JP2009194170A

JP2009194170A - 微細パターン形成方法

Info

Publication number: JP2009194170A
Application number: JP2008033543A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Negishi; 英輔根岸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】線幅精度を低下させることなく、モールド押し付け後の残渣を除去することができ、高精度の微細パターンを形成することのできる微細パターン形成方法を提供する。
【解決手段】基板１１上にシロキサン結合を有する塗布膜（第１の膜１２）を形成し、この第１の膜１２に対して、室温で、モールド１３を押し付けて微細パターンを転写する。第１の膜１２を硬化させて薄膜（第２の膜１４）を形成し、モールド１３を取り外した後、斜め蒸着法によりパターンの凸部１４ａの上にのみ金属薄膜１５を形成し、この金属薄膜１５をマスクとして凹部１４ｂのエッチングを行い、残渣を除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナノインプリント法を用いて薄膜の微細パターンを形成する微細パターン形成方法に関する。

基板上に微細パターンを形成する方法の１つとして、樹脂材料を基板に塗布し、この塗布膜に対して、モールド（金型）に刻み込んだパターンを転写するナノインプリント法がある。このナノインプリント法では、樹脂材料として熱可塑性ポリマー、例えばＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）が用いられている。

しかしながら、この種の材料を用いたナノインプリント法では、モールドを押し付けて微細パターンを転写する際に加熱が必要であり、そのため、転写後の冷却時において温度変化によりパターン崩れが生じ、線幅精度が低下するという問題があった。また、加熱および冷却の工程が必要であるため作業効率が悪いという問題もあった。

このような問題点を解決するために、従来、例えば、シロキサン成分を含む溶液を基板の表面に塗布した後、溶剤が揮発して硬化が完了する前に塗布膜にモールドを押し付け、塗布膜の硬化後にモールドを取り外すことによりナノサイズのＳｉＯ2 パターンを形成できるとする、室温ナノインプリント法が提案されている（特許文献１）。

特開２００３−１００６０９号公報

しかしながら、この室温ナノインプリント法では、ＳｉＯ2 微細パターンを形成した後、型押し部分において残渣が多くなる。そのため、この残渣をエッチング、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）により取り除く必要があるが、このＲＩＥ処理の際にパターン形状の線幅精度が低下するという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、線幅精度を低下させることなく残渣を除去することができ、高精度の微細パターンを形成することの可能な微細パターン形成方法を提供することにある。

本発明の微細パターン形成方法は、基板上にシロキサン結合を有する溶液を塗布し、第１の膜を形成する工程と、第１の膜に対して微細パターンを有するモールドを押し付け、微細パターンを転写する工程と、第１の膜を硬化して第２の膜とした後、第２の膜から前記モールドを取り外す工程と、第２の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜を形成する工程と、金属膜をマスクとしてエッチングを行い、第２の膜の微細パターンにおける凹部を選択的に除去し、基板の表面を露出させる工程とを含むものである。

本発明の微細パターン形成方法では、微細パターンの転写の後、例えば斜め蒸着法により、第２の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜が形成され、この金属膜をマスクとして、すなわち、微細パターンの凸部が被覆された状態で凹部のエッチングが行われる。これにより線幅精度を低下させることなく、第２の膜の微細パターンにおける凹部（残渣）が除去される。

本発明の微細パターン形成方法によれば、微細パターンの転写の後、第２の膜の微細パターンにおける凸部の表面に金属膜を形成し、この金属膜をマスクとして凹部のエッチングを行うようにしたので、残渣処理時のパターンの変化を防ぐことができ、微細パターンを高精度に形成することができる。また、金属膜を微細パターンの凸部の最上面に形成するようにしたので、金属の種類を選択することで、パターングを行う薄膜との選択比を調整することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る微細パターン形成方法について、図１（Ａ）〜（Ｃ）および図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。

まず、図１（Ａ）に示したように、例えばスピンコート法により、例えばガラスの基板１１の表面に溶液を塗布し、第１の膜（塗布膜）１２を形成する。ここでの溶液は、例えば、シロキサン結合を有する成分と、アルコール、エステル、ケトンのうち少なくとも１種類以上を含む溶媒とを含むものである。シロキサン結合を有する成分としては、例えばポリハイドロジェンシルセスキオキサンであり、その他にも例えばオルガシリカが利用可能である。また、溶媒としては、例えば２−メチルー４−ペンタノンが挙げられる。このような溶液を用いることで、後述するパターン転写工程において、加熱・冷却処理が不要となり、このパターン転写工程におけるパターン崩れが抑制される。

次に、図１（Ｂ）に示したように、室温において、例えばニッケル（Ｎｉ）基板もしくは石英基板からなり、所定の微細パターンが形成されたモールド１３を、第１の膜１２の表面に押圧し、微細パターンを第１の膜１２に転写する。このとき、第１の膜１２には、例えば線幅ｗ＝２００ｎｍの凹部と、高さｈ＝１００ｎｍの凸部とを有する微細パターンが転写される。

続いて、第１の膜１２中の溶媒の蒸発および加水分解により微細パターンを硬化させた後、モールド１３を基板１１から取り外す。これにより、図１（Ｃ）に示したように、基板１１上にシロキサン結合を含み、凹凸の微細パターンを有する薄膜（第２の膜１４）が形成される。

次に、図２（Ａ）に示したように、例えば、ＥＢ（Electron Beam ；電子ビーム）蒸着機を用いた斜め蒸着法により、第２の膜１４の微細パターンの凸部１４ａの上面を金属薄膜１５で被覆する。金属薄膜の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）またはニッケル、あるいはこれらの組み合わせが挙げられる。

