JP2018022908A - ナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ナノインプリントリソグラフィ用テンプレートとなる基板11の主面上にハードマスク層12を設け、その上にレジストパターン13を形成し、第1の被覆膜15を、原子層堆積法を用いて前記レジストパターン13を構成する樹脂のガラス転移温度よりも低い温度で形成し、前記第1の被覆膜15の上に第2の被覆膜16を形成し、その後レジストパターン13の上面の前記被覆膜15、16を除去してレジストパターン13を露出させ、レジストパターン13を除去した後に露出するハードマスク層12をエッチングしてハードマスクパターンを形成し、このハードマスクパターンをエッチングマスクに用いて基板11をエッチングして所望の転写パターンを形成する。
【選択図】図4
Description
しかしながら、さらなる微細化に対応するためには、露光波長の問題や製造コストの問題などから上記のフォトリソグラフィによる方式の限界が指摘されており、次世代のリソグラフィ技術として、反射型マスクを使うEUV(Extreme Ultra Violet)リソグラフィや、テンプレートを使うナノインプリントリソグラフィ(NIL:Nano Imprint Lithography)が提案されている。
特に、ナノインプリントリソグラフィは、フォトリソグラフィのような高額な露光装置(ステッパー)を用いないため、経済的にも有利であることから、注目を集めている。
次に、被転写基板211の上の硬化した樹脂パターン212aに、例えば、酸素イオン等の反応性イオン240によるドライエッチングを施して、厚さTRの余分な残膜部分を除去し(図6(d))、テンプレート100の転写パターンとは凹凸形状が反転した所望の樹脂パターン212bを得る(図6(e))。
ここで、上述の残膜部分の厚さTRは、ナノインプリントリソグラフィにおいて、RLT(Residual Layer Thickness)と呼ばれるものである。
次に、前記レジストパターン113から露出する部位のハードマスク層112をエッチングしてハードマスクパターン112aを形成し(図7(c))、その後、前記レジストパターン113を除去する(図7(d))。
次いで、前記ハードマスクパターン112aから露出する基板111をエッチングし(図7(e))、その後、ハードマスクパターン112aを除去して、所望の凹凸形状の転写パターン120を有するナノインプリントリソグラフィ用テンプレート100を得る(図7(f))。
すなわち、図6における被転写基板211を、主面上にハードマスク層が設けられたテンプレート用の基板に置き換えれば、上記の図6(e)に示す工程の後に、図7(c)〜(f)に示す工程を施すことによって、親テンプレート(マスターテンプレート)から、凹凸形状が反転した転写パターンを有する複製テンプレート(レプリカテンプレート)を製造することができる。
例えば、被転写基板にホールパターン(凹型の孔状パターン)を形成したい場合には、ナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの転写パターンは、ピラーパターン(凸型の柱状パターン)になる。
ネガ型の電子線レジストを用いれば、ピラーパターンの部分にのみ電子線を照射すればよく、通常、ピラーパターンの総面積が基板全体に対して占める面積比率は50%以下であることから、ポジ型の電子線レジストを用いる場合よりも描画時間を短縮できるからである。
例えば、一般的なポジ型の電子線レジストを構成する樹脂のガラス転移温度が、概ね100℃〜150℃程度であるのに対し、SOGを用いる場合の熱処理温度は概ね400℃程度であり、CVD法を用いる場合も通常200℃以上の基板加熱が必要とされる。
例えば、蒸着法やスパッタ法による成膜方法では、成膜する対象に凹凸形状等の段差がある場合、平坦部や凸部の角部には膜が形成され易いのに対し、凹部の角部には膜が形成され難いという傾向がある。
つまり、蒸着法やスパッタ法の成膜方法では、例えば、レジストパターンがアスペクト比の高いホールパターンの場合には、その底部(特に底部の端部)に膜が形成され難く、上面の平坦部や上面の角部にばかり膜が形成されることになる。
それゆえ、上記の反転層の形成に蒸着法やスパッタ法の方法を用いる場合は、レジストパターンの形状を忠実に追従した反転層を形成することはできず、したがって、所望の反転パターンを精度良く形成することはできない。
また、レジストパターンの反転パターンを得ることができることから、上述のピラーパターンのように、ネガ型のレジストに適した転写パターンに対しても、ポジ型のレジストを用いつつ、レジストの描画時間を短縮することができる。
それゆえ、本発明に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法によれば、描画時間を短くすることに伴う製造コストの低減を達成しつつ、所望の形状に精度良く形成された転写パターンを有するナノインプリントリソグラフィ用テンプレートを製造することができる。
まず、本発明に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法の第1の実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
ここで、図1は、本発明の本実施形態(第1の実施形態)に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法の前半の工程の一例を示す概略工程図であり、図2は、図1に続く工程の一例を示す概略工程図である。
また、ハードマスク層12は異なる材料からなる2層以上の多層膜であっても良い。
