JP2011066273A - Method of forming fine mask pattern, nanoimprint lithography method, and method of manufacturing microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、型の微細構造を転写する微細マスクパターンの形成方法、ナノインプリントリソグラフィ方法および微細構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a fine mask pattern for transferring a fine structure of a mold, a nanoimprint lithography method, and a method for manufacturing a fine structure.
ナノインプリントリソグラフィは、型の微細構造を型押しして転写するリソグラフィであり(特許文献1参照)、簡便で安価な方法でありながら10nm程度の解像度があるといわれている(非特許文献1参照)。従来の一般的なナノインプリントリソグラフィの工程を図8に示す。 Nanoimprint lithography is lithography in which a fine structure of a mold is transferred by embossing (see Patent Document 1), and is said to have a resolution of about 10 nm while being a simple and inexpensive method (see Non-Patent Document 1). . FIG. 8 shows a conventional general nanoimprint lithography process.
図8のように、基材102に紫外線硬化性樹脂103をスピンコート法等により塗布する(a)。次に、微細な凹凸構造等からなる微細構造101aを有する型101を用意し(b)、型101で樹脂層103を押圧しながら紫外線を照射し樹脂層103を硬化させた後(c)、離型を行い、硬化した樹脂層103を型101から分離する(d)。次に、基材102上の樹脂層(パターン層)103の凹部の残膜104をアッシング処理で除去し(e)、次に、基材102にエッチング加工を施すことで基材102を除去加工し、最終的に樹脂層103を完全に除去し、型101の微細構造101aに対応した微細構造105を有する基材102を作製する(f)。
As shown in FIG. 8, an ultraviolet
上述のように紫外線硬化性樹脂を用いるナノインプリント方法を一般に光ナノインプリント法、または、UV(紫外線)ナノインプリント法と呼ぶ。また、図8において、樹脂として熱可塑性樹脂を用い、加熱・押圧することで型101の微細構造101aを転写する方法でもよく、これを熱ナノインプリント法と呼ぶ。また、樹脂の代わりにスピンオングラス(SOG)や水素シルセスキオキサン(HSQ)などのゾルゲル系材料を用いた室温ナノインプリントがある。
As described above, a nanoimprint method using an ultraviolet curable resin is generally referred to as an optical nanoimprint method or a UV (ultraviolet) nanoimprint method. In FIG. 8, a method may be used in which a thermoplastic resin is used as the resin and the
上述のように、ナノインプリント方法により基材102上に得られた微細凹凸構造を有するパターン層(樹脂層)103は、その凸部を基材102の加工のためのマスクとして使用することが多い。このような使用方法においては、パターン層103の凹部底面にある残膜104の厚さが厚い場合、残膜104を除去する段階で、図9のように残膜104の除去にともなってパターン層103の凸部103aも先端部分で除去されて破線の元の形状から変化してしまうことから、パターン層103の凸部103aの元の形状を維持することが難しかった。このため、図9のように先端部分が除去されて形状精度の低下した凸部103aをマスクとして用いることで図8(e)の基材102にエッチング加工を行うと、このマスクに対応して形成される図8(f)の微細構造105の精度が低下してしまう。このように残膜104の除去工程に起因して型101の微細構造101aに対応した精度のよい加工ができなかった。このため、残膜104の厚さはできる限り薄いことが望まれている。すなわち、残膜104の厚さは、マスクとしてのパターン層103の凹凸構造の高さに対して充分に薄いことが望ましく、0がさらに望ましい。しかしながら、従来のナノインプリント方法によれば、残膜104の厚さを、例えば10〜20nm程度まで薄くするのは非常に困難であり、さらに0にすることはほぼ不可能であった。
As described above, the pattern layer (resin layer) 103 having a fine concavo-convex structure obtained on the
特許文献2は、樹脂層をマスク層としてエッチングを行うに際しては、パターンの下地に存在する残膜を除去することが必要であるが、樹脂層に形成されたパターンは上部のエッジが落ちて三角の形状となってしまい、これをマスクとして基板の加工を行うと、垂直性、及び加工精度を得るのが困難となる場合が生じることおよび残膜を薄く制御することはきわめて難しい技術であると指摘している([0004][0005][0007])。特許文献3も、微細パターン加工前には、インプリントプロセス後のレジストパターンで生じる残膜の除去が必要となるため、残膜を極力低減することに加えて、基板全面での残膜の均一性が重要となることを指摘している([0007])。 In Patent Document 2, when etching is performed using a resin layer as a mask layer, it is necessary to remove the remaining film existing on the base of the pattern. However, the pattern formed on the resin layer has a triangular shape with the upper edge falling. If the substrate is processed using this as a mask, it may be difficult to obtain verticality and processing accuracy, and it is extremely difficult to control the remaining film thinly. ([0004] [0005] [0007]). Also in Patent Document 3, since it is necessary to remove the residual film generated in the resist pattern after the imprint process before the fine pattern processing, in addition to reducing the residual film as much as possible, the residual film is uniform over the entire surface of the substrate. It points out that gender is important ([0007]).
