(57)【要約】【課題】  半導体表面に精度の高い微細パターンを形成するために使用可能な生産性の高い微細パターン形成用モールド及びその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド１１ｃ本体の表面に凹凸１１ｄ、１１ｅを形成した微細パターン形成用モールドにおいて、凹凸１１ｄ、１１ｅが形成されるモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸１１ｄ、１１ｅ側のモールド１１ｃ表面に光触媒作用を有する薄膜１５ａを形成した微細パターン形成用モールド７及びその製造方法である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド本体の表面に凹凸を形成した微細パターン形成用モールドにおいて、上記凹凸が形成されるモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸側のモールド表面に光触媒作用を有する薄膜を形成したことを特徴とする微細パターン形成用モールド。
【請求項２】
上記薄膜が、ＴｉＯ2からなる請求項１記載の微細パターン形成用モールド。
【請求項３】
上記薄膜が、ＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる請求項１記載の微細パターン形成用モールド。
【請求項４】
半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド本体の表面に凹凸を形成した微細パターン形成用モールドの製造方法において、上記凹凸が形成されるモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸側のモールド表面に光触媒作用を有する薄膜を形成することを特徴とする微細パターン形成用モールドの製造方法。
【請求項５】
上記薄膜が、プラズマＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、塗布法等の形成方法より形成される請求項４記載の微細パターン形成用モールドの製造方法。
【請求項６】
上記薄膜が、ＴｉＯ2若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる材料を用いる請求項４または５記載の微細パターン形成用モールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性イオンエッチングを用いた集積回路の微細パターン形成に係り、特にナノインプリント法に使用される微細パターン形成用モールド及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来半導体表面への微細パターンの形成は、量子効果を用いた半導体素子（デバイス）を形成する上で重要である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
量子効果により発現するパターン寸法は、数ｎｍから数十ｎｍの範囲である。この寸法範囲は、光の波長と同程度の値であるため、フォトリソグラフィを用いてこの寸法範囲での加工を精度良く行うことは困難である。故に、この寸法範囲の微細加工には、フォトリソグラフィに代わる方法として、電子線によりレジスト膜を露光するＥＢリソグラフィが利用されている。
【０００４】
このＥＢリソグラフィを用いた方法は、スループットが小さいという問題があった。
【０００５】
そこで、フォトリソグラフィやＥＢリソグラフィに代わる方法として、ナノインプリント法も用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
このナノインプリント法は、予め凹凸パターンを形成したＳｉＯ2製のモールド（鋳型）を半導体表面に予め塗布したレジストに押し付けることにより、圧痕の凹凸パターンが形成されたレジストをマスクにして、半導体表面を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で加工して微細パターンを形成する方法である。
【０００７】
図４にこの方法を用いた従来の微細パターン形成の各工程１〜６の断面図を示す。
【０００８】
図４（ａ）は、予め用意したモールド２７を示す。このモールド２７は、表面に凸部２７ａのパターンが形成されたＳｉＯ2製の微細パターン形成用の鋳型である（工程１）。
【０００９】
次に、図４（ｂ）に示すように加工を施す半導体基板２１の表面にレジストを塗布し、レジスト膜２８を形成する（工程２）。
【００１０】
図４（ｃ）に示すように、この半導体基板２１表面に塗布して形成されたレジスト膜２８にＳｉＯ2製のモールド２７の凸部２７ａを押し付ける。モールド２７の凸部２７ａが、約１．３×１０-7Ｐａの圧力で半導体基板２１に押し付けられて、レジスト膜２８に凸部２７ａの微細パターンが転写される（工程３）。
【００１１】
レジスト膜２８に凸部２７ａのパターンが転写され、レジスト膜２８に圧痕２９が形成された半導体基板２１の状態を、図４（ｄ）に示す。
