JP2002184718A - インプリント方法及びインプリント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】常温において低いプレス圧力でパタンを転写す
ることを可能にし、広い面積にわたって忠実度の高いパ
タンの転写を高い位置精度で行えるインプリント方法及
び装置を提供すること。 【解決手段】基板５上に、基板加工用高分子膜４とし
て、化学増幅レジストＳＡＬ６０１（シプレイ株式会社
製）の厚さ０．２μｍの膜を形成し、凸部表面に酸を保
持した鋳型パタン１を、プレス機構３の垂直移動によ
り、高分子膜４に押し当て、鋳型パタン１の凸部の酸を
高分子膜４に染み込ませた後に、高分子膜４を基板５と
ともに１２０℃で２分間加熱し、その後、高分子膜４を
２．３８％濃度のアルカリ現像液を用いて９０秒間現像
して、パタン化した高分子膜４を得る方法及び装置を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に成膜され
た基板加工用膜に鋳型パタンをプレスして、該基板加工
用膜に該鋳型パタンを転写して該基板加工用のレジスト
パタンを得るインプリント方法及びその装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路や光回路の高集積
化が目覚ましい速度で実現されている。これを技術的に
支えているのは、これらの素子に対応する微細パタンを
シリコンウエハ等の被加工基板に投影露光するリソグラ
フィ技術の進歩である。

【０００３】工業用には、これまで紫外線を光源とした
光リソグラフィが主に用いられてきており、光源の波長
を超高圧水銀灯のｇ線の４３６ｎｍ、ｉ線の３６５ｎ
ｍ、ＫｒＦエキシマレーザーの２４８ｎｍと短くするこ
とにより解像性を向上してきた。さらに波長の短いＡｒ
Ｆエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）も開発された。

【０００４】しかしながら、これらのリソグラフィ用装
置およびこれらを用いたデバイス製造プロセスは非常に
高価となるために、コスト的に少量多品種の素子製造に
は適用できない。

【０００５】これに対して、鋳型パタン（パタンは凹凸
パタンとして形成されている）を基板加工用膜が成膜さ
れた基板にプレス（圧力を伴って押し当てること）し、
それによって基板加工用膜にパタンを転写するインプリ
ント方法を用いて、基板の微細加工用レジストパタンを
形成すれば、レジストパタンの形成に投影露光装置等の
高価な装置が必要でなくなるので、装置コストが格段に
安価になり、デバイス製造コストを大幅に下げられる利
点がある。このことから、今後、このインプリント方法
によるパタン転写の応用範囲が広がることが期待されて
いる。

【０００６】これまでに提案されているインプリント方
法では、レジスト等の高分子膜の基板加工用膜が成膜さ
れた基板に鋳型パタンをプレスし、プレスによる基板加
工用膜の変形（鋳型パタンの凸部が基板加工用膜の凹部
となるような変形）によって、パタンの転写を行う。そ
こで、鋳型パタンのプレスに際して、基板の温度を高分
子膜のガラス転移温度以上の温度まで上げて鋳型パタン
をプレスするのが通常である。基板の温度を上げること
により高分子膜の流動性が高まるので、常温プレスに比
べて低いプレス圧力で鋳型パタンに対して忠実度の高い
転写パタンが得られる利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
時に基板の温度を上げると、高分子膜の基板との付着力
が低下するために、プレスされた高分子膜の一部が基板
から剥離する問題が生じ、大面積にわたり良好な転写パ
タンを得ることが困難であった。さらに、この問題が原
因で鋳型パタンが汚れたり、損傷したりするために、転
写パタンの再現性が低く、量産技術としては使えない難
点があった。この問題を解決する手段として、鋳型パタ
ンの表面に、テフロン（登録商標）等の、高分子膜に対
して接着力の弱い材料をコート（塗布）することが提案
されているものの、長期的安定性には未だ難点があり、
問題の完全解決には至っていない。

【０００８】プレス時の温度を上げる場合の他の問題と
して、温度上昇に伴い基板が伸びるとともに平面度も劣
化するために、プレス位置及びパタンサイズを高精度に
制御することが難しくなることもあげられる。この難点
を除くため、プレス温度を常温近くまで下げることも考
えられるが、この場合、同じ高分子膜をプレスして凹凸
パタンを得るには、非常に大きなプレス圧力が必要とな
る。このため、プレス装置が大きくなるだけでなく、装
置価格も高くなる問題がでてくる。しかも、高分子膜の
基板との付着力は増すものの、同時に要求されるプレス
圧力も高くなるため、高分子膜の剥離の問題が本質的に
解決できるものではなかった。

【０００９】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、常温において低いプレス圧
力でパタンを転写することを可能にし、広い面積にわた
って忠実度の高いパタンの転写を高い位置精度で行える
インプリント方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、請求項１に記載のように、基板
加工用膜が成膜された基板の該基板加工用膜に鋳型パタ
ンをプレスすることによって該鋳型パタンを該基板加工
用膜に転写するインプリント方法であって、該基板加工
用膜の材料として化学増幅レジストを用い、該鋳型パタ
ンの凸部表面に酸を保持せしめた後に該鋳型パタンを該
基板加工用膜にプレスすることにより、該鋳型パタンの
凸部表面に存在する酸を該化学増幅レジストに染み込ま
せた後に、該基板全体を加熱処理することにより、該化
学増幅レジストに染み込んだ酸を触媒とした該化学増幅
レジストの不溶化反応または可溶化反応を促進させた後
に、 該化学増幅レジストを現像することにより該鋳型
パタンの凸部に対応したレジストパタンを形成すること
を特徴とするインプリント方法を構成する。

