レジストパターン形成装置およびその形成方法、および、当該方法を用いた半導体装置の製造方法
【課題】リソグラフィ工程において寸法精度が向上して微細化が可能であり、また、スループットの向上が可能な製造方法を提供する。
【解決手段】凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２を、レジスト３を有する基板２に一括して押し付けることでレジストパターンを形成する方法であり、光源３１を用いてモールド１２の温度を制御して、モールド１２の保持寸法などを調整する。
【解決手段】凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２を、レジスト３を有する基板２に一括して押し付けることでレジストパターンを形成する方法であり、光源３１を用いてモールド１２の温度を制御して、モールド１２の保持寸法などを調整する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置などの高集積化、低消費電力化、高速化などの要求に伴い、所望のパターン形状に加工でき、微細化ができるリソグラフィ技術が求められている。また、リソグラフィ技術は、半導体装置の製造工程において多用されるため、スループットの向上が必要とされている。
【０００３】
リソグラフィ技術は、たとえば、加工される基板にレジストを設け、パターン開口されたマスクを介してそのレジストに光、電子線などを照射しパターン転写する。そして、そのレジストを現像してレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングして加工する。
【０００４】
上述のようなレジストを用いたリソグラフィ技術は、レジスト露光時の光を短波長化することなどによりパターンの微細化が向上しているが十分でなく、また、複数の複雑な工程にて基板を加工するため十分なスループットが得られていない。また、電子ビームを走査して基板に直描するなどのレジストレスな方法も検討されているが、スループットが十分でない。このため、リソグラフィ技術は、パターンの微細化とスループットの向上とを両立できることが要求されている。
【０００５】
パターンの微細化とスループットの向上が可能なリソグラフィ技術として、光などの露光によりレジストパターンを形成する方法ではなく、ナノインプリントと呼ばれる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ナノインプリント方法は、凹凸構造のモールドパターンを有するモールドを、レジストが設けられた基板に一括して押し付けて転写させ、基板にモールドパターンと等倍のレジストパターンを形成する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２３４６１号公報（第２頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のナノインプリント方法においては、保持されるモールドの温度が所定温度と温度誤差が生じた場合、モールドの保持されている寸法（以下、保持寸法）が熱膨張や熱収縮によって設計寸法と異なり寸法誤差が生ずる。たとえば、熱膨張率が３×１０−６／ｄｅｇであるシリコンのモールドの場合、０．１℃の温度誤差で３０ｎｍの熱膨張または熱収縮が生じて寸法誤差が発生する。このようにモールドが寸法誤差を有する場合、モールドのモールドパターンも同様に所望の寸法でなくなり寸法誤差を有する。寸法誤差を有するモールドパターンは、レジストに等倍で転写されるため、レジストパターンは所望の寸法を得ることが困難であり寸法精度が低くなる。そして、低い寸法精度のレジストパターンをエッチングマスクとして用いる場合、加工される基板も同様に寸法精度が低くなる。また、モールドの面内温度分布が均一でない場合は、上記と同様な現象により、レジストパターンの面内の寸法精度が均一でなくなる。以上の現象は基板が温度誤差によって熱膨張あるいは熱収縮する場合も同様に発生し、つまり、基板の保持寸法とモールドの保持寸法との保持寸法比が、温度誤差によって、設計時の保持寸法比と異なる場合に発生する。このように、従来のナノインプリント方法は、温度誤差が発生することに起因して所望なレジストパターンを形成することが困難であって寸法精度が低い。
【０００８】
そこで、本発明は、リソグラフィ工程において、寸法精度が向上して微細化が可能であり、また、スループットの向上が可能なレジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、を具備するレジストパターン形成方法であって、前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程とを有するレジストパターン形成方法およびその形成装置、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法である。
【００１０】
本発明は、モールドと基板との保持寸法比を調整するために基板とモールドとの少なくとも一方の温度を制御し、凹凸構造のモールドパターンを有するモールドをレジストが設けられた基板に一括して等倍に転写する。このため、本発明は、所望のパターン寸法のレジストパターンを形成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例について添付図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
【００１２】
図１は、実施形態１のレジストパターン形成装置を示す概略図である。
本実施形態のレジストパターン形成装置は、基板保持手段と、モールド保持手段と、マーク検出手段と、レジスト軟化手段と、位置合わせ手段と、保持温度制御手段と、モールドパターン転写手段と、レジストパターン形成手段と、を有する。
【００１３】
基板保持手段は、レジスト３を有する基板２を保持するために基板台１で構成される。モールド保持手段は、モールド１２を保持するためにモールド台１１で構成される。基板台１およびモールド台１１は、基板２、モールド１２の変形などが発生しないように保持するため、高温雰囲気においても変形しにくい材料が用いられ、金属、ガラスなどが用いられる。基板台１とモールド台１１は、レジスト３とモールド１２のモールドパターンとが対面するように配置される。本実施形態において、基板台１は金属を用い、モールド台１１は後述するアライメント手段を活用するために光を透過できる透明なガラスを用いる。
【００１４】
モールド１２は、凹凸構造のモールドパターンを有する。モ−ルド１２は、レジスト３にモールドパターンを転写するために、レジスト３より硬い材料を用いて形成され、板状の金属、ガラス、半導体層などが用いられる。たとえば、モールド１２にシリコンを用いた場合、ＲＩＥ法、電子ビームを用いた直描などのリソグラフィ技術によってモールド１２が加工され、凹凸構造のモールドパターンが得られる。本実施形態においては、電子ビームを用いた直描により、微細なモールドパターンがモールド１２に形成される。
【００１５】
基板２は、レジスト３を支持し、レジストパターンを用いて加工される被加工面を有する。本実施形態においては、基板２はシリコンの半導体基板を用いる。レジスト３は、たとえばスピンコート法により基板２に形成される。レジスト３は、モールドパターンが転写されるためにレジスト３より軟らかい材料が用いられる。レジスト３は、圧着された基板２とモールド１２との引き離しの際に、所望のレジストパターンを形成できるようにレジストとモールド１２との接着力が低い方が好ましい。そして、レジスト３は熱可塑性を有する高分子樹脂が好ましい。熱可塑性を有する高分子材料のレジスト３は、後述するモールドパターン転写手段によって基板２とモールド１２とを圧着する際、熱によって軟化可能なためにモールドパターンが容易に転写できる。このため、熱可塑性を有する高分子材料のレジスト３は、レジスト特性を有することは勿論であるが、熱によって軟化され易いようにガラス転移温度が低い方が好ましい。本実施形態において、レジスト３は、熱可塑性を有する高分子材料であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いる。
【００１６】
