JP2020126877A - 原版、原版の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】原版と被転写基板が同じ材質である場合に、原版パターンに所望の歪量を与えることができる原版を提供する。【解決手段】実施形態によれば、原版は、基板と、前記基板の第1面に設けられる凹凸パターンと、前記基板内に設けられる不純物層と、を備える。前記不純物層は、前記第1面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域が含まれるように配置される。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、原版、原版の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置などの微細パターンを形成する技術として、基板に原版の型を転写するインプリント法が知られている。通常、基板に設けられたパターン(以下、基板パターンという)と、原版に設けられたパターン(以下、原版パターンという)と、は、歪を有する。そのため、両者を重ね合せたときに、位置ずれが生じる。そのため、インプリント処理中に、原版を透過し、基板で吸収される光を基板に照射して、原版パターンに合わせて熱膨張によって基板パターンを変形させ、原版パターンを転写させる高次補正技術が知られている。
ところで、基板に型を転写する際に使用される原版は、レプリカであり、レプリカの原版は、マスタの原版からインプリント法によって製造される。高次歪補正技術を使用して、基板パターンの位置ずれに合わせてレプリカの原版パターンを形成することが望まれるが、マスタの原版もレプリカの原版も同じ材質であるので、高次補正技術を適用することが難しい。
本発明の一つの実施形態は、原版と被転写基板が同じ材質である場合に、原版パターンに所望の歪量を与えることができる原版、原版の製造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。
本発明の一つの実施形態によれば、原版は、基板と、前記基板の第1面に設けられる凹凸パターンと、前記基板内に設けられる不純物層と、を備える。前記不純物層は、前記第1面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域が含まれるように配置される。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる原版、原版の製造方法および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これら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、以下の実施形態で用いられる原版および半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。さらに、以下では、原版がテンプレートである場合を例に挙げる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態では、レプリカテンプレートへのパターン転写時に高次歪を補正することができるマスタテンプレートおよびその製造方法について説明する。つまり、原版がマスタテンプレートである場合を説明する。
第1の実施形態では、レプリカテンプレートへのパターン転写時に高次歪を補正することができるマスタテンプレートおよびその製造方法について説明する。つまり、原版がマスタテンプレートである場合を説明する。
図1は、第1の実施形態によるマスタテンプレートの構成の一例を示す断面図であり、図2は、第1の実施形態によるマスタテンプレートの構成の一例を示す上面図である。なお、図2は、上面図であるが、後述する不純物層14にハッチングを付している。
マスタテンプレート10は、テンプレート基板11の第1面111に、凹凸パターン121が配置される台座部12を有し、第1面111に対向する第2面112に凹部13を有する。台座部12は、テンプレート基板11の第1面111の略中央に周縁部よりも突出して設けられる。凹凸パターン121は、インプリント処理時に図示しない被加工対象上のレジストと接触する。凹部13は、第1面111側の台座部12に対応する領域を含むように設けられる。凹部13が設けられる領域のテンプレート基板11の厚さは、熱膨張によって凹凸パターン121が変形可能な厚さである。テンプレート基板11は、紫外光領域の電磁波(以下、紫外線という)を透過する材料で構成されることが望ましい。テンプレート基板11は、たとえば石英などからなる。
テンプレート基板11の内部には、不純物層14が設けられる。不純物層14は、テンプレート基板11に不純物元素が所定の濃度で注入された層である。不純物元素は、可視光領域から赤外光領域の電磁波を吸収し、紫外線を透過することができる元素である。具体的には、不純物元素は、C,Mg,Al,P,Ca,Ti,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Mo,Ag,Sn,Sb,Ta,W,Os,Pt,Au,Pbの群から選択される少なくとも一つの元素を含む。不純物元素は、例えばテンプレート基板11に1016個/cm2程度注入されている。