非特許文献2によれば、樹脂層の代わりに無機材料であるSOGを用いることで、高いドライエッチング耐性を持つことが特徴のマスクを作製することができているが、残膜の薄膜化、均一性の面で上記同様の課題がある。さらに、SOGを室温インプリントする場合、SOG材料は樹脂材料に比べて硬度が高いため、文献によると60Mpa(樹脂の場合の約10倍)もの高圧条件で押圧する必要があり、転写型への負担が大きく、転写型の寿命が短くなり、マスクパターンの製造コストが高くなる問題が想像される。 According to Non-Patent Document 2, a mask characterized by having high dry etching resistance can be produced by using SOG, which is an inorganic material, instead of a resin layer. There is a problem similar to the above in terms of uniformity. Furthermore, when SOG is imprinted at room temperature, the hardness of SOG material is higher than that of resin material, so according to the literature, it is necessary to press at a high pressure condition of 60 Mpa (about 10 times that of resin). The problem is that the burden is large, the life of the transfer mold is shortened, and the manufacturing cost of the mask pattern is increased.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、基材上に残膜がないまたは薄いパターンを形成可能な微細マスクパターンの形成方法を提供することを目的とする。また、基材に対して精度よくかつ容易にリソグラフィ加工が可能なナノインプリントリソグラフィ方法および微細構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for forming a fine mask pattern that can form a thin pattern with no residual film on a substrate. It is another object of the present invention to provide a nanoimprint lithography method and a fine structure manufacturing method capable of performing lithography processing accurately and easily on a substrate.
上記目的を達成するための微細マスクパターンの形成方法は、微細凹凸構造を有する型に膜を形成し、前記型上の膜を前記型の微細凹凸構造の凸面または前記凸面の近傍まで除去し、前記型上の膜を除去した後の表面に基材を重ね合わせて物理的相互作用により密着させ、前記基材から前記型を除去することで、前記基材上に前記微細凹凸構造に対応した前記膜からなる微細マスクパターンを形成することを特徴とする。 A method for forming a fine mask pattern for achieving the above object is to form a film on a mold having a fine concavo-convex structure, remove the film on the mold to the convex surface of the fine concavo-convex structure of the mold or the vicinity of the convex surface, A substrate was superimposed on the surface after removing the film on the mold and adhered by physical interaction, and the mold was removed from the substrate, thereby corresponding to the fine concavo-convex structure on the substrate. A fine mask pattern made of the film is formed.
この微細マスクパターンの形成方法によれば、型上に形成した膜を型の微細凹凸構造の凸面またはその凸面の近傍まで除去するとともに、その除去後の表面に基材を重ね合わせると、重ね合わされた表面と基材表面とが物理的相互作用により互いに吸着して接着材等を介在させずに密着するので、基材から型を除去すると、基材上に残膜がないかまたは薄い微細マスクパターンを型の微細凹凸構造に対応して形成することができる。 According to this method for forming a fine mask pattern, the film formed on the mold is removed to the convex surface of the fine concave-convex structure of the mold or to the vicinity of the convex surface, and when the substrate is superimposed on the surface after the removal, the film is superimposed. The surface of the substrate and the surface of the substrate are adsorbed to each other by physical interaction and adhere to each other without interposing an adhesive or the like, so that when the mold is removed from the substrate, there is no residual film on the substrate or a thin fine mask A pattern can be formed corresponding to the fine relief structure of the mold.
上記微細マスクパターンの形成方法において、前記型の微細凹凸構造が樹脂材料からなる樹脂層により形成されていることが好ましい。なお、型が型部材と型部材上に形成された樹脂層とを備える場合、基材から型を除去する際に、基材に密着した樹脂層から型部材を分離し、次に樹脂層を除去することで、基材上の微細マスクパターンに余分な負荷が加わらず、微細マスクパターンの変形や損傷等を防ぐことができる。 In the method for forming a fine mask pattern, the fine concavo-convex structure of the mold is preferably formed of a resin layer made of a resin material. When the mold includes a mold member and a resin layer formed on the mold member, when removing the mold from the base material, the mold member is separated from the resin layer in close contact with the base material, and then the resin layer is removed. By removing, an extra load is not applied to the fine mask pattern on the substrate, and deformation or damage of the fine mask pattern can be prevented.
また、前記樹脂層の微細凹凸構造は転写型から転写されることにより形成されることができる。これにより、転写型を例えばSOGのような硬い材料に押圧する必要がないため、転写型への負担が小さく、転写型の寿命を延ばすことができ、マスクパターン製造コストを安価にすることができる。なお、転写型は、例えば、シリコンウエハに電子ビーム描画によってレジストマスクを作製し、エッチング加工により微細凹凸構造を形成することで得ることができる。 The fine uneven structure of the resin layer can be formed by being transferred from a transfer mold. This eliminates the need to press the transfer mold against a hard material such as SOG, thereby reducing the burden on the transfer mold, extending the life of the transfer mold, and reducing the mask pattern manufacturing cost. . The transfer mold can be obtained, for example, by forming a resist mask on a silicon wafer by electron beam drawing and forming a fine concavo-convex structure by etching.
また、前記型に形成する膜はSOG(スピンオンガラス(spin on glass))またはシリコン含有樹脂材料からなることが好ましい。 The film formed on the mold is preferably made of SOG (spin on glass) or a silicon-containing resin material.
また、前記型上の膜を前記型の微細凹凸構造の凸面または前記凸面の近傍まで除去する際に、その除去の終点を検出することで、基材上に残膜のないまたは薄い微細マスクパターンを確実に形成することができる。 Further, when the film on the mold is removed to the convex surface of the fine concavo-convex structure of the mold or to the vicinity of the convex surface, by detecting the end point of the removal, there is no thin film on the substrate or a thin fine mask pattern Can be reliably formed.
