(57)【要約】      （修正有）【課題】自己組織化技術を用いて形成されたパターンの位置が許容値以内にあるか否かを判定できるパターン形成方法を提供すること。【解決手段】下地膜上にガイドパターンを形成するＳ１。下地膜上にガイドパターンを覆うブロック共重合体膜を形成するＳ２。ミクロ相分離を行い、複数の第１の部分と複数の第２の部分が交互に配列されたミクロ相分離パターンを形成するＳ３。走査型プローブ顕微鏡を用いて、ガイドパターンの位置を計測しＳ４、第１又は第２の部分の位置を計測するＳ６。Ｓ６で計測した第１又は第２の部分の位置、及び、Ｓ４で計測したガイドパターンの位置に基づいて、ガイドパターンに対する第１又は第２の部分の位置ずれ量が許容範囲内にあるか否かを判断するＳ７。Ｓ７において、位置ずれ量が許容範囲内にあると判断した場合、複数の第１の部分及び複数の第２の部分の一方を除去するＳ９。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地膜上にガイドパターンを形成する第１の工程と、
前記下地膜上に、前記ガイドパターンを覆う、第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体膜を形成する第２の工程と、
前記ブロック共重合体膜に対してミクロ相分離を行い、前記第１のポリマーで形成された複数の第１の部分及び前記第２のポリマーで形成された複数の第２の部分を含み、前記第１の部分と前記第２の部分とが交互に配列されたミクロ相分離パターンを形成する第３の工程と、
走査型プローブ顕微鏡を用いて、前記ガイドパターンの位置を計測する第４の工程と、
走査型プローブ顕微鏡を用いて、前記第１の部分又は前記第２の部分の位置を計測する第６の工程と、
前記第６の工程で計測した前記第１の部分又は前記第２の部分の前記位置、及び、前記第４の工程で計測した前記ガイドパターンの前記位置に基づいて、前記ガイドパターンに対する前記第１の部分又は前記第２の部分の位置ずれ量が許容範囲内にあるか否かを判断する第７の工程と、
前記第７の工程において、前記位置ずれ量が前記許容範囲内にあると判断した場合、前記複数の第１の部分及び前記複数の第２の部分の一方を除去する第９の工程と
を具備するパターン形成方法。
【請求項２】
前記第６の工程は、前記走査型プローブ顕微鏡をタッピングモードで操作して行う請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微鏡を含む請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記ガイドパターンの位置の計測は、前記下地膜上に形成された基準パターンに対する位置（S4）である請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第３の工程において、前記ガイドパターン上には前記複数の第１の部分の一つが配置され、前記基準パターン上には前記複数の第１の部分の別の一つが配置され、
前記第９の工程において、前記複数の第１の部分を除去し、且つ、前記ガイドパターンを除去することにより、前記複数の第２の部分からなるマスクパターンを形成する請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２の工程の前に、前記第１の工程で形成した前記ガイドパターンの位置を計測する第１０の工程と、
前記第９の工程の後に、前記第９の工程において除去した前記ガイドパターンの箇所（以下、第１の箇所という）の位置、及び、前記マスクパターンの前記第１の箇所の位置から一定の距離を隔てた箇所（以下、第２の箇所という）の位置を計測する第１１の工程と
を具備する請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第１１の工程の後に、前記マスクパターンの位置ずれを算出する第１２の工程を行う請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
Ｘ軸及びそれに交差するＹ軸で規定したＸＹ座標系の座標位置（Ｘ軸の値、Ｙ軸の値）を用い、
前記複数の第２の部分は第１のピッチでもってＸ軸に沿って配列され、
前記第１のピッチをＬ１とし、前記基準パターンの座標位置を（０，０）として、
前記第４の工程で計測した前記ガイドパターンの前記座標位置を（ｘ２，ｙ１）とし、
前記第１０の工程で計測した前記ガイドパターンの座標位置を（ｘ１，ｙ１）とし、
前記第１１の工程で計測した前記第１の箇所の座標位置を（ｘ３，ｙ１）とし、
