JP4407770B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パターン形成方法、パターン形成体に関するものである。
本願は、２００７年１２月７日に出願された特願２００７−３２４４６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００７年１２月７日に出願された特願２００７−３２４４６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、基板（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）を形成したパターン形成体が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、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、インプリントモールド、フォトマスクなどの用途が挙げられる。
このようなパターン形成体における３次元構造パターンとして、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ある。
このため、より微細なパターンや、より段数の多い構造を備えた３次元構造パターンが形成されたパターン形成体が求められている。
例えば、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、透明基板に複数の段差を備えた形状の３次元構造パターンを形成したパターン形成体を用いることが知られている。
例えば、配線回路では、特定の微細な３次元構造パターンとしてデュアルダマシン構造が形成されたパターン形成体を用いることが知られている。
例えば、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では、３次元構造パターンを形成したパターン形成体を用いることが知られている。
特に、３次元構造パターンとしてデュアルダマシン構造を形成する場合、３段構造のインプリントモールドを用いることにより必要な工程数を１／３近くに削減できることから、３次元構造パターンを形成したパターン形成体をインプリントモールドとして利用することが期待されている（非特許文献１参照）。
特に、３次元構造パターンとしてデュアルダマシン構造を形成する場合、３段構造のインプリントモールドを用いることにより必要な工程数を１／３近くに削減できることから、３次元構造パターンを形成したパターン形成体をインプリントモールドとして利用することが期待されている（非特許文献１参照）。
また、より微細なパターンや、より段数の多い構造を備えた３次元構造パターンを形成するためのパターン形成方法が求められている。
例えば、３次元構造パターンを形成するためのパターン形成方法として、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樹脂を階段状に形成する方法が知られている（非特許文献２参照）。
例えば、３次元構造パターンを形成するためのパターン形成方法として、デュアルダマシン構造の形成にあたり、１段目凸パターンを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知られている（特許文献１参照）。
例えば、３次元構造パターンを形成するためのパターン形成方法として、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。
以下、一例として、図１を用いながら、従来の典型的な、リソグラフィを用いた３次元構造パターンの形成方法について、説明を行う。
以下、一例として、図１を用いながら、従来の典型的な、リソグラフィを用いた３次元構造パターンの形成方法について、説明を行う。
まず、下層材料基板１１上に上層材料基板１２を積層した積層基板に、レジスト材料１３を成膜する（図１（ａ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図１（ｂ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして上層材料基板１２をエッチングし１段目上層材料パターン１５を形成し、１段目上層材料パターン１５をマスクとして下層材料基板１２をエッチングし１段目下層材料パターン１６を形成する（図１（ｃ））。
次に、基板を洗浄し、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を除去する（図１（ｄ））。
次に、１段目凸パターンが形成された基板に、レジスト材料１３を成膜する（図１（ｅ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、２段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図１（ｆ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして１段目上層材料パターン１５をエッチングし２段目上層材料パターン１７を形成し、２段目上層材料パターン１７をマスクとして１段目下層材料パターン１６をエッチングし２段目下層材料パターン１８を形成する（図１（ｇ））。
次に、基板を洗浄し、２段目凸パターンのためのマスクパターン１４および２段目上層材料パターン１７を除去する（図１（ｈ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図１（ｂ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして上層材料基板１２をエッチングし１段目上層材料パターン１５を形成し、１段目上層材料パターン１５をマスクとして下層材料基板１２をエッチングし１段目下層材料パターン１６を形成する（図１（ｃ））。
