JP2014079903A - Production method of mold for imprinting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インプリント用モールドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an imprint mold.
パターン転写複製技術としてインプリント技術およびインプリントリソグラフィ技術(以下単に、インプリント技術ともいう)が知られている。このインプリント技術は、基板あるいはシートまたはフィルム等の主表面に凹凸パターンを形成した元型(以下「インプリント用モールド」という)から被転写体に、UV硬化樹脂等からなるレジスト層を介して、あるいはまた、直接に上記凹凸のパターンを転写する技術である。インプリント技術で使用するインプリント用モールドを製造する場合は、例えば、その基材である合成石英からなる基板の主表面にハードマスク層を形成したモールド作製用ブランクスが用いられる(例えば、特許文献1を参照)。 An imprint technique and an imprint lithography technique (hereinafter also simply referred to as an imprint technique) are known as pattern transfer duplication techniques. In this imprint technique, an original pattern (hereinafter referred to as “imprint mold”) in which a concavo-convex pattern is formed on a main surface of a substrate or a sheet or a film is transferred to a transfer target body through a resist layer made of UV curable resin or the like. Alternatively, it is a technique for directly transferring the uneven pattern. When manufacturing an imprint mold to be used in the imprint technology, for example, a mold manufacturing blank is used in which a hard mask layer is formed on the main surface of a substrate made of synthetic quartz as a base material (for example, Patent Documents). 1).
以下、インプリント用モールドの具体的な製造手順を、合成石英を基板とした光インプリント用モールドを例として、説明する。
まず、適宜精密研磨された合成石英からなる基板の主表面に、ハードマスク層を形成し、ハードマスク層の上にレジストを塗布し、レジスト層を形成する。次に、レジスト層を露光(パターン描画)および現像することにより、レジストパターンを形成する。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することにより、ハードマスクパターンを形成する。次に、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。最後に、ハードマスクパターンを除去して、基板の主表面に凹凸のパターンを形成したインプリント用モールドは完成する。
Hereinafter, a specific manufacturing procedure of the imprint mold will be described by taking an optical imprint mold using synthetic quartz as a substrate as an example.
First, a hard mask layer is formed on the main surface of a substrate made of synthetic quartz that has been appropriately precisely polished, and a resist is applied on the hard mask layer to form a resist layer. Next, the resist layer is exposed (pattern drawing) and developed to form a resist pattern. Next, the hard mask pattern is formed by etching the hard mask layer using the resist pattern as a mask. Next, the substrate is etched using the hard mask pattern as a mask. Finally, the imprint mold is completed in which the hard mask pattern is removed to form an uneven pattern on the main surface of the substrate.
ところで、インプリント用モールドでは、パターンの微細化が継続して要求されている。取り分け、パターンピッチ30nm以下の極微細な凹凸パターンを必要とする用途には、現在、レジスト層の露光処理は、電子線直接描画法で行われる。電子線直接描画法では、露光マスクを使用した縮小投影露光法(フォトリソグラフィ技術)では形成できない極微細なパターンの寸法領域を形成する場合に、前記レジスト層には電子線に感度を持つレジストを塗布形成し、当該レジスト層に電子線を直接照射することにより、レジスト層を露光(パターン描画)し、その後現像処理して、所望のパターンを生成する。 By the way, in the imprint mold, the pattern miniaturization is continuously demanded. In particular, for applications that require an extremely fine uneven pattern with a pattern pitch of 30 nm or less, the resist layer exposure process is currently performed by the electron beam direct writing method. In the electron beam direct writing method, a resist having sensitivity to an electron beam is formed in the resist layer when forming a dimensional region of an extremely fine pattern that cannot be formed by a reduction projection exposure method (photolithography technology) using an exposure mask. A resist pattern is exposed (pattern drawing) by coating and forming, and directly irradiating the resist layer with an electron beam, and then developing processing to generate a desired pattern.
電子線直接描画法を採用したリソグラフィ法(電子線リソグラフィ法)によってインプリント用モールドを製造する場合は、レジスト材料や、その後の現像工程で使用する現像液の種類が、所望のパターン寸法が得られるか、所望の極微細なパターンが形成可能か否か(即ち、解像限界)を決定する。例えば、非化学増幅型であって、高分子化合物からなるレジスト材料(以下「高分子型レジスト」という)を用いる場合は、現像液(有機溶剤)が貧溶媒であるほど、高い解像性が得られる。一方で、極微細なパターンを形成しようとする程、即ち貧溶媒を用いて高い解像性を得ようとする程、電子線描画時の必要露光量は増大し、その結果、パターン描画工程での生産性は低下する。電子線リソグラフィ法では、現状、ライン&スペース・パターン(LSパターン、ともいう)でのピッチが36nm(ナノメートル)、ハーフピッチで18nm、また、ホールパターン寸法(径)が12.5nm(ナノメートル)程度の微細なパターンまで形成可能である。 When an imprint mold is manufactured by a lithography method (electron beam lithography method) employing an electron beam direct drawing method, the desired pattern dimensions can be obtained from the resist material and the type of developer used in the subsequent development process. Whether or not a desired very fine pattern can be formed (that is, resolution limit) is determined. For example, in the case of using a non-chemical amplification type resist material made of a polymer compound (hereinafter referred to as “polymer resist”), the lower the developer (organic solvent), the higher the resolution. can get. On the other hand, the more the fine pattern is formed, that is, the higher the resolution is obtained by using a poor solvent, the more the exposure required for electron beam drawing increases. Productivity decreases. In the electron beam lithography method, at present, the pitch of a line & space pattern (also referred to as an LS pattern) is 36 nm (nanometer), the half pitch is 18 nm, and the hole pattern dimension (diameter) is 12.5 nm (nanometer). ) Can be formed up to a minute pattern.
