JP6277588B2 - Pattern forming method and nanoimprint template manufacturing method - Google Patents
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本発明は、凹凸のパターンが形成されたテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストにパターンを転写するパターン形成方法及びナノインプリント用テンプレートの製造方法に関し、さらに詳しくは、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板にパターンを転写するに際し、パターンの寸法精度を改善したパターン形成方法及びナノインプリント用テンプレートの製造方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method for transferring a pattern to a resist on a substrate to be transferred by nanoimprint lithography using a template on which an uneven pattern is formed, and a method for manufacturing a nanoimprint template. The present invention relates to a pattern formation method and a nanoimprint template manufacturing method in which the dimensional accuracy of a pattern is improved when a pattern is transferred to a transfer substrate.
近年、特に半導体デバイスにおいては、微細化の一層の進展により、光源の短波長化や位相シフト露光法などの高解像手法が用いられるようになり、さらに電子線によるウェハへの直接描画技術や波長１３．５ｎｍ程度の極端紫外（ＥＵＶ）光による露光技術の開発が進められている。このような状況下で、半導体デバイスのパターンを作製する要となるリソグラフィ技術は、デバイスパターンの微細化が進むにつれ露光波長の問題などからフォトリソグラフィ方式の限界が指摘され、また、露光装置などが極めて高価になってきている。 In recent years, especially in semiconductor devices, high resolution techniques such as shorter wavelength light sources and phase shift exposure methods have been used due to further progress in miniaturization. Development of an exposure technique using extreme ultraviolet (EUV) light having a wavelength of about 13.5 nm is underway. Under such circumstances, the lithography technology, which is the key to producing semiconductor device patterns, has pointed out the limitations of the photolithography system due to the problem of exposure wavelength as device pattern miniaturization progresses. It is becoming very expensive.
その対案として、近年、低コスト、高スループットでパターンを形成できる微細凹凸パターンを用いたナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）が注目を集めている。１９９５年Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ大学のＣｈｏｕらによって提案されたナノインプリントリソグラフィは、装置価格や使用材料などが安価でありながら、１０ｎｍ程度の高解像度を有する微細パターンを形成できる技術として期待されている。 As an alternative, nanoimprint lithography (NIL) using a fine concavo-convex pattern capable of forming a pattern with low cost and high throughput has recently attracted attention. Nanoimprint lithography proposed by Chou et al. At Princeton University in 1995 is expected as a technique capable of forming a fine pattern having a high resolution of about 10 nm, while the apparatus price and materials used are inexpensive.
ナノインプリントリソグラフィは、予め表面にナノメートルサイズの凹凸パターンを形成したテンプレート（モールド、スタンパとも言われる）を、被転写基板表面に塗布形成された樹脂などの転写材料に押し付けて力学的に変形させて凹凸パターンを精密に転写し、パターン形成された転写材料をレジストマスクとして被転写基板を加工する技術である。一度テンプレートを作製すれば、ナノ構造が簡単に繰り返して成型できるため高いスループットが得られて経済的であるとともに、有害な廃棄物が少ないナノ加工技術であるため、近年、半導体デバイスに限らず、さまざまな分野への応用が進められている。 In nanoimprint lithography, a template (also referred to as a mold or stamper) with a nanometer concavo-convex pattern formed in advance on the surface is pressed against a transfer material such as a resin applied and formed on the surface of the substrate to be transferred, and is mechanically deformed. This is a technique for precisely transferring a concavo-convex pattern and processing a substrate to be transferred using a patterned transfer material as a resist mask. Once the template is made, the nanostructure can be easily and repeatedly molded, so that high throughput is obtained and it is economical, and since it is a nano-processing technology with less harmful waste, not only semiconductor devices in recent years, Applications in various fields are being promoted.
このようなナノインプリントリソグラフィには、熱可塑性材料を用いて熱により凹凸パターンを転写する熱ナノインプリントリソグラフィや、光硬化性材料を用いて紫外線により凹凸パターンを転写する光ナノインプリントリソグラフィなどが知られている。転写材料としては、熱ナノインプリントリソグラフィでは熱可塑性樹脂、光ナノインプリントリソグラフィでは光硬化性樹脂が用いられる。以後、本発明においては、転写材料をレジストと言う。光ナノインプリントリソグラフィは、室温で低い印加圧力でパターン転写でき、熱ナノインプリントリソグラフィのような加熱・冷却サイクルが不要でテンプレートや樹脂の熱による寸法変化が生じないために、解像性、アライメント精度、生産性などの点で優れていると言われている。以後、本発明では、光ナノインプリントリソグラフィを、単に、ナノインプリントリソグラフィと言う。 As such nanoimprint lithography, thermal nanoimprint lithography that transfers a concavo-convex pattern by heat using a thermoplastic material, optical nanoimprint lithography that transfers a concavo-convex pattern by ultraviolet light using a photocurable material, and the like are known. As the transfer material, a thermoplastic resin is used in thermal nanoimprint lithography, and a photocurable resin is used in optical nanoimprint lithography. Hereinafter, in the present invention, the transfer material is referred to as a resist. Optical nanoimprint lithography can transfer patterns at low applied pressure at room temperature, does not require heating / cooling cycles like thermal nanoimprint lithography, and does not cause dimensional changes due to template or resin heat. It is said that it is excellent in terms of sex. Hereinafter, in the present invention, optical nanoimprint lithography is simply referred to as nanoimprint lithography.
図６は、従来のナノインプリントリソグラフィによるパターン形成方法を示す工程断面図である。図６（ａ）に示すように、まず、転写すべきパターンを有するテンプレート６０を準備する。一方、被転写基板６１上にレジスト６２を塗布する。
FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a conventional pattern formation method using nanoimprint lithography. As shown in FIG. 6A, first, a
次に、テンプレート６０の凹凸パターンを被転写基板６１上のレジスト６２に接触させて加圧し、図６（ｂ）に示すように、テンプレート６０を押し付けた状態で光（紫外光）６３を照射し、レジスト６２を硬化させる。
Next, the concavo-convex pattern of the
次に、テンプレート６０を硬化したレジスト６２から離型し、離型後、図６（ｃ）に示すように、被転写基板６１上に硬化したレジストパターン６４による転写パターンが形成される。
Next, the
ナノインプリントリソグラフィでは、テンプレート６０の凸部に相当する部分のレジストが被転写基板６１上に薄い残膜として残るので、被転写基板６１表面を露出させる必要がある場合には、図６（ｄ）に示すように、酸素ガスを用いたイオンエッチング処理などで残膜を除去する。次いで、レジストパターン６４をマスクとして被転写基板６１をエッチングし、レジストパターン６４を除去して、図６（ｅ）に示すように、転写パターンを形成した被転写基板６５を得る。
In nanoimprint lithography, a portion of the resist corresponding to the convex portion of the
従来、ナノインプリント用テンプレートの製造方法としては、テンプレートとなる石英基板などの基材表面に電子線レジストを塗布し、この電子線レジストに電子線描画を行ってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基材表面をエッチングして凹凸パターンを形成することでテンプレートを製造する方法が用いられている。 Conventionally, as a method for manufacturing a template for nanoimprint, an electron beam resist is applied to the surface of a base material such as a quartz substrate to be a template, an electron beam drawing is performed on the electron beam resist, and a resist pattern is formed. A method of manufacturing a template by etching a substrate surface as an etching mask to form an uneven pattern is used.
しかし、電子線による微細パターンの描画は高価な描画装置を用いて描画時間も長くかかるために、テンプレートの製造コストを上昇させるという問題があった。また、ナノインプリントの際に、テンプレートと被転写体の界面に異物が混入していると、両者が大きな損傷を受け、損傷を受けたテンプレートは通常、再使用することができなくなり、電子線リソグラフィで作製した高価なテンプレートを損失してしまうという問題があった。 However, drawing of a fine pattern with an electron beam takes a long time to draw using an expensive drawing apparatus, which raises the problem of increasing the manufacturing cost of the template. In addition, if foreign matter is mixed in the interface between the template and the transferred object during nanoimprinting, both of them are damaged greatly, and the damaged template cannot usually be reused. There was a problem that the produced expensive template was lost.
