JP4865356B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、モールドに形成されたパターンを基板上に配置された樹脂材料に接触させてこれを硬化させることにより、基板上にパターンを形成する技術（一般に、ナノインプリント技術と称される）に関する。

ナノインプリント技術は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤセンサ等の撮像素子といった各種デバイスや光学素子で用いられる微細パターンの形成に使用される（非特許文献１参照）。

ナノインプリントによるパターン転写方式には、モールドに対するレジストの流動性を高めるために、レジストとして使用されるポリマーをガラス転移温度以上に加熱し、その後ポリマーを硬化させて離型する熱サイクル法がある。また、紫外線硬化型の樹脂（ＵＶ硬化樹脂）をレジストとして使用し、透明なモールドを接触させた状態で感光および硬化させた後、離型する光硬化法又はＵＶ硬化法もある。

ＵＶ硬化法は、例えば特許文献１に開示されている。該特許文献１にて開示されているように、ＵＶ硬化樹脂のみを単層で用いる方法を、本明細書では「単層プロセス」という。

光硬化法のナノインプリント工程を図６に示す。

第１の工程（ａ）では、紫外線を透過する材質（例えば、石英）によって製作されたモールド（テンプレートともいう）２６を、ウェハ等の基板２４上に塗布されたＵＶ硬化樹脂２５に押し付ける。ＵＶ硬化樹脂２５は、モールドに形成されたパターンに沿って流動する。

第２の工程（ｂ）では、モールド２６を基板（ＵＶ硬化樹脂）２４に押し付けた状態で、紫外線２７を照射する。これにより、ＵＶ硬化樹脂がモールドのパターンに沿った形状で硬化する。

第３の工程（ｃ）では、モールド２６を基板２４から引き離す。基板上にＵＶ硬化樹脂がパターン形状を保って残ることにより、レジストパターン２５′が形成される。

このように形成されたレジストパターン２５′は、従来の光露光装置で転写されたレジストパターンと同等なものである。これを以下の説明では、「エッチングバリア」という。これ以後のプロセスは、従来のＬＳＩ製造プロセスと同様である。

また、特許文献２には、基板の凹凸を埋めて平坦化する等の目的で、樹脂を配置する前に基板上に下地層を形成するプロセスが提案されている。このように、下地層を形成する方法を、本明細書では「2層プロセス」いう。

さらに、非特許文献２には、ナノインプリントの反転パターンを形成するプロセスが提案されている。このようなプロセスを、本明細書では「反転プロセス」という。
特開２０００−１９４１４２号公報 ＵＳＰ６，３４４，９６０Ｂ１ S. Y. Chou, et.al., Science, vol.272,p.85-87, 5 April 1996 MICRO Magazine. JAN/FEB 2005 "Reverse Tone Bi-Layer Etch in UV Nanoimprint Lithography"

実際にナノインプリント技術を用いて半導体基板上等に微細パターンを形成する場合、基板の平坦度、モールドの平坦度、メカ的精度、樹脂のシュリンクなどの要因によってエッチングバリアの高さが基板内でばらつく。これを原因として、いわゆるＲＩＥ−ｌａｇ等の現象が発生し、デバイスの出来上がり寸法がばらつき、十分なデバイス性能が得られなくなる。また、寸法精度の悪化により歩留まりが低下する。

単層プロセスにおいて、アスペクト比がばらつく様子を図７を用いて説明する。実際の基板２４は、図７（ａ）に示すように完全な平坦ではなく、有限のうねりを持っている。基板２４本来のうねりだけでなく、ＣＭＰ（化学的機械的研磨：Chemical Mechanical Polishing）工程後等においてさらにうねり量が増大することが知られている。

基板２４に光硬化樹脂２５を塗布する（図７（ｂ））。次に、モールド２６を樹脂に押し付け（図７（ｃ））、その状態を保ったまま光２７を照射する（図７（ｄ））。そして、離型することにより、光硬化樹脂パターン２５′が形成される（図７（ｅ））。

このとき、モールド２６の下面と基板間の距離（本明細書では、以下これをギャップ平坦度という）は、基板のうねりによって均一ではない。また、図示していないが、実際にはモールドのうねりも存在するため、さらにギャップ平坦度は悪化する。

