JP7491681B2 - クロムブランクス、フォトマスクの製造方法、およびインプリントモールドの製造方法 - Google Patents
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Description
レジスト層を塗布形成する前後の形態のどちらも「ブランクス」と呼ばれることがあるが、以下、本明細書ではレジスト層形成前の形態をブランクスと称する。
以下、本明細書では、簡略化のため、クロム膜及びクロム化合物膜を「クロム膜」と総称する。
これに対し、厚い遮光層をエッチングするために単純にレジストパターンを厚くすると、レジストのパターニングにおける解像性が低下し、ナノオーダーの微細パターンを形成することが困難となる。また、形成できたとしても、アスペクト比の高いレジストパターンを用いてエッチングを行うと、プロセス中にパターンが倒れやすくなる。さらに、パターンの奥までエッチングガスが進入しにくいため、遮光層のエッチングにおいても精度が低下する。
このように、高アスペクト比を有する微細パターンを高精度で均一に形成することは容易ではない。
本発明の他の目的は、高アスペクト比を有する微細パターンを高精度で均一に形成されたフォトマスクおよびインプリントモールドを提供することである。
第一ハードマスク層は、シリコンを含み、塩素系ガスによるドライエッチングよりもフッ素系ガスによるドライエッチングの方がエッチングされやすい材料により形成されている。
第二ハードマスク層は、金属元素を含み、フッ素系ガスによるドライエッチングよりも塩素系ガスによるドライエッチングの方がエッチングされやすい材料により形成されている。
この製造方法では、第二ハードマスク層上に形成されたレジストパターンをマスクとして、第二ハードマスク層に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施して第二ハードマスクパターンを形成し、第二ハードマスクパターンをマスクとして、第一ハードマスク層にフッ素系ガスを用いたドライエッチングを施して第一ハードマスクパターンを形成し、第一ハードマスクパターンをマスクとして、クロム膜に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施してクロムパターンを形成する。
上記と同様の方法により、インプリントモールドも製造できる。
ハードマスク層は、シリコンを含み、塩素系ガスによるドライエッチングよりもフッ素系ガスによるドライエッチングの方がエッチングされやすい材料により形成されている。
この製造方法では、ハードマスク層上に形成されたレジストパターンをマスクとして、ハードマスク層にフッ素系ガスを用いたドライエッチングを施してハードマスクパターンを形成し、ハードマスクパターンをマスクとして、クロム膜に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施してクロムパターンを形成する。
上記と同様の方法により、インプリントモールドも製造できる。
図1は、本実施形態に係るクロムブランクス10の模式断面図である。クロムブランクス10は、基板1と、基板1上に形成されたクロム膜2と、クロム膜2上に形成された第一ハードマスク層3と、第一ハードマスク層3上に形成された第二ハードマスク層4とを備えている。
透明基板の材質としては石英を、不透明基板の材質としては、Si、SiC等をそれぞれ例示できる。
クロム膜2は、クロム単体またはクロム化合物からなる膜である。クロム膜2の厚みは、クロム膜2に形成される微細パターンの高さ等に応じて適宜決定できる。
第一ハードマスク層3は、モリブデンを含有してもよい。
上述したシリコンを含む材料において、フッ化物は沸点が低いためエッチングされ易く、塩化物は沸点が高いためエッチングされ難いことが知られている。したがって、第一ハードマスク層3は、塩素系ガスによるドライエッチングよりもフッ素系ガスによるドライエッチングのエッチングレートが高い。
表1に、第二ハードマスク層4の材料として適した金属を示す。表1に記載されたクロム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびスズは、フッ化物の沸点の2分の1以下の沸点を有する塩化物あるいは酸塩化物を生じる。実際のエッチングレートやエッチング選択比はガス流量、圧力、パワー密度等のドライエッチングの各条件により変化するため、沸点と完全にパラレルというわけではないが、表1に記載の各金属においては、必ずフッ素系ガスによるドライエッチングよりも塩素系ガスによるドライエッチングのエッチングレートが高くなる。
第二ハードマスク層4には、2種類以上の金属が含まれてもよい。第二ハードマスク層4全体として、フッ素系ガスによるドライエッチングよりも塩素系ガスによるドライエッチングのエッチングレートが高ければ、上述の群に含まれない金属元素が第二ハードマスク層4に含まれてもよい。
例えば第二ハードマスク層4に酸素や窒素を含有させると洗浄液耐性を高くできる。また、電気抵抗も高くなる。一般に、化学量論比通りの金属酸化物、金属窒化物は酸素や窒素の含有量が多く電気抵抗が高すぎる場合があるため、化学量論比よりも金属を多めに含有する金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物が生じるように酸素や窒素の量を設定することが好ましい。
第二ハードマスク層4がクロムを主成分とする場合、塩素系エッチングガスに酸素が混合されてもよい。この場合、沸点の低いクロムの酸塩化物が生じやすくなり、エッチングが進みやすい。
ステップCの終了時において、第二ハードマスクパターン4Aが第一ハードマスクパターン3A上に一部残留していてもよい。
ステップDの終了時において、第一ハードマスクパターン3Aがクロム膜2上に一部残留していてもよい。第一ハードマスクパターン3Aを完全に除去したい場合は、フッ素系エッチングガスを用いたドライエッチングを追加してもよい。
構造体50に対して、クロム膜2をエッチングマスクとして、基板1にフッ素系エッチングガスを用いたドライエッチングを施してもよい(ステップE)。ステップEにより、図3の(b)に示すように、基板1の表面に微細パターンが形成された構造体60を得ることができる。構造体60も、基板1の材質や透明性等に応じて、フォトマスクやインプリントモールドとして使用できる。
