6523914 テンプレート基板およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6523914

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年6月5日

(54)【発明の名称】テンプレート基板およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20190527BHJP

   B29C 59/02 20060101ALI20190527BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 502D

   B29C59/02 BZNM

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-208992(P2015-208992)

(22)【出願日】2015年10月23日

(65)【公開番号】特開2017-84871(P2017-84871A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年1月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】東芝メモリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】金光 真吾

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正光

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０３３９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２８９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１２６３１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２４９５６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｂ２９Ｃ５９ ／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と、
前記第１面の反対側にある第２面と、
前記第１面上に設けられ周囲よりも突出した第１領域と、
前記第１領域の少なくとも端部にあり、前記パターンの転写時に用いられるアライメントマークが形成される予定の第２領域であって、第１不純物と第２不純物とを含む第２領域と、を備え、
前記第１不純物および第２不純物は、前記アライメントマークの底面となる位置よりも前記第１領域の表面に近い位置に濃度最大値を有するように導入されている、テンプレート基板。

【請求項2】

第１面と、
前記第１面の反対側にある第２面と、
前記第１面上に設けられ周囲よりも突出した第１領域と、
前記第１領域の少なくとも端部にあり、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マンガン、ジルコニウムのうち少なくとも１つの元素を含む第１不純物と、クロム、モリブデン、亜鉛、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、銅、銀、金、白金のうち少なくとも１つの元素を含む第２不純物とを含む第２領域と、を備えたテンプレート基板。

【請求項3】

前記第１不純物の濃度が最大値となる深さおよび前記第２不純物の濃度が最大値となる深さはほぼ同じ深さにある、請求項２に記載のテンプレート基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明による実施形態は、テンプレート基板およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体装置の製造プロセスにおいて、フォトリソグラフィ技術の代替手法としてナノインプリント技術が開発されている。ナノインプリント技術は、テンプレート（レプリカテンプレート）を半導体基板の上方のレジストに押し付けることによってレジストにテンプレートのパターンを転写する技術である。

【0003】

テンプレートのパターンには、テンプレートをレジストに重ね合わせる際に用いられるアライメントマークが含まれている。しかし、テンプレートの材料である石英の可視光に対する屈折率や透過率は、レジストの可視光に対する屈折率や透過率に近い。このため、テンプレートがレジストに押し付けられたときに、アライメントマークが見え難くなるおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−３３９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アライメントマーク形成領域の光学的特性を充分に変化させ、高いアライメント精度を得ることができるテンプレート基板およびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態によるテンプレート基板は、第１面と、第１面の反対側にある第２面とを備える。第１領域は、第１面上に設けられ周囲よりも突出している。第２領域は、第１領域の少なくとも端部にあり、パターンの転写時に用いられるアライメントマークが形成される予定の領域である。第２領域は、第１不純物と第２不純物とを含む。第１不純物および第２不純物は、アライメントマークの底面となる位置よりも第１領域の表面に近い位置に濃度最大値を有するように導入されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態によるテンプレート基板１の一例を示す平面図、および、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったテンプレート基板１の断面図。

【図2】テンプレート基板１のメサ領域Ｒ１の一例を示す平面図。

【図3】テンプレート基板１のメサ領域Ｒ１の一例を示す断面図。

【図4】図３（Ａ）の直線Ａに沿ったＤｚ方向における不純物の濃度プロファイルを示すグラフ。

【図5】メサ領域Ｒ１の他の例を示す平面図。

【図6】メサ領域Ｒ１の他の例を示す平面図。

【図7】不純物導入領域１５とアライメントマーク形成領域Ｒ２との関係を示す平面図。

【図8】第１の実施形態によるテンプレート基板１の製造方法を示すフロー図。

【図9】基板１１を示す図。

【図10】ステンシルマスク２２の一例を示す平面図。

【図11】イオン注入装置１００の構成の一例を示す図。

【図12】第１不純物Ｉｍ１のイオン注入工程の様子を示す図。

【図13】第１の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の一例を示すフロー図。

【図14】第１の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の一例を示す断面図。

【図15】不純物導入領域１５におけるテンプレート基板１の光透過率を示すグラフ。

【図16】第２の実施形態によるテンプレート基板１の製造方法の一例を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0009】

（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、第１の実施形態によるテンプレート基板１の一例を示す平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったテンプレート基板１の断面図である。

【0010】

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、テンプレート基板１は、第１面Ｆ１と、第１面Ｆ１の反対側にある第２面Ｆ２とを有する基板１１を備えている。基板１１は、図１（Ａ）に示すように、第１面Ｆ１の上方から見たときに略四角形の形状を有している。基板１１には、例えば、石英を用いており、基板１１の可視光の透過率は高い。

