(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的にパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】パターン形成方法は、ピニング部１６を含む第１及び第２のガイド部２１、２２と中性化部１８とを含むベース構造３０を形成することと、ベース構造上に第１及び第２のポリマーを含むブロックコポリマー膜４０を形成することと、ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して、第１のポリマーで形成された第１及び第２のパターン部５１、５２と、第２のポリマーで形成された第３及び第４のパターン部５３、５４と、第１及び第２のポリマーで形成された第５のパターン部５５とを形成することと、を備える。第５のパターン部は、第２のポリマーで形成された複数の第１の部分５５ａと、第１のポリマーで形成され且つ中性化部上及び第１の部分上に設けられた第２の部分とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地領域上に、第１のポリマーに対して第２のポリマーよりも高い親和性を有するピニング部を含み且つ第１の方向に延伸した第１及び第２のガイド部と、前記第１及び第２のガイド部間に位置し且つ前記第１及び第２のポリマーに対して親和性を有する中性化部とを含むベース構造を形成することと、
前記ベース構造上に前記第１及び第２のポリマーを含むブロックコポリマー膜を形成することと、
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して、前記第１及び第２のガイド部上に前記第１のポリマーで形成された第１及び第２のパターン部を形成し、前記中性化部上に前記第２のポリマーで形成された第３及び第４のパターン部を形成し、前記第３及び第４のパターン部間に前記第１及び第２のポリマーで形成された第５のパターン部を形成することであって、前記第５のパターン部は、前記第２のポリマーで形成された複数の第１の部分と、前記第１のポリマーで形成され且つ前記中性化部上及び前記第１の部分上に設けられた第２の部分とを含むことと、
前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、第１及び第２の溝パターン及び複数の第１のホールパターンを形成することと、
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第５のパターン部の第１の部分は、前記第１の方向に周期的に配列されている
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１のホールパターンは、前記第１の方向に周期的に配列されている
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４】
前記第１及び第２のガイド部は、同じ幅を有している
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５】
前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部は、前記第１及び第２のガイド部の幅、前記第１及び第２のガイド部間のピッチ、前記第１のポリマーの１分子及び前記第２のポリマーの１分子が結合したブロックコポリマーの１単位の長さ、前記第１及び第２のガイド部の厚さ、前記第１及び第２のガイド部の側面の角度、前記ブロックコポリマー膜の厚さ、前記中性化部の水接触角、前記第１及び第２のガイド部のピニング部の水接触角、前記所定の処理の条件、及び前記ブロックコポリマー膜中への添加剤の添加の少なくとも１つを制御することで形成される
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６】
前記第１、第３、第５、第４及び第２のパターン部は、前記第１の方向に垂直な第２の方向に当該順序で配置されており、
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部を形成することは、前記中性化部上であって且つ前記第２及び第４のパターン部間に前記第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に延伸した第６のパターン部を形成することと、前記中性化部上であって且つ第４及び第６のパターン部間に前記第１及び第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に延伸した第７のパターン部を形成することとを含み、前記第７のパターン部は、前記第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に配列された複数の第３の部分と、前記第１のポリマーで形成され且つ前記中性化部上及び前記第３の部分上に設けられた第４の部分とを含み、
前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、前記第１及び第２の溝パターン及び前記複数の第１のホールパターンを形成することは、前記第７のパターン部の第４の部分を除去して前記第１の方向に配列された複数の第２のホールパターンを形成することを含む
