JP2011119447A - Method for measuring release force of transfer material for nano imprint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加工材である基板表面に塗布されたナノインプリント用転写材料の離型力を測定する離型力測定方法に関する。 The present invention relates to a mold release force measuring method for measuring a mold release force of a nanoimprint transfer material applied to a substrate surface which is a workpiece.
近年、特に半導体デバイスについては、微細化の一層の進展により高速動作、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、半導体デバイスのパターンを作製する要となるリソグラフィ技術は、パターンの微細化が進むにつれ、露光装置などが極めて高価になってきており、また、それに用いるマスク価格も高価になっている。 In recent years, especially for semiconductor devices, high speed operation and low power consumption operation are required due to further progress in miniaturization, and high technology such as integration of functions called system LSIs is required. Under such circumstances, the lithography technology that is necessary for producing the pattern of the semiconductor device has become very expensive as the exposure apparatus and the like as the pattern becomes finer, and the price of the mask used therefor also becomes expensive. Yes.
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法は装置価格や使用材料などが安価でありながら、10nm程度の高解像度を有する微細パターン形成技術として注目されている(非特許文献1、特許文献1参照)。 On the other hand, the nanoimprint method proposed by Chou et al. In Princeton University in 1995 is attracting attention as a fine pattern formation technique having a high resolution of about 10 nm, although the apparatus price and materials used are low (non-patent) Reference 1 and Patent Reference 1).
ナノインプリント法は、予め表面にナノメートルサイズの凹凸パターンを形成したモールド(テンプレート、スタンパ、金型とも呼ばれる)を、被加工材である基板表面に塗布形成された樹脂などの転写材料に押し付けて力学的に変形させて微細パターンを精密に転写し、パターン形成された樹脂をレジストマスクとして被加工材を加工する技術である。一度モールドを作製すれば、ナノ構造が簡単に繰り返して成型できるため高いスループットが得られて経済的であるとともに、有害な廃棄物が少ないナノ加工技術であるため、近年、半導体デバイスに限らず、さまざまな分野への応用が期待されている。 In the nanoimprint method, a mold (also referred to as a template, stamper, or mold) with a nanometer-sized concavo-convex pattern formed on the surface in advance is pressed against a transfer material such as a resin that is applied to the substrate surface, which is the workpiece. In this technique, a fine pattern is precisely transferred by being deformed and the material to be processed is processed using the patterned resin as a resist mask. Once the mold is made, the nanostructure can be easily and repeatedly molded, resulting in high throughput and economics, and because it is a nano-processing technology with little harmful waste, not only semiconductor devices in recent years, Application to various fields is expected.
このようなナノインプリント法には、熱可塑性樹脂を用いて熱により凹凸パターンを転写する熱ナノインプリント法や、光硬化性樹脂を用いて紫外線により凹凸パターンを転写する光ナノインプリント法(例えば、特許文献2参照)などが知られている。転写材料である樹脂としては、熱ナノインプリント法では熱可塑性樹脂、光ナノインプリント法では光硬化性樹脂が用いられる。光ナノインプリント法は、室温で低い印加圧力でパターン転写でき、熱ナノインプリント法のような加熱・冷却サイクルが不要でモールドや樹脂の熱による寸法変化が生じないために、解像性、アライメント精度、生産性などの点で優れていると言われている。 In such a nanoimprint method, a thermal nanoimprint method in which a concavo-convex pattern is transferred by heat using a thermoplastic resin, or a photo nanoimprint method in which a concavo-convex pattern is transferred by ultraviolet rays using a photocurable resin (see, for example, Patent Document 2) ) Etc. are known. As the resin as the transfer material, a thermoplastic resin is used in the thermal nanoimprint method, and a photocurable resin is used in the optical nanoimprint method. The optical nanoimprint method can transfer patterns at low applied pressure at room temperature, and does not require heating / cooling cycles like the thermal nanoimprint method and does not cause dimensional changes due to mold or resin heat. It is said that it is excellent in terms of sex.
ナノインプリント法で用いられるモールドには、パターン寸法の安定性、耐薬品性、加工特性などが求められる。光ナノインプリント法の場合を例に取ると、一般的には光硬化に用いる紫外線を透過する石英ガラスが用いられている。ナノインプリント法においては、モールドのパターン形状を忠実に転写材料である樹脂に転写しなければならない。そのためには、モールド形状を樹脂に転写してから、モールドを離すときに、樹脂に形状変化を与えずに離型する必要がある。 Molds used in the nanoimprint method are required to have pattern dimension stability, chemical resistance, processing characteristics, and the like. Taking the case of the optical nanoimprint method as an example, generally, quartz glass that transmits ultraviolet rays used for photocuring is used. In the nanoimprint method, the pattern shape of the mold must be faithfully transferred to a resin that is a transfer material. For this purpose, it is necessary to transfer the mold shape to the resin and then release the mold without changing the shape when the mold is released.
しかし、通常、石英ガラスなどによるモールドはパターン転写材料である樹脂との離型性が低く、転写パターンを形成した樹脂からモールドを離型する際に樹脂がモールド側に密着してしまうため、樹脂の凹凸パターンに欠け欠陥を生じ、パターン精度が低下しやすいという問題があった。このため、モールドと樹脂との離型性を向上させる方法として、例えば、モールドの凹凸パターン表面にフッ素樹脂などの離型剤の薄膜を塗布形成して離型性を高める方法が提案されている。また、一方で離型性の良い樹脂の開発も進められている。 However, a mold made of quartz glass or the like usually has low releasability from a resin that is a pattern transfer material, and the resin adheres to the mold side when the mold is released from the resin on which the transfer pattern is formed. There was a problem that chipped defects were generated in the concavo-convex pattern, and the pattern accuracy was liable to deteriorate. For this reason, as a method for improving the mold releasability between the mold and the resin, for example, a method for improving the releasability by applying and forming a thin film of a release agent such as a fluororesin on the surface of the concave and convex pattern of the mold has been proposed. . On the other hand, development of a resin having good releasability is also underway.
