JP2011066238A - パターン形成用テンプレートの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１のテンプレートからインプリント法により第２のテンプレートを作製することができ、且つ第２のテンプレートにおけるメインパターンと周辺パターンとの間の相対的な位置精度誤差を劣化させることなく、アライメントマークを精度良く形成する。
【解決手段】第１のテンプレートからインプリント法により第２のテンプレートを作製するためのパターン形成用テンプレートの作製方法であって、メインパターン領域に凹凸からなるメインパターンが形成され、周辺領域に凹凸からなる周辺パターンが形成された第１のテンプレートの凹凸パターンを、インプリント法を用いて第２のテンプレート用基板３１に転写し、次いで第２のテンプレート用基板３１のメインパターン領域３２をマスクした後、第２のテンプレート用基板３１の周辺領域３６をエッチング処理により後退させて、第２のテンプレート３０を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パターン形成用テンプレートの作製方法に係わり、特に電子ビームリソグラフィー等により作製された第１のテンプレートからインプリント法により第２のテンプレートを作製するためのパターン形成用テンプレートの作製方法に関する。

近年、半導体集積回路の微細加工を実現するためのパターン転写技術として、光インプリント法（ＳＦＩＬ：Step and Flash Imprint Lithography）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。光インプリント法では、基板上に形成したいパターンと同じ凹凸を有するテンプレートを、基板表面に塗布された液状の光硬化性有機材料層に押しつけることによりパターン形成を行っている。

光インプリント法で使用されるテンプレートにおいて、所望する転写パターンが凹凸形状で形成されている領域はメサ領域（メインパターン領域）と呼ばれ、周辺領域と表面高さが異なった構造となっている。この構造は、同一の被加工基板に対して複数のパターンを転写する場合、隣接するパターンと使用するテンプレートとの干渉により、先に転写されたパターンが破損することを回避するために設けられた構造である。また、周辺領域には、テンプレート押し付け位置を調整するためのアライメントマークが設けられている。

一方、インプリント法で使用されるテンプレートは電子ビームリソグラフィー技術を使用して作製されており、その製作には一つのテンプレート当たり数日から数１０日の時間を有することになる。半導体集積回路の製造では、同一パターンを大量に形成する必要があることからテンプレートの使用頻度が高くテンプレートが破損するリスクが高い。そこで、第１のテンプレートを電子ビームリソグラフィーにより形成し、実際のパターン転写に使用される第２のテンプレートを、第１のテンプレートからのインプリント法で作製する方法が採用されている。この場合、実際にパターン転写に使用するテンプレートの作製時間を大幅に短縮することが可能となる。

ところで、第１のテンプレートにおけるメサ領域上のパターンは第２のテンプレートへ転写されるが、メサ領域外に配置されたパターンはパターン面高さが異なるために、第２のテンプレートへ転写されない。よって、第１のテンプレートにおいてメサ領域外に配置されているアライメントマークは第２のテンプレート上には転写されないこととなる。

そこで、第２のテンプレートにおいては、メインパターンの形成、及びメサ構造の形成を行った後に、追加工を行って第２のテンプレートのメサ領域外にアライメントマークを形成することが必要となる（例えば、特許文献２参照）。レーザー加工装置を使用してメサ領域外にアライメントマークを形成する場合、使用するレーザー加工装置の加工精度、並びに加工位置のアライメント精度によって、既に形成されているメインパターン位置とメサ領域外に追加工により形成されるアライメントマーク位置には相対的な位置ずれが発生する。このような位置精度誤差を含んだテンプレートを使用して被加工基板へパターン転写を行うと、パターン転写の際の転写位置制御精度は劣化することとなる。

以上のように、第１のテンプレートから第２のテンプレートを作製し、第２のテンプレートを用いて所望の被加工基板にパターンを転写する手順を使用するパターン形成方法では、第２のテンプレートのメサ領域外に形成されたアライメントマークとメインパターンとの間に相対的な位置誤差が発生し、被加工基板上へ精度の高いパターン形成を行うことができないという問題が生じていた。