ことを特徴とする請求項１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】
半導体装置のリソグラフィ技術として、ＤＳＡ（Directed Self-Assembly）を用いた方法が提案されている。ＤＳＡ技術を用いることで、微細なパターンを形成することが可能である。
【０００３】
しかしながら、ＤＳＡ技術を用いた従来の方法では、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンのみ或いはホールパターンのみといったように、１回のＤＳＡによって１種類のパターンが形成されるだけであった。そのため、効率的にパターンを形成することが困難であった。
【０００４】
したがって、効率的にパターンを形成することが可能なパターン形成方法が望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Liu et al., J. Vac. Sci. Technol. B 29 (6) 1071 (2011)
【非特許文献２】M. Mueller, Phys. Chem. Chem. Phys. 11 p2087-2097 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
効率的にパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るパターン形成方法は、下地領域上に、第１のポリマーに対して第２のポリマーよりも高い親和性を有するピニング部を含み且つ第１の方向に延伸した第１及び第２のガイド部と、前記第１及び第２のガイド部間に位置し且つ前記第１及び第２のポリマーに対して親和性を有する中性化部とを含むベース構造を形成することと、前記ベース構造上に前記第１及び第２のポリマーを含むブロックコポリマー膜を形成することと、前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して、前記第１及び第２のガイド部上に前記第１のポリマーで形成された第１及び第２のパターン部を形成し、前記中性化部上に前記第２のポリマーで形成された第３及び第４のパターン部を形成し、前記第３及び第４のパターン部間に前記第１及び第２のポリマーで形成された第５のパターン部を形成することであって、前記第５のパターン部は、前記第２のポリマーで形成された複数の第１の部分と、前記第１のポリマーで形成され且つ前記中性化部上及び前記第１の部分上に設けられた第２の部分とを含むことと、前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、第１及び第２の溝パターン及び複数の第１のホールパターンを形成することと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、実施形態に係るパターン形成方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図２】（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ、実施形態に係るパターン形成方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図３】（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）はそれぞれ、実施形態に係るパターン形成方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図４】実施形態に係るパターン形成方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図５】実施形態に係るパターン形成方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図６】ＰＭＭＡとＰＳとの一般的な結合状態を模式的に示した図である。
【図７】中性化部の水接触角を変えたときのパターンを示したＳＥＭ写真である。
【図８】熱処理条件を変えたときのパターンを示したＳＥＭ写真である。
【図９】実施形態に係り、ＰＭＭＡに対する中性化部の親和性を高くしたときの相分離パターンの状態の一例を模式的に示した図である。
【図１０】実施形態の第１の変更例を模式的に示した平面図である。
【図１１】実施形態の第２の変更例を模式的に示した平面図である。
【図１２】実施形態の第３の変更例を模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の実施形態で示した方法は、半導体装置（半導体集積回路装置）の製造方法に適用可能である。
【００１０】
