JP2021044299A - インプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストの浸み出し欠陥を改善すること。【解決手段】実施形態のインプリント方法は、基板上の第１の領域に光硬化性の第１の薬液を配置するステップと、第１の領域の外周部に非光硬化性の第２の薬液を配置するステップと、テンプレートのパターンを有する面を第１の薬液に押し当てた状態で光を照射して第１の薬液を硬化させ、パターンが転写されたレジストパターンを形成するステップと、レジストパターンとテンプレートとを離間させるステップと、少なくとも第２の薬液を選択的に除去するステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、インプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置に関する。

半導体装置の製造工程において微細なパターンを形成する方法にインプリント方法がある。インプリント法では、被加工膜上にレジストを滴下し、パターンが形成されたテンプレートをレジストに押し当ててレジストを硬化させ、テンプレートのパターンをレジストに転写する。

特開２０１３−１９７３８９号公報 特開２０１０−２２５６９３号公報 特開２０１１−１５９７６４号公報

テンプレートをレジストに押し当てた際に、テンプレート外縁から浸み出したレジストがテンプレート側壁を這い上がり、その状態でレジストが硬化される浸み出し欠陥が発生してしまうことがある。

本発明の実施形態は、レジストの浸み出し欠陥を改善することが可能なインプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置を提供することを目的とする。

実施形態のインプリント方法は、基板上の第１の領域に光硬化性の第１の薬液を配置するステップと、前記第１の領域の外周部に非光硬化性の第２の薬液を配置するステップと、テンプレートのパターンを有する面を前記第１の薬液に押し当てた状態で光を照射して前記第１の薬液を硬化させ、前記パターンが転写されたレジストパターンを形成するステップと、前記レジストパターンと前記テンプレートとを離間させるステップと、少なくとも前記第２の薬液を選択的に除去するステップと、を含む。

図１は、実施形態１にかかるインプリント装置の構成例を示す図である。 図２は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。 図３は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。 図４は、実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。

以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
以下、図面を参照して、実施形態１について詳細に説明する。

（インプリント装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかるインプリント装置１の構成例を示す図である。図１に示すように、インプリント装置１は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７ａ，８７ｂ、ステージベース８８、光源８９、制御部９０、及び記憶部９１を備えている。インプリント装置１には、ウェハ２０上の有機系薬液に微細パターンを転写して、レジストパターンを形成するテンプレート１０がインストールされている。

ここで、有機系薬液とは、例えば硬化前のレジスト材であり得る。本明細書では、有機系薬液が硬化されたものをレジストと呼び、硬化前の有機系薬液とは区別することがある。

基板ステージとしてのウェハステージ８２は、ウェハチャック８４、及び本体８３を備える。ウェハチャック８４は、半導体基板としてのウェハ２０を本体８３上の所定位置に固定する。ウェハステージ８２上には、基準マーク８５が設けられている。基準マーク８５は、ウェハ２０をウェハステージ８２上にロードする際の位置合わせに用いられる。

ウェハステージ８２は、ウェハ２０を載置するとともに、載置したウェハ２０と平行な平面内（水平面内）を移動する。ウェハステージ８２は、ウェハ２０に有機系薬液を滴下する際にはウェハ２０を液滴下装置８７ａ，８７ｂの下方側に移動させ、ウェハ２０への転写処理を行う際には、ウェハ２０をテンプレート１０の下方側に移動させる。

ステージベース８８は、テンプレートステージ８１によってテンプレート１０を支持するとともに、上下方向（鉛直方向）に移動することにより、テンプレート１０の微細パターンをウェハ２０上の有機系薬液に押し当てる。

ステージベース８８上には、アライメントセンサ８６が設けられている。アライメントセンサ８６は、ウェハ２０及びテンプレート１０に設けられた位置合わせマークに基づき、ウェハ２０の位置検出やテンプレート１０の位置検出を行う。

第１の液滴下部および第２の液滴下部としての液滴下装置８７ａ，８７ｂは、インクジェット方式によってウェハ２０上に有機系薬液を滴下する装置である。液滴下装置８７ａ，８７ｂが備えるインクジェットヘッドは、有機系薬液の液滴を噴出する複数の微細孔を有しており、有機系薬液の液滴をウェハ２０上に滴下する。液滴下装置８７ａ，８７ｂは、それぞれ異なる種類の有機系薬液を滴下する。

