(57)【要約】【課題】寸法ばらつきが抑制されたパターン形成方法を提供する。【解決手段】一実施形態によれば、パターンは、第１の膜の上に第１のパターンを形成し、第１および第２のブロック鎖を有するブロックコポリマ層を前記第１のパターン上に形成し、第２のパターンを形成する工程と、該第２のパターン上に第２の膜を成膜し、前記第２のパターンが露出するまで前記第２の膜を選択的に除去し、第３のパターンを形成し、前記第３のパターンをマスクとして前記第１の膜を加工することにより形成される。前記第２のパターンは、前記ブロックコポリマ層をミクロ相分離させ、前記第１または第２のブロック鎖を除去することにより形成される。前記第２の膜は、前記第１および第２のパターンとの加工選択比が取れる材料を塗布することにより成膜される。前記第３のパターンは、前記第２の膜をマスクとして前記第２のパターンおよび前記第１のパターンを選択的に除去することにより形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜の上に第１の材料で第１のパターンを形成する工程と、
前記第１のパターン上に、第１および第２のブロック鎖を含むブロックコポリマ層を形成する工程と、
前記ブロックコポリマ層をミクロ相分離させ、前記第１または第２のブロック鎖を除去することにより、第２のパターンを形成する工程と、
前記第１および第２のパターンとの加工選択比が取れる第２の材料を塗布することにより前記第２のパターンを覆う第２の膜を成膜する工程と、
前記第２のパターンが露出するまで前記第２の膜を選択的に除去する工程と、
前記第２の膜をマスクとして前記第１のパターンを選択的に除去するとともに前記第２の膜をマスクとして前記第２のパターンを除去することにより、前記第１のパターンと前記第１のパターン上の前記第２の膜とを有する第１の部分と、前記第１の膜の上に設けられ、前記第１の部分の前記第２の膜よりも前記第１のパターンの厚さだけ膜厚が厚い前記第２の膜を有する第２の部分と、を含む第３のパターンを形成する工程と、  
前記第３のパターンをマスクとして前記第１の膜を加工する工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の材料は、前記第１および第２のブロック鎖のいずれにも親和性を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２の材料は、シリコン含有樹脂および金属含有樹脂から選択されることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記金属含有樹脂は、シルセスキオキサンであ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】
前記第１または第２のブロック鎖は、ウェットエッチングおよびドライエッチングの少なくともいずれかにより除去されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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】
微細化が進展する半導体装置の製造において、ナノメータレベルの加工サイズが要求され、これに応えるため光リソグラフィに代わる新たな技術が求められている。
【０００３】
このような技術の一つに、自己組織化リソグラフィが注目されている。自己組織化リソグラフィとは、ナノメータオーダの規則構造を形成するブロックコポリマを被加工膜上に塗布した後に相分離を行い、一方のブロック鎖を除去し、他方のブロック鎖をマスクに被加工膜を加工し微細パターンを形成する方法である。
【０００４】
自然の規則パターンの方向性を制御する方法として光リソグラフィにより被加工膜上にガイドパターンを形成し、このガイドパターン上にブロックコポリマを塗布することで自然現象のパターンに人為的秩序を付与するＤＳＡ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）技術が開発されている。
【０００５】
しかしながら、被加工膜の加工の際、ガイドパターンの厚さの分だけ寸法ばらつきが生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５００９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、寸法ばらつきが抑制された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】
【０００８】
