エッチング方法、インプリント装置
【課題】処理工程や処理装置を削減するとともに微細なビア形成を可能とするエッチング方法およびインプリント装置を提供すること。
【解決手段】実施形態に係るエッチング方法は、半導体基板１０の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層１６を形成し、前記半導体基板１０の処理面に形成するビアの配置と対応するビアパターンが形成されたテンプレート基板１８を、前記半導体基板１０の光硬化樹脂層１６に前記ビアパターンが形成された面を対向させて積層し、前記光硬化樹脂層１６に光源から光を照射して該光硬化樹脂層１６を硬化させ、前記光硬化樹脂層１６から前記テンプレート基板１８を分離し、前記半導体基板１０の処理面をエッチングし、エッチング処理した前記半導体基板１０の処理面をアッシングする。
【解決手段】実施形態に係るエッチング方法は、半導体基板１０の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層１６を形成し、前記半導体基板１０の処理面に形成するビアの配置と対応するビアパターンが形成されたテンプレート基板１８を、前記半導体基板１０の光硬化樹脂層１６に前記ビアパターンが形成された面を対向させて積層し、前記光硬化樹脂層１６に光源から光を照射して該光硬化樹脂層１６を硬化させ、前記光硬化樹脂層１６から前記テンプレート基板１８を分離し、前記半導体基板１０の処理面をエッチングし、エッチング処理した前記半導体基板１０の処理面をアッシングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法、インプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング処理は、例えば、シリコンウエハなどの半導体基板上にフォトレジスト層を形成する工程、マスクを用いて当該フォトレジスト層に所望のビアパターンを転写しフォトレジストを現像する工程、当該暴露されたフォトレジストを除去して残存フォトレジスト層にビアを形成する工程、ドライエッチングなどにより半導体基板上にビアを形成する工程、および、残存レジスト層を除去する工程などの諸工程を組み合わせて行われる。これらの工程は、それぞれ異なる環境下で行われる必要があるから、エッチング処理を行うには各工程に対応する複数の装置を必要とする（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、電子機器の小型化とそれに伴う半導体デバイスの小型化に伴い、半導体基板に設けられるトレンチやビアなどの深さ（基板厚方向の深さ）がより深いもの、すなわち、層間接続などのため開口部が小さく深さの深いビアを半導体基板に形成することが求められている（例えば特許文献２）。このようなビアを従来のエッチング処理により形成する場合、ビア開口面積と比べてフォトレジスト層を厚くする必要がある。しかし、厚さの厚いフォトレジスト層を用いてエッチング処理を行う場合、フォトレジスト層にビアパターンを光学的に転写する工程において焦点深度が深くなるため、微細なパターン形成が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１３４９３公報
【特許文献２】特開２００７−１４１９１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来のエッチング方法では、多数の処理工程と処理装置を要し、特に開口部が小さく深さの深いビアを形成する場合において精密なパターン形成が困難であるという問題がある。本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、処理工程や処理装置を削減するとともに微細なビア形成を可能とするエッチング方法、インプリント装置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】
【０００６】
本発明の実施形態に係るエッチング方法は、半導体基板の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層を形成し、前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板を、前記半導体基板の光硬化樹脂層に前記パターンが形成された面を対向させて積層し、前記光硬化樹脂層に光源から光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させ、前記光硬化樹脂層から前記テンプレート基板を分離し、前記半導体基板の処理面をエッチングし、エッチング処理した前記半導体基板の処理面をアッシングすることを特徴としている。また、実施形態に係るインプリント装置は、光硬化樹脂層が形成された半導体基板が載置されるステージと、前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板の前記パターンが形成された面を前記ステージに載置された前記半導体基板上の前記光硬化樹脂層に対向させるように前記テンプレート基板を保持するテンプレート保持部と、前記テンプレート基板を前記光硬化樹脂層に押し付けて積層するように前記テンプレート保持部を駆動する駆動機構と、前記光硬化樹脂層に光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させる光源と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、処理工程や処理装置を削減するとともに微細なビア形成を可能とするエッチング方法、インプリント装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｂ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｃ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｄ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｅ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｆ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｇ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｈ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図２Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるテンプレートの断面を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すテンプレートを用いた実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図３Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるテンプレートの断面を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すテンプレートを用いた実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハのレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｂ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｃ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｄ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図５】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図６】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図７】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図８】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図９】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図１０】実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置の例を示す図である。
【図１１】実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態に係るエッチング方法）
以下、図面を参照しながら実施形態に係るエッチング方法について説明する。本実施形態では、半導体基板としてのシリコンウエハに対してビアを形成するものとして説明する。図１Ａないし図１Ｈは、それぞれビアを形成するウエハの断面構成を示す図であり、エッチング処理の一連の工程を模式的に示している。
