(57)【要約】【課題】ブロック共重合体の自己組織化を用いて回路パターンを形成する際に使用可能なマーク形成方法を提供する。【解決手段】マーク形成方法は、ウエハにレチクルパターンの像を露光し、ウエハマーク用のパターンの像に基づいて、スクライブライン領域に、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない凹部を含むレジストマークを形成するステップ１０８と、ウエハにブロック共重合体を含むポリマ層を塗布するステップ１１０と、その塗布されたポリマ層の少なくとも一部に自己組織化領域を形成させるステップ１１２と、その形成される自己組織化領域の一部を選択的に除去するステップ１１４と、レジストマークを用いてウエハマークを形成するステップ１１６，１１８とを有する。【選択図】図３
2014192400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のマーク形成領域を含む領域にマスク像を露光し、前記マスク像の第１部分に基づいて、前記マーク形成領域に、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない部分を含む第１マークを形成することと、
前記マーク形成領域を含む領域に前記ブロック共重合体を含む前記ポリマ層を塗布することと、
塗布された前記ポリマ層の少なくとも一部に自己組織化領域を形成させるための処理を行うことと、
形成される前記自己組織化領域の一部を選択的に除去するための処理を行うことと、
前記第１マークを用いて前記基板の前記マーク形成領域に第１の位置決め用のマークを形成することと、
を含むマーク形成方法。
【請求項２】
前記第１マークは、前記ブロック共重合体を含む前記ポリマ層に自己組織化領域が全長に渡っては形成されない幅を持つ第１の凹部を有する請求項１に記載のマーク形成方法。
【請求項３】
前記第１マークは、計測方向に凸部を挟んで配列された複数の前記第１の凹部を有する請求項２に記載のマーク形成方法。
【請求項４】
前記第１マークの前記第１の凹部の幅は１〜３μｍである請求項２又は３に記載のマーク形成方法。
【請求項５】
前記基板の前記マーク形成領域に前記第１マークを形成することと並行して、前記マーク形成領域に、前記マスク像の前記第１部分と異なる第２部分に基づいて、前記第１の凹部よりも広い幅の第２の凹部を有する第２マークを形成し、
前記第１マークを用いて前記マーク形成領域に前記第１の位置決め用のマークを形成することと並行して、前記第２マークを用いて前記マーク形成領域に第２の位置決め用のマークを形成する請求項２〜４のいずれか一項に記載のマーク形成方法。
【請求項６】
前記基板の前記マーク形成領域を含む領域に前記マスク像を露光することは、前記基板の前記マーク形成領域に隣接するデバイスパターン形成領域に前記マスク像を露光することを含み、
前記基板の前記マーク形成領域に前記第１マークを形成することと並行して、前記マスク像の前記第１部分と異なる第３部分に基づいて、前記デバイスパターン形成領域に、前記ブロック共重合体を含む前記ポリマ層に自己組織化領域が形成される第１パターンを形成し、
前記第１マークを用いて前記基板の前記マーク形成領域に前記位置決め用のマークを形成することと並行して、一部が選択的に除去された前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記デバイスパターン形成領域に第２パターンを形成する
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマーク形成方法。
【請求項７】
前記第１パターンは、前記ブロック共重合体を含む前記ポリマ層に自己組織化領域が形成可能な幅を持つ領域を有する請求項６に記載のマーク形成方法。
【請求項８】
前記第１パターンは、前記ポリマ層に自己組織化領域を形成させるために周期的に形成された凸のライン状の複数のガイドパターンを含み、
前記第１マークは、前記ガイドパターンに対応するパターンを含まない請求項６又は７に記載のマーク形成方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク形成方法によって基板のマーク形成領域に形成された位置決め用のマークの検出方法であって、
前記位置決め用のマークの検出信号を生成することと、
前記検出信号に基づいて、前記マーク形成領域において前記ポリマ層の自己組織化領域のうち少なくとも一部が除去された部分に基づいて形成されたマーク部の有無を判別することと、
を含むマーク検出方法。
【請求項１０】
請求項５に記載のマーク形成方法によって基板のマーク形成領域に形成された前記第１及び第２の位置決め用のマークの検出方法であって、
前記第１及び第２の位置決め用のマークの検出信号を生成することと、
前記検出信号に基づいて、前記第１及び第２の位置決め用のマークのうちで前記基板の位置決めのために使用するマークを選択することと、
を含むマーク検出方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク形成方法を用いて基板に層間の位置合わせ用のマークを形成することと、
前記位置合わせ用のマークを用いて位置合わせを行って、前記基板を露光することと、
前記露光された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にマークを形成するマーク形成技術、基板に形成されたマークを検出するマーク検出技術、及びそのマーク形成技術又はマーク検出技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、典型的には、基板に形成される複数層の回路パターンを含み、半導体デバイスの製造工程でそれらの複数層の回路パターンを相互に正確に位置合わせするために、基板の所定層のマーク形成領域に位置決め用又は位置合わせ用のアライメントマークが形成される。基板が半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）である場合には、アライメントマークはウエハマークとも呼ばれている。
【０００３】
半導体デバイスの従来の最も微細な回路パターンは、例えば露光波長が１９３ｎｍのドライ又は液浸法の露光装置を使用するドライ又は液浸リソグラフィ工程を用いて形成されていた。従来の光リソグラフィと、最近開発が行われているダブル・パターニング・プロセスとを組み合わせても、例えば２２ｎｍノードよりも微細な回路パターンを形成することは困難であると予想されている。
【０００４】
これに関して、最近、リソグラフィ工程を用いて形成されたパターン間に、ブロック共重合体（Block Co-Polymer）の指向性自己組織化（Directed Self-Assembly）を用いてナノスケールの微細構造（サブリソグラフィ構造）を生成することによって、現在のリソグラフィ技術の解像限界よりも微細な回路パターンを形成することが提案されている（例えば、特許文献１又は特開２０１０−２６９３０４号公報参照）。ブロック共重合体のパターン化された構造は、ミクロドメイン（ミクロ相分離ドメイン）又は単にドメインとしても知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２９７８４７号明細書
【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指向性自己組織化を用いることによって基板のある層にナノスケールの微細な回路パターンを形成することが可能である。さらに、その層には回路パターンとともにアライメントマークを形成することが求められることもある。しかしながら、単に従来の方法でアライメントマークを形成すると、ブロック共重合体の自己組織化によってアライメントマーク自体にも予期しない微細構造が形成され、その後の工程でそのアライメントマークの検出が困難になると、基板の層間の重ね合わせ精度が低下する恐れがある。
【０００７】
本発明の態様は、このような事情に鑑み、ブロック共重合体の自己組織化を用いて回路パターンを形成する際に使用可能なマーク形成技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、基板のマーク形成領域を含む領域にマスク像を露光し、そのマスク像の第１部分に基づいて、そのマーク形成領域に、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない部分を含む第１マークを形成することと、そのマーク形成領域を含む領域にそのブロック共重合体を含むそのポリマ層を塗布することと、塗布されたそのポリマ層の少なくとも一部に自己組織化領域を形成させるための処理を行うことと、形成されるその自己組織化領域の一部を選択的に除去するための処理を行うことと、その第１マークを用いてその基板のそのマーク形成領域に第１の位置決め用のマークを形成することと、を含むマーク形成方法が提供される。
