JP2008053666A - Pattern formation method and pattern formation object - Google Patents
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Abstract
Description
請求項に係る発明は、高温度で使用しても形状が維持されるようにHSQ膜に微細パターン(凹凸の寸法がnmまたはμmレベルのパターン)を形成する方法、およびそうして微細パターンを形成されたHSQのパターン形成体に関するものである。 The claimed invention is a method for forming a fine pattern (pattern with irregularities in the nm or μm level) on the HSQ film so that the shape is maintained even when used at a high temperature, and thus the fine pattern is formed. The present invention relates to a formed HSQ pattern formed body.
HSQ(水素シルセスキオキサンポリマー)はゾル・ゲル系の無機高分子材料であり、熱サイクルやUV照射を必要としない高精度・高スループットの室温ナノインプリントを可能にする有意義な転写材料である。HSiO3/2の繰り返し構造からからなっていてSiO2と同等の高いドライエッチング耐性を有するため、転写された微細パターンをドライエッチング用のマスクとしても使用できる。透明度が高い点でも種々の利点をもたらす。 HSQ (hydrogen silsesquioxane polymer) is a sol-gel inorganic polymer material, and is a meaningful transfer material that enables room-temperature nanoimprinting with high accuracy and high throughput that does not require thermal cycling or UV irradiation. Since it consists of a repeating structure of HSiO 3/2 and has a high dry etching resistance equivalent to SiO 2 , the transferred fine pattern can also be used as a mask for dry etching. The high transparency also brings various advantages.
HSQ膜を用いる室温ナノインプリントのプロセスを図12(1)〜(5)に示す。すなわち、(1)基板1上に、転写材料であるHSQをスピン塗布することによりHSQ膜2を成膜する。(2)つぎに、電子線リソグラフィー等によって表面(図の下面)に微細パターンを形成したモールド8を、HSQ膜2に対し、熱をかけることなく室温で押し当てて適切な圧力を保持する。(3)モールド8を基板1およびHSQ膜2から剥離したうえ、(4)・(5)基板1上の残渣(残膜)2x等をエッチングによって除去する。 A room temperature nanoimprint process using an HSQ film is shown in FIGS. (1) The HSQ film 2 is formed on the substrate 1 by spin-coating HSQ as a transfer material. (2) Next, the mold 8 having a fine pattern formed on the surface (the lower surface in the figure) by electron beam lithography or the like is pressed against the HSQ film 2 at room temperature without applying heat to maintain an appropriate pressure. (3) The mold 8 is peeled from the substrate 1 and the HSQ film 2, and (4) and (5) residues (residual film) 2x and the like on the substrate 1 are removed by etching.
HSQの化学構造とスペクトルの測定結果(FTIR)を図13に示す。FTIR測定結果によれば、主なスペクトルは、2260cm-1:Si-H stretching, 1130-1180cm-1:Si-O、その中でも1130cm-1:Si-O stretching of cage structure, 1080cm-1:Si-O stretching of network structure、そして860-830cm-1:O-Si-H である。FTIR結果から、HSQはビニル基のような有機基を含まないポリシロキサンであることが分かる。500℃に加熱すると、Si-Hが減少し、Si-Oが増加する。さらに1000℃に加熱すると、Si-HがほとんどなくなってSi-Oのみとなり、HSQがSiO2になることが分かる。 The chemical structure and spectrum measurement result (FTIR) of HSQ are shown in FIG. According to FTIR measurement, the main spectrum, 2260cm -1: Si-H stretching , 1130-1180cm -1: Si-O, 1130cm -1 among which: Si-O stretching of cage structure , 1080cm -1: Si -O stretching of network structure, and 860-830cm -1 : O-Si-H. FTIR results show that HSQ is a polysiloxane that does not contain organic groups such as vinyl groups. When heated to 500 ° C., Si—H decreases and Si—O increases. Further, when heated to 1000 ° C., Si—H is almost lost and only Si—O is obtained, and HSQ becomes SiO 2 .
