JP2010087188A - 転写原版の製造方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被転写体上に微細なパターンを高精度に転写することが可能な転写原版の製造方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体装置の製造方法は、被転写材料に接触させてパターンを前記被転写材料に転写する転写原版用の基板材料の表面の高さ分布情報に基づいて、前記基板材料の前記表面の平坦度が所定の値以下の基板領域を求める工程と、前記平坦度が所定の値以下の基板領域に凹部パターンを形成する工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細なパターンを半導体装置のウェハやマスク等の基板に転写するための転写原版の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において、１００ｎｍ以下の微細パターンの形成と、量産性とを両立させる技術として、被転写体上に転写原版（テンプレート）の型（凹凸パターン）を転写する光ナノインプリント法が注目されている。

この光ナノインプリント法は、転写すべき凹凸パターンを形成したテンプレートを、基板上に塗布されている光硬化性物質に押し付け、これに光照射を行って光硬化性物質を硬化させることにより、光硬化性物質にパターンを転写する方法である（例えば、特許文献１、２参照。）

特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００１−６８４１１号公報

本発明の目的は、被転写体上に微細なパターンを高精度に転写することが可能な転写原版の製造方法、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、被転写材料に接触させてパターンを前記被転写材料に転写する転写原版用の基板材料の表面の高さ分布情報に基づいて、前記基板材料の前記表面の平坦度が所定の値以下の基板領域を求める工程と、前記平坦度が所定の値以下の基板領域に凹部パターンを形成する工程と、を含む転写原版の製造方法を提供する。

また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、上記の製造方法によって製造された転写原版を被加工膜上に形成された被転写材料に接触させて前記被転写材料にパターンを転写する工程と、前記被転写材料を加工して前記被加工膜の一部を露出させる工程と、前記被転写材料をマスクとして用いて、露出した前記被加工膜を加工する工程とを含む半導体装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、被転写体上に微細なパターンを高精度に転写することが可能になる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る測定装置の概略の構成を示す図である。図２は、計算機が処理する情報を示す図である。

この測定装置１は、テンプレート用基板材料（転写原版用の基板材料）２の高さ分布情報を測定する測定部３と、測定部３によって測定された高さ分布情報からテンプレート用基板材料２の平坦度が良好な部分を決定する計算機４とを備える。

テンプレート用基板材料２は、紫外線に対して光透過性を有する材料、例えば石英基板等から形成され、テンプレート（転写原版）よりも大きいサイズ、例えば２５×２５ｃｍ、厚さ約６ｍｍを有する。また、テンプレート用基板材料２は、平坦度が測定される表面２ａと、後述するステージ３５上に静置される裏面２ｂとを有する。テンプレートの裏面の平坦度がパターンの転写に影響を及ぼさないようにするため、裏面２ｂは、平坦度が高精度に仕上げられていることが好ましい。

ここで、「高さ分布情報」とは、吸着固定しない状態で静置されたテンプレート用基板材料２の上面（表面２ａ又は裏面２ｂ）の任意の点の座標を（ｘ，ｙ）とし、基準平面からテンプレート用基板材料２の上面の任意の点までの高さをｈとするとき、ｈ（ｘ，ｙ）で表されるものをいう。「平坦度」とは、テンプレート用基板材料２の上面全体について測定された高さ分布情報のうち所定の領域での高さの最大値と最小値の差をいう。

（測定部の構成）
測定部３は、レーザ光３０ａを出射する光源３０と、レーザ光３０ａの光軸上に配置された、レンズ３１、ハーフミラー３２、コリメータレンズ３３及び基準板３４と、テンプレート用基板材料２が静置されるステージ３５と、ハーフミラー３２及び結像レンズ３６を介してテンプレート用基板材料２側を撮像するカメラ３７とを備える。

基準板３４は、例えば、ガラスプレートからなり、平坦度が高精度（例えば１ｎｍ以下）に仕上げられた基準面３４ａを有する。

カメラ３７には、光源３０から出射されたレーザ光３０ａが、レンズ３１、ハーフミラー３２、コリメータレンズ３３及び基準板３４を介してテンプレート用基板材料２に入射し、テンプレート用基板材料２の表面２ａで反射した光が物体光３０ｂとしてハーフミラー３２及び結像レンズ３６を介してカメラ３７に入射する。

また、カメラ３７には、レーザ光３０ａが基準板３４を透過する際、一部が基準面３４ａで反射した、その光が参照光３０ｃとしてハーフミラー３２及び結像レンズ３６を介して入射する。

