JP2008265004A - Imprint mold and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールド／インプリントモールド製造方法に関するものであり、特に、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールド／インプリントモールド製造方法に関するものである。 The present invention relates to an imprint mold / imprint mold manufacturing method for forming a three-dimensional structure pattern, and in particular, an imprint mold / imprint mold manufacturing for forming three-dimensional structure patterns having different heights. It is about the method.
ガラスや金属、シリコンなどを特定の微細パターンで、高さの異なる三次元構造（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）に形成した構造物は、回折素子に代表される光学素子として使われるだけでなく、これらの素子を製造するためのモールドとしても使用される。近年、この様な用途が大きな広がりを見せており、また、より微細なパターンや、より段数の多い構造に対する要求が増加している。 Structures made of glass, metal, silicon, etc., with specific fine patterns and three-dimensional structures with different heights (for example, stepped shape, gentle slope shape, etc.) are used as optical elements typified by diffraction elements In addition, it is used as a mold for manufacturing these elements. In recent years, such applications have greatly expanded, and demands for finer patterns and structures with a larger number of stages are increasing.
また、近年のＬＳＩの銅配線プロセスに用いられるデュアルダマシン構造の形成に対して、３段構造のモールドを使ったナノインプリント技術を用いることによって、必要な工程数を１／３近くに削減できるという報告があることから、この様な多段の構造のモールドに対する要望が高まっている（非特許文献１参照）。 In addition, it is reported that the number of necessary steps can be reduced to nearly 1/3 by using nanoimprint technology using a three-stage mold for the formation of dual damascene structures used in recent LSI copper wiring processes. Therefore, there is an increasing demand for a mold having such a multi-stage structure (see Non-Patent Document 1).
階段状構造を製造する方法として、各段に対応するパターンのレジストを、下層に対してアライメントした重ね合わせリソグラフィによって形成し、このレジストをマスクとしてエッチングやメッキによって階段状構造を形成する方法が知られている。 As a method of manufacturing a stepped structure, a method is known in which a resist having a pattern corresponding to each step is formed by overlay lithography aligned with the lower layer, and the stepped structure is formed by etching or plating using this resist as a mask. It has been.
このとき、重ね合わせリソグラフィを用いる方法では、各リソグラフィ工程においてアライメント誤差が避けられないため、アライメント誤差の問題を回避する方法が提案されている。 At this time, in the method using superposition lithography, since an alignment error is unavoidable in each lithography process, a method for avoiding the problem of alignment error has been proposed.
例えば、レジストマスク・金属マスクの形成工程を繰り返すことで、アライメント誤差を回避する方法が提案されている（特許文献１参照）。 For example, a method for avoiding an alignment error by repeating a resist mask / metal mask forming process has been proposed (see Patent Document 1).
例えば、アライメント誤差が生じることを前提としてあらかじめパターン修正を施し、この結果生じた微細な突起物をウェットエッチングによって除去する方法が提案されている（特許文献２参照）。 For example, a method has been proposed in which pattern correction is performed in advance on the assumption that an alignment error occurs, and fine projections resulting from this are removed by wet etching (see Patent Document 2).
また、階段状構造を製造する方法として、電子線リソグラフィを用いて階段状構造を形成する方法が知られている。 As a method for manufacturing a stepped structure, a method of forming a stepped structure using electron beam lithography is known.
例えば、電子線リソグラフィでの電子ビームドーズ量を制御することで、レジストを階段状に形成する方法が提案されている（非特許文献２参照）。 For example, a method of forming a resist stepwise by controlling an electron beam dose in electron beam lithography has been proposed (see Non-Patent Document 2).
例えば、ＳＯＧ層等に電子ビームの加速電圧を変化させて照射し、この照射部をエッチング除去することで、階段状構造を一括で作成する方法が提案されている（特許文献３参照）。
階段状構造を製造する方法において、重ね合わせリソグラフィを用いる方法では、各リソグラフィ工程においてアライメント誤差が避けられないため、精度良く階段状形状の三次元構造パターンを形成するのが困難であるという問題がある。
また、複数回のリソグラフィ工程を行うことから、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。
In the method of manufacturing a staircase structure, in the method using overlay lithography, an alignment error is unavoidable in each lithography process, so that it is difficult to form a three-dimensional structure pattern with a staircase shape with high accuracy. is there.
Further, since the lithography process is performed a plurality of times, there is a problem that the manufacturing cost is likely to increase.
また、階段状構造を製造する方法において、電子線リソグラフィを用いる微細なパターンの高精度電子線露光では、電子ビームの散乱によるパターン広がりを考慮する必要が有るため、パターン形状や密度によって局所的に電子線照射量を変化させる手法が採られる。これを「近接効果補正」と呼ぶが、このようなパターン平面形状による補正に、高さ方向に関するドーズ量変化を組み合わせるには、目的とする形状を想定した複雑なシミュレーションを必要とする。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。 Also, in the method of manufacturing a stepped structure, in high-precision electron beam exposure of fine patterns using electron beam lithography, it is necessary to consider the pattern spread due to scattering of the electron beam, so locally depending on the pattern shape and density A method of changing the electron beam dose is employed. This is called “proximity effect correction”. In order to combine such a pattern plane shape correction with a dose amount change in the height direction, a complicated simulation assuming a target shape is required. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost is likely to increase.
また、電子ビームドーズ量の大小でレジスト現像時の溶解量を制御する場合、低コントラストのレジストが必要となる。近年電子線描画に使われるレジストのほとんどは、非常にコントラストが高く、コントラストが高いレジストでは溶解量の制御が難しいことから、現在一般的に使用されているレジストプロセスが使用できない。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。 Further, when controlling the amount of dissolution during resist development with the magnitude of the electron beam dose, a low-contrast resist is required. In recent years, most resists used for electron beam drawing have a very high contrast, and it is difficult to control the amount of dissolution with a resist having a high contrast, so that currently commonly used resist processes cannot be used. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost is likely to increase.
また、電子ビームの加速電圧を変化させる場合、電子線描画装置に新たに加速電圧を変更させるための機構を設ける必要がある。一般的な量産用高速電子線描画装置では、描画中の加速電圧変更がサポートされていないため、量産用の描画装置が使用できず、結果として実用的な大面積の階段状構造素子・モールドを製造することが難しい。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。 Further, when changing the acceleration voltage of the electron beam, it is necessary to provide a new mechanism for changing the acceleration voltage in the electron beam lithography apparatus. A general high-speed electron beam lithography system for mass production does not support changing the acceleration voltage during drawing, so the mass production lithography system cannot be used. As a result, a practical large-area staircase structure element / mold can be used. Difficult to manufacture. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost is likely to increase.
そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、精度良く高さの異なる三次元構造パターンが形成されたインプリントモールド、およびインプリントモールド製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an imprint mold in which three-dimensional structure patterns having different heights are formed with high accuracy, and an imprint mold manufacturing method. And
請求項１に記載の本発明は、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールドであって、基板と、前記基板上に設けた開口部と、前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、前記樹脂層は前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していることを特徴とするインプリントモールドである。
なお、本明細書において、「開口密度」とは、基板表面おける開口部の集積の度合いを示すものとして定義する。
The present invention according to claim 1 is an imprint mold for forming three-dimensional structure patterns having different heights, a substrate, an opening provided on the substrate, and a substrate provided with the opening. And a resin layer laminated on the surface, wherein the resin layer forms a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings.