HSQ膜を用いる室温ナノインプリントについては、下記の特許文献1および非特許文献1などに記載がある。
HSQ膜に形成した微細パターンには、一定温度以上に加熱されると形が崩れやすいという課題がある。図14(a)〜(d)はそのことを示す断面SEM画像であり、モールドを押し付けて剥離することにより線幅が約200nmの微細パターンを形成したのち、各設定温度に加熱した場合の当該パターンを撮影したものである。図14(c)のように200℃に加熱すると形状の維持が困難になり、それ以上の温度ではパターンは消失してしまった。温度上昇にともない表面の硬度は増加していることと、図13の測定結果とから推測すると、加熱にともない、Si-Oのcage structureが開いてladder structureとなり、ladder structureがネットワーク構造を形成するとともに、Si-Hが減少することにより、HSQがSiO2化して硬化したものと考えられる。 The fine pattern formed on the HSQ film has a problem that it is easily deformed when heated to a certain temperature or higher. FIGS. 14A to 14D are cross-sectional SEM images showing this, and when the mold is pressed and peeled to form a fine pattern with a line width of about 200 nm, the sample is heated to each set temperature. It is a photograph of a pattern. As shown in FIG. 14C, it was difficult to maintain the shape when heated to 200 ° C., and the pattern disappeared at a temperature higher than that. As estimated from the fact that the surface hardness increases with the temperature rise and the measurement result of FIG. 13, with heating, the Si-O cage structure opens to become a ladder structure, and the ladder structure forms a network structure. At the same time, it is considered that HSQ is converted into SiO 2 and hardened by decreasing Si—H.
形成された微細パターンが一定温度以上で維持されないとすると、そのようなパターン形成体について用途が大幅に限定される。たとえば、軟X線分光法に使用される回折格子であるSiO2ラメラー格子は、真空中でのX線照射による高熱に対して耐性を有する必要があるが、上記のようにHSQ膜にて形成した場合には、そのような耐性がなく、ラメラー格子として使用できないことになる。 If the formed fine pattern is not maintained at a certain temperature or higher, the use of such a pattern forming body is greatly limited. For example, a SiO 2 lamellar grating, which is a diffraction grating used in soft X-ray spectroscopy, needs to be resistant to high heat caused by X-ray irradiation in a vacuum, but is formed of an HSQ film as described above. In such a case, there is no such resistance, and it cannot be used as a lamellar lattice.
請求項に係る発明は、HSQ膜に形成された微細パターンが高温度でも維持されるようにするパターン形成方法、および高温度でも維持されるように微細パターンが形成されたパターン形成体を提供するものである。 The invention according to claim provides a pattern forming method for maintaining a fine pattern formed on an HSQ film even at a high temperature, and a pattern forming body on which a fine pattern is formed so as to be maintained even at a high temperature. Is.
上記の課題を解決するため、発明者らは、HSQ膜に微細パターンを付与したのち、当該膜の表面(微細パターンを有する表面)に酸素照射(酸素イオンまたは酸素プラズマの照射)を行うこととした。
そうすることにより、HSQ膜の微細パターンは、200℃以上に加熱されても形状が維持されるようになる(図3を参照)。HSQ膜の表面に酸素照射を行うと、当該膜の表面のごく薄い範囲(深さ2〜3nm程度と推測される)でSiO2化(またはSiO2と似た組成への変化。以下同様)が生じ、それによって硬度が増す結果、その後のパターンの維持が可能になるものと考えられる。HSQ膜の表面でSiO2化が生じると考えるのは、後述(図4、表1および図5を参照)のように、酸素照射後には、Siに対するOの割合が増加し、また水滴の接触角がSiO2の表面におけるものと同等になるからである。SiO2化の際には前述のように形状が崩れがちであるが、酸素照射による場合には表面のごく薄い範囲でのSiO2化にとどまるため、形状に対する影響はほとんどない。
In order to solve the above problems, the inventors give a fine pattern to the HSQ film, and then perform oxygen irradiation (irradiation of oxygen ions or oxygen plasma) on the surface of the film (surface having the fine pattern). did.
By doing so, the shape of the fine pattern of the HSQ film is maintained even when heated to 200 ° C. or higher (see FIG. 3). When oxygen irradiation is performed on the surface of the HSQ film, it is converted to SiO 2 (or changes to a composition similar to SiO 2 in the very thin range (estimated to be about 2 to 3 nm in depth)). As a result, the hardness increases, and it is considered that the subsequent pattern can be maintained. The reason why SiO 2 is formed on the surface of the HSQ film is that, as will be described later (see FIG. 4, Table 1 and FIG. 5), after oxygen irradiation, the ratio of O to Si increases and contact of water droplets occurs. This is because the corners are equivalent to those on the SiO 2 surface. As described above, the shape tends to collapse when SiO 2 is formed. However, in the case of oxygen irradiation, there is almost no influence on the shape because it is limited to SiO 2 in a very thin surface area.
