TW201421537A - 基板處理方法、程式、電腦記憶媒體及基板處理系統 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種基板處理方法、程式、電腦記憶媒體及基板處理系統，於使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物之基板處理中，在基板上適當形成既定圖案。其中，該基板處理方法使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物，將相對於親水性聚合物與疏水性聚合物具有中間親和性之中性層形成在基板上(程序S2)。接著，對形成在晶圓上的光阻膜進行曝光處理，接著使曝光處理後之光阻膜顯影，形成光阻圖案(程序S3)。接著，對光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對光阻圖案進行表面處理(程序S5)。其後，將嵌段共聚物塗布在中性層上，使中性層上的該嵌段共聚物相分離為親水性聚合物與疏水性聚合物(程序S7)。

Description

基板處理方法、程式、電腦記憶媒體及基板處理系統
本發明係關於一種基板處理方法、程式、電腦記憶媒體及基板處理系統，使用包含具有親水性之親水性聚合物與具有疏水性之疏水性聚合物之嵌段共聚物。
例如於半導體元件製造程序中，實行依序進行例如在半導體晶圓(以下稱「晶圓」。)上塗布光阻液而形成光阻膜之光阻塗布處理、於該光阻膜使既定圖案曝光之曝光處理、使經曝光之光阻膜顯影之顯影處理等之光微影處理，在晶圓上形成既定光阻圖案。又，以此光阻圖案為遮罩，進行晶圓上被處理膜之蝕刻處理，其後進行光阻膜之去除處理等，於被處理膜形成既定圖案。
又，近年來，為實現半導體元件之更高密集化，業界要求上述被處理膜圖案之微細化。因此，光阻圖案之微細化獲得進展，例如光微影處理中曝光處理之光的短波長化獲得進展。然而，曝光光源之短波長化有技術上、成本上的極限，處於僅以使光的短波長化獲得進展之方法，難以形成例如數奈米級之微細光阻圖案之狀況。
在此，有入提倡使用由親水性與疏水性2種類嵌段鍵(聚合物)構成之嵌段共聚物之晶圓處理方法(專利文獻1)。該方法中，首先，在晶圓上形成相對於2種類聚合物具有中間親和性之中性層，在該中性層上藉由例如光阻形成引導圖案。其後，在中性層上塗布嵌段共聚物，使嵌段共聚物相分離為親水性與疏水性2種類聚合物而形成片層構造。其後，藉由例如蝕刻等選擇性地去除任一方聚合物，以在晶圓上藉由另一方聚合物形成微細圖案。又，以此聚合物圖案為遮罩進行被處理膜之蝕刻處理，於被處理膜形成既定圖案。
【先前技術文獻】
【非專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2008-36491號公報
然而，依本案發明入等，已確認如上述以光阻為引導圖案，在中性層上塗布嵌段共聚物，使嵌段共聚物相分離時，有時會無法以所希望之圖案分離為片層構造。通常顯影後之光阻圖案呈疏水性，故疏水性聚合物會沿光阻圖案之長邊方向排列，藉此沿光阻圖案之長邊方向形成片層構造。然而，有時親水性聚合物及疏水性聚合物不沿光阻圖案之長邊方向排列，相對於光阻圖案無秩序地形成片層構造。
關於此點，經本案發明人等戮力調查，已確認於光阻圖案側壁存在光阻物性變化而未必呈疏水性之部分。經推測，此係因如圖19所示，對晶圓W上之光阻膜R進行曝光處理時，曝光之曝光區域600與因遮罩601被遮光而未曝光之未曝光區域602之中間區域(以下，有時稱如此之中間區域為「中間曝光區域」)603中產生物性變化之光阻。又，圖19中符號604係相對於親水性聚合物與疏水性聚合物具有中間親和性之中性層。
又，光阻膜顯影時，此中間曝光區域603之光阻膜未被顯影而留在光阻圖案表面整體，或中間曝光區域603與未曝光區域602於光阻圖案表面混雜。其結果，親水性聚合物與疏水性聚合物相對於光阻圖案無秩序地排列。
鑑於上述情事，本發明之目的在於使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物之基板處理中，在基板上適當形成既定圖案。
為達成上述目的，本發明係一種基板處理方法，使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物，其特徵在於包含：中性層形成程序，將相對於該親水性聚合物與該疏水性聚合物具有中間親和性之中性層形成在基板上；光阻圖案形成程序，對在中性層上形成之光阻膜進行曝光處理，接著使曝光處理後之光阻膜顯影，形成光阻圖案；光阻圖案處理程序，對該光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對該光阻圖案進行表面處理；嵌段共聚物塗布程序，將該嵌段共聚物塗布在該中性層上；及聚合物分離程序，使該中性層上的該嵌段共聚物相分離為該親水性聚合物與該疏水性聚合物。
依本發明，於光阻圖案處理程序供給具有極性之有機溶劑，對光阻圖案進行表面處理，故可將殘存於光阻圖案表面，光阻變質而未必呈疏水性(疏水度弱)之部分去除，使具有充分疏水度之未曝光區域露出。因此，具有疏水性之光阻圖案易於湊近疏水性聚合物，可防止使嵌段共聚物相分離時各聚合物無秩序地排列，形成所希望之圖案。如此可在基板上適當形成既定之微細圖案，故可適當進行以該親水性聚合物或疏水性聚合物之圖案為遮罩之被處理膜之蝕刻處理，可於被處理膜形成既定圖案。
