JP4371050B2

JP4371050B2 - パターンの形成方法

Info

Publication number: JP4371050B2
Application number: JP2004370768A
Authority: JP
Inventors: 正信田中; 隆広亀井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP2006179651A

Description

本発明は、パターンの形成方法であって、特に、レジストパターンを用いずに、被処理膜に微細なパターンを形成する方法に関する。

半導体装置の微細化にともない、微細なパターンの形成方法が種々検討されている。一般的なパターンの形成方法としては、リソグラフィ技術が用いられており、次のような工程順で行われている。まず、基板上に設けられた被処理膜上にレジストを塗布した後、露光、現像を行うことで、レジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクに用いて、被処理膜のエッチングを行うことで、被処理膜のパターンを形成した後、このレジストパターンを除去する。

また、パターンの形成方法として、凸版、凹版等を用いた印刷法も行われており、凸版印刷、特にフレキソ印刷の１種に類するマイクロコンタクトプリント法は、微細なパターンの形成方法として知られている。マイクロコンタクトプリント法では、ポリジメチルシロキサン（Poly Dimethyl Syloxsane（ＰＤＭＳ））からなるシリコーンゴムを凸型スタンプに成型し、印刷版として使用する。例えば、この凸型のＰＤＭＳスタンプを金属コロイド液に浸漬させた後、基板にＰＤＭＳスタンプを押し付けることで、基板上に金属微粒子パターンを形成する例が報告されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−６７９０号公報

しかし、上述したようなリゾグラフィ技術を用いた場合には、特にレジストパターンの形成工程が、レジストの塗布、露光、現像と工程数も多く煩雑である。また、有機膜にパターンを形成する場合には、有機膜とレジストの材質が類似しているため、有機膜上に無機膜を形成し、レジストパターンを用いたエッチングにより、無機膜からなるハードマスクを形成する必要があるため、さらに工程数が増大する。さらに、露光マスクに設けられたパターンをレジストパターンに転写した後、レジストパターンから被処理膜に転写するため、パターンの寸法誤差が生じ易く、高精度の加工が難しいという問題がある。また、マイクロコンタクトプリント方法では、凸型スタンプを繰り返し使用するため、スタンプの凸状部分が劣化し、パターンを再現性よく形成することが困難である。

上述したような課題を解決するために、本発明におけるパターンの形成方法は、一主面側に凹状パターンが設けられたエッチングマスクを、前記凹状パターンを被処理基板に対向させて、接触状態または所定幅の間隙を有した状態で、前記被処理基板上に配置するとともに、前記エッチングマスクと前記被処理基板との間にエッチングガスを導入する第１工程と、前記エッチングガスにより、前記被処理基板の前記凹状パターンとの対向領域をエッチングすることで、前記エッチングマスクの頂面と対向する前記被処理基板の表面側にパターンを形成する第２工程とを有し、前記第１工程では、前記エッチングマスクの頂面と前記被処理基板の表面との間でプラズマ放電が開始される第１の電圧値が、前記凹状パターンの底面と前記被処理基板の表面との間でプラズマ放電が開始される第２の電圧値よりも高くなるように、前記凹状パターンの深さおよび前記エッチングマスクと前記被処理基板との距離を調整して、前記エッチングマスクを前記被処理基板上に配置し、前記第２工程では、前記第２の電圧値以上で、かつ第１の電圧値よりも低い電圧を、前記エッチングマスクと前記被処理基板との間に印加して、前記エッチングガスをプラズマ化してエッチングする。

このようなパターンの形成方法によれば、表面側に凹状パターンが設けられたエッチングマスクを用い、凹状パターンを被処理基板に対向させて、被処理基板上に配置した状態でエッチングを行うことから、レジストの塗布および露光等の煩雑なレジストパターンの形成工程を行わなくてもよい。これにより、工程が簡略化される。また、レジストパターンを形成しないため、転写工程が少なくなることからパターンの寸法誤差が抑制される。

