JP2008074049A - Mold for heat imprint and manufacturing method of mold for heat imprint - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイス、光導波路や回折格子等の光学部品、ハードディスクやDVD等の記録デバイス、DNA分析等のバイオチップ、拡散板や導光板などのディスプレイといった各種製品の製造工程において、インプリント法を用いたパターン形成を行う際に用いることができる熱インプリント用モールド及びその製造方法に関する。 In the manufacturing process of various products such as semiconductor devices, optical components such as optical waveguides and diffraction gratings, recording devices such as hard disks and DVDs, biochips for DNA analysis, displays such as diffusion plates and light guide plates, etc. The present invention relates to a thermal imprint mold that can be used for pattern formation using a method and a method for manufacturing the same.
これまで、半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられていた。その例として、ガラスなどの透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作成し、これを、レジストを塗布した半導体基板(以後、感応基板と呼ぶ)上に直接的に或いは間接的に載置させ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分のレジストを選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを感応基板に転写することが行われていた。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。また、現在の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、光学的にマスクパターンを縮小して半導体基板上にパターンを転写する方法が主流となっている。 Until now, a method of optically transferring a pattern has been used to form a pattern that requires fine processing, such as a manufacturing process of a semiconductor device. As an example, a photomask in which a pattern made of an opaque material such as chromium is formed on a part of a transparent substrate such as glass is formed, and this is formed on a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a sensitive substrate) coated with a resist. The pattern of the photomask is transferred to the sensitive substrate by placing it directly or indirectly and irradiating light from the backside of the photomask to selectively expose the resist in the light transmitting portion. It was. This technique is generally called a photolithography method. Further, in the current semiconductor device manufacturing process, a method of optically reducing a mask pattern and transferring the pattern onto a semiconductor substrate has become mainstream.
しかしながら、これらのパターン形成方法は、形成するパターンのサイズや形状は露光する光の波長に大きく依存する。例えば、昨今の先端半導体デバイスの製造においては、フォトリソグラフィに用いる露光波長は150nm以上であるのに対し、最小線幅は65nm以下であり、光の回折現象による解像限界に達している。 However, in these pattern forming methods, the size and shape of the pattern to be formed greatly depend on the wavelength of light to be exposed. For example, in the manufacture of advanced semiconductor devices in recent years, the exposure wavelength used for photolithography is 150 nm or more, while the minimum line width is 65 nm or less, reaching the resolution limit due to the light diffraction phenomenon.
そして、レジストの解像度を増すために、近接効果補正(OPC:Optical Proximity Correction)や位相シフトマスク、変形照明等の超解像技術を用いてはいるものの、マスクパターンを半導体基板上に忠実に転写することが困難となっている。 In order to increase the resolution of the resist, super-resolution techniques such as proximity correction (OPC), phase shift mask, and modified illumination are used, but the mask pattern is faithfully transferred onto the semiconductor substrate. It has become difficult to do.
更に縮小投影露光の場合には、基板の水平方向のみならず垂直方向にも位置合わせ精度が要求されるため、フォトマスク及び半導体基板の精密ステージ制御(X,Y,Z,θ)などが必要となるため、装置のコストが高くなるという欠点があった。 Further, in the case of reduced projection exposure, since alignment accuracy is required not only in the horizontal direction of the substrate but also in the vertical direction, precise stage control (X, Y, Z, θ) of a photomask and a semiconductor substrate is required. Therefore, there has been a drawback that the cost of the apparatus becomes high.
また、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイスなど様々なパターン形成においてもフォトリソグラフィ法を用いている限り、これらの光の回折現象によるパターンボケや複雑な機構を必要とする装置コストの問題は、同様に存在し、マスクパターンを忠実に転写することはできない。 In addition to the manufacture of semiconductor devices, as long as photolithography is used in various pattern formations such as displays, recording media, biochips, optical devices, etc. The problem of the required apparatus cost similarly exists, and the mask pattern cannot be faithfully transferred.
このような背景から、S.Y.Chou等は、インプリント法(もしくはナノインプリント法)と呼ばれる非常に簡易であるが大量生産に向き、従来の方法よりも格段に微細なパターンを忠実に転写可能な技術を提案している(例えば非特許文献1、2参照)。 From such a background, S.I. Y. Chou et al. Have proposed a technique called imprint method (or nanoimprint method) that is very simple but suitable for mass production and can transfer a much finer pattern faithfully than conventional methods (for example, non-imprint method). (See Patent Documents 1 and 2).
