KR20120139711A - 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법 - Google Patents

임프린트용 몰드 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20120139711A
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이사오 아메미야
이꾸르 기무라
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호야 가부시키가이샤
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    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Abstract

기재 상에 평탄화제에 의해 이루어지는 층을 갖는 평탄화층이 형성되고, 상기 평탄화층 상에 미세 패턴 형성용 층을 갖는 층이 형성된 임프린트용 몰드를 제공한다.

Description

임프린트용 몰드 및 그 제조 방법{MOLD FOR IMPRINTING AND PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 몰드 표면에 미세 패턴을 형성하는 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 기계 가공의 분야나 전자 회로의 분야에서는, 미크론 오더의 가공이 이루어지고 있지만, 종래는 그 가공의 제어 등 시에 가시광을 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 가시광으로는 미크론 오더의 제어밖에 할 수 없다는 한계가 있었다.
이에 대해, 스탭퍼라고 불리는 장치에 있어서, 자외선 레이저나 극자외선 광원 가시광보다 짧은 파장의 광이나 전자선을 사용함으로써, 미크론 오더로부터 수 10㎚의 나노 오더의 가공이 가능하게 되었다.
그 한편, 미크론 오더의 가공에서 조차, 패턴을 형성하는데도 상당한 시간을 필요로 한다. 그로 인해, 나노 오더의 미세 가공에서는 필요로 하는 시간이 더 증가한다. 게다가, 자외선 레이저나 극자외선 광원을 사용할 경우, 장치도 대형화로 되고, 비용도 증대한다. 또한, 전자선으로 노광?현상해서 미세 가공을 행하는 방법은 축차 가공이며, 작업 효율이 떨어져 버린다.
다른 한편으로, 통상의 미세한 패턴 전사로서, 통상 광을 사용해서 글래스판 상에 형성된 마스크 패턴을 노광에 의해 전사하는 방법, 즉 포토리소그래피법이 종래의 방법으로서 존재한다. 그러나, 포토리소그래피를 사용해도, 광의 해상도에 의존하게 되어, 나노 오더의 미세 패턴을 형성할 때에는 한계가 있다.
이 문제에 대하여, 최근 미세 패턴이 형성된 몰드를 사용하여, 피전사재에 미세 패턴을 도장과 같이 전사하는 방법인 나노 임프린트 기술에 주목이 집중되고 있다. 이 나노 임프린트 기술에 의해, 수 10㎚ 레벨이라고 하는 미세 구조를 저렴하고 재현성 좋고 게다가 대량으로 제작할 수 있다.
또한, 임프린트 기술은 크게 나누어서 2종류가 있고, 열 임프린트와 광 임프린트가 있다. 열 임프린트는 미세 패턴이 형성된 몰드를 피성형 재료인 열가소성 수지에 가열하면서 압박하고, 그 후에 피성형 재료를 냉각?이형하고, 미세 패턴을 전사하는 방법이다. 또한, 광 임프린트는 미세 패턴이 형성된 몰드를 피성형 재료인 광 경화성 수지에 압박해서 자외광을 조사하고, 그 후에 피성형 재료를 이형하여, 미세 패턴을 전사하는 방법이다.
어느 쪽의 임프린트법을 사용하더라도, 보다 미세한 패턴을 보다 큰 피성형 재료 상에 전사하는 것이 필요하게 된다. 이것을 행하기 위해서 사용되는 방식으로서는, 몰드와 피성형 재료를 한번에 프레스하는 일괄 전사 방식이나, 평판 몰드를 사용해서 상기의 임프린트법을 반복해서 행해서 최종적으로 대면적의 기재에 미세 패턴을 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식, 롤러 방식 등을 들 수 있다(예를 들어 특허문헌 1 및 2 참조).
일본 특허 출원 공개 제2005-5284호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-73902호 공보
미세 패턴 전사를 위해서는, 원형(元型)으로 되는 임프린트용 몰드에 미세 패턴이 형성되어 있을 필요가 있다. 이 미세 패턴 형성에는, 청색 레이저나 전자 비임(EB) 등에 의한 미세 패턴 형성용 층에의 직접 묘화나, 레지스트에 대한 미세 패턴의 묘화?현상후에 미세 패턴 형성용 층에의 에칭 처리를 행하는 등의 수단이 사용되고 있다.
이 미세 패턴의 묘화를 행할 때에는, 통상 기재 표면에 초점을 맞춘 후에 레이저 조사를 행한다. 그런데, 기재 표면에 흠결이 존재할 경우, 즉 기재 표면의 평탄도가 낮을 경우, 평탄하지 않은 기재 표면에 초점을 맞추게 된다. 그 경우, 미세 패턴의 묘화를 행할 때에, 미세 패턴의 형상 재현성이 저하될 우려가 있다.
