(57)【要約】【課題】所望の寸法を有するパターンを精度良く形成することが可能なテンプレート作製方法、半導体装置の製造方法および半導体装置製造用テンプレートを提供する。【解決手段】基板上に形成したパターン形成材料に凹部パターンを有するテンプレートを接触させて凹部パターンにパターン形成材料を充填し、充填したパターン形成材料を硬化した後、テンプレートをパターン形成材料から離型することで形成される凸部状のレジストパターンの寸法又はレジストパターンとテンプレートの凹部パターンとの寸法差と、テンプレートの凹部パターンの寸法との関係を参照して、テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を決定する工程と、決定された寸法に基づいてテンプレート基板に凹部パターンを形成する工程と、を備える。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成したパターン形成材料に凹部パターンを有するテンプレートを接触させて前記凹部パターンに前記パターン形成材料を充填し、充填した前記パターン形成材料を硬化した後、前記テンプレートを前記パターン形成材料から離型することで形成される凸部状のレジストパターンの寸法又は前記レジストパターンと前記テンプレートの凹部パターンとの寸法差と、前記テンプレートの凹部パターンの寸法との関係を参照して、テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を決定する工程と、
前記決定された寸法に基づいて前記テンプレート基板に凹部パターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とするテンプレート作製方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの寸法又は前記レジストパターンと前記テンプレートの凹部パターンとの寸法差と、前記テンプレートの凹部パターンの寸法との関係は、
前記レジストパターンの幅方向の寸法と前記テンプレートの凹部パターンの幅方向の寸法に基づく関係を含み、
前記テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を決定する工程では、前記凹部パターンの幅方向の寸法を決定することを特徴とする請求項１記載のテンプレート作製方法。
【請求項３】
前記レジストパターンの寸法又は前記レジストパターンと前記テンプレートの凹部パターンとの寸法差と、前記テンプレートの凹部パターンの寸法との関係を参照して、テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を決定する工程は、前記レジストパターンの辺毎の寸法又は前記レジストパターンと対応する前記テンプレートの凹部パターンの辺毎の寸法差と、前記レジストパターンと対応する前記テンプレートの凹部パターンの辺毎の寸法との関係を参照して、テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を辺毎に決定する工程を含み、
前記決定された寸法に基づいて前記テンプレート基板に凹部パターンを形成する工程は、前記辺毎に決定された寸法に基づいて前記テンプレート基板に凹部パターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のテンプレート作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のテンプレート作製方法を用いて作製されたテンプレートを被加工面上に形成したパターン形成材料に接触させて、前記テンプレートに形成された前記凹部パターンに前記パターン形成材料を充填し、充填した前記パターン形成材料を硬化した後、前記テンプレートを前記パターン形成材料から離型することでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを用いて、前記被加工面を加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
幅方向及び深さ方向の寸法が共に異なる第一及び第二の凹部パターンを有し、前記第一の凹部パターンは、前記第二の凹部パターンよりも幅方向の寸法が小さく、深さ方向の寸法が浅いことを特徴とする半導体装置製造用テンプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンプレート作製方法、半導体装置の製造方法および半導体装置製造用テンプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノインプリントと呼ばれる微細加工技術の開発が進められている。 
ナノインプリントにおけるパターン形成方法では、ウエハの被加工面上に形成されたパターン形成材料（レジスト）にテンプレート（モールド）を接触させ、ＵＶ（紫外線）照射を行うことによってレジストを硬化させ、さらにレジストからテンプレートを離型することでレジストパターンが形成される。
【０００３】
