半導体装置の製造方法
【課題】容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェハＷの薄膜担持面に、予めシートフィルムに塗布形成した金属薄膜を押し付け、該金属薄膜を転写する。その金属薄膜に凹凸パターンを型押しすることによって該パターンを転写し、エッチングによって配線１および隣接する配線１間の溝部を形成する。続いて、その上にシートフィルムに塗布形成した絶縁薄膜を押し付け、該絶縁薄膜８を転写する。そして、その絶縁薄膜８に凹凸パターン有するスタンパ３１を押し付けることによって該パターンを転写する。このような転写形成による成膜、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングおよびエッチングを金属層および絶縁層の双方について繰り返すことによって多層配線構造を構築する。
【解決手段】半導体ウェハＷの薄膜担持面に、予めシートフィルムに塗布形成した金属薄膜を押し付け、該金属薄膜を転写する。その金属薄膜に凹凸パターンを型押しすることによって該パターンを転写し、エッチングによって配線１および隣接する配線１間の溝部を形成する。続いて、その上にシートフィルムに塗布形成した絶縁薄膜を押し付け、該絶縁薄膜８を転写する。そして、その絶縁薄膜８に凹凸パターン有するスタンパ３１を押し付けることによって該パターンを転写する。このような転写形成による成膜、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングおよびエッチングを金属層および絶縁層の双方について繰り返すことによって多層配線構造を構築する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造方法としてはフォトリソグラフィーを使用するものが最も一般的である。すなわち、半導体ウェハ等の基板にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やスパッタによって金属薄膜を成膜し、マスクを使用したパターン露光およびエッチングによってその金属薄膜に回路パターンを形成し、さらにその上にスピンコート法等によって絶縁膜を形成し、その絶縁膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化するという工程を繰り返すことによって多層配線構造を構築していた。
【０００３】
一方、極めて高価な露光装置（ステッパ）を使用しないパターン形成技術としていわゆる「ナノインプリント」も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この技術は、スタンパの凹凸面をゲル状の絶縁薄膜に押しつけてその凹凸面を転写した後ゲル薄膜を加熱硬化し、そのゲル薄膜の凹部に金属を埋め込んで配線とするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６７９４３号公報
【特許文献２】特開２００３−１００７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フォトリソグラフィーを使用してパターン形成を行う場合には、工程数が非常に多くなり、その結果製造コストも高くなるという問題があった。また、ナノインプリントを使用した場合には、高価な露光装置を使用することなく工程数も削減できるものの、金属膜の成膜はめっきやＣＶＤによって行っており、大電力を必要とするとともに、金属膜を平坦化するためにはＣＭＰ等の平坦化技術も必要であるために、なお相応の工程数を必要としている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる半導体装置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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、第２成型体の表面を前記絶縁薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１成型工程の後に前記金属薄膜層をエッチングする第１エッチング工程と、前記第２成型工程の後に前記絶縁薄膜層をエッチングする第２エッチング工程と、をさらに備える。
【０００９】
また、請求項３の発明は、基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、前記絶縁薄膜層の上にレジスト膜を転写形成する第３転写工程と、第２成型体の表面を前記レジスト膜に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、前記第２記成型体の表面形状が転写された前記レジスト膜をエッチングすることによって前記絶縁薄膜層のうち前記レジスト膜の凹部直下を溝部として形成するエッチング工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第２転写工程に、前記第１記成型体の表面形状が転写されることによって形成された前記金属薄膜層の溝部に空気を封入する工程を含ませている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、金属薄膜層および絶縁薄膜層の双方について、転写形成による成膜および成型体を押し付けることによる表面形状転写によって形成しているため、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィーを用いることなく、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、成型工程の後にエッチングを行っており、より確実に薄膜層の溝部を形成することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、金属薄膜層については転写形成による成膜および成型体を直接押し付けることによる表面形状転写によって形成し、絶縁薄膜層については転写形成による成膜および成型体をレジスト膜を介して間接的に押し付けることによる表面形状転写によって形成しているため、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィーを用いることなく、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００１４】
また、請求項４の発明によれば、金属薄膜層の溝部に空気を封入しているため、配線間の絶縁をより確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
＜１．第１実施形態＞
半導体装置の製造プロセスについては後に詳述するが、その概略は薄膜層を転写形成することによる成膜と凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングとを繰り返すものである。図１は、薄膜層の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。この転写装置１０は、その内部が真空排気可能とされた処理容器１１を備えている。処理容器１１の側面部には排気口１１２が設けられるとともに、その排気口１１２に真空ポンプ１２が接続されている。この真空ポンプ１２は、図示を省略する制御ユニットからの動作指令に応じて作動し、排気口１１２を介して処理容器１１内を真空排気することができる。
【００１７】
また、処理容器１１内には、第１プレート１４および第２プレート１５と、第１プレート１４の第２プレート１５に対する傾きを自動的に補正する傾斜補正機構１８が配設されている。第１プレート１４は、第２プレート１５の上方にこれと軸線が一致するように傾斜補正機構１８を介して吊設される。半導体ウェハＷは第１プレート１４の下面（第２プレート１５と対向する面）に装着される。このため、第１プレート１４の下面は、平坦性を確保するために研磨された石英板（図示省略）が設けられており、この石英板に半導体ウェハＷが固定される。このように石英板を用いた理由は、石英が、半導体ウェハＷを汚染する物質を含まないこと、および加工性がよく必要とする平坦性が容易に得られることなどから、半導体ウェハＷを装着する材料として優れているからである。また、第１プレート１４は、内部に加熱手段として加熱ヒータ１４１を具備している。この加熱ヒータ１４１は２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。
【００１８】