In this specification, “aperture density” is defined as indicating the degree of integration of openings on the substrate surface.
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であることを特徴とするインプリントモールドである。 The present invention described in claim 2 is the imprint mold according to claim 1, wherein the opening is an opening whose opening density continuously changes in an arbitrary direction on the substrate surface. It is an imprint mold.
請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化させることを特徴とするインプリントモールドである。 The present invention described in claim 3 is the imprint mold according to claim 1, wherein the entire surface of the substrate surface is divided into blocks having an arbitrary width and shape, and an opening is formed in each of the blocks. The imprint mold is characterized in that the opening density of each of the blocks is made constant and the opening density of the opening is changed between the blocks.
請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールドを原版とし、転写加工成形を行うことにより製造されたインプリントモールドである。 A fourth aspect of the present invention is an imprint mold manufactured by performing transfer processing molding using the imprint mold according to any one of the first to third aspects as an original plate.
請求項５に記載の本発明は、高さの異なる三次元構造パターンを形成するインプリントモールド製造方法であって、局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。 The present invention according to claim 5 is an imprint mold manufacturing method for forming a three-dimensional structure pattern having different heights, and lithography that collectively forms a resist pattern in which an opening density is locally changed in a plane. Etching using the resist pattern as a mask to collectively form openings having different opening densities on the substrate surface; and forming a resin layer on the substrate having the concavo-convex structure. And a step of forming, on the resin layer, a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings, and an imprint mold manufacturing method.
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載のインプリントモールド製造方法であって、更に、三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。 The present invention described in claim 6 is the imprint mold manufacturing method according to claim 5, further comprising a step of forming a replication layer on a resin layer having a three-dimensional structure pattern, the resin layer, And a step of producing an imprint mold comprising the duplicate layer by peeling off the duplicate layer.
請求項７に記載の本発明は、請求項６に記載のインプリントモールド製造方法であって、更に、複製層を剥離した後、基板から樹脂層を除去する工程と、前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。 The present invention according to claim 7 is the imprint mold manufacturing method according to claim 6, further comprising the step of removing the resin layer from the substrate after peeling off the replication layer, and peeling off the resin layer. A step of forming a resin layer on the substrate again, a step of forming a replica layer again on the resin layer that has been formed again, a step of peeling the resin layer that has been formed again and the replica layer that has been formed again, and again from the replica layer And an imprint mold manufacturing method comprising the steps of manufacturing an imprint mold.
本発明のインプリントモールドは、開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層が、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していることを特徴とする。
本発明の構成によれば、樹脂層は開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。
よって、基板上の開口部の開口密度を制御することで、高さの異なる三次元構造パターンを形成することが出来る。
The imprint mold of the present invention is characterized in that the resin layer laminated on the substrate surface provided with the openings forms a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings.
According to the configuration of the present invention, the resin layer is formed on the upper portion of the opening. At this time, since a part of the resin is used to fill the opening, the resin layer forms a three-dimensional structure pattern according to the opening density of the opening in a self-forming manner.
Therefore, by controlling the opening density of the openings on the substrate, three-dimensional structure patterns having different heights can be formed.
本発明のインプリントモールドは、
基板と、
前記基板上に設けた開口部と、
前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成している。
The imprint mold of the present invention is
A substrate,
An opening provided on the substrate;
A resin layer laminated on the substrate surface provided with the opening,
The resin layer forms a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings.
本発明のインプリントモールドは、開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層が、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していることを特徴とする。本発明の構成によれば、樹脂層は開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。 The imprint mold of the present invention is characterized in that the resin layer laminated on the substrate surface provided with the openings forms a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings. According to the configuration of the present invention, the resin layer is formed on the upper portion of the opening. At this time, since a part of the resin is used to fill the opening, the resin layer forms a three-dimensional structure pattern according to the opening density of the opening in a self-forming manner.
基材表面に微細な凹凸構造である開口部を形成した後、この基材表面にスピンコート法などの薄膜形成法を用いて樹脂層を形成すると、樹脂層の厚さは開口部の凹凸構造の形状によって変動する。このとき、開口部の凹凸構造をある程度倣うように樹脂層は形成されるため、脂膜表面が凹部面積密度に応じて凹むという現象が生じる。よって、樹脂層の表面には凹凸構造の三次元構造パターンが生じる。
以下、樹脂層が自己形成的に、開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成することついて、図１を用いて具体的に一例を挙げながら説明を行う。
After forming an opening that is a fine concavo-convex structure on the substrate surface and then forming a resin layer on this substrate surface using a thin film formation method such as spin coating, the thickness of the resin layer is the concavo-convex structure of the opening. It fluctuates depending on the shape. At this time, since the resin layer is formed so as to follow the concavo-convex structure of the opening to some extent, a phenomenon occurs that the surface of the oil film is recessed according to the recessed area density. Therefore, a three-dimensional structure pattern with an uneven structure is generated on the surface of the resin layer.
Hereinafter, the formation of the three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings in a self-forming manner will be described with reference to FIG. 1 with a specific example.
図１（ａ）のように、基材１０１ａの表面が完全に平滑な場合に、ある条件で樹脂層１０４ａをスピンコートにより塗布し、膜厚がＴとなったとする。同じ塗布条件で、図１（ｃ）のように基材１０１ｃの表面の一部を比較的広い範囲で、深さＤ（但し、Ｄ≦Ｔとする）だけ掘下げた凹凸１１１ｃに樹脂層１０４ｃを塗布すると、樹脂層表面に凹み部１１４ｃを生じる。凹み部１１４ｃの凹み量はαとなるが、αの値は種々のパラメータにより異なる。 As shown in FIG. 1A, when the surface of the substrate 101a is completely smooth, it is assumed that the resin layer 104a is applied by spin coating under a certain condition and the film thickness becomes T. Under the same coating conditions, as shown in FIG. 1C, the resin layer 104c is formed on the unevenness 111c formed by dug down a part of the surface of the substrate 101c by a depth D (provided that D ≦ T) within a relatively wide range. When applied, a recess 114c is formed on the surface of the resin layer. The dent amount of the dent 114c is α, but the value of α varies depending on various parameters.
これに対し、図１（ｂ）のように、図１（ｃ）の掘下げ部に相当する表面領域に、基材１０１ｂの表面に微細な凹凸１１１ｂを均等に形成したものに対して樹脂層１０４ｂを塗布すると、やはり樹脂層表面に凹み部１１４ｂが生じる。この場合、樹脂層の凹み量はβとなるが、図１（ｃ）の場合の凹み量αと比べて、図１（ｃ）の場合の凹み量βは小さくなる。これは、開口部１１１ｂの凹部面積密度が、１１１ｃのそれに比較して小さいためである。なお、開口部１１１ｂの開口幅が十分に微細であれば、樹脂層凹み部１１１ｂの表面はほぼ平滑面とみなすことができる。 In contrast, as shown in FIG. 1B, the resin layer 104b is formed on the surface region corresponding to the dug-down portion in FIG. When the coating is applied, the recess 114b is also generated on the surface of the resin layer. In this case, the dent amount of the resin layer is β, but the dent amount β in the case of FIG. 1C is smaller than the dent amount α in the case of FIG. This is because the recess area density of the opening 111b is smaller than that of 111c. If the opening width of the opening 111b is sufficiently small, the surface of the resin layer recess 111b can be regarded as a substantially smooth surface.
