標記形成方法和器件製造方法與流程

2023-12-08 18:17:26 3

本申請是申請日為2013年7月9日、中國發明申請號為201380046769.0、發明名稱為「標記形成方法和器件製造方法」的中國發明專利申請(pct國際申請號為pct/jp2013/068751)的分案申請。

本發明涉及在襯底的標記形成區域中形成標記的標記形成方法、和使用該標記形成方法的器件製造方法。

背景技術：

半導體器件典型地包含形成在襯底上的多層電路圖案，為了在半導體器件的製造工序中使這些多層電路圖案相互正確地對位，在襯底的規定層的標記形成區域中形成定位用或對位用的定位標記。在襯底為半導體晶片(以下也簡稱為晶片。)的情況下，定位標記也被稱為晶片標記。

半導體器件的以往的最微細的電路圖案使用幹法或液浸光刻工序(其中使用例如曝光波長為193nm的幹法或液浸法的曝光裝置)形成。可預想認為，即使組合以往的光刻和最近開發的雙重圖形(doublepatterning)工藝，也難以形成例如比22nm節點(node)更微細的電路圖案。

對此，最近提出了如下方案：通過利用嵌段共聚物(blockco-polymer)的定向自組裝(directedself-assembly)，在使用光刻工序形成的圖案間生成納米級的微細結構(亞光刻結構)，形成比當前的光刻技術的解析度極限更微細的電路圖案(例如參照專利文獻1或日本特開2010-269304號公報)。嵌段共聚物的經圖案化的結構也已作為微結構域(微相分離結構域)已知，或作為簡稱的結構域(domain)已知。作為定向自組裝的方法，已知有製圖外延法(graphoepitaxy)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開第2010/0297847號說明書

技術實現要素：

發明要解決的問題

通過利用嵌段共聚物的定向自組裝，從而可在襯底的某層上形成納米級的微細電路圖案。並且，有時也要求在該層中與電路圖案一起形成定位標記。然而，當僅用以往的方法形成定位標記時，由於嵌段共聚物的自組裝而在定位標記本身上也會形成不可預期的微細結構，且在之後的工序中該定位標記的檢測變得困難，於是襯底的層間重合精度有可能下降。

本發明的方式鑑於上述事實，其目的在於提供一種可在利用嵌段共聚物的自組裝形成電路圖案時使用的標記形成技術。

用於解決問題的手段

本發明涉及：

(1)一種標記形成方法，其特徵在於，包含：

在襯底上形成中間層，所述中間層能夠附著包含嵌段共聚物的聚合物層；

除去所述所形成的中間層的一部分；

在被除去了所述中間層的區域中形成定位用標記；以及

在所述中間層上塗布所述包含嵌段共聚物的聚合物層，形成器件圖案，

不經由所述中間層而在所述襯底上形成所述定位用標記，經由所述中間層在所述襯底上形成所述聚合物層。

(2)根據(1)所述的標記形成方法，其特徵在於，包含：

使所述聚合物層形成自組裝區域；

選擇性地除去所述自組裝區域的一部分；以及

經由所述自組裝區域的被選擇性地除去的部分，加工所述襯底的被加工層的器件圖案形成區域。

(3)根據(1)或(2)所述的標記形成方法，其特徵在於，

除去所述中間層中的處於器件圖案形成區域的部分的一部分。

(4)一種標記形成方法，其特徵在於，包含：

在襯底的標記形成層上曝光第一標記像，基於所述第一標記像形成包含凸的線部的第二標記；

在所述襯底的形成了所述第二標記的區域的所述凸的線部以外的部分塗布包含嵌段共聚物的聚合物層；

使所述聚合物層形成自組裝區域；

選擇性地除去所述自組裝區域的一部分；以及

使用所述除去後的所述自組裝區域加工所述襯底的所述標記形成層。

(5)根據(4)所述的標記形成方法，其特徵在於，

所述第二標記包含在第1方向上周期性地形成在所述凸的線部以外的部分的凸的線狀的多個引導圖案，

在塗布所述聚合物層時，在所述多個引導圖案之間的多個凹部中塗布所述聚合物層，

在使所述聚合物層形成自組裝區域時，在所述多個凹部的所述聚合物層中形成在所述第一方向上具有周期性的自組裝區域。

(6)根據(5)所述的標記形成方法，其特徵在於，

所述第二標記包含：在第1方向上周期性地排列的多個凸的第一線部；在與所述第一方向正交的第二方向上周期性地排列的多個凸的第二線部；在所述第1方向上周期性地形成在所述多個凸的第一線部之間的凸的線狀的多個第一引導圖案；以及在所述第2方向上周期性地形成在所述多個凸的第二線部之間的凸的線狀的多個第二引導圖案。

(7)根據(6)所述的標記形成方法，其特徵在於，

所述多個第一引導圖案的周期與所述多個第二引導圖案的周期不同。

(8)一種器件製造方法，包含：

使用(1)～(7)中的任一項所述的標記形成方法在襯底上形成層間對位用標記；

使用所述對位用標記進行對位，曝光所述襯底；以及

處理所述經曝光的襯底。

根據本發明的第一方式，提供一種標記形成方法，包含：在具有被加工層的襯底的該被加工層上，形成能夠附著包含嵌段共聚物的聚合物層的中間層，所述被加工層包含器件圖案形成區域和標記形成區域；除去形成在該標記形成區域上的該中間層的一部分；在該標記形成區域上曝光第一標記像，基於該標記像形成包含凹部的第二標記；以及在該襯底的該被加工層上塗布該包含嵌段共聚物的聚合物層。

另外，根據第二方式，提供一種器件製造方法，包含：在襯底的標記形成層上曝光第一標記像，基於該第一標記像形成包含凸的線部的第二標記；在該襯底的形成了該第二標記的區域中該凸的線部以外的部分塗布包含嵌段共聚物的聚合物層；使該聚合物層形成自組裝區域；選擇性地除去該自組裝區域的一部分；以及使用該除去後的該自組裝區域加工該襯底的該標記形成層。

另外，根據第三方式，提供一種器件製造方法，包含：使用第一或第二方式的標記形成方法在襯底上形成層間的對位用標記；使用該對位用標記進行對位，曝光該襯底；處理該經曝光的襯底。

