CN105378892A - 标记形成方法、标记检测方法及器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的标记形成方法具有如下的步骤：在晶圆上对掩膜像进行曝光，基于该掩膜像的一部分形成形状相互不同的第一及第二抗蚀剂标记；通过旋转涂敷将包含嵌段共聚物在内的聚合物层涂敷在晶圆上；在所涂敷的聚合物层上形成自组装区域；有选择地除去自组装区域的一部分；和使用第一及第二抗蚀剂标记在晶圆上形成第一及第二晶圆标记。能够在利用嵌段共聚物的自组装来形成电路图案时形成标记。

Description

标记形成方法、标记检测方法及器件制造方法
技术领域
本发明涉及在衬底上形成标记的标记形成技术、对形成在衬底上的标记进行检测的标记检测技术及使用该标记形成技术或标记检测技术的器件制造技术。
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，在半导体器件的制造工序中，为了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形成定位用或对位用的定位标记。在衬底是半导体晶圆(以下简称为晶圆)的情况下，定位标记也被称为晶圆标记。
半导体器件以往的最微细的电路图案是采用了例如使用曝光波长为193nm的干法或液浸法的曝光装置的干法或液浸光刻工序而形成的。预想到即使组合以往的光学光刻和最近正进行着开发的双重图形工艺(DoublePatterningProcess)，也难以形成例如比22nm节点更微细的电路图案。
与此相关地，最近提出了如下的方案：在使用光刻工序形成的图案之间，使用嵌段共聚物(BlockCo-Polymer)的定向自组装(DirectedSelf-Assembly)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)。已知嵌段共聚物的图案化后的结构还作为微结构域(微相分离结构域)或仅作为结构域。
现有技术文献
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
通过使用嵌段共聚物的定向自组装，能够在衬底的某层形成纳米级的微细的电路图案。而且，有时还谋求在该层上一并形成电路图案和定位标记。但是，若仅利用以往的方法形成定位标记，则根据嵌段共聚物的自组装，定位标记自身也会形成预想不到的微细结构，若在之后的工序中该定位标记的检测变困难，则衬底的层间的重合精度可能会降低。
本发明的方案的目的在于，鉴于这样的情况，提供在利用嵌段共聚物的自组装来形成电路图案时能够使用的标记形成技术。
根据第一方面，提供一种标记形成方法，其包括以下的步骤：在衬底的包含标记形成区域在内的区域中对掩膜像进行曝光，基于该掩膜像的第一部分，在该标记形成区域中形成形状互不相同的第一标记及第二标记；在包含该标记形成区域在内的区域中涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物层；在涂敷了的该聚合物层的至少一部分形成自组装区域；有选择地除去所形成的自组装区域的一部分；和使用所述第一标记及第二标记，在该衬底的标记形成区域中分别形成第一定位用的标记及第二定位用的标记。
根据第二方面，提供一种标记检测方法，其为通过第一方面的标记形成方法而形成在衬底的标记形成区域中的第一定位用的标记及第二定位用的标记的检测方法，其包括以下的步骤：生成第一定位用的标记及第二定位用的标记的检测信号；评估生成的检测信号；基于评估的结果，选择第一定位用的标记及第二定位用的标记中的用于衬底的定位的标记。
根据第三方面，提供一种器件制造方法，其包括以下的步骤：使用第一方面的标记形成方法在衬底上形成层间的对位用的标记；使用该对位用的标记进行对位，对该衬底进行曝光；和对该曝光了的衬底进行处理。
发明效果
根据本发明的方面，由于使用形状相互不同的第一标记及第二标记形成第一定位用的标记及第二定位用的标记，所以即使在发生了嵌段共聚物的自组装的情况下，也能够使至少一方的对位用标记形成为目标形状。由此，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并地形成对位用的标记。
附图说明
图1的(A)是表示在实施方式的一例中使用的图案形成系统的主要部分的框图，图1的(B)是表示图1的(A)中的曝光装置的概要结构的图。
图2的(A)是表示实施方式的一例晶圆的某器件层的俯视图，图2的(B)是表示在图2的(A)的一个照射区域中附设的多个晶圆标记及该照射区域内的电路图案的一部分的放大俯视图。
图3是表示实施方式的一例的图案形成方法的流程图。
图4的(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)及(H)分别是在表示图案形成工序中逐渐变化的晶圆的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，图5的(B)是图5的(A)中的B部分的放大俯视图。
图6的(A)是表示第一晶圆标记用的抗蚀剂图案的一部分的放大俯视图，图6的(B)及(C)分别是表示图6的(A)中的B部分的不同的制造阶段的图案的放大俯视图。
图7的(A)、(B)及(C)分别是表示图6的(A)中的B部分的不同的制造阶段的图案的放大俯视图。
图8是表示在实施方式的一例中形成的第一晶圆标记的结构的放大俯视图。
图9的(A)是表示第二晶圆标记用的光罩的图案的一部分的放大俯视图，图9的(B)是表示图9的(A)的B部分的放大图。
图10的(A)是表示第二晶圆标记用的抗蚀剂图案的一部分的放大俯视图，图10的(B)及(C)分别是表示图10的(A)中的B部分的不同的制造阶段的图案的放大俯视图。
图11是表示晶圆的半径方向的位置和形成在该位置的晶圆标记的形状之间的关系的一例的图。
图12的(A)是表示所形成的晶圆标记的一部分的放大俯视图，图12的(B)是表示图12的(A)的标记的图像的拍摄信号的一例的图，图12的(C)是表示图12的(B)的拍摄信号的微分信号的一例的图。
图13的(A)、(B)、(C)及(D)分别是表示在变形例的图案形成工序中逐渐变化的晶圆的图案的一部分的放大剖视图。
图14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
参照图1的(A)～图12的(C)，对本发明的优选实施方式的一例进行说明。首先，在本实施方式中，对为了形成半导体器件等的电子器件(微型器件)的电路图案而使用的图案形成系统的一例进行说明。
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)中的由步进式扫描机(scanningstepper)(扫描仪)构成的扫描型的曝光装置(投影曝光装置)100的概要结构。在图1的(A)中，图案形成系统包括：曝光装置100，其对涂敷了感光材料的晶圆(半导体晶圆)进行曝光；涂敷显影机(coater/developer)200，其对晶圆涂敷作为感光材料的抗蚀剂(resist)及进行显影；薄膜形成装置300；蚀刻装置400，其对晶圆进行干式或湿式的蚀刻；聚合物处理装置500，其进行包含后述嵌段共聚物(BlockCo-Polymer:BCP)的聚合物(Polymer)(共聚物)的处理；退火装置600；搬运系统700，其在这些装置间进行晶圆的搬运；和主机计算机(未图示)等。