【0011】

基板１１の第１面Ｆ１上には、第１領域としてのメサ領域Ｒ１が設けられている。メサ領域Ｒ１は、第１面Ｆ１の中央部において、その周囲よりも突出しており、メサ領域Ｒ１とその周辺の領域Ｒｐとの間には段差が設けられている。メサ領域Ｒ１は、第１面Ｆ１の上方から見たときに略四角形の形状を有している。メサ領域Ｒ１は、後に、半導体基板上のレジストへ転写されるべきパターンが形成される。即ち、メサ領域Ｒ１は、転写パターンの形成予定領域である。パターンが形成された後のメサ領域Ｒ１は、半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体基板上のレジストへ押し付けられ、該レジストへパターンを転写するために用いられる。即ち、テンプレート基板１は、所謂、ナノインプリント技術に用いられるテンプレートの基板である。メサ領域Ｒ１は、レジストへ押し付けられる際に、レジストとの密着性を向上させるために突出している。基板１１のメサ領域Ｒ１以外の領域（周辺領域）Ｒｐには、転写パターンは形成されていない。メサ領域Ｒ１の表面と周辺領域Ｒｐの表面とは略平行でよい。メサ領域Ｒ１の四隅（端部）に不純物導入領域１５が設けられている。不純物導入領域１５については、図２を参照して後で説明する。

【0012】

第１面Ｆ１上には、マスク膜１２が設けられていている。マスク膜１２は、金属を含む薄膜であり、例えば、窒化クロム膜である。マスク膜１２は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１にマスターテンプレートのパターンを転写する際にマスク材として用いられる。

【0013】

寸法の一例を示すと、基板１１は、上方から見て、縦および横の長さがそれぞれ約１５２ｍｍの正方形であり、厚さは約６．３５ｍｍである。メサ領域Ｒ１は、上方から見て、縦および横の長さが約２６ｍｍおよび約３３ｍｍの長方形であり、高さは約３０μｍである。マスク膜１２の膜厚は、例えば、約５〜１０ｎｍである。

【0014】

図２は、テンプレート基板１のメサ領域Ｒ１の一例を示す平面図である。メサ領域Ｒ１は、デバイス領域１４と、不純物導入領域１５とを含む。デバイス領域１４は、メサ領域Ｒ１の中央部に位置し、デバイスパターンが形成される予定の領域である。尚、デバイスパターンは、テンプレート基板１を用いてレプリカテンプレートを作製する際に形成される。従って、デバイスパターンは、テンプレート基板１のデバイス領域１４にはまだ形成されていない。

【0015】

不純物導入領域１５は、メサ領域Ｒ１の四隅（端部）に位置し、デバイス領域１４の周辺の一部に設けられている。不純物導入領域１５には、アライメントマーク形成領域Ｒ２が設けられている。第２領域としてのアライメントマーク形成領域Ｒ２は、パターンの転写時に用いられるアライメントマークが形成される予定の領域である。アライメントマークは、半導体基板上のレジストに対する位置合わせのために用いられる。尚、アライメントマークは、デバイスパターンと同様に、テンプレート基板１を用いてテンプレートを作製する際に形成される。従って、アライメントマークは、テンプレート基板１のアライメントマーク形成領域Ｒ２にはまだ形成されていない。

【0016】

ここで、図１（Ａ）〜図２に示すように、不純物導入領域１５には、不純物が局所的に導入されている。不純物は、図１（Ｂ）に示すように、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１と周辺領域Ｒｐの表面Ｆ１との間の深さに導入されている。即ち、不純物は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１よりも深く、かつ、周辺領域Ｒｐの表面（第１面Ｆ１）よりも浅い位置に導入されている。

【0017】

不純物は、少なくとも２種類の元素の不純物を含む。例えば、不純物は、第１不純物および第２不純物を含む。第１不純物の導入領域と第２不純物の導入領域との少なくとも一部は重複しており、好ましくは、第１不純物および第２不純物は、ほぼ同じ深さに導入されている。従って、第１不純物および第２不純物のそれぞれの濃度最大値は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１よりも深く、かつ、周辺領域Ｒｐの表面Ｆ１よりも浅い位置にあり、好ましくは、ほぼ同じ深さにある。

【0018】

第１および第２不純物は、ともに金属であるが、第２不純物のイオン化傾向は、第１不純物のイオン化傾向よりも小さい。尚且つ、第２不純物の原子量または質量は、第１不純物の原子量または質量よりも大きい。第１不純物は、例えば、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マンガン、ジルコニウムのうち少なくとも１つの元素である。第２不純物は、例えば、クロム、モリブデン、亜鉛、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、銅、銀、金、白金のうち少なくとも１つの元素である。

【0019】

第２不純物のイオン化傾向は第１不純物のイオン化傾向よりも小さいので、第１不純物の多くは、酸化物として不純物導入領域１５内に存在すると考えられ、一方、第２不純物の多くは、酸化されずにそのまま不純物導入領域１５内に存在すると考えられる。このようにイオン化傾向が第２不純物より大きい第１不純物を導入することによって、第１不純物が不純物導入領域１５内の酸素と結合して酸化し、不純物導入領域１５内の酸素が少なくなる。このため、第２不純物は、少ないドーズ量でも、左程酸化せずに不純物導入領域１５にそのまま残存することができる。また、第１不純物は、イオン化傾向が比較的大きいので、少ないドーズ量でも不純物導入領域１５内の酸素を効率良く捕捉することができる。このように、第１および第２不純物を導入することによって、全体として少ないドーズ量でも、第１不純物は不純物導入領域１５内の酸素を捕捉し、第２不純物は不純物導入領域１５にそのまま残存することができる。

