(57)【要約】【課題】十分に微細なパターンを簡便に形成することができるパターン形成方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、ブロック共重合体である第１重合体と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい第２重合体とを含有する組成物を用い、上記第２重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成する工程、上記塗膜の少なくとも一部を、略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とする工程、及び上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程を備えるパターン形成方法である。上記自己組織化膜は上記第１重合体で構成されることが好ましい。上記第１重合体の表面自由エネルギーから上記第２重合体の表面自由エネルギーを減じた値としては、１ｍＮ／ｍ以上２０ｍＮ／ｍ以下が好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック共重合体である第１重合体と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい第２重合体とを含有する組成物を用い、上記第２重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成する工程、
上記塗膜の少なくとも一部を、略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とする工程、及び
上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程
を備えるパターン形成方法。
【請求項２】
上記自己組織化膜が上記第１重合体で構成される請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
上記第１重合体の表面自由エネルギーから上記第２重合体の表面自由エネルギーを減じた値が１ｍＮ／ｍ以上２０ｍＮ／ｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
上記第２重合体が、フッ素原子及び珪素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む請求項１、請求項２又は請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
上記第２重合体におけるフッ素原子及び珪素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む構造単位の含有割合が、１０モル％以上５０モル％以下である請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
上記第２重合体が有する構造単位が、上記第１重合体が有する構造単位をすべて含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
上記組成物が、比誘電率が２０以上７５以下、かつ１気圧における沸点が１８０℃以上３００℃以下である化合物をさらに含有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
上記塗膜形成工程の前に、
基板上に下層膜を形成する工程
をさらに有し、
上記塗膜形成工程における塗膜を上記下層膜上に形成する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
上記塗膜形成工程の前に、
プレパターンを形成する工程
をさらに有し、
上記塗膜形成工程における塗膜を上記プレパターンによって区切られた領域に形成する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
得られるパターンがラインアンドスペースパターン又はホールパターンである請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
ブロック共重合体と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい重合体とを含有する自己組織化組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法及び自己組織化組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス構造の微細化に伴って、リソグラフィー工程におけるパターンの微細化が要求されている。現在、例えばＡｒＦエキシマレーザー光を用いて線幅５０ｎｍ程度の微細なパターンを形成することができるが、さらに微細なパターン形成が要求されるようになってきている。
【０００３】
上記要求に対し、秩序パターンを自発的に形成するいわゆる自己組織化による相分離構造を利用したパターン形成方法が提案されている。例えば、一の性質を有する単量体化合物と、それと性質の異なる単量体化合物とが共重合してなるブロック共重合体を用いた自己組織化による超微細パターンの形成方法が知られている（特開２００８−１４９４４７号公報、特表２００２−５１９７２８号公報及び特開２００３−２１８３８３号公報参照）。この方法によると、上記ブロック共重合体を含む組成物から形成される膜をアニーリングすることにより、同じ性質を持つポリマー構造同士が集まろうとするために、自己整合的にパターンを形成することができる。
【０００４】
しかし、かかる自己組織化による相分離構造を利用して得られるパターンは十分に微細であるとは言えず、またパターンサイズのバラつきが大きい等の不都合があり、改良が求められている。その方法の一つとして、自己組織化組成物の塗膜を他の膜（以下、「下層膜」ともいう）上に形成することにより、上述の自己組織化による相分離が効果的に起こる場合があることが知られており、この下層膜の材料等が検討されている（特開２００８−３６４９１号公報及び特開２０１２−１７４９８４号公報参照）。しかし、このような技術を用いても、得られるパターンの微細化は未だ十分であるとは言えない。また、上述の下層膜のようなさらなる膜等を別途形成させて用いる方法は新たな工程を必要とするため、パターン形成のプロセスが煩雑となる不都合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４９４４７号公報
【特許文献２】特表２００２−５１９７２８号公報
【特許文献３】特開２００３−２１８３８３号公報
【特許文献４】特開２００８−３６４９１号公報
【特許文献５】特開２０１２−１７４９８４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、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、十分に微細なパターンを簡便に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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、
ブロック共重合体である第１重合体（以下、「［Ａ］ブロック共重合体」ともいう）と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい第２重合体（以下、「［Ｂ］重合体」ともいう）とを含有する組成物を用い、上記第２重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成する工程、
上記塗膜の少なくとも一部を、略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とする工程、及び
上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程
を備えるパターン形成方法である。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、
ブロック共重合体と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい重合体とを含有する自己組織化組成物である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のパターン形成方法及び自己組織化組成物によれば、十分に微細なパターンを簡便に形成することができる。従って、これらは、さらなる微細化が要求されている半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス製造におけるリソグラフィー工程等に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のパターン形成方法において、基板上に下層膜を形成した後の状態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のパターン形成方法において、下層膜上にプレパターンを形成した後の状態の一例を示す模式図である。
