(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に芯材パターンを形成する芯材パターン形成工程と、
前記芯材パターンの所望の部位の厚みを薄くして薄膜部位とし、該薄膜部位と前記芯材パターンの他の部位との間に厚みの差を設ける薄膜化工程と、
少なくとも前記芯材パターンを被覆するように側壁材料膜を形成する側壁材料膜形成工程と、
前記側壁材料膜および芯材パターンに対してエッチング処理を施し、前記薄膜部位およびその側壁に存在する前記側壁材料膜を除去し、残存する前記芯材パターンの側壁に前記側壁材料膜からなるパターン構造体を形成するエッチバック工程と、
残存する前記芯材パターンを除去する芯材パターン除去工程と、を有することを特徴とするパターン構造体の形成方法。
【請求項２】
前記芯材パターン形成工程では、電子線感応型レジストあるいは感光性レジストを用いて前記芯材パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項３】
前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望部位に化学線を照射して、該照射部位に収縮を生じさせることにより前記薄膜部位を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項４】
前記芯材パターン形成工程と前記薄膜化工程との間、あるいは、前記薄膜化工程と前記側壁材料膜形成工程との間に、前記芯材パターンを所望の寸法まで縮小するスリミング工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項５】
前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項６】
前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成するとともに、前記芯材パターンの途中の部位にも前記薄膜部位を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項７】
前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成するとともに、前記芯材パターンの長手方向の途中の部位にも前記薄膜部位を形成することにより、形成されるパターン構造体の長手方向における長さを調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項８】
前記芯材パターン除去工程の後に、前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記基材をエッチングしてパターン構造体を形成する基材エッチング工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項９】
前記基材エッチング工程の後に、前記パターン構造体を形成した前記基材をモールドとし、該モールドと所望の基板とを近接させてモールドと基板との間に樹脂層を形成し、該樹脂層を硬化させた後に前記モールドと前記樹脂層とを離間して前記基板上に樹脂層からなるパターン構造体を形成するインプリント工程を有することを特徴とする請求項８に記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項１０】
前記基材として表面に中間層を備えた基材を使用し、前記芯材パターン形成工程では該中間層上に芯材パターンを形成し、前記芯材パターン除去工程の後に、前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記中間層をエッチングして中間層からなるパターン構造体を形成する中間層エッチング工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項１１】
前記中間層エッチング工程の後に、中間層からなる前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記基材をエッチングしてパターン構造体を形成する基材エッチング工程を有することを特徴とする請求項１０に記載のパターン構造体の形成方法。
【請求項１２】
前記基材エッチング工程の後に、前記パターン構造体を形成した前記基材をモールドとし、該モールドと所望の基板とを近接させてモールドと基板との間に樹脂層を形成し、該樹脂層を硬化させた後に前記モールドと前記樹脂層とを離間して前記基板上に樹脂層からなるパターン構造体を形成するインプリント工程を有することを特徴とする請求項１１に記載のパターン構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン構造体の形成方法、例えば、回路パターン、半導体素子やインプリント用モールド等の製造において使用する微細なパターン構造体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体素子においては、高速動作、低消費電力動作の要請からパターンの一層の微細化が求められているが、電子線リソグラフィー法を用いたパターン形成では、ハーフピッチ２０ｎｍ以下のパターン形成が困難、あるいは、スループットの観点から望ましくないという問題があった。【０００３】
また、近年、フォトリソグラフィー技術に替わる微細なパターン形成技術として、インプリント方法を用いたパターン形成技術が注目されている。インプリント方法は、微細な凹凸構造を備えた型部材（モールド）を用い、凹凸構造を被成型物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術であり、半導体素子に限らず、種々の分野への応用が進められている。インプリント方法に使用するモールドの製造では、例えば、石英ガラス等の基板上に設けたクロム等の金属薄膜に電子線感応型レジストを塗布し、電子線リソグラフィー法を用いて露光、現像を行ってレジストパターンを形成し、当該レジストパターンをエッチングレジストとして金属薄膜をエッチングして微細パターンを形成し、当該微細パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングし、基板の表面に凹凸構造を形成する。しかし、ここでも電子線リソグラフィー法を用いたパターン形成における問題があり、ハーフピッチ２０ｎｍ以下のパターン形成は、困難であったり、あるいは、スループットの観点から望ましくないものであった。【０００４】
