JP2005101313A - 微細パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジスト上への転写パターンサイズの調整を可能にした微細パターン形成装置を提供すること。
【解決手段】 原盤をレジストの塗布された被加工基板に押し付けることにより該被加工基板にパターンを転写する微細パターン形成装置において、前記原盤を前記被加工基板に押し付ける深さを制御する手段を有し、前記原盤の凸パターンの前記被加工基板に先に接する部分の寸法は、後から接する部分の寸法よりも大きくないことを特徴とする構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、原盤上のパターンを被加工基板へ押し付けることにより転写する微細パターン形成装置、およびそれを用いた半導体デバイス製造方法に関し、特に転写パターンサイズ制御の改善に関するものである。

近年、半導体集積回路の高密度高速化に伴い、集積回路のパターン線幅が縮小され、半導体製造方法にも一層の高性能化が要求されてきている。中でも特に高精度を必要とするパターン形成は、紫外線やＸ線、あるいは電子やイオンなど荷電粒子ビームの照射によるレジストの感光で化学反応を起こして半導体基板へパターン形成する方法に代わる技術として、超微細な凹凸パターンを有する硬質なモールドの押し付けでレジストあるいは基板自身に圧痕を残すことでパターン形成をするナノインプリントリソグラフィが考案されている。ナノインプリントは、露光光の波長による解像度の限界や、直描で問題となるスループット不足を共に克服する技術として期待できる。ナノインプリントによる微細パターニングとしては、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。図９を用いて従来技術を説明する。

図９−ａにおいて、モールド１０は原版となるモールドパターン１１をモールド台１２上に有している。また、基板側はウエハ２０上にパターニングを形成するレジスト２１を塗布する。

次に、ナノインプリントの工程を説明する。図９−ａのようにモールド１０とウエハ２０を対向させ、図９−ｂに示すようにモールド１０を矢印９０で示す方向に移動し、レジスト２１に押し付けることによって、モールド１０に描かれたパターンをレジスト２１上に転写する。そしてモールド１０をレジスト２１から離型すると、図９−ｃのようにレジスト２１にモールドパターン１１の凹凸にしたがって反転した凹凸が形成される。その後リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって、残膜部２２のレジストを除去し図９−ｄのようなパターニングができる。

以上がパターン形成の共通する基本工程であり、その後、９−ｄのレジスト膜をマスクにして下地のエッチングや、リフトオフなどの各々のプロセス工程を行う（不図示）。
米国特許第５７７２９０５号明細書

一般に、投影露光方式あるいはＥＢ直描方式では、転写パターンサイズの最適化のために例えばドーズ量や、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）温度や、現像時間など塗布工程、露光工程、現像工程における各パラメータの調整が必要である。このことは言い換えると、前記パラメータによって転写パターンサイズの制御が可能ということである。それに対し、上記従来例のナノインプリントはレジストを感光してパターンを形成するものでないため、上記各工程におけるパラメータによる転写パターンサイズの調整ができなかった。

そこで、本発明の例示的な目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、レジスト上への転写パターンサイズの調整を可能にした微細パターン形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての微細パターン形成装置は、原盤をレジストの塗布された被加工基板に押し付けることにより該被加工基板にパターンを転写する微細パターン形成装置において、前記原盤を前記被加工基板に押し付ける深さを制御する手段を有し、前記原盤の凸パターンの前記被加工基板に先に接する部分の寸法は、後から接する部分の寸法よりも大きくないことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い微細パターン形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図２は本発明の一実施例に係わるナノインプリント装置の概略構成を示している。

ナノインプリント装置本体３０は、全体をチャンバ３１で覆われており装置内部を一定の雰囲気に保っている。架台３２は剛性の高い構造をしており、ウエハ２０およびモールド１０の高精度な位置決めを可能としている。モールド１０は不図示のモールド搬送系により装置外部からモールドチャック３３に搬送、保持される。レジスト２１塗布済みのウエハ２０も不図示のウエハ搬送系により装置外部からウエハステージ３５上のウエハチャック３６に搬送、保持される。

モールドチャック３３はＺおよびωｘ、ωｙ方向に駆動可能なモールド駆動部３４を介して架台３２に取り付けられている。ウエハステージ３５は、Ｘ，Ｙ，Ｚおよび各軸の回転方向（ωｘ、ωｙ、ωｚ）に駆動可能であり、ウエハチャック３６に保持したウエハ２０のモールド直下へのＸＹ移動や姿勢補正ができる。

