JP5404654B2 - テンプレート形成時の限界寸法制御 - Google Patents

Description

（関連出願との相互参照）
本出願は、合衆国法典第３５編１１９条（ｅ）（１）項に基づいて、２００８年２月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／０３１，７５９号、２００８年１０月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／１０８，９１４号、及び２００９年２月２５日に出願された米国特許出願第１２／３９２，６８５号の利益を主張するものであり、これらの特許は全て引用により本明細書に組み入れられる。

ナノ加工は、約１００ナノメートル又はそれ以下の特徴部を有する極小構造の加工を含む。ナノ加工がかなりの影響を与えてきた１つの用途に、集積回路の処理におけるものがある。半導体処理産業は、より高い生産収率を追い求め続ける一方で、基板上に形成される単位面積当たりの回路を増やしているため、ナノ加工はますます重要になってきている。ナノ加工は、より高いプロセス制御をもたらす一方で、形成される構造の最小特徴部の寸法を継続的に縮小できるようにする。ナノ加工が利用されてきたその他の開発分野として、バイオ技術、光学技術、機械系などが挙げられる。

今日使用されている例示的なナノ加工技術は、一般にインプリントリ・ソグラフィと呼ばれる。例示的なインプリントリ・ソグラフィ・プロセスが、米国特許公報第２００４／００６５９７６号、米国特許公報第２００４／００６５２５２号、及び米国特許第６，９３６，１９４号などの数多くの公報に詳細に記載されており、これらの文献は全て引用により本明細書に組み入れられる。

前述の米国特許公報及び特許の各々に開示されているインプリントリ・ソグラフィ技術は、成形可能な（重合可能な）層内におけるレリーフ・パターンの形成、及びレリーフ・パターンに対応するパターンを下部の基板に転写することを含む。基板を移動ステージに結合して、パターニング処理を容易にするための所望の位置を得ることができる。パターニング処理には、基板から間隔を空けたテンプレート、及びテンプレートと基板との間に適用される成形可能な液体が使用される。成形可能な液体は固化されて剛体層を形成し、この剛体層は、成形可能な液体に接触するテンプレートの表面形状に従うパターンを有する。固化後、テンプレートを剛体層から分離して、テンプレートと基板が間隔を空けるようにする。その後、基板及び固化層が、固化層内のパターンと一致するレリーフ像を基板内に転写するための追加の処理を受ける。

米国特許第２００４／００６５９７６号公報 米国特許第２００４／００６５２５２号公報 米国特許第６，９３６，１９４号公報

本発明のより詳細な理解は、添付図を参照した、本発明の実施形態の説明から提供されよう。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、従って範囲を限定するものであると見なすべきではない。

本発明の実施形態によるリソグラフィ・システムの簡略化した側面図である。 上部にパターン層を有する図１に示す基板の簡略化した側面図である。 テンプレートの複製を提供するためのフロー図である。 サブマスター・テンプレート形成時の例示的な基板上領域を示す図である。 サブマスター・テンプレート形成時の例示的な基板上領域を示す図である。 エッチング前の段階及びエッチング後の段階における基板全体にわたる例示的な平均の限界寸法(ＣＤ)の変化を示すグラフ表現である。 基板の縁部と中心との間の例示的な限界寸法の変化を示すものであり、図６Ａは上面図であり、図６Ｂは、簡略化した側面図である。 残留層厚に関する例示的な平均限界寸法の変化を示すグラフ表現であり、平均限界寸法が残留層厚に反比例及び正比例する。 デスカム・エッチング処理後の例示的な限界寸法の変化を示すグラフ表現である。 重合エッチング処理後の例示的な限界寸法の変化を示すグラフ表現である。 エッチング処理を使用して特徴部の限界寸法の大きさを制御する方法のフロー図である。 異なる厚みの残留層を有する基板の簡略化した側面図である。 異なる厚みの残留層を有する基板の簡略化した側面図である。 分注技術を使用して特徴部の限界寸法を制御する方法のフロー図である。

図、特に図１を参照すると、ここには基板１２上にレリーフ・パターンを形成するために使用するリソグラフィ・システム１０を示している。基板１２は、基板チャック１４に結合することができる。図示のように、基板チャック１４は真空チャックである。しかしながら、基板チャック１４は、以下に限定されるわけではないが、真空型、ピン型、溝型、静電型、電磁型、及び／又は同様のものを含むいずれのチャックであってもよい。例示的なチャックが米国特許第６，８７３，０８７号に記載されており、該特許は引用により本明細書に組み入れられる。