次に、基板を洗浄し、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を除去する（図１（ｄ））。
次に、１段目凸パターンが形成された基板に、レジスト材料１３を成膜する（図１（ｅ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、２段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図１（ｆ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして１段目上層材料パターン１５をエッチングし２段目上層材料パターン１７を形成し、２段目上層材料パターン１７をマスクとして１段目下層材料パターン１６をエッチングし２段目下層材料パターン１８を形成する（図１（ｇ））。
次に、基板を洗浄し、２段目凸パターンのためのマスクパターン１４および２段目上層材料パターン１７を除去する（図１（ｈ））。
このとき、１段目凸パターン形成以後のレジスト材料からなるマスクパターン形成にあたり、直下の凸パターンの中心位置にレジスト材料からなるマスクパターンを形成することは、直下の凸パターンとマスクパターンとの間にナノレベルの位置合せが要求されるため、非常に困難である。
例えば、図２に示すように、位置合わせの精度によっては、直下の凸パターンである１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６の上に、直下の凸パターンの中心位置からズレたマスクパターン１９、が形成する恐れがある。
例えば、図２に示すように、位置合わせの精度によっては、直下の凸パターンである１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６の上に、直下の凸パターンの中心位置からズレたマスクパターン１９、が形成する恐れがある。
上述のように、既に凸パターンを備えた基板に対して、所定の位置にマスクパターンの形成を行うことは困難である。なぜならば、既に形成された凸パターンの寸法幅の範囲内で位置合わせを行う必要があるためである。
特に、微細なパターンが要求される場合、既に形成された凸パターンの寸法幅はナノレベルであり、ナノレベルでの位置合せが必要となるため、困難を極める。
Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ．， ｖｏｌ．５９９２， ｐｐ．７８６−７９４ （２００５） Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．３９， ｐｐ．６８３１−６８３５ （２０００） 特開２００３−３０３８２４号
特に、微細なパターンが要求される場合、既に形成された凸パターンの寸法幅はナノレベルであり、ナノレベルでの位置合せが必要となるため、困難を極める。
Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ．， ｖｏｌ．５９９２， ｐｐ．７８６−７９４ （２００５） Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．３９， ｐｐ．６８３１−６８３５ （２０００）
本発明の目的は、上述の課題を解決するためになされたものであり、複数段の凸パターンを備えた微細な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にある。
本発明の一実施形態は、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、凸パターンにより段差を有する基板上に、レジスト材料が段差に応じて前記凸パターン上に山なりになるように、少なくとも前記凸パターンの辺端部部位を覆うように成膜し、成膜した山なり形状の前記レジスト材料を、山なり形状の前記レジスト材料のすそ部から前記凸パターンの辺端部部位を露出させるまで第一のエッチングにより縮小し、縮小した前記レジスト材料をマスクとして用い、露出した前記凸パターンの辺端部部位に第二のエッチングをすることにより、前記凸パターンから自己整合に上段の凸パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法である。
また、本発明は、前記レジスト材料は光感光性材料であってもよい。
また、本発明は、基板は積層基板であってもよい。
また、本発明は、基板はエッチング工程におけるエッチングレートの異なる材料が積層された積層基板を用いても良い。
また、本発明は、前記レジスト材料を成膜するにあたり、所望する３次元構造パターンの上段の寸法幅よりも広い範囲に成膜してもよい。
また、本発明は、前記レジスト材料を成膜するにあたり、基板全面にレジスト材料を成膜させてもよい。
また、本発明は、基板に形成された前記凸パターン部位を分割するような範囲に前記レジスト材料を残存させてもよい。
また、本発明は、前記凸パターンの寸法幅の最も狭い部位は、５００ｎｍ以下であってもよい。
また、本発明は、更に、基板上にレジスト材料を成膜し、硬化した前記レジスト材料を縮小し、縮小した前記レジスト材料をマスクとして用いて凸パターンにエッチングを行うことを１回以上繰り返しても良い。
また、本発明は、更に、形成されたパターン形成体を原版として転写加工成形を行ってもよい。