前記第１１の工程で計測した前記第２の箇所の前記座標位置を（ｘ４，ｙ１）とし、
ｘ４’をｘ１＋（ｘ１−ｘ２）＋（ｘ１−ｘ３）−ｎ・Ｌ１（ｎは整数）とした場合、
前記第１２の工程において、前記ｘ４’とｘ４との差を算出する請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記複数の第２の部分は第２のピッチでもってＹ軸に沿って配列され、
前記第２のピッチをＬ２とし、
前記第４の工程で計測した前記ガイドパターンの前記座標位置を（ｘ１，ｙ２）とし、
前記第１１の工程で計測した前記第１の箇所の座標位置を（ｘ１，ｙ３）とし、
前記第１１の工程で計測した前記第２の箇所の前記座標位置を（ｘ１，ｙ４）とし、
ｙ４’をｙ１＋（ｙ１−ｙ２）＋（ｙ１−ｙ３）−ｍ・Ｌ’（ｍは整数）とした場合、
前記第１２の工程において、ｙ４’とｙ４との差を算出する請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第１０の工程及び前記第１１の工程の各々において、光学式位置ずれ検査装置、電子ビーム式位置ずれ検査装置又は走査型プローブ顕微鏡を用いて前記位置を計測する請求項６乃至９のいずれか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】
本発明の実施形態はパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己組織化（Directed Self-Assembly，DSA）技術を利用したパターン形成方法が知られている。このパターン形成方法は、例えば、下地膜上にガイドパターンを形成する工程と、下地膜上にガイドパターンを覆う、第１及び第２のポリマーを含むブロック共重合体膜を形成する工程と、ブロック共重合体膜に対してミクロ相分離（加熱処理）を行って第１及び第２のポリマーからなる第１及び第２の部分を含むミクロ相分離パターンを形成する工程と、ミクロ相分離パターンの一部を選択的に除去する工程とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０９７４４２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Y. Seino et al., 40th Micro and Nano Engineering, B2L-A, 8076 (2014)
【非特許文献２】Y. Seino et al., Proc. SPIE, 9423, 9423 (2015)
【非特許文献３】T. Azuma et al., J. Vac. Sci. Technol., B33, 06F302 (2015)
【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、ミクロ相分離パターンの第１の部分又は第２の部分位置、及び、ミクロ相分離パターン下に形成されているガイドパターンの位置が許容値以内にあるか否かを判定できるパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のパターン形成方法は、下地膜上にガイドパターンを形成する第１の工程と、前記下地膜上に、前記ガイドパターンを覆う、第１のポリマー及び第２のポリマーを含むブロック共重合体膜を形成する第２の工程と、前記ブロック共重合体膜に対してミクロ相分離を行い、前記第１のポリマーで形成された複数の第１の部分及び前記第２のポリマーで形成された複数の第２の部分を含み、前記第１の部分と前記第２の部分とが交互に配列されたミクロ相分離パターンを形成する第３の工程とを含む。前記パターンの形成方法は、更に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、前記ガイドパターンの位置を計測する第４の工程と、走査型プローブ顕微鏡を用いて、前記第１の部分又は前記第２の部分の位置を計測する第６の工程と、前記第６の工程で計測した前記第１の部分又は前記第２の部分の前記位置、及び、前記第４の工程で計測した前記ガイドパターンの前記位置に基づいて、前記ガイドパターンに対する前記第１の部分又は前記第２の部分の位置ずれ量が許容範囲内にあるか否かを判断する第７の工程と、前記第７の工程において、前記位置ずれ量が前記許容範囲内にあると判断した場合、前記複数の第１の部分及び前記複数の第２の部分の一方を除去する第９の工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。
