パターン形成方法および半導体デバイスの製造方法
【課題】インプリントリソグラフィを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうパターン形成方法を提供すること。
【解決手段】実施の形態によれば、第１のテンプレート作製ステップは、光露光装置によってショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に切り出して第１のテンプレートを作製する。第２のテンプレート作製ステップは、前記第１のテンプレートのパターンを転写して第２のテンプレートを作製する。パターン形成ステップは、第２の基板に既に形成されている下層側パターンとの間の位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートのパターンを転写して前記第２の基板上に第２の基板上パターンを形成する。
【解決手段】実施の形態によれば、第１のテンプレート作製ステップは、光露光装置によってショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に切り出して第１のテンプレートを作製する。第２のテンプレート作製ステップは、前記第１のテンプレートのパターンを転写して第２のテンプレートを作製する。パターン形成ステップは、第２の基板に既に形成されている下層側パターンとの間の位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートのパターンを転写して前記第２の基板上に第２の基板上パターンを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、パターン形成方法および半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴って、リソグラフィに要求される微細化が厳しくなってきている。リソグラフィを用いた半導体デバイスの微細化方法の１つに、ナノインプリントリソグラフィを用いたプロセスがある。ナノインプリントリソグラフィは、微細な凹凸を有したテンプレートのパターンを、モールドを押し付ける要領でウエハ上の転写用レジストに転写する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９４１４２号公報
【特許文献２】特開２００１−６８４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来技術においては、インプリントリソグラフィを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうことが望まれている。
【０００５】
本発明の実施の形態は、インプリントリソグラフィを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうパターン形成方法および半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態によれば、第１のテンプレート作製ステップと、第２のテンプレート作製ステップと、パターン形成ステップと、を含んでいる。第１のテンプレート作製ステップは、第１の光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する。第２のテンプレート作製ステップは、前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する。パターン形成ステップは、第２の基板に既に形成されている下層側パターンと、前記第２の基板上に形成する上層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記第２の基板に転写することで、前記第２の基板上に前記上層側パターンとしての第２の基板上パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態に係るパターン形成方法を説明するための図である。
【図２】図２は、マスターマスクの作製処理手順を示す図である。
【図３】図３は、テンプレート用ウエハに形成するパターンのショット毎の位置ずれ分布を示す図である。
【図４】図４は、光露光装置が行なう位置ずれ補正の例を示す図である。
【図５】図５は、子テンプレートの作製処理手順を示す図である。
【図６】図６は、ウエハ上パターンの形成処理手順を示す図である。
【図７】図７は、側壁プロセスのプロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法および半導体デバイスの製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るパターン形成方法を説明するための図である。図１は、実施の形態に係るパターン形成方法の処理手順を示している。本実施の形態では、製品ウエハなどの半導体基板上に半導体集積回路パターンなどのパターンを形成する場合について説明する。
【００１０】
製品ウエハＷ２上にパターンを形成する際には、マスターマスクの作製処理（ＳＴ１）と、ウエハテンプレートの作製処理（ＳＴ２）と、子テンプレートの作製処理（ＳＴ３）と、子テンプレートを用いたウエハ上パターンの形成処理（ＳＴ４）と、が行なわれる。本実施の形態では、作製するデバイスが要求性能を満たすことができるよう、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によって製品ウエハＷ２上に形成するパターンを、製品ウエハＷ２の下層側に形成されているパターンに対して精度良く位置合わせする。
【００１１】
（マスターマスクの作製処理手順）
マスターマスクの作製処理は、電子線描画装置２１を用いてマスターマスクＭ１を作製する処理である。マスターマスクＭ１は、テンプレート用ウエハＷ１上に、親テンプレート（ウエハテンプレート）Ｔ１を形成する際に用いる光露光用のフォトマスクである。
【００１２】
図２は、マスターマスクの作製処理手順を示す図である。図２の（ａ）〜（ｃ）では、マスク基板１ＡやマスターマスクＭ１などの断面図を示している。マスターマスクＭ１の作製工程は、図２の（ａ）に示すＥＢレジストパターニング工程と、図２の（ｂ）に示すハードマスク（ＨＭ）エッチング工程と、図２の（ｃ）に示す基板エッチング工程と、を含んでいる。
【００１３】
フォトマスクとなるマスターマスクＭ１の作製には、図２の（ａ）に示すように、ブランクス基板（石英基板）であるマスク基板１Ａが用いられる。マスターマスクＭ１の作製工程では、マスク基板１Ａ上にパターン転写用のハードマスクとなるＣｒ膜やＭｏＳｉ膜などの被加工膜２Ａ（マスターマスクＭ１の加工に用いるＨＭ）を成膜するとともに、被加工膜２Ａ上にＥＢレジスト（電子線描画用レジスト)を塗布する。
【００１４】
そして、半導体集積回路パターンの設計パターンに対応するマスク描画用のデータを用いて、電子線描画装置２１でＥＢレジストにＥＢ描画を実施する。ＥＢレジストは、ＥＢ描画された後、必要に応じてベークされ、現像工程を経て、ＥＢレジストパターン３Ｂとなる。
【００１５】
ＥＢレジストパターン３Ｂがマスク基板１Ａ上に形成された後、ＥＢレジストパターン３Ｂをマスク材として、マスク基板１Ａ上の被加工膜２Ａをエッチングする。これにより、パターニングされた被加工膜２Ｂが形成される（図２の（ｂ））。
【００１６】
この後、レジスト残りをアッシングし、その後、マスク基板１Ａを洗浄する。そして、パターニングされた被加工膜２Ｂをマスクにしてマスク基板１Ａをエッチングする。その後、被加工膜２Ｂを剥離することによって、マスク基板１Ａ上に凹凸パターンを形成する。これにより、パターニングされたマスターマスクＭ１が作製される（図２の（ｃ））。なお、マスターマスクＭ１の作製プロセスは、図２に示した以外の方法を用いてもよい。
【００１７】
（ウエハテンプレートの作製処理手順）
