特許 5726807 パターン形成方法、パターン形成装置、及びコンピュータ可読記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5726807

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】パターン形成方法、パターン形成装置、及びコンピュータ可読記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/40 20060101AFI20150514BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/40 511

   H01L21/30 502D

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-99223(P2012-99223)

(22)【出願日】2012年4月24日

(65)【公開番号】特開2013-228492(P2013-228492A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2014年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(72)【発明者】

【氏名】村松 誠

(72)【発明者】

【氏名】北野 高広

(72)【発明者】

【氏名】冨田 忠利

(72)【発明者】

【氏名】田内 啓士

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１８７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１１１６９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２３５４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 R. Tiron et al.，Pattern density multiplication by direct self assembly of block copolymers: Towards 300nm CMOS requi，Proceedings of SPIE，英国，SPIE，２０１２年 ２月１２日，8323，83230O-1

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／４０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上にフォトレジスト膜を形成するステップと、
前記フォトレジスト膜をパターンニングしてフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンの表面を平滑化するステップと、
前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体による膜を形成するステップと、
前記膜が形成された前記基板を加熱するステップと、
前記少なくとも２種類のポリマーを選択的に除去するステップと
を含み、
前記平滑化するステップの後に、前記フォトレジストパターンに対して所定の表面処理を行うステップを更に含み、
前記表面処理が、前記フォトレジストパターンを親水化する親水化処理であり、
前記親水化処理が、大気雰囲気下において前記フォトレジストパターンに対して紫外光を照射するステップを含む、パターン形成方法。

【請求項2】

基板上にフォトレジスト膜を形成するステップと、
前記フォトレジスト膜をパターンニングしてフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンの表面を平滑化するステップと、
前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体による膜を形成するステップと、
前記膜が形成された前記基板を加熱するステップと、
前記少なくとも２種類のポリマーを選択的に除去するステップと
を含み、
前記平滑化するステップの後に、前記フォトレジストパターンに対して所定の表面処理を行うステップを更に含み、
前記表面処理が、前記フォトレジストパターンを親水化する親水化処理であり、
前記親水化処理が、前記フォトレジストパターンに対してシランカップリング剤の溶液を供給するステップを含む、パターン形成方法。

【請求項3】

基板上にフォトレジスト膜を形成するステップと、
前記フォトレジスト膜をパターンニングしてフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンの表面を平滑化するステップと、
前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体による膜を形成するステップと、
前記膜が形成された前記基板を加熱するステップと、
前記少なくとも２種類のポリマーを選択的に除去するステップと
を含み、
前記平滑化するステップが、
前記フォトレジストパターンに対する溶解性を有する溶剤を供給するステップと、
前記溶剤が供給された前記フォトレジストパターンを加熱するステップと
を含む、パターン形成方法。

【請求項4】

前記平滑化するステップが
前記フォトレジストパターンに対して酸性溶液を供給するステップと、
前記酸性溶液が供給された前記フォトレジストパターンを加熱することにより、前記フォトレジストパターンの表面に可溶層を形成するステップと、
前記可溶層を溶解するステップと
を含む、請求項１または２のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項5】

前記加熱するステップに引き続いて前記膜に対して紫外光を照射するステップを更に含み、
前記除去するステップにおいて、前記紫外光が照射された前記膜中の前記少なくとも２種類のポリマーが選択的に溶解される、請求項１から４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項6】

基板にフォトレジストを供給し、当該基板上にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成部と、
露光された前記フォトレジスト膜を現像してフォトレジストパターンを形成する現像部と、
前記フォトレジストパターンを平滑化するフォトレジスト処理部と、
前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を供給し、当該基板上に前記ブロック共重合体の膜を形成する膜形成部と、
前記膜を加熱する加熱部と、
加熱部により加熱された前記膜に対して紫外光を照射する紫外光照射部と、
紫外光が照射された前記膜に対して溶剤を供給して、前記少なくとも２種類のポリマーの一方を溶解させる溶剤供給部と、
前記フォトレジスト処理部により平滑化された前記フォトレジストパターンに対して紫外光を照射する紫外光光源と、を備えるパターン形成装置。

【請求項7】

前記紫外光光源が、前記フォトレジスト処理部に設けられる、請求項６に記載のパターン形成装置。

【請求項8】

請求項１から５のいずれか一項に記載のパターン形成方法を、請求項６または７のいずれか一項に記載のパターン形成装置に実行させるコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自己組織的（ＤＳＡ）リソグラフィー技術に関し、この技術を利用するパターン形成方法、パターン形成装置、及びパターン形成装置にパターン形成方法を実施させるコンピュータプログラムを格納するコンピュータ可読記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

ブロック共重合体が自己組織的に配列する性質を利用した自己組織的リソグラフィー技術の実用化が検討されている（例えば特許文献１及び２、並びに非特許文献１）。自己組織的リソグラフィー技術においては、まず、例えばＡポリマー鎖とＢポリマー鎖とを含むブロック共重合体の溶液が基板に塗布され、ブロック共重合体による薄膜が形成される。次に、基板を加熱すると、薄膜中で互いにランダムに固溶していたＡポリマー鎖とＢポリマー鎖とが相分離し、規則的に配列されるＡポリマー領域とＢポリマー領域とが形成される。

【0003】

このような規則的な配列は、親和力によってＡポリマーどうしが集まり、Ｂポリマーどうしが集まる性質により実現される。しかしながら、そのような性質に依存するだけでは、Ａポリマー領域とＢポリマー領域とが安定的に配列されず、所望のパターンが得られない場合がある。そこで、Ａポリマー及びＢポリマーが所望のパターンに配列するのを補助又は促進するため、Ａポリマー及びＢポリマーをガイドするガイドパターンが利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２９７７９号公報

【特許文献2】特開２００７−１２５６９９号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】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)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ガイドパターンとして、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジストパターンが用いられる場合がある。ここで、フォトレジストパターンの側面に凹凸があると、ブロック共重合体のパターンにも凹凸が反映される場合がある。また、フォトレジストパターンの側面の凹凸があると、例えば２つのポリマーのうちのフォトレジストパターンの側面には吸着し難いはずのポリマーが、例えば凸部に吸着してしまい、Ａポリマー領域とＢポリマー領域との交互配列が妨げられることにもなり得る。

【0007】

また、ブロック共重合体によりホールを形成する場合には、まずホールを含むフォトレジストパターンがガイドパターンとして形成される。次に、そのホールをブロック共重合体で埋め込み、加熱すると、一方のポリマーにより、ホールの内面に沿ったシリンダ形状部が形成され、他方のポリマーにより、シリンダ形状部の中空部を埋めるピラー形状部が形成される。ピラー形状部を除去すると、シリンダ形状部を構成する一方のポリマーよるホールが形成される（いわゆるホールシュリンク）。ここで、フォトレジストパターンのホール内面に凹凸があると、ブロック共重合体が相分離せずに、シリンダ形状部とピラー形状部とが形成されない場合がある。

