JP2011134856A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置等の製造における簡易なパターン形成方法を提供する。
【解決課題】基板上に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を塗布する工程と、前記高分子共重合体に凹部を有するテンプレートを接触させ、前記テンプレートの凹部に前記高分子共重合体を充填する工程と、充填された前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型する工程と、前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置の製造工程、ハードディスクの製造工程、フォトアレイの製造工程などに用いられるパターン形成方法に関する。

微細パターンの形成手法として、ＩＴＯ膜上にポリスチレンとポリメチルメタクリレートからなる共重合体を塗布し、ＩＴＯ膜表面に対するポリスチレン部位（第一のセグメント）とポリメチルメタクリレート部位（第二のセグメント）のそれぞれの親和性（界面張力）がほぼ等しくなる中性温度（１９０℃程度）で加熱して共重合体を配列させ、これを急冷することで第一のセグメントと第二のセグメントが分離されたパターン形成手法について開示されている（例えば、特許文献１参照）。

更に特許文献１では、柱状ミクロドメインを構成するように調整された高分子ブロック共重合体を用いて中性温度で加熱し、更に高分子ブロック共重合体のガラス転移温度Ｔｇ以下に冷却することで柱状パターンを形成し、この柱状パターン部を選択的にエッチング除去し、更にそのパターンをマスクに基板をエッチングしたものをテンプレートに用い、インプリント法によりテンプレートの反転パターンを複製する手法についても開示されている。

特開２００７−３１３５６８号公報

本発明は、半導体装置等の製造における簡易なパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るパターン形成方法は、基板上に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を塗布する工程と、前記高分子共重合体に凹部を有するテンプレートを接触させ、前記テンプレートの凹部に前記高分子共重合体を充填する工程と、充填された前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型する工程と、前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の別の一態様に係るパターン形成方法は、凹部を有するテンプレートの前記凹部に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を選択的に形成する工程と、前記テンプレートの凹部が形成された面と基板を接触させて、前記基板上に高分子共重合体を形成する工程と、前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型する工程と、前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の別の一態様に係るパターン形成方法は、凹部を有するテンプレートの前記凹部に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を選択的に形成する工程と、前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、基板上に硬化剤を塗布する工程と、前記テンプレートの凹部が形成された面と前記基板上の硬化剤を接触させ、接触させた状態で前記硬化剤を硬化する工程と、前記硬化剤を硬化した後、前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型し、前記基板上に前記高分子共重合体を形成する工程と、前記基板上の前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成方法。

本発明の別の一態様に係るパターン形成方法は、凸部を有するテンプレートを基板に接触させて、前記基板上に前記凸部に対応する凹部を有する段差構造を形成する工程と、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を、前記段差構造の凹部に選択的に形成する工程と、前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相、及び、前記段差構造を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、半半導体装置等の製造における簡易なパターン形成方法を提供することができる。

本発明の比較例に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第1の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第1の実施形態に係るパターン形成方法に用いられる装置の構成図。 第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態等について詳細に説明する。

(比較例)
まず、図１を参照して、本発明の各実施形態に対する比較例に係るパターン形成方法について説明する。図１は、本比較例に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。本比較例に係るパターン形成方法は、基板上に段差構造を設け、段差構造上に高分子共重合体を形成し、さらに高分子共重合体にパターンを形成する方法である。

最初に、図１（ａ）に示すように、被処理基板１主面に段差を形成する材料２、例えばＳＯＧ２を塗布し、ベーキングを行う。さらに、段差形成材料２の選択エッチングを行うためのレジストパターンを一般的なフォトリソグラフィ方法で形成し（図示を省略）、レジストパターンをマスクにＳＯＧ膜２を部分的に除去することで、段差構造を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。段差構造は、パターン形成領域と非パターン形成領域を区分けするものであり、段差構造が形成されていない基板１の領域をパターン形成領域とし、段差構造が形成されている領域を非パターン形成領域とする。

