JP2008286828A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン幅の微細化、パターンの３次元化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】本発明のパターン形成方法は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させることを特徴とする。本発明の構成によれば、レジストパターンの間隔と、レジストパターンの厚みを適宜選択することにより、単一のリソグラフィ工程で、３次元的な高さを持った微細パターンや、露光光の解像限界以下のパターン幅を持った微細パターンを形成することが出来る。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レジストを用いて微細なパターンを形成するパターン形成方法に関する。

微細なパターンの形成方法として、リソグラフィ法が知られている。リソグラフィ法とは、感光性の物質（レジスト）を塗布した物質の表面を、パターン状に露光し、現像処理を行うことで、露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを生成する技術である。

上述したようなリソグラフィ法は、微細なパターンの形成が求められる分野に広範に用いられており、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、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、などの製造工程において利用されている。

リソグラフィ法において、レジストとして、露光により硬化するネガレジスト／露光により疎化するポジレジスト、を用いる方法が知られている。
また、より微細なパターンを解像させるための高感度型レジストとして、化学増幅型レジストを用いることが提案されている（特許文献１参照）。

リソグラフィ法において、露光光として、例えば、ｇ線（波長 ４３６ｎｍ）、ｉ線（波長 ３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長 ２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長 １９３ｎｍ）、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、などを用いることが知られている。
また、用いる露光光により、解像出来るパターン幅に限界があることが知られている。

リソグラフィ法では、形成可能なパターン幅を微細化することが望まれている。

例えば、レジストに複数回の露光を行うこと（二重露光法）により、露光光の波長以下のパターン幅を解像させる方法が提案されている（特許文献２参照）。

また、リソグラフィ法を用いて、３次元的な高さが異なる微細パターン（例えば、段差形状）を形成することが望まれている。

例えば、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おり、段差形状を有するパターンを形成する必要がある（特許文献３参照）。

例えば、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ある（非特許文献１参照）。

一方、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。
レジストパターンの倒壊は所望するパターン形状の破壊と同義であるため、レジストパターンの倒壊を問題として捉え、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。

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４参照）。
特開平６−２７６７３号公報 特開２００６−１２１１１９号公報 特開２００３−３０３８２４号公報 特開２００４−０８５７９２号公報 "Design andfabrication of highly complex topographic nano-imprint template for dualdamascene full 3-D imprinting", Proc. of SPIE., vol.5992, pp.786-794 (2005)

リソグラフィ法では、形成可能なパターン幅を微細化することが望まれている。
しかしながら、使用する露光光の波長、レジストの解像性などにより、解像限界があり、解像限界以下のパターン幅を持った微細パターンを形成することは困難である。

また、リソグラフィ法では、３次元的な高さが異なる微細パターンを形成することが望まれている。

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、パターン幅の微細化、パターンの３次元化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。

本発明者らは、鋭意検討し、従来、回避すべき問題として捉えられていたレジストパターンが倒壊する現象を積極的に活用することにより、パターン幅の微細化、パターンの３次元化を行うことを見出した。

請求項１に記載の本発明は、レジストを用いて微細なパターンを形成するパターン形成方法において、基材にレジストを塗布する工程と、前記レジストを露光し、レジストパターンを描画する工程と、前記レジストパターンを現像処理する工程と、を含み、前記現像処理を行う工程は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させる工程であることを特徴とするパターン形成方法である。

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、レジストは、ネガレジストを用いることを特徴とするパターン形成方法である。

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であって、倒壊させるレジストパターンのアスペクト比は３以上であることを特徴とするパターン形成方法である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法であって、レジストをパターン状に露光する工程は、倒壊させるレジストパターンの線幅を倒壊させないレジストパターンの線幅と比べて細くするように露光する工程であることを特徴とするパターン形成方法である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより大きいことを特徴とするパターン形成方法である。

請求項６に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さと同等であることを特徴とするパターン形成方法である。

請求項７に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより小さいことを特徴とするパターン形成方法である。

請求項８に記載の本発明は、請求項１から７のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて、レジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより製造されたインプリントモールドである。

請求項９に記載の本発明は、請求項１から７のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて、レジストパターンを形成し、該レジストパターンに対して転写加工成形を行うことにより製造されたインプリントモールドである。

本発明のパターン形成方法は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させることを特徴とする。
本発明の構成によれば、意図的にレジストパターンを倒壊させることにより、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間で、基材垂直方向のレジストパターンの高さを異ならせることが出来る。
また、意図的にレジストパターンを倒壊させることにより、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間隔を露光光の解像限界以下にすることも出来る。
このため、レジストパターンの間隔と、レジストパターンの高さを適宜選択することにより、単一のリソグラフィ工程で、３次元的な高さが異なる微細パターンや、露光光の解像限界以下のパターン幅を持った微細パターンを形成することが出来る。

