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JP5638463B2 - パターン転写方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、パターン転写方法に関する。
現在の高集積LSI、微細光学素子、バイオ関連製品等の製造プロセスでは、微細パターン加工を低コストで実現するための技術の検討がますます重要となってきている。そのような技術の一例として、ナノインプリント技術が挙げられる。
ナノインプリント技術では、凹凸パターンを有するモールド(スタンパ、テンプレートとも呼ばれる)を、被加工基板上の樹脂に押印することで、該樹脂にパターンを転写し、その後、モールドを樹脂から離型する。しかしながら、ナノインプリント技術では、モールドを離型する際に、樹脂の凹部に残膜(RLT)が生じることが問題となる。
この残膜は、エッチング工程、例えば、酸素プラズマ等による異方性エッチング工程により除去可能である。しかしながら、このようなエッチング工程を行うと、ナノインプリント処理の工程数が増加し、設備投資額の削減が難しくなる等の問題が生じる。これは、加工対象のデバイスの製造コストを上昇させてしまう。
一方、ナノインプリント技術では、微細パターン加工の低コスト化のために、材料そのものに機能を具備させた機能性膜にパターンを転写する技術が開発されてきている。しかしながら、機能性膜を採用する場合にも、やはり同様に、機能性膜の凹部に残膜が生じることが問題となる。
特開2008−132722号公報 特開2010−13513号公報 特開2010−13514号公報
エッチングを行わずに残膜除去処理を行うことが可能なパターン転写方法を提供する。
一の実施形態のパターン転写方法では、被加工基板上に光反応性樹脂を形成する。さらに、前記方法では、凹凸パターンを有する透明基板と、前記凹凸パターンの表面の一部に形成された遮光膜と、を備えるモールドを前記光反応性樹脂に押印する。さらに、前記方法では、前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記モールドを介して前記光反応性樹脂に光を照射する。さらに、前記方法では、前記光反応性樹脂に光を照射した後に、前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記光反応性樹脂を加熱する。さらに、前記方法では、前記光反応性樹脂の加熱後に、前記モールドを前記光反応性樹脂から離型する。さらに、前記方法では、前記モールドの離型後に、前記光反応性樹脂をアルカリ現像液又は有機溶剤で洗浄する。さらに、前記透明基板は、前記凹凸パターンを構成する基板部分のうちで最も突出した第1部分と、前記第1部分より窪んだ第2部分と、前記第2部分より窪んだ第3部分とを有する。さらに、前記遮光膜は、前記第1部分の底面及び側面、前記第2部分の底面及び側面、及び前記第3部分の底面のうち、前記第1部分の底面のみ、又は前記第1部分の底面以外の面のみに形成されている。さらに、前記光反応性樹脂は、比誘電率が4以下の層間絶縁膜であり、前記光反応性樹脂内に前記第1部分の押印により形成される溝は、ビアホールであり、前記光反応性樹脂内に前記第2部分の押印により形成される溝は、配線溝である。さらに、前記透明基板は、ポーラス素材で形成された基材を含む。さらに、前記方法では、前記光反応性樹脂の洗浄後に、前記光反応性樹脂内に前記モールドの押印により形成された溝内に、導電材料を埋め込む。
別の実施形態のパターン転写方法では、被加工基板上に光反応性樹脂を形成する。さらに、前記方法では、凹凸パターンを有する透明基板と、前記凹凸パターンの表面の一部に形成された遮光膜と、を備えるモールドを前記光反応性樹脂に押印する。さらに、前記方法では、前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記モールドを介して前記光反応性樹脂に光を照射する。さらに、前記方法では、前記光反応性樹脂に光を照射した後に、前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記光反応性樹脂を加熱する。さらに、前記方法では、前記光反応性樹脂の加熱後に、前記モールドを前記光反応性樹脂から離型する。さらに、前記方法では、前記モールドの離型後に、前記光反応性樹脂を洗浄液で洗浄する。
