JP2009105252A - Manufacturing method for fine pattern, and optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細パターンの製造方法および光学素子に関するものである。 The present invention relates to a fine pattern manufacturing method and an optical element.
近年、ナノオーダーの加工精度を必要とする微細パターンを有する半導体素子あるいは光学素子が増加している。半導体素子においては、集積度を高めるために、また、光学素子においては、より高精度に光を制御するために、配線・パターンサイズをより細かくすることが求められている。しかし、微細パターンを細くするにつれて、微細パターンの製造はますます困難となり、生産コストも高くなっている。 In recent years, semiconductor elements or optical elements having fine patterns that require nano-order processing accuracy are increasing. Semiconductor devices are required to have finer wiring and pattern sizes in order to increase the degree of integration, and in optical devices, in order to control light with higher accuracy. However, as the fine pattern becomes thinner, the production of the fine pattern becomes more difficult and the production cost becomes higher.
このような微細パターンの製造方法の代表的なものとして、リソグラフィーとドライエッチングの組み合わせが一般的に利用されている。この方法は、基板上にエッチング対象膜およびレジストを順次成膜し、電子線(EB)リソグラフィーあるいは光リソグラフィー(例えば、ArFエキシマレーザリソグラフィー)を用いて前記レジストをパターニングしてエッチングマスクとした後、エッチング対象膜の露出部分をドライエッチングして、最後に前記レジストを除去することにより、エッチング対象膜に微細パターンを転写するというものである。この方法によれば、複雑な配線パターンなどをエッチング対象膜に正確・精密に形成することができる。例えば、数十nmの幅の微細金属パターンなどでも作製することができる。 As a representative method for producing such a fine pattern, a combination of lithography and dry etching is generally used. In this method, an etching target film and a resist are sequentially formed on a substrate, and the resist is patterned using an electron beam (EB) lithography or an optical lithography (for example, ArF excimer laser lithography) to form an etching mask. The exposed portion of the etching target film is dry-etched and finally the resist is removed to transfer the fine pattern to the etching target film. According to this method, a complicated wiring pattern or the like can be accurately and precisely formed on the etching target film. For example, a fine metal pattern having a width of several tens of nanometers can be produced.
特許文献1〜9には、この方法を用いて微細パターンを製造した例が開示されている。特許文献1には、グリッド偏光子の製造方法が開示されている。この製造方法では、基板上に金属膜を形成し、その上に縞状にパターニングしたフォトレジストを形成し、さらに、その上に金属又は誘電体の硬質被膜を斜め蒸着し、前記硬質被膜をマスクとして、前記金属膜をドライエッチングして金属グリッドを形成した後、前記マスクを除去してグリッド偏光子を製造する。
なお、グリッド偏光子(Grid Polarizers(GP))、特に、ワイヤーグリッド偏光子(Wire−Grid Polarizers(WGP))とは、導体からなる細線(導体グリッド)を、対象光の波長以下の周期でグリッド状に平行に配列させたものである。光がグリッド偏光子に入射された場合、この導体グリッドと平行な方向に振動している光の電界成分の一部はこのグリッド偏光子で反射され、導体グリッドと垂直な方向に振動している光の電界成分はこのグリッド偏光子を透過する性質を有するため、対象光のある偏光成分のみを通過させることができる。 In addition, a grid polarizer (Grid Polarizers (GP)), in particular, a wire grid polarizer (Wire-Grid Polarizers (WGP)), is a grid of conductor thin wires (conductor grids) with a period equal to or less than the wavelength of the target light. Arranged in parallel to each other. When light is incident on the grid polarizer, part of the electric field component of the light oscillating in a direction parallel to the conductor grid is reflected by the grid polarizer and oscillates in a direction perpendicular to the conductor grid. Since the electric field component of light has the property of transmitting through this grid polarizer, only a polarized component of the target light can pass through.
特許文献2には、半導体素子の製造方法が開示されている。この製造方法では、微細なゲート電極パターンを簡易に形成することができる。ここでは、パターニングしたレジストと、金属膜の斜め蒸着の手法を用いている。この斜め蒸着の手法を用いるとともに、レジストを壁あるいは「ひさし」のように利用して、金属膜を蒸着する部分と、金属膜を蒸着しない部分とを形成することにより、微細パターンをより微細に形成する。
特許文献3には、化合物半導体装置及びその製造方法が開示されており、レジストをパターニングした後、金属膜の斜め蒸着の手法を用いている。特許文献4には、電界放射冷陰極の製造方法が開示されおり、レジストを形成し、それをパターニングして開口部を形成した後、その開口部に金属を斜め蒸着することにより、開口部内にエミッターを形成している。特許文献5には、半導体装置の製造方法が開示されている。スペーサ膜に対してAlを斜め蒸着してメタル膜を形成する。このスペーサ膜には、凹部からなるリセス部が設けられており、斜め蒸着により形成される前記メタル膜は、このリセス部の底面には形成されない。そのため、前記メタル膜をマスクとしてエッチングすることにより、前記リセス部の底面をエッチングし、メタル膜を除去して、前記リセス部の底面にゲート電極を形成することによって、微細なパターンを形成する。
特許文献6には、微細構造を有する光学素子の製造方法が開示されている。従来、微細パターンを形成するレジストの断面は矩形形状をなすものに限られていたが、レジストの側壁面に金属膜を形成することにより、レジストの断面が波型形状であっても微細パターンを形成することができることが記載されている。特許文献7には、ナノメートルオーダの機械振動子とその製造方法及びその機械振動子を用いた測定装置が開示されており、特許文献8には、パターンド・メディア・インプリント・マスタを作成する装置、方法及びシステムが開示されている。どちらの文献においても、斜め蒸着による金属膜の作製について記載されている。特許文献9には、ゲート電極形成方法が開示されている。パターニングしたレジストと斜め蒸着手法を用いて、微細パターンのゲート電極を形成する方法について記載されている。 Patent Document 6 discloses a method for manufacturing an optical element having a fine structure. Conventionally, the cross section of a resist that forms a fine pattern has been limited to a rectangular shape, but by forming a metal film on the side wall surface of the resist, a fine pattern can be formed even if the cross section of the resist has a wave shape. It is described that it can be formed. Patent Document 7 discloses a nanometer-order mechanical vibrator, a manufacturing method thereof, and a measuring apparatus using the mechanical vibrator. Patent Document 8 creates a patterned media imprint master. An apparatus, method and system are disclosed. Both documents describe the production of a metal film by oblique vapor deposition. Patent Document 9 discloses a method for forming a gate electrode. It describes a method for forming a fine pattern gate electrode by using a patterned resist and an oblique deposition technique.
しかしながら、上記のいずれの微細パターンの製造方法においても、レジストのパターニングに低スループット・小面積・高コストの電子線(EB)リソグラフィーあるいは光リソグラフィー(例えば、ArFエキシマレーザリソグラフィー)を必要とするため、高スループット・大面積で製造されるデバイスの製造には適さないという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高スループット・大面積・低コストの微細パターンの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a fine pattern with high throughput, large area, and low cost.