上記のような電子線リソグラフィー法を用いたパターン形成における問題を解消するものとして、電子線リソグラフィー法を用いて形成したコアパターンを被覆するようにパターン形成用膜を形成し、このパターン形成用膜をエッチングしてコアパターンの側壁にパターン構造体を形成し、その後、コアパターンを除去する方法が提案されている（特許文献１）。しかし、このよう製造方法は、そのプロセス上、形成したパターン構造体に閉じたループ構造（以下、閉ループと記す）が生じ、例えば、金属層上にパターン構造体を形成し、当該パターン構造体をエッチングマスクとして金属層をエッチングして形成したライン＆スペースのパターンでは、不要な閉ループによって、一つ一つのラインが孤立した状態とならず、例えば、電気回路として使用した場合、ラインとして電気的に孤立していない状態のため、配線として機能しないという問題があった。【０００５】
このようなパターン構造体の閉ループを除去する方法として、閉ループ以外の領域をレジストで保護し、この状態でエッチングにより閉ループを除去し、その後、レジストを剥離する方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０３１７号公報
【特許文献２】特許第４８２５８９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の特許文献２に記載の閉ループの除去方法は、レジストの塗布・剥離によるパターン構造体の損傷や、異物の付着を生じるおそれがあり、また、工程が煩雑になるという問題があった。【０００８】
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、不要な閉ループが存在せず、かつ、優れた寸法精度を有するパターン構造体を形成する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】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明のパターン構造体の形成方法は、基材上に芯材パターンを形成する芯材パターン形成工程と、前記芯材パターンの所望の部位の厚みを薄くして薄膜部位とし、該薄膜部位と前記芯材パターンの他の部位との間に厚みの差を設ける薄膜化工程と、少なくとも前記芯材パターンを被覆するように側壁材料膜を形成する側壁材料膜形成工程と、前記側壁材料膜および芯材パターンに対してエッチング処理を施し、前記薄膜部位およびその側壁に存在する前記側壁材料膜を除去し、残存する前記芯材パターンの側壁に前記側壁材料膜からなるパターン構造体を形成するエッチバック工程と、残存する前記芯材パターンを除去する芯材パターン除去工程と、を有するような構成とした。
【００１０】
本発明の他の態様として、前記芯材パターン形成工程では、電子線感応型レジストあるいは感光性レジストを用いて前記芯材パターンを形成するような構成とした。【００１１】
本発明の他の態様として、前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望部位に化学線を照射して、該照射部位に収縮を生じさせることにより前記薄膜部位を形成するような構成とした。【００１２】
本発明の他の態様として、前記芯材パターン形成工程と前記薄膜化工程との間、あるいは、前記薄膜化工程と前記側壁材料膜形成工程との間に、前記芯材パターンを所望の寸法まで縮小するスリミング工程を有するような構成とした。【００１３】
本発明の他の態様として、前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成するような構成とした。【００１４】
本発明の他の態様として、前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成するとともに、前記芯材パターンの途中の部位にも前記薄膜部位を形成するような構成とした。【００１５】
本発明の他の態様として、前記薄膜化工程では、前記芯材パターンの所望の端部に前記薄膜部位を形成するとともに、前記芯材パターンの長手方向の途中の部位にも前記薄膜部位を形成することにより、形成されるパターン構造体の長手方向における長さを調整するような構成とした。【００１６】
本発明の他の態様として、前記芯材パターン除去工程の後に、前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記基材をエッチングしてパターン構造体を形成する基材エッチング工程を有するような構成とした。【００１７】
本発明の他の態様として、前記基材エッチング工程の後に、前記パターン構造体を形成した前記基材をモールドとし、該モールドと所望の基板とを近接させてモールドと基板との間に樹脂層を形成し、該樹脂層を硬化させた後に前記モールドと前記樹脂層とを離間して前記基板上に樹脂層からなるパターン構造体を形成するインプリント工程を有するような構成とした。【００１８】
本発明の他の態様として、前記基材として表面に中間層を備えた基材を使用し、前記芯材パターン形成工程では該中間層上に芯材パターンを形成し、前記芯材パターン除去工程の後に、前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記中間層をエッチングして中間層からなるパターン構造体を形成する中間層エッチング工程を有するような構成とした。【００１９】
本発明の他の態様として、前記中間層エッチング工程の後に、中間層からなる前記パターン構造体をエッチングマスクとして前記基材をエッチングしてパターン構造体を形成する基材エッチング工程を有するような構成とした。【００２０】