レジスト軟化手段は、熱可塑性を有するレジスト３を軟化させるために設けられる。本実施形態において、レジスト軟化手段は、基板２を加熱してレジスト３を軟化させるため、基板台１の内部にヒータ５１を備えている。基板台１の内部のヒータ５１は、熱可塑性のレジストが軟化する温度以上に基板２を加熱して、基板２に形成されたレジスト３を加熱する。
【００１７】
マーク検出手段は、モールド１２と基板２が各保持手段で保持された状態での寸法を検出して、モールド１２と基板２との保持寸法比を測定するために設けられる。さらに、マーク検出手段は、モールド１２と基板２のそれぞれの位置を検出するために設けられる。マーク検出手段は、モールド１２に設けられたモールド用マーク４１と、基板２に設けられた基板用マーク４２と、各マークを検出する検出カメラ４３で構成される。モールド用マーク４１と基板用マーク４２の各マークは、モールド台１１または基板２と光学的なコントラストを有するように設けられる。本実施形態において、モールド１２および基板２は、金属光沢を有する基板用マーク４２が設けられる。モールド用マーク４１は、検出カメラ４３が照射する側のモールド１２の表面に形成される。基板用マーク４２も同様に、基板１の表面に形成される。モールド用マーク４１と基板用マーク４２は、モールド１２と基板２のそれぞれの保持寸法を測定するため、モールド１２と基板２のそれぞれに２つ以上設けることが好ましい。検出カメラ４３は、光や電子線などをモールド１２または基板２に照射し、モールド用マーク４１または基板用マーク４２を検出するために設けられる。検出カメラ４３は、モールド用マーク４１と基板用マーク４２とのそれぞれを検出することで、モールド１２と基板２との相対的な位置を測定できる。また、検出カメラ４３によって、モールド１２に設けられた２つのモールド用マーク４１をそれぞれ検出することで、２つのモールド用マーク４１の間の距離がわかり、モールド１２の保持寸法が測定できる。基板２も同様にして、基板２の保持寸法が測定できる。モールド１２の保持寸法と基板２の保持寸法とを測定し、モールド１２と基板２との保持寸法比をもとめることができる。
【００１８】
位置合わせ手段は、モールド１２と基板２との相対位置を所定の位置に合わせるために設けられる。本実施形態において位置合わせ手段は、モールド台１１の水平方向の両側に位置するアーム６１とアーム本体（図示なし）で構成される。アーム本体は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との相対位置に基づき、アーム６１を水平方向に駆動してモールド１２の位置を所定の位置に合わせるアーム駆動機能を有する。
【００１９】
保持温度制御手段は、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を制御してモールド１２の保持寸法を調整し、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するために備えられる。モールド１２の保持寸法は、モールド１２の温度を制御し、熱膨張または熱収縮させて調整される。本実施形態において、保持温度制御手段は、加熱光を発生する光源であるキセノンランプ３１を設けている。保持温度制御手段としての光源を用いることは、光源自身の熱容量が小さいために光源自身の熱を伝導しにくく、よってモールド１２の温度を制御することが容易となり好適である。キセノンランプ３１は、モールド台１１の上方にコリメータレンズ３２を介して配置される。そして、キセノンランプ３１は、モールド１２の温度を検知してモールド１２の温度を制御する温度制御装置を具備する。キセノンランプ３１の温度制御装置は、キセノンランプ３１の光強度や照射時間を制御する。たとえば、キセノンランプ３１の温度制御装置は、前述のマーク検出手段で検出されたモールド１２および基板２の保持寸法に基づき、モールド１２が所望の寸法となるようにキセノンランプで照射しモールド１２を熱膨張させて調整する。保持されたモールド１２の温度が制御されて所望の保持寸法となっているため、モールドパターンも同様に、所望のパターン寸法となる。なお、加熱光を発生する光源は、キセノンランプ３１の他、ハロゲンランプ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、パルス光源などを使用できる。パルス光源の場合は、照射パルス数を制御して、温度を制御する。コリメータレンズ３２は、キセノンランプ３１で発生した加熱光を拡大し、モールド台１１に均一に照射するため設けられている。
【００２０】
モールドパターン転写手段は、基板２とモールド１２とを圧着させ、モールドパターンをレジスト３に一括して等倍に転写するために設けられる。本実施形態のモールドパターン転写手段は、加圧板２１と加圧板２１を押圧する油圧式ポンプ２２で構成される。油圧式ポンプ２２は、加圧面内に均一な圧力を印加することができるため好ましい。本実施形態は、基板台１側から圧力を印加するように、加圧板２１と油圧式ポンプは基板台１を介しモールド台１１と反対側に位置している。
【００２１】
レジストパターン形成手段は、圧着した基板２とモールド１２とを引き離してレジスト３に凹凸構造のレジストパターンを形成するために設けられる。本実施形態のレジストパターン形成手段は、油圧ポンプ２２による圧力印加を解除できる圧力弁２３で構成される。圧力弁２３を開けることで基板２とモールド１２との圧力印加は解除されて、基板２とモールド１２は引き離される。
【００２２】
つぎに、本実施形態に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法について図１〜図３を用いて説明する。図２に示すように本実施形態に係るレジストパターン形成方法は、順次、基板保持工程１０１と、モールド保持工程１０２と、レジスト軟化工程１０３と、マーク検出工程１０４と、位置合わせ工程１０５と、保持温度制御工程１０６と、モールドパターン転写工程１０７と、レジストパターン形成工程１０８と、を行う。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、さらに基板加工工程１０９とを行う。
【００２３】
基板保持工程１０１は、レジスト３が設けられた基板２を保持する工程である。本実施形態の基板保持工程１０１は、基板２を基板台１に保持する。モールド保持工程１０２は、凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２を保持する工程である。本実施形態のモールド保持工程１０２は、モールド１２をモールド台１１に保持する。基板２とモールド１２は、レジスト３とモールドパターンの凹凸面が対面するように保持される。基板２とモールド１２は、モールドパターンが均一に転写されるため、互いが平行になるように保持されることが好ましい。
【００２４】
レジスト軟化工程１０３は、保持された基板２に形成された熱可塑性のレジスト３を軟化させる工程である。本実施形態のレジスト軟化工程１０３は、基板台１の内部に設けられたヒータ５１を用いて、熱可塑性のレジスト３が軟化する温度以上に基板２を加熱し、基板２に形成されたレジスト３を軟化させる。
【００２５】
マーク検出工程１０４は、モールド１２と基板２の保持寸法を検出してモールド１２と基板２との保持寸法比を測定する工程である。さらに、マーク検出工程１０４は、モールド１２と基板２の相対位置を検出するための工程である。本実施形態のマーク検出工程１０４は、モールド１２に設けられたモールド用マーク４１と基板２に設けられた基板用マーク４２とを検出カメラ４３により検出する。検出カメラ４３は、光や電子線などをモールド１２または基板２に照射し、モールド用マーク４１または基板用マーク４２を検出する。モールド１２の保持寸法は、たとえば、モールド１２に設けられた２つのモールド用マーク４１をそれぞれ検出することで、２つのモールド用マーク４１の間の距離をもとめて測定する。基板２も同様にして保持寸法を測定する。モールド１２の保持寸法と基板２の保持寸法とを測定し、モールド１２と基板２との保持寸法比をもとめる。モールド１２と基板２との相対的な位置は、たとえば、モールド用マーク４１と基板用マーク４２とを検出することで測定する。
【００２６】
位置合わせ工程１０５は、保持されたモールド１２と保持された基板２との相対位置を所定の位置に合わせる工程である。本実施形態の位置合わせ工程１０５は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との相対位置に基づいて、アーム６１を水平方向に駆動しモールド１２の位置を所定の位置に合わせる。
