JP5144127B2 - ナノインプリント用のモールドの製造方法 - Google Patents
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Description
この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、数nmオーダーの分解能を持つため、ステッパ、スキャナ等の光露光機に代わる次世代の半導体製造技術としての期待が高まっている。
さらに、立体構造をウエハレベルで一括加工可能なため、幅広い分野への応用が期待されている。
例えば、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−TAS(Micro Total Analysis System)などのバイオチップの製造技術、等の分野への応用が期待されている。
即ち、基板(例えば半導体ウェハー)上に光硬化型の樹脂層を有するワークに対して、当該樹脂に所望の凹凸パターンが形成されたモールドを押し当て、さらに加圧し、紫外光を照射することで樹脂を硬化させる。
あるいは、熱可塑性の樹脂を基板に形成し、基板を加熱して柔らかくなった樹脂にモールドを押し当て加圧し、降温して樹脂を硬化させる。
以降、前者を光インプリント、後者を熱インプリントと記述する。
これにより、樹脂層に上記パターンが転写されるので、これをそのまま使用したり、この樹脂層をマスク層としてエッチング等を行い、基板へのパターン形成を行ったりなどする。
モールドの材質として、例えば光インプリントでは石英等の透明な材料が用いられる。そして、サブミクロンオーダーの石英の加工を、レジストマスクによるエッチングで行うのは非常に技術的難度が高い。
何故なら、SiO2のエッチングは一般的に他の材料と比較して非常に高いイオンエネルギーを必要とし、レジストマスクに対する負荷が非常に大きくなるからである。
これを解決するには、高いイオンエネルギーの衝撃に耐えうる物質を用いる、十分な膜厚のパターンを解像させる、消耗を抑制するエッチング条件を開発する等のいずれか、あるいはこれらの複合による対策を講じなければならない。
非特許文献2では、図3に示すように、金属材料をハードマスクとして用いたパターンの形成方法が開示されている。
まず、母材301の上に金属材料によるハードマスク層302を形成し、そのハードマスク層302の上にレジスト303を形成し、レジスト303にパターンを形成する(図3(a))。次に、レジスト303をマスクとしてエッチングを行い、レジストパターンを、薄い金属材料のハードマスク層302に転写させる(図3(b))。そして、そのハードマスク層302をマスクとして母材301をエッチングする(図3(c))方法が開示されている。
非特許文献3では、図5に示すように、リフトオフ法によってハードマスクを形成する方法が開示されている。
まず、母材301の上にレジスト502を形成し、レジスト502にパターンを形成する。そして、レジスト502の表面に、所望の材料からなるハードマスク層を、蒸着やCVD等の方法を用いて形成する(図5(a))。そして、レジスト502を溶解することによって、レジスト502の開口部分のみにハードマスク層503を残す(図5(b))。その後、図3(c)と同様にこのハードマスク層503をマスクとして母材501のエッチングを行なう。
Stephan y.Chou ET.Al., Appl.Phys.Lett,Vol.67,Issue 21,pp.3114−3116(1995) Ecron Thompson,Peter Rhyins,Ron Voisin,s.V.Sreenivasan,Patrick Martin.SPIE Microlithography Conference,February 2003. Stephen y.Chou,Peter R. Krauss,Wei Zhang,Lingjie Guo,and Lei Zhuang J.VAC.Sci.Technol.b 15,2897(1997)
100nm以下の加工寸法では、レジストの膜厚の減少、及び材料の脆弱化が顕著となる。そのため、ハードマスクの加工中にレジストが消失する場合がある。
また、レジストが十分な膜厚を有し、加工中に消失しない場合でも、図4に示すように、ドライエッチング時のプラズマによるダメージで変形する場合がある。
図4(a)は、図3(a)の鳥瞰図であり、母材301の上にハードマスク層302とレジスト303が形成されている。
レジスト303をマスクとして、ハードマスク層302をエッチングする際、レジスト303が意図しない形に変形されてしまう(図4(b))。
この結果、レジスト303のパターンのラフネスが、ハードマスク層へと転写され、その後のエッチングにより、母材301にもレジスト303のラフネスが転写されてしまう(図4(c))。
これらの要因により、CD(Critical Dimension)精度や、低LER(Line Edge Roughness)を満たすのが困難となる。