つぎに、ウエハテンプレートの作製処理手順について説明する。テンプレート用ウエハＷ１の被加工膜上にレジストが塗布される。ここでのテンプレート用ウエハＷ１は、親テンプレート（マスターテンプレート）Ｔ１〜Ｔｎが形成されるシリコン基板などである。また、親テンプレートＴ１〜Ｔｎ（ｎは自然数）は、子テンプレートＤ１〜Ｄｎの作製に用いるテンプレートである。なお、以下では、子テンプレートＤ１〜Ｄｎを子テンプレートＤｘという場合がある。また、親テンプレートＴ１〜Ｔｎを親テンプレートＴｘという場合がある。
【００１８】
レジストが塗布されたテンプレート用ウエハＷ１へは、マスターマスクＭ１と光露光装置２２と、を用いて、露光処理が行われる。このとき、本実施の形態では、親テンプレートＴｘの候補となるショットパターン（親テンプレートＴ１〜Ｔｎ）がテンプレート用ウエハＷ１上に形成される。各ショットパターンには、１〜複数のチップが配置されている。
【００１９】
インプリント工程で形成されるパターンが位置合わせを行なうパターンは、後述する下層側パターン７である。下層側パターン７は、所定の光露光条件で形成されており、本実施の形態では、この露光条件に応じた位置ずれ分布でインプリント工程を行なう。
【００２０】
このため、露光条件に応じた位置ずれ分布でインプリント工程を行なえるよう、種々の位置ずれ分布を有した子テンプレートＤ１〜Ｄｎを作製しておく。そして、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた子テンプレートＤｘを選択して上層側のパターン形成を行なう。
【００２１】
本実施の形態では、種々の位置ずれ分布を有した子テンプレートＤｘを作製しておくために、種々の露光条件でテンプレート用ウエハＷ１上の各ショットを露光する。具体的には、ショット毎にショット内でのパターン配置（位置ずれ分布）を変えながら、各ショットの露光処理を行なう。換言すると、ショット毎にパターン配置（image placement）が異なるような露光をテンプレート用ウエハＷ１に行う。
【００２２】
図３は、テンプレート用ウエハに形成するパターンのショット毎の位置ずれ分布を示す図である。ここでは、光露光条件が、光露光装置と、マスクとの組み合わせである場合について説明する。製品やロットによって光露光装置やマスクが異なる場合、それぞれの「光露光装置＋マスク」の組み合わせ毎に種々の位置ずれ分布を有したパターンが形成される。
【００２３】
本実施の形態では、光露光装置やマスクに応じた位置ずれ分布で形成された下層側パターン７の上層側に、位置ずれ分布を正確に補正したパターンを、ＮＩＬ工程を用いて形成する。このため、ショット毎に種々の位置ずれ分布を与えてテンプレート用ウエハＷ１へのパターン形成を行なっておく。
【００２４】
テンプレート用ウエハＷ１上へは、例えば、テンプレートパターンの回転方向の位置ずれ成分と、テンプレートパターンのひずみ成分とを、ショット毎に種々変化させて、テンプレートパターンを形成しておく。
【００２５】
図３では、テンプレート用ウエハＷ１の横方向のショット位置（ショット座標）に対して、位置ずれの回転成分を変化させ、テンプレート用ウエハＷ１の縦方向のショット位置に対して、位置ずれのひずみ成分を変化させてテンプレートパターンを形成する場合を示している。
【００２６】
例えば、テンプレート用ウエハＷ１の各ショットは、光露光装置とマスクとの組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれ分布と同じ位置ずれ分布を有するよう露光しておく。換言すると、光露光装置とマスクとの種々の組み合わせで生じる位置ずれ分布を補正できるよう、種々の位置ずれ分布でテンプレート用ウエハＷ１の各ショットを露光しておく。
【００２７】
例えば、光露光装置３０Ａとマスクｍ１との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第１の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第１のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第１の回転成分および第１のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第１のショットを露光しておく。
【００２８】
また、光露光装置３０Ａとマスクｍ２との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第１の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第２のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第１の回転成分および第２のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第２のショットを露光しておく。
【００２９】
また、光露光装置３０Ｂとマスクｍ３との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第２の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第３のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第２の回転成分および第３のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第ｎのショットを露光しておく。
【００３０】
これにより、第１のショットからは、子テンプレートＤ１が形成され、第２のショットからは、子テンプレートＤ２が形成され、第ｎのショットからは、子テンプレートＤｎが形成される。このように、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた上層側のパターンを形成できるよう、テンプレート用ウエハＷ１へは、種々の光露光条件に応じた種々の位置ずれ分布で露光しておくので、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた親テンプレートＴｘを選択することが可能となる。
【００３１】
なお、図３では、ショット座標の横方向に位置ずれの回転成分を変化させ、ショット座標の縦方向に位置ずれのひずみ成分を変化させた場合について説明したが、変化させる位置ずれのパラメータは、光露光装置２２が位置合わせ補正に用いるものの中から、任意に選んでもよい。
【００３２】
図４は、光露光装置が行なう位置ずれ補正の例を示す図である。図４では、光露光装置２２が、テンプレート用ウエハＷ１への露光を行う際に用いる、ショット毎の位置ずれ補正方法を示している。位置ずれ分布としては、線形成分の位置ずれ（Linear error）と高次の非線形成分（高次成分）の位置ずれ（High order error）がある。
【００３３】
線形成分の位置ずれ補正としては、ショット全体の位置を平行移動させる補正（Offset XY）４１、ショット全体の位置を回転移動させる補正（Rot）４２、ショット全体の倍率を変える補正（MagXY）４３、ショット全体を斜め方向に歪める補正（Skew）４４などがある。
【００３４】
また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショット内のＸ座標が小さくなるに従って露光領域を狭め、ショット内のＸ座標が大きくなるに従って露光領域を広げる補正（second Order）４５がある。なお、ショット内のＸ座標が小さくなるに従って露光領域を広め、ショット内のＸ座標が大きくなるに従って露光領域を狭めてもよい。また、補正４５を、Ｙ方向に適用してもよい。
【００３５】
また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショットの全体をＸ方向に対して弓形に曲げる補正（BowＹ）４６、ショットの全体をＹ方向に対して弓形に曲げる補正（BowＸ）４７がある。また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショット内のＸ方向またはＹ方向の座標毎に露光領域を所定の割合で狭める又は広げる補正（third order）４８がある。また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショットの全体を波形に曲げる補正（Snake）４９がある。上述した補正のうち、補正４４〜４９がひずみ成分の補正である。