もう一方のプレート、つまり第２プレート１５は、第１プレート１４の下方に第１プレート１４と対向して配設される。また、第２プレート１５は、後述するシートフィルムＦが載置される石英製のステージと、シートフィルムＦを加熱する加熱台とから構成されるとともに、その加熱台の内部に加熱手段として加熱ヒータ１５１が内蔵されている。この加熱ヒータ１５１も２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。なお、第１プレート１４および第２プレート１５は、静電チャック方式でシートフィルムＦおよび半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式で吸着保持するものであってもよい。
【００１９】
また、加熱台の下面中央には、軸１５３が一体に垂設されている。この軸１５３は軸受１９１によって上下動自在に軸支され、加重機構としての加重モータ１９２によって鉛直方向に沿って上下動されるように構成されている。なお、軸受１９１は、軸１５３と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。
【００２０】
傾斜補正機構１８は、第１プレート１４の外周を取り囲むように配設され、紙面の法線方向に延びる第１軸部材１８１を介して第１プレート１４に連結され、第１軸部材１８１周りで第１プレート１４を回動自在に支持するリング状の第１支持体１８２を備える。また、傾斜補正機構１８は、第１支持体１８２の外周に配設され、紙面の幅方向に延びる第２軸部材１８３を介して第１支持体１８２に連結され、第２軸部材１８３周りで第１支持体１８２を回動自在に支持する第２支持体１８４を備えている。
【００２１】
このように構成された傾斜補正機構１８においては、第１プレート１４は、第１支持体１８２により紙面法線方向に沿った第１軸部材１８１周りに回動自在に支持されるとともに、第２支持体１８４により紙面幅方向に沿った第２軸部材１８３周りに回動自在に支持されており、第２プレート１５が多少傾いていたとしても、いわゆる軸回動によって第１プレート１４を第２プレート１５に平行にすることができる。
【００２２】
また、傾斜補正機構１８を構成する第２支持体１８４は支柱部１８５を介して処理容器１１内の天井部から吊設されている。より詳しく説明すると、この支柱部１８５は、軸受１９３によって上下動自在に枢支され、上端には下方への落下を防止するフランジ１９４が一体に突設されている。なお、軸受１９３は、支柱部１８５と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。また、フランジ１９４は荷重センサ１９５と連結されており、半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの間に印加される荷重は荷重センサ１９５によって検出される。
【００２３】
このような転写装置１０を使用した転写処理手順について図２を参照しつつ説明する。図２は、薄膜を転写形成する手順を示す図である。ここでは、図２（ａ）に示す如く、金属の配線１と絶縁層２とが形成された半導体ウェハＷに金属薄膜を転写形成する場合を例に説明する。まず、薄膜担持面（ここでは配線１および絶縁層２が形成され、薄膜を形成すべき面）を下方に向けた状態で半導体ウェハＷを第１プレート１４の下面に装着する。また、第２プレート１５上には、その表面に予め金属薄膜５を塗布形成してなるシートフィルムＦを金属薄膜５が上を向くように装着する。ここでは、金属薄膜５が半導体ウェハＷに転写すべき薄膜であり、この金属薄膜５が半導体ウェハＷの薄膜担持面に対向するように半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦが配置されることとなる。なお、図２においては図示の便宜上、下側に半導体ウェハＷを記載し、上側にシートフィルムＦを記載しており、転写装置１０にて実際に処理される配置関係とは上下が逆となっている。
【００２４】
次に、加熱ヒータ１４１に通電して第１プレート１４を加熱して半導体ウェハＷを所望の温度に加熱するとともに、加熱ヒータ１５１に通電して第２プレート１５を加熱してシートフィルムＦを所望の温度に加熱する。また、真空ポンプ１２によって処理容器１１内が所望の真空度となるように真空排気する。
【００２５】
そして、処理容器１１内が所望の真空度になった後、加重モータ１９２による加重操作を開始する。これによって、図２（ｂ）に示すように、第２プレート１５が鉛直方向に沿って上昇してシートフィルムＦを半導体ウェハＷに押し付ける。このとき、第１プレート１４と傾斜補正機構１８は、第２プレート１５によって一体に押し上げられる。
【００２６】
この押上時に、第１プレート１４が第２プレート１５に対して傾斜しているときは、第２プレート１５が第１プレート１４に当接したとき、傾斜補正機構１８によって第１プレート１４の傾斜が自動的に補正される。すなわち、第１プレート１４は傾斜補正機構１８によって鉛直方向に対して傾斜可能に保持されているので、例えば図１紙面上において第１プレート１４の左方が若干下方となるように小角度傾斜しているとすると、まず第２プレート１５の左端側が第１プレート１４に接触して第１プレート１４を押し上げる。このため、第１プレート１４は第１軸部材１８１を回動中心として時計方向に回動して半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの接触面積が右方に徐々に拡がっていく。そして、第１プレート１４の傾斜が完全に補正され第２プレート１５と平行になると、基板ＷとシートフィルムＦとが全面にわたって等しい圧力で押し付けられる。
【００２７】
そして、加重モータ１９２によって加重を続け、荷重センサ１９５によって所望の荷重が検知されると、加重モータ１９２はその荷重が維持されるように加重動作を継続する。また、その間も処理容器１１内が所定の真空度となるように排気され続けるとともに、半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦは所定の温度となるように加熱され続けている。そして、所定時間の上記加重動作が終了すると、加重モータ１９２は加重を解除して第２プレート１５を下降させる。このとき、真空ポンプ１２による真空排気も停止する。
【００２８】
上記した一連の処理の結果、薄膜担持面に配線１と絶縁層２とが形成された半導体ウェハＷが金属薄膜５を挟んでシートフィルムＦと密着して一体となる。こうして形成された密着物を処理容器１１から取り出し、図２（ｃ）に示すようにシートフィルムＦを剥離することによって、図２（ｄ）に示すような金属薄膜５が転写形成された半導体ウェハＷを得ることができる。
【００２９】
次に、図３はパターンニングを行う成型装置の構成例を示す概略図である。この成型装置３０は、凹凸面３１ａを下方に向けた状態でスタンパ（成型体）３１を吸着して保持する固定ステージ４１と、薄膜形成面（薄膜Ｌが形成された面）を上方に向けた状態で半導体ウェハＷを吸着して保持する可動ステージ４２とを備えている。スタンパ３１は、石英または金属のように表面形状を凹凸面３１ａとして加工することができる硬質材料によって構成されている。凹凸面３１ａは、半導体ウェハＷの薄膜上に形成すべき凹凸パターンを有している。より具体的には、凹凸面３１ａには、半導体ウェハＷの薄膜に形成すべき溝に対応した凸部または突条部が形成されるとともに、これらの凸部または突条部の間が凹部として形成されている。なお、固定ステージ４１および可動ステージ４２は、静電チャック方式でスタンパ３１および半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式でそれぞれ吸着保持するものであってもよい。
【００３０】
固定ステージ４１および可動ステージ４２は、スタンパ３１および半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持する保持面が上下に対向する状態で設けられている。可動ステージ４２には、鉛直方向に沿って設けられたボールねじ４３に螺合するボールナット４４が結合されている。このボールナット４４は、リニアガイド４５，４６によって鉛直方向に摺動自在に案内されるブラケット４７に固定されている。ボールねじ４３にはモータ４８からの回転力が伝達されるようになっている。したがって、モータ４８を正転または逆転させることにより、ボールねじ４３が回転し、ボールナット４４に結合された可動ステージ４２が鉛直方向に沿って昇降する。これにより、可動ステージ４２を固定ステージ４１に対して近接または離間させることができる。
