JP2007266193A - Mold member for imprint and method of manufacturing same, and multilayer substrate used for them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ベース基材の１面側に、Ｎ段からなる型部を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材と、その作製方法、およびこれらに用いられる積層基板に関する。 According to the present invention, there is provided a mold member that is directly used for imprinting or a mold member that is directly used for imprinting, in which an N-stage mold part is disposed on one surface side of a base substrate, The present invention relates to a manufacturing method and a laminated substrate used in these methods.
近年、特に半導体デバイスについては、微細化の一層の加速による高速動作、低消費電力動作が求められ、また、システムＬＳＩという名で呼ばれる機能の統合化などの高い技術が求められている。
このような中、半導体デバイスプロセスのコアテクノロジーであるリソグラフィ技術は微細化が進むにつれ，装置が高価になってきている。
現在、光露光リソグラフィは最小線幅が１３０ｎｍであるＫｒＦレーザーリソグラフィからより高解像度なＡｒＦレーザーリソグラフィへの移行が始まりつつある。
そして、ＡｒＦレーザーリソグラフィの量産レベルでの最小線幅は１００ｎｍであるのに対して，２００３年には９０ｎｍ、２００５年には６５ｎｍ、２００７年には４５ｎｍデバイス製造が始まろうとしている。
このような状況でより微細な技術として期待されているのがＦ2 レーザー（Ｆ2 エキシマレーザー）リソグラフィや極端紫外線露光リソグラフィ（ＥＵＶＬ；Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、電子線縮小転写露光リソグラフィ（ＥＰＬ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、X 線リソグラフィである。
そして、これらのリソグラフィ技術は４０ｎｍ〜７０ｎｍのパターン作製に成功している。
しかし、微細化の進歩につれ、露光装置自身の初期コストが指数関数的に増大していることに加え、使用光波長と同程度の解像度を得るためのマスクの価格が急騰している問題がある。
これに対して１９９５年Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ大学のＣｈｏｕらによって提案されたナノインプリントリソグラフィは安価でありながら、１０ｎｍ程度の解像度を有する加工技術として注目されている。（Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ、ｅｔ．ａｌ．、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２７２、ｐ．８５−８７、５Ａｐｒｉｌ、１９９６／非特許文献１、特表２００４−５０４７１８号公報／特許文献１を参照）
In recent years, particularly for semiconductor devices, high-speed operation and low power consumption operation by further acceleration of miniaturization are required, and high technology such as integration of functions called system LSIs is required.
Under such circumstances, the lithography technology, which is the core technology of the semiconductor device process, is becoming more expensive as the miniaturization progresses.
Currently, a shift from KrF laser lithography, which has a minimum line width of 130 nm, to higher-resolution ArF laser lithography has begun in light exposure lithography.
The minimum line width at the mass production level of ArF laser lithography is 100 nm, whereas in 2003, 90 nm device manufacturing is about to start, 90 nm in 2005, 65 nm in 2005, and 45 nm in 2007.
In this situation, finer technologies are expected to include F 2 laser (F 2 excimer laser) lithography, extreme ultraviolet exposure lithography (EUVL), electron beam reduced transfer exposure lithography (EPL), and Electron. beam Projection Lithography), X-ray lithography.
These lithography techniques have succeeded in producing patterns of 40 nm to 70 nm.
However, as the miniaturization progresses, the initial cost of the exposure apparatus itself increases exponentially, and there is a problem that the price of a mask for obtaining a resolution comparable to the light wavelength used has soared. .
On the other hand, nanoimprint lithography proposed by Chou et al. At Princeton University in 1995 is attracting attention as a processing technique having a resolution of about 10 nm while being inexpensive. (See S.Y. Chou, et.al., Science, vol.272, p.85-87, 5April, 1996 / Non-patent
このナノインプリント方法は、簡単には、予めパターンを形成したＳｉＯ2 製の型部材（以下、モールドと言う）を半導体表面に塗布したレジストに押し付けることにより圧痕のパターンを形成し、圧痕のパターンを形成した樹脂をマスクにして半導体表面を加工する方法である。
この方法の１例の工程概略図を図８に示し、これを基に、簡単に説明しておく。
先ず、凸型のパターン１１１を形成したＳｉＯ2 製の型部材（モールドとも言う）１１０を準備する。（図８（ａ））
次いで、半導体ウェハ１２０の表面にレジスト１３０を塗布する。（図８（ｂ））
次いで、レジスト１３０に、ＳｉＯ2 製の型部材１１０を約１. ３×１０7 Ｐa の圧力で押し付け、圧痕のパターンを転写する。（図８（ｃ））
ここでは、レジストを変形させるときに熱を加えて、型部材を押して圧痕のパターンを固めるときに冷却している。
次いで、圧痕を形成したレジスト１３０を、酸素使用反応性イオンエッチング（酸素ＲＩＥ）で加工し（図８（ｄ））、圧痕部のないパターンを形成する。（図８（ｅ））
次いで、レジスト１３０をマスクにして、半導体表面をエッチングする。（図８（ｆ））
更に、レジスト１３０を除去する。（図８（ｇ））
このようにして、半導体ウエハ上に数ｎｍ〜数十ｎｍレベルの微細なパターンを形成することができる。
尚、ここでは、半導体ウェハ（シリコン）上のパターン転写層には、熱可塑性樹脂のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル；ガラス転移温度１０５℃）が用いられており、また、モールドにはシリコン熱酸化膜上にレジストを塗布し、そのレジストを電子ビーム直接描画でパターニングし、それをマスクとしてドライエッチで加工したものを用いている。
このプロセスは、レジストを変形させるときに熱を加えて、型押しして固めるときに冷却しているので、熱サイクルナノインプリントリソグラフィと呼ばれている。
尚、ここでは、このような方式を、単に、熱インプリント法とも言う
解像度はモールドの作製精度によって決まることが実証され、現状のフォトマスクと同様に、モールドさえ入手できれば，従来のフォトリソグラフィより簡便に、遥かに安価な装置により、極微細構造が形成できることから、上記技術は大きなインパクトを与えた。 尚、図８（ｅ）の後にリフトオフ処理を行う場合も挙げられている。
この場合は、図８（ｅ）の状態の後、スパッタ等により、所望の膜１５０の形成を行い図８（ｆ１）、レジスト１３０の除去とともに膜パターン１５１を形成する。図８（ｇ１）
FIG. 8 shows a process schematic diagram of an example of this method, and a brief description will be given based on this.
First, a SiO 2 mold member (also referred to as a mold) 110 on which a convex pattern 111 is formed is prepared. (Fig. 8 (a))
Next, a resist 130 is applied to the surface of the
Next, the SiO 2 mold member 110 is pressed against the resist 130 with a pressure of about 1.3 × 10 7 Pa to transfer the pattern of indentations. (Fig. 8 (c))
Here, heat is applied when deforming the resist, and cooling is performed when the pattern of the indentation is hardened by pressing the mold member.
Next, the resist 130 in which the indentation is formed is processed by oxygen-using reactive ion etching (oxygen RIE) (FIG. 8D) to form a pattern having no indentation portion. (Fig. 8 (e))
Next, the semiconductor surface is etched using the resist 130 as a mask. (Fig. 8 (f))
Further, the resist 130 is removed. (Fig. 8 (g))
In this manner, a fine pattern with a level of several nanometers to several tens of nanometers can be formed on the semiconductor wafer.
Here, the pattern transfer layer on the semiconductor wafer (silicon) is made of thermoplastic resin PMMA (polymethyl methacrylate; glass transition temperature 105 ° C.), and the mold is a silicon thermal oxide film. A resist is applied on the resist, patterned by direct electron beam writing, and processed by dry etching using the resist as a mask.
This process is called thermal cycle nanoimprint lithography because it applies heat when deforming the resist and cools when stamped and hardened.
Here, this method is also called a thermal imprint method. It has been proved that the resolution is determined by the mold fabrication accuracy. Like the current photomask, if the mold is available, it will be better than conventional photolithography. Since the ultrafine structure can be formed simply and by a much cheaper apparatus, the above technique has a great impact. In addition, the case where a lift-off process is performed after FIG.8 (e) is also mentioned.
