CN104541357B - 标记及其形成方法以及曝光装置 - Google Patents

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Abstract

标记形成方法包含：基于在晶片上曝光而成的标记像形成包含凹部的抗蚀剂标记的步骤；在形成有该抗蚀剂标记的区域的凹部中涂布包含嵌段共聚物的聚合物层的步骤；通过退火使聚合物层形成自组装区域的步骤；通过蚀刻选择性地除去自组装区域的一部分的步骤；以及使用除去了该一部分的自组装区域在晶片上形成晶片标记的步骤。在使用嵌段共聚物的自组装形成电路图案时能够并列地形成标记。

Description

标记及其形成方法以及曝光装置
技术领域
本发明涉及形成在衬底的标记形成区域中的标记、该标记的形成方法、使用该标记的曝光装置以及使用曝光装置的器件制造方法。
背景技术
半导体器件典型地包含形成在衬底上的多层电路图案，为了在半导体器件的制造工序中使这些多层电路图案相互准确地对位，在衬底的规定层的标记形成区域中形成定位用或对位用的定位标记。在衬底为半导体晶片(以下仅称为晶片。)的情况下，定位标记(alignment mark)也被称为晶片标记。
半导体器件的以往的最微细的电路图案使用干法或液浸光刻工序形成，所述干法或液浸光刻工序使用例如曝光波长为193nm的干法或液浸法的曝光装置。可以预想的是，即使组合以往的光刻和最近开发的双重图形(double patterning)工艺，也难以形成例如比22nm节点(node)微细的电路图案。
对此，最近提出了如下方案：通过使用嵌段共聚物(Block Co-Polymer)的定向自组装(Directed Self-Assembly)在使用光刻工序形成的图案间生成纳米级的微细结构(亚光刻结构)，由此形成比当前的光刻技术的分辨率极限更微细的电路图案(例如参照专利文献1或日本特开2010-269304号公报)。嵌段共聚物的被图案化的结构也被知晓作为微畴(微相分离畴)或简称为畴(domain))。作为定向自组装的方法，已知有制图外延法(graphoepitaxy)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2010/0297847号说明书
发明内容
发明要解决的问题
通过使用嵌段共聚物的定向自组装，可在衬底的某层上形成纳米级的微细电路图案。并且，有时也要求在该层中与电路图案一起形成定位标记。然而，当仅用以往的方法形成定位标记时，由于嵌段共聚物的自组装而在定位标记本身上也会形成不可预期的微细结构，若在之后的工序中难以检测出该定位标记，则衬底的层间重合精度有可能下降。
本发明的方式鉴于这样的事实，其目的在于提供一种可在使用嵌段共聚物的自组装形成电路图案时使用的标记形成方法和用该标记形成方法形成的标记。
用于解决问题的手段
根据本发明的第一方式，提供一种标记形成方法，包含：在衬底的标记形成区域上曝光第一标记像，基于所述第一标记像，在所述标记形成区域上形成包含凹部的第二标记；在所述衬底的形成了所述第二标记的区域的所述凹部中涂布包含嵌段共聚物的聚合物层；使所述凹部的所述聚合物层形成自组装区域；选择性地除去所述自组装区域的一部分；以及使用除去了所述一部分的所述自组装区域，在所述衬底上形成定位用标记。
另外，根据第二方式，提供一种形成在衬底的标记形成区域上的标记。该标记包含：在第一方向上周期性地形成的多个线图案区域以及所述多个线图案区域之间的至少一个空白图案区域，在所述线图案区域内形成光学上不能分辨的第一结构，在所述空白图案区域内形成光学上不能分辨的第二结构，所述第一结构的周期方向与所述第二结构的周期方向不同。
另外，根据第三方式，提供一种曝光装置，用曝光光线照明图案，并用所述曝光光线经由所述图案和投影光学系统曝光衬底，所述曝光装置包括：标记照明系统，用可控制偏振状态的照明光照明形成在所述衬底上的标记；检测部，接受来自所述标记的光并检测出所述标记；以及控制系统，在所述标记包含有用所述照明光不能分辨的结构时，根据所述结构的周期方向控制所述照明光的偏振状态。
另外，根据第四方式，提供一种器件制造方法，包含：使用第一方式的标记形成方法在衬底上形成层间的对位用标记；使用所述对位用标记进行定位，曝光所述衬底；以及处理所述被曝光的衬底。
根据第五方式，提供一种器件制造方法，包含：使用第三方式的曝光装置曝光感光性衬底；以及处理所述被曝光的感光性衬底。
发明的效果
根据本发明的第一方式，在使用嵌段共聚物的自组装形成电路图案时，能够与该电路图案一起形成标记。
另外，第二方式的标记能够用第一方式的标记形成方法形成。
另外，第三方式的曝光装置能够检测出用第一方式的标记形成方法形成的标记。
附图说明
图1的(A)是表示在实施方式中使用的图案形成系统的主要部分的框图，(B)是表示图1的(A)中的曝光装置100的概略结构的图，(C)是表示图1的(B)中的晶片定位系统的图。
图2是表示第一实施方式的晶片的某器件层的俯视图，(B)是表示图2的(A)的一个晶片标记和一部分电路图案的放大俯视图。
图3是表示第一实施方式的图案形成方法的流程图。
图4的(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)以及(H)是分别表示在图案形成工序中逐渐变化的晶片图案的一部分的放大剖视图。
图5的(A)是表示光罩的标记图案的一部分的放大俯视图，(B)是图5的(A)中的B部的放大俯视图。
图6的(A)是表示形成在晶片表面上的抗蚀剂图案的一部分的放大俯视图，(B)和(C)是分别表示图6的(A)中的B部的不同制造阶段的图案的放大俯视图。
图7的(A)、(B)以及(C)是分别表示图6的(A)中B部的不同制造阶段的图案的放大俯视图。
图8是表示在第一实施方式中形成的晶片标记的结构的放大俯视图。
图9的(A)是表示第一变形例的抗蚀剂图案的一部分的放大俯视图，(B)是表示图9的(A)的主要部分的放大图。
图10的(A)是表示第二变形例的晶片的多个层结构的放大剖视图，(B)是表示图10的(A)的第一器件层的晶片标记用抗蚀剂标记的放大俯视图，(C)是表示图10的(A)的第二器件层的晶片标记用抗蚀剂标记的放大俯视图。
图11的(A)是表示第三变形例的晶片标记用抗蚀剂标记的放大俯视图，(B)是表示图11的(A)的空白图案区域的自组装图案的放大图，(C)是表示图11的(A)的线图案区域的自组装图案的放大图。
图12是表示第二实施方式的一个晶片标记和一部分电路图案的放大俯视图。
图13的(A)是表示晶片标记用抗蚀剂标记的放大俯视图，(B)是表示图13的(A)的空白图案区域的自组装图案的放大图，(C)是表示图13的(A)的线图案区域的自组装图案的放大图，(D)是表示线图案区域的自组装图案的其他例子的放大图。
图14的(A)是表示变形例的晶片标记用抗蚀剂标记的放大俯视图，(B)是表示图14的(A)的线图案区域的自组装图案的放大图。
图15是表示电子器件的制造工序的一例的流程图。
具体实施方式
[第一实施方式]
参照图1～图8说明本发明的优选第一实施方式。首先，说明在本实施方式中为了形成半导体元件等电子器件(微型器件)的电路图案而使用的图案形成系统的一例。
图1的(A)表示本实施方式的图案形成系统的主要部分，图1的(B)表示图1的(A)中的由步进扫描机(scanning stepper)(扫描器)构成的扫描型曝光装置(投影曝光装置)100的概略结构。在图1的(A)中，图案形成系统包含曝光装置100、对晶片(衬底)进行作为感光材料的光致抗蚀剂(抗蚀剂)的涂布和显影的涂布机·显影器200、薄膜形成装置300、对晶片进行干法和湿法的蚀刻的蚀刻装置400、进行包含后述的嵌段共聚物(Block Co-Polymer：BCP)的聚合物(Polymer)的处理的聚合物处理装置500、退火装置600、在这些装置间进行晶片的搬送的搬送系统700以及主机(未图示)等。
