KR20090042136A - 미세 패턴의 제조 방법 및 광학 소자 - Google Patents

미세 패턴의 제조 방법 및 광학 소자 Download PDF

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    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks

Abstract

본 발명은 높은 스루풋, 대면적, 저렴한 비용의 미세 패턴의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 투명 기재층(1) 위에 가공 대상 층(2)을 형성하고, 가공 대상 층(2) 위에 투명 유전체로 이루어진 레지스트층을 형성하는 동시에, 레지스트층을 나노임프린트법에 의해 패터닝함으로써, 레지스트층의 윗면에 오목부(53)를 가진 패턴화 레지스트층(3)을 작성하는 패턴화 레지스트층 형성공정과, 적어도 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)을 형성한 후, 오목부(53)의 바닥부(53a)에 남겨진 레지스트 잔사(55)를 에칭해서 제거하고 나서, 패턴화 레지스트층(3)을 마스크로 해서 가공 대상 층(2)을 에칭하는 에칭공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.
패턴화 레지스트층, 하드 마스크층, 금속층, 미세 패턴

Description

미세 패턴의 제조 방법 및 광학 소자{METHOD FOR FABRICATING FINE PATTERN AND OPTICAL DEVICE}
본 발명은 미세 패턴의 제조 방법 및 광학 소자에 관한 것이다.
최근, 나노 오더의 가공 정밀도를 필요로 하는 미세 패턴을 가진 반도체 소자 혹은 광학 소자가 증가하고 있다. 반도체 소자에 있어서는 집적도를 높이기 위해서, 또한 광학 소자에 있어서는 보다 고정밀도로 광을 제어하기 위해서, 배선, 패턴 크기를 보다 미세하게 하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 미세 패턴을 미세하게 함에 따라서, 미세 패턴의 제조는 점점 곤란해지고, 생산 비용도 높아지고 있다.
이러한 미세 패턴의 제조 방법의 대표적인 것으로서, 리소그래피와 건식 에칭의 조합이 일반적으로 이용되고 있다. 이 방법은 기판 위에 에칭 대상 막 및 레지스트를 순차 성막하고, 전자선(EB) 리소그래피 혹은 광리소그래피(예를 들어, ArF 엑시머레이저 리소그래피)를 이용해서 상기 레지스트를 패터닝해서 에칭 마스 크로 한 후, 에칭 대상 막의 노출 부분을 건식 에칭하고, 최후에 상기 레지스트를 제거함으로써, 에칭 대상 막에 미세 패턴을 전사한다고 하는 것이다. 이 방법에 의하면, 복잡한 배선 패턴 등을 에칭 대상 막에 정확-정밀하게 형성할 수 있다.
예를 들어, 수십 ㎚ 폭의 미세 금속 패턴 등으로도 제작할 수 있다.
특허문헌 1 내지 9에는 이 방법을 이용해서 미세 패턴을 제조한 예가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 그리드 편광자의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 기판 위에 금속막을 형성하고, 그 위에 줄무늬 형상으로 패터닝한 포토레지스트를 형성하고, 또한, 그 위에 금속 또는 유전체의 경질 피막을 경사 증착하고, 상기 경질 피막을 마스크로 해서, 상기 금속막을 건식 에칭해서 금속 그리드를 형성한 후, 상기 마스크를 제거해서 그리드 편광자를 제조한다.
또한, 그리드 편광자(GP: Grid Polarizers), 특히, 와이어 그리드 편광자(WGP: Wire-Grid Polarizers)란 도체로 이루어진 세선(도체 그리드)을 대상 광의 파장 이하의 주기로 그리드(즉, 격자) 형상으로 평행하게 배열시킨 것이다.
광이 그리드 편광자에 입사되었을 경우, 이 도체 그리드와 평행한 방향으로 진동하고 있는 광의 전계 성분의 일부는 이 그리드 편광자에서 반사되어, 도체 그리드와 수직인 방향으로 진동하고 있는 광의 전계 성분은 이 그리드 편광자를 투과하는 성질을 갖기 위해서, 대상 광이 있는 편광 성분만을 통과시킬 수 있다.
특허문헌 2에는 반도체 소자의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 미세한 게이트 전극 패턴을 간이하게 형성할 수 있다.
여기에서는, 패터닝한 레지스트와, 금속막의 경사 증착의 수법을 이용하고 있다. 이 경사 증착의 수법을 이용하는 동시에, 레지스트를 벽 혹은 「차양」과 같이 이용해서, 금속막을 증착하는 부분과, 금속막을 증착하지 않은 부분을 형성함으로써, 미세 패턴을 보다 미세하게 형성한다.
특허문헌 3에는 화합물 반도체 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있고, 레지스트를 패터닝한 후, 금속막의 경사 증착의 수법을 이용하고 있다.
특허문헌 4에는 전계 방사 냉음극의 제조 방법이 개시되어 있고, 레지스트를 형성하고, 그것을 패터닝해서 개구부를 형성한 후, 그 개구부에 금속을 경사 증착함으로써, 개구부 내에 이미터(emitter)를 형성하고 있다.
특허문헌 5에는 반도체장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 스페이서 막에 대해서 Al을 경사 증착해서 금속 막을 형성한다.
이 스페이서 막에는 오목부로 이루어진 리세스부가 형성되어 있고, 경사 증착에 의해 형성되는 상기 금속 막은 이 리세스부의 밑면에는 형성되지 않는다.
그 때문에 상기 금속 막을 마스크로 해서 에칭함으로써, 상기 리세스부의 밑면을 에칭하고, 금속 막을 제거하여, 상기 리세스부의 밑면에 게이트 전극을 형성함으로써, 미세한 패턴을 형성한다.
특허문헌 6에는 미세구조를 가진 광학 소자의 제조 방법이 개시되어 있다. 종래, 미세 패턴을 형성하는 레지스트의 단면은 직사각형 형상을 이루는 것으로 한정되어 있었지만, 레지스트의 측벽면에 금속막을 형성함으로써, 레지스트의 단면이 파형 형상이어도 미세 패턴을 형성할 수 있는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 7에는, 나노미터 오더의 기계 진동자와 그 제조 방법 및 그 기계 진동자를 이용한 측정 장치가 개시되고 있다.
특허문헌 8에는 패턴드-미디어-임프린트-매스터를 작성하는 장치, 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 어느 문헌에 있어서도, 경사 증착에 의한 금속막의 제작에 대해서 기재되어 있다.
특허문헌 9에는 게이트 전극형성 방법이 개시되어 있다.
패터닝한 레지스트와 경사 증착 수법을 이용해서, 미세 패턴의 게이트 전극을 형성하는 방법에 대해서 기재되어 있다.
