KR20120093093A

KR20120093093A - 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치

Info

Publication number: KR20120093093A
Application number: KR1020120014206A
Authority: KR
Inventors: 마꼬또 무라마쯔; 유리꼬 세이노
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-08-22
Also published as: JP2012166302A; JP5484373B2; US20120207940A1

Abstract

본 발명의 과제는 블록 공중합체를 사용하여 간편하게 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치를 제공하는 것이다.
적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과, 상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 자외광을 조사하는 스텝과, 자외광의 조사를 거친 상기 블록 공중합체의 막에 현상액을 공급하는 스텝을 포함하는 패턴 형성 방법이 제공된다.

Description

패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치{PATTERN FORMING METHOD AND PATTERN FORMING APPARATUS}

본 발명은, 자기 조직적(DSA) 리소그래피 기술에 관하고, 이것을 이용하는 형성 방법, 패턴 형성 장치 및 반도체 장치의 형성 방법에 관한 것이다.

최근, 대규모 집적회로(LSI)의 가일층의 고집적화 때문에, 예를 들어 16㎚와 같은 선 폭을 실현하는 것이 요구되고 있다. 그 실현을 위해서는, 예를 들어 13.5㎚의 파장을 갖는 극단 자외광(EUV)을 사용한 EUV 노광 장치를 이용하는 것이 생각되지만, EUV 노광 장치는 아직 실용화되어 있지 않고, 또한, 실용화된 경우라도 상당한 비용 증가가 염려되고 있다.

따라서, 그러한 노광 장치를 필요로 하지 않는, 블록 공중합체를 이용한 자기 조직적 리소그래피 기술이 널리 연구되고 있다. 자기 조직적 리소그래피 기술에 있어서는, 우선, 예를 들어 A 폴리머 사슬과 B 폴리머 사슬이 말단끼리 결합한 블록 공중합체가 기판에 도포된다. 다음으로, 기판을 가열하면, 서로 랜덤으로 고용(固溶)하고 있던 A 폴리머 사슬과 B 폴리머 사슬이 상분리하고, A 폴리머 영역과 B 폴리머 영역이 반복적으로 배열된다. 계속하여, A 폴리머 영역과 B 폴리머 영역의 어느 하나를 제거하여 블록 공중합체를 패터닝함으로써, 소정의 패턴을 갖는 마스크가 형성된다.

일본 특허 출원 공개 제2005-29779호 공보(단락 0078)

K.W.Guarini, et al., "Optimization of Diblock Copolymer Thin Film Self Assembly", Advanced Materials, 2002, 14, No.18, September 16, pp.1290-1294.(p.1290, ll.31-51)

블록 공중합체의 패터닝에는 예를 들어 산소 플라즈마가 이용되는 경우가 있다. A 폴리머 사슬 및 B 폴리머 사슬의 화학적 성질에 따라, 산소 플라즈마에 의해 제거(탄화)되는 속도가 다르기(소정의 선택비를 갖고 있음) 때문에, 블록 공중합체를 산소 플라즈마에 쬐임으로써, 한쪽을 제거할 수 있다.

그러나 A 폴리머 사슬도 B 폴리머 사슬도 유기물이기 때문에, 선택비를 크게 하는 것이 어렵다. 예를 들어 A 폴리머 사슬이 폴리스티렌(polystyrene:PS)이며, B 폴리머 사슬이 폴리메틸메타크릴레이트[poly(methyl methacrylate):PMMA]인 블록 공중합체[poly(styrene-block-methyl methacrylate):PS-b-PMMA]에 있어서는, PS:PMMA의 선택비는 1:2 정도에 지나지 않는다.

또한, 열처리에 의해 PS 영역과 PMMA 영역이 규칙적으로 배열되는 것은, 각각의 영역의 폭의 2배에 상당하는 두께 정도까지이기 때문에, 예를 들어 15㎚의 영역 폭으로 PS와 PMMA를 배열시키기 위해서는, 기판 상에 도포되는 블록 공중합체의 두께는 30㎚ 정도로 하지 않을 수 없다. 여기서, 30㎚의 두께를 갖는 블록 공중합체 중의 PMMA 영역을 산소 플라즈마에 의해 제거하면, 기판 상에 남는 PS 영역의 두께는 불과 15㎚ 정도가 되어버린다. 이것으로는, 규칙적인 패턴을 갖는 PS 영역을 에칭 마스크로서 사용할 수 없는 사태가 된다.

한편, 산소 플라즈마를 사용하지 않는 패터닝 방법도 제안되어 있다. 예를 들어 특허 문헌 1에서는, 기판 상에 도포된 블록 공중합체에 대하여, 전자선, γ선, 또는 X선 등의 에너지선을 조사하고, 조사된 블록 공중합체를 수계 용매나 유기 용매로 린스하는 방법이 검토되어 있다. 이 방법은, 상분리한 PS-b-PMMA에 에너지선을 조사하면, PMMA의 주쇄가 절단되어, 유기 용제에 녹기 쉬워지는 성질을 이용하고 있다. 또한, 비특허 문헌 1에는, PS-b-PMMA에 대하여 자외광을 조사하고, 아세트산에 의해 PMMA를 제거하는 방법이 제안되어 있다.

그러나 에너지선을 기판에 조사하기 위해서는 장치가 대규모가 되고, 예를 들어 아세트산 등의 산을 사용하는 경우에는, 산 공급을 위한 새로운 공급 설비가 필요해진다.

본 발명은, 상기한 사정에 비추어, 블록 공중합체를 사용하여 간편하게 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치를 제공한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과, 상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 자외광을 조사하는 스텝과, 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 현상액을 공급하는 스텝을 포함하는 패턴 형성 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 기판을 지지하여 회전하는 기판 회전부와, 상기 기판 회전부에 지지되는 상기 기판에, 블록 공중합체를 포함하는 도포액을 공급하는 도포액 공급부와, 상기 블록 공중합체의 막이 형성된 상기 기판을 가열하는 가열부와, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 자외광을 조사하는 광원과, 상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 현상액을 공급하는 현상액 공급부를 구비하는 패턴 형성 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 전자선 포토레지스트에 의해 형성되는 포토레지스트막을 패터닝하고, 전자선 포토레지스트로 형성되는 복수의 제1 라인을 형성하는 스텝과, 상기 제1 라인의 사이의 스페이스를, 적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막으로 메우는 스텝과, 상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과, 가열된 상기 블록 공중합체의 막에 자외광을 조사하는 스텝과, 자외광의 조사를 거친 상기 블록 공중합체의 막에 현상액을 공급하는 스텝을 포함하는, 패턴 형성 방법이 제공된다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 블록 공중합체를 사용하여 간편하게 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법의 원리를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법의 제1 실시예를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법의 제2 실시예를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 도면.
도 6은 도 5에 계속하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 패턴 형성 장치를 도시하는 개략 사시도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 패턴 형성 장치를 도시하는 개략 상면도.
도 9는 도 7 및 도 8에 도시하는 패턴 형성 장치의 처리 스테이션 내를 도시하는 개략 사시도.
도 10은 도 7 및 도 8에 도시하는 패턴 형성 장치의 도포 유닛을 설명하는 설명도.
도 11은 도 7 및 도 8에 도시하는 패턴 형성 장치의 자외광 조사 유닛을 설명하는 설명도.
도 12는 도 11의 자외광 조사 유닛의 서셉터를 도시하는 개략 상면도.
도 13은 도 11의 자외광 조사 유닛의 변형예를 설명하는 설명도.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법에 있어서의 패턴 형상의 자외광 도즈량 의존성을 나타내는 전자 현미경상.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부 도면에 있어서는, 동일한 또는 대응하는 부품 또는 부재에는, 동일한 또는 대응하는 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.

