(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己組織化する第１のブロックおよび第２のブロックを含むブロックコポリマーであって、第１の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって前記ブロックコポリマー全体が除去され、第２の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって自己組織化した第１のブロック相が選択的に除去される性質を有するブロックコポリマーを用意し、
被加工膜上に前記ブロックコポリマーを塗布し、前記ブロックコポリマーを自己組織化させて第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを形成し、
前記ブロックコポリマーに対して選択的に第１の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第１の領域に存在するブロックコポリマー全体を除去し、第１の領域以外の領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、
残存した前記ブロックコポリマーに対して選択的に第２の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第２の領域に存在する第１のブロック相を選択的に除去し、第１の領域以外の領域と第２の領域以外の領域との重なり領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、前記重なり領域を除く第２の領域に第２のブロック相のパターンを残存させ、
残存したパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする
ことを含むパターン形成方法。
【請求項２】
自己組織化する第１のブロックおよび第２のブロックを含むブロックコポリマーであって、第３の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって自己組織化した第１のブロック相が選択的に除去され、第４の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第２のブロック相が選択的に除去される性質を有するブロックコポリマーを用意し、
被加工膜上に前記ブロックコポリマーを塗布し、前記ブロックコポリマーを自己組織化させて第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを形成し、
前記ブロックコポリマーに対して選択的に第３の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第３の領域に存在する第１のブロック相を選択的に除去し、
残存した前記ブロックコポリマーに対して選択的に第４の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって、第３の領域に含まれる第４の領域に残存する第２のブロックを除去し、第３の領域以外の領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、第３の領域中第４の領域以外の領域に第２のブロックを残存させ、
残存したパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする
ことを含むパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１ないし第４の条件は互いに、エネルギー線の波長、加熱温度、現像条件またはドライエッチング条件が異なる請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記ブロックコポリマーは酸発生剤を含有し、前記第１または第４の条件はエネルギー線の照射または加熱によって酸発生剤から酸を発生させて前記ブロックコポリマーまたは前記第２のブロックをアルカリ可溶または有機溶媒不溶に変化させる請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２または第３の条件は、エネルギー線の照射または加熱によって第１のブロック相の主鎖を切断する請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記現像条件は、現像液の種類または濃度が異なる請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記ドライエッチング条件は、ガス種またはプラズマエネルギーが異なる請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記残存させた第２のブロック相のパターンは、自己組織化後のブロックコポリマーの周期と同一の周期をもつ周期パターンを形成し、前記残存させた第１のブロック相および第２のブロック相からなるパターンは、前記自己組織化後のブロックコポリマーの周期よりも大きな寸法を持つ非周期パターンを形成する請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記残存させた第２のブロック相のパターンは自己組織化後のブロックコポリマーの半周期と略同一の幅を持つ非周期パターンも含み、
前記第２のブロックの周期パターンと、前記第１のブロック相および第２のブロック相を含む非周期パターンは、前記第２のブロックからなる非周期パターンにより接続される請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記残存した第２のブロック相パターンは前記残存した第１のブロック相および第２のブロック相パターンと接続しており、第１のブロック相を除去したことにより、スペースを形成する請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記残存した第２のブロックの周期パターンを被加工膜に転写して得られるパターンと、前記残存した第１のブロック相および第２のブロック相からなる非周期パターンを非加工膜に転写して得られパターンは、コンタクトホールを介して他のレベルの配線と接続されるように形成される請求項９に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記コンタクトホールは、
前記転写された被加工膜からなるパターンの上に絶縁膜を形成し、
絶縁膜の上にブロックコポリマーを塗布し、前記ブロックコポリマーの第１のブロック相からなるシリンダーが膜面に垂直に配向するよう自己組織化させ、
前記ブロックコポリマーに対して選択的にエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングを行うことによって、所望の第１ブロック相からなるシリンダーのみを除去し、
残存した第１のブロック相と第２のブロック相をマスクとして絶縁膜をエッチングすることで形成する請求項１１記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
前記コンタクトホールは二次元六方格子からなるグリッド上に中心が配置されている請求項１２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】
半導体のパターニングは以下のようにして行われている。すなわち、被加工膜上にレジストを塗布し、レジストを露光して露光領域を現像液可溶または不溶にした後に現像してレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして被加工膜を加工する。
【０００３】
しかし、パターンサイズの微細化に伴い、露光装置の高額化やランニングコストの高騰で、高コストが問題となっている。
【０００４】
そこで、ブロックコポリマー（ＢＣＰ）を加熱してミクロ相分離すなわち自己組織化（ＤＳＡ）させた後、ブロックコポリマーのトリミングを行って周期パターンを形成する領域を画定し、その後ブロックコポリマーの一方のブロックのみを除去して所望の領域にのみ周期パターンを形成することが行われている。しかし、さらに非周期パターンを形成するには、多くの追加の工程が必要となり、製造コストが高くなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. Li et al., Chem. Mater., 26, 3800(2004)
