JP6019967B2

JP6019967B2 - Pattern formation method

Info

Publication number: JP6019967B2
Application number: JP2012198345A
Authority: JP
Inventors: 佑介河野; 武士坂本; 坂本　　武士; 幹雄石川; 人見　陽一; 陽一人見; 祐樹有塚
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: JP2014053536A

Description

本発明は、パターン形成方法に関し、特にナノインプリントモールドのモールドパターンを形成するパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method, and more particularly to a pattern forming method for forming a mold pattern of a nanoimprint mold.

近年、半導体装置の微細化に伴い、半導体装置の製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。すなわち、現時点における最先端の半導体装置の設計ルールは、ハーフピッチ（ｈｐ）で数十ｎｍ程度にまで微細化してきており、従来の光を用いた縮小パターン転写によるリソグラフィでは解像力が不足し、パターン形成が困難な状況になっている。そこで、近年では、このようなリソグラフィに代わり、ナノインプリント技術が提案されている。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, problems in the photolithography process used in the semiconductor device manufacturing process are becoming prominent. In other words, the design rules of the most advanced semiconductor devices at present are miniaturized to about several tens of nanometers at half pitch (hp), and resolution is insufficient in conventional lithography using reduced pattern transfer using light. It is difficult to form. Therefore, in recent years, nanoimprint technology has been proposed instead of such lithography.

ナノインプリント技術は、基材の表面に微細な凹凸パターンを形成した型部材（モールドと呼ぶ）を用い、凹凸パターンを被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である。上記のようなｈｐで数十ｎｍ程度の微細化に対応可能なモールドの製造方法として、芯材となる凹凸パターンの側壁に成膜を施し、側壁に形成された側壁パターンを残すように芯材を除去し、該側壁パターンを用いて微細なパターンを形成する方法（いわゆる、側壁法）が知られている。 The nanoimprint technique is a pattern formation technique that uses a mold member (called a mold) in which a fine uneven pattern is formed on the surface of a substrate, and transfers the uneven structure to a workpiece to transfer the fine structure at an equal magnification. As a mold manufacturing method that can cope with the miniaturization of about several tens of nanometers by hp as described above, a core material is formed so as to leave a side wall pattern formed on the side wall by forming a film on the side wall of the concave / convex pattern as a core material. There is known a method (so-called side wall method) in which a fine pattern is formed using the side wall pattern.

また、例えば、半導体装置形成用のナノインプリントモールドにおいては、最小寸法を有するメインパターンと、メインパターン以上の寸法を有する、ダミーパターン又はアライメントパターンとが１つのレイアウトに共存することがある。このようなレイアウトに対して側壁法を実施した場合、メインパターンの芯材の除去と同時に、ダミーパターン又はアライメントパターンの芯材が除去されると、ダミーパターン又はアライメントパターンが所期の設計どおりに形成できないという問題がある。そこで、メインパターン以外の芯材上にレジストパターンを形成しておき、メインパターン以外の芯材を残存させるようにする試みがなされている（例えば、特許文献１）。 Further, for example, in a nanoimprint mold for forming a semiconductor device, a main pattern having a minimum dimension and a dummy pattern or an alignment pattern having a dimension larger than the main pattern may coexist in one layout. When the side wall method is performed on such a layout, if the dummy pattern or alignment pattern core material is removed simultaneously with the removal of the main pattern core material, the dummy pattern or alignment pattern is as designed. There is a problem that it cannot be formed. Therefore, an attempt has been made to form a resist pattern on a core material other than the main pattern and leave the core material other than the main pattern (for example, Patent Document 1).

特開２０１０−２３９００９号公報JP 2010-239209 A

ところで、側壁法では、芯材として無機材料のみならずレジストなどの有機材料を用いることがある。特許文献１は、芯材として無機材料を用いる場合において複数種類のパターンが共存するナノインプリントモールドを作製する方法を提案するものであるが、有機材料を芯材とする場合については何ら検討がなされていない。 By the way, in the side wall method, not only an inorganic material but also an organic material such as a resist may be used as a core material. Patent Document 1 proposes a method for producing a nanoimprint mold in which a plurality of types of patterns coexist when an inorganic material is used as a core material. However, no consideration has been given to the case where an organic material is used as a core material. Absent.

そこで、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、芯材として有機材料を用いる側壁法を行う際に、複数種類のパターンを精度良く作製する技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique for accurately producing a plurality of types of patterns when performing a sidewall method using an organic material as a core material.

本発明者らは鋭意研究の末、次のような知見を得た。すなわち、成膜がなされたレジストを含む芯材パターンに対して、電子線などの化学線が照射されると、化学線の影響で芯材パターンの形状及び／又は寸法が変動することを発見した。このパターンの変動は、電子線照射により高分子の架橋の進行、高分子の分解、高分子の側鎖の切断などの種々の要因によって起こるものと考えられる。そして、このパターンの変動は、メインパターンのような微細なパターンでは、無視できない変動となる。本発明は、このような知見に基いて完成されたものであり、以下の発明を包含する。 The present inventors have obtained the following knowledge after extensive research. In other words, it was discovered that when a core pattern including a resist on which a film was formed was irradiated with actinic radiation such as an electron beam, the shape and / or dimensions of the core pattern fluctuated due to the influence of chemical radiation. . This variation in pattern is considered to be caused by various factors such as the progress of cross-linking of the polymer, decomposition of the polymer, and cleavage of the side chain of the polymer due to electron beam irradiation. The variation of the pattern is a variation that cannot be ignored in a fine pattern such as the main pattern. The present invention has been completed based on such findings, and includes the following inventions.

