JP6171453B2 - ナノインプリントモールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ナノインプリントモールドを製造する方法に関する。

微細加工技術としてのナノインプリント技術は、基材の表面に微細凹凸パターンが形成されてなる型部材（インプリントモールド）を用い、当該微細凹凸パターンをインプリント樹脂等の被加工物に転写することで微細凹凸パターンを等倍転写するパターン形成技術である（特許文献１参照）。特に、半導体デバイスにおける配線パターン等のさらなる微細化の進行等に伴い、半導体デバイスの製造プロセス等においてナノインプリント技術が益々注目されている。

かかるナノインプリント技術にて用いられるインプリントモールドのパターン形成面には、半導体デバイスにおける配線パターン等を作製するための微細凹凸パターン（メインパターン）が形成されている。そして、一般に、そのパターン形成面に、インプリントモールドの剥離容易性、インプリント処理時における当該パターン形成面全面に対するインプリント樹脂の濡れ広がり性等を向上させることを目的とした、当該メインパターンよりも寸法の大きい微細凹凸パターン（ダミーパターン）も形成されている。

このようなインプリントモールドは、一般に下記のようにして製造される。
まず、インプリントモールドを構成する基材（石英基板等）上にハードマスク層を形成し、当該ハードマスク層上に、メインパターン及びダミーパターンに対応するレジストパターンをリソグラフィー法により形成する。そして、当該レジストパターンをマスクとしてハードマスク層をエッチングしてハードマスクパターンを形成し、その後ハードマスクパターンをマスクとして基材をエッチングする。これにより、メインパターン及びメインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンがパターン形成面に形成されてなるインプリントモールドを製造することができる。

近年、半導体デバイス等の微細化が進行するのに伴い、当該半導体デバイスの製造過程で用いられるインプリントモールドにおいて、メインパターンに対する要求寸法が微細化の一途を辿っている。一方、上述したような従来のインプリントモールドの製造方法において、メインパターン及びダミーパターンに対応するレジストパターンがリソグラフィー法により形成されているが、半導体デバイス等の微細化に伴うインプリントモールドのメインパターンに対する要求寸法が、リソグラフィー法において用いられる露光装置（ＵＶ露光装置、レーザ露光装置、電子線描画装置等）による解像限界（リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法）未満になってきている。すなわち、上記インプリントモールドの製造方法におけるリソグラフィー法によりレジストパターンを形成するのが困難又は不可能な寸法（例えば、２０ｎｍ以下程度）のメインパターンが、インプリントモールドのパターン形成面に形成されていることを要求されるようになってきている。

そのため、現在では、いわゆる側壁プロセスを用いてインプリントモールドを製造する技術が開発されてきている。この側壁プロセスにより形成される側壁パターンの寸法は、側壁パターンを構成する側壁材料の成膜厚さに依存するため、側壁プロセスを用いることで、上述したリソグラフィー法において用いられる露光装置による解像限界未満の寸法の側壁パターンを容易に形成することができる。そのような側壁パターンを、基材をエッチングする際のエッチングマスクとして用いることで、リソグラフィー法において用いられる露光装置による解像限界未満の要求寸法のメインパターンが形成され得る。

その一方で、メインパターンとともにパターン形成面に形成されるダミーパターンは、インプリントモールドの剥離容易性や、インプリント処理時における当該パターン形成面全面に対するインプリント樹脂の濡れ広がり性等を向上させるという目的を達成可能な寸法で設計される必要がある。このような目的を達成するだけであれば、ダミーパターンもメインパターンと同様の寸法で設計されていても問題はない。ダミーパターンがメインパターンと同一寸法であれば、メインパターンと同様の側壁プロセスにより、同時にダミーパターンを形成することができるものの、側壁プロセスの芯材を形成する過程における露光面積が増大し、インプリントモールドの製造コストが増大してしまうという問題がある。また、ダミーパターンは、半導体デバイス製造工程における化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を高精度に行うために半導体デバイス等においてメインパターンに対応するパターンが形成される面内におけるパターン粗密を改善すること等を目的として配置されることや、インプリントモールドを用いて作製される半導体デバイス等の機能に直接関係するものではないということもあるため、リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が可能な寸法（例えば、数十ｎｍ〜数μｍ程度）で設計されるのが通常である。

上記のような寸法を有するメインパターンと、当該メインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンとを同時にインプリントモールドのパターン形成面に形成する方法として、下記の方法が考えられる。

まず、インプリントモールドを構成する基材のハードマスク層上におけるメインパターンの形成領域に、芯材となるレジストパターンを形成するとともに、ダミーパターンの形成領域にもレジストパターンを形成する。なお、必要に応じて、レジストパターンをスリミングする。

次に、側壁パターンを構成する側壁材料膜を形成し、エッチバックにより側壁パターンを形成する。その後、芯材を除去することにより、メインパターンに対応するハードマスクパターンを形成するために用いられる側壁パターンを形成することができる。

しかしながら、芯材を除去する際にダミーパターンの形成領域に形成したレジストパターンも除去されてしまうため、ダミーパターンに対応するハードマスクパターンを形成するためのマスクパターンが枠状の側壁パターンとなってしまい、このままでは所望とする寸法のダミーパターンを形成することができないという問題がある。