【００３１】
パターンニングを行う際には、スタンパ３１を固定ステージ４１に吸着保持させるとともに、ゲル状の薄膜Ｌが表面に形成された半導体ウェハＷを可動ステージ４２に吸着保持させ、スタンパ３１の凹凸面３１ａと薄膜Ｌとを相対向させた状態で、可動ステージ４２を上昇させて、固定ステージ４１に接近させる。やがて、半導体ウェハＷの薄膜Ｌとスタンパ３１とが当接して密着する。このとき、薄膜Ｌがゲル状であるため、凹凸面３１ａの凸部または突条部は薄膜Ｌ内に入り込んでいく。一方、凹凸面３１ａの凹部は平坦面であるため、凸部または突条部以外の領域においては、薄膜Ｌの表面が平坦化される。
【００３２】
固定ステージ４１および可動ステージ４２の少なくともいずれか一方には、ランプやヒータ等からなる加熱機構４１１，４２１が内蔵されている。この加熱機構４１１，４２１は、固定ステージ４１および可動ステージ４２が近接してスタンパ３１と半導体ウェハＷとが密着したとき、必要に応じて通電されて発熱し、薄膜Ｌを硬化させる。
【００３３】
その後、モータ４８を逆転させて可動ステージ４２を固定ステージ４１から離間させることによって、スタンパ３１の凹凸面３１ａの形状を薄膜Ｌに転写することができる。すなわち、薄膜Ｌには凹凸面３１ａの凸部または突条部に対応した凹部または溝部が形成されるとともに、凹凸面３１ａの凹部に対応した凸部が形成されることとなる。なお、加熱による薄膜Ｌの硬化処理はスタンパ３１と半導体ウェハＷとを離間させた後に行うようにしても良い。
【００３４】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について、図４〜図１３を参照しつつ説明する。まず、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に金属薄膜５を転写形成する（図４）。この金属薄膜５の転写形成は図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。この際に、シートフィルムＦに塗布形成される金属薄膜５は、パターンニング可能な程度の硬度を有するものであり、例えばペースト状或いはゲル状のコロイド金属にて構成される。従って、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に転写形成される金属薄膜５もパターンニング可能な程度に軟質なものである。なお、上述した図２においては、配線１と絶縁層２とが既に形成された半導体ウェハＷに金属薄膜５を転写形成していたが、ここではベアの半導体ウェハＷの表面を薄膜担持面とし、その上に金属薄膜５を転写形成している。図２に示す手法によって形成された金属薄膜５は、非常に高い平坦性を有する金属の薄膜層である。
【００３５】
次に、図３の成型装置３０を使用して金属薄膜５にパターンニングを行う。すなわち、半導体ウェハＷ上の平坦な金属薄膜５にスタンパ３１を押し付けて（図５）、両者を密着させる（図６）。このときに、スタンパ３１の凹凸面３１ａのうち凸部が金属薄膜５内に埋入するとともに、凹部に対応する領域においては金属薄膜５が平坦化される。その後、スタンパ３１を半導体ウェハＷから離間させてから加熱機構４２１（図３参照）を使用して所定温度所定時間の熱処理を行って金属薄膜５を硬化させる。その結果、スタンパ３１の凹凸面３１ａの形状（凹凸パターン）が金属薄膜５に転写され、金属薄膜５の上面には凸部５ａおよび凹部５ｂが形成される（図７）。
【００３６】
続いて、パターンニングがなされた金属薄膜５のエッチングを行う。エッチング手法としては、金属薄膜５の性質に応じて公知のドライエッチングまたはウェットエッチングを採用することができるが、ここではドライエッチングであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行っている。金属薄膜５をエッチングすることによって、凹部５ｂ底部のウェハ表面を完全に露出させる（図８）。なお、このときに金属薄膜５の凸部５ａもエッチングされることとなるが凹部５ｂよりも厚いため、凹部５ｂ底部のウェハ表面が露出してもなお金属薄膜として残留しており、その残留した金属薄膜が金属の配線１となる。そして、隣接する配線１相互間のウェハ表面が露出した領域（元の凹部５ｂに対応する領域）が溝部６となる。
【００３７】
次に、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に絶縁薄膜８を転写形成する（図９）。この絶縁薄膜８の転写形成も図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。但し、この場合、シートフィルムＦに塗布形成されるのは金属薄膜５に代えて絶縁薄膜８であり、例えばゲル状のＳＯＧ（Spin on Glass）や低比誘電率材料（low k材料）にて構成される。図２に示した手法によって半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成することにより、溝部６にも確実に絶縁材を充填することができるとともに、絶縁薄膜８を非常に高い平坦性を有する絶縁材料の薄膜層とすることができる。
【００３８】
次に、図３の成型装置３０を使用して絶縁薄膜８にパターンニングを行う。すなわち、半導体ウェハＷ上の平坦な絶縁薄膜８にスタンパ３１を押し付けて密着させる（図１０）。このときに、スタンパ３１の凹凸パターンのうち凸部が絶縁薄膜８内に埋入するとともに、凹部に対応する領域においては絶縁薄膜８が平坦化される。なお、絶縁薄膜８のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンと金属薄膜５のパターンニングに使用するそれとではパターン形状自体は当然異なる。
【００３９】
その後、スタンパ３１を半導体ウェハＷから離間させてから、或いは離間させる前に所定温度所定時間の熱処理を行って絶縁薄膜８を硬化させる。その結果、スタンパ３１の凹凸パターンが絶縁薄膜８に転写され、絶縁薄膜８の上面には凸部８ａおよび凹部８ｂが形成される（図１１）。
【００４０】
続いて、パターンニングがなされた絶縁薄膜８のエッチングを行う。エッチング手法としては、例えば、上記と同様のドライエッチングを採用することができる。絶縁薄膜８をエッチングすることによって、凹部８ｂ底部の下層配線１を完全に露出させる（図１２）。なお、このときに絶縁薄膜８の凸部８ａもエッチングされることとなるが凹部８ｂよりも厚いため、凹部８ｂ底部の配線１が露出してもなお絶縁薄膜として残留しており、その残留した絶縁薄膜が層間絶縁層２となる。そして、隣接する層間絶縁層２相互間の配線１が露出した領域（元の凹部８ｂに対応する領域）がビアホール３となる。
【００４１】
その後、さらに半導体ウェハＷの薄膜担持面上に金属薄膜５を転写形成する（図１３）。これは図１と同様の工程であり、図２に示した手法によって半導体ウェハＷに金属薄膜５を転写形成することにより、ビアホール３にも確実に金属（ビアプラグ）を充填することができるとともに、金属薄膜５を非常に高い平坦性を有する金属の薄膜層とすることができる。以降、上述したのと同様のプロセスを繰り返し実行することにより、半導体ウェハＷに多層配線構造を構築することができる。
【００４２】
このように、第１実施形態においては、金属層および絶縁層の双方について、転写形成による成膜、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングおよびエッチングによって形成しており、これを繰り返すことによって多層配線構造を構築している。図２に示した転写形成による成膜を行えば、下方の溝部への確実な充填と薄膜の平坦化を同時にかつ容易に行うことができる。また、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングにより、安価にしかも高い解像度にてパターン転写を行うことが可能となる。その結果、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィー、ＣＶＤやめっきによる成膜およびＣＭＰによる平坦化を用いることなく多層配線構造を構築することができ、高価な露光装置が不要となり、また工程数や電力消費量も著しく低減することができる。従って、半導体ウェハＷに容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００４３】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の半導体装置製造プロセスが第１実施形態と相違するのは、絶縁薄膜８へのパターンニング工程であり、残余のプロセスは同じである。第２実施形態における、絶縁薄膜８へのパターンニングについて図１４から図１７を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。