上記のパターン形成方法は、たとえば、HSQ膜にモールド(表面に微細パターンを形成した型)を押し当てることにより(つまり、ナノインプリントと呼ばれる方法によって)微細パターンの付与を行い、当該モールドを剥離(HSQ膜から分離)したのち、HSQ膜の加熱過程をはさむことなくその表面に酸素照射を行うことによって行うとよい。たとえば図1の手順にしたがうのである。
モールドを用いれば、HSQ膜への微細パターンの付与を高精度に、かつ効率的に行うことができる。また、モールドを剥離したのち加熱過程をはさむことなく酸素照射を行うと、高精度に付与された微細パターンがそのまま高温でも維持される状態になる。そのため、このようにする方法は、正確なパターンをもつパターン形成体であって高温での使用可能性があるもの(たとえば前述のラメラー格子)を作製するのに適している。
The pattern forming method described above is performed by, for example, applying a fine pattern by pressing a mold (a mold having a fine pattern formed on the surface) against the HSQ film (that is, by a method called nanoimprint), and peeling the mold (HSQ After separation from the film, the surface of the HSQ film may be irradiated with oxygen without interposing the heating process. For example, the procedure of FIG. 1 is followed.
If a mold is used, a fine pattern can be applied to the HSQ film with high accuracy and efficiency. Moreover, when oxygen irradiation is performed without interposing a heating process after peeling off the mold, a fine pattern provided with high accuracy is maintained as it is even at a high temperature. Therefore, this method is suitable for producing a pattern forming body having an accurate pattern and capable of being used at a high temperature (for example, the aforementioned lamellar lattice).
その一方、HSQ膜にモールドを押し当てることにより微細パターンの付与を行い、当該モールドを剥離したのち、HSQ膜を加熱することにより表面の一部をリフローさせ、そうした表面に酸素照射を行うのもよい。たとえば図9の手順によるのである。
モールドを用いて微細パターンを高精度に形成したうえ、そのHSQ膜を加熱して表面の一部をリフローさせると、図9(4)および図10のように球面等の凸型曲面を含むパターンを容易に形成することができる。そのようなパターンを有する形成体は、液晶プロジェクターや光通信コネクタなど光応用の分野で広く利用されるマイクロレンズアレイなどとして使用できるものとなる。
On the other hand, a fine pattern is applied by pressing a mold against the HSQ film, and after peeling the mold, a part of the surface is reflowed by heating the HSQ film, and oxygen irradiation is performed on the surface. Good. For example, it is based on the procedure of FIG.
When a fine pattern is formed with high precision using a mold and the HSQ film is heated to reflow part of the surface, a pattern including a convex curved surface such as a spherical surface as shown in FIGS. 9 (4) and 10 Can be easily formed. The formed body having such a pattern can be used as a microlens array widely used in the field of optical applications such as a liquid crystal projector and an optical communication connector.
上記のHSQ膜は、基板上にスピンコートして設けるのもよいが、下記のように液滴の塗布をしてただちにモールドを押し当てる方法で設けるのもよい。すなわち、たとえば図7(1)〜(4)のように(または図9中の(1)〜(3)のように)、基板上にHSQの液を滴下することによりHSQ膜を成膜したうえ、当該液中の溶媒が蒸発する前(したがってHSQ膜の表面が硬化する前)に当該膜にモールドを押し当て、溶媒を蒸発させたのち(したがってHSQ膜の表面が硬化したのち)に当該モールドを分離することによって、HSQ膜への微細パターンの付与を行う。その後、HSQ膜の加熱過程をはさみ、またははさまずに、当該膜の表面に酸素照射を行うのである。
このような方法をとれば、HSQ膜の硬度が増す前にモールドを押し当てるために、a)モールドの押し当てに必要な圧力(転写圧力)が低くなる、b)HSQ膜への転写深さがモールドの線幅によらず均一になるなど微細パターンがHSQ膜に忠実に転写される、c)転写後の基板上のHSQ残渣(残膜)が薄くなって除去されやすくなる----といった利点がもたらされる。それにより、種々の光学部品における微細なパターニングをより高精度かつ高スループットに行うことが可能になる。
The HSQ film may be provided by spin coating on a substrate, or may be provided by a method in which a mold is pressed immediately after applying a droplet as described below. That is, for example, as shown in FIGS. 7 (1) to (4) (or (1) to (3) in FIG. 9), an HSQ film is formed by dropping an HSQ liquid on the substrate. In addition, the mold is pressed against the film before the solvent in the liquid evaporates (and thus the surface of the HSQ film is cured), and after the solvent is evaporated (and thus the surface of the HSQ film is cured), By separating the mold, a fine pattern is applied to the HSQ film. Thereafter, the surface of the film is irradiated with oxygen without sandwiching or interposing the heating process of the HSQ film.
