(57)【要約】【課題】  本発明は、生産性の低下を防止しつつ、微細なパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】  所望のパターンを形成する層の上に、上層となる第１のハードマスクのライン部の幅が下層となる第２のハードマスクのライン部の幅よりも大きい形態となる、２層のハードマスクを形成し、その後、第１のハードマスクのスペース部から、前記パターンを形成する層の上に、第３のハードマスクを形成し、この第３のハードマスクと前記第２のハードマスクを介して、前記パターンを形成する層をエッチングすることにより、上記課題を解決する。【選択図】      図１
2015090908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のハードマスク材料層、第２のハードマスク材料層、および、パターン形成層が、この順に積層された被加工体を準備する、被加工体準備工程と、
前記第１のハードマスク材料層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して前記第１のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第１のハードマスクを形成する、第１のハードマスク形成工程と、
前記第１のハードマスクを介して前記第２のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第２のハードマスクを形成する、第２のハードマスク形成工程と、
前記第１のハードマスクを前記第２のハードマスク上に残存させた状態で、前記第２のハードマスクをスリミングする、スリミング工程と、
平面視において、前記第１のハードマスクから露出する前記パターン形成層上に第３のハードマスクを形成する、第３のハードマスク形成工程と、
前記スリミングを施した第２のハードマスクおよび前記第３のハードマスクを介して、前記パターン形成層をエッチングする、パターン形成層エッチング工程と、
を順に備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第３のハードマスクの厚さが、前記第２のハードマスクの厚さよりも小さい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】
前記第３のハードマスク形成工程の後であって、前記パターン形成層エッチング工程の前に、
前記第１のハードマスクを除去する、第１のハードマスク除去工程を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第３のハードマスク形成工程が、スパッタ法または物理蒸着法により、前記第３のハードマスクとなる材料を前記パターン形成層上に成膜する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記パターン形成層エッチング工程が、エッチングガスを用いたドライエッチング工程であって、
前記エッチングガスはフッ素を含むガスであり、
前記パターン形成層が、シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項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】
本発明は、パターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造においては、従来から、フォトマスクを使って縮小（例えば１／４縮小）露光するフォトリソグラフィの技術が用いられており、近年では、より解像度を向上させる技術として、位相シフトマスクを用いたフォトリソグラフィによって、超ＬＳＩ等の微細なパターンを製造している。
しかしながら、さらなる微細化に対応するためには、露光波長の問題や製造コストの問題などから上記のフォトリソグラフィによる方式の限界が指摘されており、このような問題に対して、フォトリソグラフィの解像性能を超えて微細パターンを形成する方法として、例えば、芯材パターンの側壁に側壁パターンを形成し、この側壁パターンをマスクとしてエッチングを行う方法（側壁プロセス法と呼ぶ）が提案されている（例えば、特許文献１）。
この側壁プロセス法においては、芯材パターンにスリミングを施すことにより、当初の芯材パターンの半分のピッチのラインアンドスペースパターンを形成することが可能である。
【０００３】
ただし、当初の芯材パターンの半分のピッチのラインアンドスペースパターンを形成するためには、形成する側壁パターンのサイズを、スリミングを施した芯材パターンのサイズと同じにする必要があり、このためには、側壁パターンを形成するための側壁材料層を膜厚均一に成膜する必要があり、かつ、側壁材料層の膜厚の大きさを、スリミングを施した芯材パターンのサイズと同じ大きさに制御する必要がある。
【０００４】
上記のような要求を満たす成膜方法として、原子層堆積法（ＡＬＤ法：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）がある（例えば、特許文献２）。
この原子層堆積法は原子層単位で薄膜を形成することができ、高い形状追従性を有しているため、従来のＣＶＤ法やスパッタ法によって形成される膜よりも膜厚均一性の高い膜を形成することができる。
【０００５】
