JP2011009641A - 半導体装置の製造方法及びインプリント用テンプレート - Google Patents

Abstract

【課題】チップ外縁付近のパターニング精度を向上させる半導体装置の製造方法及びインプリント用テンプレートを提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、ダイシング領域５に供給された第１のインプリント材料２１に第１のテンプレート１１を接触させ第１のインプリント材料２１を硬化させる工程と、第１のインプリント材料２１の硬化後第１のテンプレート１１を剥離し第１のパターン２３を形成する工程と、第１のパターン２３の内側のチップ領域１０に第２のインプリント材料２２を供給する工程と、第２のインプリント材料２２に第２のテンプレート１２を接触させ第２のインプリント材料２２を硬化させる工程と、第２のインプリント材料２２の硬化後第２のテンプレート１２を剥離し第２のパターン２４を形成する工程と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及びインプリント用テンプレートに関する。

インプリント法によるパターン形成では、テンプレートの端部付近でインプリント材料の厚さやパターン形状のばらつきが生じやすい問題がある。これはテンプレートの端部より外側には、インプリント材料の流動を規制もしくはコントロールするパターンが存在しないことに起因する。通常、テンプレートは一つのチップに対応して形成され、個々のチップごとにステップアンドリピート方式でパターン転写を行うため、チップ外縁付近のパターン精度が低下しやすい傾向にあると言える。

なお、特許文献１には、半導体ウェーハの外周領域に第２のテンプレート（モールド）でパターン転写をした後、その内側領域に第１のテンプレート（モールド）でパターン転写をすることが開示されている。上記外周領域は、ウェーハの縁にかかる部分あるいはその付近のウェーハ周辺領域である。このウェーハ周辺領域にパターン形成をした後、複数のチップが形成された内側領域に対しては第１のテンプレート（モールド）で複数回にわたりパターン転写を行う。したがって、内側領域では、第１のテンプレート（モールド）を用いて各チップごとにステップアンドリピートでパターン転写をしていくことになる。この場合、やはり、チップ外縁付近に対応するテンプレートの端部付近でインプリント材料の厚さやパターン形状のばらつきが生じやすく、チップ外縁付近のパターン精度の低下が懸念される。

特開２００７−１９４６６号公報

本発明は、チップ外縁付近のパターニング精度を向上させる半導体装置の製造方法及びインプリント用テンプレートを提供する。

本発明の一態様によれば、半導体ウェーハにおける個々のチップを囲むダイシング領域に、第１のインプリント材料を供給する工程と、前記第１のインプリント材料に枠状の第１のテンプレートを接触させ、前記第１のインプリント材料を硬化させる工程と、前記第１のインプリント材料の硬化後、前記第１のインプリント材料から前記第１のテンプレートを剥離し、前記第１のインプリント材料に第１のパターンを形成する工程と、前記半導体ウェーハにおける前記第１のパターンの内側のチップ領域に、第２のインプリント材料を供給する工程と、前記第２のインプリント材料に第２のテンプレートを接触させ、前記第２のインプリント材料を硬化させる工程と、前記第２のインプリント材料の硬化後、前記第２のインプリント材料から前記第２のテンプレートを剥離し、前記第２のインプリント材料に第２のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンが形成された前記第１のインプリント材料及び前記第２のパターンが形成された前記第２のインプリント材料をマスクにして、前記半導体ウェーハをエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、半導体ウェーハにおける個々のチップを囲むダイシング領域のパターンに対応する枠状パターンを有する第１のテンプレートと、前記半導体ウェーハにおける前記ダイシング領域の内側のチップ領域に形成される凹凸パターンの反転パターンを有する第２のテンプレートと、を備えたことを特徴とするインプリント用テンプレートが提供される。

本発明によれば、チップ外縁付近のパターニング精度を向上させる半導体装置の製造方法及びインプリント用テンプレートが提供される。

本発明の実施形態に係るインプリント用テンプレートにおける第１のテンプレートの模式図。 同インプリント用テンプレートにおける第２のテンプレートの模式図。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式断面図。 図３に続く工程を示す模式断面図。 半導体ウェーハの模式平面図。 本発明の他の実施形態に係るインプリント用テンプレートにおける第１のテンプレートの模式図。 比較例における半導体装置の製造方法を示す模式断面図。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、インプリント法によりパターンを形成する工程を有する。パターン形成対象物は半導体ウェーハである。
図５に、半導体ウェーハＷの模式平面図を示す。半導体ウェーハＷには、複数の半導体チップ（以下、単にチップともいう）Ｃが形成されている。個々のチップＣは、ダイシングライン５０によって他のチップＣと区画されている。一連のウェーハプロセスの後、ダイシングライン５０に沿って個々のチップＣを分離するダイシング工程が行われる。

