JP2011249817A - テンプレートおよびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬化性材料の充填時間の短縮化を図れるテンプレートを提供すること。
【解決手段】 テンプレートは、硬化性材料が塗布された第１の基板に１００ｎｍ以上の一辺を有するパッド、ダミーパターンまたはマークである大パターンとこの大パターンよりも小さな微細パターンとを有するパターンを転写するために使用されるインプリント用のテンプレートであって、前記硬化性材料と接触する面を有する第２の基板と、前記面上に設けられ、前記第１の基板に転写される前記大パターンに対応する凸状の輪郭を有する凹部と、前記凹部の体積を小さくするために、前記凹部内に配置された複数の凸部とを具備してなり、前記複数の凸部は、前記凹部内において、マトリクス状または不規則に配列されていることを特徴する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インプリント用のテンプレートおよびパターン形成方法に関する。

半導体素子の製造工程において、微細パターンの形成と量産性とを両立させる技術の一つとして、被転写基板にテンプレートの型を転写するという、インプリント技術が注目されている。

インプリント技術の一つとして、光（ＵＶ）インプリントがある（特許文献１，２）。光インプリントは、基板上に光硬化性有機材料を塗布する工程と、基板とテンプレートとを位置合わせする工程と、光硬化性有機材料にテンプレートを接触させる工程と、光照射により光硬化性有機材料を硬化する工程と、光硬化性有機材料からテンプレートを離す工程（離型）とを含む。

従来のインプリントにおいては、テンプレートに形成された凹凸パターン（テンプレートパターン）のサイズや形状によっては、テンプレートパターンの凹部内に、光硬化性有機材料で充填されない部分が生じる。この未充填の部分はパターン欠陥（未充填欠陥）の原因となる。

未充填欠陥を無くすためには、テンプレートを光硬化性有機材料に接触させてから光照射を行うまでの時間（充填時間）を長くして、テンプレートパターンの凹部内を光硬化性有機材料で完全に充填する必要がある。

しかしながら、上記のように光硬化性有機材料の充填時間を長くすると、スループットが低下するという問題が生じる。

特開２００１−０６８４１１号公報 特開２０００−１９４１４２号公報

本発明の目的は、硬化性材料の充填時間の短縮化を図れるテンプレートおよびパターン形成方法を提供することにある。

本発明の一態様によるテンプレートは、被加工基板上に塗布された硬化性材料にパターンを転写するために使用されるインプリント用のテンプレートであって、前記硬化性材料と接触する面を有する基板と、前記接触する面上に設けられ、前記被加工基板に転写されるパターンに対応した凹部と、前記凹部の体積を小さくするために、前記凹部内に配置された凸部とを具備してなることを特徴する。

本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工基板上に硬化性材料を塗布する工程と、本発明の一態様によるテンプレートを前記硬化性材料に接触させる工程と、前記硬化性材料を硬化する工程と、前記硬化性材料から前記テンプレートを離し、前記硬化性材料からなるパターンを形成する工程と、前記硬化性材料からなるパターンをマスクにして前記被加工基板をエッチングし、前記被加工基板にパターンを形成する工程とを含むことを特徴する。

本発明によれば、硬化性材料の充填時間の短縮化を図れるテンプレートおよびパターン形成方法を実現できるようになる。

第１の実施形態に係るテンプレートを示す平面図。 図１のＡ−Ａ’断面図。 ハニカム配置を示す平面図。 凸部の平面形状が円形のテンプレートを示す平面図。 従来のテンプレートの平面図。 図５のＡ−Ａ’断面図。 溝型の凹部の場合の充填時間と充填率との関係を示す図。 箱型の凹部の場合の充填時間と充填率との関係を示す図。 実施形態のテンプレートを用いて被加工基板上に転写された硬化性材料のパターン（樹脂パターン）を示す平面図。 比較例のテンプレートを説明するための図。 被加工基板に形成するべきパターンの輪郭が長方形のそれと異なる場合の実施形態のテンプレートを説明するための図。 第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 図１０に続く第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 図１１に続く第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 図１２に続く第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 図１３に続く第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 図１４に続く第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための示す断面図。 第２の実施形態に係るパターン形成方法で形成されたパターンの一例を示す断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るテンプレートを示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。

本実施形態のテンプレート１は、被加工基板上に塗布された硬化性有機材料にパターンを転写するために使用されるインプリント用のテンプレートである。インプリントのタイプとしては、例えば、光（ＵＶ）インプリント、熱インプリントがある。

