JP2012200982A - Method of preparing substrate and method of manufacturing mold - Google Patents

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JP2012200982A JP2011067412A JP2011067412A JP2012200982A JP 2012200982 A JP2012200982 A JP 2012200982A JP 2011067412 A JP2011067412 A JP 2011067412A JP 2011067412 A JP2011067412 A JP 2011067412A JP 2012200982 A JP2012200982 A JP 2012200982A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a side face of a pattern become closer to a vertical face without formation of a bowing shape, when forming an irregular pattern on a surface of a substrate in dry etching using a hard mask pattern.SOLUTION: This method of preparing the substrate includes: a first process (S2) of forming a hard mask layer on the substrate; a second process (S3-S5) of forming a resist layer with the hard mask layer covered and then forming a resist pattern by patterning of the resist layer; a third process (S6) of etching the hard mask layer by using the resist pattern as a mask to form the hard mask pattern; and a fourth process (S8) of performing dry etching of the substrate by using the hard mask pattern as the mask to form the irregular pattern on the substrate. In the fourth process (S8), dry etching onto the substrate is performed by using etching gas to which gas contributing to retraction of the hard mask pattern is added, and thus, the hard mask pattern is retracted along with progress of the etching onto the substrate.

Description

本発明は、基板作製方法およびモールド製造方法に関する。さらに詳しくは、凹凸のパターンを有する基板を作製する場合に適用される基板作製方法およびモールド製造方法に関する。   The present invention relates to a substrate manufacturing method and a mold manufacturing method. More specifically, the present invention relates to a substrate manufacturing method and a mold manufacturing method applied when manufacturing a substrate having an uneven pattern.

基板に凹凸のパターンを形成する方法として、以下の方法が知られている。まず、基板上にハードマスク層を介してレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクに用いてハードマスク層をパターニングすることにより、ハードマスクパターンを形成する。次に、このハードマスクパターンをマスクに用いて基板をエッチングする。   The following methods are known as a method for forming an uneven pattern on a substrate. First, a resist pattern is formed on a substrate via a hard mask layer. Next, a hard mask pattern is formed by patterning the hard mask layer using this resist pattern as a mask. Next, the substrate is etched using the hard mask pattern as a mask.

このような方法でシリコン基板に凹凸のパターンを形成する場合、ハードマスク層として酸化シリコン膜を用いる技術が知られている(たとえば、特許文献1を参照)。ただし、酸化シリコン膜によってハードマスク層を形成すると、ハードマスク材料とシリコンとのエッチング選択比をあまり大きく確保できない。   In the case of forming an uneven pattern on a silicon substrate by such a method, a technique using a silicon oxide film as a hard mask layer is known (see, for example, Patent Document 1). However, if the hard mask layer is formed of a silicon oxide film, the etching selectivity between the hard mask material and silicon cannot be secured so large.

また従来においては、酸化シリコン膜をエッチングする場合、エッチング用のマスク材料として、クロムまたはクロム合金を用いる技術が提案されている(たとえば、特許文献2、3を参照)。   Conventionally, when etching a silicon oxide film, a technique using chromium or a chromium alloy as an etching mask material has been proposed (for example, see Patent Documents 2 and 3).

特開2000−208484号公報JP 2000-208484 A 特開平6−2991090号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-2991090 特開2003−86513号公報JP 2003-86513 A

一般に、シリコン基板に凹凸のパターンを形成するにあたって、ハードマスク層をクロム等の金属膜で形成すると、酸化シリコン膜を用いる場合に比べて、ハードマスク層を薄くしてパターンの微細化および高精度化を図ることが可能となる。   In general, when forming a concavo-convex pattern on a silicon substrate, if the hard mask layer is formed of a metal film such as chromium, the hard mask layer is made thinner and the pattern is finer and more accurate than when a silicon oxide film is used. Can be achieved.

ただし、ハードマスクパターンをマスクに用いてシリコン基板をドライエッチングする場合は、シリコン基板に形成されるパターンの側面が「ボーイング形状」になることがある。ボーイング形状とは、次のように定義される形状である。すなわち、シリコンの表面にエッチングによって断面凹形状の円孔パターンを形成する場合は、当該円孔パターンの入口部分の孔径(開口径)に比べて当該円孔パターンの中間深さ部分の孔径が大きくなる形状をいう。また、シリコンの表面にエッチングによって断面凹形状の溝パターンを形成する場合は、当該溝パターンの入口部分の溝幅に比べて当該溝パターンの中間深さ部分の溝幅が広くなる形状をいう。   However, when the silicon substrate is dry-etched using the hard mask pattern as a mask, the side surface of the pattern formed on the silicon substrate may have a “Boeing shape”. The bowing shape is a shape defined as follows. That is, when a circular hole pattern having a concave cross section is formed on the surface of silicon by etching, the hole diameter of the intermediate depth portion of the circular hole pattern is larger than the hole diameter (opening diameter) of the inlet portion of the circular hole pattern. The shape which becomes. Further, when a groove pattern having a concave cross section is formed on the surface of silicon by etching, the groove width of the intermediate depth portion of the groove pattern is wider than the groove width of the inlet portion of the groove pattern.

シリコン基板に形成されるパターンの側面がボーイング形状になる主な理由は、シリコンのエッチングが等方的に進行することによって、ハードマスクパターンの下でシリコンがサイドエッチングされるためである。具体的には、たとえば、ハロゲンガスを用いてシリコンをエッチングする場合、プロセス圧力(エッチングチャンバー内の圧力)の設定によってはシリコンのエッチングが等方的に進む。このため、シリコンがサイドエッチングされ、最終的に得られるパターンの側面がボーイング形状になる。また、これを回避するために、プロセス圧力を低くすると、シリコンのエッチングレートが低下してしまう。   The main reason why the side surface of the pattern formed on the silicon substrate is bowed is that the silicon is side-etched under the hard mask pattern by the isotropic etching of silicon. Specifically, for example, when silicon is etched using a halogen gas, the etching of silicon proceeds isotropically depending on the setting of the process pressure (pressure in the etching chamber). For this reason, silicon is side-etched, and the side surface of the finally obtained pattern becomes a bow shape. In order to avoid this, if the process pressure is lowered, the etching rate of silicon is lowered.

また、シリコン基板を高いアスペクト比でエッチングする、いわゆる深掘りエッチングでは、パターンの側面の垂直性を維持するために、サイドエッチングの抑制が重要な課題となっている。サイドエッチングの影響は、高い精度で微細なパターンを形成する必要があるインプリント用のモールド(原盤)を製造する場合に、特に大きくなる。その理由は、次のような事情による。すなわち、インプリント法においては、被転写基板に形成した未硬化状態のレジスト層にモールドのパターンを押し付けた状態で、たとえば、熱の印加や光の照射により、レジストを硬化させる。このとき、モールドの押し付けによってパターンのへこみ部分に充填されたレジストは、そのパターンの形状にならって硬化する。このため、モールドのパターンの側面がボーイング形状になっていると、レジスト硬化後に被転写基板からモールドを剥離するときに、モールドのパターンにレジストが引っ掛かり、被転写基板からモールドを剥離することが困難になる。また、被転写基板からモールドを剥離できたとしても、被転写基板に形成されるパターンの形状が崩れたり、パターンそのものが壊れたりするおそれがある。   Further, in so-called deep etching in which a silicon substrate is etched at a high aspect ratio, suppression of side etching is an important issue in order to maintain the verticality of the side surface of the pattern. The influence of side etching becomes particularly large when an imprint mold (master) that needs to form a fine pattern with high accuracy is manufactured. The reason is as follows. That is, in the imprint method, the resist is cured by applying heat or irradiating light with the mold pattern pressed against an uncured resist layer formed on the transfer substrate. At this time, the resist filled in the recessed portion of the pattern by the pressing of the mold is cured according to the shape of the pattern. For this reason, if the side surface of the mold pattern is bowed, the resist will be caught by the mold pattern when the mold is peeled off from the transfer substrate after the resist is cured, making it difficult to peel off the mold from the transfer substrate. become. Further, even if the mold can be peeled from the transferred substrate, the shape of the pattern formed on the transferred substrate may be broken, or the pattern itself may be broken.

