JP2011199076A - パターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、ナノインプリントリソグラフィにおいて、微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供する。
【解決手段】
本発明の一態様であるパターン形成方法は、（ａ）被エッチング層１０上方に多孔質層１１を形成する工程と、（ｂ）前記多孔質層１１上に被転写パターンを有する有機材１３を形成する工程と、（ｃ）前記被転写パターンを用いて、前記多孔質１１よりエッチング耐性が高い転写酸化膜１６に加工パターンを形成する工程と、（ｄ）前記転写酸化膜１６をマスクとして、前記被エッチング層１０に前記加工パターンを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリントリソグラフィを用いたパターン形成方法に関する。
半導体装置の微細化が進展するにつれて、従来の光リソグラフィによる微細加工は困難性を増しており、これに代わる技術が求められている。そのような技術の一つとして、ナノインプリントリソグラフィ（NIL；Nanoimprint Lithography）が注目されている。
このナノインプリントリソグラフィでは、転写すべきパターンに対応する凹凸を有するモールド（テンプレート）を、例えば被処理基板上に塗布した光硬化性物質に圧着した状態で、モールド裏面から光を照射し、光硬化性物質を硬化させることにより、モールドに形成されたパターンを転写する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１９４１４２号公報
本発明は、ナノインプリントリソグラフィにおいて、微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供する。
本発明の一態様であるパターン形成方法は、（ａ）被エッチング層上方に多孔質層を形成する工程と、（ｂ）前記多孔質層上に被転写パターンを有する有機材を形成する工程と、（ｃ）前記被転写パターンを用いて、前記多孔質よりエッチング耐性が高い転写酸化膜に加工パターンを形成する工程と、（ｄ）前記転写酸化膜をマスクとして、前記被エッチング層に前記加工パターンを形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ナノインプリントリソグラフィにおいて、微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供できる。
本発明の第１の実施形態におけるパターン形成方法を示す工程断面図。 本発明の第１の実施形態におけるパターン形成方法を示す工程断面図。 本発明の第２の実施形態におけるパターン形成方法のうち１工程を示す工程断面図。
（経緯）
本発明の実施形態を説明する前に、本発明者が本発明をなすに至った経緯について説明する。
ナノインプリントリソグラフィでは、例えば被エッチング層（例えば、シリコン基板）上に塗布された光硬化性の有機材にテンプレートを空気中または置換されたガス中で圧着する際に、有機材に混入した気泡（空気または置換されたガス）によって、有機材に欠陥が生じる場合がある。この欠陥が生じないよう気泡を排出するためには、例えばヘリウムガス雰囲気中で有機材にテンプレートを圧着する時間を長時間要する。
そこで、有機材に混入するヘリウムガスを短時間で排出する方法として、本発明者らは有機材の直下に多孔質層（例えば、ポーラス酸化膜）を形成する方法を検討している。本発明者は、有機材の直下に多孔質層を形成した結果、有機材に混入したヘリウムガスを多孔質層側から排出し、有機材の気泡をさらに短時間で低減できることを実験で確認した。この方法では、多孔質層は、有機材と被エッチング層の間に形成される。
しかしながら、被エッチング層に所望のパターンを形成する際には、有機材と被エッチング層の間に形成された多孔質層にこのパターンを転写する必要がある。この多孔質層は被エッチング層よりも相対的にエッチング耐性が低いため、転写されたパターンを有する多孔質層をマスクとして、被エッチング層にドライエッチング（例えば、ＲＩＥ）すると、例えば被エッチング層よりも先に多孔質層がエッチングされてしまい、被エッチング層に所望のパターンを形成できない場合がある。
上記の事情に鑑みて、有機材の直下に、被エッチング層よりも相対的にエッチング耐性が低い多孔質層を用いたとしても、微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供する。
以下、本発明の実施形態の一態様について、図面を参照しながら説明する。なお、説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
［パターン形成方法］