【００１０】
実施形態のエッチング方法では、テンプレートの準備、処理基板の準備、樹脂層の形成、テンプレートコンタクト、樹脂層硬化、テンプレート分離、エッチング、および、アッシングの各工程を有している。すなわち、ビアパターンに対応する凹凸を形成したテンプレートを、処理対象たるデバイスウエハ上に形成した樹脂層上に積層することで、エッチング処理におけるレジストのビアを形成している。
【００１１】
（テンプレートの準備）
まず、実施形態に係るエッチング方法の一連の工程に先立ち、テンプレート１８を準備する。テンプレート１８は、デバイスウエハの処理面に形成する構造の配置、例えばビアパターンに対応する凹凸が主面上に形成された基板である。すなわち、テンプレート１８は、デバイスウエハ処理面と対向する面においてエッチング対象領域に対応した凹凸部を有している。テンプレート１８上の凹凸部は、例えばドライエッチングなどにより形成される（図１Ａ）。
【００１２】
テンプレート１８の表面（特に凹凸面側）には、酸化や窒化を防止し表面をなめらかにする表面処理が施されている。テンプレート１８の表面に酸化物や引っかかりがあると、樹脂層に形成されるビアの壁面に傷が生じ、後のエッチング処理に影響を与えるからである。テンプレート１８の表面処理は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）などにより実現できる。
【００１３】
深いビアを形成するには、テンプレート１８の主面上に長い（高さの高い）凸部を形成する必要がある。そのため、テンプレート１８は、十分な機械強度をもった材料、例えば、シリコンなどにより形成される。
【００１４】
（処理基板の準備）
続いて、単結晶シリコン等から構成されエッチング処理対象となるデバイスウエハ１０を、中間層１２を介してサポートウエハ１４上に接着し、処理基板を準備する（図１Ｂ）。サポートウエハ１４は、デバイスウエハ１０の反りを防ぐ基礎となる基板であり、例えばシリコン基板などからなる。中間層１２は、デバイスウエハ１０の反りを吸収しデバイスウエハ１０およびサポートウエハ１４の密着性を高める作用をする。中間層１２は、接着性や熱可塑性を持つ材料、例えば加熱により脱着可能となる高分子材料などからなる層である。
【００１５】
（樹脂層の形成）
処理基板を準備した後、デバイスウエハ１０の処理面（サポートウエハ１４が接着された面とは異なる面）に、樹脂層１６を形成する（図１Ｃ）。樹脂層１６は、ＵＶ線などの光を照射することで硬化する光硬化樹脂などからなる層である。樹脂層１６は、例えばデバイスウエハ１０を面方向に回転させつつ光硬化樹脂を塗布する等により、均一の厚さに形成される。
【００１６】
樹脂層１６は、デバイスウエハ１０に形成するビアの深さに応じた厚みに形成する必要がある。従って、未硬化の光硬化樹脂を均一かつ比較的厚い層状に形成しなければならない。そのため、樹脂層１６をなす光硬化樹脂は、未硬化の状態でもある程度の粘性を有していることが望ましい。デバイスウエハ１０を所定の温度環境下に置くことで光硬化樹脂を所定の温度に調温し、樹脂層１６の粘性を調節してもよい。なお、樹脂層１６の厚さは、テンプレート１８の凹凸面の凹部の最深部の深さと略同一とする。すなわち、後述するようにテンプレート１８を樹脂層１６に押し当てて積層した際に、テンプレート１８の凹部が樹脂層１６の光硬化樹脂で満たされるようにする。
【００１７】
樹脂層１６を形成する方法として、例えば、デバイスウエハ１０に光硬化樹脂を塗布しつつ、デバイスウエハ１０のエッジ部分にＵＶ光などを照射して、デバイスウエハ１０のエッジ部分の光硬化樹脂を部分的に硬化させてもよい。すなわち、デバイスウエハ１０上に光硬化樹脂を塗布しつつ、デバイスウエハ１０のエッジ部分に硬化した光硬化樹脂の壁を形成する。このように、光硬化樹脂の塗布と併せて硬化した光硬化樹脂の壁を形成することで、デバイスウエハ１０からの樹脂の液だれを防ぐことができる。
【００１８】
（テンプレートコンタクト）
デバイスウエハ１０上に樹脂層１６を形成した後、テンプレート１８をデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に押し当てて積層し、ビアパターンの凹凸が樹脂層１６に浸されるようにする（図１Ｄ）。このとき、テンプレート１８が形成する樹脂層１６上のホール形状を安定させるとともに樹脂の流動を防止（均一性を担保）するため、樹脂層１６が所定の温度となるようデバイスウエハ１０の周囲環境の温度制御をする。
【００１９】
（樹脂層硬化）
テンプレート１８をデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に積層した後、ＵＶ光などを樹脂層１６に照射して樹脂層１６を硬化させる（図１Ｅ）。照射する光の種類は、光硬化樹脂の種類に対応させ、例えばレーザー光などを用いることができる。ＵＶ光は、デバイスウエハ１０の周縁部からテンプレート１８およびデバイスウエハ１０の間の樹脂層１６に向けて照射することができる。
【００２０】
ＵＶ光の照射は、樹脂層１６をなす光硬化樹脂を硬化させることができれば、どのような手法を用いて実現しても構わない。例えば図２Ａに示すように、テンプレートを、ビアパターンに対応する凹凸部が主面上に形成されたシリコンなどからなるテンプレート部１８ａとＵＶ光を透過する光透過性部材からなるベース部１８ｂとを互いに貼り付けた構成としてもよい。
【００２１】
図２Ａに示すように、テンプレート部１８ａの凹凸面のうち凹部には、テンプレート部１８ａを貫通する貫通孔が形成されている。すなわち、図２Ｂに示すように、テンプレート部１８ａが樹脂層１６に浸された場合に、ベース部１８ｂのテンプレート部１８ａが貼り付けられた面とは異なる側の面からＵＶ光を照射することで、当該ＵＶ光を樹脂層１６に到達させることが可能となる。
【００２２】
（テンプレート分離）
樹脂層１６を硬化した後、テンプレート１８をデバイスウエハ１０から分離する（図１Ｆ）。このとき、テンプレート１８が樹脂層１６からスムーズに分離し、樹脂層１６の形状が安定するよう、樹脂層１６が所定の温度となるよう制御する。
【００２３】
（エッチングとアッシング）
テンプレート１８をデバイスウエハ１０から分離した後、デバイスウエハ１０を、樹脂層１６形成面方向からドライエッチングする（図１Ｇ）。エッチングが完了した後、アッシングにより残存した樹脂層１６を除去することで、所望のビアが形成されたデバイスウエハ１０が得られる（図１Ｈ）。
【００２４】
このように、実施形態に係るエッチング方法では、フォトレジスト層を形成する工程やマスクを用いて当該フォトレジスト層に所望のビアパターンを転写しフォトレジストを現像する工程を必要としない。すなわち、エッチング処理に必要な工程や装置を削減することができる。また、実施形態に係るエッチング方法では、ビアパターンを転写するのではなく、テンプレートにより直接的にビアパターンを形成している。すなわち、ビアが開口径と比較して深い場合でも、微細なビア形成が可能となる。
【００２５】
（樹脂層硬化の具体例）
図１Ｅに示す樹脂層硬化工程では、デバイスウエハ１０の周縁部からテンプレート１８およびデバイスウエハ１０の間の樹脂層１６に向けてＵＶ光を照射している。しかし、デバイスウエハ１０に形成されたビアパターンの構成によっては、ＵＶ光がテンプレートに反射したり樹脂層１６により減衰したりして、樹脂層１６の平面方向の中心部までＵＶ光が十分に届かない可能性がある。以下、樹脂層１６を均一に硬化させる方法について説明する。
【００２６】
まず、樹脂層１６の面方向の中心部までＵＶ光を到達させる方法例について説明する。図３Ａないし図３Ｃは、テンプレート１８の凸部の高さ（凹部の深さ）と樹脂層１６の厚さとの関係を変えた例を示している。
【００２７】
図３Ａに示すように、テンプレート１８ｃは、図１Ａに示すテンプレート１８よりもビアパターンに対応する凸部の高さが低く形成されている。すなわち、図３Ｂに示すように、テンプレート１８ｃを樹脂層１６に積層した場合、テンプレート１８ｃの凸部とデバイスウエハ１０との間に空間が生ずるようにテンプレート１８ｃを形成する。このような配置とすることで、光源ＬＳから放射されるＵＶ光がテンプレートに邪魔されることなく、樹脂層１６の面方向の中央まで届くようになり、樹脂層１６を均一に硬化させることができる。また、テンプレート１８ｃの凸部の高さを意図的に低くすることで、デバイスウエハ１０に形成されるビアの深さを自在に調節することも可能になる。なお、テンプレートの凸部の高さを低くする代わりに、樹脂層１６の厚さをテンプレートの凸部の高さよりも厚く形成しても同様の結果を得ることができる。
【００２８】
一方、図３Ｃに示すのは、樹脂層の厚さを図１Ｃに示す樹脂層１６よりも薄い樹脂層１６ａとしたものである。すなわち図３Ｃに示すように、テンプレート１８のビアパターンの凹部の深さよりも樹脂層１６の厚さを薄く形成する。このような構成とすることで、光源ＬＳから放射されるＵＶ光を光硬化樹脂により減衰されることなく樹脂層１６の平面方向中央部まで到達させることができる。
【００２９】
続いて、樹脂層１６内に均一にＵＶ光を照射する方法例について説明する。図４Ａないし図４Ｄは、ＵＶ光源または照射対象たる樹脂層を動かしてＵＶ光照射を均一化する例である。
