JP2009200510A - リソグラフィックテンプレート - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィックテンプレートを形成する方法を提供する。
【解決手段】半導体装置４４のパターンは、光照射反応材料５０をその上に有する半導体装置４４に極めて近接してテンプレート４２を位置させ、圧力５２を加えて光照射反応材料５０をテンプレート４２上に在るレリーフ画像４８に流れ込ませることにより変形する。次に、テンプレート４２を通して光照射５３が行なわれ、光照射反応材料５０の一部をさらに硬化させ、光照射反応材料５０にさらにパターンを画定させる。次に、テンプレート４２が取り外されて半導体装置４４の製造が完了する。
【選択図】図９

Description

本発明は半導体装置、超小型電子装置、超小型電子機械装置、超小型流体装置に関し、特にリソグラフィックテンプレート、リソグラフィックテンプレートを形成する方法、及びリソグラフィックテンプレートを使用してこれらの装置を形成する方法に関するものである。

集積回路の製造には、或る態様で相互に作用する数層の材料の形成が含まれる。これらの層の内の一つ以上がパターニングされて、層の種々の領域が異なる電気特性を有することとなり、さらに層内で相互接続される、或いは、他の層に接続されて電気素子及び電気回路を形成する。これらの領域は種々の材料を選択的に導入する、或いは、除去することにより形成される。このような領域を規定するパターンは多くの場合、リソグラフィプロセスにより形成される。例えば、フォトレジスト材料層がウェハ基板を覆う層の上に塗布される。フォトマスク（透明及び不透明領域を含む）は、このフォトレジスト材料を紫外光、電子線またはｘ線などの照射により選択的に露光するために使用する。この照射に晒されるフォトレジスト材料、或いは、この照射に晒されないフォトレジスト材料のいずれかが現像液を振りかけることにより除去される。次に、残留するレジストにより保護されない層に対してエッチングが行なわれ、次にレジストを除去すると、基板を覆う層がパターニングされている。

上記のようなリソグラフィプロセスは通常、パターンをフォトマスクから装置に転写するために使用される。半導体装置上のパターンサイズがサブミクロンレベルに縮小されると、高密度半導体装置をパターニングするための新しいリソグラフィプロセス、またはリソグラフィ技術が必要となる。この要求を実現し、インプリントし、スタンプする原理を含んだいくつかの新しいリソグラフィ技術が提案されてきた。特にそのうちの一つとして、ステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィ（ＳＦＩＬ）を用いれば、ラインを最小６０ｎｍの幅にまでパターニングできることが示されている。

ＳＦＩＬテンプレートは通常、８０〜１００ｎｍ厚さのクロム層を透明な石英プレート上に成膜することにより形成する。レジスト層がクロムに塗布され、電子ビームまたは光学露光システムのいずれかを用いてパターニングされる。次に、レジストが現像液に浸されてクロム層上にパターンが形成される。レジストはマスクとして使用されてクロム層がエッチングされる。次に、クロムがハードマスクとして機能して石英テンプレートがエッチングされる。最後に、クロムを除去することにより、レリーフ画像を含む石英テンプレートが石英に形成される。

全体としてＳＦＩＬ技術は、ＳＦＩＬプロセスを実行するために必要な光化学・常温処理と低接触圧を独特の方法で上手く利用している。通常のＳＦＩＬプロセスの間、基板は有機平坦化層に覆われ、その後、透明なＳＦＩＬテンプレートに非常に近接して配置されるが、このテンプレートは通常石英からなり、レリーフ画像を含み、低い表面エネルギー材料に覆われている。紫外線または遠紫外線に反応して硬化する光硬化有機溶液がテンプレートと有機平坦化層に覆われた基板との間に挿入される。最小圧力を使用して、テンプレートが基板、さらに詳細には光硬化有機層と接触させられる。次に、有機層は、テンプレートを通しての光照射により常温にて硬化させられ、または架橋させられる。光源は通常、紫外線を照射する紫外線光源である。波長が１５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の光を用いることができるが、この範囲はテンプレートの光透過特性と光硬化有機物の感光性に依存する。次に、テンプレートが基板と有機層から離され、テンプレートレリーフの有機レプリカを平坦化層の上に残す。次に、このパターンは、ハロゲンに短時間晒されてエッチングされ、続いて酸素リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により、有機層及び平坦化層に高解像度、高アスペクト比のパターンが形成される。