本発明の第１の実施形態におけるパターン形成方法について、側壁加工技術でハーフピッチのパターンを形成する方法を例として、図１及び図２の工程断面図を用いて説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、被エッチング層１０上に形成された被転写層１１ａ（以下、第１被転写層という；例えば、カーボン層）、多孔質層１２ａ上に光硬化性の有機材１３ａが塗布される。ここで、多孔質層１２ａは例えば３００〜３５０度の温度でＣＶＤ法又は塗布法により形成される。
なお、有機材１３ａの塗布はインクジェット方式の有機材液滴の散布によるが、図１はこのうちいくつかの液滴部分の拡大図を示している。
次に、図１（ｂ）に示すように、所望のパターンが形成されたテンプレート１４を有機材１３ａに接触させる。そして、図１（ｃ）に示すように、テンプレート１４を圧着して、毛細管現象によってテンプレート１４のパターンに有機材１３ｂが浸透するまでテンプレート１４を保持する。
そして、図１（ｄ）に示すように、例えば紫外線１５を照射し、有機材１３ｂを硬化する。その後に、図２（ａ）に示すように、テンプレート１４を有機材１３ｂから離す。これにより、テンプレート１４のパターンと反転したパターン（被転写パターンＡ）が転写された有機材１３ｂが形成される。
次に、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチングまたは、ウエットエッチング技術により、側壁部分を側方に後退させたパターン（被転写パターンＢ）を有する有機材１３ｃを形成し、この有機材１３ｃをマスクとして多孔質層１２ａをドライエッチング技術（例えばＲＩＥ）により加工して、多孔質層１２ｂにパターン（被転写パターンＣ）を形成する。
そして、図２（ｃ）に示すように、有機材１３ｃを除去し、第１被転写層１１ａ及び多孔質層１２ｂ上に、転写酸化膜１６ａを形成する。この転写酸化膜１６ａは、多孔質層１２ｂより相対的にエッチング耐性が高い酸化膜を用い、例えばＳｉＯ２を用いる。この転写酸化膜１６ａを例えば室温のＣＶＤ法により形成する。
図２（ｄ）に示すように、転写酸化膜１６ａを多孔質層１２ｂ上面が露出するまでエッチバックする。ＣＦ系のガス（例えば、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ6）を用いて、転写酸化膜１６ａをドライエッチングする。なお、上記ＣＦ系のガスを含むよう混合したガスを用いてもよい。
図２（ｅ）に示すように、転写酸化膜１６ｂと多孔質層１２ｂのエッチング耐性の高低差により、多孔質層１２ｂのみを選択的にドライエッチングする。ここで、ドライエッチング後の転写酸化膜１６ｃのパターンを加工パターンと呼ぶ。
そして、転写酸化膜１６ｃをマスクとして、加工パターンが転写された第１被転写層１１を形成する。ここで、例えば第１被転写酸化膜１１ａがカーボン膜のとき、酸素ガスなどを用いて、第１被転写酸化膜１１ａをドライエッチングする。そして、この第１被転写層１１をマスクとして被エッチング層１０にドライエッチングし、加工パターンが転写された被エッチング層１０を形成する。
なお、転写酸化膜１６ｃをマスクとして被エッチング層１０に所望のパターンを形成できる場合には、第１被転写層１１ａを形成しなくてもよい。
［第１の実施形態の効果］
以上より、本実施形態では、多孔質層１２ではなく、転写酸化膜１６を用いて加工パターンが転写された被エッチング層１０を形成する。酸素ガスなどを用いて、第１被転写酸化膜１１をドライエッチングすると、転写酸化膜１６が第１被転写酸化膜１１よりも先にエッチングされず、転写酸化膜１６が残存する。
このため、被エッチング層１０と有機材１３の間に、被エッチング層１０よりも相対的にエッチング耐性が低い多孔質層１２が形成されるとしても、ナノインプリントリソグラフィにおいて、微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供できる。
（変形例１）
本実施形態では、側壁加工技術を用いて被エッチング層１０にハーフピッチのパターンを形成するが、本変形例１では、側壁加工技術を使用せずに、被転写パターンと同一の加工パターンが転写された被エッチング層１０にパターン形成してもよい。
例えば、被転写パターンＡが形成された有機材１３をマスクとして、多孔質層１２に被転写パターンＤを形成した後に、多孔質層１２上に転写酸化膜１６を形成する。このとき、転写酸化膜１６を、多孔質層１２の被転写パターンＤに埋め込むように形成する。多孔質層１２上面が露出するまで転写酸化膜１６をエッチバックして、多孔質層１２を除去する。これにより、転写酸化膜１６に加工パターンを形成する。
そして、転写酸化膜１６をマスクとして、被エッチング層１０に加工パターンを転写する。
