パターン形成方法およびパターン形成装置
【課題】スループットを向上させ、半導体装置の製造コストを抑制するパターン形成方法およびパターン形成装置を提供する。
【解決手段】実施の形態のパターン形成方法は、被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、加熱処理により、塗布された複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを第２の領域に形成する工程を行う。
【解決手段】実施の形態のパターン形成方法は、被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、加熱処理により、塗布された複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを第２の領域に形成する工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、パターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、レジストパターンをマスクとして被加工膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）や加工する際、チップとして使用できないウエハ周辺部の領域にもレジストパターンを形成することで、ＣＭＰや加工による寸法のばらつきを抑制する方法が提案されている。
【０００３】
しかし、従来の方法では、ウエハ周辺部にレジストパターンを形成するためには、チップとして使用できないにも関わらず露光処理を行うため、スループットが低下し、また、コストが増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、スループットを向上させ、半導体装置の製造コストを抑制するパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態のパターン形成方法は、被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、加熱処理により、塗布された複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを第２の領域に形成する工程を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るウエハの上面図である。図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体の模式図である。図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化する前の様子を示す概略図である。図１（ｄ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化した後の様子を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係るミクロ相分離によって形成される構造体と、ポリマーブロック鎖の長さ、および２つのポリマーブロック鎖の長さの比の関係を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図４（ｂ）は、第１の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＰＭＭＡを除去した後の欠けショット領域の模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[第１の実施の形態]
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るウエハの上面図である。被処理基板としてのウエハ１は、例えば、Ｓｉ系結晶を主成分とする半導体基板である。ウエハ１は、図１（ａ）に示すように、例えば、デバイスを形成することができる複数のショット領域（第１の領域）１０と、周辺部に位置するため、一部のチップでデバイスを形成することができない複数の欠けショット領域（第２の領域）１２と、を有する。欠けショット領域１２は、図１（ａ）において斜線で示している。なお、第１の領域は欠けショット領域１２の他に、領域検査工程等で不良と判断されたデバイス領域でも構わない。
【０００９】
この第１の実施の形態では、ブロック共重合体をミクロ相分離させてパターンを形成する方法について説明する。
【００１０】
以下では、パターンをショット領域１０に形成する方法として、ナノインプリント法を用いるものとする。そこで、ショット領域１０は、１回テンプレートを押し付けることにより、パターンが形成される領域であるものとする。
【００１１】
ショット領域１０におけるパターンの被覆率と、欠けショット領域１２におけるパターンの被覆率が異なるとき、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等の加工やＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等により、ショット領域１０と欠けショット領域１２では、仕上がり寸法に差が生じることが知られている。
【００１２】
ここで、ショット領域１０における被覆率とは、ショット領域１０に形成されたパターンの占有面積と、ショット領域１０の面積との比率である。また、欠けショット領域１２における被覆率とは、欠けショット領域１２に形成されたパターンの占有面積と、欠けショット領域１２の面積との比率である。
【００１３】
本実施の形態においては、このショット領域１０には、レジスト材を塗布してレジストパターン（第１のパターン）を形成する。一方、欠けショット領域１２には、ブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体を自己組織化させてパターン（第２のパターン）を形成する。以下に、ブロック共重合体について説明する。
【００１４】
（ブロック共重合体の構成）
図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体の模式図である。図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化する前の様子を示す概略図である。図１（ｄ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化した後の様子を示す概略図である。
【００１５】
ブロック共重合体２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、２つの異なるポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが直線的に化学結合して構成される。この２つの異なるポリマーブロック鎖Ａ、Ｂは、例えば、ポリスチレンとポリメチルメタクリレート、ポリスチレンとポリフェロセニルジメチルシレン、ポリスチレンとポリブタジエン、ポリスチレンとポリイソプレンなど、ミクロ相分離が容易となるものが好ましい。
【００１６】
本実施の形態では、ポリマーブロック鎖ＡとしてＰＳ（Polystyrene）、ポリマーブロック鎖ＢとしてＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate）を用いる。なお、ブロック共重合体２は、例えば、ポリマーブロック鎖が３種類以上結合したものでも良い。また、ブロック共重合体２は、１種類以上のポリマーブロック鎖が中心から放射状に伸びたスター型、または一方のポリマーブロック鎖の主鎖に他方のポリマーブロック鎖がぶら下がったものでも良い。
【００１７】
