JP2016053478A - 相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】相分離の進行度を直接的に観測することができる相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置を提供する。【解決手段】基板に形成された微細パターン上に、ブロックコポリマーなどの自己組織化材料を塗布して、ミクロ相分離させることにより、ガイドパターンに沿ったミクロ相分離パターンを形成する相分離プロセスにおいて、自己組織化材料の複屈折性と相分離の進行度との間の相関関係に基づいて、自己組織化材料層の相分離の進行度を判定する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置に関する。
近年、微細パターニング技術として、誘導自己組織化(DSA: Directed Self-Assembly)の活用が注目されている。DSAを利用したパターン形成方法では、ガイドパターン上にブロックコポリマー(BCP: Block copolymer)などの自己組織化材料を塗布してミクロ相分離させることにより、ガイドパターンに沿ったミクロ相分離パターンを形成する。
このパターン形成方法では、相分離プロセスの条件を設定するために、自己組織化材料の相分離の進行度を観測することが重要となる。
相分離の進行度を直接的に観測することができる相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置を提供する。
一実施形態に係る相分離観測方法は、観測対象の複屈折量に基づいて、自己組織化材料層の相分離の進行度を判定する。観測対象は、基板と、基板上に形成された自己組織化材料層とを有する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置について、図1〜図8を参照して説明する。本実施形態に係る相分離観測方法は、自己組織化材料の複屈折性と相分離の進行度との間の相関関係に基づいて、相分離を観測することを基本原理としている。まず、複屈折性と相分離の進行度との間の相関関係について説明する。
第1実施形態に係る相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置について、図1〜図8を参照して説明する。本実施形態に係る相分離観測方法は、自己組織化材料の複屈折性と相分離の進行度との間の相関関係に基づいて、相分離を観測することを基本原理としている。まず、複屈折性と相分離の進行度との間の相関関係について説明する。
図1は、観測対象の主軸方位の分布を示す平面図である。図1における観測対象は、自己組織化材料であるPS−b−PMMAを積層されたガラス基板である。PS−b−PMMAは、複屈折性を有するブロックコポリマーである。主軸方位とは、基準方向に対する進相軸又は遅相軸の傾きである。
図1において、(X,Y)=(0.6,1.2)を中心とした2mm×2mmの領域には、ミクロ相分離したPS−b−PMMAによるラインアンドスペースパターン(以下、「LSパターン」という)が形成されており、他の領域には、ミクロ相分離したPS−b−PMMAによるフィンガープリントパターン(以下、「FPパターン」という)が形成されている。以下では、観測対象においてLSパターンが形成される領域をパターン領域といい、LSパターンが形成されない領域を非パターン領域という。図1の観測対象の場合、2mm×2mmの領域がパターン領域であり、他の領域が非パターン領域である。
図1に示すように、パターン領域の主軸方位は略−15〜5degであるのに対し、非パターン領域の主軸方位は略−95〜−75degである。図1からわかるように、LSパターンを形成されたパターン領域と、FPパターンを形成された非パターン領域とでは、主軸方位が異なっている。
また、図2は、図1の観測対象のリタデーション(位相差)の分布を示す平面図である。図2において、リタ−デーションは、進相軸の屈折率n1と遅相軸の屈折率n2との差の絶対値である複屈折率Δn(=|n1−n2|)と、観測対象の厚さと、の積である。
図2に示すように、パターン領域のリタデーションは略2.0〜2.4nmであり、非パターン領域のリタデーションは略0〜0.8nmである。図2からわかるように、LSパターンを形成されたパターン領域と、FPパターンを形成された非パターン領域とでは、リタデーションが異なっている。
