(57)【要約】［課題］凹凸パターンの凸部の肩落ちを可及的に抑制することを可能にする。［解決手段］凹凸パターンが形成される基材２，４上に凸部を有するパターンを備えたガイドパターン６を形成する工程と、第１の金属元素および類金属元素から選択される少なくとも１つの元素を含む第１の層８と、前記第１の金属元素と異なる第２の金属元素を含む第２の層１０とが積層された積層構造を有する形成層をガイドパターン上に形成する工程と、形成層をエッチングすることで凸部の側部にのみ形成層を選択的に残置する工程と、ガイドパターンを除去する工程と、残置された形成層をマスクとして基材をエッチングすることにより基材に凹凸パターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする。
2010134176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に凸部を有するガイドパターンを形成する工程と、
第１の金属元素および類金属元素から選択される少なくとも１つの元素を含む第１の層と、前記第１の金属元素と異なる第２の金属元素を含む第２の層とが積層された積層構造を含む形成層を前記ガイドパターン上に形成する工程と、
前記形成層をエッチングすることで前記凸部の側部にのみ前記形成層を選択的に残置する工程と、
前記ガイドパターンを除去する工程と、
残置された前記形成層をマスクとして前記基材をエッチングすることにより前記基材に凹凸パターンを形成する工程と、
を備えていることを特徴とする凹凸パターン形成方法。
【請求項２】
前記形成層を形成する工程は、
前記ガイドパターンを覆うように前記第１の層を形成する工程と、
前記第１の層を覆うように前記第２の層を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項３】
前記第１の層は酸化シリコン層であり、前記第２の層は酸化アルミ層であることを特徴とする請求項２記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項４】
前記形成層を形成する工程は、
前記ガイドパターンを覆うように、前記第２の金属元素と同じ金属元素を含む第３の層を形成する工程と、
前記第３の層を覆うように前記第１の層を形成する工程と、
前記第１の層を覆うように前記第２の層を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項５】
前記第１の層は酸化シリコン層であり、前記第２の層は酸化アルミ層であり、前記第３の層は酸化アルミ層であることを特徴とする請求項４記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項６】
前記形成層を形成する工程は、
前記ガイドパターンを覆うように、前記第１及び第２の金属元素と異なる金属元素を含む第３の層を形成する工程と、
前記第３の層を覆うように前記第１の層を形成する工程と、
前記第１の層を覆うように前記第２の層を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項７】
前記形成層は、ＡＬＤ法によって形成されることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン形成方法。
【請求項８】
前記形成層は、前記第１の層と前記第２の層との積層構造を複数組有し、それぞれの組は、前記ガイドパターンから遠ざかるにつれて前記第１の層の原子層数は減少し、前記第２の層の原子層数は増加するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主に半導体産業の分野において微細パターンの形成方法の研究開発が盛んに行われている。【０００３】
従来から、高い量産性を持つ露光法によりパターンが形成されており、光源の短波長化により微細化を進めてきた。しかし、この露光法には、マスク幅が微細化できないこと、マスク寸法の制御性が悪いこと、マスク幅にゆらぎが生じるなどの問題があった。そこで、このような問題が発生しない、側壁転写によるパターン形成が注目されるようになった（例えば、特許文献１参照）。この側壁転写法では、露光法等により形成したガイドパターンの辺縁上に凹凸パターンを形成するための形成層を形成し、エッチングにより形成層をトリミングすることで、この形成層を選択的に残存させ、凹凸パターンを形成する方法である。この側壁転写法は、露光法の微細化限界を超えたパターン形成が可能であることが、側壁転写の長所の一つである。【０００４】
しかし、この側壁転写法では、形成層のトリミングにおいて、垂直に近い角を持つ矩形の凹凸パターンの形成が望ましく、角が落ちてしまわないようにすることが必要となる。矩形の凹凸パターンの形成には、高いエッチング異方性が要求され、主にドライエッチングが使用される。【０００５】
ドライエッチングは化学反応を利用した化学的エッチング成分と、粒子の衝突エネルギーを利用した物理的エッチング成分の両方を持っている。そして、化学的エッチング成分は等方的にエッチングが進行し、物理的エッチング成分は異方的にエッチングが進行する。等方的にエッチングが進行すると、高い異方性が得られない。そのため、高い異方性を得るには化学的エッチング成分を抑制することが重要となる。【０００６】
側壁転写では凹凸パターンを形成するための形成層は単一材料で形成されるため、形成層の溝側面と溝底面は同一材料で形成される。そのため、溝側面と溝底面において同程度の化学的エッチングが生じ、エッチング異方性が低下する。そして、溝の浅い部分では、等方性エッチングによってエッチング方向に対して垂直な成分の被エッチング面が生じ、この面では物理的エッチングの影響が大きくなりエッチング方向に対して垂直なエッチングが進行し、肩落ちが生じる。したがって、形成層の溝側面と溝底面において、化学的エッチングが同程度生じ、肩落ちが生じることが側壁転写法の課題である。肩落ちとは、形成層の溝底面除去時において形成層上部の角が除去され丸みを帯びることである。一般に、半導体装置の製造でのエッチング用マスク形状、インプリントのパターン形状、ＭＴＪ加工時のエッチング用マスク形状では、高い矩形性が好まれる。しかし、上記肩落ちが生じた場合、凹凸パターンの矩形性が得られないという問題が生じる。【０００７】
形成層は膜応力の異なるガイドパターンの辺縁上に形成されるため、形成層とガイドパターンとの界面に内部応力が発生する。内部応力の発生により、ガイドパターン除去後に、形成層に反りが生じる。形成層に反りが生じた場合、形成層または形成層から転写して得られるパターンの形状が変化する問題が生じる。したがって、ガイドパターンと形成層との界面に発生する応力に起因して、形成層に反りが生じることが側壁転写の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６―７７１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の側壁転写法においては、凹凸パターンの凸部が肩落ちするという問題があった。【００１０】
本発明は、凹凸パターンの凸部の肩落ちを可及的に抑制することのできる凹凸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】
