JP5813607B2

JP5813607B2 - パターン形成方法及びリソグラフィ原版の製造方法

Info

Publication number: JP5813607B2
Application number: JP2012213815A
Authority: JP
Inventors: 口力也谷; 井秀昭桜; 藤信一伊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: US8951698B2; JP2014067956A; US20140087291A1

Description

本発明の実施形態は、パターン形成方法及びリソグラフィ原版の製造方法に関する。

半導体素子の製造工程中のリソグラフィ技術として、ＡｒＦ液浸露光によるダブルパターニング技術、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント等が知られている。従来のリソグラフィ技術は、パターンの微細化に伴い、コストの増加、位置合わせ精度の低下、スループットの低下など、様々な問題を含んでいた。

このような状況下で、リソグラフィ技術への自己組織化（DSA: Directed Self-assembly）現象の適用が期待されている。自己組織化相は、エネルギー安定という自発的な挙動によって発生することから、寸法精度の高いパターンを形成できる。特に、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を利用する技術は、簡便な塗布とアニールプロセスで、数〜数百ｎｍの種々の形状の周期構造を形成できる。高分子ブロック共重合体のブロックの組成比によって球状、柱状、層状等にミクロドメインの構造を変え、分子量によってサイズを変えることにより、様々な寸法のホール、ピラー、ラインパターンを形成することができる。

特開２０１１−７７４７５号公報

本発明は、自己組織化パターンと他パターンとの相対的な位置関係における誤差を低減できるパターン形成方法及びリソグラフィ原版の製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、パターン形成方法は、基準マークが形成された基板上に自己組織化材料を形成する工程と、前記自己組織化材料をミクロ相分離させて、自己組織化パターンを形成する工程と、前記基準マークに基づいて、前記自己組織化パターンの形成位置の所定位置からの位置誤差を測定する工程と、前記基板上にアライメント用パターン及び周辺回路パターンを形成する工程と、を備えている。前記アライメント用パターン及び周辺回路パターンのうち少なくともいずれか一方の形成位置は、前記位置誤差を用いて補正される。

本実施形態によるパターン形成方法を説明する断面図及び上面図である。図１に続く工程を示す断面図及び上面図である。図２に続く工程を示す断面図及び上面図である。図３に続く工程を示す断面図及び上面図である。図４に続く工程を示す断面図及び上面図である。図５に続く工程を示す断面図及び上面図である。図６に続く工程を示す断面図及び上面図である。図７に続く工程を示す断面図及び上面図である。図８に続く工程を示す断面図及び上面図である。図９に続く工程を示す断面図及び上面図である。図１０に続く工程を示す断面図及び上面図である。図１１に続く工程を示す断面図及び上面図である。図１２に続く工程を示す断面図及び上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図１２は本実施形態によるパターン形成方法を説明する図である。

まず、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１上に遮光膜１０２が設けられたフォトマスク基板を準備する。図１（ｂ）は上面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。遮光膜１０２は例えばクロムやタンタルを含む膜である。このフォトマスク基板には、パターンの位置測定を行う際の基準マークＦＭが形成されている。基準マークＦＭは遮光膜１０２に形成されていてもよいし、ガラス基板１０１に形成されていてもよい。

次に、図２（ａ）（ｂ）に示すように、フォトマスク基板上に下地膜１０３を形成する。図２（ｂ）は上面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。下地膜１０３は、後の工程で形成されるブロックコポリマーの下地となる。下地膜１０３は、所定波長の光が照射された領域の表面状態が変化する。例えば、下地膜１０３は、光照射前は疎水性を有しており、光が照射された領域は親水性に変化する。

下地膜１０３としては、例えば、自己組織化単分子膜層とポリマー層の積層膜を使用することができる。自己組織化単分子膜層は、ベンゾフェノン骨格を含むシランカップリング剤を用いることができる。また、ポリマーには、（メタ）アクリル樹脂誘導体を使用できる。自己組織化単分子膜層とポリマーの積層構造の光照射領域では、ベンゾフェノン構造と接触するポリマーとの架橋が生じるため、表面がポリマーに由来する状態となる。ポリマーとして、（メタ）アクリル樹脂などの親水樹脂を用いることで、光照射部を親水状態とすることが可能である。

