JP5847738B2 - 基板処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

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（無極性）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基板処理方法、プログラム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、２種類の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（非特許文献１）。かかる方法では、先ず、ウェハの反射防止膜上にレジストパターンを形成した後、反射防止膜とレジストパターン上に、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中性層を形成する。その後、レジストパターンをマスクとして、当該レジストパターン上の中性層を除去し、その後レジストパターンそのものも除去する。これにより、図１８に示すようにウェハＷの反射防止膜６００上に中性層６０１のパターンを形成する。その後、図１９に示すように反射防止膜６００とパターン形成された中性層６０１上にブロック共重合体６１０を塗布し、ブロック共重合体６１０から親水性ポリマー６１１と疎水性ポリマー６１２を相分離する。このとき、反射防止膜６００が親水性を有するので、反射防止膜６００上には、例えば疎水性ポリマー６１２、親水性ポリマー６１１、疎水性ポリマー６１２がこの順で並べて分離される。そして、中性層６０１上では、図１９に示すように、反射防止膜６００上の並び順に続いて親水性ポリマー６１１と疎水性ポリマー６１２が交互に規則的に配列する。この場合、反射防止膜６００上に所定のパターンで形成された中性層６０１は、親水性ポリマー６１１と疎水性ポリマー６１２を規則的に配列させるためのガイドとして機能する。

その後、例えば親水性ポリマー６１１を除去することで、ウェハＷ上に疎水性ポリマー６１２の微細なパターンが形成される。そして、疎水性ポリマー６１２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。

"Cost-EffectiveSub-20nm Lithography: Smart Chemicals to the Rescue", Ralph R. Dammel, Journalof Photopolymer Science and Technology Volume 24, Number 1 (2011) 33-42

ところで、ブロック共重合体を用いたパターン形成には上記以外にも様々な方法があり、例えば親水性ポリマー６１１と疎水性ポリマー６１２を配列させる際のガイドとして、上述の反射防止膜６００と中性層６０１に変えて、例えば疎水性ポリマー６１２とレジストを用いることもできる。かかる場合の工程の一例としては、先ずウェハＷの反射防止膜６００上に疎水性ポリマー６１２を塗布し、疎水性ポリマー６１２上にレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして疎水性ポリマー６１２をエッチングし、その後レジストパターンを除去することで、例えば図２０に示すように疎水性ポリマー６１２によるパターンを形成する。

しかしながら、本発明者らによれば、疎水性ポリマー６１２によるパターンを形成する際にレジストパターンの除去がうまくいかず、その後のブロック共重合体によるパターン形成に影響することがあることが確認された。これは、疎水性ポリマー６１２のエッチングが、例えばプラズマ処理による、いわゆるドライエッチングにより行われるところ、レジストパターンがドライエッチングの際に炭化してしまうことがレジストパターンの除去を困難にしている原因と考えられる。

レジストパターンを除去するためには、強力な有機溶剤を用いたり、ドライアッシングを行うことも考えられるが、その場合、疎水性ポリマー６１２も同時に剥離してしまったり、疎水性ポリマー６１２が親水性に変化してしまうため、そのような手法も用いることができない。また、レジストパターンを、ドライエッチングの際に炭化しにくいレジスト膜により形成することも可能であるが、その場合、特殊なレジスト液が必要となり、汎用性が著しく低下してしまう。

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、基板上にガイドを適切に形成することで、親水性ポリマーと疎水性ポリマーを所望のパターンに配列させ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、アルカリ溶液に可溶な塗布膜を基板上に形成する塗布膜形成工程と、前記塗布膜上にレジスト膜によってレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記基板上に所定のパターンを形成するパターン処理工程と、その後、アルカリ溶液により前記塗布膜を除去することで前記レジストパターンを除去する塗布膜除去工程と、前記ブロック共重合体を、前記塗布膜及びレジストパターン除去後の基板のパターン上に塗布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、を有することを特徴としている。

本発明によれば、アルカリ溶液に可溶な塗布膜上にレジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとして基板上に所定のパターンを形成した後に、アルカリ溶液により塗布膜を除去することでレジストパターンを除去する。したがって、強力な有機溶剤や特殊なレジスト液を用いることなく容易にレジストパターンを除去することができ、基板上に親水性ポリマーと疎水性ポリマーを配列させるためのガイドを適切に形成することができる。その結果、親水性ポリマーと疎水性ポリマーを所望のパターンに配列させることができる。

前記塗布膜は、耐熱温度以上に加熱することで脱保護した他のレジスト膜であり、前記レジストパターン形成工程前に、前他のレジスト膜を加熱して脱保護させる加熱工程をさらに有していてもよい。