In this case, after the state of FIG. 8E, a desired film 150 is formed by sputtering or the like, and FIG. 8F1 is formed, and the film pattern 151 is formed along with the removal of the resist 130. FIG. 8 (g1)
上記熱サイクルナノインプリントリソグラフィに対し、熱で形状が変化する熱可塑性樹脂の代わりに、紫外光で形状が硬化する光硬化樹脂を用いた、光ナノインプリントリソグラフィも知られている。（特開２００２−９３７４８号公報／特許文献２参照）
尚、ここでは、光ナノインプリントリソグラフィを、単に、光インプリント法とも言う。
このプロセスは、光硬化樹脂を型部材（モールド）で変形させて、その後に紫外光を照射して樹脂を硬化させ、モールドを離すことによりパターンを得るものである。
パターンを得るのに紫外光の照射のみで行えるので、前述の熱サイクルのものに比べ、スループットが高く、温度による寸法変化等を防ぐことができる。
また、モールドには紫外光を透過するモールドを使用するので、モールドを透過しての位置合わせが行える利点もある。
Here, the optical nanoimprint lithography is also simply referred to as an optical imprint method.
In this process, a pattern is obtained by deforming a photocurable resin with a mold member (mold), then irradiating ultraviolet light to cure the resin, and releasing the mold.
Since the pattern can be obtained only by irradiation with ultraviolet light, the throughput is higher than that of the thermal cycle described above, and dimensional change due to temperature can be prevented.
In addition, since a mold that transmits ultraviolet light is used as the mold, there is an advantage that alignment can be performed through the mold.
また、高粘性材料としてスピンオングラス（ＳＯＧ；Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を用いて、Ｓｉ基板の上に塗布形成し、型部材（モールド）を押し付け、その後、モールドを剥離することでパターン転写を行う方法も知られている。
高粘性材料を用いているたえめ、型部材を剥離した後も、型部材の形状が保持される。 しかし、このタイプのものは、型部材により形成された形状が時間により劣化する問題がある。
The shape of the mold member is maintained even after the mold member is peeled off using the high viscosity material. However, this type has a problem that the shape formed by the mold member deteriorates with time.
このような中、マイクロレンズ等の光学用部材のパターンや半導体素子等の微細のパターンとして、複数の段部からなる形状の作製も、求められるようになってきた。
しかし、このような、複数の段部からなる形状のパターンを作製、上記の熱インプリント法、光インプリント法で行う場合、
その型部（モールド）について、型の各段部の段の高さを、全面にわたり、均一に揃えることは難しく、問題となっていた。
この理由は、従来、加工される型部は各段部とも一体の同じ材質で形成され、加工は、各段について、目的とする形状に外形加工を、所望のエッチングしたい領域のみを露出して、耐エッチング層でマスキングして、エッチングにて行うため、エッチングの際、エッチング領域の面積がバラツキ、エッチングされる深さにバラツキが出ることによる。
Under such circumstances, it has been required to produce a shape composed of a plurality of steps as a pattern of an optical member such as a microlens or a fine pattern of a semiconductor element or the like.
However, when creating a pattern of a shape consisting of a plurality of stepped parts, the above thermal imprint method, optical imprint method,
As for the mold part (mold), it is difficult to make the height of each step part of the mold uniform over the entire surface, which is a problem.
The reason for this is that, conventionally, the mold part to be processed is formed of the same material integrally with each step part, and the processing is carried out by exposing the outer shape to the desired shape and exposing only the desired etching region. Since etching is performed by masking with an etching resistant layer, the area of the etching region varies and the etching depth varies during the etching.
上記のように、インプリント法、特に、半導体デバイスの、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィが注目され、種々検討されているが、従来は、その型部（モールド）について、型の各段部の段の高さを、全面にわたり、均一に揃えることは難しく、この対応が求められていた。
本発明はこれに対応するもので、所望の段部の位置を制御できる、更には、型部の全ての段について、その段部の高さを揃えることができる、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材を提供しようとするものである。
同時に、そのような型部材の作製方法を提供しようとするものである。
また、このような型部材とその作製方法に用いられる積層基板を提供しようとするものである。
As described above, nanoimprint lithography has been attracting attention and variously studied for forming a fine pattern of a few nanometers to several tens of nanometers of a semiconductor device. With regard to the mold, it is difficult to make the height of each step of the mold uniform over the entire surface, and this measure has been demanded.
The present invention corresponds to this, and can be used directly for imprinting, in which the position of a desired step portion can be controlled, and the height of the step portion can be made uniform for all the steps of the die portion. An object of the present invention is to provide a mold member that is an original plate of a mold member that is directly used for the member or imprint.
At the same time, an object is to provide a method for producing such a mold member.
Moreover, the present invention intends to provide a laminated substrate used in such a mold member and a method for manufacturing the mold member.
本発明のインプリント用の型部材は、ベース基板の１面側に所望のＮ段の段部からなる型部を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材であって、前記型部は、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する所定の材質をベースとし、且つ、所定のエッチング工程におけるエッチングレートが異なる所定材質ベース層を、Ｎ層以下の層数で積層した構造のもので、前記各所定材質ベース層とベース基板とは、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さいことを特徴とするものである。
そして、上記のインプリント用の型部材であって、前記型部は、各段部Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して、それぞれ、１層づつ、前記所定材質ベース層Ｂｉを配した積層構造のものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかのインプリント用の型部材であって、前記所定の材質がシリコンであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのインプリント用の型部材であって、前記各所定材質ベース層は、それぞれ、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させているものであることを特徴とするものであり、
前記不純物として、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）のいずれか１を用いていることを特徴とするものである。
あるいは、上記いずれかのインプリント用の型部材であって、前記各所定材質ベース層は、それぞれ、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させているものであることを特徴とするものであり、前記所定材質ベース層は所定の材質を単結晶シリコンとし、ベース基板を単結晶シリコン基板とするもので、これらを、ベース基材側から順に、結晶の面方位が｛１１１｝、｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の順にしたがうように、積層していることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記いずれかのインプリント用の型部材であって、前記型部は、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層と、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層との両方を積層してなることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのインプリント用の型部材であって、光硬化方式あるいは熱硬化方式のインプリント法用の型部材であることを特徴とするものである。
尚、ここでは、「所定材質」とは、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する材質を意味し、「所定材質ベース層」とは、このような所定材質をベースとする層を言う。
例えば、Ｓｉ（シリコン）を所定の材質とした場合、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣのような酸化物、窒化物、炭化物は、所定材質には含まれない。
また、ここで言う、「所定材質ベース層を積層した構造」とは、所定材質ベース層を直接積層したものの他に、各所定材質ベース層間およびまたは所定材質ベース層とベース基板間に接着に寄与し、且つ、所定材質ベース層に比べて無視できる程度に薄い薄膜層を介して実質的に直接積層した構造のものを含む。
The mold member for imprinting according to the present invention is a mold member directly used for imprinting or a mold directly used for imprinting, in which a mold part composed of a desired N-stage step is disposed on one surface side of a base substrate. A mold member serving as an original plate of a member, wherein the mold part is made of a predetermined material having the same crystal structure and is made of a predetermined material and having a different etching rate in a predetermined etching process. The material base layer has a structure in which the number of layers is equal to or less than N layers, and the predetermined material base layer and the base substrate have a small etching rate in a predetermined etching step in order from the base substrate side. Is.
Then, in the above-described imprint mold member, the mold portion is provided with the predetermined material base layer Bi one by one corresponding to each step portion Di (i = 1 to N). It has a laminated structure.
In addition, any of the above-described imprint mold members, wherein the predetermined material is silicon.
Further, in any one of the above-described imprint mold members, each of the predetermined material base layers changes an etching rate in a predetermined etching process by changing an impurity concentration to the predetermined material as the base. It is characterized by being
As the impurity, any one of boron (B), phosphorus (P), arsenic (As), and gallium (Ga) is used.
Alternatively, in any of the above-described imprint mold members, each of the predetermined material base layers may change the plane orientation of the crystal of the predetermined material as the base, and change the etching rate in a predetermined etching step. The predetermined material base layer is a single crystal silicon as a predetermined material and a single crystal silicon substrate as a base substrate. In this order, the crystal plane orientations are stacked so as to follow the order of {111}, {331}, {110}, and {100}.
Alternatively, any one of the above-described imprint mold members, wherein the mold portion is a predetermined material in which an etching rate in a predetermined etching process is changed by changing an impurity concentration in the predetermined material as the base. It is characterized in that both a base layer and a predetermined material base layer in which an etching rate in a predetermined etching process is changed by changing a plane orientation of a crystal of a predetermined material as the base are laminated. is there.
