JP2019054016A

JP2019054016A - テンプレート、テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2019054016A
Application number: JP2017175030A
Authority: JP
Inventors: 正洋菅野; Masahiro Sugano
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: US20190079392A1; JP6957281B2; US10474028B2

Abstract

【課題】２段の凸部を備える構造を簡単に実現することが可能なテンプレートの作製方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、テンプレートの作製方法は、基板の第１凸部上に、第１膜厚を有する複数の第１パターンと、前記第１パターンを包囲し前記第１膜厚より厚い第２膜厚を有する第２パターンと、を含む第１膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１パターンを第２膜で覆った後に前記第２パターンを除去し、前記第２パターン除去後に第１エッチングにより、前記第１パターンの上面から前記第２膜を除去して前記第１パターンを露出させるとともに前記第２膜をマスクにして前記第１凸部をエッチングし第２凸部を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１エッチング後に前記第１パターンを除去し、前記第１パターンの除去後に、前記第２膜をマスクとする第２エッチングにより、前記第１凸部と前記第２凸部とを加工することを含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、テンプレート、テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法に関する。

ナノインプリント用のテンプレートは、メサと呼ばれる凸部に凹凸パターンを備えることが多い。この場合、１段メサ型のテンプレートを使用して基板上にパターンを形成すると、基板とテンプレートとの間の隙間から塗布液がしみ出すことが問題となる。そこで、塗布液のしみ出しを抑制可能な２段メサ型のテンプレートが注目されている。しかしながら、２段メサ型のテンプレートを作製する際に、インプリント工程を２回実施する必要があるため、テンプレートの作製コストが上昇することが問題となる。

特開２０１４−２１６５９４号公報

２段の凸部を備える構造を簡単に実現しまたは利用することが可能なテンプレート、テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法を提供する。

一の実施形態によれば、テンプレートの作製方法は、基板の第１凸部上に、第１膜厚を有する複数の第１パターンと、前記第１パターンを包囲し前記第１膜厚より厚い第２膜厚を有する第２パターンと、を含む第１膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１パターンを第２膜で覆った後に前記第２パターンを除去することを含む。前記方法はさらに、前記第２パターン除去後に第１エッチングにより、前記第１パターンの上面から前記第２膜を除去して前記第１パターンを露出させるとともに前記第２膜をマスクにして前記第１凸部をエッチングし第２凸部を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１エッチング後に前記第１パターンを除去することを含む。前記方法はさらに、前記第１パターンの除去後に、前記第２膜をマスクとする第２エッチングにより、前記第１凸部と前記第２凸部とを加工することを含む。

第１実施形態のテンプレートの構造を示す断面図である。第１実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図(1/2)である。第１実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図(2/2)である。第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。第１実施形態の比較例のテンプレートの作製方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のテンプレートの構造を示す断面図である。

図１(ａ)は、原版テンプレート１を示す。図１(ｂ)は、この原版テンプレート１を用いて作製されたレプリカテンプレート２を示す。このレプリカテンプレート２は、第１凸部の一例である第１メサ２ａと、第２凸部の一例である第２メサ２ｂとを備える２段メサ型のテンプレートである。

原版テンプレート１は、基板１０に設けられた複数の第１凸部１１と、複数の第１凹部１２と、第２凸部１３と、第２凹部１４とを備えている。

基板１０の例は、石英基板である。図１(ａ)は、基板１０の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板１０の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。

複数の第１凸部１１と複数の第１凹部１２は、図１(ａ)に示すように、基板１０の下面に交互に設けられている。第１凸部１１と第１凹部１２は、Ｙ方向に延びており、Ｘ方向に互いに隣接している。

第２凸部１３は、基板１０の下面に設けられており、第１凸部１１と第１凹部１２とを包囲する四角形の環状の形状を有している。第２凹部１４も、基板１０の下面に設けられており、第１凸部１１、第１凹部１２、および第２凸部１３を包囲する四角形の環状の形状を有している。