リソグラフィマスクとリソグラフィックテンプレートとの差異に注目されたい。リソグラフィマスクはステンシルとして使用されて光の空中像をフォトレジスト材料に伝える。リソグラフィックテンプレートはその表面にエッチングにより形成されたレリーフ画像を有し、型または鋳型を形成する。ＳＦＩＬの間、光硬化型の液がレリーフ画像に流れ込むとパターンが画定され、続いて硬化させられる。標準のインプリントリソグラフィの間、基板材料表面上にある材料がその上に加わる圧力により変形するとパターンが画定される。従って、マスクとテンプレートに必要な特性は全く異なる。

ＳＦＩＬ技術はパターンを最小６０ｎｍにまで解像する技術であることが立証されてきた。このように、広範囲の種類のパターンサイズが単一ウェハ上に描画される。しかしながら、ＳＦＩＬテンプレート形成方法には或る問題が存在する。特に、テンプレート形成を現在のリソグラフィ装置及びハンドラーに組み入れることに関して問題が生じる。ＳＦＩＬ用の通常のテンプレート形成には、標準の６インチ×６インチ×０．２５０インチのフォトマスクまたはテンプレート材料を１インチ平方の大きさに切り出す必要がある。この切り出し処理により実際のテンプレート最終製品に相当な量の汚染が生じることがよく知られている。またこの方法においては、試験、ハンドリング、検査、及び修理のために標準外の装置を使用することが必要であり、これにより形成プロセスに費用及び複雑さが加わる。一旦テンプレートが形成されると、テンプレートは、先行技術として参照された図１の概略図のように、キャリアに搭載されて使用される。特に、キャリア１２に搭載されたパターン部１１を含むテンプレート１０が示されるが、このテンプレートにおいては、矢印１４で示す力、通常は圧縮力がキャリア１２によりテンプレートの外側垂直側面に加えられる。テンプレート１０はこのキャリア１２と力１４により基板ウェハ１６に対して正規の位置に保持され、使用されることによりＳＦＩＬを首尾よく完了させる。

前に述べたように、この１インチテンプレートの形になると、一旦テンプレート１０を切り出した後は、標準のフォトマスク検査装置を使用できず、装置のクリーニングができない。このような支障が生じるのは、標準のフォトマスク装置が大きな形状、通常３インチから９インチの範囲、最も一般的な実施形態では５インチから６インチの範囲の形状を利用するからである。テンプレートの周辺は通常矩形であるが、円形または丸みを帯びた形状を使用することもでき、位置合わせ用に周辺表面内または上に形成されるフラット、ノッチなどを含むこともできる。また、特殊なキャリア装置１２は、テンプレート１０が１インチ平方という標準外の形状であるためテンプレート１０を搭載して使用に供するようにすることが要求され、キャリア装置１２内に搭載するために必要な圧縮力１４によりテンプレートのパターン部１１に歪を生じさせる。従って、リソグラフィプロセスに使用されるテンプレートを改良すると多くの利点が得られ、このプロセスにおいては、テンプレートが当該産業に見られる標準のフォトマスク装置に適応するように形成される。

本発明の目的は改良リソグラフィックテンプレート、このリソグラフィックテンプレートを形成する方法、及びこの改良リソグラフィックテンプレートを使用して装置を製造する方法を提供するものであり、この方法においてはこの技術分野に現在見られる標準の処理及び検査装置を使用することができる。

本発明のさらに別の目的は改良リソグラフィックテンプレート、このリソグラフィックテンプレートを形成する方法、及びこの改良リソグラフィックテンプレートを使用して装置を形成する方法を提供するものであり、この方法においてはテンプレートの改良により高い生産性及び高い費用効果が達成される。