Further, any of the above-described imprint mold members is a mold member for a photo-curing or thermo-curing imprint method.
Here, the “predetermined material” means a material made of the same predetermined element and having the same crystal structure, and the “predetermined material base layer” is based on such a predetermined material. Say layer.
For example, when Si (silicon) is a predetermined material, oxides, nitrides, and carbides such as SiO2, SiN, and SiC are not included in the predetermined material.
In addition, the “structure in which a predetermined material base layer is laminated” here refers to a structure in which a predetermined material base layer is directly laminated, and contributes to adhesion between each predetermined material base layer and / or between a predetermined material base layer and a base substrate. In addition, a structure having a structure in which a thin film layer that is thin enough to be ignored as compared with a predetermined material base layer is substantially directly laminated is included.
本発明の積層基板は、ベース基材の１面側に、Ｎ段からなる型部を配設した、
インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材を作製するための積層基板であって、前記型部の形成する各段部Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して、それぞれ、１層づつ、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する所定の材質をベースとする所定材質ベース層Ｂｉを配して積層し、併せてＮ層とした積層構造のもので、前記各所定材質ベース層Ｂｉとベース基板とは、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さいことを特徴とするものである。
そして、上記の積層基板であって、前記各所定材質ベース層Ｂｉは、いずれも、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させたものであることを特徴とするものであり、前記不純物として、ボロン（Ｂ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）のいずれか１を用いていることを特徴とするものである。
あるいは、上記の積層基板であって、前記各所定材質ベース層Ｂｉは、いずれも、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させたものであることを特徴とするものであり、前記所定材質ベース層は所定の材質を単結晶シリコンとし、ベース基板を単結晶シリコン基板とするもので、これらを、ベース基材側から順に、結晶の面方位が｛１１１｝、｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の順にしたがうように、積層していることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記の積層基板であって、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層と、前記ベースとする所定の材質の各層の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層との両方を積層してなることを特徴とするものである。
尚、ここでも、「所定材質」とは、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する材質を意味し、「所定材質ベース層」とは、このような所定材質をベースとする層を言う。
例えば、Ｓｉ（シリコン）を所定の材質とした場合、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣのような酸化物、窒化物、炭化物は、所定材質には含まれない。
また、ここでも、「所定材質ベース層を積層した構造」とは、所定材質ベース層を直接積層したものの他に、各所定材質ベース層間およびまたは所定材質ベース層とベース基板間に接着に寄与し、且つ、所定材質ベース層に比べて無視できる程度に薄い薄膜層を介して実質的に直接積層した構造のものを含む。
In the laminated substrate of the present invention, a mold part composed of N stages is arranged on one side of the base substrate.
A laminated substrate for producing a mold member that is directly used for imprinting or a mold member that is a master of a mold member that is directly used for imprinting, and each step portion Di (i = 1 to N) formed by the mold portion ), A predetermined material base layer Bi made of a predetermined material having the same crystal structure and having the same crystal structure is disposed and laminated one by one, together with N layers. Each of the predetermined material base layers Bi and the base substrate has a low etching rate in a predetermined etching step in order from the base substrate side.
In each of the laminated substrates, each of the predetermined material base layers Bi is obtained by changing the etching rate in a predetermined etching process by changing the impurity concentration of the predetermined material as the base. It is characterized in that any one of boron (B), boron (B), phosphorus (P), arsenic (As), and gallium (Ga) is used as the impurity. To do.
Alternatively, in each of the above-described laminated substrates, each of the predetermined material base layers Bi is obtained by changing an etching rate in a predetermined etching process by changing a crystal plane orientation of the predetermined material crystal as the base. The predetermined material base layer is a single crystal silicon as a predetermined material and a single crystal silicon substrate as a base substrate. It is characterized by being laminated so that the plane orientation follows the order of {111}, {331}, {110}, {100}.
Alternatively, in the multilayer substrate, a predetermined material base layer in which an impurity concentration in the predetermined material as the base is changed to change an etching rate in a predetermined etching process, and the predetermined material as the base The crystal plane orientation of each of these layers is changed, and both a predetermined material base layer whose etching rate is changed in a predetermined etching step are laminated.
In this case as well, “predetermined material” means a material made of the same predetermined element and having the same crystal structure, and “predetermined material base layer” is based on such a predetermined material. Say layer.
For example, when Si (silicon) is a predetermined material, oxides, nitrides, and carbides such as SiO2, SiN, and SiC are not included in the predetermined material.
Also here, “a structure in which a predetermined material base layer is laminated” refers to a structure in which a predetermined material base layer is directly laminated, and also contributes to adhesion between each predetermined material base layer and / or between a predetermined material base layer and a base substrate. In addition, a structure having a structure in which a thin film layer that is so thin as to be negligible as compared with a predetermined material base layer is substantially directly laminated is included.
本発明のインプリント用の型部材の作製方法は、ベース基板の１面側に所望のＮ段の段部からなる型部（モールド）を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材で、前記型部は、各段部Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する所定の材質をベースとし、且つ、所定のエッチング工程におけるエッチングレートが異なる所定材質ベース層Ｂｉを、それぞれ、１層づつ配した積層構造で、且つ、前記各所定材質ベース層とベース基板とは、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さい、型部材を、作製するためのインプリント用の型部材の作製方法であって、あらかじめ、ベース基材の一面側に、前記Ｎ層の所定材質ベース層Ｂｉを、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さい順に積層した積層基板を加工用素材として用意しておき、該積層基板に対して、前記各段部に対応する所定材質ベース層Ｂｉを目的とする外形にするエッチングによる外形加工を、それぞれ、該所定材質ベース層Ｂｉに隣接する内側の所定材質ベース層を、あるいは、隣接する内側のベース基材を、エッチングストッパー層として行うものであることを特徴とするものである。
そして、上記のインプリント用の型部材の作製方法であって、前記各エッチング工程を、外側から、順に、各所定材質ベース層Ｂｉに対し、それぞれ、目的とする外形にする外形加工を行うもので、各エッチング工程は、対象とする所定材質ベース層Ｂｉ毎に、所望のエッチング領域のみ露出するように耐エッチング性層でマスキングして、その隣接する内側の所定材質ベース層を、あるいは、その隣接する内側のベース基材を、エッチングストッパー層として、実質的に、前記対象とする所定材質ベース層のみを加工するものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのインプリント用の型部材の作製方法であって、前記所定の材質がシリコンであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのインプリント用の型部材の作製方法であって、前記積層基板の各所定材質ベース層Ｂｉは、いずれも、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させたものであることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記いずれかのインプリント用の型部材の作製方法であって、前記積層基板の各所定材質ベース層Ｂｉは、いずれも、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させたものであることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記いずれかのインプリント用の型部材の作製方法であって、前記加工用素材は、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層と、前記ベースとする所定の材質の各層の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層との両方を積層してなることを特徴とするものである。
尚、ここでも、「所定材質」とは、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する材質を意味し、「所定材質ベース層」とは、このような所定材質をベースとする層を言う。
例えば、Ｓｉ（シリコン）を所定の材質とした場合、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣのような酸化物、窒化物、炭化物は、所定材質には含まれない。
また、ここでも、「所定材質ベース層を積層した構造」とは、所定材質ベース層を直接積層したものの他に、各所定材質ベース層間およびまたは所定材質ベース層とベース基板間に接着に寄与し、且つ、所定材質ベース層に比べて無視できる程度に薄い薄膜層を介して実質的に直接積層した構造のものを含む。
The imprint mold member manufacturing method according to the present invention includes a mold member or imprint directly used for imprinting, in which a mold part (mold) having a desired N stepped portion is disposed on one surface side of a base substrate. A mold member that is an original plate of a mold member that is directly used for printing, and the mold portion is made of a predetermined same element and has the same crystal structure corresponding to each step portion Di (i = 1 to N). Each of the predetermined material base layers and the base substrate has a laminated structure in which predetermined material base layers Bi having different etching rates in a predetermined etching process are arranged one by one on the basis of the predetermined material having the predetermined material. A method of producing a mold member for imprinting for producing a mold member having a small etching rate in a predetermined etching step in order from the base substrate side, On the surface side, a laminated substrate in which the predetermined material base layer Bi of the N layer is laminated in order from the base substrate side in ascending order of the etching rate in a predetermined etching step is prepared as a processing material. , External processing by etching to make the predetermined material base layer Bi corresponding to each stepped portion an intended shape, respectively, an inner predetermined material base layer adjacent to the predetermined material base layer Bi, or an inner side adjacent The base substrate is used as an etching stopper layer.