この２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂは、それぞれ水と油のようにはじく性質があり、お互いに分離しようとする。しかし、ブロック共重合体２は、２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが結合しているため、分離できない。その結果、ブロック共重合体２は、例えば、加熱処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すような無秩序状態から、図１（ｄ）に示すような自己組織化した状態へとミクロ相分離を行う。ブロック共重合体２は、図１（ｄ）に示すように、ミクロ相分離することにより、ポリマーブロック鎖と同程度の大きさＬ（例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ）のナノ構造体を形成する。
【００１８】
図２は、第１の実施の形態に係るミクロ相分離によって形成される構造体と、ポリマーブロック鎖の長さ、および２つのポリマーブロック鎖の長さの比の関係を示す概略図である。
【００１９】
ミクロ相分離によって生じる構造体の大きさは、ポリマーブロック鎖の長さ（分子量）で決まる。図２に示すように、ポリマーブロック鎖が短いと構造体は小さく、長いと大きくなる。一方、ブロック共重合体２は、２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂの長さの比（組成比）を変化させることにより、図２に示すように、球構造体、シリンダ構造体、共連続構造体およびラメラ構造体へとミクロ相分離を行う。
【００２０】
ここで、球構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が球状に集まることにより形成される構造体である。
【００２１】
シリンダ構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が柱状に集まることにより形成される構造体である。
【００２２】
共連続構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が三次元網目状に集まることにより形成される構造体である。
【００２３】
ラメラ構造体とは、例えば、組成比が等しいときに生じるものであり、２つの相が平面状に相互に積層して形成される構造体である。
【００２４】
また、ブロック共重合体２を構成するポリマーブロック鎖は、エッチングレートに差があることが好ましい。エッチングレートに差があることにより、ポリマーブロック鎖の一方を除去することができる。
【００２５】
つまり、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖を除去した際の被覆率は、例えば、ラメラ構造体＜共連続構造体＜シリンダ構造体＜球構造体となる。なお、ラメラ構造の被覆率は、５０％となる。一方、組成比が大きい方のポリマーブロック鎖を除去した際の被覆率は、例えば、球構造体＜シリンダ構造体＜共連続構造体＜ラメラ構造体となる。
【００２６】
また、ラメラ構造体を作成する場合、ブロック共重合体２から形成される膜は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡが並ぶピッチの１．５倍程度の膜厚であることが好ましい。球構造体およびシリンダ構造体を作成する場合、ブロック共重合体２から形成される膜は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡが並ぶピッチの等倍程度の膜厚であることが好ましい。以下に、このブロック共重合体２を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００２７】
（半導体装置の製造方法）
図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図４（ｂ）は、第１の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＰＭＭＡを除去した後の欠けショット領域の模式図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示す欠けショット領域１２は、第１〜第６の領域１２０〜１２５のうち、少なくとも１つの領域が欠けているものとする。なお、第１の領域は欠けショット領域１２の他に、領域検査工程等で不良と判断されたデバイス領域でも構わないが、本実施形態では欠けショット領域１２であるものとする。
【００２８】
本実施の形態では、ＰＳとＰＭＭＡの組成を反転させた溶液４１、４２を用いることで、欠けショット領域１２の被覆率を制御する方法について説明する。なお、以下の各実施の形態では、パターン形成装置４から射出される液滴の量は等しいものとする。また、以下の各実施の形態では、ウエハ１にレジストパターンを形成する方法は、テンプレート６を用いたナノインプリント法であるものとする。なお、ナノインプリント法を用いてレジストパターンを形成する領域は被処理基板において製品を取得する製品領域であり、欠けショット領域は被処理基板において製品を取得しない非製品領域である。
【００２９】
パターン形成装置４は、ノズル４０ａ、４０ｂと、加熱部４０Ｂとを備えている。パターン形成装置４は、例えば、ノズル４０ａにより溶液４１を目的の領域に供給した後、ノズル４０ｂにより溶液４２を目的の領域に供給するように構成されているものとする。
【００３０】
まず、被加工膜１４が形成されたウエハ１を用意する。また、ＰＳとＰＭＭＡの組成を反転した、２種類の溶液４１、４２を用意する。
【００３１】
この溶液４１、４２は、例えば、溶媒であるプロピオングリコールモノメチルエーテルにブロック共重合体を溶解し、パターン形成装置４のノズル４０ａ、４０ｂから射出できるように、濃度および粘度等が調整されている。
【００３２】
また、この溶液４１、４２は、例えば、ＰＳ（Ｍｗ：１０００００）とＰＭＭＡ（Ｍｗ：４００００）からなるブロック共重合体２に分子量（Ｍｗ）３００００のＰＳホモポリマーを混合して溶媒に溶解し易いように、ＰＳとＰＭＭＡの混合比を調整されている。溶液４１は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０である。溶液４２は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０である。なお、ブロック共重合体２は、組成比を反転させても溶媒に混ざるように、分子量が大きく変わらないことが好ましい。また、ブロック共重合体２は、ポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが等しい分子量となることがより好ましい。
【００３３】
次に、図３（ａ）に示すように、パターン形成装置４を用いて、欠けショット領域１２に溶液４１、４２を、ここでは模式的に液滴１つで書いているが、例えば、１ｐLの液滴を複数滴下する。この溶液４１、４２の直径は、例えば、１μｍである。なお、ウエハ１は、ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane：ヘキサメチルジンラザン）雰囲気で１８０℃、６０秒間疎水化処理がなされ、被加工膜１４の表面エネルギーが調整されている。
【００３４】
具体的には、ショット領域１０と欠けショット領域１２の被覆率が等しくなるように、２種類の溶液４１、４２を滴下する。上記に示したように、１種類の組成の組み合わせで生じる構造体は、１種類であり、その被覆率は、構造体に応じたものとなる。ショット領域１０の被覆率が、構造体に応じた被覆率と異なる場合、ショット領域１０の被覆率と欠けショット領域１２の被覆率とを等しくすることはできない。しかし、組成比を変えた複数の溶液を用いることにより、複数種類の構造体が形成され、欠けショット領域１２の被覆率を制御することが可能となる。この欠けショット領域１２の被覆率は、複数種類のブロック共重合体それぞれの塗布量および塗布位置によって決定される。なお、ショット領域１０の被覆率は、ウエハ１の全てのショット領域１０の被覆率の平均であっても良いし、ひとつのショット領域１０の被覆率であっても良い。また、欠けショット領域１２の被覆率は、ウエハ１の全ての欠けショット領域１２の被覆率の平均であっても良いし、ひとつの欠けショット領域１２の被覆率であっても良い。またさらに、欠けショット領域１２の被覆率は、欠けショット領域１２が隣接するショット領域１０の被覆率に基づいて決定されても良い。
【００３５】
