JPWO2016129225A1 - SUBSTRATE WITH THIN FILM LAYER FOR PATTERN FORMING MASK AND METHOD FOR PRODUCING PATTERNED SUBSTRATE - Google Patents

SUBSTRATE WITH THIN FILM LAYER FOR PATTERN FORMING MASK AND METHOD FOR PRODUCING PATTERNED SUBSTRATE Download PDF

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Abstract

【課題】ドライエッチングにより基体の表面に高い加工精度の凹凸パターンを形成することができる、パターン形成マスク用薄膜層付基体およびそのパターン形成マスク用薄膜層付基体を用いたパターン化基体の製造方法を提供する。【解決手段】シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体と、前記基体の表面に設けられた、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理によりパターニングされて、パターン形成用のマスクとして用いられる薄膜層とからなるパターン形成マスク用薄膜層付基体において、前記薄膜層の厚みを縦軸、前記薄膜層中のクロム含有率を横軸として変化させながらプロットしたところ、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有する薄膜層の使用が、石英ドライエッチング後のLER、側壁角度に優れ、またエッチングマスクとしての耐性も確保できるため、本発明に有効である。Kind Code: A1 A substrate with a thin film layer for a pattern forming mask and a method for producing a patterned substrate using the substrate with a thin film layer for a pattern forming mask, capable of forming an uneven pattern with high processing accuracy on the surface of the substrate by dry etching. I will provide a. A substrate made of silicon or a silicon-based compound, and a thin film that is patterned on the surface of the substrate by etching using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine and used as a mask for pattern formation In the substrate with a thin film layer for a pattern forming mask comprising the layers, the thickness of the thin film layer is plotted as the vertical axis and the chromium content in the thin film layer is varied as the horizontal axis, and the chromium content is 40 atomic% or more. The use of a thin film layer made of chromium oxide of 50 atomic% or less and having a thickness of 10 nm or less is excellent in LER and side wall angle after quartz dry etching and can secure resistance as an etching mask. It is valid.

Description

本発明は、表面に凹凸パターンを形成される基体の、被パターン形成面にパターン形成時にマスクパターンとされるマスク用の薄膜層が設けられてなるパターン形成マスク用薄膜層付基体、及びパターン化基体の製造方法に関するものである。  The present invention relates to a substrate with a thin film layer for a pattern forming mask in which a thin film layer for a mask which is used as a mask pattern at the time of pattern formation is provided on a surface on which a pattern is formed. The present invention relates to a method for manufacturing a substrate.

大規模集積回路の高集積化に伴う微細加工技術が近年極めて重要な技術となってきている。半導体微細加工技術において、近年、生産コストの観点から、従来のフォトリソグラフィと比較して、装置コストが掛からないUV(Ultra Violet)ナノインプリントリソグラフィが注目されている。従来のフォトリソグラフィでは、一般に、透光性のガラス基板上に金属薄膜等からなる遮光性の微細パターンを設けたフォトマスクが用いられる(特許文献1等)。一方、UVナノインプリントリソグラフィには、UV光(紫外光)を透過する基板の表面に微細凹凸パターンが形成されてなるナノインプリントテンプレートが用いられる(特許文献2、3等)。  In recent years, microfabrication technology associated with high integration of large-scale integrated circuits has become extremely important. In recent years, in the field of semiconductor microfabrication technology, UV (Ultra Violet) nanoimprint lithography, which does not require apparatus costs, is attracting attention from the viewpoint of production cost. Conventional photolithography generally uses a photomask in which a light-shielding fine pattern made of a metal thin film or the like is provided on a light-transmitting glass substrate (Patent Document 1, etc.). On the other hand, in the nano nanoimprint lithography, a nano imprint template in which a fine uneven pattern is formed on the surface of a substrate that transmits UV light (ultraviolet light) is used (Patent Documents 2, 3, etc.).

こうした半導体デバイスの製造に使用されるナノインプリントテンプレートは、フォトマスクの作製に用いられる、石英基板上にハードマスク層を備えてなるマスクブランクスを同様に使用することができる。具体的には、マスクブランクスのハードマスク層の上にレジストパターンを作製した後、レジストパターンをマスクとして、ハードマスク層をエッチングしてマスクパターンを形成し、その後そのマスクパターンを用いて石英をエッチングすることにより作製することができる。  As a nanoimprint template used for manufacturing such a semiconductor device, a mask blank provided with a hard mask layer on a quartz substrate, which is used for manufacturing a photomask, can be similarly used. Specifically, after forming a resist pattern on the hard mask layer of the mask blank, using the resist pattern as a mask, the hard mask layer is etched to form a mask pattern, and then quartz is etched using the mask pattern. It can produce by doing.

半導体回路の高集積化の要請に伴い、ナノインプリントテンプレートのパターンの寸法はより一層の微細化が要求されており、パターン寸法の微細化に伴い、石英基板のエッチングにおける加工精度の向上がますます必要となってきている。  With the demand for higher integration of semiconductor circuits, the dimensions of nanoimprint template patterns are required to be further miniaturized. With the miniaturization of pattern dimensions, it is necessary to improve the processing accuracy in etching quartz substrates. It has become.

また、半導体デバイスの製造に限らず、グレーチング等の微細パターンにより光学的機能を付加した光学部品においても、対象とする光の波長未満のパターン寸法および精度が要求されるため、光学部品作製用のインプリントテンプレートや、光学部品自体の作製においてもエッチングにおける加工精度の向上が必要とされている。  Moreover, not only for the manufacture of semiconductor devices, but also for optical components with optical functions added by fine patterns such as gratings, pattern dimensions and accuracy less than the wavelength of the target light are required. Improvement in processing accuracy in etching is also required in the production of imprint templates and optical components themselves.

エッチング比の観点から、石英基板をエッチングする際のハードマスクとしてはクロムを含有するクロム化合物が主として用いられており、特許文献1〜3には、石英基板上にクロム化合物層を備えたマスクブランクスが開示されている。  From the viewpoint of the etching ratio, a chromium compound containing chromium is mainly used as a hard mask for etching a quartz substrate. In Patent Documents 1 to 3, mask blanks having a chromium compound layer on a quartz substrate are used. Is disclosed.

特開2007−33470号公報JP 2007-33470 A 特開2011−207163号公報JP 2011-207163 A 特開2008−209873号公報JP 2008-209873 A

石英のエッチングにおける加工精度はハードマスク層の膜質に大きく依存し、具体的にはその組成によって仕上がりパターンの加工精度が大きく異なることが、本発明者らの検討により明らかになってきた。  The processing accuracy in the etching of quartz largely depends on the film quality of the hard mask layer. Specifically, it has been revealed by the inventors that the processing accuracy of the finished pattern varies greatly depending on the composition.

特許文献1には、クロム金属層とクロム化合物層との積層膜状のハードマスク層を備えたマスクブランクスが開示されている。特許文献1は、フォトマスクの作製を目的としているため、ハードマスク層が遮光性を有することを前提としており、遮光性を前提としない場合と比較してハードマスク層全体の厚みを厚くする必要がある。遮光性を担保するためには、ハードマスク層全体の厚みとしては30nm以上の厚みが必要になると考えられる。また、特許文献1では、ハードマスク層をパターニングすることによりフォトマスクを作製するものであるため、石英をエッチングすることについては述べられていない。  Patent Document 1 discloses a mask blank provided with a hard mask layer in the form of a laminated film of a chromium metal layer and a chromium compound layer. Since Patent Document 1 is intended to produce a photomask, it is assumed that the hard mask layer has a light shielding property, and it is necessary to increase the thickness of the entire hard mask layer as compared with the case where the light shielding property is not assumed. There is. In order to ensure the light shielding property, it is considered that the thickness of the entire hard mask layer needs to be 30 nm or more. In addition, Patent Document 1 does not describe etching of quartz because a photomask is manufactured by patterning a hard mask layer.

特許文献3も、主としてフォトマスクの作製を目的としているため、ハードマスク層が遮光性を有することを前提としている。特許文献3では、クロムを主成分とする酸素を60at%以上含む層と、タンタル、ハフニウムもしくはジルコニウムを主成分とする層との積層構造のハードマスク層が開示されている。タンタル、ハフニウムもしくはジルコニウムを主成分とする層を備えたハードマスク層は、コスト高になるという問題がある。
また、クロムを主成分とする層において60at%以上の酸素を含む場合、石英をドライエッチングする際のマスクとしては、十分なエッチング耐性を有するとは言えないことが本発明者らの検討により明らかになってきた。
Patent Document 3 also presupposes that the hard mask layer has a light-shielding property because it mainly aims to produce a photomask. Patent Document 3 discloses a hard mask layer having a laminated structure of a layer containing 60 at% or more of oxygen containing chromium as a main component and a layer containing tantalum, hafnium, or zirconium as a main component. A hard mask layer including a layer mainly composed of tantalum, hafnium, or zirconium has a problem of high cost.
In addition, when the layer containing chrome as a main component contains oxygen of 60 at% or more, it is clear from the examination by the present inventors that it cannot be said to have sufficient etching resistance as a mask for dry etching of quartz. It has become.

特許文献2は、クロム化合物として、CrOxNyCz(ただしx>0)からなるハードマスク層を備えたマスクブランクスを開示するものである。しかながら、特許文献2には、CrOxNyCz(ただしx>0)からなるハードマスク層をドライエッチングした際に、高い加工精度を得ることができる好適な組成範囲は示されていない。  Patent Document 2 discloses a mask blank provided with a hard mask layer made of CrOxNyCz (where x> 0) as a chromium compound. However, Patent Document 2 does not show a suitable composition range in which high processing accuracy can be obtained when a hard mask layer made of CrOxNyCz (where x> 0) is dry-etched.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ドライエッチングにより基体の表面に高い加工精度で凹凸パターンを形成することができる、パターン形成マスク用薄膜層付基体を提供することを目的とする。また、本発明は、パターン形成マスク用薄膜層付基体を用いたパターン化基体の製造方法を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a substrate with a thin film layer for a pattern forming mask, which can form a concavo-convex pattern with high processing accuracy on the surface of the substrate by dry etching. And Another object of the present invention is to provide a method for producing a patterned substrate using a substrate with a thin film layer for a pattern forming mask.

