디메틸실록산, 폴리스티렌-폴리-N, N-디메틸아크릴아미드, 폴리부타디엔-폴리아크릴산나트륨, 폴리부타디엔-폴리에틸렌옥시드, 폴리-t-부틸메타크릴레이트-폴리에틸렌옥시드, 폴리스티렌-폴리아크릴산, 폴리스티렌-폴리메타크릴산 등이 있다.
또한, PS-b-PMMA의 막을 현상하는 유기 용제로서는, IPA로 한정되지 않고, 예를 들어 메틸알코올, 에틸알코올, 아세톤, 크실렌 등을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 홀을 형성하는 예의 경우와 같이, 포토레지스트와 함께 블록 공중합체를 사용하는 경우에는, 유기 용제로서 IPA를 사용하는 것이 바람직하다. 포토레지스트가 IPA에 용해되기 어렵기 때문이다.
또한, PS-b-PMMA의 막을 유기 용제로 현상하는 경우, 사용하는 유기 용제에 따라서 유기 용제를 승온해도 된다. IPA의 경우라면, 예를 들어 40℃로부터 60℃까지의 온도로 승온하는 것이 바람직하다. 승온에 의해, PMMA 영역의 유기 용제로의 용해도를 높게 할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 자외광의 광원(L)으로서 파장 172㎚의 자외광을 발하는 Xe 엑시머 램프를 예시하였지만, 예를 들어 파장 185㎚와 파장 254㎚에 강한 피크를 갖는 자외광을 발하는 저압 자외 램프(저압 수은등)나, 파장 222㎚의 단일 파장광을 발하는 KrCl 엑시머 램프를 사용해도 된다. 또한, 예를 들어 원자외 영역으로부터 진공 자외 영역에 걸쳐서 비교적 넓은 발광 스펙트럼을 갖는 램프와, 예를 들어 약 230㎚의 파장보다 긴 파장을 차폐하는 파장 커트 필터에 의해 광원(L)을 구성해도 상관없다.
단, 본 발명에 있어서 사용되는 자외광의 파장은 172㎚인 것이 가장 바람직하다. 도 10은 PS, PMMA, PS-b-PMMA의 자외광의 파장에 대한 흡수 계수를 나타낸 그래프이지만, 상기 그래프에 따르면, 193㎚에서는, PS-b-PMMA 전체적으로는 높은 흡수 계수를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 193㎚에서는 PMMA 자체의 흡수 계수가 극히 낮고, 그로 인해 실제로는, 당해 193㎚에서는 PMMA에 있어서의 주쇄의 절단 반응의 진행이 지연되어, 결과적으로 처리에 시간을 필요로 한다.
이 점에서, 172㎚에서는, PS, PMMA의 양쪽 모두 비교적 높은 흡수 계수를 나타내고 있고, PS에 있어서의 가교 반응, PMMA에 있어서의 주쇄의 분리 반응 모두 비교적 빠르게 진행된다. 그로 인해, 193㎚일 때보다도 처리 시간이 단축된다. 또한 상기 그래프에 따르면, 172㎚보다도 짧은 파장에서도 PS, PMMA의 양쪽 모두 비교적 높은 흡수 계수가 얻어지고 있지만, 파장이 짧아지면, 자외광 조사 분위기는 보다 저산소 농도가 필요해지고, 예를 들어 160㎚에서는, 거의 진공의 상태가 필요해진다. 한편, 172㎚의 자외광은, 이미 서술한 바와 같이, 예를 들어 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기 하에서도 충분하다. 또한, 광원으로서 Xe 가스 봉입 램프를 사용함으로써 수은등과는 달리, 단일 파장의 것이 얻어져, 에너지 효율도 좋은 것이다.
따라서, 이들의 점을 감안하면, 본 발명에서 사용되는 자외광의 파장은 172㎚가 가장 바람직하다.
또한, 자외광을 조사하는 시간은 사용하는 블록 공중합체, 블록 공중합체의 막 두께, 사용하는 자외광의 강도 등에 따라서 적절히 조정할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서, 액 처리 유닛(31)과 자외광 조사 유닛(40)이 내장된 패턴 형성 장치(10)를 설명하였지만, 액 처리 유닛(31)과 자외광 조사 유닛(40)은 패턴 형성 장치(10)에 내장되지 않고, 패턴 형성 장치(10)와 별개로 설치되어도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서는, 액 처리 유닛(31)과 자외광 조사 유닛(40)을 일체로 구성해도 된다. 또 다른 실시 형태에 의한 패턴 형성 장치는 액 처리 유닛(31)과 도포 유닛(32)과 자외광 조사 유닛(40)을 조합함으로써 구성해도 된다. 또한, 자외광 조사 유닛(40)의 서셉터(57)는 히터(68)를 갖고 있고, 자외광 조사 유닛(40) 내에 있어서 블록 공중합체의 막이 가열되지만, 블록 공중합체의 막을 가열하는 가열부를 자외광 조사 유닛(40) 내가 아니라, 자외광 조사 유닛(40)과 별개로 설치해도 된다.