そこで、電子線リソグラフィで作製したテンプレートをマスターテンプレートとして母型とし、このマスターテンプレートからナノインプリントリソグラフィにより複製テンプレート（レプリカテンプレート）を作製するレプリカテンプレートの製造方法が提案されている。ウェハ基板などへの通常のナノインプリントにはこのレプリカテンプレートを使用することができる。ナノインプリントリソグラフィで作製するので製造コストが低減でき、複数のレプリカテンプレートを準備しておけばテンプレートの破損の問題に対処することができ、またテンプレートを用いるナノインプリント製造ラインを複数ラインとすることが可能となる利点がある。さらに、微細なパターンを有するマスターテンプレート及びレプリカテンプレートを作製する場合、ナノインプリント特有の工程以外の作業で、従来のフォトマスク用の製造装置を用いることにより、加工、検査などパターン精度の維持管理に有利であり、製造コストも低減できるという利点がある。 Therefore, a replica template manufacturing method has been proposed in which a template manufactured by electron beam lithography is used as a master template as a master template, and a replica template (replica template) is manufactured from the master template by nanoimprint lithography. This replica template can be used for normal nanoimprinting on a wafer substrate or the like. Since it is manufactured by nanoimprint lithography, manufacturing costs can be reduced, and if multiple replica templates are prepared, the problem of template damage can be dealt with, and the nanoimprint production line using templates can be made into multiple lines. There are advantages. Furthermore, when producing master templates and replica templates with fine patterns, it is advantageous for maintenance and management of pattern accuracy, such as processing and inspection, by using conventional photomask manufacturing equipment in operations other than the steps specific to nanoimprinting. There is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
しかし、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストに転写して形成したパターン寸法は、マスターテンプレート自体のパターン寸法ばらつきが転写されているため、もしも転写されたパターン寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎとも言う）が仕様値を外れた場合には複製テンプレートでは補正ができず、再度、マスターテンプレートから作り直さなければならないという問題があった。 However, the pattern dimension formed by transferring to the resist on the substrate to be transferred by nanoimprint lithography has transferred the pattern dimension variation of the master template itself, so if the transferred pattern dimension (also called CD: Critical Dimension) is used. When the specification value is deviated, there is a problem that correction cannot be made with the duplicate template, and it has to be made again from the master template.
フォトマスクの分野においては、レチクルを用いてウェハ上に転写されたレジストパターンに寸法ばらつきが生じた場合には、マスターであるレチクルを再作製してパターン寸法を変える方法が提案されている（特許文献１参照。）。 In the field of photomasks, a method has been proposed in which when a resist pattern transferred onto a wafer using a reticle has dimensional variations, the pattern is changed by remanufacturing the master reticle (patent). Reference 1).
しかしながら、特許文献１に記載されたレチクルの再作製は、製造コストの増大を招き、ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ：工程処理時間）が長くなるという問題があった。ナノインプリントリソグラフィにおいても同様であり、レプリカテンプレートに寸法ばらつきが生じた場合、電子線リソグラフィでマスターテンプレートから再作製することは、製造コストの増大とＴＡＴ悪化の問題を生じていた。 However, the remanufacturing of the reticle described in Patent Document 1 causes an increase in manufacturing cost, and there is a problem that TAT (Turn Around Time) is increased. The same applies to nanoimprint lithography. When dimensional variations occur in a replica template, remanufacturing from a master template by electron beam lithography has caused problems of increased manufacturing cost and TAT deterioration.
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストにテンプレートのパターンを転写するパターン形成方法において、パターン寸法ばらつきが補正されたＣＤ精度の高いパターン形成方法、及びレプリカテンプレートを低コスト、高スループットで作製できるナノインプリント用テンプレートの製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a pattern forming method in which a template pattern is transferred to a resist on a substrate to be transferred by nanoimprint lithography. Another object of the present invention is to provide a method for producing a template for nanoimprinting that can be produced with high throughput.
本発明者は、レプリカテンプレートを用いたウェハ基板などへのナノインプリントリソグラフィにおいては、レプリカテンプレートに寸法ばらつきが生じた場合、必ずしもマスターマスクを再作製しなくてもよく、実際に用いるレプリカテンプレートのパターン寸法のばらつきが補正されればよいことに着目し、インプリント用のレジストパターンがエネルギー線照射することでシュリンク（縮小）する現象を利用し、レプリカテンプレート製造時のレジストパターン形成におけるパターン寸法分布を簡易な方法で補正することにより、本発明を完成させたものである。 In the nanoimprint lithography on a wafer substrate or the like using a replica template, the present inventor does not necessarily need to re-create the master mask when the dimensional variation occurs in the replica template. Focusing on the fact that it is sufficient to compensate for variations in pattern size, the pattern size distribution in resist pattern formation during replica template manufacturing is simplified by utilizing the phenomenon that the resist pattern for imprinting shrinks (shrinks) when irradiated with energy rays. Thus, the present invention has been completed by correcting by a simple method.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明に係るパターン形成方法は、凹凸のパターンが形成されたテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上の光硬化性樹脂としてのレジストに前記テンプレートのパターンを転写するパターン形成方法であって、前記テンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより前記被転写基板上に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に電子線を照射して前記レジストパターンをシュリンクさせて前記レジストパターンの寸法分布を補正する工程と、前記被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程と、を有することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a pattern forming method according to claim 1 of the present invention is a photocurable resin on a substrate to be transferred by nanoimprint lithography using a template on which an uneven pattern is formed. resist a pattern formation method for transferring a pattern of the template as, using the template, forming a resist pattern on the transfer target substrate by nanoimprint lithography, electron beam irradiation to the resist pattern And shrinking the resist pattern to correct the size distribution of the resist pattern, and etching the substrate to be transferred to form an uneven transfer pattern.
本発明の請求項２に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１に記載のパターン形成方法において、前記電子線の照射量分布が、予め既知の、テンプレートのパターン寸法分布、ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動分布、被転写基板上のレジストパターン寸法分布、電子線照射によるレジストパターン寸法変動分布、電子線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法分布、エッチングによるパターン寸法変動分布、および被転写基板のパターン寸法分布のうちの少なくともいずれか一つに基づいて決定されることを特徴とするものである。 A pattern forming method according to a second aspect of the present invention is the pattern forming method according to the first aspect, wherein the irradiation dose distribution of the electron beam is known in advance, based on a template pattern size distribution, nanoimprint lithography. pattern size variation distribution, resist pattern size distribution on the transfer substrate, the resist pattern size variation distribution by electron beam irradiation, the resist pattern size distribution of the transferred substrate after the electron beam irradiation, pattern size variation distribution by etching, and the transferred substrate It is determined based on at least one of the pattern dimension distributions.
本発明の請求項３に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１または請求項２に記載のパターン形成方法において、前記シュリンクさせて補正した前記レジストパターンの寸法分布が不適の場合には、前記レジストパターン寸法分布に基づいて、電子線照射量を再度決定し、前記レジストパターンを再度電子線照射することを特徴とするものである。 The pattern forming method according to a third aspect of the present invention is the pattern forming method according to the first or second aspect, wherein the size distribution of the resist pattern corrected by the shrinkage is inappropriate. The electron beam irradiation amount is determined again based on the resist pattern dimension distribution, and the resist pattern is irradiated again with the electron beam.
本発明の請求項４に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１から請求項３までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法において、前記被転写基板をエッチングして形成したパターン寸法分布を計測し、前記パターン寸法分布が不適の場合には、前記被転写基板のパターン寸法分布に基づいて、電子線照射量を再度決定し、前記パターン寸法分布を計測した被転写基板以後に用いる被転写基板に適用することを特徴とするものである。 A pattern forming method according to a fourth aspect of the present invention is the pattern forming method according to any one of the first to third aspects, wherein the transferred substrate is etched. If the pattern dimension distribution is measured and the pattern dimension distribution is inappropriate, the electron beam irradiation amount is determined again based on the pattern dimension distribution of the transferred substrate, and the transferred substrate after the pattern dimension distribution is measured. The present invention is characterized in that it is applied to a transfer substrate used in the above.