図１(ａ)は、第１凸部１１の幅Ｗ１と、第１凹部１２の幅Ｗ２および深さＤ１と、第２凸部１３の幅Ｗ３と、第２凹部１４の幅Ｗ４および深さＤ２とを示している。本実施形態では、第２凹部１４の深さＤ２は、第１凹部１２の深さＤ１より深く設定されているが、第１凹部１２の深さＤ１の２倍以下に設定されている（Ｄ１＜Ｄ２≦２×Ｄ１）。さらに、第２凸部１３の幅Ｗ３は第１凸部１１の幅Ｗ１よりも大きく設定され、第２凹部１４の幅Ｗ４は第１凹部１２の幅Ｗ２よりも大きく設定されている（Ｗ３＞Ｗ１、Ｗ４＞Ｗ２）。なお、幅Ｗ１と幅Ｗ２は同じ値に設定されている（Ｗ１＝Ｗ２）。

レプリカテンプレート２は、基板２０に設けられた複数の第１凸部２１と、複数の凹部２２と、第２凸部２３と、リセス部２４とを備えている。

基板２０の例は、石英基板である。第１メサ２ａは、基板２０の上面に設けられ、厚さＴ１を有している。第２メサ２ｂは、基板２０の上面において第１メサ２ａの中央部分に設けられ、厚さＴ２を有している。本実施形態では、第２メサ２ｂの厚さＴ２が、第１メサ２ａの厚さＴ１よりも薄く設定されている（Ｔ２＜Ｔ１）。第１メサ２ａの厚さＴ１は、例えば３０μｍである。第２メサ２ｂの厚さＴ２は、例えば０．１〜１μｍである。

複数の第１凸部２１と複数の凹部２２は、図１(ｂ)に示すように、基板２０の上面に交互に設けられている。第１凸部２１と凹部２２は、Ｙ方向に延びており、Ｘ方向に互いに隣接している。第１凸部２１と凹部２２は、第２メサ２ｂの上面に設けられている。

第２凸部２３は、基板２０の上面に設けられており、第１凸部２１と凹部２２とを包囲する四角形の環状の形状を有している。リセス部２４も、基板２０の上面に設けられており、第１凸部２１、凹部２２、および第２凸部２３を包囲する四角形の環状の形状を有している。第２凸部２３は、第２メサ２ｂの上面に設けられており、リセス部２４は、第２メサ２ｂを包囲するように第１メサ２ａの上面に設けられている。

図１(ｂ)は、第１メサ２ａの外周の側面Ｋ１と、第２メサ２ｂの外周の側面Ｋ２とを示している。本実施形態の第１メサ２ａは、基板２０のウェットエッチングにより形成されるため、側面Ｋ１は実際にはゆるやかに傾斜している。一方、本実施形態の第２メサ２ｂは、基板２０のドライエッチングにより形成されるため、側面Ｋ２は実際には急峻に傾斜している。

仮にレプリカテンプレート２が第２メサ２ｂを備えないとすると、レプリカテンプレート２を使用して基板上にパターンを形成する際に、基板とレプリカテンプレート２との間の隙間から塗布液がしみ出すことが問題となる。理由は、側面Ｋ１がゆるやかに傾斜しているため、塗布液が側面Ｋ１を伝わってしみ出しやすいからである。

一方、レプリカテンプレート２が第２メサ２ｂを備えていると、塗布液と側面Ｋ１との間に側面Ｋ２が介在するため、塗布液は側面Ｋ１を伝わってしみ出しにくい。よって、本実施形態によれば、塗布液のしみ出しを抑制することが可能となる。

図２および図３は、第１実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図であり、原版テンプレート１を用いてレプリカテンプレート２を作製する工程を示している。

まず、第１メサ２ａを有する基板２０を用意し、第１メサ２ａ上にナノインプリント用のレジスト膜３を形成した後、原版テンプレート１を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート１の凹凸パターンをレジスト膜３に転写する（図２(ａ)）。その結果、原版テンプレート１の第１凹部１２に対応する複数の第１レジストパターン３ａと、原版テンプレート１の第２凹部１４に対応する第２レジストパターン３ｂが、レジスト膜３に形成される。

よって、第１レジストパターン３ａは、幅Ｗ２と同じ幅と、深さＤ１と同じ膜厚を有することとなる。また、第２レジストパターン３ｂは、幅Ｗ４と同じ幅と、深さＤ２と同じ膜厚を有することとなる。その結果、第２レジストパターン３ｂの膜厚は、第１レジストパターン３ａの膜厚より厚くなる。上述の「Ｄ１＜Ｄ２≦２×Ｄ１」の関係も、これらの膜厚に踏襲される。また、第２レジストパターン３ｂの幅は、第１レジストパターン３ａの幅より大きくなる。さらに、互いに隣接する第１レジストパターン３ａ同士の距離は、幅Ｗ１と同じ値となり、互いに隣接する第１レジストパターン３ａと第２レジストパターン３ｂとの距離は、幅Ｗ３と同じ値となる。

