(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象上に第１の孔径を有する第１ホールパターンと前記第１の孔径よりも大きい第２の孔径を有する第２ホールパターンを含む親水性のガイドパターンを形成し、
前記ガイドパターン上に、隣接して配置される複数の前記第１ホールパターンの形成領域に第１開口パターンを有し、隣接して配置される複数の前記第２ホールパターンの形成領域に第２開口パターンを有し、離隔した位置に形成される複数の前記第１開口パターン同士または離隔した位置に形成される複数の前記第２開口パターン同士を結ぶ接続パターンを有する枠パターンを形成し、
親水性のポリマー鎖と疎水性のポリマー鎖とを有する第１ブロックコポリマーを含む第１溶液を前記第１開口パターンに供給し、
前記親水性のポリマー鎖と前記疎水性のポリマー鎖とを有する第２ブロックコポリマーを含む第２溶液を前記第２開口パターンに供給し、
前記第１溶液中で前記疎水性のポリマー鎖が前記ガイドパターンに接触し、前記親水性のポリマー鎖が前記第１ホールパターンの中心付近で凝集するように前記第１ブロックコポリマーを凝集させるとともに、前記第２溶液中で前記疎水性のポリマー鎖が前記ガイドパターンに接触し、前記親水性のポリマー鎖が前記第２ホールパターンの中心付近で凝集するように前記第２ブロックコポリマーを凝集させ、
前記第１ホールパターンおよび前記第２ホールパターンの中心付近で凝集した前記親水性のポリマー鎖を除去して前記第１ホールパターンの径を前記第１の孔径よりも小さい第３の孔径とし、前記第２ホールパターンの径を前記第２の孔径よりも小さい第４の孔径とし、
前記疎水性のポリマー鎖が付着した前記ガイドパターンをマスクとしてエッチングによって前記加工対象を加工し、
前記第１ブロックコポリマーと前記第２ブロックコポリマーとは、分子量、または前記親水性のポリマー鎖と前記疎水性のポリマー鎖の組成比が異なることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
加工対象上に第１の孔径を有する第１ホールパターンと前記第１の孔径よりも大きい第２の孔径を有する第２ホールパターンを含む親水性のガイドパターンを形成し、
前記ガイドパターン上に、隣接して配置される複数の前記第１ホールパターンの形成領域に第１開口パターンを有し、隣接して配置される複数の前記第２ホールパターンの形成領域に第２開口パターンを有する枠パターンを形成し、
親水性のポリマー鎖と疎水性のポリマー鎖とを有する第１ブロックコポリマーを含む第１溶液を前記第１開口パターンに供給し、
前記第１溶液中で前記疎水性のポリマー鎖が前記ガイドパターンに接触し、前記親水性のポリマー鎖が前記第１ホールパターンの中心付近で凝集するように前記第１ブロックコポリマーを凝集させ、
前記第１ホールパターンの中心付近で凝集した前記親水性のポリマー鎖を除去して前記第１ホールパターンの径を前記第１の孔径よりも小さい第３の孔径とし、
前記疎水性のポリマー鎖が付着した前記ガイドパターンをマスクとしてエッチングによって前記加工対象を加工することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
前記ガイドパターンは、第１方向に延在する第１の幅の第１溝パターンが前記第１の幅で前記第１方向に交差する第２方向に配置されたパターンであり、
前記第１開口パターンは、前記第２方向に延在する第２の幅の第２溝パターンであり、
前記第２開口パターンは、前記第２方向に延在する前記第２の幅よりも広い第３の幅の第３溝パターンであり、
前記ガイドパターンに形成される第１ホールパターンは、前記第１溝パターンと前記第２溝パターンの交差位置に形成され、前記第２ホールパターンは、前記第１溝パターンと前記第３溝パターンの交差位置に形成され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】
前記第１溶液の供給とともに、前記親水性のポリマー鎖と前記疎水性のポリマー鎖とを有する第２ブロックコポリマーを含む第２溶液を前記第２開口パターンに供給し、
前記第１ブロックコポリマーの凝集とともに、前記第２溶液中で前記疎水性のポリマー鎖が前記ガイドパターンに接触し、前記親水性のポリマー鎖が前記第２ホールパターンの中心付近で凝集するように前記第２ブロックコポリマーを凝集させ、
前記親水性ポリマー鎖の除去では、前記第２ホールパターンの中心付近で凝集した前記親水性のポリマー鎖も除去し、前記第２ホールパターンの径を前記第２の孔径よりも小さい第４の孔径とすることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記枠パターンの形成では、離隔した位置に形成される複数の前記第１溝パターン同士を結ぶ第１接続パターンと、離隔した位置に形成される複数の前記第２溝パターン同士を結ぶ第２接続パターンとを前記枠パターンにさらに形成し、
前記第１溶液の供給では、前記第１溶液を前記第１接続パターンに供給し、
前記第２溶液の供給では、前記第２溶液を前記第２接続パターンに供給することを特徴とする請求項３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】
