(57)【要約】 【課題】基板に微細パターンを形成する。【解決手段】本実施形態によれば、パターン形成方法は、基板上に設けられたマスク材の所定領域にイオンビームを照射してイオンを注入する工程と、前記マスク材上に第１ポリマー及び第２ポリマーを有する自己組織化材料層を形成する工程と、前記自己組織化材料層をミクロ相分離させ、前記第１ポリマーを含む第１ポリマー部と前記第２ポリマーを含み前記所定領域上に設けられた第２ポリマー部とを形成する工程と、前記第１ポリマー部又は前記第２ポリマー部のうちいずれか一方を除去し、他方のパターン形状を前記マスク材に転写する工程と、前記マスク材をマスクにして前記基板を加工する工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたマスク材の所定領域にイオンビームを照射してイオンを注入する工程と、
前記マスク材上に第１ポリマー及び第２ポリマーを有する自己組織化材料層を形成する工程と、
前記自己組織化材料層をミクロ相分離させ、前記第１ポリマーを含む第１ポリマー部と前記第２ポリマーを含み前記所定領域上に設けられた第２ポリマー部とを形成する工程と、
前記第１ポリマー部又は前記第２ポリマー部のうちいずれか一方を除去し、他方のパターン形状を前記マスク材に転写する工程と、
前記マスク材をマスクにして前記基板を加工する工程と、
を備え、
前記マスク材はクロム膜であり、前記所定領域に水クラスターイオンを注入して親水性に表面改質し、
前記所定領域はハーフピッチ２０ｎｍ以下の複数のライン形状を含み、
前記第１ポリマー又は前記第２ポリマーの分子の長さは、前記ライン形状の幅又はライン間の幅に対応していることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
基板上に設けられたマスク材の所定領域にイオンビームを照射してイオンを注入する工程と、
前記マスク材上に第１ポリマー及び第２ポリマーを有する自己組織化材料層を形成する工程と、
前記自己組織化材料層をミクロ相分離させ、前記第１ポリマーを含む第１ポリマー部と前記第２ポリマーを含み前記所定領域上に設けられた第２ポリマー部とを形成する工程と、
前記第１ポリマー部又は前記第２ポリマー部のうちいずれか一方を除去し、他方のパターン形状を前記マスク材に転写する工程と、
前記マスク材をマスクにして前記基板を加工する工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項３】
前記マスク材は疎水性であり、前記イオンが注入された領域は親水性になることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記マスク材はクロム膜であり、前記所定領域に水クラスターイオンを注入す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】
前記マスク材は酸化クロム膜であり、前記所定領域に水素を注入す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６】
前記所定領域は複数のライン形状を含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記複数のライン形状のハーフピッチは２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記第１ポリマー又は前記第２ポリマーの分子の長さは、前記ライン形状の幅又はライン間の幅に対応していることを特徴とする請求項６又は７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
石英基板上に設けられたマスク材の所定領域にイオンビームを照射してイオンを注入する工程と、
前記マスク材上に第１ポリマー及び第２ポリマーを有する自己組織化材料層を形成する工程と、
前記自己組織化材料層をミクロ相分離させ、前記第１ポリマーを含む第１ポリマー部と前記第２ポリマーを含み前記所定領域上に設けられた第２ポリマー部とを形成する工程と、
前記第１ポリマー部又は前記第２ポリマー部のうちいずれか一方を除去し、他方のパターン形状を前記マスク材に転写する工程と、
前記マスク材をマスクにして前記石英基板を加工する工程と、
を備えるインプリント用テンプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法及びインプリント用テンプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを低コストに形成するための技術として、光ナノインプリント法が知られている。これは、基板上に形成したいパターンに対応した凹凸を有するテンプレートを、基板表面に塗布された光硬化性有機材料層に押しつけ、これに光照射を行って有機材料層を硬化させ、テンプレートを有機材料層から離型することで、パターンを転写する方法である。
【０００３】
テンプレートには、原版となるマスターテンプレートと、そのコピーで作られるレプリカテンプレートがある。半導体デバイス製造用のウェーハ上にパターン転写する際にはレプリカテンプレートが使用され、摩耗やゴミ噛みなどの劣化が発生すると、別のレプリカテンプレートに交換される。
【０００４】