本発明のパターン形成マスク用薄膜層付基体は、シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体と、
基体の表面に設けられた、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理によりパターニングされて、パターン形成用のマスクとして用いられる薄膜層とからなり、
薄膜層が、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有するものである。
The substrate with a thin film layer for a pattern forming mask of the present invention comprises a substrate made of silicon or a silicon-based compound,
Patterned by etching using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine provided on the surface of the substrate, and a thin film layer used as a mask for pattern formation.
A thin film layer consists of chromium oxide whose chromium content rate is 40 atomic% or more and 50 atomic% or less, and has a thickness of 10 nm or less.

本発明のパターン化基体の製造方法は、シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体と、基体の表面に設けられた、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有する薄膜層とを備えたパターン形成マスク用薄膜層付基体を用意し、
薄膜層上にパターニング用のマスク層を形成し、
マスク層を用い、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマによるエッチング処理を行うことにより、薄膜層をパターニングし、
パターニングされた薄膜層をマスクとして、フッ素系ガスを含有するプラズマによるエッチング処理を行うことにより、基体の表面をパターニングするパターン化基体の製造方法である。
The method for producing a patterned substrate of the present invention comprises a substrate made of silicon or a silicon-based compound and a chromium oxide provided on the surface of the substrate and having a chromium content of 40 atomic% to 50 atomic%. A substrate with a thin film layer for a pattern forming mask provided with a thin film layer having the following thickness is prepared:
A mask layer for patterning is formed on the thin film layer,
The mask layer is used to pattern the thin film layer by performing an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine,
This is a method for manufacturing a patterned substrate in which the surface of the substrate is patterned by performing an etching process using plasma containing a fluorine-based gas using the patterned thin film layer as a mask.

本発明のパターン化基体の製造方法は、パターニングにおけるパターン線幅として50nm以下の部分を含む場合に好適であり、パターン線幅として30nm以下の部分を含む場合に、さらに好適である。  The method for producing a patterned substrate of the present invention is suitable when the pattern line width in patterning includes a portion of 50 nm or less, and more preferably when the pattern line width includes a portion of 30 nm or less.

本発明のパターン化基体の製造方法は、酸素及び塩素の混合ガスにおける酸素と塩素との比は0.05〜0.40とすることが好ましい。
ここで酸素と塩素との比は、エッチング装置に導入する酸素および塩素の流量比(酸素/塩素)である。
In the method for producing a patterned substrate of the present invention, the ratio of oxygen to chlorine in the mixed gas of oxygen and chlorine is preferably 0.05 to 0.40.
Here, the ratio of oxygen and chlorine is a flow rate ratio of oxygen and chlorine (oxygen / chlorine) introduced into the etching apparatus.

また、フッ素系ガスを含有するプラズマにおけるフッ素系ガス含有率は50%以下とすることが好ましい。なお、ここでフッ素系ガスとは、フルオロカーボンガスおよび六フッ化硫黄ガスなど少なくともフッ素を構成元素として含むガスをいうものとし、プラズマ中に含有されているのはいずれか1種のフッ素系ガスであってもよいし、複数のフッ素系ガス種であってもよい。  Moreover, it is preferable that the fluorine-containing gas content rate in the plasma containing a fluorine-containing gas shall be 50% or less. Here, the fluorine-based gas means a gas containing at least fluorine as a constituent element such as a fluorocarbon gas and a sulfur hexafluoride gas, and any one kind of fluorine-based gas is contained in the plasma. There may be a plurality of fluorine-based gas species.

パターニング用のマスク層の形成には、薄膜層上にレジスト膜を塗布し、インプリント法によりレジスト膜に凹凸パターンを形成する方法を用いてもよい。  The patterning mask layer may be formed by applying a resist film on the thin film layer and forming an uneven pattern on the resist film by an imprint method.

パターン化基体としては、例えば、ナノインプリントテンプレートあるいは光学素子を製造することができる。ナノインプリントテンプレートには、マスターテンプレートあるいはマスターテンプレートによりインプリント法により凹凸パターンが転写されて作製されるサブマスターテンプレートが含まれる。  As the patterned substrate, for example, a nanoimprint template or an optical element can be manufactured. The nano-imprint template includes a master template or a sub-master template that is produced by transferring an uneven pattern by an imprint method using the master template.

本発明のパターン形成マスク用薄膜層付基体は、シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体上に、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなる、10nm以下の厚みの薄膜層を備えているので、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理により薄膜層をパターニングすれば、非常に加工精度の高いマスクパターンを形成することができ、その結果として、基体の表面に高い加工精度の凹凸パターンを形成することができる。  The substrate with a thin film layer for a pattern forming mask of the present invention is a thin film having a thickness of 10 nm or less made of chromium oxide having a chromium content of 40 atomic% to 50 atomic% on a base made of silicon or a silicon-based compound. Therefore, if the thin film layer is patterned by etching using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine, a mask pattern with extremely high processing accuracy can be formed. As a result, the surface of the substrate It is possible to form a concavo-convex pattern with high processing accuracy.

また、本発明のパターン化基体の製造方法は、上記本発明のパターン形成マスク用薄膜層付基体の薄膜層を、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理によりパターニングするので、高い加工精度のマスクパターンを得ることができ、その後、そのパターニングされた薄膜層をマスクとして基体をエッチングすることにより、加工精度の高い凹凸パターンを備えたパターン化基体を得ることができる。  Further, in the method for producing a patterned substrate of the present invention, the thin film layer of the substrate with a thin film layer for a pattern forming mask of the present invention is patterned by an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine. A mask pattern with high accuracy can be obtained, and then the substrate is etched using the patterned thin film layer as a mask to obtain a patterned substrate having a concavo-convex pattern with high processing accuracy.

第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体の断面図である。It is sectional drawing of the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks of 1st Embodiment. 第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体の断面図である。It is sectional drawing of the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks of 2nd Embodiment. 第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体からパターン化基体を作製する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of producing a patterned base | substrate from the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks of 1st Embodiment. 第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体からパターン化基体を作製する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of producing a patterned base | substrate from the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks of 2nd Embodiment. パターン形成マスク用薄膜層付基体上にレジストパターンをナノインプリント法により形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a resist pattern by the nanoimprint method on the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks. 本発明のエッチング方法を実施する一実施形態のエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus of one Embodiment which implements the etching method of this invention. 薄膜層の含有元素の深さ方向における含有率プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the content rate profile in the depth direction of the content element of a thin film layer. 薄膜層の厚みを縦軸、薄膜層中のクロム含有率を横軸として実施例および比較例をプロットした図である。It is the figure which plotted the Example and the comparative example by making the thickness of a thin film layer into a vertical axis | shaft, and the chromium content rate in a thin film layer as a horizontal axis.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜変えている。  Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this. In addition, in order to make it easy to visually recognize, the scale of each component in the drawings is appropriately changed from the actual one.

<第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体>
図1は、本発明の第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1の断面図である。
本実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1は、シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体40とその基体40の表面に設けられた、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理によりパターニングされて、パターン形成用のマスクとして用いられる薄膜層50とからなり、この薄膜層50が、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有するものである。
<Substrate with Thin Film Layer for Pattern Formation Mask of First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate 1 with a thin film layer for a pattern forming mask according to a first embodiment of the present invention.
The substrate 1 with a thin film layer for a pattern forming mask according to this embodiment is patterned by an etching process using a base 40 made of silicon or a silicon-based compound and a plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine provided on the surface of the base 40. And a thin film layer 50 used as a mask for pattern formation. The thin film layer 50 is made of chromium oxide having a chromium content of 40 atomic% to 50 atomic% and has a thickness of 10 nm or less. Is.

基体40は、表面に微細な凹凸パターンが形成される被パターン形成面を有する基体であり、図1において、基体40は平板状の基板である。
基体40を構成するシリコン系化合物としては、SiO、SiON等が挙げられる。クロム酸化物からなる薄膜層50とのエッチング比の点からSiOを主成分とする合成石英からなるものが特に好ましい。ここで、主成分とは全成分のうちの90%以上を占める成分とする。
The substrate 40 is a substrate having a pattern formation surface on which a fine uneven pattern is formed. In FIG. 1, the substrate 40 is a flat substrate.
Examples of the silicon compound constituting the substrate 40 include SiO 2 and SiON. In view of the etching ratio with the thin film layer 50 made of chromium oxide, those made of synthetic quartz containing SiO 2 as a main component are particularly preferable. Here, the main component is a component that occupies 90% or more of all components.

薄膜層50はクロム酸化物からなるものであり、層全体におけるクロム含有率が40原子%以上、50原子%以下であれば、深さ方向位置によっては、クロム含有率が40原子%未満であったり、50原子%超であったりしてもよい。層全体に対するクロム含有率は、層の表面から深さ方向へArエッチングを行いながらX線光電子分光法を行い、各元素についての元素含有率の深さ依存性を測定し、その元素含有率を深さ方向に積分した値の比率を各元素の膜中含有率(原子%)とし、膜全体としてのクロム含有率(原子%)を求めるものとする。  The thin film layer 50 is made of chromium oxide. If the chromium content in the entire layer is 40 atomic% or more and 50 atomic% or less, the chromium content is less than 40 atomic% depending on the position in the depth direction. Or more than 50 atomic%. The chromium content of the entire layer is determined by performing X-ray photoelectron spectroscopy while performing Ar etching from the surface of the layer in the depth direction, measuring the depth dependence of the element content for each element, and calculating the element content by The ratio of values integrated in the depth direction is defined as the content (atomic%) of each element in the film, and the chromium content (atomic%) of the entire film is obtained.

薄膜層50は遮光性を有するものである必要はなく、薄膜層50の厚みは、10nm以下であることが好ましい。厚みは0.5nm以上であることが好ましく、より好ましくは2.5nm以上である。なお、ここで薄膜層の厚みは、集束イオンビームによって基板を加工し、加工断面を透過型電子顕微鏡によって観察することで測定した厚みとする。  The thin film layer 50 does not need to have light shielding properties, and the thickness of the thin film layer 50 is preferably 10 nm or less. The thickness is preferably 0.5 nm or more, more preferably 2.5 nm or more. Here, the thickness of the thin film layer is a thickness measured by processing the substrate with a focused ion beam and observing the processed cross section with a transmission electron microscope.

本実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1は、例えば、ナノインプリントのマスターテンプレートを作製するために用いることができ、光インプリント法に適用する際には、基体40は、インプリントに用いられる光に対して透明性を有する必要がある。例えば、UV光によりレジストを硬化する工程を有するインプリント法に適用する場合には、少なくともUV光に対して透明であることが好ましい。  The substrate 1 with a thin film layer for a pattern forming mask according to this embodiment can be used, for example, for producing a master template for nanoimprinting. When applied to the optical imprinting method, the substrate 40 is used for imprinting. Must be transparent to the light produced. For example, when applied to an imprint method having a step of curing a resist with UV light, it is preferable that the resist is transparent to at least UV light.

