JP2021153133A - パターン形成方法およびテンプレートの製造方法 - Google Patents

パターン形成方法およびテンプレートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】側壁転写プロセスを用いて様々な幅のマスクパターンを形成することが可能となる、パターン形成方法およびテンプレートの製造方法を提供することである。【解決手段】基板１１上に第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２および第３の領域Ｒ３を有するレジスト膜１３を形成し、前記第１の領域Ｒ１に第１の照射量Ｅ１の光またはエネルギー線を照射し、前記第２の領域Ｒ２に前記第１の照射量よりも小さい第２の照射量Ｅ２の光またはエネルギー線を照射し、第１の液体を用いて前記第１の領域Ｒ１の前記レジスト膜を溶解し、前記第１の領域Ｒ１の前記レジスト膜溶解後に、前記レジスト膜の側面に被覆膜１４を形成し、前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第３の領域Ｒ３を溶解する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、パターン形成方法およびテンプレートの製造方法に関する。
インプリント法で使用されるテンプレートを、側壁転写プロセスで作製する技術が知られている。
特許第３９４３７４１号公報 米国特許第８２２２１５０号明細書
本実施形態が解決しようとする課題は、側壁転写プロセスを用いて様々な幅のマスクパターンを形成することが可能となる、パターン形成方法およびテンプレートの製造方法を提供することである。
実施の形態に係るパターン形成方法は、基板上に第１の領域、第２の領域および第３の領域を有するレジスト膜を形成し、前記第１の領域に第１の照射量の光またはエネルギー線を照射し、前記第２の領域に前記第１の照射量よりも小さい第２の照射量の光またはエネルギー線を照射し、第１の液体を用いて前記第１の領域の前記レジスト膜を溶解し、前記第１の領域の前記レジスト膜溶解後に、前記レジスト膜の側面に被覆膜を形成し、前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第３の領域を溶解する。
第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す図。 第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す図。 第３の実施形態に係るテンプレートの構成を示す図。 第３の実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図。
以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なる。
本明細書において、側壁転写プロセスは、後述する図１および図２に示す方法でレジスト膜および被覆膜を含むパターンを形成し、そのパターンをハードマスク膜に転写するプロセスを指すものとする。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るパターン形成方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るパターン形成方法を示す図である。
図１（ａ）に示すように、まず、基板１１上にハードマスク膜１２を形成する。基板１１は、例えば、石英を主成分とする。ハードマスク膜１２は、例えば、クロムを主成分とする。
ハードマスク膜１２上にレジスト膜１３を形成する。レジスト膜１３は、例えば、スピンコート法を用いてレジスト材料を塗布し、ベークすることで形成される。レジスト材料は、例えば、化学増幅型ポジ型レジストがあげられる。
化学増幅型ポジ型レジストは、ある一定量以上の光またはエネルギー線を照射することにより、照射部がアルカリ性の現像液（アルカリ現像液）に溶解する性質を有する。化学増幅型ポジ型レジストは、アルカリ性の液体に可溶なポリマーの側鎖の一部を、アルカリ現像液に対して不溶とさせるようにｔ−ブトキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニルメチル基、アセタール基等の極性の低い官能基に置換したものを含む。これらの官能基は、酸不安定保護基とも呼ばれる。また、化学増幅型ポジ型レジストは、オニウム塩、ニトロベンジルエステル、ジアゾメタン、トリアジン等の光酸発生剤を含む。これらの光酸発生剤は光またはエネルギー線の照射により光分解して酸を発生する。さらに、照射後のベークによって、酸不安定保護基が酸を触媒に脱保護反応を起こす。これによって、樹脂の極性が変化し、アルカリに溶けにくい状態からアルカリに溶けやすい状態へとなりアルカリ現像液での現像後にポジ型パターンを得ることができる。
また、化学増幅型ポジ型レジストは、ある一定量以上の光またはエネルギー線を照射することにより有機溶剤に溶解しにくくなる性質を有する。
図１（ａ）に示すように、形成されたレジスト膜１３には、複数の領域を設定できる。本実施形態においては、複数の領域として、例えば領域Ｒ１、領域Ｒ２および領域Ｒ３を設定する場合について説明する。
つぎに、領域Ｒ１に照射量Ｅ１の光またはエネルギー線を、領域Ｒ２に照射量Ｅ２の光またはエネルギー線を照射する。照射する光またはエネルギー線としては、例えば、紫外線や電子線などがあげられる。
照射量Ｅ１は、レジスト膜１３がアルカリ現像液に可溶となる程度に設定される。照射量Ｅ２は、レジスト膜１３がアルカリ現像液と後述する有機溶剤にほとんど溶解しなくなる程度に設定される。よって、照射量Ｅ２は照射量Ｅ１よりも小さい照射量となる。なお、実施形態において「照射量」とは、ドーズ量を示す。
