JP2015050322A - Pattern formation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the formation of a pattern in a state where limitation is relieved, using a vertical cylinder phase structure formed by a microphase separation.SOLUTION: In a pattern formation method, a plasma oxidized layer 102 is formed on a surface of a substrate 101; a block copolymer thin film 103 comprising a block copolymer is formed on the plasma oxidized layer 102, the block copolymer comprising a first block chain and a second block chain having surface free energies different with each other; the block copolymer thin film 103 is heated to induce a microphase separation; a plurality of columnar phase structures 104 comprising the first block chain are formed on the block copolymer thin film 103; and the block copolymer thin film 103 is immersed into a process liquid 105 comprising an ammonium fluoride aqueous solution to form a plurality of openings 106.

Description

本発明は、ミクロ相分離構造を利用することで微細なパターンを形成するパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a pattern forming method for forming a fine pattern by utilizing a microphase separation structure.

従来より、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用した垂直シリンダ相構造を用いた全湿式パターン形成方法が知られている(非特許文献1参照)。   Conventionally, an all-wet pattern forming method using a vertical cylinder phase structure utilizing a microphase separation structure of a block copolymer is known (see Non-Patent Document 1).

上述したパターン形成方法について説明する。まず、図4Aに示すように、主表面の面方位を(100)としたシリコン基板401を用意する。次いで、シリコン基板401に対して酸素雰囲気下にて加熱処理を行い、図4Bに示すように、シリコン基板401の主表面に層厚20nm程度に熱酸化シリコン層402を形成する。次に、フッ化水素(HF)水溶液を用いてエッチングすることで、熱酸化シリコン層402を層厚2nm程度まで薄層化する。   The pattern forming method described above will be described. First, as shown in FIG. 4A, a silicon substrate 401 having a main surface plane orientation of (100) is prepared. Next, heat treatment is performed on the silicon substrate 401 in an oxygen atmosphere to form a thermally oxidized silicon layer 402 with a thickness of about 20 nm on the main surface of the silicon substrate 401 as shown in FIG. 4B. Next, the thermal silicon oxide layer 402 is thinned to a thickness of about 2 nm by etching using an aqueous hydrogen fluoride (HF) solution.

次に、図4Cに示すように、薄層化した熱酸化シリコン層402の上にブロック共重合体薄膜403を形成する。例えば、両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体と、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(PEGME)との混合トルエン溶液を用意し、これをスピン塗布法により塗布することで、ブロック共重合体薄膜403を形成する。両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体は、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)およびポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)(PMA(Az))からなるブロック共重合体(PEO−b−PMA(Az))である。   Next, as shown in FIG. 4C, a block copolymer thin film 403 is formed on the thinned thermally oxidized silicon layer 402. For example, a block toluene thin film 403 is formed by preparing a mixed toluene solution of an amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer and polyethylene glycol monomethyl ether (PEGME) and applying the solution by a spin coating method. To do. The amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer is composed of, for example, polyethylene oxide (PEO) and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) (PMA (Az)). It is a block copolymer (PEO-b-PMA (Az)).

次に、ブロック共重合体薄膜403に熱処理を施すことによりミクロ相分離を誘起させ、図4Dに示すように、ブロック共重合体薄膜403内部に垂直シリンダ相構造404を形成する。この構造では、PEOブロック鎖が垂直シリンダ相構造404の部分を形成し、PMA(Az)ブロック鎖が垂直シリンダ相構造404の周囲部分を形成する。この状態では、PEGME分子441は、PEOブロック鎖と親和性が高いため、垂直シリンダ相構造404内に偏析する。   Next, the block copolymer thin film 403 is subjected to heat treatment to induce microphase separation, thereby forming a vertical cylinder phase structure 404 inside the block copolymer thin film 403 as shown in FIG. 4D. In this structure, the PEO block chain forms part of the vertical cylinder phase structure 404, and the PMA (Az) block chain forms the peripheral part of the vertical cylinder phase structure 404. In this state, the PEGME molecule 441 segregates in the vertical cylinder phase structure 404 because of its high affinity with the PEO block chain.

次に、上述したようにミクロ相分離した状態のブロック共重合体薄膜403が形成されているシリコン基板401を、図4Eに示すように、エッチング液であるフッ化アンモニウム(NH4F)水溶液405に浸漬すると、垂直シリンダ相構造404内に偏析しているPEGME分子441は水溶性であるため、垂直シリンダ相構造404内からNH4F水溶液405中へと溶けだすかわりに、NH4F水溶液405の溶質であるNH4F分子が、垂直シリンダ相構造404内へと浸透する。 Next, as shown in FIG. 4E, an ammonium fluoride (NH 4 F) aqueous solution 405 that is an etching solution is applied to the silicon substrate 401 on which the block copolymer thin film 403 in a microphase-separated state is formed as described above. PEGME molecules 441 that are segregated in the vertical cylinder phase structure 404 are water-soluble. Therefore, instead of being dissolved from the vertical cylinder phase structure 404 into the NH 4 F aqueous solution 405, the NH 4 F aqueous solution 405 is used. NH 4 F molecules, which are solutes of the above, penetrate into the vertical cylinder phase structure 404.

やがて、垂直シリンダ相構造404内へと浸透したNH4F分子が垂直シリンダ相構造404内の直下に到達すると、熱酸化シリコン層402を溶解し、図4Fに示すように、熱酸化シリコン層402に、開口部406を形成する。また、上述した熱酸化シリコン層402の溶解に伴い生成される反応生成物442の一部は、垂直シリンダ相構造404内からNH4F水溶液405へと拡散する。 Eventually, when the NH 4 F molecules that have penetrated into the vertical cylinder phase structure 404 reach just below the vertical cylinder phase structure 404, the thermal silicon oxide layer 402 is dissolved, and as shown in FIG. Then, an opening 406 is formed. In addition, a part of the reaction product 442 generated along with the dissolution of the thermal silicon oxide layer 402 described above diffuses from the vertical cylinder phase structure 404 into the NH 4 F aqueous solution 405.

上述したエッチングでは、熱酸化シリコン層402の垂直シリンダ相構造404直下の部分のみが溶解するため、垂直シリンダ相構造404の配列構造を反映した開口部406によるナノホールアレイが、熱酸化シリコン層402熱シリコン酸化膜に形成される。   In the etching described above, only the portion immediately below the vertical cylinder phase structure 404 of the thermally oxidized silicon layer 402 is dissolved. Therefore, the nanohole array formed by the openings 406 reflecting the arrangement structure of the vertical cylinder phase structure 404 is heated in the thermally oxidized silicon layer 402. A silicon oxide film is formed.

次に、シリコン基板401をテトラヒドロフランと水との混合液に浸漬し、ブロック共重合体薄膜403を溶解除去する。次に、シリコン基板401をシリコンのエッチング液である水酸化カリウム(KOH)水溶液に浸漬すると、熱酸化シリコン層402に形成された複数の開口部406の底部分に露出したシリコン基板401が溶解する。KOH水溶液を用いてシリコン基板401をエッチングする場合、Si(111)面のエッチング速度が遅いため、異方性エッチングが起こり、図4Gに示すように、Si(100)面に対して54.7度傾いたSi(111)面が現れるようにエッチングが進行する。   Next, the silicon substrate 401 is immersed in a mixed solution of tetrahydrofuran and water, and the block copolymer thin film 403 is dissolved and removed. Next, when the silicon substrate 401 is immersed in a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution that is an etching solution of silicon, the silicon substrate 401 exposed at the bottom portions of the plurality of openings 406 formed in the thermally oxidized silicon layer 402 is dissolved. . When the silicon substrate 401 is etched using a KOH aqueous solution, since the etching rate of the Si (111) surface is slow, anisotropic etching occurs, and as shown in FIG. 4G, 54.7 with respect to the Si (100) surface. Etching proceeds so that a Si (111) surface inclined at a degree appears.

非特許文献1では、シリコンのエッチング時間が長すぎることにより、熱酸化シリコン層402に形成された一部の開口部406を通じてシリコンのエッチングが開始し、図4Gに示すような構造が得られている。   In Non-Patent Document 1, since the etching time of silicon is too long, the etching of silicon starts through a part of the openings 406 formed in the thermally oxidized silicon layer 402, and a structure as shown in FIG. 4G is obtained. Yes.

R. Watanabe, K. Kamata, and T. Iyoda, "Smart block copolymer masks with molecule-transport channels for total wet nanopatterning", Journal of Materials Chemistry, vol.18, pp.5482-5491, 2008.R. Watanabe, K. Kamata, and T. Iyoda, "Smart block copolymer masks with molecule-transport channels for total wet nanopatterning", Journal of Materials Chemistry, vol.18, pp.5482-5491, 2008.

しかしながら、上述した技術では、形成できるパターンが制限されるという問題がある。例えば、上述した技術では、ミクロ相分離により形成される垂直シリンダ相構造の構造を酸化シリコン層に転写するNH4F水溶液を用いたエッチングでは、酸化シリコン層を層厚2nm程度に薄くする必要がある。このような薄い熱酸化シリコン層では、ドライエッチング耐性が低いため、シリコンをエッチングする際にウェットエッチングを用いることになる。このため、高アスペクト比のホールパターンをシリコン基板上に形成することができない。上述したシリコンの異方性エッチングではアスペクト比は約1.41(tan54.7°)が最高となる。また、ウェットエッチングによる等方的にエッチングが進む場合には、アスペクト比は1程度となる。 However, the above-described technique has a problem that a pattern that can be formed is limited. For example, in the above-described technique, in etching using an NH 4 F aqueous solution for transferring a vertical cylinder phase structure formed by microphase separation to a silicon oxide layer, the silicon oxide layer needs to be thinned to about 2 nm. is there. Since such a thin thermally oxidized silicon layer has low dry etching resistance, wet etching is used when etching silicon. For this reason, a high aspect ratio hole pattern cannot be formed on a silicon substrate. In the above-described anisotropic etching of silicon, the maximum aspect ratio is about 1.41 (tan 54.7 °). When the etching proceeds isotropically by wet etching, the aspect ratio is about 1.

また、エッチング液が酸化シリコンによるマスクの下側に回り込み、深さ方向だけでなく、横方向にもエッチングが進んでしまうため、エッチング時間を長くすると隣接するホールパターンが連続した状態となる。このため、隣り合うホールパターンが接続しない段階でエッチングを停止しなければならず、ホールパターンの最大径は、隣り合うホール中心間の距離Dに留まり、ホールパターンの最大深さは約1.41Dに留まる。   Further, since the etching solution flows under the mask made of silicon oxide and the etching proceeds not only in the depth direction but also in the lateral direction, when the etching time is lengthened, adjacent hole patterns become continuous. For this reason, etching must be stopped when adjacent hole patterns are not connected, and the maximum diameter of the hole pattern remains at the distance D between adjacent hole centers, and the maximum depth of the hole pattern is about 1.41D. Stay on.

