(57)【要約】【課題】実施形態によれば、下地段差に起因するパターン加工不良を抑制できるパターン形成方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、パターン形成方法は、被加工膜上に第１のインプリントレジストを形成し、第１のテンプレートの平坦面を第１のインプリントレジストの表面に接触させた状態で第１のインプリントレジストを硬化させ、第１のインプリントレジストの表面を平坦化する工程を備える。また、第１のインプリントレジストの平坦面上に形成された中間転写膜上に第２のインプリントレジストを形成し、第２のテンプレートの凹凸を第２のインプリントレジストに接触させた状態で第２のインプリントレジストを硬化させ、第２のインプリントレジストに凹凸パターンを形成する工程を備える。【選択図】図１
2013065725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差を有する被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜上に、未硬化状態の第１のインプリントレジストを形成する工程と、
平坦面を有する第１のテンプレートにおける前記平坦面を前記第１のインプリントレジストの表面に接触させた状態で前記第１のインプリントレジストを硬化させ、前記第１のインプリントレジストの表面を平坦化する工程と、
前記第１のインプリントレジストの平坦面上に、前記第１のインプリントレジストとは異なる材料の中間転写膜を形成する工程と、
前記中間転写膜上に、前記中間転写膜とは異なる材料の未硬化状態の第２のインプリントレジストを形成する工程と、
凹凸を有する第２のテンプレートにおける前記凹凸を前記第２のインプリントレジストに接触させた状態で前記第２のインプリントレジストを硬化させ、前記第２のインプリントレジストに前記凹凸を反転させた凹凸パターンを形成する工程と、
前記凹凸パターンが形成された前記第２のインプリントレジストをマスクにしたエッチングにより、前記中間転写膜を加工する工程と、
加工された前記中間転写膜をマスクにしたエッチングにより、前記被加工膜を加工する工程と、
を備えたパターン形成方法。
【請求項２】
前記被加工膜と前記第１のインプリントレジストとの間に、前記中間転写膜とは異なる材料であって前記中間転写膜よりも厚い下層レジスト膜を形成する工程をさらに備えた請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１のインプリントレジストと前記第２のインプリントレジストは、同じ材料であり、ともに紫外線照射により硬化される請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記中間転写膜は、シリコンと酸素を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１のインプリントレジストは、シリコンを含む請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造において、層間絶縁膜を介して複数の電極層などのパターンを積層する工程がある。層間絶縁膜は下層パターンを覆うように下地上に形成されるが、下層パターンの疎密により、その上の層間絶縁膜の表面に段差が生じることがある。その段差が大きいと上層パターンの加工に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態によれば、パターン加工不良を抑制できるパターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、パターン形成方法は、段差を有する被加工膜を形成する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、前記被加工膜上に、未硬化状態の第１のインプリントレジストを形成する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、平坦面を有する第１のテンプレートにおける前記平坦面を前記第１のインプリントレジストの表面に接触させた状態で前記第１のインプリントレジストを硬化させ、前記第１のインプリントレジストの表面を平坦化する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、前記第１のインプリントレジストの平坦面上に、前記第１のインプリントレジストとは異なる材料の中間転写膜を形成する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、前記中間転写膜上に、前記中間転写膜とは異なる材料の未硬化状態の第２のインプリントレジストを形成する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、凹凸を有する第２のテンプレートにおける前記凹凸を前記第２のインプリントレジストに接触させた状態で前記第２のインプリントレジストを硬化させ、前記第２のインプリントレジストに前記凹凸を反転させた凹凸パターンを形成する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、前記凹凸パターンが形成された前記第２のインプリントレジストをマスクにしたエッチングにより、前記中間転写膜を加工する工程を備える。また、実施形態によれば、パターン形成方法は、加工された前記中間転写膜をマスクにしたエッチングにより、前記被加工膜を加工する工程を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のパターン形成方法を示す模式断面図。