本発明の一実施形態に係るパターン形成方法は、第１領域と第２領域とを備える基材を準備する工程と、前記第１領域に有機材料を含む芯材パターンを形成する工程と、前記第１領域と前記第２領域に前記芯材パターンを覆う第１マスクを形成する工程と、前記第１マスク上にポジ型レジストを塗布してレジスト層を形成し、前記第２領域の所定領域の前記レジスト層に化学線を照射して前記第２領域の所定領域が開口するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターン上及び前記レジストパターンから露出した前記第２領域に第２マスクを形成する工程と、前記レジストパターン及び前記レジストパターン上の前記第２マスクを除去する工程と、前記第２マスクを介して前記第１領域と前記第２領域の前記第１マスクをエッチングし、前記芯材パターンの側壁上と、前記第２マスク下に前記第１マスクが残存するように前記第１マスクの一部を除去する工程と、前記芯材パターンを除去し、前記第１領域に側壁パターンを形成する工程と、前記側壁パターン及び前記第２マスク下に存在していた前記第１マスクを介して前記基材をエッチングすることにより、前記第１領域に第１の凹凸パターンと、前記第２領域に第２の凹凸パターンとを形成する工程と、を有することを特徴とする。 A pattern forming method according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing a base material including a first region and a second region, a step of forming a core material pattern including an organic material in the first region, Forming a first mask that covers the core material pattern in the first region and the second region; and applying a positive resist on the first mask to form a resist layer; and a predetermined region in the second region Irradiating the resist layer with actinic radiation to form a resist pattern in which a predetermined region of the second region is opened, and forming a second mask on the resist pattern and in the second region exposed from the resist pattern A step of removing the resist pattern and the second mask on the resist pattern, and etching the first region and the first mask in the second region through the second mask. Removing a part of the first mask so that the first mask remains on the side wall of the core material pattern and under the second mask, removing the core material pattern, Forming a sidewall pattern in one region; and etching the substrate through the first mask that was present under the sidewall pattern and the second mask, thereby forming a first unevenness in the first region. And a step of forming a second concavo-convex pattern in the second region.

他の態様として、前記芯材パターンの形成とともに、前記第２領域の所定領域に保護パターンを形成してもよい。 As another aspect, together with the formation of the core material pattern, a protective pattern may be formed in a predetermined region of the second region.

他の態様として、前記第２の凹凸パターンの寸法は、前記第１の凹凸パターンの寸法より大きい態様であってもよい。 As another aspect, the dimension of the second uneven pattern may be larger than the dimension of the first uneven pattern.

本発明によれば、芯材として有機材料を用いる側壁法を行う際に、複数種類のパターンを精度良く作製することができる。 According to the present invention, when performing the sidewall method using an organic material as a core material, a plurality of types of patterns can be accurately produced.

本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the pattern formation method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the pattern formation method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the pattern formation method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の変形例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the modification of the pattern formation method which concerns on one Embodiment of this invention. 化学線がレジストに与える影響を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the influence which actinic radiation has on a resist.

以下、図面を参照して本発明を説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。また、説明の便宜上、実際に比べて縮尺などを変更して説明を実施していることに注意されたい。 The present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments described below. Note that in the drawings referred to in this embodiment, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted. Also, it should be noted that for convenience of explanation, the scale is changed as compared with the actual explanation.

まず、本発明の説明を行うに先立ち、本発明の理解を容易にするために、図５を参照して化学線がレジストに与える影響について説明をする。図５は、化学線がレジストに与える影響を説明する模式図である。図５（Ａ）に示すように、ハードマスク層２１０を備えた基材２０１上に、レジストなどの有機材料を含む芯材パターン２２０ａが形成されている。芯材パターンは、側壁法において芯材やコアなどと称される構造体であり、側壁材料は芯材パターンの側壁の形状を再現するような形状で形成される。芯材パターン２２０ａの側壁は、巨視的には垂直に見えるが、微視的には傾き、幾分裾が広がった形状となることがある。側壁の傾き具合は、頂部から底部にいくに従い幅が広くなるような裾広がり形状（いわゆる順テーパー状）の芯材パターン２２０ａであると、電子線照射などにより生じる側壁の傾きは大きくなる傾向があり、この場合には側壁材料の形状に及ぼす影響が特に憂慮される。 First, prior to the description of the present invention, in order to facilitate understanding of the present invention, the influence of actinic radiation on a resist will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the influence of actinic radiation on the resist. As shown in FIG. 5A, a core material pattern 220a containing an organic material such as a resist is formed on a base material 201 provided with a hard mask layer 210. The core material pattern is a structure called a core material or a core in the side wall method, and the side wall material is formed in a shape that reproduces the shape of the side wall of the core material pattern. The side wall of the core material pattern 220a looks macroscopically vertical, but may be microscopically inclined and have a shape with a slightly expanded skirt. As for the inclination of the side wall, if the core pattern 220a has a hem-spread shape (so-called forward taper shape) whose width increases from the top to the bottom, the inclination of the side wall caused by electron beam irradiation tends to increase. In this case, the influence on the shape of the sidewall material is of particular concern.