本実施形態では、インプリント用テンプレートとして、第１のテンプレートと第２のテンプレートの２つのテンプレートを使う。
図１（ａ）は第１のテンプレート１１の模式平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線拡大断面図を示す。

第１のテンプレート１１は四角い枠状に形成されている。第１のテンプレート１１には、各チップＣの周囲を囲むダイシング領域（ダイシングライン５０が形成される領域）に応じたサイズ及びパターンレイアウトで凹部１１ａが形成されている。すなわち、凹部１１ａは四角い枠状に形成されている。

図２（ａ）は第２のテンプレート１２の模式平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面図を示す。

第２のテンプレート１２は四角形状に形成され、第２のテンプレート１２には凹部１２ａと凸部１２ｂとからなる凹凸パターンが形成されている。この凹凸パターンは、チップＣに形成されるパターンの反転パターンであり、チップＣに形成されるパターンと同じピッチ、サイズで形成されている。

第２のテンプレート１２の外寸は第１のテンプレート１１の内寸より若干大きく、第１のテンプレート１１と第２のテンプレート１２とを互いの中心を一致させて重ね合わせると、第２のテンプレート１２の外縁部は第１のテンプレート１１の内縁部に若干重なる。

次に、図３、４を参照し、第１のテンプレート１１及び第２のテンプレート１２を用いたパターン形成について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、半導体ウェーハＷにおけるダイシング領域５に、第１のインプリント材料２１を供給する。半導体ウェーハＷは、図示しない保持部材に保持されている。第１のインプリント材料２１は、液状もしくはペースト状の状態で、例えばインクジェット法などによりノズルからダイシング領域５に滴下される。第１のインプリント材料２１は、ダイシング領域５のレイアウトパターンに合わせて、枠状に供給される。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１のインプリント材料２１に対して、第１のテンプレート１１の凹部１１ａを接触させ押し付ける。第１のテンプレート１１は、図示しない保持部材に保持されつつ、半導体ウェーハＷに向けて移動される。

第１のテンプレート１１の凹部１１ａが第１のインプリント材料２１に押し付けられることで、凹部１１ａに第１のインプリント材料２１が入り込む。この状態で、第１のインプリント材料２１を硬化させる。第１のインプリント材料２１の特性に応じて、加熱あるいは紫外線照射を行うことで第１のインプリント材料２１を硬化させる。

第１のインプリント材料２１の硬化後、第１のテンプレート１１を第１のインプリント材料２１から剥離する。これにより図３（ｃ）に示すように、ダイシング領域５に第１のインプリント材料２１による凸状の第１のパターン２３が形成される。第１のパターン２３は、各チップＣを囲むダイシング領域５に合わせて、四角い枠状に形成される。

次に、図４（ａ）に示すように、第１のパターン２３が設けられたダイシング領域５より内側のチップ領域１０に、第２のインプリント材料２２を供給する。第２のインプリント材料２２は、液状もしくはペースト状の状態で、例えばインクジェット法などによりノズルからチップ領域１０に滴下される。

第１のインプリント材料２１、第２のインプリント材料２２としては、例えば、ウレタン、エポキシ、アクリルなどの光硬化性樹脂を用いることができる。さらに具体的には、低粘性紫外線硬化樹脂ＨＤＤＡ（1,6-hexanediol-diacrylate）、ＨＥＢＤＭ（bis（hydroxyethyl）bisphenol-A dimethacrylate）を一例として挙げることができる。あるいは、第１のインプリント材料２１、第２のインプリント材料２２として、フェノール、エポキシ、シリコーン、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂、あるいはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、アクリルなどの熱可逆性樹脂を用いてもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、第２のインプリント材料２２に対して、第２のテンプレート１２における凹部１２ａ及び凸部１２ｂが形成されたパターン部を接触させ押し付ける。第２のテンプレート１２は、図示しない保持部材に保持されつつ、半導体ウェーハＷに向けて移動される。

ここで、第１のインプリント材料２１による第１のパターン２３の厚さを、チップ領域１０に供給される第２のインプリント材料２２の厚さよりも薄くしておく。これにより、第２のテンプレート１２が第１のパターン２３に干渉せず、第２のテンプレート１２の傾きや位置ずれを防いで精度の高いパターン転写を行える。