【図２】実施形態のパターン形成方法を示す模式断面図。
【図３】実施形態のパターン形成方法を示す模式断面図。
【図４】他の実施形態のパターン形成方法を示す模式断面図。
【図５】比較例のパターン形成方法を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００８】
図１（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態のパターン形成方法を示す模式断面図である。
【０００９】
図１（ａ）は、下地１０及びその上に設けられた層間絶縁膜２１の断面を表す。例えば、下地１０は、基板１１の表面上に下層パターンが形成された構造を有する。
【００１０】
基板１１は、例えばシリコン基板であり、その表面には電流が流れるアクティブ領域１２が形成されている。複数のアクティブ領域１２が、第１の方向（図において横方向）に、素子分離領域１３によって分離されて配列されている。各アクティブ領域１２は、第１の方向に対して直交する第２の方向（紙面を貫く方向）に延びている。
【００１１】
素子分離領域１３は、例えばトレンチ内にシリコン酸化膜などの絶縁膜が埋め込まれたＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造を有する。
【００１２】
下層パターンは、アクティブ領域１２上に絶縁膜８を介して設けられた第１の電極１４を有する。例えば、第１の電極１４は、アクティブ領域１２と同じ第２の方向に延びている。
【００１３】
また、下層パターンは、第１の電極１４が相対的に密にレイアウトされたパターン密部１５と、第１の電極１４が相対的に疎にレイアウトされたパターン疎部１６とを有する。パターン密部１５における第１の電極１４間のピッチは、パターン疎部１６における第１の電極１４間のピッチよりも小さい。
【００１４】
そのパターンの疎密部を有する下地１０上に、例えばシリコン酸化膜などの層間絶縁膜２１が、パターンの疎密部を覆うように形成される。
【００１５】
下地パターンの疎密は、層間絶縁膜２１の表面に段差を生じさせる。すなわち、パターン密部１５の上の層間絶縁膜２１の表面に対して、パターン疎部１６の上の層間絶縁膜２１の表面が基板１１側に下がっている。
【００１６】
層間絶縁膜２１の表面段差は、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによってある程度は緩和することができるが、完全に解消することは難しい。
【００１７】
層間絶縁膜２１の表面上には、図１（ｂ）に示すように、段差を有する被加工膜として例えば第２の電極２２が形成される。この段階では、第２の電極２２は層間絶縁膜２１の表面の全面に形成される。その第２の電極２２の表面にも、層間絶縁膜２１の表面段差を反映した段差が生じる。
【００１８】
第２の電極２２は、後述する工程にて、選択的エッチングによりパターニングされる。本実施形態は、この第２の電極２２のパターン加工を良好に行うことができるパターン形成方法を提供する。
【００１９】
第２の電極２２上には、図１（ｂ）に示すように、下層レジスト膜２３が形成される。下層レジスト膜２３は、例えばカーボンを含む有機膜である。下層レジスト膜２３の表面にも、層間絶縁膜２１の表面段差を反映した段差が生じる。
【００２０】
次に、下層レジスト膜２３上には、第１のインプリントレジスト２４が形成される。第１のインプリントレジスト２４は、例えば紫外線硬化型樹脂であり、液状もしくはペースト状の未硬化状態で下層レジスト膜２３に供給される。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示す第１のテンプレート３１を用いて、第１のインプリントレジスト２４の表面を平坦化する。
【００２２】
第１のテンプレート３１は、紫外線に対する透過性を有する例えば石英製である。図１（ｃ）に示すように、第１のテンプレート３１は、平坦面３１ａを有する。その平坦面３１ａは、未硬化状態の第１のインプリントレジスト２４に接触し押し付けられる。
【００２３】
そして、第１のテンプレート３１の上方（平坦面３１ａの反対側）から第１のインプリントレジスト２４に対して紫外線を照射する。この紫外線の照射を受け、第１のインプリントレジスト２４は硬化する。これにより、第１のインプリントレジスト２４の表面が平坦化される。
【００２４】
第１のインプリントレジスト２４を硬化させた後、第１のテンプレート３１を、図１（ｄ）に示すように、第１のインプリントレジスト２４から離す。第１のインプリントレジスト２４の表面には、第１のテンプレート３１によって転写された平坦面２４ａが形成される。
【００２５】
次に、図２（ａ）に示すように、第１のインプリントレジスト２４の平坦面２４ａ上に、中間転写膜２５を形成する。
【００２６】