特開２００１−６８４１１号公報 特開２００８−２６８４５１号公報

本発明は、第１のテンプレートからインプリント法により第２のテンプレートを作製することができ、且つ第２のテンプレートにおけるメインパターンと周辺パターンとの間の相対的な位置精度誤差を劣化させることなく、周辺領域にアライメントマーク等を精度良く形成することのできるパターン形成用テンプレートの作製方法を提供することにある。

本発明の一態様に係わるパターン形成用テンプレートの作製方法は、メインパターン領域に凹凸からなるメインパターンが形成され、周辺領域に凹凸からなる周辺パターンが形成された第１のテンプレートの凹凸パターンを、インプリント法を用いて第２のテンプレート用基板に転写する工程と、前記第２のテンプレート用基板の前記メインパターン領域に相当する領域をマスクした後、前記第２のテンプレート用基板の前記周辺パターンに相当する領域をエッチング処理により後退させて、第２のテンプレートを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１のテンプレートからインプリント法により第２のテンプレートを作製することができ、且つ第２のテンプレートにおけるメインパターンと周辺パターンとの間の相対的な位置精度誤差を劣化させることなく、周辺領域にアライメントマーク等を精度良く形成することができる。

本発明の一実施形態に用いた第１のテンプレートの概略構造を示す断面図。 同実施形態により作製された第２のテンプレートの概略構造を示す断面図。 同実施形態における第１のテンプレートの製造工程を示す断面図。 同実施形態による第２のテンプレートの製造工程を示す断面図。 同実施形態による第２のテンプレートの製造工程を示す断面図。 メサ領域の有無によるパターン転写時の違いを示す断面図。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（実施形態）
図１は本発明の一実施形態に使用する第１のテンプレートの概略構造を示す断面図であり、図２は第１のテンプレートを用いてインプリント法により作製された第２のテンプレートの概略構造を示す断面図である。

図１に示すように、第１のテンプレート１０は、基板１１の表面側（図では下面側）に周辺を除く領域を凸にしたメサ領域１２が形成され、このメサ領域１２にメインパターン１３とアライメントマーク（周辺パターン）１４が形成されている。メインパターン１３はメサ領域１２のメインパターン領域１５に形成され、アライメントマーク１４はメサ領域１２の周辺領域１６に形成されている。各々のパターン１３，１４は、基板１１の表面を掘り込んで形成された凹凸パターンである。

なお、基板１１は、インプリント法で用いる光に対して透過性を有する石英等の材料で形成されている。また、第１のテンプレート１０は、電子ビームリソグラフィー技術を用いて高精度に形成されている。

図２に示すように、第２のテンプレート３０は、基板３１の表面側（下面側）に中央部を凸にしたメサ領域３２が形成され、このメサ領域３２にメインパターン３３が形成され、メサ領域３２の外側の周辺領域３６にアライメントマーク（周辺パターン）３４が形成されている。つまり、メサ領域３２は周辺領域３６を含まずメインパターン領域のみを含むものとなっている。なお、各々のパターン３３，３４は、テンプレート１０のインプリントにより形成されたものである。また、基板３１は基板１１と同様に、インプリント法で用いる光に対して透過性を有する石英等の材料で形成されている。

このように、第１及び第２のテンプレート１０，３０ではメサ領域の大きさが異なっており、第１のテンプレート１０でメサ領域１２に形成されたアライメントマーク１４が、第２のテンプレート３０ではメサ領域３２の外側の周辺領域３６にアライメントマーク３４として形成されている。

次に、第１のテンプレート１０及び第２のテンプレート３０の製造方法について説明する。

本実施形態では、第１のテンプレート１０のメサ領域１２内に形成されたアライメントマーク１４を第２のテンプレート３０のメサ領域３２外に転写し、第１のテンプレート加工時のメインパターンとアライメントマーク間の相対位置精度を保持したまま、第２のテンプレート３０のメサ領域３２外にアライメントマーク３４を形成する手法について説明する。

図３は、本実施形態における第１のテンプレート１０の加工プロセスを示す断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、第１のテンプレート１０を加工するための基板１１を準備する。本実施形態では、基板１１として、幅おおよそ１５２ｍｍ×１５２ｍｍ、厚さおおよそ６ｍｍのＱｚ基板を用いた。この基板１１上に、厚さおおよそ１０ｎｍのＣｒ膜２１をスパッタ成膜し、更にその上にＥＢレジスト２２を塗布する。