基板１２及び基板チャック１４を、ステージ１６によってさらに支持することができる。ステージ１６は、ｘ、ｙ、及びｚ軸に沿った移動を行うことができる。ステージ１６、基板１２、及び基板チャック１４を基台（図示せず）上に配置することもできる。

基板１２から間隔を空けてテンプレート１８が存在する。テンプレート１８は、テンプレートから基板１２へ向かって延びる、上部にパターン面２２を有するメサ２０を含むことができる。さらに、メサ２０をモールド２０と呼ぶこともできる。或いは、メサ２０を使用せずにテンプレート１８を形成することもできる。

テンプレート１８及び／又はモールド２０は、以下に限定されるわけではないが、石英ガラス、石英、シリコン、有機ポリマー、シロキサン重合体、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボン重合体、金属、硬化サファイア、及び／又は同様のものを含む材料から形成することができる。図示のように、パターン面２２は、複数の間隔を空けた凹部２４及び／又は凸部２６により定められる特徴部（フィーチャー）を備えるが、本発明の実施形態はこのような構成に限定されるものではない。パターン面２２は、基板１２上に形成されるパターンの基礎を形成するあらゆる原パターンを定めることができる。

テンプレート１８はチャック２８に結合することができる。チャック２８は、以下に限定されるわけではないが、真空型、ピン型、溝型、静電型、電磁型、及び／又はその他の同様のチャック型として構成することができる。例示的なチャックが米国特許第６，８７３，０８７号にさらに記載されており、該特許は引用により本明細書に組み入れられる。さらに、チャック２８をインプリント・ヘッド３０に結合して、チャック２８及び／又はインプリント・ヘッド３０を、テンプレート１８の動きを容易にするように構成することができる。

システム１０は、流体分注システム３２をさらに備える。流体分注システム３２を使用して、重合性材料３４を基板１２上に堆積させることができる。液滴分注、回転被覆、浸漬被覆、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜堆積、厚膜堆積、及び／又は同様のものなどの技術を使用して、重合性材料３４を基板１２上に配置することができる。例えば、米国特許公報第２００５／０２７０３１２号、及び米国特許公報第２００５／０１０６３２１号に記載されるような技術を使用して重合性材料３４を基板１２上に配置することができ、これらの両特許は引用により本明細書に組み入れられる。設計配慮にもよるが、モールド２０と基板１２との間の所望の体積が定められる前及び／又は後に重合性材料３４を基板１２上に配置することができる。米国特許第７，１５７，０３６号及び米国特許公報第２００５／０１８７３３９号に記載されるように、重合性材料３４は単量体混合物を含むことができ、これらの両特許は引用により本明細書に組み入れられる。

図１及び図２を参照すると、システム１０は、経路４２に沿ってエネルギー４０を導くために結合されたエネルギー源３８をさらに備えることができる。テンプレート１８及び基板１２を経路４２と重ねて配置するようにインプリント・ヘッド３０及びステージ１６を構成することができる。システム１０は、ステージ１６、インプリント・ヘッド３０、流体分注システム３２、及び／又はエネルギー源３８と通信するプロセッサ５４によって調整することができ、またメモリ５６内に記憶されたコンピュータ可読プログラムで動作することができる。

インプリント・ヘッド３０、ステージ１６のいずれか又は両方は、モールド２０と基板１２との間の距離を変化させて、重合性材料３４によって満たされるこれらの間の所望の体積を定める。例えば、インプリント・ヘッド３０はテンプレート１８に力を印加して、モールド２０が重合性材料３４と接触するようにすることができる。所望の体積が重合性材料３４で満たされた後、エネルギー源３８は、紫外放射線などのエネルギー４０を生成し、これにより重合性材料３４が基板１２の表面４４及びパターン面２２の形状に従って固化及び／又は架橋し、基板１２上にパターン層４６を定める。パターン層４６は、残留層４８、及び凸部５０及び凹部５２として示す複数の特徴部を備えることができ、凸部５０は厚みｔ₁を有し、残留層は厚みｔ₂を有する。

上述のシステム及びプロセスを、米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許公報第２００４／０１２４５６６号、米国特許公報第２００４／０１８８３８１号、及び米国特許公報第２００４／０２１１７５４号に記載されるインプリントリ・ソグラフィ・プロセス及びシステムでさらに使用することができ、これらの特許は全て引用により本明細書に組み入れられる。

