JP2001068411A - デバイス製作のためのリソグラフィ・プロセス - Google Patents

デバイス製作のためのリソグラフィ・プロセス

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JP2001068411A
JP2001068411A JP2000224839A JP2000224839A JP2001068411A JP 2001068411 A JP2001068411 A JP 2001068411A JP 2000224839 A JP2000224839 A JP 2000224839A JP 2000224839 A JP2000224839 A JP 2000224839A JP 2001068411 A JP2001068411 A JP 2001068411A
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Judith Prybyla
プリバイラ ジュディス
John A Rogers
エー． ロジャース ジョン
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Lucent Technologies Inc
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイス製作のためのリソグラフィ・プロセ
スの提供。 【解決手段】 可撓性モールド２０が、協同してパター
ン２１を定義する少なくとも１つの凸表面１７及び少な
くとも１つの凹表面１８を備えた表面２１を有する。材
料層１５が半導体基板１０上に形成される。モールド表
面２１が、材料層１５がモールド表面２１に順応するの
に充分な力で材料層１５と接触する状態におかれ、モー
ルド２０が、物体２５の平坦で剛性の下表面に順応する
のに充分な力で、パターン表面の反対側のモールド面を
物体２５の平坦で剛性の下表面と接触する状態におかれ
る。材料層１５がモールド表面と接触し且つモールド２
０が平坦で剛性の下表面と接触する状態で、材料層１５
が硬化される。硬化後、硬化された材料層１５からモー
ルド２０が分離される。これにより、モールド表面のパ
ターン２１に順応するレリーフパターン２１が材料層１
５内に転写される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギーに感度
を有するレジスト材料にモールドを用いてパターンを描
く、デバイス製作用のリソグラフィ・プロセスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路のようなデバイスは、種々の材
料から作られる複雑な構造を有する。これらの材料は、
望むデバイスを種々のプロセスによって形成するように
精密に構成される。望む形状を基板（又は基板上に載せ
られた薄膜）内に転写するためには、リソグラフィ・プ
ロセスがしばしば用いられる。
【０００３】リソグラフィ・プロセスは、レジストと称
する、エネルギーに感度を有する中間の材料を用いる。
望む構成の正像又は負像が、最初にレジストに導入され
る。この導入は、レジストを、パターン化した照射線に
露出すること（露光）によって行われ、照射線によっ
て、レジストの露光部分に化学変化が生じる。照射線
は、電子ビーム、イオンビーム、又は光ビームである。
【０００４】照射線は、マスク又は焦点板（レチクル）
を用いた包括（ブランケット）露光によって又は集束ビ
ームの走査によってパターン状に露光される。それか
ら、この化学変化を利用して、レジスト内にパターンが
形成され、これがそれからレジストの下に位置する基板
内へ転写される。
【０００５】現在、単一の基板上に搭載できるデバイス
の個数を増加させることが求められている。この求めに
応じるために個々のデバイスがより小型化されて来てい
る。デバイスを小型化するには、デバイスを定義するパ
ターン輪郭（features）をも又、より精密化する必要が
ある。現在、５０ｎｍよりも小さい輪郭のパターンが必
要とされている。電子ビームリソグラフィ手法及びＸ線
リソグラフィ手法を用いればこのような５０ｎｍの輪郭
への解法は得られるが、これらの手法を行うのに必要な
リソグラフィ装置は高価である。
【０００６】５０ｎｍよりも小さい輪郭のパターンを形
成するのに用いられる光学的リソグラフィ手法に代わる
廉価な手法の１つは、米国特許（No.5,772,905 to Chou
etal.） に記載されるような、加圧モールドプロセス
である。この手法では、薄膜層が基板の表面上に蒸着さ
れる。少なくとも１つの凸型形状を有する剛性のモール
ドを用いて薄膜内にパターンが定義される。
【０００７】それから、これらの薄膜及びモールドが薄
膜の硝子遷移温度よりも上の温度に加熱され、モールド
及び薄膜が高圧（例えば１９００ｐｓｉ≒１３３．６ｋ
ｇ／ｃｍ2） で一体に加圧される。モールド及び薄膜
は、薄膜の温度がガラス遷移温度より低くなるまで、こ
の圧力で一体に加圧される。輪郭の凸型部の下の薄膜厚
さは、凹型部の下の薄膜厚さよりも薄くなる。それから
モールドが、薄膜との接触状態から分離される。
【０００８】それから薄膜が、薄膜厚さの薄い方の部分
を除去して薄い方の部分の下方にある基板の表面を露出
するように処理される。薄膜厚さの厚い方の部分は基板
上に残置される。この処理の結果として得られる表面
が、モールド内のパターンの複製を形成する。
【０００９】ナノメータ程度の大きさの輪郭のパターン
を形成する他のモールド手法、（例えば文献（Xia, Y.
et al., "Replica Molding Using Polymeric material
s: APractical Step Toward Nanomanufacturing," Adv.
