JP4853706B2 - Imprint mold and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、半導体デバイス、光導波路や回折格子等の光学部品、ハードディスクやDVD等の記録デバイス、DNA分析等のバイオチップ、拡散版や導光版などのディスプレイといった各種製品の製造工程において、インプリント法を用いたパターン形成を行う際に用いることができるインプリント用モールド及びその製造方法に関する。   The present invention is applied to the manufacturing process of various products such as semiconductor devices, optical components such as optical waveguides and diffraction gratings, recording devices such as hard disks and DVDs, biochips such as DNA analysis, and displays such as diffusion plates and light guide plates. The present invention relates to an imprint mold that can be used for pattern formation using a printing method and a method for manufacturing the same.

<背景技術1;フォトリソグラフィ>
従来、半導体デバイスの製造プロセスなど、微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられていた。
その例として、ガラスなどの透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作成し、これをレジストを塗布した半導体基板(以下、感応基板という)上に直接的に、或いは間接的に載せ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分のレジストを選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを感応基板に転写することが行われていた。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。
また、現在の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、光学的にマスクパターンを縮小して半導体基板上にパターンを転写する方法が主流となっている。
<Background Technology 1: Photolithography>
Conventionally, a method of optically transferring a pattern has been used to form a pattern that requires fine processing, such as a semiconductor device manufacturing process.
As an example, a photomask having a pattern made of an opaque material such as chromium formed on a part of a transparent substrate such as glass is prepared, and this is directly applied on a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a sensitive substrate) coated with a resist. Alternatively, the pattern of the photomask is transferred to the sensitive substrate by placing it indirectly or by irradiating light from the back surface of the photomask to selectively expose the resist in the light transmitting portion. This technique is generally called a photolithography method.
Further, in the current semiconductor device manufacturing process, a method of optically reducing a mask pattern and transferring the pattern onto a semiconductor substrate has become mainstream.

しかしながら、これらのパターン形成方法は、形成するパターンのサイズや形状は露光する光の波長に大きく依存する。例えば、昨今の先端半導体デバイスの製造においては、フォトリソグラフィに用いる露光波長は150nm以上であるのに対し、最小線幅は65nm以下であり、光の回折現象による解像限界に達している。
そして、レジストの解像度を増すために、近接効果補正(OPC:Optical Proximity Correction)や位相シフトマスク、変形照明等の超解像技術を用いてはいるものの、マスクパターンを半導体基板上に忠実に転写することが困難となっている。
However, in these pattern forming methods, the size and shape of the pattern to be formed greatly depend on the wavelength of light to be exposed. For example, in the manufacture of advanced semiconductor devices in recent years, the exposure wavelength used for photolithography is 150 nm or more, while the minimum line width is 65 nm or less, reaching the resolution limit due to the light diffraction phenomenon.
In order to increase the resolution of the resist, super-resolution technology such as proximity effect correction (OPC), phase shift mask, and modified illumination is used, but the mask pattern is faithfully transferred onto the semiconductor substrate. It has become difficult to do.

更に縮小投影露光の場合には、基板の水平方向のみならず垂直方向にも位置合わせ精度が要求されるため、フォトマスク及び半導体基板の精密ステージ制御(X,Y,Z,θ)などが必要となるため、装置のコストが高くなるという欠点があった。   Furthermore, in the case of reduced projection exposure, alignment accuracy is required not only in the horizontal direction of the substrate but also in the vertical direction, so precise stage control (X, Y, Z, θ) of the photomask and semiconductor substrate is necessary. Therefore, there has been a drawback that the cost of the apparatus becomes high.

また、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイスなど様々なパターン形成においてもフォトリソグラフィ法を用いている限り、これらの光の回折現象によるパターンボケや複雑な機構を必要とする装置コストの問題は、同様に存在し、マスクパターンを忠実に転写することはできない。   In addition to the manufacture of semiconductor devices, as long as photolithography is used in various pattern formations such as displays, recording media, biochips, optical devices, etc. The problem of the required apparatus cost similarly exists, and the mask pattern cannot be faithfully transferred.

<背景技術2;熱インプリント>
このような背景から、S.Y.Chou等は、インプリント法(もしくはナノインプリント法)と呼ばれる非常に簡易であるが大量生産に向き、従来の方法よりも格段に微細なパターンを忠実に転写可能な技術を提案している(例えば非特許文献1、2参照)。
なお、インプリント法とナノインプリント法に厳密な区別はないが、半導体デバイスや回折格子などの製造に用いられるようなナノメーターオーダーのものをナノインプリント法と呼び、その他のマイクロメーターオーダーのものをインプリント法と呼ぶことが多い。以後、全てインプリント法と呼ぶことにする。
<Background Technology 2: Thermal Imprint>
Against this background, SYChou et al. Proposed a technique called imprint method (or nanoimprint method) that is very simple but suitable for mass production and can transfer a much finer pattern faithfully than conventional methods. (See Non-Patent Documents 1 and 2, for example).
Although there is no strict distinction between the imprint method and the nanoimprint method, the nanometer-order method used for manufacturing semiconductor devices and diffraction gratings is called the nanoimprint method, and other micrometer-order methods are imprinted. Often called the law. Hereinafter, all are referred to as an imprint method.

次に、S.Y.Chou等が提案している従来のインプリント法について、図6(a)〜(e)を用いて説明する。
まず、表面上にシリコン酸化膜102を形成したシリコン基板101を用意し、シリコン基板101上のシリコン酸化膜102を、最終的に半導体基板等の被転写体に転写すべきパターンのネガポジ反転像に対応するパターンを形成する。シリコン酸化膜102のパターニングには、例えば、通常の電子ビームリソグラフィ技術を用いることができる。こうして、半導体基板等の表面に転写すべきパターンのネガポジ反転像に対応する凹凸を有するモールド100を形成する(図6(a))。
Next, a conventional imprint method proposed by SYChou et al. Will be described with reference to FIGS.
First, a silicon substrate 101 having a silicon oxide film 102 formed on the surface is prepared, and the silicon oxide film 102 on the silicon substrate 101 is finally converted into a negative / positive reversal image of a pattern to be transferred to a transfer target such as a semiconductor substrate. A corresponding pattern is formed. For patterning the silicon oxide film 102, for example, a normal electron beam lithography technique can be used. In this way, a mold 100 having irregularities corresponding to a negative / positive reversal image of a pattern to be transferred onto the surface of a semiconductor substrate or the like is formed (FIG. 6A).