一方、フォトリソグラフィのような高額な露光装置を用いずに、微細なパターンを形成する技術として、テンプレート（モールド、スタンパ、金型とも呼ばれる）に形成した凹凸パターンを１：１で転写するナノインプリントリソグラフィ技術がある（例えば、特許文献３、４）。
そして、このテンプレートに形成された凹凸パターンの凹部サイズよりもパターンサイズの小さい金属膜パターンを得る方法として、ナノインプリントリソグラフィの技術を用いて形成したレジスト膜パターンから露出する金属膜をウェットエッチングして金属膜パターンを形成し、さらに、サイドエッチングを行う方法が提案されている（例えば、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６０６３６８８号明細書
【特許文献２】特許第４５２３６６１号公報
【特許文献３】特表２００４−５０４７１８号公報
【特許文献４】特開２００２−９３７４８号公報
【特許文献５】特開２０１３−６７０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の原子層堆積法においては、原子層を一層ずつ成膜するために時間がかかり、それゆえ、この原子層堆積法を側壁プロセス法に用いた場合、微細パターンを得るまでの生産性が低くなるという問題がある。
また、芯材パターンにレジストパターンを用いる場合、レジスト形状を保持するためには高温で成膜することができず、この場合も成膜速度が遅くなり、生産性が低くなるという問題がある。
【０００８】
一方、上述の特許文献５の方法では、得られる金属膜パターンのピッチは、テンプレートに形成された凹凸パターンのピッチと同じであり、テンプレートに形成された凹凸パターンのピッチより小さいピッチの微細パターンを得ることはできないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、生産性の低下を防止しつつ、微細なパターンを形成することが可能なパターン形成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】
【００１０】
本発明者は、種々研究した結果、所望のパターンを形成する層の上に、上層となる第１のハードマスクのライン部の幅が下層となる第２のハードマスクのライン部の幅よりも大きい形態となる、２層のハードマスクを形成し、その後、第１のハードマスクのスペース部から、前記パターンを形成する層の上に、第３のハードマスクを形成し、この第３のハードマスクと前記第２のハードマスクを介して、前記パターンを形成する層をエッチングすることにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、第１のハードマスク材料層、第２のハードマスク材料層、および、パターン形成層が、この順に積層された被加工体を準備する、被加工体準備工程と、前記第１のハードマスク材料層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して前記第１のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第１のハードマスクを形成する、第１のハードマスク形成工程と、前記第１のハードマスクを介して前記第２のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第２のハードマスクを形成する、第２のハードマスク形成工程と、前記第１のハードマスクを前記第２のハードマスク上に残存させた状態で、前記第２のハードマスクをスリミングする、スリミング工程と、平面視において、前記第１のハードマスクから露出する前記パターン形成層上に第３のハードマスクを形成する、第３のハードマスク形成工程と、前記スリミングを施した第２のハードマスクおよび前記第３のハードマスクを介して、前記パターン形成層をエッチングする、パターン形成層エッチング工程と、を順に備えることを特徴とするパターン形成方法である。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記第３のハードマスクの厚さが、前記第２のハードマスクの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法である。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記第３のハードマスク形成工程の後であって、前記パターン形成層エッチング工程の前に、前記第１のハードマスクを除去する、第１のハードマスク除去工程を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形成方法である。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記第３のハードマスク形成工程が、スパッタ法または物理蒸着法により、前記第３のハードマスクとなる材料を前記パターン形成層上に成膜する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のパターン形成方法である。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る発明は、前記パターン形成層エッチング工程が、エッチングガスを用いたドライエッチング工程であって、前記エッチングガスはフッ素を含むガスであり、前記パターン形成層が、シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のパターン形成方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生産性の低下を防止しつつ、微細なパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るパターン形成方法の一例を示す工程流れ図である。