樹脂表面の凹み量は、種々の条件によって異なるはずであるが、膜厚Ｔが基材掘り下げ深さＤに対して十分大きく、かつ開口部１１１ｂの開口幅が十分に小さい場合においては、開口部１１１ｂの開口率が増加するにつれて大きくなる事が実験的に分かっている。これを言い換えると、開口部１１１ｂの開口率を制御することによって、樹脂表面の高さを局所的に制御できると言うことである。 The amount of dents on the resin surface should be different depending on various conditions. However, when the film thickness T is sufficiently large with respect to the substrate digging depth D and the opening width of the opening 111b is sufficiently small, the opening It has been experimentally found that the aperture ratio of 111b increases as the aperture ratio increases. In other words, the height of the resin surface can be locally controlled by controlling the aperture ratio of the opening 111b.
以上より、基板上の開口部の開口密度を制御することで、高さの異なる階段状形状の三次元構造パターンを形成することが出来る。 As described above, a stepwise three-dimensional structure pattern with different heights can be formed by controlling the opening density of the openings on the substrate.
基板は、後述する開口部を形成するだけの物理的特性／機械的特性を備えていれば良く、特に、限定されるものではない。例えば、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、などを用いても良い。
このとき、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、は、公知のリソグラフィ方法、エッチング方法を行うのに適していることが知られており、本発明に用いる基板として好ましい。
The substrate is not particularly limited as long as it has physical / mechanical properties sufficient to form an opening described later. For example, a silicon substrate, a quartz substrate, an SOI substrate, or the like may be used.
At this time, a silicon substrate, a quartz substrate, and an SOI substrate are known to be suitable for performing a known lithography method and etching method, and are preferable as a substrate used in the present invention.
開口部は、基板上に設けられる。開口部は、最終的な三次元構造パターンの形成に影響するため、寸法、開口密度は精度良く形成されることが望ましい。開口部の形成には、微細加工技術を用いる。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法などを用いても良い。
リソグラフィ方法を用いた場合、開口部は、公知の方法で一括に形成することが出来ることが知られているため、新規の設備投資を抑えつつ、精度良く、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールドを提供することが可能となる。
The opening is provided on the substrate. Since the opening affects the formation of the final three-dimensional structure pattern, it is desirable that the size and the opening density be formed with high accuracy. A fine processing technique is used to form the opening. For example, as a fine processing technique, a lithography method, an etching method, or the like may be used.
When the lithography method is used, it is known that the openings can be formed in a lump by a known method. Therefore, a three-dimensional structure pattern with different heights can be formed with high accuracy while suppressing new capital investment. It is possible to provide an imprint mold for forming.
また、本発明のインプリントモールドは、基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口密度を変化させても良い（図２（ａ））。ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口密度を変化させることにより、ブロック毎に樹脂層の高さが異なる階段状形状の三次元構造パターンを形成することが出来る。このとき、ブロックの分割は所望する最終的な階段状形状の三次元構造パターンの設計に併せて、適宜決定して良い。 Further, the imprint mold of the present invention divides the entire area of the substrate surface into blocks having an arbitrary width and shape, and the opening density of the openings is constant in each of the blocks, and between the blocks. The aperture density may be changed (FIG. 2A). By making the opening density constant in the block and changing the opening density between the blocks, it is possible to form a step-like three-dimensional structure pattern with different resin layer heights for each block. . At this time, the division of the blocks may be determined as appropriate in accordance with the design of the desired final stepped three-dimensional structure pattern.
図２（ａ）は、階段状の断面形状に制御する例を示す。基材２０１ａの表面開口部２１１ａを４つの領域に分割し、各々の領域の開口部の開口率を左より０，３３，６６， １００％とする。この基材２０１ａ上に樹脂層２０４ａを塗布すると、上述したように、開口部２１１ａの開口率に伴って表面凹み量が変化するので、結果として図２（ａ）に示したように、樹脂層２０４ａの断面形状を階段状とする事が可能となる。 FIG. 2A shows an example of controlling to a stepped cross-sectional shape. The surface opening 211a of the base material 201a is divided into four regions, and the opening ratios of the openings in the respective regions are set to 0, 33, 66, 100% from the left. When the resin layer 204a is applied onto the base material 201a, as described above, the surface dent amount changes with the opening ratio of the opening 211a. As a result, as shown in FIG. The cross-sectional shape of 204a can be stepped.
また、開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であっても良い。開口密度を任意方向に連続的に変化させることで、該任意方向に斜面を備えたインプリントモールドを提供することが出来る（図２（ｂ））。このとき、斜面の角度は、開口密度の変化の度合いで制御することが出来、開口密度を密から疎に変化させる度合いが緩やかであれば、斜面の角度も緩やかなものとなる。 The opening may be an opening whose opening density continuously changes in an arbitrary direction on the substrate surface. By continuously changing the opening density in an arbitrary direction, an imprint mold having an inclined surface in the arbitrary direction can be provided (FIG. 2B). At this time, the angle of the slope can be controlled by the degree of change in the opening density, and if the degree of change in the opening density from dense to sparse is gentle, the angle of the slope becomes gentle.
図２（ｂ）は、緩斜面形状に断面形状を制御する例を示す。図２（ａ）の場合と異なり、基材２０１ｂの表面開口部２１１ｂの開口率を、右から左に向けて連続的に増加していく。この場合は、樹脂層２０４ｂの表面凹み量も連続的に増加することになるので、結果として図２（ｂ）に示したように、樹脂層２０４ｂの断面形状は、緩斜面形状となる。実際には、開口部の開口率を完全に連続的に変化させることは不可能であるが、ある程度離散的に変化させても、樹脂層を固化する前の液体状態における表面張力の影響で、連続的な緩斜面形状が得られる。 FIG. 2B shows an example in which the cross-sectional shape is controlled to a gentle slope shape. Unlike the case of FIG. 2A, the aperture ratio of the surface opening 211b of the base material 201b is continuously increased from right to left. In this case, since the surface dent amount of the resin layer 204b also increases continuously, as a result, as shown in FIG. 2B, the cross-sectional shape of the resin layer 204b becomes a gentle slope shape. Actually, it is impossible to change the aperture ratio of the opening completely continuously, but even if it is changed to some extent discretely, due to the influence of the surface tension in the liquid state before solidifying the resin layer, A continuous gentle slope shape is obtained.
樹脂層は、開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。樹脂としては、用いる薄膜形成法に適する粘度を有するものであれば良い。また、後述する複製層完成後の剥離時の離型性が優れているような材料であることが好ましい。 The resin layer is formed on the upper part of the opening. At this time, since a part of the resin is used to fill the opening, the resin layer forms a three-dimensional structure pattern according to the opening density of the opening in a self-forming manner. Any resin having a viscosity suitable for the thin film forming method to be used may be used. Moreover, it is preferable that it is the material which is excellent in the mold release property at the time of peeling after completion of the replication layer mentioned later.
また、樹脂層の厚みが開口部の深さに対して充分に厚い場合、開口密度からの影響は小さくなる傾向がある。このため、程度良く開口部の開口密度に影響されるように、樹脂層の厚みは、開口部の深さに対して、５倍以下が好ましく、更には、２〜３倍程度である事が望ましい。 Further, when the thickness of the resin layer is sufficiently thick with respect to the depth of the opening, the influence from the opening density tends to be small. For this reason, the thickness of the resin layer is preferably 5 times or less, more preferably about 2 to 3 times the depth of the opening so as to be affected by the opening density of the opening with good degree. desirable.
