説明

モールドの製造方法

【課題】離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることを可能とする。
【解決手段】離型層14としての堆積膜を表面に有するモールド1の製造において、堆積性ガス5a・5bを含むエッチングガスを用いて、石英基板10およびマスク層Mからなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガス5a・5bの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように石英基板10をプラズマエッチングする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細な凹凸パターンを表面に有するモールドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ディスクリートトラックメディア(DTM)やビットパターンドメディア(BPM)等の磁気記録媒体、及び半導体デバイスの製造等において、基板上に塗布された硬化性樹脂にナノインプリントを行うパターン転写技術の利用が期待されている。
【0003】
ナノインプリントは、エンボス技術を発展させたパターン形成技術である。具体的には、ナノインプリントは、凹凸パターンを形成した型(一般的にモールド、スタンパ、テンプレートとも呼ばれる)を基板上に塗布された硬化性樹脂に押し付け、硬化性樹脂を力学的に変形または流動させて微細なパターンを精密に転写する技術である。モールドを一度作製すれば、ナノレベルの微細構造を簡単に繰り返して成型できるため経済的であるとともに、有害な廃棄物および排出物が少ない転写技術であるため、近年、さまざまな分野へも応用が期待されている。
【0004】
従来、凹凸パターンの微細化に伴って、硬化性樹脂のパターン形成性(硬化性樹脂に設計通りの凹凸パターンを形成することの容易さ)の観点から、モールドと硬化性樹脂との剥離性を向上させることが重要な課題となっている。
【0005】
そこで、上記剥離性を向上させる方法として、モールドの表面に離型層を形成することにより、モールドと硬化性樹脂との間に働く接着力を減少させて上記剥離性を向上させる方法が使用されている。離型層を形成する方法はウェットプロセスによる方法およびドライプロセスによる方法の2つに大きく分けられる。
【0006】
ウェットプロセスによる方法は、シランカップリング剤等の離型剤が溶解された溶液にモールドを浸漬し、離型剤をモールドの表面に化学的に反応させる方法である。しかし、ウェットプロセスによる方法では、充分な浸漬時間が必要であることやその後のリンス工程が必要であることにより、工程全体として数十分から数時間の時間を要し、モールドの製造におけるスループットが低下するという問題がある。
【0007】
一方、ドライプロセスによる方法は、化学気相堆積(CVD)法等の堆積法により、モールドの凹凸パターン上に堆積膜を形成する方法である。ドライプロセスによる方法によれば、モールドの製造における一連の工程(基板のエッチングやアッシング等)の中で同じ装置を使用して、堆積膜を形成することができるため、ウェットプロセスによる方法に比してスループットを向上させることができると期待されている。
【0008】
このようなドライプロセスによる方法としては、例えば特許文献1および非特許文献1に記載された方法が挙げられる。特許文献1には、CVD法により、Niから構成されるモールドの凹凸パターン上にフルオロカーボン堆積膜を形成することが開示されている。また、非特許文献1には、CVD装置を用いた反応性イオンエッチング(RIE)法により、石英から構成されるモールドの凹凸パターン上にフルオロカーボン堆積膜を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許出願公開第2010/0055346号明細書
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】「CHF3とO2混合ガスにより形成したプラズマCVD離型膜を用いたナノインプリント」、2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会予稿集、第2分冊、727頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献1および非特許文献1では、離型層としての堆積膜を形成するための工程が別途必要であり、モールドの製造におけるスループットを向上させる観点から充分ではない。
【0012】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることを可能とするモールドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明に係る第1のモールドの製造方法は、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつマスク層をマスクとして、石英基板およびマスク層からなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように石英基板をプラズマエッチングすることを特徴とするものである。
【0014】
本明細書において、凹凸パターンについて「所望の形状」とは、モールドのうち堆積物を除いた部分であるモールド本体における凹凸パターンとして設計された形状を意味する。
【0015】
そして、本発明に係る第1のモールドの製造方法において、堆積物が堆積しやすい部分では高温となり堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように石英基板に温度勾配を形成しながら、石英基板をエッチングすることが好ましい。
【0016】
そして、本発明に係る第1のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の厚さ方向に形成されることが好ましい。この場合、石英基板のエッチングの進行度合いに応じて温度勾配の程度を調整することが好ましい。
【0017】
そして、本発明に係る第1のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の面内方向に形成されることが好ましい。
【0018】
そして、本発明に係る第1のモールドの製造方法において、石英基板のエッチングの進行度合いに応じて堆積性ガスの種類および/またはエッチングガス中の比率を調整することが好ましい。
