JP2005159358A - Nano imprint lithographing method and substrate - Google Patents
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本発明は、広くはナノインプリントリソグラフィの分野に関し、より具体的には、基板にナノスケールのパターンを生成する方法および手段に関する。 The present invention relates generally to the field of nanoimprint lithography, and more specifically to a method and means for generating a nanoscale pattern on a substrate.
そのパフォーマンスが、ナノメータスケール、例えば単一電子の装置に組み込まれる材料の影響を受ける量子装置は、来るべき電子世代を約束するものである。ナノ製造技術の進展は、このようなナノデバイスの製造に不可欠である。実際に、ナノ粒子を取り扱うAFM(原子力顕微鏡)ベースの方法のような極端な電子ビームリソグラフィにより、数ナノメータを下回る寸法で構造やパターンを製造することが可能になった。しかしながら、これらの技術は、直列で作用し、これにより、これらのナノリソグラフィが装置の大量製造へ適用されることが妨げられた。ナノインプリントリソグラフィ(NIL)は、このようなナノデバイスを並列に製造することへの有望な候補として生来の可能性を有している。ここで、直列のリソグラフィ技術、大抵は電子ビームリソグラフィでパターン化されたスタンプは、コンパクトディスク(CD)の製造工程と全く同様に、スタンププリント技法において複製として利用可能である。上記CD製造技法は、1975年に紹介され、その優れた大量生産能力を示した。CDの製造の総合歩留まりは(最悪のケースで)、製造中の各6インチコンパクトディスクの全領域において67%を超えていた。 Quantum devices whose performance is affected by materials incorporated in nanometer scale, eg single-electron devices, promise the upcoming electron generation. Advances in nano-manufacturing technology are essential for the manufacture of such nanodevices. Indeed, extreme electron beam lithography, such as the AFM (Atomic Microscope) based method of handling nanoparticles, has made it possible to produce structures and patterns with dimensions below a few nanometers. However, these techniques worked in series, which prevented these nanolithography from being applied to mass production of devices. Nanoimprint lithography (NIL) has natural potential as a promising candidate for manufacturing such nanodevices in parallel. Here, stamps patterned by serial lithographic techniques, mostly electron beam lithography, can be used as replicas in stamp printing techniques, much like the compact disc (CD) manufacturing process. The CD manufacturing technique was introduced in 1975 and demonstrated its excellent mass production capacity. The overall yield of CD production (in the worst case) exceeded 67% in the entire area of each 6 inch compact disc being produced.
ナノインプリントリソグラフィ(NIL)は、ナノスケールのパターンを基板上に製造する既知の技術である。この基板は、半導体材料、例えばシリコン、リン化インジウムまたはガリウム砒素で形成可能であり、例えば半導体部品の製造に用いられる。上記基板はまた、他の材料、例えばセラミック材料、金属または、バイオセンサのような他の応用の場合には比較的ガラス転移温度が高いポリマーで形成することができる。 Nanoimprint lithography (NIL) is a known technique for producing nanoscale patterns on a substrate. This substrate can be formed of a semiconductor material, such as silicon, indium phosphide or gallium arsenide, and is used, for example, in the manufacture of semiconductor components. The substrate can also be formed of other materials, such as ceramic materials, metals, or polymers with relatively high glass transition temperatures for other applications such as biosensors.
マイクロエレクトロニクスにおけるトレンドは、より小さな寸法に向かっている。原則として、約3年ごとに寸法がその半分のサイズに減少するように発展してきた。例えば、商業部品は、今日では約130nmのサイズの構造で製造されるが、より小さな寸法にするというニーズがある。 The trend in microelectronics is towards smaller dimensions. In principle, it has been developed so that the size is reduced to half of its size about every three years. For example, commercial parts are now manufactured with a structure of about 130 nm in size, but there is a need for smaller dimensions.
