(57)【要約】【課題】ガイドパターンの粗密に依らず、所望のミクロ相分離パターンが得られるパターン形成方法を実現する。【解決手段】まず、パターン露光を行ったガイドレジスト膜１２を現像して、ガイドパターン１２ａを形成する。その後、ガイドパターン１２ａが形成された半導体基板１０の上にジブロック共重合体１５よりなる膜を形成する。ガイドパターン１２ａを形成する工程において、ガイドレジスト膜１２を貫通する複数の疎な主ガイドパターン開口部１３ａ及び密な主ガイドパターン開口部１３ｂと、ガイドレジスト膜１２を貫通しない補助ガイドパターン開口部１４とを形成し、複数の開口部１３ａ、１３ｂの各々の周辺領域には、開口部１３ａ、１３ｂ又は補助開口部１４が所定の距離内に隣接して配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対してフォトマスクを介して露光光を選択的に照射してパターン露光を行う工程と、
前記パターン露光を行ったレジスト膜を現像して、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成された前記基板上にジブロック共重合体よりなる膜を形成する工程とを備え、
前記レジストパターンを形成する工程において、前記レジスト膜を貫通する複数の開口部と、前記レジスト膜の上部に前記レジスト膜を貫通しない補助開口部とを形成し、前記複数の開口部の各々の周辺領域には前記開口部又は前記補助開口部が所定の距離内に隣接して配置されているパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ジブロック共重合体膜を形成する工程では、
前記複数の開口部における前記ジブロック共重合体膜の表面高さは、ほぼ均一であるパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記所定の距離は、前記開口部の短辺寸法の１．５倍よりも小さいパターン形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記ジブロック共重合体を加熱し、前記ジブロック共重合体をミクロ相分離して第１のブロック鎖層及び第２のブロック鎖層を形成する工程と、
前記第１のブロック鎖層及び第２のブロック鎖層のうちの第１のブロック鎖層を選択的に除去し、ミクロ層分離パターンを形成する工程とをさらに備えているパターン形成方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記ミクロ層分離パターンを形成する工程では、
前記補助開口部は、側面及び底面を前記ミクロ層分離パターンで被覆され、前記複数の開口部は、側面を前記ミクロ層分離パターンで被覆されるパターン形成方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記第２のブロック鎖層の表面自由エネルギーは、前記第１のブロック鎖層と比較して、前記レジスト膜の表面自由エネルギーと近いパターン形成方法。
【請求項７】
露光光を透過する透明基板と、
前記透明基板の上に形成された遮光膜と、
前記遮光膜に形成された複数の開口部と、
前記遮光膜に形成された複数の補助開口部とを備え、
前記開口部は、前記開口部又は前記補助開口部に囲まれて配置されており、
前記補助開口部は、前記補助開口部を透過した前記露光光が、レジスト膜を感光し、且つ、前記レジスト膜を完全に開口しない大きさを有するフォトマスク。
【請求項８】
請求項７において、
前記補助開口部は、０．４＜Ｇ／Ｗ＜２．０（但し、Ｇは前記補助開口部と隣接する開口部の中心間の距離であり、Ｗは補助開口部の幅を示す。）の関係を満たし、且つ、Ｗは、開口部の幅の０．８倍以下であるフォトマスク。
【請求項９】
請求項７又は８において、
前記開口部は平面正方形状であって、前記補助開口部は、前記開口部を構成する４辺に隣接して配置されるフォトマスク。
【請求項１０】
請求項９において、
前記補助開口部は、前記開口部の対角線方向にも配置されるフォトマスク。
【請求項１１】
請求項７又は８において、
前記開口部は平面正方形状であって、前記補助開口部は、前記開口部をリング状に囲んでいるフォトマスク。
【請求項１２】
請求項７において、
前記基板と前記遮光膜との間に形成された半遮光膜をさらに備え、
前記複数の開口部は、前記遮光膜及び半遮光膜を貫通して形成され、
前記複数の補助開口部は、前記遮光膜に形成されており、
前記補助開口部において、前記露光光は、前記半遮光部を透過し、
前記半遮光膜の透過率と前記補助開口部の幅との積は、１１０よりも大きく且つ１８０よりも小さいフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンを形成するパターン形成方法及びそれを実現するフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は素子性能の向上及びチップ面積縮小のために、集積度を向上してきた。それに応じてパターンの線幅は小さくなっている。このため、半導体基板上に回路パターンを形成するリソグラフィ工程においては、高解像なパターン形成が要求されている。
【０００３】
フォトリソグラフィと解像ピッチＲＰと焦点深度ＤＯＦとは、レーリーの式と呼ばれる次式（１）及び（２）で与えられる。
【０００４】
ＲＰ＝ｋ１・λ／ＮＡ        （１）
ＤＯＦ＝ｋ２・λ／（ＮＡ）２  （２）
ここで、ｋ１及びｋ２はプロセスファクタ、λは露光光の波長、ＮＡは露光装置の開口数を示す。
【０００５】
式（１）より、高解像を得ようとするとλを小さくするか、ＮＡを大きくする必要がある。しかしながら、短波長化は光源となるレーザー光の開発、その波長域で感光するレジスト材料の開発など、プロセスに大きな変更が必要となる。そのため、高解像を得るために、一般に高ＮＡ化する手法が採られるが、式（２）に示されるように、高ＮＡ化に伴って、ＤＯＦは低下してしまう。
【０００６】
以上のように、短波長化及び高ＮＡ化以外の方法で解像度を上げる技術が重要となってきている。このような状況の中で、分子の自己組織化などを用いて微細パターンを形成しようとする試みが始まっている。特に、ブロック共重合体の自己組織化構造の１つであるミクロ相分離構造をエッチングのマスクとして用いる方法が、光リソグラフィの解像限界を超えてパターニングできる方法として挙げられる。このような特徴から、短波長の高価な露光設備を用いることなく、安価な露光設備でも微細パターンを形成でき、低コストリソグラフィ技術として近年注目されている。
【０００７】
以下、特許文献１に記載されているブロック共重合体を用いたパターン形成方法（以下、従来例と呼ぶ。）について説明する。図１６に従来例によるミクロ相分離パターン形成方法を示す。図１６（ａ）に示すように、基板１００上に互いに異なる表面自由エネルギーを持つブロック鎖構造で構成されたブロック共重合体の中間の値の表面自由エネルギーを持つ中性層１０１を成膜し、その上にガイドレジスト膜１０２を形成する。ここで、ガイドレジスト膜１０２の表面エネルギーはブロック共重合体を構成するブロック鎖のどちらかに偏った表面エネルギーを持つ。その後、図１６（ｂ）に示すように、ガイドレジスト膜１０２を露光機などによる既知の方法によってパターニングし、ガイドパターン１０２ａを形成する。ここでは、例えば、ガイドパターン１０２ａが疎な領域をＲ１とし、密な領域をＲ２とする。その後、図１６（ｃ）に示すように、ガイドパターン１０２ａに形成された開口部１０３ａ、１０３ｂを埋めるようにブロック共重合体１０４を塗布する。