また、熱酸化シリコンを用いる場合、加工対象となる基板材料はシリコンに限られるものとなり、この点でも、形成できるパターンが制限されている。   Further, when thermal silicon oxide is used, the substrate material to be processed is limited to silicon, and the pattern that can be formed is also limited in this respect.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ミクロ相分離により形成される垂直シリンダ相構造を利用して、あまり制限がない状態でパターンが形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and allows a pattern to be formed without much restriction by utilizing a vertical cylinder phase structure formed by microphase separation. For the purpose.

本発明に係るパターン形成方法は、基板の上に有機材料からなる転写層を形成する第1工程と、転写層の上に塗布ガラス材料を塗布してSOG層を形成する第2工程と、SOG層を所定の厚さにまで薄くする第3工程と、薄くしたSOG層に酸素プラズマを作用させてSOG層を酸化してプラズマ酸化層とする第4工程と、プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第5工程と、ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造をブロック共重合体薄膜に形成する第6工程と、複数の柱状相構造を形成したブロック共重合体薄膜をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液に浸漬し、柱状相構造に浸透した処理液により柱状相構造の部分のプラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第7工程と、複数の開口部をプラズマ酸化層に形成した後、ブロック共重合体薄膜を除去する第8工程と、ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の開口部を形成したプラズマ酸化層をマスクとして転写層を選択的にドライエッチングし、転写層の開口部に対応する箇所に基板に到達する複数の貫通孔を形成する第9工程と、複数の貫通孔を形成した転写層をマスクとして基板を選択的にドライエッチングし、基板の貫通孔に対応する箇所に複数の凹部を形成する第10工程とを備える。   The pattern forming method according to the present invention includes a first step of forming a transfer layer made of an organic material on a substrate, a second step of applying a coating glass material on the transfer layer to form an SOG layer, and an SOG. A third step of thinning the layer to a predetermined thickness, a fourth step of oxidizing the SOG layer by applying oxygen plasma to the thinned SOG layer to form a plasma oxide layer, and a plasma oxide layer, A fifth step of forming a block copolymer thin film comprising a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies, and microphase separation by heating the block copolymer thin film And a sixth step of forming a plurality of columnar phase structures composed of the first block chains on the block copolymer thin film, and a block copolymer thin film having the plurality of columnar phase structures formed on the hydrofluoric acid and A plasma oxide layer in a columnar phase structure is selectively etched by a treatment liquid that is immersed in a treatment liquid containing at least one of an aqueous ammonium fluoride solution and permeates the columnar phase structure, thereby forming a plurality of openings. Seven steps, an eighth step of removing the block copolymer thin film after forming a plurality of openings in the plasma oxide layer, and a plasma oxidation forming a plurality of openings after removing the block copolymer thin film The transfer layer is formed by selectively dry-etching the transfer layer using the layer as a mask to form a plurality of through holes reaching the substrate at locations corresponding to the openings of the transfer layer; And a tenth step of selectively dry-etching the substrate as a mask and forming a plurality of recesses at locations corresponding to the through holes of the substrate.

上記パターン形成方法において、転写層は、ポリスチレンから構成すればよい。   In the pattern forming method, the transfer layer may be made of polystyrene.

本発明に係るパターン形成方法は、シリコンから構成した基板の主表面を酸素プラズマに晒して酸化することで基板の表面に所定の層厚のプラズマ酸化層を形成する第1工程と、プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第2工程と、ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造をブロック共重合体薄膜に形成する第3工程と、複数の柱状相構造を形成したブロック共重合体薄膜が形成された基板をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液水溶液に浸漬し、柱状相構造に浸透した処理液により柱状相構造の部分のプラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第4工程と、複数の開口部をプラズマ酸化層に形成した後、ブロック共重合体薄膜を除去する第5工程と、ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の開口部を形成したプラズマ酸化層をマスクとして基板を選択的にドライエッチングし、基板の開口部に対応する箇所に複数の凹部を形成する第6工程とを備える。   A pattern forming method according to the present invention includes a first step of forming a plasma oxide layer having a predetermined thickness on a surface of a substrate by exposing the main surface of a substrate made of silicon to oxygen plasma to oxidize, and a plasma oxide layer A second step of forming a block copolymer thin film comprising a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies, and heating the block copolymer thin film A third step of inducing a microphase separation to form a plurality of columnar phase structures composed of first block chains in the block copolymer thin film, and a block copolymer thin film having a plurality of columnar phase structures formed therein. The formed substrate is immersed in a treatment liquid aqueous solution containing at least one of hydrofluoric acid and an aqueous ammonium fluoride solution, and the columnar phase structure is formed by the treatment liquid that has permeated the columnar phase structure. A fourth step of selectively etching a portion of the plasma oxide layer to form a plurality of openings; a fifth step of removing the block copolymer thin film after forming the plurality of openings in the plasma oxide layer; After removing the block copolymer thin film, the substrate is selectively dry-etched using the plasma oxide layer having a plurality of openings as a mask to form a plurality of recesses at locations corresponding to the openings in the substrate. A process.

本発明に係るパターン形成方法は、単結晶シリコンから構成して主表面を(110)面とした基板に側面が(111)面となる溝を形成する第1工程と、溝を形成した基板の溝内部を含む表面を酸素プラズマに晒して酸化することで基板の溝が形成されている表面に所定の層厚のプラズマ酸化層を形成する第2工程と、プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第3工程と、ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造をブロック共重合体薄膜に形成する第4工程と、複数の柱状相構造を形成したブロック共重合体薄膜が形成された基板をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液水溶液に浸漬し、柱状相構造に浸透した処理液により柱状相構造の部分のプラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第5工程と、複数の開口部をプラズマ酸化層に形成した後、ブロック共重合体薄膜を除去する第6工程と、ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の開口部を形成したプラズマ酸化層をマスクとし、アルカリ液により基板を選択的にウェットエッチングし、溝が延在する方向に延在して並ぶ複数の開口部の下に連続する複数の溝部を基板に形成する第7工程とを備える。   The pattern forming method according to the present invention includes a first step of forming a groove having a side surface of the (111) surface on a substrate made of single crystal silicon and having a main surface of the (110) surface, The second step of forming a plasma oxide layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate where the groove is formed by oxidizing the surface including the inside of the groove with oxygen plasma is different from the plasma oxidation layer. A third step of forming a block copolymer thin film composed of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having surface free energy, and microphase separation by heating the block copolymer thin film A fourth step in which a plurality of columnar phase structures composed of first block chains are induced to form a block copolymer thin film; and a substrate on which the block copolymer thin film having a plurality of columnar phase structures is formed is formed on the substrate. A plurality of openings are formed by selectively etching the plasma oxide layer of the columnar phase structure with a treatment liquid immersed in a treatment liquid aqueous solution containing at least one of hydrofluoric acid and ammonium fluoride aqueous solution and penetrating the columnar phase structure. A fifth step of forming a plurality of openings in the plasma oxide layer, a sixth step of removing the block copolymer thin film, and a plurality of openings after removing the block copolymer thin film. Using the formed plasma oxide layer as a mask, the substrate is selectively wet-etched with an alkaline solution, and a plurality of continuous groove portions are formed in the substrate under a plurality of openings extending and arranged in the direction in which the grooves extend. A seventh step.

上記いずれかのパターン形成方法において、第1ブロック鎖は、ポリエチレンオキサイドから構成すればよい。また、第2ブロック鎖は、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)から構成すればよい。   In any of the above pattern forming methods, the first block chain may be composed of polyethylene oxide. The second block chain may be composed of poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate).

以上説明したことにより、本発明によれば、ミクロ相分離により形成される垂直シリンダ相構造を利用して、あまり制限がない状態でパターンが形成できるようになるという優れた効果が得られるようになる。   As described above, according to the present invention, by using the vertical cylinder phase structure formed by microphase separation, it is possible to obtain an excellent effect that a pattern can be formed without much limitation. Become.

図1Aは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1A is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 1 of the present invention. 図1Bは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1B is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method in Embodiment 1 of the present invention. 図1Cは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1C is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to Embodiment 1 of the present invention. 図1Dは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1D is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method in the first embodiment of the present invention. 図1Eは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1E is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention. 図1Fは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1F is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention. 図1Gは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 1G is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2A is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method in Embodiment 2 of the present invention. 図2Bは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2B is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method in Embodiment 2 of the present invention. 図2Cは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2C is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method in Embodiment 2 of the present invention. 図2Dは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2D is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 図2Eは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2E is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 図2Fは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2F is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 図2Gは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2G is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 図2Hは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2H is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 図2Iは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 2I is a configuration diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method in the second embodiment of the present invention. 図3Aは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3A is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 3 of the present invention. 図3Bは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3B is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 3 of the present invention. 図3Cは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3C is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 3 of the present invention. 図3Dは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3D is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 3 of the present invention. 図3Eは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3E is a block diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method in Embodiment 3 of the present invention. 図3Fは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3F is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the third embodiment of the present invention. 図3Gは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3G is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to Embodiment 3 of the present invention. 図3Hは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3H is a block diagram showing a state in each step for explaining the pattern forming method in the third embodiment of the present invention. 図3Iは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3I is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the third embodiment of the present invention. 図3Jは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 3J is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method according to the third embodiment of the present invention. 図4Aは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4A is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Bは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4B is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Cは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4C is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Dは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4D is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Eは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4E is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Fは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4F is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Gは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4G is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer. 図4Hは、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用したパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。FIG. 4H is a configuration diagram showing a state in each step for explaining a pattern forming method using a microphase separation structure of a block copolymer.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1A〜図1Gを用いて説明する。図1A〜図1Gは、本発明の実施の形態1におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。図1A〜図1Gでは、断面を模式的に示している。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1G. 1A to 1G are configuration diagrams showing states in respective steps for explaining a pattern forming method according to Embodiment 1 of the present invention. 1A to 1G schematically show cross sections.

まず、図1Aに示すように、シリコンからなる基板101を用意する。例えば、市販されている直径が4インチのシリコンウエハを基板101とすればよい。次に、図1Bに示すように、基板101の主表面を酸素プラズマに晒すことで酸化し、基板101の表面にプラズマ酸化層102を形成する。   First, as shown in FIG. 1A, a substrate 101 made of silicon is prepared. For example, a commercially available silicon wafer having a diameter of 4 inches may be used as the substrate 101. Next, as shown in FIG. 1B, the main surface of the substrate 101 is oxidized by exposing it to oxygen plasma, and a plasma oxide layer 102 is formed on the surface of the substrate 101.