NILの基本原理は、例えばシリコンの平坦面に被覆される薄膜層の機械的変形である。NILプロセスは、CDの製造プロセスと比較することができ、以下の3つの段階に記述することができる。 The basic principle of NIL is, for example, mechanical deformation of a thin film layer coated on a flat surface of silicon. The NIL process can be compared to the CD manufacturing process and can be described in the following three stages.
1.モールド(即ち、モールドテンプレート)の製造:モールドは様々な材料、例えば金属、半導体、セラミックから、または一定のプラスチックから製造可能である。このモールドの一表面に3次元の構造体を形成するために、構造体のサイズおよびその分解能に対する仕様に応じて、様々なリソグラフィ方法が使用可能である。電子ビームおよびX線のリソグラフィは、通常、300nm未満の構造体寸法に使用される。ダイレクトレーザ露光およびUVリソグラフィはより大きな構造体に使用される。 1. Manufacture of molds (ie, mold templates): Molds can be manufactured from a variety of materials, such as metals, semiconductors, ceramics, or certain plastics. In order to form a three-dimensional structure on one surface of the mold, various lithography methods can be used depending on the size of the structure and the specifications for its resolution. Electron beam and x-ray lithography are typically used for structure dimensions below 300 nm. Direct laser exposure and UV lithography are used for larger structures.
2.インプリント:ポリマー、例えばポリイミドの薄膜層をシリコンの平坦な基板に貼着する。この層を所定の温度、いわゆるインプリント温度にまで加熱する。モールドの反対構造が基板のポリマー層に転写されるようにモールドと基板とを互いに圧着させる。 2. Imprint: A thin film layer of polymer, for example polyimide, is attached to a flat substrate of silicon. This layer is heated to a predetermined temperature, the so-called imprint temperature. The mold and the substrate are pressed together so that the opposite structure of the mold is transferred to the polymer layer of the substrate.
インプリント処置の間に、レジストをそのガラス転移温度を超える温度に加熱する。その温度では、(熱可塑性の)レジストは、粘稠液となって流出可能になり、従って、容易にモールドの形状へ変形可能になる。レジストの粘度は、温度の上昇に伴って低減する。 During the imprint procedure, the resist is heated to a temperature above its glass transition temperature. At that temperature, the (thermoplastic) resist becomes a viscous liquid that can flow out and can therefore be easily transformed into the shape of the mold. The resist viscosity decreases with increasing temperature.
3.構造転写:ポリマー層のうちで互いに圧着された領域では、ポリマーの薄い層が残存している。最後の段階は、基板上のこの薄い残存層の除去である。この除去は、いわゆる「RIB」内、または酸素プラズマ内、または異方性エッチングプロセス、例えばリアクティブイオンエッチングRIE内で実行可能である。この残存層が薄いほど、ナノインプリントを用いて形成できる構造体はより精密になる。 3. Structural transfer: A thin layer of polymer remains in the areas of the polymer layer that are crimped together. The last step is removal of this thin residual layer on the substrate. This removal can be performed in a so-called “RIB”, or in an oxygen plasma, or in an anisotropic etching process, such as a reactive ion etching RIE. The thinner this remaining layer, the more precise the structure that can be formed using nanoimprint.
従来のNIL手順に伴う問題は、圧着の間にモールドが薄膜層に固着してしまうことがあり、これにより薄膜層内に転写された逆パターンの精度が劣るということである。従って、このような固着を避けるため、モールドには、通常、反固着層が設けられる。 A problem with the conventional NIL procedure is that the mold may stick to the thin film layer during crimping, thereby reducing the accuracy of the reverse pattern transferred into the thin film layer. Therefore, in order to avoid such sticking, the mold is usually provided with an anti-sticking layer.
非特許文献1は、ポリマー内に反固着性材料で一体化されたポリマーインプリントレジスト層について記述する。 Non-Patent Document 1 describes a polymer imprint resist layer integrated with an anti-adhesive material in a polymer.
