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特開2024-86210テンプレート、テンプレートの製造方法、半導体装置の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024086210
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】テンプレート、テンプレートの製造方法、半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/027 20060101AFI20240620BHJP
【ＦＩ】
H01L21/30 502D
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022201230
(22)【出願日】2022-12-16
(71)【出願人】
【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】100140486
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100121843
【弁理士】
【氏名又は名称】村井 賢郎
(72)【発明者】
【氏名】大田原 隆太郎
【テーマコード（参考）】
5F146
【Ｆターム（参考）】
5F146AA32
(57)【要約】
【課題】レジストパターンの形成不良を抑制することを可能とする。
【解決手段】テンプレートは、基材と、基材の表面から突出するように設けられるメサ部と、を備える。メサ部の基準面には、当該基準面から突出するように複数の突出部を有する。複数の突出部には、第１突出部と、メサ部の基準面からの突出量が第１突出部よりも低い第２突出部と、が含まれる。第１突出部の頂面の表面積よりも第２突出部の頂面の表面積の方が大きい。
【選択図】図６
【解決手段】テンプレートは、基材と、基材の表面から突出するように設けられるメサ部と、を備える。メサ部の基準面には、当該基準面から突出するように複数の突出部を有する。複数の突出部には、第１突出部と、メサ部の基準面からの突出量が第１突出部よりも低い第２突出部と、が含まれる。第１突出部の頂面の表面積よりも第２突出部の頂面の表面積の方が大きい。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に塗布された樹脂にパターンを転写することが可能なテンプレートであって、
基材と、
前記基材の表面から突出するように設けられるメサ部と、を備え、
前記メサ部の基準面には、当該基準面から突出するように複数の突出部を有し、
複数の前記突出部には、第１突出部と、前記メサ部の基準面からの突出量が前記第１突出部よりも低い第２突出部と、が含まれ、
前記第１突出部の頂面の表面積よりも前記第２突出部の頂面の表面積の方が大きい
テンプレート。
基材と、
前記基材の表面から突出するように設けられるメサ部と、を備え、
前記メサ部の基準面には、当該基準面から突出するように複数の突出部を有し、
複数の前記突出部には、第１突出部と、前記メサ部の基準面からの突出量が前記第１突出部よりも低い第２突出部と、が含まれ、
前記第１突出部の頂面の表面積よりも前記第２突出部の頂面の表面積の方が大きい
テンプレート。
【請求項2】
前記第２突出部の頂面の表面粗さは、前記第１突出部の頂面の表面粗さよりも大きい
請求項１に記載のテンプレート。
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項3】
前記第２突出部の頂面には、前記第１突出部の頂面に形成されていない凹凸構造、又は前記第１突出部の頂面に形成されている凹凸構造よりも大きい凹凸構造が形成されている
請求項１に記載のテンプレート。
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項4】
前記第２突出部の頂面に形成されている前記凹凸構造に含まれる凸部の高さは、前記メサ部の基準面からの前記第２突出部の突出量よりも短い
請求項３に記載のテンプレート。
請求項３に記載のテンプレート。
【請求項5】
前記第２突出部の頂面に形成されている前記凹凸構造に含まれる複数の凸部の間に形成される隙間の幅は、複数の前記第２突出部の間に形成される隙間の幅よりも狭い
請求項３に記載のテンプレート。
請求項３に記載のテンプレート。
【請求項6】
複数の前記突出部として、前記基準面からの突出量が異なる少なくとも３つの突出部を備え、
少なくとも３つの前記突出部は、前記突出量が低いものほど頂面の表面積が大きくなるように形成されている
請求項１に記載のテンプレート。
少なくとも３つの前記突出部は、前記突出量が低いものほど頂面の表面積が大きくなるように形成されている
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項7】
複数の前記突出部は、前記基準面からの突出量が同一であって、且つ互いに所定の隙間を有して配置される複数の突出片を有している
請求項１に記載のテンプレート。
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項8】
前記第２突出部の頂面は、前記有機系材料に対する接触角が９０度以下となる濡れ性を有している
請求項１に記載のテンプレート。
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項9】
前記第２突出部の頂面は、前記有機系材料に対する接触角が６５度以下となる濡れ性を有している
請求項１に記載のテンプレート。
請求項１に記載のテンプレート。
【請求項10】
基板に塗布された樹脂にパターンを転写することが可能なテンプレートの製造方法であって、
基材の表面を加工して、前記基材から突出するようにメサ部を形成し、
前記メサ部の基準面に、第１突出部と、前記基準面からの突出量が前記第１突出部よりも低い第２突出部とを含む複数の突出部を形成し、
前記第１突出部の頂面の表面積よりも前記第２突出部の頂面の表面積の方が大きくなるように前記第２突出部の頂面に対して表面加工処理を施す
テンプレートの製造方法。
基材の表面を加工して、前記基材から突出するようにメサ部を形成し、
前記メサ部の基準面に、第１突出部と、前記基準面からの突出量が前記第１突出部よりも低い第２突出部とを含む複数の突出部を形成し、
前記第１突出部の頂面の表面積よりも前記第２突出部の頂面の表面積の方が大きくなるように前記第２突出部の頂面に対して表面加工処理を施す
テンプレートの製造方法。
【請求項11】
前記表面加工処理は、前記第２突出部の頂面に凹凸構造を形成する表面加工処理である
請求項１０に記載のテンプレートの製造方法。
請求項１０に記載のテンプレートの製造方法。
【請求項12】
前記表面加工処理は、前記第２突出部の頂面を粗面化する表面加工処理である
請求項１０に記載のテンプレートの製造方法。
請求項１０に記載のテンプレートの製造方法。
【請求項13】
請求項１～９のいずれか一項に記載されたテンプレートを用いて、前記メサ部に形成されたパターンを、前記基板上に塗布された樹脂に転写してレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンに基づいて前記基板を加工する
半導体装置の製造方法。
前記レジストパターンに基づいて前記基板を加工する
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、テンプレートの製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程では、テンプレートのパターンを被加工膜上のレジスト膜に転写して、被加工膜に所望のパターンを形成するインプリント処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１６０７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
開示された実施形態によれば、レジストパターンの形成不良を抑制することが可能なテンプレート、テンプレートの製造方法、及び半導体装置の製造方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態のテンプレートは、基板に塗布された樹脂にパターンを転写することが可能なテンプレートであって、基材と、基材の表面から突出するように設けられるメサ部と、を備える。メサ部の基準面には、当該基準面から突出するように複数の突出部を有する。複数の突出部には、第１突出部と、メサ部の基準面からの突出量が第１突出部よりも低い第２突出部と、が含まれる。第１突出部の頂面の表面積よりも第２突出部の頂面の表面積の方が大きい。
【0006】
