JP2009194170A - Micro pattern forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント法を用いて薄膜の微細パターンを形成する微細パターン形成方法に関する。 The present invention relates to a fine pattern forming method for forming a fine pattern of a thin film using a nanoimprint method.
基板上に微細パターンを形成する方法の1つとして、樹脂材料を基板に塗布し、この塗布膜に対して、モールド(金型)に刻み込んだパターンを転写するナノインプリント法がある。このナノインプリント法では、樹脂材料として熱可塑性ポリマー、例えばPMMA(メタクリル酸メチル樹脂)が用いられている。 As one method for forming a fine pattern on a substrate, there is a nanoimprint method in which a resin material is applied to a substrate and a pattern engraved in a mold (mold) is transferred to the applied film. In this nanoimprint method, a thermoplastic polymer such as PMMA (methyl methacrylate resin) is used as a resin material.
しかしながら、この種の材料を用いたナノインプリント法では、モールドを押し付けて微細パターンを転写する際に加熱が必要であり、そのため、転写後の冷却時において温度変化によりパターン崩れが生じ、線幅精度が低下するという問題があった。また、加熱および冷却の工程が必要であるため作業効率が悪いという問題もあった。 However, in the nanoimprint method using this type of material, heating is required when transferring a fine pattern by pressing a mold, so that pattern collapse occurs due to temperature changes during cooling after transfer, and line width accuracy is improved. There was a problem of lowering. There is also a problem that work efficiency is poor because heating and cooling steps are required.
このような問題点を解決するために、従来、例えば、シロキサン成分を含む溶液を基板の表面に塗布した後、溶剤が揮発して硬化が完了する前に塗布膜にモールドを押し付け、塗布膜の硬化後にモールドを取り外すことによりナノサイズのSiO2 パターンを形成できるとする、室温ナノインプリント法が提案されている(特許文献1)。 In order to solve such problems, conventionally, for example, after a solution containing a siloxane component is applied to the surface of a substrate, the mold is pressed against the coating film before the solvent is volatilized and the curing is completed. There has been proposed a room temperature nanoimprint method in which a nano-sized SiO2 pattern can be formed by removing a mold after curing (Patent Document 1).
しかしながら、この室温ナノインプリント法では、SiO2 微細パターンを形成した後、型押し部分において残渣が多くなる。そのため、この残渣をエッチング、例えばRIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)により取り除く必要があるが、このRIE処理の際にパターン形状の線幅精度が低下するという問題があった。 However, in this room temperature nanoimprint method, after the SiO2 fine pattern is formed, the residue increases in the embossed portion. Therefore, it is necessary to remove this residue by etching, for example, RIE (Reactive Ion Etching), but there is a problem that the line width accuracy of the pattern shape is lowered during the RIE process.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、線幅精度を低下させることなく残渣を除去することができ、高精度の微細パターンを形成することの可能な微細パターン形成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fine pattern forming method capable of removing residues without reducing line width accuracy and forming a highly accurate fine pattern. Is to provide.
本発明の微細パターン形成方法は、基板上にシロキサン結合を有する溶液を塗布し、第1の膜を形成する工程と、第1の膜に対して微細パターンを有するモールドを押し付け、微細パターンを転写する工程と、第1の膜を硬化して第2の膜とした後、第2の膜から前記モールドを取り外す工程と、第2の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜を形成する工程と、金属膜をマスクとしてエッチングを行い、第2の膜の微細パターンにおける凹部を選択的に除去し、基板の表面を露出させる工程とを含むものである。 In the fine pattern forming method of the present invention, a solution having a siloxane bond is applied on a substrate to form a first film, and a mold having a fine pattern is pressed against the first film, thereby transferring the fine pattern. A step of curing the first film to form a second film, and then removing the mold from the second film; and forming a metal film on the upper surface of the convex portion in the fine pattern of the second film And a step of performing etching using the metal film as a mask, selectively removing the recesses in the fine pattern of the second film, and exposing the surface of the substrate.
