JP5272791B2 - Manufacturing method of mold for nanoimprint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント用モールドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a nanoimprint mold.
近年、微細なパターンの転写方法の一つとして、ナノインプリント技術への期待が高まっている。 In recent years, expectations for nanoimprint technology are increasing as one of fine pattern transfer methods.
S.Y.Chou等が提案したナノインプリント法は、微細な溝や穴等のパターンを形成した、原版となるモールド(金型、テンプレート等とも呼ばれる)を、被転写材に押し当てることで、機械的にパターンを転写する手法である(非特許文献1参照)。 S. Y. The nanoimprint method proposed by Chou et al. Mechanically forms a pattern by pressing an original mold (also called a mold, template, etc.) on which a pattern such as fine grooves and holes is formed, against the material to be transferred. This is a transfer method (see Non-Patent Document 1).
ナノインプリント法の原理は比較的単純なものであるが、近年、数十nmから数nmといった超微細パターンを転写できることが実証されてきたことで、次世代リソグラフィ技術の候補の一つとして注目されつつある。また、三次元的な転写手法という特徴を活かして、高アスペクト比構造のパターンや、曲面状・階段状などの複雑な形状のパターンを転写する技術として、一部で実用化が始まっている。 The principle of the nanoimprint method is relatively simple, but in recent years, it has been demonstrated that it can transfer ultra-fine patterns of several tens to several nanometers, and is attracting attention as a candidate for next-generation lithography technology. is there. In addition, by utilizing the characteristics of a three-dimensional transfer method, practical application has started as a technology for transferring patterns with a high aspect ratio structure and complicated shapes such as curved and stepped shapes.
ナノインプリント法によるパターン転写においては、その原理から明らかなように、モールド上のパターンは、凹凸が反転した形状で被転写材に転写されるが、その転写の忠実性が非常に高い。この点は、光の回折や、レジスト分子の溶解挙動の影響によって、形成されるパターン形状が変化するフォトリソグラフィ法と異なる、ナノインプリント法の大きな特徴の一つである。 In the pattern transfer by the nanoimprint method, as is clear from the principle, the pattern on the mold is transferred to the transfer material in a shape in which the unevenness is reversed, but the transfer fidelity is very high. This is one of the major characteristics of the nanoimprint method, which is different from the photolithography method in which the pattern shape to be formed changes due to the effects of light diffraction and the dissolution behavior of resist molecules.
このため、ナノインプリント法では、原版となるモールドに対して、非常に高い加工精度が要求される。この精度を実現するために、半導体デバイスやフォトマスクの製造プロセスの一部を用いることが一般的であり、シリコンや石英基板の表面に微細パターンを形成したものがモールドとして使用されることが多い。 For this reason, in the nanoimprint method, a very high processing accuracy is required for the mold as the original plate. In order to achieve this accuracy, it is common to use a part of the manufacturing process of a semiconductor device or a photomask, and a silicon or quartz substrate formed with a fine pattern is often used as a mold. .
また、これらとは別に、ニッケル等の金属を用いたモールドも使用されるが、この製造法としては、微細なレジストやシリコン、石英などのパターンをマスタとして用い、メッキにより凹凸反転した複製品を製造する電鋳工程が採用されることが多い。この場合のマスタ微細パターンの形成には、やはり半導体デバイスやフォトマスク製造プロセスの一部が用いられることが一般的である。 In addition to these, molds using metals such as nickel are also used, but as this manufacturing method, replicas with concave and convex inverted by plating using fine resist, silicon, quartz, etc. patterns as masters are used. The electroforming process to manufacture is often employed. In this case, a part of a semiconductor device or photomask manufacturing process is generally used for forming a master fine pattern.
ニッケル電鋳のマスタとして、特にシリコン基板をエッチングした物を用いる場合の利点として、パターン形状の自由度が高い点が挙げられる。シリコン基板は、フォトリソグラフィや電子線リソグラフィで形成したレジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることが可能であり、この手法を用いることで、数十nmといった微細な幅のパターンを、任意の形状で形成することができる。 As a nickel electroforming master, an advantage of using an etched silicon substrate is that the degree of freedom in pattern shape is high. A silicon substrate can be dry etched using a resist pattern formed by photolithography or electron beam lithography as a mask. By using this method, a pattern with a fine width of several tens of nanometers can be formed in any shape. can do.