光源８９は、例えば紫外線を照射する装置であり、ステージベース８８の上方に設けられている。光源８９は、テンプレート１０が有機系薬液に押し当てられた状態で、テンプレート１０上から光を照射する。

制御部９０は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７ａ，８７ｂ、ステージベース８８、および光源８９を制御する。

（半導体装置の製造方法）
次に、図２及び図３を用いて、実施形態１のインプリント装置１を用いたインプリント処理を含む半導体装置の製造方法の例について説明する。図２は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。なお、図２（Ａａ）〜（Ｄａ）及び図３（ａ）（ｂ）は断面図であり、図２（Ａｂ）〜（Ｄｂ）はウェハ２０上の平面図である。

図２（Ａａ）（Ａｂ）に示すように、半導体基板としてのウェハ２０上に被加工膜２１を形成し、被加工膜２１上に有機系薬液３１，３２を滴下する。第１の薬液としての有機系薬液３１は、光を照射されると硬化する光硬化性のレジスト材である。第２の薬液としての有機系薬液３２は、光を照射されても硬化しない非光硬化性の有機系薬液である。

より具体的には、有機系薬液３１は、例えば不飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーであって、光重合開始剤を含む。有機系薬液３２は、例えば不飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーであって、光重合開始剤を含まない。または、有機系薬液３２は、更に光重合禁止剤を含んでいてもよい。なお、有機系薬液３２は、通常のレジスト材が光重合開始剤を含まないよう、または更に、光重合禁止剤を含むよう調合されたものであってよい。

なお、オリゴマーとは、モノマーが２個〜２００個重合した、比較的低分子量の重合体であって、例えば分子量が１万以下のものを指す。ちなみに、ポリマーは、例えば分子量が１万を超えるものを指す。

ここで、より詳細な有機系薬液３１の滴下手法について述べる。被加工膜２１が形成されたウェハ２０をウェハステージ８２に載置する。そして、ウェハステージ８２を液滴下装置８７ａの下方に移動させ、液滴下装置８７ａから有機系薬液３１の液滴を被加工膜２１上に滴下する。このとき、有機系薬液３１の液滴は、ウェハ２０上のショット領域ＳＩ内に滴下される。ショット領域ＳＩとは、１回のインプリントで微細パターンが転写される領域である。

次に、ウェハステージ８２を液滴下装置８７ｂの下方に移動させ、液滴下装置８７ｂから有機系薬液３２の液滴を被加工膜２１上に滴下する。このとき、有機系薬液３２の液滴は、ウェハ２０上のショット領域ＳＩの外周部に、ショット領域ＳＩ内に滴下された有機系薬液３１の周囲を取り囲むように滴下される。より具体的には、有機系薬液３２の液滴は、テンプレート１０をウェハ２０に押し当てたときの、テンプレート１０の外縁部の位置に重なる領域に滴下されることが好ましい。

なお、有機系薬液３１，３２の滴下の順番は逆であってもよい。

その後、ウェハステージ８２をテンプレート１０の下方に移動させる。

次に、図２（Ｂａ）（Ｂｂ）に示すように、テンプレートステージ８１を下方に移動させ、アライメントセンサ８６で位置合わせを行いながら、テンプレート１０の微細パターンを有機系薬液３１，３２に押し当てる。ショット領域ＳＩ内に配置された有機系薬液３１は、毛細管現象によりテンプレート１０の微細パターンの凹部に充填されていく。テンプレート１０の外縁部に重なる領域に配置された有機系薬液３２は、一部がテンプレート１０の外側に押し出され、毛細管現象によりテンプレート２０の側壁を這い上がっていく。

続いて、テンプレート１０を押し付けた状態で、インプリント装置１の光源８９から有機系薬液３１，３２に光を照射する。このとき、有機系薬液３１のみが硬化され、有機系薬液３２は硬化されない。このように、有機系薬液３１が硬化してレジストとなることでテンプレート１０の微細パターンが転写される。微細パターンが転写されたレジストをレジストパターン３１ｐと呼ぶ。