【００１１】
本発明の第１の態様による凹凸パターン形成方法は、基材上に凸部を有するガイドパターンを形成する工程と、第１の金属元素およびは類金属元素から選択される少なくとも１つの元素を含む第１の層と、前記第１の金属元素と異なる第２の金属元素を含む第２の層とが積層された積層構造を有する形成層を前記ガイドパターン上に形成する工程と、前記形成層をエッチングすることで前記凸部の側部にのみ前記形成層を選択的に残置する工程と、前記ガイドパターンを除去する工程と、残置された前記形成層をマスクとして前記基材をエッチングすることにより前記基材に凹凸パターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする。【００１２】
また、本発明の第２の態様によるインプリントスタンパの作製方法は、第１の態様による凹凸パターン形成方法を用いて、インプリントスタンパを形成する工程を備えていることを特徴とする。【００１３】
また、本発明の第３の態様による磁気記録媒体の製造方法は、第２の態様によるインプリントスタンパの作製方法を用いて作製されたインプリントスタンパを用いて、磁気記録媒体を形成する工程を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、凹凸パターンの凸部の肩落ちを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）乃至図１（ｃ）は、第１実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図２】図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、第１実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図３】図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、第１実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図４】酸化シリコンと、酸化アルミとのエッチングレートの違いを説明する図。
【図５】第１実施形態の形成方法によって形成される形成層の層厚方向における主たる元素種の分布を示す図。
【図６】形成層の上層の必要膜厚を示す図。
【図７】図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、磁気記録媒体の一製造方法を示す工程断面図。
【図８】図８（ａ）乃至図８（ｆ）は、磁気記録媒体の一製造方法を示す工程断面図。
【図９】図９（ａ）乃至図９（ｄ）は、磁気記録媒体の他の製造方法を示す工程断面図。
【図１０】図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、第２実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１１】第３実施形態の形成方法によって形成される形成層の層厚方向の層分布を示す図。
【図１２】第３実施形態の形成方法によって形成される形成層の層厚方向の主たる元素種の分布を示す図。
【図１３】図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、第４実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１４】図１４（ａ）乃至図１４（ｃ）は、第４実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１５】図１５（ａ）乃至図１５（ｂ）は、第４実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１６】第４実施形態の形成方法によって形成される形成層の層厚方向における主元素分布を示す図。
【図１７】図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）は、第５実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１８】図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、第５実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図１９】図１９（ａ）乃至図１９（ｂ）は、第５実施形態による凹凸パターン形成方法の工程断面図。
【図２０】形成層の上層の厚さとトリミング全体の異方性との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による凹凸パターン形成方法を図１（ａ）乃至図３（ｃ）に示す。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、凹凸パターンが形成される基材を準備する。基材としてはシリコン基板自身、またはシリコン基板２上に例えばアモルファスシリコンからなる下地層４が形成されたものが挙げられる。本実施形態においては、後者の基材を用いる。続いて、図１（ｂ）に示すように、基材上に凸部と凹部がパターン状に配置されたガイドパターン（芯材）６を形成する。このガイドパターン６は、凹凸パターンを形成するための層の芯材となる。ガイドパターン６の形成方法の一具体例として、下地層４上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタ法でカーボン層を形成し、このカーボン層上にレジストを塗布し、その後ベークすることでレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をリソグラフィー技術によりパターニングすることにより、レジストパターンを形成する。そしてこのレジストパターンをマスクとして上記カーボン層をドライエッチングすることによりパターニングし、カーボンからなるガイドパターンを形成する。続いて、上記レジストパターンを除去した後、酸素アッシング法を用いて、カーボンからなるガイドパターンの線幅を細くする方法が挙げられる。ガイドパターンの形状の一例として、例えば線幅が５ｎｍ、ピッチが２０ｎｍ、高さが１０ｎｍである形状が挙げられる。また、ガイドバターンの形成方法の他の具体例としては、例えばスピンコートで塗布した反射防止膜をリソグラフィー技術によりパターニングする方法、インプリント法により樹脂パターンを形成する方法、または自己組織化によりパターンを形成する方法などが挙げられる。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、ガイドパターン６を覆うように凹凸パターンを形成するための、金属元素または類金属元素から選択される少なくとも１種の耐エッチング性元素を含む下層８を形成する。この下層８は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、ＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法を用いて形成される。後述するように、ＡＬＤ法を用いることが好ましい。