發明的效果

根據本發明的方式，在利用嵌段共聚物的自組裝形成電路圖案時，能夠與該電路圖案一起形成標記。

附圖說明

圖1的(a)是表示在實施方式中使用的圖案形成系統的主要部分的框圖，(b)是表示圖1的(a)中的曝光裝置100的概略結構的圖。

圖2是表示第一實施方式的晶片的某器件層的俯視圖，(b)是表示圖2的(a)的一個晶片標記和一部分電路圖案的放大俯視圖。

圖3是表示第一實施方式的圖案形成方法的流程圖。

圖4的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)以及(g)是分別表示在圖案形成工序中逐漸變化的晶片圖案的一部分的放大剖視圖。

圖5的(a)表示塗布了中性層的晶片表面的一部分的放大俯視圖，(b)是除去了中性層的一部分的狀態下的晶片表面的一部分的放大俯視圖。

圖6的(a)表示第2實施方式的光罩的標記圖案的一部分的放大俯視圖，(b)是表示圖6的(a)中的透射區域的圖案的放大圖。

圖7的(a)是表示第二實施方式的抗蝕劑圖案的一部分的放大俯視圖，(b)是表示圖7的(a)的凹區域的放大圖，(c)是表示圖形化的疏液層的一部分的放大圖。

圖8的(a)是表示分離為兩種結構域的聚合物層的放大俯視圖，(b)、(c)以及(d)分別是圖8的(a)的晶片逐漸進展的製造階段中的剖視圖。

圖9是表示在第二實施方式中形成的晶片標記的放大俯視圖。

圖10是表示比較例的晶片標記的放大俯視圖。

圖11的(a)是表示第1變形例的晶片標記用抗蝕劑標記的放大俯視圖，(b)是表示分離為孔圖案狀的結構域的聚合物層的部分放大圖。

圖12的(a)是表示第二變形例的晶片的多個層結構的放大剖視圖，(b)是表示圖12的(a)的第一器件層的晶片標記用抗蝕劑標記的放大俯視圖，(c)是表示圖12的(a)的第二器件層的晶片標記用抗蝕劑標記的放大俯視圖。

圖13是表示電子器件的製造工序的一例的流程圖。

具體實施方式

[第一實施方式]

參照圖1～圖5說明本發明的優選第一實施方式。首先，對在本實施方式中為了形成半導體元件等電子器件(微型器件)的電路圖案而使用的圖案形成系統的一例進行說明。

圖1的(a)表示本實施方式的圖案形成系統的主要部分，圖1的(b)表示圖1的(a)中的由步進式掃描機(scanningstepper)(掃描儀)構成的掃描型曝光裝置(投影曝光裝置)100的概略結構。在圖1的(a)中，圖案形成系統包含曝光裝置100、對晶片(襯底)進行作為感光材料的光致抗蝕劑(抗蝕劑)的塗布和顯影的塗布機·顯影器200、薄膜形成裝置300、對晶片進行幹法和溼法蝕刻的蝕刻裝置400、對包含後述的嵌段共聚物(blockco-polymer：bcp)的聚合物(polymer)(聚合物)進行處理的聚合物處理裝置500、退火裝置600、在這些裝置間進行晶片的搬送的搬送系統700以及主機(未圖示)等。

在本發明中使用的嵌段共聚物是包含大於一個的分別以嵌段為單位存在的單體的聚合物或從這些單體衍生的聚合物。單體的各個嵌段包含單體的重複排列。作為嵌段共聚物，可使用二嵌段共聚物或三嵌段共聚物等任意的聚合物。其中，二嵌段共聚物具有兩種不同單體的嵌段。二嵌段共聚物可被略記為a-b-b的形式，其中，a為第一嵌段的聚合物，b為第二嵌段的聚合物，-b-表示具有a和b的嵌段的二嵌段共聚物。例如，ps-b-pmma表示聚苯乙烯(ps)和聚甲基丙烯酸酯(pmma)的二嵌段共聚物。除了鏈狀的嵌段共聚物之外，還能夠使用具有其他結構的嵌段共聚物例如星形共聚物、支化共聚物、超支化共聚物或接枝共聚物來作為本發明的嵌段共聚物。

另外，嵌段共聚物有如下傾向：構成嵌段共聚物的各個嵌段(單體)彼此集合而形成被稱為微結構域或僅稱為結構域的個別的微相分離結構域(相分離的傾向)。該相分離也是自組裝(self-assembly)的一種。不同結構域的間隔和形態取決於嵌段共聚物內的不同嵌段的相互作用、體積分率以及數量。嵌段共聚物的結構域例如能夠作為退火(annealing)的結果而形成。作為退火的一部分的加熱或烘烤是使襯底和其上的塗層(薄膜層)的溫度上升得比環境溫度高的一般性工藝。退火可包含熱退火、熱梯度退火、溶劑蒸汽退火或其他退火法。根據情況，熱退火有時也稱為熱固化，用於引發相分離，並且，也能夠作為用於減小或除去橫向的微相分離結構域的層內缺陷的工藝使用。退火一般包含：在某時間(例如從幾分鐘到幾天)期間內，以比嵌段共聚物的玻璃轉變溫度高的溫度加熱。

另外，在本實施方式中，向包含嵌段共聚物的聚合物應用定向自組裝(directedself-assembly：dsa)，形成以適於半導體器件的電路圖案和/或定位標記的形成的形式被片斷(segment)化的納米級數量級的結構域(domain)。定向自組裝是如下技術：將例如在光刻工序中形成的抗蝕劑圖案作為預圖案(pre-pattern)或引導圖案(guidepattern)，用由該預圖案或引導圖案規定的空間配置(地形(topography)的結構)來控制嵌段共聚物的結構域的配置。作為定向自組裝的方法，例如使用了在基底上設置平面的預圖案或引導圖案的化學外延法(chemo-epitaxyprocess)，但也可以使用製圖外延法(grapho-epitaxyprocess)，所述製圖外延法使用立體的預圖案或引導圖案。