上述のとおり、非化学増幅型である高分子型レジストでは、有機溶媒からなる現像液が貧溶媒であるほど、高い解像性が得られる。ところが一方で、極微細なパターンを形成しようとする程、即ち貧溶媒を用いて高い解像性を得ようとする程、電子線露光(パターン描画)でのレジスト層を必要十分に露光する電子線照射量(以下、必要露光量という)は増大し、その結果、パターン描画工程での生産性は低下する。
また、パターン寸法のバラツキは、基板に形成するパターンが解像限界に近づくと劣化する。例えば、パターン寸法のバラツキのひとつの指標であるLWR(Line Width Roughness)について記述すると、ハーフピッチ48nm程度のLSパターンでは、LWRが3σ値で3nm程度であるのに対して、ハーフピッチが20nm程度のLSパターンになると、LWRが5nm程度にまで劣化する。この点は、パターンの寸法バラツキの他の指標であるLER(Line Edge Roughness)についても同様である。LWRとパターンピッチとの関係の概略を図1に示す。さらには、露光マスクを使用した縮小投影露光法に対して、前記解像限界において優位にある電子線直接描画法であっても、既述のように、やはり解像限界がある。
As described above, in a polymer resist that is a non-chemical amplification type, the higher the developing solution composed of an organic solvent, the higher the resolution. However, on the other hand, the electron that exposes the resist layer in electron beam exposure (pattern drawing) as necessary and sufficiently so as to form a very fine pattern, that is, to obtain high resolution using a poor solvent. The radiation dose (hereinafter referred to as “required exposure”) increases, and as a result, the productivity in the pattern drawing process decreases.
Further, the variation in pattern dimensions deteriorates when the pattern formed on the substrate approaches the resolution limit. For example, when describing LWR (Line Width Roughness), which is one index of variation in pattern dimensions, in an LS pattern with a half pitch of about 48 nm, the LWR is about 3 nm with a 3σ value, and the half pitch is about 20 nm. When the LS pattern is changed, the LWR deteriorates to about 5 nm. The same applies to LER (Line Edge Roughness), which is another index of pattern dimensional variation. An outline of the relationship between LWR and pattern pitch is shown in FIG. Further, as described above, the electron beam direct writing method that is superior to the reduction projection exposure method using the exposure mask still has a resolution limit.
本発明の主な目的は、インプリント用モールドを製造するにあたって、電子線直接描画法によるパターン描画工程での生産性を向上させることができ、パターンの寸法バラツキを低減しつつ、パターンの微細化を図ることができる技術を提供することにある。さらには、電子線直接描画法単独で実現できないパターン寸法より、より微細な(電子線描画法での解像限界、それ以下の)凹凸パターンを表面に形成したインプリント用モールドを製造する技術を提供することにある。 The main object of the present invention is to improve the productivity in the pattern drawing process by the electron beam direct drawing method when manufacturing an imprint mold, and to reduce the size variation of the pattern while reducing the pattern size variation. It is to provide a technology capable of achieving the above. In addition, the technology for manufacturing imprint molds on the surface with finer concavo-convex patterns (less than the resolution limit in the electron beam drawing method, or less) than the pattern dimensions that cannot be realized by the electron beam direct drawing method alone. It is to provide.
本発明の第1の態様は、
インプリント用モールドを構成する基板、その主表面に少なくともハードマスク層を、さらにその上にレジスト層を形成するとともに、前記レジスト層に所定の処理を施すことにより、所望所定のピッチでレジストパターンを形成する第1工程と、
前記レジストパターンをコア(芯)パターンとする自己整合型のダブルパターニング法により、前記ハードマスク層上に前記レジストパターンのピッチよりも狭いピッチでマスクパターンを形成する第2工程と、
前記マスクパターンを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ハードマスクパターンを形成するとともに、当該ハードマスクパターンを用いて前記基板をエッチングすることにより前記基板の主表面に凹凸のパターンを形成する第3工程と、
を備えることを特徴とするインプリント用モールドの製造方法である。
The first aspect of the present invention is:
A substrate constituting the imprint mold, at least a hard mask layer on the main surface thereof, and a resist layer formed thereon, and a predetermined treatment on the resist layer, thereby forming a resist pattern at a desired predetermined pitch. A first step of forming;
A second step of forming a mask pattern at a pitch narrower than the pitch of the resist pattern on the hard mask layer by a self-aligning double patterning method using the resist pattern as a core pattern;
A hard mask pattern is formed by etching the hard mask layer using the mask pattern, and an uneven pattern is formed on the main surface of the substrate by etching the substrate using the hard mask pattern. 3 steps,
It is a manufacturing method of the mold for imprint characterized by comprising.
本発明の第2の態様は、
前記第1の態様の第1工程の所定の処理が、電子線によりレジスト層を露光してパターン描画し、その後、現像処理を行ってレジストパターンを形成する、電子線直接描画法である
ことを特徴とする上記第1の態様に記載のインプリント用モールドの製造方法である。
The second aspect of the present invention is:
The predetermined process in the first step of the first aspect is an electron beam direct writing method in which a resist layer is exposed with an electron beam to draw a pattern, and then a development process is performed to form a resist pattern. It is a manufacturing method of the mold for imprints as described in the 1st mode characterized by the above-mentioned.
本発明の第3の態様は、
前記第1の態様の第1工程の所定の処理が、基板の主表面に凹凸のパターンを有するインプリント用モールドを前記レジスト層に押し付けて行われるインプリント法による
ことを特徴とする上記第1の態様に記載のインプリント用モールドの製造方法である。
The third aspect of the present invention is:
The first process according to the first aspect is characterized in that the predetermined process of the first step of the first aspect is an imprint method performed by pressing an imprint mold having an uneven pattern on the main surface of the substrate against the resist layer. It is a manufacturing method of the mold for imprint as described in aspect.