【図２】図２は図１に続く第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。
【図３】図３は図２に続く第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。
【図４】図４は第１の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は原子間力顕微鏡を模式的に示す図である。
【図６】図６は第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。
【図７】図７は第２の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図８】図８はラインプロセスを示す断面図である。
【図９】図９はスマートプロセスを示す断面図である。
【図１０】図１０はＡＦＭの平面タッピングモードを用いて取得した親水性高分子ブロック）及び疎水性高分子ブロックの像を示す図である。
【図１１】図１１はＤＳＡパターンを用いたパターン形成方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。図面は、模式的または概念的なものであり、必ずしも現実のものと同一であるとは限らない。また、図面において、同一符号は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。また、簡略化のために、同一又は相当部分があっても符号を付さない場合もある。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１乃至図３は第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。図４は第１の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。本実施形態ではラインアンドスペースパターンの形成方法について説明する。
【００１０】
図１乃至図３の各々において、左側は半導体装置を構成するパターン（本実施形態ではラインアンドスペースパターン）の形成領域Ａ１を示し、右側はアライメントマークの形成領域Ａ２を示している。
本実施形態では、ＣＯＯＬ（Coordinated Line Epitaxy）プロセスを用いてラインアンドスペースパターンを形成する。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１１上に被加工膜１２、ＳＯＣ（spin on carbon）膜１３、ＳＯＧ（spin on glass）膜（下地膜）１４及びポジ型レジストパターン１５を順次形成する。
基板１１は、例えば、シリコン基板（半導体基板）、当該シリコン基板上に形成されたトランジスタ（半導体素子）、シリコン基板及びトランジスタを覆うシリコン酸化膜（層間絶縁膜）を含む。被加工膜１２は、例えば、シリコン酸化膜（絶縁膜）や多結晶シリコン膜（半導体膜）である。
【００１２】
ポジ型レジストパターン１５はラインアンドスペース状のパターンを有する。ポジ型レジストパターン１５の形成方法は、例えば、ポジ型フォトレジスト膜を形成する工程と、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光によってポジ型フォトレジスト膜を露光する工程と、露光したポジ型フォトレジスト膜を現像する工程とを含む。ＳＯＧ膜１４は液浸露光時において反射防止膜として機能する。
【００１３】
次に、ポジ型レジストパターン１５に対して酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む混合ガスを用いたＲＩＥ（reactive ion etching）を施すことにより、ポジ型レジストパターン１５をスリミングする。このスリミングしたポジ型レジストパターン１５をマスクに用いてＳＯＧ膜１４をエッチングし、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＧ膜１４の表面に凹部１７を形成する。
【００１４】
図１（ｂ）において、参照符号１５ａは、図１（ａ）に示したポジ型レジストパターン１５をスリミングして得られたポジ型レジストパターンを示している。ポジ型レジストパターン１５ａは、所望のラインアンドスペースのハーフピッチサイズ(Ｌ０／２)のストライプ状パターンを有する。ピッチＬ０は例えば３０ｎｍである。
【００１５】