本発明の微細パターンの製造方法は、透明基体上に加工対象層を形成し、前記加工対象層上に透明誘電体からなるレジスト層を形成するとともに、前記レジスト層をナノインプリント法によってパターニングすることにより、前記レジスト層の上面に凹部を有するパターン化レジスト層を作るパターン化レジスト層形成工程と、少なくとも前記パターン化レジスト層の上面に金属層からなるハードマスク層を形成した後、前記凹部の底部に残されたレジスト残渣をエッチングして除去してから、前記パターン化レジスト層をマスクにして前記加工対象層をエッチングするエッチング工程と、を具備することを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention includes forming a processing target layer on a transparent substrate, forming a resist layer made of a transparent dielectric on the processing target layer, and patterning the resist layer by a nanoimprint method. A patterned resist layer forming step of forming a patterned resist layer having a recess on the upper surface of the resist layer, and forming a hard mask layer made of a metal layer on at least the upper surface of the patterned resist layer; And etching the remaining resist residue by etching, and then etching the processing target layer using the patterned resist layer as a mask.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程の後に、前記ハードマスク層と前記パターン化レジスト層を取り除く工程を備えることを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention includes a step of removing the hard mask layer and the patterned resist layer after the etching step.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記加工対象層が、金属層からなることを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention is characterized in that the processing target layer is made of a metal layer.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程が、前記レジスト残渣と、金属層からなる前記加工対象層に形成された自然酸化物膜と、前記加工対象層とを順次エッチングする工程であることを特徴とする。 In the fine pattern manufacturing method of the present invention, the etching step is a step of sequentially etching the resist residue, a natural oxide film formed on the processing target layer made of a metal layer, and the processing target layer. It is characterized by that.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程において、前記レジスト残渣のエッチングガスとして、O2、CF4、CHF3、Ar、HCl、Cl2、BCl3、H2、N2のいずれかを含むガスを用い、前記自然酸化物膜のエッチングガスとして、CF4、CHF3、Ar、HCl、Cl2、BCl3、H2、N2のいずれかを含むガスを用い、前記金属層のエッチングガスとして、CF4、CHF3、Ar、Cl2、N2のいずれかを含むガスを用い、ガス圧を0.1〜10Paとし、バイアス電力を10〜2000Wとする条件でドライエッチングすることを特徴とする。 In the fine pattern manufacturing method of the present invention, in the etching step, any one of O 2 , CF 4 , CHF 3 , Ar, HCl, Cl 2 , BCl 3 , H 2 , and N 2 is used as an etching gas for the resist residue. A gas containing any of CF 4 , CHF 3 , Ar, HCl, Cl 2 , BCl 3 , H 2 , and N 2 is used as an etching gas for the natural oxide film. Dry etching is performed using a gas containing any of CF 4 , CHF 3 , Ar, Cl 2 , and N 2 as an etching gas, a gas pressure of 0.1 to 10 Pa, and a bias power of 10 to 2000 W. It is characterized by.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程において、蒸着法により前記レジスト層の上面に前記ハードマスク層を形成してから前記加工対象層をエッチングすることを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the etching step, the hard mask layer is formed on the upper surface of the resist layer by vapor deposition, and then the processing target layer is etched.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程において、斜め蒸着法により前記レジスト層の上面に前記ハードマスク層を形成してから前記加工対象層をエッチングすることを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the etching step, the hard mask layer is formed on the upper surface of the resist layer by oblique vapor deposition, and then the processing target layer is etched.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程において、前記レジスト層の上面における厚みが前記凹部の底部における厚みよりも厚くなるように、前記ハードマスク層をスパッタ法により形成した後、ウェットエッチングを行って前記凹部内の前記ハードマスク層のみを除去して、前記レジスト層の上面に前記ハードマスク層を形成してから前記加工対象層をエッチングすることを特徴とする。 In the fine pattern manufacturing method of the present invention, in the etching step, the hard mask layer is formed by sputtering so that the thickness of the upper surface of the resist layer is thicker than the thickness of the bottom of the concave portion, and then wet etching is performed. And removing only the hard mask layer in the recess, forming the hard mask layer on the upper surface of the resist layer, and then etching the processing target layer.
本発明の微細パターンの製造方法は、前記エッチング工程において、前記凹部を有する前記パターン化レジスト層の表面を覆うようにハードマスク素材をウェットコーティング法により塗布した後、アッシング法またはポリッシング法を用いて前記パターン化レジスト層の上面を露出させ、前記凹部に残されたハードマスク素材を前記ハードマスク層として、前記パターン化レジスト層の露出部分をエッチング除去してから、前記パターン化レジスト層の残留部分をマスクにして前記加工対象層をエッチングすることを特徴とする。 The fine pattern manufacturing method of the present invention uses a ashing method or a polishing method after applying a hard mask material by a wet coating method so as to cover the surface of the patterned resist layer having the recesses in the etching step. After exposing the upper surface of the patterned resist layer and using the hard mask material left in the recess as the hard mask layer, the exposed portion of the patterned resist layer is etched away, and then the remaining portion of the patterned resist layer The processing target layer is etched by using as a mask.
本発明の光学素子は、透明基体上に、グリッド状に成形されてなる微細パターンが形成されており、前記微細パターンが、金属層と、前記金属層上に積層された透明誘電体層と、前記透明誘電体層上に形成された別の金属層とからなることを特徴とする。 In the optical element of the present invention, a fine pattern formed in a grid shape is formed on a transparent substrate, and the fine pattern is formed of a metal layer, a transparent dielectric layer laminated on the metal layer, It consists of another metal layer formed on the said transparent dielectric material layer, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の光学素子は、前記透明誘電体層の高さが200nm以上であることを特徴とする。 The optical element of the present invention is characterized in that the transparent dielectric layer has a height of 200 nm or more.
本発明の微細パターンの製造方法によれば、高スループット・大面積・低コストの微細パターンの製造方法を提供することができる。 According to the method for producing a fine pattern of the present invention, a method for producing a fine pattern having a high throughput, a large area, and a low cost can be provided.
(実施形態1)
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法の一例について説明する。
図1(a)〜(d)および図2(a)〜(d)は、本発明の実施形態である微細パターンの製造方法の一例を説明する工程断面図である。
(Embodiment 1)
An example of a fine pattern manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.
1A to 1D and 2A to 2D are process cross-sectional views illustrating an example of a fine pattern manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、パターン化レジスト層形成工程と、エッチング工程とからなる。 The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a patterned resist layer forming step and an etching step.