したがって、モールドの凹凸パターンと転写材料との離型性が良いかどうかの情報を得ることは、ナノインプリントされる製品の品質・歩留・生産性を左右する上で極めて重要であり、離型性の良いモールドあるいは転写材料を開発する点からも強く要望されている。従来、離型性に関連して密着性の評価方法として、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:以後、AFMとも記す)のカンチレバーを用いた試料表面密着性評価方法が提案されている(特許文献3参照)。あるいは、AFMのプローブ探針を基板面から離して非接触で走査し、基板上のレジストのラインパターン側面と探針とを接触させ、探針の水平方向の力(水平加重)でレジストを剥離し、密着性を調べるDPAT(Direct Peeling method with Atomic force microscope Tip)法と称される密着力測定方法が提案されている(非特許文献2参照)。 Therefore, obtaining information on whether the mold unevenness pattern and the transfer material have good releasability is extremely important in determining the quality, yield, and productivity of nanoimprinted products. There is also a strong demand from the viewpoint of developing a good mold or transfer material. Conventionally, as a method for evaluating adhesion in relation to releasability, a sample surface adhesion evaluation method using a cantilever of an atomic force microscope (hereinafter also referred to as AFM) has been proposed (Patent Literature). 3). Alternatively, the AFM probe probe is moved away from the substrate surface and scanned in a non-contact manner, the resist line pattern side surface on the substrate is brought into contact with the probe, and the resist is peeled off by the horizontal force (horizontal load) of the probe. Then, an adhesion force measurement method called DPAT (Direct Peeling method with Atomic force microscope Tip) method for examining adhesion has been proposed (see Non-Patent Document 2).
しかしながら、上記の特許文献3に記載されている密着性の評価方法は、表面にレジスト膜を形成した探針と試料表面との間の密着性に係る原子間力を測定する方法であって、レジスト膜と試料基板との間の密着性を評価する方法であり、しかもマクロ領域での平均化された付着力しか計測できないために、この方法をナノインプリント用転写材料の測定に適用しようとしても、モールドを用いた実際のナノインプリントにおけるモールドと転写材料との間の離型性の結果と一致しないという問題があった。また、非特許文献2に記載されている方法は、基板表面とその上に形成されているレジストパターンとの間の密着性に係る測定方法であり、被測定対象である基板表面の微細なパターンの側面と探針が接触し、パターンに圧力がかかったときに、パターンが基板から剥離もしくは剥離して倒れる以前に、レジスト膜自体が探針によりせん断されてしまい、正確な密着性のデータが得られないという問題があった。さらに、上記の従来の方法では、測定用の試料作成などの準備に多くの工程が必要で煩雑であるという問題があった。
However, the adhesion evaluation method described in Patent Document 3 is a method for measuring the atomic force related to adhesion between a probe having a resist film formed on the surface and the sample surface, It is a method for evaluating the adhesion between the resist film and the sample substrate, and only the averaged adhesion force in the macro region can be measured, so even if this method is applied to the measurement of a transfer material for nanoimprint, There has been a problem that the result of the releasability between the mold and the transfer material in the actual nanoimprint using the mold does not match. The method described in Non-Patent
上記のように従来のナノインプリント法においては、数10nmレベルの微細パターン形成におけるモールドと転写材料の離型性を定量的に評価する方法が未だ確立されていないという問題があり、ナノインプリント用樹脂や離型剤あるいはモールドの開発において、あるいはナノインプリント製品の生産において、モールドと転写材料との間の離型力が簡便に得られるようなナノインプリント法の離型力測定方法が強く求められていた。 As described above, in the conventional nanoimprint method, there is a problem that a method for quantitatively evaluating the releasability between the mold and the transfer material in forming a fine pattern of several tens of nanometers has not yet been established. In the development of molds or molds, or in the production of nanoimprint products, there has been a strong demand for a method for measuring the release force of the nanoimprint method that can easily obtain the release force between the mold and the transfer material.
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、微細パターンを形成したモールドと転写材料との間の離型性情報を得るために、ナノインプリント用の微細なモールド形状に対応して、被加工基板表面に塗布された転写材料に微細パターンを転写形成したときの転写材料の離型力を簡便に定量的に計測することができる離型力測定方法を提供することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. That is, the object of the present invention was applied to the surface of a substrate to be processed corresponding to a fine mold shape for nanoimprinting in order to obtain releasability information between a mold having a fine pattern and a transfer material. It is an object of the present invention to provide a release force measuring method capable of easily and quantitatively measuring the release force of a transfer material when a fine pattern is transferred and formed on the transfer material.
上記の課題を解決するために、請求項1の発明に係る離型力測定方法は、被加工基板表面に塗布されたナノインプリント用転写材料の離型力を測定する離型力測定方法であって、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を前記転写材料内に挿入した後、前記転写材料に紫外線を照射して光硬化させ、次に、前記探針を前記光硬化した転写材料から抜き取ったときの前記探針と前記光硬化した転写材料との間の付着力を計測して離型力とすることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a release force measuring method according to the invention of claim 1 is a release force measuring method for measuring a release force of a nanoimprint transfer material applied to a surface of a substrate to be processed. After inserting the probe provided on the cantilever of the scanning probe microscope into the transfer material, the transfer material is irradiated with ultraviolet rays to be photocured, and then the probe is removed from the photocured transfer material. The adhesive force between the probe and the photocured transfer material when extracted is used as a release force.
