特許 7403961 インプリント方法および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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】インプリント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 20060101AFI20231218BHJP

   B29C 59/02 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H01L21/30 502D

B29C59/02 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019050706

(22)【出願日】2019-03-19

(65)【公開番号】P2020155506

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-09-13

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-19

(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】100176599

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100205095

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 啓一

(74)【代理人】

【識別番号】100208775

【弁理士】

【氏名又は名称】栗田 雅章

(72)【発明者】

【氏名】小林 敬

(72)【発明者】

【氏名】加藤 寛和

(72)【発明者】

【氏名】中村 貴之

【合議体】

【審判長】波多江 進

【審判官】安藤 達哉

【審判官】野村 伸雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－３６７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１２６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５２０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－４５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００３７５９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－９７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－４００４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００３８６４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１１８０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４２７０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G03F 1/20-1/86

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に酸素含有量が１０重量％以下であるＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）
膜を形成するステップと、
前記ＳＯＣ膜が形成された前記基板上に被転写材料を滴下または塗布するステップと、
表面にパターンが形成されたテンプレートを前記被転写材料に接触させるステップと、
前記テンプレートを介して光照射を行って前記被転写材料を硬化させるステップと、
前記パターンが転写された前記被転写材料から前記テンプレートを離型するステップと
、を含み、
前記ＳＯＣ膜を形成するステップでは、
前記ＳＯＣ膜の表面を親水化するステップを含む、
インプリント方法。

【請求項2】

前記ＳＯＣ膜の表面を親水化するステップでは、
前記ＳＯＣ膜の表面に対して、酸素プラズマ処理、オゾン水処理、及び真空雰囲気での
紫外線照射処理の少なくともいずれかを行う、
請求項１に記載のインプリント方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、インプリント方法および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

微細なパターンを形成する方法として、インプリント法が提案されている。インプリント法では、基板に形成された被加工膜上にレジスト等の被転写材料を塗布し、微細なパターンが形成されたテンプレートを被転写材料に押し付けて、テンプレートと基板との間に被転写材料を充填させた後、紫外線を照射して被転写材料を硬化させる。テンプレートが離型された被転写材料が、被加工膜を加工する際のマスクとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－０６９９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一つの実施形態は、テンプレートと基板との間への被転写材料の充填を速めることができるインプリント方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のインプリント方法は、基板上に酸素含有量が１０重量％以下であるＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）膜を形成するステップと、前記ＳＯＣ膜が形成された前記基板上に被転写材料を滴下または塗布するステップと、表面にパターンが形成されたテンプレートを前記被転写材料に接触させるステップと、前記テンプレートを介して光照射を行って前記被転写材料を硬化させるステップと、前記パターンが転写された前記被転写材料から前記テンプレートを離型するステップと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態にかかるインプリント装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態にかかるインプリント装置によるインプリント処理の手順の一例を示すフロー図である。

【図3】図３は、実施形態にかかるインプリント処理においてレジストが充填される様子を示す図である。

【図4】図４は、実施形態の変形例２にかかる半導体装置の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0008】

［実施形態］
図１～図４を用いて、実施形態のインプリント方法および半導体装置の製造方法について説明する。

【0009】

（インプリント装置の構成例）
図１は、実施形態にかかるインプリント装置１００の構成例を示す図である。

【0010】

図１に示すように、インプリント装置１００は、テンプレートステージ８１、載置台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、および制御部９０を備えている。インプリント装置１００には、テンプレート１０がインストールされている。

【0011】

載置台８２は、ウェハチャック８４、及び本体８３を備える。ウェハチャック８４は、被転写体である半導体基板としてのウェハＷを本体８３上の所定位置に固定する。載置台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Ｗを載置台８２上にロードする際の位置合わせに用いられる。

【0012】

載置台８２は、ウェハＷを載置するとともに、載置したウェハＷと平行な平面内（水平面内）を移動する。載置台８２は、ウェハＷに被転写材料としてのレジストを滴下する際にはウェハＷを液滴下装置８７の下方側に移動させ、ウェハＷへの転写処理を行う際には、ウェハＷをテンプレート１０の下方側に移動させる。

【0013】

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１３をウェハＷ上のレジストに押し当てる。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Ｗの位置検出やテンプレート１０の位置検出を行うセンサである。

【0014】

液滴下装置８７は、インクジェット方式によってウェハＷ上にレジスト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、レジストの液滴を噴出する複数の微細孔を有しており、レジストの液滴をウェハＷ上に滴下する。

【0015】

ここで、レジストとは、樹脂系マスク材であって、光を照射することによって硬化する光硬化型樹脂や、熱を加えることによって硬化する熱硬化型樹脂等がある。ここでのレジストには光硬化型樹脂を用いることを想定している。