本発明のパターン形成マスク用薄膜層付基体の基体は、平板状の基板に限るものではなく、凹凸パターンを形成すべき面を有する、シリコンもしくはシリコン系化合物からなるものであれば、特に制限はない。凹凸パターンを形成すべき面も平面に限らず曲面であってもよく、例えば凹レンズ、凸レンズなどの光学部材を基体としてもよい。なお、光学部材を作製する場合には、一般に、可視光に対して透明な材料からなる基体を用いる。  The substrate of the substrate with a thin film layer for a pattern forming mask of the present invention is not limited to a flat substrate, and is not particularly limited as long as it is made of silicon or a silicon-based compound having a surface on which an uneven pattern is to be formed. Absent. The surface on which the concavo-convex pattern is to be formed is not limited to a flat surface, and may be a curved surface. For example, an optical member such as a concave lens or a convex lens may be used as a base. In the case of producing an optical member, a base made of a material transparent to visible light is generally used.

<第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体>
図2は、第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体2の断面図である。本実施形態においては、一面にザグリ部11を有する基体10を備えている。基体10は、さらに、他面のザグリ部11と対応する領域に台座部12を備えている。
<Substrate with Thin Film Layer for Pattern Formation Mask of Second Embodiment>
FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate 2 with a thin film layer for pattern formation mask according to the second embodiment. In the present embodiment, a base 10 having a counterbore part 11 is provided on one surface. The base 10 further includes a pedestal 12 in a region corresponding to the counterbore 11 on the other surface.

このような基体10は、ナノインプリントによる凹凸パターン転写の際に特に適するものであり、基体は特に石英からなるものが好ましい。基体10の表面に設けられている台座部12に凹凸パターンを備えたテンプレートを作製すれば、デバイス製造工程で使用する際に、テンプレートがウエハなどの被転写媒体と接触する領域を台座部12表面に限定できるため、テンプレートのパターン形成領域外に存在する構造との接触を避けることができるなどの利点がある。台座部12の高さ(段差)は、好ましくは1〜1000μm、より好ましくは10〜500μm、さらに好ましくは20〜100μmである。  Such a substrate 10 is particularly suitable for transferring a concavo-convex pattern by nanoimprint, and the substrate is particularly preferably made of quartz. If a template having a concavo-convex pattern is produced on the pedestal 12 provided on the surface of the base 10, the area where the template comes into contact with a transfer medium such as a wafer is used as the surface of the pedestal 12 when used in the device manufacturing process. Therefore, there is an advantage that contact with a structure existing outside the pattern formation region of the template can be avoided. The height (step) of the pedestal portion 12 is preferably 1-1000 μm, more preferably 10-500 μm, and still more preferably 20-100 μm.

基体10としては、2〜8インチの円形ウエハや、半導体リソグラフィで用いられるレクチルの大きさで、65mm×65mm、5インチ×5インチ、6インチ×6インチ、又は9インチ×9インチの角型形状の基体の裏面中央に円形のザグリ部が設けられたものを用いることができる。ザグリ部11の形状は、気体の透過性、ザグリ加工により薄層化した部位の基板のたわみ具合(曲げ剛性)を考慮して決定される。  The substrate 10 is a 2-8 inch circular wafer or a rectangular size of 65 mm x 65 mm, 5 inches x 5 inches, 6 inches x 6 inches, or 9 inches x 9 inches, which is the size of a reticle used in semiconductor lithography. A substrate having a circular counterbore provided at the center of the back surface of the shaped substrate can be used. The shape of the counterbore part 11 is determined in consideration of the gas permeability and the degree of flexure (bending rigidity) of the substrate in the portion thinned by the counterbore processing.

なお、本実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体2の薄膜層20の構成および効果は、第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1の薄膜層50の構成および効果と同様である。  The configuration and effect of the thin film layer 20 of the substrate 2 with the thin film layer for pattern formation mask of the present embodiment are the same as the configuration and effect of the thin film layer 50 of the substrate 1 with the thin film layer for pattern formation mask of the first embodiment. It is.

パターン形成マスク用薄膜層付基体1、2における、基体10、40への薄膜層20、50の形成方法について説明する。
薄膜層20、50の成膜方法は、特に限定されるものではないが、例えば、気相成膜、より詳細には、スパッタリング法、化学気相蒸着法、分子線エピタキシー法あるいはイオンビームスパッタ法などにより形成することができる。特には、スパッタリング法により形成することが好ましい。
A method of forming the thin film layers 20 and 50 on the substrates 10 and 40 in the substrates 1 and 2 with a thin film layer for pattern formation mask will be described.
The method for forming the thin film layers 20 and 50 is not particularly limited, but for example, vapor deposition, more specifically, sputtering, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, or ion beam sputtering. Or the like. In particular, it is preferably formed by a sputtering method.

スパッタリング法による成膜は、より具体的には、ターゲットにCrを用い、Arガス及び酸素の混合ガス、又はArガスのみを用いることが好ましい。Oガスを使用する場合、スパッタ時のOガス流量比率は、Arに対して20分の1以下であることが好ましい。DC(直流)スパッタリング、又はRF(高周波)スパッタリングを用いることができ、Arガス単独でスパッタリングを行う場合は何れを用いてもよく、OガスとArガスの混合ガスを用いる場合はRFスパッタリングを用いることが好ましい。More specifically, the film formation by the sputtering method preferably uses Cr as a target and uses only a mixed gas of Ar gas and oxygen, or only Ar gas. When using O 2 gas, the O 2 gas flow rate ratio during sputtering is preferably 1/20 or less of Ar. DC (direct current) sputtering or RF (high frequency) sputtering can be used, and any of them may be used when sputtering is performed with Ar gas alone, and RF sputtering is performed when a mixed gas of O 2 gas and Ar gas is used. It is preferable to use it.

ガス中の酸素量は、スパッタにより得られる膜中のクロム含有量を制御するために適宜定められる。深さ方向の酸素含有率を制御するために、必要に応じて成膜開始時、あるいは成膜途中のごく短時間だけ酸素を導入するようにしてもよい。  The amount of oxygen in the gas is appropriately determined in order to control the chromium content in the film obtained by sputtering. In order to control the oxygen content in the depth direction, oxygen may be introduced for a very short time at the start of film formation or during the film formation, if necessary.

薄膜層20、50の厚みは、10nm以下で、最終的に得られる基体上の凹凸パターン凹部の狙い加工深さ、レジストとのエッチング選択比および透過率を考慮して適宜選択することができる。厚みの下限値は基体表面に膜を一様に成膜するために必要とされる0.5nm程度であるが、厚みは1nm以上、より好ましくは2.5nm以上である。  The thickness of the thin film layers 20 and 50 is 10 nm or less, and can be appropriately selected in consideration of the target processing depth of the concave and convex pattern recesses on the finally obtained substrate, the etching selectivity with the resist, and the transmittance. The lower limit of the thickness is about 0.5 nm required for uniformly forming a film on the substrate surface, but the thickness is 1 nm or more, more preferably 2.5 nm or more.

薄膜層20、50をエッチングして形成されるマスクパターンとしてはパターンの凹部幅が狭ければ狭いほど、マイクロローディング効果により凹部底の薄膜層のエッチング速度は低下する。薄膜層の厚みを10nm以下とすることにより、マスクパターン形成時のエッチング時間を抑制することができ、その結果、薄膜層をエッチングし終える前に、レジストパターンが消失することによるブレーク(断線)欠陥の発生を抑制することができる。  As the mask pattern formed by etching the thin film layers 20 and 50 is narrower, the etching speed of the thin film layer at the bottom of the recesses is reduced due to the microloading effect. By setting the thickness of the thin film layer to 10 nm or less, the etching time at the time of mask pattern formation can be suppressed. As a result, the break (disconnection) defect caused by the disappearance of the resist pattern before the etching of the thin film layer is completed. Can be suppressed.

また、薄膜層の膜全体としてのクロム含有率を40原子%以上とすることにより基体をエッチングする際のマスクの耐性を十分なものとすることができ、凸部断面が矩形に近いパターン形状を得ることができる。また、クロム含有率を50%原子以下とすることにより、ラインエッジラフネス(LER; Line Edge Roughness)を低減し、側壁角度をより90°により近いものとすることができる。なお、マスクパターンの加工精度が高いと言える目安は、側壁角度が85°以上、LERの3σ値が設定ライン幅の10分の1以下である。  In addition, by setting the chromium content of the thin film layer as a whole to 40 atomic% or more, the resistance of the mask when etching the substrate can be made sufficient, and the pattern shape of the convex section is close to a rectangle. Can be obtained. Further, by setting the chromium content to 50% atom or less, line edge roughness (LER) can be reduced, and the side wall angle can be made closer to 90 °. In addition, the standard which can be said that the processing precision of a mask pattern is high is that the side wall angle is 85 ° or more and the 3σ value of LER is 1/10 or less of the set line width.

基体10、40の表面に凹凸パターンを精度よく形成しようとするとき、薄膜層20、50をエッチングして形成するマスクパターンの加工精度が十分に高いことを要する。層全体におけるクロム含有率が40原子%以上、50原子%以下、かつ10nm以下の薄膜層を備えることにより、高い加工精度のマスクパターンを得ることができ、結果として、50nm以下、30nm以下さらには30nm未満のパターン線幅の凹凸パターンを基体の被加工面に形成することができる。  When an uneven pattern is to be accurately formed on the surfaces of the substrates 10 and 40, the mask pattern formed by etching the thin film layers 20 and 50 needs to have sufficiently high processing accuracy. By providing a thin film layer having a chromium content of 40 atom% or more and 50 atom% or less and 10 nm or less in the entire layer, a mask pattern with high processing accuracy can be obtained. As a result, 50 nm or less, 30 nm or less, An uneven pattern having a pattern line width of less than 30 nm can be formed on the processed surface of the substrate.

次に、本発明のパターン化基体の製造方法について説明する。本発明のパターン化基体の製造方法は、上述のパターン形成マスク用薄膜層付基体からパターン化基体を製造する方法である。  Next, the manufacturing method of the patterned base | substrate of this invention is demonstrated. The manufacturing method of the patterned base | substrate of this invention is a method of manufacturing a patterned base | substrate from the base | substrate with the thin film layer for pattern formation masks mentioned above.