以上より、上記実施形態と同様に、多孔質層１２ではなく、転写酸化膜１６を用いて加工パターンが転写された被エッチング層１０を形成する。このため、被エッチング層１０と有機材１３の間に、被エッチング層１０よりも相対的にエッチング耐性が低い多孔質層１２が形成されるとしても、ナノインプリントリソグラフィにおいて、簡便に微細なパターンを形成可能なパターン形成方法を提供できる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態におけるパターン形成方法について、図３の工程断面図を用いて説明する。なお、第２の実施形態に係るパターン形成方法は、第１の実施形態のパターン形成方法に対して、図３に示すように、転写酸化膜と同種の酸化膜２２（酸化膜２２を転写酸化膜ともいう）が予め第１被転写層２１と多孔質層２４との間に形成される点で異なる。以下、第１の実施形態のパターン形成方法と異なる方法について説明する。
［パターン形成方法］
図３に示すように、被エッチング層１０上に、下層より順に第１被転写層２１（例えば、カーボン層）、転写酸化膜２２、被転写層（以下、第２被転写層という）２３、多孔質層２４が形成される。多孔質層２４上に光硬化性の有機材２５が塗布される。所望のテンプレート（図示略）を有機材２５に圧着して、例えば紫外線を照射して有機材２５を硬化させ、被転写パターンの有機材２５を形成する。
この有機材２５の被転写パターンを多孔質層２４、第２被転写層２３、転写酸化膜２２、第１被転写層２１に対して順々に転写する。
具体的には、有機材２５をマスクとして、多孔質層２４に対してドライエッチングを行い、被転写パターンを多孔質層２４に転写する。そして、多孔質層２４をマスクとして第２被転写層２３に対してドライエッチングを行い、被転写パターンを第２被転写層２３に転写する。多孔質層２４にドライエッチングする場合には、例えばＣ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ6等のＣＦ系ガスを用いる。一方で第２被転写層２３にドライエッチングする場合には、例えば第２被転写層２３がカーボン膜のとき、酸素または酸素とその他のガスを混合したガスを用いる。
第２被転写層２３をマスクとして転写酸化膜２２に対してドライエッチングを行い、加工パターンを形成する。
そして、第１被転写層２１をマスクとして、被エッチング層１０に加工パターンを転写する。
［第２の実施形態の効果］
以上より、本実施形態でも、第１の実施形態同様に、多孔質層２４ではなく、転写酸化膜２２を用いて加工パターンが転写された被エッチング層１０を形成する。酸素ガスを用いて、第１被転写酸化膜２１をドライエッチングすると、転写酸化膜２２が第１被転写酸化膜２１よりも先にエッチングされず、転写酸化膜２２が残存する。
このため、被エッチング層１０と有機材２５の間に、被エッチング層１０よりも相対的にエッチング耐性が低い多孔質層２５が形成されるとしても、ナノインプリントリソグラフィにおいて、微細なパターンを形成可能なパターンの形成方法を提供できる。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
１０…被エッチング層
１１ ２１…第１被転写層
１２ ２４…多孔質層
１３ ２５…有機材
１４…テンプレート
１５…紫外線
１６ ２２…転写酸化膜
２３…第２被転写層

Claims (3)

  1. （ａ）被エッチング層上方に多孔質層を形成する工程と、
    （ｂ）前記多孔質層上に被転写パターンを有する有機材を形成する工程と、
    （ｃ）前記被転写パターンを用いて、前記多孔質よりエッチング耐性が高い転写酸化膜に加工パターンを形成する工程と、
    （ｄ）前記転写酸化膜をマスクとして、前記被エッチング層に前記加工パターンを転写する工程とを備えることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記（ｃ）工程が、
    （ｅ）前記有機材をマスクとして、前記多孔質層に前記被転写パターンを形成する工程と、
    （ｆ）前記多孔質層上に、前記転写酸化膜を形成する工程と、
    （ｇ）前記多孔質層上面が露出するまで前記転写酸化膜をエッチバックする工程と、
    （ｈ）前記多孔質層を除去する工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
  3. 前記（ａ）工程が、
    （ｉ）被エッチング層上に前記転写酸化膜を形成する工程と、
    （ｊ）前記転写酸化膜上に前記多孔質層を形成する工程と、
    を備え、
    前記（ｃ）工程が、
    （ｋ）前記多孔質層に前記被転写パターンを形成する工程と、
    （ｌ）前記転写酸化膜に前記被転写パターンと同一の前記加工パターンを形成する工程と、
    を具備することを特徴する請求項１記載のパターン形成方法。
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