さらに、マイクロコンタクトプリント法と比較して、凸状部分を基板に押し付けてパターンを形成するのではなく、エッチングマスクの凹状パターンを利用してパターンを形成するため、エッチングマスクの劣化が少なく、同じエッチングマスクを繰り返し利用できるため、パターンの再現性も向上する。

以上、説明したように、本発明のパターンの形成方法によれば、製造方法が簡略化されることで、生産性にも優れるとともに、パターンの寸法誤差が防止され、パターンの再現性も向上するため、高精度なパターンを再現性よく形成することができる。

以下、本発明のパターンの形成方法における実施の形態の一例について詳細に説明する。

＜エッチングマスクの作製＞
まず、本実施形態のパターンの形成方法に用いるエッチングマスクについて、図１を用いて製造工程順に説明する。まず、図１（ａ）に示すように、エッチングマスクの基材としては、例えば石英（ＳｉＯ₂）からなる基板１１を用いることとする。ここで、エッチングマスクは、絶縁性基板で構成されることが好ましく、体積固有抵抗が１０¹¹Ω・ｃｍ以上であれば、さらに好ましい。エッチングマスクが絶縁性基板で構成されることで、後工程でエッチングマスクを用いたプラズマエッチングを行う際、エッチング装置内のマスク保持手段に設けられた金属板と基板保持手段に設けられた金属板とを電極としてプラズマ放電を行い、交流動作によりプラズマ放電を維持することが可能となる。

次に、この基板１１に洗浄液を用いて超音波洗浄を行った後、この基板１１を例えば真空蒸着装置に導入し、真空蒸着法により例えばクロム（Ｃｒ）膜１２を２００ｎｍの膜厚で形成する。

次いで、図１（ｂ）に示すように、例えばスピンコート法により、Ｃｒ膜１２上に、レジストを塗布した後、例えばホットプレートを用いて焼成を行う。続いて、この状態の基板１１を露光装置に導入し、露光マスクを介してパターンを露光する。その後、現像した後、焼成を行うことで、膜厚１μｍのレジストパターンＲを形成する。

次に、このレジストパターンＲをマスクに用い、例えば硝酸セリウム系のクロムエッチャントを用いたウェットエッチングにより、Ｃｒ膜１２をパターンニングすることで、図１（ｃ）に示すように、基板１１上にハードマスク１２’を形成する。その後、レジストパターンＲ（前記図１（ｂ）参照）を除去する。このエッチングからレジストの剥離までの各工程は、それぞれ数分程度であることとする。

次に、図１（ｄ）に示すように、ドライエッチング装置に、ハードマスク１２’が設けられた状態の基板１１を導入し、ドライエッチングを行う。このエッチング条件の一例としては、エッチングガスに四フッ化炭素（ＣＦ₄）〔流量:５０ｃｍ³/ｍｉｎ〕、アンテナパワーを１５００Ｗ、バイアスパワーを２０Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を０．４Ｐａで行うこととする。なお、ガス流量は標準状態における体積流量を示すものとする。これにより、ハードマスク１２’から露出した基板１１の表面側に例えば５０μｍの深さの凹状パターン１３を形成する。この凹状パターン１３の深さの設定方法については、後述するドライエッチング工程のところで詳細に説明する。

その後、図１（ｅ）に示すように、例えば硝酸セリウム系のＣｒエッチャントを用い、ハードマスク１２’（前記図１（ｄ）参照）を除去する。これにより、一主面側に凹状パターン１３が設けられたエッチングマスク１０が形成される。そして、このエッチングマスク１０の凹状パターン１３を除く頂面１０ａ領域が、後述する被処理基板に形成するパターン領域となる。

なお、ここでは、ハードマスク１２’をＣｒ膜１２により形成したが、本発明はこれに限定されず、他の金属膜または金属含有膜により形成してもよい。また、ここではハードマスク１２’を除去することとするが、このハードマスク１２’をエッチングマスク１０の頂面１０ａ上に残存させてもよい。この場合には、後述するように、このエッチングマスク１０を用いて被処理基板の有機膜をプラズマエッチングする際、このハードマスク１２’が遮光膜として機能し、パターンとして残存させる有機膜がプラズマにより発生する紫外線により損傷を受けることが防止される。