本发明所使用的嵌段共聚物是包含多于一个的分别以嵌段为单位存在的单体(monomer)在内的聚合物、或由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。作为嵌段共聚物能够使用二嵌段共聚物或三嵌段共聚物等的任意的聚合物。这些中的二嵌段共聚物具有两个不同的单体的嵌段。二嵌段共聚物能够简写成A-b-B，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及B的嵌段的二嵌段共聚物。例如，PS-b-PMMA表示聚苯乙烯(PS)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物。除了链状的嵌段共聚物以外，还能够将具有其他结构的嵌段共聚物例如星型共聚物、分支共聚物、超支化共聚物或接枝共聚物用来作为本发明的嵌段共聚物。
另外，嵌段共聚物有如下的倾向：构成该嵌段共聚物的各嵌段(单体)彼此集合而形成被称为微结构域或简称为结构域的个别的微相分离结构域(相分离的倾向)。该相分离也是自组装(Self-Assembly)的一种。不同结构域的间隔及形态取决于嵌段共聚物内的不同嵌段的相互作用、体积百分率及数量。嵌段共聚物的结构域能够作为例如退火(Annealing)的结果而形成。作为退火的一部分的加热或烘烤是使衬底及其上的涂层(薄膜层)的温度上升到比周围温度高的通常的工艺。退火能够包含热退火、热梯度退火、溶剂蒸汽退火或其他的退火法。热退火根据情况被称为热固化，用于诱发相分离，而且，还能够用作用于削减或除去横向上的微相分离结构域的层内的缺陷的工艺。退火通常包含以比嵌段共聚物的玻璃转移温度更高的温度来加热某段时间(例如几分钟至几日)期间的情况。
另外，在本实施方式中，将定向自组装(DirectedSelf-Assembly：DSA)应用于包含嵌段共聚物的聚合物，以适于形成半导体器件的电路图案和/或定位标记的形成的形式被片段化的纳米级的结构域(domain)。定向自组装是如下的技术：将在例如光刻工序中形成的抗蚀剂图案作为预图案或引导图案，通过由该预图案或引导图案规定的空间配置(形貌(topography)的结构)来控制嵌段共聚物的结构域的配置。作为定向自组装的方法，采用了使用例如立体的预图案或引导图案的制图外延法(Grapho-EpitaxyProcess)，但还能够采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-EpitaxyProcess)。
在图1的(B)中，曝光装置100具有：照明系统10；光罩载台RST，其保持被来自照明系统10的曝光用的照明光(曝光光线)IL照明的光罩R(掩膜)；投影单元PU，其包含将从光罩R射出的照明光IL投射到晶圆W(衬底)的表面的投影光学系统PL；晶圆载台WST，其保持晶圆W；主控制装置(未图示)，其由统一控制装置整体的动作的计算机构成；等等。以下，在图1的(B)中，与投影光学系统PL的光轴AX平行地取作Z轴，在与其正交的平面(大致水平面)内，沿着相对扫描光罩R和晶圆W的方向取作Y轴，沿着与Z轴及Y轴正交的方向取作X轴，将分别绕X轴、Y轴及Z轴的旋转(倾斜)方向作为θx、θy及θz方向进行说明。
例如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的光源及利用照明光IL照明光罩R的照明光学系统。作为照明光IL，作为一例使用了ArF(氟化氩)准分子激光(波长193nm)。此外，作为照明光IL，还能够使用KrF(氟化氪)准分子激光(波长248nm)、YAG(钇铝石榴石)激光或固体激光(半导体激光等)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(蝇眼透镜或棒状积分器(内表面反射型积分器)等)等的照度均一化光学系统及光罩遮帘(固定及可变的视场光阑)等(都未图示)。照明系统10是，在二极照明、四极照明、环状照明或通常照明等的照明条件下，通过规定的偏振状态的照明光IL以大致均匀的照度分布来照明照明区域IAR，该照明区域IAR是在被光罩遮帘限定的光罩R的图案面(下表面)的X方向上呈细长的狭缝状的区域。
另外，通过真空吸附等来保持光罩R的光罩载台RST能够以沿Y方向以恒定速度移动并且能够调整X方向、Y方向的位置及θz方向的旋转角的方式载置在光罩基座(未图示)的与XY平面平行的上表面上。光罩载台RST的位置信息始终通过包含多轴的激光干涉计在内的光罩干涉计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左右的分辨率来检测。基于光罩干涉计18的测量值控制包含线性马达等在内的光罩载台驱动系统(未图示)，由此来控制光罩载台RST的位置及速度。
另外，配置在光罩载台RST的下方的投影单元PU包括：镜筒24；和投影光学系统PL，其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。投影光学系统PL例如在双侧远心具有规定的投影倍率β(例如1/4倍、1/5倍等的缩小倍率)。通过穿过了光罩R的照明光IL经由投影光学系统PL，使得光罩R的照明区域IAR内的电路图案的像形成在晶圆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)。本实施方式的作为衬底的晶圆(半导体晶圆)W包含例如在由硅(或也可以是SOI(silicononinsulator：绝缘衬底上的硅)等)形成的直径为200～450mm左右的圆板状的基材的表面上形成有图案形成用的薄膜(氧化膜、金属膜、多晶硅膜等)的结构。而且，在曝光对象的晶圆W的表面上，以规定的厚度(例如几十nm～200nm左右)涂敷抗蚀剂。
另外，曝光装置100实施采用了液浸法的曝光，因此以包围对前端透镜26进行保持的镜筒24的下端部周围的方式，设置有构成用于向前端透镜26和晶圆W之间供给液体Lq的局部液浸装置30的一部分的喷嘴单元32，其中，前端透镜26为构成投影光学系统PL的最靠近像面侧(晶圆W侧)的光学元件。喷嘴单元32的液体Lq的供给口经由供给流路及供给管34A连接于液体供给装置(未图示)。喷嘴单元32的液体Lq的回收口经由回收流路及回收管34B连接于液体回收装置(未图示)。局部液浸装置30的详细结构在例如美国专利申请公开第2007/242247号说明书等中公开。
另外，晶圆载台WST以能够沿X方向、Y方向及θz方向移动的方式载置在底盘12的与XY平面平行的上表面12a。晶圆载台WST具有：载台主体20；晶圆台WTB，其搭载在载台主体20的上表面；和Z调平(leveling)机构，其设置在载台主体20内，相对地驱动晶圆台WTB(晶圆W)相对于载台主体20的Z方向的位置(Z位置)及θx方向、θy方向的倾斜角。在晶圆台WTB上，设置有通过真空吸附等将晶圆W保持在大致与XY平面平行的吸附面上的晶圆保持器(未图示)。在晶圆台WTB的上表面的晶圆保持器(晶圆W)的周围，设置有具有与晶圆W的表面(晶圆面)大致同一面的、对于液体Lq实施了疏液化处理的表面的平板状的板(疏液板)28。而且，在曝光过程中，基于例如斜入射方式的自动聚焦传感器(未图示)的测量值，以使晶圆面对焦在投影光学系统PL的像面的方式，驱动晶圆载台WST的Z调平机构。