また、ポジ型レジストパターン１５ａの表面（側面、上面）には酸化膜１６が形成されている。その理由は、酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む混合ガスを用いたＲＩＥを施すことにより、ポジ型レジストパターン１５ａの表面が酸化されるからである。ＳＯＧ膜１４のエッチングは、例えば、ＣＦ系ガスを含む混合ガスを用いたＲＩＥにより行う。
【００１６】
このようにして領域Ａ１内にはポジ型レジストパターン１５ａ及び酸化膜１６を含むガイドパターン１８が形成され、領域Ａ２内にはポジ型レジストパターン１５ａ及び酸化膜１６を含むアライメントマーク（基準パターン）１９が形成される（ステップＳ１）。
【００１７】
酸化膜１６は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の親水性高分子ブロックに対して親和性を有する。そのため、ガイドパターン１８及び基準パターン１９は化学ガイドパターンとして用いることができる。ガイドパターン１８及び基準パターン１９は凸型の段差を形成している。そのため、ガイドパターン１８及び基準パターン１９は物理ガイドとしての役割を果たしている。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、凹部１７内に中性化膜２０を形成する。本実施形態では、中性化膜２０はポリスチレン（ＰＳ）等の疎水性高分子ブロック及びＰＭＭＡ等の親水性高分子ブロックのランダム共重合体（ＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡ）を含む。したがって、中性化膜２０は疎水性高分子ブロック及び親水性高分子ブロックに対して親和性を有する。
【００１９】
中性化膜２０の形成方法は、例えば、凹部１７内のＳＯＧ膜１４上にＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡ塗布膜を形成する工程と、ＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡ塗布膜及びＳＯＧ膜１４を加熱して、ＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡ塗布膜の下部とＳＯＧ膜１４の上部とを反応させて、中性化膜２０を形成する工程と、未反応のＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡ膜を除去する工程とを含む。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、ガイドパターン１８及び中性化膜２０を覆う、ＰＭＭＡ（第１のポリマー）及びＰＳ（第２のポリマー）を含むブロック共重合体膜２１を形成する（ステップＳ２）。例えば、ガイドパターン１８及び中性化膜２０の上に、ブロック共重合体であるＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ（polystyrene-b-poly(methyl methacrylate）を含む溶液を塗布することにより、ガイドパターン１８及び中性化膜２０を覆うブロック共重合体膜２１を形成する。
【００２１】
次に、２５０℃から３００℃程度のアニール処理（加熱処理）を用いて、ブロック共重合体膜２１に対してミクロ相分離を行うと、ガイドパターン１８上にＰＭＭＡが偏析するので、図２（ｂ）に示すように、ガイドパターン１８及び中性化膜２０の上にミクロ相分離パターン２２が形成される（ステップＳ３）。ガイドパターン１８及び中性化膜２０はミクロ相分離パターン２２で覆われる。
【００２２】
ミクロ相分離パターン２２は、ＰＭＭＡ（第１のポリマー）で形成された複数のＰＭＭＡ部分（第１の部分）２３と、複数のＰＳ（第２のポリマー）で形成されたＰＳ部分（第２の部分）２４とを含み、且つ、ＰＭＭＡ部分（第１の部分）２３とＰＳ部分（第２の部分）２４とが交互に配列された規則的な配列構造を含む。本実施形態の場合、ガイドパターン１８上には複数のＰＭＭＡ部分２３の一つが配置され、アライメントマーク１９上には複数のＰＭＭＡ部分２３の別の一つのＰＭＭＡ部分２３が配置される。
【００２３】
次に、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope、AFM）を用いて、図３（ａ）に示すように、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９の位置を計測する（ステップＳ４）。例えば、ガイドパターン１８の一つ又は複数の箇所の位置を計測し、その一つ又は複数の箇所の位置をガイドパターン１８の位置とする。同様に、アライメントマーク１９の一つ又は複数の箇所の位置を計測し、その一つ又は複数の箇所の位置をアライメントマーク１９の位置とする。