例えば、用意した基板101に対し、98%硫酸/30%過酸化水素水(体積比3/1)の混合溶液に10分間浸漬した後、10分間水洗を行う。加えて、1%フッ酸水溶液に1分間浸漬する処理を行い、表面の自然酸化膜を除去して疎水性のシリコン表面を露出させる。次いで、10分間水洗を行い、この後、基板101を回転数2000回転/分にて5分間スピン乾燥を施す。   For example, the prepared substrate 101 is immersed in a mixed solution of 98% sulfuric acid / 30% hydrogen peroxide (volume ratio 3/1) for 10 minutes, and then washed with water for 10 minutes. In addition, a treatment of immersing in a 1% hydrofluoric acid aqueous solution for 1 minute is performed to remove the natural oxide film on the surface and expose the hydrophobic silicon surface. Next, washing with water is performed for 10 minutes, and then the substrate 101 is spin-dried at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes.

上述した前処理を行った後、電子サイクロトロン共鳴(ECR)エッチング装置を用い、上述した酸素プラズマへの暴露を行う。例えば、プラズマ発生条件は、反応ガスとしてO2ガスを用い、流量は10sccm程度とし、マイクロ波パワーは200W程度とした。なお、sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。この条件で、約1秒間酸素プラズマを基板101の表面に照射すればよい。このようにして形成したプラズマ酸化層102の屈折率を1.46と仮定して、エリプソメトリ法にて膜厚測定を行ったところ、厚さ2nm以下の極薄い状態のプラズマ酸化層102が形成されていることが確認される。 After the pretreatment described above, exposure to the oxygen plasma described above is performed using an electron cyclotron resonance (ECR) etching apparatus. For example, the plasma generation conditions were such that O 2 gas was used as the reaction gas, the flow rate was about 10 sccm, and the microwave power was about 200 W. Note that sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid at 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute. Under this condition, the surface of the substrate 101 may be irradiated with oxygen plasma for about 1 second. Assuming that the refractive index of the plasma oxide layer 102 formed in this way is 1.46, the film thickness is measured by ellipsometry. As a result, an extremely thin plasma oxide layer 102 having a thickness of 2 nm or less is formed. It is confirmed that

次に、図1Cに示すように、プラズマ酸化層102の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜103を形成する。   Next, as shown in FIG. 1C, on the plasma oxide layer 102, a block copolymer thin film 103 made of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies. Form.

このブロック共重合体薄膜103の形成に際し、必要に応じて、基板表面の表面自由エネルギーの制御を行う。まず、プラズマ酸化層102が形成された基板101に対し、100℃のホットプレート上で45秒間加熱処理を行い、プラズマ酸化層102の表面の物理水を除去した後、直ちに室温(20℃程度)にて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)蒸気に暴露させる。この暴露時間は、暴露後のプラズマ酸化層102表面における水の接触角が5−110度程度になるように設定する。HMDS蒸気への暴露を45秒間行ったプラズマ酸化層102の表面に対し、液滴量1マイクロリットルにて水の接触角を測定したところ、約53度であることが確認される。   When forming the block copolymer thin film 103, the surface free energy of the substrate surface is controlled as necessary. First, the substrate 101 on which the plasma oxide layer 102 is formed is subjected to heat treatment on a hot plate at 100 ° C. for 45 seconds to remove physical water on the surface of the plasma oxide layer 102, and immediately thereafter at room temperature (about 20 ° C.). To expose to hexamethyldisilazane (HMDS) vapor. This exposure time is set so that the contact angle of water on the surface of the plasma oxide layer 102 after exposure is about 5-110 degrees. When the contact angle of water was measured with a droplet volume of 1 microliter on the surface of the plasma oxide layer 102 exposed to HMDS vapor for 45 seconds, it was confirmed to be about 53 degrees.

上述した処理をした後で、ブロック共重合体薄膜103を形成する。ブロック共重合体薄膜103は、次に示すように形成する。まず、両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体とポリエチレングリコールモノメチルエーテル(PEGME)の混合トルエン溶液を作製する。両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体は、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)およびポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)(PMA(Az))からなるブロック共重合体(PEO114−b−PMA(Az)51)である。   After the processing described above, the block copolymer thin film 103 is formed. The block copolymer thin film 103 is formed as follows. First, a mixed toluene solution of an amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer and polyethylene glycol monomethyl ether (PEGME) is prepared. The amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer is composed of, for example, polyethylene oxide (PEO) and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) (PMA (Az)). It is a block copolymer (PEO114-b-PMA (Az) 51).

このトルエン混合溶液において、ブロック共重合体のトルエンに対する重量百分率は1.0%、PEGMEのPEOブロック鎖に対する重量百分率は55%とした。ポリエチレンオキサイドが第1ブロック鎖であり、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)が、第2ブロック鎖となる。   In this toluene mixed solution, the weight percentage of the block copolymer to toluene was 1.0%, and the weight percentage of the PEGME to the PEO block chain was 55%. Polyethylene oxide is the first block chain, and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) is the second block chain.

このようにして作製したトルエン混合溶液を、前述したHMDS処理済みのプラズマ酸化層102の上に、回転数2000回転/分、時間30秒間にてスピン塗布してブロック共重合体薄膜103を形成する。   The toluene mixed solution thus prepared is spin-coated on the above-described plasma oxide layer 102 having been subjected to HMDS treatment at a rotational speed of 2000 rpm for 30 seconds to form a block copolymer thin film 103. .

次に、ブロック共重合体薄膜103を加熱してミクロ相分離を誘起させ、図1Dに示すように、第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造(垂直シリンダ相構造)104をブロック共重合体薄膜103に形成する。この場合、柱状相構造104には、PEGME分子141が偏析する。例えば、基板101に対して加熱温度110℃・加熱時間2時間、大気下の条件で加熱処理を行えばよい。また、加熱処理は、オーブンを用いて行えばよい。加熱処理後のブロック共重合体薄膜103表面を原子間力顕微鏡(AFM)により観察すると、AFM位相像において六方格子状に配置されたドット構造が観察され、基板101の平面に対して垂直な柱状相構造104が形成されていることが確認される。隣り合う柱状相構造104間の距離は約32nmである。   Next, the block copolymer thin film 103 is heated to induce microphase separation, and as shown in FIG. 1D, a plurality of columnar phase structures (vertical cylinder phase structures) 104 composed of the first block chains are blocked. The polymer thin film 103 is formed. In this case, the PEGME molecules 141 are segregated in the columnar phase structure 104. For example, heat treatment may be performed on the substrate 101 under conditions of a heating temperature of 110 ° C. and a heating time of 2 hours under the atmosphere. The heat treatment may be performed using an oven. When the surface of the block copolymer thin film 103 after the heat treatment is observed with an atomic force microscope (AFM), a dot structure arranged in a hexagonal lattice pattern is observed in the AFM phase image, and a columnar shape perpendicular to the plane of the substrate 101 is observed. It is confirmed that the phase structure 104 is formed. The distance between adjacent columnar phase structures 104 is about 32 nm.

次に、図1Eに示すように、複数の柱状相構造104を形成したブロック共重合体薄膜103をフッ化アンモニウム水溶液からなる処理液105に浸漬する。ブロック共重合体薄膜103を形成している基板101を、所定の容器(不図示)に収容している処理液105に2分間程度浸漬すればよい。処理液105は、フッ化アンモニウムの濃度を33wt%とすればよい。この処理により、柱状相構造104に浸透したフッ化アンモニウム(処理液105)により柱状相構造104の部分のプラズマ酸化層102を選択的にエッチングし、図1Fに示すように、複数の開口部106を形成する。このとき、上述したプラズマ酸化層102の溶解に伴い生成される反応生成物142の一部は、柱状相構造104内から処理液105へと拡散する。   Next, as shown in FIG. 1E, the block copolymer thin film 103 in which the plurality of columnar phase structures 104 are formed is immersed in a treatment liquid 105 made of an aqueous ammonium fluoride solution. The substrate 101 on which the block copolymer thin film 103 is formed may be immersed for about 2 minutes in the processing liquid 105 accommodated in a predetermined container (not shown). The treatment liquid 105 may have an ammonium fluoride concentration of 33 wt%. By this treatment, the plasma oxide layer 102 in the columnar phase structure 104 is selectively etched by ammonium fluoride (treatment liquid 105) that has permeated the columnar phase structure 104, and a plurality of openings 106 are formed as shown in FIG. 1F. Form. At this time, a part of the reaction product 142 generated along with the dissolution of the plasma oxide layer 102 described above diffuses from the columnar phase structure 104 to the treatment liquid 105.

以上に説明したように、複数の開口部106をプラズマ酸化層102に形成したら水洗し、回転数2000rpmで5分間スピン乾燥処理を行い、ブロック共重合体薄膜103が形成されている基板101を乾燥する。次に、ブロック共重合体薄膜103を除去する。例えば、テトラヒドロフランと水とを体積比6:4で混合した溶剤に、超音波をかけながら15分間浸漬することで、ブロック共重合体薄膜103を溶解することで除去すればよい。   As described above, when the plurality of openings 106 are formed in the plasma oxide layer 102, the substrate is washed with water and spin-dried at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes to dry the substrate 101 on which the block copolymer thin film 103 is formed. To do. Next, the block copolymer thin film 103 is removed. For example, the block copolymer thin film 103 may be removed by immersing it in a solvent in which tetrahydrofuran and water are mixed at a volume ratio of 6: 4 for 15 minutes while applying ultrasonic waves.

上述したようにブロック共重合体薄膜103を除去した後、基板101の表面に形成されているプラズマ酸化層102の状態をAFMにより観察したところ、AFM高さ像において六方格子状に配置された複数の開口部106が観察された。隣り合う開口部106の距離は約32nmである。除去前のブロック共重合体薄膜103の表面に観察された柱状相構造104の間隔と同じであり、プラズマ酸化層102に複数の開口部106からなるナノホールアレイが転写されていることを確認された。   After the block copolymer thin film 103 is removed as described above, the state of the plasma oxide layer 102 formed on the surface of the substrate 101 is observed by AFM, and a plurality of hexagonal lattices arranged in the AFM height image are observed. Opening 106 was observed. The distance between adjacent openings 106 is about 32 nm. It was confirmed that the nanohole array composed of a plurality of openings 106 was transferred to the plasma oxide layer 102, which was the same as the interval between the columnar phase structures 104 observed on the surface of the block copolymer thin film 103 before removal. .

