(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体の膜を基板に形成するステップと、
前記ブロック共重合体の膜を加熱するステップと、
加熱された前記ブロック共重合体の膜に紫外光を照射するステップと、
紫外光が照射された前記ブロック共重合体の膜に現像液を供給するステップと、
を含み、
前記少なくとも２種類のポリマーのうちの一のポリマーはケトン基を含み、他のポリマーはケトン基を含まず、
前記照射するステップは、前記紫外光を前記ブロック共重合体の膜の前記ケトン基に照射して、エステルを生成し、
前記供給するステップは、前記現像液を用いて、生成した前記エステルを加水分解して、該エステルを除去する、
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記一のポリマーは、ポリメチルメタクリレートであり、
前記他のポリマーは、ポリスチレンであり、
前記現像液は、水酸化テトラメチルアンモニウムであり、
前記照射するステップは、前記エステルとして、アルカン酸エステルを生成し、
前記供給するステップは、前記水酸化テトラメチルアンモニウムに含まれる水分子を用いて、前記アルカン酸エステルを加水分解して、アルカン酸を生成する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記照射するステップにおいて、紫外光の光源として低圧紫外ランプが使用される、請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記照射するステップにおいて、紫外光の光源としてＸｅエキシマランプ及びＫｒＣｌエキシマランプの双方又はいずれか一方が使用される、請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
電子線フォトレジストにより形成されるフォトレジスト膜をパターニングして、電子線フォトレジストで形成される複数の第１のラインを形成するステップと、
前記第１のラインの間のスペースを、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体の膜で埋めるステップと、
前記ブロック共重合体の膜を加熱するステップと、
加熱された前記ブロック共重合体の膜に紫外光を照射するステップと、
紫外光の照射を経た前記ブロック共重合体の膜に現像液を供給するステップと、
を含み、
前記少なくとも２種類のポリマーのうちの一のポリマーはケトン基を含み、他のポリマーはケトン基を含まず、
前記照射するステップは、前記紫外光を前記ブロック共重合体の膜の前記ケトン基に照射して、エステルを生成し、
前記供給するステップは、前記現像液を用いて、生成した前記エステルを加水分解して、該エステルを除去する、
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】
前記一のポリマーは、ポリメチルメタクリレートであり、
前記他のポリマーは、ポリスチレンであり、
前記現像液は、水酸化テトラメチルアンモニウムであり、
前記照射するステップは、前記エステルとして、アルカン酸エステルを生成し、
前記供給するステップは、前記水酸化テトラメチルアンモニウムに含まれる水分子を用いて、前記アルカン酸エステルを加水分解して、アルカン酸を生成する、
ことを特徴とする、請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記照射するステップにおいて、低圧紫外ランプからの紫外光が前記ブロック共重合体の膜に照射される、請求項５又は請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記照射するステップにおいて、Ｘｅエキシマランプ及びＫｒＣｌエキシマランプの双方又はいずれか一方からの紫外光が前記ブロック共重合体の膜に照射される、請求項５又は請求項６に記載のパターン形成方法。
【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、これを利用する形成方法、パターン形成装置、及び半導体装置の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の更なる高集積化のため、例えば１６ｎｍといった線幅を実現することが求められている。その実現のためには、例えば１３．５ｎｍの波長を有する極端紫外光（ＥＵＶ）を用いたＥＵＶ露光装置を利用することが考えられるが、ＥＵＶ露光装置はまだ実用化されておらず、また、実用化された場合であっても相当のコスト増が懸念されている。
【０００３】
そこで、そのような露光装置を必要としない、ブロック共重合体を利用した自己組織的リソグラフィー技術が広く研究されている。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ポリマー鎖とが末端どうしで結合したブロック共重合体が基板に塗布される。次に、基板を加熱すると、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、Ａポリマー領域とＢポリマー領域とが規則的に配列される。次いで、Ａポリマー領域とＢポリマー領域のいずれかを除去してブロック共重合体をパターニングすることにより、所定のパターンを有するマスクが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９７７９号公報（段落００７８）
【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】
ブロック共重合体のパターニングには例えば酸素プラズマが利用される場合がある。Ａポリマー鎖及びＢポリマー鎖の化学的性質に応じて、酸素プラズマにより除去（灰化）される速度が異なる（所定の選択比を有している）ため、ブロック共重合体を酸素プラズマに晒すことにより、一方を除去することができる。
【０００７】
しかし、Ａポリマー鎖もＢポリマー鎖も有機物であるため、選択比を大きくすることが難しい。例えばＡポリマー鎖がポリスチレン（polystyrene：ＰＳ）であり、Ｂポリマー鎖がポリメチルメタクリレート（poly(methyl methacrylate)：ＰＭＭＡ）であるブロック共重合体（poly(styrene-block-methyl methacrylate)：ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）においては、ＰＳ対ＰＭＭＡの選択比は１対２程度に過ぎない。
【０００８】
しかも、熱処理によりＰＳ領域とＰＭＭＡ領域とが規則的に配列されるのは、それぞれの領域の幅の２倍に相当する厚さ程度まであるため、例えば１５ｎｍの領域幅でＰＳとＰＭＭＡとを配列させるためには、基板上に塗布されるブロック共重合体の厚さは３０ｎｍ程度とせざるを得ない。ここで、３０ｎｍの厚さを有するブロック共重合体中のＰＭＭＡ領域を酸素プラズマにより除去すると、基板上に残るＰＳ領域の厚さはわずか１５ｎｍ程度になってしまう。これでは、規則的なパターンを有するＰＳ領域をエッチングマスクとして使用できない事態ともなる。