在本发明中使用的嵌段共聚物是包含大于一个的分别以嵌段单元存在的单体(monomer)的聚合物或从这些单体衍生的聚合物。单体的各嵌段包含单体的重复排列。作为嵌段共聚物，可使用二嵌段共聚物或三嵌段共聚物等任意的聚合物。其中，二嵌段共聚物具有两种不同的单体的嵌段。二嵌段共聚物能够以A-b-B的方式略记，在这里，A表示第一嵌段的聚合物，B表示第二嵌段的聚合物，-b-表示具有A和B的嵌段的二嵌段共聚物。例如，PS-b-PMMA表示聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物。除了链状的嵌段共聚物之外，也能够使用具有其他结构的嵌段共聚物例如星形共聚物、支化共聚物、超支化共聚物或接枝共聚物来作为本发明的嵌段共聚物。
另外，嵌段共聚物有如下倾向：构成嵌段共聚物的各个嵌段(单体)彼此集合而形成也被称为微畴(micro domain)或简称为畴单个微相分离畴(相分离的倾向)。该相分离也是自组装(Self-Assembly)的一种。不同的畴的间隔和形态取决于嵌段共聚物内的不同嵌段的相互作用、体积分率以及数量。嵌段共聚物的畴例如能够作为退火(annealing)的结果而形成。作为退火的一部分即加热或烘烤是使衬底和其上的涂层(薄膜层)的温度上升得比环境温度高的一般性工艺。退火能够包含热退火、热梯度退火、溶剂蒸汽退火或其他退火法。根据情况，热退火有时也称为热固化，用于引发相分离，并且，也能够作为用于减小或除去横向的微相分离畴的层内缺陷的工艺使用。退火一般包含：在某时间(例如从几分钟到几天)期间内，以比嵌段共聚物的玻璃转变温度高的温度加热。
另外，在本实施方式中，向包含嵌段共聚物的聚合物应用定向自组装(DirectedSelf-Assembly：DSA)，以适于半导体器件的电路图案和/或定位标记的形成的形式，形成被段(segment)化的纳米级数量级的畴。定向自组装是如下技术：将例如在光刻工序中形成的抗蚀剂图案作为预图案或引导图案(guide pattern)，用由该预图案或引导图案规定的空间配置(地形(topography)的结构)来控制嵌段共聚物的畴的配置。作为定向自组装的方法，例如使用了制图外延法(Grapho-Epitaxy Process)，所述制图外延法使用立体的预图案或引导图案，但作为定向自组装的方法也可以使用在基底上设置平面的预图案或引导图案的化学外延法(Chemo-Epitaxy Process)。
在图1的(B)中，曝光装置100包括照明系统10、保持由来自照明系统10的曝光用照明光(曝光光线)IL照明的光罩R(掩模)的光罩载台RST、包含将从光罩R射出的照明光IL投影在晶片W(衬底)的表面上的投影光学系统PL在内的投影单元PU、保持晶片W的晶片载台WST以及由统括地控制装置整体动作的计算机构成的主控制装置38(参照图1的(C))等。以下，在图1的(B)中，与投影光学系统PL的光轴AX平行地设为Z轴，将在与Z轴正交的平面(大致水平面)内沿着光罩R与晶片W相对扫描的方向设为Y轴，将沿着与Z轴和Y轴正交的方向设为X轴，分别将围绕着X轴、Y轴以及Z轴的旋转(倾斜)方向作为θx、θy以及θz方向来进行说明。
例如像美国专利申请公开第2003/025890号说明书等公开的那样，照明系统10包含产生照明光IL的光源和用照明光IL照明光罩R的照明光学系统。作为一例，使用了ArF准分子激光(波长193nm)作为照明光IL。此外，作为照明光IL，也能够使用KrF准分子激光(波长248nm)、YAG激光器或固体激光器(半导体激光器等)的谐波等。
照明光学系统具有偏振控制光学系统、光量分布形成光学系统(衍射光学元件或空间光调制器等)、包含光学积分器(蝇眼透镜或积分棒(内表面反射型积分器)等)等的照度均匀化光学系统以及光罩遮帘(固定和可变的场光阑)等(均未图示)。照明系统10在两极照明(包含二次光源的形状呈树叶状地在图案的非周期方向上细长的所谓的叶型(leaf)照明)、4极照明、环带照明或通常照明等照明条件下，利用规定的偏振状态的照明光IL，以大致均匀的照度分布对由光罩遮帘规定的光罩R的图案面(下表面)的X方向上细长的缝隙状的照明区域IAR进行照明。
另外，在与光罩基座(未图示)的XY平面平行的上表面上，以可沿Y方向以一定速度移动、且可调整X方向、Y方向的位置以及θz方向的旋转角的方式，载置有利用真空吸附等保持光罩R的光罩载台RST。利用包含多个轴的激光干涉计的光罩干涉计18，经由移动镜14(或载台的被镜面加工的侧面)，以例如0.5～0.1nm左右的分辨率始终检测光罩载台RST的位置信息。通过基于光罩干涉计18的测量值控制包含直线电动机等的光罩载台驱动系统(未图示)，由此控制光罩载台RST的位置和速度。
另外，配置在光罩载台RST下方的投影单元PU包含镜筒24、和具有以规定的位置关系保持在该镜筒24内的多个光学元件的投影光学系统PL。投影光学系统PL例如在两侧远心具有规定的投影倍率β(例如1/4倍、1/5倍等缩小倍率)。利用通过了光罩R的照明光IL，经由投影光学系统PL，在晶片W的一个照射区域内的曝光区域IA(与照明区域IAR共轭的区域)中形成光罩R的照明区域IAR内的电路图案的像。作为本实施方式的衬底的晶片(半导体晶片)W包含例如在由硅(或者也可以是SOI(silicon on insulator：绝缘体上硅)等)构成的直径为200～450mm左右的圆板状基材的表面上形成了图案形成用薄膜(氧化膜、金属膜、多晶硅膜等)。并且，在作为曝光对象的晶片W的表面上以规定的厚度(例如数10nm～200nm左右)涂布光致抗蚀剂。
另外，为了进行应用了液浸法的曝光，曝光装置100以将保持前端透镜26的镜筒24的下端部周围包围的方式设置有喷嘴单元32，所述前端透镜26是构成投影光学系统PL的最靠像面侧(晶片W侧)的光学元件，所述喷嘴单元32构成用于在前端透镜26与晶片W之间供给液体Lq的局部液浸装置30的一部分。喷嘴单元32的液体Lq的供给口经由供给流路和供给管34A与液体供给装置(未图示)连接。喷嘴单元32的液体Lq的回收口经由回收流路和回收管34B与液体回收装置(未图示)连接。局部液浸装置30的详细结构例如公开在美国专利申请公开第2007/242247号说明书等中。
另外，在与基座盘12的XY平面平行的上表面12a上，可沿X方向、Y方向地移动地载置有晶片载台WST。晶片载台WST包括载台主体20、装载在载台主体20的上表面上的晶片台WTB、以及设置在载台主体20内并相对地驱动晶片台WTB(晶片W)相对于载台主体20的Z方向的位置(Z位置)以及θx方向、θy方向的倾斜角的Z调平(leveling)机构。在晶片台WTB上设置有利用真空吸附等将晶片W保持在与XY平面大致平行的吸附面上的晶片保持器(未图示)。在晶片台WTB的上表面的晶片保持器(晶片W)的周围，设置有与晶片W的表面(晶片面)大致成为同一面的、具有相对于液体Lq被疏液化处理的表面的平板状的板(疏液板)28。并且，在曝光中，基于例如斜入射方式的自动对焦传感器(未图示)的测量值，驱动晶片载台WST的Z调平机构，使得晶片面被对焦至投影光学系统PL的像面。
另外，在晶片台WTB的Y方向和X方向的端面上，分别通过镜面加工形成有反射面。通过从构成晶片干涉计16的多个轴的激光干涉计向该反射面(也可以是移动镜)投影干涉计光束，以例如0.5～0.1nm左右的分辨率测量晶片载台WST的位置信息(至少包含X方向、Y方向的位置以及θz方向的旋转角)。通过基于该测量值控制包含直线电动机等的晶片载台驱动系统(未图示)，控制晶片载台WST的位置和速度。此外，也可以用具有衍射光栅状的标尺(scale)和检测头的编码器方式的检测装置来检测晶片载台WST的位置信息。
