(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレプリカ基板上に、第１のパターン転写層を形成する工程と、
前記第１のパターン転写層を加工し、前記第１のパターン転写層に第１の凹凸パターンを形成する工程と、
エネルギー線に対して透過性を有する第２のレプリカ基板上に、前記エネルギー線に対して透過性を有する第２のパターン転写層を形成する工程と、
前記第２のパターン転写層と、前記第１のパターン転写層の前記第１の凹凸パターンとの間にインプリント材料を満たす工程と、
前記第２のレプリカ基板における前記第２のパターン転写層が形成された面の反対面側から、前記インプリント材料に対して前記エネルギー線を照射して、前記インプリント材料を硬化させる工程と、
前記インプリント材料を硬化させた後、前記インプリント材料と前記第１の凹凸パターンとを離す工程と、
前記インプリント材料と前記第１の凹凸パターンとを離した後、前記インプリント材料をマスクにして前記第２のパターン転写層を加工し、前記第２のパターン転写層に第２の凹凸パターンを形成する工程と、
を備え、
前記第１のパターン転写層を形成する工程は、
前記第１のレプリカ基板上に、第１の層を形成する工程と、
前記第１の層上に、第２の層を形成する工程と、
を有し、
前記第１の凹凸パターンを形成する工程は、
前記第２の層を凹凸形状に加工する工程と、
前記凹凸形状に加工された前記第２の層における凸部をスリミングする工程と、
前記スリミングされた凸部の側壁に、前記第２の層とは異なる材料の側壁層を形成する工程と、
前記側壁層の間の前記凸部を除去する工程と、
前記凸部を除去して残された前記側壁層をマスクにして、第１の層を凹凸形状に加工する工程と、
を有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のレプリカ基板は、半導体ウェーハであり、
前記半導体ウェーハ上における複数の領域に前記第１の凹凸パターンを形成することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記複数の領域に形成された複数の前記第１の凹凸パターンの中から選択された第１の凹凸パターンを用いて、前記第２のパターン転写層に対してパターン転写を行うことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第２のパターン転写層と、前記第１の凹凸パターンとの間に前記インプリント材料を満たす工程は、
前記第１の凹凸パターン上に、前記インプリント材料を供給する工程と、
前記第１の凹凸パターン上の前記インプリント材料に対して、前記第２のパターン転写層を押し付ける工程と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２のパターン転写層は、導電性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２の層を凹凸形状に加工する工程は、
前記第２の層上に形成されたインプリント材料に対してマスタテンプレートの凹凸パターンを接触させて、前記インプリント材料を硬化させる工程と、
前記インプリント材料を硬化させた後、前記インプリント材料と前記マスタテンプレートとを離す工程と、
前記インプリント材料と前記マスタテンプレートとを離した後、前記インプリント材料をマスクにして前記第２の層を加工する工程と、
を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリント法では、テンプレートの凹凸パターンがインプリント材料に接触され、その状態でインプリント材料が硬化される。この後、テンプレートが、硬化したインプリント材料から離される。インプリント法を特に半導体デバイスのパターン形成に利用する場合には、低コスト且つ量産性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０７４７５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】C.M.Park, et al.,「Nano imprint Template Fabrication using wafer pattern for sub-30nm」、2010年4月2日、Proc. SPIE 7637
