JP2012126113A - Method for manufacturing nanoimprint mold using metal deposition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属デポジションを用いたナノインプリント金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a nanoimprint mold using metal deposition.
近年半導体デバイスの微細化の要求はますます大きくなっている。また一方で製造コストの圧縮が大きな課題となっている。これらの課題を解決するための、微細パターンを安価に形成する技術としてナノインプリント（非特許文献１参照）を用いたものがある。 In recent years, the demand for miniaturization of semiconductor devices has been increasing. On the other hand, compression of manufacturing costs is a major issue. In order to solve these problems, there is a technique using nanoimprint (see Non-Patent Document 1) as a technique for forming a fine pattern at a low cost.
ナノインプリントの金型で最も微細なパターン形成用のものは、ＳｉＯ２／Ｓｉ等のウェハ基板を用いて、電子ビーム露光とドライエッチングおよび／またはウェットエッチングを利用して作製されている。 The nanoimprint mold for forming the finest pattern is manufactured by using electron beam exposure and dry etching and / or wet etching using a wafer substrate such as SiO 2 / Si.
しかしながら電子ビーム（ＥＢ）露光においては、電子ビーム（ＥＢ）をウェハ基板表面の絶縁層またはこれに塗布したレジストに照射した際に、この絶縁層またはレジストの表面がチャージアップする。このチャージアップのために照射した電子ビームの位置がずれ、パターン精度が劣化する。このチャージアップを低減するために、ウェハ基板の絶縁層またはレジストの上に更に導電層を設けることが多いが、これを用いることによって電子ビームが拡散するので、やはりある程度の分解能劣化が避けられない。また導電層を設けることによって、半導体製造プロセスが複雑になり、コストアップの原因となる。
電子ビームを用いて作製された金型またはスタンパとしては、ピッチが４０〜５０ｎｍ程度のものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。
However, in the electron beam (EB) exposure, when the electron beam (EB) is irradiated onto the insulating layer on the wafer substrate surface or the resist applied thereto, the surface of the insulating layer or the resist is charged up. The position of the electron beam irradiated for this charge-up shifts and the pattern accuracy deteriorates. In order to reduce this charge-up, a conductive layer is often provided on the insulating layer or resist of the wafer substrate. However, since the electron beam is diffused by using this, a certain degree of resolution degradation is unavoidable. . Providing the conductive layer complicates the semiconductor manufacturing process and causes an increase in cost.
As a mold or stamper manufactured using an electron beam, one having a pitch of about 40 to 50 nm is known (for example, see
一方、電子ビームの代わりに、Ｇａ＋イオンビーム等を用いた集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いてナノインプリント用の金型を作製した例は極めて少ない。これはＦＩＢはＥＢに比べ分解能が劣ることと、ＦＩＢを用いて露光を行った場合には、露光の効果以外にもスパッタリングによって表面状態が変化する効果があることによる。ＦＩＢ照射ではＥＢ照射の場合よりもウェハ基板表面の絶縁層やレジストの表面がチャージアップし易いが、イオンの質量が電子よりはるかに重いため、このチャージアップによるビームのずれは少ない。 On the other hand, there are very few examples of producing a mold for nanoimprinting using a focused ion beam (FIB) using a Ga + ion beam or the like instead of an electron beam. This is because FIB has inferior resolution as compared with EB, and when exposure is performed using FIB, there is an effect that the surface state is changed by sputtering in addition to the effect of exposure. In FIB irradiation, the insulating layer and the resist surface on the wafer substrate surface are more easily charged up than in EB irradiation. However, since the mass of ions is much heavier than that of electrons, the beam shift due to this charge-up is small.
しかしながら、ＦＩＢは露光に用いるのではなく、これを照射してウェハ基板を直接加工することによってパターンを形成することができる。これはＦＩＢによって照射されたウェハ基板の部位がスパッタリングで除去されることにより、ウェハ基板が直接加工されるものである。この場合、ＥＢ露光の場合と同等以上のパターン精度を得ることが可能である。ただし、この場合には特に表面のチャージアップを避けるために、加工されるウェハ基板の表面は導電性を持つ必要がある。これはＦＩＢによるスパッタリングでウェハ基板を直接加工する場合は、加工部位でのＦＩＢの照射時間が非常に長く（たとえば分単位）なるため、絶縁膜上にＦＩＢが照射された場合、ＥＢに比べてチャージアップによる位置ずれが少ないとはいえ、長時間照射によるイオンビームの位置ずれは大きくなるからである。
特許文献３には、導電性を持つ金属ガラスにＦＩＢで微細パターンを形成したナノインプリント用の金型が記載されている。
ただし、このようにＦＩＢを用いてウェハ基板を直接加工して微細パターンを形成する方法は、非常に時間がかかるので、コスト面から不利である。
However, FIB is not used for exposure, but a pattern can be formed by directly processing the wafer substrate by irradiating it. In this method, the wafer substrate is directly processed by removing the portion of the wafer substrate irradiated by the FIB by sputtering. In this case, it is possible to obtain a pattern accuracy equal to or higher than that in the case of EB exposure. In this case, however, the surface of the wafer substrate to be processed needs to have conductivity in order to avoid surface charge-up. This is because when the wafer substrate is directly processed by sputtering using FIB, the FIB irradiation time at the processing site becomes very long (for example, in units of minutes). Therefore, when FIB is irradiated onto the insulating film, compared with EB This is because although the positional deviation due to charge-up is small, the positional deviation of the ion beam due to long-time irradiation becomes large.
Patent Document 3 describes a nanoimprint mold in which a fine pattern is formed by FIB on a conductive metal glass.