By adopting such a method, a) the pressure required to press the mold (transfer pressure) is lowered to press the mold before the hardness of the HSQ film increases, and b) the transfer depth to the HSQ film. The fine pattern is faithfully transferred to the HSQ film, such as being uniform regardless of the line width of the mold. C) The HSQ residue (residual film) on the substrate after transfer becomes thin and easy to remove. The following advantages are brought about. Thereby, fine patterning in various optical components can be performed with higher accuracy and higher throughput.
上記のパターン形成方法において、酸素照射に代えて、電子ビーム照射またはアルゴンイオン照射を行うこととするのもよい。
酸素照射ではなく電子ビーム照射またはアルゴンイオン照射を行うことによっても、HSQ膜における微細パターンが高温度において維持されるようになる。発明者らの測定によれば、電子ビーム照射を行った場合にも、HSQ膜においてSiに対するOの割合が増加し、また水滴の接触角がSiO2の表面におけるものに近づいた(表3を参照)。その点から、酸素照射の場合と同様に、HSQ膜の表面の薄い範囲でSiO2化が生じて硬度が増す結果、微細パターンの維持が可能になるものと考えられる。
In the above pattern forming method, electron beam irradiation or argon ion irradiation may be performed instead of oxygen irradiation.
By performing electron beam irradiation or argon ion irradiation instead of oxygen irradiation, the fine pattern in the HSQ film can be maintained at a high temperature. According to the measurement by the inventors, even when electron beam irradiation was performed, the ratio of O to Si in the HSQ film increased, and the contact angle of water droplets approached that on the surface of SiO 2 (see Table 3). reference). From this point, it is considered that, as in the case of oxygen irradiation, the fine pattern can be maintained as a result of increasing the hardness by forming SiO 2 in the thin area of the surface of the HSQ film.
表面に微細パターンを有するパターン形成体は、上記いずれかのパターン形成方法によって形成されたものであるのが好ましい。
そのようなパターン形成体は、高温度(とくに200℃以上)の環境においても使用することができ、熱ナノインプリント用モールド、高温ドライエッチング用マスクとして使用し、もしくはさらに、高耐熱性低膨張基板への対応可能性(線膨張率の広い選択幅)、紫外線透過性、低波長分散、透明性、高耐熱環境性、高耐薬品性などから、ブレーズド回折格子、ラメラー格子等の光学部品、または、大容量ハードディスクなどの高密度記録媒体であるパターンドメディアの磁性薄膜を加工するドライエッチングマスク等として使用するのに適している。
またとくに、HSQ膜にモールドにて微細パターンの付与を行い、そのモールドを剥離したのち、HSQ膜を加熱することにより表面の一部をリフローさせ、そうした表面に酸素照射を行うという方法(たとえば図9)で形成されたパターン形成体は、マイクロレンズアレイ(それを製造するための中間製品を含む)として使用するのに適している。
The pattern forming body having a fine pattern on the surface is preferably formed by any one of the above pattern forming methods.
Such a pattern forming body can be used even in an environment of high temperature (particularly 200 ° C. or higher), used as a mold for thermal nanoimprinting, a mask for high temperature dry etching, or further to a high heat resistant low expansion substrate. Optical components such as blazed diffraction gratings, lamellar gratings, etc. from the possibility of compatibility (wide selection range with a wide coefficient of linear expansion), UV transmission, low wavelength dispersion, transparency, high heat resistance, high chemical resistance, etc. It is suitable for use as a dry etching mask for processing a magnetic thin film of patterned media, which is a high-density recording medium such as a large capacity hard disk.
In particular, a method in which a fine pattern is applied to the HSQ film with a mold, the mold is peeled off, the HSQ film is heated to reflow part of the surface, and oxygen irradiation is performed on the surface (for example, FIG. The pattern forming body formed in 9) is suitable for use as a microlens array (including an intermediate product for manufacturing the microlens array).