テンプレート１は、上記硬化性有機材料と接触する面２を有する基板３と、面２上に設けられ、上記被加工基板に転写されるパターンに対応する輪郭４を有する凹部５と、凹部５の体積を小さくするために、凹部５内に配置された複数の凸部６とを備えている。

ここでは、凹部５は、上記被加工基板に転写されるパターンの輪郭に対応する輪郭４を有する。

上記被加工基板に転写されるパターンは大パターンを含む。大パターンは、例えば、１００ｎｍ以上の大きな寸法を有するパターンである。

大パターンの例としては、パッド、ダミーパターン、マークがあげられる。ダミーパターンは、例えば、被加工基板のパターン密度が低い領域（疎パターン領域）内に設けられる。すなわち、ダミーパターンにより、被加工基板の面内におけるパターン密度のばらつきを小さくする。これにより、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）後の面内の平坦性を改善できる。また、マークは、例えば、アライメントマークである。

本実施形態では、上記被加工基板に転写されるパターンの輪郭は、長方形のそれと同じである。したがって、凹部５の輪郭４は長方形のそれと対応する形状（長方形または略長方形）である。すなわち、凹部５は、上記被加工基板に転写されるパターンの輪郭に対応する輪郭を有する。輪郭４を規定する二つの輪郭線の寸法Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方が１００ｎｍ以上である。

凹部５内において、複数の凸部６は、マトリクス状に配置されている。図１には、４×６のマトリクス配置の例が示されているが、行数（図１では４）および列数（図１では６）はこれに限定されるものではない。

さらに、複数の凸部６の配置は、マトリクス配置（規則的配置）には限定されない。マトリクス配置以外の他の規則的配置としては、例えば、ハニカム配置があげられる。ハニカム配置は、図３に示すように、ハニカム構造（正六角形を隙間無く並べた構造）を構成する正六角形の頂点および該正六角形の中心を配置位置とする。図３では、上記の頂点および中心は点線の丸で示されている。図３には、四つの正六角形が示されているが、ハニカム構造を構成する正六角形の数は特に限定はない。

また、複数の凸部６の配置は、非規則的配置でも構わない。非規則的配置は、ランダム配置、または、ランダム配置と規則的配置とが混在した配置である。

このように凸部６の配置には特に限定はなく、大パターンがパッド、ダミーパターン、マーク等の本来の役割を果たす範囲内において凸部６の配置は種々変更可能である。

凸部６を形成する方法は、例えば、基板３上にレジストを塗布する工程と、電子ビーム（ＥＢ）により上記レジストを露光する工程と、ＥＢ露光されたレジストを現像する工程と、現像したレジスト（レジストパターン）をマスクにして基板３をエッチングする工程とを含む。光インプリントの場合、基板３は、例えば、石英基板（透明基板）である。

また、図１には、平面形状（面２の上から見た形状）が正方形の凸部６が示されているが、大パターンが、パッド、ダミーパターン、マーク等の本来の役割を果たす範囲内で種々変更可能である。例えば、図４に示すように、平面形状（面２の上から見た形状）が円形の凸部６でも構わない。図４では、凸部６はハニカム配置されている。このような平面形状および配置を有する凸部６は、例えば、ブロックコポリマー等の自己組織化(self-assembled)技術を用いることで形成できる。

図５および図６に、従来のテンプレートの平面図および断面図を示す。図５および図６は、それぞれ、図１および図２に対応する。なお、以下の図においては、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のテンプレート１の場合、被加工基板上に転写されるパターンに対応した凹部５内に凸部６が配置されている。しかし、従来のテンプレート１’の場合、凹部５内に凸部は配置されていない。

ここで、凸部６の個数をｎ、凸部６の体積をＶとすると、本実施形態のテンプレート１は、従来のテンプレート１’に比べて、ｎ×Ｖだけ、凹部５の体積は小さくなる。

したがって、本実施形態によれば、凹部５内を硬化性材料で充填するために必要な樹脂量を従来よりも少なくでき、その結果として、凹部５内を硬化性材料で充填するために必要な時間（充填時間）を従来よりも短くできる。このように本実施形態によれば、硬化性材料の充填時間の短縮化を図れるので、パッドのような大パターンを形成する場合でも、スループットの低下を抑制できる。

また、充填時間を短縮できることにより、予め決められた所定の時間内に、凹部５内を硬化性材料により充填でき、これにより、未充填欠陥の発生を効果的に抑制することが可能となる。