また、本発明の別の一実施形態は、複複数の段差を備え、直下の凸パターンの辺端部から略等距離の位置に上段の凸パターンの辺端部部位が形成されたことを特徴とするパターン形成体である。
また、本発明のパターン形成体は、前記直下の凸パターンの寸法幅の最も狭い部位は、５００ｎｍ以下であってもよい。
また、本発明は、一つの前記直下の凸パターンに対して、前期上段の凸パターンは複数あってもよい。
また、本発明は、上段の凸パターンが直下の凸パターンの中心に自己整合的に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の別の一実施形態は、本発明のパターン形成体を原版として、転写加工成形が行われたパターン形成体である。
本発明は、複数段の凸パターンを備えた微細な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。
段差を有する基板上にレジスト材料を成膜すると、レジスト材料は平坦に成膜されず、段差に応じて凸パターン上に山なりに成膜される。このため、成膜されたレジスト材料を硬化させ、縮小させると、膜厚の薄い部位（山なり形状の端部）から縮小されることになり、自己整合的に直下の凸パターンの中心位置にレジスト材料からなるマスクパターンを形成することが出来る。
よって、既に凸パターンを備えた基板に対して、自己整合的に直下の凸パターンに中心位置にマスク形成を行うことが出来、複数段の凸パターンを備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適なパターン形成が可能となる。
段差を有する基板上にレジスト材料を成膜すると、レジスト材料は平坦に成膜されず、段差に応じて凸パターン上に山なりに成膜される。このため、成膜されたレジスト材料を硬化させ、縮小させると、膜厚の薄い部位（山なり形状の端部）から縮小されることになり、自己整合的に直下の凸パターンの中心位置にレジスト材料からなるマスクパターンを形成することが出来る。
よって、既に凸パターンを備えた基板に対して、自己整合的に直下の凸パターンに中心位置にマスク形成を行うことが出来、複数段の凸パターンを備えた微細な３次元構造パターンの形成に好適なパターン形成が可能となる。
以下、本発明のパターン形成方法について、説明を行う。
＜基板に段差を形成する工程＞
まず、基板に段差を形成する。
まず、基板に段差を形成する。
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および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、（１）石英、ガラス、などＳｉＯ２を含む基板、（２）サファイア基板、（３）シリコン基板、（４）負膨張性マンガン窒化物を含む基板、（５）シリコンカーバイト基板、（６）グラッシーカーボン基板、（７）ニッケル、タンタルなど金属基板、などを用いても良い。また、複数の材料が積層された積層基板（例えば、ＳＯＩ基板）であってもよい。
例えば、（１）石英、ガラス、などＳｉＯ２を含む基板、（２）サファイア基板、（３）シリコン基板、（４）負膨張性マンガン窒化物を含む基板、（５）シリコンカーバイト基板、（６）グラッシーカーボン基板、（７）ニッケル、タンタルなど金属基板、などを用いても良い。また、複数の材料が積層された積層基板（例えば、ＳＯＩ基板）であってもよい。
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。
また、基板は、エッチング工程においてエッチングレートの異なる材料が積層された積層基板であることが好ましい。エッチングレートの異なる材料が積層された基板を用いることにより、レジスト材料と上層材料、上層材料と下層材料、の間でエッチングレートの差を大きくすることが出来、微細なパターン形成に好適に作用する。
例えば、下層材料として石英を用いる場合、上層材料としては、クロム、タンタルなどの金属薄膜を用いても良い。
例えば、下層材料として石英を用いる場合、上層材料としては、クロム、タンタルなどの金属薄膜を用いても良い。
また、基板に段差を形成する方法としては、所望するパターン寸法幅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。
一例として、図３（ａ）〜図３（ｄ）に、リソグラフィ方法を用いて、基板に段差を形成する方法を示す。
まず、下層材料基板１１の上に上層材料基板１２が積層された基板に、レジスト材料１３を成膜する（図３（ａ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図３（ｂ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして上層材料基板１２をエッチングし１段目上層材料パターン１５を形成し、１段目上層材料パターン１５をマスクに下層材料基板１２をエッチングし１段目下層材料パターン１６を形成する（図３（ｃ））。
次に、基板を洗浄し、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を除去する（図３（ｄ））。
まず、下層材料基板１１の上に上層材料基板１２が積層された基板に、レジスト材料１３を成膜する（図３（ａ））。
次に、レジスト材料１３にパターニングを行い、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を形成する（図３（ｂ））。
次に、マスクパターン１４をマスクとして上層材料基板１２をエッチングし１段目上層材料パターン１５を形成し、１段目上層材料パターン１５をマスクに下層材料基板１２をエッチングし１段目下層材料パターン１６を形成する（図３（ｃ））。