【００２７】
保持温度制御工程１０６は、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するために、保持されたモールド１２の温度を調整する工程である。たとえば、モールド１２が所望の寸法Ａ１に対して保持寸法Ａ２となり、基板２が所望の寸法Ｂ１に対して保持寸法Ｂ２となる場合、Ａ１／Ｂ１＝Ａ２／Ｂ２となるように、Ａ２とＢ２の少なくとも一方を調整する。ここで、モールドの保持寸法Ａ２と基板２の保持寸法Ｂ２は、前述のマーク検出手段で検出される。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を制御してモールド１２の保持寸法Ａ２を調整する。モールド１２の保持寸法は、モールド１２の温度を制御し、熱膨張または熱収縮させて調整される。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、キセノンランプ３１から加熱光を照射し、その加熱光の光束をコリメータレンズ３２によって拡大してモールド台１１に照射する。キセノンランプ３１の照射は、モールド１２の温度を検知してモールド１２の温度を制御する温度制御装置により、キセノンランプ３１の光強度や照射時間が制御される。たとえば、前述のマーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２の保持寸法比に基づき、モールド１２が所望の寸法となるようにキセノンランプで照射しモールド１２を熱膨張などさせて調整する。
【００２８】
モールドパターン転写工程１０７は、基板２とモールド１２とを圧着させてモールドパターンをレジスト３に一括して等倍に転写する工程である。基板２とモールド１２との圧着は、前述の保持温度制御工程１０６で調整された温度を維持した状態で行われる。本実施形態のモールドパターン転写工程１０７は、油圧式ポンプ２２よって基板台１の下方より押圧され、図３（ａ）の保持された状態から、図３（ｂ）のように基板２とモールド１２とが圧着される。基板２とモールド１２との圧着は、この圧着によって基板２を損傷させないため、図３（ｂ）のように、モールドパターンの凸面が基板２の表面に達する前の圧着状態とすることが好ましい。この圧着によって、軟化している熱可塑性のレジスト３は変形し、モールドパターンが等倍にレジスト３に転写される。
【００２９】
レジストパターン形成工程１０８は、圧着した基板２とモールド１２とを引き離してレジスト３に凹凸構造のレジストパターンを形成する工程である。本実施形態においては、油圧ポンプ２２の圧力弁２３を開けて圧力を解除し、基板２とモールド１２は引き離され、図３（ｃ）のようにモールドパターンと等倍の凹凸構造であるレジストパターンが形成される。そして、図３（ｄ）のように、ＲＩＥ法によってレジストパターンの凹部のレジストを基板２の表面が露出するまで除去する。
【００３０】
基板加工工程１０９は、レジストパターンが形成されたレジスト３をマスクとして基板２を加工する工程である。基板２は、レジストパターンが形成されたレジスト３をマスクとして、たとえば、ＲＩＥ法などのエッチングにより、不要部分を除去して加工される。
【００３１】
上述したように本実施形態は、微細な凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２をレジスト３が設けられた基板２に一括して等倍に転写するため、微細なレジストパターンを高いスループットで形成することができる。そして、本実施形態は、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するため、所望のパターン寸法比のレジストパターンが転写される。したがって、本実施形態によれば、高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。
【００３２】
また、本実施形態は、熱可塑性を有するレジスト３をヒータ５１により軟化させレジスト３を変形し易くするため、基板２とモールド１２とを圧着させる際に、モールドパターンがレジスト３に容易に転写できる。したがって、本実施形態は、レジストパターンを高いスループットにて形成できる。
【００３３】
また、本実施形態は、加熱光を発生する光源を用いる光照射によって、保持されたモールド１２の温度を制御する。光源を用いることは、光源自身の熱容量が小さく光源自身の熱が伝導されにくいため、モールド１２の温度を制御することが容易となる。したがって、本実施形態は、寸法精度が高いレジストパターンを効率的に形成できる。
【００３４】
＜実施形態２＞
本実施形態のレジストパターン形成装置は、保持温度制御手段が異なることを除き、実施形態１と同様である。このため、実施形態１と共通する部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。図４は、実施形態２のレジストパターン形成装置の保持温度制御手段を示す概略図である。
【００３５】
本実施形態の保持温度制御手段は、モールド１２の面内の温度分布を制御する空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｅｌａｔｏｒ）３４を具備する。そして、本実施形態の保持温度制御手段は、加熱光を発する光源のＹＡＧレーザ３３と、ＹＡＧレーザのレーザ光の光束径を拡大し空間光変調器３４に照射するコリメータレンズ３２と、空間光変調器３４から光をモールド１２に照射する投影レンズ３５とを具備する。投影レンズ３５は、モールド１２の形状に合わせて、照射領域を調整するため、ズームレンズとなっている。
【００３６】
空間光変調器３４は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）などのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子を使用する。また、直線偏向のレーザの場合には、液晶ＳＬＭが使用できる。ＤＭＤやＧＬＶは、多数の独立に可動する鏡がチップに集積された構成であり、それぞれの鏡で光を反射させて投影する。このため、空間光変調器３４は、モールド１２の面内の温度分布を検出後、その温度分布に従い、ＤＭＤやＧＬＶなどの鏡の向きを変え、モールド１２へのＹＡＧレーザ３３の光照射量を制御し、保持されたモールド１２の面内を所望の温度分布とすることができる。
上記空間光変調器の代わりに面発光半導体レーザ等をアレイ化したアレイ型レーザを用いてもよい。この場合には、要素レーザの発振強度を直接に変調することによって、光強度分布を制御する。
【００３７】
つぎに、本実施形態に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法について図２、図４を用いて説明する。本実施形態のレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法は、保持温度制御工程１０６が異なることを除き、実施形態１と同様に図２に示す工程を有する。このため、実施形態１と共通する部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の保持温度制御工程１０６は、空間光変調器３４を用いて、保持されたモールド１２の面内の温度分布を制御する工程である。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、光源のＹＡＧレーザ３３から加熱光を照射し、コリメータレンズ３２によって加熱光の光束径を拡大して空間光変調器３４に照射し、空間光変調器３４からの加熱光を投影レンズ３５に介してモールド１２に照射する。保持されたモールド１２の面内の温度分布を検出し、加熱光は、その温度分布に従って、空間光変調器３４によってモールド１２の面内への照射を制御される。そして、本実施形態の保持温度制御工程１０６は、モールド１２の面内の温度分布を制御するため、モールドパターンは所望のパターン寸法に調整される。
【００３９】