マスターテンプレートには、ウェーハ上に形成するパターンと同じピッチのパターンが電子ビーム描画で形成される。テンプレート基板に入射する一次ビームは１〜３ｎｍ程度に絞ることができる。しかし、このような微細ビームを用いても、入射方向とは逆方向に基板から放射される後方散乱電子は数十ｎｍの範囲に広がり、レジストを感光させる。これにより、見かけ上ビームがぼけたのと同じ状況になり、微細パターン、特にハーフピッチ２０ｎｍ以下のパターンを解像するための十分な分解能が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４２０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板に微細パターンを形成するパターン形成方法及びこの方法を用いたインプリント用テンプレートの製造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】
【０００７】
本実施形態によれば、パターン形成方法は、基板上に設けられたマスク材の所定領域にイオンビームを照射してイオンを注入する工程と、前記マスク材上に第１ポリマー及び第２ポリマーを有する自己組織化材料層を形成する工程と、前記自己組織化材料層をミクロ相分離させ、前記第１ポリマーを含む第１ポリマー部と前記第２ポリマーを含み前記所定領域上に設けられた第２ポリマー部とを形成する工程と、前記第１ポリマー部又は前記第２ポリマー部のうちいずれか一方を除去し、他方のパターン形状を前記マスク材に転写する工程と、前記マスク材をマスクに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】
【０００８】
【図１】収束イオンビーム装置の概略構成図である。
【図２】収束イオンビーム装置のイオン源部の概略構成図である。
【図３】本実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】図５に続く工程断面図である。
【図７】図６に続く工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】図８に続く工程断面図である。
【図１０】図９に続く工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態によるパターン形成方法で使用される収束イオンビーム装置の概略構成を示す。図１に示すように、収束イオンビーム装置は、基板１００が載置され、水平方向に移動可能なステージ１０、ステージ１０を収容する真空チャンバ１２、及び基板１００に対してイオンビームを照射するイオン源部１４を備えている。イオン源部１４と真空チャンバ１２との間には、ビーム径を絞るアパーチャ１６ａ、１６ｂ、ビームを細く成形するレンズ（収束レンズ１８ａ及び対物レンズ１８ｂ）、ビームのブランキングを行うブランカ（図示せず）などが設けられており、イオン源部１４から照射されたビームの直径を３ｎｍ程度に絞ることができる。パターンデータに基づいてステージ１０を移動させながらビームを照射することで、基板１００上に所望のパターンを描画することができる。
【００１１】
図２は、イオン源部１４の概略構成を示す。イオン源部１４は、電界電離型イオン源（ＧＦＩＳ：Gas Field Ion Source）を有し、ガスボンベ２０から供給される電気的中性の気体分子が、高圧電源２６により強電界のかかった冷却ヘッド２４に近付くと、気体分子内の電子が電界によって低減したポテンシャル障壁をトンネリングすることによって正イオン（イオン化気体分子）となり放出される。この放出されるイオン化気体分子がイオンビームとして利用される。冷却ヘッド２４は針状の金属を有し、針状金属表面先端の極めて狭い範囲がイオン化領域となるため、イオンビームのエネルギー幅が小さく、ビームを細く絞ることができる。ガスボンベ２０からのガス供給量は流量コントローラ２２によって制御される。
【００１２】
図３〜図１０を用いて、本実施形態によるパターン形成方法を説明する。なお、図３、図４（ｂ）、図５、図６（ｂ）、図７〜図１０は断面図であり、図４（ａ）及び図６（ａ）は上面図である。
【００１３】
まず、図３に示すように、表面にクロム膜１０２が形成された基板１００を準備する。例えば、基板１００は一辺が６インチの石英基板であり、クロム膜１０２の膜厚は３ｎｍ程度である。
【００１４】
次に、基板１００を図１に示す収束イオンビーム装置の真空チャンバ１２に搬送し、センタリングやローテーションなどの位置合わせを行った後、イオンビームを照射してクロム膜１０２の所定領域にイオンを注入する。イオンはクロム膜１０２の表面部分に注入され、イオン注入領域が形成される。例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すような、幅１０ｎｍの複数のライン状のイオン注入領域１０４を１０ｎｍ間隔で形成する。
【００１５】
ここで、クロム膜１０２に注入するイオン種には、疎水性を示すクロム膜１０２を表面改質して親水性にできるものが利用される。例えば、クロム膜１０２に水クラスターイオンを注入することで、イオン注入領域１０４を親水化することができる。また、イオンを比較的低エネルギー（数ＫｅＶ）で照射すると、イオンはクロム膜１０２の表面部分だけにとどまり、効率的に親水化することができる。
【００１６】