そこで、従来、メインパターンと、メインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンとがパターン形成面内に形成されてなるインプリントモールドを製造する方法として、メインパターンを形成する領域においては芯材を除去した側壁パターン（第１パターン）を形成し、ダミーパターンを形成する領域においては芯材を残存させたままの側壁パターン（第２パターン）を形成し、第１及び第２パターンをマスクとしたエッチング処理によりハードマスク層（インプリントモールド用基材上に設けられているハードマスク層）をエッチングして、互いに異なる寸法の開口部を有するハードマスクパターンを形成し、当該ハードマスクパターンをマスクとして用いてインプリントモールド用基材をエッチングすることによりインプリントモールドを製造する方法が提案されている（特許文献２参照）。

米国特許第５，７７２，９０５号 特許第４８２５８９１号公報

特許文献２に開示されているインプリントモールドの製造方法において、メインパターンを形成する領域に芯材を除去した側壁パターン（第１パターン）を形成し、ダミーパターンを形成する領域に芯材を残存させたままの側壁パターン（第２パターン）をハードマスク層上に形成し、互いに寸法の異なる第１パターン及び第２パターンをマスクとしてハードマスク層をエッチングし、互いに寸法の異なる開口部を有するハードマスクパターンを形成している。そして、このような第１パターンとは寸法の異なる第２パターンを形成するために、第２パターンを構成する芯材及び側壁パターンを被覆するレジストパターンを形成し、その後、メインパターンを形成する領域の芯材のみをエッチングにより除去している。

しかしながら、側壁パターンや芯材の寸法が極めて微細であることで、第２パターンを構成する芯材及び側壁パターンを被覆するレジストパターンを形成する際のリソグラフィー処理のレジスト現像工程等を含む一連のウェットプロセスの過程において現像液やリンス液による表面張力や、遠心力等の外力が側壁パターン（第１パターン）に作用する。これにより、レジストパターンにより覆われていない側壁パターン（第１パターン）の倒れ、破損等が生じるおそれがあるという問題がある。

このようにして、側壁パターンの倒れ、破損、剥がれ、形状変化等が生じてしまうと、微細な寸法の微細凹凸パターン（メインパターン）を形成することができなくなり、インプリントモールドの製造歩留まりが低下してしまうという問題が生じる。

上記課題に鑑みて、本発明は、同一面（パターン形成面）内に寸法の異なる微細凹凸パターン（リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン及びパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン）が形成されてなるインプリントモールドを高い歩留まりで製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法未満の寸法のメインパターン及び当該メインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンが、同一のパターン形成面に形成されてなるナノインプリントモールドを製造する方法であって、前記ナノインプリントモールドを構成する基材上に前記メインパターンに対応する第１開口部と、前記ダミーパターンに対応する第２開口部とを有するハードマスクパターンを作成するハードマスクパターン作成工程と、前記ハードマスクパターン作成工程により作成された前記ハードマスクパターンをマスクとして前記基材をエッチングし、前記メインパターン及び前記ダミーパターンを形成する微細パターン形成工程とを有し、前記ハードマスクパターン作成工程は、前記基材上に設けられている前記第２開口部が形成された前記ハードマスク層上にインプリント樹脂を供給し、前記第１開口部に対応する微細凸状パターンを有する第１開口部形成用インプリントモールドを用いて前記ハードマスク層上の前記インプリント樹脂に、前記第１開口部に対応する開口部を有し、前記第２開口部を被覆する樹脂パターンを形成するインプリント工程と、前記樹脂パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法を提供する（発明１）。

互いに寸法の異なるメインパターン及びダミーパターンを有するナノインプリントモールドを製造するためには、当該ナノインプリントモールド用の基材上に設けられたハードマスク層にメインパターン及びダミーパターンのそれぞれに対応する開口部（互いに寸法の異なる開口部）を形成してなるハードマスクパターンを作成することが必要となる。

このとき、メインパターンの寸法が、リソグラフィー法（電子線リソグラフィー、ＵＶリソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によりパターン形成可能な最小寸法未満の寸法である場合、メインパターンに対応する開口部をインプリントモールド基材上のハードマスク層に形成するためのエッチングマスクを当該リソグラフィー法により形成することはできない。

そのため、いわゆる側壁プロセスにより形成される側壁パターンをハードマスク層上に形成し、当該側壁パターンを、メインパターンに対応する開口部をハードマスク層に形成するためのエッチングマスクとして用いることで、リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法未満の寸法を有するメインパターンに対応する開口部が形成され得る。

しかしながら、メインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンに対応する開口部（メインパターンに対応する開口部よりも寸法の大きい開口部）を、側壁パターンをエッチングマスクとして用いて形成することは不可能である。側壁パターンの寸法は、側壁パターンを形成する際の側壁材料膜の成膜厚さに依存するところ、メインパターンを形成する領域とダミーパターンを形成する領域とにおいて側壁材料膜の成膜厚さを異ならせることができないためである。

上記発明（発明１）によれば、メインパターンに対応する開口部（第１開口部）を、当該開口部（第１開口部）を形成するためのモールド（第１開口部形成用モールド）を用いて形成した樹脂パターンをマスクとしたエッチング処理により形成することができる一方、第２開口部は、第１開口部とは別工程でハードマスク層に形成されるため、互いに寸法の異なる第１開口部及び第２開口部を高精度に形成することができる。よって、同一面（パターン形成面）内に寸法の異なる微細凹凸パターン（リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン及びパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン）が形成されてなるインプリントモールドを高い歩留まりで製造することができる。

