JP2011023660A - パターン転写方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 近隣チップへの余剰インプリント材料の漏出を抑制し、かつ隣接ショット間の寸法を小さくすることが可能なパターン転写方法を提供する。
【解決手段】 テンプレートの凹凸パターンにレジスト材料を充填するパターン転写方法であって、前記テンプレートは所定の領域に貫通溝を有し、前記テンプレートを基板上に塗布された前記レジスト材料に接触させる工程と、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で余剰な前記レジスト材料を前記貫通溝から吸引する工程と、前記レジスト材料を吸引後、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で前記レジスト材料を硬化させる工程と、前記レジスト材料から前記テンプレートを離す工程とを有することを特徴とするパターン転写方法。
【選択図】 図3

Description

本発明は、パターン転写方法、特に微細なパターンを転写するためのインプリントリソグラフィ技術を用いたパターン転写方法に関する。
半導体装置の製造プロセスにおいて、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、被転写基板に原版の型を転写するナノインプリント技術が注目されている。ナノインプリント方法は、転写すべきパターンを形成した原版の型(テンプレート)を、被処理基板上に塗布されているレジストに押し当て、その後レジストを硬化させることにより、レジストに原版に形成されたパターンを転写する方法である。
インプリント剤の種類(硬化方法)によって、インプリントリソグラフィは、光(UV)インプリントや、熱インプリントなどに分類される。光インプリントリソグラフィは、被処理基板上に光硬化性インプリント剤を塗布する工程と、この被処理基板と透光性のテンプレートとを位置合わせする工程(アライメント)と、光硬化性インプリント剤にテンプレートを接触させる工程と、この状態で光照射により光硬化性インプリント剤を硬化する工程と、硬化した光硬化性インプリント剤(レジストパターン)からテンプレートを離す工程(離型)とを含む。
被加工基板に塗布されたインプリント剤を、一度テンプレートと接触させることを1ショットという。上記一連の工程により、1ショットで形成されたレジストパターンが得られる。この一連の工程をステップアンドリピートすることにより、被加工基板上に規則的に並んだインプリントレジストパターンが形成される。その後、光硬化性レジストの残膜を除去する残膜除去工程を行った後、このレジストパターンをマスクにして被加工基板をエッチングする。この方法では、インプリント剤はショットごとに被加工基板上に塗布される。
インプリントレジストの塗布方法には、スピンコート方式とインクジェット方式とがある。インクジェット方式の場合、液滴状のインプリント剤が被加工基板上に塗布される。この際、インプリントするパターンの密度なども考慮して、被加工基板と対向するテンプレートの表面に形成された所定のパターン(以下、インプリント用パターンという。)の内部にインプリント剤が行き渡るように、塗布量が制御される。
しかしインクジェット方式の場合、ピコリットルオーダーの塗布量制御が求められるため、塗布量にばらつきを生じることがあった。そのため近隣のショットとの境界部に所定の領域(以下、隙間領域という。)を設け、余剰分のインプリント材料がはみ出して隣接したパターン領域への漏出を抑制している。
一方で、隙間領域を大きくとると、インプリント剤の残膜除去時に、隙間領域にダメージを与えてしまうことが問題となる。また、1枚のウェハ上に形成できるチップの数が減少してしまうため隙間領域をなるべく小さくすることが望ましい。特許文献1には、パターンとは別に余剰なインプリント剤を吸収するためのダミー溝を形成し、近隣チップへの余剰インプリント剤の漏出を防ぐことが出来るパターン形成用テンプレートが開示されている。
しかし、上記の技術を用いてもダミー溝内に余剰なインプリント剤のみを充填させることは困難であり、余剰インプリント剤の量を正確に制御することが難しいため塗布量にばらつきが生じた場合には、パターンの加工等に支障をきたし、歩留まりの低下を招くという問題があった。
特開2008−91782