近年では、材料が自己組織的に相分離して特定の規則配列パターンを形成する現象を利用することによって、半導体装置における微細パターンを形成する方法が提案されている。たとえば、第１領域に第１の幅の第１凹部を形成し、第２領域に第１の幅よりも太い第２の幅の第２凹部を形成し、第１凹部と第２凹部に数平均分子量の異なるブロックコポリマーを供給して、複数の相がライン状に配置されるように相分離させる。そして、相分離したうちの特定の相を選択的に除去し、残った相をマスクとして加工対象をエッチングすることによって、第１領域と第２領域とで幅の異なる２種類のラインアンドスペースパターンを形成する方法が知られている。
【０００３】
第１凹部と第２凹部にブロックコポリマーを供給する際には、ブロックコポリマーは、所定の溶媒に溶解された溶液の形で供給される。そのため、第１凹部と第２凹部内に供給された溶液は、そのまま第１凹部と第２凹部全体に広がる。
【０００４】
ところで、半導体装置では、上記のようにして形成されたラインアンドスペースパターン形状の配線には、コンタクトホール（ビアホール）が接続されるのが一般的である。しかし、太さの異なる複数種類のラインアンドスペースパターンに対応して、径の大きさの異なるコンタクトホールを形成する技術については、従来提案されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの実施形態は、自己組織化材料を用いて、径の大きさの異なるコンタクトホールを形成することができるパターン形成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】
本発明の一つの実施形態によれば、まず、加工対象上に第１の孔径を有する第１ホールパターンと前記第１の孔径よりも大きい第２の孔径を有する第２ホールパターンを含む親水性のガイドパターンを形成する。ついで、前記ガイドパターン上に、隣接して配置される複数の前記第１ホールパターンの形成領域に第１開口パターンを有し、隣接して配置される複数の前記第２ホールパターンの形成領域に第２開口パターンを有する枠パターンを形成する。その後、親水性のポリマー鎖と疎水性のポリマー鎖とを有する第１ブロックコポリマーを含む第１溶液を前記第１開口パターンに供給する。ついで、前記第１溶液中で前記疎水性のポリマー鎖が前記ガイドパターンに接触し、前記親水性のポリマー鎖が前記第１ホールパターンの中心付近で凝集するように前記第１ブロックコポリマーを凝集させる。その後、前記第１ホールパターンの中心付近で凝集した前記親水性のポリマー鎖を除去して前記第１ホールパターンの径を前記第１の孔径よりも小さい第３の孔径とする。そして、前記疎水性のポリマー鎖が付着した前記ガイドパターンをマスクとしてエッチングによって前記加工対象を加工する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１−１】図１−１は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図１−２】図１−２は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図２】図２は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す上面図である。
【図３−１】図３−１は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図３−２】図３−２は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図４−１】図４−１は、第３の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図４−２】図４−２は、第３の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図５】図５は、第４の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す上面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるパターン形成方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１−１〜図１−２は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す上面図である。
【００１１】
まず、図示しない基板などの加工対象、たとえばコンタクトホールを形成する絶縁膜の上に、ハードマスク層１１とハードマスク層１２とを順に形成する。加工対象として、基板上に、たとえばＮＡＮＤ型フラッシュメモリまたはＲｅＲＡＭ（Resistive  Random  Access  Memory）などのメモリセル、またはこのメモリセルを駆動する電界効果型トランジスタなどの周辺回路素子などが形成され、その上に層間絶縁膜が形成されているものを例示することができる。ハードマスク層１１，１２として、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などを用いることができる。ついで、ハードマスク層１２上にガイド膜を形成する。ガイド膜として、塗布型カーボン膜などの熱架橋させた有機膜を用いることができる。そして、このガイド膜を加工してガイドパターン１３を形成する。
【００１２】
