JP4660581B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ナノインプリントリソグラフィにおけるパターン形成方法に関するものである。

近年、半導体装置の微細化の進行に伴って、半導体装置の製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。つまり、現時点における最先端の半導体装置の設計ルールは、ハーフピッチ（ｈｐ）で数十ｎｍ程度にまで微細化してきており、従来の光を用いた縮小パターン転写によるリソグラフィでは解像力が不足し、パターン形成が困難な状況になっている。そこで、近年では、このようなリソグラフィに代わって、ナノインプリント技術が提案されている。

このナノインプリント技術は、転写すべきパターンがあらかじめ形成された原版の型（テンプレート）を、処理対象である基板上に塗布された有機材料に接触させ、光または熱を加えながら有機材料を硬化させることによって、有機材料層にパターンを転写する方法である（たとえば、特許文献１，２参照）。このように、ナノインプリント技術では、従来の光を用いたリソグラフィで問題となっていた焦点深度や収差、露光量などの変動要因が少なく、高精度のインプリントマスクが完成すれば非常に簡便にかつ精度良くパターン転写を行うことができる。つまり、ナノインプリント技術は、非常に微細な構造を形成することが可能であり、かつ、低コストのパターニング方法である。

しかし、ナノインプリント技術は、上述したように、テンプレートを被処理基板と接触させ、またはそれらの間隔を近づけてパターン転写を行っているので、被処理基板表面のもつ凹凸や被処理基板上にパーティクルなどの異物などが存在すると、その凹凸や異物によって、テンプレートが欠けたり、テンプレートにクラックが生じて破損してしまったりするという問題点があった。そして、この破損したテンプレートを用いると、以後に形成されるパターンには、共通欠陥が生じてしまう。

また、ウェハ表面に付着したゴミを除去するために、加工装置に洗浄装置を備えた技術も知られている（たとえば、特許文献３参照。）。しかし、洗浄プロセスの増加により迅速なパターン転写を実施できない虞がある。

特開２００１−６８４１１号公報 特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００７−２９９９９４号公報

本発明は、ナノインプリントを用いた被処理基板へのパターン形成時に、被処理基板に存在する凹凸や異物によってテンプレートが破損することを防止するパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを、基板に形成された下地膜と前記第１のテンプレートとの間に配置されたレジスト剤に転写してマスクパターンを形成するパターン形成方法において、 前記基板にパターンを形成する対象である下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記下地膜の表面に、凹凸／異物が存在するか否かを検査する表面検査工程と、前記表面検査工程の結果を用いて、前記第１のテンプレートでパターンを形成するショット領域に、凹凸／異物が存在するかを判定する判定工程と、前記ショット領域に凹凸／異物が存在しない場合には、前記第１のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化して、前記第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを有するマスクパターンを形成し、前記ショット領域に凹凸／異物が存在する場合には、前記第１のテンプレートとは異なる第２のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化するレジスト固化工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを、基板に形成された下地膜上に塗布されたレジスト剤に転写してマスクパターンを形成するパターン形成方法において、前記基板にパターンを形成する対象である下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記下地膜の表面に、凹凸／異物が存在するか否かを検査する表面検査工程と、前記下地膜が形成された前記基板上の全面にレジスト剤を塗布するレジスト剤塗布工程と、前記レジスト剤が塗布された領域よりも小さい、前記第１のテンプレートでパターンを形成するショット領域に、凹凸／異物が存在するかを、前記表面検査工程の結果を用いて判定する判定工程と、前記ショット領域に凹凸／異物が存在しない場合には、前記第１のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化して、前記第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを有するマスクパターンを形成し、前記ショット領域に凹凸／異物が存在する場合には、前記第１のテンプレートとは異なる第２のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化するレジスト固化工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法が提供される。

本発明によれば、ナノインプリントを用いた被処理基板へのパターン形成時に、被処理基板に存在する凹凸や異物によってテンプレートが破損することを防止するパターン形成方法を提供することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるパターン形成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。また、以下の実施の形態で用いられるインプリントマスクの断面図は模式的なものであり、実際の比率を現すものではない。

（第１の実施の形態）
この第１の実施の形態では、下地膜をウェハ上に形成した後、凹凸／異物検査を行い、ショット領域に凹凸／異物が存在しない場合には、第１のテンプレートでインプリント処理を行い、ショット領域に凹凸／異物が存在する場合には、傷ついてもよいダミーの第２のテンプレートでインプリント処理を行うようにしている。なお、上記の凹凸／異物は、第１のテンプレートを破損させる虞のある凹凸／異物であり、転写したパターンに欠陥が生じるような凹凸／異物であってもよい。以下では、凹凸／異物が第１のテンプレートを破損させる虞のある凹凸／異物である場合を例に挙げて詳細に説明する。