<제1 실시 형태>

도 1로부터 도 5까지를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법에 대해 설명한다. 이 방법에 있어서는, 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 한정되는 일 없이, 예를 들어 톨루엔, 프로필렌글리콜?모노메틸에테르?아세테이트(PGMEA) 등이면 된다.

다음으로, 예를 들어 스핀 도포법에 의해 기판(S) 상에 도포액을 도포하면, 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된다. 이 막(21)에 있어서는, 도 1의 (a)의 삽입도에 모식적으로 도시하는 바와 같이, PS 폴리머와 PMMA 폴리머가 서로 혼합하고 있다.

계속하여, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)이 형성된 기판(S)을 히터 플레이트(HP) 상에 두고, 소정의 온도로 가열하면, PS-b-PMMA에 상분리가 발생한다. 이에 의해, 도 1의 (b)의 삽입도에 도시하는 바와 같이, PS 영역(DS)과 PMMA 영역(DM)이 교대로 배열하게 된다. 여기서, PS의 분자 길이의 정수배로 영역 DS의 폭이 결정되고, PMMA의 분자 길이의 정수배로 영역 DM의 폭이 결정되기 때문에, PS-b-PMMA의 막(21)에 있어서는, 영역 DS 및 영역 DM이 동등한 피치(영역 DS의 폭＋영역 DM의 폭)로 반복하여 배열된다. 또한, PS 분자의 중합수에 의해 PS 영역(DS)의 폭이 결정되고, PMMA 분자의 중합수에 의해 PMMA 영역(DM)의 폭이 결정되기 때문에, 중합수의 조정에 의해, 원하는 패턴을 결정할 수 있다.

가열 종료 후, 도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 기판(S) 상의 PS-b-PMMA의 막(21)에 대하여 대기 중에서 자외광이 조사된다. 자외광의 광원(L)으로서는, 자외광 영역에 속하는 파장을 발하는 한에 있어서, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 파장 185㎚와 파장 254㎚에 강한 피크를 갖는 자외광을 발하는 저압 자외 램프(저압 수은등), 파장 172㎚의 단일 파장광을 발하는 Xe 엑시머 램프, 또는 파장 222㎚의 단일 파장광을 발하는 KrCl 엑시머 램프가 바람직하다. 또한, Xe 엑시머 램프 및 KrCl 엑시머 램프를 사용하여, 파장 172㎚의 자외광과 파장 222㎚의 자외광을 동시에 또는 교대로 PS-b-PMMA의 막(21)에 조사해도 된다. 또한, PS-b-PMMA의 광흡수성을 고려하여, 흡수되는 파장 영역의 자외광을 PS-b-PMMA의 막(21)에 조사해도 된다. 그러한 자외광을 얻기 위해, 예를 들어 원 자외 영역으로부터 진공 자외 영역에 걸쳐 비교적 브로드한 발광 스펙트럼을 갖는 램프와, 예를 들어 약 230㎚의 파장보다 긴 파장을 차폐하는 파장 커트 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 자외광이 조사되면, 자외광과, 분위기 중의 산소 또한/또는 물에 의해 PMMA가 산화되어, 현상액에 대한 가용성이 발생한다고 생각된다.

다음으로, 도 1의 (d)에 도시하는 바와 같이, PS-b-PMMA의 막(21)에 대하여 현상액(DL)이 공급된다. 현상액(DL)으로서는, 포토리소그래피 기술에 있어서, 노광된 포토레지스트막의 현상에 사용될 수 있는 현상액이면 되고, 예를 들어 수산화 테트라메틸암모늄(TMAH)인 것이 바람직하다. 자외광에 의해 개질된 PMMA는 현상액에 대한 가용성을 갖고 있기 때문에, PMMA가 선택적으로 현상액 중에 녹기 시작한다.

또한, 도 1의 (d)에서는, 기판(S)을 정지한 채 막(21)에 대하여 현상액을 공급하고 있고, 공급된 현상액은, 표면 장력에 의해 막(21) 상에 저류하고 있지만, 기판(S)을 회전하면서 현상액을 공급해도 된다. 단, 기판(S)을 회전하면서 현상액을 공급하면, 현상액은 기판(S) 상을 외주를 향해 흐르기 때문에, 이 흐름에 의해(현상액에 녹지 않고 남아야 함) PS 영역(DS)이 흘러가게 되어버릴 우려가 있다. 따라서, 기판(S)을 정지한 채 현상액을 공급하는 것이 바람직하다.

소정의 시간이 경과한 후, 린스액에 의해 현상액(DL)을 씻어버리고, 기판(S)의 표면을 건조하면, 도 1의 (e)에 도시하는 바와 같이, PS 영역(DS)으로 이루어지는 패턴이 형성된다. 여기서, 린스액은, 예를 들어 탈이온수(DIW)이면 되지만, 건조 시에 PS 영역(DS)이 쓰러지지 않도록, DIW의 표면 장력보다도 작은 표면 장력을 갖는 액체이면 바람직하다. 그러한 액체로서는, 알코올[예를 들어 메틸알콜, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 등]이나 계면 활성제가 있다.

PMMA 폴리머는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 카르복실기(-COOH)와 메틸기(-CH₃) 사이의 탄소(C) 원자와 메틸렌기(-CH₂-)의 C 원자가 화학 결합함으로써, -CH₂C(CH₃)(COOCH₃)-가 중합한 구조를 갖고 있다. 여기서 자외광이 조사되면, 자외광의 에너지가 케톤기(＞C＝O)에 작용하고, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, C 원자간의 화학 결합이 끊어져, 알칸산 에스테르가 발생한다. 현상 시에는, 현상액 중에 포함되는 H₂O에 의해 알칸산 에스테르가 가수 분해하여 알칸산이 발생한다[도 2의 (c)]. 알칸산은 TMAH에 녹기 때문에, TMAH에 의해 PMMA 폴리머가 제거되게 된다. 한편, PS-b-PMMA 중의 PS에는 케톤기는 없고, 노광에 의해도 에스테르화가 일어나지 않기 때문에, PS는 TMAH에는 녹지 않는다. 이상의 이유에 의해, PMMA가 선택적으로 제거된다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법에서는, 케톤기를 갖지 않는 A 폴리머와, 케톤기를 갖는 B 폴리머로 구성되는 블록 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법을 설명한다. 또한, 이하, 종래의(포토레지스트, 포토마스크 등을 사용함) 포토리소그래피 기술과의 유추로부터, PS-b-PMMA막으로의 자외광의 조사를 노광이라 하고, 현상액에 의한 패터닝을 현상이라 하는 경우가 있다.

