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JP7039865B2 - Pattern forming method, uneven structure manufacturing method, replica mold manufacturing method, resist pattern reformer and pattern forming system - Google Patents

Pattern forming method, uneven structure manufacturing method, replica mold manufacturing method, resist pattern reformer and pattern forming system Download PDF

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JP7039865B2 JP2017104166A JP2017104166A JP7039865B2 JP 7039865 B2 JP7039865 B2 JP 7039865B2 JP 2017104166 A JP2017104166 A JP 2017104166A JP 2017104166 A JP2017104166 A JP 2017104166A JP 7039865 B2 JP7039865 B2 JP 7039865B2
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Description

本開示は、パターン形成方法、凹凸構造体の製造方法、レプリカモールドの製造方法、レジストパターン改質装置及びパターン形成システムに関する。 The present disclosure relates to a pattern forming method, a method for manufacturing an uneven structure, a method for manufacturing a replica mold, a resist pattern modifying device, and a pattern forming system.

近年、半導体デバイス(例えば、半導体メモリ等)等の製造工程において、基板の表面に微細凹凸構造を形成した型部材(モールド)を用い、微細凹凸構造を基板等の被加工物に転写することで微細凹凸構造を等倍転写するパターン形成技術であるナノインプリント技術や、微細パターンを有するフォトマスク等を用いたフォトリソグラフィー技術が利用されている。 In recent years, in the manufacturing process of semiconductor devices (for example, semiconductor memory, etc.), a mold member (mold) having a fine concavo-convex structure formed on the surface of the substrate is used, and the fine concavo-convex structure is transferred to a workpiece such as a substrate. Nanoimprint technology, which is a pattern forming technology for transferring a fine concavo-convex structure at the same magnification, and photolithography technology using a photomask having a fine pattern are used.

このような微細凹凸構造や微細パターンを有するナノインプリントモールドやフォトマスク等は、一般に、基板や基板上のハードマスク層の表面に設けたレジスト膜に対して露光・現像を行うことにより、微細凹凸構造や微細パターンに対応するレジストパターンを形成し、その後、当該レジストパターンが形成された基板やハードマスク層を、そのレジストパターンをマスクとするエッチング処理に付することにより製造される。 Nanoimprint molds, photomasks, etc. having such a fine uneven structure or fine pattern generally have a fine uneven structure by exposing and developing a resist film provided on the surface of a substrate or a hard mask layer on the substrate. It is manufactured by forming a resist pattern corresponding to a fine pattern and then subjecting the substrate or hard mask layer on which the resist pattern is formed to an etching process using the resist pattern as a mask.

半導体メモリ等の半導体デバイスもまた、上記ナノインプリントモールドやフォトマスク等と同様に、基板の表面に設けたレジスト膜に対してナノインプリントモールドの微細凹凸構造を転写することにより、又は当該レジスト膜に対して露光・現像を行うことにより微細なレジストパターンを形成し、当該レジストパターンが形成された基板を、そのレジストパターンをマスクとするエッチング処理に付して基板上に微細凹凸構造を形成した後、所定の工程を経て製造される。 Similar to the nanoimprint mold and photomask, semiconductor devices such as semiconductor memory also transfer the fine concavo-convex structure of the nanoimprint mold to the resist film provided on the surface of the substrate, or to the resist film. A fine resist pattern is formed by exposure and development, and the substrate on which the resist pattern is formed is subjected to an etching process using the resist pattern as a mask to form a fine uneven structure on the substrate. It is manufactured through the process of.

微細凹凸構造や微細パターンを有するナノインプリントモールド、フォトマスク、半導体デバイス等を製造するためには、当該微細凹凸構造や微細パターンに対応する微細な寸法のレジストパターンを高い精度で基板上に形成する必要がある。 In order to manufacture nanoimprint molds, photomasks, semiconductor devices, etc. that have fine uneven structures and fine patterns, it is necessary to form resist patterns with fine dimensions corresponding to the fine uneven structures and fine patterns on the substrate with high accuracy. There is.

レジストパターンは、基板や基板上に設けられているハードマスク層等をエッチングするためのマスクとして用いられるものである。そのため、ナノインプリントモールド、フォトマスク、半導体デバイス等における微細凹凸構造や微細パターンを高い精度で形成するために、レジストパターンには、基板やハードマスク層のエッチング処理中に消失してしまわない程度のエッチング耐性が具備されていることが要求される。 The resist pattern is used as a mask for etching a substrate, a hard mask layer provided on the substrate, and the like. Therefore, in order to form fine uneven structures and fine patterns in nanoimprint molds, photomasks, semiconductor devices, etc. with high accuracy, the resist pattern is etched to the extent that it does not disappear during the etching process of the substrate or hard mask layer. It is required to be resistant.

このような観点から、従来、レジストパターンの少なくとも側壁にALD(atomic layer deposition)等により側壁保護材料を堆積させることで、当該レジストパターンを高い精度で基板に転写する方法が提案されている(特許文献1参照)。 From this point of view, conventionally, a method of transferring the resist pattern to a substrate with high accuracy by depositing a side wall protective material on at least the side wall of the resist pattern by ALD (atomic layer deposition) or the like has been proposed (patented). See Document 1).

また、電子線リソグラフィー法、フォトリソグラフィー法により形成したレジストパターンを、トリメチルアルミニウム(TMA)を含むガス及びH2Oを含むガスに交互に曝すことで、プラズマエッチングやミリングに対する耐性に優れた有機レジストマスクを形成する方法が提案されている(特許文献2参照)。 Further, by alternately exposing the resist pattern formed by the electron beam lithography method and the photolithography method to a gas containing trimethylaluminum (TMA) and a gas containing H2O , an organic resist having excellent resistance to plasma etching and milling is obtained. A method for forming a mask has been proposed (see Patent Document 2).

特開2015-122497号公報JP-A-2015-122497 米国特許公開2012/0241411U.S. Patent Publication 2012/0241411

上記特許文献2には、レジストパターンを、トリメチルアルミニウム(TMA)を含むガスと、H2Oを含むガスとに交互に曝すことで、アルミニウムをレジストパターン内部で化学反応させることができ、その結果として、レジストパターンのエッチング耐性を向上させることができることが記載されている。 In Patent Document 2 above, aluminum can be chemically reacted inside the resist pattern by alternately exposing the resist pattern to a gas containing trimethylaluminum (TMA) and a gas containing H 2 O, and as a result, the resist pattern can be chemically reacted inside the resist pattern. It is described that the etching resistance of the resist pattern can be improved.

TMAを含むガスとH2Oを含むガスとにレジストパターンを交互に曝すことで、それらのガスを曝す前のレジストパターンよりもエッチング耐性を向上させ得ることは確かである。しかしながら、TMAを含むガスとH2Oを含むガスとが交互にレジストパターンに曝されると、レジストパターン内におけるアルミニウム(TMA)の浸透の程度(浸透濃度)に分布が生じてしまう。例えば、図10(A)に示すように、レジストパターン320の表面近傍はアルミニウム濃度の相対的に高い層(高濃度層)321となり、その内側はアルミニウム濃度の相対的に低い層(低濃度層)322となる。このようなレジストパターン320をマスクとして基材10’がエッチングされる。レジストパターン320の頂部に位置する高濃度層321はエッチングされ易いが、レジストパターン320の側壁に位置する高濃度層321はエッチングされ難いため(図10(B)参照)、エッチング初期の段階において、レジストパターン320の頂部から低濃度層322が露出し、側壁には高濃度層321が位置する。そのままエッチングを進行させると、レジストパターン320の頂部はエッチングされ易いが側壁はエッチングされ難いことで、レジストパターン320の頂部に凹部323が形成されるようにして、レジストパターン320が変形してしまう(図10(C)参照)。したがって、上記特許文献2に記載の方法においては、このように変形したレジストパターン320をマスクとして基材10’をエッチングすると、変形したレジストパターン320が基材10’に転写され、頂部に凹部1b’を有する凹凸構造1a’が基材10’に形成されてしまうという問題が生じ得る(図10(D)参照)。 It is certain that alternating exposure of resist patterns to gas containing TMA and gas containing H 2 O can improve etching resistance over the resist pattern before exposure to those gases. However, when the gas containing TMA and the gas containing H2O are alternately exposed to the resist pattern, the degree of permeation (penetration concentration) of aluminum (TMA) in the resist pattern becomes distributed. For example, as shown in FIG. 10A, the vicinity of the surface of the resist pattern 320 is a layer with a relatively high aluminum concentration (high concentration layer) 321 and the inside thereof is a layer with a relatively low aluminum concentration (low concentration layer). ) 322. The base material 10'is etched using such a resist pattern 320 as a mask. The high-concentration layer 321 located at the top of the resist pattern 320 is easily etched, but the high-concentration layer 321 located on the side wall of the resist pattern 320 is difficult to be etched (see FIG. 10B). The low-concentration layer 322 is exposed from the top of the resist pattern 320, and the high-concentration layer 321 is located on the side wall. If the etching is proceeded as it is, the top of the resist pattern 320 is easily etched, but the side wall is difficult to be etched, so that the recess 323 is formed on the top of the resist pattern 320, and the resist pattern 320 is deformed (the resist pattern 320 is deformed). See FIG. 10 (C). Therefore, in the method described in Patent Document 2, when the base material 10'is etched using the resist pattern 320 deformed in this way as a mask, the deformed resist pattern 320 is transferred to the base material 10', and the concave portion 1b is formed on the top. There may be a problem that the concave-convex structure 1a'having'is formed on the base material 10'(see FIG. 10D).

上記課題に鑑みて、本発明は、エッチング耐性を向上させるとともに、その後のエッチング工程において変形し難いレジストパターンを形成する方法、当該レジストパターンをマスクとして用いたエッチング処理により高い精度で凹凸構造を形成可能な凹凸構造体の製造方法及びレプリカモールドの製造方法、並びにレジストパターン改質装置及びパターン形成システムを提供することを一目的とする。 In view of the above problems, the present invention improves the etching resistance and forms a concavo-convex structure with high accuracy by a method of forming a resist pattern that is not easily deformed in the subsequent etching step and an etching process using the resist pattern as a mask. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a concavo-convex structure and a method for manufacturing a replica mold, as well as a resist pattern modifying apparatus and a pattern forming system.

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態として、第1面及びそれに対向する第2面を有する基材の当該第1面上に、複数の凸部及び凹部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝すことで前記レジストパターンの周囲の雰囲気を前記第1ガス雰囲気にし、前記無機元素含有化合物と前記レジストパターンを構成するレジスト材料とを化学反応させる第1ガス暴露工程と、前記第1ガス暴露工程後、前記レジストパターンの周囲から前記第1ガスを排気する第1ガスパージ工程と、酸化剤を含有する第2ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝す第2ガス暴露工程とを有し、前記第1ガス暴露工程において、前記レジストパターンを構成する前記レジスト材料のガラス転移温度未満の温度条件下で前記第1ガスに前記レジストパターンを曝し、前記第1ガス暴露工程及び前記第1ガスパージ工程からなる一連の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第2ガス暴露工程を少なくとも1回行うパターン形成方法が提供される。 In order to solve the above problems, as one embodiment of the present invention, a resist pattern having a plurality of convex portions and concave portions is formed on the first surface of a base material having a first surface and a second surface facing the first surface. By exposing the resist pattern to a first gas containing an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions, the atmosphere around the resist pattern is changed to the first gas atmosphere, and the inorganic is used. A first gas exposure step of chemically reacting an element-containing compound with a resist material constituting the resist pattern, and a first gas purging step of exhausting the first gas from the periphery of the resist pattern after the first gas exposure step. It has a second gas exposure step of exposing the resist pattern to a second gas containing an oxidizing agent under predetermined conditions, and in the first gas exposure step, the glass transition temperature of the resist material constituting the resist pattern. The resist pattern is exposed to the first gas under a temperature condition of less than, and after repeating a series of steps including the first gas exposure step and the first gas purging step a plurality of times, the second gas exposure step is performed at least. A one-time pattern forming method is provided.

記第2ガス暴露工程において、大気圧下で前記第2ガスに前記レジストパターンを曝してもよい。 In the second gas exposure step, the resist pattern may be exposed to the second gas under atmospheric pressure.

前記レジストパターン形成工程後、前記第1ガス暴露工程前に、前記レジストパターンの前記凸部の表面及び前記凹部を介して露出する前記第1面側の露出面を覆う吸着防止層を形成する吸着防止層形成工程をさらに有し、前記吸着防止層は、前記無機元素含有化合物が前記レジストパターンの表面に吸着するのを防止するものであってもよく、前記レジストパターン形成工程において、前記凸部及び凹部に対応する凹部及び凸部を有するインプリントモールドを用い、ヘリウムガス又は凝集性ガス雰囲気下でインプリント処理を行うことにより前記レジストパターンを形成してもよいし、電子線リソグラフィー法又はフォトリソグラフィー法により前記レジストパターンを形成してもよく、前記基材として、石英ガラス基板又はシリコン基板を用いることができる。 After the resist pattern forming step and before the first gas exposure step, adsorption for forming an adsorption prevention layer covering the surface of the convex portion of the resist pattern and the exposed surface on the first surface side exposed through the concave portion. Further having a preventive layer forming step, the adsorption preventive layer may be one that prevents the inorganic element-containing compound from adhering to the surface of the resist pattern, and in the resist pattern forming step, the convex portion. The resist pattern may be formed by performing an imprint process in a helium gas or a cohesive gas atmosphere using an imprint mold having recesses and protrusions corresponding to the recesses, an electron beam lithography method, or a photolithography method. The resist pattern may be formed by a lithography method, and a quartz glass substrate or a silicon substrate may be used as the substrate.

また、本発明の一実施形態として、上記パターン形成方法により、前記基材の前記第1面上に前記パターンを形成する工程と、前記パターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングする工程とを有する凹凸構造体の製造方法が提供される。 Further, as one embodiment of the present invention, a step of forming the pattern on the first surface of the base material by the pattern forming method and the first surface side of the base material using the pattern as a mask are used. Provided is a method for manufacturing a concavo-convex structure having a step of etching.

本発明の一実施形態として、前記第1面上にハードマスク層が形成されてなる前記基材の前記ハードマスク層上に、上記パターン形成方法により前記パターンを形成する工程と、前記パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングすることで、ハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングする工程とを有する凹凸構造体の製造方法が提供される。 As one embodiment of the present invention, a step of forming the pattern on the hard mask layer of the base material on which the hard mask layer is formed on the first surface by the pattern forming method and masking the pattern. A method for manufacturing a concavo-convex structure, comprising a step of forming a hard mask pattern by etching the hard mask layer and a step of etching the first surface side of the base material using the hard mask pattern as a mask. Is provided.

本発明の一実施形態として、上記凹凸構造体の製造方法により製造された前記凹凸構造体をマスターモールドとして用いてレプリカモールドを製造する方法であって、前記マスターモールドと、第1面及びそれに対向する第2面を有する被転写基材とを準備し、前記被転写基材の前記第1面上の被転写材料に前記マスターモールドの凹凸パターンを転写し、前記マスターモールドの凹凸パターンを反転させた凹凸パターンを形成する工程と、前記被転写基材の前記第1面上に形成された前記凹凸パターンをマスクとして前記被転写基材の前記第1面側をエッチングする工程とを有するレプリカモールドの製造方法が提供される。
前記被転写基材としては、石英ガラス基板を用いることができる。
As one embodiment of the present invention, there is a method of manufacturing a replica mold using the uneven structure manufactured by the method of manufacturing the concave-convex structure as a master mold, wherein the master mold and the first surface and facing the master mold are used. A transfer base material having a second surface to be transferred is prepared, the uneven pattern of the master mold is transferred to the transfer material on the first surface of the transfer base material, and the uneven pattern of the master mold is inverted. A replica mold comprising a step of forming an uneven pattern and a step of etching the first surface side of the transfer base material using the uneven pattern formed on the first surface of the transfer base material as a mask. Manufacturing method is provided.
A quartz glass substrate can be used as the transfer substrate.