図５（Ｂ）に示すように、芯材パターン２２０ａを覆うように、側壁材料２３０を成膜する。側壁材料２３０の変形について例示的に説明すると、図５（Ｃ）に示すように、側壁材料２３０で覆われた芯材パターン２２０ａに電子線などの化学線が照射されると、芯材パターン２２０ａを構成する有機材料が収縮する。この収縮によって側壁材料２３０の形状が図５（Ｂ）に示すものよりも芯材パターン２２０ａの内側に変形すると考えられる。これにより、芯材パターン２２０ａが不規則に収縮することでパターン全体にさらに傾きが生じたり、パターンの寸法が変動したり、また、側壁材料の傾きがさらに大きくなる虞がある。 As shown in FIG. 5B, a sidewall material 230 is formed so as to cover the core material pattern 220a. The deformation of the sidewall material 230 will be described as an example. As shown in FIG. 5C, when the core material pattern 220a covered with the sidewall material 230 is irradiated with actinic radiation such as an electron beam, the core material pattern 220a. The organic material constituting the material shrinks. It is considered that the shape of the side wall material 230 is deformed to the inside of the core material pattern 220a rather than that shown in FIG. As a result, the core material pattern 220a contracts irregularly, so that the entire pattern may be further inclined, the pattern dimensions may fluctuate, and the inclination of the sidewall material may be further increased.

その後、図５（Ｄ）に示すように、芯材パターンを除去すると、基材２０１上に変形した側壁材料による側壁パターン２３０ａが形成される。このような側壁パターン２３０ａを用いて基材２０１を加工すると、精度の良いパターンが得られない。このように、芯材パターンがレジストなどの有機材料から構成される場合に、精度の良いパターンを形成するには芯材パターンに化学線が照射されないことが必要であることがわかる。 Thereafter, as shown in FIG. 5D, when the core material pattern is removed, a side wall pattern 230a made of the deformed side wall material is formed on the base material 201. If the base material 201 is processed using such a side wall pattern 230a, an accurate pattern cannot be obtained. Thus, when the core material pattern is made of an organic material such as a resist, it can be seen that it is necessary that the core material pattern is not irradiated with actinic radiation in order to form an accurate pattern.

次に、図１〜３を参照して、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法について説明する。図１、図２、及び図３は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。 Next, a pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3 are process cross-sectional views illustrating a pattern forming method according to an embodiment of the present invention.

（１）基材準備工程（図１（Ａ）参照）
第１領域Ｘと第２領域Ｙとを備える基材１０１を準備する。第１領域Ｘは、後述するように第１の凹凸パターンが形成される領域である。第２領域Ｙは、後述するように第２の凹凸パターンが形成される領域である。第２の凹凸パターンは、典型的には、第１の凹凸パターンよりも寸法が大きいパターンである。例えば、第１の凹凸パターンにはメインパターンが含まれ、第２の凹凸パターンにはダミーパターンやアライメントパターンが含まれる。図では、第１領域Ｘと第２領域Ｙとを隣接して示しているが、これに限らず、第１領域Ｘと第２領域Ｙとが所定の間隙を隔てて離れて配置されていてもよい。また、第１領域Ｘと第２領域Ｙは、一つの連続した平面内に存在している場合に限らず、複数の平面が存在し各平面に第１領域Ｘ、第２領域Ｙのみが存在していてもよい。 (1) Substrate preparation step (see FIG. 1 (A))
A base material 101 including a first region X and a second region Y is prepared. The first region X is a region where a first uneven pattern is formed as will be described later. The second region Y is a region where a second uneven pattern is formed as will be described later. The second concavo-convex pattern is typically a pattern having a larger dimension than the first concavo-convex pattern. For example, the first concavo-convex pattern includes a main pattern, and the second concavo-convex pattern includes a dummy pattern and an alignment pattern. In the figure, the first region X and the second region Y are shown adjacent to each other. However, the present invention is not limited to this, and the first region X and the second region Y are arranged with a predetermined gap therebetween. Also good. In addition, the first region X and the second region Y are not limited to being present in one continuous plane, and there are a plurality of planes, and only the first region X and the second region Y exist on each plane. You may do it.

なお、本明細書における「寸法」とは、パターンの平面視図形の最小寸法の値をさす。例えば、パターンが線状パターンである場合には、「寸法」は線幅となる。パターンが、真円であれば「寸法」は直径であり、楕円であれば「寸法」は短軸の長さとなる。パターンが、矩形であれば「寸法」は短辺の長さとなる。また、パターンが、外接円が規定される多角形状の図形であれば、外接円の直径となる。 Note that the “dimension” in this specification refers to the value of the minimum dimension of a plan view figure of a pattern. For example, when the pattern is a linear pattern, the “dimension” is a line width. If the pattern is a perfect circle, the “dimension” is the diameter, and if the pattern is an ellipse, the “dimension” is the length of the minor axis. If the pattern is rectangular, the “dimension” is the length of the short side. Further, if the pattern is a polygonal figure in which a circumscribed circle is defined, the diameter is the circumscribed circle.