ここで、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０となる溶液４１では、ＰＭＭＡが球体となる。一方、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０となる溶液４２では、ＰＳが球体となる。つまり、エッチングレートがＰＳよりも大きいＰＭＭＡを除去することで、この２種類の溶液４１、４２が滴下された領域の被覆率は異なる。そこで、例えば、欠けショット領域１２をいくつかの領域に分け、それぞれの領域に応じた溶液４１、４２を滴下することにより、欠けショット領域１２の被覆率を所望の被覆率に制御することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、例えば、欠けショット領域１２を第１〜第６の領域１２０〜１２５に分け、第１、第３、第５および第６の領域１２０、１２２、１２４、１２５に、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０となる溶液４１を滴下する。また、例えば、第２および第４の領域１２１、１２３に、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０となる溶液４２を滴下する。
【００３７】
次に、滴下した溶液４１、４２を欠けショット領域１２に塗り広げる。具体的には、例えば、テンプレート６を押し付けても良いし、ウエハ１を回転させて溶液を欠けショット領域１２に塗り広げても良い。溶液４１、４２を塗り広げることにより、欠けショット領域１２にブロック共重合体膜４３が形成される。このブロック共重合体膜４３の膜厚は、例えば、４０ｎｍである。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、加熱部４０Ｂにより、ウエハ１の加熱処理を行う。この加熱処理は、窒素雰囲気中で２２０℃、数分間行われる。
【００３９】
この加熱処理により、ブロック共重合体膜４３には、ミクロ相分離が生じ、図４（ｂ）に示すように、相分離膜４４が形成される。この相分離膜４４には、ＰＳとＰＭＭＡによるパターンが生じる。溶液４１から形成される相分離膜４４では、例えば、ＰＭＭＡが直径４０ｎｍの球体となる。この球体となったＰＭＭＡの直径は、例えば、相分離膜４４の膜厚と同じである。また、溶液４２から形成される相分離膜４４では、例えば、ＰＳが直径４０ｎｍの球体となる。この球体となったＰＳの直径は、例えば、相分離膜４４の膜厚と同じである。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ショット領域１０にレジスト材を塗布し、レジスト膜５を形成する。このレジスト材は、例えば、紫外線の照射により硬化するものである。なお、図３（ｃ）に示す相分離膜４４の点線の円は、ミクロ相分離により生じた球体を模式的に示したものである。
【００４１】
次に、図３（ｄ）に示すように、ナノインプリント法により、レジストパターン５０を形成する。具体的には、例えば、レジスト膜５にテンプレート６を押し付け、テンプレート６を介して紫外線７をレジスト膜５に照射し、レジスト膜５を硬化させてレジストパターン５０を形成する。
【００４２】
次に、図３（ｅ）および図４（ｃ）に示すように、ドライエッチング法により、相分離膜４４のＰＭＭＡを除去する。具体的には、酸素ガスによるドライエッチングを行う。この際、酸素ガスに対してエッチングレートが大きいＰＭＭＡが除去され、主にＰＳが被加工膜１４上に残る。
【００４３】
つまり、図４（ｃ）に示すように、例えば、溶液４１を滴下した第１、第３、第５および第６の領域１２０、１２２、１２４、１２５では、球体となるＰＭＭＡが除去される。なお、球体であるＰＭＭＡが除去されるとき、例えば、ＰＭＭＡの下のＰＳも除去され、図３（ｅ）および図４（ｃ）に示すように、円筒状の開口が形成される。
【００４４】
また、溶液４２を滴下した第２および第４の領域１２１、１２３では、球体であるＰＳを残してＰＭＭＡが除去される。なお、ＰＳの下のＰＭＭＡは、図３（ｅ）に示すように、例えば、球体のＰＳがマスクとなってエッチングされにくいので、被加工膜１４上に残る。
【００４５】
次に、パターン下の残膜を除去したレジストパターン５０、およびＰＳをマスクとして被加工膜１４を加工し、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。
【００４６】
（第１の実施の形態の効果）
上記の第１の実施の形態によれば、欠けショット領域１２にレジストパターンを形成する方法と比べて、露光処理等を必要としないので、スループットが向上し、また、半導体装置の製造コストを抑制することができる。
【００４７】
また、上記の第１の実施の形態によれば、ショット領域１０の被覆率に応じて、欠けショット領域１２の被覆率を制御することができるので、ショット領域１０における被加工膜１４の仕上がり寸法の精度を向上させることができる。
【００４８】
さらに、第１の実施の形態によれば、１種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御するのではなく、複数種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御するので、１つの構造体により決まる被覆率以外の被覆率を実現することができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、ミクロ相分離によって異なる３つの構造体となる複数種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御する点で第１の実施の形態と異なっている。以下に記載の各実施の形態において、第１の実施の形態と構成および機能が同じ場合は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は、省略するものとする。
【００５０】
（半導体装置の製造方法）
図５（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。図６（ａ）は、第２の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図６（ａ）および（ｂ）に示す欠けショット領域１２は、第１〜第６の領域１２０〜１２５のうち、少なくとも１つの領域が欠けているものとする。
【００５１】
本実施の形態では、ＰＳとＰＭＭＡの組成比を変え、ミクロ相分離により形成される３つの異なる構造体によって、欠けショット領域１２の被覆率を制御する方法について説明する。なお、組成比を反転したブロック共重合体を組み合わせて用いても良い。
【００５２】
本実施の形態に係るパターン形成装置４は、例えば、溶液の種類に応じて３つのノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備えている。パターン形成装置４は、例えば、それぞれのノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃからそれぞれ１種類の溶液を目的の領域に滴下するように構成されているものとする。
【００５３】
まず、被加工膜１４が形成されたウエハ１を用意する。また、ミクロ相分離により、球構造体を形成する第１の溶液４５、シリンダ構造体を形成する第２の溶液４６、およびラメラ構造体を形成する第３の溶液４７を用意する。
【００５４】
この第１〜第３の溶液４５〜４７は、例えば、溶媒であるプロピオングリコールモノメチルエーテルにブロック共重合体を溶解し、パターン形成装置４のノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃから射出できるように、濃度および粘度等が調整されている。
【００５５】
