(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
近年、半導体リソグラフィにおいては、デバイスの微細化の要求に対して、露光波長の問題や製造コストの問題などからフォトリソグラフィ方式の限界が指摘されており、その対案として、ナノインプリント技術を用いたナノインプリントリソグラフィ(NIL:Nanoimprint Lithography)が注目を集めている。
【0003】
ナノインプリントリソグラフィは、表面に微細な凹凸形状の転写パターンを形成したテンプレート(モールド、スタンパ、金型とも呼ばれる)を、半導体ウェハなどの被転写基板の上に形成された樹脂に接触させ、この樹脂の表面側の形状を、テンプレートの転写パターンの凹凸形状に成型した後に離型し、次いで、ドライエッチング等により余分な部分(残膜部分)を除去することで、被転写基板の上の樹脂にテンプレートの転写パターンの凹凸形状(より詳しくは、凹凸反転形状)を転写させる技術である。
【0004】
このナノインプリントリソグラフィは、一度テンプレート(適宜、ナノインプリント用テンプレートとも呼ぶ)を作製すれば、微細な凹凸形状の転写パターンを繰り返し転写成型でき、この転写工程には高額な露光装置(ステッパー)を用いないため、経済的にも有利である。
【0005】
上述のようなナノインプリントリソグラフィにより、テンプレートの転写パターンを被転写基板の樹脂に位置精度良く転写するには、テンプレートと被転写基板との位置合わせを精密に行う必要がある。一般的には、テンプレートに設けられている凹凸構造のアライメントマークと、被転写基板に設けられているアライメントマークとを、テンプレート側から光学的に検出することにより位置合わせを行う。
【0006】
ここで、テンプレートを被転写基板の上に形成された樹脂に接触させると、テンプレートのアライメントマークの凹構造が、樹脂によって充填された状態になる。
そして、このような状態になると、テンプレートのアライメントマークを構成する材料(一般的には、合成石英ガラス)の屈折率と、樹脂の屈折率とがほとんど同じ値であることから、テンプレートのアライメントマークを光学的に識別することが困難になってしまうという問題がある。
【0007】
この問題に対して、テンプレートのアライメントマークの凹構造に高屈折率材料膜を形成することによって、樹脂が充填された状態でも、アライメントマークを光学的に識別する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
【0008】
例えば、上記の特許文献1に記載のテンプレートの製造方法においては、
図8に例示するように、まず、主面102に、転写パターン領域120とアライメントマーク領域130を有する凹凸基板101(アライメントマークの凹構造に高屈折率材料膜を有していない従来のテンプレートに相当)を準備し(
図8(a))、スパッタ法等の手法を用いて、アライメントマーク領域130のみならず、転写パターン領域120も覆うように視認性薄膜140(高屈折材料膜に相当)を形成する(
図8(b))。
さらに、その上からレジスト膜170を形成し、段差基板を押し付けて、アライメントマーク領域130の膜厚が転写パターン領域120の膜厚よりも厚くなるようにレジスト膜170を変形させる(
図8(c))。
その後、レジスト膜170の所定の厚み分をドライエッチングして、アライメントマーク領域130の凹構造内のみにレジスト膜170が残る状態にする(
図8(d))。
次に、露出する視認性薄膜140を所定量ドライエッチングし、最後に、アライメントマーク領域130の凹構造内のレジスト膜170を除去して、アライメントマーク領域130の凹構造に視認性薄膜140を有するテンプレート110aを得る(
図8(e))。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係るテンプレートの製造方法およびテンプレートについて詳しく説明する。
【0020】
<テンプレートの製造方法>
まず、本発明に係るテンプレートの製造方法について説明する。
図1は、本発明に係るテンプレートの製造方法の一例を示す概略工程図である。