基材１０１の材料は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を適用する対象に応じて適宜選択できる。例えば、石英やソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、シリコンやガリウム砒素、窒化ガリウム等の半導体、金属、あるいは、これらの材料の任意の組み合わせからなる複合材料などから選択するとよい。ナノインプリントモールドを作製する場合には、基材１０１は典型的には石英、シリコンである。半導体装置を作製する場合には、基材１０１は典型的にはシリコンである。 The material of the base material 101 can be appropriately selected according to the object to which the pattern forming method according to one embodiment of the present invention is applied. For example, glass such as quartz, soda lime glass, and borosilicate glass, a semiconductor such as silicon, gallium arsenide, and gallium nitride, metal, or a composite material made of any combination of these materials may be selected. In the case of producing a nanoimprint mold, the substrate 101 is typically quartz or silicon. In the case of manufacturing a semiconductor device, the substrate 101 is typically silicon.

基材１０１の厚みは、基材１０１に形成するパターンの形状や寸法、材料強度、取り扱い適性等を考慮して設定することができ、例えば、３００μｍ〜１０ｍｍの範囲で適宜設定することができる。なお、図示しないが基材１０１の一方の側１ａには、予め微細な構造体が形成されていてもよい。 The thickness of the base material 101 can be set in consideration of the shape and dimensions of the pattern formed on the base material 101, the material strength, the suitability for handling, and the like. For example, the thickness can be appropriately set in the range of 300 μm to 10 mm. Although not shown, a fine structure may be formed in advance on one side 1a of the substrate 101.

（２）芯材パターン形成工程（図１（Ｂ）参照）
基材１０１上に、必要に応じて、ハードマスク層１１０を形成する。ハードマスク層１１０の材料としては、例えば、クロム、チタン、タンタルなどの金属又は金属化合物、酸化シリコン、窒化シリコン、モリブデンシリサイドなどの半導体化合物などを挙げることができる。ハードマスク層１１０は、材料に応じて物理蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの真空成膜法により形成することができる。ハードマスク層１１０の厚みは、特に制限はないが、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することができる。ハードマスク層１１０は単層に限らず、複数のハードマスク層の積層体、ハードマスク層と別の層の積層体による多重積層構造を有していてもよい。 (2) Core material pattern forming step (see FIG. 1B)
A hard mask layer 110 is formed on the substrate 101 as necessary. Examples of the material of the hard mask layer 110 include metals or metal compounds such as chromium, titanium, and tantalum, and semiconductor compounds such as silicon oxide, silicon nitride, and molybdenum silicide. The hard mask layer 110 can be formed by a vacuum film formation method such as a physical vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method depending on the material. The thickness of the hard mask layer 110 is not particularly limited, but can be set in the range of 1 nm to 50 nm, for example. The hard mask layer 110 is not limited to a single layer, and may have a multi-layer structure including a stacked body of a plurality of hard mask layers and a stacked body of a hard mask layer and another layer.

ハードマスク層１１０上に有機材料を含むレジストを塗布し、このレジストをパターニングすることで、基材１０１上に芯材パターン１２０ａを形成する。芯材パターン１２０ａを形成するレジストの厚みは、特に制限はないが、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で設定することができる。なお、レジストは、典型的には、実質的に有機材料からなるが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で無機材料が含まれていてもよいものとする。 A resist containing an organic material is applied onto the hard mask layer 110, and the resist is patterned to form the core material pattern 120a on the substrate 101. The thickness of the resist forming the core material pattern 120a is not particularly limited, but can be set in the range of 10 nm to 200 nm. The resist is typically substantially made of an organic material, but may contain an inorganic material without departing from the technical idea of the present invention.

レジストのパターニングは、化学線リソグラフィにより行ってもよい。例えば、レジストをスピンコート法で塗布し、これに選択的に化学線を照射して露光及び現像を施すことによりレジストをパターニングできる。また、ナノインプリントリソグラフィによりレジストをパターニングしてもよい。例えば、レジストをインクジェット法で塗布し、このレジストをマスターモールドで成形した後、レジストを硬化させてレジストをパターニングできる。 The patterning of the resist may be performed by actinic lithography. For example, the resist can be patterned by applying a resist by a spin coating method and selectively irradiating the resist with actinic radiation to perform exposure and development. Further, the resist may be patterned by nanoimprint lithography. For example, the resist can be patterned by applying the resist by an ink-jet method and molding the resist with a master mold, and then curing the resist.