例えば、プリカーサーとしてトリスジメチルアミノシランまたはビスジメチルアミノシランを用いてＡＬＤ法によりガイドパターン６を覆うように下層８として、例えば膜厚が４ｎｍの酸化シリコン層を形成する。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、下層となる酸化シリコン層８上に例えばトリメチルアルミなどのプリカーサーを用いてＡＬＤ法により、凹凸パターンを形成するための、金属元素を含む上層として、例えば膜厚が１ｎｍの酸化アルミ層１０を形成する。また、上記材料以外にも、下層としてタンタル、上層として酸化アルミが挙げられる。すなわち、下層が金属を含む場合は、上層に含まれる金属と異なる金属であることが好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、凹凸パターンを形成するための形成層として、下層８に酸化シリコン層を用い、上層１０に酸化アルミ層を用いている。この下層８および上層１０を形成した直後の形成層の層厚方向における主元素の分布を図５に示す。図５から分かるように、下層８と上層１０との界面付近では、分子の拡散による混合層が形成されることにより主元素の分布は勾配を有する。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、上層トリミングを行う。ここで、上層トリミングとは、凹凸パターンを形成するための上層１０を選択的に除去することを意味する。上層トリミング方法としては、異方性エッチング、例えばアルゴンイオンミリング、または例えば三フッ化メタンガスまたは四フッ化メタンガスを用いて平行平板でのＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、酸化アルミ層１０を選択的に除去して下層となる酸化シリコン層８の側部にのみ酸化アルミ層１０ａを残置させ、酸化シリコン層８の上面、すなわち酸化シリコン層８の凸部の上面および溝部の上面を露出させる。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、下層トリミングを行う。ここで、下層トリミングとは、凹凸パターンを形成するための下層８の一部を選択的に除去することを意味する。本実施形態では、上層トリミングで露出した凹凸パターンを形成するための下層８のうち、溝部の酸化シリコン層を選択的に除去し、凸部の酸化シリコン層８ａを選択的に残置する。
【００２４】
除去方法として、例えば三フッ化メタンガスまたは四フッ化メタンガスを用いて平行平板でのＲＩＥにより凹凸パターンを形成するための下層８を選択的に除去する方法が挙げられる。ＲＩＥの条件として、例えばガス組成は三フッ化メタン、ガス圧は１Ｐａ、バイアス電力は１５０Ｗ、エッチング時間は１０秒が挙げられる。
【００２５】
本実施形態では、凹凸パターン形成するための上層１０は酸化アルミで形成され、下層８は酸化シリコンで形成されている。そして、上層トリミングとして、三フッ化メタンまたは四フッ化メタンを用いたＲＩＥを行う。すると、溝部の底面は下層トリミングでのエッチング耐性が低い酸化シリコンが露出しているが、溝部の側面はエッチング耐性が高い酸化アルミで覆われた構造となる。その結果、下層トリミングでのエッチングは溝部の底面を選択的に進行するが、溝部の側面ではほとんど進行しなくなり、溝部の側面での肩落ちを抑制することができる。
【００２６】
本実施形態では、凹凸パターンを形成するための形成層は、層厚方向によって主元素が変化していることに起因し、エッチング耐性が異なる。下層トリミングにおいて、上層側ほどエッチング耐性が高く、下層側ほどエッチング耐性が低くなるように形成層を形成する。この形成層に対して上層トリミング行うと、溝部の底面と溝部の側面で層厚差が生じる。生じた層厚差により、溝部の側面に比べて溝部の底面のエッチング耐性が低くなる。耐性が低い溝部の底面はエッチングが進行し易いが、耐性が高い溝部の側面はエッチングが進行し難い。その結果、肩落ちが抑制される。すなわち、本実施形態ではエッチング耐性の材料選択性を利用して肩落ちを抑制している。
【００２７】
また、上記肩落ちの抑制は、下層エッチングにおいて上層材料と下層材料でエッチング耐性の材料選択性が高いことのみでなく、上層のエッチング角度依存性が高いことや、上層を膜厚制御性高く薄く形成することにより実現可能である。
【００２８】
次に、下層エッチングにおいて上層材料と下層材料でエッチング耐性の材料選択性を高く得ることについて説明する。微細パターンをエッチングする方法として一般的なＲＩＥでは、反応性が高い状態にあるガス分子すなわちラジカルが被エッチング材料の主に主元素と化学反応を起こし、揮発性の高い化合物に変化し揮発することがエッチング進行の主要因の一つである。そのため、ガス分子との反応性および生成される化合物の揮発性によって、エッチングの進行が大きく異なる。よって、上記反応性および上記揮発性の違いが得られるようにガス種および被エッチング材料の主元素を選択することで、被エッチング材料のエッチング耐性の材料選択性を高めることが可能である。
【００２９】
本実施形態では、下層８として酸化シリコンを、上層として酸化アルミを用いたが、これらの材料に関してエッチング耐性の材料選択性の観点から説明する。三フッ化メタンまたは四フッ化メタンによる酸化シリコンのＲＩＥでは、下記の（１）式に示すようにフッ素と下層８の主元素であるシリコンが結合し揮発することでエッチングが進行する。
ＳｉＯ２＋４Ｆ→ＳｉＦ４＋Ｏ２              （１）
【００３０】
一方、酸化アルミでは下記の（２）式に示すように上層１０の主元素であるアルミとフッ素が結合する。
Ａｌ＋３Ｆ→ＡｌＦ３                       （２）
【００３１】
しかし、このアルミ化合物は揮発性が低く、ＲＩＥが行われる雰囲気下では、ほとんど揮発しないため、ほとんどエッチングが進行しない。実際にエッチングレートを測定した結果からも、酸化シリコンと酸化アルミでエッチング耐性に差があることが確認できた（図４参照）。図４は、横軸にＲＩＥにおけるＲＦ放電を発生するためのコイル電力を示し、縦軸はエッチングレートを示す。
【００３２】
すなわち、主元素がシリコンである材料と主元素がアルミである材料では、三フッ化メタンガスまたは四フッ化メタンガス中のフッ素と結合し生成される化合物の揮発性に差があり、この揮発性の差に起因してエッチング耐性の材料選択性が得られる。
【００３３】
下層８を酸化シリコンで形成し、上層１０を酸化アルミで形成し、三フッ化メタンまたは四フッ化メタンによるＲＩＥを行った本実施形態では、上記の化合物の揮発性の差によるエッチング耐性の材料選択性が得られる。
【００３４】
次に、上層１０のエッチング角度依存性について説明する。上層トリミングでは、ガイドパターンの側部に形成された上層は残置させ、溝部の底面に形成された上層を選択的にエッチングする。
【００３５】
ガイドパターンの側部に形成された上層は膜面に対し略水平の角度でエッチングを受け、一方、溝部の底面に形成された上層は膜面に対し略垂直の角度でエッチングを受ける。よって、上層１０は略水平の角度でのエッチングに対してエッチング耐性が高く、略垂直の角度でのエッチングに対してエッチング耐性が低いことが望ましい。そして、エッチング角度が略水平と略垂直でのエッチング耐性の差が大きいほど、上層トリミングおよびトリミング全体の異方性が向上する。エッチングの角度依存性は、被エッチング材料によって異なる。よって、上層はエッチングの角度依存性が高い材料を選択する必要がある。