(パターン化レジスト層形成工程)
図1(a)に示すような透明基体1の上面1aを公知の洗浄方法で洗浄した後、図1(b)に示すように、加工対象層2を膜厚tで成膜する。
(Pattern resist layer formation process)
After the
加工対象層2は金属層からなることが好ましい。微細パターンを正確に形成することができ、また、形状安定性も高いためである。
加工対象層2の材料として金属材料を用いる場合には、Al、Au,Agなどの金属材料を単独で用いても、複数の種類の金属からなる合金として構成しても良く、また、複数の金属層からなる構成としてもよい。たとえば、グリッド偏光子を形成する場合には、加工対象層2をAlで構成して微細パターンを形成すれば、消光比(コントラスト)を高くすることができる。
The
When a metal material is used as the material of the
加工対象層2が金属層からなる場合に、その表面に自然酸化物層が形成されていてもよい。加工対象層2を金属層として形成した場合、製造プロセスの条件によって、金属層の表面に自然酸化物層が形成される場合がある。この場合、自然酸化物層の膜厚は非常に薄いので、グリッド偏光子の特性にほとんど影響を与えない。
When the
加工対象層2の材料としては、非金属材料を用いてもよい。非金属材料からなる微細パターンも、光学素子などに利用できるためである。加工対象層2の材料として非金属材料を用いる場合には、たとえば、Al2O3などの金属酸化物などを用いることができる。
As the material of the
加工対象層2の形成方法は、蒸着法、スパッタ法などのドライプロセスのほか、スピンコーティング法、ディップ法などのウェットプロセスなどを適宜選択して利用することができる。
As a forming method of the
また、加工対象層2と透明基体1との間には、必要に応じて他の材料を成膜して下地層40を形成してもよい。
下地層40は、透明基体1と加工対象層2との密着性をあげるため、あるいは、微細パターンを形成する構造体として加工対象層2と下地層40からなる2層構造体を用いるために設けることができる。
下地層40の材料としては、加工対象層2の材料として挙げた金属材料あるいは非金属材料のほか、樹脂材料などを用いることができる。
Further, the
The
As a material of the
次に、図1(c)に示すように、加工対象層2上に、透明誘電体からなるレジスト層48を膜厚vで塗布する。さらに、ナノインプリント法を用いて、微細パターンをレジスト層48に転写する。具体的には、表面46aに、幅W、ピッチpの凹部44からなる微細パターンを刻み込んだ金型46を、レジスト層48に押し付けてその形状を転写(パターニング)する。これにより、図1(d)に示すように、上面3aに、幅p−W、ピッチpの凹部53からなる微細パターンを有するパターン化レジスト層3が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 1C, a resist
なお、この転写の工程は数分で終了し,同じ形状の部品を短時間で大量に作り出すことができる。また、ナノインプリント法で使う金型46の微細パターンの凹凸は、数十nm〜数百nm範囲で形成されており、通常、電子線(EB)露光技術とエッチング技術を使って作成する。
The transfer process can be completed in a few minutes, and a large number of parts having the same shape can be produced in a short time. Further, the unevenness of the fine pattern of the
レジスト層48としては、加工対象層2をエッチングする際、ある程度のエッチング耐性(少なくとも加工対象層2のエッチングレートに対して同等、もしくは遅いもの)を有するものであれば、特に限定されない。より高スループットでナノインプリントを行うという観点からは、ラジカル重合系のレジストを用いることが望ましく、例えば東洋合成工業製PAK−01などを用いることができる。
The resist
しかし、このナノインプリント法では、金型をレジスト層48に押し付けて形状を転写するので、どうしても凹部53の底面53aに余分なレジスト層48からなるレジスト残渣55が残される。このレジスト残渣55は、異方性エッチングでエッチバックして取り除くことができるが、前記エッチバックの際どうしても回りこみが生じるので、完全に基板面1aに垂直にエッチバックを行うことができず、微細パターンの外形をこのエッチバックによって削るおそれが発生する。数十nm〜数百nm範囲の凹凸からなる微細パターンの場合には、この削りの影響が大きく、大きな問題となる。そこで、次のエッチング工程では、まず、ハードマスク層4を形成した後、これをマスクとしてエッチングを行う。
However, in this nanoimprint method, the mold is pressed against the resist
(エッチング工程)
まず、図2(a)に示すように、パターン化レジスト層3の上面3aに、金属層からなるハードマスク層4を膜厚xで形成する。
(Etching process)
First, as shown in FIG. 2A, a
ハードマスク層4の材料としては、耐エッチング性の高い材料が好ましく、たとえば、 Ni、Crなどの金属材料を用いることができる。たとえば、Niは、耐エッチング性の高い材料であって、すべてのエッチングプロセスでマスクとして効果的に利用することができる。
The material of the
ハードマスク層4として前記金属材料を用いる場合、蒸着法により形成することができる。この場合、凸部50に対応した孔部をレイアウト配置した蒸着マスクを作製し、それをパターン化レジスト層3の上面3aに精密に合わせて配置した後、前記金属材料を蒸着してハードマスク層4を形成する。
When the metal material is used as the
なお、前記蒸着工程において、必ずしも蒸着マスクを使用しなくてもよい。凹部53の幅p−Wおよび深さsが数十nm〜数百nm範囲で形成されているとともに、この幅p−Wに対して深さsが大きく設定されているので、パターン化レジスト層3の上面3aにハードマスク層4を成膜する際に、凹部53内にハードマスク層4が侵入しにくく、所望の厚さのハードマスク層4を成膜する間に、凹部53内にハードマスク層4が侵入したとしても、凹部53がハードマスク層4で埋め尽くされないようにすることができる。
Note that a vapor deposition mask is not necessarily used in the vapor deposition step. Since the width p-W and the depth s of the
その際、これらの寸法は、ハードマスク層4の成膜方法や、必要な成膜厚さなどにもよるが、凹部53の幅p−Wは狭いほどよく、深さsは深いほどよい。また、凹部53の幅p−Wおよび深さsが数十nm〜数百nm範囲になると、凹部53の開口の大きさと金属粒子径の比だけでは決まらず、粒子経に対して十分大きい開口でも金属粒子が凹部53の底部53aにほとんど侵入しないということが起こる。
At this time, although these dimensions depend on the film forming method of the
次に、図2(b)に示すように、ハードマスク層4側から透明基体1の上面1aにほぼ垂直な方向に矢印rで示されるように異方性エッチングを行う。
この異方性エッチングは2段階で行われる。まず、最初の異方性エッチングにより、凹部53の底部53aに残されたレジスト残渣55をエッチング除去する。さらに、次の異方性エッチングでは、最初の異方性エッチングでエッチング除去されなかったパターン化レジスト層3の残留部分をエッチングマスクとして、レジスト残渣55が除去されたことにより露出された加工対象層2をドライエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, anisotropic etching is performed as indicated by an arrow r in a direction substantially perpendicular to the
This anisotropic etching is performed in two stages. First, the resist
前記エッチング工程において、エッチング条件は次の通りである。
まず、レジスト残渣55のエッチングにおいては、エッチングガスとしてO2、CF4、CHF3、Ar、HCl、Cl2、BCl3、H2、N2のいずれかを含むガスを用いることが好ましい。基本的には、前記のどのエッチングガスを用いてもエッチングすることが可能だが、レジストのような有機物に対してはO2が特に好ましい。エッチングガスは単体で用いても、混合ガスとして用いても良い。
In the etching process, the etching conditions are as follows.
First, in etching the resist
前記エッチングガスの流量は、装置によって異なるが、1〜500sccm(cc/min)程度とすることが好ましい。 The flow rate of the etching gas varies depending on the apparatus, but is preferably about 1 to 500 sccm (cc / min).
前記エッチングガスのガス圧は、0.1〜10Paとすることが好ましい。一般にガス圧が高いほどエッチングレートが上げることができるが、分子・ラジカル同士の干渉も激しくなるため異方性は失われるので、10Paよりも高いガス圧とすることは好ましくない。一方、ガス圧が0.1Paよりも低い場合には、プラズマをたてるのが困難となるので好ましくない。本発明においては、極端な異方性が求められるので、ガス圧は低い方が好ましく、安定したプラズマ放電との兼ね合いから1Pa以下とすることが特に好ましい。 The gas pressure of the etching gas is preferably 0.1 to 10 Pa. In general, the higher the gas pressure is, the higher the etching rate can be. However, since the anisotropy is lost because the interaction between molecules and radicals becomes intense, it is not preferable to set the gas pressure higher than 10 Pa. On the other hand, when the gas pressure is lower than 0.1 Pa, it is difficult to generate plasma, which is not preferable. In the present invention, since extreme anisotropy is required, the gas pressure is preferably low, and particularly preferably 1 Pa or less in view of stable plasma discharge.
バイアス電力は、10〜2000Wとすることが好ましい。数値が大きいほど、分子やラジカルの異方性を高くすることができ、エッチングレートも上げることができる。 The bias power is preferably 10 to 2000 W. The larger the value, the higher the anisotropy of molecules and radicals and the higher the etching rate.
加工対象層2のエッチングにおいては、加工対象層2として金属層を用いた場合と、非金属層を用いた場合でエッチング条件が異なる。
加工対象層2として、金属層を用いた場合においては、エッチングガスとしては、CF4、CHF3、BCl3、Ar、Cl2、N2のいずれかを含むガスを用いることが好ましい。なお、エッチングガスは単体で用いても、混合ガスとして用いても良い。
In the etching of the
When a metal layer is used as the
加工対象層2として、非金属層を用いた場合においては、エッチングガスとしては、CF4、CHF3、Ar、HCl、Cl2、BCl3、H2、N2のいずれかを含むガスを用いることが好ましい。なお、エッチングガスは単体で用いても、混合ガスとして用いても良い。
When a non-metal layer is used as the
加工対象層2が、金属層からなり、その表面に自然酸化物層が形成されている場合には、前記エッチング工程が、前記レジスト残渣55と、前記自然酸化物層と、前記金属層とを順次エッチングする工程とする。このように、順次エッチングすることによって、ナノインプリント法によってレジスト層48に形成した微細パターンを正確に加工対象層2に転写することができる。
たとえば、加工対象層2としてアルミニウム(Al)からなる金属層を用い、その表面にAl2O3からなる自然酸化物層が形成された場合においては、まず、還元性のエッチングガスであるBCl3、H2、N2などを用いてAl2O3からなる自然酸化物層のエッチングを行い、次に、Cl2、などを用いてAlからなる金属層のエッチングを行うことが好ましい。
When the
For example, when a metal layer made of aluminum (Al) is used as the
加工対象層2のエッチングにおいては、前記エッチングガスの流量は、1〜500sccm(cc/min)とすることが好ましい。また、前記エッチングガスのガス圧は、0.1〜10Paとすることが好ましい。さらに、バイアス電力は、10〜2000Wとすることが好ましい。レジストエッチングの場合と同様の理由である。
これらの条件でエッチングを行うことにより、精密な微細パターンを効率よく製造することができる。
In the etching of the
By performing etching under these conditions, a precise fine pattern can be efficiently produced.
このエッチング工程を行うことにより、確実に、レジスト残渣55をエッチング工程によって除去することができるとともに、パターン化レジスト層3の上面3aに設けられたハードマスク層4によりマスクされた部分を確実に残存させることができる。
By performing this etching step, the resist
図2(c)に示す微細パターン13は、このようにして製造した微細パターンの一例を示す断面模式図である。
微細パターン13の構造体70は、幅W、高さlの構造体として形成されており、加工対象層2と、パターン化レジスト層3と、金属層からなるハードマスク層4との3層構造とされている。また、この構造体70は、間隔p−W、ピッチpで配列されている。
The
The
グリッド偏光子として、この微細パターン13を用いる場合には、周期pを100nm以下、高さlを200nm以上とすることが好ましい。こうすることにより、消光比を高くできるためである。幅Wを50nmで形成した場合には、アスペクト比(高さl/幅W)は4となる。このアスペクト比を高くするほど消光比(コントラスト)を高くすることができるが、製造は困難となる。
When this
なお、微細パターン13は、加工対象層2と、透明誘電体からなるパターン化レジスト層3と、金属層からなるハードマスク層4の3層構造とされており、パターン化レジスト層3は光透過性であるので、透過率を高く保ったままで、消光比(コントラスト)を向上させることができる。
The
前記異方性エッチング工程の際に、必要に応じて透明基体1をエッチングしても良い。その場合には、微細パターン13の構造体70の高さlをより高くすることができ、消光比(コントラスト)を高くすることができる。
また、透明基体1と加工対象層2との間に下地層40を形成していた場合には、必要に応じて下地層40をエッチング除去しても良い。この場合にも、微細パターンの構造体70の高さlをより高くすることができ、消光比(コントラスト)を高くすることができる。
In the anisotropic etching step, the
Further, when the
さらにまた、前記異方性エッチング工程の後に、レジスト除去液に浸漬して、ハードマスク層4とパターン化レジスト層3を取り除く工程を行っても良い。
図2(d)に示す微細パターン10は、ハードマスク層4とパターン化レジスト層3を取り除いて製造した微細パターンの別の一例を示す断面模式図である。
微細パターン10は、幅W、高さtの加工対象層2が、間隔p−W、ピッチpで配列されて形成されている。
Furthermore, after the anisotropic etching step, a step of removing the
A
The
このようにして、微細パターン13、10を製造することができる。これらの微細パターン13、10は、たとえば、光学素子あるいは半導体素子などに利用することができる。
In this way, the
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、ナインプリント法により、すなわち、数十nm〜数百nm範囲の凹部44を有する微細パターンを形成した金型46をレジスト層48に押し付けることにより、レジスト層48に金型46の微細パターンを転写する構成なので、低コストで、かつ、高スループットに微細パターン13、10を形成することができる。また、大面積の金型46を作ることにより、大面積の微細パターン13、10を容易に形成することもできる。
The method for manufacturing a fine pattern according to the embodiment of the present invention is a nine-imprint method, that is, by pressing a
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、エッチングしない部分をハードマスク層4により保護して異方性エッチングを行う構成なので、ナインプリント法により形成された微細パターン10の凹部53に残されたレジスト残渣55のみを容易に除去することができ、効率的に微細パターン13、10を形成することができる。また、レジスト残渣55の厚みやエッチング対象物の素材を考慮する必要がない。
The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention is configured to perform anisotropic etching by protecting a portion not to be etched with the
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、エッチングしない部分をハードマスク層4により保護して異方性エッチングを行う構成なので、パターン化レジスト層3自体にエッチング耐性がない場合でも、容易に微細パターン13、10を製造することができる。また、逆に、加工対象層2が難エッチング耐性である場合でも、効率的に微細パターン13、10を製造することができる。
Since the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention is configured to perform anisotropic etching by protecting a portion not to be etched with the
(実施形態2)
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法の別の一例について説明する。
図3(a)〜(d)は、本発明の実施形態である微細パターンの製造方法の別の一例を説明する工程断面図である。
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、実施形態1と同様に、パターン化レジスト層形成工程と、エッチング工程とからなるが、エッチング工程において、ハードマスク層4を斜め蒸着法により形成する点が実施形態1で示した微細パターンの製造方法と異なる。なお、実施形態1で用いた部材と同様の部材については同じ符号を付して示している。
(Embodiment 2)
Another example of the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
3A to 3D are process cross-sectional views illustrating another example of the method for manufacturing a fine pattern according to the embodiment of the present invention.