그러나, 상기 어느 쪽의 미세 패턴의 제조 방법에 있어서도, 레지스트의 패터닝에 낮은 스루풋(throughput)-소면적-높은 비용의 전자선(EB) 리소그래피 혹은 광리소그래피(예를 들어, ArF 엑시머 레이저 리소그래피)를 필요로 하기 때문에, 높은 스루풋대면적으로 제조되는 디바이스의 제조에는 적용될 수 없다고 하는 문제가 있었다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허 평9-304620호 공보
[특허문헌 2] 일본국 공개특허 평8-250513호 공보
[특허문헌 3] 일본국 공개특허 평11-186292호 공보
[특허문헌 4] 공개특허 제2000-173448호 공보
[특허문헌 5] 공개특허 제2002-26034호 공보
[특허문헌 6] 공개특허 제2006-11129호 공보
[특허문헌 7] 공개특허 제2006-153886호 공보
[특허문헌 8] 공개특허 제2006-286181호 공보
[특허문헌 9] 일본국 공개특허 평3-87036호 공보
본 발명은 상기의 문제를 고려하여 이루어진 것으로서, 높은 스루풋-대면적-저렴한 비용의 미세 패턴의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 투명 기재층 위에 가공 대상 층을 형성하고, 상기 가공 대상 층 위에 투명 유전체로 이루어진 레지스트층을 형성하는 동시에, 상기 레지스트층을 나노임프린트법에 의해 패터닝함으로써, 상기 레지스트층의 윗면에 오목부를 가진 패턴화 레지스트층을 작성하는 패턴화 레지스트층 형성공정과, 적어도 상기 패턴화 레지스트층의 윗면에 금속층으로 이루어진 하드 마스크층을 형성한 후, 상기 오목부의 바닥부에 남겨진 레지스트 잔사를 에칭해서 제거하고 나서, 상기 패턴화 레지스트층을 마스크로 해서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 에칭공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정 후에, 상기 하드 마스크층과 상기 패턴화 레지스트층을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 가공 대상 층이 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정이 상기 레지스트 잔사와, 금속층으로 이루어진 상기 가공 대상 층에 형성된 자연 산화물막과, 상기 가공 대 상 층을 순차 에칭하는 공정인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정에 있어서, 상기 레지스트 잔사의 에칭 가스로서 O2, CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하고, 상기 자연 산화물막의 에칭 가스로서 CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하며, 상기 금속층의 에칭 가스로서 CF4, CHF3, Ar, Cl2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하고, 가스압을 0.1 내지 10㎩로 하며, 바이어스 전력을 10 내지 2000W로 하는 조건으로 건식 에칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정에 있어서 증착법에 의해 상기 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정에 있어서 경사 증착법에 의해 상기 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정에 있어서 상기 레지스트층의 윗면에 있어서의 두께가 상기 오목부의 바닥부에 있어서의 두께보다도 두껍게 되도록 상기 하드 마스크층을 스퍼터법에 의해 형성한 후, 습식 에칭을 행하여 상기 오목부 내의 상기 하드 마스크층만을 제거하고, 상기 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 한 다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법은 상기 에칭공정에 있어서 상기 오목부를 가진 상기 패턴화 레지스트층의 표면을 덮도록 하드 마스크 소재를 습식 코팅법에 의해 도포한 후, 애싱(ashing)법 또는 연마(polishing)법을 이용해서 상기 패턴화 레지스트층의 윗면을 노출시키고, 상기 오목부에 남겨진 하드 마스크 소재를 상기 하드 마스크층으로 해서, 상기 패턴화 레지스트층의 노출 부분을 에칭 제거하고 나서, 상기 패턴화 레지스트층의 잔류 부분을 마스크로 해서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 소자는 투명 기재층 위에 그리드 형상으로 형성되어서 이루어진 미세 패턴이 형성되어 있고, 상기 미세 패턴은 금속층과, 상기 금속층 위에 적층된 투명 유전체층과, 상기 투명 유전체층 위에 형성된 별도의 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 소자는 상기 투명 유전체층의 높이가 200㎚ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미세 패턴의 제조 방법에 의하면, 높은 스루풋-면적-저렴한 비용의 미세 패턴의 제조 방법을 제공할 수 있다.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
도 1(a) 내지 도 1(d) 및 도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 일례를 설명하는 공정단면도이다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 패턴화 레지스트층 형성공정과 에칭공정으로 이루어진다.
(패턴화 레지스트층 형성공정)
도 1(a)에 나타낸 바와 같은 투명 기재층(1)의 윗면(1a)을 공지의 세정 방법으로 세정한 후, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 가공 대상 층(2)을 막두께(t)로 성막한다.
가공 대상 층(2)은 금속층으로 이루어진 것이 바람직하다. 그 이유는 미세 패턴을 정확하게 형성할 수 있고, 또한 형상안정성도 높기 때문에다.
가공 대상 층(2)의 재료로서 금속재료를 이용할 경우에는, Al, Au, Ag 등의 금속재료를 단독으로 이용해도, 복수의 종류의 금속으로 이루어진 합금으로서 구성해도 되고, 또한, 복수의 금속층으로 이루어진 구성으로 해도 무방하다. 예를 들어, 그리드 편광자를 형성할 경우에는, 가공 대상 층(2)을 Al로 구성해서 미세 패턴을 형성하면, 소광비(콘트라스트)를 높게 할 수 있다.
가공 대상 층(2)이 금속층으로 이루어진 경우에, 그 표면에 자연 산화물층이 형성되어 있어도 된다. 가공 대상 층(2)을 금속층으로서 형성했을 경우, 제조 프 로세스의 조건에 의해 금속층의 표면에 자연 산화물층이 형성될 경우가 있다. 이 경우, 자연 산화물층의 막두께는 대단히 엷으므로, 그리드 편광자의 특성에 대부분 영향을 주지 않는다.
가공 대상 층(2)의 재료로서는 비금속 재료를 사용해도 된다. 비금속 재료로 이루어진 미세 패턴도 광학 소자 등에 이용할 수 있기 때문이다. 가공 대상 층(2)의 재료로서 비금속 재료를 이용할 경우에는, 예를 들어 Al2O3 등의 금속 산화물 등을 이용할 수 있다.
가공 대상 층(2)의 형성 방법은 증착법, 스퍼터법 등의 건식 프로세스 이외에, 스핀코팅법, 딥(dip)법 등의 습식 프로세스 등을 적당하게 선택해서 이용할 수 있다.
또한, 가공 대상 층(2)과 투명 기재층(1) 사이에는, 필요에 따라서 다른 재료를 성막해서 바탕층(40)을 형성해도 된다.
바탕층(40)은 투명 기재층(1)와 가공 대상 층(2)과의 밀착성을 높이기 위해서, 또는 미세 패턴을 형성하는 구조체로서 가공 대상 층(2)과 바탕층(40)으로 이루어진 2층 구조체를 이용하기 위해서 설치할 수 있다.
바탕층(40)의 재료로서는, 가공 대상 층(2)의 재료로서 열거한 금속재료 혹은 비금속 재료 이외에, 수지 재료 등을 이용할 수 있다.
다음에, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 가공 대상 층(2) 위에 투명 유전체로 이루어진 레지스트층(48)을 막두께(v)로 도포한다. 또한, 나노임프린트법을 이용 해서, 미세 패턴을 레지스트층(48)에 전사한다. 구체적으로는, 표면(46a)에 폭(W), 피치(p)의 오목부(44)로 이루어진 미세 패턴을 새겨 넣은 금형(46)을 레지스트층(48)에 꽉 눌러서 그 형상을 전사(패터닝)한다. 이에 따라, 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 윗면(3a)에 폭(p-W), 피치(p)의 오목부(53)로 이루어진 미세 패턴을 갖는 패턴화 레지스트층(3)이 형성된다.
