TW201038394A - Patterning method, patterning apparatus, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Masamitsu Itoh
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Description

201038394 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於圖案形成方法、圖案形成1置、半導體裝 置之製造方法。 ~ 本申請案係基於早先於2009年4月3〇日申請之日本專利 申請2009-110295號並主張其優先權，該案之全文係併入 本文中供參考。 【先前技術】 0 料來’對半導靠置之圖案形成已開始制壓印技 術。例如日本特開2008_68612號公報中提案有一種光照射 方式之壓印技術。其係對於塗布有紫外線硬化樹脂之壓印 材之基板，壓接形成有凹凸形狀圖案之模板並照射紫外 線，藉此使壓印材硬化，而將形成於模板之圖案之等倍圖 案轉印於壓印材者。 將模板壓接於硬化前之壓印材之步驟中，使壓印材無間 Q 隙地進入模板之圖案内需要時間，此成為利用壓印法之圖 案形成中妨礙產量提高之一個要因。 【發明内容】 根據本發明之一態樣，提供一種圖案形成方法，其特徵 在於具備：對被加工體上以未硬化狀態供給電介質之壓印 材之步驟；於硬化前述壓印材前，使前述被加工體與對向 於前述被加工體之模板的導電性圖案部之間產生電位差， 而於前述壓印材產生介電極化之步驟；使前述圖案部與前 述未硬化狀態之壓印材接觸之步驟；於使前述圖案部與前 146282.doc 201038394 述㈣材接觸之狀態下，硬化前㈣㈣之步驟；及於前 述塵印材硬化後，將前述模板從㈣㈣㈣離之步驟。 另 根據本發明另外 之一態樣，提供一種圖案形成裝 置，其特徵在於具備：被加I體保持部 體，模板保持部，可保持具有導電性之圖 ’可保持被加工 案部之模板；接 觸件，與電源連接且對於前述圖案部相對移動，可與該圖 案部接觸；移動機構，使前述被加工體保持部及前述模板 保持部接近，使前述圖案部與供給於前述被加卫體上之未 硬化狀態電介質之壓印材接觸’並於前述壓印材硬化後， 使前述被加工體保持部及前述模板保持部相離；及控制 部’於使前述壓印材硬化前，經由與前述㈣部接觸之前 述接觸件，對前述圖案部施加電壓。 另，根據本發明之又一態樣，提供一種半導體裝置之製 以方法，其特徵在於具備：對被加卫體上以未硬化狀態供 給電介質之壓印材之步驟；於硬化前述壓印材前，使前述 被加工體與對向於前述被加工體之模板的導電性圖案部之 間產生電位差，而於前述壓印材產生介電極化之步驟；使 前述圖案部與前述未硬化狀態之壓印材接觸之步驟；於使 前述圖案部與前述壓印材接觸之狀態下，硬化前述壓印材 之步驟；於前述壓印材硬化後，將前述模板從前述壓印材 剝離之步驟；及將被剝離前述模板之前述壓印材作為掩 膜，而加工前述被加工體之步驟。 【實施方式】 將模板壓接於未硬化狀態之壓印材之步驟中，為使壓印 146282.doc 201038394 材無無間隙地進入模板之凹凸圖案的凹部，需要1〇秒左右 之時間。通常，於模板之形成有圖案之表面上，為使硬化 之壓印材可從模板清晰地離型，被覆有離型材，其離型材 • 與壓印材之濕潤性不佳，被認為係妨礙壓印材對圖案凹部 之迅速填充的一個要因。 若離型材之量減少，則必須延長離型所需時間。即，若 不將模板從壓印材緩慢剝離，則壓印材無法清晰地從模板 0 之圖案部剝離，可能會於壓印材圖案上產生缺損。 再者，業界亦提案有一種技術，其係於壓印用模具之内 側形成壓電薄膜元件，使該壓電薄膜元件收縮而易於離 型。但，此僅是謀求在壓印材硬化後對壓電薄膜元件施加 電壓而驅動壓電薄膜元件而謀求離型性提升，卻無法促進 未硬化壓印材對於模板圖案之迅速填充。另，由為確保特 別是如半導體裝置之圖案般之微細且被要求高精度之圖案 的轉印精度之觀點，模板之圖案部以由不會膨脹收縮且機 Q 械強度高之材質構成較佳。 