もう一つのインプリント方法は、ポリマーを硬化させるためにUV露光を組み合わせたインプリントを用いる。リソグラフィへのこの代替可能なアプローチは、2層インプリント策に基づくものである。このプロセスにおいて、パターンが設けられたクロム面を有する標準的な石英マスクがリアクティブイオンエッチングでエッチングされ、その表面に高解像度のレリーフ像が形成される。フッ素化された自己集合の単分子層で残存するクロムが除去され、テンプレートが表面処理される。低粘度の光重合可能な定型化が2つの面の間のギャップに導入される。次に、テンプレートは、表面に接するようにされる。この解決法は、エッチバリアと呼ばれ、石英テンプレートの裏面を介した露光によって光重合化される。テンプレートは基板から分離され、レリーフ構造のUV硬化されたレプリカが基板上に残る。このインプリントプロセスを用いることにより、サイズにおいて40nm未満であるというフィーチャ(features)が確実に製造されてきた。この技術の問題/欠点は、各インプリント処置に先立ってポリマーを施さなければならない、より大きな面積のインプリントには、ステッピングおよびスタンピング/フラッシングなしには好適でないということである。
インプリントリソグラフィに関連して取り組み甲斐のあるいくつかの問題がある。一つの臨界領域は、ポリマー層で実証された解像度と同一の解像度を残しながら、次の処理レベルを実行することである。パターン化された金属層を形成することは一応用例である。高精細でパターン化された金属層は、集積回路において配線として使用される。これらの金属層は、引き続く層の成長のための触媒として使用することもできる。例えば結晶方向に依存するエッチングレートに起因して、引き続く金属層を容易にエッチングできない場合、リフトオフのような追加的なアプローチが望ましい。しかしながら、金属リフトオフを介してパターンを転写する場合、単一のポリマー層には問題がある。インプリントプロセスに起因する非垂直の側壁がリフトオフの間に金属膜の引き裂きと剥離とをもたらす。インプリント部材に垂直な側壁がなければ、非垂直の側壁がインプリントリソグラフィにおいて発生する。インプリント部材に垂直な側壁がある場合であっても、インプリントされたフィーチャの底から残余のポリマーを除去するために不可欠のデスカミング処置(descumming step)に起因して、インプリントされた膜に非垂直の側壁が形成される。従って、単一層のレジストを用いた金属リフトアップに関連した問題を最小にする技術が要求される。 There are several issues worth working on in relation to imprint lithography. One critical region is to perform the next processing level while leaving the same resolution as demonstrated in the polymer layer. Forming a patterned metal layer is one application. The metal layer patterned with high definition is used as a wiring in an integrated circuit. These metal layers can also be used as catalysts for subsequent layer growth. Additional approaches such as lift-off are desirable when subsequent metal layers cannot be easily etched, for example due to the etching rate depending on the crystal orientation. However, there is a problem with a single polymer layer when transferring the pattern via metal lift-off. Non-vertical sidewalls resulting from the imprint process result in tearing and peeling of the metal film during lift-off. If the imprint member does not have vertical sidewalls, non-vertical sidewalls occur in imprint lithography. Even if the imprint member has vertical sidewalls, the imprinted membrane is due to the descumming step essential to remove residual polymer from the bottom of the imprinted feature. A non-vertical side wall is formed. Accordingly, there is a need for a technique that minimizes the problems associated with metal lift-up using a single layer of resist.
上述のインプリント技術には本願発明が狙いとする他の問題、例えば基板および有機材料が変化すると表面粘着特性が変化するという問題がある。これにより、特定の基板材料、例えばシリコン、ニッケル、石英、ガラス、窒化シリコン等との組み合わせにおいてプロセスのポリマー材料が制限されてしまう。モールドに接する剥離物質を用いることは、プロセスを工業生産において確実に使用可能にする上であまり安全ではない。 The above-described imprint technique has another problem targeted by the present invention, for example, a problem that the surface adhesive property changes when the substrate and the organic material change. This limits the polymer material of the process in combination with certain substrate materials such as silicon, nickel, quartz, glass, silicon nitride and the like. Using a release material that contacts the mold is not very safe to ensure that the process can be used in industrial production.