또, 이 전사 공정은 몇 분이면 종료하여, 동일한 형상의 부품을 단시간에 대량으로 만들어 낼 수 있다. 또한, 나노임프린트법에서 사용하는 금형(46)의 미세 패턴의 요철은 수십 ㎚ 내지 수백 ㎚ 범위로 형성되어 있어, 통상 전자선(EB) 노광 기술과 에칭 기술을 사용해서 작성한다.
레지스트층(48)으로서는, 가공 대상 층(2)을 에칭할 때, 어느 정도의 에칭 내성(적어도 가공 대상 층(2)의 에칭 속도에 대하여 동등 혹은 느린 것)을 가진 것이면, 특별하게 한정되지 않는다. 보다 높은 스루풋으로 나노임프린트를 행하고자 하는 관점으로부터는, 라디칼 중합계의 레지스트를 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 토요고세이코교사 제품인 PAK-01 등을 이용할 수 있다.
그러나, 이 나노임프린트법에서는, 금형을 레지스트층(48)에 꽉 눌러서 형상을 전사하므로, 어떻게 해도 오목부(53)의 밑면(53a)에 여분의 레지스트층(48)으로 이루어진 레지스트 잔사(55)가 남겨진다. 이 레지스트 잔사(55)는 이방성 에칭에 의해서 에치백(etch-back)해서 제거할 수 있지만, 상기 에치백 때 어떻게 해도 돌아들어가는 일이 생기므로, 완전하게 기판면(1a)에 수직으로 에치백을 행하는 것은 불가능하여, 미세 패턴의 외형이 이 에치백에 의해 깎일 우려가 발생한다. 수십㎚ 내지 수백㎚ 범위의 요철로 이루어진 미세 패턴의 경우에는, 이 깎임의 영향이 커서, 큰 문제로 된다. 그래서, 다음의 에칭공정에서는 우선 하드 마스크층(4)을 형성한 후, 이것을 마스크로 해서 에칭을 행한다.
( 에칭공정 )
먼저, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)을 막두께(x)로 형성한다.
하드 마스크층(4)의 재료로서는, 내에칭성이 높은 재료가 바람직하며, 예를 들어 Ni, Cr 등의 금속재료를 이용할 수 있다. 예를 들어, Ni는 내에칭성이 높은 재료이며, 모든 에칭 프로세스에서 마스크로서 효과적으로 이용할 수 있다.
하드 마스크층(4)으로서 상기 금속재료를 이용할 경우, 증착법에 의해 형성할 수 있다. 이 경우, 볼록부(50)에 대응한 구멍부를 레이아웃 배치한 증착 마스크를 제작하고, 그것을 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 정밀하게 맞추어 배치한 후, 상기 금속재료를 증착해서 하드 마스크층(4)을 형성한다.
또한, 상기 증착 공정에 있어서, 반드시 증착 마스크를 사용하지 않아도 된다. 오목부(53)의 폭(p-W) 및 깊이(s)가 수십㎚ 내지 수백㎚ 범위에서 형성되어 있는 동시에, 이 폭(p-W)에 대하여 깊이(s)가 크게 설정되어 있으므로, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 하드 마스크층(4)을 성막할 때에, 오목부(53) 내에 하드 마스크층(4)이 침입하기 어렵고, 원하는 두께의 하드 마스크층(4)을 성막하는 사이에, 오목부(53) 내에 하드 마스크층(4)이 침입해도, 오목부(53)가 하드 마스크 층(4)에 의해서 메워지지 않도록 할 수 있다.
그때, 이들 치수는 하드 마스크층(4)의 성막 방법이나, 필요한 성막 두께 등에도 의존하지만, 오목부(53)의 폭(p-W)은 좁을수록 좋고, 깊이(s)는 깊을수록 좋다. 또한, 오목부(53)의 폭(p-W) 및 깊이(s)가 수십㎚ 내지 수백㎚ 범위로 되면, 오목부(53)의 개구의 크기와 금속 입자 직경의 비만으로는 결정되지 않고, 입자 직경에 대하여 충분히 큰 개구에서도 금속입자가 오목부(53)의 바닥부(53a)에 거의 침입하지 않는다고 하는 일이 일어난다.
다음에, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 하드 마스크층(4) 쪽에서 투명 기재층(1)의 윗면(1a)에 거의 수직인 방향으로 화살표(r)로 나타낸 바와 같이 이방성 에칭을 행한다.
이 이방성 에칭은 2단계로 행해진다. 우선, 최초의 이방성 에칭에 의해 오목부(53)의 바닥부(53a)에 남겨진 레지스트 잔사(55)를 에칭 제거한다. 더욱, 다음의 이방성 에칭에서는, 최초의 이방성 에칭에서 에칭 제거되지 않았던 패턴화 레지스트층(3)의 잔류 부분을 에칭 마스크로 해서, 레지스트 잔사(55)가 제거된 것에 의해 노출된 가공 대상 층(2)을 건식 에칭 제거한다.
상기 에칭공정에 있어서, 에칭 조건은 다음과 같다.
우선, 레지스트 잔사(55)의 에칭에 있어서는, 에칭 가스로서 O2, CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 기본적으로는, 상기의 어느 에칭 가스를 이용해도 에칭하는 것이 가능하 지만, 레지스트와 같은 유기물에 대해서는 O2가 특히 바람직하다. 에칭 가스는 단체로 이용해도, 혼합 가스로서 이용해도 된다.
상기 에칭 가스의 유량은 장치에 따라 다르지만, 1 내지 500sccm(cc/min) 정도인 것이 바람직하다.
상기 에칭 가스 가스압은 0.1 내지 10㎩로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 가스압이 높을수록 에칭 속도가 올라갈 수 있지만, 분자ㅇ라디칼끼리의 간섭도 심해지기 때문에 이방성은 소실되므로, 10㎩보다도 높은 가스압으로 하는 것은 바람직하지 못하다. 한편, 가스압이 0.1㎩보다도 낮을 경우에는, 플라즈마를 작용시키는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 본 발명에 있어서는, 극단적인 이방성이 요구되므로, 가스압은 낮은 쪽이 바람직하며, 안정한 플라즈마 방전과의 균형으로부터 1㎩ 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.
바이어스 전력은 10 내지 2000W로 하는 것이 바람직하다. 수치가 클수록, 분자나 라디칼의 이방성을 높게 할 수 있고, 에칭 속도도 올릴 수 있다.
가공 대상 층(2)의 에칭에 있어서는, 가공 대상 층(2)으로서 금속층을 이용했을 경우와, 비금속층을 이용했을 경우에 에칭 조건이 다르다.
가공 대상 층(2)으로서 금속층을 이용했을 경우에 있어서는, 에칭 가스로서는 CF4, CHF3, BCl3, Ar, Cl2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 가스는 단체로 이용해도, 혼합 가스로서 이용해도 된다.
가공 대상 층(2)으로서 비금속층을 이용했을 경우에 있어서는, 에칭 가스로 서는 CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 가스는 단체로 이용해도, 혼합 가스로서 이용해도 된다.