球構造体となる第１の溶液４５は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０である。シリンダ構造体となる第２の溶液４６は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が７０：３０である。ラメラ構造体となる第３の溶液４７は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が５０：５０である。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、パターン形成装置４を用いて、ノズル４０ａから第１の溶液４５、ノズル４０ｂから第２の溶液４６、およびノズル４０ｃから第３の溶液４７を欠けショット領域１２に滴下する。パターン形成装置４は、例えば、ステップアンドリピート方式で所定の領域にいずれかの溶液を滴下する。ウエハ１は、ＨＭＤＳ雰囲気で１８０℃、６０秒間疎水化処理がなされ、被加工膜１４の表面エネルギーが調整されている。なお、構造体の種類に応じて部分的に被加工膜１４の表面エネルギーを調整しても良い。
【００５７】
本実施の形態においては、例えば、図６（ａ）に示すように、例えば、第３および第５の領域１２２、１２４には、第１の溶液４５を滴下する。第１および第６の領域１２０、１２５には、例えば、第２の溶液４６を滴下する。第２および第４の領域１２１、１２３には、例えば、第３の溶液４７を滴下する。
【００５８】
次に、滴下した第１〜第３の溶液４５〜４７を欠けショット領域１２に塗り広げる。
【００５９】
次に、図５（ｂ）に示すように、加熱部４０Ｂにより、ウエハ１の加熱処理を行う。この加熱処理は、窒素雰囲気中で２２０℃、数分間行われる。
【００６０】
この加熱処理により、ブロック共重合体膜４３には、ミクロ相分離が生じ、図６（ｂ）に示すように、球構造体、シリンダ構造体およびラメラ構造体を含む相分離膜４４が形成される。
【００６１】
第１および第６の領域１２０、１２５は、図６（ｂ）に示すように、シリンダ構造体が生じる。なお、図６（ｂ）に示す第１および第６の領域１２０、１２５のＰＭＭＡの領域は、ＰＭＭＡが、被加工膜１４の表面から垂直方向に、かつ、円柱状に集まった構造体を示すものとする。
【００６２】
第２および第４の領域１２１、１２３は、図６（ｂ）に示すように、ラメラ構造体が生じる。第３および第５の領域１２２、１２４は、図６（ｂ）に示すように、球構造体が生じる。なお、図５（ｃ）および（ｄ）に示す相分離膜４４の点線の円は、ミクロ相分離により生じた球体を模式的に示したものである。また、相分離膜４４の点線の平行線は、ミクロ相分離により生じたシリンダ構造又はラメラ構造を模式的に示したものである。
【００６３】
次に、図５（ｃ）に示すように、ショット領域１０にレジスト材を塗布し、レジスト膜５を形成する。
【００６４】
次に、図５（ｄ）に示すように、ナノインプリント法により、レジストパターン５０を形成する。
【００６５】
次に、図５（ｅ）に示すように、ドライエッチング法により、相分離膜４４のＰＭＭＡを除去する。
【００６６】
第１の溶液４５を滴下した第３および第５の領域１２２、１２４では、球体となるＰＭＭＡが除去される。
【００６７】
第２の溶液４６を滴下した第１および第６の領域１２０、１２５では、シリンダ体となるＰＭＭＡが除去される。
【００６８】
第３の溶液４７を滴下した第２および第４の領域１２１、１２３では、ラインとスペースが等間隔に並ぶラインアンドスペースパターンとなるＰＳを残してＰＭＭＡが除去される。
【００６９】
次に、パターン下の残膜を除去したレジストパターン５０、およびＰＳをマスクとして被加工膜１４を加工し、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。
【００７０】
（第２の実施の形態の効果）
上記の第２の実施の形態によれば、ブロック共重合体の組成比を反転させる場合と比べて、より正確に、欠けショット領域１２の被覆率を制御することができる。
【００７１】
また、上記の第２の実施の形態に係るパターン形成装置４によれば、溶液の種類に応じて複数のノズルを備えているので、ノズルを洗浄しながら複数の溶液を滴下するものと比べて、スループットが向上する。
【００７２】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を混合して塗布する点で上記の各実施の形態と異なっている。
【００７３】
本実施の形態では、ミクロ相分離後、球構造体、シリンダ構造体、共連続構造体またはラメラ構造体となる複数のブロック共重合体を混合して欠けショット領域１２に塗布する。
【００７４】
各構造体は、例えば、組成比、分子量、ブロック共重合体膜４３の膜厚および下地の表面エネルギー等によって形成され易さが異なる。しかし、下地にケミカルガイドを形成することにより、ミクロ相分離による構造体の制御は可能である。このケミカルガイドとは、例えば、下地の表面エネルギーを部分的に変化させた領域である。なお、ケミカルガイドは、例えば、下地の結晶方位を用いても良い。
【００７５】
ケミカルガイドが疎水性を有し、ブロック共重合体がＰＳとＰＭＭＡからなるとき、ケミカルガイド上には、ＰＳが集まり、当該ブロック共重合体に応じた構造体がケミカルガイド周辺に発生する。よって、複数種類のブロック共重合体が混合された溶液を下地に塗布する際、形成される構造体に応じてケミカルガイドを下地に形成することにより、構造体の形成を制御することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態の効果）
上記の第３の実施の形態によれば、複数種類のブロック共重合体を混合して塗布することができるので、複数種類のブロック共重合体ごとに塗布する場合と比べて、スループットが向上する。
【００７７】
（実施の形態の効果）
以上説明した各実施の形態によれば、複数種類のブロック共重合体のミクロ相分離を利用してパターンを形成するので、スループットを向上させ、半導体装置の製造コストを抑制することができる。
【００７８】
上記の各実施の形態において、ナノインプリント法によるパターンの形成方法を用いたがこれに限定されず、フォトリソグラフィ法、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光リソグラフィ法等であっても良い。
【００７９】
また、上記の各実施の形態において、レジストパターンの形成前に、溶液の塗布と加熱処理を行ったが、各工程は、レジストパターンの形成方法、ポリマーブロック鎖の種類等に応じて順序を入れ替えることができる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１…ウエハ、２…ブロック共重合体、４…パターン形成装置、１０…ショット領域、１２…欠けショット領域、４０ａ〜４０ｃ…ノズル、４０Ｂ…加熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、パターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、レジストパターンをマスクとして被加工膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）や加工する際、チップとして使用できないウエハ周辺部の領域にもレジストパターンを形成することで、ＣＭＰや加工による寸法のばらつきを抑制する方法が提案されている。
【０００３】