【図２】本発明に係るパターン形成方法の第１の実施形態の一例を示す概略工程図である。
【図３】図２に続く、本発明に係るパターン形成方法の第１の実施形態の一例を示す概略工程図である。
【図４】本発明に係るパターン形成方法の第２の実施形態の一例を示す概略工程図である。
【図５】図４に続く、本発明に係るパターン形成方法の第２の実施形態の一例を示す概略工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るパターン形成方法について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るパターン形成方法の一例を示す工程流れ図である。
図１に示すように、本発明に係るパターン形成方法は、第１のハードマスク材料層、第２のハードマスク材料層、および、パターン形成層が、この順に積層された被加工体を準備する、被加工体準備工程（Ｓ１）、前記第１のハードマスク材料層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して前記第１のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第１のハードマスクを形成する、第１のハードマスク形成工程（Ｓ２）、前記第１のハードマスクを介して前記第２のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第２のハードマスクを形成する、第２のハードマスク形成工程（Ｓ３）、前記第１のハードマスクを前記第２のハードマスク上に残存させた状態で、前記第２のハードマスクをスリミングする、スリミング工程（Ｓ４）、平面視において、前記第１のハードマスクから露出する前記パターン形成層上に第３のハードマスクを形成する、第３のハードマスク形成工程（Ｓ５）、前記スリミングを施した第２のハードマスクおよび前記第３のハードマスクを介して、前記パターン形成層をエッチングする、パターン形成層エッチング工程（Ｓ６）を、順に備えるものである。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、本発明に係るパターン形成方法の第１の実施形態について、図２および図３を用いて説明する。ここで、図２および図３は、本発明に係るパターン形成方法の第１の実施形態の一例を示す概略工程図である。
【００２０】
＜被加工体準備工程＞
本実施形態により、所望の微細なパターンを形成するには、例えば、図２（ａ）に示すように、まず、第１のハードマスク材料層１１Ａ、第２のハードマスク材料層１２Ａ、および、パターン形成層１３Ａが、この順に積層された被加工体を準備する。
【００２１】
ここで、第１のハードマスク材料層１１Ａは、第２のハードマスク材料層１２Ａをエッチングする際のエッチングマスクとして作用するものである。また、第２のハードマスク材料層１２Ａは、パターン形成層１３Ａをエッチングする際のエッチングマスクとして作用するものである。そして、パターン形成層１３Ａは、所望の微細パターンが形成される層である。
【００２２】
なお、第１のハードマスク材料層１１Ａ、第２のハードマスク材料層１２Ａ、パターン形成層１３Ａのいずれも、単層構造のみならず複数の層からなる多層構造であっても良く、また、第１のハードマスク材料層１１Ａ、第２のハードマスク材料層１２Ａ、パターン形成層１３Ａの各層間には、それぞれ中間層が設けられていても良い。
【００２３】
パターン形成層１３Ａに形成される微細なパターンは、その用途は特に限定されず、半導体デバイスの回路パターンであってもよく、該回路パターンを形成するために用いられる部材のパターンであってもよい。そして、パターン形成層１３Ａも、半導体デバイスを構成する材料層自体であってもよく、その表面に形成される各種の中間層であってもよい。また、該回路パターンを形成するために用いられる部材を構成する層であってもよく、その表面に形成された各種の中間層であってもよい。
【００２４】
ここで、形成される微細パターンは、例えば、スペースパターンが、パターン形成層１３Ａを貫通した形態のラインアンドスペースパターンとしてもよく、また、パターン形成層１３Ａを貫通せずに表面に凹凸形状のラインアンドスペースパターンを形成した形態としてもよい。
【００２５】
例えば、上述したナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、パターン形成層１３を、テンプレートを構成する基板とし、第２のハードマスク材料層１２Ａを構成する材料として、上記の基板をドライエッチング加工する際のエッチングガスに耐性を有する材料とし、第１のハードマスク材料層１１Ａを構成する材料として、第２のハードマスク材料層１２Ａをドライエッチング加工する際のエッチングガスに耐性を有する材料とすることができる。
【００２６】