【００４４】
第２実施形態では、半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成した後（第１実施形態の図９の後）、さらにその絶縁薄膜８の上にレジスト膜９を転写形成している（図１４）。このレジスト膜９の転写形成も図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。但し、この場合、シートフィルムＦに塗布形成されるのはレジスト膜９である。
【００４５】
次に、図３の成型装置３０を使用してレジスト膜９にパターンニングを行う。すなわち、レジスト膜９にスタンパ３１を押し付けて密着させることにより、スタンパ３１の凹凸パターンをレジスト膜９の表面に転写する（図１５）。その結果、レジスト膜９の上面には凸部９ａおよび凹部９ｂが形成される。なお、レジスト膜９のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンは図１０に示した絶縁薄膜８のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンと同じである。
【００４６】
続いて、パターンニングがなされたレジスト膜９のエッチングを行う。エッチング手法としては、例えば、上記と同様のドライエッチングを採用することができる。レジスト膜９をエッチングすることによって、凹部９ｂのみならずその下部に位置する絶縁薄膜８も腐食され、やがて下層配線１が完全に露出する（図１６）。なお、このときにレジスト膜９の凸部９ａもエッチングされることとなるが一部は残留する。このため、例えば薬液を使用したレジスト除去処理を行うことにより、残留しているレジスト膜９を完全に剥離除去する（図１７）。その結果、エッチングされなかった絶縁薄膜８が層間絶縁層２となり、隣接する層間絶縁層２相互間の配線１が露出した領域（元の凹部９ｂに対応する領域）がビアホール３となり、図１２の構造と同様のものが得られることとなる。
【００４７】
このようにしても第１実施形態と同様の効果が得られる。第１実施形態では絶縁薄膜８に凹凸面を有するスタンパを使用して直接にパターンニングを行っていたのに対して、第２実施形態では同じスタンパを使用してレジスト膜を介したパターンニングを行っており、いわば間接パターンニングを行っている。
【００４８】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の半導体装置製造プロセスが第１実施形態と相違するのは、半導体ウェハＷへの絶縁薄膜８の転写形成工程であり、残余のプロセスは同じである。第３実施形態における、絶縁薄膜８の転写形成について図１８および図１９を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。
【００４９】
第３実施形態においては、第１実施形態の図８の後、金属の下層配線１が形成された半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成するときに、溝部６に空気を封入してエアギャップ７を形成している（図１８）。具体的には、シートフィルムＦに塗布形成する絶縁薄膜８の粘度を高くするとともに、第１プレート１４と第２プレート１５との間に作用する荷重を低くすることによって、溝部６に空気を封入する。
【００５０】
残余のプロセスについては第１実施形態と同じであり、２層目の金属薄膜５を転写形成してビアホール３に金属を充填した状態は図１９のようになる。このようにすれば、同一層の配線間の絶縁はエアギャップ７によって維持されることとなる。空気は現在開発されているいわゆる低比誘電率材料よりもさらに比誘電率が低く（概ねk＝１）、いわば究極の低比誘電率材料であり、第３実施形態のようにすれば第１実施形態と同様の効果に加えて同一層の配線間における絶縁をほぼ完璧なものとすることができる。もっとも、より上層の構造を配線１のみによって支えることとなるため、配線構造の強度に関しては第１および第２実施形態のようにした方が高くなる。
【００５１】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記第２実施形態の如きレジストを使用した間接パターンニングを金属薄膜５に対するパターンニングに適用するようにしても良い。
【００５２】
また、第２実施形態の間接パターンニングと第３実施形態のエアギャップ形成とを組み合わせて多層配線構造を構築するようにしても良い。
【００５３】
また、上記各実施形態においては、パターンニング工程の後にエッチングを行うことによって溝部６およびビアホール３を形成していたが、これに限定されるものではなく、スタンパ３１の凹凸パターンを調節したり、モータ４８の押し付け荷重を制御することによって、パターンニングのみにより溝部６およびビアホール３を形成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】薄膜の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。
【図２】薄膜を転写形成する手順を示す図である。
【図３】パターンニングを行う成型装置の構成例を示す概略図である。
【図４】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図５】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図６】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図７】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図８】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図９】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１０】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１１】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１２】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１３】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１４】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１５】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１６】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１７】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１８】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１９】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 配線
２ 層間絶縁層
３ ビアホール
５ 金属薄膜
６ 溝部
７ エアギャップ
８ 絶縁薄膜
９ レジスト膜
１０ 転写装置
３０ 成型装置
Ｗ 半導体ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造方法としてはフォトリソグラフィーを使用するものが最も一般的である。すなわち、半導体ウェハ等の基板にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やスパッタによって金属薄膜を成膜し、マスクを使用したパターン露光およびエッチングによってその金属薄膜に回路パターンを形成し、さらにその上にスピンコート法等によって絶縁膜を形成し、その絶縁膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化するという工程を繰り返すことによって多層配線構造を構築していた。
【０００３】
