パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターン、モールド、加工装置及び加工方法
【課題】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パターンの形成方法等を提供する。
【解決手段】パターンの形成方法であって、
母材上の薄膜の表面に、レジストによるパターンを形成する工程と、
レジストによるパターンの上に、反転層を形成する工程と、
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に、レジストを除去することにより、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形成する工程と、
反転層による反転パターンをマスクとして前記薄膜をエッチングし、該薄膜上に反転層を有する該薄膜によるハードマスク層を形成し、該ハードマスク層をマスクとして、または薄膜上の前記反転層を除去したハードマスク層をマスクとして、母材をエッチングする工程と、を有する構成とする。
【解決手段】パターンの形成方法であって、
母材上の薄膜の表面に、レジストによるパターンを形成する工程と、
レジストによるパターンの上に、反転層を形成する工程と、
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に、レジストを除去することにより、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形成する工程と、
反転層による反転パターンをマスクとして前記薄膜をエッチングし、該薄膜上に反転層を有する該薄膜によるハードマスク層を形成し、該ハードマスク層をマスクとして、または薄膜上の前記反転層を除去したハードマスク層をマスクとして、母材をエッチングする工程と、を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターン、モールド、加工装置及び加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モールド上の微細な構造を樹脂や金属等の被加工部材に転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。
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。
【０００３】
このようなインプリントによる加工は、非特許文献１に紹介されているように、半導体製造技術に適用する場合には以下のように行われる。
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。
【０００４】
このようなインプリント技術において、転写形状の精度はモールドの加工精度に依存する。
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。
【０００５】
そのため、従来においては、一般的にはＣｒ等の金属材料をハードマスクとして用いることが多い。
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。
【０００６】
一方、リフトオフ法によって、２８ｎｍ未満の加工寸法によってマスクを作製する方法が検討されている。
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。
【非特許文献１】Ｓｔｅｐｈａｎ ｙ．Ｃｈｏｕ ＥＴ．Ａｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｉｓｓｕｅ ２１，ｐｐ．３１１４−３１１６（１９９５）
【非特許文献２】Ｅｃｒｏｎ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｒｈｙｉｎｓ，Ｒｏｎ Ｖｏｉｓｉｎ，ｓ．Ｖ．Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ，Ｐａｔｒｉｃｋ Ｍａｒｔｉｎ．ＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００３．
【非特許文献３】Ｓｔｅｐｈｅｎ ｙ．Ｃｈｏｕ，Ｐｅｔｅｒ Ｒ． Ｋｒａｕｓｓ，Ｗｅｉ Ｚｈａｎｇ，Ｌｉｎｇｊｉｅ Ｇｕｏ，ａｎｄ Ｌｅｉ Ｚｈｕａｎｇ Ｊ．ＶＡＣ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．ｂ １５，２８９７（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例における非特許文献２のようにＣｒ等の金属材料をハードマスクとするものでは、１００ｎｍ以下の微細加工に際して、次のような不都合を生じる場合がある。
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。
【０００８】
一方、非特許文献３に記載されているリフトオフ法によれば、２８ｎｍ未満の加工寸法による加工が可能となるが、図６に示すような問題を生じる場合がある。
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。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、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パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターンを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記パターンの形成方法によって作製されたパターン及び上記パターンを有するモールド、該モールドを用いた加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、つぎのように構成したパターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターン、モールド、加工装置及び加工方法を提供するものである。
本発明のパターンの形成方法は、
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と、
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する工程と、
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する工程と、
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と、
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と、
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と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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％以上であることを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
前記反転層を形成する工程の後に、該反転層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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、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、を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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％よりも少ないことを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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、本発明のパターンの形成方法は、前記反転層が、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料からなることを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、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、本発明のパターンは、上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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、本発明のパターンは、上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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。
また、本発明のモールドは、パターンをインプリントするモールドであって、
上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターン、
あるいは上記したいずれかに記載のパターン、を有することを特徴とする。
また、本発明の加工装置は、上記したモールドを備え、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする。
また、本発明の加工方法は、上記したモールドを用い、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターンを実現することができる。
また、本発明によれば、上記パターンの形成方法によって作製されたパターン及び上記パターンを有するモールド、該モールドを用いた加工装置及び加工方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上記構成によれば、ハードマスクの加工中にレジストが消失することや、ドライエッチング時のプラズマによるダメージでレジストが変形する場合が生じることを抑制でき、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。
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。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明の実施例におけるパターン形成方法について、図を用いて説明する。
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。
【００１４】
本実施例において、反転層１０４は、レジストよりもプラズマ耐性の優れた材料を用いることが出来る。
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。
【００１５】
母材１０１とハードマスクを形成するための薄膜１０２の典型的な組み合わせは、前者が石英、後者がＣｒであるが、本実施例においてはこれらに限られることなく、互いに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。
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。
【００１６】
また、本実施例によるプロセスは、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％以上である場合に、より適している。
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。
【００１７】
一方、上記の逆で、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％よりも少ない場合、図１に示す方法が必ずしも適さない場合がある。