However, the method of forming a fine pattern by directly processing a wafer substrate using FIB in this way is very time consuming and disadvantageous in terms of cost.
表面に金属層を設けたウェハ基板にＦＩＢを照射し、形成するパターンに対応して、金属層を除去するとともに、ウェハ基板にＦＩＢのＧａ＋イオンを積極的にドープし、このドープ領域をエッチングのマスクとして利用して、微細パターンを形成する方法が知られている（例えば非特許文献２、３参照）。
この方法を利用して、ナノインプリント金型を作製することが可能であるが、上記のようにＦＩＢでの加工には時間がかかるので、製造コストからみて不利である。また、ＦＩＢのＧａ＋イオンのウェハ基板へのドープ、すなわちウェハ基板中のＧａ＋イオンの拡散を利用するので、微細なピッチのパターンの形成には向いていない。
FIB is irradiated to a wafer substrate having a metal layer on the surface, the metal layer is removed corresponding to the pattern to be formed, and FIB Ga + ions are actively doped into the wafer substrate, and this doped region is etched. A method of forming a fine pattern by using as a mask is known (for example, see Non-Patent
Although it is possible to produce a nanoimprint mold using this method, it takes time to process with FIB as described above, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost. In addition, since the doping of FIB Ga + ions into the wafer substrate, that is, the diffusion of Ga + ions in the wafer substrate, is used, it is not suitable for forming a fine pitch pattern.
従来のＦＩＢを用いたウェハ基板へのパターンの形成方法では、たとえば４０ｎｍ以下の微細パターンを持つナノインプリント金型を製造することができない。 In a conventional method for forming a pattern on a wafer substrate using FIB, a nanoimprint mold having a fine pattern of, for example, 40 nm or less cannot be manufactured.
（１）請求項１に記載の発明は、ＳｉＯ２層を設けた基板を準備する工程と、基板上に金型パターンに応じた複数の金属パターンを堆積する堆積工程と、基板を加熱し、堆積した金属を凝集させて、ナノインプリント金型のパターンを形成する加熱工程とを有することを特徴とするナノインプリント金型の製造方法である。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のナノインプリント金型の製造方法において、堆積工程は、基板に有機白金化合物ガスを放射する工程と、荷電粒子ビームを照射する工程とを有することを特徴とする。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のナノインプリント金型の製造方法において、基板はＳｉからなることを特徴とする。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のナノインプリント金型の製造方法において、基板は絶縁体からなる絶縁体基板であり、この絶縁体基板と前記ＳｉＯ２層との間に、さらに導電層を設けたことを特徴とする。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のナノインプリント金型の製造方法において、絶縁体は、アルミナ、珪素カーバイトおよび窒化珪素のいずれか１つ以上から構成されることを特徴とする。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のナノインプリント金型の製造方法において、導電層はＳｉ層であることを特徴とする。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のナノインプリント金型の製造方法において、荷電粒子ビームは正イオンビームであることを特徴とする。
（８）請求項８に記載の発明は、請求項３乃至７のいずれか１項に記載のナノインプリント金型の製造方法において、堆積工程に続いて、加熱工程の前に、スパッタリングを行うことにより、金型パターンの位置の周辺に堆積した金属を除去する金属除去工程を有することを特徴とする。
（９）請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のナノインプリント金型の製造方法において、金属除去工程は、基板をＲＩＥエッチングによってＳｉＯ２層を除去することを特徴とする。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のナノインプリント金型の製造方法において、有機金属ガスは有機白金化合物ガスであることを特徴とする。
（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のナノインプリント金型の製造方法において、ＲＩＥエッチングで用いられるＲＦ出力は、スパッタリングで用いられるＲＦ出力より小さいことを特徴とする。
（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のナノインプリント金型の製造方法において、ＲＩＥエッチングで用いられるＲＦ出力は、１Ｗ〜１００Ｗの範囲であり、好ましくは略５Ｗであることを特徴とする。
（１３）請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のナノインプリント金型の製造方法を用いて製造されたナノインプリント金型を準備する工程と、金属ガラス層を設けた基板を準備する工程と、金属ガラス層を設けた基板をナノインプリント金型に重ね合わせ、加熱押圧する工程と、ナノインプリント基板を剥離する工程とを有することを特徴とする金属ガラスのナノインプリントスタンパである。
(1) The invention described in
(2) The invention described in
(3) The invention described in claim 3 is the method of manufacturing a nanoimprint mold according to
(4) The invention according to claim 4 is the method of manufacturing a nanoimprint mold according to
(5) The invention according to claim 5 is the method of manufacturing a nanoimprint mold according to claim 4, wherein the insulator is made of one or more of alumina, silicon carbide and silicon nitride. Features.
(6) The invention according to claim 6 is the method for producing a nanoimprint mold according to claim 4, wherein the conductive layer is a Si layer.
(7) The invention according to claim 7 is the method for producing a nanoimprint mold according to any one of
(8) The invention according to
(9) The invention according to claim 9 is the method for producing a nanoimprint mold according to
(10) The invention described in claim 10 is characterized in that in the method for producing a nanoimprint mold according to any one of
(11) The invention described in
(12) The invention according to
(13) The invention described in claim 13 includes a step of preparing a nanoimprint mold manufactured using the method of manufacturing a nanoimprint mold according to any one of
本発明の方法により、複雑なプロセスを用いることなく、４０ｎｍ以下のピッチの微細パターンを持つナノインプリント金型を簡便に作製することができる。 By the method of the present invention, a nanoimprint mold having a fine pattern with a pitch of 40 nm or less can be easily produced without using a complicated process.