また、シリコンのドライエッチング技術は、半導体やマイクロマシンの製造に使われてきた結果として、開口幅に対し深くエッチングする手法や、エッチング時の断面形状を制御する手法がある程度確立されている。一例として、パターン幅に対してエッチング深さが5倍以上となるような高アスペクト比の構造や、側壁がテーパ状や曲面を形成する構造なども実現している。このような構造は、特にマイクロマシンやバイオ、光学等の分野において重要となっており、幅広い応用範囲が期待される。 In addition, as a result of silicon dry etching technology being used in the manufacture of semiconductors and micromachines, methods for etching deeper than the opening width and methods for controlling the cross-sectional shape during etching have been established to some extent. As an example, a high aspect ratio structure in which the etching depth is 5 times or more the pattern width, a structure in which the side wall is tapered or a curved surface, and the like are realized. Such a structure is particularly important in fields such as micromachines, biotechnology, and optics, and a wide range of applications is expected.
しかしながら、シリコン基板の表面に微細なパターンを形成したマスタを用いて電鋳を行う場合、レジストパターンをマスタとする場合には起こりにくい問題が生じることが多い。その一つは、電鋳後のニッケルモールドを、シリコンエッチングマスタから剥がすことが困難な場合が多々有るということである。これは、シリコンエッチングマスタの形状が特殊なことが多い点も原因の一つでは有るが、本質的にはレジストとシリコンの弾性変形の容易さの差に原因が有ると考えられる。 However, in the case of performing electroforming using a master having a fine pattern formed on the surface of a silicon substrate, there are many problems that hardly occur when a resist pattern is used as a master. One of them is that there are many cases where it is difficult to peel off the electroformed nickel mold from the silicon etching master. This is partly due to the fact that the shape of the silicon etching master is often special, but it is considered that this is essentially due to the difference in the ease of elastic deformation between the resist and silicon.
つまり、レジストマスタにおいては弾性変形が生じやすいため、剥離の過程で加わる外力によって、レジストマスタパターンに微細な変形が生じた結果、ニッケルモールドパターンとの間に隙間が生じて、モールドの剥離が容易になるものと考えられる。一方、シリコンエッチングマスタではレジストに比べ格段に弾性変形が生じにくいため、このような隙間が生じず、結果としてモールドの剥離が困難になるものと考えられる。 In other words, since the resist master is likely to be elastically deformed, the external force applied during the peeling process causes a minute deformation in the resist master pattern, resulting in a gap between the nickel mold pattern and easy mold peeling. It is thought to become. On the other hand, since the silicon etching master is much less susceptible to elastic deformation than the resist, such a gap does not occur, and as a result, it is considered that it is difficult to remove the mold.
また別の問題として、シリコンエッチングマスタを用いる場合、電鋳や剥離に際して、シリコンエッチングマスタが割れやすい点が挙げられる。レジストマスタの基材として用いる、表面が平滑なシリコン基板と異なり、シリコンエッチングマスタではシリコン基板表面に凹凸パターンが形成されている。このため、電鋳や剥離の際等に、温度変化等によって応力が生じると、この凹凸パターン部に応力集中が生じることで亀裂が発生し、シリコン基板が割れてしまうものと考えられる。 Another problem is that when a silicon etching master is used, the silicon etching master is easily broken during electroforming or peeling. Unlike a silicon substrate having a smooth surface, which is used as a base material for a resist master, the silicon etching master has a concavo-convex pattern formed on the surface of the silicon substrate. For this reason, it is considered that when stress is generated due to a temperature change or the like during electroforming or peeling, a crack occurs due to stress concentration in the concavo-convex pattern portion, and the silicon substrate is cracked.
電鋳途中に基板が割れることが大きな問題となることはもちろんだが、電鋳後のマスタ剥離時に発生する基板の割れも、実際には問題となる。なぜなら、電鋳後のシリコンエッチングマスタとニッケルモールドは直接接触しており、かつニッケルよりシリコンの方が硬いため、シリコンエッチングマスタに割れが生じると、その破断面がニッケルモールドに接触することで、ニッケルモールドに容易に傷が生じるからである。 Of course, cracking the substrate during electroforming is a major problem, but cracking of the substrate that occurs when the master is peeled off after electroforming is also a problem. Because the silicon etching master after electroforming and the nickel mold are in direct contact, and since silicon is harder than nickel, when a crack occurs in the silicon etching master, its fracture surface comes into contact with the nickel mold, This is because the nickel mold is easily damaged.
このように、ニッケルモールドのマスタとしてはレジストマスタの方が好ましいと言えるが、一方で、高アスペクト比の構造や垂直に近いテーパ構造などは、レジストパターンでは形成するのが困難であり、シリコンエッチングマスタを用いざるを得ない。 Thus, it can be said that the resist master is preferable as the master for the nickel mold, but on the other hand, a structure with a high aspect ratio or a taper structure close to vertical is difficult to form with a resist pattern, and silicon etching You must use a master.