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。
【００１８】
以下、図２に示す本実施例における別の形態について説明する。請求項に記載された工程は、例えば図２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。
【００１９】
以上の方法を用いた場合、レジストによるパターン１０３と反転パターン２０６は正反が一致する。
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。
【００２０】
以上のパターンの形成方法により、一般的な微細パターンの作製が可能となるが、これをナノインプリント用のモールドの作製に適用し、このようなモールドにより、被加工物にパターンをインプリントする加工装置、加工方法等を構成することができる。
【００２１】
また、以上に説明した本実施例のパターン形成方法によれば、図８に示すような、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４．５以上のラインアンドスペースパターンを容易に作製することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施例における別の形態によるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図３】従来例の非特許文献２におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図４】従来例の問題点を説明する鳥瞰図である。
【図５】従来例の非特許文献３におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図６】従来例のリフトオフ法による場合の問題点を説明する鳥瞰図である。
【図７】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されたパターンを説明する鳥瞰図である。
【図８】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されるパターンの断面写真である。
【図９】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されるパターンの断面写真である。
【符号の説明】
【００２３】
１０１：母材
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターン、モールド、加工装置及び加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モールド上の微細な構造を樹脂や金属等の被加工部材に転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。
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。
【０００３】
このようなインプリントによる加工は、非特許文献１に紹介されているように、半導体製造技術に適用する場合には以下のように行われる。
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。
【０００４】
このようなインプリント技術において、転写形状の精度はモールドの加工精度に依存する。
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。
【０００５】
そのため、従来においては、一般的にはＣｒ等の金属材料をハードマスクとして用いることが多い。
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。
【０００６】
一方、リフトオフ法によって、２８ｎｍ未満の加工寸法によってマスクを作製する方法が検討されている。
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。
【非特許文献１】Ｓｔｅｐｈａｎ ｙ．Ｃｈｏｕ ＥＴ．Ａｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｉｓｓｕｅ ２１，ｐｐ．３１１４−３１１６（１９９５）
【非特許文献２】Ｅｃｒｏｎ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｒｈｙｉｎｓ，Ｒｏｎ Ｖｏｉｓｉｎ，ｓ．Ｖ．Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ，Ｐａｔｒｉｃｋ Ｍａｒｔｉｎ．ＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００３．
【非特許文献３】Ｓｔｅｐｈｅｎ ｙ．Ｃｈｏｕ，Ｐｅｔｅｒ Ｒ． Ｋｒａｕｓｓ，Ｗｅｉ Ｚｈａｎｇ，Ｌｉｎｇｊｉｅ Ｇｕｏ，ａｎｄ Ｌｅｉ Ｚｈｕａｎｇ Ｊ．ＶＡＣ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．ｂ １５，２８９７（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例における非特許文献２のようにＣｒ等の金属材料をハードマスクとするものでは、１００ｎｍ以下の微細加工に際して、次のような不都合を生じる場合がある。
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。
【０００８】
一方、非特許文献３に記載されているリフトオフ法によれば、２８ｎｍ未満の加工寸法による加工が可能となるが、図６に示すような問題を生じる場合がある。
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。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、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パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターンを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記パターンの形成方法によって作製されたパターン及び上記パターンを有するモールド、該モールドを用いた加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、つぎのように構成したパターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターン、モールド、加工装置及び加工方法を提供するものである。
本発明のパターンの形成方法は、
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と、
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する工程と、
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する工程と、
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と、
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と、
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と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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％以上であることを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
前記反転層を形成する工程の後に、該反転層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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、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、を有することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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％よりも少ないことを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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することを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、
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、本発明のパターンの形成方法は、前記反転層が、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料からなることを特徴とする。
また、本発明のパターンの形成方法は、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、本発明のパターンは、上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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、本発明のパターンは、上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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。
また、本発明のモールドは、パターンをインプリントするモールドであって、
上記したいずれかに記載のパターンの形成方法によって形成されたパターン、
あるいは上記したいずれかに記載のパターン、を有することを特徴とする。
また、本発明の加工装置は、上記したモールドを備え、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする。
また、本発明の加工方法は、上記したモールドを用い、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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パターンの形成方法、該パターンの形成方法によって形成されたパターンを実現することができる。
また、本発明によれば、上記パターンの形成方法によって作製されたパターン及び上記パターンを有するモールド、該モールドを用いた加工装置及び加工方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上記構成によれば、ハードマスクの加工中にレジストが消失することや、ドライエッチング時のプラズマによるダメージでレジストが変形する場合が生じることを抑制でき、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。
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。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明の実施例におけるパターン形成方法について、図を用いて説明する。
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。
【００１４】
本実施例において、反転層１０４は、レジストよりもプラズマ耐性の優れた材料を用いることが出来る。
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。
【００１５】