また、上述のインプリントモールドを原版とし、転写加工成形を行っても良い。転写加工成形を行うことで、原版を成形するための加工特性に頓着することなく、材料を選択しインプリントモールドを製造することが出来る。
機械的強度が高い一体成形された複製層からなるインプリントモールドを製造することにより、同一のインプリントモールドで複数回のパターン形成が出来るため、生産性を高めることが可能となる。
Further, the above-described imprint mold may be used as a master and transfer processing may be performed. By performing transfer processing molding, an imprint mold can be manufactured by selecting a material without being stuck with processing characteristics for forming an original plate.
By producing an imprint mold composed of an integrally formed replication layer having high mechanical strength, a plurality of patterns can be formed with the same imprint mold, so that productivity can be improved.
以下、本発明のインプリントモールド製造方法について、図３を用いながら説明を行う。
本発明のインプリントモールド製造方法は、
局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、
前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、を備える。
Hereinafter, the imprint mold manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.
The imprint mold manufacturing method of the present invention includes:
Lithographic process for forming a resist pattern in which the opening density is locally changed in a lump in a plane;
Etching using the resist pattern as a mask, and collectively forming openings on the surface of the substrate having different opening densities locally;
Forming a resin layer on the substrate having the concavo-convex structure and forming a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings on the resin layer.
＜リソグラフィ工程＞
まず、基板に開口部を形成するためのレジスト膜を形成する。用いるレジスト膜、薄膜形成方法は、形成するレジストパターンに応じて、適宜公知の方法を用いて良い。図３（ａ）は、基材３０１上に、これをエッチングする際のマスクとなるレジスト膜３０２を成膜したものである。また、図４（ａ）に示すように、基材４０１に対してレジスト膜４０２がエッチングマスクとして不充分な場合、基材４０１とレジスト膜４０２の間に、別途保護膜を形成しても良い。
<Lithography process>
First, a resist film for forming an opening in the substrate is formed. As a resist film and a thin film forming method to be used, a publicly known method may be appropriately used according to a resist pattern to be formed. FIG. 3A shows a case where a resist film 302 serving as a mask for etching the substrate 301 is formed on the substrate 301. In addition, as illustrated in FIG. 4A, when the resist film 402 is insufficient as an etching mask for the base material 401, a protective film may be separately formed between the base material 401 and the resist film 402. .
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー又は電子線リソグラフィなどによってレジスト膜３０２をパターニングし、微細レジストパターン３１２を形成する。微細レジストパターン３１２は、微細階段状構造の各段部に対応して開口率が変化するようなパターンとして設計する。このとき、開口部の開口密度に応じて、最終的な三次元構造パターンの高さは変化するため、開口部を形成するためのレジストパターンは、最終的な三次元構造パターンに応じたレジストパターンとして設計する。例えば、「基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化するパターン」、「基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化するパターン」などであっても良い。 Next, as shown in FIG. 3B, the resist film 302 is patterned by photolithography or electron beam lithography to form a fine resist pattern 312. The fine resist pattern 312 is designed as a pattern in which the aperture ratio changes corresponding to each step portion of the fine step-like structure. At this time, since the height of the final three-dimensional structure pattern changes according to the opening density of the opening, the resist pattern for forming the opening is a resist pattern corresponding to the final three-dimensional structure pattern. Design as. For example, “a pattern in which the opening density continuously changes in an arbitrary direction on the substrate surface”, “an entire area of the substrate surface is divided into blocks having an arbitrary width and shape, and an opening is formed in each of the blocks. The pattern may be a pattern in which the aperture density of each aperture is constant and the aperture density of the aperture changes between the blocks.
＜エッチング工程＞
次に、上述したレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基板に開口部を形成する。図３（ｃ）に示したように、微細レジストパターン３１２をマスクとしてエッチングを実施し、基材３０１の表面に微細な凹凸パターン３１１を形成する。このとき、エッチング手法としては、所望のパターン形状が得られる方法であれば良く、例えば、誘導結合型プラズマなどを用いた異方性ドライエッチング、等方性ドライエッチング、化学的薬品を用いたウェットエッチングなどを用いても良い。パターン形状は特に限定されず、所望の構造に応じて最適なものを用いて良い。例えば、溝、ホール、ピラーなどのパターン形状であっても良い。
<Etching process>
Next, etching is performed using the resist pattern described above as a mask to form openings in the substrate. As shown in FIG. 3C, etching is performed using the fine resist pattern 312 as a mask to form a fine uneven pattern 311 on the surface of the substrate 301. At this time, any etching method may be used as long as a desired pattern shape can be obtained. For example, anisotropic dry etching using inductively coupled plasma, isotropic dry etching, wet using chemicals, and the like. Etching or the like may be used. The pattern shape is not particularly limited, and an optimum pattern shape may be used according to a desired structure. For example, it may be a pattern shape such as a groove, a hole, or a pillar.
次に、マスクとして用いたレジストパターンを剥離する。図３（ｄ）に示すように、エッチングマスクとして用いたレジスト膜３１２を、基材３０１の表面に開口部パターン３１１が形成されたものを得る。剥離方法としては、用いたレジスト膜に適する方法であれば良く、例えば、酸素プラズマを用いる方法、各種の薬品などを用いる方法などを用いて良い。 Next, the resist pattern used as the mask is peeled off. As shown in FIG. 3D, a resist film 312 used as an etching mask is obtained in which an opening pattern 311 is formed on the surface of a base material 301. As the peeling method, any method suitable for the resist film used may be used. For example, a method using oxygen plasma, a method using various chemicals, or the like may be used.
＜樹脂層の成膜工程＞
次に、樹脂層を成膜する。図３（ｅ）に示すように、基材３０１表面の開口部パターン３１１上に、樹脂層３０４を成膜することで、開口部パターン３１１の描画密度に応じた階段状の構造を有する形状を得ることが出来る。樹脂層の成膜方法としては、適宜公知の薄膜形成方法を用いてよく、例えば、ダイコート法、スピンコート法などを用いても良い。
スピンコート法を用いた場合、スピンコート時に作用する遠心力・重力・表面張力等（例えば、塗布する樹脂溶液の濃度・粘度、スピンコートの回転数、スピンコートの回転時間、ベーク温度、ベーク時間などのパラメータ）により、膜厚を厳密に制御することが出来るため、本発明のインプリントモールド製造方法の樹脂層の成膜工程に好適に用いることが出来る。
<Resin layer deposition process>
Next, a resin layer is formed. As shown in FIG. 3E, a resin layer 304 is formed on the opening pattern 311 on the surface of the base material 301, thereby forming a shape having a stepped structure corresponding to the drawing density of the opening pattern 311. Can be obtained. As a method for forming the resin layer, a known thin film forming method may be used as appropriate. For example, a die coating method, a spin coating method, or the like may be used.
When the spin coating method is used, centrifugal force, gravity, surface tension, etc. acting during spin coating (for example, concentration / viscosity of the resin solution to be applied, spin coating rotation speed, spin coating rotation time, baking temperature, baking time) Etc.), the film thickness can be strictly controlled, so that it can be suitably used for the resin layer forming step of the imprint mold manufacturing method of the present invention.
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来る。 From the above, the imprint mold of the present invention can be manufactured.