本発明の他の態様として、前記基材エッチング工程の後に、前記パターン構造体を形成した前記基材をモールドとし、該モールドと所望の基板とを近接させてモールドと基板との間に樹脂層を形成し、該樹脂層を硬化させた後に前記モールドと前記樹脂層とを離間して前記基板上に樹脂層からなるパターン構造体を形成するインプリント工程を有するような構成とした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、エッチバック工程において側壁材料膜に対してエッチング処理を施した時に、薄膜部位を除く芯材パターンの側壁に存在する側壁材料膜よりも、薄膜部位の側壁に存在する側壁材料膜が先に消失することを利用して、所望の端部における閉ループの形成を妨げながら側壁材料膜からなるパターン構造体を形成するので、ハーフピッチが十数ｎｍの微細なパターン構造体の形成が可能であるとともに、閉ループを除去する工程が不要であり、かつ、閉ループを具備しないパターン構造体の端部を、薄膜部位と薄膜部位を除く芯材パターンとの厚みが相違する位置で設定することができるので、優れた寸法精度を有するパターン構造体の形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、本発明のパターン構造体の形成方法の一実施形態の工程を説明するための図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは、本発明のパターン構造体の形成方法の一実施形態の工程を説明するための図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、本発明のパターン構造体の形成方法の一実施形態の工程を説明するための図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明のパターン構造体の形成方法の一実施形態の工程を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態を説明するための図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｄは、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態の工程を説明するための図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態の工程を説明するための図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｄは、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態の工程を説明するための図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｃは、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態を説明するための図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明のパターン構造体の形成方法の他の実施形態を説明するための図である。
【図１１】図１１は、実施例において作製したライン＆スペース形状のパターン構造体のセット間の間隔部位を、ＳＥＭを用いて観察した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
【００２４】
本発明のパターン構造体の形成方法は、芯材パターン形成工程にて、基材上に芯材パターンを形成し、薄膜化工程にて、芯材パターンの所望の部位の厚みを薄くして薄膜部位とし、当該薄膜部位と芯材パターンの他の部位との間に厚みの境界を設け、側壁材料膜形成工程にて、少なくとも芯材パターンを被覆するように側壁材料膜を形成し、エッチバック工程にて、側壁材料膜に対してエッチング処理を施し、薄膜部位を除く芯材パターンの側壁に側壁材料膜を存在させ、芯材パターン除去工程にて、芯材パターンを除去して側壁材料膜からなるパターン構造体を基材上に存在させた状態とするものである。
【００２５】
次に、本発明のパターン構造体の形成方法を、工程毎に説明する。
図１〜図４は、本発明のパターン構造体の形成方法の一実施形態の工程を説明するための図である。
【００２６】
＜芯材パターン形成工程＞
本発明では、まず、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、芯材パターン形成工程において、基材１１上に芯材パターン１４を形成する。尚、図１Ａは部分平面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩ−Ｉ線における縦断面図である。
【００２７】
図示例では、基材１１は中間層１２を備えた積層構造であるが、基材１１は中間層を備えないもの、あるいは、２層以上の積層からなる中間層を備えるものであってもよく、基材１１の使用目的、形成するパターンの使用目的に応じて基材１１の構成を適宜設定することができる。
【００２８】
例えば、形成したパターンの構成体をエッチングマスクとして中間層１２をエッチングし、この中間層１２のパターンをマスクとして基材１１をエッチングしてインプリントモールドを作製する場合、基材１１は、石英ガラス、珪酸系ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、アクリルガラス等のガラスや、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等、あるいは、これらの任意の積層材等の光透過性の材料とすることができる。また、インプリントモールドに光透過性が不要な場合、基材１１として、ニッケル、チタン、アルミニウムなどの金属、多結晶シリコンや窒化ガリウム等の半導体などを用いてもよい。また、中間層１２は、基材１１に比べてエッチングレートが小さく耐エッチング性を有する材料を用いることができ、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、あるいは、２種以上の組み合わせで使用することができる。このような中間層１２は、例えば、スパッタリング法等の真空成膜方法により基材１１上に形成することができる。
【００２９】
さらに、形成したパターン構成体をエッチングマスクとして中間層１２をエッチングし回路パターン等を形成する場合、銅、銀、金、ニッケル等の導電材料の１種あるいは２種以上の組み合わせで中間層１２を形成することができる。
【００３０】
また、形成したパターン構造体をそのまま使用する目的の場合、例えば、中間層１２は基材１１とパターンとの密着性を向上させる機能を有する薄膜とすることができる。
尚、中間層１２の厚みは、中間層１２の使用目的に応じて適宜設定することができる。
【００３１】
基材１１上への芯材パターン１４の形成は、電子線（ＥＢ）リソグラフィー法、フォトリソグラフィー法、またはインプリント法により形成することができる。
【００３２】
電子線（ＥＢ）リソグラフィー法を用いる場合、基材１１の中間層１２上に電子線感応型レジストを配設し、電子線描画、現像を行うことにより所望の形状の芯材パターン１４を形成することができる。