【００１２】
モールド２７の凸部２７ａが押し付けられた部分ではレジスト膜２８がなくなり圧痕２９が形成され、モールド２７の凸部２７ａが押し付けられていない部分にはそのままレジスト膜２８が残っている（工程４）。
【００１３】
図４（ｅ）は、上述の工程４で圧痕２９が形成された半導体基板２１の表面に酸素を導入した反応性イオンエッチング加工を施した状態を示す図である。このエッチングによる加工は、半導体基板２１のレジスト膜２８が形成された側に行う。レジスト膜２８にマスクされた部分では半導体基板２１にエッチングが行われずに、このレジスト膜２８にマスクされた部分が凸部として残る。この反応性イオンエッチング加工により、半導体基板２１の表面に微細な凹部パターン３０が得られる（工程５）。
【００１４】
エッチング加工が終わった後、マスクしていたレジスト膜２８が除去された半導体基板２０を図４（ｆ）に示す（工程６）。
【００１５】
このレジスト膜２８の除去を行うためには、レジスト膜２８にＵＶ照射を行い、レジスト膜２８を酸化、分解する。酸化、分解された物質は、排気される。
【００１６】
このように工程１〜６を経て、半導体基板２１表面に微細な凹部パターン３０が形成された半導体基板２０が得られる。
【００１７】
図４（ａ）に示した加工に用いられる鋳型は、図５（ａ）に示すような角型若しくは円筒型の凸部２７ａを有したモールド２７や、図５（ｂ）に示すような円錐状の凸部３７ａを有したモールド３７が公知の例として上げられる。
【００１８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１９】
【特許文献１】特開平１１−４０５４８号公報
【特許文献２】特開２０００−９１５５５号公報
【非特許文献１】S.Y.Chou,et.all.,Science,vol.272,p85-87,5April,1996
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、これらのモールド２７、３７は、レジスト膜２８に約１．３×１０-7Ｐａの圧力で押し付けられることにより、モールド２７、３７の表面特にレジスト膜２８に接する凸部２７ａ、３７ａにレジストが付着する。
【００２１】
レジストが凸部２７ａ、３７ａに付着した時には、形成する微細な凹部パターン３０（図４参照）の寸法精度を確保するために付着したレジストを洗浄により除去する必要がある。この洗浄は、概ね以下の工程が必要である。
【００２２】
（１）微細パターンの形成装置（図示しない）から装着されているモールド２７、３７を取り外す。
【００２３】
（２）モールド２７、３７を有機溶剤等で洗浄する。
【００２４】
（３）洗浄したモールド２７、３７を乾燥させる。
【００２５】
（４）モールド２７、３７を再び微細パターンの形成装置に装着する。
【００２６】
このため、モールド２７、３７の洗浄による時間的な損失が大きく、半導体製作のスループット向上の妨げになっていると言う問題があった。
【００２７】
そこで、本発明の目的は、半導体表面に精度の高い微細パターンを形成するために使用可能な生産性の高い微細パターン形成用モールド及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド本体の表面に凹凸を形成した微細パターン形成用モールドにおいて、上記凹凸が形成されるモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸側のモールド表面に光触媒作用を有する薄膜を形成した微細パターン形成用モールドである。
【００２９】
第２の発明は、上記薄膜が、ＴｉＯ2からなるものである。
【００３０】
第３の発明は、上記薄膜が、ＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなるものである。
【００３１】
第４の発明は、半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド本体の表面に凹凸を形成した微細パターン形成用モールドの製造方法において、上記凹凸が形成されるモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸側のモールド表面に光触媒作用を有する薄膜を形成する微細パターン形成用モールドの製造方法である。
【００３２】
第５の発明は、上記薄膜が、プラズマＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、塗布法等の形成方法より形成される製造方法である。
【００３３】
第６の発明は、上記薄膜が、ＴｉＯ2若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる材料を用いる製造方法である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、半導体表面に精度の高い微細パターンを形成するために使用可能な生産性の高い微細パターン形成用モールド及びその製造方法を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３６】