【００３６】
酸化アルミではエッチングの角度依存性が得られている。上層８にエッチングの角度依存性が得られる酸化アルミを用いた本実施例では、トリミング全体の異方性が高く得られる。また、酸化アルミを上層に用い酸化シリコンを下層に用いた場合、上層トリミングと下層トリミングの両トリミングにおいてＲＩＥのエッチングガスとして三フッ化メタンガスまたは四フッ化メタンガスを使用可能であるため、同一のマシンでエッチングガスを変化させることなく連続的に両トリミング可能である。その結果、コストダウンに寄与する。
【００３７】
次に、凹凸パターンを形成するための形成層の上層１０と下層８の層厚について説明する。凹凸パターンの溝部の側壁に形成される上層１０は、上層トリミングおよび下層トリミングの両工程を行った後も残存する必要がある。すなわち、上層１０の膜厚ｄＳＰは、上層のトリミングおよび下層のトリミングの両工程でのサイドエッチングの長さよりも厚い必要がある。上層１０および下層８の層厚を、エッチング異方性および被エッチング材の材料によるエッチング選択比から決定する。
【００３８】
上層１０の層厚下限値ｄＳＰ，ｍｉｎは以下のように求まる。上層１０および下層８のトリミングが終了したときにガイドパターン６の側面に形成された上層１０ａが残存する条件を求める。上層１０の層厚ｄＳＰは、上層１０および下層８のトリミングによりサイドエッチングされる長さよりも厚い必要がある。上層１０ａが残存する条件は次の（３）式で表される。
【数１】
2010134176.tif 000003
ここで、ｄＳＰは上層１０の層厚（ｎｍ）、ＬＳＰ，ＢＴは上層のトリミング工程での上層１０のサイドエッチング長さ（ｎｍ）、ＬＳＰ，ＳＷＥは下層のトリミング工程での上層のサイドエッチング長さ（ｎｍ）をそれぞれ示す。上層のトリミング工程での上層のサイドエッチング長さＬＳＰ，ＢＴは次の（４）式で表される。
【数２】
2010134176.tif 000004
ここで、ｒＳＰ，Ｓｉｄｅ，ＢＴは上層のトリミング工程での上層の横方向エッチングレート（ｎｍ／ｓ）、ｔＢＴは上層のトリミング時間（ｓ）、ｒＳＰ，Ｂｏｔｔｏｍ，ＢＴは上層トリミング工程において、溝部の底面に形成された上層の縦方向のエッチングレート（ｎｍ／ｓ）、ＡＢＴは上層トリミング工程でのエッチング異方性を表す。下層トリミング工程での上層のサイドエッチング長さＬＳＰ，ＳＷＥは次の（５）式で表される。
【数３】
2010134176.tif 000005
ここで、ｒＳＰ，Ｓｉｄｅ，ＳＷＥは下層トリミング工程における上層の横方向エッチングレート（ｎｍ／ｓ）、ｔＳＷＥは下層トリミング時間（ｓ）、ｒＳＷ，Ｂｏｔｔｏｍ，ＳＷＥは下層のトリミング工程における、溝部の底面に形成された下層の縦方向エッチングレート（ｎｍ／ｓ）、ＡＳＷＥは下層のトリミング工程でのエッチング異方性を表す。
【００３９】
（３）式、（４）式、（５）式より、上層１０の残存条件は次の（６）式で表される。
【数４】
2010134176.tif 000006
【００４０】
下層８のトリミング工程後に、上層１０と下層８の合計の層厚が設計パターン幅ｈｐとなるには、
【数５】
2010134176.tif 000007
ここで、ｄＳＰ’は下層８のトリミング終了時の上層１０の層厚（ｎｍ）、ｈｐは設計パターン幅（ｎｍ）を表す。
【００４１】
下層トリミング後の上層１０の厚ｄＳＰ’は、初期層厚からサイドエッチング長さを引くと求まり、次の（７）式で表される。
【数６】
2010134176.tif 000008
【００４２】
（４）式、（５）式、および（８）式より、次の（９）式が導出される。
【数７】
2010134176.tif 000009
【００４３】
上層１０の厚さを下限値に設計する場合、すなわち、下層８のトリミング工程終了と同時に上層１０が無くなる場合、（７）式より下層８の厚さは次の（１０）式で表される。
【数８】
2010134176.tif 000010
【００４４】
（１０）式を満たすときに上層１０の厚さｄＳＰは最小値ｄＳＰ，ｍｉｎとなり、（９）式および（１０）式より、上層１０の厚さの最小値ｄＳＰ，ｍｉｎは次の（１１）式で表される。
【数９】
2010134176.tif 000011
【００４５】
（４）式、（５）式、（７）式、および（９）式より、下層８の層厚は次の（１２）で表される。
【数１０】
2010134176.tif 000012
【００４６】
上層トリミングおよび下層トリミングの両方を合わせた、トリミング全体のエッチング異方性Ａを求める。溝底部では、上層１０と下層８の両方の層が縦方向にエッチングされる。溝側部では上層１０で横方向に膜減りが生じる。これら縦方向および横方向のエッチング長さの比から、トリミング全体のエッチング異方性Ａは、
【数１１】
2010134176.tif 000013
（７）式、（１２）式および（１３）式からトリミング全体のエッチング異方性Ａは、
【数１２】
2010134176.tif 000014
と表される。
【００４７】
凹凸パターンの凸部の幅を５（ｎｍ）としたときの上層１０の必要膜厚を図６に示す。図６において、横軸は上層トリミング工程におけるエッチング異方性ＡＢＴを示し、縦軸は下層トリミング工程におけるエッチング異方性ＡＳＷＥを示す。上層トリミング工程でのエッチング異方性を４、下層トリミング工程でのエッチング異方性を１６としたとき、凹凸パターンを形成する形成層の上層１０の必要膜厚は、約０．４ｎｍとなる。上層１０の実際の膜厚は必要膜厚にエッチングマージンを加えた膜厚となる。
【００４８】
（１４）式に基づき上層膜厚とトリミング全体のエッチング異方性の関係を求め、その関係を図２０に示す。図２０において、横軸は上層膜厚を示し、縦軸はトリミング全体のエッチング異方性を示す。上層１０が薄いほど、トリミング全体のエッチング異方性は向上する。よって、上層膜厚は、必要膜厚以上の範囲で薄いことが望ましい。また、異方性が向上することで、異方性の変動による凹凸パターンの凸部の幅の変動を抑制することができる。つまり、薄い上層を形成することで、異方性が向上し、凹凸パターンの凸部の幅の変動を抑制することができる。そして、ＡＬＤはＣＶＤと比較して膜厚制御性が高いため、薄い膜の形成に有利である。よって、薄い上層１０の形成にＡＬＤを用いることが望ましい。上記計算に基づき、上層１０の膜厚を１ｎｍ、下層８の膜厚を４．５ｎｍとした。そして、酸化シリコンおよび酸化アルミはＡＬＤで成膜可能な材料である。よって、上層１０として膜厚１ｎｍの酸化アルミ層を、下層８として膜厚４．５ｎｍの酸化シリコン層をＡＬＤで形成することが望ましい。また、後述するように応力の観点からも、ＡＬＤ法は形成層の形成に有利であると考えられる。
【００４９】
下層８を酸化シリコンで形成し、上層１０を酸化アルミで形成し、三フッ化メタンまたは四フッ化メタンを用いたＲＩＥを行った本実施形態では、上記の化合物の揮発性の差によるエッチング耐性の材料選択性が得られ、かつ下層８はエッチングに対して角度依存性が得られ、かつ下層８と上層１０の両方とも膜厚制御性が高く薄い膜を形成可能なＡＬＤ法で可能な材料である。