次に、複数の開口部106を形成したプラズマ酸化層102をマスクとして基板101を選択的にドライエッチングし、図1Gに示すように、基板101の開口部106に対応する箇所に複数の凹部107を形成する。例えば、ECRエッチング装置を用い、塩素系ガスによるドライエッチングで、基板101をエッチングすればよい。例えば、エッチングガスとして、Cl2,O2,SF6を用い、各々流量を15sccm,1.5sccm,1.5sccmとして処理室に供給し、マイクロ波パワーは400W程度とすればよい。また、エッチング時間は、60秒程度とすればよい。 Next, the substrate 101 is selectively dry-etched using the plasma oxide layer 102 in which the plurality of openings 106 are formed as a mask, and a plurality of recesses 107 are formed at locations corresponding to the openings 106 in the substrate 101 as shown in FIG. 1G. Form. For example, the substrate 101 may be etched by dry etching with a chlorine-based gas using an ECR etching apparatus. For example, Cl 2 , O 2 , and SF 6 may be used as the etching gas, the flow rates may be 15 sccm, 1.5 sccm, and 1.5 sccm, respectively, and the microwave power may be about 400 W. The etching time may be about 60 seconds.

以上のようにして、凹部107を形成した後、1%のフッ酸溶液を用いてプラズマ酸化層102を除去する。プラズマ酸化層102を除去した後の基板101の表面状態を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、間隔が32nm程度、深さ60nm程度の複数の凹部107が形成されている状態が観察された。   After the recess 107 is formed as described above, the plasma oxide layer 102 is removed using a 1% hydrofluoric acid solution. When the surface state of the substrate 101 after removing the plasma oxide layer 102 is observed with a scanning electron microscope (SEM), it is observed that a plurality of recesses 107 having an interval of about 32 nm and a depth of about 60 nm are formed. It was done.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図2A〜図2Iを用いて説明する。図2A〜図2Iは、本発明の実施の形態2におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。図2A〜図2Iでは、断面を模式的に示している。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2I. 2A to 2I are configuration diagrams showing states in respective steps for explaining the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. 2A to 2I schematically show cross sections.

まず、図2Aに示すように、シリコンからなる基板201を用意する。例えば、市販されている直径が4インチのシリコンウエハを基板201とすればよい。また、用意した基板201に対し、98%硫酸/30%過酸化水素水(体積比3/1)の混合溶液に10分間浸漬した後、10分間水洗を行う。加えて、1%フッ酸水溶液に1分間浸漬する処理を行い、表面の自然酸化膜を除去して疎水性のシリコン表面を露出させる。次いで、10分間水洗を行い、この後、基板201を回転数2000回転/分にて5分間スピン乾燥を施す。   First, as shown in FIG. 2A, a substrate 201 made of silicon is prepared. For example, a commercially available silicon wafer having a diameter of 4 inches may be used as the substrate 201. Further, the prepared substrate 201 is immersed in a mixed solution of 98% sulfuric acid / 30% hydrogen peroxide solution (volume ratio 3/1) for 10 minutes, and then washed with water for 10 minutes. In addition, a treatment of immersing in a 1% hydrofluoric acid aqueous solution for 1 minute is performed to remove the natural oxide film on the surface and expose the hydrophobic silicon surface. Next, washing with water is performed for 10 minutes, and then the substrate 201 is spin-dried at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes.

次に、図2Bに示すように、基板201の上に有機材料からなる転写層202を形成し、続いて、転写層202の上に塗布ガラス材料を塗布してSOG(Spin on Glass)層203を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a transfer layer 202 made of an organic material is formed on the substrate 201. Subsequently, a coating glass material is applied on the transfer layer 202, and an SOG (Spin on Glass) layer 203 is formed. Form.

例えば、有機材料として、ポリスチレンを用いればよい。まず、重量平均分子量が200,000程度、多分散度が1.8程度のポリスチレンの2wt%のオルトジクロロベンゼン溶液を作製する。次いで、胃板201の上に、作製したオルトジクロロベンゼン用液を回転数2000回転/分、時間60秒間にてスピン塗布し、ポリスチレンからなる転写層202を形成する。このようにして形成された転写層202の厚さをエリプソメトリ法にて測定したところ、約100nmであった。   For example, polystyrene may be used as the organic material. First, a 2 wt% orthodichlorobenzene solution of polystyrene having a weight average molecular weight of about 200,000 and a polydispersity of about 1.8 is prepared. Next, the prepared orthodichlorobenzene solution is spin-coated on the stomach plate 201 at a rotational speed of 2000 rotations / minute for 60 seconds to form a transfer layer 202 made of polystyrene. The thickness of the transfer layer 202 formed in this way was measured by ellipsometry, and was about 100 nm.

また、塗布ガラス材料としては、よく知られた層間絶縁膜として用いられている水素化シルセスキオキサン(HSQ)を用いればよい。まず、HSQのメチルイソブチルケトン(MIBK)溶液(商品名:Fox−16、ダウコーニング社製)をMIBKで40倍に希釈したHSQのMIBK溶液を調整した。このように調整した溶液を、基板201の転写層202の上に、回転数7000回転/分、時間30秒間にてスピン塗布する。次いで、塗布して形成した塗布膜を、大気下において、加熱温度240℃、加熱時間10分間の加熱条件でホットプレート加熱処理を行い、SOG層203を形成する。   Further, as the coating glass material, hydrogenated silsesquioxane (HSQ) used as a well-known interlayer insulating film may be used. First, an HSQ MIBK solution in which a methyl isobutyl ketone (MIBK) solution of HSQ (trade name: Fox-16, manufactured by Dow Corning) was diluted 40 times with MIBK was prepared. The solution thus adjusted is spin-coated on the transfer layer 202 of the substrate 201 at a rotation speed of 7000 rpm and a time of 30 seconds. Next, the coating film formed by coating is subjected to hot plate heat treatment in the air under the heating conditions of a heating temperature of 240 ° C. and a heating time of 10 minutes, so that the SOG layer 203 is formed.

HSQによる上記塗布膜は、層間絶縁膜に使用されている材料の特徴として、平坦化の効果がある。上述した加熱処理温度で処理することにより、塗布直後の膜中に存在するピンホールが埋められると同時に、平坦化が進み、連続した極薄いSOG層203が形成可能となる。上述したように形成したSOG層203の膜厚をエリプソメトリ法により測定したところ、約10nmであった。ポリスチレンは、HSQの溶剤であるMIBKに不溶のため、HSQをスピン塗布する際、転写層202を溶解することがない。   The coating film by HSQ has a flattening effect as a feature of the material used for the interlayer insulating film. By performing the treatment at the above-described heat treatment temperature, pinholes existing in the film immediately after coating are filled, and at the same time, planarization proceeds and a continuous extremely thin SOG layer 203 can be formed. When the film thickness of the SOG layer 203 formed as described above was measured by ellipsometry, it was about 10 nm. Since polystyrene is insoluble in MIBK, which is an HSQ solvent, the transfer layer 202 is not dissolved when HSQ is spin-coated.

次に、SOG層203を所定の厚さにまで薄くする。SOG層203を溶解する溶液を用いて薄層化する。まず、フォトレジストの標準現像液である2.38%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(商品名:MICROPOSIT MF−CD26、シプレイ社製)を純水で10倍に希釈したTMAH溶液を作製する。次に、作製したTMAH溶液に、SOG層203を形成した基板201を浸漬する。この浸漬時間を調整することにより、SOG層203を膜厚2nm程度まで薄層化した。   Next, the SOG layer 203 is thinned to a predetermined thickness. The SOG layer 203 is thinned using a solution that dissolves it. First, a TMAH solution in which a 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution (trade name: MICROPOSIT MF-CD26, manufactured by Shipley Co., Ltd.), which is a standard developer of photoresist, is diluted 10 times with pure water is prepared. To do. Next, the substrate 201 on which the SOG layer 203 is formed is immersed in the prepared TMAH solution. By adjusting the immersion time, the SOG layer 203 was thinned to a film thickness of about 2 nm.

次に、薄くしたSOG層203に酸素プラズマを作用させてSOG層203を酸化し、図2Cに示すように、プラズマ酸化層204とする。プラズマ酸化層204は、転写層202の上に形成された状態となる。例えば、ECRエッチング装置を用い、上述した酸素プラズマへの暴露を行う。例えば、プラズマ発生条件は、反応ガスとしてO2ガスを用い、流量は10sccm程度とし、マイクロ波パワーは200W程度とした。この条件で、約1秒間酸素プラズマをSOG層203に照射すればよい。sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。 Next, oxygen plasma is applied to the thinned SOG layer 203 to oxidize the SOG layer 203 to form a plasma oxide layer 204 as shown in FIG. 2C. The plasma oxide layer 204 is formed on the transfer layer 202. For example, the above-described oxygen plasma exposure is performed using an ECR etching apparatus. For example, the plasma generation conditions were such that O 2 gas was used as the reaction gas, the flow rate was about 10 sccm, and the microwave power was about 200 W. Under this condition, the SOG layer 203 may be irradiated with oxygen plasma for about 1 second. sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid of 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute.

次に、図2Dに示すように、プラズマ酸化層204の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜205を形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, on the plasma oxide layer 204, a block copolymer thin film 205 made of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies. Form.

このブロック共重合体薄膜205の形成に際し、まず、プラズマ酸化層204が形成された基板201に対し、100℃のホットプレート上で45秒間加熱処理を行い、プラズマ酸化層204の表面の物理水を除去した後、直ちに室温(20℃程度)にて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)蒸気に暴露させる。この暴露時間は、暴露後のプラズマ酸化層204表面における水の接触角が、必要に応じて5−110度程度になるように設定する。HMDS蒸気への暴露を45秒間行ったプラズマ酸化層204表面に対し、液滴量1マイクロリットルにて水の接触角を測定したところ、約53度であることが確認される。   When the block copolymer thin film 205 is formed, first, the substrate 201 on which the plasma oxide layer 204 is formed is heated on a hot plate at 100 ° C. for 45 seconds, and physical water on the surface of the plasma oxide layer 204 is removed. Immediately after removal, it is exposed to hexamethyldisilazane (HMDS) vapor at room temperature (about 20 ° C.). This exposure time is set so that the contact angle of water on the surface of the plasma oxide layer 204 after exposure is about 5-110 degrees as necessary. When the contact angle of water was measured with a droplet volume of 1 microliter on the surface of the plasma oxide layer 204 exposed to HMDS vapor for 45 seconds, it was confirmed to be about 53 degrees.

上述した処理をした後で、ブロック共重合体薄膜205を形成する。ブロック共重合体薄膜205は、次に示すように形成する。まず、両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体とポリエチレングリコールモノメチルエーテル(PEGME)の混合トルエン溶液を作製する。両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体は、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)およびポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)(PMA(Az))からなるブロック共重合体(PEO114−b−PMA(Az)51)である。   After the processing described above, the block copolymer thin film 205 is formed. The block copolymer thin film 205 is formed as follows. First, a mixed toluene solution of an amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer and polyethylene glycol monomethyl ether (PEGME) is prepared. The amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer is composed of, for example, polyethylene oxide (PEO) and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) (PMA (Az)). It is a block copolymer (PEO114-b-PMA (Az) 51).