And it is the manufacturing method of said mold member for imprint, Comprising: The said each etching process performs the external shape process which makes the target external shape with respect to each predetermined material base layer Bi in order from the outside, respectively In each etching step, for each predetermined material base layer Bi to be targeted, masking is performed with an etching resistant layer so that only a desired etching region is exposed, and the adjacent predetermined material base layer on the inner side thereof, or its By using the adjacent inner base material as an etching stopper layer, substantially only the predetermined material base layer to be processed is processed.
Further, in any of the above-described imprint mold members, the predetermined material is silicon.
Also, in any one of the above-described imprint mold member manufacturing methods, each of the predetermined material base layers Bi of the laminated substrate is changed in a predetermined concentration by changing the impurity concentration of the predetermined material as the base. In this etching process, the etching rate is changed.
Alternatively, in any one of the above-described imprint mold member manufacturing methods, each of the predetermined material base layers Bi of the multilayer substrate is changed in the plane orientation of the crystal of the predetermined material as the base. The etching rate in a predetermined etching process is changed.
Alternatively, in any one of the above-described imprint mold member manufacturing methods, the processing material changes an etching rate in a predetermined etching process by changing an impurity concentration to the predetermined material as the base. And laminating both the predetermined material base layer and the predetermined material base layer in which the crystal plane orientation of each layer of the predetermined material as the base is changed and the etching rate in the predetermined etching process is changed. It is characterized by.
In this case as well, “predetermined material” means a material made of the same predetermined element and having the same crystal structure, and “predetermined material base layer” is based on such a predetermined material. Say layer.
For example, when Si (silicon) is a predetermined material, oxides, nitrides, and carbides such as SiO2, SiN, and SiC are not included in the predetermined material.
Also here, “a structure in which a predetermined material base layer is laminated” refers to a structure in which a predetermined material base layer is directly laminated, and also contributes to adhesion between each predetermined material base layer and / or between a predetermined material base layer and a base substrate. In addition, a structure having a structure in which a thin film layer that is so thin as to be negligible as compared with a predetermined material base layer is substantially directly laminated is included.
（作用）
本発明のインプリント用の型部材は、このような構成にすることにより、ベース基材の１面側に、所望のＮ段からなる型部を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材で、所望の段部の位置を制御した型部材の提供を可能としている。
具体的には、型部は、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する所定の材質をベースとし、且つ、所定のエッチング工程におけるエッチングレートが異なる所定材質ベース層を、Ｎ層以下の層数で積層した構造のもので、前記各所定材質ベース層とベース基板とは、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さいことにより、これを達成している。
詳しくは、所定のエッチング工程におけるエッチングレートが異なる積層の境界において、位置精度良くエッチングを止めることを可能としており、結果、所望の段部の位置を制御できる。
また、型部は、各段部Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して、それぞれ、１層づつ、前記所定材質ベース層Ｂｉを配した積層構造のものである、請求項２の発明の形態とすることにより、型部の全ての段について、その段部の高さを揃えた、インプリント法に用いられる型部（モールド）あるいは該型部の原版を配設した、インプリント用の型部材の提供を可能としている。
前記所定の材質がシリコンである、請求項３の発明の形態が挙げられる。
この形態の場合、汎用のシリコンを用いるため、所定材質ベース層の形成を容易なものとできる。
そして、前記各所定材質ベース層は、それぞれ、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させているものである、請求項４の発明の形態、前前記各所定材質ベース層は、それぞれ、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させているものである、請求項６の発明の形態、前記型部は、前記ベースとする所定の材質への不純物濃度を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層と、前記ベースとする所定の材質の結晶の面方位を変えて、所定のエッチング工程におけるエッチングレートを変化させた所定材質ベース層との両方を積層してなる、請求項８の発明の形態が挙げられる。
請求項４の発明の形態の場合、具体的には、前記不純物として、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）のいずれか１を用いている、請求項５の発明の形態が挙げられる。
シリコンを所定の材質とした場合には、これらを不純物として用いても良い。
また、ガリウム砒素を所定の材質とした場合には、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）を不純物として用いても良い。
請求項６の発明の形態の場合、具体的には、前記所定材質ベース層は所定の材質を単結晶シリコンとし、ベース基板を単結晶シリコン基板とするもので、これらを、ベース基材側から順に、結晶の面方位が｛１１１｝、｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の順にしたがうように、積層している、請求項７の発明の形態が挙げられる。
(Function)
The mold member for imprinting of the present invention is a mold member used directly for imprinting, in which a mold part having a desired N-stage is arranged on one surface side of the base substrate by adopting such a configuration. Alternatively, it is possible to provide a mold member in which a position of a desired step portion is controlled by a mold member that is an original plate of a mold member that is directly used for imprinting.
Specifically, the mold part is formed of a predetermined material base layer made of a predetermined same element and having the same crystal structure as a base, and a predetermined material base layer having a different etching rate in a predetermined etching step is formed by N layers. Each of the predetermined material base layers and the base substrate has a structure in which the following number of layers are stacked. This is achieved because the etching rate in a predetermined etching process is small in order from the base substrate side.
Specifically, the etching can be stopped with high positional accuracy at the boundary between stacked layers having different etching rates in a predetermined etching process, and as a result, the position of a desired step can be controlled.
Further, the mold part has a laminated structure in which the predetermined material base layer Bi is arranged one by one corresponding to each step part Di (i = 1 to N). By adopting the form, for all the steps of the mold part, the height of the step part is made uniform, the mold part (mold) used in the imprint method or the original plate of the mold part is arranged, A mold member can be provided.
The form of the invention of
In the case of this embodiment, since a general-purpose silicon is used, it is possible to easily form the predetermined material base layer.
Each of the predetermined material base layers changes the etching rate in a predetermined etching step by changing the impurity concentration of the predetermined material as the base, respectively. Each of the predetermined material base layers before changing the etching rate in a predetermined etching step by changing the plane orientation of the crystal of the predetermined material as the base. Form, the mold part is a predetermined material base layer in which an etching rate in a predetermined etching process is changed by changing an impurity concentration in the predetermined material as the base, and a crystal surface of the predetermined material as the
In the case of the form of the invention of
When silicon is used as a predetermined material, these may be used as impurities.
When gallium arsenide is a predetermined material, sulfur (S) or selenium (Se) may be used as impurities.
In the case of the form of the invention of
本発明の積層基板は、このような構成にすることにより、ベース基材の１面側に、所望のＮ段からなる型部を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材で、型部の全ての段部について、それぞれ、その高さを揃えた、型部（モールド）を配設した型部材の作製を可能とする、積層基板の提供を可能とするものである。 By adopting such a configuration, the laminated substrate of the present invention can be used for a mold member or imprint directly used for imprinting, in which a mold part having a desired N-stage is disposed on one surface side of a base substrate. A mold member that is an original plate of a mold member that is directly used, and it is possible to produce a mold member in which all the step portions of the mold portion are arranged at the same height and provided with a mold portion (mold). It is possible to provide a substrate.
本発明のインプリント用の型部材の作製方法は、このような構成にすることにより、ベース基材の１面側に、所望のＮ段からなる型部を配設した、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材で、型部の全ての段部について、それぞれ、その高さを揃えた、型部（モールド）配設した型部材の作製を可能とするものである。 The method for producing a mold member for imprinting of the present invention is directly used for imprinting by arranging a mold part composed of a desired N-stage on one surface side of the base substrate by adopting such a configuration. A mold member that is an original plate of a mold member or a mold member that is directly used for imprinting, and is prepared for each step portion of the mold portion, the height of which is the same, and a mold member (mold) disposed. Is possible.
本発明は、このように、所望の段部の位置を制御できる、更には、型部の全ての段について、その段部の高さを揃えた、インプリントに直接用いられる型部材あるいはインプリントに直接用いられる型部材の原版となる型部材の提供を可能とした。
同時に、そのような型部材の作製方法の提供を可能とした。
また、このような型部材あるいはこのような型部材の作製に用いられる積層基板の提供を可能とした。
In this way, the present invention can control the position of a desired step portion, and further, a mold member or imprint directly used for imprinting, in which all step portions of the mold portion have the same height. It is possible to provide a mold member that is an original plate of a mold member that is directly used in the manufacturing process.
