JP5421380B2 - モールド - Google Patents

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Description

本発明は、モールドに関する。
微細な凹凸パターンを基板表面に施すために、光硬化樹脂を含むポリマー等を基板表面に塗布し、モールドと呼ばれる凹凸のついた押し板を基板表面に押し付けて、微細な凹凸パターンを基板表面に転写するNIL(Nano−Imprint Litography)と呼ばれる技術がある。
特開2006−164393号公報には、モールドの凹凸パターンに傾きを付加し、左右対称の山形の凹凸形状を基板表面に転写する技術が開示されている。
しかしながら、特開2006−164393号公報に開示された技術では、モールドを押し付ける力にともなってパターンサイズが変化するので、押し付ける力の制御を厳密に行わなければ、パターンサイズにバラツキが生じてしまう。
特開2006−164393号公報
そこで、本発明はパターンサイズのバラツキが少ないモールドを提供する。
本発明のモールドは、上面及び4つの側面を有する第1及び第2の突起が対になってベース層上に複数形成され、前記第1及び第2の突起は鏡面対称的な形状であり、前記第1の突起を構成する第1の側面と前記第2の突起を構成する第2の側面は互いに面内で対向しており、前記第1及び第2の側面と前記ベース層主面とのなす角が85°以上90°以下であり、前記第1の突起内で前記第1の側面に対して対向する第3の側面、及び前記第2の突起内で前記第2の側面に対し対向する第4の側面と前記ベース層主面とのなす角が70°以上88°以下であることを特徴とする。
本発明によれば、パターンサイズのバラツキが少ないモールドを提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係るモールドを示す図。 第1の実施形態を説明するための図。 モールドを基板上に塗布されたポリマーに押し付けたときの位置ズレを説明するための図。 モールドを基板上に塗布されたポリマーに押し付けたときのパターン幅のバラツキを説明するための図。 モールドを基板上に塗布されたポリマーに押し付けたときのパターン幅のバラツキを説明するための図。 パターン幅の広がりを説明するための図。 第1の実施形態に係るモールドの製造工程を説明するための図。 本発明の第2の実施形態に係るモールドを示す図。 第2の実施形態を説明するための図。 第2の実施形態に係るモールドの製造工程を説明するための図。 第1の変形例を説明するための図。 第1の変形例に係るモールドの製造工程を説明するための図。 角度を説明するための図。 第1の実施形態に係るモールドの位置ズレ量の測定結果を示す図。 第2の実施形態に係るモールドの位置ズレ量の測定結果を示す図。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。また、以下説明する図面において、符号が一致するものは、同じものを示しており、重複した説明は省略する。また、本実施形態は、基板上に塗布されたポリマーにナノメートルの大きさのパターンを形成するインプリント技術を想定している。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るモールド10について説明する。
図1は、本実施形態に係るモールド10を示す概略図である。
本実施形態に係るモールドは、図1(a)に示ように、対になって2つの突起20、21がベース層30上に複数形成されている。これらの突起20、21は、上面と4つの側面を有する。また、突起20、21は、急峻な側面20a、21aを有し、さらに側面20a、21aに対向してなだらかな側面20b、21bを有している。
突起20、21を構成する側面20a、20bと突起21を構成する側面21a、21bは互いに鏡面対称的な形状を有し、急峻な側面20aと急峻な側面20bは互いに対向し、なだらかな側面21aとなだらかな側面21bは互いに対向している。つまり、側面20aと側面21a、並びに側面20bと側面21bは鏡面の関係にあり、突起20と突起21の中心における中心線を基準として、突起20を反転させると突起21の形状と重なり合う関係にある。
さらに、ある1つの方向からみると、図1(b)に示すように、突起20、21を構成する1つの急峻な側面20a、21aは互いに面内で対向している。ここで、突起20、21の側面20a、21aが面内で対向している方向をX軸方向とする。