なお、前記基材を密着させる前に前記型上の膜を除去した後の表面に対し密着性向上のために前処理を行うことが好ましい。かかる前処理として、UVオゾン処理、プライマー処理、酸素アッシング処理、帯電処理、窒素プラズマ処理及び洗浄処理の内のいずれかが好ましい。また、型に膜を形成する前に、型の例えば樹脂層の表面に上記前処理を行うことで、樹脂層と膜との密着性を向上できる。また、前記密着の後に、所定時間放置、加熱処理、静電気吸着処理及び加圧処理のうちのいずれかを実行することで、両者の密着性向上に寄与できる。 In addition, it is preferable to perform a pretreatment for improving the adhesion to the surface after removing the film on the mold before the substrate is adhered. As such pretreatment, any of UV ozone treatment, primer treatment, oxygen ashing treatment, charging treatment, nitrogen plasma treatment and cleaning treatment is preferable. Moreover, before forming a film | membrane in a type | mold, the adhesiveness of a resin layer and a film | membrane can be improved by performing the said pre-processing on the surface of a type | mold, for example, a resin layer. Moreover, it can contribute to improvement of adhesiveness of both by performing any one of the leaving for a predetermined time, heat processing, electrostatic adsorption processing, and pressurization processing after the said close_contact | adherence.
上記目的を達成するためのナノインプリントリソグラフィ方法は、上述の微細マスクパターンの形成方法により前記基材上に形成された微細マスクパターンをマスクとして前記基材に対してリソグラフィ加工を行うことを特徴とする。 A nanoimprint lithography method for achieving the above-described object is characterized in that lithography processing is performed on the base material using the fine mask pattern formed on the base material as a mask by the fine mask pattern forming method described above. .
このナノインプリントリソグラフィ方法によれば、基材上に残膜のないかまたは薄い微細マスクパターンを形成できるので、残膜を除去する必要がなく、または、残膜を除去するとしても容易に除去でき、微細マスクパターンの精度が低下せず、このため、基材に対して精度よくかつ容易にリソグラフィ加工を行うことができる。 According to this nanoimprint lithography method, since there is no residual film or a thin fine mask pattern can be formed on the substrate, it is not necessary to remove the residual film, or it can be easily removed even if the residual film is removed, The precision of the fine mask pattern does not decrease, and therefore, lithography processing can be performed accurately and easily on the substrate.
上記目的を達成するための微細構造体の製造方法は、上述の微細マスクパターンの形成方法により前記基材上に形成された微細マスクパターンと前記基材とを有するマスク構造体に対して前記微細マスクパターンおよび前記基材の除去加工を行うことで、前記微細マスクパターンに対応した微細構造を有する微細構造体を製造することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fine structure manufacturing method includes the fine mask pattern formed on the base material by the fine mask pattern forming method and the mask structure having the base material. A fine structure having a fine structure corresponding to the fine mask pattern is manufactured by removing the mask pattern and the base material.
この微細構造体の製造方法によれば、基材上に残膜のないかまたは薄い微細マスクパターンを形成できるので、残膜を除去する必要がなく、または、残膜を除去するとしても容易に除去でき、微細マスクパターンの精度が低下せず、このため、微細マスクパターンおよび基材に対して精度よくかつ容易に除去加工を行うことができ、精度のよい微細構造を有する微細構造体を製造することができる。 According to this method for manufacturing a fine structure, a fine mask pattern having no remaining film or a thin film can be formed on the substrate, so that it is not necessary to remove the remaining film or even if the remaining film is removed. It can be removed, and the precision of the fine mask pattern is not lowered. Therefore, the fine mask pattern and the substrate can be removed accurately and easily, and a fine structure having a precise fine structure is manufactured. can do.
本発明の微細マスクパターンの形成方法によれば、基材上に残膜がないまたは薄いパターンを形成することができる。また、本発明のナノインプリントリソグラフィ方法によれば、基材に対して精度よくかつ容易にリソグラフィ加工を行うことができ、また、微細構造体の製造方法によれば、微細マスクパターンおよび基材に対して精度よくかつ容易に除去加工を行うことができ、精度のよい微細構造を有する微細構造体を製造できる。 According to the fine mask pattern forming method of the present invention, it is possible to form a thin pattern with no residual film on the substrate. Further, according to the nanoimprint lithography method of the present invention, it is possible to accurately and easily perform lithography processing on the base material, and according to the fine structure manufacturing method, the fine mask pattern and the base material can be processed. Therefore, the removal process can be performed accurately and easily, and a fine structure having a fine structure with high precision can be manufactured.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図1は本実施形態による微細マスクパターンの形成方法の各工程(a)〜(f)を説明するための基材の概略的な側面図である。図2は図1で使用可能な樹脂型の作製工程(a)〜(d)を説明するための概略的な側面図である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view of a substrate for explaining the steps (a) to (f) of the fine mask pattern forming method according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic side view for explaining steps (a) to (d) of resin molds usable in FIG.