在圖1的(b)中，曝光裝置100包括照明系統10、保持由來自照明系統10的曝光用照明光(曝光光線)il照明的光罩r(掩模)的光罩載臺rst、包含將從光罩r射出的照明光il投影在晶片w(襯底)的表面上的投影光學系統pl的投影單元pu、保持晶片w的晶片載臺wst以及由統括地控制裝置整體動作的計算機構成的主控制裝置(未圖示)等。以下，在圖1的(b)中，將z軸設為與投影光學系統pl的光軸ax平行，將在與之正交的平面(大致水平面)內沿著光罩r與晶片w相對掃描的方向設為y軸，將沿著與z軸和y軸正交的方向設為x軸，分別將圍繞著x軸、y軸以及z軸的旋轉(傾斜)方向作為θx、θy以及θz方向來進行說明。

例如像美國專利申請公開第2003/025890號說明書等公開的那樣，照明系統10包含產生照明光il的光源和用照明光il照明光罩r的照明光學系統。作為照明光il，作為一個例子，可使用arf準分子雷射(波長193nm)。此外，作為照明光il，也能夠使用krf準分子雷射(波長248nm)、yag雷射器或固體雷射器(半導體雷射器等)的諧波等。

照明光學系統具有偏振控制光學系統、光量分布形成光學系統(衍射光學元件或空間光調製器等)、包含光學積分器(蠅眼透鏡或積分棒(內表面反射型積分器)等)等的照度均勻化光學系統以及光罩遮簾(固定和可變的場光闌)等(均未圖示)。照明系統10在兩極照明(包含二次光源的形狀呈樹葉狀地在圖案的非周期方向上細長的所謂的葉型(leaf)照明)、4極照明、環帶照明或通常照明等照明條件下，利用規定的偏振狀態的照明光il，以大致均勻的照度分布對由光罩遮簾規定的光罩r的圖案面(下表面)的x方向上細長的縫隙狀的照明區域iar進行照明。

另外，在與光罩基座(未圖示)的xy平面平行的上表面上，以能夠沿y方向以一定速度移動地，且可調整x方向、y方向的位置以及θz方向的旋轉角的方式載置有利用真空吸附等保持光罩r的光罩載臺rst。利用包含多個軸的雷射幹涉計的光罩幹涉計18，經由移動鏡14(或載臺的被鏡面加工的側面)，以例如0.5～0.1nm左右的解析度始終檢測光罩載臺rst的位置信息。通過基於光罩幹涉計18的測量值控制包含直線電動機等的光罩載臺驅動系統(未圖示)，控制光罩載臺rst的位置和速度。

另外，配置在光罩載臺rst的下方的投影單元pu包含鏡筒24、以及具有以規定的位置關係保持在該鏡筒24內的多個光學元件的投影光學系統pl。投影光學系統pl例如在兩側遠心具有規定的投影倍率β(例如1/4倍、1/5倍等縮小倍率)。利用通過了光罩r的照明光il，經由投影光學系統pl，在晶片w的一個照射區域內的曝光區域ia(與照明區域iar共軛的區域)中形成光罩r的照明區域iar內的電路圖案的像。作為本實施方式的襯底的晶片(半導體晶片)w包含例如在由矽(或者也可以是soi(silicononinsulator：絕緣體上矽)等)構成的直徑為200～450mm左右的圓板狀基材的表面上形成了圖案形成用薄膜(氧化膜、金屬膜、多晶矽膜等)而成的晶片。並且，在作為曝光對象的晶片w的表面上以規定的厚度(例如數10nm～200nm左右)塗布光致抗蝕劑。

另外，為了進行應用了液浸法的曝光，曝光裝置100以包圍保持前端透鏡26的鏡筒24的下端部周圍的方式設置有噴嘴單元32，所述前端透鏡26是構成投影光學系統pl的最靠像面側(晶片w側)的光學元件，所述噴嘴單元32構成用於在前端透鏡26與晶片w之間供給液體lq的局部液浸裝置30的一部分。噴嘴單元32的液體lq的供給口經由供給流路和供給管34a與液體供給裝置(未圖示)連接。噴嘴單元32的液體lq的回收口經由回收流路和回收管34b與液體回收裝置(未圖示)連接。局部液浸裝置30的詳細結構例如公開於美國專利申請公開第2007/242247號說明書等中。

另外，在與基座盤12的xy平面平行的上表面12a上，以可沿x方向、y方向移動的方式載置有晶片載臺wst。晶片載臺wst包括：載臺主體20，裝載在載臺主體20的上表面上的晶片臺wtb，以及設置在載臺主體20內、並相對地驅動晶片臺wtb(晶片w)相對於載臺主體20的在z方向上的位置(z位置)以及在θx方向、θy方向上的傾斜角的z調平(leveling)機構。在晶片臺wtb上設置有利用真空吸附等將晶片w保持在與xy平面大致平行的吸附面上的晶片保持器(未圖示)。在晶片臺wtb的上表面的晶片保持器(晶片w)的周圍，設置有與晶片w的表面(晶片面)大致成為同一面的、具有相對於液體lq被疏液化處理的表面的平板狀的板(疏液板)28。並且，在曝光中，基於例如傾斜入射方式的自動對焦傳感器(未圖示)的測量值，驅動晶片載臺wst的z調平機構，使得晶片面被對焦至投影光學系統pl的像面。

另外，在晶片臺wtb的y方向和x方向的端面上，分別通過鏡面加工形成有反射面。通過從構成晶片幹涉計16的多個軸的雷射幹涉計向該反射面(也可以是移動鏡)投影幹涉計光束，以例如0.5～0.1nm左右的解析度測量晶片載臺wst的位置信息(至少包含x方向、y方向的位置以及θz方向的旋轉角)。通過基於該測量值控制包含直線電動機等的晶片載臺驅動系統(未圖示)，控制晶片載臺wst的位置和速度。此外，也可以用具有衍射光柵狀的標尺(scale)和檢測頭的編碼器方式的檢測裝置來檢測晶片載臺wst的位置信息。

另外，曝光裝置100包括對晶片w的規定的晶片標記(定位標記)的位置進行測量的晶片定位系統als、和為了對光罩r的定位標記通過投影光學系統pl形成的像的位置進行測量而內置於晶片載臺wst中的空間像測量系統(未圖示)。使用這些空間像測量系統(光罩定位系統)和晶片定位系統al，進行光罩r與晶片w的各照射區域的定位。