<제1 실시예>

우선, PS-b-PMMA의 도포액을 준비했다. 이 도포액은, 예를 들어 톨루엔을 용매로서 사용하고, 이 용매에 PS-b-PMMA를 녹임으로써 제작했다. 도포액 중의 PS-b-PMMA의 고형 성분 농도는 2체적％였다. 스핀 코터에 의해, 이 도포액을 기판 상에 도포하여, 기판 상에 PS-b-PMMA의 막(두께 약 60㎚)을 형성했다.

PS-b-PMMA의 막이 형성된 기판을 핫플레이트 상에서 약 240℃의 온도에서, 약 2분간 가열하고, 냉각 후, 저압 수은등을 사용하여 PS-b-PMMA의 막에 자외광을 약 15분간 조사했다. 이때의 자외광의 조사 강도(도즈량)는, 저압 수은등으로부터의 자외광 중의 파장 254㎚의 피크에서 5.4J/㎠ 정도였다. 저압 수은등으로부터의 자외광 중의 파장 185㎚의 피크의 강도는, 파장 254㎚의 피크의 강도의 100분의 1 정도이기 때문에, 파장 185㎚의 피크에서의 도즈량은 54mJ/㎠이다. 또한, 저압 수은등과 기판(PS-b-PMMA의 막) 사이의 거리(D)[도 1의 (b) 참조]는 약 17㎜로 했다.

노광 후, PS-b-PMMA의 막이 형성된 기판에 TMAH(2.38％)를 적하하고, PS-b-PMMA의 막 상에 TMAH를 둔 채 약 20초간 방치했다. 그 후, TMAH를 씻어버리고, 기판 표면을 IPA로 세정하고, 건조시켰다.

이상의 수순에 의해 얻어진 시료를 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3의 (a)는, 도포 후의 PS-b-PMMA막의 SEM상을 나타내고, 도 3의 (b)는, 노광 후의 PS-b-PMMA막의 SEM상을 나타내고, 도 3의 (c)는, 현상 후의 PS-b-PMMA막의 SEM상을 나타내고 있다. 또한, 각 도면에 있어서, 상측으로부터 하측의 순서로 표면상, 측면상 및 사시상이 나타내져 있다.

도 3의 (a)의 표면상을 참조하면, PS-b-PMMA막은 도포 후에는 똑같은 표면 모폴러지를 나타내고 있다. 그러나 노광 후에는, 도 3의 (b)의 표면상과 같이, 지문 형상의 패턴이 보이게 된다. 또한 도 3의 (c)의 표면상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 현상 후에는 PMMA가 제거되어, 지문 형상의 패턴이 명료하게 관찰되고 있다. 또한, 도 3의 (c)의 사시도에 가장 잘 나타내져 있는 바와 같이, 현상 후의 지문 형상의 패턴은, 잔존하는 PS의 라인(L_i)과, PMMA가 제거되어 생긴 스페이스(S_p)로 구성되어 있다. 또한, 라인(L_i)의 두께는 약 31㎚이다. 즉, 얻어진 패턴은, 하지층에 대한 에칭 마스크로서 기능할 수 있는 정도의 두께를 갖을 수 있다.

또한, PS-b-PMMA의 PS 영역과 PMMA 영역을 소정의 패턴(즉 회로 패턴)으로 배열시키기 위해서는, PS-b-PMMA가 도포되는 하지층의 표면에 가이드 패턴이 형성되지만, 본 실시예에 있어서는, 가이드 패턴을 형성하지 않고 PSb-PMMA가 도포되어 있다. 이로 인해, 도 3의 (c)와 같이, 지문 형상의 패턴이 형성되어 있다. 지문 형상이기는 하지만, 이 패턴에 있어서의 라인(잔존하는 PS의 영역)의 폭 및 스페이스(제거된 PMMA의 영역)의 폭은 거의 일정하다. 이것은, 상술한 바와 같이, PS 및 PMMA의 분자 길이에 의해 폭이 결정되어 있기 때문이다.

<제2 실시예>

다음으로, 제1 실시예와 마찬가지로 PS-b-PMMA막을 형성하고, 가열하고, 저압 수은등 대신에 Xe 엑시머 램프(발광 파장 172㎚)로 노광하고, TMAH로 현상한 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4의 (a)의 사시상 및 도 4의 (b)의 단면상에 나타내는 바와 같이, Xe 엑시머 램프를 사용한 경우라도, 지문 형상의 패턴이 형성되는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법에 따르면, 가열에 의해 상분리가 발생하고, PS 영역 및 PMMA 영역이 규칙적으로 배열된 PS-b-PMMA 블록 공중합체의 막을 자외광에 의해 노광하고, 현상액에 의해 현상함으로써, PS 영역을 라인으로 하는 패턴을 형성할 수 있다. 자외광에 의한 노광은, 예를 들어 저압 수은등이나 엑시머 램프를 사용하여 대기 중에서 행하면 되기 때문에, 대규모 장치를 필요로 할 일이 없다. 또한, 현상액을 사용하여 현상할 수 있기 때문에, 기존의 설비를 크게 변경하는 일 없이 이용할 수 있고, 저비용으로 간편한 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다. 또한, 자외광에 의한 노광과 현상액에 의한 현상에 대하여, PS 영역이 내성을 갖기 때문에, 에칭 마스크로서 이용하는데 충분한 두께를 갖는 패턴이 얻어진다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법에 대해, 라인 폭 및 스페이스 폭이 모두 12㎚인 라인?앤드?스페이스?패턴을 갖는 에칭 마스크를 제작하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 5의 (a)를 참조하면, 기판(S) 상에 박막(12) 및 포토레지스트막(13)이 이 순서로 적층되어 있다. 기판(S)은, 반도체(예를 들어 실리콘) 기판뿐만 아니라, 반도체 소자나 배선에 대응한 도전막, 이들을 절연하는 절연막이 형성된 기판이어도 된다.

박막(12)은, 이후에 설명하는 바와 같이 에칭의 대상이며, 예를 들어 산화 실리콘(SiO), 질화 실리콘(SiN), 또는 산질화 실리콘(SiNO) 등의 절연막, 비정질 실리콘(α-Si) 또는 폴리 실리콘(poly-Si)과 같은 도전막을 예를 들어 기상 퇴적법에 의해 퇴적함으로써 형성된다. 본 실시 형태에서는, 박막(12)은 SiN으로 형성되어 있다. 또한, 박막(12)의 두께는, 예를 들어 20 내지 200㎚이면 된다.

포토레지스트막(13)은, 본 실시 형태에 있어서는, 전자선에 대하여 감도를 갖는 네거티브형의 전자선 레지스터를 박막(12) 상에 도포함으로써 형성된다.

다음으로, 포토레지스트막(13)에 대하여, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 전자선을 조사함으로써 포토레지스트막(13)을 노광하고, 노광된 포토레지스트막(13)을 유기 용매로 현상함으로써, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트 패턴(13a)이 얻어진다. 본 실시 형태에서는, 포토레지스트 패턴(13a)은, 예를 들어 30㎚의 라인 폭과 132㎚의 스페이스 폭을 갖고 있다.