第1実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(1/3)である。 第1実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(2/3)である。 第1実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(3/3)である。 第1実施形態のモールドの構成例を示す側方断面図である。 第2実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(1/3)である。 第2実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(2/3)である。 第2実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図(3/3)である。 第2実施形態のモールドの構成例を示す側方断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3は、第1実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図である。図1〜図3には、ナノインプリント処理により半導体装置を製造するプロセスが示されている。
まず、図1(a)に示すように、被加工基板101を準備する。被加工基板101は例えば、半導体素子が形成された半導体基板である。
次に、図1(b)に示すように、スピンコート法により、被加工基板101上に光反応性樹脂102を塗布する。光反応性樹脂102は例えば、ポジタイプの光反応性絶縁樹脂である。光反応性樹脂102の例としては、化学増幅型又は化学増幅型以外のレジスト膜が挙げられる。光反応性樹脂102は、その物性によっては、インクジェット法等の塗布方法で形成しても構わない。また、光反応性樹脂102は、ネガタイプの光反応性絶縁樹脂であっても構わない。
次に、図1(c)に示すように、被加工基板101と、ナノインプリント用のモールド103とのアライメントをとる。モールド103は、加工パターンの等倍の凹凸パターンを有している。モールド103は、凹凸パターンを有する透明基板103Aと、凹凸パターンの表面の一部に形成された遮光膜103Bとを備えている。
透明基板103Aは例えば、石英で形成された基材と、該基材の表面に貼り付けられ、凹凸パターンを有するPDMS(ポリジメチルシラン)膜により構成されている。該基材は、石英の代わりに、ポーラス素材で形成されていてもよい。この場合には、後述するベーク処理の際に、光反応性樹脂102中の溶剤がポーラス素材の穴から抜けていくため、溶剤を蒸発させやすいという利点が得られる。また、遮光膜103Bは例えば、クロム膜等の金属膜である。
透明基板103Aは、凹凸パターンを構成する基板部分のうちで最も突出した第1部分P1と、第1部分P1より窪んだ第2部分P2とを有している。また、S1は第1部分P1の底面、S2は第1部分P1の側面、S3は第2部分P2の底面を表す。そして、遮光膜103Bは、これらの面S1〜S3のうち、第1部分P1の側面S2と、第2部分P2の底面S3のみに形成されている。即ち、透明基板103Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜103Bから開口している。
次に、図2(a)に示すように、モールド103の凹凸パターンを、光反応性樹脂102に押印(プレス)する。
次に、図2(b)に示すように、モールド103が光反応性樹脂102に押印された状態で、モールド103を介して光反応性樹脂102に光(UV光)を照射する。これにより、光反応性樹脂102の受光部分が感光し、受光部分内の分子から溶解抑制基が外れる。
本実施形態では、遮光膜103Bは、面S1〜S3のうち、面S2、S3のみに形成されている。そのため、上記の光は、面S1〜S3のうち、面S1のみを通過する。よって、図2(b)の工程では、光反応性樹脂102のうち、面S1に面する部分102Aのみが感光し、その他の部分102Bは感光しない。