【０００９】
一方、酸素プラズマを用いないパターニング方法も提案されている。例えば特許文献１では、基板上に塗布されたブロック共重合体に対して、電子線、γ線、又はＸ線などのエネルギー線を照射し、照射されたブロック共重合体を水系溶媒や有機溶媒でリンスする方法が検討されている。この方法は、相分離したＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡにエネルギー線を照射すると、ＰＭＭＡの主鎖が切断され、有機溶剤に溶けやすくなる性質を利用している。また、非特許文献１には、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡに対して紫外光を照射し、酢酸によりＰＭＭＡを除去する方法が提案されている。
【００１０】
しかし、エネルギー線を基板に照射するには装置が大がかりとなり、例えば酢酸などの酸を用いる場合には、酸供給のための新たな供給設備が必要となる。  
本発明は、上記の事情に鑑み、ブロック共重合体を用いて簡便にパターンを形成することが可能なパターン形成方法、及びパターン形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体の膜を基板に形成するステップと、前記ブロック共重合体の膜を加熱するステップと、加熱された前記ブロック共重合体の膜に紫外光を照射するステップと、紫外光が照射された前記ブロック共重合体の膜に現像液を供給するステップと、を含み、前記少なくとも２種類のポリマーのうちの一のポリマーはケトン基を含み、他のポリマーはケトン基を含まず、前記照射するステップは、前記紫外光を前記ブロック共重合体の膜の前記ケトン基に照射して、エステルを生成し、前記供給するステップは、前記現像液を用いて、生成した前記エステルを加水分解して、該エステルを除去する、ことを特徴とするパターン形成方法が提供される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、基板を支持して回転する基板回転部と、前記基板回転部に支持される前記基板に、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含む塗布液を供給する塗布液供給部と、前記ブロック共重合体の膜が形成された前記基板を加熱する加熱部と、加熱された前記ブロック共重合体の膜に対して紫外光を照射する光源と、前記紫外光が照射された前記ブロック共重合体の膜に対して現像液を供給する現像液供給部とを有し、前記少なくとも２種類のポリマーのうちの一のポリマーはケトン基を含み、他のポリマーはケトン基を含まず、前記光源は、前記紫外光を前記ブロック共重合体の膜の前記ケトン基に照射して、エステルを生成し、前記現像液供給部は、前記現像液を用いて、生成した前記エステルを加水分解して、該エステルを除去する、ことを特徴とするパターン形成装置が提供される。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、電子線フォトレジストにより形成されるフォトレジスト膜をパターニングして、電子線フォトレジストで形成される複数の第１のラインを形成するステップと、前記第１のラインの間のスペースを、少なくとも２種類のポリマーを含むブロック共重合体の膜で埋めるステップと、前記ブロック共重合体の膜を加熱するステップと、加熱された前記ブロック共重合体の膜に紫外光を照射するステップと、紫外光の照射を経た前記ブロック共重合体の膜に現像液を供給するステップと、を含み、前記少なくとも２種類のポリマーのうちの一のポリマーはケトン基を含み、他のポリマーはケトン基を含まず、前記照射するステップは、前記紫外光を前記ブロック共重合体の膜の前記ケトン基に照射して、エステルを生成し、前記供給するステップは、前記現像液を用いて、生成した前記エステルを加水分解して、該エステルを除去する、ことを特徴とするパターン形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、ブロック共重合体を用いて簡便にパターンを形成することが可能なパターン形成方法、及びパターン形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法の原理を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法の第１の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法の第２の実施例を説明する図である。
【図５】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図である。
【図６】図５に引き続いて、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図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるパターン形成装置を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるパターン形成装置を示す概略上面図である。
【図９】図７及び図８に示すパターン形成装置の処理ステーション内を示す概略斜視図である。
【図１０】図７及び図８に示すパターン形成装置の塗布ユニットを説明する説明図である。
【図１１】図７及び図８に示すパターン形成装置の紫外光照射ユニットを説明する説明図である。
【図１２】図１１の紫外光照射ユニットのサセプタを示す概略上面図である。
【図１３】図１１の紫外光照射ユニットの変形例を説明する説明図である。
【図１４】本発明の実施形態によるパターン形成方法におけるパターン形状の紫外光ドーズ量依存性を示す電子顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付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。添付図面においては、同一の又は対応する部品又は部材には、同一の又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１から図５までを参照しながら、本発明の第１の実施形態によるパターン形成方法について説明する。この方法においては、まず、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）が用意される。有機溶媒は、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを構成するＰＳ及びＰＭＭＡと相溶性の高いものであれば特に限定されることなく、例えばトルエン、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）などであって良い。
【００１８】
