JP2010262957A - パターン形成方法、パターン形成装置、半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スループットを向上できるパターン形成方法、パターン形成装置、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のパターン形成方法は、被加工体20上に誘電体であるインプリント材21を未硬化状態で供給する工程と、テンプレート10における導電性のパターン部15を、未硬化状態のインプリント材21に接触させる工程と、インプリント材21を硬化させる前に、被加工体20とテンプレート10のパターン部15との間に電位差を生じさせ、インプリント材21に誘電分極を生じさせる工程と、パターン部15をインプリント材21に接触させた状態でインプリント材21を硬化させる工程と、インプリント材21の硬化後、インプリント材21からテンプレート10を剥離する工程と、を備えた。
【選択図】図3
【解決手段】本発明のパターン形成方法は、被加工体20上に誘電体であるインプリント材21を未硬化状態で供給する工程と、テンプレート10における導電性のパターン部15を、未硬化状態のインプリント材21に接触させる工程と、インプリント材21を硬化させる前に、被加工体20とテンプレート10のパターン部15との間に電位差を生じさせ、インプリント材21に誘電分極を生じさせる工程と、パターン部15をインプリント材21に接触させた状態でインプリント材21を硬化させる工程と、インプリント材21の硬化後、インプリント材21からテンプレート10を剥離する工程と、を備えた。
【選択図】図3
Description
本発明は、パターン形成方法、パターン形成装置、半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体デバイスのパターン形成にナノインプリント技術が利用され始めている。例えば特許文献1には、光照射方式のナノインプリント技術が提案されている。これは、紫外線硬化樹脂であるインプリント材が塗布された基板に、凹凸形状のパターンが形成されたテンプレートを押し付けて紫外線を照射することによりインプリント材を硬化させ、テンプレートに形成されているパターンの等倍パターンをインプリント材に転写するものである。
テンプレートを硬化前のインプリント材に押し付ける工程では、インプリント材を隙間なくテンプレートのパターンに入り込ませるために時間を要しており、これがインプリント法を利用したパターン形成におけるスループット向上を妨げる要因の一つとなっていた。
本発明は、スループットを向上できるパターン形成方法、パターン形成装置、半導体装置の製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、被加工体上に誘電体であるインプリント材を未硬化状態で供給する工程と、前記インプリント材を硬化させる前に、前記被加工体と、前記被加工体に対向されるテンプレートにおける導電性のパターン部との間に電位差を生じさせ、前記インプリント材に誘電分極を生じさせる工程と、前記パターン部を、前記未硬化状態のインプリント材に接触させる工程と、前記パターン部を前記インプリント材に接触させた状態で前記インプリント材を硬化させる工程と、前記インプリント材の硬化後、前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、被加工体を保持可能な被加工体保持部と、導電性のパターン部を有するテンプレートを保持可能なテンプレート保持部と、電源と接続されると共に前記パターン部に対して相対移動して接触可能な接触子と、前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を接近させて、前記パターン部を前記被加工体上に供給された未硬化状態の誘電体であるインプリント材に接触させ、前記インプリント材の硬化後に前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を離間させる移動機構と、前記インプリント材を硬化させる前に、前記パターン部に接触した前記接触子を介して前記パターン部に電圧を印加する制御部と、を備えたことを特徴とするパターン形成装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、被加工体上に誘電体であるインプリント材を未硬化状態で供給する工程と、前記インプリント材を硬化させる前に、前記被加工体と、前記被加工体に対向されるテンプレートにおける導電性のパターン部との間に電位差を生じさせ、前記インプリント材に誘電分極を生じさせる工程と、前記パターン部を、前記未硬化状態のインプリント材に接触させる工程と、前記パターン部を前記インプリント材に接触させた状態で前記インプリント材を硬化させる工程と、前記インプリント材の硬化後、前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する工程と、前記テンプレートが剥離された