次いで、電子線描画装置を使用して基板１１上のＥＢレジスト２２に、インプリント法による転写に供されるパターンを露光する。このときのパターンは、メインパターン１３と共にアライメントマーク１４を含んでいる。続いて、現像処理により露光部のＥＢレジスト２２を除去することにより、図３（ｂ）に示すように、エッチングマスクとなるレジストパターンを形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、ＥＢレジスト膜２２をマスクとしてＣｒ膜２１をエッチングする。その後、ＥＢレジスト２２を剥離する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、Ｃｒ膜２１をマスクとして基板１１の表面部の掘り込みエッチングを行い、メインパターン１３及びアライメントマーク１４を形成する。本実施形態では、基板掘り込みエッチングにフッ素ラジカルを使用した異方性ドライエッチングを用いた。その後、基板１１上に光感光性樹脂（フォトレジスト）２３を塗布する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、メサ領域１２以外の部分のフォトレジスト２３を露光する。この際、アライメントマーク１４が形成されている領域はメサ領域１２内となるように、メサ領域１２を設定する。その後、現像処理により露光部のフォトレジスト２３を除去した。

次いで、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト２３をマスクとして、Ｃｒ膜２１をエッチングする。続いて、フォトレジスト膜２３及びＣｒ膜２１をマスクとして基板１１の掘り込みエッチングを行った。本実施形態では、基板掘り込みエッチングにフッ素ラジカルを使用した異方性ドライエッチングを用いる。

これ以降は、レジスト２３並びにＣｒ膜２１の剥離処理を行うことにより、前記図１に示す構造の第１のテンプレート１０が完成することになる。

前記図１に示すように、第１のテンプレート１０では、メインパターン１３及びアライメントマーク１４共にメサ領域１２内に存在する。また、メインパターン１３及びアライメントマーク１４共に同一工程で露光を行っているため、両者の位置精度は同等であり、相対的な位置偏差は発生していない。

図４及び図５は、光インプリント法を使用した第２のテンプレート３０の加工プロセスを示す断面図である。ここで使用する第１のテンプレート１０は、図３に示されるプロセスフローで形成されたものである。

まず、図４（ａ）に示すように、第２のテンプレート３０を加工するための基板３１を準備する。本実施形態では、幅おおよそ１５２ｍｍ×１５２ｍｍ、厚さおおよそ６ｍｍのＱｚ基板を用いた。この基板３１上に、厚さおおよそ１０ｎｍのＣｒ膜４１をスパッタ成膜し、更にその上に光硬化性樹脂４２を塗布する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、第１のテンプレート１０の表面に加工された凹凸パターンを、基板３１上に塗布された光硬化性樹脂４２に押し付け、第１のテンプレート１０の表面に加工された凹凸パターン内に光硬化性樹脂４２が行き渡るまで静止させる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、第１のテンプレート１０の裏面側から光源５０により光を照射して、光硬化性樹脂４２を硬化させる。その後、図４（ｄ）に示すように、第１のテンプレート１０を第２のテンプレート形成用の基板３１から剥離する。

次いで、図５（ｅ）に示すように、硬化した光硬化性樹脂４２をマスクとしてＣｒ膜４１をＲＩＥ法により選択的にエッチングする。その後、光硬化性樹脂膜４２を剥離する。

次いで、図５（ｆ）に示すように、Ｃｒ膜４１をマスクとして基板３１の表面部の掘り込みエッチングを行うことにより、基板３１の表面にメインパターン３３及びアライメントマーク３４を形成する。本実施形態では、この基板掘り込みに、フッ素ラジカルを使用した異方性ドライエッチングを用いた。

次いで、図５（ｇ）に示すように、基板３１上に光感光性樹脂（フォトレジスト）４３を塗布する。続いて、メサ領域３２以外の部分のフォトレジスト４３を露光する。この際、アライメントマーク３４が形成されている領域はメサ領域３２外の周辺領域３６となるように、メサ領域３２を設定する。その後、図５（ｈ）に示すように、現像処理により露光部のフォトレジスト４３を除去する。

