JP2015139888A - インプリントモールド及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被転写基材の主面に対向する対向面の面形状に応じてインプリント処理時に当該主面に歪みが生じたとしても、所望とする範囲の倍率の微細凹凸パターンを有するインプリントモールドを製造する方法を提供する。【解決手段】微細凹凸パターン２００を有するモールド１００を用いたインプリント処理により、被転写基材１０の主面１１側のパターン領域ＰＡに当該微細凹凸パターン２００に対応する微細凹凸パターン２を形成してインプリントモールド１を製造する方法は、被転写基材１０の主面１１に対向する対向面１３の面形状に基づいて、モールド１００を変形させるための補正倍率を算出する工程と、補正倍率に基づいて変形させたモールド１００を用いてインプリント処理を行い、被転写基材１０のパターン領域ＰＡにレジストパターン４１を形成する工程と、レジストパターン４１をマスクとして被転写基材１０をエッチングする工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、インプリントモールド及び半導体デバイスを製造する方法に関する。

微細加工技術としてのナノインプリント技術は、基材の表面に微細凹凸パターンが形成されてなる型部材（インプリントモールド）を用い、当該微細凹凸パターンをインプリント樹脂等の被加工物に転写することで微細凹凸パターンを等倍転写するパターン形成技術である（特許文献１参照）。特に、半導体デバイスにおける配線パターン等のさらなる微細化の進行等に伴い、半導体デバイスの製造プロセス等においてナノインプリント技術が益々注目されている。

ナノインプリント技術において用いられる微細凹凸パターンを有するインプリントモールドとしては、従来、電子線（ＥＢ）リソグラフィーにより作製されてなるものが知られている（非特許文献１参照）。具体的には、電子線描画装置を用いてモールド用基板の一方の面上にレジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとしてモールド用基板をドライエッチング処理に付することによりインプリントモールドが作製される。このようにして作製されるインプリントモールドは、その作製工程において電子線描画装置により極小スポットビームを走査させる必要があることで作製に膨大な時間を要し、作製コストの非常に高いものとなる。また、所定回数の転写工程に使用されると、被転写材料（インプリント用樹脂等）に形成される微細凹凸パターンに欠陥が生じてしまったり、インプリントモールドの微細凹凸パターンが損傷してしまったりすることがある。

このようにして被転写材料に形成される微細凹凸パターンの欠陥やインプリントモールドの微細凹凸パターンの損傷が生じてしまった場合に、その都度、電子線（ＥＢ）リソグラフィーにより作製された新たなインプリントモールドに交換するとなると、ナノインプリント技術を経て製造される半導体デバイス等の製品の多大なるコストアップにつながってしまう。

そのため、産業規模でナノインプリント技術を実施する際には、一般に、電子線（ＥＢ）リソグラフィーにより作製されたインプリントモールドをマスターモールドとし、当該マスターモールドを用いてマスターモールドの微細凹凸パターンを反転させた微細凹凸パターンを有するレプリカモールドを多数作製し、そのレプリカモールドをナノインプリント技術におけるインプリントモールドとして用いるのが通常である（特許文献１参照）。

このようにして得られるレプリカモールドは、低コストでの大量生産が可能である。そのため、それらをナノインプリント技術におけるインプリントモールドとして用いることで、仮に当該インプリントモールドが損傷してしまったり、当該インプリントモールドにより被転写材料に形成される微細凹凸パターンに欠陥が生じてしまったりしても、次々と新しいインプリントモールドに交換しながらナノインプリント技術を実施することができ、半導体デバイス等の製品の製造コストを低減することができる。また、多数のレプリカモールドを作製しておくことで、複数のインプリント装置のそれぞれにレプリカモールドをセットして同時に使用することができ、半導体デバイス等の製品の生産性を向上させることができる。

特開２０１０−２８２９９５号公報

谷口淳著，「はじめてのナノインプリント技術」，Ｐ１８０，２００５年，工業調査会刊

一般に、レプリカモールドにおいては、微細凹凸パターンの寸法精度に優れることとともに、その用途等に応じ、所望とする倍率で微細凹凸パターンが形成されていることが要求される。特に、半導体デバイス等の製品を製造するために用いられるレプリカモールドにおいては、極めて厳しい倍率（例えば、±０．１ｐｐｍ以下）での微細凹凸パターンの形成が要求されており、半導体デバイス等のさらなる微細化の進行等に伴い、さらに厳しい倍率での微細凹凸パターンの形成が要求されることが予想される。なお、「パターンの倍率」とは、レプリカモールドのパターンの形成されている領域（パターン領域）の中心座標をゼロとしたときのパターンの座標の、設計値（座標値）に対する位置ずれ率（ｐｐｍ）を意味するものとする。

このような要求を満足するために、レプリカモールド用基板における微細凹凸パターンの形成される面（主面）には、極めて高い平坦度が要求されている現状がある。当該主面の平坦度が低いと、マスターモールドの微細凹凸パターンを高精度に転写することができず、レプリカモールドにおいて微細凹凸パターンの寸法精度が低下してしまうとともに、微細凹凸パターンの倍率が所望とする範囲を超えてしまうためである。