図１は、第１の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートであり、図２−１〜図２−２は、第１の実施の形態によるパターン形成方法の工程の処理手順の一例を示す断面図である。まず、シリコン基板などのウェハ１０上に、エッチングの処理対象となる被処理膜１１と、ハードマスクとなるシリコン酸化膜などのマスク膜１２と、を含む下地膜１３を形成する（ステップＳ１１、図２−１（ａ））。具体的には、ウェハ１０上に、電界効果型トランジスタ、抵抗、容量素子などの素子や配線を形成するための基となる膜を形成し、その上にマスク膜１２としてＳＯＧ（Spin On Glass）膜を形成する。

ついで、下地膜１３を形成したウェハ１０の表面の全体について、ウェハ１０表面の持つ起伏に起因する凹凸やパーティクルなどの異物が存在するかの凹凸／異物検査を行う（ステップＳ１２）。凹凸／異物検査は、ウェハ１０の表面に存在する凹凸／異物４１の基板面に平行な方向の寸法である２次元サイズ、凹凸／異物４１の基板面に垂直な方向の寸法である高さ、および凹凸／異物４１の組成のうち少なくとも１つを、凹凸／異物４１のウェハ１０上の位置とともに求める処理を行う。これらのうち、すべてを求めることが望ましいが、処理にかかる時間や検査にかけるコストなどを考慮して、いずれを検査対象とするかを選択することができる。ここでは、凹凸／異物４１の２次元サイズ、高さおよび組成を求める場合について説明する。そして、求められた凹凸／異物４１の位置と、２次元サイズ、高さおよび組成は凹凸／異物情報として、以後の工程で使用される。

図３は、凹凸／異物検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。この凹凸／異物検査装置１００は、ウェハ表面検査部１０１と、凹凸／異物検出部１０２と、２次元サイズ計測部１０３と、高さ計測部１０４と、組成分析部１０５と、凹凸／異物情報格納部１０６と、これらの各処理部を制御する制御部１０７と、を備える。

ウェハ表面検査部１０１は、たとえば紫外線領域の波長の光をウェハ１０表面に走査しながら照射し、その反射光または散乱光を受光して、ウェハ１０表面の状態を示すウェハ表面状態情報を得るものである。

凹凸／異物検出部１０２は、ウェハ表面検査部１０１によって得られたウェハ表面状態情報から、凹凸／異物をそのウェハ１０上の位置とともに検出する機能を有する。たとえば、ウェハ表面状態情報が画像データとして得られる場合には、周囲と異なるコントラストの領域を凹凸／異物として検出することができる。ここで得られた凹凸／異物のウェハ１０上の位置は、凹凸／異物情報格納部１０６に格納される。

２次元サイズ計測部１０３は、凹凸／異物検出部１０２によって検出された凹凸／異物について、その２次元サイズを計測する。２次元サイズとして、凹凸／異物の長軸方向の寸法と短軸方向の寸法を上げることができるが、長軸方向の寸法のみを計測してもよい。ここで得られた２次元サイズは、凹凸／異物情報格納部１０６の対応する凹凸／異物の位置に対応付けされて格納される。

以上のウェハ表面検査部１０１と凹凸／異物検出部１０２と２次元サイズ計測部１０３の機能は、市販の光学式検査装置（たとえば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製の２８１５（商品名）やＳｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ２（商品名））などで実現することができる。

高さ計測部１０４は、凹凸／異物検出部１０２で検出された凹凸／異物について、その高さを計測する。計測された高さは、凹凸／異物情報格納部１０６の対応する凹凸／異物の位置に対応付けされて格納される。この高さ計測部１０４は、市販のレーザ干渉計（たとえば、ｚｙｇｏ社製など）で実現することができる。

組成分析部１０５は、凹凸／異物検出部１０２で検出された凹凸／異物について、その組成を分析する。たとえば、波長分散型やエネルギ分散型の蛍光Ｘ線分析装置などのウェハ１０表面についてスポット状の領域の組成分析を行うことが可能な装置によって構成することができる。この組成分析は、凹凸／異物に含まれる元素を調べるもので十分であるが、凹凸／異物の定量を行うものであってもよい。ここで得られた組成は、凹凸／異物情報格納部１０６の対応する凹凸／異物位置に対応付けして格納される。