本発明の請求項５に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１から請求項４までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法において、前記レジストが、前記被転写基板に設けた金属薄膜上に塗布されていることを特徴とするものである。 The pattern forming method according to a fifth aspect of the present invention is the pattern forming method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the resist is provided on the transferred substrate. It is characterized by being coated on a thin metal film.
本発明の請求項６に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１から請求項５までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法において、前記レジストパターンへの電子線照射が、ナノインプリントリソグラフィにより前記被転写基板上にレジストパターンを形成し、前記被転写基板のエッチングする領域にレジスト残膜がある状態、または前記レジスト残膜を除去した後の状態のいずれかであることを特徴とするものである。 The pattern forming method according to the sixth aspect of the present invention is the pattern forming method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the electron beam irradiation to the resist pattern is performed as follows: A resist pattern is formed on the substrate to be transferred by nanoimprint lithography, and there is a resist residual film in a region to be etched of the substrate to be transferred, or a state after the resist residual film is removed. It is what.
本発明の請求項７に記載の発明に係るパターン形成方法は、請求項１から請求項６までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法において、前記電子線照射が、設定した照射部位に対して直接、あるいはマスクパターンを介して、照射を行うことを特徴とするものである。 The pattern forming method according to the seventh aspect of the present invention is the pattern forming method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the electron beam irradiation is a set irradiation site. Irradiation is performed directly or through a mask pattern.
本発明の請求項８に記載の発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法は、凹凸のパターンが形成されたマスターテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上の光硬化性樹脂としてのレジストに前記マスターテンプレートのパターンを転写し、レプリカテンプレートを作製するナノインプリント用テンプレートの製造方法であって、請求項１から請求項７までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法により、被転写基板上に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に電子線を照射して前記レジストパターンをシュリンクさせて前記レジストパターンの寸法分布を補正する工程と、前記被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
The method for producing a template for nanoimprint according to claim 8 of the present invention uses the master template on which a concavo-convex pattern is formed and applies the resist to a resist as a photocurable resin on a transfer substrate by nanoimprint lithography. A nanoimprint template manufacturing method for transferring a master template pattern to produce a replica template, wherein the pattern forming method according to any one of claims 1 to 7 Forming a resist pattern on the substrate; irradiating the resist pattern with an electron beam to shrink the resist pattern to correct a size distribution of the resist pattern; and etching the substrate to be transferred to form an uneven transfer pattern. And forming a process. It is an.
本発明のパターン形成方法によれば、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストにテンプレートのパターンを転写するパターン形成方法において、テンプレートを再作製することなく、パターン寸法ばらつきが補正されたＣＤ精度の高いパターンを形成することができる。 According to the pattern forming method of the present invention, in a pattern forming method in which a template pattern is transferred to a resist on a substrate to be transferred by nanoimprint lithography, the pattern dimension variation is corrected without recreating the template, and the CD accuracy is high. A pattern can be formed.
本発明のナノインプリント用テンプレートの製造方法によれば、マスターテンプレートを再作製することなく、パターン寸法ばらつきが補正されたＣＤ精度の高いレプリカテンプレートを作製することにより、低コスト、高スループットで作製できるナノインプリント用テンプレートを提供することが可能となる。 According to the method for producing a template for nanoimprint of the present invention, a nanoimprint that can be produced at a low cost and a high throughput by producing a replica template with high CD accuracy in which variation in pattern dimensions is corrected without recreating a master template. Template can be provided.
本発明のパターン形成方法は、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストにテンプレートのパターンを転写するパターン形成方法であって、テンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上にレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンにエネルギー線を照射してレジストパターンをシュリンクさせてレジストパターンの寸法分布を補正する工程と、被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程と、を有するパターン形成方法である。 The pattern forming method of the present invention is a pattern forming method for transferring a template pattern to a resist on a transferred substrate by nanoimprint lithography, and a step of forming a resist pattern on the transferred substrate by nanoimprint lithography using the template A pattern forming method comprising: a step of irradiating the resist pattern with energy rays to shrink the resist pattern to correct a size distribution of the resist pattern; and a step of etching the transfer substrate to form an uneven transfer pattern. It is.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るパターン形成方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明のパターン形成方法においては、上記のエネルギー線の照射量分布が、予め既知の、テンプレートのパターン寸法分布、ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動分布、被転写基板上のレジストパターン寸法分布、エネルギー線照射によるレジストパターン寸法変動分布、エネルギー線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法分布、エッチングによるパターン寸法変動分布、および被転写基板のパターン寸法分布のうちの少なくともいずれか一つに基づいて決定されるものである。 In the pattern forming method of the present invention, the irradiation amount distribution of the energy beam is known in advance, the template pattern size distribution, the pattern size variation distribution by nanoimprint lithography, the resist pattern size distribution on the transfer substrate, and the energy beam irradiation. Is determined based on at least one of a resist pattern dimensional variation distribution due to, a resist pattern dimensional distribution of the transferred substrate after energy beam irradiation, a pattern dimensional variation distribution due to etching, and a pattern dimensional distribution of the transferred substrate. Is.
図１は、本発明のパターン形成方法の工程フローと、被転写基板のパターン寸法（ＣＤ）を決定する因子を示す説明図である。図１では、ナノインプリント用レプリカテンプレートの製造方法を例にして説明している。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the process flow of the pattern forming method of the present invention and factors that determine the pattern dimension (CD) of the transferred substrate. In FIG. 1, the manufacturing method of the replica template for nanoimprint is demonstrated as an example.
図１に示すように、本発明のパターン形成方法は、テンプレート（マスターテンプレート）１０を用いて（図１（ａ））、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板１１上にレジストパターン１２を形成する工程（図１（ｂ））と、レジストパターン１２にエネルギー線を照射してレジストパターンをシュリンクさせてレジストパターンの寸法分布を補正する工程と、被転写基板１１をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程（図１（ｃ））と、を備えたパターン形成方法である。図１（ｃ）では、レジストパターンを剥離除去した被転写基板（レプリカテンプレート）１３の状態を示している。
As shown in FIG. 1, the pattern forming method of the present invention uses a template (master template) 10 (FIG. 1A) to form a resist pattern 12 on a
図１において、テンプレート（マスターテンプレート）１０のパターン寸法をＷ０、ナノインプリントリソグラフィの転写によるパターン寸法変動をＷＡ、被転写基板１１上のレジストパターン寸法をＷ１、エネルギー線照射によるレジストパターン寸法変動をＷＥ、エネルギー線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法をＷ１’、被転写基板のエッチングによるパターン寸法変動をＷＢ、被転写基板（レプリカテンプレート）１３のパターン寸法をＷ２とすると、
ＷＡ＝Ｗ１−Ｗ０、ＷＥ＝Ｗ１’−Ｗ１、ＷＢ＝Ｗ２−Ｗ１’ ・・・（１）
という関係が成り立ち、被転写基板（レプリカテンプレート）１３のパターン寸法Ｗ２は、Ｗ０とＷＡとＷＥとＷＢの値で決められる。本発明では、便宜的に、
Ｗ２＝Ｗ０+ＷＡ+ＷＥ+ＷＢ ・・・（２）
と記す。さらに、上記の関係からＷ２は、
Ｗ２＝Ｗ１+ＷＥ+ＷＢ＝Ｗ１'+ＷＢ ・・・（３）
とも書ける。
In FIG. 1, the pattern dimension of a template (master template) 10 is W0, the pattern dimension variation due to transfer of nanoimprint lithography is WA, the resist pattern dimension on the
WA = W1-W0, WE = W1′-W1, WB = W2-W1 ′ (1)
Thus, the pattern dimension W2 of the transferred substrate (replica template) 13 is determined by the values of W0, WA, WE, and WB. In the present invention, for convenience,
W2 = W0 + WA + WE + WB (2)
. Furthermore, from the above relationship, W2 is
W2 = W1 + WE + WB = W1 ′ + WB (3)
You can also write.