この状態で、樹脂パターン２５′の残膜をドライエッチングなどで除去すると、図７（ｆ）に示すように、エッチングバリア２９が完成する。このとき、ギャップ平坦度のばらつきがあるため、基板面からのエッチングバリア２９の高さがばらついてしまう。また、ギャップ平坦度がモールドの高さより大きい場合は、図７（ｇ）に示すように、残膜除去後に部分的に樹脂パターンが消失してしまう。したがって、モールドにおけるパターンの高さよりも、基板の平坦度が小さくなければならないという制約がある。

この場合、モールドのパターン高さを高くできればよいが、現実的にはパターン高さが高すぎると、離型性が悪化し、樹脂パターンに欠損が生じてしまう。例えば、図７（ｃ）に示すように、モールド２６のパターン幅Ｗ５とパターン高さＨ１７の比であるＨ１７ ／Ｗ５が２．５以上であると、離型によって樹脂パターンの欠損が多発する。

また、ギャップ平坦度が悪いと、エッチング時に基板面が露出するまでの時間が場所によって異なる。このため、結果的に、残膜厚が薄い部分のオーバーエッチ時間が長くなるため、エッチングバリアのＣＤ（微細寸法：critical dimension）ばらつきが大きくなるという欠点がある。

また、２層プロセスでアスペクト比がばらつく様子を図８を用いて説明する。まず、図８（ａ）に示す基板３０上に下地層３１を形成する（図８（ｂ））。下地層３１の成膜には、スピンコート、蒸着、ＣＶＤなどの方法が用いられるが、いずれの方法でも下地層３１は基板３０のうねりに倣った形状に形成される。

次に、下地層３１上に光硬化樹脂３２を塗布する（図８（ｃ））。次に、モールド３３を樹脂３２に押し付け、その状態を保ったまま光３４を照射する（図８（ｄ））。離型した後、光硬化樹脂パターン３２′ができる（図８（ｅ））。このとき、下地層３１は基板３０のうねりに倣って形成されるのに対し、ギャップ平坦度は基板３０のうねりによって均一ではない。また、図示していないが、実際にはモールド３３のうねりが存在するため、さらにギャップ平坦度は悪化する。

この状態で、樹脂パターン３２′の残膜をドライエッチングなどで除去すると、図８（ｆ）に示すようになる。このとき、ギャップ平坦度のばらつきがあるため、樹脂パターン３２′の残存部分の高さがばらついてしまう。また、ギャップ平坦度がモールド３３のパターン高さより大きい場合は、単層プロセスと同様に、残膜除去後に部分的に樹脂パターン３２′が消失してしまう。

次に、樹脂パターン３２′の残存部分をマスクとして下地層３１をエッチングする。樹脂と下地層のエッチングレート比を高くすると、樹脂パターンの残存部分が薄くても、図８（ｇ）に示すようなエッチングバリア３７が完成する。したがって、単層プロセスに比べて、エッチングバリア３７の高さを高くすることができる。

しかしながら、エッチングバリアの高さはギャップ平坦度のばらつきによってばらついてしまう。

次に、反転プロセスにおいてアスペクト比がばらつく様子を図９を用いて説明する。まず、図９（ａ）に示す基板３８上に光硬化樹脂３９を塗布する（図９（ｂ））。次に、モールド４０を樹脂３９に押し付け（図９（ｃ））、その状態を保ったまま光４１を照射する（図９（ｄ））。そして、離型後、光硬化樹脂パターン３９′ができる（図９（ｅ））。このとき、ギャップ平坦度は基板３８のうねりによって均一ではない。また、図示していないが、実際にはモールド４０のうねりがあるため、さらにギャップ平坦度は悪化する。

次に、樹脂パターン３９′上に反転層４３を形成する（図９（ｆ））。この後、反転層４３を樹脂パターン３９′の上部が露出するまでエッチバックする（（図９（ｇ））。

さらに反転層４３の残部をマスクとして樹脂パターン３９′をエッチングすると、図９（ｈ）に示すように、エッチングバリア４６が完成する。

この反転プロセスの場合、モールドのパターン高さよりも基板の平坦度が小さくなければならないという制約はない。しかしながら、エッチングバリアの高さはギャップ平坦度のばらつきによってばらついてしまうのは、単層プロセスや二層プロセスと同様である。