一方、極めて高価な露光装置（ステッパ）を使用しないパターン形成技術としていわゆる「ナノインプリント」も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この技術は、スタンパの凹凸面をゲル状の絶縁薄膜に押しつけてその凹凸面を転写した後ゲル薄膜を加熱硬化し、そのゲル薄膜の凹部に金属を埋め込んで配線とするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６７９４３号公報
【特許文献２】特開２００３−１００７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フォトリソグラフィーを使用してパターン形成を行う場合には、工程数が非常に多くなり、その結果製造コストも高くなるという問題があった。また、ナノインプリントを使用した場合には、高価な露光装置を使用することなく工程数も削減できるものの、金属膜の成膜はめっきやＣＶＤによって行っており、大電力を必要とするとともに、金属膜を平坦化するためにはＣＭＰ等の平坦化技術も必要であるために、なお相応の工程数を必要としている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる半導体装置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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、第２成型体の表面を前記絶縁薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１成型工程の後に前記金属薄膜層をエッチングする第１エッチング工程と、前記第２成型工程の後に前記絶縁薄膜層をエッチングする第２エッチング工程と、をさらに備える。
【０００９】
また、請求項３の発明は、基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、前記絶縁薄膜層の上にレジスト膜を転写形成する第３転写工程と、第２成型体の表面を前記レジスト膜に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、前記第２記成型体の表面形状が転写された前記レジスト膜をエッチングすることによって前記絶縁薄膜層のうち前記レジスト膜の凹部直下を溝部として形成するエッチング工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第２転写工程に、前記第１記成型体の表面形状が転写されることによって形成された前記金属薄膜層の溝部に空気を封入する工程を含ませている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、金属薄膜層および絶縁薄膜層の双方について、転写形成による成膜および成型体を押し付けることによる表面形状転写によって形成しているため、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィーを用いることなく、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、成型工程の後にエッチングを行っており、より確実に薄膜層の溝部を形成することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、金属薄膜層については転写形成による成膜および成型体を直接押し付けることによる表面形状転写によって形成し、絶縁薄膜層については転写形成による成膜および成型体をレジスト膜を介して間接的に押し付けることによる表面形状転写によって形成しているため、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィーを用いることなく、容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００１４】
また、請求項４の発明によれば、金属薄膜層の溝部に空気を封入しているため、配線間の絶縁をより確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
＜１．第１実施形態＞
半導体装置の製造プロセスについては後に詳述するが、その概略は薄膜層を転写形成することによる成膜と凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングとを繰り返すものである。図１は、薄膜層の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。この転写装置１０は、その内部が真空排気可能とされた処理容器１１を備えている。処理容器１１の側面部には排気口１１２が設けられるとともに、その排気口１１２に真空ポンプ１２が接続されている。この真空ポンプ１２は、図示を省略する制御ユニットからの動作指令に応じて作動し、排気口１１２を介して処理容器１１内を真空排気することができる。
【００１７】
また、処理容器１１内には、第１プレート１４および第２プレート１５と、第１プレート１４の第２プレート１５に対する傾きを自動的に補正する傾斜補正機構１８が配設されている。第１プレート１４は、第２プレート１５の上方にこれと軸線が一致するように傾斜補正機構１８を介して吊設される。半導体ウェハＷは第１プレート１４の下面（第２プレート１５と対向する面）に装着される。このため、第１プレート１４の下面は、平坦性を確保するために研磨された石英板（図示省略）が設けられており、この石英板に半導体ウェハＷが固定される。このように石英板を用いた理由は、石英が、半導体ウェハＷを汚染する物質を含まないこと、および加工性がよく必要とする平坦性が容易に得られることなどから、半導体ウェハＷを装着する材料として優れているからである。また、第１プレート１４は、内部に加熱手段として加熱ヒータ１４１を具備している。この加熱ヒータ１４１は２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。
【００１８】
もう一方のプレート、つまり第２プレート１５は、第１プレート１４の下方に第１プレート１４と対向して配設される。また、第２プレート１５は、後述するシートフィルムＦが載置される石英製のステージと、シートフィルムＦを加熱する加熱台とから構成されるとともに、その加熱台の内部に加熱手段として加熱ヒータ１５１が内蔵されている。この加熱ヒータ１５１も２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。なお、第１プレート１４および第２プレート１５は、静電チャック方式でシートフィルムＦおよび半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式で吸着保持するものであってもよい。
【００１９】
また、加熱台の下面中央には、軸１５３が一体に垂設されている。この軸１５３は軸受１９１によって上下動自在に軸支され、加重機構としての加重モータ１９２によって鉛直方向に沿って上下動されるように構成されている。なお、軸受１９１は、軸１５３と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。
【００２０】
傾斜補正機構１８は、第１プレート１４の外周を取り囲むように配設され、紙面の法線方向に延びる第１軸部材１８１を介して第１プレート１４に連結され、第１軸部材１８１周りで第１プレート１４を回動自在に支持するリング状の第１支持体１８２を備える。また、傾斜補正機構１８は、第１支持体１８２の外周に配設され、紙面の幅方向に延びる第２軸部材１８３を介して第１支持体１８２に連結され、第２軸部材１８３周りで第１支持体１８２を回動自在に支持する第２支持体１８４を備えている。
【００２１】
このように構成された傾斜補正機構１８においては、第１プレート１４は、第１支持体１８２により紙面法線方向に沿った第１軸部材１８１周りに回動自在に支持されるとともに、第２支持体１８４により紙面幅方向に沿った第２軸部材１８３周りに回動自在に支持されており、第２プレート１５が多少傾いていたとしても、いわゆる軸回動によって第１プレート１４を第２プレート１５に平行にすることができる。
【００２２】
また、傾斜補正機構１８を構成する第２支持体１８４は支柱部１８５を介して処理容器１１内の天井部から吊設されている。より詳しく説明すると、この支柱部１８５は、軸受１９３によって上下動自在に枢支され、上端には下方への落下を防止するフランジ１９４が一体に突設されている。なお、軸受１９３は、支柱部１８５と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。また、フランジ１９４は荷重センサ１９５と連結されており、半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの間に印加される荷重は荷重センサ１９５によって検出される。