しかしながら、主面の平坦度が極めて高いレプリカモールド用基板を用いても、製造されるレプリカモールドにおいて微細凹凸パターンの倍率が所望とする範囲を超えてしまうことがある。この原因を本発明者らが鋭意検討した結果、レプリカモールド用基板の主面に対向する対向面（裏面）の面形状が、レプリカモールドの微細凹凸パターンの倍率に影響を与えていることが判明した。

すなわち、マスターモールドを用いたインプリント処理によりレプリカモールド用基板の主面に微細凹凸パターンを形成する場合、通常、レプリカモールド用基板は、インプリント装置の基板ステージ上に載置され、真空吸着される。このとき、レプリカモールド用基板の裏面の面形状に応じ、真空吸着されたレプリカモールド用基板の主面に歪みが生じる。歪みが生じている状態で、レプリカモールド用基板の主面上の被転写材料（インプリント樹脂等）に微細凹凸パターンが形成された後、レプリカモールド用基板の真空吸着の解除に伴い歪みが解消することで、被転写材料に形成された微細凹凸パターンは伸長又は収縮する。

このレプリカモールド用基板の主面側の平面視における一方向（Ｘ方向）及びその直交方向（他方向，Ｙ方向）における各歪み量に依拠して、レプリカモールドの微細凹凸パターンの倍率が所望とする範囲を超えてしまうという問題が生じる。また、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量間にバラツキがあると、レプリカモールドの微細凹凸パターンの倍率がＸ方向及びＹ方向で異なり、少なくとも一方向における上記倍率が所望とする範囲を超えてしまうという問題も生じる。さらには、一般に、多数のレプリカモールド用基板を用いて多数のレプリカモールドを作製するが、レプリカモールド用基板ごとに歪み量にバラツキがあることで、所望とする範囲内の倍率の微細凹凸パターンを有するレプリカモールドを安定的に製造することが困難であるという問題も生じ得る。

このような問題が生じないようにするために、裏面の平坦度が良好なレプリカモールド用基板を用いてレプリカモールドを製造することも考えられる。しかし、裏面の平坦度を良好にするためには、裏面を研磨する必要があるが、それに伴い、レプリカモールド用基板が高価なものになってしまい、レプリカモールドの製造コストが上昇してしまうという問題がある。

上記課題に鑑みて、本発明は、レプリカモールド用基板等の被転写基材の主面に対向する対向面の面形状に応じてインプリント処理時に当該主面に歪みが生じたとしても、所望とする範囲の倍率の微細凹凸パターンを有するインプリントモールドの製造方法及び半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、微細凹凸パターンを有するモールドを用いたインプリント処理により、被転写基材の主面側のパターン領域に前記微細凹凸パターンに対応する微細凹凸パターンを形成してインプリントモールドを製造する方法であって、前記被転写基材の主面に対向する対向面の面形状に基づいて、前記モールドを変形させるための補正倍率を算出する補正倍率算出工程と、前記補正倍率に基づいて変形させた前記モールドを用いてインプリント処理を行い、前記被転写基材のパターン領域にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記被転写基材をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とするインプリントモールドの製造方法を提供する（発明１）。

インプリント処理によりインプリントモールドを製造する場合、当該インプリントモールド用の被転写基材の裏面（微細凹凸パターンが形成される主面（表面）に対向する面）の面形状が、主面側に形成される微細凹凸パターンの倍率に影響を与える。しかしながら、上記発明（発明１）によれば、当該被転写基材の裏面の面形状に基づいて、インプリント処理に用いられるモールドの倍率補正（補正倍率に基づく変形）を行うため、インプリントモールドにおける微細凹凸パターンの倍率を所望とする範囲で形成することができる。

上記発明（発明１）においては、前記補正倍率算出工程において、基板ステージ上に真空吸着された前記被転写基材の主面の面形状を計測し、当該主面の面形状が前記対向面の面形状であると仮定して前記補正倍率を算出するのが好ましい（発明２）。

一般に、インプリント処理により微細凹凸パターンを形成する場合、インプリント装置の基板ステージ上に被転写基材が載置され、真空吸着される。このとき、被転写基材の裏面の面形状に応じて、主面に歪みが生じる。例えば、被転写基材の裏面の面形状が略凸レンズ状であれば、真空吸着された被転写基材の主面が略凸レンズ状になるように歪みが生じる。そして、被転写基材の主面は優れた平坦度を有するため、裏面の面形状が、真空吸着された被転写基材の主面側に実質的に現われる。よって、上記発明（発明２）によれば、真空吸着された被転写基材の主面の面形状を計測することにより、当該主面の面形状を裏面の面形状と仮定することができるため、主面の面形状に基づいてモールドの倍率補正を行うことができ、インプリントモールドにおける微細凹凸パターンの倍率を所望とする範囲で形成することができる。

上記発明（発明２）においては、前記パターン領域を包含する、当該パターン領域よりも面積の広い領域の面形状を計測するのが好ましく（発明３）、上記発明（発明２，３）においては、前記被転写基材は、前記主面から突出する、前記パターン領域が上面に位置する凸構造部を有し、前記凸構造部の周縁に位置する領域の面形状を計測するのが好ましい（発明４）。