【0016】

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。

【0017】

制御部９０は、テンプレートステージ８１、載置台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、および光源８９を制御する。

【0018】

（インプリント処理の例）
図２は、実施形態にかかるインプリント装置１００によるインプリント処理の手順の一例を示すフロー図である。インプリント処理は半導体装置の製造処理に含まれる。

【0019】

まず、ウェハＷ上にシリコン酸化膜等の被加工膜ＯＸを形成する。被加工膜ＯＸ上には、塗布型のカーボン膜としてのＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）膜ＣＬを形成する。ＳＯＣ膜は、例えばスピンコートにより形成される塗布膜であり、カーボンを主体とする有機膜である。

【0020】

被加工膜ＯＸ及びＳＯＣ膜ＣＬが形成されたウェハＷを載置台８２に載置し、載置台８２を液滴下装置８７の下方に移動させる。

【0021】

図２（ａ）に示すように、液滴下装置８７からレジストＲの液滴をＳＯＣ膜ＣＬ上に滴下する。その後、載置台８２をテンプレート１０の下方に移動させる。

【0022】

図２（ｂ）に示すように、テンプレートステージ８１を下方に移動させ、アライメントセンサ８６で位置合わせを行いながら、テンプレート１０に形成された微細パターン１３をレジストＲに押し当てる。

【0023】

この状態を所定時間維持すると、液滴状であったレジストＲがテンプレート１０とウェハＷとの間に行き渡り、テンプレート１０の微細パターン１３の凹部に充填される。

【0024】

続いて、テンプレート１０を押し付けた状態で、インプリント装置１００の光源８９からレジストＲに光を照射し、レジストＲを硬化させる。

【0025】

図２（ｃ）に示すように、テンプレート１０を離型する。これにより、ウェハＷのＳＯＣ膜ＣＬ上には、微細パターン１３が転写されたレジストパターンＲｐが形成される。

【0026】

図２（ｄ）に示すように、微細パターン１３が転写されたレジストパターンＲｐをマスクにして、ＳＯＣ膜ＣＬ及び被加工膜ＯＸを加工する。これにより、ＳＯＣ膜パターンＣＬｐ、及び被加工膜パターンＯＸｐが形成される。

【0027】

図２（ｅ）に示すように、レジストパターンＲｐ及びＳＯＣ膜パターンＣＬｐをアッシング等により剥離して、ウェハＷ上に形成された被加工膜パターンＯＸｐが得られる。これ以降、上記のような処理を繰り返し、複数の被加工膜パターンをウェハＷ上に形成していくことで、半導体装置が製造される。

【0028】

（レジストの充填処理の詳細例）
次に、図３を用いて、インプリント処理におけるレジストＲの充填について説明する。図３は、実施形態にかかるインプリント処理においてレジストＲが充填される様子を示す図である。

【0029】

図３（ａ）に示すように、ＳＯＣ膜ＣＬ上に、レジストＲの液滴が滴下される。

【0030】

図３（ｂ）に示すように、レジストＲの液滴にテンプレート１０が押し付けられる。

【0031】

図３（ｃ）に示すように、レジストＲの液滴が押しつぶされて互いに密着する。このとき、押し潰されたレジストＲの液滴で囲まれた領域には、レジストＲが未充填の未充填領域ＵＦが存在する。

【0032】

図３（ｄ）に示すように、未充填領域ＵＦがレジストＲで満たされ、テンプレート１０及びウェハＷ間におけるレジストＲの充填が完了する。

【0033】

ところで、図３（ｃ）の未充填領域ＵＦ内は、インプリント装置１００内の雰囲気で満たされていると考えられる。この未充填領域ＵＦ内の雰囲気がレジストＲ外へと排出されないと、未充填領域ＵＦ内がレジストＲで充填されない。しかし、未充填領域ＵＦは、密着したレジストＲの液滴で周囲を囲まれた状態である。

【0034】

ここで、ＳＯＣ膜ＣＬが、１５重量％以下の酸素を含有し、より好ましくは１０重量％以下の酸素を含有する膜であると、未充填領域ＵＦ内の雰囲気はＳＯＣ膜ＣＬ内へと拡散していく。ＳＯＣ膜ＣＬ中の酸素含有量は、例えば有機微量元素分析装置により計測することができる。