【００５０】
下層トリミングとして三フッ化メタンガスおよび四フッ化メタンガスを用いたＲＩＥを行う場合の形成層の材料組み合わせを説明する。シリコン化合物による下層８の上にシリコンを含まない材料からなる上層１０が形成された多層構造が、凹凸パターンを形成するための形成層として好ましい。
【００５１】
他の材料組み合わせとして、下層８としては、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、セレン、またはテルル等の類金属元素を主元素種として含む層が用いられるが、シリコンを主元素種として含む層を用いることが好ましく、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれらの混合物が用いられる。また、上層１０としては、金属元素を主元素として含む層、例えば酸化アルミ、酸化チタン、酸化タンタル、白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、銅、コバルト、ニッケル、またはこれらの混合物を用いられる。
【００５２】
ＡＬＤ法では、分子を一分子層毎に堆積させる成膜方法である。そのため、原子層レベルで膜厚制御可能なため幅１０ｎｍ以下の凹凸パターンを形成する場合の上層形成方法としてＡＬＤ法は適している。
【００５３】
従来の側壁転写法では、ガイドパターンと、凹凸パターンを形成するための形成層との界面に、応力が発生する。ガイドパターンを除去したとき、上記応力により凹凸パターンに反りが生じ、矩形のパターンが得られなくなる。
【００５４】
しかし、本実施形態では、凹凸パターンを形成するための形成層として、上層１０ａと、下層８ａに膜応力が異なる材料、すなわち酸化アルミと、酸化シリコンとを用いたことで、上層の膜応力と下層の膜応力を釣り合わせ、反りを抑制することが可能となる。上層がガイドパターン６に対して圧縮応力の場合は下層が引張り応力となるようし、上層が引張り応力の場合は下層が圧縮応力となるような組み合わせの材料を選択することが好ましい。
【００５５】
例えば、下層として、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、セレン、またはテルル等の類金属元素を主元素として含む層、またはタンタルの層が用いられるが、シリコンを主元素として含む層を用いることが好ましく、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれらの混合物が用いられる。また、上層１０として、金属元素を主元素として含む層、例えば酸化アルミ、酸化チタン、酸化タンタル、白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、銅、コバルト、ニッケル、またはこれらの混合物を用いられる。
【００５６】
なお、この反りを抑制する効果は、本実施形態のように凹凸パターンを形成する層の組成が層厚方向に不連続に変化する構造のみでなく、後述する第３実施形態に示すように組成が段階的に変化する場合においても効果が得られる。
【００５７】
図２（ｃ）においては、残置された酸化シリコン層８ａおよび酸化アルミ層１０ａのそれぞれの上面はほぼ同一面にある。これに対し、本発明者達は以下のように考えている。エッチングレートの高い酸化シリコン層８ａがまずエッチングされ、露出面積が大きな角状の薄い酸化アルミ層１０ａが残る。すると、この角状の薄い酸化アルミ層１０ａもエッチングされ、これらのことが繰り返されることにより、残置された酸化シリコン層８ａおよび酸化アルミ層１０ａのそれぞれの上面はほぼ同一面となる。
【００５８】
本実施形態では、凹凸パターンを形成するための上層１０は酸化アルミで形成され、下層８は酸化シリコンで形成されている。溝部の底面の上層１０を選択的に除去した後、溝部の底面はＲＩＥによるエッチングが進行し易い酸化シリコンが露出しているが、溝部の側面はエッチングが進行し難い酸化アルミで覆われた構造となる。その結果、ＲＩＥによるエッチングは溝部の底面を選択的に進行するが、溝部の側面ではほとんど進行しなくなり、溝部の側面での肩落ちを抑制することができる。また、上述したように、三フッ化メタンガスおよび四フッ化メタンガスを用いたＲＩＥの場合は、シリコン化合物による下層の上にシリコンを含まない材料からなる上層が形成された多層構造が凹凸パターンを形成するための形成層として好ましい。他の材料組み合わせとして、下層８としては、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、セレン、またはテルル等の類金属元素を主元素として含む層、またはタンタルの層が用いられるが、シリコンを主元素として含む層を用いることが好ましく、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれらの混合物が用いられる。また、上層１０としては、金属元素を主元素として含む層、例えばアルミナ、酸化チタン、酸化タンタル、白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、銅、コバルト、ニッケル、またはこれらの混合物を用いられる。
【００５９】
次に、図３（ａ）に示すように、酸素ＲＩＥ法を用いてガイドパターン６を除去する。これにより、ガイドパターン６よりも狭ピッチな凹凸パターンを形成するための形成層が得られる。
【００６０】
次に、上述したように形成された凹凸パターンをマスクとして、下地層４をエッチングし、下地層４に凹凸パターンを転写する（図３（ｂ）参照）。このように、凹凸パターンをエッチングすることにより下地層４に転写することで、パターンの矩形性を高めることができる。
【００６１】
続いて、図３（ｃ）に示すように、下層８ａおよび上層１０ａからなる凹凸パターンをエッチングにより除去する。この凹凸パターンの除去は、例えば、エッチングガスとして六フッ化硫黄ガスまたは臭化水素酸ガスを用いたＲＩＥ法によって行う。また、凹凸パターンが形成されたシリコン基板２を、例えば５ｗｔ％のフッ酸に浸漬させることによって、下層８ａおよび上層１０ａからなる凹凸パターンを除去してもよい。
【００６２】
次に、本実施形態の凹凸パターン形成方法によって形成された凹凸パターンを用いてインプリント用のスタンパを形成する方法を、図７（ａ）乃至図７（ｄ）を参照して説明する。このスタンパは磁性体加工型のビットパターンド磁気記録媒体（Magnetic bit-patterned media）の製造方法に用いられる。
【００６３】
まず、図７（ａ）に示すように、本実施形態の凹凸パターン形成方法によって、基板２上に設けられた凹凸パターン４ａを有する原盤を用意する。続いて、図７（ｂ）に示すように、凹凸パターン４ａを覆うように、基板２上にニッケルスパッタ等によって薄い導電膜１６を形成する。その後、図７（ｃ）に示すように、電鋳法によってニッケル膜１８を、凹凸パターン４ａの凹部に充分に埋め込み、所望の膜厚となるように形成する。次に、図７（ｄ）に示すように、ニッケル膜１８を、凹凸パターン４ａおよび基板２からなる原盤から剥離し、導電膜１６およびニッケル膜１８からなるスタンパ２０を作成する。
【００６４】
