JP5295870B2 - インプリントパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリントパターン形成方法に関する。

シリコン半導体パターンの微細化が進み、これに伴って、パターニングを光リソグラフィーの技術を利用して行う場合、光リソグラフィー装置に対する高精度化等の要求から装置自体が高価になるとともに、シリコン半導体パターンの加工費用も高くなってしまい、コストの増加につながってしまう。したがって、近年においては、シリコン半導体のパターニング技術として、光リソグラフィーに代わる技術の開発が求められている。

近年において、例えば特開２００１−６８４１１号公報、特開２０００−１９４１４２号公報に紹介されているように、転写すべきパターンを形成した原版の型（テンプレート）を、基板上に塗布されている光硬化性有機材料層（レジスト層）に押圧し、光照射又は加熱を行なってパターン化されたレジスト層を硬化させることにより、レジスト層にパターンを転写形成するインプリント法が注目されている。

インプリント法は非常に微細な構造が形成可能で、かつ、低コストのパターニング方法であるが、テンプレートと被処理基板とを直接接触させて実施するものであるため、繰り返し実施すると、テンプレート上に異物が付着したり、テンプレートのパターンの溝内部にレジストが詰まったりしてしまう場合がある。このため、以降のインプリントにおいては、異物等に起因して共通の欠陥が生じてしまい、インプリント法を用いて被処理基板に対してパターン形成を行なう際の問題となっている。

このため、インプリント法に用いるテンプレートを所定の回数使用した後は、予備のテンプレートに交換する必要が生じる。しかしながら、この交換時期の判断が難しく、交換頻度を多く設定してしまうと、スループットの低下や、予備テンプレートの枚数を確保するためにコストがかかり問題である。一方、交換頻度を低く設定しまうと、上述のような欠陥が発生してしまい、被処理基板に対するパターン形成の歩留まりが低下してしまうという問題が生じてしまう。

特開２００１−６８４１１号公報 特開２０００−１９４１４２号公報

本発明は、テンプレートの交換頻度を効率的に決定し、交換頻度の増大に伴うスループットの低下や、交換頻度の減少に伴うパターン形成の歩留まり低下を抑制するインプリントパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、パターンを有するテンプレートを被処理基板上のレジストに対して接触させ、前記レジストを硬化したのち前記テンプレートを前記レジストから離型してレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを前記被処理基板に転写形成する工程と、前記転写形成の後、前記テンプレートを前記レジストから離型する際に、前記テンプレートの剥離に要する負荷及び前記テンプレートの剥離に要する時間を測定する工程と、前記測定によって得られた測定値を所定の閾値と比較し、前記測定値が前記閾値を超えているか否かを判定する工程と、前記測定値が前記閾値を超える場合に、前記テンプレートを予備のテンプレートと交換する工程と、を具えることを特徴とするパターン形成方法に関する。

本発明によれば、テンプレートの交換頻度を効率的に決定し、交換頻度の増大に伴うスループットの低下や、交換頻度の減少に伴うパターン形成の歩留まり低下を抑制するインプリントパターン形成方法を提供することができる。

実施形態のインプリントパターン形成方法のフローチャートである。 インプリント法によるパターン形成方法を示す工程図である。 インプリント法によるパターン形成方法を示す工程図である。 テンプレートを被処理基板から離型させる際の、負荷と時間との関係を示すグラフである。 テンプレートの製造工程を説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態のインプリントパターン形成方法のフローチャートであり、図２〜図８は、図１に示すステップＳ１又はＳ４におけるインプリント法によるパターン形成方法を示す工程図である。なお、本実施形態では、光照射を用いたインプリント法について説明する。

本実施形態では、最初に、図１のフローチャートに示すように、インプリント法によって第１のパターン形成を行なう（ステップＳ１）。

具体的には、図２（ａ）に示すように、被処理基板２０を準備し、この被処理基板２０上に光硬化性物質層（レジスト層）２２を形成する。被処理基板２０は、レジスト層２２にパターンを形成した後、このパターンをマスクとして加工されるものであり、半導体基板等、目的に応じて任意の基板・膜から構成することができる。次いで、図２（ｂ）に示すように、テンプレート１０を被処理基板２０に対して相対異動させて接触させ、図３（ａ）に示すように、テンプレート１０のパターン凹部に光硬化性物質層２２が充填されるようにする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、例えばテンプレート１０の裏面側から光（例えば紫外線）を照射し、光硬化性物質層２２を硬化させる。これにより、光硬化性物質層２２は、テンプレート１０の表面に形成された凹凸パターンに嵌合する凹凸パターン、すなわち、被処理基板２０上に転写すべきパターンを有する状態で硬化される。なお、照射する光は、この光によって光硬化性物質層２２を硬化すれば足りるので、通常の光リソグラフィーに用いられるような波長単一性を有している光や点光源を適用する必要はなく、通常のランプ光を用いることができる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、テンプレート１０を被処理基板２０から離型することにより、被処理基板２０上には、光硬化性物質層２２が硬化されたパターン層２４が形成される。

なお、上述したパターン層２４を形成するに際し、本実施形態では、テンプレート１０を被処理基板２０から離型する際に、テンプレート１０の離型に要する負荷及びテンプレート１０の離型に要する時間の少なくとも一つを測定する（ステップＳ２）。

テンプレート１０の離型に要する負荷、例えば離型に要する時間内に加えられた負荷の最大値は、テンプレート１０を昇降させる駆動装置に取り付けられた負荷計測モニター等から計測することができる。さらに、テンプレート１０の離型に要する時間は、テンプレート１０の離型の開始時点、例えば離型するためにテンプレートを基板側と反対方向に力を加え始めた時点からテンプレート１０の離型に要する負荷がゼロとなる時点までの時間、例えばテンプレートとレジストパターンが接触しなくなった時点までの時間として計測することができる。