【非特許文献２】P. Du et al., Adv. Mater., 16, 953(2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ブロックコポリマーの自己組織化を利用し、低コストで周期パターンと非周期パターンを形成できるパターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のパターン形成は、自己組織化する第１のブロックおよび第２のブロックを含むブロックコポリマーであって、第１の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって当該ブロックコポリマー全体が除去される。また、第２の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって自己組織化した第１のブロック相が選択的に除去される性質を有するブロックコポリマーを用意する。さらに、被加工膜上に当該ブロックコポリマーを塗布し、当該ブロックコポリマーを自己組織化させて第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを形成する。また、当該ブロックコポリマーに対して選択的に第１の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第１の領域に存在するブロックコポリマー全体を除去する。また、第１の領域以外の領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、残存した当該ブロックコポリマーに対して選択的に第２の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第２の領域に存在する第１のブロック相を選択的に除去する。また、第１の領域以外の領域と第２の領域以外の領域との重なり領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、当該重なり領域を除く第２の領域に第２のブロック相のパターンを残存させる。また、残存したパターンをマスクとして当該被加工膜をエッチングする。
【０００８】
他の実施形態のパターン形成方法は、自己組織化する第１のブロックおよび第２のブロックを含むブロックコポリマーであって、第３の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって自己組織化した第１のブロック相が選択的に除去される。また、第４の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第２のブロック相が選択的に除去される性質を有するブロックコポリマーを用意する。さらに、被加工膜上に当該ブロックコポリマーを塗布し、当該ブロックコポリマーを自己組織化させて第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを形成する。また、当該ブロックコポリマーに対して選択的に第３の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって第３の領域に存在する第１のブロック相を選択的に除去する。また、残存した当該ブロックコポリマーに対して選択的に第４の条件でエネルギー線の照射または加熱と現像またはドライエッチングとを行うことによって、第３の領域に含まれる第４の領域に残存する第２のブロックを除去する。さらに、第３の領域以外の領域に第１のブロック相および第２のブロック相を含むパターンを残存させ、第３の領域中第４の領域以外の領域に第２のブロックを残存させる。また、残存したパターンをマスクとして当該被加工膜をエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態によるパターン形成方法を示す平面図。
【図２】第１の実施形態によるパターン形成方法に用いられるレチクルを示す平面図。
【図３】第２の実施形態によるパターン形成方法を示す平面図。
【図４】第２の実施形態によるパターン形成方法に用いられるレチクルを示す平面図。
【図５】第３の実施形態によるパターン形成方法を示す平面図。
【図６】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図７】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図８】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図９】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図１０】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図１１】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図１２】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図１３】第５の実施形態におけるデバイスパターンの例を示す平面図。
【図１４】第５の実施形態において、１つのラインパターンの途中に狭スペースを形成する方法を示す平面図。
【図１５】第５の実施形態において、ライン幅およびラインパターンの途中のスペース幅を狭く形成する方法を説明する平面図。
【図１６】第６の実施形態におけるレチクルのパターンデータ生成のためのフローチャート。
【図１７】第６の実施形態における設計パターンデータを示す平面図。
【図１８】第６の実施形態において生成したレチクルパターンを示す平面図。
【図１９】第６の実施形態において生成したブロックコポリマーパターンを示す平面図。
【図２０】第６の実施形態において生成したレチクルパターンを示す平面図。
【図２１】第７の実施形態におけるレチクルのパターンデータ生成のためのフローチャート。
【図２２】比較例のパターン形成方法を示す平面図。
【図２３】比較例のパターン形成方法に用いられるレチクルを示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｆ）を参照して、第１の実施形態におけるパターン形成方法を説明する。図１（ｆ）に、目的とする被加工膜のパターンに対応するエッチングマスクのパターンを示す。被加工膜のパターンは、周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンからなるセル部、周辺回路部、およびセル部と周辺回路部とを接続する引き出し線を含んでいる。周辺回路部はセル部のラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンのハーフピッチよりも大きな寸法を有する。引き出し線のラインはセル部のラインと同じ幅であるが、引き出し線は非周期パターンである。
【００１２】
第１の実施形態においては２回の露光および現像を行う。１回目の露光および現像により、一部の領域でブロックコポリマー全体を除去（トリミング）し、それ以外の領域に所望の周期パターンと所望の非周期パターンを含むブロックコポリマーを残す。２回目の露光および現像により、一部の領域で第１のブロックのみを除去して所望の周期パターンを形成する。
【００１３】
第１の実施形態においては、第１のブロックとしてポリｐ−ｔ−ブトキシカルボニルオキシ−α−メチルスチレン、第２のブロックとしてポリｔ−ブチルアクリレートを含むブロックコポリマーＢ１を用いる。このブロックコポリマーＢ１を下記化学式に示す。
【化１】
0005112500.tif 000002
【００１４】
ブロックコポリマーＢ１の塗布液には光酸発生剤（ｐｈｏｔｏａｃｉｄ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＰＡＧ）が添加されている。第１のブロックはｔ−ブトキシカルボニル基によりスチレン側鎖のヒドロキシル基が保護されている。第２のブロックはｔ−ブチル基によりカルボキシル基が保護されている。これらの保護基が結合している状態では、第１および第２のブロックともテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液からなる現像液に不溶である。
【００１５】
ブロックコポリマーＢ１をＡｒＦ光で露光すると、光酸発生剤から酸が発生する。その後、ベーカーで加熱すると、酸が触媒として作用し、ｔ−ブトキシカルボニル基およびｔ−ブチル基が脱離し、ブロックコポリマーＢ１全体がＴＭＡＨ水溶液に可溶になる。このためＡｒＦ光が照射された領域ではブロックコポリマーＢ１全体がＴＭＡＨ水溶液に溶解して除去される。
【００１６】
また、ブロックコポリマーＢ１をＡｒＦ光で露光すると、第１のブロックは主鎖が切断されて低分子量のポリヒドロキシスチレンになる。このため、たとえばイソプロピルアルコールで現像すると、第１のブロックのみが除去される。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すように、ウエハ上の被加工膜１１上にブロックコポリマー２０を塗布する。ブロックコポリマーＢ１の組成は、第１のブロックと第２のブロックの比率が約７：３であるものを用いる。この組成のブロックコポリマーＢ１をアニールすると、第１のブロック相および第２のブロック相がそれぞれシリンダー状に自己組織化（ミクロ相分離）してほぼ１：１の幅で交互に配列する。図示しないが、自己組織化した２種のブロック相を配向させるために、被加工膜１１上に予め物理ガイドパターンを形成している。
【００１８】
また、図１（ｂ）に示すように、無酸素オーブンを用いて窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーＢ１を自己組織化させ、物理ガイドの側面に沿ってシリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。
【００１９】
次に、図２（ａ）に示すように、１回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板１１１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）１１２のパターンを形成した第１のレチクル１１０を用意する。第１のレチクル１１０上のパターンサイズはウエハ上のパターンサイズの４倍になっている。ウエハ上にレンズを介して第１のレチクル１１０を配置する。
