JP2005249947A - Method for forming mask, grating, mask, method for forming pattern, optical element and semiconductor device - Google Patents

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藤井  透
Yutaka Iwasaki
豊 岩崎
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日佐雄 大澤
Naoki Fukutake
直樹 福武
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a finer pattern in an object to be processed by embossing than the pattern of a die. <P>SOLUTION: The method for forming a mask includes steps of forming a film which can be sheared on a deformable or elastic organic substance layer, pressing a die having a pattern on its surface to the film to shear a part of the film along the boundary of the pattern, releasing the die from the film, and removing the sheared portion in the film. If the pattern in the die is, for example, a line-and-space pattern, both of end lines of a flat and long face in a projecting part act as boundaries of the pattern. That is, if the number of lines in the pattern is X, the number of the boundary lines is 2X, which means 2X of shear traces are left in the film. Therefore, by removing the sheared part and processing the film as a mask, 2X lines are formed in the object. Thus, a finer pattern in the object can be formed by embossing than the pattern of the die. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マスクの形成方法、グレーティング(回析格子)、マスク、パターン形成方法、光学素子、及び半導体デバイスに関する。また、本発明は、型押し加工、及びこれに用いる型に関する。   The present invention relates to a mask forming method, a grating (diffraction grating), a mask, a pattern forming method, an optical element, and a semiconductor device. The present invention also relates to an embossing process and a mold used therefor.

半導体デバイスの製造工程でのレジストパターンは、主にフォトリソグラフィを用いて形成されている。フォトリソグラフィは、縮小投影露光装置(ステッパ)の光源の波長を短くする等により解像度を向上させ、半導体デバイスの微細化に対応してきた。ステッパでは、光源の波長が短いほど、光がレンズを透過しにくくなるので、レンズに使うガラス材料が限定される。即ち、光学材料的にもステッパの実現が困難になってきており、最先端のステッパの価格は数億円以上となっている。   The resist pattern in the semiconductor device manufacturing process is mainly formed using photolithography. Photolithography has improved the resolution by shortening the wavelength of the light source of a reduction projection exposure apparatus (stepper) and coped with miniaturization of semiconductor devices. In the stepper, the shorter the wavelength of the light source, the harder the light passes through the lens, so the glass material used for the lens is limited. That is, it is becoming difficult to realize a stepper in terms of optical materials, and the price of a state-of-the-art stepper is several hundred million yen or more.

このように高価なステッパを必要とするフォトリソグラフィは、コストの点から、少量多品種のデバイスの製造には適用しづらい。そこで、フォトリソグラフィに代わる技術として、型押し加工を半導体デバイスの製造に適用することが、1995年頃から試みられている(例えば、特許文献1、及び非特許文献1参照)。
即ち、インプリント法に代表されるように、型(ダイ、原盤)を被加工物に圧着(プレス)して形状を転写する方法により、サブミクロンオーダの微細パターンを創生することが試みられている。近年では、100nmより小さいパターンの加工に成功した報告もある。インプリント法は、ステッパを必要とせず、製造工程も簡単になるために、製造コストを低くできる。このようにインプリント法は、半導体デバイスの微細化だけでなく、半導体製造装置の低価格化の可能性も有する優れた方式として期待されている。
特開2003−77807号公報 (第1−7項、図1−図11) S.Y.Chou et al.,J. Vac. Sci. Technol., B15(1997) p.2897
Photolithography that requires such an expensive stepper is difficult to apply to the manufacture of a small variety of devices in terms of cost. Therefore, as an alternative to photolithography, an attempt has been made to apply embossing to the manufacture of semiconductor devices since around 1995 (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
That is, as represented by the imprint method, attempts have been made to create submicron-order fine patterns by a method in which a die (die, master) is pressed (pressed) on a workpiece to transfer the shape. ing. In recent years, there have been reports of successful processing of patterns smaller than 100 nm. Since the imprint method does not require a stepper and the manufacturing process is simplified, the manufacturing cost can be reduced. Thus, the imprint method is expected as an excellent method that not only makes semiconductor devices finer but also has a possibility of reducing the cost of semiconductor manufacturing equipment.
JP 2003-77807 A (Section 1-7, FIGS. 1 to 11) SYChou et al., J. Vac. Sci. Technol., B15 (1997) p.2897

型押し加工では、型の形状を被加工物に転写するため、被加工物のパターンの寸法は、型と同じになる。即ち、型押し加工において被加工物を微細化するためには、型自体を微細化する必要がある。型の加工の難易度は、微細化に伴い大きくなる。型押し加工は、この点においては、フォトリソグラフィよりも劣っていた。
本発明の目的は、型押し加工において、被加工物のパターンを型のパターンよりも微細化する技術を提供することである。
In the stamping process, since the shape of the mold is transferred to the workpiece, the pattern size of the workpiece is the same as that of the mold. That is, in order to refine the workpiece in the die pressing process, it is necessary to refine the mold itself. The difficulty of processing the mold increases with miniaturization. The stamping process was inferior to photolithography in this respect.
An object of the present invention is to provide a technique for making a pattern of a workpiece finer than a pattern of a mold in a stamping process.

請求項1のマスクの形成方法は、以下の工程を有することを特徴とする。1つは、変形可能または弾性を有する有機物層上に、剪断可能な膜を形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、パターンの境界部により膜の一部を剪断加工した後、型を膜から離すプレス工程である。1つは、膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程である。   The mask forming method according to claim 1 includes the following steps. One is a process of forming a shearable film on a deformable or elastic organic material layer. One is a pressing process in which a mold having a pattern formed on the surface is pressed against the film, so that a part of the film is sheared by the boundary of the pattern and then the mold is separated from the film. One is a selective removal process that removes the sheared portion of the membrane.

請求項2の発明は、請求項1のマスクの形成方法により剪断加工された膜を有するグレーティングであり、『膜において除去された部分を溝とする』ことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1のマスクの形成方法により形成されたマスクであって、膜において除去された部分を開口部とすることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3のマスクを用いたパターン形成方法であって、以下の点を特徴とする。第1に、有機物層は、被加工物上に形成される。第2に、選択的除去工程の後、膜をマスクとして、有機物層の一部及び被加工物の一部を除去してから、膜及び有機物層を除去する工程を有する。
The invention of claim 2 is a grating having a film sheared by the method of forming a mask of claim 1, characterized in that “the portion removed in the film is a groove”.
A third aspect of the present invention is a mask formed by the mask forming method of the first aspect, wherein a portion removed from the film is an opening.
A fourth aspect of the present invention is a pattern forming method using the mask of the third aspect, and is characterized by the following points. First, the organic layer is formed on the workpiece. Second, after the selective removal step, a part of the organic material layer and a part of the workpiece are removed using the film as a mask, and then the film and the organic material layer are removed.

請求項5の発明は、請求項3のマスクを用いたパターン形成方法であって、以下の点を特徴とする。第1に、有機物層は、電磁波の照射により硬化する特性を有し、且つ、被加工物上に形成される。第2に、選択的除去工程の後、膜をマスクとして電磁波を照射して、有機物層の一部を硬化させる工程を有する。第3に、有機物層における硬化しなかった部分、及び膜を除去した後、有機物層をマスクとして被加工物の一部を除去してから、有機物層を除去する工程を有する。   The invention of claim 5 is a pattern forming method using the mask of claim 3 and is characterized by the following points. First, the organic material layer has a property of being cured by irradiation with electromagnetic waves, and is formed on the workpiece. Second, after the selective removing step, there is a step of irradiating an electromagnetic wave using the film as a mask to cure a part of the organic material layer. Third, after removing the uncured portion and the film in the organic layer, the organic layer is removed after removing a part of the workpiece using the organic layer as a mask.

請求項6のパターン形成方法は、以下の工程を有することを特徴とする。1つは、変形可能または弾性を有する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、パターンの境界部により膜の一部を剪断加工した後、型を膜から離すプレス工程である。1つは、膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程である。1つは、選択的除去工程の後、膜をマスクとして被加工物の一部を除去してから、膜全体を除去する工程である。   A pattern forming method according to a sixth aspect includes the following steps. One is the process of forming a shearable film on a deformable or elastic workpiece. One is a pressing process in which a mold having a pattern formed on the surface is pressed against the film, so that a part of the film is sheared by the boundary of the pattern and then the mold is separated from the film. One is a selective removal process that removes the sheared portion of the membrane. One is a step of removing the entire film after removing a part of the workpiece using the film as a mask after the selective removing step.

請求項7のパターン形成方法は、以下の工程を有することを特徴とする。1つは、変形可能または弾性を有し、電磁波の照射により硬化する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、パターンの境界部により膜の一部を剪断加工した後、型を膜から離すプレス工程である。1つは、膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程である。1つは、選択的除去工程の後、膜をマスクとして電磁波を照射して、被加工物の一部を硬化させる工程である。1つは、被加工物における硬化しなかった部分、及び膜を除去する工程である。   A pattern forming method according to a seventh aspect includes the following steps. One is a process of forming a shearable film on a workpiece that is deformable or elastic and is cured by irradiation with electromagnetic waves. One is a pressing process in which a mold having a pattern formed on the surface is pressed against the film, so that a part of the film is sheared by the boundary of the pattern and then the mold is separated from the film. One is a selective removal process that removes the sheared portion of the membrane. One is a step of curing a part of the workpiece by irradiating with electromagnetic waves using the film as a mask after the selective removing step. One is a step of removing the uncured portion and film in the workpiece.

請求項8の発明は、請求項4〜請求項7のいずれかのパターン形成方法において、『被加工物の一部を除去する方法がエッチングである』ことを特徴とする。
請求項9のパターン形成方法は、以下の工程を有することを特徴とする。1つは、変形可能または弾性を有し、電磁波の照射により変性する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、パターンの境界部により膜の一部を剪断加工した後、型を膜から離すプレス工程である。1つは、膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程である。1つは、選択的除去工程の後、膜をマスクとして被加工物に電磁波を照射した後、被加工物を部分的に加工する工程である。
The invention according to an eighth aspect is characterized in that, in the pattern forming method according to any one of the fourth to seventh aspects, “a method of removing a part of the workpiece is etching”.
The pattern forming method according to a ninth aspect includes the following steps. One is a process of forming a shearable film on a workpiece that is deformable or elastic and is denatured by irradiation with electromagnetic waves. One is a pressing process in which a mold having a pattern formed on the surface is pressed against the film, so that a part of the film is sheared by the boundary of the pattern and then the mold is separated from the film. One is a selective removal process that removes the sheared portion of the membrane. One is a process of partially processing the workpiece after irradiating the workpiece with electromagnetic waves using the film as a mask after the selective removal step.

