JP6173989B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、パターン形成方法に関する。

半導体デバイスの製造工程において、ホールパターン等の微細なデバイスパターンを形成するために、ＤＳＡ（Directed Self-assembly）プロセスの開発が進められている。ＤＳＡプロセスでは、ガイドパターンに対してＤＳＡ材料を相分離させることにより、ガイドパターンより微細なパターンを形成することができる。この微細パターンを用いて被加工膜に転写することで基板上に微細なデバイスパターンを形成することができる。

ＤＳＡプロセスによって形成できるパターンのサイズは適用するＤＳＡ材料の特性に応じて異なり、１度の処理で形成できるパターンのサイズは１種類のみである。したがって、ＤＳＡプロセスを利用して同一の被加工膜にサイズの異なる複数のデバイスパターンを形成する場合、各デバイスパターンに応じて複数回のＤＳＡプロセスを行い、また各パターンを被加工膜に転写する工程など多くの工程が必要となる。

特開２００８−９０９５６号公報 特開２０１４−７８５４０号公報 特表２０１０−５３１０５１号公報

一つの実施形態は、少ない工程数でサイズの異なる複数のデバイスパターンを形成する方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、まず、被加工膜の上に、第１開口パターンと、前記第１開口パターンよりも浅い第２開口パターンと、を有するガイドパターンを形成する。次に、前記第１開口パターンおよび前記第２開口パターンに自己組織化材料であるＤＳＡ材料を充填するとともに、前記第２開口パターンでの前記ＤＳＡ材料の膜厚を、前記第１開口パターンでの前記ＤＳＡ材料の膜厚より小さくする。次に、前記第１開口パターンおよび前記第２開口パターン内で、前記ＤＳＡ材料を第１相と第２相とに相分離させる。次に、前記第１相を残すとともに前記第２相を除去することによって、前記第１開口パターン内の前記第１相で第３開口パターンを、前記第２開口パターン内の前記第１相で第４開口パターンを形成する。その後、前記第２から第４開口パターンの上からの前記被加工膜に対する一度のエッチングによって、前記第２開口パターン内に充填された前記ＤＳＡ材料を除去して前記第４開口パターンを消滅させ、前記第２および第３開口パターンを前記被加工膜に転写する。

図１は、第１の実施形態にかかるガイドパターンの形成方法の手順を示す図である。 図２は、図１に示すガイドパターンを利用してＤＳＡプロセスによって被加工膜にサイズの異なるデバイスパターンを形成する方法の手順を示す図である。 図３は、第２の実施形態にかかるガイドパターンの形成方法の手順を示す図である。 図４は、第３の実施形態にかかるガイドパターンの形成方法の手順を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるパターン形成方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかるガイドパターン５の形成方法の手順を示す図である。第１の実施形態において、ガイドパターン５は、フォトリソグラフィ技術を利用して形成される。ガイドパターン５は、後述するとおりＤＳＡプロセスに利用される。

まず、図１（ａ）に示すとおり、基板Ｌ１の上に被加工膜Ｌ２を形成し、被加工膜Ｌ２の上にレジスト（ガイド膜）Ｌ３を形成する。ガイド膜Ｌ３は、被加工膜Ｌ２の上に感光性樹脂を塗布し、ベーク処理（ＰＡＢ（Pre Applied Bake）処理）を加えることによって形成される。

次に、図１（ａ）に示すように、ガイド膜Ｌ３の上にフォトマスク１を配置し、フォトマスク１を介してガイド膜Ｌ３を露光する。フォトマスク１は、ガラス基板１２と、遮光パターン１５と、複数の光透過パターン１９と，複数の光透過パターン２０を有する。遮光パターン１５は、ガラス基板１２の上に塗膜された遮光性材料または半遮光性材料によって構成されている。各光透過パターン１９，２０は、遮光パターン１５の間に形成されている。各光透過パターン１９，２０の光透過率は、遮光パターン１５の光透過率より高い。図示の例では、各光透過パターン１９のサイズは、各光透過パターン２０のサイズより小さく形成されているが、各光透過パターン２０のサイズと同等またはそれより大きく形成されていてもよい。光透過パターン１９，２０の夫々の数は、１つであってもよい。フォトマスク１は、例えば、遮光パターン１５が遮光性材料で構成される場合、バイナリマスクとなる。フォトマスク１は、遮光パターン１５が半遮光性材料で構成され、光透過率を有することによって、ハーフトーンマスクであってもよい。遮光パターン１５および複数の光透過パターン１９，２０は、図１（ｃ）に示す開口パターン６，７を形成するためのマスクパターンとなる。