図1に示すように、本発明に係るテンプレートの製造方法は、主面12から基部11が掘り下げられた第1の凹構造13と第2の凹構造14を有し、第2の凹構造14の開口幅W
2が第1の凹構造13の開口幅W
1よりも大きい凹凸基板1を準備する凹凸基板準備工程と(
図1(a))、基部11を構成する第1の材料よりも高い屈折率を有する第2の材料31を、主面12、第1の凹構造13の側面、第2の凹構造14の側面、及び、第2の凹構造14の底面に堆積させる堆積工程と(
図1(b))、第2の凹構造14の底面に堆積させた第2の材料31を残しつつ、主面12及び第1の凹構造の側面に堆積させた第2の材料31を除去する除去工程と(
図1(c))、を順に備えるものである。
上記の各工程について、以下、詳しく説明する。
【0021】
(凹凸基板準備工程)
図1(a)に示すように、本発明において準備する凹凸基板1は、主面12から基部11が掘り下げられた第1の凹構造13と第2の凹構造14を有しており、第2の凹構造14の開口幅W
2は第1の凹構造13の開口幅W
1よりも大きい。
この凹凸基板1は、
図8に示す凹凸基板101と同様に、アライメントマークの凹構造に高屈折率材料膜を有していない従来のテンプレートに相当し、第1の凹構造13は、従来のテンプレートの転写パターンを構成する凹構造(
図8(a)に示す凹構造113)に相当し、第2の凹構造14は、従来のテンプレートのアライメントマークを構成する凹構造(
図8(a)に示す凹構造114)に相当する。
【0022】
上記の凹凸基板1を構成する材料(第1の材料)は、ナノインプリントリソグラフィに用いられるテンプレートとして適用できるものであれば特に限定されないが、一般的には合成石英ガラスが好適に用いられる。
【0023】
第1の凹構造13の大きさは、上記テンプレートの転写パターンを構成するものとして適用できるものであれば特に限定されないが、例えば、開口幅W
1が概ね10nm〜40nm程度の範囲の大きさであり、深さが概ね30nm〜100nm程度の範囲の大きさである。
【0024】
第2の凹構造14の大きさは、上記テンプレートのアライメントマークを構成するものとして適用できるものであれば特に限定されないが、例えば、開口幅W
2が概ね30nm〜5μm程度の範囲の大きさである。
深さについては、通常、上記テンプレートのアライメントマークの深さが転写パターンと同程度になることから、この第2の凹構造14の深さも第1の凹構造13の深さと同程度になり、概ね30nm〜100nm程度の範囲の大きさになる。
【0025】
なお、
図1においては、煩雑となるのを避けるため、凹凸基板1が第2の凹構造14を1つしか有していない形態を模式的に示しているが、本発明はこの形態に限定されず、第2の凹構造14を複数有していても良い。
通常、実際のテンプレートにおいては、複数の第2の凹構造14を有し、複数の第2の凹構造14を含む凹凸構造の繰り返しパターンでアライメントマークが構成されている。
また、通常、実際のテンプレートにおいては、上記構成のアライメントマークが主面の複数個所に設けられている。
【0026】
(堆積工程)
次に、上記の堆積工程について説明する。
図1(b)に示すように、本発明においては、凹凸基板1の基部11を構成する第1の材料よりも高い屈折率を有する第2の材料31を、主面12、第1の凹構造13の側面、第2の凹構造14の側面、及び、第2の凹構造14の底面に堆積させる。
【0027】
なお、煩雑となるのを避けるため、
図1(b)においては、主面12、及び、第2の凹構造14の底面に、第2の材料31が堆積した形態を示しているが、実際には、後述する
図4に示すように、第1の凹構造13の側面13S、及び、第2の凹構造14の側面14Sにも、第2の材料31は堆積する。
【0028】
本発明において、第2の材料31には、凹凸基板1の基部11を構成する第1の材料よりも高い屈折率を有するものであれば用いることができる。
ここで、上記のように、凹凸基板1は従来のテンプレートに相当し、上記第1の材料は一般的には合成石英ガラスである。そして、合成石英ガラスの主成分である酸化シリコン(SiO
2)の波長633nmの光における屈折率は1.45である。
それゆえ、第2の材料31は、波長633nmの光における屈折率が1.45よりも高い値を有する材料であり、より好ましくは、波長633nmの光における屈折率が1.7以上の材料である。