例えば、基板11として合成石英ガラス基板を用いる場合には、ハードマスク層12としてクロム(Cr)のスパッタ膜を用いることができ、その膜厚は、形成する転写パターンのサイズにもよるが、例えば、数nm〜10nm程度の範囲とすることができる。
しかしながら、ナノインプリントリソグラフィにおいて、従前のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィよりもさらなる微細化に対応するためには、テンプレート10の転写パターンに係るレジストには、解像度が高い電子線レジストを用いる必要がある。また、製造コストの観点からは、描画時間の増大を抑制するために、ある程度の感度を有するレジストを用いる必要がある。
本発明においては、上記のような要求を満たすレジストとして、例えば、日本ゼオン社のポジ型電子線レジストZEP520Aを用いることができる。
例えば、被覆膜14を構成する材料がシリコン(Si)を含むものであれば、フッ素系(CF4、CHF3、C2F6等)のガス、あるいはこれらの混合ガスをエッチングガスに用いることができる。
また、反応ガスには複数種の元素を含むガスを用いても良い。例えば、シリコンを含む原料ガスと、酸素および窒素を含む反応ガスを用いて、基板上にSiON膜を形成することや、シリコンを含む原料ガスと、酸素およびフッ素を含む反応ガスを用いて、基板上にSiOF膜を形成することもできる。
例えば、本発明において、レジストパターン13を形成するレジストに上記の日本ゼオン社のポジ型電子線レジストZEP520Aを用いる場合、そのガラス転移温度は105℃であることから、成膜時の基板温度を105℃未満(例えば、20℃〜100℃程度の範囲)で被覆膜14を形成すればよい。このような温度範囲であれば、レジストパターンが熱によって変形することを防止できるからである。
すなわち、本発明のように被覆膜14の形成に原子層堆積法を用いる場合、レジストパターン13の上面および側面、並びに、レジストパターン13から露出するハードマスク層12の上面に形成される被覆膜14は、どの部位も同じ成膜速度で膜厚が増加していく傾向がある。
それゆえ、本発明においては、図1(d)に示すように、レジストパターンの上面に形成される被覆膜14の厚み(T)は、レジストパターン13の底側の開口寸法(W)の1/2以上の値であることが好ましい。
図3は、原子層堆積法を用いて形成した被覆膜の一例についての説明図である。
原子層堆積法を用いて形成した被覆膜が、上述のように、等方向に成膜されるとすると、例えば、図3(a)に示すように、レジストパターン13の上面に形成される被覆膜14の厚み(T)が、レジストパターン13の底側の開口寸法(W)の1/2未満の値である場合、レジストパターン13の側面に形成される被覆膜14の厚みもTと同じ値になり、レジストパターン13の開口内のハードマスク層12の上面に形成される被覆膜14の中央部の厚みもTと同じ値になる。
すなわち、望まない部分のハードマスク層12も露出してしまうことになり、所望のパターン(レジストパターン13の反転パターン)を得ることはできないことになる。
この場合は、被覆膜14の除去にドライエッチングを用いていないため、レジストパターン13の上面よりも高い位置にある被覆膜14が研磨により除去されても、レジストパターン13の上面よりも低い位置にある被覆膜14は残留することになり、それゆえ、レジストパターン13の開口内のハードマスク層12は、中央部も含めて露出しないことになる。
上記の表面研磨には、例えば、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等を用いることができる。
この場合は、表面研磨によってレジストパターン13の上面に残留する被覆膜14の厚みが、レジストパターン13の開口内のハードマスク層12の上面の被覆膜14の中央部の厚みよりも薄くなるため、その後のドライエッチングにより、レジストパターン13の上面に残留している被覆膜14が除去されても、レジストパターン13の開口内のハードマスク層12の上面の被覆膜14は残留することになり、それゆえ、レジストパターン13の開口内のハードマスク層12は、中央部も含めて露出しないことになる。
この工程により、ハードマスク層12の上には、被覆膜14で構成される反転パターンが残ることになる。
例えば、基板11が合成石英ガラス基板、ハードマスク層12がクロム(Cr)を含む膜、被覆膜14が酸化シリコン(SiO2)の場合には、塩素系のガスを用いたドライエッチングにより、ハードマスクパターン12aを形成することができる。
例えば、基板11が合成石英ガラス基板であって、ハードマスク層12がクロム(Cr)を含む膜の場合には、フッ素系(CF4、CHF3、C2F6等)のガス、あるいはこれらの混合ガスを用いたドライエッチングにより、凹凸形状の転写パターン20を形成することができる。
ここで、被覆膜14が酸化シリコン(SiO2)の場合には、このフッ素系のガスによる基板11のエッチング工程で、被覆膜14も除去することが可能である。
なお、被覆膜14がシリコン系の材料以外で構成されている場合には、被覆膜14の除去は、上記のハードマスクパターン12aを形成した後に行ってもよく、また、凹凸形状の転写パターン20を形成した後に行ってもよい。
ハードマスクパターン12aを除去する方法は、ドライエッチングの他に、ウェットエッチングであってもよい。例えば、ハードマスク層12がクロム(Cr)を含む膜の場合には、硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液によるウェットエッチングでハードマスクパターン12aを除去することができる。