以下’參照附圖說明本發明之實施形態。 圖1係顯示本發明之實施形態之圖案形成裝置之構成之 方塊圖。 本實施形態之圖案形成裝置主要具備：將作為圖案形成 對象之被加工體與模板以互相對向之狀態保持之保持部 4 ;保持部4之移動機構2 ;與模板之形成有圖案部之後述 導電膜接觸之接觸件7 ;對接觸件7供給電壓之電源3 ;及 控制移動機構2或電源3之動作之控制部1。 146282.doc 201038394 保持部4具有保持被加工體之被加工體保持部5、及保持 模板之模板保持部6。移動機構2乃如後所述，係使對向 設之被加工體保持部5與模板保持部6相對地接近、離開。 接著，針對本發明之實施形態之圖案形成方法進行說 明。首先，參照圖2，說明模板之製造方法。 本實施形態中，如圖2(e)所示，模板1〇為例如相對石英 製基板11形成有具有導電性之圖案部15之構造。 首先，如圖2(a)所示，於石英製基板丨丨上形成導電膜 12。導電膜12係例如摻雜雜質而被賦予導電性之 DLC(Diamond Like Carbon，似鑽石碳）膜。再者，於導電 膜12上成膜鉻（Cr)膜13，再於其上形成電子線用抗蝕骐 14 〇 接著’對抗蝕膜14進行電子線描繪後，顯影抗蝕膜14， 如圖2(b)所示，於抗蝕膜14上形成圖案。 接著’將形成有圖案之抗蝕膜14作為掩膜，將鉻膜13乾 蝕刻選擇性地除去，而如圖2(c)所示’於鉻膜13上形成圖 案。其後，將形成有該圖案之鉻膜13作為掩膜，將導電膜 12乾餘刻選擇性地除去’而如圖2(幻所示，於導電膜丨之上 形成圖案。 再者’相對導電膜12之抗蝕膜14的蝕刻選擇比較高時， 係於導電膜12上直接形成抗蝕膜14，進行其抗蝕膜14之圖 案化’亦可將該經圖案化之抗蝕膜14作為掩膜，進行導電 膜12之圖案化。 圖2(d)之步驟後，除去殘留於導電膜12上之鉻膜13，獲 146282.doc 201038394 知圖2(e)所示之模板1〇β 電膜12上形成有凹凸形狀圖 圖案部15，係設於基板11之面方向之中央部。 圖不中，基板11之厚度均―’但通常較形成有圖案部^ • ”央部，以外側之部份較薄，圖案部15為較其他部份突 . A之所S胃台面構造°藉此’只有圖案部15與壓印材接觸， 可避免模板10與壓印材作必要以上之面積接觸，使 容易。 〇 接者，參照圖3、4，針對使用上述模板10之圖案形成方 法進行說明。 如圖3(a)所示，被加工體2〇係保持於被加工體保持部5 上，模板10係保持於與被加工體保持部5之上方對向而設 之模板保持部6。被加工體保持部5具有例如真空夾盤構 造。同樣，模板保持部6亦具有真空夾盤構造。再者，圖3 之後，省略被加工體保持部5及模板保持部6之圖示。 被加工體係例如矽等之半導體晶圓，其被加工體2〇係以 〇 被加工面向上之狀態保持於被加工體保持部5。對被加工 體20之被加工面上供給壓印材21。壓印材21係電介質，例 如紫外線硬化型樹脂。壓印材21係以液狀或糊狀之未硬化 狀態供給於被加工體20上。 模板10係以與供給於被加工體20上之壓印材21對向之狀 悲’將形成於其導電膜12之圖案部15保持於模板保持部 6 〇 圖3(a)所示狀態下’藉由基於圖！所示之控制部丨之控制 之移動機構2 ’使模板保持部6與被加工體保持部5相對接 146282.doc 201038394 近。此處’係將被加工體保持部5保持靜止狀態下，使模 板保持部6下降。當然，使模板保持部6保持靜止狀錐下亦 可上升被加工體保持部5 ’…分另“吏兩者移動而接 近。 使模板1〇與壓印材21接近時，如圖3(b)所示，對模板⑺ 之導電性圖案部15施加正電壓。具體言之，使與電源罐 觸之接觸件7與形成有圖案部15之導電膜12表面接觸，對 圖案部15施加電壓。 例如，接觸件7懸臂支持於接觸件支架8。接觸件支架8 係藉由未圖示之接觸件移動機構而可相對導電膜12移動、。 接觸件7在較圖案部15外側之模板1〇與被加工體2〇之對向 空間對導電膜12壓接，而與圖案部15電連接。再者，亦可 使接觸件7與露出於模板1〇側面之導電膜12之側面接觸。 被加工體20係接地。