【００３３】
また、フォトリソグラフィー法を用いる場合、基材１１の中間層１２上に感光性レジストを配設し、所望の形状の光透過部を有するフォトマスクを介した光照射により露光し、現像することにより芯材パターン１４を形成することができる。
【００３４】
また、インプリント法を用いる場合、例えば、基材１１の中間層１２上に被転写物として光硬化性レジストをディスペンサやインクジェット等によって供給・配設し、所望の凹凸構造を有するモールドを接触させ、光硬化性レジストを硬化させた後、モールドを引き離すことにより、モールドが有する凹凸構造が反転した凹凸構造のパターンを中間層１２上に形成し、その後、いわゆる残膜を酸素アッシング等により除去することで、芯材パターン１４を形成することができる。
【００３５】
このように形成する芯材パターン１４の平面視形状は、図示例では長方形状であるが、これに限定されるものではない。また、芯材パターン１４の平面視における寸法も適宜設定することができる。さらに、芯材パターン１４の厚みは、後述する薄膜化工程で形成する薄膜部位１５の厚み、形成しようとするパターン構造体の高さを考慮して適宜設定することができ、例えば、１０ｎｍ〜１μｍの範囲で設定することができる。
【００３６】
＜薄膜化工程＞
次に、図１Ｃおよび図１Ｄに示されるように、芯材パターン１４の所望の部位の厚みを薄くして薄膜部位１５を形成し、芯材パターン１４の他の部位と当該薄膜部位１５との間に厚みの境界１５ａを設ける。尚、図１Ｃは部分平面図であり、図１Ｄは図１ＣのII−II線における縦断面図であり、図１Ｃでは、薄膜部位１５を点斜線を付して示している。
【００３７】
図示例では、芯材パターン１４の長手方向（図示において矢印ａで表す方向）の両側の端部１４ａの厚みを薄くして薄膜部位１５を形成している。このような薄膜部位１５は、例えば、芯材パターン１４に化学線を照射して、当該照射部位に収縮を生じさせることにより形成することができる。芯材パターン１４の他の部位と薄膜部位１５との厚みの境界１５ａ、すなわち照射部位と非照射部位との境界位置は、形成するパターンの端部位置、したがって、パターンの寸法を決定するものであり、図示例では、薄膜部位１５を除く芯材パターン１４の側壁１４ｂの長さＬが、形成するパターンの長さ寸法となるように照射部位と非照射部位との境界位置を設定することができる。尚、芯材パターン１４の側壁１４ｂとは、芯材パターン１４の全周縁部において基材１１（図示例では中間層１２）から立ち上がっている壁部を意味する。
【００３８】
使用する化学線としては、電子線、Ｘ線、紫外線等を挙げることができ、上記のように設定した照射部位に対して描画照射、あるいは、マスクパターンを介した照射を行うことにより薄膜部位１５を形成することができる。薄膜部位１５の厚みｔは、芯材パターン１４の厚みＴ、形成しようとするパターン構造体の高さＨとの間に、Ｔ−Ｈ≧MAX（（Ｔ−ｔ）or ｔ）の関係が成立するように設定することができ、化学線の照射量および／または焦点の調整により薄膜部位１５の厚みｔを制御することができる。上記の（Ｔ−Ｈ）は、後述のエッチバック工程でのエッチング量である。また、MAX（（Ｔ−ｔ）or ｔ）は、芯材パターン１４の厚みＴと薄膜部位１５の厚みｔとの差（Ｔ−ｔ）と、薄膜部位１５の厚みｔとのいずれか大きい方を意味している。
【００３９】
このような薄膜部位１５を形成する方法としては、上記の化学線を照射する方法の他に、芯材パターン１４にレーザー等を照射して当該照射部位を飛散させることにより所望の厚みの薄膜部位１５を形成する方法、微細な針状部材の先端を使用して芯材パターン１４を研削することにより所望の厚みの薄膜部位１５を形成する方法、微細な幅を有する押圧部材を芯材パターン１４に押し当てることにより所望の厚みの薄膜部位１５を形成する方法等も使用することができる。
【００４０】
＜スリミング工程＞
本実施形態においては、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、薄膜化工程後に、必要に応じて設けることができるスリミング工程を有している。尚、図２Ａは部分平面図であり、図２Ｂは図２ＡのIII−III線における縦断面図である。
【００４１】
スリミング工程においては、薄膜部位１５を有する芯材パターン１４を例えば酸素プラズマ等で処理してスリミングして、芯材パターン１４′が形成される。
【００４２】
本発明において、スリミングとは、ウエットエッチングあるいはドライエッチング（酸素プラズマ処理を含む）で芯材パターン１４のパターンの幅を細くするとともに、膜厚を薄くすることである。例えば、酸素プラズマ処理によるスリミングを行うことによって、最初に形成された芯材パターン１４のパターンのピッチを変えずに、パターン幅を１／２程度とすることができる。
【００４３】
ここで、上述の薄膜化工程では、薄膜部位１５を、この薄膜部位１５を除く芯材パターン１４の側壁１４ｂの長さＬが、形成しようとするパターン寸法となるように設定している。さらに、薄膜部位１５の厚みｔを、芯材パターン１４の厚みＴ、形成しようとするパターン構造体の高さＨとの間に、Ｔ−Ｈ（エッチング量）≧MAX（（Ｔ−ｔ）or ｔ）の関係が成立するように設定している。しかし、薄膜化工程の後にスリミング工程を有する場合、スリミング後の寸法を考慮して、薄膜部位１５の設定、薄膜部位１５の厚みｔの設定を行う。すなわち、スリミングが行われて形成された芯材パターン１４′における側壁１４′ｂの長さＬ′が、形成しようとするパターン寸法となるように、予めスリミングによる寸法縮小を考慮して薄膜部位１５の位置を設定する。また、スリミングが行われて形成された芯材パターン１４′における薄膜部位１５′の厚みｔ′と、芯材パターン１４′の厚みＴ′、形成しようとするパターン構造体の高さＨとの間に、Ｔ′−Ｈ（エッチング量）≧MAX（（Ｔ′−ｔ′）or ｔ′）の関係が成立するように、予めスリミングによる寸法縮小を考慮して薄膜部位１５の厚みｔを設定する。
【００４４】
＜側壁材料膜形成工程＞
次に、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、芯材パターン１４′を被覆するように基材１１の中間層１２上に側壁材料膜１６を形成する。尚、図２Ｃは部分平面図であり、図２Ｄは図２ＣのIV−IV線における縦断面図、図２Ｅは図２ＣのＶ−Ｖ線における縦断面図である。また、図２Ｃでは、側壁材料膜１６に斜線を付して示している。
