JP2017010962A - デバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

デバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】欠けショット部でインプリントする場合に、テンプレートと基板とに働く剪断力を抑制することができるデバイス基板を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、素子を構成する膜を含む多層膜12が基板11上に配置されたデバイス基板10が提供される。素子が配置される主面は、インプリント処理時にレジストが配置されるパターニング領域RPと、パターニング領域RPの周縁部からデバイス基板10の端部までのベベル領域RBと、を有する。ベベル領域RBは、上面が、パターニング領域RPの上面に比して、デバイス基板10の端部に向かって低くなる領域を有する。パターニング領域RPとベベル領域RBとの境界で、ベベル領域RBの上面のパターニング領域RPの上面に対する傾斜角が10度以上90度以下である。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、デバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法に関する。
ナノインプリント技術では、レジストを滴下した半導体ウェハ上に、テンプレートを接近させて、テンプレートの半導体ウェハ側主面に形成された凹凸パターンにレジストを充填し、レジストを硬化させる。そして、テンプレートを離型することで、半導体ウェハ上に凹凸パターンを形成する。
テンプレートの一部が半導体ウェハ外にはみ出してしまう欠けショット部では、ベベル面の平坦性が低く、各ショット位置で異なるベベル面を有している。そのため、テンプレートと半導体ウェハとの間のレジストの厚み(以下、RLTという)に膜厚差が生じる。ダイバイダイアライメント時にテンプレートを半導体ウェハに対して相対的に横方向に移動させるが、既に硬化した隣接する欠けショット部のRLTにテンプレートが接触することによって、テンプレートと半導体ウェハとに剪断力が発生する。また、RLTが薄くなると、レジストが弾性体として振る舞うようになり、テンプレートと半導体ウェハとに働く剪断力が大きくなる。つまり、ベベル面の平坦性は、ダイバイダイアライメント時の剪断力に大きな影響を与える。
さらに、欠けショット部ではテンプレート自体の変形量も大きく、テンプレート変形量が予想し難い。その結果、半導体ウェハとインプリントパターンの重ね合わせ精度の悪化を引き起こす原因となっていた。
特開2002−93748号公報 特開2001−230166号公報
本発明の一つの実施形態は、欠けショット部でインプリントする場合に、テンプレートと基板とに働く剪断力を抑制することができるデバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、素子を構成する膜を含む多層膜が基板上に配置されたデバイス基板が提供される。前記素子が配置される主面は、インプリント処理時にレジストが配置されるパターニング領域と、前記パターニング領域の周縁部から当該デバイス基板の端部までのベベル領域と、を有する。前記ベベル領域は、上面が、前記パターニング領域の上面に比して、当該デバイス基板の端部に向かって低くなる領域を有する。前記パターニング領域と前記ベベル領域との境界で、前記ベベル領域の上面の前記パターニング領域の上面に対する傾斜角が10度以上90度以下である。
図1は、実施形態によるデバイス基板の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。 図2は、実施形態によるベベル領域の上面のパターニング領域の上面に対する傾斜の様子を模式的に示す断面図である。 図3−1は、実施形態によるデバイス基板の製造方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である(その1)。 図3−2は、実施形態によるデバイス基板の製造方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である(その2)。 図4−1は、比較例によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である(その1)。 図4−2は、比較例によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である(その2)。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるデバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられるデバイス基板の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。
図1は、実施形態によるデバイス基板の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。デバイス基板10は、基板である半導体ウェハ11上に、素子を形成するための複数の膜からなる多層膜12が形成された構造を有する。デバイス基板10の素子形成面側には、パターニング領域RPと、ベベル領域RBと、が設けられる。
