(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターンを含むテンプレートを用い、前記パターンの形状を基板上の樹脂に転写するパターン形成方法であって、
前記基板上に前記樹脂を塗布する工程と、
前記樹脂の全面を半硬化させた後、前記樹脂の一部である第１部分のみを全硬化させる工程と、
前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部を前記第１部分に接触させて押圧を行い、前記テンプレートに加わる反力を計測し、前記反力が予め定めた値に到達した場合に前記押圧を停止して前記テンプレートと前記基板との間隔を維持した状態で、前記第１部分以外の部分である第２部分に前記パターンの形状を転写し、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたパターン形成方法。
【請求項２】
凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターンを含むテンプレートを用い、前記パターンの形状を基板上の樹脂に転写するパターン形成方法であって、
前記基板上に前記樹脂を塗布する工程と、
前記樹脂の一部である第１部分の硬さが、前記第１部分以外の部分である第２部分の硬さよりも硬くなるよう前記樹脂の硬さを調整する工程と、
前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部を前記第１部分に接触させて前記テンプレートと前記基板との間隔を維持した状態で、前記第２部分に前記パターンの形状を転写し、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたパターン形成方法。
【請求項３】
前記樹脂を硬化させる工程は、前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部を前記第１部分に接触させて押圧を行い、前記テンプレートに加わる反力を計測し、前記反力が予め定めた値に到達した場合に前記押圧を停止することを含む請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記樹脂の硬さを調整する工程は、前記樹脂の全面を半硬化させた後、前記樹脂の前記第１部分のみを全硬化させることを含む請求項２または３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記樹脂の硬さを調整する工程は、前記樹脂の前記第２部分を未硬化にしたまま前記１部分のみを全硬化させることを含む請求項２または３に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記樹脂を硬化させる工程は、前記パターンを前記樹脂に接触させた状態で前記樹脂を硬化した後、前記テンプレートを前記樹脂から離脱することを含む請求項２〜５のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記樹脂を硬化させる工程は、前記パターンの形状を前記樹脂に転写し、前記テンプレートを前記樹脂から離脱した後、前記樹脂を全硬化させることを含む請求項２〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記テンプレートは、基材と、基材の主面に設けられた前記パターンと、を含み
前記樹脂を硬化させる工程は、前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部を前記第１部分に接触させた際、前記主面と前記樹脂との間に隙間を設けることを含む請求項２〜７のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項９】
凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターンを含むテンプレートを用い、前記パターンの形状を基板上の樹脂に転写するパターン形成装置であって、
前記テンプレートを保持する保持部と、
前記基板を載置するステージと、
前記基板上の樹脂の一部である第１部分を硬化させる硬化部と、
前記保持部及び前記ステージの少なくともいずれかを移動して前記パターンの前記樹脂への押圧を行う押圧部と、
前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部が前記樹脂の前記第１部分に接触した状態で前記第１部分から受ける反力を計測する計測部と、