次に、図１（ｂ）に示すように、ガイド膜Ｌ３の上にフォトマスク１とは別のフォトマスク２を配置し、フォトマスク２を介してガイド膜Ｌ３を露光する。この際、フォトマスク２の遮光パターン１６で被露光部分Ｐ１およびその周辺を覆うとともに、フォトマスク２の各光透過パターン２１で被露光部分Ｐ２およびその周辺を覆う。被露光部分Ｐ１は、フォトマスク１の各光透過パターン１９を通じて露光されたガイド膜Ｌ３の一部分である。被露光部分Ｐ２は、フォトマスク１の光透過パターン２０を通じて露光されたガイド膜Ｌ３の一部分である。フォトマスク２は、ガラス基板１３上と、遮光パターン１６と、光透過パターン２１を有する。遮光パターン１６は、ガラス基板１３の上に塗膜された遮光性材料または半遮光性材料によって構成されている。光透過パターン２１は、遮光パターン１６の周辺に形成されている。光透過パターン２１の光透過率は、遮光パターン１６の光透過率より高い。フォトマスク２は、例えば、遮光パターン１６が遮光性材料で構成される場合、バイナリマスクとなる。フォトマスク２は、遮光パターン１６が半遮光性材料で構成されて、光透過率を有することによって、ハーフトーンマスクであってもよい。遮光パターン１６および光透過パターン２１は、図１（ｃ）に示すガイド領域Ａ１，Ａ２を形成するためのマスクパターンとなる。

次に、図１（ｂ）に示したガイド膜Ｌ３にベーク処理（ＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理）および現像処理を施すことによって、フォトマスク２，３のマスクパターンをガイド膜Ｌ３に転写し、図１（ｃ）に示すようにガイドパターン５を形成する。ガイドパターン５は、ガイド膜Ｌ３の残しパターンであり、複数の開口パターン６と、複数の開口パターン７と、ガイド領域Ａ１，Ａ２を有している。各開口パターン６は、被露光部分Ｐ１を除去されることによって、ガイド膜Ｌ３にフォトマスク１の各光透過パターン１９が転写されて形成されたものであり、ガイド膜Ｌ３の抜きパターンとなる。各開口パターン７は、被露光部分Ｐ２を除去されることによって、ガイド膜Ｌ３にフォトマスク１の各光透過パターン２０が転写されて形成されたものであり、ガイド膜Ｌ３の抜きパターンとなる。図示の例において、開口パターン６，７の夫々の数は、複数になっているが、フォトマスク１のマスクパターンに対応して１つにすることができる。ガイド領域Ａ１，Ａ２は、フォトマスク２を介して露光された被露光部分（図示省略）を除去されて形成されている。ガイド領域Ａ１は、フォトマスク２の遮光パターン１６に対応して形成されており、各開口パターン６を包囲している。ガイド領域Ａ２は、フォトマスク２の光透過パターン２１に対応して形成されており、各開口パターン７を包囲している。前述したとおり、フォトマスク２の光透過パターン２１の光透過率は、遮光パターン１６の光透過率より高いので、ガイドパターン５は、ガイド領域Ａ２でガイド領域Ａ１よりも多くのガイド膜Ｌ３を除去されている。したがって、ガイド領域Ａ２でのガイドパターン５の被加工膜Ｌ２からの高さ（膜厚）Ｔ２（ｎｍ）は、ガイド領域Ａ１でのガイドパターン５の膜厚Ｔ１（ｎｍ）より小さく形成されている。即ち、ガイドパターン５は、膜厚Ｔ１，Ｔ２の大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）が成立し、ガイド領域Ａ１とガイド領域Ａ２との間に段差ΔＨ１が設けられている。膜厚Ｔ１，Ｔ２は、フォトマスク２の遮光パターン１６および光透過パターン２１の光透過率を調整することによって調整できる。なお、開口パターン６，７は、ガイド膜の抜きパターンとして形成されているので、膜厚Ｔ１，Ｔ２の大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）に対応して、開口パターン７が開口パターン６より浅く形成されているとも言える。