At the same time, it was possible to provide a method for producing such a mold member.
Further, it is possible to provide such a mold member or a laminated substrate used for manufacturing such a mold member.
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明のインプリント用の型部材の１例の一部を示した断面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すインプリント用の型部材を作製する際に用いる積層基板の一部断面図で、図２（ａ）は図１（ａ）に示すインプリント用の型部材の変形例の一部を示した断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すインプリント用の型部材を作製する際に用いる積層基板の一部断面図で、図３（ａ）〜図３（ｊ）は図１（ａ）に示すインプリント用の型部材の作製方法の工程を示した工程断面図で、図４（ａ）〜図４（ｄ）は図１（ａ）に示す型部材からインプリントにより型部を形成する処理工程を示した断面図で、図５（ａ）〜図５（ｈ）は従来の型部材の作製方法と該型部材の作製方法における問題を説明するための断面図で、図６（ａ）〜図６（ｄ）は面方位｛１１１｝の単結晶シリコン基板の一面に面方位｛１００｝の単結晶シリコン層を加工層として配した場合の、ドライエッチング状態、ウエットエッチング状態を説明するために工程断面図で、図７（ａ）〜図７（ｄ）は面方位がない加工基材の場合の、ドライエッチング状態、ウエットエッチング状態を説明するために工程断面図である。
図１〜図７中、１は基材、２は第１の所定材質ベース層、２ａは開口、３は第２の所定材質ベース層、３ａは開口、４、４Ａはレジスト（耐エッチング層）、４ａ、４Ａａは開口、５は型部（モールドとも言う）、５ａは加工領域、６は接着用薄膜、８は基材、９は型形成材料、１０はインプリント用の型部材、１０Ａは積層基板、２０は基材、２５、２５Ａはエッチング除去部、３０、３５はレジスト（耐エッチング層）、３０ａ、３５ａは開口、ｈ１、ｈ２は段部の高さ、４０は面方位｛１１１｝の単結晶シリコン基板、４１は面方位｛１００｝の単結晶シリコン層、４１ａ、４１ｂは開口、４１Ａ、４１Ｂは開口、４２はレジスト（耐エッチング層）、４２ａ、４２ｂは開口、５０は面方位がないシリコン基板、５２はレジスト（耐エッチング層）、５２ａ、５２ｂは開口、５５ａ、５５ｂはエッチング除去部、５５Ａ、５５Ｂはエッチング除去部である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a part of an example of an imprint mold member according to the present invention, and FIG. 1B is an imprint mold member shown in FIG. 2A is a partial cross-sectional view of the laminated substrate used in the process, FIG. 2A is a cross-sectional view showing a part of a modification of the imprint mold member shown in FIG. 1A, and FIG. FIGS. 3A to 3J are partial cross-sectional views of the laminated substrate used when the imprint mold member shown in FIG. 2A is manufactured, and FIGS. 3A to 3J are for imprint shown in FIG. FIG. 4A to FIG. 4D are process cross-sectional views showing the steps of the method for producing the mold member, and FIGS. 4A to 4D show the process steps for forming the mold part from the mold member shown in FIG. 5 (a) to 5 (h) are cross-sectional views for explaining a problem in the conventional mold member manufacturing method and the mold member manufacturing method, and FIG. 6 (a) to FIG. 6 (d) is a process for explaining a dry etching state and a wet etching state in the case where a single crystal silicon layer having a plane orientation {100} is arranged as a processed layer on one surface of a single crystal silicon substrate having a plane orientation {111}. FIGS. 7A to 7D are process cross-sectional views for explaining a dry etching state and a wet etching state in the case of a processed base material having no plane orientation.
1 to 7, 1 is a base material, 2 is a first predetermined material base layer, 2a is an opening, 3 is a second predetermined material base layer, 3a is an opening, and 4A is a resist (etching resistant layer). 4a, 4Aa are openings, 5 is a mold part (also referred to as a mold), 5a is a processing region, 6 is an adhesive thin film, 8 is a base material, 9 is a mold forming material, 10 is a mold member for imprinting, 10A is Laminated substrate, 20 is a base material, 25 and 25A are etching removal portions, 30 and 35 are resists (etching resistant layers), 30a and 35a are openings, h1 and h2 are step heights, and 40 is a plane orientation {111}. Single crystal silicon substrate, 41 is a single crystal silicon layer having a {100} plane orientation, 41a and 41b are openings, 41A and 41B are openings, 42 is a resist (etching resistant layer), 42a and 42b are openings, and 50 is a plane orientation. No silicon substrate, 52 is a resist (resistance to Quenching layer), 52a, 52b are opened, 55a, 55b are etched away portions, 55A, 55B is etched portion.
はじめに、本発明のインプリント用の型部材の実施の形態の１例を、図１（ａ）に基づいて説明する。
本例のインプリント用の型部材１０は、ベース基材１の１面側に、型部（モールド）５を配設した、インプリントに直接用いられる型部材で、型部５は、所定の同一元素から成り、かつ、同一の結晶構造を有する所定の材質をベースとする第１の所定材質ベース層２（以下、Ｂ１とも言う）を第１の段部Ｄ１とし、また、前記所定の材質をベースとする第２の所定材質ベース層３（以下、Ｂ２とも言う）を第２の段部Ｄ２として、この順に、積層した構造のものである。
ベース基材１と第１の所定材質ベース層２とは、また、第１の所定材質ベース層２と第２の所定材質ベース層３とは、それぞれ、所定のエッチング工程におけるエッチングレートが異なり、いずれも、ベース基板１側がエッチングレートが小さくなっている。
本例のインプリント用の型部材１０は、各所定ベース層を加工対象として、それぞれ、貫通してパターニングする所定のエッチング工程を２回行って作製される。
First, an example of an embodiment of a mold member for imprinting according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
The
The
ベース基材１と、第１の所定材質ベース層２と、第２の所定材質ベース層３としては、例えば、ベース基材１を結晶の面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基材とし、候補となる結晶の面方位｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の各単結晶シリコン層の中から、２種の面方位の単結晶シリコン層を所定材質ベース層用として選び、その２つの中で、ベース基材１側から、シリコンの結晶の面方位でのエッチンレートが小さい順に、第１の所定材質ベース層２、第２の所定材質ベース層３とする。
ここでは、前記所定のエッチング工程として、選択比を考慮して、ＨＢｒ、ＣＣｌ４等に酸素を添加したガスをエッチングガスとして用いたドライエッチング方法、あるいは、選択比を考慮して、酸化ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液をエッチング液として用いたウエットエッチングによるエッチング方法が用いられる。
ドライエッチング方法においては、他には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＳＦ６ガスもエッチングガスとして用いられるが、選択比を考慮して、ＨＢｒ、ＣＣｌ４等に酸素を添加したガスが好ましく用いられる。
選択比だけを考えるなら、他には、ベース基材１を結晶の面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基材とし、第２の所定材質ベース層３として結晶の面方位｛１００｝として、第１の所定材質ベース層２として結晶の面方位｛１１０｝、｛３３１｝の単結晶層のいずれかを選択する組み合わせも挙げられる。
結晶の面方位の異なる単結晶を積層を作製する方法としては、基本的に「貼り合わせ」しかなく、例えば、予め全く別の材料として作製しておいた材料同士を接合するが、表面をプラズマ照射、あるいは、レーザー照射するなどの処理をして、界面活性化し、直接接合して貼り合わせる。
尚、表面をプラズマで処理する手法は、特許（ＷＯ９９１０９２７）に開示されており、また、レーザーで処理する方法は、下記の非特許文献に開示されている。
Ｈ． Ｔａｋａｇｉ ｅｔ． Ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７４（１９９９）ｐ２３８７
この場合、所定材質ベース層としては、結晶面方位が存在する材料であることが必須で、上記のようなシリコンをベースとする層の他には、ＧａＡｓやダイヤモンドをベースとする層も挙げられるが、インプリント時における圧力への耐性を考慮するならば、シリコンとダイヤモンドが望ましい。
As the
Here, as the predetermined etching step, a dry etching method using a gas obtained by adding oxygen to HBr, CCl4 or the like as an etching gas in consideration of a selection ratio, or a sodium oxide aqueous solution in consideration of a selection ratio, An etching method by wet etching using a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution as an etching solution is used.