続いて、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＧ膜２上に高分子共重合体３を塗布する。ここでは、第一のセグメントにポリスチレン、第二のセグメントにポリエチレンメタクリレートを持つ高分子共重合体３を用いた。

その後、図１（ｃ）に示すように、加熱により高分子共重合体３の溶剤を除去した後、高分子共重合体３の第一セグメントと第二セグメントのそれぞれの被処理基板１主面に対する親和性（界面張力）がほぼ等しくなる温度（例えば１９０℃程度）で共重合体３を加熱し、第一のセグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５に相分離されて配列させたパターンを形成する。この加熱方法については、特開２００７−３１３５６８号に記載された高分子材料層を相分離させる際の加熱方法を適用することができる。

次いで、図１（ｄ）に示すように、基板１上の高分子共重合体３をガラス転移温度（Ｔｇ）以下に急冷させた後、酸素プラズマを用いてポリメチルメタクリレート（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去する。ここで冷却方法については、特開２００７−３１３５６８号に記載された高分子材料層の相分離を維持させて冷却する方法を適用することができる。

さらに、図１（ｅ）に示すように、段差２の上部など非パターン形成領域に残留するポリスチレン（第一のセグメントを有する相４）を除去するためエッチングを行った後、更に段差（ＳＯＧ膜２）を除去して所望のポリスチレンパターンを形成する。

このような比較例に係るパターン形成方法では、所望の位置にパターンを形成するための段差構造を基板上に形成するフォトリソグラフィ工程や段差構造の除去工程が必要であり、工程数が多く及びコストが増加するという問題があった。

(第１の実施形態)
次に、本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。本実施形態に係るパターン形成方法は、第一のセグメントと第二のセグメントの分子長を調整した第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を被処理基板上に塗布し、この高分子共重合体をガラス転移温度以上に加熱した状態でテンプレートを高分子共重合体に押し付け、テンプレートの凹部に高分子共重合体を充填する。更に、高分子共重合体の第一のセグメントと第二のセグメントの界面張力がほぼ等しくなるような温度で被処理基板及びテンプレートを加熱したのち、速やかにテンプレートと基板双方を高分子共重合体のガラス転移温度以下に冷却することで、被処理基板上に高分子共重合体を自己配列させたパターンを形成するものである。

図２を参照して、具体的な材料を用いた本実施形態に係るパターン形成方法の一例について説明する。図２は、第１の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、第一のセグメントとしてポリスチレン、第二のセグメントとしてポリメチルメタクリレートを有し、第一のセグメントと第二のセグメントの重量分率をほぼ１：１とした共重合体３の溶液を、被処理基板１上の被処理膜６、例えばＩＴＯ膜上にスピン塗布する。続いて、ベーキングを行って共重合体３に含まれる溶剤を除去する。なお、溶液中の共重合体３の濃度は、溶液をスピン塗布する際や溶剤を除去する際に所望の膜厚が得られるように調整されており、膜厚の微調整はスピン塗布時の基板１の回転数を調整することで行うことができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、基板１を加熱することにより、高分子共重合体３をそのガラス転移温度より高い温度に保ち高分子共重合体３を溶融させた状態で、略同じ温度に加熱されたテンプレート７をこの高分子共重合体３に押し付けた。加熱手段としては、ヒーターが用いられる。

テンプレート７としては、例えばインプリント法を用いた微細パターン形成方法等に用いられるテンプレートを利用することができる。テンプレート７には凹部が形成されており、凹部の寸法は、例えば、基板上に形成するパターンをラインアンドスペース状やホール状等の周期パターンとする場合、周期パターンのハーフピッチの８倍程度とする。つまり、８ｎｍのラインアンドスペースパターンを基板上に形成する場合、テンプレート７の凹部の寸法を６４ｎｍとする。テンプレート７の凹部は、基板１上にパターンを形成すべき領域（パターン形成領域）とパターンを形成すべきでない領域（非パターン形成領域）を区分けするものであるため、テンプレート７の凹部がパターン形成領域に一致するようにテンプレート７と基板１の位置合わせを行ったうえ、テンプレート７を高分子共重合体３に接触させる。テンプレート７に接触した高分子共重合体３はテンプレート７の凹部に充填される。テンプレート７には、凹部表面部にＮｉを電気鋳造したダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いており、熱の伝導性を高めたものを用いた。