The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a patterned resist layer forming step and an etching step as in the first embodiment. In the etching step, the
(パターン化レジスト層形成工程)
実施形態1で示した工程と同様に、パターン化レジスト層形成工程を行い、透明基体1上に加工対象層2を形成し、さらに、パターン化レジスト層3を形成する。
(Pattern resist layer formation process)
Similar to the process shown in the first embodiment, the patterned resist layer forming process is performed to form the
(エッチング工程)
次に、このエッチング工程では、まず、ハードマスク層4を形成した後、これをマスクとしてエッチングを行う。図3(a)は、パターン化レジスト層3を形成した時点の工程断面図の一例を示す図である。透明基体1上に加工対象層2が厚さtで成膜され、さらにその加工対象層2の上に、幅p−W、深さsの凹部53がピッチpで形成されたパターン化レジスト層3が形成されている。
また、蒸着源から飛来する蒸着材料の方向が矢印qで示されている。この矢印qは、透明基体1の基板面1aに垂直な線mから角度θ(蒸着角度)をなす方向とされている。
(Etching process)
Next, in this etching step, first, the
The direction of the vapor deposition material flying from the vapor deposition source is indicated by an arrow q. The arrow q is a direction that forms an angle θ (deposition angle) from a line m perpendicular to the
このような蒸着角度θで、斜め蒸着法を行うことにより、図3(b)に示されるように、パターン化レジスト層3の上面3aにハードマスク層4が形成される。
すなわち、斜め蒸着法を用いた場合には、凹部53では、蒸着の初期段階では、隣接して突出されたパターン化レジスト層3がマスクとなり、進入経路が妨害されて凹部53の底部53aには蒸着成分がほとんど侵入しない。そのため、凹部53の底部53aおよび蒸着源と反対側となる面53cにはハードマスク層4が形成されない。
一方、パターン化レジスト層3の上面3aと、凹部53の蒸着源側となる面53bにのみハードマスク層4が順次積層される。パターン化レジスト層3の上面3aにハードマスク層4が成長しはじめてからは、さらに、ハードマスク層4によって進入経路が塞がれるため、蒸着成分は主としてハードマスク層4上に積層されて、蒸着方向に対向するハードマスク層4を成長され、蒸着成分はさらに凹部53に侵入しにくくなる。
このようにして、図3(b)に示すように、図示上方向に成長するとともに、図示横方向にも徐々に積層範囲を増しつつ積層される。
By performing the oblique deposition method at such a deposition angle θ, the
That is, when the oblique deposition method is used, in the
On the other hand, the
In this manner, as shown in FIG. 3B, the layers grow in the upward direction in the figure and are stacked while gradually increasing the lamination range in the lateral direction in the figure.
前記蒸着角度θは、45°以上であることが好ましい。ハードマスク層4の膜質やパターン化レジスト層3の上面3aに対するハードマスク層4の密着性を向上させるには、蒸着角度θは、0°に近い範囲であることが好ましいが、凹部53の底部53aにハードマスク層4を形成させないためには、蒸着角度θは大きい方がよいことを考慮して、前記蒸着角度θを45°以上とすることが好ましい。微細パターンの大きさ、形状にも依存するが、一般的な微細パターンを形成する場合には、前記蒸着角度θを45°以上とすれば、凹部53の底面53aにハードマスク層4を形成しないですむためである。なお、たとえば、凹部53の幅p−Wと深さsが等しい場合、すなわち、s=p−Wの場合、あるいは、凹部53の深さsが幅p−Wより大きい場合、すなわち、s>p−Wの場合には、少なくとも前記角度θ=45°とすれば、凹部53の底面53aにハードマスク層4は形成されない。
The vapor deposition angle θ is preferably 45 ° or more. In order to improve the film quality of the
このようにして、斜め蒸着法を用いる場合には、蒸着マスクを用いずに、パターン化レジスト層3の上面3aにハードマスク層4を形成することができる。そのため、蒸着マスクの位置合わせを行う必要がなく、微細パターンの生産効率を向上させることができる。
In this way, when the oblique vapor deposition method is used, the
なお、斜め蒸着法においてハードマスク層4をパターン化レジスト層3の上面3aにしっかりと密着させて形成するために、基板温度を適切に設定することが好ましい。基板温度が低すぎる場合には良好な密着強度が得られず、基板温度が高すぎる場合には安定した柱状形状が得られない。
例えば、絶対温度で測ったハードマスク層4の融点の30%〜50%とすることが好ましい。すなわち、ハードマスク層4がAlの場合、融点は933K(660℃)のため、好ましい温度範囲は、280K〜466K(7℃〜193℃)とすることが好ましい。
In order to form the
For example, it is preferably 30% to 50% of the melting point of the
次に、図3(c)に示すように、ハードマスク層4側から透明基体1の表面1aにほぼ垂直な方向に矢印rで示されるように異方性エッチングを行う。
まず、最初の異方性エッチングにより、凹部53に残されたレジスト残渣55がエッチング除去される。
さらに、次の異方性エッチングでは、ハードマスク層4およびパターン化レジスト層3をエッチングマスクとして、レジスト残渣55が除去されたことにより露出された加工対象層2がドライエッチング除去されて、図3(d)に示されるように、透明基体1の表面1aが露出される。
一方、ハードマスク層4がマスクとなり、ハードマスク層4にマスクされたパターン化レジスト層3はエッチングされず、さらに、そのパターン化レジスト層3にマスクされた加工対象層2もエッチングされない。その結果、加工対象層2とパターン化レジスト層3とハードマスク層4とからなる微細パターン15が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, anisotropic etching is performed as indicated by an arrow r in a direction substantially perpendicular to the
First, the resist
Further, in the next anisotropic etching, using the
On the other hand, the
図3(d)に示す微細パターン15は、このようにして製造した微細パターンの一例を示す断面模式図である。
微細パターン15の構造体70は、幅W、高さlの構造体として形成されており、加工対象層2と、透明誘電体からなるパターン化レジスト層3と、別の金属層からなるハードマスク層4との3層構造とされている。また、この構造体70は、間隔p−W、ピッチpで配列されている。
The
The
なお、前記エッチング工程の後に、レジスト除去液に浸漬して、ハードマスク層4とパターン化レジスト層3を取り除く工程を行っても良い。この工程を行うことにより、実施形態1の図2(d)に示すように、透明基体1の表面1aに加工対象層2が形成された微細パターン10を形成することができる。
Note that a step of removing the
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、ハードマスク層形成工程において、斜め蒸着法を用いてハードマスク層4を形成する構成なので、蒸着マスクの位置合わせを行う必要がなく、微細パターン15、10の製造効率を向上させることができるとともに、生産コストを低減させることができる。
The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention is a configuration in which the
(実施形態3)
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法のさらに別の一例について説明する。
図4(a)〜(c)は、本発明の実施形態である微細パターンの製造方法のさらに別の一例を説明する工程断面図である。
(Embodiment 3)
Another example of the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
4A to 4C are process cross-sectional views illustrating still another example of the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、実施形態1と同様に、パターン化レジスト層形成工程と、エッチング工程とからなるが、エッチング工程において、スパッタ法により、パターン化レジスト層3の上面3aに形成したハードマスク層42bの膜厚hが、凹部53の底部53aに形成したハードマスク層42aの膜厚iよりも厚くなるように、ハードマスク層42を形成した後、ウェットエッチングを行って凹部53のハードマスク層42aのみを除去してパターン化レジスト層3の上面3aのみにハードマスク層4を残す点が実施形態1で示した微細パターンの製造方法と異なる。なお、実施形態1で用いた部材と同様の部材については同じ符号を付して示している。
The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a patterned resist layer forming step and an etching step, as in the first embodiment. In the etching step, the patterned resist
(パターン化レジスト層形成工程)