また、本発明のインプリントモールド製造方法は、更に、三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を行なっても良い。転写加工成形を行うことで、機械的強度が高い複製層からなるインプリントモールドを製造することが出来、同一のインプリントモールドで複数回のパターン形成が出来るため、生産性を高めることが可能となる。
上述の工程を図３（ｆ）〜（ｈ）に示す。
The imprint mold manufacturing method of the present invention further includes a step of forming a replication layer on a resin layer having a three-dimensional structure pattern, an imprint comprising the replication layer by peeling the resin layer and the replication layer. You may perform the process of manufacturing a mold. By performing transfer processing molding, it is possible to manufacture an imprint mold consisting of a replication layer with high mechanical strength, and it is possible to increase productivity because patterns can be formed multiple times with the same imprint mold. Become.
The above-described steps are shown in FIGS.
＜複製層を形成する工程＞
複製層は原版となるインプリントモールドの形状を転写することが出来る材料であればよく、例えば、樹脂、金属などで形成して良い。図３（ｆ）〜（ｈ）では一例として、複製層を金属で形成する場合を示す。
<Step of forming a replication layer>
The duplication layer may be any material that can transfer the shape of the imprint mold serving as the original plate, and may be formed of, for example, a resin or a metal. In FIGS. 3F to 3H, as an example, a case where the replication layer is formed of metal is shown.
まず、樹脂層３０４上に、蒸着・スパッタ・無電解メッキなどの手法を用いて、薄い導電膜３０５の層を形成する（図３（ｆ））。 First, a thin conductive film 305 is formed on the resin layer 304 by using a technique such as vapor deposition, sputtering, or electroless plating (FIG. 3F).
次に、導電膜３０５を電極として電解メッキ（電鋳）を行い、金属を数十〜数百ミクロン程度の厚さに堆積させた複製層３１５を得る（図３（ｇ））。
金属としては、電解メッキ可能なものであれば良く、導電膜と併せて適宜選択して良い。つまり、導電膜３０５と複製層３１５は、同一材質で形成しても、異なる材質で形成しても良い。例えば、金属としてニッケルを用いて、ニッケルからなる複製層３１５を形成する場合、導電膜としてニッケルを用いても良い。
Next, electrolytic plating (electroforming) is performed using the conductive film 305 as an electrode to obtain a replication layer 315 in which a metal is deposited to a thickness of several tens to several hundreds of microns (FIG. 3G).
The metal may be any metal that can be electroplated, and may be appropriately selected together with the conductive film. That is, the conductive film 305 and the replication layer 315 may be formed of the same material or different materials. For example, when the replica layer 315 made of nickel is formed using nickel as the metal, nickel may be used as the conductive film.
＜樹脂層と複製層とを剥離する工程＞
次に、樹脂層３０４から複製層３１５を剥離し、モールド３２５を製造する（図３（ｈ））。剥離方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、機械的に剥離しても良い。
<The process of peeling a resin layer and a replication layer>
Next, the replication layer 315 is peeled from the resin layer 304, and the mold 325 is manufactured (FIG. 3 (h)). The peeling method is not particularly limited, and for example, mechanical peeling may be performed.
また、本発明のインプリントモールド製造方法は、複製層からなるインプリントモールドを製造した後、更に、基板から樹脂層を除去する工程と、前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を行っても良い。 In the imprint mold manufacturing method of the present invention, after manufacturing an imprint mold including a replication layer, a step of removing the resin layer from the substrate, and forming a resin layer again on the substrate from which the resin layer has been peeled off A step of forming a replica layer again on the resin layer formed again, a step of peeling the resin layer formed again and the replica layer formed again, and manufacturing an imprint mold comprising the replica layer again And may be performed.
樹脂層から複製層を剥離した時、樹脂層の三次元構造パターンは、欠損することが多いが、本発明のインプリントモールドは、欠陥が生じた樹脂層を一旦完全に剥離し、洗浄した後、再度樹脂層を形成することにより、容易に原版における樹脂層の三次元構造パターンを再生することが出来る。
これにより、一つの原版から複数の複製層を製作できることになり、全体的な製造コストを低減することが可能となる。
When the replica layer is peeled off from the resin layer, the three-dimensional structure pattern of the resin layer is often lost, but the imprint mold of the present invention once completely peels off the resin layer on which the defect has occurred and washed it. By forming the resin layer again, the three-dimensional structure pattern of the resin layer on the original can be easily reproduced.
As a result, a plurality of duplicate layers can be manufactured from one original plate, and the overall manufacturing cost can be reduced.
従来技術においても、完成した原版から再度複製を取ることにより、全体的なコストに占めるリソグラフィーコストの割合低減を図っているが、高精度かつ複雑なパターンにおいては、剥離時に欠損が起こる恐れから、この再複製が必ずしも上手く行くわけではなく、本発明における効果は大きい。 Even in the prior art, by copying again from the completed original plate, the ratio of the lithography cost occupying the overall cost is reduced, but in a highly accurate and complicated pattern, there is a risk that defects will occur at the time of peeling, This re-replication does not always work, and the effect of the present invention is great.
＜基板から樹脂層を除去する工程＞
基板から樹脂層を除去する工程は、選択した樹脂に応じて、適宜有効な剥離方法を用いれば良い。
<Step of removing the resin layer from the substrate>
For the step of removing the resin layer from the substrate, an effective peeling method may be used as appropriate according to the selected resin.
再度行う、＜樹脂層の成膜工程＞、＜複製層を形成する工程＞、＜樹脂層と複製層とを剥離する工程＞の各工程は、上述した記載と同様に行って良い。 The steps of <resin layer forming step>, <replica layer forming step>, and <resin layer and replica layer peeling step> may be performed in the same manner as described above.
以上より、本発明のインプリントモールド製造方法を実施することが出来る。 As mentioned above, the imprint mold manufacturing method of this invention can be implemented.
本発明のインプリントモールド製造方法は、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）の形成にあたって、複数回のリソグラフィ、及び重ね合わせリソグラフィを必要としない。このため、リソグラフィ回数の増加が製造コスト低減に対して大きな負担となる課題を解決し、かつパターンの微細化によって、アライメント誤差が事実上ほとんど許容されなくなる課題をも解決する。 The imprint mold manufacturing method of the present invention does not require a plurality of lithography and superposition lithography in forming a three-dimensional structure pattern (for example, stepped shape, gentle slope shape, etc.) having different heights. This solves the problem that an increase in the number of lithography times imposes a heavy burden on the reduction of the manufacturing cost, and also solves the problem that the alignment error is virtually unacceptable due to the miniaturization of the pattern.
また、本発明のインプリントモールド製造方法において、リソグラフィ工程、及びその後のエッチング工程については、一般的な手法と互換性が有り、特殊な工程制御は必要としない。このため、従来のノウハウ等をそのまま使用する事が出来る。 Moreover, in the imprint mold manufacturing method of the present invention, the lithography process and the subsequent etching process are compatible with general techniques and do not require special process control. For this reason, conventional know-how can be used as it is.
また、本発明のインプリントモールド製造方法は、現在一般的に用いられているリソグラフィ及びエッチングといったプロセス装置、並びに単結晶シリコンや石英ガラス基板、及びレジストなどのプロセス材料との親和性が高い。このため、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）を製造するために、現在のプロセス技術を大幅に変更することなく、製造する事が可能となる。 In addition, the imprint mold manufacturing method of the present invention has a high affinity with process devices such as lithography and etching that are generally used at present, and process materials such as single crystal silicon and quartz glass substrates, and resists. For this reason, it is possible to manufacture a three-dimensional structure pattern (for example, a stepped shape, a gentle slope shape, etc.) having different heights without significantly changing the current process technology.