＜被処理基板の作製＞
次に、プラズマエッチングに用いる被処理基板２０について、図２を用いて説明する。被処理基板２０は、下地基板２１と下地基板２１上に設けられた有機膜２２（被処理膜）とで構成されることとする。このような被処理基板２０の形成方法としては、例えばガラス基板からなる下地基板２１に洗浄液を用いて超音波洗浄を行う。その後、下地基板２１にＵＶ−オゾンクリーニングを行うことで、さらに清浄化する。

次いで、例えば有機材料を溶剤中に混合し、有機材料含有液を作製する。液の分散は、超音波にて行うこととする。そして、例えばスピンコート法により、下地基板２１上に上記有機材料含有液を塗布する。続いて、例えばホットプレートにより焼成することで、下地基板２１上に有機膜２２が設けられた被処理基板２０を作製する。

＜エッチング装置＞
次に、本実施形態のドライエッチングに用いるエッチング装置について説明する。図３に示すように、このエッチング装置３０は、被処理基板に処理を行うための処理チャンバー３１と、処理チャンバー３１の底部に配置されるとともに被処理基板２０を保持する基板保持手段３２と、基板保持手段３２に対向配置されるとともに、エッチングマスク１０を保持するマスク保持手段３３とを備えている。

処理チャンバー３１には、エッチングガスを供給するためのガス供給管３４の一端が接続されており、このガス供給管３４の他端側は、エッチングガスが貯留されたボンベ等の供給源（図示省略）が接続された状態となっている。また、処理チャンバー３１には、余剰なエッチングガスおよびエッチングによる反応生成物を除去するための排気管３５が設けられている。排気管３５には、真空ポンプ（図示省略）が接続されており、処理チャンバー３１内を減圧可能に構成されていることとする。

この処理チャンバー３１の底部に配置される基板保持手段３２は、その基板保持面３２ａに被処理基板２０を保持可能に構成されている。この基板保持手段３２には、加圧機構３２ｂが設けられており、後述するマスク保持手段のマスク保持面に対して、基板保持面３２ａが近接および離間可能に構成されている。また、基板保持面３２ａの全域にはアルミニウム（Ａｌ）からなる金属板（図示省略）が設けられている。この金属板は、交流駆動回路３６に接続されており、電圧を印加可能に構成されている。

また、処理チャンバー３１の上部には、基板保持手段３２に対向する状態で、マスク保持手段３３が設けられている。マスク保持手段３３は、そのマスク保持面３３ａにエッチングマスク１０を保持可能に構成されており、このマスク保持面３３ａと上記基板保持面３２ａとは対向して配置されている。このマスク保持手段３３にも、基板保持手段３２と同様に、加圧機構３３ｂが設けられており、マスク保持面３３ａが基板保持面３２ａに対して近接および離間可能に構成されている。また、マスク保持面３３ａの全域には、Ａｌからなる金属板（図示省略）が設けられている。この金属板は、基板保持手段３２と同様に、交流駆動回路３６に接続されており、電圧を印加可能に構成されている。

なお、ここでは、基板保持手段３２とマスク保持手段３３の両方に、加圧機構３２ｂ、３３ｂが設けられる例について説明するが、加圧機構は、基板保持手段３２およびマスク保持手段３３のどちらか一方に設けられていればよい。

＜ドライエッチング＞
次に、本実施形態のドライエッチングについて説明する。本実施形態では、プラズマエッチングを行う例について説明する。まず、上述したようなエッチング装置３０の処理チャンバー３１内に、上記エッチングマスク１０および被処理基板２０を導入する。そして、被処理基板２０の有機膜２２側をマスク保持手段３３側に向けた状態で、被処理基板２０を基板保持面３２ａに装着する。また、エッチングマスクの凹状パターン１３の形成面側を基板保持手段３２側に向けた状態で、上記エッチングマスク１０をマスク保持面３３ａに装着する。

