JP5915027B2 - パターン成形用構造体および微細パターン形成方法 - Google Patents
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Description
このため、マイクロローディング効果を起すような材料をハードマスクに使用しないことも当然考えられるが、例えば、マイクロローディング効果を起す材料であるクロムは、ハードマスクとして石英ガラスをエッチングする場合のエッチング選択比が大きく、薄膜のハードマスクであっても高精度の微細パターンを石英ガラスに形成することができる等の利点があり、ハードマスクとして広く使用されている。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、レジストパターンの開口面積および開口率の大小あるいは開口形状によらず高い精度で微細パターンの形成が可能なパターン成形用構造体と微細パターン形成方法とを提供することを目的とする。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb
本発明の他の態様として、前記ハードマスク材料層はクロム、モリブデン、チタン、タンタル、ジルコニウム、タングステン、これらの金属の合金、および、酸化クロム、酸化チタン、窒化クロム、窒化チタン、ガリウム砒素からなる群の中の少なくとも1種からなるような構成とした。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb
[パターン成形用構造体]
図1は、本発明のパターン成形用構造体の一実施形態を示す平面図であり、図2は、図1に示されるパターン成形用構造体のI−I線における断面図であり、図3は、図2に示されるパターン成形用構造体の断面の部分拡大図である。図1〜図3において、本発明のパターン成形用構造体1は、被エッチング体11と、この被エッチング体11の一方の面11aに位置するハードマスク材料層21と、このハードマスク材料層21の表面21a上に位置するレジストパターン31とを備えている。尚、図示例における形状、寸法等は、本発明を説明するために便宜的に記載したものであり、これに限定されるものではなく、以下の図面においても同様である。
ハードマスク材料層21は、被エッチング体11とのエッチング選択性を利用したドライエッチングが可能な材料であれば特に制限はない。また、ハードマスク材料層21は、複数種の開口部を有するレジストパターンを介したドライエッチング時にレジストパターンの開口部の開口面積、開口率および開口形状の相違に応じてエッチング速度に相違(マイクロローディング効果)を生じる材料であってもよく、このような材料としては、例えば、クロム、モリブデン、チタン、タンタル、ジルコニウム、タングステン等の金属、これらの金属の合金、酸化クロム、酸化チタン等の金属酸化物、窒化クロム、窒化チタン等の金属窒化物、ガリウム砒素等の金属間化合物等を挙げることができ、被エッチング体11の材質、被エッチング体11のドライエッチング条件を考慮して1種または2種以上の組み合わせとして適宜選定することができる。一般に、石英の加工、特に石英を基材としたフォトマスクやナノインプリント用モールドの加工において広くハードマスクとして使用実績のあるクロムは、マイクロローディング効果が特に大きく生じる材料であるため、本発明の効果が特に期待できる。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ T/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ T/Rr
上記の関係式が成立するようにレジスト34aの厚みTa、および、レジスト34bの厚みTbを設定することにより、レジストパターン31を介したハードマスク材料層21のドライエッチングが完了するまでレジストパターン31が確実に残存する。そして、より好ましくは、下記の関係式が成立するように設定することができる。
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb
上述の実施形態は例示であり、本発明のパターン形成用構造体はこれらに限定されるものではない。例えば、図4に示されるように、開口面積が小さく、かつ開口率が小さい微細な開口部32a内にはレジストが存在せず、開口面積が大きく、かつ開口率が大きな開口部32bのみにレジスト34bが存在するレジストパターン31′を備えたパターン形成用構造体1′であってもよい。
0 ≦ Ta < Tc < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ T/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ T/Rr
Tc/Rr + t/Rmc ≦ T/Rr
より好ましくは、下記の関係式が成立するように設定することができる。
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Tc/Rr + t/Rmc ≦ (T−Tb)/Rr
また、上記の関係式が成立することに加えて、下記の関係式が成立することが更に好ましい。
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb
= Tc/Rr + t/Rmc