【0008】

本発明は、上記の事情に照らし、ブロック共重合体を構成する異なるポリマーが所望のパターンに配列するのを促すことが可能なパターン形成方法、パターン形成装置、及びコンピュータ可読記憶媒体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、基板上にフォトレジスト膜を形成するステップと、前記フォトレジスト膜をパターンニングしてフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンの表面を平滑化するステップと、前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体による膜を形成するステップと、前記膜が形成された前記基板を加熱するステップと、前記少なくとも２種類のポリマーを選択的に除去するステップとを含み、前記平滑化するステップの後に、前記フォトレジストパターンに対して所定の表面処理を行うステップを更に含み、前記表面処理が、前記フォトレジストパターンを親水化する親水化処理であり、前記親水化処理が、大気雰囲気下において前記フォトレジストパターンに対して紫外光を照射するステップを含む、パターン形成方法が提供される。

【0010】

本発明の第２の態様によれば、基板にフォトレジストを供給し、当該基板上にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成部と、露光された前記フォトレジスト膜を現像してフォトレジストパターンを形成する現像部と、前記フォトレジストパターンを平滑化するフォトレジスト処理部と、前記フォトレジストパターンが平滑化された前記基板に、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体を供給し、当該基板上に前記ブロック共重合体の膜を形成する膜形成部と、前記膜を加熱する加熱部と、加熱部により加熱された前記膜に対して紫外光を照射する紫外光照射部と、紫外光が照射された前記膜に対して溶剤を供給して、前記少なくとも２種類のポリマーの一方を溶解させる溶剤供給部と、前記フォトレジスト処理部により平滑化された前記フォトレジストパターンに対して紫外光を照射する紫外光光源と、を備えるパターン形成装置が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態によれば、ブロック共重合体を構成する異なるポリマーが所望のパターンに配列するのを促すことが可能なパターン形成方法、パターン形成装置、及びコンピュータ可読記憶媒体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法を説明する説明図である。

【図2】図１に引き続いて、本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法を説明する説明図である。

【図3】図２に引き続いて、本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法を説明する説明図である。

【図4】本発明の第２の実施形態によるパターン形成方法を説明する説明図である。

【図5】本発明の第３の実施形態によるパターン形成方法を説明する説明図である。

【図6】本発明の実施形態によるパターン形成方法を実施する際に好適に使用され得るフォトレジスト処理装置を示す概略側面図である。

【図7】図６に示すフォトレジスト処理装置を示す概略上面図である。

【図8】図６に示すフォトレジスト処理装置における溶剤供給ノズルを示す斜視図である。

【図9】本発明の実施形態によるパターン形成方法を実施する際に好適に使用され得る液処理装置を示す概略側面図である。

【図10】本発明の実施形態によるパターン形成方法を実施する際に好適に使用され得る紫外光照射装置を示す概略側面図である。

【図11】図６に示すフォトレジスト処理装置、図９に示す液処理装置、及び図１０に示す紫外光照射装置が組み込まれるパターン形成装置を示す概略斜視図である。

【図12】図１１に示すパターン形成装置の概略上面図である。

【図13】図１１に示すパターン装置の処理ステーションを示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

（第１の実施形態）
図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法を説明する。図１（ａ）から図３（ｊ）は、このパターン形成方法により処理される基板（例えば半導体ウエハ）の各ステップにおける一部断面図である。なお、図１（Ｂ）は、図１（ｂ）に対応する上面図であり、図１（Ｂ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図が図１（ｂ）に相当する。同様の関係は、図１（Ｄ）と図１（ｄ）との間、図２（Ｅ）と図２（ｅ）との間にもある。

【0015】

（フォトレジストパターン形成工程）
始めに、図１（ａ）に示すように、半導体ウエハＷ（以下、ウエハＷという）にフォトレジストが塗布され、フォトレジスト膜ＰＲが形成される。次に、所定のパターンを有するフォトマスク（不図示）によりフォトレジスト膜ＰＲが露光され、現像されると、図１（ｂ）に示すように、フォトレジストパターンＰが得られる。フォトレジストパターンＰは、本実施形態においては、所定の方向に所定の間隔をあけてほぼ平行に延びる複数のラインＬを有している。フォトレジストパターンＰは、後述するブロック共重合体（以下、ＢＣＰと記す場合がある）によるパターンを形成する際のガイドパターンとして機能する。なお、ラインＬの側面には、図１（Ｂ）に示すように起伏（凹凸）が生じる場合がある。このような起伏が生じる原因の一つとして、フォトレジスト膜ＰＲを露光する際の露光光の干渉を挙げることができる。

【0016】

なお、フォトレジストパターンＰの形成には、通常のスピンコータ、加熱装置、露光装置、及び現像装置を使用できる。

【0017】

（フォトレジストパターン平滑化工程）
次に、フォトレジストパターンＰが形成されたウエハＷに対して溶剤気体ＳＶが供給され、ラインＬが溶剤気体ＳＶに晒される（図１（ｃ））。溶剤気体に晒されると、ラインＬの表面（側面、上面）に溶剤気体が取り込まれ、図１（ｄ）に模式的に示すようにラインＬの表面が溶解し膨潤することとなる。なお、液体溶剤は、所定の容器内に貯留される溶剤をキャリアガスによりバブリングすることによって得ることができる。溶剤としては、フォトレジストパターンＰに対して溶解性を有する限りにおいて限定されることはなく、例えばアセトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、Ｎメチル２ピロリジノン（ＮＭＰ）のいずれかであって良く、これらの混合液であっても良い。また、上述のキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスを用いることができる。

【0018】

次に、図２（ｅ）に示すように、例えば光Ｘ_Ｌの照射によりウエハＷを加熱すると、ラインＬの膨潤した表面から溶剤が蒸発し、その結果、表面が収縮し硬化する。ラインＬの側面には上述のように起伏があるが、ラインＬの表面が溶剤気体を吸収し膨潤すると、膨潤した部分に生じる表面張力により、起伏が平滑化される（図１（Ｄ）参照）。その後、ウエハＷが加熱されると、膨潤した部分は平滑化されたまま硬化するため、フォトレジストパターンＰの形成後に比べて、ラインＬの側面は平滑化されている（図２（Ｅ）参照）。

【0019】

（ＤＳＡパターン形成工程）
フォトレジストパターンＰが形成されたウエハＷが室温（例えば約２３℃）にまで冷却された後、例えばポリスチレン（ＰＳ）−ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ブロック共重合体（以下、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）を有機溶媒に溶解した溶液（塗布液とも言う）が、例えばスピン塗布法によりウエハＷ上に塗布される。これにより、図２（ｆ）に示すように、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１が形成される。この膜２１においては、ＰＳポリマーとＰＭＭＡポリマーとが互いにランダムに混ざり合っている。

【0020】

次いで、図２（ｇ）に示すように、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１が形成されたウエハＷを例えばホットプレートＨＰにより所定の温度に加熱すると、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡに相分離が生じる。このとき、フォトレジストパターンＰのラインＬの側面には、親水性を有するＰＭＭＡポリマーが優先的に吸着するため、ラインＬから、ＰＭＭＡポリマーからなるＰＭＭＡポリマー領域ＤＭと、ＰＳポリマーからなるＰＳポリマー領域ＤＳとがこの順で交互に配列する。なお、ラインＬ間のスペースは、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭの幅とＰＳポリマー領域ＤＳの幅との合計の整数倍（図示の例では２倍）と、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭの幅との和に等しくなるように予め決定されている。