가공 대상 층(2)이 금속층으로 이루어지고, 그 표면에 자연 산화물층이 형성되어 있을 경우에는, 상기 에칭공정이 상기 레지스트 잔사(55)와 상기 자연 산화물층과 상기 금속층을 순차 에칭하는 공정으로 한다. 이와 같이, 순차 에칭함으로써, 나노임프린트법에 의해 레지스트층(48)에 형성한 미세 패턴을 정확하게 가공 대상 층(2)에 전사할 수 있다.
예를 들어 가공 대상 층(2)으로서 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속층을 이용하고, 그 표면에 Al2O3로 이루어진 자연 산화물층이 형성되었을 경우에 있어서는, 우선 환원성의 에칭 가스인 BCl3, H2, N2 등을 이용해서 Al2O3로 이루어진 자연 산화물층의 에칭을 행하고, 다음에, Cl2 등을 이용해서 Al로 이루어진 금속층의 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
가공 대상 층(2)의 에칭에 있어서는, 상기 에칭 가스의 유량은 1 내지 500sccm(cc/min)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 에칭 가스 가스압은 0.1 내지 10㎩로 하는 것이 바람직하다. 한층 더, 바이어스 전력은 10 내지 2000W로 하는 것이 바람직하다. 이것은 레지스트 에칭의 경우와 마찬가지 이유에 연유한다.
이러한 조건에서 에칭을 행함으로써, 정밀한 미세 패턴을 효율적으로 제조할 수 있다.
이 에칭공정을 행함으로써, 확실하게 레지스트 잔사(55)를 에칭공정에 의해 제거할 수 있는 동시에, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 형성된 하드 마스크층(4)에 의해 마스크된 부분을 확실하게 잔존시킬 수 있다.
도 2(c)에 나타낸 미세 패턴(13)은 이와 같이 해서 제조한 미세 패턴의 일례를 나타낸 단면모식도이다.
미세 패턴(13)의 구조체(70)는 폭(W), 높이(l)의 구조체로서 형성되어 있고, 가공 대상 층(2)과, 패턴화 레지스트층(3)과, 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)의 3층 구조로 되어 있다. 또한, 이 구조체(70)는 간격(p-W), 피치(p)로 배열되어 있다.
그리드 편광자로서 이 미세 패턴(13)을 이용할 경우에는, 주기(p)를 100㎚ 이하, 높이(l)를 200㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함에 따라, 소광비를 높게 할 수 있기 때문이다. 폭(W)을 50nm로 형성했을 경우에는, 애스펙트비(높이(l)/폭(W))는 4가 된다. 이 애스펙트비를 높게 할수록 소광비(콘트라스트)를 높게 할 수 있지만, 제조는 곤란해진다.
또한, 미세 패턴(13)은 가공 대상 층(2)과, 투명 유전체로 이루어진 패턴화 레지스트층(3)과, 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)의 3층 구조로 되어 있고, 패턴화 레지스트층(3)은 광 투과성이므로, 투과율을 높게 유지한 채로, 소광비(콘트라스트)를 향상시킬 수 있다.
상기 이방성 에칭공정 시, 필요에 따라서 투명 기재층(1)를 에칭해도 된다. 그 경우에는, 미세 패턴(13)의 구조체(70)의 높이(l)를 보다 높게 할 수 있고, 소광비(콘트라스트)를 높게 할 수 있다.
또, 투명 기재층(1)와 가공 대상 층(2) 사이에 바탕층(40)을 형성하고 있었을 경우에는, 필요에 따라서 바탕층(40)을 에칭 제거해도 무방하다. 이 경우에도, 미세 패턴의 구조체(70)의 높이(l)를 보다 높게 할 수 있고, 소광비(콘트라스트)를 높게 할 수 있다.
또한, 상기 이방성 에칭공정 후에, 레지스트 제거액에 침지하여, 하드 마스크층(4)과 패턴화 레지스트층(3)을 제거하는 공정을 행해도 된다.
도 2(d)에 나타낸 미세 패턴(10)은 하드 마스크층(4)과 패턴화 레지스트층(3)을 제거해서 제조한 미세 패턴의 다른 일례를 나타낸 단면모식도이다.
미세 패턴(10)은 폭(W), 높이(t)의 가공 대상 층(2)이 간격(p-W), 피치(p)로 배열되어서 형성되어 있다.
이와 같이 해서, 미세 패턴(13), (10)을 제조할 수 있다. 이들 미세 패턴(13), (10)은 예를 들어 광학 소자 혹은 반도체 소자 등에 이용할 수 있다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 나노임프린트법에 의해, 즉, 수십㎚ 내지 수백㎚ 범위의 오목부(44)를 가진 미세 패턴을 형성한 금형(46)을 레지스트층(48)에 꽉 누름으로써 레지스트층(48)에 금형(46)의 미세 패턴을 전사하는 구성이므로, 저렴한 비용으로, 또한, 높은 스루풋으로 미세 패턴(13), (10)을 형성할 수 있다. 또, 대면적의 금형(46)을 작성함으로써, 대면적의 미세 패턴(13), (10)을 용이하게 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 에칭하지 않는 부분을 하드 마스크층(4)에 의해 보호해서 이방성 에칭을 행하는 구성이므로, 나노임프린트법에 의해 형성된 미세 패턴(10)의 오목부(53)에 남겨진 레지스트 잔사(55)만을 용이하게 제거할 수 있어, 효율적으로 미세 패턴(13), (10)을 형성할 수 있다. 또한, 레지스트 잔사(55)의 두께나 에칭 대상물의 소재를 고려할 필요가 없다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 에칭하지 않는 부분을 하드 마스크층(4)에 의해 보호해서 이방성 에칭을 행하는 구성이므로, 패턴화 레지스트층(3) 자체에 에칭 내성이 없는 경우에도, 용이하게 미세 패턴(13), (10)을 제조할 수 있다. 또한, 반대로, 가공 대상 층(2)이 난에칭내성인 경우에도, 효율적으로 미세 패턴(13), (10)을 제조할 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 다른 일례에 관하여 설명한다.
도 3(a) 내지 도 3(d)는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 다른 일례를 설명하는 공정단면도이다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 실시형태 1과 마찬가지로, 패턴화 레지스트층 형성공정과 에칭공정으로 이루어지지만, 에칭공정에 있어서, 하드 마스크층(4)을 경사 증착법에 의해 형성하는 점이 실시형태 1에 나타낸 미세 패턴의 제조 방법과 다르다. 또한, 실시형태 1에서 이용한 부재와 마찬가지 부재에 관해서는 마찬가지 부호를 붙여서 나타내고 있다.
(패턴화 레지스트층 형성공정)
실시형태 1에 나타낸 공정과 마찬가지로, 패턴화 레지스트층 형성공정을 행하여, 투명 기재층(1) 위에 가공 대상 층(2)을 형성하고, 또한, 패턴화 레지스트층(3)을 형성한다.
( 에칭공정 )
다음에, 이 에칭공정에서는, 우선 하드 마스크층(4)을 형성한 후, 이것을 마스크로 해서 에칭을 행한다. 도 3(a)는 패턴화 레지스트층(3)을 형성한 시점의 공정단면도의 일례를 도시한 도면이다. 투명 기재층(1) 위에 가공 대상 층(2)이 두께(t)로 성막되고, 한층 더 그 가공 대상 층(2) 위에 폭(p-W), 깊이(s)의 오목부(53)가 피치(p)로 형성된 패턴화 레지스트층(3)이 형성되어 있다.