另外，曝光装置100包括测量晶片W的规定的晶片标记(定位标记)的位置的晶片定位系统ALS和为了测量光罩R的定位标记通过投影光学系统PL形成的像的位置而内置在晶片载台WST中的空间像测量系统(未图示)。使用这些空间像测量系统(光罩定位系统)和晶片定位系统AL，进行光罩R与晶片W的各照射区域的定位。
如图1的(C)所示，晶片定位系统ALS具有：标记照明系统36A，用例如从可视区域到近红外区域的较宽频段(broad band)的非偏振检测光来照明被检标记；检测系统36B，将来自被检标记的反射光聚光并形成被检标记的放大像，并成像该像；偏振片36C，可将照射到被检标记上的检测光的偏振状态设定为直线偏振；驱动部36D，可将偏振片36C插脱在检测光的光路上且可在0～180°的范围内控制偏振片36C的角度；以及信号处理部39，根据从检测系统36B供给的成像信号检测出被检标记的位置。
标记照明系统36A例如具有：导光件37a，传递光源(未图示)的光；聚光透镜37b，使从导光件37a射出的检测光成为平行光束；半反射镜37c，向被检标记侧反射该检测光；以及第一物镜37d，将检测光聚光在包含被检标记的观察区域中。检测部36B具有：第一物镜37c和第二物镜37e，将来自被检标记的反射光聚光并形成该像；以及配置在第一物镜37c和第二物镜37e之间的半反射镜37c，以及CCD(Charge-coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)型的二维成像元件37f，将该被检标记的像成像。在将检测光设定为与被检标记的结构等相应的方向的直线偏振的情况下，作为一例，在主控制装置38的控制下，驱动部36D在聚光透镜37b与半反射镜37c之间设置偏振片36C，并控制偏振片36C的旋转角。
在图1的(B)中，在晶片W的曝光时，通过在X方向、Y方向上移动(步进移动)晶片载台WST，晶片W的曝光对象的照射区域移动至曝光区域IA的面前。并且，从局部液浸装置30向投影光学系统PL与晶片W之间供给液体Lq。然后，在晶片W的一个照射区域中投影光罩R的图案的一部分通过投影光学系统PL形成的像，同时经由光罩载台RST和晶片载台WST在Y方向上同步地移动光罩R和晶片W，从而在该照射区域中扫描曝光光罩R的图案的像。通过重复该步进移动和扫描曝光，用步进和扫描方式、液浸方式在晶片W的各照射区域中分别曝光光罩R的图案的像。
接着，作为一例，在本实施方式中作为制造对象的器件用图案是作为半导体元件的SRAM(Static RAM)的栅极单元(gate cell)用电路图案，该电路图案使用包含嵌段共聚物的聚合物的定向自组装(DSA)而形成。并且，在本实施方式中，在形成了该器件用图案的晶片W的器件层上，也形成了作为定位用或对位用定位标记的晶片标记。
图2的(A)表示形成了该器件用图案和晶片标记的晶片W。在图2的(A)中，在晶片W的表面上，在X方向、Y方向上隔着规定宽度的划线区域SL(标记形成区域)设置多个照射区域SA(器件用图案形成区域)，并在各照射区域SA内形成器件用图案DP1，在附设于各照射区域SA的划线区域SL中形成有晶片标记WM。
如作为图2的(A)的B部放大图的图2的(B)所示，器件用图案DP1包含：在X方向上以大致周期(间距)px1排列在Y方向上延伸的多个线图案40Xa而成的线和空白图案(以下称为L&S图案。)40X以及在Y方向上以大致周期py1排列在X方向上延伸的多个线图案而成的L&S图案40Y。线图案40Xa等例如由金属形成，其线宽为周期px1等的1/2以下左右。作为一例，周期px1、py1大致相等，周期px1为在分别组合了波长193nm的液浸光刻和例如所谓的双重图形工艺的情况下得到的最微细的周期(以下称为周期pmin。)的数分之一左右。其周期px1的1/2例如比22nm左右小。在形成具有这样的微细周期的L&S图案40X、40Y的情况下，在使包含嵌段共聚物的聚合物进行定向自组装时，按不同的嵌段形成线状畴。
另外，划线区域SL的晶片标记WM包含：在X方向上以周期p1排列了分别在Y方向上细长且X方向上的宽度相同程度的线图案区域44Xa和空白图案区域44Xb而成X轴的晶片标记44X、以及在X方向上以周期p2排列了分别在X方向上细长且Y方向的宽度相同程度的线图案区域44Ya和空白图案区域44Yb而成Y轴的两处晶片标记44YA、44YB。晶片标记44YA、44YB配置成在Y方向上夹持晶片标记44X。作为一例，周期p1、p2相等，周期p1为波长193nm的液浸光刻中的分辨率极限(周期)的数倍至数十倍。
并且，也可以是，在用图1的(B)的晶片定位系统ALS进行检测的情况下，线图案区域44Xa、44Ya与空白图案区域44Xb、44Yb是对检测光的反射率不同的区域。在该情况下，当使用晶片定位系统ALS的检测光的波长λa、对物光学系统的数值孔径NA时，晶片定位系统ALS的分辨率极限(光学上能够检测的极限)成为λa/(2NA)。另外，为了用晶片定位系统ALS检测出晶片标记44X、44YA、44YB，需要晶片标记44X的周期p1的1/2为其分辨率极限以上，能够用晶片定位系统ALS检测出晶片标记44X、44YA、44YB的条件如下。
p1/2≥λa/(2NA)…(1)
作为一例，当将波长λa设为600nm并将数值孔径NA设为0.9时，周期p1可以是670nm左右以上。在本实施方式中，由于在器件用图案DP1的形成时应用了形成有线状畴的定向自组装，所以在晶片标记44X等的形成时，也需要预先考虑利用嵌段共聚物的定向自组装形成线状的畴。
以下，参照图3的流程图，说明用于使用本实施方式的图案形成系统形成图2的(B)所示的晶片标记44X、44YB的图案形成方法的一例。此外，也与晶片标记44X、44YB一起形成器件用图案DP1和晶片标记44YA。作为一例，如图4的(A)所示，将晶片W的例如硅等基材50的表面部设为形成晶片标记和器件用图案的第一器件层DL1。
首先，在图3的步骤102中，使用薄膜形成装置300，在晶片W的器件层DL1的表面上形成氧化膜或氮化膜等硬掩模层52。并且，优选的是，在硬掩模层52上形成中性层(未图示)，使得后述包含嵌段共聚物的聚合物层容易融合。然后，在其上使用涂布机·显影器200涂布例如正型的抗蚀剂层54(参照图4的(A))。此外，作为硬掩模层52，也可以使用抗反射膜(Bottom Anti-Reflection Coating：BARC)。然后，将曝光装置100的照明条件设定为例如4极照明从而能够曝光在X方向和Y方向上最微细的图案，并将晶片W装载在曝光装置100上(步骤104)。然后，在晶片W的各照射区域SA中，用液浸法曝光光罩R1的器件用图案的像(未图示)。另外，与在各照射区域SA进行曝光同时地，在附设于各照射区域SA的划线区域SL曝光光罩R1的晶片标记用图案的像46XP等(步骤106)。曝光完成的晶片被卸载，在涂布机·显影器200中进行抗蚀剂的显影，并形成抗蚀剂图案54A(参照图4的(B))。之后，进行抗蚀剂图案54A的细化(slimming)和抗蚀剂固化处理(步骤1108)。此外，在光罩R1的图案的像的曝光时，也可预先调整加大曝光量从而抗蚀剂图案的线宽变细，在该情况下，可省略细化。
如图5的(A)所示，在与光罩R1的划线区域SL对应的图案区域中，形成有作为晶片标记的原版的X轴和Y轴的标记图案46X、46YB。标记图案46X、46YB是分别在X方向和Y方向上以周期p1/β和p2/β(β为投影倍率)排列了与图2的(B)的线图案区域44Xa、44Ya对应的线区域46Xa、46Ya和与空白图案区域44Xa、44Ya对应的空白区域46Xb、46Yb而成的图案。线区域46Xa、46Ya的宽度与空白区域46Xb、46Yb的宽度大致相同。此外，以下，为了便于说明，光罩的图案通过投影光学系统PL形成的像设为正立像。
