JP6072644B2 - 紫外線照射装置、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、基板に紫外線を照射する紫外線照射装置、紫外線処理装置を用いた基板処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化を図るため、レジストパターンの微細化が求められており、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、フォトリソグラフィー処理に代えて、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注目されている。かかる方法では、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、ウェハにブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体を親水性と疎水性の２種類のポリマーに相分離させると、親水性であるレジストパターンに沿って親水性ポリマーが配列し、親水性ポリマーに隣接して疎水性ポリマーが配列する。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。

上述のようなブロック共重合体を用いてパターン形成を行う場合、親水性ポリマーと疎水性ポリマーとを所望のパターンに配列させるためには、ガイドとなるレジストパターンの表面が、全面にわたって親水性を有する必要がある。そのため、レジストパターンの表面を、確実に親水性を有するものとするために、例えば紫外線照射によりレジストの表面を改質処理する方法が用いられることがある。

紫外線の照射に際しては、例えば特許文献１に記載されるような装置が用いられる。特許文献１の装置では、筐体内に設置された長尺状のランプの下方にステージを設け、当該ステージ上に被処理体を載置して紫外線が照射される。

特開２０１３−１２４２５号公報

ところで、ブロック共重合体のガイドとしてのレジストパターンを確実に親水化するために、レジストパターンに紫外線を照射し、その後ブロック共重合体を塗布して相分離した場合、紫外線の照射量により相分離後のパターンにばらつきが見られることがある。より具体的には、例えばブロック共重合体によりシリンダ構造を形成してその後の選択的エッチングによりホールパターンを形成する場合を例にすると、ホールの形状が円形とならないという欠陥や、ホールそのものが形成されないという欠陥が生じることがある。

この点について本発明者らが鋭意調査したところ、紫外線の照射量（ドーズ量）を増加させるとホールそのものが形成されないという欠陥は減少するものの、ホールの形状が円形とならない欠陥が増加し、その反対に、ドーズ量を減少させるとホールそのものが形成されないという欠陥が増加し、ホールの形状が円形とならない欠陥は減少するというトレードオフの関係があることが確認された。

そこで、ドーズ量を調整することで両方の欠陥を低減させることを試みた結果、最適なドーズ量の範囲は極めて小さく、ウェハ面内での紫外線の照射量を高い精度で均一にする必要があることがわかった。

しかしながら、例えば特許文献１のような装置では、紫外線の照射量のばらつきを所望の精度以下とすることは極めて困難であり、より高精度に紫外線を照射できる装置が望まれている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板面内に紫外線を均一に照射することを目的とする。

本発明によれば、基板保持部に吸着保持された基板と光源部とを相対的に且つ部分的に移動させて、基板と光源部との距離を調整することができる。紫外線は酸素により吸収されるため、基板と光源部との距離を遠ざけると酸素による紫外線の吸収量が増加して基板のドーズ量が減少し、反対に基板と光源部との距離を近づけると紫外線の吸収量が減少してドーズ量が増加する。したがって本発明では、基板と光源部との距離を部分的に調整することで、基板と光源部との間に介在する酸素による紫外線の吸収量を部分的に調整し、例えばウェハ面内においてドーズ量の多い部分では、光源部との距離を遠くすることで、基板表面のドーズ量を低減させることができる。その結果、ウェハ面内でのドーズ量を均一にし、面内均一な基板処理を行うことができる。

前記目的を達成するため、本発明は、基板の表面に形成されたレジストパターンに対して紫外線を照射して、前記レジストパターンを改質処理する紫外線照射装置であって、基板を吸着保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板に波長が１７２ｎｍの紫外線を照射する光源部と、前記基板保持部に保持された基板と前記光源部とを相対的に且つ部分的に移動させて、当該基板と前記光源部との距離を部分的に調整する駆動機構と、を有し、前記光源部は、長尺状のランプを備え、前記基板保持部は、当該基板保持部を平面視において前記長尺状のランプが延伸する方向と直交する方向に移動させる移動機構を備えており、前記長尺状のランプは、複数の長尺状のランプを直列に配置して構成され、前記駆動機構は、前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動を、複数の前記ランプを個別に昇降動させることで行う昇降機構であることを特徴としている。