【０００９】
第２の態様によれば、第１の態様のマーク形成方法において、その第１マークは、そのブロック共重合体を含むそのポリマ層に自己組織化領域が全長に渡っては形成されない幅を持つ第１の凹部を有するとともに、その基板のそのマーク形成領域にその第１マークを形成することと並行して、そのマーク形成領域に、そのマスク像のその第１部分と異なる第２部分に基づいて、その第１の凹部よりも広い幅の第２の凹部を有する第２マークを形成し、その第１マークを用いてそのマーク形成領域にその第１の位置決め用のマークを形成することと並行して、その第２マークを用いてそのマーク形成領域に第２の位置決め用のマークを形成するマーク形成方法が提供される。
【００１０】
第３の態様によれば、第１又は第２の態様のマーク形成方法によって基板のマーク形成領域に形成された位置決め用のマークの検出方法であって、その位置決め用のマークの検出信号を生成することと、その検出信号に基づいて、そのマーク形成領域においてそのポリマ層の自己組織化領域のうち少なくとも一部が除去された部分に基づいて形成されたマーク部の有無を判別することと、を含むマーク検出方法が提供される。
【００１１】
第４の態様によれば、第２の態様のマーク形成方法によって基板のマーク形成領域に形成されたその第１及び第２の位置決め用のマークの検出方法であって、その第１及び第２の位置決め用のマークの検出信号を生成することと、その検出信号に基づいて、その第１及び第２の位置決め用のマークのうちでその基板の位置決めのために使用するマークを選択することと、を含むマーク検出方法が提供される。
【００１２】
第５の態様によれば、第１又は第２の態様のマーク形成方法を用いて基板に層間の位置合わせ用のマークを形成することと、その位置合わせ用のマークを用いて位置合わせを行って、その基板を露光することと、その露光された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない部分を含む第１マークを用いて、基板のマーク形成領域に位置決め用のマークを形成しているため、ブロック共重合体の自己組織化を用いて回路パターンを形成する際に、その回路パターンとともに検出可能なマークを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は実施形態の一例で使用されるパターン形成システムの要部を示すブロック図、（Ｂ）は図１（Ａ）中の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）はウエハのあるデバイス層を示す平面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の一つのウエハマーク及び一部の回路パターンを示す拡大平面図である。
【図３】マークを含むパターンの形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、及び（Ｇ）はそれぞれパターンの形成工程中で次第に変化するウエハのパターンの一部を示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）はレチクルのマーク用及びデバイス用のパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｂ）はウエハに形成されたパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図６】２つのマークを用いた場合のアライメント精度のばらつきの比較結果を示す図である。
【図７】（Ａ）は、形成されたウエハマークの一部を示す拡大平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のマークの像の撮像信号の一例を示す図、（Ｃ）は図７（Ｂ）の撮像信号の微分信号の一例を示す図である。
【図８】（Ａ）は変形例のウエハのショット配列の一例を示す平面図、（Ｂ）は図８（Ａ）中のＢ部の拡大図である。
【図９】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図７（Ｃ）を参照して説明する。まず、本実施形態において半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）の回路パターンを形成するために使用されるパターン形成システムの一例につき説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態のパターン形成システムの要部を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査型の露光装置（投影露光装置）１００の概略構成を示す。図１（Ａ）において、パターン形成システムは、感光材料が塗布されたウエハ（半導体ウエハ）を露光する露光装置１００、ウエハに対する感光材料としてのフォトレジスト（レジスト）の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、薄膜形成装置３００、ウエハに対するドライ又はウエットのエッチングを行うエッチング装置４００、後述のブロック共重合体（Block Co-Polymer:ＢＣＰ）を含むポリマ（Polymer）（重合体）の処理を行うポリマ処理装置５００、アニール装置６００、これらの装置間でウエハの搬送を行う搬送系７００、及びホストコンピュータ（不図示）等を含んでいる。
【００１６】
本発明で用いられるブロック共重合体は、１つより多くのそれぞれブロック単位で存在するモノマ（単量体）を含むポリマ、又はそれらのモノマから誘導されるポリマである。モノマの各ブロックは、モノマの繰返し配列を含む。ブロック共重合体としては、ジブロック共重合体、又はトリブロック共重合体等の任意のポリマを使用可能である。これらのうち、ジブロック共重合体は、２つの異なるモノマのブロックを有する。ジブロック共重合体は、Ａ−ｂ−Ｂのように略記することができ、ここでＡは第１のブロックのポリマ、Ｂは第２のブロックのポリマ、−ｂ−はＡ及びＢのブロックを持つジブロック共重合体であることを示す。例えば、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡは、ポリスチレン（ＰＳ）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のジブロック共重合体を表す。鎖状のブロック共重合体に加えて、他の構造を有するブロック共重合体、例えば、星型共重合体、分岐共重合体、超分岐共重合体、又はグラフト共重合体を本発明のブロック共重合体として用いることもできる。
【００１７】
また、ブロック共重合体には、これを構成する各ブロック（モノマ）同士が集合してミクロドメイン又は単にドメインとも呼ばれる個別のミクロ相分離ドメインを形成する傾向（相分離の傾向）がある。この相分離は、自己組織化（Self-Assembly）の一種でもある。異なるドメインの間隔及び形態はブロック共重合体内の異なるブロックの相互作用、体積分率、及び数に依存する。ブロック共重合体のドメインは、例えばアニーリング（焼き鈍し）の結果として形成させることができる。アニーリングの一部である加熱又はベーキングは、基板及びその表面のコーティング層（薄膜層）の温度を周囲温度より高く上昇させる一般的なプロセスである。アニーリングには、熱アニーリング、熱勾配アニーリング、溶媒蒸気アニーリング、又は他のアニーリング法を含むことができる。熱アニーリングは、場合により熱硬化と呼ばれ、相分離を誘起するのに用いられ、さらに、横方向のミクロ相分離ドメインの層内の欠陥を削減又は除去するためのプロセスとしても用いることができる。アニーリングは、一般には、ある時間（例えば、数分から数日）の間、ブロック共重合体のガラス転移温度より高温で加熱することを含む。
【００１８】
また、本実施形態では、ブロック共重合体を含むポリマに、指向性自己組織化（Directed Self-Assembly:ＤＳＡ）を適用して、半導体デバイスの回路パターン及び／又はアライメントマークの形成に適した形でセグメント化されたナノスケールオーダのドメインを形成させる。指向性自己組織化は、例えばリソグラフィ工程で形成されたレジストパターンをプレパターン又はガイドパターンとして、そのプレパターン又はガイドパターンで規定される空間配置（トポグラフィ的構造）で、ブロック共重合体のドメインの配置を制御する技術である。指向性自己組織化の方法としては、例えば立体的なプレパターン又はガイドパターンを使用するグラフォエピタキシ(Grapho-Epitaxy Process)法が使用されるが、下地に平面的なプレパターン又はガイドパターンを設けるキモエピタキシ法(Chemo-Epitaxy Process)も使用可能である。
