(57)【要約】【課題】複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適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】本発明のパターン形成方法は、段差を備えた基板上に形成されたレジスト膜に荷電粒子線を照射する第１のステップと、前記レジスト膜に前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、を相前後して行うことを特徴とする。本発明の構成によれば、レジスト膜が平坦となるように充分にレジスト膜を厚くした場合であっても、第一のステップによりレジスト膜の表層が低ドーズ量で露光されるため、最終的に形成されるレジストパターンのアスペクト比を低くすることが出来る。【選択図】  図４
2008304689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な３次元構造パターンを形成するパターン形成方法において、
基板に段差を形成する工程と、
前記基板の段差を形成した側に、レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとし、前記基板をエッチングする工程と、を備え、
前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程は、
前記レジスト膜に、荷電粒子線を照射する第１のステップと、
前記レジスト膜に、前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、を備え、
前記第１のステップと前記第２のステップとを相前後して行う工程であること
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン形成方法であって、
レジストパターン寸法幅が１００ｎｍ以下のものを含むこと
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールド。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な３次元構造パターンの形成方法、並びに該パターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールド／フォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
基材（例えば、ガラス、樹脂、金属、シリコンなど）に特定の微細な３次元構造パターン（例えば、多段の階段状形状など）を形成した構造物は、広範に用いられている。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路などが挙げられる。
【０００３】
また、微細な３次元構造パターンを転写するためのインプリントモールドの製造には、３次元構造パターンの形成方法を用いることが知られている。
また、線幅の小さいパターンを解像するための位相シフトマスクとして用いられるレベンソン型フォトマスクでは、透明基材に段差形状のパターンを形成することが知られている。
【０００４】
近年、この様な用途が大きな広がりを見せており、また、より微細なパターンや、より段数の多い構造に対する要求が増加している。
【０００５】
半導体分野において、特定の微細な３次元構造パターンを形成したデュアルダマシン構造が提案されている。
通常のデュアルダマシン構造形成工程では、形成する段差ごとに、レジストパターンを形成することが知られている。
【０００６】
例えば、デュアルダマシン構造の形成方法として、１層目段差をＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ）などをコーティングすることにより段差をなくしてから、再度パターン形成を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、デュアルダマシン構造の形成に対して、３段構造のモールドを使ったナノインプリント技術を用いることによって、必要な工程数を１／３近くに削減できるという報告があることから、多段構造のインプリントモールドに対する要望が高まっている（非特許文献１参照）。
【０００８】
また、上述した階段状構造を製造する方法として、荷電粒子線リソグラフィを用いて階段状構造を形成する方法が知られている。
【０００９】
例えば、電子線リソグラフィでの電子ビームドーズ量を制御することで、レジストを階段状に形成する方法が提案されている（非特許文献２参照）。
【００１０】
また、リソグラフィ法では、露光後の現像処理において、描画したレジストパターンが倒壊することが知られている。このとき、レジストパターンの倒壊は、パターンが高アスペクト比であるほど起こりやすいことが知られている。
【００１１】
例えば、レジスト表層に架橋部を形成することにより、レジストパターンの倒壊を抑制する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０３８２４号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５７９２号公報
【非特許文献１】Proc. of SPIE.,vol.5992, pp.786-794 (2005)