在晶片w的曝光時，通過在x方向、y方向上移動(步進移動)晶片載臺wst，晶片w的曝光對象的照射區域移動至曝光區域ia的面前。並且，從局部液浸裝置30向投影光學系統pl與晶片w之間供給液體lq。然後，光罩r圖案的一部分通過投影光學系統pl形成的像投影在晶片w的一個照射區域中，同時經由光罩載臺rst和晶片載臺wst使光罩r和晶片w在y方向上同步地移動，從而在該照射區域中掃描曝光光罩r的圖案的像。通過重複該步進移動和掃描曝光，用步進掃描方式和液浸方式在晶片w的各照射區域中分別曝光光罩r的圖案的像。

接著，作為一例，在本實施方式中作為製造對象的器件用圖案是作為半導體元件的sram(staticram)的柵極單元(gatecell)用電路圖案，該電路圖案利用包含嵌段共聚物的聚合物的定向自組裝(dsa)而形成。並且，在本實施方式中，在形成了該器件用圖案的晶片w的器件層上，也形成了作為定位用或對位用定位標記的晶片標記。

圖2的(a)表示形成了該器件用圖案和晶片標記的晶片w。在圖2的(a)中，在晶片w的表面上，在x方向、y方向上隔著規定寬度的劃線區域sl(標記形成區域)設置多個照射區域sa(器件用圖案形成區域)，並在各照射區域sa內形成器件用圖案dp1，在附設於各照射區域sa的劃線區域sl中形成有晶片標記wm。

如作為圖2的(a)的b部放大圖的圖2的(b)所示，器件用圖案dp1包含：將在y方向上延伸的多個線圖案40xa以大致周期(間距)px1在x方向上排列而成的線和空白(lineandspace)圖案(以下稱為l&s圖案。)40x、以及將在x方向上延伸的多個線圖案以大致周期py1在y方向上排列而成的l&s圖案40y。線圖案40xa等例如由金屬形成，其線寬為周期px1等的1/2以下左右。作為一例，周期px1、py1大致相等，周期px1為在分別組合了波長193nm的液浸光刻和例如所謂的雙重圖形工藝的情況下得到的最微細的周期(以下稱為周期pmin。)的數分之一左右。其周期px1的1/2例如比22nm左右小。在形成具有這樣的微細周期的l&s圖案40x、40y的情況下，在使包含嵌段共聚物的聚合物進行定向自組裝時，按不同的嵌段形成線狀結構域。

另外，劃線區域sl的晶片標記wm包含：在x方向上以周期p1排列了分別在y方向上細長且x方向上的寬度相同程度的凹部區域44xa和凸部區域44xb而成x軸的晶片標記44x、以及在x方向上以周期p2排列了分別在x方向上細長且y方向的寬度相同程度的凹部區域44ya和凸部區域44yb而成的y軸的兩處晶片標記44ya、44yb。在本實施方式中，在凹部區域44xa、44ya中例如埋入有金屬的薄膜，凸部區域44xb、44yb的高度與包圍凹部區域44xa、44ya的部分的高度相同。在該情況下，當將凹部區域44xa、44ya看做線部，將凸部區域44xb、44yb看做空白部時，晶片標記44x、44ya、44yb能夠看作l&s圖案。晶片標記44ya、44yb配置成在y方向上夾持晶片標記44x。作為一例，周期p1、p2相等，周期p1為波長193nm的液浸光刻中的解析度極限(周期)的數倍至數十倍。

並且，凹部區域44xa、44ya與凸部區域44xb、44yb只要是在用圖1的(b)的晶片定位系統als進行檢測的情況下對檢測光的反射率不同的區域即可。在凹部區域44xa、44ya中埋入有金屬的情況下，由於凹部區域44xa、44ya與例如非導電性的凸部區域44xb、44yb的反射率不同，所以能夠容易地用晶片定位系統als檢測。在本實施方式中，在器件用圖案dp1的形成時應用了形成線狀結構域的定向自組裝，但在形成晶片標記44x等時，按以下方式防止結構域化。

以下，參照圖3的流程圖，對用於使用本實施方式的圖案形成系統形成圖2的(b)所示的晶片標記44x等的圖案形成方法的一例進行說明。此外，也與晶片標記44x等一起形成器件用圖案dp1。作為一例，如圖4的(a)所示，將晶片w的例如矽等基材50的表面部設為形成晶片標記和器件用圖案的第一器件層dl1。

首先，在圖3的步驟102中，使用薄膜形成裝置300，利用容易排斥液體(例如水)的材料在晶片w的器件層dl1的表面上形成疏液層52。作為疏液層52的材料，例如使用聚苯乙烯(ps)。然後，如圖4的(a)所示，使用塗布機·顯影器200，在疏液層52上塗布例如正型的抗蝕劑層54(步驟104)。並且，將曝光裝置100的照明條件設定為例如4極照明從而能夠曝光在x方向和y方向上最微細的圖案，並將晶片w裝載在曝光裝置100上(步驟106)。然後，在晶片w的各照射區域sa中，用液浸法來曝光光罩r的器件用圖案的像45dp。與在各照射區域sa進行曝光同時地，在附設於各照射區域sa的劃線區域sl曝光光罩r的晶片標記用圖案的像45xp等(步驟108)。曝光完成的晶片被卸載，在塗布機·顯影器200中進行抗蝕劑的顯影，並形成抗蝕劑圖案54p(參照圖4的(b))。之後，進行抗蝕劑圖案54p的細化(slimming)和抗蝕劑固化處理(步驟110)。在抗蝕劑層中，根據器件用圖案的像形成x方向上的線寬窄的多個引導圖案54a等，根據晶片標記用圖案的像形成抗蝕劑膜54a1中的開口部45xa等。此外，在光罩r圖案的像曝光時，也可預先調整加大曝光量從而使抗蝕劑圖案的線寬變細，在該情況下，細化可被省略。此外，由於晶片標記用圖案的像的線寬大，由細化導致的線寬的變化小。

