JP2010219456A - パターン形成方法、インプリントモールド及びフォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適なパターン形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】３次元構造パターンを形成するパターン形成方法であって、基板にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第１の異方性エッチングを行う工程と、既に段差を備えた前記第１の異方性エッチングによって段差を備えた基板に第２のハードマスク層を形成する工程と、前記第２のハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第２の異方性エッチングを行う工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な３次元構造パターンの形成方法、ならびに該パターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールド及びフォトマスクに関する。

基材に特定の微細な３次元構造パターンを形成した構造物は、広範に用いられている。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス、医療検査用チップ、ディスプレイパネル、マイクロ流路などが挙げられる。

近年、より微細なパターンや、より段数の多い構造に対する要求が増加している。例えば、半導体分野において、特定の微細な３次元構造パターンを形成したデュアルダマシン構造が提案されている。

デュアルダマシン構造の形成方法として、インプリント技術を用いる方法が知られている。インプリント法においては、モールドに形成された３次元構造パターンを転写することが可能であるので、多段構造のパターンを転写することも可能である。これにより、必要な工程数を削減できるということから、多段構造のインプリントモールドに対する要望が高まっている（特許文献１参照）。

また、微細な３次元構造パターンを転写するためのインプリントモールドの製造には、微細な３次元構造パターンの形成方法を用いることが知られている。

また、通常のデュアルダマシン構造形成工程では、形成する段差ごとに、レジストパターンを形成することが知られている。

また、多段構造などの微細な３次元構造パターンを製造する方法として、荷電子線リソグラフィを用いて階段状構造を形成する方法が知られている。

また、リソグラフィ法では、露光後の現像処理において、描画したレジストパターンが倒壊することが知られている。レジストパターンの倒壊は、パターンが高アスペクト比であるほど起こりやすいことが知られている。

例えば、レジスト表層に架橋を形成することにより、レジストパターンの倒壊を抑制する方法が提案されている（特許文献２参照）。

微細な３次元構造パターンの形成では、３次元パターンに応じて複数回のレジストのパターニングを行うことが知られている。

しかしながら、既に段差を備えた基板にレジストをコートする際には、レジストを平坦にコートすることができず（図４）、平坦でないレジスト膜にパターニングを行うと、レジストパターンの位置精度が低下するため、所望するレジストパターンを形成することは困難である。レジスト膜が平坦になるようにレジスト膜を厚くした場合（図５（ａ））、形成したレジストパターンのアスペクト比がレジスト膜の厚みに応じて高くなるため、レジストパターンの倒壊が発生し（図５（ｂ））、所望するレジストパターンを得ることが困難である。

また、一般にレジストは絶縁物であるために、電子線による描画を行う際には、負電荷を持つ電子線によってレジスト膜表面に負電荷が誘起され、その負電荷がレジスト膜内を通って基板に放電できないと、レジスト膜表面に負電荷が蓄積され、その蓄積された負電荷によって電子線がレジスト膜表面近くで曲げられてしまい、描画の位置ずれが生じてしまうという問題があるため、既に段差を備えた基板上に新たにレジストのパターニングを行うことは困難である。

導電性のハードマスク層をエッチングマスクとして絶縁性の基板に異方性エッチングを行うことにより絶縁性の基板に段差を形成すると、段差の凹部にはハードマスク層が存在しないため、段差を備えた基板上に新たにレジストのパターニングを行う工程において、負電荷の蓄積による描画の位置ずれが問題となる。

以下、従来の典型的な多段構造のパターン形成方法の一例を示す。まず、ハードマスク層１２を備えた基板１１に、レジストをコートしレジスト膜１３を形成し（図３（ａ））、該レジストのパターニングを行いレジストパターン１４を形成する（図３（ｂ））。次に、レジストパターン１４をマスクとしてハードマスク層１２をエッチングし、ハードマスクパターン１５をマスクとして基板１１をエッチングする（図３（ｃ））。次に、洗浄し、１層目のパターンが作製される（図３（ｄ））。次に、１層目パターンが形成された基板１６に再度レジストをコートし（図３（ｅ））、該レジストのパターニングを行う（図３（ｆ））。次に、レジストパターンをマスクとしてハードマスク層をエッチングし、ハードマスクパターンをマスクとして基板をエッチングする（図３（ｇ））。次に、洗浄し、２層目のパターンが作製される（図３（ｈ））。これにより、２層目パターンが形成された基板１７が作製される。