上記発明（発明２〜４）においては、前記補正倍率算出工程において、前記主面の面形状を回転楕円体で近似し、前記回転楕円体で近似された前記主面の面形状に基づいて、前記補正倍率を算出するのが好ましい（発明５）。

上記発明（発明２〜５）においては、前記補正倍率算出工程において、前記主面の面形状から前記被転写基材の主面の歪み量を求め、当該歪み量に基づいて前記補正倍率を算出するのが好ましく（発明６）、かかる発明（発明６）においては、前記主面内の一方向及びそれに直交する他方向における前記歪み量をそれぞれ求め、各歪み量に基づいて前記一方向及び他方向のそれぞれに平行な方向における前記補正倍率を算出するのが好ましい（発明７）。

また、本発明は、半導体基板の主面に微細凹凸パターンが形成されてなる半導体デバイスを製造する方法であって、前記半導体基板の主面に対向する対向面の面形状に基づいて、前記半導体基板の主面に微細凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドの補正倍率を算出する補正倍率算出工程と、前記補正倍率に基づいて変形させた前記インプリントモールドを用いてインプリント処理を行い、前記半導体基板の主面にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板をエッチングするエッチング工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供する（発明８）。

さらに、本発明は、被転写基材の主面側のパターン領域に微細凹凸パターンを形成するために用いられるインプリントモールドを製造する方法であって、前記被転写基材の主面に対向する対向面の面形状を求める工程と、前記被転写基材の主面側のパターン領域に形成される前記微細凹凸パターンの設計値及び前記面形状に基づいて、前記インプリントモールドの微細凹凸パターンの設計値を求める工程とを有することを特徴とするインプリントモールドの製造方法を提供する（発明９）。

本発明によれば、レプリカモールド用基板等の被転写基材の主面に対向する対向面の面形状に応じてインプリント処理時に当該主面に歪みが生じたとしても、所望とする範囲の倍率の微細凹凸パターンを有するインプリントモールドの製造方法及び半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るインプリントモールドの製造方法の各工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。 図２は、本発明の一実施形態において使用可能なレプリカモールド用基板の他の構成例を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態において使用可能なレプリカモールド用基板を示す平面図である。 図４は、本発明の一実施形態において使用可能なレプリカモールド用基板を示す切断端面図である。 図５は、本発明の一実施形態においてレプリカモールド用基板のパターン形成面が変形する例を示す平面図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施形態としてインプリントモールドの製造方法を例に挙げて説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、例えば、シリコンウェハ等の半導体基板に微細凹凸パターンを形成して半導体デバイスを製造する方法にも適用可能である。

〔インプリントモールドの製造方法〕
図１は、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法の各工程を断面図にて示す工程フロー図である。

なお、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法として、微細凹凸パターンを有するマスターモールドを用いたインプリント処理により、当該マスターモールドの微細凹凸パターンを反転させてなる微細凹凸パターンを有するレプリカモールドを製造する方法を例に挙げて説明するが、このような態様に限定されず、当該レプリカモールドを用いたインプリント処理により、当該レプリカモールドの微細凹凸パターンを反転させてなる微細凹凸パターンを有するレプリカモールドを製造する方法であってもよい。

図１に示すように、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法においては、まず、主面１１側から突出する凸構造部１２上にハードマスク層２０が設けられているレプリカモールド用基板（被転写基材）１０を用意し、当該レプリカモールド用基板１０をインプリント装置（図示せず）の基板ステージ５０上に載置する（図１（ａ）参照）。

レプリカモールド用基板１０としては、本実施形態において製造されるレプリカモールド１（図１（ｆ）参照）の用途（光インプリント用、熱インプリント用等の用途）に応じて適宜選択され得るものであり、インプリントモールドを製造する際に一般的に用いられている基板（例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板、アクリルガラス等のガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリプロピレン基板、ポリエチレン基板等の樹脂基板、これらのうちから任意に選択された２以上の基板を積層してなる積層基板等の透明基板；ニッケル基板、チタン基板、アルミニウム基板等の金属基板；シリコン基板、窒化ガリウム基板等の半導体基板等）を用いることができる。

レプリカモールド用基板１０の厚さは、基板の強度、取り扱い適性等を考慮し、例えば、３００μｍ〜１０ｍｍ程度の範囲で適宜設定され得る。なお、本実施形態において「透明」とは、波長３００〜４５０ｎｍの光線の透過率が８５％以上であることを意味し、好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上である。

ハードマスク層２０を構成する材料としては、例えば、クロム、チタン、タンタル、珪素、アルミニウム等の金属；窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム等のクロム系化合物、酸化タンタル、酸窒化タンタル、酸化硼化タンタル、酸窒化硼化タンタル等のタンタル化合物、窒化チタン、窒化珪素、酸窒化珪素等を単独で、又は任意に選択した２種以上を組み合わせて用いることができる。

ハードマスク層２０は、後述する工程（図１（ｅ））にてパターニングされ、それにより形成されたハードマスクパターン２１は、レプリカモールド用基板１０をエッチングする際のマスクとして用いられる。そのため、レプリカモールド用基板１０の種類に応じたエッチング選択比等を考慮して、ハードマスク層２０の構成材料を選択するのが好ましい。例えば、レプリカモールド用基板１０が石英ガラスである場合、ハードマスク層２０として金属クロム膜等が好適に選択され得る。