図２は、図１に示すガイドパターン５を利用してＤＳＡプロセスによって被加工膜Ｌ２にサイズの異なるデバイスパターン１０，１１を形成する方法の手順を示す図である。図２（ｄ）に示すデバイスパターン１０は、被加工膜Ｌ２に形成された微細な抜きパターンであり、例えばホールパターンである場合、露光装置の光学コントラストでの最小サイズ以下の大きさである。このような微細なデバイスパターン１０を、被加工膜Ｌ２に密集させて形成する場合、ＤＳＡプロセスを利用することにより半導体デバイスの生産コストを抑制することができる。仮に、密集したデバイスパターン１０を、ＤＳＡプロセスを利用せずに形成する場合、１度の露光処理で形成できるデバイスパターン１０のホール間距離には限度があることから、高価な露光装置を用いた複数回の露光処理が必要となり、工程数が増加する分だけ半導体デバイスの生産コストが増大してしまう。

まず、図２（ａ）に示すように、ガイドパターン５の間に形成された各開口パターン６，７にスピンコート法やインクジェット法などの方法により自己組織化材料であるＤＳＡ材料９を充填する。この際、各開口パターン６でのＤＳＡ材料９の膜厚Ｔ３（ｎｍ）は、界面エネルギーによりガイドパターン５のガイド領域Ａ１での膜厚Ｔ１より小さくなり、各開口パターン７でのＤＳＡ材料９の膜厚Ｔ４（ｎｍ）は、界面エネルギーによりガイドパターン５のガイド領域Ａ２での膜厚Ｔ２より小さくなる。さらに、膜厚Ｔ４が膜厚Ｔ３より小さくなるようにＤＳＡ材料９を充填する。即ち、膜厚Ｔ１〜Ｔ４について、大小関係（Ｔ１＞Ｔ３、Ｔ２＞Ｔ４、Ｔ３＞Ｔ４）が成立する。ガイドパターン５は、ＤＳＡ材料９を各開口パターン６，７に納める役割を有しており、前述したとおり膜厚Ｔ１，Ｔ２の大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）が成立している。したがって、各開口パターン６，７に対して目一杯にＤＳＡ材料９を充填することにより、必然的にＤＳＡ材料９の前述した大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）が成立する。なお、大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）が成立すれば、必ずしも、各開口パターン６，７に対して目一杯にＤＳＡ材料９を充填する必要はない。

ここで、ＤＳＡ材料９は、ブロックコポリマーを含有している。ブロックコポリマーは、複数種のポリマー鎖が結合した構造を有する。各ポリマー鎖は、１種類のモノマーの連鎖構造を有する。このブロックコポリマーは、ガイドパターン５との親和性の高いポリマー鎖とガイドパターン５との親和性の低いポリマー鎖が結合した構造を有する。このようなブロックコポリマーとして、例えば、ポリスチレン（以下、「ＰＳ」と称する）−ポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」と称する）ブロックコポリマーを用いることができる。ＰＳ−ＰＭＭＡブロックコポリマーの場合、ガイドパターン５が疎水性の材料で形成されていると、ガイドパターン５との親和性の高いポリマー鎖が疎水性のＰＳとなり、ガイドパターン５との親和性の低いポリマー鎖が親水性のＰＭＭＡとなる。