図１（ａ）〜図３（ｉ）は、実施形態に係るパターン形成方法を模式的に示した断面図である。以下、図１（ａ）〜図３（ｉ）を参照して、本実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板及びトランジスタ等を含む構造１１上に、被加工膜として厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成する。続いて、シリコン酸化膜１２上に、ハードマスク及び反射防止膜として機能する厚さ１５０ｎｍのＳＯＣ（spin on carbon）膜１３及び厚さ３５ｎｍのＳＯＧ（spin on glass）膜１４を形成する。これにより、上述した構造１１、シリコン酸化膜１２、ＳＯＣ膜１３及びＳＯＧ膜１４を含む下地領域１０が得られる。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、下地領域１０上に、ポジ型のレジストパターン１５を形成する。具体的には、まず、ＳＯＧ膜１４上に、スピンコートによって厚さ１００ｎｍのポジ型のフォトレジスト膜１５を形成する。続いて、ＡｒＦエキシマレーザを用い、液浸露光によってフォトレジスト膜１５を露光する（露光量１５ｍＪ／ｃｍ2 ）。さらに、ＴＭＡＨ現像液を用いて現像を行う。このようにして形成されたレジストパターン１５により、所望のライン幅及びスペース幅を有するラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）が得られる。レジストパターン１５は、紙面に垂直な方向（第１の方向）に延伸している。
【００１３】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１５をスリミングする。具体的には、酸素ガス（Ｏ2 ガス）を用いてＲＩＥ（reactive ion etching）を行い、スリミングされたレジストパターン１５ｓを形成する。
【００１４】
次に、図２（ｄ）に示すように、スリミングされたレジストパターン１５ｓをマスクとして用いてＳＯＧ膜１４をエッチングし、ＳＯＧ膜１４を薄くする。具体的には、ＣＦ系ガスを用いたＲＩＥによってＳＯＧ膜１４をエッチングする。エッチング量（エッチング深さ）は５ｎｍ程度とする。ＳＯＧ膜１４をエッチングすることによって、シリコンを含有するエッチング生成物が生成され、エッチング生成物がスリミングされたレジストパターン１５ｓの表面に堆積する。その結果、スリミングされたレジストパターン１５ｓの表面に、後述するＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate、第１のポリマー）に対してＰＳ（polystyrene、第２のポリマー）よりも高い親和性を有するピニング部１６が形成される。このピニング部１６は、後続する工程で用いる有機溶剤に不溶である。
【００１５】
次に、図２（ｅ）に示すように、エッチングによって薄くされたＳＯＧ膜１４上に、Ｐ（Ｓ−ｒ−ＭＭＡ）−ＯＨ（hydroxy terminated poly(styrene-random-methyl methacrylate)膜１７を塗布する。続いて、Ｐ（Ｓ−ｒ−ＭＭＡ）−ＯＨ膜１７を加熱して、ＳＯＧ膜１４と反応させる。
【００１６】
次に、図２（ｆ）に示すように、Ｐ（Ｓ−ｒ−ＭＭＡ）−ＯＨ膜１７の未反応部分をＰＧＭＥＡシンナーによって除去する。これにより、ＳＯＧ膜１４上に、ＰＭＭＡ（第１のポリマー）及びＰＳ（第２のポリマー）に対して親和性を有する中性化膜（中性化部）１８が形成される。すなわち、スリミングされたレジストパターン１５ｓで覆われていない下地領域１０上に中性化膜１８が形成される。中性化膜１８の厚さは３ｎｍ程度である。中性化膜１８は、ＰＭＭＡの成分及びＰＳの成分を含んでいる。そのため、中性化膜１８の水接触角は、ＰＭＭＡの水接触角とＰＳの水接触角との中間である。したがって、ＰＭＭＡ及びＰＳはいずれも、中性化膜に対して親和性を有している。
【００１７】
以上のようにして、下地領域１０上に、ピニング部１６を含み且つ第１の方向（紙面に垂直な方向）に延伸した複数のガイド部（第１のガイド部２１、第２のガイド部２２）と、隣接するガイド部（第１のガイド部２１、第２のガイド部２２）間に位置する中性化部１８とを含むベース構造３０が形成される。第１のガイド部２１と第２のガイド部２２とは同じ幅を有している。また、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２は、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２上にＰＭＭＡを優先的に配置させるためのケミカルガイドとして機能する。
【００１８】
次に、図３（ｇ）に示すように、ベース構造３０上（第１のガイド部２１、第２のガイド部２２及び中性化膜１８上）に、ＰＭＭＡ及びＰＳを含むブロックコポリマー膜４０を形成する。具体的には、ブロックコポリマーとして、ラメラＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ（ＰＭＭＡとＰＳとの体積組成比が１：１）をＰＧＭＥＡ溶液によって１．０ｗｔ％の濃度に調整する。このように調整された溶液を、１５００ｒｐｍで回転させてベース構造３０上に塗布する。
【００１９】
次に、図３（ｈ）に示すように、ブロックコポリマー膜４０に対して、所定の処理として熱処理を施す。具体的には、まず、１１０℃で６０秒間のベーク処理を行う。さらに、窒素ガス（Ｎ2 ガス）雰囲気下において、２９０℃で３０分間のアニール処理を行う。このような処理により、ブロックコポリマー膜４０に対してミクロ相分離が行われる。このミクロ相分離では、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２のピニング部１６上にＰＭＭＡが偏析する。その結果、第１のガイド部２１、第２のガイド部２２及び中性化膜１８上に、相分離パターン５０が形成される。