本発明の微細パターン形成方法では、微細パターンの転写の後、例えば斜め蒸着法により、第2の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜が形成され、この金属膜をマスクとして、すなわち、微細パターンの凸部が被覆された状態で凹部のエッチングが行われる。これにより線幅精度を低下させることなく、第2の膜の微細パターンにおける凹部(残渣)が除去される。 In the fine pattern forming method of the present invention, after transfer of the fine pattern, a metal film is formed on the upper surface of the convex portion in the fine pattern of the second film, for example, by oblique vapor deposition, and using this metal film as a mask, Etching of the concave portion is performed in a state where the convex portion of the fine pattern is covered. Thereby, the concave portions (residues) in the fine pattern of the second film are removed without reducing the line width accuracy.
本発明の微細パターン形成方法によれば、微細パターンの転写の後、第2の膜の微細パターンにおける凸部の表面に金属膜を形成し、この金属膜をマスクとして凹部のエッチングを行うようにしたので、残渣処理時のパターンの変化を防ぐことができ、微細パターンを高精度に形成することができる。また、金属膜を微細パターンの凸部の最上面に形成するようにしたので、金属の種類を選択することで、パターングを行う薄膜との選択比を調整することができる。 According to the fine pattern forming method of the present invention, after transferring the fine pattern, a metal film is formed on the surface of the convex part in the fine pattern of the second film, and the concave part is etched using this metal film as a mask. Therefore, the pattern change at the time of residue processing can be prevented, and a fine pattern can be formed with high accuracy. In addition, since the metal film is formed on the uppermost surface of the convex portion of the fine pattern, the selection ratio with the thin film to be patterned can be adjusted by selecting the type of metal.
以下、本発明の一実施の形態に係る微細パターン形成方法について、図1(A)〜(C)および図2(A)〜(C)を参照して説明する。 Hereinafter, a fine pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) to (C) and FIGS. 2 (A) to (C).
まず、図1(A)に示したように、例えばスピンコート法により、例えばガラスの基板11の表面に溶液を塗布し、第1の膜(塗布膜)12を形成する。ここでの溶液は、例えば、シロキサン結合を有する成分と、アルコール、エステル、ケトンのうち少なくとも1種類以上を含む溶媒とを含むものである。シロキサン結合を有する成分としては、例えばポリハイドロジェンシルセスキオキサンであり、その他にも例えばオルガシリカが利用可能である。また、溶媒としては、例えば2−メチルー4−ペンタノンが挙げられる。このような溶液を用いることで、後述するパターン転写工程において、加熱・冷却処理が不要となり、このパターン転写工程におけるパターン崩れが抑制される。
First, as shown in FIG. 1A, a solution is applied to the surface of, for example, a
次に、図1(B)に示したように、室温において、例えばニッケル(Ni)基板もしくは石英基板からなり、所定の微細パターンが形成されたモールド13を、第1の膜12の表面に押圧し、微細パターンを第1の膜12に転写する。このとき、第1の膜12には、例えば線幅w=200nmの凹部と、高さh=100nmの凸部とを有する微細パターンが転写される。
Next, as shown in FIG. 1B, a mold 13 made of, for example, a nickel (Ni) substrate or a quartz substrate and having a predetermined fine pattern formed thereon is pressed against the surface of the
続いて、第1の膜12中の溶媒の蒸発および加水分解により微細パターンを硬化させた後、モールド13を基板11から取り外す。これにより、図1(C)に示したように、基板11上にシロキサン結合を含み、凹凸の微細パターンを有する薄膜(第2の膜14)が形成される。