該光阻圖案亦可藉由ArF光阻形成。
亦可更包含光阻改質處理程序，在該光阻圖案形成程序後且在光阻圖案處理程序前，對該光阻圖案照射紫外線，對該光阻圖案表面進行改質處理。
亦可包含聚合物去除程序，自該相分離之嵌段共聚物選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
該聚合物去除程序中，亦可藉由電漿蝕刻處理，或有機溶劑之供給選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
該光阻圖案亦可係以俯視觀察包含直線狀直線部與直線狀間隔部之圖案，該嵌段共聚物中該親水性聚合物的分子量之比率為40%~60%。且該光阻圖案亦可係以俯視觀察包含圓形間隔部之圖案，該嵌段共聚物中該第1聚合物的分子量之比率為20%~40%。
該親水性聚合物亦可係聚甲基丙烯酸甲酯，該疏水性聚合物亦可係聚苯乙烯。
按照依另一觀點之本發明，可提供一程式，為藉由基板處理系統實行上述基板處理方法，在控制該基板處理系統之控制部的電腦上動作。
按照依又一觀點之本發明，可提供一可讀取之電腦記憶媒體，儲存上述程式。
依再一觀點之本發明係一種基板處理系統，使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物，其特徵在於包含：中性層形成裝置，將相對於該親水性聚合物與該疏水性聚合物具有中間親和性之中性層形成在基板上； 顯影裝置，對形成在中性層上曝光處理後之光阻膜進行顯影處理，形成光阻圖案；光阻圖案處理裝置，對該顯影後之光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對該光阻圖案進行表面處理；嵌段共聚物塗布裝置，將該嵌段共聚物塗布在該中性層上；及聚合物分離裝置，使該中性層上的該嵌段共聚物相分離為該親水性聚合物與該疏水性聚合物。
該光阻圖案亦可藉由ArF光阻形成。
亦可更包含光阻改質處理裝置，在該光阻圖案形成後且在對該光阻圖案供給該有機溶劑前，對該光阻圖案照射紫外線，對該光阻圖案表面進行改質處理。
亦可包含聚合物去除裝置，自該相分離之嵌段共聚物選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
該聚合物去除裝置亦可係電漿蝕刻處理裝置，或供給有機溶劑，選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者之溶劑供給裝置。
該光阻圖案亦可係以俯視觀察包含直線狀直線部與直線狀間隔部之圖案，該嵌段共聚物中該親水性聚合物的分子量之比率為40%~60%。且該光阻圖案亦可係以俯視觀察包含圓形間隔部之圖案，該嵌段共聚物中該第1聚合物的分子量之比率為20%~40%。
該親水性聚合物亦可係聚甲基丙烯酸甲酯，該疏水性聚合物亦可係聚苯乙烯。
依本發明，使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物之基板處理中，可在基板上適當形成既定圖案。
C‧‧‧匣盒
D‧‧‧晶圓搬運區域
G1、G2、G3、G4‧‧‧區塊
RM‧‧‧變質部
W‧‧‧晶圓
R‧‧‧光阻膜
1‧‧‧基板處理系統
2‧‧‧塗布顯影處理裝置
3‧‧‧蝕刻處理裝置
10‧‧‧匣盒站
11‧‧‧處理站
12‧‧‧曝光裝置
13‧‧‧介面站
20‧‧‧匣盒載置台
21‧‧‧匣盒載置板
22‧‧‧搬運通道
23‧‧‧晶圓搬運裝置
30‧‧‧顯影裝置
31‧‧‧有機溶劑供給裝置
32‧‧‧抗反射膜形成裝置
33‧‧‧中性層形成裝置
34‧‧‧光阻塗布裝置
35‧‧‧嵌段共聚物塗布裝置
40‧‧‧熱處理裝置
41‧‧‧紫外線照射裝置
42‧‧‧黏附裝置
43‧‧‧周邊曝光裝置
44‧‧‧聚合物分離裝置
50、51、52、53、54、55、56、60、61、62、111‧‧‧傳遞裝置
70、100、110‧‧‧晶圓搬運裝置
80‧‧‧穿梭搬運裝置
122‧‧‧杯體
130‧‧‧處理容器
140‧‧‧旋轉吸盤
141‧‧‧吸盤驅動部
142‧‧‧杯體
143‧‧‧排出管
144‧‧‧排氣管
150‧‧‧軌道
151、152‧‧‧臂
153‧‧‧供給噴嘴
154、161‧‧‧噴嘴驅動部
155、162‧‧‧待命部
156‧‧‧顯影液供給源
157‧‧‧顯影液供給管
158‧‧‧杯體
160‧‧‧清洗液噴嘴
163‧‧‧清洗液供給源
164‧‧‧清洗液供給管
165‧‧‧供給設備群
200‧‧‧匣盒站
201‧‧‧共通搬運部
202、203、204、205‧‧‧蝕刻裝置
210、215‧‧‧晶圓搬運機構
210a、210b、215a、215b‧‧‧搬運臂
211‧‧‧搬運室
212‧‧‧匣盒載置台
213a、213b‧‧‧真空預備裝置
214‧‧‧搬運室腔室
300‧‧‧控制部
400‧‧‧抗反射膜
401、604‧‧‧中性層
402‧‧‧光阻圖案
402a‧‧‧直線部
402b、402c‧‧‧間隔部
404‧‧‧嵌段共聚物
405‧‧‧親水性聚合物
406‧‧‧疏水性聚合物
600‧‧‧曝光區域
601‧‧‧遮罩
602‧‧‧未曝光區域
603‧‧‧中間區域
S1~S9‧‧‧步驟
圖1係顯示依本實施形態之基板處理系統之構成之概略之說明圖。
圖2係顯示塗布顯影處理裝置之構成之概略之俯視圖。
圖3係顯示塗布顯影處理裝置之內部構成之概略之側視圖。
圖4係顯示塗布顯影處理裝置之內部構成之概略之側視圖。
