JP2010199115A - Pattern forming method - Google Patents

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栄治 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern forming method for forming the fine pattern of a high aspect ratio. <P>SOLUTION: An inorganic resist film 2 is formed on a substrate 1. The prescribed region of the inorganic resist film is irradiated with a laser beam and is changed from an amorphous state to a crystal state. The inorganic resist film of the region turned to the crystal state is removed. A first metal film is formed on the substrate, and a second metal film separated from the first metal film is formed on the inorganic resist film. Thereafter, the inorganic resist film is removed together with the second metal film. By etching the substrate 1 with the first metal film as a mask, the recessed part 9 of the high aspect ratio is formed on the substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高アスペクト比の微細パターンを有する光学素子等を製造する際に用いられるパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a pattern forming method used when manufacturing an optical element or the like having a fine pattern with a high aspect ratio.

近年、ナノメートルオーダーの微細パターンを有する、ワイヤーグリッド偏光子や無反射構造体等の光学素子が実用化されようとしている。
このような光学素子は、一般的に光の入射面側にナノメートルオーダーの微細パターンを有し、光の進行方向に対して高いアスペクト比、例えば３以上のアスペクト比が要求されている。ここで、アスペクト比とは、パターンの幅に対する深さの比率を言う。 In recent years, optical elements such as wire grid polarizers and non-reflective structures having a fine pattern on the order of nanometers are being put into practical use.
Such an optical element generally has a fine pattern on the order of nanometers on the light incident surface side, and is required to have a high aspect ratio, for example, an aspect ratio of 3 or more with respect to the light traveling direction. Here, the aspect ratio refers to the ratio of the depth to the pattern width.

一般的に、微細パターンを形成するためのパターン形成方法として、例えば特許文献１に開示されているような、有機レジスト膜に電子ビームを所定のパターンで照射する電子ビーム描画法や無機レジスト膜にレーザービームを所定のパターンで照射するレーザービーム描画法がある。
また、他のパターン形成方法として、例えば特許文献２に開示されているようなリフトオフ法がある。 In general, as a pattern forming method for forming a fine pattern, for example, as disclosed in Patent Document 1, an organic resist film is irradiated with an electron beam in a predetermined pattern, or an inorganic resist film is used. There is a laser beam drawing method in which a laser beam is irradiated in a predetermined pattern.
As another pattern forming method, there is a lift-off method as disclosed in Patent Document 2, for example.

特開２００７−３１０２５０号公報JP 2007-310250 A 特開２００５−１３６３３４号公報JP 2005-136334 A

上述した描画法を用い、有機レジスト膜又は無機レジスト膜をエッチングマスクとして被エッチング構造体をエッチングし、被エッチング構造体に微細パターンを形成する際、微細パターンのアスペクト比は、有機レジスト膜及び無機レジスト膜と被エッチング構造体とのエッチング速度の差、並びに有機レジスト膜及び無機レジスト膜の膜厚に起因する。
即ち、有機レジスト膜及び無機レジスト膜が、被エッチング構造体に対して、エッチング速度が遅いほど、また膜厚が厚いほど、高いアスペクト比の微細パターンを形成することができる。
しかしながら、レジスト膜及び無機レジスト膜は、一般的に厚くなるほど解像度が悪化するため１００ｎｍ程度の厚さが限界である。また、有機レジスト膜及び無機レジスト膜と被エッチング構造体とのエッチング速度の差を十分に大きくとることは現状では困難であるため、上記の厚さで高いアスペクト比の微細パターンを形成しようとするとエッチング途中で有機レジスト膜及び無機レジスト膜が除去されてしまい、エッチングマスクとして十分に機能しないためその改善が望まれている。 When the structure to be etched is etched using the above-described drawing method using the organic resist film or the inorganic resist film as an etching mask, and the fine pattern is formed on the structure to be etched, the aspect ratio of the fine pattern is the organic resist film and the inorganic pattern. This is due to the difference in etching rate between the resist film and the structure to be etched and the film thicknesses of the organic resist film and the inorganic resist film.
In other words, the organic resist film and the inorganic resist film can form a fine pattern with a high aspect ratio as the etching rate is slower and the film thickness is larger with respect to the structure to be etched.
However, since the resolution of the resist film and the inorganic resist film generally deteriorates as the thickness increases, the thickness of about 100 nm is the limit. In addition, it is difficult at present to make a sufficiently large difference in the etching rate between the organic resist film and the inorganic resist film and the structure to be etched, so when trying to form a fine pattern with a high aspect ratio with the above thickness. Since the organic resist film and the inorganic resist film are removed in the middle of the etching and do not function sufficiently as an etching mask, an improvement is desired.