実施形態のテンプレートの製造方法は、基板に塗布された樹脂にパターンを転写することが可能なテンプレートの製造方法であって、基材の表面を加工して、基材から突出するようにメサ部を形成し、メサ部の基準面に、第１突出部と、基準面からの突出量が第１突出部よりも低い第２突出部とを含む複数の突出部を形成し、第１突出部の頂面の表面積よりも第２突出部の頂面の表面積の方が大きくなるように第２突出部の頂面に対して表面加工処理を施す。
【0007】
実施形態の半導体装置の製造方法は、上記のテンプレートを用いて、メサ部に形成されたパターンを、基板上に塗布された有機系材料に転写してレジストパターンを形成し、レジストパターンに基づいて基板を加工する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態の半導体装置の断面構造を示す断面図。
【図2】第１実施形態の半導体装置のメモリ層周辺の断面構造を示す断面図。
【図3】第１実施形態のインプリント装置の構造を模式的に示す図。
【図4】第１実施形態のテンプレートの正面構造を示す正面図。
【図5】第１実施形態のテンプレートの実パターン及びダミーパターンの拡大断面構造を示す断面図。
【図6】第１実施形態のテンプレートの実パターンの断面構造を示す断面図。
【図7】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態の柱状パターンの頂面周辺の断面構造を示す断面図。
【図8】（Ａ）は、レジスト材に対する第１実施形態の柱状パターンの頂面の濡れ性を模式的に示す断面図。（Ｂ）は、レジスト材に対する参考例の柱状パターンの頂面の濡れ性を模式的に示す断面図。
【図9】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態の半導体装置の製造工程の一部を示す断面図。
【図10】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態の半導体装置の製造工程の一部を示す断面図。
【図11】（Ａ）～（Ｆ）は、第１実施形態の半導体装置の製造工程の一部を示す断面図。
【図12】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図13】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図14】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図15】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図16】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図17】（Ａ）～（Ｄ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図18】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図19】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態のテンプレートとウェハとの間にレジスト材が浸透する様子を示す断面図。
【図20】（Ａ）～（Ｃ）は、第１実施形態の変形例のテンプレートの製造工程の一部を示す断面図。
【図21】（Ａ），（Ｂ）は、第２実施形態の柱状パターンの頂面周辺の断面構造を示す断面図。
【図22】他の実施形態のテンプレートの実パターンの断面構造を示す断面図。
【図23】他の実施形態のテンプレートの実パターンの断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
１ 第１実施形態
第１実施形態のテンプレート、テンプレートの製造方法、及び半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリとして構成された不揮発性の記憶装置である。
１ 第１実施形態
第１実施形態のテンプレート、テンプレートの製造方法、及び半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリとして構成された不揮発性の記憶装置である。
【0010】
【0011】
図１に示されるように、半導体装置ＭＤＶは、周辺回路ＣＵＡ、ソース線ＳＬ、及び積層体ＬＭを備えている。周辺回路ＣＵＡ、ソース線ＳＬ、及び積層体ＬＭは、この順で基板ＳＢ上に形成されている。基板ＳＢはシリコン基板等である。
周辺回路ＣＵＡは、トランジスタＴＲ等を備えており、後述するメモリセルの電気的な動作に寄与する。トランジスタＴＲは基板ＳＢ上に形成されている。周辺回路ＣＵＡは絶縁膜５１により覆われている。絶縁膜５１はシリコン酸化膜等である。絶縁膜５１上にはソース線ＳＬが形成されている。ソース線ＳＬは導電性のポリシリコン層等である。
周辺回路ＣＵＡは、トランジスタＴＲ等を備えており、後述するメモリセルの電気的な動作に寄与する。トランジスタＴＲは基板ＳＢ上に形成されている。周辺回路ＣＵＡは絶縁膜５１により覆われている。絶縁膜５１はシリコン酸化膜等である。絶縁膜５１上にはソース線ＳＬが形成されている。ソース線ＳＬは導電性のポリシリコン層等である。
【0012】
積層体ＬＭはソース線ＳＬ上に形成されている。積層体ＬＭは、積層された複数のワード線ＷＬにより構成されている。ワード線ＷＬはタングステン層又はモリブデン層等である。複数のワード線ＷＬの間には絶縁層がそれぞれ介在されている。絶縁層は酸化シリコン層等である。
【0013】
積層体ＬＭは、メモリ領域ＭＲ、コンタクト領域ＰＲ、及び貫通コンタクト領域ＴＰを備えている。それぞれの領域ＭＲ，ＰＲ，ＴＰには、複数のピラーＰＬ、及び複数のコンタクトＣＣ，Ｃ４が設けられている。積層体ＬＭの全体は絶縁膜５２により覆われている。絶縁膜５２はシリコン酸化膜等である。
【0014】
複数のピラーＰＬのそれぞれは積層体ＬＭを貫通してソース線ＳＬに到達している。ピラーＰＬの詳細の構成を図２に示す。
図２に示されるように、ピラーＰＬはメモリ層ＭＥ及びチャネル層ＣＮを備えている。メモリ層ＭＥ及びチャネル層ＣＮは、この順でピラーＰＬの外周から順に配置されている。チャネル層ＣＮの内側にはコア層ＣＲが充填されている。メモリ層ＭＥは、ブロック絶縁層ＢＫ、電荷蓄積層ＣＴ、及びトンネル絶縁層ＴＮが積層された多層構造を有している。ブロック絶縁層ＢＫ、電荷蓄積層ＣＴ、及びトンネル絶縁層ＴＮは、この順でピラーＰＬの外周から順に配置されている。なお、ピラーＰＬの下端部にはメモリ層ＭＥが配置されておらず、メモリ層ＭＥの内側に設けられるチャネル層ＣＮがソース線ＳＬと接続されている。
図２に示されるように、ピラーＰＬはメモリ層ＭＥ及びチャネル層ＣＮを備えている。メモリ層ＭＥ及びチャネル層ＣＮは、この順でピラーＰＬの外周から順に配置されている。チャネル層ＣＮの内側にはコア層ＣＲが充填されている。メモリ層ＭＥは、ブロック絶縁層ＢＫ、電荷蓄積層ＣＴ、及びトンネル絶縁層ＴＮが積層された多層構造を有している。ブロック絶縁層ＢＫ、電荷蓄積層ＣＴ、及びトンネル絶縁層ＴＮは、この順でピラーＰＬの外周から順に配置されている。なお、ピラーＰＬの下端部にはメモリ層ＭＥが配置されておらず、メモリ層ＭＥの内側に設けられるチャネル層ＣＮがソース線ＳＬと接続されている。
【0015】
チャネル層ＣＮは、例えばポリシリコン層又はアモルファスシリコン層等の半導体層である。コア層ＣＲ、トンネル絶縁層ＴＮ、及びブロック絶縁層ＢＫは、例えば酸化シリコン層等である。電荷蓄積層ＣＴは例えば窒化シリコン層等である。
なお、図２に示される符号ＯＬは、複数のワード線ＷＬの間に形成される絶縁層を表している。
なお、図２に示される符号ＯＬは、複数のワード線ＷＬの間に形成される絶縁層を表している。
【0016】
このような構成により、ピラーＰＬとワード線ＷＬとの交差部には、高さ方向に並ぶ複数のメモリセルＭＣが形成される。ワード線ＷＬからメモリセルＭＣに所定の電圧を印加することにより、メモリセルＭＣの電荷蓄積層ＣＴに対する電荷の蓄積、あるいは電荷蓄積層ＣＴからの電荷の引き出しを行うことができる。電荷蓄積層ＣＴに対する電荷の蓄積、あるいは電荷蓄積層ＣＴからの電荷の引き出しにより、メモリセルＭＣに対するデータの書き込み、あるいは読み出しが行われる。メモリセルＭＣから読み出されたデータは、ピラーＰＬの上方に設けられるプラグ及び上層配線等を介して、例えば半導体装置ＭＤＶのセンスアンプに伝達される。
【0017】
図１に示される複数のコンタクトＣＣのそれぞれは、積層体ＬＭに含まれる複数のワード線ＷＬのうち、いずれかのワード線ＷＬに接続される深さまで延びるように形成されている。また、複数のコンタクトＣＣのそれぞれは、上層配線及びプラグを介して複数のコンタクトＣ４に接続されている。
【0018】
複数のコンタクトＣ４は、積層体ＬＭ及びソース線ＳＬを貫通して積層体ＬＭの下方に設けられる絶縁膜５１まで延びるように形成されている。複数のコンタクトＣ４のそれぞれの下端部は、絶縁膜５１において、下層配線、ビア、及びコンタクト等を介して周辺回路ＣＵＡのトランジスタＴＲに接続されている。
【0019】