【００２４】
なお、図３（ａ）には、中央のガイドパターン１８の一つの箇所の位置、及び、アライメントマーク１９の一つの箇所の位置を測定する場合を示している。
本実施形態では、計測した位置は、図３（ａ）に示すＸ軸及Ｙ軸で規定されるＸＹ直交座標系の座標位置（Ｘ軸の値、Ｙ軸の値）を用いて表す。なお、Ｙ軸は紙面に対して垂直である。ＰＭＭＡ部分２３とＰＳ部分２４とはＸ軸に沿って交互に配列されている。ＰＭＭＡ部分２３及びＰＳ部分２４の長辺はＹ軸に平行である。
【００２５】
本実施形態では、ステップＳ４におけるアライメントマーク１９の座標位置を原点（０，０）とし、ガイドパターン１８の座標位置を（ｘ２，ｙ１）とする。
ここで、図３（ａ）の位置計測の工程（ステップＳ４）では、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９はミクロ相分離パターン２２で覆われているので、光学式位置ずれ検査装置や電子ビーム式位置ずれ検査装置等の周知の位置ずれ検査装置では、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９の位置を検出することは困難である。
【００２６】
図１０は、ＡＦＭの平面タッピングモードを用いて取得したＣＯＯＬプロセスにおけるＰＭＭＡ部２３（親水性高分子ブロック）及びＰＳ部分２４（疎水性高分子ブロック）の像を示す図である。
図１０から、ＡＦＭの平面タッピングモードを用いると、光学式検査方法や電子ビーム式検査方法では識別が難しいＰＳ部分２４(白色の部分)とＰＭＭＡ部２３(黒色の部分)とを高いコントラストで識別できていることがわかる。
【００２７】
そのため、ステップＳ４では、上述したようにＡＦＭを用いてアライメントマーク１９及びガイドパターン１８の位置を計測する。
なお、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、ＰＳ部分２４とＰＭＭＡ部２３とを高いコントラストで識別することは困難であることを確認した。その理由は、ＰＳ部分２４及びＰＭＭＡ部２３は元素組成が似通っているからだと考えられる。
【００２８】
一般に、垂直形状のラメラパターンを形成するためには、適切な膜厚のブロック共重合高分子を中性化膜上で自己組織化を促す加熱処理を行う必要がある。ＡＦＭの平面タッピングモードを用いて、化学ガイドパターンの有無による、ブロック共重合高分子の自己組織化の温度依存性の違いを調べた。
【００２９】
その結果、化学ガイドパターンがない場合、加熱処理の温度が７０℃、１７０℃、１８０℃及び２００℃の各々において、ブロック共重合高分子は相分離はするが、親水性高分子ブロック及び疎水性高分子ブロックの位置が定まらない指紋状パターンが形成されることを確認した。
【００３０】
一方、化学ガイドパターンがある場合、加熱処理の温度が７０℃、１７０℃、１８０℃及び２００℃の各々において、高分子ブロック（親水性高分子ブロック、疎水性高分子ブロック）下に埋没した化学ガイドパターンの位置を高精度に検出することが可能であることを確認した。更に、相分離後の疎水性高分子ブロックと親水性高分子ブロックとの境界領域を高精度に検出することが可能であることも確認した。
【００３１】
図５は、ＡＦＭ１００を模式的に示す図である。
ＡＦＭ１００は、カンチレバー１０１と、カンチレバー１０１を所定の振動数で上下に振動させる振動子１０２と、カンチレバー１０１にレーザ光１０３を照射するレーザ光源１０４と、カンチレバー１で反射したレーザ光１０３ａを受光する受光部１０５と、振動子１０２及び受光部１０５に接続する解析及び制御用のコンピュータ１０６と、試料（実施形態の方法で形成したパターンを含むウエハ）１０７を収容するチャンバ１０８と、チャンバ１０８内で試料１０７を支持してカンチレバー１０１に近づけるスキャナ１０９とを含む。
【００３２】
本実施形態では、ＡＦＭ１００をタッピングモードで操作して、アライメントマーク１９及びガイドパターン１８の位置を計測する。タッピングモードでは、周期的に振動するカンチレバー１０１で試料１０７の表面を軽くタッピングすることで、可能な限り非破壊の状態で高速に試料１０７の表面形状を計測する。さらに、タッピングモードでは、カンチレバー１０１の振動振幅が試料１０７のナノレベルの表面形状や試料１０７のナノレベルの内部構造（例えば、高分子薄膜中のナノレベルの内部構造）などにより変化する。そのため、上記振動振幅の変化(位相差)をモニタリングし、その変化が最小限に抑えられるようにＺフィードバックをクローズループとすることで、試料１０７のナノレベルの内部構造のイメージを高速かつ高精度で得ることができる。