前記計測部で計測した反力に応じて前記押圧部による前記パターンの前記樹脂への押圧力を制御する制御部と、
を備えたパターン形成装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記計測部で計測した反力が予め設定された閾値を超えた場合に前記押圧部による前記押圧を停止する制御を行う請求項９記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
半導体層の上に、請求項１〜８のいずれか１つに記載のパターン形成方法によってパターンを形成する工程を備えた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、パターン形成装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インプリントと呼ばれる方法を用いてウェーハ等の基板上に微細なパターンを形成する方法が提案されている。この方法は、表面に微細な凹凸パターンを有するテンプレートを用意し、ウェーハ上に形成したレジスト等の被転写物の表面にテンプレートの凹凸パターンを密着させる。そして、この状態で被転写物を硬化させた後、テンプレートを剥離する。これにより、被転写物の表面に、テンプレートの凹凸パターンの形状が転写される。
このようなパターン形成方法では、基板上の樹脂にテンプレートのパターンを接触させる際、テンプレートと基板との正確な間隔を維持して接触させることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、基板上の樹脂にテンプレートのパターンを接触させる際、テンプレートと基板との正確な間隔を維持することができるパターン形成方法、パターン形成装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るパターン形成方法は、凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターンを含むテンプレートを用い、基板上の樹脂に前記パターンの形状を転写するパターン形成方法であって、前記基板上に前記樹脂を塗布する工程と、前記樹脂の一部である第１部分の硬さを、前記第１部分以外の部分である第２部分の硬さよりも硬くする工程と、前記テンプレートの前記パターン以外の部分に設けられた凸部を前記第１部分に接触させて前記テンプレートと前記樹脂との間隔を維持した状態で、前記第２部分に前記パターンの形状を転写し、前記樹脂を硬化させる工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係るパターン形成方法を例示するフローチャートである。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るパターン形成方法で使用するテンプレートの構成を例示する模式図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、テンプレートの変形例を示す模式図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、テンプレートの他の変形例を示す模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、パターン形成方法の具体例を示す模式的断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、パターン形成方法の具体例を示す模式的断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、複数の転写領域について例示する模式図である。
【図８】第２の実施形態に係るパターン形成装置を例示する模式図である。
【図９】時間と反力との関係を例示する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパターン形成方法を例示するフローチャートである。
本実施形態に係るパターン形成方法は、凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターンを含むテンプレートを用い、このパターンの形状を基板上の樹脂に転写するインプリント法である。
【０００９】
先ず、ステップＳ１０１に表したように、基板の上に樹脂を塗布する。樹脂には、例えば光硬化型樹脂が用いられる。樹脂として熱硬化型樹脂を用いてもよい。本実施形態では、光硬化型樹脂を用いる場合を例とする。
樹脂は、基板上に一様に塗布される。樹脂は、例えばスピンコートによって基板上に一様に塗布される。