そして、物体光３０ｂと参照光３０ｃは、カメラ３７の撮像面で重なり、互いに干渉を起こして干渉縞画像が形成される。基準面３４ａが十分に精度の良い平面である場合には、干渉縞画像は、テンプレート用基板材料２の表面２ａの高さ分布情報を表す。カメラ３７は、高さ分布情報を計算機４に出力する。

なお、測定部３は、上記の方法に限定されない。例えば、光又は超音波等を出射するとともにそれを受信する測距センサをテンプレート用基板材料２の表面２ａに平行に相対的に移動させて、測距センサとテンプレート用基板材料２の表面２ａとの距離を測定してもよい。

（計算機の構成）
計算機４は、高さ分布情報受付部４０、平坦領域抽出部４１及び切り出し領域決定部４２Ａを備える。計算機４は、測定装置１全体を制御するＣＰＵと、データやＣＰＵのプログラムを記憶するメモリとを有するコンピュータによって構成することができる。ＣＰＵは、プログラムに従って動作することにより、高さ分布情報受付部４０、平坦領域抽出部４１及び切り出し領域決定部４２Ａとして機能する。なお、高さ分布情報受付部４０、平坦領域抽出部４１及び切り出し領域決定部４２Ａは、それらの全て又は一部がＡＳＩＣ(Application Specific IC)等のハードウェアによって構成されていてもよい。

高さ分布情報受付部４０は、カメラ３７から図２（ａ）に示す高さ分布情報４０ａを受け付ける。高さ分布情報４０ａは、例えば左上の角を原点Ｐ_０（０，０）とする関数ｈ（ｘ，ｙ）で表すことができる。

平坦領域抽出部４１は、高さ分布情報４０ａから、図２（ｂ）に示すように、平坦度が所定の値以下の平坦領域４１ａを抽出する。平坦度の所定の値は、例えば、１〜５ｎｍ又は１〜１０ｎｍの範囲で、テンプレートに形成される凹部パターンの凹部の幅、深さ、配列等に応じて定めることができる。

切り出し領域決定部４２Ａは、平坦領域抽出部４１によって抽出された平坦領域４１ａ内にテンプレート用基板のサイズ（例えば１０ｃｍ×１０ｃｍ）に対応した領域を配置できるか否かを判定し、平坦領域４１ａ内に配置できる場合には、図２（ｃ）に示すように、その領域を切り出し領域４２ａとして決定する。切り出し領域４２ａの左上の角の座標をＰａ（ｘａ，ｙａ）、切り出し領域４２ａのｘ方向のサイズをＬｘａ（例えば１０ｃｍ）、ｙ方向のサイズをＬｙａ（例えば１０ｃｍ）とすると、図２（ｃ）に示すように、１０ｃｍ×１０ｃｍの切り出し領域４２ａを決定することができる。

（製造方法）
次に、テンプレートの製造方法の一例と、そのテンプレートを用いた半導体装置の製造方法の一例について説明する。

（１）高さ分布情報の測定
図１に示す測定装置１を用いてテンプレート用基板材料２の表面２ａの高さ分布情報を測定する。すなわち、光源３０からレーザ光３０ａを出射すると、レーザ光３０ａは、レンズ３１、ハーフミラー３２、コリメータレンズ３３及び基準板３４を介してテンプレート用基板材料２に入射し、テンプレート用基板材料２の表面２ａで反射した光が物体光３０ｂとしてハーフミラー３２及び結像レンズ３６を介してカメラ３７に入射する。

一方、レーザ光３０ａが基準板３４を透過する際、一部が基準面３４ａで反射し、その光が参照光３０ｃとしてハーフミラー３２及び結像レンズ３６を介してカメラ３７に入射する。

物体光３０ｂと参照光３０ｃは、カメラ３７の撮像面で重なり、互いに干渉を起こして干渉縞画像（高さ分布情報）が形成される。カメラ３７は、高さ分布情報を計算機４に出力する。

（２）切り出し領域の決定
計算機４の高さ分布情報受付部４０がカメラ３７から高さ分布情報４０ａを受け付けると、平坦領域抽出部４１は、高さ分布情報４０ａから平坦度が所定の値以下の平坦領域４１ａを抽出する。平坦領域４１ａを抽出できない場合は、別のテンプレート用基板材料２について、前述したのと同様に高さ分布情報の測定、及び平坦領域の抽出を行う。