【０００８】
次に、アニールなどの熱処理を加えることにより、ガイドパターン１０２ａの表面エネルギーに近いブロック共重合体１０４のブロック鎖が、ガイドパターン１０２ａ側に引き寄せられて、ブロック鎖Ａ１０５及びブロック鎖Ｂ１０６にそれぞれミクロ相分離する（図１７（ａ））。その後、図１７（ｂ）に示すように、例えばブロック鎖Ａ１０５を選択的に除去し、さらに、残存するブロック鎖Ｂ１０６よりなるミクロ相分離パターンをエッチングマスクとして下地基板に転写することにより、ガイドパターン１０２ａの開口幅よりも微細な開口幅を有するパターンを形成することが可能となる。
【０００９】
また、ガイドパターン１０２ａの各開口幅をブロック鎖Ａ１０５とブロック鎖Ｂ１０６の長さから適当な寸法に設定することにより、ホールシュリンクプロセスとしても用いることができる。
【００１０】
図１８に、他の従来例として寸法シュリンクプロセスへの適用例を示す。半導体基板１０７上に中性層１０８を塗布し、中性層１０８の上に塗布し、形成したガイドレジスト膜を通常のリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、開口部１１０ａ、１１０ｂを有するガイドパターン１０９を形成する（図１８（ａ））。その後、開口部１１０ａ、１１０ｂにブロック共重合体１１１を埋め込む（図１８（ｂ））。その後、ミクロ相分離を誘起させると、ガイドパターン１０９への親和性が高いブロック鎖Ｂ１１３がガイドパターン１０９の表面に接触する（図１８（ｃ））。ここで、ブロック鎖Ａ１１２をウェット現像又はドライ現像によって除去することにより、ガイドパターン１０９に形成された開口部の径よりも小さい開口径を有する微細なミクロ相分離パターン開口部１１４が形成される（図１８（ｄ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−３６４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ブロック共重合体を用いたパターニングは、光リソグラフィの限界を超えた解像度を実現する要望な技術であるが、いくつかの課題がある。従来技術に示されるように、ブロック共重合体のミクロ相分離を制御するために、ガイドレジストと呼ばれる感光性膜を用いて、ガイドパターンを形成する。ここで、ガイドパターンのレイアウトにおいて、ガイドパターンが密集している部分と、疎な部分が混在していると、次の工程にて、ガイドパターンの粗密差の影響を受けて、疎なガイドパターンにおけるブロック共重合体の埋め込み高さは、密なガイドパターンにおけるブロック共重合体の埋め込み高さよりも高くなる。即ち、ガイドパターンの疎密によってブロック共重合体の埋め込み高さが異なることになる。密なガイドパターンと比較して、疎なガイドパターンは、ガイドパターン自身の周りにてブロック共重合体が消費される箇所がないために厚く塗られることになる。
【００１３】
次に、ブロック共重合体をアニールなどの処理によってミクロ相分離させ、相分離したブロック鎖の一方を選択的に除去する。ここで、ドライ現像方式である酸素イオンなどを用いてブロック鎖を選択的に除去すると、疎なガイドパターン部でのブロック共重合体の埋め込み高さは密なガイドパターン部の埋め込み高さよりも高いために、疎なガイドパターン部を基準にドライ現像条件を決定すると、密なガイドパターン部でオーバー現像となり、下地又は基板の表面が損傷１１５する（図１７（ｂ）及び図１８（ｄ）を参照。）。
【００１４】
また、一般に、ミクロ相分離は、アニールによって行われる。ブロック共重合体をガラス転移温度以上でアニールすることにより、ブロック共重合体内で表面自由エネルギーが同一のブロック鎖同士が集まり、ミクロ相分離される。このとき、疎なガイドパターン部の方が密なガイドパターン部よりも埋め込み量が多い（埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さが高い）と、体積が大きいために疎なガイドパターン部に埋め込まれたブロック共重合体のミクロ相分離に必要となるアニール時間は密なガイドパターン部よりも長くなる。このような場合、ガイドパターンの粗密によって寸法が異なったり、ミクロ相分離が正常に行われなくなったりすることが問題となる。
【００１５】
以上のことから、本発明は、ガイドパターンの粗密に依らず、所望のミクロ相分離パターンが得られるパターン形成方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明に係るパターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に対してフォトマスクを介して露光光を選択的に照射してパターン露光を行う工程と、パターン露光を行ったレジスト膜を現像して、レジストパターンを形成する工程と、レジストパターンが形成された基板上にジブロック共重合体よりなる膜を形成する工程とを備え、レジストパターンを形成する工程において、レジスト膜を貫通する複数の開口部と、レジスト膜の上部にレジスト膜を貫通しない補助開口部とを形成し、複数の開口部の各々の周辺領域には開口部又は補助開口部が所定の距離内に隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、基板上に形成されたレジスト膜の開口部には、開口部の周辺の影響を受けることなくジブロック共重合体が供給されることになり、その結果、開口部の粗密の程度に拘わらず、所定の寸法のミクロ層分離パターンを得ることができ、更に、引き続き行われる、ミクロ層分離パターンをマスクとした基板又は被処理膜のエッチングや、イオン注入において、基板又は被処理膜の表面を損傷することなく加工することが可能となる。
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明のフォトマスクは、露光光を透過する透明基板と、透明基板の上に形成された遮光膜と、遮光膜に形成された複数の開口部と、遮光膜に形成された複数の補助開口部とを備え、開口部は、開口部又は補助開口部に囲まれて配置されており、補助開口部は、補助開口部を透過した露光光が、レジスト膜を感光し、且つ、レジスト膜を完全に開口しない大きさを有する。
【００１９】
このようにすると、このフォトマスクを用いてパターン露光を行った場合、レジスト膜には、レジスト膜を貫通する複数の開口部と、レジスト膜の上部にレジスト膜を貫通しない補助開口部とが形成され、複数の開口部の各々は、開口部又は補助開口部に囲まれたレジストパターンが得られる。このレジストレジストパターンを用いてミクロ層分離パターンを形成すると、上述した通り、所望寸法のミクロ層分離パターンが得られることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るパターン形成方法及びフォトマスクによると、粗密差があるガイドパターンの配置であっても、ガイドパターンの開口部に埋め込み高さが均一となるようにブロック共重合体を埋め込むことが可能となり、このため、所望寸法のパターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１はブロック共重合体におけるミクロ相分離を示す相図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は一実施形態に係るパターン形成方法の工程を説明する断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は一実施形態に係るパターン形成方法の工程を説明する断面図である。