Subsequently, after the fine pattern is cured by evaporation and hydrolysis of the solvent in the
次に、図2(A)に示したように、例えば、EB(Electron Beam ;電子ビーム)蒸着機を用いた斜め蒸着法により、第2の膜14の微細パターンの凸部14aの上面を金属薄膜15で被覆する。金属薄膜の材料としては、例えばアルミニウム(Al)、クロム(Cr)、チタン(Ti)またはニッケル、あるいはこれらの組み合わせが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 2A, the upper surface of the
ここで、斜め蒸着の臨界角θ0 は、微細パターンの凹部14bの線幅w、凸部14aの高さhを用いて、以下の式で表される。
θ0 =tan-1h/w
よって、蒸着角度θをこの臨界角θ0 以下とすることにより、金属薄膜15を微細パターンの凹部14bの底部部分に堆積させることなく、微細パターンの凸部14aの上面に堆積させることができる。これにより、後述する残渣処理工程において凹部14bの残渣のみを選択的に除去することができ、パターン崩れを防止することができる。
Here, the critical angle θ0 of oblique deposition is expressed by the following equation using the line width w of the concave portion 14b and the height h of the
θ0 = tan −1 h / w
Therefore, by setting the vapor deposition angle θ to be equal to or smaller than the critical angle θ0, the metal
次に、図2(B)に示したように、金属薄膜15をマスクにして、例えばCHF3 のRIE法により、微細パターンの凹部14bにある残渣16を選択的に除去し、基板11の表面を露出させる。このとき第2の膜14のみを除去するような条件でエッチングすることで、金属薄膜15で被覆された凸部14aは除去されず残存する。これによりパターン線幅を変えることなく残渣処理を行うことができる。なお、金属薄膜15の種類を適宜選択することによって、金属薄膜15とパターニングを行う第2の膜14との選択比を調整することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, using the metal
次に、図2(C)に示したように、例えばウェットエッチングにより金属薄膜15を除去し、第2の膜14の微細パターンの凸部14aの上面を露出させる。以上の工程により、精度良い微細パターンを有する薄膜(第2の膜14)が形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, the metal
このように本実施の形態では、微細パターンを転写した後、モールド13の押圧部分における残渣を除去する際に、微細パターンの凸部14aの上面を予め金属薄膜15で被覆し、これをマスクとしてエッチングを行うようにしたので、残渣処理時におけるパターンの線幅変化を抑制することができ、微細パターンを精度良く形成することができる。
As described above, in this embodiment, after transferring the fine pattern, when removing the residue in the pressed portion of the mold 13, the upper surface of the
また、本実施の形態では、シロキサン結合を有する塗布膜により第1の膜12を形成し、これに微細パターンを転写するようにしたので、加熱・冷却処理を行わず、室温で転写を行うことができ、パターン転写の際のパターン崩れがなく、モールドの微細パターンを高精度に転写することができる。よって、この方法を適用することにより、単電子トランジスタなどの量子デバイスを製造することが可能になる。
In the present embodiment, the
なお、第1の膜(塗布膜)12を形成した後、これの薄膜化のため、パターン転写を行う前に加熱(プリベーク)を行うようにしてもよい。加熱温度は、150℃を超えると第1の膜12が硬化し、その後のパターン転写が困難となるため、150℃以下、好ましくは50℃以下である。
Note that after the first film (coating film) 12 is formed, heating (pre-baking) may be performed before pattern transfer to reduce the thickness of the first film (coating film) 12. When the heating temperature exceeds 150 ° C., the
以下、具体的な実施例について説明する。
(実施例1)
まず、ポリハイドロジェンシルセスキオキサンを2−メチルー4−ペンタノンに溶解し、これをスピンコート法によってガラス基板上に塗布した。次いで、微細パターンを有するニッケル製のモールドを基板の上の塗布膜(第1の膜)に押し付けて微細パターンを転写した。続いて、塗布膜中の溶媒の蒸発、加水分解により塗布膜を硬化させた後、モールドを塗布膜から取り外した。次いで、EB蒸着機を使用した斜め蒸着法によって微細パターンの凸部の上面にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜をマスクにして、CHF3 のRIEエッチングを施し、残渣を除去すると共に基板の表面を露出させた。最後に、ウェットエッチングによりマスク(アルミニウム膜)を除去した。これによりパターン変化のない微細パターンを有する薄膜(第2の膜)が得られた。
Specific examples will be described below.