在线区域46Xa、46Ya中，分别将光透射部作为背景，在Y方向上以周期p4/β(参照作为图5的(A)的B部放大图的图5的(B))形成有由在X方向上细长的遮光膜构成的多个线图案48Y。在空白区域46Xb、46Yb(在这里为包围线区域46Xa、46Ya的区域)中，在X方向上以周期p3/β(参照图5的(B))形成由在Y方向上细长的遮光膜构成的多个线图案48X。如图5(B)所示，线区域46Xa的多个线图案48Y的长度方向上的端部与空白区域46Xb的端部的一个线图案48X的宽度方向上的边缘部连接。
线图案48X、48Y的线宽为对应的周期p3/β和p4/β的1/2。在本实施方式中，周期p4/β与周期p3/β相同，周期p3/β与曝光装置100的投影光学系统PL在物体面侧的分辨率极限(波长193nm的液浸光刻中的分辨率极限)大致相同，但也可以是比它稍大的程度。因此，光罩R1的标记图案46X、46YB(多个线图案48X、48Y的组合)的像46XP等由曝光装置100高精度地在晶片W的划线区域SL中曝光。
图6的(A)表示在对图5的(A)的光罩R1的标记图案46X、46YB的像的抗蚀剂层54进行曝光、显影以及细化后，由形成在晶片W的硬掩模层52上的抗蚀剂图案构成的X轴和Y轴的抗蚀剂标记RPX、RPYB。在图6的(A)中，抗蚀剂标记RPX、RPYB是分别在X方向和Y方向上以周期p1和p2排列了与图5的(A)的光罩R1的线区域46Xa、46Ya对应的线区域RPXa、RPYa、与空白区域46Xb、46Yb对应的空白区域RPXb、RPYb而成的标记。另外，图6的(B)是图6的(A)的B部的放大图，图6的(C)和图7的(A)～(C)是分别与图6的(A)的B部对应的部分的放大图。
在空白区域RPXb、RPYb(在这里为包围线区域RPXa、RPYa的区域)中，在X方向上以周期p3(参照图6的(B))形成有分别在Y方向上细长的凸的多个线状图案(以下称为引导图案。)54B。在线区域RPXa、RPYa中，在Y方向上以周期p4(在这里，与p3相同)形成有分别在X方向上细长的凸的多个线状图案(以下称为引导图案。)54C。引导图案54B、54C的线宽例如是周期p3(在这里为波长193nm的液浸光刻中的周期换算的分辨率极限)的数分之一～数十分之一左右(参照图4的(B))。如图6(B)所示，线区域RPXa的多个引导图案54C的长度方向上的端部与空白区域RPXb的端部的一个引导图案54B的宽度方向上的边缘部连接。通过该结构，即使在由于细化等而缩窄抗蚀剂图案的线宽后，抗蚀剂标记RPX、RPYB的结构也会变牢固，并能够抑制构成抗蚀剂标记RPX、RPYB的引导图案54B、54C在后工序中倒伏等。此外，图4的(A)～(H)是与沿着图6的(B)的DD线的部分对应的部分的剖视图。
接着，在步骤110中，向聚合物处理装置500搬送形成有图6的(A)的抗蚀剂标记RPX、RPYB的晶片W，例如通过旋涂，以覆盖晶片W上的抗蚀剂标记RPX、RPYB和器件图案形成用抗蚀剂图案(未图示)的方式，形成(涂布)包含嵌段共聚物(BCP)的聚合物层56。在本实施方式中，作为一例，使用聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物(PS-b-PMMA)作为嵌段共聚物。另外，聚合物层56是嵌段共聚物本身，但也可以在聚合物层56中包含用于提高涂布性的溶剂和/或使自组装变容易的添加物等。聚合物层56通过旋涂而被堆积在构成抗蚀剂标记RPX、RPYB的凸的多个引导图案54B、54C间的凹部70A、70B中(参照图4的(B)、图4的(C)以及图6的(C))。
然后，通过将形成有聚合物层56的晶片W搬送至退火装置600，并对聚合物层56实施退火(例如热退火)，从而利用定向自组装(DSA)将聚合物层56分离为两种畴(步骤112)。如图7的(A)和图4的(D)所示，通过该情况下的定向自组装，在Y方向上细长的多个引导图案54B间的聚合物层56相分离为如下状态：在X方向上以周期p3a配置了在Y方向上细长的线状的由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)构成的亲液性的第一畴56A、在Y方向上细长的线状的由PS(聚苯乙烯)构成的疏液性的第二畴56B。由于引导图案54B(抗蚀剂图案)为亲液性，在与引导图案54B相邻的部分上形成亲液性的畴56A。周期p3a例如为多个引导图案54B的周期p3的数分之一～十分之一左右，两种畴56A、56B的X方向上的宽度相互大致相同。
另外，在X方向上细长的多个引导图案54C间的聚合物层56相分离为如下状态：在X方向上以周期p4a配置了在X方向上细长的线状的由PMMA构成的亲液性的第三畴56C、在X方向上细长的线状的由PS构成的疏液性的第四畴56D。在本实施方式中，多个引导图案54C的Y方向上的周期p4与引导图案54B的周期p3相同，畴56C、56D的周期p4a与畴56A、56B的周期p3a大致相同。周期p3a、p4a与形成在图2的(B)所示的照射区域SA中的L&S图案40X、40Y的周期px1、py1大致相同。在本实施方式中，聚合物层56沿着引导图案54B、54C分离为细长的两种畴。这时，聚合物层56(晶片W)的退火也使用了容易分离为细长的两种畴的条件。
然后，将晶片W搬送至蚀刻装置400，并实施例如氧等离子体刻蚀，如图7的(B)和图4的(E)所示，选择性地除去形成在晶片W上的畴56A～56D中的亲液性的第一畴56A和第三畴56C(步骤114)。之后，将抗蚀剂标记RPX、RPYB(引导图案54B、54C)和周期性地剩余的疏液性的畴56B、56D作为掩模，进行晶片W的硬掩模层52的蚀刻而在硬掩模层52上形成多个开口52a(参照图4的(F))，并除去剩余的抗蚀剂和畴56B、56D(步骤116)。然后，经由形成了多个开口52a的硬掩模层52而进行晶片W的第一器件层DL1的蚀刻，如图4的(G)所示，在与器件层DL1的多个畴56A、56C对应的区域中形成分别在Y方向上细长的多个凹部DL1Xa和在X方向上细长的多个凹部DL1Ya(步骤118的前半部)。并且，将晶片W搬送至薄膜形成装置300，将金属(例如铜)埋入晶片W的器件层DL1的凹部DL1Xa、DL1Ya，如图4的(H)所示，形成在Y方向和X方向上细长的线图案58X、58Y(步骤118的后半部)。如图7的(C)所示，多个线图案58X的X方向上的周期为p3a，多个线图案58Y的Y方向上的周期为p4a(在这里与p3a相等)。线图案58X、58Y的线宽大致为周期p3a的1/2。
通过以上工序，如图8所示，在晶片W的第一器件层DL1的划线区域SL中形成在X方向上以周期p1排列了线图案区域44Xa和空白图案区域44Xb而成的X轴的晶片标记44X，所述线图案区域44Xa在X方向上以大致周期p3a排列了多个金属的线图案58X，所述空白图案区域44Xb在Y方向上以大致周期p4a排列了金属的多个线图案58Y。并且，以在Y方向上夹持晶片标记44X的方式，形成在Y方向上以周期p2(在这里与p1相等)排列了线图案区域44Ya和空白图案区域44Yb而成的Y轴的两处晶片标记44YA、44YB，所述线图案区域44Ya在X方向上以大致周期p3a排列了线图案58X(比晶片标记44X的情况短)，所述空白图案区域44Yb在Y方向上以大致周期p4a排列了线图案58Y(比晶片标记44X的情况长)。
在本实施方式中，当将换算为曝光装置100具备的晶片定位系统ALS的周期的分辨率极限(使用可视区域至近红外的检测光，光学上能够检测的极限)设为Re(det)，将193nm的液浸光刻中的分辨率极限的周期换算值设为Re(exp)时，晶片标记44X的线图案区域44Xa和空白图案区域44Xb的周期p1、分辨率极限Re(det)、分辨率极限Re(exp)、构成区域44Xa和44Xb的线图案58X、58Y的周期p3a之间具有以下关系。