前記インプリント材をマスクにして、前記被加工体を加工する工程と、を備えことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、被加工体を保持可能な被加工体保持部と、導電性のパターン部を有するテンプレートを保持可能なテンプレート保持部と、電源と接続されると共に前記パターン部に対して相対移動して接触可能な接触子と、前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を接近させて、前記パターン部を前記被加工体上に供給された未硬化状態の誘電体であるインプリント材に接触させ、前記インプリント材の硬化後に前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を離間させる移動機構と、前記インプリント材を硬化させる前に、前記パターン部に接触した前記接触子を介して前記パターン部に電圧を印加する制御部と、を備えたことを特徴とするパターン形成装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、被加工体上に誘電体であるインプリント材を未硬化状態で供給する工程と、前記インプリント材を硬化させる前に、前記被加工体と、前記被加工体に対向されるテンプレートにおける導電性のパターン部との間に電位差を生じさせ、前記インプリント材に誘電分極を生じさせる工程と、前記パターン部を、前記未硬化状態のインプリント材に接触させる工程と、前記パターン部を前記インプリント材に接触させた状態で前記インプリント材を硬化させる工程と、前記インプリント材の硬化後、前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する工程と、前記テンプレートが剥離された前記インプリント材をマスクにして、前記被加工体を加工する工程と、を備えことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、スループットを向上できるパターン形成方法、パターン形成装置、半導体装置の製造方法が提供される。
従来、テンプレートを未硬化状態のインプリント材に押し付ける工程では、インプリント材を隙間なくテンプレートにおける凹凸パターンの凹部に入り込ませるために10秒程度の時間を要していた。通常、テンプレートにおけるパターンが形成された表面には、硬化したインプリント材がテンプレートからきれいに離型できるように離型材がコーティングされ、その離型材とインプリント材との濡れ性がよくないことが、パターン凹部へのインプリント材の迅速な充填を妨げる要因の一つと考えられる。
離型材の量を減らすと、離型に要する時間を長くしなければならない。すなわち、テンプレートをゆっくりとインプリント材から剥離しないと、テンプレートのパターン部からインプリント材がきれいに剥がれずに、インプリント材パターンに欠損が生じることが起こり得る。
なお、圧電薄膜素子をインプリント用の金型の内側に形成し、その圧電薄膜素子を収縮させて離型しやすくする提案もある。しかし、これはインプリント材の硬化後に圧電薄膜素子に電圧を印加して圧電薄膜素子を駆動させることで離型性向上を図っているにすぎず、未硬化インプリント材のテンプレートパターンへの迅速な充填を促進するものではない。また、特に半導体デバイスのパターンのように微細で高精度が要求されるパターンの転写精度を確保する点からは、テンプレートパターン部は、膨張、収縮などせず機械的強度の高い材質から構成されるのが望ましい。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るパターン形成装置の構成を示すブロック図である。
図1は、本発明の実施形態に係るパターン形成装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るパターン形成装置は、主として、パターン形成対象である被加工体と、テンプレートとを互いに対向させた状態で保持する保持部4と、保持部4の移動機構2と、テンプレートのパターン部が形成された後述する導電膜に接触する接触子7と、接触子7に電圧を供給する電源3と、移動機構2や電源3の動作を制御する制御部1とを備えている。
保持部4は、被加工体を保持する被加工体保持部5とテンプレートを保持するテンプレート保持部6を有する。移動機構2は、後述するように対向して設けられた被加工体保持部5とテンプレート保持部6とを相対的に接近・離間させる。
次に、本発明の実施形態に係るパターン形成方法について説明する。まず、図2を参照して、テンプレートの製造方法について説明する。
本実施形態では、図2(e)に示すように、テンプレート10は、例えば石英製の基板11に対して導電性を有するパターン部15が形成された構造を有する。
まず、図2(a)に示すように、石英製の基板11上に導電膜12を形成する。導電膜12は、例えば、不純物をドーピングして導電性を持たせたDLC(Diamond Like Carbon)膜である。さらに、導電膜12上にクロム(Cr)膜13を成膜し、さらにその上に電子線用レジスト膜14を形成する。
