JP2013033907A - テンプレート用基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】精度よく位置合わせを行うことができるインプリント用のテンプレートを作製するためのテンプレート用基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法は、上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成された基板について、前記基板に形成しようとするアライメントマークの情報に基づいて、前記アライメントマークが形成される予定の領域を含む不純物注入領域を設定する工程と、前記メサ領域の角部、前記メサ領域の隣り合う2つの端縁、又は前記メサ領域の外部に形成された基準パターンを基準として、前記基板における前記不純物注入領域の位置を特定し、前記特定された不純物注入領域に不純物を注入する工程と、前記基板の上面上にマスク膜を形成する工程と、を備える。
【選択図】図4

Description

本発明の実施形態は、テンプレート用基板及びその製造方法に関する。
従来、半導体装置の製造には、フォトリソグラフィ法が用いられてきた。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、フォトリソグラフィ法では解像力が不足し、パターンの形成が困難になりつつある。そこで、近年、フォトリソグラフィ法に代わり、ナノインプリント法が用いられるようになってきている。
ナノインプリント法においては、石英基板の表面を選択的に除去することにより凹凸を形成し、半導体基板上に形成したいレジストパターンを反転させたパターン(デバイスパターン)と、位置合わせ用のアライメントマークを形成して、ナノインプリント用のテンプレートを作製する。そして、加工対象となる半導体基板上に紫外線硬化型のレジスト材料を塗布し、このレジスト材料にテンプレートを押し付ける。次に、テンプレートを押し付けたまま、テンプレートを通してレジスト材料に紫外線を照射し、レジスト材料を硬化させる。このようにして、テンプレートに形成されているデバイスパターンを、レジスト材料に転写して、レジストパターンを形成する。ナノインプリント法では、従来のフォトリソグラフィ法で問題となっていた焦点深度、収差及び露光量等の変動要因が少ないため、1枚のテンプレートを作製すれば、これを用いて、極めて簡便にかつ精度よく、多数のレジストパターンを形成することができる。
ところで、半導体装置の製造には、予めパターンが形成された基板の上に新たなパターンを形成する工程が含まれる。このような工程にナノインプリント法を用いる場合には、テンプレートを基板に対して高い精度で位置合わせ(アライメント)する必要がある。この位置合わせは、テンプレートに形成されたアライメントマークを、基板上に形成されたアライメントマークに重ね合わせて、可視光により観察しながら行う。
しかしながら、テンプレートの材料である石英の可視光に対する屈折率は、紫外線硬化型のレジスト材料の可視光に対する屈折率とほぼ等しいため、テンプレートがレジスト材料に押し付けられ、アライメントマークの凹部内にレジスト材料が進入すると、アライメントマークが見えなくなってしまう。このため、十分な精度で位置合わせができないという問題がある。
特表2007−506281号公報
本発明の目的は、精度よく位置合わせを行うことができるインプリント用のテンプレートを作製するためのテンプレート用基板及びその製造方法を提供することである。
実施形態に係るテンプレート用基板は、上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成され、前記メサ領域の周辺部の一部の領域における上層部分に不純物が導入された基板と、前記基板の上面上に設けられたマスク膜と、を備える。
実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法は、上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成された基板について、前記基板に形成しようとするアライメントマークの情報に基づいて、前記アライメントマークが形成される予定の領域を含む不純物注入領域を設定する工程と、前記メサ領域の角部、前記メサ領域の隣り合う2つの端縁、又は前記メサ領域の外部に形成された基準パターンを基準として、前記基板における前記不純物注入領域の位置を特定し、前記特定された不純物注入領域に不純物を注入する工程と、前記基板の上面上にマスク膜を形成する工程と、を備える。
(a)は第1の実施形態に係るテンプレート用基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図である。 第1の実施形態に係るテンプレート用基板のメサ領域を例示する平面図である。 (a)は、第1の実施形態に係るテンプレート用基板のメサ領域を例示する断面図であり、(b)は、縦軸に基板表面からの距離をとり、横軸に不純物濃度をとって、(a)に示す直線Aに沿った不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。 第1の実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示するフローチャート図である。 (a)は石英基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図である。 (a)及び(b)は、アライメントマークに関する情報を表す図であり、(a)はテンプレートの中心を原点とした直交座標系を用いて表し、(b)はメサ領域の角部を原点とした直交座標系を用いて表す。 第1の実施形態におけるアライメントマーク領域と不純物注入領域との関係を例示する平面図である。 第1の実施形態において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。 第1の実施形態におけるイオン注入方法を例示する図である。 (a)及び(b)は、第1の実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示する断面図である。 第1の実施形態におけるレプリカテンプレートの製造方法を例示するフローチャート図である。 (a)〜(g)は、第1の実施形態におけるレプリカテンプレートの製造方法を例示する工程断面図である。 不純物注入領域の実測領域が設定領域からずれた場合を示す平面図である。 第1の実施形態の第1の変形例におけるアライメントマーク領域と不純物注入領域との関係を例示する平面図である。 第1の実施形態の第1の変形例において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。 