図1及び図2に示したように、パターン領域と非パターン領域とでは、主軸方位及びリタデーションが異なる。これは、パターン領域では複屈折性を有するPS−b−PMMAが規則的に配列されているため、PS−b−PMMAの複屈折性が領域全体で観測されるのに対し、非パターン領域ではPS−b−PMMAが不規則に配列されているため、個々のPS−b−PMMAの複屈折性が打ち消し合い、領域全体ではPS−b−PMMAの複屈折性が観測されないことが原因である。非パターン領域において、リタデーションが必ずしも0nmとなっていないのは、観測対象のリタデーションには、ガラス基板の複屈折性が含まれているためである。
このように、複屈折性を有する自己組織化材料がLSパターン形状に配列されるか否かによって、観測対象の複屈折性は変化する。具体的には、LSパターンの形成が進行するほど、観測対象の複屈折性は高くなる。したがって、複屈折性を有する自己組織化材料によりLSパターンを形成する場合、観測対象の複屈折性を観測することにより、LSパターン形成の進行度、すなわち、自己組織化材料の相分離の進行度を観測することができる。
次に、このような基本原理に基づいて相分離の進行度を観測する、相分離観測方法及び相分離観測装置について説明する。ここで、図3は、本実施形態に係る相分離観測装置の機能構成を示す図である。図3に示すように、相分離観測装置は、計測部1と判定部2とを備える。
計測部1は、観測対象のパターン領域における1つ又は複数の複屈折量を計測する。観測対象は、自己組織化材料を含む自己組織化材料層を有する基板である。自己組織化材料は、例えば、ジブロックコポリマーやトリブロックコポリマーなどのブロックコポリマーであるが、これに限られない。いずれの場合も、自己組織化材料は、複屈折性を有する。基板は、例えば、半導体基板、ガラス基板、及び石英ガラス基板であるが、これに限られない。
複屈折量は、複屈折性の大きさを示す値である。複屈折量は、例えば、主軸方位、リタデーション、及び複屈折率であるが、これに限られない。リタデーションは、複屈折と基板の厚さとの積(nm)であってもよいし、位相差(deg)であってもよい。
このような計測部1として、観測対象に応じた任意の複屈折計測装置を用いることができる。計測部1による複屈折の計測方法として、例えば、回転検光子法、位相補償法、セナルモン法、位相変調法、及び光ヘテロダイン干渉法など、任意の計測方法を用いることができる。
判定部2は、計測部1が計測した複屈折量に基づいて、自己組織化材料の相分離の進行度を判定する。より詳細には、判定部2は、計測部1から複屈折量を取得し、取得した複屈折量と、予め記憶した進行度モデルと、を比較して相分離の進行度を判定する。
進行度モデルは、複屈折量と相分離の進行度との関係を示すモデルである。進行度モデルは、実験により予め作成され、判定部2に記憶される。図4は、進行度モデルの一例を示すグラフである。図4において、横軸はリタデーションであり、縦軸は相分離の進行度である。進行度モデルは、複屈折量毎にそれぞれ作成され、判定部2に複数の進行度モデルが記憶されてもよい。
判定部2は、コンピュータ装置100により構成される。ここで、図5は、コンピュータ装置100を示すブロック図である。図5に示すように、このコンピュータ装置100は、CPU101と、入力装置102と、表示装置103と、通信装置104と、主記憶装置105と、外部記憶装置106とを備え、これらはバス107により相互に接続されている。
CPU(中央演算装置)101は、主記憶装置105上で、進行度判定プログラムを実行する。進行度判定プログラムとは、判定部2の機能を実現するプログラムのことである。CPU101が、進行度判定プログラムを実行することにより、判定部2の機能が実現される。
入力装置102は、判定部2に外部からデータや命令を入力するための装置である。入力装置102は、例えば、キーボード、マウス、及びタッチパネルなどの、ユーザが直接的に入力するための装置であってもよい。また、入力装置102は、外部装置からの入力を可能にするUSBなどの装置や、ソフトウエアであってもよい。