本発明は、基板とモールド間のギャップ平坦度のばらつきがあっても、基板面からの高さが均一なパターン（エッチングバリア）を形成することができるようにしたパターン形成方法を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としてのパターン形成方法は、基板上に第１および第２の層をこの順で形成し、該第２の層上に液体状の樹脂を塗布する第１ステップと、パターンに対応するモールドを樹脂に接触させ、該樹脂を硬化させる第２ステップと、硬化した樹脂、第１および第２層をエッチングして、パターンを形成する第３ステップとを有する。そして、第３ステップにおいて、パターンに対応する部分の第２の層上に樹脂が残存し、かつ他の部分の第１の層が露出した状態となるまで第１のエッチングを行い、残存した樹脂と露出した第１の層に対して第２のエッチングを行うことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としてのパターン形成方法は、基板上に第１および第２の層をこの順で形成し、該第２の層上に液体状の樹脂を塗布する第１ステップと、パターンに対応するモールドを樹脂に接触させ、該樹脂を硬化させる第２ステップと、硬化した樹脂上に第３の層を形成し、該第３の層をエッチバックする第３ステップと、樹脂および第１から第３の層をエッチングして、基板上にパターンを形成する第４ステップとを有する。そして、第４ステップにおいて、パターンに対応する部分の樹脂上に第３の層が残存し、かつ他の部分に第２の層が露出した状態となるまで第１のエッチングを行い、パターンに対応する部分の第２の層上に樹脂が残存し、かつ他の部分の第１の層が露出した状態となるまで第２のエッチングを行い、さらに、該残存した樹脂と露出した第１の層に対する第３のエッチングを行うことを特徴とする。

なお、上記パターン形成方法を使用してパターンを有する基板を製造する基板製造システムも本発明の他の側面を構成する。また、該パターン形成方法を使用して、パターンを有する基板を製造する方法も本発明の他の側面を構成する。さらに、該パターン形成方法を使用して基板上にパターンを形成し、該基板をエッチングし、該エッチングされた基板を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法も本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、基板とモールド間のギャップ平坦度のばらつきがあっても、基板のうねりに倣った第２の層をマスクとして樹脂および第１の層のエッチングを行うので、基板からの高さが均一なパターン（エッチングバリア）を形成することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるパターン形成方法の手順を示す。また、図２には、該パターン形成方法のフローチャートを示す。

まず、図２を用いて、本実施例のパターン形成方法の概略について説明する。ステップ（図にはＳと略記する）１では、スピンコート装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等の成膜装置１００を用いて、半導体ウェハや光学素子等の基板上に、第１の層としての下地層と第２の層としての中間層とをこの順で（基板側から、第１の層として下地層、第２の層としての中間層の順に）塗布又は形成する。これら下地層と中間層の材質については後述する。

次に、ステップ２では、該基板をナノインプリント装置２００にセットする。そして、ステップ３では、基板（中間層）上にＵＶ硬化樹脂を塗布する。

次に、ステップ４では、ＵＶ硬化樹脂に透明モールドであるテンプレートを押し付ける。テープレートには、エッチングバリアに対応する形状のパターンが形成されている。

そして、ステップ５では、ＵＶ硬化樹脂にテンプレートを通してＵＶ光を照射する。ＵＶ硬化樹脂が硬化した後、ステップ６では、テンプレートをＵＶ硬化樹脂から剥離する。これにより、エッチングバリアに対応したパターン形状を有するＵＶ硬化樹脂が形成される。

ステップ７では、樹脂パターンが形成された基板を第１エッチング装置３００にセットする。そして、ステップ８では、該基板に対して後述する第１エッチングを行う。

次に、ステップ９では、第１エッチング後の基板を第２エッチング装置４００にセットする。そして、ステップ１０では、該基板に対して後述する第２エッチングを行う。こうして所望のエッチングバリアが形成された基板が完成する。

なお、上記成膜装置１００、ナノインプリント装置２００、第１および第２エッチング装置３００，４００により基板製造システムが構成される。第１および第２エッチング装置３００，４００は異なる装置であってもよいし、同じ装置であってもよい。

以下、図１を用いて上述した各ステップにおける具体的な処理について、材料および数値例を挙げながら説明する。

まず、図１（ａ）で示す基板１を準備し、該基板１上に下地層２と中間層３をこの順で形成する（図１（ｂ），ステップ１）。下地層２の材料としては、本実施例では、通常のフォトリソグラフィで用いられるＫｒＦ用のＢＡＲＫ材料を用いる。また、中間層３の材料としては、ＨＳＱ（Hydrogen Silsequioxane）を用いる。