凹凸／異物情報格納部１０６は、ウェハ１０上に検出された凹凸／異物のウェハ１０上の位置、２次元サイズ、高さおよび組成を含む凹凸／異物情報を格納する。なお、ここでは、凹凸／異物の２次元サイズ、高さおよび組成を求めているので、これらのすべての情報が凹凸／異物情報に含まれるが、凹凸／異物の２次元サイズ、高さおよび組成のいずれかしか求めない場合には、その情報とウェハ１０上の位置のみが凹凸／異物情報に含まれることになる。

このような凹凸／異物検査装置１００で、ウェハ１０（下地膜１３）の表面をウェハ表面検査部１０１で検査し、ウェハ表面情報を取得し、凹凸／異物検出部１０２で、ウェハ表面情報から凹凸／異物が存在する位置情報を抽出し、凹凸／異物情報格納部１０６に格納する。その後、凹凸／異物の位置情報から、その凹凸／異物の２次元サイズ（たとえば、長径）を２次元サイズ計測部１０３で計測し、高さを高さ計測部１０４で計測し、組成（たとえば、構成元素）を組成分析部１０５で分析し、それぞれの結果を対応する位置情報に関連付けして凹凸／異物情報格納部１０６に格納する。以上のようにして、下地膜１３上の凹凸／異物情報が得られる。

なお、この凹凸／異物検査装置１００の構成は一例であり、凹凸／異物の２次元サイズ、高さおよび組成をそれぞれ異なる別の装置で求めるようにしてもよい。

ついで、下地膜１３上の処理対象である１つのショット領域を選択し（ステップＳ１３）、選択したショット領域についてテンプレートを破損させる虞のある凹凸／異物が存在するか否かを、凹凸／異物情報に基づいて判定する（ステップＳ１４）。具体的には、選択したショット領域の座標範囲に含まれる凹凸／異物情報を抽出し、その凹凸／異物の２次元サイズ、高さおよび材質が、テンプレートをウェハ１０表面のインプリント材に接触させてパターンを形成した際にテンプレートを破損させる虞がないとされる予め設定されたインプリント実行可能基準値を満たすか否かを判定する。

ここで、判定方法の一例について説明する。なお、ここでは、インプリント実行可能基準値には、２次元サイズに関する基準値と、高さに関する基準値と、材質（組成）に関する基準と、が含まれており、これらを総合してインプリントが実行可能か否かを判定するものとする。たとえば、インプリント実行可能な２次元サイズに関する基準値としては、１５μｍ以内であり、高さに関する基準値としては、１０μｍ以内であり、材質に関する基準としては、テンプレートがＳｉＯ₂でできている場合には、ＳｉＯ，ＳｉＮが含まれないか、などを例示することができる。

図４は、ウェハ上に存在する凹凸／異物の様子を模式的に示す図である。図４（ａ）に示されるように、ウェハ１０上に異物４１Ａ（位置Ｐ１），４１Ｂ（位置Ｐ２），４１Ｃ（位置Ｐ３）が検出されたものとする。また、（ｂ）は、ウェハ１０上の各位置Ｐ１〜Ｐ３の異物４１Ａ〜４１Ｃの２次元サイズ、高さおよび材質について、上記インプリント実行可能基準値のそれぞれの基準値を満たしているか否かと、インプリント実行判定結果を示している。具体的には、ウェハ１０上の各位置Ｐ１〜Ｐ３の異物４１Ａ〜４１Ｃの２次元サイズ、高さおよび材質について、上記インプリント実行可能基準値のそれぞれの基準値を満たしている場合には、「○」が記入されており、それぞれの基準値を満たしていない場合には、「×」が記入されている。たとえば、位置Ｐ１の異物４１Ａの２次元サイズと高さは、上記２次元サイズと高さに関するそれぞれの基準値を満たしていないが、材質は、上記材質に関する基準を満たしている。また、位置Ｐ２の異物４１Ｂの２次元サイズは、上記２次元サイズに関する基準値を満たしているが、高さと材質は、上記高さに関する基準値と材質に関する基準をそれぞれ満たしていない。さらに、位置Ｐ３の異物４１Ｃの２次元サイズと高さは、上記２次元サイズと高さに関する基準値をそれぞれ満たしているが、材質は、上記材質に関する基準を満たしていない。