母材１０１とハードマスクを形成するための薄膜１０２の典型的な組み合わせは、前者が石英、後者がＣｒであるが、本実施例においてはこれらに限られることなく、互いに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。
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。
【００１６】
また、本実施例によるプロセスは、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％以上である場合に、より適している。
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。
【００１７】
一方、上記の逆で、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％よりも少ない場合、図１に示す方法が必ずしも適さない場合がある。
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。
【００１８】
以下、図２に示す本実施例における別の形態について説明する。請求項に記載された工程は、例えば図２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。
【００１９】
以上の方法を用いた場合、レジストによるパターン１０３と反転パターン２０６は正反が一致する。
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。
【００２０】
以上のパターンの形成方法により、一般的な微細パターンの作製が可能となるが、これをナノインプリント用のモールドの作製に適用し、このようなモールドにより、被加工物にパターンをインプリントする加工装置、加工方法等を構成することができる。
【００２１】
また、以上に説明した本実施例のパターン形成方法によれば、図８に示すような、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４．５以上のラインアンドスペースパターンを容易に作製することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施例における別の形態によるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図３】従来例の非特許文献２におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図４】従来例の問題点を説明する鳥瞰図である。
【図５】従来例の非特許文献３におけるパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図６】従来例のリフトオフ法による場合の問題点を説明する鳥瞰図である。
【図７】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されたパターンを説明する鳥瞰図である。
【図８】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されるパターンの断面写真である。
【図９】本発明の実施例におけるパターンの形成方法によって作製されるパターンの断面写真である。
【符号の説明】
【００２３】
１０１：母材
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの形成方法であって、
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と、
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する工程と、
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する工程と、
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と、
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と、
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と、
を有することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項２】
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％以上であることを特徴とする請求項１に記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記反転層を形成する工程の後に、該反転層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
パターンの形成方法であって、
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、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、を有することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項５】
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％よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
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することを特徴とする請求項４又は５に記載のパターンの形成方法。
【請求項７】
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４乃至６のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項８】
前記反転層は、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項９】
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乃至８のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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パターン。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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パターン。
【請求項１２】
パターンをインプリントするモールドであって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターン、
あるいは請求項１０または請求項１１のパターン、
を有することを特徴とするモールド。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモールドを備え、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする加工装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のモールドを用い、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする加工方法。
【請求項１】
パターンの形成方法であって、
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と、
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する工程と、
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する工程と、
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と、
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と、
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と、
を有することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項２】
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％以上であることを特徴とする請求項１に記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記反転層を形成する工程の後に、該反転層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
パターンの形成方法であって、
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、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、を有することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項５】
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％よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
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することを特徴とする請求項４又は５に記載のパターンの形成方法。
【請求項７】
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４乃至６のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項８】
前記反転層は、前記レジストよりもプラズマ耐性の高い材料からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項９】
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乃至８のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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パターン。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターンであって、
前記パターンが、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パターン。
【請求項１２】
パターンをインプリントするモールドであって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法によって形成されたパターン、
あるいは請求項１０または請求項１１のパターン、
を有することを特徴とするモールド。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモールドを備え、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする加工装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のモールドを用い、被加工物にパターンをインプリントすることを特徴とする加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２９０３１６（Ｐ２００８−２９０３１６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３７２３４（Ｐ２００７−１３７２３４）
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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