次いで、排気管３５に接続された真空ポンプにより、処理チャンバー３１内を１０^-4Ｐａの真空状態にした後、ガス供給管３４から酸素ガス（Ｏ₂）からなるエッチングガスを導入する。ここで、エッチングガスにＯ₂を用いることにより、プラズマで発生する紫外線により、有機膜２２中で分子の結合を分断された原子が、酸素イオンや励起子により二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）等の気体として除去される。このＯ₂の導入により、処理チャンバー３１内の圧力Ｐは５×１０^-3ｍＰａとなる。

その後、加圧機構３２ｂまたは加圧機構３３ｂにより、基板保持面３２ａとマスク保持面３３ａとを近接させて、被処理基板２０上にエッチングマスク１０を対向配置する。この際、ここでの図示は省略したが、エッチングマスク１０と被処理基板２０の端部には、それぞれアライメントマークが設けられており、それぞれのアライメントマークの位置が一致するように、エッチングマスク１０と被処理基板２０との水平方向の位置合わせを行う。

また、対向配置するエッチングマスク１０と被処理基板２０の距離については、次のように決定する。図４（ａ）に示すように、基板保持手段３２の基板保持面３２ａおよびマスク保持手段３３のマスク保持面３３ａに平板状の絶縁性基板Ａ、Ｂをそれぞれ装着した場合、対向する絶縁性基板Ａと絶縁性基板Ｂとの距離をｄとすると、処理雰囲気のガス圧Ｐと距離ｄとの積（Ｐｄ値）により、プラズマ放電開始電圧Ｖｉは変化する。

この場合のＶｉ−Ｐｄ値特性のグラフを、図４（ｂ）に示す。このＶｉ−Ｐｄ値特性は、エッチングガスの種類と電極表面の材料および外部印加電圧波形により決定されるものである。そして、プラズマ放電開始電圧Ｖｉが最小値Ｖｉ_xとなるＰｄ値ＸよりもＰｄ値が小さいとプラズマ放電開始電圧Ｖｉが急激に高くなる（矢印Ｙ方向）。また、Ｐｄ値ＸよりもＰｄ値が大きい場合には、プラズマ放電開始電圧Ｖｉは徐々に高くなる（矢印Ｚ方向）。

ここで、図４（ｂ）のグラフと図４（ｃ）の断面図を用いてエッチングマスク１０と被処理基板２０の距離について説明する。この場合には、エッチングマスク１０の頂面１０ａと対向する有機膜２２はパターンとして残存させ、凹状パターン１３の底面１３ａと対向する有機膜２２をエッチング除去する。このため、エッチングマスク１０の頂面１０ａと被処理基板２０の表面との間でプラズマ放電が起きず、凹状パターン１３の底面１３ａと被処理基板２０の表面との間でのみプラズマ放電が起きるように、エッチングマスク１０と被処理基板２０の距離を設定する。

例えば、エッチングマスク１０の頂面１０ａと被処理基板２０の表面との距離ｄ₁と処理雰囲気内の圧力Ｐとの積（Ｐｄ₁）が、プラズマ放電開始電圧Ｖｉが急激に高くなるＰｄ値ＸよりＹ方向側となるように、下記式１の範囲で距離ｄ₁を設定する。

一方、凹状パターン１３の底面１３ａと被処理基板２０の表面との距離ｄ₂と処理雰囲気内の圧力Ｐとの積（Ｐｄ₂）が、プラズマ放電開始電圧Ｖｉが徐々に高くなるＰｄ値Ｘを含んだＺ方向側となるように、下記式２の範囲で距離ｄ₂を設定する。

そして、上記式１および式２を満たす範囲で、Ｐｄ₁のときのプラズマ放電開始電圧Ｖｉ₁（第１の電圧値Ｖｉ₁）は、Ｐｄ₂のときのプラズマ放電開始電圧Ｖｉ₂（第２の電圧値Ｖｉ₂）より高くなるようにする。