ここでは、インプリントが実行可能か否かの判定をするにあたり、最初に材質で判定を行い、材質が基準を満たすもの、すなわち材質がテンプレートよりも柔らかいものであれば、他の条件（すなわち２次元サイズと高さ）は何であってもインプリントが実行可能であると判定するものとする。また、材質が基準を満たさない場合、すなわち材質がテンプレートよりも硬いものである場合には、２次元サイズと高さを用いてさらにインプリントが実行可能か否かを判定する。

たとえば、位置Ｐ１の異物４１Ａの場合には、材質が基準を満たすものであるので、２次元サイズと高さが基準値を超えるものでも、インプリント可能と判定される。また、位置Ｐ２の異物４１Ｂの場合には、材質が基準を満たさないので、さらに高さとサイズで判定されるが、高さが基準値を満たさないので、インプリントを実行するとテンプレートを破損する虞が高いので、インプリント不可能と判定される。さらに、位置Ｐ３の異物４１Ｃの場合には、材質が基準を満たさないが、高さとサイズは両方とも基準値を満たしているので、インプリントを実行してもテンプレートを破損する虞が低いので、インプリント可能と判定される。

なお、インプリント実行可能基準値としては、（１）凹凸／異物の存在下でインプリント処理を行って、テンプレートに異常が発生したか、（２）このパターン形成方法で形成したパターンに異常が発生したか、という基準を用いて決めることができる。ここで、（１）におけるテンプレートの異常とは、パターン寸法・位置が許容範囲からずれてしまっていることなどをいい、（２）におけるパターンの異常とは、パターン形成方法で形成したパターンが設計どおりに形成されなかったことなどをいう。たとえば、上記（１）の場合を基準にしてインプリント実行可能基準値を設定した場合には、２次元サイズおよび高さに関するそれぞれの基準値はミクロンオーダの大きい値となるが、上記（２）の場合を基準にしてインプリント実行可能基準値を設定した場合には、上記（１）の場合の基準値に比して小さい（一般的にサブミクロンオーダ以下の）値となる。

以上のようにして、凹凸／異物判定を行った結果、選択したショット領域にインプリント不可能な凹凸／異物４１は存在しないと判定された場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）には、選択したショット領域Ｒ１にレジスト剤２１を塗布し（ステップＳ１５、図２−１（ｂ））、レジスト剤２１を塗布したショット領域Ｒ１上に第１のテンプレート３１を配置し、第１のテンプレート３１とウェハ１０表面のレジスト剤２１とを接触させた状態で、レジスト剤２１を固化してインプリント処理を行う（ステップＳ１６、図２−１（ｃ）〜（ｄ））。これによって、レジストパターン（マスクパターン）２２が形成される。

具体的には、レジスト剤２１を塗布したショット領域Ｒ１上に、凹凸パターンが形成された面を対向させて第１のテンプレート３１を配置し、第１のテンプレート３１の位置合わせを行って、第１のテンプレート３１とウェハ１０表面のレジスト剤２１とを接触させる（図２−１（ｃ））。レジスト剤２１が第１のテンプレート３１の凹凸パターン間に充填されるように所定の充填待ち時間の間、第１のテンプレート３１とウェハ１０との位置関係を固定した後、ショット領域Ｒ１に、紫外線などの光線を照射したり、または熱を与えたりして、レジスト剤２１を固化させる。そして、第１のテンプレート３１をウェハ１０から外すことによって、下地膜１３上にレジストパターン２２が形成される（図２（ｄ））。

一方、選択したショット領域Ｒ２にインプリント不可能な凹凸／異物４１が存在すると判定された場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）には、選択したショット領域Ｒ２にレジスト剤２１を塗布し（ステップＳ１７、図２−２（ａ））、レジスト剤２１を塗布したショット領域Ｒ２上にダミーのテンプレートである第２のテンプレート３２を配置し、第２のテンプレート３２をウェハ１０表面のレジスト剤２１に接触させた状態で、レジスト剤２１を固化する（ステップＳ１８（図２−２（ｂ）〜（ｃ））。

このステップＳ１７〜Ｓ１８でインプリント不可能な凹凸／異物４１が存在するショット領域Ｒ２でレジスト剤２１を固化するのは、ウェハ１０全体にパターンを形成した後に、ＳＯＧ膜のエッチングを行う場合に、ウェハ１０全体の高さを合わせるためである。そのため、第１のテンプレート３１で形成されたレジストパターン２２と同じ高さとなるようにレジスト剤２１の量が調整される。