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低コストで量産性に優れたパターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、パターン形成方法は、第１のレプリカ基板上に、第１のパターン転写層を形成する工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、前記第１のパターン転写層を加工し、前記第１のパターン転写層に第１の凹凸パターンを形成する工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、エネルギー線に対して透過性を有する第２のレプリカ基板上に、前記エネルギー線に対して透過性を有する第２のパターン転写層を形成する工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、前記第２のパターン転写層と、前記第１のパターン転写層の前記第１の凹凸パターンとの間にインプリント材料を満たす工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、前記第２のレプリカ基板における前記第２のパターン転写層が形成された面の反対面側から、前記インプリント材料に対して前記エネルギー線を照射して、前記インプリント材料を硬化させる工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、前記インプリント材料を硬化させた後、前記インプリント材料と前記第１の凹凸パターンとを離す工程を備える。さらに、前記パターン形成方法は、前記インプリント材料と前記第１の凹凸パターンとを離した後、前記インプリント材料をマスクにして前記第２のパターン転写層を加工し、前記第２のパターン転写層に第２の凹凸パターンを形成する工程を備える。前記第１のパターン転写層を形成する工程は、前記第１のレプリカ基板上に、第１の層を形成する工程と、前記第１の層上に、第２の層を形成する工程と、を有する。前記第１の凹凸パターンを形成する工程は、前記第２の層を凹凸形状に加工する工程と、前記凹凸形状に加工された前記第２の層における凸部をスリミングする工程と、前記スリミングされた凸部の側壁に、前記第２の層とは異なる材料の側壁層を形成する工程と、前記側壁層の間の前記凸部を除去する工程と、前記凸部を除去して残された前記側壁層をマスクにして、第１の層を凹凸形状に加工する工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係るパターン形成方法を示す模式図。
【図２】マスタテンプレートの製造方法を示す模式断面図。
【図３】第１のレプリカテンプレートの製造方法を示す模式断面図。
【図４】第２のレプリカテンプレートの製造方法を示す模式断面図。
【図５】第２のレプリカテンプレートの他の製造方法を示す模式断面図。
【図６】第２のレプリカテンプレートを用いたパターン転写方法を示す模式断面図。
【図７】第１のレプリカテンプレートの他の製造方法を示す模式断面図。
【図８】第１のレプリカテンプレートの他の製造方法を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００９】
図１（ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係るパターン形成方法を示す模式図である。
【００１０】
本実施形態に係るパターン形成方法は、マスタテンプレート１０を用いて第１のレプリカテンプレート２０を製造する工程と、第１のレプリカテンプレート２０を用いて第２のレプリカテンプレート４０を製造する工程と、第２のレプリカテンプレート４０に形成された第２の凹凸パターン４０ａを、処理基板５１の加工対象層に転写する工程とを有する。
【００１１】
図２（ａ）〜（ｃ）は、マスタテンプレート１０の製造方法を示す模式断面図である。
【００１２】
まず、図２（ａ）に示すように、マスタ基板１１の表面にハードマスク層１２を形成する。マスタ基板１１は、例えば石英基板である。ハードマスク層１２の材料は、例えば、クロム、タンタル、モリブデンシリサイドなどを用いることができる。また、ハードマスク層１２の厚さは、例えば数〜数十ｎｍ程である。
【００１３】
ハードマスク層１２の上には、レジスト層１３が形成される。レジスト層１３は、例えば電子ビームあるいはレーザービームなどの照射を受けた部分が、現像液に対して可溶もしくは不溶になる特性を有する。
【００１４】
レジスト層１３に対して、電子ビームあるいはレーザービームによって所望のパターンが描画される。この後、現像液を用いてレジスト層１３を選択的にエッチングする。これにより、図２（ｂ）に示すように、レジスト層１３に選択的に開口が形成され、レジスト層１３がパターニングされる。
【００１５】
そして、パターニングされたレジスト層１３をマスクにして、ハードマスク層１２がエッチングされ、さらにマスタ基板１１の表面がエッチングされる。その後、残っているレジスト層１３及びハードマスク層１２を除去する。
【００１６】
これにより、図２（ｃ）に示すように、マスタ基板１１の表面に凹凸パターン１０ａが形成されたマスタテンプレート１０が得られる。マスタ基板１１は、外周側部分よりも中央部分が突出したメサ構造を有し、凹凸パターン１０ａは突出した部分の表面に形成されている。このため、パターン転写時に、不要な領域でのテンプレートとパターン転写物との接触を避けることができる。
