JP5458068B2

JP5458068B2 - パターン転写装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5458068B2
Application number: JP2011189465A
Authority: JP
Inventors: 祐二小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: US20130052835A1; USRE47456E1; JP2013051359A; US8709955B2

Description

本発明の実施形態はパターン転写装置および半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において被転写基板に原版の型を転写するナノインプリント法が注目されている。ナノインプリント法は、転写されるパターンが形成された原版の型（テンプレート）を、基板上に塗布されているインプリント材料からなるレジスト層に押し付け、レジスト層を硬化させることにより、レジスト層にパターンを転写する方法である。このナノインプリントのパターン形成方法は、テンプレートとウェハが密着してインプリントされるため、テンプレートの破損や欠陥が発生することがある。

特開２００５−２８６０６１号公報

本発明の一つの実施形態の目的は、インプリントに用いられるテンプレートの長寿命化を図ることが可能なパターン転写装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態のパターン転写装置によれば、転写位置選択部が設けられている。転写位置選択部は、被転写基板へのパターン転写を複数回行う際、前記Ｎ個の転写領域のうちの一部と対応する被転写基板の領域へ転写を行う場合に使用する１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を前記Ｎ個の転写領域の各転写回数が均一化されるように選択する。

図１は、第１実施形態に係るパターン転写装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１のパターン転写装置におけるテンプレートとウェハ上のショット領域との対応関係を示す平面図である。図３は、図２のショット領域ＳＡのインプリント方法を示す断面図である。図４は、図２のショット領域ＳＣのインプリント方法を示す断面図である。図５は、図２のショット領域ＳＢのインプリント方法を示す断面図である。

以下、実施形態に係るパターン転写装置および半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るパターン転写装置の概略構成を示す斜視図である。
図１において、パターン転写装置には、被転写基板としてのウェハＷを保持するステージ１、インプリントに用いられるテンプレートＴＭ、ウェハＷ上にインプリント材を吐出するノズル４およびウェハＷ上のインプリント材に紫外線を照射する紫外線照射装置３が設けられている。

ここで、テンプレートＴＭは、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の転写領域に区画されている。この転写領域は、ウェハＷのチップ領域ごとに設けることができる。ノズル４は、インプリント材を貯留するタンク５に接続されている。なお、ノズル４は、ウェハＷ上において前後左右上下に移動させることができる。

ステージ１は、前後左右に移動させることができる。テンプレートＴＭは、上下に移動させることができる。ここで、ステージ１には、ステージ１を前後左右に駆動する駆動部６、７が設けられている。テンプレートＴＭには、テンプレートＴＭを上下に駆動する駆動部８が設けられている。

また、パターン転写装置には、駆動部６〜８を駆動制御する駆動制御部９が設けられている。駆動制御部９には、転写領域選択部１１および転写順序設定部１２が設けられている。転写領域選択部１１は、テンプレートＴＭのＮ個の転写領域の各転写回数が均一化されるようにＮ個の転写領域から１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を選択することができる。転写順序設定部１２は、テンプレートＴＭにおいて非選択とされた転写領域がウェハＷ上の転写済領域と衝突しないようにテンプレートＴＭによるウェハＷへのパターン転写の転写順序を設定することができる。

図２は、図１のパターン転写装置におけるテンプレートとウェハ上のショット領域との対応関係を示す平面図である。
図２（ｂ）において、テンプレートＴＭは４個の転写領域Ｔ１〜Ｔ４に区画されている。また、図２（ａ）において、ウェハＷには、パターン非形成領域Ｒ１とパターン形成領域Ｒ２が設けられ、パターン形成領域Ｒ２には、ショット領域ＳＨが設けられている。各ショット領域ＳＨには、チップ領域Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。テンプレートＴＭの各転写領域Ｔ１〜Ｔ４は、ウェハＷ上のチップ領域Ｃ１〜Ｃ４に対応させることができる。

そして、ノズル４を介してインプリント材をショット領域ＳＨごとにウェハＷ上に塗布する。次いで、ショット領域ＳＨごとにテンプレートＴＭをインプリント材に押し当てた状態で紫外線照射装置３を介して紫外線をインプリント材に照射し、インプリント材を硬化させることを繰り返して、ウェハＷのパターン形成領域Ｒ２全面にインプリントパターンを形成することができる。

この時、パターン形成領域Ｒ２の周辺部には欠けショットが存在し、欠けショットでは、テンプレートＴＭは４個の転写領域Ｔ１〜Ｔ４のうちの一部しか使用されない。このため、欠けショットにおいて転写領域Ｔ１〜Ｔ４のうちの特定の領域が頻繁に使用されると、転写領域Ｔ１〜Ｔ４間で転写回数に偏りが発生する。

例えば、ショット領域ＳＡ、ＳＣにはチップ領域が２個分しかないため、欠けショットになる。この時、これらのショット領域ＳＡ、ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用して転写し、ウェハＷ上の矢印に沿って転写を繰り返したものとする。この場合、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３の転写回数は５９回、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数は６２回となる。