도 5의 (c)를 참조하면, 포토레지스트 패턴(13a)의 스페이스가, PS-b-PMMA 블록 공중합체의 막(21)에 의해 매립되어 있다. 이 막(21)은, 박막(12) 상에 포토레지스트 패턴(13a)이 형성된 기판(S) 상에, PS-b-PMMA의 도포액을 도포함으로써 형성된다. 도포 후의 PS-b-PMMA의 막(21) 내에서는, PS 폴리머와 PMMA 폴리머가 서로 혼합하고 있다.

다음으로, 기판(S)을 가열하면, PS-b-PMMA가 상분리를 일으키고, 막(21) 내에는, 도 6의 (d)에 모식적으로 도시하는 바와 같이 PS 영역(DS)과 PMMA 영역(DM)이 형성된다. 도시한 바와 같이, 포토레지스트 패턴(13a)의 스페이스 내에는, PMMA 영역 및 PS 영역이 교대로 배열되어 있다. 이러한 배열은, 친수성을 갖는 PMMA 폴리머가, 친수성을 갖는 포토레지스트 패턴(13a)의 측벽에 우선적으로 흡착하는 성질에 의해 자기 조직적으로 실현된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스페이스 내에 배열하는 PMMA 영역 및 PS 영역은 각각 12㎚의 폭을 갖고 있다. 이것은, 도포액 중의 PMMA 폴리머 및 PS 폴리머의 중합도를 조정함으로써 실현된다.

이 후, 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서 설명한 바와 같이 자외광을 사용한 노광과 TMAH를 사용한 현상을 행하면, 도 6의 (e)에 도시하는 바와 같이, PS 영역(DS)이 남게 된다. PS 영역(DS) 및 PMMA 영역(DM)의 폭은 상술한 바와 같이 약 12㎚이므로, 결과적으로, 약 12㎚의 라인 폭과 약 12㎚의 스페이스 폭을 갖는 라인?앤드?스페이스?패턴(P)이 형성된다. 또한, 노광 후의 PS-b-PMMA를 TMAH로 현상할 때, 전자선 레지스터로 형성된 포토레지스트 패턴(13a)이 TMAH에 대한 내성을 갖고 있기 때문에, TMAH에 녹는 일은 거의 없다.

계속하여, 라인?앤드?스페이스?패턴(P)을 에칭 마스크로서 박막(12)을 에칭하면, 도 6의 (f)에 도시하는 바와 같이, 약 30㎚의 라인 폭 및 약 132㎚의 스페이스 폭을 갖는 패턴과, 이 패턴의 스페이스에 있어서, 약 12㎚의 라인 폭 및 약 12㎚의 스페이스 폭을 갖는 패턴으로 패터닝된 박막(12a)이 얻어진다.

이상, 본 실시 형태에 따르면, 전자선 레지스터를 도포하고, 전자선으로 노광함으로써, 포토레지스트 패턴(13a)을 형성한 후, PS-b-PMMA의 도포액을 도포하고, 가열하고, 자외광으로 노광하고, TMAH로 현상함으로써, 포토레지스트막의 전자선 노광에 의해서도 실현이 어려운, 약 12㎚의 라인 폭과 약 12㎚의 스페이스 폭을 갖는 라인?앤드?스페이스?패턴(P)이 형성된다. 포토레지스트 패턴(13a)의 사이에 형성되는 PS 영역에 의한 라인은, 그 폭이 PS의 분자 길이로 결정되기 때문에, LWR(Line Width Roughness)이 저감된다고 하는 이점이 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 도 7로부터 도 10까지를 참조하면서, 제1 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법 및 제2 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법의 실시를 하는데 적합한, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 패턴 형성 장치에 대해 설명한다. 도 7은, 본 실시 형태에 따른 패턴 형성 장치(100)를 도시하는 개략 사시도이며, 도 8은, 패턴 형성 장치(100)를 도시하는 개략 상면도이다. 도시한 바와 같이, 패턴 형성 장치(100)는, 카세트 스테이션(S1), 처리 스테이션(S2) 및 인터페이스 스테이션(S3)을 갖고 있다.

카세트 스테이션(S1)에는, 카세트 스테이지(21)와 반송 아암(22)(도 8)이 설치되어 있다. 카세트 스테이지(21)에는, 복수매(예를 들어 25매)의 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼)(W)를 수용 가능한 웨이퍼 카세트(C)[이하 「카세트(C)」라고 함]가 놓인다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태는, 카세트 스테이지(21)에는 4개의 카세트(C)를 배열하여 둘 수 있다. 이하의 설명에 있어서, 카세트(C)가 배열되는 방향을, 편의상, X 방향으로 하고, 이것에 직교하는 방향을 Y 방향으로 한다.

반송 아암(22)은, 카세트 스테이지(21) 상에 놓이는 카세트(C)와 처리 스테이션(S2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위해, 승강 가능, X 방향으로 이동 가능, Y 방향으로 신축 가능, 연직축 둘레에 회전 가능하게 구성되어 있다.

처리 스테이션(S2)은, 카세트 스테이션(S1)에 대하여, 그 ＋Y 방향측에 결합되어 있다. 처리 스테이션(S2)에는, Y 방향을 따라 2개의 도포 유닛(32)이 배치되고, 이들 위에는 현상 유닛(31)과 자외광 조사 유닛(40)이 Y 방향으로 이 순서대로 배치되어 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 도포 유닛(32) 및 현상 유닛(31)에 대하여 X 방향측에 선반 유닛(R1)이 배치되고, 도포 유닛(32) 및 자외광 조사 유닛(40)에 대하여 X 방향측에 선반 유닛(R2)이 배치되어 있다. 선반 유닛(R1 및 R2)에는, 후술하는 바와 같이 웨이퍼에 대하여 행해지는 처리에 대응한 처리 유닛(도시 안됨)이 적층되어 있다. 처리 스테이션(S2)의 대략 중앙에는, 주반송 기구(MA)(도 8)가 설치되어 있고, 주반송 기구(MA)는 아암(71)을 갖고 있다. 아암(71)은, 도포 유닛(32), 현상 유닛(31), 자외광 조사 유닛(40) 및 선반 유닛(R1 및 R2)의 각 처리 유닛에 액세스하기 위해, 승강 가능, X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능, 연직축 둘레에 회전 가능하게 구성되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 선반 유닛(R1)에는, 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 유닛(61)과, 웨이퍼(W)를 냉각하는 냉각 유닛(62), 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 세로 방향으로 배열되어 있다. 또한, 선반 유닛(R2)에는, 웨이퍼(W)를 가열하고, 이어서 냉각하는 복수의 CHP 유닛(66)(Chilling Hot Plate Process Station)과, 웨이퍼(W)가 일시적으로 놓이는 스테이지를 갖는 패스 유닛(67) 등이 세로 방향으로 배열되어 있다. 또한, 선반 유닛(R1 및 R2)에 있어서의 각 유닛의 종류 및 배열은, 도 9에 도시하는 것에 한하지 않고, 다양하게 변경해도 된다.