【００１７】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）は、第１のレプリカテンプレート２０の製造方法を示す模式断面図である。
【００１８】
まず、図３（ａ）に示すように、第１のレプリカ基板２１上に、第１のパターン転写層としてハードマスク層２２を形成する。第１のレプリカ基板２１は、例えばシリコンウェーハである。なお、第１のレプリカ基板２１として、シリコン以外の他の半導体ウェーハを用いることもでき、あるいはガラスウェーハも用いることもできる。
【００１９】
ハードマスク層２２の材料は、例えば、クロム、タンタル、モリブデンシリサイドなどを用いることができる。また、ハードマスク層２２の厚さは、例えば数〜数十ｎｍ程である。なお、第１のパターン転写層としては、ハードマスク層２２が１層の構造に限らず、多層膜を用いることもできる。
【００２０】
次に、図３（ｂ）に示すように、ハードマスク層２２と、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａとの間に、第１のインプリント材料３１を満たす。
【００２１】
具体的には、まず、ハードマスク層２２の表面上に、液状の第１のインプリント材料３１を供給する。第１のインプリント材料３１は、紫外線硬化型樹脂であり、例えば、アクリレートやメタクリレートのようなモノマーを用いることができる。また、第１のインプリント材料３１とマスタテンプレート１０との離型性を向上させるために、第１のインプリント材料３１の表面に、離型材料層を形成することもある。
【００２２】
そして、第１のインプリント材料３１に対して、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａを接触させ、押し付ける。これにより、毛細管現象によって、第１のインプリント材料３１が凹凸パターン１０ａの凹部（溝）に充填される。
【００２３】
その状態で、第１のインプリント材料３１に対して、第１のエネルギー線として例えば紫外線を照射する。紫外線は、図３（ｂ）において太線矢印で表すように、マスタ基板１１における凹凸パターン１０ａが形成された面の反対面１１ａ側から、第１のインプリント材料３１に向けて照射される。マスタ基板１１は、紫外線に対して透過性を有する例えば石英からなるので、紫外線の透過を妨げない。紫外線の照射を受けた第１のインプリント材料３１は硬化する。
【００２４】
第１のインプリント材料３１を硬化させた後、マスタテンプレート１０を第１のインプリント材料３１から上方に移動させて離す。これにより、図３（ｃ）に示すように、ハードマスク層２２上に、凹凸形状にパターニングされた第１のインプリント材料３１が形成される。第１のインプリント材料３１の凹凸パターンは、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａを反転させたパターンである。
【００２５】
次に、パターニングされた第１のインプリント材料３１をマスクにして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、ハードマスク層２２を加工し、さらに第１のレプリカ基板２１の表面を加工する。この後、残っている第１のインプリント材料３１を除去する。これにより、図３（ｄ）に示すように、第１の凹凸パターン２０ａが形成された第１のレプリカテンプレート２０が得られる。第１の凹凸パターン２０ａは、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａを反転させたパターンである。
【００２６】
第１のレプリカ基板２１としてシリコンウェーハを用いることで、半導体デバイスのパターン形成によく用いられるＲＩＥ等の加工技術及び装置を流用できる。このため、パターンの寸法バラツキを抑えた高精度の凹凸パターンを有するテンプレートを容易且つ低コストで製造することができる。
【００２７】
また、第１のレプリカ基板２１は、マスタテンプレート１０よりも平面サイズが大きなシリコンウェーハであり、そのシリコンウェーハ上における複数の領域８０（図１（ｂ））に対して、いわゆるステップ・アンド・リピート方式で、前述したマスタテンプレート１０を用いたパターン転写を複数回行う。
【００２８】
複数の領域８０に第１のインプリント材料３１の凹凸パターンを形成した後、第１のインプリント材料３１をマスクにして、ハードマスク層２２及びシリコンウェーハ（第１のレプリカ基板２１）のエッチングを、複数の領域８０に対して一括して行う。これにより、シリコンウェーハ上の複数の領域８０に複数の第１の凹凸パターン２０ａが形成された第１のレプリカテンプレート２０が得られる。
【００２９】
また、以上の工程を繰り返すことで、複数の第１のレプリカテンプレート２０を得ることができる。