Mate., Vol. 9, p.147 (1997）に述べられているような
手法） ではモールドによるパターン転写のための成型
材料として、光養生（硬化）材料を用いる。
【００１０】このようなプロセスでは、成型材料は、加
熱しなくても、モールドが成型材料に接触するように配
置された場合に成型材料がモールド内のパターンに順応
するに充分な低い粘性を有する。モールドが成型材料と
接触状態におかれた後、成型材料が光ビームのような照
射線を用いて養生処理（すなわち、硬化）される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Xia et al.等
の観察によれば、彼等のプロセスによって生産されるナ
ノ構造物を用いて機能性電子部品又は光学部品を生成す
るには、新しい技術の開発を必要とする。したがって、
モールドを用いてナノメータ程度の大きさの輪郭を薄膜
内にパターン形成するプロセスが、高価なリソグラフィ
手法に対する廉価な代替プロセスとして魅力的なことは
変わらないが、更なる改良が求められる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明はデバイス製作用
のプロセスを提供する。本発明のプロセスにおいては、
パターンが材料の層（材料層）内に導入（転写）され
る。この導入は、パターンを定義する可撓性モールドに
関連して平坦な表面を有する物体を用いて行われる。モ
ールドはレリーフ（浮き彫り）表面を有する部材であ
る。レリーフ表面は、少なくとも１つのパターン領域を
有する。パターン領域は、少なくとも１つの凸部と少な
くとも１つの凹部とを有する。
【００１３】モールドが材料との接触状態におかれる
と、その材料層はモールドのレリーフ表面に順応する。
モールドのレリーフ表面の少なくとも１つの凸部が、モ
ールドのレリーフ表面の少なくとも１つの凹部によって
定義される領域よりも厚さの薄い領域を、材料内に定義
する。このようにして、材料内に定義されたパターン
が、異なる厚さの領域によって描かれ、これら異なる厚
さが、モールドのレリーフ表面によって材料内に導入さ
れる。
【００１４】もしレリーフ表面が、平面領域をも有する
と、有利である。この平面領域によって、モールドのレ
リーフ表面によってパターン転写されない材料表面部分
に、望む平面性が導入される。
【００１５】モールドは、モールド基板の表面をパター
ン化することによって、又はパターン化された表面上に
モールド材料の液状前駆物質を流し込んでから固化する
ことによって形成される。モールドの平面領域は、ほぼ
均一の厚さを有する（その厚さは、平面領域表面からモ
ールドの裏側表面（すなわち、レリーフ表面の反対側表
面）までの距離である）。もしレリーフ表面の反対側の
モールド表面によって定義される平面と、モールドのレ
リーフ表面内の凸部及び凹部によって定義される平面と
が全て相互にほぼ平行であると、有利である。
【００１６】モールドは、平坦な表面を有する物体と協
同して、材料内に定義されるパターンに、望む平面性を
与える。モールドのレリーフ表面から材料の表面に転写
されるパターンはレリーフ表面であるので、成型された
表面は異なる複数の平面に領域を有する。例えば、１つ
の厚さの薄い領域と１つの厚さの厚い領域とで定義され
るパターンに対して、薄い領域は第１の平面内にあり、
厚い領域は第２の平面内にある。もし第１の平面内にあ
る領域が第２の平面内にある領域と相互にほぼ平行であ
ると有利である。
【００１７】本発明のプロセスによれば、材料の層が基
板上に形成される。基板は一般に半導体基板（例えばシ
リコン、シリコンゲルマニウム、ＳＯＩ（シリコン・オ
ン・インシュレータ）基板）である。高解像度リソグラ
フィ手法は、半導体基板が普通に用いられるマイクロエ
レクトロニクス用のデバイスの製作に有用であるのに加
えて、有機エレクトロニクス、回折光学、磁気及び光学
記憶ディスク、マイクロフルーイディクス（micro flui
dics）総解析システム、並びに基板がプラスチックシー
ト、水晶板、及び金属製の相転移媒体を含むことのあり
得るその他の用途、のパターン形成に有用である。
【００１８】基板は、上に他の材料層を載せない半導体
単体の基板、又はより一般に、半導体基板上に１つ以上
の材料層を形成した基板のいずれかである。本発明の一
実施例では、材料が形成される半導体表面は高低のある
表面である。材料層が基板上に形成された後、その材料
層はモールドとの接触状態におかれる。モールド表面
は、平面領域及びレリーフパターン領域を有する。レリ
ーフパターン領域は、少なくとも１つの凸部及び少なく
とも１つの凹部を有する。
【００１９】モールドは又「かなりの可撓性」を有す
る。本発明の状況においては、モールドが約１０ｐｓｉ
（０．７０３１ｋｇ／ｃｍ2） 未満の圧力に応動して変
形する場合に「かなりの可撓性」を有するものとする
（自重で変形する材料を含む）。
【００２０】モールドはかなりの可撓性を有するので、
小さな力を掛けてもこれに応動してモールドが変形する
ことになる。成型プロセス中の変形は望ましくないの
で、モールドのレリーフパターンが材料との接触状態に
おかれる際には、モールドが平坦な表面によって裏側か
ら補強（裏補強）される。
【００２１】この平坦な表面は基板よりも剛性が高い。