本発明の一実施形態として、複数の凸部及び凹部を有するレジストパターンを改質するレジストパターン改質装置であって、前記レジストパターンに対し、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガス及び酸化剤を含有する第2ガスのそれぞれを所定の条件で暴露可能なガス暴露部と、前記第1ガスの暴露による前記レジストパターンの改質状態を検出する検出部と、前記ガス暴露部における前記第1ガスの暴露及び前記第2ガスの暴露を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ガス暴露部に、前記レジストパターンに対して前記第1ガス暴露して前記レジストパターンの周囲の雰囲気を前記第1ガス雰囲気にする処理と前記レジストパターンの周囲から前記第1ガスを排気する処理とからなる一連の処理を複数回繰り返し行わせた後、前記検出部による検出結果に基づき、前記レジストパターンに対し前記第2ガス暴露する処理を1回行わせるレジストパターン改質装置が提供される。 As one embodiment of the present invention, a resist pattern modifying apparatus for modifying a resist pattern having a plurality of protrusions and recesses, wherein the resist pattern contains an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity. A gas exposure unit capable of exposing each of the gas and the second gas containing an oxidizing agent under predetermined conditions, a detection unit for detecting the modified state of the resist pattern due to exposure to the first gas, and the gas exposure unit. The control unit comprises a control unit for controlling the exposure of the first gas and the exposure of the second gas, and the control unit exposes the first gas to the resist pattern to the gas exposure unit. After repeating a series of processes including the process of changing the atmosphere around the resist pattern to the first gas atmosphere and the process of exhausting the first gas from the periphery of the resist pattern a plurality of times, the detection unit detects the resist pattern. Based on the result, there is provided a resist pattern reforming apparatus that causes the resist pattern to be exposed to the second gas once.

前記検出部は、前記レジストパターンの光学特性の変化により前記レジストパターンの改質状態を検出することができ、前記レジストパターンの光学特性の変化としては、所定の波長の光線に対する反射率の変化、屈折率変化、IR特性の変化又は色調の変化であってもよいし、前記検出部は、前記レジストパターンの重量変化により前記レジストパターンの改質状態を検出してもよい。 The detection unit can detect the modified state of the resist pattern by changing the optical characteristics of the resist pattern, and the change in the optical characteristics of the resist pattern includes a change in the refractive index with respect to a light beam having a predetermined wavelength. It may be a change in refractive index, a change in IR characteristics, or a change in color tone, or the detection unit may detect a modified state of the resist pattern by a change in the weight of the resist pattern.

前記ガス暴露部による前記レジストパターンに対する前記第1ガスの暴露処理に関する第1処理条件データ及び前記第2ガスの暴露処理に関する第2処理条件データと、前記レジストパターンの改質状態に関する改質状態データとを関連付けて記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記第1処理条件データ、前記第2処理条件データ及び前記改質状態データに基づいて、前記ガス暴露部における前記第1ガスの暴露及び前記第2ガスの暴露を制御してもよい。 The first treatment condition data regarding the exposure treatment of the first gas to the resist pattern by the gas exposure unit, the second treatment condition data regarding the exposure treatment of the second gas, and the reformed state data regarding the modified state of the resist pattern. The control unit further includes a storage unit that stores the gas in association with the gas, based on the first processing condition data, the second processing condition data, and the modified state data stored in the storage unit. The exposure of the first gas and the exposure of the second gas in the exposed portion may be controlled.

前記記憶部には、前記レジストパターンを構成する有機材料の電子密度に関する電子密度データが、前記第1処理条件データ、第2処理条件データ及び前記改質状態データに関連付けられて記憶されていてもよい。 Even if the electron density data relating to the electron density of the organic material constituting the resist pattern is stored in the storage unit in association with the first processing condition data, the second processing condition data, and the modified state data. good.

本発明の一実施形態として、上記レジストパターン改質装置と、前記レジストパターン改質装置により改質される前記レジストパターンを形成するレジストパターン形成装置とを備えるパターン形成システムが提供される。 As an embodiment of the present invention, there is provided a pattern forming system including the resist pattern reforming apparatus and a resist pattern forming apparatus for forming the resist pattern modified by the resist pattern modifying apparatus.

前記レジストパターン改質装置により改質された前記レジストパターンをマスクとして被加工部材をエッチングするエッチング装置をさらに備えることができ、レジストパターン形成装置は、インプリント装置又は電子線描画装置であればよい。 An etching apparatus for etching the member to be processed using the resist pattern modified by the resist pattern reforming apparatus as a mask can be further provided, and the resist pattern forming apparatus may be an imprint apparatus or an electron beam drawing apparatus. ..

本発明の一実施形態として、上記レジストパターン改質装置と、前記レジストパターン改質装置により改質された前記レジストパターンをマスクとして被加工部材をエッチングするエッチング装置とを備えるパターン形成システムが提供される。 As an embodiment of the present invention, there is provided a pattern forming system including the resist pattern reforming apparatus and an etching apparatus for etching a member to be machined using the resist pattern modified by the resist pattern modifying apparatus as a mask. Ru.

本発明によれば、エッチング耐性を向上させるとともに、その後のエッチング工程において変形し難いレジストパターンを形成する方法、当該レジストパターンをマスクとして用いたエッチング処理により高い精度で凹凸構造を形成可能な凹凸構造体の製造方法及びレプリカモールドの製造方法、並びにレジストパターン改質装置及びパターン形成システムを提供することができる。 According to the present invention, there is a method of forming a resist pattern that is hard to be deformed in the subsequent etching step while improving the etching resistance, and a concave-convex structure capable of forming a concave-convex structure with high accuracy by an etching process using the resist pattern as a mask. It is possible to provide a method for manufacturing a body, a method for manufacturing a replica mold, and a resist pattern modifying device and a pattern forming system.

図1は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing each step of the pattern forming method according to the embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を含む凹凸構造体の製造方法の各工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。FIG. 2 is a process flow chart showing each step of a method for manufacturing a concavo-convex structure including a pattern forming method according to an embodiment of the present invention in a cut end view. 図3は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を含む凹凸構造体の製造方法の各工程であって、図2に続く工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。FIG. 3 is a process flow chart showing the steps following FIG. 2 in a cut end view in each step of the method for manufacturing a concave-convex structure including the pattern forming method according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態におけるレジストパターン改質装置を概略的に示す構成図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing a resist pattern reforming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態におけるレジストパターン改質装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a resist pattern reforming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施形態におけるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a pattern forming system according to an embodiment of the present invention. 図7は、本発明の一実施形態におけるパターン形成システムの他の態様の概略構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of another aspect of the pattern forming system according to the embodiment of the present invention. 図8は、エッチング耐性を向上させてなる樹脂製の凹凸パターンを形成する方法の他の実施形態を切断端面図にて示す工程フロー図である。FIG. 8 is a process flow chart showing another embodiment of a method of forming a resin uneven pattern having improved etching resistance in a cut end view. 図9は、試験例1におけるトリメチルアルミニウムの浸透性の測定結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the permeability of trimethylaluminum in Test Example 1. 図10は、従来のパターン形成方法及び凹凸構造体の製造方法により生じ得る課題を説明するための工程フロー図である。FIG. 10 is a process flow chart for explaining problems that may occur by the conventional pattern forming method and the method for manufacturing an uneven structure.

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本明細書に添付した図面においては、理解を容易にするために、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更したり、誇張したりしている場合がある。本明細書等において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値のそれぞれを下限値及び上限値として含む範囲であることを意味する。本明細書等において、「フィルム」、「シート」、「板」等の用語は、呼称の相違に基づいて相互に区別されない。例えば、「板」は、「シート」、「フィルム」と一般に呼ばれ得るような部材をも含む概念である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings attached to the present specification, in order to facilitate understanding, the shape, scale, aspect ratio, etc. of each part may be changed or exaggerated from the actual product. The numerical range represented by using "-" in the present specification and the like means a range including each of the numerical values described before and after "-" as a lower limit value and an upper limit value. In the present specification and the like, terms such as "film", "sheet", and "board" are not distinguished from each other based on the difference in designation. For example, "board" is a concept that also includes members that may be commonly referred to as "sheets" or "films".

〔凹凸構造体の製造方法〕
図1は、本実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示すフローチャートであり、図2及び図3は、本実施形態に係るパターン形成方法を含む凹凸構造体の製造方法の各工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。
[Manufacturing method of uneven structure]
FIG. 1 is a flowchart showing each step of the pattern forming method according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are cut end faces of each step of the manufacturing method of the concave-convex structure including the pattern forming method according to the present embodiment. It is a process flow chart shown in the figure.

<レジストパターン形成工程>
第1面11及びそれに対向する第2面12を有する基材10を準備し、当該基材10の第1面11上に樹脂製の凹凸パターン31を形成する(図1のS01,図2(A)~(C)参照)。
<Resist pattern forming process>
A base material 10 having a first surface 11 and a second surface 12 facing the first surface 11 is prepared, and a resin uneven pattern 31 is formed on the first surface 11 of the base material 10 (S01 in FIG. 1 and FIG. 2 (FIG. 2). A)-(C)).

基材10としては、例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板、アクリルガラス等のガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリプロピレン基板、ポリエチレン基板等の樹脂基板、これらのうちから任意に選択された2以上の基板を積層してなる積層基板等の透明基板;ニッケル基板、チタン基板、アルミニウム基板等の金属基板;シリコン基板、窒化ガリウム基板等の半導体基板等を用いることができる。 The base material 10 includes, for example, quartz glass, soda glass, fluorite, calcium fluoride substrate, magnesium fluoride substrate, glass substrate such as acrylic glass, polycarbonate substrate, polypropylene substrate, resin substrate such as polyethylene substrate, and among these. A transparent substrate such as a laminated substrate formed by laminating two or more substrates arbitrarily selected from the above; a metal substrate such as a nickel substrate, a titanium substrate, or an aluminum substrate; a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a gallium nitride substrate may be used. can.

本実施形態においては、基材10の第1面11上に、金属クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム等からなるハードマスク層20が設けられている。本実施形態に係るパターン形成方法によれば、エッチング耐性の向上した樹脂製の凹凸パターン33(図3(B)参照)を形成することができるため、ハードマスク層20の厚さ、すなわちハードマスク層20のエッチング量を大きくしても、エッチング処理中に凹凸パターン32が消失することがない。したがって、本実施形態においては、ハードマスク層20の厚さを1nm~30nm程度、好ましくは15nm~30nm程度にすることができ、これにより、基材10の第1面11に形成される凹凸パターンのアスペクト比を大きくすることができる。なお、本実施形態において、このような態様に限定されるものではなく、ハードマスク層20は設けられていなくてもよい。 In the present embodiment, a hard mask layer 20 made of metallic chromium, chromium oxide, chromium nitride, chromium oxynitride, or the like is provided on the first surface 11 of the base material 10. According to the pattern forming method according to the present embodiment, the uneven pattern 33 made of resin with improved etching resistance (see FIG. 3B) can be formed, so that the thickness of the hard mask layer 20, that is, the hard mask Even if the etching amount of the layer 20 is increased, the uneven pattern 32 does not disappear during the etching process. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the hard mask layer 20 can be set to about 1 nm to 30 nm, preferably about 15 nm to 30 nm, whereby the uneven pattern formed on the first surface 11 of the base material 10 can be set. The aspect ratio of can be increased. It should be noted that the present embodiment is not limited to such an embodiment, and the hard mask layer 20 may not be provided.

基材10の厚さは、基板の強度、取り扱い適性等を考慮し、例えば、300μm~10mm程度の範囲で適宜設定され得る。なお、本実施形態において「透明」とは、波長300nm~450nmの光線の透過率が85%以上であることを意味し、好ましくは90%以上である。 The thickness of the base material 10 can be appropriately set in the range of, for example, about 300 μm to 10 mm in consideration of the strength of the substrate, handling suitability, and the like. In the present embodiment, "transparent" means that the transmittance of light rays having a wavelength of 300 nm to 450 nm is 85% or more, and is preferably 90% or more.

樹脂製の凹凸パターン31を構成する樹脂材料は、後述するガス暴露工程(第1ガス暴露工程,図1のS03)にて凹凸パターン32に曝される第1ガスに含有される無機元素含有化合物との反応性を示す反応性官能基を有するものである限り、特に制限されない。例えば、カルボニル基、チオカルボニル基、アクリロイル基、ヒドロキシル基、スルファニル基、エポキシ基等の反応性官能基を有する樹脂材料が用いられ得る。このような樹脂材料としては、インプリントモールドを用いたインプリント処理に一般的に用いられるインプリント樹脂(アクリル系、メタクリル系等の紫外線硬化性樹脂等)や、電子線リソグラフィー処理、フォトリソグラフィー処理に一般的に用いられる電子線感応性樹脂、紫外線感応性樹脂等が好適に用いられ得る。特に、インプリント樹脂においては、電子線リソグラフィー用樹脂やフォトリソグラフィー用樹脂と比較して反応性官能基を多く含む傾向があるため、効率良く反応を進行させ得る。 The resin material constituting the uneven pattern 31 made of resin is an inorganic element-containing compound contained in the first gas exposed to the uneven pattern 32 in the gas exposure step (first gas exposure step, S03 in FIG. 1) described later. It is not particularly limited as long as it has a reactive functional group exhibiting reactivity with. For example, a resin material having a reactive functional group such as a carbonyl group, a thiocarbonyl group, an acryloyl group, a hydroxyl group, a sulfanyl group, and an epoxy group can be used. Examples of such resin materials include imprint resins (ultraviolet curable resins such as acrylic and methacrylic) generally used for imprint processing using an imprint mold, electron beam lithography processing, and photolithography processing. An electron beam-sensitive resin, an ultraviolet-sensitive resin, and the like, which are generally used in the above, can be preferably used. In particular, the imprint resin tends to contain a large amount of reactive functional groups as compared with the resin for electron beam lithography and the resin for photolithography, so that the reaction can proceed efficiently.

樹脂製の凹凸パターン31を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、所定の開口部及び遮光部を有するフォトマスクを利用したフォトリソグラフィー法、電子線描画装置を用いた電子線リソグラフィー法、所定の凹凸パターンを有するインプリントモールドを用いたインプリント法等が挙げられ、特に量産性の観点からインプリント法が好適である。 The method for forming the uneven pattern 31 made of resin is not particularly limited, and for example, a photolithography method using a photomask having a predetermined opening and a light-shielding portion, and an electron beam using an electron beam drawing device. Examples thereof include a lithography method and an imprint method using an imprint mold having a predetermined uneven pattern, and the imprint method is particularly preferable from the viewpoint of mass productivity.

ここで、樹脂製の凹凸パターン31をインプリント法により形成する方法を説明する。
まず、樹脂製の凹凸パターン31に対応する凹凸構造41を有するインプリントモールド40を準備するとともに、基材10のハードマスク層20上にインプリント樹脂膜30を形成する(図2(A)参照)。
Here, a method of forming the uneven pattern 31 made of resin by the imprint method will be described.
First, the imprint mold 40 having the uneven structure 41 corresponding to the uneven pattern 31 made of resin is prepared, and the imprint resin film 30 is formed on the hard mask layer 20 of the base material 10 (see FIG. 2A). ).

次に、インプリント樹脂膜30にインプリントモールド40の凹凸構造41を押し当てて、当該凹凸構造41内にインプリント樹脂を充填させ、その状態でインプリント樹脂膜30を硬化させる(図2(B)参照)。インプリント樹脂膜30を硬化させる方法としては、インプリント樹脂膜30を構成する樹脂材料の硬化タイプに応じた方法を採用すればよく、例えば、当該樹脂材料が紫外線硬化性樹脂であれば、インプリントモールド40を介してインプリント樹脂膜30に紫外線を照射する方法等を採用することができる。なお、インプリント樹脂膜30にインプリントモールド40の凹凸構造41を押し当てる際、ヘリウムガス雰囲気下又は凝集性ガス雰囲気下にするのが好ましい。インプリントモールド40の凹凸構造41と、当該凹凸構造41内に充填させたインプリント樹脂との間に気泡が生じることで凹凸パターン31にパターン欠陥(インプリント樹脂の充填が不十分であることによるパターン欠陥)が発生し得るが、ヘリウム雰囲気下又は凝集性ガス雰囲気下であることで、気泡を構成するヘリウムガスや凝集性ガスをインプリント樹脂に溶け込ませることができ、パターン欠陥の発生を防止することができる。 Next, the uneven structure 41 of the imprint mold 40 is pressed against the imprint resin film 30, the uneven structure 41 is filled with the imprint resin, and the imprint resin film 30 is cured in that state (FIG. 2 (FIG. 2). B) See). As a method for curing the imprint resin film 30, a method corresponding to the curing type of the resin material constituting the imprint resin film 30 may be adopted. For example, if the resin material is an ultraviolet curable resin, the in-print resin film 30 may be cured. A method of irradiating the imprint resin film 30 with ultraviolet rays via the print mold 40 or the like can be adopted. When the concave-convex structure 41 of the imprint mold 40 is pressed against the imprint resin film 30, it is preferable to create a helium gas atmosphere or a cohesive gas atmosphere. A pattern defect (due to insufficient filling of the imprint resin) in the uneven pattern 31 due to the generation of air bubbles between the uneven structure 41 of the imprint mold 40 and the imprint resin filled in the uneven structure 41. (Pattern defects) may occur, but under a helium atmosphere or a cohesive gas atmosphere, the helium gas and cohesive gas constituting the bubbles can be dissolved in the imprint resin, and the occurrence of pattern defects can be prevented. can do.