【００２０】
図４は、図３（ｈ）に対応する構成を模式的に示した平面図である。図４のＸ−Ｘ線に沿った断面が図３（ｈ）に対応する。
【００２１】
図３（ｈ）及び図４に示すように、相分離パターン５０は、第１のパターン部５１、第２のパターン部５２、第３のパターン部５３、第４のパターン部５４、第５のパターン部５５、第６のパターン部５６及び第７のパターン部５７を含んでいる。具体的には、第１のパターン部５１及び第２のパターン部５２間に第３のパターン部５３及び第４のパターン部５４が形成され、第３のパターン部５３及び第４のパターン部５４間に第５のパターン部５５が形成され、第２のパターン部５２及び第４のパターン部５４間に第６のパターン部５６が形成され、第４のパターン部５４及び第６のパターン部５６間に第７のパターン部５７が形成される。これらのパターン部は、第１の方向に垂直な第２の方向に繰り返し配置されている。
【００２２】
第１のパターン部５１及び第２のパターン部５２はそれぞれ、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２上に形成される。第１のパターン部５１及び第２のパターン部５２は、ＰＭＭＡで形成され、第１の方向に延伸している。
【００２３】
第３のパターン部５３、第４のパターン部５４及び第６のパターン部５６は、実質的に等価なパターンであり、中性化部１８上に形成される。第３のパターン部５３、第４のパターン部５４及び第６のパターン部５６は、ＰＳで形成され、第１の方向に延伸している。
【００２４】
第５のパターン部５５は、中性化部１８上であって且つ第３のパターン部５３及び第４のパターン部５４間に形成される。第５のパターン部５５は、第１の方向に延伸しており、ＰＳで形成された複数の第１の部分５５ａ及びＰＭＭＡで形成された第２の部分５５ｂを含んでいる。複数の第１の部分５５ａは、中性化部１８上に形成され、第１の方向に配列される。第２の部分５５ｂは、中性化部１８上及び第１の部分５５ａ上に連続的に形成される。また、複数の第１の部分５５ａは、第１の方向に周期的に配列されている。
【００２５】
第７のパターン部５７は、中性化部１８上であって且つ第４のパターン部５４及び第６のパターン部５６間に形成される。第７のパターン部５７は、第１の方向に延伸しており、ＰＳで形成された複数の第３の部分５７ａ及びＰＭＭＡで形成された第４の部分５７ｂを含んでいる。複数の第３の部分５７ａは、中性化部１８上に形成され、第１の方向に配列される。第４の部分５７ｂは、中性化部１８上及び第３の部分５７ａ上に連続的に形成される。また、複数の第３の部分５７ａは、第１の方向に周期的に配列されている。
【００２６】
第５のパターン部５５及び第７のパターン部５７は、実質的に等価なパターンであり、第１の方向に垂直な第２の方向から見て、第５のパターン部５５の第１の部分５５ａ及び第７のパターン部５７の第３の部分５７ａは交互に配置されている。すなわち、第５のパターン部５５の第１の部分５５ａ及び第７のパターン部５７の第３の部分５７ａは、第１〜第７のパターンの延伸方向（第１の方向）に対して斜め方向に配置されている。
【００２７】
次に、図３（ｉ）に示すように、第１のパターン部５１、第２のパターン部５２、第５のパターン部５５の第２の部分５５ｂ、及び第７のパターン部５７の第４の部分５７ｂを除去する。すなわち、ＰＭＭＡの露出部分を除去する。具体的には、酸素ガス（Ｏ2 ガス）を用いたＲＩＥによってＰＭＭＡの露出部分を除去する。このとき、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２と、中性化部１８の一部も除去される。これにより、第１の方向に延伸した第１の溝パターン６１及び第２の溝パターン６２、並びに第１の方向に配列された複数の第１のホールパターン６３及び複数の第２のホールパターン６４が形成される。第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４の底部には、下地領域１０に含まれるＳＯＧ膜１４が露出する。
【００２８】
図５は、図３（ｉ）に対応する構成を模式的に示した平面図である。図５のＸ−Ｘ線に沿った断面が図３（ｉ）に対応する。
【００２９】
図３（ｉ）及び図５に示すように、第１の溝パターン６１は、第１のパターン部５１及び第１のガイド部２１を除去することによって形成される。第２の溝パターン６２は、第２のパターン部５２及び第２のガイド部２２を除去することによって形成される。複数の第１のホールパターン６３は、第５のパターン部５５の第２の部分５５ｂを除去することによって形成される。複数の第２のホールパターン６４は、第７のパターン部５７の第４の部分５７ｂを除去することによって形成される。
【００３０】
第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４は、第１の方向に周期的に配列されている。また、第１のホールパターン６３のそれぞれは、第３のパターン部５３、第４のパターン部５４、及び第５のパターン部５５の隣接する第１の部分５５ａによって囲まれている。同様に、第２のホールパターン６４のそれぞれは、第４のパターン部５４、第６のパターン部５６、及び第７のパターン部５７の隣接する第３の部分５７ａによって囲まれている。