より具体的には、パターン形成層１３としては、合成石英ガラス基板を用いることができ、第２のハードマスク材料層１２Ａを構成する材料としては、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属を含む材料、例えば、クロムやタンタル等から構成される単一成分の金属や、その酸化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物を用いることができ、第１のハードマスク材料層１１Ａを構成する材料としては、シリコン（Ｓｉ）を含む材料、例えば、シリコンのみから構成される材料や、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物等のシリコン化合物を用いることができる。
【００２７】
第１のハードマスク材料層１１Ａ、および、第２のハードマスク材料層１２Ａの膜厚は、目的とする微細パターンのサイズやエッチング選択比にもよるが、例えば、上述したナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、シリコンを含む材料から構成される第１のハードマスク材料層１１Ａの膜厚を、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の範囲とすることができ、クロムを含む材料から構成される第２のハードマスク材料層１２Ａの膜厚を、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲とすることができる。
【００２８】
＜第１のハードマスク形成工程＞
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のハードマスク材料層１１Ａ上にエッチングマスク２１を形成し、次いで、エッチングマスク２１を介して第１のハードマスク材料層１１Ａをエッチングすることにより、第１のハードマスク１１Ｂを形成する。
【００２９】
エッチングマスク２１は、上述のようなリソグラフィ技術により形成される樹脂パターンであることが好ましい。上述のようなリソグラフィ技術は微細な領域のパターン形成において実績があり、また、樹脂パターンから他のハードマスク層を加工して別途エッチングマスクを形成するよりも、工程を簡略化できるからである。
【００３０】
例えば、エッチングマスク２１を構成する材料には、フォトリソグラフィ技術に用いられるフォトレジストや、電子線リソグラフィ技術に用いられる電子線レジスト、または、ナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるインプリント材料等を、用いることができる。
【００３１】
エッチングマスク２１の膜厚は、目的とする微細パターンのサイズやエッチング選択比にもよるが、例えば、上述したナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲とすることができる。
また、上述のように、第１のハードマスク材料層１１Ａを、シリコンを含む材料から構成した場合には、第１のハードマスク材料層１１Ａのエッチングには、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。
【００３２】
ここで、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すエッチングマスク２１がラインアンドスペースパターンを有しており、そのライン幅（ＲL）がスペースパ幅（ＲS）の３倍の大きさであることが好ましい。後述するスリミング工程において、第２のハードマスク１２Ｂのスリミング幅（ＳL）を、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の１／３の大きさとすることで、最終的に、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができるからである。
なお、図２（ｃ）に示す第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）は、図２（ｂ）に示すエッチングマスク２１のライン幅（ＲL）と同じである。
【００３３】
＜第２のハードマスク形成工程＞
次に、図２（ｄ）に示すように、第１のハードマスク１１Ｂを介して第２のハードマスク材料層１２Ａをエッチングすることにより、第２のハードマスク１２Ｂを形成する。
ここで、上述のように、第１のハードマスク材料層１１Ａを、シリコンを含む材料から構成し、第２のハードマスク材料層１２Ａを、クロムを含む材料から構成した場合には、第２のハードマスク材料層１２Ａのエッチングには、塩素を含むガス、より好適には、塩素と酸素の混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。
【００３４】
＜スリミング工程＞
次に、図３（ｅ）に示すように、第１のハードマスク１１Ｂを第２のハードマスク１２Ｂ上に残存させた状態で、第２のハードマスク１２Ｂをスリミングして、第２のハードマスク１２Ｃを形成する。
【００３５】
なお、本明細書において、スリミングとは、ウェットエッチングまたはドライエッチング等によりサイドエッチングを施して、パターンサイズ（幅寸法）を小さくすることを言う。