本発明は、半導体装置、超小型電子装置、超小型電子機械装置、超小型流体装置に関し、特にリソグラフィックテンプレート、リソグラフィックテンプレートを形成する方法、及びリソグラフィックテンプレートを使用してこれらの装置を形成する方法に関するものである。テンプレート台がその一部として形成された平板材料を含むリソグラフィックテンプレートを開示するものであり、このテンプレート台の最上層表面にはレリーフ画像が形成される。テンプレートは次のようにして形成される。すなわち、最上層表面を有し、その最上層表面にテンプレート台が画定された基板を設け、このテンプレート台の最上層表面にエッチングパターンを形成する。さらに、上記のように設けられるリソグラフィックテンプレートを使用して装置を製造する方法を開示するものであり、この装置製造方法は、基板を設ける工程と、変形可能な材料を基板に塗布する工程と、前に開示したリソグラフィックテンプレートを設ける工程と、変形可能な材料に接触するようにリソグラフィックテンプレートを位置させる工程と、テンプレートに圧力を加えて変形可能な材料にパターンを生成させる工程と、光照射を適切に行ってリソグラフィックテンプレートを透過させ、少なくとも基板上の変形可能な材料の一部を露光することにより、変形可能な材料に画定されたパターンにさらに影響を与え、続いて、基板からテンプレートを取り外す工程と、を有する。

この技術分野において公知のステップアンドフラッシュリソグラフィを利用して装置を形成する方法を模式的に示す断面図。 本発明の第１の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明の第１の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明の第１の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明の第２の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明の第２の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明の第２の実施形態に従ってリソグラフィックテンプレートを形成するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明に従ってリソグラフィックテンプレートを使用して半導体装置を製造するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明に従ってリソグラフィックテンプレートを使用して半導体装置を製造するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明に従ってリソグラフィックテンプレートを使用して半導体装置を製造するプロセス工程を模式的に示す断面図。 本発明に従ってリソグラフィックテンプレートを使用して半導体装置を製造するプロセス工程を模式的に示す断面図。

上気した記載した発明に関する前述のさらに多くの特定の目的及び利点は、発明の好適な実施形態に関する下記の詳細な説明を図面を参照することにより、この技術分野の当業者に容易に理解される。

図を簡単、明瞭にするために、図の中に示す素子は必ずしも実寸通りに描いていない。例えば、或る素子の寸法は明確化のために他の素子に比べて誇張されている。また、適切と考えられる箇所では、該当する、または類似の素子を示すために参照番号が複数の図の中で繰り返される。

本発明はテンプレートの改良に関するものであり、このテンプレートはクリーニング及び検査装置のような公知のフォトマスクハンドリング装置を利用することができ、更には、半導体装置にパターンを生成させるＳＦＩＬだけでなく標準のインプリントリソグラフィにおける使用に適するテンプレートを実現させる。図２〜４を参照すると、模式化した断面図には、本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成する複数のプロセス工程が示される。さらに詳細に図２を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレート２０を形成するプロセスにおける第１工程が示される。特に、表面２３を有する基板２２が示される。基板２２は石英材料、ポリカーボネート材料、パイレックス（登録商標）材料、サファイア材料、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）材料、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）材料のような透明材料、または透光性の他の同様なあらゆるタイプの材料からなるものとして開示される。基板２２は光を透過させるために透明材料から形成される。図２に示すように、基板２２にはその一部としてテンプレート台２４が形成されている。テンプレート台２４はこの特殊な実施形態においては、基板２２が製造プロセス中にエッチングされてテンプレート台２４を形成する、または別の方法として、成形工程などを通して形成されることにより、基板２２の統合部分として形成される。図示のように、この実施形態においては、テンプレート台２４は基板２２をエッチングする、或いは、成形することにより基板２２と一体に形成される。さらにこの開示においては、テンプレート台２４が基板２２の表面２３に接着させた別個の構成要素として形成することも考えられる。

