JP5458036B2 - ナノインプリント用スタンパ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
図1に示すように,第1の実施形態に係るナノインプリント用スタンパの製造方法では,触媒層の形成,加工を経て,ナノインプリント用スタンパが製造される。
基板11上に筒状炭素分子14を成長させるための触媒層12を形成する。
触媒層12上に触媒層12をパターニングするためのマスク層13を形成する。
触媒層12のパターニングはレジスト膜をマスクとしてパターニングを行う方法が代表的である。この場合は,まず触媒層12上にレジスト膜を成膜する成膜工程(図2A),それを露光する露光工程(図2B),現像して凹凸パターンを設ける現像工程を経る(図2C)。
レジスト膜の成膜では,レジストと溶媒の混合液を基板上に直接滴下する方法やスプレー噴霧する方法などがあり,スピンナ塗布することで均一に成膜を行う。
また,レジスト層は1層のみではなく,触媒層の形成工程に合わせ,例えば露光感度の異なるレジストを多層で用いてもよい。
次いで,成膜したレジスト膜に対して露光,現像を行うことでレジスト膜をパターニングする。
露光によって,マスク層13(レジスト)に潜像パターン13aを形成する。
露光方法としてはKrF,ArFをはじめとした紫外線露光や,電子線描画,荷電粒子線,X線などを適用すればよく,露光マスクを介した照射の他,干渉露光,縮小投影露光,直接露光を行ってもかまわない。ここでは,ポジ型レジストを用いた場合に関して説明する。
同心円状パターンを高精細に形成するためには,電子線描画装置を用いるのが好適である。電子線描画装置は電子線の照射方向と直交する2軸方向においてステージの移動機構を有するx−y描画装置と,1軸移動機構に回転機構を加えたx−θ描画装置が挙げられる。x−y描画装置を用いる場合は,描画フィールド間のつなぎ精度を悪化させないようにステージを連続して駆動させると良い。また,円心パターンを描画する場合はステージを継続して回転するx−θ描画装置を用いると良い。
次いで,成膜したレジスト膜に対して露光,現像を行うことでレジスト膜をパターニングする。レジスト膜に対する有機現像液としては酢酸メチル,酢酸エチル,酢酸ブチル,酢酸アミル,酢酸ヘキシル,酢酸オクチルのようなエステル系溶剤,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケトン,プロピレングリコールモノエチルアセテートのようなケトン系溶剤,アニソール,キシレン,トルエン,テトラリンなどの芳香族系溶剤,エタノール,メタノール,イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤を用いることができる。また,アルカリ現像液としてはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどを用いることが可能である。
次いで,湿式リンスを行いレジスト膜上の現像液を除去する。ここで用いるリンス液は現像液と相溶の関係にあることが望ましく,代表的なものとしてイソプロピルアルコールなどが挙げられる。現像およびリンスにおいては,液温,粘度,混合比など溶液に関するパラメータに加え,現像時間を調整することで所望のパターン寸法を得る。
前記レジストをマスクとして触媒層12をエッチングして,基板11上の触媒層12に凹凸パターンを形成する。加工された触媒層12は,Fe,Pt,Cu,Au,Ag,Co,Ni,Ti,Alの少なくとも何れかを含む。
基板11の加工により形成した凹凸パターンに対して物理的気相成長法や化学的気相成長法などによる触媒層の成膜を行っても良いが,パターン微細化により成膜時のカバレッジが悪化するため,基板11上に設けた触媒層12を加工するのが好適である。
なお,基板11が触媒金属を含む場合は,触媒層12の形成が不要となり,基板11自体に直接凹凸パターンを形成すれば良い。
パターニングした触媒層12の凹凸および側壁から,筒状炭素分子14を成長させる。
筒状炭素分子14の成長方向は基板11の厚さ方向と同じ方向であることが望ましい。深さ方向のパターン強度を高くすることが可能である。筒状炭素分子14はその長手方向における引っ張り強度が極めて高い。このため,凹凸深さ方向に同じ方向に対して成長させることにより,深さ方向のパターン強度を高くできる。
但し,筒状炭素分子14の成長方向は必ずしも同一でなくても良い。
なお,筒状炭素分子14を成長させた後は,触媒層12との平坦性を改善するために研磨を行っても良いが,スタンパ作製工程上は必ずしも必要ではない。