近隣チップへの余剰インプリント材料の漏出を抑制し、かつ隣接ショット間の寸法を小さくすることが可能なパターン転写方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるパターン転写方法は、テンプレートの凹凸パターンにレジスト材料を充填するパターン転写方法であって、前記テンプレートは所定の領域に貫通溝を有し、前記テンプレートを基板上に塗布された前記レジスト材料に接触させる工程と、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で余剰な前記レジスト材料を前記貫通溝から吸引する工程と、前記レジスト材料を吸引後、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で前記レジスト材料を硬化させる工程と、前記レジスト材料から前記テンプレートを離す工程とを有することを特徴とする。
また、本発明の別態様によるパターン転写方法は、テンプレートの凹凸パターンにレジスト材料を充填するパターン転写方法であって、前記テンプレートは所定の領域に貫通溝を有し、前記テンプレートを基板上に塗布された前記レジスト材料に接触させる工程と、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で前記レジスト材料を硬化させる工程と、前記レジスト材料を硬化後、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で余剰な前記レジスト材料を前記貫通溝から吸引する工程と、前記レジスト材料から前記テンプレートを離す工程とを有することを特徴とする。
さらに、本発明の別態様によるパターン転写方法は、転写パターン及び非パターン領域を有するテンプレートを、ショット毎に被加工基板上のレジスト材料に接触させ、前記パターンを順次転写していくパターン転写方法であって、前記ショットのうち、隣接する二つのショットにおいて前記非パターン領域の少なくとも一部が重複するように配置されることを特徴とする。
近隣チップへの余剰インプリント材料の漏出を抑制し、かつ隣接ショット間の寸法を小さくすることが可能なパターン転写方法を提供することができる。
インプリントリソグラフィによるパターン転写方法を模式的に示した工程図である。 インプリントリソグラフィによるパターン転写方法を模式的に示した工程図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法に用いるテンプレートを模式的に示した上面図及び断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法に用いるテンプレートを模式的に示した上面図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法に用いるテンプレートを模式的に示した上面図及び断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法を模式的に示した断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法を模式的に示した断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るパターン転写方法を模式的に示した断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るインプリント装置を模式的に示した断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るパターン転写方法に用いるテンプレートを模式的に示した上面図及び断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るパターン転写方法を模式的に示した断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るパターン転写方法を模式的に示した断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るパターン転写方法に用いるテンプレートを模式的に示した上面図及び断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下に、インプリントリソグラフィによるパターン転写方法について説明する。
まず、図1(a)に示すように、基板1上のパターン被転写膜2上に光硬化性の有機材料(レジスト)3が塗布される。なお、有機材料3の塗布はインクジェット方式の有機材料液滴の塗布による。