ウエハ高さセンサ３７は架台３２上に固定されたラインセンサであり、対向する位置にある部分のウエハ２０の高さ（センサ３７とウエハ表面間のＺ方向の間隔）を検出する。モールド高さセンサ３８はウエハステージ３５上に固定されており、モールドチャック３３に保持されたモールド１０の下にモールド高さセンサ３８が位置するようにウエハステージ３５をＸＹ方向に駆動して、対向する位置のモールド１０の高さ（センサ３８とモールド１０とのＺ方向の間隔）を計測する。

図１は、本発明によるモールドの一形態と、そのモールドを用いた転写パターンサイズの制御を表している。図１−ａで示すようにモールドパターン１０１は先端にいくほど細くなるくさび状になっており、ウエハ２０表面に塗布したレジスト２１に押し付ける深さに応じ転写パターンサイズが変化する。つまり、図１−ｂで示すようにモールドパターン１０１の先端がレジスト２１の表面から矢印１０２まで押し付け、モールド１０をウエハ２０から離して圧痕として転写されたパターンが図１−ｃである。この後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターニングを仕上げ図１−ｄのようにウエハ２０上に、矢印１０３で示す幅の凹状のパターンが形成される。

これに対し、図１−ｂ’のごとくモールドパターン１０１を先ほどの矢印１０２よりも深い矢印１０５までレジスト２１に押し付け、転写されたパターン（図１−ｃ’）を１−ｄと同じ条件のＲＩＥで仕上げた状態が図１−ｄ’である。図１−ｄと図１−ｄ’を比較すると凹状パターンの幅は浅く押し付けた図１−ｄの時の矢印１０３よりも、深く押し付けた時の図１−ｄ’に示す矢印１０６の方が幅広く形成されたるが、凹状パターンの中心を示す一点鎖線の位置と、その間隔は図１−ｄの矢印１０４、図１−ｄ’の矢印１０７とも同じとなっている。つまり、モールド１０の押し付けの深さによって、ライン＆スペースパターンの中心位置、間隔を保ったままでラインもしくはスペース（ネガ／ポジレジストで変わる）の幅を制御することが可能ということである。

さらに、図３はホールパターンのサイズ制御を示すものである。図３−ａに示すようにホールを形成するモールドパターン１０１は円錐状になっている。図３−ｂで示す矢印１０２までモールド１０を押し付けてパターン形成したホール形状と図３−ｂ’で示す矢印１０５までモールド１０を押し付けてパターン形成したホール形状をそれぞれ図３−ｄ、図３−ｄ’に示す。図３−ｄの矢印１０３で示したホール径よりもモールドを深く押し付けたときの図３−ｄ’の矢印１０６で示したホール径の方が大きいが、ホールの中心位置、間隔は矢印１０４と１０７、１０８と１０９より変わらないことが分かる。

このように転写する位置を変えずパターンサイズをモールド１０の押し付け量（Ｚ方向）で調整可能である。転写後の熱処理など、実プロセスを経て発生する転写パターンサイズの変化を予め先行ウエハで確認転写することにより調べ、同一ロット処理における所望のモールド押し付け量をレシピデータとして決定しておく。

図８のフローチャートを用い、パターン転写手順を説明する。なお、ここではモールド１０、ウエハ２０はともに装置内に搬入が完了しているものとする。

転写パターンの寸法精度、均一性を確保するため転写に先立ち、モールド１０とウエハ２０の対向面の平行だしを行い、全面を均等な圧力で押し付ける必要がある。そのための処理として、まずステップ８０１において、ウエハ高さセンサ３７の下で、ウエハステージ３５をＸＹ方向に駆動することでウエハチャック３６に保持されたウエハ２０を走査し、ウエハ上に塗布したレジスト２１の表面全体の高さをウエハ高さセンサ３７により計測する。ウエハ高さセンサ３７はウエハ直径分に相当する長さのラインセンサを走査方向と直角に配置している。計測時のウエハステージ３５のＸＹ座標とウエハ高さセンサ３７の検出値（Ｚ座標に相当する値）をそれぞれ主制御部４０に送信し、ウエハ表面の傾きやうねり情報を３次元テーブルとしてウエハを回収するまで主制御部内のメモリに記憶しておく。