したがって、本発明においては、上記のエネルギー線の照射量分布は、予め既知の、テンプレート（マスターテンプレート）のパターン寸法（Ｗ０）分布、ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動（ＷＡ）分布、被転写基板上のレジストパターン寸法（Ｗ１）分布、エネルギー線照射によるレジストパターン寸法変動（ＷＥ）分布、エネルギー線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法（Ｗ１’）分布、被転写基板のエッチングによるパターン寸法変動（ＷＢ）分布、および被転写基板のパターン寸法（Ｗ２）分布のうちの少なくともいずれか一つに基づいて決定される。 Therefore, in the present invention, the irradiation dose distribution of the above-mentioned energy beam is known in advance as the pattern dimension (W0) distribution of the template (master template), the pattern dimension variation (WA) distribution by nanoimprint lithography, Resist pattern dimension (W1) distribution, resist pattern dimension variation (WE) distribution due to energy beam irradiation, resist pattern dimension (W1 ′) distribution of the transferred substrate after energy beam irradiation, pattern dimension variation (WB) due to etching of the transferred substrate ) Distribution and the pattern dimension (W2) distribution of the transferred substrate.
本発明において、被転写基板上に金属薄膜をハードマスクとして設けた場合には、ハードマスクエッチングによるパターン寸法変動も考慮すべきであるが、上記以外の因子はそれだけでエネルギー線の照射量を決定し得るわけではなく、上記のエネルギー線の照射量分布を決める因子の少なくともいずれか一つと共に用いられるものである。 In the present invention, when a metal thin film is provided as a hard mask on a substrate to be transferred, pattern dimension fluctuations due to hard mask etching should be taken into consideration, but factors other than the above determine the amount of energy beam irradiation alone. However, it is used together with at least one of the factors that determine the irradiation dose distribution of the energy beam.
次に、本発明の実施形態に係るパターン形成方法及びナノインプリント用テンプレートの製造方法について、図面に基づいて例示しながら詳細に説明する。
（実施形態）
本実施形態は、まずテスト用のレプリカテンプレートを作製し、そのパターン寸法分布の結果をフィードバックし、本番用のレプリカテンプレートを作製するパターン形成方法である。
Next, a pattern forming method and a nanoimprint template manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment)
The present embodiment is a pattern formation method in which a test replica template is first manufactured, the result of the pattern dimension distribution is fed back, and a production replica template is manufactured.
すなわち、パターン寸法が計測されたマスターテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィによりテスト用レプリカテンプレートを作製し、このテスト用レプリカテンプレートのパターン寸法分布を計測した後、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板にレジストパターンを形成し、マスターテンプレートのパターン寸法とテスト用レプリカテンプレートのパターン寸法分布に基づいて、レジストパターンの各位置に所定のエネルギー線量のエネルギー線を照射してレジストパターンをシュリンクさせ、レジストパターンの寸法分布を補正してから、被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成するパターン形成方法である。 In other words, using a master template with measured pattern dimensions, a test replica template is prepared by nanoimprint lithography, and after measuring the pattern dimension distribution of this test replica template, a resist pattern is formed on the transfer substrate by nanoimprint lithography. Then, based on the pattern dimension distribution of the master template and the pattern dimension distribution of the test replica template, the resist pattern is shrunk by irradiating each position of the resist pattern with an energy beam of a predetermined energy dose, and the resist pattern dimension distribution is corrected. After that, the pattern forming method is to form an uneven transfer pattern by etching the transfer substrate.
図２は、本発明のパターン形成方法の実施形態の一例を示し、ナノインプリント用テンプレートの製造方法の工程フロー図である。 FIG. 2 is a process flow diagram of a method for producing a template for nanoimprinting, showing an example of an embodiment of the pattern forming method of the present invention.
まず、マスターテンプレートを作製し、マスターテンプレートのパターン寸法（マスターパターン寸法と記す）を計測する（ステップＳ２１）。 First, a master template is prepared, and the pattern dimension of the master template (referred to as master pattern dimension) is measured (step S21).
次に、上記のマスターテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィによりテスト用の被転写基板上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成し、テスト用のレプリカテンプレートを作製し、テスト用のレプリカテンプレートのパターン寸法を計測する（ステップＳ２２）。 Next, using the above master template, a resist pattern is formed on the test substrate by nanoimprint lithography, and the transfer substrate is etched using this resist pattern as a mask to form an uneven transfer pattern. A replica template is prepared, and the pattern dimensions of the test replica template are measured (step S22).
次に、上記のマスターパターン寸法とテスト用のレプリカテンプレートのパターン寸法から、テスト用レプリカテンプレートの転写されるフィールド内のパターン寸法分布マップを作成し、被転写基板のフィールド内のレジストパターンの各位置に照射するエネルギー線照射量を決定する（ステップＳ２３）。 Next, a pattern dimension distribution map in the field to which the test replica template is transferred is created from the master pattern dimension and the pattern dimension of the test replica template, and each position of the resist pattern in the field of the substrate to be transferred is created. The amount of energy beam irradiation to be irradiated is determined (step S23).
エネルギー線照射量とレジストパターンのシュリンク量との関係は、予め測定しておく。 The relationship between the energy beam irradiation amount and the shrink amount of the resist pattern is measured in advance.
図３は、本発明のパターン形成方法において、被転写基板のフィールド内のレジストパターンの各位置に照射するエネルギー線照射量を示すマップ３０の一例である。図３に示す例では、光透過性基板３１上の転写パターンのフィールド３２を１６個の矩形領域に区分し、エネルギー線照射による各領域におけるパターン寸法の補正を図の濃淡で示してある。図３において、例えば、Ａで示される白抜きの領域に位置するパターンは、ほぼ目的とするパターン寸法分布を示しており補正は不要であり、Ｂで示される黒点数の少ない淡い領域に位置するパターンは、パターン寸法幅を小さくする補正が必要であるが補正量は小さくてよいパターン寸法分布を示し、Ｃで示される黒点数の多い濃い領域に位置するパターンは、パターン寸法幅を小さくするための大きい補正量を必要とするパターン寸法分布を示すものとする。上記の図３に示す例では、照射するエネルギー線は、領域Ｂではやや少ないエネルギー線照射量、領域Ｃではやや多いエネルギー線照射量とする。
FIG. 3 is an example of a
次に、ナノインプリントリソグラフィにより本番用の被転写基板にレジストパターンを形成する（ステップＳ２４）。 Next, a resist pattern is formed on the actual transfer target substrate by nanoimprint lithography (step S24).
次に、本番用の被転写基板上のレジストパターンの各位置に、所定のエネルギー線照射量のエネルギー線を照射してレジストパターンをシュリンクさせてレジストパターンの寸法分布を補正する。 Next, the resist pattern is shrunk by irradiating each position of the resist pattern on the actual transfer target substrate with an energy beam having a predetermined energy beam irradiation amount, thereby correcting the dimension distribution of the resist pattern.
次いで、エネルギー線照射後の被転写基板上の転写パターンフィールド内におけるレジストパターンの寸法分布を測定する（ステップＳ２５）。 Next, the dimension distribution of the resist pattern in the transfer pattern field on the transfer target substrate after the energy beam irradiation is measured (step S25).
測定されたレジストパターンの寸法分布が良好（ＯＫ）であれば、このレジストパターンをマスクとして被転写基板をエッチングし、凹凸の転写パターンであるレプリカパターンを形成し、次に、このレプリカパターンの寸法分布を計測する（ステップＳ２７）。 If the measured dimensional distribution of the resist pattern is good (OK), the transferred substrate is etched using this resist pattern as a mask to form a replica pattern which is a concavo-convex transfer pattern. Distribution is measured (step S27).
レプリカパターンの寸法分布が良好（ＯＫ）であれば、レプリカテンプレートが完成する（ステップＳ２９）。 If the dimension distribution of the replica pattern is good (OK), the replica template is completed (step S29).
上記のナノインプリント用テンプレートの製造方法のステップＳ２５において、シュリンクして補正したレジストパターンの寸法分布が不適（ＮＧ）の場合には、上記のマスターテンプレートのパターン寸法分布を用いて各位置に照射するエネルギー線照射量を再度決定し、レジストパターンを再度エネルギー線照射してレジストパターンの寸法分布を補正する（ステップＳ２６）。 In step S25 of the method for manufacturing a template for nanoimprint, if the size distribution of the resist pattern corrected by shrinking is inappropriate (NG), the energy applied to each position using the pattern size distribution of the master template The radiation dose is determined again, and the resist pattern is again irradiated with energy rays to correct the resist pattern size distribution (step S26).