具体的には、ガイド膜上に図示しないＳＯＧ（Spin  On  Glass）膜とレジスト膜を順に形成する。ついで、レジスト膜に対してＡｒＦ液浸露光装置でパターン露光を行い、ホール（コンタクトホール）を形成するためのレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、たとえばメモリセル部ではメモリセルに接続されるラインアンドスペース状の配線（ワード線またはビット線）に接続されるホールのパターンを有し、周辺回路部では、メモリセル部の配線よりもラインとスペースの幅が広い配線に接続されるホールのパターンを有する。その後、ドライエッチング装置を用いて、レジストパターンをマスクにＳＯＧ膜にパターン転写した後、ＳＯＧ膜に形成されたパターンをマスクとしてガイド膜に転写し、ガイドパターン１３を形成する（図１−１（ａ）、図２（ａ））。
【００１３】
ガイドパターン１３のメモリセル部に対応する領域には、ホール形成用パターン１３１が形成され、周辺回路に対応する領域には、ホール形成用パターン１３２が形成される。ホール形成用パターン１３１は、ホール形成用パターン１３２よりもサイズが小さい。また、ホール形成用パターン１３１，１３２は、最終的に形成しようとするホールのサイズに比して所定のサイズだけ大きく形成されている。ホール形成用パターン１３１の直径は、たとえば６０ｎｍであり、ホール形成用パターン１３２の直径は、たとえば２００ｎｍである。
【００１４】
ついで、ガイドパターン１３が形成されたハードマスク層１２上にレジストを塗布し、ベークによってレジスト膜を形成する。その後、ＡｒＦ液浸露光装置でパターン露光を行い、枠パターンを構成するためのレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、メモリセル部と周辺回路部とを区画するように形成される。露光後、ベークを行い、現像処理を行うことによって、ガイドパターン１３上に枠パターン１４が形成される（図１−１（ｂ）、図２（ｂ））。枠パターン１４は、メモリセル部のホール形成用パターン１３１の形成領域に設けられる開口領域１４１と、周辺回路部のホール形成用パターン１３２の形成領域に設けられる開口領域１４２と、を有する。また、この枠パターン１４は、図２（ｂ）に示されるように、メモリセル部を区画する開口領域１４１同士を接続する接続領域１４３と、周辺回路部を区画する開口領域１４２同士を接続する接続領域１４４と、を有していてもよい。
【００１５】
その後、インクジェット法などの方法で、開口領域１４１に第１ブロックコポリマーを溶解させた第１溶液２１を滴下し、開口領域１４２に第２ブロックコポリマーを溶解させた第２溶液３１を滴下する（図１−１（ｃ）〜（ｄ）、図２（ｃ）〜（ｄ））。このとき、枠パターン１４は、滴下された第１溶液２１をホール形成用パターン１３１が形成された領域（開口領域１４１）内に収め、滴下された第２溶液３１をホール形成用パターン１３２が形成された領域（開口領域１４２）内に収める役割を有する。また、図２（ｂ）に示されるように、複数の開口領域１４１間が接続領域１４３で接続されている場合には、１つの開口領域１４１に第１溶液２１を滴下することで、接続領域１４３を介して他の開口領域１４１にも第１溶液２１が供給される。第２溶液３１についても同様である。
【００１６】
ここで、ブロックコポリマーは、複数種のポリマー鎖が結合した構造を有する。各ポリマー鎖は、１種類のモノマーの連鎖構造を有する。第１の実施形態で用いられる第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーは、ガイドパターン１３と親和性の高い（親水性の）ポリマー鎖と、ガイドパターン１３と親和性の低い（疎水性の）ポリマー鎖と、が結合した構造を有する。第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーとして、分子量の異なるpolystyrene（ポリスチレン）−polymethylmethacrylate（ポリメチルメタクリレート）（以下、Ｐｓ−ｂ−ＰＭＭＡという）を用いることができる。第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーは、ガイドパターン１３に形成されるホール形成用パターン１３１，１３２の直径（孔の大きさ）と、最終的に加工対象に形成したいホールの直径（孔の大きさ）と、から使用されるブロックコポリマーの分子量と組成とが決定される。たとえば、第１ブロックコポリマーとして、分子量１８，０００のＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用い、第２ブロックコポリマーとして、分子量５０，０００のＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いることができる。この場合、第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーとで、ポリスチレン（Ｐｓ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の組成比を違えている。
【００１７】