〈樹脂型の作製〉
最初に、微細凹凸構造を有する型として樹脂型の作製方法について図2を参照して説明する。まず、微細な凹凸構造10aを有する転写型10に、微細凹凸構造10aを埋めてかつ更にその上に堆積された状態に紫外線硬化性樹脂層11をスピンコート法で塗布し形成する(a)。
<Production of resin mold>
First, a method for producing a resin mold as a mold having a fine uneven structure will be described with reference to FIG. First, the ultraviolet
次に、紫外線を照射することで紫外線硬化性樹脂層11(以下、単に「樹脂層11」ともいう。)を硬化させ、この樹脂層11の表面にUVオゾン処理を行うことで樹脂層11の表面を活性化(−OH配向)し、この樹脂層11の表面にガラス基材からなる型部材12を貼り合わせ、物理的相互作用による自己吸着力(分子間力)によって全面を樹脂層11の表面に密着させる(b)。
Next, the ultraviolet curable resin layer 11 (hereinafter, also simply referred to as “
次に、紫外線硬化性樹脂層11の表面とガラス製の型部材12との密着性向上のために加熱処理を行い、その後、室温まで冷却し転写型10との離型を行うことで、樹脂層11とガラス製の型部材12とから構成される樹脂型14を得る(c)。樹脂型14の樹脂層11は、転写型10の微細な凹凸構造10aが転写された微細な凹凸構造11aを有する。
Next, heat treatment is performed to improve the adhesion between the surface of the ultraviolet
次に、図3を参照して樹脂型の別の作製方法について説明する。なお、以下において図2に示したものと同じ材料のものには同じ符号を付して説明する。まず、ガラス製の型部材12に紫外線硬化性樹脂層11をスピンコート法で塗布し形成する(a)。次に、微細な凹凸構造10aを有する転写型10を紫外線硬化性樹脂層11に押圧する(b)。次に、紫外線を照射することで紫外線硬化性樹脂層11を硬化させる(c)。次に、転写型10と紫外線硬化性樹脂層11とを離型することで、転写型10の微細な凹凸構造10aが樹脂層11に転写された微細な凹凸構造11aを有する樹脂型14を得る(d)。
Next, another method for producing a resin mold will be described with reference to FIG. In the following description, the same material as that shown in FIG. First, an ultraviolet
なお、図2,図3の転写型10は、シリコンウエハからなり、シリコンウエハに電子ビーム描画によってレジストマスクを作製し、エッチング加工により周期的に微細な凹凸のある凹凸構造10aを形成することで得ることができるが、この方法に限定されるものではない。
The
〈微細マスクパターンの形成〉
次に、本実施形態による微細マスクパターンの形成方法について図1を参照して説明する。
<Formation of fine mask pattern>
Next, the method for forming the fine mask pattern according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図2または図3のようにして微細な凹凸構造11aが形成された樹脂層11を有する樹脂型14を作製する(a)。次に、樹脂型14に微細凹凸構造11aを埋めてかつ更にその上に堆積された状態にSOG膜15をスピンコート法で塗布し形成する(b)。SOG膜15はスピンコート法により均一な厚さに精度よく形成できる。なお、ここでいう均一な厚さとは、微細凹凸構造の深さ(微細凹凸構造によるSOG膜の厚さ)を無視した厚さである。
As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
次に、SOG膜15をドライエッチングによりエッチバックすることで樹脂型14の凹凸構造11aの凸面11bを表面に露出させる(c)。このとき、凹凸構造11aの凹部内にはSOG膜15が存在する。
Next, the
次に、図1(c)の凸面11bが露出した表面15aにシリコン基材16を重ね合わせることで密着させる(d)。このとき、凸面11bが露出した表面15aとシリコン基材16との間に接着材等を介在させなくとも表面15aとシリコン基材16とが物理的相互作用による自己吸着力(分子間力)によって互いに吸着(自己吸着)し密着する。
Next, the
次に、凸面11bが露出した表面15aとシリコン基材16との更なる密着性向上のために加熱処理を行い、その後、室温まで冷却し離型を行うことで、樹脂型14のガラス基材12を樹脂層11から分離する(e)。これにより、SOG膜15および樹脂層11をシリコン基材16へ転写する。
Next, the glass substrate of the
次に、シリコン基材16上の樹脂層11をアッシング処理により除去することで、シリコン基材16上に残膜がなくSOG膜15を有するマスク構造体17を得る(f)。
Next, the
上述のようにして、樹脂型14の凹凸構造11aが転写されたSOG膜15からなる微細マスクパターンを有するマスク構造体17を作製することができる。
As described above, the
以上のように、本実施形態の微細マスクパターンの形成方法によれば、樹脂型14上に形成したSOG膜15を微細凹凸構造11aの凸面11bが露出するまで除去するとともに、その除去後の表面15aにシリコン基材16を重ね合わせると、重ね合わされた表面15aとシリコン基材16の表面とが物理的相互作用により互いに吸着して接着材等を介在させずに密着する。このため、シリコン基材16から最終的に樹脂型14を除去すると、シリコン基材16上にSOG膜15が残り、シリコン基材16上に不要な残膜がなく、樹脂型14の凹凸構造11aが微細マスクパターンとして転写されたSOG膜15を有するマスク構造体17を得ることができる。
As described above, according to the fine mask pattern forming method of the present embodiment, the
また、樹脂型14が型部材12とその型部材12上に形成された樹脂層11とを備え、図1(d)〜(e)に示すようにシリコン基材16から型14を除去する際に、樹脂層11から型部材12を分離し、次に、樹脂層11を除去することで、シリコン基材16上のSOG膜15からなる微細マスクパターンに余分な負荷が加わらず、微細マスクパターンの変形や損傷等を防ぐことができる。また、図1(e)〜(f)に示すように樹脂層11を除去する際に、SOG膜15が無機材料であるため、樹脂層11のみをアッシング処理等によって除去しSOG膜15を残すことが容易である。
When the
また、図2または図3のようにして転写型10を用いて樹脂型14を作成し、その樹脂型14の樹脂層11上にSOG膜15をスピンコートで形成するので、転写型10をSOGのような硬い材料に押圧する必要はなく、例えば、図2(a)で転写型10に樹脂層をスピンコートで形成し、また、図3の工程(b)では転写型10をSOGよりも柔らかい樹脂(硬化前の紫外線硬化樹脂)に押圧すればよいため、転写型10への負担が小さく、転写型10の寿命を延ばすことができ、マスクパターン製造コストを安価にすることができる。
Also, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
なお、図1(c)のSOG膜15のエッチバック工程において、そのエッチバックの終点を検出することで、残膜をなくすか、また、残膜が残るとしても残膜を充分に薄くすることができる。このエッチバックの終点検出のために、例えば、SOG中のSiとエッチングガス(例えば、CF系)との反応成分(例えば、SiF)を検出するようにしてもよい。