次に、図３（ａ）（ｂ）に示すように、下地膜１０３上にレジストを塗布し、露光・現像を行い、領域Ｒ１を囲む枠パターン１０４を形成する。図３（ｂ）は上面図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。領域Ｒ１は、後の工程でブロックコポリマーを形成する領域である。領域Ｒ１は、例えばメモリセル部に対応する領域であるが、等間隔ピッチで形成されるパターン領域であればメモリセル部に限るものではない。

ここで枠パターン１０４の材料となるレジストは、後の工程で形成されるブロックコポリマーに含まれる２つのポリマー（第１ポリマー及び第２ポリマー）に対して中性の性質を持つ材料であることが好ましい。すなわち、第１ポリマーの表面エネルギーと第２ポリマーの表面エネルギーの中間程度の表面エネルギーを持つことが好ましい。

次に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、遮光マスク（図示せず）を用いて下地膜１０３の所定領域を露光する。図４（ｂ）は上面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。照射する光は、下地膜１０３が感光する波長の光であり、例えば、ＵＶからＤＵＶ波長（３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ等）の光である。下地膜１０３のうち露光部１０３ａは親水性に変化し、未露光部は疎水性のままとなる。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、枠パターン１０４に囲まれた領域Ｒ１において、所定ピッチのライン状に露光する。これにより、枠パターン１０４に囲まれた領域Ｒ１の下地膜１０３は、後の工程で形成されるブロックコポリマーがミクロ相分離する際に、ミクロ相分離パターンの形成位置を制御する化学ガイド層となる。次に、図５（ａ）（ｂ）に示すように、枠パターン１０４内の下地膜１０３上に、ブロックコポリマー層１０５を形成する。図５（ｂ）は上面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。ブロックコポリマーは、例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを用いる。ジブロックコポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用することができる。枠パターン１０４があることにより、ブロックコポリマーが枠パターン１０４の外側に漏れ出すことを防止できる。

次に、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ホットプレート（図示せず）を用いて基板を加熱し、ブロックコポリマー層１０５をミクロ相分離させ、第１ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第１ポリマー部１０６ａと第２ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第２ポリマー部１０６ｂとが交互に配置されたラメラ状の自己組織化パターン１０６を形成する。図６（ｂ）は上面図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。

このラメラ状の自己組織化パターン１０６は、露光により表面状態が変化した部分１０３ａと、表面状態が変化していない部分とを有する下地膜１０３が化学ガイド層となることにより形成される。また、上述したように、枠パターン１０４は、第１ポリマー及び第２ポリマーに対して中性の性質を持つため、自己組織化パターン１０６の配列への影響を抑制できる。

次に、基準マークＦＭに基づいて、自己組織化パターン１０６の形成位置を測定する。測定には例えばＳＥＭ等を用いる。そして、測定位置と目標位置との位置誤差を算出する。例えば、ラメラ状の自己組織化パターン１０６の第１ポリマー部１０６ａ及び第２ポリマー部１０６ｂの各々について、その重心位置を測定し、目標位置との位置誤差を算出する。また、各パターン（第１ポリマー部１０６ａ及び第２ポリマー部１０６ｂ）の位置誤差から、自己組織化パターン１０６のパターン全体としての位置誤差をさらに算出してもよい。

次に、図７（ａ）（ｂ）に示すように、現像処理により自己組織化パターン１０６における第１ポリマー部１０６ａ及び第２ポリマー部１０６ｂのうちのいずれか一方を選択的に除去する。ここでは第１ポリマー部１０６ａを除去するものとする。図７（ｂ）は上面図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。

次に、図８（ａ）（ｂ）に示すように、枠パターン１０４外の下地膜１０３上に、レジスト１０７を塗布する。図８（ｂ）は上面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。

次に、図９（ａ）（ｂ）に示すように、露光・現像を行い、レジスト１０７にアライメント用パターン１１０及び周辺回路パターン１１１を形成する。露光には例えば電子ビームを用いる。図９（ｂ）は上面図であり、図９（ａ）は図９（ｂ）のIII−III線に沿った断面図である。アライメント用パターン１１０及び周辺回路パターン１１１は、自己組織化パターン１０６との相対的位置関係が設計値に近づくように、形成位置が補正される。

