特許第6957281号(P6957281)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6957281テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法
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(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】6957281
(24)【登録日】2021年10月8日
(45)【発行日】2021年11月2日
(54)【発明の名称】テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/027 20060101AFI20211021BHJP
   B29C 59/02 20060101ALI20211021BHJP
   B29C 33/38 20060101ALI20211021BHJP
【FI】
   H01L21/30 502D
   B29C59/02 B
   B29C33/38
【請求項の数】6
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2017-175030(P2017-175030)
(22)【出願日】2017年9月12日
(65)【公開番号】特開2019-54016(P2019-54016A)
(43)【公開日】2019年4月4日
【審査請求日】2019年11月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100124372
【弁理士】
【氏名又は名称】山ノ井 傑
(72)【発明者】
【氏名】菅野 正洋
【審査官】 今井 彰
(56)【参考文献】
【文献】 特開2006−015522(JP,A)
【文献】 国際公開第2017/057263(WO,A1)
【文献】 特開2010−087529(JP,A)
【文献】 特開2011−029642(JP,A)
【文献】 特開2015−095501(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/027、21/30
B29C 59/00−59/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の第1凸部上に、第1膜厚を有する複数の第1パターンと、前記第1パターンを包囲し前記第1膜厚より厚い第2膜厚を有する第2パターンと、を含む第1膜を形成し、
前記第1パターンを第2膜で覆った後に前記第2パターンを除去し、
前記第2パターン除去後に第1エッチングにより、前記第1パターンの上面から前記第2膜を除去して前記第1パターンを露出させるとともに前記第2膜をマスクにして前記第1凸部をエッチングし第2凸部を形成し、
前記第1エッチング後に前記第1パターンを除去し、
前記第1パターンの除去後に、前記第2膜をマスクとする第2エッチングにより、前記第1凸部と前記第2凸部とを加工する、
ことを含むテンプレートの作製方法。
【請求項2】
前記第2膜を形成する際には、前記第1および第2パターンを覆うように前記第2膜を形成し、前記第2パターンが露出するまで前記第2膜を除去する、請求項1に記載のテンプレートの作製方法。
【請求項3】
前記第2膜は、前記第2膜の形成用の液体を、前記第2パターンにより包囲された領域に滴下または吐出することで形成される、請求項1に記載のテンプレートの作製方法。
【請求項4】
前記第1および第2パターンは、前記第1パターンに対応する複数の第1凹部と、前記第2パターンに対応する第2凹部とが設けられたテンプレートを用いて前記第1膜に形成される、請求項1から3のいずれか1項に記載のテンプレートの作製方法。
【請求項5】
前記第1エッチングでは、前記第1凸部の第1上面を低下させることで、前記第1上面に包囲された第2上面を有する第2凸部を形成し、
前記第2エッチングでは、前記第1上面を低下させ、かつ、前記第2上面に複数の凹部を形成する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のテンプレートの作製方法。
【請求項6】
ウエハ上に樹脂を塗布または滴下し、
基板の第1凸部上に、第1膜厚を有する複数の第1パターンと、前記第1パターンを包囲し前記第1膜厚より厚い第2膜厚を有する第2パターンと、を含む第1膜を形成し、前記第1パターンを第2膜で覆った後に前記第2パターンを除去し、前記第2パターン除去後に第1エッチングにより、前記第1パターンの上面から前記第2膜を除去して前記第1パターンを露出させるとともに前記第2膜をマスクにして前記第1凸部をエッチングし第2凸部を形成し、前記第1エッチング後に前記第1パターンを除去し、前記第1パターンの除去後に、前記第2膜をマスクとする第2エッチングにより、前記第1凸部と前記第2凸部とを加工する、ことにより作製されたテンプレートを用意し、