また、突起20、21のx軸方向の上面の幅Tは5nm、下面の幅Bは5.9nm、高さhは10nmである。これらの突起20、21はx軸方向に3.2nm離間してベース層30上に形成されている。
なお、側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角は、90°であるが、85°以上90°以下でも本実施形態の効果は得られる。また、突起20、21内で側面20a、21aに対向する側面20b、21bとベース層30の主面とのなす角θは70°以上88°以下である。このとき、側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角は、側面20b、21bとベース層30の主面とのなす角よりも大きいことが好ましい。
ベース層30には、石英ガラスを用いることができる。突起20,21には、シリコン、シリコン酸化物、アルミ酸化物等を用いることができる。
このような対称形状を有する突起20、21をベース層30上に複数形成することで、ポリマーが塗布された基板に対してパターンサイズのバラツキを少なくすることができる。これは、図2Aに示すように、傾きの緩やかな方向にポリマーが押し出されやすい傾向があり、押し出されるときに生じるx軸方向への力20c、21cが互いに相殺されるからである。
また、背景技術で説明した以外にも、モールド10を基板に塗布されたポリマーに対して押し付ける際に生じる位置ズレという問題もある。
図2Bは、位置ズレを説明するための図である。図2B(a)は、モールドを基板に塗布されたポリマーに対して押し付ける際の位置あわせを示す図である。図2B(b)は、モールドを基板に塗布されたポリマーに押し付けている図である。
図2B(a)に示すように、初めに位置あわせをして、図2(b)に示すように、モールドを基板に塗布されたポリマーに押し付ける。モールドの下降までは位置ズレは発生しないが、ポリマーを数tかけて押し込むので、ポリマーにモールドを押し付けた後には約10nm以上の位置ズレが生じてしまうことがわかっている。
本実施形態に係るモールド10では、対になった対称形状の2つの突起をモールド10に複数形成することで、ポリマーを押し流す方向を決定できるので、位置ズレを抑制することができる。
また、本実施形態に係るモールド10を用いることで、モールドを基板上に塗布されたポリマーに押し込んで、モールドを引き上げた際にポリマーに形成されたパターン幅のバラツキも抑制することができる。パターン幅のバラツキは、基板に塗布されたポリマーが押し付けられる圧力が、押し付けられる場所によって異なるために生じる。これは、一般的に、モールドを基板上に塗布されたポリマーに押し付ける場合、基板の面内に対して均一の圧力を加えることが難しいからである。
以下、パターン幅のバラツキについて説明する。
図2Cは、山型形状の突起を複数有するモールドを基板に塗布されたポリマーに押し付けたときの、パターン幅のバラツキが生じる理由を説明するための図である。
図2C(a)、(b)、(c)は基板上に塗布されたポリマーをモールドで押し付けたときに、加わる圧力が大きい場合のポリマー断面を示し、図2C(d)、(e)、(f)は基板上に塗布されたポリマーをモールドで押し付けたときに、加わる圧力が小さい場合のポリマー断面を示している。
まず、図2C(a)、(d)に示すように、図2C(a)に示す状態では、ポリマーに加わる圧力が大きく、図2C(d)に示す状態では、ポリマーに加わる圧力が小さい。よって、加わる圧力の大きさの違いにより、ポリマーに形成されるパターンの幅にバラツキが生じる。
次に、図2C(b)、(e)に示すように、UV光照射を行い、ポリマーを硬化させ、モールドを引き離す。その後、基板上に塗布されたポリマーに加わる圧力が大きい場合(図2C(b))には、残渣dが生じる。
一方で、基板上に塗布されたポリマーに加わる圧力が小さい場合(図2C(e))には、残渣dが生じる。
この残渣d、dは、残渣dの厚さの方が厚くなる。これは、残渣dが生じる場所のほうが、基板に塗布されたポリマーに加わる圧力が小さいからである。