このような構成により、周辺回路ＣＵＡから、コンタクトＣ４，ＣＣを介してそれぞれのメモリセルＭＣに所定の電圧を印加することにより、メモリセルＭＣを電気的に動作させることができる。
上記のような構成を備える半導体装置ＭＤＶにおいて、高度の３次元構造を有する立体的な形状を有する構成については、例えばテンプレートを用いたインプリント処理により形成することができる。高度の３次元構造を有する構成としては、例えばコンタクトＣ４と周辺回路ＣＵＡとを電気的に接続するビアと配線とが一括形成されたデュアルダマシン構造ＤＤ、及び積層体ＬＭの異なる深さのワード線ＷＬにそれぞれ到達する複数のコンタクトＣＣ等がある。
上記のような構成を備える半導体装置ＭＤＶにおいて、高度の３次元構造を有する立体的な形状を有する構成については、例えばテンプレートを用いたインプリント処理により形成することができる。高度の３次元構造を有する構成としては、例えばコンタクトＣ４と周辺回路ＣＵＡとを電気的に接続するビアと配線とが一括形成されたデュアルダマシン構造ＤＤ、及び積層体ＬＭの異なる深さのワード線ＷＬにそれぞれ到達する複数のコンタクトＣＣ等がある。
【0020】
１．２ インプリント装置の構成
次に、上述の半導体装置ＭＤＶの製造工程に用いられるインプリント装置８０の構成について説明する。
図３は、本実施形態のインプリント装置８０の構成例を示したものである。図３に示されるように、インプリント装置８０は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、光源８９、及び制御部９０を備えている。インプリント装置８０には、ウェハ３０上のレジスト材に微細パターンを転写してレジストパターンを形成するテンプレート１０がインストールされている。なお、レジスト材は、例えば光が照射されることにより硬化する光硬化性の有機系薬液である。
次に、上述の半導体装置ＭＤＶの製造工程に用いられるインプリント装置８０の構成について説明する。
図３は、本実施形態のインプリント装置８０の構成例を示したものである。図３に示されるように、インプリント装置８０は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、光源８９、及び制御部９０を備えている。インプリント装置８０には、ウェハ３０上のレジスト材に微細パターンを転写してレジストパターンを形成するテンプレート１０がインストールされている。なお、レジスト材は、例えば光が照射されることにより硬化する光硬化性の有機系薬液である。
【0021】
基板ステージとしてのウェハステージ８２は本体８３及びウェハチャック８４を備えている。ウェハチャック８４は、半導体基板としてのウェハ３０を本体８３上の所定位置に固定する。ウェハステージ８２上には基準マーク８５が設けられている。基準マーク８５は、ウェハ３０をウェハステージ８２上にロードする際の位置合わせに用いられる。
【0022】
ウェハステージ８２にはウェハ３０が載置される。ウェハステージ８２は、載置されたウェハ３０と一体となって、水平面に平行な方向に移動する。ウェハステージ８２は、ウェハ３０にレジスト材を滴下する際にウェハ３０を液滴下装置８７の下方に移動させる。また、ウェハステージ８２は、ウェハ３０への転写処理を行う際にウェハ３０をテンプレート１０の下方に移動させる。
【0023】
ステージベース８８は、テンプレートステージ８１によってテンプレート１０を支持するとともに、上下方向（鉛直方向）に移動することにより、テンプレート１０の微細パターンをウェハ３０上のレジスト材に接触させる。
ステージベース８８上には、アライメントセンサ８６が設けられている。アライメントセンサ８６は、ウェハ３０及びテンプレート１０に設けられた位置合わせマークに基づき、ウェハ３０の位置検出やテンプレート１０の位置検出を行う。
ステージベース８８上には、アライメントセンサ８６が設けられている。アライメントセンサ８６は、ウェハ３０及びテンプレート１０に設けられた位置合わせマークに基づき、ウェハ３０の位置検出やテンプレート１０の位置検出を行う。
【0024】
液滴下装置８７は、インクジェット方式によってウェハ３０上にレジスト材を滴下する装置である。液滴下装置８７が備えるインクジェットヘッドは、レジスト材の液滴を噴出する複数の微細孔を有しており、レジスト材の液滴をウェハ３０上に滴下する。
光源８９は、例えば紫外線を照射する装置であり、ステージベース８８の上方に設けられている。光源８９は、テンプレート１０がレジスト材に押し当てられた状態で、テンプレート１０上から光を照射する。
光源８９は、例えば紫外線を照射する装置であり、ステージベース８８の上方に設けられている。光源８９は、テンプレート１０がレジスト材に押し当てられた状態で、テンプレート１０上から光を照射する。
【0025】
制御部９０は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、及び光源８９を制御する。
１．３ テンプレートの構成
次に、上述のインプリント装置８０に用いられるテンプレート１０の構成について説明する。ここでは、図１に示される複数のコンタクトＣＣを形成するためのテンプレート１０の例について説明する。
１．３ テンプレートの構成
次に、上述のインプリント装置８０に用いられるテンプレート１０の構成について説明する。ここでは、図１に示される複数のコンタクトＣＣを形成するためのテンプレート１０の例について説明する。
【0026】
図４は、本実施形態のテンプレート１０の構成を模式的に示したものである。図４に示されるように、テンプレート１０は、例えば石英等の透明基板ＢＡを備えている。本実施形態では、透明基板ＢＡが基材に相当する。透明基板ＢＡはメサ部ＭＳを備えている。メサ部ＭＳは、透明基板ＢＡの一方の面である表面から突出するように形成されている。透明基板ＢＡの裏面側にはザグリＣＢが形成されている。これにより、透明基板ＢＡの裏面中央部は窪んでいる。
【0027】
メサ部ＭＳには複数の実パターンＡＣ及びダミーパターンＤＭが設けられている。複数の実パターンＡＣは、後述する被加工膜に転写されて、半導体装置ＭＤＶの一部構成となるパターンである。ダミーパターンＤＭは、後述する被加工膜に転写されることなく消失するダミーのパターンである。
【0028】
図５は、テンプレート１０の実パターンＡＣ及びダミーパターンＤＭの拡大断面構造を示したものである。図５に示されるように、複数の実パターンＡＣ及びダミーパターンＤＭはメサ部ＭＳの基準面ＲＰから突出するように形成されている。複数の実パターンＡＣは、図中に矢印Ｘで示される方向、すなわちメサ部ＭＳの基準面ＲＰに沿った方向に離れて設けられている。ダミーパターンＤＭは、複数の実パターンＡＣの間、及びメサ部ＭＳの外縁部に設けられている。
【0029】
複数の実パターンＡＣのそれぞれは、基準面ＲＰからの突出高さが異なる複数の柱状パターンＣＬを含んでいる。本実施形態では、柱状パターンＣＬが、メサ部ＭＳの基準面ＲＰから突出するように形成される突出部に相当する。図５では、これらの柱状パターンＣＬが、Ｘ方向に平行な一方向に向かって順次、高くなるように形成されている。なお、複数の柱状パターンＣＬの配置及び並び順は、図５に示される例に限らず任意に変更可能である。
【0030】
図５に示される例では、隣接する柱状パターンＣＬ同士の高さの差は、例えば数ｎｍ～数百ｎｍ程度である。これらの柱状パターンＣＬは、例えば突出方向に直交する断面の面積が略等しく、且つ高さが異なる四角柱状に形成されている。メサ部ＭＳには、これらの柱状パターンＣＬが例えば数十～百程度の数だけ形成されている。
【0031】
実パターンＡＣは、矢印Ｘで示される方向において一対のダミーパターンＤＭにより挟み込まれるように配置されている。また、複数の実パターンＡＣの間にはダミーパターンＤＭが複数配置されている。複数のダミーパターンＤＭのそれぞれは凸状に形成されている。複数のダミーパターンＤＭは、実パターンＡＣが形成されている部分を除いて、メサ部ＭＳの全面に亘って、矢印Ｘで示される方向に互いに所定の間隔をあけて配置されている。
【0032】
図６は、テンプレート１０の実パターンＡＣの拡大断面構造を示したものである。図６に示されるように、以下では、実パターンＡＣに含まれる複数の柱状パターンＣＬについて、メサ部ＭＳの基準面ＲＰからの突出量が高いものから順に柱状パターンＣＬ２１，ＣＬ２２，ＣＬ２３，ＣＬ２４，ＣＬ２５と称する。柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５のそれぞれの突出量とは、例えばメサ部ＭＳの基準面ＲＰからの高さ、より詳細には基準面ＲＰに直交する方向における基準面ＲＰから頂面３１～３５までの長さを含む。したがって、柱状パターンＣＬ２１は、メサ部ＭＳの基準面ＲＰからの突出量が最も大きい。また、柱状パターンＣＬ２５は、メサ部ＭＳの基準面ＲＰからの突出量が最も小さい。本実施形態では、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４の少なくとも一つが第１突出部に相当し、柱状パターンＣＬ２５が第２突出部に相当する。