なお、以上の発明における膜には、パターンの境界部が押圧された部分において、機械的強度やエッチング耐性等が低くなる材料を用いればよい。その材料としては、例えば、クロムを用いた金属薄膜が挙げられる。そのような材料とは反対に、パターンの境界部が押圧された部分において、機械的強度やエッチング耐性等が高くなる材料を用いてもよい。その場合の本発明の一形態は、以下の各工程により実現される。   For the film in the above invention, a material having low mechanical strength, etching resistance, etc. may be used at the portion where the boundary portion of the pattern is pressed. Examples of the material include a metal thin film using chromium. Contrary to such a material, a material having high mechanical strength, etching resistance, etc. may be used in a portion where the boundary portion of the pattern is pressed. One embodiment of the present invention in that case is realized by the following steps.

1つは、このような性質の膜を、変形可能または弾性を有する被加工物上に形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、膜における、パターンの境界部が押圧された部分の機械的強度或いはエッチング耐性等を高める工程である。1つは、型を膜から離した後、機械的強度或いはエッチング耐性等が高められた部分が残るように、膜を選択的に除去する工程である。1つは、残された膜をマスクとして被加工物の一部を除去した後、膜全体を除去する工程である。   One is a process of forming a film having such properties on a work piece that is deformable or elastic. One is a step of increasing the mechanical strength or etching resistance of the portion of the film where the boundary of the pattern is pressed by pressing a mold having a pattern formed on the surface against the film. One is a process of selectively removing the film so that a portion with increased mechanical strength or etching resistance remains after the mold is separated from the film. One is a step of removing the entire film after removing a part of the workpiece using the remaining film as a mask.

上記の一形態では被加工物上に直接膜を形成しているが、被加工物と膜との間に有機物層を形成してもよい。その場合の本発明の一形態は、以下の各工程により実現される。1つは、被加工物上に、変形可能または弾性を有する有機物層を形成し、有機物層上に上記の性質の膜を形成する工程である。1つは、表面にパターンが形成された型を膜に押圧することで、膜における、パターンの境界部が押圧された部分の機械的強度またはエッチング耐性等を高める工程である。1つは、型を膜から離した後、機械的強度またはエッチング耐性等が高められた部分が残るように、膜を選択的に除去する工程である。1つは、残された膜をマスクとして、有機物層の一部及び被加工物の一部を選択的に除去した後、膜全体及び有機物層全体を除去する工程である。   In the above embodiment, a film is formed directly on the workpiece, but an organic layer may be formed between the workpiece and the film. One embodiment of the present invention in that case is realized by the following steps. One is a step of forming a deformable or elastic organic material layer on a workpiece and forming a film having the above properties on the organic material layer. One is a step of increasing the mechanical strength or etching resistance of the portion of the film where the boundary of the pattern is pressed by pressing a mold having a pattern formed on the surface against the film. One is a process of selectively removing the film so that a part with increased mechanical strength or etching resistance remains after the mold is separated from the film. One is a process of removing the entire film and the entire organic layer after selectively removing a part of the organic layer and a part of the workpiece using the remaining film as a mask.

請求項10の発明は、請求項4〜請求項9のいずれかのパターン形成方法において、以下の点を特徴とする。第1に、プレス工程では、型を押圧する工程と、型を膜から離す工程とをそれぞれ2回以上行う。第2に、選択的除去工程では、膜における、複数回剪断加工された部分のみを除去する。
請求項11の発明は、請求項4〜請求項10のいずれかのパターン形成方法において、『被加工物の表面に形成されるパターンの最小幅が、10nm以上100nm以下である』ことを特徴とする。
The invention of claim 10 is characterized in that, in the pattern forming method of any one of claims 4 to 9, the following points are provided. First, in the pressing step, the step of pressing the mold and the step of separating the mold from the film are each performed twice or more. Second, the selective removal step removes only the portion of the membrane that has been sheared multiple times.
The invention of claim 11 is the pattern forming method according to any one of claims 4 to 10, wherein the minimum width of the pattern formed on the surface of the workpiece is 10 nm or more and 100 nm or less. To do.

請求項12の発明は、請求項4〜請求項11のいずれかのパターン形成方法において、『膜の厚さが10nm以上100nm以下である』ことを特徴とする。
請求項13の光学素子は、請求項4〜請求項12のいずれかのパターン形成方法を用いて加工されたことを特徴とする。
請求項14の半導体デバイスは、請求項4または請求項5のパターン形成方法を用いて加工されたことを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the pattern forming method according to any one of the fourth to eleventh aspects, the film thickness is 10 nm or more and 100 nm or less.
An optical element according to a thirteenth aspect is processed by using the pattern forming method according to any one of the fourth to twelfth aspects.
A semiconductor device of claim 14 is processed by using the pattern forming method of claim 4 or claim 5.

本発明では、型を押圧して膜を部分的に剪断加工する。型のパターンが例えばラインアンドスペースであれば、ライン部分の上面(凸部の細長く延在する平坦な上面)における両端の線が、パターンの境界部となる。即ち、ラインがX本であれば、境界線は2X本であり、膜には2X本の剪断加工の跡が残される。従って、剪断加工された部分を選択的に除去後、膜をマスクとして加工すれば、被加工物に2X本のラインを形成できる。このように本発明によれば、型押し加工において、被加工物のパターンを型のパターンよりも微細にできる。   In the present invention, the membrane is partially sheared by pressing the mold. If the pattern of the mold is, for example, a line-and-space, the lines at both ends on the upper surface of the line portion (the flat upper surface of the protruding portion that is elongated) become the boundary portion of the pattern. That is, if there are X lines, there are 2X boundaries, and 2X shearing marks are left on the film. Therefore, if the sheared portion is selectively removed and then processed using the film as a mask, 2X lines can be formed on the workpiece. Thus, according to the present invention, the pattern of the workpiece can be made finer than the pattern of the mold in the stamping process.

図1は、本発明の型押し加工の原理を示す模式的工程断面図である。図1(a)に示すように、レジスト層10(請求項記載の有機物層に対応)上には、良好な剪断性を有する薄膜層12が形成されている。この薄膜層12は、金属薄膜として形成する場合、蒸着やスパッタ法を用いればよい。有機薄膜として形成する場合、スピンコートやスプレーにより塗布したり、或いは、ラングミュア−ブロジェット膜として形成すればよい。   FIG. 1 is a schematic process cross-sectional view showing the principle of the stamping process of the present invention. As shown in FIG. 1A, a thin film layer 12 having good shearing properties is formed on a resist layer 10 (corresponding to the organic material layer described in claims). When the thin film layer 12 is formed as a metal thin film, vapor deposition or sputtering may be used. When forming as an organic thin film, it may be applied by spin coating or spraying, or may be formed as a Langmuir-Blodgett film.

また、型14には、その横断面が矩形波(ラインアンドスペース)の形状のパターンが形成されている。レジスト層10は、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)により形成すればよい。なお、塑性変形が可能な材料であれば、レジストの代わりに、高分子材料やプラスチック等を用いてもよい。或いは、型押し加工において通常用いる圧力で型が押圧されても塑性変形しないが、弾性を有し、型が押圧されているときは一時的に変形する材料を用いてもよい(例えば後述する第4の実施形態でのHOPG)。また、薄膜層12には、例えば、クロムなどの金属薄膜を用いればよい。   Further, the mold 14 is formed with a pattern having a rectangular wave (line and space) cross section. The resist layer 10 may be formed of, for example, polymethyl methacrylate (PMMA). Note that a polymer material, plastic, or the like may be used instead of the resist as long as the material can be plastically deformed. Alternatively, a material that does not plastically deform even when the die is pressed at a pressure normally used in the die-pressing process, but has elasticity, and temporarily deforms when the die is pressed may be used (for example, a first described later). 4) HOPG). For the thin film layer 12, for example, a metal thin film such as chromium may be used.

図1(b)は、図1(a)の加工後、型14を、薄膜層12を介してレジスト層10に対して押圧した状態を示している。これにより、レジスト層10には、型14のパターンが転写される。また、薄膜層12における、型14のパターンの境界部が押圧された部分は、連続状態を保ったまま薄くなって延びる(密度が低下する)か、或いは、図に示すように剪断により不連続状態になる。このように型14を押圧することで、型14のパターンの境界部により膜を部分的に薄くする場合、及び分離(剪断)する場合の両方を、以下の説明では『剪断加工する』という。なお、薄膜における、型14の凹凸の平坦部が押圧された部分では、その厚さはあまり変わらない。   FIG. 1B shows a state where the mold 14 is pressed against the resist layer 10 through the thin film layer 12 after the processing of FIG. As a result, the pattern of the mold 14 is transferred to the resist layer 10. In addition, the portion of the thin film layer 12 where the boundary of the pattern of the mold 14 is pressed extends thinly (density decreases) while maintaining a continuous state, or is discontinuous by shearing as shown in the figure. It becomes a state. In the following description, the case where the membrane is partially thinned by the boundary of the pattern of the die 14 and the separation (shearing) is referred to as “shearing” in the following description. Note that the thickness of the thin film where the flat portion of the unevenness of the mold 14 is pressed does not change much.

そして、この剪断加工の後、型14を薄膜層12から離す。図1(c)は、この状態を示している。なお、図では説明の簡単化のため、レジスト層10は、完全に塑性変形して、型14を離した後も型14のパターンが転写された状態を維持するものとしている。この後、剪断加工の跡に基づいて、必要な加工を行えばよい。本発明は、このような薄膜の剪断を応用した型押し加工により微細パターンを形成するという、本発明者の新たな知見に基づくものであり、以下、実施の形態を説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一要素には同一符号を付し、各実施形態においては、前述した実施形態と同様の部分は簡単に説明する。   After the shearing process, the mold 14 is separated from the thin film layer 12. FIG. 1C shows this state. In the drawing, for simplification of description, the resist layer 10 is assumed to be completely plastically deformed and maintain the state in which the pattern of the mold 14 is transferred even after the mold 14 is released. Thereafter, necessary processing may be performed based on the trace of the shearing processing. The present invention is based on the inventor's new knowledge that a fine pattern is formed by embossing using such shearing of a thin film. Embodiments will be described below. In addition, in order to avoid duplication, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in each figure, and in each embodiment, the part similar to embodiment mentioned above is demonstrated easily.

<第1の実施形態>
図2及び図3は、本発明の第1の実施形態におけるパターン形成方法の要部を示す模式的工程断面図である。以下、図2及び図3に従って、本実施形態のパターン形成方法を用いたグレーティングの製造方法を説明する。なお、本実施形態は、請求項1、請求項3、請求項4、請求項8、及び請求項11〜請求項14に対応する。
<First Embodiment>
2 and 3 are schematic process cross-sectional views showing the main part of the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a grating using the pattern forming method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment corresponds to claims 1, 3, 4, 8, and 11 to 14.