テンプレート１８は製造にコストがかかるので、テンプレート１８の複製が製造コストの削減に寄与することができる。図３は、このような複製を提供するためのフロー図を示している。一般的には、以降マスター・テンプレート１８と呼ぶテンプレート１８を複製して、複数のサブマスター・テンプレート６０を形成することができる。次に、これらのサブマスター・テンプレート６０が、デバイス加工のための作業テンプレート６２及び／又はパターン化ウェハを形成することができる。また、マスター・テンプレート１８も、デバイス加工のための作業テンプレート６２及び／又はパターン化ウェハを形成することができる。デバイスウェハを基板全体としてパターン化するか、或いはＳ．Ｖ．Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎによる「インプリントリ・ソグラフィによって可能となるナノスケール製造」、ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、情報ストレージにおけるナノ構造化材料に関する特集号、第３３巻、２００８年９月、８５４〜８６３ページにさらに詳細に記載されているステップアンドリピート法でパターン化することができ、この文献は引用により本明細書に組み入れられる。説明を簡略化するために、本明細書の以下で説明するシステム及び方法は、サブマスター・テンプレート６０の形成に言及する。しかしながら、当業者であれば、本明細書で説明する技術を、作業テンプレート６２の形成、マスター・テンプレート１８の形成、パターン化ウェハの形成、及び／又は一般にインプリントリ・ソグラフィを使用した基板１２上の構造の形成において使用できることを理解するであろう。図３にはパターン化ウェハを示しているが、本明細書で説明するシステム及び方法は、その他のインプリントリ・ソグラフィ・プロセス（例えば、ウェハ全面インプリント、ＣＭＯＳインプリント、及び同様のもの）にも適用できることに留意されたい。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ステップ・アンド・リピート・プロセスを使用して、基板１２全体にわたって複数の領域８０ａ〜８０ｌをパターニングすることにより、サブマスター・テンプレート６０を形成することができる。領域８０ｌの一部を図４Ｂに示す。基板１２上に形成された特徴部５０ａ及び／又は５２ａは、限界寸法(ＣＤ, Critical Dimension)７０を有し得る。例えば、限界寸法７０は特徴部５０ａの幅であってもよい。

サブマスター・テンプレート６０の形成中、パターン層４６ａが、ｅビーム・パターニング、マスター・テンプレート１８のエッチング、複製エッチング、及び／又は同様のものの結果として基板１２全体にわたって不均一な限界寸法７０を呈する場合がある。例えば、基板１２の縁部及び／又は材料間の遷移点においてエッチング速度が変化する場合があるため、パターン層４６ａが、（レジスト、クロム、及び／又は同様のものなどの）関連する材料の装填の結果として不均一な限界寸法７０を呈する可能性がある。この状況では、残留層４８ａの均一な厚みｔ₁が、この不均一性を増幅させる可能性がある。

また、（図３に示す）マスター・テンプレート１８内の特徴部２４及び／又は２６のあらゆる不均一性が、サブマスター・テンプレート６２の形成中に特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を不均一にする可能性がある。図５は、エッチング前の段階及びエッチング後の段階における基板１２ａ全体にわたる例示的な平均限界寸法７０の変化を示すグラフ表現である。エッチング前の段階では、パターンを形成できるマスター・テンプレート１８の不均一性に基づいて、パターン全体にわたり平均限界寸法７０が変化する可能性がある。さらに、エッチング後の段階では、平均限界寸法７０の変化がさらに悪化する場合がある。

処理及び／又はその他の同様の条件に起因して、限界寸法７０がパターン層４８ａ全体にわたって変化することもある。例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、パターンの内縁９０及び外縁９２における限界寸法７０が、パターンの中心９４における限界寸法７０と異なる場合がある。

図４Ｂ及び図７に示すように、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の大きさを残留層４８ａの厚みｔ₃の関数として定めることができる。従って、残留層４８ａの厚みｔ₃を変更して、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御することができる。残留層４８ａの厚みｔ₃は、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０に正比例又は反比例することができる。例えば、残留層４８ａの厚みｔ₃を正比例するように変更することができ、このため基板１２全体にわたって実質的に均一な限界寸法７０が与えられ、このことを図７にプロセスＡで示している。或いは、残留層４８ａの厚みｔ₃を反比例するように変更することができ、このため基板１２全体にわたる限界寸法７０の大きさに変化が与えられ、このことを図７にプロセスＢ及びＣとして示している。