本発明の第4の態様は、
前記第1の態様の第1工程と第2工程の間に、前記レジストパターンの幅を狭くする工程を有する
ことを特徴とする上記第1、第2または第3の態様に記載のインプリント用モールドの製造方法である。
The fourth aspect of the present invention is:
The imprint for imprint according to the first, second or third aspect, further comprising a step of narrowing the width of the resist pattern between the first step and the second step of the first aspect. It is a manufacturing method of a mold.
本発明の第5の態様は、
前記第1工程は、
前記基板の主表面上にハードマスク層およびレジスト層を順に形成する工程と、
前記レジスト層に所定の処理を施すことによりレジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記第2工程は、
前記レジストパターンの上面および側面と、当該レジストパターンで覆われていない前記ハードマスク層の露出した表面を覆う状態でマスク層を形成する工程と、
前記レジストパターンの上面が露出するように前記マスク層をエッチングすることにより、前記レジストパターンの両側面に前記マスク層の一部を前記マスクパターンとして残す工程と、を含む
ことを特徴とする上記第1、第2または第3の態様に記載のインプリント用モールドの製造方法である。
According to a fifth aspect of the present invention,
The first step includes
Forming a hard mask layer and a resist layer in order on the main surface of the substrate;
Forming a resist pattern by applying a predetermined treatment to the resist layer,
The second step includes
Forming a mask layer in a state of covering an upper surface and side surfaces of the resist pattern and an exposed surface of the hard mask layer not covered with the resist pattern;
Etching the mask layer so that the upper surface of the resist pattern is exposed, thereby leaving a part of the mask layer as the mask pattern on both side surfaces of the resist pattern. It is the manufacturing method of the mold for imprint as described in a 1st, 2nd or 3rd aspect.
本発明によれば、インプリント用モールド作製にあたって、電子線直接描画法によるパターン描画工程における生産性を向上させることができる。また、パターンの寸法バラツキを低減しつつ、パターンの微細化を図ることができる。さらには、電子線直接描画法単独では形成実現できない極微細なパターンを主表面に持つインプリント用モールドが作製できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the productivity in the pattern drawing process by an electron beam direct drawing method can be improved in the mold for imprint. Further, the pattern can be miniaturized while reducing the dimensional variation of the pattern. Furthermore, an imprint mold having a very fine pattern on the main surface that cannot be formed by the electron beam direct writing method alone can be produced.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1の実施の形態>
図2〜図4は本発明の第1の実施の形態に係るインプリント用モールドの製造方法を説明する工程フロー図である。以下、各工程について説明する。
<First Embodiment>
2 to 4 are process flow diagrams for explaining a method for manufacturing an imprint mold according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, each step will be described.
まず、図2(A)に示すように、製造対象となるインプリント用モールドの元(基材)になる基板1を用意して、この基板1の一方の主面上にハードマスク層2を形成する。基板1としては、例えば、合成石英等からなる光透過性基板、さらに具体的には、光インプリント法におけるインプリントレジスト(光硬化樹脂)を硬化せしめる波長の光を透過する基板、を用いることができる。次に、ハードマスク層2は、例えば、スパッタリング法等により、基板1の主表面に形成する。ハードマスク層2としては、例えば基板1が石英基板の場合、クロムを含む単層の金属膜(窒化クロムなど)を形成する。
First, as shown in FIG. 2 (A), a
次に、図2(B)に示すように、ハードマスク層2の上にレジスト層3を形成する。レジスト層3は、例えば、ポジ型のレジストを、スピンコート法等によってハードマスク層2の上に塗布した後、必要によりベーク処理することにより形成する。レジスト層3の形成に用いるレジスト材料としては、電子線に感度を持つレジスト(例えば、日本ゼオン社製ZEP520A)を用いることができる。ここで、レジスト層3の形成に用いるレジスト材料はポジ型に限らず、ネガ型であってもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist
次に、図2(C)に示すように、レジスト層3の一部を電子線eの照射(露光)によって所望の設計パターンを描画する。この工程では、図2(B)の基板を電子描画装置(不図示)の試料台にセットし、電子線直接描画法によってレジスト層3を露光し、パターン描画する。その場合、レジスト層3がポジ型のレジストであれば、電子線eが照射されたレジスト層3の一部(感光された部分)が現像液に可溶化する。
Next, as shown in FIG. 2C, a desired design pattern is drawn on a part of the resist
次に、先の工程でレジスト層3の露光(パターン描画)を終えた図2(C)の基板を現像処理することにより、図2(D)に示すように、レジストパターン3aを形成する。レジストパターン3aは、露光(パターン描画)済みのレジスト層3を現像したときに、レジスト層3の一部(可溶化した部分)が現像液により溶解除去されることにより得られる。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist
次に、図3(A)に示すように、上述したレジストパターン3aの上面および側面、並びにハードマスク層2の露出した部分を覆うように、図2(D)の基板の主表面にマスク層4を形成する。マスク層4としては、例えば、酸化シリコン膜(SiO2)を形成する。マスク層4は、レジストパターン3aの上面および側面を均一な膜厚で覆うために、ALD(Atomic Layer Deposition)法により形成することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 3A, a mask layer is formed on the main surface of the substrate of FIG. 2D so as to cover the upper and side surfaces of the resist
次に、図3(B)に示すように、上記のマスク層4を所定量だけエッチングする。具体的には、レジストパターン3aの上面、かつ、前記ハードマスク層2の露出した部分を覆ったマスク層4が露出するようにマスク層4をエッチング(エッチバック)する。これにより、レジストパターン3aの両側面に、それぞれマスク層4の一部がマスクパターン4aとなって残る。このマスクパターン4aは、レジストパターン3aの側面に隣接して形成される。また、マスクパターン4aは、1つのレジストパターン3aにつき、左右に、2つずつ形成される。このため、互いに隣り合う2つのレジストパターン3aの間には、隙間を隔てて2つずつマスクパターン4aが形成された状態になる。マスク層4のエッチングは、例えば、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより行う。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、レジストパターン3aをエッチングによって完全に除去する。レジストパターン3aのエッチング(除去)は、例えば、酸素とアルゴンよるプラズマエッチングで行う。これにより、図3(C)に示すように、基板1のハードマスク層2上に複数(2倍)のマスクパターン4aが残る。
Next, the resist
次に、マスクパターン4aをエッチングマスクに用いてハードマスク層2をエッチングする。これにより、図4(A)に示すように、基板1の主面上にマスクパターン4aの形状に倣ってハードマスクパターン2aが形成される。ハードマスク層2のエッチングは、例えばハードマスク層2が窒化クロム膜の場合、塩素系ガスと酸素ガスを用いたドライエッチングにより行う。
Next, the
次に、図4(B)に示すように、ハードマスクパターン2aをエッチングマスクに用いて基板1をエッチングする。これにより、基板1の主面上にハードマスクパターン2aの形状に倣って凹凸のパターン(以下、モールドパターンともいう)1aが形成される。基板1のエッチングは、例えば基板1が合成石英の場合、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより行う。
この際、基板1が石英基板であって、かつ、マスクパターン4aが酸化シリコン膜(SiO2)である場合は、基板1のエッチング処理により、マスクパターン4aもエッチング除去される。
基板1をエッチングした後は、図4(C)に示すように、ハードマスクパターン2aを除去することにより、あるいは、ハードマスクパターン2a上にマスクパターン4aの残渣が残っている場合、その残渣を含めて、ハードマスクパターン2aを除去することにより、モールドパターン1aだけを基板1上に残す。ハードマスクパターン2aの除去は、例えば、クロムエッチング液を用いたウェットエッチング処理にて行う。
Next, as shown in FIG. 4B, the
At this time, when the
After the
以上の工程により、凹凸のモールドパターン1aを一体に有する基板1、即ちインプリント用モールドが得られる。
Through the above steps, the
<第1の実施の形態の効果>
半導体の製造分野では、パターンの微細化を図る技術の一つとしてダブルパターニング技術が既に実用化されている。
そして、本発明の第1の実施の形態においては、自己整合型のダブルパターニング(SADP:Self-Aligned Double Patterning)法を利用して、基板1に凹凸のモールドパターン1aを形成している。具体的には、電子線直接描画法により形成したレジストパターン3aをコアパターン(芯)に用いて、それよりも微細なマスクパターン4aを形成し、このマスクパターン4aを用いてハードマスクパターン2aを形成している。これにより、レジストパターン3aのピッチに対して、その半分のピッチでハードマスクパターン2aを形成することができる。そして、このハードマスクパターン2aと同じピッチで基板1に凹凸のモールドパターン1aを形成することができ、所望所定のパターンピッチの凹凸パターンを備えたインプリント用モールドが得られる。
<Effect of the first embodiment>
In the semiconductor manufacturing field, a double patterning technique has already been put into practical use as one of techniques for miniaturizing a pattern.
In the first embodiment of the present invention, the
ここで、本発明は、電子線直接描画法でも実現可能なレベルの微細パターン(18nmハーフピッチ)を形成するにあたり、単純に考えると工程が複雑化してコスト面で不利益を被ると思われるダブルパターニング技術をあえて採用し、その結果、高い技術的効果を実現し得るものである。以下、詳しく説明する。 Here, in the present invention, in forming a fine pattern (18 nm half pitch) at a level that can be realized even by an electron beam direct writing method, the process becomes complicated when considered simply. A patterning technique is employed with the result that high technical effects can be realized. This will be described in detail below.
(LWRの改善)
例えば、基板1の主表面に、前記電子線レジストZEP520Aの解像限界に近い36nmピッチ(18nmハーフピッチ)で凹凸のモールドパターン1aを形成する場合、はじめからこのピッチを設計値としてレジストパターン3aを電子線直接描画法単独でかつ直接形成すると、パターンの寸法バラツキ(LWR)が5nm程度(3σ値)と、大きくなる。これに対して、本実施の形態によれば、まずは最終的に所望するパターンピッチの2倍に相当する72nmのピッチ(36nmのハーフピッチ)で、電子線直接描画法により、基板1にレジストパターン3aを形成する。そのため、パターンの寸法バラツキ(LWR)が3nm程度(3σ値)と、良好なパターン品質が得られる。そして、このレジストパターン3aをコア(芯)パターンとして、SADP法により36nmピッチ(18nmのハーフピッチ)のマスクパターン4aを形成する。そして、基板1の主表面に凹凸のモールドパターン1aを形成し、インプリント用モールドは完成する。このSADP法により、パターンの寸法バラツキ(LWR)は前記3nm程度より、さらに改善される。
即ち、前記電子線直接描画法単独でかつ直接36nmピッチでレジストパターン3aを形成してインプリント用モールドを作製する場合に比べて、本発明のモールド作製方法では、パターンの寸法バラツキを確実かつ大きく低減できる。
(Improvement of LWR)
For example, when the concave /
That is, compared to the case where the resist
(感度の高感度化、露光時間の短縮)
高分子型レジストを用いて電子線直接描画法単独でかつ直接に微細なレジストパターンを形成する場合は、より貧溶媒の現像液で現像する必要がある。その場合、現像液の溶媒が貧溶媒であるほど高い解像性が得られる。ただし、必要露光量は、パターンが微細になるにつれて指数関数的に増加する(図5を参照)。