【0020】

また、第１不純物の原子量または質量は、第２不純物の原子量または質量よりも小さい。これにより、第１不純物をイオン注入するときに、加速エネルギーが小さくて済む。従って、第１不純物を不純物導入領域１５に導入するときにときに、メサ領域Ｒ１の表面に与えるダメージが小さくて済む。

【0021】

不純物の導入によって基板１１の透過率を効率的に低下させるためには、不純物は、屈折率および消衰係数の大きな材料（例えば、消衰係数ｋ≧３）であることが好ましい。しかし、このような不純物の屈折率および消衰係数は、酸化すると極端に小さくなることが多い。本実施形態では、このような屈折率および消衰係数の比較的大きな材料を第２不純物として用い、第２不純物よりもイオン化傾向の大きな材料を第１不純物として用いることによって、第１不純物で酸素を捕捉しつつ、第２不純物を酸化させずに不純物導入領域１５に残存させることができる。これにより、本実施形態は、少ない不純物で不純物導入領域１５における基板１１の透過率を効率的に低下させることができる。

【0022】

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、テンプレート基板１のメサ領域Ｒ１の一例を示す断面図である。図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図３（Ａ）には、不純物の導入位置（導入深さ）とアライメントマークとの関係を示すためにアライメントマークの溝１６ａの形成位置を示している。図３（Ｂ）には、デバイスパターンの溝１４ａの形成位置を示している。

【0023】

図３（Ａ）に示すように、アライメントマークは、複数の溝１６ａで形成されている。アライメントマークが形成されると、アライメントマーク形成領域Ｒ２において、複数の溝１６ａが基板１１の第１面Ｆ１にＤｘ方向またはＤｙ方向に配列され、互いに略平行に設けられる（図７参照）。この場合、アライメントマークは、ライン・アンド・スペースパターンとなる。溝１６ａの幅（スペース幅）や隣接する溝１６ａの間隔（ライン幅）は等しくてもよい。あるいは、アライメントの際にモアレ縞を生成させる場合、スペース幅やライン幅は相違させてもよい。即ち、ライン・アンド・スペースパターンのピッチは、任意に設定可能である。アライメントマーク形成領域Ｒ２は、図２に示すように、Ｄｘ方向に配列された複数の溝１６ａ、および、Ｄｘ方向に対して直交するＤｙ方向に配列された複数の溝１６ａを含む。これにより、Ｄｘ方向とＤｙ方向とからなる平面上において、Ｄｘ方向およびＤｙ方向に二次元的にテンプレートの位置合わせが可能となる。

【0024】

また、図３（Ｂ）に示すように、テンプレート基板１にデバイスパターンが形成される際には、デバイス領域１４において、基板１１の第１面Ｆ１に溝１４ａが形成される。このような溝１６ａおよび１４ａは、同一工程で連続して形成されてよい。溝１６ａおよび溝１４ａの深さは相互に略等しく、例えば、約６０ｎｍである。また、基板１１のＤｚ方向（第１面Ｆ１、第２面Ｆ２に対して垂直方向、即ち、深さ方向）において、不純物注入領域１５は、溝１６ａの中間部分に位置している。即ち、溝１６ａが形成される際には、溝１６ａは不純物注入領域１５をＤｚ方向に貫通するように形成される。

【0025】

図４は、図３（Ａ）の直線Ａに沿ったＤｚ方向における不純物の濃度プロファイルを示すグラフである。縦軸は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１からの距離（深さ）を示す。横軸は、不純物濃度を示す。Ｐ１は、第１不純物の濃度プロファイルを示し、Ｐ２は、第２不純物の濃度プロファイルを示す。尚、不純物濃度プロファイルとアライメントマークの溝１６ａとの位置関係を示すために、図４には、アライメントマークの溝１６ａを並べて表示している。

【0026】

図４に示すように、不純物注入領域１５におけるＤｚ方向に沿った第１および第２不純物の濃度プロファイルＰ１、Ｐ２は、溝１６ａの底面となる予定の位置Ｂｔｍよりもメサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１に近い位置で最大値を有する。即ち、濃度プロファイルＰ１、Ｐ２の最大値は、位置Ｂｔｍと表面Ｆｒ１との間の深さに位置する。これにより、アライメントマークの溝１６ａが形成されると、溝１６ａ内の不純物注入領域１５が除去される。一方、隣接する溝１６ａ間において不純物注入領域１５は残置される。

【0027】

ここで、本実施形態によるテンプレート基板１は、メサ領域Ｒ１のうち不純物導入領域１５に第１不純物および第２不純物が導入されている。第１不純物および第２不純物の濃度最大値は、アライメントマークの溝１６ａの底面となる位置よりもメサ領域Ｒ１の表面Ｆ１に近い位置にある。また、第２不純物は、第１不純物よりもイオン化傾向において小さい。これにより、不純物導入領域１５に、第２不純物を酸化させずに残置させることができる。そして、テンプレート形成時に、不純物導入領域１５内のアライメントマーク形成領域Ｒ２には、アライメントマークの溝１６ａが形成される。アライメントマークの溝１６ａは、不純物導入領域１５よりも深いので、上述の通り、アライメントマークの溝１６ａ内のスペースパターンにおいて、第１および第２不純物は除去される。従って、このスペースパターンにおいて、透過率は、基板１１（例えば、石英）の透過率となり、非常に高くなる。一方、隣接する溝１６ａ間のラインパターンにおいて、第１および第２不純物は残置される。第２不純物には屈折率および消衰係数の比較的大きな材料を用いている。従って、このラインパターンにおいて、透過率は効果的に低くなり得る。これにより、アライメントマークにおけるスペースパターンとラインパターンとの透過率の差（コントラスト）が大きくなる。即ち、本実施形態によるテンプレート基板１を用いれば、第１および第２不純物の少なくとも２種類の不純物を導入することによって、不純物導入領域１５の光学的特性を充分に変化させ、アライメントマークにおけるコントラストを大きくすることができる。その結果、テンプレート基板１を用いて作成されたテンプレートは、アライメントマークにおける高いアライメント精度を得ることが可能となる。