此也可使被加工體2〇直接接地，亦 可使被加工體保持部5直接接地，而經由該被加工體保持 部5使被加工體2〇接地。 藉由模板10之下降，如圖3(c)所示，模板1〇之圖案部15 與未硬化狀態之壓印材21接觸而壓接。此時，由於正電壓 施加於圖案部15，且被加工體2〇接地，因此圖案部15與被 加工體20間產生電位差（電場）。藉由該電場，於電介質之 壓印材21產生介電極化。 即，被賦與正電位之圖案部15附近之壓印材21之表面側 出現負電荷，靜電引力於壓印材21與圖案部丨5間作用。藉 由該靜電引力，壓印材21被拉向圖案部15。其結果，十數 146282.doc 201038394 10 nm~數十nm極微細之圖案凹部（溝）内壓印材21亦瞬間進 入’可以僅1秒之壓接時間將壓印材21填充於整個圖案凹 部。 .接著，如圖3 (d)所示，從模板1 〇上方照射紫外線β由於 石英之基板11及DLC膜之導電膜12相對紫外線具有透射 性’因此紫外線可到達壓印材21。例如照射1秒左右之紫 外線，壓印材21即可硬化。 ◎ 使壓印材21硬化後’使模板保持部6上升，從壓印材21 剝離模板1 〇。此時，停止對模板丨〇之圖案部丨5之電壓施 加’因而圖案部1 5與壓印材21間之靜電引力消失，可容易 地將模板10從壓印材21剝離。 或者如圖4(a)所示，在即將剝離模板1 〇前，將與前述壓 接步驟時之正電壓相反之負電壓短時間（例如〇1秒）地施加 於圖案部15，而使圖案部15與壓印材21間產生斥力，可瞬 間將模板1 0從壓印材21剝離。 Ο 電介質之壓印材21内，與導電膜12内相比電荷之移動緩 慢，即使對導電膜12即圖案部15表面賦與負電位，亦無法 使與之對向之壓印材21表面立即出現正電荷，在某時間可 保持如圖3(b)所示之分極u大態。因此，被賦與負電位之圖 案部15與出現負電荷之壓印材21表面側間斥力作用，可在 壓印材21維持其狀態不會被帶往圖案部15下瞬間分離圖案 部15與壓印材~ 如此般之在圖案部丨5與壓印材2丨間產生斥力使兩者分 離’可確認壓印材21殘留於圖案部15、特別係凹部（溝）内 146282.doc 201038394 之離型缺陷’降低至先前之1/5左右。具體言之，先前會 產生0.2個/cm2左右之離型缺陷’但使用本實施形態之方 法，缺陷個數降低至0.04個/cm2。 如圖4(b)所示，藉由剝離模板1〇而於被加工體2〇上形成 硬化之壓印材21之圖案。該圖案係形成於模板1〇之凹凸形 狀圖案之顛倒圖案。而後，將其圖案化之壓印材21作為掩 膜’對被加工體20進行敍刻等加工，而如圖4(c)所示，可 於被加工體20形成凹凸形狀之圖案。 被加工體20係例如形成於矽等基板上之絕緣膜、半導體 膜' 導電膜、或基板本身。即，本實施形態之圖案形成方 法相當於半導體裝置之製造方法中之一部份步驟。 先則，將形成有半間距2〇 nm左右之微細凹凸圖案之模 板壓接於未硬化狀態之壓印材之步驟中，為使壓印材無間 隙地進入圖案凹部，需要1G秒左右之時間，另，從壓印材 剝離模板時，為防止離型缺陷而花費15秒左右緩慢進行。 因此，1次圖案轉印需要接近3〇秒之時間。 υ之日f間，亦可使壓印 即將從壓印材21剝離模 與此相對，於圖案部15與被加工體2〇間產生電位差之本 實施形態中’將圖案部㈣接於未硬化狀態之㈣材^之 時間為【秒左右，即使為先前之1/1〇之時間，
其結果，本實施形態中 可藉由壓印法以3秒左右形成 146282.doc 201038394 半間距20 nm左右之微細圖案。藉此，產量上升，可大幅 降低半導體裝置之製造成本。進而由於缺陷數亦可降低， 因此亦可大幅降低半導體裝置製造成本。 • 對形成有圖案部15之導電膜12施加電壓之時機，可在模 … 板10接近壓印材21時，亦可為圖案部15與壓印材21接觸之 後。若從圖案部15與壓印材21接觸前之時間點預先對導電 膜12施加電壓，則從圖案部15與壓印材21接觸之瞬間，壓 0 印材21立即被拉入圖案部15，因此可進而謀求壓接時間之 縮短。 為獲得前述效果，於導電膜12與被加工體2〇間產生電位 差，使靜電引力於介電極化之壓印材21表面與圖案部15間 作用亦可。