請求項2の発明に係る離型力測定方法は、請求項1に記載の離型力測定方法において、前記転写材料内に挿入される前記探針の挿入部分の表面積が予め求められているか、または前記探針を抜き取った後の穴の形状を計測して前記探針の表面積を求めることを特徴とするものである。
The mold release force measuring method according to
請求項3の発明に係る離型力測定方法は、請求項1または請求項2に記載の離型力測定方法において、前記転写材料内に挿入される前記探針の形状および寸法が、ナノインプリント用モールドのパターン形状および寸法の一単位と略同じであることを特徴とするものである。 A mold release force measuring method according to a third aspect of the present invention is the mold release force measuring method according to the first or second aspect, wherein the shape and dimensions of the probe inserted into the transfer material are for nanoimprinting. It is substantially the same as one unit of the pattern shape and dimensions of the mold.
請求項4の発明に係る離型力測定方法は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の離型力測定方法において、前記探針の表面が、化学修飾されていることを特徴とするものである。 The mold release force measuring method according to the invention of claim 4 is the mold release force measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface of the probe is chemically modified. It is characterized by.
請求項5の発明に係る離型力測定方法は、請求項4に記載の離型力測定方法において、前記探針の表面にシリコン酸化膜が形成され、前記化学修飾が離型剤によりなされており、前記離型剤が両親媒性のシランカップリング剤からなり、前記化学修飾が前記離型剤の疎水基を前記探針側とは反対側に配向させた単分子膜で形成されたものであることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a release force measuring method according to the fourth aspect, wherein a silicon oxide film is formed on a surface of the probe, and the chemical modification is performed by a release agent. The release agent is an amphiphilic silane coupling agent, and the chemical modification is formed of a monomolecular film in which the hydrophobic group of the release agent is oriented on the side opposite to the probe side. It is characterized by being.
請求項6の発明に係る離型力測定方法は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の離型力測定方法において、前記探針と前記転写材料とのフォースカーブを求め、前記転写材料の粘性を計測する工程を含むことを特徴とするものである。 A mold release force measuring method according to a sixth aspect of the present invention is the mold release force measuring method according to any one of the first to fifth aspects, wherein a force curve between the probe and the transfer material is obtained. And a step of measuring the viscosity of the transfer material.
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法によれば、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を用いて、被加工基板上の転写材料の離型力を測定することにより、ナノインプリント用モールドに対応した転写材料の離型力を簡便な方法で計測することが可能となる。さらに、転写材料への挿入部分の表面積が既知の探針をカンチレバーに搭載した走査型プローブ顕微鏡を用いて、あるいは探針を抜き取った後の穴の形状を計測して探針の表面積を求め、転写材料の離型力を測定することにより、ナノインプリント用モールドに対応した離型力を簡便な方法で定量化することが可能となる。また、探針の形状、寸法を制御することにより、ナノインプリントパターンと略同じ形状、寸法レベルで離型力を計測することができ、測定された離型力の信頼性をさらに高めることができる。本発明の離型力測定方法は、小量(小面積あるいは小スペース)の試料があれば計測することが可能であり、測定操作も容易であるという利点を有する。 According to the method for measuring the release force of the transfer material for nanoimprints of the present invention, by using the probe provided on the cantilever of the scanning probe microscope, by measuring the release force of the transfer material on the substrate to be processed, The release force of the transfer material corresponding to the nanoimprint mold can be measured by a simple method. Furthermore, the surface area of the probe is obtained by measuring the shape of the hole after removing the probe using a scanning probe microscope in which a probe having a known surface area of the transfer material insertion portion is mounted on the cantilever, By measuring the release force of the transfer material, the release force corresponding to the nanoimprint mold can be quantified by a simple method. Further, by controlling the shape and dimensions of the probe, it is possible to measure the release force at substantially the same shape and size level as the nanoimprint pattern, and it is possible to further improve the reliability of the measured release force. The mold release force measuring method of the present invention has an advantage that it can be measured if there is a small amount (small area or small space) of the sample, and the measuring operation is easy.
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法は、探針を化学修飾することにより、モールド表面に離型剤を設ける場合の離型剤の材料評価を簡便化して行うことができる。探針材料にシリコンを用いた場合には、表面にシリコンの自然酸化膜が存在するので、探針が石英ガラス製モールドに近似した表面状態となり、測定する離型力の信頼性がより高まるという効果が生じる。また、探針の形状をデザインすることにより、例えばピラーパターンなど、様々なパターンでの離型力の計測が可能となる。さらに、探針と転写材料とのフォースカーブを求め、転写材料の粘性を定量的に評価することも可能である。また、探針を転写材料に挿入したとき、あるいは探針を光硬化した転写材料から抜き取るときのメニスカス量を計測することもできる。 The method for measuring the release force of the nanoimprint transfer material of the present invention can be performed by simplifying the material evaluation of the release agent when the release agent is provided on the mold surface by chemically modifying the probe. When silicon is used as the probe material, a natural oxide film of silicon exists on the surface, so that the probe is in a surface state similar to a quartz glass mold, and the reliability of the release force to be measured is further increased. An effect is produced. Further, by designing the shape of the probe, it is possible to measure the release force in various patterns such as a pillar pattern. Furthermore, it is possible to obtain a force curve between the probe and the transfer material and quantitatively evaluate the viscosity of the transfer material. It is also possible to measure the amount of meniscus when the probe is inserted into the transfer material or when the probe is removed from the photocured transfer material.