前述したように第２のテンプレート１２を第２のインプリント材料２２に押し付けたときに第２のテンプレート１２が第１のパターン２３に干渉しないように、第１のパターン２３の厚さを設定する必要がある。ただし、後述のエッチング時に第１のパターン２３がすべて消費されてしまわないように、第１のインプリント材料２１のエッチング耐性を考慮して、エッチングマスクとして必要とされる厚さは確保されるようにする。第２のインプリント材料２２の供給量や厚さは、チップ領域１０に形成されるパターン密度、アスペクト比などに応じて設定される。

第２のインプリント材料２２のインプリント時、チップ領域１０の周囲にはすでに硬化した第１のパターン２３が凸状に形成されている。したがって、この第１のパターン２３が障壁として機能し、第２のインプリント材料２２が対象とするチップ領域１０から他のチップ領域へと流出することが防止される。これにより、チップ外縁付近における第２のインプリント材料２２の厚さ、第２のインプリント材料２２に形成されるパターン形状、サイズなどのばらつきを抑えて、精度のよいパターン形成を行える。

前述したように、先に形成した第１のパターン２３によって、第２のインプリント材料２２のチップ領域１０外への流出を堰き止めることができるので、第２のインプリント材料２２の流出を抑制するべくチップ外縁付近への第２のインプリント材料２２の供給量を抑える必要がない。これにより、第２のインプリント材料２２の供給量不足によって、チップ外縁付近に不所望の隙間が生じるのを回避できる。

図４（ｂ）に示すように、第２のテンプレート１２を第２のインプリント材料２２に押し付けた状態で、第２のインプリント材料２２を硬化させる。第２のインプリント材料２２の特性に応じて、加熱あるいは紫外線照射を行うことで第２のインプリント材料２２を硬化させる。

第２のインプリント材料２２の硬化後、第２のテンプレート１２を第２のインプリント材料２２から剥離する。これにより図４（ｃ）に示すように、チップ領域１０に第２のインプリント材料２２による第２のパターン２４が形成される。第２のパターン２４は、凹部２２ａと凸部２２ｂとを有する。凹部２２ａは第２のテンプレート１２に形成された凸部１２ｂの反転パターンであり、凸部２２ｂは第２のテンプレート１２に形成された凹部１２ａの反転パターンである。

次に、第１のパターン２３が形成された第１のインプリント材料２１および第２のパターン２４が形成された第２のインプリント材料２２をマスクにして、半導体ウェーハＷをエッチングする。このエッチング後の状態を、図４（ｄ）に示す。

このエッチングにより、第２のパターン２４における凹部２２ａの下の第２のインプリント材料２２はすべて消費され、その下の半導体ウェーハＷが露出してエッチングされ、半導体ウェーハＷの表面に凹部３０が形成される。なお、半導体ウェーハＷにおけるエッチング対象は、基板上に形成された絶縁層、半導体層、導電層、あるいは基板そのものである。

第２のインプリント材料２２における凸部２２ｂの一部は半導体ウェーハＷ上に残り、その下の半導体ウェーハＷはエッチングされない。ダイシング領域５における第１のインプリント材料２１もその一部が半導体ウェーハＷ上に残り、ダイシング領域５はエッチングされない。

前述したように、第１のインプリント材料２１による第１のパターン２３は、第２のインプリント材料２２の凸部２２ｂよりも薄く形成される。したがって、エッチング時に第１のインプリント材料２１がすべて消費されてしまわないように、第１のインプリント材料２１は、第２のインプリント材料２２よりもエッチング耐性の高い材料を用いることが望ましい。

第１のインプリント材料２１が薄くても、第２のインプリント材料２２よりエッチング速度が遅くなることで、第１のインプリント材料２１の消費を抑えてダイシング領域５上に確実に残すことができる。また、第１のインプリント材料２１をダイシング領域５上に確実に残すために、第２のパターン２４の凹部２２ａの下の第２のインプリント材料２２の膜厚よりも、第１のインプリント材料２１による第１のパターン２３の膜厚を厚くすることが望ましい。

図４（ｅ）は、半導体ウェーハＷ上に残った第１のインプリント材料２１及び第２のインプリント材料２２を除去した状態を示す。

以上説明した第１のテンプレート１１と第２のテンプレート１２を用いたインプリント法によるパターン形成は、各チップＣごとにステップアンドリピート方式で行われる。あるいは、ダイシング領域に第１のパターンを形成するための第１のテンプレートについては、複数のチップに対応したものを用いてもよい。