表示装置103は、判定部2から出力される映像信号を表示するディスプレイである。表示装置は、例えば、LCD(液晶ディスプレイ)、CRT(ブラウン管)、及びPDP(プラズマディスプレイ)であるが、これに限られない。判定部2による判定結果は、この表示装置103により表示することができる。
通信装置104は、判定部2が計測部1などの外部装置と通信するための装置である。判定部2は、通信装置104を介して、外部装置と所定の通信方式で無線通信又は有線通信を行う。通信装置104は、例えば、モデムやルータであるが、これに限られない。複屈折量などの情報は、この通信装置104を介して計測部1から入力することができる。
主記憶装置105は、進行度判定プログラムの実行の際に、進行度判定プログラム、進行度判定プログラムの実行に必要なデータ、及び進行度判定プログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する。進行度判定プログラムは、主記憶装置105上で展開され、実行される。主記憶装置105は、例えば、RAM、DRAM、SRAMであるが、これに限られない。進行度モデルは、この主記憶装置105及び外部記憶装置106の少なくとも一方に記憶される。また、主記憶装置105は、コンピュータ装置のOS、BIOS、及び各種のミドルウエアを記憶してもよい。
外部記憶装置106は、進行度判定プログラム、進行度判定プログラムの実行に必要なデータ、及び進行度判定プログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する。これらのプログラムやデータは、進行度判定プログラムの実行の際に、主記憶装置105に読み出される。外部記憶装置106は、例えば、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、及び磁気テープであるが、これに限られない。
なお、進行度判定プログラムは、コンピュータ装置に予めインストールされていてもよいし、CD−ROMなどの記憶媒体に記憶されていてもよい。また、進行度判定プログラムは、インターネット上にアップロードされていてもよい。
以上説明した相分離観測装置及び相分離観測方法によれば、観測対象の複屈折量を計測することにより、自己組織化材料の相分離の進行度を直接的に観測することができる。つまり、相分離の成否を判定するために、観測対象を相分離観測装置から取り出す必要が無い。このため、相分離の成否を迅速に判定することができる。
なお、相分離観測装置は、観測対象のパターン領域の複数箇所における相分離の進行度を観測してもよい。これにより、観測精度を向上させることができる。また、相分離観測装置は、相分離プロセスが終了した観測対象の相分離の進行度を観測してもよいし、相分離プロセス中の観測対象の相分離の進行度を観測してもよい。
さらに、相分離観測装置は、自己組織化材料層のLSパターンを現像された観測対象の相分離の進行度を観測してもよい。ここでいうLSパターンの現像とは、相分離プロセスによって自己組織化材料層にLSパターンを形成した後、LSパターンのスペース部分の自己組織化材料層を除去することをいう。
図6は、図1の観測対象を現像処理した後に計測したリタデーションの分布を示す平面図である。図6に示すように、パターン形成領域と非パターン形成領域とではリタデーションが異なっている。これは、ライン部分として残ったPS(ポリスチレン)が複屈折性を有するためである。このように、観測対象を現像処理した後であっても、自己組織化材料層のライン部分が複屈折性を有する場合には、相分離の進行度を観測することができる。
図7は、本実施形態に係る相分離観測装置の具体例を示す図である。図7の相分離観測装置の計測部1は、光へテロダイン干渉法により複屈折量を計測する複屈折計測装置である。この計測部1は、図7に示すように、光源11と、受光部12と、算出部13とを備え、観測対象3の複屈折量を計測する。
光源11は、光へテロダイン干渉法により複屈折量を計測可能な任意の光を観測対象3に光を照射する。光源11が照射する光は、例えば、2周波直交直線偏光であるが、これに限られない。2周波直交直線偏光とは、周波数の異なる2つの直交した直線偏光のことである。
光源11は、レーザ発振器であるのが好ましい。これは、レーザ光のエネルギーは従来の相分離観測装置で利用されている電子線のエネルギーより小さく、複屈折量を計測する際に観測対象3の変質が生じにくいためである。光源11は、例えば、波長が633nmのHe−Neレーザ発振器であるが、これに限られない。