次に、基板を洗浄し、１段目凸パターンのためのマスクパターン１４を除去する（図３（ｄ））。
＜レジスト材料を成膜する工程＞
次に、凸パターンを備え、段差を有する基板上に、レジスト材料を成膜する（図３（ｅ））。
次に、凸パターンを備え、段差を有する基板上に、レジスト材料を成膜する（図３（ｅ））。
レジスト材料は、（１）後述するエッチングを行う工程にあたり基板とエッチングレートが異なり、（２）流動性を備え、（３）外部条件（熱、圧力、光などの条件）により硬化する、材料であれば良く、有機物または無機物のいずれであってもよい。
例えば、レジスト材料として、熱により硬化する熱硬化性樹脂、露光光により硬化する光感光性材料を用いても良い。
例えば、レジスト材料として、熱により硬化する熱硬化性樹脂、露光光により硬化する光感光性材料を用いても良い。
また、レジスト材料の成膜方法としては、材料に応じて、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。
段差を有する基板上にレジスト材料を成膜すると、レジスト材料は平坦に成膜されず、段差に応じて段差の凸パターン上に山なりに成膜される。
レジスト材料からなる膜の膜厚については、所望する上段の凸パターン、レジスト材料の表面張力、あらかじめ形成した直下の凸パターンの段差、に応じて適宜決定して良い。
また、このような膜の厚みの算定を、計算機を用いたシミュレーション（モンテカルロ法など）により、行っても良い。
また、このような膜の厚みの算定を、計算機を用いたシミュレーション（モンテカルロ法など）により、行っても良い。
＜レジスト材料を硬化する工程＞
次に、段差に応じて段差の凸パターン上に山なりに成膜されたレジスト材料を、山なりの形状のまま硬化する（図３（ｆ））。
次に、段差に応じて段差の凸パターン上に山なりに成膜されたレジスト材料を、山なりの形状のまま硬化する（図３（ｆ））。
硬化方法としては、選択したレジスト材料に応じた方法を用いればよい。例えば、熱硬化性樹脂を用いた場合、熱を加えればよい。また、光感光性材料を用いた場合は、露光光を照射すればよい。
また、本発明のパターン形成方法は、レジスト材料に所望の上段のパターン寸法幅よりも広い範囲を硬化することが好ましい。所望の上段のパターン寸法幅よりも硬化範囲が広くても、続く「マスクパターンを縮小する工程」にてレジスト材料からなるマスクパターン寸法幅を調整できるため、上段のパターン寸法幅の規模に応じた厳密なアライメント（位置合わせ）を必要とせず、パターンの形成方法を簡略化することが出来る。
このため、本発明は、特に、所望する３次元構造パターンにおいて、上段の凸パターンに対する直下の凸パターンの寸法幅の最も狭い部位が、５００ｎｍ以下、より好ましくは、３００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下、２２ｎｍ以下の３次元微細パターンを好適に形成することが可能である。
また、上段の凸パターンの寸法幅は、直下の凸パターンの寸法幅よりも小さくなることから、直下の凸パターンの寸法幅に応じて、３００ｎｍ以下、より好ましくは、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下、２２ｎｍ以下の３次元微細パターンを好適に形成することが可能である。
このため、本発明は、特に、所望する３次元構造パターンにおいて、上段の凸パターンに対する直下の凸パターンの寸法幅の最も狭い部位が、５００ｎｍ以下、より好ましくは、３００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下、２２ｎｍ以下の３次元微細パターンを好適に形成することが可能である。
また、上段の凸パターンの寸法幅は、直下の凸パターンの寸法幅よりも小さくなることから、直下の凸パターンの寸法幅に応じて、３００ｎｍ以下、より好ましくは、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下、２２ｎｍ以下の３次元微細パターンを好適に形成することが可能である。
パターン寸法幅よりも広い範囲を硬化する場合、例えば、レジスト材料を基板全面に成膜し、基板全面のレジスト材料を硬化しても良い。
特に、レジスト材料に、露光光により硬化または疎化する光感光性材料を用い、露光光を用いてパターニングを行うことが好ましい。このとき、露光光は、赤外光、紫外光、極限紫外光、のみならず、電子線、イオン粒子線などの、荷電粒子線を含むものとする。
露光光を用いてパターニングを行う場合、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来、所望する３次元構造パターンに応じて、マスクパターンを形成することができる。
レジスト材料としてネガ型の光感光性材料を用いる場合、露光光を用いてレジスト材料を硬化することにより、レジスト材料の硬化範囲を制御することが出来、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来る。
レジスト材料としてポジ型の光感光性材料を用いる場合、レジスト材料を硬化した後に、硬化したレジスト材料を露光光を用いてパターニングすることにより、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来る。
露光光を用いてパターニングを行う場合、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来、所望する３次元構造パターンに応じて、マスクパターンを形成することができる。