In the dry etching method, CF4, CHF3, Cl2, and SF6 gases are also used as etching gases, but a gas obtained by adding oxygen to HBr, CCl4, or the like is preferably used in consideration of the selection ratio.
If only the selection ratio is considered, the
Basically, there is only “bonding” as a method for producing a stack of single crystals having different crystal plane orientations. For example, materials that have been produced in advance as completely different materials are joined together, but the surface is treated with plasma. Treatment such as irradiation or laser irradiation activates the surface and directly bonds and bonds together.
A method for treating the surface with plasma is disclosed in a patent (WO9910927), and a method for treating with a laser is disclosed in the following non-patent document.
H. Takagi et. Al. , Appl. Phys. Lett. 74 (1999) p2387
In this case, the predetermined material base layer is required to be a material having a crystal plane orientation. In addition to the silicon-based layer as described above, a layer based on GaAs or diamond is also included. However, if the resistance to pressure during imprinting is considered, silicon and diamond are preferable.
また別に、例えば、ベース基材１をシリコン基材とし、第１の所定材質ベース層２と、第２の所定材質ベース層３として、例えば、シリコンをベースとする層に、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）等の不純物が異なる濃度で含んだ層が挙げられる。
このような、不純物が異なる濃度で含まれる層の作製方法としては、例えば、以下のような方法が知られている。
（１）貼り合わせ法
先にも述べたが、この方法は、予め全く別の材料として作製しておいた材料同士を接合してやる方法で、表面をプラズマで処理し、あるいは、レーザーで処理して、界面活性化し、直接接合して貼り合わせる。
尚、表面をプラズマで処理する手法は、特許（ＷＯ９９１０９２７）に開示されており、また、レーザーで処理する方法は、下記の非特許文献に開示されている。
Ｈ． Ｔａｋａｇｉ ｅｔ． Ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７４（１９９９）ｐ２３８７
（２）結晶成長法、堆積法
この方法は、エピタキシャル成長またはＣＶＤにより、表面に新たに材料を積層させていく手法で、気相、液相、固相の全ての方法で不純物添加が可能である。
例えば、気相の場合、成長材料となるガスのひとつに、不純物を含んだガスを加えることで不純物を含んだ結晶を成長させることが可能である。
（３）イオン注入法
この方法は、ドーパント（不純物）のイオンが高いエネルギーを持ったイオンビームを照射することで、基板材料に不純物を添加することが可能である。
イオン注入は、最表面層のイオン濃度を変化させることも可能だが、基板のある一定深さに対してイオンを打ち込み、アニールすることで、基板内部に不純物濃度の異なる層を形成することも可能である。
（４）拡散法
この方法は、ドーパントを含んだ材料を基板表面に塗布または積層させ、これを加熱し、そして最後に前記基板表面に塗布または積層した材料を剥離させる。
加熱温度は材料により異なるが、一般にシリコンでは８００〜１２００℃、ＧａＡｓでは６００〜１０００℃である。
上記の（１）〜（４）の方法により、不純物が異なる濃度で含まれる層の作製は可能であるが、不純物濃度を上げるには装置上の限界や、結晶としての限界が存在するため、無限ではない。
また、各層の相間の濃度差がはっきりしない限り、選択比も得られにくく、選択比を10以上得るために必要な濃度差としては、1.０×１０3 ／ｃｍ3 以上の差が必要であり望ましい。 当然、濃度差が大きいほうが選択比はより向上する。
したがって、実際に積層を行なう場合、不純物濃度差が1.０×１０3 ／ｃｍ3 である二層で積層を行う。
濃度を３種以上の場合の複数層積層の場合も、各積層においては、この条件を満たすことが要求される。
尚、濃度を三種類以上となると、基板作製難易度が上がる。
この場合、所定材質ベース層としては、不純物濃度により、エッチングレートに差をつけられる材料が好ましく、シリコン、ＧａＡｓや、ＳｉＯ2 が挙げられるが、上述したように圧力に対する強度を考慮するならばシリコンとＳｉＯ２が望ましい。
ＳｉＯ2 には、半導体材料としての「シリコン酸化膜」も、ガラスとしての「石英」も含まれるが、実際に不純物濃度の差により明確なエッチングレートの差が出るのは「シリコン酸化膜」、つまり単結晶であるものである。
多結晶である「石英」は効果が表れにくい。
「石英」は多結晶で面方位は無いが、効果ゼロではない。
結晶が単結晶、多結晶でもエッチングレートが変わるものが好ましい。
また、ベース基材層としては、シリコン層の他に窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などのセラミックス、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属、石英、六方晶窒化ホウ素、可動イオン（主としてナトリウム）を含むガラスが挙げられる。
Separately, for example, the
As a method for manufacturing such a layer containing impurities at different concentrations, for example, the following method is known.
(1) Bonding method As described above, this method is a method in which materials prepared in advance as completely different materials are joined together, and the surface is treated with plasma or laser. , Surface activation, direct bonding and bonding.
A method for treating the surface with plasma is disclosed in a patent (WO9910927), and a method for treating with a laser is disclosed in the following non-patent document.
H. Takagi et. Al. , Appl. Phys. Lett. 74 (1999) p2387
(2) Crystal growth method, deposition method This method is a method of newly depositing a material on the surface by epitaxial growth or CVD, and impurities can be added in all methods of gas phase, liquid phase, and solid phase. .
For example, in the case of a gas phase, an impurity-containing crystal can be grown by adding an impurity-containing gas to one of the growth material gases.
(3) Ion Implantation Method In this method, impurities can be added to the substrate material by irradiating an ion beam having high energy ions of dopant (impurities).
Ion implantation can change the ion concentration of the outermost surface layer, but it is also possible to form layers with different impurity concentrations inside the substrate by implanting ions to a certain depth of the substrate and annealing. It is.
(4) Diffusion method In this method, a material containing a dopant is applied or laminated on the substrate surface, this is heated, and finally, the material applied or laminated on the substrate surface is peeled off.
Although the heating temperature varies depending on the material, it is generally 800 to 1200 ° C. for silicon and 600 to 1000 ° C. for GaAs.
Although it is possible to produce layers containing impurities at different concentrations by the methods (1) to (4) above, there are limits on the apparatus and crystals as limits for increasing the impurity concentration. Not infinite.
In addition, unless the concentration difference between the phases of each layer is clear, it is difficult to obtain a selection ratio, and a concentration difference of 1.0 × 10 3 / cm 3 or more is necessary as a concentration difference necessary to obtain a selection ratio of 10 or more. There is desirable. Naturally, the selection ratio is further improved when the density difference is larger.
Therefore, when actually stacking, the stacking is performed with two layers having an impurity concentration difference of 1.0 × 10 3 / cm 3 .
Even in the case of a multi-layer stack in which the concentration is 3 or more, each stack is required to satisfy this condition.
If the concentration is three or more, the difficulty of manufacturing the substrate increases.
In this case, the predetermined material base layer is preferably a material that can vary the etching rate depending on the impurity concentration, and examples thereof include silicon, GaAs, and SiO 2. And SiO2 are preferred.
SiO 2 includes “silicon oxide film” as a semiconductor material and “quartz” as glass, but it is actually “silicon oxide film” that has a clear etching rate difference due to the difference in impurity concentration. That is, it is a single crystal.
Polycrystalline “quartz” is less effective.
“Quartz” is polycrystalline and has no plane orientation, but the effect is not zero.
Even if the crystal is a single crystal or a polycrystal, a crystal whose etching rate is changed is preferable.
As the base substrate layer, in addition to the silicon layer, ceramics such as silicon nitride (SiN) and silicon carbide (SiC), metals such as aluminum (Al) and titanium (Ti), quartz, hexagonal boron nitride, movable Examples include glasses containing ions (mainly sodium).