【００４５】
側壁材料膜１６は、形成するパターン構造体の使用目的、要求される特性等を考慮した上で、被着させる面上に沿って一連の膜として形成されたものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）やＡＬＤ法（原子層堆積法）等の低温真空成膜法により形成することができる。特に、ＡＬＤ法は、原子層を堆積させる面が凹凸面、湾曲面等如何なる形状の面であっても低温で精度良く成膜でき、好適に用いることができる。
【００４６】
側壁材料膜１６は、芯材パターン１４′を構成するレジストのガラス転移温度より十分低い温度、例えば、２０〜１００℃、好ましくは室温程度の温度で、芯材パターン１４′に損傷を与えずに成膜することができる材料であって、形成するパターンの使用目的に応じた材料により成膜することができる。例えば、中間層１２が金属層であり、この中間層１２のエッチングにおいて耐エッチング性を発現できるような側壁材料膜１６の材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素等の珪素系、酸化アルミニウム等のアルミニウム系、酸化ハフニウム等のハフニウム系、窒化チタン等のチタン系の材料等が挙げられる。
【００４７】
このような側壁材料膜１６は、単層で構成してもよく、また、２層以上の積層膜として構成してもよい。側壁材料膜１６の膜厚は、ハーフピッチ設計分の膜厚とすることが好ましく、例えば、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の厚さが得られるまで、一連の原子層を連続的に積み重ねることができる。
【００４８】
＜エッチバック工程＞
次いで、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄに示されるように、側壁材料膜１６、および、芯材パターン１４′、薄膜部位１５′に対してエッチング処理を施し、中間層１２を露出させるとともに、薄膜部位１５′とその側壁に存在する側壁材料膜１６を除去し、残存する芯材パターン１４′の側壁１４′ｂのみに側壁材料膜１６を残す。これにより、側壁材料膜１６からなるパターン１７を形成する。尚、図３Ａは部分平面図であり、図３Ｂは図３ＡのVI−VI線における縦断面図であり、図３Ｃおよび図３Ｄは図３Ａにおいて点線円で囲まれた部位の拡大斜視図であり、図３Ｃは側壁材料膜１６の厚み分のエッチングが行われ、芯材パターン１４′と薄膜部位１５′の上面（斜線を付して示している）が露出した状態を示し、図３Ｄはエッチバックが終了した状態を示しており、図３Ｂに対応するものである。尚、図３Ｃ、図３Ｄでは、中間層１２は省略している。
【００４９】
エッチバックとは、エッチングにより表面を全体的に厚さ方向に削る操作であり、側壁材料膜１６を構成する材料に応じて適切なエッチングガスを用いて行うことができる。例えば、側壁材料膜１６が酸化珪素で構成されている場合には、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6等のフッ素系ガスをエッチングガスとして用いてエッチバックを行うことができる。そして、上記のように、レジストを用いて形成した芯材パターン１４（芯材パターン１４′と薄膜部位１５′）は、このようなエッチングにより、厚さ方向に削られる。尚、芯材パターン１４（芯材パターン１４′と薄膜部位１５′）のエッチング速度は、図示例では側壁材料膜１６のエッチング速度をほぼ同じものとして示しているが、前者のエッチング速度の方が大きいものであってもよい。
【００５０】
上述したように、スリミングが行われて形成された芯材パターン１４′における薄膜部位１５′の厚みｔ′と、芯材パターン１４′の厚みＴ′、形成しようとするパターン構造体の高さＨとの間には、Ｔ′−Ｈ（エッチング量）≧MAX（（Ｔ′−ｔ′）or ｔ′）の関係が成立しており、エッチバックでは、芯材パターン１４′の厚みＴ′と薄膜部位１５′の厚みｔ′との差（Ｔ−ｔ）と、薄膜部位１５′の厚みｔ′のいずれか大きい方の厚み分を確実に除去できるようにエッチング量を調整することにより、薄膜部位１５′とその側壁に存在する側壁材料膜１６が除去され、残存する芯材パターン１４′の側壁１４′ｂのみに側壁材料膜１６を残すことができる。したがって、形成されるパターン構造体１７は、閉ループが存在せず、かつ、パターン構造体１７の端部１７ａの位置は、薄膜部位１５′と薄膜部位１５′を除く芯材パターン１４′との厚みの境界１５′ａの位置で決定されるので、パターン構造体１７は寸法精度に優れたものとなる。
【００５１】
＜芯材パターン除去工程＞
次に、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、芯材パターン１４′を除去し、中間層１２上にパターン構造体１７が存在する基材１１とする。尚、図４Ａは部分平面図であり、図４Ｂは図４ＡのVII−VII線における縦断面図である。
【００５２】
芯材パターン１４′の除去は、例えば、酸素プラズマによる選択的ドライエッチングで行うことができる。
【００５３】
このような本発明では、エッチバック工程において側壁材料膜１６に対してエッチング処理を施した時に、薄膜部位１５（１５′）を除く芯材パターン１４（１４′）の側壁１４ｂ（１４′ｂ）よりも、薄膜部位１５（１５′）の側壁１４ｂ（１４′ｂ）において側壁材料膜１６が先に消失することを利用して、所望の端部における閉ループの形成を妨げながら側壁材料膜１６からなるパターン構造体１７を形成する。したがって、例えば、ハーフピッチが十数ｎｍ（１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満）の微細なライン＆スペース形状のパターン構造体１７の形成が可能であるとともに、閉ループを除去する工程が不要である。さらに、不要な閉ループを具備しないパターン構造体１７の端部１７ａの位置を、薄膜部位１５（１５′）と薄膜部位を除く芯材パターン１４（１４′）との厚みが異なる境界１５ａ（１５′ａ）の位置で設定することができるので、優れた寸法精度を有するパターン構造体１７の形成が可能である。
【００５４】
上述のように形成したパターン構造体１７が形成目的のパターン構造体である場合には、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、中間層１２上にパターン構造体１７が存在する基材１１を得たところで、本発明のパターン形成が終了する。
【００５５】