上記のナノインプリント用テンプレートの製造方法のステップＳ２７において、レプリカパターンの寸法分布が不適（ＮＧ）の場合には、レプリカパターンの寸法分布に基づいて、各位置に照射するエネルギー線照射量を再度決定し、以後に製造するレプリカテンプレートに適用する（（ステップＳ２８）。 In step S27 of the nanoimprint template manufacturing method described above, when the replica pattern dimension distribution is inappropriate (NG), the energy beam irradiation amount irradiated to each position is determined again based on the replica pattern dimension distribution. Then, it applies to the replica template manufactured after that (step S28).
本実施形態のパターン形成方法は、テスト用レプリカテンプレートのパターン寸法分布に基づいているため、より実際に即したパターン形成方法である。
（ＲＬＴ）
ナノインプリントリソグラフィでは、従来のフォトリソグラフィと異なる点の１つとして、パターン転写後にパターンの底部分に、厚み数ｎｍ〜数１０ｎｍの薄いレジスト層が残膜として残ることが挙げられる。フォトレジストと異なり、ナノインプリントリソグラフィではナノインプリント後の現像工程は不要である。レジスト残膜の厚みは、ＲＬＴ（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）と呼ばれる。そこで、通常は、酸素ガスを用いたイオンエッチング処理などでレジスト残膜を除去する工程が必要となる。
Since the pattern forming method of the present embodiment is based on the pattern size distribution of the test replica template, it is a more practical pattern forming method.
(RLT)
In nanoimprint lithography, one of the differences from conventional photolithography is that a thin resist layer having a thickness of several nanometers to several tens of nanometers remains as a residual film on the bottom of the pattern after pattern transfer. Unlike photoresist, nanoimprint lithography does not require a development process after nanoimprint. The thickness of the resist remaining film is called RLT (Residual Layer Thickness). Therefore, usually, a step of removing the resist residual film by an ion etching process using oxygen gas is required.
本発明のナノインプリント用テンプレートの製造方法においては、上記のレジストパターンに所定のエネルギー線照射量のエネルギー線を照射する工程は、レジスト残膜がある状態、またはそのレジスト残膜を除去した後の状態のいずれにおいても可能である。
（エネルギー線照射）
本発明において、エネルギー線としては、電子線、Ｘ線、紫外線などをあげることができ、レジストパターンへのエネルギー線照射は、設定した照射部位に対して直接、あるいはマスクパターンを介して、照射を行なうことができる。例えば、エネルギー線として電子線を用いる場合には、電子線描画装置または走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）等の装置機構による電子線照射方法や電子線装置でステンシルマスクを用いる電子線照射方法を適用することができる。
（レジストパターンおよびパターン寸法測定）
上記の実施形態において、レジストパターンおよびパターン寸法測定には、測長ＳＥＭ、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡、Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、ＯＣＤ（光学式寸法測定器、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）測定装置などを用いて測定することができる。しかし、測長ＳＥＭは観察用の電子線がレジストパターンに照射されるので、パターン補正用のエネルギー線（電子線）照射量の合計量が変動してしまうおそれがあり、あまり好ましくない。ＯＣＤ測定装置は、大気中で、非破壊で、測定対象物に汚染を生じないで短時間に測定できる利点を有するのでより好ましい。
In the method for producing a template for nanoimprinting of the present invention, the step of irradiating the resist pattern with energy rays having a predetermined energy ray irradiation amount is a state in which a resist residual film is present or a state after the resist residual film is removed. Any of the above is possible.
(Energy beam irradiation)
In the present invention, examples of energy rays include electron beams, X-rays, ultraviolet rays, and the like. The resist pattern is irradiated with energy rays directly or via a mask pattern. Can be done. For example, when an electron beam is used as an energy beam, an electron beam irradiation method using an electron beam drawing apparatus or a scanning electron beam microscope (SEM) or an electron beam irradiation method using a stencil mask in an electron beam apparatus is applied. can do.
(Resist pattern and pattern dimension measurement)
In the above embodiment, the resist pattern and the pattern dimension are measured using a length measuring SEM, an AFM (Atomic Force Microscope), an OCD (Optical Dimension Measuring Instrument, Optical Critical Dimension) measuring apparatus, or the like. can do. However, since the electron beam for observation is irradiated onto the resist pattern in the length measurement SEM, there is a possibility that the total amount of energy beam (electron beam) irradiation for pattern correction may fluctuate, which is not preferable. The OCD measuring apparatus is more preferable because it has an advantage that it can be measured in a short time without being destructed in the atmosphere without causing contamination of the measurement object.
ＯＣＤ測定装置は、周期的に配置されたレジストパターンに垂直な方向から入射される光の反射後のスペクトルを解析することにより、レジストパターンの幅寸法、膜厚、テーパ角度及び断面形状などを計測できる。 The OCD measurement device measures the width, thickness, taper angle, and cross-sectional shape of the resist pattern by analyzing the spectrum after reflection of light incident from a direction perpendicular to the periodically arranged resist patterns. it can.
次に、本発明のパターン形成方法において用いる材料について説明する。
（被転写基板）
本発明のパターン形成方法において、被転写基板としては、ナノインプリントリソグラフィにより被転写基板上のレジストにテンプレートのパターンを転写し、ナノメートルサイズの微細パターンを形成するのに用いられる各種の材料が適用でき、被転写基板材料として特に限定されることはない。例えば、半導体基板材料、磁気記録材料、光学素子材料、バイオ素子材料、ディスプレイ材料などが用いられる。
Next, materials used in the pattern forming method of the present invention will be described.
(Transfer substrate)
In the pattern forming method of the present invention, various materials used for transferring a template pattern to a resist on a transferred substrate by nanoimprint lithography to form a nanometer-sized fine pattern can be applied as the transferred substrate. The substrate material to be transferred is not particularly limited. For example, a semiconductor substrate material, a magnetic recording material, an optical element material, a bio element material, a display material, or the like is used.
被転写基板として、ナノインプリントリソグラフィで用いられるテンプレートには、パターン寸法の安定性、耐薬品性、加工特性などが求められる。テンプレートの基材となる被転写基板を構成する材料としては、ナノインプリントに用いる光を透過する石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板などが挙げられるが、石英ガラス基板は、フォトマスク用基板としての使用実績が高く品質が安定しており、凹凸パターンを設けることにより一体化した光透過性の構造とすることができ、高精度の微細な凹凸パターンを形成できるので、より好ましい。
（レジスト）
ナノインプリントリソグラフィに用いられる光硬化性樹脂としてのレジストは、反応機構の違いからラジカル重合タイプとイオン重合タイプに大別される。いずれのタイプのレジストもインプリント可能であるが、材料選択性の広さからラジカル重合型が一般的に用いられている。ラジカル重合タイプにおいては、ラジカル重合可能なビニル基や（メタ）アクリル基を有するモノマーと光重合開始剤を含んだ組成物が一般的に用いられ、光照射により光重合開始剤により発生したラジカルがモノマーのエチレン性不飽和結合と反応して重合反応が進み、ポリマーを形成する。上記のように、ナノインプリント用のレジストは、通常、ネガ型のレジストが用いられる。以後の説明では、ネガ型レジストの場合を例として説明する。
As a substrate to be transferred, a template used in nanoimprint lithography is required to have pattern dimension stability, chemical resistance, processing characteristics, and the like. Examples of the material constituting the substrate to be transferred as a template base material include quartz glass, soda glass, fluorite, and calcium fluoride substrates that transmit light used for nanoimprinting. The quartz glass substrate is used for a photomask. It is more preferable because it has a proven track record as a substrate and has a stable quality, and can provide an integrated light-transmitting structure by providing a concavo-convex pattern, and a highly accurate fine concavo-convex pattern can be formed.