上記発明（発明１）においては、前記第１開口部形成用モールドは、前記第１開口部形成用インプリントモールドを作製するための基材を用意し、当該基材上のハードマスク層にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンの側壁に側壁パターンを形成する側壁パターン形成工程と、前記側壁パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングする第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程により形成されたハードマスクパターンをマスクとして前記基材をエッチングする第２エッチング工程とを含む第１開口部形成用モールド作製工程により作製されるのが好ましい（発明２）。

上記発明（発明１，２）においては、前記第２開口部は、前記第２開口部に対応する凸状パターンを有する第２開口部形成用インプリントモールドを用いて前記ハードマスク層上のインプリント樹脂に樹脂パターンを形成するインプリント工程と、前記樹脂パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングするエッチング工程とを含む第２開口部形成工程により形成されてもよいし（発明３）、前記第２開口部に対応する開口部を有するレジストパターンをリソグラフィー法により形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングする工程とを含む第２開口部形成工程により形成されてもよい（発明４）。

上記発明（発明１〜４）においては、前記ダミーパターンの寸法を、リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法以上とすることができる（発明５）。

本発明によれば、同一面（パターン形成面）内に寸法の異なる微細凹凸パターン（リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン及びパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン）が形成されてなるインプリントモールドを高い歩留まりで製造する方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態により製造されるインプリントモールドの概略構成例を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るインプリントモールドの製造方法の各工程を部分断面図にて示す工程フロー図である。 図３は、本発明の一実施形態における第１開口部形成用微細凹凸パターンを有するモールドの作製工程を断面図にて示す工程フロー図である。 図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係るインプリントモールドの製造方法において形成される閉ループ構造を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 図５は、本発明の一実施形態における閉ループ除去工程を平面図にて示す工程フロー図である。 図６は、図５に示す閉ループ除去工程を断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）にて示す工程フロー図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態により製造されるインプリントモールドの概略構成例を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態におけるインプリントモールド１は、半導体デバイスの配線パターン等を作製するための微細凹凸パターン（メインパターン）１１と、当該微細凹凸パターン（メインパターン）１１よりも寸法の大きい微細凹凸パターン（ダミーパターン）１２とを有する。少なくともメインパターン１１の形状は、ラインアンドスペース形状である。なお、ダミーパターン１２の形状は、ダミーパターン１２の機能等に応じて適宜設定され得るものであり、例えば、ラインアンドスペース形状、ホール形状等に設定され得る。

両微細凹凸パターン１１，１２は、ともにインプリントモールド１のパターン形成面ＰＳ内の第１パターン領域ＰＡ１及び第２パターン領域ＰＡ２のそれぞれに形成されている。すなわち、両微細凹凸パターン１１，１２は、同一面内に形成されている。

メインパターン１１の寸法は、一般のリソグラフィー（電子線リソグラフィー、ＵＶリソグラフィー等）によってレジストパターンの形成が困難又は不能な程度の寸法（リソグラフィーの解像限界（限界露光線幅）未満の寸法）であって、例えば数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度である。一方、ダミーパターン１２の寸法は、一般のリソグラフィーによってレジストパターンの形成が可能な程度の寸法であって、例えば数十ｎｍ〜数μｍ程度である。

このような構成を有するインプリントモールド１を製造する方法について、以下詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法の各工程を部分断面図にて示す工程フロー図である。

図２に示すように、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法においては、まず、クロム、チタン、タンタル、珪素、アルミニウム等の金属；窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム等のクロム系化合物、酸化タンタル、酸窒化タンタル、酸化硼化タンタル、酸窒化硼化タンタル等のタンタル化合物、窒化チタン、窒化珪素、酸窒化珪素等、又はそれらの中から任意に選択された２種以上の組み合わせにより構成されるハードマスク層２０が一面に形成されているインプリントモールド基材１０を用意し（図２（ａ））、インプリントモールド基材１０のハードマスク層２０上に所定の開口部３１を有するレジストパターン３０を形成する（レジストパターン形成工程，図２（ｂ））。

このレジストパターン３０は、インプリントモールド基材１０をエッチングする際のマスクとして用いられるハードマスクパターン２３における第２開口部２２を形成するために用いられる。したがって、レジストパターン３０における開口部３１は、インプリントモールド１の第２パターン領域（ダミーパターン１２の形成される領域）ＰＡ２におけるダミーパターン１２を形成する位置（第２開口部２２を形成する位置）に対応する位置に形成される。

インプリントモールド基材１０としては、透明基板である限り特に制限はなく、インプリントモールドを製造する際に一般的に用いられている透明基板（例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板等）を用いることができる。

ハードマスク層２０は、パターニングされた上で、インプリントモールド基材１０をエッチングする際のマスクとして用いられるものであるため、インプリントモールド基材１０の種類に対応したエッチング選択比等を考慮して当該材料を選択するのが好ましい。例えば、インプリントモールド基材１０が石英ガラスである場合、ハードマスク層２０を構成する材料としてクロム系化合物等が好適に選択され得る。

なお、ハードマスク層２０の厚さは、インプリントモールド基材１０の種類に対応したエッチング選択比、インプリントモールド１におけるメインパターン１１及びダミーパターン１２の高さ（深さ）等を考慮して適宜設定される。例えば、インプリントモールド基材１０が石英ガラスであって、ハードマスク層２０がクロム系化合物膜である場合、ハードマスク層２０の厚さは、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度に設定され得る。