【００３６】
光露光装置２２によって、テンプレート用ウエハＷ１の各ショットが露光された後、テンプレート用ウエハＷ１が現像され、これにより、テンプレート用ウエハＷ１の被加工膜上にレジストパターンが形成される。このレジストパターン上から被加工膜をエッチングすることで、テンプレート用ウエハＷ１上に親テンプレートＴ１〜Ｔｎのパターンが形成される。なお、ここでの光露光装置２２には、ＭＵＶ（中間紫外線）、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）などの、何れの光源を用いてもよい。
【００３７】
テンプレート用ウエハＷ１上に形成されたパターンが、テンプレート用ウエハＷ１からショット毎に切りだされることによって、親テンプレートＴ１〜Ｔｎが作製される。この後、親テンプレートＴ１〜Ｔｎをテンプレート基板上のインプリント樹脂にインプリントすることによって、子テンプレート（Daughterテンプレート）Ｄ１〜Ｄｎが作製される。
【００３８】
（子テンプレートの作製処理手順）
図５は、子テンプレートの作製処理手順を示す図である。図５の（ａ）、（ｂ）では、親テンプレートＴｘ、テンプレート基板１Ｃ、子テンプレートＤｘなどの断面図を示している。子テンプレートＤｘの作製工程は、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）工程を含んでいる。
【００３９】
子テンプレートＤｘは、インプリント装置２３Ａと親テンプレートＴｘとを用いて作製される。子テンプレートＤｘの作製には、ブランクス基板（石英基板）であるテンプレート基板１Ｃが用いられる。
【００４０】
子テンプレートＤｘの作製工程では、テンプレート基板１Ｃ上にハードマスクとなる被加工膜２Ｃ（子テンプレートＤｘの加工に用いるＨＭ）を成膜するとともに、被加工膜２Ｃ上に光硬化性または熱硬化性の樹脂としてレジスト６Ａ（ウエハＮＩＬレジスト）を塗布する。
【００４１】
レジスト６Ａは、親テンプレートＴ１が押し付けられた状態で光照射されることによって、パターニングされる（図５の（ａ））。具体的には、テンプレート基板１Ｃの上部に親テンプレートＴｘを近づけて押し付ける。これにより、レジスト６Ａが親テンプレートＴｘの凹部にしみこむ。レジスト６Ａが光硬化型の場合、レジスト６Ａが凹部に完全にしみこんだ後、光が照射される。これにより、レジスト６Ａが硬化する。この後、テンプレート基板１Ｃから親テンプレートＴｘが引き剥がされる（離型）。離型後にレジスト残膜（レジストパターンの下部に残る薄膜）が除去された後、パターニングされたレジスト６Ａをマスクとして被加工膜２Ｃがエッチングされ、これにより、被加工膜２Ｃがパターニングされる。
【００４２】
この後、被加工膜２Ｃ上のレジスト残りがアッシングされ、その後、テンプレート基板１Ｃが洗浄される。そして、パターニングされた被加工膜２Ｃをマスクにして、テンプレート基板１Ｃがエッチングされる。これにより、親テンプレートＴｘのパターンが転写された子テンプレートＤｘが作製される（図５の（ｂ））。子テンプレートＤ１〜Ｄｎのテンプレートパターンは、それぞれ親テンプレートＴ１〜Ｔｎのパターンを反転させてコピーしたパターンである。
【００４３】
（ウエハ上パターンの形成処理手順）
つぎに、ウエハ上パターンの形成処理手順について説明する。子テンプレートＤｘが作製された後、この子テンプレートＤｘを用いたＮＩＬを行なうことによって、製品ウエハＷ２上の被加工膜にウエハ上パターン（後述のウエハ上パターン５Ｂ）が形成される。ウエハ上パターン５Ｂを形成する際には、形成するウエハ上パターン５Ｂよりも下層側に形成されているパターンであって、形成するウエハ上パターン５Ｂの位置合わせ（重ね合わせ）に用いるパターン（下層側パターン７）の位置ずれに応じた親テンプレートＴｘ（子テンプレートＤｘ）が選択される。
【００４４】
例えば、下層側パターン７の各ショットが回転成分の位置ずれを有している場合、図３で説明した補正４２によって位置ずれ補正されたショットに対応する親テンプレートＴｘが選択される。そして、この親テンプレートＴｘを用いて作製された子テンプレートＤｘを用いてウエハ上パターン５Ｂが形成される。これにより、下層側パターン７と、下層側パターン７よりも上層側に形成されるウエハ上パターン５Ｂと、の間（レイヤ間）でパターンの位置合わせを正確に行なうことが可能となる。
【００４５】
なお、親テンプレートＴｘを選ぶ際には、親テンプレートＴｘ毎に、下層側パターン７（下地）との間の位置合わせがどの程度になるかを測定する。この測定（下層側パターン７との間の位置合わせ測定）は、例えば、親テンプレートＴｘのテンプレートパターンに対応するレジストパターンをテンプレート用ウエハＷ１上に形成した後に行なう。なお、前記測定は、テンプレートパターンに対応するレジストパターンで被加工膜をエッチングした後に行ってもよいし、テンプレート用ウエハＷ１から親テンプレートＴｘを切り出した後に行ってもよい。また、前記測定は、親テンプレートＴｘを用いて子テンプレートＤｘを作製した後に、子テンプレートＤｘを用いて行ってもよい。
【００４６】
子テンプレートＤｘを用いて前記測定を行うことによって正確な位置合わせ量を測定することが可能となる。また、パターン形成工程の早い段階（上流工程）で前記測定を行うことによって前記測定までに手間をかけることなく容易に位置合わせ量を測定することが可能となる。
【００４７】
また、前記測定は、全ての親テンプレートＴｘに対して行ってもよいし、一部の親テンプレートＴｘに対して行ってもよい。前記測定を一部の親テンプレートＴｘに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうな親テンプレートＴｘを選択して前記測定を行う。
【００４８】
同様に、前記測定は、テンプレート用ウエハＷ１上の全ショットに対して行ってもよいし、一部のショットに対して行ってもよい。前記測定を一部のショットに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうなショット（親テンプレートＴｘ）を選択して前記測定を行う。
【００４９】
また、前記測定は、全ての子テンプレートＤｘに対して行ってもよいし、一部の子テンプレートＤｘに対して行ってもよい。前記測定を一部の子テンプレートＤｘに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうな子テンプレートＤｘを選択して前記測定を行う。
【００５０】
テンプレート用ウエハＷ１上のパターンや親テンプレートＴｘに対して前記測定を行う場合、測定結果に基づいて選択されたテンプレート用ウエハＷ１上のショットや親テンプレートＴｘに対応する子テンプレートＤｘのみを作製してもよい。
【００５１】
また、前記測定の測定方法としては、（１）子テンプレートＤｘ、親テンプレートＴｘ、テンプレート用ウエハＷ１のパターン位置の絶対値を測定する方法、（２）基準となるウエハ上パターンまたは石英テンプレートのテンプレートパターンを準備しておき、これらのパターンに対する子テンプレートＤｘ、親テンプレートＴｘ、テンプレート用ウエハＷ１の相対位置を測定する方法などがある。
【００５２】
これらの（１）、（２）の測定方法を用いた測定結果に基づいて、下層側パターン７との間の位置ずれ量が所定の基準値以下となる子テンプレートＤｘや親テンプレートＴｘが選択される。これにより、ＮＩＬにおける位置合わせ精度を向上させることができる。
【００５３】
図６は、ウエハ上パターンの形成処理手順を示す図である。図６の（ａ）、（ｂ）では、子テンプレートＤｘや製品ウエハＷ２などの断面図を示している。ウエハ上パターン５Ｂの作製工程は、ＮＩＬ工程を含んでいる。ウエハ上パターン５Ｂは、インプリント装置２３Ｂと子テンプレートＤｘとを用いて、製品ウエハＷ２上に形成される。製品ウエハＷ２は、子テンプレートＤｘに形成されたパターンをＮＩＬ工程によって転写するためのプロセス基板（シリコン基板など）である。
【００５４】