この問題の解決策の一つとして、最初に凹凸反転したシリコンエッチングマスタを作製し、この表面構造を、インプリントやホットプレス、UV複製、射出成形などの手法を用いて、樹脂基板またはシリコンやガラス基板上に塗布した樹脂層の表面に複製し、この複製物からニッケルモールドを電鋳する工程が考えられる。 As one of the solutions to this problem, a silicon etching master having an inverted inversion is first prepared, and this surface structure is applied to a resin substrate or silicon or silicon using a technique such as imprinting, hot pressing, UV replication, or injection molding. A process of replicating on the surface of the resin layer applied on the glass substrate and electroforming a nickel mold from this replica can be considered.
この手法を用いれば上述の問題を解決できるが、実用上では別の問題が生じることが考えられる。なぜなら、シリコンエッチングマスタから樹脂にパターンを複製する工程において、シリコンエッチングマスタ上のパターンに応力が加わると、ニッケルと異なりシリコンでは弾性変形がほとんど生じずに脆性破壊が生じることから、特に複製版の剥離時に、シリコンエッチングマスタの微細パターンが破壊する恐れが生じる。このような破壊は、特に高アスペクト比の構造で生じやすくなる。このような破壊が生じると、複製版の表面に破損したシリコンの破片が残存することとなり、そのまま電鋳のマスタとして使用することは不可能となる。 If this method is used, the above-mentioned problem can be solved, but another problem may be caused in practical use. This is because, in the process of replicating the pattern from the silicon etching master to the resin, if stress is applied to the pattern on the silicon etching master, unlike silicon, silicon hardly undergoes elastic deformation and brittle fracture occurs. At the time of peeling, the fine pattern of the silicon etching master may be destroyed. Such destruction is particularly likely to occur in high aspect ratio structures. When such destruction occurs, broken silicon pieces remain on the surface of the duplicate plate, and cannot be used as an electroforming master as it is.
また、前述のような破壊が生じなくても、例えば側壁形状が逆テーパ状を形成するような微細パターンでは、やはり複製版を剥離するのがかなり困難となるケースが考えられる。このようなパターンでは、仮に複製版や電鋳ニッケルモールドが形成できたとしても、その後のインプリントが不可能なため問題は無いとも考えられる。しかし実際には、インプリントされる樹脂の変形特性などによってはそのような逆テーパ状のパターンでも、インプリントが可能となるケースは有り得るので、このような逆テーパ状のパターンの必要性が皆無であるとは言えない。 Further, even if the above-described destruction does not occur, for example, in the case of a fine pattern in which the side wall shape forms a reverse taper shape, it may be quite difficult to peel off the duplicate plate. In such a pattern, even if a replica plate or an electroformed nickel mold can be formed, it is considered that there is no problem because subsequent imprinting is impossible. However, in reality, there may be cases where imprinting is possible even with such a reverse taper pattern depending on the deformation characteristics of the resin to be imprinted, so there is no need for such a reverse taper pattern. I can't say that.
以上述べたように、一旦樹脂製の複製版をインプリントなどの方法で作製する方法は、有効な方法ではあるが、微細パターンの形状によっては適用が困難となる点が課題として残ってしまう。 As described above, a method of once producing a replica plate made of resin by a method such as imprinting is an effective method, but a problem remains that it is difficult to apply depending on the shape of a fine pattern.
本発明は、シリコンエッチングマスタを用いることによる微細パターン形状の自由度の高さを活かしつつ、インプリント等の方法で樹脂複製版を作製するのが困難な場合に、樹脂層にパターンを複製して金属モールドを形成するナノインプリント用モールドの製造方法を提供することである。 The present invention replicates a pattern on a resin layer when it is difficult to produce a resin replication plate by a method such as imprinting while taking advantage of the high degree of freedom of the fine pattern shape by using a silicon etching master. It is another object of the present invention to provide a method for producing a nanoimprint mold for forming a metal mold.
本発明の請求項1に係る発明は、シリコン基板表面に所望の形状を有するシリコン微細パターンを形成した、シリコンエッチングマスタを製造し、シリコンエッチングマスタの表面に樹脂層を形成し、樹脂層の表面を部分的に除去することによって、シリコンエッチングマスタの微細パターンの表面を露出し、露出したシリコン微細パターンをエッチングすることによって、シリコン基板上の樹脂層に所望の形状の樹脂層微細パターンを形成した複製版を製造し、複製版を用いて電鋳を行い、金属製のモールドを製造することを特徴とするナノインプリント用モールドの製造方法としたものである。 The invention according to claim 1 of the present invention is to manufacture a silicon etching master in which a silicon fine pattern having a desired shape is formed on a silicon substrate surface, and to form a resin layer on the surface of the silicon etching master. The surface of the fine pattern of the silicon etching master is exposed by partially removing the substrate, and the exposed silicon fine pattern is etched to form a resin layer fine pattern having a desired shape on the resin layer on the silicon substrate. The method for producing a mold for nanoimprinting is characterized in that a duplicate plate is produced, electroforming is performed using the duplicate plate, and a metal mold is produced.
