(57)【要約】【課題】レジストの浸み出し欠陥が汚染源となってしまうことを抑制すること。【解決手段】実施形態のパターン形成方法は、インプリント処理を含むパターン形成方法であって、有機膜が形成された基板を準備する準備ステップと、有機膜の表面に金属および半導体の少なくともいずれかを含む表層膜を形成する表層膜形成ステップと、表層膜上に無機膜を形成する無機膜材形成ステップと、無機膜上に有機系マスク材を配置し、微細パターンを有するテンプレートを有機系マスク材に押印してマスクパターンを形成するマスクパターン形成ステップと、マスクパターンをマスクに無機膜を加工する無機膜加工ステップと、マスクパターンを除去するマスクパターン除去ステップと、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプリント処理を含むパターン形成方法であって、
有機膜が形成された基板を準備する準備ステップと、
前記有機膜の表面に金属および半導体の少なくともいずれかを含む表層膜を形成する表層膜形成ステップと、
前記表層膜上に無機膜を形成する無機膜材形成ステップと、
前記無機膜上に有機系マスク材を配置し、微細パターンを有するテンプレートを前記有機系マスク材に押印してマスクパターンを形成するマスクパターン形成ステップと、
前記マスクパターンをマスクに前記無機膜を加工する無機膜加工ステップと、
前記マスクパターンを除去するマスクパターン除去ステップと、を含む、
パターン形成方法。
【請求項２】
前記表層膜形成ステップでは、
化学気相成長法により、前記有機膜上に金属膜を形成する、
請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記表層膜形成ステップでは、
前記有機膜の表層に金属元素および半導体元素の少なくともいずれかを含浸させる、
請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記マスクパターン除去ステップでは、
プラズマアッシングにより前記マスクパターンを除去する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記表層膜形成ステップでは、
前記基板の全面に一括して前記表層膜が形成され、
前記マスクパターン形成ステップでは、
前記基板を複数の区画に分割するショット領域ごとに前記マスクパターンが形成される、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
インプリント処理を含む半導体装置の製造方法であって、
有機膜が形成された半導体基板を準備する準備ステップと、
前記有機膜の表面に金属および半導体の少なくともいずれかを含む表層膜を形成する表層膜形成ステップと、
前記表層膜上に無機膜を形成する無機膜材形成ステップと、
前記無機膜上に有機系マスク材を配置し、微細パターンを有するテンプレートを前記有機系マスク材に押印してマスクパターンを形成するマスクパターン形成ステップと、
前記マスクパターンをマスクに前記無機膜を加工する無機膜加工ステップと、
前記マスクパターンを除去するマスクパターン除去ステップと、を含む、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において微細なパターンを形成する方法として、インプリント法が提案されている。インプリント法では、被加工膜上にレジストを滴下し、微細なパターンが形成されたテンプレートをレジストに押し付けて、テンプレートの微細パターンをレジストに転写する。このとき、テンプレートの端部からレジストが浸み出し、突起状の浸み出し欠陥となってしまうことがある。
【０００３】
また、半導体装置の製造工程において、積層マスク構造が採られることがある。この場合、例えば上記レジストに転写された微細パターンを、順次、積層マスク構造に転写していきながら、下層の被加工膜を加工する。しかしながら、レジストの浸み出し部分とその下の積層マスク構造が、後の工程で汚染源となってしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２５３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、レジストの浸み出し欠陥が汚染源となってしまうことを抑制することができるパターン形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のパターン形成方法は、インプリント処理を含むパターン形成方法であって、有機膜が形成された基板を準備する準備ステップと、前記有機膜の表面に金属および半導体の少なくともいずれかを含む表層膜を形成する表層膜形成ステップと、前記表層膜上に無機膜を形成する無機膜材形成ステップと、前記無機膜上に有機系マスク材を配置し、微細パターンを有するテンプレートを前記有機系マスク材に押印してマスクパターンを形成するマスクパターン形成ステップと、前記マスクパターンをマスクに前記無機膜を加工する無機膜加工ステップと、前記マスクパターンを除去するマスクパターン除去ステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態にかかるインプリント処理が適用された半導体基板の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかるインプリント処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図３】図３は、実施形態にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、実施形態にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図５】図５は、実施形態にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図６】図６は、比較例にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【０００９】
図１〜図７を用い、本実施形態について説明する。
【００１０】
［インプリント処理］
図１は、実施形態にかかるインプリント処理が適用された半導体基板の構成例を示す図である。実施形態のインプリント処理においては、半導体基板としてのウェハ１００に対し、ウェハ１００を複数の区画に分割するショット領域１００ｓごとにインプリント処理が行われる。それぞれのショット領域１００ｓは、ショット領域１００ｓの間隙であるカーフ領域１００ｋによって隔てられている。
【００１１】
図２は、実施形態にかかるインプリント処理の手順の一例を示すフロー図である。実施形態のインプリント処理は、例えば、インプリント装置１で実施される。
【００１２】
図２に示すように、インプリント装置１は、ウェハステージ１０、テンプレートステージ２１、テンプレートチャック２２、加圧部２３、アライメント部３０、光源４１、及びアパーチャー４２を備える。
【００１３】
ウェハステージ１０にはウェハ１００が載置される。ウェハ１００上の所定のショット領域には、図示しないレジスト供給部により、液滴状のレジスト１７０が滴下されている。レジスト１７０は、例えば光硬化型の有機系マスク材である。テンプレートステージ２１には、テンプレートチャック２２に真空吸着されることによって、テンプレート２００が微細パターンを下方に向けて装着されている。テンプレート２００は、ガラスまたはクリスタル等の透明部材で構成される。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、ウェハ１００は、ウェハステージ１０により、テンプレートステージ２１に保持されたテンプレート２００の下方に移動される。アライメント部３０は、ウェハ１００及びテンプレート２００の位置を検出して、ウェハ１００の位置とテンプレート２００の位置とを調整する。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、テンプレートステージ２１が下方に移動し、テンプレート２００がウェハ１００上のレジスト１７０と接触する。テンプレートステージ２１が加圧部２３により下方に加圧されることで、テンプレート２００は更にウェハ１００上のレジスト１７０に押し付けられる。ただし、テンプレート２００がウェハ１００に接触しないよう、テンプレート２００はウェハ１００から僅かに距離を保っている。なお、テンプレート２００をレジスト１７０に押し付けるとき、一部のレジスト１７０が、テンプレート２００の端部から浸み出してしまうことがある。
【００１６】
この状態で、光源４１からアパーチャー４２を通過した紫外線が、テンプレートステージ２１の図示しない貫通孔、及びテンプレート２００を透過してウェハ１００上のレジスト１７０に照射される。これにより、レジスト１７０が硬化する。このとき、レジスト１７０の浸み出し部分も硬化されてしまう。
【００１７】
図２（ｃ）に示すように、テンプレートステージ２１が上方に移動し、テンプレート２００がウェハ１００上のレジストパターン１７０ｐから離型される。レジストパターン１７０ｐは、微細パターンが転写され硬化したレジストである。レジストパターン１７０ｐの各パターン間には、テンプレート２００とウェハ１００との隙間によるレジスト残膜１７０ｒが存在する。また、上述のように、レジストパターン１７０ｐは、突起状の浸み出し欠陥１７０ｄをウェハ１００のカーフ領域１００ｋに有することがある。
【００１８】