製品ウエハＷ２上には、予めウエハ上パターン５Ｂとの間で位置合わせが行なわれる下層側のパターン（下層側パターン７）を形成しておく。さらに、下層側パターン７上には、ウエハ上パターン５Ｂの形成に用いるパターン形成用膜（加工対象膜）５Ａが成膜されている。さらに、パターン形成用膜５Ａ上には、ハードマスクとなる被加工膜（パターン形成用膜５Ａの加工に用いるＨＭ）２Ｄが成膜され、被加工膜２Ｄ上には光硬化性や熱硬化性のレジスト（ウエハＮＩＬレジスト）６Ｂが塗布されている。
【００５５】
レジスト６Ｂは、子テンプレートＤｘが押し付けられた状態で光照射されることによって、パターニングされる（図６の（ａ））。この後、製品ウエハＷ２から子テンプレートＤｘが引き離される（離型）。離型後にレジスト残膜が除去された後、パターニングされたレジスト６Ｂをマスクとして被加工膜２Ｄがエッチングされ、これにより被加工膜２Ｄがパターニングされる。
【００５６】
この後、被加工膜２Ｄ上のレジスト残りがアッシングされ、その後、製品ウエハＷ２が洗浄される。そして、パターニングされた被加工膜２Ｄをマスクにして、パターン形成用膜５Ａがエッチングされる。これにより、子テンプレートＤｘのパターンがパターン形成用膜５Ａに転写されて、ウエハ上パターン５Ｂが製品ウエハＷ２上に形成される（図６の（ｂ））。
【００５７】
なお、本実施の形態では、下層側パターン７が光露光装置（フォトリソグラフィ）を用いて形成される場合について説明したが、下層側パターン７は、ＮＩＬを用いて形成されたパターンであってもよい。また、子テンプレートＤｘを用いたパターン形成は、何れのレイヤで行ってもよい。例えば、製品ウエハＷ２上の全レイヤまたは一部のレイヤで子テンプレートＤｘを用いたパターン形成処理が行なわれる。製品ウエハＷ２上の全レイヤで子テンプレートＤｘを用いたパターン形成処理を行う場合、上述したマスターマスクの作製処理、親テンプレートＴｘの作製処理、子テンプレートＤｘの作製処理、子テンプレートＤｘを用いた製品ウエハＷ２上へのパターン形成処理がレイヤ毎に繰り返される。これにより、製品ウエハＷ２上に半導体デバイス（半導体集積回路）が製造される。
【００５８】
また、マスターマスクＭ１、テンプレート用ウエハＷ１、親テンプレートＴｘ、子テンプレートＤｘは、何れのタイミングで作製してもよい。例えば、マスターマスクＭ１、テンプレート用ウエハＷ１、親テンプレートＴｘ、子テンプレートＤｘは、下層側パターン７を形成する前に作製してもよいし、下層側パターン７を形成した後に作製してもよい。
【００５９】
また、親テンプレートＴｘを作製する際に側壁プロセスを用いてもよい。図７は、側壁プロセスのプロセスフローを示す図である。側壁プロセス（側壁ライン転写プロセス）は、側壁パターンを下層側に転写することによって側壁パターンと同じラインパターンを形成するプロセスである。図７に示す各処理（ｓ１）〜（ｓ７）の上段側がパターン形成の際の上面図（最上層のみ）であり、下段側がパターン形成の際の断面図である。
【００６０】
側壁ライン転写プロセスでは、基板の上層に、パターン形成の対象となるパターン形成層５１Ａと、このパターン形成層５１Ａの上層に芯材を形成させる芯材層５２Ａと、を形成しておく。そして、ショット毎に種々の露光条件で露光処理を行って芯材層５２Ａの上層に最小加工幅２Ｈのレジストパターン５３Ａを形成する（ｓ１）。
【００６１】
この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などによってレジストパターン５３Ａをマスクとして芯材層５２Ａをエッチングし、芯材パターン５２Ｂを形成する（ｓ２）。そして、この芯材パターン５２Ｂをスリミング加工することによって、スリミングパターン５２Ｃを形成する（ｓ３）。なお、レジストパターンを下地（図示せず）に転写することによって形成した膜パターンをスリミング加工することによって、スリミングパターン５２Ｃを形成してもよい。
【００６２】
次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって基板上に窒化膜などの側壁デポジット膜５４Ａを堆積させる（ｓ４）。この後、ＲＩＥなどの異方性エッチングによって側壁デポジット膜５４Ａをエッチバックし、側壁デポジット膜５４Ａから側壁パターン５４Ｂを形成する（ｓ５）。
【００６３】
そして、スリミングパターン５２Ｃをウエットエッチングすることによってスリミングパターン５２Ｃを除去し、パターン形成層５１Ａ上に側壁パターン５４Ｂのみを残す（ｓ６）。この後、側壁パターン５４Ｂをマスクとして、ＲＩＥなどによってパターン形成層５１Ａをエッチングし、ラインパターン５１Ｂを形成する（ｓ７）。これにより、ライン幅Ｈのラインパターン５１Ｂを形成することが可能となる。このラインパターン５１Ｂが、親テンプレートＴｘのテンプレートパターンとなる。
【００６４】
なお、側壁プロセスは、前述した側壁ライン転写プロセスに限らず、側壁スペース転写プロセスであってもよい。側壁スペース転写プロセスは、側壁パターンを下層側に転写することによって側壁パターンと同じスペースパターンを形成するプロセスである。
【００６５】
このように実施の形態によれば、種々の位置ずれを有した親テンプレートＴｘを、光露光装置２２の位置ずれ補正機能を用いて作製しているので、下層側パターン７の位置ずれに応じた子テンプレートＤｘを選択することができる。したがって、下層側パターン７の上層側にＮＩＬでパターン形成を行う際に、下層側と上層側との間を精度良く位置合わせして上層側のパターンを形成することが可能となる。換言すると、ＮＩＬを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
５Ｂ…ウエハ上パターン、７…下層側パターン、２２…光露光装置、２３Ａ，２３Ｂ…インプリント装置、Ｄ１〜Ｄｎ，Ｄｘ…子テンプレート、Ｔ１〜Ｔｎ，Ｔｘ…親テンプレート、Ｗ１…テンプレート用ウエハ、Ｗ２…製品ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、パターン形成方法および半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴って、リソグラフィに要求される微細化が厳しくなってきている。リソグラフィを用いた半導体デバイスの微細化方法の１つに、ナノインプリントリソグラフィを用いたプロセスがある。ナノインプリントリソグラフィは、微細な凹凸を有したテンプレートのパターンを、モールドを押し付ける要領でウエハ上の転写用レジストに転写する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９４１４２号公報
【特許文献２】特開２００１−６８４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来技術においては、インプリントリソグラフィを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうことが望まれている。
【０００５】
本発明の実施の形態は、インプリントリソグラフィを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうパターン形成方法および半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態によれば、第１のテンプレート作製ステップと、第２のテンプレート作製ステップと、パターン形成ステップと、を含んでいる。第１のテンプレート作製ステップは、第１の光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する。第２のテンプレート作製ステップは、前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する。パターン形成ステップは、第２の基板に既に形成されている下層側パターンと、前記第２の基板上に形成する上層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記第２の基板に転写することで、前記第２の基板上に前記上層側パターンとしての第２の基板上パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態に係るパターン形成方法を説明するための図である。