一実施形態のパターン形成方法は、第１の膜上に第１のパターンを形成する工程と、前記第１のパターン上に、第２のパターンを形成する工程と、第２の膜を成膜する工程と、第３のパターンを形成する工程と、前記第３のパターンをマスクとして前記第１の膜を加工する工程と、を持つ。前記第２のパターンは、前記第１のパターン上に第１および第２のブロック鎖を含むブロックコポリマ層を形成した後にミクロ相分離させ、前記第１または第２のブロック鎖を除去することにより形成される。前記第２の膜は、前記第１および第２のパターンとの加工選択比が取れる第２の材料を塗布して前記第２のパターンを覆うことにより成膜される。前記第３のパターンは、前記第２のパターンが露出するまで前記第２の膜を選択的に除去した後に前記第２の膜をマスクとして前記第１のパターンを選択的に除去するとともに前記第２の膜をマスクとして前記第２のパターンを除去することにより形成される。前記第３のパターンは、前記第１のパターンと前記第１のパターン上の前記第２の膜とを有する第１の部分と、前記第１の膜の上に設けられ、前記第１の部分の前記第２の膜よりも前記第１のパターンの厚さだけ膜厚が厚い前記第２の膜を有する第２の部分と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図２】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図３】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図４】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図５】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図６】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図７】実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図。
【図８】被加工膜の種類に応じて使用可能な薬液およびガスの例を示す表の一例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、添付の図面は、それぞれ発明の説明とその理解を促すためのものであり、各図における形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある点に留意されたい。
【００１１】
本願明細書において、「積層」は、互いに接して重ねられる場合の他、間に他の層が介挿されて重ねられる場合をも含む。また、「上に設けられる」とは、直接接して設けられる場合の他、間に他の層が介挿されて設けられる場合をも含む。さらに、説明中の上下等の方向を示す用語は、後述する基板の被加工膜形成面側を上とした場合の相対的な方向を指し示す。そのため、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。
【００１２】
図１乃至図７は、実施の一形態によるパターン形成方法を説明するための略示部分断面図である。  
まず、図１に示すように、基板Ｓ上に設けられた被加工膜２上にガイドパターン１０を形成する。
【００１３】
基板Ｓは、半導体基板の他、ガラス基板でもセラミック基板でもよい。被加工膜２として、本実施形態では例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成されたハードマスクが使用される。被加工膜２の種類は特に酸化シリコン（ＳｉＯ２）に限られるものではなく、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）やＳｉ、金属または有機物でもよい（図８参照）。
【００１４】
本実施形態において、幅Ｗ１のパターンがＷ１の間隔で基板Ｓの表面に平行な方向に反復形成されるライン・アンド・スペースパターンを狙いのマスクパターンとすると（図６参照）、ガイドパターン１０は、幅Ｗ２（＝Ｗ１×３）のパターンがＷ１の間隔で狙いのマスクパターンと同様の方向に反復形成されたライン・アンド・スペースパターンとなる。
【００１５】
ガイドパターン１０は、本実施形態において例えば第１のパターンに対応し、後述する第１および第２のブロック鎖ＢＣ１，ＢＣ２の両方に親和性を有する材料で形成される。このようなブロック鎖ＢＣ１，ＢＣ２の両方に親和性を有する材料は、本実施形態において例えば第１の材料に対応する。
【００１６】
次に、ガイドパターン１０上に第１および第２のブロック鎖を有するブロックコポリマを塗布した後、ミクロ相分離の構造を形成する。
【００１７】
より具体的には、ブロックコポリマとして例えばポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）との共重合体を使用した場合、図２の積層体を例えば約２００度のホットプレート上で約１分間加熱する。これにより、ブロックコポリマがミクロ相分離し、第１ブロック鎖を有する第１ボリマ部ＢＣ１と第２ブロック鎖を有する第２ボリマ部ＢＣ２とを含む自己組織化パターン２０が形成される。
【００１８】
例えばポリスチレン（ＰＳ）を第１ブロック鎖、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を第２ブロック鎖と仮定した場合、例えばＰＳを含む第１ボリマ部ＢＣ１は、ガイドパターン１０の凹部領域１１と凸部の中央領域１２とに形成され、例えばＰＭＭＡを含む第２ボリマ部ＢＣ２は、ガイドパターン１０の凸部の中央領域１２を間に挟む端部領域１４に形成される。
【００１９】
なお、上記説明ではポリスチレン（ＰＳ）を第１ブロック鎖、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を第２ブロック鎖と仮定したが、第１および第２の番号はこれらのブロック鎖間で互いに相対的なものであるため、例えばポリスチレン（ＰＳ）を第２ブロック鎖、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を第１ブロック鎖と特定することもできる。
