(57)【要約】【課題】自己組織化材料を用いて、位置合わせ精度の高いパターンを形成する。【解決手段】本実施形態によれば、パターン形成方法は、複数の第１パターン上に自己組織化材料を形成する工程と、前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成する工程と、前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量を算出する工程と、少なくとも１つの前記位置ずれ量が所定値より大きい場合に、前記自己組織化材料の調整を行う工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１パターン上に、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを含む自己組織化材料を形成する工程と、
前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成する工程と、
前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量を、前記第１パターンが形成される層と、前記第２パターンが形成される層との位置ずれを考慮して算出する工程と、
少なくとも１つの前記位置ずれ量が所定値より大きい場合に、前記自己組織化材料の調整を行う工程と、
を備え、
算出される全ての前記位置ずれ量が前記所定値以下になるまで、調整後の自己組織化材料を用いた前記第２パターンの形成、前記位置ずれ量の算出、及び自己組織化材料の調整を繰り返し、
前記自己組織化材料の調整は、前記ジブロックコポリマーの分子量の変更、又は第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の組成比の変更であることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
複数の第１パターン上に自己組織化材料を形成する工程と、
前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成する工程と、
前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量を算出する工程と、
少なくとも１つの前記位置ずれ量が所定値より大きい場合に、前記自己組織化材料の調整を行う工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項３】
前記自己組織化材料は、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを含み、
前記自己組織化材料の調整は、前記ジブロックコポリマーの分子量の変更、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の組成比の変更、前記第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖のうちいずれか一方の添加、又は添加剤を加えることであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
算出される全ての位置ずれ量が前記所定値以下になるまで、調整後の自己組織化材料を用いた前記第２パターンの形成、位置ずれ量の算出、及び自己組織化材料の調整を繰り返すことを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記位置ずれ量は、前記第１パターン及び前記第２パターンが形成される第１層と、前記第１層の下方の第２層との位置ずれを含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
複数の第１パターン上に自己組織化材料を形成し、前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成するパターン形成方法であって、
前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量が所定値以下となるように前記自己組織化材料が調整されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】
ウェーハ上の複数のチップの各々において、複数の第１パターン上に自己組織化材料を形成する工程と、
前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成する工程と、
前記複数のチップのいずれか１つを抽出する工程と、
抽出したチップについて、前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量を算出する工程と、
前記位置ずれ量が所定値より大きい第２パターンの数に基づいて、前記ウェーハを半導体装置の生産に使用するか否か判定する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程中のリソグラフィ技術として、ＡｒＦ液浸露光によるダブルパターニング技術、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント等が知られている。従来のリソグラフィ技術は、パターンの微細化に伴い、コストの増加、スループットの低下など、様々な問題を含んでいた。