In addition, in the etch back process of the
また、シリコン基材16上に残膜が薄く残る場合、その残膜の厚さは、図1(a)の微細凹凸構造11aの構造高さhに対して充分に薄いことが望ましく、例えば、構造高さhの1/2以下が望ましい。
Further, when the remaining film remains thin on the
次に、図1(d)で凸面11bが露出した表面15aにシリコン基材16を重ね合わせて密着させたときの両者の物理的相互作用について図4を参照して説明する。図4は、図1(d)における物理的相互作用による自己吸着作用を説明するために2つの基材が互いに吸着しあう様子を模式的に示す側面図である。
Next, the physical interaction between the
二つの基材C,Dを貼り合せるために重ねると、それぞれの平面性が異なるので、重ね合わせた初期は二つの基材C,Dの間にはある距離が存在し、ニュートン縞が見える状態となるが、ある時間が経過すると(または1箇所に力をかけて接触させると)、図4のように、基材C,Dは、部分Eで部分的に接触した状態になる。この状態ができると、接触部分Eの近傍において、基材C,D間で分子間力に由来する引力a,b,c(基材C,D間の距離が短い順からa>b>c)が働くことで、互いに相手側の基材C,Dを変形させながら、または、相対的に変形しやすい基材C,Dが変形しながら、接触領域が徐々に拡大していき、最終的に全面が密着した状態となる。このように、二つの基材C,Dを重ね合わせると、上述の物理的相互作用によって互いに自己吸着し、全面が密着する。 When the two substrates C and D are overlapped for bonding, the flatness of each is different, so there is a certain distance between the two substrates C and D at the beginning of the overlap, and Newton stripes are visible However, when a certain period of time has passed (or when a force is applied to one place to make contact), the base materials C and D are in a state of being in partial contact at the portion E as shown in FIG. When this state is achieved, in the vicinity of the contact portion E, attraction forces a, b, c derived from intermolecular forces between the base materials C, D (a> b> c from the shortest distance between the base materials C, D). ), The contact area gradually expands while the counterpart substrates C and D are deformed relative to each other or the relatively easily deformable substrates C and D are deformed. The entire surface is in close contact with the surface. Thus, when the two base materials C and D are overlapped, they are self-adsorbed by the above-described physical interaction, and the entire surface is in close contact.
次に、上述の自己吸着に関する好ましい態様について三例(1)〜(3)を説明する。 Next, three examples (1) to (3) will be described with respect to a preferred embodiment relating to the self-adsorption described above.
(1)図1(d)において、自己吸着させるシリコン基材16と表面15aの互いの面は平坦であることが好ましく、平坦度として、平均表面粗さが中心線平均粗さRaで1nm以下であることが好ましい。なお、この場合のRaは表面の面粗さであって、微細構造に由来した凹凸成分は含まない。
(1) In FIG.1 (d), it is preferable that the mutual surface of the silicon |
(2)図1(d)における自己吸着工程は、大気圧下(常圧)で行ってよいが、真空下で行うことでシリコン基材16と表面15aとの間に気泡をはらむことがなくより密着性向上に寄与するので、真空(減圧)状態で行うことがより好ましい。
(2) The self-adsorption process in FIG. 1 (d) may be performed under atmospheric pressure (normal pressure), but by performing under vacuum, air bubbles are not trapped between the
(3)図1(d)において自己吸着させる表面とシリコン基材の互いの面は、分子間力によって変形できる程度の剛性を有することが好ましい。 (3) It is preferable that the surface to be self-adsorbed and the surface of the silicon substrate in FIG. 1 (d) have such rigidity that they can be deformed by intermolecular force.
次に、図1(e)の分離工程において、シリコン基材16と表面15aとが密着し、樹脂型14の樹脂層11から型部材12が分離可能である理由について図5を参照して説明する。図5は、図1(d)で型部材12のガラスと樹脂層11の樹脂と、SOG膜15のSOGと、シリコン基材16のシリコン(Si)との間の各界面でそれぞれ作用する密着力Fa,Fb,Fcを説明するための模式的な側面図である。
Next, the reason why the
図5のように、型部材のガラスと例えばアクリル樹脂からなる樹脂との界面における密着力Fa、および、SOGと樹脂との界面における密着力Fbは、−OH基と−CH3との相互作用によるものであり、通常、Fa≒Fbであるが、SOGと樹脂とが凹凸構造により密着しているため、表面積が大きくアンカー効果によりFb>Faになる。 As shown in FIG. 5, the adhesion force Fa at the interface between the glass of the mold member and a resin made of, for example, an acrylic resin, and the adhesion force Fb at the interface between the SOG and the resin are the interaction between the —OH group and —CH 3. Usually, Fa≈Fb, but since the SOG and the resin are in close contact with each other by the concavo-convex structure, the surface area is large and Fb> Fa due to the anchor effect.