【0033】
図７（Ａ）は、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の拡大断面構造を示したものである。図７（Ａ）に示されるように、突出量が最も低い柱状パターンＣＬ２５の頂面３５には微細な凹凸構造４５が形成されている。凹凸構造４５は、所定の間隔をあけて配置される複数の凸部４５０を有している。凸部４５０の高さＬ２０は、図６に示される柱状パターンＣＬ２５の高さＬ１０よりも大幅に短い。図７（Ａ）に示される凸部４５０の幅Ｈ２０は、図６に示される柱状パターンＣＬ２５の幅Ｈ１０よりも大幅に狭い。また、凹凸構造４５は、硬化前のレジスト材に対して親和性を有するように形成されている。
【0034】
具体的には、図８（Ａ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に平行な面と、硬化前のレジスト材９５の外縁の液面とがなす角度θｒを「接触角θｒ」とするとき、接触角θｒは、例えば図７（Ａ）に示される凸部４５０の高さＬ１０及び幅Ｈ２０、並びに各凸部４５０間に形成される隙間の幅Ｈ３０等により変化する。例えば、凸部４５０の高さＬ１０及び幅Ｈ２０、並びに各凸部４５０間に形成される隙間の幅Ｈ３０のそれぞれの値によっては、図８（Ｂ）に示されるような凹凸構造４７を有する参考例の柱状パターンＣＬ２６のように、接触角θｒが、図８（Ｂ）に示されるように９０度よりも大きくなる場合がある。この場合、硬化前のレジスト材９５に対する柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の親和性は低くなる。一方、本実施形態の柱状パターンＣＬ２５の頂面３５では、図８（Ａ）に示されるように接触角θｒが９０度以下になっている。このように、本実施形態のテンプレート１０では、硬化前のレジスト材９５に対して柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の親和性が高くなっている。
【0035】
以上のように、本実施形態のテンプレート１０では、硬化前のレジスト材９５に対して接触角θｒが９０度以下となる濡れ性を柱状パターンＣＬ２５の頂面３５が有するように、凹凸構造４５の形状が設定されている。具体的には、凹凸構造４５における凸部４５０の高さＬ１０及び幅Ｈ２０、並びに各凸部４５０間に形成される隙間の幅Ｈ３０等が設定されている。なお、より好ましくは、硬化前のレジスト材９５に対して接触角θｒが６５度以下となる濡れ性を柱状パターンＣＬ２５の頂面３５が有するように、凹凸構造４５の形状が設定されているとよい。
【0036】
図７（Ｂ）は、柱状パターンＣＬ２１の頂面３１の拡大断面構造を示したものである。図７（Ｂ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２１の頂面３１には、図７（Ａ）に示されるような凹凸構造４５が形成されていない。同様に、他の柱状パターンＣＬ２２～２４のそれぞれの頂面にも凹凸構造４５が形成されていない。
【0037】
このような凹凸構造４５の有無により、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積は、他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも大きくなっている。
１．４ 半導体装置の製造方法
次に、図９～図１１を用いて、上述のインプリント装置８０を用いた半導体装置ＭＤＶの製造方法について説明する。
１．４ 半導体装置の製造方法
次に、図９～図１１を用いて、上述のインプリント装置８０を用いた半導体装置ＭＤＶの製造方法について説明する。
【0038】
図９～図１１は、本実施形態の半導体装置ＭＤＶの製造方法の一部を順に示したものである。
半導体装置ＭＤＶを製造する際には、まず、図９（Ａ）に示されるように下地膜ＵＦ上に被加工膜ＰＦを形成する。下地膜ＵＦは、上述の半導体装置ＭＤＶにおける周辺回路ＣＵＡを覆う絶縁膜５１、及び絶縁膜５１上に形成されるソース線ＳＬ等である。被加工膜ＰＦは、例えば窒化層と酸化層とが複数交互に積層された多層膜である。被加工膜ＰＦは、後に窒化層がタングステン層等に置き換えられて、上述の半導体装置ＭＤＶの積層体ＬＭとなる。本実施形態では、被加工膜ＰＦ及び下地膜ＵＦの全体が、図３に示されるインプリント装置８０に用いられるウェハ３０に相当する。
半導体装置ＭＤＶを製造する際には、まず、図９（Ａ）に示されるように下地膜ＵＦ上に被加工膜ＰＦを形成する。下地膜ＵＦは、上述の半導体装置ＭＤＶにおける周辺回路ＣＵＡを覆う絶縁膜５１、及び絶縁膜５１上に形成されるソース線ＳＬ等である。被加工膜ＰＦは、例えば窒化層と酸化層とが複数交互に積層された多層膜である。被加工膜ＰＦは、後に窒化層がタングステン層等に置き換えられて、上述の半導体装置ＭＤＶの積層体ＬＭとなる。本実施形態では、被加工膜ＰＦ及び下地膜ＵＦの全体が、図３に示されるインプリント装置８０に用いられるウェハ３０に相当する。
【0039】
続いて、被加工膜ＰＦ上にレジスト材９１を形成する。レジスト材９１は、例えば光硬化型樹脂膜等であって、スピンコート法等を用いて被加工膜ＰＦ上に光硬化型樹脂膜等を塗布することで形成される。このとき、レジスト材９１は、例えばテンプレート１０のメサ部ＭＳ内の実パターンＡＣ及びダミーパターンＤＭが転写される被加工膜ＰＦ上の領域全体を覆うように形成される。レジスト材９１は、この段階では未硬化の状態となっている。本実施形態では、レジスト材９１が有機系材料に相当する。
【0040】
続いて、テンプレート１０の複数の柱状パターンＣＬをレジスト材９１に転写するために、テンプレート１０を、柱状パターンＣＬが形成された面を被加工膜ＰＦ側に向けるようにしてレジスト材９１に対向させる。
続いて、図９（Ｂ）に示されるように、テンプレート１０の柱状パターンＣＬを被加工膜ＰＦ上のレジスト材９１に押し当てる。このとき、テンプレート１０のメサ部ＭＳが被加工膜ＰＦに接触しないように、突出量の最も大きい柱状パターンＣＬと被加工膜ＰＦとの間に若干の隙間を設ける。
続いて、図９（Ｂ）に示されるように、テンプレート１０の柱状パターンＣＬを被加工膜ＰＦ上のレジスト材９１に押し当てる。このとき、テンプレート１０のメサ部ＭＳが被加工膜ＰＦに接触しないように、突出量の最も大きい柱状パターンＣＬと被加工膜ＰＦとの間に若干の隙間を設ける。
【0041】
この状態を所定時間維持することで、レジスト材９１がテンプレート１０の複数の柱状パターンＣＬの間、及び複数のダミーパターンＤＭの間に浸透していく。レジスト材９１が、これらの柱状パターンＣＬの間及びダミーパターンＤＭの間に行き渡った後、テンプレート１０をレジスト材９１に押し当てたまま、テンプレート１０を透過させて紫外光等の光をレジスト材９１に照射する。これにより、レジスト材９１が硬化する。
【0042】
続いて、図９（Ｃ）に示されるように、テンプレート１０を離型すると、テンプレート１０のメサ部ＭＳの基準面ＲＰとの接触面を上面とするレジストパターン９１ｐが形成される。レジストパターン９１ｐの接触面には複数のコンタクトパターンＰＰ及び複数の凹パターンＤＰが形成されている。
【0043】
複数のコンタクトパターンＰＰは、テンプレート１０の実パターンＡＣが転写されたパターンである。複数のコンタクトパターンＰＰのそれぞれは互いに離れて配置されている。複数のコンタクトパターンＰＰのそれぞれは、テンプレート１０の柱状パターンＣＬが転写された複数のホールパターンＣＰを有している。
【0044】
複数の凹パターンＤＰは、ダミーパターンＤＭが転写されたパターンである。複数の凹パターンＤＰのそれぞれは凹状に形成されている。複数の凹パターンＤＰは、複数のコンタクトパターンＰＰのそれぞれを挟み込むように配置されるとともに、複数のコンタクトパターンＰＰの間に配置されている。
【0045】
なお、上述のようにテンプレート１０と被加工膜ＰＦとの間に隙間を設けた状態でレジスト材９１を硬化させているため、レジストパターン９１ｐは、複数のホールパターンＣＰのうち、最も深く形成されるホールパターンＣＰの底部との間にレジスト残膜９１ｒを有している。同様に、レジストパターン９１ｐは、それぞれの凹パターンＤＰの底部との間にレジスト残膜９１ｒを有している。
【0046】
続いて、図１０（Ａ）に示されるように、レジストパターン９１ｐを覆うようにレジスト膜９２を形成する。レジスト膜９２は、フォトリソグラフィ等で用いられる感光性のポジ型レジスト膜等であって、例えばスピンコート法等を用いて、レジストパターン９１ｐ上にポジ型のレジスト材を塗布することで形成される。
【0047】
続いて、図１０（Ｂ）に示されるように、レジスト膜９２の一部を露光するために、フォトマスク４０をレジスト膜９２に対向させて配置する。フォトマスク４０は、透明基板４１と、遮光膜パターン４２ｐとを備えている。