まず、被加工物として、半導体基板(不図示)上に、エッチングストップ層20及びシリコン層22が形成されたものを用意する。このエッチングストップ層20は、例えば、不純物濃度が異なる2枚のシリコン基板を機械的に貼り付けることで、両者の界面として形成すればよい。また、この例では、シリコン層22の厚さがグレーティングの溝の深さになる。   First, a workpiece in which an etching stop layer 20 and a silicon layer 22 are formed on a semiconductor substrate (not shown) is prepared. For example, the etching stop layer 20 may be formed as an interface between the two by mechanically attaching two silicon substrates having different impurity concentrations. In this example, the thickness of the silicon layer 22 is the depth of the grating groove.

次に、シリコン層22の上に、例えばPMMAからなるレジスト層26を形成し、レジスト層26上に薄膜層28を形成する。レジスト層26は、感光性樹脂が好ましく、PMMAのようなネガタイプや、ノボラック樹脂などのポジタイプであってもよい。また、ここでの薄膜層28は、チタン5nm/アルミ20nm/チタン5nmからなる膜厚30nmの金属薄膜として形成する。但し薄膜層28はこれに限定されず、クロム等により形成してもよい(後述する第2〜第6の実施形態についても同様)。図2(a)は、この状態を示している。   Next, a resist layer 26 made of, for example, PMMA is formed on the silicon layer 22, and a thin film layer 28 is formed on the resist layer 26. The resist layer 26 is preferably a photosensitive resin, and may be a negative type such as PMMA or a positive type such as a novolac resin. The thin film layer 28 here is formed as a metal thin film having a thickness of 30 nm composed of titanium 5 nm / aluminum 20 nm / titanium 5 nm. However, the thin film layer 28 is not limited to this, and may be formed of chromium or the like (the same applies to second to sixth embodiments described later). FIG. 2A shows this state.

型30には、ラインアンドスペースの周期パターンが形成されている。ここでのパターンは、図に示すように、横断面が台形状の1次元格子である。即ち、型30にテーパ(抜き勾配)が付いており、1ピッチ(180nm)内の寸法は、2箇所の傾斜部分も2箇所の平坦部分もそれぞれ45nmに形成されている。型30は、この寸法であれば、従来技術のフォトリソグラフィで形成可能である。   The mold 30 is formed with a line and space periodic pattern. As shown in the figure, the pattern here is a one-dimensional lattice having a trapezoidal cross section. That is, the die 30 has a taper (draft angle), and the dimension within one pitch (180 nm) is formed such that two inclined portions and two flat portions are each 45 nm. With this size, the mold 30 can be formed by conventional photolithography.

本実施形態での傾斜部の角度は、60°である。この場合、cos60°=1/2だから、薄膜層28は、傾斜部が押圧される部分において、約2倍に延びる。なお、型30の傾斜部の角度は、60度以上であることが望ましい。これは、あまり緩やかな傾斜角度だと、この傾斜部が押圧された部分での薄膜層28が十分に延びず(密度が十分に低下せず)、後工程で、その部分を選択的に除去することが困難になるからである。   In the present embodiment, the angle of the inclined portion is 60 °. In this case, since cos 60 ° = ½, the thin film layer 28 extends approximately twice in the portion where the inclined portion is pressed. The angle of the inclined portion of the mold 30 is desirably 60 degrees or more. This is because if the inclination angle is too gentle, the thin film layer 28 at the portion where the inclined portion is pressed does not sufficiently extend (the density does not sufficiently decrease), and the portion is selectively removed in a later step. Because it becomes difficult to do.

次に、薄膜層28を介して、レジスト層26に対して型30を押圧して、型30のパターンをレジスト層26に転写する。これにより、レジスト層26及び薄膜層28は塑性変形する。このとき、薄膜層28においては、パターンの境界部(凹凸の傾斜部)が押圧された部分のみ、膜厚が薄くなって(密度が低下して)、前述のように長さが約2倍に延びる。ここでの膜厚が薄くなった部分が、請求項記載の『剪断加工された部分』に対応する。図2(b)は、この状態を示している。なお、型30にテーパが付いている分、型抜きが容易となるため、型30を押圧するときの圧力や温度は、従来の型押し加工と同様でよい。   Next, the mold 30 is pressed against the resist layer 26 through the thin film layer 28 to transfer the pattern of the mold 30 to the resist layer 26. Thereby, the resist layer 26 and the thin film layer 28 are plastically deformed. At this time, in the thin film layer 28, only the portion where the pattern boundary portion (uneven slope portion) is pressed becomes thin (decrease in density), and the length is about twice as described above. Extend to. The portion where the film thickness is reduced here corresponds to the “sheared portion” described in the claims. FIG. 2B shows this state. In addition, since the die 30 is tapered, the die can be easily removed. Therefore, the pressure and temperature when the die 30 is pressed may be the same as in the conventional die pressing process.

次に、型30を薄膜層28から引き離す。図2(c)は、この状態を示している。なお、以下の説明では、ここまでの工程のように、型を押圧し、その型を引き離す工程をプレス工程という。
次に、薄膜層28における剪断加工された部分を、ウェットエッチングにより選択的に除去する(請求項記載の選択的除去工程に対応)。図3(d)は、この状態を示している。なお、薄膜層28においては、型30の平坦部が押圧された部分と、傾斜部が押圧された部分とで、膜厚及び密度が大きく異なる。従って、ウェットエッチングの時間制御により、後者のみを除去することが可能である。また、ここまでの工程は、請求項記載の『マスクの形成方法』に対応する。
Next, the mold 30 is pulled away from the thin film layer 28. FIG. 2C shows this state. In the following description, the process of pressing the mold and pulling the mold away as in the processes so far is referred to as a pressing process.
Next, the sheared portion of the thin film layer 28 is selectively removed by wet etching (corresponding to the selective removal step recited in the claims). FIG. 3D shows this state. In the thin film layer 28, the film thickness and density are greatly different between the portion where the flat portion of the mold 30 is pressed and the portion where the inclined portion is pressed. Therefore, it is possible to remove only the latter by controlling the time of wet etching. The steps up to here correspond to the “mask forming method” recited in the claims.

次に、薄膜層28をマスクとして、レジスト層26及びシリコン層22に対して、垂直方向に(シリコン層22及びレジスト層26の厚さ方向に)ドライエッチングを施す。このとき、レジスト層26は、マスクの開口部(薄膜層28が除去された部分)下において、シリコン層22の厚さ方向に対しては斜めになっている。従って、エッチングの途中では、レジスト層26は、図3(e)に示す形状になる。この後、さらにエッチングが進行すると、図3(f)に示す形状になる。エッチングの進行は、エッチングストップ層20まで達すると停止する。従って、最終的には、図3(g)に示す形状となって、エッチングは終了する。   Next, dry etching is performed on the resist layer 26 and the silicon layer 22 in the vertical direction (in the thickness direction of the silicon layer 22 and the resist layer 26) using the thin film layer 28 as a mask. At this time, the resist layer 26 is inclined with respect to the thickness direction of the silicon layer 22 under the opening of the mask (the portion where the thin film layer 28 is removed). Therefore, during the etching, the resist layer 26 has a shape shown in FIG. Thereafter, when the etching further proceeds, the shape shown in FIG. The progress of etching stops when it reaches the etching stop layer 20. Accordingly, the etching finally ends in the shape shown in FIG.

次に、薄膜層28及びレジスト層26を全て除去する。これにより、図3(h)に示すように、シリコン層22は、型30のパターンの各境界部が押圧された箇所を溝とするラインアンドスペース形状となる。即ち、型30の2倍のピッチを有するグレーティング36(請求項記載の光学素子、及び半導体デバイスに対応)が形成される。この後、例えばアルミを蒸着する等の公知の工程を施して、反射型のグレーティングにしてもよい。   Next, the thin film layer 28 and the resist layer 26 are all removed. As a result, as shown in FIG. 3H, the silicon layer 22 has a line-and-space shape in which a portion where each boundary portion of the pattern of the mold 30 is pressed is a groove. That is, a grating 36 (corresponding to the optical element and the semiconductor device described in claims) having a pitch twice that of the mold 30 is formed. Thereafter, a known process such as vapor deposition of aluminum may be performed to form a reflective grating.

このように、型30の1ピッチを構成するライン及びスペースの幅ではなく、ラインとスペースとの境界部分(傾斜部)の幅が、被加工物上に形成されるパターンの幅にほぼ等しくなる。従って、型のパターンの境界部により薄膜を部分的に剪断加工して、この薄膜をマスクとして用いれば、型のピッチより細かいパターンを容易に形成できる。
なお、金属膜をできる限り薄く形成する場合、一様に形成可能な限界は、10nm程度と考えられる。従って、薄膜層28は、本実施形態では30nmとして形成したが、10nm以上の厚さを目安に形成すればよい。金属膜の剪断加工を容易にするためには、型のパターンの傾斜部の幅は膜厚と同程度の長さである必要があるので、この場合、被加工物上に形成されるパターンの最小幅も、10nm程度が限界と考えられる。
As described above, the width of the boundary portion (inclined portion) between the line and space, not the width of the line and space constituting one pitch of the mold 30, is substantially equal to the width of the pattern formed on the workpiece. . Therefore, if the thin film is partially sheared by the boundary of the pattern of the mold and this thin film is used as a mask, a pattern finer than the pitch of the mold can be easily formed.
In addition, when forming a metal film as thin as possible, the limit which can be formed uniformly is considered to be about 10 nm. Therefore, although the thin film layer 28 is formed with a thickness of 30 nm in this embodiment, it may be formed with a thickness of 10 nm or more as a guide. In order to facilitate the shearing process of the metal film, the width of the inclined portion of the pattern of the mold needs to be as long as the film thickness. In this case, the pattern formed on the workpiece The minimum width is considered to be about 10 nm.

光ディスクの表面に刻まれる細い溝の形成に用いるスタンパー(金型原盤)の溝の深さは、微細なものになると例えば100nm程度であり、本発明はこのような微細パターンの形成において、極めて顕著な効果が得られる。また、形成したいパターンの最小幅が100nm程度であれば、膜厚も同程度(100nm)またはそれ以下にして、剪断加工を容易にすることが望ましい。以上に述べた薄膜層28の厚さ、及び被加工物上に形成されるパターンの最小幅については、後述する他の実施形態においても同様である。   The depth of a groove of a stamper (mold master) used for forming a thin groove to be engraved on the surface of an optical disk is, for example, about 100 nm when it becomes fine, and the present invention is very remarkable in the formation of such a fine pattern. Effects can be obtained. If the minimum width of the pattern to be formed is about 100 nm, it is desirable that the film thickness be about the same (100 nm) or less to facilitate shearing. The thickness of the thin film layer 28 described above and the minimum width of the pattern formed on the workpiece are the same in other embodiments described later.