【0028】

本実施形態において、不純物導入領域１５およびアライメントマーク形成領域Ｒ２は、メサ領域Ｒ１の四隅に設けられていた。しかし、不純物導入領域１５およびアライメントマーク形成領域Ｒ２は、メサ領域Ｒ１の側部（側辺部）に設けられていてもよい。例えば、図５に示すように、不純物導入領域１５およびアライメントマーク形成領域Ｒ２は、メサ領域Ｒ１の４つの側辺部に設けられていてもよい。また、図６に示すように、デバイス領域１４がメサ領域Ｒ１の表面において複数に分割されている場合、不純物導入領域１５およびアライメントマーク形成領域Ｒ２は、メサ領域Ｒ１の４つの側辺部だけでなく、隣接するデバイス領域１４間にも設けられていてもよい。図５および図６は、メサ領域Ｒ１の他の例を示す平面図である。

【0029】

図７は、不純物導入領域１５とアライメントマーク形成領域Ｒ２との関係を示す平面図である。図７は、図２に示す１つの不純物導入領域１５および１つのアライメントマーク形成領域Ｒ２の拡大図と言ってもよい。アライメントマーク形成領域Ｒ２は、Ｄｘ方向に配列された複数の溝１６ａと、Ｄｙ方向に配列された複数の溝１６ａとを含む。不純物導入領域１５は、アライメントマーク形成領域Ｒ２全体を含むように設定される。従って、不純物導入領域１５は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１において、破線１５＿１のように、Ｄｘ方向およびＤｙ方向に配列された溝１６ａの全体を含むように設定してもよく、あるいは、破線１５＿２のように、Ｄｘ方向に配列された溝１６ａとＤｙ方向に配列された溝１６ａのそれぞれを含むように設定してもよい。いずれの場合にも、アライメントマークは、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１において、不純物導入領域１５内に形成され得る。尚、アライメントマークの形状はライン・アンド・スペースパターンに限定されず、他のパターンであってもよい。

【0030】

通常、半導体装置をナノインプリント法によって大量生産する場合には、テンプレートとして、マスターテンプレートおよびレプリカテンプレートの２種類のテンプレートを作製する。マスターテンプレートは、メサ領域の無い平板状の石英基板に、例えば、電子ビーム描画によって形成されたデバイスパターンおよびアライメントマークを有する。マスターテンプレートは、通常、１枚のみ製造される。一方、レプリカテンプレートは、上述のメサ領域が形成されたテンプレート基板に、マスターテンプレートによってデバイスパターンおよびアライメントマークを転写して製造される。このレプリカテンプレートのパターンを半導体基板に転写することにより、半導体装置を製造する。但し、半導体基板への転写を繰り返すことにより、デバイスパターンおよびアライメントパターンが徐々に損傷を受けるため、レプリカテンプレートは消耗品である。このため、レプリカテンプレートは、マスターテンプレートを用いて複数枚製造される。本実施形態に係るテンプレート基板１は、例えば、レプリカテンプレートを形成するための基板である。

【0031】

次に、テンプレート基板１の製造方法について説明する。

【0032】

図８は、第１の実施形態によるテンプレート基板１の製造方法を示すフロー図である。

【0033】

まず、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、第１面Ｆ１と、第２面Ｆ２とを有する基板１１を準備する（Ｓ１）。基板１１は、例えば、可視光透過率の高い石英基板である。基板１１は、１辺の長さが例えば約１５２ｍｍの略正方形の平板状である。基板１１の厚さは、例えば、約６．３５ｍｍである。基板１１の第１面Ｆ１の中央部には、メサ領域Ｒ１が設けられている。メサ領域Ｒ１は、例えば、メサ領域Ｒ１の形成予定領域をレジスト膜で被覆し、メサ領域Ｒ１の形成予定領域以外の第１面Ｆ１をエッチングすることにより形成される。メサ領域Ｒ１は、例えば、縦の長さが約３３ｍｍ、横の長さが約２６ｍｍの長方形状であり、高さは例えば約３０μｍである。

【0034】

次に、マスターテンプレートの設計情報からアライメントマークに関する情報を取得する（Ｓ２）。具体的には、アライメントマーク領域Ｒ２の数、位置およびサイズに関する情報を取得する。この情報は、通常、ＣＡＤ（Computer Aided Design）の利用が可能なデータフォーマットによって記述されている。