【0021】

加熱終了後、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスや、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下で、図２（ｈ）に模式的に示すようにウエハＷ上のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に対して紫外光ＵＶが照射される。紫外光ＵＶは、紫外光領域に属する波長成分を有していれば、特に限定されることはないが、例えば２００ｎｍ以下の波長成分を有していることが好ましい。また、紫外光が、ＰＭＭＡに吸収され得る１８５ｎｍ以下の波長成分を含んでいることが更に好ましい。波長２００ｎｍ以下の波長成分を有する紫外光を使用する場合、光源ＬＳとして、波長１７２ｎｍの紫外光を発するＸｅエキシマランプを好適に使用することができる。

【0022】

ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に紫外光が照射されると、ＰＳポリマーでは架橋反応が生じるため、ＰＳポリマーが有機溶剤へ溶け難くなる一方、ＰＭＭＡポリマーでは主鎖が切断されるため、ＰＭＭＡポリマーが有機溶剤へ溶け易くなると考えられる。

【0023】

次に、図３（ｉ）に示すように、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に対して有機溶剤ＯＳが供給される。有機溶剤ＯＳにより、膜２１中のＰＭＭＡポリマー領域ＤＭが熔解し、ＰＳポリマー領域ＤＳがウエハＷの表面上に残る。ここで、有機溶剤ＯＳとしては、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を好適に使用することができる。

【0024】

所定の時間が経過した後、ウエハＷの表面を乾燥させると、図３（ｊ）に示すように、ウエハＷ上にＰＳポリマー領域ＤＳによるパターンＤＰが得られる。

【0025】

以上のとおり、本実施形態によるパターン形成方法によれば、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡによるパターンＤＰのガイドパターンとして機能するフォトレジストパターンＰが溶剤気体ＯＳに晒されて膨潤することにより、フォトレジストパターンＰの側面の起伏（凹凸）が平滑化される。フォトレジストパターンＰのラインＬの側面に起伏があると、例えば突出した部分に、ラインＬの側面には吸着し難いＰＳポリマーが吸着してしまい、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭがラインＬの側面に吸着するのが妨げられるおそれがある。この場合には、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭとＰＳポリマー領域ＤＳとの交互配列が妨げられる事態ともなり得る。しかし、本実施形態によるパターン形成方法によれば、ガイドパターンとしてのフォトレジストパターンＰの側面が平滑化されるため、フォトレジストパターンＰとの親和性が高いＰＭＭＡポリマーがフォトレジストパターンＰの側面に一層優先的に吸着することとなり、したがってＰＭＭＡポリマー領域ＤＭとＰＳポリマー領域ＤＳとがより確実に交互に配列され得る。

【0026】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態によるパターン形成方法ついて説明する。
（フォトレジストパターン形成工程）
本実施形態のパターン形成方法においては、まず、第１の実施形態によるパターン形成方法におけるフォトレジストパターン形成工程が行われ、図４（ａ）に示すように、ラインＬを有するフォトレジストパターンＰがウエハＷ上に形成される。上述のとおり、ラインＬの側面には起伏がある。

【0027】

（フォトレジストパターンスリミング工程）
図４（ｂ）に示すように、フォトレジストパターンＰが形成されたウエハＷに対して、酸性溶液ＡＳが供給される。酸性溶液ＡＳの一例としては、反射防止膜形成用の溶液を挙げることができる。フォトレジストパターンＰのラインＬを所定の時間、酸性溶液ＡＳに晒し、酸性溶液ＡＳをラインＬ内に拡散させる。次に、ウエハＷ上の酸性溶液ＡＳを除去した後、例えば約５０℃から約１２０℃までの範囲の温度でウエハＷを加熱すると、ラインＬの表面には可溶層が形成される。なお、ここでのウエハＷの加熱は、例えばホットプレートなどの加熱装置を用いて行っても良いし、光照射により行っても良い。

【0028】

次いで、図４（ｃ）に示すように、ウエハＷ上のフォトレジストパターンＰに対して例えばアルカリ性の溶剤（又はアルカリ性の溶剤の蒸気を含む気体）ＬＳを噴霧することによって可溶層を除去する。これにより、ラインＬは可溶層の分だけ細くなる。なお、ラインＬの表面に酸性溶液ＡＳが拡散し可溶層が形成される際、酸性溶液ＡＳは、ラインＬの側面の起伏を反映することなく拡散し得るため、可溶層が除去されたラインＬの露出面では起伏が緩和されている。すなわち、スリミングによって、ラインＬが細くなるだけでなく、ラインＬの側面が平滑化される。

【0029】

（ＤＳＡパターン形成工程）
この後、第１の実施形態によるパターン形成方法におけるＤＳＡパターン形成工程と同様の工程を行うと、図４（ｄ）に示すようにウエハＷ上にＰＳポリマー領域ＤＳによるパターンＤＰが形成される。

【0030】

本実施形態によるパターン形成方法によれば、酸性溶液を用いてラインＬの表面に可溶層を形成し、アルカリ性の溶剤の噴霧により可溶層を除去することにより、ラインＬがスリミングされる。スリミングによりラインＬの側面が平滑化されるため、第１の実施形態において説明した効果と同様の効果が発揮される。

【0031】

なお、第２の実施形態においては、スリミングの後のラインＬ間のスペースが、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭの幅とＰＳポリマー領域ＤＳの幅との合計の整数倍（図示の例では２倍）と、ＰＭＭＡポリマー領域ＤＭの幅との和に等しくなるように予め決定される。

【0032】

また、可溶層の厚さは、ラインＬを酸性溶液に晒す時間や、酸性溶液の酸性度などの条件により調整することができるため、予備実験等を行って条件を決定しておくことが好ましい。

【0033】

また、フォトレジストパターンＰのラインＬのスリミングは、例えば第１の実施形態においてラインＬに対して溶剤気体を供給して、ラインＬの表面を膨潤させた後に、ウエハＷ上に有機溶剤を供給し、膨潤した部分を溶解させることによっても行うことができる。有機溶剤として剥離液等を使用することができる。剥離液等は、使用するレジストに対して溶解度を有する液体であれば良く、具体的には、コリン水溶液（トリメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液）やＫＯＨ溶液などであって良い。また、剥離液の代わりに現像液を用いても良い。

【0034】

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態によるパターン形成方法について説明する。

【0035】

（フォトレジストパターン形成工程及びフォトレジストパターン平滑化工程）
まず、第１の実施形態におけるフォトレジストパターン形成工程と、フォトレジストパターン平滑化工程とが行われ、図５（ａ）に示すように、ラインＬを有するフォトレジストパターンＰがウエハＷ上に形成される。ここでは、フォトレジストパターン平滑化工程によりラインＬの側面は平滑化されている。