不純物層14は、後述するように、レプリカテンプレートを製造する際に、被加工対象上に形成された下層パターンの位置ずれ量に合わせて、マスタテンプレート10の凹凸パターン121の位置を変形させるために設けられる。この凹凸パターン121の変形は、被加工対象上に形成された下層パターンの位置ずれ量に基づいて照射される可視光領域から赤外光領域の電磁波を不純物層14が吸収することによって実現される。
不純物層14は、平面視上、任意の位置に設けられるが、図2に示されるように、平面視上では、凹部13が設けられたテンプレート基板11の厚さの薄い領域内に設けられることが望ましい。図2(a)に示される例では、不純物層14の配置領域は、台座部12の配置領域と略同じ大きさであり、重なっている場合が示されている。図2(b)では、不純物層14の配置領域は、台座部12の配置領域よりも大きく、凹部13の配置領域よりも小さい場合が示されている。図2(c)では、不純物層14の配置領域は、凹部13の配置領域と略同じ大きさであり、重なっている場合が示されている。図2(d)では、不純物層14の配置領域は、台座部12の配置領域の外周と凹部13の配置領域の外周との間に挟まれた環状の領域である場合が示されている。すなわち、不純物層14は、台座部12の配置領域を取り囲むように配置されている。
台座部12の配置領域内に存在する不純物層14に可視光領域から赤外光領域の電磁波が照射されると、照射された領域が熱膨張し、台座部12の配置領域内が膨張するように力が働く。一方、台座部12の配置領域外に存在する不純物層14に可視光領域から赤外光領域の電磁波が照射されると、照射された領域が熱膨張し、台座部12の配置領域内が圧縮されるように力が働く。不純物層14の配置位置に応じて、台座部12の配置領域内にかかる力が異なるので、高次の歪補正を行うことが可能になる。
つぎに、マスタテンプレート10の製造方法について説明する。図3は、第1の実施形態によるマスタテンプレートの製造方法の手順の一例を示すフローチャートであり、図4は、第1の実施形態によるマスタテンプレートの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
まず、平板状のテンプレート基板11を作製する(ステップS11、図4(a))。テンプレート基板11として、平板状の石英基板を例示することができる。ついで、平板状のテンプレート基板11の第2面112に座繰り加工を行って凹部13が形成され、第1面111に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法またはエッチング法などによって台座部12が形成される(ステップS12、図4(b))。
その後、台座部12の第1面111上に図示しないレジストを塗布し、電子線描画技術および現像技術を用いて、レジストをパターニングし、レジストパターンを形成する。その後、図示しないレジストパターンをマスクとして、テンプレート基板11をRIE(Reactive Ion Etching)法などの異方性エッチングで加工する。これによって、台座部12の第1面111上には、凹凸パターン121が形成される(ステップS13、図4(c))。なお、レジストパターンと台座部12との間にハードマスク膜を配置してもよい。
図示しないレジストパターンを除去した後、テンプレート基板11の第2面112に不純物元素をイオン注入法によって注入し、不純物層14を形成する(ステップS14)。このときの不純物元素の単位面積当たりのイオン注入量は、例えば1016個/cm2程度とされる。また、不純物層14の形成位置が、例えば図2(a)〜(d)のいずれかに示されるような位置となるように、不純物元素がイオン注入される。以上によって、マスタテンプレート10が製造される。
つぎに、マスタテンプレート10を用いたレプリカテンプレートの製造方法について説明する。図5は、第1の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の手順の一例を示すフローチャートであり、図6−1および図6−2は、第1の実施形態によるレプリカテンプレートの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
まず、図示しない被加工対象であるウェハ上に形成された下層のパターンのパターン位置ずれ情報を取得する(ステップS31)。位置ずれ情報は、例えば、ウェハ上での各位置における理想的なパターン位置からの実際のパターン位置のずれの度合いを示す情報である。この位置ずれ情報は、例えばウェハ上に周期的に設けられたマークの位置をレーザ干渉計などによって検出することによって取得される。
ついで、レプリカテンプレートとなるテンプレート基板31を作製する(ステップS32、図6−1(a))。テンプレート基板31として、平板状の石英基板を例示することができる。ついで、平板状のテンプレート基板31の第2面312に座繰り加工を行って凹部33が形成され、第1面311に、CMP法またはエッチング法などによって台座部32が形成される(ステップS33、図6−1(b))。
その後、テンプレート基板31の台座部32上に、レジスト51aを塗布または滴下する(ステップS34、図6−1(c))。レジスト51aは、例えばスリットコート法などの方法で塗布され、あるいはインクジェット法などの方法で滴下される。また、レジスト51aには、可視光領域から赤外光領域の電磁波には感光せず、紫外光領域の電磁波には感光する紫外線硬化樹脂などの材料が用いられる。
ついで、マスタテンプレート10のパターン配置面120を、レプリカテンプレート30の台座部32上のレジスト51aに接触させる(ステップS35、図6−1(d))。これによって、マスタテンプレート10のパターン配置面120に設けられた凹部にレジスト51aが充填される。