【図４】図４は一実施形態に係るパターン形成方法で形成されたレジストパターンを示すＳＥＭ写真である。
【図５】図５（ａ）は一実施形態に係る第１のフォトマスクのマスクパターンの一部を示す概略下面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図６】図６（ａ）は一実施形態に係るマスクパターンを示す概略平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のマスクパターンを用いた場合のレジストパターン形状のシミュレーション結果であって、マスクパターンのＡ−Ａ’線と対応する断面図である。
【図７】図７は補助パターンの開口部幅Ｗ及び補助パターンと隣接する開口部の中心間の距離Ｇとレジスト残膜との関係を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）一実施形態の第１変形例に係るマスクパターンを示す概略平面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）のマスクパターンを用いた場合のレジストパターン形状のシミュレーション結果であって、マスクパターンのＡ−Ａ’線と対応する断面図である。
【図９】図９は一実施形態の第２変形例に係るマスクパターンを示す概略平面図である。
【図１０】図１０は一実施形態の第３変形例に係るマスクパターンを示す概略平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は一実施形態に係る第２のフォトマスクのマスクパターンの一部を示す概略下面図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図１２】図１２は第２のフォトマスクを用いた際の補助パターンの半遮光膜の透過率とレジスト残膜の関係を示す図である。
【図１３】図１３はレジスト残膜と、補助パターンの開口部の幅Ｗと半遮光膜の透過率Ｔとの積ＴＷとの関係を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は一実施形態に係るフォトマスクを用いて形成されるパターン形成方法及び半導体装置の製造方法の工程を説明する断面図である。
【図１５】図１５（ａ)及び図１５（ｂ）は一実施形態に係るフォトマスクを用いて形成されるパターン形成方法及び半導体装置の製造方法の工程を説明する断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は従来例に係パターン形成方法の工程を説明する断面図である。
【図１７】図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は従来例に係るパターン形成方法の工程を説明する断面図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｄ）は他の従来例に係るパターン形成方法を用いた寸法シュリンクプロセスの工程を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（前提事項）
本発明の各実施形態を説明するに当たっての前提事項について説明する。
【００２３】
通常、フォトマスクは縮小倍投影型の露光機で使用されるため、フォトマスク上のパターン寸法を議論する場合には縮小倍率を考慮する必要がある。
【００２４】
しかしながら、以下の実施形態を説明する際には、混乱を避けるために、形成しようとする所望のレジストパターン（本発明の場合は、ガイドパターン)と対応させてフォトマスク上のパターン寸法を説明する場合、特に断らない限り、縮小倍率でマスク寸法を換算した値を用いている。具体的には、Ｍ分の１縮小投影システムにおいて、幅Ｍ×１００ｎｍのマスクパターンによって、幅１００ｎｍのレジストパターン（ガイドパターン）を形成した場合にも、マスクパターン及びレジストパターン（ガイドパターン）幅は共に１００ｎｍであるとする。
【００２５】
また、本発明の各実施形態においては、特に断らない限り、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数をそれぞれ示し、λは露光光の波長を示す。
【００２６】
尚、密な主ガイドパターンとは、周辺を主ガイドパターンで囲まれた状態の主ガイドパターンとする。ホール（hole）系の場合、４方向すべてを囲まれている状態の主ガイドパターンをいい、ライン系の場合、長辺の両側に並列に主ガイドパターンが存在する状態の主ガイドパターンをいう。
【００２７】
具体的には、疎なガイドパターンとは、隣接するガイドパターンとの距離が、ガイドパターン開口部の短辺寸法の１．５倍より離れている場合を疎なガイドパターンとする。例えば、ガイドパターンがホールの場合、ガイドパターンに対応するマスクパターンのホールを構成する４辺のそれぞれについて、短辺寸法の１．５倍よりも近い距離に隣接するマスクパターンが無い場合は、疎なガイドパターンとする。ホールの場合、対応するマスクパターンの３辺に短辺寸法の１．５倍よりも近い距離に隣接するマスクパターンが存在しても、残りの１辺に所定距離以内に隣接するマスクパターンが存在しなければ、疎なガイドパターンとする。
【００２８】
密なガイドパターンとは、疎なガイドパターンとは逆に、ガイドパターンを開口部の短辺寸法の１．５倍よりも近い距離にガイドパターンが配置されている場合を密なガイドパターンとする。例えば、ガイドパターンがホールの場合、ガイドパターンに対応するマスクパターンのホールを構成する４辺にそれぞれについて、短辺寸法の１．５倍よりも近い距離に隣接するマスクパターンが有る場合は、密なガイドパターンとする。言い換えると、ホールの場合、マスクパターンの４辺それぞれの方向に所定距離以内のマスクパターンが存在する場合のみ密なガイドパターンとする。ライン系の場合は、長辺の両側に並列に主ガイドパターンが存在すれば、短辺側には主ガイドパターンは無くても密なガイドパターンとする。
【００２９】
尚、ここで説明したガイドパターンは、後述する主なガイドパターンとそれに対応するマスクパターンに相当し、後述する補助ガイドパターンとそれに対応する補助マスクパターンには相当しない。
【００３０】
（一実施形態）
始めに、バルク状態のブロック共重合体のミクロ相分離について間単に説明する。ここで、高分子又はポリマーとは、モノマー分子が重合反応によって、長く鎖状につながったものである。単一のモノマーが重合してできた高分子をホモポリマー、２種類以上のモノマーが重合してできた高分子を共重合体と呼ぶ。さらに、２種類以上の異なるモノマーがランダム配列している高分子をランダム共重合体、２種類の異なるモノマーが交互に配列している高分子を交互共重合体と呼ぶ。また、異なる２種類以上のホモポリマーが、直線的に化合した高分子をブロック共重合体と呼ぶ。
【００３１】
一般に、２種類以上のホモポリマーを混合すると、均一に混合することは稀であり、異なるホモポリマー同士が反発する結果、同種のホモポリマー同士が凝集して相分離を起こす。ブロック共重合体においても同様な相分離を起こすが、異なるホモポリマーが分子内で化学的に結合しているため、相の大きさは大きくなることができず、ブロック共重合体の大きさと同程度となる。このようなブロック共重合体の相分離は、ミクロ相分離と呼ばれ、数ｎｍから数百ｎｍ程度の相領域が形成される。