【００２０】
また、図１（ｃ）に示すように、第１のレチクル１１０の透光部（クォーツ基板１１１）を透過したＡｒＦ光で、自己組織化したブロックコポリマーＢ１を縮小投影露光する。第１のレチクル１１０の透光部（クォーツ基板１１１）に対応した露光領域３１を第１の領域、第１のレチクル１１０の遮光膜１１２に対応した未露光領域３２を第１の領域以外の領域という。未露光領域３２（第１の領域以外の領域）は、セル部、周辺回路部のラインを含む。
【００２１】
ベーカーで加熱した後、ＴＭＡＨ水溶液で現像すると、図１（ｄ）に示すように、第１の領域で第１のブロック相２１および第２のブロック相２２を含むブロックコポリマーＢ１全体が除去（トリミング）される。こうして、第１の領域以外の領域に所望の周期パターンと所望の非周期パターンを含むブロックコポリマーＢ１を残す。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、２回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板１２１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）１２２のパターンを形成した第２のレチクル１２０を用意する。第２のレチクル１２０上のパターンサイズは、ウエハ上のパターンサイズの４倍になっている。ウエハ上にレンズを介して第２のレチクル１２０を配置する。
【００２３】
また、図１（ｅ）に示すように、第２のレチクル１２０の透光部（クォーツ基板１２１）を透過したＡｒＦ光で、１回目の露光および現像を経たブロックコポリマーＢ１を縮小投影露光する。第２のレチクル１２０の透光部（クォーツ基板１２１）に対応した露光領域４１を第２の領域、第２のレチクル１２０の遮光膜１２２に対応した未露光領域４２を第２の領域以外の領域という。第２の領域は、セル部および引き出し線のパターンが形成される領域に対応する。こうして、第１のブロック相２１の主鎖を切断して分解させる。
【００２４】
イソプロピルアルコールで現像すると、図１（ｆ）に示すように、第２の領域で第１のブロック相２１のみが除去される。この結果、セル部の周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンおよび引き出し線に対応するパターンが残る。また、１回目の露光時の未露光領域３２（第１の領域以外の領域）と２回目の露光時の未露光領域４２（第２の領域以外の領域）との重なり領域に、周辺回路部に対応して第１のブロック相２１および第２のブロック相２２を含むパターンが残る。
【００２５】
これにより、エッチングマスクとなるブロックコポリマーＢ１のパターンが形成される。このブロックコポリマーＢ１のパターンをマスクとして被加工膜をエッチングする。ブロックコポリマーＢ１のパターンを除去すると、所望の被加工膜パターンが得られる。
【００２６】
図１（ｃ）および（ｄ）からわかるように、引き出し線のパターンを形成するための第１のレチクル１１０の遮光膜１１２の幅は、１回目の露光時の未露光領域３２が１つの第２のブロック相２２の幅をカバーするが、隣接する第２のブロック相２２にかからないように設計される。すなわち、遮光膜１１２の幅は、未露光領域３２の幅が第１および第２のブロック相のピッチの０．５倍（ハーフピッチ）よりも大きく、第１および第２のブロック相のピッチの１．５倍よりも小さく、通常は第１および第２のブロック相のピッチと同程度になるように設計される。
【００２７】
つまり、露光装置でパターニングされるラインパターンの幅の約半分の幅で、最終的な引き出し線を形成することができる。このことは、解像性能の低いより安価な露光装置を使用できること、およびパターン形成のためにダブルパターニングなどの付加プロセスも不要であることを意味し、コスト削減に有利である。
【００２８】
（比較例）
次に、第１の実施形態の方法と対比するための比較例として、従来のパターン形成方法の一例を説明する。ここでは、従来の方法で図１（ｆ）と同じエッチングマスクのパターンを形成するために、セル部および引き出し線のパターンに対応してハードマスクに転写したパターンを形成し、周辺回路部のパターンに対応してレジストパターンを形成することを想定する。
【００２９】
最初に、図２２（ａ）に示すように、ウエハ上の被加工膜１１上にハードマスク１２を形成する。図２２（ｂ）に示すように、ハードマスク１２上に第１の実施形態で用いたのと同じブロックコポリマー２０を塗布する。第１の実施形態と同様に、図２２（ｃ）に示すように、無酸素オーブン中でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させ、物理ガイドの側面に沿ってシリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。
【００３０】
次に、図２３（ａ）に示すように、１回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板２１１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）２１２のパターンを形成した第１のレチクル２１０を用意する。比較例で用いる第１のレチクル２１０は、遮光膜２１２のパターンのないクォーツ基板２１１からなる透光部が周辺回路部に対応する領域、遮光膜２１２のパターンがセル部および引き出し線に対応する領域となっており、第１の実施形態で用いる第１のレチクル１１０とは異なるパターンを有する。
【００３１】
図２２（ｄ）に示すように、第１のレチクル２１０の透光部（クォーツ基板２１１）を透過したＡｒＦ光で、自己組織化したブロックコポリマーＢ１を縮小投影露光する。ベーカーで加熱した後、ＴＭＡＨ水溶液で現像すると、周辺回路部でブロックコポリマー全体が除去され、セル部および引き出し線にブロックコポリマーが残る。
【００３２】
図２２（ｅ）に示すように、残ったブロックコポリマーを再びＡｒＦ光で露光し、第１のブロック相２１の主鎖を切断して分解させる。イソプロピルアルコールで現像すると、第１のブロック相２１のみが除去され、セル部および引き出し線に第２のブロック相２２からなるパターンが残る。
【００３３】
図２２（ｆ）に示すように、第２のブロック相２２のパターンをマスクとして、ハードマスク１２をエッチングする。第２のブロック相２２をアッシングにより除去すると、ハードマスク１２のパターンが得られる。
【００３４】
図２２（ｇ）に示すように、露出した被加工膜１１およびハードマスク１２のパターン上にレジスト２００を塗布する。
【００３５】
次に、図２３（ｂ）に示すように、２回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板２２１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）２２２のパターンを形成した第２のレチクル２２０を用意する。比較例で用いる第２のレチクル２２０は、遮光膜２２２のパターンからなる遮光部が周辺回路部に対応する領域、遮光膜２２２のパターンのないクォーツ基板２２１からなる透光部が周辺回路部以外に対応する領域となっており、第１の実施形態で用いる第２のレチクル１２０とは異なるパターンを有する。
【００３６】
図２２（ｈ）に示すように、第２のレチクル２２０の透光部（クォーツ基板２２１）を透過したＡｒＦ光で、レジスト２００を縮小投影露光する。現像液で現像すると、周辺回路部以外の領域でレジスト２００が除去され、周辺回路部にレジスト２００のパターンが残る。
【００３７】
レジスト２００のパターンおよびハードマスク１２のパターンをマスクとして被加工膜１１をエッチングする。レジスト２００のパターンおよびハードマスク１２のパターンを除去すると、所望の被加工膜パターンが得られる。
【００３８】
第１の実施形態の方法は、比較例の方法と対比して、ハードマスクの形成、ハードマスクのエッチング、レジストの塗布、レジストの露光・現像を行う必要がない。したがって、第１の実施形態の方法は、比較例の方法よりも、コストを抑えることができる。
【００３９】
（変形例）
第１の実施形態では、露光光として２回ともＡｒＦ光を用いたが、露光光はＡｒＦ光に限定されない。また、１回目の露光波長と２回目の露光波長を変えてもよい。この場合、一方の露光光でのみ酸を発生する酸発生剤を用いれば、１回目の露光と２回目の露光のいずれかで選択的に酸を発生させることができる。
【００４０】
ブロックコポリマー全体を除去するためには、酸発生剤から酸を発生させて、これを触媒にしてブロックコポリマーの保護基を脱離させて現像液可溶にできればよい。従って他の波長の光を使用することが可能である。また、露光は光に限定されず、電子ビーム、イオンビームを用いることもできる。さらにレチクルを用いる必要はなく、レーザー光、電子ビーム、イオンビームを予め作成したデータに従って走査させたり、アパーチャーで成形してもよい。
【００４１】
また、必ずしもブロックコポリマーの両方のブロックに極性を変化させる目的で保護基を導入する必要はなく、一方のブロックの極性を変化させればブロックコポリマー全体が現像液可溶になるのであれば、一方のブロックのみに保護基を導入してもよい。また、一方のブロックは極性の変化により現像液可溶になり、他方のブロックは主鎖が切断されて現像液可溶になるようにしてもよい。
【００４２】