【0035】

次に、メサ領域Ｒ１の角部を原点とした直交座標系を設定する。そして、この直交座標系を基準として、アライメントマーク領域Ｒ２の座標データを変換する（Ｓ３）。これにより、各アライメントマーク領域Ｒ２の座標を記述することができる。

【0036】

次に、アライメントマーク領域Ｒ２の位置情報に基づいて、不純物注入領域１５を決定する（Ｓ４）。不純物注入領域１５は、イオン注入装置１００（図１１参照）における注入位置の誤差を考慮して設定する。誤差は、イオンビームを照射する際の目標位置と実際に照射された位置との間のズレ量であって、イオン注入装置ごとに統計的に予測される値である。

【0037】

不純物注入領域１５はメサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１においてアライメントマーク領域Ｒ２を含むように設定される。誤差を考慮すると、不純物注入領域１５の外縁は、アライメントマーク領域Ｒ２の外縁から誤差以上の距離だけ離隔した位置に設定される。これにより、不純物の注入位置が誤差の範囲内でずれたとしても、アライメントマーク領域Ｒ２には不純物が確実に注入される。

【0038】

次に、ステップＳ４において決定された不純物注入領域１５に対応するステンシルマスク２２を準備する（Ｓ５）。図１０は、ステンシルマスク２２の一例を示す平面図である。ステンシルマスク２２には、例えば、シリコン基板等の導電性材料を用いる。ステンシルマスク２２は、不純物を通過させるアパーチャー２２ａを有する。アパーチャー２２ａは、アライメントマーク形成領域Ｒ２を含む不純物導入領域１５全体に不純物をイオン注入するために、アライメントマーク形成領域Ｒ２よりも或る程度のマージンをもって広く形成されている。ステンシルマスク２２のアパーチャー２２ａ以外の領域は、不純物の通過を阻止する。このようなステンシルマスク２２を用いて不純物をイオン注入することによって、メサ領域Ｒ１の所望の位置に不純物導入領域１５を形成することができる。尚、ステンシルマスク２２は、アパーチャー２２ａの他に、観察用窓（図示せず）が形成されていてもよい。また、図１０に示すステンシルマスク２２は、図６の不純物導入領域１５に対応するが、ステンシルマスク２２のアパーチャー２２ａを変更することによって、図２または図５の不純物導入領域１５に対応させることもできる。

【0039】

次に、イオン注入装置１００にステンシルマスク２２および基板１１を装着し、位置合わせを行う（Ｓ６）。以下、イオン注入装置１００の構成について、簡単に説明する。

【0040】

図１１は、イオン注入装置１００の構成の一例を示す図である。イオン注入装置１００は、ステージ１０１、イオン源室１０２、加速機構１０３、質量分析マグネット１０４およびビーム光学系１０５を備えている。ステージ１０１は、基板１１を搭載可能であり、位置合わせのために基板１１を移動させることができる。イオン源室１０２、加速機構１０３、質量分析マグネット１０４およびビーム光学系１０５は、不純物イオンの経路を構成している。不純物イオンの経路に介在するように、ビーム光学系１０５とステージ１０１との間に、ステンシルマスク２２が配置される。ステンシルマスク２２は、基板１１の直上に配置されている。

【0041】

次に、イオン注入装置１００は、ステンシルマスク２２のアパーチャー２２ａに従って第１不純物を基板１１へ選択的にイオン注入する（Ｓ７）。例えば、第１不純物としてアルミニウムを用いる場合には、イオン源室１０２内にアルミニウム化合物をセットし、これを加熱すると共に、加速機構１０３に引出電圧を印加する。これにより、イオン源室１０２からアルミニウムイオンが引き出され、加速機構１０３によって加速される。そして、質量分析マグネット１０４を通過させることにより、アルミニウムイオンの純度を高め、ビーム光学系１０５により、アルミニウムイオンを平行なビーム状にする。このアルミニウムイオンビームは、アパーチャー２２ａを通過することにより、不純物導入領域１５に相当する形状に成形され、基板１１に照射される。例えば、ドーズ量は、約２×１０^１６〜５×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とし、加速電圧を２２ｋＶ以下とする。この場合、深さが約６０ｎｍ以下の浅い領域に、不純物が注入される。好ましくは、テンプレートの製造時に形成される溝１６ａの深さの約半分の位置を目標位置として、第１不純物を注入する。例えば、溝１６ａの第１面Ｆ１からの深さが約６０ｎｍである場合、第１不純物は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１から約３０ｎｍの位置（深さ）をターゲットとしてイオン注入される。これにより、第１不純物の濃度プロファイルは、深さ方向（Ｄｚ方向）における溝１６ａのほぼ中心の位置に最大値を有する略正規分布となる。その結果、第１不純物のほとんどが、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１から溝１６ａの底面Ｂｔｍまでの間の深さに導入される。

【0042】

図１２（Ａ）は、第１不純物Ｉｍ１のイオン注入工程の様子を示す図である。第１不純物Ｉｍ１が矢印Ａ１で示すようにメサ領域Ｒ１へイオン注入されている。第１不純物Ｉｍ１は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１から例えば約３０ｎｍの深さを目標位置として注入されている。