また、このとき、パターン位置ずれ情報に基づいて、レジスト51aが感光しない第1光53を、マスタテンプレート10の不純物層14に局所的に照射する(ステップS36、図6−1(e))。第1光53は、可視光領域から赤外光領域の電磁波であり、光源52から照射される。また、ウェハ上に生じている理想的な位置からのずれと同じずれがマスタテンプレート10の凹凸パターン121に生じるように、不純物層14に第1光53が照射される。このとき、位置ずれ量に応じて第1光53の照射時間を変えてもよいし、強度を変えてもよい。
第1光53が照射された位置の不純物層14は、第1光53を吸収し、熱膨張する。この熱膨張によって、マスタテンプレート10が変形し、これに伴って凹凸パターン121も変形する。凹凸パターン121の変形は、ウェハ上に生じている位置ずれと略同様なものとなる。
その後、レジスト51aが感光する第2光55を、レジスト51aに照射する。第2光55は、紫外線であり、光源56から照射される。第2光55が照射されるとレジスト51aは硬化し、レジストパターン51が形成される(ステップS37、図6−2(f))。
レジストパターン51が形成された後、マスタテンプレート10をレジストパターン51から離型する(ステップS38、図6−2(g))。ついで、レジストパターン51をマスクとして、RIE法などの異方性エッチング技術を用いてテンプレート基板31をエッチングする。これによって、テンプレート基板31の台座部32に、ウェハ上のパターンの位置ずれに対応した位置ずれを有する凹凸パターンが転写される(ステップS39)。その後、レジストパターン51を剥離し、検査等を実施し、凹凸パターンの修正などを行うことで、レプリカテンプレート30が得られる。
なお、上記した説明では、第1面111に凹凸パターン121を有する台座部12を有し、第2面112に凹部13を有するマスタテンプレート10を例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されない。例えば、第1面111に凹凸パターンを有する台座部12が設けられた薄い平板状のテンプレート基板の内部に、不純物層14を設けてもよい。このときのテンプレート基板の厚さは、例えば図1で説明したテンプレート基板11の凹部13の位置での厚さとほぼ同じ厚さとすることができる。
第1の実施形態では、マスタテンプレート10は、テンプレート基板11の内部に、可視光領域から赤外光領域の第1光53を吸収し、紫外光領域の第2光55を透過する不純物層14を有する。これによって、レプリカテンプレート30の製造時に、所望の位置に第1光53を照射して凹凸パターン121を変形させることができる。その結果、高次歪を制御した凹凸パターンを備えるレプリカテンプレート30を得ることができる。
また、このマスタテンプレート10をレプリカテンプレート30の製造に使用することで、レプリカテンプレート30でのパターンの転写対象のウェハに生じた位置ずれに応じた位置ずれを有するレプリカテンプレート30を安価に製造することができる。さらに、ウェハ上の位置ずれの位置が固定しているような場合には、このようなレプリカテンプレート30を用いることで、安価に半導体装置を製造することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、マスタテンプレートに不純物層を設ける場合を説明した。第2の実施形態では、レプリカテンプレートに不純物層を設ける場合を説明する。つまり、原版がレプリカテンプレートである場合を説明する。
第1の実施形態では、マスタテンプレートに不純物層を設ける場合を説明した。第2の実施形態では、レプリカテンプレートに不純物層を設ける場合を説明する。つまり、原版がレプリカテンプレートである場合を説明する。
図7は、第2の実施形態によるレプリカテンプレートの構成の一例を示す断面図である。レプリカテンプレート30は、テンプレート基板31の第1面311に、凹凸パターン321が配置される台座部32を有し、第1面311に対向する第2面312に凹部33を有する。台座部32は、テンプレート基板31の第1面311の略中央に周縁部よりも突出して設けられる。凹凸パターン321は、インプリント処理時に図示しない被加工対象上のレジストと接触する。凹部33は、第1面311側の台座部32に対応する領域を含むように設けられる。凹部33が設けられる領域のテンプレート基板31の厚さは、熱膨張によって凹凸パターン321が変形可能な厚さである。テンプレート基板31は、紫外線を透過する材料で構成されることが望ましい。テンプレート基板31は、たとえば石英などからなる。
テンプレート基板31の内部には、不純物層34が設けられる。不純物層34は、テンプレート基板31に不純物元素が所定の濃度で注入された層である。不純物元素は、可視光領域から赤外光領域の電磁波を吸収し、紫外線を透過することができる元素である。具体的には、不純物元素は、C,Mg,Al,P,Ca,Ti,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Mo,Ag,Sn,Sb,Ta,W,Os,Pt,Au,Pbの群から選択される少なくとも一つの元素を含む。不純物元素は、例えばテンプレート基板31に1016個/cm2程度注入されている。
不純物層34は、マスタテンプレート10の不純物層14の場合と同様に、被加工対象であるウェハ上に形成されたパターンの位置ずれに合わせて凹凸パターン321を変形させるために設けられる。また、不純物層34の平面視上の位置は、図2に示される例と同様である。