次に、本例のインプリント用の型部材１０の作製方法の１例を、図３に基づいて、簡単に説明しておく。
尚、これを以って、本発明のインプリント用の型部材の作製方法の説明とする。
あらかじめ、ベース基材１（図３（ａ））の一面側に、前記２層の所定材質ベース層Ｂ１、Ｂ２を、ベース基材１を含めて、ベース基板側から順に所定のエッチング工程におけるエッチングレートが小さい順に積層した積層構造の積層基板１０Ａを加工用素材として用意しておく。（図３（ｂ））
例えば、ベース基材１を結晶の面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基材とし、候補となる結晶の面方位｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の各単結晶シリコン層の中から、２種の面方位の単結晶シリコン層を所定材質ベース層用として選び、その２つの中で、ベース基材１側から、シリコンの結晶の面方位でのエッチンレートが小さい順に、第１の所定材質ベース層２、第２の所定材質ベース層３として積層した積層基板１０Ａを加工用素材として用意しておく。
このような積層基板１０Ａの形成方法は、先に述べており、ここでは、説明を省く。
次いで、先ず、第１のエッチング工程を行い、第２の所定材質ベース層Ｂ２に対し、目的とする外形にする外形加工を行う。（図３（ｃ）〜図３（ｆ））
この第１のエッチング工程は、対象とする第２の所定材質ベース層Ｂ２に、耐エッチング性レジスト４を全面に塗布し（図３（ｃ））、製版して、所望のエッチング領域のみ露出するように耐エッチング性層でマスキングする。（図３（ｄ））
このとき耐エッチング性層は必ずしもレジストである必要はない。
例えばこのパターン形成にもインプリントを用いるのであるならば、先に説明したように耐エッチング性層は感光性を持たない樹脂やＳＯＧなどになる。
次いで、その隣接する内側の第１の所定材質ベース層Ｂ１をエッチングストッパー層として、実質的に、前記対象とする所定材質ベース層Ｂ２のみをエッチングして、外形加工する。（図３（ｅ））
そして、レジストを除去した後（図３（ｆ））、上記と同様に、第２のエッチング工程を行い、第１の所定材質ベース層Ｂ１に対し、目的とする外形にする外形加工を行う。（図３（ｇ）〜図３（ｊ））
この第２のエッチング工程は、耐エッチング性レジスト４Ａを全面に塗布し（図３（ｇ））、製版して、所望のエッチング領域のみ露出するように耐エッチング性層でマスキングする。（図３（ｈ））
次いで、その隣接する内側のベース基材１をエッチングストッパー層として、実質的に、前記対象とする所定材質ベース層Ｂ１のみをエッチングして、外形加工する。（図３（ｉ））
そして、レジストを除去して、図１（ａ）に示す、本例のインプリント用の型部材を得る。（図３（ｊ））
このように作製するとにより、型部の全ての段について、その段部の高さを揃えた、型部材の提供を可能としている。
Next, an example of a method for producing the
This is the description of the method for producing the imprint mold member of the present invention.
In advance, the two layers of the predetermined material base layers B1 and B2 on one surface side of the base substrate 1 (FIG. 3A), including the
For example, the
Such a method of forming the laminated substrate 10A has been described above and will not be described here.
Next, first, the first etching step is performed, and the outer shape is processed to the target outer shape on the second predetermined material base layer B2. (FIG. 3 (c) to FIG. 3 (f))
In this first etching step, an etching resistant resist 4 is applied to the entire surface of the target second predetermined material base layer B2 (FIG. 3C), and plate-making is performed to expose only a desired etching region. Mask with an etch resistant layer. (Fig. 3 (d))
At this time, the etching resistant layer is not necessarily a resist.
For example, if imprinting is also used for this pattern formation, as described above, the etching resistant layer is a resin or SOG having no photosensitivity.
Next, using the adjacent first predetermined material base layer B1 on the inner side as an etching stopper layer, substantially only the predetermined material base layer B2 to be the target is etched to form an outer shape. (Fig. 3 (e))
Then, after removing the resist (FIG. 3 (f)), the second etching process is performed in the same manner as described above, and the first predetermined material base layer B1 is subjected to the outer shape processing to the target outer shape. (FIG. 3 (g) to FIG. 3 (j))
In this second etching step, an etching resistant resist 4A is applied to the entire surface (FIG. 3G), and plate-making is performed, and masking is performed with an etching resistant layer so that only a desired etching region is exposed. (Fig. 3 (h))
Next, using the adjacent
Then, the resist is removed to obtain the imprint mold member shown in FIG. 1A. (Fig. 3 (j))
By producing in this way, it is possible to provide a mold member in which the heights of the steps of all the steps of the mold are uniform.
上記と同じような形状の型部を１つの材質に作製する、従来の作製方法の１例について、ここで、図５に基づいて、簡単に説明しておく。
ここでは、先ず、第１のエッチング工程により、凹部の深さが２段となる領域および凹部の深さが１段となる領域について、１段分の高さでエッチングを行う。（図５（ａ）〜図５（ｅ））
ここでは、ドライエッチング方法にてエッチングを行い、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＳＦ６ガスがエッチングガスとして用いられる。
基材２０（図５（ａ））の一面に耐エッチング性のレジスト３０塗布し（図５（ｂ））、製版して、エッチングする領域のみを露出させて、レジスト３０でマスキング（図５（ｃ））して、エッチングをドライエッチングにて行う。（図５（ｄ））
次いで、レジストを除去した（図５（ｅ））後、第２のエッチング工程により、凹部の深さが２段となる領域について、１段分の高さでエッチングを行う。（図５（ｆ）〜図５（ｇ））
そして、レジストを除去して、図１（ａ）に示す、本例のインプリント用の型部材と同様の型部材を得る。（図５（ｈ））
しかし、このようにして作製された場合、エッチング領域が狭い場合と、広い場合とでエッチングの深さ方向の進行に差が出てしまい、図５（ｈ）では、ｈ１よりｈ２が大きくなってしまう。
このような従来の作製方法では、型部の全ての段について、その段部の高さを揃えることはできない。
An example of a conventional manufacturing method in which a mold part having the same shape as described above is manufactured from one material will be briefly described with reference to FIG.
Here, first, in the first etching step, etching is performed at a height of one step for a region where the depth of the recess is two steps and a region where the depth of the recess is one step. (FIGS. 5A to 5E)
Here, etching is performed by a dry etching method, and CF4, CHF3, HBr, Cl2, CCl4, and SF6 gases are used as etching gases.
An etching-resistant resist 30 is applied to one surface of the substrate 20 (FIG. 5A) (FIG. 5B), plate-making is performed, and only the region to be etched is exposed, and masking is performed with the resist 30 (FIG. 5 ( c)), and etching is performed by dry etching. (Fig. 5 (d))
Next, after removing the resist (FIG. 5E), etching is performed at a height of one step in a region where the depth of the recess is two steps by the second etching step. (FIG. 5 (f) to FIG. 5 (g))
Then, the resist is removed to obtain a mold member similar to the mold member for imprinting shown in FIG. 1A. (Fig. 5 (h))
However, when manufactured in this way, there is a difference in the progress in the etching depth direction between when the etching region is narrow and when the etching region is wide, and in FIG. 5 (h), h2 is larger than h1. End up.
In such a conventional manufacturing method, the heights of the steps cannot be made uniform for all the steps of the mold part.
更に、段部の高さの揃えとエッチング形状について、図６、図７に基づいて、簡単に説明しておく。
図６には、１回のエッチング工程を行うもので、狭いレジストの開口４２ａと広い開口４２ｂとから、それぞれ、面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基板４０の一面に配に面方位が｛１００｝の単結晶シリコン層４１を加工層として積層した加工用基材をドライエッチングする場合で、本発明のインプリント用の型部材の作製方法の別の例でもある。
ここでは、ドライエッチングする場合、ウエットエッチングする場合があり、それぞれの場合の、エッチングの深さとその形状が相対的に示してある。
ここでは、選択比を考慮して、ドライエッチングには、ＨＢｒ、ＣＣｌ４等に酸素を添加したガスをエッチングガスとして用い、また、ウエットエッチングには、選択比を考慮して、水酸化ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液等のアルカリ性水溶液をエッチング液として用いるものとする。
なお、溶液中にイソプロピルアルコールを添加したものを使用した場合、｛１１０｝と｛１００｝ではエッチング速さが｛１００｝の方が速くなるため、この場合には積層の順を考慮する必要がある。
図６においては、面方位が｛１００｝の単結晶シリコン層４１を加工層としてエッチング加工する際に、面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基板４０が、エッチングストッパとして機能するため、いずれのエッチングにおいても加工層のみをエッチングすることができ、エッチングの深さは、エッチング領域の大小によらず均一とすることができる。
また、図７には、狭いレジストの開口５２ａと広い開口５２ｂとから、それぞれ、基材の一面をドライエッチングする場合と、ウエットエッチングする場合におけるエッチングの深さとその形状が示してある。
ここでも、ドライエッチングには、ＨＢｒ、ＣＣｌ４等に酸素を添加したガスをエッチングガスとして用い、また、ウエットエッチングには、水酸化ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液をエッチング液として用いるものとする。
図７においては、面方位をもたないシリコン基板５０の一面をエッチング加工する際に、エッチングストッパとして機能するものはないため、いずれのエッチングにおいても、エッチングの深さは、エッチング領域の大小によらず左右され、大の場合は小の場合に比べて深くなってしまう。
Further, the alignment of the height of the stepped portion and the etching shape will be briefly described with reference to FIGS.
