JP5205407B2 - テンプレートとその製造方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

テンプレートとその製造方法、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、テンプレートとその製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
従来の技術として、凹凸パターンが形成されたパターン形成面とその裏面との間の厚さが外縁部側ほど徐々に薄くなるように形成されているスタンパーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このスタンパーによると、凹凸パターンを転写する対象である樹脂層に均等な圧力を加えることができ、樹脂層に凹凸パターンを高精度で転写することができる。
しかし、従来のスタンパーは、凹凸パターンの疎密と関係なく、厚さが外縁部側ほど徐々に薄くなるので、樹脂層とスタンパーを分離させる際のスタンパーの撓みに起因する反力が薄い部分ほど大きくなり、パターン形状の欠陥が生じる可能性がある。
特開２００７−１９０７３５号公報
本発明の目的は、パターン形状の欠陥を抑制するテンプレートとその製造方法、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様は、主面に複数の凹部からなる第１のパターンが形成された第１の厚さを有する第１の領域と、前記主面に前記第１のパターンの前記凹部とは間隔及び寸法の少なくとも一方が異なる複数の凹部からなる第２のパターンが形成され、前記主面の反対面である裏面の加工により前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する第２の領域と、を備えたテンプレートを提供する。
本発明の他の一態様は、主面に複数の凹部からなる第１のパターンが形成された第１の厚さを有する第１の領域と、前記主面に前記第１のパターンの前記凹部とは間隔及び寸法の少なくとも一方が異なる複数の凹部からなる第２のパターンが形成され、前記主面の反対面である裏面の加工により前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する第２の領域と、を形成することを含むテンプレートの製造方法を提供する。
本発明によれば、パターン形状の欠陥を抑制することができる。
図１（ａ）は、実施の形態に係るテンプレートの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）−I（ｂ）線で切断した断面図である。 図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係るテンプレートの製造方法の工程図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程図である。 図４（ａ）〜（ｈ）は、変形例に係るテンプレートの要部断面図である。
[実施の形態]
（テンプレートの構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係るテンプレートの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）−I（ｂ）線で切断した断面図である。図１（ａ）は、パターンが形成されたテンプレート１の主面１０側を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のI（ｂ）−I（ｂ）線で切断した断面の主面１０が、図１（ｂ）の下側になるように図示している。
テンプレート１は、例えば、主面１０に複数の凹部２２からなる第１のパターンとしてのパターン１４２が形成された第１の厚さＨ１を有する第１の領域１４と、主面１０にパターン１４２の凹部２２とは間隔及び寸法の少なくとも一方が異なる複数の凹部２３からなる第２のパターンとしてのパターン１６２が形成された第１の厚さＨ１と異なる第２の厚さＨ２を有する第２の領域１６と、を備えて概略構成されている。
本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、第１の領域１４の凹部２２の寸法Ｌ２と、第２の領域１６の凹部２３の寸法Ｌ４が同じで、凹部２２の間隔Ｌ１と凹部２３の間隔Ｌ３が異なる場合について説明する。