次に、図2(c)に示すように、モールド103が光反応性樹脂102に押印された状態で、光反応性樹脂102を加熱(ベーク)する。これにより、光反応性樹脂102中から溶剤が除去され、光反応性樹脂102が硬化する。図2(c)では、硬化後の感光部分102Aが、符号102Cで示され、硬化後の非感光部分102Bが、符号102Dで示されている。また、符号104は、被加工基板101を加熱する加熱装置を表す。
次に、図3(a)に示すように、光反応性樹脂102の加熱後に、モールド103を光反応性樹脂102から離型する。
次に、図3(b)に示すように、モールド103の離型後に、光反応性樹脂102を洗浄液で洗浄(リンス)する。図3(b)の洗浄工程は、光反応性樹脂102の現像工程に相当する。また、符号105は、光反応性樹脂102を洗浄する洗浄装置を表す。
洗浄液の例としては、アルカリ現像液、有機溶剤等が挙げられる。アルカリ現像液は、例えば、光反応性樹脂102が化学増幅型のレジスト膜である場合に使用される。また、有機溶剤は、例えば、光反応性樹脂102が化学増幅型以外のレジスト膜である場合に使用される。
本実施形態の光反応性樹脂102は、ポジタイプの樹脂である。そのため、図3(b)の工程では、光反応性樹脂102の感光部分102Cのみが洗浄液に溶解し、光反応性樹脂102の非感光部分102Dは残存する。よって、図3(b)の工程によれば、光反応性樹脂102の感光部分102C、即ち、光反応性樹脂102の残膜(RLT)を洗浄処理により除去することができる(図3(c))。
こうして、図3(c)に示すように、被加工基板101上に、光反応性樹脂102の非感光部分102Dからなるパターンが形成される。該パターンは例えば、被加工基板101を加工するためのレジストパターンとして使用される。
(1)モールド103の構成例
次に、図4を参照し、モールド103の構成例について説明する。図4は、第1実施形態のモールド103の構成例を示す側方断面図である。
図4(a)では、遮光膜103Bが、面S1〜S3のうち、第1部分P1の側面S2と、第2部分P2の底面S3のみに形成されている。よって、図4(a)の透明基板103Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜103Bから開口している。図1〜図3の場合と同様である。
一方、図4(b)では、遮光膜103Bが、面S1〜S3のうち、第1部分P1の底面S1のみに形成されている。よって、図4(b)の透明基板103Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜103Bで覆われている。
図4(a)のモールド103は、光反応性樹脂102がポジタイプの樹脂である場合に使用されるのに対し、図4(b)のモールド103は、光反応性樹脂102がネガタイプの樹脂である場合に使用される。
図4(b)のモールド103を使用し、かつ、光反応性樹脂102としてネガタイプの樹脂を使用する場合、図2(b)の工程では、光反応性樹脂102のうち、面S1の裏に隠れていない部分102Bのみが感光し、洗浄液に溶解しにくくなり、面S1の裏に隠れている部分101Aは感光せず、洗浄液に溶解しやすいままとなる。そのため、図3(b)の工程では、面S1の裏に隠れている部分102Cのみが洗浄液に溶解し、面S1の裏に隠れていない部分102Dは残存する。よって、この場合にも、被加工基板101上に、図3(c)に示すパターンが形成される。
このように、第1実施形態のパターン転写方法は、図4(a)及び(b)のいずれのモールド103を使用しても実現可能である。
(2)第1実施形態の効果
最後に、第1実施形態の効果について説明する。
以上のように、本実施形態では、透明基板103Aの凹凸パターンの表面の一部に遮光膜103Bが形成されたモールド103を用意し、モールド103を光反応性樹脂102に押印し、この状態にて、モールド102を介して光反応性樹脂102に光を照射する。これにより、光反応性樹脂102の一部のみが、洗浄液に溶解するよう変化する。
さらに、本実施形態では、光反応性樹脂102に光を照射した後に、モールド103が光反応性樹脂102に押印された状態で、光反応性樹脂102を加熱する。これにより、光反応性樹脂102が硬化する。
さらに、本実施形態では、光反応性樹脂102の加熱後に、モールド103を光反応性樹脂102から離型し、モールド103の離型後に、光反応性樹脂102を洗浄液で洗浄する。これにより、光反応性樹脂102の残膜を除去することができる。