【0019】
そして、本発明に係る第1のモールドの製造方法において、堆積性ガスは、C2x+2−y(x=1または2、1≦y≦2x+2)、C4−m(1≦m≦4)、C2p+2−qCl(p=1または2、1≦q≦2p+2)、C4−nCl(1≦n≦4)およびBClのうち少なくとも1種のガスを含むものであることが好ましい。
【0020】
さらに、本発明に係る第2のモールドの製造方法は、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるように、マスク層をマスクとして石英基板をエッチングし、
堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、マスク層が除去されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が上記凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をプラズマアッシングすることを特徴とするものである。
【0021】
そして、本発明に係る第2のモールドの製造方法において、堆積物が堆積しやすい部分では高温となり堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように石英基板に温度勾配を形成しながら、石英基板をエッチングすることが好ましい。
【0022】
そして、本発明に係る第2のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の厚さ方向に形成されることが好ましい。
【0023】
そして、本発明に係る第2のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の面内方向に形成されることが好ましい。
【0024】
さらに、本発明に係る第3のモールドの製造方法は、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
第1の堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつマスク層をマスクとして、石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物がこの凹凸パターンに沿って堆積するように石英基板をプラズマエッチングし、
第2の堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、マスク層が除去されるとともに、第1の堆積性ガスおよび第2の堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をプラズマアッシングすることを特徴とするものである。
【0025】
そして、本発明に係る第3のモールドの製造方法において、堆積物が堆積しやすい部分では高温となり堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように石英基板に温度勾配を形成しながら、石英基板をエッチングすることが好ましい。
【0026】
そして、本発明に係る第3のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の厚さ方向に形成されることが好ましい。
【0027】
そして、本発明に係る第3のモールドの製造方法において、温度勾配は石英基板の面内方向に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【0028】
本発明に係る第1のモールドの製造方法によれば、堆積性ガスを含むエッチングガスを用いて、石英基板およびマスク層からなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように石英基板をプラズマエッチングするから、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。これにより、離型層としての堆積膜を形成するための工程を別途行う必要がない。この結果、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることが可能となる。
【0029】
さらに、本発明に係る第2のモールドの製造方法によれば、石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるように石英基板をエッチングし、堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、マスク層が除去されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が上記凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をプラズマアッシングするから、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。これにより、離型層としての堆積膜を形成するための工程を別途行う必要がない。この結果、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることが可能となる。
【0030】
さらに、本発明に係る第3のモールドの製造方法によれば、第1の堆積性ガスを含むエッチングガスを用いて、石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物がこの凹凸パターンに沿って堆積するように石英基板をプラズマエッチングし、第2の堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、マスク層が除去されるとともに、第1および第2の堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をプラズマアッシングするから、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。これにより、離型層としての堆積膜を形成するための工程を別途行う必要がない。この結果、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第1の実施形態のモールドの製造方法におけるエッチング工程を示す概略断面図である。