다음으로, 도 10을 참조하면서 도포 유닛(32)에 대해 설명한다. 도시한 바와 같이, 도포 유닛(32)은, 웨이퍼(W)를 흡착하여 보유 지지하고, 구동 기구(35)에 의해 상하 이동 및 회전이 가능한 스핀 척(34)과, 스핀 척(34)에 의해 보유 지지되는 웨이퍼(W)에 대하여, 도포액을 공급하는 약액 공급 노즐(38)과, 스핀 척(34)에 보유 지지되는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 설치되고, 웨이퍼(W) 상에 공급되어 회전에 의해 웨이퍼(W) 표면으로부터 비산하는 도포액을 수취하는 컵(33)을 구비한다. 약액 공급 노즐(38)은, 지지 샤프트(38S)에 의해 회전 가능하고, 이에 의해 약액 공급 노즐(38)의 선단부(36)는, 컵(33)의 외측의 소정의 위치(홈 위치)와, 스핀 척(34)에 보유 지지되는 웨이퍼(W)의 중앙 상방 위치(공급 위치)에 배치될 수 있다. 선단부(36)에는, 도포액 공급 튜브(37)의 일단부가 접속되고, 도포액 공급 튜브(37)의 타단부는 약액 탱크(39)가 접속되어 있다. 약액 탱크(39)에는, 예를 들어 PS-b-PMMA를 유기 용매에 용해한 용액(도포액)이 저류되어 있다.

약액 공급 노즐(38)의 선단부(36)가 홈 위치에 있을 때에, 주반송 기구(MA)의 아암(71)(도 8)이, 스핀 척(34)의 상방까지 웨이퍼(W)를 반입하면, 스핀 척(34)이 구동 기구(35)에 의해 상향으로 이동하여 아암(71)으로부터 웨이퍼(W)를 수취한다. 아암(71)이 퇴출한 후에, 스핀 척(34)이 구동 기구(35)에 의해 하향으로 이동함으로써, 웨이퍼(W)가 컵(33) 내에 수용된다. 스핀 척(34)에 의해 웨이퍼(W)가 소정의 회전 속도로 회전함과 동시에, 약액 공급 노즐(38)의 선단부(36)가 홈 위치로부터 공급 위치까지 회전하고, 도포액 공급 튜브(37)를 통해 공급되는 도포액을 웨이퍼(W) 상에 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 블록 공중합체의 막이 형성된다.

또한, 스핀 척(34)에 의해 웨이퍼(W)를 회전하는 경우에는, 웨이퍼(W) 상에 도포액을 공급하는 스텝, 소정의 막 두께로 되도록 도포액을 넓히는 스텝, 도포액을 건조시키는 스텝 등에 따라, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 적절하게 변경해도 되는 것은, 웨이퍼(W) 상에 포토레지스트액을 공급하여 포토레지스트막을 형성하는 경우와 마찬가지이다.

또한, 본 실시 형태에 따른 패턴 형성 장치(100)에서는, 2개의 도포 유닛(32)의 한쪽을 블록 공중합체의 막을 형성하기 위해 사용하고, 다른 쪽을 포토레지스트막을 형성하기 위해 사용해도 된다. 또한, 도포 유닛(32)에, 2개의 약액 공급 노즐(38)을 설치하고, 한쪽을 약액 탱크(39)에 접속하여 도포액을 공급하기 위해 사용하고, 다른 쪽을 포토레지스트 탱크(도시하지 않음)에 접속하여 포토레지스트액을 공급하기 위해 사용해도 된다. 본 실시 형태에 있어서는, 포토레지스트액은, 제2 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 전자선 포토레지스트이다.

현상 유닛(31)은, 약액 탱크(39)에 현상액(예를 들어 TMAH)이 저류되어 현상액이 공급되는 점을 제외하고, 도포 유닛(32)과 동일한 구성을 갖고 있다. 이로 인해, 현상 유닛(31)에 대한 설명을 생략한다.

다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 처리 스테이션(S2)의 ＋Y 방향측에는 인터페이스 스테이션(S3)이 결합되고, 인터페이스 스테이션(S3)의 ＋Y 방향측에는 노광 장치(200)가 결합되어 있다. 인터페이스 스테이션(S3)에는 반송 기구(76)(도 8)가 배치되어 있다. 반송 기구(76)는, 처리 스테이션(S2) 내의 선반 유닛(R2)의 패스 유닛(67)(도 9)과 노광 장치(200) 사이에서 웨이퍼(W)를 반입출하기 위해, 승강 가능, X 방향으로 이동 가능, Y 방향으로 신축 가능, 연직축 둘레에 회전 가능하게 구성되어 있다.

다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하면서 자외광 조사 유닛(40)을 설명한다. 도 11은, 자외광 조사 유닛(40)을 도시하는 개략 측면도이다. 도시한 바와 같이, 자외광 조사 유닛(40)은, 웨이퍼(W)가 수용되는 웨이퍼 챔버(51)와, 웨이퍼 챔버(51) 내에 수용된 웨이퍼(W)에 대하여 자외광을 조사하는 광원 챔버(52)를 갖고 있다.

웨이퍼 챔버(51)는, 하우징(53)과, 하우징(53)의 천장부에 설치되어 자외광이 투과 가능한 투과창(54)과, 웨이퍼(W)가 놓이는 서셉터(57)를 구비한다. 투과창(54)은, 예를 들어 석영 글래스에 의해 형성되어 있다.

서셉터(57)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 원판 형상의 플레이트(57p)와, 플레이트(57p)의 표면에 설치되는 예를 들어 적외(또는 원적외)광을 발하는 복수의 발광 소자(62)와, 플레이트(57p)의 표면에 설치되고, 웨이퍼(W)를 지지하는 복수의 지지 핀(58)을 갖고 있다. 원판 형상의 플레이트(57p)는, 웨이퍼(W)와 동등하거나 또는 약간 큰 직경을 갖고 있고, 바람직하게는, 높은 열전도율을 갖는 열전도율, 예를 들어 탄화규소(SiC)나 알루미늄에 의해 형성된다.

발광 소자(62)는, 전원(63)(도 11)으로부터 공급되는 전력에 의해, 적외(또는 원적외)광을 방사하고, 이에 의해, 지지 핀(58)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)를 가열한다. 발광 소자(62)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 플레이트(57p)에 대하여 동심원 형상의 복수의 원의 원주 상에 소정의 간격으로 배치되어 있다. 발광 소자(62)의 배치는, 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있도록, 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도를 모니터하고, 소정의 온도로 유지하기 위해, 예를 들어 방사 온도계 및 온도 조정기(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.