次いで、図５（ｉ）に示すように、フォトレジスト膜４３をマスクとして、Ｃｒ膜４１をエッチングする。続いて、フォトレジスト膜４３及びＣｒ膜４１をマスクとして、基板表面部の掘り込みエッチングを行う。本実施形態では、フッ素ラジカルを使用した異方性ドライエッチングを使用する。この際、アライメントマーク３４が形成されている部分もエッチングされることになるが、異方性エッチングであるため、エッチング開始前の凹凸構造を維持したまま、メサ領域３２以外の部分の基板表面が掘り込まれることになる。

これ以降は、フォトレジスト４３及びＣｒ膜４１の剥離処理を行うことにより、前記図２に示す構造の第２のテンプレート３０が完成することになる。

この第２のテンプレート３０では、アライメントマーク３４はメサ領域３２の外に形成されている。この際、アライメントマーク３４の寸法精度、掘り込み深さ精度についてはメサ構造を形成するプロセスにおいて何らかの誤差が発生することになるが、アライメントマーク３４とメインパターン３３との間の相対位置精度に関しては新たな誤差は発生せず、第１のテンプレート１０と同等の精度が維持されることになる。即ち、アライメントマーク３４とメインパターン３３の位置精度は同等であり、相対的な位置偏差は発生しない。

以上のプロセスによりテンプレート３０を作製することにより、メインパターン３３とアライメントパターン３４との間の相対的な位置精度誤差を劣化させることなく、メサ領域３２外にアライメントマーク３４を形成することが可能となる。また、以上のようなプロセスを使用して作製されたテンプレート３０を使用することにより、光インプリント法を使用した高精度のパターン転写を行うことが可能となる。

なお、テンプレート３０においてメサ構造が必要なのは、同一の被加工基板に対して複数のパターンを転写する場合、隣接するパターンと使用するテンプレートとの干渉により、先に転写されたパターンが破損することを回避するためである。

図６（ａ）は、メサ構造を有さないテンプレート３０’を使用してパターン転写を行った場合の様子を図示したものである。半導体基板６０上にテンプレート３０’よりパターン６１を形成する際に、先に転写されたパターン６２がテンプレート３０’との干渉により破損していることが分かる。図６（ｂ）は、本実施形態のようなメサ構造を有するテンプレート３０を使用して転写を行った場合の様子を図示したものである。半導体基板６０上にテンプレート３０よりパターン６１を形成する際にも、メサ構造により隣接パターン６２との干渉が回避され、隣接パターン６２を破損することなくパターン転写が行われていることが分かる。

このように本実施形態によれば、第２のテンプレート３０に、メインパターン３３との相対位置精度を良好に維持したまま、メサ領域３２外にアライメントマーク３４を形成することが可能となる。即ち、第１のテンプレート１０からインプリント法により第２のテンプレート３０を作製することができ、且つ第２のテンプレート３０におけるメインパターン３３とアライメントマーク３４との間の相対的な位置精度誤差を劣化させることなく、周辺領域３６にアライメントマーク３４を精度良く形成することができる。従って、この第２のテンプレート３０を使用して光インプリント法によるパターン形成を行うことにより、良好な位置合わせ精度でパターン形成を行うことが可能となる。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

実施形態で説明したテンプレートを加工する基板の構造、大きさは一例であり、何ら限定されるものではない。テンプレート基板の大きさは異なっても構わない。テンプレートを加工する基板の構成は必ずしもＱｚである必要はなく、光インプリント法を適用する上で支障のない透過性、剛性を有する部材であれば構わない。また、実施形態で使用した基板表面のＣｒ層はＱｚエッチングを行う際のマスク部材として適した部材の一例として示したものであり、Ｃｒ以外の金属、非金属であっても構わない。