硬化したインプリント樹脂膜30からインプリントモールド40を引き離す(図2(C)参照)。このようにして、複数の凸部31a、凹部31b及び凹部31bの底部に位置する残膜部31cを有する、樹脂製の凹凸パターン31をインプリント法により形成することができる。 The imprint mold 40 is pulled away from the cured imprint resin film 30 (see FIG. 2C). In this way, the resin uneven pattern 31 having the plurality of convex portions 31a, the concave portions 31b, and the residual film portion 31c located at the bottom of the concave portions 31b can be formed by the imprint method.

なお、樹脂製の凹凸パターン31を電子線リソグラフィー法やフォトリソグラフィー法により形成する場合、基材10のハードマスク層20上に電子線感応性レジスト材料膜や紫外線感応性レジスト材料膜を形成し、電子線描画装置等を用いた描画処理や所定の開口部及び遮光部を有するフォトマスクを用いた露光処理、現像処理を経て、当該樹脂製の凹凸パターン31を形成することができる。 When the uneven pattern 31 made of resin is formed by an electron beam lithography method or a photolithography method, an electron beam sensitive resist material film or an ultraviolet sensitive resist material film is formed on the hard mask layer 20 of the base material 10. The resin-made uneven pattern 31 can be formed through a drawing process using an electron beam drawing device or the like, an exposure process using a photomask having a predetermined opening and a light-shielding portion, and a development process.

樹脂製の凹凸パターン31の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、ラインアンドスペース状、ホール状、ピラー状等、用途に応じた形状が挙げられる。樹脂製の凹凸パターン31の寸法は、用途に応じた寸法であればよいが、10nm以上30nm未満(1X~2Xnm)、特に10nm以上20nm未満(1Xnm)であると、本実施形態に係るパターン形成方法の効果が顕著に現われるため好ましい。樹脂製の凹凸パターン31のアスペクト比は、特に限定されるものではないが、例えば、1~10程度である。本実施形態においては、エッチングマスクとして利用され得る樹脂製の凹凸パターン32のエッチング耐性が後述するガス暴露工程(図1のS03~S07,図3(A)参照)を経て向上するため、比較的アスペクト比が小さくても、エッチング処理中に凹凸パターン32が消失することなく、十分にエッチングマスクとしての機能が果たされ得る。 The shape of the uneven pattern 31 made of resin is not particularly limited, and examples thereof include a line-and-space shape, a hole shape, a pillar shape, and the like depending on the application. The size of the uneven pattern 31 made of resin may be any size according to the intended use, but if it is 10 nm or more and less than 30 nm (1X to 2X nm), particularly 10 nm or more and less than 20 nm (1X nm), the pattern formation according to the present embodiment. It is preferable because the effect of the method is noticeable. The aspect ratio of the uneven pattern 31 made of resin is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 10. In the present embodiment, the etching resistance of the uneven pattern 32 made of resin, which can be used as an etching mask, is relatively improved through a gas exposure step (see S03 to S07 in FIG. 1 and FIG. 3A) described later. Even if the aspect ratio is small, the uneven pattern 32 does not disappear during the etching process, and the function as an etching mask can be sufficiently fulfilled.

<残膜部除去工程>
インプリント処理により形成された樹脂製の凹凸パターン31の凹部31bの底部には、所定の厚さ(1nm~20nm程度、好ましくは5nm~10nm程度)の残膜部31cが存在する(図2(C)参照)。この残膜部31cは、ハードマスク層20をエッチングする前に除去されるのが望ましい。残膜部31cを有する凹凸パターン31に後述するガス暴露工程(図1のS03~S07,図3(A)参照)を施すと、残膜部31cのエッチング耐性が向上し、残膜部31cを除去し難くなる。そこで、ガス暴露工程(図1のS03~S07,図3(A)参照)を実施するよりも前に、残膜部31cを除去する(図2(D)参照)。
<Remaining film removal process>
At the bottom of the concave portion 31b of the resin uneven pattern 31 formed by the imprint treatment, a residual film portion 31c having a predetermined thickness (about 1 nm to 20 nm, preferably about 5 nm to 10 nm) is present (FIG. 2 (FIG. 2). See C). It is desirable that the residual film portion 31c be removed before etching the hard mask layer 20. When the uneven pattern 31 having the residual film portion 31c is subjected to the gas exposure step described later (see S03 to S07 in FIG. 1 and FIG. 3A), the etching resistance of the residual film portion 31c is improved, and the residual film portion 31c is formed. It becomes difficult to remove. Therefore, before carrying out the gas exposure step (see S03 to S07 of FIG. 1 and FIG. 3A), the residual film portion 31c is removed (see FIG. 2D).

残膜部31cを除去する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸素プラズマによるアッシング処理、紫外光によるUVオゾン処理、真空紫外光によるVUV処理等が挙げられる。 The method for removing the residual film portion 31c is not particularly limited, and examples thereof include ashing treatment with oxygen plasma, UV ozone treatment with ultraviolet light, VUV treatment with vacuum ultraviolet light, and the like.

なお、電子線リソグラフィー法、フォトリソグラフィー法により形成された樹脂製の凹凸パターンにおいても、凸部間に現像残渣が存在することがある。よって、ガス暴露工程(図1のS03,図3(A)参照)を実施するよりも前に、当該現像残渣を除去するのが望ましい。 Even in the uneven pattern made of resin formed by the electron beam lithography method or the photolithography method, a development residue may be present between the convex portions. Therefore, it is desirable to remove the development residue before carrying out the gas exposure step (see S03 in FIG. 1 and FIG. 3 (A)).

<吸着防止層形成工程>
本実施形態においては、上述のようにして残膜部31cが除去されて得られた凹凸パターン32を、後述するように第1ガス及び第2ガスに曝すが、それに先立ち、当該凹凸パターン32の凸部の表面及び凹部の表面(残膜部31cが除去されて露出したハードマスク層20の表面)を覆う吸着防止層を形成してもよい。後述する第1ガス暴露工程において凹凸パターン32を曝す第1ガスは、無機元素含有化合物を含み、第1ガスを曝すことで、凹凸パターン32の表面に無機元素含有化合物が吸着することがある。凹凸パターン32の表面に無機元素含有化合物が吸着してしまうと、無機元素含有化合物が凹凸パターン32の内部に浸透し難くなり、エッチング耐性を向上させる効果が奏され難くなる。また、凹凸パターン32の凹部の表面(ハードマスク層20の表面)に無機元素含有化合物が堆積したり、残膜部31cが除去しきれずに樹脂材料が凹部に残存してしまったりすると、凹部から露出するハードマスク層20を加工(エッチング)し難くなる。そのため、第1ガス暴露工程を実施する前に、凹凸パターン32の表面に吸着防止層を形成することで、無機元素含有化合物を凹凸パターン32の表面に吸着させ難くし、内部に浸透しやすくすることができるとともに、無機元素含有化合物が内部に浸透した凹凸パターン32をマスクとしてハードマスク層20を加工(エッチング)しやすくすることができる。かかる吸着防止層を構成する材料としては、例えば、シランカップリング剤(例えば、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン等に代表されるアルキルシランカップリング剤や、ベンゼン環、ベンゾフェノン基等を有するシランカップリング剤)、疎水性高分子ポリマー、グラフェン等の炭素膜等が挙げられ、吸着防止層は、例えば、液相法、気相法、CVDやALD等の蒸着法、スパッタリング法等により形成され得る。なお、レジストパターン31を形成する前に、基材10のハードマスク層20上に予め上記吸着防止層を形成しておいてもよい。
<Adsorption prevention layer forming process>
In the present embodiment, the uneven pattern 32 obtained by removing the residual film portion 31c as described above is exposed to the first gas and the second gas as described later, but prior to that, the uneven pattern 32 An adsorption prevention layer may be formed to cover the surface of the convex portion and the surface of the concave portion (the surface of the hard mask layer 20 exposed by removing the residual film portion 31c). The first gas that exposes the unevenness pattern 32 in the first gas exposure step described later contains an inorganic element-containing compound, and by exposing the first gas, the inorganic element-containing compound may be adsorbed on the surface of the unevenness pattern 32. When the inorganic element-containing compound is adsorbed on the surface of the uneven pattern 32, it becomes difficult for the inorganic element-containing compound to permeate the inside of the uneven pattern 32, and it becomes difficult to achieve the effect of improving the etching resistance. Further, if an inorganic element-containing compound is deposited on the surface of the concave portion of the uneven pattern 32 (the surface of the hard mask layer 20), or if the residual film portion 31c cannot be completely removed and the resin material remains in the concave portion, the concave portion is used. It becomes difficult to process (etch) the exposed hard mask layer 20. Therefore, by forming an adsorption prevention layer on the surface of the concavo-convex pattern 32 before carrying out the first gas exposure step, it is difficult for the inorganic element-containing compound to be adsorbed on the surface of the concavo-convex pattern 32, and it is easy to penetrate into the inside. In addition, the hard mask layer 20 can be easily processed (etched) using the uneven pattern 32 in which the inorganic element-containing compound has penetrated as a mask. Examples of the material constituting such an adsorption prevention layer include an alkylsilane coupling agent typified by a silane coupling agent (for example, hexyltrimethoxysilane, octadecyltriethoxysilane, etc.), a benzene ring, a silane having a benzophenone group, and the like. Coupling agent), hydrophobic polymer, carbon film such as graphene, etc., and the adsorption prevention layer is formed by, for example, a liquid phase method, a vapor phase method, a vapor deposition method such as CVD or ALD, a sputtering method, or the like. obtain. Before forming the resist pattern 31, the adsorption prevention layer may be formed in advance on the hard mask layer 20 of the base material 10.

<第1処理条件及び第2処理条件設定工程>
次に、残膜部31cが除去されて得られた凹凸パターン32を有する基材10を第1ガス及び第2ガスに曝すが(図1のS03~S07)、予め第1ガス暴露工程(図1のS03)の処理条件(第1処理条件)及び第2ガス暴露工程(図1のS06)の処理条件(第2処理条件)を設定する(図1のS02)。
<First processing condition and second processing condition setting process>
Next, the base material 10 having the uneven pattern 32 obtained by removing the residual film portion 31c is exposed to the first gas and the second gas (S03 to S07 in FIG. 1), but the first gas exposure step (FIG. The processing conditions (first processing conditions) of S03) of 1 and the processing conditions (second processing conditions) of the second gas exposure step (S06 of FIG. 1) are set (S02 of FIG. 1).

本実施形態において、第1ガス暴露工程(図1のS03)は複数回繰り返し実施される。そのため、第1処理条件としては、第1ガス暴露工程の繰り返し実施回数、各回の第1ガス暴露工程の処理時間等が設定される。第1処理条件を設定するにあたって、凹凸パターン32を構成する樹脂材料が、過去に第1ガス暴露工程の対象となったことのあるものであって、第1処理条件がすでに最適化されている場合には、その条件を設定すればよい。しかし、凹凸パターン32を構成する樹脂材料が、第1ガス暴露工程の対象となったことのないものである場合、樹脂材料に関する情報と第1処理条件との関連性を示す情報を保持しているのであれば、その情報に基づいて第1処理条件を設定すればよい。樹脂材料に関する情報としては、例えば、樹脂材料の電子密度に関する情報等が挙げられる。第1ガス暴露工程(図1のS03)において、後述するように、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガスに凹凸パターン32が曝される。これにより、無機元素含有化合物が凹凸パターン32内に浸透し、当該凹凸パターン32を構成する樹脂材料と反応する。この反応の進行は、例えば、無機元素含有化合物の種類(例えば、求核性の化合物であるのか、求電子性の化合物であるのか等)や、樹脂材料の電子密度等に依存すると考えられる。そのため、第1処理条件がすでに最適化されている樹脂材料の電子密度と、初めて第1ガス暴露工程の対象となる樹脂材料の電子密度とを対比することで、好適と考えられる第1処理条件の設定が可能となる。なお、第1処理条件は、凹凸パターン32の寸法、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の種類、第1ガスに含有される無機元素含有化合物の種類、エッチング耐性が向上した凹凸パターン32をマスクとしてエッチングするハードマスク層20や基材10を構成する材料の種類等、様々な条件を考慮して条件出しを行い、適宜設定されてもよい。 In the present embodiment, the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) is repeated a plurality of times. Therefore, as the first treatment condition, the number of times the first gas exposure step is repeated, the treatment time of each first gas exposure step, and the like are set. In setting the first treatment condition, the resin material constituting the unevenness pattern 32 has been the target of the first gas exposure step in the past, and the first treatment condition has already been optimized. In that case, the condition may be set. However, when the resin material constituting the uneven pattern 32 has never been the target of the first gas exposure step, the information indicating the relationship between the information on the resin material and the first treatment condition is retained. If so, the first processing condition may be set based on the information. Examples of the information regarding the resin material include information regarding the electron density of the resin material. In the first gas exposure step (S03 in FIG. 1), as will be described later, the uneven pattern 32 is exposed to the first gas containing an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity. As a result, the inorganic element-containing compound permeates into the unevenness pattern 32 and reacts with the resin material constituting the unevenness pattern 32. The progress of this reaction is considered to depend on, for example, the type of the inorganic element-containing compound (for example, whether it is a nucleophilic compound or an electrophilic compound), the electron density of the resin material, and the like. Therefore, the first treatment condition considered to be suitable by comparing the electron density of the resin material for which the first treatment condition has already been optimized with the electron density of the resin material to be the target of the first gas exposure step for the first time. Can be set. The first treatment condition is the size of the uneven pattern 32, the type of the resin material constituting the uneven pattern 32, the type of the inorganic element-containing compound contained in the first gas, and the uneven pattern 32 having improved etching resistance as a mask. Conditions may be set in consideration of various conditions such as the type of the hard mask layer 20 to be etched and the type of material constituting the base material 10, and may be appropriately set.

また、第2ガス暴露工程(図1のS06)は1回のみ実施される。そのため、第2処理条件としては、第2ガス暴露工程の処理時間等が設定される。この第2処理条件も、上述した第1処理条件と同様に、過去の経験等から適宜設定され得る。 Further, the second gas exposure step (S06 in FIG. 1) is carried out only once. Therefore, as the second treatment condition, the treatment time of the second gas exposure step and the like are set. This second processing condition can also be appropriately set from past experience and the like, similarly to the first processing condition described above.

<第1ガス暴露工程>
上記のようにして設定された第1処理条件に従い、凹凸パターン32に対して第1ガス暴露工程を行う(図1のS03)。具体的には、まず、第1処理条件に従い、凹凸パターン32の周囲の雰囲気を、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有し、キャリアガスとして窒素(N2)等の不活性ガスを含有する第1ガスの雰囲気とすることで、当該第1ガスに樹脂製の凹凸パターン32を曝す。樹脂製の凹凸パターン32を第1処理条件に従って第1ガスに曝すことで、凹凸パターン32内部において、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の化学構造中の反応性官能基と無機元素含有化合物とを反応させることができる。
<First gas exposure process>
According to the first treatment condition set as described above, the first gas exposure step is performed on the uneven pattern 32 (S03 in FIG. 1). Specifically, first, according to the first treatment condition, the atmosphere around the uneven pattern 32 contains an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity, and the carrier gas contains an inert gas such as nitrogen (N 2 ). By creating an atmosphere of the first gas, the uneven pattern 32 made of resin is exposed to the first gas. By exposing the unevenness pattern 32 made of resin to the first gas according to the first treatment condition, the reactive functional groups and the inorganic element-containing compound in the chemical structure of the resin material constituting the unevenness pattern 32 are separated inside the unevenness pattern 32. Can be reacted.