本発明の主な目的は、ハードマスクパターンをマスクに用いたドライエッチングによって基板の表面に凹凸のパターンを形成する場合に、最終的に得られるパターンの側面を垂直面に近づけることができる技術を提供することにある。   The main object of the present invention is to develop a technique that allows the side surface of a finally obtained pattern to be close to a vertical surface when an uneven pattern is formed on the surface of a substrate by dry etching using a hard mask pattern as a mask. It is to provide.

本発明の第1の態様は、
基板上にハードマスク層を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記基板上に前記ハードマスク層を覆う状態でレジスト層を形成した後、当該レジスト層をパターニングすることにより、前記基板上にレジストパターンを形成する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記レジストパターンをマスクに用いて前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記基板上にハードマスクパターンを形成する第3工程と、
前記第3工程の後に、前記ハードマスクパターンをマスクに用いて前記基板をドライエッチングすることにより、前記基板に凹凸のパターンを形成する第4工程と、を含み、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの後退に寄与するガスを添加したエッチングガスを用いて前記基板をドライエッチングすることにより、前記基板のエッチングの進行とともに前記ハードマスクパターンを後退させる
ことを特徴とする基板作製方法である。
The first aspect of the present invention is:
A first step of forming a hard mask layer on the substrate;
A second step of forming a resist pattern on the substrate by patterning the resist layer after forming a resist layer in a state of covering the hard mask layer on the substrate after the first step;
After the second step, a third step of forming a hard mask pattern on the substrate by etching the hard mask layer using the resist pattern as a mask;
And a fourth step of forming an uneven pattern on the substrate by dry etching the substrate using the hard mask pattern as a mask after the third step,
In the fourth step, the hard mask pattern is retracted with the progress of the etching of the substrate by dry etching the substrate using an etching gas to which a gas contributing to the recession of the hard mask pattern is added. This is a feature of a substrate manufacturing method.

本発明の第2の態様は、
前記第2工程においては、前記第3工程で前記レジストパターンをマスクに用いて前記ハードマスク層をエッチングしたときに得られる前記ハードマスクパターンの開口寸法が規定の寸法よりも小さくなるように、前記レジストパターンを形成しておき、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの開口寸法が当該ハードマスクパターンの後退によって前記規定の寸法となるように、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする上記第1の態様に記載の基板作製方法である。
The second aspect of the present invention is:
In the second step, the opening size of the hard mask pattern obtained when the hard mask layer is etched using the resist pattern as a mask in the third step is smaller than a predetermined size. Form a resist pattern,
In the fourth step, the substrate is etched so that the opening size of the hard mask pattern becomes the specified size by the recession of the hard mask pattern. This is a manufacturing method.

本発明の第3の態様は、
前記第1工程においては、前記基板にシリコン基板を用いるとともに、前記ハードマスク層をクロムまたはクロム合金で形成し、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの後退に寄与するガスとして酸素ガスを添加する
ことを特徴とする上記第1または第2の態様に記載の基板作製方法である。
The third aspect of the present invention is:
In the first step, a silicon substrate is used as the substrate, and the hard mask layer is formed of chromium or a chromium alloy,
In the fourth step, oxygen gas is added as a gas that contributes to the recession of the hard mask pattern. The substrate manufacturing method according to the first or second aspect, wherein the oxygen gas is added.

本発明の第4の態様は、
上記第1、第2または第3の態様に記載の基板作製方法を適用して前記基板に凹凸のパターンを形成することにより、インプリント用のモールドを得る
ことを特徴とするモールド製造方法である。
The fourth aspect of the present invention is:
An imprint mold is obtained by applying the substrate manufacturing method according to the first, second, or third aspect to form an uneven pattern on the substrate. .

本発明によれば、ハードマスクパターンをマスクに用いたドライエッチングによって基板の表面に凹凸のパターンを形成する場合に、最終的に得られるパターンの側面を垂直面に近づけることができる。   According to the present invention, when an uneven pattern is formed on the surface of a substrate by dry etching using a hard mask pattern as a mask, the side surface of the finally obtained pattern can be brought close to a vertical surface.

本発明の実施の形態に係る基板作製方法の基本的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the basic procedure of the board | substrate preparation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る基板作製方法の各工程の処理内容を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining the processing content of each process of the board | substrate preparation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る基板作製方法の各工程の処理内容を説明する図(その2)である。It is FIG. (2) explaining the processing content of each process of the board | substrate preparation method which concerns on embodiment of this invention. ハードマスクパターンの後退の事例を説明する図である。It is a figure explaining the example of receding of a hard mask pattern. シリコン基板のエッチングの進行状態を時系列に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the progress state of the etching of a silicon substrate in time series. 実験結果で得られたパターンの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the pattern obtained by the experimental result.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
1.基板作製方法の基本的な手順
2.特徴的な工程の説明
3.実験結果
4.実施の形態による効果
5.変形例等
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the embodiment of the present invention, description will be given in the following order.
1. 1. Basic procedure of substrate manufacturing method 2. Description of characteristic processes Experimental results 4. Effects of the embodiment Modified example

<1.基板作製方法の基本的な手順>
まず、本発明の実施の形態に係る基板作製方法の基本的な手順について説明する。
本発明の実施の形態に係る基板作製方法は、大きくは、図1に示すように、基板準備工程S1と、ハードマスク層形成工程S2と、レジスト層形成工程S3と、レジスト露光工程S4と、レジスト現像工程S5と、ハードマスクパターン形成工程S6と、レジストパターン除去工程S7と、基板エッチング工程S8と、ハードマスクパターン除去工程S9と、を含むものである。
以下、各工程について、図2および図3を用いて説明する。
<1. Basic procedure of substrate fabrication method>
First, a basic procedure of the substrate manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the substrate manufacturing method according to the embodiment of the present invention mainly includes a substrate preparation step S1, a hard mask layer formation step S2, a resist layer formation step S3, a resist exposure step S4, It includes a resist developing step S5, a hard mask pattern forming step S6, a resist pattern removing step S7, a substrate etching step S8, and a hard mask pattern removing step S9.
Hereinafter, each process is demonstrated using FIG. 2 and FIG.