なお、ハードマスク層２０の厚さは、レプリカモールド用基板１０の種類に応じたエッチング選択比等を考慮して適宜設定される。例えば、レプリカモールド用基板１０が石英ガラスであって、ハードマスク層２０が金属クロム膜である場合、ハードマスク層２０の厚さは、３〜１０ｎｍ程度である。

本実施形態において、レプリカモールド用基板１０として、図１（ａ）に示すように、主面１１の略中央に位置する、主面１１から突出する凸構造部１２と、裏面１３の略中央に形成される凹部１４とを有するものを例に挙げて説明するが、このような態様に限定されるものではない。例えば、上記凸構造部１２や凹部１４を有しない平板状の基板であってもよい（図２参照）。特に、主面１１に凸構造部１２を有し、裏面１３に凹部１４を有するレプリカモールド用基板１０（図１（ａ）参照）においては、当該凸構造部１２や凹部１４が形成される際に裏面１３の平坦度が低下することがあるため、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法が特に有益である。

凸構造部１２を有するレプリカモールド用基板１０においては、凸構造部１２の上面１２ａが、レプリカモールド１における微細凹凸パターン２の形成されるパターン領域ＰＡである。また、凸構造部１２を有しないレプリカモールド用基板１０においては、当該基板１０の主面１１の所定の領域（マスターモールド１００において微細凹凸パターン２００が形成されている領域に相当する領域（インプリント処理時に対向する領域））がパターン領域として設定され得る。

本実施形態において、レプリカモールド用基板１０の凹部１４は、当該凹部１４の外形をレプリカモールド用基板１０の主面１１側に投影した投影領域１５が、平面視における凸構造部１２の外形を物理的に包含するように形成されている（図３参照）。このような凹部１４を有するレプリカモールド用基板１０を用いて製造されるレプリカモールド１によれば、インプリント処理時、特に離型時に当該レプリカモールド１を湾曲させることができ、レプリカモールド１の離型を容易に行うことができる。

基板ステージ５０には、基板ステージ５０に載置されたレプリカモールド用基板１０の凹部１４の外側に位置するように吸着孔５１が設けられている。この吸着孔５１を介して基板ステージ５０に載置されたレプリカモールド用基板１０が真空吸着され、基板ステージ５０上に固定される（図１（ｂ）参照）。

次に、レプリカモールド用基板１０を基板ステージ５０に真空吸着させ（図１（ｂ）参照）、その状態のまま、レプリカモールド用基板１０の主面１１の面形状を計測する。

レプリカモールド用基板１０の主面１１、特に凸構造部１２上のパターン領域ＰＡは、極めて高い平坦度（平面度）を有する。当該主面１１の平坦度が劣悪であると、パターン領域ＰＡに形成される微細凹凸パターン２（図１（ｆ）参照）の精度が低下してしまうためである。

しかしながら、レプリカモールド用基板１０によっては、裏面１３の平坦度（平面度）が劣悪である場合がある。そして、基板ステージ５０上のレプリカモールド用基板１０が真空吸着されると、レプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状が実質的に主面１１側に現われる。すなわち、裏面１３の面形状に応じて、真空吸着されたレプリカモールド用基板１０の凸構造部１２上のパターン領域ＰＡが伸長又は収縮する方向に、歪みが生じることがある。例えば、図４（ａ）に示すように、レプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状が略凸レンズ状であれば、真空吸着されたレプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡが伸長する方向に歪みが生じる（図５（ａ）参照）。一方、図４（ｂ）に示すように、レプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状が略凹レンズ状であれば、パターン領域ＰＡが収縮する方向に歪みが生じることがある（図５（ｂ）参照）。なお、図５（ａ），（ｂ）において、真空吸着前のパターン領域ＰＡが実線で表され、真空吸着後のパターン領域ＰＡが破線で表されている。また、レプリカモールド用基板１０の裏面１３に、部分的な凸部又は凹部がある場合も、真空吸着されたレプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡが伸長又は収縮する方向に歪みが生じる。

真空吸着されたレプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡにインプリント処理によりレジストパターン４１を形成した後、真空吸着を解除すると、レプリカモールド用基板１０に生じていた歪みが解消されて真空吸着前の状態に戻り、それに伴い、パターン領域ＰＡが収縮又は伸長する。このとき、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡ上に形成されたレジストパターン４１も、パターン領域ＰＡとともに収縮又は伸長する。例えば、Ｘ方向の歪み量ε_Xが１．３ｐｐｍ、Ｙ方向の歪み量ε_Yが１．７ｐｐｍであるとすると、パターン領域ＰＡに形成されたレジストパターン４１に、真空吸着の解除に伴い、１．３ｐｐｍ相当のＸ方向の変形、１．７ｐｐｍ相当のＹ方向の変形が生じる。