第1ガスに含有される無機元素含有化合物としては、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3,TMA)、メチルトリクロロシラン、トリス(ジメチルアミノ)アルミニウム、テトラキス(ジエチルアミノ)チタン(IV)、チタン(IV)イソプロポキシド、テトラクロロチタン(IV)、四塩化ケイ素、トリス(t-ペントキシ)シラノール、ビス(エチルメチルアミノ)シランを例示することができる。第1ガスに含有される無機元素含有化合物がトリメチルアルミニウム(TMA)であって、反応性官能基がカルボニル基である場合、下記反応式(1)に示すようにトリメチルアルミニウム(TMA)とカルボニル基とが反応する。 Examples of the inorganic element-containing compound contained in the first gas include trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , TMA), methyltrichlorosilane, tris (dimethylamino) aluminum, tetrakis (diethylamino) titanium (IV), and titanium (IV). ) Isopropoxide, tetrachlorotitanium (IV), silicon tetrachloride, tris (t-pentoxy) silanol, bis (ethylmethylamino) silane can be exemplified. When the inorganic element-containing compound contained in the first gas is trimethylaluminum (TMA) and the reactive functional group is a carbonyl group, trimethylaluminum (TMA) and a carbonyl group are shown in the following reaction formula (1). Reacts with.

Figure 0007039865000001
Figure 0007039865000001

第1ガス暴露工程(図1のS03)は、例えば、後述するレジストパターン改質装置50(逐次気相化学反応装置,図4参照)等を用いて行われ得る。なお、第1ガス暴露工程(図1のS03)は、ALD(atomic layer deposition)装置を用いて行われてもよい。 The first gas exposure step (S03 in FIG. 1) can be performed using, for example, a resist pattern reformer 50 (sequential vapor phase chemical reaction apparatus, see FIG. 4) described later. The first gas exposure step (S03 in FIG. 1) may be performed using an ALD (atomic layer deposition) device.

第1ガス暴露工程(図1のS03)は、凹凸パターン32の改質状態、すなわち凹凸パターン32を構成する樹脂材料と無機元素含有化合物との反応の進行度をモニタリングしながら実施されるのが好ましい。樹脂材料と無機元素含有化合物との反応が進行すると、例えば、凹凸パターン32の光学特性が変化する。具体的には、樹脂材料と無機元素含有化合物との反応の進行に伴い、所定の波長の光線に対する反射率や屈折率、IR特性、色調等が変化する。したがって、これらの光学特性の変化をモニタリングすることで、第1ガス暴露工程における反応の進行度を確認、把握することができ、その結果に基づいて第1ガス暴露工程を制御してもよい。また、樹脂材料と無機元素含有化合物との反応が進行すると、例えば、凹凸パターン32の重量が変化する。したがって、凹凸パターン32の重量変化をモニタリングすることで、第1ガス暴露工程における反応の進行度を確認、把握することができ、その結果に基づいて第1ガス暴露工程を制御してもよい。 The first gas exposure step (S03 in FIG. 1) is carried out while monitoring the modified state of the unevenness pattern 32, that is, the progress of the reaction between the resin material constituting the unevenness pattern 32 and the inorganic element-containing compound. preferable. As the reaction between the resin material and the inorganic element-containing compound proceeds, for example, the optical characteristics of the unevenness pattern 32 change. Specifically, as the reaction between the resin material and the inorganic element-containing compound progresses, the reflectance, refractive index, IR characteristics, color tone, etc. for light rays having a predetermined wavelength change. Therefore, by monitoring the change in these optical characteristics, the progress of the reaction in the first gas exposure step can be confirmed and grasped, and the first gas exposure step may be controlled based on the result. Further, as the reaction between the resin material and the inorganic element-containing compound proceeds, for example, the weight of the uneven pattern 32 changes. Therefore, by monitoring the weight change of the uneven pattern 32, the progress of the reaction in the first gas exposure step can be confirmed and grasped, and the first gas exposure step may be controlled based on the result.

樹脂製の凹凸パターン32を第1ガスに曝す時間(各回の第1ガス暴露工程の処理時間)は、上述のようにして設定された第1処理条件に従えばよいが、例えば、30秒以上程度、好ましくは60秒~1000秒程度である。第1ガス暴露時間が30秒未満であると、第1ガスに含有される無機元素含有化合物が凹凸パターン32の最表面に位置する反応性官能基と結合して凹凸パターン32の最表面に化学吸着し内部への浸透が行われず、後述の第2ガスに含まれる酸化剤の作用により凹凸パターン32の表面に無機酸化物の薄膜(いわゆるALD膜)が形成されてしまい、凹凸パターン32のエッチング耐性を向上させ難くなるおそれがある。 The time for exposing the resin uneven pattern 32 to the first gas (treatment time of each first gas exposure step) may be in accordance with the first treatment conditions set as described above, and is, for example, 30 seconds or more. The degree is preferably about 60 seconds to 1000 seconds. When the exposure time of the first gas is less than 30 seconds, the inorganic element-containing compound contained in the first gas binds to the reactive functional group located on the outermost surface of the uneven pattern 32 and chemically on the outermost surface of the uneven pattern 32. It is adsorbed and does not penetrate into the inside, and a thin film of inorganic oxide (so-called ALD film) is formed on the surface of the concave-convex pattern 32 due to the action of the oxidizing agent contained in the second gas described later, and the unevenness pattern 32 is etched. It may be difficult to improve resistance.

第1ガス暴露工程(図1のS03)における温度条件は、上述のようにして設定された第1処理条件に従えばよいが、凹凸パターン32を構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下で、凹凸パターン32を第1ガスに曝すのが好ましい。凹凸パターン32を加熱しながら第1ガスに曝すことで、凹凸パターン32内部において反応性官能基と第1ガスに含まれる無機元素含有化合物との反応を促進することができるが、各回の第1ガス暴露工程の処理時間が相対的に長時間になると、第1ガス暴露工程の温度条件によっては、凹凸パターン32が変形するおそれがある。そのため、凹凸パターン32を構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下にて凹凸パターン32を第1ガスに曝すことで、樹脂製の凹凸パターン32が変形してしまうのを防止することができる。 The temperature condition in the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) may follow the first treatment condition set as described above, but is a temperature condition lower than the glass transition temperature of the resin material constituting the uneven pattern 32. Below, it is preferable to expose the uneven pattern 32 to the first gas. By exposing the uneven pattern 32 to the first gas while heating it, the reaction between the reactive functional group and the inorganic element-containing compound contained in the first gas can be promoted inside the uneven pattern 32. If the processing time of the gas exposure step is relatively long, the uneven pattern 32 may be deformed depending on the temperature conditions of the first gas exposure step. Therefore, by exposing the concavo-convex pattern 32 to the first gas under a temperature condition lower than the glass transition temperature of the resin material constituting the concavo-convex pattern 32, it is possible to prevent the concavo-convex pattern 32 made of resin from being deformed. can.

第1ガス暴露工程(図1のS03)における処理圧力条件は、上述のようにして設定された第1処理条件に従えばよいが、例えば、6.67×104Pa~6.67×105Pa(50Torr~500Torr)程度に設定されるのが好ましく、1.33×105Pa~4.00×105Pa(100Torr~300Torr)程度に設定されるのがより好ましい。処理圧力条件が6.67×104Pa(50Torr)未満であると、特に凹凸パターン32の表面に吸着防止層が形成されていない場合には、第1ガスに含有される無機元素含有化合物が凹凸パターン32の最表面に位置する反応性官能基と結合して凹凸パターン32の最表面に化学吸着し内部への浸透が進み難く、後述の第2ガスに含まれる酸化剤の作用により凹凸パターン32の表面に無機酸化物の薄膜(いわゆるALD膜)が形成されてしまうおそれがある。 The processing pressure conditions in the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) may be in accordance with the first processing conditions set as described above, and for example, 6.67 × 10 4 Pa to 6.67 × 10 It is preferably set to about 5 Pa (50 Torr to 500 Torr), and more preferably set to about 1.33 × 10 5 Pa to 4.00 × 10 5 Pa (100 Torr to 300 Torr). When the treatment pressure condition is less than 6.67 × 10 4 Pa (50 Torr), the inorganic element-containing compound contained in the first gas is contained, especially when the adsorption prevention layer is not formed on the surface of the uneven pattern 32. It binds to the reactive functional group located on the outermost surface of the uneven pattern 32 and is chemically adsorbed on the outermost surface of the uneven pattern 32 so that it does not easily penetrate into the inside. There is a risk that a thin film of inorganic oxide (so-called ALD film) will be formed on the surface of 32.

<第1ガスパージ工程>
次に、窒素(N2)等の不活性ガスを供給し、余剰の第1ガスをパージ(排気)する(図1のS04)。第1ガスを凹凸パターン32に曝し続けると、反応性官能基と無機元素含有化合物との反応が経時的に進行し難くなるため、余剰の第1ガスをパージ(排気)し、再び第1ガス暴露工程(図1のS03)を行うことで、反応性官能基と無機元素含有化合物との反応を効率的に進行させることができる。また、凹凸パターン32の内部に無機元素含有化合物を効果的に浸透させることができる。かかる第1ガスパージ工程は、例えば10~10000秒程度実施され得る。この一連の工程(図1のS03~S04)を1サイクルとし、第1処理条件に従って複数サイクル繰り返し実施する。上記第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程(図1のS03~S04)を複数サイクル繰り返すことで、無機元素含有化合物を凹凸パターン32内部深くにまで効果的に浸透させ、凹凸パターン32内部で効率よく化学反応させることができる。そのため、凹凸パターン32の表面及び内部において同等のエッチング耐性を奏することができ、当該凹凸パターン32をマスクとしたハードマスク層20や基材10のエッチング処理時に、凹凸パターン32の頂部に凹部が形成されてしまうのを抑制することができる。その結果として、基材10に高精度に凹凸パターンを転写することができる。
<First gas purging process>
Next, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) is supplied, and the surplus first gas is purged (exhausted) (S04 in FIG. 1). If the first gas is continuously exposed to the uneven pattern 32, the reaction between the reactive functional group and the inorganic element-containing compound becomes difficult to proceed over time. Therefore, the excess first gas is purged (exhausted) and the first gas is again exposed. By performing the exposure step (S03 in FIG. 1), the reaction between the reactive functional group and the inorganic element-containing compound can be efficiently promoted. In addition, the inorganic element-containing compound can be effectively permeated into the concave-convex pattern 32. The first gas purging step can be carried out, for example, for about 10 to 10000 seconds. This series of steps (S03 to S04 in FIG. 1) is regarded as one cycle, and a plurality of cycles are repeatedly carried out according to the first processing conditions. By repeating a series of steps (S03 to S04 in FIG. 1) of the first gas exposure step and the first gas purging step for a plurality of cycles, the inorganic element-containing compound is effectively permeated deep inside the uneven pattern 32, and the uneven pattern The chemical reaction can be efficiently performed inside the 32. Therefore, it is possible to obtain the same etching resistance on the surface and inside of the uneven pattern 32, and a concave portion is formed on the top of the uneven pattern 32 during the etching process of the hard mask layer 20 or the base material 10 using the uneven pattern 32 as a mask. It is possible to prevent it from being etched. As a result, the uneven pattern can be transferred to the base material 10 with high accuracy.

第1ガスパージ工程(図1のS04)が終了した後、第1処理条件として設定された第1ガス暴露工程の繰り返し回数に到達したか否かを判断し(図1のS05)、当該繰り返し回数に到達していない場合(図1のS05,No)には、第1ガス暴露工程(図1のS03)を再び実施する。一方、繰り返し回数に到達している場合(図1のS05,Yes)、第2ガス暴露工程(図1のS06)に移行する。 After the first gas purging step (S04 in FIG. 1) is completed, it is determined whether or not the number of repetitions of the first gas exposure step set as the first treatment condition has been reached (S05 in FIG. 1), and the number of repetitions is determined. (S05, No in FIG. 1), the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) is carried out again. On the other hand, when the number of repetitions has been reached (S05, Yes in FIG. 1), the process proceeds to the second gas exposure step (S06 in FIG. 1).

<第2ガス暴露工程>
続いて、第2処理条件に従い、酸化剤を含有する第2ガスに樹脂製の凹凸パターン32を曝す(第2ガス暴露工程,図1のS06)。複数サイクルに亘って繰り返し第1ガスに曝された樹脂製の凹凸パターン32を第2ガスに曝すことで、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の反応性官能基に結合した無機元素含有化合物部位に含まれる残余の反応活性基が加水分解されて水酸基に置換される。その後に脱水縮合反応が起こることで、樹脂製の凹凸パターン32のエッチング耐性を向上させることができる。第2ガス暴露工程は、1回のみ行われる。なお、第2ガス暴露工程は、2回以上繰り返して行われてもよい。
<Second gas exposure process>
Subsequently, according to the second treatment condition, the uneven pattern 32 made of resin is exposed to the second gas containing an oxidizing agent (second gas exposure step, S06 in FIG. 1). By exposing the resin-made uneven pattern 32 repeatedly exposed to the first gas over a plurality of cycles to the second gas, the site of the inorganic element-containing compound bonded to the reactive functional group of the resin material constituting the uneven pattern 32 can be obtained. The remaining reactive active groups contained are hydrolyzed and replaced with hydroxyl groups. Since the dehydration condensation reaction occurs after that, the etching resistance of the uneven pattern 32 made of resin can be improved. The second gas exposure step is performed only once. The second gas exposure step may be repeated twice or more.

第2ガスに含有される酸化剤としては、反応性官能基と結合している無機元素含有化合物部位に含まれる残余の反応活性基を水酸基に置換可能なものであればよく、例えば、水(H2O)、酸素(O2)、オゾン、過酸化水素等が挙げられる。 The oxidizing agent contained in the second gas may be any as long as it can replace the residual reactive active group contained in the moiety of the inorganic element-containing compound bonded to the reactive functional group with a hydroxyl group, for example, water ( Examples include H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone, hydrogen peroxide and the like.

第1ガスに含有される無機元素含有化合物がトリメチルアルミニウムであり、反応性官能基がカルボニル基である場合、下記反応式(2)に示すように、カルボニル基と結合しているジメチルアルミニウムに含まれる残余の反応性活性基(2つのメチル基)が酸化剤としての水により加水分解されて水酸基に置換される。その後、下記反応式(3)に示すように、ジヒドロキシアルミニウム部位の脱水縮合反応が起こる。 When the inorganic element-containing compound contained in the first gas is trimethylaluminum and the reactive functional group is a carbonyl group, it is contained in dimethylaluminum bonded to the carbonyl group as shown in the following reaction formula (2). The remaining reactive active groups (two methyl groups) are hydrolyzed with water as an oxidizing agent and replaced with hydroxyl groups. Then, as shown in the following reaction formula (3), a dehydration condensation reaction of the dihydroxyaluminum moiety occurs.

Figure 0007039865000002
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Figure 0007039865000003
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樹脂製の凹凸パターン32を第2ガスに曝す時間(第2ガス暴露工程の処理時間)は、第2処理条件に従えばよいが、例えば、30秒~1000秒程度、好ましくは60秒~500秒程度である。第2ガス暴露工程の処理時間が30秒未満であると、凹凸パターン32内部の反応性官能基に結合した無機元素含有化合物部位に含まれる残余の反応活性基の加水分解反応が十分に行われないおそれがある。 The time for exposing the resin uneven pattern 32 to the second gas (treatment time in the second gas exposure step) may be according to the second treatment condition, and is, for example, about 30 seconds to 1000 seconds, preferably 60 seconds to 500 seconds. It's about a second. When the treatment time of the second gas exposure step is less than 30 seconds, the hydrolysis reaction of the residual reaction active group contained in the site of the inorganic element-containing compound bonded to the reactive functional group inside the uneven pattern 32 is sufficiently performed. There is no risk.