しかし、ナノインプリント転写において、レジストパターンの寸法が所望の寸法からずれてしまうという問題がある。例えば、特許文献１には光照射時にレジストが収縮し、レジストパターンの寸法が減少することが記載されている。また、非特許文献１には、テンプレート離型後にレジストを伸張させ、テンプレートの深さよりもレジストパターンの高さを高くすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１６５４００号公報
【非特許文献１】http://www.hitachi.co.jp/products/nanoprint/tecnology/2042133_29874.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、所望の寸法を有するパターンを精度良く形成することが可能なテンプレート作製方法、半導体装置の製造方法および半導体装置製造用テンプレートを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の視点に係るテンプレート作製方法は、基板上に形成したパターン形成材料に凹部パターンを有するテンプレートを接触させて前記凹部パターンに前記パターン形成材料を充填し、充填した前記パターン形成材料を硬化した後、前記テンプレートを前記パターン形成材料から離型することで形成される凸部状のレジストパターンの寸法又は前記レジストパターンと前記テンプレートの凹部パターンとの寸法差と、前記テンプレートの凹部パターンの寸法との関係を参照して、テンプレート基板に形成すべき凹部パターンの寸法を決定する工程と、前記決定された寸法に基づいて前記テンプレート基板に凹部パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第二の視点に係る半導体装置の製造方法は、上記テンプレート作製方法を用いて作製されたテンプレートを被加工面上に形成したパターン形成材料に接触させて、前記テンプレートに形成された前記凹部パターンに前記パターン形成材料を充填し、充填した前記パターン形成材料を硬化した後、前記テンプレートを前記パターン形成材料から離型することでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを用いて、前記被加工面を加工することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第二の視点に係る半導体装置製造用テンプレートは、幅方向及び深さ方向の寸法が共に異なる第一及び第二の凹部パターンを有し、前記第一の凹部パターンは、前記第二の凹部パターンよりも幅方向の寸法が小さく、深さ方向の寸法が浅いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば所望の寸法を有するパターンを精度良く形成することが可能なテンプレート作製方法、半導体装置の製造方法および半導体装置製造用テンプレートを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態の詳細を図面を参照して説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、インプリント方法について示した図である。
【００１１】
先ず、図１（ａ）に示すように、基板１の被加工面上にパターン形成材料層としてレジスト層２を形成する。図１（ａ）では、被加工面上の一定領域にレジスト層２を形成しているが、パターン形成材料を液摘（ドロップ）として複数箇所に散在させることにより、レジスト層２を形成することも可能である。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、溝パターン等の凹パターンを有するテンプレート３をレジスト層２に接触させる。そして、テンプレート３の凹パターンにレジストを充填後、テンプレート３をレジスト層２に接触させた状態でＵＶ照射を行うことによってレジスト層２を硬化させる。これにより、レジスト層２には、凸パターンが転写される。
【００１３】
次に、テンプレート３をレジスト層２から剥離すると図１（ｃ）に示すようなパタ−ンが形成される。
【００１４】
以上のようにして形成されたレジスト層２の凸パターンは、テンプレート３の剥離時に高さ方向に伸び、パターン幅が狭くなっていることが確認された。また、より詳細に調べてみると、テンプレート３の凹パターン幅に依存してレジスト層２の凸パターン幅が変化していることが確認された。
【００１５】
図２は、レジストパターンとしてピラーパターンを形成した時の、テンプレートの凹パターン幅（テンプレートＣＤ（Critical Dimension））と、離型後のレジスト層の凸パターン幅（レジストＣＤ）及びレジスト層の凸パターンの高さとの関係を示したグラフである。なお、テンプレートの凹パターンの深さは、凹パターンの幅に依存せず一定としている。図３は、図２の一部を拡大したグラフである。レジスト層の凸パターン幅の測定は、凸パターンの底部近傍で行った。
【００１６】
図３に示すように、テンプレートの凹パターン幅が小さくなるほど、レジスト層の凸パターン幅の縮み量（テンプレートの凹パターン幅とレジスト層の凸パターン幅の差）が大きくなっている。
【００１７】