例えば、上述のように、第２のハードマスク材料層１２Ａを、クロムを含む材料から構成した場合には、塩素ガスを用いたドライエッチングによるスリミングを施すことによって、第２のハードマスク１２Ｂと同じピッチでありながら、パターンサイズ（幅寸法）が第２のハードマスク１２Ｂよりも小さい第２のハードマスク１２Ｃを形成することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態においては、第２のハードマスク１２Ｂのスリミング幅（ＳL）が、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の１／３の大きさとなるようにすることが好ましい。
この場合、スリミングを施された第２のハードマスク１２Ｃのライン幅（Ｈ２L）が、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の１／３の大きさになり、この後の工程を経ることにより、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができるからである。
【００３７】
なお、本実施形態においては、第１のハードマスク１１Ｂを第２のハードマスク１２Ｂ上に残存させた状態で、第２のハードマスク１２Ｂをスリミングして第２のハードマスク１２Ｃを形成する。
【００３８】
＜第３のハードマスク形成工程＞
次に、図３（ｆ）に示すように、平面視において、第１のハードマスク１１Ｂから露出するパターン形成層１３Ａ上に第３のハードマスク１４ａを形成する。
【００３９】
第３のハードマスク１４ａは、第２のハードマスク１２Ｃと共に、パターン形成層１３Ａをエッチングする際のエッチングマスクとして作用するものである。
第３のハードマスク１４ａを構成する材料としては、第２のハードマスク１２Ｃを構成する材料と同じものを用いることができ、例えば、ナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、第３のハードマスク１４ａを、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属を含む材料、例えば、クロムやアルミニウム等から構成される単一成分の金属や、その酸化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物を用いることができる。
【００４０】
第３のハードマスク１４ａの形成方法には、スパッタ法や物理蒸着法、若しくは、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の各種の薄膜形成方法を挙げることができるが、中でも、スパッタ法または物理蒸着法により、第３のハードマスク１４ａとなる材料をパターン形成層１３Ａ上に成膜する方法を用いることが好ましい。
【００４１】
例えば、ＣＶＤ法による成膜においては、第１のハードマスク１１Ｂの側面や、第１のハードマスク１１Ｂの下側、さらに、平面視において第１のハードマスク１１Ｂと重なるパターン形成層１３Ａ上の領域にも、第３のハードマスク１４ａとなる材料が成膜されてしまうおそれがある。
【００４２】
一方、物理蒸着法による成膜は、ＣＶＤ法による成膜に比べて指向性が高いため、上記のような、望まない箇所に第３のハードマスク１４ａとなる材料が成膜されてしまうことを抑制して、所望の箇所、すなわち、平面視において、第１のハードマスク１１Ｂから露出するパターン形成層１３Ａ上の領域に第３のハードマスク１４ａを形成することができる。
また、スパッタ法による成膜においても、ターゲットと基板の間に、貫通孔を有するマスクを介在させる方法等を用いることで、指向性を高めることができる。
なお、指向性を高めた成膜方法を用いる場合においても、上記のような、望まない箇所に第３のハードマスク１４ａとなる材料が成膜されてしまう現象が、生じ得る。しかしながら、この望まない箇所に形成される膜の膜厚は、所望の箇所に形成される膜の膜厚よりも薄いため、エッチング速度を小さくした条件によるエッチング処理等を適宜用いることにより、この望まない箇所に形成される膜のみを選択的に除去することが可能である。
【００４３】
これにより、第３のハードマスク１４ａのライン幅（Ｈ３L）を、図２（ｂ）に示すエッチングマスク２１のスペース幅（ＲS）と同じ大きさにすることができる。そして、この後の工程を経ることにより、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる微細パターンを得ることができる。
【００４４】
なお、物理蒸着法による成膜においても、第１のハードマスク１１Ｂの上には、第３のハードマスク１４ａとなる材料と同じ材料からなる第３のハードマスク材料膜１４ｂが形成される。この第３のハードマスク材料膜１４ｂは、本発明において、特に微細パターンに作用せず、最終的に除去されるものである。
【００４５】
また、本実施形態においては、第３のハードマスク１４ａの厚さが、第２のハードマスク１２Ｃの厚さよりも小さいことが好ましい。
このような条件であれば、第２のハードマスク１２Ｃと第３のハードマスク１４ａとの厚さの差から生じる隙間（図３（ｆ）に示す隙間ｄ）からエッチングガスやエッチング液を導き入れることができ、第３のハードマスク材料膜１４ｂや第１のハードマスク１１Ｂを除去する等の複雑な工程を省いて、パターン形成層１３Ａをエッチングすることができるからである。
【００４６】