上述したリフトオフ法は、一般的に、逆テーパ状の断面形状が形成されやすいネガタイプの有機レジストが用いられる。
しかしながら、ネガタイプの有機レジストは、ポジタイプの有機レジストに比べて一般的に解像度が低いため、微細パターンを形成することが難しくその改善が望まれている。 In the lift-off method described above, a negative type organic resist in which a reverse tapered cross-sectional shape is easily formed is generally used.
However, since the negative type organic resist generally has a lower resolution than the positive type organic resist, it is difficult to form a fine pattern, and improvement thereof is desired.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、高いアスペクト比の微細パターンを形成できるパターン形成方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of forming a fine pattern with a high aspect ratio.

上記の課題を解決するために、本発明は次のパターン形成方法を提供する。
１）基板（１）上に無機レジスト膜（２）を形成する第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記無機レジスト膜の所定の領域にレーザ光（Ｌ）を照射して、前記所定の領域における無機レジスト膜を非晶質状態から結晶状態に変化させる第２ステップと、前記第２ステップの後に、前記結晶状態となった領域の無機レジスト膜を除去して前記基板を露出させる第３ステップと、前記第３ステップの後に、前記基板上及び前記無機レジスト膜上に所定の金属を成膜し、前記基板上に第１の金属膜（７ａ）を形成すると共に、前記無機レジスト膜上に前記第１の金属膜とは分離した第２の金属膜（７ｂ）を形成する第４ステップと、前記第４ステップの後に、前記無機レジスト膜を前記第２の金属膜と共に除去する第５ステップと、前記第５ステップの後に、前記第１の金属膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記基板に凹部（９）を形成する第６ステップと、を有するパターン形成方法。
２）前記基板に、前記無機レジスト膜よりも熱伝導率の低い材料を用いることを特徴とする１）記載のパターン形成方法。
３）前記第３ステップでは、前記無機レジスト膜の断面形状が前記基板に近い側の幅（Ｗ１）よりも前記基板から離れた側の幅（Ｗ２）が広い逆テーパ形状となるように、前記無機レジスト膜を除去することを特徴とする１）又は２）記載のパターン形成方法。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following pattern forming method.
1) A first step of forming an inorganic resist film (2) on a substrate (1), and after the first step, a predetermined region of the inorganic resist film is irradiated with a laser beam (L), thereby A second step of changing the inorganic resist film in the region from an amorphous state to a crystalline state; and after the second step, removing the inorganic resist film in the region in the crystalline state to expose the substrate. After the third step and the third step, a predetermined metal is formed on the substrate and the inorganic resist film, a first metal film (7a) is formed on the substrate, and the inorganic resist film A fourth step of forming a second metal film (7b) separated from the first metal film, and a second step of removing the inorganic resist film together with the second metal film after the fourth step. 5 steps and the first After step, by etching the substrate with the first metal film as a mask, a pattern forming method comprising: a sixth step, the forming recesses (9) on the substrate.
2) The pattern forming method according to 1), wherein a material having a lower thermal conductivity than the inorganic resist film is used for the substrate.
3) In the third step, the cross-sectional shape of the inorganic resist film is an inversely tapered shape in which the width (W2) on the side farther from the substrate is wider than the width (W1) on the side closer to the substrate. The pattern forming method according to 1) or 2), wherein the inorganic resist film is removed.

本発明によれば、高いアスペクト比の微細パターンを形成できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a fine pattern having a high aspect ratio can be formed.

本発明のパターン形成方法の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 1st process in the Example of the pattern formation method of this invention. 本発明のパターン形成方法の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 2nd process in the Example of the pattern formation method of this invention. 本発明のパターン形成方法の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 3rd process in the Example of the pattern formation method of this invention. 本発明のパターン形成方法の実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 4th process in the Example of the pattern formation method of this invention. 本発明のパターン形成方法の実施例における第５工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 5th process in the Example of the pattern formation method of this invention. 本発明のパターン形成方法の実施例における第６工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 6th process in the Example of the pattern formation method of this invention.

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図７を用いて説明する。   The preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

＜実施例＞
実施例では、無反射構造体を製造する場合を例に挙げて説明する。 <Example>
In the embodiment, a case of manufacturing a non-reflective structure will be described as an example.