レジスト材料としてネガ型の光感光性材料を用いる場合、露光光を用いてレジスト材料を硬化することにより、レジスト材料の硬化範囲を制御することが出来、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来る。
レジスト材料としてポジ型の光感光性材料を用いる場合、レジスト材料を硬化した後に、硬化したレジスト材料を露光光を用いてパターニングすることにより、レジスト材料の残存範囲を制御することが出来る。
また、レジスト材料に対しパターニングを行う場合、直下の凸パターンを分割するようにレジスト材料をパターニングしても良い。これにより、直下の凸パターンに対して、凸部を複数そなえた微細３次元構造パターンを形成することが出来る。
このような、直下の凸パターンに対して、凸部を複数そなえた微細３次元構造パターンは、デュアルダマシン構造の形成に用いるインプリントモールドとして、活用が期待できる。
図４に、直下の凸パターンを分割するようにレジスト材料をパターニングした一例を示す。直下の凸パターンである、１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６に対し、図４（ｂ）に示すように、マスクパターン１４は分割するように形成されている。
このような、直下の凸パターンに対して、凸部を複数そなえた微細３次元構造パターンは、デュアルダマシン構造の形成に用いるインプリントモールドとして、活用が期待できる。
図４に、直下の凸パターンを分割するようにレジスト材料をパターニングした一例を示す。直下の凸パターンである、１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６に対し、図４（ｂ）に示すように、マスクパターン１４は分割するように形成されている。
露光を用いてレジスト材料をパターニングした場合、現像処理は用いたレジスト材料に応じて適宜行って良い。
また、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、現像液や異物など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。
また、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、現像液や異物など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。
＜マスクパターンを縮小する工程＞
次に、レジスト材料からなるマスクパターンを縮小させる（図３（ｇ））。
マスクパターンを等方的に縮小することにより、直下の凸パターンの中心部位にレジスト材料が自己整合的に残存する。
このため、直下の凸パターンの辺端部から略等距離の位置に上段の凸パターンの辺端部部位が形成されたパターン形成体を形成することが出来る。なお、ここで略等距離の略とは、直下の凸パターンの寸法幅の１０％の距離を許容範囲とすること、をいう。
図５に、マスクパターンを等方的に縮小させた一例を示す。直下の凸パターンである、１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６に対し、図５（ｂ）に示すように、マスクパターン１４の辺端部部位は直下の凸パターンの辺端部から略等距離の位置に形成されている。このため、図５（ｃ）において、Ｘに示す距離と、Ｙに示す距離と、Ｚに示す距離とは、略等距離である。
次に、レジスト材料からなるマスクパターンを縮小させる（図３（ｇ））。
マスクパターンを等方的に縮小することにより、直下の凸パターンの中心部位にレジスト材料が自己整合的に残存する。
このため、直下の凸パターンの辺端部から略等距離の位置に上段の凸パターンの辺端部部位が形成されたパターン形成体を形成することが出来る。なお、ここで略等距離の略とは、直下の凸パターンの寸法幅の１０％の距離を許容範囲とすること、をいう。
図５に、マスクパターンを等方的に縮小させた一例を示す。直下の凸パターンである、１段目上層材料パターン１５および１段目下層材料パターン１６に対し、図５（ｂ）に示すように、マスクパターン１４の辺端部部位は直下の凸パターンの辺端部から略等距離の位置に形成されている。このため、図５（ｃ）において、Ｘに示す距離と、Ｙに示す距離と、Ｚに示す距離とは、略等距離である。
縮小方法としては、選択したレジスト材料に応じて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、エッチングを用いてレジスト材料を縮小させる場合、エッチングの条件は、レジスト材料が縮小し、基板がエッチングされない条件が好ましい。また、所望するパターン寸法幅に応じて適宜調節して良い。
また、エッチングを用いてレジスト材料を縮小させる場合、エッチングの条件は、レジスト材料が縮小し、基板がエッチングされない条件が好ましい。また、所望するパターン寸法幅に応じて適宜調節して良い。
＜エッチングを行う工程＞
次に、残存したレジスト材料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、用いたレジスト材料／基板のエッチングレートに応じて、適宜調節して良い。
図３では、基板として、下層材料基板１１の上に上層材料基板１２が積層された積層基板を用いた場合、を例示しており、図３（ｈ）は残存したマスクパターン１４をマスクとしたエッチングによる２段目上層材料パターン１７の形成工程、図３（ｉ）はマスクパターン１４の洗浄工程、図３（ｊ）は２段目の上層材料パターンをマスクとしたエッチングによる２段目下層材料パターン１８の形成工程、図３（ｋ）は残存した２段目上層材料パターン１７の剥離洗浄工程、を示す。