レジストパターン３０を構成するレジスト材料としては、例えば、電子線感応型レジスト材料等を用いることができる。ハードマスク層２０上に形成された電子線感応型レジスト膜にレジストパターン像を電子線描画により形成し、現像処理、リンス処理及び乾燥処理の一連のウェットプロセスを施すことで、レジストパターン３０が形成される。なお、本実施形態においては、上記レジスト材料としてポジ型のものを用いているが、電子線の照射面積等の観点から問題がない限りは、ネガ型のものを用いてもよい。

レジストパターン３０における開口部３１の寸法は、インプリントモールド１のダミーパターン１２の寸法に応じて（プロセスにより生じ得る誤差等を考慮して）適宜設定され得る。

なお、上記レジストパターン形成工程（図２（ｂ））において、紫外線（ＵＶ）やレーザー等の照射によりレジストパターン像を形成してもよく、この場合において、レジストパターン３０を構成するレジスト材料としては、露光光源（ＵＶ、レーザー等）の種類に適切なレジスト材料（ＵＶ感応型レジスト材料、レーザー感応型レジスト材料等）を用いればよい。

次に、上記レジストパターン３０をマスクとして用いてハードマスク層２０をエッチングし、レジストパターン３０を除去することで、ダミーパターン１２に対応する第２開口部２２をハードマスク層２０に形成する（第２開口部形成工程，図２（ｃ））。

続いて、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０上にインプリント樹脂４０を供給し（図２（ｄ））、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を用いて当該第１開口部形成用微細凹凸パターン５１をインプリント樹脂４０に転写する（インプリント工程，図２（ｅ））。そして、当該モールド５０を剥離することで、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０上に第１開口部形成用樹脂パターン４１を形成する（図２（ｆ））。上記モールド５０は、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１が、製造予定のインプリントモールド１におけるメインパターン１１に対応するものとして精確に形成されているものである。そのため、メインパターン１１に対応する第１開口部２１をハードマスク層２０に形成するために用いられる第１開口部形成用樹脂パターン４１を高精度に形成することができる。

そして、上述のようにして形成された第１開口部形成用樹脂パターン４１をマスクとして用いて、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０をエッチングした後に、第１開口部形成用樹脂パターン４１を除去し、メインパターン１１に対応する第１開口部２１及びダミーパターン１２に対応する第２開口部２２を有するハードマスクパターン２３を作成する（ハードマスクパターン作成工程，図２（ｇ））。

上述のようにして形成されたハードマスクパターン２３をマスクとして用いてインプリントモールド基材１０をエッチングし、インプリントモールド基材１０の一面（パターン形成面）内に、メインパターン１１及びダミーパターン１２を同時に形成する（微細凹凸パターン形成工程，図２（ｈ））。

最後に、ハードマスクパターン２３を剥離することで、半導体デバイスの配線パターン等を作製するための微細凹凸パターン（メインパターン）１１と、当該微細凹凸パターン（メインパターン）１１よりも寸法の大きい微細凹凸パターン（ダミーパターン）１２とがパターン形成面ＰＳに形成されてなるインプリントモールド１を製造することができる（図１参照）。

なお、このようにして製造されるインプリントモールド１は、ともに凹状のメインパターン１１及びダミーパターン１２を有するものであるが、本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法においては、必要に応じて当該インプリントモールド１を用いたインプリントリソグラフィー処理を実施してもよい。これにより、当該インプリントモールド１のメインパターン１１及びダミーパターン１２が転写されてなる、凸状のメインパターン及びダミーパターンを有するインプリントモールド（図示せず）を製造することもできる。

続いて、上述した本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法のインプリント工程（図２（ｅ））において用いられる、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０の作製方法の一例を説明する。

まず、ハードマスク層ＨＭが設けられているモールド基材ＳＴを用意し、当該ハードマスク層ＨＭ上にレジストパターンＲＰを形成する（レジストパターン形成工程，図３（ａ））。

モールド基材ＳＴとしては、インプリントモールドの用途（光インプリント用、熱インプリント用等の用途）に応じて適宜選択され得るものであり、インプリントモールドを製造する際に一般的に用いられている基板（例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板、アクリルガラス等のガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリプロピレン基板、ポリエチレン基板等の樹脂基板、これらのうちから任意に選択された２以上の基板を積層してなる積層基板等の透明基板；ニッケル基板、チタン基板、アルミニウム基板等の金属基板；シリコン基板、窒化ガリウム基板等の半導体基板等）を用いることができる。モールド基材ＳＴの厚さは、基板の強度、取り扱い適性等を考慮し、例えば、３００μｍ〜１０ｍｍ程度の範囲で適宜設定され得る。なお、本実施形態において「透明」とは、波長３００〜４５０ｎｍの光線の透過率が７０％以上であることを意味し、好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上である。

ハードマスク層ＨＭを構成する材料としては、例えば、クロム、チタン、タンタル、珪素、アルミニウム等の金属；窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム等のクロム系化合物、酸化タンタル、酸窒化タンタル、酸化硼化タンタル、酸窒化硼化タンタル等のタンタル化合物、窒化チタン、窒化珪素、酸窒化珪素等を単独で、又は任意に選択した２種以上を組み合わせて用いることができる。