【００３０】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、円形のステージ２０と、ステージ２０の周縁部に二以上の光源ＬＳを配設する。光源ＬＳは、ステージ２０の中央部に向けてＵＶ光を放射しつつステージ２０の周縁部に沿って回転可能に構成されている。ステージ２０上に、図１Ｃに示す樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０を載置し、図１Ｄに示すようにテンプレート１８を樹脂層１６に積層する。そして、図４Ａに示すように光源ＬＳからデバイスウエハ１０の処理面に沿って樹脂層１６に向けてＵＶ光を放射しつつ、図４Ｂに示すように光源ＬＳをステージ２０の周縁部に沿って回転させる。ここで、光源ＬＳの数は、１＋ｎ個（ただしｎ＞０）とすることができ、光源ＬＳの回転すべき角度は３６０／（１＋ｎ）度となる。
【００３１】
このように、デバイスウエハ１０の周縁部の全周囲から樹脂層１６に向けてＵＶ光を放射することで、樹脂層１６の光硬化樹脂を均一に硬化させることができる。また、デバイスウエハ１０の周縁部からＵＶ光を回転させながら全周囲から照射するので、樹脂層１６内においてＵＶ光が散乱し、単に一方光からＵＶ光を照射する場合と比べてより均一に樹脂層１６の光硬化樹脂を硬化させることができる。
【００３２】
なお、図４Ｂに示す例では、光源ＬＳをステージ２０の周縁部に沿って回転させているが、これには限定されない。図４Ｃに示すように、光源ＬＳの位置を固定し、ステージ２０を面方向に回転可能に構成してもよい。
【００３３】
また、図４Ｃに示す例では、光源ＬＳを二以上の光源ＬＳを配設しているが、これにも限定されない。図４Ｄに示すように、光源ＬＳをステージ２０の周縁部に一つ配設し、光源ＬＳが放射するＵＶ光の光路上（例えばステージ２０を介して対向する位置）にミラーＲＭを配設する。ミラーＲＭは、反射面が曲面状に形成された反射鏡であり、光源ＬＳから放射されたＵＶ光（図４Ｄに示す例ではデバイスウエハ１０上の樹脂層１６を介して届いたＵＶ光）を樹脂層１６に向けて反射する。ステージ２０は、図４Ｃに示す例と同じように面方向に回転可能に構成してもよいし、固定してもよい。このような構成により、光源ＬＳから放射され樹脂層１６を突き抜けたＵＶ光を再度樹脂層１６に照射することができ、光源ＬＳの数を削減することができる。
【００３４】
ここで、図４Ｄに示すミラーＲＭは、反射鏡面を回転または振動させる駆動機構を備えてもよい。かかる構成により、ミラーＲＭが反射するＵＶ光の光路を散らせることができ、樹脂層１６の光硬化樹脂をより均一に硬化させることが可能となる。
【００３５】
（光硬化樹脂の耐性）
ここで、図５を参照して、光硬化樹脂の耐性について説明する。実施形態のエッチング方法において、樹脂層１６は、レジスト材同様マスクとしての役割を担うものであるから、エッチング（プラズマ）に対する耐性が強すぎても弱すぎても不適当となる。そこで、ＵＶ硬化樹脂のプラズマに対する耐性について調べた。図５は、ＵＶ光の照射量を変えたＵＶ硬化樹脂と、当該ＵＶ硬化樹脂をマスクとして用いた場合のエッチングレートとの関係を示す図である。比較例として、一般的なＫｒＦレジスト材料を従来例として示した。
【００３６】
図５に示すように、ＵＶ硬化樹脂は、ＵＶ光の照射量が多いほどエッチングレートが小さい（耐性が強い）傾向が見られたが、概ね従来例のレジスト材料と同等のエッチングレートが得られていることがわかる。すなわち、光硬化樹脂は、レジスト材料としての樹脂層１６として十分に機能することがわかる。
【００３７】
（光硬化樹脂の硬化特性）
続いて、図６ないし図９を参照して、光硬化樹脂の硬化特性について説明する。樹脂層１６は、エッチングにおけるマスクとなるから、面内において均一に硬化する必要がある。そこで、ＵＶ硬化樹脂とその硬化特性について調べた。
【００３８】
図６に示すように、ＵＶ硬化樹脂の試料にＵＶ光を照射すると、急速に硬化していくが、ＵＶ光のドーズ量が５［ｍＪ／ｃｍ２］を超えると、緩やかに硬化が進んでいくことがわかる。すなわち、図６に示す例では、５［ｍＪ／ｃｍ２］程度のドーズ量でＵＶ硬化樹脂を硬化させることができることがわかる。この場合、１［ｍＷ／ｃｍ２］の光源を用いれば、５秒で硬化させることができる。
【００３９】
次に、ＵＶ光の拡散について説明する。ＵＶ光を光硬化樹脂に照射した場合、樹脂内でＵＶ光が拡散する。この拡散は、光硬化樹脂の硬化速度に影響を与えるとともに、硬化領域の解像度（どれだけ正確に硬化領域を形成できるか）にも影響を与えることになる。
【００４０】
図７は、ＵＶ光の光硬化樹脂における拡散の度合いを調べた実験例である。図７に示すように、ＰＥＴシート１６ｅに光硬化樹脂層１６ｄを形成し、光硬化樹脂層１６ｄの表面にＣｒ遮光膜１８ｅおよびスライドガラス１８ｄを順に積層した。Ｃｒ遮光膜１８ｅには、半値幅ａが５００μｍ、光硬化樹脂１６ｄ側の径ｂが８００μｍの開口部が形成され、開口部内にも光硬化樹脂が充填された状態とした。この状態で、スライドガラス１８ｄの表面側からＵＶ光を照射した。ＵＶ光の強度は、０．２［ｍＷ／ｃｍ２］、１．０［ｍＷ／ｃｍ２］とした。得られた結果を図８に示す。
【００４１】
図８に示すように、１．０［ｍＷ／ｃｍ２］でＵＶ光を照射した場合、ＵＶ光の照射量と硬化領域の線幅（硬化線幅）は概ね比例しているが、０．２［ｍＷ／ｃｍ２］でＵＶ光を照射した場合、照射量がＵＶ硬化樹脂の硬化する５［ｍＪ／ｃｍ２］の前後から硬化領域の線幅（硬化線幅）が９００［μｍ］程度に拡散していることがわかる。すなわち、弱いＵＶ光で時間をかけて照射した場合（０．２［ｍＷ／ｃｍ２］）に硬化線幅が拡散することがわかる。このことは、照射対象に要求される精度（解像度）に応じて照射強度（照射時間）を調節すべきことを示している。
【００４２】
例えば、図１Ｅに示す樹脂層硬化ステップでは、広範囲の樹脂層１６を硬化させる必要があるから、ＵＶ光の強度を抑えて照射時間を長く取ることが好ましいことがわかる（図９中ｃ）。一方、図１Ｃに示す樹脂層形成ステップにおいて「液だれ」を防ぐべくデバイスウエハ１０のエッジ部分に光硬化樹脂の壁を形成する場合には、ＵＶ光の強度を強めに設定し短時間の照射で硬化させることが好ましいことがわかる（図９中ｄ）。
【００４３】
（実施形態に係るエッチング装置）
続いて、図１０を参照して、実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置について説明する。図１０に示すように、実施形態に係るエッチング装置は、樹脂層の形成工程を実現する樹脂塗布装置３０と、テンプレートコンタクト工程、樹脂層硬化工程およびテンプレート分離工程を実現するインプリント装置４０を有している。
【００４４】
樹脂塗布装置３０は、筐体３１、ドアバルブ３２、回転駆動部３３、樹脂供給部３４および端部照射光源３５を備えている。筐体３１は、サポートウエハ１４に貼り付けられたデバイスウエハ１０を収容する。筐体３１の壁面には、デバイスウエハ１０を搬出入するドアバルブ３２が備えられ、筐体３１の底面にはステージ２０ａを面方向に回転駆動可能な回転駆動部３３が備えられている。ステージ２０ａの近傍には、ステージ２０ａ上に載置されたデバイスウエハ１０の処理面に光硬化樹脂を塗布する樹脂供給部３４が備えられるとともに、同じくデバイスウエハ１０の処理面の周縁部に当該光硬化樹脂を硬化させるＵＶ光を照射する端部照射光源３５が備えられている。
【００４５】
インプリント装置４０は、筐体４１、ゲートバルブ４２、回転機構部４３、テンプレート保持部４４、昇降機構部４５および光源４６を備えている。筐体４１は、樹脂塗布装置３０の筐体３１と隣接して配設され、樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０を収容する。筐体４１の壁面には、デバイスウエハ１０を筐体３１から搬入し搬出するゲートバルブ４２が備えられ、筐体４１の底面にはステージ２０ｂを面方向に回転駆動可能な回転機構部４３が備えられている。ステージ２０ｂの上方には、テンプレート１８を保持するテンプレート保持部４４が昇降機構部４５を介して筐体４１の上面部に配設されている。ステージ２０ｂの近傍には、ステージ２０ｂ上に載置されたデバイスウエハ１０に形成された樹脂層１６にＵＶ光を照射する光源４６が備えられている。
【００４６】
筐体３１には、例えばＮ２ガスのような希ガスを筐体３１内に供給するガス供給部３６と、筐体３１内の気圧を調節するスローリークバルブ３７および真空バルブ３８が配設されている。同様に、筐体４１には、筐体４１内の気圧を調節する真空バルブ４７が配設されている。スローリークバルブ３７、真空バルブ３８および真空バルブ４７には、筐体３１および４１の気圧を制御可能なドライポンプ５０が接続されている。
【００４７】
（実施形態に係るエッチング装置の動作）
樹脂塗布装置３０およびインプリント装置４０の動作を説明する。ドアバルブを開き、図示しない搬送機構によりサポートウエハ１４に貼り付けたデバイスウエハ１０がステージ２０ａに載置される。ドアバルブを閉じ、ドライポンプ５０およびガス供給部３６により筐体３１内を所定の圧力の希ガス雰囲気に調節し、筐体３１中の大気に含まれる酸素を排除する。
【００４８】