【図２】図２は、マスターマスクの作製処理手順を示す図である。
【図３】図３は、テンプレート用ウエハに形成するパターンのショット毎の位置ずれ分布を示す図である。
【図４】図４は、光露光装置が行なう位置ずれ補正の例を示す図である。
【図５】図５は、子テンプレートの作製処理手順を示す図である。
【図６】図６は、ウエハ上パターンの形成処理手順を示す図である。
【図７】図７は、側壁プロセスのプロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法および半導体デバイスの製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るパターン形成方法を説明するための図である。図１は、実施の形態に係るパターン形成方法の処理手順を示している。本実施の形態では、製品ウエハなどの半導体基板上に半導体集積回路パターンなどのパターンを形成する場合について説明する。
【００１０】
製品ウエハＷ２上にパターンを形成する際には、マスターマスクの作製処理（ＳＴ１）と、ウエハテンプレートの作製処理（ＳＴ２）と、子テンプレートの作製処理（ＳＴ３）と、子テンプレートを用いたウエハ上パターンの形成処理（ＳＴ４）と、が行なわれる。本実施の形態では、作製するデバイスが要求性能を満たすことができるよう、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によって製品ウエハＷ２上に形成するパターンを、製品ウエハＷ２の下層側に形成されているパターンに対して精度良く位置合わせする。
【００１１】
（マスターマスクの作製処理手順）
マスターマスクの作製処理は、電子線描画装置２１を用いてマスターマスクＭ１を作製する処理である。マスターマスクＭ１は、テンプレート用ウエハＷ１上に、親テンプレート（ウエハテンプレート）Ｔ１を形成する際に用いる光露光用のフォトマスクである。
【００１２】
図２は、マスターマスクの作製処理手順を示す図である。図２の（ａ）〜（ｃ）では、マスク基板１ＡやマスターマスクＭ１などの断面図を示している。マスターマスクＭ１の作製工程は、図２の（ａ）に示すＥＢレジストパターニング工程と、図２の（ｂ）に示すハードマスク（ＨＭ）エッチング工程と、図２の（ｃ）に示す基板エッチング工程と、を含んでいる。
【００１３】
フォトマスクとなるマスターマスクＭ１の作製には、図２の（ａ）に示すように、ブランクス基板（石英基板）であるマスク基板１Ａが用いられる。マスターマスクＭ１の作製工程では、マスク基板１Ａ上にパターン転写用のハードマスクとなるＣｒ膜やＭｏＳｉ膜などの被加工膜２Ａ（マスターマスクＭ１の加工に用いるＨＭ）を成膜するとともに、被加工膜２Ａ上にＥＢレジスト（電子線描画用レジスト)を塗布する。
【００１４】
そして、半導体集積回路パターンの設計パターンに対応するマスク描画用のデータを用いて、電子線描画装置２１でＥＢレジストにＥＢ描画を実施する。ＥＢレジストは、ＥＢ描画された後、必要に応じてベークされ、現像工程を経て、ＥＢレジストパターン３Ｂとなる。
【００１５】
ＥＢレジストパターン３Ｂがマスク基板１Ａ上に形成された後、ＥＢレジストパターン３Ｂをマスク材として、マスク基板１Ａ上の被加工膜２Ａをエッチングする。これにより、パターニングされた被加工膜２Ｂが形成される（図２の（ｂ））。
【００１６】
この後、レジスト残りをアッシングし、その後、マスク基板１Ａを洗浄する。そして、パターニングされた被加工膜２Ｂをマスクにしてマスク基板１Ａをエッチングする。その後、被加工膜２Ｂを剥離することによって、マスク基板１Ａ上に凹凸パターンを形成する。これにより、パターニングされたマスターマスクＭ１が作製される（図２の（ｃ））。なお、マスターマスクＭ１の作製プロセスは、図２に示した以外の方法を用いてもよい。
【００１７】
（ウエハテンプレートの作製処理手順）
つぎに、ウエハテンプレートの作製処理手順について説明する。テンプレート用ウエハＷ１の被加工膜上にレジストが塗布される。ここでのテンプレート用ウエハＷ１は、親テンプレート（マスターテンプレート）Ｔ１〜Ｔｎが形成されるシリコン基板などである。また、親テンプレートＴ１〜Ｔｎ（ｎは自然数）は、子テンプレートＤ１〜Ｄｎの作製に用いるテンプレートである。なお、以下では、子テンプレートＤ１〜Ｄｎを子テンプレートＤｘという場合がある。また、親テンプレートＴ１〜Ｔｎを親テンプレートＴｘという場合がある。
【００１８】
レジストが塗布されたテンプレート用ウエハＷ１へは、マスターマスクＭ１と光露光装置２２と、を用いて、露光処理が行われる。このとき、本実施の形態では、親テンプレートＴｘの候補となるショットパターン（親テンプレートＴ１〜Ｔｎ）がテンプレート用ウエハＷ１上に形成される。各ショットパターンには、１〜複数のチップが配置されている。
【００１９】
インプリント工程で形成されるパターンが位置合わせを行なうパターンは、後述する下層側パターン７である。下層側パターン７は、所定の光露光条件で形成されており、本実施の形態では、この露光条件に応じた位置ずれ分布でインプリント工程を行なう。
【００２０】
このため、露光条件に応じた位置ずれ分布でインプリント工程を行なえるよう、種々の位置ずれ分布を有した子テンプレートＤ１〜Ｄｎを作製しておく。そして、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた子テンプレートＤｘを選択して上層側のパターン形成を行なう。
【００２１】
本実施の形態では、種々の位置ずれ分布を有した子テンプレートＤｘを作製しておくために、種々の露光条件でテンプレート用ウエハＷ１上の各ショットを露光する。具体的には、ショット毎にショット内でのパターン配置（位置ずれ分布）を変えながら、各ショットの露光処理を行なう。換言すると、ショット毎にパターン配置（image placement）が異なるような露光をテンプレート用ウエハＷ１に行う。
【００２２】
図３は、テンプレート用ウエハに形成するパターンのショット毎の位置ずれ分布を示す図である。ここでは、光露光条件が、光露光装置と、マスクとの組み合わせである場合について説明する。製品やロットによって光露光装置やマスクが異なる場合、それぞれの「光露光装置＋マスク」の組み合わせ毎に種々の位置ずれ分布を有したパターンが形成される。
【００２３】
本実施の形態では、光露光装置やマスクに応じた位置ずれ分布で形成された下層側パターン７の上層側に、位置ずれ分布を正確に補正したパターンを、ＮＩＬ工程を用いて形成する。このため、ショット毎に種々の位置ずれ分布を与えてテンプレート用ウエハＷ１へのパターン形成を行なっておく。
【００２４】
テンプレート用ウエハＷ１上へは、例えば、テンプレートパターンの回転方向の位置ずれ成分と、テンプレートパターンのひずみ成分とを、ショット毎に種々変化させて、テンプレートパターンを形成しておく。
【００２５】
図３では、テンプレート用ウエハＷ１の横方向のショット位置（ショット座標）に対して、位置ずれの回転成分を変化させ、テンプレート用ウエハＷ１の縦方向のショット位置に対して、位置ずれのひずみ成分を変化させてテンプレートパターンを形成する場合を示している。
【００２６】
例えば、テンプレート用ウエハＷ１の各ショットは、光露光装置とマスクとの組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれ分布と同じ位置ずれ分布を有するよう露光しておく。換言すると、光露光装置とマスクとの種々の組み合わせで生じる位置ずれ分布を補正できるよう、種々の位置ずれ分布でテンプレート用ウエハＷ１の各ショットを露光しておく。
【００２７】
例えば、光露光装置３０Ａとマスクｍ１との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第１の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第１のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第１の回転成分および第１のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第１のショットを露光しておく。