本発明の請求項2に係る発明は、シリコン微細パターンは、単結晶シリコン基板上に電子線レジストを形成し、電子線レジストを選択的にパターニングして微細レジストパターンを形成し、微細レジストパターンをマスクに単結晶シリコン基板をエッチングして形成することを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント用モールドの製造方法としたものである。 In the invention according to claim 2 of the present invention, the silicon fine pattern is formed by forming an electron beam resist on a single crystal silicon substrate, selectively patterning the electron beam resist to form a fine resist pattern, The method for producing a mold for nanoimprinting according to claim 1, wherein the mask is formed by etching a single crystal silicon substrate.
本発明の請求項3に係る発明は、シリコン微細パターンは断面が逆テーパ形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノインプリント用モールドの製造方法としたものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is the method for producing a mold for nanoimprinting according to claim 1 or 2, wherein the silicon fine pattern has an inversely tapered cross section.
本発明の請求項4に係る発明は、単結晶シリコン基板のエッチングは、反応性ドライエッチングにより行うことによって、シリコン微細パターンは断面が逆テーパ形状にすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のナノインプリント用モールドの製造方法としたものである。 The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the etching of the single crystal silicon substrate is performed by reactive dry etching, so that the cross section of the silicon fine pattern has a reverse taper shape. Any one of the methods for manufacturing a mold for nanoimprinting is described.
本発明の請求項5に係る発明は、樹脂層はPMMA層であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか記載のナノインプリント用モールドの製造方法としたものである。 The invention according to claim 5 of the present invention is the method for producing a nanoimprint mold according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin layer is a PMMA layer.
本発明によれば、シリコンエッチングマスタを用いることによる微細パターン形状の自由度の高さを活かしつつ、インプリント等の方法で樹脂複製版を作製するのが困難な場合に、樹脂層にパターンを複製して金属モールドを形成するナノインプリント用モールドの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, when it is difficult to produce a resin replication plate by a method such as imprinting while utilizing the high degree of freedom of a fine pattern shape by using a silicon etching master, a pattern is formed on a resin layer. The manufacturing method of the mold for nanoimprint which replicates and forms a metal mold can be provided.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.
図1(a)〜(j)及び図2(a)〜(i)は、本発明の実施の形態に係るナノインプリント用モールドの製造方法の工程を説明する概略断面図である。図1(a)〜(j)及び図2(a)〜(i)の違いは、図1(d)に示す、シリコンエッチングマスタの形状が単結晶シリコン基板100の底面に向かって垂直に形成していることと、図2(d)に示す、シリコンエッチングマスタの形状が逆テーパ状に形成していることである。ここで、逆テーパ状とは、上面が広く下面に向かって狭くなっていく形状のことをいう。以下、ナノインプリント用モールドの製造方法の工程を説明する。
1 (a) to 1 (j) and FIGS. 2 (a) to 2 (i) are schematic cross-sectional views illustrating steps of a method for manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention. The difference between FIGS. 1A to 1J and FIGS. 2A to 2I is that the shape of the silicon etching master shown in FIG. 1D is formed vertically toward the bottom surface of the single
まず、図1(a)及び図2(a)に示すように、単結晶シリコン基板100及び200の表面に電子線レジスト110及び210を塗布する。次に、図1(b)及び図2(b)に示すように、電子線レジスト110及び210をパターニングすることで、所望の微細レジストパターン111及び211を形成する。電子線レジスト110及び210のパターニング方法としては、例えば電子線リソグラフィによる方法が考えられるが、所望する設計パターンに応じて、適宜公知の方法を用いて良い。例えば、公知のフォトリソグラフィやナノインプリント技術などを用いても良い。
First, as shown in FIGS. 1A and 2A, electron beam resists 110 and 210 are applied to the surfaces of the single
次に、図1(c)及び図2(c)に示すように、前述の微細レジストパターン111及び211をマスクとして単結晶シリコン基板100及び200のエッチングを行い、単結晶シリコン基板100及び200の表面に所望の微細構造を形成する。単結晶シリコン基板100及び200のエッチング方法としては、フッ素系のガスを用いた反応性イオンエッチングが最も適しているが、所望の微細レジストパターン111及び211に応じて、その他公知の方法、例えばプラズマエッチングやウェットエッチングなどを用いても良い。
Next, as shown in FIGS. 1C and 2C, the single
次に、図1(d)及び図2(d)に示すように、エッチングマスクとして用いた微細レジストパターン111及び211を除去すると共に、所望のシリコン微細パターン101及び201を形成した単結晶シリコン基板100及び200の表面の不要な異物などを除去する洗浄を行い、シリコンエッチングマスタを完成する。この洗浄方法としては、酸素プラズマによるアッシングと、各種の有機・無機薬品を用いたウェット洗浄を併用するのが一般的であるが、その後の工程に影響が無ければ、どちらかを単独で用いても良いし、その他公知の方法、例えばオゾン水を用いた洗浄などを用いても良い。
Next, as shown in FIGS. 1D and 2D, the single-crystal silicon substrate on which the fine resist
次に、図1(e)及び図2(e)に示すように、シリコンエッチングマスタの表面に、最終的に電鋳の鋳型となる樹脂層120及び220を塗布する。樹脂層120及び220としては、例えばPMMA(Poly(methyl methacrylate)、ポリメタクリル酸メチル樹脂)などが考えられるが、その後の工程において不都合が無ければ、その他公知の樹脂やレジストを用いても構わない。 Next, as shown in FIGS. 1 (e) and 2 (e), resin layers 120 and 220 that will eventually become an electroforming mold are applied to the surface of the silicon etching master. As the resin layers 120 and 220, for example, PMMA (Poly (methyl methacrylate), polymethyl methacrylate resin) can be considered, but other known resins and resists may be used if there is no problem in the subsequent steps. .