芯材パターン１２０ａを形成するレジストは、ポジ型であってもよいし、ネガ型であってもよい。図では説明の便宜上、レジストにより芯材パターン１２０ａのみが形成された例を示しているが、使用するレジストのタイプに応じて、その他の領域にレジストが残存していてもよい。好ましくはネガ型レジストを用いて芯材パターン１２０ａを形成するとよい。この場合、第１領域Ｘの芯材パターン１２０ａを形成する領域に選択的にネガ型レジストを含むパターンを容易に形成できる。換言すれば、第２領域Ｙの所定領域にはネガ型レジストを含むパターンを形成しない。第２領域Ｙの所定領域に芯材パターン１２０ａと同層のパターンが存在すると、化学線によるレジストの収縮度合いなどにもよるが、その上に形成される第１マスク、第２マスクの形成する際に照射する化学線により、芯材パターン１２０ａと同層のパターンが変形し、その上の層に影響を及ぼす虞がある場合があるからである。なお、図では芯材パターン１２０ａの側壁を垂直であるように図示しているが、芯材パターン１２０ａの裾が広がった形状であることもありえる。 The resist for forming the core material pattern 120a may be a positive type or a negative type. In the figure, for the sake of convenience of explanation, an example in which only the core material pattern 120a is formed by a resist is shown, but the resist may remain in other regions depending on the type of resist to be used. The core material pattern 120a is preferably formed using a negative resist. In this case, a pattern including a negative resist can be easily formed selectively in a region where the core material pattern 120a in the first region X is formed. In other words, a pattern including a negative resist is not formed in the predetermined region of the second region Y. If a pattern in the same layer as the core material pattern 120a is present in a predetermined region of the second region Y, the first mask and the second mask formed on it are formed depending on the degree of contraction of the resist by actinic radiation. This is because the pattern of the same layer as the core material pattern 120a may be deformed by the actinic radiation irradiated at the time, and the layer above it may be affected. In the drawing, the side wall of the core material pattern 120a is illustrated as being vertical, but the core material pattern 120a may have a shape in which the skirt is widened.

（３）第１マスク形成工程（図１（Ｃ）参照）
第１領域Ｘと第２領域Ｙに芯材パターン１２０ａを覆うように第１マスク１３０を形成する。第１マスク１３０は、加工されて後述する側壁パターンとなる層である。第１マスク１３０の材料としては、例えば、クロム、チタン、タンタルなどの金属又はその酸化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物や、多結晶シリコン又はシリコン酸化物、シリコン窒化物などのシリコン系化合物などの半導体などを挙げることができる。ハードマスク層に対してエッチング選択性が取れる材料で構成することが好ましい。第１マスク１３０は、材料に応じて物理蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、原子層堆積（ＡＬＤ）法などの真空成膜法により形成できる。芯材パターン１２０ａの側壁に形成された第１マスク１３０の厚みは、側壁パターンの幅に相当するものであり、得たいパターン寸法に応じて適宜設定すればよい。 (3) First mask formation step (see FIG. 1C)
A first mask 130 is formed in the first region X and the second region Y so as to cover the core material pattern 120a. The first mask 130 is a layer that is processed into a sidewall pattern to be described later. Examples of the material of the first mask 130 include metals such as chromium, titanium, and tantalum, or metal compounds such as oxides, nitrides, and oxynitrides thereof, and silicon such as polycrystalline silicon, silicon oxide, and silicon nitride. A semiconductor such as a compound can be used. It is preferable to use a material that has etching selectivity with respect to the hard mask layer. The first mask 130 can be formed by a vacuum film formation method such as a physical vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, or an atomic layer deposition (ALD) method depending on the material. The thickness of the first mask 130 formed on the side wall of the core material pattern 120a corresponds to the width of the side wall pattern, and may be set as appropriate according to the desired pattern size.

なお、第１マスク１３０を形成するのに先立ち、芯材パターン１２０ａをスリミングし、その寸法を小さくしてもよい。スリミングは、芯材パターン１２０ａが有機材料を含むため、酸素プラズマを用いたアッシングなどにより行うことができる。スリミングによって芯材パターン１２０ａを細らせる量は、第１の凹凸パターンの間隔などに応じて適宜設定できる。 Prior to forming the first mask 130, the core material pattern 120a may be slimmed to reduce its dimensions. Slimming can be performed by ashing using oxygen plasma or the like because the core material pattern 120a contains an organic material. The amount by which the core material pattern 120a is thinned by slimming can be appropriately set according to the interval between the first uneven patterns.

（４）ポジ型レジスト塗布形成工程（図１（Ｄ）参照）
第１領域Ｘと第２領域Ｙにポジ型のレジストをスピンコート法などにより塗布し、第１マスク１３０上にレジスト層１４０を形成する。レジスト層１４０は、芯材パターン１２０ａの天面上にある第１マスク１３０上に第２マスクが直接形成されないように、図示のように芯材パターン１２０ａを覆うように形成する。 (4) Positive resist coating formation process (see FIG. 1D)
A positive resist is applied to the first region X and the second region Y by a spin coating method or the like, and a resist layer 140 is formed on the first mask 130. The resist layer 140 is formed so as to cover the core material pattern 120a as illustrated so that the second mask is not directly formed on the first mask 130 on the top surface of the core material pattern 120a.

（５）レジストパターン形成工程（図１（Ｅ）参照）
第２領域Ｙの所定領域のレジスト層１４０に電子線などの化学線を照射して露光を行い、その後、現像を行って第２領域Ｙの所定領域に開口を有するレジストパターン１４０ａを形成する。レジストパターン１４０aを形成する際、第１領域Ｘに化学線を実質的に照射しない。なお、本明細書における化学線とは、Ｘ線、電子線、紫外線、可視光線を含むものとする。 (5) Resist pattern forming step (see FIG. 1E)
The resist layer 140 in a predetermined region of the second region Y is exposed to actinic radiation such as an electron beam for exposure, and thereafter development is performed to form a resist pattern 140a having an opening in the predetermined region of the second region Y. When forming the resist pattern 140a, the first region X is not substantially irradiated with actinic radiation. The actinic radiation in this specification includes X-rays, electron beams, ultraviolet rays, and visible rays.