また、クロム等のハードマスク材料に対してマイクロローディング効果を起す開口部の形状としては、図1に例示した開口部32a、開口部32bの他に、例えば、図6および図7に示すような例が挙げられる。図6に示される例では、レジストパターン31が有する開口部32は、ハーフピッチがP1であるライン/スペースのスペースを構成する開口部32aと、ハーフピッチがP2(P2>P1)であるライン/スペースのスペースを構成する開口部32bの2種からなっている。図中、斜線を付している部位は、ライン/スペースのラインを構成するレジスト凸部33を示している。スペースを構成するこの例では、開口部32aの開口面積が開口部32bの開口面積よりも小さいので、開口部32aにおけるエッチング速度が開口部32bにおけるエッチング速度よりも小さくなる。また、図7に示される例では、レジストパターン31が有する開口部32は、単体ホールである開口部32aと、単体スペースである開口部32bの2種からなっている。図中、斜線を付している部位はレジスト凸部33を示している。この例では、開口部32aの開口幅Lと開口部32bの開口幅Lは同じであるが、開口部32aの開口面積および開口率が開口部32bの開口面積および開口率よりも小さいので、開口部32aにおけるエッチング速度が開口部32bにおけるエッチング速度よりも小さくなる。
図8は、本発明の微細パターン形成方法の一実施形態を説明するための工程図であり、上述の本発明のパターン形成用構造体1の製造例を含むものである。
本発明では、まず、被エッチング体11の所望の面11aにハードマスク材料層21を形成する(図8(A))。被エッチング体11としては、例えば、石英ガラスやソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、シリコンやガリウム砒素、窒化ガリウム等の半導体、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂基板、金属基板、あるいは、これらの材料の任意の組み合わせからなる複合体等を使用することができる。また、例えば、半導体やディスプレイ等に用いられる微細配線や、フォトニック結晶構造、光導波路、ホログラフィのような光学的構造等の所望のパターン構造物が形成されたものを被エッチング体11としてもよい。
次に、ハードマスク22を介して被エッチング体11をドライエッチングすることにより微細パターン12を形成する(図8(D))。この被エッチング体11のドライエッチングでは、エッチング選択比(被エッチング体のエッチング速度/ハードマスクのエッチング速度)を考慮して、例えば、フッ素系ガス、塩素系ガス等を使用することができる。
図9はモールドを用いたレジストパターン31の形成例であり、ハードマスク材料層21の表面21aに光硬化性、熱硬化性、あるいは、熱可塑性のレジスト材料を用いてレジスト層30Aを形成する(図9(A))。次いで、凸形状パターン42を有するモールド41とレジスト層30Aとを押し付ける(図9(B))。モールド41の凸形状パターン42は、開口部32aを形成するための凸部42aと、開口部32bを形成するための凸部42bを有しており、モールド41とレジスト層30Aとの押し付けは、凸部42aとハードマスク材料層21との距離が上記のレジスト34aの厚みに相当し、凸部42bとハードマスク材料層21との距離が上記のレジスト34bの厚みに相当するように制御する。そして、レジスト層30Aを硬化させた後にモールド41を引き離すことにより、レジストパターン31が得られる(図9(C))。
上記のようなレジストパターン31の形成におけるレジスト34aおよびレジスト34bの厚みの設定は、上述の図3を参照しながら説明した内容と同様に行うことができる。
上述の実施形態は例示であり、本発明の微細パターン形成方法はこれらに限定されるものではない。
<マイクロローディング効果に関するデータベースの作成>
石英ガラス基板上にスパッタリング法によりクロム薄膜(厚み約20nm)を成膜した。
次いで、ネガ型の感光性レジスト材料としてネガ型電子線感応レジスト(東京応化(株)製 NEB)をスピンコート法で上記のクロム薄膜上に供給してレジスト層(厚み300nm)を形成した。このレジスト層に、電子線描画装置で開口部のパターン潜像を形成し、その後、現像することにより、レジストパターンの開口部の形状が下記のような単体ホール、密集ホール、単体スペース、ライン/スペースである4種のテストサンプルを作製した。
・単体ホール :開口形状は一辺200nmの正方形である。
・密集ホール :一辺200nmの正方形が幅200nmのレジスト凸部を介して
碁盤目状に隣接してパターン群をなしている。
・単体スペース :開口形状は幅200nm、長さ200μmの帯状である。
・ライン/スペース:ライン(nm)/スペース(nm)が200/200のパターン
群である。
(ドライエッチング条件)
・Cl2ガス流量 : 150sccm
・O2ガス流量 : 50sccm
・ICPパワー : 400W
・RIEパワー : 100W
・圧力 : 1.0Pa
被エッチング体として石英ガラス基板(直径6インチ、厚み0.25インチ)を準備した。
次に、この被エッチング体上にスパッタリング法によりクロム薄膜(厚み約20nm)を成膜してハードマスク材料層とした。
次いで、ネガ型の感光性レジスト材料として上記と同じネガ型電子線感応レジストをスピンコート法で上記のハードマスク材料層上に供給してレジスト層を形成した。上記のデータベースから、上記と同じドライエッチング条件でのクロム薄膜(ハードマスク材料層)のドライエッチング速度は、密集ホールの開口部では10.7nm/分であり最も小さく、ライン/スペース(200/200)の開口部では19.3nm/分であり最も大きいものであった。そして、レジスト層は、下記のように形成する密集ホールとライン/スペースのうちエッチング速度が最も小さい密集ホールにおけるクロム薄膜のエッチングが完了するまで消失しないように、厚みT=300nmとした。尚、上記と同じドライエッチング条件でのレジストパターンのドライエッチング速度は20.6nm/分であった。