以下図１〜図５を参照して、本発明によるナノインプリント金型の製造方法を用いて、Ｓｉ基板の上にドット状の金型パターンを１８ｎｍピッチで形成した例について説明する。なお、ここではドット状の金型パターンの作製に、有機白金化合物ガスを用いた集束イオンビーム（ＦＩＢ）による白金のデポジションを利用する例を示すが、後述するように有機白金化合物ガス以外のガスでも可能である。 Hereinafter, an example in which dot-shaped mold patterns are formed on a Si substrate at a pitch of 18 nm using the nanoimprint mold manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an example of using platinum deposition by a focused ion beam (FIB) using an organic platinum compound gas for the production of a dot-shaped mold pattern is shown, but as described later, other than the organic platinum compound gas Gas is also possible.
＜第１の実施形態＞
図１はナノインプリント金型の製造方法での処理工程の例を簡潔に示したものである。なお、ここに示す例ではＳｉ基板の上に金型のパターンを形成しているが、Ｓｉ基板以外の基板を用いることも可能である。
図１に示すステップＡ〜ステップＤにおける処理に対応した、Ｓｉ基板の状態をそれぞれ図２〜図５に示す。
<First Embodiment>
FIG. 1 briefly shows an example of processing steps in a method for producing a nanoimprint mold. In the example shown here, the mold pattern is formed on the Si substrate, but a substrate other than the Si substrate can also be used.
The states of the Si substrate corresponding to the processes in Step A to Step D shown in FIG. 1 are shown in FIGS.
まずステップＡで、Ｓｉ基板１（ウェハー）にＳｉＯ２膜２を形成する。この際には種々の装置が使用可能である。ここではプラズマＣＶＤ装置によって約５０ｎｍ厚のＳｉＯ２膜２を成膜している（図２（ａ）参照）。この際のプラズマ生成のための材料ガスにも種々のものがあるが、ここでは特に限定しない。
図２（ｂ）にこのステップＡでのＳｉ基板の加工後の基板状態Ａを示す。
First, in step A, the SiO 2 film 2 is formed on the Si substrate 1 (wafer). In this case, various devices can be used. Here, a SiO 2 film 2 having a thickness of about 50 nm is formed by a plasma CVD apparatus (see FIG. 2A). There are various material gases for plasma generation at this time, but there is no particular limitation here.
FIG. 2B shows the substrate state A after the processing of the Si substrate in step A.
次にステップＢでは、図３に示すように、ＳｉＯ２膜２を成膜したＳｉ基板（基板状態Ａ）に、白金（Ｐｔ）のデポジションを、ＦＩＢ（集束イオンビーム）装置のＦＩＢ３を用いて行う（装置全体は不図示）。白金のデポジションは、Ｓｉ基板（基板状態Ａ）にＦＩＢ３を照射する際に、同時にＳｉ基板（基板状態Ａ）に有機白金化合物からなるガス４をガス放出ノズル５からＳｉ基板の向けて放出し（図３（ａ）参照）、Ｓｉ基板（基板状態Ａ）でこの有機白金化合物がＦＩＢによって熱分解することにより形成される。また、デポジションされる白金６は、白金のドットパターン（後述）に対応するように、ＦＩＢをＳｉ基板上で走査して形成される。 Next, in step B, as shown in FIG. 3, the deposition of platinum (Pt) is performed on the Si substrate (substrate state A) on which the SiO 2 film 2 is formed, and FIB 3 of the FIB (focused ion beam) apparatus is used. (The entire device is not shown). In the deposition of platinum, when the SiB (substrate state A) is irradiated with FIB 3, the gas 4 made of an organic platinum compound is simultaneously emitted from the gas discharge nozzle 5 toward the Si substrate. (See FIG. 3 (a)), formed on the Si substrate (substrate state A) by thermally decomposing the organic platinum compound with FIB. The deposited platinum 6 is formed by scanning the FIB on the Si substrate so as to correspond to a platinum dot pattern (described later).
図３（ｂ）にこのステップＢでのＳｉ基板の加工後の基板状態Ｂを示す。ここでは簡単のため、４個のドット形状のパターンを形成するためにＦＩＢをＳｉ基板（基板状態Ａ）に照射した後のＳｉ基板の状態（基板状態Ｂ）を示す。なお、図３では後述するように、Ｐｔがドット位置を中心にして厚くデポジションされているが、ドットの外側にも薄くＰｔ層が形成されている。
なお、この有機白金化合物は、たとえばエチルシクロペンタジ エニル（トリメチル）白金（ Ｐｔ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３、例えば特開２００５−１１１５８３号公報参照）である。
FIG. 3B shows the substrate state B after the processing of the Si substrate in step B. Here, for the sake of simplicity, the state of the Si substrate (substrate state B) after irradiating the Si substrate (substrate state A) with FIB to form four dot-shaped patterns is shown. As will be described later in FIG. 3, Pt is thickly deposited around the dot position, but a thin Pt layer is also formed outside the dot.
The organic platinum compound is, for example, ethylcyclopentadienyl (trimethyl) platinum (Pt (C 5 H 4 C 2 H 5 ) (CH 3 ) 3 , see, for example, JP-A-2005-111583).
本発明によるナノインプリント金型の一例では、複数のドット状のパターンを形成している。ドット状パターンを形成するため、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を各ドット形成領域において一定時間照射すると、次のドット形成領域にＦＩＢを移動して照射を行う。 In an example of the nanoimprint mold according to the present invention, a plurality of dot-like patterns are formed. In order to form a dot pattern, when a focused ion beam (FIB) is irradiated in each dot formation area for a certain period of time, the FIB is moved to the next dot formation area for irradiation.