【0043】

第１不純物は、上述の通り、イオン化傾向が第２不純物よりも大きく、原子量または質量が第２不純物よりも小さい材料であり、例えば、マグネシウム、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マンガン、ジルコニウムのうち少なくとも１つの元素である。例えば、第１不純物としてアルミニウムを用いた場合、約２２ｋＶの加速電圧でイオン注入すれば、アルミニウムは、約３０ｎｍの位置（深さ）に注入される。アルミニウムは、イオン化傾向が比較的小さいため、不純物導入領域１５において酸素と結合し、酸化アルミニウムとなっていると考えられる。また、アルミニウムは、原子量または質量が比較的小さいため、イオン注入の加速エネルギーが小さくて済み、かつ、メサ領域Ｒ１の表面を左程削らない。従って、メサ領域Ｒ１の表面に与えるダメージが小さくて済む。

【0044】

次に、イオン注入装置１００は、ステンシルマスク２２のアパーチャー２２ａに従って第２不純物を基板１１へ選択的にイオン注入する（Ｓ８）。例えば、第２不純物としてアンチモンを用いる場合には、イオン源室１０２内にアンチモンをセットすればよい。ステンシルマスク２２およびその位置は変更する必要はない。イオン源をアンチモンに交換し、質量分析マグネットおよび加速電圧等を変えることによって、第２不純物は、第１不純物とほぼ同じ位置に注入可能である。イオン注入装置１００のその他の動作は、ステップＳ７と同様でよい。これにより、アンチモンイオンビームは、アパーチャー２２ａを通過することにより、不純物導入領域１５に相当する形状に成形され、基板１１に照射される。例えば、ドーズ量は、約２×１０^１６〜５×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とし、加速電圧を６０ｋＶ以下とする。この場合、深さが約６０ｎｍ以下の浅い領域に、不純物が注入される。第１および第２不純物のドーズ量は、イオンビームの電流量および注入時間を用いて制御可能である。例えば、イオンビームの電流密度が１μＡ／ｃｍ^２の場合、イオンビームを約１０分間照射すれば、約３．７５×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２のドーズ量の不純物を注入することができる。

【0045】

図１２（Ｂ）は、第２不純物Ｉｍ２のイオン注入工程の様子を示す図である。第２不純物Ｉｍ２が矢印Ａ２で示すようにメサ領域Ｒ１へイオン注入されている。第２不純物Ｉｍ２は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１から例えば約３０ｎｍの深さを目標位置として注入されている。従って、第２不純物Ｉｍ２は、第１不純物Ｉｍ１と同じ目標位置へイオン注入され、第１不純物Ｉｍ１と重複した領域に注入される。

【0046】

第２不純物は、イオン化傾向が第１不純物よりも小さく、原子量または質量が第１不純物よりも大きい材料であり、例えば、クロム、モリブデン、亜鉛、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、銅、銀、金、白金のうち少なくとも１つの元素である。例えば、第１不純物としてアンチモンを用いた場合、約６０ｋＶの加速電圧でイオン注入すれば、アンチモンは、約３０ｎｍの位置（深さ）に注入される。アルミニウムは、イオン化傾向がアンチモンよりも大きいので、不純物導入領域１５内の酸素を捕捉する（酸化しやすい）。このため、不純物導入領域１５内のアンチモンは、酸化され難くなり、比較的少ないドーズ量でもアンチモン本来の光学的特性を充分に得ることができる。アンチモンのドーズ量を比較的小さくすることにより、アンチモンは、原子量においてアルミニウムよりも大きいものの、メサ領域Ｒ１の表面に与えるダメージを小さくすることができる。

【0047】

このように、第１および第２不純物がメサ領域Ｒ１にイオン注入されることによって、不純物導入領域１５が形成される。上述の通り、第１不純物が不純物導入領域１５において酸素原子と結合している。このため、第２不純物の酸化が抑制され、第２不純物は、比較的本来の光学的特性を維持したまま不純物導入領域１５に存在することができる。即ち、第２不純物に、屈折率および消衰係数の大きな材料を用いることによって、不純物導入領域１５における可視光の透過率を低減させることができる。

【0048】

次に、基板１１を洗浄し、表面に付着しているパーティクルおよび不純物イオンの注入によって付着したコンタミネーションを除去する（Ｓ９）。

【0049】

次に、例えば、スパッタ法を用いて、基板１１の第１面Ｆ１上にマスク膜１２の材料を堆積させる（Ｓ１０）。マスク膜１２の材料は、例えば、窒化クロムでよい。これにより、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すテンプレート基板（レプリカブランク）１が完成する。

【0050】

次に、本実施形態に係るテンプレート用基板を用いたレプリカテンプレートの製造方法について説明する。

【0051】

図１３は、第１の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の一例を示すフロー図である。図１４（Ａ）〜図１４（Ｇ）は、第１の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の一例を示す断面図である。

【0052】

まず、図１４（Ａ）に示すように、本実施形態に係るテンプレート基板１を用意する（Ｓ６１）。上述のように、テンプレート基板１には、デバイスパターン領域１４およびアライメントマーク領域１６が設定されている。

【0053】

次に、図１４（Ｂ）に示すように、テンプレート基板１の第１面Ｆ１の全面に、紫外線硬化型のレジスト膜６１を塗布する（Ｓ６２）。塗布は通常インクジェット機構などにより微小液滴をパターンに応じた密度で配置することにより行われ、後述のマスターテンプレートを密着させることにより均一に延伸される。