次いで、パターンを形成しようとするシリコン基板111上に、PMMAなどの熱可塑性のレジスト材料を塗布しレジスト層112を形成する(図6(b))。次いで、レジスト層112を形成したシリコン基板111をレジストのガラス転移温度(Tg)以上(約120〜200°C程度)に加熱し、レジスト層112を軟化させる。
次いで、シリコン基板111のレジスト層の塗布面側にモールドの凹凸面側が対向するようにモールド100とシリコン基板111とを重ね合わせ、およそ5〜20MPa程度の圧力で圧着する(図6(c))。
次いで、モールド100をシリコン基板111に圧着した状態で温度をレジストのガラス転移温度以下(約100°C以下)まで降温してレジスト層112を硬化させ、モールドを脱着する。これにより、シリコン基板111上のレジスト層112には、モールド100の凹凸パターンに対応するパターンが形成される(図6(d))。
次いで、シリコン基板111上には、モールド100の凸部に相当する部分が薄い残膜として残るため、ORIE法(酸素ガスによる反応性イオンエッチング)により、これを除去する(図6(e))。
Next, a thermoplastic resist material such as PMMA is applied on the silicon substrate 111 on which a pattern is to be formed, thereby forming a resist layer 112 (FIG. 6B). Next, the silicon substrate 111 on which the resist layer 112 is formed is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the resist (about 120 to 200 ° C.) to soften the resist layer 112.
Next, the mold 100 and the silicon substrate 111 are overlapped so that the uneven surface side of the mold faces the coated surface side of the resist layer of the silicon substrate 111 and pressure-bonded with a pressure of about 5 to 20 MPa (FIG. 6C). .
Next, in a state where the mold 100 is pressure-bonded to the silicon substrate 111, the temperature is lowered to a glass transition temperature or lower (about 100 ° C. or lower) of the resist to cure the resist layer 112, and the mold is detached. As a result, a pattern corresponding to the concavo-convex pattern of the mold 100 is formed on the resist layer 112 on the silicon substrate 111 (FIG. 6D).
Next, since a portion corresponding to the convex portion of the mold 100 remains as a thin residual film on the silicon substrate 111, this is removed by O 2 RIE (reactive ion etching using oxygen gas) (FIG. 6 (e)). )).

このようにして、インプリント法を用いたレジストパターンの形成が行われていた。
この方法は昇温、冷却過程の熱サイクルを伴うため、熱インプリント法、もしくは熱ナノインプリント法と呼ばれる。
In this way, a resist pattern is formed using the imprint method.
This method is called a thermal imprint method or a thermal nanoimprint method because it involves a thermal cycle of temperature rise and cooling.

<熱インプリント:課題>
しかしながら、上記従来の熱インプリント法を用いたパターン形成方法では、重ね合わせ位置精度やモールドの強度・耐久性に解決すべき課題があった。つまり、上述のように、インプリント法を用いたパターン形成方法ではモールドと基板との圧着の際に約5〜15MPaという極めて高い圧力を必要とするが、このような高い圧力を加えながら、モールドと基板との間の水平方向の位置精度を維持することは極めて困難である。
また、このような高い圧力では転写回数を増すとモールドの破損という問題が発生する。さらには熱サイクルを伴うため、転写される側の基板とモールド材料の熱膨張係数の違いからも位置精度は悪化し、昇温・冷却のために処理時間が長いという問題が発生する。つまり、熱インプリントの原理的課題は、高いプレス圧力と高い温度の2点と言える。
<Thermal Imprint: Issues>
However, the conventional pattern formation method using the thermal imprint method has problems to be solved in terms of overlay position accuracy, mold strength and durability. That is, as described above, the pattern forming method using the imprint method requires an extremely high pressure of about 5 to 15 MPa when the mold and the substrate are pressure-bonded. It is extremely difficult to maintain the horizontal positional accuracy between the substrate and the substrate.
Further, when the number of times of transfer is increased at such a high pressure, there arises a problem that the mold is broken. Furthermore, since it involves a thermal cycle, the positional accuracy deteriorates due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate to be transferred and the mold material, and there arises a problem that the processing time is long for temperature rise and cooling. That is, it can be said that the fundamental problem of thermal imprinting is two points of high press pressure and high temperature.

<背景技術3;光インプリント>
このような問題を解決するため、以下に説明するようなインプリント法によるパターンの形成方法を提案している(例えば特許文献1参照)。
具体的には、図7(a)に示すように、石英などの透光性を有する材料からなる基板を電子ビームリソグラフィ法などとエッチングにより表面に凹凸の形状を有するモールド120を作製する。次に、図7(b)に示すように、シリコン基板上に被転写体となる粘度の低い液体状の光硬化性樹脂組成物(レジスト112)を塗布し、図7(c)に示すように、モールド120を光硬化性樹脂組成物(レジスト112)に圧着させる。このときのプレス圧力は0.01〜5MPa程度と小さくて良い。この状態で、モールド120の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂組成物(レジスト112)を硬化させる。図7(d) に示すように、モールド120のパターンが転写された光硬化性樹脂(レジスト112)の薄い残膜をORIE法などにより除去する。これにより、図7(e)に示すように、樹脂パターンが得られる。
<Background Technology 3: Optical Imprint>
In order to solve such a problem, a pattern forming method by an imprint method as described below has been proposed (for example, see Patent Document 1).
Specifically, as shown in FIG. 7A, a mold 120 having a concavo-convex shape on the surface is produced by etching a substrate made of a light-transmitting material such as quartz with an electron beam lithography method or the like. Next, as shown in FIG. 7 (b), a low-viscosity liquid photocurable resin composition (resist 112) to be transferred is applied on the silicon substrate, and as shown in FIG. 7 (c). Next, the mold 120 is pressure-bonded to the photocurable resin composition (resist 112). The pressing pressure at this time may be as small as about 0.01 to 5 MPa. In this state, light is irradiated from the back surface of the mold 120 to cure the photocurable resin composition (resist 112). As shown in FIG. 7D, the thin residual film of the photocurable resin (resist 112) to which the pattern of the mold 120 has been transferred is removed by the O 2 RIE method or the like. Thereby, as shown in FIG.7 (e), the resin pattern is obtained.

この方法によれば、樹脂の硬化を光反応によって行うため熱サイクルがなく(室温で良く)、処理時間を大幅に短縮することができ、熱サイクルによる位置精度の低下もない。また、光硬化性樹脂組成物は、粘度が低い液体であるため、熱インプリントのようにモールドを高い圧力で光硬化性樹脂組成物に圧着させなくてもパターンの転写を行うことができる。
よって、プレス圧力による位置精度の低下やモールドの破損も劇的に少なくなる。つまり、光インプリントは、熱インプリントの原理的課題である高いプレス圧力と高い温度を解決した技術と言える。
ただし、熱インプリントで用いられる熱可塑性樹脂に比べ、光インプリントで用いられる光硬化性樹脂は被転写体として利用できる材料の種類が少なく、高価であるため、用途や製品に合わせて、熱インプリントと光インプリントを使い分ける必要がある。
According to this method, since the resin is cured by a photoreaction, there is no thermal cycle (it may be at room temperature), the processing time can be greatly shortened, and the positional accuracy is not degraded by the thermal cycle. Moreover, since the photocurable resin composition is a liquid having a low viscosity, the pattern can be transferred without pressing the mold to the photocurable resin composition with a high pressure as in thermal imprinting.
Therefore, a decrease in positional accuracy and mold damage due to the press pressure are dramatically reduced. That is, optical imprinting can be said to be a technology that solves the high pressing pressure and high temperature that are the fundamental problems of thermal imprinting.
However, compared to the thermoplastic resin used for thermal imprinting, the photo-curable resin used for optical imprinting is less expensive and less expensive, so it can be used according to the application and product. It is necessary to use imprint and optical imprint properly.