【図2】第2の実施形態のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。
【図3】従来のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。
【図4】第3の実施形態のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【0033】
「モールドの製造方法の第1の実施形態」
まず、モールドの製造方法の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態のモールドの製造方法におけるエッチング工程を示す概略断面図である。
【0034】
本実施形態のモールド1の製造方法は、所望のパターンを有するマスク層Mを石英基板10上に形成し(図1a)、堆積性ガス5a・5bを含むエッチングガス5a・5b・6を用いかつマスク層Mをマスクとして、石英基板10およびマスク層Mからなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように石英基板10をプラズマエッチングする(図1b)ものである。
【0035】
そして、本実施形態の製造方法により製造されるモールド1は、微細な凹凸パターンを表面に有するモールド本体13と、凹凸パターンに沿ってモールド本体13上に形成された離型層14とを備えたモールド1において、離型層14が、堆積性ガスを使用したエッチングにおいて生成される堆積膜から構成されるものである(図1c)。
【0036】
石英基板10の大きさは、特に限定されないが、ハンドリング性能の観点から厚さは0.3〜7mmが好ましい。
【0037】
マスク層Mの材料は、特に限定されないが、クロム、タングステン、タンタル、チタン、ニッケル、銀、白金、金などからなる金属、並びにこれらの酸化物および窒化物が好ましい。さらにマスク層Mは、クロム、クロム酸化物またはクロム窒化物を含有する層を少なくとも1層有することが好ましい。マスク層Mの厚さは、薄膜形成及びナノインプリント時の光透過性の観点から1〜30nmが好ましい。マスク層は、製造されるべきモールド1が有する凹凸パターンに対応した所望のパターンを有する。
【0038】
モールド本体13は、モールド1の凹凸パターンを規定する部分である。つまり、モールド1の凹凸パターンの設計値に従って、モールド本体13の凹凸パターンが形成される。本実施形態では、モールド本体13は、エッチングが終了した石英基板12およびマスク層Mから構成される。通常、マスク層は除去されるが、本実施形態ではマスク層Mも含んでモールド1となる。
【0039】
モールド本体13の凹凸パターンの形状は、特に限定されず、ナノインプリントの用途に応じて適宜選択される。例えば典型的なパターンとして図1cに示すようなライン&スペースパターンである。そして、ライン&スペースパターンの凸部の長さ、凸部の幅W1、凸部同士の間隔(凹部の幅)W2および凹部底面からの凸部の高さ(凹部の深さ)Hは適宜設定される。例えば、凸部の幅W1は10〜100nm、より好ましくは20〜70nmであり、凸部同士の間隔W2は10〜500nm、より好ましくは20〜100nmであり、凸部の高さHは10〜500nm、より好ましくは30〜100nmである。また、凹部の幅W2に対する凹部の深さHのアスペクト比H/W2は、0.5〜10が好ましい。なお、本明細書において、凸部の幅W1および凸部同士の間隔W2は半値全幅を意味する。凹凸パターン13の形状は、その他、矩形、円および楕円等の断面を有するドットが配列したような形状でもよい。
【0040】
石英基板10のエッチングは、堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつマスク層Mをマスクとして、石英基板10およびマスク層Mからなる構造体(つまりモールド本体13)に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように実施される。
【0041】
堆積性ガスは、エッチング工程において、石英基板をエッチングすることが可能でかつ堆積物を生成するものである。堆積性ガスは、C2x+2−y(x=1または2、1≦y≦2x+2)、C4−m(1≦m≦4)、C2p+2−qCl(p=1または2、1≦q≦2p+2)、C4−nCl(1≦n≦4)およびBClのうち少なくとも1種のガスを含むものであることが好ましい。このような堆積性ガスを用いてエッチングを行うことにより堆積性ガスのラジカルが生成される。そして、それらが重合するなど、固体種を形成する反応に寄与することにより、フルオロカーボン重合体、クロロカーボン重合体、ホウ素化合物および塩素化合物のうち少なくとも1種の化合物を含む堆積物が生成される。当該堆積物が凹凸パターン上に堆積することにおり、凹凸パターン上に離型層14としての堆積膜が形成される。
【0042】
離型層14としての堆積膜は、モールド本体13の凹凸パターン上に当該凹凸パターンに沿って薄く形成される。堆積膜の厚さは、0.5〜3nmが好ましい。
【0043】
エッチングガスは、堆積性ガスの他に、エッチング能力の高いSFおよびCl等のガスを含んでもよい。この場合、石英基板10をエッチングする機能と堆積物を生成する機能とをそれぞれのガスに持たせることができ、エッチング条件の調整が容易となる。また、エッチングガスは希ガス(アルゴンガスおよびヘリウムガス等)および酸素ガス等により希釈されてもよい。
【0044】
図1bは、堆積性ガスが石英基板10をエッチングしながら堆積物を生成する様子を示す。図1b中の符号5aは堆積性ガス由来のラジカル(例えばCFおよびCF等)を表し、符号5bは堆積性ガス由来のイオン(例えばCHFおよびCF等)を表し、符号6は希ガスイオンを表す。図1bに示されるように、本発明では、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とが同時に起こる条件で、石英基板10のエッチングが実施される。このような条件を実現するためにRIE法により石英基板10をエッチングすることが好ましい。そしてこの場合、上記条件を満たすように、エッチングガス中の堆積性ガスの割合、エッチングガスの流量、プラズマ電力、バイアス電力および圧力等が調整される。RIE法は、アンダーカット(サイドエッチ)を抑制しかつ堆積性ガスを凹凸パターンの凹部の奥にまで到達させるため、垂直異方性(イオンの運動が凹部の深さ方向に偏っている度合)の高いものが好ましく、特に誘導結合型プラズマ(ICP)−RIE、容量結合型プラズマ(CCP)−RIEまたは電子サイクロトロン共鳴型(ECR)−RIEであることが好ましい。