一般に、レプリカモールド１を作製するときには、多数のレプリカモールド用基板１０を準備し、各レプリカモールド用基板１０に対して、マスターモールド１００を用いたインプリント処理が行われる。この多数のレプリカモールド用基板１０において、各レプリカモールド用基板１０の真空吸着により生じるＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yが略同一であれば（歪み量ε_X，ε_Yに実質的にバラツキがなければ）、パターン領域ＰＡ上に形成されるレジストパターン４１の倍率も略一定に変化するため、当該歪み量ε_X，ε_Yを見越した設計（レプリカモールド１やマスターモールド１００の設計）も可能となる。

しかし、多数のレプリカモールド用基板１０のそれぞれにおいてＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yにバラツキがあると、それらから製造される多数のレプリカモールド１のそれぞれにおいて微細凹凸パターン２の倍率にバラツキが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、基板ステージ５０に真空吸着されたレプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状を計測し、真空吸着による主面１１のＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yをそれぞれ求め、当該歪み量ε_X，ε_Yに基づいてマスターモールド１００の補正倍率を算出する。そして、当該補正倍率に基づいて、インプリント装置の倍率補正機構（図示せず）による倍率補正を行い、マスターモールド１００を変形させてインプリント処理を行う。これにより、真空吸着が解除されたときにパターン領域ＰＡに形成されているレジストパターン４１の倍率（位置ずれ率）、すなわち、レプリカモールド１における微細凹凸パターン２の倍率を所望とする範囲で形成することができる。

レプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状を計測し、主面１１の歪み量ε_X，ε_Yを求める方法としては、例えば、以下のような方法を挙げることができる。

まず、レーザー変位計（例えば、ＬＫ−Ｇ５０００，キーエンス社製）等を用いて、基板ステージ５０上に真空吸着されたレプリカモールド用基板１０の主面１１の高さ分布を計測し、当該高さ分布データから主面１１の面形状を取得する。当該主面１１側における高さ分布の計測領域としては、主面１１側の全面であってもよいが、少なくともパターン領域ＰＡを包含し、当該主面１１の高低差を有意に計測可能な領域であればよい。また、上記計測領域の形状は、円形であってもよいし、矩形であってもよい。本実施形態のように、レプリカモールド用基板１０の主面１１側に凸構造部１２が設けられている場合、当該凸構造部１２の外側に位置する所定の領域の高さ分布を計測するのが好ましい。さらに、裏面１３に凹部１４が形成されている場合、当該凹部１４の外形を主面１１側に投影した投影領域１５を包含する領域であって、凸構造部１２の外側に位置する所定の領域１６の高さ分布を計測するのが望ましい。（図３参照）。

なお、レプリカモールド用基板１０の主面１１側は、通常、極めて平坦度（平面度）が高いため、レプリカモールド用基板１０を基板ステージ５０に真空吸着させたとき、レプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状が、主面１１側に実質的に現われる。よって、基板ステージ５０に真空吸着させたレプリカモールド用基板１０の主面１１の高さ分布から得られる主面１１の表面形状を、裏面１３の面形状として仮定することができる。

次に、上述のようにして取得した主面１１の面形状に対し、回転楕円体によるフィッティング処理（最小二乗法によるフィッティング処理）を行い、当該回転楕円体面の曲率（Ｘ方向の曲率及びＹ方向の曲率）を算出する。

そして、このようにして算出した曲率とレプリカモールド用基板１０の厚さとに基づいて、レプリカモールド用基板１０の主面１１のＸ方向の歪み量ε_X及びＹ方向の歪み量ε_Y（図５（ａ），（ｂ）参照）をそれぞれ算出する。なお、歪み量ε_X，ε_Yは、レプリカモールド用基板１０の主面１１が平坦であると仮定して算出する。その後、Ｘ方向の歪み量ε_X及びＹ方向の歪み量ε_Yに基づいて、マスターモールド１００の補正倍率（Ｘ方向の補正倍率及びＹ方向の補正倍率）を算出する。

マスターモールド１００のＸ方向及びＹ方向の補正倍率は、Ｘ方向の歪み量ε_X及びＹ方向の歪み量ε_Yに基づいて、下記のようにして算出することができる。

例えば、レプリカモールド用基板１０の主面１１のＸ方向の歪み量ε_Xが１．３ｐｐｍ（真空吸着により、レプリカモールド用基板１０の主面１１がＸ方向に１．３ｐｐｍ伸長）、Ｙ方向の歪み量ε_Yが１．７ｐｐｍ（真空吸着により、レプリカモールド用基板１０の主面１１がＹ方向に１．７ｐｐｍ伸長）である場合、パターン領域ＰＡに形成されるレジストパターン４１は、真空吸着の解除により、Ｘ方向に１．３ｐｐｍ収縮し、Ｙ方向に１．７ｐｐｍ収縮する。マスターモールド１００の倍率補正を行わずにインプリント処理を実施すると、Ｘ方向の倍率が−１．３ｐｐｍ（レプリカモールド１の設計値に対して１．３ｐｐｍ収縮）、Ｙ方向の倍率が−１．７ｐｐｍ（レプリカモールド１の設計値に対して１．７ｐｐｍ収縮）のレジストパターン４１が形成されることになる。そこで、これらの倍率が所望とする範囲（例えば、±０．１ｐｐｍ）となるように、マスターモールド１００の補正倍率を算出するが、その前提として、マスターモールド１００の微細凹凸パターン２００の倍率を、例えば、設計値（等倍転写を前提としてレプリカモールド１の設計値から求められるマスターモールド１００の設計値）に対して２ｐｐｍ程度拡大させてマスターモールド１００を作製しておく必要がある。その上で、レプリカモールド用基板１０の主面１１のＸ方向及びＹ方向における収縮量が見かけ上同一（例えば、２．０ｐｐｍ）になるように設定し、実際の歪み量ε_X，ε_Yと設定値（例えば、２．０ｐｐｍ）との差分を補うことのできる補正倍率（Ｘ方向及びＹ方向）をそれぞれ算出する。すなわち、上記の例においては、Ｘ方向の補正倍率を０．７ｐｐｍ、Ｙ方向の補正倍率を０．３ｐｐｍとする。これにより、レプリカモールド用基板１０の主面１１上（パターン領域ＰＡ）に形成されるレジストパターン４１の倍率を所望とする範囲にすることができる。