또한, 증착원으로부터 날아오는 증착 재료의 방향이 화살표(q)로 표시되어 있다. 이 화살표(q)는 투명 기재층(1)의 기판면(1a)에 수직인 선(m)으로부터 각도 θ(증착 각도)를 이루는 방향으로 되어 있다.
이러한 증착 각도 θ로 경사 증착법을 행함으로써, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 하드 마스크층(4)이 형성된다.
즉, 경사 증착법을 이용했을 경우에는, 오목부(53)에서는, 증착의 초기 단계에서는, 인접해서 돌출된 패턴화 레지스트층(3)이 마스크로 되고, 진입 경로가 방 해되어서 오목부(53)의 바닥부(53a)에는 증착 성분이 대부분 침입하지 않는다. 그 때문에, 오목부(53)의 바닥부(53a) 및 증착원과 반대쪽으로 되는 면(53c)에는 하드 마스크층(4)이 형성되지 않는다.
한편, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)과, 오목부(53)의 증착원쪽으로 되는 면(53b)에만 하드 마스크층(4)이 순차 적층된다. 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 하드 마스크층(4)이 성장하기 시작한 후에는 더욱 하드 마스크층(4)에 의해서 진입 경로가 막히므로, 증착 성분은 주로 하드 마스크층(4) 위에 적층되어서, 증착 방향에 대향하는 하드 마스크층(4)을 성장시켜, 증착 성분은 한층 더 오목부(53)에 침입하기 어려워진다.
이와 같이 해서, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 도면상 상부 방향으로 성장하는 동시에, 도면상 횡방향으로도 서서히 적층범위를 증대시키면서 적층된다.
상기 증착 각도 θ는 45°이상인 것이 바람직하다. 하드 마스크층(4)의 막질이나 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 대한 하드 마스크층(4)의 밀착성을 향상시키기 위해서는, 증착 각도 θ는 0°에 가까운 범위인 것이 바람직하지만, 오목부(53)의 바닥부(53a)에 하드 마스크층(4)을 형성시키지 않기 위해서는, 증착 각도 θ는 큰 쪽이 좋은 것을 고려하여, 상기 증착 각도 θ를 45°이상으로 하는 것이 바람직하다. 미세 패턴의 크기, 형상에도 의존하지만, 일반적인 미세 패턴을 형성할 경우에는, 상기 증착 각도 θ를 45°이상으로 하면, 오목부(53)의 밑면(53a)에 하드 마스크층(4)을 형성하지 않고 해결되기 때문이다. 또한, 예를 들어 오목부(53)의 폭(p-W)과 깊이(s)가 동등할 경우, 즉, s = p-W인 경우, 또는 오목부(53) 의 깊이(s)가 폭(p-W)보다 클 경우, 즉, s > p-W인 경우에는 적어도 상기 각도 θ=45°로 하면, 오목부(53)의 밑면(53a)에 하드 마스크층(4)은 형성되지 않는다.
이와 같이 해서, 경사 증착법을 이용할 경우에는, 증착 마스크를 이용하지 않고, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 하드 마스크층(4)을 형성할 수 있다. 그 때문에, 증착 마스크의 위치맞춤을 행할 필요가 없어, 미세 패턴의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 경사 증착법에 있어서 하드 마스크층(4)을 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 확실히 밀착시켜서 형성하기 위해서, 기판 온도를 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 기판 온도가 지나치게 낮을 경우에는, 양호한 밀착 강도를 얻을 수 없고, 기판 온도가 지나치게 높을 경우에는 안정한 주상 형상(기둥 형상)을 얻을 수 없다.
예를 들어 절대온도에서 잰 하드 마스크층(4)의 융점의 30% 내지 50%로 하는 것이 바람직하다. 즉, 하드 마스크층(4)이 Al인 경우, 융점은 933K(660℃)이기 때문에, 바람직한 온도범위는 280K 내지 466K(7℃ 내지 193℃)로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 하드 마스크층(4) 쪽에서 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 거의 수직인 방향으로 화살표(r)로 나타낸 바와 같이 이방성 에칭을 행한다.
우선, 최초의 이방성 에칭에 의해 오목부(53)에 남겨진 레지스트 잔사(55)가 에칭 제거된다.
한층 더, 다음의 이방성 에칭에서는, 하드 마스크층(4) 및 패턴화 레지스트층(3)을 에칭 마스크로 해서, 레지스트 잔사(55)가 제거된 것에 의해 노출된 가공 대상 층(2)이 건식 에칭 제거되어서, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 투명 기재층(1)의 표면(1a)이 노출된다.
한편, 하드 마스크층(4)이 마스크로 되어, 하드 마스크층(4)에 마스크된 패턴화 레지스트층(3)은 에칭되지 않고, 또한, 그 패턴화 레지스트층(3)에 마스크된 가공 대상 층(2)도 에칭되지 않는다. 그 결과, 가공 대상 층(2)과 패턴화 레지스트층(3)과 하드 마스크층(4)으로 이루어진 미세 패턴(15)이 형성된다.
도 3(d)에 나타낸 미세 패턴(15)은 이와 같이 해서 제조한 미세 패턴의 일례를 나타낸 단면모식도다.
미세 패턴(15)의 구조체(70)는 폭(W), 높이(l)의 구조체로서 형성되어 있어, 가공 대상 층(2)과, 투명 유전체로 이루어진 패턴화 레지스트층(3)과, 별도의 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)의 3층 구조로 되어 있다. 또, 이 구조체(70)는 간격(p-W), 피치(p)로 배열되어 있다.
또한, 상기 에칭공정 후에, 레지스트 제거액에 침지하여, 하드 마스크층(4)과 패턴화 레지스트층(3)을 제거하는 공정을 행해도 된다. 이 공정을 행함으로써, 실시형태 1의 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 가공 대상 층(2)이 형성된 미세 패턴(10)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은, 하드 마스크층 형성공정에 있어서, 경사 증착법을 이용해서 하드 마스크층(4)을 형성하는 구성이므로, 증착 마스크의 위치맞춤을 행할 필요가 없어, 미세 패턴(15), (10)의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 생산 비용을 저감시킬 수 있다.
(실시형태 3)
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 또 다른 일례에 관하여 설명한다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 또 다른 일례를 설명하는 공정단면도이다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 실시형태 1과 마찬가지로 패턴화 레지스트층 형성공정과 에칭공정으로 이루어지지만, 에칭공정에 있어서, 스퍼터법에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 형성한 하드 마스크층(42b)의 막두께(h)가 오목부(53)의 바닥부(53a)에 형성한 하드 마스크층(42a)의 막두께(i)보다도 두껍게 되도록, 하드 마스크층(42)을 형성한 후, 습식 에칭을 행하여 오목부(53)의 하드 마스크층(42a)만을 제거해서 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에만 하드 마스크층(4)을 남기는 점이 실시형태 1에 나타낸 미세 패턴의 제조 방법과 다르다. 또한, 실시형태 1에서 이용한 부재와 마찬가지 부재에 관해서는 마찬가지 부호를 붙여서 나타내고 있다.
(패턴화 레지스트층 형성공정)
실시형태 1에 나타낸 공정과 마찬가지로 패턴화 레지스트층 형성공정을 행하여, 투명 기재층(1) 위에 가공 대상 층(2)을 형성하고, 또한, 패턴화 레지스트 층(3)을 형성한다.
