(57)【要約】  シリコン基板の表面をハードマスクパターンで覆った状態で、このハードマスクパターンをマスクに用いてシリコン基板をドライエッチングすることにより、シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する基板エッチング工程Ｓ８において、シリコン基板のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとしてフッ素系ガスを用いるとともに、エッチングガスに不活性ガスを添加することにより当該不活性ガスを添加しない場合に比べて前記フッ素系ガスの分圧を下げた状態で、シリコン基板をドライエッチングする。
2012133187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成するナノインプリント用モールドの製造方法であって、
前記シリコン基板の表面をクロム系材料からなるハードマスクパターンで覆った状態で、当該ハードマスクパターンをマスクに用いて前記シリコン基板をドライエッチングすることにより、前記シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する基板エッチング工程を含み、
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとしてフッ素系ガスを用いるとともに、前記エッチングガスに不活性ガスを添加して前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とするナノインプリント用モールドの製造方法。
【請求項２】
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板をドライエッチングしたときに得られるパターンの側面がボーイング形状とならない程度に前記不活性ガスを添加する
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モールドの製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスの流量を、前記フッ素系ガスの流量の４〜１０倍の範囲内に設定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
【請求項４】
前記基板エッチング工程においては、プロセス圧力を一定に維持しつつ前記エッチングガスに不活性ガスを添加することにより前記フッ素系ガスの分圧を下げた状態で、前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
【請求項５】
シリコン基板の表面をハードマスクパターンで覆った状態で、当該ハードマスクパターンをマスクに用いて前記シリコン基板をドライエッチングすることにより、前記シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する基板エッチング工程を含み、
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとしてフッ素系ガスを用いるとともに、前記エッチングガスに不活性ガスを添加することにより当該不活性ガスを添加しない場合に比べて前記フッ素系ガスの分圧を下げた状態で、前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とする基板作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント用モールドの製造方法および基板作製方法に関する。さらに詳しくは、凹凸のパターンを有するシリコン基板を作製する場合に適用されるナノインプリント用モールドの製造方法および基板作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板に凹凸のパターンを形成する方法として、以下の方法が知られている。まず、シリコン基板上にハードマスク層を介してレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクに用いてハードマスク層をパターニングすることにより、ハードマスクパターンを形成する。次に、このハードマスクパターンをマスクに用いてシリコン基板をエッチングする。【０００３】
このような方法でシリコン基板に凹凸のパターンを形成する場合、ハードマスク層として酸化シリコン膜を用いる技術が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。ただし、酸化シリコン膜によってハードマスク層を形成すると、ハードマスク材料とシリコンとのエッチング選択比をあまり大きく確保できない。【０００４】
また従来においては、酸化シリコン膜をエッチングする場合、エッチング用のマスク材料として、クロムまたはクロム合金を用いる技術が提案されている（たとえば、特許文献２、３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０８４８４号公報