［第１工程］（図１参照）
基板１上に、無機レジスト膜２を例えばスパッタリング法を用いて成膜する。
無機レジスト膜２としては、遷移金属の酸化物を主成分とする材料を用いることができる。遷移金属の酸化物として、タングステン酸化物（ＷＯｘ１）やタングステンモリブデン酸化物（ＷＭｏＯｘ２）等がある。ここで、ｘ１，ｘ２は酸化数であり平均組成構成でそれぞれ３以下である。
基板１としては、無機レジスト膜２よりも熱伝導率が低い材料を用いる。その理由は後述する。
実施例では、基板１の材料に石英を用い、無機レジスト膜２の材料にタングステンモリブデン酸化物を用いた。また、無機レジスト膜２の厚さを４５ｎｍとした。 [First step] (see FIG. 1)
An inorganic resist film 2 is formed on the substrate 1 by using, for example, a sputtering method.
As the inorganic resist film 2, a material containing a transition metal oxide as a main component can be used. Examples of transition metal oxides include tungsten oxide (WO x1 ) and tungsten molybdenum oxide (WMoO x2 ). Here, x1 and x2 are oxidation numbers, and the average composition is 3 or less.
As the substrate 1, a material having a lower thermal conductivity than that of the inorganic resist film 2 is used. The reason will be described later.
In the embodiment, quartz is used as the material of the substrate 1, and tungsten molybdenum oxide is used as the material of the inorganic resist film 2. The thickness of the inorganic resist film 2 was 45 nm.

［第２工程］（図２参照）
第１工程を経た基板１を、Ｘ−Ｙステージ４に固定し、Ｘ−Ｙステージ４をＸ方向（紙面の左右方向）及びＹ方向（紙面の手前奥方向）に移動させながら、レーザ光Ｌを対物レンズ５で集光させて無機レジスト膜２にドットパターン状に照射する。
基板１に成膜された無機レジスト膜２は非晶質状態であり、レーザ光Ｌが照射された領域の無機レジスト膜２はレーザ光Ｌの照射により発生する熱によって結晶状態になる。
実施例では、レーザ光Ｌの発振波長を４０５ｎｍとし、対物レンズ５のＮＡを０．９とした。なお、図２では、説明をわかりやすくするために、無機レジスト膜２において、結晶状態の領域をハッチング領域で示している。 [Second step] (See FIG. 2)
The substrate 1 that has undergone the first step is fixed to the XY stage 4, and the laser beam L is moved while moving the XY stage 4 in the X direction (the left-right direction of the paper surface) and the Y direction (the front-back direction of the paper surface). Is condensed by the objective lens 5 and irradiated onto the inorganic resist film 2 in a dot pattern.
The inorganic resist film 2 formed on the substrate 1 is in an amorphous state, and the inorganic resist film 2 in the region irradiated with the laser light L is in a crystalline state by heat generated by the laser light L irradiation.
In the embodiment, the oscillation wavelength of the laser light L is 405 nm, and the NA of the objective lens 5 is 0.9. In FIG. 2, for easy understanding, the crystalline region of the inorganic resist film 2 is indicated by a hatched region.

［第３工程］（図３参照）
第２工程を経た基板１をアルカリ水溶液に所定時間、浸漬することにより、結晶状態の領域における無機レジスト膜２はアルカリ水溶液に対して可溶であるため選択的に溶解する。
これにより、無機レジスト膜２は断面形状が逆テーパ状にパターン化され、基板１は無機レジスト膜２が溶解した領域が露出する。ここで、逆テーパ状とは、基板１に近い側の幅Ｗ１が基板１に遠い側の幅Ｗ２よりも狭い形状をいう。
実施例ではドットパターンは格子状でありピッチＰ１を３００ｎｍとした。
なお、上記アルカリ水溶液は特に限定されるものではなく、例えば有機レジスト膜の現像液に用いられているアルカリ水溶液を用いることもできる。 [Third step] (see FIG. 3)
By immersing the substrate 1 having undergone the second step in an alkaline aqueous solution for a predetermined time, the inorganic resist film 2 in the crystalline region is selectively dissolved because it is soluble in the alkaline aqueous solution.
Thereby, the cross section of the inorganic resist film 2 is patterned in a reverse taper shape, and the substrate 1 exposes a region where the inorganic resist film 2 is dissolved. Here, the reverse tapered shape means a shape in which the width W1 on the side close to the substrate 1 is narrower than the width W2 on the side far from the substrate 1.
In the embodiment, the dot pattern has a lattice shape, and the pitch P1 is 300 nm.
The alkaline aqueous solution is not particularly limited, and for example, an alkaline aqueous solution used for a developer for an organic resist film can be used.