請求項に係るパターン形成方法によれば、HSQ膜に形成された微細パターンは、200℃以上に加熱されても形状が維持されるようになる。そのため、そうして微細パターンを形成されたパターン形成体は、熱ナノインプリント用モールド、高温ドライエッチング用マスク、ラメラー格子またはパターンドメディアなど、高温度に対する耐性が求められる光学部品等として使用され得ることとなる。なお、パターン形成をさらに高精度化および高効率化することも可能であり、マイクロレンズアレイとすることもできる。 According to the pattern forming method according to the claims, the shape of the fine pattern formed on the HSQ film is maintained even when heated to 200 ° C. or higher. Therefore, the pattern forming body on which a fine pattern is formed in this way can be used as an optical component that is required to withstand high temperatures, such as a mold for thermal nanoimprint, a mask for high temperature dry etching, a lamellar lattice, or patterned media. It becomes. Note that pattern formation can be further improved in accuracy and efficiency, and a microlens array can be obtained.
発明の実施に関する第一の形態を図1〜図6に紹介する。この形態では、図1(a)〜(e)の手順によってHSQ(たとえばDow Corning Co.の"FOX16"や、東京応化工業の"OCD T-12")の膜に微細パターンを形成する。すなわち、基板1の表面上にスピンコート(スピン塗布)等の方法によってHSQ膜2を設け(図1(a))、その上にモールド8を押し当てる(図1(b))。モールド8はその表面(図の下面)に微細な凹凸パターン8aを有するもので、たとえば、SiとSiO2とでできていてSiO2の部分に電子線リソグラフィーとドライエッチングにより凹凸パターン8aを形成したものである。押し当てたモールド8をHSQ膜2から剥離すると、いわゆる室温ナノインプリントによって、モールド8の凹凸パターン8aを転写された微細パターン2aがHSQ膜2に形成される(図1(c))。こうしてできた微細パターン2aを有するHSQ膜2に、図2に示す装置11を用いて酸素照射(O2RIEすなわち酸素イオン照射。ただし酸素プラズマ照射としてもよい)を行う(図1(d))。そのようにしたうえで、1000℃など高温度の環境下にHSQ膜2を置く(図1(e))。 A first embodiment relating to the implementation of the invention is introduced in FIGS. In this embodiment, a fine pattern is formed on a film of HSQ (for example, “FOX16” of Dow Corning Co. or “OCD T-12” of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) by the procedure of FIGS. That is, the HSQ film 2 is provided on the surface of the substrate 1 by a method such as spin coating (spin coating) (FIG. 1A), and the mold 8 is pressed thereon (FIG. 1B). The mold 8 has a fine concavo-convex pattern 8a on its surface (lower surface in the figure). For example, the mold 8 is made of Si and SiO 2, and the concavo-convex pattern 8a is formed on the SiO 2 portion by electron beam lithography and dry etching. Is. When the pressed mold 8 is peeled from the HSQ film 2, a fine pattern 2 a to which the uneven pattern 8 a of the mold 8 is transferred is formed on the HSQ film 2 by so-called room temperature nanoimprint (FIG. 1C). The HSQ film 2 having the fine pattern 2a thus formed is subjected to oxygen irradiation (O 2 RIE, that is, oxygen ion irradiation, but may be oxygen plasma irradiation) using the apparatus 11 shown in FIG. 2 (FIG. 1 (d)). . Then, the HSQ film 2 is placed in a high temperature environment such as 1000 ° C. (FIG. 1E).
図1(d)の酸素照射を行う図2の装置11は反応イオンエッチングのためのもので、高周波電源14に接続された高周波電極と接地電極、ならびに酸素ガスの供給路および排気路等を備えている。HSQ膜2(パターン2a)が上になって接地電極に向かうよう基板1をプラズマイオンシース内で高周波電極の上に置き、HSQ膜2の表面に数十eVの酸素イオンを照射する。実験で採用した酸素照射の条件はつぎのとおりである。
電源周波数 : 13.56MHz
酸素ガス圧力 : 5Pa
照射時間 : 10sec
RFパワー : 100W
The apparatus 11 of FIG. 2 that performs oxygen irradiation of FIG. 1D is for reactive ion etching, and includes a high-frequency electrode and a ground electrode connected to a high-frequency power source 14, an oxygen gas supply path, an exhaust path, and the like. ing. The substrate 1 is placed on the high-frequency electrode in the plasma ion sheath so that the HSQ film 2 (pattern 2a) faces up and faces the ground electrode, and the surface of the HSQ film 2 is irradiated with oxygen ions of several tens eV. The conditions of oxygen irradiation adopted in the experiment are as follows.