【図３】本発明のパターン形成方法において、プレパターンによって挟まれた下層膜上の領域に、第２重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成した後の状態の一例を示す模式図である。
【図４】本発明のパターン形成方法において、塗膜の一部を略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とした後の状態の一例を示す模式図である。
【図５】本発明のパターン形成方法において、自己組織化膜の一部の相、表層領域及びプレパターンを除去した後の状態の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜パターン形成方法＞
当該パターン形成方法は、
［Ａ］ブロック共重合体と、［Ｂ］重合体とを含有する組成物（以下、「自己組織化組成物（Ｉ）」ともいう）を用い、［Ｂ］重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成する工程（以下、「塗膜形成工程」ともいう）、
上記塗膜の少なくとも一部を、略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とする工程（以下、「自己組織化工程」ともいう）、及び
上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程（以下、「除去工程」ともいう）
を備える。
【００１２】
上記塗膜形成工程の前に、基板上に下層膜を形成する工程（以下、「下層膜形成工程」ともいう）をさらに有し、上記塗膜形成工程における塗膜を上記下層膜上に形成することが好ましい。
【００１３】
上記塗膜形成工程の前に、プレパターンを形成する工程（以下、「プレパターン形成工程」ともいう）をさらに有し、上記塗膜形成工程における塗膜を上記プレパターンによって区切られた領域に形成することも好ましい。
【００１４】
自己組織化（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とは、外的要因からの制御のみに起因せず、自発的に組織や構造を構築する現象を指す。本発明においては、自己組織化組成物（Ｉ）から自己組織化による相分離構造を有する膜（自己組織化膜）を形成し、この自己組織化膜における一部の相を除去することにより、パターンを形成することができる。
以下、各工程について、図１〜５を参照しながら説明する。
【００１５】
［下層膜形成工程］
本工程は、基板上に下層膜を形成する工程である。これにより、図１に示すように、基板１０１上に下層膜１０２が形成された下層膜付き基板を得ることができ、塗膜１０４はこの下層膜１０２上に形成される。上記塗膜１０４の少なくとも一部が相分離して形成される相分離構造（ミクロドメイン構造）は、自己組織化組成物（Ｉ）が含有する［Ａ］ブロック共重合体の各ブロック間の相互作用に加えて、下層膜１０２との相互作用によっても変化するため、下層膜１０２を有することで構造制御がより容易となる場合がある。さらに、上記塗膜１０４が薄膜である場合には、下層膜１０２を有することでその転写プロセスを改善することができる。
【００１６】
上記基板１０１としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知の基板を使用できる。
【００１７】
また、上記下層膜の形成に用いられる下層膜形成用組成物としては、従来公知の有機下層膜形成材料等を用いることができ、例えば、架橋剤を含む有機下層膜形成用組成物等が挙げられる。
【００１８】
上記下層膜１０２の形成方法は特に限定されないが、例えば、基板１０１上に下層膜形成用組成物をスピンコート法等の公知の方法により塗布した後、露光及び／又は加熱することにより硬化して形成する方法等が挙げられる。この露光に用いられる放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、Ｘ線、電子線、γ線、分子線、イオンビーム等が挙げられる。また、上記加熱の温度としては、特に限定されないが、９０℃〜５５０℃が好ましく、９０℃〜４５０℃がより好ましく、９０℃〜３００℃がさらに好ましい。上記下層膜１０２の膜厚は特に限定されないが、３０ｎｍ〜２０，０００ｎｍが好ましく、４０ｎｍ〜１，０００ｎｍがより好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍがさらに好ましい。また、上記下層膜１０２は、ＳＯＣ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｃａｒｂｏｎ）膜を含むことが好ましい。
【００１９】
［プレパターン形成工程］
本工程は、プレパターンを形成するする工程である。このプレパターンは、基板上に形成してもよく、図２に示すように上記下層膜形成工程で形成された下層膜１０１上に形成してもよい。上記プレパターン１０３によって塗膜１０４の自己組織化による相分離構造の形状が制御され、より微細なパターンの形成が可能となる。すなわち、自己組織化組成物（Ｉ）が含有する［Ａ］ブロック共重合体が有するブロックのうち、プレパターンの側面と親和性が高いブロック（ブロック（Ｉ））はプレパターンに沿って相１０５ｂを形成し、親和性の低いブロック（ブロック（ＩＩ））はプレパターンから離れた位置に相１０５ａを形成する。これにより、形成されるパターンがより微細かつ良好になる。また、プレパターンの材質、サイズ、形状等により、自己組織化組成物（Ｉ）の相分離によって得られるパターンの構造を細かく制御することができる。なお、プレパターン１０３としては、最終的に形成したいパターンに合わせて適宜選択することができ、例えばラインアンドスペースパターン、ホールパターン等を用いることができる。
【００２０】
上記プレパターン１０３を形成する方法としては、公知のレジストパターン形成方法と同様の方法等が挙げられる。また、このプレパターン１０３の形成に用いられる組成物としては、酸解離性基を有する重合体、感放射線性酸発生剤及び有機溶媒を含有する組成物等の従来のレジスト組成物を用いることができる。具体的には、例えば、市販の化学増幅型レジスト組成物を基板１０１又は下層膜１０２上に塗布してレジスト膜を形成する。次に、上記レジスト膜の所望の領域に特定パターンのマスクを介して放射線を照射し、露光を行う。上記放射線としては、例えば、紫外線、遠紫外線、Ｘ線等の電磁波；電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中で、遠紫外線が好ましく、ＡｒＦエキシマレーザー光、ＫｒＦエキシマレーザーが好ましく、ＡｒＦエキシマレーザー光がより好ましい。また、露光方法としては液浸露光を行うこともできる。次いでポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）を行い、アルカリ現像液、有機溶媒等の現像液を用いて現像を行い、所望のプレパターン１０３を形成することができる。得られたプレパターン１０３は、例えば、２５４ｎｍの紫外線等を照射した後、１００℃〜２００℃で１分〜３０分加熱する処理により硬化をより促進させることが好ましい。
【００２１】
なお、上記プレパターン１０３の表面を疎水化処理又は親水化処理してもよい。具体的な処理方法としては、水素プラズマに一定時間さらす水素化処理等が挙げられる。上記プレパターン１０３の表面の疎水性又は親水性を増長させることにより、塗膜１０４の自己組織化をより促進することができる。
【００２２】
［塗膜形成工程］
本工程は、上記自己組織化組成物（Ｉ）を用い、［Ｂ］重合体が表層領域に偏在する塗膜を形成する工程である。自己組織化組成物（Ｉ）については後述する。上記塗膜を上記下層膜１０２上の上記プレパターン１０３によって区切られた領域に形成する場合は、図３に示すように塗膜１０４が形成され、この塗膜の表層領域１０４ｂに［Ｂ］重合体が偏在する。上記塗膜は、上記下層膜及び／又はプレパターンを用いない場合でも形成することができる。自己組織化組成物（Ｉ）が含有する［Ｂ］重合体は、［Ａ］ブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さいため、自己組織化組成物（Ｉ）を用いて塗膜１０４を形成する際に、その表層領域１０４ｂに偏在する。すなわち、塗膜１０４は、［Ｂ］重合体を主成分とする表層領域１０４ｂと、［Ａ］ブロック共重合体を主成分とする表層領域１０４ｂ以外の領域１０４ａから構成される。