21 : 막
PL : 포토레지스트층
S1 : 카세트 스테이션
S2 : 처리 스테이션
S3 : 인터페이스 스테이션
31 : 액 처리 유닛
5 : 약액 공급 노즐
32 : 도포 유닛
39 : 약액 공급원
39A : 첨가제 공급원
40 : 자외광 조사 유닛
51 : 웨이퍼 챔버
52 : 광원 챔버
57 : 서셉터
58 : 지지 핀
68 : 히터
81 : 불활성 가스 공급원
OS : 유기 용제
DS : PS 영역
DM : PMMA 영역
W : 웨이퍼
L : 광원

Claims (24)

  1. 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과,
    상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과,
    가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 불활성 가스의 분위기 하에서 Xe 엑시머 램프로부터 자외광을 조사하는 스텝과,
    자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 유기 용제를 공급하는 스텝을 갖는, 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스 중의 산소 농도가 400ppm 이하인, 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기 용제에는 소수화제가 첨가되는, 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 용제가 이소프로필알코올인, 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 블록 공중합체의 막을 상기 기판에 형성하는 것에 앞서, 상기 기판에 대해, 오목부를 갖는 포토레지스트층을 형성하는 스텝을 갖는, 패턴 형성 방법.
  6. 기판에 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트 블록 공중합체를 포함하는 도포액을 공급하여, 상기 기판 상에 상기 블록 공중합체의 막을 형성하는 막 형성부와,
    상기 막 형성부에 의해 상기 블록 공중합체의 막이 형성된 상기 기판을 가열하는 가열부와,
    내부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 포함하여, 또한, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 불활성 가스 분위기 하에서 자외광을 조사하는 Xe 엑시머 램프를 포함하는 자외광 조사부와,
    상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 대해 유기 용제를 공급하는 액 처리부를 갖는, 패턴 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가열부가 상기 자외광 조사부 내에 설치되어 있는, 패턴 형성 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 불활성 가스 공급부는 함유 산소 농도가 400ppm 이하인 불활성 가스를 저류하는, 패턴 형성 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 액 처리부에는 상기 유기 용제가 저류되는 제1 공급원이 설치되는, 패턴 형성 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액 처리부에는 소수화제가 저류되는 제2 공급원이 설치되고,
    상기 제2 공급원과 상기 제1 공급원이 소정의 배관에 의해 접속되어 있는, 패턴 형성 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법을, 제6항에 기재된 패턴 형성 장치에 실행시키도록 당해 패턴 형성 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체.
  12. 적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과,
    상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과,
    가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 피크 파장이 200nm 이하인 자외광을 조사하는 스텝과,
    상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 유기 용제를 공급하는 스텝을 포함하고,
    상기 자외광을 조사하는 스텝은, 불활성 가스의 분위기 하에서 행하여지는, 패턴 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 블록 공중합체는, 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부타디엔-폴리디메틸실록산, 폴리부타디엔-4-비닐피리딘, 폴리에틸렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리이소플렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리부타디엔폴리스티렌, 폴리이소프렌-폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리디메틸실록산, 폴리스티렌-폴리-N, N-디메틸아크릴아미드, 폴리부타디엔-폴리아크릴산나트륨 또는 폴리부타디엔-폴리에틸렌옥시드인 패턴 형성 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 불활성 가스 중의 산소 농도가 400ppm이하인, 패턴 형성 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 유기 용제에 소수화제가 첨가되는, 패턴 형성 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 유기 용제가 이소프로필알코올인, 패턴 형성 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 블록 공중합체의 막을 상기 기판에 형성하기에 앞서, 상기 기판에 오목부를 갖는 포토레지스트층을 형성하는 스텝을 더 포함하는, 패턴 형성 방법.
  18. 기판에 블록 공중합체를 포함하는 도포액을 공급하고, 해당 기판 상에 블록 공중합체의 막을 형성하는 막 형성부와,
    상기 막 형성부에 의해 상기 블록 공중합체의 막이 형성된 상기 기판을 가열하는 가열부와,
    가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 피크 파장이 200nm 이하인 자외광을 조사하는 자외광 조사부와,
    상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 유기 용제를 공급하는 액 처리부를 구비하고,
    상기 자외광 조사부가, 내부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 포함하고, 불활성 가스의 분위기 하에서 상기 자외광을 조사하는, 패턴 형성 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 블록 공중합체는, 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부타디엔-폴리디메틸실록산, 폴리부타디엔-4-비닐피리딘, 폴리에틸렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리이소플렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리부타디엔폴리스티렌, 폴리이소프렌-폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리-2-비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리디메틸실록산, 폴리스티렌-폴리-N, N-디메틸아크릴아미드, 폴리부타디엔-폴리아크릴산나트륨 또는 폴리부타디엔-폴리에틸렌옥시드인 패턴 형성 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 가열부가 상기 자외광 조사부 내에 설치되는, 패턴 형성 장치.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 불활성 가스 공급부는 함유 산소 농도가 400ppm이하인 불활성 가스를 저류하는, 패턴 형성 장치.
  22. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 액 처리부에 상기 유기 용제가 저류되는 제1 공급원이 설치되는, 패턴 형성 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 액 처리부에 소수화제가 저류되는 제2 공급원이 설치되고,
    상기 제2 공급원과 상기 제1 공급원이 소정의 배관에 의해 접속되는, 패턴 형성 장치.
  24. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법을, 청구항 18에 기재된 패턴 형성 장치에 실행시키도록 당해 패턴 형성 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체.
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