このように、本実施形態によれば、光反応性樹脂102の残膜を、エッチング工程ではなく、洗浄工程により除去することが可能となる。このようなエッチング工程を実施する場合には、これによりナノインプリント処理の工程数が増加し、設備投資額の削減が難しくなる等の問題が生じる。エッチング装置は比較的高価な装置であり、残膜除去処理用にエッチング装置を用意することは、コスト的に望ましくない。しかしながら、本実施形態によれば、このようなエッチング工程が不要となるため、ナノインプリント処理の工程数を削減し、設備投資額の削減することができる。よって、本実施形態によれば、加工対象のデバイスの製造コストを削減することができる。
以上のように、本実施形態によれば、エッチングを行わずに残膜除去処理を行うことが可能となる。
以下、第1実施形態の変形例である第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(第2実施形態)
図5〜図7は、第2実施形態のパターン転写方法を示す側方断面図である。図5〜図7には、図1〜図3と同様、ナノインプリント処理により半導体装置を製造するプロセスが示されている。
まず、図5(a)に示すように、被加工基板201を準備する。被加工基板201は例えば、半導体素子が形成された半導体基板である。図5(a)には、半導体基板上に形成された層間絶縁膜201Aと、層間絶縁膜201A内に形成された導電層201Bが示されている。導電層201Bは、ビアプラグ層と配線層とを含むデュアルダマシン配線である。
次に、図5(b)に示すように、スピンコート法により、被加工基板201上に光反応性樹脂202を塗布する。光反応性樹脂202は例えば、ポジタイプの光反応性絶縁樹脂である。このような樹脂の例として、ゾルゲルタイプのシリコン酸化膜ベースの樹脂が挙げられる。
次に、図5(c)に示すように、被加工基板201と、ナノインプリント用のモールド203とのアライメントをとる。モールド203は、加工パターンの等倍の凹凸パターンを有している。モールド203は、凹凸パターンを有する透明基板203Aと、凹凸パターンの表面の一部に形成された遮光膜203Bとを備えている。
透明基板203Aは、凹凸パターンを構成する基板部分のうちで最も突出した第1部分P1と、第1部分P1より窪んだ第2部分P2と、第2部分P2より窪んだ第3部分P3とを有している。また、S1、S2はそれぞれ第1部分P1の底面及び側面、S3、S4はそれぞれ第2部分P2の底面及び側面、S5は第3部分P3の底面を表す。そして、遮光膜203Bは、これらの面S1〜S5のうち、面S2〜S5のみ、即ち、面S1以外の面のみに形成されている。即ち、透明基板203Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜203Bから開口している。
次に、図6(a)に示すように、モールド203の凹凸パターンを、光反応性樹脂202に押印(プレス)する。
次に、図6(b)に示すように、モールド203が光反応性樹脂202に押印された状態で、モールド203を介して光反応性樹脂202に光(UV光)を照射する。これにより、光反応性樹脂202の受光部分が感光し、受光部分内の分子から溶解抑制基が外れる。
本実施形態では、遮光膜203Bは、面S1〜S5のうち、面S2〜S5のみに形成されている。そのため、上記の光は、面S1〜S5のうち、面S1のみを通過する。よって、図6(b)の工程では、光反応性樹脂202のうち、面S1に面する部分202Aのみが感光し、その他の部分202Bは感光しない。
次に、図6(c)に示すように、モールド203が光反応性樹脂202に押印された状態で、光反応性樹脂202を加熱(ベーク)する。これにより、光反応性樹脂202中から溶剤が除去され、光反応性樹脂202が硬化する。図6(c)では、硬化後の感光部分202Aが、符号202Cで示され、硬化後の非感光部分202Bが、符号202Dで示されている。また、符号204は、被加工基板201を加熱する加熱装置を表す。
次に、図7(a)に示すように、光反応性樹脂202の加熱後に、モールド203を光反応性樹脂202から離型する。
次に、図7(b)に示すように、モールド203の離型後に、光反応性樹脂202を洗浄液で洗浄(リンス)する。図7(b)の洗浄工程は、光反応性樹脂202の現像工程に相当する。また、符号205は、光反応性樹脂202を洗浄する洗浄装置を表す。