なお、一般には、多数のレプリカモールド用基板１０のそれぞれにおいて、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yにバラツキがあることが予想される。そのため、マスターモールド１００を作製するにあたり、予め、多数のレプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状を上述のようにして測定し、基板ステージ５０に真空吸着させたレプリカモールド用基板１０の主面１１のＸ方向の歪み量ε_X及びＹ方向の歪み量ε_Y（図５（ａ），（ｂ）参照）をそれぞれ算出しておく。この歪み量ε_X，ε_Yの算出結果を指標として、マスターモールド１００の微細凹凸パターン２００の倍率（レプリカモールド１の設計値から等倍転写を前提として求められるマスターモールド１００の設計値に対する拡大率。上記の例で言えば２ｐｐｍ）を求め、当該マスターモールド１００を作製すればよい。

そして、上述のようにして算出された補正倍率に基づいて、倍率補正機構（図示せず）によるマスターモールド１００の倍率補正を行った上で、レプリカモールド用基板１０に対してインプリント処理を行い、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡにレジストパターン４１を形成する（図１（ｃ），（ｄ）参照）。このレジストパターン４１は、レプリカモールド用基板１０のＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yを反映させて形成されているため、真空吸着が解除された後のレプリカモールド用基板１０において所望の倍率を有するものとなっている。

なお、本実施形態におけるマスターモールド１００は、転写されるべき微細凹凸パターン２００の他、位置合わせ用のアライメントマーク（図示せず）や、位置精度を評価するために用いられる計測用マーク（図示せず）等を有する。マスターモールド１００を用いたインプリント処理により、レプリカモールド用基板１０の凸構造部１２上のパターン領域ＰＡに、マスターモールド１００の計測用マークに対応する計測パターンが形成される。

続いて、レジストパターン４１が形成されたレプリカモールド用基板１０をエッチング処理に付し、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡ上のハードマスク層２０をエッチングし、ハードマスクパターン２１を形成する（図１（ｅ）参照）。そして、ハードマスクパターン２１をマスクとしてレプリカモールド用基板１０をエッチングしてパターン領域ＰＡに微細凹凸パターン２を形成し、最後に、ハードマスクパターン２１を除去することで、レプリカモールド１を製造することができる（図１（ｆ）参照）。

なお、上述のようにして製造されるレプリカモールド１の微細凹凸パターン２の倍率は、例えば、微細凹凸パターン２とともに形成される計測パターンの位置（座標）を、座標測定装置（例えば、ＩＰＲＯ Ｓｅｒｉｅｓ（ケーエルエー・テンコール社製）など）を用いて計測して求めることができる。

上述したように、本実施形態においては、レプリカモールド用基板１０の裏面（主面１１に対向する対向面）１３の平坦度、及びそれによる真空吸着時の歪み量ε（ε_X，ε_Y）を反映させた補正倍率により、マスターモールド１００が倍率補正されるため、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡに形成される微細凹凸パターン２の倍率を所望とする範囲にすることができる。

このように、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法によれば、レプリカモールド用基板１０の裏面１３の面形状に応じて生じる主面１１の歪みにかかわらず、所望とする範囲の倍率の微細凹凸パターン２を有するインプリントモールド１を製造することができる。

また、予め、多数のレプリカモールド用基板１０の裏面の面形状を測定し、主面１１のＸ方向の歪み量ε_X及びＹ方向の歪み量ε_Yをそれぞれ算出しておくことで、この歪み量ε_X，ε_Yの算出結果を指標として、マスターモールドの倍率を求め、当該マスターモールド１００を作製することができ、その結果、マスターモールド１００の倍率補正により、所望とする範囲の倍率の微細凹凸パターン２を有するインプリントモールド１を製造することが可能となる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
＜マスターモールドの作製＞
平板形状の基材として、石英ガラス基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ、厚さ：６．３５ｍｍ）を準備し、この基材の上記の一の面上にスパッタリング法によりクロム薄膜を成膜した。次いで、このクロム薄膜上に、スピンコート法により、電子線感応ポジ型レジストを塗布した。この塗膜に対して設計座標に基づいて電子線描画を行い、現像して、凹凸構造領域内のハードマスク材料層上に、所望のレジストパターンを形成した。