なお、本例では、テンプレートステージ２１が下方に移動し、テンプレート２００がウェハ１００に押し付けられることとしたが、これに限られない。ウェハステージ１０が上方に移動し、ウェハ１００がテンプレート２００に押し付けられることで、テンプレート２００の微細パターンがウェハ１００上のレジスト１７０に押印されてもよい。
【００１９】
［パターン形成処理］
次に、図３〜図５を用いて、実施形態の半導体装置の製造処理としてのパターン形成処理について説明する。図３〜図５は、実施形態にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。図３〜図５において、左側の図面はショット領域１００ｓ内のウェハ１００の断面図であり、右側の図面はカーフ領域１００ｋにおけるウェハ１００の断面図である。
【００２０】
実施形態のパターン形成処理では、主に、ＳＯＣ膜１３０、ＳＯＧ膜１５０、レジストパターン１７０ｐをこの順に積層して積層マスク構造を形成し、被加工膜１２０を加工する。積層マスク構造によれば、各膜の各種エッチングガスに対するエッチング耐性の違いを利用しながら、順次、各膜をパターニングしていくことで、厚膜のマスクが得られる。
【００２１】
まず、図３（ａ）に示すように、被加工膜１２０が形成されたウェハ１００の被加工膜１２０上に、有機膜としてのＳＯＣ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ）膜１３０を形成する。被加工膜１２０は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の単層膜でもよいし、複数の膜が積層された積層膜でもよい。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＣ膜１３０の表面に表層膜としてのタングステン膜１４０を形成する。タングステン膜１４０は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ウェハ１００の全面に形成される。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、スピン塗布等により、タングステン膜１４０上に無機膜としてのＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜１５０を形成する。そして、ＳＯＧ膜１５０上に密着膜１６０を形成する。密着膜１６０は、例えば、フッ素原子やケイ素原子を含む界面活性剤またはシランカップリング剤等が添加された有機膜である。密着膜１６０は、上層に形成されるレジスト膜と、ＳＯＧ膜１５０との密着性を高める。
【００２４】
続いて、図４（ａ）に示すように、上述のインプリント処理により、密着膜１６０上に、マスクパターンとしてのレジストパターン１７０ｐが形成される。レジストパターン１７０ｐの各パターン間には、所定膜厚のレジスト残膜１７０ｒが存在する。また、カーフ領域１００ｋには、レジストの浸み出し欠陥１７０ｄが形成されているものとする。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジストパターン１７０ｐの各パターン間のレジスト残膜１７０ｒ及び密着膜１６０を除去する。密着膜１６０は、パターニングされた密着膜１６０ｐとなる。そして、レジストパターン１７０ｐをマスクにＳＯＧ膜１５０をエッチングして、ＳＯＧパターン１５０ｐを形成する。
【００２６】
次に、図４（ｃ）に示すように、酸素プラズマを用いたアッシングにより、レジストパターン１７０ｐを除去する。このとき、密着膜１６０ｐも除去される。ただし、ＳＯＣ膜１３０は、タングステン膜１４０で保護されているので除去されない。
【００２７】
続いて、図５（ａ）に示すように、ＳＯＧパターン１５０ｐの各パターン間のタングステン膜１４０を除去する。タングステン膜１４０は、パターニングされたタングステン膜１４０ｐとなる。
【００２８】
次に、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＧパターン１５０ｐをマスクにＳＯＣ膜１３０をエッチングして、ＳＯＣパターン１３０ｐを形成する。なお、ＳＯＣパターン１３０ｐの形成後、ＳＯＧパターン１５０ｐが消失するよう、予めＳＯＧパターン１５０ｐの膜厚が調整されている。
【００２９】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＳＯＣパターン１３０ｐをマスクに被加工膜１２０をエッチングして、パターニングされた被加工膜１２０ｐを形成する。そして、ＳＯＣパターン１３０ｐ上のタングステン膜１４０ｐを除去する。または、被加工膜１２０ｐのエッチング時に、タングステン膜１４０ｐが消失するよう、予めタングステン膜１４０ｐの膜厚が調整されていてもよい。
【００３０】