図６には、例えば４つのチップの周囲を囲む外枠４１ａ及び内枠４１ｂを有する第１のテンプレート４１を示す。

第１のテンプレートは、チップ領域のエッチング時にダイシング領域がエッチングされないようにダイシング領域を覆い隠す第１のパターンを形成するためのものである。したがって、チップ領域に形成する微細パターンほどの位置精度及び寸法精度は要求されない。このため、複数のチップの周囲を囲む第１のパターンを一括して形成することが可能であり、これによりスループットを向上できる。

ここで、本実施形態に対する比較例について、図７を参照して説明する。

この比較例では、図７（ａ）に示すように、先にチップ外周領域に対してフォトリソグラフィ及び現像によりレジスト６０によるレジストパターンを形成する。この後、テンプレートを用いたインプリント法により、図７（ｂ）に示すように、チップ領域にインプリント材料６２によるパターンを形成する。インプリント材料６２は凸部６２ｂと凹部６２ａとを有し、これをマスクとしたエッチングにより、凹部６２ａの下の半導体ウェーハＷ表面が加工される。

この比較例の場合、レジストパターン形成時の現像後、半導体ウェーハＷにおけるチップ領域表面にレジスト残渣や水分等が残ること、あるいは表面状態の変質などによって、インプリント材料６２とチップ領域表面との密着性が低下することが懸念される。この密着性が低下すると、インプリント材料６２からテンプレートを剥離する離型時、インプリント材料６２がウェーハ表面から剥がれやすくなってしまう。

また、フォトリソグラフィではレジスト底部まで解像され、レジストパターンにおける開口６０ａの底部は半導体ウェーハＷの表面にまで達する。したがって、図７（ｂ）の後のエッチング時に、チップ領域におけるインプリント材料６２の凹部６２ａの下のウェーハ表面に比べて、外周領域の開口６０ａに臨むウェーハ表面の方がオーバーエッチングになり、ウェーハ加工量の制御性が悪化することも懸念される。

これに対して本実施形態では、チップ領域及びその外周領域（ダイシング領域）ともに、テンプレートを使ったインプリント法によりパターンを形成するため、フォトリソグラフィ技術に比べて低コストであり、さらに現像処理を行わないため、インプリント材料とウェーハ表面との密着性の低下をきたさず、テンプレート離型時にインプリント材料がウェーハ表面から剥がれてしまうこともない。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

５…ダイシング領域、１０…チップ領域、１１…第１のテンプレート、１１ａ…凹部、１２…第２のテンプレート、１２ａ…凹部、１２ｂ…凸部、２１…第１のインプリント材料、２２…第２のインプリント材料、２２ａ…凹部、２２ｂ…凸部、２３…第１のパターン、２４…第２のパターン、３０…凹部、４１…第１のテンプレート、５０…ダイシングライン、Ｗ…半導体ウェーハ、Ｃ…半導体チップ

Claims (5)

1. 半導体ウェーハにおける個々のチップを囲むダイシング領域に、第１のインプリント材料を供給する工程と、
   前記第１のインプリント材料に枠状の第１のテンプレートを接触させ、前記第１のインプリント材料を硬化させる工程と、
   前記第１のインプリント材料の硬化後、前記第１のインプリント材料から前記第１のテンプレートを剥離し、前記第１のインプリント材料に第１のパターンを形成する工程と、
   前記半導体ウェーハにおける前記第１のパターンの内側のチップ領域に、第２のインプリント材料を供給する工程と、
   前記第２のインプリント材料に第２のテンプレートを接触させ、前記第２のインプリント材料を硬化させる工程と、
   前記第２のインプリント材料の硬化後、前記第２のインプリント材料から前記第２のテンプレートを剥離し、前記第２のインプリント材料に第２のパターンを形成する工程と、
   前記第１のパターンが形成された前記第１のインプリント材料及び前記第２のパターンが形成された前記第２のインプリント材料をマスクにして、前記半導体ウェーハをエッチングする工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１のインプリント材料を、前記第２のインプリント材料よりも薄く形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１のインプリント材料の方が前記第２のインプリント材料よりも、前記エッチング時におけるエッチング速度が遅いことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のパターンは凹部を有し、
   前記第１のインプリント材料の膜厚を、前記凹部の底面と前記半導体ウェーハとの間の前記第２のインプリント材料の膜厚よりも厚くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
5. 半導体ウェーハにおける個々のチップを囲むダイシング領域のパターンに対応する枠状パターンを有する第１のテンプレートと、
   前記半導体ウェーハにおける前記ダイシング領域の内側のチップ領域に形成される凹凸パターンの反転パターンを有する第２のテンプレートと、
   を備えたことを特徴とするインプリント用テンプレート。

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