【００２３】
塗膜１０４は、通常、自己組織化組成物（Ｉ）を塗布することにより形成される。この塗布する方法としては特に限定されないが、例えば、スピンコート法等が挙げられる。これにより、上記下層膜１０２及びプレパターン１０３を用いる場合、自己組織化組成物（Ｉ）は、上記下層膜１０２上の上記プレパターン１０３間に充填され、塗膜１０４が形成される。
【００２４】
自己組織化組成物（Ｉ）が含有する溶媒中に、後述する比誘電率が２０以上７５以下、かつ１気圧における沸点が１８０℃以上３００℃以下である化合物を含めることで、［Ｂ］重合体の上記偏在化を促進させることができ、当該パターン形成方法により得られるパターンの微細化をより向上させることができ、又は用いる［Ｂ］重合体の使用量を低減することができる。
【００２５】
［自己組織化工程］
本工程は、上記塗膜形成工程で形成された塗膜の少なくとも一部を、略垂直方向に相分離させることにより自己組織化膜とする工程である。自己組織化工程においては、例えば、塗膜１０４の一部である図３の表層領域以外の領域１０４ａが略垂直方向に相分離し、図４に示すように、［Ａ］ブロック共重合体のブロック（ＩＩ）からなる相１０５ａとブロック（Ｉ）からなる相１０５ｂとを有する自己組織化膜１０５となる。この場合、形成された自己組織化膜１０５は［Ａ］ブロック共重合体から構成される。すなわち、同じ性質を有するブロック同士が集積して秩序パターンを自発的に形成し、略垂直方向に相分離し、自己組織化膜１０５が形成される。この自己組織化工程の際、自己組織化する領域である表層領域以外の領域１０４ａは、表層領域１０４ｂに隣接しており、この表層領域１０４ｂを構成する［Ｂ］重合体と、表層領域以外の領域１０４ａを構成する［Ａ］ブロック共重合体との相互作用により、自己組織化膜１０５の形成における相分離がし易くなり、その結果、良好に相分離された自己組織化膜１０５が形成される。上述のように相分離の良好性が向上する理由については必ずしも明確ではないが、例えば［Ｂ］重合体を適用しない場合、大気と［Ａ］ブロック共重合体の表面自由エネルギー差が大きいために略水平方向への相分離が促進される傾向にあるが、［Ｂ］重合体を適用する事で、自己組織化組成物（Ｉ）の塗膜において［Ｂ］重合体が表層領域に偏在化することにより［Ａ］ブロック共重合体の表面自由エネルギー差が小さくなり、略水平方向への相分離が抑制されるため、結果として略垂直方向への相分離が効果的に実施されること等が考えられる。
【００２６】
上記相分離させることにより自己組織化膜とする方法としては、例えば、アニーリングする方法等が挙げられる。
アニーリングの方法としては、例えば、オーブン、ホットプレート等により通常８０℃〜４００℃、より好ましくは１００℃〜３５０℃、さらに好ましくは１５０℃〜３００℃の温度で加熱する方法等が挙げられる。アニーリングの時間としては、通常１分〜１２０分であり、２分〜９０分が好ましく、３分〜６０分が好ましい。これにより得られる自己組織化膜１０５の膜厚としては、０．１ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましく、１ｎｍ〜６０ｎｍがさらに好ましい。
【００２７】
上述のプレパターン１０３を用いる場合、上記相分離構造はプレパターンに沿って形成されることが好ましく、相分離により形成される界面は、プレパターンの側面と略平行であることがより好ましい。例えば、［Ａ］ブロック共重合体が、ポリスチレンブロックとポリ（メタ）アクリル酸エステルブロックとからなる場合、プレパターン１０３と［Ａ］ブロック共重合体のポリスチレンブロックとの親和性が高い場合には、ポリスチレンブロックの相がプレパターン１０３に沿って直線状に形成され（１０５ｂ）、その隣にポリ（メタ）アクリル酸エステルブロックの相（１０５ａ）及びポリスチレンブロックの相（１０５ｂ）がこの順で交互に配列するラメラ状相分離構造等を形成する。なお、本工程において形成される相分離構造は、複数の相からなるものであり、これらの相から形成される界面は通常略垂直方向であるが、界面自体は必ずしも明確でなくてよい。また、［Ａ］ブロック共重合体分子における各ブロック（ポリスチレンブロック、ポリ（メタ）アクリル酸エステルブロック等）の長さの比、［Ａ］ブロック共重合体分子の長さ（重量平均分子量等）、下層膜、プレパターン等により、得られる相分離構造を精密に制御し、海島構造、シリンダ構造、共連続構造、ラメラ構造等の相分離構造を有する自己組織化膜を形成することができ、その結果、所望の微細パターンを得ることができる。
【００２８】
当該パターン形成方法においては、自己組織化する領域である表層領域以外の領域１０４ａに対して、上述の表層領域１０４ｂを設けてこの相互作用の発揮させるだけでなく、上述の下層膜１０２及び／又はプレパターン１０３を形成し、これらの相互作用も自己組織化に働かせることによって、さらに微細なパターンを得ることも可能となる。
【００２９】
［除去工程］
本工程は、上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程である。
本工程により、図４及び図５に示すように、例えば、上記自己組織化膜１０５が有する相分離構造のうちの一部のブロック相１０５ａが除去される。これにより、例えば、自己組織化により相分離した各相のエッチングレートの差を用いて、一部の相１０５ａをエッチング処理により除去することができる。また、上記自己組織化膜１０５に含まれない表層領域１０４ｂ及び／又はプレパターン１０３も、上記一部の相と同時又は別途、除去することができる。相分離構造のうちの一部の相１０５ａ、表層領域１０４ｂ及び後述するようにプレパターン１０３を除去した後の状態を図５に示す。なお、上記エッチング処理の前に、必要に応じて放射線を照射してもよい。上記放射線としては、エッチングにより除去する相がポリメタクリル酸メチルブロック相である場合には、２５４ｎｍの放射線を用いることができる。上記放射線照射により、ポリメタクリル酸メチルブロック相が分解されるため、よりエッチングされ易くなる。
【００３０】
上記自己組織化膜１０５が有する相分離構造のうちの一部の相の除去の方法としては、例えばケミカルドライエッチング、ケミカルウェットエッチング等の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）；スパッタエッチング、イオンビームエッチング等の物理的エッチング等の公知の方法が挙げられる。これらのうち反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好ましく、中でもＣＦ４、Ｏ２ガス等を用いたケミカルドライエッチング、有機溶媒、フッ酸等の液体のエッチング液を用いたケミカルウェットエッチング（湿式現像）がより好ましい。上記有機溶媒としては、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等のアルカン類、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉ−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルｎ−ペンチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、４−メチル−２−ペンタノール等のアルコール類等が挙げられる。なお、これらの溶媒は、単独で使用してもよく２種以上を併用してもよい。
【００３１】
［プレパターン除去工程］
本工程は、図４及び図５に示すように、プレパターン１０３を除去する工程である。プレパターン１０３を除去することにより、より微細かつ複雑なパターンを形成することが可能となる。なお、プレパターン１０３の除去の方法については、相分離構造のうちの一部の相の除去の方法の上記説明を適用できる。また、本工程は、上記除去工程と同時に行ってもよいし、除去工程の前又は後に行ってもよい。
【００３２】
［基板パターン形成工程］
当該パターン形成方法は、上記除去工程の後に、基板パターン形成工程をさらに有することが好ましい。本工程は、残存した自己組織化膜の一部の相１０５ｂからなるパターンをマスクとして、ケイ素原子含有膜及び基板をエッチングすることによりパターニングする工程である。基板へのパターニングが完了した後、マスクとして使用された相は溶解処理等により基板上から除去され、最終的に、パターニングされた基板（パターン）を得ることができる。この得られるパターンとしては、例えば、ラインアンドスペースパターン、ホールパターン等が挙げられる。上記エッチングの方法としては、上記除去工程と同様の方法を用いることができ、エッチングガス及びエッチング液は、ケイ素原子含有膜及び基板の材質により適宜選択することができる。例えば、基板がシリコン素材である場合には、フロン系ガスとＳＦ４の混合ガス等を用いることができる。また、基板が金属膜である場合には、ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガス等を用いることができる。当該パターン形成方法により得られるパターンは半導体素子等に好適に用いられ、さらに上記半導体素子はＬＥＤ、太陽電池等に広く用いられる。