これらの層は、上述したようにスピンコート法で形成するとよい。スピンコート法で塗布すると、図１（ｂ）のように、基板１のうねりに倣った膜（層）が形成される。また、これら下地層２および中間層３は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などで形成してもよい。さらに、下地層２および中間層３の材料として、有機物のほか、ＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜などの無機膜を用いてもよい。本実施例では、下地層２の厚さＨ２は６４ｎｍ、中間層３の厚さＨ４は２０ｎｍである。

次に、中間層３上に液体状のＵＶ硬化樹脂４を塗布する（ステップ３）。ＵＶ硬化樹脂４としては、例えばアクリル系の樹脂にアダマンチル基などのドライエッチ耐性を向上させる基を含ませた材料を用いる。

そして、透明なテンプレート５を樹脂４に押し付け（図１（ｃ），ステップ４）、その状態を保ったままＵＶ光６を照射する（図１（ｄ），ステップ５）。これにより、樹脂４が硬化する。テンプレート５には、半導体デバイス（大規模集積回路やＭＥＭＳ等）や光学素子（回折光学素子等）に形成すべきパターンに対応する凹凸形状（モールドパターン）が形成されている。

本実施例でのテンプレート５の凹部の深さＨ１は７０ｎｍ、該凹部の幅Ｗ１および凸部の幅Ｗ２はともに３２ｎｍである。

次に、テンプレート５を樹脂４から剥離させる（図１（ｅ），ステップ６）。これにより、硬化した樹脂パターン層（以下、これをインプリント層という）４′が中間層３上に形成される。テンプレート５を剥離させた後、ＵＶ硬化樹脂はシュリンクする。シュリンク後のインプリント層４′のパターン高さＨ３は、６４ｎｍである。

このとき、前述したように、テンプレート５の下端面と基板１間の距離であるギャップ平坦度は、基板１のうねりによって均一ではない。また、図示していないが、テンプレート５にもうねりがある。このため、さらにギャップ平坦度は悪化する。ギャップ平坦度は、図１（ｅ）中に示された中間層３の上面とインプリント層４′の凹部底面（テンプレート５の凸部下端面）との間の最大および最小距離に相当する残膜最大厚さＡおよび残膜最小厚さＢを用いて、
Ａ−Ｂ
で表される。本実施例でのギャップ平坦度は、３２ｎｍである。

次に、第１のエッチングとして、インプリント層４′、中間層３および下地層２のエッチングを順次行う（ステップ８）。そして、エッチングバリアに対応する部分以外の部分の下地層２が完全に露出したときに該エッチングを停止する（図１（ｆ））。このときのエッチング条件としては、例えばＣＨＦ_３ガスを用いたドライエッチング法において、平行平板型ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）装置を使用し、ＲＦパワーを１５０Ｗ、エッチング時圧力を３Ｐａに設定する。

このドライエッチングでのインプリント層４′のエッチングレートＲ１と中間層３のエッチングレートＲ２との比であるＲ１／Ｒ２は３である。また、インプリント層４′のエッチングレートＲ１と下地層のエッチングレートＲ３の比であるＲ１／Ｒ３は１である。

第１のエッチングが終了した時点でのインプリント層４′の残存部の最小厚Ｈ６および最大厚Ｈ７はそれぞれ、３２ｎｍと６４ｎｍである。また、ギャップ間距離が最小である箇所の下地層３の残存膜厚Ｈ５は、５９ｎｍである。

なお、このエッチングでは、インプリント層４′のエッチングレートＲ１よりも下地層２のエッチングレートＲ３の方が遅くなる材料とエッチング条件を組み合わせるようにしてもよい。これにより、エッチングバリアの完成時にインプリント層４′を完全に除去することができる。

次に、第２のエッチングとしての下地層エッチングを行う（ステップ１０）。このときのエッチング条件として、例えば酸素ガスでドライエッチングを行うと、インプリント層４′の残存部分も同時にエッチングされる。該ドライエッチングは、例えば、平行平板型のＲＩＥを用い、酸素ガス１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１５０Ｗ、エッチング時圧力３Ｐａで行う。

この下地層エッチングにおけるインプリント層４′のエッチングレートＲ４と中間層３のエッチングレートＲ５の比であるＲ４／Ｒ５は、１００である。また、インプリント層４′のエッチングレートＲ４と下地層３のエッチングレートＲ６の比であるＲ４／Ｒ６は１である。

これにより、最終的に図１（ｇ）に示すようなエッチングバリア９が形成された基板１が完成する。ここで、同図に示すように、エッチングバリア９、基板１やテンプレート５のうねり（ギャップ平坦度の大きさ）にかかわらず、高さが均一なパターンとして形成される。本実施例では、エッチングバリアの高さＨ８は８４ｎｍである。