なお、インプリント法とナノインプリント法に厳密な区別はないが、半導体デバイスや回折格子などの製造に用いられるようなナノメーターオーダーのものをナノインプリント法と呼び、その他のマイクロメーターオーダーのものをインプリント法と呼ぶことが多い。以後、全てインプリント法と呼ぶことにする。 Although there is no strict distinction between the imprint method and the nanoimprint method, the nanometer order method used for manufacturing semiconductor devices and diffraction gratings is called the nanoimprint method, and other micrometer order methods are imprinted. Often called the law. Hereinafter, all are referred to as an imprint method.
熱サイクルを用いてインプリントする方法は熱インプリント法、UV光を用いてインプリントする方法は光インプリント法と呼ばれる。 A method for imprinting using a thermal cycle is called a thermal imprint method, and a method for imprinting using UV light is called a photoimprint method.
インプリント法においては、モールドと基板上に生成したレジスト等の樹脂パターンとの剥離性は極めて重要である。インプリントにおいて、プレスした後、モールドと樹脂を引き離す場合、モールドと樹脂の付着や摩擦により、部分的に樹脂が変形したり、モールドとともに剥離する現象が見られる。すなわち、樹脂レジストの全部または一部がモールド側に残り、シリコン基板に適正なパターンが形成されない。これは、モールドまたは樹脂の表面エネルギーが大きいためである。 In the imprint method, the releasability between the mold and a resin pattern such as a resist generated on the substrate is extremely important. In imprinting, when the mold and the resin are separated after pressing, a phenomenon in which the resin is partially deformed or peeled off with the mold due to adhesion and friction between the mold and the resin is observed. That is, all or part of the resin resist remains on the mold side, and an appropriate pattern is not formed on the silicon substrate. This is because the surface energy of the mold or resin is large.
そこで、このような基板と樹脂の剥離を避けるために、表面エネルギーの小さいフッ素ポリマーを剥離剤としてモールド表面に形成し、モールドと基板上の樹脂との剥離性を向上させる方法がある。一般的には、剥離剤としてモールド表面のシリコン酸化膜のOH基にシランカップリング剤の溶液を作用させることで、表面エネルギーの小さい膜(これを離型層と呼ぶ)をモールド表面に形成している。この離型層によりモールドと樹脂との付着力を下げることができる。 Therefore, in order to avoid such separation of the substrate and the resin, there is a method of improving the releasability between the mold and the resin on the substrate by forming a fluoropolymer having a small surface energy as a release agent on the mold surface. In general, a silane coupling agent solution is allowed to act on the OH groups of the silicon oxide film on the mold surface as a release agent to form a film having a low surface energy (called a release layer) on the mold surface. ing. This release layer can reduce the adhesive force between the mold and the resin.
ところが、熱インプリント用の金属製モールド、特にニッケルに対しては離型剤が付着しにくく安定な離型層を形成できないといった問題が一般的に知られている。 However, it is generally known that a mold release agent is difficult to adhere to a metal mold for thermal imprinting, particularly nickel, and a stable release layer cannot be formed.
そこで、離型剤を付着させるモールド表面をクロムなどの別の元素で置き換え、この表面を酸化処理するなどして離型剤を付着させるなどといった方法が提案されている(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に開示されている方法では、モールドの製造工程が複雑になるといった問題を抱えている。また、スパッタ法を用いているため、表面凹凸パターンの側壁部でクロム膜が薄くなりやすい、あるいはスパッタ時のピンホールが原因で離型不良が起こりやすいなど、モールド品質の安定性と言った面でも問題がある。 However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that the manufacturing process of the mold becomes complicated. In addition, because the sputtering method is used, the chrome film tends to be thin on the side walls of the surface uneven pattern, or mold release is likely to occur due to pinholes during sputtering. But there is a problem.
本発明は、上記問題点を解決するためなされたもので、離型性が良好な熱インプリント用のニッケル製モールドを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nickel mold for thermal imprinting with good releasability.
本発明者は鋭意検討した結果、表面を酸化ニッケルとすることで、フッ素化合物を主体とする離型剤が付着しやすくなることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that a release agent mainly composed of a fluorine compound can be easily adhered by using nickel oxide on the surface.
本発明の請求項1に係る発明は、モールドに形成した凹凸パターンを転写するインプリント用モールドにおいて、モールド材質がニッケルからなり、さらにモールド表面が酸化ニッケルからなることを特徴とする熱インプリント用モールドである。 The invention according to claim 1 of the present invention is an imprint mold for transferring a concavo-convex pattern formed on a mold, wherein the mold material is made of nickel, and the mold surface is made of nickel oxide. It is a mold.