なお、インプリント法に限らず、例えば深紫外線（ＤＵＶ：deep ultraviolet）露光法、電子ビーム描画法などで第１の凹凸パターン２０ａを形成して、第１のレプリカテンプレート２０を作製してもよい。
【００３０】
また、第１の凹凸パターン２０ａが形成されたハードマスク層２２は、金属層や金属シリサイド層などで導電性を有するため、電子顕微鏡を使った第１の凹凸パターン２０ａの外観検査時のチャージアップを防げる。
【００３１】
第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａは、さらに第２のレプリカテンプレート４０に転写される。このとき、複数の領域８０に形成された複数の第１の凹凸パターン２０ａの中から選択された第１の凹凸パターン２０ａを用いて、第２のレプリカテンプレート４０に対してパターン転写を行う。すなわち、寸法精度がよく、形状欠陥のない第１の凹凸パターン２０ａを選択することができ、第２のレプリカテンプレート４０に形成される第２の凹凸パターン４０ａも寸法精度がよく、形状欠陥のないものにできる。
【００３２】
図４（ａ）〜（ｄ）は、第２のレプリカテンプレート４０の製造方法を示す模式断面図である。
【００３３】
まず、図４（ａ）に示すように、第２のレプリカ基板４１上に、第２のパターン転写層としてハードマスク層４２を形成する。第２のレプリカ基板４１は、第１のレプリカ基板２１よりも平面サイズが小さい。また、第２のレプリカ基板４１は、第２のエネルギー線として例えば紫外線の全波長領域または一部の波長領域に対する透過性を有する。例えば、第２のレプリカ基板４１として石英基板を用いることができる。
【００３４】
また、第２のレプリカ基板４１は、マスタテンプレート１０と同様にメサ構造を有し、その突出した部分の表面にハードマスク層４２が形成される。ハードマスク層４２も、紫外線の全波長領域または一部の波長領域に対する透過性を有する。ハードマスク層４２の材料は、例えば、クロム、タンタル、モリブデンシリサイドなどを用いることができる。また、ハードマスク層４２の厚さは、例えば数〜数十ｎｍ程である。また、ハードマスク層４２の表面に、以下に説明する第２のインプリント材料３２との密着性を向上させる層を形成してもよい。
【００３５】
ハードマスク層４２上には、液状の第２のインプリント材料３２が供給される。第２のインプリント材料３２は、紫外線硬化型樹脂であり、例えば、アクリレートやメタクリレートのようなモノマーを用いることができる。
【００３６】
次に、第２のインプリント材料３２に対して、第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａを接触させ押し付ける。ここでの第１の凹凸パターン２０ａは、前述したように複数の中から選択されたものである。
【００３７】
図４（ｂ）に示すように、第２のレプリカ基板４１上のハードマスク層４２と、第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａとの間に、第２のインプリント材料３２が満たされ、毛細管現象によって、第２のインプリント材料３２が第１の凹凸パターン２０ａの凹部（溝）に充填される。
【００３８】
その状態で、第２のインプリント材料３２に対して、第２のエネルギー線として例えば紫外線を照射する。通常のインプリント法では、凹凸パターンを有するテンプレートの裏面側から紫外線がインプリント材料に向けて照射される。しかし、この場合のテンプレートである第１のレプリカ基板２１はシリコンウェーハであり、紫外線に対する透過性を有しない。
【００３９】
そこで、紫外線は、図４（ｂ）において太線矢印で表すように、第２のレプリカ基板４１におけるハードマスク層４２が形成された面の反対面４１ａ側から、第２のインプリント材料３２に向けて照射される。第２のレプリカ基板４１及びハードマスク層４２は、紫外線に対して透過性を有するので、紫外線の透過を妨げない。紫外線の照射を受けた第２のインプリント材料３２は硬化する。
【００４０】
あるいは、図５（ａ）に示すように、第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａ上に液状の第１のインプリント材料３２を供給し、この後、図５（ｂ）に示すように、第２のインプリント材料３２に対して、第２のレプリカ基板４１に形成されたハードマスク層４２を接触させ押し付けてもよい。
【００４１】
先に、第１の凹凸パターン２０ａに第２のインプリント材料３２を供給しておくことで、第２のレプリカ基板４１を第１のレプリカテンプレート２０の上方にセットして、第１のレプリカテンプレート２０に向けて移動させる間に、第２のインプリント材料３２を第１の凹凸パターン２０ａの凹部に入り込ませておくことができる。結果として、第２のインプリント材料３２に対して、第１のレプリカテンプレート２０及びハードマスク層４２を押し付ける時間の短縮が図れる。
【００４２】