受光部12は、光源11により照射され、観測対象3を透過した光を受光する。受光部12は、受光した光に応じた電気信号を出力する。受光部12は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限られない。
算出部13は、受光部12から電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいて複屈折量を算出する。算出部13により算出された複屈折量は、計測部1による複屈折量の計測値として、判定部2に送られる。算出部13は、例えば、2つの直線偏光の位相差を算出する位相差計であるが、これに限られない。
ここで、図7の相分離観測装置により相分離の進行度を観測される観測対象3について説明する。図7に示すように、観測対象3は、基板31と、ガイドパターン32と、自己組織化材料層33とを備える。
基板31は、光源11が照射する光を透過可能な基板である。基板31は、例えば、ガラス基板又は石英ガラス基板であるが、これに限られない。
ガイドパターン32は、基板31上に形成されており、LSパターン形状を有する。ガイドパターン32は、ケミカルガイド及び物理ガイドの少なくとも一方により構成され、自己組織化材料層33がLSパターン形状に相分離するように、自己組織化材料をガイドする。観測対象3において、ガイドパターン32が形成された領域がパターン領域となる。ガイドパターン32は、光源11が照射する光を透過可能に形成される。
自己組織化材料層33は、ガイドパターン32上に形成される。自己組織化材料層33は、光源11が照射する光を透過可能であり、かつ、複屈折性を有する自己組織化材料により形成される。自己組織化材料は、例えば、ブロックコポリマーであるが、これに限られない。自己組織化材料層33は、相分離プロセス(アニール処理)によって、ガイドパターン32のLSパターンに沿ったLSパターンを形成する。
上記のような観測対象3は、光源11から受光部12までの光路上に配置される。観測対象3の各部が、光源11が照射する光を透過可能なのは、光へテロダイン干渉法では観測対象3の透過光により複屈折量が計測されるためである。
以上説明した通り、光へテロダイン干渉法を利用する計測部1によれば、レーザ光を利用して複屈折量を計測することができる。したがって、複屈折量を計測する際の観測対象3の変質を抑制することができる。これにより、複屈折量を高精度に計測し、相分離の進行度の観測精度を向上させることができる。また、観測対象3の変質が抑制されることにより、後工程に対する影響を抑制することができる。
なお、図7の相分離観測装置及びその相分離観測方法は、フォトマスクやナノインプリント用テンプレートのように、ガラス基板や石英ガラス基板などの透明基板の製造工程おける相分離の観測に適している。
次に、本実施形態に係るアニール装置について説明する。本実施形態に係るアニール装置は、本実施形態に係る相分離観測装置と、アニール処理のためのチャンバ4とを備える。図8は、アニール装置の一例を示す図である。図8において、アニール装置は図7に示した相分離観測装置を備える。
チャンバ4は、観測対象3のアニール処理(相分離プロセス)が行われるプロセスチャンバであり、光源11と受光部12との間に配置される。図8に示すように、チャンバ4は、支持部41と、ヒータ42と、入口部43と、出口部44とを備える。
支持部41は、チャンバ4内に収納された観測対象3を支持する。支持部41は、移動可能であるのが好ましい。これにより、支持部41により支持された観測対象3を移動させ、観測対象3の複数箇所の相分離の進行度を観測することができる。
ヒータ42は、支持部41に支持された観測対象3を加熱する。図8において、ヒータ42は、観測対象の下方に1つ設けられているが、複数設けられてもよいし、観測対象3の上方や側方に設けられてもよい。ヒータ42は、例えば、ホットプレートであるが、これに限られない。
入口部43は、チャンバ4の光源11側に設けられ、光源11から受光部12までの光路を形成する。光源11から照射された光は、入口部43を介してチャンバ4内に入り、観測対象3に照射される。入口部43は、ガラスなどの透明な材料により形成された窓であってもよいし、光源11からの光の照射に同期して開閉するバルブやシャッターであってもよい。