ドット１箇所でのＦＩＢ照射量は、ＦＩＢのビーム強度（イオンビーム電流）と所望の白金デポジション厚で定められる。白金デポジション厚は、さらに有機白金ガスの供給量にも依存する。
ここで説明する例では、各ドットで約５ｎｍ厚のＰｔ層をデポジションしており、この場合の各ドット当たりのＦＩＢ照射時間は、ビーム電流０．３ｐＡで１５ｍｓであった。また、このビーム電流ではビーム径（分解能）は約４ｎｍである。またドット間の間隔は、１８ｎｍのピッチとなるように、ＦＩＢの走査を制御している。
The amount of FIB irradiation at one dot is determined by the FIB beam intensity (ion beam current) and the desired platinum deposition thickness. The platinum deposition thickness also depends on the supply amount of organic platinum gas.
In the example described here, a Pt layer having a thickness of about 5 nm is deposited at each dot, and the FIB irradiation time per dot in this case is 15 ms with a beam current of 0.3 pA. In this beam current, the beam diameter (resolution) is about 4 nm. The FIB scanning is controlled so that the interval between dots is 18 nm.
上述のように、ＦＩＢを絶縁物に照射するとチャージアップが起こりやすいが、上記の程度のドット当たりの照射時間およびビーム電流では問題無い。また、絶縁層にＦＩＢを照射した場合であっても、一般にガスを吹き付けながらビーム照射を行った場合はチャージアップが抑制されるので、ビームドリフトの発生も抑制される。
さらに、本発明によるドット形成法では、ステップＣで用いられる熱凝縮の効果により、多少分解能が劣化して、ドットパターンが広がっても影響はほとんど無い。
As described above, when the insulator is irradiated with FIB, charge-up is likely to occur, but there is no problem with the irradiation time and beam current per dot as described above. Even when the insulating layer is irradiated with FIB, generally, when beam irradiation is performed while blowing gas, charge-up is suppressed, so that generation of beam drift is also suppressed.
Further, in the dot forming method according to the present invention, the resolution is somewhat deteriorated due to the effect of thermal condensation used in Step C, and even if the dot pattern spreads, there is almost no influence.
上記のようにしてＳｉ基板にＰｔ層をデポジションした状態を図３（ｂ）に示す。ＦＩＢの照射、すなわちイオンビームの走査は、ドット形状に白金がデポジションされるように、ドット形成位置毎にＦＩＢ照射位置を固定して行っているが、実際にデポジションされるＰｔ層は、ドット位置中心部で厚く、さらにその外側にも薄くＰｔ層が形成されている。
なお、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２層表面の各ドット位置の中央部が深くなっているが、これはＦＩＢによるスパッタリング効果で、ＳｉＯ２層が除去されているためである。ここにＰｔがデポジションされるために、ドット中央部のＰｔ層の厚さが大きくなる。
FIG. 3B shows a state in which the Pt layer is deposited on the Si substrate as described above. FIB irradiation, that is, ion beam scanning, is performed by fixing the FIB irradiation position for each dot formation position so that platinum is deposited in a dot shape, but the Pt layer actually deposited is A Pt layer is formed thick at the center of the dot position and further thinly outside thereof.
As shown in FIG. 3B, the central portion of each dot position on the surface of the SiO 2 layer is deep, because the SiO 2 layer is removed by the sputtering effect by FIB. Since Pt is deposited here, the thickness of the Pt layer at the center of the dot increases.
次にステップＣで、基板状態ＢとなっているＳｉ基板表面を、ＲＩＥエッチング装置等を用いて（装置は不図示）Ａｒスパッタリングで処理し、余分なＰｔ層を除去する。なお、ここで用いたエッチング装置では、ドット位置周辺に広がった０．５ｎｍ程度の厚さのＰｔ層を除去するために、Ａｒのチャンバ内ガス圧０．１Ｐａ、ＲＦ出力３００Ｗで、約１０秒程度でＡｒスパッタリングによるエッチングを行った（図４（ａ）参照）。 Next, in step C, the surface of the Si substrate in the substrate state B is processed by Ar sputtering using an RIE etching apparatus or the like (the apparatus is not shown) to remove an excess Pt layer. In the etching apparatus used here, an Ar chamber gas pressure of 0.1 Pa and an RF output of 300 W are used for about 10 seconds in order to remove a Pt layer having a thickness of about 0.5 nm spreading around the dot position. Etching by Ar sputtering was performed to the extent (see FIG. 4A).
図４（ｂ）に、このステップＣでのＳｉ基板の加工後の基板状態Ｃを示す。
基板状態Ｂでドット部分以外にも形成されていたＰｔ層が除去され、各ドットパターン毎に独立しているが、ドット位置周辺にも薄く白金層が残ったドット状パターン７が複数形成される。
FIG. 4B shows the substrate state C after the processing of the Si substrate in step C.
The Pt layer formed in the substrate state B other than the dot portion is removed and independent for each dot pattern, but a plurality of dot-like patterns 7 with a thin platinum layer remaining around the dot position are formed. .
次にステップＤで基板状態Ｃの基板の熱処理を行う。
ステップＣで基板状態Ｃのように加工されたＳｉ基板は、真空オーブン（装置は不図示）で加熱処理する。ここではＡｒ雰囲気（ガス圧１Ｐａ程度）で７００℃、３０分間加熱処理した（図５（ａ）参照）。
図５（ｂ）に、このステップＤでのＳｉ基板の加工後の基板状態Ｄを示す。
Next, in step D, the substrate in the substrate state C is heat-treated.
The Si substrate processed as in the substrate state C in step C is heat-treated in a vacuum oven (apparatus not shown). Here, heat treatment was performed at 700 ° C. for 30 minutes in an Ar atmosphere (gas pressure of about 1 Pa) (see FIG. 5A).