第1の実施形態の第2の変形例において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。 第2の実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示するフローチャート図である。 (a)は石英基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図である。 (a)及び(b)は、アライメントマークに関する情報を表す図であり、(a)はテンプレートの中心を原点とした直交座標系を用いて表し、(b)は石英基板の角部を原点とした直交座標系を用いて表す。 第2の実施形態において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。 第2の実施形態におけるイオン注入方法を例示する図である。 (a)は第3の実施形態に係るテンプレート用基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1(a)は本実施形態に係るテンプレート用基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図であり、
図2は、本実施形態に係るテンプレート用基板のメサ領域を例示する平面図であり、
図3(a)は、本実施形態に係るテンプレート用基板のメサ領域を例示する断面図であり、(b)は、縦軸に基板表面からの距離をとり、横軸に不純物濃度をとって、(a)に示す直線Aに沿った不純物濃度プロファイルを例示するグラフ図である。
なお、図2においては、マスク膜12は図示を省略している。
また、図3(b)においては、不純物濃度プロファイルと溝16aとの位置関係を示すために、溝16aも併記している。
更に、これらの図面は模式的なものであり、各部の寸法比及び縦横比は実際のテンプレート用基板とは必ずしも一致していない。後述する他の図面についても同様である。
図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態に係るテンプレート用基板1においては、石英からなる基板11が設けられており、基板11の上面11a上には、マスク膜12が設けられている。基板11の形状は、略矩形の板状である。基板11においては、その上面11aの中央部に、周囲よりも突出したメサ領域13が形成されている。上方から見て、メサ領域13の形状は矩形である。基板11の上面11aにおけるメサ領域13の上面と、メサ領域13以外の領域の上面とは、相互に平行である。マスク膜12は金属を含む薄膜であり、例えば、窒化クロム膜である。
寸法の一例を示すと、基板11は、上方から見て、縦及び横の長さがそれぞれ152mm(ミリメートル)の正方形であり、厚さは6.35mmである。メサ領域13は、上方から見て、一辺の長さが26mm、他の一辺の長さが33mmの長方形であり、高さは30μm(ミクロン)である。マスク膜12の膜厚は例えば5〜10nm(ナノメートル)である。
図2に示すように、メサ領域13の中央部には、デバイスパターンが形成される予定の領域であるデバイス領域14が設定されている。なお、デバイスパターンは、テンプレート用基板1を用いてテンプレートを作製する際に形成されるため、テンプレート用基板1には形成されていない。
また、メサ領域13の周辺部の一部、すなわち、デバイス領域14の周囲の領域の一部における上層部分には、不純物注入領域15が形成されている。不純物注入領域15においては、不純物が導入されている。不純物注入領域15は、例えば、メサ領域13の各角部に配置されている。不純物は、例えば、ガリウム、キセノン、アンチモン、アルゴン、インジウム、シリコン、ヒ素又は鉛である。不純物注入領域15の内部には、アライメントマークが形成される予定の領域であるアライメントマーク領域16が設定されている。なお、アライメントマークもテンプレート用基板1には形成されておらず、例えば、デバイスパターンと同時に形成される。
図3(a)に示すように、テンプレート用基板1にデバイスパターンが形成される際には、デバイス領域14において、基板11の上面11aに溝14aが形成される。また、アライメントマークが形成される際には、アライメントマーク領域16において、基板11の上面11aに複数本の溝16aが相互に平行に周期的に形成される。溝16a及び溝14aの深さは相互に略等しく、例えば、60nmである。そして、上下方向において、不純物注入領域15は溝16aの中間部分に位置している。すなわち、溝16aが形成されたときには、溝16aは不純物注入領域15を上下方向に貫通する。不純物注入領域15の外面は必ずしも一義的に規定できるものではないが、図3(b)に示すように、不純物注入領域15における上下方向に沿った不純物の濃度プロファイルは、溝16a底面となる予定の位置よりも上方の位置で最大値をとる。
通常、半導体装置をナノインプリント法によって大量生産する場合には、テンプレートとして、マスターテンプレート及びレプリカテンプレートの2種類のテンプレートを作製する。マスターテンプレートにおいては、メサ領域が形成されていない平板状の石英基板に、例えば電子ビーム描画によって、デバイスパターン及びアライメントマークを形成する。マスターテンプレートは、通常、1枚のみ製造される。一方、レプリカテンプレートは、上述のメサ領域が形成されたテンプレート用基板に、マスターテンプレートによってデバイスパターン及びアライメントマークを転写して製造する。このレプリカテンプレートのパターンを半導体基板に転写することにより、半導体装置を製造する。但し、半導体基板への転写を繰り返すことにより、デバイスパターン及びアライメントパターンが徐々に損傷を受けるため、レプリカテンプレートは消耗品である。このため、レプリカテンプレートは、マスターテンプレートを用いて複数枚製造される。本実施形態に係るテンプレート用基板は、例えば、レプリカテンプレートを形成するための基板である。
次に、本実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法について説明する。
図4は、本実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図5(a)は石英基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図であり、
図6(a)及び(b)は、アライメントマークに関する情報を表す図であり、(a)はテンプレートの中心を原点とした直交座標系を用いて表し、(b)はメサ領域の角部を原点とした直交座標系を用いて表し、
図7は、本実施形態におけるアライメントマーク領域と不純物注入領域との関係を例示する平面図であり、
図8は、本実施形態において使用する成形アパーチャーを例示する平面図であり、
図9は、本実施形態におけるイオン注入方法を例示する図であり、