【００１０】
次に、ステップＳ１０２に表したように、樹脂の硬さを調整する。すなわち、樹脂の一部である第１部分の硬さが、第１部分以外の部分である第２部分の硬さよりも硬くなるように樹脂の硬さを調整する。
【００１１】
次に、ステップＳ１０３に表したように、パターン転写を行う。すなわち、テンプレートのパターン以外の部分を樹脂の第１部分に接触させてテンプレートと基板との間隔を維持した状態で、第２部分にパターンの形状を転写し、樹脂を硬化させる。
【００１２】
このような本実施形態に係るパターン形成方法では、テンプレートを基板に近づけて樹脂に接触させる際、樹脂の第１部分がストッパとなってテンプレートと基板との間隔が規制される。これにより、パターンの形状を樹脂に転写する際、テンプレートと基板との間隔が正確に設定される。
【００１３】
次に、本実施形態に係るパターン形成方法で使用するテンプレートの例について説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るパターン形成方法で使用するテンプレートの構成を例示する模式図である。
図２（ａ）は、テンプレートの模式的平面図、図２（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ線の模式的断面図である。
【００１４】
図２（ａ）及び（ｂ）に表したように、テンプレート１１０は、基材１０と、基材１０の主面１０ａに設けられたパターン２０と、を備える。基材１０には、例えば紫外線光を透過する石英が用いられる。光を透過する必要のない場合には、金属、半導体及び絶縁材料など、他の材料を用いてもよい。
【００１５】
テンプレート１１０には、パターン２０として主面１０ａから突出する凸部（第１の凸部）２１が設けられる。主面１０ａには、例えば複数の凸部２１が設けられる。凸部２１の形状は、形成するパターンの形状と反転した形状（円柱状、ライン状など）、に設けられている。
【００１６】
また、基材１０の主面１０ａには、パターン２０の形成領域以外の部分に凸部３０（第２の凸部）が設けられる。第２の凸部３０は、例えばパターン２０の周りを囲むように設けられている。
【００１７】
なお、第２の凸部３０は、主面１０ａの複数の箇所に分かれて設けられていてもよい。複数の箇所に分けられる場合には、非直線上の少なくとも３箇所に第２の凸部３０が設けられていればよい。
【００１８】
第２の凸部３０の先端は、例えば平坦に設けられている。なお、第２の凸部３０の先端の断面形状は、半球状に設けられていてもよい。
【００１９】
図２（ｂ）に表したように、第２の凸部３０の主面１０ａからの高さｈ２は一様に設けられている。第２の凸部３０が複数の箇所に設けられている場合も、各箇所の第２の凸部３０の高さｈ２は一様に設けられる。
【００２０】
第２の凸部３０の高さｈ２は、第１の凸部２１の主面１０ａからの高さｈ１よりも低い。高さｈ１と高さｈ２との差Δｈは、パターン２０の形状を転写して形成する凹部の深さになる。
【００２１】
このようなテンプレート１１０において、パターン２０（第１の凸部２１）及び第２の凸部３０の少なくともいずれかは、基材１０と一体に設けられていてもよい。また、基材１０、パターン２０及び凸部３０は、それぞれ別体に設けられていてもよい。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）は、テンプレートの変形例を示す模式図である。
図３（ａ）は、テンプレートの模式的平面図、図３（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ線の模式的断面図である。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）に表したように、テンプレート１１１においては、図２（ａ）及び（ｂ）に表したテンプレート１１０と同様に、基材１０と、基材１０の主面１０ａに設けられたパターン２０と、を備える。一方、テンプレート１１１では、テンプレート１１０に比べて凸部３０の配置が相違する。テンプレート１１１において、基材１０の主面１０ａに設けられる凸部３０は、パターン２０の形成領域の周りを囲むように設けられた外側凸部３０ａと、パターン２０の形成領域の内側に設けられた内側凸部３０ｂと、を有する。
【００２４】
なお、外側凸部３０ａは、主面１０ａの複数の箇所に分かれて設けられていてもよい。複数の箇所に分けられる場合には、非直線上の少なくとも３箇所に外側凸部３０ａが設けられていればよい。また、内側凸部３０ｂは、枠状に設けられていてもよい。また、内側凸部３０ｂは、主面１０ａの複数の箇所に分かれて設けられていてもよい。