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法によれば、被加工基板上に塗布された転写材料のモニタリングができ、ナノインプリントの工程管理が容易になり、インプリントされる製品の品質・歩留・生産性を向上させることができるという効果を奏する。 According to the method for measuring the release force of a nanoimprint transfer material of the present invention, the transfer material applied on the substrate to be processed can be monitored, the nanoimprint process management becomes easy, and the quality / step of the imprinted product can be improved. There is an effect that the productivity can be improved.
以下、本発明の実施形態の詳細について図面を用いて説明する。 Hereinafter, the details of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明は、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーの探針を用いて被加工基板上の転写材料の離型力を測定することにより、微細パターンを形成したときの離型力を直接計測できるものである。 The present invention can directly measure the release force when a fine pattern is formed by measuring the release force of a transfer material on a substrate to be processed using a cantilever probe of a scanning probe microscope. .
図1は、本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法を説明するための、カンチレバーの探針により離型力を測定する工程の断面模式図であり、図2は、本発明の離型力測定方法に走査型プローブ顕微鏡の一例としてAFMを用いた場合の測定原理図である。図3は、カンチレバーの探針と転写材料との間に働くフォースカーブを示す図である。図4は、カンチレバーの探針を未硬化の転写材料内に挿入したとき、および光硬化した転写材料から抜き取るときのメニスカス角度を示す部分拡大断面図である。図1〜図4において、同じ箇所を示す場合には同じ符号を用いている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a process for measuring a release force using a cantilever probe for explaining a method for measuring a release force of a nanoimprint transfer material according to the present invention. FIG. It is a measurement principle figure at the time of using AFM as an example of a scanning probe microscope for a type force measuring method. FIG. 3 is a diagram showing a force curve that acts between the probe of the cantilever and the transfer material. FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing the meniscus angle when the cantilever probe is inserted into an uncured transfer material and when it is extracted from the photocured transfer material. 1-4, the same code | symbol is used when showing the same location.
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法は、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を、試料である被加工基板上に塗布形成された転写材料内に挿入した後、この転写材料を光硬化させてから探針を抜き取り、探針と光硬化した転写材料との間の付着力を計測して離型力とするものである。走査型プローブ顕微鏡は、所定のバネ定数を有する弾性体からなる100μm〜2000μm長のカンチレバーと称する片持ち梁構造のプローブの自由端部に鋭く尖った探針を設けており、この探針を試料に近づけて、探針先端と試料表面の原子間にファンデルワールス力などの引力を作用させ、これにより生じるカンチレバーの変位から試料の局所的な形状や物性を測定する装置である。走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに適当な剛性を与えることで、試料との接触荷重を大きくして、低粘性の樹脂などよりなる転写材料内に探針を挿入することができる。 In the method for measuring the release force of a transfer material for nanoimprinting of the present invention, a probe provided on a cantilever of a scanning probe microscope is inserted into a transfer material applied and formed on a substrate to be processed as a sample. After the transfer material is photocured, the probe is extracted, and the adhesive force between the probe and the photocured transfer material is measured to obtain a release force. The scanning probe microscope is provided with a sharply pointed probe at the free end of a cantilever probe called a cantilever having a length of 100 μm to 2000 μm made of an elastic body having a predetermined spring constant. In this device, an attractive force such as van der Waals force is applied between the probe tip and the sample surface, and the local shape and physical properties of the sample are measured from the displacement of the cantilever. By imparting appropriate rigidity to the cantilever of the scanning probe microscope, the contact load with the sample can be increased, and the probe can be inserted into a transfer material made of a low-viscosity resin or the like.
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法に用いる装置としてはAFMが好ましいが、例えば、走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope;STM)などのカンチレバータイプの走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope;SPM)と総称されている他の顕微鏡でも用いることが可能である。
以下の説明では、AFMを用いた場合を例に、本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法を述べる。
An AFM is preferable as an apparatus used in the method for measuring the release force of the nanoimprint transfer material of the present invention. For example, a cantilever type scanning probe microscope (Scanning Probe Microscope; Scanning Tunneling Microscope; STM); It can also be used in other microscopes collectively called SPM).
In the following description, the method for measuring the release force of the transfer material for nanoimprinting of the present invention will be described by taking AFM as an example.