次に、図1(b)に示すように、1ショット分のパターンが形成されたテンプレート4を有機材料3に接触させる。この後、図1(c)に示すように、テンプレート4をウェハに接触させる。この状態で、テンプレート4の微細パターンに有機材料3が浸透するまでテンプレート4を保持する。
テンプレート4を接触させた直後は有機材料3の充填が不十分で、パターンの隅に充填欠陥が生じる。しかし、有機材料3は流動性を有しているため保持時間を長くすることで、毛細管現象によって有機材料3がパターンの隅々まで行き渡る。この状態で、図1(d)に示すように、光(UV)5を照射し、有機材料3を硬化させる。
テンプレート4を有機材料3から離した後、図2(a)に示すように、隣接するレジストパターン領域に有機材料3を塗布する。続いて、図2(b)及び図2(c)に示すように、隣接するレジストパターン領域に対しても同様にパターンを形成する。図2(d)はテンプレート4を有機材料3から離した後の状態を示している。図2(d)に示すように隣接したショット間に隙間領域が形成されることにより隣接したショット領域へのインプリント剤の漏出を抑制している。
本発明の一実施形態では、上記の隙間領域を小さく、より好ましくは無くすことが可能となるパターン転写方法を提案する。本発明の第1の実施形態に係るパターン転写方法について以下に説明する。
まず、本実施形態で用いるテンプレート6の上面図及び断面図を図3に示す。図3に示すようにテンプレート6の中心部には、例えば、ラインアンドスペースのデバイスパターンである転写パターンの凹凸が形成された転写パターン領域7と、非パターン領域8とからなる。なお、転写パターン領域7の周囲には通常位置合わせのためのアライメントマーク等が形成されているが、それらは省略して図示している。非パターン領域8には、転写パターン領域7を取り囲むように吸引溝9が設けられている。この転写パターン領域7によりウェハ上に転写された領域がチップ領域となる。
図3では吸引溝9は転写パターン領域7の角部を除き転写パターン7を取り囲むように連続的に形成されているが、吸引溝9の形状はこれに限定されず様々な形状が考えられる。少なくとも図4に示すように、転写パターン領域7の周囲に転写パターン領域の転写パターン領域の各辺と同じ長さの吸引溝9が対向して形成されることが望ましい。
なお、吸引溝9は必ずしもテンプレート6の上面と底面とに開口を有している貫通溝である必要はなく、図5に示すように、テンプレート6の底面と側面とに開口を有している貫通溝であっても構わない。
続いて、本発明の実施例1に係るナノインプリント法によるパターン転写方法を図6乃至図8を用いて以下に説明する。
まず、図6(a)に示すように、液体の光硬化性樹脂材料であるインプリント剤13をインクジェット方式によって1ショット分塗布した被加工基板11を用意する。被加工基板は、シリコン基板そのものであってもよいし、シリコン基板上にシリコン酸化膜、low−k(低誘電率)膜等の絶縁膜、或いは有機膜からなるマスク、等が形成されたものであってもかまわない。本実施形態では、被処理対象を絶縁膜12とする。
次に、上記に記載した本実施形態で用いるテンプレート6を用意する。テンプレート6は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板にプラズマエッチングで凹凸のパターンを形成したものである。
続いて、被加工基板11と図3に示したテンプレート6を用いて、図6(b)に示すようにアライメント及びテンプレートと接触させる。図6(b)において、図3に示したテンプレート6のパターンを形成した面は下を向いていて、インプリント剤13と接触している。
図6(b)に示すように、インプリント剤13はテンプレート6に形成されたパターンの溝を満たすが、余剰なインプリント剤13はチップ領域よりも外側に漏出する。本実施形態ではこの不要な余剰インプリント剤13をテンプレート6に形成された吸引溝9より吸引して取り除く。それゆえ、絶縁膜12上の近隣のショット領域には余剰なインプリント剤13は漏出しない(図6(c))。
ダミー溝により余剰インプリント剤13を取り除く場合にはダミー溝の形状も考慮し、インプリント剤13の塗布量を決定する必要があるが、本実施形態では吸引溝9により不要な部分のみを選択的に取り除くことが可能であるため、塗布量の詳細な制御を行う必要がない。
テンプレートと接触させた後、図6(d)に示すように、i線等のUV光を照射してインプリント剤13を光硬化させる。その後離型を行い、残膜除去の工程(図示せず)へと進み第一のレジストパターンが完成する。
