(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターンの上部に紫外線を照射する工程と、
前記紫外線の照射後に、前記基板上に反転樹脂材料を塗布する工程と、
前記反転樹脂材料の塗布後に前記第１パターンを除去し、前記反転樹脂材料を含む第２パターンを形成する工程と、
前記第２パターンをマスクとして、前記基板を加工する工程と、
を備え、
紫外線の照射により前記反転樹脂材料に対する接触角が大きくなる材料を用いて前記第１パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１パターンの疎密分布に基づいて吐出分布を調整したインクジェット法により前記反転樹脂材料を塗布することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
基板上に第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターンの上部に紫外線を照射する工程と、
前記紫外線の照射後に、前記基板上に自己組織化材料を塗布する工程と、
前記自己組織化材料の塗布後に前記基板を加熱し、当該自己組織化材料を配列させて第２パターンを形成する工程と、
前記第１パターン及び前記第２パターンをマスクとして、前記基板を加工する工程と、
を備え、
紫外線の照射により前記自己組織化材料に対する接触角が大きくなる材料を用いて前記第１パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記基板を加工する前に、前記第２パターンの頂部を除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１パターンの疎密分布に基づいて吐出分布を調整したインクジェット法により前記自己組織化材料を塗布することを特徴とする請求項３又は４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
インプリントにより前記第１パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
基板上に第１パターンを形成する形成部と、
前記第１パターンの上部に紫外線を照射する照射部と、
前記照射部により紫外線が照射された前記基板に反転樹脂材料又は自己組織化材料を塗布する塗布部と、
を備え、
前記形成部は、紫外線の照射により前記反転樹脂材料又は前記自己組織化材料に対する接触角が大きくなる材料を用いて前記第１パターンを形成することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項８】
前記照射部は、ＶＵＶ波長の紫外線を照射することを特徴とする請求項７に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記塗布部により前記自己組織化材料が塗布された基板を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記形成部は、インプリント法により前記第１パターンを形成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細パターンを形成する手法として、ナノインプリント法が注目されている。ナノインプリント法では、凹凸パターンが形成されたインプリント用テンプレートを下地基板上に塗布したレジストに接触させ、レジストを硬化させた後、テンプレートをレジストから離型することによりレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして下地基板を加工する。
【０００３】
また、レジストパターンの形成後に、反転樹脂材料を塗布してレジストパターンを除去することで、前記レジストパターンを反転させた反転パターンを形成し、この反転パターンをマスクとして下地基板を加工する手法も知られている。
【０００４】
このような従来の反転パターンの形成方法では、塗布された反転樹脂材料が、レジストパターンの凹部（スペース部）を埋めるだけでなく、凸部（ライン部）の上面にも存在する。そのため、レジストパターンの除去前に、凸部上の反転樹脂材料を除去して凸部の上面を露出する処理が行われている。
【０００５】
しかし、レジストパターンのパターン密度が低い領域において凸部上に形成される反転樹脂材料の膜厚が、レジストパターンのパターン密度が高い領域において凸部上に形成される反転樹脂材料の膜厚より薄いため、凸部の上面を露出する処理の際に、レジストパターンのパターン密度が低い領域において凸部（ライン部）の一部が除去され、パターンが細くなるという問題があった。また、反転パターンにも寸法変動が生じ、このような反転パターンをマスクとして使用すると、下地基板を所望のパターンに加工できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３８０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、反転パターンの寸法精度を向上させることができるパターン形成方法及び装置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】
【０００８】
本実施形態によれば、パターン形成方法は、基板上に第１パターンを形成する工程と、前記第１パターンの上部に紫外線を照射し、反転樹脂材料に対する撥液性を高める工程と、を備える。さらに、このパターン形成方法は、紫外線の照射後に、前記基板上に前記反転樹脂材料を塗布する工程と、前記反転樹脂材料の塗布後に前記第１パターンを除去し、前記反転樹脂材料を含む第２パターンを形成する工程と、前記第２パターンをマスクとして、前記基板を加工する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図２】図１に続く工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】比較例によるパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図７】図６に続く工程断面図である。
