JP2011066120A - パターン形成方法およびパターン形成体 - Google Patents

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Abstract

【課題】微細かつピッチが近接したパターンを形成するのに適した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】本発明は、第2レジストパターンの形成にあたり第2レジスト膜に電子線が露光される部位の少なくとも一部は、第1レジストパターンの形成にあたり第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位に配置されている。これにより、電子線ビームの近接効果の影響を受けずにパターン形成を行なうことが出来る。よって、従来、電子線ビームの近接効果の影響が無視できなかった微細なピッチ幅のパターンであっても好適にパターン形成を行なうことが出来る。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子線を用いた微細パターンの形成方法に関する。
近年、種々の用途に応じて、特定の微細な凹凸パターンを形成する方法が求められている。
例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材(分析検査用チップ、マイクロニードルなど)、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイス、インプリントモールド、フォトマスクなどの用途が挙げられる。
上述したような微細パターンを形成する方法として、電子線描画機を用いて、レジストにパターンを描画する方法が知られている(特許文献1参照)。
電子線描画機を用いてパターンを描画する方法において、電子ビームを収束させて鮮明な像を形成するために、電子ビームのエネルギーを高くする必要がある。高エネルギー電子線の場合、電子がレジスト内でエネルギーをほとんど放出しないままレジストを通過するため、電子数当たりのレジスト感度が小さくなる。したがって、同じ感度のレジストを用いる場合には、電子ビームのエネルギーが高いほど、必要とされる電子ビーム電流量は大きくなり、ビーム内の電子密度が高くなる。
ビーム内の電子密度がより高くなると、ビームの焦点がぼけ、パターン解像度が低下する問題が起こる。また、電子ビームを用いる描画では、下側の基板からレジストへの後方散乱の結果、形成されるパターンが歪むという問題(近接効果)がある。電子ビーム電流量が大きくなるほど、近接効果の影響は大きくなる(特許文献2参照)。
特開2000−182941号公報 特開2003−124097号公報
電子ビームを用いて微細かつピッチが近接したパターンを形成する場合(具体的には、例えば、露光部と未露光部の比率が1:1程度)、近接効果の影響を受けて、解像度が低下する問題が起こる。
そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、微細かつピッチが近接したパターンを形成するのに適したパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、基板に第1レジスト膜を形成する工程と、
前記第1レジスト膜に電子線を用いてパターン形成を行なう第1レジストパターン形成工程と、
前記第1レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う第1エッチング工程と、
前記第1エッチング工程後の前記基板に第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜に電子線を用いてパターン形成を行なう第2レジストパターン形成工程と、
前記第2レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う第2エッチング工程と、を備え、
前記第2レジストパターンの形成にあたり前記第2レジスト膜に電子線が露光される部位の少なくとも一部は、前記第1レジストパターンの形成にあたり前記第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位に配置されていること
を特徴とするパターン形成方法である。
また、前記基板は、多層基板であり、前記多層基板の最上層は導電層であってもよい。
本発明の一実施形態は、上述のパターン形成方法を用いて形成されたパターン形成体である。
本発明は、第2レジストパターンの形成にあたり第2レジスト膜に電子線が露光される部位の少なくとも一部は、第1レジストパターンの形成にあたり第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位に配置されている。これにより、電子線ビームの近接効果の影響を受けずにピッチ幅のせまいパターン形成を行なうことが出来る。よって、従来、電子線ビームの近接効果の影響が無視できなかった微細なピッチ幅のパターンであっても好適にパターン形成を行なうことが出来る。
本発明のパターン形成方法の一例を示す概略工程図である。 本発明のパターン形成体をインプリントモールドとして用いたインプリント法の実施の一例を示す概略工程図である。
<基板>
基板は、後述する微細加工技術に適した物理的特性/機械的特性を備えていれば良く、特に、限定されるものではない。例えば、シリコン基板、石英基板、SOI基板、などを用いても良い。
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、基板は使用する露光光を透過することが求められる。このため、光インプリント法に用いるインプリントモールドや、フォトマスクとして用いる場合、一般的な露光光に対して透過性を有する石英基板を好適に用いることができる。
また、基板は、導電層が表層に形成された積層基板であることが好ましい。導電層を形成することにより、荷電粒子線を用いて微細加工を行うとき、基板のチャージアップを抑制でき、荷電粒子線を用いた微細加工に好適に用いることができる。
特に、導電層の膜厚は薄い方が好ましい。第1番目のパターンを形成した導電層にレジストコートする場合、うねりが生じ、第2番目のパターン形成時に位置ずれ発生の原因となる。したがって、このレジストのうねりを極力低減させるために、導電層に形成される段差を低くする必要がある。
また、基板に微細なパターンを形成する方法としては、所望する微細なパターンを形成することのできる微細加工技術を用いれば良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法(レーザ加工、マシニング加工など)などを用いても良い。