【０００３】
このような状況下で、リソグラフィ技術への自己組織化（DSA: Directed Self-assembly）の適用が期待されている。自己組織化は、エネルギー安定という自発的な挙動によって発生することから、寸法精度の高いパターンを形成できる。特に、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を利用する技術は、簡便な塗布とアニールプロセスで、数〜数百ｎｍの種々の形状の周期構造を形成できる。高分子ブロック共重合体のブロックの組成比によって球状（スフィア）、柱状（シリンダー）、層状（ラメラ）等に形態を変え、分子量によってサイズを変えることにより、様々な寸法のドットパターン、ホール又はピラーパターン、ラインパターン等を形成することができる。
【０００４】
自己組織化材料の相分離パターンの形成位置は、人為的に制御できない揺らぎを持っている。自己組織化材料を用いて配線やコンタクトホールなどのパターンを形成する場合、この揺らぎを抑え、上層や下層のパターンとの位置合わせ精度を高めることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、自己組織化材料を用いて、位置合わせ精度の高いパターンを形成するパターン形成方法及び半導体装置の製造方法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】
【０００７】
本実施形態によれば、パターン形成方法は、複数の第１パターン上に自己組織化材料を形成する工程と、前記自己組織化材料を加熱してミクロ相分離させ、前記複数の第１パターンに対応する複数の第２パターンを形成する工程と、前記複数の第２パターンの各々の形成位置と、対応する第１パターンの形成位置との位置ずれ量を算出する工程と、少なくとも１つの前記位置ずれ量が所定値より大きい場合に、前記自己組織化材料の調整を行う工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】化学ガイドを用いて、自己組織化材料のミクロ相分離パターンを形成する方法の一例を説明する工程断面図である。
【図２】化学ガイド及びミクロ相分離パターンの一例を示す図である。
【図３】化学ガイド及びミクロ相分離パターンの一例を示す図である。
【図４】下層の円形パターンと上層のホールパターンの一例を示す図である。
【図５】ホールパターンの位置ずれを示す図である。
【図６】ホールパターンの位置ずれ量の計測結果の一例を示すグラフである。
【図７】下層の配線パターンと上層のホールパターンの一例を示す図である。
【図８】ホールパターンのグループ化の一例を示す図である。
【図９】本実施形態による半導体製造システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、本実施形態の説明に先立ち、化学ガイド層を用いて、自己組織化材料のミクロ相分離パターンを形成する方法の一例について説明する。図１は工程断面図、図２及び図３は化学ガイド及びミクロ相分離パターンの一例を示す図である。図２、３に示すＡ−Ａ線、Ａ’−Ａ’線、Ｂ−Ｂ線、Ｂ’−Ｂ’線における断面が図１に相当する。図２はラメラ状のミクロ相分離パターンを形成する例に対応し、図３はシリンダー状のミクロ相分離パターンを形成する例に対応する。
【００１０】
図１（ａ）に示すように、基板１０１上に反射防止膜１０２を形成し、反射防止膜１０２上に中性化膜１０３及びレジスト膜１０４を順に形成する。中性化膜１０３は、後の工程で塗布される自己組織化材料を構成する要素の全てに対して等しい親和性を有している。反射防止膜１０２は、基板１０１からの反射が十分低ければ、省略してもよい。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、リソグラフィによりレジスト膜１０４で所望のパターンを形成する。
【００１２】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜１０４をマスクにして中性化膜１０３をエッチングし、中性化膜１０３にレジストパターンを転写する。そして、レジスト膜１０４を除去する。これにより、反射防止膜１０２及び中性化膜１０３からなる化学ガイドが得られる。このときの上面図が図２（ａ）、図３（ａ）である。
【００１３】
次に、図１（ｄ）に示すように、反射防止膜１０２及び中性化膜１０３上に自己組織化材料１０５を塗布する。塗布する自己組織化材料は、例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを用いる。ジブロックコポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用することができる。ＰＳとＰＭＭＡの組成を調整することで、相分離した際に、ラメラ構造となったり、シリンダー構造となったりする。
【００１４】
次に、図１（ｅ）に示すように、自己組織化材料１０５を加熱して、ミクロ相分離パターン１０６を形成する。ミクロ相分離パターン１０６は、第１ポリマーブロック鎖からなる第１ポリマー部１０６ａと第２ポリマーブロック鎖からなる第２ポリマー部１０６ｂとが相分離して、図２（ｂ）に示すようなラメラパターンや、図３（ｂ）に示すようなシリンダーパターンを形成する。