実際、テンプレート１０を被処理基板２０から離型させる際の、負荷と時間との関係は、図４のように表すことができるので、テンプレート１０の離型に要する負荷は、例えば図４のＦ１として計測することができ、テンプレート１０の離型に要する時間は、例えば図４のｔ１として表すことができる。

次に、上述のようにして計測した値を、所定の閾値と比較する（ステップＳ３）。これらの閾値は、予備的に実施したテンプレート、例えばほぼ同一のパターン密度を有するテンプレートの、被処理基板２０に対するパターンの転写形成から実験的に導出することもできるし、テンプレート１０のパターンの形状及び表面積に基づいて計算により導出することもできる。

例えばＣＡＤデータを利用したシミュレーションから閾値を求めることができる。具体的には、最初にテンプレート１０のパターン表面積Ａを求める。パターン表面積Ａは、テンプレートのパターン形成面とレジストとが接触する部分の面積であり、テンプレートのパターン凹部の側面等も含む面積である。次いで、テンプレート１０のパターン形成面（２次元の面）を１ｃｍ角の小さなエリアに分割する。

次いで、テンプレート１０のエリア毎に、離型に要する力（離型力）又は離型に要する時間（離型時間）を求める。その際のパラメータとしては、エリア毎のパターン表面積Ａ、被処理基板をウェハに固定するためのウェハチャック力、テンプレートをインプリント装置に固定するためのテンプレートチャック力、テンプレート上昇速度（設定値）、テンプレート１０の物性値（サイズ、ヤング率、ポアソン比）、レジストの機械強度を決定する物性値（ヤング率、硬化率など）を使用する。

その後、テンプレート１０のエリア毎の離型力又は離型時間、及びレジストの粘弾性等のレジストパラメータを用いて、離型時及び離型後のテンプレート１０及び／又はレジストパターンの変形量を求める。これにより、テンプレート離型後のレジストパターン寸法を求める。ここで、テンプレート１０のエリアごとに、離型力又は離型時間と得られるレジストパターン寸法の対応づけ、設計値に対しレジストパターンの寸法変化が許容できる範囲（パターン種別により異なる、例えば設計寸法±１０％）を超えるときの離型力又は離型時間の閾値を求める。

なお、テンプレート１０の詰まりによりパターン表面積が減少した場合は離型力Ｆ２が減少し、時間ｔ２が増加する傾向にあり、テンプレート１０の欠損等の理由でパターン表面積が増加した場合は、離型力Ｆ２が増加し、時間ｔ２が減少する傾向となる。

なお、テンプレート１０は、以下のようにして製造することができる。例えば、図５（ａ）に示すように、テンプレートの基材として、石英やパイレックス（登録商標）などの光透過性を有する材料からなる基板１２を用意する。次いで、図５（ｂ）に示すように、基板１２の表面に、転写すべきパターンの鏡像に対応した反転パターンを形成する。この反転パターンは、基板１２の表面を加工し、上記パターンに対応する溝１４を形成することによって得る。なお、溝１４の形成は、例えば電子ビームリソグラフィーなどの技術を用いて行なうことができる。結果として、基板１２から転写すべきパターンの鏡像に対応する反転パターンを有するテンプレート１０を得る。

続いて、図１に示すように、ステップS２で測定した離型力又は離型時間が、前記閾値を超えるか否かを判断する（ステップ３）。測定した離型力又は離型時間が、前記閾値を超えない場合は、引き続きテンプレート１０を用いて、次のショットのインプリントを行う（ステップS４）。反対に、測定した離型力又は離型時間が前記閾値を超えるような場合は、パターン層２４が最早設計通りに形成されていないと判断し、テンプレート１０を新たなテンプレートと交換し（ステップＳ５）、その後新たなテンプレートを用いて、上述したイ次のショットのインプリントを行う（ステップＳ４）。

以上、本実施形態に係るインプリント方法では、インプリント時のテンプレートの離型力又は離型時間に基づき、インプリント後のテンプレートの交換時期を判断することができる。したがって、テンプレートの交換頻度を効率的に決定し、交換頻度の増大に伴うスループットの低下や、交換頻度の減少に伴うパターン形成の歩留まり低下を抑制することが可能である。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、光照射を用いたインプリント法について説明したが、本発明は、加熱処理を用いたインプリント法についても適用することができる。この場合は、図３（ｂ）における光照射の代わりに加熱処理が行われる。

１０ テンプレート
１２ 基板
１４ 溝
２０ 被処理基板
２２ 光硬化性物質層（レジスト層）
２４ パターン層

Claims (3)

1. パターンを有するテンプレートを被処理基板上のレジストに対して接触させ、前記レジストを硬化したのち前記テンプレートを前記レジストから離型してレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを前記被処理基板に転写形成する工程と、
   前記転写形成の後、前記テンプレートを前記レジストから離型する際に、前記テンプレートの剥離に要する負荷及び前記テンプレートの剥離に要する時間を測定する工程と、
   前記測定によって得られた測定値を所定の閾値と比較し、前記測定値が前記閾値を超えているか否かを判定する工程と、
   前記測定値が前記閾値を超える場合に、前記テンプレートを予備のテンプレートと交換する工程と、
   を具えることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記閾値は、前記テンプレートを用いて前記レジストパターンを形成した際に、前記レジストパターンの寸法が許容範囲を超えることとなる値であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. 前記閾値は、前記テンプレートの、前記パターン表面積に基づいて導出することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。

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