図2は、本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法にAFMを用いた場合の測定原理図である。図2に示すように、被加工基板上に転写材料を塗布した試料13を、カンチレバー14構造を有する微小な探針15に徐々に近づけていくと、ある距離で両者の間に引力あるいは斥力が働き、探針15を備えたカンチレバー14に歪みが生じる。歪みはカンチレバー14の背面に当てられたレーザ光22の反射角の変化により光センサー23で検出される。AFMの本来の機能としては、探針15を試料13表面で走査したときにカンチレバー14の歪み量が一定となるように、探針15と試料13間の距離が制御され、試料13表面の走査(X方向、Y方向)と、探針15と試料13間の距離の制御(Z方向)はピエゾスキャナー24により行われ、各スキャナーに印加された電圧を解析処理することで試料13表面の像が得られる。本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法では、表面形状などの分布を得ることは必ずしも必要ではないので、探針15を試料13上の測定すべき所定の位置に移動したら、以下に述べる転写材料の離型力の測定を行う。
FIG. 2 is a measurement principle diagram when AFM is used in the method for measuring the release force of the nanoimprint transfer material of the present invention. As shown in FIG. 2, when the
図1は、AFMを用いて本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法を行う場合において、探針を転写材料内に挿入し、光硬化後に引き抜く工程をさらに詳しく説明するための工程断面模式図である。図1(a)に示すように、被加工基板11上に離型力を測定する転写材料12を塗布した試料13を準備し、試料13をカンチレバー14構造を有する微小な探針15に徐々に近づけていく。探針15と試料13間の距離が数nm〜数十nmにまで近づくと、両者の間にファンデルワールス力などの表面間力が働き、はじめに引力が作用し、次に斥力が作用する。図1(a)において、カンチレバー14に設けられた探針15の断面形状は、カンチレバー14に接する側が幅広の三角形状よりなる基部と、試料13側が微小幅の長方形状の針よりなる先端部とで構成されている。
FIG. 1 is a process cross-sectional view for explaining in more detail the process of inserting a probe into a transfer material and pulling it out after photocuring when performing the method for measuring the release force of the transfer material for nanoimprinting of the present invention using AFM. It is a schematic diagram. As shown in FIG. 1A, a
さらに試料13を押し上げて、探針15と試料13の転写材料12とを接触させた後、探針15を転写材料12内に挿入する(図1(b))。通常、転写材料12は低粘性の樹脂なので、カンチレバー14の剛性により探針15は転写材料12内に挿入される。転写材料12内に挿入された探針15の先端は、モールド使用時と同じ状態になるように、転写材料12内の被加工基板11にできるだけ近い位置にまで挿入されていることが好ましい。
Further, the
次に、図1(c)に示すように、探針15が転写材料12内に挿入された状態で、転写材料12に紫外線16を照射して低粘性の樹脂を重合硬化させ、光硬化した転写材料17とする。紫外線16照射は、カンチレバー14の陰になって未照射部が生じないように、探針15挿入部を中心として若干の角度をもたせた照射が好ましい。紫外線16の波長、照射時間などの照射条件は、モールドを用いた実際のナノインプリントの場合と同条件で行うのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1C, in a state where the
次に、図1(d)に示すように、転写材料12を光硬化後、試料13を探針15と反対方向へ離していき、探針15を光硬化した転写材料17から抜き取っていくと、吸着力が作用して探針15には下へのたわみが発生する。そのたわみによる力が吸着力を超えたとき、カンチレバー14は水平な位置に戻る。探針15を抜き取った跡には、光硬化した転写材料17による微細な抜きパターン18(穴)が形成される。抜き取るときの探針15と光硬化した転写材料17との間の付着力を計測し、離型力とする。
Next, as shown in FIG. 1D, after the
カンチレバー14のたわみは、カンチレバー14の背面に当てられたレーザ光の反射角の変化により光センサーで検出され、カンチレバーの振れ量が測定される。試料13と探針15間の距離の制御(Z方向)はピエゾスキャナーにより行われる。カンチレバーの振れ量とカンチレバーのバネ定数から、フックの法則F=kx(kはカンチレバーのバネ定数〔N/m〕、xはカンチレバーの振れ量〔m〕)により付着力Fが得られる。図3では、横軸に試料13と探針15間の距離、縦軸に試料13と探針15間に働く力(フォース:F)をとり、カンチレバー14の振れは、フォースカーブとして図3にプロットされている(図3の実線)。そのフォースカーブから付着力を読み取り(引力側の最大値が付着力F)、この計測した付着力を微細パターン形成したときの転写材料12の離型力とするものである。
The deflection of the
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法においては、転写材料12内に挿入される探針15の挿入部分の表面積が既知であることが好ましい。予め探針15の挿入部分の表面積を求めておくことにより、単位面積当たりの離型力を得ることができ、異なる転写材料、離型剤、あるいはモールド間の離型力の比較を行うのが容易になる。あるいは、探針15を抜き取った後の穴(抜きパターン18)の形状を計測して、挿入された探針15の挿入部分の表面積を求めてもよい。
In the nanoimprint transfer material release force measurement method of the present invention, it is preferable that the surface area of the insertion portion of the
上記の図1〜図3における説明では、試料13側を移動させて離型力を測定する場合について述べたが、本発明の離型力測定方法では、探針15側を移動させて離型力を測定してもよい。走査型プローブ顕微鏡の装置構成に依存するが、測定にあたり移動させる側は特に限定されることはない。
In the above description of FIGS. 1 to 3, the case where the release force is measured by moving the
(探針)
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法で用いる探針15の材質としては、従来用いられている材質の探針が適用できる。すなわち、探針15の材質としては、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、炭化シリコンなどが用いられる。探針材料にシリコンを用いた場合には、表面にシリコンの自然酸化膜が存在するので、探針が石英ガラス製モールドに近い表面状態となり、得られる離型力の値の信頼性が高まるという効果が生じる。また、上記の探針材料の表面にメチル基などを化学修飾した探針も用いることができる。
(Probe)
As the material of the
本発明で用いる探針15の形状は、先端部の断面が三角形状を示し、最先端部が曲率半径を有する従来用いられている微細な探針を用いることも可能であるが、図1の断面模式図に示すように、カンチレバー14に取り付ける探針15の上端側が幅広の基部と、試料と接する側の断面が長方形状の先端部より構成されている探針を用いるのがより好ましい。探針先端部をナノインプリントモールドのパターンと同様の形状とすることにより、計測される離型力の値がより実際のモールドを用いた場合に近づき信頼性が高まるからである。転写材料12内に挿入される探針15先端部の形状をデザインすることにより、直方体形、立方体形、円柱形(ピラーパターン)、角柱形などの様々なパターンでの離型力の計測が可能となる。また、モールドのパターンに対応して探針先端部に若干の角度を持たせた円錐台、角錐台形状とした探針を用いることも可能である。