【００１９】
図１（Ｂ）において、露光装置１００は、照明系１０、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）の表面に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及び装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置（不図示）等を備えている。以下、図１（Ｂ）において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する平面（本実施形態ではほぼ水平面である）内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向に沿ってＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向に沿ってＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００２０】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０号明細書などに開示されるように、照明光ＩＬを発生する光源、及び照明光ＩＬでレチクルＲを照明する照明光学系を含む。照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波なども使用できる。
【００２１】
照明光学系は、偏光制御光学系、光量分布形成光学系（回折光学素子又は空間光変調器など）、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド（固定及び可変の視野絞り）等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを、２極照明、４極照明、輪帯照明、又は通常照明等の照明条件で、所定の偏光状態の照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。
【００２２】
また、レチクルＲを真空吸着等により保持するレチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）のＸＹ平面に平行な上面に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角が調整可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置情報は、複数軸のレーザ干渉計を含むレチクル干渉計１８によって、移動鏡１４（又はステージの鏡面加工された側面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１８の計測値に基づいてリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系（不図示）を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度が制御される。
【００２３】
また、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒２４と、該鏡筒２４内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域内の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本実施形態のウエハＷ（基板）は、例えばシリコン（又はＳＯＩ(silicon on insulator)等でもよい）からなる直径が２００〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面にパターン形成用の薄膜（酸化膜、金属膜、ポリシリコン膜等）を形成したものを含む。さらに、露光対象のウエハＷの表面には、フォトレジストが所定の厚さ（例えば数１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）で塗布される。
【００２４】
また、露光装置１００は、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ２６を保持する鏡筒２４の下端部周囲を取り囲むように、先端レンズ２６とウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給するための局所液浸装置３０の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの供給口は、供給流路及び供給管３４Ａを介して液体供給装置（不図示）に接続されている。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの回収口は、回収流路及び回収管３４Ｂを介して液体回収装置（不図示）に接続されている。局所液浸装置３０の詳細な構成は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている。
【００２５】
また、ウエハステージＷＳＴは、ベース盤１２のＸＹ平面に平行な上面１２ａに、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能に、かつθｚ方向に回転可能に載置されている。ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体２０、ステージ本体２０の上面に搭載されたウエハテーブルＷＴＢ、並びにステージ本体２０内に設けられて、ステージ本体２０に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置（Ｚ位置）、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に駆動するＺ・レベリング機構を備えている。ウエハテーブルＷＴＢには、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハテーブルＷＴＢの上面のウエハホルダ（ウエハＷ）の周囲には、ウエハＷの表面（ウエハ面）とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有する平板状のプレート（撥液板）２８が設けられている。さらに、露光中に、例えば斜入射方式のオートフォーカスセンサ（不図示）の計測値に基づいて、ウエハ面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構が駆動される。
【００２６】
また、ウエハテーブルＷＴＢのＹ方向及びＸ方向の端面には、それぞれ鏡面加工によって反射面が形成されている。ウエハ干渉計１６を構成する複数軸のレーザ干渉計からその反射面（移動鏡でもよい）にそれぞれ干渉計ビームを投射することで、ウエハステージＷＳＴの位置情報（少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）が例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測されている。この計測値に基づいてリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系（不図示）を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度が制御される。なお、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、回折格子状のスケールと検出ヘッドとを有するエンコーダ方式の検出装置で計測してもよい。
【００２７】
また、露光装置１００は、ウエハＷの所定のウエハマーク（アライメントマーク）の位置を計測する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系よりなるウエハアライメント系ＡＬＳ、及びレチクルＲのアライメントマークの投影光学系ＰＬによる像の位置を計測するために、ウエハステージＷＳＴに内蔵された空間像計測系（不図示）を備えている。これらの空間像計測系（レチクルアライメント系）及びウエハアライメント系ＡＬＳを用いて、レチクルＲとウエハＷの各ショット領域とのアライメントが行われる。
【００２８】