然後，將晶片w搬送至蝕刻裝置400，將抗蝕劑圖案作為掩模進行疏液層52的蝕刻，並剝離抗蝕劑(步驟112)。由此，如圖4的(c)和圖5的(a)所示，在照射區域sa的疏液層52上形成與抗蝕劑的多個引導圖案54a等形狀相同的、在y方向和x方向上延伸的線狀的多個引導圖案52a和52c，在劃線區域sl的疏液層52上，與晶片標記用的圖案的像對應地，以殘留膜部52b為背景形成：由在x方向上排列的多個開口部45xaa構成的x軸的標記部45xa、以及由在y方向上排列的多個開口部45ya1a等構成的y軸的標記部45ya1、45yb1。並且，將晶片w搬送至薄膜形成裝置300，例如通過旋塗而在晶片w的表面上，利用具有親液性與疏液性的中間性質的材料形成中性層55(步驟114)。中性層55堆積在疏液層52中的多個引導圖案52a和52c間的凹部以及作為標記部45xa、45ya1、45yb1內的凹部的開口部45xaa、45ya1a內。

之後，以覆蓋晶片w的中性層55的方式塗布例如正型的抗蝕劑層53後，將晶片w裝載在曝光裝置100上(步驟116)。然後，在晶片w的各照射區域sa曝光輔助光罩r1的圖案的像r1p(參照圖4的(c))，並將抗蝕劑層53顯影(步驟118)。由於在該情況下的曝光中不需要高的解析度，也可以使用其他低解析度的曝光裝置。如圖5的(a)所示，由於該像r1p在劃線區域sl的包含標記部45xa、45ya1、45yb1的區域中光量大，在其他區域(照射區域sa)中光量大致為0，所以在包含標記部45xa、45ya1、45yb1的劃線區域sl內的區域殘留有成為開口的抗蝕劑圖案53a(參照圖4的(d))。。並且，將抗蝕劑圖案53a作為掩模來蝕刻中性層55，並剝離抗蝕劑(步驟120)。由此，如圖5的(b)所示，從標記部45xa、45ya1、45yb1的開口部45xaa、45ya1a除去中性層55，照射區域sa的引導圖案52a和52c間的中性層55殘留。

然後，將從劃線區域sl的標記部除去中性層55而成的晶片w搬送至聚合物處理裝置500，例如通過旋塗，在晶片w上形成(塗布)包含嵌段共聚物(bcp)的聚合物層56(步驟122)。在本實施方式中，作為一例，使用聚苯乙烯(ps)和聚甲基丙烯酸酯(pmma)的二嵌段共聚物(ps-b-pmma)作為嵌段共聚物。另外，聚合物層56是嵌段共聚物本身，但也可以在聚合物層56中包含用於提高塗布性的溶劑和/或使自組裝變容易的添加物等。通過旋塗，聚合物層56僅形成在晶片w的中性層55的某部分及其附近的部分，在標記部(開口部45xaa、45ya1a)上不形成聚合物層56(參照圖4的(e))。

然後，通過將形成有聚合物層56的晶片w搬送至退火裝置600，並對聚合物層56實施退火(例如熱退火)，從而利用定向自組裝(dsa)將聚合物層56分離為兩種結構域(步驟124)。通過該情況下的定向自組裝，在器件用圖案的多個疏液性引導圖案52a的上表面上，聚合物層56發生相分離而成為：在引導圖案52a上成為疏液性的結構域56b，在其之間，親液性的結構域56a與疏液性的結構域56b周期性地配置。在本實施方式中，親液性的結構域56a由pmma(聚甲基丙烯酸酯)構成，疏液性的第二結構域56b由ps(聚苯乙烯)構成。

之後，將晶片w搬送至蝕刻裝置400，例如實施氧等離子體蝕刻，將形成在晶片w上的結構域56a、56b中的親液性的結構域56a選擇性地除去(步驟126)。並且，將殘留的結構域56b作為掩模，蝕刻中性層55並除去結構域56b(步驟128)，將被蝕刻的中性層55和標記部(開口部45xaa、45ya1a)的疏液層52作為掩模，進行晶片w的第一器件層dl1的蝕刻(步驟130的前半部)。如圖4的(f)所示，在器件層dl1的與多個結構域56a對應的區域中分別形成多個微細的凹部41xa，在標記部上形成凹部45xba，該凹部45xba成為圖2的(b)的晶片標記44x的凹部區域44xa。同樣地，也形成晶片標記44ya、44yb的凹部區域44ya(未圖示)。然後，將晶片w搬送至薄膜形成裝置300，如圖4的(g)所示，通過在晶片w的器件層dl1的凹部41xa和凹部區域44xa等中埋入金屬(例如銅)me，形成圖2的(b)的晶片標記44x、44ya、44yb和l&s圖案40x、40y(步驟130的後半部)。

之後，在步驟132(下一工序)中，在晶片w的器件層dl1上形成第二器件層的情況下，在晶片w的器件層dl1上形成薄膜，並塗布抗蝕劑，將晶片w裝載在曝光裝置100上。然後，使用晶片定位系統als檢測出附設於圖2的(a)的晶片w的規定的多個照射區域sa中的晶片標記wm(44x、44ya、44yb)的位置，使用該檢測結果進行晶片w的定位。並且，通過在晶片w的各照射區域sa曝光該器件層用的光罩的圖案的像，通過進行後處理形成第二器件層的圖案。

這樣，根據本實施方式的圖案形成方法，利用包含嵌段共聚物的聚合物層56的定向自組裝，在晶片w的各照射區域sa上形成具有比液浸光刻的解析度極限更微細的結構的l&s圖案40x、40y，並且在劃線區域sl的標記形成區域中，除去中性層55而不殘留聚合物層56。因此，在標記形成區域中，能夠與不使用定向自組裝的情況同樣地高精度地形成晶片標記。

本實施方式的效果等如以下所述。利用本實施方式的圖案形成系統的標記形成方法包含：步驟114，在具有器件層dl1(被加工層)的晶片w的器件層dl1上，形成可附著包含嵌段共聚物的聚合物層56的中性層55(中間層)，所述器件層dl1包含照射區域sa和劃線區域sl；步驟118、120，除去形成在劃線區域sl的標記部上的中性層55；步驟108～112，在劃線區域sl曝光標記像45xp，基於標記像45xp形成包含開口部45xaa(凹部)的標記部45xa；以及步驟120，在晶片w的器件層dl1上塗布包含嵌段共聚物的聚合物層56。