また、SOGとシリコンとの界面における密着力Fcは、SOGの表面の−OH基と、シリコンの−OH基との静電的相互作用によって大きくなるので、前処理を行わなくてもFc>Faになる。 Further, since the adhesion force Fc at the interface between SOG and silicon is increased by the electrostatic interaction between the -OH group on the surface of SOG and the -OH group of silicon, Fc> Fa even without pretreatment. become.
以上のように、型部材のガラスと樹脂との界面における密着力Faが他の界面における密着力Fb、Fcよりも小さくなるので、樹脂層11と型部材12との界面において樹脂層11から型部材12を他の界面よりも優先的に分離させることができる。
As described above, since the adhesion force Fa at the interface between the glass and the resin of the mold member is smaller than the adhesion forces Fb and Fc at the other interfaces, the mold from the
また、シリコン基材16を密着させた後の後処理として、所定時間放置、加熱処理、静電気吸着処理及び加圧処理のうちのいずれかを実行することで、密着性向上に寄与できる。
Further, as post-processing after the
また、図1(c)のように樹脂層11の凸面11bが露出した表面15aにおいて、SOG層15の表面と凸面11bとが混在して図4の密着力Fcが低めの場合は、シリコン基材16を密着させる前の前処理として表面15aに対しUVオゾン処理、エキシマランプ処理、酸素アッシング処理、アルカリ洗浄とアルコール洗浄との洗浄処理の内のいずれかの処理を行うことで密着力を向上させる。
Further, as shown in FIG. 1C, in the
次に、図1(f)で得られた微細マスクパターンを有するマスク構造体17から微細構造体を作製する工程について図6を参照して説明する。図6は図1で得たマスク構造体から微細構造体を作製する工程(a)〜(d)を説明するための基材の概略的な側面図である。
Next, a process of manufacturing a fine structure from the
図6(a)のように、図1(f)で得たマスク構造体17は、シリコン基材16上に、樹脂型14の凹凸構造11aが転写されたSOG膜15からなる微細マスクパターンを有している。このマスク構造体17に対し、SOG膜15が存在する側である図面上の上方から、公知のエッチング加工を施すことで、図6(b)のように、SOG膜15と、SOG膜15以外の部分のシリコン基材16とを除去加工(リソグラフィ加工)し、さらに、図6(c)のようにSOG膜15を完全に除去しSOG膜15の微細マスクパターンに対応した微細凹凸構造18を形成し、必要に応じてさらにエッチング加工を行うことで、図6(d)のように最終的な微細凹凸構造19をシリコン基材16上に形成する。このようにして、目的の微細凹凸構造19を有する微細構造体20を得ることができる。
As shown in FIG. 6A, the
上述のように、図1(f)で得たマスク構造体17のSOG膜15の凹部底面において、図8(d)のような残膜104がないか、または、あったとしても充分薄いため、図6(b)のエッチング加工において残膜の除去が不要乃至ほとんど不要であり、図9のような残膜除去によるSOG膜15の凸面の形状精度の低下がほとんどないから、SOG膜15の微細マスクパターンに対応した目的の微細凹凸構造19を精度よく形成することができる。このようにして精度のよい微細凹凸構造19を有する微細構造体20を作製することができる。
As described above, there is no remaining
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
最初に、図2に示す工程で樹脂型を作製した。まず、転写型材料としてシリコンウエハ(4インチ、厚さ0.525mm、平面度PV=5μm(有効径50mm))を用いて、電子ビーム描画によってレジストマスクを作製し、ドライエッチングによって、周期的に微細な凹凸のある微細形状を掘り込んで転写型を作製した。この微細形状は構造周期620nm、ホール径310nm、構造深さ200nmのホールアレイ構造である。この転写型に被転写材としてアクリル系紫外線硬化性樹脂(東洋合成工業製PAK02)をスピンコート法で塗布し(3000rpm、60秒)、樹脂層を形成した。その後、ピーク波長365nmの紫外線を1分間照射することで紫外線硬化性樹脂層を硬化させた。この樹脂層の表面にUVオゾン処理(UV光源:低圧水銀ランプ、処理時間:2分)を行うことで樹脂層の表面を活性化(−OH配向)した。この樹脂層の表面に基材としてテンパックス製ガラス基板(3インチ、厚さ0.6mm)を貼り合わせ、自己吸着力(分子間力)によって全面を密着させた。その後、基材への密着性向上のために加熱処理(120℃、20秒)を行った。その後、室温まで冷却し離型を行うことで、樹脂型を作製した。 First, a resin mold was produced by the process shown in FIG. First, using a silicon wafer (4 inches, thickness 0.525 mm, flatness PV = 5 μm (effective diameter 50 mm)) as a transfer mold material, a resist mask is prepared by electron beam drawing, and periodically by dry etching. A transfer mold was fabricated by digging out a fine shape with fine irregularities. This fine shape is a hole array structure having a structure period of 620 nm, a hole diameter of 310 nm, and a structure depth of 200 nm. An acrylic ultraviolet curable resin (PAK02 manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) as a transfer material was applied to this transfer mold by a spin coating method (3000 rpm, 60 seconds) to form a resin layer. Thereafter, the ultraviolet curable resin layer was cured by irradiating ultraviolet rays having a peak wavelength of 365 nm for 1 minute. The surface of the resin layer was activated (-OH orientation) by performing UV ozone treatment (UV light source: low-pressure mercury lamp, treatment time: 2 minutes). A Tempax glass substrate (3 inches, thickness 0.6 mm) was bonded to the surface of the resin layer as a base material, and the entire surface was brought into close contact by self-adsorption force (intermolecular force). Thereafter, heat treatment (120 ° C., 20 seconds) was performed to improve adhesion to the substrate. Then, the resin mold | die was produced by cooling to room temperature and performing mold release.