筐体３１内が所定の雰囲気となると、回転駆動部３３は、ステージ２０ａを回転させる。樹脂供給部３４は、所定の温度に調温された光硬化樹脂をデバイスウエハ１０の処理面に供給する。このとき、樹脂供給部３４は、デバイスウエハ１０の処理面上における光硬化樹脂の供給位置を動かしながら光硬化樹脂の供給を行ってもよい。
【００４９】
光硬化樹脂がデバイスウエハ１０の処理面に行き渡ると、端部照射光源３５は、デバイスウエハ１０の周縁部にＵＶ光の照射を開始する。これにより、樹脂層１６の周縁部は硬化を開始し、壁面の形成が始まる。樹脂層１６が所定の厚さとなると、樹脂供給部３４は光硬化樹脂の供給を停止し、端部照射光源３５はＵＶ光の照射を停止する。
【００５０】
次に、ドライポンプ５０は、筐体４１内の雰囲気を調節し、ゲートバルブ４２が開かれる。樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０は、図示しない搬送機構によりゲートバルブ４２を介してステージ２０ｂに移され、ゲートバルブ４２が閉じられる。
【００５１】
ここで、テンプレート保持部４４は、あらかじめビアパターンが形成されたテンプレートを保持している。昇降機構部４５は、テンプレート保持部４４に保持されたテンプレート１８を、ステージ２０ｂに載置されたデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に押し付けて積層し、テンプレート保持部４４は、テンプレート１８を離す。
【００５２】
回転機構部４３は、ステージ２０ｂを回転させ、光源４６は、樹脂層１６の周縁部からデバイスウエハ１０の面方向に向けてＵＶ光を所定時間照射する。樹脂層１６が硬化すると、回転機構部４３は、ステージ２０ｂの回転を止め、テンプレート保持部４４は、テンプレート１８を樹脂層１６から分離する。
【００５３】
テンプレート１８が分離されると、図示しない搬送機構は、ゲートバルブ４２およびドアバルブ３２を介してデバイスウエハ１０を搬出し、図示しないエッチング装置に搬入する。エッチング装置は、デバイスウエハ１０をドライエッチング処理するとともに、デバイスウエハ１０の処理面をアッシング処理する。
【００５４】
このように、この実施形態のエッチング装置によれば、簡単な構成で微細なビア形成を実現することができる。
【００５５】
続いて、図１１を参照して、インプリント装置４０の具体例について説明する。図１１は、インプリント装置４０の具体例を示す平面図である。図１１に示す例では、樹脂層１６にＵＶ光を照射する光源４６が、レーザ発光部４６ａ、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇ、固定ミラー４６ｃ・４６ｅ・４６ｆおよびミラー制御部４６ｈにより構成されている。
【００５６】
図１１に示すように、レーザ発光部４６ａは、ステージ２０ｂ近傍に配設されている。ステージ２０ｂを挟んでレーザ発光部４６ａと対応する位置には、固定ミラー４６ｅが配置されている。固定ミラー４６ｃおよび４６ｆは、レーザ発光部４６ａおよび固定ミラー４６ｅを結ぶ直線を底辺とする三角形の頂点（当該底辺と対向する頂点）に対応する位置に配置されている。すなわち、レーザ発光部４６ａ・固定ミラー４６ｃ・４６ｅ・４６ｆを結ぶ直線が矩形をなすような配置とされている。
【００５７】
レーザ発光部４６ａおよび固定ミラーを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｂが配置されている。同様に、固定ミラー４６ｃ・４６ｅを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｄが配置され、固定ミラー４６ｆおよびレーザ発光部４６ａを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｇが配置されている。ここで、回転ミラー４６ｂ・４６ｄは、ハーフミラーにより構成されており、ＵＶ光を反射するとともに透過させる作用をする。
【００５８】
レーザ発光部４６ａから放射されたＵＶ光は、回転ミラー４６ｂを透過して固定ミラー４６ｃを反射する。固定ミラー４６ｃを反射したＵＶ光は、回転ミラー４６ｄを透過して固定ミラー４６ｅを反射する。固定ミラー４６ｅを反射したＵＶ光は、固定ミラー４６ｆを反射して回転ミラー４６ｇに到達する。一方、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇは、透過するＵＶ光の一部を反射してステージ２０ｂに載置されたデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に向けて反射する。すなわち、レーザ発光部４６ａが一カ所でＵＶ光を放射するだけで、三カ所の回転ミラーから樹脂層１６にＵＶ光を照射することができる。
【００５９】
さらに、ミラー制御部４６ｈは、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇを振動させる機能を有している。すなわち、ミラー制御部４６ｈにより回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇが振動して各回転ミラーからの反射光をぶれさせることで、樹脂層１６に照射されるＵＶ光の方向が変化し、樹脂層１６にＵＶ光を均一に照射することができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例のみに限定されるものではない。本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…デバイスウエハ、１２…中間層、１４…サポートウエハ、１６…樹脂層、１８・１８ａ・１８ｃ…テンプレート、１８ｂ…光透過基盤、２０…ステージ、３０…樹脂塗布装置、３１…筐体、３２…ドアバルブ、３３…回転駆動部、３４…樹脂供給部、３５…端部照射光源、３６…ガス供給部、３７…スローリークバルブ、３８…真空バルブ、４０…インプリント装置、４１…筐体、４２…ゲートバルブ、４３…回転機構部、４４…テンプレート保持部、４５…昇降機構部、４６…光源、４６ａ…レーザ発光部、４６ｂ・４６ｄ・４６ｇ…回転ミラー、４６ｃ・４６ｅ・４６ｆ…固定ミラー、４６ｈ…ミラー制御部、４７…真空バルブ、５０…ドライポンプ、ＬＳ…光源、ＲＭ…回転ミラー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法、インプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング処理は、例えば、シリコンウエハなどの半導体基板上にフォトレジスト層を形成する工程、マスクを用いて当該フォトレジスト層に所望のビアパターンを転写しフォトレジストを現像する工程、当該暴露されたフォトレジストを除去して残存フォトレジスト層にビアを形成する工程、ドライエッチングなどにより半導体基板上にビアを形成する工程、および、残存レジスト層を除去する工程などの諸工程を組み合わせて行われる。これらの工程は、それぞれ異なる環境下で行われる必要があるから、エッチング処理を行うには各工程に対応する複数の装置を必要とする（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、電子機器の小型化とそれに伴う半導体デバイスの小型化に伴い、半導体基板に設けられるトレンチやビアなどの深さ（基板厚方向の深さ）がより深いもの、すなわち、層間接続などのため開口部が小さく深さの深いビアを半導体基板に形成することが求められている（例えば特許文献２）。このようなビアを従来のエッチング処理により形成する場合、ビア開口面積と比べてフォトレジスト層を厚くする必要がある。しかし、厚さの厚いフォトレジスト層を用いてエッチング処理を行う場合、フォトレジスト層にビアパターンを光学的に転写する工程において焦点深度が深くなるため、微細なパターン形成が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１３４９３公報
【特許文献２】特開２００７−１４１９１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来のエッチング方法では、多数の処理工程と処理装置を要し、特に開口部が小さく深さの深いビアを形成する場合において精密なパターン形成が困難であるという問題がある。本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、処理工程や処理装置を削減するとともに微細なビア形成を可能とするエッチング方法、インプリント装置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】
【０００６】