根據該標記形成方法，利用包含嵌段共聚物的聚合物層56的自組裝，能夠形成比液浸光刻的解析度極限更微細周期的電路圖案。並且，由於在器件層dl1的劃線區域sl的晶片標記的形成區域中除去了中性層55而不形成聚合物層56，能夠同時形成以往的形狀的晶片標記44x、44ya、44yb。因此，能夠使用該晶片標記高精度地進行器件層dl1與其上的器件層的對位。

此外，晶片標記44x、44ya、44yb的形狀是任意的，例如也可以在晶片w的不同器件層上形成x軸的晶片標記44x和y軸的晶片標記44ya、44yb。

[第二實施方式]

參照圖6～圖10說明第二實施方式。在本實施方式中也使用圖1的(a)的圖案形成系統，使用嵌段共聚物(bcp)的定向自組裝(dsa)而在晶片的器件層上形成器件用圖案和晶片標記。本實施方式的晶片(設為晶片w1)的照射排列與圖2的(a)的晶片w相同，但在本實施方式中，在x軸的晶片標記44x的凹部區域44xa中形成排列了微細的線寬的多個線圖案而成的微細的結構。以下，對於晶片標記44x進行說明，也同樣地能夠形成y軸的晶片標記44ya、44yb。另外，本實施方式的標記形成方法從圖3的標記形成方法省略了步驟116～120的工作(從形成晶片標記的區域除去中性層55的工作)。並且，在本實施方式中，在步驟108中，取代曝光光罩r的圖案，曝光形成了圖6的(a)的標記圖案46x的光罩r2的圖案的像。光罩r2的器件用圖案(未圖示)與光罩r相同。

如圖6的(a)所示，在光罩r2的與劃線區域sl對應的圖案區域中，形成有作為晶片標記的原版的x軸的標記圖案46x。標記圖案46x是在x方向上以周期p1/β(β為投影倍率)排列了與圖2的(b)的凹部區域44xa對應的部分透射區域46xa、與凸部區域44xb對應的遮光區域46xb而成的圖案。部分透射區域46xa的寬度與遮光區域46xb的寬度大致相同。此外，以下，為了便於說明，將光罩的圖案通過投影光學系統pl形成的像設為正立像。

在部分透射區域46xa中，分別將光透射部作為背景，在x方向上以周期p3/β(參照作為圖6的(a)的b部放大圖的圖6的(b))形成有由在y方向上細長的遮光膜構成的多個線圖案48x。線圖案48x的線寬為對應的周期p3/β的1/2。在本實施方式中，周期p3/β與曝光裝置100的投影光學系統pl在物體面側的解析度極限(波長193nm的液浸光刻中的解析度極限)大致相同，但也可以是比它稍大的程度。因此，光罩r2的標記圖案46x的像通過曝光裝置100被高精度地曝光在晶片w1的疏液層52上的劃線區域sl的例如正型抗蝕劑層上(步驟108)。

圖7的(a)表示在圖6的(a)的光罩r2的標記圖案46x的像向抗蝕劑層進行曝光、顯影以及細化後，由形成在晶片w1的疏液層52上的抗蝕劑圖案構成的x軸的抗蝕劑標記rpx。在圖7的(a)中，抗蝕劑標記rpx是在x方向上以周期p1排列了與圖6的(a)的光罩r2的部分透射區域46xa對應的線組區域rpxa、和與遮光區域46xb對應的凸區域rpxb而成的標記。另外，圖7的(b)是圖7的(a)的一個線組區域rpxa的放大圖，圖7的(c)和圖8的(a)是分別與圖7的(b)對應的部分的放大俯視圖。

在凸區域rpxb(在這裡，也是包圍線組區域rpxa的區域)中形成有抗蝕劑圖案54ac。而且，在線組區域rpxa中，隔著凹部70a，在x方向上以周期p3形成有分別在x方向上細長的、凸的多個線狀圖案(以下稱為引導圖案。)54ad。引導圖案54ad的線寬例如是周期p3(在這裡為波長193nm的液浸光刻中的周期換算的解析度極限)的數分之一～數十分之一左右(參照圖7的(b))。而且，通過在此後的步驟112中將抗蝕劑標記rpx作為掩模進行晶片w1的疏液層52的蝕刻，如圖7的(c)所示，在疏液層52的與線組區域rpxa對應的部分，將與抗蝕劑圖案54ac相同位置的殘留膜部52b作為背景，隔著凹部70a，在x方向上以周期p3形成在x方向上細長的、凸的多個線狀圖案(以下稱為引導圖案。)52d。之後，在步驟114中，在疏液層52的引導圖案52d間的凹部70a中形成中性層55。

在本實施方式中，在步驟114之後，工作轉移至步驟122，在晶片w1的形成了中性層55的區域上形成包含嵌段共聚物的聚合物層56(參照圖8的(b))。然後，通過聚合物層56的退火(步驟124)，如圖8的(a)和(b)所示，通過定向自組裝(dsa)，聚合物層56分離為兩種結構域。在該情況下，在晶片標記用的多個疏液性引導圖案52d的上方，聚合物層56相分離成：在引導圖案52d上成為疏液性的結構域56b，在多個引導圖案52d之間，親液性的結構域56a與疏液性的結構域56b在x方向上周期性地配置。在本實施方式中，親液性的結構域56a由pmma(聚甲基丙烯酸酯)構成，疏液性的結構域56b由ps(聚苯乙烯)構成。

之後，例如實施氧等離子體蝕刻，將形成在晶片w上的結構域56a、56b中的親液性的結構域56a選擇性地除去(步驟126)。並且，將殘留的結構域56b作為掩模，蝕刻中性層55(步驟128)，將被蝕刻的中性層55作為掩模進行晶片w1的器件層(作為第一器件層dl1)的蝕刻(步驟130的前半部)。如圖8的(c)所示，在器件層dl1的劃線區域sl的與多個結構域56a對應的區域中分別形成多個微細的凹部dl1xa，通過在凹部dl1xa中埋入金屬(例如銅)而形成線圖案58x，形成與圖8的(d)中的包含多個線圖案58x的凹部區域44xa平坦的凸部區域44xb。線圖案58x的周期p3a是圖7的(b)的周期p3的例如數分之一～數十分之一左右。