この後、図2C(c)、(f)に示すように、残渣d、dを酸素プラズマで除去して、基板表面の一部を露出させ、ポリマーのパターンを形成する。この場合、全ての残渣を除去しなければならないので、残渣の厚さが厚い方の残渣dの厚さに合わせてポリマーをエッチングする。ここで、残渣を除去したあとの基板表面が露出した部分の幅(パターン幅)を、基板上に塗布されたポリマーに加わる圧力が大きい場所でw、基板上に塗布されたポリマーに加わる圧力が小さい場所でwとする。
このとき、基板に塗布されたポリマーは、残渣の厚さが厚い方の部分を削るように、設定されているので、基板上に塗布されたポリマーに加わる圧力が大きい場所はより多く削られる。このため、パターン幅wは、パターン幅wよりも大きくなる。
一方で、本実施形態のように、一方の側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角を90°、他方の側面20b、21bとベース層30の主面とのなす角を70°以上88°以下と設定すると、パターン幅の差、すなわち、パターン幅のバラツキは減少する。
図2Dは、本実施形態におけるモールド10を用いて、基板表面にパターンを形成した場合と、山型の凹凸形状を有するモールドを用いて、基板表面にパターンを形成した場合とで、パターン幅のバラツキ(w−w)がどれだけ変化するかを示す図である。図2Dに示す実線は、山型形状の凹凸を構成する突起の先端部分の幅が10nmのモールドを用いた場合を示し、破線は、本実施形態の突起の上面の幅が10nmの場合を示す。なお、本実施形態に係るモールド10の側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角は90°に固定し、側面20b、21bとベース層の主面とのなす角70°から90°で変化させた。一方で、山型の場合は、モールドを構成する基板主面と凹凸とのなす角を70°から90°で変化させている。
図2Dから、例えば、角度80°におけるパターン幅のバラツキは山型で3.5nm、本実施形態では1.8nmと小さいことがわかる。
このように、本実施形態のモールドと山形のモールドとで、パターン幅のバラツキが2倍近く異なるのは、図2Eを用いて説明できる。
図2Eは、図2D(b)、(e)に示す、ポリマー残渣dとポリマー残渣d
の差とパターン幅との関係を説明する図である。
図2Eに示すように、酸素プラズマで残差を除去すると、パターン幅には、以下の式1に示す幅aだけ、広がる。
Figure 0005421380
よって、山型のモールドの場合、モールドを構成する突起の斜面が2つあるので、本実施形態のモールドと比較して2倍の幅aを有する。したがって、本実施形態と比較して山型のモールドでは、パターン幅のバラツキが2倍近くになる。
次に、本実施形態のモールド10の製造方法について、図3を用いて説明する。
図3(a)に示すように、厚さ0.7mmのベース層30上にアモルファスSi(以下、a−Siと呼ぶ。)31層を20nm、CVD(Chemical Vapour Deposition)法により形成する。a−Si層31上に、CVD法を用いて厚さ5nmのシリコン酸化物層32を形成する。さらに、シリコン酸化物層32上に電子線描画用レジスト(以下、レジストと呼ぶ。)層33をスピンコートで塗布する。さらに、レジスト層33に電子線描画を施して、現像を行い、約10nm幅のスペース及び30nmのラインを作製する。
次に、図3(b)に示すように、CHFガスを用いてRIE(Reactive Ion Ethcing)を20℃で行い、酸素アッシャーでレジスト層33を除去する。このとき、シリコン酸化物層32の側壁はシリコン酸化物の再付着による保護で、ベース層30の主面に対して約85°の傾きが形成される。
次に、図3(c)に示すように、再びレジストを塗布し、シリコン酸化物層32が形成されていない部分に約10nmのスペースを形成する。
次に、図3(d)に示すように、CHFガスを用いて120℃でRIEを行い、a−Si層31をエッチングストッパー層として、シリコン酸化物層32をエッチングする。このとき、シリコン酸化物層32の側壁には、シリコン酸化物が再付着しにくいので、ベース層30の主面とのなす角度が90°に近い溝が加工される。
最後に、図3(e)に示すように、レジスト層33を酸素アッシャーで除去することでベース層30上に10nmのラインアンドスペースの凹凸パターンが形成され、本実施形態に係るモールド10を製造することができる。
本実施形態のモールド10を用いることで、ポリマーが塗布された基板に対してパターンサイズのバラツキを少なくすることができる。さらに、モールド10を基板に塗布されたポリマーに対して押し付ける際に生じる位置ズレを抑制することができる。