(基板準備工程S1)
まず、図2(A)に示すように、加工の対象物となる基板1を用意する。この基板1は、たとえば、平面視円形の平らな基板であって、適度な剛性を奏する程度の厚みを有する。基板1としては、後述する基板エッチング工程S8でドライエッチングが可能な基板を用いる。具体的には、シリコン基板、石英基板などを用いることができる。本実施の形態においては、一例として、基板1にシリコン基板を用いることとする。また、以降の説明では、「基板1」を「シリコン基板1」と記述する。
(Substrate preparation step S1)
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1 to be processed is prepared. The substrate 1 is, for example, a flat substrate having a circular shape in a plan view, and has a thickness that provides appropriate rigidity. As the substrate 1, a substrate that can be dry-etched in a substrate etching step S8 described later is used. Specifically, a silicon substrate, a quartz substrate, or the like can be used. In this embodiment, as an example, a silicon substrate is used as the substrate 1. In the following description, “substrate 1” is described as “silicon substrate 1”.

(ハードマスク層形成工程S2)
次に、図2(B)に示すように、シリコン基板1上にハードマスク層2を形成する。具体的には、シリコン基板1の表面を覆うようにハードマスク層2を形成する。ここで記述するシリコン基板1の表面とは、酸化シリコンをほとんど含まない、シリコンによって構成される面をいう。ただし、シリコン基板1を構成しているシリコンの表面には、シリコン基板1の取り扱い上またはプロセス上、特に意図しなくても、大気中やエッチングチャンバー内に存在する酸素との結合によって薄い酸化シリコン膜(自然酸化膜)が形成される。この場合、シリコン基板1の表面を覆う酸化シリコン膜は、非常に薄い膜となる。このため、後述する基板エッチング工程S8でシリコン基板1のエッチングを開始すると、すぐに酸化シリコン膜が除去され、これに引き続いてシリコンがエッチングされる。したがって、本実施の形態に係る基板作製方法は、シリコン基板1の表面がシリコンのみで構成されている場合にかぎらず、このシリコン表面が上記の薄い酸化シリコン膜で覆われている場合、あるいはエッチングに支障のない薄膜で覆われている場合にも同様に適用されるものとする。
(Hard mask layer forming step S2)
Next, as shown in FIG. 2B, a hard mask layer 2 is formed over the silicon substrate 1. Specifically, the hard mask layer 2 is formed so as to cover the surface of the silicon substrate 1. The surface of the silicon substrate 1 described here refers to a surface made of silicon that hardly contains silicon oxide. However, the silicon surface constituting the silicon substrate 1 has a thin silicon oxide layer bonded to oxygen present in the atmosphere or in the etching chamber, even if not specifically intended for handling or processing of the silicon substrate 1. A film (natural oxide film) is formed. In this case, the silicon oxide film covering the surface of the silicon substrate 1 is a very thin film. For this reason, as soon as etching of the silicon substrate 1 is started in a substrate etching step S8 described later, the silicon oxide film is removed, and silicon is subsequently etched. Therefore, the substrate manufacturing method according to the present embodiment is not limited to the case where the surface of the silicon substrate 1 is made of only silicon, but the case where the silicon surface is covered with the thin silicon oxide film or the etching. The same applies to the case where the film is covered with a thin film that does not interfere with the above.

ハードマスク層2は、後述する基板エッチング工程S8でシリコン基板1をエッチングするときのマスクパターンの元になるものである。ハードマスク層2は、ハードマスク材料を用いて形成する。ハードマスク材料としては、金属(合金を含む)材料を用いることができる。具体的には、たとえば、クロムまたはクロム合金(窒化クロムなど)を好適に用いることができる。また、ハードマスク層2の形成は、たとえば、スパッタ法を用いて行うことができる。その際、ハードマスク層2の厚さは、最終的にシリコン基板1に形成される凹凸のパターンの精度を考慮すると、なるべく薄くすることが好ましい。具体的には、たとえば、5nm以下の厚さとする。   The hard mask layer 2 serves as a mask pattern when the silicon substrate 1 is etched in a substrate etching step S8 described later. The hard mask layer 2 is formed using a hard mask material. As the hard mask material, a metal (including alloy) material can be used. Specifically, for example, chromium or a chromium alloy (such as chromium nitride) can be preferably used. The hard mask layer 2 can be formed by using, for example, a sputtering method. At that time, it is preferable to make the thickness of the hard mask layer 2 as thin as possible in consideration of the accuracy of the uneven pattern finally formed on the silicon substrate 1. Specifically, for example, the thickness is 5 nm or less.

(レジスト層形成工程S3)
次に、図2(C)に示すように、シリコン基板1上にハードマスク層2を覆う状態でレジスト層3を形成する。レジスト層3の形成は、たとえば、スピンコート法を用いて行う。レジスト材料としては、たとえば、α−クロロメタクリレートとα−メチルスチレンとの重合体を含むレジスト材料のように、電子線描画用のレジスト材料として一般的なもの(具体的には日本ゼオン社製ZEP520A)を用いることができる。そして、このようなレジスト材料をハードマスク層2の上面にスピンコート法により所定の厚さに成膜し、その後、ベーク処理を行うことで、レジスト層3を形成する。レジスト層3の厚さは、後述するハードマスクパターン形成工程S6でハードマスク層2をエッチングするときに、このエッチングが完了するまでレジスト層3(レジストパターン3P)が残存する厚さとする。
(Resist layer forming step S3)
Next, as shown in FIG. 2C, a resist layer 3 is formed on the silicon substrate 1 so as to cover the hard mask layer 2. The resist layer 3 is formed by using, for example, a spin coating method. As a resist material, for example, a resist material for electron beam drawing, such as a resist material containing a polymer of α-chloromethacrylate and α-methylstyrene (specifically, ZEP520A manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). ) Can be used. Then, such a resist material is formed into a predetermined thickness on the upper surface of the hard mask layer 2 by spin coating, and then a baking process is performed to form the resist layer 3. The thickness of the resist layer 3 is set such that the resist layer 3 (resist pattern 3P) remains until the etching is completed when the hard mask layer 2 is etched in a hard mask pattern forming step S6 described later.

(レジスト露光工程S4)
次に、レジスト層3をパターニングするための処理として、レジスト層3の露光および現像を順に行う。具体的には、図2(D)に示すように、シリコン基板1上のレジスト層3を電子線の照射により露光する。このレジスト露光工程においては、たとえば、電子線描画装置を用いてレジスト層3の所定部位に電子線を照射することにより、レジスト層3を所定のパターンで露光する。このとき、レジスト層3がポジ型のレジスト材料を用いて形成されている場合は、電子線を照射した部分(露光部分)が可溶化する。また、レジスト層3がネガ型のレジスト材料を用いて形成されている場合は、電子線を照射した部分が不溶化する。本実施の形態においては、一例として、ポジ型のレジスト材料を用いてレジスト層3を形成するものとする。
(Resist exposure step S4)
Next, as a process for patterning the resist layer 3, exposure and development of the resist layer 3 are sequentially performed. Specifically, as shown in FIG. 2D, the resist layer 3 on the silicon substrate 1 is exposed by electron beam irradiation. In this resist exposure process, for example, the resist layer 3 is exposed in a predetermined pattern by irradiating a predetermined portion of the resist layer 3 with an electron beam using an electron beam drawing apparatus. At this time, when the resist layer 3 is formed using a positive resist material, the portion irradiated with the electron beam (exposed portion) is solubilized. When the resist layer 3 is formed using a negative resist material, the portion irradiated with the electron beam is insolubilized. In this embodiment, as an example, the resist layer 3 is formed using a positive resist material.

