JP2024001577A - テンプレート、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のパターンを高精度で形成することが可能な、テンプレート、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法の少なくとも一つを提供する。【解決手段】テンプレートは、主面と反対側の第１の面と、前記第１の面に設けられた凹凸部を含む第１のパターンと、を有する第１の領域と、前記第１の領域の周りに設けられ、主面と反対側の第２の面と、第２の面から突出する凸部を含む第２のパターンと、第２の面および第２のパターンに設けられた光学層と、を有し、前記第２の面が前記凹凸部の最底面よりも主面側に位置する、第２の領域と、を具備する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、テンプレート、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造方法において、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）を用いて微細なパターンを形成する技術が知られている。

特許第６５７１６５６号公報 国際公開第２０１５／１３３１０２号公報 特許第６０６０７９６号公報 特許第６１１５３００号公報

実施形態の発明が解決しようとする課題は、所望のパターンを高精度で形成することが可能な、テンプレート、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法の少なくとも一つを提供することである。

実施形態のテンプレートは、主面と反対側の第１の面と、前記第１の面に設けられた凹凸部を含む第１のパターンと、を有する第１の領域と、前記第１の領域の周りに設けられ、主面と反対側の第２の面と、第２の面から突出する凸部を含む第２のパターンと、第２の面および第２のパターンに設けられた光学層と、を有し、前記第２の面が前記凹凸部の最底面よりも主面側に位置する、第２の領域と、を具備する。

第１の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための斜視模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。 図３の一部を示す拡大模式図である。 ダミーパターンのレイアウト例を示す上面模式図である。 ダミーパターンのレイアウト例を示す上面模式図である。 第１の実施形態のパターン形成方法を説明するための模式図である。 テンプレート１０を用いた成形・硬化工程の例を説明するための模式図である。 テンプレート１０の形状の塗布層１０２に接触させたときの、テンプレート１０の形状の違いによる塗布層１０２の形状の違いを説明するための模式図である。 テンプレート１０の形状の塗布層１０２に接触させたときの、テンプレート１０の形状の違いによる塗布層１０２の形状の違いを説明するための模式図である。 テンプレート１０を用いた成形・硬化工程の例を説明するための模式図である。 テンプレート１０を用いた成形・硬化工程の例を説明するための模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例の変形例を説明するための断面模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例の変形例を説明するための断面模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例の変形例を説明するための断面模式図である。 第１の実施形態のテンプレートの構造例の変形例を説明するための断面模式図である。 第２の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための斜視模式図である。 第２の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。 第２の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。 図３１の一部を示す拡大模式図である。 テンプレート１０の形状の塗布層１０２に接触させたときの塗布層１０２の形状を説明するための模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。 半導体装置の製造方法の例を説明するための断面模式図である。 半導体装置の製造方法の例を説明するための断面模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

ＮＩＬを用いたパターン形成方法では、対象物の上に設けられた紫外性硬化樹脂等のインプリント材料の塗布層の上に型（テンプレート）を押しつけ、紫外光等の光を照射して塗布層を硬化させて、デバイスパターンをインプリント材料層に転写する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための斜視模式図である。図２は、第１のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。図１および図２は、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸と、を示す。図２は、図１に示す線分Ａ１－Ａ２における断面の一部を示す。

テンプレート１０は、図１および図２に示すように、メサＭＳを含む表面１ａと、凹部ＣＯを含む表面１ｂと、を有する基材１を具備する。メサＭＳは、デバイスパターンが形成される部分である。表面１ａは、領域Ｐ１と、領域Ｐ２と、領域Ｐ３と、を有する。領域Ｐ１および領域Ｐ２は、メサＭＳを形成する領域である。領域Ｐ３は、表面１ａのメサＭＳの周辺領域である。メサＭＳの平面形状は、特に限定されないが、例えば長方形状である。表面１ｂは、主面である。

図３は、第１の実施形態のテンプレート１０の構造例を説明するための断面模式図である。図３は、テンプレート１０のＸ軸と、テンプレート１０のＺ軸と、を含む断面を示す。図４は、図３の一部を示す拡大模式図である。なお、図３の基材１の下側は、基材１の上部を表し、図３の基材１の上側は、基材１の下部を表す。

基材１は、塗布層を硬化させるための光に対して第１の光学定数を有する第１の材料を含有する。第１の材料は、例えば石英を含む。基材１は、上記光を透過することが好ましい。

領域Ｐ１は、図３に示すように、面１１と、凹凸部１２と、を有する。面１１は、表面１ｂの反対側に設けられる。面１１は、加工前の基材１の最表面に相当する。凹凸部１２は、面１１に設けられる。

凹凸部１２は、デバイスパターンを形成する。デバイスパターンは、ＮＩＬを用いたパターン形成方法により転写されるパターンであって、半導体装置の少なくとも一つの構成要素を形成するためのパターンである。デバイスパターンの形状は、特に限定されない。凹凸部１２の底面１２１からの凸部の高さＨ１、および凸部の幅Ｗ１のそれぞれは、特に限定されないが、例えば５００ｎｍ未満である。底面１２１は、凹凸部１２に含まれる凹部のうち、最も深い凹部の最底面である。