また、モールドを押し込んで、モールドを引き上げた後に基板に塗布されたポリマーに形成されたパターン幅のバラツキも抑制することができる。
(第2の実施形態)
図4は、本実施形態に係るモールド100を説明する図である。
本実施形態に係るモールド100は、図4(a)に示すように、突起120、121を構成する側面120b、121bとベース層130の主面とのなす角が85°以上90°以下である点、及び突起120、121の上面120c、121cがベース層130の主面に対して傾いている点がモールド10と相違する。
モールド100を構成する突起120、121のx軸方向の上面の幅Tは5nm、側面120a、121aのベース層130の主面からの高さhは10nmであり、突起120と突起121が面内で対向する側面120a、121aのベース層130の主面からの高さは側面120a、121aにそれぞれ対向する側面120b、121bのベース層130の主面からの高さよりも高く、その差h1は0.4nmである。また、ベース層130の主面と突起120、121の上面120c、121cとのなす角θは2°以上20°以下である。
なお、突起120、121の上面120c、121cの形状は、図5 (c)に示すように、円弧状でもよいし、図5(d)に示すように側面120b、121b側に凹凸を有していてもよい。また、図5(e)に示すように側面120b、121bの上部にアルミ酸化物を形成してもよい。このように、アルミ酸化物を上部に形成することで、突起120、121の上部の強度を上げることができ、パターンサイズのバラツキを小さくすることができる。
次に、本実施形態のモールド100の製造方法について、図6及び図7を用いて説明する。
図6(a)に示すように、厚さ0.7mmのベース層130上にアルミ酸化物層131を5nm、a−Si層132を20nm、CVD(Chemical Vapour Deposition)法により形成する。さらに、スパッタ法を用いて、a−Si層132上に、カーボン層133を15nm、アルミ酸化物層134を3nm形成する。最後に、マスクパターンとなるレジスト層135を形成する。
次に、図6(b)に示すように、レジスト層135をマスクとして、アルミ酸化物層134をCHFガスによるRIE(Reacted Ion Ethcing)法によりエッチングを行い、酸素ガスによるRIE法によりカーボン層133をエッチングする。このとき、レジスト層135は除去される。
次に、図6(c)に示すように、カーボン層133上に残ったアルミ酸化物層134をTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド)に浸漬して除去した後、残ったカーボン層133上にALD(Atomic Layer Deposition)法を用いてシリコン酸化物層136を5nm形成する。
次に、図6(d)に示すように、シリコン酸化物層136上にアルミ酸化物層137を形成する。
次に、図6(e)に示すように、CHFガスを用いてRIEを行って、アルミ酸化物層137及びシリコン酸化物層136をエッチングする。このとき、アルミ酸化物はシリコン酸化物に比べてエッチングレートが遅いため、側壁方向に傾きが発生しにくい。そのため、垂直壁が形成されやすい。
最後に、図6(f)に示すように、酸素によるRIEを行うことでカーボン層133が除去され、モールド100を製造することができる。
(第1の変形例)
図7は、本変形例に係るモールド200を説明する図である。本変形例に係るモールド200は、図7(a)に示すように、突起220、221が、突起20、21及び突起120、121の組み合わせである点である。
つまり、図7(b)に示すように、突起220、221の上面220c、221cがベース層230の主面に対して傾き、側面220a、221aとベース層230の主面とのなす角が90°、側面220b、221bとベース層230の主面とのなす角が70°以上88°以下であるということである。
なお、突起220、221の上面の幅は5nm、側面220a、221aのベース層230の主面からの高さは10nm、突起220と突起221が面内で対向する側面220a、221aのベース層230の主面からの高さは側面220a、221aにそれぞれ対向する側面220b、221bのベース層230の主面からの高さよりも高く、その差h1は0.4nmである。また、ベース層230の主面と突起220、221の上面220c、221cとのなす角θ1は3°以上20°以下であり、側面220b、221bとベース層230の主面とのなす角は70°以上88°以下である。
