(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの形成されたモールドをフォトレジストに押し付ける工程と、
前記モールドを前記フォトレジストに押し付けた状態で、照射光を前記モールドを通じて前記フォトレジストに選択的に照射する工程と、
前記フォトレジストを現像することにより、前記フォトレジストの前記照射光が照射されていない領域を除去して、前記フォトレジストをパターニングする工程とを備え、
前記モールドは、前記フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなる前記パターンを有する基体と、前記凹凸の凸部先端面に前記照射光の透過を遮る遮光膜とを有している、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基体は前記照射光に対して透明であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基体および前記フォトレジストの前記照射光に対する屈折率が等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基体の前記凸部により圧縮された前記フォトレジストの厚みが前記照射光の波長の１／４以下になるまで、前記モールドにより前記フォトレジストに加圧することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記照射光はＵＶ光およびエキシマ光のいずれかであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記モールドは、基板とパターン部との積層構造よりなる基体を有しており、前記基板とパターン部との両方が前記照射光に対して透明であり、かつ前記パターン部および前記フォトレジストの前記照射光に対する屈折率が等しいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記モールドを前記フォトレジストに押し付ける工程は、前記フォトレジストにプリベークを施すことにより前記フォトレジスト中の溶媒を放出し、かつ前記フォトレジストを軟化点まで加熱した状態で行なわれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
フォトレジストにパターンを形成するために前記フォトレジストに押し付ける半導体装置製造用モールドであって、
前記フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなるパターンを有する基体と、
前記凹凸の凸部先端面に前記照射光の透過を遮る遮光膜とを備えた、半導体装置製造用モールド。
【請求項９】
前記基体は前記フォトレジストに照射する照射光に対して透明であることを特徴とする、請求項８に記載の半導体装置製造用モールド。
【請求項１０】
前記基体の前記照射光に対する屈折率が前記フォトレジストの前記照射光に対する屈折率と等しいことを特徴とする、請求項８または９に記載の半導体装置製造用モールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置製造用モールドに関するものであり、特に、パターン形成されたモールドを、基板上に塗布されたレジストに押し付けてレジストパターンの形成を行なうナノインプリントリソグラフィ技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ナノインプリントリソグラフィ技術の基本原理は、たとえば以下の文献１に記載されている。
【０００３】
文献１：S. Y. Chou et al., “Nanoimprint lithography”, J. Vac. Sci. Technol. B 14(6), Nov/Dec 1996, pp.4129-4133
図４は、上記文献１に示されたナノインプリントリソグラフィ技術の基本原理を示す図である。図４（ａ）を参照して、まず基板１０３の表面上にフォトレジスト１０２が塗布される。このフォトレジスト１０２のガラス転位点温度以上に基板１０３が加熱され、それにより軟化したフォトレジスト１０２にモールド１０１が押し付けられる。このモールド１０１の表面には、凹凸よりなるパターンが形成されている。
【０００４】
図４（ｂ）を参照して、モールド１０１をフォトレジスト１０２に押し付けた状態で、基板１０３の温度がフォトレジスト１０２のガラス転位温度以下に下げられる。この後、モールド１０１がフォトレジスト１０２から引き離される。
【０００５】
このとき、モールド１０１のパターンの凸部で圧縮された領域には、フォトレジスト１０２の残渣１０２ａが残っている。このため、この残渣１０２ａが、たとえばＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）エッチングなどで除去される。
【０００６】
図４（ｃ）を参照して、上記のエッチングにより、所望のレジストパターン１０２を得ることができる。
【０００７】