次に、例えばスピン塗布法により基板Ｓ上に塗布液を塗布すると、図１（ａ）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、図１（ａ）の挿入図に模式的に示すように、ＰＳポリマーとＰＭＭＡポリマーとが互いに混ざり合っている。
【００１９】
次いで、図１（ｂ）に示すように、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１が形成された基板ＳをヒータプレートＨＰ上に置き、所定の温度に加熱すると、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡに相分離が生じる。これにより、図１（ｂ）の挿入図に示すように、ＰＳ領域ＤＳとＰＭＭＡ領域ＤＭとが交互に配列することとなる。ここで、ＰＳの分子長の整数倍で領域ＤＳの幅が決まり、ＰＭＭＡの分子長の整数倍で領域ＤＭの幅が決まるため、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１においては、領域ＤＳ及び領域ＤＭが等しいピッチ（領域ＤＳの幅＋領域ＤＭの幅）で繰り返し配列される。また、ＰＳ分子の重合数によりＰＳ領域ＤＳの幅が決まり、ＰＭＭＡ分子の重合数によりＰＭＭＡ領域ＤＭの幅が決まるため、重合数の調整により、所望のパターンを決定することができる。
【００２０】
加熱終了後、図１（ｃ）に示すように、基板Ｓ上のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に対し大気中で紫外光が照射される。紫外光の光源Ｌとしては、紫外光領域に属する波長を発する限りにおいて、特に限定されないが、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）、波長１７２ｎｍの単一波長光を発するＸｅエキシマランプ、又は波長２２２ｎｍの単一波長光を発するＫｒＣｌエキシマランプが好ましい。また、Ｘｅエキシマランプ及びＫｒＣｌエキシマランプを用いて、波長１７２ｎｍの紫外光と波長２２２ｎｍの紫外光を同時に又は交互にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に照射しても良い。また、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの光吸収性を考慮し、吸収される波長領域の紫外光をＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に照射しても良い。そのような紫外光を得るため、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を用いることが好ましい。紫外光が照射されると、紫外光と、雰囲気中の酸素かつ／又は水とによりＰＭＭＡが酸化されて、現像液に対する可溶性が生じると考えられる。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１に対して現像液ＤＬが供給される。現像液ＤＬとしては、フォトリソグラフィー技術において、露光されたフォトレジスト膜の現像に使用され得る現像液で良く、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）であることが好ましい。紫外光により改質されたＰＭＭＡは現像液に対する可溶性を有しているため、ＰＭＭＡが選択的に現像液中に溶け出す。
【００２２】
なお、図１（ｄ）では、基板Ｓを静止したまま膜２１に対して現像液を供給しており、供給された現像液は、表面張力によって膜２１上に留まっているが、基板Ｓを回転しつつ現像液を供給しても良い。ただし、基板Ｓを回転しつつ現像液を供給すると、現像液は基板Ｓ上を外周に向かって流れるため、この流れにより（現像液に溶けずに残るべき）ＰＳ領域ＤＳが押し流されてしまうおそれがある。よって、基板Ｓを静止したまま現像液を供給することが好ましい。
【００２３】
所定の時間が経過した後、リンス液により現像液ＤＬを洗い流し、基板Ｓの表面を乾燥すると、図１（ｅ）に示すように、ＰＳ領域ＤＳからなるパターンが形成される。ここで、リンス液は、例えば脱イオン水（ＤＩＷ）であって良いが、乾燥時にＰＳ領域ＤＳが倒れないように、ＤＩＷの表面張力よりも小さい表面張力を有する液体であると好ましい。そのような液体としては、アルコール（例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）など）や界面活性剤がある。
【００２４】
ＰＭＭＡポリマーは、図２（ａ）に示すように、カルボキシル基（-ＣＯＯＨ）とメチル基（-ＣＨ３）の間の炭素（Ｃ）原子とメチレン基（-ＣＨ２-）のＣ原子とが化学結合することにより、-ＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）（ＣＯＯＣＨ３）-が重合した構造を有している。ここで紫外光が照射されると、紫外光のエネルギーがケトン基（＞Ｃ＝Ｏ）に作用し、図２（ｂ）に示すように、Ｃ原子間の化学結合が切れて、アルカン酸エステルが生じる。現像時には、現像液中に含まれるＨ２Ｏによりアルカン酸エステルが加水分解してアルカン酸が生じる（図２（ｃ））。アルカン酸はＴＭＡＨに溶けるため、ＴＭＡＨによりＰＭＭＡポリマーが除去されることになる。一方、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ中のＰＳにはケトン基はなく、露光によってもエステル化が起こらないため、ＰＳはＴＭＡＨには溶けない。以上の理由により、ＰＭＭＡが選択的に除去されると考えられる。したがって、本発明の実施形態によるパターン形成方法では、ケトン基を有しないＡポリマーと、ケトン基を有するＢポリマーとから構成されるブロック共重合体を使用することが好ましい。
【００２５】
以下、実施例を参照しながら、本発明の実施形態によるパターン形成方法を説明する。 なお、以下、従来の（フォトレジスト、フォトマスクなどを用いる）フォトリソグラフィー技術との類推から、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜への紫外光の照射を露光といい、現像液によるパターニングを現像という場合がある。
【００２６】
＜実施例１＞
まず、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの塗布液を用意した。この塗布液は、例えばトルエンを溶媒として用い、この溶媒にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを溶かすことにより作製した。塗布液中のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの固形成分濃度は２体積％であった。スピンコータにより、この塗布液を基板上に塗布し、基板上にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜（厚さ約６０ｎｍ）を形成した。