したがって、ナノオーダーの微細パターン形成を高精度に形成可能な薄いレジスト層を用いて最上層の第二ハードマスク層4をパターニングした後、下側の層を順にエッチングすることにより、微細パターンの精度および均一性を保持しつつ、よりアスペクト比の高い微細パターンを形成することができる。
クロムパターン2Bのような非貫通パターンにおいては、オーバーエッチングによりパターンの均一性を高めることが困難であるが、クロムブランクス10Aは第一ハードマスク層3および第二ハードマスク層4を備えるため、非貫通パターンであっても精度よく均一に形成できる。
さらに、クロムブランクス10Aはクロムで形成されているため、以下の利点を有する。
・導通が取れるため、走査電子顕微鏡(SEM)による断面観察時に帯電しづらく、形状をはっきり認識しやすい。その結果、微細パターンの確認を正確に行える。
・合成石英製のモールドよりもパターン面の刻印文字を視認しやすい。
・クロムは合成石英よりもエッチングを等方的に調整しやすいため、テーパーや丸みのある形状を作りやすい。その結果、作製されるモールドの離型性を容易に調整できる。
第一ハードマスク層3のエッチング選択比(第一ハードマスク層3のエッチングレート/第二ハードマスク層4のエッチングレート)をα、クロム膜2のエッチング選択比(クロム膜2のエッチングレート/第一ハードマスク層3のエッチングレート)をβとすると、ステップCにおける第一ハードマスク層3のエッチング深さの理論値は、第二ハードマスク層4の厚みのα倍となる。同様に、ステップDにおけるクロム膜2のエッチング深さの理論値は、第一ハードマスク層3の厚みのβ倍となる。第二ハードマスク層4の厚みをt1、クロム膜2のエッチング目標深さをt2とすると、以下の式(1)が成り立つ。
(1) t2=t1×α×β
第二ハードマスク層4の厚みが2nm~10nm程度であれば、これをエッチングするために必要なレジストパターンも、線幅数十nm前後のレジストパターンを十分精度よく形成する程度に薄くできる。
図6は、本実施形態に係るクロムブランクス110の模式断面図である。クロムブランクス110は、基板1と、基板1上に形成されたクロム膜2と、クロム膜2上に形成された第一ハードマスク層(ハードマスク層)3とを備え、第二ハードマスク層4を備えない層構成となっている。第一ハードマスク層3の材料は、第一実施形態と同様でよい。
続いて、レジストパターン101Aをエッチングマスクとして、第一ハードマスク層3にフッ素系エッチングガスを用いたドライエッチングを施し、第一ハードマスクパターン3Aを形成する(ステップC1)。
その後、第一実施形態と同様にステップDを行うことで、クロムパターン2Aを有する構造体50を得ることができる。
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、ステップEを追加したり、クロム膜2にハーフエッチングを施したりすることが可能である。
ステップA1においては、レジスト層上に導電膜を形成して電子線描画時のチャージアップを抑制してもよい。
2 クロム膜
2A、2B クロムパターン
3 第一ハードマスク層(ハードマスク層)
3A 第一ハードマスクパターン
4 第二ハードマスク層
4A 第二ハードマスクパターン
10、110 クロムブランクス
50、60 構造体(フォトマスク、インプリントモールド)
100A レジストパターン
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に形成されたクロム膜と、
前記クロム膜上に形成された第一ハードマスク層と、
前記第一ハードマスク層上に形成された第二ハードマスク層と、
を備え、
前記第一ハードマスク層は、シリコンを含み、塩素系ガスによるドライエッチングよりもフッ素系ガスによるドライエッチングの方がエッチングされやすい材料により形成され、
前記第二ハードマスク層は、金属元素を含み、フッ素系ガスによるドライエッチングよりも塩素系ガスによるドライエッチングの方がエッチングされやすい材料により形成されており、
前記基板は、ケイ素で形成され、
前記金属元素は、クロムと、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびスズからなる群より選択される少なくとも一種と、を含み、
前記第一ハードマスク層は、モリブデンをさらに含み、
前記第二ハードマスク層の厚みは、2nm以上10nm以下である、
クロムブランクス。 - 前記第二ハードマスク層は、酸素、窒素から選択される少なくとも一種を含む、
請求項1に記載のクロムブランクス。 - 前記第一ハードマスク層は、酸素、窒素、炭素から選択される少なくとも一種を含む、
請求項1または2に記載のクロムブランクス。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のクロムブランクスを用いたフォトマスクの製造方法であって、
前記第二ハードマスク層上に形成されたレジストパターンをマスクとして、前記第二ハードマスク層に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施して第二ハードマスクパターンを形成し、
前記第二ハードマスクパターンをマスクとして、前記第一ハードマスク層にフッ素系ガスを用いたドライエッチングを施して第一ハードマスクパターンを形成し、
前記第一ハードマスクパターンをマスクとして、前記クロム膜に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施してクロムパターンを形成する、
フォトマスクの製造方法。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のクロムブランクスを用いたインプリントモールドの製造方法であって、
前記第二ハードマスク層上に形成されたレジストパターンをマスクとして、前記第二ハードマスク層に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施して第二ハードマスクパターンを形成し、
前記第二ハードマスクパターンをマスクとして、前記第一ハードマスク層にフッ素系ガスを用いたドライエッチングを施して第一ハードマスクパターンを形成し、
前記第一ハードマスクパターンをマスクとして、前記クロム膜に塩素系ガスを用いたドライエッチングを施してクロムパターンを形成する、
インプリントモールドの製造方法。
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