図10(a)及び(b)は、本実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示する断面図である。
先ず、図4のステップS1並びに図5(a)及び(b)に示すように、上面の中央部にメサ領域13が形成された石英基板21を用意する。石英基板21は、縦及び横の長さがそれぞれ例えば152mmであり、厚さが例えば6.35mmの正方形の略平板状である。メサ領域13は、例えば、平板状の石英板の上面のうち、メサ領域13を形成する予定の領域をレジスト膜によって覆った状態で、フッ化水素酸系のエッチング液を用いてウェットエッチングを施すことにより、形成することができる。メサ領域13は、例えば、縦の長さが33mm、横の長さが26mmの長方形状であり、高さは例えば30μmである。
次に、図4のステップS2に示すように、マスターテンプレートの設計情報から、アライメントマークに関する情報を取得する。具体的には、アライメントマーク領域16の数、位置及びサイズに関する情報を取得する。この情報は、通常、CAD(Computer Aided Design:コンピュータ支援設計)の利用が可能なデータフォーマット、例えば、GDSデータ又はMEBESデータ等によって記述されている。
図6(a)に示すように、通常、このようなデータフォーマットにおいては、テンプレートの中心を原点とした直交座標系により、対象物の位置等が定義されている。また、このデータは、マスターテンプレートの設計情報であるため、メサ領域に関する情報は含まれていない。
そこで、メサ領域13の位置及びサイズに関する情報を取得する。そして、データ上で仮想的に、メサ領域の対角線の交点を、アライメントマークに関するデータの原点、すなわち、テンプレートの中心に重ねる。これにより、データ上で、アライメントマーク領域がメサ領域内に配置される。
次に、図4のステップS3及び図6(b)に示すように、メサ領域13の角部を原点とした直交座標系を設定する。そして、この直交座標系が基準となるように、アライメントマーク領域16の座標データを変換する。これにより、各アライメントマーク領域16において、原点に最も近い角部の座標を基準座標とすると、各アライメントマーク領域16の基準座標を、M1(X1,Y1)、M2(X2,Y2)、・・・のように記述することができる。このとき、パラメータX1、X2、・・・、Y1、Y2、・・・は、全て比較的小さな正の数となる。
次に、図4のステップS4及び図7に示すように、アライメントマーク領域16の位置情報に基づいて、不純物注入領域15を決定する。先ず、不純物のイオン注入に使用するイオン注入装置100(図9参照)における注入位置の誤差Δd、すなわち、位置ずれ量の値を取得する。誤差Δdとは、イオンビームを照射する際の目標位置と実際に照射された位置との間のズレ量であって、イオン注入装置ごとに統計的に予測される値である。誤差Δdは、例えば、イオン注入装置の座標の位置決め時の誤差及び照射の位置決め時の誤差等によって発生する。そして、不純物注入領域15はアライメントマーク領域16を含むように設定する。また、不純物注入領域15の外縁は、アライメントマーク領域16の外縁から、誤差Δd以上の距離だけ離隔した位置に設定する。これにより、不純物の注入位置が誤差Δdの範囲内でずれたとしても、アライメントマーク領域16には不純物が確実に注入される。本実施形態においては、上方から見て、不純物注入領域15の形状は矩形とする。
また、不純物注入領域15の外側に、不純物注入領域15の外縁から誤差Δd以上の距離だけ離隔した点を結んで閉じた図形を描き、この図形をアライメントマーク枠17とする。例えば、誤差Δdが0.5μmである場合には、アライメントマーク枠17は、アライメントマーク領域16に対して、縦及び横の長さがそれぞれ1μm以上大きな図形となる。なお、アライメントマーク枠17は仮想的な概念であり、溝等の実体的要素とは直接は対応していない。本実施形態においては、アライメントマーク枠17の形状を、不純物注入領域15の外縁に沿った矩形とする。
このようにアライメントマーク枠17を設定することにより、後述する不純物の注入工程において、注入位置が誤差Δdの範囲内でずれたとしても、アライメントマーク枠17の外側には不純物が注入されないことになる。このため、アライメントマーク枠17は、その外部には不純物が注入されない境界として利用することができる。このようにして、アライメントマーク領域16の内部には不純物が確実に注入され、アライメントマーク枠17の外部には不純物が確実に注入されないようにすることができる。
次に、図4のステップS5及び図8に示すように、ステップS4において決定された不純物注入領域15に対応する成形アパーチャー22を準備する。成形アパーチャー22は、石英基板21に不純物をイオン注入する際のマスクである。成形アパーチャー22には、各不純物注入領域15に対応した開口部22aの他に、観察用窓22bが形成されている。開口部22aと観察用窓22bとの位置関係は、予め把握されている。
次に、図4のステップS6及び図9に示すように、イオン注入装置100に成形アパーチャー22及び石英基板21を装着し、位置合わせを行う。
以下、イオン注入装置100の構成について、簡単に説明する。
イオン注入装置100においては、位置合わせが可能なXYステージ101が設けられている。XYステージ101には、試料ホルダー(図示せず)を介して石英基板21が装着される。
また、XYステージ101上には、イオン源室102、加速機構103、質量分析マグネット104及びビーム光学系105が設けられており、不純物イオンの経路を構成している。そして、この不純物イオンの経路に介在するように、ビーム光学系105とXYステージ101との間に、成形アパーチャー22を配置する。
更に、成形アパーチャー22の上方には、観察光源106が設けられている。観察光源106は、そこから出射した観察光が成形アパーチャー22の観察用窓22bを介して、XYステージ101に到達するような位置に配置されている。観察光の経路上には、ハーフミラー107が設けられている。そして、ハーフミラー107によって反射された光が入射する位置に、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)カメラ108が設けられている。
次に、成形アパーチャー22と石英基板21との位置合わせ方法について説明する。
先ず、観察光源106に観察光を出射させる。この観察光は、ハーフミラー107を透過し、成形アパーチャー22の観察用窓22bを通過して、石英基板21又はXYステージ101に到達する。そして、石英基板21又はXYステージ101において反射された観察光は、再び観察用窓22bを通過して、ハーフミラー107において反射され、CCDカメラ108に入射する。これにより、CCDカメラ108によって、石英基板21又はXYステージ101を観察することができる。そして、観察領域に石英基板21のメサ領域13の角部又は隣り合う2つの端縁が位置するように、XYステージ101を操作して、石英基板21の位置を調整する。