別な観点による本発明によれば、基板の表面に形成されたレジストパターンに紫外線を照射して、前記レジストパターンを改質処理する基板処理方法であって、
複数のランプを直列に配置して構成された長尺状のランプを備えた光源部から、基板保持部に吸着保持された基板に、波長が１７２ｎｍの紫外線を照射し、
前記基板保持部に保持された基板と前記光源部とを相対的に且つ部分的に移動させて、当該基板と前記光源部との距離を部分的に調整し、前記基板保持部に吸着保持された基板への紫外線の照射は、前記基板保持部を平面視において前記長尺状のランプが延伸する方向と直交する方向に移動させることで前記基板の全面に紫外線を照射し、前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動は、複数の前記ランプを個別に昇降動させることを特徴としている。

前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動は、予め求められた前記長尺状のランプの照度分布に応じて行われてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記基板処理方法を紫外線照射装置によって実行させるために、当該紫外線照射装置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、基板の全面にわたって均一に紫外線を照射することができる。

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図である。 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側面図である。 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側面図である。 紫外線照射装置の構成の概略を示す縦断面図である。 紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。 載置台近傍の構成の概略を示す平面図である。 載置台近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 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。 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。 載置台を移動させてウェハに紫外線を照射する様子を示す説明図である。 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。 親水性ポリマーを選択的に除去した様子を示す縦断面の説明図である。 ランプの長さ方向における照度分布を示す説明図である。 ドーズ量と欠陥の発生量との相関関係を示す説明図である。 吸着保持されたウェハをピエゾ素子により押圧した状態を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる載置台近傍の構成の概略を示す平面図である。 他の実施の形態にかかる紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかる紫外線照射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紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかる紫外線照射装置の構成の概略を示す横断面図である。 紫外線の照射分布が所定の傾きを有する紫外線照射装置でウェハに紫外線を照射した状態を示す説明図である。 紫外線の照射分布が所定の傾きを有する紫外線照射装置でウェハに紫外線を照射した状態を示す説明図である。 左右対称の紫外線の照射分布を有する紫外線照射装置でウェハに紫外線を照射した状態を示す説明図である。 左右対称の紫外線の照射分布を有する紫外線照射装置でウェハに紫外線を照射し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説明図である。図２及び図３は、基板処理システム１の内部構成の概略を示す側面図である。

基板処理システム１は、図１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１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１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１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１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２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の数や配置は、任意に選択できる。

これら現像装置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（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８０％〜６０％である。そして、ブロック共重合体は、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り、これら親水性ポリマーと疎水性ポリマーの化合物を溶剤により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３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上のレジストパターンに紫外線を照射して当該レジストパターンの表面を改質処理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。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。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。紫外線照射装置４１の構成については後述する。

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。

次に、上述した紫外線照射装置４１の構成について説明する。紫外線照射装置４１は、図４及び図５に示すように筐体１３０を有している。筐体１３０の側面には、ウェハＷの搬入出口１３１が形成されている。搬入出口１３１にはシャッター１３２が設けられており、シャッター１３２を閉鎖することで筐体１３０内を密閉できる。筐体１３０の搬入出口１３１と反対側の側面には排気口１３３が設けられている。排気口１３３には排気管１３４を介して排気機構１３５が接続されている。

筐体１３０内には、ウェハＷを吸着保持する、基板保持部としての載置台１４０と、載置台１４０に保持されたウェハＷに紫外線を照射する光源部１４１が設けられている。筐体１３０の底面には、筐体１３０内の一端側（図４中のＸ方向負方向側）から他端側（図４中のＸ方向正方向側）まで延伸するガイドレール１４２が設けられている。載置台１４０は、ガイドレール１４２上に設けられ、当該載置台１４０に内蔵された移動機構１４０ａによってガイドレール１４２に沿って移動できる。

載置台１４０の上方には、筐体１３０を上下に仕切る仕切板１４３が設けられており、光源部１４１は、仕切板１４３の上面に配置されている。光源部１４１は、長尺状のランプ１５０と、当該ランプ１５０を支持する支持体１５１とを有している。仕切板１４３のランプ１５０に対応する位置には開口が形成されており、ランプ１５０から照射される紫外線は仕切板１４３に遮られることなく鉛直下方に到達する。ランプ１５０から照射される紫外線の波長は、例えば１７２ｎｍである。