圖5係顯示蝕刻處理裝置之構成之概略之俯視圖。
圖6係顯示顯影裝置之構成之概略之縱剖面圖。
圖7係顯示熱處理裝置之構成之概略之橫剖面圖。
圖8係說明晶圓處理之主要程序之流程圖。
圖9係顯示在晶圓上形成抗反射膜與中性層之情形之縱剖面之說明圖。
圖10係顯示在晶圓上形成光阻圖案之情形之縱剖面之說明圖。
圖11係顯示去除光阻圖案上之變質部之情形之縱剖面之說明圖。
圖12係顯示在晶圓上塗布嵌段共聚物之情形之縱剖面之說明圖。
圖13係顯示使嵌段共聚物相分離為親水性聚合物與疏水性聚合物之情形之縱剖面之說明圖。
圖14係顯示使嵌段共聚物相分離為親水性聚合物與疏水性聚合物之情形之平面之說明圖。
圖15係顯示去除親水性聚合物之情形之縱剖面之說明圖。
圖16係顯示在晶圓上形成光阻圖案之情形之平面之說明圖。
圖17係顯示在晶圓上形成光阻圖案之情形之縱剖面之說明圖。
圖18係顯示使嵌段共聚物相分離為親水性聚合物與疏水性聚合物之情形之縱剖面之說明圖。
圖19係顯示於習知之晶圓處理因曝光處理在光阻產生中間曝光區域之情形之縱剖面之說明圖。
以下，說明關於本發明之實施形態。圖1係顯示依本實施形態之基板處理系統1之構成概略之說明圖。
基板處理系統1如圖1所示包含對作為基板之晶圓進行光微影處理之塗布顯影處理裝置2，與對晶圓進行蝕刻處理之蝕刻處理裝置3。又，在由基板處理系統1處理之晶圓上預先形成被處理膜(未經圖示)。
塗布顯影處理裝置2如圖2所示呈一體連接下列者之構成：匣盒站10，例如在與外部之間送入送出收納複數片晶圓W之匣盒C；處理站11，包含在光微影處理中以單片式施行既定處理之複數各種處理裝置；及介面站13，鄰接處理站11，在與曝光裝置12之間傳遞晶圓W。
於匣盒站10設有匣盒載置台20。於匣盒載置台20設有複數例如4個匣盒載置板21。設置匣盒載置板21，俾沿水平方向之X方向(圖2中之上下方向)排成一列。於此等匣盒載置板21，在相對於塗布顯影處理裝置2外部送入送出匣盒C時，可載置匣盒C。
於匣盒站10，如圖2所示設有可在沿X方向延伸之搬運通道22上任意移動之晶圓搬運裝置23。晶圓搬運裝置23亦可沿上下方向及繞著鉛直軸(θ方向)任意移動，在各匣盒載置板21上的匣盒C，與後述處理站11之第3區塊G3之傳遞裝置之間搬運晶圓W。
於處理站11，設有包含各種裝置之複數例如4個區塊G1、G2、G3、G4。於例如處理站11之正面側(圖2之X方向負方向側)，設有第1區塊G1，於處理站11之背面側(圖2之X方向正方向側)，設有第2區塊G2。且於處理站11之匣盒站10側(圖1之Y方向負方向側)，設有第3區塊G3，於處理站11之介面站13側(圖2之Y方向正方向側)，設有第4區塊G4。
例如第1區塊G1中，如圖3所示自下而上依序重疊複數液處理裝置，例如對晶圓W進行顯影處理之顯影裝置30、作為對顯影後之光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對光阻圖案進行表面處理之光阻圖案處理裝置之有機溶劑供給裝置31、在晶圓W上形成抗反射膜之抗反射膜形成裝置32、在晶圓W上塗布中性劑而形成中性層之中性層形成裝置33、在晶圓W上塗布光阻液而形成光阻膜之光阻塗布裝置34、在晶圓W上塗布嵌段共聚物之嵌段共聚物塗布裝置35。又，依本實施形態之光阻中，使用例如作為正型光阻之ArF光阻。
例如顯影裝置30、有機溶劑供給裝置31、抗反射膜形成裝置32、中性層形成裝置33、光阻塗布裝置34、嵌段共聚物塗布裝置35分別沿水平方向排列配置3個。又，此等顯影裝置30、清洗裝置31、抗反射膜形成裝置32、中性層形成裝置33、光阻塗布裝置34、嵌段共聚物塗布裝置35之數量或配置可任意選擇。
此等顯影裝置30、有機溶劑供給裝置31、抗反射膜形成裝置32、中性層形成裝置33、光阻塗布裝置34、嵌段共聚物塗布裝置35中，進行例如在晶圓W上塗布既定塗布液之旋轉塗佈法。旋轉塗佈法中，例如在晶圓W上自塗布噴嘴噴吐塗布液，並令晶圓W旋轉，使塗布液於晶圓W表面擴散。關於此等液處理裝置之構成於後詳述。
又，由嵌段共聚物塗布裝置35在晶圓W上塗布之嵌段共聚物包含具有疏水性(沒有極性)之疏水性(無極性)聚合物與具有親水性(極性)之親水性(有極性)聚合物。本實施形態中，作為親水性聚合物使用例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，作為疏水性聚合物使用例如聚苯乙烯(PS)。且嵌段共聚物中親水性聚合物的分子量之比率為40%~60%，嵌段共聚物中疏水性聚合物的分子量之比率為60%~40%。又，嵌段共聚物係此等親水性聚合物與疏水性聚合物直線地化合之高分子。
且由中性層形成裝置33在晶圓W上形成之中性層相對於親水性聚合物與疏水性聚合物具有中間親和性。本實施形態中，作為中性層例如使用聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯之隨機共聚物或交替共聚物。於以下，所謂「中性」之情形意指如此相對於親水性聚合物與疏水性聚合物具有中間親和性。