第2ガス暴露工程(図1のS06)において、第1ガス暴露工程(図1のS03)と同様に、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の融点以下、好ましくはガラス転移温度未満の温度条件下で、凹凸パターン32を第2ガスに曝すのが好ましい。これにより、樹脂製の凹凸パターン32が軟化し、変形するのを防止しつつ、反応性官能基に結合した無機元素含有化合物部位に含まれる残余の反応活性基の加水分解反応を促進することができる。 In the second gas exposure step (S06 in FIG. 1), similarly to the first gas exposure step (S03 in FIG. 1), the temperature condition is equal to or lower than the melting point of the resin material constituting the uneven pattern 32, preferably lower than the glass transition temperature. Therefore, it is preferable to expose the uneven pattern 32 to the second gas. As a result, the uneven pattern 32 made of resin can be prevented from being softened and deformed, and the hydrolysis reaction of the residual reactive active group contained in the site of the inorganic element-containing compound bonded to the reactive functional group can be promoted. can.

第2ガス暴露工程(図1のS06)における処理圧力条件は、第2処理条件に従えばよいが、大気圧に設定されるのが好ましく、例えば、6.67×104Pa~1.33×106Pa(50Torr~1000Torr)程度に設定され、5.33×105Pa~9.87×105Pa(400Torr~740Torr)程度に設定されるのが好ましい。第2ガス暴露工程が真空雰囲気で実施されると、凹凸パターン32に欠陥が発生するおそれがあるが、第2ガス暴露工程が大気圧下で実施されることで、凹凸パターン32に欠陥が発生するのを防止することができる。 The processing pressure condition in the second gas exposure step (S06 in FIG. 1) may be in accordance with the second processing condition, but is preferably set to atmospheric pressure, for example, 6.67 × 10 4 Pa to 1.33. It is preferably set to about × 10 6 Pa (50 Torr to 1000 Torr), and preferably about 5.33 × 10 5 Pa to 9.87 × 10 5 Pa (400 Torr to 740 Torr). If the second gas exposure step is carried out in a vacuum atmosphere, defects may occur in the uneven pattern 32, but when the second gas exposure step is carried out under atmospheric pressure, defects occur in the uneven pattern 32. Can be prevented from doing so.

<第2ガスパージ工程>
次に、窒素(N2)等の不活性ガスを供給し、余剰の第2ガスをパージ(排気)する(図1のS07)。かかる第2ガスパージ工程(図1のS07)は、例えば30~1000秒程度実施されればよく、第2ガスパージ工程を行う時間は、状況に応じて、適宜選択される。
<Second gas purging process>
Next, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) is supplied, and the surplus second gas is purged (exhausted) (S07 in FIG. 1). The second gas purging step (S07 in FIG. 1) may be carried out for, for example, about 30 to 1000 seconds, and the time for performing the second gas purging step is appropriately selected depending on the situation.

<ウェットエッチング工程>
上記第1ガス暴露工程及び第2ガス暴露工程(図1のS03~S07)を施すことで、樹脂製の凹凸パターン32のエッチング耐性を向上させ得るが、当該凹凸パターン32の凸部32a間から露出するハードマスク層20上に無機元素含有化合物由来の薄膜(無機元素含有化合物としてTMAを用いた場合にはAl23の薄膜,膜厚:0.1nm~10nm程度)が形成されてしまう。この薄膜が残存していると、後述するハードマスク層20をエッチングしてハードマスクパターン21を形成する工程(図3(C)参照)において、当該ハードマスクパターン21の寸法等の精度が低下するおそれがある。そのため、この薄膜をウェットエッチングにより除去するのが好ましい。
<Wet etching process>
By performing the first gas exposure step and the second gas exposure step (S03 to S07 in FIG. 1), the etching resistance of the resin uneven pattern 32 can be improved, but from between the convex portions 32a of the uneven pattern 32. A thin film derived from an inorganic element-containing compound (when TMA is used as the inorganic element-containing compound, a thin film of Al 2 O 3 , film thickness: about 0.1 nm to 10 nm) is formed on the exposed hard mask layer 20. .. If this thin film remains, the accuracy of the dimensions and the like of the hard mask pattern 21 deteriorates in the step of etching the hard mask layer 20 described later to form the hard mask pattern 21 (see FIG. 3C). There is a risk. Therefore, it is preferable to remove this thin film by wet etching.

上記ウェットエッチング工程において用いられるエッチング液としては、薄膜を除去可能な酸を含むものであり、好ましくは、薄膜を構成する材料に対する酸化力が相対的に強い酸(次亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、硫酸、過酢酸、過マンガン酸、ニクロム酸等)と相対的に弱い酸(リン酸、酢酸、フェノール等)とを含む混酸溶液であり、より好ましくは、当該酸化力が相対的に強い酸としての硝酸と、相対的に弱い酸としてのリン酸及び酢酸とを含む混酸溶液である。かかる混酸溶液におけるリン酸、酢酸及び硝酸の組成比(質量基準)は、60~80:1~20:1~20であるのが好ましく、65~75:5~15:1~5であるのが特に好ましい。上記混酸溶液における各酸の組成比が上記範囲内であることで、樹脂製の凹凸パターン32を損傷させることなく、薄膜を除去することができる。 The etching solution used in the wet etching step contains an acid capable of removing the thin film, and preferably an acid having a relatively strong oxidizing power for the material constituting the thin film (hypochlorous acid, chloric acid, etc.). It is a mixed acid solution containing a perchloric acid, nitric acid, sulfuric acid, peracetic acid, permanganic acid, dichromic acid, etc.) and a relatively weak acid (phosphate, acetic acid, phenol, etc.), and more preferably, the oxidizing power thereof is high. It is a mixed acid solution containing nitric acid as a relatively strong acid and phosphoric acid and acetic acid as relatively weak acids. The composition ratio (mass basis) of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid in such a mixed acid solution is preferably 60 to 80: 1 to 20: 1 to 20, and preferably 65 to 75: 5 to 15: 1 to 5. Is particularly preferable. When the composition ratio of each acid in the mixed acid solution is within the above range, the thin film can be removed without damaging the uneven pattern 32 made of resin.

ウェットエッチング方法としては、上記樹脂製の凹凸パターン32が形成されている基材10をエッチング液に浸漬させる方法、基材10における凹凸パターン32が形成されている面(第1面11)側にエッチング液を噴射する方法等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。 As a wet etching method, a method of immersing the base material 10 on which the unevenness pattern 32 made of the resin is formed in an etching solution, and a method of immersing the base material 10 on the surface (first surface 11) side of the base material 10 on which the unevenness pattern 32 is formed. Examples of a method of injecting an etching solution and the like can be exemplified, but the method is not limited thereto.

上記ウェットエッチング工程においては、樹脂製の凹凸パターン32の凸部32a間に形成された薄膜を除去可能な程度の低濃度のエッチング液(混酸溶液含有量:1~80質量%)を用いるエッチング処理、及び/又は当該薄膜を除去可能な程度の短時間(1~30秒程度)のエッチング処理を行うのが好ましい。これにより、樹脂製の凹凸パターン32を損傷させることなく、薄膜を除去することができる。 In the wet etching step, an etching treatment using a low-concentration etching solution (mixed acid solution content: 1 to 80% by mass) capable of removing the thin film formed between the convex portions 32a of the resin uneven pattern 32 is used. And / or it is preferable to perform the etching treatment for a short time (about 1 to 30 seconds) so that the thin film can be removed. As a result, the thin film can be removed without damaging the uneven pattern 32 made of resin.

<ハードマスクパターン形成工程>
続いて、上述した第1ガス暴露工程及び第2ガス暴露工程(図1のS03~S07)、並びにウェットエッチング工程が施された凹凸パターン32をマスクとして用いて、ハードマスク層20をエッチングし、ハードマスクパターン21を形成する(図3(C)参照)。本実施形態においては、樹脂製の凹凸パターン32のエッチング耐性が向上していることで、ハードマスク層20のエッチング処理中に凹凸パターン32が消失してしまうのを防止することができる。したがって、寸法精度の極めて高いハードマスクパターン21が形成される。
<Hard mask pattern forming process>
Subsequently, the hard mask layer 20 is etched using the uneven pattern 32 subjected to the above-mentioned first gas exposure step and second gas exposure step (S03 to S07 in FIG. 1) and the wet etching step as a mask. The hard mask pattern 21 is formed (see FIG. 3C). In the present embodiment, since the etching resistance of the uneven pattern 32 made of resin is improved, it is possible to prevent the uneven pattern 32 from disappearing during the etching process of the hard mask layer 20. Therefore, the hard mask pattern 21 having extremely high dimensional accuracy is formed.

<凹凸構造形成工程>
このようにして形成されたハードマスクパターン21をマスクとして用いて、基材10の第1面11側をドライエッチングし、凹凸構造1aを形成し(図3(D)参照)、最後にハードマスクパターン21を除去することで、凹凸構造1aを有する凹凸構造体1が製造される(図3(E)参照)。なお、本実施形態において製造される凹凸構造体1としては、例えば、インプリントモールド、フォトマスク、凹凸構造1aとしての配線パターンを有する半導体チップ等が挙げられる。
<Concave and convex structure forming process>
Using the hard mask pattern 21 thus formed as a mask, the first surface 11 side of the base material 10 is dry-etched to form the uneven structure 1a (see FIG. 3D), and finally the hard mask. By removing the pattern 21, the concavo-convex structure 1 having the concavo-convex structure 1a is manufactured (see FIG. 3E). Examples of the concavo-convex structure 1 manufactured in the present embodiment include an imprint mold, a photomask, and a semiconductor chip having a wiring pattern as the concavo-convex structure 1a.

〔レプリカモールドの製造方法〕
本実施形態において製造される凹凸構造体1としてのインプリントモールドは、レプリカモールドを製造するためのマスターモールドとして用いることができる。当該レプリカモールドの製造方法は、マスターモールドとしての凹凸構造体1と、第1面及びそれに対向する第2面を有し、第1面上にハードマスク層(金属クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム等からなる)が形成されているレプリカモールド用基材とを準備する工程、レプリカモールド用基材のハードマスク層上にインプリント樹脂膜(アクリル系、メタクリル系等の紫外線硬化性樹脂等からなる膜)を成膜する工程、凹凸構造体1の凹凸構造2をインプリント樹脂膜に転写し、凹凸構造体1の凹凸構造1aを反転させた凹凸パターンをインプリント樹脂膜に形成する工程、レプリカモールド用基材のハードマスク層上に形成された凹凸パターンをマスクとしてハードマスク層をエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程、及びハードマスクパターンをマスクとしてレプリカモールド用基材の第1面側をエッチングして、凹凸構造体1の凹凸構造1aを反転させた凹凸構造をレプリカモールド用基材の第1面に形成する工程を含む。
[Manufacturing method of replica mold]
The imprint mold as the concave-convex structure 1 manufactured in the present embodiment can be used as a master mold for manufacturing a replica mold. The method for manufacturing the replica mold has a concavo-convex structure 1 as a master mold, a first surface and a second surface facing the first surface, and a hard mask layer (metal chrome, chromium oxide, chrome nitride, A process of preparing a base material for replica molding on which (made of chromium oxynitride, etc.) is formed, an imprint resin film (ultraviolet curable resin such as acrylic or methacrylic) on the hard mask layer of the base material for replica molding. In the process of forming a film (a film made of the like), the uneven structure 2 of the concave-convex structure 1 is transferred to the imprint resin film, and a concave-convex pattern obtained by inverting the concave-convex structure 1a of the concave-convex structure 1 is formed on the imprint resin film. The process, the process of etching the hard mask layer using the uneven pattern formed on the hard mask layer of the base material for replica molding as a mask to form the hard mask pattern, and the process of forming the hard mask pattern using the hard mask pattern as a mask, the first of the base material for replica molding. It includes a step of etching one surface side to form a concavo-convex structure in which the concavo-convex structure 1a of the concavo-convex structure 1 is inverted on the first surface of a substrate for replica molding.

レプリカモールド用基材としては、例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板、アクリルガラス等のガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリプロピレン基板、ポリエチレン基板等の樹脂基板、これらのうちから任意に選択された2以上の基板を積層してなる積層基板等の透明基板等が用いられ得る。 Examples of the base material for the replica mold include quartz glass, soda glass, fluorite, calcium fluoride substrate, magnesium fluoride substrate, glass substrate such as acrylic glass, polycarbonate substrate, polypropylene substrate, resin substrate such as polyethylene substrate, and the like. A transparent substrate such as a laminated substrate obtained by laminating two or more substrates arbitrarily selected from the above can be used.

上述したように、本実施形態において製造される凹凸構造体1(マスターモールド)は、高精度で形成された凹凸構造1aを有する。そのため、それをマスターモールドとして用いて製造されるレプリカモールドもまた、高精度で形成された凹凸構造を有するものとして製造され得る。 As described above, the concavo-convex structure 1 (master mold) manufactured in the present embodiment has the concavo-convex structure 1a formed with high accuracy. Therefore, a replica mold manufactured by using it as a master mold can also be manufactured as having a concavo-convex structure formed with high accuracy.

上述したように、本実施形態においては、ハードマスクパターン21をエッチングにて形成する際のマスクとして用いられる樹脂製の凹凸パターン32が、極めてエッチング耐性に優れるものであり、樹脂製の凹凸パターン32により覆われていないハードマスク層20上に形成される薄膜を除去してからハードマスク層20をエッチングしてハードマスクパターン21が形成されることで、ハードマスクパターン21が高精度で形成される。そのため、高精度で形成されたハードマスクパターン21をエッチングマスクとして用いたエッチングにより、基材10の第1面11上に凹凸構造1aが高精度で形成される。よって、本実施形態によれば、高精度で形成された凹凸構造1aを有する凹凸構造体1を製造することができる。 As described above, in the present embodiment, the resin uneven pattern 32 used as a mask when forming the hard mask pattern 21 by etching has extremely excellent etching resistance, and the resin uneven pattern 32 The hard mask pattern 21 is formed with high accuracy by removing the thin film formed on the hard mask layer 20 not covered with the above and then etching the hard mask layer 20 to form the hard mask pattern 21. .. Therefore, the uneven structure 1a is formed on the first surface 11 of the base material 10 with high accuracy by etching using the hard mask pattern 21 formed with high accuracy as an etching mask. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the concavo-convex structure 1 having the concavo-convex structure 1a formed with high accuracy.

〔レジストパターン改質装置〕
続いて、本実施形態に係るパターン形成方法における第1ガス暴露工程及び第2ガス暴露工程(図1のS03~S07)を実施可能なレジストパターン改質装置について説明する。図4は、本実施形態におけるレジストパターン改質装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
[Resist pattern reformer]
Subsequently, a resist pattern reforming apparatus capable of carrying out the first gas exposure step and the second gas exposure step (S03 to S07 in FIG. 1) in the pattern forming method according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of the resist pattern reformer according to the present embodiment.

図4に示すように、本実施形態におけるレジストパターン改質装置50は、チャンバ51と、ガス投入口52及びガス排気口53を有し、被処理物(本実施形態に係るパターン形成方法においては樹脂製の凹凸パターン32が形成されている基材10(図3(A)参照))を載置可能なステージ54と、ステージ54上に載置された被処理物を加熱可能なヒータ(図示省略)と、ステージ54の上方に位置し、レジストパターン32の改質状態を検出する検出部55とを備える。 As shown in FIG. 4, the resist pattern reforming apparatus 50 in the present embodiment has a chamber 51, a gas inlet 52 and a gas exhaust port 53, and an object to be treated (in the pattern forming method according to the present embodiment). A stage 54 on which a base material 10 (see FIG. 3A) on which a resin uneven pattern 32 is formed can be placed, and a heater capable of heating an object to be processed placed on the stage 54 (not shown). (Omitted) and a detection unit 55 located above the stage 54 and detecting the modified state of the resist pattern 32.

検出部55は、被処理物としての基材10に形成されている凹凸パターン32に対し第1ガスを曝しているときに、当該凹凸パターン32の光学特性(例えば、反射率、屈折率、IR特性、色調等)や重量の変化を経時的にモニタリング可能な光学センサや重量センサ等により構成され得る。検出部55が重量センサにより構成される場合、当該検出部55は、ステージ54に内蔵されていればよい。 When the detection unit 55 exposes the first gas to the uneven pattern 32 formed on the base material 10 as the object to be treated, the detection unit 55 has optical characteristics (for example, reflectance, refractive index, IR) of the uneven pattern 32. It may be composed of an optical sensor, a weight sensor, or the like that can monitor changes in characteristics, color tone, etc.) and weight over time. When the detection unit 55 is composed of a weight sensor, the detection unit 55 may be built in the stage 54.