領域Ｐ２は、図３に示すように、Ｘ－Ｙ平面から見て領域Ｐ１の周りに設けられる。領域Ｐ２は、図３に示すように、面１３と、凸部１４と、光学層２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、を有する。

面１３は、表面１ｂの反対側に設けられる。面１３は、図４に示すように、面１１を基準面としたときに凹凸部１２の底面１２１よりも下方（表面１ｂ側）に設けられる。これにより、テンプレート１０を塗布層に押し付けて凹凸部１２が塗布層に接触するときに、塗布層が面１３に接触しないようにすることができる。メサＭＳを１段で形成する場合、面１３は、例えば領域Ｐ２の周縁部（メサＭＳの周縁部）よりも内側に設けられ、領域Ｐ２の周縁部には重ならない。面１１の面１３からの高さＨ３は、特に限定されないが、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。

凸部１４は、面１３から突出して設けられる。凸部１４は、ダミーパターンを形成する。ダミーパターンの形状は、凸部１４を有する形状であれば、特に限定されない。ダミーパターンの例は、ラインアンドスペースパターンやピラーパターン等が挙げられる。

図５および図６は、ダミーパターンのレイアウト例を示す上面模式図である。図５に示すダミーパターンは、ラインアンドスペースパターンの例であり、領域Ｐ１の四方に配置された直線状の複数の凸部１４を有し、領域Ｐ１の各辺に平行な方向に２つの直線状の凸部１４が延在する。図６に示すダミーパターンは、ピラーパターンの例であり、領域Ｐ１の四方に配置されたピラー状の複数の凸部１４を有し、領域Ｐ１の各辺に平行な方向にピラー状の１４個の凸部１４が２列に配列している。

凸部１４の幅Ｗ２は、特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。図４において、凸部１４の上面の面１３からの高さＨ３は、特に限定されないが、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。図４は、面１１の面１３からの高さが凸部１４の上面の面１３からの高さと同じ高さＨ３を有する例を示すが、両方の高さが異なっていてもよい。例えば、凸部１４の上面の面１３からの高さは、面１１の面１３からの高さ未満であってもよい。

光学層２１は、塗布層を硬化させるための光に対して上記第１の光学定数と異なる第２の光学定数を有する第２の材料を含有する。第２の材料は、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ジルコニウム、およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも一つを有する。光学層２１ａ、２１ｂ、２１ｃの第２の材料は、それぞれ同じでもよいし、異なっていてもよい。光学層２１は、例えば上記光を反射する遮光層により形成されることが好ましい。光学層２１を設けることにより、テンプレートを塗布層に押し付けて硬化させるときに領域Ｐ２に重なる部分の硬化を抑制できる。

光学層２１ａは、面１３に接して設けられる。光学層２１ｂは、凸部１４の上面に接して設けられる。光学層２１ｃは、面１５の上の領域Ｐ２の端部からＸ軸方向およびＹ軸方向に延在する。光学層２１は、領域Ｐ２には設けられるが、領域Ｐ１には設けられない。すなわち、面１３は、光学層２１に接しているのに対し、面１１および凹凸部１２の表面は、光学層２１に接しておらず、露出面を形成する。光学層２１は、少なくとも面１３上の凸部１４と面１１との間に設けられることが好ましい。光学層２１の厚さは、凸部１４の面１３からの高さよりも小さいことが好ましい。クロムを含有する場合の光学層２１の厚さは、例えば１５ｎｍ以上である。

領域Ｐ３は、領域Ｐ２の周りに設けられる。図３は、図１および図２に示す領域Ｐ３の一部を示す。領域Ｐ３は、面１５を有する。面１５は、表面１ｂの反対側に設けられる。面１５は、面１１を基準面として面１３よりも下方（表面１ｂ側）に設けられる。面１３の面１５からの高さＨ２は、特に限定されないが、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下である。面１１の面１５からの高さＨ４は、高さＨ２と高さＨ３との和に相当する。

次に、第１の実施形態のテンプレート１０を用いたパターン形成方法について説明する。図７は、パターン形成方法を説明するための模式図である。図７は、対象物１００と、対象物１００上の塗布層１０２と、テンプレート１０と、を示す。

パターン形成方法では、まず対象物１００の上に塗布層１０２を形成する。対象物１００は、例えば半導体基板上に複数の膜を積層することにより形成された積層体である。対象物１００の構成は、特に限定されない。塗布層１０２は、紫外性硬化樹脂等のインプリント材料（レジスト材料）を有する。塗布層１０２は、例えばスピンコート法等の塗布法を用いてインプリント材料を対象物１００の表面に塗布することにより形成可能である。ＮＩＬを用いたパターン形成方法において、塗布層１０２は、微細パターン内に充填させる必要があるため、流動性を有する状態で対象物１００の上に供給される。