【００２３】
このような転写装置１０を使用した転写処理手順について図２を参照しつつ説明する。図２は、薄膜を転写形成する手順を示す図である。ここでは、図２（ａ）に示す如く、金属の配線１と絶縁層２とが形成された半導体ウェハＷに金属薄膜を転写形成する場合を例に説明する。まず、薄膜担持面（ここでは配線１および絶縁層２が形成され、薄膜を形成すべき面）を下方に向けた状態で半導体ウェハＷを第１プレート１４の下面に装着する。また、第２プレート１５上には、その表面に予め金属薄膜５を塗布形成してなるシートフィルムＦを金属薄膜５が上を向くように装着する。ここでは、金属薄膜５が半導体ウェハＷに転写すべき薄膜であり、この金属薄膜５が半導体ウェハＷの薄膜担持面に対向するように半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦが配置されることとなる。なお、図２においては図示の便宜上、下側に半導体ウェハＷを記載し、上側にシートフィルムＦを記載しており、転写装置１０にて実際に処理される配置関係とは上下が逆となっている。
【００２４】
次に、加熱ヒータ１４１に通電して第１プレート１４を加熱して半導体ウェハＷを所望の温度に加熱するとともに、加熱ヒータ１５１に通電して第２プレート１５を加熱してシートフィルムＦを所望の温度に加熱する。また、真空ポンプ１２によって処理容器１１内が所望の真空度となるように真空排気する。
【００２５】
そして、処理容器１１内が所望の真空度になった後、加重モータ１９２による加重操作を開始する。これによって、図２（ｂ）に示すように、第２プレート１５が鉛直方向に沿って上昇してシートフィルムＦを半導体ウェハＷに押し付ける。このとき、第１プレート１４と傾斜補正機構１８は、第２プレート１５によって一体に押し上げられる。
【００２６】
この押上時に、第１プレート１４が第２プレート１５に対して傾斜しているときは、第２プレート１５が第１プレート１４に当接したとき、傾斜補正機構１８によって第１プレート１４の傾斜が自動的に補正される。すなわち、第１プレート１４は傾斜補正機構１８によって鉛直方向に対して傾斜可能に保持されているので、例えば図１紙面上において第１プレート１４の左方が若干下方となるように小角度傾斜しているとすると、まず第２プレート１５の左端側が第１プレート１４に接触して第１プレート１４を押し上げる。このため、第１プレート１４は第１軸部材１８１を回動中心として時計方向に回動して半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの接触面積が右方に徐々に拡がっていく。そして、第１プレート１４の傾斜が完全に補正され第２プレート１５と平行になると、基板ＷとシートフィルムＦとが全面にわたって等しい圧力で押し付けられる。
【００２７】
そして、加重モータ１９２によって加重を続け、荷重センサ１９５によって所望の荷重が検知されると、加重モータ１９２はその荷重が維持されるように加重動作を継続する。また、その間も処理容器１１内が所定の真空度となるように排気され続けるとともに、半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦは所定の温度となるように加熱され続けている。そして、所定時間の上記加重動作が終了すると、加重モータ１９２は加重を解除して第２プレート１５を下降させる。このとき、真空ポンプ１２による真空排気も停止する。
【００２８】
上記した一連の処理の結果、薄膜担持面に配線１と絶縁層２とが形成された半導体ウェハＷが金属薄膜５を挟んでシートフィルムＦと密着して一体となる。こうして形成された密着物を処理容器１１から取り出し、図２（ｃ）に示すようにシートフィルムＦを剥離することによって、図２（ｄ）に示すような金属薄膜５が転写形成された半導体ウェハＷを得ることができる。
【００２９】
次に、図３はパターンニングを行う成型装置の構成例を示す概略図である。この成型装置３０は、凹凸面３１ａを下方に向けた状態でスタンパ（成型体）３１を吸着して保持する固定ステージ４１と、薄膜形成面（薄膜Ｌが形成された面）を上方に向けた状態で半導体ウェハＷを吸着して保持する可動ステージ４２とを備えている。スタンパ３１は、石英または金属のように表面形状を凹凸面３１ａとして加工することができる硬質材料によって構成されている。凹凸面３１ａは、半導体ウェハＷの薄膜上に形成すべき凹凸パターンを有している。より具体的には、凹凸面３１ａには、半導体ウェハＷの薄膜に形成すべき溝に対応した凸部または突条部が形成されるとともに、これらの凸部または突条部の間が凹部として形成されている。なお、固定ステージ４１および可動ステージ４２は、静電チャック方式でスタンパ３１および半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式でそれぞれ吸着保持するものであってもよい。
【００３０】
固定ステージ４１および可動ステージ４２は、スタンパ３１および半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持する保持面が上下に対向する状態で設けられている。可動ステージ４２には、鉛直方向に沿って設けられたボールねじ４３に螺合するボールナット４４が結合されている。このボールナット４４は、リニアガイド４５，４６によって鉛直方向に摺動自在に案内されるブラケット４７に固定されている。ボールねじ４３にはモータ４８からの回転力が伝達されるようになっている。したがって、モータ４８を正転または逆転させることにより、ボールねじ４３が回転し、ボールナット４４に結合された可動ステージ４２が鉛直方向に沿って昇降する。これにより、可動ステージ４２を固定ステージ４１に対して近接または離間させることができる。
【００３１】
パターンニングを行う際には、スタンパ３１を固定ステージ４１に吸着保持させるとともに、ゲル状の薄膜Ｌが表面に形成された半導体ウェハＷを可動ステージ４２に吸着保持させ、スタンパ３１の凹凸面３１ａと薄膜Ｌとを相対向させた状態で、可動ステージ４２を上昇させて、固定ステージ４１に接近させる。やがて、半導体ウェハＷの薄膜Ｌとスタンパ３１とが当接して密着する。このとき、薄膜Ｌがゲル状であるため、凹凸面３１ａの凸部または突条部は薄膜Ｌ内に入り込んでいく。一方、凹凸面３１ａの凹部は平坦面であるため、凸部または突条部以外の領域においては、薄膜Ｌの表面が平坦化される。
【００３２】
固定ステージ４１および可動ステージ４２の少なくともいずれか一方には、ランプやヒータ等からなる加熱機構４１１，４２１が内蔵されている。この加熱機構４１１，４２１は、固定ステージ４１および可動ステージ４２が近接してスタンパ３１と半導体ウェハＷとが密着したとき、必要に応じて通電されて発熱し、薄膜Ｌを硬化させる。
【００３３】
その後、モータ４８を逆転させて可動ステージ４２を固定ステージ４１から離間させることによって、スタンパ３１の凹凸面３１ａの形状を薄膜Ｌに転写することができる。すなわち、薄膜Ｌには凹凸面３１ａの凸部または突条部に対応した凹部または溝部が形成されるとともに、凹凸面３１ａの凹部に対応した凸部が形成されることとなる。なお、加熱による薄膜Ｌの硬化処理はスタンパ３１と半導体ウェハＷとを離間させた後に行うようにしても良い。
【００３４】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について、図４〜図１３を参照しつつ説明する。まず、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に金属薄膜５を転写形成する（図４）。この金属薄膜５の転写形成は図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。この際に、シートフィルムＦに塗布形成される金属薄膜５は、パターンニング可能な程度の硬度を有するものであり、例えばペースト状或いはゲル状のコロイド金属にて構成される。従って、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に転写形成される金属薄膜５もパターンニング可能な程度に軟質なものである。なお、上述した図２においては、配線１と絶縁層２とが既に形成された半導体ウェハＷに金属薄膜５を転写形成していたが、ここではベアの半導体ウェハＷの表面を薄膜担持面とし、その上に金属薄膜５を転写形成している。図２に示す手法によって形成された金属薄膜５は、非常に高い平坦性を有する金属の薄膜層である。