Power frequency: 13.56MHz
Oxygen gas pressure: 5Pa
Irradiation time: 10 sec
RF power: 100W
図3(a)〜(f)は、図1の手順により形成したHSQ膜2を各設定温度に各10分間放置したときの状態を示す断面SEM画像である。パターンの線幅は約200nmである。酸素照射を施したHSQが、200℃以下の場合(図3(a)〜(c))にも、また300℃・500℃・1000℃に加熱した各場合(図3(d)〜(f))にも、パターン形状が維持されていることが確認できる。 3A to 3F are cross-sectional SEM images showing states when the HSQ film 2 formed by the procedure of FIG. 1 is left at each set temperature for 10 minutes. The line width of the pattern is about 200 nm. Even when the HSQ subjected to oxygen irradiation is 200 ° C. or less (FIGS. 3A to 3C), each case is heated to 300 ° C., 500 ° C., and 1000 ° C. (FIGS. 3D to 3F). )) Also confirms that the pattern shape is maintained.
図4は、HSQ表面のXPSスペクトルの測定結果(X線源はMg。1253.6eVのKα線を使用)であって、10秒間酸素照射をするときの酸素圧力ごとのスペクトルを示すものである。この図4に基づいてHSQ表面のSiに対するOの割合(強度比。O1sとSi2pとのピーク高さの比)を調査した結果が下記の表1である。
図4および表1から、照射時間が同一の場合、酸素の圧力が高いほどHSQ表面のSiに対するOの割合が増加することが分かる。なお、SiO2におけるOの割合(上記と同じ強度比)は4.87である(後述の表3を参照)。
FIG. 4 shows the measurement results of the XPS spectrum on the HSQ surface (X-ray source is Mg. 1253.6 eV Kα ray is used), and shows the spectrum for each oxygen pressure when oxygen irradiation is performed for 10 seconds. Table 1 below shows the results of investigating the ratio of O to Si on the HSQ surface (strength ratio; ratio of peak height between O1s and Si2p) based on FIG.
From FIG. 4 and Table 1, it can be seen that when the irradiation time is the same, the ratio of O to Si on the HSQ surface increases as the oxygen pressure increases. In addition, the ratio of O in SiO 2 (the same intensity ratio as described above) is 4.87 (see Table 3 described later).
図5は、酸素照射をしたHSQ表面での水滴の接触角を測定したもので、図5(a)は酸素照射の際の酸素圧力との関係を示す線図、同(b)・同(c)は接触角がそれぞれ104°、25°の場合を示す水滴の側面図である。図5(a)の酸素照射についてのRFパワーは100W、照射時間は10秒である。未処理のHSQ表面の接触角が104°であるのに対し、酸素照射をしたHSQ表面の接触角は26°程度に激減し、SiO2における接触角(25°。表3を参照)に近づいた。
以上の点から、酸素照射により、HSQの表面に関してSiO2化(またはSiO2と似た組成への変化)が起きているものと考えられる。
Fig. 5 shows the contact angle of water droplets on the HSQ surface irradiated with oxygen. Fig. 5 (a) is a diagram showing the relationship with the oxygen pressure during oxygen irradiation. c) is a side view of a water droplet showing contact angles of 104 ° and 25 °, respectively. The RF power for the oxygen irradiation in FIG. 5A is 100 W, and the irradiation time is 10 seconds. While the contact angle of the untreated HSQ surface is 104 °, the contact angle of the HSQ surface irradiated with oxygen is drastically reduced to about 26 °, approaching the contact angle in SiO 2 (25 °, see Table 3). It was.
In view of the above, by oxygen irradiation, believed to SiO 2 of (or change to SiO 2 and similar composition) have occurred with respect to the surface of the HSQ.