続いて、図２（ｃ）に示すように、高分子共重合体３を介して基板１及びテンプレート７を接触させた状態で、ヒーターを用いて基板１及びテンプレート７双方を１９０℃となるまで加熱し、テンプレート７の凹部に充填された高分子共重合体３がラメラ構造となるまで加熱を続ける。すなわち、高分子共重合体３の第一セグメントと第二セグメントのそれぞれの被処理基板１主面（処理膜６）に対する親和性（界面張力）がほぼ等しくなる温度で加熱を行い、共重合体３の第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５が相分離されて層状に配列したパターンを形成する。この加熱方法については、特開２００７−３１３５６８号に記載された高分子材料層を相分離させる際の加熱方法、あるいは後述する赤外線を照射する加熱方法を適用することができる。

共重合体３の材料を合成する際、共重合体３の第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５のそれぞれを構成する基本ユニットの数が同一になるように調整することにより、共重合体３の第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５がラインアンドスペース状に構成される。この場合、例えば、それぞれの相の寸法を８ｎｍ程度にすることができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、基板１とテンプレート７双方を冷却することで、高分子共重合体３をそのガラス転移温度より低い温度まで急冷し、高分子共重合体３を固化する。基板１裏面やテンプレート７裏面に冷却機構を接触させて冷却することができる。ここで高分子共重合体３の冷却方法については、特開２００７−３１３５６８号に開示された高分子材料の相分離を維持させて冷却する方法を適用することができる。続いて、テンプレート７を固化された高分子共重合体３から離型する。

さらに、図２（ｅ）に示すように、高分子共重合体３を酸素プラズマに晒して、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去し、ポリスチレンパターンを形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、ポリスチレンパターンをエッチバックすることにより、テンプレート７凹部に対応する基板１上のパターン形成領域のポリスチレンパターンを残しつつ、テンプレート７凹部外部に対応する基板１上の非パターン形成領域のポリスチレンパターンを除去する。なお、本実施形態に係るパターン形成方法では、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示す工程で、高分子共重合体３のうちポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去したが、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を除去せずにポリエチレン部（第一のセグメントを有する相４）を選択的に除去することもできる。

以上の工程により、基板上のパターン形成領域に微細パターンを形成することができる。本実施形態に係るパターン形成方法は、比較例に係るパターン形成方法に比べ、工程数及びコストを削減することが可能である。すなわち、比較例に係るパターン形成方法における、段差構造形成のためのフォトリソグラフィ工程が必要なく、また非パターン形成領域の段差構造の除去工程も必要ないので、パターンを形成するための工程数及びコストを抑制し、パターン形成を簡易化することができる。

なお、本実施形態に係るパターン形成方法では、テンプレート７に石英など、特定の赤外波長を透過する材質を用いることで、図２（ｂ）や（ｃ）で示した加熱工程において、赤外光をテンプレート７を介して高分子共重合体３に照射することで、テンプレート７をほとんど加熱することなく高分子共重合体３を選択的に加熱することができる。これにより、高分子共重合体３の温度を容易に調整できるため、例えば高分子共重合体３の各セグメントの自己配列を容易に行うことができ、高分子共重合体３のパターニング精度を向上させることが可能である。

本実施形態に係るパターン形成方法を実施するために用いる装置の一例を図３に示す。図３は、赤外光による加熱機構を有するインプリント装置１００の一例である。インプリント装置１００は、被処理基板２００の主面を上に向けて固定する被処理基板チャック１０４と、これを３次元的に移動させるための被処理基板用ステージ１０３、被処理基板上に選択的に高分子共重合体を供給する高分子共重合体塗布手段１０５と、テンプレート３００を保持するテンプレート保持手段１０８、テンプレート３００を介して高分子共重合体を加熱するための赤外光照射を行う光源（一般的にはハロゲンランプを使用）１０６、を具備している。テンプレート３００には、一般のフォトマスクに用いられている透明な石英基板にプラズマエッチングで凹凸のパターンを形成したもの等を用いる。なお、被処理基板用ステージ１０３は、被処理基板２００の冷却を瞬時に行えるよう、冷却手段を備えても良い。また、被処理基板用ステージ１０３は、被処理基板２００の加熱を効率よく行えるよう、ホットプレート等の加熱手段を備えても良い。