FIG. 5B shows the substrate state D after processing the Si substrate in step D.
図５（ａ）の基板状態Ｃのように、各ドットパターン毎に対応して分離されたＰｔのパターンは、上記のように加熱処理を行うことによって、ドット周囲に広がっていたＰｔ層が、ＦＩＢ のスパッタリングによって深くなっているドット中央部に凝集し、図５（ｂ）に示すように、Ｐｔのドット状パターン８となる。
熱処理によってＰｔはドット中央部に凝集する。したがって、ＦＩＢ照射によってＳｉＯ２膜がチャージアップすることによって、ビーム位置が多少ずれ、Ｐｔをデポジションしたパターンが多少広がっても、加熱処理後はＰｔのドット径は１０ｎｍ以下になり、１８ｎｍピッチのドットパターンを作製することが可能になる。
As in the substrate state C in FIG. 5A, the Pt layer separated corresponding to each dot pattern is subjected to the heat treatment as described above, so that the Pt layer spreading around the dots is As a result of aggregation by the FIB sputtering at the center of the deepened dot, a dot-
The heat treatment causes Pt to aggregate at the center of the dot. Therefore, when the SiO 2 film is charged up by FIB irradiation, even if the beam position is slightly shifted and the pattern in which Pt is deposited spreads slightly, the dot diameter of Pt becomes 10 nm or less after the heat treatment, and the 18 nm pitch It becomes possible to produce a dot pattern.
次にステップＥで基板状態Ｄの基板のＳｉＯ２層をＲＩＥエッチングで除去する（図６（ａ）参照）。この場合にはＲＩＥ装置にＣＨＦ３ガス、Ｏ２ガスを１：２で混合したガスを供給し、チャンバ内ガス圧を１．０Ｐａに維持し、ＲＦ出力５Ｗでエッチングを行っている。ＲＦ出力が５Ｗと上記のステップＣで用いられるＲＦ出力より大幅に低く設定されているが、これはイオン衝撃によるスパッタを低減し、かつＰｔが堆積されている部位とＳｉＯ２層が露出している部位でのエッチングの選択性を向上するためである。したがって、上記のステップＥで用いられるＲＦ出力はステップＣでのＲＦ出力より低く設定する。更に、この効果は、ＲＦ出力を１００Ｗ以下にすることにより顕著となるが、あまり小さくするとエッチング速度が小さくなりすぎるので、１Ｗ以上に設定され、好ましくは略５Ｗで行われる。
なお、この際ＣＨＦ３以外のガスでも、ＳｉＯ２が除去されるようなガスであればこれを用いてもよい。
Next, in step E, the SiO 2 layer of the substrate in the substrate state D is removed by RIE etching (see FIG. 6A). In this case, a gas in which CHF 3 gas and O 2 gas are mixed at a ratio of 1: 2 is supplied to the RIE apparatus, the gas pressure in the chamber is maintained at 1.0 Pa, and etching is performed with an RF output of 5 W. The RF power is set to 5 W, which is significantly lower than the RF power used in Step C above, but this reduces spattering due to ion bombardment and exposes the site where Pt is deposited and the SiO 2 layer. This is in order to improve the selectivity of etching at the site. Therefore, the RF output used in step E is set lower than the RF output in step C. Further, this effect becomes significant when the RF output is set to 100 W or less, but if it is made too small, the etching rate becomes too small, so it is set to 1 W or more, and preferably about 5 W.
At this time, a gas other than CHF 3 may be used as long as it is a gas from which SiO 2 is removed.
図６に、このステップＥでのＳｉ基板の加工後の基板状態Ｅを示す。
上記の条件のＲＩＥエッチングを用いて、ＳｉＯ２層の異方性エッチングを行うことにより、図６下側に示すような、ＳｉＯ２部分に白金ドットパターン８が乗ったような、１８ｎｍピッチのドットパターン９が作製され、基板は基板状態Ｅとなる。この基板状態Ｅの基板をナノインプリント金型１０として使用できる。
FIG. 6 shows the substrate state E after the processing of the Si substrate in step E.
By performing anisotropic etching of the SiO 2 layer using RIE etching under the above conditions, a dot pattern with an 18 nm pitch, such as the
以上では、ＳｉＯ２層を形成したＳｉ基板を用いて、１８ｎｍピッチのドットパターンの金型の作製を例にして、本発明によるナノインプリント金型の製造方法を説明した。
本発明によるナノインプリント金型の製造方法は、パターンピッチは１８ｎｍに限定されず、またドットパターンに限定されない。
パターンピッチはＦＩＢのビーム照射（走査）間隔および走査方法の変更により可変である。またドットの大きさはビーム径（分解能）の変更によって可変である。さらにドットの大きさの変更、およびドット以外の形状のパターンを作製する場合は、所望の形状にＰｔがデポジションされるように、ＦＩＢのビームを走査することにより可能である。
The method for producing a nanoimprint mold according to the present invention has been described above by taking as an example the production of a dot pattern mold with an 18 nm pitch using a Si substrate on which a SiO 2 layer is formed.
In the method for producing a nanoimprint mold according to the present invention, the pattern pitch is not limited to 18 nm, and is not limited to a dot pattern.
The pattern pitch can be changed by changing the FIB beam irradiation (scanning) interval and the scanning method. The dot size can be changed by changing the beam diameter (resolution). Further, when changing the size of the dots and creating a pattern having a shape other than the dots, it is possible to scan the FIB beam so that Pt is deposited in a desired shape.