（６）第２マスク形成工程（図２（Ａ）参照）
レジストパターン１４０ａ上、及びレジストパターン１４０ａの開口により露出した第１マスク１３０上に第２マスク１５０を形成する。第２マスク１５０の材料としては、例えば、クロム、チタン、タンタルなどの金属又は金属化合物あるいはその酸化膜や窒化物、多結晶シリコンあるいはシリコン系化合物（酸化物、窒化物）などの半導体などを挙げることができる。第１マスク１３０に対してエッチング選択性が取れる材料で構成することが好ましい。第２マスク１５０の厚みに制限はないが、生産性を考慮すると、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することが好ましい。 (6) Second mask formation step (see FIG. 2A)
A second mask 150 is formed on the resist pattern 140a and the first mask 130 exposed through the opening of the resist pattern 140a. Examples of the material for the second mask 150 include metals such as chromium, titanium, and tantalum, or semiconductors such as oxides and nitrides thereof, polycrystalline silicon, and silicon-based compounds (oxides and nitrides). be able to. It is preferable that the first mask 130 be made of a material that can provide etching selectivity. Although there is no restriction | limiting in the thickness of the 2nd mask 150, when productivity is considered, it is preferable to set in the range of 1 nm-50 nm.

（７）リフトオフ工程（図２（Ｂ）参照）
リフトオフによりレジストパターン１４０ａ及びレジストパターン１４０ａ上の第２マスク１５０を除去し、第２領域Ｙに選択的に形成された第２マスク１５０ａを形成する。リフトオフはプラズマによるアッシング、あるいはウェットエッチングにより実施できる。 (7) Lift-off process (see FIG. 2B)
The resist pattern 140a and the second mask 150 on the resist pattern 140a are removed by lift-off, and a second mask 150a selectively formed in the second region Y is formed. Lift-off can be performed by plasma ashing or wet etching.

（８）エッチバック工程（図２（Ｃ）参照）
基材１０１の一方の側１ａにドライエッチングによるエッチバックを施し、芯材パターン１２０ａの天面上の第１マスク１３０と、芯材パターン１２０ａと第２マスク１５０ａが形成されていない部分の第１マスク１３０とを除去する。すなわち、芯材パターン１２０ａの側壁上及び第２マスク１５０ａ下（第２マスク１５０ａと基材１０１の間）に第１マスク１３０が残るように第１マスク１３０の一部を除去する。エッチバック工程において、第２マスク１５０ａが消失しないことが好ましく、第１マスクに対するエッチング選択比に応じて第２マスク１５０ａの厚みの下限を設定しておくとよい。 (8) Etch back process (see FIG. 2C)
Etch back by dry etching is performed on one side 1a of the substrate 101, and the first mask 130 on the top surface of the core material pattern 120a, and the first portion of the portion where the core material pattern 120a and the second mask 150a are not formed. The mask 130 is removed. That is, a part of the first mask 130 is removed so that the first mask 130 remains on the side wall of the core material pattern 120a and under the second mask 150a (between the second mask 150a and the substrate 101). In the etch back process, it is preferable that the second mask 150a does not disappear, and a lower limit of the thickness of the second mask 150a may be set in accordance with the etching selectivity with respect to the first mask.

（９）側壁パターン形成工程（図２（Ｄ）参照）
芯材パターン１２０ａを、酸素プラズマを用いたアッシングなどにより除去し、側壁パターン１３０ａを形成する。 (9) Side wall pattern forming step (see FIG. 2D)
The core material pattern 120a is removed by ashing using oxygen plasma or the like to form the sidewall pattern 130a.

（１０）ハードマスク層エッチング工程（図３（Ａ）参照）
側壁パターン１３０ａ、第２領域Ｙに選択的に形成された第１マスク１３０ｂをエッチングマスクとしてハードマスク層１１０をエッチングし、ハードマスク１１０ａ、１１０ｂを形成する。側壁パターン１３０ａ、第１マスク１３０ｂは基材のエッチング後まで残しておいてもよいし、ハードマスク１１０ａ、１１０ｂの形成後にドライエッチング又はウェットエッチングにより除去してもよい。また、図示では第２マスク１５０ａを残して図示しているが、途中で除去されていてもよい。 (10) Hard mask layer etching process (see FIG. 3A)
The hard mask layer 110 is etched using the sidewall mask 130a and the first mask 130b selectively formed in the second region Y as an etching mask to form hard masks 110a and 110b. The sidewall pattern 130a and the first mask 130b may be left until after the etching of the base material, or may be removed by dry etching or wet etching after the formation of the hard masks 110a and 110b. Further, in the drawing, the second mask 150a is left, but it may be removed halfway.

（１１）基材エッチング工程（図３（Ｂ）参照）
ハードマスク１１０ａ、１１０ｂを介してドライエッチングを行い、基材１０１を加工する。ドライエッチングガスは、基材１０１の材料に応じて選択でき、例えば、フッ素系のガスを用いることができる。 (11) Substrate etching process (see FIG. 3B)
Dry etching is performed through the hard masks 110a and 110b to process the substrate 101. The dry etching gas can be selected according to the material of the substrate 101, and for example, a fluorine-based gas can be used.