例えば、アライメント用パターン１１０については、当初の形成位置（設計情報における露光位置）に、算出した自己組織化パターン１０６のパターン全体としての位置誤差を加えることで、形成位置の補正が行われる。

また、例えば、領域Ｒ１がメモリセル部に対応し、周辺回路パターン１１１がメモリセルの引き出し部に対応する場合、周辺回路パターン１１１は、除去された複数の第１ポリマー部１０６ａにそれぞれ対応する複数のパターン１１１ａを有している。この場合、各パターン１１１ａの当初の形成位置（設計情報における露光位置）に、対応する第１ポリマー部１０６ａの位置誤差を加えることで、形成位置が補正される。すなわち、周辺回路パターン１１１は各パターン１１１ａについて形成位置の補正が行われる。

次に、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、枠パターン１０４を選択的に除去する。図１０（ｂ）は上面図であり、図１０（ａ）は図１０（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。

次に、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、枠パターン１０４を除去した領域にレジスト１２０を塗布する。そして、露光・現像により、レジスト１２０に、自己組織化パターン１０６の第１ポリマー部１０６ａと、対応する周辺回路パターン１１１のパターン１１１ａとを接続する接続パターン１２１を形成する。図１１（ｂ）は上面図であり、図１１（ａ）は図１１（ｂ）のIV−IV線に沿った断面図である。

次に、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、レジスト１０７、レジスト１２０、及び第２ポリマー部１０６ｂをマスクにして、下地膜１０３及び遮光膜１０２をエッチングする。図１２（ｂ）は上面図であり、図１２（ａ）は図１２（ｂ）のIV−IV線に沿った断面図である。

次に、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、レジスト１０７、レジスト１２０、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地膜１０３を剥離する。図１３（ｂ）は上面図であり、図１３（ａ）は図１３（ｂ）のIV−IV線に沿った断面図である。これにより、ガラス基板１０１上の遮光膜１０２に、自己組織化パターン１０６の第１ポリマー部１０６ａ、アライメント用パターン１１０、周辺回路パターン１１１、及び接続パターン１２１が転写され、フォトマスク基板（リソグラフィ原版）が得られる。

アライメント用パターン１１０及び周辺回路パターン１１１は、自己組織化パターン１０６の形成位置のずれを考慮して、その形成位置が補正されている。そのため、自己組織化パターン１０６とアライメント用パターン１１０及び周辺回路パターン１１１との位置関係の誤差を低減することができる。

このように、本実施形態によれば、自己組織化パターンの形成位置がずれた場合でも、自己組織化パターンと他パターンとの相対的な位置関係における誤差を低減できる。

上記実施形態では、自己組織化パターン１０６の形成位置を測定して、目標位置との位置誤差を算出したが、自己組織化パターン１０６の第１ポリマー部１０６ａの除去後に第２ポリマー部１０６ｂの形成位置を測定して、目標位置との位置誤差を算出してもよい。また、除去された第１ポリマー部１０６ａが形成されていた位置を測定して、目標位置との位置誤差を算出してもよい。

また、周辺回路パターン１１１の形成後、周辺回路パターン１１１の形成位置を測定して、目標位置との位置誤差を算出し、接続パターン１２１の形成位置（露光位置）を補正してもよい。

露光は電子ビームに限定されるものではなく、ＥＵＶ光、ＵＶ光、イオンビーム、Ｘ線、可視光、赤外光等を用いてもよい。また、枠パターン１０４、アライメント用パターン１１０、周辺回路パターン１１１、接続パターン１２１をインプリント処理で形成してもよい。

上記実施形態において、自己組織化パターン１０６の第１ポリマー部１０６ａ、アライメント用パターン１１０、周辺回路パターン１１１、接続パターン１２１が転写された遮光膜１０２をマスクにガラス基板１０１を加工して、インプリント用のテンプレートを作製してもよい。

上記実施形態では、アライメント用パターン１１０及び周辺回路パターン１１１の形成位置の補正を行っていたが、いずれか一方のみの形成位置の補正を行うようにしてもよい。また、自己組織化パターン１０６の形成位置と目標位置との位置誤差が所定範囲内である場合は、アライメント用パターン１１０及び／又は周辺回路パターン１１１の形成位置の補正を行わないようにしてもよい。