パターニング領域RPは、円板状を有し、インプリント処理時にレジストが塗布される領域である。パターニング領域RPは、インプリント処理時にテンプレートが押印され、素子が形成される領域でもある。パターニング領域RPの上面は、平坦であり、パターニング領域RP内のどの位置でも同じ高さを有する。また、パターニング領域RPでは、多層膜12のうち最上層の膜は、マスク膜121、またはマスク膜121と図示しない密着膜との積層膜によって構成される。マスク膜121は、たとえば塗布型炭素膜であるSOC(Spin On Carbon)膜などによって構成される。
ベベル領域RBは、パターニング領域RPの外周部に設けられる。ベベル領域RBでは、デバイス基板10の上面は、パターニング領域RPとの境界での位置に比して、デバイス基板10の端部の位置の方が低くなっている。パターニング領域RPとの境界から端部に向かって、連続的に傾斜している場合もあれば、階段状に高さが減少し、段差部分がR面によって構成されるような場合もある。ベベル領域RBでは、パターニング領域RPとの境界付近を除いて、パターニング領域RPで最上層に配置されているマスク膜121、またはマスク膜121と密着膜との積層膜は形成されていない。すなわち、本実施形態では、ベベル領域RBの多層膜12は、パターニング領域RPの多層膜12に比して、最上層の膜から所定の層数の膜が除去されている。
上記したように、デバイス基板10は、半導体ウェハ11上に多層膜12が形成された構造である。半導体ウェハ11は、円板状のウェハ本体11Mと、ウェハ本体11Mの周縁部に設けられたラウンド形状のベベル部11Bと、を備えている。デバイス基板10のパターニング領域RPは、半導体ウェハ11のウェハ本体11Mと対応した領域にある。また、デバイス基板10のベベル領域RBは、半導体ウェハ11のベベル部11Bと対応した領域にある。なお、半導体ウェハ11として、単結晶のシリコンウェハのほかに、ゲルマニウムウェハ、ガリウムヒ素ウェハ、インジウムリンウェハ、インジウムヒ素ウェハなどを用いてもよい。また、基板として半導体ウェハ11が例示されているが、このほかに、ガラスウェハ、セラミックウェハなどを用いてもよい。
多層膜12は、半導体ウェハ11の一方の主面側に形成される。多層膜12は、たとえば素子を構成する金属膜、半導体膜または絶縁膜が積層されたものである。また、多層膜12は、素子を形成するために必要なマスク膜などの膜を含んでいてもよい。多層膜12は、ウェハ本体11M上だけでなくベベル部11B上にも形成される。ただし、膜の種類によってベベル部11B上で除去されたり、除去されなかったりする。そのため、デバイス基板10のベベル領域RBは、図のようにR面を有する階段状を有している。
本実施形態では、パターニング領域RPとベベル領域RBとの境界において、ベベル領域RBの上面は、パターニング領域RPの上面に対して、10度以上90度以下の傾斜角を有している。図2は、実施形態によるベベル領域の上面のパターニング領域の上面に対する傾斜の様子を模式的に示す断面図であり、(a)は傾斜角が10度以上90度以下の任意の角度である場合の断面図を示し、(b)は傾斜角が90度である場合の断面図を示している。
図2(a)に示されるように、デバイス基板10のパターニング領域RPの上面を通る直線をLPとし、ベベル領域RBの上面を通る直線をLBとする。ベベル領域RB上で、パターニング領域RPの上面を通る直線LPからベベル領域RBの上面を通る直線LBまでの角度θをベベル領域RBの上面の傾斜角という。ただし、図2(b)のように、ベベル領域RBの上面の傾斜角θが90度の場合は、パターニング領域RPの上面とベベル領域RBの上面とが平行で、高さが違う状態を指している。
ベベル領域RBの上面の傾斜角が10度未満の場合には、後述する平坦化用のレジストを配置してインプリント処理によってパターニング領域RPを平坦化する場合に、パターニング領域RPに配置されたレジストがベベル領域RBまで漏洩してしまう。これによって、パターニング領域RPの周縁部での平坦性が悪化してしまう。そのため、ベベル領域RBの上面の傾斜角は10度以上であることが望ましい。
また、ベベル領域RBの上面の傾斜角が90度より大きい場合には、多層膜12の最上層を構成するマスク膜121の下部が抉れる形状となる。このような形状のマスク膜121を用いてエッチング処理を行うと、パターニング領域RPの周縁部は、パターニング領域RPのその他の領域と比較してエッチングのされ方が異なってしまい望ましくない。そのため、ベベル領域RBの上面の傾斜角は90度以下であることが望ましい。
また、デバイス基板10の端部Eからベベル領域RBとパターニング領域RPとの境界B(パターニング領域RPの周縁部)までの距離は、使用されるテンプレートのサイズによって異なるが、欠けショット部でテンプレートを用いてインプリントを行った際に、厚さ方向のテンプレートの変形量を考慮して設定される。たとえば、30mm前後のサイズを有するテンプレートの場合には、上記距離は3mm以内であることが望ましい。