つぎにステップ８０２で、ウエハステージ３５をＸＹ方向に移動することでモールドチャック３３に保持されたモールド１０とモールド高さセンサ３８とを対向させ、モールド１０表面のパターン領域でない複数ヶ所の高さ（Ｚ方向の間隔）を計測する。高さ計測点のＸＹ座標とモールド高さセンサ３８の出力値をそれぞれ主制御部４０に転送し、モールド表面を平面と見做し、最小二乗法などによりモールドの姿勢を算出し、モールド表面が予め定められた装置基準平面と平行になるよう、モールド駆動部３４へωｘ、ωｙ方向の補正量を指示する。この姿勢はモールド１０をモールドチャック３３から回収するまで保つもしくは、主制御部４０のメモリに記憶しておく。

ステップ８０３で、主制御部４０に予め送信されているレシピ情報に基づき、次に転写すべきショット位置がモールド１０に対向するように、ウエハステージのＸＹ駆動する。このとき、全面としてはうねりや厚みむらを持つウエハの表面のうち、モールド１０と対向するウエハ面部分がモールドと平行になるよう、先に主制御部内メモリに記憶したウエハ２０の表面情報に基づき、ウエハステージωｘ、ωｙを駆動する。

ステップ８０４で、モールド駆動部３４をＺ方向に駆動しモールド１０をウエハ２０の対向している部分へ押し付け塗布したレジスト２１部へ圧痕としてパターン転写を実行する。押し付け量の制御は、ステップ８０１とステップ８０２でそれぞれ求めたモールドおよびウエハの高さ情報よりモールド駆動に伴うモールド１０とウエハ２０の間隔を算出し、前述したようにレジスト表面からの押し付け深さがレシピデータとして記憶されている押し付け深さになるよう、Ｚ方向の駆動制御をする。

所望の深さ（Ｚ位置）までモールド１０を押し付けてパターン転写を実行したら、ステップ８０５でモールド駆動部３４をＺ方向に駆動し、モールド１０をウエハ２０から離す。

ステップ８０６でレシピデータに予定された全てのショットに対し転写が終了したか判断する。残ショットがあればステップ８０３に戻り、次ショットへの転写処理を繰り返す。もし残ショットがなければ、該当ウエハの転写処理を終了して回収処理へ進む。

図４に本発明の第二の実施例である装置概略構成を示している。図４が第一の実施例の図２と異なる点は、モールドチャック３３上に圧力センサ３９を有する点であり、この圧力センサによって、モールド１０のウエハ２０（レジスト２１）表面への押し付け力を検出することが出来る。実施例１と転写手順での相違点は、前記フローチャート図８のステップ８０４のパターン転写処理にある。実施例１では先にステップ８０１およびステップ８０２で実行したウエハおよびモールドの高さ情報を基にモールド駆動部３４のＺ駆動量を制御しているのに対し、本実施例は実際にモールド１０をウエハ表面に押し付けている圧力をリアルタイムで計測しながらモールド押し付け量（Ｚ方向）を制御するものである。この場合、レジスト２０の特性やモールドパターン形状（パターン密度や側面の傾斜角度など）の条件から押し付け圧力とレジストへの押し付け量（Ｚ方向）の関係を求めておき、パターン転写処理時に圧力からモールドの押し付け量を検知、制御すればよい。この場合でも押し付け開始時のモールド１０とウエハ２０の転写面が平行としてショット内で均一なパターンを得るために、ウエハ全面の高さ計測（ステップ８０２）とショットごとの姿勢制御（ステップ８０３内のチルト補正）は実行するほうが望ましい。

第一の実施例では、ライン＆スペースパターンにおいてラインの中心位置、間隔を保ち、パターンサイズ（ラインの幅）が制御可能なモールドパターンを示した。第三の実施例ではラインパターンの片辺の位置を不変とし、パターン幅を制御できるモールドを示す。

図５に、本実施例のモールドおよびパターンサイズ制御の概略を示す。モールドパターン１０１の形状は実施例１の図１では先端を中心に左右対象な傾きをしたくさび形状であったのに対し、図５のモールドパターン１０１片側（本実施例では右側）が垂直でもう一方が傾きを持つ左右非対象なくさび形状である。図５−ｂ、５−ｂ’のようにモールド１０のウエハ表面への押し付け深さの違い（矢印１０２と矢印１０５）により、この後、ＲＩＥによって仕上げたパターンはそれぞれ図５−ｄおよび図５−ｄ’のように形成される。押し付け深くすることでウエハ上に転写された凹パターンサイズが大きくなる（矢印１０３→矢印１０６）点は実施例１の図１と同様であるが、一点鎖線で示す凹パターンの中心位置は押し付けを深くすることで左にずれている。しかし二点鎖線で示す凹パターンの右辺は押し付け量によらず保たれている。このように、転写パターンの片側位置を変えず、押し付け量でパターンサイズを制御できることは、デバイスを作成するうえで前レイアのパターンとのアライメンで片側（本実施例の場合右側）の精度を厳しく、またプロセスを経ることでパターン位置やサイズの変動などの特性から転写時のパターンサイズ制御が要求される場合などに有効である。

