(57)【要約】【課題】微細パターン加工線幅を酸化レートの違う材質で構成することで、正確にコントロールしやすい「酸化膜厚」をパラメータとして、露光光源方法の如何に関わりなく、Åオーダの微細パターンを形成できるように、微細パターンの形成方法を工夫すること。【解決手段】基板上にシリコンナイトライド膜を形成し、その上にポリシリコン膜を形成し、さらに、シリコンナイトライド層を形成し、露光、現像して表層のシリコンナイトライド層をパターン化し、表層のシリコンナイトライド層をマスクとしてポリシリコン層をプラズマエッチングし、拡散炉内で酸化処理してポリシリコン層に酸化膜を形成し、表面のナイトライド層をプラズマエッチングし、上記酸化膜間のポリシリコン層を除去して上記酸化層を残して微細パターンを形成すること。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコンナイトライド層を形成し、その上にポリシリコン層を形成し、さらに、シリコンナイトライド層を形成し、
露光、現像して表層のシリコンナイトライド層をパターン化し、
表層のシリコンナイトライド層をマスクにしてポリシリコン層をエッチングし、
拡散炉内で酸化処理してポリシリコン層にシリコン酸化膜を形成し、
表面のナイトライド層をエッチングし、
上記シリコン酸化膜間のポリシリコン層を除去して上記シリコン酸化膜を残すことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
請求項１の微細パターンの形成方法において、
残ったシリコン酸化膜をマスクにしてシリコンナイトライド層を選択的に除去し、上記シリコン酸化膜を最終的に除去することを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項３】
請求項１の微細パターンの形成方法において、
残ったシリコン酸化膜をマスクとしてシリコンナイトライド層とベース基板部を同時にエッチングすることを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項４】
請求項１の微細パターンの形成方法において、
残ったシリコン酸化膜をマスクにしてシリコンナイトライド層とベース基板部を同時にエッチングして、酸化膜を最終的に除去することで高さの異なる３つの層を形成させることを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の工法を用いて形成させた光学素子、光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、幅が０．３μｍよりも細い線による微細パターンの形成方法に関するものであり、光ディスクスタンパ、ビデオディスク用スタンパ、ＤＲＡＷディスク、ＥＤＲＡＷディスク、光学素子、グレーティング、ホトニクス素子の製造に利用されるものであり、また、半導体、トランジスタ、メモリーの製造技術にも応用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ製造技術等での微細パターンの形成方法では、素子形成用薄膜を有する基板上にフォトレジスト膜を形成し、これにガラスマスク板を介して光学的投影法によってフォトレジスト膜上に露光パターンを形成し、これを現像してレジストパターンを形成し、次に、このレジストパターンをマスクにしてＲＩＥ（反応性イオンエッジング）法によって、上記の素子形成用薄膜をエッチングし、その後、レジストパターンを除去して、素子形成用薄膜による微細パターンを形成するのが一般的であるが、このように、フォトレジスト膜の露光と、エッチングとによる微細パターンを形成するときは、露光パターンの微細化は解像力に依存し、この解像力は露光光の波長とレンズ開口数（ＮＡ）に依存するために限界がある。
上記の解像力による限界を越えて、さらに微細な微細パターンを成形する技術の一つとして、特開平５−３１９１号公報に記載されているものがあり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