図１（ａ）は、本実施の形態により形成された円柱状若しくは角形の凸部５５を有する微細パターン形成用モールド７を示す断面図である。
【００３７】
図示したように微細パターン形成用モールド７は、石英ガラスで形成されるモールド本体の表面に凹凸型のパターンが形成されたモールド１１ｃの凹凸側のモールド表面に、ＴｉＯ2の薄膜１５ａ若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる薄膜が設けられたものである。
【００３８】
微細パターン形成用モールド７は、モールド１１ｃに設けられた凹部５４及び凸部５５の表面に薄膜１５ａが形成されている。この薄膜１５ａが設けられた凸部５５は、半導体基板表面に微細パターンを形成するための微細凸パターン５６となっている。
【００３９】
この微細パターン形成用モールド７は、従来の微細パターン形成用のモールド２７（図４（ａ）、図５（ａ）参照）の代わりに、図４に示す半導体基板２１表面の微細な凹部パターン３０の形成に用いることができる。
【００４０】
則ち、微細パターン形成用モールド７は、モールド２７の凸部２７ａと同様の微細凸パターン５６を有している。このため、微細パターン形成用モールド７は、図４（ｃ）工程３に示す半導体基板２１への押し付けを行った場合に、従来同様の微細パターンを半導体基板２１のレジスト膜２８に転写することができる。
【００４１】
図１（ｂ）は、本実施の形態により形成された円錐状の凸部を有する微細パターン形成用モールド１７を示す断面図である。
【００４２】
微細パターン形成用モールド１７は、石英ガラスで形成されるモールド本体の表面に凹凸型のパターンが形成されたモールド１１ｍの凹凸側のモールド表面に、ＴｉＯ2の薄膜１５ａ若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる薄膜が設けられたものである。
【００４３】
微細パターン形成用モールド１７は、モールド１１ｍに設けられた凹部及び凸部６５の表面に薄膜１５ａが形成されている。この薄膜１５ａが設けられた凸部６５は、半導体基板表面に微細パターンを形成するための微細凸パターン６６となっている。
【００４４】
この微細パターン形成用モールド１７は、従来の微細パターン形成用のモールド３７（図５（ｂ）参照）の代わりに、半導体基板表面の微細な凹部パターンの形成に用いることができる。
【００４５】
則ち、微細パターン形成用モールド１７は、図５（ｂ）に示すモールド３７の凸部３７ａと同様の微細凸パターン６６を有している。このため、微細パターン形成用モールド１７は、図４（ｃ）工程３に示す半導体基板２１への押し付けを行った場合には、従来同様に微細凸パターン６６を半導体基板２１のレジスト膜２８に転写することができる。
【００４６】
以上説明したように微細パターン形成用モールド７、１７は、半導体基板表面に微細パターンを転写すべくモールド１１ｃ、１１ｍの表面に凹凸を形成したものである。
【００４７】
微細パターン形成用モールド７、１７は、凹凸が設けられるモールド１１ｃ、１１ｍのモールド本体を石英ガラスで形成すると共に、その凹凸側のモールド１１ｃ、１１ｍ表面に光触媒作用を有する薄膜１５ａを形成した構造となっている。
【００４８】
このような微細パターン形成用モールド７、１７の凹凸の形状は、半導体基板表面に形成される微細パターンに対応して形成され、図５（ａ）、（ｂ）に示す形状にのみ限定されるものではない。
【００４９】
図２は、図１で示した本発明の好適実施の形態を示す微細パターン形成用モールドの製造方法工程を示す。
【００５０】
図示したように、工程１〜５により順次モールド形成を行う。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、石英ガラス基板１１の表面にレジスト液を塗布して、石英ガラス基板加工用のレジスト膜１２を形成する。石英ガラス基板１１は、モールド本体を形成するための部材である。レジスト膜１２は、ＥＢリソグラフィによりパターンを形成するために設けられるレジスト層である（工程１）。
【００５２】
次に、上のレジスト膜１２の表面にレジストパターンを形成する。
【００５３】
図２（ｂ）に示すように、 石英ガラス基板１１の表面に形成されたレジスト膜１２をＥＢリソグラフィにより電子線でパターン露光する。このパターン露光された部分のレジスト膜が露光により酸化、分解されて、露光部分のレジスト膜１２が除去される。
【００５４】
このようにして電子線露光により、レジスト膜１２にパターニングされた石英ガラス基板加工用のレジストパターンが形成される（工程２）。
【００５５】
この石英ガラス基板１１の表面にレジストパターンが形成されたレジスト膜１２をマスクとして、図示しないＲＩＥ装置により図２（ｃ）に示すように反応性イオンエッチングが行われる。
【００５６】
レジスト膜１２に形成されたレジストパターンにより反応性イオンエッチングを行うと、レジスト膜１２の無い部分の石英ガラスがエッチングにより侵食され、凹部パターン１１ｄが形成される。