次に、図５（ｄ）に示すように、酸素プラズマを用いたアッシングにより、ＳＯＣパターン１３０ｐを除去する。以上により、パターンが形成された被加工膜１２０ｐが得られる。
【００３１】
［比較例］
本発明者は、ＳＯＣ膜を積層マスク構造に用いれば厚膜のマスクが得られると考えた。
【００３２】
図６は、ＳＯＣ膜１３０’を積層マスク構造に適用した場合の、比較例にかかるパターン形成処理について説明するフロー図である。図６において、左側の図面はショット領域内のウェハ１００’の断面図であり、右側の図面はカーフ領域におけるウェハ１００’の断面図である。
【００３３】
図６（ａ）に示すように、比較例のウェハ１００’上には、被加工膜１２０’、ＳＯＣ膜１３０’、ＳＯＧ膜１５０’、密着膜１６０’、レジストパターン１７０ｐ’がこの順に形成されている。カーフ領域１００ｋ’には、レジストの浸み出し欠陥１７０ｄ’が形成されている。このように、発明者は、まず、ＳＯＣ膜１３０’上にタングステン膜が形成されていない比較例でのパターン形成を試みた。
【００３４】
図６（ｂ）に示すように、レジスト残膜１７０ｒ’、密着膜１６０’、ＳＯＧ膜１５０’、ＳＯＣ膜１３０’、被加工膜１２０’がこの順に、順次、パターニングされていく。これにより、パターンが形成された被加工膜１２０ｐ’が得られる。
【００３５】
このような加工の後、カーフ領域には、ＳＯＧ膜１５０’を含むレジスト構造物１７０ｓが形成されてしまう。レジスト構造物１７０ｓは、例えば数百ｎｍ程度の高さを有し、ショット領域の被加工膜１２０ｐ’に比べて数倍の高さで突出する。このため、レジスト構造物１７０ｓは、例えば、ウェハ１００’をハンドリングするためのフープのツメに擦れて飛散し、ウェハ１００’やフープ内や製造装置内を汚染してしまうことがある。
【００３６】
次に、図６（ｃ）に示すように、酸素プラズマを用いたアッシングにより、レジストパターン１７０ｐ’を除去する。このとき、ＳＯＧ膜１５０’を含むレジスト構造物１７０ｓは、完全には除去されず、一部がパーティクルＰとなって飛散して、ウェハ１００’や製造装置内を汚染してしまうことがある。
【００３７】
このように、例えばＳＯＣ膜１３０’を積層マスク構造に用いることで厚膜のマスクが得られるが、ＳＯＣ膜１３０’の積層マスク構造への導入には難点があることが判った。
【００３８】
実施形態のパターン形成処理によれば、ＳＯＧパターン１５０ｐの形成後に酸素プラズマアッシングを行う。ＳＯＣ膜１３０の表面には、タングステン膜１４０が形成されているので、この段階で酸素プラズマアッシングを行っても、ＳＯＣ膜１３０が除去されるのを抑制することができる。これにより、ＳＯＧパターン１５０ｐの下層の加工前に、レジストの浸み出し欠陥１７０ｄを除去することができる。よって、ＳＯＧ膜１５０’を含むレジスト構造物１７０ｓが形成されず、レジスト構造物１７０ｓが汚染源となってしまうのを抑制することができる。
【００３９】
実施形態のパターン形成処理によれば、汚染を懸念することなく、ＳＯＣ膜１３０の積層マスク構造への導入が可能となり、厚膜のマスクを得ることができる。また、ＳＯＣ膜１３０上にタングステン膜１４０が存在することで、マスクのエッチング耐性がよりいっそう向上する。よって、被加工膜１２０の加工精度を向上させることができる。
【００４０】
実施形態のパターン形成処理によれば、厚膜のＳＯＣ膜１３０を積層マスク構造に導入することができ、ウェハ１００上のパーティクル等によるテンプレート２００の破損を抑制し、テンプレート２００の寿命を向上させることができる。
【００４１】
［変形例］
次に、図７を用いて、実施形態の変形例のパターン形成処理について説明する。図７は、実施形態の変形例にかかるパターン形成処理の手順の一例を示すフロー図である。図７において、左側の図面はショット領域内のウェハ１００の断面図であり、右側の図面はカーフ領域におけるウェハ１００の断面図である。実施形態の変形例のパターン形成処理においては、ＳＯＣ膜１３０をメタライズして表層膜を形成する点が、上述の実施形態とは異なる。
【００４２】
まず、図７（ａ）に示すように、被加工膜１２０が形成されたウェハ１００の被加工膜１２０上に、有機膜としてのＳＯＣ膜１３０を形成する。
【００４３】
次に、図７（ｂ）に示すように、ＳＯＣ膜１３０の表面に表層膜としての金属含浸１４０ｍを形成する。金属含浸膜１４０ｍは、例えばＳＯＣ膜１３０をメタライズすることにより、ウェハ１００の全面に形成される。
【００４４】
ＳＯＣ膜１３０のメタライズでは、例えば、ＣＶＤ法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に用いられるＷＣｌ６等のプレカーサを利用する。例えば、プレカーサであるＷＣｌ６に、ＳＯＣ膜１３０を真空雰囲気下で曝露することで、ＳＯＣ膜１３０中のポリマーが備えるカルボニル基やシアノ基等の電子対を持つ構造にＷＣｌ６が吸着する。この状態で、ＳＯＣ膜１３０を水蒸気等に曝露して酸化処理すると、ＳＯＣ膜１３０中に酸化タングステン等の金属化合物または単体のタングステン等が析出し、ＳＯＣ膜１３０がメタライズされる。