テンプレート１は、さらに、例えば、第１及び第２の領域１４、１６の周囲の領域である第３の領域１８と、を備えて概略構成されている。このテンプレート１は、例えば、Ｓｉを主成分とするＳｉ系基板からなる。また、テンプレート１を主面１０側から見た形状は、例えば、一辺が６５ｍｍの正方形である。
第１の領域１４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、厚肉部１４０が形成されている。また、第２の領域１６は、例えば、図１（ｂ）に示すように、薄肉部１６０が形成されている。
パターン１４２の凹部２２の間隔Ｌ１は、例えば、パターン１６２の凹部２３の間隔Ｌ３と比べて狭くなっている。つまり、第１の領域１４は、例えば、第２の領域１６に比べてパターンが密な領域である。また、第２の領域１６は、例えば、第１の領域１４に比べてパターンが疎な領域である。
厚肉部１４０は、例えば、テンプレート１の主面１０から裏面１２間の厚さがＨ１である。本実施の形態における厚さＨ１は、例えば、第３の領域１８の厚さと同じである。この厚さＨ１は、例えば、６ｍｍである。厚肉部１４０は、例えば、パターンが密な領域に形成される。なお、厚肉部１４０は、例えば、第３の領域１８の厚さと異なっても良い。
薄肉部１６０は、例えば、テンプレート１の主面１０から裏面１２間の厚さがＨ２である。この厚さＨ２は、例えば、Ｈ１よりも薄い。薄肉部１６０は、例えば、パターンが疎な領域に形成される。厚さＨ２は、例えば、１ｍｍである。
テンプレート１の裏面１２は、例えば、切削機械による機械加工、又はサンドブラストによる加工等によって形成される。
第１及び第２の領域１４、１６は、例えば、複数のマークパターン２０を有する。このマークパターン２０は、例えば、転写対象のレジスト膜が形成された基板との光学的な位置合わせに用いられるパターンである。なお、このマークパターン２０は、第３の領域１８に形成されても良い。
第３の領域１８は、例えば、テンプレート１を保持するためのチャックが装着される領域である。このチャックは、例えば、テンプレート１に接触した後、接触した部分とテンプレート１間を真空にすることによってテンプレート１を保持するものである。
以下に、本実施の形態に係るテンプレート１の製造方法について説明する。裏面１２の加工は、切削機械によって行われるものとする。
（テンプレートの製造方法）
図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係るテンプレートの製造方法の工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ系基板である基板１００を用意する。この基板１００の厚さは、例えば、Ｈ１と同じ厚さである。
次に、図２（ｂ）に示すように、切削機械により、薄肉部１６０を形成する。なお、厚肉部１４０の厚さが、第３の領域１８の厚さと異なるとき、厚肉部１４０及び第３の領域１８の少なくとも一方が、切削機械により加工される。
具体的には、例えば、テンプレート１に形成するパターンのレイアウトデータを切削機械に入力する。このレイアウトデータは、例えば、予め切削機械に記憶されていても、外部から取得しても良い。続いて、切削機械は、入力されたレイアウトデータに基づいて疎な領域と密な領域を算出し、算出した疎な領域と密な領域に基づいて裏面１２のレイアウトを決定する。この疎な領域と密な領域の算出は、例えば、制御部や記憶部といった機能によって分けられるブロックごとに行われても良い。また、裏面１２のレイアウトは、例えば、レイアウトデータから算出するのではなく、予め切削機械に記憶されていても、外部から取得しても良い。なお、本実施の形態では、疎な領域と密な領域の２つの領域から裏面１２のレイアウトを決定するがこれに限定されず、より多くの領域に分けて、テンプレート１の厚さを段階的に変えても良い。
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１００の上下を入れ替える。
次に、図２（ｄ）に示すように、スパッタ法等により基板１００上にハードマスクとなるクロム膜１０２を形成し、続いて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりクロム膜１０２上にレジスト膜１０４を形成する。このレジスト膜１０４は、例えば、電子線リソグラフィ法に用いられる化学増幅型レジストである。
次に、図２（ｅ）に示すように、電子線リソグラフィ法等により、レジストパターン１０６を形成する。