【非特許文献２】Jpn. J. Appl.Phys., vol.39, pp.6831-6835 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
微細な３次元構造パターンの形成では、３次元構造パターンに応じて複数回のレジストのパターニングを行うことが知られている。
【００１３】
しかしながら、既に段差を備えた基板に対して、新たにレジストのパターニングを行うことは以下の事由から困難である。
１、段差のある基板上にレジストをコートする際、レジスト膜の厚さが段差と同じかそれ以下だと凸部上のレジスト膜が薄くなってしまうため、平坦なレジスト膜を得ることが出来ない。このため、所望するレジストパターンを得ることが困難である（図２）。
２、レジスト膜が平坦となるように充分にレジスト膜を厚くした場合、形成したレジストパターンのアスペクト比はレジスト膜の厚みに応じて高くなるため、レジストパターン倒れが発生する。このため、所望するレジストパターンを得ることが困難である（図３）。
【００１４】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適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】
【００１５】
請求項１に記載の本発明は、微細な３次元構造パターンを形成するパターン形成方法において、基板に段差を形成する工程と、前記基板の段差を形成した側に、レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとし、前記基板をエッチングする工程と、を備え、前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程は、前記レジスト膜に、荷電粒子線を照射する第１のステップと、前記レジスト膜に、前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、を備え、前記第１のステップと前記第２のステップとを相前後して行う工程であること
を特徴とするパターン形成方法である。
なお、本発明において「段差」とは、矩形状の溝に限定されず、円形や多角形の溝を定期的に繰り返すパターンも含むものとし、その段差は、１段のみに限定されず、より多段の場合も含むものとして定義する。
【００１６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のパターン形成方法であって、レジストパターン寸法幅が１００ｎｍ以下のものを含むことを特徴とするパターン形成方法である。
【００１７】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたインプリントモールドである。
【００１８】
請求項４に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて製造されたフォトマスクである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のパターン形成方法は、段差を備えた基板上に形成されたレジスト膜に荷電粒子線を照射する第１のステップと、前記レジスト膜のパターン形成部に前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、を相前後して行うことを特徴とする。
本発明の構成によれば、レジスト膜が平坦となるように充分にレジスト膜を厚くした場合であっても、第一のステップによりレジスト膜の表層が低ドーズ量で露光されるため、最終的に形成されるレジストパターンのアスペクト比を低くすることが出来る。
このため、レジストパターン倒れの発生を抑制することが出来、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成を好適に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、典型的な多段構造のパターン形成方法の一例を示す。
まず、レジストをコートした基板（図１（ａ））に１層目のパターニングを行う（図１（ｂ））。
次に、レジストパターンをマスクにＣｒ膜を、Ｃｒ膜をマスクにＱｚをエッチングする（図１（ｃ））。
次に、洗浄し、１層目のパターンが作製される（図１（ｄ））。
その後、作製された石英パターン上に、２層目のレジストコートおよびパターニングを行い、エッチング、洗浄を行う（図１（ｈ））。
【００２１】
このとき、２層目段差のパターニングの際に、レジストの厚さが１層目段差と同じかそれ以下だとＣｒ上のレジストが薄くなってしまい、所望するレジストパターンを得ることが困難である（図２）。
また、１層目段差を埋めるようにレジストを厚くした場合（図３（ａ））、レジストパターン倒れが発生し、解像性低下を引き起こしてしまう（図３（ｂ））。
【００２２】
本発明のパターン形成方法は、上述のような場合にも好適に用いることが出来る。
本発明のパターン形成方法は、段差を有する基板上にコートされたレジスト膜に対して低ドーズ量の荷電粒子線を照射し、レジスト膜の表層のみを露光することにより、形成されるレジストパターンのアスペクト比を低くすることが出来る。よって、複数の段差を備えた微細な３次元構造パターンの形成を好適に行うことが可能となる。