As the shape of the
本発明で用いる探針15は、ナノインプリントモールドのパターンと同じ寸法レベルで離型力を計測することができ、転写材料12内に挿入される探針15の形状および寸法が、ナノインプリント用モールドのパターン形状および寸法の一単位と略同じであるようにすることにより、測定により得られる離型力の信頼性をさらに高めることができる。
The
本発明の離型力測定方法では、探針15が転写材料12と直接に接するので、探針15の使用頻度に応じて探針が磨耗し易い。探針15の磨耗を低減する方法としては、探針15の先端部表面を疎水化処理し、探針の先端部の耐磨耗性を向上させてから計測するのが好ましい。上記の疎水化処理方法としては、例えば、自己組織化単分子膜などの有機化合物による化学修飾処理またはフッ素プラズマによる表面改質処理などの方法を用いることができる。
In the release force measuring method of the present invention, since the
(転写材料)
転写材料12としての光硬化性樹脂は、モールド形状を忠実に転写するために、被加工基板11への塗布性、密着性、低粘性、離型性、光硬化性、機械的強度、解像性などの特性が求められる。本発明で離型力を測定する転写材料12としては、新たに開発された光硬化性樹脂、あるいは従来公知の光硬化性樹脂などが適用でき、特に限定されない。従来公知の光硬化性の樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエーテル化合物、脂環型エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビニルモノマー、環状エーテル、ビニルエーテルなどの樹脂が挙げられる。
(Transfer material)
The photo-curing resin as the
(離型剤の評価)
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法は、探針15を化学修飾することにより、モールド表面に離型剤を設ける場合の離型剤の材料評価を簡便化して行うことができる。例えば、シランカップリング剤などの離型剤を探針15先端部に化学修飾し、被加工基板11上に塗布形成した光硬化性樹脂内に探針15を挿入し、光硬化後に探針15を抜き取ったときのフォースカーブを求め、離型剤を用いた場合の離型力を測定し、離型剤を用いない場合の離型力と比較することにより、実際のモールドを用いなくても離型剤の材料評価を簡便化して行うことができる。
(Evaluation of release agent)
The method for measuring the release force of the transfer material for nanoimprinting of the present invention can be performed by simplifying the material evaluation of the release agent when the release agent is provided on the mold surface by chemically modifying the
探針15にシランカップリング剤などの離型剤を化学修飾するには、探針15の少なくとも表面がシリコン酸化膜あるいは金属酸化膜である必要があるが、シリコン製探針を用いた場合には、表面にシリコンの自然酸化膜が形成されているので好適である。探針15を化学修飾する離型剤としては、化学修飾が容易で離型効果が大きい両親媒性のシランカップリング剤が好ましい。
In order to chemically modify the
シランカップリング剤が有する親水性基としては、具体的には、分子中の探針側と結合する部分に、例えば、Si−OCH3 、Si−OC2H5、Si−OH、Si−OClなどの官能基を有するものが好ましい。親水性の高い官能基が離型剤分子の末端にある場合、分子は反応性末端が探針側を向き、疎水性の有機鎖が外側を向いて探針表面に吸着する。これらの官能基は、探針の酸化膜の酸素と化学反応を起こし吸着するものと考えられる。分子の吸着には、探針表面と末端官能基との間で化学反応が起こることが必要であることから、いったん探針表面が有機分子でおおわれ単分子膜ができあがると、それ以降は分子の吸着は起こらない。その結果、分子が密に集合し、配向性のそろった有機単分子膜ができるものである。このような単分子膜としては、例えばラングミュアーブロジェット膜(LB膜)が挙げられ、LB膜は従来公知の方法により形成することができる。LB膜は従来公知の方法により形成できる。またシランカップリング剤の通常の処理方法としてシランカップリング剤溶液に探針を浸漬後、水蒸気で処理後、加熱する。その後溶媒で洗浄して余分なシランカップリング剤を除去して単分子膜を形成するか、あるいは気相法にて探針上に単分子膜を形成しても良い。 Specific examples of the hydrophilic group possessed by the silane coupling agent include, for example, Si—OCH 3 , Si—OC 2 H 5 , Si—OH, Si—OCl, in the portion bonded to the probe side in the molecule. Those having a functional group such as When a highly hydrophilic functional group is present at the end of the release agent molecule, the molecule is adsorbed on the probe surface with the reactive end facing the probe side and the hydrophobic organic chain facing the outside. These functional groups are thought to adsorb by causing a chemical reaction with oxygen in the oxide film of the probe. Since molecular adsorption requires a chemical reaction between the probe surface and the terminal functional group, once the probe surface is covered with organic molecules and a monomolecular film is formed, the molecular Adsorption does not occur. As a result, an organic monomolecular film in which molecules are closely gathered and aligned is formed. An example of such a monomolecular film is a Langmuir Blodget film (LB film), and the LB film can be formed by a conventionally known method. The LB film can be formed by a conventionally known method. Further, as a normal method for treating a silane coupling agent, a probe is immersed in a silane coupling agent solution, treated with water vapor, and then heated. Thereafter, it may be washed with a solvent to remove excess silane coupling agent to form a monomolecular film, or a monomolecular film may be formed on the probe by a vapor phase method.