平坦な表面が基板よりも剛性が高いので、基板自体は、
平坦な表面によって裏補強されたモールドからの加圧接
触に応動して平坦になる。例えば、シリコンウエハはひ
ずむ傾向がある。このようなひずみは平面性に悪影響を
及ぼすことがあり得る。本発明のプロセスでは、材料の
表面が成型されるときにウエハのひずみは除去される。
もし基板がひずむ傾向にない場合には、平坦な表面が、
材料層が基板上に形成されるその基板と少なくともほぼ
同じ剛性を有するならば有利である。
【００２２】本発明のプロセスに用いられる充分に平坦
な表面を有する物体は、この技術分野の当業者には周知
である。このような物体の一例は、融解石英製の厚い
（例えば、直径９インチ（２２８．６ｍｍ）に対して厚
さ１．５インチ（３８．１ｍｍ））光学平面体である。
光学平面体は、表面平面度λ／１０（但し、λは標準ナ
トリウム灯の波長）及び約５０オングストロームＲＭＳ
（２乗平均平方根）微小粗さを有する。
【００２３】レリーフパターンが、レリーフパターンを
材料層内に転写するのに充分な力で材料層と接触する状
態におかれる。このパターン転写は、物体の、平坦な表
面がモールドと接触する状態におかれる前又は後のいず
れかに行われる。これに関連して、材料が、モールドを
材料内に成型できるような仕方で、モールド表面の圧力
下での接触に応動して降伏すなわち変形流動する必要が
ある。これに適した材料は、エネルギー養生材料（付加
されるエネルギーに応動して硬化又は養生する材料）又
は加熱時に軟化する材料である。材料はそれから硬化す
る。
【００２４】本発明の一実施例において、この材料は照
射線への露光によって硬化するエネルギー養生材料であ
る。本発明の別の実施例において、この材料は熱養生で
硬化する。本発明の更に別の実施例において、この材料
は、溶融され、パターン転写され、再硬化のために冷却
される。
【００２５】成型された材料が硬化された後、モールド
が硬化された材料から分離される。まず、物体の、平坦
で剛性を有する表面がモールドから分離される。それか
ら、モールドが、固化した（硬化された）材料から分離
される。モールド自体は変形可能なので、硬化された材
料内のパターンを傷つけることなく容易に硬化された材
料からモールドを分離できる。
【００２６】これに関連して、モールド材料は、硬化さ
れた材料に粘着しないものが選択される。この技術分野
における当業者であれば適切な材料を直ぐに選択でき
る。又、モールドと硬化された材料とが粘着しないこと
を確実にするために分離剤を用いてもよい。
【００２７】又、モールドが可撓性であること及びモー
ルドの平面領域がほぼ均一な厚さを有すること、に起因
してモールドの厚さが均一であることから、平面領域の
平面性がモールドを介して材料に転写される。平坦な表
面が、成型材料の表面上の望む平面領域にほぼ平行にな
るように方向付けされるので、これがなければ生じ得る
望ましくない輪郭の生成が避けられる。
【００２８】その結果、平坦な表面が、モールドのレリ
ーフ表面から成型材料へのパターン転写の完全性を確保
する。平坦な表面とかなり可撓性のあるモールドとの協
同作用により、これがなければモールドの変形又は位置
合わせ違いから生じ得る望ましくない輪郭の成型材料内
への導入が生じない。これに関連して、本発明は又、平
面領域のないパターン（例えば、正弦表面）を材料内に
導入する場合にも有用である。
【００２９】モールドを、硬化された材料から分離後、
硬化された材料が処理され、この処理により、硬化され
た材料の、厚さの薄い方の部分が除去されてその下方の
基板が露出される。このようにして、モールド内のパタ
ーンが、硬化された材料層（膜）内へ転写される。或る
実施例では、パターン転写された材料がエッチング処理
され、この処理により、パターン転写された層の厚さの
薄い部分が除去されてその下方の基板表面部分が露出さ
れる。
【００３０】硬化された材料膜内のパターンは、次の処
理で下方の基板に転写される。別の実施例では、別の材
料層が、硬化された材料の、パターン転写された膜上に
蒸着される。この上方蒸着層は、それから下方の、パタ
ーン転写された膜のリフト・オフ処理によってパターン
を転写される。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明を以下具体例を用いて更に
説明する。これらの具体例は、本発明を更に説明するた
めに用意されたものであり、本発明の範囲を制限するこ
とを意図したものではない。
【００３２】本発明のプロセスを、図１（Ａ）〜（Ｄ）
及び図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す例示のプロセス手順によ
って説明する。これらの図は特定の縮尺に基づかずに作
成された。図１（Ａ）において、液状のエネルギー養生
材料の薄膜１５（成形材料膜）が基板１０上に形成され
る。基板１０は、シリコンウエハのような半導体基板で
ある。或る実施例では、基板上に１つ以上の他の材料の
層が形成される。これら他の材料の例としては、絶縁体
（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、 窒化ケイ素）及
び金属（例えば、アルミニウム、銅、タングステン、
金）が含まれる。