なお、本実施例ではモールドパターンの片側を垂直にした例で片側位置不変を示したが、垂直だけに限定されるものでなく、左側面と右側面とで傾き角を変えて作成することも可能である。このようなモールドパターンの形状は、押し付け量により転写されるパターンの左右辺の変動量を非対象にする必要や、中心位置の移動量を制御する必要がある場合に有効である。

次に図６に示す第四の実施例は、第三の実施例の応用系であり、ウエハ上に転写されるライン＆スペースパターンにおいて、隣り合う２本の凹パターンを一組と見做し、間の凸パターンの位置とサイズを変えず、モールド１０の押し付け量でパターンサイズを制御するものである。

実施例３でモールドパターン１０１の全て同一形状のくさび形をしていたのに対し、本実施例は図６−ａのように凹凸パターンをそれぞれ括弧１０１−１で示した組み合わせと考えたとき、内側の向い合う側の辺を垂直にし、外側の辺に傾きを持たせたくさび形を成している。

実施例３と同様、図６−ｂ、図６−ｂ’のようにモールド１０のウエハ表面への押し付け深さの違い（矢印１０２と矢印１０５）により、この後、ＲＩＥによって仕上げたパターンはそれぞれ図６−ｄおよび図６−ｄ’のように形成される。ここでモールド１０の押し付けを深くすると全ての転写された凹パターンは矢印１０３から矢印１０６へとサイズが大きくなっているが、括弧１０１−１で括られた間の凸パターンは矢印１０４と矢印１０７で示すように位置、サイズとも保たれていることがわかる。

実施例３，４ともに言えることは、モールドパターン１０１の傾き角度をパターン毎に設計しておくことでレジスト２１への押し付け深さと転写されるパターンサイズの関係を個別に設定できる。

例えば、図１２で示すモールドをウエハ上に転写したとき、くさび状のモールドパターン１２０部分の転写パターンは、押し付け深さ（矢印１２２と矢印１２６）に応じパターンサイズが変わる（矢印１２３と矢印１２７）が、側面の角度が垂直であるモールドパターン１２１部分の転写パターンは押し付け深さによらず一定サイズ（矢印１２４と矢印１２８）の転写ができ、さらに全ての凹パターンの中心位置は保つ（矢印１２５と矢印１２９）ことができる。

図７に示す第五の実施例は、モールド１０の押し付け駆動量は一定として、塗布するレジストの厚みで転写パターンのサイズを制御する方法である。実施例１〜４のウエハ高さ計測処理における実際の検出値は、ウエハ高さセンサ３７からウエハ２０に塗布したレジスト２１の表面までの間隔を計測している。それに対し本実施例のウエハ高さ計測処理はレジスト２１層を透過してその下層のウエハ表面を検出するようなセンサで装置が構成されていることを想定している。以下に本実施例における転写パターンサイズ制御方法を説明する。

図７−ｂと図７−ｂ’ではレジスト２１の厚みを変えており、図７−ｂでは薄く、図７−ｂ’では厚い状態を表している。一方、ウエハ高さ計測はレジスト２１下層のウエハ表面を計測しているので、高さ計測データから算出した同一量のモールド駆動量で制御した場合、モールドパターン１０１の先端とウエハ表面の間隔（それぞれ矢印１０２’と１０５’）は同一の値となる。レジスト残膜部を除去するエッチングの条件により、図７−ｄ、図７−ｄ’で示すパターンサイズ（矢印１０３、矢印１０６）をパターン仕上げができる。図７は実施例１の図１と同じ型のモールドパターンで説明したが、これに限定されるものでなく、要求されるパターン調整仕様に応じ、実施例３の図５や実施例４の図６で用いた型のモールドパターンを使用することもできる。

次に上記説明した微細パターン形成装置または微細パターン形成方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。

図１０は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１００１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ１００２（モールド制作）では設計したパターンを形成したモールドを作製する。一方、ステップ１００３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ１００４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したモールドとウエハを用いて、インプリント技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ１００５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１００４で作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ１００６（検査）ではステップ１００５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１００７）される。