<第1の実施形態のパターン化基体の製造方法>
図3は、第1の実施形態のパターン化基体の製造方法の工程を示す図である。ここでは、第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1を用い、パターン化基体として、ナノインプリント用のマスターテンプレートを作製する工程を説明する。
<Method for Producing Patterned Substrate of First Embodiment>
FIG. 3 is a diagram showing a process of the patterned substrate manufacturing method according to the first embodiment. Here, the process of producing the master template for nanoimprints as a patterned base | substrate using the base | substrate 1 with a thin film layer for pattern formation masks of 1st Embodiment is demonstrated.

本実施形態のパターン化基体の製造方法は、上記の第1の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体1を用意し(工程a)、薄膜層50上にパターニング用のマスク層65を形成し(工程b−c)、マスク層65を用いて酸素及び塩素の混合ガスのプラズマによるエッチング処理を行うことにより、薄膜層50をパターニングしてマスクパターン55を形成し(工程d)、マスクパターン55をマスクとして、基体40の表面にフッ素を含有するプラズマによるエッチング処理を施すことにより基体40の表面に凹凸パターンを形成し(工程e)、マスクパターン55の除去を行うことにより、パターン化基体40Aを得る(工程f)ものである。  The patterned substrate manufacturing method of the present embodiment is prepared by preparing the substrate 1 with the thin film layer for pattern formation mask of the first embodiment (step a) and forming the mask layer 65 for patterning on the thin film layer 50. (Step bc), by performing an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine using the mask layer 65, the thin film layer 50 is patterned to form a mask pattern 55 (Step d). By using 55 as a mask, the surface of the substrate 40 is etched with a plasma containing fluorine to form an uneven pattern on the surface of the substrate 40 (step e), and the mask pattern 55 is removed to form a patterned substrate. 40A is obtained (step f).

本実施の形態の工程aにおいては、例えば、6インチ角、厚み0.25インチ(0.635cm)の石英基板からなる基体40に、薄膜層50が形成されてなるパターン形成マスク用薄膜層付基体1を用意する。  In step a of the present embodiment, for example, with a thin film layer for a pattern forming mask in which a thin film layer 50 is formed on a base 40 made of a quartz substrate having a 6 inch square and a thickness of 0.25 inch (0.635 cm). A substrate 1 is prepared.

マスク層65を形成する工程b−cにおいては、例えば、スピンコートによりPHS(polyhydroxy styrene)系の化学増幅型レジストなどを主成分とするレジスト液を塗布してレジスト層60を形成し、その後、基体1をXYステージ上で走査しながら電子ビームを照射し、レジスト層60の25mm×31mm角の範囲をパターン露光する。その後、レジスト層を現像処理し、露光部分を除去してマスク層65としてレジストパターン(以下において、レジストパターン65とする。)を形成する。  In the step bc for forming the mask layer 65, for example, a resist solution containing a PHS (polyhydroxystyrene) -based chemically amplified resist as a main component is applied by spin coating to form the resist layer 60, and thereafter An electron beam is irradiated while scanning the substrate 1 on an XY stage, and pattern exposure is performed on a 25 mm × 31 mm square area of the resist layer 60. Thereafter, the resist layer is developed, the exposed portion is removed, and a resist pattern (hereinafter referred to as resist pattern 65) is formed as a mask layer 65.

薄膜層50をパターニングしてマスクパターン55を形成する工程dにおいては、エッチングとして、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)を用いる。RIEのエッチング条件については、レジスト層に対する薄膜層のエッチング選択比が大きくなるように選択される。選択比が小さくなると、部分的にレジストパターンが消失し、ブレーク(断線)欠陥が生じるためである。ここで、選択比=薄膜層のエッチング速度/レジスト層のエッチング速度、と定義している。  In the step d of forming the mask pattern 55 by patterning the thin film layer 50, for example, reactive ion etching (RIE) is used as the etching. The RIE etching conditions are selected so that the etching selectivity of the thin film layer to the resist layer is increased. This is because when the selection ratio is reduced, the resist pattern partially disappears and a break (disconnection) defect occurs. Here, selection ratio is defined as: etching rate of thin film layer / etching rate of resist layer.

本工程dにおいては、異方性エッチングを行うために、エッチング装置においてバイアス電力を付与したエッチングを行うことが好ましい。バイアス電力を付与することにより、エッチングが異方的に進行し、CD(Critical Dimension: 限界寸法)の増加を抑制することができる。ただしバイアス電力が大きすぎると、レジストパターンが消失する速度が速くなるため、バイアス投入電力は、通常0.01W/inch2〜0.3W/inch2(15.5W/m2〜465W/m2)であることが好ましい(投入電力を基板面積で序した値で示している。)。なお、エッチング装置の詳細は後記する。In this step d, in order to perform anisotropic etching, it is preferable to perform etching with bias power applied in an etching apparatus. By applying a bias power, etching proceeds anisotropically, and an increase in CD (Critical Dimension) can be suppressed. However, since the speed at which the resist pattern disappears increases if the bias power is too large, the bias input power is usually 0.01 W / inch 2 to 0.3 W / inch 2 (15.5 W / m 2 to 465 W / m 2. (The input power is indicated by a value ordered by the substrate area.). Details of the etching apparatus will be described later.

本工程dのエッチングには、酸素と塩素との混合ガスを用い、この混合ガスのプラズマによるエッチングを行う。薄膜層はクロム酸化物であることから、塩素(Cl)と酸素(O)の混合ガスにより、塩化クロミル(CrOCl)を生成することによりクロム酸化物をエッチングすることができる。For the etching in this step d, a mixed gas of oxygen and chlorine is used, and etching using plasma of this mixed gas is performed. Since the thin film layer is made of chromium oxide, the chromium oxide can be etched by generating chromyl chloride (CrO 2 Cl 2 ) using a mixed gas of chlorine (Cl 2 ) and oxygen (O 2 ).

マスクパターン55をマスクとした基体40のエッチング工程eには、薄膜層のエッチングと同様に、RIEを用いることが好ましく、特にICP−RIE、CCP−RIEまたはECR−RIEであることが好ましい。石英からなる基体40に対するエッチングガスとしては、フッ素系ガス(CHF、CF、SF、および/またはC)と、Ar、HeもしくはXeなどの希ガスとの混合ガスを用いる。フッ素系ガスと希ガスとの比は1以下であることが好ましい。ここでフッ素系ガスと希ガスとの比は、エッチング装置に導入するフッ素系ガスおよび希ガスの流量比(フッ素系ガス/希ガス)である。In the etching step e of the substrate 40 using the mask pattern 55 as a mask, it is preferable to use RIE as in the etching of the thin film layer, and it is particularly preferable to use ICP-RIE, CCP-RIE, or ECR-RIE. As an etching gas for the substrate 40 made of quartz, a mixed gas of a fluorine-based gas (CHF 3 , CF 4 , SF 6 , and / or C 4 F 8 ) and a rare gas such as Ar, He, or Xe is used. The ratio of the fluorine-based gas to the rare gas is preferably 1 or less. Here, the ratio of the fluorine-based gas to the rare gas is a flow rate ratio (fluorine-based gas / rare gas) of the fluorine-based gas and the rare gas introduced into the etching apparatus.

マスクパターン55を除去する工程fにおいては、例えば、塩素と酸素の混合ガスによるエッチングによりマスクパターン55を除去することができる。  In the step f of removing the mask pattern 55, the mask pattern 55 can be removed by etching with a mixed gas of chlorine and oxygen, for example.

以上の工程により、例えば、石英基板からなる基体40の中央部に、幅28nm、ピッチ56nm、深さ60nmの溝形状のラインパターンからなる凹凸パターンが形成されてなるパターン化基体40Aを得ることができる。  Through the above steps, for example, it is possible to obtain a patterned substrate 40A in which a concavo-convex pattern composed of a groove-shaped line pattern having a width of 28 nm, a pitch of 56 nm, and a depth of 60 nm is formed at the center of the substrate 40 made of a quartz substrate. it can.

このパターン化基体40Aは、ナノインプリント法におけるマスターテンプレートとして用いることができる。なお、このパターン化基体40Aの表面にディップコート法により離型処理が施されたものを、下記の第2の実施形態のパターン化基体の製造方法において用いることができる。  This patterned substrate 40A can be used as a master template in the nanoimprint method. In addition, what the mold release process was performed by the dip coating method on the surface of this patterned base | substrate 40A can be used in the manufacturing method of the patterned base | substrate of the following 2nd Embodiment.

<第2の実施形態のパターン化基体の製造方法>
図4は、第2の実施形態のパターン化基体の製造方法の工程を示す図である。ここでは、第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体2を用い、上記第1の実施形態のパターン化基体の製造方法により製造されたパターン化基体40Aをマスターテンプレート(以下において、マスターテンプレート40Aとする)として用いて、ナノインプリント法により凹凸パターンを転写してパターン化基体としてサブマスターテンプレートを作製する工程を説明する。
<Method for Producing Patterned Substrate of Second Embodiment>
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of a method for manufacturing a patterned substrate according to the second embodiment. Here, the patterned substrate 40A manufactured by the method for manufacturing a patterned substrate of the first embodiment is used as a master template (hereinafter referred to as a master template) using the substrate 2 with a thin film layer for pattern formation mask of the second embodiment. A process for producing a sub-master template as a patterned substrate by transferring a concavo-convex pattern by a nanoimprint method will be described.

本実施形態のパターン化基体の製造方法は、上記第2の実施形態のパターン形成マスク用薄膜層付基体2を用意し(工程a)、薄膜層20上にパターニング用のマスク層35を形成し(工程b)、マスク層35を用いて酸素及び塩素の混合ガスのプラズマによるエッチング処理を行うことにより、薄膜層20をパターニングしてマスクパターン25を形成し(工程c)、マスクパターン25をマスクとして、基体10の表面にフッ素を含有するプラズマによるエッチング処理を施すことにより基体10表面に凹凸パターンを形成し(工程d)、マスクパターン25の除去を行うことにより、パターン化基体10Aを得る(工程e)ものである。  In the method for producing a patterned substrate of this embodiment, the substrate 2 with a thin film layer for pattern formation mask of the second embodiment is prepared (step a), and a mask layer 35 for patterning is formed on the thin film layer 20. (Step b), by performing an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine using the mask layer 35, the thin film layer 20 is patterned to form a mask pattern 25 (step c), and the mask pattern 25 is masked. As a result, an uneven pattern is formed on the surface of the substrate 10 by performing an etching process using a plasma containing fluorine on the surface of the substrate 10 (step d), and the mask pattern 25 is removed to obtain a patterned substrate 10A ( Step e).