かかるレジストパターン改質装置50において、ガス投入口52から第1ガスがチャンバ51内に供給されると、ガス排気口53に向かって第1ガスが流れることで、その間に位置する被処理物(凹凸パターン32)の周囲を第1ガス雰囲気にすることができる。これにより、第1ガスに含まれる無機元素含有化合物を凹凸パターン32の内部に浸透させ、樹脂材料の反応性官能基と無機元素含有化合物とを反応させることができる。 In the resist pattern reforming apparatus 50, when the first gas is supplied into the chamber 51 from the gas inlet 52, the first gas flows toward the gas exhaust port 53, so that the object to be processed located between them ( The circumference of the uneven pattern 32) can be made into a first gas atmosphere. As a result, the inorganic element-containing compound contained in the first gas can be infiltrated into the concavo-convex pattern 32, and the reactive functional group of the resin material can be reacted with the inorganic element-containing compound.

図5に示すように、本実施形態におけるレジストパターン改質装置50は、制御部61と、記憶部62と、レジストパターン改質装置50との間でデータ等の送受信を行うための通信部63とを有する制御装置60をさらに備える。制御部61は、記憶部62に記憶されている種々の情報や、ユーザから入力された情報等に基づいて、第1処理条件に関するデータ(例えば、第1ガス暴露工程の繰り返し実施回数、各回の第1ガス暴露工程の処理時間等に関するデータ等)や第2処理条件に関するデータ(例えば、第2ガス暴露工程の処理時間等に関するデータ等)を生成したり、それらのデータに基づいてレジストパターン改質装置50における第1ガス暴露工程(図1のS03)及び第2ガス暴露工程(図1のS06)等を制御したりするための演算処理を行う。 As shown in FIG. 5, the resist pattern reforming device 50 in the present embodiment is a communication unit 63 for transmitting and receiving data and the like between the control unit 61, the storage unit 62, and the resist pattern reforming device 50. Further includes a control device 60 having the above. The control unit 61 is based on various information stored in the storage unit 62, information input from the user, and the like, and data related to the first processing condition (for example, the number of times the first gas exposure step is repeated, each time). Data on the processing time of the first gas exposure process, etc.) and data on the second processing conditions (for example, data on the processing time, etc. of the second gas exposure process) can be generated, and the registration pattern can be modified based on those data. Arithmetic processing for controlling the first gas exposure step (S03 in FIG. 1), the second gas exposure step (S06 in FIG. 1), and the like in the quality apparatus 50 is performed.

記憶部62には、ユーザから入力された情報が一時的に記憶されたり、制御部61が種々の演算処理を行うためのプログラム、制御部61により生成された第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータ、検出部55によりモニタリングされて得られたモニタリング情報(例えば、凹凸パターン32の光学特性や重量の変化に関する情報等)、凹凸パターン32を構成し得る種々の樹脂材料に関する情報(例えば、樹脂材料の種類、樹脂材料の電子密度に関する情報等)等が記憶されたりしている。 The storage unit 62 temporarily stores information input from the user, a program for the control unit 61 to perform various arithmetic processes, data related to the first processing condition generated by the control unit 61, and a second. Data on processing conditions, monitoring information obtained by monitoring by the detection unit 55 (for example, information on changes in optical characteristics and weight of the uneven pattern 32), information on various resin materials that can form the uneven pattern 32 (for example). , Information on the type of resin material, electron density of the resin material, etc.), etc. are stored.

記憶部62に記憶されている第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータは、レジストパターン改質装置50にて過去に第1ガス暴露工程及び第2ガス暴露工程が実施されたときの第1処理条件及び第2処理条件に関するデータであって、そのときの凹凸パターン32を構成する樹脂材料に関する情報と関連付けられている。また、第1処理条件及び第2処理条件に関するデータは、レジストパターン改質装置50にて過去に第1ガス暴露工程及び第2ガス暴露工程が実施されたときに検出部55によりモニタリングされて得られたモニタリング情報に基づいて更新されてもよい。 The data regarding the first processing condition and the data regarding the second processing condition stored in the storage unit 62 are the data when the first gas exposure step and the second gas exposure step were performed in the past by the resist pattern reformer 50. It is the data about the first processing condition and the second processing condition, and is associated with the information about the resin material constituting the unevenness pattern 32 at that time. Further, the data regarding the first treatment condition and the second treatment condition are obtained by being monitored by the detection unit 55 when the first gas exposure step and the second gas exposure step have been performed in the past by the resist pattern reformer 50. It may be updated based on the monitoring information provided.

本実施形態におけるレジストパターン改質装置50においてレジストパターンの改質処理を行う場合、制御部61は、ユーザから入力された情報等に従い、第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータを生成する。例えば、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の種類に関する情報が入力されたとき、当該樹脂材料に関連付けられている第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータが記憶部62に記憶されている場合には、当該第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータを読み出す。一方、当該樹脂材料に関連付けられている第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータが記憶部62に記憶されていない場合には、当該樹脂材料の電子密度の情報に基づいて、第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータを生成する。例えば、ユーザにより入力された樹脂材料の種類に関する情報から、当該新たな樹脂材料の電子密度を求める。そして、第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータに関連付けられている樹脂材料の電子密度と対比し、最も電子密度が近い樹脂材料に関連付けられている第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータに基づいて、新たな樹脂材料により構成される凹凸パターン32に対する第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータを生成する。 When the resist pattern reforming apparatus 50 in the present embodiment performs the resist pattern reforming process, the control unit 61 generates data related to the first processing condition and data related to the second processing condition according to the information input from the user and the like. do. For example, when information regarding the type of the resin material constituting the unevenness pattern 32 is input, the data regarding the first processing condition and the data regarding the second processing condition associated with the resin material are stored in the storage unit 62. In that case, the data relating to the first processing condition and the data relating to the second processing condition are read out. On the other hand, when the data regarding the first processing condition and the data regarding the second processing condition associated with the resin material are not stored in the storage unit 62, the first is based on the information on the electron density of the resin material. Generate data related to the processing condition and data related to the second processing condition. For example, the electron density of the new resin material is obtained from the information regarding the type of the resin material input by the user. Then, in comparison with the electron density of the resin material associated with the data regarding the first treatment condition and the data regarding the second treatment condition, the data regarding the first treatment condition and the second treatment condition associated with the resin material having the closest electron density are obtained. Based on the data regarding the processing conditions, the data regarding the first processing conditions and the data regarding the second processing conditions for the uneven pattern 32 made of the new resin material are generated.

制御部61は、上記のようにして生成された第1処理条件に関するデータ及び第2処理条件に関するデータに基づき、レジストパターン改質装置50における処理を制御し、レジストパターン改質装置50にて、第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程が複数回繰り返し実施される。このとき、検出部55は、凹凸パターン32の光学特性や重量の変化を経時的にモニタリングし、検出部55から出力されたモニタリング情報は、記憶部62に記憶される。第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程が終了した後、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の一連の工程が実施され、凹凸パターン32に対する改質処理が終了する。 The control unit 61 controls the processing in the resist pattern reforming apparatus 50 based on the data regarding the first processing condition and the data regarding the second processing condition generated as described above, and the resist pattern reforming apparatus 50 controls the processing. A series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step are repeated a plurality of times. At this time, the detection unit 55 monitors changes in the optical characteristics and weight of the uneven pattern 32 over time, and the monitoring information output from the detection unit 55 is stored in the storage unit 62. After the series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step is completed, the series of steps of the second gas exposure step and the second gas purge step are carried out, and the reforming process for the uneven pattern 32 is completed.

制御部61は、第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程が終了した後、検出部55から出力されたモニタリング情報に基づき、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の一連の工程を実施すべきか否かを判断してもよい。例えば、レジストパターン改質装置50における処理開始時に生成した第1処理条件に関するデータにおける繰り返し回数の第1ガス暴露工程が終了したが、モニタリング情報に基づき、凹凸パターン32を構成する樹脂材料と無機元素含有化合物との反応が不十分であると判断される場合、第2ガス暴露工程に移行せず、第1ガス暴露工程を再度実施してもよい。このような制御を行うことで、凹凸パターン32の最適な改質処理を行うことができる。 After the series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step is completed, the control unit 61 has a series of steps of the second gas exposure step and the second gas purge step based on the monitoring information output from the detection unit 55. You may decide whether or not to carry out. For example, the first gas exposure step of the number of repetitions in the data regarding the first treatment condition generated at the start of the treatment in the resist pattern reformer 50 is completed, but the resin material and the inorganic element constituting the uneven pattern 32 are based on the monitoring information. If it is determined that the reaction with the contained compound is insufficient, the first gas exposure step may be carried out again without shifting to the second gas exposure step. By performing such control, the optimum reforming process of the unevenness pattern 32 can be performed.

また、制御部61は、検出部55から出力されたモニタリング情報を、最初に生成した第1処理条件に関するデータにフィードバックして、第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程の繰り返し回数等を、レジストパターン改質装置50における処理途中に変更してもよい。このようなフィードバック機能を備えることで、最適な処理条件にて凹凸パターン32の改質処理を行うことができる。 Further, the control unit 61 feeds back the monitoring information output from the detection unit 55 to the data related to the first processing condition first generated, and the number of repetitions of a series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step. Etc. may be changed during the processing in the resist pattern reformer 50. By providing such a feedback function, the unevenness pattern 32 can be modified under the optimum processing conditions.

〔パターン形成システム〕
続いて、本実施形態におけるパターン形成システムについて説明する。図6及び図7は、本実施形態におけるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図である。
[Pattern formation system]
Subsequently, the pattern forming system in this embodiment will be described. 6 and 7 are block diagrams showing a schematic configuration of the pattern forming system according to the present embodiment.

図6に示すように、本実施形態におけるパターン形成システム100は、パターン形成装置70と、上記レジストパターン改質装置50と、基材加工装置90とを備える。また、図7に示すように、本実施形態におけるパターン形成システム100は、現像装置80をさらに備えていてもよい。 As shown in FIG. 6, the pattern forming system 100 in the present embodiment includes a pattern forming device 70, the resist pattern modifying device 50, and a base material processing device 90. Further, as shown in FIG. 7, the pattern forming system 100 in the present embodiment may further include a developing device 80.

パターン形成装置70は、レジストパターン改質装置50にて改質される樹脂製の凹凸パターン32を基材10の第1面11上に形成するための装置であり、例えば、ナノインプリント装置、電子線描画装置等により構成される。 The pattern forming apparatus 70 is an apparatus for forming a resin uneven pattern 32 modified by the resist pattern modifying apparatus 50 on the first surface 11 of the base material 10, for example, a nanoimprint apparatus and an electron beam. It is composed of a drawing device and the like.

基材加工装置90は、レジストパターン改質装置50にて改質された樹脂製の凹凸パターン32をマスクとして基材10の第1面11に凹凸構造1aを形成したり、パターン形成装置70にて形成された凹凸パターン31の凹部31b間に残存する残膜部31Cを除去したりするための装置であり、例えば、エッチング装置等により構成される。 The base material processing device 90 can form the uneven structure 1a on the first surface 11 of the base material 10 by using the resin uneven pattern 32 modified by the resist pattern modifying device 50 as a mask, or can be used in the pattern forming device 70. This is an apparatus for removing the residual film portion 31C remaining between the concave portions 31b of the concave-convex pattern 31 formed therein, and is configured by, for example, an etching apparatus or the like.

パターン形成装置70とレジストパターン改質装置50との間、及びレジストパターン改質装置50と基材加工装置90との間には、凹凸パターン32が形成された基材10を搬送する搬送装置が設けられる。搬送装置は、パターン形成装置70(レジストパターン改質装置50)から搬出された基材10を、コンベアを介してレジストパターン改質装置50(基材加工装置90)に搬入するような構成を有していてもよいし、パターン形成装置70(レジストパターン改質装置50)から搬出された基材10を、ロボット搬送装置によりレジストパターン改質装置50(基材加工装置90)に搬入するような構成を有していてもよい。 Between the pattern forming device 70 and the resist pattern reforming device 50, and between the resist pattern reforming device 50 and the base material processing device 90, a transport device for transporting the base material 10 on which the uneven pattern 32 is formed is provided. It will be provided. The transfer device has a configuration in which the base material 10 carried out from the pattern forming device 70 (resist pattern reforming device 50) is carried into the resist pattern reforming device 50 (base material processing device 90) via a conveyor. The base material 10 carried out from the pattern forming apparatus 70 (resist pattern reforming apparatus 50) may be carried into the resist pattern reforming apparatus 50 (resist pattern processing apparatus 90) by a robot transfer apparatus. It may have a configuration.

パターン形成装置70及びレジストパターン改質装置50のそれぞれのチャンバ内の圧力が異なる場合や、レジストパターン改質装置50及び基材加工装置90のそれぞれのチャンバ内の圧力が異なる場合、基材10の搬送の過程で基材10上の凹凸パターン32に対して印加される圧力の変動が緩やかとなるように、搬送される基材10の周囲の圧力雰囲気が調整されていてもよい。 When the pressure in each chamber of the pattern forming apparatus 70 and the resist pattern reforming apparatus 50 is different, or when the pressure in each chamber of the resist pattern reforming apparatus 50 and the substrate processing apparatus 90 is different, the substrate 10 is used. The pressure atmosphere around the substrate 10 to be conveyed may be adjusted so that the fluctuation of the pressure applied to the uneven pattern 32 on the substrate 10 becomes gentle in the process of the transfer.

図7に示すように、本実施形態におけるパターン形成システム100は、現像装置80をさらに備えていてもよい。レジストパターン改質装置50にて処理された基材10の第1面11には、第1ガスに起因する無機元素含有化合物の酸化物(例えばAl23等)の薄膜が形成されている。また、基材加工装置90にて加工処理された基材10の第1面11には、マスクとして用いられた凹凸パターン32が残存している。現像装置80は、これらの薄膜や残存する凹凸パターン32を剥離するための洗浄装置としての役割を果たすことができる。 As shown in FIG. 7, the pattern forming system 100 in the present embodiment may further include a developing device 80. A thin film of an oxide (for example, Al 2 O 3 ) of an inorganic element-containing compound derived from the first gas is formed on the first surface 11 of the base material 10 treated by the resist pattern reformer 50. .. Further, the uneven pattern 32 used as a mask remains on the first surface 11 of the base material 10 processed by the base material processing apparatus 90. The developing device 80 can serve as a cleaning device for peeling off these thin films and the remaining uneven pattern 32.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上記実施形態においては、第1面11にハードマスク層20が形成されている基材10における当該ハードマスク層20上に樹脂製の凹凸パターン31(32)を形成する態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ハードマスク層20を有しない基材10の第1面11上に樹脂製の凹凸パターン31(32)を形成してもよい。一般に、凹凸パターン31(32)を構成する樹脂材料としては、基材10を構成する材料との間でエッチングレートの差の小さいものが多く、エッチング耐性を向上させていない樹脂製の凹凸パターンをマスクとして基材10をエッチングすると、基材10のエッチング処理中に凹凸パターンが消失してしまう問題や、凹凸パターンが完全に消失しなくても凹凸パターンの肩部がエッチングされて基材10の第1面11に形成される凹凸構造2の寸法精度が低下してしまう問題が発生する。しかしながら、上記実施形態において形成される凹凸パターン32は、極めて優れたエッチング耐性を有するため、当該凹凸パターン32をマスクとして基材10をエッチングすることで、寸法精度の良好な凹凸構造2を基材10の第1面11に形成することができる。なお、このような態様において、凹凸構造2が形成された基材10の第1面11側から凹凸パターン32を除去すべく、上述した混酸溶液を含むエッチング液の他、アセトン、トルエン等からなるエッチング液を用いたウェットエッチング処理を当該基材10に施すのが望ましい。 In the above embodiment, an embodiment in which a resin uneven pattern 31 (32) is formed on the hard mask layer 20 of the base material 10 on which the hard mask layer 20 is formed on the first surface 11 will be described as an example. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, a resin uneven pattern 31 (32) may be formed on the first surface 11 of the base material 10 having no hard mask layer 20. Generally, as the resin material constituting the unevenness pattern 31 (32), there are many materials having a small difference in etching rate with the material constituting the base material 10, and the unevenness pattern made of resin which does not improve the etching resistance is used. When the base material 10 is etched as a mask, there is a problem that the uneven pattern disappears during the etching process of the base material 10, and even if the uneven pattern does not completely disappear, the shoulder portion of the uneven pattern is etched and the base material 10 is etched. There arises a problem that the dimensional accuracy of the concave-convex structure 2 formed on the first surface 11 is lowered. However, since the uneven pattern 32 formed in the above embodiment has extremely excellent etching resistance, the uneven structure 2 having good dimensional accuracy can be obtained by etching the base material 10 using the uneven pattern 32 as a mask. It can be formed on the first surface 11 of 10. In such an embodiment, in order to remove the uneven pattern 32 from the first surface 11 side of the base material 10 on which the uneven structure 2 is formed, the etching solution containing the mixed acid solution described above is composed of acetone, toluene and the like. It is desirable to apply a wet etching treatment using an etching solution to the base material 10.