【0036】

（フォトレジストパターンの親水化処理工程）
次に、大気雰囲気下で、フォトレジストパターンＰが形成されたウエハＷに対して紫外光が照射される（図５（ｂ））。これにより、大気中の酸素が紫外光により活性化されて活性酸素が生成され、フォトレジストパターンＰのラインＬの表面が活性酸素により親水化される。

【0037】

（ＤＳＡパターン形成工程）
この後、第１の実施形態によるパターン形成方法におけるＤＳＡパターン形成工程を行うと、図５（ｃ）に示すようにウエハＷ上にＰＳポリマー領域ＤＳによるパターンＤＰが形成される。

【0038】

フォトレジストパターンＰのラインＬの表面（側面）は、本質的に親水性を有しているが、それでも尚、疎水性の表面に吸着し易い（疎水性との親和性が高い）ポリマーが吸着してしまう場合もある。しかし、本実施形態によるパターン形成方法によれば、紫外光により生成された活性酸素により、ラインＬの表面は確実に親水化され得る。このため、ＤＳＡパターン形成工程においてＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１を加熱する際に、膜２１中のＰＭＭＡポリマーがラインＬの側面に優先的に吸着される。すなわち、ＰＭＭＡポリマー領域がラインＬの側面に接して形成されることとなり、これに隣接してＰＳポリマー領域が形成される。したがって、ＰＭＭＡポリマー領域とＰＳポリマー領域とが、より確実に交互に配列される。

【0039】

なお、フォトレジストパターンＰの親水化は、大気雰囲気下での紫外光照射の代わりに、フォトレジストパターンＰをシランカップリング剤の溶液（又はシランカップリング剤の蒸気を含む気体）に晒すことによっても行うことができる。シランカップリング剤の溶媒としては、１−プロパノール、２−ブタノール、イソブタノール、tert−ペンタノール、β−メタリルアルコール、３−メチル−３−ペンタノール、１，２−ジメチル−２−プロペン−１−オールなどを用いることができる。

【0040】

また、フォトレジストパターンＰの親水化は、ラインＬの表面に酸化シリコン膜を堆積するか、ラインＬの表面にＰＭＭＡポリマーを塗布することによって行ってもよい。なお、ラインＬの上面と、ラインＬの下地層（本実施形態においてはウエハＷ）の上面とに酸化シリコン膜が堆積されていても、ラインＬの側面にＰＭＭＡポリマー領域が接することとなるため、ＰＭＭＡポリマー領域とＰＳポリマー領域とが、より確実に交互に配列される。ただし、ラインＬの上面と、ラインＬの下地層（本実施形態においてはウエハＷ）の上面とにおける酸化シリコン膜を例えばＣＦ系ガスプラズマを用いたドライエッチングにより除去し、ラインＬの側面に酸化シリコン膜を残すことが好ましい。

【0041】

次に、第１の実施形態におけるフォトレジストパターン平滑化工程を行うに好適なフォトレジスト処理装置を図６から図８までを参照しながら説明する。
図６及び図７に示すように、フォトレジスト処理装置１００は、筐体１００ａ内のほぼ中央部に設けられるカップ７０と、カップ７０内に配置されるチャック６０と、チャック６０に保持されるウエハＷの表面に剥離液等を供給するディスペンサ７７と、当該ウエハＷ上のフォトレジスト膜に溶剤気体を供給する溶剤供給ノズル８３とを有している。また、図７を参照すると、筐体１００ａには、ウエハＷの搬入出のため、外部の搬送装置１３によるウエハＷの通過を許容する搬送口１００ｂと、搬送口１００ｂを開閉するシャッタ１００ｃとが設けられている。

【0042】

カップ７０は、図６に示すように、外カップ７０ａ、内カップ７０ｂ、及びベース７０ｃを有している。外カップ７０ａは、ウエハＷ上に供給され、ウエハＷの回転により飛散する剥離液等やそのミストを受けてフォトレジスト処理装置１００の外に排出する。内カップ７０ｂは、外カップ７０ａで跳ね返る剥離液等やウエハＷから流れ落ちる剥離液等を受ける。

【0043】

外カップ７０ａと内カップ７０ｂは、ベース７０ｃによってほぼ同心円状に配置される。ベース７０ｃの底部には、ドレインポート７５ａと、排気ポート７５ｂとが設けられている。ドレインポート７５ａは、剥離液等を排出するドレイン管（不図示）に接続され、外カップ７０ａ及び内カップ７０ｂから流れ落ちる剥離液等を外部へ排出する。排気ポート７５ｂ端は排気システム（不図示）に接続されており、これにより、カップ７０内が排気される。

【0044】

カップ７０内側には、ウエハＷを保持し回転するチャック６０が設けられている。チャック６０は、ウエハＷを保持するウエハ保持部６０ａと、ウエハ保持部６０ａを支持する支柱６０ｂとを有している。ウエハ保持部６０ａは、ほぼ水平となるように支柱６０ｂにより支持され、平坦な上面を有し、直径とほぼ同じ直径を有している。ウエハ保持部６０ａには上面に開口した複数の吸引口（不図示）が設けられており、これらの吸引口を通してウエハＷを吸引することによりウエハＷがウエハ保持部６０ａの上面に保持される。また、チャック６０の支柱６０ｂは、駆動部６１に結合されている。駆動部６１によりチャック６０は回転することができ、上下に移動可能である。チャック６０の上下動により、搬送装置１３との間でウエハＷが受け渡される。

【0045】

図６を参照すると、筐体１００ａの天井部におけるカップ７０上方の位置には、チャック６０に保持されるウエハＷを加熱するランプ６９Ｌと、ランプ６９Ｌを収容し、下面に透過窓６９Ｗを有するランプハウス６９と、ランプハウス６９内においてランプ６９Ｌの上方に配置される反射板６９Ｒとが設けられている。ランプ６９Ｌとしては、例えばキセノンフラッシュランプを用いることができる。また、透過窓６９Ｗは、キセノンフラッシュランプから発せられる光を透過する例えば石英ガラスから作製することが好ましい。

【0046】

キセノンフラッシュランプは、キセノンガスが封入され、両端に電極が設けられるガラス管と、両電極に対して並列に接続される放電コンデンサと、ガラス管及び放電コンデンサと並列に設けられるトリガ回路と、トリガ回路とトランスを介して接続され、ガラス管の外周面に近接して設けられるトリガ電極と（いずれも不図示）を有している。放電コンデンサを充電していくとともに、トランスにより数千ボルトに昇圧された電圧がトリガ電極に印加されると、ガラス管内で絶縁破壊が起こり、放電コンデンサから静電エネルギーが放出され、両電極間に瞬時に電流が流れる。このときのジュール熱によりキセノンガスが加熱され光が放出される。放電コンデンサからの静電エネルギーは、数ミリ秒で放出されるため、極めて短い時間に光が放出され、その光によりウエハＷが加熱される。