ＮＩＬを用いたパターン形成方法により良好な微細パターンを転写するためには、インプリント材料の過不足ない供給が重要である。インプリント材料を対象物の上に供給する方法としては、インクジェット法および塗布法の２つに大別される。インクジェット法によるインプリント材料の供給は、テンプレートに形成されたデバイスパターンに応じて、微小なレジスト液滴の配置と量を調整することにより、インプリント材料を過不足なく対象物上の押印面に供給できる一方、インクジェットによるインプリント材料の滴下シーケンスを何度も実施する必要があるため、スループットが上がりにくく、またインプリント材料上のインプリント材料の液滴をテンプレートで押しつぶすことでデバイスパターン内にインプリント材料を供給させる方法であるため、特に短時間での充填時には雰囲気気相による気泡が発生しやすい。

一方、塗布法ではインプリント材料をスピンコートにより対象物上に一括供給するため、一連の押印シーケンスに必要な処理時間が短くスループットを上げることが可能で、対象物上に均一にインプリント材料を供給できることから、気泡が発生しにくい。欠陥低減とスループット改善が同時に見込める塗布法を用いたインプリント材料は、ＮＩＬを用いたパターン形成方法の量産適用に向けた技術の一つである。

次に、塗布層１０２の複数の領域１０２ａのそれぞれに対し、例えば図７の矢印に沿う順番で、テンプレート１０を押しつけて領域１０２ａを成形し、成形された領域１０２ａにテンプレート１０を押し付けたまま光を照射することにより領域１０２ａを硬化させる。複数の領域１０２ａのそれぞれは、１回の成形・硬化工程においてテンプレート１０の領域Ｐ１が押し当てられる部分である。テンプレート１０および対象物１００の少なくとも一つは、図示しない駆動装置を用いて駆動が制御される。

図８は、テンプレート１０を用いた成形・硬化工程の例を説明するための模式図である。図８は、成形・硬化工程により先に硬化された領域１０２ａ（領域１０２ａ１）と、成形・硬化工程前であって次に硬化される領域１０２ａ（領域１０２ａ２）と、領域１０２ａ１と領域１０２ａ２との間の領域１０２ｂと、を有する塗布層１０２の断面を示す。領域１０２ｂは、テンプレート１０の領域Ｐ１が押し当てられない、パターンが形成されない部分である。

先に硬化された領域１０２ａ１と次に硬化される領域１０２ａ２との間隔が短い場合、領域１０２ａ２にテンプレート１０を押し当てたときに領域１０２ａ１にテンプレート１０（例えばメサＭＳの部分）が接触しやすくなる。領域１０２ａ１は、硬化されているため、テンプレート１０が領域１０２ａ１に接触すると、例えばテンプレート１０が傾いて領域１０２ａ２を所望の形状に成形することが困難となる。これに対し、領域１０２ｂを設けることにより、領域１０２ａ１と領域１０２ａ２との間隔を広げることができるため、領域１０２ａ２にテンプレート１０を押し当てたときに領域１０２ａ１にテンプレート１０が接触することを抑制できる。領域１０２ｂは、複数の領域１０２ａの一つと複数の領域１０２ａの他の一つとの間に設けられ、図７に示すように、Ｘ－Ｙ平面から見て複数の領域１０２ａの少なくとも一つを囲むように、格子状に延在してもよい。

図９および図１０は、テンプレート１０の形状の塗布層１０２に接触させたときの、テンプレート１０の形状の違いによる塗布層１０２の形状の違いを説明するための模式図である。図９および図１０は、塗布層１０２と、テンプレート１０と、を示す。

仮に、テンプレート１０が領域Ｐ２を有しておらず、領域Ｐ１と領域Ｐ３とを有する場合、図９に示すように、テンプレート１０を領域１０２ａ２に押し当てたときに領域Ｐ１が領域１０２ａ１に接触する。このとき、硬化されていない領域１０２ｂのインプリント材料は、表面張力により領域Ｐ１側に吸い寄せられ、窪み１２２が形成される。窪み１２２が深いと領域１０２ｂが薄くなる原因となる。この場合、例えば塗布層１０２の硬化層を用いて対象物１００を加工する場合において、対象物１００の加工精度が低下する場合がある。

これに対し、テンプレート１０が領域Ｐ２を有する場合、図１０に示すように、テンプレート１０を領域１０２ａに押し当てたときに領域Ｐ１が領域１０２ａ２に接触して領域１０２ａ２が成形されるとともに、面１３が領域１０２ａ１、領域１０２ａ２、および領域１０２ｂに接触することなく凸部１４が領域１０２ａに接触する。凸部１４は、領域１０２ａに接しているだけであり、凸部１４に接触するインプリント材料は、留まりやすい。よって、表面張力によるインプリント材料の吸い寄せを抑制して窪み１２２を小さくまたは無くすことができる。よって、硬化後の領域１０２ｂの厚さの低下を抑制できる。よって、所望のデバイスパターンを高精度で形成することができる。