すなわち、レジスト表面に付着したハードマスクの材料が、除去不良で隣のパターンとつながってしまうという問題が生じる(図6(a))。
また、パターンのエッジにバリが生じてしまうという問題が生じる(図6(b))。
さらに、逆にパターンのエッジに十分な膜厚が着かないという問題が生じる(図6(c))。
これらにより、リフトオフ法では量産に対応出来るだけの歩留まりを得ることが困難である。
本発明のナノインプリント用のモールドの製造方法は、
第一の材料からなる母材の表面に設けられた第二の材料からなる薄膜上の転写層に、レジストによるパターンを形成する工程と、
前記レジストによるパターンの上に、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料による第三の材料からなる一回目の反転層を形成する工程と、
前記反転層を前記レジストの表面が露出するまで除去した後、前記レジストを除去して前記レジストによるパターンと相補的な前記反転層による第一の反転パターンを形成する工程と、
前記第一の反転パターンをマスクとして前記転写層をエッチングし、転写層上に前記第一の反転パターンを有する第二の反転パターンを形成する工程と、
前記第二の反転パターンの上に、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料による第三の材料からなる二回目の反転層を形成する工程と、
前記二回目の反転層および前記第一の反転パターンを前記転写層の表面が露出するまで除去した後、転写層を除去して前記第一の反転パターンと相補的な前記二回目の反転層による第三の反転パターンを得る工程と、
前記第三の反転パターンをマスクとして前記第二の材料からなる薄膜をエッチングし、該薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層を形成する工程と、
前記薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層をマスクとして、または前記薄膜上の前記第三の反転パターンを除去した該薄膜によるハードマスク層をマスクとして、前記第一の材料からなる母材をエッチングする工程と、を有し、
前記レジストによるパターンを形成する工程では、該パターンの形成にポジレジスト及び電子ビームによる直描が用いられ、
前記母材をエッチングする工程において、マスクとして使用する前記ハードマスク層が形成された領域以外の面積が、前記母材の面積全体の50%よりも少ない面積のもとで該母材をエッチングすることを特徴とする。
また、本発明のナノインプリント用のモールドの製造方法は、前記二回目の反転層を形成する工程の後に、該二回目の反転層を平坦化する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のナノインプリント用のモールドの製造方法は、前記第一の材料が酸化シリコン、前記第二の材料がクロム、前記第三の材料が酸化シリコンを含むSOG、であることを特徴とする。
また、本発明のナノインプリント用のモールドの製造方法は、前記モールドのパターンが、ハーフピッチ(hp)が22nm以下、側壁の角度が87.5°以上、アスペクト比が2.0以上であることを特徴とする。
また、本発明のナノインプリント用のモールドの製造方法は、前記モールドのパターンが、ハーフピッチ(hp)が32nm以下、側壁の角度が84°以上、アスペクト比が2.0以上であることを特徴とする。
これらは、例えば、つぎのような本発明の実施の形態によるパターンの形成方法により、達成することができる。
まず、母材上に設けられたハードマスクを形成するための薄膜に形成されたレジストパターンの表面に、上記レジスト及びハードマスクを形成するための薄膜とエッチング選択比が得られ、かつプラズマ耐性の高い堅牢な材料の層を反転層として形成する。
次に、前記反転層を、レジストパターンの表面が露出するまで除去し、その後レジストのみを選択的に除去する。
これにより、レジストと相補的な反転パターンを形成する。
この反転パターンをマスクとして、母材上に形成されているハードマスクを形成するための薄膜をエッチングし、ハードマスク層を形成する。
次に、このハードマスク層をマスクとして母材をエッチングすることにより、パターンを形成する。
これにより、母材をエッチングする際に、レジストをエッチングマスクとして用いず、またリフトオフ法を用いることなくパターン形成が可能となる。
したがって、従来のように、リソグラフィー時のパターン形状をハードマスクに転写する際における形状の劣化を低減することが可能となる。
図1に、本実施例におけるパターンの形成方法の一例を説明するための模式的断面図を示す。
図1において、101は母材、102はハードマスクを形成するための薄膜、103はレジスト、104は反転層、105は反転パターンである。請求項に記載された工程は、例えば図1において以下のように実施される。