遮光膜パターン４２ｐは複数の開口部４２ｏｐを有する。複数の開口部４２ｏｐは、被加工膜ＰＦ上のレジストパターン９１ｐに形成された複数のコンタクトパターンＰＰと上下に重なる位置に配置されている。複数の開口部４２ｏｐは、複数のコンタクトパターンＰＰが形成された領域よりも大きく形成されており、個々のコンタクトパターンＰＰの全体が、開口部４２ｏｐの下方位置に収まるように配置される。
遮光膜パターン４２ｐは複数の開口部４２ｏｐを有する。複数の開口部４２ｏｐは、被加工膜ＰＦ上のレジストパターン９１ｐに形成された複数のコンタクトパターンＰＰと上下に重なる位置に配置されている。複数の開口部４２ｏｐは、複数のコンタクトパターンＰＰが形成された領域よりも大きく形成されており、個々のコンタクトパターンＰＰの全体が、開口部４２ｏｐの下方位置に収まるように配置される。
【0048】
続いて、フォトマスク４０をレジスト膜９２に対向させた状態で、フォトマスク４０の開口部４２ｏｐを透過させて紫外光等の露光光をレジスト膜９２に照射する。これにより、レジストパターン９１ｐを覆うレジスト膜９２のうち、複数のコンタクトパターンＰＰを覆う部分が露光される。
【0049】
続いて、一部を露光したレジスト膜９２を現像することで、図１０（Ｃ）に示されるようなレジストパターン９２ｐが形成される。レジストパターン９２ｐは、レジストパターン９１ｐのコンタクトパターンＰＰと重なる位置に開口部９２ｏｐを有している。レジストパターン９２ｐが形成されることにより、レジスト膜９２で覆われていたレジストパターン９１ｐのうち、コンタクトパターンＰＰが形成されている部分がレジストパターン９２ｐの開口部９２ｏｐから露出する。
【0050】
続いて、図１１（Ａ）に示されるように、レジスト残膜９１ｒのうち、最も深く形成されたホールパターンＣＰの底部に設けられる部分を、酸素プラズマ等を用いて除去する。これにより、被加工膜ＰＦの上面のうち、最も深く形成されたホールパターンＣＰの底部に設けられる部分が露出する。また、レジストパターン９１ｐ，９２ｐの膜厚が全体的に減少する。
【0051】
続いて、図１１（Ｂ）に示されるように、レジストパターン９１ｐ，９２ｐを介して被加工膜ＰＦを加工する。これにより、レジストパターン９１ｐから露出した被加工膜ＰＦが除去されて、最も深く形成されたホールパターンＣＰに対応したコンタクトホールＣＨが形成される。また、レジスト残膜９１ｒのうち、最も深く形成されたホールパターンＣＰの隣に配置されるホールパターンＣＰの底部を、酸素プラズマ等を用いて除去することにより、新たに被加工膜ＰＦを露出させる。このとき、レジストパターン９２ｐの膜厚もレジストパターン９１ｐとともに減少する。
【0052】
続いて、図１１（Ｃ）に示されるように、レジストパターン９１ｐ，９２ｐを介した被加工膜ＰＦの加工を更に継続する。これにより、レジストパターン９１ｐから新たに露出した被加工膜ＰＦの上面が除去されて、新たなコンタクトホールＣＨが形成される。被加工膜ＰＦに既に形成されているコンタクトホールＣＨは更に深く形成される。
【0053】
以降、レジストパターン９１ｐ，９２ｐを介した被加工膜ＰＦの加工と、酸素プラズマ等によるレジストパターン９１ｐ，９２ｐの減膜とを更に継続することにより、図１１（Ｄ）～（Ｆ）に示されるように、深さが異なる複数のコンタクトホールＣＨが被加工膜ＰＦに形成される。一方、複数の凹パターンＤＰは被加工膜ＰＦには転写されない。図１１（Ｆ）に示される加工が完了した後、残ったレジストパターン９１ｐ，９２ｐを除去する処理が行われる。
【0054】
以上により複数のコンタクトホールＣＨが形成された領域は、図１に示される半導体装置ＭＤＶにおけるコンタクト領域ＰＲとなる。以上により、テンプレート１０を用いたパターン形成処理が終了する。
その後、例えば、被加工膜ＰＦに形成された複数のコンタクト領域ＰＲ間に、図１に示されるピラーＰＬを形成する。また、多層構造を有する被加工膜ＰＦの窒化シリコン層をタングステン層等のワード線ＷＬに置き換えるリプレース処理を行って、複数のワード線ＷＬと複数の絶縁層ＯＬとが交互に積層される積層体ＬＭを形成する。
その後、例えば、被加工膜ＰＦに形成された複数のコンタクト領域ＰＲ間に、図１に示されるピラーＰＬを形成する。また、多層構造を有する被加工膜ＰＦの窒化シリコン層をタングステン層等のワード線ＷＬに置き換えるリプレース処理を行って、複数のワード線ＷＬと複数の絶縁層ＯＬとが交互に積層される積層体ＬＭを形成する。
【0055】
さらに、テンプレート１０を用いて形成した複数のコンタクトホールＣＨの側壁を絶縁層で覆い、絶縁層の内側を金属層で充填することで、深さの異なるワード線ＷＬにそれぞれ接続される複数のコンタクトＣＣが形成される。以上により、本実施形態の半導体装置ＭＤＶが製造される。なお、被加工膜ＰＦのリプレース処理が行われる際、形成された複数のコンタクトホールＣＨには、犠牲層が埋め込まれていてもよい。または、複数のコンタクトホールＣＨに金属層を充填させた後に、被加工膜ＰＦのリプレース処理を行ってもよい。
【0056】
１．５ テンプレートの製造方法
次に、テンプレート１０の製造方法について説明する。
図１２～図１８は、本実施形態のテンプレート１０の製造方法の一部、特にテンプレート１０の実パターンＡＣの形成手順を示したものである。
次に、テンプレート１０の製造方法について説明する。
図１２～図１８は、本実施形態のテンプレート１０の製造方法の一部、特にテンプレート１０の実パターンＡＣの形成手順を示したものである。
【0057】
実パターンＡＣを形成する際には、まず、図１２（Ａ）に示されるようにテンプレート１０のメサ部ＭＳの表面にレジスト材６０を塗布した後、当該レジスト材６０を硬化して加工することにより、図１２（Ｂ）に示されるようなレジストパターン６１をテンプレート１０の表面に形成する。図１２（Ａ）から図１２（Ｂ）に示されるようにレジスト材６０を加工してレジストパターン６１を形成する方法としては、電子ビーム描画や光リソグラフィ等を用いることが可能である。
【0058】
続いて、図１２（Ｂ）に示されるレジストパターン６１をハードマスクとしてテンプレート１０にエッチング処理を施すことにより、図１２（Ｃ）に示されるような複数の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５をテンプレート１０の表面に形成する。エッチング処理としては、四フッ化メタン（ＣＦ）を利用したドライエッチングや、フッ化水素（ＨＦ）を利用したウェットエッチング等を用いることが可能である。なお、エッチング処理を施した後にテンプレート１０の表面にレジスト材６０が残存している場合には、アッシングや剥離液等により、残存しているレジスト材６０をテンプレート１０から剥離する処理を更に行ってもよい。
【0059】
続いて、図１３（Ａ）に示されるようにテンプレート１０の表面にレジスト材６２を塗布した後、当該レジスト材６２を光リソグラフィ等により、図１３（Ｂ）に示されるようなレジストパターン６３を形成する。レジストパターン６３は、例えば、一つの柱状パターンＣＬ２１の頂面にのみレジスト材が残存するようなパターン形状を有している。次に、図１３（Ｂ）に示されるレジストパターン６３をハードマスクとしてテンプレート１０にドライエッチング等のエッチング処理を施す。これにより、図１３（Ｃ）に示されるように、同一の突出量を有する複数の柱状パターンＣＬ２２～ＣＬ２５と、それらよりも大きい突出量を有する柱状パターンＣＬ２１とをテンプレート１０の表面に形成することができる。
【0060】
続いて、図１４（Ａ）に示されるように、テンプレート１０の表面にレジスト材６４を塗布した後、当該レジスト材６４を硬化して光リソグラフィ等により加工することにより、図１４（Ｂ）に示されるようなレジストパターン６５を形成する。レジストパターン６５は、二つの柱状パターンＣＬ２１，ＣＬ２２のそれぞれの頂面にレジスト材が残存するようなパターン形状を有している。次に、図１４（Ｂ）に示されるレジストパターン６５をハードマスクとしてテンプレート１０にドライエッチング等のエッチング処理を施す。これにより、図１４（Ｃ）に示されるように、同一の突出量を有する複数の柱状パターンＣＬ２３～ＣＬ２５と、それらよりも大きい突出量を有する柱状パターンＣＬ２２と、柱状パターンＣＬ２２よりも大きい突出量を有する柱状パターンＣＬ２１とをテンプレート１０の表面に形成することができる。
【0061】
以降、レジストパターンを形成する凸部の数を一つずつ増やすことにより、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の突出量を順次変化させる。すなわち、図１５（Ａ），（Ｂ）に示されるようにレジスト６６の塗布及びレジストパターン６７の形成を行った後、テンプレート１０に対してドライエッチング等のエッチング処理を施すことにより、図１５（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成する。続いて、図１６（Ａ），（Ｂ）に示されるようにレジスト６８の塗布及びレジストパターン６９の形成を行った後、テンプレート１０に対してドライエッチング等のエッチング処理を施すことにより、図１６（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成する。図１６（Ｃ）に示されるテンプレート１０では、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５が、この順で徐々に突出量が小さくなるように形成されている。また、このときのテンプレート１０のメサ部ＭＳの表面が基準面ＲＰを形成する。