本発明の実施形態に係るエッチング方法は、半導体基板の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層を形成し、前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板を、前記半導体基板の光硬化樹脂層に前記パターンが形成された面を対向させて積層し、前記光硬化樹脂層に光源から光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させ、前記光硬化樹脂層から前記テンプレート基板を分離し、前記半導体基板の処理面をエッチングし、エッチング処理した前記半導体基板の処理面をアッシングすることを特徴としている。また、実施形態に係るインプリント装置は、光硬化樹脂層が形成された半導体基板が載置されるステージと、前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板の前記パターンが形成された面を前記ステージに載置された前記半導体基板上の前記光硬化樹脂層に対向させるように前記テンプレート基板を保持するテンプレート保持部と、前記テンプレート基板を前記光硬化樹脂層に押し付けて積層するように前記テンプレート保持部を駆動する駆動機構と、前記光硬化樹脂層に光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させる光源と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、処理工程や処理装置を削減するとともに微細なビア形成を可能とするエッチング方法、インプリント装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｂ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｃ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｄ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｅ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｆ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｇ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図１Ｈ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図２Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるテンプレートの断面を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すテンプレートを用いた実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハの断面構成を示す図である。
【図３Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるテンプレートの断面を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すテンプレートを用いた実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態に係るエッチング方法における半導体ウエハのレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ａ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｂ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｃ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図４Ｄ】実施形態に係るエッチング方法におけるレジスト硬化工程の例を示す図である。
【図５】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図６】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図７】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図８】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図９】実施形態に係るエッチング方法における光硬化樹脂について説明する図である。
【図１０】実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置の例を示す図である。
【図１１】実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態に係るエッチング方法）
以下、図面を参照しながら実施形態に係るエッチング方法について説明する。本実施形態では、半導体基板としてのシリコンウエハに対してビアを形成するものとして説明する。図１Ａないし図１Ｈは、それぞれビアを形成するウエハの断面構成を示す図であり、エッチング処理の一連の工程を模式的に示している。
【００１０】
実施形態のエッチング方法では、テンプレートの準備、処理基板の準備、樹脂層の形成、テンプレートコンタクト、樹脂層硬化、テンプレート分離、エッチング、および、アッシングの各工程を有している。すなわち、ビアパターンに対応する凹凸を形成したテンプレートを、処理対象たるデバイスウエハ上に形成した樹脂層上に積層することで、エッチング処理におけるレジストのビアを形成している。
【００１１】
（テンプレートの準備）
まず、実施形態に係るエッチング方法の一連の工程に先立ち、テンプレート１８を準備する。テンプレート１８は、デバイスウエハの処理面に形成する構造の配置、例えばビアパターンに対応する凹凸が主面上に形成された基板である。すなわち、テンプレート１８は、デバイスウエハ処理面と対向する面においてエッチング対象領域に対応した凹凸部を有している。テンプレート１８上の凹凸部は、例えばドライエッチングなどにより形成される（図１Ａ）。
【００１２】
テンプレート１８の表面（特に凹凸面側）には、酸化や窒化を防止し表面をなめらかにする表面処理が施されている。テンプレート１８の表面に酸化物や引っかかりがあると、樹脂層に形成されるビアの壁面に傷が生じ、後のエッチング処理に影響を与えるからである。テンプレート１８の表面処理は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）などにより実現できる。
【００１３】
深いビアを形成するには、テンプレート１８の主面上に長い（高さの高い）凸部を形成する必要がある。そのため、テンプレート１８は、十分な機械強度をもった材料、例えば、シリコンなどにより形成される。
【００１４】
（処理基板の準備）
続いて、単結晶シリコン等から構成されエッチング処理対象となるデバイスウエハ１０を、中間層１２を介してサポートウエハ１４上に接着し、処理基板を準備する（図１Ｂ）。サポートウエハ１４は、デバイスウエハ１０の反りを防ぐ基礎となる基板であり、例えばシリコン基板などからなる。中間層１２は、デバイスウエハ１０の反りを吸収しデバイスウエハ１０およびサポートウエハ１４の密着性を高める作用をする。中間層１２は、接着性や熱可塑性を持つ材料、例えば加熱により脱着可能となる高分子材料などからなる層である。
【００１５】
（樹脂層の形成）
処理基板を準備した後、デバイスウエハ１０の処理面（サポートウエハ１４が接着された面とは異なる面）に、樹脂層１６を形成する（図１Ｃ）。樹脂層１６は、ＵＶ線などの光を照射することで硬化する光硬化樹脂などからなる層である。樹脂層１６は、例えばデバイスウエハ１０を面方向に回転させつつ光硬化樹脂を塗布する等により、均一の厚さに形成される。
【００１６】
樹脂層１６は、デバイスウエハ１０に形成するビアの深さに応じた厚みに形成する必要がある。従って、未硬化の光硬化樹脂を均一かつ比較的厚い層状に形成しなければならない。そのため、樹脂層１６をなす光硬化樹脂は、未硬化の状態でもある程度の粘性を有していることが望ましい。デバイスウエハ１０を所定の温度環境下に置くことで光硬化樹脂を所定の温度に調温し、樹脂層１６の粘性を調節してもよい。なお、樹脂層１６の厚さは、テンプレート１８の凹凸面の凹部の最深部の深さと略同一とする。すなわち、後述するようにテンプレート１８を樹脂層１６に押し当てて積層した際に、テンプレート１８の凹部が樹脂層１６の光硬化樹脂で満たされるようにする。
【００１７】
樹脂層１６を形成する方法として、例えば、デバイスウエハ１０に光硬化樹脂を塗布しつつ、デバイスウエハ１０のエッジ部分にＵＶ光などを照射して、デバイスウエハ１０のエッジ部分の光硬化樹脂を部分的に硬化させてもよい。すなわち、デバイスウエハ１０上に光硬化樹脂を塗布しつつ、デバイスウエハ１０のエッジ部分に硬化した光硬化樹脂の壁を形成する。このように、光硬化樹脂の塗布と併せて硬化した光硬化樹脂の壁を形成することで、デバイスウエハ１０からの樹脂の液だれを防ぐことができる。
【００１８】
（テンプレートコンタクト）
デバイスウエハ１０上に樹脂層１６を形成した後、テンプレート１８をデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に押し当てて積層し、ビアパターンの凹凸が樹脂層１６に浸されるようにする（図１Ｄ）。このとき、テンプレート１８が形成する樹脂層１６上のホール形状を安定させるとともに樹脂の流動を防止（均一性を担保）するため、樹脂層１６が所定の温度となるようデバイスウエハ１０の周囲環境の温度制御をする。