【００３３】
＜自己組織化組成物（Ｉ）＞
自己組織化組成物（Ｉ）は、［Ａ］ブロック共重合体と［Ｂ］重合体とを含有する。自己組織化組成物（Ｉ）は、［Ｃ］溶媒を含有することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の成分を含有していてもよい。
以下、各成分について説明する。
【００３４】
＜［Ａ］ブロック共重合体＞
［Ａ］ブロック共重合体は、複数のブロックが結合した構造を有する重合体である。上記ブロックのそれぞれは１種類の単量体に由来する構造単位の連鎖構造からなる。このような複数のブロックを有する［Ａ］ブロック共重合体は、加熱等により、同じ種類のブロック同士が凝集し、同種のブロックからなる相を形成する。このとき異なる種類のブロックから形成される相同士は互いに混ざり合うことがないため、異種の相が周期的に交互に繰り返される秩序パターンを有する相分離構造を形成することができると推察される。
【００３５】
［Ａ］ブロック共重合体としては、例えば、ジブロック共重合体、トリブロック共重合体、テトラブロック共重合体等が挙げられる。これらの中で、所望の微細なミクロドメイン構造を有するパターンをより容易に形成できるという観点から、ジブロック共重合体、トリブロック共重合体が好ましく、ジブロック共重合体がより好ましい。
【００３６】
上記ブロックとしては、例えば、ポリスチレンブロック、ポリ（メタ）アクリル酸エステルブロック、ポリビニルアセタール系ブロック、ポリウレタン系ブロック、ポリウレア系ブロック、ポリイミド系ブロック、ポリアミド系ブロック、エポキシ系ブロック、ノボラック型フェノールブロック、ポリエステル系ブロック等が挙げられる。
【００３７】
相分離構造の形成し易さ及び相の除去のし易さの観点から、［Ａ］ブロック共重合体としては、ポリスチレンブロックとポリ（メタ）アクリル酸エステルブロックとからなることが好ましい。
【００３８】
［Ａ］ブロック共重合体がジブロック共重合体の場合、これを構成する２種の構造単位（Ｉ）及び（ＩＩ）の含有割合のモル比（（Ｉ）／（ＩＩ））としては、所望するラインスペースパターンのライン／スペース幅比、コンタクトホールの寸法等に応じて適宜選択できるが、より微細かつ良好なパターンを形成できる観点から、ラインアンドスペースパターンを形成する場合は、３５／６５以上６５／３５以下が好ましく、４０／６０以上６０／４０以下がより好ましい。また、コンタクトホールパターンを形成する場合は、６５／３５以上８５／１５はが好ましく、６５／３５以上７５／２５以下がより好ましい。
【００３９】
＜［Ａ］ブロック共重合体の合成＞
［Ａ］ブロック共重合体は、リビングアニオン重合、リビングラジカル重合等によって、各ブロックを所望の順で形成することにより合成することが出来る。例えば、ポリスチレンブロック、ポリ（メタ）アクリル酸エステルブロック及びこれら以外の他のブロック等を所望の順で重合しながら連結した後、メタノール等を添加して重合を停止させることにより合成することができる。
【００４０】
例えば、ポリスチレンブロック及びポリ（メタ）アクリル酸エステルブロックからなるジブロック共重合体である［Ａ］ブロック共重合体を合成する場合は、まずアニオン重合開始剤を使用して、適当な溶媒中でスチレンを重合することによりポリスチレンブロックを合成する。次にポリスチレンブロックに繋げて、（メタ）アクリル酸エステルを同様に重合してポリ（メタ）アクリル酸エステルブロックを合成する。その後、メタノール等を添加することにより、重合を停止させる。なお、それぞれのブロックの合成方法としては、例えば、開始剤を含有する反応溶媒中に、単量体を含有する溶液を滴下して重合反応させる方法等の方法で合成することができる。
【００４１】
上記重合に使用される溶媒としては、例えば
ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン等のアルカン類；
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類；
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類；
クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類；
酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉ−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類；
アセトン、２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノン、２−ヘプタノン等のケトン類；
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類；
メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、４−メチル−２−ペンタノール等のアルコール類等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で使用してもよく２種以上を併用してもよい。
【００４２】
上記重合における反応温度は、開始剤の種類に応じて適宜決定すればよいが、通常−１５０℃〜５０℃であり、−８０℃〜４０℃が好ましい。反応時間としては、通常５分〜２４時間であり、２０分〜１２時間が好ましい。
【００４３】
上記重合に使用される開始剤としては、例えばアルキルリチウム、アルキルマグネシウムハライド、ナフタレンナトリウム、アルキル化ランタノイド系化合物等が挙げられる。
これらのうち、モノマーとしてスチレン、（メタ）アクリル酸エステルを使用して重合する場合には、アルキルリチウム化合物を用いることが好ましい。
【００４４】
上記重合において、上述のように各ブロックを所望の順で形成した後、その重合末端を、例えばヘテロ原子を含む末端処理剤で処理することにより、［Ａ］ブロック共重合体の末端にヘテロ原子を含む基を導入することもできる。［Ａ］ブロック共重合体の末端にヘテロ原子を含む基を導入することで、自己組織化組成物（Ｉ）における相分離がより良好に制御され得る。
【００４５】
上記ヘテロ原子を含む末端処理剤としては、例えば１，２−ブチレンオキシド、ブチルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、プロピレンオキシド、エチレンオキシド、エポキシアミン等のエポキシ化合物；
イソシアネート化合物、チオイソシアネート化合物、イミダゾリジノン、イミダゾール、アミノケトン、ピロリドン、ジエチルアミノベンゾフェノン、ニトリル化合物、アジリジン、ホルムアミド、エポキシアミン、ベンジルアミン、オキシム化合物、アジン、ピドラゾン、イミン、アゾカルボン酸エステル、アミノスチレン、ビニルピリジン、アミノアクリレート、アミノジフェニルエチレン、イミド化合物等の含窒素化合物；
アルコキシシラン、アミノシラン、ケトイミノシラン、イソシアネートシラン、シロキサン、グリシジルシラン、メルカプトシラン、ビニルシラン、エポキシシラン、ピリジルシラン、ピペラジルシラン、ピロリドンシラン、シアノシラン、イソシアン酸シラン等のシラン化合物；
ハロゲン化スズ、ハロゲン化ケイ素、二酸化炭素等が挙げられる。
【００４６】
上記重合により合成された［Ａ］ブロック共重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち、重合反応後、反応液を再沈溶媒に投入することにより、目的の共重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独で又は２種以上を混合して使用することができる。再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。
【００４７】
［Ａ］ブロック共重合体のゲルパーミエーション（ＧＰＣ）による重量平均分子量（Ｍｗ）としては、１，０００〜１５０，０００が好ましく、５，０００〜１００，０００がより好ましく、１０，０００〜７０，０００がさらに好ましく、２０，０００〜５０，０００が特に好ましい。［Ａ］ブロック共重合体のＭｗを上記範囲とすることで、より微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。
【００４８】
［Ａ］ブロック共重合体のＭｗと数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）としては