【0035】

未充填領域ＵＦ内の雰囲気がＳＯＣ膜ＣＬ中に拡散することで、未充填領域ＵＦ内がレジストＲで満たされて消失する。

【0036】

ＳＯＣ膜ＣＬ中の酸素含有量は、ＳＯＣ膜ＣＬの形成時に行うベークの温度や雰囲気等、ＳＯＣ膜ＣＬの形成条件を種々に異ならせることで多少は調整可能である。

【0037】

（比較例）
比較例のインプリント処理においては、レジストはウェハ上の被加工膜上に直接、滴下される。しかしながら、このような構成では、未充填領域内の雰囲気がレジスト外に排出されるまで長時間を要する。よって、レジストの充填が完了するまでに時間がかかり、インプリント処理のスループットが低下してしまう場合がある。

【0038】

本発明者らは、未充填領域内の雰囲気をレジスト外に素早く排出する手法について考察し、レジストと被加工層との間に、ガス拡散性に優れた膜を介在させることに想到した。本発明者らは、鋭意研究の結果、疎水性を有するＳＯＣ膜、つまり、極性の小さいＳＯＣ膜がガス拡散性に優れることを見出した。ＳＯＣ膜を疎水性膜とする手法としては、例えばＳＯＣ膜中の酸素含有量を極力低下させることが考えられる。

【0039】

実施形態のインプリント処理においては、１５重量％以下の酸素を含有し、より好ましくは１０重量％以下の酸素を含有するＳＯＣ膜ＣＬを、レジストＲと被加工膜ＯＸとの間に介在させる。これにより、レジストＲ中にトラップされた未充填領域ＵＦ内の雰囲気がＳＯＣ膜ＣＬ中に拡散され、未充填領域ＵＦをレジストＲで素早く満たすことができる。よって、レジストＲの充填までの時間が短縮され、インプリント処理のスループットを向上させることができる。

【0040】

（変形例１）
次に、実施形態の変形例１のインプリント処理について説明する。変形例１のインプリント処理では、ＳＯＣ膜ＣＬに親水化処理を施す点が、上述の実施形態とは異なる。

【0041】

上述のように、ＳＯＣ膜ＣＬ中の酸素含有量を極力低下させることで、ＳＯＣ膜ＣＬを疎水性膜とすることができ、レジストＲの充填を速めることができる。しかしながら、疎水性膜からは、レジストＲが剥離してしまいやすいという特性がある。

【0042】

本発明者らは、レジスト剥離の懸念のある場合であっても、ＳＯＣ膜ＣＬの最表面が親水性となることで、ＳＯＣ膜ＣＬのガス拡散性を維持したまま、レジスト剥離を抑制できることを見出した。

【0043】

ＳＯＣ膜ＣＬ最表面の親水化処理としては、例えば酸素プラズマ処理、オゾン水処理、及び真空雰囲気での紫外線照射処理の少なくともいずれかを行うことができる。

【0044】

レジストＲの剥離のしやすさは、ホールパターンやラインアンドスペースパターン等のパターン依存性があり、また、レジストの被覆率によっても異なる。

【0045】

親水化処理が有用である場合の例としては、例えばレジスト被覆率が約５０％近傍である場合が挙げられる。レジスト被覆率とは、ウェハＷ上の単位面積当たりの領域内をレジストＲが覆っている面積の比率である。レジスト被覆率が５０％近傍ではテンプレート１０離型時の離型力が強まり、レジストが剥離しやすくなると考えられる。

【0046】

また、１５重量％以下の酸素を含有し、より好ましくは１０重量％以下の酸素を含有するＳＯＣ膜ＣＬでは、例えば、ＳＯＣ膜ＣＬの表面における純水接触角が６０°以上、より好ましくは７０°以上となる場合がある。このような純水接触角は、例えばＳＯＣ膜ＣＬの表面に純水の液滴を落とし、ＳＯＣ膜ＣＬの表面と液滴とがなす角度を測ることで得られる。

【0047】

親水化処理が有用である場合の他の例としては、表面における純水接触角が６０°以上、より好ましくは７０°以上のＳＯＣ膜ＣＬを使用する場合が挙げられる。このようなＳＯＣ膜ＣＬに上記親水化処理を施すことで、ＳＯＣ膜ＣＬの最表面のみ疎水性が低下し、純水接触角が上記値よりも小さくなる。

【0048】

なお、同じ酸素含有量でも必ずしも同じ純水接触角とならないのは、ＳＯＣ膜ＣＬの組成の違い等により、ＳＯＣ膜ＣＬ形成時のベークにより、ＳＯＣ膜ＣＬの表面が酸化され、親水化処理と同じような効果を示す場合があるからである。このような場合、純水接触角は上記より小さい値となり、別途、上記のような親水化処理を行う必要はない。

【0049】

変形例１のインプリント処理によれば、レジスト剥離の恐れがある場合であっても、ＳＯＣ膜ＣＬ表面を親水性処理することにより、ＳＯＣ膜ＣＬのガス拡散性を損ねることなく、レジスト剥離を抑制することができる。