この場合でも、紫外線は、図５（ｂ）において太線矢印で表すように、第２のレプリカ基板４１におけるハードマスク層４２が形成された面の反対面４１ａ側から、第２のインプリント材料３２に向けて照射される。
【００４３】
第２のインプリント材料３２を硬化させた後、第２のインプリント材料３２から第１のレプリカテンプレート２０を離す。これにより、図４（ｃ）に示すように、ハードマスク層４２上に、凹凸形状にパターニングされた第２のインプリント材料３２が形成される。第２のインプリント材料３２の凹凸パターンは、第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａを反転させたパターンである。
【００４４】
次に、パターニングされた第２のインプリント材料３２をマスクにして、例えばＲＩＥ法により、ハードマスク層４２を加工し、さらに第２のレプリカ基板４１の表面を加工する。この後、残っている第２のインプリント材料３２を除去する。これにより、図４（ｄ）に示すように、第２の凹凸パターン４０ａが形成された第２のレプリカテンプレート４０が得られる。第２の凹凸パターン４０ａは、第１のレプリカテンプレート２０の第１の凹凸パターン２０ａを反転させたパターンである。
【００４５】
また、以上の工程を繰り返すことで、複数の第２のレプリカテンプレート４０を得ることができる。
【００４６】
また、第２の凹凸パターン４０ａが形成されたハードマスク層４２は、金属層や金属シリサイド層などで導電性を有するため、電子顕微鏡を使った第２の凹凸パターン４０ａの外観検査時のチャージアップを防げる。
【００４７】
この第２のレプリカテンプレート４０を使って、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、最終的なパターン形成対象物に対する処理が行われる。
【００４８】
パターン形成対象物は、処理基板５１もしくは処理基板５１上に形成された加工対象層５２である。処理基板５１は、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハである。加工対象層５２は、絶縁層、金属層、半導体層などである。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、加工対象層５２と、第２のレプリカテンプレート４０の第２の凹凸パターン４０ａとの間に、インプリント材料３３を満たす。
【００５０】
具体的には、まず、加工対象層５２の表面上に、液状のインプリント材料３３を供給する。インプリント材料３３は、紫外線硬化型樹脂であり、例えば、アクリレートやメタクリレートのようなモノマーを用いることができる。また、インプリント材料３３と第２のレプリカテンプレート４０との離型性を向上させるために、インプリント材料３３の表面に、離型材料層を形成することもある。
【００５１】
そして、インプリント材料３３に対して、第２のレプリカテンプレート４０の第２の凹凸パターン４０ａを接触させ、押し付ける。これにより、毛細管現象によって、インプリント材料３３が第２の凹凸パターン４０ａの凹部（溝）に充填される。
【００５２】
その状態で、インプリント材料３３に対して、エネルギー線として例えば紫外線を照射する。紫外線は、図６（ａ）において太線矢印で表すように、第２のレプリカ基板４１における第２の凹凸パターン４０ａが形成された面の反対面４１ａ側から、インプリント材料３３に向けて照射される。第２のレプリカ基板４１、および第２の凹凸パターン４０ａが形成されたハードマスク層４２は、紫外線に対して透過性を有するので、紫外線の透過を妨げない。紫外線の照射を受けたインプリント材料３３は硬化する。
【００５３】
インプリント材料３３を硬化させた後、第２のレプリカテンプレート４０をインプリント材料３３から上方に移動させて離す。これにより、図６（ｂ）に示すように、加工対象層５２上に、凹凸形状にパターニングされたインプリント材料３３が形成される。インプリント材料３３の凹凸パターンは、第２のレプリカテンプレート４０の第２の凹凸パターン４０ａを反転させたパターンである。
【００５４】
次に、パターニングされたインプリント材料３３をマスクにして、例えばＲＩＥ法により、加工対象層５２を加工する。この後、残っているインプリント材料３３を除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、加工対象層５２が凹凸形状にパターニングされる。この凹凸パターンは、第２のレプリカテンプレート４０の第２の凹凸パターン４０ａを反転させたパターンである。
【００５５】
処理基板５１は、第２のレプリカテンプレート４０よりも平面サイズが大きな半導体ウェーハであり、その半導体ウェーハ上における複数のチップ領域９０（図１（ｄ））に対して、いわゆるステップ・アンド・リピート方式で、前述した第２のレプリカテンプレート４０を用いたパターン転写を複数回行う。
【００５６】