【0047】

図７を参照すると、フォトレジスト処理装置１００内において、カップ７０の−Ｘ方向側には、Ｙ方向に沿って延びるレール８０が設けられている。レール８０の一端はカップ７０の−Ｙ方向側に位置し、他端はカップ７０の＋Ｙ方向側に位置している。レール８０上には、例えばリニアモータを含む駆動部８２が往復可能に配置されており、駆動部８２にはアーム８１が取り付けられている。アーム８１の先端には、ウエハＷに溶剤気体を吐出するノズルとしての溶剤供給ノズル８３が取り付けられている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、駆動部８２により駆動されて、チャック６０上を通過するように移動できる。また、溶剤供給ノズル８３の移動は、駆動部８２の動作を制御する駆動制御部８４により制御されており、この駆動制御部８４によって、溶剤供給ノズル８３をＹ方向に所定の速度で移動させることができる。

【0048】

溶剤供給ノズル８３はＸ方向に延びる細長形状を有しており、溶剤供給ノズル８３の一端（アーム８１との取り付け部）は、チャック６０のウエハ保持部６０ａの−Ｘ方向側に位置し、他端はウエハ保持部６０ａの＋Ｘ方向側に位置している。また、図８に示すように、溶剤供給ノズル８３の下面には、長手方向の一端から他端に亘って吐出部８５が形成されている。吐出部８５には、溶剤供給ノズル８３の長手方向に沿って、吐出部８５の下面に開口する複数の吐出口８６が形成されている。これらの吐出口８６は、溶剤供給ノズル８３の内部の導管（不図示）に連通し、この導管は、溶剤供給ノズル８３の上部に接続される溶剤供給管８８（図６）と連通している。溶剤供給管８８は、図６に示すように溶剤気体供給源８７に接続されている。このような構成により、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体供給源８７からの溶剤気体を溶剤供給管８８から導入し、導入した溶剤気体を下面の吐出口８６から下方に向けて均等に吐出できる。

【0049】

図６に示すように、溶剤気体供給源８７は、例えば溶剤供給管８８に接続され液体溶剤が貯留された貯留タンク９０と、貯留タンク９０内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管９１を備えている。キャリアガス供給管９１から貯留タンク９０の液体溶剤内にキャリアガスを供給すること（バブリングすること）によって溶剤の蒸気を含むキャリアガス（以下、溶剤気体という）を溶剤供給管８８内に圧送することができる。これにより、溶剤気体が溶剤供給管８８を通って溶剤供給ノズル８３に供給される。

【0050】

また、溶剤供給管８８には、溶剤気体の流量を検出する流量センサ９２と、流量を調節するバルブ９３が設けられている。流量センサ９２で検出された検出結果は、流量制御部９４に出力され、流量制御部９４は、当該検出結果に基づいてバルブ９３の開閉度を調整することにより、溶剤供給ノズル８３へ供給する溶剤気体の流量を調整することができる。

【0051】

ディスペンサ７７は、ウエハＷ上のパターン化されたフォトレジスト膜に剥離液等（第２の溶剤）を供給する。ディスペンサ７７は、駆動部（不図示）により回動可能であり、図７に点線で示す待機位置と、実線で示す供給位置とに配置され得る。また、ディスペンサ７７及び駆動部は、駆動部の下端からディスペンサ７７の先端に至る２本の内部導管（不図示）を有しており、一の内部導管を通して剥離液等を吐出することができ、他の内部導管を通して洗浄用の純水や脱イオン水を吐出することができる。このような構成により、ディスペンサ７７は、ウエハＷに対して剥離液等と純水等を選択的に供給することができる。

【0052】

上記の構成を有するフォトレジスト処理装置１００においては、以下の手順により、第１の実施形態におけるフォトレジストパターン平滑化工程が実施され得る。
まず、フォトレジストパターンＰ（図１（ｂ）参照）が形成されたウエハＷが搬送口１００ｂを通して筐体１００ａ内に搬入され、チャック６０に保持される。次に、溶剤供給ノズル８３が図７の矢印Ａに示すように−Ｙ方向に移動し始める。溶剤供給ノズル８３がカップ７０の外方からウエハ保持部６０ａの一端の上方に到達すると、例えばカップ７０の排気が一旦停止され、溶剤供給ノズル８３から一定流量の溶剤気体が吐出口８６から吐出され始める。この後、溶剤供給ノズル８３は、溶剤気体を吐出しながら、一定速度でウエハＷの他端側（−Ｙ方向）に移動し、これにより、ウエハＷ上のフォトレジストパターンＰが溶剤気体に晒される。そして、溶剤供給ノズル８３がウエハ保持部６０ａの−Ｙ方向側の端の上方まで移動すると、折り返してウエハＷの他端から一端に（＋Ｙ方向に）移動する。こうして、溶剤供給ノズル８３がウエハＷ上を往復移動し、ウエハＷ上のフォトレジストパターンＰ（図１（ｃ））の表面に溶剤気体が供給される。溶剤供給ノズル８３が往復移動し終えると、溶剤気体の供給が停止され、カップ７０の排気が再開される。

【0053】

溶剤供給ノズル８３がカップ７０の外方に退避した後、ランプ６９ＬによりウエハＷに光を照射すると、ウエハＷ及びフォトレジストパターンＰが加熱される。
以上の手順により、フォトレジストパターンＰ（ラインＬ）の表面は、溶剤気体に晒されることにより膨潤し、ランプ６９Ｌで加熱されて膨潤した表面から溶剤気体が蒸発するため硬化することとなる。膨潤した後に硬化するため、フォトレジストパターンＰのラインＬの側面が平滑化され得る。すなわち、フォトレジスト処理装置１００によれば、第１の実施形態によるパターン形成方法により発揮される効果と同様の効果を発揮し得る。

【0054】

なお、フォトレジストパターンＰを溶剤気体に晒した後に、ディスペンサ７７からウエハＷ上に剥離液等を供給して、フォトレジストパターンＰのラインＬ表面の膨潤した部分を溶解させることにより、ラインＬをスリミングすることも可能である。

【0055】

また、フォトレジスト処理装置１００を、ディスペンサ７７から酸性溶液を吐出でき、溶剤供給ノズル８３からアルカリ性の溶剤を含む気体を噴霧できるように変形することも可能である。これによれば、チャック６０に保持されるウエハＷに対して、酸性溶液を吐出し、ランプ６９ＬによりウエハＷを加熱し、アルカリ性の溶剤を含む気体をウエハＷに噴霧することができる。すなわち、フォトレジスト処理装置１００において、第２の実施形態におけるフォトレジストパターンスリミング工程を行うことができる。

【0056】

次に、第１から第３の実施形態におけるＤＳＡパターン形成工程を行うに好適なブロック共重合体（ＢＣＰ）膜形成装置、ＢＣＰ膜処理装置、及び紫外光照射装置を図９及び図１０を参照しながら説明する。

【0057】

（ＢＣＰ膜形成装置）
図９を参照すると、ＢＣＰ膜形成装置３１０は、筐体３１０Ｃを有し、この筐体３１０Ｃ内に、ウエハＷを回転可能に保持するスピンチャック２と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面に沿って移動可能で、ブロック共重合体の塗布液をウエハＷに供給（吐出）する供給ノズル５と、スピンチャック２により保持されるウエハＷの外周を取り囲み、供給ノズル５からウエハＷの表面に供給され、ウエハＷの回転により飛散する塗布液受けるカップ６と、を備えている。なお、筐体３１０Ｃの一側壁にはウエハＷの搬入搬出口（不図示）が設けられており、この搬入搬出口はシャッタ（不図示）によって開閉可能である。