次に、メサ領域13の端縁の傾きを検出し、図4のステップS3において設定した座標系のX軸及びY軸を、XYステージ101の座標系のX軸及びY軸に合わせる。次に、ステップS3において座標系の原点としたメサ領域の角部を、XYステージ101の座標系の基準点に一致させる。その後、各アライメントマーク領域16の基準座標M1(X1,Y1)、M2(X2,Y2)、・・・に基づいて、XYステージ101を更に駆動させることにより、不純物注入領域105に不純物イオンが注入されるような位置に、石英基板21を位置させる。このようにして、位置合わせが完了する。
次に、図4のステップS7及び図9に示すように、石英基板21に対して、不純物イオンを選択的に注入する。例えば、不純物としてガリウムを使用する場合には、イオン源室102内に液体のガリウムをセットし、これを加熱すると共に、加速機構103に引出電圧を印加する。これにより、イオン源室102からガリウムイオンが引き出され、加速機構103によって加速される。そして、質量分析マグネット104を通過させることにより、ガリウムイオンの純度を高め、ビーム光学系105により、ガリウムイオンを平行なビーム状にする。このガリウムイオンビームは、成形アパーチャー22に形成された4ヶ所の開口部22aを通過することにより、不純物注入領域15に相当する形状に成形され、石英基板21に照射される。一例では、ドーズ量を2〜4×1016ions/cmとし、加速電圧を50kV以下とする。この場合、深さが60nm以下の浅い領域に、不純物が注入される。これにより、図10(a)に示すように、石英基板21に不純物注入領域15が形成される。この結果、基板11が作製される。
次に、図4のステップS8に示すように、基板11を洗浄し、表面に付着しているパーティクル及び不純物イオンの注入によって付着したコンタミネーションを除去する。
次に、図4のステップS9及び図10(b)に示すように、例えばスパッタ法により、基板11の上面上に窒化クロムを例えば5〜10nmの厚さに堆積させて、マスク膜12を形成する。このようにして、図1〜図3に示すテンプレート用基板1が製造される。
次に、本実施形態に係るテンプレート用基板を用いたレプリカテンプレートの製造方法について説明する。
図11は、本実施形態におけるレプリカテンプレートの製造方法を例示するフローチャート図であり、
図12(a)〜(g)は、本実施形態におけるレプリカテンプレートの製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図11のステップS61及び図12(a)に示すように、本実施形態に係るテンプレート用基板1を用意する。上述の如く、テンプレート用基板1には、デバイスパターン領域14及びアライメントマーク領域16が設定されている。
次に、図11のステップS62及び図12(b)に示すように、テンプレート用基板1の上面の全面に、紫外線硬化型のレジスト膜61を塗布する。
次に、図11のステップS63及び図12(c)に示すように、マスターテンプレート(図示せず)をテンプレート用基板1に押し付けることにより、メサ領域13に塗布されたレジスト膜61を変形させる。この状態で、波長が例えば365nmの紫外線を照射して、レジスト膜61を硬化させる。この結果、レジストパターン62が形成される。このとき、レジストパターン62には、デバイスパターン及びアライメントマークが形成される。その後、マスターテンプレートをテンプレート用基板1及びレジストパターン62から引き剥がす。
次に、図11のステップS64及び図12(d)に示すように、レジストパターン62をマスクとし、塩素を含むエッチングガスを用いて、ドライエッチングを行う。これにより、窒化クロムからなるマスク膜12がエッチングされて、レジストパターン62のパターンが転写される。
次に、図11のステップS65及び図12(e)に示すように、レジストパターン62を除去する。
次に、図11のステップS66及び図12(f)に示すように、パターニングされたマスク膜12をマスクとし、フッ素を含むエッチングガスを用いて、ドライエッチングを行う。これにより、石英からなる基板11がエッチングされて、デバイスパターン領域14に溝14aが形成されると共に、アライメントマーク領域16に溝16aが形成される。溝14a及び溝16aは、不純物注入領域15の下面よりも深く形成し、例えば、60nmの深さに形成する。これにより、溝16aは不純物注入領域15を貫通する。溝14aによりデバイスパターンが構成され、溝16aによりアライメントマークが構成される。
次に、図11のステップS67及び図12(g)に示すように、硝酸セリウムを用いたウェットエッチングを行うことにより、マスク膜12を除去する。これにより、レプリカテンプレート70が作製される。
そして、レプリカテンプレート70を用いてナノインプリント法を実施することにより、半導体装置を製造する。例えば、シリコンウェーハ等の半導体基板(図示せず)上に紫外線硬化型のレジスト材料(図示せず)を塗布し、レプリカテンプレート70を押し付けた状態で紫外線を照射することにより、半導体基板上にレジストパターンを形成する。このとき、レプリカテンプレート70に形成されたアライメントマークと半導体基板に形成されたアライメントマークとを重ね合わせて、これを、波長が例えば530nm程度の白色光を用いて観察することによって、レプリカテンプレート70と半導体基板との位置合わせを行う。これらのアライメントマークは、いずれも複数本の溝が周期的に配列されたパターンであるが、その周期は相互に少し異なっている。このため、両マークを重ね合わせるとモアレ模様が発生し、両マークの相対的な位置関係が変化するとモアレ模様の位置が変化する。これにより、両マークの相対的な位置関係を、増幅して検出することができ、レプリカテンプレート70を半導体基板に対して高精度に位置決めすることができる。また、図7に示すように、レプリカテンプレート70及び半導体基板の双方に、溝が延びる方向が相互に直交する2種類のアライメントマークを形成することにより、相互に直交する2方向において位置決めすることができる。