ウエハＷの露光時には、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に移動（ステップ移動）することで、ウエハＷの露光対象のショット領域が露光領域ＩＡの手前に移動する。さらに、局所液浸装置３０から投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に液体Ｌｑが供給される。そして、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像をウエハＷの一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷをＹ方向に同期して移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。そのステップ移動と走査露光とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式及び液浸方式で、ウエハＷの各ショット領域にそれぞれレチクルＲのパターンの像が露光される。なお、露光装置１００をドライ方式とすることも可能であり、この場合には局所液浸装置３０は省略できる。
【００２９】
次に、本実施形態で製造対象とするデバイス用パターンは、一例として、半導体素子としてのＳＲＡＭ(Static RAM)のゲートセル用の回路パターンであり、この回路パターンは、ブロック共重合体を含むポリマの指向性自己組織化（ＤＳＡ）を用いて形成される。さらに、本実施形態では、このデバイス用パターンが形成されるウエハＷのデバイス層には、位置決め用又は位置合わせ用のアライメントマークとしてのウエハマークも形成される。
【００３０】
図２（Ａ）は、そのデバイス用パターン及びウエハマークが形成されたウエハＷを示す。図２（Ａ）において、ウエハＷの表面にはＸ方向、Ｙ方向に所定幅のスクライブライン領域ＳＬ（マーク形成領域）を隔てて多数のショット領域ＳＡ（デバイス用パターン形成領域）が設けられ、各ショット領域ＳＡ内にはデバイス用パターンＤＰ１が形成され、各ショット領域ＳＡに付設されたスクライブライン領域ＳＬにはウエハマークＷＭが形成されている。ウエハＷの直径が例えば３００ｍｍであれば、ウエハＷの表面に一例として１００個程度のショット領域ＳＡが形成される。なお、ウエハＷの直径は３００ｍｍに限られず、４５０ｍｍウエハなどの大型ウエハを用いてもよい。
【００３１】
図２（Ａ）のＢ部の拡大図である図２（Ｂ）に示すように、デバイス用パターンＤＰ１は、Ｙ方向に伸びる複数のラインパターン４０ＸａをＸ方向にほぼ周期（ピッチ）ｐｘ１で配列したライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）４０Ｘ、及びＸ方向に伸びる複数のラインパターンをＹ方向にほぼ周期ｐｙ１で配列したＬ＆Ｓパターン４０Ｙを含む。ラインパターン４０Ｘａ等は例えば金属よりなり、その線幅は周期ｐｘ１等の１／２以下程度である。一例として周期ｐｘ１，ｐｙ１はほぼ等しく、周期ｐｘ１は、それぞれ波長１９３ｎｍの液浸リソグラフィと、例えばいわゆるダブル・パターニング・プロセスとを組み合わせた場合に得られる最も微細な周期（以下、周期ｐｍｉｎという。）の数分の１程度である。その周期ｐｘ１の１／２は、例えば２２ｎｍ程度より小さい。このような微細な周期を持つＬ＆Ｓパターン４０Ｘ，４０Ｙを形成する場合には、ブロック共重合体を含むポリマに指向性自己組織化を行わせるときに、異なるブロック毎にライン状のドメインが形成される。
【００３２】
また、スクライブライン領域ＳＬのウエハマークＷＭは、それぞれＹ方向に細長くＸ方向の幅が同じ程度のラインパターン領域４４Ｘａ及びスペースパターン領域４４ＸｂをＸ方向に周期ｐ１で配列したＸ軸のウエハマーク４４Ｘ、及びそれぞれＸ方向に細長くＹ方向の幅が同じ程度のラインパターン領域４４Ｙａ及びスペースパターン領域４４ＹｂをＸ方向に周期ｐ２で配列したＹ軸の２箇所のウエハマーク４４ＹＡ，４４ＹＢを含む。ウエハマーク４４ＹＡ，４４ＹＢはウエハマーク４４ＸをＹ方向に挟むように配置されている。一例として、周期ｐ１，ｐ２は等しく、ラインパターン領域４４Ｘａ，４４Ｙａの幅（ほぼ周期ｐ１の１／２）は、波長１９３ｎｍの液浸リソグラフィでの解像限界（周期）の数１０倍程度である。
【００３３】
さらに、ラインパターン領域４４Ｘａ，４４Ｙａと、スペースパターン領域４４Ｘｂ，４４Ｙｂとは、図１（Ｂ）のウエハアライメント系ＡＬＳで検出した場合に検出光に対する反射率が異なる領域であればよい。この場合、ウエハアライメント系ＡＬＳの検出光の波長λａ、対物光学系の開口数ＮＡを用いると、ウエハアライメント系ＡＬＳの解像限界（光学的に検出できる限界）はλａ／（２ＮＡ）となる。また、ウエハアライメント系ＡＬＳでウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢを検出するためには、ウエハマーク４４Ｘの周期ｐ１の１／２はその解像限界以上である必要があり、ウエハアライメント系ＡＬＳでウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢを検出できる条件は、次のようになる。
【００３４】
ｐ１／２≧λａ／（２ＮＡ）  …（１）
一例として、波長λａを６００ｎｍ、開口数ＮＡを０．９とすると、周期ｐ１は６７０ｎｍ程度以上であればよい。本実施形態では、デバイス用パターンＤＰ１の形成時にライン状のドメインが形成される指向性自己組織化が適用されるが、後述のように、ウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ等の形成に際しては、ブロック共重合体の指向性自己組織化が実質的に生じないように考慮されている。
【００３５】
以下、本実施形態のパターン形成システムを用いて、図２（Ｂ）に示すウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢ及びデバイス用パターンＤＰ１を含むパターンを形成するためのパターン形成方法の一例につき、図３のフローチャートを参照して説明する。一例として、図４（Ａ）に示すように、ウエハＷの例えばシリコン等の基材５０の表面部をウエハマーク及びデバイス用パターンが形成される第１のデバイス層ＤＬ１とする。
【００３６】
まず、図３のステップ１０２において、薄膜形成装置３００を用いて、ウエハＷのデバイス層ＤＬ１の表面に酸化膜又は窒化膜等のハードマスク層５２を形成し、コータ・デベロッパ２００を用いて、ハードマスク層５２上に例えばポジ型のレジスト層５４をコーティングする（図４（Ａ）参照）。なお、ハードマスク層５２としては、反射防止膜（Bottom Anti-Reflection Coating: BARC）を使用してもよい。そして、露光装置１００のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲをロードし、Ｘ方向及びＹ方向に最も微細なパターンが露光できるように露光装置１００の照明条件を例えば４極照明に設定し、レチクルＲのアライメントを行い、ウエハＷを露光装置１００にロードする（ステップ１０４）。
【００３７】
レチクルＲに形成されているパターンＲＰは、図５（Ａ）に示すように、デバイス用のパターン４５Ｄと、Ｘ軸及びＹ軸のウエハマーク（アライメントマーク）用のパターン４５Ｘ及び４５ＹＡ，４５ＹＢとを含んでいる。デバイス用のパターン４５Ｄは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ露光装置１００の解像限界に近い周期で形成された複数の遮光性のラインパターン４５ＤＸ及び４５ＤＹを有する。そして、図２（Ｂ）のウエハマーク４４Ｘの周期ｐ１及び露光装置１００の投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いて、パターン４５Ｘは、遮光膜中にＸ方向の幅ｐ１／（２β）のＹ方向に細長い複数の開口パターン４５ＸａをＸ方向に周期ｐ１／βで形成したものであり、パターン４５ＹＡ，４５ＹＢは、それぞれ遮光膜中にＹ方向の幅ｐ１／（２β）のＸ方向に細長い複数の開口パターン４５ＹＡａをＹ方向に周期ｐ１／βで形成したものである。２つの開口パターン４５Ｘａ又は４５ＹＡａの間の領域がそれぞれ遮光膜よりなるスペースパターン４５Ｘｂ又は４５ＹＡｂである。なお、以下では説明の便宜上、レチクルのパターンの投影光学系ＰＬによる像は正立像であるとする。
【００３８】