このように転写領域Ｔ１〜Ｔ４間で転写回数に偏りが発生すると、転写回数の多い転写領域Ｔ２、Ｔ４で破損や欠陥が発生する確率が高くなる。そして、転写領域Ｔ１〜Ｔ４の一部でも破損や欠陥が発生すると、テンプレートＴＭ全体が使用できなくなる。

一方、ショット領域ＳＡに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用して転写し、ショット領域ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用して転写したものとする。この場合、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３の転写回数は６０回、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数は６１回となる。

このため、ショット領域ＳＡ、ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用して転写した場合に比べて、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１〜Ｔ４間で転写回数が均一化され、転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数が減少する。この結果、テンプレートＴＭの特定の転写領域Ｔ２、Ｔ４で破損や欠陥が起こりやすくなるのを防止することができ、テンプレートＴＭの長寿命化を図ることができる。

この時、ショット領域ＳＡに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用して転写する場合、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４がショット領域ＳＢにはみ出す。このため、ショット領域ＳＢが転写済領域であると、ショット領域ＳＢの転写済領域がテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４と衝突し、ショット領域ＳＢの転写済領域に形成されたインプリントパターンが破壊される。

このため、ショット領域ＳＢの転写が行われる前にショット領域ＳＡの転写が行われるように、ショット領域ＳＡの転写順序を設定する。

図３は、図２のショット領域ＳＡのインプリント方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、ショット領域ＳＡにはショット領域ＳＢが隣接している。そして、インクジェット法などの方法を用いることにより、ノズル４を介してインプリント材１２Ａ´をウェハＷ上のショット領域ＳＡに吐出させる。なお、インプリント材１２Ａ´としては、例えば、紫外線硬化型レジストを用いることができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、テンプレートＴＭをインプリント材１２Ａ´に押し当てることにより、ウェハＷ上にインプリントパターン１２Ａを形成する。なお、テンプレートＴＭは、例えば、石英にて構成することができる。ここで、テンプレートＴＭには、インプリントパターン１２Ａに対応した凹部Ｋが形成されている。そして、テンプレートＴＭをインプリント材１２Ａ´に押し当てると、毛細管現象によってインプリント材１２Ａ´が凹部Ｋに吸い上げられ、凹部Ｋの形状に対応したインプリントパターン１２Ａが形成される。

そして、テンプレートＴＭをインプリントパターン１２Ａに押し当てたまま、テンプレートＴＭを通して紫外線をインプリントパターン１２Ａに照射することにより、インプリントパターン１２Ａを硬化させる。

なお、図３（ｂ）の例では、インプリントパターン１２Ａを硬化させるために、インプリント材１２Ａ´として紫外線硬化型レジストを用いるようにしてもよいが、熱硬化型レジストを用いるようにしてもよい。

ここで、ショット領域ＳＡにインプリントパターン１２Ａを形成する場合、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３をインプリント材１２Ａ´に押し当てることができる。また、ショット領域ＳＢにインプリントパターン１２Ｂ（図５（ｂ）参照）を形成する前に、ショット領域ＳＡにインプリントパターン１２Ａを形成することができる。これにより、ショット領域ＳＡにインプリントパターン１２Ａを形成する時に、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４がショット領域ＳＢにはみ出す場合においても、ショット領域ＳＢのインプリントパターン１２Ｂが破壊されるのを防止することができる。

図４は、図２のショット領域ＳＣのインプリント方法を示す断面図である。
図４（ａ）において、ショット領域ＳＣにはショット領域ＳＤが隣接している。そして、インクジェット法などの方法を用いることにより、ノズル４を介してインプリント材１２Ｃ´をウェハＷ上のショット領域ＳＣに吐出させる。

次に、図４（ｂ）に示すように、テンプレートＴＭをインプリント材１２Ｃ´に押し当てることにより、ウェハＷ上にインプリントパターン１２Ｃを形成する。

そして、テンプレートＴＭをインプリントパターン１２Ｃに押し当てたまま、テンプレートＴＭを通して紫外線をインプリントパターン１２Ｃに照射することにより、インプリントパターン１２Ｃを硬化させる。

ここで、ショット領域ＳＣにインプリントパターン１２Ｃを形成する場合、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４をインプリント材１２Ｃ´に押し当てることができる。これにより、ショット領域ＳＡではテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用し、ショット領域ＳＣではテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用することができる。このため、ショット領域ＳＡ、ＳＣが欠けショットである場合においても、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１〜Ｔ４の各転写回数を均一化することができ、テンプレートＴＭの長寿命化を図ることができる。

図５は、図２のショット領域ＳＢのインプリント方法を示す断面図である。
図５（ａ）において、インクジェット法などの方法を用いることにより、ノズル４を介してインプリント材１２Ｂ´をウェハＷ上のショット領域ＳＢに吐出させる。

次に、図５（ｂ）に示すように、テンプレートＴＭをインプリント材１２Ｂ´に押し当てることにより、ウェハＷ上にインプリントパターン１２Ｂを形成する。

そして、テンプレートＴＭをインプリントパターン１２Ｂに押し当てたまま、テンプレートＴＭを通して紫外線をインプリントパターン１２Ｂに照射することにより、インプリントパターン１２Ｂを硬化させる。