、通常１〜５であり、１〜３が好ましく、１〜２がより好ましく、１〜１．５がさらに好ましく、１〜１．２が特に好ましい。［Ａ］ブロック共重合体のＭｗ／Ｍｎを上記範囲とすることで、より微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。
【００４９】
Ｍｗ及びＭｎは、東ソー社のＧＰＣカラム（「Ｇ２０００ＨＸＬ」２本、「Ｇ３０００ＨＸＬ」１本、「Ｇ４０００ＨＸＬ」１本）を使用し、溶離液：テトラヒドロフラン（和光純薬工業社）、流量：１．０ｍＬ／分、試料濃度：１．０質量％、試料注入量：１００μＬ、カラム温度：４０℃の分析条件で、検出器として示差屈折計を使用し、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したものである。
【００５０】
＜［Ｂ］重合体＞
［Ｂ］重合体は、上記［Ａ］ブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい重合体である。自己組織化組成物（Ｉ）により塗膜を形成した際、［Ｂ］重合体の方が［Ａ］ブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さいため、［Ｂ］重合体は、塗膜の表層領域に偏在する。
【００５１】
各重合体の表面自由エネルギーは、例えば、各重合体の溶液をスピンコートした後加熱等することにより各重合体の薄膜を形成させ、文献「ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＳＣＩＥＮＣＥ  ＶＯＬ．１３，ＰＰ．１７４１−１７４７（１９６９）」に記載されているＤ．Ｋ．ＯＷＥＮＳらの方法に従い、上記薄膜上における純水及びヨウ化メチレン等の液体の接触角を測定し、その測定値から下記式（Ａ）及び下記式（Ｂ）の関係を用いて求めることができる。
（１＋ｃｏｓθ）×γＬ＝２（γＳｄ×γＬｄ）１／２＋２（γＳｐ×γＬｐ）１／２
・・・（Ａ）
γＳ＝γＳｄ＋γＳｐ・・・（Ｂ）
（γＳ：重合体の表面自由エネルギー、γＳｄ：重合体の表面自由エネルギーの分散成分、γＳｐ：重合体の表面自由エネルギーの極性成分、γＬ：液体の表面自由エネルギー、γＬｄ：液体の表面自由エネルギーの分散成分、γＬｐ：液体の表面自由エネルギーの極性成分、θ：接触角）
【００５２】
［Ａ］ブロック共重合体の表面自由エネルギーから［Ｂ］重合体の表面自由エネルギーを減じた値の範囲としては、１ｍＮ／ｍ〜２０ｍＮ／ｍが好ましく、３ｍＮ／ｍ〜１８ｍＮ／ｍがより好ましく、５ｍＮ／ｍ〜１５ｍＮ／ｍがさらに好ましく、７ｍＮ／ｍ〜１３ｍＮ／ｍが特に好ましく、９ｍＮ／ｍ〜１１ｍＮ／ｍがさらに特に好ましい。上記表面自由エネルギー差を上記範囲とすることで、上記塗膜形成工程における［Ｂ］重合体をより効果的に偏在化させ、かつ上記自己組織化工程における［Ｂ］重合体と［Ａ］重合体との相互作用をより効果的に高めることができると考えられ、その結果、より微細かつ良好なパターンを得ることができる。
【００５３】
［Ｂ］重合体としては、［Ａ］ブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さければ特に限定されないが、フッ素原子及び珪素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００５４】
［Ｂ］重合体は、フッ素原子及び珪素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む構造単位（以下、「構造単位（Ｉ）」ともいう）を有することが好ましい。フッ素原子を含む構造単位（Ｉ）としては、例えば、下記式（１）で表される構造単位（以下、「構造単位（Ｉ−１）」ともいう）等が挙げられる。
【００５５】
【化１】
2015170723.tif 000003
【００５６】
上記式（１）中、Ｒ１は、水素原子、フッ素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のフッ素化アルキル基である。Ｌ１は、単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＣＯＮＨ−、−Ａｒ１−、−Ｏ−Ａｒ１−、−ＣＯＯ−Ａｒ１−又は−ＣＯＮＨ−Ａｒ１−である。Ａｒ１は、炭素数６〜２０のアレーンジイル基である。Ｒ２は、炭素数１〜２０の１価のフッ素化炭化水素基である。
【００５７】
珪素原子を含む構造単位（Ｉ）としては、例えば、下記式（２）で表される構造単位（以下、「構造単位（Ｉ−２）」ともいう）等が挙げられる。
【００５８】
【化２】
2015170723.tif 000004
【００５９】
上記式（２）中、Ｒ３は、水素原子、フッ素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のフッ素化アルキル基である。Ｌ２は、単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＣＯＮＨ−、−Ａｒ２−、−Ｏ−Ａｒ２−、−ＣＯＯ−Ａｒ２−又は−ＣＯＮＨ−Ａｒ２−である。Ａｒ２は、炭素数６〜２０のアレーンジイル基である。Ｒ４は、水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基である。３つのＲ４は同一でも異なっていてもよい。
【００６０】
上記Ｒ１及びＲ３で表される炭素数１〜４のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル等が挙げられる。
【００６１】
上記Ｒ１及びＲ３で表される炭素数１〜４のフッ素化アルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられる。
【００６２】
上記Ａｒ１及びＡｒ２で表される炭素数６〜２０のアレーンジイル基としては、例えば、ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基等が挙げられる。
【００６３】
上記Ｒ２で表される炭素数１〜２０の１価のフッ素化炭化水素基としては、例えば、
フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロｎ−プロピル基、ヘキサフルオロｉ−プロピル基、ヘプタフルオロｎ−ブチル基、ノナフルオロｎ−ブチル基等のフッ素化アルキル基；
フルオロエテニル基、ジフルオロエテニル基、トリフルオロエテニル基、トリフルオロプロペニル基等のフッ素化アルケニル基；
フルオロエチニル基、フルオロプロペニル基、トリフルオロプロペニル基、トリフルオロブチニル基等のフッ素化アルキニル基などのフッ素化鎖状炭化水素基、
フルオロシクロプロピル基、フルオロシクロペンチル基、オクタフルオロシクロペンチル基、デカフルオロシクロヘキシル基、テトラフルオロノルボルニル等のフッ素化シクロアルキル基；
フルオロシクロペンテニル基、ヘキサフルオロシクロペンテニル基、オクタフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロノルボルニル基等のフッ素化シクロアルケニル基などのフッ素化脂環式炭化水素基、
フルオロフェニル基、トリフルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、フルオロトリル基、ヘキサフルオロキシリル基、フルオロナフチル基等のフッ素化アリール基；
フルオロベンジル基、ジフルオロベンジル基、ペンタフルオロベンジル基、ペンタフルオロフェネチル基等のフッ素化アラルキル基などのフッ素化芳香族炭化水素基などが挙げられる。
【００６４】
上記Ｒ４で表される炭素数１〜１０のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基等が挙げられる。
【００６５】
上記構造単位（Ｉ−１）としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【００６６】
【化３】
2015170723.tif 000005
【００６７】
上記構造単位（Ｉ−２）としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
【００６８】
【化４】
2015170723.tif 000006
【００６９】
構造単位（Ｉ）の含有割合の下限としては、［Ｂ］重合体を構成する全構造単位に対して、１０モル％が好ましく、１４モル％がより好ましく、１８モル％がさらに好ましく、２２モル％が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、５０モル％が好ましく、４５モル％がより好ましく、４０モル％がさらに好ましく、３６モル％が特に好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、上述の［Ｂ］重合体の偏在化及び［Ｂ］重合体と［Ａ］ブロック共重合体との相互作用をより効果的に向上させることができる。