なお、図２の説明においては、第１エッチングと第２エッチングを行うエッチング装置が異なるように説明したが、これらを同一のエッチング装置で行うようにしてもよい。

さらに、この下地層エッチングにおいては、インプリント層４′のエッチングレートＲ４よりも下地層２のエッチングレートＲ６の方が遅くなる材料とエッチング条件を組み合わせることが望ましい。これにより、エッチバリア完成時にインプリント層４′を完全に除去することができる。

但し、本発明は、上述した各層の材料やエッチング条件、成膜条件に特に限定されるものではない。

また、図１（ｅ）にＡで示した残膜最大厚に関して、エッチングバリアの高さが均一になる条件は、下地層３がエッチングされる間にインプリント層４′の残存部（最大膜厚Ｈ７）が完全にエッチングされることである。

Ｈ７はテンプレート５の凹部の深さＨ１が転写されて光硬化時にシュリンクし、さらに中間層３のエッチング完了する間に減少する。また、Ｈ３とＨ７は等しい。このことから、
Ｈ１＜（Ｈ１／Ｈ３）×（Ｒ１’／Ｒ２’）×Ｈ２
を満たすことが条件となる。

但し、Ｈ１はテンプレート５のモールドパターン高さ、Ｈ２は下地層２の厚さ、Ｒ１’は下地層エッチングの際のインプリント層４′のエッチングレート、Ｒ２’は下地層エッチング２の際の下地層２のエッチングレートである。また、Ｈ３はインプリント層４′に形成された樹脂パターンの高さである。

図３には、本発明の実施例２であるパターン形成方法の手順を示す。また、図４には、該パターン形成方法のフローチャートを示す。

まず、図４を用いて、本実施例のパターン形成方法の概略について説明する。ステップ５１では、スピンコート装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等の成膜装置１００を用いて、半導体ウェハや光学素子等の基板上に、第１の層としての下地層と第２の層としての中間層とをこの順で形成する。これら下地層と中間層の材質については後述する。

次に、ステップ５２では、該基板をナノインプリント装置２００にセットする。そして、ステップ５３では、基板（中間層）上にＵＶ硬化樹脂を塗布する。

次に、ステップ５４では、ＵＶ硬化樹脂に透明モールドであるテンプレートを押し付ける。テープレートには、エッチングバリアに対応する形状のパターンが形成されている。

そして、ステップ５５では、ＵＶ硬化樹脂にテンプレートを通してＵＶ光を照射する。ＵＶ硬化樹脂が硬化した後、ステップ５６では、テンプレートをＵＶ硬化樹脂から剥離する。これにより、エッチングバリアに対応したパターン形状を有するＵＶ硬化樹脂が形成される。

次に、ステップ５７では、ＵＶ硬化樹脂上に反転層を形成するため、基板をスピンコート装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等の成膜装置（反転層形成装置）５００にセットする。この成膜装置５００は、ステップ５１で使用した成膜装置１００と同じでもよい。そして、ステップ５８では、反転層を形成する。反転層の材質については後述する。

次に、ステップ５９では、反転層が形成された基板を反転層エッチング装置６００にセットし、ステップ６０では、反転層をエッチバック（平坦化）する。

次に、ステップ６１では、反転層がエッチバックされた基板を、第１エッチング装置７００にセットする。そして、ステップ６２では、該基板に対して後述する第１エッチングを行う。

次に、ステップ６３では、第１エッチング後の基板を第２エッチング装置８００にセットする。そして、ステップ６４では、該基板に対して後述する第２エッチングを行う。

さらに、ステップ６５では、第２エッチング後の基板を第３エッチング装置９００にセットする。そして、ステップ６６では、該基板に対して後述する第３エッチングを行う。こうして所望のエッチングバリアが形成された基板が完成する。

なお、上記成膜装置１００、ナノインプリント装置２００、反転層形成装置５００、反転層，第１，第２および第３エッチング装置５００〜９００により基板製造システムが構成される。反転層，第１，第２および第３エッチング装置５００〜９００はそれぞれ異なる装置であってもよいし、すべて又は一部が同じであってもよい。