【００３２】
ミクロ相分離したドメインの形状は、ブロック共重合体の重合度、各ブロック鎖の化学的性質及び各ブロック鎖の体積分率などに大きく依存する。以下、ジブロック共重合体を例に挙げて説明する。ジブロック共重合体とは、２種類のホモポリマーが結合した共重合体であり、２種類のブロック鎖Ａ及びブロック鎖Ｂから構成される。
【００３３】
図１に、上述したジブロック共重合体のミクロ相分離の相図とドメイン形状とを示す。図１において、横軸は、ブロック鎖Ａの体積分率を表し、縦軸はχＮを表す。ここで、χはブロック鎖Ａとブロック鎖Ｂとの相互作用パラメータと呼ばれる定数であり、χの値が大きいほど相溶性が低く、相分離しやすい。また、Ｎは重合度であり、Ｎが大きいほど相分離しやすい。従って、両者の積χＮは、相分離のしやすさの指標として用いられており、χＮの値が大きいほど相分離しやすく、逆にχＮの値が小さくなりすぎると、相分離せずに無秩序構造となる。
【００３４】
χＮの値が十分に大きく、相分離が起きる場合、ミクロ相分離したドメインの形状は、各ブロック鎖の体積分率に大きく依存する。図１に表せられるように、ブロック鎖Ａの体積分率が０から０．５に変化する場合、ドメイン形状は、無秩序構造、球形構造、シリンダー構造及びラメラ構造の順に変化していく。さらに、ブロック鎖Ａの体積分率が０．５から１．０に増加する場合、ラメラ構造、シリンダー構造、球形構造及び無秩序構造と、上記と逆の順に変化していく。
【００３５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は本実施形態に係るパターン形成方法の工程を説明するための断面図である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１０の上に４０ｎｍの膜厚の中性層１１及び４００ｎｍの膜厚のガイドレジスト膜１２を順に形成する。ガイドレジスト膜１２はジブロック共重合体のブロック鎖の表面自由エネルギーの一方の表面自由エネルギーに近いとされる材料を用い、中性層１１はジブロック共重合体内のブロック鎖の中間の表面エネルギーを持つ材料を用いる。中性層１１は、後でミクロ相分離を行なう工程において、半導体基板１０の影響を除去するために用いている。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィ工程を行ない、具体的には、ＫｒＦ露光機を用い、フォトマスク上のマスクパターンをガイドレジスト膜１２上に転写して、ガイドパターン１２ａを形成する。ここで、疎なガイドパターン形成領域Ｒ１には、中性層１１に到達する２００ｎｍの開口幅を有する開口部１３ａ（以下、疎な主ガイドパターン開口部とする。）と、疎なガイドパターンの周辺には、中性層１１に到達しない、言い換えるとガイドレジスト膜１２の途中まで開口した開口幅が１５０ｎｍ、開口深さが１００ｎｍの開口部１４（以下、補助ガイドパターン開口部とする。）が形成される。また、密なガイドパターン形成領域Ｒ２には、中性層１１に到達する２００ｎｍの開口幅を有する開口部１３ｂ（以下、密な主ガイドパターン開口部とする。）が形成される。ここで、密なガイドパターン形成領域Ｒ２に形成される主ガイドパターンのうち、端部に形成される主ガイドパターン開口部１３ｃは、疎な主ガイドパターン開口部に相当し、疎なガイドパターン形成領域Ｒ１に形成される疎な主ガイドパターン開口部１３ａと同様に、隣接して補助ガイドパターン１４が形成される。
【００３９】
疎な主ガイドパターン開口部１３ａの端部と隣接する補助ガイドパターン開口部１４の端部の距離は、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの短辺方向の開口幅の１．５倍よりも近い距離となるように配置されている。通常、パターン間の距離は、マスクパターンの設計データを配置する際に規定されるため、実際の疎な主ガイドパターン開口部１３ａと補助ガイドパターンとの実測距離は、必ずしも上記の範囲に完全に一致するものではない。設計データ上、上記の範囲に含まれていれば、基板上では多少寸法が異なっていても、プロセス上の許容範囲内であれば本発明の範囲に含まれるものとする。
【００４０】
ガイドパターン１２ａの形成に用いたフォトマスクおよびマスクパターンについては後で詳細に述べる。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ガイドパターン１２ａが形成された半導体基板１０の上に、ジブロック共重合体を塗布する。このとき、疎な主ガイドパターン開口部１３ａ、１３ｃ、補助ガイドパターン開口部１４、及び密な主ガイドパターン開口部１３ｂのいずれにもジブロック共重合体が埋め込まれる。ここで、疎な主ガイドパターン開口部１３ａ、１３ｃ、補助ガイドパターン開口部１４、及び密な主ガイドパターン開口部１３ｂのそれぞれに埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さは、ほぼ均一となる。言い換えると、ガイドパターン１２ａ上面から、疎な主ガイドパターン開口部１３ａ、１３ｃ、補助ガイドパターン開口部１４、及び密な主ガイドパターン開口部１３ｂのそれぞれに埋め込まれたジブロック共重合体の上面までの距離はほぼ等しくなる。
【００４２】
その後、図３（ａ）に示すように、２４０℃の温度下で３００秒間のアニールを行うことにより、ジブロック共重合体のミクロ相分離を行う。このとき、ガイドパターン表面との親和性が高いブロック鎖Ｂ１７がガイドパターン１２ａの表面に接触するように、また、ブロック鎖Ａ１６がガイドパターン１２ａから離れた位置に配置されるようにミクロ相分離する。すなわち、異なる特性を有する２種類のブロック鎖層が形成される。
【００４３】
その後、図３（ｂ）に示すように、現像プロセスにより、ジブロック共重合体のポリマーのシリンダー形状の内側部分（ブロック鎖Ａ１６）を現像により除去し、ミクロ相分離パターン開口部１７ａを形成する。図４に、実際の主ガイドパターン開口部と、ミクロ相分離パターン開口部１７ａとのＳＥＭ写真を示す。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ガイドパターン１２ａとブロック鎖Ｂ１７とをエッチングマスクとして、中性層１１及び該中性層１１の下の半導体基板１０又は該半導体基板１０の上に形成された被処理膜（図示せず）を１つのエッチング装置で連続してエッチングする。このとき、先に中性層１１のみをエッチングして、ブロック鎖Ｂ１７からなるミクロ相分離パターンと中性層１１とをエッチングマスクとして、半導体基板１０又は該半導体基板１０の上に形成された被処理膜を、処理装置を変えてエッチングしても構わない。エッチング条件は、加工する材料に合わせて適宜選定することができる。
【００４５】
また、図３（ｂ）における補助ガイドパターン開口部１４のガイドパターン１２ａの厚さをＴＧとし、ジブロック共重合体のガイドレジスト膜１２に近い表面エネルギーを持つブロック鎖のミクロ相分離後のブロック鎖Ｂ１７の厚さをＴＢＣＰＡとしたとき、中性層１１の下層にある被処理膜に対して所望のエッチングを行なう際に必要となるガイドパターンの厚さＴＥとは、ＴＧ＋ＴＢＣＰＡ＞ＴＥを満たすことが好ましい。このようにすると、上部の一部分のみを開口した補助ガイドパターンのガイドレジスト膜１２の残膜が不足して、半導体基板１０に損傷を与えることを抑制することができる。