【００３３】レリーフパターン２１を有するモールド２
０が用意される。モールドの材料は、或る特性を有する
モールドが得られるように選択される。これら特性の１
つは、モールドがかなりの可撓性を有することである。
すなわち、モールドが、少量の圧力の付加で曲がる（モ
ールドを曲げるに要する圧力が１０ｐｓｉ（０．７０３
１ｋｇ／ｃｍ2） 未満）ことである。
【００３４】別の特性は、モールドが、エネルギー養生
材料を硬化又は養生するのに用いられる照射線を透過す
ることである。この特性は、エネルギー養生材料が照射
線養生材料である場合に有利である。この特性は、もし
エネルギー養生材料が熱養生材料である場合には利点と
はならない。
【００３５】かなりの可撓性を有するモールドは、モー
ルドが、成型材料（molded material） （パターンを成
形転写される材料）との接触状態におかれる場合又は成
型材料から分離される場合に少なくとも僅かに変形する
能力を有する。これにより、モールドの、成型材料への
接触又は成型材料からの分離を、全体的にではなく、小
刻みに行うことが可能になる。
【００３６】小刻みな接触とは、モールド接触表面の一
部分がエネルギー養生材料と接触し、別の一部分が接触
していない状態である。全体的な接触とは、モールド接
触表面の全体が、エネルギー養生材料との接触状態に同
時におかれ、又はエネルギー養生材料から同時に分離さ
れる状態である。
【００３７】かなりの可撓性を有するモールドを用いる
ことは、エネルギー養生材料との接触状態におかれると
きに有利である。その理由は、可撓性のない場合にモー
ルドとエネルギー養生材料との間に閉じ込められること
になる空気が、小刻みな接触が（モールドの中間部分か
ら外方へ、又はモールドの一方から他方へ）進行するに
つれて逃げることが可能だからである。
【００３８】かなりの可撓性を有するモールドは又、モ
ールドが、硬化されたエネルギー養生材料から分離する
ときにも有利である。この有利点は、硬化された材料か
らモールドを小刻みに分離するのに要する力が、全体的
に分離する場合に要する力よりも小さいことに起因す
る。その結果として、硬化された材料がモールドからの
小刻みの分離の際に受ける力が、モールドからの全体的
な分離の場合よりも小さい。硬化された材料内のパター
ンが小刻みな分離の際に損害を受ける可能性は、全体的
な分離の場合よりも少ない。
【００３９】もしモールド及びエネルギー養生材料の両
方が剛性を有する場合（上記の米国特許（Chou et a
l.） の場合等）には、モールドと硬化された材料とを
分離するために全体的分離が必要となる。このことか
ら、成型された表面のパターン転写面積が制限される。
その理由は、大きな表面面積（例えば、６インチ又は８
インチのシリコンウエハの表面面積）を分離するのに要
する力が成型されたパターンを損なう可能性が高いから
である。
【００４０】適切なモールド材料の一例は、ポリジメチ
ルシロキサン（polydimethylsiloxane）のエラストマで
ある。このような材料のモールドは、この技術分野の当
業者に周知の種々の手法で用意することができる。それ
らの手法のうちの一例示手法においては、パターンが、
高解像度のリソグラフィ手法を用いて、エネルギーに感
度を有する材料（レジストと称する）内に形成される。
レジストは正又は負のトーンで、剛性を有する基板上に
形成される。
【００４１】２０ｎｍ程度に小さい輪郭を有するパター
ンが、高解像度のリソグラフィ手法を用いて形成され
る。５ｎｍ程度に小さい寸法の輪郭のパターン転写は、
本発明のプロセスを用いて行うことができる。高解像度
のリソグラフィ手法に用いられるプロセスの条件及び材
料は、この技術分野の当業者には周知であり、ここでは
詳細説明はしない。
【００４２】パターンの像がレジスト内に描かれた後、
パターンが現像される。それからモールド材料の液状前
駆物質が、パターン描写されたレジスト材料上に流し込
まれる。それから液状前駆物質が養生され（硬化し）、
レジストパターンから分離される。
【００４３】モールドが可撓性を有するので、もしモー
ルドがエネルギー養生材料１５と接触する状態におかれ
るときに、モールドが「かなりの剛性」を有する表面に
よって裏補強されると有利である。本発明の状況におい
ては、基板の上にエネルギー養生材料が形成されるその
基板よりも高い剛性を有する場合に「かなりの剛性」を
有するものとする。図１（Ａ）において、物体２５の平
坦で剛性を有する下表面はまだモールド２０と接触状態
にない。
【００４４】図１（Ｂ）において、モールド２０が小刻
みにエネルギー養生材料１５との接触状態におかれる。
小刻み接触をを図１（Ｂ）に示す。小刻み接触において
は、モールド表面とエネルギー養生材料の表面とは最初
に相互接触する際に同一平面にない。モールド２０は、
エネルギー養生材料１５との接触状態におかれる際に皿
状に変形する。その結果として、モールド２０とエネル
ギー養生材料１５との間の空気が逃げることができる。
【００４５】これは、モールド２０とエネルギー養生材
料１５とが接触する際にモールド２０とエネルギー養生
材料１５との間に空気が閉じ込められやすい従来の技術
に比べて利点である。そのようにして閉じ込められた空
気は、このような接触後に成型される表面を不均一にさ
せることになり得る。