【0062】
続いて、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に、図７（Ａ）に示されるような微細な凹凸構造４５を形成する。具体的には、図１７（Ａ）に示されるように、テンプレート１０の表面にレジスト材７０を塗布した後、当該レジスト材７０を光リソグラフィ等により加工することにより、図１７（Ｂ）に示されるようなレジストパターン７１を形成する。このレジストパターン７１は、柱状パターンＣＬ２５の部分に加工穴７２を有している。柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、この加工穴７２を通じて露出している。
【0063】
図１７（Ｂ）に示されるようなレジストパターン７１を光リソグラフィ等により形成する際には、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に対応する位置に、図１８（Ａ）に示されるようなレジストパターン７３を形成する処理も同時に行う。レジストパターン７３は複数の微細な凸部７４により構成されている。各凸部７４は柱状パターンＣＬ２５の頂面３５から突出するように形成されている。複数の凸部７４は、互いに所定の間隔をあけて配置されている。
【0064】
続いて、図１７（Ｂ）に示されるレジストパターン７１及び図１８（Ａ）に示されるレジストパターン７３をハードマスクとしてテンプレート１０に対してドライエッチング等のエッチング処理を施す。これにより、加工穴７２から露出している柱状パターンＣＬ２５の頂面３５が加工される。具体的には、図１８（Ａ）に示されるようなレジストパターン７３をハードマスクとして柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に対してエッチング処理が施されて、図１７（Ｃ）および図１８（Ｂ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に凹凸構造４５が形成される。凹凸構造４５は、所定の間隔を開けて配置される複数の凸部４５０を有している。
【0065】
続いて、図１８（Ｃ）に示されるテンプレート１０の表面からレジストパターン７１を剥離する処理が行われる。これにより、図１８（Ｄ）に示されるように、テンプレート１０の表面に柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５、換言すれば実パターンＡＣが形成される。
【0066】
以上により、テンプレート１０への実パターンＡＣの形成が完了する。
【0067】
１．６ 本実施形態のテンプレートを用いた際の作用及び効果
図９～図１１に示されるような工程を経て半導体装置ＭＤＶを製造する場合、図９（Ａ），（Ｂ）に示される工程としてテンプレート１０をレジスト材９１に押し付ける際に、実パターンＡＣの部分にレジスト材９１が適切に充填されない可能性がある。
図９～図１１に示されるような工程を経て半導体装置ＭＤＶを製造する場合、図９（Ａ），（Ｂ）に示される工程としてテンプレート１０をレジスト材９１に押し付ける際に、実パターンＡＣの部分にレジスト材９１が適切に充填されない可能性がある。
【0068】
具体的には、テンプレート１０をレジスト材９１に押し付けた際に、例えば図１９（Ａ）に矢印Ｖで示されるように柱状パターンＣＬ２１から柱状パターンＣＬ２５に向かってレジスト材９１が浸透していく。この際、各柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の間に形成される隙間には毛細管力に基づいてレジスト材９１が浸透する。
【0069】
この毛細管力ΔＰは、例えば以下のヤングの式ｆ１により求めることができる。なお、式ｆ１において、γはレジスト材９１の表面張力であり、θｒは上述した接触角であり、Ｒはレジスト材９１の曲率半径である。
【0070】
【数1】
【0071】
一方、レジスト材９１の曲率半径Ｒは、各柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５からウェハ３０の表面までの距離と相関関係を有している。例えば、図９（Ａ）に示されるように、レジスト材９１の表面が柱状パターンＣＬ２１の頂面３１とウェハ３０の表面との間に位置しているときには、レジスト材９１の曲率半径Ｒは相対的に小さくなるため、毛細管力ΔＰは大きくなる。これに対して、図９（Ｂ）に示されるように、レジスト材９１の表面が柱状パターンＣＬ２５とウェハ３０の表面との間に位置しているときには、レジスト材９１の曲率半径Ｒが相対的に大きくなるため、毛細管力ΔＰは小さくなる。なお、本実施形態のテンプレート１０では、突出量が最も高い柱状パターンＣＬ２１の頂面３１からウェハ３０の表面までの距離Ｄ１１が２０［ｎｍ］程度であり、突出量が最も低い柱状パターンＣＬ２５の頂面３５からウェハ３０の表面までの距離Ｄ２５が２３０［ｎｍ］程度である。
【0072】
以上のレジスト材９１の曲率半径Ｒと毛細管力ΔＰとの関係を考慮すると、図１９（Ａ）に矢印Ｖで示されるように柱状パターンＣＬ２１から柱状パターンＣＬ２５に向かってレジスト材９１が浸透するにしたがって、毛細管力ΔＰが減少することになる。その結果、柱状パターンＣＬ２５の付近にレジスト材９１が流入する際にレジスト材９１の流速が低下して、レジスト材９１が浸透し難くなる。そのため、図１９（Ｂ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２５の付近に、レジスト材９１が充填されない未充填領域Ａｕが形成され易くなる。これは、レジスト材９１を硬化させた際に、それにより形成されるレジストパターン９１ｐに形成不良を発生させる要因となる。
【0073】
ところで、表面粗さが濡れ性に影響を及ぼすというWenzelの理論が知られている。この理論では、微少な凹凸等が形成されている表面は、平滑な表面と比較して、濡れ易くなるという理論である。このWenzelの理論を上記の式ｆ１に適用すると、上記の式ｆ１は以下の式ｆ２のように変形することができる。なお、式ｆ２において、Ａは、微少な凹凸等が形成されている表面の面積である。
【0074】
【数2】
【0075】
この点、本実施形態のテンプレート１０では、図７（Ａ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２５の頂面３１に凹凸構造４５が形成されることにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３１の表面積は、他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積、換言すれば平滑な表面の表面積よりも大きくなっている。よって、図１９（Ｂ）に示されるように柱状パターンＣＬ２５の付近までレジスト材９１が浸透した際に、より大きな毛細管力ΔＰをレジスト材９１に作用させることが可能である。結果的に、レジスト材９１が柱状パターンＣＬ２５を超えて更に浸透し易くなるため、レジスト材９１が充填され易くなる。よって、図１９（Ｂ）に示されるような未充填領域Ａｕが形成され難くなるため、レジストパターン９１ｐの形成不良を抑制することができる。
【0076】
本実施形態のテンプレート１０では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３１に、他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４に形成されていない凹凸構造４５が形成されている。
【0077】
この構成によれば、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積の方が大きい構造を容易に実現することが可能である。
【0078】
本実施形態のテンプレート１０では、図６及び図７（Ａ）に示されるように、凹凸構造４５に含まれる凸部４５０の高さＬ２０は柱状パターンＣＬ２５の高さＬ１０よりも短い。また、凹凸構造４５に含まれる凸部４５０の幅Ｈ２０は柱状パターンＣＬ２５の幅Ｈ１０よりも狭い。
【0079】
この構成によれば、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５がレジスト材９１に対して親和性を有し易くなるため、上述した毛細管力ΔＰがレジスト材９１に作用し易くなる。結果的に、レジスト材９１に未充填領域Ａｕが形成され難くなるため、レジストパターン９１ｐに形成不良が発生し難くなる。