上述した本実施形態は、空間光変調器３４によって、保持されたモールド１２の面内の温度分布を制御することができる。このため、モールド１２の表面に残留応力がある場合や、モールド１２の温度分布が不均一な場合などモールド１２に歪みが発生していても、モールド１２の面内温度を容易に所望とすることができる。また、平行光でない光源を斜め方向から照射する場合は、照射対象であるモールド１２などの位置によって照射する分布が変わり均一に照射できないが、空間光変調器３４を介することで均一に照射することが可能となる。このように、空間光変調器３４は、モールド１２の形状または位置によらず所望な照射ができる。
【００４０】
したがって、本実施形態は、モールド１２の面内を所望な温度分布として、モールドパターンの面内を所望のパターン寸法とでき、モールド１２と基板２との保持寸法比を所望に調整できる。このため、本実施形態は、面内の寸法精度が向上したレジストパターンを形成することができる。
【００４１】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することできる。
【００４２】
たとえば、本実施形態においては、保持されたモールド１２の温度を調整したが、保持された基板２の温度を調整してもよい。また、本実施形態は、モールド１２の温度のみを調整したが、モールド１２と基板２の両者の保持寸法を調整してもよい。基板２とモールド１２の両者の保持された温度を調整することで、さらに高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。
【００４３】
また、本実施形態は、保持するモールド台１１に加熱光を照射して、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を調整しているが、モールド１２に加熱光を直接的に照射してもよい。本実施形態のように、モールド台１１に加熱光を照射してモールド１２の温度を調整する場合、モールド台１１の形状によってはモールド１２が所望な温度とすることができない場合がある。しかし、モールド１２に加熱光を直接的に照射する場合、モールド台１１の形状によらず、保持されたモールド１２の温度を調整できる。このため、さらに高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。これは、保持された基板２の温度を調整する場合も同様である。
【００４４】
また、本実施形態は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との保持寸法比に基づいてモールド１２の保持状態の温度を制御している。しかし、保持状態のモールドパターンのパターン寸法と基板２の保持寸法とを検出カメラにより検出し、その寸法比に基づいて、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整してもよい。同様に、基板２とモールド１２との少なくとも一方の保持状態での温度データを検出し、その温度データに基づいて、基板２とモールド１２との少なくとも一方の温度を調整してもよい。このようにマーク検出を使用しない場合であっても、基板２とモールド１２との少なくとも一方の温度を調整しても、同様な効果が得られる。
【００４５】
また、本実施形態は、加熱光を照射してモールド１２を熱膨張させているが、たとえば、冷却ファンなどの冷却手段を用いて温度を調整してモールドを熱収縮させてもよい。この場合も同様な効果を得ることができる。
【００４６】
そして、本実施形態は、レジスト３を軟化するために基板２にヒータ５１を設けて基板２を加熱しているが、モールド１２にヒータを設けてモールド１２を加熱してもよい。この場合、熱可塑性のレジスト３が軟化する温度以上にモールド１２を加熱し、基板２とモールド１２とを圧着する際にレジスト３に伝熱させてレジスト３を軟化させる。また、レジスト３を軟化するために基板２とモールド１２の両者にヒータを設けて両者を加熱しても同様に効果的である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、リソグラフィ工程において、寸法精度が向上して微細化が可能であり、また、スループットの向上が可能なレジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係るレジストパターン形成装置を示す概略断面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１または２に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は本発明の実施形態１または２に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法における概略断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態２に係るレジストパターン形成装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…基板台、 ２…基板、 ３…レジスト、１１…モールド台、１２…モールド、２１…加圧板、２２…加圧ポンプ、２３…圧力弁、３１…キセノンランプ、３２…コリメータレンズ、３３…ＹＡＧレーザ、３４…空間光変調器、３５…投影レンズ、４１…モールド用マーク、４２…基板用マーク、４３…検出カメラ、５１…ヒータ、６１…アーム、１０１…基板保持工程、１０２…モールド保持工程、１０３…レジスト軟化工程、１０４…マーク検出工程、１０５…位置合わせ工程、１０６…保持温度制御工程、１０７…モールドパターン転写工程、１０８…レジストパターン形成工程、１０９…基板加工工程
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置などの高集積化、低消費電力化、高速化などの要求に伴い、所望のパターン形状に加工でき、微細化ができるリソグラフィ技術が求められている。また、リソグラフィ技術は、半導体装置の製造工程において多用されるため、スループットの向上が必要とされている。
【０００３】
リソグラフィ技術は、たとえば、加工される基板にレジストを設け、パターン開口されたマスクを介してそのレジストに光、電子線などを照射しパターン転写する。そして、そのレジストを現像してレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングして加工する。
【０００４】
上述のようなレジストを用いたリソグラフィ技術は、レジスト露光時の光を短波長化することなどによりパターンの微細化が向上しているが十分でなく、また、複数の複雑な工程にて基板を加工するため十分なスループットが得られていない。また、電子ビームを走査して基板に直描するなどのレジストレスな方法も検討されているが、スループットが十分でない。このため、リソグラフィ技術は、パターンの微細化とスループットの向上とを両立できることが要求されている。
【０００５】
パターンの微細化とスループットの向上が可能なリソグラフィ技術として、光などの露光によりレジストパターンを形成する方法ではなく、ナノインプリントと呼ばれる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ナノインプリント方法は、凹凸構造のモールドパターンを有するモールドを、レジストが設けられた基板に一括して押し付けて転写させ、基板にモールドパターンと等倍のレジストパターンを形成する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２３４６１号公報（第２頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のナノインプリント方法においては、保持されるモールドの温度が所定温度と温度誤差が生じた場合、モールドの保持されている寸法（以下、保持寸法）が熱膨張や熱収縮によって設計寸法と異なり寸法誤差が生ずる。たとえば、熱膨張率が３×１０−６／ｄｅｇであるシリコンのモールドの場合、０．１℃の温度誤差で３０ｎｍの熱膨張または熱収縮が生じて寸法誤差が発生する。このようにモールドが寸法誤差を有する場合、モールドのモールドパターンも同様に所望の寸法でなくなり寸法誤差を有する。寸法誤差を有するモールドパターンは、レジストに等倍で転写されるため、レジストパターンは所望の寸法を得ることが困難であり寸法精度が低くなる。そして、低い寸法精度のレジストパターンをエッチングマスクとして用いる場合、加工される基板も同様に寸法精度が低くなる。また、モールドの面内温度分布が均一でない場合は、上記と同様な現象により、レジストパターンの面内の寸法精度が均一でなくなる。以上の現象は基板が温度誤差によって熱膨張あるいは熱収縮する場合も同様に発生し、つまり、基板の保持寸法とモールドの保持寸法との保持寸法比が、温度誤差によって、設計時の保持寸法比と異なる場合に発生する。このように、従来のナノインプリント方法は、温度誤差が発生することに起因して所望なレジストパターンを形成することが困難であって寸法精度が低い。