またナノインプリントリソグラフィ技術において上記と異なる方式が以下の文献２に記載されている。
【０００８】
文献２：T. Bailey et al., “Step and flash imprint lithography: Template surface treatment and defect analysis”, J. Vac. Sci. Technol. B 18(6), Nov/Dec 2000, pp.3572-3577
図５は、上記文献２に示されたナノインプリントリソグラフィ技術の方式を示す図である。図５（ａ）を参照して、本方式では、まず半導体基板２０３上のエッチング対象レイヤ２０２上に、液体状態の光硬化型樹脂２０４が載せられ、クォーツモールド２０１でプレスされる。
【０００９】
図５（ｂ）を参照して、光硬化型樹脂２０４がクォーツモールド２０１でプレスされた状態でＵＶ（ultraviolet）光２０５が照射される。クォーツモールド２０１はこのＵＶ光に対して透明であるため、ＵＶ光２０５はクォーツモールド２０１を通じて光硬化型樹脂２０４に照射される。これにより、光硬化型樹脂２０４が硬化する。
【００１０】
図５（ｃ）を参照して、この後、モールド２０１が光硬化型樹脂２０４から引き離され、光硬化型樹脂２０４にパターンが形成される。この光硬化型樹脂２０４のパターン底部に残った残渣２０４ａとエッチング対象レイヤ２０２とがプラズマエッチングによりエッチングされる。
【００１１】
図５（ｄ）を参照して、上記のエッチングにより、所望のパターンがエッチング対象レイヤ２０２に形成される。
【００１２】
図５に示す方式では、ＵＶ硬化型樹脂２０４を用いることにより基板温度を高温に上げる必要がなくなるため、パターンの位置ずれなどを抑制する効果がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来のナノインプリントリソグラフィはフォトレジスト１０２に対する機械的加工方法であるため、モールド１０１でプレスした領域にフォトレジスト１０２の残渣１０２ａが必ず発生する。この残渣１０２ａはドライエッチングなどの手法で除去する必要があるが、このエッチングによりレジストパターン１０２の形状が劣化したり、寸法制御性が劣化するという問題点があった。
【００１４】
また、図５に示す透明モールド２０１と光硬化型樹脂２０４との組合せによる常温でのナノインプリントでは、光硬化型樹脂２０４に形成されたパターンが収縮して、モールド２０１上のパターンサイズより小さくなるため、寸法制御性が悪くなる。さらにパターンサイズがより微細になっていくとモールド２０１上に形成されたパターン間に光が入りにくくなる。これにより、樹脂２０４に光エネルギを十分に吸収させることが困難になり、微細パターン形成ができなくなるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、モールドをプレスすることにより得られたパターンの残渣をなくすことでエッチング工程をなくし、照射光の波長以下の微細パターンまで形成可能にすることを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まずパターンの形成されたモールドがフォトレジストに押し付けられる。モールドをフォトレジストに押し付けた状態で、照射光がモールドを通じてフォトレジストに選択的に照射される。フォトレジストを現像することにより、フォトレジストの照射光が照射されていない領域が除去されて、フォトレジストがパターニングされる。モールドは、フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなるパターンを有する基体と、その凹凸の凸部先端面に照射光の透過を遮る遮光膜とを有している。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、フォトレジストをモールドでプレスした状態で照射光を照射した後に現像することで、パターン間に残渣は生じなくなる。このため、残渣を除去するためのエッチングが不要となり、エッチングによるパターンの形状劣化や寸法制御性の劣化を防止することができる。
【００１８】
また、フォトレジストを用いているため、光硬化型樹脂を用いた場合のようなパターンの収縮は生じず、この点においても寸法制御性は良好となる。
【００２０】
またモールドが、フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなるパターンを有する基体と、その凹凸の凸部先端面に照射光の透過を遮る遮光膜とを有している。これにより、基体凸部に圧縮されたネガ型のフォトレジスト部分は光を照射されないため、現像により除去でき、残渣の発生を防止することができる。
【００２１】
上記の半導体装置の製造方法において、基体は照射光に対して透明である。
これにより、モールドをフォトレジストに押し付けた状態で、フォトレジストに照射光を照射することが可能となる。
【００２２】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、基体およびフォトレジストの照射光に対する屈折率が等しい。