【００４５】
このように、ＷＣｌ６等のプレカーサをＳＯＣ膜１３０中に含浸させ、金属単体または金属化合物をＳＯＣ膜１３０中に析出させることをＳＯＣ膜１３０のメタライズといい、これ以降、このように形成された膜を金属含浸膜（メタライズ膜）１４０ｍという。金属含浸膜１４０ｍはＳＯＣ膜１３０の表層部に形成される。つまり、金属含浸膜１４０ｍは、ＳＯＣ膜１３０と一体に形成され、ＳＯＣ膜１３０との明瞭な界面を有さない。金属含浸膜１４０ｍ中の金属化合物は、膜厚方向に濃度勾配を有し、ＳＯＣ膜１３０の表面である金属含浸膜１４０ｍの表層部の濃度が最も高い。
【００４６】
次に、図７（ｃ）に示すように、スピン塗布等により、金属含浸膜１４０ｍ上にＳＯＧ膜１５０を形成する。そして、ＳＯＧ膜１５０上に密着膜１６０を形成する。これ以降の処理は、上述の実施形態のパターン形成処理と同様である。
【００４７】
実施形態の変形例のパターン形成処理によれば、上述の実施形態のパターン形成処理と同様の効果を奏する。
【００４８】
また、実施形態の変形例のパターン形成処理によれば、金属含浸膜１４０ｍはＳＯＣ膜１３０との明瞭な界面を有さない。このため、金属含浸膜１４０ｍのＳＯＣ膜１３０からの剥離が抑制される。また、金属含浸膜１４０ｍのＳＯＣ膜１３０からの剥離を懸念することなく、金属含浸膜１４０ｍの厚膜化を図ることができる。
【００４９】
［その他の変形例］
上述の実施形態では、表層膜はタングステン膜１４０であるとしたがこれに限られない。表層膜は、ＣＶＤ法で成膜可能で、アッシングプラズマに対して耐性のある膜であればよい。具体的には、表層膜は、例えば、タングステン、タングステンシリサイド、チタン、チタンナイトライド等の膜であってもよい。
【００５０】
上述の変形例では、表層膜はタングステンを含む金属含浸膜１４０ｍであるとしたがこれに限られない。表層膜は、ＳＯＣ膜１３０等の有機膜をメタライズ可能で、アッシングプラズマに対して耐性のある膜であればよい。金属含浸膜には、タングステン、アルミニウム、チタン、亜鉛、バナジウム、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、モリブデン等の金属が含まれていてもよい。金属含浸膜には、シリコン、ゲルマニウム等の半導体原子が含まれていてもよい。プレカーサとしては、これらの有機金属化合物やハロゲン化物を用いることができる。具体的には、プレカーサは、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＺｎＣｌ２、ＷＣｌ６、ＶＣｌ４、ＨｆＣｌ４、ＺｒＣｌ４、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等であってもよい。これらのプレカーサに、有機膜を気相中または液相中にて曝露し、メタライズすることができる。メタライズにより、有機膜中には、これらの金属酸化物または金属単体が析出する。具体的には、有機膜中の析出物は、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｎＯ、ＺｒＯｘ、ＨｆＯｘ、ＳｉＯｘ等である。
【００５１】
上述の実施形態等では、酸素プラズマを用いたアッシングによりレジストパターン１７０ｐを除去することとしたがこれに限られない。アッシングには、酸素プラズマのほか、ＣＯプラズマ、窒素プラズマ、水素プラズマ等を用いることができる。
【００５２】
上述の実施形態等では、積層マスク構造として、主に、ＳＯＣ膜１３０、ＳＯＧ膜１５０、レジストパターン１７０ｐを有する構造を示したがこれに限られない。ＳＯＣ膜１３０の代わりに他の有機膜を用いることもできる。ＳＯＧ膜１５０の代わりに、低温酸化膜（ＬＴＯ：Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）や低温窒化膜等の他の無機膜を用いることもできる。積層マスク構造には、上記以外にも種々の膜を挿入し、または、上記膜の幾つかを削減して、様々な構成が採用され得る。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１…インプリント装置、１０…ウェハステージ、２１…テンプレートステージ、４１…光源、１００…ウェハ、１２０…被加工膜、１３０…ＳＯＣ膜、１４０…タングステン膜、１４０ｍ…金属含浸膜、１５０…ＳＯＧ膜、１６０…密着膜、１７０ｐ…レジストパターン、２００…テンプレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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