図１１および図１２は、テンプレート１０を用いた成形・硬化工程の例を説明するための模式図である。その後、成形された領域１０２ａ２にテンプレート１０を押し付けたまま光を照射することにより、図１１に示すように、領域１０２ａ２を硬化させる。このとき、光学層２１により、領域１０２ｂの硬化を抑制できる。全ての領域１０２ａを順に成形・硬化した後に、図１２に示すように、領域１０２ｂに光を照射して領域１０２ｂを硬化させる。これにより、領域１０２ａにデバイスパターンを転写できる。以上が第１の実施形態のパターン形成方法の説明である。

次に、図３に示すテンプレート１０の製造方法例について、図１３ないし図２４を参照して説明する。図１３ないし図２４は、図３に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。

まず、図１３に示すように、基材１の面１１の上にレジストマスク層３１を形成する。レジストマスク層３１は、領域Ｐ１および領域Ｐ２を覆い、領域Ｐ３を露出させる。レジストマスク層３１は、例えばＮＩＬを用いたパターン形成方法を用いて形成可能である。

次に、レジストマスク層３１をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図１４に示すように、領域Ｐ１および領域Ｐ２を含むメサＭＳと、面１５と、を形成するとともに、レジストマスク層３１を除去する。基材１は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはドライエッチング等の異方性エッチングにより部分的に除去可能である。基材１を加工するドライエッチングは、例えばトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）ガスを用いた誘導結合プラズマ－反応性イオンエッチングである。

次に、図１５に示すように、面１１および面１５の上にハードマスク層３２を形成し、ハードマスク層３２の上にレジストマスク層３３を形成する。

ハードマスク層３２は、基材１を加工するためのハードマスクとしての機能を有する。ハードマスク層３２は、例えばクロムを含有する。ハードマスク層３２は、例えばスパッタリングや原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いて形成可能である。

レジストマスク層３３は、ハードマスク層３２を加工するためのレジストマスクとしての機能を有する。レジストマスク層３３は、ハードマスク層３２における領域Ｐ２の面１１の一部の領域と重なる部分を露出させるパターンを有する。レジストマスク層３３は、例えばＮＩＬを用いたパターン形成方法を用いて形成される。

次に、ハードマスク層３２の露出部を除去し、ハードマスク層３２およびレジストマスク層３３をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図１６に示すように、領域Ｐ２に面１３と凸部１４とを含むダミーパターンを形成するとともにレジストマスク層３３を除去する。基材１は、例えばＲＩＥやドライエッチング等を用いて部分的に除去可能である。

次に、図１７に示すように、ハードマスク層３２を除去する。ハードマスク層３２は、例えばエッチングにより除去可能である。

次に、図１８に示すように、面１１、面１３、凸部１４、および面１５の上に光学層２１を形成する。

光学層２１は、基材１を加工するためのハードマスクとしての機能を有する。光学層２１は、例えばハードマスク層３２に適用可能な材料または方法を用いて形成可能である。

次に、図１９に示すように、光学層２１の上にレジストマスク層３５を形成する。

レジストマスク層３５は、光学層２１を加工するためのレジストマスクとしての機能を有する。レジストマスク層３５は、光学層２１における領域Ｐ１の凹凸部１２が形成される領域と重なる部分を露出させるパターンを有する。レジストマスク層３５は、例えばＮＩＬを用いたパターン形成方法を用いて形成される

次に、光学層２１の露出部を除去し、光学層２１およびレジストマスク層３５をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図２０に示すように、領域Ｐ１に凹凸部１２を含むデバイスパターンを形成するとともにレジストマスク層３５を除去する。基材１は、ＲＩＥやドライエッチング等を用いて部分的に除去可能である。

次に、図２１に示すように、光学層２１の上にレジストマスク層３６を形成する。

レジストマスク層３６は、光学層２１を加工するためのレジストマスクとしての機能を有する。レジストマスク層３６は、光学層２１における領域Ｐ１の凹凸部１２と重なる部分を露出させ、領域Ｐ２の面１３および凸部１４を覆うとともに領域Ｐ３の一部を露出させるパターンを有する。レジストマスク層３６は、例えばＮＩＬを用いたパターン形成方法を用いて形成される。

次に、レジストマスク層３６をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図２２に示すように、光学層２１の露出部を除去して光学層２１ａ、光学層２１ｂ、光学層２１ｃを形成するとともに、レジストマスク層３６を除去する。基材１は、例えばＲＩＥやドライエッチング等を用いて部分的に除去可能である。なお、凹凸部１２の露出部においてエッチングにより基材１の一部が除去されると、図２１に示す凹部の深さは図２１に示す凹凸部１２の凹部の深さよりも大きいが、図２２では、便宜のため、図示を省略する。