次に、図２（ａ）に示したＤＳＡ材料９にアニール処理を施してＤＳＡ材料９のブロックコポリマーを図２（ｂ）に示すように自己組織化させる。即ち、各開口パターン６，７において、ＤＳＡ材料９を２つの相９ａ，９ｂに相分離させる。相９ａは、ガイドパターン５との親和性の低いポリマー鎖が凝集して形成される。相９ｂは、ガイドパターン５との親和性の高いポリマー鎖が凝集して形成される。前述した例のように、ガイドパターン５を疎水性の材料で形成し、ブロックコポリマーをＰＳ−ＰＭＭＡブロックコポリマーとする場合、相９ａはＰＭＭＡが凝集したものとなり、相９ｂはＰＳが凝集したものとなる。各相９ａ，９ｂの形状および配置は、ＤＳＡ条件（ＤＳＡ材料９やガイドパターン５の形状等）によって決まる。このＤＳＡ条件は、少なくとも各開口パターン６で相９ｂの中央付近に１つの相９ａが柱状に形成されるように調整されている。図示の例での相９ａは、ＤＳＡ材料９を貫通して被加工膜Ｌ２に到達しているが、ＤＳＡ条件によっては、ＤＳＡ材料９を貫通せず、被加工膜Ｌ２に到達しないこともある。また、図示の例では、各開口パターン７で相９ｂに複数の相９ａが略一定のピッチで柱状に形成されているが、各開口パターン７では、必ずしもこのように規則的に自己組織化が行われるとは限らない。なお、ＤＳＡ材料９は、アニール処理前の膜厚Ｔ３，Ｔ４の大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）をアニール処理後も維持する。したがって、各開口パターン７でのアニール処理後のＤＳＡ材料９（例えば、相９ｂ）の膜厚Ｔ６（ｎｍ）は、各開口パターン６でのアニール処理後のＤＳＡ材料９（例えば、相９ａとガイドパターン５の間における相９ｂ）の膜厚Ｔ５（ｎｍ）よりも小さくなっている。即ち、膜厚Ｔ５，Ｔ６の大小関係（Ｔ５＞Ｔ６）が成立している。

続いて、図２（ｂ）に示した相９ａを選択的に除去する。例えば、Ｘｅ2エキシマランプを用いて１７２ｎｍの紫外線を各開口パターン６，７に照射することによって、相９ａに凝集したポリマー鎖（例えば、ＰＭＭＡ）を分解する。続いて、現像液またはアルコールなどの有機溶媒を各開口パターン６，７に吐出して、ウェットエッチングにより、相９ａに凝集したポリマー鎖の分解物を除去する。このような処理によって、相９ａが除去されて、その痕として各開口パターン６，７には、図２（ｃ）に示すように微細な開口パターン８が形成される。各開口パターン８は、各開口パターン６，７の側壁に相９ｂとして凝集したポリマー鎖（例えば、ＰＳ）が付着して形成されたものであるので、各開口パターン６，７より小さなものとなる。各開口パターン８は、例えばホールパターンの場合、露光装置の光学コントラストでの最小サイズ以下の大きさとなる。なお、図２（ｂ）に示した各開口パターン７でのＤＳＡ材料９が規則的に自己組織化されていない場合には、必ずしも、各開口パターン７に図２（ｃ）に示すような規則的に配列された開口パターン８が形成されるわけではない。

次に、図２（ｃ）に示すように、相９ｂで各開口パターン６，７を覆われたガイドパターン５をエッチングマスクとし、例えばドライエッチングによって被加工膜Ｌ２をエッチングし、図２（ｄ）に示すようにデバイスパターン１０，１１を形成する。このエッチング工程において、エッチング時間をｔ（秒）とし、相９ｂのエッチングレートをＲ１（ｎｍ／秒）とし、ガイドパターン５のエッチングレートをＲ２（ｎｍ／秒）とする。ガイドパターン５と開口パターン８の間における相９ｂの膜厚Ｔ５は、エッチング深さ（Ｒ１×ｔ）との関係において、大小関係（Ｔ５≧（Ｒ１×ｔ））が成立するように形成されている。また、ガイドパターン５の膜厚Ｔ１，Ｔ２は、エッチング深さ（Ｒ２×ｔ）との関係において、大小関係（Ｔ１，Ｔ２≧（Ｒ２×ｔ））が成立するように形成されている。即ち、各開口パターン６に形成された相９ｂおよびガイドパターン５は、十分なエッチング耐性を有する。さらに、エッチング時間ｔは、エッチングレートＲ１，Ｒ２の他に被加工膜Ｌ２のエッチングレートも考慮されて、被加工膜Ｌ２に所望のデバイスパターン１０，１１が形成されるように定められる。したがって、エッチング工程において、各開口パターン６に形成された微細な開口パターン８が被加工膜Ｌ２に転写されて、図２（ｄ）に示すように微細なデバイスパターン１０が形成される。デバイスパターン１０は、被加工膜Ｌ２の抜きパターンであり、例えばホールパターンの場合、開口パターン８のサイズに対応し、露光装置の光学コントラストでの最小サイズ以下の大きさとなる。