<背景技術4;インプリントの離型技術(ウェット)>
これらインプリント法(背景技術2や背景技術3)においては、モールドと基板上に生成したレジスト等の樹脂パターンとの剥離性は極めて重要である。インプリントにおいて、プレスした後、モールドと樹脂を引き離す場合、モールドと樹脂の付着や摩擦により、部分的に樹脂が変形したり、モールドとともに剥離する現象が見られる。図8はこの様子を示しており、樹脂レジスト132の全部または一部がモールド130側に残り、シリコン基板131に適正なパターンが形成されないことになる(図8(b)〜(d))。これは、モールドまたは樹脂の表面エネルギーが大きい(=疎水性の弱い=接触角の小さい)ためである。
<Background Technology 4: Imprint Release Technology (Wet)>
In these imprint methods (Background Technology 2 and Background Technology 3), the releasability between the mold and a resin pattern such as a resist formed on the substrate is extremely important. In imprinting, when the mold and the resin are separated after pressing, a phenomenon in which the resin is partially deformed or peeled off with the mold due to adhesion and friction between the mold and the resin is observed. FIG. 8 shows this state, and all or part of the resin resist 132 remains on the mold 130 side, and an appropriate pattern is not formed on the silicon substrate 131 (FIGS. 8B to 8D). This is because the surface energy of the mold or resin is large (= weak hydrophobicity = small contact angle).

そこで、このような基板と樹脂の剥離を避けるために、表面エネルギーの小さいフッ素ポリマーを剥離剤としてモールド表面に形成し、モールドと基板上の樹脂との剥離性を向上させる必要がある(例えば非特許文献2、3、特許文献2参照)。図9はその方法を示している。一般的な剥離剤としては、モールドの表面のシリコン酸化膜のOH基にシランカップリング剤の溶液を作用させることで、表面エネルギーの小さい膜(これを離型層と呼ぶ)をモールド表面に形成している。
図9において、まずモールド140を離型剤としてフッ素樹脂含有シランカップリング溶液143に数分間浸漬した後(図9(b))、温度30〜150°C、湿度85%以上の雰囲気(恒温恒湿槽144)に10分〜1日程度放置することで(図9(c))、モールドと離型剤の反応が進行する。最後に、フッ素系不活性溶剤やアルコールや精製水などでリンスすると、表面に化学的に結合した離型層145が形成されたモールド146を得ることができる(図9(d))。この離型層によりモールドと樹脂との付着力を下げることができる。
Therefore, in order to avoid such separation of the substrate and the resin, it is necessary to form a fluoropolymer having a small surface energy on the mold surface as a release agent to improve the releasability between the mold and the resin on the substrate (for example, non (See Patent Documents 2 and 3 and Patent Document 2). FIG. 9 shows the method. As a general release agent, a silane coupling agent solution is allowed to act on the OH group of the silicon oxide film on the mold surface to form a film with a low surface energy (called a release layer) on the mold surface. is doing.
In FIG. 9, first, the mold 140 is immersed in a fluororesin-containing silane coupling solution 143 for several minutes using a mold release agent (FIG. 9B), and then an atmosphere having a temperature of 30 to 150 ° C. and a humidity of 85% or more (constant temperature and constant temperature). The reaction between the mold and the release agent proceeds by leaving it in the wet chamber 144) for about 10 minutes to 1 day (FIG. 9C). Finally, by rinsing with a fluorine-based inert solvent, alcohol, purified water, or the like, a mold 146 having a release layer 145 chemically bonded to the surface can be obtained (FIG. 9D). This release layer can reduce the adhesive force between the mold and the resin.

<背景技術5;インプリントの離形技術(ドライ)>
また、背景技術4とは別の離型処理方法として、モールドをプラズマ処理することによって、離型層をモールド表面に形成する方法も提案されている(例えば特許文献3参照)。図10はこの方法を示している。これによると、真空チャンバー153内で、CHF、C、CH、CHFなどのF原子ガスを原料に用いてプラズマ154を発生させ、その中にモールド150を置くことで(図10(b))、表面にフッ素原子を含む離型層(表面処理層)155を形成したモールド156を得ることができる(図10(c))。この方法によると、背景技術4の離型処理方法よりもモールドと樹脂の離型性が良いとしている。
<Background Technology 5: Imprint Release Technology (Dry)>
Further, as a release processing method different from the background art 4, a method of forming a release layer on the mold surface by plasma processing of the mold has been proposed (see, for example, Patent Document 3). FIG. 10 illustrates this method. According to this, in the vacuum chamber 153, plasma 154 is generated using F atomic gas such as CHF 3 , C 3 F 8 , CH 2 F 2 , CH 3 F as a raw material, and the mold 150 is placed therein. (FIG. 10 (b)), a mold 156 having a release layer (surface treatment layer) 155 containing fluorine atoms on the surface can be obtained (FIG. 10 (c)). According to this method, the mold release property of the mold and the resin is better than the release treatment method of Background Art 4.

<背景技術6>
一方、モールドの離型性を向上するために、モールドの表面層がシリコンを含む材質よりなるモールドが開示されている。さらに、モールドの鋼性の向上のため、前記シリコンを含む材質、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化シリコンからなる表面層をもつモールド本体の材質が、ダイヤモンドを含む材質からなるモールドが示されている(例えば特許文献4参照)。
<Background Technology 6>
On the other hand, in order to improve mold releasability, a mold is disclosed in which the surface layer of the mold is made of a material containing silicon. Furthermore, in order to improve the steel properties of the mold, a mold is shown in which the material containing silicon, for example, the material of the mold body having a surface layer made of silicon, silicon carbide, or silicon oxide is made of a material containing diamond ( For example, see Patent Document 4).

しかしながら、このようなモールドでは、離型層としてシリコン及びその化合物が適当としているが、これらはいずれも空気中で容易に自然酸化され、すなわちモールド表面層に酸素が化学吸着するため、疎水性とはならず、すなわち十分な離型性を得ることはできない。また、モールド本体にダイヤモンドを用いると記されているが、離型性を増すためにはシリコン及びシリコン化合物からなる表面層が必須とされており、ダイヤモンド層表面の化学吸着構造あるいは処理法については、述べられていない。
特開2000−194142号公報 特開2002−283354号公報 特開2003−77807号公報 特開2004−311713号公報 Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314 (1995) ナノインプリント技術徹底解説 Electric Journal 2004年11月22日発行 P20-38 J. Photopolym. Sci. Technol., Vol.14 (2001) pp.457-462 J. Taniguchi et al. JJAP Vol. 41 (2002) pp. 41944197, Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin in Imprint Technology
However, in such a mold, silicon and its compounds are suitable as a release layer, but they are all naturally oxidized in the air, that is, oxygen is chemisorbed on the mold surface layer, so that it is hydrophobic. That is, it is not possible to obtain sufficient release properties. In addition, although it is stated that diamond is used for the mold body, a surface layer made of silicon and a silicon compound is indispensable in order to increase the releasability. Not mentioned.
JP 2000-194142 A JP 2002-283354 A JP 2003-77807 A JP 2004-311713 A Appl.Phys.Lett., Vol.67, p.3314 (1995) A thorough explanation of nanoimprint technology Electric Journal Published November 22, 2004 P20-38 J. Photopolym. Sci. Technol., Vol.14 (2001) pp.457-462 J. Taniguchi et al. JJAP Vol. 41 (2002) pp. 41944197, Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin in Imprint Technology