第３のハードマスク１４ａの厚さは、パターン形成層１３Ａを所望量エッチングする際のエッチングマスクとして作用することができる厚さがあればよく、例えば、上述したナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、第３のハードマスク１４ａの厚さを、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の範囲とすることができる。
そして、この場合には、第２のハードマスク１２Ｃと第３のハードマスク１４ａの厚さの差（図３（ｆ）に示す隙間ｄ）を、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲とすることができる。
【００４７】
＜パターン形成層エッチング工程＞
次に、図３（ｇ）に示すように、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃおよび第３のハードマスク１４ａを介してパターン形成層１３Ａをエッチングし、その後、第１のハードマスク１１Ｂ、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、第３のハードマスク１４ａ、および、第３のハードマスク材料膜１４ｂを除去して、凸型パターン（ラインパターン）１３Ｌと凹型パターン（スペースパターン）１３Ｓから構成される所望の微細パターンを得る（図３（ｈ））。
【００４８】
パターン形成層１３Ａのエッチングにおいては、上述のように、第２のハードマスク１２Ｃと第３のハードマスク１４ａの厚さの差から生じる隙間（図３（ｆ）に示す隙間ｄ）からエッチングガスやエッチング液を導き入れることができる。
例えば、パターン形成層１３に合成石英ガラス基板を用いる場合には、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。また、この場合には、フッ化水素（ＨＦ）を含む水溶液をエッチング液に用いたウェットエッチングを用いることもできる。
【００４９】
また、第１のハードマスク１１Ｂ、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、第３のハードマスク１４ａ、および、第３のハードマスク材料膜１４ｂの除去においては、例えば、第２のハードマスク１２Ｃ、および、第３のハードマスク１４ａが、クロムを含む材料から構成される場合には、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む水溶液を用いたウェットエッチングによる除去方法を適用することができる。
この場合、第２のハードマスク１２Ｃの除去に伴い、第２のハードマスク１２Ｃの上に形成された第１のハードマスク１１Ｂおよび第３のハードマスク材料膜１４ｂも除去されることになる。
【００５０】
パターン形成層１３Ａのエッチング深さは、目的とする微細パターンのサイズにもよるが、例えば、上述したナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、図３（ｈ）に示す凸型パターン１３Ｌと凹型パターン１３Ｓの段差を、３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲とすることができる。
【００５１】
上述のように、本実施形態によれば、側壁プロセス法を用いることなく、リソグラフィ技術により形成される樹脂パターンのピッチよりも小さいピッチ（典型的には、樹脂パターンの半分のピッチ）を有する微細なパターンを形成することができる。
【００５２】
特に、図２および図３に示すように、エッチングマスク２１に、ライン幅（ＲL）とスペース幅（ＲS）の比が３：１となるラインアンドスペースパターンを形成し、第２のハードマスク１２Ｂのスリミング幅（ＳL）を、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の１／３の大きさとすることで、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができる。
ここで、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の大きさは、エッチングマスク２１のライン幅（ＲL）の大きさと同じであることから、上記は、「エッチングマスク２１が、ライン幅（ＲL）とスペース幅（ＲS）の比が３：１となるラインアンドスペースパターンを有しており、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃのライン幅（Ｈ２L）が、エッチングマスク２１のライン幅（ＲL）の１／３の大きさである場合、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができる」と同意になる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、成膜時間がかかる原子層堆積法を用いることなく、上記の微細なパターンを形成することができるため、側壁プロセス法において生じていた側壁材料層を成膜する工程に時間がかかるという不具合を解消でき、生産性の低下を防止することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係るパターン形成方法の第２の実施形態について、図４および図５を用いて説明する。ここで、図４および図５は、本発明に係るパターン形成方法の第２の実施形態の一例を示す概略工程図である。