另外，在晶圆台WTB的Y方向及X方向的端面上，分别通过镜面加工形成有反射面。从构成晶圆干涉计16的多轴的激光干涉计分别将干涉计射束投射到该反射面(也可以是移动镜)，由此以例如0.5～0.1nm左右的分辨率测量晶圆载台WST的位置信息(至少包含X方向、Y方向的位置及θz方向的旋转角)。基于该测量值控制包含线性马达等的晶圆载台驱动系统(未图示)，由此控制晶圆载台WST的位置及速度。此外，晶圆载台WST的位置信息也可以通过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测量。
另外，曝光装置100具有对晶圆W的规定的晶圆标记(定位标记)的位置进行测量的由图像处理方式FIA(FieldImageAlignment：场图像定位)系统构成的晶圆定位系统ALS、及为了对光罩R的定位标记通过投影光学系统PL产生的像的位置进行测量而内置于晶圆载台WST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)及晶圆定位系统ALS，进行光罩R和晶圆W的各照射区域之间的定位。
在晶圆W的曝光时，通过使晶圆载台WST沿X方向、Y方向移动(步进移动)，使晶圆W的曝光对象的照射区域向曝光区域IA的近前侧移动。而且，从局部液浸装置30向投影光学系统PL和晶圆W之间供给液体Lq。然后，将光罩R的图案的一部分通过投影光学系统PL产生的像投影到晶圆W的一个照射区域的同时，借助光罩载台RST及晶圆载台WST使光罩R及晶圆W沿Y方向同步地移动，由此在该照射区域中扫描曝光光罩R的图案的像。通过反复进行该步进移动和扫描曝光，以步进扫描方式及液浸方式，在晶圆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，在本实施方式中成为制造对象的器件用图案是作为半导体器件的SRAM(StaticRAM)的栅极单元用的电路图案，该电路图案是使用包含嵌段共聚物的聚合物的定向自组装(DSA)形成的。而且，在本实施方式中，在形成有该器件用图案的晶圆W的器件层中，还形成有作为定位用或对位用的定位标记的晶圆标记。
图2的(A)表示形成有该器件用图案及晶圆标记的晶圆W。在图2的(A)中，在晶圆W的表面上，沿X方向、Y方向隔开规定宽度的划线区域SL(标记形成区域)设置有多个照射区域SA(器件用图案形成区域)，在各照射区域SA内形成有器件用图案DP1，在附设在各照射区域SA的划线区域SL中，形成有形状彼此不同的第一及第二晶圆标记WM1、WM2。若晶圆W的直径为例如300mm，则作为一例在晶圆W的表面上形成有100个左右的照射区域SA。此外，晶圆W的直径不限于300mm，也可以使用450mm等的大型晶圆。
如作为图2的(A)的B部分的放大图的图2的(B)所示，器件用图案DP1包括将沿Y方向延伸的多个线图案40Xa以大致周期(节距)px1在X方向上排列而成的线与间隔(lineandspace)图案(以下称为L&S图案)40X、及将沿X方向延伸的多个线图案以大致周期py1在Y方向上排列而成的L&S图案40Y。线图案40Xa等由例如金属形成，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是在分别组合了波长193nm的液浸光刻和例如所谓的双重图形工艺(DoublePatterningProcess)的情况下得到的最微细的周期(以下称为周期pmin)的几分之一左右。该周期px1的1/2比例如22nm左右小。在形成具有这样的微细的周期的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，按每个不同的嵌段形成线状的结构域。
另外，划线区域SL的第一晶圆标记WM1包括将分别在Y方向上细长且在X方向上的宽度大致相同的线图案区域44Xa及间隔图案区域44Xb沿X方向以周期p1排列而成的X轴的晶圆标记44X、及将分别在X方向上细长且在Y方向上的宽度大致相同的线图案区域44Ya及间隔图案区域44Yb沿Y方向以周期p2排列而成的Y轴的2处晶圆标记44YA、44YB。作为一例，晶圆标记44YA、44YB配置成在Y方向上夹着晶圆标记44X。同样地，划线区域SL的第二晶圆标记WM2包括将分别在Y方向上细长的线图案区域44Xa1及间隔图案区域44Xb1沿X方向以周期p1A排列而成的X轴的晶圆标记44X1、及将分别在X方向上细长的线图案区域44Ya1及间隔图案区域44Yb1沿Y方向以周期p2A排列而成的Y轴的2处晶圆标记44YA1、44YB1。
作为一例，周期p1和周期p2相互相等。另外，周期p1A和周期p2A相互相等。周期p1及p1A分别为波长193nm的液浸光刻中的分辨率极限(周期)的几倍至几十倍左右。在本实施方式中，周期p1A被设定成比周期p1大一定程度，例如大几％～几十％左右。此外，如下所述，在线图案区域44Xa、44Xa1内使用嵌段共聚物的定向自组装形成微细结构，并且在线图案区域44Xa、44Xa1内的微细结构彼此不同的情况下，周期p1A及周期p1也可以是相同或大致相同。
而且，晶圆标记WM1、WM2的线图案区域44Xa、44Ya、44Xa1、44Ya1和间隔图案区域44Xb、44Yb、44Xb1、44Yb1只要是在用图1的(B)的晶圆定位系统ALS进行检测的情况下对于检测光的反射率不同的区域即可。在该情况下，当使用晶圆定位系统ALS的检测光的波长为λa、对物光学系统的开口数为NA时，晶圆定位系统ALS的分辨率极限(光学上能够检测的极限)为λa/(2NA)。另外，为了利用晶圆定位系统ALS检测晶圆标记44X、44YA、44X1、44YA1等，晶圆标记44X、44X1的周期p1、p1A的1/2必须为其分辨率极限以上，能够利用晶圆定位系统ALS检测晶圆标记44X、44YA、44X1、44YA1等的条件如下所述。
p1/2≧λa/(2NA)及p1A/2≧λa/(2NA)…(1)
作为一例，设波长λa为600nm、开口数NA为0.9时，周期p1、p1A分别只要为670nm左右以上即可。在本实施方式中，在形成器件用图案DP1时，采用了形成有线状的结构域的定向自组装，因此，在形成晶圆标记44X、44X1等时，也需要事先考虑通过嵌段共聚物的定向自组装形成线状的结构域。