そして、ウエハＷの各ショット領域ＳＡ及びこれに付設されたスクライブライン領域ＳＬにレチクルＲのパターンＲＰの像を液浸法で露光する（ステップ１０６）。このとき、各ショット領域ＳＡにデバイス用のＸ軸のラインパターン４５ＤＸの像４５ＤＸＰが露光され、スクライブライン領域ＳＬに、Ｘ軸のウエハマーク用のパターン４５Ｘの像４５ＸＰが露光される（図４（Ａ）参照）。なお、同時に、デバイス用のＹ軸のラインパターン４５ＤＹの像（不図示）、及びＹ軸のウエハマーク用のパターン４５ＹＡ，４５ＹＢの像（不図示）も露光される。
【００３９】
露光済みのウエハＷはアンロードされ、コータ・デベロッパ２００でレジストの現像が行われ、点線で示すレジストパターン５４Ｐ（図４（Ｂ）参照）が形成される。その後、レジストパターン５４Ｐのスリミング及びレジスト硬化処理が行われる（ステップ１０８）。なお、レチクルＲのパターンの像の露光時に、レジストパターンの線幅が細くなるように露光量を大きく調整しておくことも可能であり、この場合には、スリミングを省略可能である。
【００４０】
レジストパターン５４Ｐのスリミングによって、図４（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）のウエハマーク用の開口パターン４５Ｘａに対応する凹部４５Ｘ１ａ、ウエハマーク用のスペースパターン４５Ｘｂに対応する凸部５４Ａ１、及びデバイス用のＸ軸のラインパターン４５ＤＸを細くしたパターンに対応するＹ方向に細長い凸の複数のライン状のパターン（以下、ガイドパターンという。）５４Ａが形成される。ガイドパターン５４Ａの線幅は、一例として、波長１９３ｎｍの液浸リソグラフィでの周期換算の解像限界の数分の１〜数１０分の１程度である。
【００４１】
ウエハマーク用のパターンとデバイス用のパターンとの間の領域は、凸部５４Ａ２となっている。凸部５４Ａ１，５４Ａ２及びガイドパターン５４Ａはそれぞれハードマスク層５２上に形成されたレジストパターンである。複数の凹部４５Ｘ１ａ及びこれらの間の凸部５４Ａ１から、Ｘ軸のウエハマーク用のレジストマークＲＰＸが形成されている。本実施形態では、レジストマークＲＰＸが形成される領域には、ガイドパターン５４Ａに対応する微細な周期のレジストパターンは形成されていない。なお、ウエハマーク用の開口パターン４５ＸａのＸ方向の幅はデバイス用のＸ軸のラインパターン４５ＤＸの幅に比べてかなり大きいため、スリミング後のウエハマーク用の凹部４５Ｘ１ａのＸ方向の幅は、実質的にウエハマークの周期ｐ１の１／２とみなすことができる。
【００４２】
本実施形態では、レジストマークＲＰＸの凹部４５Ｘ１ａのＸ方向の幅は、その凹部４５Ｘ１ａに後述のブロック共重合体（ＢＣＰ）を含むポリマを塗布したときに、そのポリマの指向性自己組織化（ＤＳＡ）が生じない程度に広く設定されている。言い換えると、凹部４５Ｘ１ａは、ブロック共重合体を含むポリマに関して非整合領域となっている。これに対して、デバイスパターン用の複数のガイドパターン５４Ａの間の領域は、そのポリマの指向性自己組織化が生じる領域、すなわちそのポリマに関して整合領域となっている。そのように、凹部４５Ｘ１ａが、ブロック共重合体を含むポリマに関して非整合領域となるためには、凹部４５Ｘ１ａの計測方向（ここではＸ方向）の幅は後述のようにほぼ１μｍ以上であることが好ましい。また、ウエハマークの計測方向の周期は、一例として凹部４５Ｘ１ａの幅のほぼ２倍となり、その周期が大きすぎると、アライメント精度が低下する恐れがある。このため、ウエハマークのＸ方向の周期は６μｍ以下程度であること、すなわち凹部４５Ｘ１ａのＸ方向の幅は３μｍ以下程度であることが好ましい。
【００４３】
これに関して、本発明者は、複数枚のウエハの各ショット領域に付設したスクライブライン領域に、互いに異なる幅の凹部４５Ｘ１ａを含むレジストパターンを形成し、これらのレジストパターンに基づいて、その複数枚のウエハに関して互いにそのポリマの厚さを変えてウエハマークを形成した。そして、複数枚のウエハからそれぞれ複数個のウエハマークを選択し、選択されたウエハマークの位置をウエハアライメント系ＡＬＳで計測し、計測値のばらつきとして、計測値と目標位置との差分に関する標準偏差の３倍（いわゆる３σ）を求めてみた。
【００４４】
図６は、その互いに異なる条件のもとで複数枚のウエハに形成されたウエハマークの位置の計測値のばらつき（ここでは３σ）ＶＡＲを示す。また、図６の横軸の“Ｒｅｆ”は、ブロック共重合体を含むポリマを塗布しない従来のリソグラフィ工程でマークが形成されたウエハを示し、“ＴＫ”，“ＴＮａＡ”，及び“ＴＮｂ”はそれぞれそのポリマを最も厚く塗布したウエハ、最も薄く塗布したウエハ、及び次に薄く塗布したウエハを示す。そして、図６の点線の折れ線Ｂ１及び実線の折れ線Ｂ３は、それぞれ凹部４５Ｘ１ａの幅が１μｍ及び３μｍの場合のウエハマークの計測値のばらつきＶＡＲを示す。図６より、凹部４５Ｘ１ａの幅が３μｍの場合のウエハマークの計測値のばらつき（折れ線Ｂ３）は、ほぼポリマ層の厚さにかかわらず、従来のリソグラフィ工程で形成されたウエハマークの計測値のばらつきに近く、実用性が高いことが分かる。一方、凹部４５Ｘ１ａの幅が１μｍの場合のウエハマークの計測値のばらつき（折れ線Ｂ１）は、特にポリマ層が厚いときに、従来のリソグラフィ工程で形成されたウエハマークの計測値のばらつきよりも大きいが、ポリマ層を薄くすることによって、ほぼ実用的な範囲まで計測値のばらつきを小さくできることが分かる。この結果より、ウエハマークを形成する場合の凹部４５Ｘ１ａの幅は１μｍ〜３μｍ程度が好ましい。なお、必要なアライメント精度によっては、凹部４５Ｘ１ａの幅を３μｍ以上にしてもよいこともある。
【００４５】
次にステップ１１０において、図４（Ｂ）のレジストマークＲＰＸ及びデバイスパターン用のガイドパターン５４Ａが形成されたウエハＷをポリマ処理装置５００に搬送し、例えばスピンコーティングによって、レジストマークＲＰＸ及びデバイスパターン用のガイドパターン５４Ａ等を覆うように、ウエハＷの表面にブロック共重合体を含むポリマ層５６を塗布（形成）する。本実施形態では、ブロック共重合体として、一例としてポリスチレン（ＰＳ）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のジブロック共重合体（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）を使用する。また、ポリマ層５６はブロック共重合体そのものであるが、これに塗布性を高めるための溶媒及び／又は自己組織化を容易にする添加物等が含まれていてもよい。スピンコーティングによって、ポリマ層５６は、レジストマークＲＰＸを構成する複数の凹部４５Ｘ１ａ内、及びデバイスパターン用の複数のガイドパターン５４Ａ間の領域に堆積される（図４（Ｃ）参照）。スピンコーティングによって、ポリマ層５６は、凸部５４Ａ１，５４Ａ２及びガイドパターン５４Ａの高さより厚く塗布されることはない。さらに、本実施形態では、凹部４５Ｘ１ａの幅は広いため、凹部４５Ｘ１ａ内に堆積されるポリマ層５６ａは、中央部の厚さが周辺部よりも薄くなる傾向がある。
【００４６】
そして、ポリマ層５６，５６ａが形成されたウエハＷをアニール装置６００に搬送し、ポリマ層５６，５６ａにアニーリング（例えば熱アニーリング）を施すことによって、ポリマ層５６は、指向性自己組織化（ＤＳＡ）によって２種類のドメインに分離する（ステップ１１２）。すなわち、デバイスパターン用のガイドパターン５４Ａ間のポリマ層５６は、図４（Ｄ）に示すように、Ｙ方向に細長いライン状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）よりなる親液性の第１のドメイン５６Ａと、Ｙ方向に細長いライン状のＰＳ（ポリスチレン）よりなる撥液性の第２のドメイン５６ＢとをＸ方向に微細な周期で配置した状態に相分離する。ガイドパターン５４Ａ（レジストパターン）は親液性であるため、ガイドパターン５４Ａに隣接する部分に親液性のドメイン５６Ａが形成される。その微細な周期は、例えば複数のガイドパターン５４Ａの周期の数分の１〜１０分の１程度であり、２種類のドメイン５６Ａ，５６ＢのＸ方向の幅は互いにほぼ同じである。
【００４７】
一方、レジストマークＲＰＸの凹部４５Ｘ１ａの幅は広いため、凹部４５Ｘ１ａ内のポリマ層５６ａでは実質的に指向性自己組織化が生じていない。ただし、凹部４５Ｘ１ａ内の凸部５４Ａ１，５４Ａ２に近い領域では、親液性の第１のドメイン５６ａＡと、撥液性の第２のドメイン５６ａＢとが交互に不完全な形で形成される場合もある。ドメイン５６ａＡ，５６ａＢは、ドメイン５６Ａ，５６Ｂに比べると高さが低く、周期は不均一である。本実施形態では、ポリマ層５６は、細長いガイドパターン５４Ａに沿って細長い２種類のドメインに分離する。この際に、ポリマ層５６（ウエハＷ）のアニーリングに関しても、細長い２種類のドメインに分離しやすい条件が使用される。
【００４８】