ランプ１５０は、例えばウェハＷの直径よりも長く構成されており、平面視において筐体１３０の中央付近に、ガイドレール１４２に直交する方向に延伸して配置されている。したがって、ウェハＷを載置した状態で載置台１４０をガイドレール１４２に沿って移動させることで、ランプ１５０の下方を、ウェハＷを横切らせることができる。

図６及び図７に示すように、載置台１４０の上面には、複数の吸引口１６０が例えば平面視においてランプ１５０の延伸する方向に沿って複数形成されている。各吸引口１６０は図示しない排気機構に接続されており、吸引口１６０を排気することで、載置台１４０の上面に載置されたウェハＷを吸着して保持することができる。また、ランプ１５０の延伸する方向に沿って形成された複数の吸引口１６０の一群は、例えば平面視においてランプ１５０と平行に等間隔に配置されている。

載置台１４０の上面であって吸引口１６０の一群の間には、ランプ１５０の延伸する方向に沿って、長尺状のピエゾ素子１６１が、ランプ１５０と平行な方向に等間隔で複数配列されている。ピエゾ素子１６１の上端面の高さは、載置台１４０の上面の高さ以下となるように、例えば載置台１４０の上面に埋め込まれた状態となっている。各ピエゾ素子１６１の上端面には、ウェハＷを支持するギャップピン１６２がそれぞれ設けられており、ギャップピン１６２の上端は載置台１４０の上面より均一な高さで上方に突出するようにピエゾ素子１６１の高さ方向の位置が調整されている。そのため、通常の状態では各ギャップピン１６２の高さは均一であるが、例えば複数のピエゾ素子１６１のうち、所定のピエゾ素子１６１に対して、図示しない電源から電圧を印加すると、電圧が印加されたピエゾ素子１６１が例えば上方に変位し、所定位置のギャップピン１６２のみを上方に移動させることができる。したがって、吸引口１６０によりウェハＷを吸着保持した状態で一部のピエゾ素子１６１のみに電圧を印加することで、ウェハＷとランプ１５０との相対的な距離を部分的に変動させることができる。かかる場合、ピエゾ素子１６１は、ウェハＷとランプ１５０とを相対的に且つ部分的に移動させる駆動機構として機能する。なお、ギャップピン１６２は必ずしも設ける必要はない。

また、載置台１４０の、吸引口１６０及びピエゾ素子１６１とは干渉しない位置には、当該載置台１４０を上下方向に貫通する複数の貫通孔１６３が形成されている。貫通孔１６３には、昇降ピン１６４がそれぞれ設けられている。昇降ピン１６４は、シリンダなどの昇降駆動機構（図示せず）によって上下動できる。昇降ピン１６４は、貫通孔１６３内を挿通して載置台１４０の上面に突出し、ウェハＷを支持して昇降できる。

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。なお、本実施の形態では、ウェハＷにコンタクトホールとしての貫通孔を形成する場合を例にして説明する。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、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。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。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、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、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。本実施の形態では、レジストパターン４０２は、平面視において円形状のホール部４０２ａが所定の配置で並んだパターンである。

次にウェハ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、先ず、ガイドレール１４２のシャッター１３２側の端部近傍に待機している載置台１４０にウェハＷが載置され、吸着保持される。それと共に、シャッター１３２が閉じられる。次に載置台１４０が光源部１４１側に移動を開始する。その後、載置台１４０上のウェハＷの光源部１４１側の端部がランプ１５０の下方を横切る例えば２秒程度前に、ランプ１５０により紫外線の照射を開始する。これによりウェハＷがランプ１５０の下方を横切る際に、ランプ１５０の照度を安定させておくことができる。