アルカリ現像液はＴＭＡＨ水溶液に限定されず、他のアルカリ水溶液であってもよい。現像液として有機溶媒を用いてもよく、この場合には水溶液を用いる場合と可溶部および不溶部が逆転する。第１の実施形態では露光後に加熱し、酸を触媒にしてブロックコポリマーの保護基を脱離させたが、アセタールのように室温で保護基の脱離反応が起こる場合には露光後に必ずしも加熱する必要はない。
【００４３】
ヒドロキシ基やカルボキシル基をｔ−ブトキシカルボニル基やｔ−ブトキシ基のような保護基で保護している側鎖を持つブロックコポリマーに対して、熱酸発生剤（ｔｈｅｒｍａｌ  ａｃｉｄ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＴＡＧ）を添加し、加熱することによって、ブロックコポリマーの極性を変化させることもできる。加熱によりＴＡＧから酸が発生し、この酸が触媒となって、ｔ−ブトキシカルボニル基やｔ−ブトキシ基のような保護基がブロックコポリマーから脱離すると、ヒドロキシ基やカルボキシル基が生成するため、ブロックコポリマーの極性が変化する。この場合、ブロックコポリマーにレーザー光を照射して局所加熱する。こうして、一部の領域でブロックコポリマー全体を選択的に除去することができる。
【００４４】
ブロックコポリマーの一方のブロックのみを除去するには、一方のブロックで主鎖の切断を起こすようにする。露光によりブロックの主鎖を切断する場合、ブロックに吸収される波長を有し、ブロックの主鎖の切断に必要なエネルギーをもつ露光光が使用される。加熱によりブロックの主鎖を切断させてもよい。このような熱分解性ポリマーは、たとえば特開２００１−１５１８３４号公報に記載されている。光照射により光酸発生剤から酸を発生させた後、加熱して酸を触媒としてブロックの主鎖を切断させてもよい。
【００４５】
一方のブロックのみを除去するために用いられる現像液はイソプロピルアルコールに限定されない。ブロックの主鎖が切断されることにより生成した低分子ポリマーが溶解すればよく、イソプロピルアルコール以外の有機溶媒を使用することもできる。
【００４６】
一方のブロックを除去する際に、必ずしも現像を行う必要はない。たとえば、真空中で光を照射し、照射領域で一方のブロックの主鎖を切断するとともに除去することもできる。
【００４７】
１回目の露光と２回目の露光で反応を変えるには、露光光の波長を変えたり、一方の露光光でのみ酸を発生させる酸発生剤を用いてもよい。こうして、１回目の露光と２回目の露光で酸の発生量を変えることができる。
【００４８】
１回目の現像および２回目の現像のいずれでも現像液としてアルカリ現像液を用い、両者の濃度を変えることにより、選択的に除去領域を変えてもよい。たとえば、ブロックコポリマー全体を除去する際には高濃度のアルカリ現像液を用い、一方のブロックのみを除去する際には低濃度のアルカリ現像液を用いて露光によりブロックの主鎖が切断されたことにより生成する低分子量のポリマーだけを除去してもよい。また、１回目の現像および２回目の現像のいずれでも現像液として有機溶媒を用い、両者の極性を変えることにより、選択的に除去領域を変えてもよい。
【００４９】
一方のブロックのみを除去するためにドライエッチングで行ってもよい。この場合、露光領域と未露光領域とでエッチング選択比が取れ、未露光の第１のブロックと第２のブロックとの間でもエッチング選択比がとれるようにする。たとえば、第１のブロックとしてネガ型レジストのように露光により架橋するポリマーを用いる。周辺回路部を露光し、セル部を未露光として、ドライエッチングを行うと、セル部で第１のブロックがエッチングされる。
【００５０】
ドライエッチングの選択比を変える方法としては次のようなものがある。エッチングガスとしては、酸素、フルオロカーボン（たとえばＣＦ４やＣＨＦ３等）、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ａｒ等が用いられる。これらのガスを単独で用いるか、または混合比が調整された混合ガスとして用いることにより、第１のブロックおよび第２のブロックのエッチング速度を変化させることができ、エッチング選択比を調整することができる。また、バイアス電圧を変化させてイオンのエネルギーを変化させることにより、第１のブロックおよび第２のブロックでスパッタリングと化学反応の比率を調整でき、エッチング選択比を調整することができる。
【００５１】
ここでは化学式１で示したブロックコポリマー材料を用いたが、一方のポリマーが酸化物の蒸気圧が低い元素、たとえばＳｉ、を含むようにし、もう一方のポリマーが有機物のみでその酸化物の蒸気圧が高く、酸素によりエッチングされやすくなるようにすると、効果的である。
【００５２】
第１の実施形態では、ブロックコポリマーの構造がシリンダーとなるようにブロックコポリマーの組成を選択したが、ブロックコポリマーがラメラとなる組成を用いても良い。この場合にはポリマー１とポリマー２の組成がほぼ１：１となる。この場合にはラメラが表面に平行でなく、表面に垂直となるように配向させるために、被加工膜とブロックコポリマーの表面にエネルギーを調整するための中間膜を形成する必要がある。
【００５３】
第１の実施形態では、ブロックコポリマーを配向させるガイドとして物理ガイドを用い、いわゆるグラフォエピタキシー（ｇｒａｐｈｏｅｐｉｔａｘｙ）を行っている。しかし、ブロックコポリマーを配向させる方法はこれに限定されない。たとえば、表面エネルギーの異なるパターンを形成し、それに従ってブロックコポリマーを配向させてもよい。また、電場を印加してブロックコポリマーを配向させてもよい。これらの方法は、D. Sundrani et al. Langmuir, 20, 5091 (2004)； J. Y. Cheng et al., Adv. Mater., 20, 3155 (2008)；T. L. Morkved, Science, 273, 931 (1996) 等に記載されている。これらの方法により、露光装置でパターニングされるパターンより寸法の小さいパターンを形成することができる。
【００５４】
上述したように、第１の実施形態では、ブロックコポリマー全体を除去して所望の周期パターンと所望の非周期パターンを含む領域を残すことと、ブロックコポリマーの一方のブロックのみを除去して所望の領域にのみ周期パターンを形成することにより、周期パターンと非周期パターンを形成する。この方法を実現できるブロックコポリマーの材料、ブロックコポリマーを配向させるガイド、リソグラフィー条件、ドライエッチング条件については上記以外にも種々の変形が可能である。
【００５５】
（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、第２の実施形態におけるパターン形成方法を説明する。図３（ｄ）に、目的とする被加工膜のパターンに対応するエッチングマスクのパターンを示す。図３（ｄ）のパターンは図１（ｆ）のパターンと同様である。
【００５６】
第２の実施形態においては２回の露光および現像を行う。１回目の露光および現像により、周辺回路部以外の領域で第１のブロックのみを除去する。２回目の露光および現像により、一部の領域で、残存している第２のブロックの不要部分を除去する。
【００５７】
第２の実施形態においては、第１のブロックとしてポリα−メチルスチレン、第２のブロックとしてポリアダマンチルメチルエチルアクリレートを含むブロックコポリマーＢ２を用いる。このブロックコポリマーＢ２を下記化学式に示す。
【化２】
0005112500.tif 000003
【００５８】
ブロックコポリマーＢ２の塗布液には光酸発生剤（ＰＡＧ）が添加されている。ブロックコポリマーＢ２をＡｒＦ光で露光すると、第１のブロックであるポリα−メチルスチレンは主鎖が切断されて低分子量になる。このため、たとえばイソプロピルアルコールで現像すると、第１のブロックのみが除去される。第２のブロックはアダマンチルメチルエチル基によりカルボキシル基が保護されている。保護基が結合している状態では、第２のブロックはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液からなる現像液に不溶である。ブロックコポリマーＢ２をＡｒＦ光で露光すると、光酸発生剤から酸が発生する。その後、ベーカーで加熱すると、酸が触媒として作用し、アダマンチルメチルエチル基が脱離し、第２のブロックがポリアクリル酸となり、ＴＭＡＨ水溶液に可溶になる。このためＡｒＦ光が照射された領域では第２のブロックがＴＭＡＨ水溶液に溶解して除去される。
【００５９】
なお、１回目の露光量では第２のブロックで十分な脱保護反応が起きずに一定割合のアダマンチルメチルエチル基が残り、２回目に露光されたときに第２のブロックで十分な脱保護反応が起き、第２のブロックがＴＭＡＨ現像液に可溶になるように、材料設計を行う。
【００６０】
まず、被加工膜１１上に図示しない物理ガイドを形成し、被加工膜１１上にブロックコポリマー２０を塗布する。次に、無酸素オーブンを用いて窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーＢ２を自己組織化させ、物理ガイドの側面に沿ってシリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。ここまでの工程は、図１（ａ）および（ｂ）と同一である。
【００６１】