【0050】

（変形例２）
次に、図４を用いて、実施形態の変形例２の半導体装置の製造処理について説明する。変形例２の半導体装置の製造処理では、ＳＯＣ膜ＣＬをマスクとしても用いている点が、上述の実施形態とは異なる。

【0051】

図４は、実施形態の変形例２にかかる半導体装置の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。図４（ａ）に示すように、被加工膜ＯＸ及びＳＯＣ膜ＣＬがこの順に形成されたウェハＷのＳＯＣ膜ＣＬ上に、塗布型のシリコン酸化膜としてのＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜ＳＬを形成する。

【0052】

ＳＯＣ膜ＣＬは、上述のように、１５重量％以下の酸素を含有し、より好ましくは１０重量％以下の酸素を含有する膜である。ＳＯＧ膜ＳＬは、例えばスピンコートにより形成される塗布膜であり、シリコンを主体とする無機膜である。

【0053】

ここで、ＳＯＣ膜ＣＬの膜厚を実施形態の例よりも厚くしているのは、ＳＯＣ膜ＣＬをマスクとして被加工膜ＯＸを加工するためである。

【0054】

ＳＯＧ膜ＳＬ上には、上述の実施形態と同様のインプリント処理により、レジストパターンＲｐを形成する。図４（ａ）右横に示すように、レジストＲとＳＯＣ膜ＣＬとの間にＳＯＧ膜ＳＬが介在していても、ＳＯＣ膜ＣＬのガス拡散性は損なわれない。これにより、インプリント処理において素早くレジストＲを充填することができる。

【0055】

図４（ｂ）に示すように、レジストパターンＲｐをマスクとして、ＳＯＧ膜ＳＬを加工し、ＳＯＧ膜パターンＳＬｐを形成する。

【0056】

図４（ｃ）に示すように、ＳＯＧ膜パターンＳＬｐをマスクとして、ＳＯＣ膜ＣＬを加工し、ＳＯＣ膜パターンＣＬｐを形成する。

【0057】

図４（ｄ）に示すように、ＳＯＣ膜パターンＣＬｐをマスクとして、被加工膜ＯＸを加工し、被加工膜パターンＯＸｐを形成する。

【0058】

変形例２の半導体装置の製造処理によれば、ＳＯＣ膜ＣＬのガス拡散性を損ねることなく、レジストＲとＳＯＣ膜ＣＬとの間にＳＯＧ膜ＳＬを介在させることができる。これにより、例えばレジストパターンＲｐよりも被加工膜ＯＸとの選択比が高いＳＯＣ膜パターンＣＬｐをマスクとして被加工膜ＯＸを加工することができる。よって、被加工膜ＯＸの加工精度を向上させることができる。

【0059】

なお、上述の実施形態および変形例１，２においては、レジストＲの液滴をウェハＷ上に滴下させることとしたが、これに限られない。レジストは、スピンコート等の手法を用いてウェハ上に塗布されてもよい。この場合においても、レジスト中に気泡がトラップされる場合があり、上述の実施形態および変形例１，２の構成の効果を奏する。

【0060】

［実施例］
次に、実施例のインプリント方法に適用されるＳＯＣ膜Ａ～Ｅについて説明する。

【0061】

実施例のＳＯＣ膜Ａ～Ｅが成膜されたウェハを用意し、ＳＯＣ膜Ａ～Ｅについて酸素含有量、純水接触角、及びインプリント処理におけるレジストの充填時間を比較した。結果を表１に示す。

【0062】

【表1】

【0063】

表１に示すように、酸素含有量、純水接触角、及びインプリント処理における充填時間は相互に相関性を有していた。

【0064】

具体的には、ＳＯＣ膜中の酸素含有量が減少していくとＳＯＣ膜表面の純水接触角が大きくなる傾向が認められた。このことは、酸素含有量が減少すると、ＳＯＣ膜の疎水性が増し、ＳＯＣ膜の極性が小さくなっていくことを示している。

【0065】

また、ＳＯＣ膜中の酸素含有量が減少していき、または、ＳＯＣ膜表面の純水接触角が大きくなっていくと、インプリント処理におけるレジストの充填に要する時間が減少していく傾向が認められた。このことは、ＳＯＣ膜の疎水性が増し、ＳＯＣ膜の極性が小さくなるにしたがって、ＳＯＣ膜のガス拡散性が向上することを示している。

【0066】

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ともに、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。

【符号の説明】

【0067】

１０…テンプレート、８７…液滴下装置、１００…インプリント装置、ＣＬ…ＳＯＣ膜、ＯＸ…被加工膜、Ｒ…レジスト、ＳＬ…ＳＯＧ膜、ＵＦ…未充填領域、Ｗ…ウェハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】