ここで、ショット領域ＳＡにインプリントパターン１２Ａを形成した後に、ショット領域ＳＢにインプリントパターン１２Ｂを形成することにより、ショット領域ＳＢのインプリントパターン１２Ｂが破壊されるのを防止することができる。

そして、ウェハＷ上の全てのショット領域ＳＨにインプリントパターンが形成されると、インプリントパターンを介してウェハＷを処理することにより、半導体装置をウェハＷに形成することができる。なお、ウェハＷの処理は、エッチング処理であってもよいし、イオン注入処理であってもよい。

なお、上述した実施形態では、テンプレートＴＭが４個の転写領域Ｔ１〜Ｔ４に区画されている場合を例にとったが、テンプレートＴＭはＮ個の転写領域に区画されていればよい。また、図２の例では、各転写領域Ｔ１〜Ｔ４は、ウェハＷ上のチップ領域Ｃ１〜Ｃ４にそれぞれ対応している場合を例にとったが、転写領域Ｔ１〜Ｔ４は回路ブロックなどに対応してもよい。また、上述した第１実施形態では、インプリントパターンの下地層としてウェハＷを例にとって説明したが、インプリントパターンの下地層は、ウェハＷ上に形成された導電層または絶縁層であってもよい。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、ショット領域ＳＡに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用して転写し、ショット領域ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用して転写する方法について説明した。ただし、この方法でも、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３の転写回数は６０回、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数は６１回となり、転写領域Ｔ１、Ｔ３と転写領域Ｔ２、Ｔ４との間で転写回数に差が残っている。

一方、１枚目のウェハＷでは、ショット領域ＳＡに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用して転写し、ショット領域ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４を使用して転写する。次に、２枚目のウェハＷでは、ショット領域ＳＡ、ＳＣに対してテンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３を使用して転写することができる。

この場合、１枚目のウェハＷでは、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３の転写回数は６０回、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数は６１回となる。２枚目のウェハＷでは、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１、Ｔ３の転写回数は６１回、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ２、Ｔ４の転写回数は６０回となる。この結果、２枚分のウェハＷに対しては、テンプレートＴＭの転写領域Ｔ１〜Ｔ４の転写回数は１２１回となり、転写領域Ｔ１、Ｔ３と転写領域Ｔ２、Ｔ４との間で転写回数が一致する。このように、Ｍ枚（Ｍは正の整数）のウェハＷに対して転写領域Ｔ１〜Ｔ４の各転写回数が均一化されるように転写領域Ｔ１〜Ｔ４を選択することにより、転写領域Ｔ１〜Ｔ４の各転写回数を一致させることができる。

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ステージ、３紫外線照射装置、４ノズル、５タンク、６〜８駆動部、９駆動制御部、１１転写領域選択部、１２転写順序設定部、ＴＭテンプレート、Ｗウェハ、Ｋ凹部、１２Ａ´〜１２Ｃ´ インプリント材、１２Ａ〜１２Ｃインプリントパターン

Claims

被転写基板としてのウェハ上のチップ領域と対応するＮ（Ｎは２以上の整数）個の転写領域に区画されたテンプレートからウェハへのパターン転写を複数回行う際、前記Ｎ個の転写領域のうちの一部と対応するウェハの周辺領域へ転写を行う場合に使用する１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を前記Ｎ個の転写領域の各転写回数が均一化されるように選択する転写位置選択部と、
前記１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を選択した際に非選択とされた転写領域が前記ウェハ上の転写済領域と衝突しないように複数回のウェハへのパターン転写の転写順序を設定する転写順序設定部とを備えることを特徴とするパターン転写装置。
Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の転写領域に区画されたテンプレートから被転写基板へのパターン転写を複数回行う際、前記Ｎ個の転写領域のうちの一部と対応する被転写基板の領域へ転写を行う場合に使用する１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を前記Ｎ個の転写領域の各転写回数が均一化されるように選択する転写位置選択部を備えることを特徴とするパターン転写装置。
前記１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を選択した際に非選択とされた転写領域が前記被転写基板上の転写済領域と衝突しないように複数回の被転写基板へのパターン転写の転写順序を設定する転写順序設定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のパターン転写装置。
前記転写位置選択部は、Ｍ枚（Ｍは正の整数）の被転写基板に対して前記Ｎ個の転写領域の各転写回数が均一化されるように前記転写領域を選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
テンプレートに区画されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の転写領域のうちの一部と対応する被転写基板の領域へ転写を行う場合に、前記Ｎ個の転写領域の各転写回数が均一化されるように使用する１以上（Ｎ−１）個以下の転写領域を選択しつつ被転写基板における下地層上にインプリント材を塗布することと前記テンプレートを前記インプリント材に押し当てることとを繰り返し、前記下地層上にインプリントパターンを形成するステップと、
前記インプリントパターンを介して前記下地層を処理するステップとを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。