【００４６】図１（Ｃ）において、モールド２０がエネ
ルギー養生材料１５内へ圧入されると、エネルギー養生
材料１５が、パターンを有するモールド表面（パターン
モールド表面）２１（すなわち、レリーフパターン）に
順応する。パターンモールド表面２１内の凸部１７によ
って転置されたエネルギー養生材料がレリーフパターン
２１の凹部内へ変形流動する。
【００４７】図１（Ｄ）において、物体２５の平坦で剛
性を有する下表面がそれからモールド２０との接触状態
におかれる。物体２５の平坦で剛性を有する下表面は、
基板１０の表面にほぼ平行になるように方向付けされ
る。物体２５の平坦で剛性を有する下表面が平面領域及
びパターン領域をエネルギー養生材料１５の成型表面に
伝達する。図２（Ａ）において、エネルギー養生材料１
５が照射線３０への露出により硬化される。露出照射線
の波長は、個々の材料によって異なる。物体２５の平坦
な下表面及びモールド２０は露出照射線の波長に対して
照射線をほぼ透過する。
【００４８】図２（Ｂ）において、エネルギー養生材料
１５が硬化され、物体２５の平坦で剛性を有する表面が
モールド２０から分離されると、モールド２０が、硬化
された材料１５から分離される。硬化されたエネルギー
養生材料１５はそれから、材料の、厚さの薄い領域１７
が除去されて基板１０の表面が露出されるまで、エッチ
ング処理される。図２（Ｃ）に示すように、硬化された
材料１５の残りの部分は、図２（Ｂ）の硬化された材料
１５の厚さの厚い部分１８に対応する。
【００４９】図３（特定の縮尺に基づかずに作成）は、
物体２０２の平坦な下表面を、レリーフ表面２１４を有
するモールド２１３と接触させるために用いられる工具
２００の略図である。工具２００は又、レリーフ表面２
１４をエネルギー養生材料２２８との接触状態におく機
能も行う。工具２００は、筐体２０１を有し、筐体２０
１内で、平坦な表面を有する物体２０２とモールド２１
３とが係合する。
【００５０】１つの層をなすエネルギー養生材料２２８
をその上に有する基板２３０が、変形可能な支持体（サ
ポート）２１１上に設置される。支持体２１１は筐体２
０１内で移動可能に係合される。したがって、変形可能
な支持体２１１は、エネルギー養生材料２２８がモール
ド２１３のレリーフ表面２１４との接触状態にない第１
の位置から、エネルギー養生材料２２８がモールド２１
３のレリーフ表面２１４との接触状態にある第２の位置
へ移動できる。
【００５１】充分な剛性を有し且つ充分な平面性を有す
る平坦な表面を備えた物体２０２のの一例は、光学平面
体である。又、物体が紫外照射線を透過すると有利であ
る。その理由は、或る実施例において、エネルギー養生
材料が、このような照射線に露出されたときに硬化する
からである。
【００５２】望む平坦な表面を備えた物体２０２の一例
は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｏｐｔｉｃｓ社（Moorpark, Cali
fornia）から入手可能な融解石英製の光学平面体であ
る。物体２０２の形状は、その寸法と同様に可変であ
る。しかし、物体２０２は、エネルギー養生材料２２８
内に形成される各平面領域が望む平面性を確保するのに
充分な厚さを有する。
【００５３】筐体２０１は、物体２０２を筐体２０１に
固定するための、多数のふた要素部品から構成されるふ
た組立２２０を内蔵する。ふた組立２２０は、下蓋部２
０６、中蓋部２０５、上蓋部２０４、及びクランプ蓋部
２０３からなる。物体２０２の下表面が、下蓋部２０６
の下部リップ部２２５上に位置するＯリング２５０上に
載せられる。Ｏリング２５０が、下に述べるように筐体
２０１が排気されるときに物体２０２に対するシール
（気密）状態を形成する。
【００５４】上蓋部２０４及び中蓋部２０５は、Ｏリン
グ２５８と組み合わされて、物体２０２がふた組立２２
０内に固定されたときに物体２０２の横方向移動を抑制
するように構成される。図３に示す下蓋部２０６は環状
の材料とされているが、下蓋部２０６の形状をどうする
かは、設計選択の問題であって、物体２０２を抑制し、
真空を確保し（下に述べる）、物体２０２とモールド２
１３とエネルギー養生材料２２８とを接触させるという
機能を実行する構成であれば、どのような構成でも適切
と考えられる。
【００５５】中蓋部２０５及び上蓋部２０４が、物体２
０２の形状及び厚さに順応し、下蓋部に取り付けられ
る。物体２０２の上面が上蓋部２０４の上面と同じ平面
にあると有利である。その場合、クランプ蓋部２０３を
上蓋部２０４に取り付けることにより、基板２３０上の
エネルギー養生材料２２８がモールドのレリーフ表面２
１４に接触したときに物体２０２の垂直方向の移動が制
限される。
【００５６】クランプ蓋部２０３は領域２１５を有して
上部クランプ環部を形成し、この領域２１５を通して照
射線が基板２３０上のエネルギー養生材料２２８の表面
上へ透過される。照射線は、基板表面上に形成されたエ
ネルギー養生材料を養生するのに用いられる（下に述べ
る）。例えば、図３に示すように領域２１５は、望まし
くは、クランプ蓋部２０３の開口領域であって、そこを
通してエネルギーの透過が可能となる。
【００５７】ふた組立２２０が筐体側壁２０７に、ヒン
ジ（図示しない）並びに／又は複数のクランプ及びボル