従って、より精細なナノスケールの構造物をモールドから基板へ経済的な態様で転送できるようにし、かつ、インプリントの間にモールドが基板に固着することに関する問題を解消/軽減するナノインプリントリソグラフィ方法および手段を発見するニーズが存在する。 Accordingly, a nanoimprint lithography method that allows for transfer of finer nanoscale structures from a mold to a substrate in an economical manner and eliminates / reduces problems associated with the mold sticking to the substrate during imprinting and There is a need to find a means.
本発明の目的は、上述した欠点/問題を解消/軽減することにある。 The object of the present invention is to eliminate / reduce the above-mentioned drawbacks / problems.
即ち、本発明の一目的は、より精細なナノスケールの構造物をモールドから基板へ経済的な態様で転送できるようにするナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。 That is, it is an object of the present invention to discover nanoimprint lithography methods and means that allow for transfer of finer nanoscale structures from a mold to a substrate in an economical manner.
本発明のもう一つの目的は、インプリントの間にモールドが基板に固着することに関する問題を低減するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。 Another object of the present invention is to discover nanoimprint lithography methods and means that reduce the problems associated with the mold sticking to the substrate during imprinting.
本発明のさらにもう一つの目的は、基板上のインプリントパターンの精度を改善するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。 Yet another object of the present invention is to discover nanoimprint lithography methods and means for improving the accuracy of imprint patterns on a substrate.
本発明の更なる目的は、モールド表面へのポリマーの固着を低減させることによりインプリント品質とポリマーの基板からの剥離とを改善するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide nanoimprint lithography methods and means that improve imprint quality and release of the polymer from the substrate by reducing polymer sticking to the mold surface.
本発明のなおも更なる目的は、より高精度のナノ構造体を経済的に大量生産できるようにするナノインプリントリソグラフィの方法および手段を提供することである。 A still further object of the present invention is to provide a method and means for nanoimprint lithography that allows for economical mass production of more accurate nanostructures.
本発明の一側面によれば、本発明は、構造化されたパターンを基板に形成する方法であって、圧着前に前記基板が複数の被覆層で覆われ、各被覆層が特定の機能を有する方法により上記目的を達成する。 According to one aspect of the present invention, the present invention is a method of forming a structured pattern on a substrate, wherein the substrate is covered with a plurality of coating layers before crimping, and each coating layer has a specific function. The above object is achieved by a method comprising
本発明のもう一つの側面によれば、本発明は、構造化されたパターンを基板に形成する方法であって、前記基板の頂面の最上層の被覆層が純粋に反固着機能を有する方法を提供することにより上記目的を達成する。 According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for forming a structured pattern on a substrate, wherein the topmost coating layer on the top surface of the substrate has a pure anti-sticking function. To achieve the above object.
本発明のさらに他の側面によれば、その上にナノスケールのパターンを形成するための基板であって、それぞれ特有の機能を有する複数の被覆層で覆われる基板が提供される。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a substrate for forming a nanoscale pattern thereon, which is covered with a plurality of coating layers each having a specific function.
本発明のさらに他の側面によれば、本発明にかかる基板は、純粋に反固着機能を有する最上層の被覆を有する。 According to yet another aspect of the present invention, a substrate according to the present invention has a top layer coating that has a purely anti-sticking function.
本発明を上述したように要約したが、本発明は、独立請求項1および8により規定される。本発明のさらなる実施態様は、従属請求項2乃至7,9および10によって規定される。 While the invention has been summarized as described above, the invention is defined by the independent claims 1 and 8. Further embodiments of the invention are defined by the dependent claims 2 to 7, 9 and 10.