＜第２の実施形態＞
本発明によるナノインプリント金型の製造方法によって製造された金型は、これを用いて金属ガラスのナノインプリント用スタンパを作製することに極めて適している。これはアモルファス合金は優れた微細成形特性を有するとともに、本発明によるナノインプリント金型の製造方法と同様に全てドライプロセスであるので、スタンパの製造までを簡単なプロセスで行えるからである。
図７に本発明によるナノインプリント金型の製造方法を用いて作製されたナノインプリント金型を用いて、金属ガラスのナノインプリントスタンパを製造する方法を示す。
<Second Embodiment>
The mold manufactured by the method for manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention is extremely suitable for producing a metal glass nanoimprint stamper using the mold. This is because an amorphous alloy has excellent micro-molding characteristics and is a dry process as in the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, so that the stamper can be manufactured by a simple process.
FIG. 7 shows a method of manufacturing a metal glass nanoimprint stamper using a nanoimprint mold manufactured using the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention.
Ｓｉ基板１１に金属ガラス層（ＢＭＧ、Ｂｕｌｋ Ｍｅｔａｌ Ｇｌａｓｓ）１２を設けたスタンパ基板１３を準備し、このスタンパ基板１３を上記の第１の実施形態で作製したナノインプリント金型１０に重ねて、加熱押圧する（図７（ａ））。なおＳｉ基板に金属ガラス層を設ける方法には種々の方法があり、ここでは特に限定しない。
これによりスタンパ基板１３の金属ガラス層は、ナノインプリント金型１０に合わせて変形される（図７（ｂ））。
次にスタンパ基板１３とナノインプリント金型を押圧した状態で冷却後、ナノインプリント金型を剥離することにより、金属ガラスのスタンパ１４が製造される（図７（ｃ））。
A stamper substrate 13 in which a metal glass layer (BMG, Bulk Metal Glass) 12 is provided on an
Thereby, the metallic glass layer of the stamper substrate 13 is deformed according to the nanoimprint mold 10 (FIG. 7B).
Next, after cooling in a state where the stamper substrate 13 and the nanoimprint mold are pressed, the nanoimprint mold is peeled off to produce a metal glass stamper 14 (FIG. 7C).
金属ガラスには種々のものが使用でき、例えばパラジウム金属ガラスでは、３３５℃に加熱し、６０ＭＰａで１０秒間押圧することで金属ガラスのスタンパが製造できる。また、Ｐｔ６０Ｎｉ１５Ｐ２５の組成の金属ガラスを用いた場合は、２５７℃に加熱し、５０ＭＰａで３０秒押圧することで、金属ガラスのナノインプリントスタンパが製造できる。 Various types of metal glass can be used. For example, in the case of palladium metal glass, a metal glass stamper can be manufactured by heating to 335 ° C. and pressing at 60 MPa for 10 seconds. In the case of using a metallic glass having the composition of Pt 60 Ni 15 P 25, was heated to 257 ° C., by pressing 30 seconds at 50 MPa, nanoimprint stamper metallic glass can be produced.
なお、上記で記載した本発明によるナノインプリント金型の製造方法で用いられる種々の装置の設定条件や加工条件はあくまでも一例であり、例えば基板の材質や、パターンピッチおよびパターン形状、さらにＰｔ層の厚さ等により異なってくる。またさらに、基板の大きさなどによっても、使用する処理装置の制御条件は異なってくる。 Note that the setting conditions and processing conditions of various apparatuses used in the method for manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention described above are merely examples. For example, the material of the substrate, the pattern pitch and pattern shape, and the thickness of the Pt layer It depends on the situation. Furthermore, the control conditions of the processing apparatus to be used vary depending on the size of the substrate.
上記で説明した、本発明によるナノインプリント金型の製造方法では、Ｓｉ基板にＳｉＯ２層を形成したものに白金をデポジションしているが、Ｓｉ基板の代わりにアルミナ基板（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体の基板を用い、このアルミナ基板にＳｉ層とＳｉＯ２層を形成したものを用いても実施することができる。アルミナ基板は高強度であり、プラズマ処理における耐腐食性が良好であることから、ナノインプリント金型の基板材料として好適である。 In the nanoimprint mold manufacturing method according to the present invention described above, platinum is deposited on a Si substrate formed with an SiO 2 layer, but an alumina substrate (Al 2 O 3 ) or the like is used instead of the Si substrate. The present invention can also be carried out using a substrate of the above-mentioned insulator and using an alumina substrate having a Si layer and a SiO 2 layer formed thereon. An alumina substrate is suitable as a substrate material for a nanoimprint mold because of its high strength and good corrosion resistance in plasma treatment.
Ｓｉ層はＡｌ２Ｏ３基板とＳｉＯ２層の間に設けられる。これはＳｉ基板の代わりにアルミナ基板を用いると、アルミナとＳｉＯ２が絶縁体であるため、イオンビーム照射によってビームドリフトが起こりやすくなることを低減するためである。Ｓｉ層は、このＳｉ層が露出している部分、例えば基板の厚さ方向の断面部に導電材を塗布して、基板を戴置した金属製のステージを介してＳｉ層が接地されるようにする。 The Si layer is provided between the Al 2 O 3 substrate and the SiO 2 layer. This is because, when an alumina substrate is used instead of the Si substrate, alumina and SiO 2 are insulators, so that it is less likely that beam drift easily occurs due to ion beam irradiation. In the Si layer, a conductive material is applied to a portion where the Si layer is exposed, for example, a cross section in the thickness direction of the substrate, and the Si layer is grounded through a metal stage on which the substrate is placed. To.