なお、本装置を用いて、インプリント法により被処理基板上にパターンを形成することもできる。すなわち、被処理基板用ステージ１０３に載置された基板上に、光硬化剤塗布手段（図示を省略）を用いて光硬化剤を塗布し、光硬化剤にデバイスパターン形成用の凹凸パターンを有するテンプレートを接触させ、光源から光を照射して光硬化剤を硬化する。その後、テンプレートを光硬化剤から離型することで基板上にパターンを形成する。このとき、光硬化剤塗布手段として、高分子共重合体塗布手段１０５を用いることも可能である。また、硬化剤の硬化に用いられる光源として、光源１０６を用いることも可能である。

本装置を用いて、光源１０６から赤外光をテンプレート３００を介して、基板２００上に塗布された高分子共重合体３に照射することで、テンプレート３００をほとんど加熱することなく高分子共重合体３を選択的に加熱することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。本実施形態に係るパターン形成方法は、第一のセグメントと第二のセグメントの分子長を調整した第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体をテンプレートの凹部に選択的に充填し、その状態で高分子共重合体を被処理基板に接触させ、高分子共重合体の第一のセグメントと第二のセグメントの界面張力がほぼ等しくなる温度で高分子共重合体を加熱して、被処理基板面に自己配列させたのち、速やかにガラス転移温度以下に高分子共重合体を冷却することで被処理基板上に高分子共重合体を自己配列させたパターンを形成するものである。

図４を参照して、具体的な材料を用いた本実施形態に係るパターン形成方法の一例について説明する。図４は、第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。

図４（ａ）に示すように、第一のセグメントとしてポリスチレン、第二のセグメントとしてポリメチルメタクリレートを有し、第一のセグメントと第二のセグメントの重量分率をほぼ１：１とした共重合体３を溶媒に溶かした溶液を、凹部が形成されたテンプレート７の凹部主面を走査させてテンプレート７の凹部に選択的に充填する。具体的には、テンプレート７の凹部面を鉛直上方に保持した状態でテンプレート７上に溶液を滴下し、スキージを用いて複数回走査することにより、テンプレート７凹部内のみに選択的に溶液を充填する。なお、テンプレート７の凹部寸法、材質及び構造については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で用いられたテンプレート７と同様である。

続いて、図４（ｂ）に示すように、テンプレート７を加熱して凹部に充填された高分子共重合体３の溶液から溶剤を揮発する。加熱方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用した加熱方法と同様の方法を用いることが可能である。溶液を揮発させることにより、高分子共重合体３の界面がテンプレート７の表面から後退する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、ＩＴＯ膜等の被処理膜６が表面に形成された基板１を用意し、テンプレート７凹部形成面に被処理基板１を接触させる。接触後、テンプレート７凹部に充填された高分子共重合体３をガラス転移温度以上に加熱し、高分子共重合体３を溶融状態とする。これにより、高分子共重合体３が基板１の処理膜６表面側に移動する。

テンプレート７の凹部は、基板１上にパターンを形成すべき領域（パターン形成領域）とパターンを形成すべきでない領域（非パターン形成領域）を区分けするものであり、テンプレート７の凹部が基板１上のパターン形成領域に一致するようにテンプレート７と基板１の位置あわせを行ったうえ、テンプレート７と基板１を接触させる。