図6は、ラメラー格子としてHSQ膜に形成した微細パターン(線幅は約1μm)を示す断面SEM画像である。図6(a)・(b)・(c)のそれぞれは、モールドを剥離した直後、酸素照射をせずに180℃に加熱した状態、酸素照射をしたうえで1000℃に加熱した状態の各HSQを示している。酸素照射をしない場合(図6(b))には180℃でパターン形状に変化が現れているが、酸素照射を施したもの(図6(c))では1000℃でもパターン形状が維持されている。 FIG. 6 is a cross-sectional SEM image showing a fine pattern (line width is about 1 μm) formed on the HSQ film as a lamellar lattice. 6 (a), 6 (b), and 6 (c) are respectively in a state of being heated to 180 ° C. without being irradiated with oxygen immediately after peeling off the mold, and being heated to 1000 ° C. after being irradiated with oxygen. HSQ is shown. When oxygen irradiation is not performed (FIG. 6B), the pattern shape changes at 180 ° C., but with oxygen irradiation (FIG. 6C), the pattern shape is maintained even at 1000 ° C. Yes.
図7には、上記と多少異なる手順によって微細パターンを形成する形態を示している。この形態では、図7(1)〜(4)に示すナノインプリント技術によってHSQ膜に微細パターンを付与する。すなわち、基板1上のHSQ膜3を、スピンコートによってではなくHSQの液滴を塗布することによって成膜し(図7(1))、すみやかに、つまりHSQ中の溶媒(たとえばメチルイソブチルケトン(MIBK))が蒸発しないうちにHSQ膜3にモールド8を押し当てる(図7(2))。モールド8を押し当てたまま時間をおくかまたは基板1を90℃程度に加熱するかして溶媒を蒸発させる(図7(3))。その後に基板1およびHSQ膜3からモールド8を剥離して、HSQ膜3にパターン3aを得る(図7(4))。そしてその後、前述(図2等)の要領でパターン3bに対して酸素照射を行う。 FIG. 7 shows a form in which a fine pattern is formed by a slightly different procedure. In this embodiment, a fine pattern is imparted to the HSQ film by the nanoimprint technique shown in FIGS. That is, the HSQ film 3 on the substrate 1 is formed not by spin coating but by applying HSQ droplets (FIG. 7 (1)), and promptly, that is, the solvent in HSQ (for example, methyl isobutyl ketone ( Before the MIBK)) evaporates, the mold 8 is pressed against the HSQ film 3 (FIG. 7 (2)). The solvent is evaporated by leaving time with the mold 8 being pressed or heating the substrate 1 to about 90 ° C. (FIG. 7 (3)). Thereafter, the mold 8 is peeled from the substrate 1 and the HSQ film 3 to obtain a pattern 3a on the HSQ film 3 (FIG. 7 (4)). After that, oxygen irradiation is performed on the pattern 3b as described above (FIG. 2 and the like).
図7の方法では、HSQ膜3が軟らかいうちにモールド8を押し当てるために転写圧力を約1MPaと低くすることができたほか、モールド8が有するパターンに対して忠実な転写が実現し、また、転写後の基板上のHSQ残渣を厚さ10nm以下と薄くすることができた。このような方法は、ドライエッチングマスクやパターンドメディア、偏光板や回折格子などの光学部品作製のためのパターニング技術として好ましいと期待される。 In the method shown in FIG. 7, the transfer pressure can be lowered to about 1 MPa to press the mold 8 while the HSQ film 3 is soft, and a faithful transfer to the pattern of the mold 8 is realized. The HSQ residue on the substrate after the transfer could be made as thin as 10 nm or less. Such a method is expected to be preferable as a patterning technique for producing optical parts such as dry etching masks, patterned media, polarizing plates, and diffraction gratings.