次に、このスタンパ２０を用いて、磁性体加工型のビットパターンド磁気記録媒体の製造方法について、図８（ａ）乃至図８（ｆ）を参照して説明する。
【００６５】
まず、図８（ａ）に示すように、基板３０上に記録層となる磁性層３２が形成され、この磁性層３２上にレジスト３４が塗布された磁気記録媒体基板を用意する。この磁気記録媒体基板上に塗布されたレジスト３４に上述のスタンパ２０を用いてインプリントし（図８（ａ）参照）、スタンパ２０のパターンをレジスト３４に転写する（図８（ｂ）参照）。
【００６６】
次に、レジスト３４に転写されたパターンをマスクとしてレジスト３４をエッチングし、レジストパターン３４ａを形成する（図８（ｃ）参照）。その後、このレジストパターン３４ａをマスクとして磁性層３２をイオンミリングする（図８（ｄ）参照）。続いて、レジストパターン３４ａをドライエッチングまたは薬液によって除去し、ディスクリートな磁性層３２ａが形成される（図８（ｅ）参照）。
【００６７】
次に、全面に保護膜３６を形成し、磁気記録媒体を完成する（図８（ｆ）参照）。なお、別途、溝等の凹の部分を非磁性材料で埋め込む工程を有していても構わない。
【００６８】
なお、この製造方法を用いてパターンを形成する基板の形状は、特に限定されるものではないが、円盤形状のもの、例えばシリコンウエハーなどが好ましい。ここで、円盤にノッチやオリフラがあっても構わない。他に基板としては、ガラス基板、アルミ系合金基板、セラミック基板、カーボン基板、化合物半導体基板などを用いることができる。ガラス基板には、アモルファスガラスまたは結晶化ガラスを用いることができる。アモルファスガラスとしては、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどがある。結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスなどがある。セラミック基板としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの焼結体を繊維強化したものなどを用いることができる。化合物半導体基板としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどがある。
【００６９】
次に、上記スタンパ２０を用いて、基板加工型の磁気記録媒体の製造方法について、図９（ａ）乃至図９（ｄ）を参照して説明する。
【００７０】
まず、スタンパ２０を、図７（ａ）乃至図７（ｄ）に示した手法と同様の手法を用いて作製する。
【００７１】
次に、以下のようにインプリントリソグラフィー法を用いて凹凸加工基板を作製する。図９（ａ）に示すように、基板４０上にインプリント用のレジスト４１を塗布する。続いて、図９（ｂ）に示すように、基板４０上のレジスト４１にスタンパ２０を対向させ、圧力をかけてレジスト４１にスタンパ２０を押し付けてスタンパ２０の表面の凸部パターンをレジスト４１の表面に転写する。その後、スタンパ２０を取り外す。これにより、レジスト４１は凹凸パターンが形成されたレジストパターン４１ａとなる（図９（ｂ）参照）。
【００７２】
次に、レジストパターン４１ａをマスクとして基板４０をエッチングすることにより、凹凸パターンが形成された基板４０ａを得る。その後、レジストパターン４１ａを除去する（図９（ｃ）参照）。
【００７３】
続いて、図９（ｄ）に示すように、基板４０ａ上に垂直記録に適した材料からなる磁性膜４３を成膜する。このとき、基板４０ａの凸部に成膜された磁性膜４３が凸部磁性体部４３ａとなり、基板４０ａの凹部に成膜された磁性膜が凹部磁性体部４３ｂとなる。なお、磁性膜４３として、軟磁性下地層と強磁性記録層との積層膜とすることが好ましい。さらに磁性膜４３上にカーボンからなる保護膜４５を設け、さらに潤滑剤を塗布することにより、磁気記録媒体を作製する。
【００７４】
上述したように、本実施形態の凹凸パターン形成方法により得られる微細な凹凸パターンは肩落ちが抑制されるため、インプリント用スタンパの原盤としての使用にも適している。
【００７５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による凹凸パターン形成方法について、図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）を参照して説明する。この第２実施形態の凹凸パターン形成方法はマスクとして残置するガイドパターンの側部に優先的に膜形成することで、より肩落ちの小さいパターンを作成する方法である。
【００７６】
まず、第１実施形態と同様に、シリコン基板２上に例えばアモルファスシリコンからなる下地層４が形成された基材を用意し、下地層４上に、凸部と凹部がパターン状に配置された例えばカーボンからなるガイドパターン６を形成する。続いて、例えば、イオンビーム成膜法などの指向性の高い成膜方法を用いて、基材に対して４５度以下の入射角で基材を自転させながら、凹凸パターン形成用の形成層の下層８として、酸化シリコン層を形成する（図１０（ａ））。これにより、下層８は、ガイドパターン６の凸部上面および溝部底面に比べて、ガイドパターン６の側部に厚く形成される。その後、同様に指向性の高い成膜方法を用いて、基材に対して４５度以下の入射角で基材を自転させながら、凹凸パターン形成用の形成層の上層１０として、酸化アルミ層を形成する（図１０（ｂ））。続いて、ＲＩＥ法を用いて、ガイドパターン６をエッチングし、下地層４に凹凸パターンを転写するためのマスクを形成する。このとき、ガイドパターン６の側部以外、すなわちガイドパターン６の上部および溝部の底部に存在する上層１０および下層８も除去される。なお、図１０（ｃ）に示すように、ガイドパターン６は完全に除去せず、残置した状態であってもよい。
【００７７】
その後、上記マスクを用いて、第１実施形態の図３（ａ）に示す工程以降と同様の工程を用いて下地層４に凹凸パターンを転写し、凹凸パターンを形成する。
【００７８】
本実施形態の形成方法を用いて形成された形成層は第１実施形態と同様に、酸化シリコン層と、酸化アルミ層との２層構造となっており、さらに下層８および上層１０のエッチング量が少なくなるため、凹凸パターンの凸部の肩落ちをさらに抑制することができる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による凹凸パターン形成方法について、図１１および図１２を参照して説明する。この第３実施形態の凹凸パターン形成方法は、形成層の主元素が層厚方向において段階的に変化する形成方法である。
【００８０】
まず、本実施形態の凹凸パターン形成方法は、ガイドパターン６を形成するまでは、第１実施形態と同様にして形成する。そして、本実施形態においては、凹凸パターンを形成するための形成層の形成方法が、第１実施形態と異なっている。本実施形態においては、凹凸パターンを形成するための形成層として、酸化シリコン層と酸化アルミ層とを例えばＡＬＤ法を用いて、原子層レベルで交互に形成する。そして、例えば、酸化シリコン層の原子層数はガイドパターン６から離れるにつれて減少し、酸化アルミ層の原子層数はガイドパターン６から離れるにつれて増加するように形成する。すなわち、図１１に示すように、ガイドパターン６上に、酸化シリコン層と酸化アルミ層とが交互に形成される領域がＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、Ｄ領域、Ｅ領域の順序で形成されとする。このとき、ガイドパターン６に最も近い領域Ａでは、酸化シリコン層と酸化アルミ層との原子層数が４：０とし、Ｂ領域では３：１とし、Ｃ領域では２：２とし、Ｄ領域では１：３とし、Ｅ領域では０：４とする。