実施形態1で示した工程と同様に、パターン化レジスト層形成工程を行い、透明基体1上に加工対象層2を形成し、さらに、パターン化レジスト層3を形成する。
(Pattern resist layer formation process)
Similar to the process shown in the first embodiment, the patterned resist layer forming process is performed to form the
(エッチング工程)
エッチング工程では、まず、ハードマスク層4を形成した後、これをマスクとしてエッチングを行う。図4(a)は、スパッタ法により、パターン化レジスト層3の上面3aに形成したハードマスク層42bの膜厚hが、凹部53の底部53aに形成したハードマスク層42aの膜厚iよりも厚くなるように、ハードマスク層42を形成した時点の工程断面図の一例を示す図である。このように、ハードマスク層42は、パターン化レジスト層3の上面3aに形成されるハードマスク層42bと、凹部53の底部53aに形成したハードマスク層42aとからなる。
(Etching process)
In the etching step, first, the
凹部53の幅p−W、深さsが数十nm〜数百nm範囲で形成されているとともに、幅p−Wに対して深さsが大きく設定されているので、パターン化レジスト層3の上面3aにハードマスク層42を成膜する際に、凹部53にハードマスク層42aが侵入しにくく、パターン化レジスト層3の上面3aに所望の厚さのハードマスク層42bを成膜する間に、凹部53内にハードマスク層42aが侵入したとしても、凹部53がハードマスク層42aで埋め尽くされないようにすることができる。
Since the width p-W and the depth s of the
次に、ハードマスク層42が均一の深さでエッチング除去するウェットエッチングを行う。たとえば、その深さをiとすると、凹部53のハードマスク層42aは完全に除去され、凸部50の先端側50bには、高さh−iのハードマスク層4が残される。このようにして、凹部53のハードマスク層42aのみを除去するとともに、パターン化レジスト層3の上面3aのみにハードマスク層42を残して、図4(b)に示すように、これをハードマスク層4とする。
Next, wet etching is performed in which the
次に、ハードマスク層4側から透明基体1の表面1aにほぼ垂直な方向に異方性エッチングを行う。
まず、最初の異方性エッチングにより、凹部53の底部53aに残されたレジスト残渣55がエッチング除去される。
さらに、次の異方性エッチングでは、ハードマスク層4にマスクされたパターン化レジスト層3をエッチングマスクとして、レジスト残渣55が除去されたことにより露出された加工対象層2がドライエッチング除去されて、図4(c)に示されるように、透明基体1の表面1aが露出される。
一方、ハードマスク層4がマスクとなり、ハードマスク層4にマスクされたパターン化レジスト層3はエッチングされず、さらに、そのパターン化レジスト層3にマスクされた加工対象層2もエッチングされない。その結果、加工対象層2とパターン化レジスト層3とハードマスク層4とからなる微細パターン17が形成される。
Next, anisotropic etching is performed in a direction substantially perpendicular to the
First, by the first anisotropic etching, the resist
Furthermore, in the next anisotropic etching, using the patterned resist
On the other hand, the
なお、前記エッチング工程の後に、レジスト除去液に浸漬して、ハードマスク層4とパターン化レジスト層3を取り除く工程を行っても良い。この工程を行うことにより、実施形態1の図2(d)に示すように、透明基体1の表面1aに加工対象層2が形成された微細パターン10を形成することができる。
Note that a step of removing the
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、スパッタ法によりハードマスク層42を形成した後、ウェットエッチングにより、パターン化レジスト層3の上面3aに形成されたハードマスク層42bの一部を除去するとともに、凹部53の底面53aに形成されたハードマスク層42aを完全に除去する構成なので、容易にハードマスク層4を形成することができ、微細パターン17、10の製造効率を向上させることができるとともに、生産コストを低減させることができる。
In the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention, after forming the
(実施形態4)
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法のさらに別の一例について説明する。
図5(a)〜(d)は、本発明の実施形態である微細パターンの製造方法のさらに別の一例を説明する工程断面図である。
(Embodiment 4)
Another example of the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
5A to 5D are process cross-sectional views illustrating still another example of the fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、実施形態1と同様に、パターン化レジスト層形成工程と、エッチング工程とからなるが、エッチング工程が、ウェットコーティング法によりパターン化レジスト層3の表面を覆うようにハードマスク素材40を塗布した後、アッシング法またはポリッシング法を用いてパターン化レジスト層3の上面3aを露出させ、凹部53に残されたハードマスク素材40をハードマスク層4とする工程である点が実施形態1で示した微細パターンの製造方法と異なる。なお、実施形態1で用いた部材と同様の部材については同じ符号を付して示している。
The fine pattern manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a patterned resist layer forming step and an etching step, as in the first embodiment, and the etching step is performed by the wet coating method. After the
(パターン化レジスト層形成工程)
実施形態1で示した工程と同様に、パターン化レジスト層形成工程を行い、透明基体1上に加工対象層2を形成し、さらに、その加工対象層2上にパターン化レジスト層3を形成する。
(Pattern resist layer formation process)
Similar to the process shown in the first embodiment, a patterned resist layer forming step is performed to form the
(エッチング工程)
次に、図5(a)に示すように、パターン化レジスト層3上に、ウェットコーティング法によりパターン化レジスト層3の表面を覆うようにハードマスク素材40を塗布する。
ここで、ハードマスク素材40の厚さuは、凹部53の深さsよりも厚くなるように、ハードマスク素材4を成膜する。
(Etching process)
Next, as shown in FIG. 5A, a
Here, the
次に、図5(b)に示すように、アッシング法またはポリッシング法を用いて、パターン化レジスト層3の上面3aが露出するまで、ハードマスク素材40の表面側40bを除去して、凹部53に残されたハードマスク素材40をハードマスク層4とする。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)に示すように、ハードマスク層4側から透明基体1の表面1aにほぼ垂直な方向に矢印rで示されるように異方性エッチングを行う。
まず、最初の異方性エッチングにより、パターン化レジスト層3の露出部分50がエッチングされて除去される。さらに、次の異方性エッチングでは、その露出部分50が除去されたことにより露出された加工対象層2がエッチングされて除去されて、図5(d)に示されるように、透明基体1の表面1aが露出される。
このとき、凹部53に残されたハードマスク層4をマスクとして、凹部53の底面53aのパターン化レジスト層3はエッチングされず、残留部分50cとなる。さらにまた、この残留部分50cをマスクとして加工対象層2もエッチングされず、図5(d)に示すように、加工対象層2とパターン化レジスト層3とハードマスク層4とからなる微細パターン19が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, anisotropic etching is performed as indicated by an arrow r in a direction substantially perpendicular to the
First, the exposed
At this time, using the
なお、前記エッチング工程の後に、レジスト除去液に浸漬して、ハードマスク層4とパターン化レジスト層3を取り除く工程を行っても良い。この工程を行うことにより、実施形態1の図2(d)に示すように、透明基体1の表面1aに加工対象層2が形成された微細パターン10を形成することができる。
Note that a step of removing the
本発明の実施形態である微細パターンの製造方法は、ハードマスク素材40を形成した後、アッシング法またはポリッシング法を用いて、パターン化レジスト層3の上面3aが露出するまで、ハードマスク素材40の表面側40bを除去して、凹部53に残されたハードマスク素材40をハードマスク層4とする構成なので、容易にハードマスク層4を形成することができ、微細パターン19、10の製造効率を向上させることができるとともに、生産コストを低減させることができる。
In the fine pattern manufacturing method according to an embodiment of the present invention, after the
(実施形態5)
次に、本発明の実施形態である光学素子について説明する。
図6は、本発明の実施形態である光学素子の一例を示す図であって、図6(a)は斜視概略図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A’線における断面模式図である。
(Embodiment 5)
Next, an optical element that is an embodiment of the present invention will be described.