また、前述したとおり相９ｂの膜厚Ｔ５，Ｔ６について大小関係（Ｔ５＞Ｔ６）が成立していることから、膜厚Ｔ６は、エッチング深さ（Ｒ１×ｔ）との関係において、大小関係（（Ｒ１×ｔ）＞Ｔ６）が成立する。このため、各開口パターン７に形成された相９ｂは、エッチング耐性が不足したものとなる。したがって、図２（ｃ）〜図２（ｄ）の工程において、各開口パターン６に形成された微細な開口パターン８がエッチング工程により被加工膜Ｌ２に転写されている間に、各開口パターン７に形成された相９ｂはエッチングにより除去されて、各開口パターン７が被加工膜にＬ２に転写され、デバイスパターン１０よりサイズの大きなデバイスパターン１１が形成される。即ち、一度のエッチング工程によって、被加工膜Ｌ２にサイズの異なるデバイスパターン１０，１１が形成される。なお、このようにして形成されるデバイスパターン１０の数は、各開口パターン６に形成された微細な開口パターン８の数と同数になる。また、デバイスパターン１１の数は、開口パターン７の数と同数になる。

図示は省略するが、仮に比較例として、図２（ｃ）に示され各開口パターン７に形成された相９ｂの膜厚Ｔ６がエッチング深さ（Ｒ１×ｔ）との関係において、大小関係（Ｔ６≧（Ｒ１×ｔ））が成立するように形成されていることを考える。この比較例の場合、第１の実施形態とは異なり、各開口パターン７に形成された相９ｂは十分なエッチング耐性を有することになる。したがって、前述した各開口パターン６に形成された開口パターン８が被加工膜Ｌ２に転写されている間に、エッチングで除去されることはなく、そのため各開口パターン７に形成された微細な開口パターン８が被加工膜Ｌ２に転写される。このため、図２（ｄ）に示されたデバイスパターン１１を被加工膜Ｌ２に形成する場合、このような開口パターン７を介した開口パターン８の転写パターンを除去する追加工程（例えば、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程）が必要となる。しかしこれでは、被加工膜Ｌ２にデバイスパターン１１を形成する工程数が第１の実施形態よりも多くなり、半導体デバイスの生産コストが増大する。

最後に、エッチング工程において除去されずに被加工膜Ｌ２の上に残存したガイドパターン５および相９ｂを溶剤などによって完全に除去することによって、被加工膜Ｌ２へのデバイススパターン１０，１１の形成工程が終了する。

第１の実施形態では、ＤＳＡ材料９の膜厚Ｔ３，Ｔ４の大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）を成立させてから、ＤＳＡ材料９を自己組織化させたので、相９ｂの膜厚Ｔ５，Ｔ６の大小関係（Ｔ５＞Ｔ６）を成立させることができた。したがって、第１の実施形態では、相９ｂの膜厚Ｔ５，Ｔ６とエッチング深さ（Ｒ１×ｔ）について、大小関係（Ｔ５≧（Ｒ１×ｔ）＞Ｔ６）を成立させることによって、エッチング耐性に優れるガイドパターン５および開口パターン６に形成された相９ｂを被加工膜Ｌ２に対するエッチングのマスクとして機能させることができた。これによって、一度のエッチングによって、開口パターン６に形成された各開口パターン８および各開口パターン７を同時に被加工膜Ｌ２に転写して、サイズの異なる複数のデバイスパターン１０，１１を形成することができた。即ち、第１の実施形態によれば被加工膜Ｌ２に少ない工程数でサイズの異なる複数のデバイスパターン１０，１１を形成することができ、半導体デバイスの製造コストを低減することができる。