なお、図２０に示すように光学層２１およびレジストマスク層３５を用いて凹凸部１２を形成し、レジストマスク層３５を除去した後で、図２１に示すようにレジストマスク層３６を形成する前に、図２３に示すように光学層２１の上に光学層２１と同じ材料を堆積させることにより光学層２１を厚くし、その後、図２４に示すようにレジストマスク層３６をマスクとして用いたエッチングにより光学層２１の露出部を除去して光学層２１ａ、光学層２１ｂ、光学層２１ｃを形成するとともに、レジストマスク層３６を除去してもよい。これにより、例えば、光学層２１ａを面１１と略同等な高さとすることができ、光学層２１ａに相当するアライメントマークを同時に形成することも可能となる。なお、図２３において、光学層２１を厚くする際に、凹凸部１２の凹部にも光学層２１と同じ材料が堆積されるが、その後、図２４に示す工程によって除去される。

次に、第１の実施形態のテンプレート１０の変形例について図２５ないし図２８を参照して説明する。図２５ないし図２８は、第１の実施形態のテンプレート１０の変形例を説明するための断面模式図である。なお、図２５ないし図２８に示すテンプレート１０の各部分で、図３に示すテンプレート１０に相当する部分は、図３に示すテンプレート１０の説明を必要に応じて適宜援用できる。

図２５に示すテンプレート１０は、図３に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｃが無い点が異なる。図２６に示すテンプレート１０は、図３に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｂおよび光学層２１ｃが無い点が異なる。図２７に示すテンプレート１０は、図３に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｂが無い点が異なる。図１０に示す領域１０２ａ２を硬化させるときに領域１０２ｂの硬化を抑制するためには、少なくとも光学層２１ａを有していればよい。

光学層２１ｂおよび光学層２１ｃは、例えば加工に用いられるレジストマスク層３５のパターン形状を調整することによりエッチングにより除去可能である。また、光学層２１ｂは、図２１に示すようにレジストマスク層３６を形成した後、図２８に示すように、レジストマスク層３６を厚さ方向に沿って部分的に除去して光学層２１の凸部１４と重なる部分を露出させ、その後光学層２１の露出部を除去することにより形成されてもよい。

（第２の実施形態）
図２９は、第２の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための斜視模式図である。図３０は、第２の実施形態のテンプレートの構造例を説明するための断面模式図である。図２９および図３０は、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸と、を示す。図２９および図３０に示す線分Ａ１－Ａ２における断面の一部を示す。

図２９および図３０に示すテンプレート１０は、図１および図２に示すテンプレート１０と比較して、表面１ａから突出するメサ部ＭＳ１と、表面１ａから突出するとともにメサ部ＭＳ１より下方（表面１ｂ側）に設けられたメサ部ＭＳ２と、を有する点が異なる。メサ部ＭＳ１およびメサ部ＭＳ２は、メサＭＳを形成する。図１および図２に示すテンプレート１０の各部分に相当する図２９および図３０に示すテンプレート１０の部分は、図１および図２に示すテンプレート１０の部分の説明を必要に応じて援用できる。

図３１は、第２の実施形態のテンプレート１０の構造例を説明するための断面模式図である。図３１は、テンプレート１０のＸ軸と、テンプレート１０のＺ軸と、を含む断面を示す。図３２は、図３１の一部を示す拡大模式図である。なお、図３１の基材１の下側は、基材１の上部を表し、図３１の基材１の上側は、基材１の下部を表す。

領域Ｐ１は、メサ部ＭＳ１に相当する。領域Ｐ２は、メサ部ＭＳ２に相当する。領域Ｐ２は、図２９に示すように、Ｘ－Ｙ平面から見て領域Ｐ１の周りに設けられる。領域Ｐ２は、図２８に示すように、面１３と、凸部１４と、光学層２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｄ）と、を有する。

面１３は、図２８に示すように、面１１を基準面としたときに凹凸部１２の底面１２１よりも下方（表面１ｂ側）に設けられる。これにより、テンプレートを塗布層に押し付けて凹凸部１２が塗布層に接触するときに、塗布層が面１３に接触しないようにすることができる。第２の実施形態のようにメサ部ＭＳ１とメサ部ＭＳ２とを設ける場合、面１３は、凸部１４と面１１との間の領域から凸部１４と面１５との間の領域まで延在し、さらに領域Ｐ２の周縁部（メサＭＳ２の周縁部）まで延在する。面１３のその他の説明は、第１の実施形態の面１３の説明を必要に応じて適宜援用できる。

凸部１４は、面１３から突出して設けられる。凸部１４は、ダミーパターンを形成する。ダミーパターンの形状は、凸部１４を有する形状であれば、特に限定されない。ダミーパターンの例は、ラインアンドスペースパターンやピラーパターン等が挙げられる。ダミーパターンは、第１の実施形態と同様に、図５および図６に示すレイアウトを有していてもよい。凸部１４のその他の説明は、第１の実施形態の凸部１４の説明を必要に応じて適宜援用できる。