また、このステップＳ１８で用いる第２のテンプレート３２は、ステップＳ１６で用いる第１のテンプレート３１とは異なり、テンプレートよりも硬い凹凸／異物によって破損してもよいテンプレート、またはテンプレートよりも硬い凹凸／異物によって破損しない、ゴムや樹脂などの弾性を有する材質によって形成されるテンプレートを用いることができる。たとえば、過去に使用して破損したテンプレートや、作製したがテンプレートとしての使用基準を満たさなかったテンプレート、またはゴム製または樹脂製の専用のテンプレートなどを用いることができる。また、この第２のテンプレート３２には、パターンを形成するための凹凸が形成されていてもよいし、凹凸が形成されていなくてもよい。ただし、すべてのウェハ１０上の領域で均一なエッチングを実現するためには、パターンを形成するための凹凸が形成された第２のテンプレート３２、特に周囲のショット領域と同じ形状のパターンを形成するための凹凸が形成された第２のテンプレート３２、または周囲のショット領域と同等の被覆率となるように凹凸が形成された第２のテンプレート３２を用いることが望ましい。さらに、ステップＳ１８で、ダミーの第２のテンプレート３２を用いずに、塗布されたレジスト剤２１をそのままの状態で（テンプレートで押し付けない状態で）固化させてもよい。

その後またはステップＳ１６の後、ウェハ１０上のすべてのショット領域についてインプリント処理を行ったか判定し（ステップＳ１９）、すべてのショット領域についてインプリント処理を行っていない場合（ステップＳ１９でＮｏの場合）には、ステップＳ１３へと戻って、すべてのショット領域についてインプリント処理が終了するまで、上記した処理を繰り返し実行する。また、すべてのショット領域についてインプリント処理が終了した場合（ステップＳ１９でＹｅｓの場合）には、パターン形成方法が終了する。

なお、この後は、通常の半導体装置の製造方法と同様の工程が行われる。つまり、形成したレジストパターン２２を用いてＳＯＧ膜などのマスク膜１２をエッチングしてハードマスクを形成し、このハードマスクを用いて被処理膜１１を所定の形状にパターニングすることによって、半導体装置が製造される。

図５は、インプリント処理の他の例を示す図である。上述した説明では、ウェハ１０上にレジスト剤２１を塗布した後、テンプレート３１，３２を接触させるようにしているが、図５に示されるように、テンプレート３１，３２の凹凸パターンが形成された面上に、レジスト剤２１を塗布し、このテンプレート３１，３２をウェハ１０の下地膜１３形成面に対向させて接触させてパターンを形成するようにしてもよい。

さらに、ステップＳ１２の凹凸／異物判定において、凹凸／異物情報が多数蓄積され、凹凸／異物情報にある傾向がある場合、たとえば凹凸／異物の２次元サイズと、高さまたは組成との間に相関関係があるような場合には、凹凸／異物の２次元サイズからその凹凸／異物の高さと組成に関して、ある程度の確率で予測することが可能となる。そこで、このような場合には、すべての凹凸／異物について高さの測定と組成の分析を行わずに、２次元サイズのみから凹凸／異物の高さと組成を予測するようにしてもよい。このようにすることで、凹凸／異物検査工程の時間を省略することが可能となる。

なお、上述した説明では、凹凸／異物の検査を行う装置と、インプリントを行う装置とが、別々の装置で構成される場合を説明したが、これらを一つの装置で実行することも可能である。ここでは、凹凸／異物の２次元サイズを求めることができる凹凸／異物検査処理とインプリント処理とを同じ容器内で実行することができるインプリント装置について説明する。

図６は、第１の実施の形態によるインプリント装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。このインプリント装置２００は、チャンバ２０１内に、下地膜１３を有するウェハ１０を保持する基板保持部２１０と、ウェハ１０（下地膜１３）上の凹凸／異物の検査処理を行うウェハ表面検査処理部２２０と、ウェハ１０（下地膜１３）上のショット領域にインプリントを行うインプリント処理部２３０と、を備える。

基板保持部２１０は、ウェハ１０を載置する可動式のウェハステージ２１１と、ウェハステージ２１１上にウェハ１０を保持固定するウェハチャック２１２と、を備える。

ウェハ表面検査処理部２２０は、ウェハステージ２１１上に保持されたウェハ１０の表面に検査プローブとなる放射線（紫外線やＸ線、電子線など）を照射する光照射部２２１と、ウェハ１０表面で反射された放射線や、ウェハ１０表面から放出される放射線を検出する検出部２２２と、検出部２２２で検出された信号を増幅する増幅器２２３と、を備える。なお、ここには図示されていないが、増幅器２２３には、凹凸／異物の検出やサイズの測定、組成の分析を行うための処理部がさらに接続されている。