【０００８】
そこで、本発明は、リソグラフィ工程において、寸法精度が向上して微細化が可能であり、また、スループットの向上が可能なレジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、を具備するレジストパターン形成方法であって、前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程とを有するレジストパターン形成方法およびその形成装置、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法である。
【００１０】
本発明は、モールドと基板との保持寸法比を調整するために基板とモールドとの少なくとも一方の温度を制御し、凹凸構造のモールドパターンを有するモールドをレジストが設けられた基板に一括して等倍に転写する。このため、本発明は、所望のパターン寸法のレジストパターンを形成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例について添付図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
【００１２】
図１は、実施形態１のレジストパターン形成装置を示す概略図である。
本実施形態のレジストパターン形成装置は、基板保持手段と、モールド保持手段と、マーク検出手段と、レジスト軟化手段と、位置合わせ手段と、保持温度制御手段と、モールドパターン転写手段と、レジストパターン形成手段と、を有する。
【００１３】
基板保持手段は、レジスト３を有する基板２を保持するために基板台１で構成される。モールド保持手段は、モールド１２を保持するためにモールド台１１で構成される。基板台１およびモールド台１１は、基板２、モールド１２の変形などが発生しないように保持するため、高温雰囲気においても変形しにくい材料が用いられ、金属、ガラスなどが用いられる。基板台１とモールド台１１は、レジスト３とモールド１２のモールドパターンとが対面するように配置される。本実施形態において、基板台１は金属を用い、モールド台１１は後述するアライメント手段を活用するために光を透過できる透明なガラスを用いる。
【００１４】
モールド１２は、凹凸構造のモールドパターンを有する。モ−ルド１２は、レジスト３にモールドパターンを転写するために、レジスト３より硬い材料を用いて形成され、板状の金属、ガラス、半導体層などが用いられる。たとえば、モールド１２にシリコンを用いた場合、ＲＩＥ法、電子ビームを用いた直描などのリソグラフィ技術によってモールド１２が加工され、凹凸構造のモールドパターンが得られる。本実施形態においては、電子ビームを用いた直描により、微細なモールドパターンがモールド１２に形成される。
【００１５】
基板２は、レジスト３を支持し、レジストパターンを用いて加工される被加工面を有する。本実施形態においては、基板２はシリコンの半導体基板を用いる。レジスト３は、たとえばスピンコート法により基板２に形成される。レジスト３は、モールドパターンが転写されるためにレジスト３より軟らかい材料が用いられる。レジスト３は、圧着された基板２とモールド１２との引き離しの際に、所望のレジストパターンを形成できるようにレジストとモールド１２との接着力が低い方が好ましい。そして、レジスト３は熱可塑性を有する高分子樹脂が好ましい。熱可塑性を有する高分子材料のレジスト３は、後述するモールドパターン転写手段によって基板２とモールド１２とを圧着する際、熱によって軟化可能なためにモールドパターンが容易に転写できる。このため、熱可塑性を有する高分子材料のレジスト３は、レジスト特性を有することは勿論であるが、熱によって軟化され易いようにガラス転移温度が低い方が好ましい。本実施形態において、レジスト３は、熱可塑性を有する高分子材料であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いる。
【００１６】
レジスト軟化手段は、熱可塑性を有するレジスト３を軟化させるために設けられる。本実施形態において、レジスト軟化手段は、基板２を加熱してレジスト３を軟化させるため、基板台１の内部にヒータ５１を備えている。基板台１の内部のヒータ５１は、熱可塑性のレジストが軟化する温度以上に基板２を加熱して、基板２に形成されたレジスト３を加熱する。
【００１７】
マーク検出手段は、モールド１２と基板２が各保持手段で保持された状態での寸法を検出して、モールド１２と基板２との保持寸法比を測定するために設けられる。さらに、マーク検出手段は、モールド１２と基板２のそれぞれの位置を検出するために設けられる。マーク検出手段は、モールド１２に設けられたモールド用マーク４１と、基板２に設けられた基板用マーク４２と、各マークを検出する検出カメラ４３で構成される。モールド用マーク４１と基板用マーク４２の各マークは、モールド台１１または基板２と光学的なコントラストを有するように設けられる。本実施形態において、モールド１２および基板２は、金属光沢を有する基板用マーク４２が設けられる。モールド用マーク４１は、検出カメラ４３が照射する側のモールド１２の表面に形成される。基板用マーク４２も同様に、基板１の表面に形成される。モールド用マーク４１と基板用マーク４２は、モールド１２と基板２のそれぞれの保持寸法を測定するため、モールド１２と基板２のそれぞれに２つ以上設けることが好ましい。検出カメラ４３は、光や電子線などをモールド１２または基板２に照射し、モールド用マーク４１または基板用マーク４２を検出するために設けられる。検出カメラ４３は、モールド用マーク４１と基板用マーク４２とのそれぞれを検出することで、モールド１２と基板２との相対的な位置を測定できる。また、検出カメラ４３によって、モールド１２に設けられた２つのモールド用マーク４１をそれぞれ検出することで、２つのモールド用マーク４１の間の距離がわかり、モールド１２の保持寸法が測定できる。基板２も同様にして、基板２の保持寸法が測定できる。モールド１２の保持寸法と基板２の保持寸法とを測定し、モールド１２と基板２との保持寸法比をもとめることができる。
【００１８】
位置合わせ手段は、モールド１２と基板２との相対位置を所定の位置に合わせるために設けられる。本実施形態において位置合わせ手段は、モールド台１１の水平方向の両側に位置するアーム６１とアーム本体（図示なし）で構成される。アーム本体は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との相対位置に基づき、アーム６１を水平方向に駆動してモールド１２の位置を所定の位置に合わせるアーム駆動機能を有する。
【００１９】
保持温度制御手段は、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を制御してモールド１２の保持寸法を調整し、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するために備えられる。モールド１２の保持寸法は、モールド１２の温度を制御し、熱膨張または熱収縮させて調整される。本実施形態において、保持温度制御手段は、加熱光を発生する光源であるキセノンランプ３１を設けている。保持温度制御手段としての光源を用いることは、光源自身の熱容量が小さいために光源自身の熱を伝導しにくく、よってモールド１２の温度を制御することが容易となり好適である。キセノンランプ３１は、モールド台１１の上方にコリメータレンズ３２を介して配置される。そして、キセノンランプ３１は、モールド１２の温度を検知してモールド１２の温度を制御する温度制御装置を具備する。キセノンランプ３１の温度制御装置は、キセノンランプ３１の光強度や照射時間を制御する。たとえば、キセノンランプ３１の温度制御装置は、前述のマーク検出手段で検出されたモールド１２および基板２の保持寸法に基づき、モールド１２が所望の寸法となるようにキセノンランプで照射しモールド１２を熱膨張させて調整する。保持されたモールド１２の温度が制御されて所望の保持寸法となっているため、モールドパターンも同様に、所望のパターン寸法となる。なお、加熱光を発生する光源は、キセノンランプ３１の他、ハロゲンランプ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、パルス光源などを使用できる。パルス光源の場合は、照射パルス数を制御して、温度を制御する。コリメータレンズ３２は、キセノンランプ３１で発生した加熱光を拡大し、モールド台１１に均一に照射するため設けられている。