次に、残存したレジスト材料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、用いたレジスト材料／基板のエッチングレートに応じて、適宜調節して良い。
図３では、基板として、下層材料基板１１の上に上層材料基板１２が積層された積層基板を用いた場合、を例示しており、図３（ｈ）は残存したマスクパターン１４をマスクとしたエッチングによる２段目上層材料パターン１７の形成工程、図３（ｉ）はマスクパターン１４の洗浄工程、図３（ｊ）は２段目の上層材料パターンをマスクとしたエッチングによる２段目下層材料パターン１８の形成工程、図３（ｋ）は残存した２段目上層材料パターン１７の剥離洗浄工程、を示す。
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、複数の段の凸パターンが形成されたパターン形成体を得ることが出来る。
また、本発明は、複数の段の凸パターンが形成されたパターン形成体に、更に、レジスト材料を成膜し、該レジスト材料を硬化することによりマスクパターンを形成し、該マスクパターンを縮小し、縮小した前記マスクパターンをマスクとして用いて基板にエッチングを行うことを１回以上繰り返してもよい。これにより、本発明のパターン形成方法は、より多段の３次元構造パターン形成体（例えば、３段以上の凸パターンを備えたパターン形成体）を形成することが出来る。
また、本発明は、形成されたパターン形成体を原版として、更に、転写加工成形を行っても良い。転写加工成形を行うことにより、形成されたパターン形成体の形状が反転したパターン形成体を得ることが出来る。このような形状が反転したパターン形成体も、広範な分野に利用することが期待される。
また、形状が反転したパターン形成体を複製版として用いることにより、同一の複製版から多量のパターン形成体を製造することが出来るため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。このとき、転写材料は微細加工に対する加工特性を考慮することなく選択することが出来るため、パターン形成体の使用用途に適した材料を選択することが出来る。
また、形状が反転したパターン形成体を複製版として用いることにより、同一の複製版から多量のパターン形成体を製造することが出来るため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。このとき、転写材料は微細加工に対する加工特性を考慮することなく選択することが出来るため、パターン形成体の使用用途に適した材料を選択することが出来る。
＜実施例１＞
以下、本発明のパターン形成方法について、具体的に図３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。
以下、本発明のパターン形成方法について、具体的に図３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。
まず、基板として、下層材料基板１１の上に上層材料基板１２が積層された積層基板を用意した。
なお、本実施例では、下層材料基板１１は石英であり、上層材料基板１２はクロムである。
次に、前記積層基板に、レジスト材料１３としてポジ型光感光性材料を２００ｎｍ厚をコートした（図３（ａ））。
なお、本実施例では、下層材料基板１１は石英であり、上層材料基板１２はクロムである。
次に、前記積層基板に、レジスト材料１３としてポジ型光感光性材料を２００ｎｍ厚をコートした（図３（ａ））。
次に、レジスト材料１３を熱により硬化し、電子線描画装置にてレジスト材料１３に対して電子線をドーズ量１００μＣ／ｃｍ２で照射し、パターニングを行った。
次に、現像液を用いた現像処理、洗浄、および洗浄液の乾燥を行った（図３（ｂ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
次に、現像液を用いた現像処理、洗浄、および洗浄液の乾燥を行った（図３（ｂ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
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り、パターン形成されたレジスト材料１３からなるマスクパターン１４をマスクとして、下層材料基板１１および上層材料基板１２を行った（図３（ｃ））。
このとき、上層材料基板１２であるクロム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、下層材料基板１１である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まで下層材料基板１１のドライエッチングを行った。
このとき、上層材料基板１２であるクロム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、下層材料基板１１である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まで下層材料基板１１のドライエッチングを行った。
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）によってレジスト材料１３を剥離した（図３（ｄ））。
以上より、１段目凸パターン（寸法幅：２００ｎｍ，深さ：２５０ｎｍ）を形成することが出来た。
以上より、１段目凸パターン（寸法幅：２００ｎｍ，深さ：２５０ｎｍ）を形成することが出来た。