以上のことから、所望の寸法を有するレジストパターンを形成するためには、レジスト層の縮み量を考慮して、テンプレートを形成すべきことがわかる。以下、一例をあげて説明する。
【００１８】
例えば、図４（ａ）は、一辺が４０ｎｍである４角形状のピラーパターン及び、一辺が８０ｎｍである４角形状のピラーパターンの平面図である。
【００１９】
図３より、図４（ｂ）に示すように、レジスト層の凸パターンの一辺を４０ｎｍとするためには、テンプレートの凹パターンの一辺を４８ｎｍにする必要がある。また、レジスト層の凸パターンの一辺を８０ｎｍとするためには、テンプレートの凹パターンの一辺を８３ｎｍにする必要がある。このテンプレートを、レジスト層に転写することで、図４（ａ）に示すピラーパターンを得る事ができる。
【００２０】
以下、図５のフローチャートを用いて、本実施形態の方法を説明する。
【００２１】
先ず、様々なパターン幅の凹パターン（溝パターン）を有するテスト用のテンプレートを作成する（ステップ１０１）。次に、インプリントを実行する。すなわち、テスト用のテンプレートに形成されたパターンを基板上に形成されたレジスト層に転写する（ステップ１０２）。インプリント方法は通常のインプリント方法と同様であり、テンプレートをレジスト層に接触させた状態で光を照射し、レジスト層を硬化させる。さらに、テンプレートをレジスト層から離型することで、レジストパターンが得られる。次に、ステップ１０２でレジスト層２に転写された凸パターンの幅を測定する。すでに述べたように、テンプレートの凹パターン幅が小さいほど、レジスト層の凸パターン幅の縮み量は大きくなっている（ステップ１０３）。次に、テンプレートの凹パターン幅と、ステップ１０３で測定したレジスト層の凸パターン幅との関係を求める。上記関係として、テンプレート３の凹パターン幅と、レジスト層２の凸パターンのテンプレート３の凹パターンからの縮み量との関係を求めても良い（ステップ１０４）。次に、ステップ１０４で求めたテンプレートの凹パターン幅とレジスト層の凸パターン幅との関係をデータテーブルに設定する（ステップ１０５）。
【００２２】
実際の製品となるデバイス（実デバイス）を製造する際には、上記の様にして得られたテーブルを参照して実デバイス用のテンプレートを作成する。具体的には、以下のとおりである。
【００２３】
まず、実デバイス用の設計データ（例えば、形成すべきレジストパターンのデータ）を用意し（ステップ１０６）、ステップ１０５で作成されたテーブルを参照して、設計データから実デバイス用のテンプレートデータを生成する（ステップ１０７）。具体的には、設計データ上に規定された各パターンに対するテンプレート上のパターン幅を決める際に、テーブルに設定されたテンプレートの凹パターン幅とレジスト層の凸パターン幅との関係に基づき、所望の凸パターン幅が得られるようにテンプレートの凹パターン幅を決定する。次に、実デバイス用のテンプレートデータに基づき、実デバイス用のテンプレートを作成する（ステップ１０８）。
【００２４】
以上のようにして得られた、実デバイス用のテンプレートを用いて、インプリントを実行することで（ステップ１０９）、所望のパターン幅を有するレジストパターンを得ることができる。さらに、レジストパターン底部に残存するレジスト層をＲＩＥにて除去した後、レジストパターンをマスクとして用いてエッチングを行うことで、半導体基板上に所望のパターンが形成される。
【００２５】
上記実施形態によれば、テンプレートの凹パターン幅とレジスト層の凸パターン幅との関係を予めテーブル化しておくため、実デバイス用のテンプレートを作成する際に上記関係を参照することで、適正なパターンを作成することができる。したがって、この様にして得られたテンプレートを用いてインプリントを行うことで、所望の寸法を有するレジストパターンを形成することができ、精度の高いインプリントを実行することが可能となる。
【００２６】
なお、本実施形態に係るテンプレート作成方法では、テンプレートに、幅方向における平面形状が正方形平面形状であるピラーパターン形成用凹部パターンを形成する例を説明したが、テンプレートに他の形状の凹部パターンを形成する場合にも、本実施形態に係るテンプレート作成方法を適用することが可能である。
【００２７】
例えば、テンプレートに、幅方向における平面形状が長径と短径を有する矩形平面形状である凹部パターンを形成する場合、まず、凹部パターンの辺毎に、すなわち長径と短径のそれぞれの部分毎の幅寸法あるいはその幅寸法とそれぞれに対応するレジストパターンの幅寸法との寸法差を求める。続いて、凹部パターンの長径と短径のそれぞれの部分の幅寸法と、凹部パターンの長径と短径部分に対応するレジストパターンの幅寸法または上記寸法差との関係に基づいて、凹部パターンの長径と短径の設計寸法を決定することができる。さらに、決定した寸法に基づいて、テンプレートに凹部パターンを形成することができる。
【００２８】
（実施形態２）
上記実施形態１は、所望のレジストパターン幅が得られるようにテンプレートのパターン幅を設定するものであったが、本実施形態は、パターン幅に加えて所望のレジストパターン高さが得られるように、テンプレートのパターン高さを設定するものである。
【００２９】