확실히, 통상 묘화 장치에는 오토 포커스 기능이 탑재되어 있고, 나노 오더의 흠집이면 포커스 에러를 일으키기 어렵다. 그러나, 미크론 오더의 흠집이면, 오토 포커스 기능을 사용했다고 해도 포커스 에러가 발생할 우려가 있다. 이 포커스 에러 때문에, 묘화 장치에 기억된 미세 패턴을 임프린트용 몰드 상에 고정밀도로 재현할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 기재의 표면 거칠기가 경감되고, 그 결과 높은 패턴 정밀도의 미세 패턴을 갖는 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 형태는, 기재 상에 평탄화제로 이루어지는 층을 갖는 평탄화층이 형성되고, 상기 평탄화층 상에는 미세 패턴을 갖는 층이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 기재는 스테인리스강으로 이루어지는 원통형 기재이며, 상기 평탄화제는 폴리실라잔(polysilazane)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 형태는, 제1 또는 제2 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층을 포함하고, 상기 산화크롬층의 두께는 100㎚보다 크고, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 100㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 형태는, 제1 또는 제2 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며, 상기 미세 패턴 형성용 층은 질화크롬층을 포함하고, 상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 형태는, 제1 또는 제2 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층 및 질화크롬층을 포함하고, 상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 형태는, 제1 또는 제2 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며, 상기 미세 패턴 형성용 층은 아몰퍼스카본층을 포함하고, 상기 아몰퍼스카본층의 두께는 50㎚보다 크고, 상기 미세 패턴 형성용 층의 두께는 50㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 형태는, 기재 상에 평탄화제를 도포하는 기재 표면 평탄화 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법이다.
본 발명의 제8 형태는, 제7 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 기재는 스테인리스강으로 이루어지는 원통형 기재이며, 상기 평탄화제는 폴리실라잔인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 형태는, 제7 또는 제8 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 기재 표면 평탄화 공정 후에, 평탄화제로 이루어지는 층을 갖는 평탄화층 상에 미세 패턴 형성용 층을 갖는 층을 형성하고, 그 위에 더 미세 패턴 형성용의 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 레지스트층에 대하여 미세 패턴을 묘화해서 현상하는 묘화 공정과, 상기 묘화 공정 후, 미세 패턴 형성용 층을 에칭해서 미세 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10 형태는, 제9 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층을 포함하고, 상기 산화크롬층의 두께는 100㎚보다 크고, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 100㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제11 형태는, 제9 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 질화크롬층을 포함하고, 상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제12의 형태는, 제9 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층 및 질화크롬층을 포함하고, 상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제13의 형태는, 제9 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 아몰퍼스카본층을 포함하고, 상기 아몰퍼스카본층의 두께는 50㎚보다 크고, 상기 미세 패턴 형성용 층의 두께는 50㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제14의 형태는, 제9 형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 묘화 공정에 있어서는, 청색 레이저 묘화를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기재의 표면 거칠기가 경감되어, 그 결과 높은 패턴 정밀도의 미세 패턴을 갖는 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 있어서의 임프린트용 몰드의 제조 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 임프린트용 몰드의 개략도이고, (a)는 사시도, (b)는 정면도, (c)는 (b)의 A-A' 부분의 단면도이다.
도 3은 미세 패턴 묘화 시의 포커스 맞춤에 대해서 설명한 개략도이고, (a)는 본 실시예, (b)는 종래예에 있어서의 개략도이다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
도 5는 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
도 6은 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
도 7은 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
도 8은 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
도 9는 본 실시예에 있어서의 미세 패턴의 정밀도를 도시하는 사진도이다.
앞서 서술한 바와 같이, 임프린트를 행할 때에는, 원형으로 되는 마스터 몰드 또는 서브마스터 몰드에 형성된 미세 패턴이 높은 패턴 정밀도를 갖고 있는지 여부가 포인트가 된다. 그리고, 이 높은 패턴 정밀도는 기재의 표면 거칠기, 즉 기재의 평탄도에 기인하는 바가 많다.
이와 같은 상황하에 있어서 본 발명자는, 임프린트 몰드의 기초 부분이 되는 기재 상에 평탄화제를 도포한 후, 미세 패턴 형성용 층을 형성하는 것을 상도했다. 이에 의해, 미세 패턴 묘화 시에, 평탄화제로 이루어지는 평탄한 표면 상에 포커스를 맞출 수 있는 것을 발견했다. 그리고, 높은 평탄도를 갖는 표면 상에 미세 패턴을 갖는 미세 패턴 형성용 층을 형성할 수 있어, 그 결과 높은 정밀도로 미세 패턴을 형성할 수 있는 것을 발견했다.