【特許文献２】特開平６−２９９１０９０号公報
【特許文献３】特開２００３−８６５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、シリコン基板に凹凸のパターンを形成するにあたって、ハードマスク層をクロム等の金属膜で形成すると、酸化シリコン膜を用いる場合に比べて、ハードマスク層を薄くしてパターンの微細化および高精度化を図ることが可能となる。ただし、ハードマスクパターンをマスクに用いてシリコン基板をドライエッチングする場合は、シリコン基板に形成されるパターンの側面が「ボーイング形状」になることがある。ボーイング形状とは、次のように定義される形状である。すなわち、シリコンの表面にエッチングによって断面凹形状の円孔パターンを形成する場合は、当該円孔パターンの入口部分の孔径（開口径）に比べて当該円孔パターンの中間深さ部分の孔径が大きくなる形状をいう。また、シリコンの表面にエッチングによって断面凹形状の溝パターンを形成する場合は、当該溝パターンの入口部分の溝幅に比べて当該溝パターンの中間深さ部分の溝幅が広くなる形状をいう。【０００７】
シリコン基板に形成されるパターンの側面がボーイング形状になる主な理由は、シリコンのエッチングが等方的に進行することによって、ハードマスクパターンの下でシリコンがサイドエッチングされるためである。具体的には、たとえば、フッ素系ガスを用いてシリコンをエッチングする場合、プロセス圧力（エッチングチャンバー内の圧力）の設定によってはシリコンのエッチングが等方的に進む。このため、シリコンがサイドエッチングされ、最終的に得られるパターンの側面がボーイング形状になる。また、これを回避するために、プロセス圧力を低くすると、（１）マスク材料とシリコンとのエッチング選択比が小さくなる、（２）シリコンのエッチングレートが下がる、という不利益をともなう。このうち、（１）の不利益は、シリコン基板を高いアスペクト比でエッチング（以下、「深掘りエッチング」という）する場合に、ハードマスクパターンが消失するという不都合を招く。また、（２）の不利益は、シリコン基板のエッチングに要する時間が長くなって生産性が低下するという不都合を招く。【０００８】
また、シリコン基板の深掘りエッチングでは、パターンの側面の垂直性を維持するために、サイドエッチングの抑制が重要な課題となっている。サイドエッチングの影響は、高い精度で微細なパターンを形成する必要があるインプリント用のモールド（原盤）を製造する場合に、特に大きくなる。その理由は、次のような事情による。すなわち、インプリント法においては、被転写基板に形成した未硬化状態のレジスト層にモールドのパターンを押し付けた状態で、たとえば、熱の印加や光の照射により、レジストを硬化させる。このとき、モールドの押し付けによってパターンのへこみ部分に充填されたレジストは、そのパターンの形状にならって硬化する。このため、モールドのパターンの側面がボーイング形状になっていると、レジスト硬化後に被転写基板からモールドを剥離するときに、モールドのパターンにレジストが引っ掛かり、被転写基板からモールドを剥離することが困難になる。また、被転写基板からモールドを剥離できたとしても、被転写基板に形成されるパターンの形状が崩れたり、パターンそのものが壊れたりするおそれがある。【０００９】
本発明の主な目的は、ハードマスクパターンを用いたドライエッチングでシリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する場合に、プロセス圧力を低圧化しなくても、パターンの側面の垂直性を高めることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、
シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成するナノインプリント用モールドの製造方法であって、
前記シリコン基板の表面をクロム系材料からなるハードマスクパターンで覆った状態で、当該ハードマスクパターンをマスクに用いて前記シリコン基板をドライエッチングすることにより、前記シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する基板エッチング工程を含み、
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとしてフッ素系ガスを用いるとともに、前記エッチングガスに不活性ガスを添加して前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とするナノインプリント用モールドの製造方法である。【００１１】
本発明の第２の態様は、
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板をドライエッチングしたときに得られるパターンの側面がボーイング形状とならない程度に前記不活性ガスを添加する
ことを特徴とする上記第１の態様に記載のナノインプリント用モールドの製造方法である。【００１２】