【００２５】
テンプレート１１１において、テンプレート１１０と同様に、パターン２０及び凸部３０ａ並びに凸部３０ｂの少なくともいずれかは、基材１０と一体に設けられていてもよい。また、基材１０、パターン２０、凸部３０ａ及び凸部３０ｂは、それぞれ別体に設けられていてもよい。
【００２６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、テンプレートの他の変形例を示す模式図である。
図４（ａ）は、テンプレートの模式的平面図、図４（ｂ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ線の模式的断面図である。
【００２７】
図４（ａ）及び（ｂ）に表したように、テンプレート１１２においては、図２（ａ）及び（ｂ）に表したテンプレート１１０と同様に、基材１０と、基材１０の主面１０ａに設けられたパターン２０と、を備える。一方、テンプレート１１２では、テンプレート１１０に比べて凸部３０の配置が相違する。
【００２８】
テンプレート１１２において、基材１０の主面１０ａに設けられる凸部３０は、パターン２０の形成領域の内側に設けられた内側凸部３０ｂを有する。すなわち、テンプレート１１２において凸部３０は、内側凸部３０ｂのみである。例えば、内側凸部３０ｂは枠状に設けられている。また、内側凸部３０ｂは、主面１０ａの複数の箇所に分かれて設けられていてもよい。
【００２９】
テンプレート１１２において、テンプレート１１０及び１１１と同様に、パターン２０及び凸部３０ｂの少なくともいずれかは、基材１０と一体に設けられていてもよい。また、基材１０、パターン２０及び凸部３０ｂは、それぞれ別体に設けられていてもよい。
【００３０】
次に、パターン形成方法の具体例を説明する。
図５（ａ）〜図６（ｃ）は、パターン形成方法の具体例を示す模式的断面図である。
図５（ａ）〜図６（ｃ）では、本実施形態に係るパターン形成方法によって半導体装置３００を製造する例を表している。
このパターン形成方法の具体例では、図２（ａ）及び（ｂ）に表したテンプレート１１０を用いるものとする。
【００３１】
先ず、図５（ａ）に表したように、ステージ２２０の上に基板６０を載置する。基板６０には、例えば半導体基板（シリコンウェーハ等）が用いられる。基板６０は、絶縁基板の上に半導体層が設けられたものであってもよい。基板６０にはトランジスタ等の素子が形成されていてもよい。
【００３２】
次に、基板６０の上に、樹脂７０を塗布する。樹脂７０には、光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂が用いられる。樹脂７０は、例えばノズルＮから基板６０に向けて吐出される。樹脂７０は、スピンコート等によって基板６０の上に一様な厚さで設けられる。樹脂７０の厚さは、例えば５０ナノメートル（ｎｍ）である。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に表したように、樹脂７０の全面を半硬化させる。ここで、樹脂７０の硬化の状態は、例えば硬化率で表される。硬化率は、これ以上硬化が進まない状態を１００％、硬化が全く進んでいない状態を０％として、硬化の進み具合を表す値である。樹脂７０の半硬化とは、樹脂７０の硬化率を、例えば２５％以上７５％以下の範囲、好ましくは４０％以上６０％以下にすることをいう。
【００３４】
樹脂７０が光硬化型樹脂の場合、樹脂７０の全面に第１の光Ｃ１を照射する。例えば、紫外線照射硬化型樹脂では、第１の光Ｃ１として紫外線光を照射する。紫外線光は高圧水銀ランプやレーザ光源から放出される。
【００３５】
樹脂７０が熱硬化型樹脂または光及び熱硬化型樹脂の場合、加熱によって一様に半硬化状態にしてもよい。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に表したように、樹脂７０の一部である第１部分７１の硬さを、第１部分７１以外の第２部分７２よりも硬くする。ここでは、樹脂７０の第１部分７１の硬化率を、２５％以上７５％以下、好ましくは４０％以上６０％以下にする。なお、第１部分７１の硬化率は１００％（全硬化）が望ましい。
【００３７】
樹脂７０が光硬化型樹脂の場合、樹脂７０の第１部分７１に第２の光Ｃ２を照射する。例えば、紫外線照射硬化型樹脂では、第１の光Ｃ１として紫外線光を照射する。紫外線光は高圧水銀ランプやレーザ光源から放出される。
【００３８】
樹脂７０が熱硬化型樹脂または光及び熱硬化型樹脂の場合、部分的な加熱によって第１部分７１のみ硬化してもよい。