【００３５】
次に、図３の成型装置３０を使用して金属薄膜５にパターンニングを行う。すなわち、半導体ウェハＷ上の平坦な金属薄膜５にスタンパ３１を押し付けて（図５）、両者を密着させる（図６）。このときに、スタンパ３１の凹凸面３１ａのうち凸部が金属薄膜５内に埋入するとともに、凹部に対応する領域においては金属薄膜５が平坦化される。その後、スタンパ３１を半導体ウェハＷから離間させてから加熱機構４２１（図３参照）を使用して所定温度所定時間の熱処理を行って金属薄膜５を硬化させる。その結果、スタンパ３１の凹凸面３１ａの形状（凹凸パターン）が金属薄膜５に転写され、金属薄膜５の上面には凸部５ａおよび凹部５ｂが形成される（図７）。
【００３６】
続いて、パターンニングがなされた金属薄膜５のエッチングを行う。エッチング手法としては、金属薄膜５の性質に応じて公知のドライエッチングまたはウェットエッチングを採用することができるが、ここではドライエッチングであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行っている。金属薄膜５をエッチングすることによって、凹部５ｂ底部のウェハ表面を完全に露出させる（図８）。なお、このときに金属薄膜５の凸部５ａもエッチングされることとなるが凹部５ｂよりも厚いため、凹部５ｂ底部のウェハ表面が露出してもなお金属薄膜として残留しており、その残留した金属薄膜が金属の配線１となる。そして、隣接する配線１相互間のウェハ表面が露出した領域（元の凹部５ｂに対応する領域）が溝部６となる。
【００３７】
次に、半導体ウェハＷの薄膜担持面上に絶縁薄膜８を転写形成する（図９）。この絶縁薄膜８の転写形成も図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。但し、この場合、シートフィルムＦに塗布形成されるのは金属薄膜５に代えて絶縁薄膜８であり、例えばゲル状のＳＯＧ（Spin on Glass）や低比誘電率材料（low k材料）にて構成される。図２に示した手法によって半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成することにより、溝部６にも確実に絶縁材を充填することができるとともに、絶縁薄膜８を非常に高い平坦性を有する絶縁材料の薄膜層とすることができる。
【００３８】
次に、図３の成型装置３０を使用して絶縁薄膜８にパターンニングを行う。すなわち、半導体ウェハＷ上の平坦な絶縁薄膜８にスタンパ３１を押し付けて密着させる（図１０）。このときに、スタンパ３１の凹凸パターンのうち凸部が絶縁薄膜８内に埋入するとともに、凹部に対応する領域においては絶縁薄膜８が平坦化される。なお、絶縁薄膜８のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンと金属薄膜５のパターンニングに使用するそれとではパターン形状自体は当然異なる。
【００３９】
その後、スタンパ３１を半導体ウェハＷから離間させてから、或いは離間させる前に所定温度所定時間の熱処理を行って絶縁薄膜８を硬化させる。その結果、スタンパ３１の凹凸パターンが絶縁薄膜８に転写され、絶縁薄膜８の上面には凸部８ａおよび凹部８ｂが形成される（図１１）。
【００４０】
続いて、パターンニングがなされた絶縁薄膜８のエッチングを行う。エッチング手法としては、例えば、上記と同様のドライエッチングを採用することができる。絶縁薄膜８をエッチングすることによって、凹部８ｂ底部の下層配線１を完全に露出させる（図１２）。なお、このときに絶縁薄膜８の凸部８ａもエッチングされることとなるが凹部８ｂよりも厚いため、凹部８ｂ底部の配線１が露出してもなお絶縁薄膜として残留しており、その残留した絶縁薄膜が層間絶縁層２となる。そして、隣接する層間絶縁層２相互間の配線１が露出した領域（元の凹部８ｂに対応する領域）がビアホール３となる。
【００４１】
その後、さらに半導体ウェハＷの薄膜担持面上に金属薄膜５を転写形成する（図１３）。これは図１と同様の工程であり、図２に示した手法によって半導体ウェハＷに金属薄膜５を転写形成することにより、ビアホール３にも確実に金属（ビアプラグ）を充填することができるとともに、金属薄膜５を非常に高い平坦性を有する金属の薄膜層とすることができる。以降、上述したのと同様のプロセスを繰り返し実行することにより、半導体ウェハＷに多層配線構造を構築することができる。
【００４２】
このように、第１実施形態においては、金属層および絶縁層の双方について、転写形成による成膜、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングおよびエッチングによって形成しており、これを繰り返すことによって多層配線構造を構築している。図２に示した転写形成による成膜を行えば、下方の溝部への確実な充填と薄膜の平坦化を同時にかつ容易に行うことができる。また、凹凸面を有するスタンパを使用したパターンニングにより、安価にしかも高い解像度にてパターン転写を行うことが可能となる。その結果、従来一般的に使用されていたフォトリソグラフィー、ＣＶＤやめっきによる成膜およびＣＭＰによる平坦化を用いることなく多層配線構造を構築することができ、高価な露光装置が不要となり、また工程数や電力消費量も著しく低減することができる。従って、半導体ウェハＷに容易にかつ安価に多層配線構造を構築することができる。
【００４３】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の半導体装置製造プロセスが第１実施形態と相違するのは、絶縁薄膜８へのパターンニング工程であり、残余のプロセスは同じである。第２実施形態における、絶縁薄膜８へのパターンニングについて図１４から図１７を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。
【００４４】
第２実施形態では、半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成した後（第１実施形態の図９の後）、さらにその絶縁薄膜８の上にレジスト膜９を転写形成している（図１４）。このレジスト膜９の転写形成も図１の転写装置１０によって図２に示したのと同様の手順にて行われる。但し、この場合、シートフィルムＦに塗布形成されるのはレジスト膜９である。
【００４５】
次に、図３の成型装置３０を使用してレジスト膜９にパターンニングを行う。すなわち、レジスト膜９にスタンパ３１を押し付けて密着させることにより、スタンパ３１の凹凸パターンをレジスト膜９の表面に転写する（図１５）。その結果、レジスト膜９の上面には凸部９ａおよび凹部９ｂが形成される。なお、レジスト膜９のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンは図１０に示した絶縁薄膜８のパターンニングに使用するスタンパ３１の凹凸パターンと同じである。
【００４６】
続いて、パターンニングがなされたレジスト膜９のエッチングを行う。エッチング手法としては、例えば、上記と同様のドライエッチングを採用することができる。レジスト膜９をエッチングすることによって、凹部９ｂのみならずその下部に位置する絶縁薄膜８も腐食され、やがて下層配線１が完全に露出する（図１６）。なお、このときにレジスト膜９の凸部９ａもエッチングされることとなるが一部は残留する。このため、例えば薬液を使用したレジスト除去処理を行うことにより、残留しているレジスト膜９を完全に剥離除去する（図１７）。その結果、エッチングされなかった絶縁薄膜８が層間絶縁層２となり、隣接する層間絶縁層２相互間の配線１が露出した領域（元の凹部９ｂに対応する領域）がビアホール３となり、図１２の構造と同様のものが得られることとなる。
【００４７】
このようにしても第１実施形態と同様の効果が得られる。第１実施形態では絶縁薄膜８に凹凸面を有するスタンパを使用して直接にパターンニングを行っていたのに対して、第２実施形態では同じスタンパを使用してレジスト膜を介したパターンニングを行っており、いわば間接パターンニングを行っている。
【００４８】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の半導体装置製造プロセスが第１実施形態と相違するのは、半導体ウェハＷへの絶縁薄膜８の転写形成工程であり、残余のプロセスは同じである。第３実施形態における、絶縁薄膜８の転写形成について図１８および図１９を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。