前記塗布膜形成工程前に下地膜を基板上に形成する下地膜形成工程を有し、前記パターン処理工程においては、前記下地膜に所定のパターンを形成してもよい。

前記下地膜は、前記第１のポリマー、前記第２のポリマー、または前記第１のポリマーと前記第２のポリマーに対して中間の親和性を有する中性層のいずれかであってもよい。

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。

前記レジストパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、前記ブロック共重合体における前記第１のポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であってもよい。

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ってもよい。

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ってもよい。

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。

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、基板上にガイドを適切に形成することで、親水性ポリマーと疎水性ポリマーを所望のパターンに配列させることができる。

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。 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。 ウェハ上に中性層と第１の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。 加熱処理後の第１のレジスト膜上に反射防止膜と第２の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。 第２のレジスト膜により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。 第２のレジスト膜をマスクとして反射防止膜がエッチング処理された様子を示す縦断面の説明図である。 第２のレジスト膜をマスクとして第１のレジスト膜及び中性層がエッチング処理された様子を示す縦断面の説明図である。 アルカリ溶液により第１のレジスト膜が除去され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。 エッチング処理されたウェハ上に中性層が形成された様子を示す縦断面の説明図である。 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。 従来のウェハ処理においてウェハ上に中性層のパターンを形成した様子を示す縦断面の説明図である。 従来のウェハ処理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縦断面の説明図である。 従来のウェハ処理においてウェハ上に疎水性ポリマーのパターン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、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、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上にアルカリ溶液を供給するアルカリ溶液供給装置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。なお、アルカリ溶液供給装置３１で用いられるアルカリ溶液としては、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド（ＴＭＡＨ）が用いられる。

例えば現像装置３０、アルカリ溶液供給装置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、これら現像装置３０、アルカリ溶液供給装置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の数や配置は、任意に選択できる。

これら現像装置３０、アルカリ溶液供給装置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、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（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４０％〜６０％であり、ブロック共重合体における疎水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を疎水化処理するアドヒージョン装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。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、複数の熱処理装置４０のうち、一部の熱処理装置４０は、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として機能する。また、熱処理装置４０、アドヒージョン装置４１、周辺露光装置４２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、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、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、親水性ポリマーや反射防止膜といった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における後述の剥離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６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によって中性層形成装置３３に搬送され、図７に示すようにウェハＷ上の全面に中性層４００が形成される（図６の工程Ｓ１）。なお、図示はしていないが、中性層４００形成前のウェハＷの表面はシリコン酸化膜により覆われており、ウェハＷの表面は親水性を有している。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、その後受け渡し装置５３に戻される。

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４００上にレジスト液が塗布されて、図７に示すように、ウェハＷの全面に第１のレジスト膜４０１が形成される（図６の工程Ｓ２）。なお、本実施の形態におけるレジスト液には、例えばＡｒＦレジストが用いられる。

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に搬送される。熱処理装置４０では、第１のレジスト膜４０１が耐熱温度以上、換言すれば、第１のレジスト膜４０１が脱保護する以上の温度で加熱される（図６の工程Ｓ３）。その結果、ＡｒＦレジストである第１のレジスト膜４０１は、ウェハＷの全面にわたって脱保護する。これにより、加熱後の第１のレジスト膜４０１は、アルカリ溶液であるテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド（ＴＭＡＨ）に可溶な塗布膜となる。

なお、第１のレジスト膜４０１が例えばＡｒＦレジストにより形成される場合、ＡｒＦレジストは２００℃以上で脱保護するので、第１のレジスト膜４０１が形成されたウェハＷを熱処理装置４０で加熱する際の温度は２００℃以上となる。ただし、第１のレジスト膜４０１の下層に形成されている中性層４００の耐熱温度は２４０℃程度であり、この耐熱温度を超えると中性層４００の物性が変化してしまう。したがって、第１のレジスト膜４０１を脱保護させる際のウェハＷの加熱温度は、第１のレジスト膜４０１の耐熱温度以上で、且つ中性層４００の耐熱温度未満とする必要がある。そのため、第１のレジスト膜４０１が例えばＡｒＦレジストである場合は、ウェハＷの加熱温度は２００℃以上、２４０℃未満であり、より好ましくは２１０℃〜２３０℃である。