【００２０】
使用可能なブロックコポリマとしては上述のＰＳ−ＰＭＭＡに限るものでは決して無く、例えば、ポリブタジエン−ポリジメチルシロキサンポリブタジエン−４−ビニルピリジン、ポリブタジエン−メチルメタクリレート、ポリブタジエン−ポリ −ｔ−ブチルメタクリレート、ポリブタジエン−ｔ−ブチルアクリレート、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリ−４−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリメチルメタクリレート、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−４−ビニルピリジン、ポリイソプレンーポリー２−ビニルピリジン、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリスチレン、ポリメチルアクリレート−ポリスチレン、ポリブタジエンーポリスチレン、ポリスチレン−ポリ−２−ビニルピリジン、ポリスチレン−ポリ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ポリブタジエン−ポリアクリル酸ナトリウム、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシド、ポリ−ｔ−ブチルメタクリレート−ポリエチレンオキシド、ポリスチレン−ポリアクリル酸、ポリスチレン−ポリメタクリル酸、ポリスチレン−ポリエチレンオキシド、ポリスチレン−ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン−ポリイソプレン、ポリスチレン−ポリ−４−ビニルピリジン、および、ポリメチルメタクリレート−ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン含有ポリメタクリレートなどを挙げることができる。
【００２１】
次いで、第２ブロック鎖を有する第２ボリマ部ＢＣ２をエッチングにより除去することにより、図３に示すように、ガイドパターン１０およびガイドパターン１０上の第１ボリマ部ＢＣ１で構成されるパターン２４の積層体を形成する。エッチングは薬液を用いたウェット系のエッチングの他、ガスを用いたドライ系のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）でもよい。被加工膜２の上述した種類毎に使用可能な薬液およびガスの例を図８の表に示した。本実施形態においてパターン２４は例えば第２のパターンに対応する。
【００２２】
次に、図４に示すように、ガイドパターン１０およびパターン２４との間で加工選択比が取れる材料３０を、パターン２４を覆うように塗布する。材料３０としては、例えばシルセスキオキサン樹脂の他、シリコン（Ｓｉ）を含有するレジスト材料や、金属、例えばチタン（Ｔｉ）を含有するレジスト材料などを挙げることができる。
【００２３】
さらに、図５に示すように、パターン２４の上面が露出するまで材料３０をＲＩＥにより除去する。
【００２４】
続いて、材料３０をマスクとしてＲＩＥを実行することにより、パターン２４を除去するとともに、パターン２４の直下にあるガイドパターン１０を選択的に除去する。
【００２５】
これにより、図６に示すように、残余のパターン１０とその上の材料３０との積層体部分Ｐ１と、パターン１０を間に介することなく被加工膜２上に位置する部分Ｐ２とで構成され、パターン２４に対して凹凸が反転した形状のパターン４０が形成される。部分Ｐ２における材料３０の厚さは、積層体部分Ｐ１の材料３０の厚さよりもパターン１０の厚さの分だけ厚い。本実施形態においてパターン４０は例えば第３のパターンに対応する。
【００２６】
さらに、図７に示すように、パターン４０をマスクとして被加工膜２を加工すれば、ガイドパターン１０の厚さの影響による寸法ばらつきが抑制されたパターン４が形成される。
【００２７】
最後に、パターン４をマスクとして基板Ｓを加工した後にパターン４を除去すれば、パターン４と同様に寸法ばらつきが抑制されたパターンが基板Ｓの表面層に形成される。
【００２８】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のパターン形成方法によれば、ガイドパターン１０およびパターン２４との間で加工選択比が取れる材料を用いてパターン２４に対して凹凸が反転した形状のパターン４０を形成するので、寸法ばらつきが抑制されたパターンを形成することが可能となる。
【００２９】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００３０】
２…ハードマスク、１０…ガイドパターン、２４…（第２の）パターン、３０…（第２の）材料、４０…反転パターン、ＢＣ１…第１ボリマ部、ＢＣ２…第２ボリマ部。
【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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