次に、図1(f)及び図2(f)に示すように、樹脂膜120及び220の表面を、下地のシリコンエッチングマスタにおけるシリコン微細パターン101及び201の上面が露出するまで削り取る。この手法としては、酸素ガスプラズマを用いたアッシングが好適であるが、その他公知の手法を用いても構わない。例えば、樹脂層120及び220を有機あるいは無機の薬品を用いて溶解除去しても良いし、イオンミリングのような物理的な方法で除去しても良い。更には、機械的な研磨のような方法で削り取っても構わない。
Next, as shown in FIGS. 1 (f) and 2 (f), the surfaces of the
この工程ではシリコン微細パターン101及び201の上面が露出していれば、多少樹脂を余計に除去して、僅かにシリコン微細パターン101及び201が突出していても構わない。また、機械的研磨などで僅かにシリコン微細パターン101及び201が削れてしまっても構わない。
In this step, as long as the upper surfaces of the silicon
次に、図1(g)及び図2(g)に示すように、露出したシリコンエッチングマスタ表面のシリコン微細パターン101及び201を、上面から徐々にエッチングして、樹脂層微細パターン121及び221を形成する。この際、シリコン微細パターン101及び201の一部を残した段階で停止しても構わないし、図1(h)に示すように、シリコン微細パターン101の全体をエッチングしても構わない。いずれの場合においても、電鋳過程で金属がシリコンエッチングマスタのシリコン微細パターン101及び201の間に食い込むことが無いので、電鋳時の応力でシリコンエッチングマスタが割れることを防ぐことができる。
Next, as shown in FIGS. 1 (g) and 2 (g), the silicon
同様に、図1(h’)に示すように、樹脂層120の底面より若干エッチングを進行させても、製造工程上大きな問題は無い。しかし、この場合は電鋳過程で金属が若干シリコンエッチングマスタのシリコン微細パターン101及び201の間に食い込むため、シリコンエッチングマスタが割れる可能性が大きくなるので注意が必要となる。
Similarly, as shown in FIG. 1 (h ′), even if etching is slightly advanced from the bottom surface of the
上述したエッチングの方法としては、樹脂層120及び220に対し単結晶シリコン基板100及び200が選択的にエッチングされる方法であれば、その手法は特に限定されない。上述したフッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングでも良いし、それ以外の公知の方法でも構わない。例えば、同じくフッ素系プラズマを用いた、等方的なドライエッチングを用いても良いし、プラズマによる樹脂層120及び220へのダメージが問題となる場合には、XeF2ガスを用いた、プラズマを用いない等方的なドライエッチングを用いても良い。
The etching method is not particularly limited as long as the single
また、樹脂層120及び220が強アルカリ性水溶液に対して十分な耐性を有していれば、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などでエッチングしても構わない。但し、この場合はエッチング液に対する樹脂層120及び220の耐性やエッチング形状の異方性などについて、予め十分に検討する必要がある。 In addition, as long as the resin layers 120 and 220 have sufficient resistance to a strong alkaline aqueous solution, etching may be performed with a potassium hydroxide aqueous solution, a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, or the like. However, in this case, it is necessary to sufficiently examine in advance the resistance of the resin layers 120 and 220 to the etching solution and the anisotropy of the etching shape.