(レジスト現像工程S5)
次に、図3(A)に示すように、シリコン基板1上のレジスト層3を現像することにより、レジストパターン3Pを形成する。このレジスト現像工程においては、たとえば、露光済みのレジスト層3に対して現像剤を供給することにより、レジスト層3の露光部分を現像剤で溶融し除去する。現像剤としては、たとえば、フルオロカーボンを含む溶媒(具体的には、バートレルXF(登録商標)、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製)を含む溶液、酢酸−n−アミル、酢酸エチル若しくはそれらの混合物からなる溶媒(具体的には、ZED−N50(日本ゼオン社製))を含む溶液、または、これら溶液の混合液等を用いることができる。これにより、シリコン基板1上にハードマスク層2を介してレジストパターン3Pが形成された状態となる。
以降の説明では、レジスト層形成工程S3、レジスト露光工程S4およびレジスト現像工程S5を含む、レジストパターン3Pの形成工程を、「レジストパターン形成工程」と記述する。
(Resist development step S5)
Next, as shown in FIG. 3A, the resist layer 3 on the silicon substrate 1 is developed to form a resist pattern 3P. In this resist development step, for example, by supplying a developer to the exposed resist layer 3, the exposed portion of the resist layer 3 is melted and removed by the developer. Examples of the developer include a solution containing a fluorocarbon-containing solvent (specifically, Vertrel XF (registered trademark), manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.), acetic acid-n-amyl, ethyl acetate or a mixture thereof. A solution containing a solvent (specifically, ZED-N50 (manufactured by Zeon Corporation)), a mixed solution of these solutions, or the like can be used. As a result, the resist pattern 3P is formed on the silicon substrate 1 via the hard mask layer 2.
In the following description, the formation process of the resist pattern 3P including the resist layer formation process S3, the resist exposure process S4, and the resist development process S5 is described as a “resist pattern formation process”.

(ハードマスクパターン形成工程S6)
次に、図3(B)に示すように、レジストパターン3Pをマスクに用いてハードマスク層2をエッチングすることにより、ハードマスクパターン2Pを形成する。このハードマスクパターン形成工程においては、たとえば、ハードマスク層2がクロムまたはクロム合金からなる金属膜である場合に、塩素ガスと酸素ガスからなる混合ガスを用いて行うことができる。これにより、ハードマスク層2のレジストパターン3Pによって覆われていない部分が除去される。このため、レジストパターン3Pのパターン形状にならってハードマスク層2がパターニングされる。その結果、シリコン基板1上にハードマスクパターン2Pとレジストパターン3Pとが重なって形成された状態となる。
(Hard mask pattern forming step S6)
Next, as shown in FIG. 3B, the hard mask layer 2 is etched using the resist pattern 3P as a mask to form the hard mask pattern 2P. This hard mask pattern forming step can be performed, for example, using a mixed gas composed of chlorine gas and oxygen gas when the hard mask layer 2 is a metal film made of chromium or a chromium alloy. Thereby, the portion of the hard mask layer 2 that is not covered with the resist pattern 3P is removed. Therefore, the hard mask layer 2 is patterned following the pattern shape of the resist pattern 3P. As a result, the hard mask pattern 2P and the resist pattern 3P are formed on the silicon substrate 1 so as to overlap each other.

(レジストパターン除去工程S7)
次に、図3(C)に示すように、シリコン基板1上から上記のレジストパターン3Pを除去する。レジストパターン3Pの除去は、たとえば、レジスト剥離液によって行う。
(Resist pattern removal step S7)
Next, as shown in FIG. 3C, the resist pattern 3P is removed from the silicon substrate 1. The removal of the resist pattern 3P is performed with, for example, a resist stripping solution.

(基板エッチング工程S8)
次に、図3(D)に示すように、ハードマスクパターン2Pをマスクに用いてシリコン基板1をドライエッチングする。具体的には、反応性イオンエッチング(RIE)法によってシリコン基板1をエッチングする。これにより、ハードマスクパターン2Pのパターン形状にならってシリコン基板1上に凹凸のパターン5が形成される。このとき、シリコン基板1の表面において、エッチングでへこんだ部分が凹状のパターン5aとなり、それ以外の部分が凸状のパターン5bとなる。そして、それらのパターン5a,5bの組合せによって、全体的に凹凸のパターン5が形成される。
(Substrate etching step S8)
Next, as shown in FIG. 3D, the silicon substrate 1 is dry-etched using the hard mask pattern 2P as a mask. Specifically, the silicon substrate 1 is etched by reactive ion etching (RIE). As a result, an uneven pattern 5 is formed on the silicon substrate 1 following the pattern shape of the hard mask pattern 2P. At this time, on the surface of the silicon substrate 1, the recessed portion by etching becomes a concave pattern 5 a and the other portion becomes a convex pattern 5 b. And the uneven | corrugated pattern 5 is formed entirely by the combination of these patterns 5a and 5b.

(ハードマスクパターン除去工程S9)
次に、図3(E)に示すように、シリコン基板1上から上記のハードマスクパターン2Pを除去する。ハードマスクパターン2Pの除去は、たとえば、ハードマスク材料としてクロムを用いた場合は、クロムエッチング液によって行う。
(Hard mask pattern removal step S9)
Next, as shown in FIG. 3E, the hard mask pattern 2P is removed from the silicon substrate 1. The hard mask pattern 2P is removed, for example, with a chromium etching solution when chromium is used as the hard mask material.

<2.特徴的な工程の説明>
続いて、上記複数の工程(S1〜S9)のなかで特徴的な工程について説明する。
<2. Explanation of characteristic process>
Subsequently, a characteristic process among the plurality of processes (S1 to S9) will be described.

まず、レジストパターン形成工程(S3〜S5)においては、その後のハードマスクパターン形成工程S6で形成されるハードマスクパターン2Pの開口寸法が「規定の寸法」よりも小さくなる条件でレジストパターン3Pを形成しておく。具体的には、レジスト露光工程S4において、そのような寸法条件を満たすようにレジスト層3を露光する。たとえば、電子線描画装置を用いてレジスト層3を露光する場合は、レジスト層3に対して電子線を照射する時期と照射しない時期とを、電子線描画装置が備えるブランキング電極等を用いて制御することにより、上記の寸法条件を満たすようにレジスト層3を露光しておく。そして、その後のレジスト現像工程S5でレジスト層3を現像し、これによって得られたレジストパターン3Pをマスクに用いてハードマスク層2をエッチングしたときに、ハードマスクパターン2Pの開口寸法が規定の寸法よりも小さくなるようにする。   First, in the resist pattern forming step (S3 to S5), the resist pattern 3P is formed under the condition that the opening size of the hard mask pattern 2P formed in the subsequent hard mask pattern forming step S6 is smaller than the “specified size”. Keep it. Specifically, in the resist exposure step S4, the resist layer 3 is exposed so as to satisfy such dimensional conditions. For example, when the resist layer 3 is exposed using an electron beam drawing apparatus, the time when the resist layer 3 is irradiated with an electron beam and the time when the resist layer 3 is not irradiated are determined using a blanking electrode provided in the electron beam drawing apparatus. By controlling, the resist layer 3 is exposed so as to satisfy the above dimensional conditions. Then, when the resist layer 3 is developed in the subsequent resist development step S5 and the hard mask layer 2 is etched using the resist pattern 3P obtained thereby as a mask, the opening dimension of the hard mask pattern 2P is a specified dimension. To be smaller.