p1≥Re(det)>Re(exp)>p3a…(2)
因此，由于线图案58X、58Y的周期p3a小于晶片定位系统ALS的分辨率极限Re(det)，当用晶片定位系统ALS将图8的晶片标记44X、44YA、44YB的像成像时，不形成多个线图案58X、58Y的独立的像。在该情况下，当将检测光设定为例如X方向或Y方向的偏振方向时，由于在线图案区域44Xa和空白图案区域44Xb反射率不同，根据区域44Xa、44Xb整体的像的亮度相互不同，能够检测出周期p1的X轴的晶片标记44X的像。同样地，能够检测出周期p2(在这里为p1)的Y轴的晶片标记44YA、44YB的像。构成晶片标记44X、44YA、44YB的线图案58X、58Y的长度方向的信息存储在曝光装置100的主控制装置38的存储装置的曝光数据文件中。
另外，在形成图8的晶片标记44X、44YA、44YB的同时，与晶片标记的情况同样地，使用包含嵌段共聚物的聚合物层的定向自组装，在晶片W的各照射区域SA上形成图2的(B)所示的L&S图案40X、40Y。
之后，在晶片W的器件层DL1上形成第二器件层的情况下，在晶片W的器件层DL1上形成薄膜，并涂布抗蚀剂(步骤120)。然后，将光罩R2装载在曝光装置100的光罩载台RST上，并将晶片W装载在晶片载台WST上(步骤122)。并且，将曝光装置100的晶片定位系统ALS的偏振片36C的角度设定为来自晶片定位系统ALS的检测光相对于图8的晶片标记44X成为例如Y方向(也可以是X方向)的直线偏振(步骤124)。然后，使用晶片定位系统ALS检测出附设于图2的(A)的晶片W的规定的多个照射区域SA中的晶片标记WM(44X、44YA、44YB)的位置，使用该检测结果进行晶片W的定位(步骤126)。
然后，通过在晶片W的各照射区域SA曝光光罩R2的图案的像(步骤128)，进行抗蚀剂的显影(步骤130)，并进行蚀刻等图案形成，从而形成第二器件层的图案(步骤132)。
这样，根据本实施方式的图案形成方法，使用包含嵌段共聚物的聚合物层的定向自组装，在晶片W的各照射区域SA上形成具有比液浸光刻的分辨率极限更微细的结构的L&S图案40X、40Y，并且能够在划线区域SL中形成晶片标记44X等，所述晶片标记44X等具有比液浸光刻的分辨率极限更微细的周期的结构以及能够用晶片定位系统ALS检测的极限或比该极限更大的周期的结构。而且，由于在线图案区域44Xa和空白图案区域44Xb中晶片标记44X等的微细的结构的周期方向正交，所以利用该结构的不同，能够用曝光装置100的晶片定位系统ALS高精度地检测出晶片标记44X等的位置。
本实施方式的效果等如以下。利用本实施方式的图案形成系统的标记形成方法包含：步骤106，在晶片W的划线区域SL上曝光标记图案46X、46YB的像；步骤108，基于该标记的像，在划线区域SL上形成包含凹部70A、70B的抗蚀剂标记RPX、RPYB；步骤110，在形成了晶片W的抗蚀剂标记RPX、RPY的区域的凹部70A、70B中涂布包含嵌段共聚物的聚合物层56；步骤112，通过退火，使聚合物层56形成自组装区域(亲液性的畴56A、56C和疏液性的畴56B、56D)；步骤114，通过等离子体蚀刻选择性地除去自组装区域的一部分(畴56A、56C)；步骤116、118，使用除去了其一部分的自组装区域在晶片W上形成晶片标记44X、44YA、44YB。
根据该标记形成方法，在使用包含嵌段共聚物的聚合物层56的自组装形成电路图案时，能够与该电路图案一起形成晶片标记44X、44YA、44YB，所述晶片标记44X、44YA、44YB具有比液浸光刻的分辨率极限更微细的周期的结构以及能够用晶片定位系统ALS检测的极限或比该极限更大的周期的结构。
另外，本实施方式的定位用晶片标记44X包含周期性地形成在X方向上的多个线图案区域44Xa和多个线图案区域44Xa间的至少一个空白图案区域44Xb，在线图案区域44Xa内形成具有比晶片定位系统ALS的分辨率极限小的周期(光学上不能分辨的结构)的多个线图案58X(第一结构)，在空白图案区域44Xb内形成具有光学上不能分辨的结构的多个线图案58Y(第二结构)，线图案58X和58Y的周期方向(X方向和Y方向)正交。该晶片标记44X能够用本实施方式的标记形成方法形成。并且，利用多个线图案58X、58Y的周期方向相互不同，能够用曝光装置100的晶片定位系统AL形成晶片标记44X的像，并能够高精度检测出晶片标记44X的位置。能够使用该检测结果高精度地进行晶片W的定位。
此外，本实施方式的晶片标记44X具有在区域44Xa、44Xb双方光学上不能分辨的结构，但也可以在晶片标记44X的线图案区域44Xa(具有光学上可检测的周期的线部)和空白图案区域44Xb(或包围线图案区域44Xa的区域)的至少一方包含多个线图案58X或58Y等，并设置光学上不能分辨的结构。在该情况下，晶片标记也可使用嵌段共聚物的自组装来形成，通过使线部和与之相邻的区域的反射率不同，能够检测出该晶片标记。
此外，在上述实施方式中，可进行以下的变形。
在上述实施方式中，如图6的(A)、(B)所示，抗蚀剂标记RPX、RPYB的X轴的引导图案54B的周期p3与Y轴的引导图案54C的周期p4相同。作为另一结构，如图9的(A)的第一变形例的晶片W1所示，也可以使Y轴的引导图案54C的周期p4比抗蚀剂标记RPX、RPYB的X轴的引导图案54B的周期p3大。该第一变形例适用于同时形成的器件用图案中的最微细的图案为例如图2的(B)的X轴的L&S图案40X的情况。在该情况下，在曝光装置100中，有时使用X方向的分辨率会成为最微细的照明条件(例如在光瞳面上，在X方向上远离的两处的区域中光量变大的两极照明或叶型照明)。这样，由于X方向的分辨率比Y方向的分辨率微细，通过对相对于图5的(B)的线图案48X的周期p3/β而加大线图案48Y的周期p4/β而成的标记图案的像进行曝光来进行细化，能够一起高精度地形成图9的(A)的X轴和Y轴的引导图案54B、54C。
在该第一变形例，通过在引导图案54B、54C间的凹部70A、70C中形成包含嵌段共聚物的聚合物层56，并使聚合物层56产生定向自组装，如图9(B)所示，在引导图案54B间，在X方向上以周期p3a形成畴56A、56B，在引导图案54C间，在Y方向上以周期p4a形成畴56C、56D，周期p4a例如与周期p3a不同。不过，周期p4a也可以与周期p3a相同。此后，用与上述实施方式相同的工序，能够形成与图8的晶片标记同样的晶片标记。
接着，如图10的(A)的第二变形例的晶片W2所示，设想了如下情况：晶片W2的第一器件层DL1的最微细的器件用图案为图2的(B)的X轴的L&S图案40X，与第一器件层DL1不同的(例如其上的绝缘层60A上的)第二器件层DL2的最微细的器件用图案为图2的(B)的Y轴的L&S图案40Y。并且，在第一器件层DL1的图案的曝光时，为了提高X方向上的分辨率，使用在X方向上分离的两极照明，在第二器件层DL2的图案的曝光时,为了提高Y方向的分辨率，使用了在Y方向上远离的两极照明。
在该情况下，如图10的(B)所示，在抗蚀剂图案的阶段中，在第一器件层DL1的划线区域(标记形成区域)中，形成隔着空白区域RPXb在X方向上排列了多个线区域RPXa而成的抗蚀剂标记RPX，所述线区域RPXa为在X方向上周期性地排列了在Y方向上细长的引导图案54B的结构。成为引导图案54B的基础的光罩的图案的像用X方向的两极照明高精度地曝光。在该变形例中，作为一例，在包围空白区域RPXb和线区域RPXa的区域中剩余有抗蚀剂膜，通过在引导图案54B间的凹部中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之产生定向自组装(DSA)，如放大图B所示，在X方向上周期性地形成畴56A、56B。之后，与上述实施方式同样地，通过在与畴56B对应的位置的器件层DL1中埋入线图案58X(参照图10的(A))，形成X轴的晶片标记44X。