これは、第１および第２レジストパターン３ａ、３ｂの形状やレイアウトについても同様である。第１レジストパターン３ａは、Ｙ方向に延び、Ｘ方向に互いに隣接することとなる。第２レジストパターン３ｂは、第１レジストパターン３ａを包囲する四角形の環状の形状を有することとなる。レジスト膜３は、第１膜の一例である。なお、第１メサ２ａは、上述のように、基板２０のウェットエッチングにより形成可能である。

次に、第１および第２レジストパターン３ａ、３ｂ上に、レジストパターンを反転させるための反転剤層４を形成する（図２(ｂ)）。反転剤層４は、第２膜の一例である。反転剤層４は例えば、反転剤を含有する液体を第１および第２レジストパターン３ａ、３ｂ上に塗布することで形成される。反転剤層４は、第１および第２レジストパターン３ａ、３ｂの上面を覆うように形成される。

次に、反転剤層４をドライエッチングによりエッチバックして、第２レジストパターン３ｂの上面から反転剤層４を除去する（図２(ｃ)）。その結果、第２レジストパターン３ｂの上面が反転剤層４から露出する。一方、第１レジストパターン３ａの上面や側面は、反転剤層４で覆われたままとなる。

なお、反転剤層４は、反転剤を含有する液体（反転剤液体）を、第２レジストパターン３ｂにより包囲された領域（包囲領域）に滴下または吐出することで形成してもよい。この場合、反転剤層４が第２レジストパターン３ｂの上面に形成されないため、図２(ｃ)の工程は不要となる。

例えば、反転剤液体を複数の穴から滴下する棒状のパイプを用意し、パイプで包囲領域をスキャンしながら、パイプから反転剤液体を滴下することで、包囲領域のみに反転剤液体を滴下してもよい。また、反転剤液体を吐出するノズルを用意し、ノズルから包囲領域に反転剤液体を吐出することで、包囲領域のみに反転剤液体を吐出してもよい。

次に、第２レジストパターン３ｂを除去する（図３(ａ)）。この際、第１レジストパターン３ａは、反転剤層４で覆われているため除去されない。

次に、反転剤層４をドライエッチングによりエッチバックして、第１レジストパターン３ａの上面から反転剤層４を除去する（図３(ｂ)）。その結果、第１レジストパターン３ａの上面が反転剤層４から露出する。このエッチバックは、第１エッチングの一例である。

このエッチバックでは、反転剤層４をマスクとして、基板２０の第１メサ２ａもエッチングされる。第１メサ２ａは、反転剤層４で覆われていない第１上面Ｓ１と、反転剤層４で覆われている第２上面Ｓ２とを有しており、第１上面Ｓ１のみがエッチングにより低下する。その結果、第１上面Ｓ１で包囲された第２上面Ｓ２を有する第２メサ２ｂが、第１メサ２ａ内に形成される。また、図１(ｂ)に示すリセス部２４が第１メサ２ａに形成される。符号ΔＴ１は、第１上面Ｓ１のエッチング量、すなわち、第１上面Ｓ１から第２上面Ｓ２までの高さを示している。

次に、第１レジストパターン３ａを除去する（図３(ｃ)）。その結果、反転剤層４の凹凸パターンが第２メサ２ｂ上に形成される。

次に、反転剤層４をマスクとするドライエッチングにより、基板２０の第１および第２メサ２ａ、２ｂをエッチバックする（図３(ｄ)）。この際、反転剤層４は除去される。このエッチバックは、第２エッチングの一例である。

このエッチバックでは、第１上面Ｓ１がエッチングによって第２上面Ｓ２に対して低下する。符号ΔＴ２は、第１上面Ｓ１のエッチング量を示している。エッチング量ΔＴ１、ΔＴ２の合計が、第２メサ２ｂの厚さＴ２となる。そのため、本実施形態では、第２メサ２ｂの厚さＴ２が所望値になるように、エッチング量ΔＴ１、ΔＴ２を調整することが望ましい。

さらに、このエッチバックでは、反転材層４の凹凸パターンがエッチングによって第２メサ２ｂ（第２上面Ｓ２）に転写される。その結果、図１(ｂ)に示す第１凸部２１、凹部２２、および第２凸部２３が第２メサ２ｂに形成される。