次に、図示しないが上述の工程で微細な開口が形成された樹脂層微細パターン121及び221の表面に、ごく薄い導電膜を形成する。この導電膜は、後述の電解メッキ工程のシード層となる。この導電膜の材料としては、ニッケル・銅・銀・金・アルミなどの金属が用いられることが多いが、その選択にあたっては、最終的なインプリント用モールドの機能や製膜方法等に応じて最適なものを選択すればよい。また、製膜方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、無電解メッキなどが一般的に用いられるが、工程上の問題が生じない範囲において、適宜公知の方法を用いても良い。
Next, although not shown, a very thin conductive film is formed on the surfaces of the resin layer
次に、図1(i)及び図2(h)に示すように、導電膜をシード層として電解メッキを行い、表面に微細構造を有する厚い電鋳金属層130及び230を形成する。この電鋳金属層130及び230の材料としては、一般的にニッケルが用いられるが、その他の成分を含んだニッケル合金メッキを用いても構わない。また、ナノインプリントモールドとして必要な特性が得られる範囲において、その他公知の金属の電解メッキ、例えば銅メッキなどを用いても構わない。
Next, as shown in FIGS. 1I and 2H, electrolytic plating is performed using the conductive film as a seed layer to form thick
最後に、図1(j)及び図2(i)に示すように、電鋳金属層130及び230を剥離し、最終的な金属モールド131及び231を得る。剥離方法は物理的に剥がしても構わないし、シリコンエッチングマスタと樹脂層120及び220を、水酸化カリウムなどの強アルカリ水溶液を用いて溶解しても構わない。
Finally, as shown in FIGS. 1 (j) and 2 (i), the
本発明の実施の形態に係る金属モールド131及び231に形成される微細パターンは、シリコンエッチングマスタに形成されたシリコン微細パターン101及び201をほぼ忠実に複製できるために、自由度の高い微細パターンの形成能力をそのまま活用することができる。
Since the fine patterns formed on the
また、電鋳の原版として用いられるのは、単結晶シリコン基板100及び200上の樹脂層120及び220に微細パターンが形成された複製版となるので、シリコンエッチングマスタをそのまま用いる際に問題となる、金属モールド131及び231との剥離不良やシリコンエッチングマスタの割れといった問題を解決することができる。
Also, since the electroplating original plate is a replica plate in which fine patterns are formed on the resin layers 120 and 220 on the single
更に、複製版を製造する際に、インプリントやエンボス等の機械的な手法を使わず、科学的なエッチング手法を用いるので、シリコンエッチングマスタと樹脂層複製版の剥離不良、あるいは各々の破損といった問題も回避できる。 Furthermore, when manufacturing a duplicate plate, a mechanical etching method such as imprint or embossing is not used, but a scientific etching method is used. Problems can also be avoided.
上述したように、本発明の実施の形態に係るナノインプリント用モールドの製造方法は、一旦シリコンエッチングマスタを製作した後、このシリコンエッチングマスタのシリコン微細パターン101及び201を樹脂層120及び220で埋め込み、樹脂層120及び220の表面を除去した後、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって露出したシリコン微細パターン101及び201を除去することで、シリコンエッチングマスタの形状を忠実に反映した樹脂層複製版を作製する。この樹脂層複製版を用いてニッケルを用いた金属モールド131及び231を製作することで、電鋳時や剥離時の単結晶シリコン基板100及び200の破損を防止することができる。
As described above, in the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the embodiment of the present invention, once a silicon etching master is manufactured, the silicon
以下、本発明のナノインプリント用モールド製造方法について、実施例1及び2を挙げて説明を行う。 Hereinafter, the nanoimprint mold manufacturing method of the present invention will be described with reference to Examples 1 and 2.