このようなレプリカテンプレート30は、例えば図6−2(h)の後に、テンプレート基板31の凹部33側から、イオン注入法によって上記した不純物元素を所定の濃度でイオン注入することによって得られる。
つぎに、このようなレプリカテンプレート30を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図8は、第2の実施形態によるレプリカテンプレートを用いた半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフローチャートであり、図9−1および図9−2は、第2の実施形態によるレプリカテンプレートを用いた半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
まず、ウェハ70上に形成された下層のパターンのパターン位置ずれ情報を取得する(ステップS51)。位置ずれ情報は、第1の実施形態で説明したものと同様である。ついで、ウェハ70の図示しない下層上に、上層の被加工層71を形成し、さらに被加工層71上にレジスト72aを塗布または滴下する(ステップS52、図9−1(a))。レジスト72aは、例えばスリットコート法などの方法で塗布され、あるいはインクジェット法などの方法で滴下される。また、レジスト72aには、可視光領域から赤外光領域の電磁波には感光せず、紫外線には感光する紫外線硬化樹脂などの材料が用いられる。
ついで、レプリカテンプレート30のパターン配置面320を、ウェハ70上のレジスト72aに接触させる(ステップS53、図9−1(b))。これによって、レプリカテンプレート30のパターン配置面320に設けられた凹部にレジスト72aが充填される。
また、このとき、パターン位置ずれ情報に基づいて、光源52からレジスト72aが感光しない第1光53を、レプリカテンプレート30の不純物層34に局所的に照射する(ステップS54、図9−1(c))。第1光53は、上記したように可視光領域から赤外光領域の電磁波である。また、ウェハ70上に生じている理想的な位置からのずれと同じずれがレプリカテンプレート30の凹凸パターン321に生じるように、不純物層34に第1光53が照射される。このとき、位置ずれ量に応じて第1光53の照射時間を変えてもよいし、強度を変えてもよい。これによって、第1の実施形態で説明したように、不純物層34が熱膨張し、レプリカテンプレート30の凹凸パターン321が変形する。凹凸パターン321の変形は、下層のパターンに生じている位置ずれと略同様なものとなる。
その後、光源56からレジスト72aが感光する第2光55を、レジスト72aに照射する。第2光55は、上記したように紫外光領域の電磁波である。第2光55が照射されるとレジスト72aは硬化し、レジストパターン72が形成される(ステップS55、図9−2(d))。
レジストパターン72が形成された後、レプリカテンプレート30をレジストパターン72から離型する(ステップS56、図9−2(e))。ついで、レジストパターン72をマスクとして、RIE法などの異方性エッチング技術を用いて被加工層71をエッチングする。これによって、被加工層71に、ウェハ70の下層のパターンの位置ずれに対応した位置ずれを有する凹凸パターン71aが転写される(ステップS57、図9−2(f))。その後、レジストパターン72を剥離することで、半導体装置が得られる。
なお、図9−1(c)で第1光53を照射したときに、第1光53の一部はレプリカテンプレート30を通過してウェハ70まで到達する。これによって、ウェハ70でも第1光が吸収され、下層のパターンがさらに変形を起こす可能性もある。
図10は、第2の実施形態によるレプリカテンプレートの構成の一例を示す上面図である。上記のような場合には、図10に示されるような配置パターンの不純物層34を有するレプリカテンプレート30を用い、パターンを形成する領域(台座部32)の外側に局所的に第1光53を照射すればよい。これによって、下層の被加工層71のパターン配置領域には第1光53は照射されず、下層のパターンのさらなる変形を抑制することができる。
また、このような場合において、パターンを形成する領域の外側の不純物層14に第1光53を照射したときに予測されるレプリカテンプレート30のパターンの変形に合わせて、ウェハ70のパターン配置領域に第1光53を照射して、下層のパターンを変形させてもよい。つまり、ウェハ70の下層のパターンおよびレプリカテンプレート30の凹凸パターン321の両方を変形させて、レジストパターン72を形成してもよい。
さらに、上記した説明では、第1面311に凹凸パターン321を有する台座部32を有し、第2面312に凹部33を有するレプリカテンプレート30を例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されない。例えば、第1面311に凹凸パターン321を有する台座部32が設けられた薄い平板状のテンプレート基板の内部に、不純物層を設けてもよい。このときのテンプレート基板の厚さは、例えば図7で説明したテンプレート基板31の凹部33の位置での厚さとほぼ同じ厚さとすることができる。
第2の実施形態では、レプリカテンプレート30は、テンプレート基板31の内部に、可視光領域から赤外光領域の第1光53を吸収し、紫外光領域の第2光55を透過する不純物層34を有する。これによって、ウェハ70上への凹凸パターンの形成時に、所望の位置に第1光53を照射してテンプレート基板31の凹凸パターン321を変形させることができる。その結果、高次歪を制御した凹凸パターン71aを備える半導体装置を得ることができる。