【００２７】
ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が形成された基板をホットプレート上で約２４０℃の温度で、約２分間加熱し、冷却後、低圧水銀灯を用いてＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜に紫外光を約１５分間照射した。このときの紫外光の照射強度（ドーズ量）は、低圧水銀灯からの紫外光中の波長２５４ｎｍのピークにて５．４Ｊ／ｃｍ２程度であった。低圧水銀灯からの紫外光中の波長１８５ｎｍのピークの強度は、波長２５４ｎｍのピークの強度の１００分の１程度であるため、波長１８５ｎｍのピークでのドーズ量は５４ｍＪ／ｃｍ２である。また、低圧水銀灯と基板（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜）との間の距離Ｄ（図１（ｂ）参照）は約１７ｍｍとした。
【００２８】
露光後、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が形成された基板にＴＭＡＨ（２．３８％）を滴下し、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜の上にＴＭＡＨを留めたまま約２０秒間放置した。その後、ＴＭＡＨを流し流し、基板表面をＩＰＡで洗浄し、乾燥させた。
【００２９】
以上の手順により得られた試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を図３に示す。図３（ａ）は、塗布後のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜のＳＥＭ像を示し、図３（ｂ）は、露光後のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜のＳＥＭ像を示し、図３（ｃ）は、現像後のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜のＳＥＭ像を示している。また、各図において、上から下の順に表面像、側面像、及び斜視像が示されている。
【００３０】
図３（ａ）の表面像を参照すると、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜は塗布後には一様な表面モフォロジーを示している。しかし、露光後には、図３（ｂ）の表面像のように、指紋状のパターンが見られるようになる。更に図３（ｃ）の表面像から分かるように、現像後にはＰＭＭＡが除去され、指紋状のパターンが明瞭に観察されている。また、図３（ｃ）の斜視図に最も良く示されているように、現像後の指紋状のパターンは、残存するＰＳのラインＬｉと、ＰＭＭＡが除去されてできたスペースＳｐとから構成されている。また、ラインＬｉの厚さは約３１ｎｍである。すなわち、得られたパターンは、下地層に対するエッチングマスクとして機能し得る程度の厚さを有することができる。
【００３１】
なお、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡのＰＳ領域とＰＭＭＡ領域とを所定のパターン（すなわち回路パターン）で配列させるためには、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡが塗布される下地層の表面にガイドパターンが形成されるが、本実施例においては、ガイドパターンを形成せずにＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡが塗布されている。このため、図３（ｃ）のように、指紋状のパターンが形成されている。指紋状ではあるものの、このパターンにおけるライン（残存する、ＰＳの領域）の幅、及びスペース（除去された、ＰＭＭＡの領域）の幅はほぼ一定である。これは、上述のとおり、ＰＳ及びＰＭＭＡの分子長により幅が決定されているためである。
【００３２】
＜実施例２＞
次に、実施例１と同様にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜を形成し、加熱し、低圧水銀灯の代わりにＸｅエキシマランプ（発光波長１７２ｎｍ）で露光し、ＴＭＡＨで現像した結果を図４に示す。図４（ａ）の斜視像及び図４（ｂ）の断面像に示すように、Ｘｅエキシマランプを用いた場合であっても、指紋状のパターンが形成されることが分かる。
【００３３】
以上説明したとおり、第１の実施形態によるパターン形成方法によれば、加熱により相分離が生じ、ＰＳ領域及びＰＭＭＡ領域が規則的に配列されたＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡブロック共重合体の膜を紫外光により露光し、現像液により現像することにより、ＰＳ領域をラインとするパターンを形成することができる。紫外光による露光は、例えば低圧水銀灯やエキシマランプを用いて大気中で行えば良いため、大がかりな装置を必要とすることがない。また、現像液を用いて現像できるため、既存の設備を大きく変更することなく利用することができ、低コストで簡便なパターン形成方法を提供することができる。さらに、紫外光による露光と現像液による現像とに対して、ＰＳ領域が耐性を有するため、エッチングマスクとして利用するのに十分な厚さを有するパターンが得られる。
＜第２の実施形態＞
次に、図５及び図６を参照しながら、本発明の第２の実施形態によるパターン形成方法について、ライン幅及びスペース幅がともに１２ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンを有するエッチングマスクを作製する場合を例にとって説明する。
【００３４】
図５（ａ）を参照すると、基板Ｓ上に、薄膜１２、及びフォトレジスト膜１３がこの順に積層されている。基板Ｓは、半導体（例えばシリコン）基板だけでなく、半導体素子や配線に対応した導電膜、これらを絶縁する絶縁膜が形成された基板であっても良い。
【００３５】
薄膜１２は、後に説明するようにエッチングの対象であり、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、又は酸窒化シリコン（ＳｉＮＯ）などの絶縁膜、アモルファスシリコン（α-Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐｏｌｙ-Ｓｉ）のような導電膜を例えば気相堆積法により堆積することにより形成される。本実施形態では、薄膜１２はＳｉＮで形成されている。また、薄膜１２の厚さは、例えば２０〜２００ｎｍであって良い。
【００３６】
フォトレジスト膜１３は、本実施形態においては、電子線に対して感度を有する、ネガ型の電子線レジストを薄膜１２上に塗布することにより形成される。  