6A and 6B are diagrams illustrating an example of an optical element according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a schematic perspective view, and FIG. 6B is an AA view of FIG. It is a cross-sectional schematic diagram in a line.
図6に示すように、光学素子30は、透明基体1上に、金属層からなる加工対象層2と、パターン化レジスト層3と、別の金属層からなるハードマスク層4とが積層され、この3層構造体70がグリッド状に成形されてなる微細パターン13を具備した光学素子30である。なお、実施形態1で用いた部材と同様の部材については同じ符号を付して示している。
As shown in FIG. 6, the optical element 30 is formed by laminating a
光学素子30において、略矩形断面形状の3層構造体70は透明基体1の上面1aに、幅W、高さlの略矩形断面を有するラインとして形成されており、各ラインは周期p、間隔p−Wで平行に形成されている。なお、この3層構造体70の幅W、高さl、および各ラインの周期p、間隔p−Wは、それぞれ数百nm以下で形成されている。
また、3層構造体70は、金属層からなる加工対象層2と、パターン化レジスト層3と、金属層からなるハードマスク層4とが積層されて構成されている。
In the optical element 30, the three-
The three-
透明基体1は、板状またはフィルム状の透明な材料から構成されている。そのため、微細パターン13を安定して保持させることができ、光学素子30として安定して使用することができる。
The
金属層からなる加工対象層2は、たとえば、Al、Au,Agのいずれかの金属を1種以上含有させて形成する。このようにすることで、光学素子30の特性を向上させることができる。特に、光学素子30をグリッド偏光子として用いる場合には、金属層からなる加工対象層2はAlから構成されることが好ましい。消光比を向上させることができるためである。なお、金属層からなる加工対象層2は、複数の種類の金属からなる合金として構成しても良く、また、複数の金属層からなる構成としてもよい。
金属層からなる加工対象層2の高さtは、凹部の幅wを考慮して設定する。アスペクト比t/wが、光学素子30の消光比(コントラスト)および透過率などの光特性に関係するためである。
The
The height t of the
透明誘電体からなるパターン化レジスト層3は、可視光領域で高透明なものであれば特に限定されないが、アクリル系の材料含有率を上げることで、より高透過率を達成することができる。このようなレジストとして、例えば東洋合成工業製PAK−01などを用いることができる。
The patterned resist
光学素子30のパターン化レジスト層3の高さvは、200nm以上であることが好ましく、200nm〜400nmであることがより好ましい。3層構造体70において、パターン化レジスト層3の高さvを200nm以上とした場合には、可視光領域で薄膜干渉が起こりにくくなり、消光比(コントラスト)を向上させることができる。
The height v of the patterned resist
金属層からなるハードマスク層4は、たとえば、Ni、Crのいずれかの金属を1種以上含有させて形成する。ハードマスク層4の材料としては、耐エッチング性の高い材料が好ましく、たとえば、Ni、Crなどの金属材料は耐エッチング性の高い材料であり、特に、Niは耐エッチング性の高い材料であって、すべてのエッチングプロセスでマスクとして効果的に利用することができる。
また、ハードマスク層4の高さxは、光学特性の観点から、可能な限り高くすることが望ましい。ハードマスク層4のアスペクト比x/wが大きいほど、光学素子30の消光比(コントラスト)および透過率の向上に寄与するためである。
The
Further, the height x of the
微細パターン13は、3層構造体70がグリッド状に形成されて構成されている。そのため、グリッド偏光子などの光学素子として使用することができる。その場合には、微細パターン13は、幅Wおよび高さlはできるだけ一定の誤差範囲内であることが好ましい。
The
なお、このような微細パターン13は一例であって、先の実施形態に記載したように、微細パターン15、17および19などを使用することができる。
また、複数のラインが平行かつ微細な隙間をおいて配置されたパターンであれば、各ラインの配置位置、接続関係、ライン幅などを変化させた様々なパターンを採用することができる。また、加工誤差などに起因する許容範囲の微細な形状の変化を有していてもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
Such a
In addition, as long as a plurality of lines are arranged in parallel with fine gaps, various patterns in which the arrangement position of each line, connection relationship, line width, and the like are changed can be adopted. Further, it may have a fine shape change in an allowable range due to a processing error or the like.
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited only to these examples.
(実施例1)
(パターン化レジスト層形成工程)
透明基体としてガラス基板を用い、その表面を公知の洗浄方法で洗浄した後、蒸着法を用いて、Alからなる金属層を膜厚175nmで成膜した。
(Example 1)
(Pattern resist layer formation process)
A glass substrate was used as the transparent substrate, and the surface was cleaned by a known cleaning method, and then a metal layer made of Al was formed to a thickness of 175 nm by vapor deposition.
次に、金属層上に、レジストとして東洋合成工業製PAK−01を塗布し、ナノインプリント法を用いて金型形状を転写(パターニング)した。これにより、周期140nm、幅70nm、高さ275nmの凹部を有するパターン化レジスト層を形成した。 Next, PAK-01 manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd. was applied as a resist on the metal layer, and the mold shape was transferred (patterned) using the nanoimprint method. As a result, a patterned resist layer having recesses with a period of 140 nm, a width of 70 nm, and a height of 275 nm was formed.
(エッチング工程)
次に、斜め蒸着法を用いて、蒸着角度θ=45°で、パターン化レジスト層の上面にCrからなるハードマスク層を膜厚25nmで形成した。
(Etching process)
Next, a hard mask layer made of Cr was formed with a film thickness of 25 nm on the upper surface of the patterned resist layer at an evaporation angle θ = 45 ° using an oblique evaporation method.