ここで記述する「規定の寸法」とは、最終的にシリコン基板1に形成される凹凸のパターンにおいて、上述した凹状のパターン5aの開口寸法として規定される設計上の寸法をいう。より具体的には、凹状のパターン5aが円孔パターンである場合は、その孔径が当該凹状のパターン5aの開口寸法となるため、当該孔径をもって規定される寸法が「規定の寸法」となる。また、凹状のパターン5aが溝パターンである場合は、その溝幅が当該凹状のパターン5aの開口寸法となるため、当該溝幅をもって規定される寸法が「規定の寸法」となる。   The “specified dimension” described here refers to a design dimension defined as the opening dimension of the concave pattern 5 a described above in the uneven pattern finally formed on the silicon substrate 1. More specifically, when the concave pattern 5a is a circular hole pattern, the hole diameter is the opening dimension of the concave pattern 5a, and thus the dimension defined by the hole diameter is the “specified dimension”. Further, when the concave pattern 5a is a groove pattern, the groove width is the opening dimension of the concave pattern 5a, and the dimension defined by the groove width is the “specified dimension”.

一方、基板エッチング工程S8においては、シリコン基板(シリコン)のエッチングに寄与する反応ガスとして、たとえば、ハロゲンガスを用いることができる。具体的には、フッ素系のガス、さらに詳しくは、CFなどを用いることができる。ここで用いるハロゲンガス等の反応ガスは、エッチングガスに含まれるガスのなかで最も混合割合の多いガスとなる。また、基板エッチング工程S8においては、ハードマスクパターン2Pの後退に寄与するガスをエッチングガスに添加する。たとえば、ハードマスクパターン2Pの元になるハードマスク層2をクロムまたはクロム合金で形成した場合は、ハードマスクパターン2Pの後退に寄与するガスとして、酸素ガスを用いることができる。この酸素ガスに関しては、エッチングチャンバーにエッチングガスを導入するときの流量割合が、上述したハロゲンガスよりも少ないものとする。たとえば、酸素ガスの割合は、20%以下とするのが好ましい。 On the other hand, in the substrate etching step S8, for example, a halogen gas can be used as a reactive gas contributing to the etching of the silicon substrate (silicon). Specifically, a fluorine-based gas, more specifically CF 4 or the like can be used. The reaction gas such as halogen gas used here is the gas having the highest mixing ratio among the gases contained in the etching gas. In the substrate etching step S8, a gas that contributes to the recession of the hard mask pattern 2P is added to the etching gas. For example, when the hard mask layer 2 that is the basis of the hard mask pattern 2P is formed of chromium or a chromium alloy, oxygen gas can be used as a gas that contributes to the recession of the hard mask pattern 2P. With respect to this oxygen gas, the flow rate ratio when the etching gas is introduced into the etching chamber is smaller than the halogen gas described above. For example, the proportion of oxygen gas is preferably 20% or less.

ちなみに、シリコン基板1のエッチングに使用するドライエッチング装置(RIE装置)の構成上、酸素ガスの添加は、主なエッチングガスとなるハロゲンガスとは別系統の配管を通して行われる。具体的には、エッチングチャンバーにハロゲンガスを導入する配管(ガス管)と、エッチングチャンバーに酸素ガスを導入する配管とが、別系統になっている。そして、ガス種の系統ごとに設けられた流量制御弁等を別々に駆動することにより、ハロゲンガスの導入と酸素ガスの導入を個別に制御し得るようになっている。このため、エッチングチャンバーに対して酸素ガスを導入(添加)するタイミングは、ハロゲンガスの導入とは別個に設定することができる。本実施の形態においては、シリコン基板1のドライエッチングの開始から終了まで継続的に酸素ガスを添加するものとする。   Incidentally, due to the configuration of the dry etching apparatus (RIE apparatus) used for etching the silicon substrate 1, the addition of oxygen gas is performed through a separate pipe from the halogen gas that is the main etching gas. Specifically, a pipe (gas pipe) for introducing halogen gas into the etching chamber and a pipe for introducing oxygen gas into the etching chamber are separate systems. The introduction of the halogen gas and the introduction of the oxygen gas can be individually controlled by separately driving a flow rate control valve or the like provided for each gas type system. For this reason, the timing for introducing (adding) oxygen gas into the etching chamber can be set separately from the introduction of the halogen gas. In the present embodiment, oxygen gas is continuously added from the start to the end of dry etching of the silicon substrate 1.

ここで、ハードマスクパターンの後退について説明する。「ハードマスクパターンの後退」とは、ハードマスクパターンの開口寸法が拡大する方向でハードマスクパターンの開口縁の位置が変化することをいう。たとえば、ハードマスクパターンの開口が円孔であれば、この孔径が拡大する方向でハードマスクパターンの開口縁の位置が変化することをいう。また、ハードマスクパターンの開口が溝であれば、この溝幅が拡大する方向でハードマスクパターンの開口縁の位置が変化することをいう。   Here, the receding of the hard mask pattern will be described. “Retraction of the hard mask pattern” means that the position of the opening edge of the hard mask pattern changes in the direction in which the opening dimension of the hard mask pattern increases. For example, if the opening of the hard mask pattern is a circular hole, it means that the position of the opening edge of the hard mask pattern changes in the direction in which the hole diameter increases. In addition, if the opening of the hard mask pattern is a groove, the position of the opening edge of the hard mask pattern changes in the direction in which the groove width increases.

より具体的には、ハードマスクパターンの開口が円孔である場合は、図4(A)〜(C)に示すように、ハードマスクパターン2Pの開口部分の孔径がD1→D2→D3と変化する方向で、ハードマスクパターン2Pの開口縁の位置が変化する現象を「後退」という。この場合、シリコン基板1のエッチング終了時におけるハードマスクパターン2Pの開口部分の孔径がD3であり、このD3が上記の「規定の寸法」となる。このため、ハードマスクパターン形成工程S6で形成されるハードマスクパターン2Pの開口部分の孔径については、D3よりも小さいD1となるように、レジストパターン形成工程(S3〜S5)でレジストパターン3Pを形成しておく。   More specifically, when the opening of the hard mask pattern is a circular hole, as shown in FIGS. 4A to 4C, the hole diameter of the opening portion of the hard mask pattern 2P changes from D1 → D2 → D3. The phenomenon in which the position of the opening edge of the hard mask pattern 2P changes in the direction to be referred to as “retreat”. In this case, the hole diameter of the opening portion of the hard mask pattern 2P at the end of the etching of the silicon substrate 1 is D3, and this D3 is the above-mentioned “specified size”. Therefore, the resist pattern 3P is formed in the resist pattern forming step (S3 to S5) so that the hole diameter of the opening portion of the hard mask pattern 2P formed in the hard mask pattern forming step S6 is D1 smaller than D3. Keep it.