本発明の第３の態様は、
前記不活性ガスの流量を、前記フッ素系ガスの流量の４〜１０倍の範囲内に設定する
ことを特徴とする上記第１または第２の態様に記載のナノインプリント用モールドの製造方法である。【００１３】
本発明の第４の態様は、
前記基板エッチング工程においては、プロセス圧力を一定に維持しつつ前記エッチングガスに不活性ガスを添加することにより前記フッ素系ガスの分圧を下げた状態で、前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれか一つに記載のナノインプリント用モールドの製造方法である。【００１４】
本発明の第５の態様は、
シリコン基板の表面をハードマスクパターンで覆った状態で、当該ハードマスクパターンをマスクに用いて前記シリコン基板をドライエッチングすることにより、前記シリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する基板エッチング工程を含み、
前記基板エッチング工程においては、前記シリコン基板のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとしてフッ素系ガスを用いるとともに、前記エッチングガスに不活性ガスを添加することにより当該不活性ガスを添加しない場合に比べて前記フッ素系ガスの分圧を下げた状態で、前記シリコン基板をドライエッチングする
ことを特徴とする基板作製方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ハードマスクパターンを用いたドライエッチングでシリコン基板の表面に凹凸のパターンを形成する場合に、プロセス圧力を低圧化しなくても、パターンの側面の垂直性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板作製方法の基本的な手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る基板作製方法の各工程の処理内容を説明する図（その１）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る基板作製方法の各工程の処理内容を説明する図（その２）である。
【図４】実験結果で得られたパターンの形状を示す図である。
【図５】エッチングガスの混合比率とエッチングレートの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
１．基板作製方法の基本的な手順
２．特徴的な工程の説明
３．実験結果
４．実施の形態による効果
５．変形例等
【００１８】
＜１．基板作製方法の基本的な手順＞
まず、本発明の実施の形態に係る基板作製方法の基本的な手順について説明する。
本発明の実施の形態に係る基板作製方法は、大きくは、図１に示すように、基板準備工程Ｓ１と、ハードマスク層形成工程Ｓ２と、レジスト層形成工程Ｓ３と、レジスト露光工程Ｓ４と、レジスト現像工程Ｓ５と、ハードマスクパターン形成工程Ｓ６と、レジストパターン除去工程Ｓ７と、基板エッチング工程Ｓ８と、ハードマスクパターン除去工程Ｓ９と、を含むものである。
以下、各工程について、図２および図３を用いて説明する。
【００１９】
（基板準備工程Ｓ１）
まず、図２（Ａ）に示すように、加工の対象物となるシリコン基板１を用意する。このシリコン基板１は、たとえば、平面視円形の平らな基板であって、適度な剛性を奏する程度の厚みを有する。このため、シリコン基板１は、２つの主面と、これを除く端面とを有する基板となる。シリコン基板１の主面は、互いに表裏の関係で、シリコン基板１の厚み方向の一方と他方に一つずつ存在する面となる。シリコン基板１の端面は、シリコン基板１の主面と垂直をなす面となる。本発明に係る基板作製方法は、後述する基板エッチング工程Ｓ８において、シリコン基板１の構成材料となるシリコンそのものをエッチングするものである。
【００２０】
（ハードマスク層形成工程Ｓ２）
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１上にハードマスク層２を形成する。この場合は、シリコン基板１の一方の主面上にハードマスク層２を形成する。具体的には、シリコン基板１の一方の主面上において、このシリコン基板１の表面を覆うようにハードマスク層２を形成する。ここで記述するシリコン基板１の表面とは、酸化シリコンをほとんど含まない、シリコンによって構成される面をいう。ただし、シリコン基板１を構成しているシリコンの表面には、シリコン基板１の取り扱い上またはプロセス上、特に意図しなくても、大気中やエッチングチャンバー内に存在する酸素との結合によって薄い酸化シリコン膜（自然酸化膜）が形成される。この場合、シリコン基板１の表面を覆う酸化シリコン膜は、非常に薄い膜となる。このため、後述する基板エッチング工程Ｓ８でシリコン基板１のエッチングを開始すると、すぐに酸化シリコン膜が除去され、これに引き続いてシリコンがエッチングされる。したがって、本実施の形態に係る基板作製方法は、シリコン基板１の表面がシリコンのみで構成されている場合に限らず、このシリコン表面が上記の薄い酸化シリコン膜で覆われている場合、あるいはエッチングに支障のない薄膜で覆われている場合にも同様に適用されるものとする。