また、図3に示す工程で樹脂型を作製した。まず、転写型材料としてシリコンウエハ(4インチ、厚さ0.525mm、平面度PV=5μm(有効径50mm))を用いて、電子ビーム描画によってレジストマスクを作製し、ドライエッチングによって、周期的に微細な凹凸のある微細形状を掘り込んで転写型を作製した。この微細形状は構造周期620nm、ホール径310nm、構造深さ200nmのホールアレイ構造である。テンパックス製ガラス基板(3インチ、厚さ0.6mm)にアクリル系紫外線硬化性樹脂(東洋合成工業製PAK02)をスピンコート法で塗布し(3000rpm、60秒)、樹脂層を形成した。この樹脂層に転写型を押圧(4MPa)し、ピーク波長365nmの紫外線を1分間照射することで紫外線硬化性樹脂層を硬化させた。その後、転写型と樹脂層とを離型することで樹脂型を作製した。 In addition, a resin mold was produced in the process shown in FIG. First, using a silicon wafer (4 inches, thickness 0.525 mm, flatness PV = 5 μm (effective diameter 50 mm)) as a transfer mold material, a resist mask is prepared by electron beam drawing, and periodically by dry etching. A transfer mold was fabricated by digging out a fine shape with fine irregularities. This fine shape is a hole array structure having a structure period of 620 nm, a hole diameter of 310 nm, and a structure depth of 200 nm. An acrylic ultraviolet curable resin (PAK02 manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) was applied to a Tempax glass substrate (3 inches, thickness 0.6 mm) by a spin coating method (3000 rpm, 60 seconds) to form a resin layer. The transfer mold was pressed (4 MPa) on this resin layer, and the ultraviolet curable resin layer was cured by irradiating ultraviolet rays having a peak wavelength of 365 nm for 1 minute. Then, the resin mold was produced by releasing the transfer mold and the resin layer.
(実施例1)
実施例1は図1に示す工程でシリコン基材上に微細マスクパターンを形成したものである。
Example 1
In Example 1, a fine mask pattern is formed on a silicon substrate in the process shown in FIG.
上記作製した樹脂型にSOG(東京応化工業製OCD T−12)をスピンコート法で塗布し(6000rpm、30秒)、SOG膜を形成した。次に、SOG膜をエッチバック(ICPドライエッチング装置、圧力5Pa、CHF3 50sccm、アンテナ電力300W、バイアス200W)することによって樹脂型の微細構造を表面に露出させた。次に、樹脂型の微細構造が露出した表面に基材としてシリコンウエハ(2インチ、厚さ0.5mm)を貼り合わせ、自己吸着力(分子間力)によって全面を密着させた。その後、シリコン基材への密着性向上のために加熱処理(120℃、20秒)を行った。その後、室温まで冷却し離型を行うことで、SOG膜と樹脂層をシリコン基材上へ転写した。最後に、樹脂層を酸素アッシング(5Pa、O2 50sccm、アンテナ電力50W)により除去し、シリコン基材上に残膜のないSOG膜によるマスク構造体を作製した。 SOG (OCD T-12 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to the produced resin mold by a spin coating method (6000 rpm, 30 seconds) to form an SOG film. Next, the SOG film was etched back (ICP dry etching apparatus, pressure 5 Pa, CHF 3 50 sccm, antenna power 300 W, bias 200 W) to expose the resin-type microstructure on the surface. Next, a silicon wafer (2 inches, thickness 0.5 mm) as a base material was bonded to the exposed surface of the resin mold microstructure, and the entire surface was brought into close contact by self-adsorption force (intermolecular force). Thereafter, heat treatment (120 ° C., 20 seconds) was performed to improve adhesion to the silicon substrate. Thereafter, the SOG film and the resin layer were transferred onto the silicon substrate by cooling to room temperature and releasing the mold. Finally, the resin layer was removed by oxygen ashing (5 Pa, O 2 50 sccm, antenna power 50 W), and a mask structure made of an SOG film having no remaining film on the silicon substrate was produced.
(実施例2)
実施例2は実施例1と基本的に同様に工程であるが、図1(b)から(c)に至る間でSOG膜を除去する際に除去工程の終点検出を行うようにしたものである。
(Example 2)
Example 2 is basically the same process as Example 1, but the end point of the removal process is detected when the SOG film is removed from FIG. 1 (b) to (c). is there.