このトルエン混合溶液において、ブロック共重合体のトルエンに対する重量百分率は1.0%、PEGMEのPEOブロック鎖に対する重量百分率は55%とした。ポリエチレンオキサイドが第1ブロック鎖であり、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)が、第2ブロック鎖となる。ここで、ブロック共重合体は、第1ブロック鎖が、ポリエチレンオキサイドであることが重要であり、第2ブロック鎖は、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)である必要はない。   In this toluene mixed solution, the weight percentage of the block copolymer to toluene was 1.0%, and the weight percentage of the PEGME to the PEO block chain was 55%. Polyethylene oxide is the first block chain, and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) is the second block chain. Here, in the block copolymer, it is important that the first block chain is polyethylene oxide, and the second block chain is poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl. Methacrylate).

このようにして作製したトルエン混合溶液を、前述したHMDS処理済みのプラズマ酸化層204の上に、回転数2000回転/分、時間30秒間にてスピン塗布してブロック共重合体薄膜205を形成する。   The toluene mixed solution thus prepared is spin-coated on the above-described plasma oxide layer 204 that has been subjected to the HMDS treatment at a rotational speed of 2000 rpm for 30 seconds to form a block copolymer thin film 205. .

次に、ブロック共重合体薄膜205を加熱してミクロ相分離を誘起させ、図2Eに示すように、第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造(垂直シリンダ相構造)206をブロック共重合体薄膜205に形成する。この場合、柱状相構造206には、PEGME分子261が偏析する。例えば、基板201に対して加熱温度110℃・加熱時間2時間、大気下の条件で加熱処理を行えばよい。また、加熱処理は、オーブンを用いて行えばよい。加熱処理後のブロック共重合体薄膜205表面を原子間力顕微鏡(AFM)により観察すると、AFM位相像において六方格子状に配置されたドット構造が観察され、基板201の平面に対して垂直な柱状相構造206が形成されていることが確認される。隣り合う柱状相構造206間の距離は約32nmである。   Next, the block copolymer thin film 205 is heated to induce microphase separation, and as shown in FIG. 2E, a plurality of columnar phase structures (vertical cylinder phase structures) 206 composed of the first block chains are blocked. The polymer thin film 205 is formed. In this case, the PEGME molecules 261 are segregated in the columnar phase structure 206. For example, heat treatment may be performed on the substrate 201 under conditions of a heating temperature of 110 ° C. and a heating time of 2 hours under the atmosphere. The heat treatment may be performed using an oven. When the surface of the block copolymer thin film 205 after the heat treatment is observed with an atomic force microscope (AFM), a dot structure arranged in a hexagonal lattice pattern is observed in the AFM phase image, and a columnar shape perpendicular to the plane of the substrate 201 is observed. It is confirmed that the phase structure 206 is formed. The distance between adjacent columnar phase structures 206 is about 32 nm.

次に、図2Fに示すように、複数の柱状相構造206を形成したブロック共重合体薄膜205をフッ化アンモニウム水溶液からなる処理液207に浸漬する。ブロック共重合体薄膜205を形成している基板201を、所定の容器(不図示)に収容している処理液207に2分間程度浸漬すればよい。処理液207は、フッ化アンモニウムの濃度を33wt%とすればよい。この処理により、柱状相構造206に浸透したフッ化アンモニウム(処理液207)により柱状相構造206の部分のプラズマ酸化層204を選択的にエッチングし、図2Gに示すように、複数の開口部208を形成する。このとき、上述したプラズマ酸化層204の溶解に伴い生成される反応生成物262の一部は、柱状相構造206内から処理液207へと拡散する。   Next, as shown in FIG. 2F, the block copolymer thin film 205 in which the plurality of columnar phase structures 206 are formed is immersed in a treatment liquid 207 made of an aqueous ammonium fluoride solution. The substrate 201 on which the block copolymer thin film 205 is formed may be immersed in a processing solution 207 contained in a predetermined container (not shown) for about 2 minutes. The treatment liquid 207 may have an ammonium fluoride concentration of 33 wt%. By this treatment, the plasma oxide layer 204 in the columnar phase structure 206 is selectively etched by ammonium fluoride (treatment liquid 207) that has permeated the columnar phase structure 206, and a plurality of openings 208 are formed as shown in FIG. 2G. Form. At this time, a part of the reaction product 262 generated along with the dissolution of the plasma oxide layer 204 described above diffuses from the columnar phase structure 206 to the treatment liquid 207.

以上に説明したように、複数の開口部208をプラズマ酸化層204に形成したら水洗し、回転数2000rpmで5分間スピン乾燥処理を行い、ブロック共重合体薄膜205が形成されている基板201を乾燥する。次に、ブロック共重合体薄膜205を除去する。例えば、テトラヒドロフランと水とを体積比6:4で混合した溶剤に、超音波をかけながら15分間浸漬することで、ブロック共重合体薄膜205を溶解することで除去すればよい。   As described above, when the plurality of openings 208 are formed in the plasma oxide layer 204, the substrate is washed with water and spin-dried at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes to dry the substrate 201 on which the block copolymer thin film 205 is formed. To do. Next, the block copolymer thin film 205 is removed. For example, the block copolymer thin film 205 may be removed by immersing in a solvent in which tetrahydrofuran and water are mixed at a volume ratio of 6: 4 for 15 minutes while applying ultrasonic waves.

上述したようにブロック共重合体薄膜205を除去した後、図2Hに示すように基板201の上に転写層202を介して形成されているプラズマ酸化層204の状態をAFMにより観察したところ、AFM高さ像において六方格子状に配置された複数の開口部208が観察された。隣り合う開口部208の距離は約32nmである。除去前のブロック共重合体薄膜205の表面に観察された柱状相構造206の間隔と同じであり、プラズマ酸化層204にナノホールアレイが転写されていることを確認された。   After removing the block copolymer thin film 205 as described above, the state of the plasma oxide layer 204 formed on the substrate 201 via the transfer layer 202 as shown in FIG. A plurality of openings 208 arranged in a hexagonal lattice pattern were observed in the height image. The distance between adjacent openings 208 is about 32 nm. It was confirmed that the nanohole array was transferred to the plasma oxide layer 204, which was the same as the interval between the columnar phase structures 206 observed on the surface of the block copolymer thin film 205 before removal.

上述したように、ブロック共重合体薄膜205を除去した後、複数の開口部208を形成したプラズマ酸化層204をマスクとして転写層202を選択的にドライエッチングし、転写層202の開口部208に対応する箇所に基板201に到達する複数の貫通孔209を形成する。例えば、ECRエッチング装置を用い、酸素プラズマに晒すことで、開口部208が形成されたプラズマ酸化層204をマスクとし、転写層202を選択的にエッチング除去すればよい。エッチング条件は、例えば、O2ガスを流量10sccm程度で供給し、また、マイクロ波パワーは200W程度とすればよい。また、エッチング時間は、120秒間程度とすればよい。 As described above, after the block copolymer thin film 205 is removed, the transfer layer 202 is selectively dry-etched using the plasma oxide layer 204 in which the plurality of openings 208 are formed as a mask to form openings 208 in the transfer layer 202. A plurality of through holes 209 reaching the substrate 201 are formed at corresponding locations. For example, by using an ECR etching apparatus and exposing to oxygen plasma, the transfer layer 202 may be selectively removed by etching using the plasma oxide layer 204 in which the opening 208 is formed as a mask. The etching conditions may be, for example, that O 2 gas is supplied at a flow rate of about 10 sccm and the microwave power is about 200 W. The etching time may be about 120 seconds.

貫通孔209を形成した後の基板201の表面状態を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、間隔が32nm程度、深さ100nm程度の複数の貫通孔209が形成されている状態が観察された。   When the surface state of the substrate 201 after forming the through holes 209 was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was observed that a plurality of through holes 209 having an interval of about 32 nm and a depth of about 100 nm were formed. It was done.

次に、複数の貫通孔209を形成した転写層202をマスクとして基板201を選択的にドライエッチングし、図2Iに示すように、基板201の貫通孔209に対応する箇所に複数の凹部210を形成する。なお、転写層202およびプラズマ酸化層204を除去した状態を、図2Iに示している。   Next, the substrate 201 is selectively dry-etched using the transfer layer 202 in which the plurality of through holes 209 are formed as a mask, and a plurality of recesses 210 are formed at locations corresponding to the through holes 209 of the substrate 201 as shown in FIG. Form. FIG. 2I shows a state where the transfer layer 202 and the plasma oxide layer 204 are removed.

例えば、ECRエッチング装置を用い、塩素系ガスによるドライエッチングで、基板201をエッチングすればよい。例えば、エッチングガスとして、Cl2,SF6を用い、各々流量を15sccm,2sccmとして処理室に供給し、マイクロ波パワーは400W程度とすればよい。また、エッチング時間は、45秒程度とすればよい。 For example, the substrate 201 may be etched by dry etching with a chlorine-based gas using an ECR etching apparatus. For example, Cl 2 and SF 6 are used as the etching gas, the flow rates are 15 sccm and 2 sccm, respectively, and the microwave power is about 400 W. The etching time may be about 45 seconds.

以上のようにして、凹部210を形成した後、98%硫酸と30%過酸化水素水との混合液(体積比3/1)を用いて転写層202を除去し、同時に、プラズマ酸化層204を除去する。例えば、基板201を上記混合液に、10分間程度浸漬すればよい。この後、1分間の水洗を行う。以上のようにして転写層202およびプラズマ酸化層204を除去した後の基板201の表面状態を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、間隔が32nm程度、深さ100nm程度の複数の凹部210が形成されている状態が観察された。   After forming the recesses 210 as described above, the transfer layer 202 is removed using a mixed solution of 98% sulfuric acid and 30% hydrogen peroxide (volume ratio 3/1), and at the same time, the plasma oxidation layer 204 is removed. Remove. For example, the substrate 201 may be immersed in the mixed solution for about 10 minutes. Thereafter, washing with water for 1 minute is performed. When the surface state of the substrate 201 after removing the transfer layer 202 and the plasma oxide layer 204 as described above is observed with a scanning electron microscope (SEM), a plurality of recesses having an interval of about 32 nm and a depth of about 100 nm are obtained. A state in which 210 was formed was observed.

上述した実施の形態2によれば、基板201がシリコンから構成されている必要なく、基板201がどの様な材料から構成されていても、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用した微細なパターン形成が可能となる。   According to the second embodiment described above, the substrate 201 does not need to be made of silicon, and the substrate 201 is made of any material. Pattern formation is possible.

[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について図3A〜図3Jを用いて説明する。図3A〜図3Jは、本発明の実施の形態3におけるパターン形成方法を説明するための各工程における状態を示す構成図である。図3A〜図3G,図3Iは、断面を模式的に示している。また、図3H,図3Jは、平面を示している。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3J. 3A to 3J are configuration diagrams showing states in respective steps for explaining the pattern forming method according to the third embodiment of the present invention. 3A to 3G and FIG. 3I schematically show cross sections. Moreover, FIG. 3H and FIG. 3J have shown the plane.