また、第１の実施形態では、ガイドパターン５の膜厚Ｔ１，Ｔ２について、大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）を成立させたので、開口パターン６，７に目一杯にＤＳＡ材料９を充填するだけで、ＤＳＡ材料９の膜厚Ｔ３，Ｔ４の大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）を成立させることができた。即ち、第１の実施形態によれば、ＤＳＡ材料９の大小関係（Ｔ３＞Ｔ４）を容易に成立させることができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態にかかるガイドパターン５の形成方法の手順を示す図である。第２の実施形態は、ガイドパターン５を１度の露光処理によって形成される点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、重複説明を省略する。

まず、図３（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にして、基板Ｌ１の上に形成された被加工膜Ｌ２の上にガイド膜Ｌ３を形成しておく。

次に、図３（ａ）に示すように、ガイド膜Ｌ３の上にフォトマスク３を配置し、フォトマスク３を介してガイド膜Ｌ３を露光する。フォトマスク３は、ガラス基板１４と、遮光パターン１７，１８と、複数の光透過パターン２２と，複数の光透過パターン２３を有する。遮光パターン１７は、ガラス基板１４の上に塗膜された遮光性材料または半遮光性材料で構成されている。遮光パターン１８は、ガラス基板１４の上に塗膜された半遮光性材料で構成されており、遮光パターン１７より光透過率が高い。各光透過パターン２２は、遮光パターン１７の間に形成されている。各光透過パターン２３は、遮光パターン１８の間に形成されている。各光透過パターン２２，２３の光透過率は、遮光パターン１７、１８の光透過率より高い。遮光パターン１７と光透過パターン２２は、図示されない第１のマスクエリアの一部または全体を構成する。遮光パターン１８と光透過パターン２３は、図示されない第１のマスクエリアの一部または全体を構成する。図示の例では、各光透過パターン２２のサイズは、各光透過パターン２３のサイズより小さく形成されているが、光透過パターン２３のサイズと同等またはそれより大きく形成されていてもよい。光透過パターン２２，２３の夫々の数は、１つであってもよい。遮光パターン１７および各光透過パターン２２は、図３（ｂ）に示す各開口パターン６およびガイド領域Ａ１を形成するためのマスクパターンとなる。遮光パターン１８および各光透過パターン２３は、図３（ｂ）に示す各開口パターン７およびガイド領域Ａ２を形成するためのマスクパターンとなる。

次に、図３（ａ）に示したガイド膜Ｌ３にベーク処理（ＰＥＢ処理）および現像処理を施すことによって、フォトマスク３のマスクパターンをガイド膜Ｌ３に転写し、図３（ｂ）に示すようにガイドパターン５を形成する。ガイドパターン５は、第１の実施形態と同様の構成となっており、ガイド膜Ｌ３の残しパターンであって、複数の開口パターン６と、複数の開口パターン７と、ガイド領域Ａ１，Ａ２を有している。開口パターン６は、光透過パターン２２を通じて露光された被露光部分（図示省略）を除去されることによって、ガイド膜Ｌ３に各光透過パターン２２が転写されて形成されたものであり、ガイド膜Ｌ３の抜きパターンとなっている。開口パターン７は、光透過パターン２０を通じて露光された被露光部分（図示省略）を除去されることによって、各光透過パターン２３が転写されて形成されたものであり、ガイド膜Ｌ３の抜きパターンとなっている。図示の例において、開口パターン６，７の夫々の数は、複数になっているが、フォトマスク３のマスクパターンに対応して１つにすることができる。ガイド領域Ａ１，Ａ２は、遮光パターン１７，１８を介して露光された被露光部分（図示省略）を除去されて形成されている。ガイド領域Ａ１は、遮光パターン１７に対応して形成されており、各開口パターン６を包囲している。ガイド領域Ａ２は、遮光パターン１８に対応して形成されており、各開口パターン７を包囲している。遮光パターン１８の光透過率は、遮光パターン１７の光透過率より高いので、ガイド領域Ａ２では、ガイド領域Ａ１よりも多くガイド膜Ｌ３を除去されている。したがって、第２の実施形態においても、ガイドパターン５は、膜厚Ｔ１，Ｔ２の大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）が成立する。第２の実施形態において、膜厚Ｔ１，Ｔ２は、遮光パターン１７，１８の光透過率を調整することによって調整できる。