以下、本発明のインプリントモールド製造方法について、図４、図５、を用いて具体的に一例を挙げながら説明を行う。当然のことながら、本発明の実施は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the imprint mold manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 and specific examples. Of course, the implementation of the present invention is not limited to the following examples.
＜実施例１＞
以下、基材として石英を用い、４段の階段状構造を製作する実施例について、図４を用いて説明する。
<Example 1>
Hereinafter, an example in which quartz is used as a substrate and a four-step staircase structure is manufactured will be described with reference to FIG.
まず、石英基材４０１上に２０〜１００ｎｍ程度の厚さのクロム膜４０３をスパッタリングにて成膜し、さらにその上に、ポジ型の電子線描画用レジスト４０２を１００〜１０００ｎｍ程度の厚さで塗布した（図４（ａ））。 First, a chromium film 403 having a thickness of about 20 to 100 nm is formed on a quartz substrate 401 by sputtering, and a positive electron beam drawing resist 402 is further formed thereon with a thickness of about 100 to 1000 nm. It applied (FIG. 4 (a)).
次に、図４（ｂ）に示すように、電子線描画装置を用いてパターンを描画し、現像を行い、レジストパターン４１２を得た。
このとき、レジストパターン４１２は、そのパターン開口密度により、４１２ａ〜ｄの４つの領域に分割され、４１２ａは開口を全く設けない領域、４１２ｂは開口幅１００ｎｍの溝パターンを３００ｎｍピッチで等間隔に形成した領域、４１２ｃは開口幅２００ｎｍの溝パターンを３００ｎｍピッチで等間隔に形成した領域、４１２ｄは全域を描画して開口させた領域とし、パターン開口密度はそれぞれ０，３３，６７，１００％とした。
Next, as shown in FIG. 4B, a pattern was drawn using an electron beam drawing apparatus and developed to obtain a resist pattern 412.
At this time, the resist pattern 412 is divided into four regions 412a to 412d according to the pattern opening density, 412a is a region where no opening is provided, and 412b is a groove pattern having an opening width of 100 nm formed at equal intervals at a pitch of 300 nm. The region 412c is a region in which a groove pattern having an opening width of 200 nm is formed at equal intervals with a pitch of 300 nm, and 412d is a region in which the entire region is drawn and opened, and the pattern opening density is 0, 33, 67, and 100%, respectively .
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン４１２をマスクとして、塩素ガスプラズマを用いたドライエッチングにてクロム膜４０３をエッチングし、更にそのまま、フッ素ガスプラズマを用いたドライエッチングにて石英基材４０１の表面を、２００ｎｍの深さになるようエッチングした。
図４（ｃ）では、エッチングされたクロムパターン４１３上にレジストパターン４１２が残っているが、ドライエッチングの条件やエッチング深さによっては、レジストパターン４１２が消滅する場合が有る。この場合でも、クロムパターン４１３が石英エッチングのマスクとなるので、問題は生じない。一般に石英のドライエッチングでは、レジストマスクでは十分な選択比を得にくいことも有り、本実施例のようにクロム層を必要とすることが好ましい。また、基材として石英のような絶縁材を用い、本実施例のように電子線描画を行う場合、照射された電子線によって石英基材表面が帯電し、正常に描画できない問題が生じるが、これを避けるためにもクロム膜を用いる事が好ましい。
Next, as shown in FIG. 4C, using the resist pattern 412 as a mask, the chromium film 403 is etched by dry etching using chlorine gas plasma, and further, as it is by dry etching using fluorine gas plasma. The surface of the quartz substrate 401 was etched to a depth of 200 nm.
In FIG. 4C, the resist pattern 412 remains on the etched chromium pattern 413, but the resist pattern 412 may disappear depending on the dry etching conditions and the etching depth. Even in this case, since the chrome pattern 413 serves as a mask for quartz etching, no problem occurs. In general, in dry etching of quartz, it is difficult to obtain a sufficient selection ratio with a resist mask, and it is preferable to require a chromium layer as in this embodiment. In addition, when an insulating material such as quartz is used as a base material and an electron beam is drawn as in this embodiment, the surface of the quartz base material is charged by the irradiated electron beam, and there is a problem that the drawing cannot be performed normally. In order to avoid this, it is preferable to use a chromium film.
次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン４１２を酸素プラズマによるアッシング、及びレジスト・エッチング残渣剥離液を用いて除去した後、硝酸二アンモニウムセリウムを主成分とする水溶液を用いてクロムパターン４１３を全体的に剥離した。
次に、硫酸、アンモニア水、過酸化水素水などを用いた複数の薬液を用いて洗浄を行い、石英基材４０１の表面に開口部４１１が形成された物を得た。開口部４１１は、レジストパターン４１２と同様に、開口密度がそれぞれ０，３３，６７，１００％となる４つの領域４１１ａ〜ｄに分割されていた。
Next, as shown in FIG. 4D, the resist pattern 412 is removed by ashing with oxygen plasma and using a resist / etching residue remover, and then using an aqueous solution containing diammonium cerium nitrate as a main component. The pattern 413 was peeled as a whole.
Next, cleaning was performed using a plurality of chemical solutions using sulfuric acid, aqueous ammonia, hydrogen peroxide, and the like, and a product in which an opening 411 was formed on the surface of the quartz substrate 401 was obtained. Similarly to the resist pattern 412, the opening 411 was divided into four regions 411a to 411d having opening densities of 0, 33, 67, and 100%, respectively.
次に、階段状の表面構造を得るために、石英基材４０１表面の微細溝４１１上にメタクリル酸メチル樹脂（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；略称ＰＭＭＡ）を主成分とする樹脂溶液を滴下し、スピンコートし、更に１００〜１８０℃程度で数分間ベークを行うことで、ＰＭＭＡ膜４０４を形成する。このＰＭＭＡのスピンコート条件としては、開口部が無い石英基材上にコートした場合に、形成される膜の厚さが５００ｎｍ〜１μｍ程度となるように、樹脂溶液の濃度や回転速度、回転時間などを調節した。ＰＭＭＡ膜４０４の表面には、開口部４１１の開口密度に対応して凹凸が生じるため、図４（ｅ）に示すような４段階の階段形状のモールドが得られた。 Next, in order to obtain a stepped surface structure, a resin solution containing methyl methacrylate resin (abbreviated as PMMA) as a main component is dropped on a fine groove 411 on the surface of the quartz substrate 401 and spin-coated. Further, the PMMA film 404 is formed by baking at about 100 to 180 ° C. for several minutes. The spin coating conditions for this PMMA include the concentration, rotation speed, and rotation time of the resin solution so that the thickness of the formed film is about 500 nm to 1 μm when coated on a quartz substrate having no openings. Etc. were adjusted. Since unevenness is generated on the surface of the PMMA film 404 corresponding to the opening density of the openings 411, a four-step staircase mold as shown in FIG. 4E was obtained.
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。 As mentioned above, the imprint mold of this invention was able to be manufactured. Subsequently, an example of a method for producing the imprint mold of the present invention comprising a replication layer will be shown below.
まず、図４（ｆ）に示すように、ＰＭＭＡ膜４０４上に、無電解メッキによって、薄いニッケル膜４０５を形成した。このニッケル膜４０５は次に実施する電解メッキの際のシード層として使用される。本実施例では、無電解メッキと電解メッキを併用するプロセスを用いる。 First, as shown in FIG. 4F, a thin nickel film 405 was formed on the PMMA film 404 by electroless plating. This nickel film 405 is used as a seed layer in the subsequent electrolytic plating. In this embodiment, a process using both electroless plating and electrolytic plating is used.