通過以上工序，如圖9所示，在晶片w的器件層dl1的劃線區域sl中，形成在x方向上以大致周期p3a(參照圖8的(d))排列了多個金屬的線圖案58x而成的凹部區域44xa、在x方向上以周期p1排列了凸部區域44xb而成的x軸的晶片標記44x。

在本實施方式中，當將曝光裝置100具備的晶片定位系統als的換算為周期的解析度極限(使用可視區域至近紅外的檢測光，光學上能夠檢測的極限)設為re(det)，將193nm的液浸光刻中的解析度極限的周期換算值設為re(exp)時，晶片標記44x的凹部區域44xa和凸部區域44xb的周期p1、解析度極限re(det)、解析度極限re(exp)、構成凹部區域44xa的線圖案58x的周期p3a之間具有以下關係。

p1≥re(det)>re(exp)>p3a…(1)

因此，由於線圖案58x的周期p3a小於晶片定位系統als的解析度極限re(det)，當用晶片定位系統als將圖9的晶片標記44x的像成像時，不形成多個線圖案58x的獨立的像。然而，由於在區域44xa、44xb間平均的反射率不同，能夠檢測周期p1的x軸的晶片標記44x的像。因此，即使在晶片標記44x上含有光學上不能檢測的結構，也能夠用晶片定位系統als高精度地檢測晶片標記44x的位置。

與此相對，如圖10的比較例中的在x方向上以周期p1排列了凸部區域44xcb和凹部區域44xca而成的晶片標記44xc所示，設想了與本實施方式同樣地，在凸部區域44xcb中通過引導圖案使包含嵌段共聚物的聚合物層進行自組裝的情況。在該情況下，與本實施方式同樣地，在凸部區域44xcb中以微細周期排列了多個線圖案58x。並且，由於在凹部區域44xca中，比較弱的定向自組裝也作用在該聚合物層上，所以在凹部區域44xca中，在x方向上排列了例如大致在y方向上蜿蜒的多個線圖案58r。結果，由於在凸部區域44xcb與凹部區域44xca中反射率之差變小，用晶片定位系統als檢測晶片標記44xc有可能變困難。

如上所述，本實施方式的標記形成方法包含：步驟104～112，在晶片w1的器件層dl1上曝光標記圖案46x的像，基於標記圖案46x的像形成包含凸區域rpxb(凸的線部)的抗蝕劑標記rpx(或與之對應的包含疏液層52的殘留膜部52b(凸的線部)的標記)；步驟122，在晶片w1的形成了抗蝕劑標記rpx(或與此對應的疏液層52的標記)的區域的凸區域rpxb(或殘留膜部52b)以外的部分塗布包含嵌段共聚物的聚合物層56；步驟124，使聚合物層56形成自組裝區域(結構域56a、56b)；步驟126，選擇性地除去該自組裝區域的一部分(結構域56a)；以及步驟128、130，使用該除去後的自組裝區域加工晶片w1的器件層dl1。

根據本實施方式，在使用嵌段共聚物的自組裝形成電路圖案時，能夠同時形成晶片標記，並且由於嵌段共聚物的自組裝在晶片標記的凸區域以外的部分進行，能夠光學上高精度地檢測形成的晶片標記。

此外，在本實施方式中，可進行以下的變形。

在本實施方式中，在圖7的(a)的抗蝕劑圖案的線組區域rpxa中，在與標記的周期方向相同的方向(x方向)上周期性地形成有引導圖案54ad。然而，由於根據使用的器件層的器件用圖案的構造，曝光裝置100的照明條件會發生變化，也可以是，通過該照明條件，在線組區域rpxa中，在與周期方向正交的方向上周期性地形成在x方向上延伸的引導圖案。並且，也可省略引導圖案。

另外，如圖11的(a)的第1變形例中的形成在晶片w2上的抗蝕劑標記rpxa、rpya、rpyb所示，將引導圖案54b的x軸的周期p3與引導圖案54c的y軸的周期p4設為相互不同的值，所述引導圖案54b沿x方向排列在抗蝕劑標記rpxa的用框部件54b1包圍的線組區域rpxa(凹區域)中，所述引導圖案54c沿y方向排列在抗蝕劑標記rpxa、rpyb的用框部件54c1包圍的線組區域rpya(凹區域)中。在該情況下，線組區域rpxa、rpya間的凸區域rpxb、rpyb是平坦的抗蝕劑部。在形成於對應的器件層上的器件用圖案的x方向上的微細度與y方向相比更微細的情況下，為了高精度地形成y軸上的引導圖案54c而使用該第1變形例。此後的嵌段共聚物的自組裝的動作與上述實施方式相同。

另外，在對應的器件層的器件用圖案具有通過嵌段共聚物的自組裝而形成的多個微小的孔(或通路等)的情況下，如圖11的(c)的一部分所示，也可以在線組區域rpxa、rpya(凹區域)中形成矩形的網格狀引導圖案54e。在該情況下，通過嵌段共聚物的自組裝，在引導圖案54e內的凹部70e中，以比周期p3小的周期p5a等形成例如由疏液性的結構域62b包圍的微小圓柱狀親液性結構域62a。然後，通過選擇性地除去結構域62a，蝕刻疏液層52和器件層，在圓形的凹部中埋入金屬等，能夠在凹區域中形成晶片標記，所述晶片標記形成了多個微小的孔圖案。該晶片標記也能夠用晶片定位系統als來檢測。

接著，如圖12的(a)的第二變形例的晶片w3所示，設想了如下情況：晶片w3的第一器件層dl1的最微細的器件用圖案為圖2的(b)的x軸的l&s圖案40x，與第一器件層dl1不同的(例如其上的絕緣層60a上的)第二器件層dl2的最微細的器件用圖案為圖2的(b)的y軸的l&s圖案40y。並且，在第一器件層dl1的圖案曝光時，為了提高x方向上的解析度，使用在x方向上分離的兩極照明，在第二器件層dl2的圖案的曝光時,為了提高y方向的解析度，使用了在y方向上遠離的兩極照明。