また、このレプリカテンプレート30を半導体装置の製造に使用することで、ウェハ70ごとに異なる下層パターンの歪が存在する場合でも、ウェハ70の下層パターンの歪に応じた凹凸パターン71aを被加工層71に形成することができる。
なお、上記した説明では、原版としてテンプレートを例に挙げたが、原版がフォトマスクであってもよい。
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。
10 マスタテンプレート、11,31 テンプレート基板、12,32 台座部、13,33 凹部、14,34 不純物層、30 レプリカテンプレート、51 レジストパターン、111,311 第1面、112,312 第2面、120,320 パターン配置面、121,321 凹凸パターン。
Claims (16)
- 基板と、
前記基板の第1面に設けられる凹凸パターンと、
前記基板内に設けられる不純物層と、
を備え、
前記不純物層は、前記第1面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域が含まれるように配置される原版。 - 前記不純物層は、可視光領域から赤外光領域の電磁波を吸収し、紫外光領域の電磁波を透過する不純物元素を含む請求項1に記載の原版。
- 前記不純物元素は、C,Mg,Al,P,Ca,Ti,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Mo,Ag,Sn,Sb,Ta,W,Os,Pt,Au,Pbの群から選択される少なくとも一つの元素を含む請求項2に記載の原版。
- 前記凹凸パターンは、前記基板の前記第1面に設けられる台座部に配置される請求項1から3のいずれか1つに記載の原版。
- 前記基板は、前記第1面に対向する第2面に凹部を有し、
前記凹部は、前記第1面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域を含み、前記パターン配置領域よりも広い請求項1から4のいずれか1つに記載の原版。 - 前記基板は、平板状を有する請求項1から3のいずれか1つに記載の原版。
- 第1基板の第1面上にレジストを配置し、
第2基板の第2面に凹凸パターンを有し、前記第2基板内に不純物層を有する第1原版の前記第2面を前記第1基板の前記第1面と対向するように配置して、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置面を前記レジストに接触させ、
前記第1原版の前記不純物層に、第1光を局所的に照射し、
前記レジストに紫外光領域の第2光を照射して前記レジストを硬化させ、
前記第1原版を前記第1基板から離型し、
前記硬化したレジストをマスクとして、前記第1基板を加工して第2原版を製造する原版の製造方法。 - 前記不純物層は、可視光領域から赤外光領域の前記第1光を吸収し、紫外光領域の前記第2光を透過する不純物元素を含む請求項7に記載の原版の製造方法。
- 前記不純物元素は、C,Mg,Al,P,Ca,Ti,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Mo,Ag,Sn,Sb,Ta,W,Os,Pt,Au,Pbの群から選択される少なくとも一つの元素を含む請求項8に記載の原版の製造方法。
- 前記不純物層は、前記第2面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域が含まれるように配置される請求項7から9のいずれか1つに記載の原版の製造方法。
- 前記不純物層は、前記第2面と平行な面内において、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置領域の外周に沿って配置される請求項7から9のいずれか1つに記載の原版の製造方法。
- 前記第1光の照射では、前記第2原版でパターンを形成する被加工対象に形成されたパターンの理想的な位置からの位置ずれ情報に基づいて、前記第1光を照射する請求項7から11のいずれか1つに記載の原版の製造方法。
- 前記第1光の照射では、前記被加工対象の前記パターンの位置ずれに対応して前記第1原版の前記凹凸パターンに位置ずれが生じるように、前記第1光を局所的に前記不純物層に照射する請求項12に記載の原版の製造方法。
- 前記第1基板および前記第2基板は、前記第1光および前記第2光を透過する材料によって構成される請求項7から13のいずれか1つに記載の原版の製造方法。
- 被加工対象上にレジストを配置し、
内部に不純物層が配置され、第1面に凹凸パターンが設けられた原版の前記第1面を前記被加工対象と対向するように配置して、前記凹凸パターンが配置されるパターン配置面を前記レジストに接触させ、
前記原版の前記不純物層に、第1光を局所的に照射し、
前記レジストに紫外光領域の第2光を照射して前記レジストを硬化させ、
前記原版を前記被加工対象から離型し、
前記硬化したレジストをマスクとして、前記被加工対象を加工する半導体装置の製造方法。 - 前記不純物層は、可視光領域から赤外光領域の前記第1光を吸収し、紫外光領域の前記第2光を透過する不純物元素を含む請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
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