例如於第2區塊G2，如圖4所示沿上下方向與水平方向排列設置進行晶圓W之熱處理之熱處理裝置40、作為對晶圓W上的光阻圖案照射紫外線，對該光阻圖案表面進行改質處理之光阻改質處理裝置之紫外線照射裝置41、對晶圓W進行疏水化處理之黏附裝置42、使晶圓W外周部曝光之周邊曝光裝置43、使由嵌段共聚物塗布裝置35在晶圓W上塗布之嵌段共聚物相分離為親水性聚合物與疏水性聚合物之聚合物分離裝置44。熱處理裝置40包含載置並加熱晶圓W之熱板，與載置並冷卻晶圓W之冷卻板，可進行加熱處理與冷卻處理雙方。又，聚合物分離裝置44亦係對晶圓W施行熱處理之裝置，其構成與熱處理裝置40相同。紫外線照射裝置41包含載置晶圓W之載置台，與對載置台上的晶圓W照射例如波長為172nm或222nm之紫外線之紫外線照射部。且熱處理裝置40、紫外線照射裝置41、黏附裝置42、周邊曝光裝置43、聚合物分離裝置44之數量或配置可任意選擇。
例如於第3區塊G3，自下而上依序設置複數傳遞裝置50、51、52、53、54、55、56。且於第4區塊G4，自下而上依序設置複數傳遞裝置60、61、62。
如圖1所示在由第1區塊G1~第4區塊G4包圍之區域形成晶圓搬運區域D。於晶圓搬運區域D配置例如晶圓搬運裝置70。
晶圓搬運裝置70包含例如可沿Y方向、X方向、θ方向及上下方向任意移動之搬運臂。晶圓搬運裝置70可在晶圓搬運區域D內移動，朝周圍第 1區塊G1、第2區塊G2、第3區塊G3及第4區塊G4內既定裝置搬運晶圓W。
晶圓搬運裝置70例如圖4所示可沿上下配置複數台，朝例如各區塊G1~G4高度大致相同之既定裝置搬運晶圓W。
且於晶圓搬運區域D設有在第3區塊G3與第4區塊G4之間直線搬運晶圓W之穿梭搬運裝置80。
穿梭搬運裝置80例如可沿Y方向以直線方式任意移動。穿梭搬運裝置80可在支持晶圓W之狀態下沿Y方向移動，在第3區塊G3之傳遞裝置52與第4區塊G4之傳遞裝置62之間搬運晶圓W。
如圖1所示於第3區塊G3 X方向正方向側旁，設有晶圓搬運裝置100。晶圓搬運裝置100包含例如可沿X方向、θ方向及上下方向任意移動之搬運臂。晶圓搬運裝置100可在支持晶圓W之狀態下上下移動，朝第3區塊G3內各傳遞裝置搬運晶圓W。
於介面站13設有晶圓搬運裝置110與傳遞裝置111。晶圓搬運裝置110包含例如可沿Y方向、θ方向及上下方向任意移動之搬運臂。晶圓搬運裝置110可例如於搬運臂支持晶圓W，在與第4區塊G4內各傳遞裝置、傳遞裝置111及曝光裝置12之間搬運晶圓W。
蝕刻處理裝置3如圖5所示，包含：匣盒站200，相對於蝕刻處理裝置3送入送出晶圓W；共通搬運部201，搬運晶圓W；作為聚合物去除裝置之蝕刻裝置202、203，對在晶圓W上相分離之嵌段共聚物進行蝕刻處理，選擇性地去除親水性聚合物或疏水性聚合物中任一者；及蝕刻裝置204、205，蝕刻晶圓W上的被處理膜為既定圖案。
匣盒站200包含於內部設置搬運晶圓W之晶圓搬運機構210之搬運室211。晶圓搬運機構210包含大致水平地固持晶圓W之2個搬運臂210a、210b，藉由此等搬運臂210a、210b中任一者固持晶圓W並同時搬運之。於搬運室211側方具有載置可排列並收納複數片晶圓W之匣盒C之匣盒載置台212。圖示例中，於匣盒載置台212，可載置複數，例如3個匣盒C。
搬運室211與共通搬運部201經由可抽真空之2個真空預備裝置213a、213b相互連結。
共通搬運部201包含例如自上方觀察呈略多角形狀(圖示例中係六角形狀)而形成之可密封構造之搬運室腔室214。於搬運室腔室214內設有搬運晶圓W之晶圓搬運機構215。晶圓搬運機構215包含大致水平地固持晶圓W之2個搬運臂215a、215b，藉由此等搬運臂215a、215b中任一者固持並同時搬運晶圓W。
於搬運室腔室214外側，配置蝕刻裝置202、203、204、205、真空預備裝置213b、213a，俾包圍搬運室腔室214之周圍。蝕刻裝置202、203、204、205、真空預備裝置213b、213a例如自上方觀察沿順時針方向依此順序排列配置，且與搬運室腔室214之6個側面部分別對向配置。
又，作為蝕刻裝置202~205，使用例如RIE(Reactive Ion Eching)裝置。亦即，蝕刻裝置202~205中，藉由例如氧(O2)等反應性氣體(蝕刻氣體)或離子、自由基，進行蝕刻疏水性聚合物或被處理膜之乾蝕刻。
其次，說明關於上述顯影裝置30之構成。顯影裝置30如圖6所示包含於側面形成晶圓W之送入送出口(未經圖示)之處理容器130。
於處理容器130內，設有固持晶圓W並使其旋轉之旋轉吸盤140。於旋轉吸盤140上表面，設有例如抽吸晶圓W之抽吸口(未經圖示)。藉由自此抽吸口抽吸，吸附固持晶圓W於旋轉吸盤140上。
旋轉吸盤140藉由例如馬達等吸盤驅動部141可旋轉至既定速度。且於吸盤驅動部141設有缸筒等昇降驅動源(未經圖示)，旋轉吸盤140可任意昇降。
於旋轉吸盤140周圍，設有承接並回收自晶圓W飛散或落下之液體之杯體142。杯體142中，形成大於晶圓W之開口部，俾於上表面旋轉吸盤140可昇降。杯體142下表面連接將回收之液體排出之排出管143，與使杯體142內氣體排氣之排氣管144。
如圖7所示於杯體122 X方向負方向(圖7之下方向)側，形成沿Y方向(圖7之左右方向)延伸之軌道150。軌道150自例如杯體142 Y方向負方向(圖7之左方向)側外方形成至Y方向正方向(圖7之右方向)側外方。於軌道150安裝例如二條臂151、152。
第1臂151如圖6及圖7所示支持供給顯影液之供給噴嘴153。第1臂151藉由圖7所示之噴嘴驅動部154，可在軌道150上任意移動。藉此，供給噴嘴153可自設置於杯體158 Y方向正方向側外方之待命部155移動至杯體142內晶圓W之中心部上方，更可在該晶圓W表面上沿晶圓W之徑方向移動。且第1臂151可藉由噴嘴驅動部154任意昇降，調整供給噴嘴153之高度。