【００２０】
モールドパターン転写手段は、基板２とモールド１２とを圧着させ、モールドパターンをレジスト３に一括して等倍に転写するために設けられる。本実施形態のモールドパターン転写手段は、加圧板２１と加圧板２１を押圧する油圧式ポンプ２２で構成される。油圧式ポンプ２２は、加圧面内に均一な圧力を印加することができるため好ましい。本実施形態は、基板台１側から圧力を印加するように、加圧板２１と油圧式ポンプは基板台１を介しモールド台１１と反対側に位置している。
【００２１】
レジストパターン形成手段は、圧着した基板２とモールド１２とを引き離してレジスト３に凹凸構造のレジストパターンを形成するために設けられる。本実施形態のレジストパターン形成手段は、油圧ポンプ２２による圧力印加を解除できる圧力弁２３で構成される。圧力弁２３を開けることで基板２とモールド１２との圧力印加は解除されて、基板２とモールド１２は引き離される。
【００２２】
つぎに、本実施形態に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法について図１〜図３を用いて説明する。図２に示すように本実施形態に係るレジストパターン形成方法は、順次、基板保持工程１０１と、モールド保持工程１０２と、レジスト軟化工程１０３と、マーク検出工程１０４と、位置合わせ工程１０５と、保持温度制御工程１０６と、モールドパターン転写工程１０７と、レジストパターン形成工程１０８と、を行う。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、さらに基板加工工程１０９とを行う。
【００２３】
基板保持工程１０１は、レジスト３が設けられた基板２を保持する工程である。本実施形態の基板保持工程１０１は、基板２を基板台１に保持する。モールド保持工程１０２は、凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２を保持する工程である。本実施形態のモールド保持工程１０２は、モールド１２をモールド台１１に保持する。基板２とモールド１２は、レジスト３とモールドパターンの凹凸面が対面するように保持される。基板２とモールド１２は、モールドパターンが均一に転写されるため、互いが平行になるように保持されることが好ましい。
【００２４】
レジスト軟化工程１０３は、保持された基板２に形成された熱可塑性のレジスト３を軟化させる工程である。本実施形態のレジスト軟化工程１０３は、基板台１の内部に設けられたヒータ５１を用いて、熱可塑性のレジスト３が軟化する温度以上に基板２を加熱し、基板２に形成されたレジスト３を軟化させる。
【００２５】
マーク検出工程１０４は、モールド１２と基板２の保持寸法を検出してモールド１２と基板２との保持寸法比を測定する工程である。さらに、マーク検出工程１０４は、モールド１２と基板２の相対位置を検出するための工程である。本実施形態のマーク検出工程１０４は、モールド１２に設けられたモールド用マーク４１と基板２に設けられた基板用マーク４２とを検出カメラ４３により検出する。検出カメラ４３は、光や電子線などをモールド１２または基板２に照射し、モールド用マーク４１または基板用マーク４２を検出する。モールド１２の保持寸法は、たとえば、モールド１２に設けられた２つのモールド用マーク４１をそれぞれ検出することで、２つのモールド用マーク４１の間の距離をもとめて測定する。基板２も同様にして保持寸法を測定する。モールド１２の保持寸法と基板２の保持寸法とを測定し、モールド１２と基板２との保持寸法比をもとめる。モールド１２と基板２との相対的な位置は、たとえば、モールド用マーク４１と基板用マーク４２とを検出することで測定する。
【００２６】
位置合わせ工程１０５は、保持されたモールド１２と保持された基板２との相対位置を所定の位置に合わせる工程である。本実施形態の位置合わせ工程１０５は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との相対位置に基づいて、アーム６１を水平方向に駆動しモールド１２の位置を所定の位置に合わせる。
【００２７】
保持温度制御工程１０６は、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するために、保持されたモールド１２の温度を調整する工程である。たとえば、モールド１２が所望の寸法Ａ１に対して保持寸法Ａ２となり、基板２が所望の寸法Ｂ１に対して保持寸法Ｂ２となる場合、Ａ１／Ｂ１＝Ａ２／Ｂ２となるように、Ａ２とＢ２の少なくとも一方を調整する。ここで、モールドの保持寸法Ａ２と基板２の保持寸法Ｂ２は、前述のマーク検出手段で検出される。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を制御してモールド１２の保持寸法Ａ２を調整する。モールド１２の保持寸法は、モールド１２の温度を制御し、熱膨張または熱収縮させて調整される。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、キセノンランプ３１から加熱光を照射し、その加熱光の光束をコリメータレンズ３２によって拡大してモールド台１１に照射する。キセノンランプ３１の照射は、モールド１２の温度を検知してモールド１２の温度を制御する温度制御装置により、キセノンランプ３１の光強度や照射時間が制御される。たとえば、前述のマーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２の保持寸法比に基づき、モールド１２が所望の寸法となるようにキセノンランプで照射しモールド１２を熱膨張などさせて調整する。
【００２８】
モールドパターン転写工程１０７は、基板２とモールド１２とを圧着させてモールドパターンをレジスト３に一括して等倍に転写する工程である。基板２とモールド１２との圧着は、前述の保持温度制御工程１０６で調整された温度を維持した状態で行われる。本実施形態のモールドパターン転写工程１０７は、油圧式ポンプ２２よって基板台１の下方より押圧され、図３（ａ）の保持された状態から、図３（ｂ）のように基板２とモールド１２とが圧着される。基板２とモールド１２との圧着は、この圧着によって基板２を損傷させないため、図３（ｂ）のように、モールドパターンの凸面が基板２の表面に達する前の圧着状態とすることが好ましい。この圧着によって、軟化している熱可塑性のレジスト３は変形し、モールドパターンが等倍にレジスト３に転写される。
【００２９】
レジストパターン形成工程１０８は、圧着した基板２とモールド１２とを引き離してレジスト３に凹凸構造のレジストパターンを形成する工程である。本実施形態においては、油圧ポンプ２２の圧力弁２３を開けて圧力を解除し、基板２とモールド１２は引き離され、図３（ｃ）のようにモールドパターンと等倍の凹凸構造であるレジストパターンが形成される。そして、図３（ｄ）のように、ＲＩＥ法によってレジストパターンの凹部のレジストを基板２の表面が露出するまで除去する。
【００３０】
基板加工工程１０９は、レジストパターンが形成されたレジスト３をマスクとして基板２を加工する工程である。基板２は、レジストパターンが形成されたレジスト３をマスクとして、たとえば、ＲＩＥ法などのエッチングにより、不要部分を除去して加工される。
【００３１】
上述したように本実施形態は、微細な凹凸構造のモールドパターンを有するモールド１２をレジスト３が設けられた基板２に一括して等倍に転写するため、微細なレジストパターンを高いスループットで形成することができる。そして、本実施形態は、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整するため、所望のパターン寸法比のレジストパターンが転写される。したがって、本実施形態によれば、高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。