複数のチップ領域９０にインプリント材料３３の凹凸パターンを形成した後、インプリント材料３３をマスクにして、加工対象層５２のエッチングを、複数のチップ領域９０に対して一括して行う。これにより、半導体ウェーハ上の各チップ領域９０に加工対象層５２の凹凸パターンが形成される。
【００５７】
また、以上の工程を繰り返すことで、複数の処理基板５１に対するパターン形成を行うことができる。
【００５８】
同じテンプレートを用いてパターン転写を重ねると、テンプレートのパターンが消耗し、パターンの転写欠陥が増えてしまう。したがって、転写欠陥を減らし、また量産性を上げるためには、複数枚のテンプレートを作製することが望ましい。
【００５９】
ただし、一般に電子ビーム描画のスループットが遅いため、テンプレートを作製するときには長時間を要する。これは、テンプレートのコストを押し上げる原因となる。したがって、電子ビーム描画を行わなければならないテンプレートの枚数はなるべく減らしたい。
【００６０】
本実施形態によれば、電子ビーム描画はマスタテンプレート１０にのみ適用する。そして、そのマスタテンプレート１０から、第１のレプリカテンプレート２０を経て、複数の第２のレプリカテンプレート４０を作製できる。このため、レプリカテンプレートを短期間で大量に得られる。レプリカテンプレートを大量に得られることで、一枚当たりのコストが安くなる。
【００６１】
また、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａは、第１のレプリカ基板２１上の複数の領域８０に転写される。そして、複数の領域８０に形成された第１の凹凸パターン２０ａの中から選択したものを、第２のレプリカテンプレート４０へと転写することができる。この結果、第２のレプリカテンプレート４０に、第２の凹凸パターン４０ａを高精度且つ欠陥なく形成でき、その第２の凹凸パターン４０ａを転写して得られる最終的な製品ウェーハにおけるパターンについても高精度に且つ欠陥を低減できる。
【００６２】
また、第１のレプリカテンプレート２０における第１の凹凸パターン２０ａ、および第２のレプリカテンプレート４０における第２の凹凸パターン４０ａは、樹脂材料であるインプリント材料から構成されず、樹脂材料よりも硬いハードマスク層から構成される。したがって、第１の凹凸パターン２０ａ及び第２の凹凸パターン４０ａは、強度が高く、耐久性があり、パターン転写を複数回重ねても転写欠陥が発生しにくい。
【００６３】
電子ビーム描画あるいは光露光には解像限界があるため、マスタテンプレート１０を作製するときには、パターンサイズの下限値がある。原理的に、その下限値よりも細密なパターンを有するテンプレートを作製することができない。
【００６４】
そこで、図７（ａ）〜図８（ｃ）を参照して以下で説明する実施形態は、電子ビーム描画あるいは光露光の解像限界よりも微細なパターンを有するテンプレートを作成する方法を提案する。
【００６５】
図７（ａ）は、前述した実施形態における図３（ｃ）の状態に対応する。
【００６６】
すなわち、本実施形態では、第１のレプリカ基板２１上に、第１の層６１、ハードマスク層６２、第２の層６３及びハードマスク層６４を含む多層構造の第１のパターン転写層を形成する。
【００６７】
例えばシリコンウェーハである第１のレプリカ基板２１上に第１の層６１が形成され、第１の層６１上にハードマスク層６２が形成され、ハードマスク層６２上に第２の層６３が形成され、第２の層６３上にハードマスク層６４が形成される。例えば、第１の層６１及び第２の層６３は酸化シリコン層であり、ハードマスク層６２、６４は窒化シリコン層である。
【００６８】
前述した実施形態と同様に、マスタテンプレート１０を使ったインプリント法により、ハードマスク層６４上に、凹凸形状に加工された第１のインプリント材料３１が形成される。
【００６９】
そして、その第１のインプリント材料３１をマスクにして、ハードマスク層６４を加工し、さらに第２の層６３を加工する。この後、第１のインプリント材料３１とハードマスク層６４を、例えばアッシングなどの方法で除去する。これにより、図７（ｂ）に示すように、第２の層６３に凹凸パターンが形成される。この凹凸パターンにおける凸部６３ａの高さ、もしくは凹部の深さは、数十〜百ｎｍ程度である。
【００７０】
次に、例えばウェットエッチング法により、凸部６３ａをスリミングする。これにより、図７（ｃ）に示すように、凸部６３ａの幅が縮小する。また、凸部６３ａの高さも低くなる。このスリミング工程により、凸部６３ａの幅は１／２程度縮小される。すなわち、図７（ｃ）におけるスリミング後の凸部６３ａの幅は、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａの凸部の１／２程になっている。
【００７１】