インプリント処理部２３０は、テンプレート３０を保持し、水平面内および鉛直方向に移動可能なテンプレート保持部２３１と、レジスト剤２１をウェハ１０上に塗布するレジスト剤塗布部２３２と、レジスト剤２１に紫外線を照射して固化させるレジスト固化部２３３と、を備える。なお、熱によって硬化する材料によってレジスト剤２１が構成される場合には、レジスト固化部２３３は、レジスト剤２１を加熱することが可能な構成となる。この場合には、たとえばウェハステージ２１１にレジスト固化部２３３として基板ヒータなどが設けられる。

また、この図には示されていないが、第１のテンプレート３１と第２のテンプレート３２とを交換可能な構成を有している。つまり、ウェハ１０のショット領域上に、第１のテンプレート３１を破損する虞がある凹凸／異物が存在しない場合には、テンプレート保持部２３１に第１のテンプレート３１を装着してインプリント処理を行い、ショット領域上に、第１のテンプレート３１を破損する虞がある凹凸／異物が存在する場合には、テンプレート保持部２３１に第２のテンプレート３２を装着してインプリント処理を行う。

このような構成を有する装置によっても、上記した方法でインプリント処理を行うことが可能である。

この第１の実施の形態によれば、下地膜１３をウェハ１０上に形成後、下地膜１３上に第１のテンプレート３１を破損させる虞のある凹凸／異物４１が存在するか否かを判定し、第１のテンプレート３１を破損させる虞のある凹凸／異物４１が存在する部分には、レジスト剤２１を塗布した後破損してもよいダミーの第２のテンプレート３２を押し付けてレジスト剤２１を固化させるようにした。その結果、パターン形成用の第１のテンプレート３１が、凹凸／異物４１の存在の影響で破損することを防ぎ、テンプレートの寿命を延ばすことができるという効果を有する。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、レジスト剤をショット領域ごとに塗布する場合を説明したが、この第２の実施の形態では、レジスト剤をウェハ上の全面に塗布する場合について説明する。

図７は、第２の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。まず、第１の実施の形態のステップＳ１１〜Ｓ１２と同様に、下地膜を形成したウェハ１０の表面の全体について凹凸／異物検査を行う（ステップＳ３１〜Ｓ３２）。

ついで、ウェハの下地膜上の全面にレジスト剤を塗布し（ステップＳ３３）、下地膜上の処理対象であるショット領域を選択する（ステップＳ３４）。その後、選択したショット領域について、第１の実施の形態で説明したのと同様の方法で、第１のテンプレートを破損させる虞のある凹凸／異物が存在するか否かを、凹凸／異物情報に基づいて判定する（ステップＳ３５）。

凹凸／異物判定を行った結果、選択したショット領域にインプリント不可能な凹凸／異物は存在しないと判定された場合（ステップＳ３５でＮｏの場合）には、第１の実施の形態の図１のステップＳ１６で説明したように、レジスト剤が塗布されたショット領域上に第１のテンプレートを配置し、第１のテンプレートをウェハ表面のレジスト剤に接触させた状態で、レジスト剤を固化してインプリント処理を行って、パターンを形成する（ステップＳ３６）。なお、このレジスト剤の固化に当たって、選択したショット領域のレジスト剤のみを固化させる。そのため、レジスト剤として光硬化性樹脂を用い、レジスト剤の固化には選択したショット領域にのみ光を照射する方法が効果的である。

一方、選択したショット領域にインプリント不可能な凹凸／異物が存在すると判定された場合（ステップＳ３５でＹｅｓの場合）には、第１の実施の形態の図１のステップＳ１８で説明したように、レジスト剤が塗布されたショット領域上にダミーの第２のテンプレートを配置し、第２のテンプレートをウェハ表面のレジスト剤に接触させた状態で、レジスト剤を固化する（ステップＳ３７）。この場合にも、レジスト剤の固化に当たっては、選択したショット領域のレジスト剤のみを固化させる。

第１の実施の形態と同様に、ステップＳ３７でインプリント不可能な凹凸／異物が存在するショット領域でレジスト剤を固化するのは、ウェハ全体にパターンを形成した後に、マスク膜のエッチングを行う場合に、ウェハ全体の高さを合わせるためである。