上記作製した樹脂型にSOG(東京応化工業製OCD T−7)をスピンコート法で塗布し(5000rpm、60秒)、SOG膜を形成した。次に、SOG膜のエッチバック(RIEドライエッチング装置、圧力1Pa、CHF3 10sccm、電力300W)を行った。このとき、エンドポイントディテクタ(XINIX社製 Model1015DS)を用いて、CF系(エッチングガスCHF3)のイオンとSOGからのSiとが反応することにより発生するSiF由来の発光スペクトルに着目して終点検出を行うことで、樹脂型の凹凸構造の凸面近傍でエッチバックを停止させた。次に、SOG膜が樹脂型の凹凸構造の凸面近傍まで除去された面に基材としてシリコンウエハ(2インチ、厚さ0.5mm)を貼り合わせ、自己吸着力(分子間力)によって全面を密着させた。その後、シリコン基材への密着性向上のために加熱処理(120℃、20秒)を行った。その後、室温まで冷却し離型を行うことで、SOG膜と樹脂層をシリコン基材上へ転写した。最後に、樹脂層を酸素アッシング(5Pa、O2 50sccm、アンテナ電力150W)により除去し、シリコン基材上に残膜のないSOG膜によるマスク構造体を作製した。
SOG (OCD T-7 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to the produced resin mold by a spin coating method (5000 rpm, 60 seconds) to form an SOG film. Next, the SOG film was etched back (RIE dry etching apparatus,
上記終点検出のため、事前に凹凸構造のない基板上に塗布したSOG膜を用いてエッチバック開始からのSiF由来の発光スペクトル強度の変化を測定した結果を図7に示す。図7において発光スペクトルの強度の急激な低下を示す110秒から125秒の間は前記凹凸構造のない基板の表面が露出し始めてからSOG膜が完全に除去される状態に相当する。したがって、この間(110秒〜125秒)にエッチバックを停止すれば、樹脂型の凹凸構造の凸面近傍でエッチング反応を停止できる。また、本条件においてSOGのエッチングレートは1.2nm/secであるため、残膜の面内分布は、1.2×(125−110)=18nm程度に抑えることが可能であることが分かる。実施例2では、図7においてエッチング開始から115秒に相当する発光スペクトル強度の変化があるポイントでエッチバックを停止させた。 FIG. 7 shows the results of measuring the change in the emission spectrum intensity derived from SiF from the start of etchback using an SOG film previously applied on a substrate having no uneven structure for the end point detection. In FIG. 7, the period from 110 seconds to 125 seconds, which shows a sharp decrease in the intensity of the emission spectrum, corresponds to a state in which the SOG film is completely removed after the surface of the substrate without the uneven structure begins to be exposed. Therefore, if the etch back is stopped during this period (110 seconds to 125 seconds), the etching reaction can be stopped near the convex surface of the resin-type uneven structure. Moreover, since the etching rate of SOG is 1.2 nm / sec under this condition, it can be seen that the in-plane distribution of the remaining film can be suppressed to about 1.2 × (125−110) = 18 nm. In Example 2, the etch-back was stopped at a point where there was a change in emission spectrum intensity corresponding to 115 seconds from the start of etching in FIG.
また、実施例2では、樹脂型に塗布したSOGにより終点検出をおこなったが、残膜を少し残したい場合や検出感度を高める場合には、エッチング層を設けたダミー基板を用意し、そのエッチング層やその基板に起因する発光スペクトルの変化をもとにエッチバックを停止させるようにしてもよい。 In the second embodiment, the end point is detected by SOG applied to the resin mold. However, when it is desired to leave a little residual film or when the detection sensitivity is increased, a dummy substrate provided with an etching layer is prepared and the etching is performed. Etchback may be stopped based on a change in emission spectrum caused by the layer or its substrate.
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図1(b)の膜15はシリコン(Si)含有樹脂を主成分とする材料から形成してもよい。
As described above, the modes for carrying out the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the
また、図1(d)のシリコン基材16と表面15aとの密着性向上のために、シリコン基材16の表面にあらかじめSiO2膜を形成しておいてもよい。また、基材16はシリコン以外の基材であってもよく、例えば、ガリウム砒素、ガリウム窒化物、サファイヤ等の基材があるが、これらに限定されるものではない。この場合、その基材表面に密着性向上のためSiO2膜を形成しておいてもよい。
Further, in order to improve the adhesion between the
本発明の微細マスクパターンの形成方法、ナノインプリントリソグラフィ方法および微細構造体の製造方法によれば、基材上に精度のよい微細凹凸構造を容易に形成できるので、例えば、次世代HDD(パターンドメディア、ディスクリートメディア)、各種半導体製品のマスク作製プロセス、LEDの光取り出し構造、フォトニック結晶レーザ、MEMS用マスク作製プロセス等に応用することができ、これらの製品において精度のよい微細加工および微細構造を低コストで実現することができる。 According to the fine mask pattern forming method, nanoimprint lithography method, and fine structure manufacturing method of the present invention, an accurate fine concavo-convex structure can be easily formed on a substrate. , Discrete Media), mask manufacturing process for various semiconductor products, LED light extraction structure, photonic crystal laser, MEMS mask manufacturing process, etc. It can be realized at low cost.
11 紫外線硬化性樹脂層(樹脂層)
11a 微細凹凸構造(凹凸構造)
11b 凸面
12 型部材
14 樹脂型
15 SOG膜
15a 表面
16 シリコン基材
17 マスク構造体
19 微細凹凸構造
20 微細構造体
Fa,Fb,Fc 密着力
11 UV curable resin layer (resin layer)
11a Fine uneven structure (uneven structure)
Claims (7)
前記型上の膜を前記型の微細凹凸構造の凸面または前記凸面の近傍まで除去し、
前記型上の膜を除去した後の表面に基材を重ね合わせて物理的相互作用により密着させ、
前記基材から前記型を除去することで、前記基材上に前記微細凹凸構造に対応した前記膜からなる微細マスクパターンを形成することを特徴とする微細マスクパターンの形成方法。 Form a film on a mold with a fine relief structure,
Removing the film on the mold to the convex surface of the micro uneven structure of the mold or to the vicinity of the convex surface,
Overlay the base material on the surface after removing the film on the mold and make it adhere by physical interaction,
A method for forming a fine mask pattern, comprising: forming a fine mask pattern made of the film corresponding to the fine concavo-convex structure on the substrate by removing the mold from the substrate.
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