次に、図２（Ｃａ）（Ｃｂ）に示すように、テンプレート１０を離型する。ウェハ２０の被加工膜２１上には、レジストパターン３１ｐと未硬化の有機系薬液３２とが残る。

次に、図２（Ｄａ）（Ｄｂ）に示すように、有機溶剤等により有機系薬液３２を洗浄して除去する。または、有機系薬液３２は、減圧下で蒸発させることにより除去されてもよい。これにより、ウェハ２０の被加工膜２１上に、微細パターンが転写されたレジストパターン３１ｐが形成される。

次に、図３（ａ）に示すように、微細パターンが転写されたレジストパターン３１ｐをマスクにして被加工膜２１を加工する。これにより、被加工膜パターン２１ｐが形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン３１ｐをアッシング等により剥離して、ウェハ２０上に形成された被加工膜パターン２１ｐが得られる。

これ以降、上記のような工程を繰り返し、複数の被加工膜パターンをウェハ２０上に形成していくことで、半導体装置が製造される。

（比較例）
比較例のインプリント装置は液滴下装置を１つのみ有する。液滴化装置からは、光硬化性の有機系薬液のみが、ウェハのショット領域に滴下される。この状態で、テンプレートが押し当てられると、ショット領域の有機系薬液の一部がテンプレートの外側に浸み出し、毛細管現象によりテンプレートの側壁を這い上がる。その後、テンプレート下およびテンプレート側壁の有機系薬液の全体が硬化される。これにより、微細パターンが転写されたレジストパターンは、外周部に突起状の浸み出し欠陥を有することとなってしまう。

実施形態１のインプリント方法によれば、ショット領域ＳＩに有機系薬液３１が滴下され、それを取り囲むようにショット領域ＳＩの外周部に有機系薬液３２が滴下される。これにより、有機系薬液３２が、有機系薬液３１のテンプレート外への浸み出しを抑制する。よって、有機系薬液３１が硬化されても、レジストパターン３１ｐが浸み出し欠陥を有することが抑制される。

実施形態１のインプリント方法によれば、有機系薬液３２は非光硬化性である。これにより、ショット領域ＳＩの外周部に配置された有機系薬液３２がテンプレート外に浸み出しても、硬化されることはない。よって、有機系薬液３２を有機溶剤で洗浄または減圧下で蒸発させて除去することができ、レジストパターン３１ｐの浸み出し欠陥を改善することができる。

実施形態１のインプリント方法によれば、有機系薬液３２をオリゴマーとすることで、有機系薬液３２の粘性を高めることができる。これにより、有機系薬液３１のテンプレート外への浸み出しをよりいっそう抑制することができる。

（変形例１）
変形例１のインプリント方法では、非光硬化性の有機系薬液として、飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーを用いる。変形例１の非光硬化性の有機系薬液は、二重結合を含まず光重合能がないため、光重合開始剤を含んでいても含んでいなくともよい。このような構成によっても、ショット領域外周部に配置される有機系薬液を未硬化とすることができ、上述の実施形態１の効果を得ることができる。

（変形例２）
変形例２のインプリント方法では、非光硬化性の有機系薬液として、不飽和の炭化水素であって、末端に重合開始基を有するオリゴマーを用いる。ただし、変形例２の有機系薬液は光重合開始剤を含まない。このような構成によっても、ショット領域外周部に配置される有機系薬液を未硬化とすることができる。

一方で、変形例２の有機系薬液は末端に重合開始基を有するオリゴマーを含むので、上述の実施形態１の有機系薬液３１と混ざることで、有機系薬液３１中の光重合開始剤によって重合能を発揮する。したがって、ショット領域の境界において両者が混ざり合った場合に、光重合開始剤を含まない変形例２の有機系薬液の割合が大きくなることで、有機系薬液３１の重合能を低下させてしまうのを抑制することができる。

［実施形態２］
以下、図面を参照して、実施形態２について詳細に説明する。実施形態２のインプリント方法では、有機系薬液３１，３２の配置の仕方が上述の実施形態１とは異なる。

第１の薬液としての有機系薬液３１は、上述の実施形態１と同様、光硬化性のレジスト材である。より具体的には、有機系薬液３１は、例えば不飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーであって、光重合開始剤を含む。