ここで、第１の電圧値Ｖｉ₁と第２の電圧値Ｖｉ₂との差は大きい方が好ましい。しかし、Ｐｄ₁がＰｄ値Ｘ付近の場合には、第１の電圧値Ｖｉ₁が低くなるため、両者の差が出難くなる。このため、Ｐｄ₁はＰｄ値Ｘからある程度離れた値である方が第１の電圧値Ｖｉ₁が高くなることから、ｄ₁は下記式３を満たすことが好ましい。

また、Ｐｄ₂はＰｄ値Ｘに近い方が、Ｖｉ₂が最小値Ｖｉ_xに近くなるため好ましい。ただし、Ｐｄ₂をＰｄ値Ｘとなるように設定した場合に、凹状パターン１３の深さｈが加工上の誤差で少し浅くなると、Ｐｄ₂がＰｄ値Ｘよりも小さくなる場合がある。この場合には、第１の電圧値Ｖｉ₁と第２の電圧値Ｖｉ₂との差が小さくなることから、マージンをとって、ｄ₂は下記式４を満たすことが好ましい。

そして、距離ｄ₁と距離ｄ₂とが例えば上記式３および式４を満たすように、エッチングマスク１０を被処理基板２０上に配置した後、後述するように、第２の電圧値Ｖｉ₂以上であり、かつ第１の電圧値Ｖｉ₁よりも低い電圧をエッチングマスク１０と被処理基板２０との間に印加する。これにより、凹状パターン１３の底面１３ａと対向する有機膜２２が接する空間にプラズマが発生し、有機膜２２がエッチング除去されるとともに、エッチングマスク１０の頂面１０ａと対向する有機膜２２がパターンとして残存する。

また、距離ｄ₂と距離ｄ₁との差で規定されるエッチングマスク１０の凹状パターン１３の深さｈは、上述したような距離ｄ₁、ｄ₂の設定条件に基づき、決定されることとする。

本実施形態では、図５（ａ）に示すように、エッチングマスク１０を被処理基板２０に接触させた状態で、エッチングを行うこととする。これにより、エッチングマスク１０の頂面１０ａと被処理基板２０の表面との距離ｄ₁（前記図４（ｃ）参照）は０、凹状パターン１３の底面１３ａと被処理基板２０の表面との距離ｄ₂（前記図４（ｃ）参照）は凹状パターン１３の深さｈとなり、ここでは５０μｍとなる。次いで、交流駆動回路３６（前記図３参照）により、第２の電圧値Ｖｉ₂以上であり、かつ第１の電圧値Ｖｉ₁より小さい電圧を印加することで、被処理基板２０とエッチングマスク１０とで密閉された凹状パターン１３内にプラズマを発生させる。

この状態で、図５（ｂ）に示すように、凹状パターン１３の底面１３ｂと対向する被処理基板２０の有機膜２２が除去されるまで維持することで、エッチングマスク１０の頂面１０ａと接触する有機膜２２が残存し、基板２１上の有機膜２２にパターンが形成される。

なお、凹状パターン１３内がエッチングの反応生成物で満たされ、エッチングの進行が妨げられる場合には、電圧の印加を停止し、例えばマスク保持手段３３（前記図３参照）を上方に可動させて、エッチングマスク１０と被処理基板２０とを離間する。次いで、エッチングマスク１０と被処理基板２０との間に、エッチングガスを導入する。その後、マスク保持手段３３を下方に可動させて、エッチングマスク１０と被処理基板２０とを再び接触状態で配置した後、電圧を印加して、エッチングを行うこととする。

その後、図５（ｃ）に示すように、電圧の印加を停止し、例えばマスク保持手段３３（前記図３参照）を上方に可動させることで、エッチングマスク１０（前記図５（ｂ）参照）を被処理基板２０から離間する。続いて、処理チャンバー３１（前記図３参照）内に窒素を導入し、処理チャンバー３１内を大気圧とした後、下地基板２１上に有機膜２２のパターンが形成された被処理基板２０を取り出す。