【0045】
等方性のエッチング方法の場合、凹凸パターンの凸部の上部と凹部の底部とで堆積物の生成度合が異なるため、離型層14としての凹部の底部で堆積膜が形成されないという問題が生じる可能性がある。このように堆積膜が形成されない部分が多く存在するとナノインプリントにおける剥離性が充分に向上しない。しかしながら、垂直異方性の高いエッチング方法を採用した場合、凹部の底部にも堆積膜を形成することができるため、剥離性をより向上させることができる。
【0046】
さらに、本発明においてバイアス電力(プラズマと下部電極との間にバイアスを形成するための電力)は、その制御を容易にするため、プラズマ電力(プラズマを形成するための電力)と独立して制御可能な方式を採用することが好ましい。
【0047】
石英基板10のエッチングは、その基板温度が−100〜300℃、より好ましくは−50〜200℃、さらに好ましくは−20〜150℃となる条件で実施されることが好ましい。本発明では、堆積物の付着および堆積物のエッチングが競合して起こる現象が利用される。したがって、基板温度が−100℃より低いと、堆積膜の材料となる堆積性ガスのラジカルの凹凸パターン上への付着が過多となり、堆積物のエッチングが起こらなくなるためである。また、基板温度が300℃より高いと、堆積性ガスのラジカルが凹凸パターン上で重合しても、熱により分解されたりまたは解離したりするため、堆積物の付着が起こらなくなるためである。
【0048】
石英基板10のエッチングは、堆積物が堆積しやすい部分では高温となり堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように石英基板10に温度勾配を形成しながら実施されることが好ましい。堆積物は、高温部分では堆積しにくく、低温部分では堆積しやすい性質を有するためである。堆積物が堆積しやすい部分および堆積しにくい部分は、例えばモールド本体13の凹凸パターンの形状およびRIEにおけるプラズマの空間密度分布に依存する。例えば、凹凸パターンの凹部では、堆積性ガスが奥まで到達しにくいため、堆積物が堆積しにくい。一方、プラズマの空間密度が低い領域でも、堆積物を生成するための材料となる堆積性ガスのラジカル自体が少ないため、堆積物が堆積しにくい。
【0049】
そこで、凹凸パターンの凹部で堆積物が堆積しにくいことを考慮して、温度勾配は石英基板10の厚さ方向に形成されることが好ましい。石英基板の厚さ方向の温度勾配は、例えば図1における上方向をz軸正方向とした場合におけるdT/dzとすることができる。この場合において、dT/dzは、0℃/umより大きいことが好ましく、30℃/umより大きいことがより好ましく、100℃/umより大きいことが特に好ましい。また、温度勾配はzに依存してもよい。石英基板の厚さ方向の温度勾配は、石英基板の凹凸パターンを形成する表面からその近傍までの部分に形成されていればよい。凹凸パターン上に堆積膜が形成できれば充分だからである。当該表面からその近傍までの部分とは、例えば表面から10umまでの部分である。
【0050】
温度勾配を石英基板10の厚さ方向に形成する場合には、石英基板10のエッチングの進行度合いに応じて温度勾配の程度を調整することが好ましい。アスペクト比が3を超えるような凹凸パターンでは、凹凸パターンの凹部の底部近傍と凹凸パターンの開口部近傍とで、堆積物の付着の速度や吸着特性に顕著な差が発生する。このため、エッチングが進行して凹凸パターンの凹部が深く形成されるにつれて、当該底部近傍と当該開口部近傍とで堆積物の堆積の度合いが異なるといった現象が発生する。そこで、石英基板10のエッチングの進行度合い、つまり凹凸パターンの深さに応じて、石英基板10の基板温度を調整することにより、堆積物の堆積の度合いの差異を補正する。また、同様の観点から、石英基板のエッチングの進行度合いに応じて、堆積性ガスの種類、エッチングガス中の堆積性ガスの割合、エッチングガスの流量、プラズマ電力、バイアス電力および圧力等を調整することもできる。
【0051】
また、プラズマの密度が相対的に低い領域で堆積物が堆積しにくいことを考慮して、温度勾配は石英基板の面内方向に形成されることが好ましい。石英基板の面内方向の温度勾配は、例えば図1における左右方向に沿って石英基板の中心を原点とする極座標(半径方向軸をrとする)をとった場合におけるdT/drとすることができる。エッチング装置のチャンバー内の中心ほどプラズマの密度が高いためである。この場合において、dT/drは、0℃/umより小さいことが好ましく、−1.0℃/umより小さいことがより好ましく、−1.5℃/umより小さいことが特に好ましい。また、温度勾配はrに依存してもよい。
【0052】
温度勾配の制御は、例えば、石英基板10の下部或いは端部を冷却することによって行うことができる。冷却に用いる媒体としては、例えば、水、有機溶媒、N、HeおよびHe等の液体、並びにHeガス等の気体を用いることができる。また温度勾配を制御するために、熱伝導特性を考慮した凹凸形状の加工を石英基板10の表面或いは裏面に施してもよい。また、石英基板10自体を別種の基板に密着させたりする等の手法により、石英基板10の熱伝導特性に特徴を持たせてもよい。さらに、単一又は複数の材料から成る薄膜積層構造を石英基板10の裏面に形成することにより、この薄膜積層構造の膜面垂直方向における石英基板10の熱伝導特性に特徴を持たせてもよい。この場合、この薄膜積層構造の内部構造に膜面面内方向で分布を持たせることにより、膜面面内方向における石英基板10の熱伝導特性に特徴を持たせることもできる。
【0053】
上記のように形成された離型層14としての堆積膜の表面エネルギーは、約25mJ/mm以下となる。これは、ナノインプリントにおいて剥離性の観点から有利である。
【0054】
以上より、本実施形態のモールドの製造方法によれば、堆積性ガスを含むエッチングガスを用いて、石英基板およびマスク層からなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜がこの凹凸パターンに沿って形成されるように石英基板をプラズマエッチングするから、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。これにより、離型層としての堆積膜を形成するための工程を別途行う必要がない。この結果、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることが可能となる。