次に、図４（ａ）に示すように、１回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板１３１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）１３２のパターンを形成した第３のレチクル１３０を用意する。第３のレチクル１３０上のパターンサイズはウエハ上のパターンサイズの４倍になっている。ウエハ上にレンズを介して第３のレチクル１３０を配置する。
【００６２】
また、図３（ａ）に示すように、第３のレチクル１３０の透光部（クォーツ基板１３１）を透過したＡｒＦ光で、自己組織化したブロックコポリマーＢ２を縮小投影露光する。第３のレチクル１３０の透光部（クォーツ基板１３１）に対応した露光領域５１を第３の領域、第３のレチクル１３０の遮光膜１３２に対応した未露光領域５２を第３の領域以外の領域という。第３の領域は周辺回路部のラインパターン以外の領域に対応する。こうして、第１のブロック相２１の主鎖を切断して分解させる。
【００６３】
イソプロピルアルコールで現像すると、図３（ｂ）に示すように、第３の領域で第１のブロック相２１のみが除去される。この結果、セル部の周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンおよび引き出し線に対応するパターンが残る。また、未露光領域５２（第３の領域以外の領域）に、周辺回路部に対応して第１のブロック相２１および第２のブロック相２２を含むパターンが残る。
【００６４】
次に、図４（ｂ）に示すように、２回目の縮小投影露光を行うために、クォーツ基板１４１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）１４２のパターンを形成した第４のレチクル１４０を用意する。第４のレチクル１４０上のパターンサイズは、ウエハ上のパターンサイズの４倍になっている。ウエハ上にレンズを介して第４のレチクル１４０を配置する。
【００６５】
また、図３（ｃ）に示すように、第４のレチクル１４０の透光部（クォーツ基板１４１）を透過したＡｒＦ光で、１回目の露光および現像を経たブロックコポリマーＢ２を縮小投影露光する。第４のレチクル１４０の透光部（クォーツ基板１４１）に対応した露光領域６１を第４の領域、第４のレチクル１４０の遮光膜１４２に対応した未露光領域６２を第４の領域以外の領域という。第４の領域は引き出し線のパターンを除去する領域に対応する。
【００６６】
ベーカーで加熱した後、ＴＭＡＨ水溶液で現像すると、図３（ｄ）に示すように、第４の領域で第２のブロック相２２が除去される。こうして、第４の領域以外の領域６２に、セル部の周期パターンと、周辺回路部の非周期パターンが残り、セル部と周辺回路部が引き出し線のパターンで接続される。このブロックコポリマーＢ２のパターンをマスクとして被加工膜をエッチングする。ブロックコポリマーＢ２のパターンを除去すると、所望の被加工膜パターンが得られる。
【００６７】
図３（ｃ）および（ｄ）からわかるように、引き出し線のパターンを形成するための第４のレチクル１４０の遮光膜１４２の幅は、２回目の露光時の未露光領域６２が１つの第２のブロック相２２の幅をカバーするが、隣接する第２のブロック相２２にかからないように設計される。すなわち、この領域の遮光膜１４２の幅は、未露光領域６２の幅が第１および第２のブロック相のピッチの０．５倍（ハーフピッチ）よりも大きく、第１および第２のブロック相のピッチの１．５倍よりも小さく、通常は第１および第２のブロック相のピッチと同程度に設定される。つまり、露光装置でパターニングされるラインパターンの幅の約半分の幅で、最終的な引き出し線を形成することができる。このことは、解像性能の低いより安価な露光装置を使用できること、およびパターン形成のためにダブルパターニングなどの付加プロセスも不要であることを意味し、コスト削減に有利である。
【００６８】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、種々の変形例を適用できる。
【００６９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の方法を用いるが、図１（ｃ）に対応する１回目の露光・現像において、図５に示す第５のレチクル１５０を用いて露光を行い、有機現像液（たとえばアニソール）を用いて現像することにより露光領域にブロックコポリマーＢ１を残す。第５のレチクル１５０は、クォーツ基板１５１上に形成される遮光膜１５２のパターンが、図２（ａ）の第１のレチクル１１０と反転している。したがって、遮光膜１５２のパターンからなる遮光部に対応した未露光領域が第１の領域、遮光膜１５２のパターンのないクォーツ基板１５１からなる透光部に対応した露光領域が第１の領域以外の領域となる。このように第３の実施形態ではブロックコポリマーＢ１をネガ型レジストとして用いる。
【００７０】
まず、図１（ａ）および（ｂ）と同様に、被加工膜１１上に図示しない物理ガイドを形成し、被加工膜１１上にブロックコポリマー２０を塗布する。次に、無酸素オーブンを用いて窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーＢ１を自己組織化させ、物理ガイドの側面に沿ってシリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。
【００７１】
第５のレチクル１５０の透光部（クォーツ基板１５１）を透過したＡｒＦ光で、自己組織化したブロックコポリマーＢ１を縮小投影露光する。
【００７２】
その後、ベーカーで加熱する。この結果、露光領域（第１の領域以外の領域）のブロックコポリマーＢ１は保護基が脱離して極性になって有機現像液に不溶となり、未露光領域（第１の領域）のブロックコポリマーＢ１は有機現像液に可溶なままである。アニソールで現像すると、図１（ｄ）に示すように、未露光領域（第１の領域）で第１のブロック相２１および第２のブロック相２２を含むブロックコポリマーＢ１全体が除去（トリミング）される。こうして、第１の領域以外の領域に所望の周期パターンと所望の非周期パターンを含むブロックコポリマーＢ１を残す。
【００７３】
その後、図１（ｅ）と同様に、第２のレチクル１２０の透光部（クォーツ基板１２１）を透過したＡｒＦ光で、１回目の露光および現像を経たブロックコポリマーＢ１を縮小投影露光する。こうして、第２の領域において第１のブロック相２１の主鎖を切断して分解させる。イソプロピルアルコールで現像すると、図１（ｆ）と同様に、セル部の周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、引き出し線に対応するパターン、および周辺回路部に対応するパターンが残る。なお、イソプロピルアルコールで現像する代わりに、真空中でエネルギー線を照射して第１のブロック相の分解生成物を気化させてもよい。
【００７４】
これにより、エッチングマスクとなるブロックコポリマーＢ１のパターンが形成される。このブロックコポリマーＢ１のパターンをマスクとして被加工膜をエッチングする。ブロックコポリマーＢ１のパターンを除去すると、所望の被加工膜パターンが得られる。
【００７５】
第３の実施形態で用いられる材料、リソグラフィー条件、照射エネルギー線は特に限定されない。１回目の露光でブロックコポリマー全体がネガ型レジストとして作用し、２回目の露光で第１のブロックの主鎖が切断され現像により除去されるような、ブロックコポリマーと現像液との組み合わせを用いればよい。
【００７６】
また、１回目の露光で第１のブロックおよび第２のブロックの両方を架橋させ、２回目の露光で第１のブロックのみが吸収をもち１回目の露光光よりも高エネルギーのエネルギー線を照射して第１のポリマーの主鎖を切断してもよい。
【００７７】
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、種々の変形例を適用できる。
【００７８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第２の実施形態と同様の方法を用いるが、図３（ｃ）に対応する２回目の露光・現像において、図５に示す第５のレチクル１５０を用いて露光を行い、有機現像液（たとえばアニソール）を用いて現像する。
【００７９】
まず、図３（ａ）と同様に、第３のレチクル１３０の透光部（クォーツ基板１３１）を透過したＡｒＦ光で、自己組織化したブロックコポリマーＢ２を縮小投影露光する。イソプロピルアルコールで現像すると、図３（ｂ）に示すように、セル部の周期的なラインアンドスペースパターン、引き出し線に対応するパターン、および周辺回路部に対応するパターンが残る。
【００８０】
次に、図５に示す第５のレチクル１５０の透光部（クォーツ基板１５１）を透過したＡｒＦ光で、１回目の露光および現像を経たブロックコポリマーＢ２を縮小投影露光する。ベーカーで加熱すると、露光領域の第２のブロックは保護基が脱離して極性になって有機現像液に不溶になり、未露光領域の第２のブロックは有機現像液に可溶のままである。アニソールで現像すると、図３（ｄ）と同様に、セル部の周期パターンと、周辺回路部の非周期パターンが残り、セル部と周辺回路部が引き出し線のパターンで接続される。このブロックコポリマーＢ２のパターンをマスクとして被加工膜をエッチングする。ブロックコポリマーＢ２のパターンを除去すると、所望の被加工膜パターンが得られる。
【００８１】
第４の実施形態で使用する材料も特に限定されないが、たとえばブロックコポリマーＢ２に添加する光酸発生剤として、１回目の露光では酸を発生させず、２回目の露光で酸を発生させるものを用いる。この場合、２回目の露光により酸が発生して第２のブロックがポリアクリル酸に変化して有機現像液に不溶となる。また、２回目の露光で発生した酸により架橋する材料を用いてもよい。