このように作製したパターン形成用構造体のレジストパターンの開口部に相当する部位を、石英ガラス基板を傾け、斜め方向からSEMを用いて観察した。その結果、密集ホールからなる開口部内にはレジストが存在せず、ライン/スペース(200/200)の開口部内のハードマスク材料層上には厚み約10nmのレジストが存在することが確認された。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
その後、下記のドライエッチング条件で、このハードマスクを介して被エッチング体をドライエッチングして微細パターンを形成した。
(被エッチング体のドライエッチング条件)
・CF4ガス流量 : 40sccm
・ICPパワー : 400W
・RIEパワー : 200W
・圧力 : 1.5Pa
11…被エッチング体
21…ハードマスク材料層
22…ハードマスク
31,31′,31″…レジストパターン
32,32a,32b…開口部
34a,34b…レジスト
Claims (6)
- ハードマスクを介して被エッチング体をドライエッチングすることにより微細パターンを形成するためのパターン形成用構造体において、
被エッチング体と、該被エッチング体の所望の面に位置するハードマスク材料層と、該ハードマスク材料層上に位置するレジストパターンとを備え、
該レジストパターンは複数種の開口部を有し、該開口部のうち、少なくとも前記レジストパターンを介したハードマスク材料層のドライエッチング時のエッチング速度が最も大きい開口部内の前記ハードマスク材料層上にはレジストが存在し、かつ、前記エッチング速度が最も大きい開口部内に存在するレジストが他の開口部内に存在するレジストよりも厚く、
ドライエッチング時の前記ハードマスク材料層のエッチング速度が最も小さいRmaである開口部内に存在する前記レジストの厚みをTaとし、ドライエッチング時の前記ハードマスク材料層のエッチング速度が最も大きいRmbである開口部内に存在する前記レジストの厚みをTbとし、前記レジストパターンの厚みをT、ドライエッチング時の前記レジストパターンのエッチング速度をRr、前記ハードマスク材料層の厚みをtとしたときに、下記の関係式が成立することを特徴とするパターン成形用構造体。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb - レジストパターンの開口部内の前記ハードマスク材料層上に存在するレジストの厚みは、前記ハードマスク材料層のエッチング速度が大きい開口部ほど厚いことを特徴とする請求項1に記載のパターン成形用構造体。
- 前記ハードマスク材料層はクロム、モリブデン、チタン、タンタル、ジルコニウム、タングステン、これらの金属の合金、および、酸化クロム、酸化チタン、窒化クロム、窒化チタン、ガリウム砒素からなる群の中の少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターン成形用構造体。
- 被エッチング体の所望の面にハードマスク材料層を形成する工程と、
前記ハードマスク材料層上に複数種の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを介して前記ハードマスク材料層をドライ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、
該ハードマスクを介して前記被エッチング体をドライエッチングすることにより微細パターンを形成する工程と、を備え、
前記レジストパターンを形成する工程では、前記レジストパターンの開口部のうち、少なくとも前記レジストパターンを介したハードマスク材料層のドライエッチング時のエッチング速度が最も大きい開口部内の前記ハードマスク材料層上にレジストを残存させるとともに、前記エッチング速度が最も大きい開口部内に存在するレジストの厚みを他の開口部内に存在するレジストの厚みよりも大きくし、
レジストパターンを介した前記ハードマスク材料層のドライエッチング時における最も小さいエッチング速度がRmaであり、最も大きいエッチング速度がRmbであり、前記レジストパターンの厚みがTであり、前記ハードマスク材料層のドライエッチング時の前記レジストパターンのエッチング速度がRrであり、前記ハードマスク材料層の厚みがtであるとしたときに、前記ハードマスク材料層のエッチング速度が最も小さい開口部内の前記ハードマスク材料層上に存在するレジストの厚みTaと、前記ハードマスク材料層のエッチング速度が最も大きい開口部内の前記ハードマスク材料層上に存在するレジストの厚みTbを、下記の関係式が成立するように設定することを特徴とする微細パターン成形方法。
0 ≦ Ta < Tb
Ta/Rr + t/Rma ≦ (T−Tb)/Rr
Tb/Rr + t/Rmb ≦ (T−Tb)/Rr
Ta/Rr + t/Rma = Tb/Rr + t/Rmb - 前記レジストパターンを形成する工程では、レジストパターンを介したハードマスク材料層のドライエッチング時におけるレジストパターンの開口部の開口面積、開口率および開口形状の相違に応じたハードマスク材料層のエッチング速度、レジストパターンのエッチング速度、ハードマスク材料層の厚み、レジストパターンの厚みを基に、レジストパターンを介した前記ハードマスク材料層のドライエッチングが完了するまでレジストパターンが存在するように、前記レジストパターンの開口部内の前記ハードマスク材料層上に残存させるレジストの厚みを設定することを特徴とする請求項4に記載の微細パターン成形方法。
- 前記レジストパターンを形成する工程では、レジストパターンの開口部内の前記ハードマスク材料層上に存在するレジストを、前記ハードマスク材料層のエッチング速度が大きい開口部ほど厚く形成することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の微細パターン成形方法。
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