ト（図示しない）を用いて取り付けられる。ヒンジ（図
示しない）並びに／又は複数のクランプ及びボルト（図
示しない）によって、基板２３０の、平面化のための工
具２００に対する付加及び取り外しが容易になる。筐体
２０１の構成部品は、上に述べたものを除き、望ましく
は例えば、アルミニウムのような金属から構成される。
【００５８】例１）モールドは、上に酸化ケイ素の厚さ
２μｍの層を形成したシリコンウエハ上にレジスト材の
層を蒸着して形成された（レジスト材はＳｈｉｐｌｅｙ
社（Shipley Company of Marlborough, Mass.） から入
手したノボラック（novolac） 樹脂（Shipley 1805）で
あった）。レジストの厚さは６００ｎｍであった。２０
０ｎｍの線幅及び間隔を有するパターンの像がレジスト
材内に通常の２４８ｎｍ投影リソグラフィ装置を用いて
導入された。
【００５９】パターンはそれから、通常の現像液（Micr
odeposit 351;1:5で水に希釈）を用いて４０秒間現像さ
れた。パターンはそれから、下方の酸化ケイ素層内へ、
酸素プラズマエッチング（高周波電圧１００Ｖ、酸素圧
力５０ｍｔｏｒｒ ＣＨＦ3、酸素流量５０ｓｃｃｍ／
ｍｉｎ、３０秒間）を用いて転写された。残りのレジス
トはアセトンを用いて除去された。
【００６０】酸化ケイ素上のパターンはそれから、トリ
デカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル
−１−トリクロロシラン（tridecafluoro-1,1,2,2-tetr
ahydrooctyl-1-trichlorosilane） の蒸気に曝された。
酸化ケイ素の転写パターンを上に載せたウエハが、真空
室内に置かれて、数滴のシランが真空室内に導入され
た。
【００６１】ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の液
状前駆物質がパターン転写されたレジスト上に流し込ま
れた（ＰＤＭＳはＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（Dow Ch
emical Co.）からSylgard として入手した）。前駆物質
はそれから、６５度Ｃで２時間養生（すなわち、硬化）
された。養生されたポリジメチルシロキサン膜が、パタ
ーン転写されたレジストから分離された。
【００６２】モールドはそれから、パターンをエネルギ
ーに感度を有する材料（エネルギー有感材）の層に導入
（転写）するのに用いられる。光養生材料であるエポキ
シ・ノボラック（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（Dow Ch
emical Company of Midkand,Michigan） からＤ．Ｅ．
Ｎ．４３１として入手した）をアクリレート光増感剤
（３重量％）と組み合わせたものが、２つの異なる基板
上にスピン・キャスティング手法で流し込まれた。
【００６３】一方の基板は、シリコン基板上に酸化ケイ
素の層とタングステンの層とが交互に続いて形成された
基板であった。他方の基板は、シリコン基板上に金（go
ld）の層が形成された基板であった。材料は、プロピレ
ン・グリコル・モノメチルエーテル・アセテートで希釈
され（容積比８：１）、この混合液が、５０００ｒｐｍ
の速度で４０秒間スピン・キャスティング手法で流し込
まれ、厚さ２００ｎｍの液状層が生成された。したがっ
て、エネルギー養生材料膜の厚さは、モールド内のレリ
ーフ輪郭の深さよりも厚くなった。
【００６４】それから可撓性のモールドが、液状膜との
接触状態におかれた。可撓性モールドは、空気がモール
ドと液状膜との間に閉じ込められるのを防止する仕方で
接触状態におかれた。一例では、まず、モールドの中央
部がウエハの中央部との接触状態におかれ、それから接
触が外方へ進行した。別の例では、モールドの一方の縁
部が液状膜の一方の縁部との接触状態におかれ、それか
ら接触がウエハの表面の他方縁部へかけて進行した。
【００６５】それからモールドが液状膜内へ、光学的に
平坦な表面を用いて加圧挿入（圧入）された。モールド
に接触する平坦な表面に加圧するのに用いられた装置
は、図２に略図で示す装置であった。液状材料膜はそれ
から、水銀アーク灯から得られた紫外照射線に露光させ
ることによって硬化された（水銀アーク灯（Oriel 6881
0） は、Ｏｒｉｅｌ社（Oriel Instruments of Stratfo
rd, Connecticut） から入手した）。
【００６６】水銀アーク灯の電力は４Ｗ／ｃｍ2 で、液
状材料膜は水銀アーク灯からの紫外照射線に１５分間露
出され、これは２００μｍの厚さの膜を養生するのに充
分であった、照射線はモールドを透過して照射された。
【００６７】膜が硬化された後、光学的に平坦な表面が
モールド（との接触）から分離され、モールドが、硬化
された材料膜から分離された。硬化された材料膜の表面
がそれから、異方性エッチングにかけられた。選択され
たエッチング手段は、動作条件（高周波電圧１００Ｖ、
酸素圧力５０ｍｔｏｒｒ、酸素流量５０ｓｃｃｍ／ｍｉ
ｎ、所要時間３０秒間）に基づいて形成された酸素プラ
ズマであった。この時間は、パターン転写された材料膜