【００３２】
また、本実施形態は、熱可塑性を有するレジスト３をヒータ５１により軟化させレジスト３を変形し易くするため、基板２とモールド１２とを圧着させる際に、モールドパターンがレジスト３に容易に転写できる。したがって、本実施形態は、レジストパターンを高いスループットにて形成できる。
【００３３】
また、本実施形態は、加熱光を発生する光源を用いる光照射によって、保持されたモールド１２の温度を制御する。光源を用いることは、光源自身の熱容量が小さく光源自身の熱が伝導されにくいため、モールド１２の温度を制御することが容易となる。したがって、本実施形態は、寸法精度が高いレジストパターンを効率的に形成できる。
【００３４】
＜実施形態２＞
本実施形態のレジストパターン形成装置は、保持温度制御手段が異なることを除き、実施形態１と同様である。このため、実施形態１と共通する部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。図４は、実施形態２のレジストパターン形成装置の保持温度制御手段を示す概略図である。
【００３５】
本実施形態の保持温度制御手段は、モールド１２の面内の温度分布を制御する空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｅｌａｔｏｒ）３４を具備する。そして、本実施形態の保持温度制御手段は、加熱光を発する光源のＹＡＧレーザ３３と、ＹＡＧレーザのレーザ光の光束径を拡大し空間光変調器３４に照射するコリメータレンズ３２と、空間光変調器３４から光をモールド１２に照射する投影レンズ３５とを具備する。投影レンズ３５は、モールド１２の形状に合わせて、照射領域を調整するため、ズームレンズとなっている。
【００３６】
空間光変調器３４は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）などのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子を使用する。また、直線偏向のレーザの場合には、液晶ＳＬＭが使用できる。ＤＭＤやＧＬＶは、多数の独立に可動する鏡がチップに集積された構成であり、それぞれの鏡で光を反射させて投影する。このため、空間光変調器３４は、モールド１２の面内の温度分布を検出後、その温度分布に従い、ＤＭＤやＧＬＶなどの鏡の向きを変え、モールド１２へのＹＡＧレーザ３３の光照射量を制御し、保持されたモールド１２の面内を所望の温度分布とすることができる。
上記空間光変調器の代わりに面発光半導体レーザ等をアレイ化したアレイ型レーザを用いてもよい。この場合には、要素レーザの発振強度を直接に変調することによって、光強度分布を制御する。
【００３７】
つぎに、本実施形態に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法について図２、図４を用いて説明する。本実施形態のレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法は、保持温度制御工程１０６が異なることを除き、実施形態１と同様に図２に示す工程を有する。このため、実施形態１と共通する部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の保持温度制御工程１０６は、空間光変調器３４を用いて、保持されたモールド１２の面内の温度分布を制御する工程である。本実施形態の保持温度制御工程１０６は、光源のＹＡＧレーザ３３から加熱光を照射し、コリメータレンズ３２によって加熱光の光束径を拡大して空間光変調器３４に照射し、空間光変調器３４からの加熱光を投影レンズ３５に介してモールド１２に照射する。保持されたモールド１２の面内の温度分布を検出し、加熱光は、その温度分布に従って、空間光変調器３４によってモールド１２の面内への照射を制御される。そして、本実施形態の保持温度制御工程１０６は、モールド１２の面内の温度分布を制御するため、モールドパターンは所望のパターン寸法に調整される。
【００３９】
上述した本実施形態は、空間光変調器３４によって、保持されたモールド１２の面内の温度分布を制御することができる。このため、モールド１２の表面に残留応力がある場合や、モールド１２の温度分布が不均一な場合などモールド１２に歪みが発生していても、モールド１２の面内温度を容易に所望とすることができる。また、平行光でない光源を斜め方向から照射する場合は、照射対象であるモールド１２などの位置によって照射する分布が変わり均一に照射できないが、空間光変調器３４を介することで均一に照射することが可能となる。このように、空間光変調器３４は、モールド１２の形状または位置によらず所望な照射ができる。
【００４０】
したがって、本実施形態は、モールド１２の面内を所望な温度分布として、モールドパターンの面内を所望のパターン寸法とでき、モールド１２と基板２との保持寸法比を所望に調整できる。このため、本実施形態は、面内の寸法精度が向上したレジストパターンを形成することができる。
【００４１】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することできる。
【００４２】
たとえば、本実施形態においては、保持されたモールド１２の温度を調整したが、保持された基板２の温度を調整してもよい。また、本実施形態は、モールド１２の温度のみを調整したが、モールド１２と基板２の両者の保持寸法を調整してもよい。基板２とモールド１２の両者の保持された温度を調整することで、さらに高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。
【００４３】
また、本実施形態は、保持するモールド台１１に加熱光を照射して、モールド台１１に保持されたモールド１２の温度を調整しているが、モールド１２に加熱光を直接的に照射してもよい。本実施形態のように、モールド台１１に加熱光を照射してモールド１２の温度を調整する場合、モールド台１１の形状によってはモールド１２が所望な温度とすることができない場合がある。しかし、モールド１２に加熱光を直接的に照射する場合、モールド台１１の形状によらず、保持されたモールド１２の温度を調整できる。このため、さらに高い寸法精度のレジストパターンを形成できる。これは、保持された基板２の温度を調整する場合も同様である。
【００４４】
また、本実施形態は、マーク検出手段で検出されたモールド１２と基板２との保持寸法比に基づいてモールド１２の保持状態の温度を制御している。しかし、保持状態のモールドパターンのパターン寸法と基板２の保持寸法とを検出カメラにより検出し、その寸法比に基づいて、モールド１２と基板２との保持寸法比を調整してもよい。同様に、基板２とモールド１２との少なくとも一方の保持状態での温度データを検出し、その温度データに基づいて、基板２とモールド１２との少なくとも一方の温度を調整してもよい。このようにマーク検出を使用しない場合であっても、基板２とモールド１２との少なくとも一方の温度を調整しても、同様な効果が得られる。
【００４５】
また、本実施形態は、加熱光を照射してモールド１２を熱膨張させているが、たとえば、冷却ファンなどの冷却手段を用いて温度を調整してモールドを熱収縮させてもよい。この場合も同様な効果を得ることができる。
【００４６】