ついで、加工対象を窒素雰囲気のホットプレートで、たとえば２４０℃で６０秒間焼成する。これによって、溶液中のブロックコポリマーは、同じ種類のポリマー鎖同士が凝集し、同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。この例では、ガイドパターン１３が物理ガイドとして機能し、ガイドパターン１３側に疎水性のポリマー鎖２１１，３１１が凝集する。すなわち、ガイドパターン１３のホール形成用パターン１３１，１３２の側壁側に疎水性のポリマー鎖（Ｐｓ）２１１，３１１が凝集し、ホール形成用パターン１３１，１３２の中央付近に親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２，３１２が凝集し、自己配列することになる（図１−２（ａ）、図２（ｅ））。
【００１８】
引き続き、凝集したポリマー鎖のうち、ホール形成用パターン１３１，１３２の中央付近に凝集した親水性のポリマー鎖２１２，３１２を選択的に除去する（図１−２（ｂ）、図２（ｆ））。たとえば、Ｘｅ2エキシマランプを用いて１７２ｎｍの光を基板に照射することによって、親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２，３１２の部分を分解する。続いて、現像液またはアルコールなどの有機溶媒を基板に吐出し、液盛り状態を加工対象に形成する。その後、有機溶媒を振り切り除去して親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）の分解物を除去する。これによって、ガイドパターン１３に形成されるホール形成用パターン１３１，１３２の側壁に疎水性のポリマー鎖が付着し、径が縮小したホール形成用パターン１３１ａ，１３２ａが形成される。第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーとして上記した材料を用いた場合には、メモリセル部でのホール形成用パターン１３１ａの直径は２０ｎｍとなり、周辺回路部でのホール形成用パターン１３２ａの直径は１９０ｎｍとなる。
【００１９】
その後、疎水性のポリマー鎖２１１，３１１で覆われたガイドパターン１３をマスクとして、たとえばドライエッチングによって、ハードマスク層１２をエッチングする。これによって、ハードマスク層１２のメモリセル部には、ホール形成用パターン１２１が形成され、周辺回路部には、ホール形成用パターン１２２が形成される（図１−２（ｃ）、図２（ｇ））。
【００２０】
さらに、図示しないが、たとえばドライエッチングによって、ホール形成用パターン１２１，１２２が形成されたハードマスク層１２をマスクとして、ハードマスク層１１をパターニングする。そして、パターニングしたハードマスク層１１をマスクとして、たとえばドライエッチングによって、図示しない加工対象をエッチングする。たとえば、ラインアンドスペースパターン状の配線上に形成された絶縁膜に、配線に到達するホール（ビアホール）をエッチングによって形成する。以上によって、パターン形成方法が終了する。
【００２１】
第１の実施形態では、ガイドパターン１３に径の異なる複数種類のホール形成用パターン１３１，１３２を形成し、ガイドパターン１３上にホール形成用パターン１３１，１３２の種類ごとに区画する枠パターン１４を形成し、枠パターン１４内の各領域に異なる分子量または組成のブロックコポリマーを溶解した溶液を供給し、ブロックコポリマーを凝集させてガイドパターン１３に形成されたホール形成用パターン１３１ａ，１３２ａの径を小さくした。これによって、このガイドパターン１３を用いて、加工対象に所望の大きさのホールまたはビアホールを一度に形成することができる。
【００２２】
つまり、メモリセル部、周辺回路部などホールパターンの径を変えたい領域を区切るように枠パターン１４を設けたので、それぞれの領域に異なる種類のブロックコポリマーを供給することができる。これによって、それぞれの領域ごとにホールのパターニングを行う必要がなく、一度にホールのパターニングを行うことができる。その結果、領域ごとにパターニングを行う場合に比して、工程数を削減することができ、半導体装置の製造コストを低減することができるという効果を有する。
【００２３】
また、フォトリソグラフィ技術で形成することができるホール径よりも小さな径のホールを形成することができるという効果も有する。
【００２４】
（第２の実施形態）
図３−１〜図３−２は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【００２５】
まず、図示しない基板などの加工対象、たとえばホールを形成する絶縁膜の上に、ハードマスク層１１とハードマスク層１２とを順に形成する。ハードマスク層１１，１２として、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などを用いることができる。ハードマスク層１２上に図示しない反射防止膜を塗布し、その上にレジスト膜を形成する。ついで、レジスト膜に対してＡｒＦ液浸露光装置でパターン露光を行い、ガイドパターン１３を形成する（図３−１（ａ））。
【００２６】
ガイドパターン１３のメモリセル部に対応する領域には、ホール形成用パターン１３１が形成され、周辺回路に対応する領域には、ホール形成用パターン１３２が形成される。ホール形成用パターン１３１は、ホール形成用パターン１３２よりもサイズが小さい。また、ホール形成用パターン１３１は、最終的に形成しようとするホールのサイズに比して所定のサイズだけ大きく形成されている。ホール形成用パターン１３１の直径は、たとえば６０ｎｍであり、ホール形成用パターン１３２の直径は、たとえば２００ｎｍである。
【００２７】