次いで、載置台１４０を一定の速度で図１０のＸ方向正方向側に移動させて、図１０に示すようにランプ１５０の下をウェハＷを通過させ、ウェハＷに紫外線を照射する。その後、載置台１４０をさらに移動させて、ウェハＷのシャッター１３２側の端部まで紫外線が照射されると、ランプ１５０を消灯して紫外線の照射を停止する。この紫外線の照射によりレジストパターン４０２の表面が改質処理され、レジストパターン４０２の表面の全面にわたって親水性を有するようになる。紫外線の照射を停止した後は、載置台１４０をシャッター１３２側に再び移動させる。次いで、シャッター１３２を開け、ウェハ搬送装置７０によりウェハＷを紫外線照射装置４１から搬出する。なお、この紫外線照射装置４１における処理の詳細については後述する。

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１１に示すようにウェハＷの反射防止膜４００及びレジストパターン４０２上にブロック共重合体４０３が塗布される。

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１２及び図１３に示すようにウェハＷ上のブロック共重合体４０３が、親水性ポリマー４０４と疎水性ポリマー４０５に相分離される。ここで、上述したように、ブロック共重合体４０３において親水性ポリマー４０４の分子量の比率は２０％〜４０％であり、疎水性ポリマー４０５の分子量の比率は８０％〜６０％である。また、紫外線照射装置４１での紫外線照射によりレジストパターン４０２の表面が全面にわたって親水化されている。そうすると、図１２に示すように、レジストパターン４０２の表面に親水性ポリマー４０４が引き寄せられると共に、親水性ポリマー４０４と隣り合って疎水性ポリマー４０５が配列される。その結果、図１３に示すように、レジストパターン４０２のホール部４０２ａ内に、円柱形状の親水性ポリマー４０４と円筒形状の疎水性ポリマー４０５が同心円状に相分離される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって再び紫外線照射装置４１に搬送される。紫外線照射装置４１では、ウェハＷに紫外線を照射することで、親水性ポリマー４０４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４０５であるポリスチレンを架橋反応させる。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって有機溶剤供給装置３１に搬送される。有機溶剤供給装置３１では、ウェハＷに例えば極性有機溶剤であるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が供給される。これにより、例えば図１４に示すように、紫外線照射で結合鎖が切断された親水性ポリマー４０４が選択的に溶解除去されて、疎水性ポリマー４０５によりホール状のパターンが形成される。

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。

その後、カセットＣは基板処理システム１の外部に設けられたエッチング処理装置（図示せず）に搬送され、例えば疎水性ポリマー４０５をマスクとして、中性層４０１、反射防止膜４００及びウェハＷがエッチング処理され、例えばウェハＷにコンタクトホールとしての貫通孔が形成される。なお、エッチング処理装置としては、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｃｈｉｎｇ）装置が用いられる。すなわち、エッチング処理装置では、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。

その後、ウェハＷは再びドライエッチング処理され、ウェハＷ上のレジストパターン４０２及び疎水性ポリマー４０５が除去され、一連のウェハ処理が終了する。

次に、紫外線照射装置４１でのウェハＷに対する紫外線照射について詳述する。

長尺状のランプ１５０による紫外線の照度分布は均一ではなく、例えば図１５に示すように、ランプ１５０の長さ方向において照度が変化する。図１５では、例えばランプ１５０の長さ方向に沿って、等間隔で丸数字の「１」〜「５」の５箇所で示される箇所の照度を、ランプ１５０の照度を５０ｍＷ／ｃｍ２〜７０ｍＷ／ｃｍ２の範囲で変化させた場合について測定した結果を示している。図１５によれば、いずれの照度の場合においても、ランプ１５０の両端部及び中央部（図１５中の丸数字「１」、「３」及び「５」）の照度が、それ以外の箇所（図１５中の丸数字「２」及び「４」）の箇所よりも低くなり、略Ｍ字状の照度分布となる傾向が見られた。また、照度が最大となる箇所と照度が最低となる箇所との間では、概ね２０％程度の照度差が生じている。

また、本発明者らによれば、レジストパターン４０２に対して紫外線を照射してレジストパターン４０２の表面を改質処理して親水化した場合、ドーズ量に応じてその後のブロック共重合体によるパターン形成に影響が出ることが確認された。具体的には、例えば図１６に示すように、ドーズ量を増加させるとホールそのものが形成されないという欠陥は減少するものの、ホールの形状が円形とならない欠陥が増加し、その反対に、ドーズ量を減少させるとホールそのものが形成されないという欠陥が増加し、ホールの形状が円形とならない欠陥は減少する。そして、両方の欠陥を最適化できるドーズ量の範囲は、例えば２８０（ｍｊ／ｃｍ２）の概ね±１０％以内の範囲である。したがって、ドーズ量はウェハＷ面内で高い均一性を要求されるが、図１５に示すように紫外線の照射量のばらつきが大きいと、ウェハＷの全面にわたってドーズ量を所望の値とすることができない。