まず、図3Aに示すように、シリコンからなる基板301を用意する。例えば、市販されている直径が4インチのシリコンウエハを基板301とすればよい。基板301は、主表面の面方位を(110)とする。次に、図3Bに示すように、基板301の表面に、例えば、よく知られたリソグラフィー技術により形成したマスクパターンをマスクとしたドライエッチングにより、溝301aを形成する。溝301aの側壁は、(111)面となる。なお、基板301には、互いに平行に配列されている複数の溝301aを形成する。図3Bでは、一部の基板301を示している。   First, as shown in FIG. 3A, a substrate 301 made of silicon is prepared. For example, a commercially available silicon wafer having a diameter of 4 inches may be used as the substrate 301. The substrate 301 has a main surface plane orientation of (110). Next, as shown in FIG. 3B, a groove 301a is formed on the surface of the substrate 301 by, for example, dry etching using a mask pattern formed by a well-known lithography technique as a mask. The side wall of the groove 301a is a (111) plane. Note that a plurality of grooves 301 a arranged in parallel to each other are formed in the substrate 301. In FIG. 3B, a part of the substrate 301 is shown.

例えば、用意した基板301に対し、98%硫酸/30%過酸化水素水(体積比3/1)の混合溶液に10分間浸漬した後、10分間水洗を行う。加えて、1%フッ酸水溶液に1分間浸漬する処理を行い、表面の自然酸化膜を除去して疎水性のシリコン表面を露出させる。次いで、10分間水洗を行い、この後、基板301を回転数2000回転/分にて5分間スピン乾燥を施す。   For example, the prepared substrate 301 is immersed in a mixed solution of 98% sulfuric acid / 30% hydrogen peroxide solution (volume ratio 3/1) for 10 minutes, and then washed with water for 10 minutes. In addition, a treatment of immersing in a 1% hydrofluoric acid aqueous solution for 1 minute is performed to remove the natural oxide film on the surface and expose the hydrophobic silicon surface. Next, the substrate is washed with water for 10 minutes, and then the substrate 301 is spin-dried at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes.

次に、一般的に用いられているアニール炉により、熱処理温度1000℃、熱処理時間30分間、酸素雰囲気下にて熱処理を施し、基板301の主表面に膜厚30nm程度の熱シリコン酸化膜を形成する。次いで、形成した熱シリコン酸化膜の上に、フォトレジスト(商品名:OFPR−800、東京応化工業製)を、4000rpm、時間20秒間にてスピン塗布し、膜厚1μm程度のレジスト膜を形成し、加えて、120℃のホットプレート上で2分間加熱処理を行う。   Next, heat treatment is performed in a generally used annealing furnace in an oxygen atmosphere at a heat treatment temperature of 1000 ° C. and a heat treatment time of 30 minutes to form a thermal silicon oxide film having a thickness of about 30 nm on the main surface of the substrate 301. To do. Next, a photoresist (trade name: OFPR-800, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin-coated on the formed thermal silicon oxide film at 4000 rpm for 20 seconds to form a resist film having a thickness of about 1 μm. In addition, heat treatment is performed on a hot plate at 120 ° C. for 2 minutes.

次に、一般的に用いられているコンタクト露光装置により、クロム膜でパターン層が形成されたフォトマスクを用い、紫外線(波長365〜435nm程度)を露光量50mJ/cm2程度にて照射して露光を行う。この露光により、線幅1μm程度、ピッチ2μm程度のライン&スペースパターンの潜像を形成する。次いで、露光して潜像を形成したレジスト膜を現像し、線幅約1μm、ピッチ2μmのライン&スペースパターンによるレジストマスクを形成した。ここで、ライン&スペースパターンの延在方向は、このレジストマスクにより形成される基板301の溝301aの側面が、(111)面となる方向とする。 Next, using a photomask in which a pattern layer is formed of a chromium film with a commonly used contact exposure apparatus, ultraviolet rays (wavelength of about 365 to 435 nm) are irradiated at an exposure amount of about 50 mJ / cm 2. Perform exposure. By this exposure, a latent image of a line & space pattern having a line width of about 1 μm and a pitch of about 2 μm is formed. Next, the resist film on which a latent image was formed by exposure was developed to form a resist mask having a line & space pattern having a line width of about 1 μm and a pitch of 2 μm. Here, the extending direction of the line & space pattern is a direction in which the side surface of the groove 301a of the substrate 301 formed by the resist mask becomes the (111) plane.

次に、反応性イオンエッチング(RIE)エッチング装置を用い、上記レジストマスクをマスクとして基板301の表面に形成した熱シリコン酸化膜を選択的にエッチングする。例えば、エッチングガスとして、アルゴンガスで希釈したCF4を用い、アルゴンガスを120sccm,CF4ガスを40sccmとして処理室に供給し、真空度は6Paとし、高周波(RF)の自己バイアス電圧は400V程度とすればよい。また、エッチング時間は、120秒程度とすればよい。sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。 Next, using a reactive ion etching (RIE) etching apparatus, the thermal silicon oxide film formed on the surface of the substrate 301 is selectively etched using the resist mask as a mask. For example, CF 4 diluted with argon gas is used as an etching gas, argon gas is 120 sccm, CF 4 gas is 40 sccm, supplied to the processing chamber, the degree of vacuum is 6 Pa, and the self-bias voltage of radio frequency (RF) is about 400V. And it is sufficient. The etching time may be about 120 seconds. sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid of 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute.

このエッチング加工により、熱シリコン酸化膜にレジストマスクのパターンが転写され、無機マスクが形成される。次に、50%水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いたウェットエッチングにより、基板301を異方性エッチングすることで、複数の溝301aを形成する。よく知られているように、アルカリによる異方性エッチングでは、シリコンの(111)面の方が(100)面よりエッチングされにくいため、主表面を(110)としたシリコンからなる基板301を上述したようにエッチング処理することで、側壁が(111)面となる溝301aが形成される。   By this etching process, the resist mask pattern is transferred to the thermal silicon oxide film, and an inorganic mask is formed. Next, the substrate 301 is anisotropically etched by wet etching using a 50% aqueous potassium hydroxide (KOH) solution to form a plurality of grooves 301a. As is well known, since the (111) plane of silicon is harder to etch than the (100) plane in anisotropic etching with alkali, the substrate 301 made of silicon with the main surface of (110) is described above. By performing the etching process as described above, the groove 301a whose side wall becomes the (111) plane is formed.

この後、98%硫酸/30%過酸化水素水(体積比3/1)の混合溶液に10分間浸漬した後、10分間水洗を行う。次いで、1%フッ酸水溶液に1分間浸漬する処理を行い、上述したレジストマスクおよび熱シリコン酸化膜を除去する。この後、10分間水洗を行い、回転数2000回転/分、時間5分間にてスピン乾燥を行い、基板301を乾燥させた。   Thereafter, the substrate is immersed in a mixed solution of 98% sulfuric acid / 30% hydrogen peroxide solution (volume ratio 3/1) for 10 minutes, and then washed with water for 10 minutes. Next, a treatment of immersing in a 1% hydrofluoric acid aqueous solution for 1 minute is performed to remove the above-described resist mask and thermal silicon oxide film. Thereafter, the substrate was washed with water for 10 minutes, spin-dried at a rotational speed of 2000 rotations / minute, and for 5 minutes to dry the substrate 301.

以上のようにして溝301aを形成した後、図3Cに示すように、基板301の主表面を酸素プラズマに晒すことで酸化し、基板301の表面にプラズマ酸化層302を形成する。例えば、電子サイクロトロン共鳴(ECR)エッチング装置を用い、上述した酸素プラズマへの暴露を行う。例えば、プラズマ発生条件は、反応ガスとしてO2ガスを用い、流量は10sccm程度とし、マイクロ波パワーは200W程度とした。なお、sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。この条件で、約1秒間酸素プラズマを基板301の表面に照射すればよい。このようにして形成したプラズマ酸化層302の屈折率を1.46と仮定して、エリプソメトリ法にて膜厚測定を行ったところ、厚さ2nm以下の極薄い状態のプラズマ酸化層302が形成されていることが確認される。 After forming the groove 301a as described above, as shown in FIG. 3C, the main surface of the substrate 301 is oxidized by exposing it to oxygen plasma, and a plasma oxide layer 302 is formed on the surface of the substrate 301. For example, exposure to the above-described oxygen plasma is performed using an electron cyclotron resonance (ECR) etching apparatus. For example, the plasma generation conditions were such that O 2 gas was used as the reaction gas, the flow rate was about 10 sccm, and the microwave power was about 200 W. Note that sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid at 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute. Under this condition, the surface of the substrate 301 may be irradiated with oxygen plasma for about 1 second. Assuming the refractive index of the plasma oxide layer 302 thus formed is 1.46, the film thickness is measured by ellipsometry. As a result, an extremely thin plasma oxide layer 302 having a thickness of 2 nm or less is formed. It is confirmed that

次に、図3Dに示すように、プラズマ酸化層302の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜303を形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, on the plasma oxide layer 302, a block copolymer thin film 303 made of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies. Form.

このブロック共重合体薄膜303の形成に際し、まず、プラズマ酸化層302が形成された基板301に対し、100℃のホットプレート上で45秒間加熱処理を行い、プラズマ酸化層302の表面の物理水を除去した後、直ちに室温(20℃程度)にて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)蒸気に暴露させる。この暴露時間は、暴露後のプラズマ酸化層302表面における水の接触角が、必要に応じて5−110度程度になるように設定する。HMDS蒸気への暴露を45秒間行ったプラズマ酸化層302の表面に対し、液滴量1マイクロリットルにて水の接触角を測定したところ、約53度であることが確認される。   When the block copolymer thin film 303 is formed, first, the substrate 301 on which the plasma oxide layer 302 is formed is heated on a hot plate at 100 ° C. for 45 seconds, and physical water on the surface of the plasma oxide layer 302 is removed. Immediately after removal, it is exposed to hexamethyldisilazane (HMDS) vapor at room temperature (about 20 ° C.). This exposure time is set so that the contact angle of water on the surface of the plasma oxide layer 302 after the exposure is about 5-110 degrees as necessary. When the contact angle of water was measured with a droplet volume of 1 microliter on the surface of the plasma oxide layer 302 exposed to HMDS vapor for 45 seconds, it was confirmed to be about 53 degrees.