ついで、ガイドパターン１３が形成されたハードマスク層１２上にレジストを塗布し、ベークによってレジスト膜を形成する。その後、ＡｒＦ液浸露光装置でパターン露光を行い、枠パターンを構成するためのレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、メモリセル部と周辺回路部とを区画するように形成される。露光後、ベークを行い、現像処理を行うことによって、ガイドパターン１３上に枠パターン１４が形成される（図３−１（ｂ））。枠パターン１４は、メモリセル部に形成されるホール形成用パターン１３１の形成領域に設けられる開口領域１４１と、周辺回路部に形成されるホール形成用パターン１３２の形成領域に設けられる開口領域１４２と、を有する。また、この枠パターン１４は、第１の実施形態の図２（ｂ）と同様に、メモリセル部を区画する開口領域１４１同士を接続する接続領域１４３と、周辺回路部を区画する開口領域１４２同士を接続する接続領域１４４と、を有していてもよい。
【００２８】
その後、インクジェット法などの方法で、開口領域１４１に第１ブロックコポリマーを溶解させた第１溶液２１を滴下し、開口領域１４２にＰＭＭＡ樹脂を溶解させた第２溶液３２を滴下する（図３−１（ｃ）〜（ｄ））。このとき、枠パターン１４は、滴下された第１溶液２１をホール形成用パターン１３１が形成された領域（開口領域１４１）内に収め、滴下された第２溶液３２をホール形成用パターン１３２が形成された領域（開口領域１４２）内に収める役割を有する。また、図２（ｂ）に示されるように、複数の開口領域１４１間が接続領域１４３で接続されている場合には、１つの開口領域１４１に第１溶液２１を滴下することで、接続領域１４３を介して他の開口領域１４１にも第１溶液２１が供給される。第２溶液３２についても同様である。
【００２９】
第１ブロックコポリマーは、ガイドパターン１３と親和性の高い（親水性の）ポリマー鎖と、ガイドパターン１３と親和性の低い（疎水性の）ポリマー鎖と、が結合した構造を有する。第１ブロックコポリマーは、ガイドパターン１３に形成されるホール形成用パターン１３１の直径（孔の大きさ）と、最終的に加工対象に形成したいホールの直径（孔の大きさ）と、から使用されるブロックコポリマーの分子量と組成とが決定される。たとえば、第１ブロックコポリマーとして、分子量１８，０００のＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いることができる。
【００３０】
ついで、加工対象を窒素雰囲気のホットプレートで、たとえば２４０℃で６０秒間焼成する。これによって、溶液中のブロックコポリマーは、同じ種類のポリマー鎖同士が凝集し、同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。この例では、ガイドパターン１３が物理ガイドとして機能し、ガイドパターン１３側に疎水性のポリマー鎖２１１が凝集する。すなわち、ガイドパターン１３のホール形成用パターン１３１の側壁側に疎水性のポリマー鎖（Ｐｓ）２１１が凝集し、ホール形成用パターン１３１の中央付近に親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２が凝集し、自己配列することになる（図３−２（ａ））。なお、ホール形成用パターン１３２では、第２溶液３２にはブロックコポリマーは溶解されていないため、自己配列は行われない。この例では、ＰＭＭＡ樹脂が固化する。
【００３１】
引き続き、凝集したポリマー鎖のうち、ホール形成用パターン１３１の中央付近に凝集した親水性のポリマー鎖２１２を選択的に除去し、またホール形成用パターン１３２内で固化したＰＭＭＡ樹脂を除去する（図３−２（ｂ））。たとえば、Ｘｅ2エキシマランプを用いて１７２ｎｍの光を基板に照射することによって、親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２の部分と固化したＰＭＭＡ樹脂とを分解する。続いて、現像液またはアルコールなどの有機溶媒を基板に吐出し、液盛り状態を加工対象に形成する。その後、有機溶媒を振り切り除去して親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）とＰＭＭＡ樹脂の分解物を除去する。これによって、ガイドパターン１３に形成されるホール形成用パターン１３１の径が縮小したホール形成用パターン１３１ａが形成される。なお、ホール形成用パターン１３２には、疎水性のポリマー鎖は付着しないので、径に変化はない。第１ブロックコポリマーとして上記した材料を用いた場合には、メモリセル部でのホール形成用パターン１３１ａの直径は２０ｎｍとなり、周辺回路部でのホール形成用パターン１３２の直径は２００ｎｍとなる。
【００３２】
その後、疎水性のポリマー鎖２１１で覆われたガイドパターン１３をマスクとして、たとえばドライエッチングによって、ハードマスク層１２をエッチングする。これによって、ハードマスク層１２のメモリセル部には、ホール形成用パターン１２１が形成され、周辺回路部には、ホール形成用パターン１２２が形成される（図３−２（ｃ））。
【００３３】
さらに、図示しないが、たとえばドライエッチングによって、ホール形成用パターン１２１，１２２が形成されたハードマスク層１２をマスクとして、ハードマスク層１１をパターニングする。そして、パターニングしたハードマスク層１１をマスクとして、ドライエッチングによって、加工対象をエッチングする。たとえば、ラインアンドスペースパターン状の配線上に形成された絶縁膜に、配線に到達するホール（ビアホール）をエッチングによって形成する。以上によって、パターン形成方法が終了する。