例えば、レジスト材料に前記ZEP520Aを用い、18nmLSパターン(18nmハーフピッチ、36nmピッチ)を形成するときの必要露光量は675μC/cm2程度まで増加する(描画加速電圧は100kV、現像液は、例えばフルオロカーボンとイソプロピルアルコールとの混合物)。一方、36nmLSパターン(36nmハーフピッチ、72nmピッチ)を形成する場合は、現像液は前記フルオロカーボンとイソプロピルアルコールとの混合物よりも比較的良溶媒である、例えば酢酸−n−アミルを用いることができ、そのときの必要露光量は115μC/cm2程度まで減少する(描画加速電圧は100kV)。このことは、36nmLSパターンを形成する場合は、18nmLSパターンを形成する場合に比べて、単純には、レジスト層の露光(パターン描画)時間が1/6で済むこと、を意味する。
また、ホールパターンでは、50nmピッチのホールアレーパターンを形成するには、必要露光量は160μC/cm2程度であるのに対して、25nmピッチのホールアレーパターンを形成するには、必要露光量は、その約10倍の1600μC/cm2程度になる(露光加速電圧は共に100kV、現像液は異なる)。このことは、50nmピッチのホールパターンを形成するのであれば、25nmピッチのホールパターンを形成する場合に比べて、単純には、レジスト層の露光(パターン描画)時間が1/10で済むこと、を意味する。
即ち、前記電子線直接描画法単独でかつ直接に所望所定のパターンピッチでレジストパターン3aを形成してインプリント用モールドを作製する場合に比べて、本発明のモールド作製方法では、描画工程における生産性を6倍から10倍程に向上させることができる。
ここで、例えば25nmピッチのホールアレーパターン(ビットパターンドメディア用途のパターン)を、2.5インチ径のハードディスクドライブ用磁気メディアの半径15mmから半径30mmの領域のレジスト層にポイントビーム式電子線直接描画装置で露光・パターン描画する場合は、パターン描画の開始から終了までに14日乃至21日程度の非常に長い時間(日数)を要する。従って、本発明のモールド作製方法によれば、このパターン描画工程に要する時間を、約1/10の、1.4日から2.1日程度へと大きく短縮低減することができる。
(Higher sensitivity, shorter exposure time)
When a fine resist pattern is directly formed by a direct electron beam lithography method using a polymer type resist, it is necessary to develop with a developer with a poorer solvent. In that case, higher resolution is obtained as the solvent of the developer is a poor solvent. However, the necessary exposure amount increases exponentially as the pattern becomes finer (see FIG. 5).
For example, when the ZEP520A is used as a resist material and the 18 nm LS pattern (18 nm half pitch, 36 nm pitch) is formed, the required exposure amount increases to about 675 μC / cm 2 (the drawing acceleration voltage is 100 kV, and the developer is, for example, fluorocarbon. And a mixture of isopropyl alcohol). On the other hand, when forming a 36 nm LS pattern (36 nm half pitch, 72 nm pitch), the developer may be a relatively better solvent than the mixture of fluorocarbon and isopropyl alcohol, for example, acetic acid-n-amyl. The necessary exposure amount at that time decreases to about 115 μC / cm 2 (the drawing acceleration voltage is 100 kV). This means that, in the case of forming a 36 nm LS pattern, the exposure (pattern drawing) time of the resist layer can be reduced to 1/6 as compared with the case of forming an 18 nm LS pattern.
Further, in the hole pattern, the required exposure amount is about 160 μC / cm 2 to form a hole array pattern with a 50 nm pitch, whereas the required exposure amount is about to form a hole array pattern with a 25 nm pitch. , Approximately 10 times that of 1600 μC / cm 2 (exposure accelerating voltage is 100 kV, different developers). This means that if a hole pattern with a 50 nm pitch is to be formed, the exposure (pattern drawing) time of the resist layer can be reduced to 1/10 as compared with the case of forming a hole pattern with a 25 nm pitch. Means.
That is, compared to the case where the resist
Here, for example, a hole array pattern with a pitch of 25 nm (a pattern for bit patterned media) is directly applied to a resist layer in a region of a radius of 15 mm to a radius of 30 mm of a magnetic medium for 2.5 inch hard disk drive with a point beam type electron beam directly. When exposure and pattern drawing are performed by a drawing apparatus, a very long time (number of days) of about 14 to 21 days is required from the start to the end of pattern drawing. Therefore, according to the mold manufacturing method of the present invention, the time required for this pattern drawing process can be greatly shortened from 1.4 days to 2.1 days, which is about 1/10.