このようなパターンの形成方法によれば、表面側に凹状パターン１３が設けられたエッチングマスク１０を用い、凹状パターン１３を被処理基板２０に対向させて有機膜２２上接触状態で配置する。そして、この状態でプラズマエッチングを行うことから、レジストの塗布および露光等の煩雑なレジストパターンの形成工程を行わなくてもよい。これにより、工程が簡略化されるため、生産性を向上させることができる。

また、レジストパターンを形成しないことで、転写工程が少なくなることからパターンの寸法誤差が防止される。さらに、マイクロコンタクトプリント法と比較して、凸状部分を基板に押し付けてパターンを形成するのではなく、エッチングマスク１０の凹状パターン１３を利用して有機膜２２にパターンを形成するため、エッチングマスク１０の劣化が少なく、同じエッチングマスク１０を繰り返し利用できるため、パターンの再現性も向上する。したがって、高精度なパターンを再現性よく形成することができる。

さらに、本実施形態のパターンの形成方法によれば、有機膜２２のパターンを形成する場合であっても、有機膜２２上に無機膜からなるハードマスクを形成しなくてもよく、容易にパターンを形成することが可能である。

なお、上述した実施形態では、エッチングマスク１０と被処理基板２０とを接触させた状態でプラズマエッチングを行う例について説明したが、エッチングマスク１０の頂面１０ａに対向する有機膜２２がエッチング除去されない範囲であれば、この頂面１０ａと被処理基板２０の表面との距離ｄ₁は０でなくてもよく、式５を満たす範囲で所定幅の間隙を有していてもよい。

これにより、凹状パターン１３の内部が密閉状態とならず、プラズマエッチング中に反応生成物の流出およびエッチングガス流入が可能となるため、凹状パターン１３内が反応生成物で充満することによりエッチングの進行が妨げられることがなく、好ましい。ただし、この場合には、１０００Ｐａ以下の低圧力雰囲気下でエッチングを行うこととする。これにより、プラズマが電界方向に作用することから、エッチングマスク１０と被処理基板２０とが接触状態でなくても、頂面１０ａに対向する有機膜２２のエッチング除去が確実に防止される。

また、上述した実施形態では、有機膜２２にパターンを形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、被処理膜としては種々の材料を用いることが可能である。また、被処理膜の種類により、エッチングガスが変化するため、それにともない、エッチングマスク１０の材質も適宜選択されることとする。ここで、被処理膜の材料とエッチングガスとエッチングマスクの材質の組み合わせを表１に示す。

この表に示すように、特に、エッチングガスとしてフロロカーボン（ＣＦ_x）系ガスを用いる場合には、このエッチングガスのプラズマ化によりＳｉＯ₂からなるエッチングマスク１０はエッチングされることから、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる基板１１を用いることとする。また、ここではアルゴン（Ａｒ）を記載したが、Ａｒの代わりにヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスおよび窒素は、適宜用いられることとする。

さらに、上述した実施形態では、被処理基板２０の表面側に有機膜２２が設けられており、有機膜２２にパターンを形成する例について説明したが、基板の表面側にトレンチ等の凹状パターンを形成する場合であっても、本発明は適用可能である。

上述した実施形態の実施例について、具体的に説明する。

＜エッチングマスクの作製＞
実施形態と同様の方法により、エッチングマスクを作製した。まず、図１（ａ）に示すように、エッチングマスクの基板１１としては、信越化学社製の合成石英基板ＶＩＯＳＩＬを用い、この基板１１に、横浜油脂工業社製セミクリーンＬＣ−２からなる洗浄液を用いて超音波洗浄を行った。次に、アルバック社製EBX040916Aからなる真空蒸着装置にこの基板１１を導入し、真空蒸着法によりＣｒ膜１２を２００ｎｍの膜厚で形成した。