In FIG. 6, the etching process is performed once, and the plane orientation {{}} is arranged on one surface of the single crystal silicon substrate 40 having the {111} plane orientation from the narrow resist opening 42a and the wide opening 42b. This is another example of the method for producing the imprint mold member of the present invention in the case of dry etching a processing substrate in which a single-crystal silicon layer 41 of 100} is stacked as a processing layer.
Here, when dry etching is performed, wet etching may be performed. In each case, the etching depth and the shape thereof are relatively shown.
Here, in consideration of the selection ratio, a gas obtained by adding oxygen to HBr, CCl4, or the like is used as an etching gas for dry etching, and for wet etching, a sodium hydroxide aqueous solution, An alkaline aqueous solution such as a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution is used as an etching solution.
In addition, when isopropyl alcohol added to the solution is used, {100} and {100} have a faster etching speed of {100}. In this case, it is necessary to consider the order of lamination. is there.
In FIG. 6, when the single crystal silicon layer 41 having a {100} plane orientation is etched using the processed layer as the processed layer, the single crystal silicon substrate 40 having the {111} plane orientation functions as an etching stopper. Also in the etching, only the processed layer can be etched, and the etching depth can be uniform regardless of the size of the etching region.
FIG. 7 shows the depth of etching and the shape of the substrate when dry etching and wet etching are performed on one surface of the substrate from the narrow resist opening 52a and the wide opening 52b, respectively.
Here again, a gas obtained by adding oxygen to HBr, CCl4, or the like is used as an etching gas for dry etching, and a sodium hydroxide aqueous solution or a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution is used as an etching solution for wet etching. Shall.
In FIG. 7, since there is nothing that functions as an etching stopper when etching one surface of the silicon substrate 50 having no surface orientation, the etching depth in either etching is the size of the etching region. Regardless of whether it is large or large, it becomes deeper than the small case.
このようにして得られたインプリント用の型部材は、例えば、先に説明したようにインプリントして、ガラス等からなる基材８にその型を形成することができる。
例えば、先ず、図４（ａ）に示すような所定の型形成用材９で凹凸型をガラス等からなる基材８に形成する。
次いで、型形成用材９を所定のガスを用いてドライエッチングして、薄肉部９ａを除去し（図４（ｂ））、更に、型形成用材９と基材８とを所定のガスでドライエッチングし、型形成用材７がが無くなった時点でエッチングを止める。（図４（ｃ）〜図４（ｄ））
このようにして、ガラス等からなる基材８にその型を形成することができる。
The imprint mold member thus obtained can be imprinted as described above, for example, and the mold can be formed on the
For example, first, a concavo-convex mold is formed on a
Next, the
In this way, the mold can be formed on the
尚、図１（ａ）に示すインプリント用の型部材の変形例としては、図２（ａ）に示すように、所定材質ベース層２と定材質ベース層３間およびまたは所定材質ベース層２とベース基板１間に接着に寄与し、且つ、所定材質ベース層に比べて無視できる程度に薄い接着用薄膜層６を設けて、実質的に、直接積層した構造のものも挙げられる。
この変形例のインプリント用の型部材に用いられる積層基板の断面は、図２（ｂ）のようになる。
変形例のインプリント用の型部材の作製方法は、実質的に、図３に示す、本例のインプリント用の型部材の作製方法と同じである。
例えば、ベース基材１を結晶の面方位が｛１１１｝の単結晶シリコン基材とし、候補となる結晶の面方位｛３３１｝、｛１１０｝、｛１００｝の各単結晶シリコン層の中から、２種の面方位の単結晶シリコン層を所定材質ベース層用として選び、その２つの中で、ベース基材１側から、シリコンの結晶の面方位でのエッチンレートが小さい順に、第１の所定材質ベース層２、第２の所定材質ベース層３とし、更に、
第１の所定材質ベース層２、第２の所定材質ベース層３間に、また、第１の所定材質ベース層２とベース基材１との間に、これらに比べて無視できる程度薄いＳｉＯ２層を接着用薄膜層６として設けた構造が挙げられる。
また、上記本例のインプリント用の型部材、変形例のインプリント用の型部材は、実質的に加工層として２層の所定材質ベース層を設けた構造であるが、所定材質ベース層を所望の３層以上のＮ層としても良い。
所定材質ベース層を所望の３層以上のＮ層とした場合のインプリント用の型部材の作製方法については、本例のインプリント用の型部材の作製方法と同じ、エッチング工程を、層数に応じて行えば良い。
勿論、このインプリント用の型部材においては、各所定材質ベース層に対応した各段部を有する。
As a modification of the imprint mold member shown in FIG. 1 (a), as shown in FIG. 2 (a), between the predetermined
The cross section of the laminated substrate used for the imprint mold member of this modification is as shown in FIG.
The production method of the imprint mold member of the modification is substantially the same as the production method of the imprint mold member of this example shown in FIG.
For example, the
An SiO2 layer that is thin enough to be ignored between the first predetermined
In addition, the imprint mold member of the present example and the imprint mold member of the modified example have a structure in which two predetermined material base layers are provided as processed layers. Three or more desired N layers may be used.
The method for producing the imprint mold member when the predetermined material base layer is the desired three or more N layers is the same as the imprint mold member production method of this example, with the number of layers being the same. Depending on the situation.
Of course, this imprint mold member has each step corresponding to each predetermined material base layer.
１ 基材
２ 第１の所定材質ベース層
２ａ 開口
３ 第２の所定材質ベース層
３ａ 開口
４、４Ａ レジスト（耐エッチング層）
４ａ、４Ａａ 開口
５ 型部（モールドとも言う）
５ａ 加工領域
６ 接着用薄膜
８ 基材
９ 型形成材料
１０ インプリント用の型部材
１０Ａ 積層基板
２０ 基材
２５、２５Ａ エッチング除去部
３０、３５ レジスト（耐エッチング層）
３０ａ、３５ａ 開口
ｈ１、ｈ２ 段部の高さ
４０ 面方位｛１１１｝の単結晶シリコン基板
４１ 面方位｛１００｝の単結晶シリコン層
４１ａ、４１ｂ 開口
４１Ａ ４１Ｂは開口
４２ レジスト（耐エッチング層）
４２ａ、４２ｂ 開口
５０ 面方位がないシリコン基板
５２ レジスト（耐エッチング層）
５２ａ、５２ｂ 開口
５５ａ、５５ｂ エッチング除去部
５５Ａ、５５Ｂ エッチング除去部
１１０ 型部材（モールドとも言う）
１１１ 凸型のパターン
１２０ 半導体ウェハ
１２１ パターン
１３０ レジスト
１３１ 圧痕部
１４０ 反応性イオンエッチングガス
１５０ 膜
１５１ 膜パターン
DESCRIPTION OF
4a,
30a, 35a Openings h1, h2 Step height 40 Single-crystal silicon substrate 41 with plane orientation {111} Single-crystal silicon layers 41a, 41b with plane orientation {100} Openings 41A 41B are openings 42 Resist (etching resistant layer)
42a, 42b Opening 50 Silicon substrate 52 without plane orientation Resist (etching resistant layer)
52a, 52b Openings 55a, 55b Etching removal portions 55A, 55B Etching removal portion 110 Mold member (also called mold)
111
Claims (21)
19. The method for producing an imprint mold member according to claim 16, wherein the processing material is subjected to predetermined etching by changing an impurity concentration of the predetermined material as the base. Both the predetermined material base layer with the etching rate changed in the process and the predetermined material base layer with the etching rate changed in the predetermined etching process by changing the crystal plane orientation of each layer of the predetermined material as the base A method for producing a mold member for imprinting, characterized by being laminated.
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