【００３９】
ここで、第１部分７１は、樹脂７０の上にテンプレート１１０を重ね合わせた際に、重ね合わせの方向にみてテンプレート１１０の第２の凸部３０と重なる位置の少なくとも一部である。第１部分７１は、連続していても、複数の箇所に分けられていてもよい。この処理によって、第１部分７１は樹脂７０の厚さ方向の全体にわたり硬化させる。
【００４０】
図５（ｂ）及び（ｃ）の処理によって、樹脂７０の第１部分７１の硬さが、第２部分７２の硬さよりも硬くなる。なお、図５（ｂ）及び（ｃ）の処理は、先に図５（ｃ）に表した第１部分７１の硬化を行い、その後に図５（ｂ）に表した樹脂７０の半硬化を行うようにしてもよい。
【００４１】
次に、図６（ａ）に表したように、樹脂７０の上にテンプレート１１０を重ね合わせ、パターン２０の凸部２１を樹脂７０に接触させる。この際、テンプレート１１０と基板６０との間隔が徐々に近づけていくと、テンプレート１１０の第２の凸部３０の先端面３０ａが樹脂７０の第１部分７１の上面７１ａに当接する。この当接した位置でテンプレート１１０と基板６０との間隔が設定される。すなわち、第１部分７１がストッパとして機能し、テンプレート１１０と基板６０との間隔が正確に設定される。
【００４２】
樹脂７０の第２部分７２は半硬化の状態である。また、テンプレート１１０のパターン２０の第１の凸部２１の高さｈ１（図２（ｂ）参照）は、第２の凸部３０の高さｈ２（図２（ｂ）参照）よりも高いため、その差Δｈ（図２（ｂ）参照）だけ樹脂７０の第２部分７２に入り込むことになる。また、第２の凸部３０が第１部分７１の上面７１ａに当接した状態では、主面１０ａと第２部分７２の表面７２ａとの間に隙間が設定される。この隙間は、第２の凸部３０の高さｈ２に相当する。
【００４３】
このように、樹脂７０の第１部分７１がストッパとなってテンプレート１１０と基板６０との間隔が正確に設定されるため、テンプレート１１０のパターン２０が基板６０に接触してしまうことはない。また、テンプレート１１０は、基板６０とほぼ平行に配置されることになる。テンプレート１１０が正確に配置されることから、パターン２０の凸部２１は、予め設定された深さで樹脂７０の第２部分７２に入り込むことになる。
【００４４】
ここで、テンプレート１１０を樹脂７０に接触させて押圧を行い、テンプレート１１０に加わる反力を計測してもよい。すなわち、テンプレート１１０の第２の凸部３０と、樹脂７０の第１部分７１と、が接触すると、テンプレート１１０には押圧力に対する第２の凸部３０からの反力が加わる。この反力を計測し、計測した反力が予め定めた値に到達した場合に押圧を停止するようにしてもよい。
【００４５】
この反力の計測は、主面１０ａに沿った面内において複数箇所で行ってもよい。複数箇所の反力を計測することで、テンプレート１１０の押圧力の面内でのバランスが把握される。そして、複数箇所の反力の計測値に基づきテンプレート１１０の押圧力の面内でのバランスを調整するようにしてもよい。例えば、テンプレート１１０の押圧力を面内で均一になるように調整したり、押圧力に面内で一定の差を設けるように調整してもよい。
【００４６】
次に、図６（ｂ）に表したように、テンプレート１１０を樹脂７０から離型する。これにより、樹脂７０の第２部分７２には、パターン２０の凸部２１の形状が反転した凹パターンｐ１が形成される。第２部分７２は半硬化の状態であるため、テンプレート１１０を離型しても、凹パターンｐ１の形状は保たれる。すなわち、樹脂７０の第２部分７２の半硬化の硬さには、凹パターンｐ１の形状が保たれる硬さ（硬化率）が必要である。また、テンプレート１１０を樹脂７０の上に重ね合わせた際、主面１０ａと第２領域７２の表面７２ａとの間に隙間が設けられていたため、テンプレート１１０を離型する際にテンプレート１１０及び樹脂７０に必要以上の力が加わない。これにより、テンプレート１１０及び樹脂７０の離型時の破損が抑制される。
【００４７】
次に、図６（ｃ）に表したように、樹脂７０の全体を硬化させる処理を行う。ここでの硬化は全硬化（硬化率１００％）である。樹脂７０が光硬化型樹脂の場合、樹脂７０の全体に第３の光Ｃ３を照射する。例えば、紫外線照射硬化型樹脂では、第３の光Ｃ３として紫外線光を照射する。第３の光Ｃ３の照射エネルギーは、樹脂７０を半硬化させる際の第１の光Ｃ１の照射エネルギーよりもよりも大きい。なお、樹脂７０の第１部分７１が既に全硬化している場合には、この処理では第２部分７２のみが全硬化させる。
【００４８】
樹脂７０が熱硬化型樹脂または光及び熱硬化型樹脂の場合、樹脂７０の全体への加熱によって樹脂７０を全硬化させる。
【００４９】