次に、薄いニッケル膜４０５をシード層として電解メッキを行い、２００ミクロン程度の厚さのニッケル複製層４１５を得た（図４（ｇ））。このとき、ニッケル複製層４１５の下側の表面（ＰＭＭＡ膜４０４と接している面）には、ＰＭＭＡ膜４０４を凹凸反転した構造が形成された。 Next, electrolytic plating was performed using the thin nickel film 405 as a seed layer to obtain a nickel replication layer 415 having a thickness of about 200 microns (FIG. 4G). At this time, a structure in which the PMMA film 404 was inverted was formed on the lower surface of the nickel replication layer 415 (the surface in contact with the PMMA film 404).
次に、形成したニッケル複製層４１５をＰＭＭＡ膜４０４から剥がすことで、階段形状を持つニッケルモールド４２５を製造した（図４（ｈ））。
ニッケル層４１５の剥離が完全に行われず、ＰＭＭＡ膜４０４の一部がニッケルモールド４２５に付着する形で剥がれた場合、ニッケルモールド４２５を高温の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などで処理することにより、付着したＰＭＭＡを除去しても良い。
Next, a nickel mold 425 having a step shape was manufactured by peeling the formed nickel replication layer 415 from the PMMA film 404 (FIG. 4H).
When the nickel layer 415 is not completely peeled off and a part of the PMMA film 404 is peeled off in a form attached to the nickel mold 425, the nickel mold 425 is treated with a high temperature potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or the like, The adhered PMMA may be removed.
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、樹脂層を再生し、再度複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。 As mentioned above, the imprint mold of this invention was able to be manufactured. Subsequently, an example of a method for regenerating a resin layer and producing an imprint mold of the present invention comprising a duplicate layer again will be described below.
まず、ニッケルモールド４２５を剥離した後の石英基材４０１について、表面に残留しているＰＭＭＡ膜４０４を除去・洗浄した。このとき、除去・洗浄として、濃硫酸と過酸化水素水を１：２程度の体積比で混合した液に浸漬した。
次に、再度図４（ｅ）のＰＭＭＡスピンコート工程を行うことで、再度ニッケルモールド４２５を得ることが出来た。
First, the PMMA film 404 remaining on the surface of the quartz base material 401 after the nickel mold 425 was removed was removed and washed. At this time, as removal / washing, it was immersed in a liquid in which concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide were mixed at a volume ratio of about 1: 2.
Next, the nickel mold 425 could be obtained again by performing the PMMA spin coating process of FIG. 4E again.
＜実施例２＞
以下、基材として石英を用い、基材としてシリコンウェハを用い、緩斜面状構造を製作する実施例について、図５を用いて説明する。
<Example 2>
Hereinafter, an example in which quartz is used as a base material, a silicon wafer is used as a base material, and a gentle slope structure is manufactured will be described with reference to FIG.
まず、シリコンウェハ５０１上に電子線レジスト膜５０２を、スピンコートにより成膜した（図５（ａ））。 First, an electron beam resist film 502 was formed on a silicon wafer 501 by spin coating (FIG. 5A).
次に、図５（ｂ）に示すように、電子線描画装置を用いてパターンを描画し、現像を行うことで、レジストパターン５１２を得た。レジストパターン５１２は、最終的に傾斜面を形成する領域内で、ある程度連続的に開口率が変更するような溝パターンとし、ここでは、１ミクロンピッチの等間隔で、１００，２００，…，９００ｎｍの様に順次開口幅を変化させて９本の溝パターンを形成し、その左右にはそれぞれレジストを完全に残す領域と、レジストを完全に除去する領域を設けた。 Next, as shown in FIG. 5B, a resist pattern 512 was obtained by drawing a pattern using an electron beam drawing apparatus and performing development. The resist pattern 512 is a groove pattern whose aperture ratio is changed to some extent continuously in a region where an inclined surface is finally formed. Here, the resist pattern 512 is 100, 200,..., 900 nm at equal intervals of 1 micron pitch. In this manner, nine groove patterns were formed by sequentially changing the opening width, and regions where the resist was completely left and regions where the resist was completely removed were provided on the left and right sides thereof, respectively.
次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン５１２をマスクとして、フッ素ガスプラズマを用いたドライエッチングにてシリコンウェハ５０１の表面を、２００ｎｍの深さになるようにエッチングを行った。 Next, as shown in FIG. 5C, using the resist pattern 512 as a mask, the surface of the silicon wafer 501 was etched to a depth of 200 nm by dry etching using fluorine gas plasma.
次に、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン５１２を酸素プラズマによるアッシング、及びレジスト・エッチング残渣剥離液を用いて除去し、更に、硫酸、アンモニア水、過酸化水素水などを用いた複数の薬液を用いて洗浄を行い、シリコンウェハ５０１の表面に開口部５１１が形成された物を得た。開口部５１１は、レジストパターン５１２と同様に、開口率が図面右側に向かって徐々に大きくなるように変化している。 Next, as shown in FIG. 5D, the resist pattern 512 is removed by ashing with oxygen plasma and using a resist / etching residue remover, and further using sulfuric acid, ammonia water, hydrogen peroxide water, or the like. Cleaning was performed using a plurality of chemical solutions, and a product in which an opening 511 was formed on the surface of the silicon wafer 501 was obtained. As with the resist pattern 512, the opening 511 changes so that the opening ratio gradually increases toward the right side of the drawing.
次に、緩斜面状の表面構造を得るために、シリコンウェハ５０１表面の微細溝５１１上にＰＭＭＡを主成分とする樹脂溶液を滴下してスピンコートを行い、更に１００〜１８０℃程度で数分間のベークを行うことで、ＰＭＭＡ膜５０４を形成した。
このとき、ＰＭＭＡのスピンコート条件としては、開口部が無いシリコンウェハ上にコートした場合に、形成される膜の厚さが５００ｎｍ〜１μｍ程度となるように、樹脂溶液の濃度や回転速度、回転時間などを調節する。ＰＭＭＡ膜５０４の表面には、微細溝５１１の開口密度に対応して凹凸が生じるため、図５（ｅ）に示すような緩斜面状の形状が得られた。
Next, in order to obtain a gently sloping surface structure, a resin solution containing PMMA as a main component is dropped on the fine grooves 511 on the surface of the silicon wafer 501 to perform spin coating, and further at about 100 to 180 ° C. for several minutes. The PMMA film 504 was formed by performing this baking.
At this time, the spin coating conditions for PMMA include the concentration, rotation speed, and rotation of the resin solution so that the thickness of the formed film is about 500 nm to 1 μm when a silicon wafer without an opening is coated. Adjust time etc. Since the surface of the PMMA film 504 has irregularities corresponding to the opening density of the fine grooves 511, a gentle slope shape as shown in FIG. 5 (e) was obtained.
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。 As mentioned above, the imprint mold of this invention was able to be manufactured. Subsequently, an example of a method for producing the imprint mold of the present invention comprising a replication layer will be shown below.