図8には、スピンコートして成膜したHSQにモールドを押し当てたことによる転写パターン(図8(a))と、液滴塗布して図7の手順で転写したパターン(図8(b))とを示している。図8(a)の場合、転写圧力が22MPaと高いにもかかわらず、転写深さ等においてモールド8のパターンを忠実には形成しておらず、またHSQ残渣は約200nmと厚い。これに対し、図7の手順で転写した図8(b)の場合には、上記のとおり転写圧力が低いうえ、パターンがモールドに忠実に形成されており、残渣が薄い。図8(a)・(b)のパターン形成に使用したモールド8およびその作製条件は、表2に示すとおりである。
図9(1)〜(4)には、さらに他の形態としての微細パターン形成プロセスを示している。このプロセスでは、まず、図7と同じナノインプリント法の手順で基板1上に微細パターン3bを形成する。すなわち、スピンコートによってではなく液滴を塗布することによって基板1上にHSQ膜3を設け(図9(1))、HSQ中の溶媒が蒸発しないうちにモールド8を押し当て(図9(2))、そのまま時間をおくか基板1を90℃程度に加熱するかして溶媒を蒸発させたのちモールド8を剥離する(図9(3))。これにより、一例として、直径・高さがともに0.5μmの不連続な円柱状突出体が多数配列されたパターン3bを形成する。 9 (1) to 9 (4) show a fine pattern forming process as still another embodiment. In this process, first, a fine pattern 3b is formed on the substrate 1 by the same nanoimprinting procedure as in FIG. That is, the HSQ film 3 is provided on the substrate 1 by applying droplets rather than by spin coating (FIG. 9 (1)), and the mold 8 is pressed before the solvent in the HSQ evaporates (FIG. 9 (2)). )), The mold 8 is peeled off after evaporating the solvent by waiting for a while or heating the substrate 1 to about 90 ° C. (FIG. 9 (3)). Thereby, as an example, a pattern 3b in which a large number of discontinuous columnar protrusions having a diameter and a height of 0.5 μm are arranged is formed.
図9のプロセスが特徴的であるのは、モールド8が剥離されたのち、パターン3bを有する基板1をベーク処理することによりパターン3bの表面付近をリフローさせる(図9(4))ことである。ベーク処理は、基板1を220℃で10分間加熱することにより行い、HSQのリフローによって、球面等の凸型曲面を有するパターン3cを形成する。
そのうえで、酸素照射を行ってパターン3cに高温耐性をもたせることとする。この例では、直径が0.5μmのレンズ状のパターン3cを得ることができた。図9(3)・(4)に対応する各パターンについてのSEM画像を図10(a)・(b)に示す。
The process of FIG. 9 is characteristic in that after the mold 8 is peeled off, the substrate 1 having the pattern 3b is baked to reflow the vicinity of the surface of the pattern 3b (FIG. 9 (4)). . The baking process is performed by heating the substrate 1 at 220 ° C. for 10 minutes, and a pattern 3c having a convex curved surface such as a spherical surface is formed by HSQ reflow.
Then, oxygen irradiation is performed to give the pattern 3c high temperature resistance. In this example, a lens-like pattern 3c having a diameter of 0.5 μm could be obtained. The SEM images for the patterns corresponding to FIGS. 9 (3) and (4) are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
上に紹介した形態ではHSQに酸素照射を施したが、発明者らは、酸素照射に代えて電子ビームを照射する実験も行った。電子ビーム照射によってもHSQの表面が硬化するものと予想したからである。 In the embodiment introduced above, oxygen irradiation was performed on the HSQ, but the inventors also conducted an experiment in which an electron beam was irradiated instead of the oxygen irradiation. This is because the surface of the HSQ is expected to be cured by electron beam irradiation.
図11は、基板上のHSQに線幅約500nmの微細パターンを形成したうえその表面に50eV程度の電子ビームを照射し、そうしてできたパターン(および基板)を加熱した場合の断面SEM画像である。100℃および200℃に加熱した場合(図11(b)・(c))、加熱前のもの(図11(a))と比べてパターンの崩れは見られなかった。 FIG. 11 is a cross-sectional SEM image in which a fine pattern having a line width of about 500 nm is formed on the HSQ on the substrate, the surface is irradiated with an electron beam of about 50 eV, and the resulting pattern (and the substrate) is heated. It is. When heated to 100 ° C. and 200 ° C. (FIGS. 11B and 11C), pattern collapse was not observed as compared to the one before heating (FIG. 11A).
電子ビーム照射を行う前後のHSQについて、図4および図5と同様にXPSスペクトルおよび水滴接触角を測定した。その測定結果を、酸素照射(酸素イオン照射)の場合のデータおよびSiO2についてのデータと比較する形で表3にまとめた。表3によれば、電子ビーム照射の場合にもHSQ表面(深さ1μm程度か)がSiO2化するものと推測される。ただし、その程度は、酸素照射の場合に比べるとやや小さいようである。
1 基板
2・3 HSQ膜
2a・3a・3b 転写パターン
8 モールド
1 Substrate 2/3 HSQ film 2a / 3a / 3b Transfer pattern 8 Mold
Claims (8)
A pattern forming body formed by the pattern forming method according to claim 3 and used as a microlens array.
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