上記実施形態において、基材10の第1面11にハードマスク層20が形成され、そのハードマスク層20上に樹脂製の凹凸パターン31(32)を形成し、当該凹凸パターン32に対して第1ガス及び第2ガスを暴露する態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図8に示すように、ハードマスク層20上にポジ型の電子線感応性又は紫外線感応性レジスト材料膜30’を形成し、当該レジスト材料膜30’に電子線又は紫外線を露光して凹凸パターン32の潜像(露光部32’及び未露光部33’)を形成し、電子線又は紫外線が露光された露光部32’及び未露光部33’に対してガス暴露工程を実施した後、例えばドライエッチング処理を施す等、ドライプロセスにて未露光部33’を除去することで凹凸パターン32を形成してもよい。ポジ型のレジスト材料においては、電子線又は紫外線が露光された露光部32’の現像液に対する溶解性が増大するが、パターン状に露光され凹凸パターン32の潜像が形成されたレジスト材料膜30’に対してガス暴露工程を実施すると、露光部32’のエッチング耐性(ドライエッチング耐性)が未露光部33’のエッチング耐性よりも向上する。これは、露光部32’に対する無機元素含有化合物の浸透性が、未露光部33’に対する無機元素含有化合物の浸透性よりも向上するためであると考えられる。したがって、凹凸パターン32の潜像が形成されたレジスト材料膜30’に対しガス暴露工程を実施することで、エッチング耐性の向上した露光部32’を凹凸パターン32として基材10(ハードマスク層20)上に残存させることができる。すなわち、ネガ型レジスト材料を用いた電子線リソグラフィー法やフォトリソグラフィー法により形成可能な樹脂製の凹凸パターンを、ポジ型レジスト材料を用いて作製することができる。また、一般的な電子線リソグラフィー法やフォトリソグラフィー法においては、現像液を用いた現像処理を必要とし、当該現像液の表面張力等により、樹脂製の凹凸パターンの倒壊等が引き起こされ得る。しかし、上記方法によれば、現像液を用いた現像処理を必要とせずに樹脂製の凹凸パターンを形成することができるため、現像液の表面張力等に起因する樹脂製の凹凸パターンの倒壊等の発生を防止することができる。 In the above embodiment, the hard mask layer 20 is formed on the first surface 11 of the base material 10, the uneven pattern 31 (32) made of resin is formed on the hard mask layer 20, and the uneven pattern 32 is the first. Although the embodiment of exposing the 1st gas and the 2nd gas has been described as an example, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, as shown in FIG. 8, a positive electron beam-sensitive or ultraviolet-sensitive resist material film 30'is formed on the hard mask layer 20, and the resist material film 30' is exposed to an electron beam or ultraviolet rays. After forming a latent image (exposed portion 32'and unexposed portion 33') of the uneven pattern 32 and performing a gas exposure step on the exposed portion 32'and the unexposed portion 33' exposed to electron beams or ultraviolet rays. The uneven pattern 32 may be formed by removing the unexposed portion 33'in a dry process, for example, by performing a dry etching process. In the positive type resist material, the solubility of the exposed portion 32'exposed to the electron beam or ultraviolet rays in the developing solution is increased, but the resist material film 30 is exposed in a pattern and a latent image of the uneven pattern 32 is formed. When the gas exposure step is carried out on', the etching resistance (dry etching resistance) of the exposed portion 32'is improved more than the etching resistance of the unexposed portion 33'. It is considered that this is because the permeability of the inorganic element-containing compound to the exposed portion 32'is higher than the permeability of the inorganic element-containing compound to the unexposed portion 33'. Therefore, by performing the gas exposure step on the resist material film 30'in which the latent image of the uneven pattern 32 is formed, the exposed portion 32'with improved etching resistance is used as the uneven pattern 32 as the base material 10 (hard mask layer 20). ) Can be left on. That is, a resin uneven pattern that can be formed by an electron beam lithography method or a photolithography method using a negative resist material can be produced by using a positive resist material. Further, in a general electron beam lithography method or photolithography method, a developing process using a developing solution is required, and the surface tension of the developing solution or the like may cause the uneven pattern made of resin to collapse. However, according to the above method, since the resin uneven pattern can be formed without the need for development processing using a developer, the resin uneven pattern collapses due to the surface tension of the developer or the like. Can be prevented.

上記実施形態において、パターン形成システム100は、パターン形成装置70と、上記レジストパターン改質装置50と、基材加工装置90とを備え、所望により現像装置80をさらに備えるが、この態様に限定されるものではない。例えば、パターン形成システム100は、レジストパターン改質装置50と、パターン形成装置70又は基材加工装置90とを備えるものであってもよい。また、パターン形成システム100が備える搬送装置は、パターン形成装置70とエッチング装置90との間に設けられていてもよい。 In the above embodiment, the pattern forming system 100 includes a pattern forming device 70, a resist pattern modifying device 50, a base material processing device 90, and if desired, a developing device 80, but is limited to this embodiment. It's not something. For example, the pattern forming system 100 may include a resist pattern modifying device 50 and a pattern forming device 70 or a base material processing device 90. Further, the transport device included in the pattern forming system 100 may be provided between the pattern forming device 70 and the etching device 90.

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and the like, but the present invention is not limited to the following examples and the like.

〔試験例1〕
反応性官能基としてのカルボニル基を有する電子線レジスト(PMMA,アルドリッチ社製)をシリコンウェハの一方面上にスピンコートで塗布してレジスト膜を形成した。当該レジスト膜が形成されたシリコンウェハを、ALD装置(ウルトラテック社製,製品名:SavannahS200)のチャンバにセットし、第1ガス暴露工程(図1のS03)を実施した。
[Test Example 1]
An electron beam resist (PMMA, manufactured by Aldrich) having a carbonyl group as a reactive functional group was applied on one surface of a silicon wafer by spin coating to form a resist film. The silicon wafer on which the resist film was formed was set in the chamber of an ALD apparatus (manufactured by Ultratech, product name: Savannah S200), and the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) was carried out.

ガス暴露工程においては、まず、下記条件にてトリメチルアルミニウム(TMA)を含有する第1ガスをチャンバ内に供給した。
キャリアガス:窒素(N2
処理圧力条件:466.6Pa(3.5Torr)
処理時間:60秒
In the gas exposure step, first, a first gas containing trimethylaluminum (TMA) was supplied into the chamber under the following conditions.
Carrier gas: Nitrogen (N 2 )
Processing pressure condition: 466.6 Pa (3.5 Torr)
Processing time: 60 seconds

次に、窒素(N2)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第1ガスをパージした。この一連の工程(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程)を200サイクル行った後、下記条件にて、第2ガス(H2O)をチャンバ内に供給した(第2ガス暴露工程,図1のS06)。
処理圧力条件:933.2Pa(7.0Torr)
処理時間:500秒
Next, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the first gas remaining in the chamber. After performing this series of steps (first gas exposure step and first gas purge step) for 200 cycles, the second gas (H 2 O) was supplied into the chamber under the following conditions (second gas exposure step, FIG. 1 S06).
Processing pressure condition: 933.2 Pa (7.0 Torr)
Processing time: 500 seconds

最後に、窒素(N2)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第2ガスをパージした(第2ガスパージ工程,図1のS07)。上記のようにしてガス暴露工程を実施したレジスト膜におけるトリメチルアルミニウムの浸透性を、原子分解能分析電子顕微鏡(TEM-EDX,製品名:JEM-ARM200F,日本電子社製)を用いて測定した。結果を図9に示す。 Finally, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the second gas remaining in the chamber (second gas purging step, S07 in FIG. 1). The permeability of trimethylaluminum in the resist film subjected to the gas exposure step as described above was measured using an atomic resolution analysis electron microscope (TEM-EDX, product name: JEM-ARM200F, manufactured by JEOL Ltd.). The results are shown in FIG.

比較として、上記レジスト膜に対し、上記第1ガス暴露工程、第1ガスパージ工程、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の一連の工程を3サイクル行い、当該レジスト膜におけるトリメチルアルミニウムの浸透性を、上記と同様にして測定した。結果を図9にあわせて示す。 For comparison, a series of steps of the first gas exposure step, the first gas purge step, the second gas exposure step, and the second gas purge step are performed on the resist membrane for three cycles to determine the permeability of trimethylaluminum in the resist membrane. , Measured in the same manner as above. The results are also shown in FIG.

図9は、レジスト膜の厚さ方向におけるトリメチルアルミニウムの浸透性を示すグラフであって、横軸がレジスト膜の上面からの膜厚を表し、縦軸がアルミニウム原子の数を表す。図9において「▲」で示されるプロットは、第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程を200サイクル繰り返し実施した後に第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程を1サイクル実施したレジスト膜中におけるアルミニウム原子の数を表している。「○」で示されるプロットは、第1ガス暴露工程、第1ガスパージ工程、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の一連の工程を3サイクル実施したレジスト膜中におけるアルミニウム原子の数を表している。図9に示す結果から、前者(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程を複数回実施した後、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程を1回実施)のレジスト膜においては、後者(第1ガス暴露工程、第1ガスパージ工程、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の一連の工程を複数回実施)に比して、その厚さ方向にトリメチルアルミニウムを効果的に浸透させ得ることが確認された。 FIG. 9 is a graph showing the permeability of trimethylaluminum in the thickness direction of the resist film, in which the horizontal axis represents the film thickness from the upper surface of the resist film and the vertical axis represents the number of aluminum atoms. The plot indicated by “▲” in FIG. 9 shows the aluminum atoms in the resist film in which the first gas exposure step and the first gas purge step are repeatedly carried out for 200 cycles, and then the second gas exposure step and the second gas purge step are carried out for one cycle. Represents the number of. The plot indicated by “◯” represents the number of aluminum atoms in the resist film obtained by performing a series of steps of the first gas exposure step, the first gas purge step, the second gas purge step, and the second gas purge step for three cycles. There is. From the results shown in FIG. 9, in the former resist film (after performing a series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step a plurality of times, the second gas exposure step and the second gas purge step are carried out once). Compared to the latter (a series of steps of the first gas exposure step, the first gas purge step, the second gas purge step and the second gas purge step is carried out a plurality of times), trimethylaluminum is effectively permeated in the thickness direction. It was confirmed that it could be done.

〔実施例1〕
反応性官能基としてのカルボニル基を有する電子線レジスト(PMMA,アルドリッチ社製)をシリコンウェハの一方面(第1面)上にスピンコートで塗布し、レジスト膜を形成した。当該レジスト膜に電子線描画装置を用いてパターン潜像を形成し、現像処理を施すことで、ラインアンドスペース形状の凹凸パターン32(ハーフピッチ:32nm,高さ:30nm)を形成した。凹凸パターン32が形成されたシリコンウェハを、ALD装置(ウルトラテック社製,製品名:SavannahS200)のチャンバにセットして、試験例1と同様にして第1ガス暴露工程(図1のS03)を実施した。
[Example 1]
An electron beam resist (PMMA, manufactured by Aldrich) having a carbonyl group as a reactive functional group was applied by spin coating on one surface (first surface) of a silicon wafer to form a resist film. A pattern latent image was formed on the resist film using an electron beam drawing apparatus, and a development process was performed to form a line-and-space-shaped uneven pattern 32 (half pitch: 32 nm, height: 30 nm). The silicon wafer on which the uneven pattern 32 is formed is set in the chamber of the ALD apparatus (manufactured by Ultratech, product name: Savannah S200), and the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) is performed in the same manner as in Test Example 1. Carried out.

次に、窒素(N2)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第1ガスをパージした。この一連の工程(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程)を10サイクル行った後、試験例1と同様にして第2ガス(H2O)をチャンバ内に供給した(図1のS06)。 Next, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the first gas remaining in the chamber. After performing this series of steps (first gas exposure step and first gas purging step) for 10 cycles, the second gas ( H2O ) was supplied into the chamber in the same manner as in Test Example 1 (S06 in FIG. 1). ..

最後に、窒素(N2)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第2ガスをパージした(図1のS07)。その後、凹凸パターン32をマスクとしてシリコンウェハの第1面にドライエッチング処理を施し、シリコンウェハの第1面に凹凸パターンを形成した。電子顕微鏡を用いてシリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンを観察したところ、凹凸パターン32が高精度に転写されていることが確認された。 Finally, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the second gas remaining in the chamber (S07 in FIG. 1). Then, using the uneven pattern 32 as a mask, a dry etching process was performed on the first surface of the silicon wafer to form an uneven pattern on the first surface of the silicon wafer. When the uneven pattern formed on the first surface of the silicon wafer was observed using an electron microscope, it was confirmed that the uneven pattern 32 was transferred with high accuracy.

〔実施例2〕
一連の工程(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程)を100サイクル実施した以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面に凹凸パターンを形成した。電子顕微鏡を用いてシリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンを観察したところ、凹凸パターン32が高精度に転写されていることが確認された。
[Example 2]
An uneven pattern was formed on the first surface of the silicon wafer in the same manner as in Example 1 except that a series of steps (first gas exposure step and first gas purging step) were carried out for 100 cycles. When the uneven pattern formed on the first surface of the silicon wafer was observed using an electron microscope, it was confirmed that the uneven pattern 32 was transferred with high accuracy.

〔比較例1〕
ガス暴露工程(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程、並びに第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程)を実施しなかった以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面に凹凸パターンを形成した。電子顕微鏡を用いてシリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンを観察したところ、樹脂製の凹凸パターンが転写されているものの、実施例1及び実施例2に比して、シリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンの高さが低いことが確認された。樹脂製の凹凸パターンのエッチング耐性が不十分であったことが要因であると推察される。
[Comparative Example 1]
The silicon wafer first is the same as in Example 1 except that the gas exposure step (a series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step, and the second gas exposure step and the second gas purge step) is not carried out. An uneven pattern was formed on one surface. When the uneven pattern formed on the first surface of the silicon wafer was observed using an electron microscope, although the uneven pattern made of resin was transferred, the silicon wafer was the first in comparison with Examples 1 and 2. It was confirmed that the height of the uneven pattern formed on one surface was low. It is presumed that the cause was insufficient etching resistance of the uneven pattern made of resin.

〔比較例2〕
第1ガス暴露工程、第1ガスパージ工程、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程の順の一連の工程を5サイクル実施した以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面に凹凸パターンを形成した。電子顕微鏡を用いてシリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンを観察したところ、当該凹凸パターンの頂部に凹部が形成されていた。比較例2においては、樹脂製の凹凸パターン内部まで効果的にトリメチルアルミニウムが浸透されなかったことが、シリコンウェハの第1面に形成された凹凸パターンの頂部に凹部が形成された要因であると推察される。
[Comparative Example 2]
The first surface of the silicon wafer is uneven in the same manner as in Example 1 except that a series of steps of the first gas exposure step, the first gas purge step, the second gas purge step, and the second gas purge step are carried out for five cycles. Formed a pattern. When the uneven pattern formed on the first surface of the silicon wafer was observed using an electron microscope, a concave portion was formed on the top of the uneven pattern. In Comparative Example 2, it is said that the fact that trimethylaluminum did not effectively penetrate into the unevenness pattern made of resin was the reason why the concave portion was formed on the top of the unevenness pattern formed on the first surface of the silicon wafer. Inferred.