<第2の実施形態>
第2の実施形態では、数学的理論に基づいて型を設計した上で、パターン、特に孤立線を形成する方法を説明する。なお、本実施形態は、請求項1、請求項3、請求項4、請求項8、請求項11、請求項12、及び請求項14に対応する。
図4(a)は、型の一例を示す斜視図である。ここで、型40の裏面(図において点で塗り潰した領域)が平坦なものとして、この面の任意の点を座標x、yで表す。そして、型40のパターン形成面において、ある座標x、yから法線方向に位置する点の高さ(どの程度突出しているか)を、φ(x、y)とする。ここでの高さφは、例えば、型40のパターン形成面において最も凹んだ部分の高さを基準(ゼロ)として表せばよい。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, a method of forming a pattern, particularly an isolated line, after designing a mold based on a mathematical theory will be described. This embodiment corresponds to claims 1, 3, 4, 8, 11, 12, and 14.
Fig.4 (a) is a perspective view which shows an example of a type | mold. Here, assuming that the back surface of the mold 40 (the region filled with points in the drawing) is flat, arbitrary points on this surface are represented by coordinates x and y. Then, on the pattern forming surface of the mold 40, the height (how much it protrudes) of a point located in the normal direction from a certain coordinate x, y is defined as φ (x, y). The height φ here may be expressed, for example, using the height of the most recessed portion on the pattern forming surface of the mold 40 as a reference (zero).

なお、本実施形態の型40は、説明の簡単化のため、図に示すようにy方向の横断面の形状が全て同じとする。このため、φ(x、y)は、図4(b)に示されるようにxのみの関数となる。そして、次式のように、φ(x、y)の勾配の二乗をP(x、y)と定義すれば、図4(b)のφ(x、y)に対応するP(x、y)は、図4(c)に示すようになる。   Note that the mold 40 of the present embodiment has the same cross-sectional shape in the y direction as shown in the figure for the sake of simplicity. Therefore, φ (x, y) is a function of only x as shown in FIG. If the square of the gradient of φ (x, y) is defined as P (x, y) as in the following equation, P (x, y) corresponding to φ (x, y) in FIG. ) Is as shown in FIG.

Figure 2005249947
Figure 2005249947

型においては、P(x、y)が大きい値となる部分ほど、パターンの境界部の傾斜角度は大きい。第1の実施形態と同様に型押し加工を行う場合、薄膜層においては、傾斜角度の大きい部分が押圧された部分ほど膜厚が薄くなる。ここで、薄膜層を部分的に除去する工程(前記ウェットエッチングに相応)においては、膜厚がHthmin未満の部分は確実に除去され、膜厚がHthmax以上の部分は必ず残るとする。   In the mold, the inclination angle of the boundary portion of the pattern is larger as the portion where P (x, y) is larger. When embossing is performed in the same manner as in the first embodiment, in the thin film layer, the film thickness becomes thinner as the part with the larger inclination angle is pressed. Here, in the step of partially removing the thin film layer (corresponding to the wet etching), it is assumed that the portion having a thickness of less than Hthmin is surely removed and the portion having a thickness of Hthmax or more always remains.

さらに、薄膜層のある位置の膜厚をHthmin以下にするためには、型40における、勾配の二乗P(x、y)がPthmax以上の部分をその位置に押圧する必要があるとする。また、薄膜層のある位置の膜厚をHthmax以上にするためには、型40における、勾配の二乗P(x、y)がPthmin以下の部分をその位置に押圧する必要があるとする。従って、薄膜層においては、P(x、y)がおよそPthmax以上の部分が押圧される部分は確実に除去され、P(x、y)がおよそPthmin以下の部分が押圧される部分は必ず残る。   Further, in order to make the film thickness at a certain position of the thin film layer equal to or less than Hthmin, it is necessary to press a portion of the mold 40 where the square of the gradient P (x, y) is equal to or greater than Pthmax to the position. Further, in order to make the film thickness at a certain position of the thin film layer equal to or greater than Hthmax, it is necessary to press a portion of the mold 40 where the square of the gradient P (x, y) is equal to or less than Pthmin to that position. Accordingly, in the thin film layer, the portion where P (x, y) is pressed about Pthmax or more is reliably removed, and the portion where P (x, y) is pressed about Pthmin or less always remains. .

次に、薄膜層を部分的に除去後、これをマスクとして、平坦な加工面を有する被加工物をエッチングする場合を考える。加工後の加工面の高さをQ(x、y)と定義すれば、Q(x、y)は、P(x、y)の関数で与えられ、2つの値のみをとる。この2つの値を例えばQlow及びQhighとすれば、P(x、y)がPthmax以上のとき、Qは必ずQlowとなり(ラインアンドスペースの溝に相当)、PがPthmin以下以下のとき、Qは必ずQhighとなる。   Next, consider a case where a thin film layer is partially removed and a workpiece having a flat processed surface is etched using the thin film layer as a mask. If the height of the machined surface after machining is defined as Q (x, y), Q (x, y) is given by a function of P (x, y) and takes only two values. If these two values are Qlow and Qhigh, for example, when P (x, y) is Pthmax or more, Q is always Qlow (corresponding to a line and space groove), and when P is Pthmin or less, Q is It must be Qhigh.

図4(a)の型40は、傾斜角度が異なる2つの斜面を有しているが、図4(c)に示すように、滑らかな方では、勾配の二乗はPaであり、Pthminより小さい。また、急峻な方では、勾配の二乗はPbであり、Pthmaxより大きい。従って、この場合のQ(x、y)は、図4(d)に示すようになる。
このため、本実施形態の型40を用いて型押し加工を行う場合、工程断面図は例えば図5に示すようになる。図5(a)は、エッチングストップ層42、シリコン層44、レジスト層46、薄膜層48の順に積層してから、型40を押圧してレジスト層46及び薄膜層48を塑性変形させた後、型40を離した状態を示している。なお、レジスト層46や薄膜層48の材料や膜厚等は、第1の実施形態と同様でよい。
The mold 40 in FIG. 4A has two inclined surfaces with different inclination angles, but as shown in FIG. 4C, the square of the gradient is Pa and is smaller than Pthmin in the smoother one. . On the steep side, the square of the gradient is Pb, which is larger than Pthmax. Accordingly, Q (x, y) in this case is as shown in FIG.
For this reason, when performing die pressing using the die 40 of the present embodiment, the process cross-sectional view is as shown in FIG. 5, for example. FIG. 5A shows an example in which an etching stop layer 42, a silicon layer 44, a resist layer 46, and a thin film layer 48 are stacked in this order, and then the resist layer 46 and the thin film layer 48 are plastically deformed by pressing the mold 40. The state where the mold 40 is released is shown. The material, film thickness, and the like of the resist layer 46 and the thin film layer 48 may be the same as those in the first embodiment.

図5(b)は、剪断加工の跡に基づいて、例えばウェットエッチングにより薄膜層48を部分的に除去した状態を示している。この後、薄膜層48における除去された部分をマスクの開口部として、シリコン層44、レジスト層46を例えばドライエッチングしてから、薄膜層48及びレジスト層46を完全に除去する。これにより、図5(c)示すように、孤立線(iso)を有する半導体デバイスが創生される。   FIG. 5B shows a state in which the thin film layer 48 is partially removed by wet etching, for example, based on the trace of the shearing process. Thereafter, the silicon layer 44 and the resist layer 46 are dry-etched, for example, using the removed portion of the thin film layer 48 as an opening of the mask, and then the thin film layer 48 and the resist layer 46 are completely removed. As a result, as shown in FIG. 5C, a semiconductor device having an isolated line (iso) is created.

なお、型40のパターンの斜面をより急峻に形成すれば、即ち、図中のa1−a2間の幅が狭い型40を用いれば、より細い孤立線を形成できる。この場合、押圧時の圧力はより小さくても十分に剪断加工できる。なぜなら、型40の傾斜角度をより急峻にすれば、押圧開始時における型40と薄膜層48との接触面積はより小さくなるからである。従って、本発明は、微細パターンの形成において極めて顕著な効果が得られる。   Note that if the slope of the pattern of the mold 40 is formed steeper, that is, if the mold 40 having a narrow width between a1 and a2 in the drawing is used, a thinner isolated line can be formed. In this case, sufficient shearing can be performed even if the pressure during pressing is smaller. This is because if the inclination angle of the mold 40 is made steeper, the contact area between the mold 40 and the thin film layer 48 at the start of pressing becomes smaller. Therefore, the present invention provides a very remarkable effect in forming a fine pattern.

Pthmin及びPthmaxがどの程度の値になるかは、薄膜層を部分的に除去する工程の条件(エッチング方法など)、形成時の薄膜層の厚さ、薄膜層及びレジスト層の物理乗数(例えば弾性限界や破断点)などから求めればよい。或いは、実験により求めてもよい。そのようにして求めたPthmin及びPthmaxと、(1)式とを用いれば、所望の3次元形状を創生するための型を設計できる。   The values of Pthmin and Pthmax are determined depending on the conditions of the process of partially removing the thin film layer (etching method, etc.), the thickness of the thin film layer at the time of formation, and the physical multipliers of the thin film layer and the resist layer (for example, elasticity It may be obtained from the limit or breaking point). Or you may obtain | require by experiment. A mold for creating a desired three-dimensional shape can be designed by using Pthmin and Pthmax thus obtained and the expression (1).

<第3の実施形態>
第3の実施形態では、(1)式を用いて、孤立点、即ち、コンタクトホールを形成する方法を説明する。本実施形態は、請求項1、請求項3、請求項4、請求項8、請求項10〜請求項12、及び請求項14に対応する。本実施形態では、図5におけるエッチングストップ層42及びシリコン層44を有する被加工物上に、レジスト層46及び薄膜層48を形成する。この構造は第2の実施形態と同様であるので、本実施形態では工程断面図を省略する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, a method of forming an isolated point, that is, a contact hole, will be described using equation (1). This embodiment corresponds to claim 1, claim 3, claim 4, claim 8, claim 10 to claim 12, and claim 14. In the present embodiment, a resist layer 46 and a thin film layer 48 are formed on the workpiece having the etching stop layer 42 and the silicon layer 44 in FIG. Since this structure is the same as that of the second embodiment, the process cross-sectional view is omitted in this embodiment.