(Resist)
Resist as a photocurable resin used in nanoimprint lithography is roughly classified into radical polymerization type and ion polymerization type due to the difference in reaction mechanism. Although any type of resist can be imprinted, a radical polymerization type is generally used because of its wide material selectivity. In the radical polymerization type, a composition containing a monomer having a vinyl group or (meth) acryl group capable of radical polymerization and a photopolymerization initiator is generally used, and radicals generated by the photopolymerization initiator upon irradiation with light are detected. The polymerization reaction proceeds by reacting with the ethylenically unsaturated bond of the monomer to form a polymer. As described above, a negative resist is generally used as the nanoimprint resist. In the following description, the case of a negative resist will be described as an example.
ナノインプリント用のレジストは、光硬化後であっても、レジストパターンをエネルギー線照射することにより、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度のシュリンクが生じる。本発明は、このエネルギー線照射によるレジストパターンのシュリンク作用を利用してレジストパターン幅の補正を行うものである。エネルギー線照射によるレジストパターンのシュリンク量は、補正対象のパターンの種類、使用するレジストの種類、レジストの硬化条件（レジストパターン形成条件）、レジストパターンの膜厚、エネルギー線の種類、エネルギー線（電子線）の加速電圧、単位面積あたりの照射量（電荷量）などにより異なるので、目標とするレジストパターンに合わせて、予めシュリンク量を測定しておくことが好ましい。 Even if the resist for nanoimprinting is after photocuring, shrinkage of several nm to 10 nm is generated by irradiating the resist pattern with energy rays. In the present invention, the resist pattern width is corrected by utilizing the shrink effect of the resist pattern by this energy beam irradiation. The amount of shrinkage of the resist pattern by energy beam irradiation is the type of pattern to be corrected, the type of resist used, the resist curing conditions (resist pattern formation conditions), the resist pattern film thickness, the type of energy rays, and the energy rays (electrons The amount of shrinkage is preferably measured in advance according to the target resist pattern, because it varies depending on the acceleration voltage of the line) and the irradiation amount (charge amount) per unit area.
エネルギー線照射によるレジストパターンのシュリンクは、レジストパターンを熱処理することなくシュリンクすることができる。熱処理が不要なため、レジストパターン精度を高精度に維持することができ、かつ、所望する領域のパターンを選択的、部分的に補正することが可能となる。もとより、本発明においては、パターン全面をエネルギー線で照射し、同一の補正量でシュリンクすることも可能である。
（金属薄膜）
本発明のパターン形成方法においては、上記のレジストは、被転写基板に設けた金属薄膜上に塗布されているのが好ましい。有機物であるレジストパターンはドライエッチング耐性が低いので、レジストパターンを金属薄膜パターンに変換して被転写基板のエッチングを行なうものであり、より微細なパターン形成が可能となる。
The resist pattern can be shrunk by energy beam irradiation without heat-treating the resist pattern. Since heat treatment is unnecessary, the resist pattern accuracy can be maintained with high accuracy, and the pattern of a desired region can be selectively and partially corrected. Of course, in the present invention, it is also possible to irradiate the entire pattern surface with energy rays and shrink with the same correction amount.
(Metal thin film)
In the pattern forming method of the present invention, the resist is preferably applied on a metal thin film provided on the transfer substrate. Since the resist pattern, which is an organic substance, has low dry etching resistance, the resist pattern is converted into a metal thin film pattern to etch the transferred substrate, and a finer pattern can be formed.
金属薄膜としては、被転写基板のエッチング時のマスクとして、石英ガラス基板等の被転写基板とエッチング選択比が十分にとれる耐エッチング性を有する材料が用いられる。エッチング選択比は大きいほど好ましい。材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、あるいは窒化クロム（ＣｒＮ）、酸化クロム（ＣｒＯ）、酸窒化クロム（ＣｒＮＯ）等のクロム系化合物、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸窒化タンタル（ＴａＮＯ）、酸化硼化タンタル（ＴａＢＯ）、酸窒化硼化タンタル（ＴａＢＮＯ）等のタンタル化合物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等が、膜厚数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の範囲で用いられる。これらの中で、クロム系材料は、石英ガラス基板のドライエッチングに用いるフッ素系ガスのプラズマに対して強い耐性をもち、またウェットエッチングが容易であり、好ましい材料である。 As the metal thin film, a material having an etching resistance capable of taking an etching selectivity sufficiently with respect to the transfer substrate such as a quartz glass substrate is used as a mask when etching the transfer substrate. The larger the etching selectivity, the better. Examples of materials include metals such as chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), silicon (Si), and aluminum (Al), or chromium nitride (CrN), chromium oxide (CrO), and chromium oxynitride. Chromium compounds such as (CrNO), tantalum oxide (TaO), tantalum oxynitride (TaNO), tantalum boride (TaBO), tantalum oxynitride (TaBNO), etc., titanium nitride (TiN), nitride Silicon (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like is used in a thickness range of several nm to 10 nm. Among these materials, a chromium-based material is a preferable material because it has a strong resistance to a fluorine-based gas plasma used for dry etching of a quartz glass substrate and is easily wet-etched.
上記の金属薄膜の中で、特に導電性を有する金属薄膜は、石英ガラス基板をドライエッチングする時のエッチングマスクとしての機能と、電子線などの荷電粒子線によるエネルギー線をレジストパターンへ照射した時のチャージアップによるレジストパターンの歪みの発生を防止する機能とを有しており、より好ましい材料である。例えば、厚み数ｎｍ〜数１０ｎｍのクロム（Ｃｒ）などの導電性金属薄膜が用いられる。 Among the metal thin films described above, the conductive metal thin film has a function as an etching mask when dry-etching a quartz glass substrate, and when a resist pattern is irradiated with energy rays from charged particle beams such as electron beams. It has a function of preventing the distortion of the resist pattern due to the charge-up, and is a more preferable material. For example, a conductive metal thin film such as chromium (Cr) having a thickness of several nanometers to several tens of nanometers is used.
また、エッチング選択比が確保されれば、金属薄膜は２層以上の多層膜であってもよく、例えば、クロムとシリコンの２層膜、あるいはクロムと酸化シリコンの２層膜等が挙げられる。
（反転パターン）
本発明のパターン形成方法において、ナノインプリント用レプリカテンプレートを作製する場合には、得られたレプリカテンプレートの凹凸パターンは、マスターテンプレートの凹凸パターンの凹凸関係、左右関係が反転したパターンとなる。したがって、必要とされるレプリカテンプレートのパターンに対応して、予めマスターテンプレートのパターンデータを変換し、凹凸関係、左右関係が反転したパターンを有するマスターテンプレートを用いてレプリカテンプレートを作製すれば、必要とされる所望のパターンを有するレプリカテンプレートを得ることができる。あらかじめパターンデータを変換しておく方法は、レプリカテンプレート製造プロセスに負荷がかからず、欠陥発生が増加することのない好ましい方法である。
If the etching selectivity is ensured, the metal thin film may be a multilayer film of two or more layers, for example, a two-layer film of chromium and silicon or a two-layer film of chromium and silicon oxide.
(Reverse pattern)
In the pattern formation method of the present invention, when a replica template for nanoimprint is manufactured, the concavo-convex pattern of the obtained replica template is a pattern in which the concavo-convex relationship and the lateral relationship of the concavo-convex pattern of the master template are reversed. Therefore, if the master template pattern data is converted in advance corresponding to the required replica template pattern, and the replica template is produced using a master template having a pattern in which the concavo-convex relationship and the left-right relationship are reversed, it is necessary. A replica template having a desired pattern can be obtained. The method of converting the pattern data in advance is a preferable method in which the replica template manufacturing process is not burdened and the occurrence of defects does not increase.
以上、本発明に係るパターン形成方法及びナノインプリント用テンプレートの製造方法について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するならば、いずれも本発明の技術的範囲に包含されるものである。 As mentioned above, although embodiment was described about the pattern formation method which concerns on this invention, and the manufacturing method of the template for nanoimprint, this invention is not limited to said embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the embodiment has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any of the technical effects of the present invention can be obtained as long as the same effects can be obtained. It is included in.
次に、実施例により本発明を説明する。 Next, an example explains the present invention.