次に、レジストパターンをマスクとして、半導体基板に対して処理を施す。この処理は、例えば、エッチングであってもよく、不純物の注入であってもよい。例えば、半導体基板がシリコンウェーハである場合には、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、半導体基板の上層部分を選択的に除去し、溝を形成する。若しくは、レジストパターンをマスクとして不純物を選択的に注入することにより、半導体基板の上層部分に不純物拡散層を形成する。又は、半導体基板がシリコンウェーハ上に絶縁膜及び導電膜が形成されたものである場合には、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、絶縁膜に溝又はホールを形成したり、導電膜を配線に加工したりする。このようにして、半導体装置が製造される。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態に係るレプリカテンプレート70においては、石英からなる基板11に不純物注入領域15が形成されており、この不純物注入領域15を貫通するように、溝16aが形成されている。従って、基板11における溝16a間の部分には不純物、例えばガリウムが注入されている。このため、アライメントマーク領域16において、石英からなる基板11の可視光に対する屈折率が、不純物が含有されていない場合よりも高くなる。また、可視光に対する透過率も変化する。この結果、レプリカテンプレート70における溝16a間の部分の屈折率と紫外線硬化型のレジスト材料の屈折率との差が大きくなる。一方、溝16aは不純物注入領域15を突き抜けているため、溝16aの底面には不純物が注入されていない。このため、アライメントマークがレジスト材料に接触した後においても、アライメントマークを光学的に容易に検出することができる。この結果、レプリカテンプレート70を半導体基板に対して精度よく位置決めすることができる。
これに対して、仮に、アライメントマーク領域に不純物が含有されていないと、アライメントに用いる光の波長領域において、石英の屈折率とレジスト材料の屈折率とはほぼ等しいため、アライメントマークがレジスト材料に接触した後は、アライメントパターンのコントラストが小さくなり、アライメントマークを光学的に検出することが困難になる。このため、レプリカテンプレートをレジスト材料に押し付ける工程においては、レプリカテンプレートがレジスト材料に接触する前にアライメントを終了させておき、その後は、なるべく位置がずれないようにレプリカテンプレートをレジスト材料に押し付ける必要がある。しかし、押し付ける過程でレプリカテンプレートを上下に動かすため、不可避的に位置ずれが生じてしまう。このため、レプリカテンプレートの押し付けが終了した時点において、十分なアライメント精度を得ることが難しく、半導体装置の製造歩留まりを低下させる原因となる。一例では、不純物が含有されていないレプリカテンプレートを用いた場合、アライメント精度は8〜10nmであるが、本実施形態によれば、6nmのアライメント精度を実現することができる。なお、ハーフピッチが22nmのパターンを形成する場合、許容されるアライメント精度は7nm程度である。
また、本実施形態においては、図4のステップS4及び図7に示す工程において、不純物の注入に際して見込まれる誤差Δdを考慮して、不純物注入領域15及びアライメントマーク枠17を決定している。以下、この効果について説明する。
図13は、不純物注入領域の実測領域が設定領域からずれた場合を示す平面図である。
図13においては、不純物注入領域15を、設定領域15aと実測領域15bとに分けて示している。設定領域15aと実測領域15bとの間には、様々な要因によってずれが生じる場合があるが、統計的に、そのずれ量dx及びdyは、誤差Δd以下であると予想される。
図7に示すように、本実施形態においては、不純物注入領域15を設定する際に、不純物注入領域15の外縁を、アライメントマークが形成される予定の領域、すなわち、アライメントマーク領域16の外縁から、誤差Δd以上の距離だけ離隔させている。これにより、図13に示すように、実測領域15bが設定領域15aからずれた場合でも、アライメントマーク領域16に不純物を確実に注入することができる。
また、図7に示すように、本実施形態においては、不純物注入領域15の外側であって、不純物注入領域15の外縁から誤差Δd以上の距離だけ離隔した位置に、アライメントマーク枠17を設定している。これにより、図13に示すように、実測領域15bが設定領域15aからずれた場合でも、アライメントマーク枠17の外側の領域に不純物が注入されることはない。このため、不純物注入領域15の管理が容易になる。例えば、デバイス領域14をアライメントマーク枠17の外側に配置することにより、デバイス領域14に不純物が注入されることを回避できる。この結果、デバイス領域14に注入された不純物がインプリントの際に半導体基板中に拡散し、半導体装置の特性に影響を及ぼすことを防止できる。
このように、本実施形態によれば、アライメントマーク領域16とアライメントマーク枠17との間に、幅が誤差Δdの2倍以上となるマージン領域が設けられるため、アライメントマーク領域16の内部には不純物が確実に注入され、アライメントマーク枠17の外部には不純物が確実に注入されない。マージン領域には、設計上何も配置しないか、不純物イオンが注入されても問題のないパターンを配置すればよい。また、マージン領域に必要とされる最小幅(2Δd)は、イオン注入装置100の精度に依存し、イオン注入装置100の精度が高い程、マージン領域の幅を狭くすることができる。
更に、本実施形態においては、図4のステップS6及び図9に示す工程において、不純物を注入する際に、成形アパーチャー22の位置を、観察用窓22bを介してメサ領域13の角部又は隣り合う2つの端縁を観察できるような位置とすることにより、成形アパーチャー22の開口部22aの位置を不純物注入領域15の設定領域15a(図13参照)の位置に一致させている。これにより、メサ領域13の角部又は隣り合う2つの端縁を基準として、不純物注入領域15の位置を特定することができる。メサ領域13の角部から不純物注入領域15までの距離は、石英基板21の端部から不純物注入領域15までの距離よりも短いため、メサ領域13の角部等を基準とすることにより、不純物注入領域15の位置を特定する際の精度を向上させることができる。この結果、不純物注入領域15を精度良く形成することができる。
更にまた、本実施形態においては、図4のステップS3に示す工程において、メサ領域の角部を原点とした直交座標系を設定している。これにより、デバイス領域14及びアライメントマーク領域16の位置を直感的に把握しやすくなる。この結果、例えば、図4のステップS4に示す工程において、不純物注入領域15の設定が容易になる。
更にまた、本実施形態においては、形成しようとする不純物注入領域15の形状に合わせて専用の成形アパーチャー22を用意している。成形アパーチャー22の開口部22aは不純物注入領域15に対応している。これにより、不純物注入領域15を形成するたびに成形アパーチャーを入れ替える必要が無く、全ての不純物注入領域15を1回の不純物注入により形成することができる。この結果、不純物注入領域15を1ヶ所ずつ形成する場合と比較して、不純物注入領域15の形成に要する時間及びコストを低減することができる。例えば、4ヶ所の不純物注入領域15を1回の不純物注入で形成すれば、1ヶ所ずつ4回注入する場合と比較して、不純物イオンの照射時間は(1/4)となる。