中間転写膜２５は、第１のインプリントレジスト２４とは異なる材料であり、シリコンと酸素を含む。中間転写膜２５は、例えば、ＴＥＯＳ（tetraethoxysilane）、ＳＯＧ（Spin On Glass）によって形成されたシリコン酸化膜である。また、中間転写膜２５は、下層レジスト膜２３よりも薄い。
【００２７】
中間転写膜２５は、第１のインプリントレジスト２４の平坦面２４ａ上に形成される。したがって、中間転写膜２５の表面は平坦である。
【００２８】
次に、中間転写膜２５上には、第２のインプリントレジスト２６が形成される。第２のインプリントレジスト２６は、紫外線硬化型樹脂であり、液状もしくはペースト状の未硬化状態で中間転写膜２５に供給される。
【００２９】
第２のインプリントレジスト２６の材料は、例えば第１のインプリントレジスト２４と同じ材料を用いることができる。本実施形態では、２回のインプリント工程を含むが、それらに用いる第１のインプリントレジスト２４と第２のインプリントレジスト２６とを同じ材料にすることで、条件設定や管理が容易になり、またコスト低減を図れる。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示す第２のテンプレート３２を用いて、第２のインプリントレジスト２６に凹凸パターン２６ａを形成する。
【００３１】
第２のテンプレート３２は、紫外線に対する透過性を有する例えば石英製である。第２のテンプレート３２は、図２（ｂ）に示すように一方の面側に凹凸３３を有する。その凹凸３３は、未硬化状態の第２のインプリントレジスト２６に接触し押し付けられる。第２のインプリントレジスト２６は、第２のテンプレート３２の凹部に充填される。
【００３２】
そして、第２のテンプレート３２の上方（凹凸面の反対側）から第２のインプリントレジスト２６に対して紫外線を照射する。この紫外線の照射を受け、第２のインプリントレジスト２６は硬化する。第２のインプリントレジスト２６を硬化させた後、第２のテンプレート３２を、図２（ｃ）に示すように、第２のインプリントレジスト２６から離す。
【００３３】
これにより、第２のインプリントレジスト２６に凹凸パターン２６ａが形成される。この凹凸パターン２６ａは、第２のテンプレート３２の凹凸３３の反転パターンである。
【００３４】
凹凸パターン２６ａの凹部の下には、第２のインプリントレジスト２６が残される。すなわち、凹凸パターン２６ａと中間転写膜２５との間に、第２のインプリントレジスト２６の残存部２６ｂが形成されている。その残存部２６ｂの膜厚は、面方向で均一である。下層パターンのパターン密部１５の上の残存部２６ｂと、下層パターンのパターン疎部１６の上の残存部２６ｂとの間で膜厚差が生じていない。
【００３５】
次に、凹凸パターン２６ａが形成された第２のインプリントレジスト２６をマスクにしたエッチングにより、図３（ａ）に示すように、中間転写膜２５及び第１のインプリントレジスト２４を順に加工する。エッチングは、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により行う。
【００３６】
さらに、加工された中間転写膜２５をマスクにしたエッチングにより、図３（ｂ）に示すように、下層レジスト膜２３を加工する。このエッチングも例えばＲＩＥにより行われる。この下層レジスト膜２３のエッチング時に、下層レジスト膜２３と同じ有機系材料である第２のインプリントレジスト２６は、中間転写膜２５上から消失する。
【００３７】
さらに、残っている中間転写膜２５及び加工された下層レジスト膜２３をマスクにしたエッチングにより、図３（ｃ）に示すように、被加工膜としての第２の電極２２を加工する。このエッチングも例えばＲＩＥにより行われる。
【００３８】
中間転写膜２５を加工するための第２のインプリントレジスト２６は有機系材料であり、シリコン酸化物系のいわゆるハードマスクと呼ばれる材料に比べるとＲＩＥ耐性が低く、ＲＩＥ時の消費量が大きい。したがって、中間転写膜２５があまり厚いと、中間転写膜２５の加工が終了するまで第２のインプリントレジスト２６の凹凸パターン２６ａが残っていない可能性がある。そこで、中間転写膜２５の膜厚は、一般のレジスト膜に比べて薄い、例えば数十ｎｍほどに抑えている。
【００３９】
このように中間転写膜２５が薄いため、それをマスクにした第２の電極２２の加工中に、中間転写膜２５が消失してしまう懸念がある。そこで、本実施形態では、第２の電極２２の上に、中間転写膜２５よりも厚い下層レジスト膜２３を形成している。すなわち、第２の電極２２を加工するためマスクの必要膜厚を、下層レジスト膜２３によって補っている。下層レジスト膜２３は、樹脂材料からなり、たとえば塗布法により厚く形成することが容易である。
【００４０】
第２の電極２２の加工後、第２の電極２２上に残っている下層レジスト膜２３は除去される。
【００４１】
なお、下層レジスト膜２３は、図４に示すように、第１のインプリントレジスト２４と中間転写膜２５との間に形成してもよい。すなわち、第１のインプリントレジスト２４は第２の電極２２上に供給され、その後第１のテンプレート３１を用いて平坦化される。そして、その平坦面２４ａ上に下層レジスト膜２３と中間転写膜２５が順に形成される。平坦面２４ａ上に形成される下層レジスト膜２３の表面は平坦であり、その下層レジスト膜２３の平坦面上に形成される中間転写膜２５の表面も平坦になる。
【００４２】