ハードマスク層ＨＭは、後述するハードマスクパターン形成工程（図３（ｅ））にてパターニングされた上で、モールド基材ＳＴをエッチングする際のマスクとして用いられるものであるため、モールド基材ＳＴの種類に対応したエッチング選択比等を考慮して当該材料を選択するのが好ましい。例えば、モールド基材ＳＴが石英ガラスである場合、ハードマスク層ＨＭとしてクロム系化合物膜等が好適に選択され得る。

なお、ハードマスク層ＨＭの厚さは、モールド基材ＳＴの種類に対応したエッチング選択比、インプリントモールド１におけるメインパターン１１の高さ（深さ）等を考慮して適宜設定される。例えば、モールド基材ＳＴが石英ガラスであって、ハードマスク層ＨＭがクロム系化合物膜である場合、ハードマスク層ＨＭの厚さは、３〜１０ｎｍ程度である。

レジストパターンＲＰを構成するレジスト材料としては、例えば、電子線感応型レジスト材料等を用いることができる。ハードマスク層ＨＭ上に形成された電子線感応型レジスト膜にレジストパターン像を電子線描画により形成し、現像処理、リンス処理及び乾燥処理の一連のウェットプロセスを施すことで、レジストパターンＲＰが形成される。

本実施形態においては、上記レジストパターンＲＰを構成するレジスト材料としてネガ型レジストを用いているが、電子線の照射面積や照射時間（描画時間）等の観点から問題がない限りは、ポジ型レジストを用いてもよい。なお、後述する芯材形成工程（図３（ｂ）参照）にて形成される芯材ＣＰと同等の寸法のレジストパターンＲＰを、上記レジストパターン形成工程（図３（ａ））において形成することができる限り、後述する芯材形成工程（レジストパターンＲＰをスリミングする工程，図３（ｂ）参照）を省略してもよい。

レジストパターンＲＰの寸法は、特に限定されるものではないが、インプリントモールド１のメインパターン１１の寸法の約２倍程度に設定することができる。例えば、インプリントモールド１のメインパターン１１の寸法が１５ｎｍである場合、レジストパターンＲＰの寸法は３０ｎｍ程度である。

なお、上記レジストパターン形成工程（図３（ａ））において、紫外線（ＵＶ）やレーザー等の照射によりレジストパターン像を形成してもよく、この場合において、レジストパターンＲＰを構成するレジスト材料としては、露光光源（ＵＶ、レーザー等）の種類に適切なレジスト材料（ＵＶ感応型レジスト材料、レーザー感応型レジスト材料等）を用いればよい。

また、上記レジストパターン形成工程（図３（ａ））において、レジストパターンＲＰに対応する凹凸パターンを有するインプリントモールドを用いたインプリント処理により、レジストパターンＲＰを形成してもよい。

レジストパターンＲＰは、後述する側壁パターン形成工程（図３（ｃ））により側壁パターンＷＰを形成するための芯材ＣＰとしての役割を果たすものである。

この側壁パターンＷＰは、後述するハードマスクパターン形成工程（図３（ｅ））においてハードマスク層ＨＭをエッチングするためのエッチングマスクとしての役割を果たす。そのため、側壁パターンＷＰの高さ（厚さ）は、側壁パターンＷＰ及びハードマスク層ＨＭのそれぞれを構成する材料のエッチング選択比にもよるが、ハードマスク層ＨＭのエッチング処理中に側壁パターンＷＰが消失しない程度の高さ（厚さ）であることが要求される。

一方で、後述する芯材形成工程（図３（ｂ））において、レジストパターンＲＰをエッチング処理に付することでスリミングして芯材ＣＰを形成するため、芯材ＣＰの高さ（厚さ）は、レジストパターンＲＰの高さ（厚さ）よりも低く（薄く）なる。したがって、レジストパターンＲＰの高さ（厚さ）は、後述する芯材形成工程（図３（ｂ））におけるスリミング量等を考慮して、側壁パターンＷＰに要求される高さ（厚さ）よりも高く（厚く）しておく必要がある。

次に、ハードマスク層ＨＭ上に形成したレジストパターンＲＰに対しスリミング処理を施して、当該レジストパターンＲＰを細らせた芯材ＣＰを形成する（芯材形成工程，図３（ｂ））。レジストパターンＲＰのスリミング処理は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、それらの組み合わせ等により実施することができる。

レジストパターンＲＰのスリミング量は、特に限定されるものではないが、インプリントモールド１のメインパターン１１におけるスペース寸法（凹部の寸法）がレジストパターンＲＰのスリミング処理により形成される芯材ＣＰの寸法に依存するため、当該メインパターン１１におけるスペース寸法に応じてレジストパターンＲＰのスリミング量を設定すればよい。

続いて、芯材ＣＰを含むハードマスク層ＨＭの全面に、側壁パターンＷＰを構成する側壁材料膜を形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチングによりエッチバックして、芯材ＣＰの側壁に側壁パターンＷＰを形成する（側壁パターン形成工程，図３（ｃ））。

側壁材料膜は、シリコン系材料（シリコン酸化物等）の側壁材料をＡＬＤ法（Atomic layer deposition）、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の従来公知の成膜法により堆積させることで形成され得る。本実施形態のように、芯材ＣＰの構成材料としてレジスト材料を用いる場合、より低温で成膜可能であり、かつ原子層レベルで膜厚コントロールが可能なＡＬＤ法により側壁材料膜を形成するのが望ましい。