(Example 1)
First, polyhydrogensilsesquioxane was dissolved in 2-methyl-4-pentanone and applied onto a glass substrate by spin coating. Next, a nickel mold having a fine pattern was pressed against the coating film (first film) on the substrate to transfer the fine pattern. Subsequently, after the coating film was cured by evaporation and hydrolysis of the solvent in the coating film, the mold was removed from the coating film. Next, an aluminum film is formed on the upper surface of the convex portion of the fine pattern by an oblique evaporation method using an EB vapor deposition machine, and this aluminum film is used as a mask to perform RIE etching of CHF3 to remove the residue and to remove the surface of the substrate. Exposed. Finally, the mask (aluminum film) was removed by wet etching. As a result, a thin film (second film) having a fine pattern with no pattern change was obtained.
(実施例2)
実施例1と同様に塗布膜を形成した後、微細パターンを転写する前に、50℃の温度でプリベークを行った。その他の工程は実施例と同様とした。この実施例2においても、パターン変化のない高精度の微細パターンを有する薄膜が得られた。
(Example 2)
After forming the coating film in the same manner as in Example 1, pre-baking was performed at a temperature of 50 ° C. before transferring the fine pattern. Other steps were the same as in the example. Also in Example 2, a thin film having a high-precision fine pattern without pattern change was obtained.
11…基板、12…第1の膜(塗布膜)、13…モールド、14…第2の膜(薄膜)、14a…凸部、14b…凹部、15…金属薄膜(マスク)、16…残渣。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の膜に対して微細パターンを有するモールドを押し付け、前記微細パターンを転写する工程と、
前記第1の膜を硬化して第2の膜とした後、前記第2の膜から前記モールドを取り外す工程と、
前記第2の膜の微細パターンにおける凸部の上面に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜をマスクとしてエッチングを行い、前記第2の膜の微細パターンにおける凹部を選択的に除去し、前記基板の表面を露出させる工程と
を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。 Applying a solution having a siloxane bond on a substrate to form a first film;
Pressing a mold having a fine pattern against the first film, and transferring the fine pattern;
Removing the mold from the second film after curing the first film to form a second film;
Forming a metal film on the upper surface of the convex portion in the fine pattern of the second film;
Etching the metal film as a mask, selectively removing the recesses in the fine pattern of the second film, and exposing the surface of the substrate.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The said solution contains at least 1 sort (s) among alcohol, ester, and a ketone as a solvent with the component which has a siloxane bond. The fine pattern formation method of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項2に記載の微細パターン形成方法。 The fine pattern forming method according to claim 2, wherein the first film is cured by evaporation and hydrolysis of a solvent in the solution.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the fine pattern is transferred to the first film in an atmosphere at room temperature.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The method for forming a fine pattern according to claim 1, wherein the first film is formed of polyhydrogensilsesquioxane.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the first film is formed on the substrate, prebaked at a temperature of 150 ° C. or lower, and then the fine pattern is transferred by the mold.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the metal film is formed by an oblique vapor deposition method using at least one kind of metal of aluminum, chromium, titanium, and nickel.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターン形成方法。 The method for forming a fine pattern according to claim 1, further comprising a step of removing the metal film after selectively removing a recess in the fine pattern of the second film.
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JP2011097037A (en) * | 2009-09-30 | 2011-05-12 | Fujifilm Corp | Curable composition for imprint, patterning method, and pattern |
US9006111B2 (en) | 2011-09-28 | 2015-04-14 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Pattern forming method |
CN109844638A (en) * | 2016-09-27 | 2019-06-04 | 伊鲁米那股份有限公司 | Imprint substrate |
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