【００７０】
また、［Ｂ］重合体は、上記構造単位（Ｉ）以外の他の構造単位（以下、「構造単位（ＩＩ）」ともいう）を有していてもよい。上記構造単位（ＩＩ）としては、例えば、（メタ）アクリル酸エステルに由来する構造単位、スチレン化合物に由来する構造単位等が挙げられる。
上記（メタ）アクリル酸エステルとしては、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ノルボルニル、（メタ）アクリル酸アダマンチル、（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリル等が挙げられる。
上記スチレン化合物としては、例えば、スチレン、２−メチルスチレン、３−メチルスチレン、４−メチルスチレン、α−メチルスチレン、４−ヒドロキシスチレン、４−（ｔ−ブトキシ）スチレン等が挙げられる。
【００７１】
［Ｂ］重合体が有する構造単位としては、［Ａ］ブロック共重合体との相互作用をより適度に高めることができると考えられ、自己組織化による相分離構造をより良好に形成させる観点から、上記［Ａ］ブロック共重合体が有する構造単位の少なくとも一部を含むことが好ましく、上記［Ａ］ブロック共重合体が有する構造単位をすべて含むことがより好ましい。例えば、［Ａ］ブロック共重合体が、ポリスチレンブロック−ポリ（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリルブロックのジブロック共重合体である場合、［Ｂ］重合体は、上記構造単位（Ｉ）以外に、スチレンに由来する構造単位及び（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリルに由来する構造単位の少なくともいずれかを有することが好ましく、スチレンに由来する構造単位及び（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリルに由来する構造単位の両方を有することがさらに好ましい。
【００７２】
［Ｂ］重合体としては［Ａ］ブロック共重合体との相互作用をより効果的に発揮することができ、より良好な相分離構造を形成させる観点から、ランダム共重合体が好ましい。
【００７３】
＜［Ｂ］重合体の合成方法＞
［Ｂ］重合体は、例えば、上記構造単位（Ｉ）及び構造単位（ＩＩ）等の各構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤等を用い、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
【００７４】
上記ラジカル重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（２−シクロプロピルプロピオニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル２，２’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤；ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等が挙げられる。これらの中で、ＡＩＢＮ、ジメチル２，２’−アゾビスイソブチレートが好ましく、ＡＩＢＮがより好ましい。これらのラジカル重合開始剤は１種単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
【００７５】
上記重合に使用される溶媒としては、例えば、上述の［Ａ］ブロック共重合体の合成方法において重合溶媒として例示したものと同様の溶媒等が挙げられる。
【００７６】
上記重合における反応温度としては、通常４０℃〜１５０℃であり、５０℃〜１２０℃が好ましい。反応時間としては、通常１時間〜４８時間であり、１時間〜２４時間が好ましい。
【００７７】
［Ｂ］重合体のＭｗとしては、１，０００〜１００，０００が好ましく、５，０００〜６０，０００がより好ましく、８，０００〜４０，０００がさらに好ましく、１０，０００〜３０，０００が特に好ましい。［Ｂ］重合体のＭｗを上記範囲とすることで、より微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。
【００７８】
［Ｂ］重合体のＭｗと数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）としては、通常１〜５であり、１〜３が好ましく、１〜２．５がより好ましく、１．１〜１．８がさらに好ましく、１．１〜１．５が特に好ましい。［Ｂ］重合体のＭｗ／Ｍｎを上記範囲とすることで、より微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。
【００７９】
＜［Ｃ］溶媒＞
自己組織化組成物（Ｉ）は、通常、［Ｃ］溶媒を含有する。［Ｃ］溶媒は、少なくとも［Ａ］ブロック共重合体及び［Ｂ］重合体を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
【００８０】
［Ｃ］溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
【００８１】
アルコール系溶媒としては、例えば、
メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｉｓｏ−ペンタノール、２−メチルブタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、ｔｅｒｔ−ペンタノール、３−メトキシブタノール、ｎ−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、ｓｅｃ−ヘキサノール、２−エチルブタノール、ｓｅｃ−ヘプタノール、３−ヘプタノール、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、ｓｅｃ−オクタノール、ｎ−ノニルアルコール、２，６−ジメチル−４−ヘプタノール、ｎ−デカノール、ｓｅｃ−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、ｓｅｃ−テトラデシルアルコール、ｓｅｃ−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒；
エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、２，４−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，５−ヘキサンジオール、２，４−ヘプタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒；
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−２−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
【００８２】
エーテル系溶媒としては、例えば、
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒；
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒；
ジフェニルエーテル、アニソール（メチルフェニルエーテル）等の芳香環含有エーテル系溶媒等が挙げられる。
【００８３】
ケトン系溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチル−ｎ−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−ｉｓｏ−ブチルケトン、２−ヘプタノン（メチル−ｎ−ペンチルケトン）、エチル−ｎ−ブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、ジ−ｉｓｏ−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒：
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒：
２，４−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
【００８４】
アミド系溶媒としては、例えばＮ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒；
Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒等が挙げられる。
【００８５】
エステル系溶媒としては、例えば、
