JP2013182962A

JP2013182962A - テンプレートの製造方法

Info

Publication number: JP2013182962A
Application number: JP2012044804A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Koshiba; 健小柴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-12
Also published as: US20130220970A1

Abstract

【課題】半導体装置等の製造に用いられるインプリント方法において利用するテンプレートに高精度のパターンを形成することができるテンプレートの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
テンプレート基板上にマスクパターンを形成し、マスクパターンをマスクにテンプレート基板を加工し、テンプレート基板の第一の領域に第一のパターンを、第一の領域に隣接する第二の領域に第二のパターンを形成し、テンプレート基板上に第一の領域を覆うようにマスク材を形成し、マスク材をマスクにテンプレート基板の第二の領域を加工し、第二の領域の表面を第一の領域の表面よりも低くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程、ハードディスクの製造工程、フォトアレイの製造工程などに用いられるテンプレートの製造方法に関する。

近年、半導体装置、ＨＤＤ及びフォトアレイ等のデバイスの製造において、テンプレートに形成されたパターンをシリコン基板等の被転写基板に転写するインプリント法が注目されている。インプリント法は、凹部形状の溝パターンが形成されたテンプレートを被転写基板上に塗布した有機材料に押し付けてテンプレートのパターンに有機材料を充填し、充填された材料を光照射等により硬化させた後、テンプレートを充填材料から離型することで基板上に充填材料パターンを形成する方法である。

インプリント法で使用されるテンプレートには、被転写基板にデバイス回路パターンを形成するための凹部形状パターンが形成されている。テンプレート表面領域のうちそれらのパターンが形成されている領域の表面は、その周辺の領域の表面と高さ位置が異なっており、周辺領域表面に比べて凸となる構造になっている。この構造は、被転写基板の所定領域にデバイス回路用パターンを転写した後、その所定領域に隣接する基板領域にもテンプレートを接触させてデバイス回路用パターンを転写する際、既に所定領域に転写されているパターンがテンプレートに接触して破損してしまうことを回避するために採用されている（例えば、特許文献１参照）。

テンプレートを製造する場合、テンプレート基板上にマスクパターンを形成した後、マスクパターンの開口部に露出するテンプレート領域をエッチングすることでテンプレート基板に凹状の溝パターンを形成する。

しかし、近年の半導体装置等の電子デバイスの微細化に伴い、テンプレート上に形成するマスクパターンの開口が非常に小さくかつ密な配置となっており、マスクパターン開口の疎密環境がエッチングの精度に影響し、エッチング後のテンプレートパターンの寸法が所望の設計寸法からずれてしまう場合がある。

特開２０１１−６６２３８号公報

本発明は、半導体装置等の製造に用いられるインプリント方法において利用するテンプレートに高精度のパターンを形成することができるテンプレートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るテンプレートの製造方法は、テンプレート基板上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクに前記テンプレート基板を加工して、前記テンプレート基板の第一の領域に第一のパターンを、前記第一の領域に隣接する第二の領域に第二のパターンを形成する工程と、前記テンプレート基板上に前記第一の領域を覆うようにマスク材を形成する工程と、前記マスク材をマスクに前記テンプレート基板の前記第二の領域を加工して、前記第二の領域の表面を前記第一の領域の表面よりも低くする工程と、を備えたことを特徴とする。

実施形態に係るテンプレートの製造方法を説明する工程断面図。実施形態に係るテンプレートの構造を説明する図。

以下、図面を参照して本発明に係るパターン形成方法の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態）
実施形態に係るインプリント法で用いられるテンプレートの製造方法について図１を参照して説明し、実施形態に係るテンプレートの構造について図２を参照して説明する。図１は、テンプレートの製造方法を示す工程断面図であり、図２（ａ）はテンプレートの平面図、図２（ｂ）はテンプレートの断面図である。図１は、図２で示すテンプレートのＡＡ’断面を局所的に抽出した工程断面図である。

まず、図１（ａ）に示したように、テンプレート基板１００上にマスク材１０１を形成し、マスク材１０１上にレジストパターン１０２を形成する。テンプレート基板１００の材料は、石英やサファイア等の透光性の材料である。テンプレート基板１００は、第一の領域Ｘと第二の領域Ｙを有しており、例えば、第一の領域Ｘは、シリコン基板等の被転写基板にデバイス回路パターンを形成するための凹部形状パターンが形成されるデバイスパターン領域であり、第二の領域Ｙは、デバイスパターン領域の周辺に位置する周辺領域である。図１に示す工程断面図は、テンプレート基板１００のうち第一の領域Ｘと第二の領域Ｙの境界領域を局所的に示した図である。