次に、フォトレジスト膜１３に対し、所定のパターンを有するフォトマスクを介して電子線を照射することによってフォトレジスト膜１３を露光し、露光されたフォトレジスト膜１３を有機溶媒で現像することにより、図５（ｂ）に示すように、フォトレジストパターン１３ａが得られる。本実施形態では、フォトレジストパターン１３ａは、例えば３０ｎｍのライン幅と１３２ｎｍのスペース幅とを有している。
【００３７】
図５（ｃ）を参照すると、フォトレジストパターン１３ａのスペースが、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡブロック共重合体の膜２１により埋め込まれている。この膜２１は、薄膜１２上にフォトレジストパターン１３ａが形成された基板Ｓ上に、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの塗布液を塗布することにより形成される。塗布後のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜２１内では、ＰＳポリマーとＰＭＭＡポリマーとが互いに混ざり合っている。
【００３８】
次に、基板Ｓを加熱すると、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡが相分離を起こし、膜２１内には、図６（ｄ）に模式的に示すようにＰＳ領域ＤＳとＰＭＭＡ領域ＤＭとが形成される。図示のとおり、フォトレジストパターン１３ａのスペース内には、ＰＭＭＡ領域及びＰＳ領域が交互に配列されている。このような配列は、親水性を有するＰＭＭＡポリマーが、親水性を有するフォトレジストパターン１３ａの側壁に優先的に吸着する性質により自己組織的に実現される。また、本実施形態では、スペース内に配列するＰＭＭＡ領域及びＰＳ領域はそれぞれ１２ｎｍの幅を有している。これは、塗布液中のＰＭＭＡポリマー及びＰＳポリマーの重合度を調整することにより実現される。
【００３９】
この後、第１の実施形態及び実施例１において説明したように紫外光を用いた露光とＴＭＡＨを用いた現像を行うと、図６（ｅ）に示すように、ＰＳ領域ＤＳが残ることとなる。ＰＳ領域ＤＳ及びＰＭＭＡ領域の幅は上述のとおり約１２ｎｍなので、結果として、約１２ｎｍのライン幅と約１２ｎｍのスペース幅を有するライン・アンド・スペース・パターンＰが形成される。なお、露光後のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡをＴＭＡＨで現像する際、電子線レジストで形成されたフォトレジストパターン１３ａがＴＭＡＨに対する耐性を有しているため、ＴＭＡＨに溶けることは殆どない。
【００４０】
次いで、ライン・アンド・スペース・パターンＰをエッチングマスクとして薄膜１２をエッチングすると、図６（ｆ）に示すように、約３０ｎｍのライン幅及び約１３２ｎｍのスペース幅を有するパターンと、このパターンのスペースにおいて、約１２ｎｍのライン幅及び約１２ｎｍのスペース幅を有するパターンとにパターニングされた薄膜１２ａが得られる。
【００４１】
以上、本実施形態によれば、電子線レジストを塗布し、電子線で露光することにより、フォトレジストパターン１３ａを形成した後、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの塗布液を塗布し、加熱し、紫外光で露光し、ＴＭＡＨで現像することにより、フォトレジスト膜の電子線露光によっても実現が難しい、約１２ｎｍのライン幅と約１２ｎｍのスペース幅を有するライン・アンド・スペース・パターンＰが形成される。フォトレジストパターン１３ａの間に形成されるＰＳ領域によるラインは、その幅がＰＳの分子長で決定されるため、ＬＷＲ（Line Width Roughness）が低減されるという利点がある。
＜第３の実施形態＞
次に、図７から図１１までを参照しながら、第１の実施形態によるパターン形成方法及び第２の実施形態によるパターン形成方法の実施をするのに好適な、本発明の第３の実施形態によるパターン形成装置について説明する。図７は、本実施形態によるパターン形成装置１００を示す概略斜視図であり、図８は、パターン形成装置１００を示す概略上面図である。図示のとおり、パターン形成装置１００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。
【００４２】
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８）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）の半導体ウエハ（以下、ウエハ）Ｗを収容可能なウエハカセットＣ（以下「カセットＣ」という）が置かれる。図８に示すように、本実施形態は、カセットステージ２１には４個のカセットＣを並べて置くことができる。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上に置かれるカセット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。
【００４３】
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、その＋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２つの塗布ユニット３２が配置され、これらの上には現像ユニット３１と紫外光照射ユニット４０とがＹ方向にこの順に配置されている。また、図８を参照すると、塗布ユニット３２及び現像ユニット３１に対してＸ方向側に棚ユニットＲ１が配置され、塗布ユニット３２及び紫外光照射ユニット４０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。処理ステーションＳ２のほぼ中央には、主搬送機構ＭＡ（図８）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３１、紫外光照射ユニット４０、並びに棚ユニットＲ１及びＲ２の各処理ユニットにアクセスするため、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。
【００４４】
図９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、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（Chilling Hot Plate Process Station）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９に示すものに限らず、種々に変更して良い。
【００４５】