【００３４】
第２の実施形態では、ガイドパターン１３のホール形成用パターン１３１にブロックコポリマーを溶解させた溶液を滴下し、ホール形成用パターン１３２に親水性のポリマーを溶解させた溶液を滴下させた。これによって、目的とする領域のホールのみ孔径を小さくすることができるという効果を、第１の実施形態の効果に加えて得ることができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、ホール形成用パターン１３２にＰＭＭＡ樹脂を溶解させた第２溶液３２を供給する場合を示した。しかし、第２溶液３２を固化させた後、ホール形成用パターン１３２内のＰＭＭＡ樹脂は除去される。そこで、第３の実施形態では、ホール形成用パターン１３２内には第２溶液３２を供給しない場合について説明する。
【００３６】
図４−１〜図４−２は、第３の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。第１および第２の実施形態の場合と同様に、図示しない加工対象上に、ハードマスク層１１，１２を順に形成した後、ハードマスク層１２上のメモリセル部にホール形成用パターン１３１を有し、周辺回路部にホール形成用パターン１３２を有するガイドパターン１３を形成する（図４−１（ａ））。さらに、ガイドパターン１３上に、メモリセル部のホール形成用パターン１３１の形成領域に設けられる開口領域１４１と、周辺回路部のホール形成用パターン１３２の形成領域に設けられる開口領域１４２と、を有する枠パターン１４を形成する（図４−１（ｂ））。
【００３７】
その後、インクジェット法などの方法で、開口領域１４１に第１ブロックコポリマーを溶解させた第１溶液２１を滴下し、開口領域１４２には何も滴下しない（図４−１（ｃ）〜（ｄ））。このとき、枠パターン１４は、滴下された第１溶液２１をホール形成用パターン１３１が形成された領域（開口領域１４１）内に収める役割を有する。また、図２（ｂ）に示されるように、複数の開口領域１４１間が接続領域１４３で接続されている場合には、１つの開口領域１４１に第１溶液２１を滴下することで、接続領域１４３を介して他の開口領域１４１にも第１溶液２１が供給される。ここで用いられる第１ブロックコポリマーは、第１および第２の実施形態で説明したものと同様である。
【００３８】
ついで、加工対象を窒素雰囲気のホットプレートで、たとえば２４０℃で６０秒間焼成する。これによって、溶液中のブロックコポリマーは、同じ種類のポリマー鎖同士が凝集し、同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。この例では、ガイドパターン１３が物理ガイドとして機能し、ガイドパターン１３側に疎水性のポリマー鎖２１１が凝集する。すなわち、ガイドパターン１３のホール形成用パターン１３１の側壁側に疎水性のポリマー鎖（Ｐｓ）２１１が凝集し、ホール形成用パターン１３１の中央付近に親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２が凝集し、自己配列することになる（図４−２（ａ））。
【００３９】
引き続き、凝集したポリマー鎖のうち、ホール形成用パターン１３１の中央付近に凝集した親水性のポリマー鎖２１２を選択的に除去する（図４−２（ｂ））。たとえば、Ｘｅ2エキシマランプを用いて１７２ｎｍの光を基板に照射することによって、親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２の部分を分解する。続いて、現像液またはアルコールなどの有機溶媒を加工対象に吐出し、液盛り状態を加工対象に形成する。その後、有機溶媒を振り切り除去して親水性のポリマー鎖（ＰＭＭＡ）２１２の分解物を除去する。これによって、ガイドパターン１３に形成されるホール形成用パターン１３１の径が縮小したホール形成用パターン１３１ａが形成される。なお、ホール形成用パターン１３２には、何も処理を施さないので、そのままの状態である。第１ブロックコポリマーとして上記した材料を用いた場合には、メモリセル部でのホール形成用パターン１３１ａの直径は２０ｎｍとなり、周辺回路部でのホール形成用パターン１３２の直径は２００ｎｍとなる。
【００４０】
その後、疎水性のポリマー鎖２１１で覆われたガイドパターン１３をマスクとして、たとえばドライエッチングによって、ハードマスク層１２をエッチングする。これによって、ハードマスク層１２のメモリセル部には、ホール形成用パターン１２１が形成され、周辺回路部には、ホール形成用パターン１２２が形成される（図４−２（ｃ））。また、このハードマスク層１２を用いて、ハードマスク層１１と図示しない加工対象とを加工することによって、加工対象に所望のホール（ビアホール）を形成することができる。以上によって、パターン形成方法が終了する。
【００４１】
第３の実施形態では、ホールの孔径を変化させない領域には、ブロックコポリマーまたは親水性のポリマーを溶解させた溶液を供給しないようにした。これによって、第２の実施形態に比して、ホールの形成に使用する材料を減らすことができるという効果を、第２の実施形態の効果に加えて得ることができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す上面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。なお、図５において、図の左右方向をＸ方向とし、紙面内のＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００４３】