복수의 지지 핀(58)은, 웨이퍼(W)가 과도하게 가열되는 것을 억제하고, 가열 후의 웨이퍼(W)의 냉각을 촉진하는 기능을 갖고 있다. 이로 인해, 지지 핀(58)은, 예를 들어 100W/(m?k) 이상의 높은 열전도율을 갖는 재료, 예를 들어 탄화규소(SiC)로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도시한 예에서는, 지지 핀(58)은, 플레이트(57p)에 대하여 대략 동심원 형상의 3개의 원의 원주 상에 배치되어 있다. 웨이퍼(W)로부터 서셉터(57)로의 열전도를 촉진하기 위해, 도시한 예에 한하지 않고, 더욱 다수의 지지 핀(58)을 설치해도 된다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 베이스 플레이트(55)의 내부에는, 냉각수의 유수로(55a)가 형성되어 있다. 그리고 유수로(55a)에는 냉각수 공급 장치(61)에 의해 냉각수가 공급되고, 베이스 플레이트(55) 전체가 소정의 온도로 냉각된다. 또한, 베이스 플레이트(55) 상에 설치되어 서셉터(57)을 지지하는 지주(56)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 웨이퍼 챔버(51)는, 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)를 구비하고 있다. 또한, 웨이퍼 챔버(51)에는 반송구(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 이것을 통하여, 주반송 기구(MA)의 아암(71)에 의해 웨이퍼(W)가 웨이퍼 챔버(51) 내로 반입되고, 웨이퍼 챔버(51)로부터 반출된다. 또한, 반송구에는 예를 들어 게이트 밸브(도시하지 않음)가 설치되고, 이에 의해 반송구가 개폐된다.

한편, 웨이퍼 챔버(51)의 상방에 배치되는 광원 챔버(52)는, 자외광을 조사하기 위한 자외광의 광원(L)과, 광원(L)에 전력을 공급하는 전원(72)을 구비하고 있다. 광원(L)은 하우징(73)에 수용되어 있다. 광원(L)은, 상술한 바와 같이, 예를 들어 저압 수은등이나 엑시머 램프로 구성하면 된다. 구체적으로는, 광원(L)에는, 복수의 저압 수은등이 나란하게 설치되어도 되고, 엑시머 램프가 나란하게 설치되어도 된다. 하우징(73)의 저부에는 광원(L)으로부터 방출되는 자외광을 웨이퍼 챔버(51)에 투과시키기 위해, 조사창(74)이 설치되어 있다. 조사창(74)은, 예를 들어 석영 글래스에 의해 형성된다. 광원(L)으로부터 방출되는 자외광이, 조사창(74)을 통해 웨이퍼 챔버(51)를 향해 방사되고, 웨이퍼 챔버(51)의 투과창(54)을 투과한 자외광이 웨이퍼(W)에 조사된다.

상기한 바와 같이 구성되는 자외광 조사 유닛(40)에 있어서는, 도포 유닛(32)에서 웨이퍼(W) 상에 형성된 PS-b-PMMA의 막이 이하와 같이 노광되고, 현상된다. 즉, PS-b-PMMA의 막이 형성된 웨이퍼(W)가, 주반송 기구(MA)의 아암(71)에 의해 웨이퍼 챔버(51)에 반입되고, 승강 핀(59)에 의해 수취되어, 서셉터(57) 상의 지지 핀(58)에 놓인다.

다음으로, 서셉터(57)의 발광 소자(62)에 전력이 공급되고, 발광 소자(62)로부터 적외(또는 원적외)광이 방사되고, 이에 의해, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 소정의 시간 경과 후, 발광 소자(62)로의 전력 공급을 정지하면, 웨이퍼(W)의 열이, 지지 핀(58) 및 플레이트(57p)를 통해 베이스 플레이트(55)로 전해지고, 웨이퍼(W)가 예를 들어 실온(약 23℃) 정도까지 냉각된다.

웨이퍼(W)가 실온 정도가 된 후, 전원(72)으로부터 광원(L)에 전력이 공급되고, 광원(L)으로부터 자외광이 방사된다. 자외광은, 광원 챔버(52)의 조사창(74)과 웨이퍼 챔버(51)의 투과창(54)을 통하여, 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. 또한, 자외광의 도즈량은 「조도×조사 시간」으로 결정되기 때문에, PS-b-PMMA의 막의 노광에 필요한 도즈량을 미리 구해 두고, 자외광의 조도에 따라 조사 시간을 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 조사 시간은 수 초 내지 수 분이라도 된다.

소정 시간의 자외광 조사 후, 웨이퍼(W)는, 웨이퍼(W)의 반입 시와 역의 수순에 의해, 자외광 조사 유닛(40)으로부터 반출된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 현상 유닛(31)으로 반송되고, 여기서 예를 들어 PS-b-PMMA의 막이 현상되고, PS 영역에 의해 구성되는 패턴이 얻어진다.

다음으로, 자외광 조사 유닛(40)의 변형예에 대해 도 13을 참조하면서 설명한다. 변형예에 따른 자외광 조사 유닛에 있어서는, 자외광 조사 유닛(40)과 비교하면, 웨이퍼 챔버(51)가 상이하고, 광원 챔버(52)는 동일하다. 이하에서는, 웨이퍼 챔버를 중심으로 설명한다.

도 13을 참조하면, 변형예의 자외광 조사 유닛의 웨이퍼 챔버(510)는, 상부 하우징(53T)과 하부 하우징(53B)을 갖고 있다. 상부 하우징(53T)은, 도시하지 않은 시일 부재(예를 들어 O링)에 의해 하부 하우징(53B)의 상부 테두리에 놓이고, 이에 의해 상부 하우징(53T)과 하부 하우징(53B)이 밀폐된다. 한편, 상부 하우징(53T)은, 그 상방에 배치되는 광원 챔버(52)와 함께 상방으로 이동 가능하며, 상방으로 이동했을 때에 웨이퍼가 웨이퍼 챔버(510)로 반입된다. 또한, 상부 하우징(53T)의 내주면에는, 링 형상을 갖음과 동시에, 당해 내주면을 향해 하향으로 경사진 가이드 부재(53G)가 설치되어 있다. 가이드 부재(53G)는, 웨이퍼(W)에 공급되고, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 외측으로 날려지는 도포액이나 현상액(후술)을 하부 하우징(53B)으로 안내하는 기능을 갖고 있다. 또한, 하부 하우징(53B)으로 안내된 도포액이나 현상액은, 하부 하우징(53B)의 저부에 형성된 배출구(53D)로부터 배출된다.

하부 하우징(53B)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 회전하는 웨이퍼 회전부(340)와, 웨이퍼 회전부(340)를 회전하는 구동부(M)가 설치되어 있다. 웨이퍼 회전부(340)는, 중앙부에 개구를 갖는 원환 형상의 플레이트 부재(34a)와, 플레이트 부재(34a)의 이면측에 있어서 중앙부의 개구의 개구 테두리에 설치되는 중공의 원통 형상의 베이스부(34b)와, 플레이트부(34a)의 외주로부터 솟아오르는 원통 형상의 원주부(34c)를 갖고 있다. 원주부(34c)는, 웨이퍼(W)의 외경보다도 약간 큰 내경을 갖고, 상부에는, 원주부(34c)로부터 내측으로 연장되는 갈고리부(34S)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 원주부(34c)에는, 12개의 갈고리부(34S)가 소정의 간격으로 설치되어 있다. 이들 갈고리부(34S)는 웨이퍼(W)의 이면 주연부에 접하고, 이에 의해 웨이퍼(W)가 지지된다. 또한, 갈고리부(34S)는, 예를 들어 주반송 기구(MA)의 아암(71)에 의해 웨이퍼(W)를 수취하기 때문에, 상하 이동 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

구동부(M)는 웨이퍼 회전부(340)의 베이스부(34b)를 둘러싸도록 하부 하우징(53B)의 저면 상에 배치되어 있다. 구동부(M)는 베이스부(34b)를 회전 가능하게보유 지지하고, 이에 의해 웨이퍼 회전부(340)와, 웨이퍼 회전부(340)에 지지되는 웨이퍼(W)를 회전할 수 있다.