【図８】第１の実施形態に係るパターン形成方法を実行するパターン形成装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を図１乃至図３に示す工程断面図を用いて説明する。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、下地基板１０１上に塗布された液状の光硬化性有機材料（インプリント材）１０２に、凹凸を有するテンプレート１０３を接触させる。下地基板１０１は、シリコン基板でもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁膜でもよい。テンプレート１０３は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板にプラズマエッチングで凹凸のパターンを形成したものである。光硬化性有機材料１０２には、例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型ＳｉＯ２材料を用いる。なお、ここでは、下地基板１０１及びテンプレート１０３の一部を図示している。
【００１３】
テンプレート１０３をインプリント材１０２に接触させると、図１（ｂ）に示すように、液状のインプリント材１０２はテンプレート１０３の凹凸パターンに従って流動して入り込む。
【００１４】
図１（ｃ）に示すように凹凸パターン内にインプリント材１０２が充填された後、光（ＵＶ光）を照射し、インプリント材１０２を硬化させる。
【００１５】
図１（ｄ）に示すように、テンプレート１０３をインプリント材１０２から分離する。既にこの状態ではインプリント材１０２は硬化されているので、テンプレート１０３が接触していたときの状態（形状）に維持される。
【００１６】
図１（ｄ）に示すように、下地基板１０１上のテンプレート１０３の凸部に対応する部分には残膜１０２ａが存在している。そのため、図２（ａ）に示すように、酸素プラズマによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により残膜１０２ａを除去し、鋳型となるパターン（鋳型パターン）１０４を形成する。鋳型パターン１０４は、パターン密度の高い領域１０４ａと、パターン密度の低い領域１０４ｂとを有している。パターン密度が高いとは、凸部１０５の割合が大きいと言うことができる。また、パターン密度が低いとは、スペース部（凹部）１０６の割合が大きいと言うことができる。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、鋳型パターン１０４の上方から下地基板１０１の表面に向かって垂直にＵＶ光を照射する。例えば、波長が１９３ｎｍのＵＶ光を、照射量３０ｍＪ／ｃｍ２で照射する。ＵＶ光は、鋳型パターン１０４の上面部に照射され、側面にはほとんど照射されない。
【００１８】
このＵＶ光の照射により、後述する反転樹脂材料１１０に対する鋳型パターン１０４表面の撥液性が変化する。具体的には、ＵＶ光がほとんど照射されていない鋳型パターン１０４の凸部１０５の側面の反転樹脂材料１１０に対する接触角は約３０°であるのに対し、ＵＶ光が照射された鋳型パターン１０４の凸部１０５の上面は反転樹脂材料１１０に対する接触角が約８０°となった。
【００１９】
ＵＶ光の照射後、図２（ｃ）に示すように、下地基板１０１上に反転樹脂材料１１０を塗布する。例えば、反転樹脂材料１１０を滴下してスピンコートする。反転樹脂材料１１０には、例えば、（通常のレジスト材料よりシリコン含有量の多い）シリコン含有レジストを用いる。
【００２０】
図２（ｂ）に示す工程においてＵＶ光を照射したことにより、鋳型パターン１０４の凸部１０５の上面は撥液性が高くなっている。そのため、図２（ｄ）に示すように、反転樹脂材料１１０は凸部１０５上には成膜されず、スペース部１０６にだけ反転樹脂材料１１０が埋め込まれる。その後、ベーク処理等により下地基板１０１を加熱し、溶剤を揮発させて反転樹脂材料１１０を硬化させる。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、酸素プラズマによるＲＩＥ等により鋳型パターン１０４を除去する。これにより、反転樹脂材料１１０からなり、鋳型パターン１０４を反転したパターン形状を有する反転パターン１２０が形成される。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、反転パターン１２０をマスクとして、プラズマエッチング等により、下地基板１０１を加工する。
【００２３】
そして、下地基板１０１の加工後、図３（ｃ）に示すように、反転パターン１２０を除去する。反転パターン１２０の除去には、例えば、シリコン含有ＣＦ系ガス／酸素の混合ガスを用いる。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、鋳型パターン１０４にＵＶ光を照射し、凸部１０５の上面の撥液性を高めるため、凸部１０５の上面に反転樹脂材料１１０が成膜されず、スペース部１０６のみに反転樹脂材料１１０が成膜される。そのため、鋳型パターン１０４の凸部１０５の上面を露出する処理が不要となり、凸部１０５が細くならない。また、反転パターン１２０に寸法変動が生じることを防止し、寸法精度を向上させることができる。また、下地基板１０１を所望のパターンに加工することができる。