更にまた、本実施形態においては、図4のステップS7において不純物を注入した後、ステップS9においてマスク膜12を形成する前に、ステップS8において基板11を洗浄している。このため、ステップS8において強い洗浄をかけることができ、不純物イオンの注入に伴うコンタミネーションを効果的に除去することができる。また、基板11の表面に付着しているパーティクルも効果的に除去することができる。
なお、レプリカテンプレートがレジスト材料に接触した後においても、アライメントマークを光学的に認識しやすくする方法として、アライメントマークを構成する溝16aをデバイスパターンを構成する溝14aよりも深く形成することも考えられる。これにより、レプリカテンプレートを半導体基板に押し付けたときに、レジスト材料が溝16aの底面に接触しなくなり、溝16aを光学的に検出することが容易になる。しかしながら、この方法では、溝16aを形成するために特別な工程が必要となるため、レプリカテンプレートのスループットが低下すると共に、製造コストが増加してしまう。
また、溝16aの底部に、石英以外の材料を埋め込むことも考えられる。しかしながら、この場合も、特別な工程が必要となるため、スループットが低下すると共に、製造コストが増加してしまう。
これに対して、本実施形態によれば、専用の工程を設けることなく、デバイスパターン及びアライメントマークを同一のプロセスによって一度に形成することができる。このため、レプリカテンプレートの生産性が高い。この効果は、レプリカテンプレートを多数生産する際に、特に顕著となる。
次に、第1の実施形態の第1の変形例について説明する。
図14は、本変形例におけるアライメントマーク領域と不純物注入領域との関係を例示する平面図であり、
図15は、本変形例において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。
図14に示すように、本変形例は、前述の第1の実施形態と比較して、不純物注入領域15の形状が異なっている。
本変形例においては、図4のステップS4に示す工程において、不純物注入領域15の外形を、アライメントマーク領域16の外縁にほぼ沿ったL字形とする。また、アライメントマーク枠17の形状も、不純物注入領域15の外縁に沿ったL字形とする。この場合、図15に示すように、図4のステップS5において準備する成形アパーチャーとして、不純物イオン照射用の開口部32aの形状が不純物注入領域15の外形に対応したL字形であるような成形アパーチャー32を使用する。なお、メサ領域13の角部を観察するための観察用窓32bの形状は、第1の実施形態における成形アパーチャー22の観察用窓22b(図8参照)の形状と同じとする。
本変形例によれば、アライメントマーク枠17に囲まれた領域の面積を小さくし、その分、デバイス領域14の面積を大きくすることができる。本変形例における上記以外の構成、製造方法及び作用効果等は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、第1の実施形態の第2の変形例について説明する。
図16は、本変形例において使用する成形アパーチャーを例示する平面図である。
図16に示すように、本変形例においては、成形アパーチャーとして、種々の形状の開口部42aが形成された汎用の成形アパーチャー42を使用する。そして、1つの開口部42aを使用するか、又は複数の開口部42aを組み合わせて、複数ヶ所の不純物注入領域15に対して1ヶ所ずつ不純物を注入していく。なお、観察用窓42bの形状は、前述の第1の実施形態における観察用窓22b(図8参照)の形状と同じである。
本変形例によれば、汎用の成形アパーチャーを使用することにより、専用の成形アパーチャーを準備するコスト及び時間を削減することができる。本変形例における上記以外の構成、製造方法及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、第2の実施形態について説明する。
本実施形態に係るテンプレート用基板の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、不純物を注入した後に、メサ領域13の形成を行う点が異なっている。
図17は、本実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図18(a)は石英基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図であり、
図19(a)及び(b)は、アライメントマークに関する情報を表す図であり、(a)はテンプレートの中心を原点とした直交座標系を用いて表し、(b)は石英基板の角部を原点とした直交座標系を用いて表し、
図20は、本実施形態において使用する成形アパーチャーを例示する平面図であり、
図21は、本実施形態におけるイオン注入方法を例示する図である。
先ず、図17のステップS11並びに図18(a)及び(b)に示すように、石英基板51を用意する。石英基板51の形状は平板状であり、メサ領域13(図5(a)及び(b)参照)は形成されていない。石英基板51におけるそれ以外の形状及び寸法は、前述の第1の実施形態における石英基板21(図5(a)及び(b)参照)と同様である。
次に、図17のステップS12に示すように、マスターテンプレートの設計情報から、アライメントマークに関する情報を取得する。この工程は、前述の第1の実施形態におけるステップS2(図4参照)と同様である。
図19(a)に示すように、通常、マスターテンプレートの設計情報は、テンプレートの中心を原点とした直交座標系により、対象物の位置等が表されている。
そこで、図17のステップS13及び図19(b)に示すように、このデータを石英基板51の角部を原点とした直交座標系に変換する。通常、石英基板の角部は丸く面取り加工されていることが多いが、このような場合であっても、角部を構成する2つの側面における端部以外の領域に接する平面を延長し、これらの平面が交わる仮想的な稜線を想定し、上方から見て、この稜線の位置を原点とすることで、石英基板51の角部を原点とした直交座標系を設定することができる。そして、石英基板51の角部を原点とした直交座標系により、アライメントマーク領域16を規定する。
次に、図17のステップS14に示すように、前述の第1の実施形態と同様な方法により、アライメントマーク領域16の位置情報及び不純物注入時の誤差Δdに基づいて、不純物注入領域15及びアライメントマーク枠17(図7参照)を設定する。
次に、不純物をイオン注入する。
先ず、図17のステップS15及び図20に示すように、成形アパーチャー52を準備する。成形アパーチャー52においては、不純物注入領域15に対応した開口部52aは形成されているが、メサ領域の角部を観察するための観察用窓は形成されていない。
次に、図21に示すように、イオン注入装置200に成形アパーチャー52及び石英基板51を装着する。