(에칭공정)
에칭공정에서는 우선 하드 마스크층(4)을 형성한 후, 이것을 마스크로 해서 에칭을 행한다. 도 4(a)는 스퍼터법에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 형성한 하드 마스크층(42b)의 막두께(h)가 오목부(53)의 바닥부(53a)에 형성한 하드 마스크층(42a)의 막두께(i)보다도 두껍게 되도록, 하드 마스크층(42)을 형성한 시점의 공정 단면도의 일례를 나타낸 도면이다. 이와 같이, 하드 마스크층(42)은 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 형성되는 하드 마스크층(42b)과, 오목부(53)의 바닥부(53a)에 형성한 하드 마스크층(42a)으로 이루어진다.
오목부(53)의 폭(p-W), 깊이(s)가 수십㎚ 내지 수백㎚ 범위로 형성되어 있는 동시에, 폭(p-W)에 대하여 깊이(s)가 크게 설정되어 있으므로, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 하드 마스크층(42)을 성막할 때에, 오목부(53)에 하드 마스크층(42a)이 침입하기 어렵고, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 원하는 두께의 하드 마스크층(42b)을 성막하는 사이에, 오목부(53) 내에 하드 마스크층(42a)이 침입해도, 오목부(53)가 하드 마스크층(42a)으로 메워지지 않도록 할 수 있다.
다음에, 하드 마스크층(42)이 균일한 깊이로 에칭 제거되는 습식 에칭을 행한다. 예를 들어 그 깊이를 (i)로 하면, 오목부(53)의 하드 마스크층(42a)은 완전하게 제거되어, 볼록부(50)의 선단쪽(50b)에는 높이(h-i)의 하드 마스크층(4)이 남겨진다. 이와 같이 해서, 오목부(53)의 하드 마스크층(42a)만을 제거하는 동시에, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에만 하드 마스크층(42)을 남기고, 도 4(b)에 나 타낸 바와 같이 이것을 하드 마스크층(4)으로 한다.
다음에, 하드 마스크층(4) 쪽에서 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 거의 수직인 방향으로 이방성 에칭을 행한다.
우선, 최초의 이방성 에칭에 의해 오목부(53)의 바닥부(53a)에 남겨진 레지스트 잔사(55)가 에칭 제거된다.
또한, 다음의 이방성 에칭에서는, 하드 마스크층(4)에 마스크된 패턴화 레지스트층(3)을 에칭 마스크로 해서, 레지스트 잔사(55)가 제거된 것에 의해 노출된 가공 대상 층(2)이 건식 에칭 제거되어서, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 투명 기재층(1)의 표면(1a)이 노출된다.
한편, 하드 마스크층(4)이 마스크로 되고, 하드 마스크층(4)에 마스크된 패턴화 레지스트층(3)은 에칭되지 않고, 또한, 그 패턴화 레지스트층(3)에 마스크된 가공 대상 층(2)도 에칭되지 않는다. 그 결과, 가공 대상 층(2)과 패턴화 레지스트층(3)과 하드 마스크층(4)으로 이루어진 미세 패턴(17)이 형성된다.
또한, 상기 에칭공정 후에, 레지스트 제거액에 침지하여, 하드 마스크층(4)과 패턴화 레지스트층(3)을 제거하는 공정을 행해도 된다. 이 공정을 행함으로써, 실시형태 1의 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 가공 대상 층(2)이 형성된 미세 패턴(10)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 스퍼터법에 의해 하드 마스크층(42)을 형성한 후, 습식 에칭에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)에 형성된 하드 마스크층(42b)의 일부를 제거하는 동시에, 오목부(53)의 밑면(53a)에 형성 된 하드 마스크층(42a)을 완전하게 제거하는 구성이므로, 용이하게 하드 마스크층(4)을 형성할 수 있고, 미세 패턴(17), (10)의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 생산 비용을 저감시킬 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 또 다른 일례에 관하여 설명한다. 도 5(a) 내지 도 5(d)는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법의 또 다른 일례를 설명하는 공정단면도이다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 실시형태 1과 마찬가지로 패턴화 레지스트층 형성공정과, 에칭공정으로 이루어지지만, 에칭공정이 습식 코팅법에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 표면을 덮도록 하드 마스크 소재(40)를 도포한 후, 애싱법 또는 연마법을 이용해서 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)을 노출시켜, 오목부(53)에 남겨진 하드 마스크 소재(40)를 하드 마스크층(4)으로 하는 공정인 점이 실시형태 1에 나타낸 미세 패턴의 제조 방법과 다르다. 또한, 실시형태 1에서 이용한 부재와 마찬가지 부재에 관해서는 마찬가지 부호를 붙여서 나타내고 있다.
(패턴화 레지스트층 형성공정)
실시형태 1에 나타낸 공정과 마찬가지로, 패턴화 레지스트층 형성공정을 행하여, 투명 기재층(1) 위에 가공 대상 층(2)을 형성하고, 또한, 그 가공 대상 층(2) 위에 패턴화 레지스트층(3)을 형성한다.
(에칭공정)
다음에, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 패턴화 레지스트층(3) 위에 습식 코팅법에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 표면을 덮도록 하드 마스크 소재(40)를 도포한다.
여기서, 하드 마스크 소재(40)의 두께(u)는 오목부(53)의 깊이(s)보다도 두껍게 되도록 하드 마스크 소재(40)를 성막한다.
다음에, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 애싱법 또는 연마법을 이용하여, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)이 노출될 때까지, 하드 마스크 소재(40)의 표면쪽(40b)을 제거하고, 오목부(53)에 남겨진 하드 마스크 소재(40)를 하드 마스크층(4)으로 한다.
다음에, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이 하드 마스크층(4) 쪽에서 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 거의 수직인 방향으로 화살표(r)로 나타낸 바와 같이 이방성 에칭을 행한다.
우선, 최초의 이방성 에칭에 의해 패턴화 레지스트층(3)의 노출 부분(50)이 에칭되어서 제거된다. 또, 다음의 이방성 에칭에서는, 그 노출 부분(50)이 제거된 것에 의해 노출된 가공 대상 층(2)이 에칭되어서 제거되어, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이 투명 기재층(1)의 표면(1a)이 노출된다.
이때, 오목부(53)에 남겨진 하드 마스크층(4)을 마스크로 해서, 오목부(53)의 밑면(53a)의 패턴화 레지스트층(3)은 에칭되지 않고, 잔류 부분(50c)으로 된다. 또한, 이 잔류 부분(50c)을 마스크로 해서 가공 대상 층(2)도 에칭되지 않고, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이 가공 대상 층(2)과 패턴화 레지스트층(3)과 하드 마스크층(4)으로 이루어진 미세 패턴(19)이 형성된다.