【００２８】
また、光露光装置３０Ａとマスクｍ２との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第１の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第２のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第１の回転成分および第２のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第２のショットを露光しておく。
【００２９】
また、光露光装置３０Ｂとマスクｍ３との組み合わせで下層側パターン７を露光した場合に生じる位置ずれの回転成分が第２の回転成分で、位置ずれのひずみ成分が第３のひずみ成分であるとする。この場合、テンプレート用ウエハＷ１上に形成されるパターンが第２の回転成分および第３のひずみ成分を有した位置ずれとなるよう、例えば第ｎのショットを露光しておく。
【００３０】
これにより、第１のショットからは、子テンプレートＤ１が形成され、第２のショットからは、子テンプレートＤ２が形成され、第ｎのショットからは、子テンプレートＤｎが形成される。このように、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた上層側のパターンを形成できるよう、テンプレート用ウエハＷ１へは、種々の光露光条件に応じた種々の位置ずれ分布で露光しておくので、下層側パターン７の位置ずれ分布に応じた親テンプレートＴｘを選択することが可能となる。
【００３１】
なお、図３では、ショット座標の横方向に位置ずれの回転成分を変化させ、ショット座標の縦方向に位置ずれのひずみ成分を変化させた場合について説明したが、変化させる位置ずれのパラメータは、光露光装置２２が位置合わせ補正に用いるものの中から、任意に選んでもよい。
【００３２】
図４は、光露光装置が行なう位置ずれ補正の例を示す図である。図４では、光露光装置２２が、テンプレート用ウエハＷ１への露光を行う際に用いる、ショット毎の位置ずれ補正方法を示している。位置ずれ分布としては、線形成分の位置ずれ（Linear error）と高次の非線形成分（高次成分）の位置ずれ（High order error）がある。
【００３３】
線形成分の位置ずれ補正としては、ショット全体の位置を平行移動させる補正（Offset XY）４１、ショット全体の位置を回転移動させる補正（Rot）４２、ショット全体の倍率を変える補正（MagXY）４３、ショット全体を斜め方向に歪める補正（Skew）４４などがある。
【００３４】
また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショット内のＸ座標が小さくなるに従って露光領域を狭め、ショット内のＸ座標が大きくなるに従って露光領域を広げる補正（second Order）４５がある。なお、ショット内のＸ座標が小さくなるに従って露光領域を広め、ショット内のＸ座標が大きくなるに従って露光領域を狭めてもよい。また、補正４５を、Ｙ方向に適用してもよい。
【００３５】
また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショットの全体をＸ方向に対して弓形に曲げる補正（BowＹ）４６、ショットの全体をＹ方向に対して弓形に曲げる補正（BowＸ）４７がある。また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショット内のＸ方向またはＹ方向の座標毎に露光領域を所定の割合で狭める又は広げる補正（third order）４８がある。また、高次成分の位置ずれ補正としては、ショットの全体を波形に曲げる補正（Snake）４９がある。上述した補正のうち、補正４４〜４９がひずみ成分の補正である。
【００３６】
光露光装置２２によって、テンプレート用ウエハＷ１の各ショットが露光された後、テンプレート用ウエハＷ１が現像され、これにより、テンプレート用ウエハＷ１の被加工膜上にレジストパターンが形成される。このレジストパターン上から被加工膜をエッチングすることで、テンプレート用ウエハＷ１上に親テンプレートＴ１〜Ｔｎのパターンが形成される。なお、ここでの光露光装置２２には、ＭＵＶ（中間紫外線）、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）などの、何れの光源を用いてもよい。
【００３７】
テンプレート用ウエハＷ１上に形成されたパターンが、テンプレート用ウエハＷ１からショット毎に切りだされることによって、親テンプレートＴ１〜Ｔｎが作製される。この後、親テンプレートＴ１〜Ｔｎをテンプレート基板上のインプリント樹脂にインプリントすることによって、子テンプレート（Daughterテンプレート）Ｄ１〜Ｄｎが作製される。
【００３８】
（子テンプレートの作製処理手順）
図５は、子テンプレートの作製処理手順を示す図である。図５の（ａ）、（ｂ）では、親テンプレートＴｘ、テンプレート基板１Ｃ、子テンプレートＤｘなどの断面図を示している。子テンプレートＤｘの作製工程は、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）工程を含んでいる。
【００３９】
子テンプレートＤｘは、インプリント装置２３Ａと親テンプレートＴｘとを用いて作製される。子テンプレートＤｘの作製には、ブランクス基板（石英基板）であるテンプレート基板１Ｃが用いられる。
【００４０】
子テンプレートＤｘの作製工程では、テンプレート基板１Ｃ上にハードマスクとなる被加工膜２Ｃ（子テンプレートＤｘの加工に用いるＨＭ）を成膜するとともに、被加工膜２Ｃ上に光硬化性または熱硬化性の樹脂としてレジスト６Ａ（ウエハＮＩＬレジスト）を塗布する。
【００４１】
レジスト６Ａは、親テンプレートＴ１が押し付けられた状態で光照射されることによって、パターニングされる（図５の（ａ））。具体的には、テンプレート基板１Ｃの上部に親テンプレートＴｘを近づけて押し付ける。これにより、レジスト６Ａが親テンプレートＴｘの凹部にしみこむ。レジスト６Ａが光硬化型の場合、レジスト６Ａが凹部に完全にしみこんだ後、光が照射される。これにより、レジスト６Ａが硬化する。この後、テンプレート基板１Ｃから親テンプレートＴｘが引き剥がされる（離型）。離型後にレジスト残膜（レジストパターンの下部に残る薄膜）が除去された後、パターニングされたレジスト６Ａをマスクとして被加工膜２Ｃがエッチングされ、これにより、被加工膜２Ｃがパターニングされる。
【００４２】
この後、被加工膜２Ｃ上のレジスト残りがアッシングされ、その後、テンプレート基板１Ｃが洗浄される。そして、パターニングされた被加工膜２Ｃをマスクにして、テンプレート基板１Ｃがエッチングされる。これにより、親テンプレートＴｘのパターンが転写された子テンプレートＤｘが作製される（図５の（ｂ））。子テンプレートＤ１〜Ｄｎのテンプレートパターンは、それぞれ親テンプレートＴ１〜Ｔｎのパターンを反転させてコピーしたパターンである。
【００４３】
（ウエハ上パターンの形成処理手順）
つぎに、ウエハ上パターンの形成処理手順について説明する。子テンプレートＤｘが作製された後、この子テンプレートＤｘを用いたＮＩＬを行なうことによって、製品ウエハＷ２上の被加工膜にウエハ上パターン（後述のウエハ上パターン５Ｂ）が形成される。ウエハ上パターン５Ｂを形成する際には、形成するウエハ上パターン５Ｂよりも下層側に形成されているパターンであって、形成するウエハ上パターン５Ｂの位置合わせ（重ね合わせ）に用いるパターン（下層側パターン７）の位置ずれに応じた親テンプレートＴｘ（子テンプレートＤｘ）が選択される。
【００４４】