本実施形態の光反応性樹脂202は、ポジタイプの樹脂である。そのため、図7(b)の工程では、光反応性樹脂202の感光部分202Cのみが洗浄液に溶解し、光反応性樹脂202の非感光部分202Dは残存する。よって、図7(b)の工程によれば、光反応性樹脂202の感光部分202C、即ち、光反応性樹脂202の残膜(RLT)を洗浄処理により除去することができる(図7(c))。
こうして、図7(c)に示すように、被加工基板201上の光反応性樹脂202に、溝が形成される。
(1)光反応性樹脂202の使用方法
次に、図7(c)に示す光反応性樹脂202の使用方法について説明する。
本実施形態では、図7(c)に示す光反応性樹脂202を、上記溝の内部にデュアルダマシン配線を埋め込むための層間絶縁膜として使用する。よって、上記溝のうち、第1部分P1の押印により形成された深い溝は、ビアホールとして使用され、第2部分P2の押印により形成された浅い溝は、配線溝として使用される。
よって、本実施形態では、光反応性樹脂202の洗浄後に、これらの溝の内部に導電材料を埋め込み、CMP(化学機械研磨)により該導電材料を平坦化する。これにより、該溝の内部に、導電層201Bと同様のデュアルダマシン配線が形成される。なお、導電材料としては、バリアメタル材と配線材が順に埋め込まれる。
次に、本実施形態をデュアルダマシン配線の形成に適用する利点について説明する。
本実施形態によれば、第1〜第3部分P1〜P3を有するモールド203を使用することで、ビアホールと配線溝を1回の押印処理で形成することができる。一方、ビアホールと配線溝をエッチングにより形成する場合には、ビアホールと配線溝を形成するのに2回のエッチングが必要となる。このように、本実施形態によれば、デュアルダマシン配線を形成するための工程数を削減し、加工対象のデバイスの製造コストを削減することが可能となる。この効果は、配線層の層数が多くなればなるほど顕著となるため、本実施形態の方法は、配線層の層数の多い半導体装置の製造に適している。
また、本実施形態では、上記溝の内部に形成される導電層が、下層の導電層201Bと電気的に接続されることになる。そのため、もし光反応性樹脂202の残膜202Cが残っていると、溝内の導電層が、下層の導電層201Bと電気的に絶縁されてしまう。しかしながら、本実施形態によれば、このような残膜202Cを除去することができるため、溝内の導電層が下層の導電層201Bと電気的に絶縁されてしまうことを抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、光反応性樹脂202を層間絶縁膜として使用するが、層間絶縁膜の材料としては、一般的に、比誘電率が4以下の材料が使用される。よって、光反応性樹脂202の比誘電率は、4以下であることが望ましい。これにより、光反応性樹脂202を従来の層間絶縁膜と同様に機能させることができる。
(2)モールド203の構成例
次に、図8を参照し、モールド203の構成例について説明する。図8は、第2実施形態のモールド203の構成例を示す側方断面図である。
図8(a)では、遮光膜203Bが、面S1〜S5のうち、面S2〜S5のみに形成されている。よって、図8(a)の透明基板203Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜203Bから開口している。図5〜図7の場合と同様である。
一方、図8(b)では、遮光膜203Bが、面S1〜S5のうち、面S1のみに形成されている。よって、図8(b)の透明基板203Aは、凹凸パターンの凸部の頂上部分のみが、遮光膜203Bで覆われている。
図8(a)のモールド203は、光反応性樹脂202がポジタイプの樹脂である場合に使用されるのに対し、図8(b)のモールド203は、光反応性樹脂202がネガタイプの樹脂である場合に使用される。これは、第1実施形態における図4(b)のモールド103と同様である。
このように、第2実施形態のパターン転写方法は、図8(a)及び(b)のいずれのモールド203を使用しても実現可能である。
(3)第2実施形態の効果