しかし、従来の方法では、ウエハ周辺部にレジストパターンを形成するためには、チップとして使用できないにも関わらず露光処理を行うため、スループットが低下し、また、コストが増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、スループットを向上させ、半導体装置の製造コストを抑制するパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態のパターン形成方法は、被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程を行う。次に、実施の形態のパターン形成方法は、加熱処理により、塗布された複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを第２の領域に形成する工程を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るウエハの上面図である。図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体の模式図である。図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化する前の様子を示す概略図である。図１（ｄ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化した後の様子を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係るミクロ相分離によって形成される構造体と、ポリマーブロック鎖の長さ、および２つのポリマーブロック鎖の長さの比の関係を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図４（ｂ）は、第１の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＰＭＭＡを除去した後の欠けショット領域の模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[第１の実施の形態]
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るウエハの上面図である。被処理基板としてのウエハ１は、例えば、Ｓｉ系結晶を主成分とする半導体基板である。ウエハ１は、図１（ａ）に示すように、例えば、デバイスを形成することができる複数のショット領域（第１の領域）１０と、周辺部に位置するため、一部のチップでデバイスを形成することができない複数の欠けショット領域（第２の領域）１２と、を有する。欠けショット領域１２は、図１（ａ）において斜線で示している。なお、第１の領域は欠けショット領域１２の他に、領域検査工程等で不良と判断されたデバイス領域でも構わない。
【０００９】
この第１の実施の形態では、ブロック共重合体をミクロ相分離させてパターンを形成する方法について説明する。
【００１０】
以下では、パターンをショット領域１０に形成する方法として、ナノインプリント法を用いるものとする。そこで、ショット領域１０は、１回テンプレートを押し付けることにより、パターンが形成される領域であるものとする。
【００１１】
ショット領域１０におけるパターンの被覆率と、欠けショット領域１２におけるパターンの被覆率が異なるとき、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等の加工やＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等により、ショット領域１０と欠けショット領域１２では、仕上がり寸法に差が生じることが知られている。
【００１２】
ここで、ショット領域１０における被覆率とは、ショット領域１０に形成されたパターンの占有面積と、ショット領域１０の面積との比率である。また、欠けショット領域１２における被覆率とは、欠けショット領域１２に形成されたパターンの占有面積と、欠けショット領域１２の面積との比率である。
【００１３】
本実施の形態においては、このショット領域１０には、レジスト材を塗布してレジストパターン（第１のパターン）を形成する。一方、欠けショット領域１２には、ブロック共重合体を塗布し、ブロック共重合体を自己組織化させてパターン（第２のパターン）を形成する。以下に、ブロック共重合体について説明する。
【００１４】
（ブロック共重合体の構成）
図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体の模式図である。図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化する前の様子を示す概略図である。図１（ｄ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体が自己組織化した後の様子を示す概略図である。
【００１５】
ブロック共重合体２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、２つの異なるポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが直線的に化学結合して構成される。この２つの異なるポリマーブロック鎖Ａ、Ｂは、例えば、ポリスチレンとポリメチルメタクリレート、ポリスチレンとポリフェロセニルジメチルシレン、ポリスチレンとポリブタジエン、ポリスチレンとポリイソプレンなど、ミクロ相分離が容易となるものが好ましい。
【００１６】
本実施の形態では、ポリマーブロック鎖ＡとしてＰＳ（Polystyrene）、ポリマーブロック鎖ＢとしてＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate）を用いる。なお、ブロック共重合体２は、例えば、ポリマーブロック鎖が３種類以上結合したものでも良い。また、ブロック共重合体２は、１種類以上のポリマーブロック鎖が中心から放射状に伸びたスター型、または一方のポリマーブロック鎖の主鎖に他方のポリマーブロック鎖がぶら下がったものでも良い。
【００１７】
この２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂは、それぞれ水と油のようにはじく性質があり、お互いに分離しようとする。しかし、ブロック共重合体２は、２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが結合しているため、分離できない。その結果、ブロック共重合体２は、例えば、加熱処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すような無秩序状態から、図１（ｄ）に示すような自己組織化した状態へとミクロ相分離を行う。ブロック共重合体２は、図１（ｄ）に示すように、ミクロ相分離することにより、ポリマーブロック鎖と同程度の大きさＬ（例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ）のナノ構造体を形成する。
【００１８】
図２は、第１の実施の形態に係るミクロ相分離によって形成される構造体と、ポリマーブロック鎖の長さ、および２つのポリマーブロック鎖の長さの比の関係を示す概略図である。
【００１９】
ミクロ相分離によって生じる構造体の大きさは、ポリマーブロック鎖の長さ（分子量）で決まる。図２に示すように、ポリマーブロック鎖が短いと構造体は小さく、長いと大きくなる。一方、ブロック共重合体２は、２つのポリマーブロック鎖Ａ、Ｂの長さの比（組成比）を変化させることにより、図２に示すように、球構造体、シリンダ構造体、共連続構造体およびラメラ構造体へとミクロ相分離を行う。
【００２０】
ここで、球構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が球状に集まることにより形成される構造体である。
【００２１】
シリンダ構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が柱状に集まることにより形成される構造体である。
【００２２】
共連続構造体とは、例えば、ブロック共重合体２において、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖が三次元網目状に集まることにより形成される構造体である。
【００２３】
ラメラ構造体とは、例えば、組成比が等しいときに生じるものであり、２つの相が平面状に相互に積層して形成される構造体である。
【００２４】
また、ブロック共重合体２を構成するポリマーブロック鎖は、エッチングレートに差があることが好ましい。エッチングレートに差があることにより、ポリマーブロック鎖の一方を除去することができる。
【００２５】
つまり、組成比が小さい方のポリマーブロック鎖を除去した際の被覆率は、例えば、ラメラ構造体＜共連続構造体＜シリンダ構造体＜球構造体となる。なお、ラメラ構造の被覆率は、５０％となる。一方、組成比が大きい方のポリマーブロック鎖を除去した際の被覆率は、例えば、球構造体＜シリンダ構造体＜共連続構造体＜ラメラ構造体となる。
【００２６】