上記実施形態において、接続パターン１２１を、自己組織化材料のミクロ相分離を利用して形成してもよい。例えば、自己組織化パターン１０６の第２ポリマー部１０６ｂ及びレジスト１０７の表面と親和性の大きいポリマーを含む自己組織化材料を利用して、接続パターン１２１に対応する自己組織化パターンを形成する。また、自己組織化パターン１０６の第２ポリマー部１０６ｂ及びレジスト１０７の表面状態を改質し、改質後の表面と親和性の大きいポリマーを含む自己組織化材料を利用してもよい。また、枠パターン１０４を除去した領域に接続パターン１２１に対応した化学ガイド層を形成し、化学ガイド層上に自己組織化材料を塗布してもよい。自己組織化材料は、第２ポリマー部１０６ｂ及びレジスト１０７に合わせてミクロ相分離するため、第１ポリマー部１０６ａ又は周辺回路パターン１１１の位置が多少ずれていても、第１ポリマー部１０６ａ及び周辺回路パターン１１１を接続する接続パターン１２１を形成できる。

上記実施形態では、枠パターン１０４内に化学ガイド層を形成していたが、枠パターン１０４を物理ガイドとして利用することでブロックコポリマー層１０５がミクロ相分離して自己組織化パターン１０６が得られる場合は、化学ガイド層を省略してもよい。その場合、枠パターン１０４は、ブロックコポリマー層１０５に含まれる２つのポリマーのうちの一方と親和性の大きい材料を含む。

上記実施形態では、ラメラ状の自己組織化パターン１０６を形成する例について説明したが、シリンダー状などの他の形状でもよい。

上記実施形態では被処理基板としてガラス基板を用いていた。ガラス基板は、例えば、石英ガラス基板やサファイアガラス基板である。また、ＥＵＶリソグラフィ用マスク原版、ＥＢ用キャラクタアパチャ、光インプリントや熱インプリント用原版等を構成する基板を被処理基板に用いてもよい。

なお、本発明は上記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、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０１ガラス基板
１０２遮光膜
１０３下地膜
１０４枠パターン
１０５ブロックコポリマー層
１０６自己組織化パターン
１０７レジスト
１１０アライメント用パターン
１１１周辺回路パターン
１２０レジスト
１２１接続パターン

Claims

基準マークが形成された基板上に第１セグメント及び第２セグメントを含む自己組織化材料を形成する工程と、
熱処理をして、前記自己組織化材料をミクロ相分離させて、前記第１セグメントを含む第１部分及び前記第２セグメントを含む第２部分を有する自己組織化パターンを形成する工程と、
前記基準マークに基づいて、前記自己組織化パターン、前記第１部分、又は前記第２部分の形成位置の所定位置からの位置誤差を測定する工程と、
前記基板上にアライメント用パターン及び周辺回路パターンを形成する工程と、
を備え、
前記アライメント用パターン及び周辺回路パターンの形成位置を、前記位置誤差を用いて補正することを特徴とするパターン形成方法。
前記自己組織化パターンは、前記第１部分を複数有し、
前記周辺回路パターンは前記第１部分に対応する複数の回路パターンを有し、
前記第１部分の各々の位置誤差を用いて、各回路パターンの形成位置を補正することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記基板上に所定領域を囲む枠パターンを形成し、
前記自己組織化材料は前記枠パターン内に形成し、
前記自己組織化材料のミクロ相分離後、前記第１部分を選択的に除去し、
前記枠パターンを選択的に除去し、前記枠パターンが形成されていた領域に、前記周辺回路パターンと、前記第１部分が除去された領域とを接続する接続パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記枠パターンが形成されていた領域にレジストを塗布し、露光及び現像により前記レジストを加工して前記接続パターンを形成することを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
前記枠パターンが形成されていた領域に第３セグメント及び第４セグメントを含む第２自己組織化材料を塗布し、
熱処理をして、前記第２自己組織化材料をミクロ相分離させて、前記第３セグメントを含む第３部分及び前記第４セグメントを含む第４部分を有する第２自己組織化パターンを形成し、
前記第３部分を選択的に除去することで、前記接続パターンを形成することを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
前記枠パターン内に化学ガイド層を形成し、前記化学ガイド層上に前記自己組織化材料を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
前記枠パターンは、前記第１セグメント及び前記第２セグメントに対して中性の性質を持つことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。