基板２（図５）に積層したポリシリコン膜１を使って微細配線を形成するものである。このものは基板２のポリシリコン膜１上の第１ＳｉＮ膜３を露光し、現像して微細溝を形成し、その後、第１ＳｉＮ膜３の上に第２ＳｉＮ膜４を積層（例えば厚さ０．１μｍ）して上記微細溝をさらに幅狭にし（図５（ｂ））、その後、異方性ＲＩＥ法でエッチングして０．１μｍの側壁４ａだけを残し第２ＳｉＮ膜４を除去する（図５（ｃ））。次にこれを８００〜９００℃で加熱して、上記微細溝の底に露出したポリシリコン膜１の表面に薄いシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜、厚さ１０００Å、幅０．３μｍ）６を形成し（図６（ａ））、次にＨ３ＰＯ４を用いて第１ＳｉＮ膜３上の第２ＳｉＮ膜の側壁４ａを除去する（図６（ｂ））。このとき残ったシリコン酸化膜６が上記Ｈ３ＰＯ４によるエッチング処理におけるエッチングストッパー（マスク）として機能して、幅０．３μｍ（ＳｉＯ２膜６と同じ幅）の細線によるポリシリコン配線が基板１上に形成される（図６（ｃ））。
【０００４】
上記従来技術のように、微細パターンを形成するために露光光源の波長を短くするとともに（例えばＫｒＦ，ＡｒＦ，ＶＵＶ（真空紫外光））、光学系を高ＮＡ化する方法の他に、さらにＥＵＶ（軟Ｘ線）を用いるとともに、レジスト最表面をシリル化してさらに微細なパターンを形成する方法も工夫されている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
露光光の波長を単に短くするには限界があるため、上記のように、ＶＵＶ（真空紫外光）の利用等による短波長化が図られ、また、光学系の高ＮＡ化が図られており、また、さらにはＥＵＶ（軟Ｘ線）、ＥＢを用いる方法が工夫されているが、しかし、これらの方法による場合は、真空中での露光等のための付帯設備に高度な配慮が必要であり、そのため設備コストがかさむことになる。
また、上記の特開平５−３１９１号公報に記載されている従来技術は、ポリシリコンをパターン化し、その上にシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）デポ壁面部が見かけ上厚くなることを利用して、これで微細パターンを形成しているものであるが、シリコンナイトライド層を厚く形成する必要があり、また、このシリコンナイトライド層の厚さの正確な制御、シリコン酸化膜６の幅を正確に安定的に制御することが困難であり、このために微細パターンの精度が阻害されるから、Åオーダのパターンを安定的に形成させることは難しい。
また、上記従来技術によるパターンプロファイルは単純であって、多段階のものではないので、その利用範囲に限界がある。
【０００６】
【課題１】（請求項１に対応）
この発明の課題１は、微細パターン加工線幅を酸化レートの違う材質で構成することで、正確にコントロールしやすい「酸化膜厚」をパラメータとして、露光光源方法の如何に関わりなく、Åオーダの微細パターンを形成できるように、微細パターンの形成方法を工夫することである。
【課題２】（請求項２に対応）
この発明の課題２は、パターンプロファイルの最適化が図れるようにすることである。
【課題３】（請求項３、請求項４に対応）
この発明の課題３は、パターンプロファイルについて３段階の段差を設けることができるようにすることである。
【課題４】（請求項５に対応）
この発明の課題４は、より安価で利用範囲の広い光学素子、メディアを提供することである。
【課題解決のために講じた手段】
【０００７】
【解決手段１】
上記課題１を解決するために講じた手段は、次の（イ）乃至（ヘ）によって微細パターンの形成方法を構成したものである。
（イ）基板上にシリコンナイトライド層を形成し、その上にポリシリコン層を形成し、さらに、シリコンナイトライド層を形成し、
（ロ）露光、現像して表層のシリコンナイトライド層をパターン化し、
（ハ）表層のシリコンナイトライド層をマスクにしてポリシリコン層をプラズマエッチングし、
（ニ）拡散炉内で酸化処理してポリシリコン層にシリコン酸化膜を形成し、
（ホ）表面のナイトライド層をプラズマエッチングし、
（ヘ）上記シリコン酸化膜間のポリシリコン層を除去して上記シリコン酸化膜を残すこと。
【０００８】
【作用】
通常の方法で露光、現像して表層のシリコンナイトライド層をパターン化し、表層のシリコンナイトライド層をマスクとしてポリシリコン層をプラズマエッチングすることによって、ポリシリコン層に所定幅の溝が形成される。この状態で拡散炉内で酸化処理することによってポリシリコン層の露出面、すなわち上記溝の側面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成される。このシリコン酸化膜の厚さは酸化処理の温度、酸化時間により制御できるので、この酸化温度、酸化時間をコントロールすることによって、容易かつ正確に上記シリコン酸化膜厚がコントロールされる。したがって、このシリコン酸化膜の厚さをコントロールして、例えば厚さ０．１μｍの微細パターンを安定的に形成することは容易である。