光学層２１ａは、面１３に接して設けられる。光学層２１ｂは、凸部１４の上面に接して設けられる。光学層２１ｄは、面１３上の凸部１４と領域Ｐ３との間に設けられる。光学層２１ａおよび光学層２１ｄは、連続する一つの膜であってもよい。光学層２１は、領域Ｐ２には設けられるが、領域Ｐ１には設けられない。すなわち、面１３は、光学層２１に接しているのに対し、面１１および凹凸部１２の表面は、光学層２１に接しておらず、露出面を形成する。光学層２１は、少なくとも面１３上の凸部１４と面１１との間に設けられることが好ましい。光学層２１は、第１の実施形態の光学層２１に適用可能な第２の材料を含有する。光学層２１ａ、２１ｂ、２１ｄの第２の材料は、それぞれ同じでもよいし、異なっていてもよい。光学層２１のその他の説明は、第１の実施形態の光学層２１の説明を必要に応じて適宜援用できる。

領域Ｐ３は、領域Ｐ２の周りに設けられる。領域Ｐ３は、面１５を有する。面１５は、面１１を基準面として面１３よりも下方（表面１ｂ側）に設けられる。領域Ｐ３のその他の説明は、第１の実施形態の領域Ｐ３の説明を必要に応じて適宜援用できる。

次に、第２の実施形態のテンプレート１０を用いたパターン形成方法について説明する。パターン形成方法では、第１の実施形態のパターン形成方法と同様に、まず対象物１００の上に塗布層１０２を形成し、塗布層１０２の複数の領域１０２ａのそれぞれに対し、例えば所定の順番で、テンプレート１０を押しつけて領域１０２ａを成形し、成形された領域１０２ａにテンプレート１０を押し付けたまま光を照射することにより領域１０２ａを硬化させる。

図３３は、テンプレート１０を塗布層１０２に接触させたときの塗布層１０２の変化を説明するための模式図である。図３３は、塗布層１０２と、テンプレート１０と、を示す。図３３に示される部分で、図１０に示される部分に対応する部分は、図１０に示される部分の説明を必要に応じて適宜援用できる。

テンプレート１０が領域Ｐ２を有する場合、図３３に示すように、テンプレート１０を領域１０２ａに押し当てたときに領域Ｐ１が領域１０２ａ２に接触して領域１０２ａ２が成形されるとともに、面１３が領域１０２ａ１、領域１０２ａ２、および領域１０２ｂに接触することなく凸部１４が領域１０２ａに接触する。これにより、凸部１４に接触するインプリント材料は、留まりやすく、表面張力によるインプリント材料の吸い寄せを抑制して窪み１２２を小さくまたは無くすことができる。よって、硬化後の領域１０２ｂの厚さの低下を抑制できる。よって、所望のデバイスパターンを高精度で形成することができる。

第１の実施形態のパターン形成方法と同様に、その後、成形された領域１０２ａ２にテンプレート１０を押し付けたまま光を照射することにより、領域１０２ａ２を硬化させる。このとき、光学層２１により、領域１０２ｂの硬化を抑制できる。全ての領域１０２ａを順に成形・硬化した後に、領域１０２ｂに光を照射して領域１０２ｂを硬化させる。これにより、領域１０２ａにデバイスパターンを転写できる。以上が第２の実施形態のパターン形成方法の説明である。

次に、図３１に示すテンプレート１０の製造方法例について、図３４ないし図４５を参照して説明する。図３４ないし図４５は、図３１に示すテンプレート１０の製造方法を説明するための断面模式図である。

まず、図３４に示すように、基材１の面１１の上にレジストマスク層３１を形成する。レジストマスク層３１は、領域Ｐ１および領域Ｐ２を覆い、領域Ｐ３を露出させる。図３４に示すレジストマスク層３１のその他の部分は、第１の実施形態のレジストマスク層３１の説明を必要に応じて適宜援用できる。

次に、レジストマスク層３１をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図３５に示すように、領域Ｐ１および領域Ｐ２を含むメサＭＳと、面１５と、を形成するとともに、レジストマスク層３１を除去する。基材１は、例えば第１の実施形態と同様の方法を用いて部分的に除去可能である。

次に、図３６に示すように、面１１および面１５の上にハードマスク層３２を形成し、ハードマスク層３２の上にレジストマスク層３３を形成する。ハードマスク層３２は、第１の実施形態のハードマスク層３２の説明を必要に応じて適宜援用できる。

レジストマスク層３３は、ハードマスク層３２における領域Ｐ２の面１１の一部の領域と重なる部分を露出させるパターンを有する。図３６に示すレジストマスク層３３のその他の部分は、第１の実施形態のレジストマスク層３３の説明を適宜援用できる。

次に、ハードマスク層３２の露出部を除去し、ハードマスク層３２およびレジストマスク層３３をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図３７に示すように、領域Ｐ２に面１３と凸部１４とを含むダミーパターンを形成するとともにレジストマスク層３３を除去する。これにより、メサ部ＭＳ１とメサ部ＭＳ２を形成できる。基材１は、例えば第１の実施形態と同様の方法を用いて部分的に除去可能である。