次に本変形例のモールド200の製造方法について説明する。
初めの工程は、図6(a)〜図6(c)までの工程を行う。なお、図6(a)〜図6(c)までの工程についての説明は省略する。
次に、図8A(a)に示すように、CHFガスを用いたRIEにてシリコン酸化物層136を異方性エッチングする。このとき、カーボン層133の上部および下部のシリコン酸化物層136が選択的にエッチングされ、シリコン酸化物層136の側壁上部は、ベース層130の主面に対して傾きが形成され(図中t)、さらにシリコン酸化物層136の側壁の下部にも、ベース層130の主面に対して傾きが形成される(図中s)。このRIEにより形成されたシリコン酸化物層136の側壁をuと表記する。この工程により、カーボン層133が露出する。
次に、図8A(b)に示すように、酸素ガスを用いたRIEによりカーボン層133を除去する。これにより、カーボン層133上に形成されたシリコン酸化物層136の側壁(図中、v)とベース層130の主面とのなす角は90°に近くなる。
本変形例に係るモールド200においても、バラツキの少ないパターンサイズを基板表面に塗布された光化学樹脂に形成することができる。
上記した実施形態、及び変形例は、モールドに導電性膜を形成して、Ni等のメッキを行い反転させた型を取得し、その反転させた型を用いてポリマー表面を押し付ける場合にも該当する。また、上記した実施形態及び変形例は、これに限らず、Ni等のメッキを行い反転させた型を用いて、さらに、それからNi等のメッキを行い反転させた型を取得することができる。
また、上記した実施形態、及び変形例で、角度を定義するとき、その角度を構成する2つの面が尾を引くような形状を有する場合、モールドを構成する突起の高さhの50%の位置を実質的に側面角度として定義できる。
また、突起の上面とベース層主面との角度差に関しても、上面高さの50%における角度とベース層主面との角度差と定義できる。
(実施例1)
モールド10を用いて、側面20b、21bとベース層30の主面とのなす角θを90°から小さくしていくと、モールド10を基板上に塗布されたポリマーを押し込んだときにどれくらいの位置ズレが生じるかを調べた。なお、側面20b、21bに対向する側面20a、21aは約90°である。
図9は、モールド10をガラス基板上に塗布された光硬化型樹脂含有ポリマーを1MPaの圧力で、10秒間押し付けてUV照射し、位置ズレの分散量をSEM(Scanning Electron Microscope)で多点測定を行い、グラフ化した図である。図9の縦軸は、位置ズレ量を示し、横軸は、突起20、21の側面20b、21bとベース層30の主面とのなす角と、突起20、21を構成する側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角との角度差を示す。なお、側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角は約90°に設定している。
一般的に、位置ズレの分散量は3σで定義され、このときの1σは15nmであった。この点を1として規格化している。
横軸の角度差が大きくなるにつれ分散が小さくなることがわかる。また、角度差が2°以上にすると、パターンサイズの位置ズレを小さくすることができることがわかる。
なお、側面20a、21aは垂直のみに限らず、側面20a、21aがベース層30と傾きを有していても、側面20b、21bとベース層30の主面とに傾きがあれば位置ズレの分散量が減少する効果があった。このときの側面20a、21aとベース層30の主面とのなす角は、85°以上90°以下であった。
また、図9中で、角度差が0°では、両側の側壁が略垂直な場合であるが、この場合、ポリマーが優先的に押し出される方向が決まっていないため、モールドの基板への押し付け時のわずかな傾きが位置ズレのバラツキの大きな要因となってしまう。その傾きはプレス工程ごとに毎回わずかながら異なってしまう。
そのため、斜めにモールドが基板に接触するとポリマーが押し流される方向はその傾きの影響を受けて、全体的にその方向に流れる傾向がある。その結果、位置ズレを大きくしてしまう。