〔試験例2〕
反応性官能基としてのカルボニル基を有するポジ型電子線レジスト(ZEP520A,日本ゼオン社製)をシリコンウェハの一方面(第1面)上にスピンコートで塗布し、レジスト膜を形成した。当該レジスト膜に電子線描画装置を用いてパターン潜像(露光部及び未露光部)を形成した。パターン潜像が形成されたレジスト膜に対し、試験例1と同様にしてガス暴露工程(第1ガス暴露工程及び第1ガスパージ工程の一連の工程を200サイクル、第2ガス暴露工程及び第2ガスパージ工程を1サイクル)を実施した。その後、シリコンウェハの第1面にドライエッチング処理を施した。その結果、当該ドライエッチング処理により未露光部が除去され、シリコンウェハの第1面上に露光部を凹凸パターンとして残存させることができた。
[Test Example 2]
A positive electron beam resist (ZEP520A, manufactured by Zeon Corporation) having a carbonyl group as a reactive functional group was applied on one surface (first surface) of a silicon wafer by spin coating to form a resist film. A pattern latent image (exposed part and unexposed part) was formed on the resist film by using an electron beam drawing apparatus. For the resist film on which the pattern latent image was formed, the gas exposure step (a series of steps of the first gas exposure step and the first gas purge step was performed for 200 cycles, the second gas exposure step and the second gas purge) in the same manner as in Test Example 1. The process was carried out for one cycle). Then, the first surface of the silicon wafer was subjected to a dry etching process. As a result, the unexposed portion was removed by the dry etching process, and the exposed portion could remain as an uneven pattern on the first surface of the silicon wafer.

本発明は、半導体デバイスの製造過程等においてエッチングマスクとして用いられる樹脂製の凹凸パターンを形成する方法として有用である。 The present invention is useful as a method for forming a resin uneven pattern used as an etching mask in the manufacturing process of a semiconductor device or the like.

1…凹凸構造体
10…基材
11…第1面
12…第2面
20…ハードマスク層
21…ハードマスクパターン
31…凹凸パターン
31a…凸部
31b…凹部
31c…残膜部
32…凹凸パターン
1 ... Concavo-convex structure 10 ... Base material 11 ... First surface 12 ... Second surface 20 ... Hard mask layer 21 ... Hard mask pattern 31 ... Concavo-convex pattern 31a ... Convex portion 31b ... Concave 31c ... Remaining film portion 32 ... Concavo-convex pattern

Claims (21)

第1面及びそれに対向する第2面を有する基材の当該第1面上に、複数の凸部及び凹部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝すことで前記レジストパターンの周囲の雰囲気を前記第1ガス雰囲気にし、前記無機元素含有化合物と前記レジストパターンを構成するレジスト材料とを化学反応させる第1ガス暴露工程と、
前記第1ガス暴露工程後、前記レジストパターンの周囲から前記第1ガスを排気する第1ガスパージ工程と、
酸化剤を含有する第2ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝す第2ガス暴露工程と
を有し、
前記第1ガス暴露工程において、前記レジストパターンを構成する前記レジスト材料のガラス転移温度未満の温度条件下で前記第1ガスに前記レジストパターンを曝し、
前記第1ガス暴露工程及び前記第1ガスパージ工程からなる一連の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第2ガス暴露工程を少なくとも1回行うパターン形成方法。
A resist pattern forming step of forming a resist pattern having a plurality of convex portions and concave portions on the first surface of a base material having a first surface and a second surface facing the first surface.
By exposing the resist pattern to a first gas containing an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions, the atmosphere around the resist pattern is changed to the first gas atmosphere, and the inorganic element-containing compound and the resist pattern are made. The first gas exposure step of chemically reacting with the resist material constituting the
After the first gas exposure step, a first gas purging step of exhausting the first gas from the periphery of the resist pattern and a first gas purging step.
It has a second gas exposure step of exposing the resist pattern to a second gas containing an oxidizing agent under predetermined conditions.
In the first gas exposure step, the resist pattern is exposed to the first gas under a temperature condition lower than the glass transition temperature of the resist material constituting the resist pattern.
A pattern forming method in which a series of steps including the first gas exposure step and the first gas purging step is repeated a plurality of times, and then the second gas exposure step is performed at least once.
前記第2ガス暴露工程において、大気圧下で前記第2ガスに前記レジストパターンを曝す請求項1に記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 1, wherein in the second gas exposure step, the resist pattern is exposed to the second gas under atmospheric pressure. 前記レジストパターン形成工程後、前記第1ガス暴露工程前に、前記レジストパターンの前記凸部の表面及び前記凹部を介して露出する前記第1面側の露出面を覆う吸着防止層を形成する吸着防止層形成工程をさらに有し、
前記吸着防止層は、前記無機元素含有化合物が前記レジストパターンの表面に吸着するのを防止する請求項1又は2に記載のパターン形成方法。
After the resist pattern forming step and before the first gas exposure step, adsorption for forming an adsorption prevention layer covering the surface of the convex portion of the resist pattern and the exposed surface on the first surface side exposed through the concave portion. Further has a preventive layer forming step,
The pattern forming method according to claim 1 or 2, wherein the adsorption prevention layer prevents the inorganic element-containing compound from adsorbing on the surface of the resist pattern .
第1面及びそれに対向する第2面を有する基材の当該第1面上に、複数の凸部及び凹部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターン形成工程後、前記レジストパターンの前記凸部の表面及び前記凹部を介して露出する前記第1面側の露出面を覆う吸着防止層を形成する吸着防止層形成工程と、
前記吸着防止層形成工程後、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝すことで前記レジストパターンの周囲の雰囲気を前記第1ガス雰囲気にし、前記無機元素含有化合物と前記レジストパターンを構成するレジスト材料とを化学反応させる第1ガス暴露工程と、
前記第1ガス暴露工程後、前記レジストパターンの周囲から前記第1ガスを排気する第1ガスパージ工程と、
酸化剤を含有する第2ガスに前記レジストパターンを所定の条件で曝す第2ガス暴露工程と
を有し、
前記吸着防止層は、前記無機元素含有化合物が前記レジストパターンの表面に吸着するのを防止し、
前記第1ガス暴露工程及び前記第1ガスパージ工程からなる一連の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第2ガス暴露工程を少なくとも1回行うパターン形成方法。
A resist pattern forming step of forming a resist pattern having a plurality of convex portions and concave portions on the first surface of a base material having a first surface and a second surface facing the first surface.
After the resist pattern forming step, an adsorption prevention layer forming step of forming an adsorption prevention layer covering the surface of the convex portion of the resist pattern and the exposed surface on the first surface side exposed via the concave portion.
After the adsorption prevention layer forming step, the resist pattern is exposed to a first gas containing an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions to change the atmosphere around the resist pattern to the first gas atmosphere. The first gas exposure step of chemically reacting the inorganic element-containing compound with the resist material constituting the resist pattern, and
After the first gas exposure step, a first gas purging step of exhausting the first gas from the periphery of the resist pattern and a first gas purging step.
It has a second gas exposure step of exposing the resist pattern to a second gas containing an oxidizing agent under predetermined conditions.
The adsorption prevention layer prevents the inorganic element-containing compound from adsorbing on the surface of the resist pattern.
A pattern forming method in which a series of steps including the first gas exposure step and the first gas purging step is repeated a plurality of times, and then the second gas exposure step is performed at least once.
前記レジストパターン形成工程において、前記凸部及び凹部に対応する凹部及び凸部を有するインプリントモールドを用い、ヘリウムガス又は凝集性ガス雰囲気下でインプリント処理を行うことにより前記レジストパターンを形成する請求項1~4のいずれかに記載のパターン形成方法。 A claim for forming the resist pattern by performing an imprint process in a helium gas or cohesive gas atmosphere using an imprint mold having concave portions and convex portions corresponding to the convex portions and the concave portions in the resist pattern forming step. Item 6. The pattern forming method according to any one of Items 1 to 4. 前記レジストパターン形成工程において、電子線リソグラフィー法又はフォトリソグラフィー法により前記レジストパターンを形成する請求項1~4のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the resist pattern forming step, the resist pattern is formed by an electron beam lithography method or a photolithography method. 前記基材が、石英ガラス基板又はシリコン基板である請求項1~6のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate is a quartz glass substrate or a silicon substrate. 請求項1~7のいずれかに記載のパターン形成方法により、前記基材の前記第1面上に前記パターンを形成する工程と、
前記パターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングする工程と
を有する凹凸構造体の製造方法。
A step of forming the pattern on the first surface of the base material by the pattern forming method according to any one of claims 1 to 7.
A method for manufacturing an uneven structure, which comprises a step of etching the first surface side of the base material using the pattern as a mask.
前記第1面上にハードマスク層が形成されてなる前記基材の前記ハードマスク層上に、請求項1~7のいずれかに記載のパターン形成方法により前記パターンを形成する工程と、
前記パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングすることで、ハードマスクパターンを形成する工程と、
前記ハードマスクパターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングする工程と
を有する凹凸構造体の製造方法。
The step of forming the pattern on the hard mask layer of the base material on which the hard mask layer is formed on the first surface by the pattern forming method according to any one of claims 1 to 7.
A step of forming a hard mask pattern by etching the hard mask layer using the pattern as a mask, and
A method for manufacturing an uneven structure, which comprises a step of etching the first surface side of the base material using the hard mask pattern as a mask.
請求項8又は9に記載の凹凸構造体の製造方法により製造された前記凹凸構造体をマスターモールドとして用いてレプリカモールドを製造する方法であって、
前記マスターモールドと、第1面及びそれに対向する第2面を有する被転写基材とを準備し、前記被転写基材の前記第1面上の被転写材料に前記マスターモールドの凹凸パターンを転写し、前記マスターモールドの凹凸パターンを反転させた凹凸パターンを形成する工程と、
前記被転写基材の前記第1面上に形成された前記凹凸パターンをマスクとして前記被転写基材の前記第1面側をエッチングする工程と
を有するレプリカモールドの製造方法。
A method for manufacturing a replica mold using the uneven structure manufactured by the method for manufacturing a concave-convex structure according to claim 8 or 9 as a master mold.
The master mold and a transfer base material having a first surface and a second surface facing the master mold are prepared, and the uneven pattern of the master mold is transferred to the transfer material on the first surface of the transfer base material. Then, in the step of forming the uneven pattern by inverting the uneven pattern of the master mold,
A method for manufacturing a replica mold, which comprises a step of etching the first surface side of the transfer base material using the uneven pattern formed on the first surface of the transfer base material as a mask.
前記被転写基材が、石英ガラス基板である請求項10に記載のレプリカモールドの製造方法。 The method for manufacturing a replica mold according to claim 10, wherein the substrate to be transferred is a quartz glass substrate. 複数の凸部及び凹部を有するレジストパターンを改質するレジストパターン改質装置であって、
前記レジストパターンに対し、ルイス酸性を示す無機元素含有化合物を含有する第1ガス及び酸化剤を含有する第2ガスのそれぞれを所定の条件で暴露可能なガス暴露部と、
前記第1ガスの暴露による前記レジストパターンの改質状態を検出する検出部と、
前記ガス暴露部における前記第1ガスの暴露及び前記第2ガスの暴露を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記ガス暴露部に、前記レジストパターンに対して前記第1ガスを暴露して前記レジストパターンの周囲の雰囲気を前記第1ガス雰囲気にする処理と前記レジストパターンの周囲から前記第1ガスを排気する処理とからなる一連の処理を複数回繰り返し行わせた後、前記検出部による検出結果に基づき、前記レジストパターンに対し前記第2ガスを暴露する処理を1回行わせるレジストパターン改質装置。
A resist pattern reformer that modifies a resist pattern having a plurality of protrusions and recesses.
A gas-exposed portion capable of exposing each of a first gas containing an inorganic element-containing compound exhibiting Lewis acidity and a second gas containing an oxidizing agent to the resist pattern under predetermined conditions.
A detection unit that detects the modified state of the resist pattern due to exposure to the first gas, and
A control unit for controlling the exposure of the first gas and the exposure of the second gas in the gas exposure unit is provided.
The control unit exposes the first gas to the resist pattern to the gas-exposed unit to change the atmosphere around the resist pattern into the first gas atmosphere, and from the periphery of the resist pattern to the first. A resist pattern in which a series of processes consisting of a process of exhausting one gas is repeated a plurality of times, and then a process of exposing the second gas to the resist pattern is performed once based on the detection result by the detection unit. Reformer.
前記検出部は、前記レジストパターンの光学特性の変化により前記レジストパターンの改質状態を検出する請求項12に記載のレジストパターン改質装置。 The resist pattern reforming apparatus according to claim 12, wherein the detection unit detects a modified state of the resist pattern by changing the optical characteristics of the resist pattern. 前記レジストパターンの光学特性の変化は、所定の波長の光線に対する反射率の変化、屈折率変化、IR特性の変化又は色調の変化である請求項13に記載のレジストパターン改質装置。 The resist pattern reforming apparatus according to claim 13, wherein the change in the optical characteristics of the resist pattern is a change in reflectance, a change in refractive index, a change in IR characteristics, or a change in color tone with respect to a light beam having a predetermined wavelength. 前記検出部は、前記レジストパターンの重量変化により前記レジストパターンの改質状態を検出する請求項12に記載のレジストパターン改質装置。 The resist pattern reforming apparatus according to claim 12, wherein the detection unit detects a modified state of the resist pattern by changing the weight of the resist pattern. 前記ガス暴露部による前記レジストパターンに対する前記第1ガスの暴露処理に関する第1処理条件データ及び前記第2ガスの暴露処理に関する第2処理条件データと、前記レジストパターンの改質状態に関する改質状態データとを関連付けて記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記第1処理条件データ、前記第2処理条件データ及び前記改質状態データに基づいて、前記ガス暴露部における前記第1ガスの暴露及び前記第2ガスの暴露を制御する請求項12~15のいずれかに記載のレジストパターン改質装置。
The first treatment condition data regarding the exposure treatment of the first gas to the resist pattern by the gas exposure unit, the second treatment condition data regarding the exposure treatment of the second gas, and the reformed state data regarding the modified state of the resist pattern. It also has a storage unit that stores in association with
The control unit exposes the first gas in the gas exposure unit and the first gas exposure unit based on the first processing condition data, the second processing condition data, and the modified state data stored in the storage unit. 2. The resist pattern reformer according to any one of claims 12 to 15, which controls exposure to gas.
前記記憶部には、前記レジストパターンを構成する有機材料の電子密度に関する電子密度データが、前記第1処理条件データ、第2処理条件データ及び前記改質状態データに関連付けられて記憶されている請求項16に記載のレジストパターン改質装置。 The storage unit stores electron density data relating to the electron density of the organic material constituting the resist pattern in association with the first processing condition data, the second processing condition data, and the modified state data. Item 16. The resist pattern reforming apparatus according to Item 16. 請求項12~17のいずれかに記載のレジストパターン改質装置と、
前記レジストパターン改質装置により改質される前記レジストパターンを形成するレジストパターン形成装置と
を備えるパターン形成システム。
The resist pattern reforming apparatus according to any one of claims 12 to 17.
A pattern forming system including a resist pattern forming apparatus for forming the resist pattern modified by the resist pattern modifying apparatus.
前記レジストパターン改質装置により改質された前記レジストパターンをマスクとして被加工部材をエッチングするエッチング装置をさらに備える請求項18に記載のパターン形成システム。 The pattern forming system according to claim 18, further comprising an etching apparatus for etching a member to be processed using the resist pattern modified by the resist pattern modifying apparatus as a mask. 前記レジストパターン形成装置は、インプリント装置又は電子線描画装置である請求項18又は19に記載のパターン形成システム。 The pattern forming system according to claim 18 or 19, wherein the resist pattern forming apparatus is an imprint apparatus or an electron beam drawing apparatus. 請求項12~17のいずれかに記載のレジストパターン改質装置と、
前記レジストパターン改質装置により改質された前記レジストパターンをマスクとして被加工部材をエッチングするエッチング装置と
を備えるパターン形成システム。
The resist pattern reforming apparatus according to any one of claims 12 to 17.
A pattern forming system including an etching apparatus for etching a member to be machined using the resist pattern modified by the resist pattern reforming apparatus as a mask.
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