本実施の形態の工程aにおいては、例えば、6インチ×6インチ、ザグリ部11でない部分の厚み6.35mm、円形ザグリ部の直径63mm、ザグリ部の残し厚み1.1mmの石英からなる基体10に、薄膜層20が形成されてなるパターン形成マスク用薄膜層付基体2を用意する。  In step a of the present embodiment, for example, the base 10 made of quartz having a size of 6 inches × 6 inches, a thickness of the portion that is not the counterbore portion 11 is 6.35 mm, a diameter of the circular counterbore portion is 63 mm, and a remaining thickness of the counterbore portion is 1.1 mm. In addition, a substrate 2 with a thin film layer for a pattern forming mask in which the thin film layer 20 is formed is prepared.

マスク層35を形成する工程bにおいては、第1の実施形態のパターン化基体の製造方法で得られたマスターテンプレート40Aを用いたナノインプリント法が用いられる。図5は、ナノインプリント法によりマスク層35としてレジストパターン(以下においてレジストパターン35とする。)を形成する工程を模式的に示す図である。ナノインプリント法によるレジストパターン35の形成は、基体10上に形成された薄膜層20の上にレジスト液30を塗布する工程b、マスターテンプレート40Aをパターン形成マスク用薄膜層付基体2のレジスト液30が塗布された面に接触させ、押し付ける押圧工程b、凹凸パターン状のレジスト膜32を硬化させ、レジストパターン35とする硬化工程b−b、レジストパターン35からマスターテンプレート40Aを離型する離型工程bをこの順に含む。以下、各工程について説明する。In the step b of forming the mask layer 35, a nanoimprint method using the master template 40A obtained by the patterned substrate manufacturing method of the first embodiment is used. FIG. 5 is a diagram schematically showing a process of forming a resist pattern (hereinafter referred to as resist pattern 35) as the mask layer 35 by the nanoimprint method. Formation of resist pattern 35 by nanoimprinting, the resist solution 30 step b 1 of applying the resist solution 30 of the master template 40A patterning mask thin film layer with the base body 2 on the thin film layer 20 formed on the base 10 The master template 40A is released from the resist pattern 35, the pressing step b 2 that makes contact with the surface applied, the curing step b 3 -b 4 that hardens the concavo-convex pattern resist film 32, and the resist pattern 35. comprising a releasing step b 5 in this order. Hereinafter, each step will be described.

[レジスト液塗布工程b]
まず、使用するレジスト液30について説明する。
レジスト液30は、特に制限されるものではないが、例えば、重合性化合物に光重合開始剤(2質量%程度)、フッ素モノマー(0.1〜1質量%)を加えて調製された材料を用いることができる。また、必要に応じて酸化防止剤(1質量%程度)を添加することもできる。上記の手順により得られたレジスト液は波長360nmのUV光により硬化させることができる。溶解性の悪いものについては少量のアセトンまたは酢酸エチルを加えて溶解させた後、溶媒を蒸留して除去することが好ましい。上記重合性化合物としては、ベンジルアクリレート(ビスコート#160:大阪有機化学株式会社製)、エチルカルビトールアクリレート(ビスコート#190:大阪有機化学株式会社製)、ポリプロピレングリコールジアクリレート(アロニックスM−220:東亞合成株式会社製)、トリメチロールプロパンPO変性トリアクリレート(アロニックスM−310:東亞合成株式会社製)等の他、下記構造式(1)で表される化合物A等を挙げることができる。また、上記重合開始剤としては、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン(IRGACURE 379:豊通ケミプラス株式会社製)等のアルキルフェノン系光重合開始剤を挙げることができる。また、上記フッ素モノマーとしては、下記構造式(2)で表される化合物B等を挙げることができる。ここで、レジスト剤の粘度は8〜20cPであることが好ましく、レジスト液塗布後のレジスト層の表面エネルギーは25〜35mN/mであることが好ましい。
[Resist solution application step b 1 ]
First, the resist solution 30 to be used will be described.
The resist solution 30 is not particularly limited. For example, a material prepared by adding a photopolymerization initiator (about 2% by mass) and a fluorine monomer (0.1 to 1% by mass) to a polymerizable compound is used. Can be used. Moreover, antioxidant (about 1 mass%) can also be added as needed. The resist solution obtained by the above procedure can be cured by UV light having a wavelength of 360 nm. For those having poor solubility, a small amount of acetone or ethyl acetate is added and dissolved, and then the solvent is removed by distillation. Examples of the polymerizable compound include benzyl acrylate (Biscoat # 160: manufactured by Osaka Organic Chemical Co., Ltd.), ethyl carbitol acrylate (Biscoat # 190: manufactured by Osaka Organic Chemical Co., Ltd.), polypropylene glycol diacrylate (Aronix M-220: Tojo). Synthetic Co., Ltd.), trimethylolpropane PO-modified triacrylate (Aronix M-310: manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and the like, Compound A represented by the following structural formula (1), and the like can be given. As the polymerization initiator, 2- (dimethylamino) -2-[(4-methylphenyl) methyl] -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1-butanone (IRGACURE 379: Toyotsu And alkylphenone photopolymerization initiators such as Chemiplus Co., Ltd.). Moreover, as said fluorine monomer, the compound B etc. which are represented by following Structural formula (2) can be mentioned. Here, the viscosity of the resist agent is preferably 8 to 20 cP, and the surface energy of the resist layer after application of the resist solution is preferably 25 to 35 mN / m.

Figure 2016129225
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Figure 2016129225
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上記のレジスト液を塗布するレジスト塗布方法としてはインクジェット法やディスペンス法など所定の量の液滴を基体またはマスターテンプレート上の所定の位置に配置できる方法を用いる。ただし、スピンコート法やディップコート法など均一な膜厚でレジストを塗布できる方法を用いても良い。基体上に液滴を配置する際は、所望の液滴量に応じてインクジェットプリンターまたはディスペンサーを使い分けても良い。例えば、液滴量が100nl(ナノリットル)未満の場合はインクジェットプリンターを用い、100nl以上の場合はディスペンサーを用いるなどの方法が挙げられる。  As a resist coating method for applying the resist solution, a method capable of disposing a predetermined amount of droplets at a predetermined position on the substrate or the master template, such as an ink jet method or a dispensing method, is used. However, a method capable of applying a resist with a uniform film thickness, such as a spin coating method or a dip coating method, may be used. When disposing the droplets on the substrate, an ink jet printer or a dispenser may be used depending on the desired droplet amount. For example, when the droplet amount is less than 100 nl (nanoliter), an ink jet printer is used, and when it is 100 nl or more, a dispenser is used.

液滴をノズルから吐出するインクジェットヘッドには、ピエゾ方式、サーマル方式、静電方式などが挙げられる。これらの中でも、液適量(配置された液滴1つ当たりの量)や吐出速度の調整が可能なピエゾ方式が好ましい。基体上に液滴を配置する前には、あらかじめ液滴量や吐出速度を設定及び調整する。例えば、液適量は、マスターテンプレートの凹凸パターンの空間体積が大きい領域に対応する基体上の位置では多くし、マスターテンプレートの凹凸パターンの空間体積が小さい領域に対応する基体上の位置では少なくするなど調整することが好ましい。このような調整は、液滴吐出量(吐出された液滴1つ当たりの量)に応じて適宜制御される。具体的には、液滴量を5pl(ピコリットル)と設定する場合には、液滴吐出量が1plであるインクジェットヘッドを用いて同じ場所に5回吐出するように、液滴量を制御する。液滴量は、例えば事前に同条件で基体上に吐出した液滴の3次元形状を共焦点顕微鏡等により測定し、その形状から体積を計算することで求められる。上記のようにして液滴量を調整した後、所定の液滴配置パターンに従って、基体上に液滴を配置する。液滴配置パターンは、基体上の液滴配置に対応する格子点群からなる2次元座標情報により構成される。  Examples of inkjet heads that eject droplets from nozzles include piezo methods, thermal methods, and electrostatic methods. Among these, a piezo method capable of adjusting an appropriate amount of liquid (amount per droplet disposed) and a discharge speed is preferable. Before arranging the droplets on the substrate, the droplet amount and the discharge speed are set and adjusted in advance. For example, the appropriate liquid amount is increased at a position on the substrate corresponding to a region where the spatial volume of the concave / convex pattern of the master template is large, and is decreased at a position on the substrate corresponding to a region where the spatial volume of the concave / convex pattern of the master template is small. It is preferable to adjust. Such adjustment is appropriately controlled according to the droplet discharge amount (the amount per discharged droplet). Specifically, when the droplet amount is set to 5 pl (picoliter), the droplet amount is controlled to be ejected five times to the same place using an inkjet head having a droplet ejection amount of 1 pl. . The amount of droplets can be obtained, for example, by measuring the three-dimensional shape of droplets discharged on the substrate in advance under the same conditions with a confocal microscope or the like and calculating the volume from the shape. After adjusting the droplet amount as described above, the droplets are arranged on the substrate according to a predetermined droplet arrangement pattern. The droplet arrangement pattern is constituted by two-dimensional coordinate information including a lattice point group corresponding to the droplet arrangement on the substrate.

他方、スピンコート法やディップコート法を用いる際は、所定の厚みになるようにレジストを溶媒で希釈し、スピンコート法の場合は回転数、ディップコート法の場合は引き上げ速度を制御することにより均一な塗布膜を基体上に形成すればよい。  On the other hand, when using a spin coating method or a dip coating method, the resist is diluted with a solvent so as to have a predetermined thickness, and by controlling the number of rotations in the case of the spin coating method and the pulling speed in the case of the dip coating method. A uniform coating film may be formed on the substrate.