次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等により、レジストパターン１０６をマスクとしてクロム膜１０２をエッチングし、レジストパターン１０６を除去する。
次に、図２（ｆ）に示すように、ＲＩＥ法等により、パターニングされたクロム膜１０２をマスクとして基板１００の主面１０をエッチングし、クロム膜１０２を除去してテンプレート１を得る。
上記のテンプレートの製造方法は、インプリント処理に用いるテンプレート１の製造方法であったが、親テンプレートの製造方法として用いても良い。親テンプレートとは、例えば、インプリント処理に用いる子テンプレートのパターンを反転した反転パターンを有する。親テンプレートから子テンプレートを製造する方法は、例えば、この反転パターンを子テンプレート上に形成されたマスク膜（例えば、レジスト膜）に押し付けて転写し、転写した後のマスク膜をマスクとしてハードマスク膜（例えば、クロム膜）を形成し、そのハードマスク膜をマスクとして子テンプレートの主面をエッチングして行われる。子テンプレートの裏面は、例えば、親テンプレートの転写パターンを転写する前に形成されることが望ましい。その理由は、例えば、切削機械による切削に基づく振動等の影響がパターンに及ぶのを防止するためである。
以下に、上記のテンプレートの製造方法によって製造したテンプレート１を用いた半導体装置の製造方法について説明する。テンプレート１は、半導体製造装置に装着されているものとする。
（半導体装置の製造方法）
図３（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、テンプレート１の撓みを説明するため、凹部２２、２３の形状等を誇張して図示している。
まず、レジスト膜３２が形成された半導体基板３０を用意する。レジスト膜３２は、例えば、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型レジストから形成される。この紫外線硬化型レジストは、流動性の高いレジストである。なお、レジスト膜３２は、半導体基板３０に形成された被加工膜上に形成されても良い。
次に、図３（ａ）に示すように、テンプレート１の裏面１２側に空気４を送出する。テンプレート１は、図３（ａ）に示すように、この空気４により、第１及び第２の領域１４、１６が撓む。
第１の領域１４は、例えば、パターン１４２を中央部１４４とその周囲に位置する周辺部１４６、１４８とに分けて考えると、中央部１４４が最も主面１０から突き出す。図３（ａ）に示す距離Ｔ１は、主面１０と中央部１４４の先端までの距離である。第１の領域１４の主面１０側の形状は、例えば、中央部１４４が突出した曲面となる。
第２の領域１６は、例えば、パターン１６２を中央部１６４とその周囲に位置する周辺部１６６、１６８とに分けて考えると、中央部１６４が最も主面１０から突き出す。図３（ａ）に示す距離Ｔ２は、主面１０と中央部１６４の先端までの距離である。第２の領域１６の主面１０側の形状は、例えば、中央部１６４が突出した曲面となる。この距離Ｔ２は、厚肉部１４０よりも薄肉部１６０の厚さが薄いことから、距離Ｔ１よりも大きい値となる。
ここで、テンプレート１の第１及び第２の領域１４、１６を撓ませる理由は、例えば、次のようなものである。テンプレート１を撓ませずにレジスト膜３２に押し付けた場合、パターン１４２、１６２の凹部２２、２３内に空気が溜まり易く、凹部２２、２３にレジストを完全に充填することが困難となる。そこで、パターン１４２、１６２を撓ませることにより、凹部２２、２３が湾曲して凹部２２、２３に空気が溜まり難くなり、レジストを完全に充填することが容易となる。
次に、図２（ｂ）に示すように、テンプレート１と半導体基板３０を相対移動させてテンプレート１とレジスト膜３２を接触させる。このとき、例えば、第２の領域１６の中央部１６４からレジスト膜３２に接触する。続いて、さらに、テンプレート１と半導体基板３０を相対移動させ、テンプレート１の凹部２２、２３にレジストを充填させる。
次に、図２（ｃ）に示すように、テンプレート１の凹部２２、２３にレジストを充填させた後、テンプレート１の裏面１２側からレジスト膜３２に露光光５を照射してレジスト膜３２を硬化させる。この露光光５は、例えば、紫外線である。