例えば、図７および図８に示すように、予め決められた所定の時間（２２．５秒）内に、体積の異なる凹部内を硬化性材料により充填できる。図７は、幅２２ｎｍ、高さ６０ｎｍの溝型の凹部の場合の充填時間と充填率との関係を示している。図８は、幅１μｍ、高さ６０ｎｍの箱型の凹部の場合の充填時間と充填率との関係を示している。

テンプレート上には、大パターン以外にも、微細パターンも混在することもある。この場合、充填時間は、大パターンおよび微細パターン（非大パターン）を考慮して決められる。このようにして決められた充填時間（予め決められた所定の時間）は、大パターンだけに基づいて決められた充填時間に比べて短い。大パターンおよび微細パターン（非大パターン）を考慮して決められ充填時間（予め決められた所定の時間）内で、大パターンを充填することは、従来の技術では、本実施形態とは異なり難しい。

また、充填時間は、凸部６の個数ｎおよび凸部６の体積Ｖにより容易に制御できる。所定の体積を有する凸部６を所望の個数だけ形成することは容易に行える。したがって、本実施形態によれば、テンプレート作成のコストを増大させずに、硬化性材料の充填時間の短縮化を図ることができ、これにより、大パターンを形成する場合でも、スループットの低下を容易に抑制することができる。なお、一般には、個数ｎが多いほど、そして、体積Ｖが大きいほど、充填時間は短くなる。

なお、被加工基板上に転写されるパターンが開口部を有する場合、本実施形態のテンプレートは、上記開口部と対応する凸部とは別に、凹部内に凸部がさらに配置されることになる。しかし、従来のテンプレートの場合、上記開口部と対応する凸部が凹部内に配置されているが、さらに別の凸部は凹部内に配置されていない。すなわち、転写される本来の凹部（パターン）の体積を意図的に小さくする凸部は設けられていない。

図７は、本実施形態のテンプレート１を用いて被加工基板上に転写された硬化性材料のパターン（樹脂パターン）を示す平面図である。図７に示すように、樹脂パターン１０は一つのつながった格子状のパターンとなる。

ここで、充填時間の短縮は、図８に示すように、一つの樹脂パターン１０ａを複数の樹脂パターン１０ｂに分割（図６では２４分割）することでも実現できる（比較例）。すなわち、一つの凹部を複数の凹部に分割したテンプレートを用いても実現できる。

比較例の場合、分割の結果、個々の樹脂パターン１０のサイズが小さくなるため、樹脂パターン１０ｂとその下地（被加工基板）との接触面積は小さくなる。その結果、硬化後に、樹脂パターン１０ｂは下地から剥がれやすくなり、所望通りのパターンを形成することが困難になる。

これに対して本実施形態の場合、上記の通りに、樹脂パターン１０は一つのつながったパターンであるため、比較例に比べて樹脂パターン１０のサイズの減少は抑制される。その結果、樹脂パターン１０とその下地（被加工基板）との接触面積の減少が抑制され、硬化後の樹脂パターン１０と下地との間の密着性は確保される。したがって、所望通りのパターンを容易に形成することが可能性となる。

かくして本実施形態によれば、テンプレート作成のコストを増大させずに、硬化性材料の充填時間の短縮化を図ることができ、これにより、大パターンを形成する場合でも、スループットの低下を抑制でき、かつ、所望通りのパターンを容易に形成することを可能とするインプリント用のテンプレートを実現できるようになる。

なお、スループットを改善できるテンプレートとして、本実施形態のテンプレート以外にも、大パターン上部に微細孔を設けて毛細管効果を促進するテンプレートや、パターン寸法に応じて凹部の深さを変えたテンプレートが考えられる。

しかし、これらのテンプレートを作成するためには、高度かつ複雑な加工方法を用いる必要があり、基板の加工を三次元的にコントロールする必要がある。このようなコントロールは、技術的に非常に難易度が高い。

また、高度かつ複雑な加工方法を用いて基準を満たすテンプレート（親テンプレート）を作成できたとしても、以下の問題が残っている。実際のインプリントプロセスでは、多数の子テンプレートが使用される。子テンプレートは、親テンプレートのパターンを他の基板に転写して作成される。しかし、親テンプレートの三次元のパターンを他の基板に転写することは現状では不可能である。

なお、本実施形態では、被加工基板に転写される凹部（パターン）の輪郭が長方形の場合について説明したが、本実施形態は、上記輪郭とは異なる輪郭を有する凹部（パターン）を被加工基板上に転写する場合にも適用できる。

例えば、図１１（ａ）に示すように、パッドまたはダミーパターンなどの大パターン２０と、大パターン２０につながった引き出し配線またはダミー引き出し配線などの非大パターン（例えば、微細パターン）２１とで構成されたパターン２２に適用できる。