第２の薬液としての有機系薬液３２は、上述の実施形態１と同様、非光硬化性の有機系薬液である。より具体的には、有機系薬液３２は、例えば不飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーであって、光重合開始剤を含まない。なお、有機系薬液３２は、光重合禁止剤を含まないことが好ましい。

図４は、実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。

図４（Ａａ）（Ａｂ）に示すように、実施形態２のインプリント方法では、有機系薬液３２は、例えばコータ等の薬液塗布装置を用いたスピンコート等によりウェハ２０の全面に塗布される。一方、実施形態２のインプリント装置は、液滴化装置を複数備える必要はなく、少なくとも１つ以上の液滴化装置を備えていればよい。

全面に有機系薬液３２が塗布されたウェハ２０は、インプリント装置内に搬入され、インプリント装置の液滴化装置によって有機系薬液３１が滴下される。有機系薬液３１の滴下位置は、上述の実施形態１と同様、ショット領域ＳＩ内である。ただし、有機系薬液３１は、ウェハ２０の被加工膜２１上に直接、滴下されるのではなく、被加工膜２１上に塗布された有機系薬液３２上に滴下される。

次に、図４（Ｂａ）（Ｂｂ）に示すように、テンプレート１０の微細パターンが有機系薬液３１，３２に押し当てられる。そして、その状態で、有機系薬液３１，３２に光が照射される。

有機系薬液３１が有機系薬液３２上に滴下された直後から、有機系薬液３１，３２は混ざり合い始め、テンプレート１０を押し当てられることによって、有機系薬液３１，３２の混合は更に加速すると考えられる。有機系薬液３１との混合によって、上述のように、有機系薬液３２も重合能を発揮しうる。したがって、有機系薬液３２の混ざった有機系薬液３１の重合能を著しく低下させることはなく、有機系薬液３１を硬化させることができる。

一方、有機系薬液３１が配置されないショット領域ＳＩ外周部では、有機系薬液３２は非光硬化性を保ったままである。したがって、有機系薬液３２がテンプレート１０外へと浸み出しても浸み出し欠陥となることは無く、また、有機系薬液３１がテンプレート１０外へと浸み出すことを抑制する。

次に、図４（Ｃａ）（Ｃｂ）に示すように、テンプレート１０を離型する。

次に、図４（Ｄａ）（Ｄｂ）に示すように、有機溶剤等による洗浄、または、減圧下での蒸発により、有機系薬液３２を除去する。これにより、ウェハ２０の被加工膜２１上に、微細パターンが転写されたレジストパターン３１ｐが形成される。

以降、上述の実施形態１と同様の処理を行うことにより半導体装置が製造される。

実施形態２のインプリント方法によれば、実施形態１と同様の効果を奏する。

実施形態２のインプリント方法によれば、有機系薬液３２が予めウェハ２０に塗布されている。このため、例えば既存のインプリント装置を改変して、液滴化装置を複数設置する必要等がない。これにより、製造コストの増大を抑制することができる。

実施形態２のインプリント方法によれば、有機系薬液３２が全面に塗布されたウェハ２０に、有機系薬液３１が滴下される。これにより、有機系薬液３１の滴下位置の位置合わせ等が簡便になり、かつ、このような簡便な手法によって、上述の実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（変形例１）
変形例１のインプリント方法では、非光硬化性の有機系薬液として、飽和炭化水素から構成される単量体またはオリゴマーを用いる。変形例１の非光硬化性の有機系薬液は重合開始基を有さず、光重合開始剤を含んでいても含んでいなくともよい。

なお、変形例１の非光硬化性の有機系薬液と有機系薬液３１との混合物は重合性を有するものの、重合開始基を有さない変形例１の非光硬化性の有機系薬液自体が重合能を発揮するわけではない。このため、変形例１の有機系薬液の塗布量つまり厚さを調整し、有機系薬液３１における変形例１の非光硬化性の有機系薬液の混合比が高くなり過ぎないようにすることが好ましい。これにより、変形例１の有機系薬液によって有機系薬液３１の重合が阻害されることが抑制される。