また、ラメラ構造体を作成する場合、ブロック共重合体２から形成される膜は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡが並ぶピッチの１．５倍程度の膜厚であることが好ましい。球構造体およびシリンダ構造体を作成する場合、ブロック共重合体２から形成される膜は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡが並ぶピッチの等倍程度の膜厚であることが好ましい。以下に、このブロック共重合体２を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００２７】
（半導体装置の製造方法）
図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図４（ｂ）は、第１の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＰＭＭＡを除去した後の欠けショット領域の模式図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示す欠けショット領域１２は、第１〜第６の領域１２０〜１２５のうち、少なくとも１つの領域が欠けているものとする。なお、第１の領域は欠けショット領域１２の他に、領域検査工程等で不良と判断されたデバイス領域でも構わないが、本実施形態では欠けショット領域１２であるものとする。
【００２８】
本実施の形態では、ＰＳとＰＭＭＡの組成を反転させた溶液４１、４２を用いることで、欠けショット領域１２の被覆率を制御する方法について説明する。なお、以下の各実施の形態では、パターン形成装置４から射出される液滴の量は等しいものとする。また、以下の各実施の形態では、ウエハ１にレジストパターンを形成する方法は、テンプレート６を用いたナノインプリント法であるものとする。なお、ナノインプリント法を用いてレジストパターンを形成する領域は被処理基板において製品を取得する製品領域であり、欠けショット領域は被処理基板において製品を取得しない非製品領域である。
【００２９】
パターン形成装置４は、ノズル４０ａ、４０ｂと、加熱部４０Ｂとを備えている。パターン形成装置４は、例えば、ノズル４０ａにより溶液４１を目的の領域に供給した後、ノズル４０ｂにより溶液４２を目的の領域に供給するように構成されているものとする。
【００３０】
まず、被加工膜１４が形成されたウエハ１を用意する。また、ＰＳとＰＭＭＡの組成を反転した、２種類の溶液４１、４２を用意する。
【００３１】
この溶液４１、４２は、例えば、溶媒であるプロピオングリコールモノメチルエーテルにブロック共重合体を溶解し、パターン形成装置４のノズル４０ａ、４０ｂから射出できるように、濃度および粘度等が調整されている。
【００３２】
また、この溶液４１、４２は、例えば、ＰＳ（Ｍｗ：１０００００）とＰＭＭＡ（Ｍｗ：４００００）からなるブロック共重合体２に分子量（Ｍｗ）３００００のＰＳホモポリマーを混合して溶媒に溶解し易いように、ＰＳとＰＭＭＡの混合比を調整されている。溶液４１は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０である。溶液４２は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０である。なお、ブロック共重合体２は、組成比を反転させても溶媒に混ざるように、分子量が大きく変わらないことが好ましい。また、ブロック共重合体２は、ポリマーブロック鎖Ａ、Ｂが等しい分子量となることがより好ましい。
【００３３】
次に、図３（ａ）に示すように、パターン形成装置４を用いて、欠けショット領域１２に溶液４１、４２を、ここでは模式的に液滴１つで書いているが、例えば、１ｐLの液滴を複数滴下する。この溶液４１、４２の直径は、例えば、１μｍである。なお、ウエハ１は、ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane：ヘキサメチルジンラザン）雰囲気で１８０℃、６０秒間疎水化処理がなされ、被加工膜１４の表面エネルギーが調整されている。
【００３４】
具体的には、ショット領域１０と欠けショット領域１２の被覆率が等しくなるように、２種類の溶液４１、４２を滴下する。上記に示したように、１種類の組成の組み合わせで生じる構造体は、１種類であり、その被覆率は、構造体に応じたものとなる。ショット領域１０の被覆率が、構造体に応じた被覆率と異なる場合、ショット領域１０の被覆率と欠けショット領域１２の被覆率とを等しくすることはできない。しかし、組成比を変えた複数の溶液を用いることにより、複数種類の構造体が形成され、欠けショット領域１２の被覆率を制御することが可能となる。この欠けショット領域１２の被覆率は、複数種類のブロック共重合体それぞれの塗布量および塗布位置によって決定される。なお、ショット領域１０の被覆率は、ウエハ１の全てのショット領域１０の被覆率の平均であっても良いし、ひとつのショット領域１０の被覆率であっても良い。また、欠けショット領域１２の被覆率は、ウエハ１の全ての欠けショット領域１２の被覆率の平均であっても良いし、ひとつの欠けショット領域１２の被覆率であっても良い。またさらに、欠けショット領域１２の被覆率は、欠けショット領域１２が隣接するショット領域１０の被覆率に基づいて決定されても良い。
【００３５】
ここで、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０となる溶液４１では、ＰＭＭＡが球体となる。一方、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０となる溶液４２では、ＰＳが球体となる。つまり、エッチングレートがＰＳよりも大きいＰＭＭＡを除去することで、この２種類の溶液４１、４２が滴下された領域の被覆率は異なる。そこで、例えば、欠けショット領域１２をいくつかの領域に分け、それぞれの領域に応じた溶液４１、４２を滴下することにより、欠けショット領域１２の被覆率を所望の被覆率に制御することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、例えば、欠けショット領域１２を第１〜第６の領域１２０〜１２５に分け、第１、第３、第５および第６の領域１２０、１２２、１２４、１２５に、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０となる溶液４１を滴下する。また、例えば、第２および第４の領域１２１、１２３に、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が２０：８０となる溶液４２を滴下する。
【００３７】
次に、滴下した溶液４１、４２を欠けショット領域１２に塗り広げる。具体的には、例えば、テンプレート６を押し付けても良いし、ウエハ１を回転させて溶液を欠けショット領域１２に塗り広げても良い。溶液４１、４２を塗り広げることにより、欠けショット領域１２にブロック共重合体膜４３が形成される。このブロック共重合体膜４３の膜厚は、例えば、４０ｎｍである。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、加熱部４０Ｂにより、ウエハ１の加熱処理を行う。この加熱処理は、窒素雰囲気中で２２０℃、数分間行われる。
【００３９】
この加熱処理により、ブロック共重合体膜４３には、ミクロ相分離が生じ、図４（ｂ）に示すように、相分離膜４４が形成される。この相分離膜４４には、ＰＳとＰＭＭＡによるパターンが生じる。溶液４１から形成される相分離膜４４では、例えば、ＰＭＭＡが直径４０ｎｍの球体となる。この球体となったＰＭＭＡの直径は、例えば、相分離膜４４の膜厚と同じである。また、溶液４２から形成される相分離膜４４では、例えば、ＰＳが直径４０ｎｍの球体となる。この球体となったＰＳの直径は、例えば、相分離膜４４の膜厚と同じである。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ショット領域１０にレジスト材を塗布し、レジスト膜５を形成する。このレジスト材は、例えば、紫外線の照射により硬化するものである。なお、図３（ｃ）に示す相分離膜４４の点線の円は、ミクロ相分離により生じた球体を模式的に示したものである。