次に、図８（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で、ハードマスク層６２上及び凸部６３ａ上に、側壁層７１を形成する。側壁層７１は、凸部６３ａとは異なる材料からなり、例えばシリコンである。側壁層７１は、凸部６３ａの側壁にも形成され、凸部６３ａの上面、側壁、および隣り合う凸部６３ａ間の凹部の底面を覆う。側壁層７１の膜厚は、第１のレプリカ基板２１上に形成したい第１の凹凸パターンのサイズによって決定される。例えば、側壁層７１の膜厚は数〜数十ｎｍであり、凸部６３ａの幅とほぼ同じである。
【００７２】
次に、側壁層７１に対して例えばＲＩＥ法などの異方性エッチングを行う。これにより、凸部６３ａの上面及び凸部６３ａ間の凹部を覆っている側壁層７１が除去され、凸部６３ａの側壁に形成された側壁層７１が残される。
【００７３】
次に、例えばウェットエッチング法などで、残された側壁層７１に挟まれた凸部６３ａを除去する。凸部６３ａと側壁層７１とは材料が異なり、このときのエッチング液に対して側壁層７１は耐性があるため、図８（ｂ）に示すように、側壁層７１は残される。この側壁層７１によって形成される凹凸パターンの繰り返し周期は、図７（ａ）における第１のインプリント材料３１の凹凸パターンの繰り返し周期、すなわちマスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａの繰り返し周期の約１／２となる。
【００７４】
次に、側壁層７１をマスクにして、例えばＲＩＥ法により、ハードマスク層６２を加工し、さらに第１の層６１を加工する。この後、残っている側壁層７１及びハードマスク層６２を除去する。これにより、図８（ｃ）に示すように、第１の層６１に凹凸パターンが形成される。この第１の層６１の凹凸パターンは、第１のレプリカテンプレートにおける第１の凹凸パターンに対応する。
【００７５】
第１の層６１の凹凸パターンは、図８（ｂ）に示す側壁層７１をマスクにしたエッチングにより得られたものである。したがって、第１の層６１の凹凸パターンは、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａの周期の約１／２となる。すなわち、電子ビーム描画などの解像限界をこえる微細パターンを有する第１のレプリカテンプレートを作製できる。
【００７６】
第１のレプリカ基板２１として半導体ウェーハを用いることで、その半導体ウェーハ上に前述した多層膜や側壁層７１を形成する工程、及びそれらを加工する工程を、一般的な半導体ウェーハプロセスを流用して高精度且つ低コストで実施できる。
【００７７】
以降、この第１のレプリカテンプレートを用いて、前述した実施形態と同様に、第２のレプリカテンプレート４０を作製し、さらにその第２のレプリカテンプレート４０を用いて、加工対象物に対するパターン形成を行う。この結果、加工対象物には、マスタテンプレート１０の凹凸パターン１０ａよりも、凸部の幅が小さい、凹部の幅が小さい、または凹凸の繰り返し周期が小さい、微細な凹凸パターンが形成される。
【００７８】
なお、第２のレプリカテンプレート４０を作製した後、これをテンプレートとして用いて、さらに別のレプリカテンプレート（第３のレプリカテンプレート）を作製するようにしてもよい。このとき、第３のレプリカテンプレートの基板として、前述した第２のレプリカ基板２１と同様に半導体ウェーハを用いることで、ウェーハ加工技術を流用しつつ図７（ａ）〜図８（ｃ）に示すプロセスを行って、さらに微細な凹凸パターンを有するレプリカテンプレートを得ることができる。その第３のレプリカテンプレートを使って、製品ウェーハに対するパターン形成を行うことで、さらに微細な凹凸パターンを製品ウェーハに形成することができる。なお、第３のレプリカテンプレートから、さらに微細パターンを有する別のレプリカテンプレートを作製してもよい。
【００７９】
また、前述したパターン形成方法は、半導体デバイスの製造に限らず、光学部品、ディスク状記録媒体などへのパターン形成にも適用可能である。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…マスタテンプレート、１１…マスタ基板、２０…第１のレプリカテンプレート、２０ａ…第１の凹凸パターン、２１…第１のレプリカ基板、２２…ハードマスク層、３１…第１のインプリント材料、３２…第２のインプリント材料、４０…第２のレプリカテンプレート、４０ａ…第２の凹凸パターン、４１…第２のレプリカ基板、４２…ハードマスク層、５１…処理基板、５２…加工対象層、６１…第１の層、６２，６４…ハードマスク層、６３…第２の層
【図１】
0005395757.tif 000002
【図２】
0005395757.tif 000003
【図３】
0005395757.tif 000004
【図４】
0005395757.tif 000005
【図５】
0005395757.tif 000006
【図６】
0005395757.tif 000007
【図７】
0005395757.tif 000008
【図８】
0005395757.tif 000009