樹脂７０を全硬化させることにより、樹脂７０にパターン２０の形状が反転した転写パターンＰが形成される。この転写パターンＰの形成を製造工程の一部として、半導体装置３００が製造される。転写パターンＰは、例えば半導体装置３００の一部として用いられ。また、転写パターンＰは、マスクとして下地材をエッチングする際に用いられ、その後に除去されるものでもある。
【００５０】
このようなパターン形成方法により、インプリント法においてテンプレート１１０と基板６０との間隔が正確に設定される。これにより、テンプレート１１０を樹脂７０に接触させる際にテンプレート１１０のパターン２０と基板６０との接触が防止される。また、凸部２１の樹脂７０への入り込み量（深さ）が安定する。したがって、樹脂７０に転写パターンＰが正確に形成される。また、樹脂７０の一部である第１部分７１をテンプレート１１０のストッパとして用いるため、別な部材によるストッパを設ける必要がない。
【００５１】
なお、上記のパターン形成方法では、図６（ｂ）に表したように、テンプレート１１０を樹脂７０から離型した後、図６（ｃ）に表したように、樹脂７０の全体の硬化を行ったが、図６（ａ）に表したように、テンプレート１１０を樹脂７０に接触させた状態で、テンプレート１１０を離型せずに樹脂７０の全体の硬化を行い、樹脂７０の硬化後にテンプレート１１０を樹脂７０から離型するようにしてもよい。
【００５２】
また、上記のパターン形成方法では、図５（ｂ）に表した工程で樹脂７０の第２部分７２を半硬化の状態にしているが、第２部分７２を未硬化のまま図５（ｃ）に表した工程で第１部分７１のみを例えば全硬化し、その後の工程を行ってもよい。この場合には、図６（ａ）に表した工程で、テンプレート１１０を樹脂７０に接触させた状態、テンプレート１１０を離型せずに樹脂７０の全体の硬化を行い、硬化後にテンプレート１１０を樹脂７０から離型するようにすればよい。
【００５３】
図７（ａ）及び（ｂ）は、複数の転写領域について例示する模式図である。
図７（ａ）は全体平面図、図７（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。
図７（ａ）に表したように、一つの基板６０に複数の転写領域Ｒが設けられている場合、一つのテンプレート１１０によるパターンの転写を、複数の転写領域Ｒについて順番に繰り返して行う。図７（ｂ）に表したように、各転写領域Ｒに塗布された樹脂７０は、第１部分７１と、第２部分７２と、を有する。第１部分７１は、転写パターンＰが形成される領域以外の領域に設けられる。第２部分７２は、転写パターンＰが形成される領域に設けられる。樹脂７０の硬さを調整する工程（ステップＳ１０２、図５（ｂ）及び（ｃ）参照）では、樹脂７０にテンプレート１１０を接触させる前に行われる。
【００５４】
樹脂７０の硬さを調整する工程は、複数の転写領域Ｒのそれぞれについて、テンプレート１１０を接触させる前に行ってもよいし、複数の転写領域Ｒの少なくとも２つについて同時に樹脂７０の硬さを調整するようにしてもよい。すなわち、複数の転写領域Ｒの全てについて一括して樹脂７０の硬さを調整した後、各転写領域Ｒのそれぞれについてテンプレート１１０による転写パターンＰの形成を順次行うようにしてもよい。
【００５５】
なお、上記のパターン形成方法では、テンプレート１１０を用いた転写パターンＰの形成方法を例示したが、テンプレート１１１及び１１２であっても同様である。
【００５６】
また、テンプレート１１０、１１１及び１１２のように、基材１０に凸部３０を有するもののほか、凸部３０を有しないテンプレートを用いてもよい。この場合、基材１０の主面１０ａの一部と第２部分７２とを当接させて、パターン２０の転写を行う。基材１０の主面１０ａには、離型剤を塗布しておいてもよい。これにより、樹脂７０からテンプレートを離型する際、主面１０ａと樹脂７０との密着力を低減させてテンプレートの破壊、樹脂７０の破損等を抑制する。
【００５７】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るパターン形成装置を例示する模式図である。
図８に表したように、第２の実施形態に係るパターン形成装置２００は、凹部及び凸部の少なくともいずれかの形状を有するパターン２０を含むテンプレート１１０を用い、パターン２０の形状を基板６０上の樹脂７０に転写するインプリント装置である。
パターン形成装置２００は、保持部２１０と、ステージ２２０と、押圧部２３０と、計測部２４０と、制御部２５０と、を備える。
【００５８】
保持部２１０は、テンプレート１１０を保持する。保持部２１０は、テンプレート１１０の基材１０のパターン２０とは反対側を例えば吸着保持する。