【0029】
本発明においては、第2の材料31を、第1の凹構造13の底面には堆積させずに、主面12、第1の凹構造13の側面、第2の凹構造14の側面、及び、第2の凹構造14の底面に、第2の材料31を堆積させることが好ましい。
このような堆積工程には、
図2に示すように、第2の材料31に含まれる物質から構成されるスパッタターゲット20を、スパッタ面21の垂線の方向42が凹凸基板1の主面12に対して所定の方向となるように配置してスパッタ成膜を行う方法を、好適に用いることができる。
【0030】
この場合、第2の材料31は上記スパッタ成膜で形成されるものであることが好ましく、例えば、金属材料及びその酸化物、窒化物、酸窒化物等を1種以上含むものを挙げることができる。上記の金属材料の具体例としては、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)等を挙げることができる。
【0031】
なお、
図2は、本発明に係る堆積工程の一例について、その概要を説明するための模式的な図であって、例えば、スパッタターゲット20のサイズや形状、凹凸基板1との距離は、実際に適用する装置等に合わせて適宜異なるものである。
【0032】
以下、
図2に示す堆積工程によって、第2の材料31を、第1の凹構造13の底面には堆積させずに、第2の凹構造の底面に堆積させることができる理由について説明する。
【0033】
図3は、本発明に係るテンプレートの製造方法の堆積工程の一例における各凹構造の関係について説明する図である。
ここで
図3(a)は、凹凸基板1の第1の凹構造13とスパッタの方向42との関係を説明する図であり、
図3(b)、(c)は、凹凸基板1の第2の凹構造14とスパッタの方向42との関係を説明する図である。
なお、上記の方向42は、
図2に示すスパッタターゲット20のスパッタ面21の垂線の方向であり、第2の材料31を構成する物質が凹凸基板1に向かって飛来する方向である。
【0034】
また、説明容易とするために、
図3(a)に示す第1の凹構造13は、その側面13Sが主面12に対して垂直であり、その底面13Bが主面12に対して平行であり、その開口幅が底面13Bの幅と同じになる形態とした。同様に、
図3(b)、(c)に示す第2の凹構造14も、その側面14Sが主面12に対して垂直であり、その底面14Bが主面12に対して平行であり、その開口幅が底面13Bの幅と同じになる形態とした。
【0035】
まず、
図3(a)に示す第1の凹構造13と方向42との関係について説明する。
図3(a)に示すように、第1の凹構造13の開口幅(底面13Bの幅と同じ)をW
1、深さをD
1とした場合、主面12の垂線41と方向42のなす角度θ
1が、
W
1/D
1<tanθ
1
の関係を満たせば、方向42に沿って飛んでくる物質は、側面13Sには到達できても、主面12に遮られて底面13Bには到達できない。
【0036】
次に、
図3(b)、(c)に示す第2の凹構造14と方向42との関係について説明する。
図3(b)に示すように、第2の凹構造14の開口幅(底面14Bの幅と同じ)をW
2、深さをD
2とした場合、主面12の垂線41と方向42のなす角度θ
2が、
tanθ
2<W
2/D
2
の関係を満たせば、方向42に沿って飛んでくる物質は底面14Bに到達できる。
さらに、
図3(c)に示すように、主面12に対する垂線41と方向42のなす角度θ
2が、
tanθ
2<W
2/2D
2
の関係を満たせば、方向42に沿って飛んでくる物質は底面14Bの中央にまで到達できる。
【0037】
上記の説明から、凹凸基板1の主面12に対する垂線41と方向42のなす角度θが、
W
1/D
1<tanθ<W
2/D
2
の関係を満たせば、方向42に沿って飛来する物質を、第1の凹構造13の底面13Bには到達させずに、第2の凹構造14の底面14Bに到達させることが可能になる。
さらに、
W
1/D
1<tanθ<W
2/2D
2
の関係を満たせば、方向42に沿って飛んでくる物質を、第1の凹構造13の底面13Bには到達させずに、第2の凹構造14の底面14Bの中央にまで到達させることが可能になる。
【0038】
すなわち、本発明においては、凹凸基板1の主面12の垂線41と