ここで、本実施形態（第２の実施形態）における被加工体準備工程、第１のハードマスク形成工程、第２のハードマスク形成工程、スリミング工程、第３のハードマスク形成工程の各工程は、上述した第１の実施形態における、被加工体準備工程、第１のハードマスク形成工程、第２のハードマスク形成工程、スリミング工程、第３のハードマスク形成工程の各工程と同じとすることができる。
すなわち、図４（ａ）から図５（ｆ）に示す各工程は、上述の図２（ａ）から図３（ｆ）に示す各工程と同じとすることができる。
それゆえ、煩雑となることを避けるため、ここでは、図４（ａ）から図５（ｆ）に示す工程までの説明は省略し、図５（ｇ）から図５（ｉ）に示す各工程、すなわち、本実施形態における、第１のハードマスク材料層除去工程、および、パターン形成層エッチング工程についてのみ説明する。
【００５５】
＜第１のハードマスク材料層除去工程＞
本実施形態においては、第３のハードマスク形成工程の後であって、パターン形成層エッチング工程の前に、第１のハードマスクを除去する、第１のハードマスク除去工程を備えている。
例えば、本実施形態においては、図５（ｆ）に示す第３のハードマスク形成工程の後であって、図５（ｈ）に示すパターン形成層エッチング工程の前に、図５（ｇ）に示すように、第１のハードマスク１１Ｂを除去する。
なお、第１のハードマスク１１Ｂの除去に伴い、第１のハードマスク１１Ｂの上に形成された第３のハードマスク材料膜１４ｂも除去される。
【００５６】
本実施形態においては、図５（ｇ）に示すように、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃの上を傘状に覆っていた第１のハードマスク１１Ｂおよび第３のハードマスク材料膜１４ｂが除去されることにより、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃと第３のハードマスク１４ａの間に露出するパターン形成層１３Ａの上を遮るものが無くなるため、パターン形成層１３Ａの露出面に垂直な方向の異方性のドライエッチングを施しやすくなる。
それゆえ、本実施形態においては、より寸法精度が高く、かつ、アスペクト比（幅寸法に対する深さ寸法の比）の高い微細パターンを形成することができる。
【００５７】
第１のハードマスク１１Ｂを除去する方法としては、第１のハードマスク１１Ｂを構成する材料をウェットエッチングにより除去する方法を好適に用いることができる。
ただし、本実施形態においては、第１のハードマスク１１Ｂを構成する材料をエッチングする条件において、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、第３のハードマスク１４ａのみならず、パターン形成層１３Ａもエッチングされないように留意する必要がある。
【００５８】
＜パターン形成層エッチング工程＞
次に、図５（ｈ）に示すように、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃおよび第３のハードマスク１４ａを介してパターン形成層１３Ａをエッチングし、その後、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、および、第３のハードマスク１４ａを除去して、凸型パターン（ラインパターン）１３Ｌと凹型パターン（スペースパターン）１３Ｓから構成される所望の微細パターンを得る（図５（ｉ））。
【００５９】
上述のように、本実施形態においては、パターン形成層１３Ａのエッチングに際し、パターン形成層１３Ａの露出面に垂直な方向の異方性のドライエッチングを用いることができる。それゆえ、本実施形態においては、より寸法精度が高く、かつ、アスペクト比（幅寸法に対する深さ寸法の比）の高い微細パターンを形成することができる。
例えば、パターン形成層１３に合成石英ガラス基板を用いる場合には、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いた異方性のドライエッチングを好適に用いることができる。
【００６０】
なお、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、および、第３のハードマスク１４ａの除去においては、例えば、第２のハードマスク１２Ｃ、および、第３のハードマスク１４ａが、クロムを含む材料から構成される場合には、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む水溶液を用いたウェットエッチングによる除去方法を適用することができる。
【００６１】
また、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、側壁プロセス法を用いることなく、リソグラフィ技術により形成される樹脂パターンのピッチよりも小さいピッチ（典型的には、樹脂パターンの半分のピッチ）を有する微細なパターンを形成することができる。
【００６２】