【００１９】
（樹脂層硬化）
テンプレート１８をデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に積層した後、ＵＶ光などを樹脂層１６に照射して樹脂層１６を硬化させる（図１Ｅ）。照射する光の種類は、光硬化樹脂の種類に対応させ、例えばレーザー光などを用いることができる。ＵＶ光は、デバイスウエハ１０の周縁部からテンプレート１８およびデバイスウエハ１０の間の樹脂層１６に向けて照射することができる。
【００２０】
ＵＶ光の照射は、樹脂層１６をなす光硬化樹脂を硬化させることができれば、どのような手法を用いて実現しても構わない。例えば図２Ａに示すように、テンプレートを、ビアパターンに対応する凹凸部が主面上に形成されたシリコンなどからなるテンプレート部１８ａとＵＶ光を透過する光透過性部材からなるベース部１８ｂとを互いに貼り付けた構成としてもよい。
【００２１】
図２Ａに示すように、テンプレート部１８ａの凹凸面のうち凹部には、テンプレート部１８ａを貫通する貫通孔が形成されている。すなわち、図２Ｂに示すように、テンプレート部１８ａが樹脂層１６に浸された場合に、ベース部１８ｂのテンプレート部１８ａが貼り付けられた面とは異なる側の面からＵＶ光を照射することで、当該ＵＶ光を樹脂層１６に到達させることが可能となる。
【００２２】
（テンプレート分離）
樹脂層１６を硬化した後、テンプレート１８をデバイスウエハ１０から分離する（図１Ｆ）。このとき、テンプレート１８が樹脂層１６からスムーズに分離し、樹脂層１６の形状が安定するよう、樹脂層１６が所定の温度となるよう制御する。
【００２３】
（エッチングとアッシング）
テンプレート１８をデバイスウエハ１０から分離した後、デバイスウエハ１０を、樹脂層１６形成面方向からドライエッチングする（図１Ｇ）。エッチングが完了した後、アッシングにより残存した樹脂層１６を除去することで、所望のビアが形成されたデバイスウエハ１０が得られる（図１Ｈ）。
【００２４】
このように、実施形態に係るエッチング方法では、フォトレジスト層を形成する工程やマスクを用いて当該フォトレジスト層に所望のビアパターンを転写しフォトレジストを現像する工程を必要としない。すなわち、エッチング処理に必要な工程や装置を削減することができる。また、実施形態に係るエッチング方法では、ビアパターンを転写するのではなく、テンプレートにより直接的にビアパターンを形成している。すなわち、ビアが開口径と比較して深い場合でも、微細なビア形成が可能となる。
【００２５】
（樹脂層硬化の具体例）
図１Ｅに示す樹脂層硬化工程では、デバイスウエハ１０の周縁部からテンプレート１８およびデバイスウエハ１０の間の樹脂層１６に向けてＵＶ光を照射している。しかし、デバイスウエハ１０に形成されたビアパターンの構成によっては、ＵＶ光がテンプレートに反射したり樹脂層１６により減衰したりして、樹脂層１６の平面方向の中心部までＵＶ光が十分に届かない可能性がある。以下、樹脂層１６を均一に硬化させる方法について説明する。
【００２６】
まず、樹脂層１６の面方向の中心部までＵＶ光を到達させる方法例について説明する。図３Ａないし図３Ｃは、テンプレート１８の凸部の高さ（凹部の深さ）と樹脂層１６の厚さとの関係を変えた例を示している。
【００２７】
図３Ａに示すように、テンプレート１８ｃは、図１Ａに示すテンプレート１８よりもビアパターンに対応する凸部の高さが低く形成されている。すなわち、図３Ｂに示すように、テンプレート１８ｃを樹脂層１６に積層した場合、テンプレート１８ｃの凸部とデバイスウエハ１０との間に空間が生ずるようにテンプレート１８ｃを形成する。このような配置とすることで、光源ＬＳから放射されるＵＶ光がテンプレートに邪魔されることなく、樹脂層１６の面方向の中央まで届くようになり、樹脂層１６を均一に硬化させることができる。また、テンプレート１８ｃの凸部の高さを意図的に低くすることで、デバイスウエハ１０に形成されるビアの深さを自在に調節することも可能になる。なお、テンプレートの凸部の高さを低くする代わりに、樹脂層１６の厚さをテンプレートの凸部の高さよりも厚く形成しても同様の結果を得ることができる。
【００２８】
一方、図３Ｃに示すのは、樹脂層の厚さを図１Ｃに示す樹脂層１６よりも薄い樹脂層１６ａとしたものである。すなわち図３Ｃに示すように、テンプレート１８のビアパターンの凹部の深さよりも樹脂層１６の厚さを薄く形成する。このような構成とすることで、光源ＬＳから放射されるＵＶ光を光硬化樹脂により減衰されることなく樹脂層１６の平面方向中央部まで到達させることができる。
【００２９】
続いて、樹脂層１６内に均一にＵＶ光を照射する方法例について説明する。図４Ａないし図４Ｄは、ＵＶ光源または照射対象たる樹脂層を動かしてＵＶ光照射を均一化する例である。
【００３０】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、円形のステージ２０と、ステージ２０の周縁部に二以上の光源ＬＳを配設する。光源ＬＳは、ステージ２０の中央部に向けてＵＶ光を放射しつつステージ２０の周縁部に沿って回転可能に構成されている。ステージ２０上に、図１Ｃに示す樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０を載置し、図１Ｄに示すようにテンプレート１８を樹脂層１６に積層する。そして、図４Ａに示すように光源ＬＳからデバイスウエハ１０の処理面に沿って樹脂層１６に向けてＵＶ光を放射しつつ、図４Ｂに示すように光源ＬＳをステージ２０の周縁部に沿って回転させる。ここで、光源ＬＳの数は、１＋ｎ個（ただしｎ＞０）とすることができ、光源ＬＳの回転すべき角度は３６０／（１＋ｎ）度となる。
【００３１】
このように、デバイスウエハ１０の周縁部の全周囲から樹脂層１６に向けてＵＶ光を放射することで、樹脂層１６の光硬化樹脂を均一に硬化させることができる。また、デバイスウエハ１０の周縁部からＵＶ光を回転させながら全周囲から照射するので、樹脂層１６内においてＵＶ光が散乱し、単に一方光からＵＶ光を照射する場合と比べてより均一に樹脂層１６の光硬化樹脂を硬化させることができる。
【００３２】
なお、図４Ｂに示す例では、光源ＬＳをステージ２０の周縁部に沿って回転させているが、これには限定されない。図４Ｃに示すように、光源ＬＳの位置を固定し、ステージ２０を面方向に回転可能に構成してもよい。
【００３３】
また、図４Ｃに示す例では、光源ＬＳを二以上の光源ＬＳを配設しているが、これにも限定されない。図４Ｄに示すように、光源ＬＳをステージ２０の周縁部に一つ配設し、光源ＬＳが放射するＵＶ光の光路上（例えばステージ２０を介して対向する位置）にミラーＲＭを配設する。ミラーＲＭは、反射面が曲面状に形成された反射鏡であり、光源ＬＳから放射されたＵＶ光（図４Ｄに示す例ではデバイスウエハ１０上の樹脂層１６を介して届いたＵＶ光）を樹脂層１６に向けて反射する。ステージ２０は、図４Ｃに示す例と同じように面方向に回転可能に構成してもよいし、固定してもよい。このような構成により、光源ＬＳから放射され樹脂層１６を突き抜けたＵＶ光を再度樹脂層１６に照射することができ、光源ＬＳの数を削減することができる。
【００３４】
ここで、図４Ｄに示すミラーＲＭは、反射鏡面を回転または振動させる駆動機構を備えてもよい。かかる構成により、ミラーＲＭが反射するＵＶ光の光路を散らせることができ、樹脂層１６の光硬化樹脂をより均一に硬化させることが可能となる。
【００３５】
（光硬化樹脂の耐性）
ここで、図５を参照して、光硬化樹脂の耐性について説明する。実施形態のエッチング方法において、樹脂層１６は、レジスト材同様マスクとしての役割を担うものであるから、エッチング（プラズマ）に対する耐性が強すぎても弱すぎても不適当となる。そこで、ＵＶ硬化樹脂のプラズマに対する耐性について調べた。図５は、ＵＶ光の照射量を変えたＵＶ硬化樹脂と、当該ＵＶ硬化樹脂をマスクとして用いた場合のエッチングレートとの関係を示す図である。比較例として、一般的なＫｒＦレジスト材料を従来例として示した。
【００３６】
図５に示すように、ＵＶ硬化樹脂は、ＵＶ光の照射量が多いほどエッチングレートが小さい（耐性が強い）傾向が見られたが、概ね従来例のレジスト材料と同等のエッチングレートが得られていることがわかる。すなわち、光硬化樹脂は、レジスト材料としての樹脂層１６として十分に機能することがわかる。
【００３７】
（光硬化樹脂の硬化特性）
続いて、図６ないし図９を参照して、光硬化樹脂の硬化特性について説明する。樹脂層１６は、エッチングにおけるマスクとなるから、面内において均一に硬化する必要がある。そこで、ＵＶ硬化樹脂とその硬化特性について調べた。
【００３８】
図６に示すように、ＵＶ硬化樹脂の試料にＵＶ光を照射すると、急速に硬化していくが、ＵＶ光のドーズ量が５［ｍＪ／ｃｍ２］を超えると、緩やかに硬化が進んでいくことがわかる。すなわち、図６に示す例では、５［ｍＪ／ｃｍ２］程度のドーズ量でＵＶ硬化樹脂を硬化させることができることがわかる。この場合、１［ｍＷ／ｃｍ２］の光源を用いれば、５秒で硬化させることができる。
【００３９】