本発明の請求項2に係る発明は、酸化ニッケルの中に酸化ニッケル(III)(Ni2O3)が含まれていることを特徴とする請求項1記載の熱インプリント用モールドである。 The invention according to claim 2 of the present invention is the mold for thermal imprinting according to claim 1, wherein nickel oxide (III) (Ni 2 O 3 ) is contained in the nickel oxide.
本発明の請求項3に係る発明は、酸化ニッケル表面に有機フッ素化合物が付着していることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の熱インプリント用モールドである
。
The invention according to claim 3 of the present invention is the mold for thermal imprinting according to any one of claims 1 and 2, wherein an organic fluorine compound is adhered to the nickel oxide surface.
本発明の請求項4に係る発明は、ニッケルが電鋳ニッケルであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の熱インプリント用モールドである。 The invention according to claim 4 of the present invention is the mold for thermal imprinting according to any one of claims 1 to 3, wherein the nickel is electroformed nickel.
本発明の請求項5に係る発明は、酸化ニッケルが電鋳ニッケルの表面を酸化処理されたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱インプリント用モールドである。 The invention according to claim 5 of the present invention is the mold for thermal imprinting according to any one of claims 1 to 4, wherein the nickel oxide is obtained by oxidizing the surface of electroformed nickel. .
本発明の請求項6に係る発明は、酸化ニッケルがNMP(N−メチル−2−ピロリジノン)により酸化処理されたものであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の熱インプリント用モールドである。 The invention according to claim 6 of the present invention is characterized in that the nickel oxide is oxidized with NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), and the heat-in according to any one of claims 1 to 5 It is a mold for printing.
本発明の請求項7に係る発明は、モールドをニッケルの電鋳により形成した後、表面を酸化処理することを特徴とする熱インプリント用モールドの製造方法である。 The invention according to claim 7 of the present invention is a method for manufacturing a mold for thermal imprinting, characterized in that after the mold is formed by electroforming nickel, the surface is oxidized.
本発明の請求項8に係る発明は、NMP(N−メチル−2−ピロリジノン)を含む溶液を用いて酸化処理することを特徴とする請求項7記載の熱インプリント用モールドの製造方法である。 The invention according to claim 8 of the present invention is the method for producing a mold for thermal imprinting according to claim 7, wherein the oxidation treatment is performed using a solution containing NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone). .
本発明の請求項9に係る発明は、酸化ニッケル表面に有機フッ素化合物を付着させることを特徴とする請求項7または8のいずれかに記載の熱インプリント用モールドの製造方法である。 The invention according to claim 9 of the present invention is the method for manufacturing a mold for thermal imprinting according to any one of claims 7 and 8, wherein an organic fluorine compound is adhered to the surface of nickel oxide.
本発明の熱インプリント用モールドは、モールド表面が酸化ニッケルからなることを特徴とする。これにより、離型剤が付着しやすくなり、安定した離型層を形成することが出来る。また、酸化処理を行うだけで、モールド表面を酸化ニッケルにすることが出来る。このため、製造工程を簡略することが可能となる。 The mold for thermal imprinting of the present invention is characterized in that the mold surface is made of nickel oxide. Thereby, a mold release agent becomes easy to adhere and a stable mold release layer can be formed. Moreover, the nickel mold surface can be made into nickel oxide only by performing oxidation treatment. For this reason, the manufacturing process can be simplified.
以上より、本発明の熱インプリント用モールドおよびその製造方法は、純ニッケルモールドに対して離型処理が可能となり、従来の複雑なモールド製造プロセスを省略でき、モールド製造コストを下げることができる。 As described above, the mold for thermal imprinting and the manufacturing method thereof according to the present invention can be released from the pure nickel mold, can omit the conventional complicated mold manufacturing process, and can reduce the mold manufacturing cost.
以下、本発明の実施の形態につき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は、本発明の熱インプリント用モールドの一実施例を示す模式構成断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the thermal imprint mold of the present invention.
本発明の熱インプリント用モールド100は、ニッケルよりなるモールド10、酸化ニッケル(III)よりなる11、有機フッ素化合物からなる離型層12より構成される。この構成とすることで、離型層の安定化が可能である。
The
本発明の熱インプリント用モールドの製造方法について説明する。 The manufacturing method of the mold for thermal imprinting of the present invention will be described.