以下、図３を用いて上述した各ステップにおける具体的な処理について、材料および数値例を挙げながら説明する。
まず、図３（ａ）で示す基板１０を準備し、基板１０上に下地層１１と中間層１２をこの順で形成する（図３（ｂ），ステップ５１）。下地層１１の材料としては、本実施例では、通常のフォトリソグラフィで用いられるＫｒＦ用のＢＡＲＫ材料を用いる。また、中間層１２の材料としては、ＳＯＧ（Spin On Glass）やＨＳＱ（Hydrogen Silsequioxane）等のＳｉ含有材料を用いる。

これらの層は、上述したようにスピンコート法で形成するとよい。スピンコート法で塗布すると、図３（ｂ）のように、基板１０のうねりに倣った膜（層）が形成される。また、これら下地層１１および中間層１２は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などで形成してもよい。さらに、下地層１１および中間層１２の材料として、有機物のほか、ＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜などの無機膜を用いてもよい。本実施例では、下地層１１の厚さＨ９は１５０ｎｍ、中間層１２の厚さＨ１０は２０ｎｍである。

次に、中間層１２上に液体状のＵＶ硬化樹脂１３を塗布する（ステップ５３）。ＵＶ硬化樹脂４としては、例えばアクリル系の樹脂にアダマンチル基などのドライエッチ耐性を向上させる基を含ませた材料を用いる。

そして、透明なテンプレート１４を樹脂１３に押し付け（図３（ｃ），ステップ５４）、その状態を保ったままＵＶ光１５を照射する（図３（ｄ），ステップ５５）。これにより、樹脂１３が硬化する。テンプレート１４には、実施例１と同様に、基板に形成すべきパターンに対応する凹凸形状（モールドパターン）が形成されている。

本実施例でのテンプレート１４の凹部の深さＨ１１は７０ｎｍ、該凹部の幅Ｗ４および凸部の幅Ｗ３はともに３２ｎｍである。テンプレート押し付け後の残膜厚の最大値Ｃ′は２００ｎｍ、最小値Ｄ′は１００ｎｍである。

次に、テンプレート１４を樹脂１３から剥離させる（図３（ｅ），ステップ５６）。これにより、硬化した樹脂パターン層（以下、これをインプリント層という）１３′が中間層１２上に形成される。テンプレート１４を剥離させた後、ＵＶ硬化樹脂はシュリンクする。シュリンク後のインプリント層１３′のパターン高さＨ１２は、６４ｎｍである。

このとき、前述したように、テンプレート１４の下端面と基板１０間の距離であるギャップ平坦度は、基板１０のうねりによって均一ではない。また、図示していないが、テンプレート１４にもうねりがある。このため、さらにギャップ平坦度は悪化する。ギャップ平坦度は、図３（ｅ）中に示された中間層１２の上面とインプリント層１３′の凹部底面（テンプレート１４の凸部下端面）との間の最大および最小距離に相当する残膜最大厚さＣおよび残膜最小厚さＤ用いて、
Ｃ−Ｄ
で表される。本実施例でのギャップ平坦度は、３２ｎｍである。

次に、インプリント層１３′上に、第３の層としての反転層１６を形成する（図３（ｆ），ステップ５８）。反転層の材料には、例えばＳＯＧやＨＳＱなどのＳｉ含有材料を用いる。反転層１６の厚さＨ１３は、２００ｎｍである。

そして、反転層１６をインプリント層１３′の上部１３ａが露出するまでエッチバックする（図３（ｇ），ステップ６０）。エッチバック後の反転層１６の残膜厚Ｈ１４は、２２ｎｍである。

次に、第１のエッチングとして、反転層１６の残膜部をマスクとして、インプリント層１３′をエッチングする。そして、エッチングバリアに対応する部分以外の部分の中間層１２が完全に露出したときに該エッチングを停止する（図３（ｈ），ステップ６２）。このときのエッチング条件としては、例えばＣＨＦ_３ガスを用いたドライエッチング法において、平行平板型のＲＩＥを使用し、酸素ガス１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１５０Ｗ、エッチング時圧力を３Ｐａに設定する。

また、このドライエッチング時のインプリント層１３′のエッチングレートＲ７と反転層１６のエッチングレートＲ８の比であるＲ７／Ｒ８は１００である。また、インプリント層１３′のエッチングレートＲ７と中間層１２のエッチングレートＲ９の比であるＲ７／Ｒ９は１００である。

次に、第２のエッチングとして、インプリント層１３′の残膜部をマスクとして中間層１２をエッチングする。このとき、エッチングバリアに対応する部分以外の部分の下地層１１が完全に露出するまでエッチングを行う（図３（ｉ），ステップ６４）。さらに引き続き、中間層１２が除去された部分の下地層１１をエッチングし、中間層１２のうち図３（ｆ）に示した最小残膜厚部分１２ａが露出した時点で該エッチングを停止する（図３（ｊ））。