つぎに、図１（ｂ）に示すように、アルカリ現像液を用いて領域Ｒ１のレジスト膜１３を溶解する。これにより領域Ｒ１のレジスト膜１３が除去され、スペースＳが形成される。アルカリ現像液は、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ；ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム水溶液があげられる。他にも、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ水溶液、エチルアミン、プロピルアミンなどの第一級アミン類、ジエチルアミン、ジプロピルアミンなどの第二級アミン類、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの第三級アミン類、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン類、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルヒドロキシメチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウムヒドロキシド類を用いることが出来る。また、これらのアルカリ現像液は、必要に応じて、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶剤、界面活性剤、樹脂の溶解抑制剤などが添加されたものであってもよい。水溶性有機溶剤を添加する場合は、水溶性有機溶剤を１０質量％以下とすることが望ましい。
つぎに、図１（ｃ）に示すように、領域Ｒ２および領域Ｒ３を有するレジスト膜１３の上面および側面に被覆膜１４を形成する。被覆膜１４は、例えば、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）や分子層堆積（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＬＤ）によって形成される。被覆膜１４は、例えば、酸化シリコンを主成分とする。
つぎに、領域Ｒ２および領域Ｒ３を有するレジスト膜１３の上面が露出するまで被覆膜１４をエッチングする。これにより、図１（ｄ）に示すように、側壁パターンＰが形成される。
つぎに、図１（ｅ）に示すように、有機溶剤を用いて領域Ｒ３を有するレジスト膜１３を溶解する。これにより、レジスト膜１３の領域Ｒ２と側壁パターンＰを含むマスクパターンを形成することが出来る。有機溶剤は、例えば、酢酸エチルがあげられる。他にも、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、ベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、２−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓ−ブチル、酢酸ｔ−ブチル、酢酸ｎ−アミル、酢酸イソアミル、酢酸ｎ−ヘキシル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジｎ−プロピル、マロン酸ジｎ−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ−プロピル、乳酸ｎ−ブチル、乳酸ｎ−アミル、乳酸イソアミル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶剤を用いることが出来る。
側壁転写プロセスにおいて、スペースＳを被覆膜１４で埋めることで形成されるパターンの幅は、被覆膜１４の厚さのおよそ２倍が最大値であった。そのため、より大きな幅のパターンが要求される領域は、側壁転写プロセス後に再度レジストを用いたパターン形成や加工などを行う必要があった。
それに対して、本実施形態のパターン形成方法では、側壁転写プロセスを用いて様々な幅のマスクパターンを形成することが可能である。これにより、側壁転写プロセス後のレジストを用いたパターン形成や加工などを行う必要がなくなる。そのため、多くの工程を削減可能となり、コストを低減することが可能となる。また、工程数が減るため、歩留まりの向上を図ることが可能である。
（第２の実施形態）
つづいて、第２の実施形態に係るパターン形成方法について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るパターン形成方法を示す図である。
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、主に、レジスト膜に異なる２種類のレジスト材料を用いる点である。
図２（ａ）に示すように、まず、基板１１上にハードマスク膜１２を形成する。ハードマスク膜１２上の同一平面上にレジスト膜１５およびレジスト膜１６を形成する。レジスト膜１５およびレジスト膜１６を形成する方法としては、例えば、第１のレジストをスピンコート法で塗布してベークを行った後、光またはエネルギー線の照射、現像を行って空隙を形成する。そして、形成した空隙にインクジェット法で第２のレジストを塗布する方法などが考えられる。
レジスト膜１５の材料は、例えば、化学増幅型ポジ型レジストがあげられる。レジスト膜１６の材料は、例えば、非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストがあげられる。非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストは、ある一定量以上の光またはエネルギー線を照射することにより、照射部が有機溶剤に溶解する性質を有する。非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストは、例えば、メタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルから得られる構成単位を主成分とするアクリル系ポリマーやイソプロペニルケトン系ポリマーを主たる樹脂成分とする。非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストは、例えば、波長１００〜４００ｎｍの紫外線を照射すると、有機溶剤に対する溶解性が増大する。その一方で、光またはエネルギー線の照射に関わらず、アルカリ現像液にはほとんど溶解しない性質を持つ。