次に、図１０を参照しながら塗布ユニット３２について説明する。図示のとおり、塗布ユニット３２は、ウエハＷを吸着して保持し、駆動機構３５により上下動及び回転が可能なスピンチャック３４と、スピンチャック３４により保持されるウエハＷに対して、塗布液を供給する薬液供給ノズル３８と、スピンチャック３４に保持されるウエハＷを取り囲むように設けられ、ウエハＷ上に供給されて回転によりウエハＷ表面から飛散する塗布液を受け取るカップ３３とを備える。薬液供給ノズル３８は、支持シャフト３８Ｓにより回動可能であり、これにより薬液供給ノズル３８の先端部３６は、カップ３３の外側の所定の位置（ホーム位置）と、スピンチャック３４に保持されるウエハＷの中央上方位置（供給位置）とに配置され得る。先端部３６には、塗布液供給チューブ３７の一端が接続され、塗布液供給チューブ３７の他端は薬液タンク３９が接続されている。薬液タンク３９には、例えばＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを有機溶媒に溶解した溶液（塗布液）が貯留されている。
【００４６】
薬液供給ノズル３８の先端部３６がホーム位置に在るときに、主搬送機構ＭＡのアーム７１（図８）が、スピンチャック３４の上方にまでウエハＷを搬入すると、スピンチャック３４が駆動機構３５により上向きに移動してアーム７１からウエハＷを受け取る。アーム７１が退出した後に、スピンチャック３４が駆動機構３５により下向きに移動することにより、ウエハＷがカップ３３内に収容される。スピンチャック３４によってウエハＷが所定の回転速度で回転すると共に、薬液供給ノズル３８の先端部３６がホーム位置から供給位置まで回動し、塗布液供給チューブ３７を通して供給される塗布液をウエハＷ上に供給する。これにより、ウエハＷ上にブロック共重合体の膜が形成される。
【００４７】
なお、スピンチャック３４によりウエハＷを回転する場合には、ウエハＷ上に塗布液を供給するステップ、所定の膜厚となるように塗布液を広げるステップ、塗布液を乾燥させるステップなどに応じて、ウエハＷの回転速度を適宜変更して良いことは、ウエハＷ上にフォトレジスト液を供給してフォトレジスト膜を形成する場合と同様である。
【００４８】
また、本実施形態によるパターン形成装置１００では、２つの塗布ユニット３２の一方をブロック共重合体の膜を形成するために使用し、他方をフォトレジスト膜を形成するために使用しても良い。また、塗布ユニット３２に、２つの薬液供給ノズル３８を設け、一方を薬液タンク３９に接続して塗布液を供給するために使用し、他方をフォトレジストタンク（図示せず）にフォトレジスト液を供給するために使用しても良い。本実施形態においては、フォトレジスト液は、第２の実施形態において説明したとおり、電子線フォトレジストである。
【００４９】
現像ユニット３１は、薬液タンク３９に現像液（例えばＴＭＡＨ）が貯留されて現像液が供給される点を除いて、塗布ユニット３２と同一の構成を有している。このため、現像ユニット３１についての説明を省略する。
【００５０】
再び図７及び図８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。インターフェイスステーションＳ３には搬送機構７６（図８）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９）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。
【００５１】
次に、図１１及び図１２を参照しながら紫外光照射ユニット４０を説明する。図１１は、紫外光照射ユニット４０を示す概略側面図である。図示のとおり、紫外光照射ユニット４０は、ウエハＷが収容されるウエハチャンバ５１と、ウエハチャンバ５１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５２とを有している。
【００５２】
ウエハチャンバ５１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。 
サセプタ５７は、図１２に示すように、円板状のプレート５７ｐと、プレート５７ｐの表面に設けられる例えば赤外（又は遠赤外）光を発する複数の発光素子６２と、プレート５７ｐの表面に設けられ、ウエハＷを支持する複数の支持ピン５８とを有している。円板状のプレート５７ｐ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。
【００５３】
発光素子６２は、電源６３（図１１）から供給される電力により、赤外（又は遠赤外）光を放射し、これにより、支持ピン５８により支持されるウエハＷを加熱する。発光素子６２は、図１２に示すとおり、プレート５７に対して同心円状の複数の円の円周上に所定の間隔で配置されている。発光素子６２の配置は、ウエハＷを均一に加熱できるように、例えばコンピュータシミュレーションにより決定することが好ましい。また、ウエハＷの温度をモニタし、所定の温度に維持するため、例えば放射温度計及び温度調整器（ともに図示せず）が設けられている。
【００５４】
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。また、図示の例では、支持ピン５８は、プレート５７に対してほぼ同心円状の３つの円の円周上に配置されている。ウエハＷからサセプタ５７への熱伝導を促進するため、図示の例に限らず、更に多数の支持ピン５８を設けても良い。
【００５５】
図１１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６１により冷却水が供給され、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。
【００５６】
また、ウエハチャンバ５１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６０とを備えている。さらに、ウエハチャンバ５１には搬送口（図示せず）が形成されており、これを通して、主搬送機構ＭＡのアーム７１によりウエハＷがウエハチャンバ５１内へ搬入され、ウエハチャンバ５１から搬出される。また、搬送口には例えばゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口が開閉される。
【００５７】
一方、ウエハチャンバ５１の上方に配置される光源チャンバ５２は、紫外光を照射するための紫外光の光源Ｌと、光源Ｌに電力を供給する電源７２とを備えている。光源Ｌは筐体７３に収容されている。光源Ｌは、上述のとおり、例えば低圧水銀灯やエキシマランプで構成して良い。具体的には、光源Ｌには、複数の低圧水銀灯が並置されても良いし、エキシマランプが並置されても良い。筐体７３の底部には光源Ｌから放出される紫外光をウエハチャンバ５１へ透過させるために、照射窓７４が設けられている。照射窓７４は、例えば石英ガラスにより形成される。光源Ｌから放出される紫外光が、照射窓７４を介してウエハチャンバ５１に向けて放射され、ウエハチャンバ５１の透過窓５４を透過した紫外光がウエハＷに照射される。
【００５８】