【００１５】
この例では、反射防止膜１０２と第１ポリマーブロック鎖の親和性が、反射防止膜１０２と第２ポリマーブロック鎖の親和性より高く、反射防止膜１０２が第１ポリマー部１０６ａを固定（ピニング）するピニング層となる。例えば、ブロックコポリマー１０５がポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体であり、反射防止膜１０２がＳＯＧの場合、ＳＯＧは、ＰＭＭＡとの親和性が高い。このため、ＰＭＭＡはミクロ相分離の際、反射防止膜１０２上に選択的に形成される。つまり、第１ポリマー部１０６ａがＰＭＭＡに対応し、第２ポリマー部１０６ｂがＰＳに対応する。
【００１６】
図２（ｂ）に示すミクロ相分離パターン１０６は、薄板状の第１ポリマー部１０６ａ及び第２ポリマー部１０６ｂを有する。
【００１７】
また、図３（ｂ）に示すミクロ相分離パターン１０６は、シリンダー形状の第１ポリマー部１０６ａ及び第１ポリマー部１０６ａを取り囲む第２ポリマー部１０６ｂを有する。シリンダー形状の第１ポリマー部１０６ａは、反射防止膜１０２に固定されたシリンダー部１０６ａ＿１と、シリンダー部１０６ａ＿１間の中性化膜１０３上に補間的に形成されたシリンダー部１０６ａ＿２とを含む。
【００１８】
次に、図１（ｆ）に示すように、第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去する。図２（ｂ）に示す薄板状の第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去することで、ラインパターン１０７が形成される。また、図３（ｂ）に示すシリンダー状の第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去することで、ホールパターン１０７が形成される。
【００１９】
反射防止膜１０２及び中性化膜１０３からなる化学ガイド上にミクロ相分離パターン１０６を形成する例を説明したが、化学ガイドの材料はこれに限定されない。また、化学ガイドでなく、物理ガイドを用いてミクロ相分離パターン１０６を形成してもよい。
【００２０】
ミクロ相分離パターン１０６は、加工条件等の影響により形成位置が変化する。従って、第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去することで得られるラインパターンやホールパターンの形成位置も変化する。本発明の実施形態によれば、パターン形成位置のずれを抑え、上層や下層に設けられる他パターンとの位置合わせ精度を高めることができる。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図４（ａ）に示すような複数の円形パターン２０１上に、自己組織化材料のミクロ相分離を利用して、図４（ｂ）に示すような複数のホールパターン２０２を形成する場合を例に説明を行う。各ホールパターン２０２は、各円形パターン２０１に対応している。
【００２２】
本実施形態では、各円形パターン２０１の位置を基準として、対応するホールパターン２０２の位置のずれを計測する。図５に示すように、各ホールパターン２０２の位置ずれはΔＸ、ΔＹで示される。ΔＹの方向は、ΔＸの直交方向である。ここで、円形パターン２０１、ホールパターン２０２の位置は、例えば、形状が円形である場合は中心、楕円形である場合は重心とする。
【００２３】
図６（ａ）は、全てのホールパターン２０２についての位置ずれの計測結果の一例である。ホールパターン２０２を形成するために用いる自己組織化材料を最適化していない場合、円形パターン２０１とホールパターン２０２との位置合わせ精度が低く、図６（ａ）に示すように、各ホールパターン２０２の位置ずれがΔＸ−ΔＹ面内において広範囲に分布する。このようなホールパターン２０２に金属材料を埋め込んでコンタクトを形成した場合、このコンタクトが下層パターンと接触せず、導通しないおそれがある。
【００２４】
次に、自己組織化材料の調整を行う。例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを自己組織化材料として用いる場合、ジブロックコポリマーの分子量を変えたり、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の組成比を変えたり、第１ポリマーブロック鎖又は第２ポリマーブロック鎖の分子を変えたりする。あるいはまた、ジブロックコポリマーに、第１ポリマーブロック鎖又は第２ポリマーブロック鎖のいずれか一方を添加したり、他の添加剤を加えたりしてもよい。
【００２５】
図６（ｂ）に示すように全てのホールパターン２０２についての位置ずれの計測結果が一定の領域に収まるまで、自己組織化材料の調整を繰り返し行う。このようなホールパターン２０２に金属材料を埋め込んでコンタクトを形成した場合、このコンタクトは下層パターンと接触し、導通する。
【００２６】
このように、全てのホールパターン２０２についての位置ずれ量が一定範囲に収まるまで自己組織化材料の調整を繰り返し、調整後の自己組織化材料を用いることで、位置合わせ精度の高いパターンを形成することができる。
【００２７】