ステージ２２０は、基板６０を決められた位置に固定する。基板６０の上には樹脂７０が塗布される。パターン形成装置２００には、樹脂７０を塗布するノズルＮを含む塗布部２８０が設けられていてもよい。
【００５９】
押圧部２３０は、保持部２１０及びステージ２２０の少なくともいずれかを移動して、パターン２０の樹脂７０への押圧を行う。保持部２１０及びステップＳ０時２２の少なくともいずれかには駆動機構（図示せず）が設けられている。押圧部２３０は駆動機構によって保持部２１０及びステージ２２０の少なくともいずれかを移動して、両者の間隔を変化させる。
【００６０】
計測部２４０は、テンプレート１１０が樹脂７０に接触した際の反力を計測する。計測部２４０は、センサ２４１を含む。センサ２４１は、例えば、保持部２１０のテンプレート１１０を保持する側とは反対側に設けられている。センサ２４１には例えばロードセルが用いられる。このセンサ２４１によって、テンプレート１１０を樹脂７０に押圧した際の反力を検出する。計測部２４０は、センサ２４１から送られる検出値を受けて、制御部２５０に情報を送る。
【００６１】
制御部２５０は、計測部２４０で計測した反力に応じて押圧部２３０によるパターン２０の樹脂７０への押圧力を制御する。制御部２５０は、例えば、計測部２４０で計測した反力が予め設定された閾値を超えた場合に押圧部２３０によるテンプレート１１０の押圧を停止する制御を行う。
【００６２】
図９は、時間と反力との関係を例示する図である。
図９に示す横軸は、テンプレート１１０を樹脂７０に押圧する時間Ｔを表し、縦軸はテンプレート１１０が受ける反力Ｆを表している。
本実施形態では、テンプレート１１０を樹脂７０に接触させた場合、樹脂７０の第１部分７１がストッパとなってテンプレート１１０と基板６０との間隔が設定される。図９に表したように、反力Ｆは、テンプレート１１０のパターン２０が樹脂７０に接触した段階から発生し、テンプレート１１０と樹脂７０の第１部分７１とが当接した段階で急激に増加する。
【００６３】
この反力Ｆが急激に増加するところで閾値ｆｔｈを設けておく。制御部２５０は、押圧部２３０に押圧開始の指示を与え、計測部２４０で計測した反力Ｆが閾値ｆｔｈを超えるか否かを判断する。制御部２５０は、反力Ｆが閾値ｆｔｈを超えた場合（時間ｔｅ）、押圧部２３０に押圧停止の指示を与える。これにより、テンプレート１１０と樹脂７０の第１部分７１との当接が正確に判定される。
【００６４】
硬化部２６０は、樹脂７０を硬化させる機能を有する。硬化部２６０は、樹脂７０の第１部分７１のみを硬化させる機能を有する。また、硬化部２６０は、樹脂７０の全体を硬化させる機能を有する。
【００６５】
樹脂７０として光硬化型樹脂を用いる場合、硬化部２６０は樹脂７０を硬化させる光を放出する光源（図示せず）を有する。第１部分７１を部分的に硬化させる光源としては、例えばレーザ光の光源が挙げられる。樹脂７０の全体を硬化させる光源としては、例えば高圧水銀ランプが挙げられる。
【００６６】
樹脂７０として熱硬化型樹脂を用いる場合、硬化部２６０は樹脂７０を硬化させる熱を発生する熱源（図示せず）を有する。
【００６７】
図５（ａ）〜図６（ｃ）に表したパターン形成方法は、例えば本実施形態に係るパターン形成装置２００によって実施される。すなわち、本実施形態に係るパターン形成装置２００によって図５（ａ）〜図６（ｃ）に表したパターン形成方法を実施し、パターンを形成する。これによって、パターンを含む半導体装置３００等が製造される。
【００６８】
（第３の実施形態）
図１０（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るパターン形成方法は、凹部２２を含むパターン２０を有するテンプレート１２０を用いたインプリント法である。
【００６９】
このテンプレート１２０は、基材１０と、基材１０の主面１０ａに設けられたパターン２０と、を備える。基材１０には、例えば紫外線光を透過する石英が用いられる。主面１０ａには、例えば複数の凹部２２が設けられる。凹部２２の形状は、形成するパターンの形状と反転した形状（円柱状、ライン状など）に設けられている。テンプレート１２０において、パターン２０の形成領域以外の領域は主面１０ａである。
【００７０】
このテンプレート１２０を用いてパターンを形成するには、先ず、図１０（ａ）に表したように、ステージ２２０の上に基板６０を載置する。基板６０には、例えば半導体基板（シリコンウェーハ等）が用いられる。基板６０は、絶縁基板の上に半導体層が設けられたものであってもよい。基板６０にはトランジスタ等の素子が形成されていてもよい。