本実施形態と第2の実施形態との違いは、以下の2点である。第1に、本実施形態では、型押しを2回行う。第2に、本実施形態の型には、第2の実施形態と同様な形状であるが、突出部分の傾斜角度のみが異なるものを用いる。即ち、図4のa1−a2間の幅と、a2−a3間の幅とが異なる。そして、本実施形態の型においては、緩やかな方の勾配の二乗をPcとし、急峻な方の勾配の二乗をPdとし、Pc、Pdが以下の3式を満たすようにする。   The differences between the present embodiment and the second embodiment are the following two points. First, in this embodiment, the embossing is performed twice. Second, the mold of this embodiment has the same shape as that of the second embodiment but is different only in the inclination angle of the protruding portion. That is, the width between a1 and a2 in FIG. 4 is different from the width between a2 and a3. In the mold of this embodiment, the square of the gentler gradient is Pc, the square of the steep gradient is Pd, and Pc and Pd satisfy the following three expressions.

Pc≪Pthmin・・・(2)
Pd<Pthmin・・・(3)
Pd×2>Pthmax・・・(4)
以下、図6を用いて本実施形態のパターン形成方法を説明する。なお、本実施形態では、型が押圧される前における被加工物の平坦な上面(薄膜層表面)を2次元座標面として考え、この面上で互いに直交する2方向をx軸方向、y軸方向とする。
Pc << Pthmin (2)
Pd <Pthmin (3)
Pd × 2> Pthmax (4)
Hereinafter, the pattern forming method of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the flat upper surface (thin film layer surface) of the workpiece before the mold is pressed is considered as a two-dimensional coordinate plane, and two directions orthogonal to each other on this plane are the x-axis direction and the y-axis. The direction.

まず、x軸方向に沿って傾斜部の跡ができるように型を薄膜層48に押圧してから、型を離す。図6(a)は、この状態を示す模式的工程上面図である。図において、点で塗り潰した領域は、型の緩やかな方の傾斜部が押圧された領域であり、斜線領域は、急峻な方の傾斜部が押圧された領域である。本実施形態では、型を押す前における被加工物の上面の或る点が、型の押圧後に、座標面の法線方向にどれだけ凹んだかを、φ’(x、y)とする。そして、(1)式と同様に、φ’(x、y)の勾配の二乗を、P’(x、y)と定義する。型が1回だけ押圧された後では、φ’(x、y)は、符号を除いて第2の実施形態のφ(x、y)とほぼ同じになる。従って、図6(a)のB1−B2間では、P’(x、y)は、図6(b)に示すようになる。   First, the mold is pressed against the thin film layer 48 so that a mark of an inclined portion is formed along the x-axis direction, and then the mold is released. FIG. 6A is a schematic process top view showing this state. In the figure, the area filled with dots is the area where the gentler slope of the mold is pressed, and the hatched area is the area where the sharper slope is pressed. In the present embodiment, φ ′ (x, y) is how much a certain point on the upper surface of the workpiece before pressing the mold is recessed in the normal direction of the coordinate plane after pressing the mold. Similarly to the equation (1), the square of the gradient of φ ′ (x, y) is defined as P ′ (x, y). After the mold has been pressed only once, φ ′ (x, y) is substantially the same as φ (x, y) in the second embodiment except for the sign. Accordingly, P ′ (x, y) is as shown in FIG. 6B between B1 and B2 in FIG.

次に、傾斜部の跡が1回目の押圧時と直交するように、即ち、y軸方向に沿って傾斜部の跡ができるように同じ型を押圧してから、型を離す。図6(c)は、この状態を示す模式的工程上面図である。図6(c)では、緩やかな方の傾斜部を1回だけ押圧された領域を点で塗り潰して示し、緩やかな方の傾斜部を2回押圧された領域を横線で示し、急峻な方の傾斜部を1回だけ押圧された領域を斜線で示し、急峻な方の傾斜部を2回押圧された領域を黒く塗り潰して示し、急峻な方の傾斜部と緩やかな方の傾斜部とを1回ずつ押圧された領域を縦線で示した。また、図6(c)のC1−C2間では、P’(x、y)は、図6(d)に示すようになる。   Next, the mold is released after pressing the same mold so that the trace of the inclined portion is orthogonal to the first pressing, that is, the trace of the inclined portion is formed along the y-axis direction. FIG. 6C is a schematic process top view showing this state. In FIG. 6 (c), the area where the gentle slope is pressed only once is shown with dots, the area where the gentle slope is pressed twice is shown with a horizontal line, the steep one A region where the inclined portion is pressed only once is indicated by diagonal lines, a steep inclined portion is indicated by blacking out a region where the inclined portion is pressed twice, and the steep inclined portion and the gentle inclined portion are represented by 1 The area that was pressed one by one is indicated by a vertical line. Further, between C1 and C2 in FIG. 6C, P ′ (x, y) is as shown in FIG.

薄膜層48における、急峻な方の傾斜部が2回押圧された領域は、1回目の押圧後よりもさらに薄くなり、1回目の押圧後の約√2倍の長さに延びると考えられる。同様に、薄膜層48における、緩やか方の傾斜部を2回押圧された領域も、1回目の押圧後の約√2倍の長さに延びると考えられる。P’(x、y)は、勾配の二乗で与えられるので、√2倍に延びた領域においては2倍になる。従って、P’(x、y)は、図7の立体図のようになる。なお、図7では一例として、およそPc=1、Pd=6.5として示してある。また、Pc、Pdは前述の(2)、(3)、(4)式を満たすため、図7のスケールでは、Pthminは例えば8であり、Pthmaxは例えば10である。   It is considered that the region where the steep slope portion is pressed twice in the thin film layer 48 is thinner than that after the first pressing and extends to about √2 times the length after the first pressing. Similarly, the region of the thin film layer 48 where the gentler inclined portion is pressed twice is considered to extend to a length approximately √2 times after the first pressing. Since P ′ (x, y) is given by the square of the gradient, it is doubled in a region extending by √2. Accordingly, P ′ (x, y) is as shown in the three-dimensional view of FIG. In FIG. 7, as an example, Pc = 1 and Pd = 6.5 are shown. Further, since Pc and Pd satisfy the above-described expressions (2), (3), and (4), Pthmin is 8 for example and Pthmax is 10 for example in the scale of FIG.

図6(c)に示す加工の後、第2の実施形態と同様に、薄膜層48を部分的に除去する。このとき、急峻な方の傾斜部が2回押圧された領域のみが、P’(x、y)がPthmax以上の領域となるために、除去される。そして、この薄膜層48をマスクとして第2の実施形態と同様にシリコン層44、レジスト層46をエッチングしてから、薄膜層48及びレジスト層46を完全に除去する。これにより、図6(e)に示すように、コンタクトホールが形成される。以上、第3の実施形態においても、第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。   After the processing shown in FIG. 6C, the thin film layer 48 is partially removed as in the second embodiment. At this time, only the region where the steep inclined portion is pressed twice is removed because P ′ (x, y) is a region equal to or greater than Pthmax. Then, the silicon layer 44 and the resist layer 46 are etched using the thin film layer 48 as a mask in the same manner as in the second embodiment, and then the thin film layer 48 and the resist layer 46 are completely removed. As a result, a contact hole is formed as shown in FIG. As mentioned above, also in 3rd Embodiment, the effect similar to 1st and 2nd embodiment can be acquired.

なお、第3の実施形態では、型が2回押圧された領域においてのみ、P’(x、y)がPthmax以上となる例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。型が3回、或いは4回以上押圧された領域においてのみ、P’(x、y)がPthmax以上となるようにしてもよい。この場合、プレス工程を3回、或いは4回以上実施する。   In the third embodiment, an example is described in which P ′ (x, y) is equal to or greater than Pthmax only in a region where the mold is pressed twice. The present invention is not limited to such an embodiment. P '(x, y) may be Pthmax or more only in the region where the mold is pressed three times or four times or more. In this case, the pressing process is performed three times or four times or more.

また、同じ型を、向きを変えて2回押圧する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。形状が異なる型を複数用意し、これらがそれぞれ1回以上押圧された領域においてのみ、P’(x、y)がPthmax以上となるようにしてもよい。この場合、各々の型について、プレス工程を1回以上実施する。
また、パターンとして1本の突出部のみが型に形成されており、コンタクトホールを1つのみ形成する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。パターンとして複数本の突出部を型に設けておき、複数のコンタクトホールを同時に形成してもよい。
Moreover, the example which presses the same type | mold twice, changing direction was described. The present invention is not limited to such an embodiment. A plurality of dies having different shapes may be prepared, and P ′ (x, y) may be equal to or greater than Pthmax only in a region where each is pressed once or more. In this case, the pressing process is performed once or more for each die.
In addition, an example has been described in which only one protrusion is formed in the mold as a pattern and only one contact hole is formed. The present invention is not limited to such an embodiment. A plurality of protrusions may be provided on the mold as a pattern, and a plurality of contact holes may be formed simultaneously.

<第4の実施形態>
第4の実施形態では、図8に示す模式的工程断面図を用いて、反射型金属グレーティングの製造方法を説明する。本実施形態の主な特徴は、膜における剪断加工されない部分がそのまま素子の一部となることと、膜の直下には弾性変形する有機物層が形成されることである。本実施形態は、請求項1〜請求項3、及び請求項11〜請求項13に対応する。
<Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, a manufacturing method of a reflective metal grating will be described with reference to a schematic process cross-sectional view shown in FIG. The main feature of the present embodiment is that a portion of the film that is not sheared becomes a part of the element as it is, and an organic material layer that is elastically deformed is formed directly under the film. The present embodiment corresponds to claims 1 to 3 and claims 11 to 13.

まず、図8(a)に示すように、HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite、炭素層状結晶)層60上に、金属薄膜62を形成する。金属薄膜62の材料及び膜厚は、例えば、第1の実施形態と同じでよい。なお、HOPGは、弾性限界が高く、数百μm以上の厚みがあれば短い(数百nm以下)ストロークのプレスにより一時的に100nm程度凹んでも容易に形状が復元し、力による加工や剪断が困難であることが走査プローブ顕微鏡の実験から知られている。   First, as shown in FIG. 8A, a metal thin film 62 is formed on a HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) layer 60. The material and film thickness of the metal thin film 62 may be the same as those in the first embodiment, for example. HOPG has a high elastic limit, and if it has a thickness of several hundred μm or more, its shape can be easily restored even if it is temporarily recessed by about 100 nm by a short (several hundred nm or less) press. Difficulties are known from scanning probe microscope experiments.