エッチング処理
図４Ｂ、図８、及び図９を参照すると、エッチング処理を使用して残留層４８ａの厚みｔ₃を変更し、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御することができる。例えば、デスカム・エッチング処理（例えばＯ₂／Ａｒ組成物）を使用して残留層４８ａの厚みｔ₃を変更することができる。図８は、デスカム・エッチング処理後の限界寸法７０の例示的な変化のグラフ表現を示している。図示のように、厚みｔ₃が約３ｎｍ変化すると、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０が約１ｎｍ変化する。或いは、重合エッチング処理（例えばＣＦ₄／ＣＨＦ₃／Ａｒ組成物）を使用して残留層４８ａの厚みｔ₃を変更することができる。また、エッチング処理のタイミングを使用して厚みｔ₃の変化を制御することができる。例えば、より長いエッチング時間を使用して限界寸法７０をさらに小さくすることができる。

図９は、重合エッチング処理後の限界寸法７０の例示的な変化のグラフ表現を示している。図示のように、約４．５ｎｍの厚みｔ₁から特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の中の約１ｎｍの変化を期待することができる。

図１０は、エッチング処理を使用して特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の大きさを制御する方法１００のフロー図を示している。ステップ１０２において、モールド２０及び基板１２を位置決めして、これらの間に重合性材料３４で満たすことができる所望の体積を定めることができる。ステップ１０４において、所望の体積を重合性材料３４で満たすことができる。ステップ１０６において、エネルギー源３８が紫外放射線などのエネルギー４０を生成することができ、これにより重合性材料３４が基板１２の表面４４及びパターン面２２の形状に従って固化及び／又は架橋し、基板１２上にパターン層４６を定める。パターン層４６は、残留層４８ａ、及び凸部５０ａ及び凹部５２ａとして示す複数の特徴部を備えることができ、残留層は厚みｔ₃を有する。ステップ１０８において、残留層４８ａの厚みｔ₃を決定して所望の限界寸法を定めることができる。ステップ１１０において、残留層４８ａの厚みｔ₃に基づいて第１のエッチング組成物をパターン層４６に付加し、特徴部の限界寸法７０を所望の限界寸法に変更することができる。このようにして、第１のエッチング組成物を付加して特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の大きさを制御することができる。所望の限界寸法と特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０とは同様のものであってもよい。ステップ１１２において、第２のエッチング組成物をパターン層４６に付加して、特徴部５０ａ及び／又は５２ａを基板１２内にエッチングすることができる。

分注技術
重合性材料３４の基板１２上への分注を調整することによって残留層４８ａの厚みｔ₃を変更することもできる。例えば、図１１Ａは厚さｔ₄の残留層４８ｂを有する基板１２ａを示しており、図１１Ｂは厚さｔ₅の残留層４８ｃを有する基板１２ｂを示している。図１１Ａで形成される残留層４８ｂの図１１Ｂと比較した場合の追加の厚みｔ₄により、側壁を比較的良好に保護するエッチングを行うことができる。この結果、限界寸法７０の変化を図１０Ｂの肉薄の残留層４８ｃよりも小さくすることができる。

図１及び図４Ｂを参照すると、分注技術を使用して特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御することができる。例えば、分注技術を使用して残留層４８ａに厚みｔ₃を与えることができる。基板１２上における重合性材料３４の分注及び位置決めにより、残留層４８ａの厚みｔ₃を選択することができる。特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の大きさを、残留層４８ａの厚みｔ₃の関数とすることができる。従って、基板１２上における重合性材料３４の分注及び位置決めにより、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御することができる。例示的な分注技術として、以下に限定されるわけではないが、米国特許出願第１１／１４３，０９２号、米国特許出願第１０／８６８，６８３号、米国特許出願第１０／８５８，５６６号、米国特許出願第１０／７１４，０８８号、米国特許出願第１１／１４２，８０８号、米国特許出願第１０／１９１，７４９号、及び同様のものに記載される技術を挙げることができる。