なお、基本的な方法は、上記実施形態１と同様である。したがって、上記実施形態１で説明した事項及び上記実施形態１から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。
【００３０】
図２に示すように、テンプレートの凹パターン幅が小さくなると、レジスト層の凸パターン高さの伸び量は大きくなる。したがって、所望の高さを有するレジストパターンを形成する場合には、レジスト層の伸び量を考慮して、テンプレートを形成すればよい。
【００３１】
この際、上述の実施形態１と同様、テンプレートの凹部の幅とレジストパターンの高さの関係を実験又はシミュレーションにより求め、その関係に基づき、レジストパターンの高さが所望の高さ、例えば各レジストパターンが均一の高さとなるように、テンプレート凹部の幅の寸法を設計することができる。
【００３２】
また、以下において、幅の異なる複数のテンプレートの凹部深さの寸法を、形成されるレジストパターンが所望の高さ（例えば、均一の高さ）となるように決定する方法として、例をあげて説明する。
【００３３】
図６は、テスト用のテンプレートを用いてインプリントを行った様子を示した断面図である。図６に示すように、深さがαである凹部Ａ、Ｂを有するテンプレート６を用いて、基板４上のレジスト層５に、凹部Ａ、Ｂを転写する。テンプレートの凹部Ａ、Ｂに対応するレジスト層５の凸部Ａ、Ｂの高さはそれぞれβ、γであり、β＞γである。
【００３４】
図７は、図６の結果に基づいて作成されたパターンＡ’、Ｂ’を有するテンプレート７の断面図である。図７に示すように、凹部Ｂ’の深さはαのままとすると、凹部Ａ’の深さはα×（γ／β）となる。 
また、以下において、他の方法によるテンプレート凹部の深さの寸法決定方法を説明する。
【００３５】
図６に示すように、テンプレートの凹部の深さをαとし、テンプレートの凹部Ａ、Ｂに対応するレジストパターン５の高さをそれぞれγ、βとする。
【００３６】
ここで、テンプレートの凹部Ａに対応するレジストパターン５の高さ方向の伸張量はβ―αである。従って、テンプレートの凹部Ａに対応するレジストパターン５の高さを、テンプレートの凹部Ｂに対応するレジストパターン５の高さであるγとなるようにする場合、テンプレートの凹部Ａの深さをγ−（β―α）とすることができる。
【００３７】
以上、２種類の方法により、幅の異なる複数のテンプレートの凹部深さの寸法を、形成されるレジストパターンが所望の高さ（例えば、均一の高さ）となるように決定する方法を説明した。このような方法は、上述の実施形態１におけるテンプレートの凹部幅の寸法を決定する場合にも適用することが可能である。
【００３８】
図８は、図７に示すテンプレート７を用いてインプリントを行った様子を示した断面図である。図８に示すように、図７のテンプレート７を用いてパターン形成を行うと、パターンＡ、Ｂとも高さγのレジスト層８を得ることができる。 
以上のことから、テンプレートの凹部の深さを予め調整しておくことで、レジストパターンの高さを均一化することができる。これにより、レジストパターンの高さを均一化することにより、下層の被加工面をエッチング加工する際等において、レジストパターンのマスク材としての信頼性を向上することができる。すなわち、レジストパターンの一部において膜厚が小さい箇所がある場合、当該箇所においてエッチング工程におけるマスク材としての耐性が不十分となる恐れがあるが、本実施形態においてはレジストパターンの高さを均一化することにより、特定箇所においてエッチング耐性が不十分となる恐れがない。
【００３９】
また、既に述べたように、レジスト層の伸び量はテンプレートの凹パターン幅に依存している。そこで、上記実施形態で述べたテンプレートの凹パターン幅とレジスト層の凸パターン幅との関係に加えてさらに、レジスト層の高さとの関係もテーブル化することで、所望の高さを有するレジストパターンを形成することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】インプリント方法を模式的に示した断面図である。
【図２】テンプレートＣＤと、レジストＣＤ及び凸パターンの高さとの関係を示した図である。
【図３】図２の一部を拡大した図である。
【図４】テンプレートのパターンとレジスト層のパターンとの関係について示した図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る方法を示したフローチャートである。
【図６】テスト用のテンプレートを用いてインプリントを行った様子を示した断面図である。
【図７】図６の結果に基づいて作成されたパターンを有するテンプレートの断面図である。
【図８】図７に示すテンプレートを用いてインプリントを行った様子を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１、４…基板
２、５、８…レジスト層
３、６、７…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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【図８】
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