ＡＬＤ法は、飽和表面反応を利用した原子層成膜方法であるため、原子層を１層ごとに成膜することが可能である。ＡＬＤ法による１サイクルあたりの成膜速度は、約０．１〜０．２ｎｍ／ｃｙｃｌｅ程度であるため、制御可能な成膜厚も同程度となる。そのため、成膜法として一般に広く用いられているＣＶＤ法（熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等）を用いた場合より、ＡＬＤ法を用いた方が、芯材ＣＰの表面（側面部及び上面部）に側壁材料をより均一に堆積させることができる。

側壁材料膜の成膜厚みのばらつきは、そのままパターンＣＤ（Critical Dimension：重要な寸法）ばらつきに直結するため、側壁材料膜の成膜厚みの均一性、特に芯材ＣＰの側壁に沿って形成される部分の成膜厚みの均一性が重要となる。

そのため、側壁材料膜の成膜法としてＡＬＤ法を用いることで、均一かつ垂直形状の側壁パターンＷＰを形成することができるため、側壁プロセスにおいて、微細なパターンの寸法制御性が格段に向上する。

さらに、ＡＬＤ法においては低温成膜が可能なため、芯材ＣＰの構成材料として有機レジスト材料を用いた場合に、芯材ＣＰ（レジストパターンＲＰ）が損傷し難く、良好な形状の側壁パターンＷＰを形成可能となる。一般的なＣＶＤ法により側壁材料膜を形成する場合に、有機レジスト材料からなる芯材ＣＰ（レジストパターンＲＰ）の形状を損傷させない低温プロセスと、芯材ＣＰ（レジストパターンＲＰ）の表面（側面部及び上面部）への均一被覆性とを両立させることが困難であるが、ＡＬＤ法を用いることで、室温成膜であっても高い均一被覆性を達成することができる。

インプリントモールド１におけるメインパターン１１の寸法（ライン寸法，凸部の寸法）は、この側壁材料膜の成膜厚さに依存するため、側壁材料膜の成膜厚さは、メインパターン１１の設計寸法に応じて設定され得る。

エッチバックにより形成される側壁パターンＷＰは、ハードマスク層ＨＭのエッチングマスクとして用いられるものであるため、側壁パターンＷＰの高さ（モールド基材ＳＴの厚さ方向における長さ）は、ハードマスク層ＨＭに対応したエッチング選択比等を考慮して適宜設定される。例えば、側壁パターンＷＰがシリコン酸化窒化物膜により構成され、ハードマスク層ＨＭがクロム系化合物膜である場合、側壁パターンＷＰの高さは、１０〜１００ｎｍ程度である。

その後、側壁に側壁パターンＷＰが形成された芯材ＣＰをアッシング（酸素含有ガスを用いたプラズマアッシング等）により除去する（芯材除去工程，図３（ｄ））。これにより、芯材ＣＰのみが除去され、ハードマスク層ＨＭ上に側壁パターンＷＰを残存させることができる。

続いて、側壁パターンＷＰをマスクとして用いてハードマスク層ＨＭをドライエッチング法によりエッチングし、ハードマスクパターンＨＰを形成する（ハードマスクパターン形成工程，図３（ｅ））。

上述のようにして形成されたハードマスクパターンＨＰをマスクとして用いてモールド基材ＳＴをエッチングし、モールド基材ＳＴのパターン形成面に、メインパターン１１に対応する第１開口部２１を形成するための第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を形成する（微細凹凸パターン形成工程，図３（ｆ））。

最後に、ハードマスクパターンＨＰを剥離することで、メインパターン１１に対応する第１開口部２１を形成するための第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を製造することができる。

なお、上述した側壁パターン形成工程（図３（ｃ））により形成される側壁パターンＷＰは、芯材ＣＰの側壁に沿って形成されるため、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、いわゆる閉ループ構造を有する。なお、図４（ａ）は、側壁パターン形成工程（図３（ｃ））により形成された側壁パターンＷＰ及び芯材ＣＰを示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、図４（ａ）において理解を容易にするために側壁パターンＷＰにハッチングを付している。

このように側壁パターンＷＰが閉ループ構造を有した状態のまま微細凹凸パターン形成工程（図３（ｆ））まで実施すると、作製されるモールド５０に形成される第１開口部形成用微細凹凸パターン５１もまた閉ループ構造を有することになる。

したがって、本実施形態においては、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０の製造工程に、閉ループ構造を除去する閉ループ除去工程がさらに含まれ得る。閉ループ除去工程が含まれることで、閉ループ構造を有しない第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を作製することができる。

この閉ループ除去工程は、側壁パターン形成工程（図３（ｃ））、芯材除去工程（図３（ｄ））及びハードマスクパターン形成工程（図３（ｅ））のうちのいずれかの工程後に行われ得る。好適には、側壁パターン形成工程（図３（ｃ））後又はハードマスクパターン形成工程（図３（ｅ））後に、特に好適には、ハードマスクパターン形成工程（図３（ｅ））後に閉ループ除去工程を行い得る。

閉ループ除去工程における閉ループ構造の除去方法としては、従来公知の方法を採用することができる。例えば、側壁パターン形成工程（図３（ｃ））後に閉ループ除去工程が行われる場合、まず、図５（ａ）及び図６（ａ）に示す閉ループ構造の側壁パターンＷＰ及び芯材ＣＰの長手方向両端部以外を覆うレジストパターンｒｐを形成する（図５（ｂ）、図６（ｂ））。次に、当該レジストパターンｒｐをマスクとしたドライエッチングにより、当該レジストパターンｒｐの開口部から露出する側壁パターンＷＰ及び芯材ＣＰを除去する（図５（ｃ）、図６（ｃ））。そして、残存するレジストパターンｒｐを除去することで、閉ループ構造が除去された側壁パターンＷＰを形成することができる（図５（ｄ）、図６（ｄ））。