離型した後、図7(a)に示すように、第一のレジストパターンに隣接するショット領域にインプリント剤13を塗布する。続いて、図7(b)及び図7(c)に示すように、隣接するレジストパターン領域に対しても同様に第二のレジストパターンを形成する。隣接したショット間の距離を短くした場合には、図7(c)に示すように余剰インプリント剤13が隣接したショット領域の第一のレジストパターン上に漏出する可能性がある。従来この余剰インプリント剤13により二重に覆われた領域が存在する場合、レジストパターンを除去する工程(アッシング)の後も、レジストが残存するおそれがあった。
しかし、本実施形態では、図7(d)に示すように、隣接したショット領域のレジストパターン上に漏出した余剰インプリント剤13を吸引溝9により選択的に取り除くことが可能であるため、隣接したショット間の距離を小さくすることができる。加えて、ショット外に漏れた余剰インプリント剤13がテンプレート6の側壁(ショット境界の段差部の側壁)に付着することを抑制することが可能となる。テンプレート6の側壁に付着した余剰インプリント剤13はテンプレート6の汚染の原因となり、欠陥の原因となる。本実施形態では、テンプレート6の側壁に付着した余剰インプリント剤13を除去することが可能であるため、欠陥の発生を抑制することができる。
この後の工程は、第一のレジストパターンの形成工程と同様にUV光を照射してインプリント剤13を光硬化させ、離型を行う工程であるため詳細な説明は省略する。
続いて吸引方法について説明する。例えば、図8に示すように、駆動可能な吸引ヘッド14を吸引溝9の開口に接続して余剰インプリント剤13を吸引したり、テンプレート6の上面と底面とに圧力差を設けることにより余剰インプリント剤13を吸引したりする方法が考えられる。
テンプレート6の上面と底面とに圧力差を設けることにより余剰インプリント剤13を吸引するインプリント装置の構成の一例を図9に示す。ステージ定盤15上の試料ステージ16に設けられたウェハチャック17上に被加工基板11であるウェハが載置されている。また、試料ステージ16には位置合わせのための基準マーク18が設けられている。被加工基板11上に設けられた原版ステージ20の下部には、被加工基板11と対向するようにテンプレート6がチャック19によって保持されている。
チャック19には、テンプレート6の吸引溝9に接続される貫通溝が形成されており、この貫通溝は吸引溝9と原版ステージ20に形成された吸引溝とを接続している。原版ステージ20に形成された吸引溝は吸引された余剰インプリント剤13排気可能な構成となっている。原版ステージ20はインプリント装置のベース21に接続されている。本実施形態では、原版ステージ20が余剰インプリント剤13の排気口を有する構成としたが、この構成に限らず、例えば、原版ステージ20に貫通溝を設け、ベース21に排気口が形成されていても構わない。
ベース21にはインプリント位置を合わせるための合わせズレ検査機構22及びアライメントセンサ23が設けられており、ベース21及びテンプレート6の上方にUV光源24が設けられている。図9に記載したインプリント装置では、テンプレート6の吸引溝9側の圧力よりも排気口側の圧力を低くすることにより、余剰インプリント剤13を吸引することが出来る。
以上示したように、本発明の実施例1に係るパターン転写方法を用いることによって、近隣チップへの余剰インプリント材料の漏出を防ぐことが出来るようになり、チップの不良率を低減することが可能となる。また、ショット間の隙間領域を小さく、より好ましくは無くすことが可能となる。加えて、吸引溝9により不要な部分のみを選択的に取り除くことが可能であるため、余剰なインプリント剤の量について詳細な制御を行う必要がなく、処理を簡便に行うことができる。
続いて、本発明の実施例2に係るナノインプリント法によるパターン転写方法について説明する。実施例2はテンプレートの所定の領域に遮光膜が形成されている点が実施例1と異なる。
本実施形態で用いるテンプレート25の上面図及び断面図を図10に示す。図10に示すようにテンプレート25の中心部には、例えば、ラインアンドスペースのデバイスパターンである転写パターンの凹凸が形成された転写パターン領域26と、非パターン領域27とからなる。なお、転写パターン領域26の周囲には通常位置合わせのためのアライメントマーク等が形成されているが、それらは省略して図示している。非パターン領域27には、転写パターン領域26を取り囲むように吸引溝28が設けられている。この転写パターン領域26によりウェハ上に転写された領域がチップ領域となる。