例えば、下層側パターン７の各ショットが回転成分の位置ずれを有している場合、図３で説明した補正４２によって位置ずれ補正されたショットに対応する親テンプレートＴｘが選択される。そして、この親テンプレートＴｘを用いて作製された子テンプレートＤｘを用いてウエハ上パターン５Ｂが形成される。これにより、下層側パターン７と、下層側パターン７よりも上層側に形成されるウエハ上パターン５Ｂと、の間（レイヤ間）でパターンの位置合わせを正確に行なうことが可能となる。
【００４５】
なお、親テンプレートＴｘを選ぶ際には、親テンプレートＴｘ毎に、下層側パターン７（下地）との間の位置合わせがどの程度になるかを測定する。この測定（下層側パターン７との間の位置合わせ測定）は、例えば、親テンプレートＴｘのテンプレートパターンに対応するレジストパターンをテンプレート用ウエハＷ１上に形成した後に行なう。なお、前記測定は、テンプレートパターンに対応するレジストパターンで被加工膜をエッチングした後に行ってもよいし、テンプレート用ウエハＷ１から親テンプレートＴｘを切り出した後に行ってもよい。また、前記測定は、親テンプレートＴｘを用いて子テンプレートＤｘを作製した後に、子テンプレートＤｘを用いて行ってもよい。
【００４６】
子テンプレートＤｘを用いて前記測定を行うことによって正確な位置合わせ量を測定することが可能となる。また、パターン形成工程の早い段階（上流工程）で前記測定を行うことによって前記測定までに手間をかけることなく容易に位置合わせ量を測定することが可能となる。
【００４７】
また、前記測定は、全ての親テンプレートＴｘに対して行ってもよいし、一部の親テンプレートＴｘに対して行ってもよい。前記測定を一部の親テンプレートＴｘに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうな親テンプレートＴｘを選択して前記測定を行う。
【００４８】
同様に、前記測定は、テンプレート用ウエハＷ１上の全ショットに対して行ってもよいし、一部のショットに対して行ってもよい。前記測定を一部のショットに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうなショット（親テンプレートＴｘ）を選択して前記測定を行う。
【００４９】
また、前記測定は、全ての子テンプレートＤｘに対して行ってもよいし、一部の子テンプレートＤｘに対して行ってもよい。前記測定を一部の子テンプレートＤｘに対して行なう場合、位置ずれ量が所望範囲に入りそうな子テンプレートＤｘを選択して前記測定を行う。
【００５０】
テンプレート用ウエハＷ１上のパターンや親テンプレートＴｘに対して前記測定を行う場合、測定結果に基づいて選択されたテンプレート用ウエハＷ１上のショットや親テンプレートＴｘに対応する子テンプレートＤｘのみを作製してもよい。
【００５１】
また、前記測定の測定方法としては、（１）子テンプレートＤｘ、親テンプレートＴｘ、テンプレート用ウエハＷ１のパターン位置の絶対値を測定する方法、（２）基準となるウエハ上パターンまたは石英テンプレートのテンプレートパターンを準備しておき、これらのパターンに対する子テンプレートＤｘ、親テンプレートＴｘ、テンプレート用ウエハＷ１の相対位置を測定する方法などがある。
【００５２】
これらの（１）、（２）の測定方法を用いた測定結果に基づいて、下層側パターン７との間の位置ずれ量が所定の基準値以下となる子テンプレートＤｘや親テンプレートＴｘが選択される。これにより、ＮＩＬにおける位置合わせ精度を向上させることができる。
【００５３】
図６は、ウエハ上パターンの形成処理手順を示す図である。図６の（ａ）、（ｂ）では、子テンプレートＤｘや製品ウエハＷ２などの断面図を示している。ウエハ上パターン５Ｂの作製工程は、ＮＩＬ工程を含んでいる。ウエハ上パターン５Ｂは、インプリント装置２３Ｂと子テンプレートＤｘとを用いて、製品ウエハＷ２上に形成される。製品ウエハＷ２は、子テンプレートＤｘに形成されたパターンをＮＩＬ工程によって転写するためのプロセス基板（シリコン基板など）である。
【００５４】
製品ウエハＷ２上には、予めウエハ上パターン５Ｂとの間で位置合わせが行なわれる下層側のパターン（下層側パターン７）を形成しておく。さらに、下層側パターン７上には、ウエハ上パターン５Ｂの形成に用いるパターン形成用膜（加工対象膜）５Ａが成膜されている。さらに、パターン形成用膜５Ａ上には、ハードマスクとなる被加工膜（パターン形成用膜５Ａの加工に用いるＨＭ）２Ｄが成膜され、被加工膜２Ｄ上には光硬化性や熱硬化性のレジスト（ウエハＮＩＬレジスト）６Ｂが塗布されている。
【００５５】
レジスト６Ｂは、子テンプレートＤｘが押し付けられた状態で光照射されることによって、パターニングされる（図６の（ａ））。この後、製品ウエハＷ２から子テンプレートＤｘが引き離される（離型）。離型後にレジスト残膜が除去された後、パターニングされたレジスト６Ｂをマスクとして被加工膜２Ｄがエッチングされ、これにより被加工膜２Ｄがパターニングされる。
【００５６】
この後、被加工膜２Ｄ上のレジスト残りがアッシングされ、その後、製品ウエハＷ２が洗浄される。そして、パターニングされた被加工膜２Ｄをマスクにして、パターン形成用膜５Ａがエッチングされる。これにより、子テンプレートＤｘのパターンがパターン形成用膜５Ａに転写されて、ウエハ上パターン５Ｂが製品ウエハＷ２上に形成される（図６の（ｂ））。
【００５７】
なお、本実施の形態では、下層側パターン７が光露光装置（フォトリソグラフィ）を用いて形成される場合について説明したが、下層側パターン７は、ＮＩＬを用いて形成されたパターンであってもよい。また、子テンプレートＤｘを用いたパターン形成は、何れのレイヤで行ってもよい。例えば、製品ウエハＷ２上の全レイヤまたは一部のレイヤで子テンプレートＤｘを用いたパターン形成処理が行なわれる。製品ウエハＷ２上の全レイヤで子テンプレートＤｘを用いたパターン形成処理を行う場合、上述したマスターマスクの作製処理、親テンプレートＴｘの作製処理、子テンプレートＤｘの作製処理、子テンプレートＤｘを用いた製品ウエハＷ２上へのパターン形成処理がレイヤ毎に繰り返される。これにより、製品ウエハＷ２上に半導体デバイス（半導体集積回路）が製造される。
【００５８】
また、マスターマスクＭ１、テンプレート用ウエハＷ１、親テンプレートＴｘ、子テンプレートＤｘは、何れのタイミングで作製してもよい。例えば、マスターマスクＭ１、テンプレート用ウエハＷ１、親テンプレートＴｘ、子テンプレートＤｘは、下層側パターン７を形成する前に作製してもよいし、下層側パターン７を形成した後に作製してもよい。
【００５９】
また、親テンプレートＴｘを作製する際に側壁プロセスを用いてもよい。図７は、側壁プロセスのプロセスフローを示す図である。側壁プロセス（側壁ライン転写プロセス）は、側壁パターンを下層側に転写することによって側壁パターンと同じラインパターンを形成するプロセスである。図７に示す各処理（ｓ１）〜（ｓ７）の上段側がパターン形成の際の上面図（最上層のみ）であり、下段側がパターン形成の際の断面図である。
【００６０】
側壁ライン転写プロセスでは、基板の上層に、パターン形成の対象となるパターン形成層５１Ａと、このパターン形成層５１Ａの上層に芯材を形成させる芯材層５２Ａと、を形成しておく。そして、ショット毎に種々の露光条件で露光処理を行って芯材層５２Ａの上層に最小加工幅２Ｈのレジストパターン５３Ａを形成する（ｓ１）。
【００６１】
この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などによってレジストパターン５３Ａをマスクとして芯材層５２Ａをエッチングし、芯材パターン５２Ｂを形成する（ｓ２）。そして、この芯材パターン５２Ｂをスリミング加工することによって、スリミングパターン５２Ｃを形成する（ｓ３）。なお、レジストパターンを下地（図示せず）に転写することによって形成した膜パターンをスリミング加工することによって、スリミングパターン５２Ｃを形成してもよい。
【００６２】
次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって基板上に窒化膜などの側壁デポジット膜５４Ａを堆積させる（ｓ４）。この後、ＲＩＥなどの異方性エッチングによって側壁デポジット膜５４Ａをエッチバックし、側壁デポジット膜５４Ａから側壁パターン５４Ｂを形成する（ｓ５）。
【００６３】