こうして、レプリカテンプレート２が作製される。本実施形態では、第１メサ２ａも第２メサ２ｂも原版テンプレート１の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本実施形態によれば、２段メサ型のレプリカテンプレート２を、図２(ａ)に示す１回のインプリント工程により簡単に作製することが可能となる。これにより、レプリカテンプレート２の作製コストを低減することが可能となる。さらには、反転剤層４の膜厚を均一にすることができるため、レプリカテンプレート２から製造される回路パターンの加工精度を向上させることが可能となる。

なお、原版テンプレート１の第２凹部１４の深さＤ２が深いと、第１レジストパターン３ａ上の反転剤層４の膜厚が厚くなる（図３(ａ)を参照）。この場合、図３(ｂ)に示すエッチバックの負担が大きくなる。そのため、本実施形態では、深さＤ２を深さＤ１の２倍以下に設定している。これにより、図３(ｂ)に示すエッチバックの負担を軽減することが可能となる。

また、基板２０のエッチングは、正確には、図３(ｂ)に示すエッチバックと、図３(ｄ)に示すエッチバックだけでなく、図２(ｃ)に示すエッチバックでも進行する。そのため、図２(ｃ)に示すエッチバックの影響が大きい場合には、これら３つのエッチバックのエッチング量を考慮に入れて、第２メサ２ｂの厚さＴ２を所望値に調整してもよい。

図４は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、基板３０上にレジスト材料３１を塗布または滴下する（図４(ａ)）。基板３０は例えば、半導体基板（半導体ウエハ）と、半導体基板上の被加工膜とを含む被加工基板（被加工ウエハ）である。半導体基板そのものを加工する場合には、基板３０は被加工膜を含まなくてもよい。基板３０はウエハの例であり、レジスト材料３１は樹脂の例である。

次に、上述したレプリカテンプレート２のパターン形成面をレジスト材料３１に押印させ、レジスト材料３１を硬化させる（図４(ｂ)）。これにより、レプリカテンプレート２の凹凸パターンがレジスト材料３１に転写される。

次に、レプリカテンプレート２をレジスト材料３１から離型する（図４(ｃ)）。これにより、硬化されたレジスト材料３１からなり、レジストパターン３２ａを有するレジスト膜３２が基板３０上に形成される。このようにして、レプリカテンプレート２を用いた処理が終了する。

図５は、第１実施形態の比較例のテンプレートの作製方法を示す断面図であり、原版テンプレート１_１、１_２を用いてレプリカテンプレート２を作製する工程を示している。

まず、基板１０_１に複数の凸部１１_１と複数の凹部１２_１とを交互に備える原版テンプレート１_１を用意する（図５(ａ)）。さらに、第１メサ２ａを有する基板２０を用意し、第１メサ２ａ上に第１下地層５_１、第２下地層６_１、およびレジスト膜３_１を形成する（図５(ａ)）。第１下地層５_１の例は窒化クロム層であり、第２下地層６_１の例は密着膜である。

次に、原版テンプレート１_１を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート１_１の凹凸パターンをレジスト膜３_１に転写する（図５(ａ)）。その結果、原版テンプレート１_１の凹部１２_１に対応する複数のレジストパターン３ａ_１が、レジスト膜３_１に形成される。

その後、複数のレジストパターン３ａ_１が第１メサ２ａに転写され、第１凸部２１と凹部２２が形成される（図５(ｂ)）。

次に、基板１０_２に凹部１２_２を備える原版テンプレート１_２を用意する（図５(ｃ)）。さらに、基板２０の第１メサ２ａ上に、第１下地層５_２、第２下地層６_２、およびレジスト膜３_２を形成する（図５(ｃ)）。第１下地層５_２の例は窒化クロム層であり、第２下地層６_２の例は密着膜である。

次に、原版テンプレート１_２を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート１_２の凹凸パターンをレジスト膜３_２に転写する（図５(ｃ)）。その結果、原版テンプレート１_１の凹部１２_２に対応するレジストパターン３ａ_２が、レジスト膜３_２に形成される。

その後、レジストパターン３ａ_２が第１メサ２ａに転写され、第２凸部２３とリセス部２４が形成される（図５(ｄ)）。その結果、第１メサ２ａ内に第２メサ２ｂが形成される。