また、本発明のパターン構造体の形成方法では、上述のように形成したパターン構造体１７をエッチングマスクとして、中間層１２をエッチングし（図４Ｃ）、中間層からなるパターン構造体１８を形成することも可能である（図４Ｄ）。上述のように、パターン構造体１７は側壁材料膜１６からなり、この側壁材料膜１６は無機材料で構成されているので、例えば、中間層１２がクロム等の金属層である場合、従来の有機材料からなるエッチングレジストに比べて、パターン構造体１７のエッチングマスクとして耐性が向上するので、例えば、ハーフピッチが十数ｎｍ（１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満）の微細なライン＆スペース形状のパターン構造体１８の形成が可能である。
【００５６】
さらに、本発明のパターン構造体の形成方法では、上述のように形成したパターン構造体１８をマスクパターンとして、基材１１をエッチングして、所望の凹凸構造からなるパターン構造体１９を形成することも可能である（図４Ｅ）。このようなパターン構造体１９の形成においても、例えば、ハーフピッチが十数ｎｍ（１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満）の微細なライン＆スペース形状のパターン構造体の形成が可能である。このような基材１１へのパターン構造体１９の形成により、例えば、インプリント用のモールドを作製することができ、さらに、このモールドからレプリカモールドを作製することができる。また、本発明では、このように作製したモールドを使用して、モールドと所望の基板とを近接させてモールドと基板との間に樹脂層を形成し、当該樹脂層を硬化させた後にモールドと離間して、基板上に樹脂層からなるパターン構造体を形成することができる。このように形成したパターン構造体は、上述のパターン構造体１７の形状を反映したパターン構造体である。勿論、上記の樹脂層からなるパターン構造体をマスクパターンとして基板をエッチングしてパターン構造体を形成することもできる。このように形成したパターン構造体も、上述のパターン構造体１７の形状を反映したパターン構造体である。
【００５７】
上述のパターン構造体の形成方法の実施形態は例示であり、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、芯材パターン１４の平面視形状が、図５に示されるようなライン＆スペース形状であり、かつ、ライン＆スペース形状の芯材パターン群が所定の間隔を設けて複数セット（図示では３セット）配設されたものであってもよい。この場合、各芯材パターン群の長手方向の両端部の所定の領域（図示例で二点鎖線にて囲まれた領域）に薄膜化処理を行って薄膜部位を形成することができる。
【００５８】
また、例えば、芯材パターン１４の一方の端部には閉ループのパターンが形成されてもよい場合には、当該端部には、薄膜部位１５を形成する必要はない。
【００５９】
また、本発明のパターン構造体の形成方法では、例えば、芯材パターンの長手方向の途中の部位にも薄膜部位を形成してもよい。図６は、このような薄膜部位を形成することにより、第１パターン構造体と第２パターン構造体を、それぞれ第１パターン領域と第２パターン領域とに同時に形成する実施形態を説明する工程図である。この実施形態では、上述の芯材パターン形成工程と同様にして、基材２１上に設定した第１パターン領域Ａから第２パターン領域Ｂに連続した芯材パターン２４を形成する（図６Ａ）。尚、図示例では、１本の芯材パターン２４を示しているが、芯材パターン２４の本数は適宜設定することができ、また、芯材パターン２４の平面視における形状、寸法等も適宜設定することができる。
【００６０】
次に、第１パターン領域Ａと第２パターン領域Ｂの境界を跨ぐように、芯材パターン２４の長手方向（図示において矢印ａで表す方向）の途中に薄膜部位２５（点斜線を付して示す）を形成し、芯材パターン２４の他の部位と薄膜部位２５との間に厚みの境界２５ａを形成する（図６Ｂ）。尚、図６Ｂには示されていないが、芯材パターン２４の長手方向の端部にも薄膜部位を形成する。
【００６１】
この薄膜部位２５は、上述の薄膜化工程と同様に、芯材パターン２４に化学線を照射して、当該照射部位に収縮を生じさせることにより形成することができる。そして、薄膜部位２５すなわち照射部位は、第１パターン構造体と第２パターン構造体とが離間する距離、および、第１パターン構造体と第２パターン構造体の各々の寸法を決定するものである。
【００６２】
次いで、上述の側壁材料膜形成工程と同様にして、芯材パターン２４を被覆するように基材２１上に側壁材料膜２６を形成し、その後、上述のエッチバック工程と同様にして、基材２１を露出させるとともに、薄膜部位２５とその側壁に存在する側壁材料膜２６を除去し、残存する芯材パターン２４の側壁２４ｂのみに側壁材料膜２６を残して、側壁材料膜２６からなるパターン構造体２７を形成する（図６Ｃ）。次に、上述の芯材パターン除去工程と同様にして、芯材パターン２４を除去する（図６Ｄ）。これにより、基材２１上の第１パターン領域Ａに第１パターン構造体２７Ａ、第２パターン領域Ｂに第２パターン構造体２７Ｂを同時に形成することができ、かつ、形成された第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂは、閉ループが存在せず、寸法精度に優れたものとなる。
【００６３】
従来、図示例のような第１パターン構造体と第２パターン構造体を、それぞれ第１パターン領域と第２パターン領域とに同時に形成する場合、第１パターン領域と第２パターン領域にそれぞれ芯材パターンを形成してパターン形成が行われていたので、第１パターン構造体と第２パターン構造体のそれぞれに閉ループが形成され、この閉ループの除去工程が必要であった。また、第１パターン領域と第２パターン領域に連続した状態でパターンを形成し、その後、第１パターン領域と第２パターン領域の境界部位のパターン構造体を除去して、第１パターン構造体と第２パターン構造体を形成する方法もあるが、レジストの塗布・剥離によるパターンの損傷や、異物の付着を生じるおそれがあり、また、工程が煩雑であった。しかし、本発明による第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂの同時形成では、このような従来からの欠点がなく、寸法精度の高いパターン構造体を簡便に形成することができる。
【００６４】