次に、金属薄膜62を介して、型30をHOPG層60に対して押圧する。これにより、HOPG層60には型30のパターンが一時的に転写され、金属薄膜62は、第1の実施形態と同様に部分的に剪断加工される。図8(b)は、この状態を示している。この後、型30を離すと、HOPG層60の表面は、元の平坦な形状に戻る。図8(c)は、この状態を示している。   Next, the mold 30 is pressed against the HOPG layer 60 through the metal thin film 62. Thereby, the pattern of the mold 30 is temporarily transferred to the HOPG layer 60, and the metal thin film 62 is partially sheared as in the first embodiment. FIG. 8B shows this state. Thereafter, when the mold 30 is released, the surface of the HOPG layer 60 returns to the original flat shape. FIG. 8C shows this state.

次に、第1の実施形態と同様に、金属薄膜62における剪断加工された部分を、エッチングにより除去する。これにより、図8(d)に示すように、型30の2倍のピッチを有する反射型金属グレーティング66が完成する。以上、第4の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図8(d)の加工後、一定間隔置きに形成された金属薄膜62をマスクとして、HOPG層60をエッチングにより除去してもよい。図9(a)は、そのようにして形成された反射型金属グレーティングの断面模式図である。エッチング深さは、エッチング時間により制御可能であり、各溝においてほぼ一様になる。なお、この形態では、エッチング深さを確実に均一にするため、エッチングストップ層を形成してから、その上にHOPG層60を形成し、その後型押しを行うようにしてもよい。この場合、本実施形態は、請求項1〜請求項3、請求項6、請求項8、及び請求項11〜請求項13に対応する。
Next, as in the first embodiment, the sheared portion of the metal thin film 62 is removed by etching. As a result, as shown in FIG. 8D, a reflective metal grating 66 having a pitch twice that of the mold 30 is completed. As mentioned above, also in 4th Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
8D, the HOPG layer 60 may be removed by etching using the metal thin films 62 formed at regular intervals as a mask. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the reflective metal grating formed as described above. The etching depth can be controlled by the etching time and is substantially uniform in each groove. In this embodiment, in order to make the etching depth uniform, the etching stop layer may be formed, the HOPG layer 60 may be formed on the etching stop layer, and then the embossing may be performed. In this case, this embodiment corresponds to claims 1 to 3, claim 6, claim 8, and claims 11 to 13.

また、第4の実施形態では、弾性限界を超えない圧力で型30を押圧する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。弾性限界を超える圧力で型30を押圧してもよい。図9(b)は、型30を押圧した状態を示す模式的工程断面図である。この後、型30を離したときの断面は、図9(c)に示すようになる。HOPG層60は型30を離した後には、多少は元の平坦な形状に近づくが、完全には元の形状に戻らない。   Moreover, in 4th Embodiment, the example which presses the type | mold 30 with the pressure which does not exceed an elastic limit was described. The present invention is not limited to such an embodiment. You may press the type | mold 30 with the pressure exceeding an elastic limit. FIG. 9B is a schematic process cross-sectional view showing a state where the mold 30 is pressed. Thereafter, a cross section when the mold 30 is released is as shown in FIG. The HOPG layer 60 approaches the original flat shape somewhat after the mold 30 is released, but does not completely return to the original shape.

この後、上述と同様に金属薄膜を部分的に除去後、これをマスクとしてHOPG層60をエッチングする。図9(d)は、そのようにして形成された反射型金属グレーティングの断面模式図である。この場合、本実施形態は、請求項1〜請求項3、請求項6、請求項8、及び請求項11〜請求項13に対応する。なお、この形態においても、エッチング深さを確実に均一にするため、エッチングストップ層上にHOPG層60を形成してもよい。   Thereafter, the metal thin film is partially removed in the same manner as described above, and the HOPG layer 60 is etched using this as a mask. FIG. 9D is a schematic cross-sectional view of the reflective metal grating formed as described above. In this case, this embodiment corresponds to claims 1 to 3, claim 6, claim 8, and claims 11 to 13. Even in this embodiment, the HOPG layer 60 may be formed on the etching stop layer in order to ensure uniform etching depth.

<第5の実施形態>
第5の実施形態では、被加工物、紫外線硬化型樹脂(ネガ型フォトレジスト)層、金属薄膜の順に積層してから、部分的に除去した金属薄膜をマスクとして紫外線を照射後、被加工物を加工する例を挙げる。本実施形態は、請求項1、請求項3、請求項5、請求項8、請求項11〜請求項14に対応する。以下、図10及び図11に示す模式的工程断面図を用いて、第5の実施形態におけるパターン形成方法を説明する。
<Fifth Embodiment>
In the fifth embodiment, a workpiece, an ultraviolet curable resin (negative photoresist) layer, and a metal thin film are stacked in this order, and then the workpiece is irradiated with ultraviolet rays using the partially removed metal thin film as a mask. An example of processing is given. This embodiment corresponds to claims 1, 3, 5, 8, 11 to 14. Hereinafter, a pattern forming method according to the fifth embodiment will be described with reference to schematic process cross-sectional views shown in FIGS. 10 and 11.

まず、エッチングストップ層98、シリコン層100、フォトレジスト層102、金属薄膜104の順に積層する。図10(a)は、この状態を示している。金属薄膜104や型30は、第4の実施形態と同様でよく、フォトレジスト層102は、例えばネガ型PMMA、或いは、住友化学工業株式会社のスミレジストNEKシリーズを用いて形成すればよい。次に、金属薄膜104を介して、型30をフォトレジスト層102に対して押圧後、型30を離す。なお、フォトレジスト層102は塑性変形する。図10(b)は、この状態を示している。   First, the etching stop layer 98, the silicon layer 100, the photoresist layer 102, and the metal thin film 104 are laminated in this order. FIG. 10A shows this state. The metal thin film 104 and the mold 30 may be the same as those in the fourth embodiment, and the photoresist layer 102 may be formed using, for example, negative PMMA or Sumitomo Chemical Co., Ltd.'s Smith resist NEK series. Next, after pressing the mold 30 against the photoresist layer 102 through the metal thin film 104, the mold 30 is released. Note that the photoresist layer 102 is plastically deformed. FIG. 10B shows this state.

次に、第1の実施形態と同様に、金属薄膜104における剪断加工された部分を除去後、この金属薄膜104をマスクとして、垂直方向に(金属薄膜104の厚さ方向に)紫外線を照射する。これにより、フォトレジスト層102は、ネガ型なので、金属薄膜104の開口部の下方においてのみ硬化し、剥離用の溶液に対して不溶となる。図10(c)は、この状態を示しており、図では硬化した部分を斜線で示した。   Next, as in the first embodiment, after the sheared portion of the metal thin film 104 is removed, ultraviolet rays are irradiated in the vertical direction (in the thickness direction of the metal thin film 104) using the metal thin film 104 as a mask. . Thereby, since the photoresist layer 102 is a negative type, it is cured only under the opening of the metal thin film 104 and becomes insoluble in the stripping solution. FIG. 10C shows this state, and in the figure, the hardened portion is indicated by hatching.

なお、金属薄膜104は例えばチタン/アルミ/チタンからなる合計30nmの膜であるが、これに例えばF2レーザ(波長157nm)を照射しても、透過率は1%程度である。従って、同じ材料で10nm程度に薄くした膜でも、十分に遮光は可能であり、膜厚は30nmに限定されるものではない。
次に、金属薄膜104全体を除去する。この後、フォトレジスト層102における硬化しなかった部分を、剥離用の溶液により除去する。図11(d)は、この状態を示している。次に、部分的に残されたフォトレジスト層102をマスクとして、シリコン層100をエッチングする。図11(e)は、この状態を示している。この後、フォトレジスト層102全体を除去する。これにより、図11(f)に示すように、グレーティング108が形成される。この後、例えばアルミを蒸着する等の公知の工程を施して、反射型のグレーティングにしてもよい。
The metal thin film 104 is a film having a total thickness of 30 nm made of, for example, titanium / aluminum / titanium. Even if this is irradiated with, for example, an F 2 laser (wavelength 157 nm), the transmittance is about 1%. Therefore, even a film made of the same material and thinned to about 10 nm can be sufficiently shielded from light, and the film thickness is not limited to 30 nm.
Next, the entire metal thin film 104 is removed. Thereafter, the uncured portion of the photoresist layer 102 is removed with a stripping solution. FIG. 11D shows this state. Next, the silicon layer 100 is etched using the partially left photoresist layer 102 as a mask. FIG. 11E shows this state. Thereafter, the entire photoresist layer 102 is removed. As a result, the grating 108 is formed as shown in FIG. Thereafter, a known process such as vapor deposition of aluminum may be performed to form a reflective grating.

なお、シリコン層100をエッチングする際のエッチング深さは、エッチング時間により制御可能であるので、エッチングストップ層98を必ずしも形成しないでよい。第1の実施形態では、薄膜層における剪断加工された部分の下方が溝として形成されるが、本実施形態では、パターンが逆になる(剪断加工されなかった部分の下方が溝となる)。以上、第5の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Note that since the etching depth when the silicon layer 100 is etched can be controlled by the etching time, the etching stop layer 98 is not necessarily formed. In the first embodiment, the portion below the sheared portion in the thin film layer is formed as a groove, but in this embodiment, the pattern is reversed (the portion below the portion not subjected to shearing is a groove). As described above, also in the fifth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

本実施形態では、金属薄膜102の直下にネガ型のフォトレジスト層102を形成する例を述べたが、ネガ型のフォトレジスト層102の代わりに、変形可能なポジ型フォトレジスト層(例えば住友化学工業株式会社のスミレジストPEKシリーズを用いればよい)を形成してもよい。以下、この場合のパターン形成方法を、図12に示す模式的工程断面図を用いて説明する。まず、エッチングストップ層98、シリコン層100、ポジ型フォトレジスト層110、金属薄膜104の順に積層後、型30を押圧してポジ型フォトレジスト層110に型30のパターンを転写し、金属薄膜104を剪断加工する。この後、型30を離す。図12(a)は、この状態を示している。   In the present embodiment, an example in which the negative photoresist layer 102 is formed immediately below the metal thin film 102 has been described. Instead of the negative photoresist layer 102, a deformable positive photoresist layer (for example, Sumitomo Chemical) is used. Sumiresist PEK series manufactured by Kogyo Co., Ltd. may be used). Hereinafter, the pattern forming method in this case will be described with reference to the schematic process cross-sectional view shown in FIG. First, after the etching stop layer 98, the silicon layer 100, the positive photoresist layer 110, and the metal thin film 104 are stacked in this order, the mold 30 is pressed to transfer the pattern of the mold 30 to the positive photoresist layer 110. Is sheared. Thereafter, the mold 30 is released. FIG. 12A shows this state.