本発明のパターン形成方法は、
基材にレジストを塗布する工程と、
前記レジストを露光し、レジストパターンを描画する工程と、
前記レジストパターンを現像処理する工程と、を含み、
前記現像処理を行う工程は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させる工程である。

以下、現像処理工程において、レジストパターンが倒壊する現象について、具体的に一例を挙げながら、図１〜４を用いて説明を行う。

以下、図１に一般的なレジストを用いたパターン形成方法を示す。
まず、基材１１上にレジスト層１２を形成する（図１（ａ））。
次に、レジスト層１２を露光光にてパターンを描画し、現像処理を実施し、基材１１上の所定位置にレジストパターン１３を形成する（図１（ｂ））。

レジストパターンを形成した後、用途によっては、パターニングされたレジストをマスクとして基材１１にエッチングを行い（図１（ｃ））、レジストを剥離して凹凸パターン１４を形成しても良い（図１（ｄ））。

図２、図３は、レジストを用いたパターン形成方法において、レジストパターン間に存在するリンス液の凝集力によりレジストパターンが倒壊することを示す断面図である。
高アスペクト比のパターン形成を行った場合、現像処理工程終了後にリンス液を乾燥する際に、レジストパターン間に存在するリンス液の毛管力による凝集力によって、レジストパターン（特に密集パターン）が倒壊する現象がおこる（図２（ｃ））。
リンス液を乾燥する際、レジストパターンには、レジストパターン２４間に存在するリンス液２６の表面張力が作用する。レジストパターン２４間に挟まれた液体２６に発生する凝集力（圧力）ｐは、液体２６の表面張力をσとすると、ｐ＝σ／Ｒで表される。ここで、Ｒは液面の曲率半径である。パターンを微細化するとレジストパターン２４間のスペースｄが狭くなり、それに伴って液面の曲率半径Ｒも小さくなるため、凝集力ｐが大きくなる（図３）。
よって、凝集力ｐによりレジストパターン２４に加わる剥離力Ｆはアスペクト比に比例するため、レジストパターンのアスペクト比が高い場合、剥離力Ｆがレジストパターン２４と基板２１との接着力を超えてしまいレジストパターンが倒壊する。
特に、アスペクト比が３以上の場合、レジストパターンが倒壊する現象は顕著である。

図４は、レジストパターン倒壊の現象を説明するための断面図である。
図４（ａ）は、露光後の様子である。図中の記号は、Ｔ：パターン幅、ｔ：倒壊させるパターン幅（Ｔ＞ｔ）、ｄ：パターン間隔、Ｈ：パターン高さを表す。露光後、ベークを行い、所定の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う。これにより、図４（ｂ）に示すように、基材２１上に倒壊させたレジストパターンが形成される。

図４（ｂ）に示すように、ライン間のスペースＬは、Ｌ＝ｄ−Ｈで表せる。このとき、ライン間のスペースＬは、パターン設計時におけるパターン間隔ｄおよびレジストコート時の膜厚Ｈによって決まるため、ｄ≒Ｈ（ｄ＞Ｈ）である場合、微細なライン間のスペースＬを作製することが出来る。

また、図４（ｂ）に示すように、高さの異なる多段パターンが形成することが出来る。このとき、１段目（倒壊させたレジストパターン）と２段目（倒壊させないレジストパターン）の差は、Ｈ−ｔで表せる。多段パターンの段差は、パターン設計時におけるパターン幅ｔ、レジストコート時の膜厚Ｈ、によって決まるため、任意の段差を持つレジストパターンを設計し、形成することが出来る。

以下、本発明のパターン形成方法について説明を行う。

＜レジストを塗布する工程＞
まず、パターン形成を行いたい基材上にレジストを塗布する。

基材は、用途に応じて適宜選択すればよく、限定されるものではない。例えば、金属、樹脂、ガラスなどであっても良い。
また、基材として、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、などを用いた場合、フォトマスク、半導体、などの用途に好適に用いることが出来る。
また、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。

レジストは、後述する露光工程で用いる露光光に応じて、適宜選択して良い。また、露光により硬化するネガレジスト／露光により疎化するポジレジスト、のいずれも用いて良い。また、化学増幅型レジストを用いても良い。

このとき、本発明のパターン形成方法において、レジストは、ネガレジストを用いることが好ましい。ネガレジストを用いた場合、露光後、ネガレジストと下地基材との間にアンダーカットが入りやすいため、好適にパターンを倒壊させることが出来る。
特に、化学増幅型のネガレジストを用いた場合、下地基材界面で酸失活が起こるため、更にアンダーカットが入りやすく、好適にパターンを倒壊させることが出来る。