【００２１】
ハードマスク層２は、後述する基板エッチング工程Ｓ８でシリコン基板１をエッチングするときのマスクパターンの元になるものである。ハードマスク層２は、ハードマスク材料を用いて形成する。ハードマスク材料としては、金属（合金を含む）材料を用いることができる。具体的には、たとえば、クロムまたはクロム合金（窒化クロムなど）を好適に用いることができる。また、ハードマスク層２の形成は、たとえば、スパッタ法を用いて行うことができる。その際、ハードマスク層２の厚さは、最終的にシリコン基板１に形成される凹凸のパターンの精度を考慮すると、なるべく薄くすることが好ましい。具体的には、たとえば、５ｎｍ以下の厚さとする。
【００２２】
（レジスト層形成工程Ｓ３）
次に、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１上にハードマスク層２を覆う状態でレジスト層３を形成する。レジスト層３の形成は、たとえば、スピンコート法を用いて行う。レジスト材料としては、たとえば、α−クロロアクリル酸メチルとα−メチルスチレンとの重合体を含むレジスト材料のように、電子線描画用のレジスト材料として一般的なもの（具体的には日本ゼオン社製ＺＥＰ５２０Ａ）を用いることができる。そして、このようなレジスト材料をハードマスク層２の上面にスピンコート法により所定の厚さに成膜し、その後、ベーク処理を行うことで、レジスト層３を形成する。レジスト層３の厚さは、後述するハードマスクパターン形成工程Ｓ６でハードマスク層２をエッチングするときに、このエッチングが完了するまでレジスト層３（レジストパターン３Ｐ）が残存する厚さとする。
【００２３】
（レジスト露光工程Ｓ４）
次に、レジスト層３をパターニングするための処理として、レジスト層３の露光および現像を順に行う。具体的には、図２（Ｄ）に示すように、シリコン基板１上のレジスト層３を電子線の照射により露光する。このレジスト露光工程Ｓ４においては、たとえば、電子線描画装置を用いてレジスト層３の所定部位に電子線を照射することにより、レジスト層３を所定のパターンで露光する。このとき、レジスト層３がポジ型のレジスト材料を用いて形成されている場合は、電子線を照射した部分（露光部分）が可溶化する。また、レジスト層３がネガ型のレジスト材料を用いて形成されている場合は、電子線を照射した部分が不溶化する。本実施の形態においては、一例として、ポジ型のレジスト材料を用いてレジスト層３を形成するものとする。
【００２４】
（レジスト現像工程Ｓ５）
次に、図３（Ａ）に示すように、シリコン基板１上のレジスト層３を現像することにより、レジストパターン３Ｐを形成する。このレジスト現像工程Ｓ５においては、たとえば、露光済みのレジスト層３に対して現像剤を供給することにより、レジスト層３の露光部分を現像剤で溶融し除去する。現像剤としては、たとえば、フルオロカーボンを含む溶媒（具体的には、バートレルＸＦ（登録商標）、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製）を含む溶液、酢酸−ｎ−アミル、酢酸エチル若しくはそれらの混合物からなる溶媒（具体的には、ＺＥＤ−Ｎ５０（日本ゼオン社製））を含む溶液、または、これら溶液の混合液等を用いることができる。これにより、シリコン基板１上にハードマスク層２を介してレジストパターン３Ｐが形成された状態となる。
以降の説明では、レジスト層形成工程Ｓ３、レジスト露光工程Ｓ４およびレジスト現像工程Ｓ５を含む、レジストパターン３Ｐの形成工程を、「レジストパターン形成工程」と記述する。
【００２５】
（ハードマスクパターン形成工程Ｓ６）
次に、図３（Ｂ）に示すように、レジストパターン３Ｐをマスクに用いてハードマスク層２をエッチングすることにより、ハードマスクパターン２Ｐを形成する。このハードマスクパターン形成工程Ｓ６においては、たとえば、ハードマスク層２がクロムまたはクロム合金からなる金属膜である場合に、塩素ガスと酸素ガスからなる混合ガスを用いて行うことができる。これにより、ハードマスク層２のレジストパターン３Ｐによって覆われていない部分が除去される。このため、レジストパターン３Ｐのパターン形状にならってハードマスク層２がパターニングされる。その結果、シリコン基板１上にハードマスクパターン２Ｐとレジストパターン３Ｐとが重なって形成された状態となる。
【００２６】
（レジストパターン除去工程Ｓ７）
次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコン基板１上から上記のレジストパターン３Ｐを除去する。レジストパターン３Ｐの除去は、たとえば、レジスト剥離液によって行う。
【００２７】
（基板エッチング工程Ｓ８）