図2に示すスパッタターゲット20のスパッタ面21の垂線のなす角度θが、
W
1/D
1<tanθ<W
2/D
2
の関係を満たすように、凹凸基板1とスパッタターゲット20を配置することで、第2の材料31を、第1の凹構造13の底面13Bには堆積させずに、第2の凹構造14の底面14Bに堆積させることが可能になる。
【0039】
さらに、凹凸基板1の主面12の垂線41と
図2に示すスパッタターゲット20のスパッタ面21の垂線のなす角度θが、
W
1/D
1<tanθ<W
2/2D
2
の関係を満たすように、凹凸基板1とスパッタターゲット20を配置することで、第2の材料31を、第1の凹構造13の底面13Bには堆積させずに、第2の凹構造14の底面14Bの中央に堆積させることが可能になる。
【0040】
ここで、本発明においては、
図2に示すように、垂線41を軸にして凹凸基板1を回転させながら第2の材料31を堆積させることが好ましい。第2の凹構造14の底面に、第2の凹構造14の中心に対して概ね対称となるように第2の材料31を堆積させることが可能になるからである。
【0041】
なお、
図2に示す例においては、凹凸基板1の回転の軸となる垂線41が凹凸基板1の略中心位置に記載されているが、本発明においては、これに限定されず、垂線41は凹凸基板1の主面12を含む平面と垂直に交わる直線であれば良い。
例えば、凹凸基板1の回転の軸となる垂線41は、
図2に示す例よりも、凹凸基板1の主面12の端部に近いものであっても良く、また、凹凸基板1の主面12の端部よりも外側の凹凸基板1の主面12を含む平面に垂線の足(凹凸基板1の主面12を含む平面と垂線との交点)を有する物であっても良い。
【0042】
上記のようにして堆積させた第2の材料31の形態は、第1の凹構造13においては
図4(a)に示すような形態となり、第2の凹構造14においては
図4(b)に示すような形態となる。
【0043】
より詳しくは、まず、第1の凹構造13においては、
図4(a)に示すように、第2の材料31は主面12、及び、側面13Sに堆積するが、底面13Bには堆積しない。
堆積させる第2の材料31の膜厚及び上記の角度θにもよるが、第2の材料31の堆積成長に伴って、第1の凹構造13の開口は閉ざされて行く。このため、底面13Bに近い領域の側面13Sには第2の材料31の堆積が進行しにくい。
図4(a)に示す例において、底面13Bから高さT
1の領域の側面13Sには、第2の材料31が堆積していない。
【0044】
一方、第2の凹構造14においては、
図4(b)に示すように、第2の材料31は主面12、側面14S、及び、底面14Bに堆積する。
【0045】
ここで、底面14Bと側面14Sで構成されるコーナー部は断面角度が90度であって、底面14Bや側面14Sの他の平坦な領域に比べて空間が狭いことから、スパッタターゲット20から飛来する物質が到達しにくく、それゆえ、このコーナー部には第2の材料31が堆積しにくい。
さらに、第2の材料31の堆積成長に伴って上記の作用は促進され、底面14Bに堆積した第2の材料31と、側面14Sに堆積した第2の材料31とで構成されるコーナー部の断面角度θ
3は90度より小さい角度(鋭角)になっていく。
【0046】
それゆえ、上記の角度θや堆積させる第2の材料31の膜厚にもよるが、通常、底面14Bに堆積する第2の材料31の形態は、中央における膜厚T
2が周囲の膜厚よりも厚い形態になる。
より詳しくは、通常、底面14Bに堆積する第2の材料31の形態は、中央における膜厚T
2が、側面14Sに堆積する第2の材料31と接する位置における膜厚T
3よりも厚い形態になる。
このため、本発明によって得られるテンプレート2(
図1に示すテンプレート2)においても、第2の凹構造14の底面の第2の材料31から構成される膜の断面形状は、通常、第2の凹構造14の幅方向の中央における膜厚が周囲の膜厚よりも厚い形態を有していることになる。
【0047】
(除去工程)
次に、上記の除去工程について説明する。
図1(c)に示すように、本発明においては、上記の堆積工程の後に、第2の凹構造14の底面に堆積させた第2の材料31を残しつつ、主面12及び第1の凹構造の側面に堆積させた第2の材料31を除去する。