【００３３】
本実施形態では、ＡＦＭ１００を用いて計測したガイドパターン１８の位置及びアライメントマーク１９の位置に基づいて、アライメントマーク１９に対するガイドパターン１８の位置ずれ量が許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ５）。
例えば、ステップＳ５で計測したガイドパターン１８の座標位置を（ｘ２，ｙ１）、ステップＳ５で計測したアライメントマーク１９の座標位置を（０，０）とすると、ｘ２の絶対値が一定値以下であれば、アライメントマーク１９に対するガイドパターン１８の位置ずれ量は許容範囲内にあると判断する。
【００３４】
ステップＳ５において、アライメントマーク１９に対するガイドパターン１８の位置ずれ量は許容範囲内にあると判断した場合、ＰＭＭＡ部分２３又はＰＳ部分２４の位置（ポリマー部分の位置）を計測する（ステップＳ６）。ここでは、ＰＭＭＡ部分２３の位置を計測する場合について説明する。ステップＳ６の計測はＡＦＭを用いて行う。ＡＦＭを用いると、上述したようにＰＳ部分とＰＭＭＡ部とを高いコントラストで識別できるからである。
【００３５】
次に、ステップＳ６において計測したＰＭＭＡ部分２３の位置及びステップＳ４において計測したガイドパターン１８の位置に基づいて、ガイドパターン１８に対するＰＭＭＡ部分２３の位置ずれ量が許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７）。
ステップＳ７において、ガイドパターン１８に対するＰＭＭＡ部分２３の位置ずれ量が許容範囲内にあると判断した場合、ＰＭＭＡ部分２３を選択的に除去し（ステップＳ９）、図３（ｂ）に示すように、ＰＳ部分２４を残す。
【００３６】
具体的には、酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む混合ガスを用いたＲＩＥによってＰＭＭＡ部分２１を選択的に除去する。このとき、ＰＭＭＡ部分２３下のガイドパターン１８及びアライメントマークマーク１９も除去される。その結果、ハーフピッチ（Ｌ０／２、例えば１５ｎｍ）を有する複数のＰＳ部分２４からなるラインアンドスペースパターン状のマスクパターンが得られる。
【００３７】
一方、ステップＳ５、ステップＳ７において、位置ずれ量が許容範囲外にあると判断した場合、ミクロ相分離パターン２２、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９を除去し（ステップＳ８）、その後、ステップＳ１〜Ｓ３を再び行って、ガイドパターン１８、アライメントマーク１９及びミクロ相分離パターン２２を再び形成する。
【００３８】
次に、再び形成したガイドパターン１８、アライメントマーク１９及びミクロ相分離パターン２２に対してステップＳ４及びＳ５を再び行う。ここで、ステップＳ５の判断がＮｏの場合、ステップＳ８，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５からなる一連の処理を再び行う。この一連の処理を予め決めた回数を行ってもステップＳ５の判断がＮｏの場合には終了に進む。
【００３９】
また、ステップＳ７の判断がＮｏの場合、ステップＳ８，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７からなる一連の処理を再び行う。この一連の処理を予め決めた回数を行ってもステップＳ７の判断がＮｏの場合には終了に進む。
なお、ステップＳＳ８，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５からなる一連の処理をＮ（自然数）回数繰り返し、Ｎ回目のステップＳ５の判断がＮｏの場合、ステップＳ６に進んでも構わない。すなわち、ガイドパターン、アライメントマーク及びミクロ相分離パターンの再形成を一定回数（１以上）行うと、位置ずれ量は許容範囲内である可能性が高いと分かっている場合にはステップＳ６に進む。これにより、製造コストの削減化及び製造期間の短縮化を図れる。同様に、ステップＳ８，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７からなる一連の処理をＭ（自然数）回数繰り返し、Ｍ回目のステップＳ７の判断がＮｏの場合、ステップＳ９に進んでも構わない。
【００４０】