さらに、図４（ｄ）に示すように、基板１及びテンプレート７双方の温度をヒーターを用いて１９０℃まで上昇させ、この状態でテンプレート７の凹部に充填された高分子共重合体３がラメラ構造となるまで加熱を続ける。すなわち、高分子共重合体３の第一セグメントと第二セグメントのそれぞれの被処理基板１主面（処理膜６の形成面）に対する親和性（界面張力）がほぼ等しくなる温度で加熱を行い、共重合体３の第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５が相分離されて層状に配列したパターンを形成する。加熱方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された加熱方法と同様の方法を用いることが可能である。

次いで、図４（ｅ）に示すように、基板１とテンプレート７双方を冷却することで、高分子共重合体３をそのガラス転移温度より低い温度まで急冷し、高分子共重合体３を固化する。基板１裏面やテンプレート７裏面に冷却機構を接触させて冷却することができる。この冷却方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された高分子共重合体３の冷却方法と同様の方法を用いることが可能である。続いて、テンプレート７を固化された高分子共重合体３から離型する。

続いて、図４（ｆ）に示すように、高分子共重合体３を酸素プラズマに晒して、高分子共重合体３のうちポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去し、基板１上にポリスチレンパターンを形成する。なお、本実施形態に係るパターン形成方法では、高分子共重合体３のうちポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去したが、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を除去せずにポリエチレン部（第一のセグメントを有する相４）を選択的に除去することもできる。

以上の工程により、基板上のパターン形成領域に微細パターンを形成することができる。本実施形態に係るパターン形成方法は、第１の実施形態の比較例に係るパターン形成方法に比べ、工程数及びコストを削減することが可能である。すなわち、比較例に係るパターン形成方法における、段差構造形成のためのフォトリソグラフィ工程が必要なく、また非パターン形成領域の段差構造の除去工程も必要ないので、パターンを形成するための工程数及びコストを抑制することができる。

さらに、本実施形態に係るパターン形成方法の過程では、テンプレート７凹部外に対応する基板１上の非パターン形成領域に高分子共重合体パターンが形成されないので、非パターン形成領域のパターンを除去工程を実施する必要がなく、パターン形成における工程数及びコストを抑制することができる。

なお、本実施形態に係るパターン形成方法は、図３に示す装置とほぼ同様の構成のインプリント装置を利用して実施可能である。相違する装置構成及び装置動作の例としては、高分子共重合体３をテンプレート７凹部に充填する際にテンプレート保持手段によってテンプレート７の凹部面が鉛直上方を向くようにテンプレート７が保持される点、保持されたテンプレート７の凹部に高分子共重合体３を直接充填する点、高分子共重合体３を凹部内に選択的に充填するためのスキージを備えている点である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。本実施形態に係るパターン形成方法は、第一のセグメントと第二のセグメントの分子長を調整した第一のセグメントと第二のセグメントからなる高分子共重合体をテンプレートの凹部に選択的に充填し、テンプレートを高分子共重合体の第一のセグメントと第二のセグメントのガラス転移温度以上で加熱して、さらにテンプレート凹部内で自己配列させたのち、速やかに高分子共重合体をガラス転移温度以下に冷却し、その状態で光硬化樹脂を塗布した被処理基板面にテンプレートを接触させ、光照射により光硬化樹脂を硬化させた後、テンプレートを離型することで被処理基板上に高分子共重合体を自己配列させたパターンを形成するものである。

図５を参照して、具体的な材料を用いた本実施形態に係るパターン形成方法の一例について説明する。図５は、第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。

まず、第一のセグメントとしてポリスチレン、第二のセグメントとしてポリメチルメタクリレートを有し、第一のセグメントと第二のセグメントの重量分率がほぼ１：１とした共重合体３を溶媒に溶かした溶液を準備する。

また、石英を用いたテンプレート基板８上に有機ＳＯＧ膜９を有し、ＳＯＧ膜９上に凹部が形成されたＨＳＱネガレジスト膜１０（ＨＳＱ：水酸化シロキサン）を有する構造のテンプレート７を用意する。ＨＳＱネガレジスト膜１０の凹部の底面部にはＳＯＧ膜９が露出し、側面部にはＨＳＱレジスト膜１０が露出している。テンプレート７は、石英基板８上に有機ＳＯＧ膜９及びＨＳＱネガレジスト膜１０を積層し、電子ビームでＨＳＱレジスト膜１０に凹部パターンを描画後、ＴＭＡＨ現像液を用いてＨＳＱレジスト膜１０を現像することで作成した。