この場合、図１１（ｂ）に示すように、テンプレートは、上記被加工基板に転写されるパターン２２（２０，２１）の輪郭に対応した輪郭４を有する凹部５と、大パターン２０に対応する凹部５内に配置された複数の凸部６とを備えている。非大パターン２１に対応する凹部５内には凸部６は配置されない。

（第２の実施形態）
図１２−図１７は、第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための断面図である。本実施形態のパターン形成方法では、第１の実施形態で説明したテンプレートを用いた、光インプリントによるパターン形成方法について説明する。

［図１２］
被加工基板３１上に光硬化性材料３２が塗布される。被加工基板３１は、例えば、シリコン基板（半導体基板）である。被加工基板３１は、例えば、半導体基板とその上に設けられた導電膜とを含む（多層構造の被加工基板）。

［図１３］
被加工基板３１と第１の実施形態のテンプレート１との位置合わせ（アライメント）が行われる。ここでは、図１に示したテンプレート１を用いた場合について説明するが、第１の実施形態で説明した他のテンプレートを用いた場合も同様である。

［図１４］
光硬化性材料３２にテンプレート１を接触させ、テンプレート１の主面に形成された、テンプレートパターンの凹部内に光硬化性材料３２を充填させる。

［図１５］
テンプレート１の背面（光硬化性材料３２と接触する面と反対の面）から光硬化性材料３２に光３３を照射することにより、光硬化性材料３２の硬化が行われる。光３３の波長は、例えば、ＵＶ〜ＥＵＶの波長範囲内にある。

［図１６］
光硬化性材料３２からテンプレート１が離され（離型）、その後、被加工基板３１および光硬化性材料３２がリンスされる。

［図１７］
被加工基板３１上に残った光硬化性材料３２（樹脂パターン）をエッチングマスクに用いて、被加工基板３１をエッチングすることにより、被加工基板３１上にパターンが形成される。その後、光硬化性材料３２が除去される。

被加工基板３１が多層構造の場合、例えば、半導体基板／導電膜の場合、導電膜がエッチングされ、例えば、大パターンであるパッドが形成される。パッドは、図９に示した樹脂パターン１０に対応して、一つの繋がった格子状のパターンを有する。そのため、パッドの格子状の領域（穴以外の領域）のどこかで上下の導電層を繋がるようにすれば、例えば、図１８に示すように、層間絶縁膜４０に形成した接続孔４１を上記穴よりも大きくすれば、上下の配線層４２，４３はパッド４４を介して電気的に接続されることになる。すなわち、本実施形態の方法で形成されたパッドは、パッド本来の役割を果たすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、複数の凸部が全て同じ寸法を有する必要は必ずしもない。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

１…テンプレート、２…主面、３…基板、４…輪郭、５…凹部、６…凸部、１０，１０ａ，１０ｂ…樹脂パターン、２０…大パターン、２１…非大パターン、２２…パターン、３１…被加工基板、３２…光硬化性材料、３３…光、４０…層間絶縁膜、４１…接続孔、４２，４３…配線層、４４…パッド。

Claims (4)

1. 硬化性材料が塗布された第１の基板に１００ｎｍ以上の一辺を有するパッド、ダミーパターンまたはマークである大パターンとこの大パターンよりも小さな微細パターンとを有するパターンを転写するために使用されるインプリント用のテンプレートであって、
   前記硬化性材料と接触する面を有する第２の基板と、
   前記面上に設けられ、前記第１の基板に転写される前記大パターンに対応する凸状の輪郭を有する凹部と、
   前記凹部の体積を小さくするために、前記凹部内に配置された複数の凸部と
   を具備してなり、
   前記複数の凸部は、前記凹部内において、マトリクス状または不規則に配列されていることを特徴するテンプレート。
2. 前記ダミーパターンは、パターン密度のばらつきを小さくするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のテンプレート。
3. 前記マークは、アライメントマークであることを特徴とする請求項１に記載のテンプレート。
4. 第１の基板上に硬化性材料を塗布する工程と、
   請求項１に記載のテンプレートを前記硬化性材料に接触させる工程と、
   前記硬化性材料を硬化する工程と、
   前記硬化性材料から前記テンプレートを離し、前記硬化性材料からなる請求項１に記載のパターンを形成する工程と、
   前記硬化性材料からなる前記パターンをマスクにして前記第１の基板をエッチングし、前記第１の基板にパターンを形成する工程と
   を含むことを特徴するパターン形成方法。

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