従来の典型的な多段構造のパターン形成方法では、第２のレジストパターニングにおいて、基板が既に段差を備えているため、レジストを平坦にコートすることができず、所望するレジストパターンを得ることが困難であり、微細な３次元構造パターンの形成に不適である。

また、第Ｎ番目に形成するパターンは第（Ｎ−１）番目に形成したパターンよりも小さいため、多段構造の段差が多くなるほど微細なパターンを形成しなければならず、所望するレジストパターンを得ることが困難であり、微細な３次元構造パターンの形成に不適である。

また、第１のパターンが作製された基板上の段差の凹部にはハードマスク層が存在しないため、第２のレジストパターニングを行う工程において、電子線によってレジストに誘起された負電荷が放電されず、レジスト膜表面に負電荷が蓄積され、その負電荷によって電子線がレジスト膜表面近くで曲げられ、描画の位置ずれが生じるため、微細な３次元構造パターンの形成に不適である。

特表２００７−５２１６４５号公報 特開２００４−０８５７９２号公報

そこで、本発明は、上述したような従来の典型的な多段構造のパターン形成方法の問題を解決するためになされたものであり、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適なパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、３次元構造パターンを形成するパターン形成方法であって、基板にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第１の異方性エッチングを行う工程と、既に前記第１の異方性エッチングによって段差を備えた前記基板に第２のハードマスク層を形成する工程と、前記第２のハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第２の異方性エッチングを行う工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のパターン形成方法において、基板に第１番目のパターンを形成する工程と、前記基板の第１番目のパターンが形成された側に、順に、２番目からＮ番目までのパターンを形成する工程とを備え、前記第Ｎ番目のパターンの線幅は第（Ｎ−１）番目のパターンの線幅よりも大きいことを特徴とするパターン形成方法である。なお、本発明において、Ｎは２以上の自然数とする。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のパターン形成方法において、基板は、石英基板であり、ハードマスク層は、クロムからなる層であることを特徴とするパターン形成方法である。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールドである。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたフォトマスクである。

本発明によれば、第２のレジストパターニングにおいて、十分な平坦性をもってレジストをコートすることができる（図２）。このため、レジストパターニングの位置精度を向上させることができ、所望のパターンを精度良く得ることができる。また、第２のレジストパターニングにおいて、電子線によってレジストに誘起された負電荷が第２のハードマスク層を介して放電される。このため、レジストに負電荷が蓄積されず、第２のレジストパターニングにおいて描画の位置ずれを防ぐことができ、精度良く描画を行うことができる。また、多段構造パターンのなかで最も微細なパターンから順に形成することができる。よって、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成を好適に行うことが可能となる。

本発明のパターン形成方法の実施例を示す図である。 本発明のパターン形成方法における効果を示す図である。 従来のパターン形成方法の一例を示す図である。 従来のパターン形成方法における問題点を示す図である。 従来のパターン形成方法における問題点を示す図である。

本発明の構成によれば、所望する３次元構造パターンを基板に形成する場合、第２のレジストパターニングを行う工程において、レジストを十分な平坦性をもってコートすることができる。このため、レジストパターニングの位置精度を向上させることができる。

また、レジスト膜への負電荷の蓄積を第２のハードマスク層によって抑えることができる。このため、第２のレジストパターニングにおいて描画の位置ずれを防ぐことができ、精度良く描画を行うことができる。よって、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成を好適に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

以下、本発明の実施形態におけるパターン形成の工程について、説明を行う。

（基板にハードマスク層を形成する工程（Ａ））
まず、基板上にハードマスク層を形成する。ハードマスク層の形成方法としては、ハードマスク層に選択した材料に応じて、適宜公知の薄膜形成法を用いて形成して良い。たとえば、スパッタ法などを用いて良い。

基板は、用途に応じて適宜選択して良い。例えば、シリコン基板、石英基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板などであっても良い。