【００２３】
これにより、モールドとフォトレジストとの境界面での光学界面がなくなるため、パターンサイズが照射光の波長以下でもパターンの形成が容易となる。よって、微細パターンの形成が容易となる。
【００２４】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、基体の凸部により圧縮されたフォトレジストの厚みが照射光の波長の１／４以下になるまで、モールドによりフォトレジストが加圧される。
【００２５】
これにより、フォトレジストは、基板との界面まで照射光のエネルギを吸収することができる。
【００２６】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、照射光はＵＶ光およびエキシマ光のいずれかである。
【００２７】
このようにＵＶ光、エキシマ光を用いて容易に微細パターンを形成することが可能となる。
【００２８】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、モールドは、基板とパターン部との積層構造よりなる基体を有しており、基板とパターン部との両方が照射光に対して透明であり、かつパターン部およびフォトレジストの照射光に対する屈折率が等しい。
【００２９】
このように基板とパターン部との積層構造でも、単一構造のモールド基体と同様な効果を得ることができる。
【００３０】
上記の半導体装置の製造方法において、モールドをフォトレジストに押し付ける工程は、フォトレジストにプリベークを施すことによりフォトレジスト中の溶媒を放出し、かつフォトレジストを軟化点まで加熱した状態で行なわれる。
【００３１】
これにより、フォトレジストを容易にモールドによって加工することができる。
【００３２】
本発明の半導体装置製造用モールドは、フォトレジストにパターンを形成するためにフォトレジストに押し付ける半導体装置製造用モールドであって、フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなるパターンを有する基体と、その凹凸の凸部先端面に照射光の透過を遮る遮光膜とを備えたものである。
【００３３】
本発明の半導体装置製造用モールドによれば、フォトレジストをモールドでプレスした状態で照射光を照射した後に現像することで、パターン間に残渣は生じなくなる。このため、残渣を除去するためのエッチングが不要となり、エッチングによるパターンの形状劣化や寸法制御性の劣化を防止することができる。
【００３４】
また、この半導体装置製造用モールドを用いることで、光硬化型樹脂の代わりにフォトレジストを用いることができるため、光硬化型樹脂を用いた場合のようなパターンの収縮は生じない。
【００３５】
上記の半導体装置製造用モールドにおいて、基体はフォトレジストに照射する照射光に対して透明である。
【００３６】
これにより、モールドをフォトレジストに押し付けた状態でフォトレジストに照射光を照射することが可能となる。
【００３７】
上記の半導体装置製造用モールドにおいて好ましくは、基体の照射光に対する屈折率がフォトレジストの照射光に対する屈折率と等しい。
【００３８】
これにより、モールドとフォトレジストとの境界面での光学界面がなくなるため、パターンサイズが照射光の波長以下でもパターンの形状は容易となる。よって、微細パターンの形成が容易となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を工程順に示すフロー図である。図１（ａ）を参照して、まず基体１ａと遮光膜１ｂとを有するモールド１が準備される。このモールド１の基体１ａは表面に凹凸よりなる微細パターンを有しており、その凹凸の凸部先端面全面には遮光膜１ｂが形成されている。基体１ａは照射光７に対して透明な材質よりなっており、たとえば石英よりなっている。また遮光膜１ｂは、照射光７の透過を遮る材質よりなっており、たとえばクロム（Ｃｒ）薄膜よりなっている。
【００４１】
次に、半導体基板３の表面上にたとえばネガ型のフォトレジスト２が塗布される。このフォトレジスト２は、プリベークによってフォトレジスト２中の溶媒が放出され、かつフォトレジスト２の軟化点まで加熱される。
【００４２】
図１（ｂ）を参照して、フォトレジスト２を軟化点まで加熱した状態で、モールド１がフォトレジスト２に押し付けられる。それによってフォトレジスト２は変形し、フォトレジスト２にパターン部（凸部）２ｂと残渣部（凹部）２ｃとが形成される。モールド１をフォトレジスト２に押し付けた状態で、モールド１側から照射光７がフォトレジスト２に照射される。モールド１は照射光７に対して透明な材質によりなっているため、照射光７はモールド１を通じてフォトレジスト２に照射される。ただし、遮光膜１ｂは照射光７を透過しない材質よりなっているため、フォトレジスト２の残渣部２ｃには照射光７は照射されない。
【００４３】