あるいは、アルミナ基板の上にＳｉＯ２層を形成した後、さらに導電性の薄膜を形成して、これに対して上記のようなＦＩＢを用いて白金のデポジションを行ってもよい。この導電性の薄膜は、導電性の材質を塗布することによって形成されてもよく、また例えばＦＩＢを用いた白金デポジションを基板全面に実施することによって形成してもよい。 Alternatively, after forming the SiO 2 layer on the alumina substrate, a conductive thin film may be further formed, and platinum may be deposited using the FIB as described above. This conductive thin film may be formed by applying a conductive material, or may be formed by, for example, performing platinum deposition using FIB on the entire surface of the substrate.
なお、絶縁体の基板としてはアルミナ基板の他に、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）基板等も同様に用いることができる。また、これらの絶縁体の層を複合して生成した絶縁体基板を用いてもよい。これらの基板を用いる場合には、上記と同様に、絶縁体基板の上にＳｉ層などの導電層を形成する。 In addition to the alumina substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) substrate, or the like can also be used as the insulator substrate. Alternatively, an insulating substrate formed by combining these insulating layers may be used. When these substrates are used, a conductive layer such as a Si layer is formed on the insulator substrate in the same manner as described above.
上記の説明では、絶縁体基板とこの上に形成するＳｉＯ２層との間に形成する導電層をＳｉとしたが、Ｓｉ以外の導電層を用いてもよい。たとえば金属層をＣＶＤあるいは蒸着あるいは化学的プロセスで形成してもよい。ただし、白金デポジションを行った後に、これらの導電層の除去が、ＳｉＯ２層を除去するプロセスで一緒に行えない場合は処理工程が増加することになる。 In the above description, the conductive layer formed between the insulator substrate and the SiO 2 layer formed thereon is Si, but a conductive layer other than Si may be used. For example, the metal layer may be formed by CVD, vapor deposition, or chemical process. However, if the conductive layer cannot be removed together with the process of removing the SiO 2 layer after the platinum deposition, the number of processing steps is increased.
また、上記のナノインプリント金型の説明では、ドットパターンを例に説明したが、ＦＩＢの走査方法によりドット以外のパターンを同様に形成することが可能である。 In the description of the nanoimprint mold, the dot pattern has been described as an example. However, patterns other than dots can be similarly formed by the FIB scanning method.
上記の本発明によるナノインプリント金型の製造方法の説明では、白金（Ｐｔ）のＳｉ基板へのデポジションにＦＩＢ（集束イオンビーム）を用いているが、ＦＩＢの代わりに電子ビーム（ＥＢ）を用いてもよい。
ＥＢを用いた場合、白金デポジションの形成速度はやや劣るが、分解能は向上する。ただし、電子ビームはスパッタリングの効果は有しないので、白金パターンの中央部を深くするためには、ガスアシストエッチング等を併用してパターンに対応する部位をミリングした後、デポジションを行う必要がある。
In the above description of the method for producing a nanoimprint mold according to the present invention, FIB (focused ion beam) is used for deposition of platinum (Pt) on the Si substrate, but an electron beam (EB) is used instead of FIB. May be.
When EB is used, the formation rate of platinum deposition is slightly inferior, but the resolution is improved. However, since the electron beam has no sputtering effect, in order to deepen the central portion of the platinum pattern, it is necessary to perform deposition after milling the part corresponding to the pattern using gas assist etching or the like together. .
なお、上記のナノインプリント金型の作製方法の説明では、有機白金化合物ガスを用いたＦＩＢによる白金のデポジションを用いて行う例を示したが、有機白金化合物ガス以外の有機金属ガスであっても、この有機金属ガスに含まれる金属がデポジション後に熱凝集を起こすようなものであれば、有機白金化合物ガスと同様に使用できる。
例えば、ジメチル金ホスホニウム錯体（Ａｕ（ＣＨ３）２（ＡｃＡｃ）、例えば特開平６−１５８３２２参照）や、ビス(アセチルアセトナト)鉛（Ｐｂ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２，例えば特開２００５−１１１５８３号公報参照）などが使用可能である。
In the above description of the method for producing a nanoimprint mold, an example in which the deposition of platinum by FIB using an organic platinum compound gas is used has been described, but an organic metal gas other than the organic platinum compound gas may be used. As long as the metal contained in the organic metal gas causes thermal aggregation after deposition, it can be used in the same manner as the organic platinum compound gas.
For example, dimethyl gold phosphonium complex (Au (CH 3 ) 2 (AcAc), for example, see JP-A-6-158322), bis (acetylacetonato) lead (Pb (C 5 H 7 O 2 ) 2 , for example, JP 2005 -1111583 publication) can be used.
また、上記の説明ではＧａ＋イオンを用いたＦＩＢについて説明したが、Ｇａ＋イオン以外の正イオンを用いてもよい。ただし、その場合はＦＩＢ装置のイオン源の構成が変更される。例えば希ガスイオンを用いても同様に白金のデポジションを行うことができる。また、この際に基板のスパッタリングが行われる効果を期待することができる。
したがって、以上のように白金のデポジションをイオンまたは電子からなら荷電粒子ビームによって行うことができる。
In the above description, FIB using Ga + ions has been described, but positive ions other than Ga + ions may be used. However, in that case, the configuration of the ion source of the FIB apparatus is changed. For example, platinum can be similarly deposited using rare gas ions. Moreover, the effect that sputtering of the substrate is performed at this time can be expected.
Therefore, as described above, the deposition of platinum can be performed from ions or electrons by a charged particle beam.
また、さらに、分解能は劣るが、レーザーを用いて白金デポジションを行うことも可能である。ただし、この場合もレーザーはスパッタリングの効果がないので、ガスアシストエッチング等を併用して、パターンに対応する部位をミリングした後、デポジションを行う必要がある。 Further, although the resolution is inferior, it is possible to perform platinum deposition using a laser. However, in this case as well, since the laser has no effect of sputtering, it is necessary to perform deposition after milling the part corresponding to the pattern by using gas assist etching or the like together.