그것에 추가로, 본 발명자는, 상기 평탄화제로 이루어지는 층을 갖는 평탄화층의 상에 평탄화제보다도 불투명한 층을 미세 패턴 형성용 층(8)의 적어도 일부로서 의도적으로 형성하는 것을 상도했다. 이에 의해, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 미세 패턴 묘화 시의 포커스를 이 불투명한 층 상에 확실하게 맞출 수 있는 것을 발견했다. 구체적으로는, 도 3의 (b)에 도시되는 것과 같은 사태를 억제, 즉 평탄화층에 의해 절각(折角) 기재를 평탄화했음에도 불구하고, 미세 패턴 묘화 시의 포커스가 평탄화층 통과해서 지나가 거친 표면 기재 상에 맞워지는 것을 억제할 수 있는 것을 발견했다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도 1에 기초하여 설명한다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 "평탄도(진원도 또는 평면도)"는 몰드 기재의 표면 거칠기를 나타내는 지표이며, 흠결 등이 없는 부분의 표면의 기하학적 평면으로부터의 어긋남의 크기를 나타내는 것이며, JIS B 0182에서 정의되는 지표이다.
<실시형태 1>
도 1은 본 실시형태에 있어서의 임프린트용 몰드(1)(이후, 단순히 몰드(1)라고도 한다)의 제조 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1의 (a)는 몰드 기재(2)를 도시하고, 도 1의 (b)는 몰드 기재(2)에 평탄화제로 이루어지는 평탄화층(6)을 형성한 모습을 도시한다. 또한, 도 1의 (c)는 그 평탄화층(6)의 위에 밀착층(7), 미세 패턴 형성용 층(8), 레지스트층(9)을 이 순서대로 적층한 모습을 도시하고, 도 1의 (d)는 이 레지스트층(9)에 대하여 미세 패턴을 묘화?현상한 모습을 도시한다. 그리고 도 1의 (e)는 미세 패턴 형성용 층(8)에 대하여 에칭을 행한 모습을 도시하고, 도 1의 (f)는 에칭후에 세정을 행하고, 몰드(1)를 완성시킨 모습을 도시하는 도면이다. 도 1의 (f)에 도시한 바와 같이, 몰드 기재(2) 상에 평탄화층(6)이 형성되고, 상기 평탄화층(6) 상에 밀착층(7) 및 미세 패턴이 형성된 미세 패턴 형성용 층(8)이 형성된 임프린트용 몰드를 얻을 수 있다.
이와 같은 공정을 거쳐서 완성한 임프린트용 몰드의 개관도를 도 2에 도시한다. 도 2는 본 실시형태에 있어서의 임프린트용 몰드의 개략도이며, (a)는 사시도, (b)는 정면도,(c)는 (b)의 A-A' 부분의 단면도이다. 이하, 도 1 및 도 2에 기초하여, 본 실시형태에 관한 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 서술한다.
(기재의 준비)
우선 도 1의 (a)에 도시하는 것과 같은 임프린트용 몰드(1)를 위한 몰드 기재(2)를 준비한다.
이 몰드 기재(2)는 임프린트용 몰드(1)로서 사용할 수 있는 것이라면 어떤 조성의 것이어도 좋다. 공업용으로서의 내구성을 고려하면, 금속 또는 스테인리스강과 같은 합금제 기재를 들 수 있다. 그 밖에도, 석영 등의 글래스, SiC, 실리콘 웨이퍼, 또한 실리콘 웨이퍼 상에 SiO2층을 형성한 것, 그래파이트, 글래스 카본, 카본 파이버 강화 플라스틱(CFRP)의 카본계 재료 등을 들 수 있다.
또한, 몰드 기재(2)의 형상에 대해서 이지만, 임프린트용 몰드로서 사용할 수 있는 것이라면 형상은 제한되지 않는다. 예를 들어, 몰드 기재(2)의 형상으로 서, 원반 형상 기재나, 원통 형상 기재 등을 들 수 있다. 원반 형상이면, 평탄화제 등을 도포할 때, 원반 몰드 기재(2)를 회전시키면서 평탄화제 등을 균일하게 도포할 수 있다. 또한, 원통 형상이면, 롤러 방식에서의 임프린트가 가능해 지기 때문에, 대량 생산에 적합하다.