【0055】
「モールドの製造方法の第2の実施形態」
次に、モールドの製造方法の第2の実施形態について説明する。本実施形態のモールドの製造方法は、主として、石英基板のエッチング時に堆積膜を形成せずマスク層のアッシング時に堆積膜を形成する点で、第1の実施形態と異なる。したがって、第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は特に必要がない限り省略する。図2は、第2の実施形態のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。また、図3は、従来のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。
【0056】
本実施形態のモールド2の製造方法は、所望のパターンを有するマスク層Mを石英基板22上に形成し、石英基板22に所望の形状の凹凸パターンが形成されるように、マスク層Mをマスクとして石英基板22をエッチングし、堆積性ガス5a・5bを含むアッシングガス5a・5b・7a・7bを用いて、マスク層Mが除去されるとともに、堆積性ガス5a・5bの堆積物からなる堆積膜が上記凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層Mをプラズマアッシングするものである(図2a)。
【0057】
そして、本実施形態の製造方法により製造されるモールド2は、微細な凹凸パターンを表面に有するモールド本体23と、凹凸パターンに沿ってモールド本体23上に形成された離型層24とを備えたモールド2において、離型層24が、堆積性ガスを使用したアッシングにおいて生成される堆積膜から構成されるものである(図2b)。
【0058】
本実施形態では、凹凸パターンが形成された石英基板22自体がモールド本体23となる。
【0059】
石英基板22のエッチングまでは通常行われる方法により実施することができる。
【0060】
マスク層Mのアッシングは、堆積性ガス5a・5bを含むアッシングガス5a・5b・7a・7bを用いて、マスク層Mが除去されるとともに、堆積性ガス5a・5bの堆積物からなる堆積膜が上記凹凸パターンに沿って形成されるように実施される。
【0061】
堆積性ガスは、アッシング工程において、マスク層Mをアッシングすることが可能でかつ堆積物を生成するものである。堆積性ガスは、C2x+2−y(x=1または2、1≦y≦2x+2)、C4−m(1≦m≦4)、C2p+2−qCl(p=1または2、1≦q≦2p+2)、C4−nCl(1≦n≦4)およびBClのうち少なくとも1種のガスを含むものであることが好ましい。このような堆積性ガスを用いてアッシングを行うことにより堆積性ガスのラジカルが生成される。
【0062】
アッシングガスは、堆積性ガスの他に、アッシング能力の高いSFおよびCl等のガスを含んでもよい。また、アッシングガスは希ガス(アルゴンガスおよびヘリウムガス等)および酸素ガス等により希釈されてもよい。
【0063】
図2aは、堆積性ガスがマスク層Mをアッシングしながら堆積物を生成する様子を示す。図2a中の符号5aは堆積性ガス由来のラジカル(例えばCFおよびCF等)を表し、符号5bは堆積性ガス由来のイオン(例えばCHFおよびCF等)を表し、符号7aは非堆積性ガス由来のラジカル(例えば酸素ラジカルおよび塩素ラジカル等)を表し、符号7bは非堆積性ガス由来のイオン(例えば酸素イオンおよび塩素イオン等)を表す。図2aでは、例えば、堆積性ガス由来のラジカル5aが凹凸パターン上に付着しながら堆積する様子、および非堆積性ガス由来のラジカル7aがマスク層Mの一部Maを除去する様子が示されている。
【0064】
図2aに示されるように、本発明では、マスク層Mの除去と離型層24としての堆積膜の形成とが同時に起こる条件で、マスク層Mのアッシングが実施される。このような条件を実現するためにRIE法によりマスク層Mをアッシングすることが好ましい。そしてこの場合、上記条件を満たすように、アッシングガス中の堆積性ガスの割合、アッシングガスの流量、プラズマ電力、バイアス電力および圧力等が調整される。RIE法は、堆積性ガスを凹凸パターンの凹部の奥にまで到達させるため、垂直異方性の高いものが好ましく、特にICP−RIE、CCP−RIEまたはECR−RIEであることが好ましい。
【0065】
マスク層Mのアッシングは、石英基板22の基板温度が−100〜300℃、より好ましくは−50〜200℃、さらに好ましくは−20〜150℃となる条件で実施されることが好ましい。
【0066】
マスク層Mのアッシングは、堆積物が堆積しやすい部分では高温となり堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように石英基板22に温度勾配を形成しながら実施されることが好ましい。
【0067】
本実施形態においてマスク層Mのアッシングは、その途中で堆積性ガスの種類を変えて実施されてもよい。例えば、最初の段階では垂直異方性のエッチングを実施して凹凸パターンの凹部の底の部分に堆積膜を形成し、次の段階で等方的なエッチングを実施して凹凸パターンの凸部の上部近傍に堆積膜を形成するようにすることができる。そして、ナノインプリント時のレジストの流動性を考慮して、凹部の底に近づくほど表面エネルギーが減少するように堆積膜を形成すれば、剥離性の観点から有利となる。
【0068】
図3に示されるような従来の方法においては、アッシングは単に基板52上のマスク層Mを除去するためだけの工程であった。しかしながら、本実施形態では、マスク層Mの除去(つまり、広義の意味でモールド本体23の凹凸パターンの形成)と離型層24としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。したがって、本実施形態のモールドの製造方法によっても、第1の実施形態と同様に、モールドの製造におけるスループットをより向上させることが可能となる。
【0069】
「モールドの製造方法の第3の実施形態」
次に、モールドの製造方法の第3の実施形態について説明する。本実施形態のモールドの製造方法は、主として、石英基板のエッチング時およびマスク層のアッシング時の両方の工程において堆積物を堆積させて堆積膜を形成する点で、第1の実施形態および第2の実施形態と異なる。したがって、第1の実施形態および第2の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は特に必要がない限り省略する。図4は、第3の実施形態のモールドの製造方法におけるアッシング工程を示す概略断面図である。