なお、上記設計座標を求めるにあたり、厚さ５ｎｍのＣｒからなるハードマスク層２０が主面１１側の凸構造部１２上に設けられているレプリカモールド用基板１０としての石英ガラス基板を多数用意し、その中から任意に抽出した１０枚のレプリカモールド用基板１０をそれぞれインプリント装置の基板ステージ５０上に載置して真空吸着し、レプリカモールド用基板１０の主面１１側の高さ分布を、レーザー変位計（ＬＫ−Ｇ５０００，キーエンス社製）を用いて計測し、当該高さ分布データからレプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状を求めた。そして、レプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状に、回転楕円体を最小二乗法によりフィッティングし、当該回転楕円体面のＸ方向及びＹ方向の曲率をそれぞれ求め、当該曲率及びレプリカモールド用基板１０の厚さから、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yを算出した。１０枚のレプリカモールド用基板１０におけるＸ方向の歪み量ε_Xは１．１８〜１．９１ｐｐｍ（Ｘ方向に１．１８〜１．９１ｐｐｍ伸長、平均１．４８ｐｐｍ）であり、Ｙ方向の歪み量ε_Yは１．１６〜１．８５ｐｐｍ（Ｙ方向に１．１６〜１．８４ｐｐｍ伸長、平均１．５７ｐｐｍ）であった。この結果から、マスターモールド１００の上記設計座標として、マスターモールド１００の微細凹凸パターン２００の倍率をレプリカモールド１の微細凹凸パターン２の所望とする倍率（設計値：±０．１ｐｐｍ）より２ｐｐｍ拡大させたものを用いた。

続いて、レジストパターンを介してクロム薄膜をエッチングしてハードマスクパターンを形成し、当該ハードマスクパターンをマスクとして基材（石英ガラス基板）をエッチングし、マスターモールド１００を作製した。

＜レジストパターンの形成＞
上記レプリカモールド用基板１０としての石英ガラス基板をインプリント装置の基板ステージ５０上に載置し、そのレプリカモールド用基板１０の主面１１側の高さ分布を、レーザー変位計（ＬＫ−Ｇ５０００，キーエンス社製）を用いて計測し、当該高さ分布データからレプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状を求めた。

続いて、レプリカモールド用基板１０の主面１１側の面形状に、回転楕円体を最小二乗法によりフィッティングし、当該回転楕円体面のＸ方向及びＹ方向の曲率をそれぞれ求めた。そして、当該曲率及びレプリカモールド用基板１０の厚さから、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yを算出したところ、Ｘ方向の歪み量ε_Xは１．６４ｐｐｍ（Ｘ方向に１．６４ｐｐｍ伸長）であり、Ｙ方向の歪み量ε_Yは１．８４ｐｐｍ（Ｙ方向に１．８４ｐｐｍ伸長）であった。

このようにして算出した歪み量ε_X，ε_Yに基づいて、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡに形成されるレジストパターン４１のＸ方向及びＹ方向における収縮量（レプリカモールド用基板１０の真空吸着の解除による収縮量とマスターモールドの補正倍率との和）が２ｐｐｍ±０．１ｐｐｍとなるように、マスターモールド１００の補正倍率（Ｘ方向の補正倍率：０．４ｐｐｍ、Ｙ方向の補正倍率：０．２ｐｐｍ）を算出した。

このようにして算出した補正倍率に基づいて、倍率補正機構によりマスターモールド１００を変形させた上で、インクジェット装置を用いて、ハードマスク層２０上に光硬化性のインプリント樹脂を供給してインプリント処理を行い、レジストパターン４１を形成した。なお、マスターモールド１００には、微細凹凸パターン２００の他に、複数の計測用マークが設けられており、レプリカモールド用基板１０のパターン領域ＰＡには、マスターモールド１００の微細凹凸パターン２００に対応するレジストパターン４１とともに、当該計測用マークに対応する計測パターンが形成された。

＜倍率の評価＞
上述のようにして形成された計測パターンの位置（座標）を、座標測定装置（ケーエルエー・テンコール社製，ＩＰＲＯ Ｓｅｒｉｅｓ）を用いて計測し、レジストパターン４１の倍率を評価した。倍率は、Ｘ方向が、＋０．０３ｐｐｍ、Ｙ方向が、−０．０８ｐｐｍであり、所望とする倍率（±０．１ｐｐｍ）の範囲内の値を得た。

〔比較例１〕
実施例１と同様にして、レプリカモールド用基板１０を基板ステージ５０上に載置し、真空吸着した状態で、主面１１側の表面形状を計測してＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yを算出した。Ｘ方向の歪み量ε_Xは１．４６ｐｐｍであり、Ｙ方向の歪み量ε_Yは１．７０ｐｐｍであった。

マスターモールド１００の倍率補正を行わなかった以外は実施例１と同様にして、上記レプリカモールド用基板１０のハードマスク層２０上に、インクジェット装置を用いて光硬化性のインプリント樹脂を供給してインプリント処理を行い、レジストパターン４１を形成した。