<導電層に第1番目のパターンを形成する工程>
まず、導電層に第1番目のパターンを形成する。
なお、本発明のパターン形成方法では、ピッチの近接したパターン(例えば、露光部と未露光部の比率が1:1)形成において、任意に第1番目と第2番目に分割することができ、形成するパターンのピッチを広げることが可能である。例えば、露光部と未露光部の比率が1:1のパターン形成において、2回に分割してパターン形成する場合、露光部と未露光部の比率が1:3のパターン形成を2回繰り返せばよい。
<レジスト材料を塗膜する工程>
パターンを有する基板上に、レジスト材料を塗膜する。
レジスト材料は、パターニングを行う電子線に応じて、適宜選択してよい。
また、レジスト材料の塗膜形成方法としては、粘度に応じて、適宜公知の薄膜形成技術を用いれば良い。例えば、ダイコート法、スピンコート法などを用いても良い。
<レジストパターンを形成する工程>
次に、レジスト材料に、電子線を用いてレジストパターンを形成する。このとき、レジストパターンは、最終的に形成されるピッチの近接したパターンよりも、ピッチを広げることが可能である。描画後、現像処理を行いレジストパターンが形成される。現像処理は用いたレジスト膜に応じて適宜行って良い。このとき、現像処理に際して、洗浄処理を行っても良い。洗浄処理としては、現像液/異物を除去することが出来ればよく、例えば、純水、超臨界流体などを用いて行っても良い。
<エッチングを行う工程>
次に、レジストパターンをマスクとして導電層にエッチングを行う。エッチングとしては、適宜公知の方法により行って良い。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、用いたレジスト/基板に応じて、適宜調節して良い。
<導電層に第2番目のパターンを形成する工程>
次に、導電層に前記第1番目のパターンが形成された側に、第2番目のパターンを形成する。本発明のパターン形成方法では、第1番目に形成されたパターンと異なる所望の位置に第2番目のパターンを形成する。
2番目以降のパターンは、レジスト材料を塗膜し、該レジスト材料をパターニングし、パターニングされたレジスト材料をマスクとして導電層のエッチングを行い、導電層をマスクとして基板のエッチングを行うことにより形成する。
このとき、第2レジストパターンの形成にあたり前記第2レジスト膜に電子線が露光される部位の少なくとも一部は、前記第1レジストパターンの形成にあたり前記第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位に配置されている。
なお、本明細書において、「前記第1レジストパターンの形成にあたり前記第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位」とは、基板断面において、第1レジストパターンにあたり露光された部位に挟まれた場所をいう。
一例として、図1(f)に、第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位28を示す。
以上より、微細かつピッチが近接したパターンを形成することができる。
以下、本発明のパターン形成体の利用の一例として、パターン形成体をインプリントモールドとして活用した場合におけるインプリント法について説明を行なう。
<インプリントモールドを用いたインプリント法を行う工程>
まず、転写基板に転写材料を積層する。
転写基板は、使用する転写材料に適するように適宜選択することができる。例えば、シリコン、石英ガラス、などが挙げられる。
転写材料は、所望する凹凸パターン、凹凸パターンの用途などに応じて適宜選択してよい。例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ゾルゲル材料などを用いても良い。特に、フッ素系UV硬化樹脂の場合、離型性に優れているため望ましい。
転写材料の積層方法としては、転写材料の粘度に応じて、適宜公知の薄膜形成技術を用いれば良い。例えば、ダイコート法、スピンコート法などを用いても良い。
次に、転写基板とインプリントモールドとを接近させ、転写材料に対しパターンの転写を行う。
転写材料や、所望するパターンの精度に応じて、転写材料の硬化を行っても良い。例えば、転写材料として熱硬化性樹脂を用いた場合、加熱により硬化を行ってよい。また、例えば、転写材料として光硬化性樹脂を用いた場合、露光光により硬化を行っても良い。
また、所望する樹脂パターンに応じて、残膜を除去してもよい。ここで、残膜とは、転写基板とインプリントモールドとの間に存在した転写材料であり、転写された樹脂パターンが形成されていない部位をいう。
残膜の除去は、選択した転写材料に応じて適宜適した除去方法を用いて良い。例えば、転写材料として、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いた場合、O2RIE法を用いて除去してもよい。
また、O2RIEの条件は、用いたレジスト/基板に応じて、適宜調節して良い。
以上より、本発明により製造されたインプリントモールドの樹脂パターンを製造することができる。
<エッチングを行う工程>
さらに、インプリント法により形成された樹脂パターンを有するレジストパターンをマスクとして基板にエッチングを行うことにより、凹凸反転したインプリントモールドの複製版を製造することができる。
エッチングとしては、適宜公知の方法により行って良い。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、用いたレジスト/基板に応じて、適宜調節して良い。
<実施例1>
まず、基板21上に導電層22が形成された積層基板上にレジスト材料23を100nm厚にコートした(図1(a))。
このとき、基板21は石英基板であり、導電層22はクロム膜であり、レジスト材料23はポジ型電子線レジストである。
次に、電子線描画装置にて、レジスト材料23に対して電子線をドーズ100μC/cm2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を形成した(図1(b))。
このとき、リンス液には純水を用いた。
次に、レジストパターン24をマスクとして、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導電層22のエッチングを行い、第1のパターンが形成された導電層25を形成した(図1(c))。
このとき、導電層22であるクロム膜のエッチングの条件は、Cl2流量40sccm、O2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、第1のパターンが形成された導電層25が形成された基板21に残存したレジスト材料24の剥離洗浄を行った(図1(d))。