【００４６】
最後に、図３（ｄ）に示すように、アッシングにより半導体基板１０の上に残存する不要となったガイドパターン１２ａ、中性層１１及びブロック鎖Ｂ１７を除去することにより、半導体基板１０又は該半導体基板１０の上に形成された被処理膜のパターン形成が完了する。ここで、ジブロック共重合体のミクロ相分離を用いると、パターンの開口部寸法は、疎な主ガイドパターン及び密な主ガイドパターンの開口寸法２００ｎｍからブロック鎖Ｂ１７で規定される開口寸法９０ｎｍに寸法を縮小することが可能となる。
【００４７】
これは、ＫｒＦ露光機を用いて、ＡｒＦ露光機に相当する寸法のパターンを形成したことになる。
【００４８】
本実施形態によると、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの周りには、補助ガイドパターン開口部１４が配置されるため、疎な主ガイドパターン開口部１３ａに埋め込まれるジブロック共重合体は、補助ガイドパターン開口部１４により消費された状態で疎な主ガイドパターン開口部１３ａに埋め込まれることになる。
【００４９】
ここで、ガイドパターン開口部１３ａ、１３ｂに埋め込まれるジブロック共重合体について考える。疎な主ガイドパターン開口部１３ａにおいて、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの周りに補助ガイドパターン開口部１４がない場合に、疎な主ガイドパターン開口部１３ａへのジブロック共重合体の埋め込み量をｅｉとし、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの周辺に供給されるジブロック共重合体の量をｓとすると、
ｅｉ ≒ ｓ        （３）
となる。一方、密な主ガイドパターン開口部１３ｂの場合、つまり、密な主ガイドパターン開口部１３ｂの周りに他の主ガイドパターン開口部１３ｂがある場合に、中心部にある密な主ガイドパターン開口部１３ｂへのブロック共重合体の埋め込み量をｅｄとし、周辺にある主ガイドパターン開口部１３ｂに埋め込まれるブロック共重合体の量をｅａとすると、
ｅｄ ≒ ｓ−ｅａ        （４）
となり、疎な主ガイドパターン開口部１３ａと密な主ガイドパターン開口部１３ｂへの埋め込み量で考えると、
ｅｉ−ｅｄ  ＞０        （５）
となる。よって、疎な主ガイドパターン開口部１３ａには、密な主ガイドパターン開口部１３ｂと比べて、より多くのブロック共重合体が埋め込まれることになる。
【００５０】
本実施形態にあるように、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの周辺に主ガイドパターンの短辺方向の距離の１．５倍以下の距離内に適切に補助ガイドパターン開口部１４を配置する構造を考えると、疎な主ガイドパターン開口部１３ａの埋め込み量をｅｉ’とし、補助ガイドパターン開口部１４への埋め込み量をｅａｓとすると、
ｅｉ’≒ ｓ−ｅａｓ        （６）
となる。ここで、ｅａｓ ≒ ｅａとすれば、
ｅｉ’−ｅｄ ≒ ０        （７）
となる。つまり、主ガイドパターンの粗密差に関係なくジブロック共重合体が、各主ガイドパターン開口部にほぼ均一な高さとなるように埋め込まれることが分かる。
【００５１】
埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さがガイドパターン開口部の粗密によって差がある場合は、疎な主ガイドパターン部に合わせてジブロック共重合体のドライ現像を行うと、密な主ガイドパターン部でオーバーエッチ状態となり、半導体基板にダメージ与えることになる。また、主ガイドパターン開口部の粗密で埋め込まれるジブロック共重合体の体積が異なるために、最適なミクロ相分離に必要なアニール時間は、ジブロック共重合体の埋め込み量の多い疎なガイドパターン部の方が長くなり、密なガイドパターン部にアニール時間を合わせた場合に疎な主ガイドパターン開口部内のミクロ相分離が正常に行われず、欠陥や寸法ばらつきの原因となる。本実施形態のように、疎な主ガイドパターン開口部の周辺に補助ガイドパターン開口部を配置することにより、主ガイドパターン開口部には、均一な表面高さを有するジブロック共重合体が埋め込まれるため、上記のような課題を解決することができ、所望の形状のエッチングマスクパターンを形成し、下地基板又は被処理基板を所望形状に加工することができる。
【００５２】
（一実施形態に用いる第１のフォトマスク）
以下、本実施形態に用いる第１のフォトマスクにおける、特に図２における疎なガイドパターン形成領域Ｒ１に形成される疎な主ガイドパターン及び補助ガイドパターンに相当するマスクパターンについて図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図５（ａ）は本実施形態で用いた疎なガイドパターン形成領域Ｒ１に対応するフォトマスクの一部の領域の平面構造を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線における断面形状を示している。以下、本フォトマスクをポジ型のガイドレジスト膜に適用した場合について説明する。
【００５４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、マスク基板となるガラス基板２００に遮光膜２０１が形成され、該遮光膜２０１の所望の領域を除去し、回路パターンである、例えば平面正方形状の孤立マスクパターン２０２（疎な主ガイドパターン開口部に対応）と、孤立マスクパターン２０２の周囲に補助マスクパターン２０３（補助ガイドパターン開口部に対応）が形成される。
【００５５】
ここで、補助マスクパターン２０３は、孤立マスクパターン２０２の開口部よりも小さく形成されている。従って、補助マスクパターン２０３を透過した露光光によって、ガイドレジスト膜の表面上に補助ガイドパターンが転写され、且つ、その補助ガイドパターンは、基板にまで転写されないように設定される。
【００５６】
本実施形態に適用したフォトマスクでは、疎な主ガイドパターン開口部に対応する孤立マスクパターン２０２は、遮光膜２０１に形成された１辺が２００ｎｍの正方形状の開口部である。また、補助ガイドパターン開口部に対応する補助マスクパターン２０３は、遮光膜２０１に形成された１辺が１４０ｎｍの、例えば平面正方形状の開口部であって、孤立マスクパターン２０２の各辺から、２００ｎｍの遮光膜部分を介して配置されている。このように形成されたフォトマスクを用いて、ガイドレジスト膜を露光すると、ガイドパターンとして、基板まで貫通して開口した疎な主ガイドパターン開口部と、基板まで貫通しないガイドレジスト膜の上部にのみ形成された補助ガイドパターン開口部とが形成されることとなる。
【００５７】
このようにすると、引き続き行われるジブロック共重合体の埋め込み工程において、疎な主ガイドパターン開口部に集中してブロック共重合体が埋め込まれることがなくなり、疎な主ガイドパターン開口部及び密な主ガイドパターン開口部が共に埋め込まれたジブロック共重合体の表面の高さを均一にすることができる。
【００５８】