その後、半導体装置を構成するパターンの形成領域Ａ１では、図１１に示すプロセスが続く。なお、アライメントマークの形成領域Ｂにおいても同様のプロセスが続くが、簡略化のため省略する。
まず、ＰＳ部分２４をマスクとして用いて、ＳＯＧ膜（下地膜）１４及び中性化膜２０をエッチングし、ＰＳ部分２４のパターン（ＤＳＡパターン）をＳＯＧ膜１４に転写する（図１１（ａ））。次に、ＰＳ部分２４及びＳＯＧ膜１４をマスクとして用いて、ＳＯＣ膜１３をエッチングし、ＳＯＧ膜の１４のパターンをＳＯＣ膜１３に転写する（図１１（ｂ））。ここでは、ＳＯＣ膜１３をエッチングしている最中にＰＳ部分２４及び中性化膜２０は消滅するとする。その後は、ＳＯＧ膜１４及びＳＯＣ膜１３をマスクに用いて、被加工膜１２をエッチングすることにより、ラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）が得られる（図１１（ｃ））。被加工膜１２が絶縁膜の場合、ラインアンドスペースパターンの溝が得られ、被加工膜１２が多結晶シリコン膜の場合、ラインアンドスペースパターンの配線が得られる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。図７は第２の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。本実施形態ではラインアンドスペースパターンの形成方法について説明する。
本実施形態では、第１の実施形態の図１（ｃ）の工程と図２（ａ）の工程との間に、図６（ａ）に示すように、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９の位置を計測する（ステップＳ１０）。すなわち、ステップＳ１０では、ステップＳ１で形成したガイドパターンの位置と、ステップＳ１で形成したアライメントマークの位置とを計測する。
【００４２】
図６（ａ）の位置計測の工程では、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９は露出しているので、ガイドパターン１８及びアライメントマーク１９の位置は、周知の光学式位置ずれ検査装置又は電子ビーム式位置ずれ検査装置を用いて計測できる。なお、ＡＦＭ１００をタッピングモードで操作して、アライメントマーク１９及びガイドパターン１８の位置を計測してもよい。
【００４３】
本実施形態では、ステップＳ１０で計測したアライメントマーク１９の座標位置を原点（０，０）として説明する。また、ステップＳ１０で計測したガイドパターン１８の座標位置を（ｘ１，ｙ１）とする。
次に、第１の実施形態のパターン形成方法を行ってステップＳ９に達したら、図６（ｂ）に示すように、ガイドパターンを除去した箇所（第１の箇所）３１及びそれからＸ軸に沿って第１のピッチの整数倍（図６（ｂ）では１）だけ離れた箇所（第２の箇所）３２の位置を計測する（ステップＳ１１）。
【００４４】
本実施形態では、第１のピッチはＬ０（Ｘ軸に沿ったＰＭＭＡ部分の繰り返しのピッチ）である。第１の箇所３１の位置及び第２の箇所３２の位置は、アライメントマークを除去した箇所の位置を原点としたものである。
第１の箇所３１及び第２の箇所３２は露出しているので、第１の箇所３１の箇所及び第２の箇所３２の位置は、光学式位置ずれ検査装置又は電子ビーム式位置ずれ検査装置で計測できる。なお、ＡＦＭを用いて計測してもよい。
【００４５】
本実施形態では、ステップＳＳ１１における第１の箇所３１の座標位置を（ｘ３，ｙ１）、第２の箇所３２の座標位置を（Ｘ４，ｙ１）とする。
次に、上記座標位置（ｘ１，ｙ１）、上記座標位置（ｘ２，ｙ１）、上記座標位置（ｘ３，ｙ１）及び上記座標位置（ｘ４，ｙ１）を用いて、Ｘ軸に沿ったマスクパターン（ＰＳ部分２４）の位置ずれ量を算出する（ステップＳ１２）。
【００４６】
具体的には、ｘ４’をｘ１＋（ｘ１−ｘ２）＋（ｘ１−ｘ３）−ｎ（本実施形態では１）・Ｌ０（＝ｘ４’）とし、ｘ４’とｘ４との差Δｘ（例えば、ｘ４’−ｘ４、又は、ｘ４−ｘ４’）を算出する。差Δｘは、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ９のそれぞれの段階における位置ずれ量を考慮しているので、マスクパターンの位置ずれ量を正確に算出することが可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、Ｘ軸に沿って配置されたラインアンドスペースパターンを形成したが、Ｙ軸に沿ってもＰＭＭＡ部分が第２のピッチでも繰り返して配列されているパターンを形成する場合には、ステップＳ４及びステップＳ１１においてＹ軸に関しても計測を行う。第１のピッチ及び第２のピッチは、同じ場合もあるし、異なる場合もある。