このような特徴的な工程にしたがってシリコン基板1上に凹凸のパターン5を形成すると、基板エッチング工程S8において、シリコン基板1のエッチングが次のように進行する。ここでは、説明の便宜上、エッチングの開始から終了までの期間を、前期、中期、後期といった3つの期間に分けて説明する。これら3つの期間は、たとえば、エッチング時間を3等分して区分される。また、エッチングの開始時期は、エッチングガスの導入を開始した時期で規定し、エッチングの終了時期は、エッチングガスの導入を停止した時期で規定するものとする。   When the uneven pattern 5 is formed on the silicon substrate 1 according to such a characteristic process, the etching of the silicon substrate 1 proceeds as follows in the substrate etching process S8. Here, for convenience of explanation, the period from the start to the end of etching is divided into three periods, the first period, the middle period, and the second period. These three periods are divided, for example, by dividing the etching time into three equal parts. The etching start time is defined as the time when the introduction of the etching gas is started, and the etching end time is defined as the time when the introduction of the etching gas is stopped.

まず、前期においては、図5(A)に示すように、シリコン基板1のエッチングがプロセス圧力等の条件によって等方的に進むことにより、ハードマスクパターン2Pの下にサイドエッチングによるアンダーカットが生じる。また、シリコン基板1の表面がエッチングの進行によって徐々にへこんでいき、そのへこみ形状がボーイング形状またはそれに近似した形状に近づいていく。さらに、シリコン基板1のサイドエッチングの進行によってハードマスクパターン2Pの下のアンダーカット量が増えると、パターン5の深さ方向でサイドエッチングの進行度合いに差が生じる。具体的には、ハードマスクパターン2Pの開口部分の張り出しによって遮蔽されるパターン5の上部(深さの浅い部分)に比べて、それよりも深いパターン5の中間深さ部分のほうが、より多くサイドエッチングされる。   First, in the previous period, as shown in FIG. 5A, undercut by side etching occurs under the hard mask pattern 2P as the etching of the silicon substrate 1 proceeds isotropically under conditions such as process pressure. . Further, the surface of the silicon substrate 1 is gradually recessed as the etching progresses, and the recessed shape approaches a bowing shape or a shape approximate thereto. Further, when the amount of undercut under the hard mask pattern 2P increases due to the progress of side etching of the silicon substrate 1, a difference occurs in the degree of progress of side etching in the depth direction of the pattern 5. More specifically, the intermediate depth portion of the pattern 5 deeper than the upper portion (shallow depth portion) of the pattern 5 shielded by the opening of the opening portion of the hard mask pattern 2P has more sides. Etched.

その後の中期においては、図5(B)に示すように、シリコン基板1のエッチングが深さ方向に進行し、それとともにハードマスクパターン2Pが後退する。ハードマスクパターン2Pの後退は、主として、エッチングガスに添加した酸素ガスとハードマスク材料との反応によって進行する。つまり、本実施の形態においては、ハードマスクパターン2Pを意図的に後退させている。また、ハードマスクパターン2Pの後退は、中期だけでなく、前述した前期でも、後述する後期でも生じる。   In the middle period thereafter, as shown in FIG. 5B, the etching of the silicon substrate 1 proceeds in the depth direction, and the hard mask pattern 2P recedes at the same time. The recession of the hard mask pattern 2P proceeds mainly by the reaction between the oxygen gas added to the etching gas and the hard mask material. That is, in the present embodiment, the hard mask pattern 2P is intentionally retracted. Further, the recession of the hard mask pattern 2P occurs not only in the middle period but also in the above-described first period and the later period described later.

このようにシリコン基板1のエッチング中に酸素ガスとの反応によってハードマスクパターン2Pが後退すると、それまでハードマスクパターン2Pの開口部分の張り出しによって遮蔽されていたパターン5の上部にエッチングガスが効率良く入射するようになる。また、パターン5の上部は、それよりも深い部分に比べて、エッチングガスが入射しやすい部分となる。このため、パターン5の上部でエッチングが顕著に進む。   As described above, when the hard mask pattern 2P recedes due to the reaction with the oxygen gas during the etching of the silicon substrate 1, the etching gas is efficiently applied to the upper portion of the pattern 5 that has been shielded by the overhang of the opening portion of the hard mask pattern 2P. Incident. Further, the upper portion of the pattern 5 is a portion where the etching gas is easily incident as compared with a deeper portion. For this reason, the etching proceeds remarkably at the upper part of the pattern 5.

したがって、その後の後期においては、図5(C)に示すように、ハードマスクパターン2Pの更なる後退とともに、パターン5の開口寸法が次第に拡大する方向で、パターン5の断面形状が変化する。その結果、最終的に得られるパターン5の形状としては、ハードマスクパターン2Pの後退を抑制するようにエッチングした場合に比べて、パターン5の側面が垂直面に近いものとなる。つまり、シリコン基板1のエッチングの途中では、パターン5のへこみ部分が一旦、ボーイング形状に近づくものの、ハードマスクパターン2Pの後退によってパターン5の形状が徐々に矯正される。そして、エッチングを終えた段階では、そのようなボーイング形状等が十分に矯正されてパターン5の側面が垂直面に近い形状となる。なお、本書で記述する「垂直面」とは、基板の主面(表面)に対して垂直な面をいう。   Therefore, in the later stage, as shown in FIG. 5C, the cross-sectional shape of the pattern 5 changes in the direction in which the opening dimension of the pattern 5 gradually increases as the hard mask pattern 2P further recedes. As a result, the shape of the pattern 5 finally obtained is such that the side surface of the pattern 5 is closer to the vertical surface than when etching is performed so as to suppress the recession of the hard mask pattern 2P. That is, while the silicon substrate 1 is being etched, the dent portion of the pattern 5 once approaches the bowing shape, but the shape of the pattern 5 is gradually corrected by the receding hard mask pattern 2P. Then, at the stage where the etching is finished, such a bowing shape or the like is sufficiently corrected, and the side surface of the pattern 5 becomes a shape close to a vertical surface. The “vertical surface” described in this document refers to a surface perpendicular to the main surface (surface) of the substrate.

<3.実験結果>
上述した点は、本発明者による実験結果でも明らかになっている。図6(A)〜(C)に実験結果で得られたパターンの形状を示す。以下、各実験結果について説明する。
<3. Experimental results>
The above-mentioned point is also clarified from the experimental results by the present inventor. FIGS. 6A to 6C show the shapes of the patterns obtained from the experimental results. Hereinafter, each experimental result will be described.

(実験結果1)
図6(A)はエッチングガスに酸素ガスを添加しないでシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、CrN(窒化クロム)の金属層をパターニングしてハードマスクパターン2Pを形成した後、エッチング時間を600秒、エッチングガスの流量をCF=100sccm(100%)として、ピッチ90nmの溝パターンをシリコン基板1に形成した。その結果、深さ60nm程度の溝パターンが形成された。ただし、溝パターンの断面形状は、サイドエッチングの影響でボーイング形状となった。
(Experimental result 1)
FIG. 6A shows the shape of a pattern obtained when the silicon substrate is etched without adding oxygen gas to the etching gas. In this experiment, after forming a hard mask pattern 2P by patterning a CrN (chromium nitride) metal layer, an etching time of 600 seconds and an etching gas flow rate of CF 4 = 100 sccm (100%) and a pitch of 90 nm are formed. A pattern was formed on the silicon substrate 1. As a result, a groove pattern having a depth of about 60 nm was formed. However, the cross-sectional shape of the groove pattern was bowed due to the influence of side etching.