図６に、図５のフォトマスクを用いて、疎な主ガイドパターン開口部の転写ターゲット寸法を２００ｎｍとしたときのガイドレジスト膜への転写シミュレーションを行った結果を示す。シミュレーション条件として、通常照明を使用し、ＮＡ＝０．８、σ＝０．８５、λ＝２４８ｎｍ、孤立マスクパターンは幅が２００ｎｍ×Ｍの正方形状とし（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である。）、Ｍ＝４の値を用いて行われた。また、補助マスクパターン部と孤立マスクパターン部とを隔てる距離を５００ｎｍと設定し、補助マスクパターン幅を孤立マスクパターン幅の０．８倍とした。
【００５９】
図６（ａ）はシミュレーションに用いた、主パターンである孤立マスクパターン２０４とその周辺に配置された補助パターンである補助マスクパターン２０５の一部分とのフォトマスクの平面構造を示している。図６（ｂ）は図６（ａ）に示すフォトマスクを用いて露光及び現像をして得られたガイドパターンのシミュレーション結果によるＡ−Ａ’線と対応する断面構造を示している。図６（ｂ）に示されるように、補助ガイドパターンがガイドレジスト膜の上部にのみ部分的に開口しているため、次に行われるジブロック共重合体の埋め込み工程において、疎な主ガイドパターン開口部への埋め込み特性は、密な主ガイドパターン開口部への埋め込み特性と同様の振舞いをし、そのため、疎な主ガイドパターン開口部と密な主ガイドパターン開口部とへの粗密差によるジブロック共重合体の埋め込み量の差が小さくなり、埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さはほぼ同一となる。
【００６０】
一方、補助ガイドパターン開口部の下方に残存するガイドレジスト膜の膜厚がエッチングに必要な残膜以上であれば、補助ガイドパターンは基板又は被処理膜に転写されず、主ガイドパターン開口部に形成されたブロック鎖によるミクロ層分離パターンのみが基板又は被処理膜に転写される。
【００６１】
また、本実施形態に係るフォトマスクにおいて、補助マスクパターン２０５の開口部を、０．４＜Ｇ／Ｗ＜２．０（但し、Ｇは補助マスクパターン２０５と隣接する孤立マスクパターン２０４の開口部の中心間の距離であり、Ｗは補助マスクパターン２０５の開口部の幅を示す。）の関係を満たし、且つ、Ｗは孤立マスクパターン２０４の開口部の幅の０．８倍以下であることが好ましい。このようにすると、ガイドレジスト膜を基板にまで達する開口部が形成されることなく、補助ガイドパターンのパターニングを実現することができる。
【００６２】
図７に補助マスクパターン２０５の開口部の幅Ｗと補助マスクパターン２０５と隣接する孤立マスクパターン２０４の開口部の中心間の距離Ｇとしたときの、Ｇ／Ｗとガイドレジスト残膜との関係を示す。ここで、疎な主ガイドパターンの転写ターゲット寸法を２００ｎｍとした。シミュレーション条件は、通常照明を使用し、ＮＡ＝０．７、λ＝２４８ｎｍ、孤立マスクパターン２０４は幅が２００ｎｍ×Ｍの正方形状とし（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である。）、Ｍ＝４の値を用いて行われた。また、補助マスクパターン２０５の開口幅と開口部の位置とをパラメータとし、ガイドレジスト膜の膜厚を４００ｎｍとした。
【００６３】
図７より、補助マスクパターン２０５の開口幅が１８０ｎｍ、つまり孤立マスクパターン２０４の０．９倍以上では基板まで完全にガイドレジスト膜が開口していることが分かる。これは補助マスクパターン２０５の開口部を透過する光強度が強すぎるためであり、補助マスクパターン２０５の開口部の幅は、孤立マスクパターン２０４の０．８倍よりも小さくする必要がある。
【００６４】
また、隣接する孤立マスクパターン２０４と補助マスクパターン２０５との開口部の中心間距離が小さい場合、透過した光が互いに干渉するために光強度が強まり、ガイドレジスト膜の膜べり量が大きくなる。また、補助マスクパターン２０５の開口部の幅Ｗが小さい場合、透過する光強度が弱まりガイドレジスト膜の膜べり量が小さくなる。図７より、Ｇ／Ｗが０．５以下の場合は、光の干渉及び開口部を透過する光が強いために、ガイドレジスト膜を貫通する開口が形成されてしまう。また、２．０以上の場合は、隣接する開口部間での光の干渉の影響はほとんど無視でき、Ｗでのみガイドレジスト膜の膜べり量が決まることになるため、Ｇを大きくしても膜べり量は変わらない。
【００６５】
図８（ａ）に本実施形態に係るフォトマスクの第１変形例であって、孤立マスクパターン２０６と、その周辺に配置された補助マスクパターン２０７とを有するフォトマスクの平面構造を示す。
【００６６】
図８（ａ）に示すフォトマスクの図５及び図６に示すマスクパターンと異なる点は、補助マスクパターンの配置である。図６では、１つの孤立マスクパターンに対して、４辺それぞれから所定の距離だけ離して正方形状の補助マスクパターンを合計４個配置したが、これに対して第１変形例では、孤立マスクパターン２０６の各辺に対して、長方形の補助マスクパターン２０７を等間隔に複数個を並べて配置している。孤立マスクパターン２０６を中心にして、補助マスクパターン２０７と併せて十字形状に配置されている。
【００６７】
ここで、孤立マスクパターン２０６の転写ターゲット寸法を２００ｎｍとした。シミュレーション条件は、通常照明を使用し、ＮＡ＝０．７、λ＝２４８ｎｍ、孤立マスクパターン２０６は幅が２００ｎｍ×Ｍの正方形状とし（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である。）、Ｍ＝４の値を用いて行われた。補助マスクパターン２０７は、５５ｎｍＸ２００ｎｍの長方形状であって、孤立マスクパターン２０６の開口部と隣接する補助マスクパターン２０７の開口部の中心間距離は２２３ｎｍとなるように配置した。隣接する補助マスクパターン２０７同士の開口部の中心間距離は７９ｎｍとし、孤立マスクパターン２０６の１辺に対して８個の補助マスクパターン２０７を１列に並べて配置した。すなわち、１個の孤立マスクパターン２０６に対して３２個の補助マスクパターン２０７を配置した。ガイドレジスト膜厚は、４００ｎｍとした。
【００６８】
図８（ｂ）は図８（ａ）に示すフォトマスクを用いて露光及び現像をして得られたガイドパターンのシミュレーション結果によるＡ−Ａ’線と対応する断面構造を示している。図８（ｂ）に示されるように、補助ガイドパターンがガイドレジスト膜の上部にのみ部分的に開口しているため、次に行われるジブロック共重合体の埋め込み工程において、疎な主ガイドパターン開口部への埋め込み特性は、密な主ガイドパターン開口部への埋め込み特性と同様の振舞いをし、そのため、疎な主ガイドパターン開口部と密な主ガイドパターン開口部とへの粗密差によるジブロック共重合体の埋め込み量の差が小さくなり、埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さはほぼ同一となる。
【００６９】
一方、補助ガイドパターン開口部の下方に残存するガイドレジストの膜厚がエッチングに必要な残膜以上であれば、補助ガイドパターンは基板又は被処理膜に転写されず、主ガイドパターン開口部に形成されたブロック鎖によるミクロ層分離パターンのみが基板又は被処理膜に転写される。
【００７０】
図８（ａ）のフォトマスク構造を用いることにより、任意の大きさを持つ補助ガイドパターンを形成することができる。
【００７１】
図９に本実施形態に係るフォトマスクの第２変形例であって、孤立マスクパターン２０８と、その周辺に配置された補助マスクパターン２０９とを有するフォトマスクの平面構造を示す。
【００７２】