次に、図２（ｄ）に示すように、テンプレート１とレジスト膜３２を分離させ、レジストパターン３４を形成する。続いて、このレジストパターン３４下の残膜を除去した後、残ったレジストパターン３４をマスクとして半導体基板３０又は半導体基板３０上に形成された被加工膜をパターニングし、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。
ここで、パターンの疎密に関係なく、中央から外周、又は外周から中央とテンプレート１の厚さを変えた場合、分離する際に、テンプレート１が元の形状に戻ろうとする反力とテンプレート１の移動によって思わぬ力が転写したパターンに付加され、パターンに欠陥が生じる可能性が高い。
一方、パターンの疎密に応じて厚肉部１４０と薄肉部１６０を形成する場合は、テンプレート１とレジスト膜３２を分離させるとき、テンプレート１にパターンの疎密に応じた量の撓みが発生する。この撓みにより、例えば、厚肉部１４０の周辺部１４６、及び薄肉部１６０の周辺部１６６が、凹部２２、２３の一方の側面（テンプレート１の外周に近い側面）から順にレジスト膜３２と分離する。さらに、分離が進むと、テンプレート１の中央付近の周辺部１４８、１６８が、中央部１４４、１６４よりも先に、凹部２２、２３の一方の側面（第１及び第２の領域１４、１６の境界側の側面）から順にレジスト膜３２と分離する。このように、テンプレート１とレジスト膜３２の分離が、一度に行われずに、パターンの疎密に応じて徐々に行われる。よって、厚肉部１４０と薄肉部１６０を形成しない場合と比べて、分離する力が小さくなり、良好なレジストパターン３４が得られる。また、パターンの疎密に応じてテンプレート１の厚さが異なることから、テンプレート１の反力もまた、パターンの疎密に応じた反力となるので、パターンの疎密に応じて分離の速度が異なり、良好なレジストパターン３４が得られる。
（効果）
実施の形態に係るテンプレート１によると、パターン形状の欠陥を抑制することができる。上記のテンプレート１によると、厚肉部１４０と薄肉部１６０を形成しない場合と比べて、テンプレート１と硬化したレジスト膜３２との分離が、テンプレート１に形成されたパターンの疎密に応じて徐々に行われるので、分離に必要な力が小さくなってパターン形状の欠陥を抑制し、良好なレジストパターン３４を得ることができる。また、上記のテンプレート１によると、テンプレート１の反力が、パターンの疎密に応じた反力となるので、パターンの疎密に応じて分離の速度が異なってパターン形状の欠陥を抑制し、良好なレジストパターン３４を得ることができる。
上記のテンプレート１によると、厚肉部１４０と薄肉部１６０を形成しない場合と比べて、凹部２２、２３にレジスト膜３２を完全に充填し易くなるので、良好なレジストパターン３４を得ることができる。また、上記のテンプレート１によると、厚肉部１４０と薄肉部１６０が形成されたことにより、テンプレート１にパターンの疎密に応じた量の撓みが発生し、レジスト膜３２の充填速度が向上するので、半導体装置の製造のスループットが向上する。
さらに、上記のテンプレート１によると、良好なレジストパターン３４が得られるので、半導体装置の歩留まりが向上する。
（変形例）
以下に、本発明の変形例について説明する。図４（ａ）〜（ｈ）は、変形例に係るテンプレートの要部断面図である。図４（ａ）〜（ｆ）は、凹部の寸法が同じで、間隔が異なる変形例である。図４（ｇ）は、凹部の間隔が同じで、寸法が異なる変形例である。図４（ｈ）は、凹部の寸法と間隔が異なる変形例である。これらの変形例は、実施の形態と同様の効果を有するものであるので、以下では、主に、実施の形態との違いを示す。また、以下では、実施の形態と同様の機能及び構成を有する部分は、実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。
図４（ａ）に示すテンプレート１は、例えば、厚肉部１４０の薄肉部１６０側の端部に形成され、曲面形状を有する段差部６２と、第３の領域１８の薄肉部１６０側の端部に形成され、曲面形状を有する段差部６４と、を備えている。
図４（ｂ）に示すテンプレート１は、例えば、厚肉部１４０の薄肉部１６０側の端部の内側に形成され、曲面形状を有する段差部６６と、第３の領域１８の薄肉部１６０側の端部の内側に形成され、曲面形状を有する段差部６８と、を備えている。
図４（ｃ）に示すテンプレート１は、例えば、厚肉部１４０が第３の領域１８よりも厚く、薄肉部１６０が第３の領域１８よりも薄く形成されている。