上述した処理をした後で、ブロック共重合体薄膜303を形成する。ブロック共重合体薄膜303は、次に示すように形成する。まず、両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体とポリエチレングリコールモノメチルエーテル(PEGME)の混合トルエン溶液を作製する。両親媒性側鎖液晶型ブロック共重合体は、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)およびポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)(PMA(Az))からなるブロック共重合体(PEO114−b−PMA(Az)51)である。   After the processing described above, the block copolymer thin film 303 is formed. The block copolymer thin film 303 is formed as follows. First, a mixed toluene solution of an amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer and polyethylene glycol monomethyl ether (PEGME) is prepared. The amphiphilic side chain liquid crystal block copolymer is composed of, for example, polyethylene oxide (PEO) and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) (PMA (Az)). It is a block copolymer (PEO114-b-PMA (Az) 51).

このトルエン混合溶液において、ブロック共重合体のトルエンに対する重量百分率は1.0%、PEGMEのPEOブロック鎖に対する重量百分率は55%とした。ポリエチレンオキサイドが第1ブロック鎖であり、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)が、第2ブロック鎖となる。   In this toluene mixed solution, the weight percentage of the block copolymer to toluene was 1.0%, and the weight percentage of the PEGME to the PEO block chain was 55%. Polyethylene oxide is the first block chain, and poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate) is the second block chain.

このようにして作製したトルエン混合溶液を、前述したHMDS処理済みのプラズマ酸化層302の上に、回転数2000回転/分、時間30秒間にてスピン塗布してブロック共重合体薄膜303を形成する。   The toluene mixed solution thus prepared is spin-coated on the above-described plasma oxidation layer 302 that has been subjected to the HMDS treatment at a rotational speed of 2000 rpm for 30 seconds to form a block copolymer thin film 303. .

次に、ブロック共重合体薄膜303を加熱してミクロ相分離を誘起させ、図3Eに示すように、第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造(垂直シリンダ相構造)304をブロック共重合体薄膜303に形成する。この場合、柱状相構造304には、PEGME分子341が偏析する。例えば、基板301に対して加熱温度110℃・加熱時間2時間、大気下の条件で加熱処理を行えばよい。また、加熱処理は、オーブンを用いて行えばよい。   Next, the block copolymer thin film 303 is heated to induce microphase separation, and as shown in FIG. 3E, a plurality of columnar phase structures (vertical cylinder phase structures) 304 composed of the first block chains are blocked. The polymer thin film 303 is formed. In this case, the PEGME molecules 341 are segregated in the columnar phase structure 304. For example, heat treatment may be performed on the substrate 301 under conditions of a heating temperature of 110 ° C. and a heating time of 2 hours under the atmosphere. The heat treatment may be performed using an oven.

加熱処理後のブロック共重合体薄膜303表面を原子間力顕微鏡(AFM)により観察すると、AFM位相像において六方格子状に配置されたドット構造が観察され、基板301の平面に対して垂直な柱状相構造304が形成されていることが確認される。また、柱状相構造304は、溝301aの延在する方向に並んで形成され、隣り合う柱状相構造304間の距離は約32nmである。   When the surface of the block copolymer thin film 303 after the heat treatment is observed with an atomic force microscope (AFM), a dot structure arranged in a hexagonal lattice pattern is observed in the AFM phase image, and a columnar shape perpendicular to the plane of the substrate 301 is observed. It is confirmed that the phase structure 304 is formed. The columnar phase structures 304 are formed side by side in the direction in which the grooves 301a extend, and the distance between adjacent columnar phase structures 304 is about 32 nm.

次に、図3Fに示すように、複数の柱状相構造304を形成したブロック共重合体薄膜303をフッ化アンモニウム水溶液からなる処理液305に浸漬する。ブロック共重合体薄膜303を形成している基板301を、所定の容器(不図示)に収容している処理液305に2分間程度浸漬すればよい。処理液305は、フッ化アンモニウムの濃度を33wt%とすればよい。この処理により、柱状相構造304に浸透したフッ化アンモニウム(処理液305)により柱状相構造304の部分のプラズマ酸化層302を選択的にエッチングし、図3Gに示すように、複数の開口部306を形成する。このとき、上述したプラズマ酸化層302の溶解に伴い生成される反応生成物342の一部は、柱状相構造304内から処理液305へと拡散する。   Next, as shown in FIG. 3F, the block copolymer thin film 303 in which a plurality of columnar phase structures 304 are formed is immersed in a treatment liquid 305 made of an aqueous ammonium fluoride solution. The substrate 301 on which the block copolymer thin film 303 is formed may be immersed in a processing liquid 305 accommodated in a predetermined container (not shown) for about 2 minutes. The treatment liquid 305 may have an ammonium fluoride concentration of 33 wt%. By this treatment, the plasma oxide layer 302 in the columnar phase structure 304 is selectively etched with ammonium fluoride (treatment liquid 305) that has permeated the columnar phase structure 304, and a plurality of openings 306 are formed as shown in FIG. 3G. Form. At this time, a part of the reaction product 342 generated along with the dissolution of the plasma oxide layer 302 described above diffuses from the columnar phase structure 304 to the treatment liquid 305.

以上に説明したように、複数の開口部306をプラズマ酸化層302に形成したら水洗し、回転数2000rpmで5分間スピン乾燥処理を行い、ブロック共重合体薄膜303が形成されている基板301を乾燥する。次に、ブロック共重合体薄膜303を除去する。例えば、テトラヒドロフランと水とを体積比6:4で混合した溶剤に、超音波をかけながら15分間浸漬することで、ブロック共重合体薄膜303を溶解することで除去すればよい。   As described above, when the plurality of openings 306 are formed in the plasma oxide layer 302, the plasma oxide layer 302 is washed with water and subjected to spin drying at a rotational speed of 2000 rpm for 5 minutes to dry the substrate 301 on which the block copolymer thin film 303 is formed. To do. Next, the block copolymer thin film 303 is removed. For example, the block copolymer thin film 303 may be removed by immersing in a solvent in which tetrahydrofuran and water are mixed at a volume ratio of 6: 4 for 15 minutes while applying ultrasonic waves.

上述したようにブロック共重合体薄膜303を除去した後、基板301の表面に形成されているプラズマ酸化層302の状態をAFMにより観察したところ、図3H,図3Iに示すように、AFM高さ像において六方格子状に配置された複数の開口部306が観察された。また、複数の開口部306は、溝301aが延在する方向に並んで配置されている。また、隣り合う開口部306の距離は約32nmである。除去前のブロック共重合体薄膜303の表面に観察された柱状相構造304の間隔と同じであり、プラズマ酸化層302に複数の開口部306からなるナノホールアレイが転写されていることを確認された。   After removing the block copolymer thin film 303 as described above, the state of the plasma oxide layer 302 formed on the surface of the substrate 301 was observed by AFM. As shown in FIGS. 3H and 3I, the height of the AFM was increased. A plurality of openings 306 arranged in a hexagonal lattice pattern were observed in the image. The plurality of openings 306 are arranged side by side in the direction in which the groove 301a extends. The distance between adjacent openings 306 is about 32 nm. It was confirmed that the nanohole array composed of a plurality of openings 306 was transferred to the plasma oxide layer 302 with the same spacing as the columnar phase structure 304 observed on the surface of the block copolymer thin film 303 before removal. .

上述したように、ブロック共重合体薄膜303を除去した後、複数の開口部306を形成したプラズマ酸化層302をマスクとし、アルカリ液により基板301を選択的にウェットエッチングする。このエッチングにより、図3I,図3Jに示すように、溝301aが延在する方向に延在して並ぶ複数の開口部306の下に連続する複数の溝部307を基板301に形成する。例えば、アルカリ液として、50%水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いればよい。   As described above, after the block copolymer thin film 303 is removed, the substrate 301 is selectively wet-etched with an alkaline solution using the plasma oxide layer 302 having a plurality of openings 306 as a mask. By this etching, as shown in FIGS. 3I and 3J, a plurality of continuous groove portions 307 are formed in the substrate 301 under a plurality of openings 306 extending and arranged in the direction in which the grooves 301a extend. For example, a 50% potassium hydroxide (KOH) aqueous solution may be used as the alkaline solution.

このアルカリ液による単結晶シリコンの異方性エッチングでは、(100)面がより速くエッチングされる。また、ウェットエッチングであるため、エッチングの作用する方向は等方的であり、開口部306が形成されていないプラズマ酸化層302の下にもエッチングが進行する。この結果、開口部306を起点とし、溝301aの延在方向にエッチングが進行し、溝301aの延在する方向に延在して並ぶ複数の溝部307が形成されるようになる。なお、溝部307は、深さ100nm程度に形成する。このように、六方格子状に配置された複数の開口部306が形成されているプラズマ酸化層302をエッチングマスクとして用いても、単結晶シリコンからなる基板301の主表面の面方位や、溝301aの延在方向を制御することで、溝部307が形成できる。   In this anisotropic etching of single crystal silicon with an alkaline solution, the (100) plane is etched faster. In addition, since the etching is wet etching, the direction in which the etching acts is isotropic, and the etching proceeds under the plasma oxide layer 302 in which the opening 306 is not formed. As a result, etching proceeds in the extending direction of the groove 301a starting from the opening 306, and a plurality of groove parts 307 extending and arranged in the extending direction of the groove 301a are formed. Note that the groove 307 is formed to a depth of about 100 nm. As described above, even when the plasma oxide layer 302 having a plurality of openings 306 arranged in a hexagonal lattice is used as an etching mask, the plane orientation of the main surface of the substrate 301 made of single crystal silicon or the groove 301a. By controlling the extending direction, the groove 307 can be formed.

以上のようにして、溝部307を形成した後、1%のフッ酸溶液を用いてプラズマ酸化層302を除去する。プラズマ酸化層302を除去した後の基板301の表面状態を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、間隔が27nm程度、深さ100nm程度の複数の溝部307が、形成されている状態が観察された。   After the groove 307 is formed as described above, the plasma oxide layer 302 is removed using a 1% hydrofluoric acid solution. When the surface state of the substrate 301 after the plasma oxide layer 302 is removed is observed with a scanning electron microscope (SEM), a plurality of grooves 307 having an interval of about 27 nm and a depth of about 100 nm are formed. Observed.

以上に説明した本発明によれば、まず、プラズマにより酸化したプラズマ酸化層を用いるようにしたので、ミクロ相分離により形成される垂直シリンダ相構造を利用したパターニングに必要な薄い酸化層としても、ドライエッチングが適用できるようになる。この結果、ウェットエッチング法により転写可能なパターンの最大アスペクト比(1.41)よりも高アスペクト比を持つ高密度パターンを基板に転写することが可能となる。また、転写層を用いることで、シリコン基板に限らず、様々な基板に対してパターン形成が可能となる。   According to the present invention described above, first, a plasma oxide layer oxidized by plasma is used. Therefore, as a thin oxide layer necessary for patterning using a vertical cylinder phase structure formed by microphase separation, Dry etching can be applied. As a result, a high density pattern having a higher aspect ratio than the maximum aspect ratio (1.41) of the pattern that can be transferred by the wet etching method can be transferred to the substrate. Further, by using the transfer layer, it is possible to form a pattern not only on the silicon substrate but also on various substrates.