前記テンプレートの前記第2凸部のパターン形成面を前記樹脂に押印させ、前記樹脂を硬化させ、
前記テンプレートを硬化された前記樹脂から離型させる、
ことを含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、テンプレート、テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ナノインプリント用のテンプレートは、メサと呼ばれる凸部に凹凸パターンを備えることが多い。この場合、1段メサ型のテンプレートを使用して基板上にパターンを形成すると、基板とテンプレートとの間の隙間から塗布液がしみ出すことが問題となる。そこで、塗布液のしみ出しを抑制可能な2段メサ型のテンプレートが注目されている。しかしながら、2段メサ型のテンプレートを作製する際に、インプリント工程を2回実施する必要があるため、テンプレートの作製コストが上昇することが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2014−216594号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
2段の凸部を備える構造を簡単に実現しまたは利用することが可能なテンプレート、テンプレートの作製方法、および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一の実施形態によれば、テンプレートの作製方法は、基板の第1凸部上に、第1膜厚を有する複数の第1パターンと、前記第1パターンを包囲し前記第1膜厚より厚い第2膜厚を有する第2パターンと、を含む第1膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第1パターンを第2膜で覆った後に前記第2パターンを除去することを含む。前記方法はさらに、前記第2パターン除去後に第1エッチングにより、前記第1パターンの上面から前記第2膜を除去して前記第1パターンを露出させるとともに前記第2膜をマスクにして前記第1凸部をエッチングし第2凸部を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第1エッチング後に前記第1パターンを除去することを含む。前記方法はさらに、前記第1パターンの除去後に、前記第2膜をマスクとする第2エッチングにより、前記第1凸部と前記第2凸部とを加工することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1】第1実施形態のテンプレートの構造を示す断面図である。
図2】第1実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図(1/2)である。
図3】第1実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図(2/2)である。
図4】第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図5】第1実施形態の比較例のテンプレートの作製方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【0008】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のテンプレートの構造を示す断面図である。
【0009】
図1(a)は、原版テンプレート1を示す。図1(b)は、この原版テンプレート1を用いて作製されたレプリカテンプレート2を示す。このレプリカテンプレート2は、第1凸部の一例である第1メサ2aと、第2凸部の一例である第2メサ2bとを備える2段メサ型のテンプレートである。
【0010】
原版テンプレート1は、基板10に設けられた複数の第1凸部11と、複数の第1凹部12と、第2凸部13と、第2凹部14とを備えている。
【0011】
基板10の例は、石英基板である。図1(a)は、基板10の表面に平行で互いに垂直なX方向およびY方向と、基板10の表面に垂直なZ方向とを示している。本明細書では、+Z方向を上方向として取り扱い、−Z方向を下方向として取り扱う。−Z方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【0012】
複数の第1凸部11と複数の第1凹部12は、図1(a)に示すように、基板10の下面に交互に設けられている。第1凸部11と第1凹部12は、Y方向に延びており、X方向に互いに隣接している。
【0013】
第2凸部13は、基板10の下面に設けられており、第1凸部11と第1凹部12とを包囲する四角形の環状の形状を有している。第2凹部14も、基板10の下面に設けられており、第1凸部11、第1凹部12、および第2凸部13を包囲する四角形の環状の形状を有している。