フォトレジスト２は、ネガ型よりなっているため、照射光７が照射されるパターン部２ｂではフォトレジスト２は照射光７のエネルギを吸収して架橋反応を生じ、レジスト現像液に対して不溶となる。一方、残渣部２ｃには照射光７が照射されないため、フォトレジスト２は照射光７のエネルギを吸収せず、架橋反応を生じないため、レジスト現像液に対して可溶のままである。この状態からモールド１がフォトレジスト２より引き離される。
【００４４】
図１（ｃ）を参照して、モールドが引き離された後、フォトレジスト２がレジスト現像液によって現像される。このとき、フォトレジスト２のパターン部２ｂはレジスト現像液に対して不溶であるが、残渣部２ｃは可溶であるため、残渣部２ｃ部分のフォトレジスト２のみが現像により除去されることになる。
【００４５】
図１（ｄ）を参照して、上記現像により、パターン部２ｂ間に位置するフォトレジスト２の残渣を除去することができる。
【００４６】
本実施の形態では、フォトレジスト２をモールド１でプレスした状態で照射光７を照射した後に現像することにより、フォトレジスト２のパターン部２ｂ間の残渣を除去することができる。このため、残渣を除去するためのエッチングが不要となり、エッチングによるパターンの形状劣化や寸法制御性の劣化を防止することができる。
【００４７】
また、フォトレジスト２を用いているため、光硬化型樹脂を用いた場合のようなパターンの収縮は生じず、この点においても寸法制御性は良好となる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明するための概略断面図である。図２を参照して、本実施の形態は、モールド１の基体１ａの材質、モールド１のパターンのサイズ、およびモールド１によるフォトレジスト２のプレスの程度において実施の形態１と異なる。
【００４９】
基体１ａの照射光７に対する屈折率がフォトレジスト２の照射光７に対する屈折率と同じとなるような材質で基体１ａは構成されている。モールド１のパターンは照射光７の波長よりも小さなパターンサイズを有しており、たとえばモールド１でプレスした領域のレジスト残渣部（凹部）２ｃの厚さＴと同じサイズを有している。また、モールド１でプレスした領域のレジスト残渣部２ｃの厚さＴが照射光７の波長の１／４以下になるまでモールド１はフォトレジスト２をプレスする。
【００５０】
なお、上記以外については、実施の形態１とほぼ同じ装置構成および製造工程であるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５１】
図２において一点鎖線で示す領域８は、照射光７が進入できる領域を示している。モールド１の基体１ａの照射光７に対する屈折率がフォトレジスト２の照射光７に対する屈折率と等しいため、モールド１の基体１ａとフォトレジスト２との光学界面がなくなる。これにより、領域８全体を照射光７は照射することになる。その結果、ネガ型のフォトレジスト２は、パターン部２ｂのみで照射光７のエネルギを吸収することになるため、現像工程を施すことで残渣なくパターンを形成することが可能となる。
【００５２】
また、この方法では、モールド１の基体１ａとフォトレジスト２との間に光学界面がなくなるため、形成したいパターンサイズが照射光７の波長以下の場合でも有効である。
【００５３】
また、モールド１でプレスした領域のレジスト残渣部２ｃの厚さＴが照射光７の波長の１／４以下になるまで加圧することにより、フォトレジスト２のパターン部２ｂは基板３とフォトレジスト２との界面まで照射光７のエネルギを吸収することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明するための概略断面図である。図３を参照して、本実施の形態では、モールド１を構成する基体が基板１ａ1とパターン部１ａ2との積層構造によりなっている点において実施の形態１とは異なる。
【００５５】
基板１ａ1の表面にパターン部１ａ2が形成されることによって、モールド１の表面に凹凸よりなるパターンが形成される。またこのパターン部１ａ2の先端表面全面には照射光７の透過を遮る遮光膜１ｂが形成されている。
【００５６】
基板１ａ1およびパターン部１ａ2の双方は、照射光７に対して透明な材質で構成されている。特にパターン部１ａ2は、照射光７に対する屈折率がフォトレジスト２の屈折率とほぼ等しい材料で構成されている。
【００５７】
なお、これ以外の装置構成および製造方法は上述した実施の形態１とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
なお、本実施の形態においても、上述した実施の形態２と同様、モールド１でプレスした領域の残渣部２ｃの厚さＴが照射光７の波長の１／４以下になるまで加圧することで、パターン領域部（凸部）２ｂは基板３とフォトレジスト２との界面まで照射光７のエネルギを吸収することができる。
【００５９】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、モールド１の基体を一体で準備する必要がなくなるため、その設計の自由度が高まる。