ここで、パターン化された無機レジスト膜２の断面形状が逆テーパ状になる理由について説明する。
上述した第２工程において、無機レジスト膜２は、レーザ光Ｌが照射された際に発生する熱によって非晶質状態から結晶状態に変化する。このとき、無機レジスト膜２よりも基板１の方が熱伝導率が低いので、発生した熱は、基板１に遠い側よりも基板１に近い側により蓄積される。
そのため、結晶状態になる領域は基板１に遠い側よりも基板１に近い側が広く形成されるので、この結晶状態の領域をエッチングすることにより、上述した逆テーパ状にパターン化された無機レジスト膜２が得られる。 Here, the reason why the cross-sectional shape of the patterned inorganic resist film 2 is reversely tapered will be described.
In the second step described above, the inorganic resist film 2 changes from an amorphous state to a crystalline state by heat generated when the laser light L is irradiated. At this time, since the thermal conductivity of the substrate 1 is lower than that of the inorganic resist film 2, the generated heat is accumulated on the side closer to the substrate 1 than on the side farther from the substrate 1.
For this reason, the region in the crystalline state is formed wider on the side closer to the substrate 1 than on the side far from the substrate 1, so that the above-described inorganic resist film patterned in the reverse taper shape by etching the region in the crystalline state 2 is obtained.

［第４工程］（図４参照）
第３工程を経た基板１の無機レジスト膜２が形成されている側に、所定の金属材料を成膜する。
このとき、無機レジスト膜２が逆テーパ状の断面形状を有するため、上記金属材料は、基板１上に形成された第１の金属膜７ａと無機レジスト膜２上に形成された第２の金属膜７ｂとに分断されて成膜される。
実施例では、第１の金属膜７ａ及び第２の金属膜７ｂの材料として、基板１の構成材料である石英とのエッチング選択比が大きいクロム（Ｃｒ）を用いた。クロム以外の金属膜７ａ，７ｂの材料としてはニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。また、実施例では、第１の金属膜７ａ及び第２の金属膜７ｂの厚さを３０ｎｍとした。 [Fourth step] (see FIG. 4)
A predetermined metal material is formed on the side of the substrate 1 through which the inorganic resist film 2 has been formed.
At this time, since the inorganic resist film 2 has a reverse-tapered cross-sectional shape, the metal material includes the first metal film 7 a formed on the substrate 1 and the second metal formed on the inorganic resist film 2. The film is divided into films 7b.
In the embodiment, chromium (Cr) having a high etching selectivity with respect to quartz, which is a constituent material of the substrate 1, was used as the material of the first metal film 7a and the second metal film 7b. Nickel (Ni) can be used as the material of the metal films 7a and 7b other than chromium. In the example, the thickness of the first metal film 7a and the second metal film 7b was set to 30 nm.

［第５工程］（図５参照）
第４工程を経た基板１を、第３工程で用いたアルカリ水溶液に第３工程よりも長い時間浸漬させて、無機レジスト膜２を除去する。このとき、第２の金属膜７ｂは無機レジスト膜２と共に除去される。 [Fifth step] (see FIG. 5)
The substrate 1 that has undergone the fourth step is immersed in the alkaline aqueous solution used in the third step for a longer time than the third step, and the inorganic resist film 2 is removed. At this time, the second metal film 7 b is removed together with the inorganic resist film 2.

［第６工程］（図６参照）
第１の金属膜７ａをエッチングマスクとして基板１を部分的にエッチングし、基板１にピッチＰ１のドットパターン状の凹部９を形成する。
実施例では、フッ素系ガスと塩素系ガスとの混合ガスによるドライエッチングにより基板１をエッチングした。 [Sixth step] (see FIG. 6)
Using the first metal film 7a as an etching mask, the substrate 1 is partially etched to form dot pattern-shaped recesses 9 having a pitch P1 on the substrate 1.
In the example, the substrate 1 was etched by dry etching using a mixed gas of fluorine-based gas and chlorine-based gas.