図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１０１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１０２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１０３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１１０４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１１０５（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ１１０６（パターン転写）では上述した微細パターン形成装置によってモールドの回路パターンをウエハに圧痕として転写する。ステップ１１０７（エッチング）では転写したレジスト像の残膜部分を削り取りパターンの成形をする。ステップ１１０８（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。繰り返しの中には、解像度の要求が厳しくないなどの理由から、微細パターン形成装置の代わりに露光装置、モールドの代わりにマスク（レチクル）、及びフォトレジストを用いてウエハ上にパターン転写することを組み合わせるのも可能である。

本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造できる。

以上説明したように、以上の本実施例によれば、モールドの凸部パターンの先端が細くなるよう、側面にテーパーを設け、レジストに押し付ける深さ（Ｚ方向の移動量）でレジスト面内方向の圧痕の大きさを制御できる。これによりプロセス過程などによって想定されるパターンサイズの変化を考慮した、高精度なパターン転写が実現できる。

さらには、同一のモールドで、積極的に所望な線幅を変えてパターン形成ができることから、異なるサイズの設計パターンを物理上１つのモールドで兼ねられ、モールドひいては微細パターン形成装置を用いて作成されデバイスを低コストに抑えることが可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１のモールドおよびパターン形成を説明する図である。 本発明の実施例１のインプリント装置を説明する概略構成図である。 本発明の実施例１のモールドおよびパターン形成を説明する図である。 本発明の実施例２のインプリント装置を説明する概略構成図である。 本発明の実施例３のモールドおよびパターン形成を説明する図である。 本発明の実施例４のモールドおよびパターン形成を説明する図である。 本発明の実施例５のパターン形成を説明する図である。 図１の実施例における露光シーケンスを示すフローチャートである。 従来例におけるモールドおよびパターン形成を説明する図である。 微小半導体デバイスの製造の流れを説明する図である。 図１０におけるウエハプロセスの詳細な流れを説明する図である。 本発明の実施例４のモールドおよびパターン形成を説明する図である。

符号の説明

１０ モールド
１１ 従来例のモールドパターン
１０１ 本発明のモールドパターン
２０ ウエハ
２１ レジスト
３０ インプリント装置本体
３１ チャンバ
３２ 架台
３３ モールドチャック
３４ モールド駆動部
３５ ウエハステージ
３６ ウエハチャック
３７ ウエハ高さセンサ
３８ モールド高さセンサ
３９ 圧力センサ
４０ 主制御部
４１ Ｗステージ位置制御部
４２ Ｍチャック位置制御部
４３ Ｗ高さ計測部
４４ Ｍ高さ計測部
４５ 押し付け圧力計測部
１０３ 浅く押し付けて形成された基板上凹パターン幅
１０４ 深く押し付けて形成された基板上凹パターン幅

Claims (5)

1. 原盤をレジストの塗布された被加工基板に押し付けることにより該被加工基板にパターンを転写する微細パターン形成装置において、
   前記原盤を前記被加工基板に押し付ける深さを制御する手段を有し、
   前記原盤の凸パターンの前記被加工基板に先に接する部分の寸法は、後から接する部分の寸法よりも大きくないことを特徴とする微細パターン形成装置。
2. 被加工基板と対向する原盤の表面の位置および姿勢を計測する原盤表面位置計測手段と、
   原盤と対向する被加工基板の表面の位置および姿勢を計測する基板表面位置計測手段と、
   該原盤表面位置計測手段の検出情報に基づき、原盤表面の位置および姿勢を補正する原盤位置補正手段と、
   該被加工基板表面位置計測手段の検出情報に基づき、被加工基板表面位置および姿勢を補正する基板位置補正手段とを有し、
   該押し付け制御手段は、該原盤表面位置計測手段および該基板表面位置計測手段のそれぞれの検出情報と該原盤位置補正手段と該基板位置補正手段のそれぞれの補正情報を基に原盤と被加工基板の間隔を制御することを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成装置。
3. 原盤を保持する原盤保持機構を有し、該原盤保持機構の原盤との接触面に、接触面と垂直方向にかかる押し付け力を検出する圧力計測手段を有し、該押し付け制御手段は、該圧力計測手段の測定情報を基に、原盤と被加工基板の間隔を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細パターン形成装置。
4. 原盤をレジストの塗布された被加工基板に押し付けることにより該被加工基板にパターンを転写する微細パターン形成方法において、
   前記レジストの厚みを変えることによって、前記原盤凸パターンの前記被加工基板表面への押し付ける深さを制御することを特徴とする微細パターン形成方法。
5. 被加工基板と原盤を用意する工程と、請求項１〜３のいずれか一項記載の微細パターン形成装置により該被加工基板に該原盤のパターンを転写する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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