まず、加工対象５１を用意する（図５（ａ）、図６（ａ））。加工対象５１は、絶縁膜などのホール形成の対象となるものである。この加工対象５１上に、ネガレジスト５２を塗布する。ついで、フォトリソグラフィ技術によって、Ｙ方向に延在するラインアンドスペース状の溝パターン５２１を形成する（図５（ｂ）、図６（ｂ））。この溝パターンのＸ方向の幅は、最終的にメモリセル部に形成するホールの径の寸法よりも大きければよい。
【００４４】
その後、溝パターン５２１が形成されたネガレジスト５２上に、ポジレジスト５３を塗布する。ついで、フォトリソグラフィ技術によって、溝パターン５２１に交差するＸ方向に延在する幅の異なる複数種類の溝パターン５３１，５３３とこの溝パターン５３１，５３３に接続される溶液滴下領域５３２，５３４とを形成する（図５（ｃ）、図６（ｃ））。溝パターン５３１は、溝パターン５２１とほぼ同じ幅を有し、最終的にメモリセル部に形成するホールの径の寸法よりも大きければよい。また、溝パターン５３３は、溝パターン５２１に比して太い幅を有し、最終的に周辺回路部に形成するホールの径の寸法よりも大きければよい。
【００４５】
溝パターン５２１と溝パターン５３１との交差位置が、メモリセル部におけるホールの形成位置となり、ここには略正方形状のホール形成用パターン５４１が形成される。ホール形成用パターン５４１は、Ｙ方向に延在するネガレジスト５２によって構成される側壁と、Ｘ方向に延在するポジレジスト５３によって構成される側壁とによって構成される。また、溶液滴下領域５３２は、溝パターン５３１に接続されるように設けられる。
【００４６】
溝パターン５２１と溝パターン５３３との交差位置が、周辺回路部におけるホールの形成位置となり、ここにはＹ方向を長手方向とする矩形状のホール形成用パターン５４２が形成される。ホール形成用パターン５４２は、Ｙ方向に延在するネガレジスト５２によって構成される側壁と、Ｘ方向に延在するポジレジスト５３によって構成される側壁とによって構成される。また、溶液滴下領域５３４は、溝パターン５３３に接続されるように設けられる。
【００４７】
ここで、ネガレジスト５２によって形成される溝パターン５２１と、ポジレジスト５３によって形成されるネガレジスト５２と同じ高さに形成される溝パターン５３１，５３３の一部と、がブロックコポリマーの凝集位置を規定するガイドパターン（物理ガイド）を構成する。また、ネガレジスト５２よりも上の領域でポジレジスト５３によって形成される溝パターン５３１，５３３と溶液滴下領域５３２，５３４とが、枠パターンを構成する。
【００４８】
その後、インクジェット法などの方法で、溶液滴下領域５３２に第１ブロックコポリマーを溶解させた第１溶液６１を滴下し、溶液滴下領域５３４に第２ブロックコポリマーを溶解させた第２溶液７１を滴下する（図５（ｄ）、図６（ｄ））。溶液滴下領域５３２に滴下された第１溶液６１は、毛細管現象によって各溝パターン５３１へと供給される。同様に、溶液滴下領域５３４に滴下された第２溶液７１は、毛細管現象によって各溝パターン５３３へと供給される。ここで、溶液滴下領域５３２，５３４は、インクジェットヘッドの吐出口と同等かそれ以上の大きさとなる。
【００４９】
第１の実施形態と同様に、第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーは、ネガレジスト５２およびポジレジスト５３と親和性の高い（親水性の）ポリマー鎖と、ネガレジスト５２およびポジレジスト５３と親和性の低い（疎水性の）ポリマー鎖と、が結合した構造を有する。第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーとして、分子量の異なるＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いることができる。第１ブロックコポリマーと第２ブロックコポリマーは、ホール形成用パターン５４１，５４２の孔の大きさと、最終的に加工対象５１に形成したいホールの直径（孔の大きさ）と、から使用されるブロックコポリマーの分子量と組成とが決定される。たとえば、第１ブロックコポリマーとして、分子量１８，０００のＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用い、第２ブロックコポリマーとして、分子量５０，０００のＰｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いることができる。
【００５０】
ついで、適切な熱処理または溶媒雰囲気で処理することによって、溶液中のブロックコポリマーは、同じ種類のポリマー鎖同士が凝集し、同種のポリマー鎖からなるブロック（相）を形成する。この例では、ネガレジスト５２およびポジレジスト５３とが物理ガイドとして機能し、ネガレジスト５２およびポジレジスト５３側に疎水性のポリマー鎖６１１，７１１が凝集する。すなわち、ホール形成用パターン５４１，５４２の側壁側に疎水性のポリマー鎖６１１，７１１が凝集し、ホール形成用パターン５４１，５４２の中央付近に親水性のポリマー鎖６１２，７１２が凝集し、自己配列することになる（図５（ｅ）、図６（ｅ））。