하부 하우징(53B)의 저면 중앙에는 개구가 설치되고, 이 개구에는 원통 부재(53C)가 설치되어 있다. 원통 부재(53C)의 내공간에는, 지지 부재(620S)가 삽입되고, 원통 부재(53C)의 내면에 대하여 소정의 부재에 의해 고정되어 있다. 지지 부재(620S)의 상단부에는, 가열부(620)가 배치되어 있다. 가열부(620)는, 웨이퍼(W)의 외경과 동등하거나 약간 큰 외경을 갖고 있다. 가열부(620)는, 편평한 바닥이 있는 원통 형상을 갖고 있고, 저면에는 복수의 발광 소자(62)가 배치되어 있다. 발광 소자(62)에는, 도시하지 않은 전원[전원(63)에 상당]이 접속되어 있다. 또한, 가열부(620)의 상단부에는, 적외(또는 원적외)광을 투과하는 투과창(620W)이 배치되어 있다.

또한, 웨이퍼 챔버(510)에는, 웨이퍼 회전부(340)에 지지되는 웨이퍼(W)에 대하여, 블록 공중합체(PS-b-PMMA)의 도포액을 공급하는 도포액 공급 노즐(38A)과, 현상액(예를 들어 TMAH)을 공급하는 현상액 공급 노즐(38B)이 설치되어 있다. 도포액 공급 노즐(38A) 및 현상액 공급 노즐(38B)은, 도 10에 도시하는 약액 공급 노즐(38)과 마찬가지로 구성되어 있고, 웨이퍼(W)의 외측의 홈 위치[도 13에서 실선으로 나타내는 노즐(38A, 38B)의 위치]와, 웨이퍼(W)의 중앙 상방의 공급 위치[도 13에서 점선으로 나타내는 노즐(38A, 38B)의 위치]에 왕복 가능하다.

이상의 구성에 따르면, 상부 하우징(53T) 및 광원 챔버(52)가 상방으로 이동했을 때에, 웨이퍼(W)가, 예를 들어 주반송 기구(MA)의 아암(71)에 의해 웨이퍼 챔버(510)에 반입되어, 웨이퍼 회전부(340)에 의해 수취된다. 상부 하우징(53T) 및 광원 챔버(52)가 강하하고, 하부 하우징(53B)의 상부 테두리에 놓인 후, 구동부(M)에 의해 웨이퍼 회전부(340) 및 웨이퍼(W)가 회전함과 동시에, 도포액 공급 노즐(38A)이 홈 위치로부터 공급 위치로 이동하여 웨이퍼(W) 상에 도포액을 공급하고, 홈 위치로 복귀된다. 회전에 의해 도포액이 웨이퍼(W) 상에 소정의 두께로 넓혀지고, 블록 공중합체의 막이 형성된 후, 웨이퍼 회전부(340)가 정지한다.

계속하여, 발광 소자(62)에 대하여 전력이 공급되고, 발광 소자(62)로부터의 적외(또는 원적외)광에 의해 웨이퍼(W)가 조사되어, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 소정의 시간 경과 후, 발광 소자(62)로의 전력 공급을 정지한다. 이 가열에 의해, 블록 공중합체의 막 내에는, PS 영역과 PMMA 영역이 배열된다.

다음으로, 광원 챔버(52)의 광원(L)에 대하여 전원(72)(도 11)으로부터 전력이 공급되고, 광원(L)으로부터의 자외광이 웨이퍼(W)에, 소정의 시간, 조사된다. 이에 의해, 블록 공중합체의 막이 노광된다.

계속하여, 현상액 공급 노즐(38B)이, 홈 위치로부터 공급 위치로 이동하여 웨이퍼(W) 상에 현상액을 공급한다. 공급된 현상액은, 웨이퍼(W)의 표면 전체면으로 넓혀지고, 표면 장력에 의해 소정의 두께로 웨이퍼(W)의 표면 상에 저류된다. 웨이퍼(W)의 표면 상에 저류되는 현상액에, PMMA 영역이 녹기 시작하여, 블록 공중합체가 현상(패터닝)된다. 이 후, 웨이퍼 회전부(340)에 의해 웨이퍼(W)가 회전함으로써, 웨이퍼(W)의 표면 상에 저류되는 현상액이 제거됨과 동시에, 도시하지 않은 린스액 공급 노즐로부터 린스액이 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면이 세정된다.

또한, 웨이퍼 챔버(510)에 인접하여 냉각 기구(도시하지 않음)를 설치하고, 웨이퍼(W)를 가열한 후에, 상부 하우징(53T)을 상승시켜 웨이퍼(W)를 냉각 기구로 반입하고, 냉각 기구에 있어서 웨이퍼(W)를 냉각해도 된다.

이상과 같이, 변형예의 자외광 조사 유닛은, 블록 공중합체의 형성, 노광 및 현상의 일련의 프로세스가 실시된다고 하는 이점을 갖고 있다.

마지막으로, PS-b-PMMA로부터 제작한 패턴(PS 영역)의 자외광의 도즈량 의존성에 대해 조사한 실험 및 그 결과를 설명한다. 이 실험에서는, 6매의 기판 상에, 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 PS-b-PMMA막을 형성하고, 가열함으로써 제작한 6개 시료를, 대응하는 6가지의 도즈량으로 저압 수은등을 사용하여 노광하고, 노광한 PS-b-PMMA막을 TMAH(2.38％)로 현상했다. 그 결과를 도 14에 나타낸다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 약 4.1J/㎠ 내지 약 5.1J/㎠의 범위의 도즈량(저압 수은등으로부터의 자외광 중의 파장 254㎚의 피크)에 의해 양호한 패턴이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도즈량이 상기한 범위보다도 작은 경우에는, 노광 후의 PMMA 영역이 TMAH에 의해 충분하게 제거되지 않고, 도즈량이 상기한 범위보다 큰, 예를 들어 6.9J/㎠나 8.6J/㎠의 경우에는, 남은 PS 영역의 두께가 얇아지는 경향에 있다. 상술한 제1 실시예에 있어서의 결과를 고려하면, 저압 수은등을 사용하여 PS-b-PMMA막을 노광하는 경우, 그 도즈량으로서는 약 4.0J/㎠ 내지 약 5.5J/㎠의 범위의 도즈량이 바람직하다고 생각할 수 있다.

또한, 상기한 범위를, 저압 수은등으로부터의 자외광 중의 파장 185㎚의 피크에 있어서의 도즈량으로 환산하면, 파장 185㎚의 피크의 강도가 파장 254㎚의 피크의 강도의 100분의 1 정도이기 때문에, 약 40mJ/㎠ 내지 약 55mJ/㎠까지가 된다.

이상, 몇 개의 실시 형태 및 실시예를 참조하면서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 한정되는 일 없이, 첨부한 특허청구의 범위에 비추어, 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.