【００３１】
第１の方向に垂直な第２の方向から見て、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４は交互に配置されている。すなわち、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４は、第１の溝パターン６１及び第２の溝パターン６２の延伸方向（第１の方向）に対して斜め方向に配置されている。
【００３２】
その後の工程は図示しないが、図３（ｉ）の工程で得られたＰＳで形成されたパターン（ＰＳパターン）をマスクとして用いて下地領域１０をエッチングする。具体的には、ＰＳパターンをマスクとして用いてＳＯＧ膜１４及びＳＯＣ膜１３をエッチングすることで、ＰＳパターンがＳＯＧ膜１４及びＳＯＣ膜１３に転写される。さらに、ＳＯＧ膜１４及びＳＯＣ膜１３のパターンをマスクとして用いてシリコン酸化膜１２をエッチングすることで、シリコン酸化膜１２で形成された溝パターン及びホールパターンが得られる。
【００３３】
次に、上述した実施形態のパターン形成方法において、第１の溝パターン６１、第２の溝パターン６２、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４が得られる理由、すなわち、図３（ｈ）及び図４に示したような相分離パターン５０が得られる理由について説明する。
【００３４】
図６は、ＰＭＭＡとＰＳとの一般的な結合状態を模式的に示した図である。ブロックコポリマーの１単位は、ＰＭＭＡの１分子とＰＳの１分子とが結合したものである。そして、熱処理を行うことにより、ＰＭＭＡにはＰＭＭＡが優先的に結合し、ＰＳにはＰＳが優先的に結合する。その結果、熱処理を行うことにより、図６に示すように、「ＰＳ−ＰＳ−ＰＭＭＡ−ＰＭＭＡ−ＰＳ−ＰＳ−ＰＭＭＡ−ＰＭＭＡ」といった配列が得られる。なお、図６に示されたＬ０は、ＰＭＭＡの１分子とＰＳの１分子とが結合したブロックコポリマーの１単位の２倍の長さに対応するものである。この長さＬ０は、例えば３０ｎｍ程度である。
【００３５】
通常の条件で上述した実施形態の方法を行った場合には、図３（ｈ）の工程において、ＰＭＭＡで形成されたラインパターンとＰＳで形成されたラインパターンとが第２の方向に交互に配置された相分離パターンが形成される。すなわち、図３（ｈ）及び図４に示した第５のパターン部５５及び第７のパターン部５７に相当する部分には、ＰＭＭＡのみで形成されたラインパターンが形成される。具体的には、熱処理を行うことにより、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２のピニング部１６にＰＭＭＡが優先的に付着する。また、通常は、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２間のピッチ（第１のガイド部２１の左端と第２のガイド部２２左端との間の距離）がＬ０の整数倍に設定されている。そのため、通常の条件で上述した実施形態の方法を行った場合には、第１のガイド部２１と第２のガイド部２２との間には、図６を用いて説明した原理に基づき、ＰＭＭＡで形成されたラインパターンとＰＳで形成されたラインパターンとが交互に配置された相分離パターンが形成される。
【００３６】
本実施形態では、通常の条件とは異なる条件で上述した実施形態の方法を行う。本実施形態の相分離パターンは、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２の幅、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２間のピッチ、ＰＭＭＡ（第１のポリマー）の１分子及びＰＳ（第２のポリマー）の１分子が結合したブロックコポリマーの１単位の長さ（Ｌ０／２）、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２の厚さ、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２の側面の角度（テーパー角度）、ブロックコポリマー膜４０の厚さ、中性化部１８の水接触角、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２のピニング部１６の水接触角、相分離パターン５０を形成するための熱処理（所定の処理）の条件、及びブロックコポリマー膜４０中への添加剤の添加、の少なくとも１つを適切に制御することで形成される。適切な条件を用いることにより、図３（ｈ）及び図４に示したような相分離パターン５０を形成することが自由エネルギー的に安定になり、本実施形態のパターンを形成することが可能となる。
【００３７】