次いで、図１（ｂ）に示すように、スピンコート法により、Ｃｒ膜１２上に、クラリアントジャパン製ポジ型感光性レジストＡＺ１５００（粘度：２０ｃｐ）を塗布した後、ホットプレートを用いて９０℃で９０秒間乾燥した。続いて、ズースマイクロテック社製の手動露光機（ＭＡ−６型）にて、露光マスクを介して、ブロードバンドのＵＶ光源、ｉ線を３０ｍＪ／ｃｍ²照射することで、パターンを露光した。その後、２．３８％のＴＭＡＨ溶液にて６０秒間のパドル現像を行い、１５０℃１０分間の焼成を行う。これにより、Ｃｒ膜１２上に膜厚１μｍのレジストパターンＲを形成した。このレジストパターンの精細度は、ライン／スペースで１０μｍ／１０μｍであった。

次に、図１（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ（前記図１（ｂ）参照）をマスクに用い、ナガセケムテック社製のクロムエッチャントＫ−４をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより、Ｃｒ膜１２をパターンニングすることで、ハードマスク１２'を形成した。その後、クラリアントジャパン社製のＡＺリムーバー７００を用い、レジストパターンＲを除去した。

次いで、図１（ｄ）に示すように、アルバック社製のＮＬＤ−８００からなるドライエッチング装置に、ハードマスク１２'が設けられた状態の基板１１を導入し、ドライエッチングを行う。この際のエッチング条件としては、ＣＦ₄〔流量:５０ｃｍ³/ｍｉｎ〕、アンテナパワーを１５００Ｗ、バイアスパワーを２０Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を０．４Ｐａで行った。これにより、ハードマスク１２'から露出した基板１１の表面側に５０μｍの深さの凹状パターン１３を形成した。

その後、図１（ｅ）に示すように、ナガセケムテック社製のクロムエッチャントＫ−４に５分間浸漬させることで、Ｃｒからなるハードマスク１２'（前記図１（ｄ）参照）を除去した。これにより、一主面側に凹状パターン１３が設けられたエッチングマスク１０を形成した。

＜被処理基板の作製＞
次に、実施形態で図２を用いて説明した方法と同様の方法により、被処理基板２０を作製した。ここでは、有機膜２２としてＳＡＭ（Self Assembly monolayar)膜を形成した。具体的には、下地基板２１としては、コーニング社製の無アルカリガラス１７３７基板を用い、この下地基板２１に、例えば横浜油脂工業社製セミクリーンＬＣ−２からなる洗浄液を用いて超音波洗浄を行った。続いて、例えばサムコインターナショナル社製のＵＶ−１を用いて、下地基板２１のＵＶ−オゾンクリーニングを行った。

次いで、[３−(２−）アミノプロピル]トリエトキシシランを乳酸エチル中に混合し、０．５ｗ％の溶液を作製した。液の分散は、超音波にて行った。そして、例えば２０００ｒｐｍで３０秒間のスピンコーティングを行うことにより、下地基板２１上に有機膜２２を形成した後、ホットプレートで１２０℃、１０分間焼成した。その後、余分に堆積しているアミノシランを除去するため、エタノールで２０分間超音波洗浄した後、ホットプレートで１２０℃５分間乾燥した。これにより、下地基板２１上にアミノシランの単層膜からなる有機膜２２を形成した。この方法で有機膜２２の膜厚をＡＦＭにより確認したところ１．１〜１．３ｎｍであり、所望の成膜ができたことが確認された。

＜ドライエッチング＞
次に、実施形態で図３を用いて説明したエッチング装置３０の処理チャンバー３１内に、上記エッチングマスク１０および上記被処理基板２０を導入した。そして、被処理基板２０を基板保持手段３２の基板保持面３２ａに装着するとともに、上記エッチングマスク１０を、凹状パターン形成面側を基板保持手段３２側に向けた状態で、マスク保持手段３３のマスク保持面３３ａに装着した。