これにより、主面12、第1の凹構造13の側面、及び第1の凹構造13の底面には第2の材料31から構成される膜が存在せず、第2の凹構造14の底面に第2の材料31から構成される膜が存在するテンプレート2を得る。
【0048】
なお、煩雑となるのを避けるため、
図1(c)に示すテンプレート2おいては、第2の凹構造14の側面には第2の材料31が存在しない形態を示しているが、実際には、後述する
図7(b)に示すように、第2の凹構造14の底面に加えて、第2の凹構造14の側面にも第2の材料31は存在する。
【0049】
上記の除去工程には、上記の各箇所に堆積させた第2の材料31を除去することができるものであれば、特に限定されず用いることができるが、本発明においては、ナノインプリントの技術を好適に用いることができる。
図5及び
図6は、本発明に係るテンプレートの製造方法の除去工程の一例を示す概略工程図である。
【0050】
まず、
図5(a)に示すように、上記の堆積工程により、所定の箇所に第2の材料31を堆積させた凹凸基板1を準備する。
【0051】
次に、
図5(b)に示すように、凹凸基板1と、凹凸基板1に対向する面が平坦な紫外線透過性の部材52との間に、紫外線硬化性の樹脂から構成される樹脂層51を介在させた状態で、部材52の背面側(凹凸基板1に対向する面とは反対側の面)から紫外線53を照射して、樹脂層51を硬化させる。
樹脂層51を構成する樹脂には、ナノインプリントの技術分野で用いられる紫外線硬化性の樹脂を好適に用いることができる。
【0052】
次に、
図5(c)に示すように、部材52を硬化した樹脂層51から離間し、第2の材料31の上に表面が平坦な樹脂層51を有する凹凸基板1を得る。
【0053】
次に、
図6(d)に示すように、第1のエッチングガス61を用いたドライエッチングにより、主面12に堆積させた第2の材料31の樹脂層51を消失させ、かつ、第1の凹構造13の中の樹脂層51の膜厚T
4、及び、第2の凹構造14の中の樹脂層51の膜厚T
5が、所定の膜厚となるようにエッチングする。
上記の第1のエッチングガス61としては、酸素ガスを用いることができる。
【0054】
ここで、第1の凹構造13の中の樹脂層51の膜厚T
4が満たすべき所定の膜厚とは、第1の凹構造13の中の樹脂層51の膜厚がT
4であれば、第1の凹構造13の側面に堆積した第2の材料31を完全に露出させることができる膜厚であり、具体的には、膜厚T
4の値が、上記の
図4(a)に示す高さT
1の値よりも小さい値となることである。
【0055】
一方、第2の凹構造14の中の樹脂層51の膜厚T
5が満たすべき所定の膜厚とは、第2の凹構造14の中の樹脂層51の膜厚がT
5であれば、第2の凹構造14の底面に堆積した第2の材料31を露出させずに被覆した状態にできる膜厚であり、具体的には、膜厚T
5の値が、上記の
図4(b)に示す膜厚T
2の値よりも大きい値となることである。
【0056】
なお、上記の条件を満たすものであれば、第1の凹構造13の中の樹脂層51の膜厚T
4と第2の凹構造14の中の樹脂層51の膜厚T
5は、同じ値であっても良い。
【0057】
次に、
図6(e)に示すように、第2のエッチングガス62を用いたドライエッチングにより、樹脂層51から露出する第2の材料31を除去する。これにより、第2の凹構造14の底面に堆積させた第2の材料31を残しつつ、主面12及び第1の凹構造13の側面に堆積させた第2の材料31を除去することができる。
上記の第2のエッチングガス62としては、例えば、第2の材料31がクロム(Cr)を含む場合には、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを好適に用いることができる。
【0058】
次に、
図6(f)に示すように、第1のエッチングガス61を用いたドライエッチングにより、第1の凹構造13の中の樹脂層51及び第2の凹構造14の中の樹脂層51を除去し、
図6(g)に示すように、主面12、第1の凹構造13の側面、及び第1の凹構造13の底面には第2の材料31から構成される膜が存在せず、第2の凹構造14の底面に第2の材料31から構成される膜が存在するテンプレート2を得る。
【0059】
なお、
図5及び
図6においては、