つぎに、このようなデバイス基板10の製造方法を含む半導体装置の製造方法について説明する。図3−1〜図3−2は、実施形態によるデバイス基板の製造方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である。まず、図3−1(a)に示されるように、デバイス基板10上の全面に、加工対象に対して加工選択比を取ることができるマスク膜121を形成する。マスク膜121は、パターニング領域RPで所望の形状にパターニングを行う際のマスクとなる膜である。マスク膜121は、たとえばSOC膜などの有機膜によって構成される。なお、ここでは、後の工程でインプリント処理を実行する際にテンプレートとマスク膜121とを密着させる密着膜122を、マスク膜121上にさらに形成している。また、加工対象は、デバイス基板10のパターニング領域RPに形成された多層膜12の一部または全部となる。さらに、多層膜12の種類は任意である。
ついで、図3−1(b)に示されるように、ベベル領域RB上のマスク膜121と密着膜122とを除去する。マスク膜121と密着膜122の除去は、ベベルCMP(Chemical Mechanical Polishing)法、EBR(Edge Bead Removal)などを適用することができる。ベベルCMP法の場合には、ベベル領域RBと接触するように研磨パッドを配置して研磨を行うことによってマスク膜121と密着膜122とを除去する。また、EBRの場合には、シンナーなどの有機溶剤をベベル領域RBに供給し、マスク膜121と密着膜122とを溶解することによって、マスク膜121と密着膜122とを除去する。なお、マスク膜121と密着膜122の除去後、デバイス基板10上に密着膜123を形成する。
このようにベベル領域RBのマスク膜121が除去されることで、パターニング領域RPとベベル領域RBとの間で、マスク膜121の厚さに相当する段差が生じる。このように段差を形成することで、各欠けショット部でのベベル領域RBの上面の位置が略同じとなる。その結果、後に行われるインプリント処理時のテンプレートとデバイス基板10のベベル領域RBとの間の干渉、および後に行われるパターニング領域RPの平坦化の際に滴下されるレジストのベベル領域RBへの染み出しが抑制される。
一般的に、パターニング領域RPには素子が形成されるため、パターニング領域RP内では段差(デバイス段差)が生じている。インプリント処理時には、パターニング領域RP内は平坦化されていることが望ましい。そのため、図3−1(c)〜(d)に示されるように、パターニング領域RPのデバイス段差を解消するように平坦化を行う。
図3−1(c)の例では、平坦なブランクテンプレートを用いたインプリント処理によって、パターニング領域RPの上面を平坦化する。具体的には、パターニング領域RP上に平坦化用のレジストを滴下する。レジストは、たとえばインクジェット法によって滴下される。レジストは、たとえば光硬化性樹脂によって構成される。ついで、パターンが何も形成されていない、すなわち凹凸パターンを有さないブランクテンプレートを、パターニング領域RPの上面から所定の距離となるように近付ける。その後、所定の波長の光(たとえば紫外線)をレジストに照射して、レジストを硬化させる。そして、ブランクテンプレートを離型することによって、パターニング領域RPの上面が平坦化されたレジストパターン124が得られる。
その後、図3−1(d)に示されるように、RIE(Reactive Ion Etching)法などのドライエッチング法によって、エッチバックを行う。これによって、レジストパターン124と密着膜123とが除去されるとともに、デバイス基板10のパターニング領域RPに形成されたマスク膜121の上面が平坦化される。また、ベベル領域RBの上面の傾斜角は、パターニング領域RPの上面に対して、10度以上90度以下となる。
なお、平坦化方法としては、上記したブランクテンプレートを用いた方法以外の方法を使用してもよい。たとえば、CMP法によってパターニング領域RPのマスク膜の上面を平坦化してもよい。また、パターニング領域RPのマスク膜上にレジストなどをスピンコート法などによって塗布した後、ドライエッチング法などでエッチバックすることでパターニング領域RPのマスク膜の上面を平坦化してもよい。
ついで、図3−2(a)に示されるように、デバイス基板10上に積層膜125と密着膜126とを形成し、さらにデバイス基板10のパターニング領域RP上にレジスト127を滴下する。積層膜125としては、たとえば塗布型炭素膜とSOG(Spin On Glass)膜との積層膜を用いることができる。微細加工プロセスでは、サイズの微細化とともにレジストが薄膜化され、さらに加工パターンのアスペクト比(パターン寸法と深さの比)が増大すると、エッチング速度が低下するマイクロローディング効果が生じる。これによって、エッチング時間が長くなり、レジストが後退するようになる。そのため、パターンを形成するレジストとマスクとを別種の材料で構成した積層膜12を用いることによって、上記したマイクロローディング効果を抑制している。