另一方面，如图10的(C)所示，在抗蚀剂图案的阶段中，在第二器件层DL2的划线区域中，形成隔着空白区域RPYb在Y方向上排列了多个线区域RPYa而成的抗蚀剂标记RPYA、RPYB，所述线区域RPYa为在Y方向上周期性地排列了在X方向上细长的引导图案54C的结构。成为引导图案54C的基础的光罩的图案的像用Y方向的两极照明高精度地曝光。在该变形例中，作为一例，在包围空白区域RPYb和线区域RPYa的区域中剩余有抗蚀剂膜，通过在引导图案54C间的凹部中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之产生定向自组装，如放大图C所示，在Y方向上周期性地形成畴56C、56D。之后，与上述实施方式同样地，通过在与畴56D对应的位置的器件层DL2中埋入线图案58Y(参照图10的(A))，形成Y轴的晶片标记44YA、44YB。之后，在晶片W2的定位时，通过由晶片定位系统ALS检测出器件层DL1的X轴的晶片标记和器件层DL2的Y轴的晶片标记，能够进行晶片W2的X方向和Y方向的定位。
接着，如图11的(A)的第三变形例的晶片W3所示，也可以是，在晶片W3的某器件层的划线区域中，在抗蚀剂图案的阶段，隔着由在X方向上周期性地排列的多个引导图案54B构成的空白区域RPXb，形成在X方向上排列了多个线区域RPXa而成的结构的抗蚀剂标记RPXA，所述线区域RPXa由宽的凹部70D构成，所述凹部70D由在Y方向上细长的矩形框状的凸的图案54CA包围而成。在该情况下，在空白区域RPXb的引导图案54B间的凹部70A和线区域RPXa的宽的凹部70D中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之产生自组装。在该变形例中，如图11的(B)所示，在空白区域RPXb的引导图案54B间，通过强的定向，形成在Y方向上延伸的周期性的畴56A、56B。另一方面，在线区域RPXa内的凹部70D中，由于定向弱，如图11的(C)所示，在随机地组合了亲液性的畴56E和疏液性的畴56F的状态下进行自组装。
此后，通过实施与上述实施方式同样的处理，在线区域RPXa中随机地形成金属的线图案，在X方向上周期性地形成了在Y方向上延伸的金属的线图案的状态下，在空白区域RPXb中形成X轴的晶片标记。由于该晶片标记在空白区域和线区域中检测光的反射率也不同，可以用晶片定位系统ALS检测出。
[第二实施方式]
参照图12～图13的(D)说明第二实施方式。在本实施方式中也使用图1的(A)的图案形成系统，使用嵌段共聚物(BCP)的定向自组装(DSA)而在晶片的某器件层上形成器件用图案和晶片标记。本实施方式的晶片的照射排列与图2的(A)相同，但在本实施方式中，在照射区域SA上形成有器件用图案DP2来代替器件用图案DP1。
图12表示形成本实施方式的晶片(作为晶片W4)的某器件层的照射区域SA和划线区域SL上器件用图案DP2和晶片标记44X、44YA、44YB。器件用图案DP2包含在X方向上以周期px2且在Y方向上以周期py2排列而成的由多个微小的孔(通路或通孔)42a构成的孔阵列42。此外，在后面的工序中，在孔42a中填充了例如金属(例如铜)。
作为一例，周期px2、py2大致相等，但周期px2、py2也可以相互不同。孔42a的直径为周期px2的1/2以下左右。作为一例，周期px2、py2为在组合了波长193nm的液浸光刻和例如所谓的双重图形工艺的情况下得到的最微细的周期pmin的数分之一左右。
在本实施方式中，在器件用图案DP2的形成时，由于嵌段共聚物进行自组装从而形成排列在X方向和Y方向上的多个格点，晶片标记的形成也利用进行自组装从而形成多个格点。
图13的(A)表示形成在本实施方式的晶片W4的划线区域中的X轴的周期p1的晶片标记44X用抗蚀剂标记RPXB。作为一例，抗蚀剂标记RPXB是在X方向上以周期p1排列了空白区域RPXBb、线区域RPXBa而成的图案，所述空白区域RPXBb由在X方向和Y方向上以周期p5形成的凸的网格状引导图案54E构成，所述线区域RPXBa由在X方向和Y方向上以小于周期p5(例如周期p5的大致1/2左右的)的周期p6形成的凸的网格状引导图案54F构成。周期p6与波长193nm的液浸光刻中的分辨率极限大致相同。引导图案54E、54F的厚度通过抗蚀剂图案的细化等而较细地加工为周期p5、p6的数分之一～十分之一左右。
在本实施方式中，通过在空白区域的网格状引导图案54E间的凹部70E中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之产生定向自组装，如图13的(B)所示，作为一例，在各凹部70E内，以周期p5a形成在X方向上3列、在Y方向上3行亲液性微小的圆形畴62A，在对应的引导图案54E与畴62A之间，形成由与引导图案54E接触的部分的亲液性畴、疏液性畴构成的中间畴62B。
另一方面，通过在线区域的网格状引导图案54F间的凹部70F中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之产生定向自组装，如图13的(C)所示，作为一例，在各凹部70F内，以周期p6a形成在X方向上2列、在Y方向上2行亲液性微小的圆形畴62A，在对应的引导图案54F与畴62A之间形成中间畴62B。在本实施方式中，作为一例，周期p5a为周期p5的1/3，周期p6a为周期p6的1/2，周期p6a相对于周期p5a变小，线区域的畴62A的密度相对于空白区域的畴62A的密度变大。
随后，与第一实施方式同样地，通过选择性地除去畴62A，将剩余的图案作为掩模并蚀刻下层的硬掩模层(未图示)，并蚀刻更下层的器件层(未图示)，畴62A的部分形成了成为凹部的晶片标记。并且，通过在该凹部埋入例如金属，形成晶片标记，所述晶片标记包含：图13的(B)的畴62A的部分成为金属的空白图案区域、图13的(C)的畴62A的部分成为金属的线图案区域。该晶片标记在空白图案区域和线图案区域中，微小的圆形金属图案的密度不同，由于检测光的反射率不同，能够用曝光装置100的晶片定位系统ALS进行检测。
此外，在本实施方式中，也可以使空白区域的畴62A的密度比线区域的畴62A的密度高。
另外，作为本实施方式的变形例，也可以将线区域RPXBa内设为宽的凹部，而不在线区域RPXBa内形成网格状引导图案54F。在该情况下，如图13的(D)所示，通过嵌段共聚物的自组装，线区域RPXBa内随机排列了例如亲液性的畴56E和疏液性的畴56F。或者，有时也随机地排列圆形的畴。而且，通过选择性地除去畴56E，在线区域中形成随机的凹部(或金属)的图案。在该情况下，由于在规则排列的圆形凹部(或金属)的部分与随机的凹部(或金属)的部分反射率不同，所以也能够用晶片定位系统ALS检测出晶片标记。
接着，作为本实施方式的另一变形例，如图14的(A)所示，也可以形成在X方向上排列了线区域RPXCa和空白区域RPXCb而成的抗蚀剂标记RPXC，所述线区域RPXCa由在X方向上周期性地排列的多个引导图案54B构成，所述空白区域RPXCb的整个面由抗蚀剂覆盖。另外，空白区域RPXCb也可以作为基底层(例如金属层)。在该情况下，在器件用图案(未图示)中，在形成了多个孔的状态下进行嵌段共聚物的定向自组装。因此，当在线区域RPXCa的引导图案54B间的凹部70A中形成包含嵌段共聚物的聚合物层，并使之进行定向自组装时，作为一例，如图14的(B)所示，在引导图案54B间的中间畴62B中，在X方向和Y方向上规则地形成微小的圆形亲液性畴62A。之后，与上述例子同样地，通过选择性地除去畴62A，并在除去的部分埋入例如金属，从而在线图案区域中排列微小的圆形金属图案，在空白图案区域中形成不存在图案的形状的晶片标记。此外，在该情况下，线区域RPXCa不限于上述微小的圆形亲液性的畴62A，也可以设为线状的亲液性畴62A和中间畴62B，也可以如图13的(D)那样应用随机地排列了亲液性的畴56E和疏液性的畴56F的形态。该晶片标记也能够用晶片定位系统ALS来检测。