特に、図４および図５に示すように、エッチングマスク２１に、ライン幅（ＲL）とスペース幅（ＲS）の比が３：１となるラインアンドスペースパターンを形成し、第２のハードマスク１２Ｂのスリミング幅（ＳL）を、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の１／３の大きさとすることで、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができる。
ここで、第１のハードマスク１１Ｂのライン幅（Ｈ１L）の大きさは、エッチングマスク２１のライン幅（ＲL）の大きさと同じであることから、上記は、「エッチングマスク２１が、ライン幅（ＲL）とスペース幅（ＲS）の比が３：１となるラインアンドスペースパターンを有しており、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃのライン幅（Ｈ２L）が、エッチングマスク２１のライン幅（ＲL）の１／３の大きさである場合、エッチングマスク２１の半分のピッチとなる１：１ラインアンドスペースパターンを得ることができる」と同意になる。
【００６３】
また、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、成膜時間がかかる原子層堆積法を用いることなく、上記の微細なパターンを形成することができるため、側壁プロセス法において生じていた側壁材料層を成膜する工程に時間がかかるという不具合を解消でき、生産性の低下を防止することができる。
【００６４】
以上、本発明に係るパターン形成方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６６】
（実施例１）
＜被加工体準備工程＞
第１のハードマスク材料層１１Ａとして膜厚３ｎｍの窒化シリコン膜を用い、第２のハードマスク材料層１２Ａとして膜厚３０ｎｍの窒化クロム膜を用い、パターン形成層１３Ａとして合成石英ガラス基板を用い、実施例１の被加工体を準備した。
【００６７】
＜第１のハードマスク形成工程＞
次に、第１のハードマスク材料層１１Ａ上に、エッチングマスク２１として、膜厚４０ｎｍ、ピッチ６０ｎｍ、ライン幅４５ｎｍ、スペース幅１５ｎｍのポジ型電子線レジストパターンを形成し、次いで、ＣＦ4ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、エッチングマスク２１を介して第１のハードマスク材料層１１Ａをエッチングして、ピッチ６０ｎｍ、ライン幅４５ｎｍ、スペース幅１５ｎｍの第１のハードマスク１１Ｂを形成した。
その後、酸素プラズマを用いたアッシングにより、エッチングマスク２１を除去した。
【００６８】
＜第２のハードマスク形成工程＞
次に、塩素と酸素の混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、第１のハードマスク１１Ｂを介して第２のハードマスク材料層１２Ａをエッチングすることにより、第２のハードマスク１２Ｂを形成した。
【００６９】
＜スリミング工程＞
次に、第１のハードマスク１１Ｂを第２のハードマスク１２Ｂ上に残存させた状態で、第２のハードマスク１２Ｂを形成した工程のエッチングガスを用いて再度エッチングを実施することにより、第２のハードマスク１２Ｂを両側から各々１５ｎｍスリミングして、ライン幅１５ｎｍの第２のハードマスク１２Ｃを形成した。
【００７０】
＜第３のハードマスク形成工程＞
次に、ターゲットとの間に貫通孔を有するマスクを介在させたスパッタ法を用いて、窒化クロム膜を成膜した。
これにより、平面視において、第１のハードマスク１１Ｂから露出するパターン形成層１３Ａ上には、第３のハードマスク１４ａとして、膜厚１５ｎｍの窒化クロム膜が形成された。なお、第１のハードマスク１１Ｂの上には、第３のハードマスク材料膜１４ｂとして、膜厚１５ｎｍの窒化クロム膜が形成された。
【００７１】
＜パターン形成層エッチング工程＞
次に、ＣＦ4ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃおよび第３のハードマスク１４ａを介してパターン形成層１３Ａをエッチングし、その後、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む水溶液を用いたウェットエッチングにより、スリミングを施した第２のハードマスク１２Ｃ、および、第３のハードマスク１４ａを除去した。
なお、第２のハードマスク１２Ｃの除去に伴い、第２のハードマスク１２Ｃの上に形成された第１のハードマスク１１Ｂおよび第３のハードマスク材料膜１４ｂも除去された。
その結果、合成石英ガラス基板の主面に、ピッチ３０ｎｍ、ライン幅１５ｎｍ、スペース幅１５ｎｍの凸型パターン（ラインパターン）１３Ｌと凹型パターン（スペースパターン）１３Ｓから構成される微細パターンを得た。
【符号の説明】
【００７２】
１１Ａ・・・第１のハードマスク材料層
１１Ｂ・・・第１のハードマスク
１２Ａ・・・第２のハードマスク材料層
１２Ｂ・・・第２のハードマスク
１２Ｃ・・・スリミングを施した第２のハードマスク
１３Ａ、１３Ｂ・・・パターン形成層
１３Ｌ・・・凸型パターン
１３Ｓ・・・凹型パターン
１４ａ・・・第３のハードマスク
１４ｂ・・・第３のハードマスク材料膜
２１・・・エッチングマスク
【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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