次いで、上記シリコン酸化膜間のポリシリコン層を除去すると上記酸化膜が残り、薄いシリコン酸化膜による極細の微細パターンがシリコンナイトライド層上に、正確かつ安定的に形成される。
したがって、上記シリコン酸化膜厚を加減することによって、露光光源方法の如何に関わりなく、適宜厚さの線による微細パターンを自在に形成することができる。
【０００９】
【解決手段２】
解決手段２は、解決手段１を前提としてさらに、次の（ト）によるものである。（ト）上記シリコン酸化膜をマスクにしてシリコンナイトライド層を選択的に除去し、さらに上記シリコン酸化膜を最終的に除去すること。
【００１０】
【作用】
上記シリコン酸化層をマスクにしてシリコンナイトライド層をプラズマエッチングすると、上記シリコン酸化膜と同じ厚さの、シリコンナイトライドによる微細パターンが形成される。そして上記のとおり、上記シリコン酸化膜厚は、上記酸化処理の温度、時間によって、正確にかつ安定的にコントロールされるから、シリコンナイトライドによる極細の微細パターンが、正確にかつ安定的に形成される。
【００１１】
【解決手段３】
解決手段３は、解決手段１を前提として、次の（チ）によるものである。
（チ）上記シリコン酸化膜をマスクとしてシリコンナイトライド層とベース基板部を同時にエッチングし、さらに上記シリコン酸化膜を最終的に除去することで高さの異なる３つの層を形成させること。
【００１２】
【作用】
解決手段１において、上記酸化膜間のポリシリコン層を除去して上記酸化層を残した段階で、基板表面は、酸化膜間においてシリコンナイトライド層で被覆されている部分と、解決手段１のプラズマエッチングでシリコンナイトライド層が除去されて露出している部分とがある。これについて、上記シリコン酸化膜をマスクにしてシリコンナイトライド層とベース基板部を同時にエッチングすると、上記シリコンナイトライド層と上記の露出している面がエッチングされる。したがって、基板面のうちの上記露出面だけがエッチングされて段差が付くことになる。さらにエッチングを進行させると、シリコン酸化膜でマスクされている部分においてはエッチングは進まないが、その間の基板表面に対して同様にエッチングが進む。その後、シリコン酸化膜が除去されると、当該酸化膜でマスクされていた部分と、上記の２つの段差部分との計３段の段差が基板上面に形成される。
【００１３】
【実施の形態】
次いで、図面を参照しながら実施例を説明する。
【実施例１】
図１に示す実施例１は、シリコン基板（ベース基板）１１に第１のシリコンナイトライド層（Ｓｉ３Ｎ４層、厚さ２００Å）１２、ポリシリコン層（厚さ４００Å）１３、第２のシリコンナイトライド層（厚さ８０Å）１４を積層したもの（図１（ａ））について、第２のシリコンナイトライド層１４を幅０．３μｍの微細パターン（この微細パターンの幅の大小は、最終的な微細パターンのピッチと関係するがその線の幅とは関わりがない）で露光し、現像する（図１（ｂ））。第２のシリコンナイトライド層１４をマスクにしてポリシリコン層１３をエッチングすると、幅０．３μｍの溝１５（露光された部分）のパターンが形成される（図１（ｃ））。これを加熱酸化処理すると、残されたポリシリコン層１６の上面は第２のシリコンナイトライド層１４で被覆されているので酸化されず、溝１５の側面が酸化されてシリコン酸化膜１７が形成される（図１（ｄ））。このシリコン酸化膜１７の厚さは加熱温度、酸化時間に比例して厚くなる。この例では、加熱酸化温度を１１００℃にして、酸化時間を調節して、厚さ５００Åの酸化膜１７を形成する。
【００１４】
その後、燐酸液に浸漬して、残っている第２のシリコンナイトライド層１４を除去し（図１（ｅ））、「硝酸＋フッ酸」でポリシリコン層１８を除去することで、第１のシリコンナイトライド層１２上にシリコン酸化膜の柱１９が残る（図１（ｆ））。このシリコン酸化膜の柱１９による微細パターンを最終パターンとして利用することも可能であるが、さらにこの酸化膜をマスクにして第１のシリコンナイトライド１２をプラズマエッチングし、シリコンナイトライドによる微細パターン（厚さ５００Å）を形成することができる。
【００１５】
【実施例２】
図２に示す実施例２は、実施例１の図１における工程（ｅ）までは同じで、シリコン基板２５上の第１のシリコンナイトライド層（厚さ１００Å）２６と酸化膜２８が残った状態（図２（ａ）。実施例１の工程（ｆ）に相当）で、シリコン酸化膜２８をマスクにしてプラズマエッチングし（図２（ｂ））、さらにシリコン酸化膜２８をプラズマエッチングして、第１のシリコンナイトライド（幅５００Å）２６ａのライン（線）を残した（図２（ｃ））ものである。