の厚さの厚い領域を除去せずに、パターン転写された材
料膜の厚さの薄い領域を除去するのに充分であった。
【００６８】パターンはそれから、下方の基板に転写さ
れた。２つの異なる基板例のうちの、シリコンウエハ上
に酸化ケイ素の層とタングステンの層とが交互に続いて
形成された基板を用いた例では、硬化された材料膜内の
パターンは、下方のタングステン層及び酸化ケイ素層
に、ＣＦ4 プラズマの反応性イオンエッチングを用いて
転写された。
【００６９】エッチングは、エッチング・ツール（Plas
ma-Therm 790 Series plasma etchtool）を用いて行わ
れた。ＣＦ4 の流量は５０ｓｃｃｍ、プラスマエッチン
グ・ツール内の圧力は５０ｍｔｏｒｒ、そして動作電圧
は８０Ｖであった。プラズマエッチングの持続時間は約
１分であった。
【００７０】２つの異なる基板例のうちの、他方の例と
して、シリコンウエハ上に金の層が形成された基板を用
いた例では、パターンは、下方の層に、湿式ヨウ化カリ
ウムエッチングを用いて転写された。エッチング・レー
トは約２８オングストローム／秒であった。エッチング
用の腐食液は、Ｔｒａｎｓｅｎｅ社（Transene Co.,In
c. of Danvers, MA） から市販で入手した腐食液（Gold
Etchant type TFA）であった。
【００７１】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を
制限するよう解釈されるべきではない。
【００７２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、デ
バイス製作のためのリソグラフィ・プロセスにおいて、
パターン転写された材料の表面に、望む平面性が得られ
る。可撓性モールドを用いるので、モールドと、パター
ン転写を受ける成型材料層（エネルギー養生材料層）と
の間で小刻みな接触及び小刻みな分離が可能となる。
【００７３】小刻みな接触により、従来の技術の、可撓
性のないモールドの場合に、小刻みでない全体的な接触
によりモールドとエネルギー養生材料層との間に閉じ込
められることになる空気を逃がすことができ、成型表面
の不均一化を防止できる。又小刻みな分離により、従来
の技術のモールドからの全体的な分離の場合よりも分離
により成型材料層にかかる力が小さいので、分離の際に
材料内のパターンが損われる可能性が少なく、又より広
い面積のパターン転写が可能となる。
【００７４】尚、可撓性モールド使用時のパターン転写
の完全性は、平坦で剛性の表面でモールドを裏補強する
ことによって維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくモールド、基板、及び平坦な表
面、並びに成型手順を、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）及び
（Ｄ）により図２と共に示す横断面図である。図１
（Ａ）は、本発明に基づくモールド、基板、及び平坦な
表面を示す横断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）
のモールド及び基板の横断面図で、基板上に形成された
エネルギー養生材料の薄膜にモールドが適用される状態
を示す。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の基板の横断面図
で、モールドが薄膜に完全接触する状態を示す。図１
（Ｄ）は、図１（Ｃ）の基板の横断面図で、平坦で剛性
を有する表面が可撓性モールドに加圧接触する状態を示
す。
【図２】本発明に基づくモールド、基板、及び平坦な表
面、並びに成型手順を、図２（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）に
より図１と共に示す横断面図である。図２（Ａ）は、図
１（Ｄ）の基板の横断面図で、エネルギー養生材料が、
モールドに接触したままで照射線に露光される状態を示
す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の基板の横断面図で、モ
ールドが、硬化された、下方の材料から分離される状態
を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の基板の横断面図
で、エネルギー養生材料膜の厚さの薄い部分を除去し
て、下方の基板を露出させる状態を示す。
【図３】モールドをエネルギー養生材料に接触させてこ
れらを一体に加圧するのに適する装置の分解横断面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 基板 １５ エネルギー養生材料 １７ 材料の厚さの薄い領域（パターンモールドの表面
の凸部） １８ 材料の厚さの薄い領域（パターンモールドの表面