ハードマスク層は、選択した基板に対して、後述する基板に異方性エッチングを行う工程（Ｃ）におけるエッチング選択比が高く、導電性の材料であれば良い。

また、基板は、石英基板であり、ハードマスク層は、クロムからなる層であることが好ましい。石英基板は、一般的な露光光に対して透過性を有しており、特に、光インプリント法に用いるインプリントモールドや、フォトマスクなどの製造工程に本発明のパターン形成方法を用いる場合に好適である。ハードマスク層にはクロムからなる層を用いることで、後述するハードマスク層のパターニングを行う工程（Ｂ）におけるレジストを用いたリソグラフィにおいて、電子線による負電荷の蓄積を防ぐことができる。

（ハードマスク層のパターニングを行う工程（Ｂ））
次に、ハードマスク層のパターニングを行う。ハードマスク層のパターニングを行う方法としては、レジストを用いたリソグラフィ法を用いる。例えば、前記ハードマスク層上に、レジスト膜を形成し、該レジスト膜にパターニングを行いレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより、前記ハードマスク層のパターニングを行っても良い。このとき、パターニングを行うパターンは、形成する３次元構造パターンのなかで最も微細なパターンであることが望ましい。最も微細なパターンを初めに形成することで、後述する第２のハードマスク層のパターニングを行う工程（Ｅ）におけるレジストを用いたリソグラフィにおいて、レジストを十分な平坦性をもってコートすることができ、第２のハードマスクのパターニングを容易に精度良く行うことができる。

（基板に異方性エッチングを行う工程（Ｃ））
次に、ハードマスク層のパターンが形成された側から、基板に異方性エッチングを行う。エッチングとしては、適宜公知のエッチング方法を用いてよく、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを行っても良い。また、エッチングの条件は、用いたハードマスク層、基板に応じて、適宜調節して良い。

（段差を備えた基板に第２のハードマスク層を形成する工程（Ｄ））
次に、段差を備えた基板上に第２のハードマスク層を形成する。ハードマスク層の形成方法としては、ハードマスク層に選択した材料に応じて、適宜公知の薄膜形成法を用いて形成して良い。たとえば、スパッタ法などを用いて良い。

ハードマスク層は、選択した基板に対して、後述する基板に第２の異方性エッチングを行う工程（Ｆ）におけるエッチング選択比が高く、導電性の材料であれば良い。

また、ハードマスク層は、クロムからなる層であることが好ましい。ハードマスク層にはクロムからなる層を用いることで、後述する第２のハードマスク層のパターニングを行う工程（Ｅ）におけるレジストを用いたリソグラフィにおいて、電子線による負電荷の蓄積を防ぐことができる。

（第２のハードマスク層のパターニングを行う工程（Ｅ））
次に、第２のハードマスク層のパターニングを行う。ハードマスク層のパターニングを行う方法としては、レジストを用いたリソグラフィ法を用いる。例えば、前記第２のハードマスク層上に、レジスト膜を形成し、該レジスト膜にパターニングを行いレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより、前記第２のハードマスク層のパターニングを行っても良い。

（基板に第２の異方性エッチングを行う工程（Ｆ））
次に、第２のハードマスク層のパターンが形成された側から、基板に異方性エッチングを行う。エッチングとしては、適宜公知のエッチング方法を用いてよく、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを行っても良い。また、エッチングの条件は、用いたハードマスク層、基板に応じて、適宜調節して良い。

また、上記工程（Ｄ）〜工程（Ｆ）を繰り返すことにより、基板に形成する３次元構造パターンを３段以上の多段（Ｎ段）の構造パターンとすることができる。

第Ｎ番目のパターンを形成する場合、第Ｎ番目のパターンの線幅は第（Ｎ−１）番目のパターンの線幅よりも大きくてもよい。これにより、レジストを十分な平坦性をもってコートすることができ、第Ｎ番目のパターニングを容易に精度良く行うことができる。

上記工程（Ａ）〜工程（Ｆ）の後、レジストを剥離し、ハードマスク層のウエット剥離洗浄を行うことにより位置精度の高いインプリントモールドが作製される。
また、上記工程（Ａ）〜工程（Ｆ）により作製されたパターンから、従来の技術を用いることにより、位置精度の高いフォトマスクが作製される。

以下、本発明のパターン形成方法について、具体的に光インプリントモールドを作製する場合の一例を挙げながら説明を行う。本発明のパターン形成方法は下記実施例に限定されるものではない。