しかしながら、背景技術4及び5にあるような方法でモールド表面に離型層を形成したとしても、この離型層は耐久性が低いという問題がある。
このため繰り返しインプリントを行うと、離型層がモールド表面から徐々に剥がれ、モールドと樹脂の離型性が低下してしまう。具体的には、熱インプリントや光インプリント等のインプリント条件にもよるが、一般に10〜100回程度でモールドと樹脂の離型性は低下し、樹脂がモールドに付着してしまう。
そして、このような樹脂の付着は、転写パターンの欠陥となってしまい、モールドパターンに忠実な転写パターンを得ることができない。また、パターンの溝に樹脂が充填されたままのモールドは、モールドパターンの欠陥となるため、その後、繰り返しインプリントに用いることができない(例えば非特許文献4参照)。
However, even if a release layer is formed on the mold surface by the methods as described in Background Art 4 and 5, there is a problem that this release layer has low durability.
For this reason, when imprinting is repeatedly performed, the release layer is gradually peeled off from the mold surface, and the mold release property between the mold and the resin is lowered. Specifically, although depending on imprint conditions such as thermal imprint and optical imprint, generally, mold releasability between the mold and the resin is lowered after about 10 to 100 times, and the resin adheres to the mold.
Such adhesion of the resin becomes a defect of the transfer pattern, and a transfer pattern faithful to the mold pattern cannot be obtained. Moreover, since the mold with the resin filled in the pattern groove becomes a defect in the mold pattern, it cannot be repeatedly used for imprinting thereafter (for example, see Non-Patent Document 4).

本発明の目的は、インプリント法に用いるモールドに高耐久性の離型層を形成し、繰り返しインプリント転写を行っても、樹脂のモールドへの付着を発生させないインプリント用モールド及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to form a highly durable release layer on a mold used in an imprint method, and to perform the imprint transfer repeatedly so that adhesion of the resin to the mold does not occur and a method for producing the same Is to provide.

上述の目的を達成するため、請求項1記載の発明は、凹凸パターンが形成された表面層を有し、前記凹凸パターン形状をインプリント法によって被転写体に転写するインプリント用モールドであって、前記凹凸パターンが形成された表面層がナノクリスタルダイヤモンド膜からなり、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜の表面が水素原子またはハロゲン原子で終端され、前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素であることを特徴とする。
また請求項2記載の発明は、凹凸パターンが形成された表面層を有し、前記凹凸パターン形状をインプリント法によって被転写体に転写するインプリント用モールドであって、モールド支持基板上に積層されたナノクリスタルダイヤモンド膜を有し、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜に凹凸パターンが形成され、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜の表面が水素原子またはハロゲン原子で終端され、前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素であることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, an invention according to claim 1 is an imprint mold having a surface layer on which a concavo-convex pattern is formed, and transferring the concavo-convex pattern shape to a transfer object by an imprint method. The surface layer on which the concavo-convex pattern is formed is composed of a nanocrystal diamond film, the surface of the nanocrystal diamond film is terminated with a hydrogen atom or a halogen atom, and the halogen atom is fluorine or chlorine. .
The invention according to claim 2 is an imprint mold having a surface layer on which a concavo-convex pattern is formed, and transferring the concavo-convex pattern shape to a transfer object by an imprint method, which is laminated on a mold support substrate. is a nano-crystal diamond film, the uneven pattern is formed on the nano-crystal diamond film that, the surface of the nano-crystal diamond film is terminated with hydrogen atom or a halogen atom, said halogen atom is a fluorine or chlorine It is characterized by.

また請求項3記載の発明は、モールド支持基板の材料が、シリコン、ニッケル、クロム、鉄、タンタル、タングステンのいずれかを含む金属、またはそれらの酸化物、窒化物、炭化物であることを特徴とする
また、請求項4記載の発明は、請求項1に記載のインプリント用モールドの製造方法であって、凹凸パターンを形成したモールドの表面層にナノクリスタルダイヤモンド膜を成膜した後、水素原子またはハロゲン原子を含有する原料ガスでプラズマ処理を施すことにより離型層を形成し、前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素であることを特徴とする。
The invention according to claim 3, and characterized the material of the mold support substrate, silicon, nickel, chromium, iron, tantalum, metals containing either tungsten or oxides thereof, nitrides, that the carbide To do .
The invention according to claim 4 is the method for producing an imprint mold according to claim 1 , wherein after the nanocrystal diamond film is formed on the surface layer of the mold on which the concavo-convex pattern is formed, hydrogen atoms or A release layer is formed by performing plasma treatment with a source gas containing a halogen atom, wherein the halogen atom is fluorine or chlorine.

また、請求項5記載の発明は、請求項2に記載のインプリント用モールドの製造方法であって、モールド支持基板上にナノクリスタルダイヤモンド膜を成膜し、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜に凹凸パターンを形成した後、水素原子またはハロゲン原子を含有する原料ガスでプラズマ処理を施すことにより離型層を形成し、前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素であることを特徴とする。
The invention of claim 5, wherein, there is provided a method of imprint mold production according to claim 2, by forming a nanocrystalline diamond film on the mold support substrate, an uneven pattern on the nano-crystal diamond film After the formation, a release layer is formed by performing plasma treatment with a source gas containing hydrogen atoms or halogen atoms , wherein the halogen atoms are fluorine or chlorine.

本発明のインプリント用モールド及びその製造方法によれば、インプリント法において、モールドの離型層の耐久性が向上するため、繰り返し行うインプリントプロセスでも、樹脂のモールドへの付着の発生を大幅に抑制することができる。さらに、樹脂の付着に起因するモールドのパターン破壊の発生も大幅に低減することが可能となる。
よって、転写パターン欠陥の低減、モールドの長寿命化も可能となり、インプリント法における良好な転写パターン形成と大幅なコストダウンが期待できる。
According to the imprint mold of the present invention and the manufacturing method thereof, the durability of the mold release layer is improved in the imprint method, so that the occurrence of adhesion of the resin to the mold is greatly increased even in repeated imprint processes. Can be suppressed. Furthermore, it is possible to greatly reduce the occurrence of mold pattern breakage due to resin adhesion.
Accordingly, it is possible to reduce transfer pattern defects and extend the life of the mold, and it can be expected that a good transfer pattern is formed and the cost is greatly reduced in the imprint method.

図1は本発明の実施の形態によるインプリント用モールドの製造方法を示す断面図であり、第1の例として、パターン形成後にダイヤモンド膜形成とプラズマ処理を行う方法を示している。
まず、図1(a)に示すモールド材料160は、シリコン、ニッケル、クロム、鉄、タンタル、タングステンなどの金属、及びそれらの酸化物、窒化物、炭化物を用いたモールド材料の表面に凹凸形状のパターンを形成したものである。
そして、図1(b)では、このモールド材料160のパターン表面に、ダイヤモンド膜161を形成する。そして、さらに水素プラズマ処理162をすることで、離型層163を形成する(図1(c)、(d))。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an imprint mold according to an embodiment of the present invention. As a first example, a method for forming a diamond film and performing plasma treatment after pattern formation is shown.
First, a mold material 160 shown in FIG. 1A has a concavo-convex shape on the surface of a mold material using a metal such as silicon, nickel, chromium, iron, tantalum, and tungsten, and oxides, nitrides, and carbides thereof. A pattern is formed.
In FIG. 1B, a diamond film 161 is formed on the pattern surface of the mold material 160. Then, a hydrogen plasma treatment 162 is further performed to form a release layer 163 (FIGS. 1C and 1D).