例えば、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２の幅、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２間のピッチ、及びブロックコポリマーの１単位の長さ（Ｌ０／２）を調整して、第１のガイド部２１及び第２のガイド部２２間のピッチがＬ０の整数倍からずれるように設計する。そして、中性化部１８の水接触角や相分離パターン５０を形成するための熱処理の条件等を適切な条件に調整する。例えば、中性化部１８のＰＭＭＡに対する親和性をＰＳに対する親和性よりも高くする、或いは熱処理の条件を弱くする（熱処理温度を低くする、或いは熱処理時間を短くする）ように、適切な条件を設定する。このように適切な条件を設定することにより、図３（ｈ）及び図４に示したような相分離パターン５０を形成することが可能である。
【００３８】
図７は、中性化部１８の水接触角を変えたときのパターンを示したＳＥＭ写真である。図７（ａ）は水接触角が８４．４度の場合、図７（ｂ）は水接触角が８１．９度の場合、図７（ｃ）は水接触角が８０．５度の場合である。図７に示すように、中性化部１８の水接触角を小さくして、中性化部１８のＰＭＭＡに対する親和性を高くすることにより、ホールパターンが形成されやすくなることがわかる。
【００３９】
図８は、熱処理条件を変えたときのパターンを示したＳＥＭ写真である。図８（ａ）は熱処理温度が２７０℃で熱処理時間が３０分の場合、図８（ｂ）は熱処理温度が２５０℃で熱処理時間が３０分の場合、図８（ｃ）は熱処理温度が２５０℃で熱処理時間が２分の場合である。図８に示すように、熱処理条件を弱くすることにより、ホールパターンが形成されやすくなることがわかる。
【００４０】
図９は、ＰＭＭＡに対する中性化部１８の親和性を高くしたときの相分離パターン５０の状態の一例を模式的に示した図である。
【００４１】
図９に示すように、第３のパターン部５３と中性化部１８との間、第４のパターン部５４と中性化部１８との間、第６のパターン部５６と中性化部１８との間、第５のパターン部５５の第１の部分５５ａと中性化部１８との間、及び第７のパターン部５７の第３の部分５７ａと中性化部１８との間に、ＰＭＭＡで形成された介在部５８が形成される。介在部５８は、第１のパターン部５１から延伸した部分及び第２のパターン部５２から延伸した部分を含んでいる。すなわち、中性化部１８のＰＭＭＡに対する親和性を高くすることで、ＰＭＭＡで形成された第１のパターン部５１及び第２のパターン部５２から中性化部１８の表面にＰＭＭＡで形成された部分が延伸し、介在部５８が形成されると考えられる。そして、ＰＭＭＡで形成された介在部５８上に、ＰＳで形成されたパターン部（第３のパターン部５３、第４のパターン部５４、第６のパターン部５６、第５のパターン部５５の第１の部分５５ａ、第７のパターン部５７の第３の部分５７ａ）が形成されると考えられる。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、適切な条件を設定することにより、ＤＳＡ技術を用いて溝パターン及びホールパターンを形成することが可能であり、効率的なパターン形成方法を得ることができる。特に、半導体装置（半導体集積回路装置）では、微細なラインパターン及びホールパターンを形成することが重要であるため、本実施形態の方法を用いることにより、効率的にパターンを形成することが可能となる。
【００４３】
以上、本実施形態のパターン形成方法を説明したが、上述した方法は種々の変更が可能である。
【００４４】
図１０は、本実施形態の第１の変更例を模式的に示した平面図である。本変更例では、適切な条件を設定することにより、ブロックコポリマー膜４０に対して熱処理を施して相分離パターン５０を形成する際に、下地領域１０上に水平ラメラ配向部５９が形成されるようにしている。水平ラメラ配向部５９では、ＰＭＭＡで形成された層とＰＳで形成された層とが交互に積層されている。例えば、ガイド部の幅を大きくすることで、水平ラメラ配向部５９を形成することが可能である。
【００４５】
図１１及び図１２はそれぞれ、本実施形態の第２及び第３の変更例を模式的に示した平面図である。
【００４６】
上述した実施形態では、図５に示すように、第２の方向（第１の溝パターン６１及び第２の溝パターン６２の延伸方向に垂直な方向）から見て、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４のエッジが一致している。第２の変更例では、図１１に示すように、第２の方向から見て、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４が互いにオーバーラップしている。第３の変更例では、図１２に示すように、第２の方向から見て、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４が互いに離間している。適切な条件を設定することにより、図５、図１１、図１２に示したような種々のパターンを形成することが可能である。
【００４７】
また、上述した実施形態では、隣接する溝パターン（第１の溝パターン６１及び第２の溝パターン６２）間に、第１の方向に延伸した２つのホールパターン列（第１のホールパターン６３の列及び第２のホールパターン６４の列）が形成されるようにしたが、ホールパターン列の数は適宜変更することが可能である。例えば、ホールパターン列の数は１列でもよいし、３列以上でもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態において、第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４は、第１の溝パターン６１及び第２の溝パターン６２の延伸方向（第１の方向）に対して斜め方向に配列されている。斜め方向の配列角度（第１のホールパターン６３及び第２のホールパターン６４を直線で結んだときの角度）は、適切な条件を設定することにより、適宜変更可能である。