切り出し領域決定部４２Ａは、平坦領域抽出部４１によって抽出された平坦領域４１ａ内にテンプレート用基板１２のサイズに対応した領域を配置できるか否かを判定し、平坦領域４１ａ内に配置できる場合には、その領域を切り出し領域４２ａとして決定する。平坦領域４１ａ内にテンプレート用基板１２のサイズに対応した領域を配置できない場合は、別のテンプレート用基板材料２について、前述したのと同様に高さ分布情報の測定、平坦領域の抽出、及び切り出し領域の決定を行う。

（３）切り出し工程
図３（ａ）〜（ｄ）は、テンプレート用基板の切り出し工程を説明するための図である。テンプレート用基板材料２は、例えば、２５×２５ｃｍのサイズを有し、図３（ａ）に示すように、表面２ａに平坦度が所定の値以下の平坦領域２ｃが存在しているとする。

図３（ｂ）に示すように、計算機４の切り出し領域決定部４２Ａによって決定された切り出し領域４２ａに対応する切り出し領域（基板領域）２ｄをテンプレート用基板材料２の表面２ａに設定する。

次に、図３（ｃ）に示すように、切り出し領域２ｄの四辺に接する４本のダイシングライン２ｅに沿ってテンプレート用基板材料２をダイシングして、図３（ｄ）に示すように、表面１２ａが平坦なテンプレート用基板１２を切り出す。

（４）パターンの形成
図４は、テンプート用基板からテンプートを作製する工程を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

図４（ａ）に示すように、切り出されたテンプレート用基板１２の表面１２ａを電子ビームリソグラフィ、フォトリソグラフィ、エッチング処理等により加工することにより、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、パターン形成領域２２ｂに凹部２２ｃからなる凹部パターン２２０が形成されたテンプレート２２が得られる。テンプレート２２に形成する凹部パターン２２０は、転写すべきパターンに対して相補関係にあるパターンである。

（５）テンプレートを用いた加工
図５は、加工装置の概略の構成を示し、（ａ）は加工前の状態を示す全体図、（ｂ）は加工中の状態を示す要部断面図である。なお、図５（ａ）において、Ｘ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する方向を示す。

この加工装置１００は、図５（ａ）に示すように、ベース定盤１０１と天板１０３とを支柱１０２によって連結した構造を有する。ベース定盤１０１上には、ＸＹステージ１０４が配置され、ＸＹステージ１０４上には、ウェハ（被加工膜）１０を静電吸着、真空吸着等によって固定するウェハチャック１０５が配置されている。天板１０３には、上部ステージ１０６を複数のガイドバー１０７によってＺ方向に昇降させる複数のアクチュエータ１０８が取り付けられている。ガイドバー１０７の上端部は、ガイドプレート１０９によって連結されている。ＸＹステージ１０４は、ウェハチャック１０５をＸ方向及びＹ方向に移動させる。

上部ステージ１０６には、テンプレート２２を静電吸着、真空吸着等によって固定するテンプレートチャック１１０が取り付けられている。また、天板１０３の下面には、ウェハ１０上に塗布された紫外線硬化型レジスト（被転写材料）１１に上部ステージ１０６、テンプレートチャック１１０及びテンプレート２２を介して紫外線１１１ａを照射する照射部１１１が配置されている。上部ステージ１０６及びテンプレートチャック１１０には、図５（ｂ）に示すように、照射部１１１から照射された紫外線１１１ａを透過させるための開口１０６ａ，１１０ａが形成されている。

なお、テンプレートの裏面を流体（液体又は気体）を介してウェハ側に押し付けてもよい。これにより、テンプレートの裏面の平坦度の影響を少なくすることができる。

以上のように構成された加工装置１００のテンプレートチャック１１０に、テンプレート２２の凹部２２ｃが形成された表面２２ａがＸＹステージ１０４側となるように固定し、紫外線硬化型レジスト１１が塗布されたウェハ１０をウェハチャック１０５に固定する。紫外線硬化型レジスト１１は、紫外線１１１ａの照射によって硬化する紫外線硬化樹脂からなる。

次に、アクチュエータ１０８によって上部ステージ１０６を下降させ、図５（ｂ）に示すように、テンプレート２２をウェハ１０上の紫外線硬化型レジスト１１に押し付ける。なお、紫外線硬化型レジスト１１の硬化前の状態によっては、テンプレート２２を紫外線硬化型レジスト１１に接触させる程度でもよい。

次に、照射部１１１からウェハ１０上に塗布された紫外線硬化型レジスト１１に、上部ステージ１０６、テンプレートチャック１１０及びテンプレート２２を介して紫外線１１１ａを照射する。