これらのパターンを基に,電鋳等によりメッキ層15を形成することで微細凹凸を転写する。微細凹凸部に成長させた筒状炭素分子14は導電性を有する柱状構造となっているため,それ自体が導電膜の役割を果たすことになる。また,電鋳を行うことで筒状炭素分子14同士の間は電鋳金属で充填されることになり,金属のみで構成される従来の凹凸パターンに対して筒状炭素分子14と金属との複合材料が充填されるため,パターン強度の優れた凹凸パターンが得られる。また,筒状炭素分子14同士の間が金属で充填されるために,筒状炭素分子14がダストとして析出するのを抑制できる。複数の筒状炭素分子14同士の間を金属で充填した層を金属充填層とする。
メッキ後の膜厚,すなわちスタンパの厚さはめっき浴の水素イオン濃度,温度,粘度の他,めっきに要する通電電流値,めっき時間により調節可能である。
メッキ層15の形成後に基板11上からメッキ層15(スタンパ)を剥離する。離型後においてスタンパの凹凸パターンに残渣等が残る場合はエッチングを行い,残渣を除去して,凹凸パターンを露出させる。またこの際,機械的に剥離する方法の他,基板そのものをウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去しても構わない。
図4A〜図4Cは,筒状炭素分子14が全体に配置されたスタンパの作成状態を示す図である。図2Gを用いて説明したメッキ層15の基体にも筒状炭素分子14が含まれている。カーボンナノチューブ成長工程において,長尺の筒状炭素分子14を形成することで,図2F〜図2Hが,図4A〜図4Cに置き換えられる。
このようにして得られたスタンパを原盤として用いて電鋳を行い,更に複製を行うことも可能である。
図5A,図5Bにスタンパの複製工程を表す。図2Hのように作成されたスタンパ(メッキ層15)を原盤として,金属や樹脂の複写層16を形成し,メッキ層15から離型して,新たなスタンパ(複写層16)を形成する。
また,原盤に触媒層を形成した後に,筒状炭素分子を成長させ,電鋳等でメッキ層を形成する工程を繰り返すことで,新たなスタンパ(複写層16)を形成しても良い。
第1の実施形態の変形例では,スタンパの作成にハードマスクを適用する。この変形例に係るナノインプリント用スタンパの製造手順は図1と同様である。
(2)マスク層形成工程(ステップS12,図6A〜図6D参照)
この変形例では,触媒層12とマスク層(レジスト層)13の間にハードマスク層17を形成,パターニングし,これをマスクとして触媒層12を加工する。
即ち,触媒層12に凹凸を設ける際には,上層のマスク層13と触媒層12との間のエッチング選択比を大きくすることが好ましく,両者の間に単層もしくは多層のマスク材料(ハードマスク層17)を挿入できる。
触媒層加工工程移行は,変形例と第1の実施形態とで本質的に変わるところが無いので,詳細な説明を省略する。
図7に示すように,第2の実施形態に係るナノインプリント用スタンパの製造方法では,基板の加工,触媒層の形成を経て,ナノインプリント用スタンパが製造される。
基板11上に基板11をパターニングするためのマスク層13を形成する。基板11上にレジスト膜を成膜する成膜工程(図8A),それを露光する露光工程(図8B),現像して凹凸を設ける現像工程を経る(図8C)。
前記レジストをマスクとして基板11をエッチングして,基板11に凹凸を設ける。
加工された基板11上に筒状炭素分子14を成長させるための触媒層12を形成する。
ここでは,凹凸を有する触媒層12の形成に際し,イオンドーピングによる方法を適用する。すなわち,凹凸加工を行った基板表面に触媒金属イオンをドーピングすることで筒状炭素分子14の成長に要する触媒層12を基板11の凹凸表面に形成することが可能である。
(4)カーボンナノチューブ成長工程(ステップS24,図8F参照)
(5)メッキ層形成工程(ステップS25,図8G参照)
(6)離型工程(ステップS26,図8H参照)
次に,スタンパの真円度に関してリピータブルランアウトに基づいて説明する。リピータブルランアウトは,光記録媒体もしくは磁気記録媒体などで見られるトラック同期位置の歪を意味しており,真円に対するトラックのずれを示す。したがって,スタンパの歪がリピータブルランアウトの劣化に直結することになるため,これが小さくないと媒体に対する位置決めを正確に行うことができない。