次に、１段目凸パターンを備え、段差を有する積層基板上に、レジスト材料１３としてポジ型光感光性材料を３００ｎｍ厚で成膜した（図３（ｅ））。
次に、レジスト材料１３を熱により硬化し、電子線描画装置にてレジスト材料１３に対して電子線をドーズ量１００μＣ／ｃｍ２で照射し、パターニングを行った。
このとき、レジスト材料１３の残存範囲は、所望の上段パターンより広いエリアであり、直下の１段目凸パターンを分割するような範囲とした（図４）。
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、段差上にマスクパターン１４を形成した（図３（ｆ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
このとき、レジスト材料１３の残存範囲は、所望の上段パターンより広いエリアであり、直下の１段目凸パターンを分割するような範囲とした（図４）。
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、段差上にマスクパターン１４を形成した（図３（ｆ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
次に、Ｏ２プラズマアッシングによって、レジスト材料１３からなるマスクパターン１４の縮小を行った（図３（ｇ）、図５）。
このとき、アッシングの条件は、Ｏ２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗであった。
このとき、アッシングの条件は、Ｏ２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗであった。
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り、レジスト材料１３からなるマスクパターン１４をマスクとして、上層材料基板１２のエッチングを行った（図３（ｈ））。
このとき、上層材料基板１２であるクロム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。
このとき、上層材料基板１２であるクロム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。
次に、Ｏ２プラズマアッシングによって、残存するマスクパターン１４の剥離洗浄を行った（図３（ｉ））。
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り、２段目上層材料パターン１７をマスクとして、１段目下層材料パターン１６のエッチングを行った（図３（ｊ））。
このとき、下層材料基板１１である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。
このとき、下層材料基板１１である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。
次に、残存した２段目上層材料パターン１７をウエットエッチングにより剥離し、洗浄を行った（図３（ｋ））。
以上より、本発明のパターン形成方法を用いて複数段の凸パターンを備えた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。
この光インプリントモールドに対し、ＳＥＭ写真を撮影し、該ＳＥＭ写真を観察した。
ＳＥＭ写真より、直下の凸パターンの辺端部から上段の凸パターンの辺端部までの距離を測定したところ、略等距離であった。
この光インプリントモールドに対し、ＳＥＭ写真を撮影し、該ＳＥＭ写真を観察した。
ＳＥＭ写真より、直下の凸パターンの辺端部から上段の凸パターンの辺端部までの距離を測定したところ、略等距離であった。
＜実施例２＞
以下、本発明のパターン形成方法について、別の実施例を提示する。
以下、本発明のパターン形成方法について、別の実施例を提示する。
基板２０として、シリコン基板を用意した。
次に、微細機械加工装置を用いて、１段目凸パターン（寸法幅：１５０μｍ，深さ：２００μｍ）を形成した（図６（ａ））。
次に、微細機械加工装置を用いて、１段目凸パターン（寸法幅：１５０μｍ，深さ：２００μｍ）を形成した（図６（ａ））。
次に、１段目凸パターンを有する基板２０上に、レジスト材料１３としてネガ型光感光性材料を３００μｍ厚で成膜した（図６（ｂ））。
次に、電子線描画装置にて、レジスト材料１３に対して電子線をドーズ１００μＣ／ｃｍ２で照射した。このとき、照射範囲は、所望の上段パターンより広いエリアであり、直下の１段目凸パターンを分割するような範囲とした（図４）。
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、１段目凸パターン上にマスクパターン１４を形成した（図６（ｃ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
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、１段目凸パターン上にマスクパターン１４を形成した（図６（ｃ））。このとき、リンス液には純水を用いた。
次に、Ｏ２プラズマアッシングによって、レジスト材料１３からなるマスクパターン１４の縮小を行った（図６（ｄ）、図５）。
このとき、アッシングの条件は、Ｏ２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗであった。
このとき、アッシングの条件は、Ｏ２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗであった。