図２（ａ）に示すように、形成されたレジスト膜１５およびレジスト膜１６には、複数の領域を設定できる。本実施形態においては、複数の領域として、例えば、レジスト膜１５には領域Ｒ１および領域Ｒ２を、レジスト膜１６には領域Ｒ３および領域Ｒ４を設定する場合について説明する。
つぎに、領域Ｒ１に照射量Ｅ１の光またはエネルギー線を、領域Ｒ３に照射量Ｅ２の光またはエネルギー線を照射する。照射する光またはエネルギー線としては、例えば、紫外線や電子線などがあげられる。
照射量Ｅ１は、レジスト膜１５がアルカリ現像液に可溶となる程度に設定される。照射量Ｅ２は、レジスト膜１６が有機溶剤に可溶となる程度に設定される。本実施形態では、照射量Ｅ１と照射量Ｅ２の大小関係はどちらが大きくてもよいし、同一であってもよい。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、アルカリ現像液を用いて領域Ｒ１を溶解してスペースＳを形成する。アルカリ現像液は、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム水溶液があげられる。他にも、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ水溶液、エチルアミン、プロピルアミンなどの第一級アミン類、ジエチルアミン、ジプロピルアミンなどの第二級アミン類、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの第三級アミン類、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン類、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルヒドロキシメチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウムヒドロキシド類を用いることが出来る。また、これらのアルカリ現像液は、必要に応じて、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶剤、界面活性剤、樹脂の溶解抑制剤などが添加されたものであってもよい。
つぎに、図２（ｃ）に示すように、領域Ｒ２を有するレジスト膜１５と領域Ｒ３および領域Ｒ４を有するレジスト膜１６の上面および側面に被覆膜１４を形成する。被覆膜１４は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）や分子層堆積（ＭＬＤ）によって形成される。被覆膜１４は、例えば、酸化シリコンを主成分とする。
つぎに、領域Ｒ２を有するレジスト膜１５、領域Ｒ３および領域Ｒ４を有するレジスト膜１６の上面が露出するまで被覆膜１４をエッチングする。これにより、図２（ｄ）に示すように、側壁パターンＰが形成される。
つぎに、図２（ｅ）に示すように、有機溶剤を用いて領域Ｒ２を有するレジスト膜１５および領域Ｒ３を有するレジスト膜１６を溶解する。これにより、レジスト膜１６の領域Ｒ４と側壁パターンＰを含むマスクパターンを形成することが出来る。有機溶剤は、例えば、酢酸エチルがあげられる。他にも、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、ベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、２−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓ−ブチル、酢酸ｔ−ブチル、酢酸ｎ−アミル、酢酸イソアミル、酢酸ｎ−ヘキシル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジｎ−プロピル、マロン酸ジｎ−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ−プロピル、乳酸ｎ−ブチル、乳酸ｎ−アミル、乳酸イソアミル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶剤を用いることが出来る。
本実施形態のパターン形成方法では、第１の実施形態と同様に、側壁転写プロセスを用いて様々な幅のマスクパターンを形成することが可能である。これにより、側壁転写プロセス後のレジストを用いたパターン形成や加工などを行う必要がなくなる。そのため、多くの工程を削減可能となり、コストを低減することが可能となる。また、工程数が減るため、歩留まりの向上を図ることが可能である。
（第３の実施形態）
つづいて、第３の実施形態に係るテンプレートの製造方法について図３および図４を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るテンプレートの構成を示す図である。図４は、本実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図である。
まず、本実施形態に係るテンプレートについて図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るテンプレート１の構成を示す図である。図３（ａ）は、Ｚ方向から見た、テンプレート１の平面図である。図３（ｂ）は、Ｘ方向から見た、ＡＡ’に沿ったテンプレート１の断面図である。テンプレート１は、Ｚ方向から見て四辺形の基板２１が加工されたものである。光を用いたナノインプリントリソグラフィの場合、テンプレート１は、例えば、石英（透明材料）を主成分とする。