テンプレート７の凹部の底面部に露出する有機ＳＯＧ膜９に対するポリスチレンとポリメチルメタクリレートの界面張力は同程度であり、有機ＳＯＧ膜９はいずれの材料とも同程度の親和性を持つ中性膜である。一方、テンプレート７の凹部の側面部に露出するＨＳＱレジスト膜１０は、ポリスチレンよりポリメチルメタクリレートと高い親和性をもつ。

そして、図５（ａ）に示すように、テンプレート７主面を走査させてテンプレート７に形成された凹部に選択的に溶液を充填する。具体的には、テンプレート７凹部面を鉛直上方に保持した状態でテンプレート７上に溶液を滴下し、スキージを用いて複数回走査することにより、テンプレート７凹部内のみに選択的に溶液を充填する。なお、テンプレート７の凹部寸法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で用いられたテンプレート７と同様である。テンプレート７凹部に選択的に溶液を充填した後、溶液内の溶剤を揮発させる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、テンプレート７を２４０℃で加熱する。すなわち、高分子共重合体３の第一セグメントと第二セグメントのそれぞれの有機ＳＯＧ膜９に対する親和性（界面張力）がほぼ等しくなる温度で加熱を行い、共重合体３の第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５が相分離されて層状に配列したパターンを形成する。加熱方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された加熱方法と同様の方法を用いることが可能である。

その後、高分子共重合体３をガラス転移温度以下に急冷し、高分子共重合体３を固化する。冷却方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された冷却方法と同様の方法を用いることが可能である。

次に、図５（ｃ）に示すように、被処理基板１主面にアクリル系ＵＶ硬化樹脂（硬化剤１１）をインクジェット法で塗布した後、テンプレート７の凹部形成面と被処理基板１上の硬化剤１１とを接触させる。さらに、テンプレート７上方から、３００〜３５０ｎｍ程度の波長のＵＶ光を照射し、ＵＶ硬化樹脂１１を光硬化させる。

続いて、図５（ｄ）に示すように、ＵＶ硬化樹脂１１を光硬化させた後、テンプレート７を基板１から離型する。使用したＵＶ硬化樹脂１１は、被処理基板１主面と高分子共重合体３のいずれとも良好な密着性を有しているため、テンプレート７を被処理基板１から離型する際、欠陥の発生を抑制することができた。すなわち、高分子共重合体３とＵＶ硬化樹脂１１の界面及びＵＶ硬化樹脂１１と基板１の界面の密着性が、高分子共重合体３と有機ＳＯＧ膜９界面及びＵＶ硬化樹脂１１とＨＳＱ界面の密着性より高いために、テンプレート７を被処理基板１から離型した際、硬化樹脂１１を基板１側に形成させることができる。被処理基板１は、例えば、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜等の絶縁膜や金属膜等である。

さらに、図５（ｅ）に示すように、高分子共重合体３のパターンを異方性酸素プラズマに晒して、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択除去する。これにより、所望のポリエチレンパターンを形成することができる。さらに、同様の酸素プラズマを用いて、ポリエチレンパターンをマスクにアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１を選択的に除去する。なお、本実施形態に係るパターン形成方法では、高分子共重合体３のうちポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去したが、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を除去せずにポリエチレン部（第一のセグメントを有する相４）を選択的に除去することもできる。

本実施形態に係るパターン形成方法は、比較例に係るパターン形成方法における、段差構造形成のためのリソグラフィ工程が必要なく、また非パターン形成領域の段差構造の除去工程も必要ないので、パターンを形成するための工程数及びコストを抑制することができる。