【００２５】
（比較例）比較例によるパターン形成方法を図４及び図５を用いて説明する。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、下地基板２０１上に鋳型パターン２０４を形成する。なお、鋳型パターン２０４の形成までの手順は図１（ａ）〜（ｄ）に示す上記第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。なお、ここでは、図２（ａ）に示す残膜１０２ａの除去に対応する処理は行っていない。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、鋳型パターン２０４上に反転樹脂材料２１０を塗布する。例えば、反転樹脂材料２１０を滴下してスピンコートする。反転樹脂材料２１０には、例えばシリコン含有レジストを用いる。
【００２８】
反転樹脂材料２１０は、図４（ｃ）に示すように、スペース部２０６に埋め込まれるだけでなく、凸部２０５の上にも成膜される。このとき、パターン密度の低い領域２０４ｂでは、反転樹脂材料２１０がスペース部２０６に埋まりきらないという状態になり得る。また、パターン密度の低い領域２０４ｂにおいて凸部２０５の上面に成膜される反転樹脂材料２１０の膜厚が、パターン密度の高い領域２０４ａにおいて凸部２０５の上面に成膜される反転樹脂材料２１０の膜厚より薄くなる。
【００２９】
図４（ｄ）に示すように、鋳型パターン２０４の凸部２０５の上面が露出するように、ドライエッチング等により反転樹脂材料２１０を除去する。パターン密度の高い領域２０４ａにおいて凸部２０５の上面が露出するまでエッチングを行った場合、図４（ｄ）に示すように、パターン密度の低い領域２０４ｂにおいて凸部２０５が一部削られ、細くなる。
【００３０】
そして、図５（ａ）に示すように、酸素プラズマによるＲＩＥ等により鋳型パターン２０４を除去し、反転パターン２２０を形成する。図４（ｄ）に示す工程で、凸部２０５が細くなったため、この反転パターン２２０は、当初の鋳型パターン２０４を反転した形状にはなっていない。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、反転パターン２２０をマスクとして、プラズマエッチング等により、下地基板２０１を加工する。そして、下地基板２０１の加工後、図５（ｃ）に示すように、反転パターン２２０を除去する。
【００３２】
このような比較例によるパターン形成方法では、反転パターン２２０には寸法変動が生じているため、下地基板２０１を所望のパターンに加工することが出来ない。
【００３３】
一方、上記第１の実施形態では、鋳型パターン１０４にＵＶ光を照射し、凸部１０５の上面の撥液性を高めるため、凸部１０５の上面に反転樹脂材料１１０が成膜されず、スペース部１０６のみに反転樹脂材料１１０が成膜される。そのため、鋳型パターン１０４の凸部１０５の上面を露出する処理が不要となり、（パターン密度の低い領域１０４ｂにおいて）凸部１０５が細くならない。また、反転パターン１２０に寸法変動が生じることを防止し、寸法精度を向上させることができる。また、下地基板１０１を所望のパターンに加工することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を図６及び図７に示す工程断面図を用いて説明する。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、下地基板３０１上に鋳型パターン３０４を形成する。なお、鋳型パターン３０４の形成までの手順は図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）に示す上記第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００３６】
図６（ｂ）に示すように、鋳型パターン３０４の上方から下地基板３０１の表面に向かって垂直にＵＶ光を照射する。例えば、波長が１９３ｎｍのＵＶ光を、照射量３０ｍＪ／ｃｍ２で照射する。ＵＶ光は、鋳型パターン３０４の上面部に照射され、側面にはほとんど照射されない。
【００３７】
このＵＶ光の照射により、後述する自己組織化材料３１０に対する鋳型パターン３０４表面の撥液性が変化する。具体的には、ＵＶ光がほとんど照射されていない鋳型パターン３０４の凸部３０５の側面の自己組織化材料３１０に対する接触角は約１０°であるのに対し、ＵＶ光が照射された鋳型パターン３０４の凸部３０５の上面は自己組織化材料３１０に対する接触角が約３０°となった。
【００３８】
ＵＶ光の照射後、図６（ｃ）に示すように、下地基板３０１上に自己組織化材料３１０を塗布する。例えば、自己組織化材料３１０を滴下してスピンコートする。自己組織化材料３１０には、例えば、ポリスチレン−ポリエチレンオキサイド（ＰＳ−ＰＥＯ）とＳＯＧ（Spin On Glass）の混合溶液を用いる。
【００３９】
図６（ｂ）に示す工程においてＵＶ光を照射したことにより、鋳型パターン３０４の凸部３０５の上面は撥液性が高くなっている。そのため、図６（ｄ）に示すように、自己組織化材料３１０は凸部３０５の上面には成膜されず、スペース部３０６にだけ自己組織化材料３１０が埋め込まれる。
【００４０】
図７（ａ）に示すように、下地基板３０１をベーカ３２０により加熱し、自己組織化材料３１０を相分離させる。
【００４１】
図７（ｂ）に示すように、自己組織化材料３１０の頂部を、フッ素系ガスを用いたエッチングにより除去し、相分離した自己組織化パターン３３０を形成する。
【００４２】