(1)第一の材料からなる母材の表面に、第二の材料からなる薄膜を形成する工程
まず、第一の材料からなる母材101に対し、ハードマスクを形成するための第二の材料からなる薄膜102を形成する。
ハードマスクを形成するための薄膜102の形成方法は、蒸着、CVD、スピンコート、等の方法の中から適宜選択される。
次に、ハードマスクを形成するための薄膜102上にレジストによるパターン103を形成する(図1(a))。レジストのパターニング方法は、例えば、ステッパ、スキャナ等による光露光、電子ビームによる描画がある。
(2)前記第二の材料からなる薄膜の表面に、レジストによるパターンを形成し、該パターンの上に第三の材料からなる反転層を形成する工程
レジスト103上に第三の材料からなる反転層104を形成する。
この時、103のパターンは104により、完全に埋め込まれた状態となる(図1(b))。
104の形成方法は、スピンコート、蒸着、CVD等の方法の中から適宜選択される。
104の材料はレジスト103、及びハードマスクを形成するための薄膜102とエッチング選択比の取れるものから選択する。
反転層を形成する工程の後に、反転層104の表面は平坦化されていることが望ましい。
スピンコートのように、成膜時にある程度平坦化されている方法を用いても良く、また、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等により成膜後に平坦化しても良い。
もちろん、スピンコートの後にCMP等の平坦化処理を追加して行っても良い。
(3)前記反転層を前記レジストの表面が露出するまで除去する工程
反転層104を、レジスト103の上面が露出するまで除去加工する(図1(c))。
これは、ドライエッチングによるエッチバックでも良いし、CMP等の平坦化処理であっても良い。
図1(b)における平坦化処理をそのまま続けて、図1(c)の状態まで持っていっても良い。
(4)前記レジストを除去することにより、前記レジストによるパターンと相補的な前記反転層による反転パターンを形成する工程
上記レジスト103を除去する。
これにより、レジスト103のパターンの開口部を反転層104で置き換える形で、反転パターン105が形成される(図1(d))。
レジストの除去は、剥離液、あるいはプラズマによるエッチング/アッシングによって実施する。
(5)前記反転層による反転パターンをマスクとして前記第二の材料からなる薄膜をエッチングし、該薄膜上に前記反転層を有する該薄膜によるハードマスク層を形成する工程
反転パターン105をマスクに、ハードマスクを形成するための薄膜102をエッチングしてハードマスク層を形成する(図1(e))。
(6)前記薄膜上に前記反転層を有する該薄膜によるハードマスク層をマスクとして、または前記薄膜上の前記反転層を除去した該薄膜によるハードマスク層をマスクとして、前記第一の材料からなる母材をエッチングする工程
反転パターン105及びハードマスク層102をマスクとして併用して、あるいは反転パターン105を除去したハードマスク層102をマスクとして、母材101をエッチングする(図1(f))。エッチング後、反転パターン105やハードマスク層102は、必要に応じて除去する。
したがって、ハードマスクを形成するための第二の材料からなる薄膜102のエッチング時に問題となっていた、マスクの膜厚不足による寸法制御性の低下、マスクパターンの変形による形状悪化を防ぐことが出来る。
また、微細パターンのレジストパターニングにおいては、現像液、あるいはリンス液の乾燥時に表面張力により近隣のパターン同士が引き付けられ倒れてしまうという現象(パターン倒れ)が発生する場合がある。
この現象は、パターン幅に対しレジスト膜厚が大きくなる程起こりやすくなる傾向がある。
しかし、本実施例の方法を用いると、パターン倒れの発生を低減することが出来る。
その理由は、反転層104は、レジストよりも薄い膜厚でエッチング時のマスクとして機能するため、同じ加工寸法でもレジストの膜厚を従来のプロセスよりも薄くすることが可能となることによる。
例えば、母材101の材料としては、他にTiO2やAl2O3、ZnO、ITO、CaF2、SiN等の透明体、あるいはシリコン、酸化ケイ素化合物、一般的なメタル材料を用いることが出来る。
これに対し、ハードマスクを形成するための薄膜102は、Al、WSi、Ni、Cr等の一般的なメタル材料やシリコン等を、母材101とエッチング選択比の得られる範囲の組み合わせにおいて選択することが出来る。
反転層104の材料としては、SiO2、SiN、酸化ケイ素化合物等のシリコン系、シリコンを含有した樹脂系、TiO2やAl2O3等の絶縁膜系、一般的なメタル材料等を用いる。これらの中で、ハードマスクを形成するための薄膜102とエッチング選択比の得られる材料を選択することが出来る。