上記のような第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂの同時形成においても、上述の実施形態のように、スリミング工程を加えてもよい。また、使用する基材は、上述の実施形態のように、必要に応じて中間層を備えるものであってもよい。
【００６５】
上述のように形成した第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂが形成目的のパターン構造体である場合には、上記のように、基材２１上に第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂを形成したところで、本発明のパターン構造体の形成が終了する。また、形成した第１パターン構造体２７Ａと第２パターン構造体２７Ｂをエッチングマスクとして、図４Ｃと同様に、中間層をエッチングして、中間層からなる第１パターン構造体と第２パターン構造体を形成してもよく、さらに、この中間層からなる第１パターン構造体と第２パターン構造体をマスクパターンとして、図４Ｅと同様に、基材２１をエッチングして、凹凸構造の第１パターン構造体と第２パターン構造体を形成してもよい。尚、第１パターン構造体と第２パターン構造体は、例えば、主パターンとダミーパターンの関係であってもよい。
【００６６】
さらに、上記の例では、第１パターン構造体と第２パターン構造体の２種のパターンの形成であるが、例えば、芯材パターンの長手方向の途中の部位に形成する薄膜部位の幅を、化学線照射の解像限界内で適宜縮小し、かつ、隣り合う薄膜部位の距離を短く設定して複数の薄膜部位を形成することにより、１種あるいは２種以上のピラー形状のパターン構造体を複数形成することができる。図７は、複数のピラー形状のパターンを形成する本発明の実施形態を説明する工程図である。この実施形態では、上述の芯材パターン形成工程と同様にして、基材３１上に連続した芯材パターン３４を形成し、芯材パターン３４の長手方向（図示において矢印ａで表す方向）に複数の薄膜部位３５（点斜線を付して示す）を形成する（図７Ａ）。これにより各薄膜部位３５においては、芯材パターン３４の他の部位との間に厚みの境界３５ａが形成される。この薄膜部位３５は、上述の薄膜化工程と同様に、芯材パターン３４に化学線を照射して、当該照射部位に収縮を生じさせることにより形成することができる。薄膜部位３５の幅Ｗ１は、化学線照射の解像限界内の幅、例えば、化学線照射として図示の矢印ｂ方向に電子線を走査して描画を行う場合、電子線描画の解像限界（例えば、２０ｎｍ程度）の幅まで小さく設定することができ、隣り合う薄膜部位３５の間に存在する芯材パターン３４の幅Ｗ２は、例えば、１０ｎｍ程度まで小さく設定することができる。
【００６７】
尚、図示例では、１本の芯材パターン３４を示しているが、芯材パターン３４の本数は適宜設定することができ、また、芯材パターン３４の平面視における形状、寸法等も適宜設定することができる。
【００６８】
次いで、上述の側壁材料膜形成工程と同様にして、芯材パターン３４を被覆するように基材３１上に側壁材料膜３６を形成し、その後、上述のエッチバック工程と同様にして、基材３１を露出させるとともに、薄膜部位３５とその側壁に存在する側壁材料膜３６を除去し、残存する芯材パターン３４の側壁３４ｂのみに側壁材料膜３６を残して、側壁材料膜３６からなるパターン構造体３７を形成する（図７Ｂ）。次に、上述の芯材パターン除去工程と同様にして、芯材パターン３４を除去する（図７Ｃ）。これにより、基材３１上に複数のピラー形状のパターン構造体３７を形成することができ、形成されたパターン構造体３７は寸法精度に優れたものとなる。
【００６９】
また、図８は、芯材パターンの長手方向の途中の部位に薄膜部位を形成することにより、メタマテリアルとして機能する光学素子のパターン形成の例を説明する工程図である。この実施形態では、所望の光学的特性を具備し、かつ、一方の面に金属層４２を備えた基材４１を準備し、この基材４１の金属層４２上に、上述の芯材パターン形成工程と同様にして、所定形状の芯材パターン４４を形成する（図８Ａ）。次に、芯材パターン４４の長手方向（図示において矢印ａで表す方向）の途中に複数の薄膜部位４５（点斜線を付して示す）を形成し、芯材パターン４４の他の部位と薄膜部位４５との間に厚みの境界４５ａを形成する（図８Ｂ）。この薄膜部位４５は、上述の薄膜化工程と同様に、芯材パターン４４に化学線を照射して、当該照射部位に収縮を生じさせることにより形成することができる。芯材パターン４４の長手方向における薄膜部位４５の幅Ｗ３は、近接するパターンの間隔ｄを決定するものであり、この近接するパターンの間隔ｄは、その変化が近接場光相互作用の程度を変化させ得るよう設定される。このような薄膜部位４５の幅Ｗ３は、化学線照射の解像限界内の幅、例えば、化学線照射として図示の矢印ｂ方向に電子線を走査して描画を行う場合、電子線描画の解像限界（例えば、２０ｎｍ程度）の幅まで小さく設定することができる。
【００７０】
次いで、上述の側壁材料膜形成工程と同様にして、芯材パターン４４を被覆するように基材４１の金属層４２上に側壁材料膜４６を形成し、その後、上述のエッチバック工程と同様にして、金属層４２を露出させるとともに、薄膜部位４５とその側壁に存在する側壁材料膜４６を除去し、残存する芯材パターン４４の側壁４４ｂのみに側壁材料膜４６を残して、側壁材料膜４６からなるパターン構造体４７を形成する（図８Ｃ）。次に、上述の芯材パターン除去工程と同様にして、芯材パターン４４を除去することにより、金属層４２上にパターン構造体４７が形成される。次いで、このパターン構造体４７をエッチングマスクとして、図４Ｃと同様に、金属層４２をエッチングする。これにより、間隔ｄを介して近接する複数の金属パターン構造体４８を基材４１上に形成することができる（図８Ｄ）。
【００７１】
このようなパターン構造体４７、金属パターン構造体４８の形成においても、上述の実施形態のように、スリミング工程を加えてもよい。また、例えば、環形状の芯材パターンの途中の部位に薄膜部位を形成することにより、二重環形状の一箇所が上記の幅Ｗ３で除去された形状のパターン構造体４７、金属パターン構造体４８を形成して光学素子としてもよい。
【００７２】