供給噴嘴153如圖6所示，連接連通顯影液供給源156之顯影液供給管157。又，作為顯影液，使用例如鹼性之TMAH顯影液。
第2臂152支持供給清洗液，例如純水之清洗液噴嘴160。第2臂152可藉由圖7所示之噴嘴驅動部161在軌道150上任意移動，使清洗液噴嘴 160自設於杯體142 Y方向負方向側外方之待命部162移動至杯體142內晶圓W中心部上方。且藉由噴嘴驅動部161，第2臂152可任意昇降，可調節清洗液噴嘴160之高度。
清洗液噴嘴160如圖6所示連接連通清洗液供給源163之清洗液供給管164。於清洗液供給源163內儲存有清洗液。於清洗液供給管164設有包含控制清洗液流動之閥或流量調節部等之供給設備群165。又，以上構成中，供給顯影液之供給噴嘴153與供給清洗液之清洗液噴嘴160雖由不同臂支持，但亦可由相同臂支持，藉由控制該臂之移動，控制供給噴嘴153與清洗液噴嘴160之移動與供給時機。
作為其他液處理裝置之有機溶劑供給裝置31、抗反射膜形成裝置32、中性層形成裝置33、光阻塗布裝置34、嵌段共聚物塗布裝置35之構成除由噴嘴供給之液體不同之點以外，與上述顯影處理裝置30之構成相同故省略說明。又，有機溶劑供給裝置31中，作為由供給噴嘴153供給之處理液，使用於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇(IPA)者。
以上基板處理系統1中，如圖1所示設有控制部300。控制部300係例如電腦，包含程式儲存部(未經圖示)。程式儲存部中，儲存有控制於基板處理系統1處理晶圓W之程式。且程式儲存部中，亦儲存有用來控制上述各種處理裝置或搬運裝置等驅動系之動作，實現於基板處理系統1中後述剝離處理之程式。又，該程式記錄於例如電腦可讀取之硬碟(HD)、軟碟(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等電腦可讀取之記憶媒體，亦可自此記憶媒體安裝於控制部300。
其次，說明關於使用如以上構成之剝離系統1進行之晶圓處理。圖8係顯示該晶圓處理主要程序例之流程圖。
首先，將收納複數晶圓W之匣盒C送入塗布顯影處理裝置2之匣盒站10，將其載置於既定匣盒載置板21。其後，藉由晶圓搬運裝置23依序取出匣盒C內各晶圓W，將其搬運至處理站11之傳遞裝置53。
其次，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至熱處理裝置40，以調節溫度。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至抗反射膜形成裝置32，如圖9所示在晶圓W上形成抗反射膜400(圖8之程序S1)。其後，搬運晶圓W至熱處理裝置40，加熱以調節溫度。
其次，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至中性層形成裝置33。於中性層形成裝置33，如圖9所示在晶圓W之抗反射膜400上塗布中性劑，形成中性層401(圖8之程序S2)。其後，搬運晶圓W至熱處理裝置40，加熱以調節溫度，其後，使晶圓回到傳遞裝置53。
其次，藉由晶圓搬運裝置100搬運晶圓W至傳遞裝置54。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至黏附裝置42，進行黏附處理。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至光阻塗布裝置34，在晶圓W中性層401上塗布光阻液，形成光阻膜。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至熱處理裝置40，進行預烤處理。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至傳遞裝置55。
其次，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至周邊曝光裝置43，進行周邊曝光處理。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至傳遞裝置56。
其次，藉由晶圓搬運裝置100搬運晶圓W至傳遞裝置52，藉由穿梭搬運裝置80將其搬運至傳遞裝置62。
其後，藉由介面站13之晶圓搬運裝置110搬運晶圓W至曝光裝置12，進行曝光處理。
其次，藉由晶圓搬運裝置110自曝光裝置12搬運晶圓W至傳遞裝置60。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至熱處理裝置40，進行曝光後烘烤處理。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至顯影裝置30，進行顯影。顯影結束後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至熱處理裝置40，進行後烘烤處理。如此，如圖10所示在晶圓W之中性層401上形成既定光阻圖案402(圖8之程序S3)。
又，於顯影處理結束之階段之光阻圖案402表面側壁，存在作為光阻膜物性變化之部分之變質部RM。具體而言，其原因為：於作為因曝光處理感光之區域(曝光區域)與因遮罩遮光而未曝光之區域(未曝光區域)之中間區域之中間曝光區域，產生如以下狀態之光阻膜。亦即，混雜下列此等狀態之光阻膜者係變質部RM：第1，原來會充分足夠地曝光而充分溶解於顯影液，但因係與未曝光之區域之界面而未溶解導致殘留之狀態，第2，雖經曝光但曝光量不充分，未充分溶解於顯影液而殘留之狀態，第3，幾乎未曝光而不溶解於顯影液造成殘留之狀態。又，此變質部RM中，依光阻膜之狀態其疏水度不同。