本実施形態に係るパターン形成方法は、第２の実施形態で説明したインプリント装置とほぼ同様の構成の装置を用いて実施することができる。相違する構成としては、例えば、被処理基板１上にＵＶ硬化剤１０を塗布するＵＶ硬化剤塗布手段をさらに備えている点、ＵＶ光をＵＶ光硬化剤１０に照射するための光源を備えている点である。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。本実施形態に係るパターン形成方法は、凸部を有するテンプレートを用いたインプリント法により被処理基板面にテンプレート凸部に対応する段差構造を形成した後、第一のセグメントと第二のセグメントの分子長を調整した第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を、前述のテンプレート、あるいは略同形状の凸部を有する別のテンプレートの凸部表面のみに付着し、更に被処理基板面に形成した段差構造に合わせて接触させることで段差構造の凹部に選択的に高分子共重合体を充填し、この高分子共重合体の第一のセグメントと第二のセグメントの界面張力がほぼ等しくなる温度で加熱し自己配列させたのち、速やかに高分子共重合体をガラス転移温度以下に冷却することで被処理基板上に高分子共重合体を自己配列させたパターンを形成するものである。

図６を参照して、具体的な材料を用いた本実施形態に係るパターン形成方法の一例について説明する。図６は、第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。

まず、図６（ａ）に示すように、被処理膜６を表面に有する被処理基板１上にアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１をインクジェット法で塗布する。

次に、図６（ｂ）に示すように、凸部を有するテンプレート７を使用した一般的なインプリント法により、被処理基板１面のアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１にテンプレート７の凸部に対応する段差構造を形成する。一般的なインプリント法とは、例えば図３に示すインプリント装置等を用いて、凸部を有するテンプレート７をアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１に接触させ、テンプレート７の凹部に硬化樹脂１１を充填し、充填した硬化樹脂１１に対して、光源からＵＶ光を照射して硬化樹脂１１を硬化し、さらにテンプレート７を硬化剤１１から離型した後、硬化剤１１の残膜を除去して硬化剤１１パターン（段差構造１１）を形成する方法である。

続いて、図６（ｃ）に示すように、段差構造１１を形成する際に用いた前述のテンプレート７、あるいは前述のテンプレート７と略同形状の凸部を有する別のテンプレート７を新たに用意する。そして、用意したテンプレート７の凸部表面に、第一のセグメントとしてポリスチレン、第二のセグメントとしてポリメチルメタクリレートを有し、第一のセグメントと第二のセグメントの重量分率をほぼ１：１とした共重合体３の溶液を塗布する。続いて、基板１上に形成された段差構造１１の凹部に対して、テンプレート７の凸部がかみ合うように、両者の位置あわせを実施する。

次に、図６（ｄ）に示すように、基板１上に形成された段差構造１１の凹部にテンプレート７の凸部を近接させて、共重合体３の溶液を段差構造１１の凹部に選択的に供給する。ここでは、共重合体３の溶液を段差構造１１の上部はパターンを形成しない非パターン形成領域となるので、段差構造１１の上部には共重合体３の溶液を供給しないようにすることが好ましい。

なお、段差構造１１の凹部に共重合体３の溶液を選択的に供給する他の方法としては、第２の実施形態の図４（ａ）で示す工程における共重合体３の塗布方法を利用できる。すなわち、共重合体３の溶液を段差構造１１上に塗布後、スキージを走査して共重合体３の溶液を段差構造１１の凹部に選択的に形成する。

次いで、図６（ｅ）に示すように、ヒーターを用いて、基板１の温度を１９０℃まで上昇させ、この状態で段差構造１１の凹部に充填された高分子共重合体３がラメラ構造となるまで加熱を続ける。すなわち、高分子共重合体３の第一セグメントと第二セグメントのそれぞれの被処理基板１主面に対する親和性（界面張力）がほぼ等しくなる温度で加熱を行い、共重合体３が第一セグメントを有する相４と第二のセグメントを有する相５に相分離されて配列したパターンを形成する。加熱方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された加熱方法と同様の方法を用いることが可能である。