上記ドライエッチングに対して第１の金属膜７ａもエッチングされるが、第１の金属膜７ａのエッチング速度が基板１のエッチング速度よりも遅いので、高いアスペクト比の凹部９を形成することができる。なお、上記ドライエッチングによって第１の金属膜７ａも除去される。
実施例では、凹部９の幅Ｗ３を１５０ｎｍとし、深さＤ１を４５０ｎｍとした。即ち微細パターンである凹部９のアスペスト比は３である。 Although the first metal film 7a is also etched with respect to the dry etching, the etching rate of the first metal film 7a is slower than the etching rate of the substrate 1, so that the recess 9 having a high aspect ratio can be formed. . Note that the first metal film 7a is also removed by the dry etching.
In the example, the width W3 of the recess 9 was 150 nm, and the depth D1 was 450 nm. That is, the aspect ratio of the concave portion 9 which is a fine pattern is 3.

上述した工程により、無反射構造体１０を得る。   The nonreflective structure 10 is obtained by the process described above.

上述したパターン形成方法によれば、基板上に無機レジスト膜を形成し、無機レジスト膜にレーザ光を照射して微細パターンのリフトオフ用マスクを作成し、この微細パターン化された無機レジスト膜をリフトオフ用マスクとして、微細パターンの金属膜を形成し、この微細パターンの金属膜をエッチング用マスクとして基板を部分的にエッチングすることにより、基板に高いアスペクト比の微細パターンを形成することができる。   According to the pattern formation method described above, an inorganic resist film is formed on a substrate, a laser beam is irradiated on the inorganic resist film to create a fine pattern lift-off mask, and the fine patterned inorganic resist film is lifted off. A fine pattern metal film is formed as a mask for etching, and the substrate is partially etched using the fine pattern metal film as an etching mask, whereby a fine pattern having a high aspect ratio can be formed on the substrate.

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。   The embodiment of the present invention is not limited to the configuration and procedure described above, and it goes without saying that modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

１…基板
２…無機レジスト膜
４…Ｘ−Ｙステージ
５…対物レンズ
７ａ，７ｂ…金属膜
９…凹部
１０…無反射構造体
Ｌ…レーザ光
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…幅
Ｐ１…ピッチ
Ｄ１…深さ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Inorganic resist film 4 ... XY stage 5 ... Objective lens 7a, 7b ... Metal film 9 ... Recess 10 ... Non-reflective structure L ... Laser beam W1, W2, W3 ... Width P1 ... Pitch D1 ... Deep The

Claims (3)

基板上に無機レジスト膜を形成する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記無機レジスト膜の所定の領域にレーザ光を照射して、前記所定の領域における無機レジスト膜を非晶質状態から結晶状態に変化させる第２ステップと、
前記第２ステップの後に、前記結晶状態となった領域の無機レジスト膜を除去して前記基板を露出させる第３ステップと、
前記第３ステップの後に、前記基板上及び前記無機レジスト膜上に所定の金属を成膜し、前記基板上に第１の金属膜を形成すると共に、前記無機レジスト膜上に前記第１の金属膜とは分離した第２の金属膜を形成する第４ステップと、
前記第４ステップの後に、前記無機レジスト膜を前記第２の金属膜と共に除去する第５ステップと、
前記第５ステップの後に、前記第１の金属膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記基板に凹部を形成する第６ステップと、
を有するパターン形成方法。 A first step of forming an inorganic resist film on the substrate;
A second step of irradiating a predetermined region of the inorganic resist film with laser light after the first step to change the inorganic resist film in the predetermined region from an amorphous state to a crystalline state;
After the second step, a third step of removing the inorganic resist film in the crystalline region and exposing the substrate;
After the third step, a predetermined metal is formed on the substrate and the inorganic resist film, a first metal film is formed on the substrate, and the first metal is formed on the inorganic resist film. A fourth step of forming a second metal film separated from the film;
A fifth step of removing the inorganic resist film together with the second metal film after the fourth step;
After the fifth step, a sixth step of forming a recess in the substrate by etching the substrate using the first metal film as a mask;
A pattern forming method. 前記基板に、前記無機レジスト膜よりも熱伝導率の低い材料を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 1, wherein a material having a lower thermal conductivity than the inorganic resist film is used for the substrate. 前記第３ステップでは、前記無機レジスト膜の断面形状が前記基板に近い側の幅よりも前記基板から離れた側の幅が広い逆テーパ形状となるように、前記無機レジスト膜を除去することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。   In the third step, the inorganic resist film is removed so that the cross-sectional shape of the inorganic resist film has a reverse tapered shape in which the width on the side farther from the substrate is wider than the width on the side closer to the substrate. The pattern forming method according to claim 1, wherein the pattern forming method is a pattern forming method.
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