その後、図3−2(b)に示されるように、凹凸パターンが形成されたテンプレート21を、テンプレート21の凹凸パターン形成面とデバイス基板10の上面とが所定の距離となるように、パターニング領域RPのレジスト127が滴下されたショット領域上に配置する。所定の距離は、テンプレート21にレジスト127が接触する距離以下である。
ついで、ダイバイダイアライメントによってショット領域とテンプレート21とをより正確に位置合わせする。デバイス基板10の全周にわたって、ベベル領域RBの上面がパターニング領域RPの上面に対して10度以上90度以下の角度を有するように、ベベル領域RBの上面の形状が制御されている。また、ベベル領域RBでマスク膜121が除去されている。つまり、ベベル領域RBには、テンプレート21の移動を遮るような構造物が存在しない。そのため、基板面に平行な方向にデバイス基板10とテンプレート21とを相対的に移動させた際のデバイス基板10とテンプレート21とに生じる剪断力を抑制することができ、重ね合わせ精度を向上させることができる。また、インプリント処理時にテンプレート21がベベル領域RBに接触し、テンプレート21とデバイス基板10とが干渉してしまうことを防ぐことができる。
毛細管現象によってテンプレート21の凹部にレジスト127が充填された後、レジスト127に所定の波長の光を照射することによって、レジスト127を硬化させる。そして、テンプレート21を離型する。これによって、図3−2(c)に示されるように、テンプレート21に形成された凹凸パターンとは凹凸が逆転したレジストパターン127aが形成される。すべてのショット領域についてレジストパターン127aが形成されると、レジストパターン127aをマスクとして、ドライエッチング法によってマスク膜121をパターニングする。また、パターニングされたマスク膜121をマスクとして、さらに多層膜12中の加工対象をドライエッチング法によってエッチングする。以上によって、半導体装置の製造方法が終了する。
つぎに、比較例と比較した場合の実施形態の効果について説明する。図4−1〜図4−2は、比較例によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す一部断面図である。図3−1(a)と同様に、デバイス基板10上の全面に、加工対象に対して加工選択比を取ることができるマスク膜121を形成する。マスク膜121は、パターニング領域RPで所望の形状にパターニングを行う際のマスクとなる膜である。マスク膜121は、たとえばSOC膜などの有機膜によって構成される。
ついで、図4−1(a)に示されるように、デバイス基板10のパターニング領域RPのデバイス段差を解消するように平坦化を行う。この例では、パターニング領域RP上に、平坦化用のレジストを滴下し、凹凸パターンを有さないブランクテンプレートを、パターニング領域RPの上面から所定の距離となるように近付ける。その後、所定の波長の光(たとえば紫外線)をレジストに照射して、レジストを硬化させる。そして、ブランクテンプレートを離型することによって、パターニング領域RPの上面が平坦化されたレジストパターン124が形成される。
ただし、比較例では、マスク膜121がベベル領域RBにも形成されているため、インプリント処理時にレジストは、パターニング領域RPからベベル領域RBへと漏洩してしまう。その結果、パターニング領域RPの周縁部では徐々にレジストの膜厚が薄くなる。つまり、パターニング領域RPの全域で平坦化されなくなってしまう。また、このレジストの漏洩はデバイス基板10の全周にわたって均一ではなく、場所によって漏洩の度合いが異なっている。
その後、図4−1(b)に示されるようにドライエッチングによってエッチバックが行われる。これによって、マスク膜121は所定の厚さだけエッチングされる。ただし、レジストがパターニング領域RPの周縁部で厚さが薄くなっているのに合わせて、エッチバック後のパターニング領域RPでも周縁部のマスク膜121の厚さが薄くなっている。その結果、パターニング領域RP全体は平坦化していない状態となる。また、パターニング領域RPとベベル領域RBとでマスク膜121が連続して存在しているため、パターニング領域RPの上面に対するベベル領域RBの上面の傾斜角は10度未満の低い角度を有する。さらに、上記したようにレジストの漏洩の度合いが場所によって異なるので、パターニング領域RPの周縁部とベベル領域RBでのマスク膜121の厚さは不均一となっている。
ついで、図4−1(c)に示されるように、デバイス基板10上に有機多層膜125と密着膜126とを塗布し、さらにデバイス基板10のパターニング領域RP上にレジスト127を滴下する。その後、図4−2(a)に示されるように、凹凸パターンが形成されたテンプレート21を、テンプレート21の凹凸パターン形成面とデバイス基板10の上面とが所定の距離となるように、パターニング領域RPのレジスト127が滴下されたショット領域上に配置する。所定の距離は、テンプレート21にレジスト127が接触する距離以下である。ついで、ダイバイダイアライメントによってショット領域とテンプレート21とをより正確に位置合わせする。