両親媒性のシランカップリング剤が有する疎水性基としては、CH3(CH2)n−で表されるアルキル基、CF3(CF2)n−で表されるフルオロメチル基、エポキシ基などが挙げられる(n=0,1,…)。 Examples of the hydrophobic group possessed by the amphiphilic silane coupling agent include an alkyl group represented by CH 3 (CH 2 ) n —, a fluoromethyl group represented by CF 3 (CF 2 ) n —, and an epoxy group. (N = 0, 1,...).
本発明において探針15表面に形成される離型剤層の膜厚は、その単分子膜の種類により決定されるものであるが、通常1nm〜5nm程度の範囲である。膜厚測定はAFMにより行うことができる。
In the present invention, the film thickness of the release agent layer formed on the surface of the
上記のように、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーの探針15の先端は極めて小さいので、数10ナノメータの微小領域で計測したフォースカーブから付着力を求めて離型力とすることにより、微小領域における離型力を評価し検査することが可能となり、所定の離型力を設定することにより、モールドの離型剤塗布状態を管理することが可能となる。
As described above, since the tip of the
(転写材料の粘性の計測)
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法においては、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー14に設けられた探針15と転写材料12とのフォースカーブを求め、転写材料12の粘性を計測する工程を含むこともできる。走査型プローブ顕微鏡を用いた転写材料12の粘性の測定は、従来公知の測定方法で行うことができ、一般にコンタクトモードと呼ばれている測定モードを用いて、試料13とカンチレバーの探針15との間に働く力の変調を行い、この力の変調の応答性を解析することによって求める。試料13と探針15とを相対的に振動させることによって試料13と探針15との間の力の変調を行い、その応答性は粘弾性に基づく変位信号として振動分として検出され、探針15の振動の振幅や位相から測定することができる。振動の振幅変化からは弾性を測定することができ、振動の位相変化から粘性を測定することができる。転写材料12の特性としては、塗布性、モールド印加圧力の点から低粘性が好ましい。
(Measurement of viscosity of transfer material)
In the method for measuring the release force of the nanoimprint transfer material according to the present invention, a step of measuring the viscosity of the
(転写材料のメニスカス角度の計測)
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法においては、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー14に設けられた探針15を転写材料12内に挿入し、光照射で硬化させてから抜き取るときの状態から、転写材料12のメニスカス量としてのメニスカス角度を計測する工程を含むこともできる。図4(a)は、探針15を未硬化の転写材料12内に挿入したときの部分拡大断面図であり、メニスカス角度θ1を示し、図4(b)は、探針15を光硬化した後の転写材料17から探針15を抜き取るときの部分拡大断面図であり、メニスカス角度θ2を示す。メニスカス角度θ1、θ2を計測することにより、カンチレバーの探針15と転写材料12;17との間に働くメニスカスによる表面張力の影響を調べることができる。
(Measurement of meniscus angle of transfer material)
In the method for measuring the release force of the nanoimprint transfer material according to the present invention, the
本発明のナノインプリント用転写材料の離型力測定方法によれば、被加工基板上に塗布された転写材料のモニタリングができ、ナノインプリントの工程管理が容易になり、インプリントされる製品の品質・歩留・生産性を向上させることができる。
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。
According to the method for measuring the release force of a nanoimprint transfer material of the present invention, the transfer material applied on the substrate to be processed can be monitored, the nanoimprint process management becomes easy, and the quality / step of the imprinted product can be improved. Distillation / productivity can be improved.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
(実施例1)
実際のナノインプリント用モールドは、パターン寸法が40nm径、ピッチ80nm、高さ200nmのピラーパターンを有する石英ガラス製モールドである。
まず、上記のピラーパターンの一基本単位を用いて、先端部が40nm径、高さ200nmの円柱状形状のシリコン製探針を設けたカンチレバーを準備した。一方、10mm角のシリコンウェハ基板上に転写材料として光硬化性樹脂PAK-01(東洋合成工業社製)をスピンナー塗布し、膜厚200nmの塗膜を形成し、試料とした。
Example 1
The actual nanoimprint mold is a quartz glass mold having a pillar pattern with a pattern size of 40 nm in diameter, a pitch of 80 nm, and a height of 200 nm.
First, using one basic unit of the pillar pattern, a cantilever provided with a silicon probe having a cylindrical shape with a tip portion having a diameter of 40 nm and a height of 200 nm was prepared. On the other hand, a photocurable resin PAK-01 (manufactured by Toyo Gosei Kogyo Co., Ltd.) was applied as a transfer material onto a 10 mm square silicon wafer substrate by spinner coating to form a 200 nm thick coating film, which was used as a sample.
次に、走査型プローブ顕微鏡としてAFM(SPA400/SPI4000:エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を用い、上記の試料を設置し、次いでAFMのピエゾスキャナーを上方に移動させて、カンチレバーの探針を未硬化の光硬化性樹脂内に150nmの深さにまで挿入した後、光硬化性樹脂側から高圧水銀灯で紫外線を照射(紫外線照射量は10mJ/cm3)し、光硬化性樹脂を重合硬化させた。 Next, an AFM (SPA400 / SPI4000: manufactured by SII Nano Technology) was used as a scanning probe microscope, the above sample was placed, then the AFM piezo scanner was moved upward, and the cantilever probe was not moved. After being inserted into the cured photocurable resin to a depth of 150 nm, the photocurable resin is irradiated with ultraviolet rays from a high pressure mercury lamp (the ultraviolet irradiation amount is 10 mJ / cm 3 ) to polymerize and cure the photocurable resin. It was.