【００５７】
レジスト膜１２により形成されたレジストパターンにより、反応性イオンエッチングを行うとレジスト膜１２の在る部分が残り、この残った部分が半導体基板１１にほぼ円柱状若しくは角型の凸部１１ｅ（図２（ｄ）参照）を形成することになる（工程３）。
【００５８】
ここで、図１（ｂ）に示したような微細パターン形成用モールド１７の円錐状の凸部６５を形成する際には、反応性イオンエッチング加工の際にさらに次の処理を追加して工程３において行う。
【００５９】
反応性イオンエッチング加工を行う際に、石英ガラス基板１１を冷却することにより、エッチング時に用いられるエッチングガスの反応生成物が石英ガラス基板１１のエッチングされた側面に付着する。この側面に付着した反応生成物は保護膜のはたらきをし、このように反応生成物が付着した状態で反応性イオンエッチングが進行すると、図１（ｂ）に示すようにエッチング面は傾斜した凸部６５を形成しこの凸部６５は円錐状となっている。
【００６０】
このようにエッチングされて形成されたモールドは、図１（ｂ）に示す微細パターン形成用モールド１７の本体となる凸部６５を有するモールド１１ｍの形状となる（工程３）。
【００６１】
反応性イオンエッチングが行われた石英ガラス基板１１からレジスト膜１２が除去された状態を図２（ｄ）に示す。
【００６２】
凹部パターン１１ｄが形成された石英ガラス基板１１の表面に在るレジスト膜１２を除去することで、石英ガラス基板１１にほぼ円柱状若しくは角型の凸部１１ｅが形成された石英ガラス製のモールド１１ｃが得られる。
【００６３】
このレジスト膜１２の除去は、ＵＶ照射を行うことでレジスト膜１２を酸化、分解し、この酸化、分解された後の物質が排気されることで行われる。
【００６４】
モールド１１ｃには、レジスト膜１２でマスクされなかった部分に、深さ１００ｎｍ程度の凹部パターン１１ｄが形成されている。則ち、石英ガラス基板１１は、凹部パターン１１ｄ、凸部１１ｅが形成されることで微細パターン形成用モールドの本体であるモールド１１ｃの形状となる（工程４）。
【００６５】
ここで行う反応性イオンエッチング加工においては、凹部パターン１１ｄの深さは２０〜３００ｎｍ程度の範囲とするとよい。
【００６６】
凹部パターン１１ｄは、形成されるモールドの適用条件を考慮して、微細パターンが精度良く形成され、また充分なモールド１１ｃの強度等を得られるように凹部パターン１１ｄの深さを適宜設定するとよい。
【００６７】
図１（ｅ）に示すようにモールド１１ｃの凸部１１ｅ及び凹部パターン１１ｄが設けられた表面にプラズマＣＶＤ法により、例えばＴｉＯ2の薄膜１５ａが膜厚１０ｎｍ程度に形成される（工程５）。
【００６８】
ここで行うプラズマＣＶＤ法による薄膜１５ａの形成においては、ＴｉＯ2の薄膜１５ａの膜厚は５〜２０ｎｍ程度の範囲とし、形成されるモールドの適用条件を考慮し精度の高いパターン及び充分な光触媒作用等を得られるように適宜膜厚を設定するとよい。
【００６９】
このＴｉＯ2の薄膜１５ａは、ＴｉＯ2により光触媒作用を有する薄膜となっている。この光触媒作用のため、凸部１１ｅにレジストが付着した状態でＵＶ照射されたときに、凸部１１ｅ表面に付着したレジストが酸化、分解される。
【００７０】
このＴｉＯ2の薄膜１５ａを形成する代わりに、ＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2の薄膜をプラズマＣＶＤ法により形成してもよい。このＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2の薄膜でも、ＴｉＯ2の薄膜１５ａと同様の光触媒作用効果が得られる。
【００７１】
また、薄膜１５ａの形成は、プラズマＣＶＤ法による他、ＥＢ蒸着により行ってもよいし、ＴｉＯ2若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2をモールド１１ｃの表面に塗布することにより行ってもよい。これらＥＢ蒸着法、塗布法により形成された薄膜１５ａも、プラズマＣＶＤ法によって形成された薄膜１５ａと同様の光触媒作用効果が得られる。
【００７２】
以上の工程を経て、モールド１１ｃの表面にＴｉＯ2の薄膜１５ａ若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる薄膜が設けられた微細パターン形成用モールド７が形成される。この微細パターン形成用モールド７は、図４に示すパターン形成用のモールド２７に相当する。
【００７３】
図２に示した工程１〜６により得られたこの微細パターン形成用モールド７の作用について図１〜４により説明する。
【００７４】
微細パターン形成用モールド７は、既に図２で説明したように形成された凹凸の表面にＴｉＯ2の薄膜１５ａ（若しくはＴｉＯ2をドープしたＳｉＯ2からなる薄膜）が設けられているため、この薄膜１５ａが光触媒作用を有している。
【００７５】
微細パターン形成用モールド７は、図４（ｃ）工程３で半導体基板２１のレジスト膜２８にモールド２７と同様に押し付けられることにより、レジスト膜２８の表面に微細パターン形成用モールド７の微細凸パターン５６が転写される。