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、酢酸ｎ−ペンチル、酢酸ｉ−ペンチル、酢酸ｓｅｃ−ペンチル、酢酸３−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸２−エチルブチル、酢酸２−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ｎ−ノニル等の酢酸エステル系溶媒；
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒；
γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒；
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒；
ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ｎ−ブチル、プロピオン酸ｉｓｏ−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−ｎ−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ−ブチル、乳酸ｎ−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチルなどが挙げられる。
【００８６】
炭化水素系溶媒としては、例えば
ｎ−ペンタン、ｉｓｏ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｉｓｏ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｉｓｏ−ヘプタン、２，２，４−トリメチルペンタン、ｎ−オクタン、ｉｓｏ−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒；
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、ｎ−プロピルベンゼン、ｉｓｏ−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、ｉｓｏ−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−ｉｓｏ−プロピルベンセン、ｎ−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
【００８７】
これらの中で、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒、環状ケトン系溶媒がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノンがさらに好ましい。自己組織化組成物（Ｉ）は、［Ｃ］溶媒を１種又は２種以上含有していてもよい。
【００８８】
［Ｃ］溶媒としては、これらの中で、比誘電率が２０以上７５以下、かつ１気圧における沸点が１８０℃以上３００℃以下である化合物（以下、「化合物（Ｉ）」ともいう）を含むことが好ましい。
上記化合物（Ｉ）は、自己組織化組成物（Ｉ）中の［Ｂ］重合体を、より効率的に塗膜の表層領域に偏在化させる効果を有するものである。自己組織化組成物（Ｉ）中の［Ｃ］溶媒が上記化合物（Ｉ）を含むことで、得られるパターンをより微細かつより良好にすることができる。また［Ｂ］重合体の使用量を低減することができる。
【００８９】
上記化合物（Ｉ）としては、例えば、
ラクトン化合物として、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等が、
カーボネート化合物として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が、
ニトリル化合物として、スクシノニトリル等が、
多価アルコールとして、グリセリン等がそれぞれ挙げられる。
【００９０】
上記化合物（Ｉ）の含有量としては、自己組織化組成物（Ｉ）における重合体の総量１００質量部に対して、１０質量部〜５００質量部が好ましく、１５質量部〜３００質量部がより好ましく、２０質量部〜２００質量部がさらに好ましく、２５質量部〜１００質量部が特に好ましい。
【００９１】
＜その他の成分＞
自己組織化組成物（Ｉ）は、上記［Ａ］〜［Ｃ］成分以外にも、その他の成分を含有していてもよい。上記その他の成分としては、例えば、界面活性剤等が挙げられる。自己組織化組成物（Ｉ）は、界面活性剤を含有することで、基板等への塗布性を向上させることができる。
【００９２】
＜自己組織化組成物の調製方法＞
上記自己組織化組成物（Ｉ）は、例えば、［Ａ］ブロック共重合体及び［Ｂ］重合体等と、［Ｃ］溶媒とを混合し、好ましくは孔径２００ｎｍ程度のメンブランフィルターで濾過することにより調製することができる。自己組織化組成物（Ｉ）の固形分濃度としては、０．０１質量％〜５０質量％が好ましく、０．１質量％〜２０質量％がより好ましく、０．２質量％〜１０質量％がさらに好ましく、０．３質量％〜５質量％が特に好ましい。
【００９３】
＜自己組織化組成物＞
本発明の自己組織化組成物は、
ブロック共重合体と、このブロック共重合体よりも表面自由エネルギーが小さい重合体とを含有する。
当該自己組織化組成物は、上記構成を有するので、十分に微細なパターンを形成することができる。当該自己組織化組成物は、当該パターン形成方法における自己組織化組成物（Ｉ）として説明している。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各物性値の測定方法を下記に示す。
【００９５】
［Ｍｗ及びＭｎ］
重合体のＭｗ及びＭｎは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により東ソー社のＧＰＣカラム（「Ｇ２０００ＨＸＬ」２本、「Ｇ３０００ＨＸＬ」１本、「Ｇ４０００ＨＸＬ」１本）を使用し、以下の条件により測定した。
溶離液：テトラヒドロフラン（和光純薬工業社）
流量：１．０ｍＬ／分
試料濃度：１．０質量％
試料注入量：１００μＬ
カラム温度：４０℃
検出器：示差屈折計
標準物質：単分散ポリスチレン
【００９６】
［１３Ｃ−ＮＭＲ分析］：
１３Ｃ−ＮＭＲ分析は、核磁気共鳴装置（日本電子社の「ＪＮＭ−ＥＸ４００」）を使用し、測定溶媒としてＤＭＳＯ−ｄ６を使用して行った。重合体における各構造単位の含有割合は、１３Ｃ−ＮＭＲで得られたスペクトルにおける各構造単位に対応するピークの面積比から算出した。
【００９７】
［表面自由エネルギー］
各重合体の２質量％溶液（溶媒：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）を、シリコンウェハ上にスピンコートした後１００℃で１分間加熱することにより膜厚４０ｎｍの薄膜を形成させ、文献「ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＳＣＩＥＮＣＥ  ＶＯＬ．１３，ＰＰ．１７４１−１７４７（１９６９）」に記載されているＤ．Ｋ．ＯＷＥＮＳらの方法に従い、上記薄膜上における純水及びヨウ化メチレン等の液体の接触角を測定し、その測定値から下記式（Ａ）及び下記式（Ｂ）の関係を用いて表面自由エネルギーを求めた。
（１＋ｃｏｓθ）×γＬ＝２（γＳｄ×γＬｄ）１／２＋２（γＳｐ×γＬｐ）１／２
・・・（Ａ）
γＳ＝γＳｄ＋γＳｐ・・・（Ｂ）
（γＳ：重合体の表面自由エネルギー、γＳｄ：重合体の表面自由エネルギーの分散成分、γＳｐ：重合体の表面自由エネルギーの極性成分、γＬ：液体の表面自由エネルギー、γＬｄ：液体の表面自由エネルギーの分散成分、γＬｐ：液体の表面自由エネルギーの極性成分、θ：接触角）
【００９８】
＜重合体の合成＞
［Ａ］ブロック共重合体及び［Ｂ］重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
【００９９】
【化５】
2015170723.tif 000007
【０１００】
［［Ａ］ブロック共重合体の合成］
［合成例１］
窒素置換された内容積０．５リットルの反応容器に、テトラヒドロフラン２００ｇを投入し、開始剤としてのｓ−ブチルリチウム０．０４７ｇ及び上記化合物（Ｍ−１）（スチレン）１０ｇを加えた後、−７０℃で重合を行い、ポリスチレンブロックを形成させた。重合が完結していることを確認した後、ジフェニルエチレン０．４０ｇ及び塩化リチウム０．０６３ｇを添加した。さらに反応容器に上記化合物（Ｍ−２）（メタクリル酸テトラヒドロフルフリル）１２ｇを追加して重合を行い、ポリ（メタクリル酸テトラヒドロフルフリル）ブロックを形成させた。重合が完結していることを確認した後、所定量のメタノールを添加し重合を停止させることにより、ブロック共重合体（Ａ−１）を合成した。重合の進行は重合反応液をアルミ皿にサンプリングし、１５０℃のホットプレートで加熱して残留固形分を測定することにより確認した。ブロック共重合体（Ａ−１）のＭｗは３６，８００、Ｍｗ／Ｍｎは１．１０であった。また１３Ｃ−ＮＭＲ分析の結果、（Ｍ−１）に由来する構造単位及び（Ｍ−２）に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ５０モル％及び５０モル％であった。ブロック共重合体（Ａ−１）の表面自由エネルギーは４１ｍＮ／ｍであった。