この第２のエッチングでは、インプリント層１３′の残膜部が下地層１１と同時にエッチングされるエッチング条件を選択する。さらに言えば、インプリント層１３′のエッチングレートが、下地層１１のエッチングレートよりも早くなるエッチング条件と材料の組み合わせを選択するのが望ましい。

例えば、インプリント層１３′の材料としてアクリル系のＵＶ硬化樹脂を、中間層１２の材料としてＨＳＱを、下地層１１の材料としてＫｒＦ用のＢＡＲＫ材を用いた場合、以下のようなエッチング条件が好ましい。

エッチング法としては、ＣＨＦ_３ガスを用いたドライエッチング法を用いる。該ドライエッチング時のインプリント層１３′のエッチングレートＲ１０と下地層１１のエッチングレートＲ１１の比であるＲ１０／Ｒ１１は２とする。

この第２のエッチングの結果、インプリント層１３′において最大残膜厚部であった部分１３ｂの膜厚Ｈ１５は１００ｎｍになり、下地層１１の膜厚Ｈ１６も１００ｎｍになる。

次に、第３のエッチングとして、下地層１１の残膜部とインプリント層１３′の残膜部１３ｂを同時にエッチングする（ステップ６６）。これにより、インプリント層１３′の残膜部１３ｂが完全に除去され、エッチングバリア対応部分の中間層１２が露出する。その後、該中間層１２をマスクとして、引き続き下地層１１のエッチングを行い、エッチングバリア対応部分以外の部分の基板１０の表面が露出した時点でエッチングを停止する（図３（ｋ））。

この第３のエッチングは、酸素ガスを用いたドライエッチング法を用いる。このドライエッチング時のインプリント層１３′のエッチングレートＲ１２と下地層１１のエッチングレートＲ１３の比であるＲ１２／Ｒ１３は１である。また、下地層１１のエッチングレートＲ１３と中間層１２のエッチングレートＲ１４の比であるＲ１３／Ｒ１４は１００である。

第３のエッチングが開始される時点で、前述したように膜厚Ｈ１５は１００ｎｍ、膜厚Ｈ１６は１００ｎｍであった。したがって、インプリント層１３′の最大残膜厚部であった部分１３ｂと第２のエッチング後の下地層１１とは同時にエッチングが終了する。以上のようにして、エッチングバリア１９が完成する。

本実施例のプロセスによれば、マスクとして機能した中間層１２によってエッチングバリア１９の高さが決まるため、最終的に形成されたエッチングバリア１９の基板１０からの高さが均一となる。

なお、上記各実施例では、ＵＶ硬化法によるナノインプリントを使用する場合について説明したが、本発明は、ＵＶ硬化法以外のナノインプリントを使用する場合にも適用することができる。

次に、先に説明した各実施例のパターン形成方法を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、本発明のパターン形成方法は、半導体デバイスの製造に限らず、光学素子等の各種デバイスの製造にも用いることができる。

ステップ１０１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（モールド作成）ではステップ１０１で設計した回路に基づいて、必要な個数のモールドとしてのテンプレートを作成する。一方、ステップ１０３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。

次のステップ１０４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記テンプレートとウェハを用い、上記各実施例のパターン形成方法を用いて、ウェハ上に実際の回路に対応したエッチングバリアを作成する。さらに、エッチングバリアを有するウェハに対して、実際の回路形成のためのエッチングその他の処理を行う。回路形成のためのエッチングにおいては、前述したようにウェハ上に形成されたエッチングバリアのウエハ面からの高さが均一であるので、エッチング深さのコントロールが行い易い。したがって、デバイスの出来上がり寸法が均一となり、十分なデバイス性能を得ることができる。また、寸法精度の悪化による歩留まり低下も回避できる。

次のステップ１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって処理されたウェハを半導体チップ化する工程である。この後工程は、アセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）などの組立工程を含む。

次のステップ１０６（検査）では、ステップ１０５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ１０７でこれを出荷する。

本発明の実施例１であるパターン形成方法を説明する概略図。 実施例１のパターン形成方法の工程を示すフローチャート。 本発明の実施例２であるパターン形成方法を説明する概略図。 実施例２のパターン形成方法の工程を示すフローチャート。 各実施例のパターン形成方法を利用した半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャート。 従来のナノインプリント方法を説明する概略図。 従来のパターン形成方法を説明する概略図。 従来のパターン形成方法を説明する概略図。 従来のパターン形成方法を説明する概略図。