出口部44は、チャンバ4の受光部12側に設けられ、光源11から受光部12までの光路を形成する。観測対象3を透過した光は、出口部44を介してチャンバ4内を出て、受光部12に入射する。出口部44は、ガラスなどの透明な材料により形成された窓であってもよいし、光源11からの光の照射に同期して開閉するバルブやシャッターであってもよい。
このアニール装置は、観測対象3のアニール処理(相分離プロセス)中に、観測対象3の相分離の進行度を観測する。チャンバ4内の温度、ガス成分、及びアニール処理の継続時間は、判定部2による判定された相分離の進行度に基づいて制御される。このような制御は、判定部2を構成するコンピュータ装置100により行うことができる。
なお、このアニール装置は、相分離観測装置とチャンバ4とが一体に構成されてもよいし、相分離観測装置と、相分離観測装置用のチャンバ4とが、独立して構成されてもよい。また、相分離観測装置の光源11及び受光部12を含む光学系が移動可能であってもよい。これにより、観測対象3の複数箇所の相分離の進行度を観測することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置について、図9〜図11を参照して説明する。なお、本実施形態において、相分離観測装置及びアニール装置の構成は第1実施形態と同様である。
第2実施形態に係る相分離観測方法、相分離観測装置、及びアニール装置について、図9〜図11を参照して説明する。なお、本実施形態において、相分離観測装置及びアニール装置の構成は第1実施形態と同様である。
第1実施形態に係る相分離観測方法では、観測対象の複屈折量に基づいて相分離の進行度を判定したが、上述の通り、観測対象の複屈折量には、基板の複屈折量が含まれている。そこで、本実施形態では、観測対象の複屈折量から、基板の複屈折量を減算することにより、自己組織化材料層の複屈折量を算出し、自己組織化材料層の複屈折量に基づいて、相分離の進行度を判定する。
基板の複屈折量は、例えば、相分離プロセスの開始前に、予め計測することにより取得することができる。この計測値を、観測対象の複屈折量から減算することにより、自己組織化材料層の複屈折量を算出することができる。
また、基板の複屈折量は、観測対象の非パターン領域の複屈折量を計測し、この計測値から推定することもできる。ここで、図9は、図1の観測対象の非パターン領域のリタデーションの分布を示す平面図である。上述の通り、FPパターンが形成される非パターン領域では、PS−b−PMMAの複屈折性が観測されない。したがって、図9に示す非パターン領域のリタデーションは、ガラス基板のリタデーションとなる。図9に示すように、ガラス基板のリタデーションは、略0〜0.8nmである。
図10は、図9のリタデーションに基づいて推定されたパターン領域のリタデーションの分布を示す平面図である。パターン領域のリタデーションの推定分布は、例えば、非パターン領域のリタデーションの分布を、最小二乗法によりフィッティングすることにより推定できる。
図11は、図2のリタデーションから、図10のリタデーションを減算したリタデーションの分布を示す平面図である。すなわち、図11は、図1の観測対象のPS−b−PMMAのリタデーションの推定分布を示している。図11において、非パターン領域のリタデーションは、略0〜0.4nmとなっており、PS−b−PMMAのリタデーションの分布が精度よく推定されていることがわかる。
以上説明した通り、本実施形態に係る相分離観測方法によれば、自己組織化材料層の複屈折量に基づいて、相分離の進行度を判定することができる。したがって、相分離の進行度をより精度よく判定することができる。なお、パターン領域における基板の複屈折量の推定や、自己組織化材料層の複屈折量の算出は、判定部2を構成するコンピュータ装置100により行うことができる。
(第3実施形態)
第3実施形態に係る相分離観測方法について、図12を参照して説明する。なお、本実施形態において、相分離観測装置及びアニール装置の構成は第1実施形態と同様である。本実施形態に係る相分離観測方法は、観測対象の複屈折量に基づいて、ガイドパターンのサイズ(ピッチ)を判定する。