図４及び図４に続く図５は、本発明のパターン形成方法に基づく、ナノインプリント用テンプレートの実施例を示す工程断面模式図である。 FIG. 5 following FIG. 4 and FIG. 4 is a process cross-sectional schematic diagram showing an example of a nanoimprint template based on the pattern forming method of the present invention.
マスターテンプレート用の光透過性基板として、外形が６インチ角、厚さ０．２５インチの石英基板を準備し、その一方の主面上にスパッタリング法で金属薄膜としてクロム（Ｃｒ）膜を膜厚５ｎｍ形成した。 A quartz substrate having an outer shape of 6 inches square and a thickness of 0.25 inches is prepared as a light transmissive substrate for a master template, and a chromium (Cr) film is formed as a metal thin film on one main surface by sputtering. 5 nm was formed.
次に、Ｃｒ膜の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画し、現像し、レジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてＣｒ膜を塩素と酸素の混合ガスでドライエッチングし、Ｃｒ膜パターンを形成し、次いで、レジストパターンを酸素プラズマで剥離除去し、Ｃｒ薄膜パターンをマスクとして、石英基板をフッ素系ガスを用いてドライエッチングし、凹凸パターンを形成し、次に、Ｃｒパターンをエッチングして除去し、図４（ａ）に示すように、石英基板の転写されるパターン領域（フィールド）に凹凸パターンを設けたマスターテンプレート４０を作製し、そのパターン寸法（パターン幅ｗ１；パターン間隔ｄ１）を計測した。
Next, an electron beam resist is applied onto the Cr film, electron beam drawing, development is performed, a resist pattern is formed, and the Cr film is dry-etched with a mixed gas of chlorine and oxygen using the resist pattern as a mask. A pattern is formed, and then the resist pattern is peeled and removed with oxygen plasma. Using the Cr thin film pattern as a mask, the quartz substrate is dry-etched using fluorine-based gas to form an uneven pattern, and then the Cr pattern is etched. Then, as shown in FIG. 4A, a
一方、テスト用のレプリカテンプレートの被転写基板として、マスターテンプレート用の光透過性基板と同様に、図４（ａ）に示すように、厚み５ｎｍのＣｒ薄膜４２を設けた同一サイズの合成石英の被転写基板４１を用意し、このＣｒ薄膜４２上にインクジェット法でレジスト（光硬化性樹脂）４３をレジスト残膜が厚み１０ｎｍとなる様に配設した。
On the other hand, as shown in FIG. 4 (a), a synthetic replica quartz of the same size provided with a 5 nm-thick Cr
次に、上記のマスターテンプレート４０を用いてナノインプリントリソグラフィにより、マスターテンプレート４０の凹凸パターンを被転写基板４１のレジスト（光硬化性樹脂）４３に接触させて加圧し、図４（ｂ）に示すように、マスターテンプレート４０を押し付けた状態で光（紫外光）４４を照射し、レジスト（光硬化性樹脂）４３を硬化させた。
Next, the concave / convex pattern of the
次に、マスターテンプレート４０を硬化したレジストから離型し、図４（ｃ）に示すように、被転写基板４１に硬化した光硬化性樹脂のレジストパターン４５による転写パターンを形成した。
Next, the
図４（ｃ）に示すように、ナノインプリントリソグラフィでは、マスターテンプレート４０の凸部に相当する部分のレジスト（光硬化性樹脂）が被転写基板４１上に薄い残膜４５ａとして残る。そこで、酸素ガスを用いたイオンエッチング処理などで残膜４５ａを除去し、図４（ｄ）に示すように、Ｃｒ薄膜４２を露出させ、レジストパターン４５ｂをマスクとしてＣｒ薄膜４２を塩素と酸素の混合ガスでドライエッチングしてＣｒ薄膜パターンを形成し、次いで、レジストパターン４５ｂを酸素プラズマで除去した。
As shown in FIG. 4C, in nanoimprint lithography, a portion of the resist (photocurable resin) corresponding to the convex portion of the
次に、Ｃｒ薄膜パターンをマスクとして、被転写基板（石英基板）４１をフッ素系ガスを用いてドライエッチングし、図４（ｅ）に示すように、凹凸パターンを設けたテスト用レプリカテンプレート４６を作製した。
Next, using the Cr thin film pattern as a mask, the transferred substrate (quartz substrate) 41 is dry-etched using a fluorine-based gas, and a
次に、測長ＳＥＭを用いてテスト用レプリカテンプレート４６のパターン寸法（パターン幅ｗ２；パターン間隔ｄ２）を計測し、マスターテンプレート４０のパターン寸法とテスト用レプリカテンプレート４６のパターン寸法から転写されるパターン領域（フィールド）内のパターン寸法分布を示すマップを作成し、フィールド内の各位置に照射する電子線量を決定した。すなわち、パターン寸法分布は、補正が不要な領域Ａ、レジストパターンのシュリンクによる補正が必要であるが補正量は小さくてよい領域Ｂ、やや大きい補正量を必要とする領域Ｃの３領域に分類し、領域Ｂ、領域Ｃの照射電子線量を決定した。
Next, the pattern dimension (pattern width w2; pattern interval d2) of the
次に、図５（ａ）に示すように、テスト用レプリカテンプレートの被転写基板と同仕様の本番用の被転写基板５１を準備し、テスト用レプリカテンプレートの作製と同じ工程で、マスターテンプレート４０のパターンをナノインプリントリソグラフィで被転写基板５１上のレジスト（光硬化性樹脂）に転写して、レジストパターン５５を形成した。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次に、酸素ガスを用いたイオンエッチング処理などでレジスト残膜５５ａを除去し、図５（ｂ）に示すように、被加工基板５１上のＣｒ薄膜５２を露出させた。
Next, the resist
次に、上記のテスト用レプリカテンプレート４６のパターン寸法分布に基づいて、図５（ｃ）に示すように、被転写基板５１上のレジストパターン５５ｂの各位置に所定の電子線量の電子線５６を照射し、レジストパターン５５ｂをシュリンクさせてレジストパターン５７とし、寸法分布を補正した。
Next, based on the pattern dimension distribution of the
次いで、図５（ｄ）に示すように、電子線照射後の被転写基板５１上の転写パターンフィールド内の各位置におけるシュリンクしたレジストパターン５７の寸法（パターン幅ｗ３；パターン間隔ｄ３）を、ＯＣＤ測定装置を用いて計測し、パターン寸法分布マップを作成した。
Next, as shown in FIG. 5D, the dimensions (pattern width w3; pattern interval d3) of the shrink resist
測定されたレジストパターン５７の寸法分布は仕様値内に入り良好（ＯＫ）であったので、このレジストパターン５７をマスクとしてＣｒ薄膜５２を塩素と酸素の混合ガスでドライエッチングし、図５（ｅ）に示すように、Ｃｒ薄膜パターン５２ａを形成し、次いで、図５（ｆ）に示すように、レジストパターン５７を酸素プラズマで除去した。
Since the measured dimensional distribution of the resist
次に、Ｃｒ薄膜パターン５２ａをマスクとして、被転写基板（石英基板）５１をフッ素系ガスを用いてドライエッチングして凹凸パターンを形成し、次に、Ｃｒ薄膜パターン５２ａをエッチングして除去し、凹凸パターンよりなるレプリカパターンを形成した。
Next, using the Cr
次に、このレプリカパターンの寸法分布を計測したところ、良好（ＯＫ）な結果であり、図５（ｇ）に示すように、被転写基板（石英基板）５１のパターン領域（フィールド）に、パターン寸法ばらつきが補正されたＣＤ精度の高い凹凸パターンを設けたレプリカテンプレート５８が完成した。
Next, when the dimension distribution of this replica pattern was measured, it was a good (OK) result. As shown in FIG. 5G, the pattern area (field) of the transferred substrate (quartz substrate) 51 was patterned. A
上記のパターン形成方法を用いたナノインプリント用テンプレートの製造方法の図５（ｄ）に示す工程において、もしもシュリンクして補正したレジストパターン５７の寸法分布が不適（ＮＧ）の場合には、上記のマスターテンプレートのパターン寸法分布を用いて各位置に照射する電子線量を再度決定し、レジストパターン５７を再度電子線照射してレジストパターンの寸法分布を補正することができる。
In the step shown in FIG. 5D of the method for manufacturing a nanoimprint template using the pattern forming method described above, if the size distribution of the resist
また、上記のパターン形成方法を用いたナノインプリント用テンプレートの製造方法のレプリカパターンの寸法分布を計測する工程において、もしもレプリカパターンの寸法分布が不適（ＮＧ）の場合には、レプリカパターンの寸法分布に基づいて、各位置に照射するエネルギー線量を再度決定し、以後に製造するレプリカテンプレートに適用して補正することができる。 In the step of measuring the replica pattern size distribution in the nanoimprint template manufacturing method using the pattern forming method described above, if the replica pattern size distribution is inappropriate (NG), the replica pattern size distribution Based on this, the energy dose irradiated to each position can be determined again, and applied to a replica template to be manufactured later to be corrected.