測定系の光源31としては,波長が400nm−410nmの範囲の紫外線波長帯光源が用いられ,この光源31からの出射光L1がコリメートレンズ32により平行光となる。平行光は出射方向に設置された偏向ビームスプリッタ33と4分の1波長板34を透過して対物レンズ35に入射され,スタンパの基板10を透過した後にパターン溝部分に集光される。この際,開口数は対象となるスタンパに応じて調整すればよい。スタンパのパターン部分からの反射光は再び対物レンズ35,4分の1波長板34を透過した後,偏向ビームスプリッタ33で反射される。最終的に,反射光L2は集光レンズ36を透過した後,光検出器37に入射されることでリピータブルランアウト(RRO)の情報を得ることができる。
まず,Si基板上に触媒金属としてNiを成膜した。成膜ではDCスパッタ法を適用し,到達真空度1.0×10−5Pa,Arガス流量20sccm,投入電力100Wとして90秒間スパッタ成膜を行い,10nm厚のNi膜を成膜した。続いて,Ni膜をパターニングするためのマスク材としてSiを20nm厚で成膜した。Siの成膜はDCスパッタ法により,到達真空度4.0×10−4Pa,投入電力200W,Arガス流量35sccm,スパッタ時間110秒とした。
Si直下のNi層はArイオンミリングによりパターニングした。Arイオン加速電圧1kV,ガス流量30sccm,ミリング圧力0.1Paで35秒間ミリングを行い,Ni膜を15nm段差でパターニングした。
次いで,再度CF4によるエッチングを行いNi膜上のSi残渣を可及的に除去した。
この電鋳膜をSi基板から剥離することで,筒状炭素分子とNiをパターン表面に含むNiスタンパを得ることができる。
このスタンパを基に電鋳を繰り返し,複製スタンパを作製した後,円形加工に打ち抜きを行った。続いて,射出成形により樹脂スタンパを作製した。樹脂材料には,日本ゼオン株式会社製樹脂材料のZEONOR 1060Rを用いた。得られた樹脂スタンパをリピータブルランアウト測定装置に装荷し,線速度1.2m/sで回転させ,リピータブルランアウトを測定した結果,Niのみで構成されるスタンパのものよりも小さな値が得られた。
まず,Si基板に凹凸を設けるため,ハードマスク層を成膜した。CをターゲットとしたDCスパッタ法により,到達真空度4.0×10−4Pa,投入電力200W,Arガス流量35sccm,スパッタ時間250秒の下,Cマスク層を20nm厚でSi基板上に成膜した。
次いで,Siマスク層をC上に成膜した。Si層はCと同様のDCスパッタ法により到達真空度4.0×10−4Pa,投入電力200W,Arガス流量35sccm,スパッタ時間18秒として,3nm厚で成膜した。Cはフッ素系ガスに,Siは酸素系ガスに対してそれぞれエッチング耐性があるため,エッチングガスを適切に選ぶことで両者を選択的にエッチングすることが可能である。
なお,C層のO2エッチングにより電子線レジストも除去されることになりSiとCからなる凸パターンがSi基板上に形成される。
前記実施例において作製したNiスタンパを用いて樹脂スタンパを複製し,これを用いた光ナノインプリントリソグラフィーにより磁気記録媒体の作製を行った。媒体では周方向に沿ってデータ領域とサーボ領域が交互に形成されており,それぞれの領域は互いに分断された矩形状パターンを有している。
続いて,紫外線硬化樹脂レジスト層をマスクとして下地の垂直磁気記録層をArイオンミリングにより加工し,凹凸を有する垂直磁気記録層パターンを得た。
本実施例では,前記筒状炭素分子とNiからなるスタンパを作製し,樹脂スタンパを複製した後,半導体ゲート電極パターン形成に用いた例を示す。ここでは,NPNトランジスタのモデルに関する例を示す。図10〜図17は,作成中の半導体装置(半導体トランジスタ)の一例を表す断面図である。
半導体基板(Siウエーハ)41に,n型領域42,p型領域43,n型領域44,p+領域45,n+領域46,n+領域47,酸化層48が配置される。素子分離領域A0,A1は,半導体基板41上の素子を互いに分離するための領域である。
まず,露出しているSiO2層(絶縁層,酸化層48)に対する電気的絶縁を確保するためにSiO2膜(酸化層49)を再度形成する。本例では,400℃の低温プラズマCVD法により厚さ60nmのSiO2層(酸化層49)を形成した。図11に示すように,酸化層48上に酸化層49が形成される。
Siウェーハに樹脂スタンパ52をインプリントする(図13参照)。樹脂スタンパ52の突出部が紫外線硬化樹脂層(レジスト)51を貫通して,酸化層49に接触する。その後,紫外線照射により紫外線硬化樹脂層(レジスト)51を硬化させた(紫外線硬化樹脂層51をスタンパ52で押下した状態で,紫外線を照射して,スタンパ52のパターンが転写された硬化樹脂層を形成)。樹脂スタンパ52を離型することにより得られた凹凸パターンには残渣が生じているため,O2ガスによるリアクティブイオンエッチングを行うことで,平坦な底面を露出させた。図14に示すように,紫外線硬化樹脂層(レジスト)51がパターン化され(凹部53のパターンの形成),マスクとして利用可能となる。