紫外線１１１ａの照射によって紫外線硬化型レジスト１１が硬化した後、アクチュエータ１０８によって上部ステージ１０６を上昇させる。紫外線硬化型レジスト１１の表面１１ａには、テンプレート２２の表面２２ａの凹凸形状に対して相補関係を有する凹凸形状が形成される。

その後、紫外線硬化型レジスト１１をエッチング加工してウェハ１０の一部を露出させ、残存する紫外線硬化型レジスト１１をマスクとして用いてマスクから露出したウェハ１０をエッチング加工する工程を経て半導体装置が製造される。

なお、マスク等の基板上に紫外線硬化型レジストを塗布し、その紫外線硬化型レジストにテンプレート２２を押し付けてテンプレート２２の凹部パターン２２０を転写する工程を経てマスク等を製造してもよい。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、平坦度が良好なテンプレートを用いてパターンを転写しているので、ウェハや基板に形成される溝の深さや幅のばらつきを抑えることができる。本実施の形態を配線パターンに適用した場合には、配線抵抗のばらつきを抑えることができる。特に、幅が５０ｎｍ以下、あるいは２０ｎｍ以下のパターンに顕著な効果を奏する。また、切り出し領域全体の平坦度が良好であるので、パターンの周辺も含めて微細なパターンを高精度に転写することができる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。図７は、計算機が処理する情報を示す図である。

本実施の形態の計算機４は、第１の実施の形態とは、計算機４の切り出し領域決定部４２Ｂが異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

計算機４は、測定装置１全体を制御するＣＰＵと、データやＣＰＵのプログラムを記憶するメモリとを有するコンピュータによって構成することができる。ＣＰＵは、プログラムに従って動作することにより、高さ分布情報受付部４０、平坦領域抽出部４１及び切り出し領域決定部４２Ｂとして機能する。なお、高さ分布情報受付部４０、平坦領域抽出部４１及び切り出し領域決定部４２Ｂは、それらの全て又は一部がハードウェアによって構成されていてもよい。

本実施の形態の切り出し領域決定部４２Ｂは、図７（ａ）に示すように、平坦領域抽出部４１が高さ分布情報４０ａから平坦領域４１ａを抽出した後、図７（ｂ）に示すように、平坦領域４１ａ内にパターン形成領域（例えば２５ｍｍ×３５ｍｍ）４２ｂを配置できるか否かを判定する。平坦領域４１ａ内にパターン形成領域４２ｂを配置できる場合には、その領域をパターン形成領域４２ｂとして決定する。パターン形成領域４２ｂの左上の角の座標をＰｂ（ｘｂ，ｙｂ）、パターン形成領域４２ｂのｘ方向のサイズをＬｘｂ（例えば２５ｍｍ）、ｙ方向のサイズをＬｙｂ（例えば３５ｍｍ）とすると、図７（ｂ）に示すように、２５ｍｍ×３５ｍｍのパターン形成領域４２ｂを決定することができる。

また、切り出し領域決定部４２Ｂは、パターン形成領域４２ｂを決定した後、パターン形成領域４２ｂを含むように切り出し領域４２ａを決定する。

その後は、第１の実施の形態と同様に、テンプレート用基板材料２から平坦度が良好な部分のテンプレート用基板１２が切り出され、テンプレート用基板１２に凹部パターン２２０が形成されてテンプレート２２が作製される。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態によれば、図７（ｂ）に示すように、平坦領域４１ａ内にテンプレート２２のサイズに対応する領域を配置できないが、パターン形成領域４２ｂを配置できる場合には、テンプレート用基板材料２から平坦度の良好なテンプレート用基板１２を切り出すことができ、テンプレート用基板材料２の有効利用を図ることができる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る測定装置は、第２の実施の形態と同様であるので、測定装置の図示を省略する。本実施の形態は、第２の実施の形態とは、テンプレート用基板の切り出し工程とパターン形成工程のタイミングが異なる。

図８（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施の形態に係るテンプレートの作製工程を説明するための図である。

テンプレート用基板材料２は、例えば、２５×２５ｃｍのサイズを有し、図８（ａ）に示すように、表面２ａに平坦度が所定の値以下の平坦領域２ｃが存在しているとする。

第２の実施の形態と同様に、平坦領域抽出部４１が高さ分布情報４０ａから平坦領域４１ａを抽出し、切り出し領域決定分４２Ｂが平坦領域４１ａ内にパターン形成領域（例えば２５ｍｍ×３５ｍｍ）４２ｂを決定し、切り出し領域４２ａを決定する。