さらに、テンプレート25上面の少なくとも吸引溝28の開口部よりも外側の領域には、クロム(Cr)等からなる遮光膜又は半透明膜29が形成されている。この遮光膜又は半透明膜29は、不要なインプリント剤に光が照射されて硬化してしまうことを抑制する効果を有する。
なお、遮光膜又は半透明膜29は、転写パターン領域26のレジスト硬化を阻害しない大きさであれば吸引溝28の開口部よりも内側にも形成されている方が好ましい。吸引溝28の開口部よりも内側に形成されていることにより、斜め方向から入射してくる光も防止することができるため、より遮光効率を向上させることができる。
図10では吸引溝28は転写パターン領域26の角部を除き転写パターン16を取り囲むように連続的に形成されているが、吸引溝28の形状はこれに限定されず様々な形状が考えられるが、少なくとも転写パターン領域26の周囲に各辺と同じ長さの吸引溝28が対向して形成されることが望ましい。
なお、吸引溝28は必ずしもテンプレート25の上面と底面とに開口を有している貫通溝である必要はなく、テンプレート25の底面と側面とに開口を有している貫通溝であっても構わない。
続いて、本発明の実施例2に係るナノインプリント法によるパターン転写方法を図11及び図12を用いて以下に説明する。
まず、図11(a)に示すように、液体の光硬化性樹脂材料であるインプリント剤30をインクジェット方式によって1ショット分塗布した被加工基板31を用意する。被加工基板は、シリコン基板そのものであってもよいし、シリコン基板上にシリコン酸化膜、low−k(低誘電率)膜等の絶縁膜、或いは有機膜からなるマスク、等が形成されたものであってもかまわない。本実施形態では、被処理対象を絶縁膜32とする。
次に、上記に記載した本実施形態で用いるテンプレート25を用意する。テンプレート25は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板にプラズマエッチングで凹凸のパターンを形成したものである。
続いて、被加工基板31と図10に示したテンプレート25を用いて、図11(b)に示すようにアライメント及びテンプレートと接触させる。図11(b)において、図10に示したテンプレート25のパターンを形成した面は下を向いていて、インプリント剤30と接触している。図11(b)に示すように、インプリント剤30はテンプレート25に形成されたパターンの溝を満たすが、余剰なインプリント剤30はチップ領域よりも外側に漏出する。
次に、図11(c)に示すように、i線等のUV光を照射してインプリント剤30を光硬化させる。ここで、テンプレート25には遮光膜29が形成されているためチップ領域よりも外側に漏出した余剰なインプリント剤30には光が照射されず硬化しない。
光照射後、不要な余剰インプリント剤30をテンプレート25に形成された吸引溝28より吸引して取り除く。それゆえ、絶縁膜32上の近隣のショット領域には余剰なインプリント剤30は漏出しない(図11(d))。余剰なインプリント剤30を吸引する前に必要なパターンを硬化させておくことにより、必要となるインプリント剤30をも吸引してしまうことを抑制することができ、前記した実施例1と比較してより高精度にパターンを転写することができる。
吸引後離型を行い、残膜除去の工程(図示せず)へと進み第一のレジストパターンが完成する。ダミー溝により余剰インプリント剤30を取り除く場合にはダミー溝の形状も考慮し、インプリント剤30の塗布量を決定する必要があるが、本実施形態では吸引溝28により不要な部分のみを選択的に取り除くことが可能であるため、塗布量の詳細な制御を行う必要がない。
離型した後、図12(a)に示すように、第一のレジストパターンに隣接するショット領域にインプリント剤30を塗布する。続いて、図12(b)に示すように、隣接するレジストパターン領域に対しても同様にパターンを形成する。隣接したショット間の距離を短くした場合には、図12(b)に示すように余剰インプリント剤30が隣接したショット領域の第一のレジストパターン上に漏出する。
続いて、図12(c)に示すように、i線等のUV光を照射してインプリント剤30を光硬化させる。ここで、テンプレート25には遮光膜29が形成されているためチップ領域よりも外側に漏出した余剰なインプリント剤30には光が照射されず硬化しない。光照射後、第一のレジストパターン上に漏出した不要な余剰インプリント剤30をテンプレート25に形成された吸引溝28より吸引して取り除く。