以上の説明より、例えばＳｉＯ２層を形成した基板に対して、ＦＩＢ、ＥＢ、レーザー、または通常の露光プロセスを利用してエッチングを行って微小な凹部を形成した後に、ＦＩＢ、ＥＢ、レーザー、または通常の露光プロセスによって白金層を堆積し、これをさらに加熱して白金を熱凝集させることによって、ナノインプリント金型を製造することも可能である。 From the above description, for example, the substrate on which the SiO 2 layer is formed is etched using FIB, EB, laser, or a normal exposure process to form a minute recess, and then FIB, EB, laser, Alternatively, a nanoimprint mold can be manufactured by depositing a platinum layer by a normal exposure process and further heating it to thermally aggregate the platinum.
１・・・Ｓｉ基板
２・・・ＳｉＯ２膜
３・・・集束イオンビーム（ＦＩＢ）
４・・・有機白金化合物ガス
５・・・ガス放出ノズル
６・・・白金デポジション
７・・・ドット位置周辺に白金層が残ったドット状パターン
８・・・白金ドット状パターン
９・・・ドットパターン
１０・・・ナノインプリント金型
１１・・・Ｓｉ基板（スタンパ）
１２・・・金属ガラス層（スタンパ）
１３・・・スタンパ基板
１４・・・スタンパ
1 ...
4 ... Organic platinum compound gas 5 ... Gas discharge nozzle 6 ... Platinum deposition 7 ... Dot pattern with platinum layer remaining around the
12 ... Metallic glass layer (stamper)
13 ... Stamper substrate 14 ... Stamper
Claims (13)
基板上に金型パターンに応じた複数の金属ドットを堆積する堆積工程と、
前記基板を加熱し、堆積した金属を凝集させて、前記ナノインプリント金型のパターンを形成する加熱工程とを有することを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 Preparing a substrate provided with a SiO 2 layer;
A deposition step of depositing a plurality of metal dots according to the mold pattern on the substrate;
And a heating step of forming a pattern of the nanoimprint mold by heating the substrate and aggregating the deposited metal.
前記堆積工程は、前記基板に有機金属化合物ガスを放射する工程と、荷電粒子ビームを照射する工程とを有することを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 1,
The deposition step includes a step of emitting an organometallic compound gas to the substrate and a step of irradiating a charged particle beam.
前記基板はＳｉからなることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a nanoimprint mold, wherein the substrate is made of Si.
前記基板は絶縁体からなる絶縁体基板であり、この絶縁体基板と前記ＳｉＯ２層との間に、さらに導電層を設けたことを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 1 or 2,
The method of manufacturing a nanoimprint mold, wherein the substrate is an insulator substrate made of an insulator, and a conductive layer is further provided between the insulator substrate and the SiO 2 layer.
前記絶縁体は、アルミナ、珪素カーバイトおよび窒化珪素のいずれか１つ以上から構成されることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold | die of Claim 4,
The said insulator is comprised from any one or more of an alumina, a silicon carbide, and silicon nitride, The manufacturing method of the nanoimprint metal mold | die characterized by the above-mentioned.
前記導電層はＳｉ層であることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold | die of Claim 4,
The method for producing a nanoimprint mold, wherein the conductive layer is a Si layer.
前記荷電粒子ビームは正イオンビームであることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metallic mold according to any one of claims 1 to 6,
The method for producing a nanoimprint mold, wherein the charged particle beam is a positive ion beam.
前記堆積工程に続いて、前記加熱工程の前に、スパッタリングを行うことにより、前記金型パターンの位置の周辺に堆積した金属を除去する金属除去工程を有することを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metallic mold according to any one of claims 3 to 7,
A nanoimprint mold manufacturing method comprising a metal removal process for removing metal deposited around the position of the mold pattern by performing sputtering before the heating process following the deposition process. Method.
前記金属除去工程は、前記基板をＲＩＥエッチングによってＳｉＯ２層を除去することを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 8,
The method for producing a nanoimprint mold, wherein the metal removing step removes the SiO 2 layer from the substrate by RIE etching.
前記有機金属ガスは有機白金化合物ガスであることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metallic mold according to any one of claims 1 to 9,
The method for producing a nanoimprint mold, wherein the organometallic gas is an organoplatinum compound gas.
前記ＲＩＥエッチングで用いられるＲＦ出力は、前記スパッタリングで用いられるＲＦ出力より小さいことを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 10,
A method of manufacturing a nanoimprint mold, wherein an RF output used in the RIE etching is smaller than an RF output used in the sputtering.
前記ＲＩＥエッチングで用いられるＲＦ出力は、１Ｗ〜１００Ｗの範囲であり、好ましくは略５Ｗであることを特徴とするナノインプリント金型の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoimprint metal mold according to claim 11,
The RF power used in the RIE etching is in the range of 1 W to 100 W, preferably about 5 W, and the method for producing a nanoimprint mold.
金属ガラス層を設けた基板を準備する工程と、
前記金属ガラス層を設けた基板を前記ナノインプリント金型に重ね合わせ、加熱押圧する工程と、
前記ナノインプリント基板を剥離する工程とを有することを特徴とする金属ガラスのナノインプリントスタンパの製造方法。
Preparing a nanoimprint mold manufactured using the method of manufacturing a nanoimprint mold according to any one of claims 1 to 12, and
Preparing a substrate provided with a metallic glass layer;
A step of superposing the substrate provided with the metal glass layer on the nanoimprint mold and heating and pressing;
And a step of peeling the nanoimprint substrate. A method for producing a metal glass nanoimprint stamper.
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