【0080】
柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、レジスト材９１に対する接触角θｒが９０度以下となる濡れ性を有している。より好ましくは、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、レジスト材９１に対する接触角θｒが６５度以下となる濡れ性を有している。
【0081】
この構成によれば、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５がレジスト材９１に対して親和性を有し易くなるため、毛細管力ΔＰがレジスト材９１に作用し易くなる。結果的に、レジスト材９１に未充填領域Ａｕが形成され難くなるため、レジストパターン９１ｐに形成不良が発生し難くなる。
【0082】
本実施形態のテンプレート１０の製造方法では、透明基板ＢＡの表面を加工して、透明基板ＢＡから突出するようにメサ部ＭＳを形成する。続いて、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５をメサ部ＭＳの基準面ＲＰに形成し、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に対して表面加工処理を施す。この表面加工処理は、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を大きくするための表面加工処理であり、具体的には柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に凹凸構造４５を形成するエッチング処理等である。
【0083】
この構成によれば、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積の方が大きい構造を容易に実現することが可能である。
【0084】
１．７ テンプレートの製造方法の変形例
次に、第１実施形態のテンプレート１０の製造方法の変形例について説明する。
上記の実施形態は、電子ビーム描画や光リソグラフィ等を利用して、図１２～図１６に示される工程を行うことにより、図１２（Ａ）に示されるテンプレート１０から、図１６（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成するものであった。これに対して、本変形例では、ナノインプリント処理を利用して、図１２（Ａ）に示されるテンプレート１０から、図１６（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成するものである。
次に、第１実施形態のテンプレート１０の製造方法の変形例について説明する。
上記の実施形態は、電子ビーム描画や光リソグラフィ等を利用して、図１２～図１６に示される工程を行うことにより、図１２（Ａ）に示されるテンプレート１０から、図１６（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成するものであった。これに対して、本変形例では、ナノインプリント処理を利用して、図１２（Ａ）に示されるテンプレート１０から、図１６（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成するものである。
【0085】
具体的には、本変形例のテンプレート１０の製造方法では、まず、図２０（Ａ）に示されるように、テンプレート１０のメサ部ＭＳの表面に、硬化前のレジスト材１６０を塗布した後、所定のインプリント装置を用いることにより、テンプレート１０の表面に図２０（Ｂ）に示されるようなレジストパターン１６１を形成する。このレジストパターン１６１は、所定の間隔をあけて配置される複数の凸部１６１ａ～１６１ｅを有している。複数の凸部１６１ａ～１６１ｅは、この順で徐々に突出量が小さくなるように形成されている。
【0086】
続いて、レジストパターン１６１をハードマスクとしてテンプレート１０にドライエッチング等のエッチング処理を施す。これにより、図２０（Ｃ）に示されるようなテンプレート１０を形成することができる。図２０（Ｃ）に示されるテンプレート１０では、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５が、この順で徐々に突出量が小さくなるように形成されている。
【0087】
以降、上述した図１７（Ａ）～（Ｃ）に示される工程を行うことにより、テンプレート１０に実パターンＡＣを形成することができる。
【0088】
本変形例の製造方法を用いれば、図１２～図１６に示されるような製造方法を用いる場合と比較すると、図２０（Ｃ）に示されるような突出量の異なる複数の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５を、より容易にテンプレート１０に形成することが可能である。
【0089】
２ 第２実施形態
次に、第２実施形態のテンプレート１０、テンプレート１０の製造方法、及び半導体装置ＭＤＶの製造方法について説明する。以下、第１実施形態のテンプレート１０、テンプレート１０の製造方法、及び半導体装置ＭＤＶの製造方法との相違点を中心に説明する。
次に、第２実施形態のテンプレート１０、テンプレート１０の製造方法、及び半導体装置ＭＤＶの製造方法について説明する。以下、第１実施形態のテンプレート１０、テンプレート１０の製造方法、及び半導体装置ＭＤＶの製造方法との相違点を中心に説明する。
【0090】
２．１ テンプレートの構成
第１実施形態のテンプレート１０は、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に、図７（Ａ）に示されるような凹凸構造４５を形成することにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を大きくするものであった。これに代えて、本実施形態のテンプレート１０では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５を粗面化することにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を大きくしている。具体的には以下の通りである。
第１実施形態のテンプレート１０は、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に、図７（Ａ）に示されるような凹凸構造４５を形成することにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を大きくするものであった。これに代えて、本実施形態のテンプレート１０では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５を粗面化することにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を大きくしている。具体的には以下の通りである。
【0091】
【0092】
上述の図１２～図１５に示されるような工程を経て柱状パターンＣＬ２１を形成する場合、柱状パターンＣＬ２１の頂面３１がエッチングされることにより、例えば図２１（Ａ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２１の頂面３１は湾曲した形状に形成される。柱状パターンＣＬ２２～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３２～３４に関しても、図２１（Ａ）に示される柱状パターンＣＬ２１の頂面３１と同一又は類似の形状を有している。
【0093】
一方、図２１（Ｂ）に示されるように、本実施形態の柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、柱状パターンＣＬ２１の頂面３１と同様に湾曲した形状を有するとともに、粗面化されている。これにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面粗さは、他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面粗さよりも大きくなっている。以下では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に形成されている粗面化された構造を「粗面化構造４６」と称する。
【0094】
２．２ テンプレートの製造方法
次に、本実施形態のテンプレート１０の製造方法について説明する。
本実施形態のテンプレート１０を製造する際には、上記の図１７（Ｂ）に示されるようなレジストパターン７１を光リソグラフィ等により形成する際に、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に、図１８（Ａ）に示されるようなレジストパターン７３を形成せずに、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５を加工穴７２から露出させる。この段階では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、図２１（Ａ）に示されるような他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４の頂面３１～３４と同様に湾曲した形状を有している。