酸化層49のパターニング後に,紫外線硬化樹脂層(レジスト)51は溶剤等により除去される(図16参照)。
12 触媒層
13 マスク層
13a 潜像パターン
14 筒状炭素分子
14 筒状炭素分子
15 メッキ層
16 複写層
17 ハードマスク層
Claims (9)
- 金属を含む基体部分と,
前記基体部分から突出し,前記金属及び筒状炭素分子を含む突起部と,
を具備することを特徴とするナノインプリント用スタンパ。 - 前記筒状炭素分子は,前記基体部分の表面及び前記突起部の表面に存在することを特徴とする請求項1記載のナノインプリント用スタンパ。
- 基板上に,Fe,Pt,Cu,Au,Ag,Co,Ni,Ti,Alの少なくとも何れかを含む触媒層を形成する工程と,
前記触媒層上にレジスト膜を成膜する工程と,
前記レジスト膜をパターニングする工程と,
前記レジスト膜をマスクとして前記触媒層をエッチングして,前記触媒層に凹凸パターンを形成する工程と,
前記凹凸パターンが形成された触媒層上に複数の筒状炭素分子を成長させる工程と,
前記複数の筒状炭素分子同士の間を金属で充填した金属充填層を形成する工程と,
前記基板から前記複数の筒状炭素分子および前記金属充填層を剥離する工程と,
を具備することを特徴とするナノインプリント用スタンパの製造方法。 - Fe,Pt,Cu,Au,Ag,Co,Ni,Ti,Alの少なくとも何れかを含む基板上に,レジスト膜を成膜する工程と,
前記レジスト膜をパターニングする工程と,
前記レジスト膜をマスクとして前記基板をエッチングして,前記基板に凹凸パターンを形成する工程と,
前記凹凸パターンが形成された基板上に複数の筒状炭素分子を成長させる工程と,
前記複数の筒状炭素分子同士の間を金属で充填した金属充填層を形成する工程と,
前記基板から前記複数の筒状炭素分子および前記金属充填層を剥離する工程と,
を具備することを特徴とするナノインプリント用スタンパの製造方法。 - 基板上にレジスト膜を成膜する工程と,
前記レジスト膜をパターニングする工程と,
前記レジスト膜をマスクとして前記基板をエッチングして,前記基板に凹凸パターンを形成する工程と,
前記基板表面にFe,Pt,Cu,Au,Ag,Co,Ni,Ti,Alの少なくともいずれからなる金属イオン種をドーピングする工程と,
前記基板上に複数の筒状炭素分子を成長させる工程と,
前記複数の筒状炭素分子同士の間を金属で充填した金属充填層を形成する工程と,
前記基板から前記複数の筒状炭素分子および前記金属充填層を剥離する工程と,
を有することを特徴とするナノインプリント用スタンパの製造方法。 - 前記金属充填層を形成する工程において,めっき法が用いられる
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のナノインプリント用スタンパの製造方法。 - 前記剥離された金属充填層を原盤として,前記金属充填層の凹凸パターンが複写される複写層を形成する工程と,
前記金属充填層から前記複写層を剥離する工程と,
をさらに具備することを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載のナノインプリント用スタンパの製造方法。 - 基板上に垂直磁気記録層を形成する工程と,
前記垂直磁気記録層上に紫外線硬化樹脂層を形成する工程と,
前記紫外線硬化樹脂層を請求項7記載のナノインプリント用スタンパの製造方法で製造され樹脂からなるナノインプリント用スタンパを押下した状態で,紫外線を照射して,前記ナノインプリント用スタンパのパターンが転写された硬化樹脂層を形成する工程と,
前記硬化樹脂層をマスクとして,前記垂直磁気記録層をエッチングする工程と,
を具備することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 - 基板上に絶縁層を形成する工程と,
前記絶縁層上に紫外線硬化樹脂層を形成する工程と,
前記紫外線硬化樹脂層を請求項7記載のナノインプリント用スタンパの製造方法で製造され樹脂からなるナノインプリント用スタンパを押下した状態で,紫外線を照射して,前記ナノインプリント用スタンパのパターンが転写された硬化樹脂層を形成する工程と,
前記硬化樹脂層をマスクとして,前記絶縁層をエッチングする工程と,
前記エッチングされた絶縁層上に配線となる金属層を形成する工程と,
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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