こうして、レプリカテンプレート２が作製される。本比較例では、第１および第２メサ２ａ、２ｂが原版テンプレート１_１、１_２の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本比較例では、２段メサ型のレプリカテンプレート２が、図５(ａ)と図５(ｃ)とに示す２回のインプリント工程により作製され、レプリカテンプレート２の作製コストが上昇してしまう。一方、本実施形態によれば、このようなコスト上昇を抑制することができる。

以上のように、本実施形態では、第１メサ２ａも第２メサ２ｂも原版テンプレート１の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本実施形態によれば、２段メサを備える構造を簡単に実現することが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なテンプレートおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したテンプレートおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：原版テンプレート、２：レプリカテンプレート、
２ａ：第１メサ、２ｂ：第２メサ、３：レジスト膜、
３ａ：第１レジストパターン、３ｂ：第２レジストパターン、４：反転剤層、
１０：基板、１１：第１凸部、１２：第１凹部、１３：第２凸部、１４：第２凹部、
２０：基板、２１：第１凸部、２２：凹部、２３：第２凸部、２４：リセス部、
３０：基板、３１：レジスト材料、３２：レジスト膜、３２ａ：レジストパターン、
１_１、１_２：原版テンプレート、３_１、３_２：レジスト膜、
３ａ_１、３ａ_２：レジストパターン、５_１、５_２：第１下地膜、
６_１、６_２：第２下地膜、１０_１、１０_２：基板、
１１_１：凸部、１２_１、１２_２：凹部

Claims

基板の第１凸部上に、第１膜厚を有する複数の第１パターンと、前記第１パターンを包囲し前記第１膜厚より厚い第２膜厚を有する第２パターンと、を含む第１膜を形成し、
前記第１パターンを第２膜で覆った後に前記第２パターンを除去し、
前記第２パターン除去後に第１エッチングにより、前記第１パターンの上面から前記第２膜を除去して前記第１パターンを露出させるとともに前記第２膜をマスクにして前記第１凸部をエッチングし第２凸部を形成し、
前記第１エッチング後に前記第１パターンを除去し、
前記第１パターンの除去後に、前記第２膜をマスクとする第２エッチングにより、前記第１凸部と前記第２凸部とを加工する、
ことを含むテンプレートの作製方法。
前記第２膜を形成する際には、前記第１および第２パターンを覆うように前記第２膜を形成し、前記第２パターンが露出するまで前記第２膜を除去する、請求項１に記載のテンプレートの作製方法。
前記第２膜は、前記第２膜の形成用の液体を、前記第２パターンにより包囲された領域に滴下または吐出することで形成される、請求項１に記載のテンプレートの作製方法。
前記第１および第２パターンは、前記第１パターンに対応する複数の第１凹部と、前記第２パターンに対応する第２凹部とが設けられたテンプレートを用いて前記第１膜に形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のテンプレートの作製方法。
前記第１エッチングでは、前記第１凸部の第１上面を低下させることで、前記第１上面に包囲された第２上面を有する第２凸部を形成し、
前記第２エッチングでは、前記第１上面を低下させ、かつ、前記第２上面に複数の凹部を形成する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のテンプレートの作製方法。
第１深さを有する複数の第１凹部と交互に設けられた複数の第１凸部と、
前記第１深さを有する前記第１凹部と、前記第１凹部を包囲し前記第１深さよりも深い第２深さを有する第２凹部と、の間に設けられた第２凸部と、
を備えるテンプレート。
ウエハ上に樹脂を塗布または滴下し、
基板の第１凸部上に、第１膜厚を有する複数の第１パターンと、前記第１パターンを包囲し前記第１膜厚より厚い第２膜厚を有する第２パターンと、を含む第１膜を形成し、前記第１パターンを第２膜で覆った後に前記第２パターンを除去し、前記第２パターン除去後に第１エッチングにより、前記第１パターンの上面から前記第２膜を除去して前記第１パターンを露出させるとともに前記第２膜をマスクにして前記第１凸部をエッチングし第２凸部を形成し、前記第１エッチング後に前記第１パターンを除去し、前記第１パターンの除去後に、前記第２膜をマスクとする第２エッチングにより、前記第１凸部と前記第２凸部とを加工する、ことにより作製されたテンプレートを用意し、
前記テンプレートの前記第２凸部のパターン形成面を前記樹脂に押印させ、前記樹脂を硬化させ、
前記テンプレートを硬化された前記樹脂から離型させる、
ことを含む半導体装置の製造方法。