一方、本発明に係るモールドでは、ポリマーからモールドへのズレの力が最も強く加わる突起先端部が優先的にポリマーを押し流す方向が決まっている。そのため、プレス工程におけるモールドと基板との押し付け開始時の傾きバラツキの影響を受けにくいと考えられる。
(実施例2)
モールド100を用いて、突起120、121の上面120c、121cとベース層130の主面となす角を0°からその値を大きくしていくと、モールド100を基板上に塗布されたポリマーを押し込んだときに、どれくらいの位置ズレが生じるかを調べた。
図10は、モールド100をガラス基板上に塗布された光硬化型樹脂含有ポリマーを1MPaの圧力で、10秒間押し付けてUV照射し、アライメント位置ズレをSEMで読み取り、グラフ化した図である。図10の縦軸は、位置ズレの分散量を示し、横軸は、突起120、121の上面120c、121cとベース層130の主面とのなす角θを0°からその値を大きくしていったときの、0°からの角度差を示す。
なお、実施例1と同様に、角度差が0°では、位置ズレの分散量は1σが約15nmであった。よって、この点を1として規格化している。規格化の説明は、実施例1と同様であるので、説明は省略する。
角度差が1°程度までは位置ズレの分散量は変化しないが、3°以上から急激に低減することがわかる。
これも、実施例1と同様に、突起120、121の上面120c、121cとベース層130の主面とが傾きを有していることにより、ガラス基板上に塗布された光硬化型樹脂含有ポリマーを上面で押し出しやすいさ方向が決まり、ポリマーからの力は隣り合って設置される左右反転した突起で相殺しあうため、全体的にはゼロとなる。
そのため、プレス工程におけるモールドと基板との初期接触角度のバラツキの影響を受けにくくなるためと考えられる。
なし

Claims (6)

  1. 同一直線上に、上面及び4つの側面を有する第1及び第2の突起が対になってベース層上に複数形成され、
    前記第1及び第2の突起は鏡面対称的な形状であり、
    前記第1の突起を構成する第1の側面と前記第2の突起を構成する第2の側面は互いに面内で対向しており、
    前記第1及び第2の側面と前記ベース層主面とのなす角θ1が85°以上90°以下であり、
    前記第1の突起内で前記第1の側面に対して対向する第3の側面、及び前記第2の突起内で前記第2の側面に対して対向する第4の側面と前記ベース層主面とのなす角θ2が70°以上88°以下であり、 前記θ1は前記θ2よりも大きく、前記第1及び第2の側面と前記ベース層主面とのなす角と前記第3及び第4の側面と前記ベース層主面とのなす角との差が3°以上であるナノインプリントモールド。
  2. 前記第1及び第2の突起の上面と前記ベース層の主面とのなす角が3°以上20°以下である請求項1に記載のナノインプリントモールド。
  3. 前記第3及び第4の側面の上部がアルミ酸化物である請求項1に記載のナノインプリントモールド。
  4. 前記第1及び第2の突起の上面が曲面形状又は、凹凸形状である請求項1に記載のナノインプリントモールド。
  5. 同一直線状に、上面及び4つの側面を有する第1及び第2の突起が対になってベース層上に複数形成され、
    前記第1及び第2の突起は鏡面対称的な形状であり、前記第1の突起を構成する第1の側面と前記第2の突起を構成する第2の側面は互いに面内で対向しており、
    前記第1及び第2の側面と前記ベース層主面とのなす角θ1が85°以上90°以下であり、
    前記第1の突起内で前記第1の側面に対して対向する第3の側面、及び前記第2の突起内で前記第2の側面に対し対向する第4の側面と前記ベース層主面とのなす角θ2が85°以上90°以下であり、
    前記第1及び第2の突起の上面と前記ベース層の主面とのなす角が2°以上20°以下であり、
    前記θ1は前記θ2よりも大きく、前記第1及び第2の側面と前記ベース層主面とのなす角と前記第3及び第4の側面と前記ベース層主面とのなす角との差が3°以上であるナノインプリントモールド。
  6. 請求項1に記載のナノインプリントモールドを用いて、基板上に塗布された光硬化型樹脂含有ポリマーを押圧して凹凸形状を前記光硬化型樹脂含有ポリマーに転写する請求項1に記載のナノインプリントモールド。
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