【００８２】
第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、種々の変形例を適用できる。
【００８３】
（第５の実施形態）
第５の実施形態においては、第１の実施形態〜第４の実施形態で説明したパターン形成方法により形成されるデバイスパターンの変形例について説明する。
【００８４】
第１の実施形態〜第４の実施形態では、エッチングマスクがラインパターンになっている。一方、被加工膜にトレンチ（溝）を形成し、トレンチ内にバリアメタルおよびシードＣｕをスパッタした後、めっきによりＣｕ配線を埋め込む場合、エッチングマスク間のスペースがラインパターンに対応する。
【００８５】
図６に、このような方法で形成されるデバイスパターンの例を示す。セル部ではＣｕ配線が埋め込まれるトレンチパターンが周期パターンになっている。周辺回路部は非周期パターンになっており、その線幅およびスペース幅がセル部の周期の２倍以上である。セル部の周期パターンは第１のブロックのみを除去することによって形成される。周辺回路部のパターンはブロックコポリマー全体を除去することによって形成される。
【００８６】
また、エッチングマスクがラインパターンとなっている場合でも、セル部と周辺回路部との接続は図１（ｆ）に示す例に限定されない。
【００８７】
図７に、セル部からの引き出し線をパッド１０５に接続するデバイスパターンの例を示す。この場合にはパッドが周辺回路部に相当する。
【００８８】
図８に、セル部、周辺回路部を、コンタクトホール（Ｃ／Ｈ）を介して異なるレベルにある配線と接続するデバイスパターンの例を示す。セル部と周辺回路部が異なるレベルの配線と接続されていても良い。図８に示したセル部および周辺回路部を被加工膜に転写した後、この上に図示しない絶縁層を堆積し、破線で示すコンタクトホールを開口し、上層の配線で接続する。
【００８９】
リソグラフィーで形成されるコンタクトホールの径は、セル部のハーフピッチより大きいことが多い。この場合、各引き出し線上のコンタクトホールが互いに重ならないように、複数の引き出し線の端部を斜めに配置される。このようなラインのパターンは、ブロックコポリマー全体を斜めにトリミングした後、セル部および引き出し線で第１のブロックのみを除去することによって形成される。この後、パターンに基づいて被加工膜を加工して金属からなるラインを形成し、絶縁膜を堆積してコンタクトホールを開口し、絶縁膜上の配線を形成しコンタクトホールを介してセル部と周辺回路部とを接続する。
【００９０】
図９を参照して、ブロックコポリマーの自己組織化を利用してコンタクトホールを形成する方法を説明する。図８と同様なパターンに基づいて金属からなるラインを形成し、絶縁膜を堆積した後、ブロックコポリマーを塗布する。このブロックコポリマーは、自己組織化させたときに、シリンダー状の第１のブロック相２１が膜面に垂直に配向するような条件で形成されている。窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させる。このとき、シリンダー状の第１のブロック相２１が膜面に垂直に配向し、ブロックコポリマー層の表面においてシリンダーの円形端面が２次元六方格子を形成して配列する。図９の破線で囲まれた領域を選択的に露光し、加熱した後、イソプロピルアルコールで現像すると、第１のブロック相２１のみが除去され、開口部が形成される。この開口部を通して下地の絶縁膜をエッチングすることによりコンタクトホールを形成できる。
【００９１】
なお、図９の破線で囲まれた領域以外のコンタクトホールを形成しない領域を露光して加熱し、その領域で第１のブロックを架橋させた後に現像して、破線で囲まれた領域の第１のブロック相２１のみを除去してもよい。
【００９２】
図９に示したように、第１のブロックからなるシリンダーは、ブロックコポリマー層の表面において円形端面が２次元六方格子を形成して配列するのが最も安定である。この場合、図８に示す金属からなるラインの先端を結ぶ直線が、ラインの方向に対して±６０°の角度をなすように、金属層を加工しておく。
【００９３】
ブロックコポリマーの自己組織化を利用してコンタクトホールを形成する場合、必ずしもコンタクトホール径がライン幅より大きくなるわけではない。この場合、図８に示したように各引き出し線の端部を斜めに形成する必要はない。
【００９４】
図１０に、各引き出し線の端部を横並びに形成し、各引き出し線の端部に対応してコンタクトホールを形成したパターンの例を示す。また、図１０では、周辺回路部に複数のコンタクトホールを設けている。これは、周辺回路部では電流値が高くなるため、複数のコンタクトホールを設けて抵抗を下げるためである。
【００９５】
図１１を参照して、ブロックコポリマーの自己組織化を利用して図１０に示したコンタクトホールを形成する方法を説明する。図１０に示したパターンに基づいて金属からなるラインを形成し、絶縁膜を堆積した後、ブロックコポリマーを塗布する。窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させる。シリンダー状の第１のブロック相２１が膜面に垂直に配向し、ブロックコポリマー層の表面においてシリンダーの円形端面が２次元六方格子を形成して配列する。図１１の破線で囲まれた領域を選択的に露光し、加熱した後、イソプロピルアルコールで現像すると、第１のブロック相２１のみが除去され、開口部が形成される。この開口部を通して下地の絶縁膜をエッチングすることによりコンタクトホールを形成できる。図１１では、周辺回路部に対応して複数個のシリンダーを含む三角形や長方形の領域で露光し、現像してシリンダーを除去して開口部を形成する。この開口部を通して下地の絶縁膜をエッチングすることによりトリプルホールやツインホールを形成する。
【００９６】
ここで、シリンダーを膜面に平行に配向させる場合と、膜面に垂直に配向させる場合の条件の違いについて述べる。
【００９７】
シリンダーを膜面に平行に配向させた場合、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを形成するためのエッチングマスクとして用いることができる。一方、シリンダーを膜面に垂直に配向させた場合、コンタクトホールパターン（除去されるポリマーがシリンダー、除去されるポリマーの体積分率は約３０％）またはドットパターン（除去されるポリマーがシリンダー以外のマトリックス、除去されるポリマーの体積分率は約７０％）を形成するためのエッチングマスクとして用いることができる。
【００９８】
シリンダーの配向が膜面に平行または垂直のいずれかは、物理ガイドまたはケミカルガイドを用いて配向させる場合にはガイドの表面エネルギー、電場や温度勾配で配向させる場合には電場や温度勾配の方向、およびブロックコポリマーの膜厚やアニール条件等に依存する。
【００９９】
ガイドの表面エネルギーを、ブロックコポリマーのマトリックスの表面エネルギーに近づけると、表面にマトリックスのポリマー層が形成され、シリンダーが膜面に平行に配向する。物理ガイド（ｇｒａｐｈｏｅｐｉｔａｘｙ）の場合には、ガイドパターンの側壁および底面の表面エネルギーを、マトリックスの表面エネルギーに近づけるようにする。ケミカルガイドの場合は、一方のポリマーをピニングする領域とそれ以外の領域で表面エネルギーを変える。具体的には、シリンダーをピニングする領域の表面エネルギーをシリンダーの表面エネルギーに近づけ、それ以外の領域の表面エネルギーをマトリックスの表面エネルギーに近づけるように調整する。このときケミカルガイドパターンの周期はブロックコポリマーの周期の整数倍にする。
【０１００】
ガイドの表面エネルギーを、２つのブロックの表面エネルギーの中間の値にすると、シリンダーが膜面に垂直に配向する。物理ガイド（ｇｒａｐｈｏｅｐｉｔａｘｙ）の場合には、ガイドパターンの底面の表面エネルギーを、２つのブロックの表面エネルギーの中間の間になるように調整する。ガイドパターンの側壁の表面エネルギーをマトリックスの表面エネルギーにあわせると、側壁にマトリックス層が１層形成された状態で配向する。側壁のエネルギーを２つのブロックの中間の値にすると、ガイドパターンの全領域で底面での周期性を保ちながらシリンダーが配向する。ケミカルガイドの場合には、一方のポリマーをピニングする領域とそれ以外の領域で表面エネルギーを変えるが、ピニング領域以外の領域の表面エネルギーを２つのブロックの表面エネルギーの中間の値になるようにし、ピニング領域の表面エネルギーを一方のブロックの表面エネルギーに近づけるように調整する。
【０１０１】
電場で配向させる場合には、電場をかける方向と平行にシリンダーが配向するので、シリンダーを膜面に平行に配向させる場合および垂直に配向させる場合に、それぞれ所定の方向に電場をかける。
【０１０２】
ブロックコポリマーの膜厚もシリンダーの配向にとって重要な要因である。シリンダーを膜面に平行に配向させる場合には、ブロックコポリマーの膜厚を自己組織化後の周期の半分程度にすることが好ましい。一方、シリンダーを膜面に垂直に配向させる場合には、ブロックコポリマーの膜厚を自己組織化後の周期の１．７倍程度にすることが好ましい。
【０１０３】
ブロックコポリマーを配向させる際に、偏光を照射しながらアニールすると偏光の方向により配向が変わる。また、アニール時の雰囲気、時間によっても、配向が変わる。
【０１０４】