上述したような本実施形態に係るインプリントモールドの製造方法においては、リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン１１に対応する第１開口部２１は、当該メインパターン１１に対応する第１開口部２１を形成するための第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を用いたインプリント処理により形成される一方、リソグラフィー法によりパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン１２に対応する第２開口部２２は、公知のリソグラフィー法により形成される。そのため、寸法の異なるメインパターン１１及びダミーパターン１２のそれぞれに対応する第１開口部２１及び第２開口部２２を有するハードマスクパターン２３が高精度に形成され得る。よって、当該ハードマスクパターン２３を有するインプリントモールド基材１０をエッチング処理に付することにより、同一面（パターン形成面）内に寸法の異なる微細凹凸パターン（リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン１１及びパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン１２）が形成されてなるインプリントモールド１を高い歩留まりで製造することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上記実施形態において、ダミーパターン１２に対応する第２開口部２２を電子線リソグラフィー法により形成しているが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、第２開口部形成用微細凹凸パターンを有するモールドを用いたインプリント処理を通じて第２開口部２２を形成してもよい。

上記実施形態における閉ループ除去工程にて、閉ループ構造を有する側壁パターンＷＰの長手方向両端部をエッチングすることで、閉ループ構造を除去しているが、このような態様に限定されるものではない。例えば、インプリントモールド１におけるメインパターン１１の構造に応じて、一方の端部のみをエッチングして閉ループ構造を除去し、平面視略コの字状又は平面視略Ｕ字状の側壁パターンＷＰを形成してもよいし、閉ループ構造を除去しなくてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
［第１開口部形成用微細凹凸パターンを有するモールドの作製］
図３に示す方法により、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を作製した。

まず、厚さ５ｎｍの窒化クロム（ＣｒＮ）からなるハードマスク層ＨＭが設けられている、モールド基材ＳＴとしての石英基板を用意し、ハードマスク層ＨＭ上に電子線感応型レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ，日本ゼオン社製）を塗布し、電子線描画装置を用いて寸法３０ｎｍ、高さ６０ｎｍのラインアンドスペース状のレジストパターンＲＰを形成した（レジストパターン形成工程，図３（ａ））。

次に、ハードマスク層ＨＭ上に形成したレジストパターンＲＰに対しスリミング処理を施して、レジストパターンＲＰを細らせてなる、寸法１５ｎｍの芯材ＣＰを形成した（芯材形成工程，図３（ｂ））。

続いて、芯材ＣＰを含むハードマスク層ＨＭの全面に、ＳｉＯ₂からなる側壁材料膜（厚さ：１５ｎｍ）をＡＬＤ法により形成し、エッチングガス（ＣＨＦ₃＋ＣＦ₄）を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりエッチバックして、芯材ＣＰの側壁に側壁パターンＷＰを形成した（側壁パターン形成工程，図３（ｃ））。

その後、酸素含有ガスを用いたプラズマアッシングにより芯材ＣＰを除去し、ハードマスク層ＨＭ上に側壁パターンＷＰを残存させた（芯材除去工程，図３（ｄ））。

続いて、側壁パターンＷＰをマスクとして用いてハードマスク層ＨＭをドライエッチング（エッチングガス：Ｃｌ₂＋Ｏ₂）し、残存する側壁パターンＷＰを除去して、ハードマスクパターンＨＰを形成した（ハードマスクパターン形成工程，図３（ｅ））。

上述のようにして形成されたハードマスクパターンＨＰをマスクとして用いて石英基板（モールド基材ＳＴ）をエッチングし、モールド基材ＳＴのパターン形成面に、メインパターン１１に対応する第１開口部２１を形成するための第１開口部形成用微細凹状パターン５１（寸法：１５ｎｍ）を形成した（微細凹凸パターン形成工程，図３（ｆ））。

最後に、ハードマスクパターンＨＰを剥離し、第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を得た。

［インプリントモールドの製造］
次に、上述のようにして作製したモールド５０を用い、図２に示す方法により、インプリントモールドを製造した。

まず、厚さ５ｎｍの窒化クロム（ＣｒＮ）からなるハードマスク層２０が一面に形成されている、インプリントモールド基材１０としての石英基板を用意し（図２（ａ））、ハードマスク層２０上に電子線感応型レジスト膜（ＺＥＰ５２０Ａ，日本ゼオン社製，厚さ：１００ｎｍ）を形成し、電子線描画装置を用いて寸法２００ｎｍの開口部３１を有するレジストパターン３０を形成した（レジストパターン形成工程，図２（ｂ））。

次に、レジストパターン３０をマスクとして用い、ハードマスク層２０をドライエッチング（エッチングガス：Ｃｌ₂＋Ｏ₂）し、レジストパターン３０を除去することで、ダミーパターン１２に対応する第２開口部２２をハードマスク層２０に形成した（第２開口部形成工程，図２（ｃ））。