次に、図３（Ｄ）に示すように、ハードマスクパターン２Ｐをマスクに用いてシリコン基板１をドライエッチングする。具体的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によってシリコン基板１をエッチングする。これにより、ハードマスクパターン２Ｐのパターン形状にならってシリコン基板１上に凹凸のパターン５が形成される。このとき、シリコン基板１の表面において、エッチングでへこんだ部分が凹状のパターン５ａとなり、それ以外の部分が凸状のパターン５ｂとなる。そして、それらのパターン５ａ，５ｂの組合せによって、全体的に凹凸のパターン５が形成される。
【００２８】
（ハードマスクパターン除去工程Ｓ９）
次に、図３（Ｅ）に示すように、シリコン基板１上から上記のハードマスクパターン２Ｐを除去する。ハードマスクパターン２Ｐの除去は、たとえば、ハードマスク材料としてクロムを用いた場合は、クロムエッチング液によって行う。
【００２９】
＜２．特徴的な工程の説明＞
続いて、上記複数の工程（Ｓ１〜Ｓ９）のなかで、特徴的な工程となる基板エッチング工程Ｓ８について詳しく説明する。
【００３０】
基板エッチング工程Ｓ８においては、シリコン基板（シリコン）のドライエッチングに適用するエッチングガスの反応ガスとして、フッ素系ガスを用いる。具体的には、この反応ガスの一例として、ＣＦ４を用いるものとする。また、基板エッチング工程Ｓ８においては、上記のエッチングガスに不活性ガスを添加することにより、フッ素系ガスであるＣＦ４の分圧を下げる。不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いるものとする。そうした場合、たとえば、ＲＩＥ装置のエッチングチャンバーに導入するエッチングガスの総流量が１００ｓｃｃｍであるとすると、この総流量を変えることなく（換言すると、プロセス圧力を一定に維持したままで）、アルゴンガスの流量（添加量）を増やし、その分だけＣＦ４の流量を減らす。これにより、ＣＦ４の流量を１００ｓｃｃｍとする場合（換言すると、アルゴンガスを添加しない場合）に比べて、ＣＦ４の分圧がアルゴンガスを添加した分だけ低くなる。
【００３１】
このようにシリコン基板１のドライエッチングに適用するエッチングガスにアルゴンガスを添加することによりＣＦ４の分圧を下げて、シリコン基板１のドライエッチングを行うと、プロセス圧力を低圧化しなくても、パターン５の側面の垂直性が高まることが、本発明者の実験によって確認された。これにより、プロセス圧力の低圧化にともなう不利益を回避したうえで、凹凸のパターン５の断面形状を矩形状またはそれに近い形状にすることが可能となる。以下、さらに詳しく説明する。
【００３２】
（マスク材料とシリコンとのエッチング選択比について）
まず、マスク材料とシリコンとのエッチング選択比について説明する。
本実施の形態においては、アルゴンガスの添加によってＣＦ４の分圧を下げているものの、エッチングガスの総流量は変えていない。このため、ＣＦ４の流量を減らしてプロセス圧力を下げる場合に比べて、プロセス圧力は高くなる。一般にプロセス圧力を上げた場合は、エッチングチャンバー内でガス分子どうしの衝突が頻発になり、その平均自由行程が短くなる。そうすると、イオンがハードマスクパターン２Ｐおよびシリコン基板１に入射するときのエネルギーは、相対的に小さくなる。このとき、Ｆラジカルとシリコンとの化学反応は、イオン等の入射エネルギーにそれほど依存することなく、自発的に起こる。このため、シリコン基板１に入射するイオンのエネルギーが小さくなっても、シリコンのエッチング量はそれほど変化しない。これに対して、マスク材料にクロム等を用いた場合は、マスク材料のエッチングの進行度合いが、ハードマスクパターン２Ｐに入射するイオンのエネルギーに依存して変化する。具体的には、ハードマスクパターン２Ｐに入射するイオンのエネルギーが相対的に小さくなると、それに応じてマスク材料のエッチングの進行度合いが小さくなる。その結果、ハードマスク材料とシリコンとのエッチング選択比が大きくなる。
【００３３】
（シリコンのエッチングレートについて）
次に、シリコンのエッチングレートについて説明する。
エッチングガスにアルゴンガスを添加した場合は、次のような現象が起こると考えられる。すなわち、エッチングガスにアルゴンガスを添加すると、このアルゴンガスがエッチングチャンバー内でイオン化してアルゴンイオンとなる。そうすると、エッチングチャンバー内ではアルゴンイオンの存在によってＣＦ４の乖離が促進される。これにより、ＣＦ４の乖離によって生成されるＦラジカルとシリコンとの化学反応が活発化し、シリコンのエッチングレートが高まる。さらに、アルゴンイオンによるアシスト反応によっても、シリコンのエッチングが促進される。このため、アルゴンガスの添加によってＣＦ４の分圧を下げても、シリコンのエッチングレートの低下が抑えられる。
【００３４】
ちなみに、シリコンのエッチングレートの低下を抑えるうえでは、エッチングガスにおけるＣＦ４とアルゴンガスの混合割合を次のように設定することが望ましい。すなわち、エッチングチャンバーにエッチングガスとしてＣＦ４とアルゴンガスを導入する場合、アルゴンガスの流量（添加量）は、ＣＦ４の流量の４〜１０倍の範囲内で設定することが望ましい。