本発明にかかるインプリント技術を用いることにより、インプリント結果は、現実に、モールドの表面にポリマーが固着することなく、基板からポリマーが剥がれることもないという、より高い品質を示す。さらに、インプリント結果は、非垂直の側壁に関する上述した問題が軽減されたことを示す。従って、より高い精度を提供し、より精細な構造物を基板上に均一かつ経済的に大量生産することもできるナノパターンインプリント方法が開示される。 By using the imprint technique according to the present invention, the imprint result shows a higher quality that the polymer does not actually adhere to the surface of the mold and the polymer does not peel from the substrate. Furthermore, the imprint results show that the above-mentioned problems with non-vertical sidewalls have been reduced. Accordingly, a nano-pattern imprint method is disclosed that provides higher accuracy and can more uniformly and economically produce finer structures on a substrate.
例えば上述した非特許文献1において、ポリマーに組み込まれた反固着材料を有するポリマーインプリントレジスト層が記述されているように、本発明は、ナノインプリントリソグラフィの間に基板上のポリマーインプリントレジスト層に反固着材料を組み込むことに関する問題/欠点の認識に基づくものである。上記アプローチにより、最適の反固着性能から遙かにかけ離れ、ポリマーをモールドに固着させてしまい、その結果、より精細なナノスケールのパターンを基板に経済的に大量生産することが妨げられる。 For example, as described in Non-Patent Document 1 above, a polymer imprint resist layer having an anti-stick material incorporated into a polymer is described, the present invention relates to a polymer imprint resist layer on a substrate during nanoimprint lithography. It is based on the recognition of problems / disadvantages associated with incorporating anti-stick materials. The above approach far departs from the optimal anti-stick performance and causes the polymer to stick to the mold, thus preventing the economical mass production of finer nanoscale patterns on the substrate.
本発明を図1に示す。モールド100は、ナノ構造のパターンを形成するための凹部105および突部110を有する。突部は、約150nmの高さを有する。当業者において既知であるように、モールド100は、どのような好適な材料、例えばガラス、シリコン、または、ニッケルのような金属からでも製造可能である。より好適な実施形態によれば、モールドは、テフロン(登録商標)に類似の単分子層の態様における薄い反固着層190(反粘着層とも呼ぶ)で覆われる。層190の厚さは、約10nm以下であり、当業者により知られているようにスタンプ上への化学気相反応法により得ることができる。当業者に既知のように、例えばガラス(またはシリコンガラス)のようにどのような好適な材料からでも形成される基板115が提供される。基板115は、3−メタクリル・オキシプロピル・ジメチル・クロルシラン(3-methacryl-oxypropyl-dimethyl-chlorosilane)またはヘキサメチル・ジシラン(hexamethyl-disilane)、HMDSからなる薄い固着層120(粘着層とも呼ぶ)で覆われる。層120は、好ましくは約10nm以下であり、例えばスピンコーティングにより得ることができる。次に、形成層(インプリントレジスト層とも呼ぶ)125が層120の頂面に設けられ、この層125は、例えばPMMA(ポリメチル・メタクリル酸:PolyMethyl-Methacrylic Acid)から構成可能であり、好ましくは約150nmの厚さを有する。インプリントPMMA層125は、スピンコーティングのような好適な既知の技術を用いて設けることができる。本発明によれば、反固着層130は、例えばトリデカフルオル・(tridecafluro-)(1H,1H,2H,2H)テトラヒドロオクチルアミン(tetrahydrooctylamine)または同様の部分的もしくは完全なフッ素化化合物から構成可能である。反固着層130は、好ましくは10nm以下の厚さを有し、当業者が実現するように、例えばインプリントPMMAポリマー層125にスピンコート可能である。
The present invention is shown in FIG. The
図2を参照すると、本発明にかかるナノインプリント方法のためのフローチャートが示されている。ステップ200において、図1を参照しながら上述した記載に従い、モールド100と基板115とを準備する。次に、ステップ210で、3つの層120,125,130を有する基板115とモールド100とを、ガラス転移温度を超えて加熱し、これにより、層125を軟化させる。ステップ220では、いわゆるソフトインプリント方法に従い、300秒未満で、約5から100バール、好ましくは約30−60バールの気圧を用いてモールドを基板の被覆層120,125,130にプレスすることにより、パターン転写を実行する。このソフトインプリント方法は、基板とモールドとをこれらの間の力を均一に分布させて互いに圧着させるために、基板/モールドに対するカウンターステイ(counterstay)を形成する柔軟な薄膜を有する気圧制御室を利用するものである。ソフトインプリント方法は、国際公開第01/42858号に開示されている。その後、形成層125は、既知の方法によりステップ225で冷却および硬化により固まる。ステップ230において、モールド100は基板115からリリースされる。このように、モールド上の逆パターンを転写することにより、構造化されたナノスケールパターンが基板に設けられる。