【０１０１】
［合成例２］
合成例１において、化合物（Ｍ−２）の使用量を１２ｇから５ｇに変えた以外は、合成例１と同様にして、ブロック共重合体（Ａ−２）を合成した。ブロック共重合体（Ａ−２）のＭｗは３６，８００、Ｍｗ／Ｍｎは１．１０であった。また１３Ｃ−ＮＭＲ分析の結果、（Ｍ−１）に由来する構造単位及び（Ｍ−２）に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ７０モル％及び３０モル％であった。ブロック共重合体（Ａ−２）の表面自由エネルギーは４１ｍＮ／ｍであった。
【０１０２】
［［Ｂ］重合体の合成］
［合成例３］
上記化合物（Ｍ−１）２４．９０ｇ（３５モル％）、化合物（Ｍ−２）４０．６６ｇ（３５モル％）及び化合物（Ｍ−３）３４．４４ｇ（３０モル％）を、２−ブタノン２００ｇに溶解し、さらにラジカル重合開始剤としてのＡＩＢＮ１．１２ｇを投入した単量体溶液を調製した。１００ｇの２−ブタノンを投入した１，０００ｍＬの三口フラスコを３０分窒素パージし、窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら８０℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗を用いて３時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を６時間実施した。重合終了後、重合反応液を水冷することにより３０℃以下に冷却した後、２，０００ｇのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を４００ｇのメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄してからろ別する操作を２回行い、その後５０℃にて１７時間真空乾燥し、白色粉末の重合体（Ｂ−１）を得た。重合体（Ｂ−１）のＭｗは２０，０７０、Ｍｗ／Ｍｎは１．２８であった。また１３Ｃ−ＮＭＲ分析の結果、（Ｍ−１）に由来する構造単位、（Ｍ−２）に由来する構造単位及び（Ｍ−３）に由来する構造単位の含有割合はそれぞれ３４．７モル％、３４．４モル％及び３０．９モル％であった。重合体（Ｂ−１）の表面自由エネルギーは２９ｍＮ／ｍであった。
【０１０３】
［合成例４〜８］
下記表１に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は合成例３と同様に操作して、重合体（Ｂ−２）〜（Ｂ−６）を得た。用いる単量体の合計質量は１００ｇとした。得られた重合体の各構造単位の含有割合、Ｍｗ、Ｍｗ／Ｍｎ及び表面自由エネルギーを表１に合わせて示す。
【０１０４】
【表１】
2015170723.tif 000008
【０１０５】
＜自己組織化組成物の調製＞
自己組織化組成物の調製に用いた［Ｃ］溶媒について以下に示す。
【０１０６】
［［Ｃ］溶媒］
Ｃ−１：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
Ｃ−２：γ−ブチロラクトン（化合物（Ｉ）：２５℃における比誘電率＝４２、１気圧における沸点＝２０４℃）
【０１０７】
［実施例１］
［Ａ］ブロック共重合体としての（Ａ−１）１００質量部、［Ｂ］重合体としての（Ｂ−１）１０質量部、並びに［Ｃ］溶媒としての（Ｃ−１）１５，８４０質量部及び（Ｃ−２）５０質量部を混合し、得られた混合物を孔径２００ｎｍのメンブランフィルターを用いてろ過することにより、自己組織化組成物（Ｊ−１）を調製した。
【０１０８】
［実施例２〜１２並びに比較例１及び２］
下記表２及び表３に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は実施例１と同様に操作して、自己組織化組成物（Ｊ−２）〜（Ｊ−１２）並びに（ＣＪ−１）及び（ＣＪ−２）を調製した。
【０１０９】
＜パターンの形成＞
［ラインアンドスペースパターンの形成］
１２インチシリコンウエハ上に、架橋剤を含む有機下層膜形成用組成物を、スピンコーター（東京エレクトロン社の「ＣＬＥＡＮ  ＴＲＡＣＫ  ＡＣＴ１２」）を使用してスピンコートした後、２０５℃で６０秒間ベークして膜厚７７ｎｍの有機下層膜を形成した。次に、この有機下層膜上に、酸解離性基を有する重合体、感放射線性酸発生剤及び有機溶媒を含有するＡｒＦレジスト組成物をスピンコートした後、１２０℃で６０秒間プレベーク（ＰＢ）して膜厚６０ｎｍのレジスト膜を形成した。次いで、ＡｒＦ液浸露光装置（ニコン社の「ＮＳＲ−Ｓ６１０Ｃ」）を使用し、ＮＡ；１．３０、Ｄｉｐｏｌｅ−ｘ、σ＝０．９７７／０．７８の光学条件にて、マスクパターンを介して露光した。その後、１１５℃で６０秒間ＰＥＢを行った後、２．３８質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により２３℃で３０秒間現像し、水洗し、乾燥し、ラインアンドスペース状のプレパターン（７２ｎｍライン／１７０ｎｍピッチ）を得た。次いで、このプレパターンに２５４ｎｍの紫外線を１５０ｍＪ／ｃｍ２の条件で照射後、１７０℃で５分間ベークすることで、下層膜及びプレパターンが形成された基板を得た。
【０１１０】
実施例１〜６及び比較例１で調製した自己組織化組成物を、上記得られた基板上に、形成される塗膜の厚さが３０ｎｍになるように塗布し、その後、２５０℃で５分間加熱して相分離させ、ミクロドメイン構造を形成させた。次いで、１７２ｎｍの放射線を３００ｍＪ／ｃｍ２の強度で照射した後、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）／２−プロパノール（ＩＰＡ）＝２／８（質量比）の混合液中に５分間浸漬させてポリ（メタクリル酸テトラヒドロフルフリル）ブロックからなる相を溶解させて除去することにより、ラインアンドスペースパターンを形成した。
【０１１１】
［コンタクトホールパターンの形成］
上記［ラインアンドスペースパターンの形成］において、レジスト膜の露光をＮＡ；１．３０、ＣｒｏｓｓＰｏｌｅ、σ＝０．９７７／０．７８の光学条件にてマスクパターンを介して行い、コンタクトホール状のプレパターン（直径７０ｎｍホール／１７０ｎｍピッチ）を得たこと、及び自己組織化組成物として実施例７〜１２及び比較例２で調製したものを用いた以外は、上記［ラインアンドスペースパターンの形成］と同様にして、コンタクトホールパターンを形成した。
【０１１２】
＜評価＞
上記形成したラインアンドスペースパターン及びコンタクトホールパターンのそれぞれについて、測長ＳＥＭ（日立製作所社の「ＣＧ５０００」）を用いて観察し、トレンチパターン状又はコンタクトホール状のプレパターン間に形成されたミクロドメイン構造の線幅（ミクロドメイン構造幅（ｎｍ））を測定した。評価結果を表２及び表３に示す。
【０１１３】
【表２】
2015170723.tif 000009
【０１１４】
【表３】
2015170723.tif 000010
【０１１５】
表２及び表３の結果からわかるように、実施例のパターン形成方法によれば、十分微細なミクロドメイン構造を有するラインアンドスペースパターン及びコンタクトホールパターンを、簡便に得ることができる。これに対し、比較例のパターン形成方法では、パターン形成の際の相分離が起こり難く、ミクロドメイン構造を形成することができない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明のパターン形成方法及び自己組織化組成物によれば、十分に微細なパターンを簡便に形成することができる。従って、これらは、さらなる微細化が要求されている半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス製造におけるリソグラフィー工程等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１  基板
１０２  下層膜
１０３  プレパターン
１０４  塗膜
１０４ａ  表層領域以外の領域
１０４ｂ  表層領域
１０５  自己組織化膜
１０５ａ  ブロック（ＩＩ）相
１０５ｂ  ブロック（Ｉ）相
【図１】
2015170723.tif 000011
【図２】
2015170723.tif 000012
【図３】
2015170723.tif 000013
【図４】
2015170723.tif 000014
【図５】
2015170723.tif 000015