最後に、第2実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、第1実施形態と同様、光反応性樹脂202の残膜を、エッチング工程ではなく、洗浄工程により除去することが可能となる。このようなエッチング工程を実施する場合には、これによりナノインプリント処理の工程数が増加し、設備投資額の削減が難しくなる等の問題が生じる。エッチング装置は比較的高価な装置であり、残膜除去処理用にエッチング装置を用意することは、コスト的に望ましくない。しかしながら、本実施形態によれば、このようなエッチング工程が不要となるため、ナノインプリント処理の工程数を削減し、設備投資額の削減することができる。よって、本実施形態によれば、加工対象のデバイスの製造コストを削減することができる。
また、本実施形態では、第1〜第3部分P1〜P3を有するモールド203を使用して、デュアルダマシン配線用のビアホールを配線溝を形成する。これにより、ビアホールと配線溝を1回の押印処理で形成することが可能となる。よって、本実施形態によれば、デュアルダマシン配線を形成するための工程数を削減し、加工対象のデバイスの製造コストを削減することができる。また、本実施形態によれば、デュアルダマシン配線同士が残膜により電気的に絶縁されてしまうことを抑制することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、第2実施形態と同様、エッチングを行わずに残膜除去処理を行うことが可能となる。
以上、本発明の具体的な態様の例を、第1及び第2実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
101、201:被加工基板、201A:層間絶縁膜、201B:導電層、
102、202:光反応性樹脂、
102A、202A:感光部分(硬化前)、
102B、202B:非感光部分(硬化前)、
102C、202C:感光部分(硬化後)、
102D、202D:非感光部分(硬化後)、
103、203:モールド、104、204:加熱装置、105、205:洗浄装置、
103A、203A:透明基板、103B、203B:遮光膜、
1:第1部分、S1:第1部分の底面、S2:第1部分の側面、
2:第2部分、S3:第2部分の底面、S4:第2部分の側面、
3:第3部分、S5:第3部分の底面

Claims (6)

  1. 被加工基板上に光反応性樹脂を形成し、
    凹凸パターンを有する透明基板と、前記凹凸パターンの表面の一部に形成された遮光膜と、を備えるモールドを前記光反応性樹脂に押印し、
    前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記モールドを介して前記光反応性樹脂に光を照射し、
    前記光反応性樹脂に光を照射した後に、前記モールドが前記光反応性樹脂に押印された状態で、前記光反応性樹脂を加熱し、
    前記光反応性樹脂の加熱後に、前記モールドを前記光反応性樹脂から離型し、
    前記モールドの離型後に、前記光反応性樹脂を洗浄液で洗浄
    前記透明基板は、前記凹凸パターンを構成する基板部分のうちで最も突出した第1部分と、前記第1部分より窪んだ第2部分と、前記第2部分より窪んだ第3部分とを有し、
    前記遮光膜は、前記第1部分の底面及び側面、前記第2部分の底面及び側面、及び前記第3部分の底面のうち、前記第1部分の底面のみ、又は前記第1部分の底面以外の面のみに形成されている、
    パターン転写方法。
  2. 前記光反応性樹脂は、層間絶縁膜であり、
    前記光反応性樹脂内に前記第1部分の押印により形成される溝は、ビアホールであり、
    前記光反応性樹脂内に前記第2部分の押印により形成される溝は、配線溝である、
    請求項に記載のパターン転写方法。
  3. 前記光反応性樹脂の洗浄後に、前記光反応性樹脂内に前記モールドの押印により形成された溝内に、導電材料を埋め込む請求項1又は2に記載のパターン転写方法。
  4. 前記洗浄液は、アルカリ現像液又は有機溶剤である請求項1から3のいずれか1項に記載のパターン転写方法。
  5. 前記透明基板は、ポーラス素材で形成された基材を含む請求項1から4のいずれか1項に記載のパターン転写方法。
  6. 前記光反応性樹脂の比誘電率は、4以下である請求項1から5のいずれか1項に記載のパターン転写方法。
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