以下，参照图3的流程图，对用于使用本实施方式的图案形成系统形成图2的(B)所示的晶圆标记WM1、WM2的图案形成方法的一例进行说明。此外，以下主要说明形成第一晶圆标记WM1的晶圆标记44X的过程，但与其并行地，还形成第一晶圆标记WM1的晶圆标记44YA、44YB、第二晶圆标记WM2及器件用图案DP1。作为一例，如图4的(A)所示，将晶圆W的例如硅等的基材50的表面部作为形成有晶圆标记及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，在晶圆W的器件层DL1的表面上形成氧化膜或氮化膜等的硬质掩膜层52。也可以在硬质掩膜层52上形成中性层(未图示)，以便于易于形成后述的包含嵌段共聚物的聚合物层。然后，在其上使用涂敷显影机200涂敷例如正型的抗蚀剂层54(参照图4的(A))。此外，作为硬质掩膜层52也可以使用防反射膜(BottomAnti-ReflectionCoating:BARC)。然后，将形成有器件层DL1用的图案的光罩(设为光罩R1)装载于曝光装置100的光罩载台RST，将曝光装置100的照明条件设定成例如四极照明以便于能够沿X方向及Y方向曝光最微细的图案的方式，并将晶圆W装载于晶圆载台WST(步骤104)。然后，在晶圆W的各照射区域SA中，以液浸法曝光光罩R1的器件用图案的像(未图示)。另外，在各照射区域SA中进行曝光的同时，在附设在各照射区域SA中的划线区域SL，曝光光罩R1的晶圆标记用的图案的像46XP等(步骤106)。曝光完成的晶圆被卸载，利用涂敷显影机200进行抗蚀剂的显影，形成抗蚀剂图案54A(参照图4的(B))。然后，实施抗蚀剂图案54A的细化(slimming)及抗蚀剂固化处理(步骤108)。此外，在曝光光罩R1的图案的像时，还能够以抗蚀剂图案的线宽变细的方式大幅度调整曝光量，在该情况下，能够省略细化。
如图5的(A)所示，在光罩R1的与划线区域SL对应的图案区域中，形成有作为第一晶圆标记WM1的原版的X轴及Y轴的标记图案46X、46YB。标记图案46X、46YB分别是沿X方向及Y方向以周期p1/β及p2/β(β为投影倍率)排列与图2的(B)的线图案区域44Xa、44Ya对应的线区域46Xa、46Ya和与间隔图案区域44Xa、44Ya对应的由遮光膜SHR构成的间隔区域46Xb、46Yb而成的。线区域46Xa、46Ya的宽度和间隔区域46Xb、46Yb的宽度大致相同。此外，以下为了便于说明，光罩的图案的由投影光学系统PL产生的像为正立像。
在线区域46Xa、46Ya中，分别以光透过部为背景，沿X方向以周期p3/β(参照作为图5的(A)的B部分的放大图的图5的(B))形成有由在Y方向上细长的遮光膜构成的多个线图案48X。线图案48X的线宽是对应的周期p3/β的1/2。在本实施方式中，周期p3/β仅比曝光装置100的投影光学系统PL的物体面侧的分辨率极限(波长193nm的液浸光刻的分辨率极限)稍大。由此，光罩R1的标记图案46X、46YB(多个线图案48X的组合)的像46XP等被曝光装置100在晶圆W的划线区域SL中高精度地曝光。
图6的(A)示出在对图5的(A)的光罩R1的标记图案46X、46YB的像的抗蚀剂层54进行了曝光、显影及细化之后形成在晶圆W的硬质掩膜层52上的由抗蚀剂图案构成的X轴及Y轴的抗蚀剂标记RPX、RPYB。在图6的(A)中，抗蚀剂标记RPX、RPYB分别是沿X方向及Y方向以周期p1及p2排列与图5的(A)的光罩R1的线区域46Xa、46Ya对应的线区域RPXa、RPYa和与间隔区域46Xb、46Yb对应的间隔区域RPXb、RPYb而成的。另外，图6的(B)是图6的(A)的B部分的放大图，图6的(C)及图7的(A)～(C)分别是与图6的(A)的B部分对应的局部放大图。
间隔区域RPXb、RPYb(这里是包围线区域RPXa、RPYa的区域)分别是抗蚀剂膜部54S(凸起的区域)(参照图6的(B))。在线区域RPXa、RPYa中，分别沿X方向以周期p3形成有在Y方向细长上的凸起的多个线状的图案(以下称为引导图案)54B。引导图案54B的线宽是例如周期p3(这里是比波长193nm的液浸光刻中的周期换算的分辨率极限稍大的程度)的几分之一～几十分之一的程度(参照图4的(B))。此外，图4的(A)～(H)是与沿图6的(B)的DD线的部分对应的局部剖视图。
另外，如图9的(A)所示，在光罩R1的接近第一晶圆标记WM1的原版图案的区域中，形成有作为第二晶圆标记WM2的原版的X轴及Y轴的标记图案46X1、46YB1。标记图案46X1、46YB1分别是沿X方向及Y方向以周期p1A/β及p2A/β(β为投影倍率)排列与图2的(B)的线图案区域44Xa1、44Ya1对应的线区域46Xa1、46Ya1和与间隔图案区域44Xa1、44Ya1对应的由遮光膜SHR构成的间隔区域46Xb1、46Yb1而成的。线区域46Xa1、46Ya1的宽度和间隔区域46Xb1、46Yb1的宽度大致相同。
在线区域46Xa1、46Ya1中，分别以光透过部为背景，沿X方向以周期p3A/β(参照作为图9的(A)的B部的放大图的图9的(B))形成有在Y方向上细长的遮光膜的线图案48X1。线图案48X1的线宽为对应的周期p3A/β的1/2。在本实施方式中，周期p3A/β与曝光装置100的投影光学系统PL的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。另外，线图案48X1的周期p3A/β被设定为比第一晶圆标记WM1用的图5的(B)的线图案48X的周期p3/β小。光罩R1的标记图案46X1、46YB1(多个线图案48X1的组合)的像也被曝光装置100在晶圆W的划线区域SL中高精度地曝光。
图10的(A)示出在图9的(A)的光罩R1的标记图案46X1、46YB1的像对抗蚀剂层54进行了曝光、显影及细化之后形成在晶圆W的硬质掩膜层52上的X轴及Y轴的抗蚀剂标记RPX1、RPYB1。在图10的(A)中，抗蚀剂标记RPX1、RPYB1分别是沿X方向及Y方向以周期p1A及p2A排列与图9的(A)的光罩R1的线区域46Xa1、46Ya1对应的线区域RPXa1、RPYa1和与间隔区域46Xb1、46Yb1对应的间隔区域RPXb1、RPYb1而成的。另外，图10的(B)及(C)分别是图10的(A)的B部分及与其对应的局部放大图。
间隔区域RPXb1、RPYb1分别是抗蚀剂膜部54S(凸起的区域)(参照图10的(B))。在线区域RPXa1、RPYa1中，分别沿X方向以周期p3A形成有在Y方向上细长的凸起的多个线状的图案(以下称为引导图案)54B1。引导图案54B1的线宽为例如周期p3A(这里是与波长193nm的液浸光刻中的周期换算的分辨率极限相同的程度)的几分之一～几十分之一的程度。
接着，在步骤110中，将形成有图6的(A)的抗蚀剂标记RPX、RPYB的晶圆W搬运到聚合物处理装置500，通过例如旋转涂敷，以覆盖晶圆W上的抗蚀剂标记RPX、RPYB、RPX1、RPYB1等及器件图案形成用的抗蚀剂图案(未图示)的方式，形成(涂敷)包含嵌段共聚物(BCP)的聚合物层56。在本实施方式中，作为嵌段共聚物，作为一例使用聚苯乙烯(PS)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物(PS-b-PMMA)。另外，聚合物层56本身是嵌段共聚物，但也可以使其含有用于提高涂敷性的溶剂和/或使自组装变得容易的添加物等。通过旋转涂敷，聚合物层56堆积在构成抗蚀剂标记RPX、RPYB等的凸起的多个引导图案54B、54B1之间的凹部70A等(参照图4的(B)、图4的(C)及图6的(C))。