次に、ハードマスク層側から透明基体の表面にほぼ垂直な方向に異方性エッチングを行い、微細パターンの凹部に残された。レジスト残渣のエッチング除去を行った。このエッチングにおいては、ガス種としてO2を用い、前記ガスのガス圧は1Paとし、バイアス電力は、500Wとした。 Next, anisotropic etching was performed in a direction substantially perpendicular to the surface of the transparent substrate from the hard mask layer side, and was left in the concave portion of the fine pattern. The resist residue was removed by etching. In this etching, O 2 was used as the gas species, the gas pressure of the gas was 1 Pa, and the bias power was 500 W.
さらに、金属層のエッチングを行った。このエッチングは2段階に分けられ、前半のステップで金属層表面の自然酸化膜の除去、後半のステップで金属層本体のエッチングをそれぞれ行う。ガス種として前半のステップではBCl3を、後半のステップではCl2をそれぞれ用い、前記ガスのガス圧はそれぞれ1Pa、バイアス電力は500Wとした。 Furthermore, the metal layer was etched. This etching is divided into two stages, in which the natural oxide film on the surface of the metal layer is removed in the first half step and the metal layer body is etched in the second half step. As the gas type, BCl 3 was used in the first half step, and Cl 2 was used in the second half step. The gas pressure of the gas was 1 Pa and the bias power was 500 W, respectively.
このようにして、透明基体としてガラス基板を用い、金属層としてAl(高さ175nm、幅70nm)、パターン化レジスト層として東洋合成工業製PAK−01(高さ275nm、幅70nm)を用い、ハードマスク層としてCr(高さ25nm、幅70nm)を用いた3層構造体からなる微細パターン(周期140nm)を前記ガラス基板上に形成した。
この光学素子の光特性は、透過率34.2%、消光比(コントラスト)99500であった。
In this way, a glass substrate was used as the transparent substrate, Al (height 175 nm,
The optical characteristics of this optical element were a transmittance of 34.2% and an extinction ratio (contrast) of 99500.
(比較例1)
実施例1において、金属層の膜厚を200nmとした他は同様にして、金属層としてAl(高さ200nm、幅70nm)、パターン化レジスト層として東洋合成工業製PAK−01(高さ275nm、幅70nm)を用い、ハードマスク層としてCr(高さ25nm、幅70nm)を用いた3層構造体からなる微細パターン(周期140nm)を前記ガラス基板上に形成した。
これをレジスト除去液に浸漬して、パターン化レジスト層およびハードマスク層を除去して、金属層としてAl(高さ200nm、幅70nm)からなる微細パターン(周期140nm)をガラス基板上に形成した光学素子を形成した。
この光学素子の光特性は、透過率39.7%、消光比(コントラスト)48600であった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, except that the thickness of the metal layer was set to 200 nm, Al (height 200 nm,
This was immersed in a resist removing solution, the patterned resist layer and the hard mask layer were removed, and a fine pattern (period 140 nm) made of Al (height 200 nm,
The optical characteristics of this optical element were a transmittance of 39.7% and an extinction ratio (contrast) of 48600.
(比較例2)
実施例1において、膜厚175nmのAlを形成した後、その上に膜厚25nmのCrを形成して金属層とした他は同様にして、Al(高さ175nm、幅70nm)とCr(高さ25nm、幅70nm)からなる2層構造体の金属層を備え、パターン化レジスト層として東洋合成工業製PAK−01(高さ275nm、幅70nm)を用い、ハードマスク層としてCr(高さ25nm、幅70nm)を用いた微細パターン(周期140nm)を前記ガラス基板上に形成した。
これをレジスト除去液に浸漬して、パターン化レジスト層およびハードマスク層を除去して、Al(高さ175nm、幅70nm)とCr(高さ25nm、幅70nm)からなる2層構造体の金属層の微細パターン(周期140nm)をガラス基板上に形成した光学素子を形成した。
この光学素子の光特性は、透過率36.7%、消光比(コントラスト)39300であった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, Al (height 175 nm,
This is immersed in a resist removing solution to remove the patterned resist layer and the hard mask layer, and a metal having a two-layer structure composed of Al (height 175 nm,
The optical characteristics of this optical element were a transmittance of 36.7% and an extinction ratio (contrast) of 39300.
本発明は、微細パターンの製造方法に関するものであり、特に、半導体素子あるいは光学素子に用いられるものであり、光学部材産業あるいは半導体産業において利用可能性がある。 The present invention relates to a method for producing a fine pattern, and is particularly used for a semiconductor element or an optical element, and can be used in the optical member industry or the semiconductor industry.
1…基板、1a…上面、2…加工対象層、3…パターン化レジスト層、3a…上面、4…ハードマスク層、10、13、15、17、19…微細パターン、30…光学素子、40…ハードマスク素材、40b…表面側、42、42a、42b…ハードマスク層、44…凹部、45…凸部、46…金型、48…レジスト、50…露出部分、50c…残留部分、53…凹部、53a…底面、53b、53c…内壁面、55…レジスト残渣、70…構造体。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
少なくとも前記パターン化レジスト層の上面に金属層からなるハードマスク層を形成した後、前記凹部の底部に残されたレジスト残渣をエッチングして除去してから、前記パターン化レジスト層をマスクにして前記加工対象層をエッチングするエッチング工程と、を具備することを特徴とする微細パターンの製造方法。 A processing target layer is formed on a transparent substrate, a resist layer made of a transparent dielectric is formed on the processing target layer, and the resist layer is patterned by a nanoimprint method, thereby having a recess on the upper surface of the resist layer. A patterned resist layer forming step of creating a patterned resist layer;
After forming a hard mask layer made of a metal layer on at least the upper surface of the patterned resist layer, the resist residue left at the bottom of the recess is removed by etching, and then the patterned resist layer is used as a mask. And an etching process for etching the processing target layer.
前記自然酸化物膜のエッチングガスとして、CF4、CHF3、Ar、HCl、Cl2、BCl3、H2、N2のいずれかを含むガスを用い、
前記金属層のエッチングガスとして、CF4、CHF3、Ar、Cl2、N2のいずれかを含むガスを用い、
ガス圧を0.1〜10Paとし、
バイアス電力を10〜2000Wとする条件でドライエッチングすることを特徴とする請求項1〜4に記載の微細パターンの製造方法。 In the etching step, a gas containing any one of O 2 , CF 4 , CHF 3 , Ar, HCl, Cl 2 , BCl 3 , H 2 , and N 2 is used as an etching gas for the resist residue.
As an etching gas for the natural oxide film, a gas containing any of CF 4 , CHF 3 , Ar, HCl, Cl 2 , BCl 3 , H 2 , and N 2 is used.
As an etching gas for the metal layer, a gas containing any of CF 4 , CHF 3 , Ar, Cl 2 , and N 2 is used.
The gas pressure is 0.1 to 10 Pa,
5. The method for producing a fine pattern according to claim 1, wherein dry etching is performed under a condition that the bias power is 10 to 2000 W.
前記微細パターンが、金属層と、前記金属層上に積層された透明誘電体層と、前記透明誘電体層上に形成された別の金属層とからなることを特徴とする光学素子。 A fine pattern formed in a grid shape is formed on the transparent substrate,
The optical element, wherein the fine pattern includes a metal layer, a transparent dielectric layer laminated on the metal layer, and another metal layer formed on the transparent dielectric layer.
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