補助マスクパターン２０９は、図５（ａ）及び図８（ａ）に示されるような孤立マスクパターン２０８に対して十字の方向に配置されるだけでなく、十字形状の配置以外に、例えば孤立マスクパターン２０８のコーナー部の外方向に十字の隙間を埋めるように配置されてもよい。このとき、補助マスクパターン２０９の開口部の中心間距離が、０．４＜Ｇ／Ｗ＜２．０を満たしていれば、補助マスクパターン２０９を透過してくる光強度は、図６（ａ）と同等となるため、本実施形態に係るフォトマスクを用いた場合と同様の結果を得ることができる。このとき、補助マスクパターン２０９は任意の数で配置できる。
【００７３】
ここで、疎なガイドパターンの転写ターゲット寸法を２００ｎｍとし、孤立マスクパターン２０８はその幅が２００ｎｍ×Ｍの正方形状とした場合、補助マスクパターン２０９の幅を１８０ｎｍ×Ｍ以下とし（但し、Ｍは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率である。）、Ｍ＝４の値を想定している。
【００７４】
図１０に本実施形態に係るフォトマスクの第３変形例であって、孤立マスクパターン２１０と、その周辺に配置された補助マスクパターン２１１とを有するフォトマスクの平面構造を示す。孤立マスクパターン２１０を中心として、補助マスクパターン２１１は、孤立マスクパターン２１０の周囲全体を囲むように所定の距離をおいて配置されている。
【００７５】
ここで、疎なガイドパターンの転写ターゲット寸法を２００ｎｍとし、孤立マスクパターン２１０はその幅が２００ｎｍ×Ｍの正方形状とした場合、補助マスクパターン２１１の幅は１８０ｎｍ×Ｍ以下とし（但し、Ｍは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率である。）、Ｍ＝４の値を想定している。
【００７６】
補助マスクパターン２１１は、本変形例のように、孤立マスクパターン２１０の周辺の領域を囲むように配置されてもよい。周辺の領域を囲んでいれば、補助マスクパターンは、コーナー部で分断されていてもよい。また、図１０には、補助マスクパターン２１１が二重に配置された場合を示したが、補助マスクパターン２１１の開口幅を適宜変更することによって、一重であってもかまわないし、三重以上であっても構わない。このとき、補助マスクパターン２１１の開口部の中心間距離が０．４＜Ｇ／Ｗ＜２．０を満たしていれば、補助マスクパターン２１１を透過してくる光強度は、図６（ａ）と同等となるため、本実施形態に係るフォトマスクを用いた場合と同様の結果を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施形態において、孤立マスクパターンの平面形状が正方形の場合について説明したが、本実施形態の考え方に基づいて、任意の平面形状の孤立マスクパターンに対して、その周辺部に補助マスクパターンを配置することにより、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。
【００７８】
また、図２において、密なガイドパターン形成領域Ｒ２に形成される疎な主ガイドパターンに対しても、これに対応する孤立マスクパターンに対して、必要な箇所にのみ上述した補助ガイドパターンを適宜配置することにより、ジブロック共重合体の埋め込み高さを密な主ガイドパターンとほぼ同一とすることが可能であることはいうまでもない。
【００７９】
（一実施形態に用いる第２のフォトマスク）
以下、本実施形態に用いる第２のフォトマスクにおける、特に疎な主ガイドパターン及び補助ガイドパターンに相当するマスクパターンについて図面を参照しながら説明する。
【００８０】
図１１（ａ）に本実施形態で用いた、疎なガイドパターン形成領域Ｒ１に対応するフォトマスクの一部の領域の平面構造を示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面形状を示している。以下の説明は、本フォトマスクをポジ型のガイドレジスト膜に適用した場合について説明する。
【００８１】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、マスク基板となるガラス基板３００に半遮光膜３０１が形成され、該半遮光膜３０１の上に遮光膜３０２が形成される。ガラス基板３００と半遮光膜３０１とは、同位相で露光光を透過させる。所望の領域の半遮光膜３０１及び遮光膜３０２を除去し、回路パターンである、例えば平面正方形状の孤立マスクパターン３０３が形成される。 補助マスクパターン３０４は、孤立マスクパターン３０３を中心に孤立マスクパターン３０３の周囲全体を囲むように所定の距離をおいて配置されている。ここで、補助マスクパターン３０４は、遮光膜３０２を除去して形成されている。従って、補助マスクパターン３０４を透過する露光光は、半遮光膜３０１を介して、基板上に形成されたガイドレジスト膜に届くことになる。具体的には、孤立マスクパターン３０３は、１辺が２００ｎｍの正方形状であって、補助マスクパターン３０４は、孤立マスクパターン３０３を１５０ｎｍ幅の遮光部を介してその周囲を取り囲み、透過率が８５％で開口幅が２２０ｎｍのリング状（環状）を有している。
【００８２】
ここで、半遮光膜３０１における光の透過率Ｔと、補助マスクパターン３０４の開口幅Ｗとの積が、１１０＜ＴＷ＜１８０となることが好ましい。このようにすると、補助マスクパターン３０４を透過した露光光は、ガイドレジスト膜の上部のみを部分的に開口させることができ、そのため、疎な主ガイドパターン開口部と密な主ガイドパターン開口部とへの粗密差によるジブロック共重合体の埋め込み量の差が小さくなり、埋め込まれたジブロック共重合体の表面高さはほぼ同一にすることができる。
【００８３】
図１２に本実施形態に適用した第２のフォトマスクを用いた、補助マスクパターンにおける半遮光膜の透過率とガイドレジスト残膜との関係をシミュレーションした結果を示す。シミュレーション条件は、通常照明を使用し、ＮＡ＝０．７、λ＝２４８ｎｍとし、補助マスクパターン３０４の開口幅及び半遮光膜３０１の透過率をパラメータとした。また、ガイドレジスト膜の膜厚を４００ｎｍと設定した。
【００８４】
半遮光膜３０１の透過率が高い程、また、補助マスクパターン３０４の開口幅が大きい程、開口部を透過する光強度が強くなるために、ガイドレジスト膜の膜べり量は大きくなる。
【００８５】
図１３にガイドレジスト残膜と、補助マスクパターンの開口幅Ｗと半遮光膜の透過率Ｔとの積ＴＷとの関係を示す。図１３に示されるように、ガイドレジスト膜の膜べり量は、光強度によって決定される。ここで、光強度を決定する要因は、光の透過し易さとなり、すなわち、半遮光膜３０１の透過率Ｔと補助マスクパターン３０４の開口幅Ｗとによってその透過し易さが決定される。ここで、透過率Ｔと補助マスクパターン３０４の開口幅Ｗとの関係が、１１０＜ＴＷ＜１８０を満たすときに、ガイドレジスト膜は基板上まで開口されることなく、ガイドレジスト膜の上方に部分的に開口部を形成させることができる。
【００８６】
ここでは、本実施形態に係る第２のフォトマスクとして、補助マスクパターン３０４を平面正方形状の孤立マスクパターン３０３を囲うように形成される場合について説明したが、補助マスクパターン３０４は孤立マスクパターン３０３の周辺に配置されていれば、補助マスクパターン３０４のコーナー部が分断された形状であってもよい。さらには、補助マスクパターン３０４同士の形状が異なっていてもよく、また、複数の補助マスクパターン３０４を設けてもよい。また、補助マスクパターン３０４は、１１０＜ＴＷ＜１８０を満たす条件であれば、特にその平面形状にはこだわらない。