또한, 몰드 기재(2)의 형상은 원반 형상 이외이라도 좋고, 직사각형, 다각형, 반원 형상이여도 좋다. 또한, 원통 형상 이외에는, 몰드 기재(2)의 형상으로 서, 원기둥이나 3각기둥이나 4각기둥과 같은 다각형 형상을 들 수 있지만, 원기둥 또는 원통형의 쪽이 연속적 또한 균일하게 피전사재에 미세 패턴을 전사할 수 있기 때문에, 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 몰드 기재(2)가 어떤 형상이여도, 임프린트용 몰드 제조의 기초로서 사용되는 것을 "기재"라고 하는 것으로 한다.
본 실시형태에 있어서는, 중심 부분이 공동인 원통 형상의 스테인리스강으로부터 이루어지는 몰드 기재(2)를 사용해서 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이 몰드 기재(2)는 좌우 양측 몰드 단부면, 몰드 외주면(20), 물질적으로는 형성되지 않는 회전축(3)을 갖고 있다.
(평탄화제의 도포)
상술한 바와 같이, 임프린트용 몰드(1)에 사용되는 기재에 있어서는, 미크론 오더의 흠집이 미세 패턴의 재현성에 큰 영향을 줄 우려가 있다.
그로 인해, 본 실시형태에 있어서는, 종래와 같이 몰드 기재(2)의 표면에 직접적으로 미세 패턴을 갖는 층을 형성하는 것이 아니고, 평탄화제에 의해 기재 표면이 평탄화된 평탄화제로 이루어지는 층(이후, 평탄화층(6)이라고도 한다)을 몰드 기재(2) 상에 형성한다. 이하, 이 기재 표면 평탄화 공정에 대해서 상세하게 서술한다.
우선, 평탄화제의 선정을 행한다. 이 평탄화제로서는, 종래 사용되는 액체형상의 평탄화막화제를 들 수 있지만, 구체적으로는 폴리실라잔, 메틸실록산, 금속 알콕시드 등을 들 수 있다. 또한, 양호한 평탄성을 유지할 수 있는 것이라면, 평탄화층(6)을 구성하는 물질로서 상기의 물질만을 사용해도 좋고, 상기에 예시한 물질을 혼합한 것을 사용해도 상관없다.
다음에, 회전축(3)을 수평으로 한 상태에서 몰드 기재(2)를 유지하고, 몰드 기재(2) 하방에 평탄화제 포함 용기를 준비한다. 그 후, 몰드 기재(2)를 하방으로 내리고, 상기 몰드 기재(2)의 외주면의 일부와 평탄화제를 접촉시킨다. 그리고, 몰드 기재(2)의 일부를 평탄화제에 침지시킨다.
여기서는, 평탄화제에 대하여, 몰드 기재(2)를 회전축 방향에 대하여 평행하게 접촉시키는 것이 바람직하다. 평행하게 접촉시킴으로써, 몰드 기재(2)에 있어서의 침지 부분에 있어서, 좌우 양측 몰드 단부면의 사이에서 도포의 정도에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 평탄화제의 도포에 불균일을 발생시키지 않게 된다.
이와 같이, 평탄화제와 몰드 기재(2)를 상기 회전축 방향에 대하여 평행하게 접촉시킨 상태에서, 상기 몰드 기재(2)를 복수의 롤러(107)에 의해 회전시켜서, 상기 몰드 외주면(20)에 상기 평탄화제를 도포한다(도 1의 (b)). 또한, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 몰드 기재(2)를 롤러(107)에 의해 회전시키기 위한 부분을 몰드 기재(2)에 별도로 형성해도 좋다.
이때의 회전 속도 및 회전수는 평탄화제를 몰드 기재(2)에 충분히 도포할 수 있게 설정한다.
(미세 패턴의 형성)
본 실시형태에 있어서는, 상술한 바와 같이 도포된 평탄화제로 이루어지는 평탄화층(6)의 상에 밀착층(7), 미세 패턴 형성용 층(8), 레지스트층(9)을 이 순서대로 적층한다(도 1의 (c)). 그 후, 레지스트층(9)에 대하여 전자 비임 노광을 행하고, 에칭 처리를 행한다(도 1의 (d) 및 (e)). 이에 의해, 몰드 기재(2)상에 있는 미세 패턴 형성용 층(8)에 대하여 미세 패턴을 형성한다(도 1의 (f)).
우선, 평탄화층(6)의 상에 형성되는 밀착층(7)에 대해서이지만, 이것은 미세 패턴 형성용 층(8)과, 평탄화층(6), 나아가서는 몰드 기재(2)를 접착시키기 위한 것이다. 밀착층(7)으로서 사용되는 것이면 어떤 물질이라도 좋지만, 바람직하게는 아몰퍼스실리콘층이다. 또한, 평탄화층(6) 상에 미세 패턴 형성용 층(8)을 형성할 때에 양호하게 접착할 수 있으면, 밀착층(7)을 형성하지 않아도 좋다. 본 실시형태에 있어서는, 평탄화층(6) 상에 밀착층(7)을 형성했을 경우에 대해서 설명한다.