(実験結果2)
図6(B)はエッチングガスに酸素ガスを添加してシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、CrNの金属層をパターニングしてハードマスクパターン2Pを形成した後、エッチング時間を300秒、エッチングガスの流量をCF=95sccm、酸素ガス=5sccm(トータル流量は100sccm)として、ピッチ90nmの溝パターンをシリコン基板1に形成した。その結果、深さ40nm程度の溝パターンが形成された。また、溝パターンの断面形状は、上記の「実験結果1」に比べてパターン上部(開口部側)が拡張した形状となった。
(Experimental result 2)
FIG. 6B shows the shape of a pattern obtained when an oxygen gas is added to the etching gas and the silicon substrate is etched. In this experiment, after patterning the CrN metal layer to form the hard mask pattern 2P, the etching time was 300 seconds, the etching gas flow rate was CF 4 = 95 sccm, oxygen gas = 5 sccm (total flow rate was 100 sccm), and the pitch A 90 nm groove pattern was formed on the silicon substrate 1. As a result, a groove pattern having a depth of about 40 nm was formed. Further, the cross-sectional shape of the groove pattern was a shape in which the upper part of the pattern (opening side) was expanded as compared with the above “Experimental result 1”.

(実験結果3)
図6(C)はエッチングガスに酸素ガスを添加してシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、上記の「実験結果2」と比較して、エッチング時間だけを変えた。具体的には、エッチング時間を600秒とした。その結果、深さ60nm程度の溝パターンが形成された。また、溝パターンの断面形状は、上記の「実験結果2」に比べてパターン上部(開口部側)が更に拡張した形状となった。
(Experimental result 3)
FIG. 6C shows the shape of a pattern obtained when an oxygen gas is added to the etching gas and the silicon substrate is etched. In this experiment, only the etching time was changed as compared with the above “Experimental result 2”. Specifically, the etching time was 600 seconds. As a result, a groove pattern having a depth of about 60 nm was formed. Moreover, the cross-sectional shape of the groove pattern was a shape in which the upper part of the pattern (opening side) was further expanded as compared with the above “Experimental result 2”.

上記の実験結果からも分かるように、エッチングガスに酸素ガスを添加すると、パターンの側面を、ボーイング形状にすることなく、垂直面に近づけることができる。さらに詳述すると、上記図6(C)に示す溝パターンにおいては、パターンの上部から底部に向かって徐々(連続的)に溝幅が縮小し、これにしたがってパターンの側面が傾斜している。これからして、シリコン基板1の深掘りエッチングでは、最終的にこのようなパターン形状になる途中で、パターンの側面が垂直面又はこれに近い状態となる時期が存在する。したがって、その時期に合わせてエッチング時間を600秒よりも短い時間に設定したり、そのような状態でエッチングが終了するようにプロセス条件を設定したりすることにより、パターンの側面を垂直面に近づけることができる。その場合に設定の対象となるプロセス条件としては、エッチングガスに添加する酸素ガスの量(割合)はもちろんであるが、これ以外にも、たとえば、基板バイアスなどを挙げることができる。   As can be seen from the above experimental results, when oxygen gas is added to the etching gas, the side surface of the pattern can be brought close to the vertical surface without forming a bow shape. More specifically, in the groove pattern shown in FIG. 6C, the groove width gradually decreases (continuously) from the top to the bottom of the pattern, and the side of the pattern is inclined accordingly. Accordingly, in the deep etching of the silicon substrate 1, there is a time when the side surface of the pattern becomes a vertical surface or a state close to this while the pattern shape is finally formed. Therefore, by setting the etching time to be shorter than 600 seconds according to the time, or by setting the process conditions so that the etching is completed in such a state, the side surface of the pattern is brought closer to the vertical surface. be able to. In this case, the process conditions to be set are not only the amount (ratio) of the oxygen gas added to the etching gas, but also include, for example, a substrate bias.

これに対して、エッチングガスに酸素ガスを添加しない場合は、シリコン基板1のエッチングが進行するにつれて、パターンの側面がボーイング形状に近づき、このボーイング形状を維持しながらシリコンの深掘りが進行する。このため、パターンの側面を垂直面に近づけることはできない。   On the other hand, when oxygen gas is not added to the etching gas, as the etching of the silicon substrate 1 proceeds, the side surface of the pattern approaches a bowing shape, and deep digging of silicon proceeds while maintaining this bowing shape. For this reason, the side surface of the pattern cannot be brought close to the vertical surface.

<4.実施の形態による効果>
本発明の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
<4. Advantages of the embodiment>
According to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.

すなわち、シリコン基板1の表面に凹凸のパターン5を形成するにあたって、シリコン基板1上にハードマスクパターン2Pを形成した後、ハードマスクパターン2Pの後退に寄与する酸素ガスをエッチングガスに添加してシリコン基板1をエッチングしている。このため、ハードマスクパターン2Pの後退によってパターン5の形状を矯正することができる。その結果、シリコン基板1に形成されるパターン5の側面を垂直面に近づけることができる。   That is, when forming the concave / convex pattern 5 on the surface of the silicon substrate 1, after forming the hard mask pattern 2P on the silicon substrate 1, an oxygen gas that contributes to the receding of the hard mask pattern 2P is added to the etching gas. The substrate 1 is etched. For this reason, the shape of the pattern 5 can be corrected by the receding of the hard mask pattern 2P. As a result, the side surface of the pattern 5 formed on the silicon substrate 1 can be brought close to a vertical surface.

また、エッチングガスに酸素を添加すると、シリコン基板1のエッチングの途中でパターンの側面に酸化シリコン膜が形成される。この酸化シリコン膜は側壁保護膜として機能する。このため、サイドエッチングの抑制に有効な側壁保護効果が得られる。したがって、前述したパターン形状の矯正効果と、側壁保護効果とを同時に得ることが可能となる。   When oxygen is added to the etching gas, a silicon oxide film is formed on the side surface of the pattern during the etching of the silicon substrate 1. This silicon oxide film functions as a sidewall protective film. For this reason, the side wall protective effect effective for suppression of side etching is obtained. Therefore, the pattern shape correction effect and the side wall protection effect described above can be obtained at the same time.

<5.変形例等>
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
<5. Modified example>
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements may be added within the scope of deriving specific effects obtained by the constituent requirements of the invention and combinations thereof. Including.

たとえば、基板エッチング工程S8に関して、エッチングガスに添加するガスは、酸素ガスに限らず、シリコンのエッチングに寄与する反応ガスに比べて、ハードマスクパターン2Pの後退に寄与する度合いが大きいガスであればよい。具体的には、シリコンのエッチングに悪影響を及ぼすおそれのないガス種の中から、上記の条件を満たすガスをハードマスク材料に応じて適宜選択すればよい。   For example, with respect to the substrate etching step S8, the gas added to the etching gas is not limited to oxygen gas, but may be any gas that contributes more to the recession of the hard mask pattern 2P than the reactive gas that contributes to the etching of silicon. Good. Specifically, a gas that satisfies the above conditions may be selected as appropriate according to the hard mask material from among gas types that do not have a negative influence on the etching of silicon.