＜倍率の評価＞
上述のようにして形成された計測パターンの位置（座標）を、座標測定装置（ケーエルエー・テンコール社製，ＩＰＲＯ Ｓｅｒｉｅｓ）を用いて計測し、レジストパターン４１の倍率を評価した。倍率は、Ｘ方向が、＋０．４８ｐｐｍ、Ｙ方向が、＋０．２１ｐｐｍであり、設計倍率（±０．１ｐｐｍ）の範囲を超える値となった。

上述した実施例１及び比較例１の結果から明らかなように、実施例１においては、Ｘ方向及びＹ方向の倍率が所望とする範囲（設計の範囲）内のレジストパターン４１が形成された。一方、比較例１においては、Ｘ方向及びＹ方向の倍率は、レプリカモールド用基板１０を真空吸着した状態での主面１１側のＸ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yとマスターモールド１００の設計倍率（レプリカモールド１の微細凹凸パターン２の所望とする倍率に対して拡大させた倍率（２ｐｐｍ））との差分に相当する値であった。すなわち、歪み量ε_X，ε_Yに基づきマスターモールド１００の倍率補正を行わないことで、当該歪み量ε_X，ε_Yに応じてレジストパターン４１の倍率が変化してしまうということができる。

この結果から、実施例１のように、真空吸着されたレプリカモールド用基板１０の主面１１の面形状から、Ｘ方向及びＹ方向の歪み量ε_X，ε_Yを求め、当該歪み量ε_X，ε_Yからマスターモールド１００の補正倍率を算出し、当該補正倍率に基づいて、倍率補正機構によりマスターモールド１００を変形させてインプリント処理を行うことで、所望とする範囲の倍率を有する微細凹凸パターン２を形成可能であることが確認された。

本発明は、半導体デバイスの製造過程において半導体基板等に微細凹凸パターンを形成するためのナノインプリント工程にて用いられるインプリントモールドを製造する方法や、半導体デバイス等を製造する方法として有用である。

１…レプリカモールド（インプリントモールド）
２…微細凹凸パターン
１０…レプリカモールド用基板（被転写基材）
１１…主面
１２…凸構造部
１３…裏面（対向面）
４１…レジストパターン

Claims (9)

1. 微細凹凸パターンを有するモールドを用いたインプリント処理により、被転写基材の主面側のパターン領域に前記微細凹凸パターンに対応する微細凹凸パターンを形成してインプリントモールドを製造する方法であって、
   前記被転写基材の主面に対向する対向面の面形状に基づいて、前記モールドを変形させるための補正倍率を算出する補正倍率算出工程と、
   前記補正倍率に基づいて変形させた前記モールドを用いてインプリント処理を行い、前記被転写基材のパターン領域にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記被転写基材をエッチングするエッチング工程と
   を含むことを特徴とするインプリントモールドの製造方法。
2. 前記補正倍率算出工程において、基板ステージ上に真空吸着された前記被転写基材の主面の面形状を計測し、当該主面の面形状が前記対向面の面形状であると仮定して前記補正倍率を算出することを特徴とする請求項１に記載のインプリントモールドの製造方法。
3. 前記パターン領域を包含する、当該パターン領域よりも面積の広い領域の面形状を計測することを特徴とする請求項２に記載のインプリントモールドの製造方法。
4. 前記被転写基材は、前記主面から突出する、前記パターン領域が上面に位置する凸構造部を有し、
   前記凸構造部の外周縁に位置する領域の面形状を計測することを特徴とする請求項２又は３に記載のインプリントモールドの製造方法。
5. 前記補正倍率算出工程において、前記主面の面形状を回転楕円体で近似し、前記回転楕円体で近似された前記主面の面形状に基づいて、前記補正倍率を算出することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のインプリントモールドの製造方法。
6. 前記補正倍率算出工程において、前記主面の面形状から前記被転写基材の主面の歪み量を求め、当該歪み量に基づいて前記補正倍率を算出することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のインプリントモールドの製造方法。
7. 前記主面内の一方向及びそれに直交する他方向における前記歪み量をそれぞれ求め、各歪み量に基づいて前記一方向及び他方向のそれぞれに平行な方向における前記補正倍率を算出することを特徴とする請求項６に記載のインプリントモールドの製造方法。
8. 半導体基板の主面に微細凹凸パターンが形成されてなる半導体デバイスを製造する方法であって、
   前記半導体基板の主面に対向する対向面の面形状に基づいて、前記半導体基板の主面に微細凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドの補正倍率を算出する補正倍率算出工程と、
   前記補正倍率に基づいて変形させた前記インプリントモールドを用いてインプリント処理を行い、前記半導体基板の主面にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板をエッチングするエッチング工程と
   を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
9. 被転写基材の主面側のパターン領域に微細凹凸パターンを形成するために用いられるインプリントモールドを製造する方法であって、
   前記被転写基材の主面に対向する対向面の面形状を求める工程と、
   前記被転写基材の主面側のパターン領域に形成される前記微細凹凸パターンの設計値及び前記面形状に基づいて、前記インプリントモールドの微細凹凸パターンの設計値を求める工程と
   を有することを特徴とするインプリントモールドの製造方法。

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