【００５１】
引き続き、凝集したポリマー鎖のうち、ホール形成用パターン５４１，５４２の中央付近に凝集した親水性のポリマー鎖６１２，７１２を選択的に除去する。たとえば、Ｘｅ2エキシマランプを用いて１７２ｎｍの光を基板に照射することによって、親水性のポリマー鎖６１２，７１２の部分を分解する。続いて、現像液またはアルコールなどの有機溶媒を基板に吐出し、液盛り状態を加工対象５１に形成する。その後、有機溶媒を振り切り除去して親水性のポリマー鎖６１２，７１２の分解物を除去する。これによって、ホール形成用パターン５４１，５４２の側壁に疎水性のポリマー鎖６１１，７１１が付着し、径が縮小したホール形成用パターンが形成される。また、このとき、異なるブロックコポリマーは異なるサイズと形状のホールパターンを形成する。
【００５２】
ついで、形成されたホールパターンをマスク材として、ドライエッチングなどによって加工対象５１を加工する。その後、灰化処理（Ashing）などのレジスト剥離処理でネガレジスト５２、ポジレジスト５３、ブロックコポリマーを除去することで、加工対象５１に加工された異なる所望サイズのホールパターン５１１，５１２が得られる（図５（ｆ）、図６（ｆ））。
【００５３】
なお、上述した説明では、ネガレジストとポジレジストとを用いているが、溝パターン５２１，５３１，５３３と溶液滴下領域５３２，５３４を形成することができるのであれば、ネガレジストとポジレジストを適宜選択することができる。
【００５４】
第４の実施形態では、ラインアンドスペース状の溝パターン５２１を第１レジスト層に形成し、第１レジスト層上に、溝パターン５２１と交差する方向に複数種類のライン状の溝パターン５３１，５３３と溶液滴下領域５３２，５３４とを有する第２レジスト層を形成し、溶液滴下領域５３２，５３４にブロックコポリマーを溶解した溶液を滴下し、ブロックコポリマーを凝集させることで溝パターン５２１と溝パターン５３１，５３３とで形成したホールよりも径の小さなホールパターン５１１，５１２を形成した。これによって、複数サイズの微細ホールを同一層内で形成することができる。
【００５５】
また、第１〜第３の実施形態とは異なり、ホールパターン５１１，５１２をガイドパターンに最初から形成するのではなく、互いに交差するライン状の溝パターン５２１，５３１，５３３を用いて、その交差位置にホールパターン５１１，５１２を形成した。一般的に、フォトリソグラフィにおいては、ホールパターンよりもラインパターンの方がサイズを小さくすることができるので、第１〜第３の実施形態の場合に比してさらに小さな径のホールパターン５１１，５１２を形成することができるという効果も有する。
【００５６】
上述した実施形態では、ブロックコポリマーとして、Ｐｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。たとえば、Polystyrene−Poly(methyl methacrylate)、Polystyrene−Poly(ethylene  glycol)、Polystyrene−Poly(acrylic  acid)、Poly(ethylene  glycol)−Polylactide  methyl  ether、Poly(L-lactide)−Poly(ethylene  glycol)methyl  ether、Poly(ethylene  glycol)  methyl  ether−Poly(lactide-co-glycolide)、Poly(ethylene  glycol)−Poly(ε-caprolactone)  methyl  ether、Poly(ethylene  oxide)−Polycaprolactone、Polystyrene−Poly(ethylene  glycol)、Poly(ethylene  glycol)  methyl  ether−Poly(D,L  lactide)、Polypyrrole−Poly(caprolactone)などのブロックコポリマーを用いてもよい。また、これらのブロックコポリマーを使用する場合には、Ｐｓ−ｂ−ＰＭＭＡを用いる場合と同様に、分子量を変えたり、各ポリマー鎖の組成比を変えたりすればよい。さらに、第１溶液と第２溶液とで、同種のブロックコポリマーを溶解させる必要はなく、異種のブロックコポリマーを溶解させるようにしてもよい。
【００５７】
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】
【００５８】
１１，１２…ハードマスク層、１３…ガイドパターン、１４…枠パターン、２１，６１…第１溶液、３１，３２，７１…第２溶液、５１…加工対象、５２…ネガレジスト、５３…ポジレジスト、１２１，１２２，１３１，１３２，１３１ａ，１３２ａ、５４１，５４２…ホール形成用パターン、１４１，１４２…開口領域、１４３，１４４…接続領域、２１１，３１１，６１１，７１１…疎水性のポリマー鎖、２１２，３１２，６１２，７１２…親水性のポリマー鎖、５１１，５１２…ホールパターン、５２１，５３１，５３３…溝パターン、５３２，５３４…溶液滴下領域。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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