次にウェハ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８に示すように、加熱処理により脱保護した第１のレジスト膜４０１上に反射防止膜４０２が形成される（図６の工程Ｓ４）。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４１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によって再びレジスト塗布装置３４に搬送される。そして、ウェハＷの反射防止膜４０２上にレジスト液が塗布されて、図８に示すように、第２のレジスト膜４０３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。このプリベーク処理の際の加熱温度は、第２のレジスト膜４０３が脱保護しないようにＡｒＦレジストの耐熱温度未満の温度である点が、第１のレジスト膜４０１の加熱処理とは異なる。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４２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９に示すように第２のレジスト膜４０３により所定のレジストパターンが形成される（図６の工程Ｓ５）。本実施の形態では、第２のレジスト膜４０３によるレジストパターンは、平面視において直線状のライン部４０３ａと直線状のスペース部４０３ｂを有する、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４０３ｂの幅は、後述するようにスペース部４０３ｂに親水性ポリマーと疎水性ポリマーが交互に奇数層に配置されるように設定される。

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に第２のレジスト膜４０３により所定のレジストパターンが形成されると、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、第２のレジスト膜４０３のレジストパターンをマスクとしてウェハＷにエッチング処理を行い、図１０に示すように先ず反射防止膜４０２がエッチング処理される（図６の工程Ｓ６）。

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、引き続き第２のレジスト膜４０３のレジストパターン及び反射防止膜４０２のパターンをマスクとして、ウェハＷ上の第１のレジスト膜４０１及び中性層４００が図１１に示すようにエッチングされる（図６の工程Ｓ７）。

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、塗布現像処理装置２に再び搬入される。

塗布現像処理装置２に搬入されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってアルカリ溶液供給装置３１に搬入される。アルカリ溶液供給装置３１では、ウェハＷ上にアルカリ溶液が供給され、加熱処理により脱保護してアルカリ溶液に可溶となった第１のレジスト膜４０１がウェハＷから除去される。これにより、第１のレジスト膜４０１と共に、反射防止膜４０２及び第２のレジスト膜４０３が、図１２に示すようにウェハＷから除去される（図６の工程Ｓ８）。その結果、ウェハＷ上には中性層４００のパターンのみが残る。なお、第２のレジスト膜４０３は、エッチング装置２０４で第１のレジスト膜４０１及び中性層４００をエッチング処理する際に同時にエッチングされるため、第２のレジスト膜４０３の膜厚の設定によっては、当該エッチング処理の段階ですべて除去される場合があるが、第２のレジスト膜４０３が除去された後も反射防止膜４０２がマスクとして機能するため、第２のレジスト膜４０３の膜厚は中性層４００が適正にエッチング処理されるものであれば任意に設定が可能である。

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上の中性層４００のパターン上にブロック共重合体４０４が塗布される（図６の工程Ｓ９）。

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としての熱処理装置４０に搬送される。熱処理装置４０では、ウェハＷに所定の温度の熱処理が行われる。そうすると、図１４及び図１５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６の工程Ｓ１０）。

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Ｓ１０において、図１４及び図１５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において第２のレジスト膜４０３のパターンのスペース部４０３ｂの幅が所定の幅に形成されているので、ウェハＷ上の中性層４００と中性層４００の間の領域には、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。本実施の形態では、例えばウェハＷの表面が親水性であるため、中性層４００と中性層４００の真ん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、中性層４００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、再びエッチング処理装置３に搬入される。

次いで、カセットＣから取り出されたウェハＷはエッチング装置２０２に搬送される。エッチング装置２０２では、エッチング処理により、図１６に示すように親水性ポリマー４０５が選択的に除去され、疎水性ポリマー４０６の所定のパターンが形成される（図６の工程Ｓ１１）。

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。

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Ｓ２において塗布した第１のレジスト膜４０１を、工程Ｓ３で加熱処理することで脱保護してアルカリ溶液に可溶な塗布膜を形成している。そして、当該アルカリ溶液に可溶な塗布膜上に第２のレジスト膜４０３によりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、ウェハＷ上に所定のパターンを形成した後に、アルカリ溶液により第１のレジスト膜４０１を除去することで、第２のレジスト膜４０３を除去する。したがって、強力な有機溶剤や特殊なレジスト液を用いることなく容易に第２のレジスト膜４０３を除去することができ、ウェハＷ上に親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６を配列させるためのガイドを適切に形成することができる。その結果、親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６を所望のパターンに配列させることができる。

また、従来のブロック共重合体４０４を用いたパターン形成においては、例えば中性層４００の下面に反射防止膜４０２をする手法が一般的であり、ウェハＷに例えば中性層４００のパターンを形成した後に、別途反射防止膜４０２を除去する工程が必要であったが、本実施の形態のように、中性層４００の上面に形成された脱保護した第１のレジスト膜４０１上、即ちアルカリ溶液に可溶な塗布膜上に反射防止膜４０２することで、当該反射防止膜４０２を第１のレジスト膜４０１と共にアルカリ溶液により容易に除去できる。したがって、ウェハＷにブロック共重合体４０４を用いて所定のパターンを形成するにあたり、工程を簡略化することができる。