本実施例では、レジストパターンに所定の電子線量の電子線を照射する工程は、レジスト残膜を除去した後の状態で行っているが、本発明においては、図５（ａ）に示す被転写基板のエッチングする領域にレジスト残膜がある状態で電子線照射を行うことも可能である。 In this embodiment, the step of irradiating the resist pattern with an electron beam having a predetermined electron dose is performed after removing the resist residual film. In the present invention, however, the transferred object shown in FIG. It is also possible to perform electron beam irradiation in a state where a resist remaining film is present in the region to be etched of the substrate.
１０ テンプレート（マスターテンプレート）
１１ 被転写基板
１２ 被転写基板上のレジストパターン
１３ 被転写基板（レプリカテンプレート）
Ｗ０ テンプレートのパターン寸法
ＷＡ ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動
Ｗ１ 被転写基板上のレジストパターン寸法
ＷＥ エネルギー線照射によるレジストパターン寸法変動
Ｗ１’エネルギー線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法
ＷＢ 被転写基板のエッチングによるパターン寸法変動
Ｗ２ 被転写基板（レプリカテンプレート）のパターン寸法
３０ マップ
３１ 被転写基板
３２ フィールド
Ａ パターン寸法の補正量を示す領域
Ｂ パターン寸法の補正量を示す領域
Ｃ パターン寸法の補正量を示す領域
４０ マスターテンプレート
４１、５１ 被転写基板
４２、５２ Ｃｒ薄膜
５２ａ Ｃｒ薄膜パターン
４３ レジスト（光硬化性樹脂）
４４ 光（紫外線）
４５、４５ｂ、５５、５５ｂ レジストパターン
４５ａ、５５ａ 残膜
４６ テスト用レプリカテンプレート
５６ 電子線
５７ シュリンクしたレジストパターン
５８ レプリカテンプレート
６０ テンプレート
６１ 被転写基板
６２ レジスト
６３ 光（紫外線）
６４ レジストパターン
６５ 転写パターンを形成した被転写基板
10 templates (master templates)
11 Transfer Substrate 12 Resist Pattern 13 on Transfer Substrate Transfer Substrate (Replica Template)
W0 Template pattern dimension WA Pattern dimension fluctuation by nanoimprint lithography W1 Resist pattern dimension on transfer target substrate WE Resist pattern dimension change by energy beam irradiation W1 ′ Resist pattern dimension of transfer target substrate after energy beam irradiation WB Etching of transfer target substrate Pattern size variation W2 due to
44 Light (ultraviolet light)
45, 45b, 55, 55b Resist
64 Resist
Claims (7)
前記テンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィにより前記被転写基板上に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に電子線を照射して前記レジストパターンをシュリンクさせて前記レジストパターンの寸法分布を補正する工程と、前記被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程と、フィールド内のパターン寸法分布マップを作成する工程と、を有し、
前記電子線の照射量分布が、
予め既知の、テンプレートのパターン寸法分布、ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動分布、被転写基板上のレジストパターン寸法分布、電子線照射によるレジストパターン寸法変動分布、電子線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法分布、エッチングによるパターン寸法変動分布、および被転写基板のパターン寸法分布のうちの少なくともいずれか一つから作成された前記フィールド内のパターン寸法分布マップに基づいて決定されることを特徴とするパターン形成方法。 A pattern forming method for transferring a pattern of the template to a resist as a photocurable resin on a transfer substrate by nanoimprint lithography using a template on which an uneven pattern is formed,
Forming a resist pattern on the substrate to be transferred by nanoimprint lithography using the template, and correcting the dimensional distribution of the resist pattern by irradiating the resist pattern with an electron beam to shrink the resist pattern If, possess the forming a transfer pattern of the unevenness of the transferred substrate by etching, the step of creating the pattern size distribution maps in the field, a,
The dose distribution of the electron beam is
Pre-known template pattern size distribution, pattern size variation distribution by nanoimprint lithography, resist pattern size distribution on transferred substrate, resist pattern size variation distribution by electron beam irradiation, resist pattern size of transferred substrate after electron beam irradiation The pattern formation is determined based on a pattern dimension distribution map in the field created from at least one of a distribution, a pattern dimension variation distribution due to etching, and a pattern dimension distribution of a transferred substrate. Method.
前記レジストパターン寸法分布から作成された前記フィールド内のパターン寸法分布マップに基づいて、電子線照射量を再度決定し、前記レジストパターンを再度電子線照射す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。 If the size distribution of the resist pattern corrected by shrinking is inappropriate,
The resist pattern on the basis of the size distribution to the pattern size distribution map in the fields created to determine the amount of electron beam irradiation again, according to claim 1, characterized in that irradiating the resist pattern again electron beam Pattern forming method.
前記被転写基板のパターン寸法分布から作成された前記フィールド内のパターン寸法分布マップに基づいて、電子線照射量を再度決定し、前記パターン寸法分布を計測した被転写基板以後に用いる被転写基板に適用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形成方法。 Measure the dimensional distribution of the pattern formed by etching the transferred substrate, if the pattern dimensional distribution is inappropriate,
Based on the pattern dimension distribution map in the field created from the pattern dimension distribution of the transferred substrate, the electron beam irradiation amount is determined again, and the transferred substrate used after the transferred substrate that measured the pattern dimension distribution is used. The pattern forming method according to claim 1 , wherein the pattern forming method is applied.
請求項１から請求項６までのうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法により、被転写基板上に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に電子線を照射して前記レジストパターンをシュリンクさせて前記レジストパターンの寸法分布を補正する工程と、前記被転写基板をエッチングして凹凸の転写パターンを形成する工程と、フィールド内のパターン寸法分布マップを作成する工程と、を有し、
前記電子線の照射量分布が、
予め既知の、テンプレートのパターン寸法分布、ナノインプリントリソグラフィによるパターン寸法変動分布、被転写基板上のレジストパターン寸法分布、電子線照射によるレジストパターン寸法変動分布、電子線照射後の被転写基板のレジストパターン寸法分布、エッチングによるパターン寸法変動分布、および被転写基板のパターン寸法分布のうちの少なくともいずれか一つから作成された前記フィールド内のパターン寸法分布マップに基づいて決定されることを特徴とするナノインプリント用テンプレートの製造方法。
A nanoimprint template manufacturing method in which a master template on which a concavo-convex pattern is formed is transferred to a resist as a photocurable resin on a transfer substrate by nanoimprint lithography to produce a replica template. There,
A pattern forming method according to any one of claims 1 to 6 , wherein a resist pattern is formed on a transfer substrate, and the resist pattern is irradiated with an electron beam to form the resist pattern. possess a step of correcting the size distribution of the resist pattern by shrink, forming a transfer pattern of irregularities by etching the transfer substrate, the step of creating the pattern size distribution maps in the field, a,
The dose distribution of the electron beam is
Pre-known template pattern size distribution, pattern size variation distribution by nanoimprint lithography, resist pattern size distribution on transferred substrate, resist pattern size variation distribution by electron beam irradiation, resist pattern size of transferred substrate after electron beam irradiation For nanoimprints, which is determined based on a pattern dimension distribution map in the field created from at least one of distribution, pattern dimension variation distribution due to etching, and pattern dimension distribution of a substrate to be transferred Template manufacturing method.
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