図４（ｄ）に示すテンプレート１は、例えば、領域１４ａ、１６ａ、１６ｂを有する。領域１４ａは、例えば、テンプレート１の中央付近の領域であり、厚肉部１４０ａが形成されている。領域１４ａは、例えば、主面１０に複数の凹部２２ａからなるパターン１４２ａが形成されている。
領域１６ａは、例えば、薄肉部１６０ａが形成され、領域１４ａのパターン１４２ａと比べて疎なパターンであり、主面１０に複数の凹部２３ａからなるパターン１６２ａが形成されている。
領域１６ｂは、例えば、薄肉部１６０ｂが形成され、領域１６ａのパターン１６２ａと比べて疎なパターンであり、主面１０に複数の凹部２３ｂからなるパターン１６２ｂが形成されている。
薄肉部１６０ａは、薄肉部１６０ｂよりも厚く形成されている。このように、パターンの疎密に応じて領域を分け、分けた領域ごとにテンプレート１の厚さを変えても良い。
図４（ｅ）に示すテンプレート１は、例えば、主面１０にメサ構造体１９０を有している。このメサ構造体１９０は、例えば、パターン１４２と、パターン１４２よりも疎なパターン１６２と、が形成される。また、テンプレート１は、例えば、密な領域である第１の領域１４に厚肉部１４０が形成され、疎な領域である第２の領域１６に薄肉部１６０が形成されている。
図４（ｆ）に示すテンプレート１は、例えば、第１の領域１４の中央に向かって徐々に厚さが増えていく厚肉部１４０と、第２の領域１６の中央に向かって徐々に厚さが減っていく薄肉部１６０と、を有する。厚肉部１４０と薄肉部１６０は、階段形状を有する段差部７０、７２が形成されている。なお、この段差部７０、７２の形状は、階段形状に限定されず、斜面形状であっても良い。
図４（ｇ）に示すテンプレート１は、例えば、第１の領域１４の凹部２２の間隔Ｌ１と第２の領域１６の凹部２３の間隔Ｌ３が等しく、凹部２２の寸法Ｌ２よりも凹部２３の寸法Ｌ４が大きい。
レジストは、凹部に充填され、所定の処理の後、レジストパターンとなるため、この凹部の寸法が小さい方が、レジストとテンプレート１を分離する際に欠陥となり易い。よって、テンプレート１は、例えば、凹部２２を有する第１の領域１４に、テンプレート１からの反力が薄肉部１６０より小さい、厚肉部１４０が形成され、凹部２３を有する第２の領域１６に、薄肉部１６０が形成される。
図４（ｈ）に示すテンプレート１は、例えば、第１の領域１４の凹部２２と第２の領域１６の凹部２３の寸法Ｌ２、Ｌ４と間隔Ｌ１、Ｌ３が異なっている。
テンプレート１は、例えば、凹部２２を有する第１の領域１４に、テンプレート１からの反力が薄肉部１６０より小さい、厚肉部１４０が形成され、凹部２３を有する第２の領域１６に、薄肉部１６０が形成される。
なお、本発明は、上記した実施の形態及び変形例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。
上記の実施の形態及び変形例において、疎な領域の厚さを薄くし、密な領域の厚さを厚くしたが、これに限定されず、例えば、転写対象の膜及び剥離材の粘度及び濡れ性等に基づいて、疎な領域の厚さを厚くし、密な領域の厚さを薄くしても良い。
上記の実施の形態及び変形例において、凹部２２、２３は、それぞれが異なる形状であっても良い。
１…テンプレート、１４…第１の領域、１６…第２の領域、２２、２３…凹部、１４２、１４２ａ、１６２、１６２ａ、１６２ｂ…パターン、Ｌ１、Ｌ３…間隔、Ｌ２、Ｌ４…寸法

Claims (3)

  1. 主面に複数の凹部からなる第１のパターンが形成された第１の厚さを有する第１の領域と、
    前記主面に前記第１のパターンの前記凹部とは間隔及び寸法の少なくとも一方が異なる複数の凹部からなる第２のパターンが形成され、前記主面の反対面である裏面の加工により前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する第２の領域と、
    を備えたテンプレート。
  2. 主面に複数の凹部からなる第１のパターンが形成された第１の厚さを有する第１の領域と、前記主面に前記第１のパターンの前記凹部とは間隔及び寸法の少なくとも一方が異なる複数の凹部からなる第２のパターンが形成され、前記主面の反対面である裏面の加工により前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する第２の領域と、を形成することを含むテンプレートの製造方法。
  3. 請求項１に記載のテンプレートを用いた半導体装置の製造方法。
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