また、上記実施の形態においては、シリコン基板1のドライエッチングの開始時から終了時まで継続的に酸素ガスを添加するものとしたが、本発明はこれに限らない。たとえば、シリコン基板1のドライエッチングを開始するタイミングよりも後のタイミングで酸素ガスの添加を開始してもよい。また、シリコン基板1のドライエッチングを終了するタイミングよりも前のタイミングで酸素ガスの添加を停止してもよい。さらには、シリコン基板1のドライエッチングを開始するタイミングよりも後のタイミングから、当該ドライエッチングを終了するタイミングよりも前のタイミングまで(つまり途中の期間だけ)、酸素ガスを添加してもよい。さらに、エッチングの開始から終了までの間に、酸素ガスの添加量を連続的に、または段階的に変更(増加または減少)してもよい。   In the above embodiment, oxygen gas is continuously added from the start to the end of dry etching of the silicon substrate 1, but the present invention is not limited to this. For example, the addition of oxygen gas may be started at a timing later than the timing at which dry etching of the silicon substrate 1 is started. Further, the addition of oxygen gas may be stopped at a timing before the timing at which dry etching of the silicon substrate 1 is finished. Furthermore, oxygen gas may be added from a timing after the timing at which dry etching of the silicon substrate 1 is started to a timing before the timing at which the dry etching is ended (that is, only during an intermediate period). Furthermore, the amount of oxygen gas added may be changed (increase or decrease) continuously or stepwise from the start to the end of etching.

また、上記実施の形態においては、基板作製方法に係る一連の工程の中で、ハードマスクパターン形成工程S6と基板エッチング工程S8との間に、レジストパターン除去工程S7を設けたが、これに限らず、基板エッチング工程S8とハードマスクパターン形成工程S9との間に、レジストパターン除去工程S7を設けるようにしてもよい。   In the above embodiment, the resist pattern removing step S7 is provided between the hard mask pattern forming step S6 and the substrate etching step S8 in the series of steps related to the substrate manufacturing method. Instead, a resist pattern removing step S7 may be provided between the substrate etching step S8 and the hard mask pattern forming step S9.

また、上記実施の形態で説明した基板作製方法は、インプリント用のモールドを製造する場合に好適に適用可能である。特に、インプリント用のモールド製造に適用した場合は、パターンの側面が垂直面に近づくことにより、被転写基板からモールドを剥離しやすくなる。したがって、離型性に優れたモールドを得ることが可能となる。   Further, the substrate manufacturing method described in the above embodiment can be suitably applied to the case of manufacturing an imprint mold. In particular, when applied to imprint mold production, the side surface of the pattern approaches the vertical surface, which facilitates peeling of the mold from the transfer substrate. Therefore, it is possible to obtain a mold having excellent releasability.

さらに、本発明に係る基板作製方法は、インプリント用のモールド製造以外の用途にも適用可能である。具体的には、たとえば、半導体装置用フォトマスク、半導体製造、マイクロ電気機械システム(MEMS)、センサ素子、光ディスク、回折格子や偏光素子等の光学部品、ナノデバイス、有機トランジスタ、カラーフィルター、マイクロレンズアレイ、免疫分析チップ、DNA分離チップ、マイクロリアクター、ナノバイオデバイス、光導波路、光学フィルター、フォトニック結晶等の製造にも適用可能である。   Furthermore, the substrate manufacturing method according to the present invention is applicable to uses other than imprint mold manufacturing. Specifically, for example, photomasks for semiconductor devices, semiconductor manufacturing, micro electro mechanical systems (MEMS), sensor elements, optical discs, optical components such as diffraction gratings and polarizing elements, nano devices, organic transistors, color filters, micro lenses It can also be applied to the production of arrays, immunoassay chips, DNA separation chips, microreactors, nanobiodevices, optical waveguides, optical filters, photonic crystals, and the like.

1…基板(シリコン基板)
2…ハードマスク層
2P…ハードマスクパターン
3…レジスト層
3P…レジストパターン
5…パターン
1 ... Substrate (silicon substrate)
2 ... Hard mask layer 2P ... Hard mask pattern 3 ... Resist layer 3P ... Resist pattern 5 ... Pattern

Claims (4)

基板上にハードマスク層を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記基板上に前記ハードマスク層を覆う状態でレジスト層を形成した後、当該レジスト層をパターニングすることにより、前記基板上にレジストパターンを形成する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記レジストパターンをマスクに用いて前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記基板上にハードマスクパターンを形成する第3工程と、
前記第3工程の後に、前記ハードマスクパターンをマスクに用いて前記基板をドライエッチングすることにより、前記基板に凹凸のパターンを形成する第4工程と、を含み、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの後退に寄与するガスを添加したエッチングガスを用いて前記基板をドライエッチングすることにより、前記基板のエッチングの進行とともに前記ハードマスクパターンを後退させる
ことを特徴とする基板作製方法。
A first step of forming a hard mask layer on the substrate;
A second step of forming a resist pattern on the substrate by patterning the resist layer after forming a resist layer in a state of covering the hard mask layer on the substrate after the first step;
After the second step, a third step of forming a hard mask pattern on the substrate by etching the hard mask layer using the resist pattern as a mask;
And a fourth step of forming an uneven pattern on the substrate by dry etching the substrate using the hard mask pattern as a mask after the third step,
In the fourth step, the hard mask pattern is retracted with the progress of the etching of the substrate by dry etching the substrate using an etching gas to which a gas contributing to the recession of the hard mask pattern is added. A substrate manufacturing method characterized.
前記第2工程においては、前記第3工程で前記レジストパターンをマスクに用いて前記ハードマスク層をエッチングしたときに得られる前記ハードマスクパターンの開口寸法が規定の寸法よりも小さくなるように、前記レジストパターンを形成しておき、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの開口寸法が当該ハードマスクパターンの後退によって前記規定の寸法となるように、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする請求項1に記載の基板作製方法。
In the second step, the opening size of the hard mask pattern obtained when the hard mask layer is etched using the resist pattern as a mask in the third step is smaller than a predetermined size. Form a resist pattern,
2. The substrate manufacturing method according to claim 1, wherein, in the fourth step, the substrate is etched such that an opening dimension of the hard mask pattern becomes the specified dimension by retreat of the hard mask pattern. 3. .
前記第1工程においては、前記基板にシリコン基板を用いるとともに、前記ハードマスク層をクロムまたはクロム合金で形成し、
前記第4工程においては、前記ハードマスクパターンの後退に寄与するガスとして酸素ガスを添加する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の基板作製方法。
In the first step, a silicon substrate is used as the substrate, and the hard mask layer is formed of chromium or a chromium alloy,
3. The substrate manufacturing method according to claim 1, wherein in the fourth step, oxygen gas is added as a gas that contributes to the receding of the hard mask pattern.
請求項1、2または3に記載の基板作製方法を適用して前記基板に凹凸のパターンを形成することにより、インプリント用のモールドを得る
ことを特徴とするモールド製造方法。
An imprint mold is obtained by forming an uneven pattern on the substrate by applying the substrate manufacturing method according to claim 1, 2 or 3.
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