ここで、斜め蒸着の臨界角θ0 は、微細パターンの凹部１４ｂの線幅ｗ、凸部１４ａの高さｈを用いて、以下の式で表される。
θ0 ＝ｔａｎ^-1ｈ／ｗ
よって、蒸着角度θをこの臨界角θ0 以下とすることにより、金属薄膜１５を微細パターンの凹部１４ｂの底部部分に堆積させることなく、微細パターンの凸部１４ａの上面に堆積させることができる。これにより、後述する残渣処理工程において凹部１４ｂの残渣のみを選択的に除去することができ、パターン崩れを防止することができる。

次に、図２（Ｂ）に示したように、金属薄膜１５をマスクにして、例えばＣＨＦ3 のＲＩＥ法により、微細パターンの凹部１４ｂにある残渣１６を選択的に除去し、基板１１の表面を露出させる。このとき第２の膜１４のみを除去するような条件でエッチングすることで、金属薄膜１５で被覆された凸部１４ａは除去されず残存する。これによりパターン線幅を変えることなく残渣処理を行うことができる。なお、金属薄膜１５の種類を適宜選択することによって、金属薄膜１５とパターニングを行う第２の膜１４との選択比を調整することができる。

次に、図２（Ｃ）に示したように、例えばウェットエッチングにより金属薄膜１５を除去し、第２の膜１４の微細パターンの凸部１４ａの上面を露出させる。以上の工程により、精度良い微細パターンを有する薄膜（第２の膜１４）が形成される。

このように本実施の形態では、微細パターンを転写した後、モールド１３の押圧部分における残渣を除去する際に、微細パターンの凸部１４ａの上面を予め金属薄膜１５で被覆し、これをマスクとしてエッチングを行うようにしたので、残渣処理時におけるパターンの線幅変化を抑制することができ、微細パターンを精度良く形成することができる。

また、本実施の形態では、シロキサン結合を有する塗布膜により第１の膜１２を形成し、これに微細パターンを転写するようにしたので、加熱・冷却処理を行わず、室温で転写を行うことができ、パターン転写の際のパターン崩れがなく、モールドの微細パターンを高精度に転写することができる。よって、この方法を適用することにより、単電子トランジスタなどの量子デバイスを製造することが可能になる。

なお、第１の膜（塗布膜）１２を形成した後、これの薄膜化のため、パターン転写を行う前に加熱（プリベーク）を行うようにしてもよい。加熱温度は、１５０℃を超えると第１の膜１２が硬化し、その後のパターン転写が困難となるため、１５０℃以下、好ましくは５０℃以下である。

以下、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
まず、ポリハイドロジェンシルセスキオキサンを２−メチルー４−ペンタノンに溶解し、これをスピンコート法によってガラス基板上に塗布した。次いで、微細パターンを有するニッケル製のモールドを基板の上の塗布膜（第１の膜）に押し付けて微細パターンを転写した。続いて、塗布膜中の溶媒の蒸発、加水分解により塗布膜を硬化させた後、モールドを塗布膜から取り外した。次いで、ＥＢ蒸着機を使用した斜め蒸着法によって微細パターンの凸部の上面にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜をマスクにして、ＣＨＦ3 のＲＩＥエッチングを施し、残渣を除去すると共に基板の表面を露出させた。最後に、ウェットエッチングによりマスク（アルミニウム膜）を除去した。これによりパターン変化のない微細パターンを有する薄膜（第２の膜）が得られた。

（実施例２）
実施例１と同様に塗布膜を形成した後、微細パターンを転写する前に、５０℃の温度でプリベークを行った。その他の工程は実施例と同様とした。この実施例２においても、パターン変化のない高精度の微細パターンを有する薄膜が得られた。

本発明の一実施の形態に係る微細パターンの形成方法を工程毎に表す断面図である。図１に続く工程を表す断面図である。

符号の説明

１１…基板、１２…第１の膜（塗布膜）、１３…モールド、１４…第２の膜（薄膜）、１４ａ…凸部、１４ｂ…凹部、１５…金属薄膜（マスク）、１６…残渣。

Claims

基板上にシロキサン結合を有する溶液を塗布し、第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜に対して微細パターンを有するモールドを押し付け、前記微細パターンを転写する工程と、
前記第１の膜を硬化して第２の膜とした後、前記第２の膜から前記モールドを取り外す工程と、
前記第２の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜をマスクとしてエッチングを行い、前記第２の膜の微細パターンにおける凹部を選択的に除去し、前記基板の表面を露出させる工程と
を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。
前記溶液は、シロキサン結合を有する成分と共に、溶媒としてアルコール、エステル、ケトンのうち少なくとも１種類を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
前記第１の膜の硬化を前記溶液中の溶媒の蒸発および加水分解により行う
ことを特徴とする請求項２に記載の微細パターン形成方法。
前記微細パターンの前記第１の膜への転写を室温の雰囲気において行う
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
前記第１の膜をポリハイドロジェンシルセスキオキサンにより形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
前記基板上に前記第１の膜を形成し、１５０℃以下の温度でプリベークを行った後、前記モールドによる微細パターンの転写を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
前記金属膜を、アルミニウム、クロム、チタンおよびニッケルのうちの少なくとも１種類の金属を用いた斜め蒸着法により形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
前記第２の膜の微細パターンにおける凹部を選択的に除去した後、前記金属膜を除去する工程を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。