又，本實施形態中，光阻圖案402以俯視觀察包含直線狀直線部402a與直線狀間隔部402b，係所謂直線與間隔之光阻圖案。且設定間隔部402b之寬，俾如後述於間隔部402b親水性聚合物405與疏水性聚合物406沿光阻圖案402之長邊方向交互配置於奇數層。
藉由晶圓搬運裝置70搬運形成光阻圖案402之晶圓W至紫外線照射裝置41。紫外線照射裝置41中，對光阻圖案402照射紫外線。此時，照射波長為172nm之紫外線例如5秒期間。如此，對亦包含於中間曝光區域產生之變質部RM中曝光量不充分之部分或幾乎未曝光之部分進行改質處理，進行負型化。(圖8之程序S4)。
其次，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至有機溶劑供給裝置31。有機溶劑供給裝置31中，在晶圓W上供給於TMAH顯影液混合20wt%異丙 醇之處理液，進行光阻圖案402之表面處理。藉此，如圖11所示去除殘存於光阻圖案402表面之變質部RM(圖8之程序S5)。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至傳遞裝置50。
其次，藉由晶圓搬運裝置100搬運晶圓W至傳遞裝置55。其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至嵌段共聚物塗布裝置35。嵌段共聚物塗布裝置35中，如圖12所示在晶圓W中性層401上塗布嵌段共聚物404(圖8之程序S6)。
其次，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至聚合物分離裝置43。聚合物分離裝置43中，對晶圓W進行既定溫度之熱處理。如此，如圖13及圖14所示晶圓W上的嵌段共聚物404相分離為親水性聚合物405與疏水性聚合物406(圖8之程序S7)。
在此，如上述於嵌段共聚物404，親水性聚合物405之分子量比率為40%~60%，疏水聚合物406之分子量比率為60%~40%。如此，於程序S6，如圖13及圖14所示親水性聚合物405與疏水性聚合物406相分離為片層構造。且上述程序S3中光阻圖案402間隔部402b之寬形成為既定寬，故在中性層401上，親水性聚合物405與疏水性聚合物406交互配置於奇數層。此時，自光阻圖案402表面去除變質部RM，作為未曝光部之光阻圖案402露出，故於光阻圖案402表面側壁疏水度無差異。因此，光阻圖案402橫跨側壁全面充分具有高疏水性。因此，親水性聚合物406易於湊近光阻圖案402，鄰接該光阻圖案402而配置親水性聚合物406。又，在其旁親水性聚合物405與疏水性聚合物405交互配置，在中性層401其他區域上，親水性聚合物405與疏水性聚合物406亦交互配置。
其後，藉由晶圓搬運裝置70搬運晶圓W至傳遞裝置50，其後，藉由匣盒站10之晶圓搬運裝置23將其搬運至既定匣盒載置板21之匣盒C。
於塗布顯影處理裝置2對晶圓W進行既定處理後，將收納晶圓W之匣盒C自塗布顯影處理裝置2送出，其次，送入蝕刻處理裝置3。
蝕刻處理裝置3中，首先，藉由晶圓搬運機構210，自匣盒載置台212上的匣盒C取出1片晶圓W，將其送入真空預備裝置213a內。將晶圓W送入真空預備裝置213a內後，使真空預備裝置213a內密封並減壓。其後，真空預備裝置213a內與排氣至既定真空度之搬運室腔室214內連通。又，藉由晶圓搬運機構215，自真空預備裝置213a送出晶圓W，將其送入搬運室腔室214內。
其次，藉由晶圓搬運機構215搬運經送入搬運室腔室214內之晶圓W至蝕刻裝置202。蝕刻裝置202中，對晶圓W進行蝕刻處理，如圖15所示選擇性地去除親水性聚合物405與光阻圖案402，形成疏水性聚合物406之既定圖案(圖8之程序S8)。
其後，藉由晶圓搬運機構215搬運晶圓W至蝕刻裝置204。蝕刻裝置204中，以晶圓W上的疏水性聚合物406為遮罩，蝕刻晶圓W上的被處理膜。其後，去除疏水性聚合物406及抗反射膜，於被處理膜形成既定圖案(圖8之程序S9)。
其後，藉由晶圓搬運機構215再使晶圓W回到搬運室腔室214內。又，經由真空預備裝置213b傳遞晶圓至晶圓搬運機構210，由匣盒C收納之。其後，自蝕刻處理裝置3送出收納晶圓W之匣盒C，結束一連串晶圓處理。
依以上實施形態，於程序S5作為具有極性之有機溶劑供給異丙醇，去除光阻圖案402表面之變質部RM，橫跨光阻圖案402之側壁整體使未曝光區域，亦即具有疏水性之顯影後之光阻圖案402表面露出，故於程序S7相分離嵌段共聚物404時，可防止聚合物405、406無秩序地排列，形成所希望之圖案。其結果，於程序S9可適當進行以該圖案為遮罩之被處理膜之蝕刻處理，於被處理膜可形成既定圖案。
又，以上實施形態中，為對變質部RM進行改質雖需照射172nm之紫外線，但經發明人等確認得知，未必需紫外線照射，可藉由供給於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇之處理液去除變質部RM。經推測，上述幾乎未曝光之區域光阻雖不溶於TMAH顯影液但可溶於異丙醇，且雖經曝光但曝光量不充分之區域光阻對TMAH顯影液及異丙醇皆多少可溶。又，吾人認為此因藉由供給TMAH顯影液與異丙醇之混合液，變質部RM中，對各液可溶之部分溶解。然而，藉由照射紫外線以使變質部RM改質，可更確實且在短時間內去除變質部RM，故宜進行紫外線照射。