Referring to FIG. 2, a flowchart for a nanoimprint method according to the present invention is shown. In
本発明は、例えばインプリントレジスト層の頂面における最上層の反固着層を基板に設けることにより既知の技術に関連する問題および欠点を克服する。これにより、反固着層の均等な配分が容易になり、かつ、反固着層の均一性が、最終的なインプリント結果の正確さと精細さとにおいてより危機的でないようにもされる。本発明は、モールド上の反固着層として、薄い単分子層、例えばテフロン(登録商標)に類似の単分子層を提供する。本発明によれば、テフロン(登録商標)に類似の単分子層の厚さは約10nm以下であるが、この厚さは、加えられる化学反応に依存して変化することもある。 The present invention overcomes the problems and disadvantages associated with known techniques, for example, by providing the substrate with an uppermost anti-stick layer on the top surface of the imprint resist layer. This facilitates even distribution of the anti-sticking layer and also makes the anti-sticking layer uniformity less critical in the accuracy and fineness of the final imprint result. The present invention provides a thin monolayer, eg, a monolayer similar to Teflon®, as an anti-stick layer on the mold. According to the present invention, the thickness of a monolayer similar to Teflon is about 10 nm or less, but this thickness may vary depending on the chemical reaction applied.
説明に役立つ実例により本発明を説明した。図面は、本発明を制限するものではなく、単に本発明の動作原理を示すだけのものである。当業者にとって、例えば追加の機能的な層に関し、例えば基板115と反固着層130との間にいわゆるリフトオフ層等を導入するなど、本願の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく多数の変更、が可能である。
The invention has been described with illustrative examples. The drawings do not limit the invention, but merely show the operating principle of the invention. For those skilled in the art, for example with regard to additional functional layers, such as the introduction of so-called lift-off layers between the
100:モールド
105:凹部
110:突部
115:基板
125:形成層(インプリントレジスト層)
130,190:反固着層(反粘着層)
100: Mold 105: Recess 110: Projection 115: Substrate 125: Formation layer (imprint resist layer)
130, 190: Anti-adhesion layer (anti-adhesion layer)
Claims (11)
プレスの前に、純粋な反固着機能を有する最上層の被覆層(130)を前記基板の頂面に設ける工程を備える、ことを特徴とする方法。 The substrate (115) covered with a plurality of coating layers including the imprint resist layer (125) and the mold (100) are bonded to each other to transfer a reverse pattern from the mold to the substrate. A nanoimprint lithography method for providing a nanoscale pattern on the substrate,
Providing a top coating layer (130) having a pure anti-sticking function on the top surface of the substrate prior to pressing.
純粋な反固着機能を与える化合物により、その頂面に最上層の被覆層(130)が形成されることを特徴とする基板。 A substrate (115) that is covered by a plurality of coating layers including an imprint resist layer (125) and designed to form a nanoscale pattern thereon by nanoimprint lithography,
A substrate, characterized in that the uppermost coating layer (130) is formed on the top surface of the compound giving a pure anti-adhesion function.
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