次に、図３８に示すように、ハードマスク層３２を除去する。ハードマスク層３２は、例えば第１の実施形態と同様の方法を用いて除去可能である。

次に、図３９に示すように、面１１、面１３、凸部１４、および面１５の上に光学層２１を形成する。図３９に示す光学層２１は、第１の実施形態の光学層２１の説明を必要に応じて適宜援用できる。

次に、図４０に示すように、光学層２１の上にレジストマスク層３５を形成する。図４０に示すレジストマスク層３５は、第１の実施形態のレジストマスク層３５の説明を必要に応じて適宜援用できる。

次に、光学層２１の露出部を除去し、光学層２１およびレジストマスク層３５をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図４１に示すように、領域Ｐ１に凹凸部１２を含むデバイスパターンを形成するとともにレジストマスク層３５を除去する。基材１は、例えば第１の実施形態と同様の方法を用いて部分的に除去可能である。

次に、図４２に示すように、光学層２１の上にレジストマスク層３６を形成する。レジストマスク層３６の説明は、第１の実施形態のレジストマスク層３６の説明を必要に応じて適宜援用できる。

次に、レジストマスク層３６をマスクとして用いたエッチングにより基材１の一部を厚さ方向に除去することにより、図４３に示すように、光学層２１の露出部を除去して光学層２１ａ、光学層２１ｂ、光学層２１ｄを形成するとともに、レジストマスク層３６を除去する。基材１は、例えば第１の実施形態と同様の方法を用いて部分的に除去可能である。なお、凹凸部１２の露出部においてエッチングにより基材１の一部が除去されると、図４２に示す凹部の深さは図４３に示す凹凸部１２の凹部の深さよりも大きいが、図２２では、便宜のため、図示を省略する。

なお、図４１に示すように光学層２１およびレジストマスク層３５を用いて凹凸部１２を形成し、レジストマスク層３５を除去した後で、図４２に示すようにレジストマスク層３６を形成する前に、図４４に示すように光学層２１の上に光学層２１と同じ材料を堆積させることにより光学層２１を厚くし、その後、図４５に示すようにレジストマスク層３６をマスクとして用いたエッチングにより光学層２１の露出部を除去して光学層２１ａ、光学層２１ｂ、光学層２１ｄを形成するとともに、レジストマスク層３６を除去してもよい。これにより、例えば、光学層２１ａを面１１と略同等な高さとすることができ、光学層２１ａに相当するアライメントマークを同時に形成することも可能となる。なお、図４１において、光学層２１を厚くする際に、凹凸部１２の凹部にも光学層２１と同じ材料が堆積されるが、その後、図４５に示す工程によって除去される。

次に、第２の実施形態のテンプレートの構造例の変形例について図４６ないし図４９を参照して説明する。図４６ないし図４９は、第２の実施形態のテンプレートの構造例の変形例を説明するための断面模式図である。なお、図４６ないし図４９に示すテンプレート１０の各部分で、図３１に示すテンプレート１０に相当する部分は、図３１に示すテンプレート１０の説明を必要に応じて適宜援用できる。

図４６に示すテンプレート１０は、図３１に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｄが無い点が異なる。図４７に示すテンプレート１０は、図３１に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｂおよび光学層２１ｄが無い点が異なる。図４８に示すテンプレート１０は、図３１に示すテンプレート１０と比較して光学層２１ｂが無い点が異なる。図３３に示す領域１０２ａ２を硬化させるときに領域１０２ｂの硬化を抑制するためには、少なくとも光学層２１ａの凸部１４と面１１との間の領域を有していればよい。

光学層２１ｂおよび光学層２１ｄは、例えば加工に用いられるレジストマスク層３５のパターン形状を調整することによりエッチングにより除去可能である。また、光学層２１ｂは、図４２に示すようにレジストマスク層３６を形成した後、図４９に示すように、レジストマスク層３６を厚さ方向に沿って部分的に除去して光学層２１の凸部１４と重なる部分を露出させ、その後光学層２１の露出部を除去することにより形成されてもよい。

（第３の実施形態）
図５０および図５１は、半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。第１の実施形態および第２の実施形態のパターン形成方法を用いて形成された塗布層１０２の硬化層を用いて対象物１００の一部を加工することにより、図５１に示すように、例えば凹部１００ａを形成する。対象物１００は、例えばドライエッチングにより対象物１００を構成する積層を部分的に除去することにより加工される。加工後の対象物１００の形状は、デバイスパターンの形状に応じて決まる。

次に、図５２に示すように、対象物１００上に膜（被加工膜）を成膜し、膜を加工することにより凹部１００ａに層１５１を形成する。層１５１は、例えば金属材料を含有する導電層である。層１５１は、例えば埋め込み配線としての機能を有する。