【００２３】
以下、本発明のパターン形成方法について説明を行う。
本発明のパターン形成方法は、
基板に段差を形成する工程と、
前記基板の段差を形成した側に、レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとし、前記基板をエッチングする工程と、を備え、
前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターンを形成する工程は、
前記レジスト膜に、荷電粒子線を照射する第１のステップと、
前記レジスト膜に、前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、を備え、
前記第１のステップと前記第２のステップとを相前後して行う工程である。
【００２４】
＜基板に段差を形成する工程＞
まず、基板に段差を形成する。
【００２５】
このとき、基板は後述する微細加工技術に適した物理的特性／機械的特性を備えていれば良く、特に、限定されるものではない。例えば、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、などを用いても良い。
【００２６】
光インプリント法に用いるインプリントモールドや、フォトマスクなどの製造工程に本発明のパターン形成方法を用いる場合、基板は使用する露光光を透過することが求められる。このため、光インプリント法に用いるインプリントモールドや、フォトマスクとして用いる場合、一般的な露光光に対して透過性を有する石英基板を好適に用いることが出来る。
【００２７】
また、基板に段差を形成する方法としては、所望する３次元構造パターンを形成することの出来る微細加工技術を用いれば良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法（レーザ加工、マシニング加工など）などを用いても良い。
【００２８】
＜レジスト膜を形成する工程＞
次に、段差を有する基板上に、レジスト膜を形成する。
レジスト膜は、レジスト膜の表面が平坦となるように、充分に段差が埋まるように厚くコートする（図４（ａ））。
【００２９】
レジスト膜の形成方法としては、粘度に応じて、適宜公知の薄膜形成技術を用いれば良い。例えば、ダイコート法、スピンコート法などを用いても良い。
【００３０】
＜レジストパターンを形成する工程＞
次に、レジスト膜に、荷電粒子線を用いてレジストパターンを形成する。
荷電粒子線を用いてレジストパターンを形成する方法は適宜公知の方法を用いれば良い。
【００３１】
このとき、本発明のパターン形成方法は、
レジスト膜の全面に、荷電粒子線を照射する第１のステップと、
レジスト膜のパターン形成部に、前記第１のステップよりも高いドーズ量で荷電粒子線を照射する第２のステップと、行う。
【００３２】
＜第１のステップ＞
ステップ１では、レジスト膜の表層のみに荷電粒子線が到達するように、低いドーズ量で電子線照射を行う（図４（ｂ））。レジスト膜の表層が露光されるため、最終的に形成されるレジストパターンのアスペクト比を低く抑えることが出来る。
【００３３】
＜第２のステップ＞
ステップ２では、ステップ１よりも高いドーズ量で荷電粒子線照射を行う（図４（ｃ））。第２のステップにより、所望するレジストパターンを描画する。
【００３４】
このとき、第２のステップとして、レジスト膜に描写するレジストパターンの寸法幅が１００ｎｍ以下である場合、本発明のパターン形成方法は特に、顕著な効果を示す。
レジストパターンのアスペクト比は、レジストパターンの高さに対するレジストパターンの寸法幅に対する比で表され、レジストパターンのアスペクト比が高いほど、レジストパターン倒れが発生することが知られている。よって、同一のレジスト膜の厚みを有していても、レジストパターン寸法幅が小さいほど、レジストパターンは高アスペクト比となる。
このため、特に、レジストパターン寸法幅が１００ｎｍ以下の場合、レジストパターン倒壊の問題は無視できないものとなる。
本発明によれば、微細な３次元構造パターンにおいて、最小の寸法幅が１００ｎｍ以下の多段パターンであっても、好適にパターン形成を行うことが出来る。
【００３５】
上述した前記第１のステップと前記第２のステップとは、相前後して行っても良く、例えば、第１のステップの前に、第２のステップを行っても良い。
【００３６】
第１のステップ、第２のステップを経て露光した後、現像処理を行い、レジストパターンを形成する（図４（ｄ））。現像処理は用いたレジスト膜に応じて適宜行って良い。このとき、現像処理に際して、洗浄処理を行っても良い。洗浄処理としては、現像液／異物を除去することが出来ればよく、例えば、純水、超臨界流体などを用いて行っても良い。
【００３７】
＜エッチングを行う工程＞
次に、レジストパターンをマスクとして基板にエッチングを行う。エッチングとしては、適宜公知の方法により行って良い。例えば、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを行っても良い。
また、エッチングの条件は、用いた基板／レジストに応じて、適宜調節して良い。
【００３８】
以上より、本発明のパターン形成方法を実施することが出来る。