【００４１】
次に、図３（ｄ）に示すように、ナノインプリント法により、レジストパターン５０を形成する。具体的には、例えば、レジスト膜５にテンプレート６を押し付け、テンプレート６を介して紫外線７をレジスト膜５に照射し、レジスト膜５を硬化させてレジストパターン５０を形成する。
【００４２】
次に、図３（ｅ）および図４（ｃ）に示すように、ドライエッチング法により、相分離膜４４のＰＭＭＡを除去する。具体的には、酸素ガスによるドライエッチングを行う。この際、酸素ガスに対してエッチングレートが大きいＰＭＭＡが除去され、主にＰＳが被加工膜１４上に残る。
【００４３】
つまり、図４（ｃ）に示すように、例えば、溶液４１を滴下した第１、第３、第５および第６の領域１２０、１２２、１２４、１２５では、球体となるＰＭＭＡが除去される。なお、球体であるＰＭＭＡが除去されるとき、例えば、ＰＭＭＡの下のＰＳも除去され、図３（ｅ）および図４（ｃ）に示すように、円筒状の開口が形成される。
【００４４】
また、溶液４２を滴下した第２および第４の領域１２１、１２３では、球体であるＰＳを残してＰＭＭＡが除去される。なお、ＰＳの下のＰＭＭＡは、図３（ｅ）に示すように、例えば、球体のＰＳがマスクとなってエッチングされにくいので、被加工膜１４上に残る。
【００４５】
次に、パターン下の残膜を除去したレジストパターン５０、およびＰＳをマスクとして被加工膜１４を加工し、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。
【００４６】
（第１の実施の形態の効果）
上記の第１の実施の形態によれば、欠けショット領域１２にレジストパターンを形成する方法と比べて、露光処理等を必要としないので、スループットが向上し、また、半導体装置の製造コストを抑制することができる。
【００４７】
また、上記の第１の実施の形態によれば、ショット領域１０の被覆率に応じて、欠けショット領域１２の被覆率を制御することができるので、ショット領域１０における被加工膜１４の仕上がり寸法の精度を向上させることができる。
【００４８】
さらに、第１の実施の形態によれば、１種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御するのではなく、複数種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御するので、１つの構造体により決まる被覆率以外の被覆率を実現することができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、ミクロ相分離によって異なる３つの構造体となる複数種類のブロック共重合体を用いて被覆率を制御する点で第１の実施の形態と異なっている。以下に記載の各実施の形態において、第１の実施の形態と構成および機能が同じ場合は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は、省略するものとする。
【００５０】
（半導体装置の製造方法）
図５（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。図６（ａ）は、第２の実施の形態に係るブロック共重合体を含む溶液を滴下された欠けショット領域の模式図である。図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る欠けショット領域に形成された構造体の模式図である。図６（ａ）および（ｂ）に示す欠けショット領域１２は、第１〜第６の領域１２０〜１２５のうち、少なくとも１つの領域が欠けているものとする。
【００５１】
本実施の形態では、ＰＳとＰＭＭＡの組成比を変え、ミクロ相分離により形成される３つの異なる構造体によって、欠けショット領域１２の被覆率を制御する方法について説明する。なお、組成比を反転したブロック共重合体を組み合わせて用いても良い。
【００５２】
本実施の形態に係るパターン形成装置４は、例えば、溶液の種類に応じて３つのノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備えている。パターン形成装置４は、例えば、それぞれのノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃからそれぞれ１種類の溶液を目的の領域に滴下するように構成されているものとする。
【００５３】
まず、被加工膜１４が形成されたウエハ１を用意する。また、ミクロ相分離により、球構造体を形成する第１の溶液４５、シリンダ構造体を形成する第２の溶液４６、およびラメラ構造体を形成する第３の溶液４７を用意する。
【００５４】
この第１〜第３の溶液４５〜４７は、例えば、溶媒であるプロピオングリコールモノメチルエーテルにブロック共重合体を溶解し、パターン形成装置４のノズル４０ａ、４０ｂ、４０ｃから射出できるように、濃度および粘度等が調整されている。
【００５５】
球構造体となる第１の溶液４５は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が８０：２０である。シリンダ構造体となる第２の溶液４６は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が７０：３０である。ラメラ構造体となる第３の溶液４７は、例えば、ＰＳとＰＭＭＡの組成比が５０：５０である。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、パターン形成装置４を用いて、ノズル４０ａから第１の溶液４５、ノズル４０ｂから第２の溶液４６、およびノズル４０ｃから第３の溶液４７を欠けショット領域１２に滴下する。パターン形成装置４は、例えば、ステップアンドリピート方式で所定の領域にいずれかの溶液を滴下する。ウエハ１は、ＨＭＤＳ雰囲気で１８０℃、６０秒間疎水化処理がなされ、被加工膜１４の表面エネルギーが調整されている。なお、構造体の種類に応じて部分的に被加工膜１４の表面エネルギーを調整しても良い。
【００５７】
本実施の形態においては、例えば、図６（ａ）に示すように、例えば、第３および第５の領域１２２、１２４には、第１の溶液４５を滴下する。第１および第６の領域１２０、１２５には、例えば、第２の溶液４６を滴下する。第２および第４の領域１２１、１２３には、例えば、第３の溶液４７を滴下する。
【００５８】
次に、滴下した第１〜第３の溶液４５〜４７を欠けショット領域１２に塗り広げる。
【００５９】
次に、図５（ｂ）に示すように、加熱部４０Ｂにより、ウエハ１の加熱処理を行う。この加熱処理は、窒素雰囲気中で２２０℃、数分間行われる。
【００６０】
この加熱処理により、ブロック共重合体膜４３には、ミクロ相分離が生じ、図６（ｂ）に示すように、球構造体、シリンダ構造体およびラメラ構造体を含む相分離膜４４が形成される。
【００６１】
第１および第６の領域１２０、１２５は、図６（ｂ）に示すように、シリンダ構造体が生じる。なお、図６（ｂ）に示す第１および第６の領域１２０、１２５のＰＭＭＡの領域は、ＰＭＭＡが、被加工膜１４の表面から垂直方向に、かつ、円柱状に集まった構造体を示すものとする。
【００６２】
第２および第４の領域１２１、１２３は、図６（ｂ）に示すように、ラメラ構造体が生じる。第３および第５の領域１２２、１２４は、図６（ｂ）に示すように、球構造体が生じる。なお、図５（ｃ）および（ｄ）に示す相分離膜４４の点線の円は、ミクロ相分離により生じた球体を模式的に示したものである。また、相分離膜４４の点線の平行線は、ミクロ相分離により生じたシリンダ構造又はラメラ構造を模式的に示したものである。
【００６３】
次に、図５（ｃ）に示すように、ショット領域１０にレジスト材を塗布し、レジスト膜５を形成する。
【００６４】
次に、図５（ｄ）に示すように、ナノインプリント法により、レジストパターン５０を形成する。
【００６５】
次に、図５（ｅ）に示すように、ドライエッチング法により、相分離膜４４のＰＭＭＡを除去する。
【００６６】
第１の溶液４５を滴下した第３および第５の領域１２２、１２４では、球体となるＰＭＭＡが除去される。