そして、スリミングパターン５２Ｃをウエットエッチングすることによってスリミングパターン５２Ｃを除去し、パターン形成層５１Ａ上に側壁パターン５４Ｂのみを残す（ｓ６）。この後、側壁パターン５４Ｂをマスクとして、ＲＩＥなどによってパターン形成層５１Ａをエッチングし、ラインパターン５１Ｂを形成する（ｓ７）。これにより、ライン幅Ｈのラインパターン５１Ｂを形成することが可能となる。このラインパターン５１Ｂが、親テンプレートＴｘのテンプレートパターンとなる。
【００６４】
なお、側壁プロセスは、前述した側壁ライン転写プロセスに限らず、側壁スペース転写プロセスであってもよい。側壁スペース転写プロセスは、側壁パターンを下層側に転写することによって側壁パターンと同じスペースパターンを形成するプロセスである。
【００６５】
このように実施の形態によれば、種々の位置ずれを有した親テンプレートＴｘを、光露光装置２２の位置ずれ補正機能を用いて作製しているので、下層側パターン７の位置ずれに応じた子テンプレートＤｘを選択することができる。したがって、下層側パターン７の上層側にＮＩＬでパターン形成を行う際に、下層側と上層側との間を精度良く位置合わせして上層側のパターンを形成することが可能となる。換言すると、ＮＩＬを用いてパターン形成する際のレイヤ間の位置合わせを精度良く行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
５Ｂ…ウエハ上パターン、７…下層側パターン、２２…光露光装置、２３Ａ，２３Ｂ…インプリント装置、Ｄ１〜Ｄｎ，Ｄｘ…子テンプレート、Ｔ１〜Ｔｎ，Ｔｘ…親テンプレート、Ｗ１…テンプレート用ウエハ、Ｗ２…製品ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する第１のテンプレート作製ステップと、
前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する第２のテンプレート作製ステップと、
第２の基板に既に形成されている下層側パターンと、前記第２の基板上に形成する上層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記第２の基板に転写することで、前記第２の基板上に前記上層側パターンとしての第２の基板上パターンを形成するパターン形成ステップと、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記層間位置ずれ量は、前記第２のテンプレートを作製する際に測定されるとともに、測定結果に基づいて、前記第２のテンプレートの中から前記第２の基板上パターンの形成に用いる第２のテンプレートが選択されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記層間位置ずれ量は、前記第１のテンプレートを作製する際に測定されるとともに、測定結果に基づいて、前記第１のテンプレートの中から前記第２のテンプレートの作製に用いる第１のテンプレートが選択されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記光露光装置は、前記第１の基板上パターンの位置ずれ分布を変化させるパラメータを変化させることで、前記第１の基板上のショット毎に位置ずれ分布を与えることを特徴とする請求項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】
半導体基板上にフォトリソグラフィ技術またはインプリント技術によって下層側パターンを形成する工程と、前記下層側パターン上にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜をエッチングして上層側パターンを形成する工程とを備えた半導体デバイスの製造方法であって、
前記上層側パターンを形成する工程は、
光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する第１のテンプレート作製ステップと、
前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する第２のテンプレート作製ステップと、
前記半導体基板上に形成する上層側パターンと、既に形成されている下層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記パターン形成用膜の上方に塗布したレジストに転写することで、前記レジストをパターニングするパターン形成ステップと、
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する第１のテンプレート作製ステップと、
前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する第２のテンプレート作製ステップと、
第２の基板に既に形成されている下層側パターンと、前記第２の基板上に形成する上層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記第２の基板に転写することで、前記第２の基板上に前記上層側パターンとしての第２の基板上パターンを形成するパターン形成ステップと、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記層間位置ずれ量は、前記第２のテンプレートを作製する際に測定されるとともに、測定結果に基づいて、前記第２のテンプレートの中から前記第２の基板上パターンの形成に用いる第２のテンプレートが選択されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記層間位置ずれ量は、前記第１のテンプレートを作製する際に測定されるとともに、測定結果に基づいて、前記第１のテンプレートの中から前記第２のテンプレートの作製に用いる第１のテンプレートが選択されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記光露光装置は、前記第１の基板上パターンの位置ずれ分布を変化させるパラメータを変化させることで、前記第１の基板上のショット毎に位置ずれ分布を与えることを特徴とする請求項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】
半導体基板上にフォトリソグラフィ技術またはインプリント技術によって下層側パターンを形成する工程と、前記下層側パターン上にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜をエッチングして上層側パターンを形成する工程とを備えた半導体デバイスの製造方法であって、
前記上層側パターンを形成する工程は、
光露光装置によって第１の基板上のショット毎に所定の位置ずれ分布を与えて第１の基板上パターンを形成し、その後、前記第１の基板上パターンを前記ショット毎に前記第１の基板から切り出して第１のテンプレートを作製する第１のテンプレート作製ステップと、
前記第１のテンプレートのテンプレートパターンを、第１のインプリント技術によってテンプレート基板に転写することで、第２のテンプレートを作製する第２のテンプレート作製ステップと、
前記半導体基板上に形成する上層側パターンと、既に形成されている下層側パターンと、の間の位置ずれ量である層間位置ずれ量が所定の基準値以下となる第２のテンプレートを用いて、当該第２のテンプレートのテンプレートパターンを、第２のインプリント技術によって前記パターン形成用膜の上方に塗布したレジストに転写することで、前記レジストをパターニングするパターン形成ステップと、
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５８６０５（Ｐ２０１１−２５８６０５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９２９２（Ｐ２０１０−１２９２９２）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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