本実施例1としては、図1(a)〜(j)を参照して説明をする。まず、図1(a)に示すように、厚さ725μmの単結晶シリコンからなる200mmΦの単結晶シリコン基板100を用意し、単結晶シリコン基板100の表面に電子線レジスト110を厚さ200nmでスピンコートした。
The first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1A, a 200 mmφ single
次に、図1(b)に示すように、電子線レジスト110に、電子ビームの描画、現像等のパターニング処理を行って、開口幅100nm、ピッチ200nmの線状の微細レジストパターン111を形成した。
Next, as shown in FIG. 1B, the electron beam resist 110 was subjected to patterning processing such as electron beam drawing and development to form a linear fine resist
次に、図1(c)に示すように、微細レジストパターン111をエッチングマスクとして、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより、単結晶シリコン基板100をほぼ垂直に、深さ500nmまでエッチングした。
Next, as shown in FIG. 1C, the single
次に、図1(d)に示すように、酸素プラズマによるアッシング処理、及び各種薬液を使ったウェット処理により、残留した微細レジストパターン111を除去し、単結晶シリコン基板100を洗浄することで、単結晶シリコン基板100の表面に、開口幅100nm、ピッチ200nm、深さ500nmのシリコン微細パターン101を形成して、シリコンエッチングマスタとした。
Next, as shown in FIG. 1D, the remaining fine resist
次に、図1(e)に示すように、シリコン微細パターン101の表面上に、PMMAを厚さ1μm〜2μm程度でスピンコートし、更にベークすることで、シリコン微細パターン101の開口部全体を埋め込んだ樹脂層120を形成した。
Next, as shown in FIG.1 (e), PMMA is spin-coated by the thickness of about 1 micrometer-2 micrometers on the surface of the silicon | silicone
次に、図1(f)に示すように、酸素プラズマによるアッシング処理を行い、シリコン微細パターン101の上面が露出するまで、樹脂層120の表面を除去した。
Next, as shown in FIG. 1F, an ashing process using oxygen plasma was performed, and the surface of the
次に、図1(g)に示すように、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより、シリコン微細パターン101を、露出した面から下方に向けてエッチングした。次に、図1(h)に示すように、シリコン微細パターン101の凸部が消失する、深さ500nmまでエッチングすることで、樹脂層微細パターン121を得た。
Next, as shown in FIG. 1G, the silicon
但し、本実施例1に係るナノインプリント用モールドの製作工程においては、エッチング途中の状態、例えば深さ450nmまでエッチングして(図1(g))から、次の電鋳の工程に進んでもよい。逆に、更にエッチングを進めた状態、例えば、深さ520nmまでエッチングして(図1(h’))から次の電鋳工程に進んでもよいが、この場合は、その後の工程での単結晶シリコン基板100の割れに注意する必要がある。
However, in the manufacturing process of the nanoimprint mold according to the first embodiment, etching may be performed in the middle of etching, for example, to a depth of 450 nm (FIG. 1G), and then the process may proceed to the next electroforming process. On the contrary, the state of further etching, for example, etching to a depth of 520 nm (FIG. 1 (h ′)) may proceed to the next electroforming process, but in this case, the single crystal in the subsequent process It is necessary to pay attention to cracking of the
次に、図1(i)に示すように、樹脂層微細パターン121の表面に無電解メッキで薄いニッケル層を形成した後、樹脂層微細パターン121を鋳型としてニッケル電鋳を行い、ニッケルを用いた電鋳金属層130を得た。
Next, as shown in FIG. 1 (i), after a thin nickel layer is formed on the surface of the resin layer
次に、図1(j)に示すように、単結晶シリコン基板100及び樹脂層微細パターン121から、電鋳金属層130を物理的に剥離することで、金属モールド131を得た。
Next, as shown in FIG. 1 (j), the
本実施例1に係る金属モールド131に形成された微細パターンは、シリコンエッチングマスタに形成されたシリコン微細パターン101をほぼ忠実に複製できるために、自由度の高い微細パターンを得ることができた。
Since the fine pattern formed on the
また、電鋳の原版として用いられるのは、単結晶シリコン基板100上の樹脂層120に微細パターンが形成された複製版となるので、シリコンエッチングマスタをそのまま用いる際に問題となる、金属モールド131との剥離不良やシリコンエッチングマスタの割れといった問題を解決することができた。
In addition, since the original used for electroforming is a replica plate in which a fine pattern is formed on the
本実施例2としては、図2(a)〜(i)を参照して、側壁がテーパ形状を有するナノインプリント用モールドの製作方法の例を説明する。まず、図2(a)に示すように、厚さ725μmの単結晶シリコンからなる200mmΦの単結晶シリコン基板200を用意し、単結晶シリコン基板200の表面に電子線レジスト210を厚さ200nmでスピンコートして形成した。
As Example 2, an example of a method for manufacturing a nanoimprint mold having a tapered side wall will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2A, a 200 mmφ single
次に、図2(b)に示すように、電子線レジスト210に、電子ビームの描画、現像等のパターニング処理を行って、開口幅200nm、ピッチ400nmの線状の微細レジストパターン211を形成した。
Next, as shown in FIG. 2B, the electron beam resist 210 was subjected to patterning processing such as electron beam drawing and development to form a linear fine resist
次に、図2(c)に示すように、微細レジストパターン211をエッチングマスクとして、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより、単結晶シリコン基板200を深さ500nmまでエッチングするが、この時のエッチング側壁が逆テーパ形状となるように、反応性イオンエッチングの諸条件を調整した。
Next, as shown in FIG. 2C, the single