また、上述のピラーパターンのように、ネガ型のレジストに適した転写パターンに対しても、ポジ型のレジストを用いつつ、レジストの描画時間を短縮することができる。
それゆえ、本発明に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法によれば、描画時間を短くすることに伴う製造コストの低減を達成しつつ、所望の形状に精度良く形成された転写パターンを有するナノインプリントリソグラフィ用テンプレートを製造することができる。
次に、本発明に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法の第2の実施形態について、図4および図5を用いて説明する。
ここで、図4は、本発明の本実施形態(第2の実施形態)に係るナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法の前半の工程の一例を示す概略工程図であり、図5は、図4に続く工程の一例を示す概略工程図である。
そこで、本実施形態においては、まず、第1の被覆膜を、原子層堆積法を用いて低温で形成し、その後、第2の被覆膜を、他の方法、例えば、SOG材料を塗布形成する方法や、CVD法等を用いて形成することにより、レジストパターンの変形を防止し、高い形状追従性でレジストパターンの反転パターンを得ることを可能にしつつ、上記の成膜時間がかかるという短所を改善している。
より詳しく説明すると、図4(c)に示すように、レジストパターン13は第1の被覆膜15によって高い形状追従性で被覆されるため、その後、例え、レジストパターン13を構成する樹脂のガラス転移温度よりも高い温度で、第2の被覆膜16が形成されても、第1の被覆膜15が変形しない限りレジストパターン13の形状は保たれることになる。
より詳しく説明すると、例えば、レジストパターン13がアスペクト比の高いホールパターンのような場合であっても、原子層堆積法による第1の被覆膜15が高い形状追従性で、その底部(特に底部の端部)までも被覆するため、その後、蒸着法やスパッタ法で形成される第2の被覆膜16が、例え、先の第1の被覆膜15との間に隙間を形成したとしても、第1の被覆膜15が、ハードマスクパターン12aを形成する工程が完了するまでの間存在していれば、レジストパターン13の形状は保たれることになる。
上記のように成膜条件や材料を変えることにより、第2の被覆膜16の成膜速度を第1の被覆膜15よりも速くすること等が可能となるからである。
例えば、ハードマスク層12がクロム(Cr)を含む膜の場合には、第1の被覆膜15を構成する材料と第2の被覆膜16を構成する材料は、共にシリコンを含む材料から構成されていることが好ましい。フッ素系(CF4、CHF3、C2F6等)のガス、あるいはこれらの混合ガスを用いたドライエッチングにより、第1の被覆膜15の除去と第2の被覆膜16の除去を同一工程で行えるからである。
例えば、前記露出したレジストパターン13を、酸素ガスを用いたドライエッチングで除去し(図5(f))、レジストパターン13を除去したことにより露出する部位の前記ハードマスク層12をエッチングしてハードマスクパターン12aを形成し(図5(g))、さらに、ハードマスクパターン12aから露出する基板11をエッチングして転写パターン20となる部分を形成し(図5(h))、最後に、ハードマスクパターン12aを除去して、基板11の主面に凹凸形状の転写パターン20を有する本発明のナノインプリントリソグラフィ用テンプレート10を得る(図5(i))。
11・・・基板
12・・・ハードマスク層
12a・・・ハードマスクパターン
13・・・レジストパターン
14・・・被覆膜
15・・・第1の被覆膜
16・・・第2の被覆膜
20・・・転写パターン
100・・・ナノインプリントリソグラフィ用テンプレート
111・・・基板
112・・・ハードマスク層
112a・・・ハードマスクパターン
113・・・レジストパターン
120・・・転写パターン
211・・・被転写基板
212・・・樹脂
212a、212b・・・樹脂パターン
230・・・紫外線
240・・・反応性イオン
Claims (1)
- 基板の主面に凹凸形状の転写パターンを有するナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法であって、
前記基板の主面上に設けられたハードマスク層の上に、前記凹凸形状を反転したレジストパターンを形成する工程と、
原子層堆積法を用いて、前記レジストパターンを構成する樹脂のガラス転移温度よりも低い温度で、前記レジストパターンの上面および側面、並びに、前記レジストパターンから露出する前記ハードマスク層の上面を覆う第1の被覆膜を形成する工程と、
前記第1の被覆膜の上に、第2の被覆膜を形成する工程と、
前記ハードマスク層の上面の前記第1の被覆膜および前記第2の被覆膜の少なくとも一部を残しつつ、前記レジストパターンの上面の前記第1の被覆膜および前記第2の被覆膜を除去して、前記レジストパターンを露出させる工程と、
前記露出したレジストパターンを除去する工程と、
前記レジストパターンを除去したことにより露出する部位の前記ハードマスク層をエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、
前記ハードマスクパターンから露出する前記基板をエッチングして前記凹凸形状の転写パターンを形成する工程と、
前記ハードマスクパターンを除去する工程と、
を順に備え、
前記第2の被覆膜は、前記第1の被覆膜を形成する方法とは異なる方法、または条件で形成することを特徴とするナノインプリントリソグラフィ用テンプレートの製造方法。
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