그리고, 밀착층(7) 상에 형성되는 미세 패턴 형성용 층(8)에 대해서 이지만, 본 실시형태에 있어서는, 미세 패턴 형성용 층(8)의 적어도 일부가 불투명한 층인 것이 바람직하다. 또한, 불투명한 층을 갖는 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 파장 405㎚에 있어서의 투과율은 적당한 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 미세 패턴 형성용 층(8)이 적층된 몰드 기재(2)의 상부로부터 레이저 광(109)을 조사할 때, 패턴 묘화 시의 레이저 광(109)의 포커스를 이 불투명한 층 상에 확실하게 맞출 수 있다. 보다 상세하게 말하면, 도 3의 (b)에 도시하는 것과 같은 사태를 억제, 즉 평탄화층(6)에 의해 절각 몰드 기재(2)를 평탄화했음에도 불구하고, 미세 패턴 묘화 시의 레이저 광(109)의 포커스가 평탄화층(6) 통과해서 지나가 거친 조표면 기재상의 흠결(108)의 부분에 맞춰지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 투과율의 적당한 범위에 대해서는 본 발명자가 예의 연구중이다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 "불투명한 층"은, 미세 패턴 형성용 층(8)이 적층된 기재상으로부터 패턴 묘화의 포커스 맞춤을 행했을 때에, 상기 불투명한 층 상에서 포커스 맞춤이 행해지는 정도로 불투명한 층인 것을 말한다. 미세 패턴 형성용 층(8)의 일부에 이 불투명한 층을 형성하는 경우, 이 불투명한 층 상에 포커스를 맞추게 되기 때문에, 불투명한 층은 미세 패턴 형성용 층(8)에 있어서 주 표면측(레이저 조사측이며 레지스트층(9)에 근접하는 부분)에 배치되는 것이 바람직하다.
여기에 열거한 불투명한 층으로서는, 산화크롬층(CrOx), 질화크롬층(CrNx), 아몰퍼스카본층 등을 구체적으로 들 수 있다. 이들의 층은 미세 패턴 형성용 층(8) 그 자체로서 사용해도 좋다.
여기서, 미세 패턴 형성용 층(8)이 산화크롬층을 포함할 경우, 산화크롬층의 두께는 100㎚보다 크게 하고, 또한 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 두께는 100㎚보다 크고 1㎛ 이하이면 더욱 바람직하다. 100㎚ 이상이면, 산화크롬층상에서 충분히 포커스 맞춤을 행할 수 있다. 1㎛ 이하이면, 패턴 전사 시의 실용에 견디는 것이 가능하다.
또한, 미세 패턴 형성용 층(8)이 질화크롬층을 포함할 경우, 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 또한 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 질화크롬층의 두께는 30㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 미세 패턴 형성용 층(8)이 산화크롬층 및 질화크롬층으로 이루어질 경우, 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며, 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 질화크롬층쪽이 산화크롬층보다도 불투명한 것이기 때문에, 질화크롬층이 주로 해서 불투명한 층의 역할을 행한다. 그로 인해, 적층하는 순서로서는 산화크롬층 상에 질화크롬층을 형성하는 것이 바람직하다. 레이저 광(109)의 포커스를 확실하게 상층의 질화크롬층에 맞출 수 있고, 그 후의 산화크롬층에 대한 에칭에 있어서 정일하고 치밀한 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 미세 패턴 형성용 층(8)에 있어서 상대적으로 불투명한 층을 상층에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 산화크롬층 및 질화크롬층 이외에도 아몰퍼스카본층을 사용해도 된다. 아몰퍼스카본층은, 산화크롬층 만큼 높은 투명성을 갖지 않기 때문에, 미세 패턴 묘화 시에, 몰드 기재(2)에 초점이 맞춰지는 것을 방지할 수 있다. 아몰퍼스카본층의 경우, 아몰퍼스카본층의 두께는 50㎚보다 크게 하고, 또한 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 두께는 50㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
여기서 열거된 각 물질로 이루어지는 층의 두께가 상기 범위에 있으면, 평탄화층(6) 표면에 형성된 미세 패턴 형성용 층(8)에 확실하게 레이저 광(109)의 포커스를 맞출 수 있다. 또한, 미세 패턴 형성용 층(8) 전체의 두께가 상기 범위에 있으면, 미세 패턴 형성용 층(8)에 확실하게 포커스를 맞출 수 있는 동시에, 적절한 어스펙트비를 갖는 미세 패턴을 형성할 수 있다.