さらに、基板１を冷却することで、高分子共重合体３をそのガラス転移温度より低い温度まで急冷し、高分子共重合体３を固化する。基板１裏面に冷却機構を接触させて冷却することができる。この冷却方法については、第１の実施形態に係るパターン形成方法で利用された高分子共重合体３の冷却方法と同様の方法を用いることが可能である。

続いて、図６（ｆ）に示すように、段差構造のアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１及び高分子共重合体３を酸素プラズマに晒して、段差構造のアクリル系ＵＶ硬化樹脂１１及び高分子共重合体３のポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を除去し、基板１上にポリスチレンパターンを形成する。なお、本実施形態に係るパターン形成方法では、高分子共重合体３のうちポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を選択的に除去したが、ポリメチルメタクリレート部（第二のセグメントを有する相５）を除去せずにポリエチレン部（第一のセグメントを有する相４）を選択的に除去することもできる。

本実施形態に係るパターン形成方法は、比較例に係るパターン形成方法における、段差構造形成のためのフォトリソグラフィ工程をインプリント工程で実施するため工程を簡易化することができる、また非パターン形成領域の段差構造の除去を高分子共重合体の除去工程と同時に実施するので、工程を簡易化することができる。

本実施形態に係るパターン形成方法は、第１の実施形態で説明したインプリント装置とほぼ同様の構成の装置を用いて実施することができる。相違する構成または作用としては、例えば、テンプレートの凸部表面に選択的に高分子共重合体を塗布するように高分子共重合体塗布手段が構成されている点である。

上記各実施形態に係るパターン形成方法では、第一セグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を用いたが、３以上のセグメントを有する高分子共重合体を用いることもできる。この場合、加熱により、高分子共重合体内で３以上の相が相分離されて形成される。

上記各実施形態に係るパターン形成方法は、半導体装置の製造において、回路パターン、レジストパターンやハードマスクパターンを形成する場合、フォトマスクやインプリント法に用いられるテンプレートの製造において、マスクパターンやテンプレートパターンを形成する場合、ハードディスクの製造においてパターンを形成する場合、フォトアレイの製造においてパターンを形成する場合などに用いることができる。

１・・・被処理基板
２・・・段差形成材料（ＳＯＧ膜）
３・・・高分子共重合体
４・・・第一のセグメントを有する相
５・・・第二のセグメントを有する相
６・・・被処理膜
７・・・テンプレート
８・・・テンプレート基板
９・・・ＳＯＧ膜
１０・・・ＨＳＱ膜
１１・・・硬化剤

Claims (5)

1. 基板上に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を塗布する工程と、
   前記高分子共重合体に凹部を有するテンプレートを接触させ、前記テンプレートの凹部に前記高分子共重合体を充填する工程と、
   充填された前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、
   前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型する工程と、
   前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 凹部を有するテンプレートの前記凹部に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を選択的に形成する工程と、
   前記テンプレートの凹部が形成された面と基板を接触させて、前記基板上に高分子共重合体を形成する工程と、
   前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、
   前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型する工程と、
   前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
3. 凹部を有するテンプレートの前記凹部に、第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を選択的に形成する工程と、
   前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、
   基板上に硬化剤を塗布する工程と、
   前記テンプレートの凹部が形成された面と前記基板上の硬化剤を接触させ、接触させた状態で前記硬化剤を硬化する工程と、
   前記硬化剤を硬化した後、前記テンプレートを前記高分子共重合体から離型し、前記基板上に前記高分子共重合体を形成する工程と、
   前記基板上の前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
4. 凸部を有するテンプレートを基板に接触させて、前記基板上に前記凸部に対応する凹部を有する段差構造を形成する工程と、
   第一のセグメントと第二のセグメントを有する高分子共重合体を、前記段差構造の凹部に選択的に形成する工程と、
   前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程と、
   前記高分子共重合体の第一のセグメントを有する相又は第二のセグメントを有する相、及び、前記段差構造を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
5. 前記高分子共重合体を第一のセグメントを有する相と第二のセグメントを有する相に相分離させる工程は、前記高分子共重合体に赤外線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のパターン形成方法。

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