次に、コンタクトホールやゲートなどを形成するために周期パターンの一部を除去する変形例について説明する。
【０１０５】
図１２に、２つのラインパターンの間に、上層と下層の配線層を接続するコンタクトホール１００を有するパターンの例を示す。この場合、コンタクトホール１００を貫通させる領域で最初にブロックコポリマー全体を除去し、その後に第１のブロック２１のみを除去してラインパターンを形成する。
【０１０６】
図１３に、１つのラインパターンの途中に、スペースを有するパターンの例を示す。スペース部にはゲートを形成することができる。図１３のパターンも、図１２のパターンと同様な方法で形成することができる。ただし、図１３におけるスペースをリソグラフィーによりパターニングすると、スペース幅は露光装置の性能に依存する。また、パターンサイズが小さくなって露光装置の解像限界に近くなると、光の回折によりライン端がラウンディングを起こし、スペース幅がマスク寸法より広くなるおそれがある。
【０１０７】
これを解決するための方法として、図１４（ａ）〜（ｄ）を参照して、ブロックコポリマーの自己組織化を利用して、１つのラインパターンの途中に、狭スペースを形成する方法を説明する。
【０１０８】
図１４（ａ）に示すように被加工膜１１の上にブロックコポリマー２０を塗布し、窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させ、シリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。図１４（ｂ）に示すように、第１のブロック相２１および第２のブロック相２２をシリンダーの長さ方向に直交する領域を露光し、現像してブロックコポリマー全体を除去することにより、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを形成する。図１４（ｃ）に示すように、クォーツ基板１６１上に遮光膜（またはハーフトーン膜）１６２のパターンを形成したレチクル１６０を用いて、透光部を通してスペース部を露光する。イソプロピルアルコールで現像してスペース部で第１のブロック相２１のみを除去すると、図１４（ｄ）に示すように１つのラインパターンの途中にスペースが形成される。
【０１０９】
この方法では、ラインパターンの途中のスペースを、ブロックコポリマーの一方のブロック相を除くことによって形成するため、露光装置を用いた場合のようにラインパターンのラウンディングおよびスペース幅の広がりを招くおそれがなく、狭スペースを形成することができる。
【０１１０】
ブロックコポリマーの自己組織化を利用して、さらに、ライン幅およびラインパターンの途中のスペース幅を狭く形成する方法を図１５（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。この方法は、ハードマスクへのパターンの転写を含む。
【０１１１】
図１５（ａ）に示すように、被加工膜１１の上にハードマスク１２を形成する。図１５（ｂ）に示すように、ハードマスク１２上にブロックコポリマー２０を塗布し、窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させ、シリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。図１５（ｃ）に示すように、第１のブロック相２１のパターンを含む領域を露光し、イソプロピルアルコールで現像して第１のブロック相２１のみを除去すると、第２のブロック相２２の間でハードマスク１２が露出した状態になる。図１５（ｄ）に示すように、第２のブロック相２２をマスクとして露出したハードマスク１２をエッチングした後、第２のブロック相２２を除去して、被加工膜１１とハードマスク１２とが交互に配列したパターンを形成する。
【０１１２】
次に、図１５（ｅ）に示すように、被加工膜１１およびハードマスク１２の上に再びブロックコポリマー２０を塗布し、窒素雰囲気下でアニールしてブロックコポリマーを自己組織化させ、シリンダー状の第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２を交互に配列させる。このとき、第１のブロック相２１およびシリンダー状の第２のブロック相２２の配列方向を、図１５（ｂ）における配列方向と直交する方向に設定する。これは、図１５（ｂ）と図１５（ｅ）とで、物理ガイドの方向を直交させることによって実現することができる。次いで、図１４（ｃ）で用いたのと同様に、スペース部において１つの第１のブロック相２１の幅より広く、隣接する第１のブロック相２１にかからない露光領域に対応する透光部をもつレチクルを用いて、透光部を通してスペース部を露光する。イソプロピルアルコールで現像してスペース部で第１のブロック相２１のみを除去すると、図１５（ｆ）に示すように１つのラインパターンの途中に開口部が形成され、ハードマスク１２の一部が露出する。残存している第１のブロック相２１および第２のブロック相２２をマスクとしてハードマスク１２をエッチングする。残存するブロックコポリマーのパターンを剥離すると、図１５（ｇ）に示すようにハードマスク１２のパターンが形成される。その後、ハードマスク１２をマスクとして被加工膜１１をエッチングした後、ハードマスク１２を剥離すると、所望の被加工膜１１のパターンが得られる。
【０１１３】
この方法では、自己組織化したブロックコポリマーのサイズをもつエッチングマスクを形成することにより、微細なラインとライン途中の狭スペースとを形成することができる。
【０１１４】
（第６の実施形態）
第６の実施形態においては、第１の実施形態で説明したように、一部の領域でブロックコポリマー全体を除去（トリミング）した後、他の領域で第１のブロック相を除去するパターン形成方法を実施するために用いられるレチクルのパターンデータの生成方法を説明する。デバイスパターンは、第１の実施形態で説明した図１（ｆ）と同様である。また、使用する露光装置は、ブロックコポリマーの一周期（１つの第１のブロック相２１および１つの第２のブロック相２２を含む）の幅に相当する解像度を有するが、半周期は解像しないものとする。
【０１１５】
図１６にレチクルのパターンデータ生成のためのフローチャートを示す。最初に、設計パターンデータが与えられる（Ｓ１１）。図１７に設計パターンデータの平面図を示す。これは図１（ｆ）に対応するパターンである。設計パターンは、周期パターンが並んでいるセル部(Ｃ)、セル部の周期よりも大きいスペース幅およびライン幅をもつ周辺回路部(Ｐ)、両者をつなぐ引き出し線(Ｗ)のパターンに対応するパターンを含む。
【０１１６】
設計パターンデータを、セル部、周辺回路部、引き出し線に分類する（Ｓ１２）。図１７では、セル部を一点鎖線、周辺回路部を破線、引き出し線を実線で囲んでいる。
【０１１７】
ブロックコポリマーをパターニングするには、セル部のラインおよび引き出し線のラインの上に第２のブロック相２２が形成されるように設計する。引き出し線のライン幅はセル部の半周期とほぼ同一である。
【０１１８】
設計パターンデータと整合が取れるようにブロックコポリマー（ＢＣＰ）の配置を割り付ける（Ｓ１３）。両者の間に矛盾がある場合には、設計パターンデータを修正し、矛盾がなくなるまでブロックコポリマーの配置割付と設計パターンデータの修正を繰り返す。
【０１１９】
以下、ブロックコポリマーの配置割付に基づいて、レチクルによる露光パターン（レチクルパターン）を生成させる。なお、ブロックコポリマーを配向させるためのガイドパターンも別途生成させるが、ガイドパターンの種類に依存するのでここでは説明しない。
【０１２０】
一部の領域でブロックコポリマー全体を除去（トリミング）するための、１回目の露光パターンを生成させる（Ｓ１４）。
【０１２１】
１回目の露光・現像により、セル部および周辺回路部のラインパターン部分を残すので、これらに対応する領域が遮光部となるようにデータを生成する。引き出し線では、ラインとなる第２のブロック相のみを残すが、隣接するラインの第２のブロック相からなる領域ではブロックコポリマー全体を除去する。ここで、露光装置はブロックコポリマーの半周期を解像できないので、データ上引き出し線に残すラインの幅を広げる。ブロックコポリマーが分子全体で除去される場合、理想的には、最終的なライン幅に対して両側でブロックコポリマーの１／４周期ずつ広げる。実際には、ブロックコポリマーの露光・現像特性や光学像に依存してブロックコポリマー分子が残存するか除去されるかが決まるので、不要なブロックコポリマー分子が除去され、残すべきブロックコポリマー分子が残ればよい。また、第１の実施形態で用いたブロックコポリマーのように１回目の露光の際に同時に第１のブロック相の主鎖切断が起こっている場合には、分子１個を除去するわけではない。このため、引き出し線に残すラインの幅は、最終的なライン幅に対して両側で半周期ずつ広げた幅を越えない範囲となる。
【０１２２】
上記のように、セル部、周辺回路部、幅を広げた引き出し線が１回目の未露光領域となるよう、レチクルパターンのデータを生成する（Ｓ１４）。図１８に、生成したレチクルパターンの平面図を示す。セル部を一点鎖線、周辺回路部を破線、引き出し線を実線で囲み、ハッチングで遮光部を示している。図１８のレチクルパターンは、図２（ａ）の第１のレチクル１１０に対応している。
【０１２３】