ここで、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、比較例のパターン形成方法について説明する。
【００４３】
この比較例では、図５（ａ）に示すように、第２の電極２２上に、下層レジスト膜２３及び中間転写膜２５が順に形成される。中間転写膜２５を形成する前の段階で、中間転写膜２５の下の層の表面には、下層パターンの疎密部の影響による段差が生じている。したがって、中間転写膜２５の表面にも段差が生じる。
【００４４】
その中間転写膜２５上には、凹凸パターン形成用のインプリントレジスト２６が供給され、そのインプリントレジスト２６にはテンプレートによって凹凸パターン２６ａが転写される。
【００４５】
一般に、インプリント法において、インプリントレジスト２６より下の構造物に対するダメージを考慮して、テンプレートの凹凸の凸部先端は、インプリントレジスト２６の下の層（図５（ａ）では中間転写膜２５）に対して強く押し付けない。
【００４６】
そのため、テンプレートの凹凸がインプリントレジスト２６に接触した状態で、テンプレートの凸部先端と中間転写膜２５との間にはインプリントレジスト２６が存在する。したがって、インプリントレジスト２６の硬化後、その凹凸パターン２６ａの凹部の底部と中間転写膜２５との間には、インプリントレジスト２６が残される。
【００４７】
そして、比較例のように、中間転写膜２５の表面に段差があると、インプリントレジスト２６における凹凸パターン２６ａより下の残存部２６ｂの膜厚が均一ではなくなる。図５（ａ）では、下層のパターン密部１５の上で残存部２６ｃの膜厚が相対的に薄く、パターン疎部１６の上で残存部２６ｄの膜厚が相対的に厚くなる。
【００４８】
凹凸パターン２６ａの下の残存部２６ｂに膜厚差があるインプリントレジスト２６をマスクにして、下層をエッチングすると、下層のパターン加工不良をまねく。
【００４９】
すなわち、図５（ｂ）に示すように、残存部２６ｂの膜厚が薄い部分の下の中間転写膜２５の加工が終了したとき、残存部２６ｂの膜厚が厚い部分の下の中間転写膜２５の加工はまだ終了していないことが起こりうる。中間転写膜２５のパターン加工不良は、その中間転写膜２５をマスクにした下層のパターン加工不良をまねく。
【００５０】
あるいは、残存部２６ｂの膜厚が薄い部分では過剰にエッチングが進み、パターン密部１５の上の中間転写膜２５が消失してしまうことも起こり得る。
【００５１】
なお、粘度の低い下層レジスト膜２３を使うことで、下層レジスト膜２３の表面の平坦化を図ることも考えられるが、粘度の低いレジストは一般にＲＩＥ耐性が低くなる傾向があり、レジスト材料選択にあたって平坦化を優先することは難しい。
【００５２】
これに対して、本実施形態では、前述したように、平坦面３１ａを有する第１のテンプレート３１を用いたインプリント法により、中間転写膜２５が形成される面を平坦化している。したがって、その平坦面上に形成される中間転写膜２５の表面は平坦になる。
【００５３】
したがって、図２（ｃ）に示すように、中間転写膜２５を加工するマスクとなる第２のインプリントレジスト２６における凹凸パターン２６ａより下の残存部２６ｂの膜厚を均一にすることができる。これにより、残存部２６ｂの膜厚差に起因する中間転写膜２５の加工不良を抑制でき、さらに加工された中間転写膜２５をマスクにした被加工膜（第２の電極２２）の加工不良を抑制することができる。
【００５４】
なお、平坦化用の第１のインプリントレジスト２４として、シリコンを含有したものを用いることで、その第１のインプリントレジスト２４を中間転写膜２５として機能させることも可能である。すなわち、中間転写膜の膜厚が実質増大し、下層レジスト膜２３を形成しなくても、中間転写膜２５及び第１のインプリントレジスト２４だけで、第２の電極２２を加工できる可能性がある。
【００５５】
第１のインプリントレジスト２４と第２のインプリントレジスト２６とは、同じ材料に限らず、異なる材料を用いてもよい。また、第１のインプリントレジスト２４に対する紫外線の照射条件（強度、時間など）と、第２のインプリントレジスト２６に対する紫外線の照射条件とは、同じでも、異ならせてもよい。
【００５６】
平坦化用の第１のインプリントレジスト２４は第１のテンプレート３１との離型時に、凹凸パターンの破損の心配がないので、例えば、第２のインプリントレジスト２６よりも硬くすることが可能である。
【００５７】
なお、被加工膜に段差ができる原因は、パターンの疎密部を有する下地上に被加工膜を形成するものとして説明したが、原因は何であれ被加工膜に段差ができていれば本実施形態は適用できる。
【００５８】
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】
【００５９】
１０…下地、１５…パターン密部、１６…パターン疎部、２１…層間絶縁膜、２３…下層レジスト膜、２４…第１のインプリントレジスト、２４ａ…平坦面、２５…中間転写膜、２６…第２のインプリントレジスト、２６ａ…凹凸パターン、３１…第１のテンプレート、３２…第２のテンプレート
【図１】
2013065725.tif 000003
【図２】
2013065725.tif 000004
【図３】
2013065725.tif 000005
【図４】
2013065725.tif 000006
【図５】
2013065725.tif 000007