そして、本実施形態は、レジスト３を軟化するために基板２にヒータ５１を設けて基板２を加熱しているが、モールド１２にヒータを設けてモールド１２を加熱してもよい。この場合、熱可塑性のレジスト３が軟化する温度以上にモールド１２を加熱し、基板２とモールド１２とを圧着する際にレジスト３に伝熱させてレジスト３を軟化させる。また、レジスト３を軟化するために基板２とモールド１２の両者にヒータを設けて両者を加熱しても同様に効果的である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、リソグラフィ工程において、寸法精度が向上して微細化が可能であり、また、スループットの向上が可能なレジストパターン形成装置およびその形成方法、および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係るレジストパターン形成装置を示す概略断面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１または２に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は本発明の実施形態１または２に係るレジストパターン形成方法および当該方法を用いた半導体装置の製造方法における概略断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態２に係るレジストパターン形成装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…基板台、 ２…基板、 ３…レジスト、１１…モールド台、１２…モールド、２１…加圧板、２２…加圧ポンプ、２３…圧力弁、３１…キセノンランプ、３２…コリメータレンズ、３３…ＹＡＧレーザ、３４…空間光変調器、３５…投影レンズ、４１…モールド用マーク、４２…基板用マーク、４３…検出カメラ、５１…ヒータ、６１…アーム、１０１…基板保持工程、１０２…モールド保持工程、１０３…レジスト軟化工程、１０４…マーク検出工程、１０５…位置合わせ工程、１０６…保持温度制御工程、１０７…モールドパターン転写工程、１０８…レジストパターン形成工程、１０９…基板加工工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
を具備するレジストパターン形成方法であって、
前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程と
を有する
レジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジストは熱可塑性を有し、
前記基板保持工程において保持された前記基板と前記モールド保持工程において保持された前記モールドとの少なくとも一方を前記熱可塑性のレジストが軟化する温度以上に加熱するレジスト軟化工程と
を有する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記保持温度制御工程は、光照射により温度を制御する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記保持温度制御工程は、前記モールドまたは前記基板の少なくとも一方の面内の温度分布を制御する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記保持温度制御工程は、空間光変調器を用いて温度分布を制御する
請求項４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記保持温度制御工程は、アレイ型レーザを用いて温度分布を制御する
請求項４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項７】
レジストを有する基板を保持する基板保持手段と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持手段と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写手段と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成手段と、
を具備するレジストパターン形成装置であって、
前記基板保持手段に保持された前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程に保持された前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御手段と
を有する
レジストパターン形成装置。
【請求項８】
レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンが形成された前記レジストをマスクとして前記基板を加工する基板加工工程と、
を具備する半導体装置の製造方法であって、
前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程と
を有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１】
レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
を具備するレジストパターン形成方法であって、
前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程と
を有する
レジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジストは熱可塑性を有し、
前記基板保持工程において保持された前記基板と前記モールド保持工程において保持された前記モールドとの少なくとも一方を前記熱可塑性のレジストが軟化する温度以上に加熱するレジスト軟化工程と
を有する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記保持温度制御工程は、光照射により温度を制御する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記保持温度制御工程は、前記モールドまたは前記基板の少なくとも一方の面内の温度分布を制御する
請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記保持温度制御工程は、空間光変調器を用いて温度分布を制御する
請求項４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記保持温度制御工程は、アレイ型レーザを用いて温度分布を制御する
請求項４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項７】
レジストを有する基板を保持する基板保持手段と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持手段と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写手段と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成手段と、
を具備するレジストパターン形成装置であって、
前記基板保持手段に保持された前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程に保持された前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御手段と
を有する
レジストパターン形成装置。
【請求項８】
レジストを有する基板を保持する基板保持工程と、
凹凸構造のモールドパターンを有し前記レジストより硬い材料のモールドを保持するモールド保持工程と、
前記基板と前記モールドとを圧着させて前記モールドパターンを前記レジストに転写するモールドパターン転写工程と、
前記圧着した基板とモールドとを引き離して前記レジストに凹凸構造のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンが形成された前記レジストをマスクとして前記基板を加工する基板加工工程と、
を具備する半導体装置の製造方法であって、
前記基板保持工程における前記基板の保持寸法と前記モールド保持工程における前記モールドの保持寸法との保持寸法比を調整するために前記基板と前記モールドとの少なくとも一方の温度を制御する保持温度制御工程と
を有する
半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００４−２５９９８５（Ｐ２００４−２５９９８５Ａ）
【公開日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−４９６７５（Ｐ２００３−４９６７５）
【出願日】平成１５年２月２６日（２００３．２．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年２月２６日（２００３．２．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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