次に、ピエゾスキャナーを下方に移動させて、カンチレバーの探針を紫外線で重合硬化した光硬化性樹脂から抜き取り、試料の光硬化性樹脂に40nm径のピラーパターンを転写形成した。AFMで計測した探針を抜き取ったときの光硬化した転写材料との間の付着力は、離型力15nNであり、この値を光硬化性樹脂のパターン形成時の離型力とした。さらに、光硬化性樹脂内に挿入された探針の表面積(1.884×104nm2)から、単位面積当たりの離型力として7.9×10-4nN/nm2が得られた。
本実施例の離型力の測定方法を用いることにより、小面積の試料でナノインプリントパターンと略同じ形状、寸法レベルで離型力を計測することができた。
Next, the piezo scanner was moved downward, the cantilever probe was extracted from the photo-curing resin polymerized and cured with ultraviolet rays, and a 40 nm diameter pillar pattern was transferred and formed on the photo-curing resin of the sample. The adhesion force with the photocured transfer material when the probe measured by the AFM was extracted was a release force of 15 nN, and this value was used as the mold release force when forming the pattern of the photocurable resin. Furthermore, 7.9 × 10 −4 nN / nm 2 was obtained as a release force per unit area from the surface area (1.884 × 10 4 nm 2 ) of the probe inserted in the photocurable resin. .
By using the mold release force measuring method of the present example, it was possible to measure the mold release force with a sample having a small area at the same shape and dimensional level as the nanoimprint pattern.
(実施例2)
両親媒性のシランカップリング剤の離型剤として、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を主成分とするオプツールDSXを専用希釈剤で希釈した溶液を作成した。この溶液を水面上に展開し、LB法により実施例1で用いた探針の表面に単分子膜を成膜した後、80℃で5分間加熱し、続いて室温大気下で1時間静置して乾燥させ、探針表面に離型層を形成した。
(Example 2)
As a release agent for the amphiphilic silane coupling agent, a solution was prepared by diluting OPTOOL DSX mainly composed of a fluorine-substituted alkyl group-containing organosilicon compound with a dedicated diluent. This solution is spread on the water surface, a monomolecular film is formed on the surface of the probe used in Example 1 by the LB method, heated at 80 ° C. for 5 minutes, and then allowed to stand at room temperature in the atmosphere for 1 hour. And dried to form a release layer on the probe surface.
次に、上記と同様に、10mm角のシリコンウェハ基板上に転写材料として光硬化性樹脂PAK-01(東洋合成工業社製)を塗布し、膜厚200nmの塗膜を形成し試料とした。 Next, in the same manner as described above, a photocurable resin PAK-01 (manufactured by Toyo Gosei Kogyo Co., Ltd.) was applied as a transfer material onto a 10 mm square silicon wafer substrate to form a coating film having a thickness of 200 nm as a sample.
次いで、AFMのピエゾスキャナーを上方に移動させて、カンチレバーの探針を未硬化の光硬化性樹脂内に150nmの深さにまで挿入した後、高圧水銀灯で紫外線を照射(紫外線照射量は10mJ/cm3)し、光硬化性樹脂を重合硬化させた。 Next, the AFM piezo scanner is moved upward, the cantilever probe is inserted into the uncured photo-curing resin to a depth of 150 nm, and then irradiated with ultraviolet light with a high-pressure mercury lamp (the ultraviolet irradiation amount is 10 mJ / cm 3 ), and the photocurable resin was polymerized and cured.
次に、ピエゾスキャナーを下方に移動させて、カンチレバーの探針を紫外線で重合硬化した光硬化性樹脂から抜き取り、試料の光硬化性樹脂に40nm径のホールパターンを転写形成した。探針を抜き取ったときの光硬化した転写材料との間の付着力をAFMで計測し、離型力1.2nNが得られ、単位面積当たりの離型力は0.6×10-4nN/nm2であった。
実施例1との比較から、本実施例の離型剤を用いることにより、離型剤を用いない場合に比べて、単位面積当たりの離型力は1/10以下に低下することがわかった。
Next, the piezo scanner was moved downward, the cantilever probe was extracted from the photo-curing resin polymerized and cured with ultraviolet rays, and a 40 nm diameter hole pattern was transferred and formed on the photo-curing resin of the sample. The adhesion force with the photocured transfer material when the probe is removed is measured by AFM, and a release force of 1.2 nN is obtained, and the release force per unit area is 0.6 × 10 −4 nN. / Nm 2 .
From the comparison with Example 1, it was found that the release force per unit area was reduced to 1/10 or less by using the release agent of this example compared to the case without using the release agent. .
11 被加工基板
12 転写材料
13 試料
14 カンチレバー
15 探針
16 紫外線
17 光硬化した転写材料
18 パターン
21 レーザ光源
22 レーザ光
23 光センサー
24 ピエゾスキャナー
25 X、Y軸走査システム
26 Z軸サーボシステム
27 コンピュータ
28 プリアンプ
29 モニター
DESCRIPTION OF
Claims (6)
走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を前記転写材料内に挿入した後、前記転写材料に紫外線を照射して光硬化させ、
次に、前記探針を前記光硬化した転写材料から抜き取ったときの前記探針と前記光硬化した転写材料との間の付着力を計測して離型力とすることを特徴とする離型力測定方法。 A mold release force measuring method for measuring a mold release force of a nanoimprint transfer material applied to a surface of a substrate to be processed,
After inserting the probe provided on the cantilever of the scanning probe microscope into the transfer material, the transfer material is irradiated with ultraviolet rays to be photocured,
Next, a mold release force is obtained by measuring an adhesive force between the probe and the photocured transfer material when the probe is extracted from the photocured transfer material. Force measurement method.
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