本発明のパターン形成方法によれば、荷電粒子線照射により段差上のレジスト膜の表層を低ドーズ量で露光することにより、レジストパターン倒れの発生を抑制することが出来る。よって、更なる微細なパターニングを可能とし、かつ多段の微細な３次元構造パターンを形成するのに適したパターン形成方法が可能となる。
また、本発明のパターン形成方法は、２段の３次元構造パターンのみならず、より多段の３次元構造パターンを形成する場合にも活用することが出来る。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明のパターン形成方法について、具体的に図１、図４を用いて、光インプリントモールドを作成する場合の一例を挙げながら説明を行う。当然のことながら、本発明のパターン形成方法は下記実施例に限定されるものではない。
【００４０】
まず、図１（ａ）に示すように、石英基板上にポジ型レジスト２００ｎｍ厚をコートした。
【００４１】
次に、図１（ｂ）に示すように、電子線描画装置にて、レジストに対して電子線をドーズ１００μＣ／ｃｍ２で照射した後、現像液を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行った。ここで、リンス液には純水を用いた。
【００４２】
次に、現像後の上記モールドを、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによってＣｒ膜および石英基板のエッチングを行った（図１（ｃ））。
このとき、Ｃｒのエッチングの条件は、Ｃｌ２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー３００Ｗ、ＲＩＥパワー３０Ｗであった。
また、石英のエッチング条件は、Ｃ４Ｆ８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗであった。
また、深さ２５０ｎｍまで石英のドライエッチングを行った。
【００４３】
次に、Ｏ２プラズマアッシング（条件：Ｏ２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によってレジストを剥離した（図１（ｄ））。
以上より、１層目段差を形成することが出来た。
【００４４】
次に、図４（ａ）に示すように、段差を有する石英基板上にポジ型レジスト４００ｎｍ厚をコートした。
【００４５】
次に、電子線描画装置にて、レジスト膜に対して電子線をドーズ４０μＣ／ｃｍ２で全面に照射した後（図４（ｂ））、電子線をドーズ１００μＣ／ｃｍ２で所望のパターンを照射した（図４（ｃ））。
【００４６】
次に、現像液を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行い、段差上に所望のレジストパターンを形成した（図１（ｆ）および図４（ｄ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
【００４７】
次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによってＣｒ膜および石英基板のエッチングを行った（図１（ｇ））。
このとき、Ｃｒのエッチングの条件は、Ｃｌ２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー３００Ｗ、ＲＩＥパワー３０Ｗであった。
また、石英のエッチング条件は、Ｃ４Ｆ８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗであった。
また、深さ２００ｎｍまで石英のドライエッチングを行った。
【００４８】
次に、Ｃｒ層のウエット剥離洗浄を行った（図１（ｈ））。
以上より、本発明のパターン形成方法を用いて光インプリント用のインプリントモールドを製造することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のパターン形成方法は、微細なパターンを形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。例えば、インプリントモールド、フォトマスク、半導体デバイス、光学素子、配線回路（デュアルダマシン構造の配線回路など）、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイ（拡散板、導光板など）、マイクロ流路などの製造工程において好適に利用することが期待出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のパターン形成方法の実施の一例を示す図である。
【図２】従来のパターン形成方法における問題点を示す図である。
【図３】従来のパターン形成方法における問題点を示す図である。
【図４】本発明のパターン形成方法の実施の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１…石英基板
１２…Ｃｒ層
１３…レジスト膜
１４…レジストパターン
１５…Ｃｒパターン
１６…石英パターン（１段）
１７…石英パターン（２段）
１８…倒壊したレジストパターン
１９…露光部
２０…電子線（低いドーズ量）
２１…電子線（高いドーズ量）
【図１】
2008304689.tif 000003
【図２】
2008304689.tif 000004
【図３】
2008304689.tif 000005
【図４】
2008304689.tif 000006