この場合、図５（Ｂ）に示すように、ウエハＷのショット領域ＳＡには、Ｘ軸の複数のガイドパターン５４Ａの間にドメイン５６Ａ，５６Ｂが周期的に形成され、Ｙ軸の複数のガイドパターン５４Ｂの間に第１及び第２のドメイン５６Ｃ，５６Ｄが周期的に形成される。そして、ショット領域ＳＡに隣接するスクライブライン領域ＳＬでは、Ｘ軸のレジストマーク４５Ｘ１の凹部４５Ｘ１ａ内にドメイン５６ａＡ，５６ａＢ（ドメイン５６ａＡは不図示）が不完全な形で形成される場合があり、Ｙ軸のレジストマーク４５ＹＡ１，４５ＹＢ１の凹部４５ＹＡ１ａ等内に第１及び第２のドメイン５６ｂＡ，５６ｂＢ（ドメイン５６ｂＡは不図示）が不完全な形で形成される場合がある。
【００４９】
そして、ウエハＷをエッチング装置４００に搬送し、例えば酸素プラズマエッチングを施して、図４（Ｅ）に示すように、ウエハＷに形成されたドメイン５６Ａ，５６Ｂのうちの親液性の第１のドメイン５６Ａを選択的に除去する（ステップ１１４）。この際に、凹部４５Ｘ１ａ内にドメイン５６ａＡ，５６ａＢが形成されている場合には、親液性の第１のドメイン５６ａＡは除去される。さらに、凹部４５Ｘ１ａ内に指向性自己組織化が生じなかった状態で残されているポリマ層５６ａもほぼ除去される。
【００５０】
その後、レジストマークＲＰＸ、ガイドパターン５４Ａ、及び周期的に残されている撥液性のドメイン５６Ｂをマスクとして、ウエハＷのハードマスク層５２のエッチングを行って、ハードマスク層５２に複数の凸部５２ａ及び凹部４５Ｘ１ａに対応する開口４５Ｘ２ａを形成し（図４（Ｆ）参照）、残されているレジスト及びドメイン５６Ｂを除去する（ステップ１１６）。レジストパターンの凸部５４Ａ１，５４Ａ２に対応する部分のハードマスク層５２は、それぞれ凸部５２ｂ，５２ｃとなる。この際に、凹部４５Ｘ１ａ内の周辺部に仮にわずかにドメイン５６ａＢが残されていても、このドメイン５６ａＢは、例えばハードマスク層５２のエッチングの際にほぼ除去される。ただし、そのドメイン５６ａＢが残されている場合には、ドメイン５６ａＢに対応する凸部がハードマスク層５２に形成されて、この凸部が最終的に形成されるウエハマークの形状に影響を与える恐れがある。
【００５１】
そして、複数の凸部５２ａ〜５２ｃが形成されたハードマスク層５２を介してウエハＷの第１のデバイス層ＤＬ１のエッチングを行って、図４（Ｆ）に示すように、デバイス層ＤＬ１の複数のドメイン５６Ａに対応する領域にそれぞれＹ方向の細長い複数の凹部４１Ｘａを形成し、開口４５Ｘ２ａに対応する領域に凹部４５Ｘ３ａを形成する（ステップ１１８の前半部）。さらに、ウエハＷを薄膜形成装置３００に搬送し、ウエハＷのデバイス層ＤＬ１の凹部４１Ｘａ，４５Ｘ３ａに金属（例えば銅）ＭＥを埋め込んで、図４（Ｇ）に示すように、デバイス用のＬ＆Ｓパターン４０Ｘのラインパターン４０Ｘａを形成し、Ｘ軸のウエハマーク４４Ｘのラインパターン領域４４Ｘａを形成する（ステップ１１８の後半部）。
【００５２】
以上の工程によって、ウエハＷの第１のデバイス層ＤＬ１のスクライブライン領域ＳＬには、図２（Ｂ）に示すように、金属よりなるラインパターン領域４４Ｘａと、下地よりなるスペースパターン領域４４ＸｂとをＸ方向に周期ｐ１で配列したＸ軸のウエハマーク４４Ｘが形成される。さらに、ウエハマーク４４ＸをＹ方向に挟むように、ラインパターン領域４４Ｘａを９０度回転した形状のラインパターン領域４４Ｙａと、スペースパターン領域４４ＹｂとをＹ方向に周期ｐ２（ここではｐ１と等しい）で配列したＹ軸の２箇所のウエハマーク４４ＹＡ，４４ＹＢが形成される。これらのウエハマーク４４Ｘ及び４４ＹＡ，４４ＹＢは露光装置１００が備えるウエハアライメント系ＡＬＳによって検出することができる。
【００５３】
また、ウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢが形成されるのと同時に、ウエハＷの各ショット領域ＳＡには、ブロック共重合体を含むポリマ層の指向性自己組織化を用いて、デバイスパターンとしての周期ｐｘ１，ｐｙ１のＬ＆Ｓパターン４０Ｘ，４０Ｙが形成されている。
その後、ウエハＷのデバイス層ＤＬ１上に第２のデバイス層を形成する場合には、ウエハＷのデバイス層ＤＬ１上に薄膜を形成し、レジストをコーティングする（ステップ１２０）。そして、露光装置１００のレチクルステージＲＳＴに第２のデバイス層用のレチクル（レチクルＲ１とする）をロードし、ウエハＷをウエハステージＷＳＴにロードする（ステップ１２２）。さらに、露光装置１００のウエハアライメント系ＡＬＳによって、ウエハＷの全部のショット領域ＳＡのうちから選択された複数のショット領域（いわゆるアライメントショット）に付設されたウエハマークＷＭ（ウエハマーク４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢ）の位置を検出する（ステップ１２４）。ウエハＷに例えば１００個程度のショット領域ＳＡが形成されている場合、一例として２０個程度のアライメントショットが選択される。
【００５４】
その後、ウエハアライメント系ＡＬＳの検出信号を処理する演算部（不図示）では、計測された全部のウエハマークＷＭの検出信号の良否判定を行う（ステップ１２６）。ここでは、図７（Ａ）に示すＸ軸のウエハマーク４４Ｘについて、この検出信号の良否判定の方法の一例につき説明する。この場合、ウエハアライメント系ＡＬＳは画像処理方式であるため、ウエハマーク４４Ｘの像を撮像することによって、検出信号として図７（Ｂ）に示す撮像信号ＤＳＸが得られる。図７（Ｂ）の横軸は、ウエハアライメント系ＡＬＳの撮像素子の計測方向（ここではＸ方向）に対応する方向に配列された複数の画素の位置を示している。
【００５５】
その演算部では、撮像信号ＤＳＸの特徴量として、一例として以下の量（ａ１）〜（ａ１１）を検出する。以下の説明において、ウエハマーク４４Ｘのうちのラインパターン領域４４Ｘａ及びスペースパターン領域４４Ｘｂによって形成される周期ｐ１の部分をマーク単位と呼ぶものとする。なお、Ｙ軸のウエハマーク４４ＹＡ，４４ＹＢに関しても同様に特徴量が検出される。
【００５６】
（ａ１）ウエハマーク４４Ｘの複数（ここでは４個）のマーク単位（ラインパターン領域４４Ｘａを含む領域）の像の撮像信号が最大値（矢印Ａ１〜Ａ４で示す位置の値）となる位置のＸ方向の間隔ｐｍ１，ｐｍ２，ｐｍ３。
（ａ２）その間隔ｐｍ１〜ｐｍ３のうちの最大値＜ｐｍｍａｘ＞及び最小値＜ｐｍｍｉｎ＞。
【００５７】
（ａ３）その間隔ｐｍ１〜ｐｍ３の平均値＜ｐｍ＞の設計値＜ｐｍｘ＞からの偏差δｐｍ１。
（ａ４）その間隔ｐｍ１〜ｐｍ３の最大値＜ｐｍｍａｘ＞と最小値＜ｐｍｍｉｎ＞との差分δｐｍ２。
また、図４（Ｅ）のウエハマーク用の凹部４５Ｘ１ａ内の周辺部に仮にわずかにドメイン５６ａＢが残されていて、ドメイン５６ａＢに対応する凸部がハードマスク層５２に形成された場合には、最終的に形成されるウエハマーク４４Ｘのラインパターン領域４４Ｘａの内部に微細なライン状のパターン（ブロック共重合体に起因する不要な微細構造を持つパターン）が含まれる。また、その不要な微細構造を持つパターンは、複数のラインパターン領域４４Ｘａ毎に異なると考えられるため、図７（Ａ）のラインパターン領域４４Ｘａの幅（線幅）ｄが、それぞれ目標値であるｐ１／２に対して変動分δを持つようになる。このため、図７（Ｂ）の撮像信号ＤＳＸの波形が複数のラインパターン領域４４Ｘａ毎に変化する。そして、不要な微細構造を持つパターンの面積比が多くなると、例えばその間隔ｐｍ１〜ｐｍ３の最大値と最小値との差分δｐｍ２が大きくなると想定される。このため、その差分δｐｍ２の所定の目標値（例えばブロック共重合体を含むポリマを塗布しない状態で形成されたウエハマークに関して計測された差分の平均値）からの増加分によって、その不要な微細構造を持つパターンの量を推定可能である。
【００５８】
また、その差分δｐｍ２のその所定の目標値に対する増加分が、ある値を超えたときに、スクライブライン領域ＳＬ（マーク形成領域）のウエハマーク用の凹部４５Ｘ１ａ内に、ポリマ層５６ａの自己組織化領域のうち少なくとも一部（ドメイン５６ａＡ）が除去された部分（ドメイン５６ａＢ）に基づいて形成されたマーク部が残存していると判定することが可能である。このようなマーク部が残存していると判定されたウエハマーク４４Ｘは、計測対象から除外してもよい。
【００５９】
（ａ５）ウエハマーク４４Ｘの像が形成されている領域内での撮像信号の最大値及び最小値、並びにその撮像信号のコントラスト（振幅／平均値）。
（ａ６）ウエハマーク４４Ｘの複数のマーク単位の像内の撮像信号の最大値（矢印Ａ１〜Ａ４で示す位置の値）ｉｍａｘ１等の平均値＜ｉｍａｘ＞。
（ａ７）ウエハマーク４４Ｘの複数のマーク単位の像内の撮像信号の最小値ｉｍｉｎ１等の平均値＜ｉｍｉｎ＞。