本実施形態では、図12(d)に示すように、隣接したショット領域のレジストパターン上に漏出した余剰インプリント剤30を吸引溝28により選択的に取り除くことが可能であるため、隣接したショット間の距離を小さくすることができる。この後の工程は、第一のレジストパターンの形成工程と同様に離型を行う工程であるため詳細な説明は省略する。吸引方法については前記した実施例1と同様の方法を用いることができる。
以上示したように、本発明の実施例2に係るパターン転写方法を用いることによって、近隣チップへの余剰インプリント材料の漏出を防ぐことが出来るようになり、チップの不良率を低減することが可能となる。また、ショット間の隙間領域を小さく、より好ましくは無くすことが可能となる。加えて、吸引溝28により不要な部分のみを選択的に取り除くことが可能であるため、余剰なインプリント剤の量について詳細な制御を行う必要がなく、処理を簡便に行うことができる。さらに、テンプレート25の所定の領域に遮光膜29が形成されていることにより、不要なインプリント剤に光が照射されて硬化してしまうことを抑制する効果を有する。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。例えば、図13に示すように、テンプレート25の下面にも遮光膜29を形成しても構わない。テンプレート25の下面にも遮光膜29を形成することによって斜入射光に対して遮光効率が向上し、余剰インプリント剤の吸引を効率良く行うことが可能となる。
1 基板
2 被転写膜
3 有機材料
4、6、25 テンプレート
5 光(UV)
7、26 転写パターン領域
8、27 非パターン領域
9、28 吸引溝
11、31 被加工基板
12、32 絶縁膜
13、30 インプリント剤
14 吸引ヘッド
15 ステージ定盤
16 試料ステージ
17 ウェハチャック
18 基準マーク
19 チャック
20 原版ステージ
21 ベース
22 合わせズレ検査機構
23 アライメントセンサ
24 UV光源
29 遮光膜

Claims (6)

  1. テンプレートの凹凸パターンにレジスト材料を充填するパターン転写方法であって、
    前記テンプレートは所定の領域に貫通溝を有し、
    前記テンプレートを基板上に塗布された前記レジスト材料に接触させる工程と、
    前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で余剰な前記レジスト材料を前記貫通溝から吸引する工程と、
    前記レジスト材料を吸引後、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で前記レジスト材料を硬化させる工程と、
    前記レジスト材料から前記テンプレートを離す工程とを有することを特徴とするパターン転写方法。
  2. テンプレートの凹凸パターンにレジスト材料を充填するパターン転写方法であって、
    前記テンプレートは所定の領域に貫通溝を有し、
    前記テンプレートを基板上に塗布された前記レジスト材料に接触させる工程と、
    前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で前記レジスト材料を硬化させる工程と、
    前記レジスト材料を硬化後、前記レジスト材料に前記テンプレートを接触させた状態で余剰な前記レジスト材料を前記貫通溝から吸引する工程と、
    前記レジスト材料から前記テンプレートを離す工程とを有することを特徴とするパターン転写方法。
  3. 余剰な前記レジスト材料に光が照射されないように前記レジスト材料を硬化させることを特徴とする請求項2記載のパターン転写方法。
  4. 前記貫通溝は、転写パターンが形成された転写パターン領域の周囲に、少なくとも前記転写パターン領域の各辺と同じ長さの吸引溝9が前記転写パターン領域に対向して形成されていることを特徴とする請求項1乃至3記載のいずれか1項記載のパターン転写方法。
  5. 転写パターン及び非パターン領域を有するテンプレートを、ショット毎に被加工基板上のレジスト材料に接触させ、前記パターンを順次転写していくパターン転写方法であって、
    前記ショットのうち、隣接する二つのショットにおいて前記非パターン領域の少なくとも一部が重複するように配置されることを特徴とするパターン転写方法。
  6. 前記重複した非パターン領域に形成される前記レジスト材料の膜厚は、前記重複した非パターン領域外の非パターン領域に形成される前記レジスト材料の膜厚と等しいことを特徴とする請求項5記載のパターン転写方法。
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