第２の実施形態によれば、フォトマスク３を介した一度の露光処理によって、第１の実施形態と同様のガイドパターン５を形成した。したがって、ガイドパターン５の形成に当たって、第１の実施形態よりも露光処理の回数が少なく済み、その分、半導体デバイスの製造コストを低減することができる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態にかかるガイドパターン５の形成方法の手順を示す図である。第３の実施形態は、ガイドパターン５を、ナノインプリントリソグラフィ技術を利用して形成する点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、重複説明を省略する。

まず、図４（ａ）に示すように、基板Ｌ１上に形成された被加工膜Ｌ２の上に、インクジェット法によってインプリント材２４を塗布する。インプリント材２４は、スピンコート法によって被加工膜Ｌ２の上に塗布されてもよい。インプリント材２４は、例えば、紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂を用いることができる。

次に、図４（ａ）に示すように、テンプレート４をインプリント材２４および被加工膜Ｌ２の上に配置し、図４（ｂ）に示すように、テンプレート４をインプリント材２４に押し当てる（インプリントする）ことにより、被加工膜Ｌ２の上にインプリントパターン２５を形成する。テンプレート４には、インプリントパターン２５の形状を規定する複数の凹部２６ａと、凹部２６ｂと、複数の凹部２６ｃと、複数の凸部２７ａと，複数の凸部２７ｂが形成されている。凹部２６ａ〜２６ｃは、凸部２７ａ、２７ｂによって仕切られている。各凹部２６ａは、各凹部２６ｃより深く形成されている。凹部２６ｂは、段差ΔＨ２を隔てて深い部分Ｐ３と浅い部分Ｐ４を有している。深い部分Ｐ３は、各凹部２６ｃより深く形成されている。浅い部分Ｐ４は、各凹部２６ａおよび深い部分Ｐ３より浅く形成されている。なお、凹部２６ａ，２６ｃおよび凸部２７ａ，２７ｂの数は、１つであってもよい。テンプレート４の各凸部２７ａ，２７ｂをインプリント材２４に押し当てると、毛細血管現象によってインプリント材２４が各凹部２６ａ〜２６ｃに吸い上げられ、各凹部２６ａ〜２６ｃの形状に対応したインプリントパターン２５が形成される。なお、テンプレート４は、紫外線に対して透過性を有する石英で構成することができる。

次に、図４（ｂ）に示すようにテンプレート４をインプリントパターン２５に押し当てたまま、インプリントパターン２５を硬化させ、図４（ｃ）に示すようにガイドパターン５を一括形成する。インプリント材２４が紫外線硬化型樹脂の場合には、インプリントパターン２５に紫外線を照射することによりインプリントパターン２５が硬化してガイドパターン５となる。インプリント材２４が熱硬化型樹脂の場合には、インプリントパターン２５を加熱することによりインプリントパターン２５が硬化してガイドパターン５となる。

ガイドパターン５は、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に複数の開口パターン６と、複数の開口パターン７と、ガイド領域Ａ１，Ａ２を有している。各開口パターン６は、インプリント材２４にテンプレート４の各凸部２７ａを転写されて形成されたものである。各開口パターン７は、インプリント材２４にテンプレート４の各凸部２７ｂを転写されて形成されたものである。図示の例において、開口パターン６，７の夫々の数は、複数になっているが、テンプレート４の形状に対応して１つとすることもできる。ガイド領域Ａ１は、各凹部２６ａと凹部２６ｂの深い部分Ｐ３に対応して形成されたものであり、各開口パターン６を包囲している。ガイド領域Ａ２は、凹部２６ｂの浅い部分Ｐ４と各凹部２６ｃに対応して形成されたものであり、開口パターン７を包囲している。前述したとおり、テンプレート４の凹部２６ｂには、深い部分Ｐ３と浅い部分Ｐ４の境界に段差ΔＨ２が設けられている。したがって、段差ΔＨ２に対応して、ガイドパターン５は、第３の実施形態でもガイド領域Ａ１とガイド領域Ａ２の間に段差ΔＨ１が設けられ、膜厚Ｔ１，Ｔ２の大小関係（Ｔ１＞Ｔ２）が成立する。膜厚Ｔ１，Ｔ２は、テンプレート４の各凹部２６ａ〜２６ｃの深さを調整することによって調整できる。