次に、ＵＶ光の拡散について説明する。ＵＶ光を光硬化樹脂に照射した場合、樹脂内でＵＶ光が拡散する。この拡散は、光硬化樹脂の硬化速度に影響を与えるとともに、硬化領域の解像度（どれだけ正確に硬化領域を形成できるか）にも影響を与えることになる。
【００４０】
図７は、ＵＶ光の光硬化樹脂における拡散の度合いを調べた実験例である。図７に示すように、ＰＥＴシート１６ｅに光硬化樹脂層１６ｄを形成し、光硬化樹脂層１６ｄの表面にＣｒ遮光膜１８ｅおよびスライドガラス１８ｄを順に積層した。Ｃｒ遮光膜１８ｅには、半値幅ａが５００μｍ、光硬化樹脂１６ｄ側の径ｂが８００μｍの開口部が形成され、開口部内にも光硬化樹脂が充填された状態とした。この状態で、スライドガラス１８ｄの表面側からＵＶ光を照射した。ＵＶ光の強度は、０．２［ｍＷ／ｃｍ２］、１．０［ｍＷ／ｃｍ２］とした。得られた結果を図８に示す。
【００４１】
図８に示すように、１．０［ｍＷ／ｃｍ２］でＵＶ光を照射した場合、ＵＶ光の照射量と硬化領域の線幅（硬化線幅）は概ね比例しているが、０．２［ｍＷ／ｃｍ２］でＵＶ光を照射した場合、照射量がＵＶ硬化樹脂の硬化する５［ｍＪ／ｃｍ２］の前後から硬化領域の線幅（硬化線幅）が９００［μｍ］程度に拡散していることがわかる。すなわち、弱いＵＶ光で時間をかけて照射した場合（０．２［ｍＷ／ｃｍ２］）に硬化線幅が拡散することがわかる。このことは、照射対象に要求される精度（解像度）に応じて照射強度（照射時間）を調節すべきことを示している。
【００４２】
例えば、図１Ｅに示す樹脂層硬化ステップでは、広範囲の樹脂層１６を硬化させる必要があるから、ＵＶ光の強度を抑えて照射時間を長く取ることが好ましいことがわかる（図９中ｃ）。一方、図１Ｃに示す樹脂層形成ステップにおいて「液だれ」を防ぐべくデバイスウエハ１０のエッジ部分に光硬化樹脂の壁を形成する場合には、ＵＶ光の強度を強めに設定し短時間の照射で硬化させることが好ましいことがわかる（図９中ｄ）。
【００４３】
（実施形態に係るエッチング装置）
続いて、図１０を参照して、実施形態に係るエッチング方法を実現するエッチング装置について説明する。図１０に示すように、実施形態に係るエッチング装置は、樹脂層の形成工程を実現する樹脂塗布装置３０と、テンプレートコンタクト工程、樹脂層硬化工程およびテンプレート分離工程を実現するインプリント装置４０を有している。
【００４４】
樹脂塗布装置３０は、筐体３１、ドアバルブ３２、回転駆動部３３、樹脂供給部３４および端部照射光源３５を備えている。筐体３１は、サポートウエハ１４に貼り付けられたデバイスウエハ１０を収容する。筐体３１の壁面には、デバイスウエハ１０を搬出入するドアバルブ３２が備えられ、筐体３１の底面にはステージ２０ａを面方向に回転駆動可能な回転駆動部３３が備えられている。ステージ２０ａの近傍には、ステージ２０ａ上に載置されたデバイスウエハ１０の処理面に光硬化樹脂を塗布する樹脂供給部３４が備えられるとともに、同じくデバイスウエハ１０の処理面の周縁部に当該光硬化樹脂を硬化させるＵＶ光を照射する端部照射光源３５が備えられている。
【００４５】
インプリント装置４０は、筐体４１、ゲートバルブ４２、回転機構部４３、テンプレート保持部４４、昇降機構部４５および光源４６を備えている。筐体４１は、樹脂塗布装置３０の筐体３１と隣接して配設され、樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０を収容する。筐体４１の壁面には、デバイスウエハ１０を筐体３１から搬入し搬出するゲートバルブ４２が備えられ、筐体４１の底面にはステージ２０ｂを面方向に回転駆動可能な回転機構部４３が備えられている。ステージ２０ｂの上方には、テンプレート１８を保持するテンプレート保持部４４が昇降機構部４５を介して筐体４１の上面部に配設されている。ステージ２０ｂの近傍には、ステージ２０ｂ上に載置されたデバイスウエハ１０に形成された樹脂層１６にＵＶ光を照射する光源４６が備えられている。
【００４６】
筐体３１には、例えばＮ２ガスのような希ガスを筐体３１内に供給するガス供給部３６と、筐体３１内の気圧を調節するスローリークバルブ３７および真空バルブ３８が配設されている。同様に、筐体４１には、筐体４１内の気圧を調節する真空バルブ４７が配設されている。スローリークバルブ３７、真空バルブ３８および真空バルブ４７には、筐体３１および４１の気圧を制御可能なドライポンプ５０が接続されている。
【００４７】
（実施形態に係るエッチング装置の動作）
樹脂塗布装置３０およびインプリント装置４０の動作を説明する。ドアバルブを開き、図示しない搬送機構によりサポートウエハ１４に貼り付けたデバイスウエハ１０がステージ２０ａに載置される。ドアバルブを閉じ、ドライポンプ５０およびガス供給部３６により筐体３１内を所定の圧力の希ガス雰囲気に調節し、筐体３１中の大気に含まれる酸素を排除する。
【００４８】
筐体３１内が所定の雰囲気となると、回転駆動部３３は、ステージ２０ａを回転させる。樹脂供給部３４は、所定の温度に調温された光硬化樹脂をデバイスウエハ１０の処理面に供給する。このとき、樹脂供給部３４は、デバイスウエハ１０の処理面上における光硬化樹脂の供給位置を動かしながら光硬化樹脂の供給を行ってもよい。
【００４９】
光硬化樹脂がデバイスウエハ１０の処理面に行き渡ると、端部照射光源３５は、デバイスウエハ１０の周縁部にＵＶ光の照射を開始する。これにより、樹脂層１６の周縁部は硬化を開始し、壁面の形成が始まる。樹脂層１６が所定の厚さとなると、樹脂供給部３４は光硬化樹脂の供給を停止し、端部照射光源３５はＵＶ光の照射を停止する。
【００５０】
次に、ドライポンプ５０は、筐体４１内の雰囲気を調節し、ゲートバルブ４２が開かれる。樹脂層１６が形成されたデバイスウエハ１０は、図示しない搬送機構によりゲートバルブ４２を介してステージ２０ｂに移され、ゲートバルブ４２が閉じられる。
【００５１】
ここで、テンプレート保持部４４は、あらかじめビアパターンが形成されたテンプレートを保持している。昇降機構部４５は、テンプレート保持部４４に保持されたテンプレート１８を、ステージ２０ｂに載置されたデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に押し付けて積層し、テンプレート保持部４４は、テンプレート１８を離す。
【００５２】
回転機構部４３は、ステージ２０ｂを回転させ、光源４６は、樹脂層１６の周縁部からデバイスウエハ１０の面方向に向けてＵＶ光を所定時間照射する。樹脂層１６が硬化すると、回転機構部４３は、ステージ２０ｂの回転を止め、テンプレート保持部４４は、テンプレート１８を樹脂層１６から分離する。
【００５３】
テンプレート１８が分離されると、図示しない搬送機構は、ゲートバルブ４２およびドアバルブ３２を介してデバイスウエハ１０を搬出し、図示しないエッチング装置に搬入する。エッチング装置は、デバイスウエハ１０をドライエッチング処理するとともに、デバイスウエハ１０の処理面をアッシング処理する。
【００５４】
このように、この実施形態のエッチング装置によれば、簡単な構成で微細なビア形成を実現することができる。
【００５５】
続いて、図１１を参照して、インプリント装置４０の具体例について説明する。図１１は、インプリント装置４０の具体例を示す平面図である。図１１に示す例では、樹脂層１６にＵＶ光を照射する光源４６が、レーザ発光部４６ａ、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇ、固定ミラー４６ｃ・４６ｅ・４６ｆおよびミラー制御部４６ｈにより構成されている。
【００５６】
図１１に示すように、レーザ発光部４６ａは、ステージ２０ｂ近傍に配設されている。ステージ２０ｂを挟んでレーザ発光部４６ａと対応する位置には、固定ミラー４６ｅが配置されている。固定ミラー４６ｃおよび４６ｆは、レーザ発光部４６ａおよび固定ミラー４６ｅを結ぶ直線を底辺とする三角形の頂点（当該底辺と対向する頂点）に対応する位置に配置されている。すなわち、レーザ発光部４６ａ・固定ミラー４６ｃ・４６ｅ・４６ｆを結ぶ直線が矩形をなすような配置とされている。
【００５７】
レーザ発光部４６ａおよび固定ミラーを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｂが配置されている。同様に、固定ミラー４６ｃ・４６ｅを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｄが配置され、固定ミラー４６ｆおよびレーザ発光部４６ａを結ぶ直線上には、回転ミラー４６ｇが配置されている。ここで、回転ミラー４６ｂ・４６ｄは、ハーフミラーにより構成されており、ＵＶ光を反射するとともに透過させる作用をする。
【００５８】
レーザ発光部４６ａから放射されたＵＶ光は、回転ミラー４６ｂを透過して固定ミラー４６ｃを反射する。固定ミラー４６ｃを反射したＵＶ光は、回転ミラー４６ｄを透過して固定ミラー４６ｅを反射する。固定ミラー４６ｅを反射したＵＶ光は、固定ミラー４６ｆを反射して回転ミラー４６ｇに到達する。一方、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇは、透過するＵＶ光の一部を反射してステージ２０ｂに載置されたデバイスウエハ１０上の樹脂層１６に向けて反射する。すなわち、レーザ発光部４６ａが一カ所でＵＶ光を放射するだけで、三カ所の回転ミラーから樹脂層１６にＵＶ光を照射することができる。