上述の実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の芯材パターン１４の他の部位と薄膜部位１５との厚みの境界１５ａは、図１Ｃ、図１Ｄに示されている例では明瞭なものとなっているが、境界１５ａが不明瞭なものであっても本発明に包含される。図９Ａは、薄膜化工程において形成された薄膜部位１５を示す部分斜視図であり、芯材パターン１４の他の部位と薄膜部位１５との厚みの境界１５ａは傾斜をなしており、境界位置は明瞭ではない。このような薄膜部位１５を形成した後に、上述のようにスリミング工程、側壁材料膜形成工程を行い、エッチバック工程を行うと、エッチバックの途中段階では、図９Ｂに示されるように、露出した芯材パターン１４′と薄膜部位１５′の上面（斜線を付している）との間には、側壁材料膜１６が傾斜した状態で存在する。そして、エッチバックが終了した状態では、図９Ｃに示されるように、形成されるパターン構造体１７の端部１７ａが中間層１２（図示せず）に対して垂直ではなく、やや傾斜したものとなる。
【００７３】
また、上述の芯材パターン１４の他の部位と薄膜部位１５との厚みの境界１５ａは、図１Ｃ、図１Ｄに示されている例では明瞭なものとなっており、薄膜部位１５の幅は芯材パターン１４の他の部位と同じものとなっているが、薄膜部位１５に幅方向の広がりが生じ、かつ、境界１５ａが不明瞭なものであっても本発明に包含される。図１０Ａは、薄膜化工程において形成された薄膜部位１５を示す部分斜視図であり、薄膜部位１５は幅方向（図示の矢印ａ方向）に広がりが生じており、さらに、芯材パターン１４の他の部位と薄膜部位１５との厚みの境界１５ａは傾斜をなし、境界位置は明瞭ではない。このような薄膜部位１５を形成した後に、上述のようにスリミング工程、側壁材料膜形成工程を行い、エッチバック工程を行うと、エッチバックの途中段階では、図１０Ｂに示されるように、広がりを生じた薄膜部位１５の壁面に側壁材料膜１６が存在し、露出した芯材パターン１４′と薄膜部位１５′の上面（斜線を付している）との間には、側壁材料膜１６が傾斜した状態で存在する。そして、エッチバックが終了した状態では、図１０Ｃに示されるように、形成されるパターン構造体１７の端部１７ａは、相互に離間するように開き気味であり、かつ、中間層１２（図示せず）に対して垂直ではなく、やや傾斜したものとなる。
【００７４】
さらに、図１０に示した例とは逆に、薄膜部位１５の幅が芯材パターン１４の他の部位よりも狭いものであっても本発明に包含される。
【実施例】
【００７５】
次に、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
基材として、外形が６インチ角、厚さ０．２５インチの合成石英ガラス基板を準備し、この基材の一方の面にクロムをスパッタリング法で成膜して厚さ５ｎｍのクロム層を中間層として形成した。【００７６】
次に、上記のクロム層上に電子線感応型レジストをスピンコート法で塗布し、このレジスト層を電子線描画し、現像することにより芯材パターン（厚み６０ｎｍ）を形成した。この芯材パターンは、パターン幅３０ｎｍ、ハーフピッチ３０ｎｍ、ライン長６６６．３３μｍのライン＆スペース形状の芯材パターン群が、ラインの長手方向において、０．５μｍの間隔を設けて３セット配設されたものとした（図５参照）。【００７７】
次いで、ライン＆スペース形状の各芯材パターン群間の中点を中心として、ＦＯＶ（field of view）＝０．７５μｍでＳＥＭ観察することにより、それぞれの芯材パターン群の両端の端部から０．１１μｍまでの部位に電子線を照射（照射量２．４×１０3μＣ／ｃｍ2）した。これにより、各芯材パターンの両端に薄膜部位（厚み４５ｎｍ）を形成した。【００７８】
次に、この芯材パターンを酸素プラズマでドライエッチングしてスリミングし、各芯材パターンのパターン幅を１５ｎｍ、各芯材パターンの厚みを４５ｎｍ、芯材パターンの薄膜部位の厚みを３０ｎｍとした。【００７９】
次に、スリミングした芯材パターンを被覆するようにクロム層上に、側壁材料膜としてＡＬＤ法により酸化珪素膜（厚み１５ｎｍ）を成膜した。【００８０】
次いで、ＣＦ4ガスを用いて酸化珪素の側壁材料膜の全面をドライエッチングによりエッチバックし、クロム層、薄膜部位を含む芯材パターンの上面を露出させるとともに、薄膜部位の側壁を露出させた。これにより、薄膜部位を除く芯材パターンの側壁のみに酸化珪素の側壁材料膜を残してパターンを形成した。【００８１】
次に、酸素プラズマによるドライエッチングで選択的に芯材パターンを除去し、クロム層上に酸化珪素のパターンが存在する基材を得た。形成したパターンは、幅１５ｎｍ、高さ１５ｎｍ、ハーフピッチ１５ｎｍのライン＆スペース形状が、ラインの長手方向において、０．７２μｍの間隔を設けて３セット存在するものであり、パターンの端部には閉ループが存在しないものであった。【００８２】
このように形成したライン＆スペース形状のセット間の間隔部位を含む１μｍ×１μｍの領域をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡（Ｈｏｌｏｎ（株）製  ｅｍｕ２５０））を用いて観察し、図１１に示した。図１１では、白く見えるラインが酸化珪素のパターンである。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
不要な閉ループをパターンから除去する必要のあるパターン構造体の形成が行われる種々の製造分野、および、形成したパターン構造体を用いて被加工体へ加工を行う種々の製造分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１１，２１，３１，４１…基材
１２…中間層
１４，１４′，２４，３４，４４…芯材パターン
１４ｂ，１４′ｂ，２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ…側壁
１５，１５′，２５，３５，４５…薄膜部位
１５ａ，１５′ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ…厚みの境界
１６，２６，３６，４６…側壁材料膜
１７，２７（２７Ａ，２７Ｂ），３７，４７…パターン構造体
【図１】
0005618033.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005618033.tif 000008
【図８】
0005618033.tif 000009
【図９】
0005618033.tif 000010
【図１０】
0005618033.tif 000011
【図１１】
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