そこで本実施の形態では、紫外線照射装置４１では、ランプ１５０の下をウェハＷが通過する際に、ランプ１５０の紫外線の照度のばらつきに対応してギャップピン１６２の高さ方向の位置を、ピエゾ素子１６１により調整する。具体的には、図１５に示す照度分布を有するランプ１５０を用いる場合、紫外線の照度が低い箇所（図１５の丸数字「１」、「３」及び「５」）に対応する部分のウェハＷをピエゾ素子１６１ａ、１６０ｃ、１６０ｅにより上方向に押圧して、ウェハＷの形状が、例えば図１７に示すように略Ｗ字状となるようにする。紫外線は酸素により吸収されるため、ウェハＷとランプ１５０との距離を近づけると酸素による紫外線の吸収量が減少してドーズ量が増加する。このように、ウェハＷとランプ１５０とを相対的に且つ部分的に移動させて、ウェハＷとランプ１５０との距離を部分的に調整するこうすることで、ランプ１５０の照度にばらつきがあっても、ウェハＷの表面におけるドーズ量のばらつきを低減させることができる。

紫外線照射装置４１における具体的な処理について説明すると、先ずウェハＷが載置台１４０に載置されて吸着保持された後であって、ウェハＷがランプ１５０の下方を横切るよりも前の任意のタイミングで、ピエゾ素子１６１によりウェハＷを部分的に押圧する。吸着保持後とするのは、ウェハＷが吸着されていない状態でピエゾ素子１６１を変形させても、ウェハＷを押圧できないためである。この際、ピエゾ素子１６１の変形量、即ちウェハＷとランプ１５０との間の相対的な距離の変化量は、例えば図１５に示すような、あらかじめ測定したランプ１５０の照度分布に基づいて決定される。

そして、図１０に示すように、ウェハＷをランプ１５０の下を通過させる際も、ピエゾ素子１６１により例えば図１７に示すようにウェハＷを部分的に押圧した状態とし、少なくとも、ウェハＷのシャッター１３２側の端部まで、即ちウェハＷの全面に紫外線が照射されまでこの状態を維持する。ウェハＷへの紫外線の照射が完了した後は、ピエゾ素子１６１によるウェハＷの部分的な押圧を停止し、それと共に、載置台１４０をシャッター１３２側に再び移動させて、紫外線照射装置４１における処理を終了する。

以上の実施の形態によれば、載置台１４０に吸着保持されたウェハＷをピエゾ素子１６１により部分的に押圧することで、ウェハＷと光源部１４１のランプ１５０との間の距離を部分的に変化させることができる。これにより、ウェハＷとランプ１５０との間に介在する酸素による紫外線の吸収量を部分的に調整し、ウェハ面内でのドーズ量を高い精度で調整することができる。その結果、ウェハＷ面内でのドーズ量を均一にし、面内均一なウェハ処理を行うことができる。

なお、以上の実施の形態では、図６に示されるように、ウェハＷの直径より長い複数のピエゾ素子１６１が等間隔に配置された場合を例にして説明したが、ピエゾ素子１６１の長さは本実施の形態に限定されるものではなく、ウェハＷとランプ１５０との相対的な距離を部分的に変動させることができれば、任意に設定が可能である。例えば、図１８に示すように、例えば各ピエゾ素子１６１の長さを、ピエゾ素子１６１に対応する位置におけるウェハＷの長さよりも長くなるように、異なる長さであってもよい。

また、吸引口１６０も、必ずしもランプ１５０と平行に配置する必要はなく、ピエゾ素子１６１によりウェハＷをランプ１５０側に押圧する際に、ウェハＷを適正に吸着保持できれば、その配置は任意に設定が可能である。