【００４９】
また、上述した実施形態では、レジストパターン１５はポジ型レジストで形成されていたが、レジストパターン１５をネガ型レジストで形成してもよい。
【００５０】
以下、上述した実施形態について付記する。
【００５１】
[付記１]
下地領域上に、第１のポリマーに対して第２のポリマーよりも高い親和性を有するピニング部を含み且つ第１の方向に延伸した第１及び第２のガイド部と、前記第１及び第２のガイド部間に位置し且つ前記第１及び第２のポリマーに対して親和性を有する中性化部とを含むベース構造を形成することと、
前記ベース構造上に前記第１及び第２のポリマーを含むブロックコポリマー膜を形成することと、
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して、前記第１及び第２のガイド部上に前記第１のポリマーで形成された第１及び第２のパターン部を形成し、前記中性化部上に前記第２のポリマーで形成された第３及び第４のパターン部を形成し、前記第３及び第４のパターン部間に前記第１及び第２のポリマーで形成された第５のパターン部を形成することであって、前記第５のパターン部は、前記第２のポリマーで形成された複数の第１の部分と、前記第１のポリマーで形成され且つ前記中性化部上及び前記第１の部分上に設けられた第２の部分とを含むことと、
前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、第１及び第２の溝パターン及び複数の第１のホールパターンを形成することと、
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
【００５２】
[付記２]
前記第５のパターン部の第１の部分は、前記第１の方向に周期的に配列されている
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５３】
[付記３]
前記第１のホールパターンは、前記第１の方向に周期的に配列されている
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５４】
[付記４]
前記第１のホールパターンのそれぞれは、前記第３及び第４のパターン部、及び前記第５のパターン部の隣接する第１の部分によって囲まれている
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５５】
[付記５]
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部を形成する際に、前記第３のパターン部と前記中性化部との間、前記第４のパターン部と前記中性化部との間、及び前記第５のパターン部の第１の部分と前記中性化部との間に、前記第１のポリマーで形成された介在部が形成される
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５６】
[付記６]
前記介在部は、前記第１のパターン部から延伸した部分及び第２のパターン部から延伸した部分を含む
ことを特徴とする付記５に記載のパターン形成方法。
【００５７】
[付記７]
前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、前記第１及び第２の溝パターン及び前記複数の第１のホールパターンを形成する際に、前記第１及び第２のガイド部と前記中性化部の一部も除去される
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５８】
[付記８]
前記第１及び第２のガイド部は、レジストで形成されている
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００５９】
[付記９]
前記第１及び第２のガイド部は、同じ幅を有している
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６０】
[付記１０]
前記第１のポリマーの１分子及び前記第２のポリマーの１分子が結合したブロックコポリマーの１単位の長さの２倍の長さをＬ０として、前記第１及び第２のガイド部間のピッチはＬ０の整数倍からずれている
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６１】
[付記１１]
前記第１のポリマーはＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）であり、前記第２のポリマーはＰＳ（polystyrene）である
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６２】
[付記１２]
前記所定の処理は、熱処理を含む
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６３】
[付記１３]