レジストパターン１０２は、一般的な電子ビーム描画法を用いて形成する。レジスト膜をマスク材１０１上に塗布形成した後、電子ビーム描画装置を用いてレジスト膜に所望のパターンを描画し、さらに現像装置を用いてレジスト膜を現像することで、レジストパターン１０２を形成する。

レジストパターン１０２は、第一の領域Ｘに形成される第一のレジストパターン１０２Ｘと第二の領域Ｙに形成される第二のレジストパターン１０２Ｙを有している。第一のレジストパターン１０２Ｘと第二のレジストパターン１０２Ｙは、それぞれ描画装置によりパターンを描画した後、一括して現像することにより形成される。

仮に、第一のレジストパターン１０２Ｘに隣接する第二のレジストパターン１０２Ｙを形成しなかった場合の比較例を説明する。この比較例では、第一のレジストパターン１０２Ｘのうち最端部に位置するパターンと、最端部よりも内側の箇所、例えば中央部に位置するパターンとは、パターン環境が異なる。所定のパターンのパターン環境とは、所定のパターンの周辺パターンの寸法、ピッチ（パターン間隔）、密度又は周囲長（パターン平面の周囲の合計長さ）、あるいはそれらの変化度に基づいて決められる。第一のレジストパターン１０２Ｘの最端部に位置するパターン近傍は、その外側に隣接するパターンが存在しないためパターン密度の変化が非常に大きくなるが、中央部に位置するパターン近傍はその内側にも外側にもパターンが存在するためパターン密度の変化が少なくなる。

一般的に、レジストパターンの現像工程では、現像処理によりレジスト膜に形成するパターンのパターン環境が統一されているか否かが、レジストパターンを設計寸法又は設計形状通りに形成できるか否かの一因となっている。従って、パターン密度変化の大きい端部のレジストパターンとパターン密度変化の小さい中央部のレジストパターンを現像処理により形成する際、端部近傍のパターンを設計寸法通りに形成することが困難になる。

一方、本実施形態に係るテンプレートの製造方法では、マスク材１０１上に第一のレジストパターン１０２Ｘに隣接するように第二のレジストパターン１０２Ｙを形成している。従って、第一のレジストパターン１０２Ｘの端部のパターンの外側にも第二のレジストパターン１０２Ｙが形成されているため、端部近傍のパターン密度の変化は前述の比較例の場合に比較して小さくなる。比較例に比べて、第一のレジストパターン１０２Ｘの端部と中央部の各パターンのパターン密度変化（パターン環境）が近くなるため、現像処理を通して両パターンを形成する際、設計寸法からのずれを抑えることができる。

なおこのとき、第一のレジストパターン１０２Ｘ端部のパターン環境が第一のレジストパターン１０２Ｘ中央部のパターン環境に近づくように、第二のレジストパターン１０２Ｙを形成することが好ましい。例えば、第一のレジストパターン１０２Ｘが所定の寸法及びピッチの周期パターンであれば、第二のレジストパターン１０２Ｙも第一のレジストパターン１０２Ｘと同一の寸法及びピッチの周期パターンとすることができる。この場合、第一のレジストパターン１０２Ｘの最端部のパターンは中央部のパターンと同様の寸法およびピッチの周期パターンに囲まれることになる。ここで同一とは、各レジストパターンの設計上の同一を含む。このため、第一のレジストパターン１０２Ｘ端部と中央部におけるパターン環境がほぼ同一になり、第一のレジストパターン１０２Ｘ全体として設計寸法通りに形成することができる。

前述のようにレジストパターン１０２を形成した後、図１（ｂ）に示したように、レジストパターン１０２をマスクにしてマスク材１０１をエッチング加工することにより、マスク材１０１にマスクパターン１０３を形成する。第一のレジストパターン１０２Ｘをマスクにマスク材１０１を加工して得られるパターンを第一のマスクパターン１０３Ｘとし、第二のレジストパターン１０２Ｙをマスクにマスク材１０１を加工して得られるパターンを第二のマスクパターン１０３Ｙとする。その後、レジストパターン１０２をアッシング処理により除去する。マスク材１０１は、テンプレート基板１００に対してエッチング選択比を有する材料、例えばＣｒやＭｏＳｉ等が利用され、単層構造または多層構造とすることができる。