【0054】

次に、マスターテンプレート（図示せず）をテンプレート基板１に押し付けることにより、メサ領域Ｒ１に塗布されたレジスト膜６１をマスターテンプレートのパターンの形状に変形させる。この状態で、例えば、約３６５ｎｍの波長を有する紫外線を照射して、レジスト膜６１を硬化させる。これにより、図１４（Ｃ）に示すように、マスターテンプレートのパターンがレジスト膜６１に転写されて、レジストパターン６２が形成される（Ｓ６３）。レジストパターン６２には、デバイスパターンおよびアライメントマークが形成される。その後、マスターテンプレートをテンプレート基板１およびレジストパターン６２から引き剥がす。

【0055】

次に、図１４（Ｄ）に示すように、レジストパターン６２をマスクとし、塩素を含むエッチングガスを用いて、ドライエッチングを行う。これにより、窒化クロムからなるマスク膜１２がエッチングされて、レジストパターン６２のパターンがマスク膜１２へ転写される（Ｓ６４）。

【0056】

次に、図１４（Ｅ）に示すように、レジストパターン６２を除去する（Ｓ６５）。

【0057】

次に、図１４（Ｆ）に示すように、マスク膜１２をマスクとして用いて、フッ素を含むエッチングガスで、ドライエッチングを行う。これにより、石英からなる基板１１がエッチングされて、デバイスパターン領域１４に溝１４ａが形成されるとともに、アライメントマーク領域１６に溝１６ａが形成される（Ｓ６６）。溝１４ａによりデバイスパターンが構成され、溝１６ａによりアライメントマークが構成される。溝１４ａおよび溝１６ａは、不純物注入領域１５の下面よりも深く形成され、例えば、約６０ｎｍの深さに形成される。これにより、溝１６ａは不純物注入領域１５を貫通する。

【0058】

次に、図１４（Ｇ）に示すように、硝酸セリウムを用いたウェットエッチングを行うことにより、マスク膜１２を除去する。これにより、レプリカテンプレート７０が完成する。

【0059】

このように形成されたレプリカテンプレート７０を用いてナノインプリント法を実施することにより、半導体装置を製造する。例えば、シリコンウェーハ等の半導体基板（図示せず）上に紫外線硬化型のレジスト材料（図示せず）を塗布し、レプリカテンプレート７０を押し付けた状態で紫外線を照射することにより、半導体基板上にレジストパターンを形成する。このとき、レプリカテンプレート７０に形成されたアライメントマークと半導体基板に形成されたアライメントマークとを重ね合わせて、これを、波長が例えば５３０ｎｍ程度の白色光を用いて観察することによって、レプリカテンプレート７０と半導体基板との位置合わせを行う。これらのアライメントマークは、いずれも複数本の溝が周期的に配列されたパターンであるが、その周期は相互に少し異なっている。このため、両マークを重ね合わせるとモアレ模様が発生し、両マークの相対的な位置関係が変化するとモアレ模様の位置が変化する。これにより、両マークの相対的な位置関係を、増幅して検出することができ、レプリカテンプレート７０を半導体基板に対して高精度に位置決めすることができる。

【0060】

また、図２に示すように、アライメントマークは、直交するＤｘ方向およびＤｙ方向に配列された複数の溝１６ａを備える。このようなアライメントマークは、レプリカテンプレート７０および半導体基板の双方に設けられている。これにより、アライメントマークは、Ｄｘ方向とＤｙ方向とにおいて、半導体基板に対して相対的に位置決めすることができる。

【0061】

次に、レジストパターンをマスクとして、半導体基板を処理する。この処理は、例えば、エッチングであってもよく、不純物の注入であってもよい。例えば、レジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより、半導体基板または半導体基板上の材料膜を選択的にエッチングすることができる。あるいは、レジストパターンをマスクとして不純物を選択的に注入することにより、半導体基板または半導体基板上の材料膜に不純物拡散層を形成することができる。このように、半導体装置が形成され得る。

【0062】

以上のように、本実施形態によれば、まず、第１不純物が、アライメントマークの溝１６ａの底面Ｂｔｍとなる位置よりもメサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１の表面に近い位置に濃度最大値を有するように不純物導入領域１５に導入される。次に、第２不純物が、第１不純物と同様の位置に導入される。これにより、第１および第２不純物の導入領域が不純物導入領域１５において重複する。第２不純物は、第１不純物よりもイオン化傾向において小さいので、不純物導入領域１５に第２不純物を酸化させずに残置させることができる。

【0063】

図１５は、不純物導入領域１５におけるテンプレート基板１の光透過率を示すグラフである。横軸は、光の波長を示し、縦軸は、光の透過率を示す。波長帯域Ｌａは、テンプレートと半導体基板との位置合わせの際に用いられる光の波長帯域を示す。ラインＬ１は、第１不純物Ｉｍ１のみが導入されている場合の透過率を示す。ラインＬ２は、第２不純物Ｉｍ２のみが導入されている場合の透過率を示す。ラインＬ１２は、第１および第２不純物Ｉｍ１、Ｉｍ２の両方が導入されている場合の透過率を示す。