レジストの塗布方法としては、塗布するレジストの厚みに応じて、適宜公知の薄膜形成方法を用いればよい。例えば、スピンコート法、ダイコート法、吹きつけ法などを用いて塗布形成しても良い。

＜露光工程＞
次に、基材上のレジストを露光し、レジストパターンを描画する。

露光光は、所望するパターンに応じて、適宜選択してよい。例えば、ｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、ＥＵＶ光、Ｘ線、粒子線（電子線など）などを用いても良い。また、選択した露光光に応じて、適宜公知の方法を用いてレジストパターンを描画すればよい。

このとき、本発明のパターン形成方法において、倒壊させるレジストパターンのアスペクト比は３以上であることが好ましい。レジストパターンのアスペクト比が高いほど、倒壊しやすいことが知られており、高アスペクト比とすることで好適にレジストパターンを倒壊させることが出来る。

また、本発明のパターン形成方法において、倒壊させるレジストパターンの線幅を倒壊させないレジストパターンの線幅と比べて細くするように露光することが好ましい。
線幅を細くするほど、レジストパターンと下地基材との密着力は弱まるため、現像処理のとき、倒壊させるレジストパターンのみを倒壊させることが出来る。このため、レジストパターンの線幅を制御することにより、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの制御を行うことが出来る。

また、本発明のパターン形成方法において、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより小さい、または、同等であることが好ましい。
倒壊させたレジストパターンの基材垂直方向の高さは、倒壊させないレジストパターンの高さと異なるようになるため、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンからなる３次元的な高さが異なる微細パターンを形成すること出来る（図２（ｃ）、図６（ｃ））。

また、本発明のパターン形成方法において、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより大きいことが好ましい。
倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔をレジストパターンの高さより大きくした場合、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間隔は、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔から倒壊させるレジストパターンの高さを引いた長さとなる。このため、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間隔を、用いた露光光の解像限界以下にすることも出来る（図５（ｃ））。

＜現像処理する工程＞
次に、描画したレジストパターンを現像処理し、意図的にレジストパターンを倒壊させる。

現像処理としては、選択したレジストに応じた現像液を用いれば良い。
なお、本明細書において、「現像処理」とは、現像液に浸漬する工程およびレジストをリンスする工程、の両者を含むものとして定義する。リンス工程では、現像液／不純物などを洗浄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洗浄しても良い。

このとき、現像液／リンス液に界面活性剤を混合しても良い。界面活性剤を混合した場合、現像液／リンス液の表面張力が弱まり、レジストパターンの倒壊を抑制するように働く。このため、界面活性剤を用いることにより、現像液／リンス液の表面張力を適宜調整することが出来、倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの制御を行うことが出来る。

本発明のパターン形成方法は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させることを特徴とする。意図的にレジストパターンを倒壊させることにより、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間で、基材垂直方向のレジストパターンの高さを異ならせることが出来る。
また、意図的にレジストパターンを倒壊させることにより、倒壊させたレジストパターンと倒壊させないレジストパターンとの間隔を露光光の解像限界以下にすることも出来る。このため、レジストパターンの間隔と、レジストパターンの高さを適宜選択することにより、単一のリソグラフィ工程で、３次元的な高さが異なる微細パターンや、露光光の解像限界以下のパターン幅を持った微細パターンを形成することが出来る。

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を用いてレジストパターンを形成した後、用途に応じて、該レジストパターンを活用することが出来る。
以下、一例として、インプリントモールドの製造に、本発明のパターン形成方法を用いた場合の実施の形態を示す。

＜第一の実施の形態＞
本発明のパターン形成方法を用いてレジストパターンを形成した後、該レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより、下地基材に凹凸パターンを形成する。
このとき、エッチングの条件を適宜調整することにより、レジストパターンと下地基材の加工速度を調整することが出来、形成したレジストパターンに応じた３次元的な高さが異なる凹凸パターンが形成されたインプリントモールドを製造することが出来る。

＜第二の実施の形態＞
本発明のパターン形成方法を用いてレジストパターンを形成した後、該レジストパターンに対して転写加工成形を行うことにより、形成したレジストパターンに対応する３次元的な高さが異なる凹凸パターンが形成されたインプリントモールドを製造することが出来る。

転写加工成形を行うことで、形成したレジストパターンに応じた３次元的な高さが異なる凹凸パターンを備え、かつ一体成形された機械的強度の高いインプリントモールドを製造することが出来る。このとき、転写加工成形としては、公知の転写加工成形法を適宜選択して用いて良い。
例えば、電鋳法などにより、レジストパターン上に金属メッキを行い、下地基材およびレジストパターンを剥離することにより、金属からなるインプリントモールドを製造しても良い。また、レジストパターン上に樹脂を積層し、下地基材およびレジストパターンを剥離することにより、樹脂からなるインプリントモールドを製造しても良い。