なお、円形パターン２０１の形成、及び調整した自己組織化材料を用いたホールパターン２０２の形成は、実際に行ってもよいし、シミュレーションで行ってもよい。
【００２８】
図４〜図６は、円形パターンの上にホールパターンを形成する例を示していたが、図７に示すように、ラインパターン上にホールパターンを形成する場合にも同様の処理を行うことができる。
【００２９】
例えば、図７に示すように、ｎ本の配線（矩形パターン）３０１＿１〜３０１＿ｎ上に１つずつ、自己組織化材料のミクロ相分離を利用して、ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎを形成する。ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎは、配線３０１＿１〜３０１＿ｎに対するコンタクトに対応するパターンである。ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎの理想位置（基準位置）からホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎの実際の（又はシミュレーション上の）形成位置のずれをΔｒｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）、ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎの形成位置のずれの許容量をｍｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）とした場合、｜Δｒｉ｜≦ｍｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）を満たすように自己組織化材料を調整する。
【００３０】
なお、Δｒｉは、ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎの実際の形成位置を（Ｘｉ、Ｙｉ）、ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎの理想位置（基準位置）を（ｘｉ、ｙｉ）とした場合、以下の数式１で表すことができる。
【数１】
2014033051.tif 000003
【００３１】
図７に示す例において、配線３０１＿１〜３０１＿ｎが形成される層の位置ずれを考慮してもよい。例えば、配線３０１＿１〜３０１＿ｎが形成される層と、ホールパターン３０２＿１〜３０２＿ｎが形成される層の位置ずれ量をΔｄとした場合、｜Δｒｉ＋Δｄ｜≦ｍｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）を満たすように自己組織化材料を調整する。
【００３２】
上記実施形態では、複数のホールパターンの各々の位置を計測し、目標値（理想値）からの位置ずれ量を求めていたが、図８に示すように、複数のホールパターンをグループ化し、その重心位置と目標値（理想値）からの位置ずれ量を求めてもよい。例えば、物理ガイドパターンを用いて複数のコンタクトホールを設ける場合、同一の物理ガイドパターン内部にある複数のコンタクトホールをグループ化する。
【００３３】
また、上記実施形態では、自己組織化材料のミクロ相分離を利用して複数のホールパターンを形成する場合について説明したが、複数のラインパターンを形成してもよい。この場合、各ラインパターンの重心位置の目標値（理想値）からのずれ量を求め、このずれ量が所定値以下となるように自己組織化材料を調整する。
【００３４】
自己組織化材料のミクロ相分離を利用して形成した複数のパターン位置の検出、及び目標位置からのずれ量が所定値以下であるか否かの判定を、半導体装置の製造工程に含めてもよい。
【００３５】
例えば、図９に示す半導体製造システム４００のパターン形成装置４１０が、ウェーハ上の複数のチップの各々において、自己組織化材料のミクロ相分離を利用して、ホール形状やライン形状の複数のパターンを形成する。次に、計測装置４２０が、１つのウェーハから任意の１つのチップを抽出し、抽出したチップにおける全てのパターンの形成位置を計測する。次に、判定装置４３０が、パターン形成位置の計測結果と目標値（理想値）との位置ずれ量を求め、全てのパターンについて位置ずれ量が所定値以下であるか否か判定する。全てのパターンについて位置ずれ量が所定値以下であれば次の工程に進み、１つ（又は所定数）以上のパターンについて位置ずれ量が所定値より大きければ、当該ウェーハは半導体装置の生産には使用しないと判定される。このように、１チップにおける全てのミクロ相分離パターンの位置ずれ量を用いて、半導体装置の検査を行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  基板
１０２  反射防止膜
１０３  中性化膜
１０４  レジスト膜
１０５  自己組織化材料
１０６  ミクロ相分離パターン
２０１  円形パターン
２０２  ホールパターン
４００  半導体製造システム
４１０  パターン形成装置
４２０  計測装置
４３０  判定装置
【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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