且用於變質部RM之改質之紫外線波長亦可非172nm，可例如為222nm之波長。又，經確認，藉由222nm波長之紫外線使變質部RM改質時，可對晶圓W供給TMAH顯影液，藉此去除變質部RM。吾人認為此因藉由對光阻圖案402照射222nm波長之紫外線，變質部RM確實地自正型改質為負型，可以TMAH顯影液洗掉負型化之變質部RM。
又，以上實施形態中，雖對光阻圖案402之顯影處理後之晶圓W供給有機溶劑，去除變質部RM，但於光阻圖案402之顯影處理時，亦可藉由供給於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇之處理液使光阻圖案402顯影。依發明人等，未確認對於顯影後照射紫外線之光阻圖案402，供給於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇之處理液時，與對於曝光處理後顯影前之晶圓W供給此處理液時，關於變質部RM之去除之差異。
以上實施形態中，雖在於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇之狀態下對光阻圖案402之顯影處理後之晶圓W進行供給，但亦可首先對顯影處理後之光阻圖案402供給異丙醇，其後，更供給TMAH顯影液。經確認，於該情形下，亦與供給於TMAH顯影液混合20wt%異丙醇之處理液時相同，可去除變質部RM。又，如上述，變質部RM中混雜可溶於TMAH顯影液之部分與可溶於異丙醇之部分，故就並行溶解該雙方部分之觀點而言，宜混合TMAH顯影液與異丙醇並供給之。
以上實施形態中，選擇性地去除親水性聚合物405時雖由蝕刻處理裝置3進行所謂乾蝕刻處理，但親水性聚合物405之去除亦可藉由濕蝕刻處理進行。
具體而言，將於程序S7嵌段共聚物404已相分離之晶圓W於程序S8不搬運至蝕刻處理裝置3，代之以搬運至紫外線照射裝置41。又，藉由對晶圓W照射紫外線，將作為親水性聚合物405之聚甲基丙烯酸甲酯之結合鍵切斷，並使作為疏水性聚合物406之聚苯乙烯進行交聯反應。其後，再度搬運晶圓W至有機溶劑供給裝置31，於該有機溶劑供給裝置31對晶圓W供給例如作為極性有機溶劑之異丙醇(IPA)。藉此，將因紫外線照射結合鍵被切斷之親水性聚合物405溶解去除。
藉由所謂乾蝕刻處理去除親水性聚合物405時，親水性聚合物405與疏水性聚合物406之選擇比例如約3~7：1，故無法避免疏水性聚合物406之膜減薄。另一方面，藉由使用有機溶劑之所謂濕蝕刻去除親水性聚合物405時，疏水性聚合物406無極性故幾乎不溶解於有機溶劑，可避免膜減薄。其結果，於其後程序以疏水性聚合物406之圖案為遮罩進行被處理膜之蝕刻處理時，可確保作為遮罩之充分的膜厚。
且藉由以濕蝕刻去除親水性聚合物405，可省略自上述塗布顯影處理裝置2朝蝕刻處理裝置3晶圓W之搬運。因此，可提升基板處理系統1中晶圓處理之處理能力。
以上實施形態中，雖於程序S9蝕刻晶圓W上的被處理膜，但本發明之晶圓處理方法亦可適用於蝕刻晶圓W本身時。
以上實施形態中，雖已說明關於使晶圓W上的嵌段共聚物404相分離為片層構造之親水性聚合物405與疏水性聚合物406時之一例，但本發明 之晶圓處理方法亦可適用於使嵌段共聚物404相分離為筒狀構造之親水性聚合物405與疏水性聚合物406時。
親水性聚合物405與疏水性聚合物406相分離為筒狀構造時之嵌段共聚物404中，親水性聚合物405之分子量比率為20%~40%，疏水聚合物406之分子量比率為80%~60%。此時，程序S3中，如圖16、圖17所示在晶圓W上，形成以俯視觀察具有圓形間隔部402c之光阻圖案402。又，於此光阻圖案402表面側壁亦存在變質部RM。因此，於程序S4~程序S5進行變質部RM之改質、去除。
其次，於程序S6，在變質部RM經去除之光阻圖案402之間隔部402c塗布嵌段共聚物404。其後，於程序S7使嵌段共聚物404相分離。此時，變質部RM已被去除，故可防止親水性聚合物405與疏水性聚合物406相對於光阻圖案402無秩序地排列。又，疏水性聚合物406易於湊近具有疏水性之光阻圖案402，故如圖18所示，於間隔部402c內在光阻圖案402側壁側疏水性聚合物406呈圓筒形狀排列，於間隔部402c中心排列圓柱形狀之親水性聚合物405。
又，其他程序S1~S2、S8~S9之程序與上述實施形態相同故省略說明。
以上，雖已參照附圖並同時說明關於本發明之較佳實施形態，但本發明不由上述例限定。吾人應理解，只要是熟悉該技藝者當然可在申請專利範圍所記載之構想範疇內想到各種變更例或修正例，關於此等者當然亦屬於本發明之技術性範圍。本發明不限於此例可採取各種態樣。本發明亦可適用於基板係晶圓以外之FPD(平面顯示器)、光罩用倍縮遮罩等其他基板時。
【產業上利用性】
本發明在使用例如包含具有親水性之親水性聚合物與具有疏水性之疏水性聚合物之嵌段共聚物處理基板時有用。
S1~S9‧‧‧步驟

Claims (22)