次に図３には基板２２が示され、この基板は最上層表面２３上に画定されたテンプレート台２４を有する。図示のように、テンプレート台２４は基板２２の表面２３から突出するように形成される。テンプレート台は最上層表面２５を形成する。図示のように、テンプレート２０は所定の寸法“ｘ”，“ｙ”，及び“ｚ”を有する。寸法“ｘ”は図示のように、基板２２の表面２３からのテンプレート台２４の高さを表す。寸法“ｙ”は図示のように、基板２２の厚さを表す。寸法“ｚ”は図示のように、テンプレート台２４の全幅寸法を表し、この寸法が今度は、テンプレート台２４の表面２５上に形成されるパターン領域、またはレリーフ画像に関連する。寸法“ｘ”は、この産業分野において現在使用されているものと同様なキャリア装置がＳＦＩＬプロセス中にテンプレート２０を捕捉するために十分な深さ寸法である必要がある。寸法“ｙ”は、ＳＦＩＬプロセス中にテンプレート２０の剛性を確保するために十分な厚さ寸法である必要がある。寸法“ｚ”は、ＳＦＩＬプロセス中にウェハ上に印刷を行なうために必要なチップ面積、またはパターン領域に依存して変化する。

次に図４のように、レリーフ画像またはエッチングパターン２６がテンプレート台２４の最上層表面２５の上に形成される。エッチングパターン２６は公知のパターニング技術を使用して形成される。通常、膜厚８０〜１００ｎｍのクロム層が透明な石英プレート上に成膜される。レジスト層がこのクロムに塗布され、電子ビーム装置または光学露光装置を使用してパターニングされる。次に、レジストが現像液に浸されてクロム層上にパターンが形成される。このレジストはクロム層をエッチングするためのマスクとして使用する。次に、クロムが石英プレートをエッチングするためのハードマスクとして機能する。最後に、クロムが除去されると、石英にレリーフ画像を含んだ石英テンプレートが形成される。

次に、図５〜７を参照すると、模式化した断面図には、本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成する複数のプロセス工程が示される。さらに詳細に図５を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレート３０を形成するプロセスにおける第１工程が示される。特に、表面３３を有する基板３２が示されている。基板３２は石英材料、ポリカーボネート材料、パイレックス（登録商標）材料、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）材料、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）材料のような透明材料、または透光性の他の同様なあらゆるタイプの材料からなるものとして開示される。基板３２は光を透過させるために透明材料からなる。基板３２はその表面上に形成されるパターン化されたレジスト層３４を有する。この特定の実施形態におけるパターン化されたレジスト層３４は、図５に示すように基板３２の表面３３上に形成される。特に形成プロセス工程中に、パターン化されたレジスト層３４はパターン化される予定の基板表面の一部の上に形成される。形成プロセス工程中において、パターン化されたレジスト層３４の下に位置する基板３２の一部がエッチングされると、図６に示すように基板３２の一部の上にエッチングパターン３６が画定される。次に図７に示すように、基板３２はエッチングされてテンプレート台３８が画定されるが、このテンプレート台の上には、最上層表面３９、すなわち、エッチングパターンまたはレリーフ画像３６が形成される。図３に関連してすでに記載したように、テンプレート３０は図３と同様な寸法“ｘ”，“ｙ”，及び“ｚ”を有し、剛性などを確保するために図３と同様な寸法特性を有することとなる。

次に図８〜１１にはプロセス工程が示され、このプロセス工程では、本発明に従って形成される、図２〜７のテンプレート２０または３０とほぼ同じのリソグラフィックテンプレートが半導体装置４０を製造するために使用される。ここで、半導体装置の製造方法が図８〜１１を参照しながら記載されるが、ここにおける開示により、超小型電子装置、超小型電子機械装置、及び超小型流体装置の製造方法が明らかになるものと考えられる。