因此，電壓施加之形態不限於上述實施形態。 亦可使導電膜12接地，並對被加工體2〇施加電壓，或亦可 對導電膜12與被加工體20兩方施加電壓。 若導電膜12與被加工體20間之電位差過小，則將壓印材 ❹ 21拉向圖案部丨5之力變弱，反之若過大，則會有因在導電 膜12與被加工體20間之空間（例如大氣壓氛圍）之放電，以 致圖案部15有缺損或損傷之虞。考慮到該點，產生於導電 膜12與被加工體20間之電位差在3〇〜8〇〇 v之範圍較佳。設 定成該電位差範圍，期望能在即將從壓印材21剝離模板1〇 之前施加電壓時實施。 再者，亦可對導電膜12及被加工體2〇之一方施加電壓， 使另一方為浮動狀態。惟，以對一方施加正或負電壓，對 另一方施加與一方相反極性之電壓或接地，可正確掌握導 H62S2.doc 201038394 電膜i2與被加工體20間所產生之電位差，對期望之電位差 (例如30〜800 V)之控制性較佳。 電壓對導電膜12或被加工體2〇之施加、停止，以及進一 部之對離型時相反極性電壓之切換等，係基於圖丨所示之 控制部1之控制而進行。 形成有微細凹凸狀之圖案之導電膜12除導電性外亦被 要求具有機械強度、相對紫外線之透射性。作為滿足如此 條件之材料，除DLC外，可舉出的有IT0(Indium Tin Oxide，氧化銦錫）、銦氧化物、釕氧化物等。其中dlc機 械強度優異，在高精度轉印微細圖案時更符於期望。 將圖案部丨5壓接於壓印材21，完成壓印材21對圖案凹部 之填充後’亦可停止產生上述電位差之電壓施加。惟，若 在壓接步驟後’經過硬化步驟而即將義模板⑺前均產生 上述電位差而使Μ印材21產生介電極化，則藉由對導電媒 12切換施加之電壓之極性，可在壓印材表面？！與圖案部^ 間產生前述斥力使兩者瞬間剝離。 使壓印材硬化時，亦可採用熱硬化方式。但，熱硬化方 ^有圖案熱膨脹之虞，在如半導體裝置般之被要求微細且 咼精度之圖案之目的上，以光硬化方式較佳。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明之實施形態之圖案形成裝置之構成之 方塊圖； 圖2(a)〜圖2(e)係顯示用於本發明實施形態之圖案形成之 模板的製造方法之模式圖；及 146282.doc 12· 201038394 圖3(a)〜圖4(c)係顯示本發明之實施形態之圖案形成方法 之模式圖。 【主要元件符號說明】 1 控制部 2 移動機構 3 電源 5 被加工體保持部 6 模板保持部 〇 7 接觸件 8 接觸件支架 10 模板 11 石英製基板 12 導電膜 13 鉻膜 14 抗蝕膜 q 15 圖案部 20 被加工體 21 壓印材 146282.doc -13-

Claims (1)

  1. 201038394 七、申請專利範圍： 1. 一種圖案形成方法，其特徵在於具備： 對被加工體上以未硬化狀態供給電介質之壓印材之步 驟； 於硬化前述壓印材前，使前述被加工體與對向於前述 被加工體之模板的導電性圖案部之間產生電位差，而於 前述壓印材產生介電極化之步驟； 使前述圖案部與前述未硬化狀態之壓印材接觸之步 驟； 於使前述圖案部與前述壓印材接觸之狀態下，硬化前 述壓印材之步驟；及 於别述壓印材硬化後，將前述模板從前述虔印材剝離 之步驟。 2. 〇 3 如請求们之圖案形成方法，其中對前述被加工體及前 述圖案部之—方施加電壓，使另—方接地，藉而於前述 被加工體與前述圖案部之間產生前述電位差。 如明求項1之圖案形成方法’其中對前述被加工體及前 述圖案。P之-方施加電壓，對另—方施加與對前述—方 =加之電壓為相反極性之電壓，藉而於前述被加工體與 月·】述圖案部之間產生前述電位差。 4. 5. :求項1之圖案形成方法，其中即將從前述壓印材剝 離剛述模板之前’於前述圖案部與前述被加工體間，產 生與產生前述電位^之電場逆向之電場。 Θ求員4之圖案形成方法，其中於前述被加工體與前 146282.doc 201038394 6. 7. 8. 9. 10. 11. 述圖案部之間產生前述電位差後，於切換成前述逆向之 電場前’維持前述電位差產生之狀態。 