まず、ハードマスク層としてＣｒ膜１５ｎｍ厚を成膜したＣｒ層２２を石英基板２１上に形成し、その上にポジ型レジスト２００ｎｍ厚をコートしレジスト膜２３とした（図１（ａ））。

次に、電子線描画装置にて、レジスト膜２３に対して電子線をドーズ１００μＣ／ｃｍ^２で照射した後、現像液を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行い、レジストパターン２４を得た（図１（ｂ））。リンス液には純水を用いた。

次に、現像後の上記モールドを、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによってＣｒ層２２のエッチングを行い、Ｃｒパターン２５を得た（図１（ｃ））。このとき、Ｃｒのエッチングの条件は、Ｃｌ_２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー３００Ｗ、ＲＩＥパワー３０Ｗであった。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによって石英基板２１のエッチングを行った。このとき、石英のエッチングの条件は、Ｃ_４Ｆ_８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗであった。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によってレジストを剥離した。

次に、残存したＣｒパターンのウエット剥離洗浄を行った（図１（ｄ））。
以上より、石英基板にパターニングされた石英基板（１段）２６を形成することができた。

次に、パターニングされた石英基板（１段）２６上にＣｒ膜１５ｎｍ厚を成膜し、Ｃｒ層２２’とした（図１（ｅ））。

次に、段差上にＣｒ層２２’を備えたパターニングされた石英基板（１段）２６上にポジ型レジスト２００ｎｍ厚をコートし、レジスト膜２３’とした（図１（ｆ））。

次に、電子線描画装置にて、レジスト膜に対して電子線をドーズ１００μＣ／ｃｍ^２で所望のパターンを照射した。

次に、現像機を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行い、段差上に２層目段差に対応するレジストパターン２４’を形成した（図１（ｇ））。このとき、リンス液には純水を用いた。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによってＣｒ膜のエッチングを行い、Ｃｒのパターンを形成した（図１（ｈ））。このとき、Ｃｒのエッチングの条件は、Ｃｌ_２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー３００Ｗ、ＲＩＥパワー３０Ｗであった。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによって石英基板のエッチングを行った。このとき、石英のエッチングの条件は、Ｃ_４Ｆ_８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗであった。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によってレジストを剥離した（図１（ｉ））。

次に、残存したＣｒ層のウエット剥離洗浄を行った（図１（ｊ））。これにより、パターニングされた石英基板（２段）２７を形成することができた。

以上より、本発明のパターン形成方法を用いて、位置精度の高い光インプリント用のインプリントモールドを製造することができた。

本発明のパターン形成方法は、微細なパターンを形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。例えば、インプリントモールド、フォトマスク、半導体デバイス、光学素子、配線回路（デュアルダマシン構造の配線回路など）、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイ（拡散板、導光板など）、マイクロ流路などの製造工程において好適に利用することが期待できる。

１１…基板
１２、１２’…ハードマスク層
１３、１３’、２３、２３’…レジスト膜
１４、１４’、２４、２４’…レジストパターン
１５、１５’…ハードマスクパターン
１６…パターニングされた基板（１段）
１７…パターニングされた基板（２段）
１８…倒壊したレジストパターン
２１…石英基板
２２、２２’…Ｃｒ層
２５、２５’…Ｃｒパターン
２６…パターニングされた石英基板（１段）
２７…パターニングされた石英基板（２段）

Claims (5)

1. ３次元構造パターンを形成するパターン形成方法であって、
   基板にハードマスク層を形成する工程と、
   前記ハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第１の異方性エッチングを行う工程と、
   既に前記第１の異方性エッチングによって段差を備えた前記基板に第２のハードマスク層を形成する工程と、
   前記第２のハードマスク層をエッチングマスクとして、前記基板に第２の異方性エッチングを行う工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、
   基板に第１番目のパターンを形成する工程と、
   前記基板の第１番目のパターンが形成された側に、順に、２番目からＮ番目までのパターンを形成する工程と、を備え、
   前記第Ｎ番目のパターンの線幅は第（Ｎ−１）番目のパターンの線幅よりも大きいことを特徴とするパターン形成方法。
3. 請求項１または２に記載のパターン形成方法において、
   基板は、石英基板であり、
   ハードマスク層は、クロムからなる層であることを特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールド。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたフォトマスク。

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