また、このステップＳ３７で用いるダミーの第２のテンプレートは、テンプレートよりも硬い凹凸／異物によって破損してもよいテンプレート、またはテンプレートよりも硬い凹凸／異物によって破損しない、ゴムや樹脂などの弾性を有する材質によって形成されるテンプレートを用いることができる。また、この第２のテンプレートには、パターンを形成するための凹凸が形成されていてもよいし、凹凸が形成されていなくてもよい。ただし、すべてのウェハ上の領域で均一なエッチングを実現するためには、パターンを形成するための凹凸が形成された第２のテンプレート、特に周囲のショット領域と同じ形状のパターンを形成するための凹凸が形成された第２のテンプレート、または周囲のショット領域と同等の被覆率となるように凹凸が形成された第２のテンプレートを用いることが望ましい。さらに、ステップＳ３７で、ダミーの第２のテンプレートを用いずに、塗布されたレジスト剤をそのままの状態で（テンプレートで押し付けない状態で）固化させてもよい。

その後、ウェハ上のすべてのショット領域についてインプリント処理を行ったか判定し（ステップＳ３８）、すべてのショット領域についてインプリント処理を行っていない場合（ステップＳ３８でＮｏの場合）には、ステップＳ３４へと戻って、すべてのショット領域についてインプリント処理が終了するまで、上記した処理を繰り返し実行する。また、すべてのショット領域についてインプリント処理が終了した場合（ステップＳ３８でＹｅｓの場合）には、パターン形成方法が終了する。

なお、この後は、形成したパターンを用いてハードマスクをエッチングしてハードマスクを形成し、このハードマスクを用いて被処理膜を所定の形状にパターニングするが、通常の半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。

この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態では、１ショットごとにテンプレートに異常がないかを判定して、破損の虞のあるテンプレートを使用しないようにする場合について説明する。

図８は、第３の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。上記した第１〜第２の実施の形態で、第１のテンプレートを用いてインプリントを行う際に（ステップＳ１６，Ｓ３６）、第１のテンプレートまたはウェハにかかる応力を測定する（ステップＳ１０１）。

ここで、インプリント処理においては、ウェハとテンプレートとを位置合わせした後、予め定められた移動量だけ移動させて、レジスト剤を固化させるようにしている。このとき、ショット領域上に凹凸／異物が存在しない場合には、テンプレートとウェハとを接近させてレジスト剤を固化させても、テンプレートやウェハには何の応力もかからない。しかし、テンプレートよりも硬い材質で、インプリント実行可能基準値よりも高いサイズを有する凹凸／異物などが存在する場合には、テンプレートを所定の移動量だけ移動させてウェハに近接させたときに、テンプレートにはウェハから離れる方向に、ウェハにはテンプレートから離れる方向に、応力を受ける。

そこで、第３の実施の形態では、このインプリント時にテンプレートまたはウェハに印加される応力を測定することによって、ショット領域上に、凹凸／異物が存在するか否かを判定している。このようにテンプレートまたはウェハにかかる応力を測定する方法としては、たとえばテンプレートを保持するホルダやウェハを保持するウェハチャックにかかる圧力をセンサで電気信号に変換して検知する方法、具体的には、テンプレートを保持するテンプレート保持部やウェハを保持するウェハチャックの所定の位置（たとえば、四隅）にピエゾ素子を設置し、それぞれのピエゾ素子にかかる応力を測定して応力を求める方法や、ホルダの移動量を測定する方法などを例示することができる。

その後、第１のテンプレートまたはウェハにかかる応力が、予め設定された第１のテンプレートを交換する必要があるテンプレート交換基準値を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。第１のテンプレートまたはウェハにかかる応力がテンプレート交換基準値を満たす場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）には、現在使用している第１のテンプレートを新しい破損していない第１のテンプレートと交換する（ステップＳ１０３）。

その後、またはステップＳ１０２で第１のテンプレートまたはウェハにかかる応力がテンプレート交換基準値を満たしていない場合（ステップＳ１０２でＮｏの場合）には、現在使用している第１のテンプレートが破損している可能性は低いので、現在使用している第１のテンプレートをつぎのショット領域のインプリント処理にも使用するべく交換を行わず、上記した第１〜第２の実施の形態のインプリント処理以降の工程（ステップＳ１９，Ｓ３８）を実行する。