그 후, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 미세 패턴 형성용 층(8)에 청색 레이저 묘화용의 레지스트층(9)을 성막한다. 청색 레이저 묘화용의 레지스트층(9)으로서는, 열 변화에 의해 상태 변화하는 감열 재료로서, 그 후의 에칭 공정에 적합한 것이여도 좋다. 또한, 감광재료이여도 좋다. 이때, 조성 경사시킨 산화 텅스텐(WOx)으로 이루어지는 무기 레지스트층이면, 해상도 향상이라고 하는 점에서 더욱 바람직하다.
그 후, 묘화된 레지스트층(9)을 갖는 몰드 기재(2)에 대하여 현상을 행함으로써, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, 소망의 미세 패턴(즉, 최종적으로 얻어지는 제품에 형성된 미세 패턴에 대하여 반전한 패턴)을 갖는 레지스트층(9)이 얻어진다.
상술한 바와 같이 레지스트층(9)에 미세 패턴을 실시한 후, 이 레지스트층(9)을 에칭 마스크로 해서, 미세 패턴 형성용 층(8)에 대하여 에칭 가공을 행한다. 이에 의해, 스테인리스강의 몰드 기재(2)에 대하여, 미세 패턴이 형성된 미세 패턴 형성용 층(8)을 형성할 수 있다. 이 에칭 가공은 종래의 방법을 사용하면 좋다. 예를 들어, 염소 가스 및 산소 가스에 의한 드라이 에칭을 들 수 있다.
이 에칭 가공에 의해, 도 1의 (e)에 도시한 바와 같이, 소망의 미세 패턴을 갖는 레지스트층(9) 부착 몰드 기재(2)가 얻어진다.
이 레지스트층(9) 부착 몰드 기재(2)에 대하여, 알칼리 세정, 이소프로판올에 의한 증기 건조를 행해서 레지스트층(9)을 제거한다. 이에 의해, 도 1의 (f)에 도시한 바와 같이, 몰드 외주면(20)에 소망의 미세 패턴이 전사된 몰드(1)를 제작할 수 있다.
또한, 이때의 미세 패턴은 나노 오더로부터 마이크로 오더까지의 범위의 패턴이여도 좋지만, 수㎚ 내지 수 100㎚의 나노 오더의 주기 구조이면 더 좋다. 구체적인 예를 들면, 라인?앤드?스페이스의 패턴이나, 복수의 미세한 요철로 이루어져 있는 미세 돌기 구조이다. 그 단면 형상으로서는, 1차원 주기 구조의 경우, 삼각, 사다리꼴, 사각 등을 들 수 있다. 2차원 주기 구조의 경우, 미세 돌기의 형상은, 정확한 원추(모선이 직선)이나 각추(능선이 직선) 뿐만 아니라, 임프린트후의 빼냄을 고려해서 앞이 가늘게 되어 있는 한, 모선이나 능선 형상이 곡선을 이루고, 측면이 외측으로 부풀어 오른 곡면인 것이여도 좋다. 구체적인 형상으로는, 조종(釣鐘), 원추, 원추대, 원기둥 등을 들 수 있다. 이후, 이 주기 구조에 있어서의 주기를 피치라고도 하고, 미세 돌기 정점 간의 거리를 나타낸다.
게다가, 성형성이나 내파손성을 고려하여, 선단부를 평탄하게 하거나, 라운딩 처리하거나 해도 좋다. 또한, 이 미세 돌기는 일방향에 대하여 연속적인 미세 돌기를 제작해도 좋다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 임프린트용 몰드가 구성된다. 상기 실시형태에 따르면, 이하의 효과를 발휘한다.
즉, 임프린트 몰드의 기초 부분이 되는 기재 상에 평탄화제를 도포해서 평탄화층을 형성하고, 그 위에 미세 패턴 형성층을 형성함으로써, 평탄한 표면 상에 미세 패턴을 형성할 수 있다.
그 결과, 미세 패턴 묘화 시에, 평탄화제로 이루어지는 평탄한 표면 상에 포커스를 맞출 수 있다. 게다가, 높은 평탄도를 갖는 표면 상에 미세 패턴이 형성된 미세 패턴 형성용 층(8)을 형성할 수 있다. 그 결과, 높은 정밀도로 미세 패턴을 형성할 수 있다.
이에 추가해서, 상기 평탄화제를 포함하는 평탄화층 상에 불투명한 미세 패턴 형성용 층을 형성함으로써, 미세 패턴 묘화 시의 포커스를 이 불투명한 층 상에 확실하게 맞출 수 있다. 즉, 평탄화층에 의해 절각 기재를 평탄화했음에도 불구하고, 미세 패턴 묘화 시의 포커스가 평탄화층 통과해서 지나가 거친 표면 기재 상에 맞춰지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 더욱 높은 정밀도로 미세 패턴 형성층을 형성할 수 있다.