如請求項1之圖案形成方法，其中自前述圖案部與前述 壓印材接觸别’於前述被加工體與前述圖案部之間產生 前述電位差。 如請求項1之圖案形成方法，其中在使前述電位差消失 之狀態下’從前述壓印材剝離前述模板。 如請求項1之圖案形成方法，其中前述圖案部係形成於 DLC(Diamond Like Carbon，似鑽石碳）膜上。 如請求項1之圖案形成方法，其中前述壓印材係紫外線 硬化型樹脂， 刖述模板相對紫外線具有透射性。 一種圖案形成裝置，其特徵在於具備： 被加工體保持部’其可保持被加工體； 模板保持部，其可保持具有導電性之圖案部之模板； 接觸件，其與電源連接且可對於前述圖案部相對移動 並與該圖案部接觸； 移動機構’其使前述被加工體保持部&前述模板保持 部接近，使前述圖案部與供給於前述被加工體上之未硬 化狀也之電介質之壓印材接觸’而於前述壓印材硬化後， 使前述被加工體保持部及前述模板保持部相離開；及 控制。P⑨使刖述壓印材硬化前，經由與前述圖案部 接觸之前述接觸件，對前述圖案部施加電壓。 青长項10之圖案形成裝置，其中前述壓印材硬化後即 146282.doc 201038394 將從前述壓印材剝離前述模板之前，前述控制部俜妹由 前述接觸件’將與硬化前述壓印材前施加之前 相反極性之電壓，施加於前述圖案部。 ’·、' 12. —種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具備： 對破加工體上以未硬化狀態供給電介質的壓印材之步
    於硬化前述壓印材前，使前述被加工體與對向於前述 被加工體之模板的導電性圖案部之間產生電位差，於前 述壓印材產生介電極化之步驟； 】 使前述圖案部與前述未硬化狀態之壓印材接觸 驟； 於使前述圖案部與前述壓印材接觸之狀態下，硬化前 述壓印材之步驟； 前述壓印材硬化後，將前述模板從前述麼印材剝離之 步驟；及 〇 將前述模板經剝離之前述壓印材作為掩膜，而加工前 述被加工體之步驟。 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中對前述被加 工體及前述圖案部之一方施加電壓，使另一方接地，藉 而於前述被加工體與前述圖案部之間產生前述電位差。 14·如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中對前述被加 工體及前述圖案部之一方施加電壓，對另一方施加與對 前述一方施加之電壓為相反極性之電壓，藉而於前述被 加工體與前述圖案部之間產生前述電位差。 146282.doc 201038394 15. 16. 17. 18. 19. 20. 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中在即將從前 述壓印材剝離前述模板之前，於前述圖案部與前述被加 工體之間產生與產生前述電位差之電場為逆向之電場。 如請求項15之半導體裝置之製造方法，其中於前述被加 工體與前述圖案部間產生前述電位差後，在切換成前述 逆向之電場前’係維持前述電位差產生之狀態。 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中自前述圖案 部與則述壓印材接觸前，於前述被加工體與前述圖案部 間產生前述電位差。 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中在使前述電 位差消失之狀態下’從前述壓印材剝離前述模板。 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中前述圖案部 係形成於DLC(Diamond Like Carbon，似鑽石破）膜上。 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中前述壓印材 為紫外線硬化型樹脂， 前述模板相對紫外線具有透射性。 146282.doc
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