以上の実施の形態では、第１のレジスト膜４０１をＡｒＦレジストにより形成した場合の一例について説明したが、第１のレジスト膜４０１としては、ＡｒＦレジスト以外にも、脱保護することでアルカリ溶液に可溶となるレジスト、例えばＫｒＦレジストなどを用いることができ、本実施の形態に限定されるものではない。なお、以上の実施の形態では、第１のレジスト膜４０１と第２のレジスト膜４０３を共にＡｒＦレジストで形成したが、第１のレジスト膜４０１と第２のレジスト膜４０３を異なるレジストにより形成してもよい。アルカリ溶液に可溶な膜としては、中性層４００形成時の熱処理から第２のレジスト膜４０３によるレジストパターン形成の過程の熱処理によっても、アルカリ溶液に可溶であるという物性が変化しないものであれば、任意に選択が可能である。

以上の実施の形態では、脱保護した第１のレジスト膜４０１の除去にアルカリ溶液としてテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドを用いたが、第１のレジスト膜４０１を除去できるものであれば、アルカリ溶液としては本実施の形態に限定されるものではなく、任意に選択が可能である。また、アルカリ溶液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドにイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加したものであってもよい。イソプロピルアルコールを添加することで、工程Ｓ８において、より確実に第１のレジスト膜４０１を除去することができる。

なお、以上の実施の形態では、第１のレジスト膜４０１の下面に、親水性ポリマー４０５と疎水性ポリマー４０６を配列させるためのガイド機能を有する下地膜として中性層４００が形成されていたが、このガイドとして機能する下地膜は中性層４００に限定されるものではなく任意に設定が可能である。他の下地膜としては、例えばポリスチレンなどを用いることができる。また、ガイドとして機能する下地膜は必ずしも必要ではなく、例えばウェハＷの上面に直接第１のレジスト膜４０１を形成し、工程Ｓ７においてウェハＷそのものをエッチングすることでウェハＷにパターン形成を行ってもよい。かかる場合、ウェハＷそのものをガイドとして用いたり、例えば図１７に示すように、エッチング後のウェハＷの窪みに中性層４００を形成してウェハＷを平坦面とし、この中性層４００とウェハＷとによりガイドを形成したりしてもよい。

以上の実施の形態では、現像装置３０とアルカリ溶液供給装置３１を別の装置としていたが、例えば現像装置３０において供給する現像液がテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドである場合は、アルカリ溶液供給装置３１を省略して、現像装置３０において工程Ｓ８の第１のレジスト膜４０１の除去をおこなってもよい。

なお、工程Ｓ８におけるアルカリ溶剤による第１のレジスト膜４０１の除去を適正に行うことを考慮すると、第１のレジスト膜４０１の膜厚は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましく、より好ましくは４０ｎｍ〜６０ｎｍである。

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 アルカリ溶液供給装置
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 ブロック共重合体塗布装置
４０ 熱処理装置
２０２〜２０５ エッチング装置
３００ 制御部
４００ 中性層
４０１ 第１のレジスト膜
４０２ 反射防止膜
４０３ 第２のレジスト膜
４０４ ブロック共重合体
Ｗ ウェハ

Claims (10)

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、
   アルカリ溶液に可溶な塗布膜を基板上に形成する塗布膜形成工程と、
   前記塗布膜上にレジスト膜によってレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして、前記基板上に所定のパターンを形成するパターン処理工程と、
   その後、アルカリ溶液により前記塗布膜を除去することで前記レジストパターンを除去する塗布膜除去工程と、
   前記ブロック共重合体を、前記塗布膜及びレジストパターン除去後の基板上に塗布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、を有することを特徴とする、基板処理方法。
2. 前記塗布膜は、耐熱温度以上に加熱することで脱保護した他のレジスト膜であり、
   前記レジストパターン形成工程前に、前記他のレジスト膜を加熱して脱保護させる加熱工程をさらに有していることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記塗布膜形成工程前に下地膜を基板上に形成する下地膜形成工程を有し、
   前記パターン処理工程においては、前記下地膜に所定のパターンを形成することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の基板処理方法。
4. 前記下地膜は、前記第１のポリマー、前記第２のポリマー、または前記第１のポリマーと前記第２のポリマーに対して中間の親和性を有する中性層のいずれかであ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１〜４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記レジストパターンは、平面視において直線状のライン部と直線状のスペース部を有するパターンであり、
   前記ブロック共重合体における前記第１のポリマーの分子量の比率は、４０％〜６０％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 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ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理方法。
8. 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ることを特徴とする、請求項７に記載の基板処理方法。
9. 請求項１〜８のいずれか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。
10. 請求項９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。
    

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