また、実施形態において使用するプロセスは、本発明の内容を拘束するものではない。実施形態において、第１のテンプレートのパターンを形成するために使用するリソグラフィー手段として電子ビーム描画装置を使用しているが、要望される精度等の仕様を満たすものであれば、レーザービーム描画装置、イオンビーム描画装置等の手段を用いても構わない。この場合、使用する描画装置によって、使用するレジストの種類が変化しても構わない。さらに、第２のテンプレートを形成する際のインプリント法は必ずしも光インプリントに限らない。例えば、光硬化性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いた熱インプリント法を用いることも可能である。

また、実施形態においては、Ｑｚをエッチングする手段としてフッ素ラジカルを使用した異方性ドライエッチングを使用したが、所望する加工精度が得られれば、フッ素系の薬液を使用したウェットエッチング等、その他の手法を用いても構わない。ウェットエッチングの等方性エッチングを使用した場合、アライメントマークは変形して大きさも変わってしまうが、等方的にエッチングされ当初の形状が反映されているものであれば、アライメントマークとして用いることが可能である。例えば、第１のテンプレートに比較的大きなアライメントマークを設けておけば、第２のテンプレートでは等方的エッチングによって該マークの形状を反映した小さなアライメントマークが残ることになる。この場合も、メインパターンとアライメントマークとの相対的な位置ずれ発生を防止することが可能である。

また、周辺パターンは必ずしもアライメントマークに限るものではなく、識別マーク等のメインパターン以外のパターンであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

１０…第１のテンプレート
１１…第１のテンプレート用基板
１２…メサ領域
１３…メインパターン
１４…アライメントマーク（周辺パターン）
１５…メインパターン領域
１６…周辺領域
２１…Ｃｒ膜
２２…ＥＢレジスト
２３…フォトレジスト
３０…第２のテンプレート
３１…第２のテンプレート用基板
３２…メサ領域
３３…メインパターン
３４…アライメントマーク（周辺パターン）
３６…周辺領域
４１…Ｃｒ膜
４２…光硬化性樹脂
４３…フォトレジスト
５０…光源
６０…半導体基板
６１…作製パターン
６２…隣接パターン

Claims (8)

1. メインパターン領域に凹凸からなるメインパターンが形成され、周辺領域に凹凸からなる周辺パターンが形成された第１のテンプレートの凹凸パターンを、インプリント法を用いて第２のテンプレート用基板に転写する工程と、
   前記第２のテンプレート用基板の前記メインパターン領域に相当する領域をマスクした後、前記第２のテンプレート用基板の前記周辺パターンに相当する領域をエッチング処理により後退させて、第２のテンプレートを形成する工程と、
   を含むことを特徴とするパターン形成用テンプレートの作製方法。
2. 前記第１のテンプレートの凹凸パターンを前記第２のテンプレート用基板に転写する工程として、前記第２のテンプレート用基板上に光又は熱により硬化する被加工膜を形成しておき、前記第１のテンプレートの凹凸パターンを前記インプリント法により前記被加工膜に転写した後、前記被加工膜をマスクに前記基板を選択エッチングすることを特徴とする請求項１記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
3. 前記第２のテンプレート用基板の前記周辺パターンに相当する領域を後退させる工程として、前記第２のテンプレート用基板の前記メインパターン領域に相当する領域上にマスク材料膜を形成した後、前記第２のテンプレート用基板の前記周辺領域に相当する領域を異方性エッチング法によりエッチングすることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
4. 前記第２のテンプレート用基板の前記周辺パターンに相当する領域を後退させる工程として、前記第２のテンプレート用基板の前記メインパターン領域に相当する領域上にマスク材料膜を形成した後、前記第２のテンプレート用基板の前記周辺領域に相当する領域を等方性エッチング法によりエッチングすることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
5. 前記インプリント法は、前記第１のテンプレートの裏面側から光を照射することにより、前記第１のテンプレートのパターンを第２のテンプレート用基板に転写する光インプリント法であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
6. 前記周辺領域の周辺パターンは、テンプレート押し付け位置のアライメントに使用するアライメントマークであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
7. 前記第１のテンプレートを電子ビームリソグラフィーにより形成することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のパターン形成用テンプレートの作製方法。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載のパターン形成用テンプレートの作製方法を用いて作製されたテンプレートを用い、半導体基板上に光インプリント法により前記テンプレートのパターンを転写する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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