【0014】
図1(a)は、第1凸部11の幅W1と、第1凹部12の幅W2および深さD1と、第2凸部13の幅W3と、第2凹部14の幅W4および深さD2とを示している。本実施形態では、第2凹部14の深さD2は、第1凹部12の深さD1より深く設定されているが、第1凹部12の深さD1の2倍以下に設定されている(D1<D2≦2×D1)。さらに、第2凸部13の幅W3は第1凸部11の幅W1よりも大きく設定され、第2凹部14の幅W4は第1凹部12の幅W2よりも大きく設定されている(W3>W1、W4>W2)。なお、幅W1と幅W2は同じ値に設定されている(W1=W2)。
【0015】
レプリカテンプレート2は、基板20に設けられた複数の第1凸部21と、複数の凹部22と、第2凸部23と、リセス部24とを備えている。
【0016】
基板20の例は、石英基板である。第1メサ2aは、基板20の上面に設けられ、厚さT1を有している。第2メサ2bは、基板20の上面において第1メサ2aの中央部分に設けられ、厚さT2を有している。本実施形態では、第2メサ2bの厚さT2が、第1メサ2aの厚さT1よりも薄く設定されている(T2<T1)。第1メサ2aの厚さT1は、例えば30μmである。第2メサ2bの厚さT2は、例えば0.1〜1μmである。
【0017】
複数の第1凸部21と複数の凹部22は、図1(b)に示すように、基板20の上面に交互に設けられている。第1凸部21と凹部22は、Y方向に延びており、X方向に互いに隣接している。第1凸部21と凹部22は、第2メサ2bの上面に設けられている。
【0018】
第2凸部23は、基板20の上面に設けられており、第1凸部21と凹部22とを包囲する四角形の環状の形状を有している。リセス部24も、基板20の上面に設けられており、第1凸部21、凹部22、および第2凸部23を包囲する四角形の環状の形状を有している。第2凸部23は、第2メサ2bの上面に設けられており、リセス部24は、第2メサ2bを包囲するように第1メサ2aの上面に設けられている。
【0019】
図1(b)は、第1メサ2aの外周の側面K1と、第2メサ2bの外周の側面K2とを示している。本実施形態の第1メサ2aは、基板20のウェットエッチングにより形成されるため、側面K1は実際にはゆるやかに傾斜している。一方、本実施形態の第2メサ2bは、基板20のドライエッチングにより形成されるため、側面K2は実際には急峻に傾斜している。
【0020】
仮にレプリカテンプレート2が第2メサ2bを備えないとすると、レプリカテンプレート2を使用して基板上にパターンを形成する際に、基板とレプリカテンプレート2との間の隙間から塗布液がしみ出すことが問題となる。理由は、側面K1がゆるやかに傾斜しているため、塗布液が側面K1を伝わってしみ出しやすいからである。
【0021】
一方、レプリカテンプレート2が第2メサ2bを備えていると、塗布液と側面K1との間に側面K2が介在するため、塗布液は側面K1を伝わってしみ出しにくい。よって、本実施形態によれば、塗布液のしみ出しを抑制することが可能となる。
【0022】
図2および図3は、第1実施形態のテンプレートの作製方法を示す断面図であり、原版テンプレート1を用いてレプリカテンプレート2を作製する工程を示している。
【0023】
まず、第1メサ2aを有する基板20を用意し、第1メサ2a上にナノインプリント用のレジスト膜3を形成した後、原版テンプレート1を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート1の凹凸パターンをレジスト膜3に転写する(図2(a))。その結果、原版テンプレート1の第1凹部12に対応する複数の第1レジストパターン3aと、原版テンプレート1の第2凹部14に対応する第2レジストパターン3bが、レジスト膜3に形成される。
【0024】
よって、第1レジストパターン3aは、幅W2と同じ幅と、深さD1と同じ膜厚を有することとなる。また、第2レジストパターン3bは、幅W4と同じ幅と、深さD2と同じ膜厚を有することとなる。その結果、第2レジストパターン3bの膜厚は、第1レジストパターン3aの膜厚より厚くなる。上述の「D1<D2≦2×D1」の関係も、これらの膜厚に踏襲される。また、第2レジストパターン3bの幅は、第1レジストパターン3aの幅より大きくなる。さらに、互いに隣接する第1レジストパターン3a同士の距離は、幅W1と同じ値となり、互いに隣接する第1レジストパターン3aと第2レジストパターン3bとの距離は、幅W3と同じ値となる。
【0025】
これは、第1および第2レジストパターン3a、3bの形状やレイアウトについても同様である。第1レジストパターン3aは、Y方向に延び、X方向に互いに隣接することとなる。第2レジストパターン3bは、第1レジストパターン3aを包囲する四角形の環状の形状を有することとなる。レジスト膜3は、第1膜の一例である。なお、第1メサ2aは、上述のように、基板20のウェットエッチングにより形成可能である。