図5(c)に示すように、部材52を用いて、凹凸基板1の主面側の全領域にわたって表面が平坦な樹脂層51を形成する例を示したが、インプリントを使用した他の例として、上記の
図8(c)に示すように、段差基板を押し付けて、アライメントマーク領域130の膜厚が転写パターン領域120の膜厚よりも厚くなるようにレジスト膜170を変形させる方法を用いても良い。
すなわち、本発明においては、
図5(c)に示す表面が平坦な樹脂層51に替えて、第2の凹構造14の上の膜厚が第1の凹構造13の上の膜厚よりも厚くなるような段差構造の樹脂層を形成する方法を用いても良い。
【0060】
<テンプレート>
次に、本発明に係るテンプレートについて、説明する。
図7は、本発明に係るテンプレートの一例を説明する図である。ここで、
図7(a)は
図1(c)と同じものであり、
図7(b)は、
図7(a)の第2の凹構造14の概略拡大図である。
【0061】
なお、煩雑となるのを避けるため、上記の
図1(c)と同様に、
図7(a)に示すテンプレート2おいては、第2の凹構造14の側面には第2の材料31が存在しない形態を示しているが、実際には、
図7(b)に示すように、第2の凹構造14の底面に加えて、第2の凹構造14の側面にも第2の材料31は存在する。
【0062】
また、
図7(a)に示すテンプレート2においては、煩雑となるのを避けるため、第2の凹構造14を1つしか有していない形態を模式的に示しているが、本発明はこの形態に限定されず、第2の凹構造14を複数有していても良い。
通常、実際のテンプレートにおいては、複数の第2の凹構造14を有し、複数の第2の凹構造14を含む凹凸構造の繰り返しパターンでアライメントマークが構成されている。
また、通常、実際のテンプレートにおいては、上記構成のアライメントマークが主面の複数個所に設けられている。
【0063】
本発明に係るテンプレートは、上記の本発明に係るテンプレートの製造方法によって製造できるものであり、
図7(a)に示すテンプレート2のように、主面12から基部11が掘り下げられた第1の凹構造13と第2の凹構造14を有するテンプレートであって、第2の凹構造14の底面が第1の凹構造13の底面よりも大きく、第2の凹構造14の底面には、基部11を構成する第1の材料よりも高い屈折率を有する第2の材料31から構成される膜が形成されているものである。
一方、テンプレート2の第1の凹構造13の底面及び側面には、第2の材料31は存在しない。
ここで、第1の凹構造13は、テンプレート2の転写パターンを構成するものであり、第2の凹構造14は、テンプレート2のアライメントマークを構成するものである。
【0064】
それゆえ、このテンプレート2を用いてナノインプリントリソグラフィを行えば、転写パターンを構成する第1の凹構造13の底面及び側面には、第2の材料31が存在しないことから、被転写基板の上に形成される樹脂パターンに欠陥を生じさせてしまうことを防止できる。
また、アライメントマークを構成する第2の凹構造14の底面には、高い屈折率を有する第2の材料31から構成される膜が形成されているため、高精度なアライメントが可能になる。
【0065】
なお、
図7(a)に示すテンプレート2の第2の凹構造14の底面に形成された第2の材料31から構成される膜の断面形状は、第2の凹構造14の幅方向(図中のX方向と平行な方向)の中央における膜厚が周囲の膜厚よりも厚い形態を有している。
より詳しくは、
図7(b)に示すように、底面14Bに形成された第2の材料31から構成される膜の断面形状は、中央における膜厚T
2が、側面14Sに形成された第2の材料31と接する位置における膜厚T
3よりも厚い形態を有している。
【0066】
このような形態を有する理由は、テンプレート2が上記の本発明に係るテンプレートの製造方法によって製造されたものだからである。
ここで、
図7(b)に示す膜厚T
2は、上記の
図4(b)に示す膜厚T
2と同じであり、
図7(b)に示す膜厚T
3は、上記の
図4(b)に示す膜厚T
3と同じである。
また、
図7(b)に示す膜厚T
5は、上記の
図6(d)に示す膜厚T
5と同じである。
【0067】
以上、本発明に係るテンプレートの製造方法およびテンプレートについて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。