【００３５】
（エッチングの異方性について）
次に、エッチングの異方性について説明する。
エッチングガスにアルゴンガスを添加してＣＦ４の分圧を下げると、シリコンのドライエッチング時の異方性が高まり、その結果、形成されるパターン５の形状が矩形状に近づくことが、本発明者の実験によって確認されている。ただし、その理由については明らかになっていない。言い換えると、上記の事実を確認したところに、本発明の技術的意義の一つがある。
【００３６】
また、アルゴンガスの添加によってエッチングの異方性が高まる理由としては、次のようなことが考えられる。
まず、以下の（１）、（２）の場合において、それぞれエッチングチャンバー内に導入するＣＦ４の流量が同量であると仮定する。
（１）プロセス圧力を第１の圧力に設定し、この設定条件の下で、エッチングガスにアルゴンガスを添加してＣＦ４の分圧を下げた場合
（２）エッチングガスにアルゴンガスを添加しないで、上記第１の圧力よりも低い第２の圧力にプロセス圧力を設定した場合
【００３７】
上記の（２）の場合は、プロセス圧力に低圧化によりイオン入射の垂直性が高まってエッチングの異方性が顕著になることが分かっている。これに対して、上記の（１）の場合は、次のような理由で異方性が顕著になると考えられる。まず、ＲＩＥ法によるシリコンのドライエッチングは、イオンエッチングとラジカルエッチングによって進行する。上記の（１）の場合は、ＣＦ４の分圧を下げたことで、イオンエッチングの効果が高まり（換言すると、ラジカルエッチングの効果が弱まり）、エッチングの異方性が顕著になったのではないかと考えられる。
【００３８】
ちなみに、パターン５の側面の垂直性とは、シリコン基板１の表面（主面）と垂直をなす面を「垂直面」と定義し、この垂直面に近いかどうかを表す面形状の特性をいう。具体的には、パターン側面の垂直性が高いほど垂直面に近いことを意味する。パターン側面の垂直性の良否は、サイドエッチング量で判断することが可能である。詳しくは、サイドエッチング量に依存して変化する次のパラメータを基準にして、パターン側面の垂直性を判断することが可能である。すなわち、凹状のパターンの入口部分の開口寸法（孔パターンであれば孔径、溝パターンであれば溝幅）とそれよりも深い中間深さ部分の寸法との差が、あらかじめ決められた許容範囲であるかどうかによって、パターン側面の垂直性の良否を判断することが可能である。また、これ以外にも、凹状のパターン側面と上記の垂直面とのなす角度が、あらかじめ決められた許容範囲であるかどうかによって、パターン側面の垂直性の良否を判断することが可能である。
【００３９】
＜３．実験結果＞
上述した点は、本発明者による実験結果でも明らかになっている。図４（Ａ）〜（Ｃ）に実験結果で得られたパターンの形状を示す。なお、図中の上段、中段および下段において、左側の写真と右側の写真は、同じパターンを異なる方向から撮影したものである。以下、各実験結果について説明する。
【００４０】
（実験結果１）
図４（Ａ）はエッチングガスにアルゴンガスを添加しないでシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、ＣｒＮ（窒化クロム）の金属層をパターニングしてハードマスクパターン２Ｐを形成した後、プロセス圧力を５Ｐａ、シリコン基板１への印加電圧（以下、「基板バイアス」という）を５０Ｗ、エッチング時間を６００秒、エッチングガスの総流量を１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量を１００ｓｃｃｍ（１００％）として、ピッチ９０ｎｍの溝パターンをシリコン基板１に形成した。
【００４１】
（実験結果２）
図４（Ｂ）はエッチングガスにアルゴンガスを添加することでＣＦ４の分圧を下げてシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、ＣｒＮ（窒化クロム）の金属層をパターニングしてハードマスクパターン２Ｐを形成した後、プロセス圧力を５Ｐａ、基板バイアスを５０Ｗ、エッチング時間を６００秒、エッチングガスの総流量を１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量を５０ｓｃｃｍ（５０％）、アルゴンガスの流量を５０ｓｃｃｍ（５０％）として、ピッチ９０ｎｍの溝パターンをシリコン基板１に形成した。
【００４２】
（実験結果３）
図４（Ｃ）はエッチングガスにアルゴンガスを添加することでＣＦ４の分圧を下げてシリコン基板をエッチングしたときに得られたパターンの形状を示している。この実験では、ＣｒＮ（窒化クロム）の金属層をパターニングしてハードマスクパターン２Ｐを形成した後、プロセス圧力を５Ｐａ、基板バイアスを５０Ｗ、エッチング時間を６００秒、エッチングガスの総流量を１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量を２０ｓｃｃｍ（２０％）、アルゴンガスの流量を８０ｓｃｃｍ（８０％）として、ピッチ９０ｎｍの溝パターンをシリコン基板１に形成した。