然后，将形成有聚合物层56的晶圆W搬运到退火装置600，对聚合物层56实施退火(例如热退火)，由此，通过定向自组装(DSA)将聚合物层56分离为两种结构域(步骤112)。通过该情况下的定向自组装，如图4的(D)及图7的(A)所示，在Y方向上细长的多个引导图案54B间的聚合物层56发生相分离而成为：沿X方向以周期p3a配置有在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结构域56A和在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结构域56B的状态。引导图案54B(抗蚀剂图案)是亲液性的，从而在与引导图案54B相邻的部分形成有亲液性的结构域56A。周期p3a是例如多个引导图案54B的周期p3的几分之一～十分之一的程度，两种的结构域56A、56B的X方向上的宽度彼此大致相同。第二晶圆标记WM2用的多个引导图案54B1间的聚合物层56也相分离成第一及第二结构域。在本实施方式中，聚合物层56分离成沿着细长的引导图案54B、54B1呈细长状的两种结构域。此时，关于聚合物层56(晶圆W)的退火，也使用容易分离成细长状的两种结构域的条件。
然后，将晶圆W搬运到蚀刻装置400，实施例如氧等离子体蚀刻，如图7的(B)及图4的(E)所示，选择性地除去形成在晶圆W上的结构域56A、56B中的亲液性的第一结构域56A(步骤114)。然后，将抗蚀剂标记RPX、RPYB(引导图案54B)、抗蚀剂标记RPX1、RPYB1(引导图案54B1)及周期性地剩下的疏液性的结构域56B作为掩膜，进行晶圆W的硬质掩膜层52的蚀刻而在硬质掩膜层52上形成多个开口52a(参照图4的(F))，除去剩下的抗蚀剂及结构域56B(步骤116)。然后，隔着形成有多个开口52a的硬质掩膜层52进行晶圆W的第一器件层DL1的蚀刻，如图4的(G)所示，在器件层DL1的与多个结构域56A对应的区域中分别形成在Y方向上细长的多个凹部DL1Xa(步骤118的前半部)。
然后，将晶圆W搬运到薄膜形成装置300，将金属(例如铜)埋入晶圆W的器件层DL1的凹部DL1Xa，如图4的(H)所示，形成在Y方向上细长的线图案58X(步骤118的后半部)。如图7的(C)所示，多个线图案58X的X方向的周期是p3a，线图案58X的线宽是大致周期p3a的1/2。同样地，在晶圆W的器件层DL1的第一晶圆标记WM2用的线图案区域44Xa1区域中，如图10的(C)所示，形成沿X方向以周期p3Aa排列的多个金属的线图案58X1，间隔图案区域44Xb1仍是基底。
通过以上的工序，如图8所示，在晶圆W的第一器件层DL1的划线区域SL中形成由晶圆标记44X、44YA、44YB构成的第一晶圆标记WM1。即，形成有X轴的晶圆标记44X，该晶圆标记44X将以大致周期p3a沿X方向排列有多个金属的线图案58X的线图案区域44Xa和由基底图案构成的间隔图案区域44Xb沿X方向以周期p1进行排列而成。而且，以沿Y方向夹着晶圆标记44X的方式形成有Y轴的两处晶圆标记44YA、44YB，该晶圆标记44YA、44YB将以大致周期p3a沿X方向排列有线图案58X(比晶圆标记44X的情况短)的线图案区域44Ya和由基底图案构成的间隔图案区域44Yb沿Y方向以周期p2(这里与p1相等)进行排列而成。同样地，也形成了图2的(B)的第二晶圆标记WM2。
另外，与形成图8的第一晶圆标记WM1同时地，在晶圆W的各照射区域SA中，与晶圆标记的情况同样地，使用包含嵌段共聚物在内的聚合物层的定向自组装，形成了图2的(B)所示的L&S图案40X、40Y。
然后，在晶圆W的器件层DL1上形成第二器件层的情况下，在晶圆W的器件层DL1上形成薄膜，并涂敷抗蚀剂(步骤120)。然后，将光罩R2装载至曝光装置100的光罩载台RST，将晶圆W装载至晶圆载台WST(步骤122)。进而，通过曝光装置100的晶圆定位系统ALS，对于附设于从晶圆W的全部照射区域SA中选择的多个照射区域(所谓的定位照射区域)的多对晶圆标记WM1、WM2(参照图2的(B))的位置进行检测(步骤124)。在晶圆W上形成有例如100个左右的照射区域SA的情况下，作为一例选择20个左右的定位照射区域。在附设于这些定位照射区域的多对晶圆标记WM1、WM2中，包含形成在距晶圆W的中心在径向位于彼此不同距离的多个划线区域SL中的多对晶圆标记WM1、WM2。
然后，在对晶圆定位系统ALS的检测信号进行处理的运算部(未图示)中，判断测量出的全部晶圆标记WM1、WM2的检测信号的好坏(步骤126)。这里，关于图12的(A)所示的第一晶圆标记WM1的X轴的晶圆标记44X，说明判断其检测信号的好坏的方法的一例。关于第二晶圆标记WM2的X轴的晶圆标记44X1，也同样进行好坏判断。
关于该好坏判断，在本实施方式中，在步骤110中，通过旋转涂敷在晶圆W上涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物层56，但在旋转涂敷的情况下，预想存在与晶圆W的中心相距的距离(径向的位置)越大、则聚合物层56越薄的倾向。
本发明的发明人尝试在晶圆标记用的抗蚀剂图案上未形成引导图案的状态下，并且改变聚合物层56的厚度，通过上述标记形成方法在直径为300mm的晶圆的表面上形成晶圆标记，并利用扫描型电子显微镜(SEM)测量所形成的晶圆标记的线图案区域的宽度(以下称为线宽CD(criticaldimension：临界尺寸))。该线宽CD的设计值为大致1μm左右。
图11表示该线宽CD的测量结果。在图11中，横轴是从被测量的晶圆标记的晶圆的中心起的在径向及反方向上的位置r(mm)。另外，实线的曲线B1是在聚合物层56薄的情况下的线宽CD的测量结果，虚线的曲线B2是在聚合物层56厚的情况下的线宽CD的测量结果，曲线B1的最大值成为大致设计值。根据曲线B2可知，聚合物层56越厚，在没有引导图案的区域中，通过聚合物层56的定向自组装能形成更多的图案的微细结构，线宽CD大幅度变化。而且，根据曲线B1、B2可知，存在如下的倾向：在径向上越远离晶圆的中心，则聚合物层56的因定向自组装引起的线宽CD与设计值之间的偏差越小。这就意味着，存在在径向上越远离晶圆的中心则聚合物层56越薄的倾向。
可以预想到存在在径向上越远离该晶圆的中心则聚合物层56越薄的倾向这一现象在本实施方式的图案形成方法中也会出现。在该情况下，例如图8的第一晶圆标记WM1的晶圆标记44X的线图案区域44Xa内的多个线图案58X的形状(线宽、直线性、周期等)、及图10的(C)的第二晶圆标记WM2的晶圆标记44X1的线图案区域44Xa1内的多个线图案58X1的形状分别随与从晶圆W的中心相距的距离而变化。其结果为，与和晶圆W的中心相距的距离相应地，晶圆标记WM1、WM2的拍摄信号发生变化，有可能会产生位置的检测结果与目标值之间的偏移变大的标记。因此，在本实施方式中，针对例如因旋转涂敷引起的聚合物层56的厚度存在偏差而导致检测信号超过允许范围地变化了的晶圆标记WM1、WM2，不用于定位。而且，为了判断该检测信号是否超过允许范围地变化，谋求以下说明的特征部分。
由于本实施方式的晶圆定位系统ALS是图像处理方式，所以通过拍摄晶圆标记44X的像，能够得到图12的(B)所示的拍摄信号DSX来作为检测信号。图12的(B)的横轴表示沿与晶圆定位系统ALS的拍摄元件的测量方向(这里是X方向)对应的方向排列的多个像素的位置。