本発明の熱インプリント用モールドは、公知の電鋳などの方法によりまずモールド10を作製する。
In the mold for thermal imprinting of the present invention, the
次に、モールド10を酸化処理して、表面に酸化ニッケル(III)層11を形成する。酸化処理は、熱酸化などの方法でも可能であるが、NiのpH電位図に示される様に、溶液のORP(Oxidation−Reduction Potential)やpHを適切な値とすることにより、溶液処理によっても可能である。好ましくは、NMPを含む溶液を用いることである。NMP含有量は50%以上が好ましく、処理温度は40℃以上、処理時間は3分以上が好ましい。
Next, the
次に、11の表面に有機フッ素化合物12をコーティングする。コーティングには、有機フッ素化合物に浸漬あるいはスピンコートする方法、有機フッ素化合物を蒸着する方法など、各種方法を用いることができる。
Next, the
リンなどの不純物を含まない純ニッケル製のモールドを準備した。このモールドを、NMP(N−メチル−2−ピロリジノン)溶液に浸漬し表面処理した。浸漬温度は70℃、浸漬時間は30分とした。30分浸漬後、NMP溶液より引き上げ、20分間純水でリンスし、その後自然乾燥させた。サンプル表面をXPS(X線光電子分光法)にて測定し、ニッケルの状態分析を行った。さらに有機フッ素化合物を蒸着してコーティングした。 A mold made of pure nickel not containing impurities such as phosphorus was prepared. The mold was immersed in an NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone) solution and surface-treated. The immersion temperature was 70 ° C. and the immersion time was 30 minutes. After being immersed for 30 minutes, it was lifted from the NMP solution, rinsed with pure water for 20 minutes, and then naturally dried. The sample surface was measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), and the state of nickel was analyzed. Further, an organic fluorine compound was deposited and coated.
リンなどの不純物を含まない純ニッケル製のモールドを準備した。このモールドを、NMP(N−メチル−2−ピロリジノン)を60%含む溶液に浸漬し表面処理した。浸漬温度は70℃、浸漬時間は30分とした。30分浸漬後、この溶液より引き上げ、20分間純水でリンスし、その後自然乾燥させた。サンプル表面をXPS(X線光電子分光法)にて測定し、ニッケルの状態分析を行った。さらに有機フッ素化合物を蒸着してコーティングした。 A mold made of pure nickel not containing impurities such as phosphorus was prepared. This mold was immersed in a solution containing 60% of NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone) and surface-treated. The immersion temperature was 70 ° C. and the immersion time was 30 minutes. After being immersed for 30 minutes, it was lifted from this solution, rinsed with pure water for 20 minutes, and then naturally dried. The sample surface was measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), and the state of nickel was analyzed. Further, an organic fluorine compound was deposited and coated.
リンなどの不純物を含まない純ニッケル製のモールドを準備した。このモールドを薬液には浸漬させずに20分間純水にてリンスし、その後自然乾燥させた。サンプル表面をXPS(X線光電子分光法)にて測定し、ニッケルの状態分析を行った。さらに有機フッ素化合物を蒸着してコーティングした。 A mold made of pure nickel not containing impurities such as phosphorus was prepared. The mold was rinsed with pure water for 20 minutes without being immersed in the chemical solution, and then naturally dried. The sample surface was measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), and the state of nickel was analyzed. Further, an organic fluorine compound was deposited and coated.
<比較評価>
実施例1〜3で作製したサンプルを、熱ナノインプリントを想定しオーブンで270℃で加熱した。その後XPSで表面測定しフッ素の存在を調査した。その結果を表1に示す。表1からも明らかな通り、Ni2O3の状態が存在する実施例1や2の場合は加熱後にもフッ素が検出されたが、Ni2O3が存在しない実施例3の場合には加熱後にはフッ素が検出されず、有機フッ素化合物が消失してしまったことが分かる。
<Comparison evaluation>
The samples prepared in Examples 1 to 3 were heated at 270 ° C. in an oven assuming thermal nanoimprint. Thereafter, the surface was measured by XPS to investigate the presence of fluorine. The results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, in Examples 1 and 2 where the state of Ni 2 O 3 exists, fluorine was detected even after heating, but in Example 3 where Ni 2 O 3 does not exist, heating occurred. It can be seen that fluorine was not detected later and the organic fluorine compound had disappeared.
以上の比較評価からも明らかなように、本発明のニッケル表面処理により有機フッ素化合物が強固にニッケル表面に付着していることが分かる。 As is apparent from the above comparative evaluation, it can be seen that the organic fluorine compound is firmly attached to the nickel surface by the nickel surface treatment of the present invention.
10…モールド
11…酸化ニッケル(III)層
12…有機フッ素化合物からなる離型層
100…本発明の熱インプリント用モールドの構成図
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