凹部） ２０ モールド ２１ レリーフパターン（パターンモールド表面） ２５ 物体（平坦で剛性を有する表面を備える） ３０ 照射線 ２００ 工具 ２０１ 筐体 ２０２ 物体 ２０３ クランプ蓋部 ２０４ 上蓋部 ２０５ 中蓋部 ２０６ 下蓋部 ２０７ 筐体側壁 ２１１ 支持体 ２１３ モールド ２１４ レリーフ表面 ２１５ 領域 ２２０ ふた組立 ２２５ 下部リップ部 ２２８ エネルギー養生材料 ２３０ 基板 ２５０、２５８ Ｏリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジュディス プリバイラ アメリカ合衆国、08820 ニュージャージ ー エジソン ストーンヘッジロード 2902 (72)発明者 ジョン エー． ロジャース アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー ニュープロビンス スプリングフィー ルド アベニュー アパートメント １Ｃ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デバイス製作のためのリソグラフィ・プ
    ロセスであって、 該プロセスが、 （ａ）材料層（１５；２２８）を基板（１０；２３０）
    上に形成するステップ；と、 （ｂ）該材料層（１５；２２８）と接触してパターン
    （２１；２１４）を定義するモールド表面（２１；２１
    ４）であって、該モールド表面（２１；２１４）が、少
    なくとも１つの凸表面（１７）及び少なくとも１つの凹
    表面（１８）を有し、該凸表面（１７）及び該凹表面
    （１８）が協同して１つのパターン輪郭（２１；２１
    ４）を定義するようなモールド表面（２１；２１４）、
    を有し可撓性材料からなるモールド（２０；２１３）を
    設置するステップ；と、 （ｃ）物体（２５；２０２）の平坦な表面に、該モール
    ド（２０；２１３）の該モールド表面と反対側の面を、
    該モールドを該平坦な表面に順応させるに充分な力で、
    接触させるステップ；と、 （ｄ）該材料層（１５；２２８）が該モールド表面（２
    １；２１４）との接触を維持した状態で且つ該平坦な表
    面が該モールド（２０；２１３）と接触した状態で、該
    材料層を硬化するステップ；と、 （ｅ）該硬化された材料層（１５；２２８）との接触状
    態から該モールド（２０；２１３）を分離するステッ
    プ；とからなり、 該材料層の該硬化に先立ち、該モールド表面が該材料層
    に、該材料層を該モールド表面に順応させるに充分な力
    で接触し、それにより、該モールド表面内のパターンに
    順応するレリーフパターンが該材料層に導入され、 該レリーフパターン（２１）が、該モールド表面の凸表
    面（１７）に対応する厚さの薄い領域（１７）と、該モ
    ールド表面の凹表面（１８）に対応する厚さの厚い領域
    （１８）とを有する、ことを特徴とする、デバイス製作
    のためのリソグラフィ・プロセス。
  2. 【請求項２】 前記モールド表面が更に平面の領域を有
    することを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記方法が更に、 （ｆ）前記レリーフパターンを処理して前記硬化された
    材料層の前記厚さの薄い部分（１７）を除去し、それに
    より、前記硬化された材料層の前記薄い部分（１７）の
    下方にある該基板（１０）の部分を露出させるステッ
    プ；からなることを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 前記材料が、エネルギー養生材料である
    ことを特徴とする請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 前記材料が、熱可塑性材料であることを
    特徴とする請求項２の方法。
  6. 【請求項６】 前記パターンの輪郭が、約５μｍより小
    さい寸法を有するすることを特徴とする請求項２の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記パターンの輪郭が、約５００ｎｍよ
    り小さい寸法を有するすることを特徴とする請求項６の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記平坦な表面及び前記モールド材料
    が、露光照射線を透過させることを特徴とする請求項４
    の方法。
  9. 【請求項９】 前記平坦な表面が、光学的に平坦な表面
    であることを特徴とする請求項２の方法。
  10. 【請求項１０】 前記レリーフパターンが、前記基板の
    表面によって定義される平面にほぼ平行な複数の平面内
    の複数の表面を有し、該平面の各々における該表面がほ
    ぼ平面であることを特徴とする請求項２の方法。
  11. 【請求項１１】 前記基板が、半導体基板、プラスチッ
    ク基板、ガラス基板、及び金属製の相転移基板から構成
    されるグループから選択されることを特徴とする請求項
    ２の方法。
  12. 【請求項１２】 前記基板が、前記材料層がその上に形
    成されるような高低表面を有することを特徴とする請求
    項２の方法。
JP2000224839A 1999-07-28 2000-07-26 デバイス製作のためのリソグラフィ・プロセス Pending JP2001068411A (ja)

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