毛細管現象によってテンプレート21の凹部にレジスト127が充填された後、レジスト127に所定の波長の光を照射することによって、レジスト127を硬化させる。そして、図4−2(b)に示されるように、テンプレート21を離型することによって、レジストパターン127aが形成される。すべてのショット領域についてレジストパターン127aが形成されると、レジストパターン127aをマスクとして、ドライエッチング法によってマスク膜121をパターニングする。また、パターニングされたマスク膜121をマスクとして、多層膜12中の加工対象をドライエッチング法によってエッチングする。以上によって、半導体装置の製造方法が終了する。
インプリント処理時に、欠けショット部では、ベベル領域RBの平坦性が低く、ベベル領域RBの上面の高さ(位置)は各ショット位置で異なるため、テンプレート21とデバイス基板10との間のレジストパターン127aの厚さ(RLT)に膜厚差が生じる。
また、ダイバイダイアライメント時にテンプレート21をデバイス基板10に対して相対的に横方向に移動させると、テンプレート21がパターニング領域RPの周縁部上の不均一な厚さのマスク膜121と接触する。その結果、テンプレート21とデバイス基板10とに剪断力が発生する。特に、RLTが薄くなると、レジスト127が弾性体として振る舞うようになり、テンプレート21とデバイス基板10とに働く剪断力が大きくなる。さらに、インプリント処理時にパターニング領域RPの周縁部またはベベル領域RBに合わせてテンプレート21が傾くと、テンプレート21の端部がベベル領域RBと干渉する場合が発生する。以上のような要因が組み合わさり、デバイス基板10とテンプレート21との重ね合わせ精度の悪化が引き起こされてしまう。
これに対して、本実施形態では、デバイス基板10のベベル領域RBのマスク膜121を除去し、パターニング領域RPに対するベベル領域RBの上面の傾斜角を10度以上90度以下となるようにした。これによって、ベベル領域RBを構成する面の形状がデバイス基板10の周縁部にわたって略同一形状となるように制御される。その結果、欠けショット部でのテンプレート21とデバイス基板10との間の干渉を回避することができる。また、パターニング領域RPの平坦化工程でパターニング領域RPの平坦性が向上するので、RLTのむらが抑制される。その結果、ダイバイダイアライメント時の剪断力が小さくなり、重ね合わせ精度を高めることができるという効果も有する。
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とその均等の範囲に含まれる。
10 デバイス基板、11 半導体ウェハ、11B ベベル部、11M ウェハ本体、12 多層膜、21 テンプレート、121 マスク膜、122,123,126 密着膜、124 レジストパターン、125 積層膜、127 レジスト、127a レジストパターン、RB ベベル領域、RP パターニング領域。

Claims (5)

  1. 素子を構成する膜を含む多層膜が基板上に配置されたデバイス基板であって、
    前記素子が配置される主面は、
    インプリント処理時にレジストが配置されるパターニング領域と、
    前記パターニング領域の周縁部から当該デバイス基板の端部までのベベル領域と、
    を有し、
    前記ベベル領域は、上面が、前記パターニング領域の上面に比して、当該デバイス基板の端部に向かって低くなる領域を有し、
    前記パターニング領域と前記ベベル領域との境界で、前記ベベル領域の上面の前記パターニング領域の上面に対する傾斜角が10度以上90度以下であるデバイス基板。
  2. 前記パターニング領域の前記周縁部から当該デバイス基板の前記端部までの距離は、3mm以下である請求項1に記載のデバイス基板。
  3. 前記ベベル領域の多層膜は、前記パターニング領域の多層膜のうち最上層の膜を含む1層以上の膜が除去されている請求項1に記載のデバイス基板。
  4. 素子を構成する膜を含む多層膜が基板上に配置されたデバイス基板上の全面に第1膜を形成し、
    前記デバイス基板のインプリント処理時にレジストが配置されるパターニング領域の周縁部から前記デバイス基板の端部までのベベル領域の前記第1膜を除去し、
    前記パターニング領域上の前記第1膜の上面を平坦化するデバイス基板の製造方法。
  5. 素子を構成する膜を含む多層膜が基板上に配置されたデバイス基板上の全面に第1膜を形成し、
    前記デバイス基板のインプリント処理時にレジストが配置されるパターニング領域の周縁部から前記デバイス基板の端部までのベベル領域の前記第1膜を除去し、
    前記パターニング領域上の前記第1膜の上面を平坦化し、
    前記第1膜上に第1レジストを滴下し、
    凹凸パターンが形成された第1テンプレートを、前記第1レジストを介して前記第1膜から所定の距離となるように配置しながら、前記第1レジストを硬化してレジストパターンを形成し、
    前記レジストパターンをマスクとして前記多層膜を加工する半導体装置の製造方法。
JP2015121543A 2015-06-16 2015-06-16 デバイス基板およびデバイス基板の製造方法並びに半導体装置の製造方法 Pending JP2017010962A (ja)

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