【００４８】
この場合、第２のピッチをＬ２とし、ステップＳ４で計測したガイドパターンの座標位置を（ｘ１，ｙ２）とし、ステップＳ１１で計測した第１の箇所の座標位置を（ｘ１，ｙ３）とし、ステップＳ１１で計測した第２の箇所の座標位置を（ｘ１，ｙ４）とすると、ステップＳ１２では、ｙ４’（＝ｙ１＋（ｙ１−ｙ２）＋（ｙ１−ｙ３）−ｍ・Ｌ２（ｍは整数））とｙ４との差Δｙ（例えば、ｙ４’−ｙ４、又は、ｙ４−ｙ４’）を算出す
本実施形態において、ステップ４においてＡＦＭを用い、ステップＳ１０及びＳ１１において光学式位置ずれ検査装置を用いるパターン方法は、現状の半導体製造におけるリソグラフィ工程の位置ずれ検査方法に最も近い。
【００４９】
また、ステップ４においてＡＦＭを用い、ステップＳ１０及びＳ１１において電子ビーム式位置ずれ検査装置を用いるパターン方法は、ナノレベルの微細パターンを形成する場合に有効である。
また、ステップ４においてＡＦＭを用い、ステップＳ１０及びＳ１１においてそれぞれ別種の検査装置を用いてもよい。
【００５０】
また、ステップ４、ステップＳ１０及びＳ１１においてＡＦＭ（タッピングモード）を用いる方法は差分計測にならず最も高精度な計測が可能となる。
本実施形態において、高速な計測を実施する場合には、ステップＳ４においてのみＡＦＭを用いる。
なお、上述した実施形態では、ＰＭＭＡ部分を除去したが、ＰＳ部分を除去しても構わない。また、ガイドパターン上にＰＭＭＡ部分を形成したが、ＰＳ部分を形成しても構わない。
【００５１】
また、上述した実施形態はラインプロセス（LiNe Process）又はスマートプロセス（SMART Process（登録商標）を用いた場合に適用できる。
図８にラインプロセスの工程図を示す。図８において、２５は架橋型ＰＳ（ポリスチレン）膜を示している。ラインプロセスでは、図８（ｄ）の工程で形成した架橋型ＰＳ膜２５がガイドパターン（化学ガイド）として用いられる。ラインプロセスの図８（ｄ）、図８（ｅ）及び図８（ｆ）は、それぞれ、実施形態の図１（ｃ）、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に対応する。
【００５２】
図９にスマートプロセスの工程図を示す。図９において、１５Ｎはネガ型レジストパターンを示している。スマートプロセスでは、図９（ｄ）の工程で形成した架橋型ＰＳ膜２５がガイドパターン（化学ガイド）として用いられる。スマートプロセスの図９（ｄ）、図９（ｅ）及び図９（ｆ）は、それぞれ、実施形態の図１（ｃ）、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に対応する。
【００５３】
更に、上述した実施形態では走査型プローブ顕微鏡としてＡＦＭを用いたが、ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope）、ＦＦＭ（Friction Force Microscope）、ＭＦＭ（Magnetic Force Microscope）、ＳＭＭ（Scanning Maxwell Stress Microscope）、ＫＦＭ（Kelvin Probe Force Microscope Surface potential）又はＳＮＯＭ（Scanning Near-field Optical Microscope）を用いてもよい。
【００５４】
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】
【００５５】
Ａ１，Ａ２…形成領域、１１…基板、１２…被加工膜、１３…ＳＯＣ膜、１４…ＳＯＧ膜、１５，１５ａ…ポジ型レジストパターン、１５Ｎ…ネガ型レジストパターン、１６…酸化膜、１７…凹部、１８…ガイドパターン、１９…アライメントマーク（基準パターン）、２０…中性化膜、２１…ブロック共重合体膜、２２…ミクロ相分離パターン、２３…ＰＭＭＡ部分（第１の部分）、２４…ＰＳ部分（第２の部分）、２５…架橋型ＰＳ膜、３１…第１の箇所、３２…第２の箇所、１０１…カンチレバー、１０２…振動子、１０３，１０３ａ…レーザ光、１０４…レーザ光源、１０５…受光部、１０６…コンピュータ、１０７…試料、１０８…チャンバ、１０９…スキャナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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