在晶圆定位系统ALS的运算部中，作为拍摄信号DSX的特征量，作为一例检测以下的量(a1)～(a11)。在以下的说明中，将晶圆标记44X(或44X1)中的由线图案区域44Xa及间隔图案区域44Xb形成的周期p1(或周期p1A)的部分称为标记单位。此外，关于Y轴的晶圆标记44YA、44YB，同样也检测特征量。
(a1)晶圆标记44X等的多个(这里是4个)标记单位(包含线图案区域44Xa的区域)的像的拍摄信号成为最大值(箭头A1～A4所示的位置的值)的位置在X方向上的间隔为pm1、pm2、pm3。
(a2)该间隔pm1～pm3中的最大值<pmmax>及最小值<pmmin>。
(a3)该间隔pm1～pm3的平均值<pm>与设计值<pmx>之间的偏差δpm1。
(a4)该间隔pm1～pm3的最大值<pmmax>和最小值<pmmin>之间的差值δpm2及晶圆标记44X等的区域内的拍摄信号的对比度(振幅/平均值)。
(a5)形成有晶圆标记44X等的像的区域内的拍摄信号的最大值及最小值。
(a6)晶圆标记44X等的多个标记单位的像内的拍摄信号的最大值(箭头A1～A4所示的位置的值)imax1等的平均值<imax>。
(a7)晶圆标记44X等的多个标记单位的像内的拍摄信号的最小值imin1等的平均值<imin>。
(a8)该平均值<imax>和平均值<imin>之间的差值。
(a9)多个标记单位的像内的拍摄信号的倾斜量(拍摄信号相对于X方向上的位置变化而言的变化量)的最大值的平均值。
为了求出该值，如图11的(C)所示，求出拍摄信号DSX的微分信号dDSX/dx，关于各标记单位(线图案区域44Xa及间隔图案区域44Xb)的像，求出该微分信号的正值的最大值的绝对值SLL1、及负值的最大值的绝对值SLR1，计算它们中的较大的值(标记单位内的最大值)的平均值即可。
(a10)多个标记单位的像内的拍摄信号的倾斜量的最大值和最小值之差。
(a11)多个标记单位的像内的拍摄信号的正的倾斜量的绝对值SLL1等和负的倾斜量的绝对值SLR1等之差的平均值。
然后，在该运算部中，针对关于所测量的多对晶圆标记WM1、WM2求出的上述(a1)～(a11)的每一个特征量，求出该特征量和规定的目标值(例如关于在没有涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物的状态下形成的晶圆标记而求出的特征量的平均值)之间的差值，在这些差值超过针对每个特征量规定的基准值的情况下，将该晶圆标记的检测信号判断为不良(坏)。此外，也可以在这些差值中的占某一比例(例如50％以上的比例)的差值超过对应的基准值的情况下，将该晶圆标记的检测信号判断为不良。另外，也可以仅检测(a1)～(a11)的特征量中的至少一部分的特征量。
在下一个步骤128中，该运算部判断被判断为检测信号好的晶圆标记WM1、WM2的个数是否在规定数量(这里指能够获得必要的定位精度的个数)以上。此外，在一对晶圆标记WM1、WM2中的至少一方的标记的检测信号为好的情况下，这对晶圆标记WM1、WM2的检测信号为好。而且，在被判断为检测信号好的晶圆标记的个数比规定数量少的情况下，转移至步骤132，变更例如晶圆定位系统ALS的检测光的波长、偏振状态及成像光学系统的开口数等的检测条件，并返回步骤124，重复进行定位照射区域的晶圆标记的检测以后的动作。此外，也可以取代变更检测条件，或与变更检测条件同时地变更定位照射区域(测量的晶圆标记的位置)。
另外，在步骤128中，在被判断为检测信号好的晶圆标记WM1、WM2的个数为规定数量以上的情况下，转移至步骤130，从被判断为检测信号好的多对晶圆标记WM1、WM2中，筛选用于定位的标记，使用关于筛选出的标记而测量到的位置，利用例如增强型全晶圆定位(EGA)方式求出晶圆W的各照射区域的排列坐标，并进行晶圆W的定位。此外，在某对晶圆标记WM1、WM2双方都良好的情况下，也可以使用例如其中的周期小的一方的晶圆标记WM1的检测结果。或者，也可以使用这些标记中的检测信号的特征量与基准值之间的偏差的平方和更小的一方的晶圆标记WM1或WM2的检测结果。
然后，在晶圆W的各照射区域SA中对光罩R2的图案的像进行曝光(步骤134)，在下一工序(步骤136)中，通过进行抗蚀剂的显影及蚀刻等的图案形成工序，来形成第二器件层的图案。
像这样，根据本实施方式的图案形成方法，使用包含嵌段共聚物在内的聚合物层的定向自组装，能够在晶圆W的各照射区域SA中，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，并且在划线区域SL中形成具有晶圆定位系统ALS能够检测的结构的晶圆标记WM1、WM2。由此，在下一工序中，能够高精度地进行晶圆W的定位。另外，在晶圆标记WM1、WM2中的一方的检测信号不良的情况下，通过使用检测信号良好的另一方的晶圆标记，能够更高精度地进行定位。
如上所述，本实施方式的图案形成系统的标记形成方法具有：步骤106，在晶圆W的划线区域SL(标记形成区域)对标记图案46X、46X1的像进行曝光；步骤108，基于该标记的像，将形状互不相同的抗蚀剂标记RPX、RPX1(第一标记及第二标记)形成在划线区域SL上；和步骤110，通过旋转涂敷将包含嵌段共聚物在内的聚合物层56涂敷在晶圆W的划线区域SL及照射区域SA。该标记形成方法还具有：步骤112，通过退火使所涂敷的聚合物层56的至少一部分形成自组装区域(亲液性的结构域56A及疏液性的结构域56B)；步骤114，通过等离子体蚀刻来有选择地除去自组装区域的一部分(结构域56A)；和步骤116、118，使用抗蚀剂标记RPX、RPX1在晶圆W的划线区域SL中分别形成第一及第二晶圆标记WM1、WM2的晶圆标记44X、44X1。
根据该标记形成方法，在使用包含嵌段共聚物在内的聚合物层56的自组装形成电路图案时，能够与该电路图案一并地形成具有比液浸光刻的分辨率极限更微细的周期性的结构及能够由晶圆定位系统ALS检测的极限或比其大的周期性的结构的晶圆标记44X、44X1、以及晶圆标记WM1、WM2。
另外，本实施方式的标记检测方法是对通过本实施方式的标记形成方法形成在晶圆W的划线区域SL中的定位用(或对位用)的第一及第二晶圆标记WM1、WM2进行检测的方法，该方法包括：步骤124，生成第一及第二晶圆标记WM1、WM2的检测信号(拍摄信号)；步骤126，评估所生成的检测信号；步骤130，基于所评估的结果，在第一及第二晶圆标记WM1、WM2中选择用于晶圆W的定位的标记。
根据该标记检测方法，假设晶圆标记WM1、WM2中的一方的标记的检测信号与根据包含嵌段共聚物在内的聚合物层56的自组装的程度等来设为目标的状态不同，也能够使用另一个标记的检测信号，高精度地进行晶圆W的定位(alignment)。
此外，在上述实施方式中还能够进行以下的变形。
在上述实施方式中，在晶圆标记WM1、WM2用的抗蚀剂标记RPX、RPX1的线区域RPXa、RPXa1中形成多个引导图案54B、54B1，在这些引导图案54B、54B1之间的凹部70A等中，进行了聚合物层56的定向自组装。但也可以扩大晶圆标记WM1、WM2的至少一方的标记用的线区域(凹部)的宽度，在该线区域中实质上不进行聚合物层56的定向自组装。