第3実施形態に係る相分離観測方法について、図12を参照して説明する。なお、本実施形態において、相分離観測装置及びアニール装置の構成は第1実施形態と同様である。本実施形態に係る相分離観測方法は、観測対象の複屈折量に基づいて、ガイドパターンのサイズ(ピッチ)を判定する。
図12は、ガイドパターンのサイズと、観測対象のリタデーションと、の関係を示すグラフである。図12において、横軸はガイドパターンのサイズであり、縦軸はリタデーションの計測値である。図12において、3つの計測結果がプロットされているが、これらはいずれも同一の自己組織化材料を含む自己組織化材料層を有する観測対象の計測結果である。
図12に示すように、ガイドパターンのサイズが大きくなるほど、観測対象のリタデーションは大きくなっている。ガイドパターンのサイズが、自己組織化材料の固有の相分離パターンのピッチに基づいて予想した最適なガイドパターンのサイズである場合に、リタデーションは最大となった。
このように、自己組織化材料が同一の場合、ガイドパターンのサイズと、観測対象の複屈折量との間には相関がある。したがって、自己組織化材料の相分離パターンのピッチが判明している場合、観測対象の複屈折量を計測することにより、基板上に形成されたガイドパターンのサイズを判定することができる。
また、ガイドパターンのサイズと、観測対象の複屈折量との関係に基づいて、進行度モデルを補正することもできる。これにより、所定のサイズのガイドパターンを有する観測対象の進行度モデルに基づいて、様々なサイズのガイドパターンを有する観測対象の進行度モデルを作成することができる。
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1:計測部、2:判定部、3:観測対象、4:チャンバ、11:光源、12:受光部、13:算出部、31:基板、32:ガイドパターン、33:自己組織化材料層、41:支持部、42:ヒータ、43:入口部、44:出口部、100:コンピュータ装置、101:CPU、102:入力装置、103:表示装置、104:通信装置、105:主記憶装置、106:外部記憶装置、107:バス
Claims (10)
- 基板と、前記基板上に形成された自己組織化材料層と、を有する観測対象の複屈折量に基づいて、前記自己組織化材料層の相分離の進行度を判定することを含む
相分離観測方法。 - 前記複屈折量を計測することをさらに含む
請求項1に記載の相分離観測方法。 - 前記自己組織化材料層は、複屈折性を有するブロックコポリマーを含む
請求項1又は請求項2に記載の相分離観測方法。 - 前記複屈折量の計測を、光ヘテロダイン干渉法により行う
請求項2又は請求項3に記載の相分離観測方法。 - 前記進行度の判定は、前記観測対象の相分離プロセス中又は相分離プロセス後に行われる
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の相分離観測方法。 - 前記観測対象の複屈折量と前記基板の複屈折量とに基づいて、前記自己組織化材料層の前記複屈折量を算出することを更に含み、
前記進行度の判定は、前記自己組織化材料層の前記複屈折量に基づいて行われる
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の相分離観測方法。 - 前記自己組織化材料層を構成する自己組織化材料の相分離パターンのピッチと、前記観測対象の前記複屈折量とに基づいて、前記自己組織化材料層上に形成されたガイドパターンのサイズを判定することを更に含む
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の相分離観測方法。 - 基板と、前記基板上に形成された自己組織化材料層と、を有する観測対象の複屈折量に基づいて、前記自己組織化材料層の相分離の進行度を判定する判定部を備える
相分離観測装置。 - 請求項8に記載の相分離観測装置と、
前記観測対象のアニール処理を行うチャンバと、
を備えるアニール装置。 - 前記チャンバは、前記相分離観測装置の前記判定部が判定した相分離の前記進行度に基づいて、温度、ガス成分、及び処理時間の少なくとも1つを制御される
請求項9に記載のアニール装置。
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