次に、本実施形態のテンプレート１０の製造方法について説明する。
本実施形態のテンプレート１０を製造する際には、上記の図１７（Ｂ）に示されるようなレジストパターン７１を光リソグラフィ等により形成する際に、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に、図１８（Ａ）に示されるようなレジストパターン７３を形成せずに、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５を加工穴７２から露出させる。この段階では、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５は、図２１（Ａ）に示されるような他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４の頂面３１～３４と同様に湾曲した形状を有している。
【0095】
続いて、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に対してフッ化水素（ＨＦ）等を用いたウェットエッチング処理を施すことにより、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５を、図２１（Ｂ）に示されるように粗面化する。これにより、図２１（Ｂ）に示されるように、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に粗面化構造４６が形成される。以降は、第１実施形態と同様にテンプレート１０からレジストパターン７１を剥離する工程が行われて、テンプレート１０への実パターンＡＣの形成が完了する。
【0096】
２．３ 本実施形態のテンプレートを用いた際の作用及び効果
このような構成によれば、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも大きくすることができるため、第１実施形態のテンプレート１０と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。
このような構成によれば、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも大きくすることができるため、第１実施形態のテンプレート１０と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。
【0097】
３ 他の実施形態
本開示は上記の具体例に限定されるものではない。
例えば第２実施形態のテンプレート１０に関しては、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５にのみ粗面化構造４６を形成する構造に限らず、図２２に示されるように全ての柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５に粗面化構造４６１～４６５をそれぞれ形成してもよい。この場合、粗面化構造４６１～４６５は、この順で徐々に表面粗さが大きくなるように形成されていてもよい。これにより、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５は、突出量が低いものほど頂面の表面積が大きくなるように形成されることになる。そのため、レジスト材９１が柱状パターンＣＬ２１から柱状パターンＣＬ２５に向かうほど、レジスト材９１に対する柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５の親和性が徐々に高くなる。よって、レジスト材９１がより浸透し易くなるため、レジスト材９１が充填されていない領域が発生することを抑制できる。
本開示は上記の具体例に限定されるものではない。
例えば第２実施形態のテンプレート１０に関しては、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５にのみ粗面化構造４６を形成する構造に限らず、図２２に示されるように全ての柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５に粗面化構造４６１～４６５をそれぞれ形成してもよい。この場合、粗面化構造４６１～４６５は、この順で徐々に表面粗さが大きくなるように形成されていてもよい。これにより、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５は、突出量が低いものほど頂面の表面積が大きくなるように形成されることになる。そのため、レジスト材９１が柱状パターンＣＬ２１から柱状パターンＣＬ２５に向かうほど、レジスト材９１に対する柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５の親和性が徐々に高くなる。よって、レジスト材９１がより浸透し易くなるため、レジスト材９１が充填されていない領域が発生することを抑制できる。
【0098】
なお、図２２に示される柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４に形成される粗面化構造４６１～４６４が略同一の表面粗さを有し、且つ柱状パターンＣＬ２５の頂面３５に形成される粗面化構造４６５が、粗面化構造４６１～４６４よりも大きい表面粗さを有していてもよい。このような構成によれば、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５の表面積を他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４のそれぞれの頂面３１～３４の表面積よりも大きくすることができるため、第２実施形態のテンプレート１０と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。
【0099】
また、柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５の頂面３１～３５のそれぞれに凹凸構造を形成してもよい。この場合、柱状パターンＣＬ２５の頂面３５には、他の柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２４の頂面３１～３４に形成される凹凸構造よりも大きい凹凸構造、例えば凸部の高さがより高い凹凸構造や、凸部の数がより多い凹凸構造が設けられていればよい。
【0100】
テンプレート１０の実パターンＡＣを構成する柱状パターンの数は、５つに限らず、突出量が異なる２つ以上の任意の数であればよい。例えば少なくとも３つの柱状パターンをテンプレート１０に形成する場合、少なくとも３つの柱状パターンが、突出量が低いものほど頂面の表面積が大きくなるように形成されていれば、各実施形態のテンプレート１０と同一又は類似の作用及び効果を得ることが可能である。
【0101】
図２３に示されるように、例えば柱状パターンＣＬ２１～ＣＬ２５が、同一の形状を有する３つの突出片ＣＬ２１１，ＣＬ２２１，ＣＬ２３１，ＣＬ２４１，ＣＬ２５１によりそれぞれ構成されていてもよい。例えば、３つの突出片ＣＬ２５１は、メサ部ＭＳの基準面ＲＰからの突出量が略同一であって、且つ互いに所定の隙間を有して配置されている。この場合、３つの突出片ＣＬ２５１のそれぞれの頂面３５に凹凸構造４５が形成されていればよい。また、３つの突出片ＣＬ２５１のそれぞれの頂面３５に、凹凸構造４５に代えて、第２実施形態のような粗面化構造４６を形成してもよい。
【0102】
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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、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、且つ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。
【符号の説明】
【0103】
ＢＡ：透明基板（基材）、ＣＬ：柱状パターン（突出部）、ＣＬ２１～ＣＬ２４：柱状パターン（第１突出部）、ＣＬ２５：柱状パターン（第２突出部）、ＣＬ２１１，ＣＬ２２１，ＣＬ２３１，ＣＬ２４１，ＣＬ２５１：突出片、ＭＳ：メサ部、１０：テンプレート、３０：ウェハ（基板）、３１～３５：頂面、４５：凹凸構造（凹凸構造）、９１：レジスト材（有機系材料）。
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】