図１２は、分注技術を使用して特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御する方法１２０のフロー図を示している。ステップ１２２において、モールド２０及び基板１２を位置決めして、これらの間に重合性材料３４で満たすことができる所望の体積を定めることができる。ステップ１２４において、所望の体積を満たすための重合性材料３４の分注パターンを決定することができる。ステップ１２６において、分注パターンを調整して残留層４８ａに様々な厚みｔ₂を与えることができる。例えば、領域８０の縁部により多くの量の重合性材料３４を分注するように分注パターンを調整することができる。ステップ１２８において、分注パターンに基づいて重合性材料３４を分注することができる。ステップ１３０において、エネルギー源３８が紫外放射線などのエネルギー４０を生成することができ、これにより重合性材料３４が基板１２の表面４４及びパターン面２２の形状に従って固化及び／又は架橋し、基板１２上にパターン層４６を定める。パターン層４６は、残留層４８ａ、及び凸部５０ａ及び凹部５２ａとして示す複数の特徴部を備えることができ、凸部５０ａは厚みｔ₁を有し、残留層は厚みｔ₃を有する。ステップ１３２において、残留層４８ａの厚みｔ₂を決定することができる。ステップ１３４において、残留層４８ａの厚みｔ₃に基づいて第１のエッチング組成物をパターン層４６に付加し、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の大きさを制御することができる。ステップ１３６において、第２のエッチング組成物をパターン層４６に付加して、特徴部５０ａ及び／又は５２ａを基板１２内にエッチングすることができる。

腐食速度
異なる重合性材料３４は、同じエッチング処理下でも腐食速度が異なる可能性がある。従って、腐食速度の低い重合性材料３４の方が、エッチング処理中に、腐食速度の高い重合性材料３４よりも実質的に均一な限界寸法７０を保持することができる。異なる腐食速度を有する異なる種類の重合性材料３４を含めることにより、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を変更及び／又は制御することができる。例えば、低速腐食性の重合性材料３４を使用してエッチング・チャンバ内のエッチング速度が高い領域をインプリントすることができる。低速腐食性の重合性材料３４は、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０の変化を最小限に抑えることができる。同様に、高速腐食性の重合性材料３４を使用してエッチング・チャンバ内のエッチング速度が低い領域をインプリントすることができる。基板１２上に分注される重合性材料３４の種類を変更することにより、特徴部５０ａ及び／又は５２ａの限界寸法７０を制御し、及び／又は実質的に均一にすることができる。

１２ 基板； ４６ａ パターン層； ４８ａ 残留層；
５０ａ 凸部； ５２ａ 凹部； ７０ 限界寸法。

Claims (13)

1. インプリント・リソグラフィ・モールドを基板と重ねて位置決めし、体積を定めるステップと、
   前記体積内に重合性材料を分注するための分注パターンを決定するステップと、
   結果として得られるパターン層の残留層の厚みを変更するように前記分注パターンを調整するステップと、
   前記体積内に重合性材料を分注するステップと、
   前記重合性材料を固化して、残留層、及び限界寸法を有する複数の特徴部を有するパターン層を形成するステップと、
   第１のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部の前記限界寸法を変更するステップと、
   第２のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部を前記基板内に転写するステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１のエッチング組成物がデスカム・エッチング組成物である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のエッチング組成物が重合エッチング組成物である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のエッチング組成物と前記第２のエッチング組成物とが同じものである、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記残留層の前記厚みが、前記基板の中心よりも該基板の縁部において大きい、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記残留層の前記厚みが、前記基板の少なくとも１つの縁部よりも該基板の中心において大きい、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
7. 第２のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部を前記基板内に転写するステップがサブマスター・テンプレートを形成する、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記インプリント・リソグラフィ・モールドがサブマスター・テンプレートに含まれ、
   第２のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部を前記基板内に転写するステップが作業テンプレートを形成する、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
9. 前記インプリント・リソグラフィ・モールドがマスター・テンプレートに含まれ、第２のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部を前記基板内に転写するステップが作業テンプレートを形成する、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
   
10. インプリント・リソグラフィ・モールドを基板と重ねて位置決めし、体積を定めるステップと、
    前記体積内に重合性材料を分注するステップと、
    前記重合性材料を固化して、残留層、及び限界寸法を有する複数の特徴部を有するパターン層を形成するステップと、
    第１のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部の前記限界寸法を変更するステップと、
    第２のエッチング組成物を前記パターン層に付加して前記特徴部を前記基板内に転写するステップと、を含み、
    前記重合性材料が第１の重合性材料及び第２の重合性材料を含み、該第１の重合性材料が該第２の重合性材料よりも高い第１の腐食速度を有する、ことを特徴とする方法。
11. 前記残留層の厚みが前記所望の限界寸法に比例する、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記残留層の厚みが前記所望の限界寸法に反比例する、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記残留層の厚みが前記所望の限界寸法に正比例する、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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