次に、金属薄膜104における剪断加工された部分を除去後、これをマスクとして、紫外線を前記垂直方向に照射する。これにより、ポジ型フォトレジスト層110は、紫外線照射を受けた部分のみ、硬化せず、剥離用の溶液に対して可溶となる。図12(b)は、この状態を示しており、図では可溶となった部分を斜線で示した。次に、金属薄膜104を除去後、剥離用の溶液によりポジ型フォトレジスト層110を部分的に除去する。図12(c)は、この状態を示している。次に、部分的に残されたポジ型フォトレジスト層110をマスクとして、シリコン層100をエッチングする。図12(d)は、この状態を示している。この後、ポジ型フォトレジスト層110全体を除去する。図12(e)は、このようにしてグレーティングが形成された状態を示している。   Next, after removing the sheared portion of the metal thin film 104, ultraviolet rays are irradiated in the vertical direction using this as a mask. As a result, the positive photoresist layer 110 is not cured only in the portion that has been irradiated with ultraviolet rays, and becomes soluble in the stripping solution. FIG. 12B shows this state. In the figure, the soluble part is indicated by hatching. Next, after removing the metal thin film 104, the positive photoresist layer 110 is partially removed with a peeling solution. FIG. 12C shows this state. Next, the silicon layer 100 is etched using the partially left positive photoresist layer 110 as a mask. FIG. 12 (d) shows this state. Thereafter, the entire positive photoresist layer 110 is removed. FIG. 12E shows a state in which the grating is formed in this way.

<第6の実施形態>
第6の実施形態は、被加工物上に直接金属薄膜が形成されることを除いて、第5の実施形態と同様である。本実施形態は、請求項1、請求項3、請求項7〜請求項9、及び請求項11〜請求項13に対応する。以下、図13に示す模式的工程断面図を用いて、本実施形態のパターン形成方法を説明する。
<Sixth Embodiment>
The sixth embodiment is the same as the fifth embodiment except that the metal thin film is formed directly on the workpiece. The present embodiment corresponds to claims 1, 3, 7 to 9, and 11 to 13. Hereinafter, the pattern forming method of the present embodiment will be described with reference to a schematic process cross-sectional view shown in FIG.

まず、例えばPMMAからなるネガ型のフォトレジスト層116上に、金属薄膜118を形成する。図13(a)は、この状態を示している。金属薄膜118や型は、第5の実施形態と同様でよい。次に、金属薄膜118を介して、型30をフォトレジスト層116に対して押圧する。これにより、フォトレジスト層116には型30のパターンが転写され、金属薄膜118は、剪断加工される。この後、型30を離す。図13(b)は、この状態を示している。   First, a metal thin film 118 is formed on a negative photoresist layer 116 made of, for example, PMMA. FIG. 13A shows this state. The metal thin film 118 and the mold may be the same as those in the fifth embodiment. Next, the mold 30 is pressed against the photoresist layer 116 through the metal thin film 118. As a result, the pattern of the mold 30 is transferred to the photoresist layer 116, and the metal thin film 118 is sheared. Thereafter, the mold 30 is released. FIG. 13B shows this state.

次に、金属薄膜118における剪断加工された部分を除去後、この金属薄膜118をマスクとして、前記垂直方向に紫外線を照射する。これにより、フォトレジスト層116は、ネガ型なので、紫外線照射を受けた部分のみ、硬化して剥離用の溶液に対して不溶となる。図13(c)は、この状態を示しており、図では硬化した部分を斜線で示した。
次に、金属薄膜118全体を除去後、フォトレジスト層116における硬化しなかった部分を、剥離液により所定の深さまで除去する。ここでの所定の深さ(エッチング深さ)は、エッチング時間や剥離液組成により制御可能であり、各溝においてほぼ一様になる。図13(d)は、この状態を示している。このような形状に加工されたフォトレジスト層116は、突出部分と溝部分とで屈折率が異なるので、グレーティングとして利用可能である。この後、例えばアルミを蒸着する等の公知の工程を施して、反射型のグレーティングとしてもよい。
Next, after removing the sheared portion of the metal thin film 118, the metal thin film 118 is used as a mask to irradiate ultraviolet rays in the vertical direction. Thereby, since the photoresist layer 116 is a negative type, only the portion irradiated with the ultraviolet ray is cured and becomes insoluble in the stripping solution. FIG.13 (c) has shown this state, and the hardening part was shown with the oblique line in the figure.
Next, after removing the entire metal thin film 118, the uncured portion of the photoresist layer 116 is removed to a predetermined depth with a stripping solution. The predetermined depth (etching depth) here can be controlled by the etching time and the stripping solution composition, and is substantially uniform in each groove. FIG. 13 (d) shows this state. The photoresist layer 116 processed into such a shape can be used as a grating because the protrusion portion and the groove portion have different refractive indexes. Thereafter, a known process such as vapor deposition of aluminum may be performed to form a reflective grating.

このように本実施形態では、金属薄膜における剪断加工部の下方が凸部として形成されるが、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、変形可能であり、且つ、紫外線照射を受けない部分は硬化してグレーティングの一部となり得るポジ型のフォトレジスト(例えば住友化学工業株式会社のスミレジストPEKシリーズを用いればよい)をフォトレジスト層116の代わりに形成してもよい。その場合、形成されるパターンは本実施形態とは逆になるが、工程は本実施形態と同様である。   As described above, in the present embodiment, the lower portion of the shearing portion in the metal thin film is formed as a convex portion, but the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. A positive type photoresist (for example, Sumitomo Chemical Co., Ltd. Sumiresist PEK series) which can be deformed and can be cured to become a part of the grating is cured. It may be formed instead of the layer 116. In that case, the pattern to be formed is opposite to that of this embodiment, but the process is the same as that of this embodiment.

<本発明の補足事項>
[1] なお、第1〜第3、第5、第6の実施形態では、剪断可能な膜の下に塑性変形するレジスト層を形成する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。第1〜第3の実施形態では、HOPG層のように、弾性変形する有機物層を剪断可能な膜の下に形成してもよい。第5、第6の実施形態では、紫外線照射を受けて硬化または未硬化し、且つ、弾性変形する有機物層を形成してもよい。また、膜の下に形成する層は、塑性変形可能または弾性変形可能なものであれば、有機物層でなく、無機物層であってもよい。
<Supplementary items of the present invention>
[1] In the first to third, fifth, and sixth embodiments, the example in which the resist layer that is plastically deformed is formed under the shearable film has been described. The present invention is not limited to such an embodiment. In the first to third embodiments, an organic material layer that is elastically deformed, such as a HOPG layer, may be formed under a shearable film. In the fifth and sixth embodiments, an organic material layer that is cured or uncured by being irradiated with ultraviolet rays and elastically deformed may be formed. Further, the layer formed under the film may be an inorganic layer instead of an organic layer as long as it can be plastically deformed or elastically deformed.

[2] 第5、第6の実施形態では、紫外線を照射する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。照射するものは、紫外線に限らず、剪断加工が可能な膜により遮光が可能であり、且つ、膜の直下に形成された層(塑性変形または弾性変形が可能な層に限る)を変性できれば、他の電磁波でもよい。例えば、電子ビームを照射する形態でもよい。この場合、塑性変形または弾性変形が可能であり、且つ、電子ビームの照射を受けて硬化する有機物層(例えば住友化学工業株式会社のスミレジストNEBシリーズを用いればよい)を、フォトレジスト層(102または116)の代わりに形成する。そして、紫外線の代わりに電子ビームを照射し、第5または第6の実施形態と同様の形状のパターンを形成する。   [2] In the fifth and sixth embodiments, the example in which ultraviolet rays are irradiated has been described. The present invention is not limited to such an embodiment. What is irradiated is not limited to ultraviolet rays, but can be shielded by a film that can be sheared, and if a layer formed immediately below the film (limited to a layer that can be plastically or elastically deformed) can be modified, Other electromagnetic waves may be used. For example, the form which irradiates an electron beam may be sufficient. In this case, an organic material layer that can be plastically deformed or elastically deformed and is cured by being irradiated with an electron beam (for example, Sumitomo Chemical Co., Ltd.'s Sumiresist NEB series) may be used as a photoresist layer (102). Or 116). Then, instead of ultraviolet rays, an electron beam is irradiated to form a pattern having the same shape as in the fifth or sixth embodiment.

或いは、塑性変形または弾性変形が可能であり、且つ、電子ビームの照射を受けて軟化する有機物層(例えばPMMAや、日本ゼオン株式会社のZEPシリーズを用いればよい)をフォトレジスト層(102または116)の代わりに形成してもよい。この場合、紫外線の代わりに電子ビームを照射し、第5または第6の実施形態と同様の形状のパターンを形成する。なお、前述と同様に、電子ビームの照射を受けて硬化または軟化する層は、有機物に限定されず、塑性変形または弾性変形可能であれば無機物で形成してもよい。   Alternatively, an organic material layer that can be plastically deformed or elastically deformed and softens when irradiated with an electron beam (for example, PMMA or ZEP series manufactured by Zeon Corporation) may be used as a photoresist layer (102 or 116). ) May be formed instead. In this case, an electron beam is irradiated instead of ultraviolet rays to form a pattern having the same shape as in the fifth or sixth embodiment. As described above, the layer that is cured or softened by irradiation with the electron beam is not limited to an organic material, and may be formed of an inorganic material as long as it can be plastically or elastically deformed.

[3] 第3の実施形態以外では、型を1回だけ押圧する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。上述した全ての実施形態において、第3の実施形態で述べた方法と同様に型を2回以上押圧し、剪断可能な膜における、型が複数回押圧された部分のみを除去してもよい。
[4] 第1〜第6の実施形態では、薄膜層における剪断加工された部分を除去して、これを密着型マスクとして用いる例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。本発明は、反射型投影露光用のマスクや、縮小投影露光用のマスクなどにも適用可能である。
[3] Except for the third embodiment, the example in which the mold is pressed only once has been described. The present invention is not limited to such an embodiment. In all the embodiments described above, the mold may be pressed twice or more in the same manner as described in the third embodiment, and only the portion of the shearable film where the mold is pressed a plurality of times may be removed.
[4] In the first to sixth embodiments, the example in which the sheared portion of the thin film layer is removed and this is used as the contact mask has been described. The present invention is not limited to such an embodiment. The present invention is also applicable to a reflective projection exposure mask, a reduced projection exposure mask, and the like.

[5] 第1及び第5の実施形態では、シリコン基板上に形成されたグレーティングを作成する例を述べ、第4及び第6の実施形態では、半導体基板を用いずにグレーティングを作成する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。本発明は、他の光学素子や、他の半導体デバイスの作成にも適用可能である。   [5] In the first and fifth embodiments, an example of creating a grating formed on a silicon substrate is described. In the fourth and sixth embodiments, an example of creating a grating without using a semiconductor substrate is described. Stated. The present invention is not limited to such an embodiment. The present invention is applicable to the production of other optical elements and other semiconductor devices.