続いて、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０上にインクジェット法によりインプリント樹脂４０を滴下し（図２（ｄ））、上述のようにして作製した第１開口部形成用微細凹凸パターン５１を有するモールド５０を用いて当該第１開口部形成用微細凹凸パターン５１をインプリント樹脂４０に転写した（インプリント工程，図２（ｅ））。そして、インプリント樹脂４０を硬化させた後、モールド５０を剥離して、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０上に第１開口部形成用樹脂パターン４１を形成した（図２（ｆ））。

次に、第１開口部形成用樹脂パターン４１をマスクとして用いて、第２開口部２２が形成されたハードマスク層２０をドライエッチング（エッチングガス：Ｃｌ₂＋Ｏ₂）した後、第１開口部形成用樹脂パターン４１を除去し、メインパターン１１に対応する第１開口部２１及びダミーパターン１２に対応する第２開口部２２を有するハードマスクパターン２３を作成した（ハードマスクパターン作成工程，図２（ｇ））。

上述のようにして形成されたハードマスクパターン２３をマスクとして用いて石英基板（インプリントモールド基材１０）をドライエッチング（エッチングガス：ＣＨＦ₃＋ＣＦ₄，凹部深さ：３０ｎｍ）し、インプリントモールド基材１０の一面（パターン形成面）内に、メインパターン１１及びダミーパターン１２を同時に形成した（微細凹凸パターン形成工程，図２（ｈ））。

最後に、ハードマスクパターン２３を剥離し、寸法１５ｎｍ、深さ３０ｎｍの凹状メインパターン１１と、メインパターン１１よりも寸法の大きい（寸法：２００ｎｍ，深さ：３０ｎｍ）凹状ダミーパターン１２とが同一のパターン形成面ＰＳに形成されてなるインプリントモールド１を得た（図１参照）。

上述した第１開口部形成用凹凸パターン５１を有するモールド５０の作製過程において、破損等が生じることなく側壁パターンＷＰを高精度に形成することができたため、第１開口部形成用凹凸パターン５１を高精度に形成することができ、その結果として、当該モールド５０を用いたインプリントモールド１の製造過程においてもまた、微細な寸法（寸法１５ｎｍ）のメインパターン１１を高精度に形成することができた。

この実施例１から明らかなように、本発明によれば、同一のパターン形成面ＰＳ内に、寸法の異なる微細凹凸パターン（リソグラフィー法（ＵＶリソグラフィー、電子線リソグラフィー、レーザリソグラフィー等）によるパターン形成が困難又は不可能な寸法（数ｎｍ〜二十数ｎｍ程度）のメインパターン１１及びパターン形成が可能な寸法（数十ｎｍ〜数μｍ程度）のダミーパターン１２）を高精度に形成することができるため、それらの微細凹凸パターンを有するインプリントモールド１を高い歩留まりで製造することができる。

本発明は、半導体デバイスの製造過程において半導体基板等に微細凹凸パターンを形成するためのナノインプリント工程にて用いられるインプリントモールドを製造する方法として有用である。

１…インプリントモールド
１０…インプリントモールド基材（基材）
１１…メインパターン
１２…ダミーパターン
２０…ハードマスク層
２１…第１開口部
２２…第２開口部
２３…ハードマスクパターン
４１…樹脂パターン

Claims (5)

1. リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法未満の寸法のメインパターン及び当該メインパターンよりも寸法の大きいダミーパターンが、同一のパターン形成面に形成されてなるナノインプリントモールドを製造する方法であって、
   前記ナノインプリントモールドを構成する基材上に前記メインパターンに対応する第１開口部と、前記ダミーパターンに対応する第２開口部とを有するハードマスクパターンを作成するハードマスクパターン作成工程と、
   前記ハードマスクパターン作成工程により作成された前記ハードマスクパターンをマスクとして前記基材をエッチングし、前記メインパターン及び前記ダミーパターンを形成する微細パターン形成工程と
   を有し、
   前記ハードマスクパターン作成工程は、
   前記基材上に設けられている前記第２開口部が形成された前記ハードマスク層上にインプリント樹脂を供給し、前記第１開口部に対応する微細凸状パターンを有する第１開口部形成用インプリントモールドを用いて前記ハードマスク層上の前記インプリント樹脂に、前記第１開口部に対応する開口部を有し、前記第２開口部を被覆する樹脂パターンを形成するインプリント工程と、
   前記樹脂パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングするエッチング工程と
   を含むことを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法。
2. 前記第１開口部形成用モールドは、
   前記第１開口部形成用インプリントモールドを作製するための基材を用意し、当該基材上のハードマスク層にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンの側壁に側壁パターンを形成する側壁パターン形成工程と、
   前記側壁パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングする第１エッチング工程と、
   前記第１エッチング工程により形成されたハードマスクパターンをマスクとして前記基材をエッチングする第２エッチング工程と
   を含む第１開口部形成用モールド作製工程により作製され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モールドの製造方法。
3. 前記第２開口部は、前記第２開口部に対応する凸状パターンを有する第２開口部形成用インプリントモールドを用いて前記ハードマスク層上のインプリント樹脂に樹脂パターンを形成するインプリント工程と、前記樹脂パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングするエッチング工程とを含む第２開口部形成工程により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノインプリントモールドの製造方法。
4. 前記第２開口部は、前記第２開口部に対応する開口部を有するレジストパターンをリソグラフィー法により形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングする工程とを含む第２開口部形成工程により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノインプリントモールドの製造方法。
5. 前記ダミーパターンの寸法は、リソグラフィー法によりパターン形成可能な最小寸法以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法。

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