ダイヤモンドは、周知のように物質の中で最も硬い物性をもつため、他材料より優れた機械的耐性を得ることができる。さらに、ダイヤモンド膜の表面は、シリコンあるいは金属及びそれらの化合物のように、空気中で表面層に酸素原子が化学吸着、すなわち酸化されることがないため、疎水性となり、ぬれ性が低くまた表面の摩擦係数が非常に小さい。そのため、接触する他物質が吸着されにくい性質を持つ。したがって、モールド材料の表面にダイヤモンド膜を形成することで、インプリントにおける離型層の耐久性を向上できる。
また、モールド材料160の表面に酸素原子が化学吸着されることのない層を得ることができ、表面の酸化膜の除去が不要であるため、表面の水素化が容易であるとともに、表面に生成した強い結合エネルギーをもつC−H結合に起因した、優れた疎水性ならびに化学的安定なモールド表面を得ることができる。
As is well known, diamond has the hardest physical property among substances, so that it can obtain mechanical resistance superior to other materials. Further, the surface of the diamond film becomes hydrophobic because oxygen atoms are not chemisorbed on the surface layer in the air, that is, not oxidized, like silicon or metal and their compounds. The friction coefficient is very small. Therefore, it has the property that other substances that come into contact are difficult to be adsorbed. Therefore, the durability of the release layer in imprinting can be improved by forming a diamond film on the surface of the mold material.
In addition, a layer in which oxygen atoms are not chemically adsorbed on the surface of the mold material 160 can be obtained, and removal of the oxide film on the surface is unnecessary, so that the surface can be easily hydrogenated and formed on the surface. It is possible to obtain an excellent hydrophobic and chemically stable mold surface due to the C—H bond having a strong binding energy.

また、ダイヤモンド膜表面に、上記水素プラズマにかえて、ハロゲン化プラズマ処理を行うことで、離型層を形成することも可能である。この場合、ダイヤモンド表面に生成した強い結合エネルギーをもつC−FまたはC−Cl結合に起因した優れた疎水性ならびに化学的安定なモールド表面を得ることができる。   In addition, a release layer can be formed on the diamond film surface by performing a halogenated plasma treatment instead of the hydrogen plasma. In this case, an excellent hydrophobic and chemically stable mold surface due to the C—F or C—Cl bond having a strong binding energy generated on the diamond surface can be obtained.

なお、モールド表面層がダイヤモンド膜であれば良いので、モールドパターン形成済みのモールドの表面にダイヤモンド膜を成膜しても良いし、モールドの支持基板にダイヤモンド膜を成膜してからダイヤモンド膜をパターニングしてモールドパターンとしても良い。
図2はこの例を示している。まず、モールドの支持基板174にダイヤモンド膜171を成膜し(図2(a))、このダイヤモンド膜171をパターニングして表面パターンを形成する(図2(b))。そして、これをプラズマ処理172することで、離型層173を形成する(図2(c)、(d))。
Since the mold surface layer only needs to be a diamond film, the diamond film may be formed on the surface of the mold on which the mold pattern has been formed, or the diamond film may be formed after the diamond film is formed on the mold support substrate. It is good also as a mold pattern by patterning.
FIG. 2 shows an example of this. First, a diamond film 171 is formed on a mold support substrate 174 (FIG. 2A), and this diamond film 171 is patterned to form a surface pattern (FIG. 2B). Then, this is subjected to plasma treatment 172 to form a release layer 173 (FIGS. 2C and 2D).

また、上記ダイヤモンド膜を、特にナノクリスタルダイヤモンド膜とすることにより、ナノサイズの結晶粒から膜を構成するために、非常に平坦な表面を得ることができ、ナノメータールールのパターンを容易に得ることが可能となる。   In addition, by making the diamond film particularly a nanocrystal diamond film, it is possible to obtain a very flat surface and easily obtain a nanometer rule pattern in order to construct the film from nano-sized crystal grains. It becomes possible.

以下に本発明にかかる実施例を説明する。
本発明においては、インプリントの方法やモールド材料は限定しないが、以下の実施例では、熱インプリント用のSiモールドを製造する場合を例に説明する。
本実施例のモールドの製造方法を図3に示す。モールドの元となる基板181として、4インチシリコンウェハを用意した(図3(a))。この基板181に電子線レジスト(ZEP520/日本ゼオン社製)182を200nmの厚みでコートし(図3(b))、電子線描画装置にて100〜400nmのラインパターン描画し、次いで有機現像によりレジストパターンを形成した(図3(c))。このときの条件は、描画時のドーズを100μC/cm、現像時間を2分とした。
Examples according to the present invention will be described below.
In the present invention, the imprinting method and the molding material are not limited. In the following examples, a case where a Si mold for thermal imprinting is manufactured will be described as an example.
A method for producing the mold of this example is shown in FIG. A 4-inch silicon wafer was prepared as a substrate 181 as a mold base (FIG. 3A). This substrate 181 is coated with an electron beam resist (ZEP520 / manufactured by Zeon Corporation) 182 with a thickness of 200 nm (FIG. 3 (b)), a line pattern of 100 to 400 nm is drawn with an electron beam drawing apparatus, and then organic development is performed. A resist pattern was formed (FIG. 3C). The conditions at this time were a drawing dose of 100 μC / cm 2 and a development time of 2 minutes.

次いで、ICPドライエッチング装置を用いたSiドライエッチングによって、深さ50nmのSiパターンを形成した(図3(d))。Siエッチングの条件は、C流量30sccm、O流量30sccm、Ar流量50sccm、圧力2Pa、ICPパワー500W、RIEパワー130Wとした。最後にOプラズマアッシング(条件:O流量500sccm、圧力30Pa、RFパワー1000W)によってレジストを剥離し、離型層形成前のSiモールド180を作製した(図3(e))。 Next, a Si pattern having a depth of 50 nm was formed by Si dry etching using an ICP dry etching apparatus (FIG. 3D). The Si etching conditions were C 4 F 8 flow rate 30 sccm, O 2 flow rate 30 sccm, Ar flow rate 50 sccm, pressure 2 Pa, ICP power 500 W, and RIE power 130 W. Finally, the resist was peeled off by O 2 plasma ashing (conditions: O 2 flow rate 500 sccm, pressure 30 Pa, RF power 1000 W), and a Si mold 180 before forming a release layer was produced (FIG. 3E).