以上の実施の形態では、ピエゾ素子１６１によりウェハＷを押圧してウェハＷとランプ１５０との間の距離を部分的に調整することで、ウェハＷのドーズ量を調整したが、ウェハＷとランプ１５０との間の距離の部分的な調整方法は本実施の形態の内容に限定されない。例えば図１９に示すように、ランプ１５０に代えて複数の長尺状のランプ１７０を直列に配置し、各長尺状のランプ１７０を個別に昇降動させることで、ウェハＷとランプ１７０との間の距離を部分的に調整してもよい。かかる場合、各ランプ１７０に個別に昇降機構１７１を設け、各ランプ１７０を独立して昇降動させることが好ましい。その場合、載置台１４０にはピエゾ素子１６１を設ける必要はないが、ピエゾ素子１６１を設けていてもよい。ピエゾ素子１６１を設ける場合、例えば昇降機構１７１により概略の高さ方向の位置を調整し、ピエゾ素子１６１により微調整を行ってもよい。

また、以上の実施の形態では、載置台１４０でのウェハＷの吸着保持に吸引口１６０を用いたが、ウェハＷを吸着保持する手段は本実施の形態の内容に限定されるものではなく、例えば載置台として静電チャックを用いてウェハＷを吸着保持するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、ピエゾ素子１６１によりウェハＷを押圧する場合を例にして説明したが、ウェハＷの押圧はピエゾ素子１６１以外の機構により行っても良い。なお、本実施の形態で用いる１７２ｎｍの波長の紫外線は、例えば酸素濃度が約２０％である大気圧下においては、ウェハＷとランプ１５０との距離が１ｍｍ近づくと紫外線は約７５％に減衰し、２ｍｍ近づくと、約６０％に減衰する。そのため、ウェハＷの面内でドーズ量のばらつきを所望の精度とするには、ウェハＷとランプ１５０との間の距離が最も遠い部分と最も近い部分との差が概ね０．５ｍｍ以内となるように制御する必要がある。したがって、ウェハＷを押圧する駆動機構としては、μｍオーダーで制御できるピエゾ素子を用いることが好ましい。

また、以上の実施の形態では、ウェハＷとランプ１５０との間の距離を部分的に調整することで、ウェハＷとランプ１５０との間に介在する酸素による紫外線の吸収量を調整し、それによりウェハＷのドーズ量を調整したが、酸素による紫外線の吸収量を調整するという観点からは、例えばウェハＷとランプ１５０との間に介在する酸素の濃度を調整してもよい。かかる場合、例えば図２０及び図２１に示すように、例えば窒素を下方に向けて供給するガス供給管１８０を、載置台１４０の上方で、且つランプ１５０のシャッター１３２側であって当該ランプ１５０の近傍に複数配置してもよい。そして、ガス供給管１８０から窒素を供給することで、ランプ１５０の下方を横切って排気口１３３に向かって流れる窒素ガスの気流を形成できる。紫外線照射装置がこのような構成を有することで、例えばランプ１５０における紫外線の照度が低い領域に対応するガス供給管１８０から窒素を供給して、当該領域におけるウェハＷとランプ１５０との間の酸素濃度を低下させることができる。その結果、酸素による紫外線の吸収量を、窒素を供給していない領域よりも抑え、ウェハＷにおけるドーズ量を調整することができる。

また、ドーズ量をウェハＷの面内で均一にするという観点からは、例えば図２２に示すように、光源部１４１にウェハＷの直径よりも短いランプ１９０を一つ設置し、当該ランプ１９０をガイドレール１４２に直交する方向に水平に移動自在に構成してもよい。かかる場合、ウェハＷを吸着保持した載置台１４０を、シャッター１３２側から排気口１３３側に移動させながら、ウェハＷの面内における紫外線の照射時間が一定となるようにランプ１９０を移動させる。そうすることで、ウェハＷ面内におけるドーズ量を均一なものとすることができる。

なお、以上の実施の形態では、長尺状のランプ１５０の照度分布が略Ｍ字状である場合の例について説明したが、例えばランプ１５０の照度分布またはウェハＷのドーズ量の分布が概ね直線状の傾きを有する場合は、例えば載置台１４０を回転自在に構成し、ウェハＷをシャッター１３２側から排気口１３３側に移動させながら紫外線を照射した後にウェハを回転させて、さらに排気口１３３側からシャッター１３２側に移動する間に紫外線を照射するようにしてもよい。