例えばSiO2による反転層の形成方法としては、酸化シリコンを含むSOG(Spin On Glass)によるスピン塗布や、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)によるプラズマCVD成膜等が挙げられる。
例えば、図7(a)に示すようなドットパターンや、図7(b)に示すような孤立したラインが好例であり、あるいはそれらの組み合わせによって構成されるパターンも含まれる。
従来のリソグラフィー技術において、解像度の高いレジストはほとんどが、露光された部分が現像時に除去される、いわゆるポジレジストである。
ポジレジストにおいて上記のようなパターンを形成する場合、パターンを取り囲むように露光を行い、除去部分が多くなるため、寸法制御が非常に難しい。
また、電子ビームによる直描、あるいは光リソグラフィーにおいてもマスクの作製に際して、パターン周囲の広大な領域を露光することになるため、長大な時間とコストを要することになる。
これに対し、本発明では、例えばドットパターンを形成するためにはホールパターンを描画すれば良い。これは、寸法制御が容易になるだけでなく、大幅な工程時間の短縮につながる。
すなわち、前記母材の面積全体の50%以上を描画することになるため、前述のように寸法制御と加工時間において不都合が生じるためである。
これに対しては、上記図1に示す実施例の形態と異なる図2に示す方法が有効である。
(1)第一の材料からなる母材の表面に設けられた第二の材料からなる薄膜上の転写層に、レジストによるパターンを形成する工程
まず、第一の材料からなる母材101に対し、ハードマスクを形成するための第二の材料からなる薄膜102を形成する。
次に、ハードマスクを形成するための薄膜102上に転写層201を形成し、その上にレジストによるパターン103を形成する(図2(a))。
(2)前記レジストによるパターンの上に、第三の材料からなる一回目の反転層を形成する工程
パターン103上に第三の材料からなる一回目の反転層202を形成する(図2(b))。
(3)前記反転層を前記レジストの表面が露出するまで除去した後、
前記レジストを除去して前記レジストによるパターンと相補的な前記反転層による第一の反転パターンを形成する工程
まず、反転層202を、レジスト103の上面が露出するまで除去加工する。その後レジスト103を除去することにより、レジスト103のパターンの開口部を転写層201で置き換える形で、反転パターン層203を形成する(図2(c))。これらは、図1のプロセスに準ずる。
なお、前記一回目の反転層を形成する工程の後に、該一回目の反転層を平坦化する工程を有していてもよい。
(4)前記第一の反転パターンをマスクとして前記転写層をエッチングし、転写層上に前記第一の反転パターンを有する第二の反転パターンを形成する工程
反転パターン層203をマスクに、転写層201をエッチングし、転写層上に反転パターン層を有する第二の反転パターン204を形成する(図2(d))。
(5)前記第二の反転パターンの上に、前記第三の材料からなる二回目の反転層を形成する工程
反転パターン204上に二回目の反転層205を形成する(図2(e))。
(6)前記二回目の反転層および前記第一の反転パターンを前記転写層の表面が露出するまで除去する工程
反転層205及び反転パターン203を、転写層201の上面が露出するまで除去加工する(図2(f))。
なお、前記二回目の反転層を形成する工程の後に、該二回目の反転層を平坦化する工程を有していてもよい。
(7)前記処理後、転写層を除去して前記第一の反転パターンと相補的な前記二回目の反転層による第三の反転パターンを得る工程
転写層201を除去して、第三の反転パターン206を形成する(図2(g))。
除去方法は、剥離液、あるいはプラズマによるエッチング/アッシングが挙げられる。
(8)前記第三の反転パターンをマスクとして前記第二の材料からなる薄膜をエッチングし、該薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層を形成する工程
第三の反転パターン206をマスクに、ハードマスクを形成するための薄膜102をエッチングしてハードマスクを形成する(図2(h))。
(9)前記薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層をマスクとして、
または前記薄膜上の前記第三の反転パターンを除去した該薄膜によるハードマスク層をマスクとして、前記第一の材料からなる母材をエッチングする工程
第三の反転パターン206を有するハードマスク層をマスクとして、あるいは第三の反転パターン206を除去したハードマスク層をマスクとして、母材101をエッチングする(図2(i))。エッチング後、反転パターン206、及びハードマスク層102は、必要に応じて除去する。
即ち、図1と図2のプロセスを使い分けることにより、一つの描画パターンから、正反いずれのパターンも形成することが出来る。
また、図2の方法を選択することにより、描画面積の小さいパターンの描画が可能となる。