<押圧工程b
マスターテンプレート40Aと基体10上の薄膜層20表面のレジスト塗布面とを接触させる前に、マスターテンプレート40Aとパターン形成マスク用薄膜層付基体2との間の雰囲気を減圧または真空雰囲気にすることで残留気体を低減する。但し、高真空雰囲気下では硬化前のレジストが揮発し、均一な膜厚を維持することが困難となる可能性があるため、好ましくはマスターテンプレートと基体間の雰囲気を、He雰囲気または減圧He雰囲気にすることで残留気体を低減する。Heは石英基板を透過するため、取り込まれた残留気体(He)は徐々に減少する。Heの透過には時間を要するため減圧He雰囲気とすることがより好ましい。減圧雰囲気は、1〜90kPaであることが好ましく、1〜10kPaが特に好ましい。
<Pressing step b 2 >
Before bringing the master template 40A and the resist coating surface of the thin film layer 20 on the base 10 into contact with each other, the atmosphere between the master template 40A and the base 2 with the thin film layer for pattern formation mask is reduced to a vacuum or vacuum. Reduce residual gas. However, since the resist before curing is volatilized under a high vacuum atmosphere and it may be difficult to maintain a uniform film thickness, the atmosphere between the master template and the substrate is preferably a He atmosphere or a reduced pressure He atmosphere. To reduce residual gas. Since He permeates the quartz substrate, the trapped residual gas (He) gradually decreases. Since it takes time to permeate He, a reduced pressure He atmosphere is more preferable. The reduced pressure atmosphere is preferably 1 to 90 kPa, and particularly preferably 1 to 10 kPa.

マスターテンプレート40Aと、レジスト液30が塗布された基体2とが所定の相対位置関係となるように両者を位置合わせした後に接触させる。位置合わせにはアライメントマークを用いることが好ましい。  The master template 40A and the substrate 2 coated with the resist solution 30 are brought into contact with each other after being aligned so that they have a predetermined relative positional relationship. An alignment mark is preferably used for alignment.

マスターテンプレート40Aの押し付け圧は、100kPa以上、10MPa以下の範囲で行う。圧力が大きい方が、レジスト液の流動が促進され、また残留気体の圧縮、残留気体のレジストへの溶解、石英基板中のHeの透過も促進し、残留気体の除去率向上に繋がる。しかし、加圧力が強すぎるとマスターテンプレート接触時に異物を噛みこんだ際にマスターテンプレート及びパターン形成マスク用薄膜層付基体を破損する可能性がある。従って、マスターテンプレートの押し付け圧は、100kPa以上、10MPa以下が好ましく、より好ましくは100kPa以上、5MPa以下、更に好ましくは100kPa以上、1MPa以下である。100kPa以上としたのは、大気中でインプリントを行う際、マスターテンプレートとパターン形成マスク用薄膜層付基体との間が液体で満たされている場合、マスターテンプレートと基体が大気圧(約101kPa)で加圧されているためである。  The pressing pressure of the master template 40A is performed in the range of 100 kPa to 10 MPa. When the pressure is higher, the flow of the resist solution is promoted, the compression of the residual gas, the dissolution of the residual gas into the resist, and the permeation of He into the quartz substrate are promoted, leading to an improvement in the removal rate of the residual gas. However, if the applied pressure is too strong, there is a possibility that the master template and the substrate with the thin film layer for the pattern forming mask may be damaged when foreign matter is caught when the master template comes into contact. Therefore, the pressing pressure of the master template is preferably 100 kPa or more and 10 MPa or less, more preferably 100 kPa or more and 5 MPa or less, and further preferably 100 kPa or more and 1 MPa or less. The reason for setting the pressure to 100 kPa or higher is that when the imprinting is performed in the atmosphere, when the space between the master template and the substrate with the thin film layer for pattern forming mask is filled with liquid, the master template and the substrate are at atmospheric pressure (about 101 kPa). This is because the pressure is applied.

<硬化工程b−b
マスターテンプレート40Aを押し付けてレジスト膜32を形成した後、レジスト液に含まれる重合開始剤に合わせた波長を含む光で露光し、レジストを硬化させてレジストパターン35を形成する。
<Curing step b 3 -b 4>
After the master template 40A is pressed to form the resist film 32, the resist pattern 32 is formed by exposing with light containing a wavelength matched to the polymerization initiator contained in the resist solution and curing the resist.

<離型工程b
硬化後のレジストパターン35からマスターテンプレート40Aを剥離させる(離型する)。離型方法としては、マスターテンプレート40Aまたは基体10の一方の裏面または外縁部を保持し、他方の裏面または外縁部を保持した状態で、外縁の保持部もしくは裏面の保持部を押圧と反対方向に相対移動させる方法が挙げられる。
<Releasing step b 5>
The master template 40A is peeled off (released) from the resist pattern 35 after curing. As a mold release method, one of the back surface or outer edge portion of the master template 40A or the substrate 10 is held, and the other back surface or outer edge portion is held, and the holding portion of the outer edge or the holding portion of the back surface is opposite to the pressing direction. A relative movement method can be mentioned.

以上のようにして、マスターテンプレート40Aを離型した後、レジストパターン35の凹部の底に形成されているレジスト残膜を除去するための残膜エッチングを行い、引き続き、図4の工程c、dのエッチング処理を経てパターン化基体10Aを得る。
これらの各エッチング処理について説明する。図6は各エッチング工程を実施するためのエッチング装置100の一例を示す模式図である。
After releasing the master template 40A as described above, residual film etching is performed to remove the residual resist film formed on the bottom of the concave portion of the resist pattern 35, and subsequently, steps c and d in FIG. The patterned substrate 10A is obtained through this etching process.
Each of these etching processes will be described. FIG. 6 is a schematic view showing an example of an etching apparatus 100 for performing each etching process.

エッチング装置100は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器(チャンバー)101と、処理容器101の内部を所定の圧力まで減圧するための圧力調整部102aおよび真空ポンプ等の排気系102bを含む減圧部103と、処理容器101の内部に設けられ、被加工基体が載置され、被加工基体を支持固定する基体載置構造部110と、プラズマを発生させるための、高周波電源105およびプラズマ発生アンテナ106を含むプラズマ発生部107を有する。  The etching apparatus 100 includes a processing container (chamber) 101 capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure from atmospheric pressure, a pressure adjusting unit 102a for reducing the pressure inside the processing container 101 to a predetermined pressure, and an exhaust system such as a vacuum pump. A decompression unit 103 including 102b, a substrate mounting structure unit 110 which is provided inside the processing vessel 101 and on which a substrate to be processed is mounted and which supports and fixes the substrate to be processed, and a high-frequency power source 105 for generating plasma. And a plasma generation unit 107 including a plasma generation antenna 106.

基体載置構造部110は、下部電極112を含むものであり、本装置100は、その下部電極112にマッチングボックス118を介して接続されたバイアス電圧を付与するためのバイアス電源108を備えている。また、基体載置構造部110の温度を制御する温度調整器104、処理容器101内に所望のガスを導入するためのガス流量制御器を備えたガス導入部109を備えている。  The substrate mounting structure section 110 includes a lower electrode 112, and the apparatus 100 includes a bias power source 108 for applying a bias voltage connected to the lower electrode 112 via a matching box 118. . Further, a temperature regulator 104 that controls the temperature of the substrate mounting structure 110 and a gas introduction unit 109 that includes a gas flow rate controller for introducing a desired gas into the processing container 101 are provided.

本装置100で実施されるエッチングはRIEであることが好ましく、特にプラズマ発生のための機構としては、誘導結合型プラズマ(ICP)−RIE、容量結合型プラズマ(CCP)−RIEまたは電子サイクロトロン共鳴型(ECR)−RIEであることが好ましい。本実施形態においては、バイアス電力(プラズマと下部電極との間にバイアスを形成するための電力)の制御を容易にするため、プラズマ電力(プラズマを形成するための電力)と独立して制御可能な方式を採用している。  The etching performed in the apparatus 100 is preferably RIE. In particular, as a mechanism for generating plasma, inductively coupled plasma (ICP) -RIE, capacitively coupled plasma (CCP) -RIE, or electron cyclotron resonance type is used. (ECR) -RIE is preferred. In this embodiment, in order to facilitate control of bias power (power for forming a bias between the plasma and the lower electrode), control is possible independently of plasma power (power for forming plasma). Is adopted.

(1)残膜エッチング
残膜エッチングは、図5の工程b〜bに示したナノインプリント法によりレジストパターン35を形成した際にパターン凹部の底に形成されているレジスト残膜を除去するための工程である。エッチングガスとしては、酸素ガス、アルゴンガスあるいはフルオロカーボンガスを用いることができる。
(1) Residual Film Etching Residual film etching is for removing the resist residual film formed on the bottom of the pattern recess when the resist pattern 35 is formed by the nanoimprint method shown in steps b 1 to b 4 of FIG. It is this process. As the etching gas, oxygen gas, argon gas, or fluorocarbon gas can be used.

(2)薄膜層のエッチング(図4の工程c)
薄膜層20のエッチング工程は、第1の実施形態のパターン化基体製造方法における薄膜層50のエッチング工程と同様にして行うことができる。
(2) Etching of thin film layer (step c in FIG. 4)
The etching process of the thin film layer 20 can be performed in the same manner as the etching process of the thin film layer 50 in the patterned substrate manufacturing method of the first embodiment.

(3)基体のエッチング(図4の工程d)
薄膜層20をパターニングして得られたマスクパターン25をマスクとして基体10をエッチングする工程についても、第1の実施形態のパターン化基体製造方法におけるエッチング工程と同様にして行うことができる。
(3) Etching of substrate (step d in FIG. 4)
The process of etching the substrate 10 using the mask pattern 25 obtained by patterning the thin film layer 20 as a mask can be performed in the same manner as the etching process in the patterned substrate manufacturing method of the first embodiment.

以上のエッチング工程を経て、基体10の表面にレジストパターン35に応じた凹凸パターンが形成され、凹凸パターン化基体10Aを得ることができる。
なお、本実施形態のパターン化基体10Aの製造方法においては、レジストパターンをインプリント法により形成するためのマスターテンプレートとして、第1の実施形態のパターン化基体40Aを用いたが、マスターテンプレートは予め用意されたもの、あるいは別途の方法で作製されたものを用いてもよい。
Through the above etching process, a concavo-convex pattern corresponding to the resist pattern 35 is formed on the surface of the base 10, and the concavo-convex patterned base 10 </ b> A can be obtained.
In the method of manufacturing the patterned substrate 10A of the present embodiment, the patterned substrate 40A of the first embodiment is used as a master template for forming a resist pattern by the imprint method. A prepared one or one prepared by another method may be used.

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。  Examples of the present invention and comparative examples will be described below.