このとき、剥離洗浄としてO2アッシングを用いた。
次に、第1のパターンが形成された導電層25が形成された基板21上にレジスト材料23を100nm厚にて塗膜した(図1(e))。
次に、電子線描画装置にて、レジスト材料23に対して電子線をドーズ100μC/cm2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を形成した(図1(f))。
このとき、レジストパターン24は、第1のパターンが形成された導電層25が形成されるときに用いた第一のレジストパターンにおいて、第1のレジスト材料に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位28内にパターン形成が行われている。
また、リンス液には純水を用いた。
次に、レジストパターン24をマスクとして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第1のパターンが形成された導電層25のエッチングを行い、第2のパターンが形成された導電層26を形成した(図2(g))。
このとき、第1のパターンが形成された導電層25であるクロム膜のエッチングの条件は、Cl2流量40sccm、O2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、第2のパターンが形成された導電層26が形成された基板21に残存したレジスト材料24の剥離洗浄を行った(図1(h))。
このとき、剥離洗浄としてO2アッシングを用いた。
次に、第2のパターンが形成された導電層26をマスクとして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基板21のエッチングを行った(図1(i))。
このとき、基板である石英基板のエッチング条件は、C4F8流量10sccm、O2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、第2のパターンが形成された導電層26の剥離洗浄を行った(図2(j))。
このとき、第2のパターンが形成された導電層26の剥離洗浄にはウェットエッチングを用いた。
以上より、パターン形成体27を作製することが出来た。
<実施例2>
実施例1で作製したパターン形成体27をインプリントモールドとして用いて、凹凸パターンが反転した樹脂パターンを形成するインプリト法を行った。
まず、転写基板31上に転写材料32として光硬化性樹脂を100nm厚に積層し、パターン形成体27を対向して配置した(図2(a))。
このとき、微細なインプリントモールド27のパターン面側には、離型剤としてフッ素系表面処理剤EGC−1720(住友3M)をあらかじめコートした。
また、転写基板31はシリコン基板であった。
次に、転写材料32とパターン形成体27を接触させ、パターン形成体27側から露光光を照射し、転写材料32を硬化させ、転写基板31とパターン形成体27とを遠ざけ、転写材料32に残膜つき樹脂パターン33を形成した(図2(b))。
このとき、微細なインプリントモールド27に荷重を1MPa加え、露光光であるUV光の照射量は400mJ/cm2であった。
以上より、実施例1で作製したパターン形成体27の凹凸反転した微細な樹脂パターン33をインプリント法により形成することができた。
次に、O2プラズマアッシング(条件:O2流量500sccm、圧力30Pa、RFパワー1000W)によって残膜を除去し、樹脂パターン34を形成した(図2(c))。
次に、樹脂パターン34をマスクとして、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転写基板31のエッチングを行った(図2(d))。
このとき、基板であるシリコン基板のエッチング条件は、SF6流量40sccm、Ar流量75sccm、圧力2Pa、ICPパワー200W、RIEパワー300Wであった。
以上より、実施例1で作製した微細なインプリントモールド27の凹凸反転した微細な複製版35を形成することができた。
本発明のパターン形成方法は、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材(分析検査用チップ、マイクロニードルなど)、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイスなどの製造方法において用いられる微細なパターン形成に有用に用いることが期待できる。
21…基板
22…導電層
23…レジスト材料
24…レジストパターン
25…第1のパターンが形成された導電層
26…第2のパターンが形成された導電層
27…パターン形成体
28…第1のレジスト材料に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位
31…転写基板
32…転写材料
33…残膜つき樹脂パターン
34…樹脂パターン
35…複製版

Claims (3)

  1. 基板に第1レジスト膜を形成する工程と、
    前記第1レジスト膜に電子線を用いてパターン形成を行なう第1レジストパターン形成工程と、
    前記第1レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う第1エッチング工程と、
    前記第1エッチング工程後の前記基板に第2レジスト膜を形成する工程と、
    前記第2レジスト膜に電子線を用いてパターン形成を行なう第2レジストパターン形成工程と、
    前記第2レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う第2エッチング工程と、を備え、
    前記第2レジストパターンの形成にあたり前記第2レジスト膜に電子線が露光される部位の少なくとも一部は、前記第1レジストパターンの形成にあたり前記第1レジスト膜に電子線が露光された部位同士に挟まれた位置に対応する部位に配置されていること
    を特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記基板は、多層基板であり、
    前記多層基板の最上層は導電層であること
    を特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
  3. 請求項1に記載のパターン形成方法を用いて形成されたパターン形成体。
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