  1. 一種基板處理方法，使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物，其特徵在於包含：中性層形成程序，將相對於該親水性聚合物與該疏水性聚合物具有中間親和性之中性層形成在基板上；光阻圖案形成程序，對在中性層上形成之光阻膜進行曝光處理，接著使曝光處理後之光阻膜顯影，形成光阻圖案；光阻圖案處理程序，對該光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對該光阻圖案進行表面處理；嵌段共聚物塗布程序，將該嵌段共聚物塗布在該中性層上；及聚合物分離程序，使該中性層上的該嵌段共聚物相分離為該親水性聚合物與該疏水性聚合物。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中：藉由ArF光阻形成該光阻圖案。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理方法，其中：於該光阻圖案形成程序，除顯影液外更對曝光後之光阻膜供給該具有極性之有機溶劑，以進行顯影，藉此並行進行該光阻圖案形成程序與該光阻圖案處理程序。
  4. 如申請專利範圍第2項之基板處理方法，其中：更包含光阻改質處理程序，在該光阻圖案形成程序後且在光阻圖案處理程序前，對該光阻圖案照射紫外線，對該光阻圖案表面進行改質處理。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之基板處理方法，其中：該光阻圖案處理程序中，將存在於該光阻膜之曝光區域與未曝光區域之中間區域之光阻膜加以去除，使該未曝光區域之光阻膜表面露出。
  6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板處理方法，其中：包含聚合物去除程序，自該相分離之嵌段共聚物，選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理方法，其中：該聚合物去除程序中，藉由電漿蝕刻處理，或有機溶劑之供給，選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
  8. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板處理方法，其中：該光阻圖案係以俯視觀察包含直線狀直線部與直線狀間隔部之圖案，該嵌段共聚物中，該親水性聚合物的分子量之比率為40%~60%。
  9. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板處理方法，其中：該光阻圖案係以俯視觀察包含圓形間隔部之圖案，該嵌段共聚物中，該第1聚合物的分子量之比率為20%~40%。
  10. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之基板處理方法，其中：該親水性聚合物係聚甲基丙烯酸甲酯，該疏水性聚合物係聚苯乙烯。
  11. 一種程式，為藉由基板處理系統實行如申請專利範圍第1至10項中任一項之基板處理方法，在控制該基板處理系統之控制部的電腦上動作。
  12. 一種可讀取之電腦記憶媒體，儲存有如申請專利範圍第11項之程式。
  13. 一種基板處理系統，使用包含親水性聚合物與疏水性聚合物之嵌段共聚物，其特徵在於包含：中性層形成裝置，將相對於該親水性聚合物與該疏水性聚合物具有中間親和性之中性層形成在基板上；顯影裝置，對形成在中性層上曝光處理後之光阻膜進行顯影處理，形成光阻圖案；光阻圖案處理裝置，對該顯影後之光阻圖案供給具有極性之有機溶劑，對該光阻圖案進行表面處理；嵌段共聚物塗布裝置，將該嵌段共聚物塗布在該中性層上；及聚合物分離裝置，使該中性層上的該嵌段共聚物相分離為該親水性聚合物與該疏水性聚合物。
  14. 如申請專利範圍第13項之基板處理系統，其中：藉由ArF光阻形成該光阻圖案。
  15. 如申請專利範圍第14項之基板處理系統，其中：該顯影裝置中，除顯影液外更對曝光後之光阻膜供給該具有極性之有機溶劑，以進行顯影處理。
  16. 如申請專利範圍第14項之基板處理系統，其中： 更包含光阻改質處理裝置，在該光阻圖案形成後且在對該光阻圖案供給該有機溶劑前，對該光阻圖案照射紫外線，對該光阻圖案表面進行改質處理。
  17. 如申請專利範圍第16項之基板處理系統，其中：該光阻圖案處理裝置中，將存在於該光阻膜之曝光區域與未曝光區域之中間區域之光阻膜加以去除，使該未曝光區域之光阻膜表面露出。
  18. 如申請專利範圍第14至17項中任一項之基板處理系統，其中：包含聚合物去除裝置，自該相分離之嵌段共聚物，選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者。
  19. 如申請專利範圍第18項之基板處理系統，其中：該聚合物去除裝置係電漿蝕刻處理裝置，或供給有機溶劑，選擇性地去除該親水性聚合物或該疏水性聚合物中任一者之溶劑供給裝置。
  20. 如申請專利範圍第14至17項中任一項之基板處理系統，其中：該光阻圖案係以俯視觀察包含直線狀直線部與直線狀間隔部之圖案，該嵌段共聚物中，該親水性聚合物的分子量之比率為40%~60%。
  21. 如申請專利範圍第14至17項中任一項之基板處理系統，其中：該光阻圖案係以俯視觀察包含圓形間隔部之圖案，該嵌段共聚物中，該第1聚合物的分子量之比率為20%~40%。
  22. 如申請專利範圍第14至17項中任一項之基板處理系統，其中：該親水性聚合物係聚甲基丙烯酸甲酯，該疏水性聚合物係聚苯乙烯。
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