また、シリコン基板の面方位および溝の方向を適切に選択し、シリコン基板のパターニングにおいてアルカリによる異方性エッチングを適用することで、ストライプ状の溝部をシリコン基板に形成することが可能となる。   In addition, by appropriately selecting the plane direction of the silicon substrate and the direction of the groove and applying anisotropic etching with alkali in the patterning of the silicon substrate, it becomes possible to form a stripe-shaped groove portion in the silicon substrate.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、処理液として、フッ化アンモニウム水溶液を用いるようにしたが、これに限るものではなく、処理液は、フッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含むものであればよい。フッ化水素酸とフッ化アンモニウム水溶液との混合液を処理液としてもよい。また、転写層は、ポリスチレンに限らず、スピン塗布が可能ないわゆるスピンオンカーボンから構成されていればよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, the ammonium fluoride aqueous solution is used as the treatment liquid. However, the present invention is not limited to this, and the treatment liquid may include at least one of hydrofluoric acid and ammonium fluoride aqueous solution. Good. A mixed liquid of hydrofluoric acid and an aqueous ammonium fluoride solution may be used as the treatment liquid. Further, the transfer layer is not limited to polystyrene, but may be made of so-called spin-on carbon that can be spin-coated.

101…基板、102…プラズマ酸化層、103…ブロック共重合体薄膜、104…柱状相構造、105…処理液、106…開口部、107…凹部、141…PEGME分子、142…反応生成物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Plasma oxide layer, 103 ... Block copolymer thin film, 104 ... Columnar phase structure, 105 ... Treatment liquid, 106 ... Opening, 107 ... Recess, 141 ... PEGME molecule, 142 ... Reaction product.

201…基板、202…転写層、203…SOG(Spin on Glass)層、204…プラズマ酸化層、205…ブロック共重合体薄膜、206…柱状相構造、207…処理液、208…開口部、209…貫通孔、210…凹部、261…PEGME分子、262…反応生成物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 ... Substrate, 202 ... Transfer layer, 203 ... SOG (Spin on Glass) layer, 204 ... Plasma oxidation layer, 205 ... Block copolymer thin film, 206 ... Columnar phase structure, 207 ... Treatment liquid, 208 ... Opening, 209 ... through hole, 210 ... recess, 261 ... PEGME molecule, 262 ... reaction product.

301…基板、301a…溝、302…プラズマ酸化層、303…ブロック共重合体薄膜、304…柱状相構造、305…処理液、306…開口部、307…溝部、341…PEGME分子、342…反応生成物。   301 ... Substrate, 301a ... Groove, 302 ... Plasma oxide layer, 303 ... Block copolymer thin film, 304 ... Columnar phase structure, 305 ... Treatment liquid, 306 ... Opening, 307 ... Groove, 341 ... PEGME molecule, 342 ... Reaction Product.

Claims (6)

基板の上に有機材料からなる転写層を形成する第1工程と、
前記転写層の上に塗布ガラス材料を塗布してSOG層を形成する第2工程と、
前記SOG層を所定の厚さにまで薄くする第3工程と、
薄くした前記SOG層に酸素プラズマを作用させて前記SOG層を酸化してプラズマ酸化層とする第4工程と、
前記プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第5工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて前記第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造を前記ブロック共重合体薄膜に形成する第6工程と、
複数の前記柱状相構造を形成した前記ブロック共重合体薄膜をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液に浸漬し、前記柱状相構造に浸透した処理液により前記柱状相構造の部分の前記プラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第7工程と、
複数の前記開口部を前記プラズマ酸化層に形成した後、前記ブロック共重合体薄膜を除去する第8工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の前記開口部を形成した前記プラズマ酸化層をマスクとして前記転写層を選択的にドライエッチングし、前記転写層の前記開口部に対応する箇所に前記基板に到達する複数の貫通孔を形成する第9工程と、
複数の前記貫通孔を形成した前記転写層をマスクとして前記基板を選択的にドライエッチングし、前記基板の前記貫通孔に対応する箇所に複数の凹部を形成する第10工程と
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
A first step of forming a transfer layer made of an organic material on a substrate;
A second step of forming a SOG layer by applying a coating glass material on the transfer layer;
A third step of thinning the SOG layer to a predetermined thickness;
A fourth step in which oxygen plasma is applied to the thinned SOG layer to oxidize the SOG layer to form a plasma oxide layer;
A fifth step of forming a block copolymer thin film made of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies on the plasma oxide layer;
A sixth step of heating the block copolymer thin film to induce microphase separation to form a plurality of columnar phase structures composed of the first block chains in the block copolymer thin film;
A plurality of the block copolymer thin films formed with the columnar phase structure are immersed in a treatment liquid containing at least one of hydrofluoric acid and an aqueous ammonium fluoride solution, and the columnar phase is formed by the treatment liquid that has permeated the columnar phase structure. A seventh step of selectively etching the plasma oxide layer in the structure portion to form a plurality of openings;
An eighth step of removing the block copolymer thin film after forming the plurality of openings in the plasma oxide layer;
After the block copolymer thin film is removed, the transfer layer is selectively dry-etched using the plasma oxide layer having the plurality of openings as a mask, at a position corresponding to the openings of the transfer layer. A ninth step of forming a plurality of through holes reaching the substrate;
And a tenth step of selectively dry-etching the substrate using the transfer layer having the plurality of through-holes as a mask to form a plurality of recesses at locations corresponding to the through-holes of the substrate. A pattern forming method.
請求項1記載のパターン形成方法において、
前記転写層は、ポリスチレンから構成することを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern formation method of Claim 1,
The pattern forming method, wherein the transfer layer is made of polystyrene.
シリコンから構成した基板の主表面を酸素プラズマに晒して酸化することで前記基板の表面に所定の層厚のプラズマ酸化層を形成する第1工程と、
前記プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第2工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて前記第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造を前記ブロック共重合体薄膜に形成する第3工程と、
複数の前記柱状相構造を形成した前記ブロック共重合体薄膜が形成された前記基板をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液に浸漬し、前記柱状相構造に浸透した処理液により前記柱状相構造の部分の前記プラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第4工程と、
複数の前記開口部を前記プラズマ酸化層に形成した後、前記ブロック共重合体薄膜を除去する第5工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の前記開口部を形成した前記プラズマ酸化層をマスクとして前記基板を選択的にドライエッチングし、前記基板の前記開口部に対応する箇所に複数の凹部を形成する第6工程と
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
A first step of forming a plasma oxide layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate by oxidizing the main surface of the substrate composed of silicon by exposing it to oxygen plasma;
A second step of forming a block copolymer thin film composed of a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies on the plasma oxide layer;
A third step of heating the block copolymer thin film to induce microphase separation to form a plurality of columnar phase structures composed of the first block chains in the block copolymer thin film;
The substrate on which the block copolymer thin film formed with a plurality of the columnar phase structures is formed is immersed in a treatment solution containing at least one of hydrofluoric acid and an aqueous ammonium fluoride solution, and penetrates the columnar phase structure. A fourth step of selectively etching the plasma oxide layer in the columnar phase structure portion with a treatment liquid to form a plurality of openings;
A fifth step of removing the block copolymer thin film after forming the plurality of openings in the plasma oxide layer;
After removing the block copolymer thin film, the substrate is selectively dry-etched using the plasma oxide layer having the plurality of openings as a mask, and a plurality of portions are formed at locations corresponding to the openings of the substrate. And a sixth step of forming a recess.
単結晶シリコンから構成して主表面を(110)面とした基板に側面が(111)面となる溝を形成する第1工程と、
前記溝を形成した前記基板の前記溝内部を含む表面を酸素プラズマに晒して酸化することで前記基板の前記溝が形成されている表面に所定の層厚のプラズマ酸化層を形成する第2工程と、
前記プラズマ酸化層の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを持つ第1ブロック鎖および第2ブロック鎖から構成されたブロック共重合体よりなるブロック共重合体薄膜を形成する第3工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を加熱してミクロ相分離を誘起させて前記第1ブロック鎖より構成された複数の柱状相構造を前記ブロック共重合体薄膜に形成する第4工程と、
複数の前記柱状相構造を形成した前記ブロック共重合体薄膜が形成された前記基板をフッ化水素酸およびフッ化アンモニウム水溶液の少なくとも1つを含む処理液に浸漬し、前記柱状相構造に浸透した処理液により前記柱状相構造の部分の前記プラズマ酸化層を選択的にエッチングし、複数の開口部を形成する第5工程と、
複数の前記開口部を前記プラズマ酸化層に形成した後、前記ブロック共重合体薄膜を除去する第6工程と、
前記ブロック共重合体薄膜を除去した後で、複数の前記開口部を形成した前記プラズマ酸化層をマスクとし、アルカリ液により前記基板を選択的にウエットエッチングし、前記溝が延在する方向に延在して並ぶ複数の前記開口部の下に連続する複数の溝部を前記基板に形成する第7工程と
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
A first step of forming a groove having a side surface of a (111) surface in a substrate made of single crystal silicon and having a main surface of (110) surface;
A second step of forming a plasma oxide layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate on which the groove is formed by oxidizing the surface including the inside of the groove of the substrate on which the groove is formed by exposure to oxygen plasma. When,
A third step of forming a block copolymer thin film comprising a block copolymer composed of a first block chain and a second block chain having different surface free energies on the plasma oxide layer;
A fourth step of heating the block copolymer thin film to induce microphase separation to form a plurality of columnar phase structures composed of the first block chains in the block copolymer thin film;
The substrate on which the block copolymer thin film formed with a plurality of the columnar phase structures is formed is immersed in a treatment solution containing at least one of hydrofluoric acid and an aqueous ammonium fluoride solution, and penetrates the columnar phase structure. A fifth step of selectively etching the plasma oxide layer in the columnar phase structure portion with a treatment liquid to form a plurality of openings;
A sixth step of removing the block copolymer thin film after forming the plurality of openings in the plasma oxide layer;
After removing the block copolymer thin film, the substrate is selectively wet-etched with an alkaline solution using the plasma oxide layer having a plurality of openings as a mask and extended in the direction in which the groove extends. And a seventh step of forming, on the substrate, a plurality of continuous groove portions below the plurality of opening portions that are present and lined up.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン形成方法において、
前記第1ブロック鎖は、ポリエチレンオキサイドから構成することを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern formation method of any one of Claims 1-4,
The pattern forming method, wherein the first block chain is made of polyethylene oxide.
請求項5記載のパターン形成方法において、
前記第2ブロック鎖は、ポリ(11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]−ウンデシルメタクリレート)から構成することを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern formation method of Claim 5,
The pattern forming method, wherein the second block chain is composed of poly (11- [4- (4-butylphenylazo) phenoxy] -undecyl methacrylate).
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