【0026】
次に、第1および第2レジストパターン3a、3b上に、レジストパターンを反転させるための反転剤層4を形成する(図2(b))。反転剤層4は、第2膜の一例である。反転剤層4は例えば、反転剤を含有する液体を第1および第2レジストパターン3a、3b上に塗布することで形成される。反転剤層4は、第1および第2レジストパターン3a、3bの上面を覆うように形成される。
【0027】
次に、反転剤層4をドライエッチングによりエッチバックして、第2レジストパターン3bの上面から反転剤層4を除去する(図2(c))。その結果、第2レジストパターン3bの上面が反転剤層4から露出する。一方、第1レジストパターン3aの上面や側面は、反転剤層4で覆われたままとなる。
【0028】
なお、反転剤層4は、反転剤を含有する液体(反転剤液体)を、第2レジストパターン3bにより包囲された領域(包囲領域)に滴下または吐出することで形成してもよい。この場合、反転剤層4が第2レジストパターン3bの上面に形成されないため、図2(c)の工程は不要となる。
【0029】
例えば、反転剤液体を複数の穴から滴下する棒状のパイプを用意し、パイプで包囲領域をスキャンしながら、パイプから反転剤液体を滴下することで、包囲領域のみに反転剤液体を滴下してもよい。また、反転剤液体を吐出するノズルを用意し、ノズルから包囲領域に反転剤液体を吐出することで、包囲領域のみに反転剤液体を吐出してもよい。
【0030】
次に、第2レジストパターン3bを除去する(図3(a))。この際、第1レジストパターン3aは、反転剤層4で覆われているため除去されない。
【0031】
次に、反転剤層4をドライエッチングによりエッチバックして、第1レジストパターン3aの上面から反転剤層4を除去する(図3(b))。その結果、第1レジストパターン3aの上面が反転剤層4から露出する。このエッチバックは、第1エッチングの一例である。
【0032】
このエッチバックでは、反転剤層4をマスクとして、基板20の第1メサ2aもエッチングされる。第1メサ2aは、反転剤層4で覆われていない第1上面S1と、反転剤層4で覆われている第2上面S2とを有しており、第1上面S1のみがエッチングにより低下する。その結果、第1上面S1で包囲された第2上面S2を有する第2メサ2bが、第1メサ2a内に形成される。また、図1(b)に示すリセス部24が第1メサ2aに形成される。符号ΔT1は、第1上面S1のエッチング量、すなわち、第1上面S1から第2上面S2までの高さを示している。
【0033】
次に、第1レジストパターン3aを除去する(図3(c))。その結果、反転剤層4の凹凸パターンが第2メサ2b上に形成される。
【0034】
次に、反転剤層4をマスクとするドライエッチングにより、基板20の第1および第2メサ2a、2bをエッチバックする(図3(d))。この際、反転剤層4は除去される。このエッチバックは、第2エッチングの一例である。
【0035】
このエッチバックでは、第1上面S1がエッチングによって第2上面S2に対して低下する。符号ΔT2は、第1上面S1のエッチング量を示している。エッチング量ΔT1、ΔT2の合計が、第2メサ2bの厚さT2となる。そのため、本実施形態では、第2メサ2bの厚さT2が所望値になるように、エッチング量ΔT1、ΔT2を調整することが望ましい。
【0036】
さらに、このエッチバックでは、反転材層4の凹凸パターンがエッチングによって第2メサ2b(第2上面S2)に転写される。その結果、図1(b)に示す第1凸部21、凹部22、および第2凸部23が第2メサ2bに形成される。
【0037】
こうして、レプリカテンプレート2が作製される。本実施形態では、第1メサ2aも第2メサ2bも原版テンプレート1の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本実施形態によれば、2段メサ型のレプリカテンプレート2を、図2(a)に示す1回のインプリント工程により簡単に作製することが可能となる。これにより、レプリカテンプレート2の作製コストを低減することが可能となる。さらには、反転剤層4の膜厚を均一にすることができるため、レプリカテンプレート2から製造される回路パターンの加工精度を向上させることが可能となる。
【0038】
なお、原版テンプレート1の第2凹部14の深さD2が深いと、第1レジストパターン3a上の反転剤層4の膜厚が厚くなる(図3(a)を参照)。この場合、図3(b)に示すエッチバックの負担が大きくなる。そのため、本実施形態では、深さD2を深さD1の2倍以下に設定している。これにより、図3(b)に示すエッチバックの負担を軽減することが可能となる。
【0039】
また、基板20のエッチングは、正確には、図3(b)に示すエッチバックと、図3(d)に示すエッチバックだけでなく、図2(c)に示すエッチバックでも進行する。そのため、図2(c)に示すエッチバックの影響が大きい場合には、これら3つのエッチバックのエッチング量を考慮に入れて、第2メサ2bの厚さT2を所望値に調整してもよい。