かかる場合、先ずシャッター１３２側から排気口１３３側に移動させながら紫外線を照射することにより、ウェハＷ上のドーズ量が、例えば図２３に示すように、所定の傾きを有する状態となる。なお、図２３のウェハＷに記載された左右方向の線は、ウェハＷのドーズ量の高低を表し、例えば線の密度の高い部分はドーズ量が高く、線の密度の低い部分はドーズ量が低い状態を表している。次いで、ウェハＷを１８０度回転させ、載置台１４０を排気口１３３側からシャッター１３２側に移動させながらウェハＷに紫外線を照射する。こうすることで、図２４に示すように、ウェハＷ面内におけるドーズ量を均一化することができる、

また、長尺状のランプ１５０の照度分布が例えば左右対称である場合、例えば図２５に示すように載置台１４０をシャッター１３２側から排気口１３３側に移動させながら紫外線を照射した後、ウェハＷを９０度回転させる。その後、載置台１４０を排気口１３３側からシャッター１３２側に移動させながらウェハＷに紫外線を照射する。こうすることで、図２６に示すように、ウェハＷ面内におけるドーズ量を概ね均一化することができる、

以上の実施の形態では、光源部１４１から波長が１７２ｎｍの紫外線を照射することでレジストパターン４０２の改質処理を行ったが、当該改質処理には、例えば１７２ｎｍ以外の波長の紫外線を用いてもよく、また、紫外線に代えて電子線を用いてもよい。

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、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。また、紫外線照射の対象も、レジスト膜に限られず、例えばブロック共重合体によるパターン形成にあたり、親水性ポリマーを有機溶剤により選択的に処理するために、ブロック共重合体に紫外線を照射する場合などにも適用できる。

本発明は、例えばウェハに紫外線を照射して改質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 酸付着装置
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
３００ 制御部
４００ 反射防止膜
４０１ 中性層
４０２ レジストパターン
４０２ａ ホール部
４０３ ブロック共重合体
４０４ 親水性ポリマー
４０５ 疎水性ポリマー
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. 基板の表面に形成されたレジストパターンに対して紫外線を照射して、前記レジストパターンを改質処理する紫外線照射装置であって、
   基板を吸着保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板に波長が１７２ｎｍの紫外線を照射する光源部と、
   前記基板保持部に保持された基板と前記光源部とを相対的に且つ部分的に移動させて、当該基板と前記光源部との距離を部分的に調整する駆動機構と、を有し、
   前記光源部は、長尺状のランプを備え、
   前記基板保持部は、当該基板保持部を平面視において前記長尺状のランプが延伸する方向と直交する方向に移動させる移動機構を備えており、
   前記長尺状のランプは、複数の長尺状のランプを直列に配置して構成され、
   前記駆動機構は、前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動を、複数の前記ランプを個別に昇降動させることで行う昇降機構であることを特徴とする、紫外線照射装置。
2. 基板の表面に形成されたレジストパターンに紫外線を照射して、前記レジストパターンを改質処理する基板処理方法であって、
   複数のランプを直列に配置して構成された長尺状のランプを備えた光源部から、基板保持部に吸着保持された基板に、波長が１７２ｎｍの紫外線を照射し、
   前記基板保持部に保持された基板と前記光源部とを相対的に且つ部分的に移動させて、当該基板と前記光源部との距離を部分的に調整し、
   前記基板保持部に吸着保持された基板への紫外線の照射は、前記基板保持部を平面視において前記長尺状のランプが延伸する方向と直交する方向に移動させることで前記基板の全面に紫外線を照射し、
   前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動は、複数の前記ランプを個別に昇降動させることで行うことを特徴とする、基板処理方法。
3. 前記基板保持部に保持された基板と前記光源部との相対的で且つ部分的な移動は、予め求められた前記長尺状のランプの照度分布に応じて行われることを特徴とする、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 請求項２または３に記載の基板処理方法を紫外線照射装置によって実行させるように、当該紫外線照射装置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。
5. 請求項４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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