【0058】

カップ６は、例えば下面が閉鎖され上面が開口した円筒状に形成されている。カップ６の底部には、排気口６ａと排液口６ｂが設けられている。排気口６ａには排気ポンプ等の排気装置（不図示）に接続される排気管１６が接続される。また、排液口６ｂには例えば工場の排液部（不図示）に接続される排出管１７０が接続されており、カップ６により回収した塗布液がＢＣＰ膜形成装置３１０の外部に排出される。

【0059】

スピンチャック２には例えばサーボモータ１２が連結され、サーボモータ１２によりスピンチャック２と、スピンチャック２に保持されるウエハＷとが所定の回転速度で回転される。

【0060】

また、スピンチャック２を取り囲むように、ウエハＷを支持して昇降させる例えば３つの支持ピン１４が設けられている（図９には２つの支持ピン１４を図示する）。支持ピン１４は、例えばシリンダなどの昇降駆動機構１５により、カップ６の底部に形成された貫通孔（不図示）を通して昇降自在である。支持ピン１４は、昇降駆動機構１５により、スピンチャック２の上面より高い位置まで突出することができ、スピンチャック２に対するウエハＷの受け渡しを行うことができる。

【0061】

供給ノズル５は、図９に示すように、カップ６の外側に配置され水平回動及び昇降機能を有する移動機構２０に連結される回動・昇降アーム２１０によって支持されている。移動機構２０により、供給ノズル５は、カップ６の外側位置（点線で示す位置）と、ウエハＷの中央上方の位置（実線で示す位置）との間で移動可能である。
また、供給ノズル５は、例えばＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの溶液（塗布液）を貯留する供給源３９に供給管３９Ｌを介して接続されており、供給源３９から塗布液をウエハＷに対して供給することができる。

【0062】

以上のように構成されるＢＣＰ膜形成装置３１０によれば、スピンチャック２に保持されるウエハＷに対して供給ノズル５から塗布液が供給され、ウエハＷを所定の回転数で回転させることにより、ウエハＷ上にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が形成される。この膜に対しては、後述する紫外光照射装置において加熱処理と紫外光の照射とが行われる。

【0063】

（ＢＣＰ膜処理装置）
加熱処理と紫外光の照射とが行われたＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜に対しては、有機溶剤が供給されてＰＭＭＡポリマー領域が溶解される。ＰＭＭＡポリマー領域の溶解にはＢＣＰ膜処理装置を用いることができる。ＢＣＰ膜処理装置は、ＢＣＰ膜形成装置３１０における供給源３９に例えばＩＰＡなどの有機溶剤が貯留されており、供給ノズル５からウエハＷに対して有機溶剤を供給できる点を除き、ＢＣＰ膜形成装置３１０とほぼ同一の構成を有する。このため、重複する説明は省略する。

【0064】

なお、ＢＣＰ膜処理装置においては、図９に示すようにカップ６の外側に、スピンチャック２に保持されたウエハＷに向かってリンス液を供給するリンス液吐出ノズル８００を設けても良い。また、リンス液吐出ノズル８００は、供給ノズル５と同様に移動機構及び回動・昇降アーム（不図示）により、ウエハＷの中央上方と待機部８００ａとの間で移動することができる。また、リンス液吐出ノズル８００は、リンス液供給管（不図示）を介してリンス液供給源（不図示）に接続されている。このような構成によれば、リンス液供給源から供給されたリンス液により、ウエハＷ上に残る有機溶剤をリンスすることができる。

【0065】

（紫外光照射装置）
次に、図１０を参照しながら紫外光照射装置４００を説明する。図１０に示すように、紫外光照射装置４００は、ウエハＷが収容されるウエハチャンバ５１０と、ウエハチャンバ５１０内に収容されたウエハＷに対し紫外光を照射する光源チャンバ５２０とを有している。

【0066】

ウエハチャンバ５１０は、筐体５３と、筐体５３の天井部に設けられ紫外光が透過可能な透過窓５４と、ウエハＷが置かれるサセプタ５７とを備える。透過窓５４は、例えば石英ガラスにより形成されている。

【0067】

サセプタ５７は、円板形状を有し内部にヒータ６２を有している。ヒータ６２は温度調整器６３と接続され、これによりサセプタ５７が所定の温度に維持される。また、サセプタ５７の上面には、ウエハＷを支持する複数の（例えば３個の）支持ピン５８が設けられている。サセプタ５７は、ウエハＷと等しいか又は僅かに大きい直径を有しており、好ましくは、高い熱伝導率を有する熱伝導率、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）やアルミニウムにより形成される。

【0068】

複数の支持ピン５８は、ウエハＷが過度に加熱されるのを抑制し、加熱後のウエハＷの冷却を促進する機能を有している。このため、支持ピン５８は、例えば１００Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の高い熱伝導率を有する材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成することが望ましい。なお、ウエハＷからサセプタ５７への熱伝導を促進するため、３個の支持ピン５８に限らず、更に多数の支持ピン５８を設けても良い。

【0069】

また、図１０に示すように、ベースプレート５５の内部には、冷却水の流水路５５ａが形成されている。そして、流水路５５ａには冷却水供給装置６１０から冷却水が供給され、ベースプレート５５全体が所定の温度に冷却される。また、ベースプレート５５上に設けられサセプタ５７を支持する支柱５６は、例えばアルミニウムで形成されることが好ましい。

【0070】

また、ウエハチャンバ５１０には、ベースプレート５５及びサセプタ５７を貫通して昇降動作することにより、ウエハＷの搬入出の際にウエハＷを下方から支持し昇降させる昇降ピン５９と、昇降ピン５９を昇降させる昇降機構６００とが設けられている。
また、筐体５３の一側壁には、ウエハＷの搬入出口（不図示）が形成されており、これを通してウエハＷがウエハチャンバ５１０内へ搬入され、ウエハチャンバ５１０から搬出される。搬入出口にはシャッタ（不図示）が設けられ、シャッタにより搬入出口が開閉される。シャッタは、搬入出口を気密に閉じることができると好ましい。

【0071】

さらに、筐体５３の側壁には不活性ガス導入口５１Ａが設けられ、筐体５３の底部には不活性ガス排気口５１Ｂが設けられている。不活性ガス導入口５１Ａには、不活性ガスが貯留（充填）される不活性ガス供給源８１が接続され、不活性ガス供給源８１から不活性ガス導入口５１Ａを通してウエハチャンバ５１０の内部に不活性ガスが供給される。

【0072】

一方、ウエハチャンバ５１０の上方に配置される光源チャンバ５２０は、ウエハチャンバ５１０内のウエハＷに対し紫外光を照射する光源ＬＳと、光源ＬＳに電力を供給する電源７２とを備えている。光源ＬＳは筐体７３に収容されている。筐体７３の底部には光源ＬＳから放射される紫外光をウエハチャンバ５１０へ透過させるため、例えば石英ガラスにより形成される照射窓７４０が設けられている。光源ＬＳからの紫外光が、照射窓７４０を介してウエハチャンバ５１０に向けて放射され、ウエハチャンバ５１０の透過窓５４を透過した紫外光がウエハＷに照射される。