【００７６】
このとき、微細パターン形成用モールド７がレジスト膜２８と接している部分則ち微細凸パターン５６の先端に図３（ａ）に示すようにレジスト膜２８の一部がレジスト１６として付着する。
【００７７】
微細パターン形成用モールド７がレジスト膜２８から離れた後も、微細パターン形成用モールド７の微細凸パターン５６に付着したレジスト１６の大部分は付着したままとなる。
【００７８】
図３（ｂ）は、レジスト１６が付着した微細パターン形成用モールド７にＵＶ照射を行っている様子を示す図である。
【００７９】
図示した紫外線燈１９は、微細パターン形成用モールド７の表面にＵＶ照射を行うための紫外線発生源であり、半導体基板２１に微細パターンを形成するための装置（図示せず）に装着されるとよい。
【００８０】
紫外線燈１９は、微細パターン形成用モールド７に設けられた凹凸の特にレジスト膜２８と接する微細凸パターン５６に、影無くＵＶ照射されるような位置に装着されるとよく、図中では紫外線燈は１つであるが、複数設け微細パターン形成用モールド７に設けられた凹凸の位置に限らず均一にＵＶ照射されるように設けられるとよい。
【００８１】
紫外線燈１９を用いて微細パターン形成用モールド７にＵＶ照射することで、薄膜１５ａの光触媒作用により付着したレジスト１６が酸化、分解される。この酸化、分解された後の物質は、図示しない微細パターンを形成する装置から排気される。
【００８２】
このようにして、図３（ｃ）に示すように付着していたレジスト１６が微細パターン形成用モールド７表面から除去される。
【００８３】
本実施の形態においては、微細パターン形成用モールド７に付着したレジスト１６の除去を、従来のように有機溶剤等で洗浄することなく、ＵＶ照射を行うことで処理できる。
【００８４】
このため、半導体表面に微細パターン形成用モールド７を押し付けることでレジスト１６が付着したとしても、ＵＶ照射を行って付着したレジスト１６が分解、除去できる。このため、鮮明な微細凸パターン５６の維持ができ、図４に示した半導体基板２１において再現性のある寸法精度の高い微細パターンを得ることができる。
【００８５】
また本実施の形態により、微細パターンを形成する装置内にＵＶ照射のための紫外線燈１９を設けることでレジスト１６の除去が可能である。このため、従来のようにレジスト１６の除去の都度に微細パターン形成用モールド７を微細パターンを形成する装置から取り外す必要がない。
【００８６】
このように本実施の形態に係る微細パターン形成用モールド７は、装置からの取り外し及び取り付けや乾燥等も不要であるため、半導体表面へ微細パターンを形成する半導体の製造工程において、大幅なスループットの向上が実現できる。
【００８７】
以上説明したような微細パターン形成用モールド７の代わりに、微細パターン形成用モールド１７を用いて半導体表面に微細パターンを転写、形成する場合にも、上に説明した微細パターン形成用モールド７と同様の作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の微細パターン形成用モールドにより形成される微細パターンを各種の回路に適用することにより、電磁気回路、光導波路などを実現できる産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１（ａ）は、本実施の形態により形成された円柱状若しくは角形の凸部を有する微細パターン形成用モールドを示す断面図である。図１（ｂ）は、本実施の形態により形成された円錐状の凸部を有する微細パターン形成用モールドを示す断面図である。
【図２】本実施の形態による微細パターン形成用モールドの製造の工程１〜５を示す工程図である。
【図３】図３（ａ）は、本実施の形態の微細パターン形成用モールドにレジストが付着した状態を示す断面図である。図３（ｂ）は、微細パターン形成用モールドにＵＶ照射を行っている様子を示す図である。図３（ｃ）は、ＵＶ照射により付着したレジストが分解された状態を示す断面図である。
【図４】従来のモールドを使用して、半導体基板表面にパターンを形成する工程１〜６を示す工程図である。
【図５】図５（ａ）は、従来の円柱状若しくは角形の凸部を有するモールドを示す断面図である。図５（ｂ）は、従来の円錐状の凸部を有するモールドを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
７  微細パターン形成用モールド
１１  石英ガラス基板
１１ｃ  モールド
１１ｄ  凹部パターン
１１ｅ  凸部
１１ｍ  モールド
１２  レジスト膜
１５ａ  薄膜
１７  微細パターン形成用モールド
５４  凹部
５５  凸部
５６  微細凸パターン
６５  凸部
６６  微細凸パターン
【図１】
2005327788.tif 000003
【図２】
2005327788.tif 000004
【図３】
2005327788.tif 000005
【図４】
2005327788.tif 000006
【図５】
2005327788.tif 000007