本願の発明者は、この点に着目して、ダブルパターニング技術の採用に伴う不利益を、それによって得られる利益とのトレードオフによって軽減または解消できないかと考え、本発明を着想するに至った。即ち、本発明においては、ダブルパターニング技術の採用により、電子線直接描画法で形成するレジストパターン3aのピッチを、最終的に所望するモールドパターン1aのピッチの2倍相当に拡大し、これに伴う必要露光量の減少により、インプリント用モールドの製造にかかるトータルの作業時間を抑えることとした。さらにその場合、ダブルパターニング技術の中でも、特にSADP法を採用することにより、作業時間の低減を図ることとした。
The inventor of the present application has focused on this point, and has come up with the present invention, thinking that the disadvantage associated with the adoption of the double patterning technology can be reduced or eliminated by a trade-off with the profit obtained thereby. That is, in the present invention, by adopting the double patterning technique, the pitch of the resist
具体的には、例えば、パターンピッチを拡大せずに、所望のパターンピッチのパターンを、所望の面積に露光する場合、それに必要な露光時間が仮に480時間(20日間)であるとし、これがパターンピッチの拡大によって1/8(前記事例にある6倍から10倍、その平均値の逆数)の露光時間で済むとすると、420時間(17.5日)の時間短縮になる。このため、上記図3(A)〜(C)の工程追加に伴う作業時間の増加分が420時間以内であれば、上記の工程追加の増加分を上記の時間短縮分で完全に打ち消すことができる。これにより、作業時間の増加を招くことなく、むしろ作業時間を大きく短縮して、かつ、パターンの寸法バラツキを大きく低減することができる。即ち、作業時間を低減したいという要求と、パターンの寸法バラツキを低減したいという要求を、両方同時に満足することが可能となる。
また、パターン描画(露光)時間が短くなることで、次のようなメリットも得られる。即ち、パターン描画(露光)時間(期間)が長くなると、パターン描画の開始から終了までの間にレジスト描画に悪影響をおよぼす環境の変化を生じた場合に、即ち例えば地震などが発生した場合に、その影響でパターン描画の位置ズレ等が発生する。また、落雷等による電源電圧の変動が発生した場合には、その影響でパターン描画の位置ズレ、露光量の変動等が発生する。そして、それまでに行ったパターン描画処理がすべて無駄になることがある。また、地震の規模によっては露光装置の調整が必要になることもある。さらに、パターン描画(露光)時間(期間)が長くなると、電子線描画装置の稼働の経時不安定性(例えば、露光量の変動、パターン描画の位置ずれ等)が、パターン描画結果に現れやすくなる。また、電子線描画装置の稼働の突発的不安定性(例えば、露光量の変動、パターン描画の位置ずれ等)を生じる確率が高くなる。この点、描画時間が短くなれば、そのようなリスクを軽減できるというメリットが得られる。
さらに、SADP法の採用により、露光・現像の回数が1回で済むため、これを2回必要とする他のダブルパターニング技術を採用する場合に比べて、作業工数及び作業時間の低減を図ることができる。
このように、本発明は、工程の複雑化によってコスト面で不利益を被ると思われるダブルパターニング技術をあえて採用することにより、結果的に高い技術的効果を実現し得るものである。
Specifically, for example, when a pattern having a desired pattern pitch is exposed to a desired area without enlarging the pattern pitch, it is assumed that the exposure time required for the exposure is 480 hours (20 days). If the exposure time of 1/8 (6 to 10 times in the above example, the reciprocal of the average value) is sufficient due to the expansion of the pitch, the time is shortened by 420 hours (17.5 days). For this reason, if the increase in the work time accompanying the process addition in FIGS. 3A to 3C is within 420 hours, the increase in the process addition can be completely canceled by the time reduction. it can. As a result, the working time can be greatly shortened and the dimensional variation of the pattern can be greatly reduced without increasing the working time. That is, it is possible to satisfy both the request for reducing the working time and the request for reducing the dimensional variation of the pattern at the same time.
Further, since the pattern drawing (exposure) time is shortened, the following advantages can be obtained. That is, when the pattern drawing (exposure) time (period) becomes long, when an environmental change that adversely affects resist drawing occurs from the start to the end of pattern drawing, that is, when an earthquake or the like occurs, for example, As a result, a positional deviation of pattern drawing occurs. In addition, when the power supply voltage fluctuates due to lightning or the like, the pattern drawing position deviation, the exposure amount fluctuation, and the like occur due to the influence. In addition, all pattern drawing processes performed so far may be wasted. Also, the exposure apparatus may need to be adjusted depending on the magnitude of the earthquake. Furthermore, when the pattern drawing (exposure) time (period) becomes long, instability in operation of the electron beam drawing apparatus (for example, fluctuation of exposure amount, positional deviation of pattern drawing, etc.) tends to appear in the pattern drawing result. In addition, there is a high probability that an unexpected instability of the operation of the electron beam drawing apparatus (for example, variation in exposure amount, positional deviation of pattern drawing, etc.) will occur. In this respect, if the drawing time is shortened, there is an advantage that such a risk can be reduced.
Furthermore, the adoption of the SADP method requires only one exposure / development, so that the number of working steps and the working time can be reduced compared with the case of employing other double patterning technology that requires two times. Can do.
As described above, the present invention can realize a high technical effect as a result by adopting the double patterning technique which is likely to suffer from the cost disadvantage due to the complicated process.
(解像限界の改善)
電子線直接描画法単独でかつ直接に微細なレジストパターンを形成する場合は、電子線描画装置の性能の限界、レジストの性能の限界、モールド作製用基板の種類あるいは構成等々、これらによって決定される解像限界が存在する。例えば、レジスト材料に前記ZEP520Aを用いた場合の解像限界は、18nmLSパターン(18nmハーフピッチ、36nmピッチ)である。したがって、パターン描画生産性及びパターン寸法バラツキの改善の観点ではなく、解像限界、即ち、いかに極微細なパターンが形成可能か、という点のみに着目した場合であっても、本発明のインプリント用モールド作製方法によれば、単純には、電子線直接描画法で形成可能な極微細なパターンの寸法(パターンピッチ)の半分のパターンピッチを実現できる。具体的には、電子線直接描画法で形成可能なレジストパターンの解像限界に近い18nmLSパターン(18nmハーフピッチ、36nmピッチ)をコア(芯)パターンとして、SADP法により、9nmLSパターンの形成が実現できるようになる。
(Improvement of resolution limit)
When a fine resist pattern is directly formed by the electron beam direct writing method alone, the performance limit of the electron beam drawing apparatus, the limit of the resist performance, the type or configuration of the mold manufacturing substrate, etc. are determined by these. There is a resolution limit. For example, the resolution limit when the ZEP520A is used as a resist material is an 18 nm LS pattern (18 nm half pitch, 36 nm pitch). Therefore, the imprint of the present invention is not only in terms of improvement in pattern drawing productivity and pattern size variation but also in the case of focusing only on the resolution limit, that is, how fine a pattern can be formed. According to the mold manufacturing method, a pattern pitch that is half the dimension (pattern pitch) of an extremely fine pattern that can be formed by an electron beam direct writing method can be simply realized. Specifically, a 9 nm LS pattern can be formed by the SADP method using an 18 nm LS pattern (18 nm half pitch, 36 nm pitch) close to the resolution limit of the resist pattern that can be formed by the electron beam direct writing method as a core pattern. become able to.