次いで、ダイヤモンド膜形成と離型層形成の工程を図4に示す。図4(a)(=図3(e))のSiモールド190の表面に、マイクロ波プラズマ化学気相成長法(MPCVD)によりナノクリスタルからなるダイヤモンド膜191を形成した(図4(b))。成膜条件は、総流量500sccm(メタン50sccm、水素445sccm、窒素5sccm)とし、反応圧力は77Torr、マイクロ波パワー2kWとした。また、基板温度750°Cであった。このとき膜厚は、10nm程度であった。続いて、水素流量500sccmとし、他は上記と同条件でマイクロ波プラズマ10分間処理した(図4(c))。   Next, the steps of diamond film formation and release layer formation are shown in FIG. A diamond film 191 made of nanocrystals was formed on the surface of the Si mold 190 of FIG. 4A (= FIG. 3E) by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) (FIG. 4B). . The film formation conditions were a total flow rate of 500 sccm (methane 50 sccm, hydrogen 445 sccm, nitrogen 5 sccm), a reaction pressure of 77 Torr, and a microwave power of 2 kW. The substrate temperature was 750 ° C. At this time, the film thickness was about 10 nm. Subsequently, the plasma was treated for 10 minutes under the same conditions as described above, except that the hydrogen flow rate was 500 sccm (FIG. 4C).

これにより、Siパターン上にナノクリスタルからなるダイヤモンド膜と離型層(水素終端された表面)193を有するSiモールド196が完成した(図4(d))。この表面構造は、振動分光法により解析したところ、ナノクリスタルダイヤモンド膜表面にC−H構造が確認できた。また、上記マイクロ波プラズマにかわり、高周波(RF)プラズマで処理しても、同様な離型層が形成できることが確認できた(図4(e1))。   As a result, a Si mold 196 having a diamond film made of nanocrystals and a release layer (hydrogen-terminated surface) 193 on the Si pattern was completed (FIG. 4D). When this surface structure was analyzed by vibration spectroscopy, a C—H structure was confirmed on the surface of the nanocrystal diamond film. In addition, it was confirmed that a similar release layer could be formed by treatment with radio frequency (RF) plasma instead of the microwave plasma (FIG. 4 (e1)).

次に、別の表面処理による方法で熱インプリント用のSiモールドを作製した実施例について説明する。ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜の作製までは、実施例1に記載された製法と同じ条件でSiモールドを作製した(図4(b))。次いで、ICPドライエッチング装置を用いてフッ素プラズマ処理により離型層を形成した(図4(c))。プラズマ処理の条件は、CFガス35sccm、反応圧力30mTorr、高周波パワー300W、処理時間5分とした。 Next, an example in which a Si mold for thermal imprinting was produced by another surface treatment method will be described. Until the production of the diamond film made of nanocrystals, a Si mold was produced under the same conditions as in the production method described in Example 1 (FIG. 4B). Next, a release layer was formed by fluorine plasma treatment using an ICP dry etching apparatus (FIG. 4C). The plasma treatment conditions were CF 4 gas 35 sccm, reaction pressure 30 mTorr, high frequency power 300 W, and treatment time 5 minutes.

これにより、Siパターン上にナノクリスタルからなるダイヤモンド膜と離型層(フッ素終端された表面)を有するSiモールドが完成した(図4(d))。この表面構造は、X線光電子分光法(XPS)により解析したところ、C−F構造が確認できた(図4(e2))。また、上記CFに変わり、C、C、C、CHF、CH、CHF、F2、BF、NF、ClF、PF、SF、SiFのいずれかのガス、もしくはいずれかを含む混合ガスを用いても、離型層が形成できることも確認できた。 Thereby, a Si mold having a diamond film made of nanocrystals and a release layer (fluorine-terminated surface) on the Si pattern was completed (FIG. 4D). When this surface structure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a C—F structure was confirmed (FIG. 4 (e2)). Further, changes to the CF 4, C 2 F 6, C 3 F 8, C 4 F 8, CHF 3, CH 2 F 2, CH 3 F, F2, BF 3, NF 3, ClF 3, PF 3, SF 6. It was also confirmed that a release layer could be formed using any one of the gases 6 and SiF 4 , or a mixed gas containing one of them.

次に、さらに別の表面処理による方法で熱インプリント用のSiモールドを作製した。ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜の作製までは、実施例1に記載された製法と同じ条件でモールドを作製した(図4(b))。次いで、ICPドライエッチング装置を用いて塩素プラズマ処理により離型層を形成した(図4(c))。プラズマ処理の条件は、Clガス35sccm、反応圧力30mTorr、高周波パワー300W、処理時間5分とした。 Next, a Si mold for thermal imprinting was produced by another surface treatment method. Until the production of the diamond film made of nanocrystals, a mold was produced under the same conditions as in the production method described in Example 1 (FIG. 4B). Next, a release layer was formed by chlorine plasma treatment using an ICP dry etching apparatus (FIG. 4C). The plasma treatment conditions were Cl 2 gas 35 sccm, reaction pressure 30 mTorr, high frequency power 300 W, and treatment time 5 minutes.

これにより、Siパターン上にナノクリスタルダイヤモンド膜と離型層(塩素終端された表面)を有するSiモールドが完成した(図4(d))。この表面構造は、X線光電子分光法(XPS)により解析したところ、C−Cl構造が確認できた(図4(e3))。また、上記Clに変わり、CCl、CHClのいずれかのガス、もしくはいずれかを含む混合ガスを用いても、離型層が形成できることも確認できた。 As a result, a Si mold having a nanocrystal diamond film and a release layer (chlorine terminated surface) on the Si pattern was completed (FIG. 4D). When this surface structure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a C—Cl structure was confirmed (FIG. 4 (e3)). It was also confirmed that the release layer could be formed by using any one gas of CCl 4 and CHCl 3 or a mixed gas containing any of them instead of Cl 2 .

次に、さらに別の方法で熱インプリント用のダイヤモンドモールドを作製した実施例を説明する。その製造方法を図5に示す。モールド支持基板204として4インチシリコンウェハを用意し、Siウェハの表面に、マイクロ波プラズマ化学気相成長法(MPCVD)によりナノクリスタルからなるダイヤモンド膜201を形成した(図5(a))。成膜条件は、総流量500sccm(メタン50sccm、水素445sccm、窒素5sccm)とし、反応圧力は77Torr、マイクロ波パワー2kWとした。また、基板温度750°Cであった。このとき膜厚は、100nm程度であった。   Next, an example in which a diamond mold for thermal imprinting is produced by another method will be described. The manufacturing method is shown in FIG. A 4-inch silicon wafer was prepared as the mold support substrate 204, and a diamond film 201 made of nanocrystals was formed on the surface of the Si wafer by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) (FIG. 5A). The film formation conditions were a total flow rate of 500 sccm (methane 50 sccm, hydrogen 445 sccm, nitrogen 5 sccm), a reaction pressure of 77 Torr, and a microwave power of 2 kW. The substrate temperature was 750 ° C. At this time, the film thickness was about 100 nm.

次に、ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜201の上に電子線レジスト(ZEP520/日本ゼオン)を200nm厚コートし、電子線描画装置にて100〜400nmのラインパターン描画し、次いで有機現像によりレジストパターン207を形成し(図5(b))、ダイヤモンド膜201に表面パターンを形成する(図5(c))。このときの条件は、描画時のドーズを100μC/cm、現像時間を2分とした。ここで、より選択比を得るために、レジスト層として窒化シリコン膜のような無機レジストを、ハードマスクとして用いることが可能である。 Next, an electron beam resist (ZEP520 / Nippon Zeon) is coated on the diamond film 201 made of nanocrystals to a thickness of 200 nm, a line pattern of 100 to 400 nm is drawn with an electron beam drawing apparatus, and then a resist pattern 207 is formed by organic development. (FIG. 5B), and a surface pattern is formed on the diamond film 201 (FIG. 5C). The conditions at this time were a drawing dose of 100 μC / cm 2 and a development time of 2 minutes. Here, in order to obtain a higher selection ratio, an inorganic resist such as a silicon nitride film can be used as a hard mask as the resist layer.