上記のように構成される紫外光照射ユニット４０においては、塗布ユニット３２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露光され、現像される。すなわち、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が形成されたウエハＷが、主搬送機構ＭＡのアーム７１によりウエハチャンバ５１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に置かれる。 
次に、サセプタ５７の発光素子６２に電力が供給され、発光素子６２から赤外（又は遠赤外）光が放射され、これにより、ウエハＷが所定の温度に加熱される。所定の時間経過後、発光素子６２をオフすると、ウエハＷの熱が、支持ピン５８及びプレート５７ｐ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。
【００５９】
ウエハＷが室温程度になった後、電源７２から光源Ｌに電力が供給され、光源Ｌから紫外光が放射される。紫外光は、光源チャンバ５２の照射窓７４とウエハチャンバ５１の透過窓５４とを通して、ウエハＷの表面に照射される。なお、紫外光のドーズ量は「照度×照射時間」で決まるため、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜の露光に必要なドーズ量を予め求めておき、紫外光の照度に応じて照射時間を決定することが好ましい。例えば、照射時間は数秒から数分であって良い。
【００６０】
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、紫外光照射ユニット４０から搬出される。その後、ウエハＷは現像ユニット３１へ搬送され、ここで例えばＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡの膜が現像されて、ＰＳ領域により構成されるパターンが得られる。
【００６１】
次に、紫外光照射ユニット４０の変形例について図１３を参照しながら説明する。変形例による紫外光照射ユニットにおいては、紫外線照射ユニット４０と比べると、ウエハチャンバ５１が異なり、光源チャンバ５２は同一である。以下では、ウエハチャンバを中心に説明する。
【００６２】
図１３を参照すると、変形例の紫外光照射ユニットのウエハチャンバ５１０は、上部筐体５３Ｔと下部筐体５３Ｂとを有している。上部筐体５３Ｔは、図示しないシール部材（例えばＯリング）により下部筐体５３Ｂの上縁に置かれ、これにより上部筐体５３Ｔと下部筐体５３Ｂとが密閉される。一方、上部筐体５３Ｔは、その上方に配置される光源チャンバ５２とともに上方へ移動可能であり、上方に移動したときにウエハがウエハチャンバ５１０へ搬入される。また、上部筐体５３Ｔの内周面には、リング形状を有するとともに、当該内周面に向かって下向きに傾斜するガイド部材５３Ｇが取り付けられている。ガイド部材５３Ｇは、ウエハＷに供給され、ウエハＷの回転により外側に飛ばされる塗布液や現像液（後述）を下部筐体５３Ｂへ案内する機能を有している。なお、下部筐体５３Ｂに案内された塗布液や現像液は、下部筐体５３Ｂの底部に形成された排出口５３Ｄから排出される。
【００６３】
下部筐体５３Ｂには、ウエハＷを支持し回転するウエハ回転部３４０と、ウエハ回転部３４０を回転する駆動部Ｍとが設けられている。ウエハ回転部３４０は、中央部に開口を有する円環形状のプレート部材３４ａと、プレート部材３４ａの裏面側において中央部の開口の開口縁に取り付けられる中空の円筒形状のベース部３４ｂと、プレート部３４ａの外周から立ち上がる円筒形状の円周部３４ｃとを有している。円周部３４ｃは、ウエハＷの外径よりもわずかに大きい内径を有し、上部には、円周部３４ｃから内方に延びる爪部３４Ｓが設けられている。本実施形態においては、円周部３４ｃには、１２個の爪部３４Ｓが所定の間隔で設けられている。これらの爪部３４ＳはウエハＷの裏面周縁部に接し、これによりウエハＷが支持される。なお、爪部３４Ｓは、例えば主搬送機構ＭＡのアーム７１によりウエハＷを受け取るため、上下動可能に構成されることが好ましい。
【００６４】
駆動部Ｍは、ウエハ回転部３４０のベース部３４ｂを取り囲むように下部筐体５３Ｂの底面上に配置されている。駆動部Ｍはベース部３４ｂを回転可能に保持し、これによりウエハ回転部３４０と、ウエハ回転部３４０に支持されるウエハＷとを回転することができる。
【００６５】
下部筐体５３Ｂの底面中央には開口が設けられ、この開口には円筒部材５３Ｃが取り付けられている。円筒部材５３Ｃの内空間には、支持部材６２０Ｓが挿入され、円筒部材５３Ｃの内面に対して所定の部材により固定されている。支持部材６２０Ｓの上端には、加熱部６２０が配置されている。加熱部６２０は、ウエハＷの外径と等しいか僅かに大きい外径を有している。加熱部６２０は、扁平な有底の円筒形状を有しており、底面には複数の発光素子６２が配置されている。発光素子６２には、図示しない電源（電源６３に相当）が接続されている。また、加熱部６２０の上端には、赤外（又は遠赤外）光を透過する透過窓６２０Ｗが配置されている。
【００６６】
また、ウエハチャンバ５１０には、ウエハ回転部３４０に支持されるウエハＷに対して、ブロック共重合体（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）の塗布液を供給する塗布液供給ノズル３８Ａと、現像液（例えばＴＭＡＨ）を供給する現像液供給ノズル３８Ｂとが設けられている。塗布液供給ノズル３８Ａ及び現像液供給ノズル３８Ｂは、図１０に示す塗布液供給ノズル３８と同様に構成されており、ウエハＷの外側のホーム位置（図１３にて実線で示すノズル３８Ａ，３８Ｂの位置）と、ウエハＷの中央上方の供給位置（図１３にて点線で示すノズル３８Ａ，３８Ｂの位置）とに往復可能である。
【００６７】
以上の構成によれば、上部筐体５３Ｔ及び光源チャンバ５２が上方に移動したときに、ウエハＷが、例えば主搬送機構ＭＡのアーム７１によりウエハチャンバ５１０に搬入され、ウエハ回転部３４０により受け取られる。上部筐体５３Ｔ及び光源チャンバ５２が降下し、下部筐体５３Ｂの上縁に置かれた後、駆動部Ｍによりウエハ回転部３４０及びウエハＷが回転すると共に、塗布液供給ノズル３８Ａがホーム位置から供給位置へ移動してウエハＷ上に塗布液を供給し、ホーム位置へ戻る。回転により塗布液がウエハＷ上に所定の厚さで広がって、ブロック共重合体の膜が形成された後、ウエハ回転部３４０が停止する。
【００６８】
次いで、発光素子６２に対して電力が供給され、発光素子６２からの赤外（又は遠赤外）光によりウエハＷが照射され、ウエハＷが所定の温度に加熱される。所定の時間経過後、発光素子６２をオフする。この加熱により、ブロック共重合体の膜内には、ＰＳ領域とＰＭＭＡ領域とが配列される。
【００６９】
次に、光源チャンバ５２の光源Ｌに対して電源７２（図１１）から電力が供給され、光源Ｌからの紫外光がウエハＷに、所定の時間、照射される。これにより、ブロック共重合体の膜が露光される。 