【0064】

第１不純物Ｉｍ１（例えば、アルミニウム）のみが導入されている場合、波長帯域Ｌａにおいて、基板１１の透過率は、ほとんど低下していない。これは、第１不純物Ｉｍ１が不純物導入領域１５において酸化され、透過率が高くなるからである。

【0065】

第２不純物Ｉｍ２（例えば、アンチモン）のみが導入されている場合、波長帯域Ｌａにおいて、基板１１の透過率は、或る程度低下するものの依然として高い。不純物を含まない石英（基板１１）の透過率を１００％とした場合、波長帯域ＬａにおけるＬ２の透過率は、例えば、約８０％である。これは、第２不純物Ｉｍ２は、イオン化傾向において第１不純物Ｉｍ１よりも小さいものの、不純物導入領域１５において或る程度酸化されるからである。

【0066】

これに対し、第１および第２不純物Ｉｍ１，Ｉｍ２（例えば、アルミニウムおよびアンチモン）の両方が導入されている場合、波長帯域Ｌａにおいて、基板１１の透過率は、かなり低下する（例えば、約３０％以下）。これは、第１不純物Ｉｍ１が不純物導入領域１５内の酸素と結合して酸化され、第２不純物Ｉｍ２の多くが不純物導入領域１５においてそのまま残置されるからである。尚、第１不純物Ｉｍ１がマグネシウムであり、第２不純物Ｉｍ２がコバルトである場合、波長帯域Ｌａにおいて、ライン１２の透過率は、例えば、約４０％以下となる。

【0067】

このように、本実施形態によれば、不純物導入領域１５における波長帯域Ｌａの光の透過率を低下させることができる。これにより、アライメントマークの溝１６ａが形成されたときに、ラインパターンとスペースパターンとの間で大きな透過率の差（コントラスト）を得ることができる。即ち、本実施形態によるテンプレート基板１から形成されたレプリカテンプレートを用いて半導体装置を製造すれば、高感度のアライメント信号を取得することができ、半導体基板に対してレプリカテンプレートを精度良く位置合わせすることができる。

【0068】

もし、第１不純物のみを用いた場合、第１不純物は、比較的イオン化傾向が大きいため、酸化されやすく、不純物導入領域１５の光学的特性を大きく変化させることが困難である。また、第２不純物のみを用いた場合、第２不純物は、比較的イオン化傾向が小さいものの、やはり酸化されるため、ドーズ量が大きくなる。第２不純物は原子量または質量が大きいため、大量にイオン注入すると、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１が削られてしまう。また、メサ領域Ｒ１の内部において、歪みが大きくなる。従って、第１不純物または第２不純物のいずれか一方のみを用いた場合、少ないドーズ量で不純物導入領域１５の光学的特性を充分に変化させることが困難である。

【0069】

これに対し、本実施形態によれば、第１および第２不純物を導入することによって、全体として少ないドーズ量で、不純物導入領域１５の光学的特性を充分に変化させることが容易となる。

【0070】

（第２の実施形態）
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、第２の実施形態によるテンプレート基板１の製造方法の一例を示す断面図である。

【0071】

図１６（Ａ）に示すように、第１および第２不純物を導入することによって、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１は、左程ダメージを受けないものの、或る程度削られるため、非平坦になる場合もある。そこで、第２の実施形態では、図１６（Ｂ）に示すように、第１および第２不純物の導入後、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１上にガラス膜としてのＳＯＧ（Spin On Glass）を塗布する。その後、テンプレート基板１およびＳＯＧを熱処理することによって一体化させる。これにより、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１を略平坦にすることができる。

【0072】

この場合、第１および第２不純物の濃度プロファイルがＳＯＧの厚みの分だけ深くなる。しかし、ＳＯＧの厚みを制限すれば、第１および第２不純物の濃度プロファイルはアライメントマークの溝１６ａの深さよりも浅く維持することができる。例えば、溝１６ａが約６０ｎｍの深さであり、第１および第２不純物が約３０ｎｍの深さに導入されている場合、ＳＯＧの厚みを約１０ｎｍ以下に制限すれば、第１および第２不純物の濃度最大値の深さは、約３０ｎｍ〜４０ｎｍとなる。この場合、第１および第２不純物の濃度プロファイルは、依然としてアライメントマークの溝１６ａの深さよりも浅く維持することができる。第２の実施形態によるテンプレート基板１のその他の構成および製造方法は、第１の実施形態によるテンプレート基板１の対応する構成および製造方法と同様でよい。

【0073】

これにより、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態は、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１上にガラス膜を備えるので、メサ領域Ｒ１の表面Ｆｒ１を略平坦にすることができる。

【0074】

上記実施形態において、２種類の不純物が不純物導入領域１５へ導入されている。しかし、不純物は、３種類以上、不純物導入領域１５へ導入されていてもよい。この場合、不純物の少なくとも２種類が上述の第１不純物および第２不純物に適合すればよい。

【0075】

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同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0076】

１・・・テンプレート基板、１１・・・基板、Ｒ１・・・メサ領域、１５・・・不純物導入領域、Ｒ２・・・アライメントマーク形成領域、１６ａ・・・溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】