【００８１】
この時の、酸化シリコン層と酸化アルミ層の原子層数と、層厚方向の関係を図１２に示す。この図１２からわかるように、形成層の層厚方向において、少なくとも耐エッチング性材料の主たる元素、すなわちシリコンと、アルミとがステップ状に変化している。シリコンはガイドパターン６から離れるに連れてステップ状に減少し、アルミはガイドパターン６から離れるにつれてステップ状に増加している。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の形成方法を用いて形成された形成層は酸化シリコン層と、酸化アルミ層との層数が原子層レベルで交互に形成され、かつ酸化シリコン層の原子層数はガイドパターン６から離れるにつれて減少し、酸化アルミ層の原子層数はガイドパターン６から離れるにつれて増加するように形成されているので、第１実施形態と同様に、凹凸パターンの凸部の肩落ちおよび反りを可及的に抑制することができる。
【００８３】
なお、形成層の層厚方向に対する主元素種の変化は連続的でも良い。例えば、成膜時にＣＶＤ原料ガス種を変化させる、または成膜温度を変化させるなどの方法により、種元素種が連続的に変化した層の形成が可能となる。
【００８４】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による凹凸パターン形成方法について、図１３（ａ）乃至図１６を参照して説明する。この第４実施形態の凹凸パターン形成方法は、ガイドパターン除去時の形成層の後退を防止した形成方法である。
【００８５】
本実施形態の凹凸パターン形成方法は、ガイドパターン６を形成するまでは、第１実施形態と同様にして形成する（図１３（ａ））。ガイドパターン（芯材）６は、第１実施形態においては、下地層４上にＣＶＤ法またはスパッタ法を用いてカーボン層を形成し、リソグラフィー技術によりレジストパターンを用いてカーボン層をパターニングし、酸素によるエッチングで線幅を細くする（スリミングする）ことにより形成した。なお、リソグラフィー技術を用いてレジストパターンをスリミングした後に、カーボン膜をパターニングしてもよい。このガイドパターンは、例えば、線幅が５ｎｍ、ピッチが２０ｎｍ、高さが１０ｎｍのサイズを有している。
【００８６】
ＡＬＤ法やＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法を用いて形成する。本実施形態では、下層１２として、ＡＬＤ法で酸化アルミを１ｎｍ形成する。なお、下層１２としては、酸化アルミの他に、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、または酸化バナジウムを等の酸化物を用いてもよい。これらの材料は、酸素プラズマを用いないでＡＬＤ法で成膜可能である。また、下層１２としては、窒化アルミ、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ガリウム、または窒化シリコン等の窒化物を用いてもよい。これらの窒化物の層は、ＡＬＤ法を用いて形成することができる。この他にも、金属元素を主元素として含む層、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、銅、コバルト、ニッケル、またはこれらの混合物を用いてもよい。これらの金属の層は、ＡＬＤ法を用いて形成することができる。次に、図１３（ｃ）に示すように、下層１２を覆うように中層１３を、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法を用いて形成する。本実施形態では、中層１３として、ＡＬＤ法を用いて酸化シリコンを３ｎｍ形成する。
【００８７】
次に、図１４（ａ）に示すように、上層１４を、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法を用いて形成する。本実施形態では、上層１４として、ＡＬＤ法を用いて酸化アルミを１ｎｍ形成する。なお、上層１４としては、酸化アルミの他に、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化ハルニウム、酸化亜鉛、または酸化バナジウム等の酸化物を用いてもよい。これらの材料は、酸素プラズマを用いないでＡＬＤ法で成膜可能である。また、上層１４としては、窒化アルミ、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ガリウム、または窒化シリコン等の窒化物を用いてもよい。これらの窒化物の層は、ＡＬＤ法を用いて形成することができる。本実施形態では、下層１２を酸化アルミ、中層１３を酸化シリコン、上層を酸化アルミで形成する。他の材料を用いた実施形態の例として、下層１２を窒化タンタル、中層１３を酸化シリコン、上層１４を酸化アルミで形成する形態や、下層１２を窒化チタン、中層１３を酸化シリコン、上層１４を酸化アルミで形成する形態がある。
【００８８】
次に、図１４（ｂ）に示すように、酸化アルミからなる上層１４を、エッチングによりトリミングする。すなわち、ガイドパターン６の上面上の酸化アルミ層１４を選択的に除去することにより、ガイドパターン６の上面上の酸化シリコン層１３を露出させるとともに、ガイドパターン６の側部にのみ酸化アルミ層１４を残置する。トリミング方法として、例えばアルゴンイオンミリングにより、ガイドパターン６の上面上の酸化アルミ層１４を選択的に除去して、ガイドパターン６の上面上の酸化シリコン層１３を露出させる。あるいはフッ化炭素系ガス、フッ化水素化炭素系ガスによるＲＩＥなどにより実施する。
【００８９】
次に、図１４（ｃ）に示すように、酸化シリコンからなる中層１３を、エッチングによりトリミングする。すなわち、ガイドパターン６の上面上の酸化シリコン層１３を選択的に除去することにより、ガイドパターン６の上面上の酸化アルミ層１２を露出させるとともに、ガイドパターン６の側部にのみ酸化シリコン層１３を残置する。エッチングとしてはフッ化炭素系ガス、フッ化水素化炭素系ガスによるＲＩＥなどにより実施する。
【００９０】
次に、図１５（ａ）に示すように、酸化アルミからなる下層１２を、エッチングによりトリミングする。ガイドパターン６の上面上の酸化アルミ層１２を選択的に除去し、ガイドパターン６の側部にのみ酸化アルミ層１２を残置する。エッチングとしてはフッ化炭素系ガス、フッ化水素化炭素系ガスなどを主体に適宜アルゴンや酸素などを加えた混合ガスによるＲＩＥなどにより実施する。
【００９１】
次に、図１５（ｂ）に示すように、酸素プラズマによるエッチングあるいはアッシングによりカーボンからなるガイドパターン６を除去することにより、下層、中層、および上層からなる凹凸パターン形成層が残置される。
【００９２】