【００６７】
第２の溶液４６を滴下した第１および第６の領域１２０、１２５では、シリンダ体となるＰＭＭＡが除去される。
【００６８】
第３の溶液４７を滴下した第２および第４の領域１２１、１２３では、ラインとスペースが等間隔に並ぶラインアンドスペースパターンとなるＰＳを残してＰＭＭＡが除去される。
【００６９】
次に、パターン下の残膜を除去したレジストパターン５０、およびＰＳをマスクとして被加工膜１４を加工し、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。
【００７０】
（第２の実施の形態の効果）
上記の第２の実施の形態によれば、ブロック共重合体の組成比を反転させる場合と比べて、より正確に、欠けショット領域１２の被覆率を制御することができる。
【００７１】
また、上記の第２の実施の形態に係るパターン形成装置４によれば、溶液の種類に応じて複数のノズルを備えているので、ノズルを洗浄しながら複数の溶液を滴下するものと比べて、スループットが向上する。
【００７２】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を混合して塗布する点で上記の各実施の形態と異なっている。
【００７３】
本実施の形態では、ミクロ相分離後、球構造体、シリンダ構造体、共連続構造体またはラメラ構造体となる複数のブロック共重合体を混合して欠けショット領域１２に塗布する。
【００７４】
各構造体は、例えば、組成比、分子量、ブロック共重合体膜４３の膜厚および下地の表面エネルギー等によって形成され易さが異なる。しかし、下地にケミカルガイドを形成することにより、ミクロ相分離による構造体の制御は可能である。このケミカルガイドとは、例えば、下地の表面エネルギーを部分的に変化させた領域である。なお、ケミカルガイドは、例えば、下地の結晶方位を用いても良い。
【００７５】
ケミカルガイドが疎水性を有し、ブロック共重合体がＰＳとＰＭＭＡからなるとき、ケミカルガイド上には、ＰＳが集まり、当該ブロック共重合体に応じた構造体がケミカルガイド周辺に発生する。よって、複数種類のブロック共重合体が混合された溶液を下地に塗布する際、形成される構造体に応じてケミカルガイドを下地に形成することにより、構造体の形成を制御することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態の効果）
上記の第３の実施の形態によれば、複数種類のブロック共重合体を混合して塗布することができるので、複数種類のブロック共重合体ごとに塗布する場合と比べて、スループットが向上する。
【００７７】
（実施の形態の効果）
以上説明した各実施の形態によれば、複数種類のブロック共重合体のミクロ相分離を利用してパターンを形成するので、スループットを向上させ、半導体装置の製造コストを抑制することができる。
【００７８】
上記の各実施の形態において、ナノインプリント法によるパターンの形成方法を用いたがこれに限定されず、フォトリソグラフィ法、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光リソグラフィ法等であっても良い。
【００７９】
また、上記の各実施の形態において、レジストパターンの形成前に、溶液の塗布と加熱処理を行ったが、各工程は、レジストパターンの形成方法、ポリマーブロック鎖の種類等に応じて順序を入れ替えることができる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１…ウエハ、２…ブロック共重合体、４…パターン形成装置、１０…ショット領域、１２…欠けショット領域、４０ａ〜４０ｃ…ノズル、４０Ｂ…加熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程と、
前記第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程と、
加熱処理により、塗布された前記複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを前記第２の領域に形成することを含むパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２のパターンの被覆率は、前記第２の領域が隣接する前記第１の領域の前記第１のパターンの被覆率に基づいて決定され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】
前記第２のパターンの被覆率は、前記複数種類のブロック共重合体それぞれの塗布量および塗布位置によって決定されることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記被処理基板において製品を取得する製品領域であり、前記第２の領域は前記被処理基板において製品を取得しない非製品領域であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
第１の領域に第１のパターンが形成される被処理基板上の、前記第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を供給するノズルと、
供給された前記複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを前記第２の領域に形成するために前記被処理基板を加熱する加熱部とを備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項６】
前記ノズルは供給される前記ブロック共重合体の種類に応じて複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成装置。
【請求項１】
被処理基板上の第１の領域に第１のパターンを形成する工程と、
前記第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を塗布する工程と、
加熱処理により、塗布された前記複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを前記第２の領域に形成することを含むパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２のパターンの被覆率は、前記第２の領域が隣接する前記第１の領域の前記第１のパターンの被覆率に基づいて決定され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】
前記第２のパターンの被覆率は、前記複数種類のブロック共重合体それぞれの塗布量および塗布位置によって決定されることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記被処理基板において製品を取得する製品領域であり、前記第２の領域は前記被処理基板において製品を取得しない非製品領域であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
第１の領域に第１のパターンが形成される被処理基板上の、前記第１の領域とは異なる第２の領域に組成比の異なる複数種類のブロック共重合体を供給するノズルと、
供給された前記複数種類のブロック共重合体に基づく複数種類の構造体からなる第２のパターンを前記第２の領域に形成するために前記被処理基板を加熱する加熱部とを備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項６】
前記ノズルは供給される前記ブロック共重合体の種類に応じて複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４４３４（Ｐ２０１２−４４３４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９５７６（Ｐ２０１０−１３９５７６）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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