<실시형태 2>
실시형태 1에 있어서는, 평탄화제로서 투명성이 높은 물질을 사용했다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 평탄화제로서 불투명성을 갖는 물질을 사용한다. 이와 같이 함으로써, 미세 패턴 형성용 층(8)에서 불투명한 층을 사용하지 않더라도, 패턴 묘화의 포커스가 거친 표면의 기재 상에 맞춰지는 것을 억제할 수 있다. 즉, 평탄화제 그체가 불투명한 것이기 때문에, 평탄화된 평탄화층(6)의 표면에 확실하게 패턴 묘화의 포커스를 맞출 수 있다. 그로 인해, 평탄화층(6)의 상에 미세 패턴을 갖는 레지스트층(9)을 직접 형성하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 웨이퍼와 같이, 몰드 기재(2)의 표면이 원래 어느 정도의 평탄성을 갖고 있으면, 평탄화제로서 투명성이 높은 물질을 사용했을 경우에도, 평탄화층(6)의 상에 미세 패턴을 갖는 레지스트층(9)을 직접 형성하고, 그것을 가지고 임프린트용 몰드로 하는 것도 가능해진다.
불투명성을 갖는 평탄화제로서는, 예를 들어 색소 첨가제를 첨가한 평탄화제를 들 수 있다. 또한, 평탄화제에 투명성을 갖는 물질을 사용했을 경우에도, 예를 들어 폴리실라잔으로 이루어지는 2개 층 사이에 크롬층을 끼운 형태를 평탄화층(6)으로 해도 좋다.
이상, 본 발명에 관한 실시형태를 들었지만, 상기의 개시 내용은 본 발명의 예시적인 실시형태를 나타내는 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 예시적인 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서중에 명시적으로 기재되어 있거나 시사 되어 있는지의 여부에 관계 없이, 당업자라면 본 명세서의 개시 내용에 기초하여 본 발명의 실시형태에 다양한 개변(改變)을 더하여 실시할 수 있다.
실시예
<실시예 1>
다음에 실시예를 나타내고, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.
스테인리스제의 원통형의 중공 몰드 기재(2)(SUS304, 직경 100㎜, 즉 반경 50㎜, 그 중 중공 부분의 직경 84㎜, 몰드 단부면 사이 거리 300㎜)를 준비했다.
다음에, 평탄화제를 준비했다. 평탄화제에는, 디부틸에테르중에 폴리실라잔을 20% 용해한 용액을 사용했다. 이 폴리실라잔 용액이 들어간 평탄화제 용기를 몰드 기재(2) 하방에 배치했다.
그 후, 몰드 기재(2)를 폴리실라잔 용액에 접촉시켰다. 이때, 평탄화제의 액면으로부터 0.3㎜ 이하의 거리의 깊이에서, 몰드 외주면(20)의 일부를 평탄화제에 침지시켰다.
그 상태에서, 별도 설치된 회전축(3)에 의해 몰드를 회전 속도 32회전/분으로 3회전시키고, 몰드 외주면(20) 전체면에 폴리실라잔 용액을 도포했다. 이때, 평탄화층(6)이 1.5㎛의 두께가 되도록 폴리실라잔 용액을 원통형 몰드 기재(2) 상에 도포했다.
그 후, 원통형 몰드 기재(2)와 평탄화제를 분리하고, 몰드 기재(2)를 회전시키면서 건조시켰다.
다음에, 도포된 평탄화층(6)의 상에 밀착층(7), 그 자신이 불투명한 미세 패턴 형성용 층(8), 무기 레지스트층(9)을 이 순서대로 적층했다.
밀착층(7)으로서는 아몰퍼스 실리콘층을 30㎚의 두께로 성막했다. 미세 패턴 형성용 층(8)으로서는 아몰퍼스카본층을 200㎚의 두께로 성막했다. 무기 레지스트층(9)으로서는 산화텅스텐(WOx) 층을 스패터법에 의해 20㎚의 두께로 성막했다. 또한, 무기 레지스트층(9)의 깊이 방향으로의 조성 변화에 대해서는, 중공 몰드 기재측 x=0.95, 레지스트 최표면측 x=1.60의 경사 조성으로 했다. 이 무기 레지스트층(9)의 형성에는, 이온 비임 스패터법을 사용해서 Ar:O2의 유량비를 연속적으로 변화시켜서 무기 레지스트층(9) 중의 산소 농도를 경사지게 했다. 또한, 무기 레지스트층(9) 중의 조성 분석에는 라더포드 후방 산란 분광법(Rutherford Back Scattering Spectroscopy : RBS)을 사용했다.