次に、レジスト膜14に対して電子線描画を行った後、レジスト膜14を現像することで、図2(b)に示すように、レジスト膜14にパターンが形成される。
次に、パターンが形成されたレジスト膜14をマスクにしてクロム膜13をドライエッチングして選択的に除去し、図2(c)に示すようにクロム膜13にパターンを形成する。この後、そのパターンが形成されたクロム膜13をマスクにして導電膜12をドライエッチングして選択的に除去し、図2(d)に示すように導電膜12にパターンを形成する。
なお、導電膜12に対するレジスト膜14のエッチング選択比が比較的高い場合には、導電膜12上に直接レジスト膜14を形成して、そのレジスト膜14のパターニングを行い、そのパターニングされたレジスト膜14をマスクにして導電膜12のパターニングを行ってもよい。
図2(d)の工程の後、導電膜12上に残っているクロム膜13を除去し、図2(e)に示すテンプレート10が得られる。導電膜12に凹凸形状のパターンが形成されたパターン部15は、基板11における面方向の中央部に設けられている。
図示では、基板11の厚さは均一であるが、通常、パターン部15が形成された中央部よりも外側の部分は薄くされ、パターン部15が他の部分よりも突出したいわゆるメサ構造とされる。これにより、パターン部15のみをインプリント材と接触させることができ、必要以上の面積にわたるテンプレート10とインプリント材との接触を避けることができ、離型を容易にする。
次に、図3、4を参照して、上記テンプレート10を用いたパターン形成方法について説明する。
図3(a)に示すように、被加工体20は被加工体保持部5上に保持され、テンプレート10は被加工体保持部5の上方に対向して設けられたテンプレート保持部6に保持される。被加工体保持部5は例えば真空チャック機構を有する。同様に、テンプレート保持部6も真空チャック機構を有する。なお、図3(b)以降では被加工体保持部5及びテンプレート保持部6の図示を省略する。
被加工体20は例えばシリコン等の半導体ウェーハであり、その被加工体20は被加工面を上に向けた状態で被加工体保持部5に保持される。被加工体20における被加工面上には、インプリント材21が供給される。インプリント材21は、誘電体であり、例えば紫外線硬化型樹脂である。インプリント材21は、液状もしくはペースト状の未硬化の状態で被加工体20上に供給される。
テンプレート10は、その導電膜12に形成されたパターン部15を、被加工体20上に供給されたインプリント材21に対向させた状態でテンプレート保持部6に保持される。
図3(a)に示す状態で、図1に示す制御部1の制御のもと移動機構2により、テンプレート保持部6と被加工体保持部5とを相対的に接近させる。ここでは、被加工体保持部5は静止したままで、テンプレート保持部6を下降させる。もちろん、テンプレート保持部6を静止したままで被加工体保持部5を上昇させてもよく、あるいは両者をそれぞれ移動させて接近させてもよい。
テンプレート10をインプリント材21に近づけていくとき、図3(b)に示すように、テンプレート10における導電性のパターン部15に正電圧を印加する。具体的には、電源3と接続された接触子7を、パターン部15が形成された導電膜12表面に接触させてパターン部15に電圧を印加する。
例えば、接触子7は接触子ホルダー8に片持ち支持されている。接触子ホルダー8は図示しない接触子移動機構により導電膜12に対して移動可能となっている。接触子7は、パターン部15より外側のテンプレート10と被加工体20との対向空間で導電膜12に対して圧接しパターン部15と電気的に接続される。なお、テンプレート10の側面に露出している導電膜12の側面に、接触子7を接触させてもよい。
被加工体20は接地されている。これは、被加工体20を直接接地させてもよいし、被加工体保持部5の方を直接接地させ、その被加工体保持部5を介して被加工体20が接地するようにしてもよい。
テンプレート10の下降により、テンプレート10のパターン部15は、図3(c)に示すように、未硬化状態のインプリント材21に接触し押し付けられる。このとき、パターン部15に正電圧が印加され、被加工体20は接地しているため、パターン部15と被加工体20との間に電位差(電界)が生じる。この電界により、誘電体であるインプリント材21に誘電分極が生じる。
すなわち、正電位が与えられたパターン部15に近いインプリント材21の表面側に負電荷が現れ、インプリント材21とパターン部15との間に静電引力が作用する。この静電引力により、インプリント材21がパターン部15に引き寄せられる。この結果、十数nm〜数十nmという極微細なパターン凹部(溝)にも瞬時にインプリント材21が入り込み、僅か1秒という押し付け時間ですべてのパターン凹部にインプリント材21を充填させることができる。
次に、図3(d)に示すように、テンプレート10の上方から紫外線を照射する。石英である基板11及びDLC膜である導電膜12は、紫外線に対する透過性を有するため、インプリント材21に紫外線は到達する。例えば1秒程紫外線を照射することで、インプリント材21は硬化する。