【００６０】
（ａ８）その平均値＜ｉｍａｘ＞と平均値＜ｉｍｉｎ＞との差分。
（ａ９）複数のマーク単位の像内の撮像信号の傾斜量（Ｘ方向の位置の変化に対する撮像信号の変化量）の最大値の平均値。
この値を求めるためには、図７（Ｃ）に示すように、撮像信号ＤＳＸの微分信号ｄＤＳＸ／ｄｘを求め、各マーク単位（ラインパターン領域４４Ｘａ及びスペースパターン領域４４Ｘｂ）の像に関して、その微分信号の正の値の最大値の絶対値ＳＬＬ１、及び負の値の最大値の絶対値ＳＬＲ１を求め、これらの内の大きい方の値（マーク単位内での最大値）の平均値を計算すればよい。
【００６１】
（ａ１０）複数のマーク単位の像内の撮像信号の傾斜量の最大値と最小値との差。
（ａ１１）複数のマーク単位の像内の撮像信号の正の傾斜量の絶対値ＳＬＬ１等と、負の傾斜量の絶対値ＳＬＲ１等との差の平均値。
そして、その演算部では、計測された複数のウエハマークに関して求められた上記の（ａ１）〜（ａ１１）の特徴量毎に、この特徴量と所定の目標値（例えばブロック共重合体を含むポリマを塗布しない状態で形成されたウエハマークに関して求められた特徴量の平均値）との差分を求め、これらの差分が特徴量毎に定められている基準値を超えた場合に、当該ウエハマークの検出信号を不良であると判定する。なお、それらの差分のうちのある割合（例えば５０％以上の割合）の差分が対応する基準値を超えた場合に、当該ウエハマークの検出信号を不良であると判定してもよい。また、（ａ１）〜（ａ１１）の特徴量のうち、少なくとも一部の特徴量を検出するだけでもよい。
【００６２】
次のステップ１２８において、その演算部は、検出信号が良好であると判定されたウエハマークの個数が所定数（ここでは必要なアライメント精度が得られる個数）以上であるかどうかを判定する。そして、検出信号が良好であると判定されたウエハマークの個数が所定数より少ない場合には、ステップ１３２に移行して、例えばウエハアライメント系ＡＬＳの検出光の波長、偏光状態、及び結像光学系の開口数等の検出条件を変更して、ステップ１２４に戻り、アライメントショットのウエハマークの検出以降の動作を繰り返す。なお、検出条件の変更の代わりに、又は検出条件の変更とともに、アライメントショット（計測するウエハマークの位置）を変更してもよい。
【００６３】
また、ステップ１２８で、検出信号が良好であると判定されたウエハマークの個数が所定数以上である場合には、ステップ１３０に移行して、検出信号が良好であると判定された複数のウエハマークのうちから、アライメントに使用するマークを選別し、選別されたマークに関して計測されている位置を用いて、例えばエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式でウエハＷの各ショット領域の配列座標を求めて、ウエハＷのアライメントを行う。
【００６４】
その後、ウエハＷの各ショット領域ＳＡにレチクルＲ１のパターンの像を露光し（ステップ１３４）、次工程（ステップ１３６）でレジストの現像及びエッチング等のパターン形成を行うことで第２のデバイス層のパターンが形成される。さらに、第３のデバイス層を形成する場合には、別のレチクルＲ２が使用される。
このように本実施形態のパターン形成方法によれば、ブロック共重合体を含むポリマ層の指向性自己組織化を用いて、ウエハＷの各ショット領域ＳＡに液浸リソグラフィの解像限界よりも微細な構造を持つＬ＆Ｓパターン４０Ｘ，４０Ｙを形成するとともに、スクライブライン領域ＳＬには、ウエハアライメント系ＡＬＳで検出できる構造を持つウエハマーク４４Ｘ等を形成できる。このため、次の工程でウエハＷのアライメントを高精度に行うことができる。
【００６５】
上述のように、本実施形態のパターン形成システムによるマーク形成方法は、ウエハＷのスクライブライン領域ＳＬ（マーク形成領域）及びショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンの像を露光し、その像のうちのウエハマーク用のパターン４５Ｘの像４５ＸＰ（第１部分）に基づいて、スクライブライン領域ＳＬに、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない凹部４５Ｘ１ａ（部分）を含むレジストマークＲＰＸ（第１マーク）を形成するステップ１０８と、を有する。さらに、そのマーク形成方法は、スクライブライン領域ＳＬ及びショット領域ＳＡにそのブロック共重合体を含むポリマ層５６，５６ａを塗布するステップ１１０と、その塗布されたポリマ層の少なくとも一部のポリマ層５６に自己組織化領域を形成させるための処理を行うステップ１１２と、その形成される自己組織化領域の一部（親液性のドメイン５６Ａ）を選択的に除去するための処理を行うステップ１１４と、レジストマークＲＰＸを用いてウエハＷのスクライブライン領域ＳＬにウエハマーク４４Ｘ（第１の位置決め用のマーク）を形成するステップ１１６，１１８とを有する。
【００６６】
このマーク形成方法によれば、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない部分を含むレジストマークＲＰＸを用いて、ウエハＷのスクライブライン領域ＳＬにウエハマーク４４Ｘを形成しているため、ブロック共重合体の自己組織化を用いて回路パターンを形成する際に、その回路パターンとともに検出可能なウエハマークを形成できる。
【００６７】
また、本実施形態のマークの検出方法は、本実施形態のマーク形成方法によってウエハＷのスクライブライン領域ＳＬに形成された位置決め用のウエハマーク４４Ｘの検出方法であって、ウエハマーク４４Ｘの撮像信号（検出信号）を生成するステップ１２４と、その撮像信号に基づいて、そのスクライブライン領域ＳＬにおいてポリマ層５６ａの自己組織化領域のうち少なくとも一部が除去された部分（ドメイン領域５６ａＢ）に基づいて形成されたマーク部の有無を判別するステップ１２６と、を含んでいる。このマーク検出方法によれば、ドメイン領域５６ａＢに基づいて形成されたマーク部が残存しているマークを検出することが可能である。そして、その残存量が多い場合には、そのマークの検出結果をアライメントに使用しない等の対策を取ることで、ウエハＷのアライメント精度を向上できる。
【００６８】
なお、上記の実施形態においては以下のような変形が可能である。
上記の実施形態では、ウエハの各ショット領域に付設された領域に１つのウエハマークを形成していた。これに対して、図８（Ａ）、（Ｂ）の変形例で示すように、各ショット領域に付設された領域に複数の互いに形状が異なるウエハマークを形成してもよい。
図８（Ａ）はこの変形例のウエハＷ１のショット配列を示し、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のあるショット間のスクライブライン領域ＳＬを含むＢ部の拡大図を示す。図８（Ａ）において、ウエハＷ１の表面にはＮ個（Ｎは例えば数１０〜１００程度の整数）のショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が設けられている。そして、ショット領域ＳＡｎ間のスクライブライン領域ＳＬに、上記の実施形態と同様のパターン形成方法を用いて、図８（Ｂ）に示すように、第１及び第２のウエハマークＷＭ１及びＷＭ２を形成する。なお、形成するウエハマークはＷＭ１及びＷＭ２の２種類に限られず、３種類あるいはそれ以上の種類のマークを形成してもよい。
【００６９】
第１のウエハマークＷＭ１は、それぞれＹ方向に細長いラインパターン領域４４ＸＡａ及びスペースパターン領域４４ＸＡｂをＸ方向に周期ｐＡ１で配列したＸ軸のウエハマーク、及びそれぞれＸ方向に細長いラインパターン領域４４ＹＣａ及びスペースパターン領域４４ＹＣｂをＹ方向に同じ周期で配列したＹ軸の２箇所のウエハマークを含む。ラインパターン領域４４ＸＡａ，４４ＹＣａの幅はほぼｐＡ１／２である。また、第２のウエハマークＷＭ２は、それぞれＹ方向に細長いラインパターン領域４４ＸＢａ及びスペースパターン領域４４ＸＢｂをＸ方向に周期ｐＡ１よりも小さい周期ｐＢ１で配列したＸ軸のウエハマーク、及びそれぞれＸ方向に細長いラインパターン領域４４ＹＤａ及びスペースパターン領域４４ＹＤｂをＹ方向に同じ周期で配列したＹ軸の２箇所のウエハマークを含む。ラインパターン領域４４ＸＢａ，４４ＹＤａの幅はほぼｐＢ１／２である。
【００７０】
また、ラインパターン領域４４ＸＡａ，４４ＹＣａの幅（ｐＡ１／２）及びラインパターン領域４４ＸＢａ，４４ＹＤａの幅（ｐＢ１／２）は、それぞれそれらの間にブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されない程度の幅であり、それらの幅は例えば１〜３μｍ程度である。