【００１６】
【実施例３】
図３に示す実施例３は、シリコンウエハーを基板３０とし、第１、第２のシリコンナイトライド層３１，３３の厚さをともに２００Åとし、ポリシリコン層３２の厚さを４００Åとした実施例である。
図３（ａ）の状態（図１の（ｄ）に相当）から、第２のシリコンナイトライド層３３、及び溝３５の底の第１のシリコンナイトライド３１を除去し（図３（ｂ））、さらにシリコン酸化膜３４，３４間のポリシリコン層３２を除去し（図３（ｃ））さらに、シリコン酸化膜３４，３４間の隙間３７の第１のシリコンナイトライド層３１をプラズマエッチングする（図３（ｄ））。このとき、シリコンウエハー基板３０の露出した表層についても同時にエッチングが進み、凹部３９（例えば、深さが３００Å）が形成される（図３（ｄ）の凹部３９）。そして、上記のシリコンナイトライド層３１がなくなっても、上記の凹部３９による段差は維持される。
【００１７】
また、図３（ｄ）の状態から、シリコン酸化膜３４をマスクにしてプラズマエッチングすると、シリコン酸化膜３４でマスクされた部分を除き、基板３０上面の他の部分についてエッチングが進行する。その結果、凸部４０、窪み４１，４２によるＡ，Ｂ，Ｃの３つの段差を持つプロファイルが得られる（図３（ｅ））。
シリコンナイトライド層に対するプラズマエッチングのガスの種類を変えることで、段Ａ，Ｂ間の段差を１００〜１０００Åの範囲で適宜調整することができる。
【００１８】
さらに、この微細パターンの形成方法と異方性の高いプラズマエッチングを組み合わせることによって、図４（ａ）のようなグレーティング、その他光学素子を成形することもできる。
すなわち、この発明の微細パターンの形成方法で、幅が極めて小さい酸化層を微小ピッチで形成し、これをマスクにして、異方性の高いプラズマエッチングすることで、基板５０上に厚さ３〜５μｍの、グレーティング（適宜の光学素子を構成するもの）を３〜５μｍの深さで形成することもできる。
また、図４（ｂ）に示すように、高さ５μｍのシリコン酸化膜層（厚さ５００Å）を、１０００Åのピッチで配列し、一対のシリコン酸化膜層５３の間にポリシリコン層５５を挟んだ形状の素子を隙間５４を介して多数配置したパターンも容易に形成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の効果を各請求項の発明毎に整理すれば、次のとおりである。
１．請求項１の発明の効果
請求項１の発明は、シリコン酸化膜の膜厚を微細パターンのライン幅に転換するものであり、シリコン酸化膜厚は正確にコントロールされるから、微細パターンのライン幅を正確かつ安定的にÅオーダで形成することができる。また、露光方法の如何にかかわらず、形成させたシリコンナイトライドの線幅を、上記シリコン酸化膜の介在で３つに分割することができるので、その分だけ記録メディアの密度を向上させ、また多機能化を図ることができる。
２．請求項２の発明は、最終的にシリコンナイトライド形状を用い微細パターンプロファイルを形成しているのでプロファイル形状を安定的に形成することができる。
３．請求項３、請求項４の発明は、シリコン酸化膜部、シリコンナイトライド部、（シリコンナイトライド＋ポリシリコン＋シリコンナイトライド部）によって３種の段差を持つスタンパを作成することが可能であり、したがって、三次元的な微細パターン位置制御が可能である。
４．請求項５の発明によると、波長レベルのライン幅の微細パターン加工が容易にできるので、より安価で、高機能な光学素子を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は実施例１の手順を模式的に示す図である。
【図２】は実施例２の手順を模式的に示す図である。
【図３】は実施例３の手順を模式的に示す図である。
【図４】はこの発明の応用例を模式的に示す図である。
【図５】は従来技術の手順を模式的に示す図である。
【図６】は図５の従来技術の手順を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１１：シリコン基板
１２：シリコンナイトライド
１３：ポリシリコン
１４：シリコンナイトライド
１５：溝
１６：ポリシリコン
１７：シリコン酸化膜
１８：ポリシリコン
１９：シリコン酸化膜の柱
２０：溝
２１：シリコンナイトライド
【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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