インプリント材21を硬化させた後、テンプレート保持部6を上昇させて、インプリント材21からテンプレート10を剥離する。このとき、テンプレート10のパターン部15への電圧印加を停止することで、パターン部15とインプリント材21との間の静電引力を消滅させて、容易にテンプレート10をインプリント材21から剥離することができる。
あるいは、テンプレート10を剥離する直前に、図4(a)に示すように、前述した押し付け工程時の正電圧とは逆の負電圧をパターン部15に短時間(例えば0.1秒)だけ印加することで、パターン部15とインプリント材21との間に斥力が生じ、瞬時にテンプレート10をインプリント材21から剥離することが可能になる。
誘電体であるインプリント材21内では導電膜12内に比べて電荷の移動が遅く、導電膜12すなわちパターン部15表面に負電位が与えられてもこれに対向するインプリント材21表面にはすぐに正電荷が現れず、ある時間は図3(b)に示すような分極状態が保たれる。したがって、負電位が与えられたパターン部15と、負電荷が現れているインプリント材21の表面側との間に斥力が働き、パターン部15にインプリント材21が持って行かれることなく瞬時にパターン部15とインプリント材21とを分離することができる。
このようにパターン部15とインプリント材21間に斥力を生じさせて両者を分離することで、インプリント材21がパターン部15における特に凹部(溝)に残ってしまう離型欠陥を、従来の1/5程度に低減することを確認できた。具体的には、従来0.2個/cm2程度の離型欠陥が生じていたが、本実施形態の方法を用いることで0.04個/cm2に欠陥個数が低減した。
テンプレート10を剥離することで、図4(b)に示すように、被加工体20上に、硬化したインプリント材21のパターンが形成される。このパターンは、テンプレート10に形成された凹凸形状パターンの反転パターンである。そして、そのパターニングされたインプリント材21をマスクにして被加工体20に対してエッチング等の加工を行うことで、図4(c)に示すように、被加工体20に凹凸形状のパターンが形成される。
被加工体20は、例えば、シリコン等の基板上に形成された絶縁膜、半導体膜、導電膜、あるいは基板自体である。すなわち、本実施形態に係るパターン形成方法は、半導体装置の製造方法における一部の工程に相当する。
従来、ハーフピッチ20nmほどの微細凹凸パターンが形成されたテンプレートを未硬化状態のインプリント材に押し付ける工程において、インプリント材を隙間なくパターン凹部に入り込ませるために10秒程度の時間を要していた。また、インプリント材からテンプレートを剥離するにあたっては、離型欠陥を防ぐため15秒ほどの時間をかけてゆっくりと行っていた。そのため、1回のパターン転写に30秒近い時間がかかっていた。
これに対して、パターン部15と被加工体20との間に電位差を生じさせる本実施形態では、パターン部15を未硬化状態のインプリント材21に押し付ける時間は1秒程度と従来の1/10の時間でも、インプリント材21を隙間なくパターン凹部に入り込ませることが可能である。また、インプリント材21からテンプレート10を剥離する直前に、それら両者の押し付け時にパターン部15と被加工体20との間に与えていた電界の逆方向の電界を与えることで、離型欠陥を生じさせることなく瞬時に両者を分離することができる。
結果として、本実施形態では、ハーフピッチ20nmほどの微細パターンをインプリント法によって3秒程で形成することが可能になった。これにより、スループットが向上し、半導体装置の製造コストを大きく低減することが可能になる。さらには欠陥数も低減できるため、このことも半導体装置製造コストを大きく低減することにつながる。
パターン部15が形成された導電膜12に電圧を印加するタイミングは、テンプレート10をインプリント材21に近づけているときでもよいし、パターン部15がインプリント材21に接触した後でもよい。パターン部15がインプリント材21に接触する前の時点から導電膜12に電圧を印加しておけば、パターン部15がインプリント材21に接触したその瞬間から直ちにインプリント材21がパターン部15に引き寄せられるので、より押し付け時間の短縮を図れる。
前述した効果を得るには、誘電分極したインプリント材21表面と、パターン部15との間に静電引力が作用するように、導電膜12と被加工体20との間に電位差を生じさせればよい。したがって、電圧印加の形態は上記実施形態に限らない。導電膜12を接地し、被加工体20に電圧を印加してもよく、あるいは導電膜12と被加工体20の両方に電圧を印加してもよい。
導電膜12と被加工体20との間の電位差があまり小さいとインプリント材21をパターン部15に引き寄せる力が弱くなり、逆に大きすぎると、導電膜12と被加工体20との間の空間(例えば大気圧雰囲気)での放電によるパターン部15の欠損や損傷が懸念される。この点を考慮すると、導電膜12と被加工体20との間に生じさせる電位差は、30〜800Vの範囲が望ましい。この電位差範囲に設定することは、インプリント材21からテンプレート10を剥離する直前に電圧印加するときにも望ましい。