在該情況下，如圖12的(b)所示，在抗蝕劑圖案的階段中，在第一器件層dl1的劃線區域(標記形成區域)中，形成隔著凸區域rpxb在x方向上排列了多個線組區域rpxa(凹區域)而成的抗蝕劑標記rpx，所述線區域rpxa為在x方向上周期性地排列了在y方向上細長的引導圖案54b的結構。成為引導圖案54b的基礎的光罩的圖案的像用x方向的兩極照明被高精度地曝光。此後，與上述實施方式同樣地，使用包含嵌段共聚物的聚合物層的定向自組裝，在與線組區域rpxa對應的部分形成例如在x方向上排列的多個線圖案，並形成晶片標記44x。

另一方面，如圖12的(c)所示，在抗蝕劑圖案的階段中，在第二器件層dl2的劃線區域中，形成隔著凸區域rpyb在y方向上排列了多個線組區域rpya而成的抗蝕劑標記rpya、rpyb，所述線區域rpya為在y方向上周期性地排列了在x方向上細長的引導圖案54c的結構。成為引導圖案54c的基礎的光罩的圖案的像用y方向的兩極照明被高精度地曝光。此後，與上述實施方式同樣地，使用包含嵌段共聚物的聚合物層的定向自組裝，在與線組區域rpya對應的部分形成例如在y方向上排列的多個線圖案，並形成晶片標記44ya、44yb。之後，在晶片w3的定位時，通過由晶片定位系統als檢測出器件層dl1的x軸的晶片標記和器件層dl2的y軸的晶片標記，能夠進行晶片w3的x方向和y方向的定位。

接著，在使用上述各實施方式的圖案形成方法製造sram等半導體器件(電子器件)的情況下，如圖13所示，經過進行半導體器件的功能·性能設計的步驟221、製作基於該設計步驟的掩模(光罩)的步驟222、製造半導體器件用的襯底(或晶片的基材)的步驟223、襯底處理步驟224、器件組裝步驟(包含切割工序、接合(bonding)工序、封裝工序等加工工藝)225以及檢查步驟226等而製造半導體器件。另外，其襯底處理步驟224包含上述實施方式的圖案形成方法，該圖案形成方法包含：用曝光裝置在襯底上曝光光罩的圖案的工序、將曝光的襯底顯影的工序以及進行顯影的襯底的加熱(固化)和蝕刻的工序等。

換句話說，該器件製造方法包含襯底處理步驟224，該襯底處理步驟224包含使用上述各實施方式中的任一個圖案形成方法而在襯底上形成器件用圖案和晶片標記的工序。

根據該器件的製造方法，能夠使用曝光裝置，以高的重合精度來高精度地製造包含比曝光裝置的解析度極限更微細的電路圖案的半導體器件。

此外，在上述實施方式中作為製造對象的器件也可以是sram以外的dram、cpu、dsp等任意的半導體器件。並且，在製造半導體器件以外的成像元件、mems(microelectromechanicalsystems，微電子機械系統)等電子器件(微型器件)時也能夠適用上述實施方式的圖案形成方法。

另外，在上述實施方式中，作為曝光裝置，也可以使用不是液浸型的幹法型曝光裝置。另外，除了將紫外光作為曝光光線的曝光裝置以外，也可以使用：使用波長為數nm～數十nm左右的euv光(extremeultravioletlight：極紫外光)作為曝光光線的euv曝光裝置或將電子束作為曝光光線的電子束曝光裝置等。

另外，在上述實施方式中，作為嵌段共聚物，使用由(ps-b-pmma)形成的二嵌段共聚物。作為其它可使用的嵌段共聚物，例如有：聚(苯乙烯-b-乙烯基吡啶)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-異戊二烯)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸酯)、聚(苯乙烯-b-鏈烯基芳烴)、聚(異戊二烯-b-環氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-(乙烯-丙烯))、聚(環氧乙烷-b-己內酯)、聚(丁二烯-b-環氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-叔丁基(甲基)丙烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸酯-b-叔丁基甲基丙烯酸酯)、聚(環氧乙烷-b-環氧丙烷)、聚(苯乙烯-b-四氫呋喃)、聚(苯乙烯-b-異戊二烯-b-環氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-二甲基矽氧烷)、或聚(甲基丙烯酸酯-b-二甲基矽氧烷)，或包含這些嵌段共聚物中至少一種的組合等的二嵌段或三嵌段共聚物等。並且，作為嵌段共聚物，也可以使用無規共聚物。

優選地，嵌段共聚物具有能夠進行進一步處理的整體分子量和多分散性。

另外，也可以用在塗布了將該聚合物層溶解在溶劑中而成的液體後例如使溶劑揮發的溶劑流延法來進行包含嵌段共聚物的聚合物層的塗布。能夠使用在該情況下的溶劑根據嵌段共聚物的成分以及臨時使用的情況下各種添加物的溶解度條件而變化。針對這些成分和添加物的例示性流延溶劑包含：丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)、乙氧基乙基丙酸酯、苯甲醚、乳酸乙酯、2-庚酮、環己酮、乙酸戊酯、γ-丁內酯(gbl)、甲苯等。

另外，可添加至包含嵌段共聚物的聚合物層中的添加物可選自由附加聚合物(包含均聚物、星形聚合物以及共聚物、超支化聚合物、嵌段共聚物、接枝共聚物、超支化共聚物、無規共聚物、交聯聚合物以及含無機物的聚合物)、小分子、納米粒子、金屬化合物、含無機物的分子、界面活性劑、光酸產生劑、熱酸產生劑、鹼消光劑、固化劑、交聯劑、鏈延長劑以及包含前述物質的至少一種的組合構成的組。在這裡，一種或多種添加物與嵌段共聚物會合(associate)到一起而形成一個或多個自組裝結構域的部分。

此外，本發明不限定於上述實施方式，在不脫離本發明的構思的範圍內可採用各種結構。

附圖標記的說明

r1、r2…光罩，w…晶片(襯底)，als…晶片定位系統，sl…劃線區域，sa…照射區域，rpx…抗蝕劑標記，dl1…器件層，44x、44ya、44yb…晶片標記，44xa、44ya…凹部區域，44xb、44yb…凸部區域，46x、46yb…標記圖案，50…基材，52…疏液層，54…抗蝕劑層，54b、54c…引導圖案，55…中性層，56…包含bcp的聚合物層，56a…親液性的結構域，56b…疏液性的結構域，100…曝光裝置。