この第３の実施の形態によれば、インプリント処理ごとにウェハまたは第１のテンプレートにかかる応力を測定し、その応力が所定のテンプレート交換基準値を満たす場合には、第１のテンプレートを交換するようにした。これによって、破損した第１のテンプレートでつぎのショット領域以降でインプリント処理によって形成されるパターンに生じる欠陥の発生を抑えることができる。また、第１のテンプレートに生じた欠陥によって、インプリント処理後のパターンに共通欠陥が生成されてしまうことを防ぐことができるという効果も有する。

第１の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態によるパターン形成方法の工程の処理手順の一例を示す断面図である（その１）。 第１の実施の形態によるパターン形成方法の工程の処理手順の一例を示す断面図である（その２）。 凹凸／異物検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。 ウェハ上に存在する凹凸／異物の様子を模式的に示す図である。 インプリント処理の他の例を示す図である。 第１の実施の形態によるインプリント装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。 第３の実施の形態によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ウェハ、１１…被処理膜、１２…マスク膜、１３…下地膜、２１…レジスト剤、２２…レジストパターン、３０…テンプレート、３１…第１のテンプレート、３２…第２のテンプレート、４１…凹凸／異物、４１Ａ〜４１Ｃ…異物、２００…インプリント装置、２０１…チャンバ、２１０…基板保持部、２１１…ウェハステージ、２１２…ウェハチャック、２２０…ウェハ表面検査処理部、２２１…光照射部、２２２…検出部、２２３…増幅器、２３０…インプリント処理部、２３１…テンプレート保持部、２３２…レジスト剤塗布部、２３３…レジスト固化部。

Claims (5)

1. 第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを、基板に形成された下地膜と前記第１のテンプレートとの間に配置されたレジスト剤に転写してマスクパターンを形成するパターン形成方法において、
   前記基板にパターンを形成する対象である下地膜を形成する下地膜形成工程と、
   前記下地膜の表面に、凹凸／異物が存在するか否かを検査する表面検査工程と、
   前記表面検査工程の結果を用いて、前記第１のテンプレートでパターンを形成するショット領域に、凹凸／異物が存在するかを判定する判定工程と、
   前記ショット領域に凹凸／異物が存在しない場合には、前記第１のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化して、前記第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを有するマスクパターンを形成し、前記ショット領域に凹凸／異物が存在する場合には、前記第１のテンプレートとは異なる第２のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化するレジスト固化工程と、
   を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを、基板に形成された下地膜上に塗布されたレジスト剤に転写してマスクパターンを形成するパターン形成方法において、
   前記基板にパターンを形成する対象である下地膜を形成する下地膜形成工程と、
   前記下地膜の表面に、凹凸／異物が存在するか否かを検査する表面検査工程と、
   前記下地膜が形成された前記基板上の全面にレジスト剤を塗布するレジスト剤塗布工程と、
   前記レジスト剤が塗布された領域よりも小さい、前記第１のテンプレートでパターンを形成するショット領域に、凹凸／異物が存在するかを、前記表面検査工程の結果を用いて判定する判定工程と、
   前記ショット領域に凹凸／異物が存在しない場合には、前記第１のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化して、前記第１のテンプレートに形成された凹凸状のパターンを有するマスクパターンを形成し、前記ショット領域に凹凸／異物が存在する場合には、前記第１のテンプレートとは異なる第２のテンプレートを前記ショット領域上の前記下地膜に前記レジスト剤を介して所定の距離に接近させた状態で前記レジスト剤を固化するレジスト固化工程と、
   を含むことを特徴とするパターン形成方法。
3. 前記レジスト固化工程では、凹凸／異物が存在する場合に、前記第１のテンプレートで形成されたショット領域での前記マスクパターンの高さと同じ高さとなるように、パターンが形成されていないまたは前記第１のテンプレートを用いて形成されたマスクパターンと同じ被覆率を有するパターンが形成された前記第２のテンプレートを用いて、前記レジスト剤を固化することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記凹凸／異物は、インプリント時に前記第１のテンプレートを破損する虞のある凹凸／異物であ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。
5. 前記レジスト固化工程の後に、
   前記第１のテンプレートと前記基板とを接近させた状態で、前記第１のテンプレートまたは前記基板が受ける応力を測定する工程と、
   前記応力が前記第１のテンプレートを破損する虞のある基準値を満たすかを判定する工程と、
   前記応力が前記基準値を満たす場合に、前記第１のテンプレートを新しい第１のテンプレートに交換する工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。

Images