符号の説明

１，１０ 基板
２，１１ 下地層
３，１２ 中間層
４，１３ ＵＶ硬化樹脂
５，１４ テンプレート
６，１５ ＵＶ光
４′，１３′ インプリント層
９，１９ エッチングバリア
１６ 反転層

Claims (10)

1. 基板上にパターンを形成する方法であって、
   前記基板上に、第１および第２の層をこの順で形成し、該第２の層上に液体状の樹脂を塗布する第１ステップと、
   前記パターンに対応するモールドを前記樹脂に接触させ、該樹脂を硬化させる第２ステップと、
   硬化した前記樹脂、前記第１および第２の層をエッチングして、前記パターンを形成する第３ステップとを有し、
   前記第３ステップにおいて、
   前記パターンに対応する部分の前記第２の層上に前記樹脂が残存し、かつ他の部分の前記第１の層が露出した状態となるまで第１のエッチングを行い、
   前記残存した樹脂と前記露出した第１の層に対して第２のエッチングを行うことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記第１および第２のエッチングにおいて、前記第２の層のエッチングレートが前記樹脂および前記第１の層のエッチングレートよりも低く、
   かつ前記第２のエッチングにおける前記第２の層の前記樹脂および前記第１の層に対するエッチングレート比が、前記第１のエッチングにおける該エッチングレート比よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記第１および第２のエッチングにおける前記樹脂のエッチングレートが、前記第１の層のエッチングレートよりも高いことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
   Ｈ１＜（Ｈ１／Ｈ３）×（Ｒ１’／Ｒ２’）×Ｈ２
   但し、Ｈ１は前記モールドに形成されたモールドパターンの高さ、Ｈ２は前記第１の層の厚さ、Ｒ１’は前記第２のエッチングにおける前記樹脂のエッチングレート、Ｒ２’は前記第２のエッチングにおける前記第１の層のエッチングレート、Ｈ３は前記モールドパターンによって前記樹脂に形成された樹脂パターンの高さである。
5. 基板上にパターンを形成する方法であって、
   前記基板上に、第１および第２の層をこの順で形成し、該第２の層上に液体状の樹脂を塗布する第１ステップと、
   前記パターンに対応するモールドを前記樹脂に接触させ、該樹脂を硬化させる第２ステップと、
   硬化した前記樹脂上に第３の層を形成し、該第３の層をエッチバックする第３ステップと、
   前記樹脂および前記第１から第３の層をエッチングして、前記基板上に前記パターンを形成する第４ステップとを有し、
   前記第４ステップにおいて、
   前記パターンに対応する部分の前記樹脂上に前記第３の層が残存し、かつ他の部分に前記第２の層が露出した状態となるまで第１のエッチングを行い、
   前記パターンに対応する部分の前記第２の層上に前記樹脂が残存し、かつ他の部分の前記第１の層が露出した状態となるまで第２のエッチングを行い、
   前記残存した樹脂と前記露出した第１の層に対する第３のエッチングを行うことを特徴とするパターン形成方法。
6. 前記第１のエッチングにおいて、前記第２の層および前記第３の層のエッチングレートが前記樹脂のエッチングレートより低く、
   前記第２のエッチングにおいて、前記第１の層のエッチングレートが前記樹脂のエッチングレートより低く、
   前記第３のエッチングにおいて、前記第２の層のエッチングレートが前記樹脂および前記第１の層のエッチングレートより低く、
   かつ前記第３のエッチングにおける前記第２の層の前記樹脂および前記第１の層に対するエッチングレート比が、前記第２のエッチングにおける該エッチングレート比よりも低いことを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
7. 前記第２および第３のエッチングにおける前記樹脂のエッチングレートが前記第１の層のエッチングレートよりも高いことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のパターン形成方法を使用してパターンを有する基板を製造することを特徴とする基板製造システム。
9. 請求項１から７のいずれか１つに記載のパターン形成方法を使用して、パターンを有する基板を製造することを特徴とする基板製造方法。
10. 請求項１から７のいずれか１つに記載のパターン形成方法を使用して、基板上にパターンを形成するステップと、
    該基板をエッチングするステップと、
    該エッチングされた基板を用いてデバイスを製造するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。