【0040】
図4は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【0041】
まず、基板30上にレジスト材料31を塗布または滴下する(図4(a))。基板30は例えば、半導体基板(半導体ウエハ)と、半導体基板上の被加工膜とを含む被加工基板(被加工ウエハ)である。半導体基板そのものを加工する場合には、基板30は被加工膜を含まなくてもよい。基板30はウエハの例であり、レジスト材料31は樹脂の例である。
【0042】
次に、上述したレプリカテンプレート2のパターン形成面をレジスト材料31に押印させ、レジスト材料31を硬化させる(図4(b))。これにより、レプリカテンプレート2の凹凸パターンがレジスト材料31に転写される。
【0043】
次に、レプリカテンプレート2をレジスト材料31から離型する(図4(c))。これにより、硬化されたレジスト材料31からなり、レジストパターン32aを有するレジスト膜32が基板30上に形成される。このようにして、レプリカテンプレート2を用いた処理が終了する。
【0044】
図5は、第1実施形態の比較例のテンプレートの作製方法を示す断面図であり、原版テンプレート1、1を用いてレプリカテンプレート2を作製する工程を示している。
【0045】
まず、基板10に複数の凸部11と複数の凹部12とを交互に備える原版テンプレート1を用意する(図5(a))。さらに、第1メサ2aを有する基板20を用意し、第1メサ2a上に第1下地層5、第2下地層6、およびレジスト膜3を形成する(図5(a))。第1下地層5の例は窒化クロム層であり、第2下地層6の例は密着膜である。
【0046】
次に、原版テンプレート1を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート1の凹凸パターンをレジスト膜3に転写する(図5(a))。その結果、原版テンプレート1の凹部12に対応する複数のレジストパターン3aが、レジスト膜3に形成される。
【0047】
その後、複数のレジストパターン3aが第1メサ2aに転写され、第1凸部21と凹部22が形成される(図5(b))。
【0048】
次に、基板10に凹部12を備える原版テンプレート1を用意する(図5(c))。さらに、基板20の第1メサ2a上に、第1下地層5、第2下地層6、およびレジスト膜3を形成する(図5(c))。第1下地層5の例は窒化クロム層であり、第2下地層6の例は密着膜である。
【0049】
次に、原版テンプレート1を用いたナノインプリントにより、原版テンプレート1の凹凸パターンをレジスト膜3に転写する(図5(c))。その結果、原版テンプレート1の凹部12に対応するレジストパターン3aが、レジスト膜3に形成される。
【0050】
その後、レジストパターン3aが第1メサ2aに転写され、第2凸部23とリセス部24が形成される(図5(d))。その結果、第1メサ2a内に第2メサ2bが形成される。
【0051】
こうして、レプリカテンプレート2が作製される。本比較例では、第1および第2メサ2a、2bが原版テンプレート1、1の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本比較例では、2段メサ型のレプリカテンプレート2が、図5(a)と図5(c)とに示す2回のインプリント工程により作製され、レプリカテンプレート2の作製コストが上昇してしまう。一方、本実施形態によれば、このようなコスト上昇を抑制することができる。
【0052】
以上のように、本実施形態では、第1メサ2aも第2メサ2bも原版テンプレート1の凹凸パターンを利用して加工される。よって、本実施形態によれば、2段メサを備える構造を簡単に実現することが可能となる。
【0053】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なテンプレートおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したテンプレートおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【0054】
1:原版テンプレート、2:レプリカテンプレート、
2a:第1メサ、2b:第2メサ、3:レジスト膜、
3a:第1レジストパターン、3b:第2レジストパターン、4:反転剤層、
10:基板、11:第1凸部、12:第1凹部、13:第2凸部、14:第2凹部、
20:基板、21:第1凸部、22:凹部、23:第2凸部、24:リセス部、
30:基板、31:レジスト材料、32:レジスト膜、32a:レジストパターン、
、1:原版テンプレート、3、3:レジスト膜、
3a、3a:レジストパターン、5、5:第1下地膜、
、6:第2下地膜、10、10:基板、
11:凸部、12、12:凹部
図1
図2
図3
図4
図5