<第2の実施の形態>
図6および図7は本発明の第2の実施の形態に係るインプリント用モールドの製造方法を説明する工程フロー図である。
<Second Embodiment>
6 and 7 are process flow diagrams illustrating a method for manufacturing an imprint mold according to the second embodiment of the present invention.
まず、図6(A)に示すように、最終製造物である、所望のパターンピッチからなる凹凸パターンを備えたインプリント用モールド(以下、単に、モールドともいう)に対して、パターン寸法が大きくかつパターンピッチが2倍の凹凸パターン5aを有する中間モールド5を用意する。この中間モールド5は、電子線直接描画法によりレジストパターンを形成してよい。また、他方、図6(B)に示すように、最終製造物であるインプリント用モールドの元になる基板1を用意して、この基板1の一方の主面上にハードマスク層2とレジスト層3を順に形成する。
First, as shown in FIG. 6 (A), the pattern size is larger than the final product, which is an imprint mold (hereinafter simply referred to as a mold) having an uneven pattern having a desired pattern pitch. In addition, an intermediate mold 5 having a concavo-
次に、インプリント法により、中間モールド5を用いて、被転写体である基板1にパターン転写する。具体的には、図6(C)に示すように、中間モールド5の凹凸パターン5aと基板1のレジスト層3とを対向させた後、図6(D)に示すように、モールド5を基板1に押し付けて保持する。さらに、中間モールド5を基板1に押し付けた状態で、例えば光硬化樹脂からなるインプリント用レジスト層3に、光照射して、レジスト層3を硬化させる。
Next, the pattern is transferred to the
次に、図7(A)に示すように、基板1から中間モールド5を離型することで、中間モールド5の凹凸パターン5aが基板1上のインプリント用レジスト層3に、凹凸が反転して、転写形成される。その後、図7(B)に示すように、ハードマスク層2の表面(モールド5の凹凸パターンの凸部に相当する部位)を覆っているインプリント用レジスト層3の薄い膜(残膜)をオゾンプラズマエッチング等により除去する。これにより、基板1のハードマスク層2上にレジストパターン3aが形成される。以降の工程は、上記第1の実施の形態と同様に行う。
Next, as shown in FIG. 7A, by removing the intermediate mold 5 from the
<第2の実施の形態の効果>
本発明の第2の実施の形態においては、電子線直接描画法によりレジストパターンを形成してインプリント用モールド(中間モールド5)を作製する。かつ、当該中間モールド5は最終所望のパターンピッチの2倍のパターンピッチで形成された凹凸パターンを具備する。そして、中間モールド5を用い、インプリント法により、被転写体であるモールド作製用基板1のハードマスク層2上にレジストパターン3aを形成する。
ここで、まず、中間モールド5は、最終所望のパターンピッチの2倍のパターンピッチでパターン形成されているため、最終所望のパターンピッチでパターン形成した場合に対比して、その凹凸パターン(5a)の寸法バラツキ(即ち、LWRまたはLER)は小さく良好である。
次に、インプリント法によりレジストパターン3aを形成すると、中間モールド5の凹凸パターン(5a)の寸法バラツキに対して、即ち、前記第1の実施の形態にて得られたレジストパターン3aに対比して、一般に、得られるレジストパターン3aの寸法バラツキがより良好となる。これは、インプリント時に、中間モールド5の凹凸パターンの表面に形成する離型剤の厚みによる緩衝効果(平滑化効果)等によるもの、とされている。
この第2の実施の形態で形成されたレジストパターン3aの寸法バラツキは、レジストパターン3aをコア(芯)パターンに用いてその後に形成されるハードマスクパターン2aや、このハードマスクパターン2aに倣って形成される基板1の凹凸のモールドパターン1aにも反映される。このため、上記第1の実施の形態に比べて、凹凸パターンの寸法バラツキがより良好なモールドパターン1aを具備した最終製造物であるインプリント用モールドを作製することができる。
<Effects of Second Embodiment>
In the second embodiment of the present invention, a resist pattern is formed by an electron beam direct writing method to produce an imprint mold (intermediate mold 5). And the said intermediate mold 5 comprises the uneven | corrugated pattern formed with the pattern pitch of 2 times the final desired pattern pitch. Then, using the intermediate mold 5, a resist
Here, first, since the intermediate mold 5 is formed with a pattern pitch twice as large as the final desired pattern pitch, the uneven pattern (5a) is compared with the case where the pattern is formed with the final desired pattern pitch. The dimensional variation (i.e., LWR or LER) is small and good.
Next, when the resist
The dimensional variation of the resist
<変形例等>
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。
<Modifications>
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements as long as the specific effects obtained by the constituent elements of the invention and combinations thereof can be derived.