接着，在使用上述各实施方式的图案形成方法制造SRAM等半导体器件(电子器件)的情况下，如图15所示，经过进行半导体器件的功能·性能设计的步骤221、制作基于该设计步骤的掩模(光罩)的步骤222、制造半导体器件用的衬底(或晶片的基材)的步骤223、衬底处理步骤224、器件组装步骤(包含切割工序、接合(bonding)工序、封装工序等加工工艺)225以及检查步骤226等而制造半导体器件。另外，其衬底处理步骤224包含上述实施方式的图案形成方法，该图案形成方法包含：用曝光装置在衬底上曝光光罩的图案的工序、将曝光的衬底显影的工序以及进行显影的衬底的加热(固化)和蚀刻的工序等。
换句话说，该器件制造方法包含衬底处理步骤224，该衬底处理步骤224包含使用上述各实施方式中的任一个图案形成方法而在衬底上形成器件用图案和晶片标记的工序。
根据该器件的制造方法，能够使用曝光装置高精度地制造包含比曝光装置的分辨率极限更微细的电路图案的半导体器件。
此外，在上述实施方式中作为制造对象的器件也可以是SRAM以外的DRAM、CPU、DSP等任意的半导体器件。并且，在制造半导体器件以外的成像元件、MEMS(Microelectromechanical Systems)等电子器件(微型器件)时也能够适用上述实施方式的图案形成方法。
另外，在上述实施方式中，作为曝光装置，也可以使用不是液浸型的干法型曝光装置。另外，除了将紫外光作为曝光光线的曝光装置以外，也可以使用：使用波长为数nm～数10nm左右的EUV光(Extreme Ultraviolet Light：极紫外光)作为曝光光线的EUV曝光装置或将电子束作为曝光光线的电子束曝光装置等。
另外，在上述实施方式中，作为嵌段共聚物，使用由(PS-b-PMMA)构成的二嵌段共聚物。作为其它可使用的嵌段共聚物，例如有：聚(苯乙烯-b-乙烯基吡啶)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-异戊二烯)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-b-链烯基芳烃)、聚(异戊二烯-b-环氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-(乙烯-丙烯))、聚(环氧乙烷-b-己内酯)、聚(丁二烯-b-环氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-(甲基)丙烯酸叔丁基酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-甲基丙烯酸叔丁基酯)、聚(环氧乙烷-b-环氧丙烷)、聚(苯乙烯-b-四氢呋喃)、聚(苯乙烯-b-异戊二烯-b-环氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-二甲基硅氧烷)、或聚(甲基丙烯酸甲酯-b-二甲基硅氧烷)，或包含这些嵌段共聚物的至少一种的组合等二嵌段或三嵌段共聚物等。进而，作为嵌段共聚物，也可以使用无规共聚物。
优选的是嵌段共聚物具有能够进行进一步处理的整体分子量和多分散性。
另外，也可以用在涂布了将该聚合物层溶解在溶剂中而成的液体后例如使溶剂挥发的溶剂流延法来进行包含嵌段共聚物的聚合物层的涂布。能够使用在该情况下的溶剂根据嵌段共聚物的成分以及假定使用的情况下各种添加物的溶解度条件而变化。相对于这些成分和添加物的例示性流延溶剂包含：丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)、乙氧基丙酸乙酯、苯甲醚、乳酸乙酯、2-庚酮、环己酮、乙酸戊酯、γ-丁内酯(GBL)、甲苯等。
另外，可添加至包含嵌段共聚物的聚合物层中的添加物能够由附加聚合物(包含均聚物、星形聚合物以及共聚物、超支化聚合物、嵌段共聚物、接枝共聚物、超支化共聚物、无规共聚物、交联聚合物以及含无机的聚合物)、小分子、纳米粒子、金属化合物、含无机分子、表面活性剂、光酸产生剂、热酸产生剂(thermal acid generator)、碱消光剂、固化剂、交联剂、扩链剂以及包含前述物质的至少一种的组合构成的组中选择。在这里，一种或多种添加物与嵌段共聚物一起附聚(associate)而形成一个或多个自组装畴的部分。
此外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的构思的范围内可采用各种结构。
附图标记的说明
R1、R2…光罩，W、W1…晶片(衬底)，ALS…晶片定位系统，SL…划线区域，SA…照射区域，RPX、RPYB…抗蚀剂标记，DL1…器件层，44X、44YA、44YB…晶片标记，44Xa、44YA…线图案区域，44Xb、44Yb…空白图案区域，46X、46YB…标记图案，50…基材，52…硬掩模层，54…抗蚀剂层，54B、54C…引导图案，56…包含BCP的聚合物层，56A…亲液性的畴，56B…疏液性的畴，58X、58Y…金属的线图案，70A、70B…凹部，100…曝光装置。

Claims (22)

1.一种标记形成方法，其特征在于，包含：
在衬底的标记形成区域上形成凹部；
在所述凹部中涂布包含嵌段共聚物的聚合物层；
使所述凹部的所述聚合物层形成自组装区域；
选择性地除去所述自组装区域的一部分；以及
使用除去了所述一部分的所述自组装区域形成定位用标记。
2.根据权利要求1所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述凹部的标记，
所述标记包含：在第一方向上周期性地排列的分别包含凹部的多个线图案区域、和所述多个线图案区域之间的分别包含凹部的至少一个空白图案区域，
使所述凹部的所述聚合物层形成自组装区域时，使形成在所述线图案区域内的所述凹部中的自组装区域的周期方向与形成在所述空白图案区域内的所述凹部中的自组装区域的周期方向不同。
3.根据权利要求2所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记包含：在所述多个线图案区域的至少一个中，在所述第一方向上以第一周期排列的凸的线状的多个第一引导图案；以及在所述空白图案区域中，在与所述第一方向正交的第二方向上以第二周期排列的凸的线状的多个第二引导图案，
在所述凹部中涂布所述聚合物层时，在所述多个第一引导图案之间的多个第一凹部和所述多个第二引导图案之间的多个第二凹部中涂布所述聚合物层，
在使所述聚合物层形成自组装区域时，在所述多个第一凹部的所述聚合物层中形成在所述第一方向上具有周期性的自组装区域，在所述多个第二凹部的所述聚合物层中形成在所述第二方向上具有周期性的自组装区域。
4.根据权利要求3所述的标记形成方法，其特征在于，
所述多个第二引导图案的所述第一方向上的边缘部与所述多个第一引导图案中的端部的第一引导图案连接。
5.根据权利要求1所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述凹部的标记，
所述标记包含：在第一方向上周期性地排列的分别包含凹部的多个第一线图案区域和在与所述第一方向正交的第二方向上周期性地排列的分别包含凹部的多个第二线图案区域，
使所述凹部的所述聚合物层形成自组装区域时，使形成在所述多个第一线图案区域内的所述凹部中的自组装区域的周期方向与形成在所述多个第二线图案区域内的所述凹部中的自组装区域的周期方向不同。