【００５９】
さらに、ミラー制御部４６ｈは、回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇを振動させる機能を有している。すなわち、ミラー制御部４６ｈにより回転ミラー４６ｂ・４６ｄ・４６ｇが振動して各回転ミラーからの反射光をぶれさせることで、樹脂層１６に照射されるＵＶ光の方向が変化し、樹脂層１６にＵＶ光を均一に照射することができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例のみに限定されるものではない。本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…デバイスウエハ、１２…中間層、１４…サポートウエハ、１６…樹脂層、１８・１８ａ・１８ｃ…テンプレート、１８ｂ…光透過基盤、２０…ステージ、３０…樹脂塗布装置、３１…筐体、３２…ドアバルブ、３３…回転駆動部、３４…樹脂供給部、３５…端部照射光源、３６…ガス供給部、３７…スローリークバルブ、３８…真空バルブ、４０…インプリント装置、４１…筐体、４２…ゲートバルブ、４３…回転機構部、４４…テンプレート保持部、４５…昇降機構部、４６…光源、４６ａ…レーザ発光部、４６ｂ・４６ｄ・４６ｇ…回転ミラー、４６ｃ・４６ｅ・４６ｆ…固定ミラー、４６ｈ…ミラー制御部、４７…真空バルブ、５０…ドライポンプ、ＬＳ…光源、ＲＭ…回転ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層を形成し、
前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板を、前記半導体基板の光硬化樹脂層に前記パターンが形成された面を対向させて積層し、
前記光硬化樹脂層に光源から光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させ、
前記光硬化樹脂層から前記テンプレート基板を分離し、
前記半導体基板の処理面をエッチングし、
エッチング処理した前記半導体基板の処理面をアッシングすること
を特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記テンプレート基板は、前記パターンが形成された面と該パターンが形成された面と異なる面との間で前記光を透過させる貫通孔を有し、
前記光源は、前記テンプレート基板に形成された貫通孔を介して前記光を前記光硬化樹脂に照射すること
を特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記光源は、前記半導体基板の周縁部から前記光硬化樹脂層に向けて前記光を照射することを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記半導体基板を面方向に回転させながら前記光を前記光硬化樹脂層に照射することを特徴とする請求項３記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記光源は、前記半導体基板の周縁部に沿って移動しながら前記光を前記光硬化樹脂層に向けて照射することを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する反射鏡をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法
【請求項７】
光硬化樹脂層が形成された半導体基板が載置されるステージと、
前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板の前記パターンが形成された面を前記ステージに載置された前記半導体基板上の前記光硬化樹脂層に対向させるように前記テンプレート基板を保持するテンプレート保持部と、
前記テンプレート基板を前記光硬化樹脂層に押し付けて積層するように前記テンプレート保持部を駆動する駆動機構と、
前記光硬化樹脂層に光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させる光源と、
を備えたことを特徴とするインプリント装置。
【請求項８】
前記光源は、前記光硬化樹脂層の周縁部から前記半導体基板の面方向に向けて前記光を照射するように配置されていることを特徴とする請求項７記載のインプリント装置。
【請求項９】
前記光を照射する際に前記ステージを回転させる回転機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【請求項１０】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する複数の反射鏡をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【請求項１１】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する反射鏡と、
前記反射鏡を振動させて該反射鏡からの反射光をぶれさせる反射鏡制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【請求項１】
半導体基板の処理面に所定の厚さの光硬化樹脂層を形成し、
前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板を、前記半導体基板の光硬化樹脂層に前記パターンが形成された面を対向させて積層し、
前記光硬化樹脂層に光源から光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させ、
前記光硬化樹脂層から前記テンプレート基板を分離し、
前記半導体基板の処理面をエッチングし、
エッチング処理した前記半導体基板の処理面をアッシングすること
を特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記テンプレート基板は、前記パターンが形成された面と該パターンが形成された面と異なる面との間で前記光を透過させる貫通孔を有し、
前記光源は、前記テンプレート基板に形成された貫通孔を介して前記光を前記光硬化樹脂に照射すること
を特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記光源は、前記半導体基板の周縁部から前記光硬化樹脂層に向けて前記光を照射することを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記半導体基板を面方向に回転させながら前記光を前記光硬化樹脂層に照射することを特徴とする請求項３記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記光源は、前記半導体基板の周縁部に沿って移動しながら前記光を前記光硬化樹脂層に向けて照射することを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する反射鏡をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法
【請求項７】
光硬化樹脂層が形成された半導体基板が載置されるステージと、
前記半導体基板の処理面に形成する構造の配置と対応するパターンが形成されたテンプレート基板の前記パターンが形成された面を前記ステージに載置された前記半導体基板上の前記光硬化樹脂層に対向させるように前記テンプレート基板を保持するテンプレート保持部と、
前記テンプレート基板を前記光硬化樹脂層に押し付けて積層するように前記テンプレート保持部を駆動する駆動機構と、
前記光硬化樹脂層に光を照射して該光硬化樹脂層を硬化させる光源と、
を備えたことを特徴とするインプリント装置。
【請求項８】
前記光源は、前記光硬化樹脂層の周縁部から前記半導体基板の面方向に向けて前記光を照射するように配置されていることを特徴とする請求項７記載のインプリント装置。
【請求項９】
前記光を照射する際に前記ステージを回転させる回転機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【請求項１０】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する複数の反射鏡をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【請求項１１】
前記光源から照射された光を反射して前記光硬化樹脂層に照射する反射鏡と、
前記反射鏡を振動させて該反射鏡からの反射光をぶれさせる反射鏡制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９９３２９（Ｐ２０１２−１９９３２９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１５０４（Ｐ２０１１−６１５０４）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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