【００４９】
第３実施形態においては、第１実施形態の図８の後、金属の下層配線１が形成された半導体ウェハＷに絶縁薄膜８を転写形成するときに、溝部６に空気を封入してエアギャップ７を形成している（図１８）。具体的には、シートフィルムＦに塗布形成する絶縁薄膜８の粘度を高くするとともに、第１プレート１４と第２プレート１５との間に作用する荷重を低くすることによって、溝部６に空気を封入する。
【００５０】
残余のプロセスについては第１実施形態と同じであり、２層目の金属薄膜５を転写形成してビアホール３に金属を充填した状態は図１９のようになる。このようにすれば、同一層の配線間の絶縁はエアギャップ７によって維持されることとなる。空気は現在開発されているいわゆる低比誘電率材料よりもさらに比誘電率が低く（概ねk＝１）、いわば究極の低比誘電率材料であり、第３実施形態のようにすれば第１実施形態と同様の効果に加えて同一層の配線間における絶縁をほぼ完璧なものとすることができる。もっとも、より上層の構造を配線１のみによって支えることとなるため、配線構造の強度に関しては第１および第２実施形態のようにした方が高くなる。
【００５１】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記第２実施形態の如きレジストを使用した間接パターンニングを金属薄膜５に対するパターンニングに適用するようにしても良い。
【００５２】
また、第２実施形態の間接パターンニングと第３実施形態のエアギャップ形成とを組み合わせて多層配線構造を構築するようにしても良い。
【００５３】
また、上記各実施形態においては、パターンニング工程の後にエッチングを行うことによって溝部６およびビアホール３を形成していたが、これに限定されるものではなく、スタンパ３１の凹凸パターンを調節したり、モータ４８の押し付け荷重を制御することによって、パターンニングのみにより溝部６およびビアホール３を形成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】薄膜の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。
【図２】薄膜を転写形成する手順を示す図である。
【図３】パターンニングを行う成型装置の構成例を示す概略図である。
【図４】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図５】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図６】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図７】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図８】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図９】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１０】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１１】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１２】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１３】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１４】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１５】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１６】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１７】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１８】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【図１９】半導体装置の製造工程の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 配線
２ 層間絶縁層
３ ビアホール
５ 金属薄膜
６ 溝部
７ エアギャップ
８ 絶縁薄膜
９ レジスト膜
１０ 転写装置
３０ 成型装置
Ｗ 半導体ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、
第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、
前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、
第２成型体の表面を前記絶縁薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１成型工程の後に前記金属薄膜層をエッチングする第１エッチング工程と、
前記第２成型工程の後に前記絶縁薄膜層をエッチングする第２エッチング工程と、
をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、
第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、
前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、
前記絶縁薄膜層の上にレジスト膜を転写形成する第３転写工程と、
第２成型体の表面を前記レジスト膜に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、
前記第２記成型体の表面形状が転写された前記レジスト膜をエッチングすることによって前記絶縁薄膜層のうち前記レジスト膜の凹部直下を溝部として形成するエッチング工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２転写工程は、前記第１記成型体の表面形状が転写されることによって形成された前記金属薄膜層の溝部に空気を封入する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、
第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、
前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、
第２成型体の表面を前記絶縁薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１成型工程の後に前記金属薄膜層をエッチングする第１エッチング工程と、
前記第２成型工程の後に前記絶縁薄膜層をエッチングする第２エッチング工程と、
をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板の薄膜担持面上に金属薄膜層を転写形成する第１転写工程と、
第１成型体の表面を前記金属薄膜層に押し付けて当該表面の形状を転写する第１成型工程と、
前記第１記成型体の表面形状が転写された前記金属薄膜層の上に絶縁薄膜層を転写形成する第２転写工程と、
前記絶縁薄膜層の上にレジスト膜を転写形成する第３転写工程と、
第２成型体の表面を前記レジスト膜に押し付けて当該表面の形状を転写する第２成型工程と、
前記第２記成型体の表面形状が転写された前記レジスト膜をエッチングすることによって前記絶縁薄膜層のうち前記レジスト膜の凹部直下を溝部として形成するエッチング工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２転写工程は、前記第１記成型体の表面形状が転写されることによって形成された前記金属薄膜層の溝部に空気を封入する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００７−８８３７４（Ｐ２００７−８８３７４Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７８２０８（Ｐ２００５−２７８２０８）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]