一般的に、レジストパターン等をマスクとして下地膜をドライエッチングして下地膜に一括してパターンを加工する場合、下地膜に形成するパターンを設計寸法通りに形成できるか否かは、ドライエッチングを適用する際のマスクとなるレジストパターンのパターン環境に依存する。ここで、所定のパターンのパターン環境とは、所定のパターンの周辺に配置されるパターンの寸法、ピッチ（パターン間隔）、密度又は周囲長（パターン平面の周囲の合計長さ）、あるいはそれらの変化度に基づいて決められる。

例えば、レジストパターンを構成する個々のパターン（開口部）がそれぞれ異なるパターン環境を持ち、このようなレジストパターンをマスクに下地膜をドライエッチングした場合、それら個々のパターンに対応する下地膜パターンの全てを設計通りの寸法や形状に形成することが困難となる恐れがある。一方、レジストパターンを構成する個々のパターンのパターン環境がそれぞれ近似しているならば、それら個々のパターンに対応する下地膜パターンを設計通りの寸法や形状に形成することが容易となる。

本実施形態に係るテンプレートの製造方法では、第一のレジストパターン１０２Ｘに隣接するように第二のレジストパターン１０２Ｙを形成することにより、第一のレジストパターン１０２Ｘのうち第二のレジストパターン１０２Ｙ側（外側）の最端部に位置するパターンとその内側に位置するパターンのパターン密度の変化（パターン環境）を近似させることができる。

このため、レジストパターン１０２をマスクにエッチング処理を施してマスクパターン１０３を形成する場合、マスクパターン１０３を構成する個々のパターン全体を設計通りの寸法や形状に形成することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、マスクパターン１０３をマスクにテンプレート基板１００をエッチングにより加工し、テンプレート基板１００に凹状の溝パターンであるテンプレートパターン１０４を形成する。各テンプレートパターン１０４の溝の深さは、６０ｎｍ程度である。その後、マスクパターン１０３をエッチング処理により除去する。

第一のマスクパターン１０３Ｘをマスクに基板１００を加工して得られるパターンを第一のテンプレートパターン１０４Ｘとし、第二のマスクパターン１０３Ｙをマスクに基板１００を加工して得られるパターンを第二のテンプレートパターン１０４Ｙとする。第一のテンプレートパターン１０４Ｘは、デバイス回路パターンを形成するためのパターンである。第二のテンプレートパターン１０４Ｙは、インプリント法によりシリコン基板等に転写されることのないダミーパターンであり、第一のテンプレートパターン１０４Ｘの端部の寸法精度を向上するために設けられたものである。

図１（ｂ）を用いて説明したマスク材１０１のエッチング工程と同様、テンプレート基板１００のエッチング工程においても、マスクパターン１０３を構成する個々のパターンのパターン環境が近似しているため、テンプレートパターン１０４を構成する個々のパターンを設計通りの寸法および形状で形成することができる。

続いて、図１（ｄ）に示すように、テンプレート基板１００上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ処理を施して、第一のテンプレートパターン１０４Ｘを覆い、第二のテンプレートパターン１０４Ｙを露出するように、レジストパターン１０５（マスク材１０５）を形成する。

さらに、図１（ｅ）に示すように、テンプレート基板１００の第二のテンプレートパターン１０４Ｙが形成された第二の領域Ｙに対してウェットエッチング処理を施す。これにより、テンプレート基板１００のうち第一のテンプレートパターン１０４Ｘが形成された第一の領域Ｘの表面が、第二の領域Ｙの表面に対して高くなる。

このような段差構造を有するテンプレートを用いてインプリント法を実施した場合、シリコンウェハの所定領域にパターンを転写した後、その所定領域に隣接する基板領域にもテンプレートを接触させてパターンを転写する際、既に所定領域に転写されているパターンがテンプレートに接触して破損してしまう恐れを回避することができる。

本実施形態に係るテンプレートの製造方法では、ウェットエッチングにより基板１００を掘り下げる深さを６０μｍ程度とした。この場合、ウェットエッチング後も、基板１００の表面に第二のテンプレートパターン１０４Ｙの底面近傍が残存する。なお、ウェットエッチングにより、さらに基板１００を掘り下げてもよく、この場合には、基板１００表面の第二のテンプレートパターン１０４Ｙを除去することができる。