【0070】
本実施形態のモールド3の製造方法は、所望のパターンを有するマスク層Mを石英基板32上に形成し、第1の堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつマスク層Mをマスクとして、石英基板32に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物がこの凹凸パターンに沿って堆積するように石英基板32をプラズマエッチングし、第2の堆積性ガス5aを含むアッシングガス5a・5b・7a・7bを用いて、マスク層Mが除去されるとともに、第1および第2の堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をプラズマアッシングするものである(図4a)。
【0071】
そして、本実施形態の製造方法により製造されるモールド3は、微細な凹凸パターンを表面に有するモールド本体33と、凹凸パターンに沿ってモールド本体33上に形成された離型層34とを備えたモールド3において、離型層34が、堆積性ガスを使用したエッチングおよびアッシングにおいて生成される堆積膜から構成されるものである(図4b)。
【0072】
本実施形態では、凹凸パターンが形成された石英基板32自体がモールド本体33となる。
【0073】
石英基板32のエッチングは、基本的に第1の実施形態の場合と同様に実施される。ただし、本実施形態では、後で実施するアッシング工程においても堆積物を堆積させるため、必ずしも石英基板32のエッチング終了時に離型層34としての堆積膜のすべてが形成されている必要はない。
【0074】
マスク層Mのアッシングは、第2の実施形態の場合と同様に実施される。
【0075】
図4aは、堆積性ガスがマスク層Mをアッシングする現象と、堆積物が除去および付着する現象を示す。図4a中の符号5aは堆積性ガス由来のラジカル(例えばCFおよびCF等)を表し、符号5bは堆積性ガス由来のイオン(例えばCHFおよびCF等)を表し、符号7aは非堆積性ガス由来のラジカル(例えば酸素ラジカルおよび塩素ラジカル等)を表す。図4aでは、例えば、非堆積性ガス由来のラジカル7aにより堆積膜の一部34aが除去されとともに、堆積性ガス由来のラジカル5aが凹凸パターン上に付着しながら堆積する様子、および非堆積性ガス由来のラジカル7aがマスク層Mの一部Maを除去する様子が示されている。
【0076】
本実施形態のモールドの製造方法によれば、第1の堆積性ガスを含むエッチングガスを用いて、石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物がこの凹凸パターンに沿って堆積するように石英基板をエッチングし、第2の堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、マスク層が除去されるとともに、第1および第2の堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が凹凸パターンに沿って形成されるようにマスク層をアッシングするから、モールド本体の凹凸パターンの形成と離型層としての堆積膜の形成とを同時に行うことができる。これにより、本実施形態においても、第1の実施形態および第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0077】
さらに、本実施形態のモールドの製造方法によれば、堆積物を堆積させる工程を2回実施するため、石英基板32のエッチング工程およびマスク層Mのアッシング工程のそれぞれの工程における条件をより柔軟に設定することができる。
【0078】
さらに、本実施形態のモールドの製造方法によれば、マスク層のアッシング工程の際に既に離型層としての堆積膜が形成されている場合であっても、当該堆積膜の損傷を抑制しながら凹凸パターンの凸部上のマスク層を除去することができる。これは、例えば、非堆積性ガス由来のラジカル7aにより堆積膜の一部34aが除去され他部分を、堆積性ガス由来のラジカル5aが補うためである。
【実施例】
【0079】
本発明に係るモールドの製造方法の実施例を以下に示す。
【0080】
「実施例1−1」
<モールドの製造>
(基板処理)
クロム層10nmを表面に有する直径6インチ石英基板の表面に、光硬化性レジストとの密着性に優れるシランカップリング剤であるKBM−5103(信越化学工業株式会社製)により表面処理を行った。KBM−5103はPGMEAで1質量%に希釈し、スピンコート法により基板表面に塗布した。続いて、塗布基板をホットプレート上で120℃、20分の条件でアニールし、シランカップリング剤を基板表面に結合させた。
【0081】
(インプリント工程)
その後、密着処理を施した直径6インチの石英基板に光硬化性レジストを塗布し、厚さ60nmのレジスト膜によって石英基板を被覆した。その後、凸部の幅が30nmであり、凸部の高さが40nmであり、凸部の周期間隔が60nmでありかつパターン全体の幅が10×60umである凹凸パターンを有するSiモールドを当該レジスト膜に対して押し付け、紫外光を照射することでレジスト膜を硬化し、Siモールドの凹凸パターンをレジスト膜に転写した。
【0082】
(モールド剥離工程)
基板およびモールドの外縁部を機械的に保持、もしくは裏面を吸引保持した状態で、基板またはモールドを押圧と反対方向に相対移動させることでSiモールドを剥離し、凹凸パターン転写されたレジスト膜を得た。
【0083】
(レジスト)
光硬化性レジストとしては、下記構造式(1)で示される化合物、IRGACURE 379および下記構造式(2)で示されるフッ素モノマーをそれぞれ質量比97:2:1の割合で混合し形成されたレジストを使用した。
【0084】
構造式(1):
【化1】

【0085】
構造式(2):
【化2】

【0086】
(エッチング)
凹凸パターンが転写されたレジスト膜をマスクにして、ドライエッチングを行い、クロムをパターニングした。続いて、パターニングされたクロムをマスクとし、石英をエッチングすることで、凹凸形状を石英基板上に転写し、所定の凹凸パターンを有する第1の石英モールドを得た。石英のエッチングは、誘導結合型(ICP)の反応性イオンエッチング装置を用い、堆積性ガスであるフルオロカーボンを含む混合ガスをエッチングガスとして用い、60nmの深さ分だけバイアスをかけてエッチングすることにより行った。第1の石英モールドの凹凸パターンの凸部は、アスペクト比2(高さ60/幅30nm)のパターンを有する。