【0073】

上記のように構成される紫外光照射装置４００においては、ＢＣＰ膜形成装置３１０にてウエハＷ上に形成されたＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が以下のように加熱され、露光される。すなわち、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が形成されたウエハＷがウエハチャンバ５１０に搬入され、昇降ピン５９により受け取られ、サセプタ５７上の支持ピン５８に支持される。 シャッタが閉じてウエハチャンバ５１０内が外部環境から隔離された後、不活性ガス供給源８１から例えば窒素ガスなどの不活性ガスをウエハチャンバ５１０内へ所定の時間供給すると、ウエハチャンバ５１０内に残留する空気がパージされる。これによりウエハチャンバ５１０内が不活性ガス雰囲気になる。

【0074】

ウエハチャンバ５１０内を不活性ガスによりパージしている間に、サセプタ５７のヒータ６２により、支持ピン５８に支持されるウエハＷが所定の温度に加熱される。所定の時間経過後、ヒータ６２への電力の供給を停止すると、ウエハＷの熱が、支持ピン５８及びサセプタ５７を通してベースプレート５５へ伝わり、ウエハＷが例えば室温（約２３℃）程度まで冷却される。

【0075】

ウエハＷが室温程度になった後、電源７２から光源ＬＳに電力が供給され、光源ＬＳから紫外光が放射される。紫外光は、光源チャンバ５２０の照射窓７４０とウエハチャンバ５１０の透過窓５４とを通して、不活性ガス雰囲気のもとでウエハＷの表面に照射される。ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜の露光に必要なドーズ量は「照度×照射時間」で決まるため、例えば予備実験などを通して紫外光の照度に応じた照射時間を決定することが好ましい。

【0076】

所定時間の紫外照射の後、ウエハＷは、ウエハＷの搬入時と逆の手順により、紫外光照射装置４００から搬出される。その後、ウエハＷは、ＢＣＰ膜処理装置へ搬送され、ここでＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜に対して有機溶剤（例えばＩＰＡ）が供給される。これにより、ＰＭＭＡポリマー領域が溶解し、ＰＳポリマー領域により構成されるパターンＤＰ（図１から図３）が得られる。
次に、上述のフォトレジスト処理装置１００、ＢＣＰ膜形成装置３１０、ＢＣＰ膜処理装置、及び紫外光照射装置４００が組み込まれるパターン形成装置を図１１から図１３までを参照しながら説明する。
図１１は、本実施形態によるパターン形成装置１０を示す概略斜視図であり、図１２は、パターン形成装置１０を示す概略上面図である。図１１及び図１２を参照すると、パターン形成装置１０は、カセットステーションＳ１、処理ステーションＳ２、及びインターフェイスステーションＳ３を有している。

【0077】

カセットステーションＳ１には、カセットステージ２１と搬送アーム２２（図１２）とが設けられている。カセットステージ２１には、複数枚（例えば２５枚）のウエハＷを収容可能な複数の（図示の例では４つの）カセットＣが置かれる。以下の説明において、カセットＣが並ぶ方向を、便宜上、Ｘ方向とし、これに直交する方向をＹ方向とする。
搬送アーム２２は、カセットステージ２１上のカセットＣと処理ステーションＳ２との間でウエハＷの受け渡しを行なうため、昇降可能、Ｘ方向に移動可能、Ｙ方向に伸縮可能、鉛直軸まわりに回転可能に構成されている。

【0078】

処理ステーションＳ２は、カセットステーションＳ１に対して＋Ｙ方向側に結合されている。処理ステーションＳ２には、Ｙ方向に沿って、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布ユニット３２と、露光装置２００において露光されたフォトレジスト膜を現像する現像ユニット３２０とが配置されている。また、塗布ユニット３２の上にＢＣＰ膜形成装置３１０と紫外光照射装置４００とがこの順に重ねて配置され、現像ユニット３２０の上にフォトレジスト処理装置１００とＢＣＰ膜処理装置３１１とが配置されている（図１１）。また、図１２を参照すると、紫外光照射装置４００に対して＋Ｘ方向側に棚ユニットＲ１が配置され、ＢＣＰ膜処理装置３１１に対して＋Ｘ方向側に棚ユニットＲ２が配置されている。棚ユニットＲ１及びＲ２には、後述するようにウエハに対して行われる処理に対応した処理ユニットが積層されている。

【0079】

処理ステーションＳ２のほぼ中央には、主搬送機構ＭＡ（図１２）が設けられており、主搬送機構ＭＡはアーム７１を有している。アーム７１は、塗布ユニット３２、現像ユニット３２０、ＢＣＰ膜形成装置３１０、フォトレジスト処理装置１００、紫外光照射装置４００、ＢＣＰ膜処理装置３１１、並びに棚ユニットＲ１及びＲ２の各処理ユニットに対してウエハＷを搬入出するため、昇降可能、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能、鉛直軸まわりに回転可能に構成されている。

【0080】

図１３に示すように、棚ユニットＲ１には、ウエハＷを加熱する加熱ユニット６１と、ウエハＷを冷却する冷却ユニット６２と、ウエハ表面を疎水化する疎水化ユニット６３と、ウエハＷが一時的に置かれるステージを有するパスユニット６４と、ウエハＷの位置合わせを行うアライメントユニット６５等とが縦方向に配列されている。また、棚ユニットＲ２には、ウエハＷを加熱し、次いで冷却する複数のＣＨＰユニット６６と、ウエハＷが一時的に置かれるステージを有するパスユニット６７等とが縦方向に配列されている。なお、棚ユニットＲ１及びＲ２における各ユニットの種類及び配列は、図１２に示すものに限らず、種々に変更して良い。

【0081】

また、図１１及び図１２を参照すると、処理ステーションＳ２の＋Ｙ方向側にはインターフェイスステーションＳ３が結合され、インターフェイスステーションＳ３の＋Ｙ方向側には露光装置２００が結合されている。

【0082】

また、インターフェイスステーションＳ３には搬送機構７６（図１２）が配置されている。搬送機構７６は、処理ステーションＳ２内の棚ユニットＲ２のパスユニット６７（図１３）と露光装置２００との間でウエハＷを搬入出するため、昇降可能、Ｘ方向に移動可能、Ｙ方向に伸縮可能、鉛直軸まわりに回転可能に構成されている。

【0083】

また、パターン形成装置１０には、図１２に示すように、装置全体の動作の制御するための制御部１０１が設けられている。制御部１０１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等で形成されたプロセッサを備えパターン形成装置１０の各部品又は部材を制御するプロセスコントローラ１０１ａと、ユーザインターフェース部１０１ｂと、記憶部１０１ｃとが設けられる。

【0084】

ユーザインターフェース部１０１ｂは、工程管理者がパターン形成装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、パターン形成装置１０の稼働状況を表示するディスプレイ等から構成される。