在该变形例中，如图13的(A)所示，在晶圆W的抗蚀剂层54上对晶圆标记用的像45XP及器件图案用的像45DXP进行了曝光之后，通过显影，如图13的(B)所示，形成了虚线所示的抗蚀剂图案54A。而且，通过细化，在器件图案的区域中，形成了多个引导图案54C，在晶圆标记的区域中，与线图案区域对应地，形成了被抗蚀剂图案54C1、54C2(凸部)夹持的宽度为p1/2(或p1A/2)的凹部45X1a。p1(或p1A)是该晶圆标记的周期。
然后，通过涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物层，如图13的(C)所示，在引导图案54C之间涂敷了聚合物层56，但在宽度宽的凹部45X1a中以例如中央部薄的方式涂敷了聚合物层56a。而且，使聚合物层56发生定向自组装时，能够在引导图案54C之间进行定向自组装，与上述实施方式同样地形成微细的图案。与之相对，在晶圆标记用的宽度宽的凹部45X1a内为了在聚合物层56a中实质上不发生定向自组装，在之后的工序中，在与凹部45X1a对应的硬质掩膜层52中形成开口。
而且，当图案形成工序结束时，如图13的(D)所示，作为器件用图案，形成有将多个微细的线图案40Xa埋入凹部41Xa的形式的L&S图案40X，作为晶圆标记44XA(或44X1A)，形成有如下的图案，即，沿X方向以周期p1(或p1A)排列将金属ME埋入与凹部45X1a对应的凹部45X3a的线图案区域44Xa、和由基底构成的间隔图案区域44Xb而成的图案。该晶圆标记44XA(或44X1A)也是曝光装置100的晶圆定位系统ALS能够检测的标记。
在该变形例中，在假设在图13的(C)的晶圆标记用的凹部45X1a内的聚合物层56a的周边部少量地形成第一及第二结构域，与第二结构域对应的凸部形成于硬质掩膜层52的情况下，最终形成的晶圆标记44XA等的线图案区域44Xa的内部含有微细的线状的图案(具有因嵌段共聚物引起的不需要的微细结构的图案)。其结果为，图12的(B)的拍摄信号DSX的波形根据多个线图案区域44Xa的每一个而变化。而且，若具有不需要的微细结构的图案的面积比变大，则能够预想到例如该拍摄信号DSX的间隔pm1～pm3的最大值和最小值的差值变大。由此，能够根据该差值与规定的目标值(例如关于在没有涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物的状态下形成的晶圆标记测量出的差值的平均值)之间的增量，来推定出具有该不需要的微细结构的图案的量。
另外，当该差值与其规定的目标值之间的增量超过某个值时，能够判断为在划线区域SL(标记形成区域)的晶圆标记用的凹部45X1a内，剩下了基于聚合物层56a的自组装区域中的至少一部分(第一结构域)被除去后的部分(第二结构域)而形成的标记部。被判断为这样的标记部残存的晶圆标记44XA等也可以从测量对象除外。
此外，在上述实施方式中，晶圆标记WM1、WM2的结构不限于图2的(B)，例如也可以使X轴的晶圆标记和Y轴的晶圆标记形成在划线区域SL的不同的位置。
另外，在上述实施方式中，使用了由晶圆标记WM1、WM2构成的两种标记，但也可以以附设在晶圆的各照射区域的方式形成3种或其以上的种类的标记来作为晶圆标记。
另外，在上述实施方式中，晶圆标记的检测方法是图像处理方式，但晶圆标记的检测方法是任意的。还能够使用LSA(LaserStepAlignment：激光步进定位)系统等，对例如通过照射在晶圆标记上的激光使晶圆标记产生的衍射光进行检测，来检测该晶圆标记的位置。
另外，在上述实施方式中，器件图案是线图案，但器件用图案包含由沿X方向及Y方向周期性排列的多个微细的孔(凹孔或通孔)构成的孔阵列的情况下，也能够采用上述实施方式的图案形成方法。
接着，在使用上述实施方式的图案形成方法制造SRAM等的半导体器件(电子器件)的情况下，如图14所示，经过如下步骤来制造半导体器件：步骤221，进行半导体器件的功能·性能设计；步骤222，制作基于该设计步骤的掩膜(光罩)；步骤223，制造半导体器件用的衬底(或晶圆的基材)；衬底处理步骤224；器件组装步骤(包含切割工序、焊接工序、封装工序等的加工工艺)225；和检查步骤226等。另外，该衬底处理步骤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：利用曝光装置在衬底上对光罩的图案进行曝光的工序；对所曝光的衬底进行显影的工序；和进行显影的衬底的加热(固化)及蚀刻的工序等。
换言之，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及晶圆标记的工序。
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，制造对象的器件能够采用SRAM以外的DRAM、CPU、DSP等的任意的半导体器件。而且，在制造半导体器件以外的拍摄元件、MEMS(MicroelectromechanicalSystems：微电子机械系统)等的电子器件(微型器件)时，也能够采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非液浸型的干法型的曝光装置。另外，除了将紫外光作为曝光光线的曝光装置以外，也可以采用作为曝光光线而使用波长为几nm～几十nm左右的EUV光(ExtremeUltravioletLight：极紫外光)的EUV曝光装置或将电子射束作为曝光光线的电子射束曝光装置等。
另外，在上述实施方式中，作为嵌段共聚物使用了由(PS-b-PMMA)构成的二嵌段共聚物。除此以外，能够作为嵌段共聚物使用的例如还有：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-叔丁基(甲基)丙烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-叔丁基甲基丙烯酸酯)、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的二嵌段或三嵌段的共聚物等。而且，作为嵌段共聚物还能够使用无规共聚物。
嵌段共聚物优选具有能够进行进一步处理的整体的分子量及多分散性。
另外，包含嵌段共聚物在内的聚合物层的涂敷还能够利用对将该聚合物层溶解于溶剂而得到的液体进行了涂敷之后例如使溶剂挥发的溶剂流延法来进行。在该情况下能够使用的溶剂根据嵌段共聚物的成分、及临时使用的情况下各种添加物的溶解度条件而变化。针对这些成分及添加物的例示性的流延溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、乙氧基乙基丙酸酯、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，能够向包含嵌段共聚物在内的聚合物层添加的添加物能够从由附加性的聚合物(包含均聚物、星型聚合物及共聚物、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物的聚合物)、小分子、纳米粒子、金属化合物、含无机物的分子、界面活性剂、光酸产生剂、热酸产生剂、碱消光剂、固化剂、交联剂、链延长剂及包含前述物质的至少一种的组合构成的组中选择。这里，一个或多个添加物与嵌段共聚物会合(associate)到一起而形成一个或多个自组装结构域的部分。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够获得各种结构。