【0087】
<剥離性能評価>
(基板処理)
直径8インチのシリコン基板の表面に,光硬化性レジストとの密着性に優れるシランカップリング剤であるKBM−5103(信越化学工業株式会社製)により表面処理を行った。
【0088】
(インプリント)
その後、密着処理を施した直径8インチのシリコン基板に光硬化性レジストを塗布し、厚さ60nmのレジスト膜によってシリコン基板を被覆した。その後、上記第1の石英モールドをこのレジスト膜に対して押し付け、紫外光を照射することでレジスト膜を硬化し、第一の石英モールドの凹凸パターンをレジスト膜に転写した。
【0089】
(モールド剥離工程)
8インチシリコン基板の外縁部を機械的に保持、もしくは裏面を吸引保持した状態で、基板またはモールドを押圧と反対方向に相対移動させることでSiモールドを剥離し、凹凸パターン転写されたレジスト膜を得た。
【0090】
(レジスト)
光硬化性レジストとしては、上記モールド製造工程で用いたものと同一のものを用いた。
【0091】
(離型故障評価)
測長可能な走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子株式会社製)にて、凹凸パターン転写されたレジスト膜の欠陥発生(レジスト剥がれ)の有無を評価した。
【0092】
「実施例1−2」
第1の石英モールドのアスペクト比を3(高さ90/幅30nm)としたこと以外は実施例1−1と同様である。
【0093】
「実施例1−3」
第1の石英モールドのアスペクト比を6(高さ180/幅30nm)としたこと以外は実施例1−1と同様である。
【0094】
「比較例1−1」
クロムをマスクとした石英のエッチングの後に、マスクを除去するアッシング工程を行い、その後CVDにより離型層としての堆積膜を形成すること以外は実施例1−1と同様である。
【0095】
「比較例1−2」
第1の石英モールドを製造する際のクロムをマスクとした石英のエッチング工程において、堆積性のガスを用いないこと以外は実施例1−1と同様である。
【0096】
「比較例1−3」
クロムをマスクとした石英のエッチングの後に、マスクを除去するアッシング工程を行い、その後ウエットプロセス(離型剤溶液に浸漬させる工程)により、離型層を形成すること以外は実施例1−1と同様である。ここで、離型層としては下記構造式(3)で表されるシランカップリング剤を用いた。
【0097】
構造式(3):
F−CF−CF−CF−O−CF−CF−Si−(OCH
【0098】
「比較例1−4」
第1の石英モールドのアスペクト比を3としたこと以外は比較例1−1と同様である。
【0099】
「比較例1−5」
第1の石英モールドのアスペクト比を3としたこと以外は比較例1−2と同様である。
【0100】
「比較例1−6」
第1の石英モールドのアスペクト比を3としたこと以外は比較例1−3と同様である。
【0101】
「比較例1−7」
第1の石英モールドのアスペクト比を6としたこと以外は比較例1−1と同様である。
【0102】
「比較例1−8」
第1の石英モールドのアスペクト比を6としたこと以外は比較例1−2と同様である。
【0103】
「比較例1−9」
第1の石英モールドのアスペクト比を6としたこと以外は比較例1−3と同様である。
【0104】
「実施例2−1」
基本的には実施例1−1と同様であるが、実施例1−1のエッチング工程を下記のエッチング工程に置き換えて実施した。
【0105】
(エッチングおよびアッシング)
凹凸パターンが転写されたレジスト膜をマスクにして、ドライエッチングを行い、クロムをパターニングした。続いて、パターニングされたクロムをマスクとし、石英をエッチングすることで、凹凸形状を石英基板上に転写し、所定の凹凸パターンを有する石英基板に転写した。石英の凹凸パターンのエッチングは、誘導結合型(ICP)の反応性イオンエッチング装置を用い、堆積性ガスであるフルオロカーボンを含む混合ガスをエッチングガスとして用い、60nmの深さ分だけバイアスをかけてエッチングすることにより行った。この後、同様のエッチング装置にてアッシングしてマスクを除去し、第2の石英モールドを得た。マスク除去には、堆積性ガスを40%含むアッシングガスを用いた。第2の石英モールドの凹凸パターンの凸部は、アスペクト比2(高さ60/幅30nm)のパターンを有する。
【0106】
「実施例2−2」
第2の石英モールドのアスペクト比を3(高さ90/幅30nm)とすること以外は実施例2−1と同様である。
【0107】
「実施例2−3」
第2の石英モールドのアスペクト比を6(高さ180/幅30nm)とすること以外は実施例2−1と同様である。
【0108】
「比較例2−1」
クロムをマスクとした石英のエッチングの後に、マスクを除去する従来のアッシング工程(堆積性ガスを含まないアッシングガスを用いた)を行い、その後CVDにより離型層としての堆積膜を形成すること以外は実施例2−1と同様である。
【0109】
「比較例2−2」
マスクを除去するアッシング工程で堆積性ガスを含まないアッシングガスを用いたこと以外は実施例2−1と同様である。
【0110】
「比較例2−3」
クロムをマスクとした石英のエッチングの後に、マスクを除去する従来のアッシング工程(堆積性ガスを含まないアッシングガスを用いた)を行い、その後ウエットプロセス(離型剤溶液に浸漬させる工程)により、離型層を形成すること以外は実施例2−1と同様である。ここで、離型層としては上記構造式(3)で表されるシランカップリング剤を用いた。
【0111】
「比較例2−4」
第2の石英モールドのアスペクト比を3とすること以外は比較例2−1と同様である。
【0112】
「比較例2−5」
第2の石英モールドのアスペクト比を3とすること以外は比較例2−2と同様である。
【0113】
「比較例2−6」
第2の石英モールドのアスペクト比を3とすること以外は比較例2−3と同様である。
【0114】
「比較例2−7」
第2の石英モールドのアスペクト比を6とすること以外は比較例2−1と同様である。
【0115】
「比較例2−8」
第2の石英モールドのアスペクト比を6とすること以外は比較例2−2と同様である。
【0116】
「比較例2−9」
第2の石英モールドのアスペクト比を6とすること以外は比較例2−3と同様である。
【0117】
「結果」
以上の結果を表1および表2に示す。表1は、実施例1−1から1−3および比較例1−1から1−9の主な実施条件およびその結果を示す。表2は、実施例2−1から2−3および比較例2−1から2−9の主な実施条件およびその結果を示す。