<パターン形成マスク用薄膜層付基体の作製>
パターン形成マスク用薄膜層付基体の基体として、152mm角、厚さ6.35mmの石英基板であって、石英基板の基板中心部に被転写領域として26mm×32mm角、高さ30μmの台座形状がウエットエッチングにより形成され、基板裏面中央に直径63mm、深さ5mmのザグリ部が設けられているものを用いた。
<Preparation of substrate with thin film layer for pattern formation mask>
As a substrate of a substrate with a thin film layer for a pattern forming mask, a quartz substrate of 152 mm square and a thickness of 6.35 mm has a pedestal shape of 26 mm × 32 mm square and a height of 30 μm as a transfer area at the center of the quartz substrate. What was formed by wet etching and used a counterbore having a diameter of 63 mm and a depth of 5 mm provided at the center of the back surface of the substrate.

基体上にパターン形成マスク用の薄膜層を、RFスパッタリング法によりクロム酸化物をスパッタ成膜により形成した。このとき、RFスパッタリングの条件は、ベース真空度を8.0×10−4Pa以下、RFパワーを150Wとし、成膜時の真空度及びガス種の比率、成膜膜厚(狙い膜厚)を下記表1に示す通り種々変化させて実施例1〜4、比較例1〜13のパターン形成マスク用薄膜層付基体を作製した。A thin film layer for a pattern forming mask was formed on the substrate by sputtering to form chromium oxide by RF sputtering. At this time, the RF sputtering conditions are a base vacuum degree of 8.0 × 10 −4 Pa or less, an RF power of 150 W, a vacuum degree during deposition, a ratio of gas types, and a film thickness (target film thickness). As shown in Table 1 below, the substrates with a thin film layer for pattern formation masks of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-13 were prepared.

各実施例および比較例の薄膜層の組成は、後工程の凹凸パターン形成領域とはならない領域において、Arエッチングを行いながらのX線光電子分光法により含有元素の深さプロファイルを求めることにより測定した。プロファイルの一例を図7に示す。図7において、横軸はスパッタ時間である。tは、クロム酸化物薄膜層と石英基板との境界位置に相当する。
各々の元素について、元素含有率の深さ依存性を測定し、その元素含有率を深さ方向に積分した値の比率を各元素の膜中含有率(原子%)とし、膜全体としてのクロム含有率(原子%)を求めた。
The composition of the thin film layer of each example and comparative example was measured by obtaining the depth profile of the contained element by X-ray photoelectron spectroscopy while performing Ar etching in a region that does not become a concavo-convex pattern forming region in the subsequent process. . An example of a profile is shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the sputtering time. t f corresponds to the boundary position between the chromium oxide thin film layer and the quartz substrate.
For each element, the depth dependency of the element content is measured, and the ratio of the value obtained by integrating the element content in the depth direction is defined as the content (atomic%) of each element in the film. The content (atomic%) was determined.

<各実施例および比較例のパターン形成マスク用薄膜層付基体からのパターン化基体の作製>
各実施例および比較例のパターン形成マスク用薄膜層付基体の薄膜層の表面に、レジストとの密着性に優れるシランカップリング剤であるKBM−5103(信越化学工業(株)製)により表面処理を施した。具体的には、KBM−5103をPGMEA(プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート)で1質量%に希釈し、スピンコート法により、パターン形成マスク用薄膜層付基体の薄膜層の表面に塗布し、その希釈液が塗布されたパターン形成マスク用薄膜層付基体をホットプレート上で150℃、5分の条件でアニールし、シランカップリング剤を基板表面に結合させた。
<Preparation of Patterned Substrates from Substrates with Thin Film Layers for Pattern Formation Masks of Examples and Comparative Examples>
Surface treatment with KBM-5103 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), which is a silane coupling agent having excellent adhesion to the resist, on the surface of the thin film layer of the substrate with the thin film layer for pattern forming mask of each Example and Comparative Example Was given. Specifically, KBM-5103 is diluted to 1% by mass with PGMEA (propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate), and applied to the surface of the thin film layer of the substrate with the thin film layer for pattern formation mask by spin coating. Then, the substrate with a thin film layer for pattern forming mask to which the diluted solution was applied was annealed on a hot plate at 150 ° C. for 5 minutes to bond the silane coupling agent to the substrate surface.

(レジストパターン形成工程)
ここでは、ナノインプリント法によりレジストパターン形成を行った。
マスターテンプレートとして、6インチ角、厚み0.25インチの石英基板上の中央部の25mm×31mm角範囲に幅28nm、ピッチ56nm、深さ60nmの溝形状のラインパターンが形成されたものを用いた。マスターテンプレートの溝のテーパー角は86°であった。マスターテンプレートの表面にはディップコート法によりオプツール(登録商標)DSXで離型処理を行った。
(Resist pattern formation process)
Here, resist pattern formation was performed by the nanoimprint method.
A master template in which a groove-shaped line pattern having a width of 28 nm, a pitch of 56 nm, and a depth of 60 nm was formed in a 25 mm × 31 mm square range at the center on a 6-inch square and 0.25-inch thick quartz substrate was used. . The taper angle of the groove of the master template was 86 °. The surface of the master template was subjected to mold release treatment using OPTOOL (registered trademark) DSX by a dip coating method.

既述の化学式(1)で表される化合物Aを48w%、アロニックス(登録商標)M220を48w%、IRGACURE(登録商標)379を3w%、既述の化学式(2)で表される化合物Bを1w%含有する光硬化性レジスト剤を調製し、このレジスト剤を各実施例および比較例のパターン形成マスク用薄膜層付基体の薄膜層上に塗布した。レジスト剤の塗布には、ピエゾ方式のインクジェットプリンターであるFUJIFILM Dimatix社製DMP−2838を使用した。インクジェットヘッドには専用の10pl(ピコリットル)ヘッドであるDMC−11610を使用した。液滴配置パターンは450μmピッチの格子状パターンとした。あらかじめ吐出条件を設定及び調整して、この液滴配置パターンに従い転写領域(基板台座上)に液滴を配置した。  48 w% of the compound A represented by the chemical formula (1) described above, 48 w% of the Aronix (registered trademark) M220, 3 w% of IRGACURE (registered trademark) 379, and the compound B represented by the chemical formula (2) described above. Was prepared, and this resist agent was applied on the thin film layer of the substrate with a thin film layer for pattern forming masks of Examples and Comparative Examples. For the application of the resist agent, DMP-2838 manufactured by FUJIFILM Dimatix, which is a piezo ink jet printer, was used. DMC-11610, a dedicated 10 pl (picoliter) head, was used as the inkjet head. The droplet arrangement pattern was a grid pattern with a pitch of 450 μm. The ejection conditions were set and adjusted in advance, and droplets were placed in the transfer region (on the substrate base) according to this droplet placement pattern.

マスターテンプレートとパターン形成マスク用薄膜層付基体とをギャップが0.1mm以下になる位置まで近接させ、基体の背面から基体上のアライメントマークとマスターテンプレート上のアライメントマークとが一致するように位置合わせを行う。マスターテンプレートとパターン形成マスク用薄膜層付基体との間の空間を99体積%以上のHeガスで置換し、He置換後に50kPa以下まで減圧した。減圧He条件下でマスターテンプレートをレジストからなる液滴に接触させた。接触後、1MPaの押付け圧で5秒間加圧し、その後、360nmの波長を含むUV光により、照射量が300mJ/cmとなるように露光してレジストを硬化させ、その後、マスターテンプレートとパターン形成マスク用薄膜層付基体とを剥離させた。The master template and the substrate with the thin film layer for pattern formation mask are brought close to the position where the gap is 0.1 mm or less, and the alignment mark on the substrate and the alignment mark on the master template are aligned from the back of the substrate. I do. The space between the master template and the substrate with the thin film layer for pattern formation mask was replaced with 99% by volume or more of He gas, and the pressure was reduced to 50 kPa or less after the He replacement. The master template was brought into contact with droplets made of resist under reduced pressure He conditions. After contact, pressurize for 5 seconds with a pressing pressure of 1 MPa, and then expose the UV light containing a wavelength of 360 nm to an irradiation dose of 300 mJ / cm 2 to cure the resist, and then pattern formation with the master template The substrate with the thin film layer for mask was peeled off.

上記ナノインプリント法によるレジストパターン形成後、以下のエッチングおよびアッシングを順次行った。いずれも誘導結合型(ICP)の反応性イオンエッチング装置を用いた。  After the resist pattern was formed by the nanoimprint method, the following etching and ashing were sequentially performed. In either case, an inductively coupled (ICP) reactive ion etching apparatus was used.

<残膜エッチング>
まず、上記ナノインプリント法によるレジストパターンの形成後、凹部に残留するレジスト膜を除去するために、下記に示すエッチング条件で残膜エッチングを行った。
ガス種; 酸素:アルゴン=2:1
プロセス圧力; 1Pa
ICPパワー; 100W
バイアスパワー; 50W
オーバーエッチング量; 50%
<Residual film etching>
First, after the resist pattern was formed by the nanoimprint method, residual film etching was performed under the following etching conditions in order to remove the resist film remaining in the recesses.
Gas type; oxygen: argon = 2: 1
Process pressure: 1 Pa
ICP power: 100W
Bias power: 50W
Over etching amount: 50%

<薄膜層のエッチング>
次に、レジストパターンをマスクとして、下記に示すエッチング条件で薄膜層のエッチングを行い、マスクパターンを形成した。
ガス種; 塩素:酸素=4:1
プロセス圧力; 4.5Pa
ICPパワー; 300W
バイアスパワー; 5W
オーバーエッチング量; 100%
<Etching of thin film layer>
Next, using the resist pattern as a mask, the thin film layer was etched under the following etching conditions to form a mask pattern.
Gas type; Chlorine: Oxygen = 4: 1
Process pressure: 4.5Pa
ICP power; 300W
Bias power: 5W
Over etching amount: 100%

<基体(石英)エッチング>
次に、薄膜層のマスクパターンをマスクとして、下記に示すエッチング条件で基体(石英)のエッチングを行った。
ガス種; CHF:SF:Ar=10:1:50
プロセス圧力; 3Pa
ICPパワー; 75W
バイアスパワー; 75W
狙い深さ;60nm
<Substrate (quartz) etching>
Next, the substrate (quartz) was etched under the following etching conditions using the mask pattern of the thin film layer as a mask.
Gas type; CHF 3 : SF 6 : Ar = 10: 1: 50
Process pressure: 3Pa
ICP power; 75W
Bias power; 75W
Target depth: 60nm

<マスク除去>
さらにマスク除去を以下の条件にて行った。
ガス種; 塩素:酸素=3:1
プロセス圧力; 5Pa
ICPパワー; 100W
バイアスパワー 0W
<Mask removal>
Further, the mask was removed under the following conditions.
Gas type; Chlorine: Oxygen = 3: 1
Process pressure: 5Pa
ICP power: 100W
Bias power 0W

以上のエッチング工程を経て、各実施例および比較例のパターン形成マスク用薄膜層付基体の基体表面に凹凸パターンを形成してパターン化基体を作製した。  Through the above etching process, a concavo-convex pattern was formed on the substrate surface of the substrate with a thin film layer for a pattern forming mask of each Example and Comparative Example to produce a patterned substrate.