【００７１】
次に、基板６０の上に、樹脂７０を塗布する。樹脂７０には、例えば光硬化性有機材料が用いられる。樹脂７０は、例えばノズルＮから基板６０に向けて吐出される。樹脂７０は、スピンコート等によって基板６０の上に一様な厚さで設けられる。樹脂７０の厚さは、例えば５０（ｎｍ）である。
【００７２】
次に、樹脂７０の一部である第１部分７１の硬さを、第１部分７１以外の第２部分７２よりも硬くする。ここでは、樹脂７０の第２部分７２を硬化させないでおく。なお、第１部分７１の硬化率は１００％（全硬化）が望ましい。
【００７３】
樹脂７０が光硬化型樹脂の場合、樹脂７０の第１部分７１にのみ光を照射する（図５（ｃ）参照）。樹脂７０が熱硬化型樹脂または光及び熱硬化型樹脂の場合、部分的な加熱によって第１部分７１のみ硬化してもよい。樹脂７０の第２部分７２は未硬化のままにしておく。
【００７４】
次に、図１０（ｂ）に表したように、樹脂７０の上にテンプレート１２０を重ね合わせ、パターン２０を樹脂７０に接触させる。この際、テンプレート１２０と基板６０との間隔が徐々に近づけていくと、テンプレート１２０のパターン２０の形成領域以外の主面１０ａの一部が、樹脂７０の第１部分７１に当接する。この当接した位置でテンプレート１２０と基板６０との間隔が設定される。すなわち、第１部分７１がストッパとして機能し、テンプレート１２０と基板６０との間隔が正確に設定される。
【００７５】
テンプレート１２０のパターン２０が樹脂７０と接触すると、樹脂７０の表面張力によってパターン２０の凹部２２内に樹脂７０が入り込む。
【００７６】
次に、テンプレート１２０を樹脂７０に接触させた状態で、樹脂７０の全体を硬化させる処理を行う。ここでの硬化は全硬化（硬化率１００％）である。樹脂７０が光硬化型樹脂の場合、テンプレート１２０を介して樹脂７０の全体に第３の光Ｃ３を照射する。例えば、紫外線照射硬化型樹脂では、第３の光Ｃ３として紫外線光を照射する。なお、樹脂７０の第１部分７１が既に全硬化しているため、この処理では第２部分７２のみが全硬化させる。
【００７７】
樹脂７０が熱硬化型樹脂または光及び熱硬化型樹脂の場合、樹脂７０の全体への加熱によって樹脂７０を全硬化させる。
【００７８】
樹脂７０の全体の硬化が完了した後、図１０（ｃ）に表したように、テンプレート１２０を樹脂７０から離型する。これにより、樹脂７０の第２部分７２には、パターン２０の凹部２２の形状が反転した凸型の転写パターンＰＣが形成される。
【００７９】
この転写パターンＰＣの形成を製造工程の一部として、半導体装置３００が製造される。転写パターンＰＣは、例えば半導体装置３００の一部として用いられ。また、転写パターンＰＣは、マスクとして下地材をエッチングする際に用いられ、その後に除去されるものでもある。
【００８０】
このようなパターン形成方法により、インプリント法においてテンプレート１２０と基板６０との間隔が正確に設定される。これにより、テンプレート１２０を樹脂７０に接触させる際にテンプレート１２０のパターン２０と基板６０との接触が防止される。また、凹部２２内への樹脂７０の入り込み量が安定する。したがって、樹脂７０に転写パターンＰＣが正確に形成される。
【００８１】
以上説明したように、実施形態に係るパターン形成方法、パターン形成装置及び半導体装置の製造方法によれば、基板上の樹脂にテンプレートのパターンを接触させる際、テンプレートと基板との正確な間隔を維持することができる。
【００８２】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００８３】
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】
【００８４】
１０…基材、１０ａ…主面、２０…パターン、２１…凸部、２２…凹部、６０…基板、７０…樹脂、７１…第１部分、７２…第２部分、１１０，１１１，１１２，１２０…テンプレート、２００…パターン形成装置、２１０…保持部、２２０…ステージ、２３０…押圧部、２４０…計測部、２５０…制御部、２６０…硬化部、３００…半導体装置
【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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【図９】
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【図１０】
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