【0118】
この結果から、本発明によれば、離型層としての堆積膜を表面に有するモールドの製造において、モールドの製造におけるスループットをより向上させることができるとともに、さらに従来法に比して高アスペクト比のモールドの製造に対しても適用することができることが確認された。特に、モールドと光硬化性レジストの接触面積はアスペクト比が高くなるにつれて大きくなり、これに伴い剥離故障は生じやすくなるが、本発明によれば、そうしたアスペクト比が高く従来の手法では剥離故障が生じる様な、アスペクト比が3を超過する凹凸パターンを有するモールドにおいても良好な剥製性能を発揮できることが確認された。
【0119】
【表1】

【0120】
【表2】

【符号の説明】
【0121】
1、2、3 モールド
10、12、22、32 石英基板
13、23、33 モールド本体
14、24、34 離型層
M マスク層
H 凸部の高さ
W1 凸部の幅
W2 凹部の幅

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノインプリント用のモールドの製造方法において、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつ前記マスク層をマスクとして、前記石英基板および前記マスク層からなる構造体に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、前記堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が該凹凸パターンに沿って形成されるように前記石英基板をプラズマエッチングすることを特徴とするモールドの製造方法。
【請求項2】
前記堆積物が堆積しやすい部分では高温となり前記堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように前記石英基板に温度勾配を形成しながら、前記石英基板をエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のモールドの製造方法。
【請求項3】
前記温度勾配が前記石英基板の厚さ方向に形成されることを特徴とする請求項2に記載のモールドの製造方法。
【請求項4】
前記石英基板のエッチングの進行度合いに応じて前記温度勾配の程度を調整することを特徴とする請求項3に記載のモールドの製造方法。
【請求項5】
前記温度勾配が前記石英基板の面内方向に形成されることを特徴とする請求項2から4いずれかに記載のモールドの製造方法。
【請求項6】
前記石英基板のエッチングの進行度合いに応じて前記堆積性ガスの種類および/または前記エッチングガス中の比率を調整することを特徴とする請求項1から5いずれかに記載のモールドの製造方法。
【請求項7】
前記堆積性ガスが、C2x+2−y(x=1または2、1≦y≦2x+2)、C4−m(1≦m≦4)、C2p+2−qCl(p=1または2、1≦q≦2p+2)、C4−nCl(1≦n≦4)およびBClのうち少なくとも1種のガスを含むものであることを特徴とする請求項1から6いずれかに記載のモールドの製造方法。
【請求項8】
ナノインプリント用のモールドの製造方法において、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
前記石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるように、前記マスク層をマスクとして前記石英基板をエッチングし、
堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、前記マスク層が除去されるとともに、前記堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が前記凹凸パターンに沿って形成されるように前記マスク層をプラズマアッシングすることを特徴とするモールドの製造方法。
【請求項9】
前記堆積物が堆積しやすい部分では高温となり前記堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように前記石英基板に温度勾配を形成しながら、前記マスク層をアッシングすることを特徴とする請求項8に記載のモールドの製造方法。
【請求項10】
前記温度勾配が前記石英基板の厚さ方向に形成されることを特徴とする請求項9に記載のモールドの製造方法。
【請求項11】
前記温度勾配が前記石英基板の面内方向に形成されることを特徴とする請求項9または10に記載のモールドの製造方法。
【請求項12】
ナノインプリント用のモールドの製造方法において、
所望のパターンを有するマスク層を石英基板上に形成し、
第1の堆積性ガスを含むエッチングガスを用いかつ前記マスク層をマスクとして、前記石英基板に所望の形状の凹凸パターンが形成されるとともに、堆積性ガスの堆積物が該凹凸パターンに沿って堆積するように前記石英基板をプラズマエッチングし、
第2の堆積性ガスを含むアッシングガスを用いて、前記マスク層が除去されるとともに、前記第1の堆積性ガスおよび前記第2の堆積性ガスの堆積物からなる堆積膜が前記凹凸パターンに沿って形成されるように前記マスク層をプラズマアッシングすることを特徴とするモールドの製造方法。
【請求項13】
前記堆積物が堆積しやすい部分では高温となり前記堆積物が堆積しにくい部分では低温となるように前記石英基板に温度勾配を形成しながら、前記石英基板をエッチングしおよび/または前記マスク層をアッシングすることを特徴とする請求項12に記載のモールドの製造方法。
【請求項14】
前記温度勾配が前記石英基板の厚さ方向に形成されることを特徴とする請求項13に記載のモールドの製造方法。
【請求項15】
前記温度勾配が前記石英基板の面内方向に形成されることを特徴とする請求項13または14に記載のモールドの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−212779(P2012−212779A)
【公開日】平成24年11月1日(2012.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−77512(P2011−77512)
【出願日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【Fターム(参考)】