【００６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、フォトレジストをモールドでプレスした状態で照射光を照射した後に現像することで、パターン間に残渣は生じなくなる。このため、残渣を除去するためのエッチングが不要となり、エッチングによるパターンの形状劣化や寸法制御性の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、フォトレジストを用いているため、光硬化型樹脂を用いた場合のようなパターンの収縮は生じず、この点においても寸法制御性は良好となる。
【００６３】
上記の半導体装置の製造方法において、モールドは、フォトレジストに押し付けられる表面に凹凸よりなるパターンを有する基体と、その凹凸の凸部先端面に照射光の透過を遮る遮光膜とを有している。これにより、基体凸部に圧縮されたネガ型のフォトレジスト部分は光を照射されないため、現像により除去でき、残渣の発生を防止することができる。
【００６４】
上記の半導体装置の製造方法において、基体は照射光に対して透明である。これにより、モールドをフォトレジストに押し付けた状態で、フォトレジストに照射光を照射することが可能となる。
【００６５】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、基体およびフォトレジストの照射光に対する屈折率が等しい。これにより、モールドとフォトレジストとの境界面での光学界面がなくなるため、パターンサイズが照射光の波長以下でもパターンの形成が容易となる。よって、微細パターンの形成が容易となる。
【００６６】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、基体の凸部により圧縮されたフォトレジストの厚みが照射光の波長の１／４以下になるまで、モールドによりフォトレジストが加圧される。これにより、フォトレジストは、基板との界面まで照射光のエネルギを吸収することができる。
【００６７】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、照射光はＵＶ光およびエキシマ光のいずれかである。このようにＵＶ光、エキシマ光を用いて容易に微細パターンを形成することが可能となる。
【００６８】
上記の半導体装置の製造方法において好ましくは、モールドは、基板とパターン部との積層構造よりなる基体を有しており、基板とパターン部との両方が照射光に対して透明であり、かつパターン部およびフォトレジストの照射光に対する屈折率が等しい。このように基板とパターン部との積層構造でも、単一構造のモールド基体と同様な効果を得ることができる。
【００６９】
上記の半導体装置の製造方法において、モールドをフォトレジストに押し付ける工程は、フォトレジストにプリベークを施すことによりフォトレジスト中の溶媒を放出し、かつフォトレジストを軟化点まで加熱した状態で行なわれる。これにより、フォトレジストを容易にモールドによって加工することができる。
【００７０】
本発明の半導体装置製造用モールドによれば、フォトレジストをモールドでプレスした状態で照射光を照射した後に現像することで、パターン間に残渣は生じなくなる。このため、残渣を除去するためのエッチングが不要となり、エッチングによるパターンの形状劣化や寸法制御性の劣化を防止することができる。
【００７１】
また、この半導体装置製造用モールドを用いることで、光硬化型樹脂の代わりにフォトレジストを用いることができるため、光硬化型樹脂を用いた場合のようなパターンの収縮は生じない。
【００７２】
上記の半導体装置製造用モールドにおいて、基体はフォトレジストに照射する照射光に対して透明である。これにより、モールドをフォトレジストに押し付けた状態でフォトレジストに照射光を照射することが可能となる。
【００７３】
上記の半導体装置製造用モールドにおいて好ましくは、基体の照射光に対する屈折率がフォトレジストの照射光に対する屈折率と等しい。これにより、モールドとフォトレジストとの境界面での光学界面がなくなるため、パターンサイズが照射光の波長以下でもパターンの形状は容易となる。よって、微細パターンの形成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を工程順に示すフロー図である。
【図２】  本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。
【図４】  文献１に開示されたナノインプリントリソグラフィ技術の基本原理図である。
【図５】  文献２に開示されたナノインプリントリソグラフィ技術の他の方式を示す図である。
【符号の説明】
１  モールド、１ａ  基体、１ａ1  基板、１ａ2  パターン部、１ｂ  遮光膜、２  フォトレジスト、２ｂ  凸部、２ｃ  凹部、３  半導体基板、７  照射光。
【図１】
0003907504.tif 000002
【図２】
0003907504.tif 000003
【図３】
0003907504.tif 000004
【図４】
0003907504.tif 000005
【図５】
0003907504.tif 000006