次に、図５に示すように、クロム膜１０２上にブロックコポリマーを塗布し、自己組織化材料層１０６を形成する。ブロックコポリマーには、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のランダム共重合体を用いる。ここで使用されるブロックコポリマーは、イオン注入領域１０４の形状にあわせて、ＰＳとＰＭＭＡそれぞれが１０ｎｍ程度の長さになるように分子設計されたものである。
【００１７】
次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、自己組織化材料層１０６が形成された基板１００を２３０℃で数分間加熱する。これにより、自己組織化材料層１０６のブロックコポリマーがミクロ相分離し、第１ポリマーブロック鎖を含む第１ポリマー部１０８ａと第２ポリマーブロック鎖を含む第２ポリマー部１０８ｂとを含むパターンが形成される。例えば、親水性を示すＰＭＭＡを含む第１ポリマー部１０８ａがイオン注入領域１０４上に形成され、ＰＳを含む第２ポリマー部１０８ｂはクロム膜１０２のうちイオンが注入されていない領域上に形成される。つまり、イオン注入領域１０４は、ポリマーを整列させるためのケミカルガイドとして機能する。
【００１８】
次に、図７に示すように、有機溶剤を用いたウェットエッチングにより、第２ポリマー部１０８ｂを残存させ、第１ポリマー部１０８ａを選択的に除去する。
【００１９】
次に、図８に示すように、残存させた第２ポリマー部（ＰＳ）１０８ｂをマスクにして、塩素ガスを用いたドライエッチングによりクロム膜１０２を加工する。その後、第２ポリマー部１０８ｂを除去する。
【００２０】
次に、図９に示すように、クロム膜１０２をハードマスクとして、ドライエッチングにより基板１００を加工し、トレンチ１１０を形成する。
【００２１】
次に、図１０に示すように、クロム膜１０２を除去することで、イオン注入領域１０４に対応した幅１０ｎｍのトレンチ構造を有する基板１００が得られる。この基板１００は、例えばインプリント処理で使用されるテンプレートとなる。
【００２２】
本実施形態では、収束イオンビーム装置を用いたイオン注入によりハードマスク（クロム膜１０２）を親水性領域と疎水性領域とに微細かつ精度良く分離し、これをケミカルガイドとして、ブロックコポリマーをミクロ相分離させて自己組織化パターンを形成する。そして、自己組織化パターンをマスクにハードマスクを加工し、このハードマスクを用いて基板１００を加工する。そのため、基板１００に極めて微細なパターンを形成することができる。
【００２３】
上記実施形態では、ハードマスクにクロム膜１０２を使用していたが、酸化クロム膜を使用してもよい。この場合、収束イオンビーム装置で注入するイオンは水素イオンを用いることが好ましい。水素イオンを注入することで、酸化クロム膜の表面にＯＨ基が生成され、イオン注入領域を親水化することができる。
【００２４】
また、ハードマスク上に中性化膜を塗布し、この中性化膜にイオンを注入して、親水性領域又は疎水性領域を形成してもよい。イオン種としては、親水性領域を形成する場合、水や水素が用いることができ、疎水性領域を形成する場合、フッ素やシリコンを用いることができる。
【００２５】
上記実施形態では、ブロックコポリマーに含まれる第１ポリマーブロック及び第２ポリマーブロックの少なくとも一方の分子の長さが、イオン注入領域１０４又はイオン非注入領域の幅と同等となるように設計されていることが好ましい。
【００２６】
上記実施形態に係るパターン形成方法によれば、電子ビーム描画で十分な解像度が得られないハーフピッチ２０ｎｍ以下の微細パターンを容易に形成することができる。
【００２７】
上記実施形態では、複数のライン状のイオン注入領域１０４を形成したが、イオン注入領域１０４の形状はライン状に限定されず、基板１００に加工するパターン形状に対応したものにすることができる。
【００２８】
上記実施形態では、ＰＳ−ＰＭＭＡ（ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート）を用いて自己組織化材料層１０６を形成したが、ＰＳ−ＰＤＭＳ（ポリスチレン−ジメチルポリシロキサン）、ＰＳ−ＰＥＯ（ポリスチレン−ポリエチレンオキサイド）、ＰＳ−ＰＨＯＳＴ（ポリスチレン−ポリヒドロキシスチレン）などの他の材料を用いてもよい。
【００２９】
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】
【００３０】
１０  ステージ
１２  真空チャンバ
１４  イオン源部
１６ａ、１６ｂ  アパーチャ
１８ａ  収束レンズ
１８ｂ  対物レンズ
２０  ガスボンベ
２２  流量コントローラ
２４  冷却ヘッド
２６  高圧電源
１００  基板
１０２  クロム膜
１０４  イオン注入領域
１０６  自己組織化材料層
１０８ａ  第１ポリマー部
１０８ｂ  第２ポリマー部
１１０  トレンチ  
【図１】
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【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】
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【図８】
2014120526.tif 000010
【図９】
2014120526.tif 000011
【図１０】
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