（１２）側壁パターン等除去工程（図３（Ｃ）参照）
側壁パターン１３０ａ、第２領域Ｙに選択的に形成された第１マスク１３０ｂ、ハードマスク１１０ａ、１１０ｂを基材１０１から除去することにより、基材１０１の一方の側１ａに第１の凹凸パターン１０１ａ、第２の凹凸パターン１０１ｂが形成される。以上により、構造体１００が作製される。構造体１００は、例えば、ナノインプリントモールドや半導体装置である。 (12) Side wall pattern removal process (see FIG. 3C)
By removing the side wall pattern 130a, the first mask 130b selectively formed in the second region Y, and the hard masks 110a, 110b from the base material 101, the first uneven pattern 101a on one side 1a of the base material 101 is removed. The second uneven pattern 101b is formed. As described above, the structure 100 is manufactured. The structure 100 is, for example, a nanoimprint mold or a semiconductor device.

以上説明したように、第１マスクをエッチバックする際に、第２領域の所定領域に保護層として第２マスクが形成されるため、第２の凹凸パターンを精度良く形成することができる。また、第２マスクをポジ型のレジストを用いたリフトオフ法により形成するので、第２マスク形成時に有機材料を含む芯材パターンに化学線を照射せずに第２マスクを形成することができ、芯材パターンの寸法及び形状の変動を招く虞を排し、側壁パターンを精度良く形成することができる。その結果、当該側壁パターンを用いて基材をエッチングして作製される第１の凹凸パターンの精度を向上させることができる。したがって、寸法が異なる複数種類のパターンを精度良く作製できる。 As described above, when the first mask is etched back, the second mask is formed as a protective layer in a predetermined region of the second region, so that the second uneven pattern can be formed with high accuracy. In addition, since the second mask is formed by a lift-off method using a positive resist, the second mask can be formed without irradiating the core material pattern containing the organic material with actinic radiation when forming the second mask. The side wall pattern can be formed with high accuracy by eliminating the risk of fluctuations in the size and shape of the core material pattern. As a result, the accuracy of the first concavo-convex pattern produced by etching the base material using the sidewall pattern can be improved. Therefore, a plurality of types of patterns having different dimensions can be produced with high accuracy.

本発明の一実施形態に係るパターン形成方法は上記の態様に限らず、種々の変形が可能である。図４は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の変形例を説明する工程断面図である。図４に示すのは、上記の（２）芯材パターン形成工程〜（５）レジストパターン形成工程を変形した変形例である。他の工程は同様であり、説明は省略する。 The pattern forming method according to an embodiment of the present invention is not limited to the above-described aspect, and various modifications can be made. FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a modification of the pattern forming method according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a modification in which the above (2) core material pattern forming step to (5) resist pattern forming step are modified. Other steps are the same, and a description thereof will be omitted.

図４（Ａ）に示すように、第１領域Ｘに芯材パターン１２０ａを形成するとともに、第２領域Ｙに保護パターン１２０ｂを形成する。図４（Ｂ）に示すように、第１領域Ｘと第２領域Ｙに芯材パターン１２０ａと保護パターン１２０ｂを覆うように第１マスク１３０を形成する。図４（Ｃ）に示すように第１領域Ｘと第２領域Ｙにポジ型のレジストをスピンコート法などにより塗布し、レジスト層１４０を形成する。そして図４（Ｄ）に示すように、レジスト層１４０の第２領域Ｙの所定領域に電子線などの化学線により露光し、その後、現像を行って第２領域Ｙの所定領域に開口を有するレジストパターン１４０ａを形成する。その後は、上記の（６）第２マスク形成工程以降の工程を実施する。 As shown in FIG. 4A, the core material pattern 120a is formed in the first region X, and the protective pattern 120b is formed in the second region Y. As shown in FIG. 4B, a first mask 130 is formed in the first region X and the second region Y so as to cover the core material pattern 120a and the protective pattern 120b. As shown in FIG. 4C, a positive resist is applied to the first region X and the second region Y by spin coating or the like to form a resist layer 140. Then, as shown in FIG. 4D, a predetermined region of the second region Y of the resist layer 140 is exposed to actinic radiation such as an electron beam, and then developed to have an opening in the predetermined region of the second region Y. A resist pattern 140a is formed. Thereafter, the steps after the above (6) second mask forming step are performed.

保護パターン１２０ｂは、芯材パターン１２０ａと同様の有機材料により構成してもよいし、別の材料により構成されてもよい。なかでも、保護パターン１２０ｂを芯材パターン１２０ａと同様の有機材料とし、同一の工程で形成すると工程増を招かないので好ましい。この場合、レジストパターン１４０ａの形成にともなう化学線照射により保護パターン１２０ｂにパターン変動が生じる虞があるので、保護パターン１２０ｂを第２の凹凸パターンを形成すべき領域よりも大きい島状の領域として設定しておき、レジストの収縮による影響を相対的に小さくすることが好ましい。 The protective pattern 120b may be made of the same organic material as the core material pattern 120a, or may be made of another material. Especially, it is preferable that the protective pattern 120b is made of the same organic material as that of the core material pattern 120a and is formed in the same process because the number of processes is not increased. In this case, since there is a possibility that the protection pattern 120b may vary due to irradiation with actinic radiation associated with the formation of the resist pattern 140a, the protection pattern 120b is set as an island-like region that is larger than the region where the second uneven pattern is to be formed. In addition, it is preferable to relatively reduce the influence of resist shrinkage.