또한, 상기 에칭공정 후에, 레지스트 제거액에 침지하여, 하드 마스크층(4)과 패턴화 레지스트층(3)을 제거하는 공정을 행해도 된다. 이 공정을 행함으로써, 실시형태 1의 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 투명 기재층(1)의 표면(1a)에 가공 대상 층(2)이 형성된 미세 패턴(10)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 제조 방법은 하드 마스크 소재(40)를 형성한 후, 애싱법 또는 연마법을 이용하여, 패턴화 레지스트층(3)의 윗면(3a)이 노출될 때까지, 하드 마스크 소재(40)의 표면쪽(40b)을 제거하고, 오목부(53)에 남겨진 하드 마스크 소재(40)를 하드 마스크층(4)으로 하는 구성이므로, 용이하게 하드 마스크층(4)을 형성할 수 있어, 미세 패턴(19), (10)의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 생산 비용을 저감시킬 수 있다.
(실시형태 5)
다음에, 본 발명의 실시형태인 광학 소자에 관하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시형태인 광학 소자의 일례를 도시한 도면이며, 도 6(a)는 사시 개략도이며, 도 6(b)는 도 6(a)의 A-A'선에 있어서의 단면모식도다.
도 6에 나타낸 바와 같이 광학 소자(30)는 투명 기재층(1) 위에 금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)과, 패턴화 레지스트층(3)과, 별도의 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)이 적층되어, 이 3층 구조체(70)가 그리드 형상으로 형성되어 서 이루어진 미세 패턴(13)을 구비한 광학 소자(30)이다. 또한, 실시형태 1에서 이용한 부재와 마찬가지 부재에 관해서는 마찬가지 부호를 붙여서 나타내고 있다.
광학 소자(30)에 있어서, 대략 직사각형 단면 형상의 3층 구조체(70)는 투명 기재층(1)의 윗면(1a)에, 폭(W), 높이(l)의 대략 직사각형 단면을 가진 라인으로서 형성되어 있고, 각 라인은 주기(p), 간격(p-W)으로 평행하게 형성되어 있다. 또, 이 3층 구조체(70)의 폭(W), 높이(l) 및 각 라인의 주기(p), 간격(p-W)은 각각 수백㎚ 이하로 형성되어 있다.
또한, 3층 구조체(70)는 금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)과, 패턴화 레지스트층(3)과, 금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)이 적층되어서 구성되어 있다.
투명 기재층(1)는 판 형상 또는 필름 형상의 투명한 재료로 구성되어 있다. 그 때문에, 미세 패턴(13)을 안정적으로 유지시킬 수 있고, 광학 소자(30)로서 안정적으로 사용할 수 있다.
금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)은 예를 들어 Al, Au, Ag 중의 어느 하나의 금속을 1종 이상 함유시켜서 형성한다. 이렇게 함으로써 광학 소자(30)의 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 광학 소자(30)를 그리드 편광자로서 이용할 경우에는, 금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)은 Al로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 소광비를 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)은 복수 종류의 금속으로 이루어진 합금으로서 구성해도 되고, 또한 복수의 금속층으로 이루어진 구성으로 해도 된다.
금속층으로 이루어진 가공 대상 층(2)의 높이(t)는 오목부의 폭(w)을 고려해서 설정한다. 애스펙트비(t/w)가 광학 소자(30)의 소광비(콘트라스트) 및 투과율 등의 광특성에 관계되기 때문이다.
투명 유전체로 이루어진 패턴화 레지스트층(3)은 가시광선영역에서 투명도가 높은 것이면 특별하게 한정되지 않지만, 아크릴계의 재료 함유율을 높임으로써 보다 높은 투과율을 달성하는 것이 가능하다. 이러한 레지스트로서 예를 들어 토요고세이코교사 제품인 PAK-01 등을 이용할 수 있다.
광학 소자(30)의 패턴화 레지스트층(3)의 높이(v)는 200㎚ 이상인 것이 바람직하며, 200㎚ 내지 400㎚인 것이 보다 바람직하다. 3층 구조체(70)에 있어서, 패턴화 레지스트층(3)의 높이(v)를 200㎚ 이상으로 한 경우에는, 가시광선영역에서 박막간섭이 일어나기 어려워져, 소광비(콘트라스트)를 향상시킬 수 있다.
금속층으로 이루어진 하드 마스크층(4)은 예를 들어 Ni, Cr 중의 어느 하나의 금속을 1종 이상 함유시켜서 형성한다. 하드 마스크층(4)의 재료로서는, 내에칭성이 높은 재료가 바람직하고, 예를 들어 Ni, Cr 등의 금속재료는 내에칭성이 높은 재료이며, 특히, Ni는 내에칭성이 높은 재료이고, 모든 에칭 프로세스에서 마스크로서 효과적으로 이용할 수 있다.
또한, 하드 마스크층(4)의 높이(x)는 광학 특성의 관점에서 가능한 한 높게 하는 것이 바람직하다. 하드 마스크층(4)의 애스펙트비(x/w)가 클수록, 광학 소자(30)의 소광비(콘트라스트) 및 투과율의 향상에 기여하기 때문이다.
미세 패턴(13)은 3층 구조체(70)가 그리드 형상으로 형성되어서 구성되어 있 다. 그 때문에, 그리드 편광자 등의 광학 소자로서 사용할 수 있다. 그 경우에는, 미세 패턴(13)은 폭(W) 및 높이(l)가 가능한 한 일정한 오차범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 이러한 미세 패턴(13)은 일례이며, 앞서의 실시형태에 기재한 바와 같이, 미세 패턴(15), (17) 및 (19) 등을 사용할 수 있다.
또, 복수의 라인이 평행하고 또한 미세한 간극을 두고 배치된 패턴이면, 각 라인의 배치 위치, 접속 관계, 라인 폭 등을 변화시킨 각종 패턴을 채용할 수 있다. 또한, 가공 오차 등에 기인하는 허용범위의 미세한 형상의 변화를 가지고 있어도 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명한다.
그러나, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
(실시예 1)
(패턴화 레지스트층 형성공정)
투명 기재층로서 유리 기판을 이용하고, 그 표면을 공지의 세정 방법으로 세정한 후, 증착법을 이용하여, Al로 이루어진 금속층을 막두께 175㎚로 성막하였다.
다음에, 금속층 위에 레지스트로서 토요고세이코교사 제품인 PAK-01을 도포하고, 나노임프린트법을 이용해서 금형 형상을 전사(패터닝)하였다. 이에 따라, 주기 140㎚, 폭 70㎚, 높이 275㎚의 오목부를 가진 패턴화 레지스트층을 형성하였다.
(에칭공정)
다음에, 경사 증착법을 이용하여, 증착 각도 θ=45°에서 패턴화 레지스트층의 윗면에 Cr로 이루어진 하드 마스크층을 막두께 25㎚로 형성하였다.
다음에, 하드 마스크층쪽에서 투명 기재층의 표면에 거의 수직인 방향으로 이방성 에칭을 행하여, 미세 패턴의 오목부에 남기고, 레지스트 잔사의 에칭 제거를 행하였다. 이 에칭에 있어서는, 가스종으로서 O2를 이용하고, 상기 가스 가스압은 1㎩로 하고, 바이어스 전력은 500W로 하였다.
또한, 금속층의 에칭을 행하였다. 이 에칭은 2단계로 나뉠 수 있고, 전반부의 스텝에서 금속층 표면의 자연 산화막의 제거, 후반부의 스텝에서 금속층 본체의 에칭을 각각 행한다. 가스종으로서 전반부의 스텝에서는 BCl3를, 후반부의 스텝에서는 Cl2를 각각 이용하고, 상기 가스 가스압은 각각 1㎩, 바이어스 전력은 500W로 하였다.