【００４３】
上記の実験結果からも分かるように、エッチングガスにアルゴンガスを添加しないときは図４（Ａ）のようにパターンの形状がボーイング形状となっているが、エッチングガスにアルゴンガスを添加してＣＦ４の分圧を下げた場合は、図４（Ｂ）、（Ｃ）のようにパターン側面の垂直性が高まり、矩形状に近い形状となっている。
【００４４】
また、上記の実験結果について、シリコンのエッチングレート（Å／ｓｅｃ）を縦軸にとし、ＣＦ４とアルゴンガスの混合比率を横軸にとって表すと、図５のようになる。この図から分かるように、ＣＦ４の混合比率を５０％、２０％と低くすると、これを１００％とした場合に比べて、シリコンのエッチングレートが低下する。ただし、エッチングレートの低下はそれほど顕著ではない。具体的には、ＣＦ４の混合比率を５０％に低下した場合は、エッチングレートの低下が１０％程度にとどまっており、ＣＦ４の混合比率を２０％に低下した場合でも、エッチングレートの低下は２０％程度にとどまっている。
【００４５】
＜４．実施の形態による効果＞
本発明の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
【００４６】
すなわち、シリコン基板１の表面に凹凸のパターン５を形成するにあたって、エッチングガスに不活性ガスを添加することによりフッ素系ガスの分圧を下げて、シリコン基板１をドライエッチングしている。このため、プロセス圧力を低圧化しなくても、パターン５の側面の垂直性を高めることができる。したがって、マスク材料とシリコンとのエッチング選択比の低下や、シリコンのエッチングレートの低下を招くことなく、凹凸のパターン５の断面形状を矩形状またはそれに近い形状にすることができる。その結果、エッチング時間の短縮とエッチングパターン形状制御（矩形状）の両立を図ることが可能となる。
【００４７】
＜５．変形例等＞
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００４８】
たとえば、上記実施の形態においては、基板エッチング工程Ｓ８でエッチングガスに添加する不活性ガスにアルゴンガスを用いることとしたが、本発明はこれに限らず、たとえば、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いることもできる。また、反応ガスに用いるフッ素系ガスとしては、ＣＦ４に限らず、シリコンのエッチングに適用可能な他のフッ素系ガスを用いてもよい。
【００４９】
また、エッチングガスに不活性ガスを添加する場合に、エッチングの開始から終了までの間に、プロセス圧力が一定で、かつエッチングガスの総流量が一定の条件の下で、不活性ガスの添加量を連続的に、または段階的に変更（増加または減少）してもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態においては、基板作製方法に係る一連の工程の中で、ハードマスクパターン形成工程Ｓ６と基板エッチング工程Ｓ８との間に、レジストパターン除去工程Ｓ７を設けたが、これに限らず、基板エッチング工程Ｓ８とハードマスクパターン形成工程Ｓ９との間に、レジストパターン除去工程Ｓ７を設けるようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態で説明した基板作製方法は、インプリント用のモールドを製造する場合に好適に適用可能である。特に、インプリント用のモールド製造に適用した場合は、パターンの側面が垂直面に近づくことにより、被転写基板からモールドを剥離しやすくなる。したがって、離型性に優れたモールドを得ることが可能となる。
【００５２】
さらに、本発明に係る基板作製方法は、インプリント用のモールド製造以外の用途にも適用可能である。具体的には、たとえば、半導体装置用フォトマスク、半導体製造、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、センサ素子、光ディスク、回折格子や偏光素子等の光学部品、ナノデバイス、有機トランジスタ、カラーフィルター、マイクロレンズアレイ、免疫分析チップ、ＤＮＡ分離チップ、マイクロリアクター、ナノバイオデバイス、光導波路、光学フィルター、フォトニック結晶等の製造にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…シリコン基板
２…ハードマスク層
２Ｐ…ハードマスクパターン
３…レジスト層
３Ｐ…レジストパターン
５…パターン
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図２】
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【図４】
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【国際調査報告】
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