次に、図2(d)に示すように、酸素プラズマによるアッシング処理、及び各種薬液を使ったウェット処理により、残留した微細レジストパターン211を除去し、単結晶シリコン基板200を洗浄することで、単結晶シリコン基板200の表面に、上部開口幅200nm、下部開口幅300nm、ピッチ400nm、深さ500nmのシリコン微細パターン201を形成して、シリコンエッチングマスタとした。
Next, as shown in FIG. 2D, the remaining fine resist
次に、図2(e)に示すように、シリコン微細パターン201の表面上に、PMMAを厚さ1μm〜2μm程度でスピンコートし、更にベークすることで、シリコン微細パターン201の開口部全体を埋め込んだ樹脂層220を形成した。
Next, as shown in FIG. 2 (e), PMMA is spin coated on the surface of the silicon
次に、図2(f)に示すように、樹脂層220の表面を除去することを目的とした研磨を行い、シリコン微細パターン201の上面を露出させた。
Next, as shown in FIG. 2 (f), polishing was performed for the purpose of removing the surface of the
次に、図2(g)に示すように、XeF2ガスを用いた等方性のドライエッチングを行い、シリコン微細パターン201を、露出した面から下方に向けて、深さ400nmまでエッチングを行った。これにより、順テーパの側壁形状を有する、樹脂層微細パターン221が得られた。
Next, as shown in FIG. 2G, isotropic dry etching using XeF 2 gas is performed to etch the silicon
次に、図2(h)に示すように、樹脂層微細パターン221の表面に真空蒸着法またはスパッタリング法でごく薄いニッケル層を形成した後、樹脂層微細パターン221を鋳型としてニッケル電鋳を行い、ニッケルを用いた電鋳金属層230を得た。
Next, as shown in FIG. 2 (h), after a very thin nickel layer is formed on the surface of the resin layer
次に、図2(i)に示すように、水酸化カリウム水溶液を用いて単結晶シリコン基板201及び樹脂層微細パターン221を溶解除去することで、金属モールド231を得た。
Next, as shown in FIG. 2I, a
本実施例2に係る金属モールド231に形成された微細パターンは、シリコンエッチングマスタに形成されたシリコン微細パターン201をほぼ忠実に複製できたために、自由度の高い微細パターンを得ることができた。
Since the fine pattern formed on the
また、電鋳の原版として用いられるのは、単結晶シリコン基板200上の樹脂層220に微細パターンが形成された複製版となるので、シリコンエッチングマスタをそのまま用いる際に問題となる、金属モールド231との剥離不良やシリコンエッチングマスタの割れといった問題を解決することができた。
In addition, since a replica plate in which a fine pattern is formed on the
以上述べたように、本発明によって、シリコンエッチングマスタの活用範囲を広げることができ、特に高いアスペクト比の微細構造を有する金属モールドや、逆テーパ状などの特殊な形状の金属モールドを製造することができる。 As described above, according to the present invention, the application range of the silicon etching master can be expanded, and a metal mold having a fine structure with a particularly high aspect ratio or a metal mold having a special shape such as a reverse taper shape is manufactured. Can do.
本発明によれば、マイクロマシンやバイオ、光学デバイスなど、幅広い分野への応用が期待できる。 According to the present invention, application to a wide range of fields such as micromachines, biotechnology, and optical devices can be expected.
100、200…単結晶シリコン基板
101、201…シリコン微細パターン
110、210…電子線レジスト
111、211…微細レジストパターン
120、220…樹脂層
121、221…樹脂層微細パターン
130、230…電鋳金属層
131、231…金属モールド
100, 200 ... single
Claims (5)
前記シリコンエッチングマスタの表面に樹脂層を形成し、
前記樹脂層の表面を部分的に除去することによって、前記シリコンエッチングマスタの微細パターンの表面を露出し、
前記露出したシリコン微細パターンをエッチングすることによって、前記シリコン基板上の前記樹脂層に所望の形状の樹脂層微細パターンを形成した複製版を製造し、
前記複製版を用いて電鋳を行い、金属製のモールドを製造することを特徴とするナノインプリント用モールドの製造方法。 A silicon etching master having a silicon fine pattern having a desired shape formed on the silicon substrate surface is manufactured,
Forming a resin layer on the surface of the silicon etching master;
By partially removing the surface of the resin layer, the surface of the fine pattern of the silicon etching master is exposed,
Etching the exposed silicon fine pattern to produce a replica plate having a resin layer fine pattern of a desired shape formed on the resin layer on the silicon substrate,
A method for producing a mold for nanoimprinting, wherein a metal mold is produced by performing electroforming using the duplicate plate.
前記電子線レジストを選択的にパターニングして微細レジストパターンを形成し、
前記微細レジストパターンをマスクに前記単結晶シリコン基板をエッチングして形成することを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント用モールドの製造方法。 The silicon fine pattern forms an electron beam resist on a single crystal silicon substrate,
Selectively patterning the electron beam resist to form a fine resist pattern;
The method for producing a mold for nanoimprinting according to claim 1, wherein the single crystal silicon substrate is etched using the fine resist pattern as a mask.
The method for producing a mold for nanoimprinting according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin layer is a PMMA layer.
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