このように、本実施形態においては、下層、中層、および上層により構成された凹凸パターン形成層（マスク）が形成される。このマスクとしては、例えば、線幅が５ｎｍ、ピッチが１０ｎｍ、高さが１０ｎｍのサイズを有し、線幅が５ｎｍ、ピッチが２０ｎｍ、高さが１０ｎｍのサイズのガイドパターン６に比べて、ピッチが１／２となり、ガイドパターン６よりも狭ピッチの凹凸パターン形成層を得ることができる。
【００９３】
また、中層１３の更に外側に、上層１４としてケミカルエッチングが進行し難い酸化アルミ層１４が形成されているので、下層１２を最終的にエッチングによりトリミングする際に、その側壁に対するサイドエッチングがほとんど進行せず、結果として肩落ちの無い凹凸パターン形成層（マスク）が形成される。
【００９４】
さらに、下層１２として酸素プラズマ耐性のある酸化アルミをガイドパターン上に形成することでガイドパターンは酸素プラズマで保護されるため、形成層の形成工程においてガイドパターンの酸素プラズマによる後退が防止される。そのため、中層１３の形成に酸素プラズマを用いた成膜方法が可能となる。プロセスマージンが大きくなることにより、コストダウンに寄与する。
【００９５】
このようにして形成された凹凸パターン形成層（マスク）の主元素の密度分布を図１６に示す。下層１２の主元素はアルミであり、中層１３の主元素がシリコンであり、上層１４の主元素はアルミである。
【００９６】
その後は、第１実施形態で説明したと同様にして、この凹凸パターン形成層をマスクとして、下地層４をパターニングし、凹凸パターンを形成する。この凹凸パターンを用いて、第１実施形態で説明したと同様にして、インプリント用のスタンパが形成することができる。
【００９７】
なお、本実施形態においては、下層１２に含まれる金属元素は、上層１４に含まれる金属元素と同じものであったが、異なる金属元素であってもよい。この場合、更に中層１３がシリコンの代わりに金属元素を含んでいてもよいが、この中層１３に含まれる金属元素は、下層１２および上層１４に含まれる金属元素と異なることが好ましい。
【００９８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による凹凸パターン形成方法を図１７（ａ）乃至図１９（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の凹凸パターン形成方法は、ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）を形成するために用いられる。
【００９９】
まず、図１７（ａ）に示すように、第１の強磁性層５１と、この第１の強磁性層上に形成されたトンネルバリア層５２と、トンネルバリア層５２上に形成された第２の強磁性層５３とを有するＭＴＪ膜４０を用意する。続いて、このＭＴＪ膜５０の第２の強磁性層５３上に、例えば膜厚５０ｎｍのタンタルからなるハードマスク層５５を形成する。その後、ハードマスク層５５上にカーボンからなるガイドパターン（芯材）５６を形成する。このガイドパターン５６の形成は、第１乃至第４の実施形態で説明した方法を用いて形成する。このガイドパターン５６は、ハードマスク層５５の上面に略直交する端面５６ａを有する例えば６０ｎｍの段差を備えている。この段差は、酸素によるエッチングで形成する。したがって、ガイドパターン５６はハードマスク層５５の一部を覆うが、ハードマスク層５５の他の部分は露出している。このガイドパターン５６および露出しているハードマスク層５５を覆うように、下層５８を形成する。この下層５８はガイドパターン５６の端面５６ａを覆うように形成される。この下層５８は、例えば酸化シリコンからなっており、層厚は例えば１４．４ｎｍであって、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法で形成される。
【０１００】
次に、図１７（ｂ）に示すように、上層６０を、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法、またはスパッタ法などの方法で形成する。ここでは例えばＡＬＤ法を用いて上層６０として、酸化アルミ層を２ｎｍ形成する。
【０１０１】
次に、図１７（ｃ）に示すように、上層である酸化アルミ層６０を、エッチングによりトリミングする。すなわち、ガイドパターン５６の上面およびハードマスク層５５の上面に存在する酸化アルミ層６０を除去して酸化シリコン層５８を露出させ、ガイドパターン５６の端面５６ａにのみ、酸化アルミ層層６０を残置する。トリミングとして、例えばアルゴンイオンミリングにより選択的に酸化アルミ層層６０を除去して選択的に酸化シリコン層５８を露出させる。あるいはフッ化炭素系ガス、フッ化水素化炭素系ガスによるＲＩＥなどにより実施する。
【０１０２】
次に、図１８（ａ）に示すように、下層である酸化シリコン層５８を、エッチングによりトリミングする。すなわち、ガイドパターン５６の上面およびハードマスク層５５の上面に存在する酸化シリコン層５８を除去し、ガイドパターン５６の端面５６ａにのみ、酸化シリコン層５８を残置する。トリミングとしては、フッ化炭素系ガス、フッ化水素化炭素系ガスによるＲＩＥなどにより実施する。
【０１０３】
次に、図１８（ｂ）に示すように、酸素プラズマによるエッチングあるいはアッシングによりカーボンからなるガイドパターン５６を除去する。その結果、下層５８および上層６０により構成された凹凸パターン形成層（マスク）が形成される。このときのマスクは、例えば幅が１５ｎｍ、高さが６０ｎｍのサイズを有している。
【０１０４】
また、酸化シリコンからなる下層５８の外側に、上層６０としてケミカルエッチングが進行し難い酸化アルミ層６０が形成されているので、下層５８を最終的にエッチングによりトリミングする際に、その下層５８に対するサイドエッチングがほとんど進行せず、結果として肩落ちの無い凹凸パターン形成層（マスク）が形成される。
【０１０５】
次に、図１８（ｃ）に示すように、下層５８および上層６０により構成された凹凸パターン形成層をマスクとして、ハードマスク層５５をパターニングし、ハードマスク材からなるライン状のハードマスク４５ａを形成する。続いて、下層５８および上層６０により構成された凹凸パターン形成層を図示しない絶縁膜で覆い、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて上記平坦化して凹凸パターン形成層の上面を露出させる。次いで、上述したと同様のプロセスを用いて、ライン状のハードマスク５５ａに略直交する方向に、エッチングするためのマスク（図示せず）を形成し、このマスクを用いて下地となる凹凸パターン形成層およびハードマスク５５ａをエッチングすることにより、矩形形状のハードマスク５５ｂが形成される（図１９（ａ））。このハードマスク５５ｂを用いて、ＭＴＪ膜５０をパターニングし、ＭＴＪ５０ａを形成する（図１９（ｂ））。ここでは、ＭＴＪ５０ａの加工はイオンミリング等の物理的エッチングを用い、所望の形状に加工される。
【０１０６】
本実施形態も、第１実施形態と同様に、凹凸パターンの凸部の肩落ちおよび反りを可及的に抑制することができる。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2010134176.tif 000034
【国際調査報告】
2010134176.tif 000035
2010134176.tif 000036