図６（ｄ）に示す工程で、自己組織化材料３１０が凸部３０５の上面に成膜されていると、図７（ａ）に示す工程における相分離の際に、凸部３０５の上面の自己組織化材料３１０に引きずられて、自己組織化パターン３３０のパターン配列が不規則になり、欠陥が生じる。しかし、本実施形態では、鋳型パターン３０４の凸部３０５の上面の撥液性を高くしているため、自己組織化材料３１０は凸部３０５の上面に成膜されず、自己組織化パターン３３０のパターン配列を規則的にし、自己組織化パターン３３０を精度良く形成することができる。
【００４３】
図７（ｃ）に示すように、鋳型パターン３０４及び自己組織化パターン３３０をマスクとして、プラズマエッチング等により、下地基板３０１を加工する。
【００４４】
そして、下地基板３０１の加工後、図７（ｄ）に示すように、鋳型パターン３０４及び自己組織化パターン３３０をアッシングにより除去する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、鋳型パターン３０４にＵＶ光を照射し、凸部３０５の上面の撥液性を高めるため、凸部３０５の上面に自己組織化材料３１０が成膜されず、スペース部３０６のみに自己組織化材料３１０が成膜される。そのため、自己組織化パターン３３０を精度良く形成できる。また、下地基板３０１を所望のパターンに加工することができる。
【００４６】
上記第１の実施形態に係るパターン形成方法は、図８に示すパターン形成装置４００により実施することができる。図８に示すように、パターン形成装置４００は、インプリント法を用いてパターンを形成するインプリント部４１１〜４１３と、反転樹脂材料１１０を塗布する塗布部４２０と、真空紫外線（ＶＵＶ）等のＵＶ光を照射する照射部４３０と、ウェーハを加熱する加熱部（ベーク処理部）４４０と、各部の間でウェーハを搬送する搬送部４５０とを備えている。さらに、パターン形成装置４００は、図示しないプラズマエッチング部を備えている。
【００４７】
具体的には、インプリント部４１１〜４１３において、図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程が実施される。また、照射部４３０において図２（ｂ）に示す紫外線照射が実施され、加熱部４４０において図２（ｂ）に示す反転樹脂材料１１０の硬化処理が実施され、塗布部４２０において図２（ｃ）、（ｄ）に示す工程が実施される。また、プラズマエッチング部において、図２（ａ）、図３（ａ）〜（ｃ）に示す工程が実施される。
【００４８】
図８では、３つのインプリント部４１１〜４１３を備えた構成を示したが、インプリント部は１つ以上あればよい。
【００４９】
また、パターン形成装置４００にレジストを剥離するアッシング部をさらに設け、塗布部４２０が自己組織化材料３１０を塗布する構成にすることで、上記第２の実施形態に係るパターン形成方法を実施することができる。
【００５０】
具体的には、インプリント部４１１〜４１３において、図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程が実施される。また、照射部４３０において図６（ｂ）に示す工程が実施され、塗布部４２０において図６（ｃ）、（ｄ）に示す工程が実施され、加熱部４４０において図７（ａ）に示す工程が実施される。また、プラズマエッチング部において、図６（ａ）、図７（ｂ）、（ｃ）に示す工程が実施され、アッシング部において図７（ｄ）に示す工程が実施される。
【００５１】
また、パターン形成装置４００に、鋳型パターン１０４、３０４表面の反転樹脂材料１１０や自己組織化材料３１０に対する接触角を自動的に計測するための接触角計を設けてもよい。
【００５２】
なお、上記第１、第２の実施形態では、テンプレート１０３を用いたインプリント法により鋳型パターン１０４、３０４を形成していたが、公知のフォトリソグラフィ技術により鋳型パターン１０４、３０４を形成してもよい。
【００５３】
また、上記第１、第２の実施形態では、スピンコートにより反転樹脂材料１１０、自己組織化材料３１０を塗布していたが、インクジェットを用いて塗布してもよい。例えば、寸法の大きいスペース部があるなど、鋳型パターン１０４、３０４の疎密差が大きい場合には、インクジェットにより、鋳型パターン１０４、３０４の疎密分布に基づいて吐出分布を調整し、反転樹脂材料１１０、自己組織化材料３１０を塗布することが好ましい。
【００５４】
上記第１の実施形態では、反転樹脂材料１１０にシリコン含有レジストを使用する例を挙げたが、ＳＯＧ等を使用してもよい。また、上記第２の実施形態では、自己組織化材料３１０にＰＳ−ＰＥＯとＳＯＧの混合溶液を使用する例を挙げたが、その他の材料を使用してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、鋳型パターン１０４、３０４にＵＶ硬化型ＳｉＯ２材料を使用し、ＵＶ光を照射して表面の撥液性を変化させていたが、鋳型パターン１０４、３０４の材料に感光性樹脂を使用し、プラズマ処理によって撥液性を変化させてもよい。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０１  下地基板
１０２  インプリント材
１０３  テンプレート
１０４  鋳型パターン
１０５  凸部
１０６  スペース部
１１０  反転樹脂材料
１２０  反転パターン
３１０  自己組織化材料
３３０  自己組織化パターン
【図１】
0005537400.tif 000002
【図２】
0005537400.tif 000003
【図３】
0005537400.tif 000004
【図４】
0005537400.tif 000005
【図５】
0005537400.tif 000006
【図６】
0005537400.tif 000007
【図７】
0005537400.tif 000008
【図８】
0005537400.tif 000009