이와 같이 해서, 투명 기재층로서 유리 기판을 이용하고, 금속층으로서 Al(높이 175㎚, 폭 70㎚), 패턴화 레지스트층으로서 토요고세이코교사 제품인 PAK-01(높이 275nm, 폭 70nm)을 이용하고, 하드 마스크층으로서 Cr(높이 25㎚, 폭 70㎚)을 이용한 3층 구조체로 이루어진 미세 패턴(주기 140㎚)을 상기 유리 기판 위에 형성하였다.
이 광학 소자의 광특성은 투과율 34.2%, 소광비(콘트라스트) 99500이었다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 금속층의 막두께를 200㎚로 한 것 이외에는 마찬가지로 해서, 금속층으로서 Al(높이 200㎚, 폭 70㎚), 패턴화 레지스트층으로서 토요고세이코교사 제품인 PAK-01(높이 275㎚, 폭 70㎚)을 이용하고, 하드 마스크층으로서 Cr(높이 25㎚, 폭 70㎚)을 이용한 3층 구조체로 이루어진 미세 패턴(주기 140㎚)을 상기 유리 기판 위에 형성하였다.
이것을 레지스트 제거액에 침지하여, 패턴화 레지스트층 및 하드 마스크층을 제거하고, 금속층으로서 Al(높이 200㎚, 폭 70㎚)로 이루어진 미세 패턴(주기 140㎚)을 유리 기판 위에 형성한 광학 소자를 형성하였다.
이 광학 소자의 광특성은 투과율 39.7%, 소광비(콘트라스트) 48600이었다.
(비교예 2)
실시예 1에 있어서, 막두께 175nm의 Al을 형성한 후, 그 위에 막두께 25nm의 Cr를 형성해서 금속층으로 한 것 이외에는 마찬가지로 해서, Al(높이 175㎚, 폭 70㎚)과 Cr(높이 25㎚, 폭 70㎚)로 이루어진 2층 구조체의 금속층을 구비하고, 패턴화 레지스트층으로서 토요고세이코교사 제품인 PAK-01(높이 275㎚, 폭 70㎚)을 이용하고, 하드 마스크층으로서 Cr(높이 25㎚, 폭 70㎚)을 이용한 미세 패턴(주기 140㎚)을 상기 유리 기판 위에 형성하였다.
이것을 레지스트 제거액에 침지하여, 패턴화 레지스트층 및 하드 마스크층을 제거하고, Al(높이 175㎚, 폭 70㎚)과 Cr(높이 25㎚, 폭 70㎚)로 이루어진 2층 구조체의 금속층의 미세 패턴(주기 140㎚)을 유리 기판 위에 형성한 광학 소자를 형성하였다.
이 광학 소자의 광특성은 투과율 36.7%, 소광비(콘트라스트) 39300이었다.
본 발명은 미세 패턴의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체 소자 혹은 광학 소자에 이용할 수 있는 것이며, 광학부재 산업 혹은 반도체 산업에 있어서 이용 가능성이 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 일례를 나타낸 공정단면도;
도 2는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 일례를 나타낸 공정단면도;
도 3은 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 일례를 나타낸 공정단면도;
도 4는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 일례를 나타낸 공정단면도;
도 5는 본 발명의 실시형태인 미세 패턴의 일례를 나타낸 공정단면도;
도 6은 본 발명의 실시형태인 광학 소자의 일례를 나타낸 단면모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1…기판 1a: 윗면
2: 가공 대상 층 3: 패턴화 레지스트층
3a: 윗면 4: 하드 마스크층
10, 13, 15, 17, 19: 미세 패턴 30: 광학 소자
40: 하드 마스크 소재 40b: 표면쪽
42, 42a, 42b: 하드 마스크층 44: 오목부
45: 볼록부 46: 금형
48: 레지스트 50: 노출 부분
50c: 잔류 부분 53: 오목부
53a: 밑면 53b, 53c: 내벽면
55: 레지스트 잔사 70 : 구조체

Claims (11)

  1. 투명 기재층(基體) 위에 가공 대상 층을 형성하는 공정;
    상기 가공 대상 층 위에 투명 유전체로 이루어진 레지스트층을 형성하고, 상기 레지스트층을 나노임프린트법에 의해 패터닝함으로써, 상기 레지스트층의 윗면에 볼록부와 오목부를 가진 패턴화 레지스트층을 작성하는 패턴화 레지스트층 형성공정; 및
    상기 패턴화 레지스트층의 볼록부 위에 금속층으로 이루어진 하드 마스크층을 형성하는 공정;
    상기 오목부의 바닥부에 남겨진 레지스트 잔사를 에칭해서 제거하여 그 하부의 가공 대상 층을 노출시키고, 상기 패턴화 레지스트 패턴층을 마스크로 해서 노출된 상기 가공 대상 층을 에칭하는 에칭공정을 포함하는 미세 패턴의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공대상층 에칭공정 후에, 상기 하드 마스크층과 상기 패턴화 레지스트층을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가공 대상 층은 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정은 상기 레지스트 잔사와, 금속층으로 이루어진 상기 가공 대상 층에 형성된 자연 산화물막과, 상기 가공 대상 층을 순차 에칭하는 공정인 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정에 있어서, 상기 레지스트 잔사의 에칭 가스로서 O2, CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하고,
    상기 자연 산화물막의 에칭 가스로서 CF4, CHF3, Ar, HCl, Cl2, BCl3, H2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하며,
    상기 금속층의 에칭 가스로서 CF4, CHF3, Ar, Cl2 및 N2 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용하고,
    가스압을 0.1 내지 10㎩로 하며,
    바이어스 전력을 10 내지 2000W로 하는 조건으로 건식 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정에 있어서, 증착법에 의해 상기 패턴화 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정에 있어서, 경사 증착법에 의해 상기 패턴화 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정에 있어서, 상기 패턴화 레지스트층의 윗면에 있어서의 두께가 상기 오목부의 바닥부에 있어서의 두께보다도 두껍게 되도록, 상기 하드 마스크층을 스퍼터법에 의해 형성한 후, 습식 에칭을 행하여 상기 오목부 내의 상기 하드 마스크층만을 제거하고, 상기 패턴화 레지스트층의 윗면에 상기 하드 마스크층을 형성하고 나서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭공정에 있어서, 상기 오목부를 가진 상기 패턴화 레지스트층의 표면을 덮도록 하드 마스크 소재를 습식 코팅법에 의해 도포한 후, 애싱법 또는 연마법을 이용해서 상기 패턴화 레지스트층의 윗면을 노출시켜, 상기 오목부에 남은 하드 마스크 소재를 상기 하드 마스크층으로 해서, 상기 패턴화 레지스트층의 노출 부분을 에칭 제거하고 나서, 상기 패턴화 레지스트층의 잔류 부분을 마스크로 해서 상기 가공 대상 층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 제조 방법.
  10. 투명 기재층 위에 그리드 형상으로 형성되어서 이루어진 미세 패턴이 형성되어 있고,
    상기 미세 패턴은 금속층과, 상기 금속층 위에 적층된 투명 유전체층과, 상기 투명 유전체층 위에 형성된 별도의 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 투명 유전체층의 높이는 200㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
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