この変形例において、図８（Ｂ）の２つのウエハマークが形成された図８（Ａ）のウエハＷ１のアライメントを行う場合には、例えば斜線を施したＪ個（例えば２０個程度）のショット領域ＳＡをアライメントショットＡＳｊ（ｊ＝１〜Ｊ）として選択し、露光装置１００のウエハアライメント系ＡＬＳでアライメントショットＡＳｊに付設された２つのウエハマークＷＭ１，ＷＭ２の位置を検出する。さらに、上記のステップ１２６と同様に、２つのウエハマークＷＭ１，ＷＭ２の検出信号（例えば撮像信号）の良否を判定し、検出信号が良好であると判定されたウエハマークを用いてウエハＷ１のアライメントを行う。この検出方法によれば、仮に２つのウエハマークＷＭ１，ＷＭ２のうちの一方に、ブロック共重合体を含むポリマ層に自己組織化領域が形成されたことによって形成された微細構造が残存していても、ウエハＷ１のアライメントを高精度に行うことができる。
【００７１】
なお、例えば２つのウエハマークＷＭ１，ＷＭ２の検出信号がともに良好である場合には、例えば検出信号（撮像信号）の特徴量の基準値からの誤差の二乗和がより小さい方のマークを使用するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、デバイスパターンは、ラインパターンであるが、デバイス用パターンが、Ｘ方向及びＹ方向に周期的に配列された多数の微小なホール（ビア又はスルーホール）よりなるホールアレイを含む場合にも、上記の実施形態のパターン形成方法が適用できる。
【００７２】
次に、上記の各実施形態のパターン形成方法を用いてＳＲＡＭ等の半導体デバイス（電子デバイス）を製造する場合、半導体デバイスは、図９に示すように、半導体デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、半導体デバイス用の基板（又はウエハの基材）を製造するステップ２２３、基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、及び検査ステップ２２６等を経て製造される。また、その基板処理ステップ２２４は、上記の実施形態のパターン形成方法を含み、そのパターン形成方法は、露光装置でレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、並びに現像した基板の加熱（キュア）及びエッチングを行う工程などを含んでいる。
【００７３】
言い換えると、このデバイス製造方法は、基板処理ステップ２２４を含み、この基板処理ステップ２２４は、上記の実施形態のパターン形成方法を用いて基板上にデバイス用パターン及びウエハマークを形成する工程を含んでいる。
このデバイスの製造方法によれば、露光装置の解像限界よりも微細な回路パターンを含む半導体デバイスを、露光装置を用いて高精度に製造できる。
【００７４】
なお、上記の実施形態で製造対象のデバイスは、ＳＲＡＭ以外のＤＲＡＭ、ＣＰＵ、ＤＳＰ等の任意の半導体デバイスが可能である。さらに、半導体デバイス以外の撮像素子、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する際にも上記の実施形態のパターン形成方法が適用可能である。
また、上記の実施形態において、露光装置としては、液浸型でないドライ型の露光装置を使用してもよい。また、紫外光を露光光とする露光装置以外に、露光光として波長が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light）を用いるＥＵＶ露光装置、又は電子ビームを露光光とする電子ビーム露光装置等を用いてもよい。
【００７５】
また、上記の実施形態では、ブロック共重合体として、（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）よりなるジブロック共重合体が使用されている。その他にブロック共重合体として使用可能なものとしては、例えば、ポリ（スチレン−ｂ−ビニルピリジン）、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン）、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン）、ポリ（スチレン−ｂ−メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン−ｂ−アルケニル芳香族）、ポリ（イソプレン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−（エチレン−プロピレン））、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−カプロラクトン）、ポリ（ブタジエン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−ｔ−ブチル（メタ）アクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート）、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−プロピレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−テトラヒドロフラン）、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−ジメチルシロキサン）、若しくはポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ジメチルシロキサン）、又はこれらのブロック共重合体の少なくとも１つを含む組合せなどのジブロック又はトリブロックの共重合体等がある。さらに、ブロック共重合体として、ランダム共重合体も使用可能である。
【００７６】
ブロック共重合体は、さらなる処理を行うことができる全体的な分子量及び多分散性を有することが望ましい。
また、ブロック共重合体を含むポリマ層の塗布は、このポリマ層を溶媒に溶かした液体を塗布した後で例えば溶媒を揮発させる溶媒キャスティング法で行うことも可能である。この場合に使用できる溶媒は、ブロック共重合体の成分、及び仮に使用する場合には種々の添加物の溶解度条件により変化する。これらの成分及び添加物に対する例示的なキャスティング溶媒には、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）、エトキシエチルプロピオナート、アニソール、乳酸エチル、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン、酢酸アミル、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、トルエンなどが含まれる。
【００７７】
また、ブロック共重合体を含むポリマ層に添加可能な添加物は、付加的なポリマ（ホモポリマ、星型ポリマ及び共重合体、超分岐ポリマ、ブロック共重合体、グラフト共重合体、超分岐共重合体、ランダム共重合体、架橋ポリマ、並びに無機含有ポリマを含む）、小分子、ナノ粒子、金属化合物、無機含有分子、界面活性剤、光酸発生剤、熱酸発生剤、塩基消光剤、硬化剤、架橋剤、鎖延長剤、及び前述物の少なくとも１つを含む組合せからなる群から選択することができる。ここで、1つ又は複数の添加物は、ブロック共重合体と共に会合(associate)して、1つ又は複数の自己組織化ドメインの部分を形成する。
【００７８】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００７９】
Ｒ，Ｒ１…レチクル、Ｗ…ウエハ（基板）、ＡＬＳ…ウエハアライメント系、ＳＬ…スクライブライン領域、ＳＡ…ショット領域、ＲＰＸ…レジストマーク、ＤＬ１…デバイス層、４４Ｘ，４４ＹＡ，４４ＹＢ…ウエハマーク、４４Ｘａ，４４ＹＡ…ラインパターン領域、４４Ｘｂ，４４Ｙｂ…スペースパターン領域、５０…基材、５２…ハードマスク層、５４…レジスト層、５４Ａ…ガイドパターン、５６…ＢＣＰを含むポリマ層、５６Ａ…親液性のドメイン、５６Ｂ…撥液性のドメイン、１００…露光装置
【図１】
2014192400.tif 000003
【図２】
2014192400.tif 000004
【図３】
2014192400.tif 000005
【図４】
2014192400.tif 000006
【図５】
2014192400.tif 000007
【図６】
2014192400.tif 000008
【図７】
2014192400.tif 000009
【図８】
2014192400.tif 000010
【図９】
2014192400.tif 000011