なお、導電膜12及び被加工体20の一方に電圧を印加し、他方はフローティングの状態であってもよい。ただし、一方に正又は負電圧を印加し、他方には一方とは逆極性の電圧を印加または接地した方が、導電膜12と被加工体20との間に生じる電位差を正確に把握でき、所望の電位差(例えば30〜800V)への制御性に優れる。
導電膜12や被加工体20に対する電圧の印加、停止、さらには離型時における逆極性電圧への切り替えなどは、図1に示す制御部1の制御に基づいて行われる。
微細凹凸形状のパターンが形成される導電膜12には、導電性以外にも、機械的強度、紫外線に対する透過性が要求される。このような条件を満足する材料としては、DLC以外にも、ITO(indium Tin Oxide)、インジウム酸化物、ルテニウム酸化物などを挙げることができる。この中でもDLCは機械的強度に優れ、微細パターンを精度良く転写するにあたってより望ましいと言える。
パターン部15をインプリント材21に押し付け、パターン凹部へのインプリント材21の充填が完了した後は、上記電位差を生じさせる電圧印加を停止してもよい。ただし、押し付け工程後も、硬化工程を経てテンプレート10を剥離する直前まで上記電位差を生じさせてインプリント材21に誘電分極を生じさせておけば、導電膜12に対して印加している電圧の極性を切り替えることで、インプリント材21表面とパターン部15との間に前述した斥力を生じさせて瞬時に両者を離すことができる。
インプリント材を硬化させるにあたっては、熱硬化方式を採用してもよい。ただし、熱硬化方式ではパターンの熱膨張が懸念され、半導体デバイスのように微細で高精度なパターンが要求される用途には光硬化方式が望ましい。
1…制御部、2…移動機構、3…電源、5…被加工体保持部、6…テンプレート保持部、7…接触子、10…テンプレート、12…導電膜、15…パターン部、20…被加工体、21…インプリント材
Claims (5)
- 被加工体上に誘電体であるインプリント材を未硬化状態で供給する工程と、
前記インプリント材を硬化させる前に、前記被加工体と、前記被加工体に対向されるテンプレートにおける導電性のパターン部との間に電位差を生じさせ、前記インプリント材に誘電分極を生じさせる工程と、
前記パターン部を、前記未硬化状態のインプリント材に接触させる工程と、
前記パターン部を前記インプリント材に接触させた状態で前記インプリント材を硬化させる工程と、
前記インプリント材の硬化後、前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。 - 前記被加工体及び前記パターン部の一方に電圧を印加し、他方には前記一方に印加した電圧の逆極性の電圧を印加するまたは接地することで、前記被加工体と前記パターン部との間に前記電位差を生じさせることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
- 前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する直前に、前記電位差を生じさせていた電界の逆方向の電界を前記パターン部と前記被加工体との間に生じさせることを特徴とする請求項1または2に記載のパターン形成方法。
- 被加工体を保持可能な被加工体保持部と、
導電性のパターン部を有するテンプレートを保持可能なテンプレート保持部と、
電源と接続されると共に前記パターン部に対して相対移動して接触可能な接触子と、
前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を接近させて、前記パターン部を前記被加工体上に供給された未硬化状態の誘電体であるインプリント材に接触させ、前記インプリント材の硬化後に前記被加工体保持部及び前記テンプレート保持部を離間させる移動機構と、
前記インプリント材を硬化させる前に、前記パターン部に接触した前記接触子を介して前記パターン部に電圧を印加する制御部と、
を備えたことを特徴とするパターン形成装置。 - 被加工体上に誘電体であるインプリント材を未硬化状態で供給する工程と、
前記インプリント材を硬化させる前に、前記被加工体と、前記被加工体に対向されるテンプレートにおける導電性のパターン部との間に電位差を生じさせ、前記インプリント材に誘電分極を生じさせる工程と、
前記パターン部を、前記未硬化状態のインプリント材に接触させる工程と、
前記パターン部を前記インプリント材に接触させた状態で前記インプリント材を硬化させる工程と、
前記インプリント材の硬化後、前記インプリント材から前記テンプレートを剥離する工程と、
前記テンプレートが剥離された前記インプリント材をマスクにして、前記被加工体を加工する工程と、
を備えことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
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