【0085】

記憶部１０１ｃには、パターン形成装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０１ａの制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納される。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部１０１ｂからの指示等により任意のレシピを記憶部１０１ｃから呼び出してプロセスコントローラ１０１ａに実行させることにより、プロセスコントローラ１０１ａの制御下で、パターン形成装置１０に所望の機能を実行させて所望の処理を行わせる。つまり、プログラムは、例えば前述の本発明の実施形態によるパターン形成方法を実行する手段としてパターン形成装置１０を機能させるようにコンピュータを制御する。また、プログラム（及び処理条件データ等のレシピ）は、コンピュータで読み取り可能なプログラム記録媒体１０１ｄ（例えば、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等）に格納されており、所定の入出力（Ｉ／Ｏ）装置（不図示）を通して記憶部１０１ｃにインストールされる。或いは、例えばサーバ装置などの他の装置から、例えば専用回線を介して記憶部１０１ｃにインストールしても良い。

【0086】

以上のように構成されるパターン形成装置１０によれば、第１から第３の実施形態によるパターン形成方法が制御部１０１の制御の下で実行される。したがって、第１から第３の実施形態の各々において発揮される効果と同様の効果が、パターン形成装置１０により発揮される。

【0087】

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々に変形し、変更することができる。

【0088】

例えば、第３の実施形態においては、第１の実施形態におけるフォトレジストパターン平滑化工程を行った後に、フォトレジストパターンＰのラインＬを親水化する親水化処理を行ったが、第２の実施形態におけるフォトレジストパターンスリミング工程に引き続いて親水化処理を行ってもよい。

【0089】

また、フォトレジストパターン形成工程において、フォトレジスト膜ＰＲ（図１（ａ））を形成する前にウエハＷ上に反射防止膜を形成し、その上にフォトレジスト膜ＰＲを形成してもよい。

【0090】

また、ガイドパターンとして、ラインＬを有するフォトレジストパターンＰ（すなわち、ライン・アンド・スペース・パターン）を例にとり第１から第３の実施形態を説明したが、ホールを含むフォトレジストパターンをガイドパターンとして用いる場合であっても、そのホールの内面が平滑化かつ／又は親水化されるので、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡによるパターン形成が促進され得ることは明らかである。

【0091】

また、第３の実施形態において、フォトレジストパターンＰのラインＬの表面の親水化を説明したが、ラインＬの表面を疎水化しても良い。疎水化は、例えばシリル化剤などの疎水化剤の溶液（又はその蒸気を含む気体）にラインＬを晒すことにより行われ得る。シリル化剤としては、例えばトリメチルシリルジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）、ジメチルシリルジメチルアミン（ＤＭＳＤＭＡ）、トリメチルシリルジエチルアミン（ＴＭＳＤＥＡ）、ヘキサメチルジンラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルジンラザン（ＴＭＤＳ）を用いることができる。ラインＬの表面（側面）を疎水化すれば、疎水化面との親和性が高いポリマー（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡにおいてはＰＳポリマー）が優先的にラインＬに吸着することとなる。このため、ＰＳポリマー領域及びＰＭＭＡポリマー領域は、この順にラインＬの側面から交互に配列される。また、ホールを含むフォトレジストパターンをガイドパターンとして用いる場合には、ＰＳポリマーにより、ホールの内面に沿ってシリンダ形状部が形成され、ＰＭＭＡポリマーにより、シリンダ形状部の中空部を埋めるピラー形状部が形成される。ＩＰＡなどの有機溶剤によりＰＳポリマー（シリンダ形状部）を除去すると、ピラー形状部が残る。このようなピラー形状部は、３次元メモリや３次元トランジスタの形成に好適に利用され得る。

【0092】

また、上述の実施形態においては、ブロック共重合体としてＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを例示したが、これに限定されることなく、例えばポリブタジエン−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−４−ビニルピリジン、ポリブタジエン−メチルメタクリレート、ポリブタジエン−ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート、ポリブタジエン−ｔ−ブチルアクリレート、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリ−４−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリメチルメタクリレート、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−４−ビニルピリジン、ポリイソプレンーポリー２−ビニルピリジン、ポリメチルメタクリレート−ポリスチレン、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリスチレン、ポリメチルアクリレート−ポリスチレン、ポリブタジエンーポリスチレン、ポリイソプレン−ポリスチレン、ポリスチレン−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリスチレン−ポリ−４−ビニルピリジン、ポリスチレン−ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン−ポリ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ポリブタジエン−ポリアクリル酸ナトリウム、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシド、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリエチレンオキシド、ポリスチレン−ポリアクリル酸、ポリスチレン−ポリメタクリル酸等がある。

【0093】

また、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜中のＰＭＭＡポリマー領域を溶解させる有機溶剤としては、ＩＰＡに限らず、例えばＩＰＡとメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）との混合液、又は酢酸を用いてもよい。なお、フォトレジストパターンをガイドパターンとして用いる場合には、有機溶剤としてＩＰＡを使用することが好ましい。フォトレジストがＩＰＡに溶解し難いためである。

【0094】

また、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜中のＰＭＭＡポリマー領域を有機溶剤で溶解させる場合、使用する有機溶剤に応じて有機溶剤を昇温しても良い。ＩＰＡの場合であれば、例えば例えば４０℃から６０℃までの温度に昇温することが好ましい。昇温により、ＰＭＭＡポリマー領域の有機溶剤への溶解度を高くすることができる。

【0095】

また、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜中のＰＭＭＡポリマー領域は、有機溶剤による溶解に限らず、例えば酸素プラズマを用いたドライエッチングにより除去しても良い。

【0096】

上述の実施形態において、紫外光の光源ＬＳとして波長１７２ｎｍの紫外光を発するＸｅエキシマランプを例示したが、例えば、波長１８５ｎｍと波長２５４ｎｍに強いピークを有する紫外光を発する低圧紫外ランプ（低圧水銀灯）や、波長２２２ｎｍの単一波長光を発するＫｒＣｌエキシマランプを使用しても良い。また、例えば遠紫外領域から真空紫外領域にかけて比較的ブロードな発光スペクトルを有するランプと、例えば約２３０ｎｍの波長より長い波長を遮蔽する波長カットフィルターとにより光源ＬＳを構成しても構わない。

【符号の説明】

【0097】

１００・・・フォトレジスト処理装置、６９・・・ランプハウス、６９Ｌ・・・ランプ、８３・・・溶剤供給ノズル、８７・・・溶剤気体供給源、３１０・・・ＢＣＰ膜形成装置、５・・・供給ノズル５、３９・・・供給源、４００・・・紫外光照射装置、５１０・・・ウエハチャンバ、５２０・・・光源チャンバ、５７・・・サセプタ、５８・・・支持ピン、Ｌ・・・光源、７２・・・電源、１０・・・パターン形成装置、Ｓ１・・・カセットステーション、Ｓ２・・・処理ステーション、Ｓ３・・・インターフェイスステーションＳ３、３２・・・塗布ユニット、３２０・・・現像ユニット、２００・・・露光装置、１０１・・・制御部、１０１ｄ・・・プログラム記録媒体１０１ｄ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】