(評価)
各実施例および比較例のパターン形成マスク用薄膜層付基体から作製されたパターン化基体について、電子顕微鏡にて表面の凹凸パターンを観察し、以下の評価を行った。
上面(TOP−VIEW)及び断面を観察し、画像解析からLERの3σ、及び側壁角度を求めた。
ここで、LERのσ値については、10万倍で観察したTOP-VIEWの電子顕微鏡像から、任意の位置におけるラインパターンのエッジ点(境界点)を、エッジに沿って1nm間隔で500点抽出し、それらエッジ点の座標情報からLERのσ値を算出した。これをラインパターンの任意の10箇所について行い、その平均値を最終的なσ値として採用し、LERの3σを求めた。
側壁角度は凸部パターンの側壁立ち上がり角度であり、15万倍で観察した電子顕微鏡の断面像から、断面におけるパターンの凹凸境界線を抽出し、パターン凸部の頂上と、パターン凹部の底の中間の高さにおける位置での、パターンエッジ境界線の傾き角を求めた。これを任意の10箇所について求め、その平均値を最終的な側壁角度とした。
(Evaluation)
About the patterned base | substrate produced from the base | substrate with a thin film layer for pattern formation masks of each Example and a comparative example, the surface uneven | corrugated pattern was observed with the electron microscope, and the following evaluation was performed.
The top surface (TOP-VIEW) and the cross section were observed, and the 3σ of LER and the side wall angle were obtained from image analysis.
Here, with respect to the σ value of LER, 500 points of edge points (boundary points) of line patterns at arbitrary positions are extracted from the TOP-VIEW electron microscope image observed at a magnification of 100,000 at 1 nm intervals along the edges. Then, the σ value of LER was calculated from the coordinate information of these edge points. This was performed for any 10 locations in the line pattern, and the average value was adopted as the final σ value to determine 3σ of LER.
The side wall angle is the side wall rising angle of the convex pattern, and the pattern irregular boundary line in the cross section is extracted from the cross-sectional image of the electron microscope observed at 150,000 times, and between the top of the pattern convex part and the bottom of the pattern concave part The inclination angle of the pattern edge boundary line at the position at the height of was determined. This was calculated | required about arbitrary 10 places, and made the average value the final side wall angle.

LER(3σ値)≦2.8nm、かつ、側壁角度85°以上の場合は良好(G)、それ以外の場合を不良(N)と評価した。また、パターン形成不良のため測定不能であったものは全て不良(N)と評価した。  When LER (3σ value) ≦ 2.8 nm and the side wall angle was 85 ° or more, it was evaluated as good (G), and other cases were evaluated as defective (N). Moreover, all that could not be measured due to pattern formation failure were evaluated as defective (N).

表1に薄膜層の成膜条件、薄膜層中のCr含有率、パターン化基体のLER、側壁角度を纏めて示す。なお、薄膜層は狙い膜厚として記載しているが、実際の膜厚は狙い膜厚に対して±5%以内に収まっていることを確認した。

Figure 2016129225
Table 1 summarizes the film forming conditions of the thin film layer, the Cr content in the thin film layer, the LER of the patterned substrate, and the sidewall angle. Although the thin film layer is described as a target film thickness, it was confirmed that the actual film thickness was within ± 5% of the target film thickness.
Figure 2016129225

比較例8〜9は薄膜層のマスクパターンにおいて、スペース部(凹部)となるべき領域の薄膜層が、十分にエッチングできず残っていたために、基体の表面に凹凸パターンを形成することができていなかった。また、比較例10〜13は、薄膜層のマスクパターンのエッチング耐性が脆弱であったため基体表面の凹凸パターンのパターン形成不良となった。  In Comparative Examples 8 to 9, in the mask pattern of the thin film layer, the thin film layer in the region to be the space portion (recessed portion) was not etched enough, so that the uneven pattern could be formed on the surface of the substrate. There wasn't. In Comparative Examples 10 to 13, since the etching resistance of the mask pattern of the thin film layer was weak, pattern formation of the concavo-convex pattern on the substrate surface was poor.

図8は、薄膜層の厚みを縦軸、薄膜層中のクロム含有率を横軸として実施例および比較例をプロットした図である。図8中に実施例を白丸(○)、比較例を黒丸(●)で示している。また、図8には、併せて実施例1、比較例1、比較例2および比較例10についてのパターン化基体の表面の凹凸パターンの上面および断面の走査型電子顕微鏡像を示している。実施例1はLERが抑制され、側壁角度も良好な凹凸パターンが形成されていることが確認できる。他方、比較例1、2および10については側壁角度に鈍りが大きく、特に比較例10は凸部の高さが非常に低く、かつLERも大きいものであることが確認できる。  FIG. 8 is a diagram in which examples and comparative examples are plotted with the thickness of the thin film layer as the vertical axis and the chromium content in the thin film layer as the horizontal axis. In FIG. 8, an example is indicated by a white circle (◯), and a comparative example is indicated by a black circle (●). FIG. 8 also shows scanning electron microscope images of the top surface and the cross section of the concavo-convex pattern on the surface of the patterned substrate for Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 10. In Example 1, it can be confirmed that the LER is suppressed and a concave-convex pattern having a favorable side wall angle is formed. On the other hand, in Comparative Examples 1, 2, and 10, it is confirmed that the side wall angle is dull, and in Comparative Example 10, the height of the convex portion is very low and the LER is also large.

図8に示すように、破線で囲まれた、膜全体としてのクロム含有率が40原子%以上50原子%以下、かつ厚みが10nm以下の領域において、石英ドライエッチング後のLER、側壁角度に優れ、またエッチングマスクとしての耐性も確保できていることから、本発明の有効性が示された。  As shown in FIG. 8, the LER and sidewall angle after quartz dry etching are excellent in a region surrounded by a broken line and having a chromium content of 40 to 50 atomic% and a thickness of 10 nm or less as a whole film. Further, since the resistance as an etching mask can be secured, the effectiveness of the present invention was shown.

1、2 パターン形成マスク用薄膜層付基体
10、40 基体
10A、40A パターン化基体
11 ザグリ部
12 台座部
20、50 薄膜層
25、55 マスクパターン
30 レジスト液
32 レジスト膜
35 マスク層(レジストパターン)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Base | substrate with thin film layer for pattern formation masks 10, 40 Base | substrate 10A, 40A Patterned base | substrate 11 Counterbore part 12 Base part 20, 50 Thin film layer 25, 55 Mask pattern 30 Resist liquid 32 Resist film 35 Mask layer (resist pattern)

Claims (8)

シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体と、
該基体の表面に設けられた、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理によりパターニングされて、パターン形成用のマスクとして用いられる薄膜層とからなり、
前記薄膜層が、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有するパターン形成マスク用薄膜層付基体。
A substrate made of silicon or a silicon-based compound;
It is patterned by an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine provided on the surface of the substrate, and comprises a thin film layer used as a mask for pattern formation,
A substrate with a thin film layer for a pattern forming mask, wherein the thin film layer is made of a chromium oxide having a chromium content of 40 atomic% or more and 50 atomic% or less.
シリコンもしくはシリコン系化合物からなる基体と、該基体の表面に設けられた、クロム含有率が40原子%以上50原子%以下であるクロム酸化物からなり、10nm以下の厚みを有する薄膜層とを備えたパターン形成マスク用薄膜層付基体を用意し、
前記薄膜層上にパターニング用のマスク層を形成し、
該マスク層を用い、酸素及び塩素の混合ガスのプラズマによるエッチング処理を行うことにより、前記薄膜層をパターニングし、
該パターニングされた前記薄膜層をマスクとして、フッ素系ガスを含有するプラズマによるエッチング処理を行うことにより、前記基体の表面をパターニングするパターン化基体の製造方法。
A substrate made of silicon or a silicon-based compound, and a thin film layer having a thickness of 10 nm or less made of chromium oxide having a chromium content of 40 atom% or more and 50 atom% or less provided on the surface of the substrate. Prepared a substrate with a thin film layer for a pattern forming mask,
Forming a patterning mask layer on the thin film layer;
Using the mask layer, the thin film layer is patterned by performing an etching process using plasma of a mixed gas of oxygen and chlorine,
A method of manufacturing a patterned substrate, wherein the surface of the substrate is patterned by performing an etching process using plasma containing a fluorine-based gas using the patterned thin film layer as a mask.
前記パターニングにおけるパターン線幅として50nm以下の部分を含む請求項2記載のパターン化基体の製造方法。  The manufacturing method of the patterned base | substrate of Claim 2 including a part below 50 nm as a pattern line | wire width in the said patterning. 前記酸素及び塩素の混合ガスにおける酸素と塩素との比を0.05〜0.40とする請求項2または3記載のパターン化基体の製造方法。  The method for producing a patterned substrate according to claim 2 or 3, wherein a ratio of oxygen to chlorine in the mixed gas of oxygen and chlorine is 0.05 to 0.40. 前記フッ素系ガスを含有するプラズマにおけるフッ素系ガス含有率を50%以下とする請求項2から4いずれか1項記載のパターン化基体の製造方法。  The method for producing a patterned substrate according to any one of claims 2 to 4, wherein the fluorine-containing gas content in the plasma containing the fluorine-containing gas is 50% or less. 前記パターニング用のマスク層の形成は、前記薄膜層上にレジスト膜を塗布し、インプリント法によりレジスト膜に凹凸パターンを形成する方法による請求項2から5いずれか1項記載のパターン化基体の製造方法。  6. The patterning mask layer according to claim 2, wherein the patterning mask layer is formed by applying a resist film on the thin film layer and forming an uneven pattern on the resist film by an imprint method. Production method. 前記パターン化基体が、ナノインプリントテンプレートである請求項2から6いずれか1項記載のパターン化基体の製造方法。  The method for producing a patterned substrate according to claim 2, wherein the patterned substrate is a nanoimprint template. 前記パターン化基体が、光学素子である請求項2から6いずれか1項記載のパターン化基体の製造方法。  The method for producing a patterned substrate according to any one of claims 2 to 6, wherein the patterned substrate is an optical element.
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