続いて、マイクロ波プラズマCVD装置に導入し、水素500sccm、他は上記ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜の作製と同条件でマイクロ波プラズマ処理202を10分間施した(図5(d))。
これにより、モールド支持基板204上にパターニングされたナノクリスタルからなるダイヤモンド膜201と離型層(水素終端された表面)203を有するダイヤモンドモールド206が完成した(図5(e))。この表面構造は、振動分光法により解析したところ、ナノクリスタルダイヤモンド膜表面にC−H構造が確認できた。また、上記マイクロ波プラズマにかわり、高周波(RF)プラズマで処理しても、同様な離型層が形成できることが確認できた(図5(f1))。
Subsequently, the plasma was introduced into a microwave plasma CVD apparatus, and microwave plasma treatment 202 was applied for 10 minutes under the same conditions as those for producing the diamond film made of nanocrystals with 500 sccm of hydrogen and others (FIG. 5D).
As a result, a diamond mold 206 having a diamond film 201 made of nanocrystals patterned on the mold support substrate 204 and a release layer (hydrogen-terminated surface) 203 was completed (FIG. 5E). When this surface structure was analyzed by vibration spectroscopy, a C—H structure was confirmed on the surface of the nanocrystal diamond film. In addition, it was confirmed that a similar release layer could be formed by treatment with radio frequency (RF) plasma instead of the microwave plasma (FIG. 5 (f1)).

次に、別の表面処理による方法で熱インプリント用のダイヤモンドモールドを作製した。ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜の作製までは、実施例4に記載された製法と同じ条件でモールドを作製した(図5(c))。次いで、ICPドライエッチング装置を用いてフッ素プラズマ処理により離型層を形成した(図5(d))。プラズマ処理の条件は、CFガス35sccm、反応圧力30mTorr、高周波パワー300W、処理時間5分とした。 Next, a diamond mold for thermal imprinting was produced by another surface treatment method. Until the production of the diamond film made of nanocrystals, a mold was produced under the same conditions as in the production method described in Example 4 (FIG. 5C). Next, a release layer was formed by fluorine plasma treatment using an ICP dry etching apparatus (FIG. 5D). The plasma treatment conditions were CF 4 gas 35 sccm, reaction pressure 30 mTorr, high frequency power 300 W, and treatment time 5 minutes.

これにより、モールド支持基板204上にパターニングされたナノクリスタルからなるダイヤモンド膜201と離型層(フッ素終端された表面)203を有するダイヤモンドモールド206が完成した(図5(e))。この表面構造は、X線光電子分光法(XPS)により解析したところ、C−F構造が確認できた(図5(f2))。また、上記CFに変わり、C、C、C、CHF、CH、CHF、F、BF3、NF、ClF、PF、SF、SiFのいずれかのガス、もしくはいずれかを含む混合ガスを用いても、離型層が形成できることも確認できた。 As a result, a diamond mold 206 having a diamond film 201 made of nanocrystals patterned on the mold support substrate 204 and a release layer (fluorine-terminated surface) 203 was completed (FIG. 5E). When this surface structure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a C—F structure was confirmed (FIG. 5 (f2)). Further, changes to the CF 4, C 2 F 6, C 3 F 8, C 4 F 8, CHF 3, CH 2 F 2, CH 3 F, F 2, BF3, NF 3, ClF 3, PF 3, SF 6. It was also confirmed that a release layer could be formed using any one of the gases 6 and SiF 4 , or a mixed gas containing one of them.

次に、さらに別の表面処理による方法で熱インプリント用のダイヤモンドモールドを作製した。ナノクリスタルからなるダイヤモンド膜の作製までは、実施例4に記載された製法と同じ条件でモールドを作製した(図5(c))。次いで、ICPドライエッチング装置を用いて塩素プラズマ処理により離型層を形成した(図5(d))。プラズマ処理の条件は、Clガス35sccm、反応圧力30mTorr、高周波パワー300W、処理時間5分とした。 Next, a diamond mold for thermal imprinting was produced by another surface treatment method. Until the production of the diamond film made of nanocrystals, a mold was produced under the same conditions as in the production method described in Example 4 (FIG. 5C). Next, a release layer was formed by chlorine plasma treatment using an ICP dry etching apparatus (FIG. 5D). The plasma treatment conditions were Cl 2 gas 35 sccm, reaction pressure 30 mTorr, high frequency power 300 W, and treatment time 5 minutes.

これにより、Si支持基板上にパターニングされたナノクリスタルダイヤモンド膜と離型層(塩素終端された表面)を有するダイヤモンドモールドが完成した(図5(e))。この表面構造は、X線光電子分光法(XPS)により解析したところ、C−Cl構造が確認できた(図5(f3))。また、上記Clに変わり、CCl、CHClのいずれかのガス、もしくはいずれかを含む混合ガスを用いても、離型層が形成できることも確認できた。 As a result, a diamond mold having a nanocrystal diamond film patterned on the Si support substrate and a release layer (chlorine-terminated surface) was completed (FIG. 5E). When this surface structure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a C-Cl structure was confirmed (FIG. 5 (f3)). It was also confirmed that the release layer could be formed by using any one gas of CCl 4 and CHCl 3 or a mixed gas containing any of them instead of Cl 2 .

次に、上述した実施例1〜3で作製したSiモールドと、実施例4〜6で作製したダイヤモンドモールドを用いて熱インプリントを繰り返し実施し、モールドの離型性の低下とモールドパターンの耐久性を調べた。また、比較のために一般的な離型剤として、フッ素系表面処理剤EGC−1720(住友3M)にて浸漬処理されたSiモールドについても、同様に離型性の低下とモールドパターンの耐久性を調べた。   Next, thermal imprinting was repeatedly performed using the Si molds produced in Examples 1 to 3 and the diamond molds produced in Examples 4 to 6, and the mold releasability was lowered and the mold pattern was durable. I examined the sex. In addition, as a general mold release agent for comparison, a decrease in mold release and durability of the mold pattern are similarly applied to Si molds that have been dipped with a fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 (Sumitomo 3M). I investigated.

インプリントの対象となる転写基板にはシリコン基板を用い、シリコン基板上に熱可塑性樹脂PMMA(ポリメタクリル酸メチル)を300nm厚でコートした。1回の熱インプリント条件は、基板及びモールドの加熱温度140°C、プレス圧力15MPa、プレス保持時間1分、基板冷却温度30°Cとした。   A silicon substrate was used as a transfer substrate to be imprinted, and a thermoplastic resin PMMA (polymethyl methacrylate) was coated on the silicon substrate to a thickness of 300 nm. The thermal imprinting conditions for one time were a substrate and mold heating temperature of 140 ° C., a press pressure of 15 MPa, a press holding time of 1 minute, and a substrate cooling temperature of 30 ° C.