前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部は、前記第１及び第２のガイド部の幅、前記第１及び第２のガイド部間のピッチ、前記第１のポリマーの１分子及び前記第２のポリマーの１分子が結合したブロックコポリマーの１単位の長さ、前記第１及び第２のガイド部の厚さ、前記第１及び第２のガイド部の側面の角度、前記ブロックコポリマー膜の厚さ、前記中性化部の水接触角、前記第１及び第２のガイド部のピニング部の水接触角、前記所定の処理の条件、及び前記ブロックコポリマー膜中への添加剤の添加の少なくとも１つを制御することで形成される
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６４】
[付記１４]
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部を形成することは、前記下地領域上に水平ラメラ配向部を形成することを含む
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６５】
[付記１５]
前記ベース構造を形成することは、前記下地領域上にレジストパターンを形成することと、前記レジストパターンをスリミングすることと、前記スリミングされたレジストパターンの表面に前記ピニング部を形成することと、前記スリミングされたレジストパターンで覆われていない前記下地領域上に前記中性化部を形成することと、を含む
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６６】
[付記１６]
前記第１、第３、第５、第４及び第２のパターン部は、前記第１の方向に垂直な第２の方向に当該順序で配置されており、
前記ブロックコポリマー膜に対して所定の処理を施して前記第１、第２、第３、第４及び第５のパターン部を形成することは、前記中性化部上であって且つ前記第２及び第４のパターン部間に前記第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に延伸した第６のパターン部を形成することと、前記中性化部上であって且つ第４及び第６のパターン部間に前記第１及び第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に延伸した第７のパターン部を形成することとを含み、前記第７のパターン部は、前記第２のポリマーで形成され且つ前記第１の方向に配列された複数の第３の部分と、前記第１のポリマーで形成され且つ前記中性化部上及び前記第３の部分上に設けられた第４の部分とを含み、
前記第１及び第２のパターン部及び前記第５のパターン部の第２の部分を除去して、前記第１及び第２の溝パターン及び前記複数の第１のホールパターンを形成することは、前記第７のパターン部の第４の部分を除去して前記第１の方向に配列された複数の第２のホールパターンを形成することを含む
ことを特徴とする付記１に記載のパターン形成方法。
【００６７】
[付記１７]
前記第７のパターン部の第３の部分は、前記第１の方向に周期的に配列されている
ことを特徴とする付記１６に記載のパターン形成方法。
【００６８】
[付記１８]
前記第２のホールパターンのそれぞれは、前記第４及び第６のパターン部、及び前記第７のパターン部の隣接する第３の部分によって囲まれている
ことを特徴とする付記１６に記載のパターン形成方法。
【００６９】
[付記１９]
前記第２の方向から見て、前記第５のパターン部の第１の部分及び前記第７のパターン部の第３の部分は交互に配置されている
ことを特徴とする付記１６に記載のパターン形成方法。
【００７０】
[付記２０]
前記第２の方向から見て、前記第１のホールパターン及び前記第２のホールパターンは交互に配置されている
ことを特徴とする付記１６に記載のパターン形成方法。
【００７１】
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】
【００７２】
１０…下地領域      １１…半導体基板及びトランジスタ等を含む構造
１２…シリコン酸化膜      １３…ＳＯＣ膜      １４…ＳＯＧ膜
１５…レジストパターン      １５ｓ…スリミングされたレジストパターン
１６…ピニング部      １７…Ｐ（Ｓ−ｒ−ＭＭＡ）−ＯＨ膜
１８…中性化膜
２１…第１のガイド部      ２２…第２のガイド部
３０…ベース構造
４０…ブロックコポリマー膜
５０…相分離パターン      ５１…第１のパターン部      ５２…第２のパターン部
５３…第３のパターン部      ５４…第４のパターン部
５５…第５のパターン部      ５５ａ…第１の部分      ５５ｂ…第２の部分
５６…第６のパターン部
５７…第７のパターン部      ５７ａ…第３の部分      ５７ｂ…第４の部分
５８…介在部      ５９…水平ラメラ配向部
６１…第１の溝パターン      ６２…第２の溝パターン
６３…第１のホールパターン      ６４…第２のホールパターン
【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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