以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法の例は、第１の実施形態および第２の実施形態のいずれかのパターン形成方法により形成された塗布層の硬化層を用いて対象物１００を加工することにより、半導体装置を製造できる。

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。

１…基材、１ａ…表面、１ｂ…表面、１０…テンプレート、１１…面、１２…凹凸部、１３…面、１４…凸部、１５…面、２１…光学層、２１ａ…光学層、２１ｂ…光学層、２１ｃ…光学層、２１ｄ…光学層、３１…レジストマスク層、３２…ハードマスク層、３３…レジストマスク層、３５…レジストマスク層、３６…レジストマスク層、１００ａ…凹部、１０１…対象物、１０２…塗布層、１０２ａ…領域、１０２ａ１…領域、１０２ａ２…領域、１０２ｂ…領域、１２１…底面、１２２…窪み、１５１…層、ＣＯ…凹部、ＭＳ…メサ、ＭＳ１…メサ部、ＭＳ２…メサ部、Ｐ１…領域、Ｐ２…領域、Ｐ３…領域。

Claims (12)

1. 主面と反対側の第１の面と、前記第１の面に設けられた凹凸部を含む第１のパターンと、を有する第１の領域と、
   前記第１の領域の周りに設けられ、前記主面と反対側の第２の面と、前記第２の面から突出する凸部を含む第２のパターンと、前記第２の面および前記第２のパターンに設けられた光学層と、を有し、前記第２の面が前記凹凸部の最底面よりも前記主面側に位置する、第２の領域と、
   を具備する、テンプレート。
2. 前記第２の領域の周りに設けられ、前記主面と反対側の第３の面を有する第３の領域をさらに具備し、
   前記第２の面は、前記第３の面よりも突出する、請求項１に記載のテンプレート。
3. 前記光学層は、前記第２の面上の、前記凸部と前記第１の領域との間に設けられる、請求項１に記載のテンプレート。
4. 前記光学層は、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ジルコニウム、およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも一つを有する、請求項１に記載のテンプレート。
5. 前記第２のパターンは、ピラーパターンまたはラインアンドスペースパターンである、請求項１に記載のテンプレート。
6. 前記第１のパターンはデバイスパターンであり、前記第２のパターンはダミーパターンである、請求項1に記載のテンプレート。
7. テンプレートを用いたパターン形成方法であって、
   前記テンプレートは、
   主面と反対側の第１の面と、前記第１の面に設けられた凹凸部を含む第１のパターンと、を有する第１の領域と、
   前記第１の領域の周りに設けられ、前記主面と反対側の第２の面と、前記第２の面から突出する凸部を含む第２のパターンと、前記第２の面および前記第２のパターンに設けられた光学層と、を有し、前記第２の面が前記凹凸部の最底面よりも前記主面側に位置する、第２の領域と、
   を具備し、
   前記パターン形成方法は、
   対象物の上にインプリント材料を塗布することにより、前記対象物上の第１の部分と、前記対象物上の第２の部分と、を有する塗布層を形成し、
   前記テンプレートを前記塗布層に押しつけ、前記凹凸部を前記第２の部分に接触させ、前記第２の面を前記第１の部分および前記第２の部分に接触させることなく前記凸部を前記第１の部分に接触させ、前記接触後の前記第２の部分を硬化させることにより、前記第１のパターンを前記第２の部分に転写する、
   パターン形成方法。
8. 前記第１のパターンを前記第２の部分に転写した後に前記第１の部分を硬化させる、請求項７に記載のパターン形成方法。
9. 前記第１のパターンはデバイスパターンであり、前記第２のパターンはダミーパターンである、請求項７に記載のパターン形成方法。
10. テンプレートを用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記テンプレートは、
    主面と反対側の第１の面と、前記第１の面に設けられた凹凸部を含む第１のパターンと、を有する第１の領域と、
    前記第１の領域の周りに設けられ、前記主面と反対側の第２の面と、前記第２の面から突出する凸部を含む第２のパターンと、前記第２の面および前記第２のパターンに設けられた光学層と、を有し、前記第２の面が前記凹凸部の最底面よりも前記主面側に位置する、第２の領域と、
    を具備し、
    前記製造方法は、
    対象物の上にインプリント材料を塗布することにより、前記対象物上の第１の部分と、前記対象物上の第２の部分と、を有する塗布層を形成し、
    前記テンプレートを前記塗布層に押しつけ、前記凹凸部を前記第２の部分に接触させ、前記第２の面を前記第１の部分および前記第２の部分に接触させることなく前記凸部を前記第１の部分に接触させ、前記接触後の前記第２の部分を硬化させることにより、前記第１のパターンを前記第２の部分に転写する、
    半導体装置の製造方法。
11. 前記第１のパターンを前記第２の部分に転写した後に前記第１の部分を硬化させる工程をさらに具備する、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記第１のパターンはデバイスパターンであり、前記第２のパターンはダミーパターンである、請求項１０に記載の製造方法。

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