예를 들어, 노광 후의 블록 공중합체(PS-b-PMMA)를 현상하는 현상액으로서는, TMAH에 한하지 않고, 수산화 칼륨을 포함하는 현상액을 사용할 수 있다. 또한, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 및 IPA의 혼합액을 이용하여 노광 후의 블록 공중합체(PS-b-PMMA)를 현상해도 된다.

제3 실시 형태에 있어서는, 서셉터(57)[변형예에 있어서는 가열부(620)]에 발광 소자(62)가 설치되어 있지만, 블록 공중합체의 막이 형성되는 웨이퍼(W)를 가열하기 위해, 발광 소자(62)가 아닌, 서셉터(57)[가열부(620)]에 전열 히터를 설치해도 된다. 또한, 서셉터(57) 내에 유체 유로를 형성하고, 온도 조정한 유체를 흘림으로써, 서셉터(57) 상의 웨이퍼(W)를 가열해도 된다. 또한, 발광 소자(62)는, 서셉터(57)[가열부(620)]가 아닌, 광원 챔버(52)에 설치하고, 조사창(74) 및 투과창(54)을 통해 웨이퍼(W)에 적외(또는 원적외)광을 조사해도 된다. 또한, 광원 챔버(52)에 적외선 램프를 설치해도 된다. 또한, 광원(L) 내에 발광 소자 또는 적외선 램프를 설치해도 된다.

제3 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 챔버(51)의 서셉터(57) 상의 발광 소자(62)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한 후, 웨이퍼(W)를 실온 정도까지 냉각하고나서, 광원(L)으로부터 자외광을 웨이퍼(W)에 조사하는 경우를 설명했지만, 웨이퍼(W)를 가열한 채 자외광을 조사해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 강온 중에 자외광을 조사해도 된다.

또한, 웨이퍼 챔버(51) 내의 대기 중의 산소의 농도나 습도를 조정하기 위해, 산소 가스 공급관이나, 예를 들어 질소 가스나 청정 공기로 순수(純水)를 버블링하여 수증기를 공급하는 공급관을 웨이퍼 챔버(51)에 설치해도 된다.

또한, 패턴 형성 장치(100)의 가열 유닛(61) 또는 CHP 유닛(66)은, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 블록 공중합체(PS-b-PMMA)의 막을 가열하기 위해 사용해도 된다.

제3 실시 형태에 있어서의 자외광 조사 유닛(40 또는 400)의 광원(L)으로서 엑시머 램프를 사용하는 경우에는, 복수의 Xe 엑시머 램프(발광 파장 172㎚)와 복수의 KrCl 엑시머 램프(발광 파장 222㎚)를 교대로 나란하게 설치해도 된다. 이 경우, Xe 엑시머 램프와 KrCl 엑시머 램프를 동시에 점등해도 되고, 교대로 점등해도 된다. 또한, 파장 172㎚의 자외광은, 대기에 흡수되기 쉽기 때문에, 대기 중에서 예를 들어 5㎜의 거리만큼 투과한 경우라도 광 강도는 10％ 정도까지 감쇠해버린다. 이로 인해, Xe 엑시머 램프를 사용하는 경우에는, 이 램프와 기판 사이의 간격(D)(도 1)은, 저압 수은등을 사용하는 경우에 비해 짧게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 실시 형태에 있어서는 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 예를 들어 플랫 패널 디스플레이용의 글래스 기판을 사용해도 된다.

S : 기판
12 : 박막
13 : 포토레지스트막
21 : 블록 공중합체의 막
S1 : 카세트 스테이션
S2 : 처리 스테이션
S3 : 인터페이스 스테이션
31 : 현상 유닛
32 : 도포 유닛
40, 400 : 자외광 조사 유닛
51, 510 : 웨이퍼 챔버
52 : 광원 챔버
58 : 지지 핀
62 : 발광 소자
DL : 현상액
DS : PS 영역
DM : PMMA 영역
HP : 핫플레이트
L : 광원
W : 웨이퍼

Claims

적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막을 기판에 형성하는 스텝과,
상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과,
가열된 상기 블록 공중합체의 막에 자외광을 조사하는 스텝과,
자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 현상액을 공급하는 스텝을 포함하는, 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 조사하는 스텝에 있어서, 자외광의 광원으로서 저압 자외 램프가 사용되는, 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 조사하는 스텝에 있어서, 자외광의 광원으로서 Xe 엑시머 램프 및 KrCl 엑시머 램프의 양쪽 또는 어느 한쪽이 사용되는, 패턴 형성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2종류의 폴리머의 하나가 케톤기를 포함하고, 다른 하나가 케톤기를 포함하지 않는, 패턴 형성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2종류의 폴리머의 하나가 폴리스티렌이며, 다른 하나가 폴리메틸메타크릴레이트인, 패턴 형성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상액이 수산화 테트라메틸암모늄인, 패턴 형성 방법.
기판을 지지하여 회전하는 기판 회전부와,
상기 기판 회전부에 지지되는 상기 기판에, 블록 공중합체를 포함하는 도포액을 공급하는 도포액 공급부와,
상기 블록 공중합체의 막이 형성된 상기 기판을 가열하는 가열부와,
가열된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 자외광을 조사하는 광원과,
상기 자외광이 조사된 상기 블록 공중합체의 막에 대하여 현상액을 공급하는 현상액 공급부를 구비하는, 패턴 형성 장치.
제7항에 있어서, 상기 가열부가, 적외광 또는 원적외광을 발하는 복수의 발광 소자를 포함하는, 패턴 형성 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 광원이 저압 자외 램프를 포함하는, 패턴 형성 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 광원이, Xe 엑시머 램프 및 KrCl 엑시머 램프의 양쪽 또는 어느 한쪽을 포함하는, 패턴 형성 장치.
전자선 포토레지스트에 의해 형성되는 포토레지스트막을 패터닝하고, 전자선 포토레지스트로 형성되는 복수의 제1 라인을 형성하는 스텝과,
상기 제1 라인의 사이의 스페이스를, 적어도 2종류의 폴리머를 포함하는 블록 공중합체의 막으로 메우는 스텝과,
상기 블록 공중합체의 막을 가열하는 스텝과,
가열된 상기 블록 공중합체의 막에 자외광을 조사하는 스텝과,
자외광의 조사를 거친 상기 블록 공중합체의 막에 현상액을 공급하는 스텝을 포함하는, 패턴 형성 방법.
제11항에 있어서, 상기 조사하는 스텝에 있어서, 저압 자외 램프로부터의 자외광이 상기 블록 공중합체의 막에 조사되는, 패턴 형성 방법.
제11항에 있어서, 상기 조사하는 스텝에 있어서, Xe 엑시머 램프 및 KrCl 엑시머 램프의 양쪽 또는 어느 한쪽으로부터의 자외광이 상기 블록 공중합체의 막에 조사되는, 패턴 형성 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2종류의 폴리머의 하나가 케톤기를 포함하고, 다른 하나가 케톤기를 포함하지 않는, 패턴 형성 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2종류의 폴리머의 하나가 폴리스티렌이며, 다른 하나가 폴리메틸메타크릴레이트인, 패턴 형성 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상액이 수산화 테트라메틸암모늄인, 패턴 형성 방법.