エッチバック工程で第２マスク１５０ａが消失しないようにするためには、第２マスク１５０ａを厚くするとよい。しかし、第２マスク１５０ａを厚くしようとすると、成膜時間が長くなり生産性が低下する虞がある。また、成膜時間を長くすると、レジストパターン１４０ａの開口の側壁にも第２マスク１５０が形成される場合があり、後のリフトオフ工程に支障を来たす虞もある。そのため、生産性を考慮すると、第２マスク１５０ａの厚みが制限される場合がある。そこで、保護パターン１２０ｂを設けることにより、エッチバック工程で第２マスク１５０ａが消失し第２マスク１４０ａ下の第１マスク１３０の一部又は全部がエッチングされたとしても、保護パターン１２０ｂがマスクとして機能するため、第２の凹凸パターンをエッチング形成する際に加工不良が生じることを防ぐことができる。 In order to prevent the second mask 150a from disappearing in the etch back process, the second mask 150a may be thickened. However, if it is attempted to increase the thickness of the second mask 150a, there is a possibility that the film formation time becomes longer and the productivity is lowered. Further, if the film formation time is lengthened, the second mask 150 may be formed on the side wall of the opening of the resist pattern 140a, which may hinder the subsequent lift-off process. Therefore, in consideration of productivity, the thickness of the second mask 150a may be limited. Therefore, by providing the protective pattern 120b, even if the second mask 150a disappears in the etch back process and a part or all of the first mask 130 under the second mask 140a is etched, the protective pattern 120b functions as a mask. Therefore, it is possible to prevent a processing defect from occurring when the second uneven pattern is formed by etching.

１００…構造体、１０１…基材、１１０…ハードマスク層、１１０ａ，１１０ｂ…ハードマスク、１２０ａ…芯材パターン、１２０ｂ…保護パターン、１３０…第１マスク、１３０ａ…側壁パターン、１３０ｂ…第１マスク、１４０…レジスト層、１４０ａ…レジストパターン、１５０，１５０ａ…第２マスク、２０１…基材、２１０…ハードマスク層、２２０ａ…芯材パターン、２３０…側壁材料、２３０ａ…側壁パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Structure, 101 ... Base material, 110 ... Hard mask layer, 110a, 110b ... Hard mask, 120a ... Core material pattern, 120b ... Protection pattern, 130 ... First mask, 130a ... Side wall pattern, 130b ... First mask 140 ... resist layer 140a ... resist pattern 150,150a ... second mask 201 ... base material 210 ... hard mask layer 220a ... core material pattern 230 ... side wall material 230a ... side wall pattern

Claims

第１領域と第２領域とを備える基材を準備する工程と、
前記第１領域に有機材料を含む芯材パターンを形成する工程と、
前記第１領域と前記第２領域に前記芯材パターンを覆う第１マスクを形成する工程と、
前記第１マスク上にポジ型レジストを塗布してレジスト層を形成し、前記第２領域の所定領域の前記レジスト層に化学線を照射して前記第２領域の所定領域が開口するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターン上及び前記レジストパターンから露出した前記第２領域に第２マスクを形成する工程と、
前記レジストパターン及び前記レジストパターン上の前記第２マスクを除去する工程と、
前記第２マスクを介して前記第１領域と前記第２領域の前記第１マスクをエッチングし、前記芯材パターンの側壁上と、前記第２マスク下に前記第１マスクが残存するように前記第１マスクの一部を除去する工程と、
前記芯材パターンを除去し、前記第１領域に側壁パターンを形成する工程と、
前記側壁パターン及び前記第２マスク下に存在していた前記第１マスクを介して前記基材をエッチングすることにより、前記第１領域に第１の凹凸パターンと、前記第２領域に第２の凹凸パターンとを形成する工程と、を有するパターン形成方法。 Preparing a base material comprising a first region and a second region;
Forming a core material pattern containing an organic material in the first region;
Forming a first mask covering the core material pattern in the first region and the second region;
A resist pattern is formed by applying a positive resist on the first mask to form a resist layer, and irradiating the resist layer in the predetermined region of the second region with actinic radiation to open the predetermined region of the second region. Forming, and
Forming a second mask on the resist pattern and in the second region exposed from the resist pattern;
Removing the resist pattern and the second mask on the resist pattern;
The first region and the first mask in the second region are etched through the second mask, and the first mask remains on the sidewall of the core material pattern and below the second mask. Removing a portion of the first mask;
Removing the core material pattern and forming a sidewall pattern in the first region;
By etching the substrate through the sidewall mask and the first mask that was present under the second mask, a first concavo-convex pattern in the first region and a second in the second region Forming a concave-convex pattern.

前記芯材パターンの形成とともに、前記第２領域の所定領域に保護パターンを形成する、請求項１に記載のパターン形成方法。 The pattern formation method of Claim 1 which forms a protection pattern in the predetermined area | region of the said 2nd area | region with formation of the said core material pattern.

前記第２の凹凸パターンの寸法は、前記第１の凹凸パターンの寸法より大きい、請求項１又は２記載のパターン形成方法。

The pattern forming method according to claim 1, wherein a dimension of the second uneven pattern is larger than a dimension of the first uneven pattern.