基板２１の主面２２の中央には主面２２から凸形状に突き出たメサ構造２３が設けられている。メサ構造２３は、パターン面２４を有する。パターン面２４には、転写パターンやアライメントマークを構成する、凹構造が形成される。
つづいて、本実施形態に係るテンプレートの製造方法について図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、第１の実施形態または第２の実施形態に記載のパターン形成方法でマスクパターン３０を形成する。
つぎに、図４（ｂ）に示すように、マスクパターン３０をマスクにして、ハードマスク膜３２のエッチングを行う。これによって、マスクパターン３０がハードマスク膜３２に転写される。
つぎに、図４（ｃ）に示すように、マスクパターン３０が転写されたハードマスク膜３２をマスクにして基板３１のエッチングを行う。
つぎに、図４（ｄ）に示すように、ハードマスク膜３２を除去する。これによって、様々な幅のパターンを有するテンプレートを作成することが可能となる。ハードマスク膜３２の除去は、例えば、ウェットエッチングやドライエッチングなどの方法で行われる。
本実施形態に係るテンプレートの製造方法では、マスクパターン３０を形成する際に、第１の実施形態または第２の実施形態に記載のパターン形成方法を用いる。そのため、第１の実施形態、第２の実施形態と同様に、側壁転写プロセスを用いて様々な幅のマスクパターンを形成することが可能である。これにより、側壁転写プロセス後のレジストを用いたパターン形成や加工などを行う必要がなくなる。そのため、多くの工程を削減可能となり、コストを低減することが可能となる。また、工程数が減るため、歩留まりの向上を図ることが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…テンプレート、１１、２１、３１…基板、１２、３２…ハードマスク膜、１３、１５、１６…レジスト膜、１４…被覆膜、２２…主面、２３…メサ構造、２４…パターン面、３０…マスクパターン

Claims (12)

  1. 基板の上に第１の領域、第２の領域および第３の領域を有するレジスト膜を形成し、
    前記第１の領域に第１の照射量の光またはエネルギー線を照射し、
    前記第２の領域に前記第１の照射量よりも小さい第２の照射量の光またはエネルギー線を照射し、
    第１の液体を用いて前記第１の領域の前記レジスト膜を溶解し、
    前記第１の領域の前記レジスト膜を溶解後に、前記レジスト膜の側面に被覆膜を形成し、
    前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第３の領域を溶解するパターン形成方法。
  2. 基板の上に第１の領域および第２の領域を有する第１のレジスト膜と、第３の領域および第４の領域を有する前記第１のレジスト膜とは異なる第２のレジスト膜を形成し、
    前記第１の領域および前記第３の領域に光またはエネルギー線を照射し、
    第１の液体を用いて前記第１の領域の前記第１のレジスト膜を溶解し、
    前記第１の領域の前記第１のレジスト膜を溶解後に、前記第１のレジスト膜および前記第２のレジスト膜の側面に被覆膜を形成し、
    前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第２の領域および前記第３の領域を溶解するパターン形成方法。
  3. 前記第１の液体は、アルカリ性である請求項１および２に記載のパターン形成方法。
  4. 前記第２の液体は、有機溶剤を含む請求項１および２に記載のパターン形成方法。
  5. 前記第１のレジスト膜は化学増幅型ポジ型レジストを含む請求項２に記載のパターン形成方法。
  6. 前記第２のレジスト膜は非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストを含む請求項２に記載のパターン形成方法。
  7. 基板の上にマスク膜を形成し、
    前記マスク膜の上に、第１の領域、第２の領域および第３の領域を有するレジスト膜を形成し、
    前記第１の領域に第１の照射量の光またはエネルギー線を照射し、
    前記第２の領域に前記第１の照射量よりも小さい第２の照射量の光またはエネルギー線を照射し、
    第１の液体を用いて前記第１の領域の前記レジスト膜を溶解し、
    前記第１の領域の前記レジスト膜を溶解後に、前記レジスト膜の側面に被覆膜を形成し、
    前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第３の領域を溶解して形成されたパターンをマスクにして前記マスク膜および前記基板を加工するテンプレートの製造方法。
  8. 基板の上にマスク膜を形成し、
    前記マスク膜の上に、第１の領域および第２の領域を有する第１のレジスト膜と、第３の領域および第４の領域を有する前記第１のレジスト膜とは異なる第２のレジスト膜を形成し、
    前記第１の領域および前記第３の領域に光またはエネルギー線を照射し、
    第１の液体を用いて前記第１の領域の前記第１のレジスト膜を溶解し、
    前記第１の領域の前記第１のレジスト膜を溶解後に、前記第１のレジスト膜および前記第２のレジスト膜の側面に被覆膜を形成し、
    前記第１の液体とは異なる第２の液体を用いて前記第２の領域および前記第３の領域を溶解して形成されたパターンをマスクにして前記マスク膜および前記基板を加工するテンプレートの製造方法。
  9. 前記第１の液体は、アルカリ性である請求項７および８に記載のテンプレートの製造方法。
  10. 前記第２の液体は、有機溶剤を含む請求項７および８に記載のテンプレートの製造方法。
  11. 前記第１のレジスト膜は化学増幅型レジストを含む請求項８に記載のテンプレートの製造方法。
  12. 前記第２のレジスト膜は非化学増幅主鎖分解型ポジ型レジストを含む請求項８に記載のテンプレートの製造方法。
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