基板1に関しては、インプリント用モールドに要求される機械的強度等を満足する材料であれば、材質的な制約はない。例えば、上記実施の形態で例示した石英基板の他にも、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス等のガラス素材、あるいは樹脂フィルム(シート)であっても良い。光インプリト用モールドであれば、インプリント用レジスト(即ち、光硬化樹脂)を硬化せしめる波長の光を必要十分に透過するものであれば良い。また、ガラス素材以外の素材、例えばシリコン等の金属素材、セラミック素材など、あるいはそれらの複合物を用いることが可能である。非透明体は、熱インプリント、室温インプリント用途のモールドとして用いることが可能である。なかでもガラス素材は、非常に精度の高い加工が可能で、しかも平坦度や平滑度に優れるため、基板材料として好適である。
With respect to the
ハードマスク層2を構成する材料や、マスク層4を構成する材料などに関しては、上述したインプリント用モールドの製造方法を実施できるものであれば、任意に選択変更が可能である。
The material constituting the
電子線直接描画法に使用するレジスト層3を構成する材料は、前記高分子型レジストに限定されず、化学増幅型レジスト、無機レジスト等々、電子線に対して実用的な感度をもつものであれば、任意に選択変更が可能である。
The material constituting the resist
インプリント法に使用するインプリント用レジストは、光インプリント法を用いる場合は光硬化樹脂に限定されるが、熱インプリントあるいは室温インプリント等の場合は、それぞれのインプリント技法に必要なインプリント用レジストを、任意に選択変更が可能である。 The imprint resist used in the imprint method is limited to a photo-curing resin when the photoimprint method is used, but in the case of thermal imprint or room temperature imprint, the imprint necessary for each imprint technique is used. The printing resist can be arbitrarily selected and changed.
上記第1の実施の形態においては、上記図4の(A)から(B)に、マスクパターン4aの除去と基板1のエッチングを一括(1回のエッチング)で行ったが、これに限らず、上記図4(A)でハードマスク層2のエッチングによりハードマスクパターン2aを形成した後、マスクパターン4aを除去してから、ハードマスクパターン2aを用いて基板1をエッチングすることも可能である。
In the first embodiment, the removal of the
また、上記第1の実施の形態および第2の実施の形態においては、ダブルパターニング法を採用したが、本発明にあっては、その応用例として、実質的にダブルパターニングに係る工程を3回以上繰り返すことにより、最終的に所望するパターンピッチの倍数に相当する広いピッチでレジストパターンを形成可能としてもよい。また、上記第1の実施の形態および第2の実施の形態においては、ダブルパターニング法としてSADP法を用いているが、発明の効果を損なわない限り、これに限定されない。 In the first embodiment and the second embodiment, the double patterning method is adopted. However, in the present invention, as an application example, a process related to double patterning is substantially performed three times. By repeating the above, the resist pattern may be formed with a wide pitch corresponding to a multiple of the desired pattern pitch. Moreover, in the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although SADP method is used as a double patterning method, unless the effect of invention is impaired, it is not limited to this.
本発明に係る製造方法によって得られるインプリント用モールドは、その用途を限定されることはなく、種々の分野に利用または応用することが可能である。 The imprint mold obtained by the production method according to the present invention is not limited in its application, and can be used or applied in various fields.
1…基板
1a…モールドパターン
2…ハードマスク層
2a…ハードマスクパターン
3…レジスト層
3a…レジストパターン
4…マスク層
4a…マスクパターン
5…中間モールド
5a…凹凸パターン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記レジストパターンをコアパターンとする自己整合型のダブルパターニング法により、前記ハードマスク層上に前記レジストパターンのピッチよりも狭いピッチでマスクパターンを形成する第2工程と、
前記マスクパターンを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ハードマスクパターンを形成するとともに、当該ハードマスクパターンを用いて前記基板をエッチングすることにより前記基板の主表面に凹凸のパターンを形成する第3工程と、
を備えることを特徴とするインプリント用モールドの製造方法。 A substrate constituting the imprint mold, at least a hard mask layer on the main surface thereof, and a resist layer formed thereon, and a predetermined treatment on the resist layer, thereby forming a resist pattern at a desired predetermined pitch. A first step of forming;
A second step of forming a mask pattern at a pitch narrower than the pitch of the resist pattern on the hard mask layer by a self-aligned double patterning method using the resist pattern as a core pattern;
A hard mask pattern is formed by etching the hard mask layer using the mask pattern, and an uneven pattern is formed on the main surface of the substrate by etching the substrate using the hard mask pattern. 3 steps,
A method for producing an imprint mold, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のインプリント用モールドの製造方法。 The predetermined process of the first step is an electron beam direct writing method in which a resist layer is exposed by an electron beam to draw a pattern, and then a development process is performed to form a resist pattern. 2. A method for producing an imprint mold according to 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のインプリント用モールドの製造方法。 2. The imprint according to claim 1, wherein the predetermined process in the first step is performed by an imprint method in which an imprint mold having an uneven pattern on a main surface of a substrate is pressed against the resist layer. Method for manufacturing mold.
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載のインプリント用モールドの製造方法。 The method for producing an imprint mold according to claim 1, 2 or 3, further comprising a step of narrowing a width of the resist pattern between the first step and the second step.
前記基板の主表面上にハードマスク層およびレジスト層を順に形成する工程と、
前記レジスト層に所定の処理を施すことによりレジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記第2工程は、
前記レジストパターンの上面および側面と、当該レジストパターンで覆われていない前記ハードマスク層の露出した表面を覆う状態でマスク層を形成する工程と、
前記レジストパターンの上面が露出するように前記マスク層をエッチングすることにより、前記レジストパターンの両側面に前記マスク層の一部を前記マスクパターンとして残す工程と、を含む
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載のインプリント用モールドの製造方法。
The first step includes
Forming a hard mask layer and a resist layer in order on the main surface of the substrate;
Forming a resist pattern by applying a predetermined treatment to the resist layer,
The second step includes
Forming a mask layer in a state of covering an upper surface and side surfaces of the resist pattern and an exposed surface of the hard mask layer not covered with the resist pattern;
Etching the mask layer so that the upper surface of the resist pattern is exposed, thereby leaving a part of the mask layer as the mask pattern on both side surfaces of the resist pattern. The manufacturing method of the mold for imprint of Claim 1, 2 or 3.
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