6.根据权利要求5所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记包含：在所述多个第一线图案区域的至少一个中，在所述第一方向上以第一周期排列的凸的线状的多个第一引导图案；以及在所述多个第二线图案区域的至少一个中，在所述第二方向上以第二周期排列的凸的线状的多个第二引导图案，
在所述凹部中涂布所述聚合物层时，在所述多个第一引导图案之间的多个第一凹部和所述多个第二引导图案之间的多个第二凹部中涂布所述聚合物层，
在使所述聚合物层形成自组装区域时，在所述多个第一凹部的所述聚合物层中形成在所述第一方向上具有周期性的自组装区域，在所述多个第二凹部的所述聚合物层中形成在所述第二方向上具有周期性的自组装区域。
7.根据权利要求6所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记通过在所述标记形成区域曝光标记像而形成，
在形成所述标记像时，与所述第一方向的分辨率相比，将所述第二方向的分辨率设定为较低，
与所述多个第一引导图案的第一周期相比，将所述多个第二引导图案的第二周期设定为较大。
8.根据权利要求1所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述凹部的标记，
所述标记包含：包含凹部的线图案区域和与所述线图案区域相邻的包含凹部的相邻区域，
在选择性地除去所述自组装区域的一部分时，在形成于所述线图案区域的自组装区域中剩余的凹部的密度与在形成于所述相邻区域的自组装区域中剩余的凹部的密度不同。
9.根据权利要求1所述的标记形成方法，其特征在于，
所述衬底具有：第一标记形成层，形成了在第一方向上具有最微细的周期的电路图案；以及第二标记形成层，形成了在与所述第一方向正交的第二方向上具有最微细的周期的电路图案，
在所述衬底的所述第一标记形成层上，经由将在所述聚合物层中在所述第一方向上周期性地形成的自组装区域的一部分除去而得到的第一掩模层，形成在所述第一方向上周期性地排列的标记，
在所述衬底的所述第二标记形成层上，经由将在所述聚合物层中在所述第二方向上周期性地形成的自组装区域的一部分除去而得到的第二掩模层，形成在所述第二方向上周期性地排列的标记。
10.一种标记形成方法，其特征在于，包含：
在衬底的标记形成区域上形成预图案；
在所述预图案中涂布包含嵌段共聚物的聚合物层；
使所述预图案的所述聚合物层形成自组装区域；
选择性地除去所述自组装区域的一部分；以及
使用除去了所述一部分的所述自组装区域形成定位用标记。
11.根据权利要求10所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述预图案的标记，
所述标记包含：在第一方向上周期性地排列的分别包含预图案部的多个线图案区域、和所述多个线图案区域之间的分别包含预图案部的至少一个空白图案区域，
使所述预图案的所述聚合物层形成自组装区域时，使形成在所述线图案区域内的所述预图案部中的自组装区域的周期方向与形成在所述空白图案区域内的所述预图案部中的自组装区域的周期方向不同。
12.根据权利要求11所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记包含：在所述多个线图案区域的至少一个中，在所述第一方向上以第一周期排列的线状的多个第一引导图案；以及在所述空白图案区域中，在与所述第一方向正交的第二方向上以第二周期排列的凸的线状的多个第二引导图案，
在所述预图案中涂布所述聚合物层时，在所述多个第一引导图案之间的多个第一预图案部和所述多个第二引导图案之间的多个第二预图案部中涂布所述聚合物层，
在使所述聚合物层形成自组装区域时，在所述多个第一预图案部的所述聚合物层中形成在所述第一方向上具有周期性的自组装区域，在所述多个第二预图案部的所述聚合物层中形成在所述第二方向上具有周期性的自组装区域。
13.根据权利要求12所述的标记形成方法，其特征在于，
所述多个第二引导图案的所述第一方向上的边缘部与所述多个第一引导图案中的端部的第一引导图案连接。
14.根据权利要求10所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述预图案的标记，
所述标记包含：在第一方向上周期性地排列的分别包含预图案部的多个第一线图案区域和在与所述第一方向正交的第二方向上周期性地排列的分别包含预图案部的多个第二线图案区域，
使所述预图案的所述聚合物层形成自组装区域时，使形成在所述多个第一线图案区域内的所述预图案部中的自组装区域的周期方向与形成在所述多个第二线图案区域内的所述预图案部中的自组装区域的周期方向不同。
15.根据权利要求14所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记包含：在所述多个第一线图案区域的至少一个中，在所述第一方向上以第一周期排列的凸的线状的多个第一引导图案；以及在所述多个第二线图案区域的至少一个中，在所述第二方向上以第二周期排列的线状的多个第二引导图案，
在所述预图案中涂布所述聚合物层时，在所述多个第一引导图案之间的多个第一预图案部和所述多个第二引导图案之间的多个第二预图案部中涂布所述聚合物层，
在使所述聚合物层形成自组装区域时，在所述多个第一预图案部的所述聚合物层中形成在所述第一方向上具有周期性的自组装区域，在所述多个第二预图案部的所述聚合物层中形成在所述第二方向上具有周期性的自组装区域。
16.根据权利要求15所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记通过在所述标记形成区域曝光标记像而形成，
在形成所述标记像时，与所述第一方向的分辨率相比，将所述第二方向的分辨率设定为较低，
与所述多个第一引导图案的第一周期相比，将所述多个第二引导图案的第二周期设定为较大。
17.根据权利要求10所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述标记形成区域上形成包含所述预图案的标记，
所述标记包含：包含预图案部的线图案区域和与所述线图案区域相邻的包含预图案部的相邻区域，
在选择性地除去所述自组装区域的一部分时，在形成于所述线图案区域的自组装区域中剩余的预图案部的密度与在形成于所述相邻区域的自组装区域中剩余的预图案部的密度不同。
18.根据权利要求10所述的标记形成方法，其特征在于，
所述衬底具有：第一标记形成层，形成了在第一方向上具有最微细的周期的电路图案；以及第二标记形成层，形成了在与所述第一方向正交的第二方向上具有最微细的周期的电路图案，
在所述衬底的所述第一标记形成层上，经由将在所述聚合物层中在所述第一方向上周期性地形成的自组装区域的一部分除去而得到的第一掩模层，形成在所述第一方向上周期性地排列的标记，
在所述衬底的所述第二标记形成层上，经由将在所述聚合物层中在所述第二方向上周期性地形成的自组装区域的一部分除去而得到的第二掩模层，形成在所述第二方向上周期性地排列的标记。
19.根据权利要求10～18中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，所述预图案是立体的。
20.根据权利要求19所述的标记形成方法，其特征在于，所述预图案是凹形的。
21.根据权利要求10～18中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，所述预图案是平面的。
22.一种器件制造方法，包含：
使用权利要求1～18中的任一项所述的标记形成方法在衬底上形成层间对位用标记；
使用所述对位用标记进行对位，曝光所述衬底；以及
处理所述被曝光的衬底。
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