イオン注入装置200においては、前述の第1の実施形態において使用したイオン注入装置100(図9参照)と比較して、メサ領域の角部を観察するための観察用光学系が設けられていない。一方、イオン注入装置200においては、成形アパーチャー52及び石英基板51の水平方向における位置を計測するための位置測定用光学系が設けられている。
具体的には、イオン注入装置200においては、観察用光学系を構成する観察光源106、ハーフミラー107及びCCDカメラ108(図9参照)が設けられておらず、その替わりに、位置測定用光学系を構成するレーザー光源206、ハーフミラー207a及び207b、レーザー干渉式位置測定器208a及び208bが設けられている。ハーフミラー207aは、レーザー光源206から出射されたレーザー光を成形アパーチャー52の端面に向けて反射するような位置に配置されている。ハーフミラー207bは、レーザー光源206から出射されたレーザー光を石英基板51の端面に向けて反射するような位置に配置されている。レーザー干渉式位置測定器208aは、成形アパーチャー52の端面において反射され、ハーフミラー207aを透過したレーザー光が入射する位置に配置されている。レーザー干渉式位置測定器208bは、石英基板51の端面において反射され、ハーフミラー207bを透過したレーザー光が入射する位置に配置されている。
そして、図17のステップS16及び図21に示すように、レーザー光源206、ハーフミラー207a及び207b、レーザー干渉式位置測定器208a及び208bを用いて、成形アパーチャー52及び石英基板51の水平方向における位置を精度よく測定する。具体的には、成形アパーチャー52及び石英基板51のそれぞれの角部又は隣り合う2つの端縁の位置を測定する。次に、この測定結果に基づいてXYステージ101を駆動し、石英基板51を成形アパーチャー52に対して位置合わせする。
次に、図17のステップS17及び図21に示すように、石英基板51に対して、不純物イオンを選択的に注入する。不純物イオンの注入方法は、前述の第1の実施形態と同様である。これにより、石英基板51における所定の領域に、不純物注入領域15が形成される。
次に、図17のステップS18に示すように、石英基板51を洗浄する。
次に、図17のステップS19に示すように、石英基板51の上面のうち、不純物注入領域15を含む領域の周囲の領域において、石英基板51の上層部分を除去することにより、石英基板51の上面の中央部にメサ領域13を形成する。具体的には、石英基板51の上面全体にレジスト膜を塗布する。次に、露光及び現像を行い、レジスト膜のうち、メサ領域13を形成する予定の領域以外の領域に配置された部分を除去する。次に、フッ化水素酸をエッチング液として、ウェットエッチングを施す。これにより、レジスト膜に覆われていない部分が30μm程度エッチングされる。この結果、石英基板51の上面におけるレジスト膜に覆われていた領域が、それ以外の領域に対して30μm程度突出し、メサ領域13が形成される。その後、レジスト膜を除去する。これにより、基板11が作製される。
次に、図17のステップS20に示すように、基板11を洗浄する。
次に、図17のステップS21に示すように、基板11の上面上の全体に、スパッタ法により窒化クロムを堆積させる。これにより、マスク膜12が形成される。このようにして、テンプレート用基板1が製造される。
本実施形態に係るテンプレート用基板の製造方法のうち、上記以外の部分は、前述の第1の実施形態と同様である。また、本実施形態に係るテンプレート用基板を用いたレプリカテンプレートの製造方法、このレプリカテンプレートの構成、このレプリカテンプレートを用いた半導体装置の製造方法、及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、第3の実施形態について説明する。
図22(a)は本実施形態に係るテンプレート用基板を例示する平面図であり、(b)はその断面図である。
前述の第1の実施形態においては、メサ領域の角部又は隣り合う2つの端縁を基準として不純物注入領域の位置を特定する例を示し、前述の第2の実施形態においては、石英基板のそれぞれの角部又は隣り合う2つの端縁を基準として不純物注入領域の位置を特定する例を示したが、本発明はこれには限定されない。
図22(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、石英基板11の上面11aにおけるメサ領域13の外部に基準パターン81を形成しておき、この基準パターン81を基準として、不純物注入領域15(図1(a)参照)の位置を特定する。この場合、図4のステップS3及びS4に示す不純物注入領域を設定する工程においても、基準パターンの角部を原点とした座標を用いてもよい。
本実施形態に係るテンプレート用基板及びその製造方法のうち、上記以外の部分は、前述の第1の実施形態と同様である。また、本実施形態に係るテンプレート用基板を用いたレプリカテンプレートの製造方法、このレプリカテンプレートの構成、このレプリカテンプレートを用いた半導体装置の製造方法、及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、前述の各実施形態においては、不純物注入領域15に注入する不純物としてガリウムを用いる例を示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、不純物として、キセノン、アンチモン、アルゴン、インジウム、シリコン、ヒ素又は鉛を用いてもよい。特に、アンチモンは、石英基板における可視光の透過率を効果的に低減させられる点、フッ素を含むエッチングガスにより石英基板をエッチングしたときに(図11のステップS66及び図12(f)参照)、エッチングガスと反応して排出されるため、コンタミネーションを生成しない点、耐洗浄性が高く、特に酸素プラズマに対する耐性が優れている点から、不純物として好適である。
また、前述の各実施形態においては、各実施形態に係るテンプレート用基板にマスターテンプレートのパターンを転写してレプリカテンプレートを作製する例を示したが、本発明はこれに限定されず、マスターテンプレートを用いずに、テンプレート用基板に直接パターンを形成してもよい。この場合は、図11のステップS63及び図12(c)に示す工程において、例えば、電子線描画及び現像処理によりデバイスパターン及びアライメントマークを形成することができる。
更に、前述の各実施形態においては、メサ領域の角部に合計4ヶ所のアライメントマークを形成する例を示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、アライメントマークは1ヶ所のみに形成してもよく、5ヶ所以上に形成してもよい。また、メサ領域における角部以外の端部にアライメントマークを形成してもよい。この場合においても、アライメントマークを形成する予定の領域の全てに、不純物注入領域15を形成しておくことが好ましい。