附图标记说明
R1、R2…光罩，W…晶圆(衬底)，ALS…晶圆定位系统，SL…划线区域，SA…照射区域，WM1、WM2…晶圆标记，RPX、RPX1…抗蚀剂标记，DL1…器件层，44X、44X1…晶圆标记，44Xa、44Xa1…线图案区域，46X…标记图案，50…基材，52…硬质掩膜层，54…抗蚀剂层，54B…引导图案，56…包含嵌段共聚物(BCP)在内的聚合物层，56A…亲液性的结构域，56B…疏液性的结构域，58X…金属的线图案，100…曝光装置。

Claims (16)

1.一种标记形成方法，其特征在于，
包括以下的步骤：
在衬底上形成具有第一间隔的一对第一图案和具有与所述第一间隔不同的第二间隔的一对第二图案；
在形成了所述第一图案及所述第二图案之后，将嵌段共聚物涂敷在所述衬底上；
对所述涂敷了的所述嵌段共聚物进行自组装处理；和
在所述自组装处理之后，在所述一对第一图案之间和所述一对第二图案之间的至少一方形成标记。
2.如权利要求1所述的标记形成方法，其特征在于，
使用所述一对第一图案之间的所述嵌段共聚物及所述一对第二图案之间的所述嵌段共聚物的至少一方，在所述衬底上形成所述标记。
3.一种标记形成方法，其特征在于，
包括以下的步骤：
在衬底上形成具有第一间隔的一对第一图案和具有与所述第一间隔不同的第二间隔的一对第二图案；
在形成了所述第一图案及所述第二图案之后，将嵌段共聚物涂敷在所述衬底上；
对所述涂敷了的所述嵌段共聚物进行自组装处理；和
在所述自组装处理之后，在所述一对第一图案之间以及所述一对第二图案之间分别形成标记。
4.如权利要求1～3中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，
还具有除去所述一对第一图案之间以及所述一对第二图案之间的所述嵌段共聚物的一部分的步骤，
使用未被除去的剩下的所述嵌段共聚物，将所述标记形成在所述衬底上。
5.如权利要求1～4中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，
所述标记形成为所述衬底的划线。
6.一种标记形成方法，其特征在于，
包括以下的步骤：
在衬底的包含标记形成区域在内的区域中对掩膜像进行曝光，基于所述掩膜像的第一部分，在所述标记形成区域中形成形状互不相同的第一标记及第二标记；
在包含所述标记形成区域在内的区域中涂敷包含嵌段共聚物在内的聚合物层；
在涂敷了的所述聚合物层的至少一部分形成自组装区域；
有选择地除去所形成的所述自组装区域的一部分；和
使用所述第一标记及第二标记，在所述衬底的所述标记形成区域中分别形成第一定位用的标记及第二定位用的标记。
7.如权利要求6所述的标记形成方法，其特征在于，
所述第一标记包含在第一凹部中沿第一方向周期性地形成的多个第一线图案，
所述第二标记包含在第二凹部中沿所述第一方向周期性地形成的多个第二线图案，
所述第一线图案与所述第二线图案的排列周期及高度的至少一方不同，
并且在所述第一标记的多个所述第一线图案之间的区域及所述第二标记的多个所述第二线图案之间的区域中，分别形成所述聚合物层的自组装区域，所形成的该自组装区域的一部分被有选择地除去。
8.如权利要求6所述的标记形成方法，其特征在于，
所述第一标记及所述第二标记分别具有在包含所述嵌段共聚物在内的所述聚合物层上实质上不形成自组装区域的形状。
9.如权利要求8所述的标记形成方法，其特征在于，
所述第一标记具有第一凹部，所述第一凹部具有在包含所述嵌段共聚物在内的所述聚合物层上实质上不形成自组装区域的宽度，
所述第二标记具有第二凹部，所述第二凹部具有比所述第一凹部的宽度更宽的宽度。
10.如权利要求6～9中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，
在距所述衬底的中心在径向上位于彼此不同距离的多个标记形成区域，分别形成所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记。
11.如权利要求6～10中任一项所述的标记形成方法，其特征在于，
在所述衬底的包含所述标记形成区域在内的区域中对所述掩膜像进行曝光的步骤包含：在所述衬底的与所述标记形成区域相邻的器件图案形成区域中对所述掩膜像进行曝光的步骤，
与在所述衬底的所述标记形成区域中形成所述第一标记及所述第二标记并行地，基于所述掩膜像的与所述第一部分不同的第二部分，在所述器件图案形成区域中，形成在包含所述嵌段共聚物在内的所述聚合物层上形成有自组装区域的第一图案，
与使用所述第一标记及所述第二标记在所述衬底的所述标记形成区域中形成所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记并行地，使用一部分被有选择地除去的所述自组装区域，在所述衬底的所述器件图案形成区域中形成第二图案。
12.如权利要求11所述的标记形成方法，其特征在于，
所述第一图案具有凹部，所述凹部具有在包含所述嵌段共聚物在内的所述聚合物层上能够形成自组装区域的宽度。
13.一种标记检测方法，其为通过权利要求6～12中任一项所述的标记形成方法而形成在衬底的标记形成区域中的所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记的检测方法，其特征在于，
包括以下的步骤：
生成所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记的检测信号；
评估所述生成的检测信号；和
基于所述评估的结果，从所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记中选择为了所述衬底的定位所使用的标记。
14.如权利要求13所述的标记检测方法，其特征在于，
所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记的所述检测信号包含所述第一定位用的标记及所述第二定位用的标记的像各自的第一拍摄信号及第二拍摄信号，
评估所述生成的检测信号的步骤包括以下的步骤：
提取所述第一拍摄信号及所述第二拍摄信号各自的信号特征量；和
将提取出的所述第一拍摄信号及所述第二拍摄信号各自的信号特征量与基准值进行比较。
15.如权利要求14所述的标记检测方法，其特征在于，
所述提取出的信号特征量包含像素单位的拍摄信号的对比度、所述拍摄信号中的周期性的部分间的距离、所述拍摄信号的测量区域内的最大值及最小值、以及所述拍摄信号的倾斜量的大小中的至少一个。
16.一种器件制造方法，其特征在于，
包括以下的步骤：
使用权利要求1～12中任一项所述的标记形成方法在衬底上形成对位用的标记；和
使用所述对位用的标记进行对位，对所述衬底进行曝光。
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