以上のようにして本実施形態に係るテンプレートの製造方法によりテンプレートを製造することができる。本実施形態に係るテンプレートの製造方法では、第二のレジストパターン１０２Ｙおよび第二のマスクパターン１０３Ｙを、それぞれ第一のレジストパターン１０２Ｘおよび第一のマスクパターン１０３Ｘに隣接して形成することで、第一のレジストパターン１０２Ｘおよび第一のマスクパターン１０３Ｘを構成する個々のパターンのパターン環境を統一する。このため、各エッチング工程を通して第一のマスクパターン１０３Ｘ及び第一のテンプレートパターン１０４Ｘを形成する際、設計通りの寸法および形状として形成することができる。

続いて、図２を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法により製造したテンプレートの構造を説明する。

図２（ａ）に示すように、テンプレート基板１００、第一のテンプレートパターン１０４Ｘ（デバイス回路形成用の溝パターン）が形成された第一の領域Ｘ、およびその周辺の第二の領域Ｙは、それぞれ矩形形状である。また、第一のテンプレートパターン１０４Ｘが形成された第一の領域Ｘは第二の領域Ｙに囲まれるように配置されている。

また、図２（ｂ）に示すように、第二の領域Ｙの表面は第一の領域Ｘの表面よりも低い位置にある。

本実施形態に係るテンプレートの製造方法により製造したテンプレートを用いたインプリント法により新たなテンプレートを複製することもできる。

まず、図１（ａ）乃至図１（ｃ）に示した製造工程により第一のテンプレートパターン１０４Ｘ及び第二のテンプレートパターン１０４Ｙを有するテンプレートを製造する。続いて、別途テンプレート基板を用意し、テンプレート基板上に充填材料を塗布する。充填材料にテンプレートを接触させて、テンプレートパターンに充填材料を充填し、光照射により充填材料を硬化する。次に、テンプレートをテンプレート基板から離型することにより、テンプレート基板上に充填材料によるパターンが形成される。充填材料パターンをマスクにテンプレート基板をエッチングすることで、テンプレート基板に溝状のテンプレートパターンを形成する。充填材料パターンは、テンプレート基板内の第一の領域および第一の領域に隣接する第二の領域にも形成されるため、第一の領域の端部と中央部におけるテンプレートパターンの設計寸法からの寸法変動を抑えることができる。

さらに、図１（ｄ）及び図１（ｅ）で示したように、第一の領域をレジストパターンで覆いながら、第二の領域を選択的にウェットエッチングすることにより、第二の領域の基板表面を掘り下げる。

以上のようにして、インプリント法を用いてさらにテンプレートを複製することができる。この場合、充填材料パターンがテンプレート基板の第一の領域および第二の領域に形成されており、第一の領域の充填材料パターンの端部と中央部（端部より内側）の個々のパターンのパターン環境が近似する。従って、テンプレート基板をエッチングしてテンプレートパターンを形成する際、第一の領域に形成されるテンプレートパターンの個々のパターンを、それぞれ設計通りの寸法および形状に形成することができる。

１００・・・テンプレート基板
１０１・・・マスク材料
１０２・・・レジストパターン
１０３・・・マスクパターン
１０４・・・テンプレートパターン
１０５・・・レジストパターン
Ｘ・・・第一の領域
Ｙ・・・第二の領域

Claims

テンプレート基板上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクに前記テンプレート基板を加工して、前記テンプレート基板の第一の領域に第一のパターンを、前記第一の領域に隣接する第二の領域に第二のパターンを形成する工程と、
前記テンプレート基板上に前記第一の領域を覆うようにマスク材を形成する工程と、
前記マスク材をマスクに前記テンプレート基板の前記第二の領域を加工して、前記第二の領域の表面を前記第一の領域の表面よりも低くする工程と、
を備えたことを特徴とするテンプレートの製造方法。
前記テンプレートの前記第一の領域は前記第二の領域に囲まれていることを特徴とする請求項１記載のテンプレートの製造方法。
前記第二の領域の加工により、前記第二のパターンを除去することを特徴とする請求項１又は２記載のテンプレートの製造方法。
前記テンプレート基板の前記第二の領域の加工をウェットエッチングにより行うことを特徴とする請求項１乃至３記載のテンプレートの製造方法。
前記第一のパターンと前記第二のパターンは同一寸法のパターンを有していることを特徴とする請求項１乃至４記載のテンプレートの製造方法。