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り、レジスト材料１３からなるマスクパターン１４をマスクとして、基板２０のエッチングを行った（図６（ｅ））。
このとき、基板２０であるシリコンのエッチングの条件は、Ｃ４Ｆ８流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量３０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー１３０Ｗとした。
このとき、基板２０であるシリコンのエッチングの条件は、Ｃ４Ｆ８流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ２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、残存したレジスト材料１３の剥離洗浄を行った（図６（ｆ））。
以上より、複数段の凸パターンを備えたシリコンからなるパターン形成体２１を得ることが出来た。
このパターン形成体２１に対し、ＳＥＭ写真を撮影し、該ＳＥＭ写真を観察した。
ＳＥＭ写真より、直下の凸パターンの辺端部から上段の凸パターンの辺端部までの距離を測定したところ、略等距離であった。
このパターン形成体２１に対し、ＳＥＭ写真を撮影し、該ＳＥＭ写真を観察した。
ＳＥＭ写真より、直下の凸パターンの辺端部から上段の凸パターンの辺端部までの距離を測定したところ、略等距離であった。
本発明のパターン形成方法並びに、該パターン形成方法により形成されたパターン形成体は、微細な３次元構造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、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、インプリントモールド、フォトマスクなどが挙げられる。
例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、インプリントモールド、フォトマスクなどが挙げられる。
＜符号の説明＞
１１…下層材料基板
１２…上層材料基板
１３…レジスト材料
１４…マスクパターン
１５…１段目上層材料パターン
１６…１段目下層材料パターン
１７…２段目上層材料パターン
１８…２段目下層材料パターン
１９…直下の凸パターンの中心位置からズレたマスクパターン
２０…基板
２１…パターン形成体
１１…下層材料基板
１２…上層材料基板
１３…レジスト材料
１４…マスクパターン
１５…１段目上層材料パターン
１６…１段目下層材料パターン
１７…２段目上層材料パターン
１８…２段目下層材料パターン
１９…直下の凸パターンの中心位置からズレたマスクパターン
２０…基板
２１…パターン形成体
Claims (10)
- 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、
凸パターンにより段差を有する基板上に、レジスト材料が段差に応じて前記凸パターン上に山なりになるように、少なくとも前記凸パターンの辺端部部位を覆うようにレジスト材料を成膜し、
成膜した山なり形状の前記レジスト材料を、山なり形状の前記レジスト材料のすそ部から前記凸パターンの辺端部部位を露出させるまで第一のエッチングにより縮小し、
縮小した前記レジスト材料をマスクとして用い、露出した前記凸パターンの辺端部部位に第二のエッチングをすることにより、前記凸パターンから自己整合に上段の凸パターンを形成すること
を特徴とするパターン形成方法。 - 前記レジスト材料は光感光性材料であること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記基板は積層基板であること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記積層基板はエッチングにおけるエッチングレートの異なる材料が積層された積層基板であること
を特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。 - 前記レジスト材料を成膜するにあたり、所望する３次元構造パターンの上段の寸法幅よりも広い範囲に成膜させること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記レジスト材料を成膜するにあたり、基板全面にレジスト材料を成膜させること
を特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。 - 基板に形成された前記凸パターンの辺端部を分割するような範囲に前記レジスト材料を残存させること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記凸パターンの寸法幅の最も狭い部位は、５００ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 更に、
基板上にレジスト材料を成膜し、
硬化した前記レジスト材料を縮小し、
縮小した前記レジスト材料をマスクとして用いて凸パターンにエッチングを行うこと
を１回以上繰り返すこと
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 更に、
形成されたパターン形成体を原版として転写加工成形を行うこと
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
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