以上説明した実施形態によれば、精度よく位置合わせを行うことができるインプリント用のテンプレートを作製するためのテンプレート用基板及びその製造方法を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態及びその変形例は、相互に組み合わせて実施することができる。
1:テンプレート用基板、11:基板、11a:上面、12:マスク膜、13:メサ領域、14:デバイス領域、14a:溝、15:不純物注入領域、15a:設定領域、15b:実測領域、16:アライメントマーク領域、16a:溝、17:アライメントマーク枠、21:石英基板、22:成形アパーチャー、22a:開口部、22b:観察用窓、32:成形アパーチャー、32a:開口部、32b:観察用窓、42:成形アパーチャー、42a:開口部、42b:観察用窓、51:石英基板、52:成形アパーチャー、52a:開口部、61:レジスト膜、62:レジストパターン、70:レプリカテンプレート、81:基準パターン、100:イオン注入装置、101:XYステージ、102:イオン源室、103:加速機構、104:質量分析マグネット、105:ビーム光学系、106:観察光源、107:ハーフミラー、108:CCDカメラ、200:イオン注入装置、206:レーザー光源、207a、207b:ハーフミラー、208a、208b:レーザー干渉式位置測定器、Δd:誤差

Claims (12)

  1. 上面の中央部に、上方から見て矩形であり周囲よりも突出したメサ領域が形成され、前記メサ領域の各角部であってアライメントマークが形成される予定の領域を含む領域における上層部分に不純物が導入された基板と、
    前記基板の上面上に設けられたマスク膜と、
    を備え、
    前記不純物が導入された領域における上下方向に沿った前記不純物の濃度プロファイルは、前記アライメントマークの底面となる予定の位置よりも上方の位置で最大値をとることを特徴とするテンプレート用基板。
  2. 上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成され、前記メサ領域の周辺部の一部の領域における上層部分に不純物が導入された基板と、
    前記基板の上面上に設けられたマスク膜と、
    を備えたことを特徴とするテンプレート用基板。
  3. 前記一部の領域は、アライメントマークが形成される予定の領域を含む領域であることを特徴とする請求項2記載のテンプレート用基板。
  4. 前記一部の領域における上下方向に沿った前記不純物の濃度プロファイルは、前記アライメントマークの底面となる予定の位置よりも上方の位置で最大値をとることを特徴とする請求項3記載のテンプレート用基板。
  5. 上方から見て、前記メサ領域の形状は矩形であり、
    前記一部の領域は、少なくとも前記メサ領域の各角部に配置されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載のテンプレート用基板。
  6. 上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成された基板について、前記メサ領域の角部を原点とした座標を用い、前記基板に形成しようとするアライメントマークの情報に基づいて、前記アライメントマークが形成される予定の領域を含む不純物注入領域を設定すると共に、前記不純物注入領域の外側にアライメントマーク枠を設定する工程と、
    前記メサ領域の角部、前記メサ領域の隣り合う2つの端縁、又は前記メサ領域の外部に形成された基準パターンを基準として、前記基板における前記不純物注入領域の位置を特定し、前記特定された不純物注入領域に不純物を注入する工程と、
    前記基板の上面上にマスク膜を形成する工程と、
    を備え、
    前記設定する工程において、前記不純物注入領域の外縁は、前記アライメントマークが形成される予定の領域の外縁から、前記不純物の注入に際して見込まれる位置ずれ量以上の距離だけ離隔させ、前記アライメントマーク枠は、前記不純物注入領域の外縁から前記位置ずれ量以上の距離だけ離隔させることを特徴とするテンプレート用基板の製造方法。
  7. 上面の中央部に周囲よりも突出したメサ領域が形成された基板について、前記基板に形成しようとするアライメントマークの情報に基づいて、前記アライメントマークが形成される予定の領域を含む不純物注入領域を設定する工程と、
    前記メサ領域の角部、前記メサ領域の隣り合う2つの端縁、又は前記メサ領域の外部に形成された基準パターンを基準として、前記基板における前記不純物注入領域の位置を特定し、前記特定された不純物注入領域に不純物を注入する工程と、
    前記基板の上面上にマスク膜を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とするテンプレート用基板の製造方法。
  8. 前記不純物注入領域を設定する工程において、前記メサ領域の角部又は前記基準パターンの角部を原点とした座標を用いることを特徴とする請求項7記載のテンプレート用基板の製造方法。
  9. 平板状の基板について、前記基板に形成しようとするアライメントマークの情報に基づいて、前記アライメントマークが形成される予定の領域を含む不純物注入領域を設定する工程と、
    前記基板の角部、前記基板の隣り合う2つの端縁、又は基準パターンを基準として、前記基板における前記不純物注入領域の位置を特定し、前記特定された不純物注入領域に不純物を注入する工程と、
    前記不純物注入領域を含む領域の周囲の領域において、前記基板の上層部分を除去する工程と、
    前記基板の上面上にマスク膜を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とするテンプレート用基板の製造方法。
  10. 前記不純物注入領域を設定する工程において、前記基板の角部又は前記基準パターンの角部を原点とした座標を用いることを特徴とする請求項9記載のテンプレート用基板の製造方法。
  11. 前記不純物注入領域を設定する工程において、前記不純物注入領域の外縁を、前記アライメントマークが形成される予定の領域の外縁から、前記不純物の注入に際して見込まれる位置ずれ量以上の距離だけ離隔させることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載のテンプレート用基板の製造方法。
  12. 前記不純物注入領域を設定する工程において、前記不純物注入領域の外側に設定され、前記不純物注入領域の外縁から前記位置ずれ量以上の距離だけ離隔したアライメントマーク枠を設定することを特徴とする請求項11記載のテンプレート用基板の製造方法。
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