続けて、現像液供給ノズル３８Ｂが、ホーム位置から供給位置へ移動してウエハＷ上に現像液を供給する。供給された現像液は、ウエハＷの表面全面に広がって、表面張力により所定の厚さでウエハＷの表面上に留まる。ウエハＷの表面上に留まる現像液に、ＰＭＭＡ領域が溶け出し、ブロック共重合体が現像（パターニング）される。この後、ウエハ回転部３４０によりウエハＷが回転することにより、ウエハＷの表面上に留まる現像液が除去されると共に、図示しないリンス液供給ノズルからリンス液が供給されて、ウエハＷの表面が洗浄される。 
なお、ウエハチャンバ５１０に隣接して冷却機構（図示せず）を設け、ウエハＷを加熱した後に、上部筐体５３Ｔを上昇させてウエハＷを冷却機構へ搬入し、冷却機構においてウエハＷを冷却しても良い。
【００７０】
以上のように、変形例の紫外光照射ユニットは、ブロック共重合体の形成、露光、及び現像の一連のプロセスが実施されるという利点を有している。
【００７１】
最後に、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡから作製したパターン（ＰＳ領域）の紫外光のドーズ量依存性について調べた実験及びその結果を説明する。この実験では、６枚の基板上に、上述の実施例１と同様にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜を形成し、加熱することにより作製した６つ試料を、対応する６とおりのドーズ量にて低圧水銀灯を用いて露光し、露光したＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜をＴＭＡＨ（２．３８％）で現像した。その結果を図１４に示す。図１４に示すように、約４．０Ｊ／ｃｍ２から約５．１Ｊ／ｃｍ２の範囲のドーズ量（低圧水銀灯からの紫外光中の波長２５４ｎｍのピーク）により良好なパターンが形成されていることがわかる。また、ドーズ量が上記の範囲よりも小さい場合には、露光後のＰＭＭＡ領域がＴＭＡＨによって十分に除去されず、ドーズ量が上記の範囲より大きい例えば６．９Ｊ／ｃｍ２や８．６Ｊ／ｃｍ２の場合には、残ったＰＳ領域の厚さが薄くなる傾向にある。上述の実施例１における結果を考慮すると、低圧水銀灯を用いてＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ膜を露光する場合、そのドーズ量としては約４．０Ｊ／ｃｍ２から約５．５Ｊ／ｃｍ２の範囲のドーズ量が好ましいと考えることができる。
【００７２】
なお、上記の範囲を、低圧水銀灯からの紫外光中の波長１８５ｎｍのピークにおけるドーズ量に換算すると、波長１８５ｎｍのピークの強度が波長２５４ｎｍのピークの強度の１００分の１程度であるため、約４０ｍＪ／ｃｍ２から約５５ｍＪ／ｃｍ２までとなる。
【００７３】
以上、幾つかの実施形態及び実施例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及び実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更が可能である。
【００７４】
例えば、露光後のブロック共重合体（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）を現像する現像液としては、ＴＭＡＨに限らず、水酸化カリウムを含む現像液を使用することができる。また、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）及びＩＰＡの混合液を利用して露光後のブロック共重合体（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）を現像しても良い。 
第３の実施形態においては、サセプタ５７（変形例においては加熱部６２０）に発光素子６２が設けられているが、ブロック共重合体の膜が形成されるウエハＷを加熱するために、発光素子６２でなく、サセプタ５７（加熱部６２０）に電熱ヒータを設けても良い。また、サセプタ５７内に流体流路を形成し、温度調整した流体を流すことにより、サセプタ５７上のウエハＷを加熱しても良い。さらに、発光素子６２は、サセプタ５７（加熱部６２０）にではなく、光源チャンバ５２に設け、照射窓７４及び透過窓５４を通してウエハＷに赤外（又は遠赤外）光を照射しても良い。また、光源チャンバ５２に赤外線ランプを設けても良い。また、光源Ｌ内に発光素子又は赤外線ランプを設けても良い。
【００７５】
第３の実施形態において、ウエハチャンバ５１のサセプタ５７上の発光素子６２によりウエハＷを加熱した後、ウエハＷを室温程度まで冷却してから、光源Ｌから紫外光をウエハＷに照射する場合を説明したが、ウエハＷを加熱したまま紫外光を照射しても良い。また、ウエハＷの降温中に紫外光を照射しても良い。
【００７６】
また、ウエハチャンバ５１内の大気中の酸素の濃度や湿度を調整するため、酸素ガス供給管や、例えば窒素ガスや清浄空気で純水をバブリングして水蒸気を供給する供給管をウエハチャンバ５１に設けても良い。
【００７７】
また、パターン形成装置１００の加熱ユニット６１又はＣＨＰユニット６６は、第１及び第２の実施形態におけるブロック共重合体（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）の膜を加熱するために使用しても良い。
【００７８】
第３の実施形態における紫外光照射ユニット４０又は４００の光源Ｌとしてエキシマランプを使用する場合には、複数のＸｅエキシマランプ（発光波長１７２ｎｍ）と複数のＫｒＣｌエキシマランプ（発光波長２２２ｎｍ）を交互に並置しても良い。この場合、ＸｅエキシマランプとＫｒＣｌエキシマランプとを同時に点灯しても良いし、交互に点灯しても良い。なお、波長１７２ｎｍの紫外光は、大気に吸収されやすいため、大気中で例えば５ｍｍの距離だけ透過した場合でも光強度は１０％程度にまで減衰してしまう。このため、Ｘｅエキシマランプを使用する場合には、このランプと基板との間の間隔Ｄ（図１）は、低圧水銀灯を用いる場合に比べて短くすることが好ましい。
【００７９】
また、上記の実施形態においては半導体ウエハを例示したが、本発明では半導体ウエハだけでなく、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板を用いても良い。
【符号の説明】
【００８０】
Ｓ・・・基板、１２・・・薄膜、１３・・・フォトレジスト膜、２１・・・ブロック共重合体の膜、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、３１・・・現像ユニット、３２・・・塗布ユニット、４０，４００・・・紫外光照射ユニット、５１，５１０・・・ウエハチャンバ、５２・・・光源チャンバ、５８・・・支持ピン、６２・・・発光素子、ＤＬ・・・現像液、ＤＳ・・・ＰＳ領域、ＤＭ・・・ＰＭＭＡ領域、ＨＰ・・・ホットプレート、Ｌ・・・光源、Ｗ・・・ウエハ。
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図１４】
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