以下、本発明のパターン形成方法の実施の一例、並びに、本発明のパターン形成方法を用いたインプリントモールドの製造の一例を示す。当然のことながら、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図５はレジスト倒壊の現象を制御して、微細なライン間のスペースＬのレジストパターン形成方法を説明するための断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、Ｓｉウエハ３１上にネガ型レジスト２００ｎｍ厚をコートした。

次に、図５（ｂ）に示すように、電子線描画装置にて、レジスト３２に対して電子線３３をドーズ１０μＣ／ｃｍ^２で照射し、レジスト３２内に露光部３２Ａ（Ｔ＝２００ｎｍ、ｔ＝６０ｎｍ、ｄ＝２２０ｎｍ）を形成した。

次に、現像液を用いた現像処理２分、リンス２分、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。

以上より、図５（ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ３１上にレジストパターン３４が形成される。微細なライン間のスペースパターンＬを得ることができた。
また、パターン高さ２００ｎｍおよびパターン高さ６０ｎｍの、高さが異なる多段形状を得ることができた。

＜実施例２＞
図６はレジスト倒壊の現象を制御して、多段レジストパターン形成方法を説明するための断面図である。

実施例１と同様にレジストパターンを形成した。
ただし、Ｓｉウエハ上にコートしたレジスト膜厚を１００ｎｍ、電子線による露光部の寸法を、Ｔ＝１００ｎｍ、ｔ＝５０ｎｍ、ｄ＝１００ｎｍとした。

以上より、図６（ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ上に多段レジストパターンが形成された。

＜実施例３＞
図７は、本発明のパターン形成方法を用いたナノインプリントモールド製造方法を説明するための断面図である。

実施例２で形成された多段レジストパターン（図７（ａ））をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、Ｓｉの異方性ドライエッチングを行い、深さ２００ｎｍのＳｉパターンを形成した（図７（ｂ））。
このとき、Ｓｉ異方性エッチングの条件は、Ｃ_４Ｆ_８流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー１３０Ｗとした。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によって１段目のレジスト（倒壊させたレジストパターン）を剥離した（図７（ｃ））。

次に、再びＳｉの異方性ドライエッチングを行い、高さの異なるＳｉ多段パターン３５を形成した（図７（ｄ））。

以上より、高さの異なる多段パターンを備えたインプリントモールドを製造することが出来た。

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）、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。

一般的なレジストパターン形成方法を示す断面工程図である。 レジストパターンが倒壊することを説明する図である。 レジストパターンが倒壊することを説明する図である。 本発明のパターン形成方法の実施の一例を示す断面工程図である。 本発明のパターン形成方法の実施の一例を示す断面工程図である。 本発明のパターン形成方法の実施の一例を示す断面工程図である。 本発明のパターン形成方法を用いたインプリントモールドの製造方法の実施の一例を示す断面工程図である。

符号の説明

１１…基材
１２…レジスト
１３…レジストパターン
１４…凹凸パターン
２１…基材
２２…レジスト
２２Ａ…露光部
２３…露光光
２４…レジストパターン
２５…倒壊させたレジストパターン
２６…リンス液
３１…Ｓｉウエハ
３２…ネガ型レジスト
３２Ａ…露光部
３３…露光光
３４…倒壊させたレジストパターン
３５…多段パターン

Claims (9)

1. レジストを用いて微細なパターンを形成するパターン形成方法において、
   基材にレジストを塗布する工程と、
   前記レジストを露光し、レジストパターンを描画する工程と、
   前記レジストパターンを現像処理する工程と、を含み、
   前記現像処理を行う工程は、現像処理により意図的にレジストパターンを倒壊させる工程であること
   を特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法であって、
   レジストは、ネガレジストを用いること
   を特徴とするパターン形成方法。
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であって、
   倒壊させるレジストパターンのアスペクト比は３以上であること
   を特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法であって、
   レジストをパターン状に露光する工程は、倒壊させるレジストパターンの線幅を倒壊させないレジストパターンの線幅と比べて細くするように露光する工程であること
   を特徴とするパターン形成方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、
   倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより大きいこと
   を特徴とするパターン形成方法。
6. 請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、
   倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さと同等であること
   を特徴とするパターン形成方法。
7. 請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法であって、
   倒壊させるレジストパターンと倒壊させないレジストパターンの間隔は、レジストパターンの高さより小さいこと
   を特徴とするパターン形成方法。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて、レジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより製造されたインプリントモールド。
9. 請求項１から７のいずれかに記載のパターン形成方法を用いて、レジストパターンを形成し、該レジストパターンに対して転写加工成形を行うことにより製造されたインプリントモールド。

Images