以上詳述したように本発明は、マスク、パターン形成方法、光学素子、及び半導体デバイスの分野において大いに利用可能である。   As described above in detail, the present invention can be greatly used in the fields of masks, pattern forming methods, optical elements, and semiconductor devices.

本発明の原理図である。It is a principle diagram of the present invention. 本発明の第1の実施形態のパターン形成方法の前半工程を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the first half process of the pattern formation method of the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態のパターン形成方法の後半工程(図2の後の工程)を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the latter half process (process after FIG. 2) of the pattern formation method of 1st Embodiment. (a)は、第2の実施形態の型の斜視図であり、(b)は型のパターン形成面の形状を関数φ(x、y)として表したグラフであり、(c)はφ(x、y)の勾配の二乗のグラフであり、(d)は最終的に形成されるパターンを関数Q(x、y)として表したグラフである。(A) is a perspective view of the mold according to the second embodiment, (b) is a graph showing the shape of the pattern forming surface of the mold as a function φ (x, y), and (c) is φ (x It is a graph of the square of the gradient of x, y), and (d) is a graph that represents the finally formed pattern as a function Q (x, y). 本発明の第2の実施形態のパターン形成方法の要部を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the principal part of the pattern formation method of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態のパターン形成方法の要部を示す模式的工程上面図である。It is a typical process top view showing the important section of the pattern formation method of a 3rd embodiment of the present invention. 第3の実施形態において、型の向きを変えて型押しを2回行った後のP’(x、y)を示すグラフである。In 3rd Embodiment, it changes the direction of a type | mold and is a graph which shows P '(x, y) after performing die pressing twice. 本発明の第4の実施形態のパターン形成方法の要部を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the principal part of the pattern formation method of the 4th Embodiment of this invention. 第4の実施形態の変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of 4th Embodiment. 本発明の第5の実施形態のパターン形成方法の前半工程を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the first half process of the pattern formation method of the 5th Embodiment of this invention. 第5の実施形態のパターン形成方法の後半工程(図10の後の工程)を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the latter half process (process after FIG. 10) of the pattern formation method of 5th Embodiment. 第5の実施形態において、ネガ型フォトレジスト層の代わりにポジ型フォトレジスト層を形成する場合の模式的工程断面図である。In 5th Embodiment, it is typical process sectional drawing in the case of forming a positive type photoresist layer instead of a negative type photoresist layer. 本発明の第6の実施形態のパターン形成方法の要部を示す模式的工程断面図である。It is typical process sectional drawing which shows the principal part of the pattern formation method of the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 レジスト層
12 薄膜層
14 型
20 エッチングストップ層
22 シリコン層
26 レジスト層
28 薄膜層
30 型
36 グレーティング
40 型
42 エッチングストップ層
44 シリコン層
46 レジスト層
48 薄膜層
60 HOPG層
62 金属薄膜
66 反射型金属グレーティング
98 エッチングストップ層
100 シリコン層
102 フォトレジスト層
104 金属薄膜
108 グレーティング
110 ポジ型フォトレジスト層
116 フォトレジスト層
118 金属薄膜
10 resist layer 12 thin film layer 14 type 20 etching stop layer 22 silicon layer 26 resist layer 28 thin film layer 30 type 36 grating 40 type 42 etching stop layer 44 silicon layer 46 resist layer 48 thin film layer 60 HOPG layer 62 metal thin film 66 reflective metal Grating 98 Etching stop layer 100 Silicon layer 102 Photoresist layer 104 Metal thin film 108 Grating 110 Positive photoresist layer 116 Photoresist layer 118 Metal thin film

Claims (14)

変形可能または弾性を有する有機物層上に、剪断可能な膜を形成する工程と、
表面にパターンが形成された型を前記膜に押圧することで、前記パターンの境界部により前記膜の一部を剪断加工した後、前記型を前記膜から離すプレス工程と、
前記膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程と
を有することを特徴とするマスクの形成方法。
Forming a shearable film on the deformable or elastic organic layer;
Pressing a mold having a pattern formed on the surface thereof against the film, and after shearing a part of the film by a boundary portion of the pattern, a pressing step of separating the mold from the film;
And a selective removal step of removing a sheared portion of the film.
請求項1記載のマスクの形成方法により剪断加工された膜を有するグレーティングであって、前記膜において除去された部分を溝とすることを特徴とするグレーティング。   A grating having a film sheared by the mask forming method according to claim 1, wherein a portion removed in the film is a groove. 請求項1記載のマスクの形成方法により形成されたマスクであって、
前記膜において除去された部分を開口部とすることを特徴とするマスク。
A mask formed by the method of forming a mask according to claim 1,
The mask is characterized in that the removed portion of the film is used as an opening.
請求項3記載のマスクを用いたパターン形成方法であって、
前記有機物層は、被加工物上に形成され、
前記選択的除去工程の後、前記膜をマスクとして、前記有機物層の一部及び前記被加工物の一部を除去してから、前記膜及び前記有機物層を除去する工程を有する
ことを特徴とするパターン形成方法。
A pattern forming method using the mask according to claim 3,
The organic layer is formed on a workpiece,
After the selective removal step, using the film as a mask, removing a part of the organic layer and a part of the workpiece, and then removing the film and the organic layer. Pattern forming method.
請求項3記載のマスクを用いたパターン形成方法であって、
前記有機物層は、電磁波の照射により硬化する特性を有し、且つ、被加工物上に形成され、
前記選択的除去工程の後、前記膜をマスクとして電磁波を照射して、前記有機物層の一部を硬化させる工程と、
前記有機物層における硬化しなかった部分、及び前記膜を除去した後、前記有機物層をマスクとして前記被加工物の一部を除去してから、前記有機物層を除去する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
A pattern forming method using the mask according to claim 3,
The organic layer has a property of being cured by irradiation with electromagnetic waves, and is formed on a workpiece,
After the selective removal step, the step of irradiating an electromagnetic wave using the film as a mask to cure a part of the organic layer;
A step of removing the organic material layer after removing a portion of the organic material layer that has not been cured and the film, and then removing a part of the workpiece using the organic material layer as a mask. A pattern forming method.
変形可能または弾性を有する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程と、
表面にパターンが形成された型を前記膜に押圧することで、前記パターンの境界部により前記膜の一部を剪断加工した後、前記型を前記膜から離すプレス工程と、
前記膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程と、
前記選択的除去工程の後、前記膜をマスクとして前記被加工物の一部を除去してから、前記膜全体を除去する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming a shearable film on a deformable or elastic workpiece;
Pressing a mold having a pattern formed on the surface thereof against the film, and after shearing a part of the film by a boundary portion of the pattern, a pressing step of separating the mold from the film;
A selective removal step of removing sheared portions of the membrane;
After the selective removing step, the method includes: removing a part of the workpiece using the film as a mask and then removing the entire film.
変形可能または弾性を有し、電磁波の照射により硬化する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程と、
表面にパターンが形成された型を前記膜に押圧することで、前記パターンの境界部により前記膜の一部を剪断加工した後、前記型を前記膜から離すプレス工程と、
前記膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程と、
前記選択的除去工程の後、前記膜をマスクとして電磁波を照射して、前記被加工物の一部を硬化させる工程と、
前記被加工物における硬化しなかった部分、及び前記膜を除去する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming a shearable film on a work piece that is deformable or elastic and hardens upon irradiation with electromagnetic waves;
Pressing a mold having a pattern formed on the surface thereof against the film, and after shearing a part of the film by a boundary portion of the pattern, a pressing step of separating the mold from the film;
A selective removal step of removing sheared portions of the membrane;
After the selective removal step, a step of irradiating an electromagnetic wave using the film as a mask to cure a part of the workpiece;
A pattern forming method comprising: a part of the workpiece that has not been cured, and a step of removing the film.
請求項4〜請求項7のいずれか1項記載のパターン形成方法において、
前記被加工物の一部を除去する方法は、エッチングである
ことを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern formation method of any one of Claims 4-7,
The pattern forming method, wherein the method for removing a part of the workpiece is etching.
変形可能または弾性を有し、電磁波の照射により変性する被加工物上に、剪断可能な膜を形成する工程と、
表面にパターンが形成された型を前記膜に押圧することで、前記パターンの境界部により前記膜の一部を剪断加工した後、前記型を前記膜から離すプレス工程と、
前記膜における剪断加工された部分を除去する選択的除去工程と、
前記選択的除去工程の後、前記膜をマスクとして前記被加工物に電磁波を照射した後、前記被加工物を部分的に加工する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming a shearable film on a work piece that is deformable or elastic and denatures upon irradiation with electromagnetic waves;
Pressing a mold having a pattern formed on the surface thereof against the film, and after shearing a part of the film by a boundary portion of the pattern, a pressing step of separating the mold from the film;
A selective removal step of removing sheared portions of the membrane;
And a step of partially processing the workpiece after irradiating the workpiece with an electromagnetic wave using the film as a mask after the selective removing step.
請求項4〜請求項9のいずれか1項記載のパターン形成方法において、
前記プレス工程では、前記型を押圧する工程と、前記型を前記膜から離す工程とをそれぞれ2回以上行い、
前記選択的除去工程では、前記膜における、複数回剪断加工された部分のみを除去する
ことを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern formation method of any one of Claims 4-9,
In the pressing step, the step of pressing the mold and the step of separating the mold from the film are each performed twice or more,
In the selective removal step, only a portion of the film that has been sheared a plurality of times is removed.
請求項4〜請求項10のいずれか1項記載のパターン形成方法において、前記被加工物の表面に形成されるパターンの最小幅は、10nm以上100nm以下であることを特徴とするパターン形成方法。   11. The pattern forming method according to claim 4, wherein a minimum width of a pattern formed on the surface of the workpiece is 10 nm or more and 100 nm or less. 請求項4〜請求項11のいずれか1項記載のパターン形成方法において、前記膜の厚さは、10nm以上100nm以下であることを特徴とするパターン形成方法。   12. The pattern forming method according to claim 4, wherein the thickness of the film is not less than 10 nm and not more than 100 nm. 請求項4〜請求項12のいずれか1項記載のパターン形成方法を用いて加工されたことを特徴とする光学素子。   An optical element processed by using the pattern forming method according to claim 4. 請求項4または請求項5記載のパターン形成方法を用いて加工されたことを特徴とする半導体デバイス。   A semiconductor device processed using the pattern forming method according to claim 4 or 5.
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