まず、図５（ｆ）に示すように、ＰＭＭＡ膜５０４上に、スパッタリングによって、薄いニッケル膜５０５を形成する。実施例１では無電解メッキを用いたのに対し、本実施例ではスパッタリングを用いたのは、ＰＭＭＡＭ膜５０４の形状の違いによる。実施例１の場合のような比較的微細な凹凸構造、特に垂直に近い側壁が狭い間隔で並ぶような構造に、均一なニッケル薄膜を形成するには、無電解メッキの方が適しているが、本実施例の様な形状の場合は、スパッタリングや蒸着を用いても大きな問題は生じない。もちろん、本実施例において無電解メッキを用いても特に問題は無い。 First, as shown in FIG. 5F, a thin nickel film 505 is formed on the PMMA film 504 by sputtering. In the first embodiment, electroless plating is used, whereas in this embodiment, sputtering is used because of the difference in the shape of the PMMAM film 504. Electroless plating is more suitable for forming a uniform nickel thin film in a relatively fine concavo-convex structure as in the case of Example 1, particularly in a structure in which sidewalls close to vertical are arranged at narrow intervals. In the case of the shape as in this embodiment, no major problem occurs even if sputtering or vapor deposition is used. Of course, there is no particular problem even if electroless plating is used in this embodiment.
次に、薄いニッケル膜５０５をシード層として電解メッキを行い、２００ミクロン程度の厚さのニッケル層５１５を得る（図５（ｇ））。このニッケル層５１５の下側の表面（ＰＭＭＡ膜５０４と接している面）には、ＰＭＭＡ膜５０４の緩斜面構造の複製層が作製される Next, electrolytic plating is performed using the thin nickel film 505 as a seed layer to obtain a nickel layer 515 having a thickness of about 200 microns (FIG. 5G). On the lower surface of the nickel layer 515 (the surface in contact with the PMMA film 504), a replication layer having a gentle slope structure of the PMMA film 504 is produced.
次に、形成したニッケル層５１５をＰＭＭＡ膜５０４から剥がすことで、緩斜面形状を持つニッケルモールド５２５が完成した（図５（ｈ））。 Next, the formed nickel layer 515 was peeled off from the PMMA film 504, thereby completing a nickel mold 525 having a gentle slope shape (FIG. 5 (h)).
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、樹脂層を再生し、再度複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。 As mentioned above, the imprint mold of this invention was able to be manufactured. Subsequently, an example of a method for regenerating a resin layer and producing an imprint mold of the present invention comprising a duplicate layer again will be described below.
まず、ニッケルモールド５２５を剥離した後のシリコンウェハ５０１について、表面に残留しているＰＭＭＡ膜５０４を除去・洗浄した。このとき、除去・洗浄として、濃硫酸と過酸化水素水を１：２程度の体積比で混合した液に浸漬した。
次に、再度図５（ｅ）のＰＭＭＡスピンコート工程を行うことで、再度ニッケルモールド５２５を得ることが出来た。
First, the PMMA film 504 remaining on the surface of the silicon wafer 501 after the nickel mold 525 was removed was removed and washed. At this time, as removal / washing, it was immersed in a liquid in which concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide were mixed at a volume ratio of about 1: 2.
Next, the nickel mold 525 could be obtained again by performing the PMMA spin coating process of FIG.
本発明のインプリントモールドは、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）を形成することが求められる広範な分野に活用が期待され、例えば、回折素子に代表される光学素子、半導体の製造工程におけるパターン形成、パターン回路の形成、等の分野に活用することが出来る。 The imprint mold of the present invention is expected to be used in a wide range of fields where three-dimensional structure patterns having different heights (for example, stepped shape, gentle slope shape, etc.) are required. It can be utilized in fields such as optical elements, pattern formation in semiconductor manufacturing processes, pattern circuit formation, and the like.
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，２０１ａ，２０１ｂ，３０１……基材
１１１ｂ，１１１ｃ，２１１ａ，２１１ｂ，３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ……基材表面に形成された開口部
３０２……レジスト膜
３１２，３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ，４１２，４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ，４１２ｄ，５１１……微細レジストパターン
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，２０４ａ，２０４ｂ，３０４……開口部上に塗布した樹脂層
１１４ｂ，１１４ｃ……開口部上に塗布した樹脂層の凹み部
３０５……導電薄膜層
３１５……金属複製層
３２５……モールド
４０１……石英基材
４１１，４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃ，４１１ｄ……石英基材表面に形成された開口部
４０２，５０２……電子線レジスト膜
４０３……クロム薄膜
４１３……クロム微細パターン
４０４，５０４……ＰＭＭＡ膜
４０５，５０５……ニッケル薄膜
４１５，５１５……ニッケル複製層
４２５，５２５……ニッケルモールド
５０１……シリコンウェハ
101a, 101b, 101c, 201a, 201b, 301 ... base materials 111b, 111c, 211a, 211b, 311, 311a, 311b, 311c, 311d ... openings 302 formed on the surface of the base material 302 ... resist film 312, 312a, 312b, 312c, 312d, 412, 412a, 412b, 412c, 412d, 511... Fine resist patterns 104a, 104b, 104c, 204a, 204b, 304... Resin layers 114b, 114c applied on the openings. Recessed portion 305 of the resin layer applied on the opening portion ...... Conductive thin film layer 315... Metal replica layer 325... Mold 401... Quartz base material 411, 411 a, 411 b, 411 c, 411 d. Opened portions 402, 502... Electron beam resist film 403. Arm film 413 ...... chromium micropattern 404, 504 ...... PMMA film 405, 505 ...... nickel thin 415,515 ...... nickel replication layer 425,525 ...... nickel mold 501 ...... silicon wafer
Claims (7)
基板と、
前記基板上に設けた開口部と、
前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していること
を特徴とするインプリントモールド。 An imprint mold for forming three-dimensional structure patterns having different heights,
A substrate,
An opening provided on the substrate;
A resin layer laminated on the substrate surface provided with the opening,
The imprint mold, wherein the resin layer forms a three-dimensional structure pattern corresponding to the opening density of the openings.
開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であること
を特徴とするインプリントモールド。 The imprint mold according to claim 1,
The imprint mold, wherein the opening is an opening whose opening density continuously changes in an arbitrary direction on the substrate surface.
基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、
各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、
各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化させること
を特徴とするインプリントモールド。 The imprint mold according to claim 1,
Divide the entire area of the substrate surface into blocks of any size and shape,
Within each block, the opening density of the openings is constant,
An imprint mold, wherein an opening density of an opening is changed between each of the blocks.
局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、
前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、
を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。 An imprint mold manufacturing method for forming three-dimensional structure patterns having different heights,
Lithographic process for forming a resist pattern in which the opening density is locally changed in a lump in a plane;
Etching using the resist pattern as a mask, and collectively forming openings on the surface of the substrate having different opening densities locally;
Forming a resin layer on the substrate having the concavo-convex structure, and forming a three-dimensional structure pattern according to the opening density of the openings on the resin layer;
An imprint mold manufacturing method comprising:
更に、
三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、
前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、
を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。 The imprint mold manufacturing method according to claim 5,
Furthermore,
Forming a replication layer on the resin layer having a three-dimensional structure pattern;
Peeling the resin layer and the replication layer, and producing an imprint mold comprising the replication layer;
An imprint mold manufacturing method comprising:
更に、
複製層を剥離した後、基板から樹脂層を除去する工程と、
前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、
再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、
再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、
を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。 The imprint mold manufacturing method according to claim 6,
Furthermore,
Removing the resin layer from the substrate after peeling off the replication layer;
Forming a resin layer again on the substrate from which the resin layer has been peeled;
Forming a replication layer again on the resin layer formed again;
Peeling the resin layer formed again and the duplicate layer formed again, and manufacturing the imprint mold comprising the duplicate layer again;
An imprint mold manufacturing method comprising:
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