이 무기 레지스트층(9)에 대하여, 청색 레이저 묘화 장치(파장 405㎚)를 사용해서 라인?앤드?스페이스로 이루어지는 미세 패턴을 묘화했다. 묘화 후, 에칭 처리?세정 처리를 행하고, 몰드(1)를 제작했다.
<실시예 2 내지 9>
실시예 2 내지 9에 있어서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 몰드 기재(2)의 종류, 미세 패턴 형성용 층(8)의 종류 및 두께를 각각 변화시킨 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 몰드(1)를 제작했다.
또한, 실시예 3에 있어서는, 미세 패턴 형성용 층(8)을 형성하지 않고, 무기 레지스트층(9)에 미세 패턴을 묘화해서 현상한 것을 완성 몰드로 했다. 또한, 실시예 6에 있어서는, 라인?앤드?스페이스가 아니라 도트로 이루어지는 미세 패턴을 묘화했다.
또한, 미세 패턴 형성용 층(8)의 제작에 있어서, 산화크롬층을 형성할 때는 Ar:O2=80:20(유량비)으로 하고, 그 위에 더 질화크롬층을 형성할 때는Ar:N2=30:70(유량비)으로 했다.
Figure pct00001
<결과>
본 실시예에서 제조한 몰드에 대해서, 주사형 전자 현미경에 의한 관찰을 행했다. 그 관찰 결과에 기초하여, 포커스 이상의 유무에 대해서 검토했다.
그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 9에 있어서는 포커스 이상이 발생하지 않았다. 이들의 실시예에 대해서 관찰한 모습을 도시하는 사진이지만, 실시예 3의 몰드에 대해서는 주사형 전자 현미경에 의한 사진을 도 4에 도시한다. 또한, 실시예 4의 몰드에 대해서는 도 5, 실시예 5의 몰드에 대해서는 도 6, 실시예 7의 몰드에 대해서는 도 7, 실시예 8의 몰드에 대해서는 도 8, 실시예 9의 몰드에 대해서는 도 9에 도시한다. 이 사진으로부터도 명백해진 바와 같이, 정밀도가 높은 미세 패턴이 형성된 몰드를 얻을 수 있었다.
1 : 임프린트용 몰드
2 : 몰드 기재
20 : 몰드 외주면
3 : 회전축
6 : 평탄화층
7 : 밀착층
8 : 미세 패턴 형성용 층
9 : 레지스트층
107 : 롤러
108 : 흠결
109 : 레이저 광

Claims (14)

  1. 기재 상에 평탄화제로 이루어지는 층을 갖는 평탄화층이 형성되고, 상기 평탄화층 상에는 미세 패턴을 갖는 층이 형성된 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재는 스테인리스강으로 이루어지는 원통형 기재이며,
    상기 평탄화제는 폴리실라잔인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층을 포함하고,
    상기 산화크롬층의 두께는 100㎚보다 크고,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 100㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층은 질화크롬층을 포함하고,
    상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층 및 질화크롬층을 포함하고,
    상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세 패턴을 갖는 층은 미세 패턴 형성용 층이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층은 아몰퍼스카본층을 포함하고,
    상기 아몰퍼스카본층의 두께는 50㎚보다 크고,
    상기 미세 패턴 형성용 층의 두께는 50㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
  7. 기재 상에 평탄화제를 도포하는 기재 표면 평탄화 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기재는 스테인리스강으로 이루어지는 원통형 기재이며,
    상기 평탄화제는 폴리실라잔인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 기재 표면 평탄화 공정 후에, 평탄화제로 이루어지는 층을 갖는 평탄화층 상에 미세 패턴 형성용 층을 갖는 층을 형성하고, 그 위에 더 미세 패턴 형성용의 레지스트층을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트층에 대하여 미세 패턴을 묘화해서 현상하는 묘화 공정과,
    상기 묘화 공정 후, 미세 패턴 형성용 층을 에칭해서 미세 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층을 포함하고,
    상기 산화크롬층의 두께는 100㎚보다 크고,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 100㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 질화크롬층을 포함하고,
    상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 산화크롬층 및 질화크롬층을 포함하고,
    상기 질화크롬층의 두께는 20㎚ 이상이며,
    상기 미세 패턴 형성용 층 전체의 두께는 20㎚ 이상이며 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 미세 패턴 형성용 층은 아몰퍼스카본층을 포함하고,
    상기 아몰퍼스카본층의 두께는 50㎚보다 크고,
    상기 미세 패턴 형성용 층의 두께는 50㎚보다 크고 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 묘화 공정에 있어서는, 청색 레이저 묘화를 행하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
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