【００８７】
図１４から図１５に本発明のフォトマスクを用いた半導体装置の注入工程の一例を示す。
【００８８】
まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板、例えばシリコン基板３０５の上に、酸化膜である、例えばシリコン酸化膜３０６が形成されており、その上に、ポリシリコン３０８からなるパターンが形成されている。ここで、コーターを用い、中性層３０７及びガイドレジスト膜３０９を回転塗布し、その後、ベークする。
【００８９】
次に、図１４（ｂ）に示すように、縮小投影系露光装置に本実施形態のフォトマスクをセットし、下地基板と重ね合わせを行い、シリコン基板３０５上のガイドレジスト膜３０９を露光する。露光した後、ガイドレジスト膜３０９をベーク処理する。その後、デベロッパーにより現像処理を実施して、疎な主ガイドパターン開口部３１０ａ、該疎な主ガイドパターン開口部３１０ａの周辺に形成された補助ガイドパターン開口部３１１及び密な主ガイドパターン開口部３１０ｂとを有するガイドパターン３１５を形成する。ここで、ガイドレジスト膜厚は４００ｎｍ、露光波長は２４８ｎｍ、疎な主ガイドパターン開口部３１０ａはホールであって、その直径寸法は２００ｎｍとしている。
【００９０】
次に、図１４（ｃ）に示すように、ジブロック共重合体３１２をコーターを用いて回転塗布し、疎な主ガイドパターン開口部３１０ａ、補助ガイドパターン開口部３１１及び密な主ガイドパターン３１０ｂに埋め込む。
【００９１】
次に、図１４（ｄ）に示すように、ベークによりジブロック共重合体をミクロ相分離させる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とスチレンとからなるブロック鎖を有するジブロック共重合体と、スチレンの表面自由エネルギーに近いノボラック又はヒドロキシスチレンをベースポリマーとするガイドレジスト膜を用いた場合は、ガイドパターン３１５と接触する側にスチレンからなるブロック鎖Ｂ３１３がミクロ相分離され、ガイドパターン３１５と離れた位置にＰＭＭＡからなるブロック鎖Ａ３１４がミクロ相分離されることとなる。
【００９２】
次に、図１４（ｅ）に示すように、酸素イオンを用いたドライ現像を実施して、スチレンからなるブロック鎖Ｂ３１３で形成されるミクロ相分離パターンを形成する。エッチングレートの差によってＰＭＭＡのみが除去され、ガイドパターン３１５とスチレンからなるブロック鎖Ｂ３１３とが残る。
【００９３】
次に、図１４（ｆ）に示すように、アッシングによって、中性層３０７におけるミクロ相分離パターンからの露出部分を除去する。ここで、ガイドレジストパターン３１５に形成された、開口径が２００ｎｍの疎な主ガイドパターン開口部３１０ａの開口径は、ジブロック共重合体を用いたミクロ相分離パターンを形成することによって、その開口径が９０ｎｍに縮小している。
【００９４】
次に、図１５（ａ）に示すように、ガイドパターン３１５及びミクロ相分離パターン３１３を注入マスクとして、シリコン基板３０５の所望の領域にイオン注入を行って、シリコン基板３０５に複数の拡散領域３１６をそれぞれ形成する。その後、不要となったガイドパターン３１５、ミクロ相分離パターン３１３及び中性層３０７をアッシングと硫化水洗浄とによって除去する。これ以降は、配線層の形成などの所定の工程を行なって、半導体装置を得る。
【００９５】
以上説明した通り、ＫｒＦ露光機を用いて、液浸ＡｒＦ露光機に相当する大きさのパターン寸法を有する半導体装置を作製することができる。このことは、高価な液浸ＡｒＦ露光機及び材料費が高い多層レジストプロセスを不要とすることから、低コストで微細化できるという利点がある。
【００９６】
なお、パターン形成に使用されるガイドレジスト膜はポジ型に限られない。フォトマスクの形状を反転、即ち透過部を遮光部とし且つ遮光部を透過部として、マスクパターンに逆の特性を持たせれば、ネガ型に適用できることはいうまでもない。
【００９７】
また、ナノインプリントのような縮小投影露光装置を用いない場合でも、フォトマスクに代えて、モールド樹脂の疎な主ガイドパターンに対応する形状と補助ガイドパターンに対応する形状の高さとを変えれば、ガイドレジスト膜を基板上まで開口させた疎なガイドパターン開口部と、ガイドレジスト膜の上部のみを開口させた補助ガイドパターン開口部とを形成することにより、本実施例と同様の効果を得られることは明らかである。
【００９８】
また、ＥＵＶ露光を適用した場合でも、本実施例のような透過型マスクに代えて反射型マスクを用い、補助パターンのＥＵＶ反射効率を低下させることにより、同様の効果を得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、半導体集積回路装置の微細パターンを低コストに形成できるパターン形成方法及びそれを実現するフォトマスク等に有用である。
【符号の説明】
【０１００】
Ｒ１    疎なガイドパターン形成領域
Ｒ２    密なガイドパターン形成領域
１０    半導体基板
１１    中性層
１２    ガイドレジスト膜
１２ａ  ガイドパターン
１３ａ  疎な主ガイドパターン開口部
１３ｂ  密な主ガイドパターン開口部
１３ｃ  端部に形成される疎な主ガイドパターン
１４    補助ガイドパターン開口部
１５    ジブロック共重合体
１６    ブロック鎖Ａ 
１７    ブロック鎖Ｂ 
２００  ガラス基板
２０１  遮光膜
２０２、２０４、２０６、２０８、２１０  孤立マスクパターン
２０３、２０５、２０７、２０９、２１１  補助マスクパターン
３００  ガラス基板
３０１  半遮光膜
３０２  遮光膜
３０３  孤立マスクパターン
３０４  補助マスクパターン
３０５  シリコン基板
３０６  シリコン酸化膜
３０７  中性層
３０８  ポリシリコン
３０９  ガイドレジスト膜
３１０ａ  疎な主ガイドパターン開口部
３１０ｂ  密な主ガイドパターン開口部
３１１  補助ガイドパターン開口部
３１２  ブロック共重合体
３１３  ブロック鎖Ｂ
３１４  ブロック鎖Ａ
３１５  ガイドパターン
３１６  注入領域
【図１】
2014090029.tif 000003
【図２】
2014090029.tif 000004
【図３】
2014090029.tif 000005
【図５】
2014090029.tif 000006
【図７】
2014090029.tif 000007
【図９】
2014090029.tif 000008
【図１０】
2014090029.tif 000009
【図１１】
2014090029.tif 000010
【図１２】
2014090029.tif 000011
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014090029.tif 000014
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2014090029.tif 000017
【図４】
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【図６】
2014090029.tif 000019
【図８】
2014090029.tif 000020