転写層201の材料としては、レジストの描画によって現像されないものから選択され、比較的レジストに成分の近い有機材料が望ましい。
例えば、光リソグラフィーにおいて用いる反射防止膜(BARC:Bottom Anti-Reflection Coating)等が適している。
また、このような材料を用いた場合、図2(c)のレジスト103の除去と図2(d)の転写層201のエッチングは、同じようなエッチング条件で行えるため、一つのステップで連続して実施することも出来る。
また、図9に示すような、ハーフピッチ(hp)が32nm以下、側壁の角度が84°以上、アスペクト比が2.0以上のドットパターンを容易に作製することができる。
これらのパターンは、例えば、第一の材料からなる母材に石英、ハードマスクを形成するための第二の材料からなる薄膜に膜厚10nmのクロム(Cr)、反転層にSOG(酸化ケイ素化合物)を用いている。
本パターンの形成では、クロム上に反転層のSOGが残った状態で母材の石英のエッチングを行っているが、反転層はその工程で同時にエッチングされるため、最終構造には残っていない。
クロムのハードマスクは残したままでも良いが、光インプリントのモールドとして用いる場合は、除去した方が望ましい。
102:ハードマスクを形成するための薄膜
103:レジスト
104:反転層
105:反転パターン
201:転写層
202:反転層
203:反転パターン
204:反転パターン
205:反転層
206:反転パターン
301:母材
302:ハードマスク層
303:レジスト
501:母材
502:レジスト
503:ハードマスク層
Claims (5)
- ナノインプリント用のモールドの製造方法であって、
第一の材料からなる母材の表面に設けられた第二の材料からなる薄膜上の転写層に、レジストによるパターンを形成する工程と、
前記レジストによるパターンの上に、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料による第三の材料からなる一回目の反転層を形成する工程と、
前記反転層を前記レジストの表面が露出するまで除去した後、前記レジストを除去して前記レジストによるパターンと相補的な前記反転層による第一の反転パターンを形成する工程と、
前記第一の反転パターンをマスクとして前記転写層をエッチングし、転写層上に前記第一の反転パターンを有する第二の反転パターンを形成する工程と、
前記第二の反転パターンの上に、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料による第三の材料からなる二回目の反転層を形成する工程と、
前記二回目の反転層および前記第一の反転パターンを前記転写層の表面が露出するまで除去した後、転写層を除去して前記第一の反転パターンと相補的な前記二回目の反転層による第三の反転パターンを得る工程と、
前記第三の反転パターンをマスクとして前記第二の材料からなる薄膜をエッチングし、該薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層を形成する工程と、
前記薄膜上に前記第三の反転パターンを有するハードマスク層をマスクとして、または前記薄膜上の前記第三の反転パターンを除去した該薄膜によるハードマスク層をマスクとして、前記第一の材料からなる母材をエッチングする工程と、を有し、
前記レジストによるパターンを形成する工程では、該パターンの形成にポジレジスト及び電子ビームによる直描が用いられ、
前記母材をエッチングする工程において、マスクとして使用する前記ハードマスク層が形成された領域以外の面積が、前記母材の面積全体の50%よりも少ない面積のもとで該母材をエッチングすることを特徴とするナノインプリント用のモールドの製造方法。 - 前記二回目の反転層を形成する工程の後に、該二回目の反転層を平坦化する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント用のモールドの製造方法。
- 前記第一の材料が酸化シリコン、前記第二の材料がクロム、前記第三の材料が酸化シリコンを含むSOG、であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のナノインプリント用のモールドの製造方法。
- 前記モールドのパターンが、ハーフピッチ(hp)が22nm以下、側壁の角度が87.5°以上、アスペクト比が2.0以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のナノインプリント用のモールドの製造方法。
- 前記モールドのパターンが、ハーフピッチ(hp)が32nm以下、側壁の角度が84°以上、アスペクト比が2.0以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のナノインプリント用のモールドの製造方法。
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