第３の実施形態によれば、ガイドパターン５の形状を規定するテンプレート４を被加工膜Ｌ２に塗布されたインプリント材２４に押し当てることにより、ガイドパターン５を形成した。したがって、フォトリソグラフィ技術を利用することなく、ガイドパターン５を一括して形成することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１〜３ フォトマスク、４ テンプレート、５ ガイドパターン、６〜８ 開口パターン、９ ＤＳＡ材料、９ａ，９ｂ 相、１０，１１ デバイスパターン、１２〜１４ ガラス基板、１５〜１８ 遮光パターン、１９〜２３ 光透過パターン、２４ インプリント材、２５ インプリントパターン、２６ａ〜２６ｃ 凹部、２７ａ，２７ｂ 凸部、Ｌ１ 基板、Ｌ２ 被加工膜、Ｌ３ レジスト（ガイド膜）、Ｐ１，Ｐ２ 被露光部分、Ｐ３ 深い部分、Ｐ４ 浅い部分、Ａ１，Ａ２ ガイド領域、Ｔ１〜Ｔ６ 膜厚、Ｒ１，Ｒ２ エッチングレート、ｔ エッチング時間、ΔＨ１，ΔＨ２ 段差。

Claims (5)

1. 被加工膜の上に、第１開口パターンと、前記第１開口パターンよりも浅い第２開口パターンと、を有するガイドパターンを形成するガイド形成工程と、
   前記第１開口パターンおよび前記第２開口パターンに自己組織化材料であるＤＳＡ材料を充填するとともに、前記第２開口パターンでの前記ＤＳＡ材料の膜厚を、前記第１開口パターンでの前記ＤＳＡ材料の膜厚より小さくする充填工程と、
   前記第１開口パターンおよび前記第２開口パターン内で、前記ＤＳＡ材料を第１相と第２相とに相分離させる相分離工程と、
   前記第１相を残すとともに前記第２相を除去することによって、前記第１開口パターン内の前記第１相で第３開口パターンを形成するとともに、前記第２開口パターン内の前記第１相で第４開口パターンを形成する開口縮小工程と、
   前記第２から第４開口パターンの上からの前記被加工膜に対する１度のエッチングによって、前記第２開口パターン内に充填された前記ＤＳＡ材料を除去して前記第４開口パターンを消滅させ、前記第２および第３開口パターンを前記被加工膜に転写する転写工程と、
   を含むパターン形成方法。
2. 前記ガイド形成工程では、前記ガイドパターンの膜厚が、前記ガイドパターンの形成されている位置での前記転写工程における第１のエッチング深さ以上となるように前記ガイドパターンを形成し、
   前記開口縮小工程では、前記第１開口パターンでの前記第１相の膜厚が、前記第１相の形成されている位置での前記転写工程における第２のエッチング深さ以上となるように前記第１相を形成するとともに、前記第２開口パターンでの前記ＤＳＡ材料の膜厚が、前記第２開口パターンで前記ＤＳＡ材料の充填されている位置での前記転写工程における第３のエッチング深さより小さくなるように前記ＤＳＡ材料を加工する、
   請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記ガイド形成工程では、第１ガイド領域および第２ガイド領域を有するように前記ガイドパターンを形成し、
   前記ガイドパターンは、前記第１ガイド領域で前記第１開口パターンを包囲するとともに、前記第２ガイド領域で前記第２開口パターンを包囲する、
   請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記ガイドパターンは、前記第１ガイド領域と前記第２ガイド領域の間に段差を有する、
   請求項３に記載のパターン形成方法。
5. 前記ガイド形成工程では、前記被加工膜の上に形成されたガイド膜をフォトマスクを介して１度露光することによって前記ガイドパターンを形成し、
   前記フォトマスクは、前記第１開口パターンの形成に用いられる第１マスクエリアと、前記第２開口パターンの形成に用いられる第２マスクエリアを有し、前記第１マスクエリアと前記第２マスクエリアとでは、異なる光透過率のマスクパターンが配置されている、
   請求項４に記載のパターン形成方法。

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