次いで、真空ポンプにより、処理チャンバー３１内を１０^-4Ｐａの真空状態にした後、ガス供給管３４から酸素ガスからなるエッチングガスを導入することで、処理チャンバー３１内の圧力を５×１０^-3ｍＰａとした。その後、基板保持面３２ａとマスク保持面３３ａとを近接させて、被処理基板２０とエッチングマスク１０とを接触状態で対向配置した。この際の接触圧力は０．２ｍＰａであった。

次いで、基板保持面３２ａとマスク保持面３３ａに電圧を印加することで、被処理基板２０とエッチングマスク１０とで密閉された凹状パターン１３内にプラズマを発生させた。この際、印加した電圧は矩形波で１０ｋＶ、Ｄｕｔｙ５０％、周波数１０ｋＨｚであった。この状態で、約１０分間維持した。これにより、有機膜２２の凹状パターン１３と対向する領域が除去されることで、エッチングマスク１０の頂面１０ａに接触した部分の有機膜２２が残存し、有機膜２２にパターンが形成された。

次いで、電圧を切り、基板保持面３２ａとマスク保持面３３ａとを離間させて、エッチングマスク１０と被処理基板２０とを離間させ、処理チャンバー３１内に窒素を導入し、処理チャンバー３１内とした後、被処理基板２０を取り出した。

その後、アミノシランの単層膜からなる有機膜２２がパターン形成された被処理基板２０をディップソール社製のパラジウム（Ｐｄ）触媒溶液（ＩＧ−０２１８Ａ）に４分間浸漬して、アミノ基にＰｄを吸着させた後、流水にて５分間リンスした。続いて、無電解めっき法により、上村工業社製のＮｉ-Ｂ用メッキ液ＢＥＬ８０１を用い、Ｐｄが吸着した部分にＮｉ膜を形成することで、基板２１上にＮｉからなる電極パターンを形成した。

これにより、精細度がＬ／Ｓで１０μｍ／１０μｍの微細な電極パターンが形成されることが確認された。

本発明のパターンの形成方法に係る実施形態のエッチングマスクの作成方法を説明するための製造工程断面図である。本発明のパターンの形成方法に係る実施形態の被処理基板を説明するための断面図である。本発明のパターンの形成方法に係る実施形態のエッチング装置を説明するための構成図である。本発明のパターンの形成方法に係る実施形態のＶｉ−Ｐｄ曲線を示すための断面図（ａ）およびＶｉ−Ｐｄ曲線を示すグラフ（ｂ）ならびに、実施形態を説明するための断面図（ｃ）である。本発明のパターンの形成方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である。

符号の説明

１０…エッチングマスク、１３…凹状パターン、１０ａ…頂面、１３ａ…底面、２０…被処理基板、２２…有機膜

Claims

一主面側に凹状パターンが設けられたエッチングマスクを、前記凹状パターンを被処理基板に対向させて、接触状態または所定幅の間隙を有した状態で、前記被処理基板上に配置するとともに、前記エッチングマスクと前記被処理基板との間にエッチングガスを導入する第１工程と、
前記エッチングガスにより、前記被処理基板の前記凹状パターンとの対向領域をエッチングすることで、前記エッチングマスクの頂面と対向する前記被処理基板の表面側にパターンを形成する第２工程とを有し、
前記第１工程では、前記エッチングマスクの頂面と前記被処理基板の表面との間でプラズマ放電が開始される第１の電圧値が、前記凹状パターンの底面と前記被処理基板の表面との間でプラズマ放電が開始される第２の電圧値よりも高くなるように、前記凹状パターンの深さおよび前記エッチングマスクと前記被処理基板との距離を調整して、前記エッチングマスクを前記被処理基板上に配置し、
前記第２工程では、前記第２の電圧値以上で、かつ第１の電圧値よりも低い電圧を、前記エッチングマスクと前記被処理基板との間に印加して、前記エッチングガスをプラズマ化してエッチングする
パターンの形成方法。