（変形例２）
変形例２のインプリント方法では、非光硬化性の有機系薬液として、不飽和の炭化水素であって、末端に重合開始基を有するオリゴマーを用いる。ただし、変形例２の非光硬化性の有機系薬液は光重合開始剤を含まない。

変形例２の非光硬化性の有機系薬液と有機系薬液３１との混合物は、上述のように、重合性を有するが、変形例２では更に重合開始基を有する非光硬化性の有機系薬液自体が有機系薬液３１の光重合開始剤と反応して重合能を発揮する。実施形態２のように、予め、変形例２の非光硬化性の有機系薬液をウェハ全面に塗布する構成では、変形例２の有機系薬液の有機系薬液３１への混合は、有機系薬液３１の全体に及びうる。よって、有機系薬液３１との混合によって重合能を発揮しうる変形例２の非光硬化性の有機系薬液の構成はいっそう効果的である。

なお、変形例２の有機系薬液の有機系薬液３１への混合がより促進されるよう、変形例２の有機系薬液は、ポリマーより粘性の低いオリゴマーで構成されることがより好ましい。

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。

１…インプリント装置、１０…テンプレート、２０…ウェハ、３１，３２…有機系薬液、３１ｐ…レジストパターン、８１…テンプレートステージ、８２…ウェハステージ、８７ａ，８７ｂ…液滴化装置、８９…光源、９０…制御部、ＳＩ…ショット領域。

Claims (7)

1. 基板上の第１の領域に光硬化性の第１の薬液を配置するステップと、
   少なくとも前記第１の領域の外周部に非光硬化性の第２の薬液を配置するステップと、
   テンプレートのパターンを有する面を前記第１の薬液に押し当てた状態で光を照射して前記第１の薬液を硬化させ、前記パターンが転写されたレジストパターンを形成するステップと、
   前記レジストパターンと前記テンプレートとを離間させるステップと、
   少なくとも前記第２の薬液を選択的に除去するステップと、を含む、
   インプリント方法。
2. 前記第２の薬液を配置するステップでは、前記第１の領域を含み、前記第１の領域より広い前記基板上の領域に前記第２の薬液を塗布し、
   前記第１の薬液を配置するステップでは、前記第２の薬液上に前記第１の薬液を滴下する、
   請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記第２の薬液は、飽和炭化水素から構成される単量体およびオリゴマーの少なくともいずれかを含む、
   請求項１または請求項２に記載のインプリント方法。
4. 前記第２の薬液は、光重合開始剤を含まない不飽和炭化水素および光重合禁止剤を含む不飽和炭化水素の少なくともいずれかから構成される、単量体及びオリゴマーの少なくともいずれかを含む、
   請求項１または請求項２に記載のインプリント方法。
5. 前記第２の薬液は、末端に重合開始基を有するオリゴマーである、
   請求項４に記載のインプリント方法。
6. 被加工膜が形成された半導体基板を準備するステップと、
   前記半導体基板上の第１の領域に光硬化性の第１の薬液を配置するステップと、
   少なくとも前記第１の領域の外周部に非光硬化性の第２の薬液を配置するステップと、
   テンプレートのパターンを有する面を前記第１の薬液に押し当てた状態で光を照射して前記第１の薬液を硬化させ、前記パターンが転写されたレジストパターンを形成するステップと、
   前記レジストパターンと前記テンプレートとを離間させるステップと、
   少なくとも前記第２の薬液を選択的に除去するステップと、
   前記レジストパターンをマスクとして前記基板上の前記被加工膜を加工するステップと、を含む、
   半導体装置の製造方法。
7. 基板を保持する基板ステージと、
   パターンを有するテンプレートを保持するテンプレートステージと、
   前記基板上に光硬化性の第１の薬液を滴下する第１の液滴下部と、
   前記基板上に非光硬化性の第２の薬液を滴下する第２の液滴下部と、
   前記第１の薬液および前記第２の薬液に光を照射する光源と、
   前記基板ステージ、前記テンプレートステージ、前記第１の液滴下部、前記第２の液滴下部、及び前記光源を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の液滴下部に、前記基板上の第１の領域に前記第１の薬液を滴下させ、
   前記第２の液滴下部に、少なくとも前記第１の領域の外周部に前記第２の薬液を滴下させる、
   インプリント装置。

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