モールドの離型性の低下を評価する方法として、この条件の熱インプリントを最大200回繰り返して、転写パターンがモールドへの付着し始める回数を調べ、モールドパターンの耐久性を評価する方法として、モールド破壊が発生する回数を調べた。   As a method for evaluating the deterioration of mold releasability, as a method for evaluating the durability of the mold pattern by repeating the thermal imprinting of this condition up to 200 times, examining the number of times the transfer pattern starts to adhere to the mold, The number of times mold destruction occurred was examined.

実験の結果、一般的なSiモールドは、転写パターンの付着が40〜60回の熱インプリントで樹脂のモールドへの付着が発生したが、実施例1〜3のSiモールドならびに実施例4〜6のダイヤモンドモールドでは、200回の熱インプリントでもモールドへの付着は発生しなかった。このことから、一般的なSiモールドに比べ、本実施例のモールドでは付着力の低下がほとんどないことが実証された。   As a result of the experiment, in the general Si mold, the transfer pattern was adhered to the mold by thermal imprinting 40 to 60 times. However, the Si mold of Examples 1 to 3 and Examples 4 to 6 were used. In the diamond mold, no adhesion to the mold occurred even after 200 thermal imprints. From this, it was proved that there is almost no decrease in adhesion force in the mold of this example as compared with a general Si mold.

また、モールドパターンの破壊については、一般的なSiモールドは48回目で発生しているが、本実施例のSiモールドならびにダイヤモンドモールドでは、200回以上繰り返してもモールドパターン破壊は発生しなかった。このことから、一般的なSiモールドに比べ、本実施例のモールドは、モールドパターンの耐久性も良いことが分かる。   As for the destruction of the mold pattern, the general Si mold occurred at the 48th time, but the mold pattern destruction did not occur even when the Si mold and the diamond mold of this example were repeated 200 times or more. From this, it can be seen that the mold of this example also has better mold pattern durability than the general Si mold.

ちなみに、この結果を考察すると、離型性とモールドパターンの耐久性は、少なからず相関関係があると考えられる。つまり、モールドの離型性を高めるためには、表面の付着力を下げるだけでなくモールドパターンの剛性を高めることが必要であり、モールドパターンの耐久性を高めるためには、モールドパターンの剛性を高めるだけでなく、表面の付着力を下げることが必要であると考えられる。   By the way, considering this result, it is considered that there is a considerable correlation between the mold release property and the durability of the mold pattern. In other words, in order to improve mold releasability, it is necessary not only to reduce the adhesion of the surface but also to increase the rigidity of the mold pattern. To increase the durability of the mold pattern, the rigidity of the mold pattern must be increased. In addition to increasing, it is considered necessary to reduce the adhesion of the surface.

本発明の実施の形態によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by embodiment of this invention. 従来技術によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by a prior art. 従来技術によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by a prior art. 従来技術によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by a prior art. 従来技術によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by a prior art. 従来技術によるモールドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mold by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

150、160、170、180、190、200……モールド、153……真空チャンバー、154、162、172、192、202……プラズマ、155、163、173、193、203……離型層、161、171、191、201……ダイヤモンド膜、156、166、176、196、206……離型処理がなされたモールド、174、204……モールド支持基板。
150, 160, 170, 180, 190, 200 ... mold, 153 ... vacuum chamber, 154, 162, 172, 192, 202 ... plasma, 155, 163, 173, 193, 203 ... release layer, 161 , 171, 191, 201... Diamond film, 156, 166, 176, 196, 206... Molds that have undergone mold release treatment, 174, 204.

Claims (5)

凹凸パターンが形成された表面層を有し、前記凹凸パターン形状をインプリント法によって被転写体に転写するインプリント用モールドであって、
前記凹凸パターンが形成された表面層がナノクリスタルダイヤモンド膜からなり、
前記ナノクリスタルダイヤモンド膜の表面が水素原子またはハロゲン原子で終端され、
前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素である、
ことを特徴とするインプリント用モールド。
It has a surface layer on which a concavo-convex pattern is formed, and is an imprint mold for transferring the concavo-convex pattern shape to a transfer object by an imprint method,
The surface layer on which the uneven pattern is formed is a nanocrystal diamond film,
The surface of the nanocrystal diamond film is terminated with hydrogen atoms or halogen atoms,
The halogen atom is fluorine or chlorine;
An imprint mold characterized by the above.
凹凸パターンが形成された表面層を有し、前記凹凸パターン形状をインプリント法によって被転写体に転写するインプリント用モールドであって、
モールド支持基板上に積層されたナノクリスタルダイヤモンド膜を有し、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜に凹凸パターンが形成され
前記ナノクリスタルダイヤモンド膜の表面が水素原子またはハロゲン原子で終端され、
前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素である、
ことを特徴とするインプリント用モールド。
It has a surface layer on which a concavo-convex pattern is formed, and is an imprint mold for transferring the concavo-convex pattern shape to a transfer object by an imprint method,
It has a nanocrystal diamond film laminated on a mold support substrate, and an uneven pattern is formed on the nanocrystal diamond film ,
The surface of the nanocrystal diamond film is terminated with hydrogen atoms or halogen atoms,
The halogen atom is fluorine or chlorine;
An imprint mold characterized by the above.
前記モールド支持基板の材料が、シリコン、ニッケル、クロム、鉄、タンタル、タングステンのいずれかを含む金属、またはそれらの酸化物、窒化物、炭化物であることを特徴とする請求項2記載のインプリント用モールド。   3. The imprint according to claim 2, wherein the material of the mold support substrate is a metal including any one of silicon, nickel, chromium, iron, tantalum, and tungsten, or an oxide, nitride, or carbide thereof. Mold. 請求項1に記載のインプリント用モールドの製造方法であって、
凹凸パターンを形成したモールドの表面層にナノクリスタルダイヤモンド膜を成膜した後、水素原子またはハロゲン原子を含有する原料ガスでプラズマ処理を施すことにより離型層を形成し、
前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素である、
ことを特徴とするインプリント用モールドの製造方法。
It is a manufacturing method of the mold for imprints according to claim 1 ,
After forming a nanocrystal diamond film on the surface layer of the mold on which the concavo-convex pattern is formed, a release layer is formed by performing plasma treatment with a source gas containing hydrogen atoms or halogen atoms ,
The halogen atom is fluorine or chlorine;
A method for producing an imprint mold, wherein:
請求項2に記載のインプリント用モールドの製造方法であって、
モールド支持基板上にナノクリスタルダイヤモンド膜を成膜し、前記ナノクリスタルダイヤモンド膜に凹凸パターンを形成した後、水素原子またはハロゲン原子を含有する原料ガスでプラズマ処理を施すことにより離型層を形成し、
前記ハロゲン原子は、フッ素または塩素である、
ことを特徴とするインプリント用モールドの製造方法。
It is a manufacturing method of the mold for imprints according to claim 2 ,
The nanocrystalline diamond film is formed on the mold support substrate, wherein after forming an uneven pattern on the nano-crystal diamond film, a release layer was formed by performing a plasma treatment with a raw material gas containing hydrogen atom or a halogen atom ,
The halogen atom is fluorine or chlorine;
A method for producing an imprint mold, wherein:
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