こうして生成されたレチクルパターンのデータに基づいて、電子ビーム描画装置またはレーザービーム描画装置のビーム照射位置が決定される。ビームを走査するか、またはビームを成形してクォーツ基板を動かすことにより、クォーツ基板上の遮光膜（またはハーフトーン膜）上に塗布されたレジストをパターニングする。このレジストパターンをマスクとして遮光膜（またはハーフトーン膜）を加工することにより、第１のレチクル１１０が作製される。
【０１２４】
次に、１回目のパターニングで形成される被加工膜上のブロックコポリマーのパターンデータを生成させる（Ｓ１５）。図１９に、生成したブロックコポリマーパターンの平面図を示す。
【０１２５】
図１７の設計パターンデータと図１９のブロックコポリマーパターンとを比較して、除去すべき第１のブロック相２１の領域を抽出する（Ｓ１６）。
【０１２６】
次いで、２回目の露光パターンを生成させる（Ｓ１７）。前記のステップで抽出された除去すべき領域に対応して、露光装置の解像度以上のパターンを生成する。このとき、第２のブロック２２は、露光・現像によって除去されないので、露光領域に含めてよい。一方、第１のブロック相２１を残す周辺回路部のライン部分は未露光領域とする。抽出された除去すべき領域を含み、かつこれらの条件を満たすように、レチクルパターンのデータを生成する。具体的には、周辺回路部のライン部分以外の領域に、除去すべき第１のブロック相領域を含むようにパターンを発生させる。このパターンを透光部（露光領域）とする。
【０１２７】
図２０に、生成したレチクルパターンの平面図を示す。遮光膜領域に対応する周辺回路部を破線で示している。図２０のレチクルパターンは、図２（ｂ）の第２のレチクル１２０に対応している。生成したレチクルパターンのデータに基づいて第２のレチクル１２０が作製される。
【０１２８】
上記のようにして作製された第１のレチクルおよび第２のレチクルを用い、第１の実施形態で説明した方法により、最終的には図１（ｆ）のようなブロックコポリマーのパターンが被加工膜１１上に形成される。
【０１２９】
上記の説明では、未露光領域を遮光膜としたが、ハーフトーン膜でもよい。
【０１３０】
上記の説明では、設計パターンデータと１回目のパターニング後の被加工膜上のブロックコポリマーのパターンデータとを比較して、２回目の露光・現像によって除去すべき第１のブロック相２１の領域を決定した。除去すべき第１のブロック相２１は、セル部と引き出し線を広げた部分として決定することもできるので、必ずしもデータを比較する必要はない。上記第６の実施形態では、引き出し線がある場合を説明した。しかし、引き出し線がない場合には、１回目の未露光領域（遮光部）はセル部と周辺回路部のライン部分となるようにパターンを発生させ、２回目の露光領域（透光部）は、周辺回路部のライン部分以外の領域に、セル部が含まれるパターンを発生させることになる。この場合にはＳ１５、Ｓ１６の工程は不要となる。
【０１３１】
上記の説明では、作成したレチクルパターンのデータに基づいてレチクルを作製し、作製されたレチクルを通して露光している。しかし、レチクルを使用せずに、直接ブロックコポリマーに露光することもできる。すなわち、作成したレチクルパターンのデータに基づいてビーム照射位置を決定し、ビームを走査するか、またはビームを成形してウエハを動かすことにより、ウエハ上のレジストを露光する。露光装置としては、レーザー描画装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム描画装置を用いることができる。
【０１３２】
第３の実施形態で説明したパターン形成方法では、１回目の露光での遮光部が透光部となるだけなので、図１６を参照して説明したレチクルのパターンデータの生成方法をそのまま適用できる。
【０１３３】
（第７の実施形態）
第７の実施形態においては、第２の実施形態で説明したように、一部の領域で第１のブロック相２１を除去した後、残った第２のブロック相２２のうち、不要な領域を除去するパターン形成方法を実施するために用いられるレチクルのパターンデータの生成方法を説明する。デバイスパターンは、第２の実施形態で説明した図３（ｄ）、したがって第１の実施形態で説明した図１（ｆ）と同様である。また、使用する露光装置は、ブロックコポリマーの一周期（１つの第１のブロック相および１つの第２のブロック相を含む）の幅に相当する解像度を有するものとする。
【０１３４】
図２１にレチクルのパターンデータ生成のためのフローチャートを示す。第６の実施形態と同様に、最初に、設計パターンデータが与えられる（Ｓ２１）。設計パターンデータの平面図は図１７と同じであり、図３（ｄ）および図１（ｆ）に対応するパターンである。設計パターンデータを、セル部、周辺回路部、引き出し線に分類する（Ｓ２２）。設計パターンデータと整合が取れるようにブロックコポリマー（ＢＣＰ）の配置を割り付ける（Ｓ２３）。両者の間に矛盾がある場合には、設計パターンデータを修正し、矛盾がなくなるまでブロックコポリマーの配置割付と設計パターンデータの修正を繰り返す。
【０１３５】
一部の領域で第１のブロック相２１を除去するための、１回目の露光パターンを生成させる（Ｓ２４）。このとき、第２のブロック相は露光されてもよい。したがって、１回目の露光パターンは、周辺回路部のライン部分が遮光部となるレチクルパターンである。このレチクルパターンは、図４（ａ）の第３のレチクル１３０に対応している。こうして生成されたレチクルパターンのデータに基づいて、第３のレチクル１３０が作製される。
【０１３６】
次に、１回目のパターニングで形成される被加工膜上のブロックコポリマーのパターンデータを生成させる（Ｓ２５）。このデータは、図３（ｂ）のブロックコポリマーのパターンに対応する。
【０１３７】
図１７の設計パターンデータと、１回目のパターニング後の被加工膜上のブロックコポリマーパターンとを比較して、除去すべき第２のブロック相２２の領域を抽出し、残すべき引き出し線を抽出する（Ｓ２６）。
【０１３８】
次いで、２回目の露光パターンを生成させる（Ｓ２７）。引き出し線では、ラインとなる第２のブロック相２２を残すが、これと隣接する第２のブロック相２２からなるラインを除去する。ここで、露光装置はブロックコポリマーの半周期を解像できないので、引き出し線を形成するための遮光膜の幅を、最終的な引き出し線のライン幅に対して両側で半周期ずつを越えない範囲まで広げる。２回目の露光パターンは、セル部、周辺回路部のライン部分、幅を広げた引き出し線からなるパターンを発生する。発生されたパターンは遮光部（未露光部）となる。このレチクルパターンは、図４（ｂ）の第４のレチクル１４０に対応している。こうして生成されたレチクルパターンのデータに基づいて、第４のレチクル１４０が作製される。
【０１３９】
上記のようにして作製された第３のレチクルおよび第４のレチクルを用い、第２の実施形態で説明した方法により、最終的には図３（ｄ）のようなブロックコポリマーのパターンが被加工膜１１上に形成される。
【０１４０】
上記の説明では、未露光領域を遮光膜としたが、ハーフトーン膜でもよい。
【０１４１】
上記の説明では、設計パターンデータと１回目のパターニング後の被加工膜上のブロックコポリマーのパターンデータとを比較して、２回目の露光・現像によって除去すべき第２のブロック相２２の領域を決定した。除去すべき第２のブロック相２２は、引き出し線の不要な領域でとして決定することもできるので、必ずしもデータを比較する必要はない。
【０１４２】
上記第７の実施形態では、引き出し線がある場合を説明した。しかし、引き出し線がない場合には、１回目の未露光領域（遮光部）は周辺回路部のライン部分となるようにパターンを発生させ、２回目の未露光領域（遮光部）は、周辺回路部のライン部分、セル部となるパターンを発生させることになる。この場合にはＳ１５、Ｓ１６の工程は不要となる。
【０１４３】
上の説明では、作成したレチクルパターンのデータに基づいてレチクルを作製し、作製されたレチクルを通して露光している。しかし、レチクルを使用せずに、直接ブロックコポリマーに露光することもできる。すなわち、作成したレチクルパターンのデータに基づいてビーム照射位置を決定し、ビームを走査するか、またはビームを成形してウエハを動かすことにより、ウエハ上のレジストを露光する。露光装置としては、レーザー描画装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム描画装置を用いることができる。
【０１４４】
第４の実施形態で説明したパターン形成方法では、２回目の露光での遮光部が透光部となるだけなので、図２１を参照して説明したレチクルのパターンデータの生成方法をそのまま適用できる。
【０１４５】
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】
【０１４６】
１１…被加工膜、１２…ハードマスク、２０…ブロックコポリマー、２１…第１のブロック相、２２…第２のブロック相、３１、４１、５１、６１…露光領域、３２、４２、５２、６２…未露光領域、１００…コンタクトホール、１０５…パッド、１１０…第１のレチクル、１２０…第２のレチクル、１３０…第３のレチクル、１４０…第４のレチクル、１５０…第５のレチクル、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１…クォーツ基板、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２…遮光膜。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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