最初に半導体基板４４が設けられる。半導体基板には材料層５０により覆われるが、この材料層はそこに加えられる圧力により変形する特性を有する。標準のインプリントリソグラフィが使用される例においては、材料層５０は一般的に、この技術分野において公知であり、標準のレジスト材料であればどのような材料から形成されていてもよい。もう一つ別の方法として、ＳＦＩＬ技術を使用するこの特定の実施形態に示すように、材料層５０は、光硬化有機層またはフォトレジスト層のような光照射により反応する材料として開示される。半導体基板４４はその上を覆う、ポリシリコン、酸化物、金属などのような素子または素子層のみならず、トレンチ及び拡散領域などを有することができる。ソグラフィックテンプレート４２は、図２〜４または図５〜７についての記載に従って形成される。図示のように、ソグラフィックテンプレート４２の表面には、エッチングパターンまたはレリーフ画像４８が形成されている。次に、光照射反応材料層５０に覆われた半導体基板４４は、図９に示すように、ソグラフィックテンプレート４２に近接配置される。図示のように、テンプレート４２はキャリア装置４６により正規の位置に保持される。キャリア装置４６はテンプレート４２の外側部分４７を保持するように位置させられると、ＳＦＩＬプロセス工程中において、キャリア装置４６のクリアランスが確保される。次に図９に示すように、微小な圧力５２がテンプレート４２に加えられ、光照射反応材料層５０がテンプレート４２上のレリーフ画像４８に流れ込む。次に、光照射５３がリソグラフィックテンプレート４２を通過して行なわれ、そして、光照射反応材料層５０に覆われた半導体基板４４上に作画されて光照射反応材料層５０にさらにパターンを画定し、焼き付ける。標準のインプリントリソグラフィが実行される例においては、光照射工程は省略されることに注目されたい。その後図１０に示すように、テンプレート４２が半導体装置４４から取り除かれると、パターン化された有機層５２が残され、次の処理において画像層として使用される。次にパターン化された有機層５２はマスクとして使用され、イオン注入が行なわれて半導体基板４４に注入領域を形成する、或いは、図１１に示すように、従来のウェットエッチングまたはドライエッチングに使用されてパターン５４を半導体基板４４に転写する、または半導体基板４４を覆う素子層（図示せず）に転写する。半導体基板４４をパターニング５４した後、パターン化された有機層５２が除去される。ここで、本発明に従って形成されたテンプレートは、好適な実施形態において半導体装置を製造するために使用されるものとして記載されているが、図２〜７に示すテンプレート２０または３０とほぼ同じのテンプレートを使用することにより、超小型電子装置、超小型電子機械装置及び超小型流体装置を形成することも意図していることを理解されたい。

この明細書に含まれる前述の記載及び図により、本発明に関連して得られる利点の多くが示される。特に本発明はテンプテンプレート設計における改良を可能とするものであり、この改良により、標準のリソグラフィ処理及び試験装置に関連する形でテンプレート設計を利用することができることとなる。

このように本発明は、リソグラフィックテンプレート及びその形成方法と、前述の要求及び利点に全て合致する使用方法を提供するものであることが明白であろう。本発明はその特定の実施形態を参照しながら記載され、図示されてきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されるものではない。この技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲における修正及び変更を行なうことが可能であることが理解されるであろう。従って、本発明はそのような変更及び修正すべてを添付の請求項の技術範囲内のものとして包含するものである。

Claims (1)

1. 第１の基板を設ける工程と、
   圧力が加えられると変形する特性を有するとともに、照射する光に反応する特性を有する光照射反応材料層を、前記第１の基板に塗布する工程と、
   第２の基板の表面上に形成され、レリーフ画像が最上層表面に画定されたテンプレート台を備えているリソグラフィックテンプレートを、前記リソグラフィックテンプレートと前記第１の基板との間に位置する前記光照射反応材料層に接触するように配備する工程と、
   前記リソグラフィックテンプレートに圧力を加えて前記光照射反応材料層を変形させて前記光照射反応材料層を前記テンプレート上の前記レリーフ画像の形状に成形する工程と、
   前記リソグラフィックテンプレートを透過する様式で前記光照射反応材料層を露光することによって、前記光照射反応材料層にさらにパターンを画定する工程と、
   前記リソグラフィックテンプレートを前記第１の基板から取り外す工程とを有する、デバイスの製造方法。

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