次に、図８（ｂ）に示すように、切り出し領域決定部４２Ｂが決定したパターン形成領域４２ｂに対応するパターン形成領域２２ｂをテンプレート用基板材料２の表面２ａに設定する。次に、パターン形成領域（基板領域）２２ｂの表面２ａに電子ビームリソグラフィ，フォトリソグラフィ、エッチング処理等により加工することにより凹部パターン２２０を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、切り出し領域決定部４２Ｂが決定した切り出し領域４２ａに対応する切り出し領域（基板領域）２ｄをテンプレート用基板材料２の表面２ａに設定する。

次に、図８（ｃ）に示すように、切り出し領域２ｄの四辺に接する４本のダインシングライン２ｅに沿ってテンプレート用基板材料２をダイシングして、図８（ｄ）に示すように、テンプレート２２を切り出す。

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、テンプレート用基板材料２の有効利用を図ることができる。なお、平坦領域内に切り出し領域を配置できるようにパターン形成領域を決定してもよい。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施が可能である。

例えば、上記各実施の形態では、紫外線硬化による光インプリント法について説明したが、本発明は、熱硬化による熱インプリント法にも適用することができる。

また、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から計算機４内の記憶部に取り込んでもよく、インターネット等のネットワークを介して計算機４内の記憶部に取り込んでもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係る測定装置の概略の構成を示す図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、計算機が処理する情報を示す図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、テンプレート用基板の切り出し工程を説明するための図である。 図４は、テンプート用基板からテンプートを作製する工程を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 図５は、加工装置の概略の構成を示し、（ａ）は加工前の状態を示す全体図、（ｂ）は加工中の状態を示す要部断面図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。 図７は、計算機が処理する情報を示す図である。 図８（ａ）〜（ｄ）は、テンプレートの作製工程を説明するための図である。

符号の説明

１…測定装置、２…テンプレート用基板材料、２ａ…表面、２ｂ…裏面、２ｃ…平坦領域、２ｄ…切り出し領域、２ｅ…ダイシングライン、３…測定部、４…計算機、１０…ウェハ、１１…紫外線硬化型レジスト、１２…テンプレート用基板、１２ａ…表面、２２…テンプレート、２２ａ…表面、２２ｂ…パターン形成領域、２２ｃ…凹部、３０…光源、３０ａ…レーザ光、３０ｂ…物体光、３０ｃ…参照光、３１…レンズ、３２…ハーフミラー、３３…コリメータレンズ、３４…基準板、３４ａ…基準面、３５…ステージ、３６…結像レンズ、３７…カメラ、４０…高さ分布情報受付部、４０ａ…高さ分布情報、４１…平坦領域抽出部、４１ａ…平坦領域、４２Ａ，４２Ｂ…切り出し領域決定部、４２ａ…切り出し領域、４２ｂ…パターン形成領域、１００…加工装置、１０１…ベース定盤、１０２…支柱、１０３…天板、１０４…ＸＹステージ、１０５…ウェハチャック、１０６…上部ステージ、１０６ａ…開口、１０７…ガイドバー、１０８…アクチュエータ、１０９…ガイドプレート、１１０…テンプレートチャック、１１０ａ…開口、１１１…照射部、１１１ａ…紫外線、２２０…凹部パターン

Claims (5)

1. 被転写材料に接触させてパターンを前記被転写材料に転写する転写原版用の基板材料の表面の高さ分布情報に基づいて、前記基板材料の前記表面の平坦度が所定の値以下の基板領域を求める工程と、
   前記平坦度が所定の値以下の基板領域に凹部パターンを形成する工程と、
   を含む転写原版の製造方法。
2. 前記平坦度が所定の値以下の基板領域を求めた後、前記平坦度が所定の値以下の基板領域に前記凹部パターンを形成する前に、前記凹部パターンが形成される基板領域を含む基板領域を切り出す工程を含む請求項１に記載の転写原版の製造方法。
3. 前記平坦度が所定の値以下の基板領域に前記凹部パターンを形成した後、前記凹部パターンが形成された前記基板領域を含む基板領域を切り出す工程を含む請求項１に記載の転写原版の製造方法。
4. 前記平坦度の所定の値は、１〜１０ｎｍの範囲で設定された請求項１に記載の転写原版の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された転写原版を、被加工膜上に形成された被転写材料に接触させて前記被転写材料にパターンを転写する工程と、
   前記被転写材料を加工して前記被加工膜の一部を露出させる工程と、
   前記被転写材料をマスクとして用いて、露出した前記被加工膜を加工する工程とを含む半導体装置の製造方法。

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