【００１１】また、本発明においては、請求項２に記載
のように、基板加工用膜が成膜された基板の該基板加工
用膜に鋳型パタンをプレスすることによって該鋳型パタ
ンを該基板加工用膜に転写するインプリント方法であっ
て、該基板加工用膜の材料として化学増幅レジストを用
い、該鋳型パタンとして、酸を含んだ材料で形成した鋳
型パタンを用い、該鋳型パタンを該基板加工用膜にプレ
スすることにより、該鋳型パタンの凸部表面を通して該
鋳型パタン中の酸を該化学増幅レジストに染み込ませた
後に、該基板全体を加熱処理することにより、該化学増
幅レジストに染み込んだ酸を触媒とした該化学増幅レジ
ストの不溶化反応または可溶化反応を促進させた後に、
該化学増幅レジストを現像することにより該鋳型パタ
ンの凸部に対応したレジストパタンを形成することを特
徴とするインプリント方法を構成する。

【００１２】また、本発明においては、請求項３に記載
のように、基板加工用膜が成膜された基板を保持する試
料台と、凸部表面に酸を保持する能力を有する鋳型パタ
ンと、該鋳型パタンの凸部表面に酸を保持せしめる手段
と、該鋳型パタンを該基板加工用膜にプレスするプレス
機構とを具備することを特徴とするインプリント装置を
構成する。

【００１３】また、本発明においては、請求項４に記載
のように、基板加工用膜が成膜された基板を保持する試
料台と、酸を含んだ材料で形成された鋳型パタンと、該
鋳型パタンを該基板加工用膜にプレスするプレス機構と
を具備することを特徴とするインプリント装置を構成す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のインプリント方法は、基
板加工膜として化学増幅レジストを選択するとともに、
鋳型パタン（パタンは凹凸パタンとして形成されてい
る）の凸部表面に酸の薬液による表面処理を行った後に
基板にプレスするか、もしくは、酸を含んだ材料で鋳型
パタンを形成して基板にプレスし、引き続き、基板を加
熱処理することにより鋳型パタンの凸部表面に接触した
レジストの表面から染み込んだ酸が触媒となって起こる
化学増幅レジストの不溶化反応もしくは可溶化反応を促
進し、その後に、レジストを現像することにより鋳型パ
タンに対応したレジストパタンを得る方法をとってい
る。ここに、「不溶化反応」とは、レジスト分子間の架
橋反応等により、レジストが現像液に溶けにくくなる反
応を意味し、「可溶化反応」とは、レジスト分子中の溶
解阻害基の分解反応等により、レジストが現像液に溶け
やすくなる反応を意味する。本方法において、鋳型パタ
ン上の酸はパタン凸部のみに局在する必要は無く、パタ
ン凹部に存在していてもよい。そのような、凹部に存在
する酸はレジストに触れず、レジストに染み込むことは
ないからである。

【００１５】このように、本方法では、プレスによるレ
ジストの変形によって直接的にレジストの凹凸パタンを
形成するのではなく、鋳型パタンの凸部表面の酸をレジ
スト表面に移すことだけでパタンの転写を行うので、プ
レス圧力を通常のインプリント方法に比べて格段に下げ
ることが可能となる。また、レジストの流動性も必要と
しないため、常温でのプレスが可能となる。さらに、常
温でのプレスが可能となるので、基板の熱膨張や熱変形
に煩わされずに、広い面積にわたって忠実度の高いパタ
ンの転写を高い位置精度で行えるようになる。

【００１６】以下、本発明の実施の形態を説明する。

【００１７】図１は、本発明のインプリント方法及びイ
ンプリント装置の典型的な実施の形態例を説明する概略
図であり、図中、１は鋳型パタン、２は鋳型パタン装着
ヘッド、３はプレス機構、４は基板加工用高分子膜、５
は基板、６は試料台、７は試料ステージ、８は酸を染み
込ませた耐酸性繊維シート、９はスタンプ、１０はスタ
ンプ台である。また、図中の＋印は鋳型パタン１上ある
いは基板加工用高分子膜４上の酸を示している。

【００１８】基板加工用高分子膜４として市販されてい
るネガ型（酸の作用によって不溶化反応を起こす）化学
増幅レジストのＳＡＬ６０１（シプレイ株式会社製）を
選択して、基板５にスピンコート（回転塗布法）により
０．２μｍの膜厚に塗布した。レジスト塗布後の基板５
を１０５℃、２分間、ホットプレート（加熱板）上でべ
ーク（加熱）した後に試料台６に真空吸引により装着し
た。

【００１９】鋳型パタン１には、６インチシリコンウエ
ハに対して、レジストパタンをエッチングマスクとして
ドライエッチングにより０．５μｍの深さまでエッチン
グを行って凹凸パタンをウエハ面上に形成した後に、ウ
エハを１０ｍｍ角に切り出したものを用いた。これを鋳
型パタンヘッド２に接着剤を用いて貼り付けた。

【００２０】鋳型パタン１の表面に酸を保持せしめる手
段として、酸を染み込ませた耐酸性繊維シート８を保持
するスタンプ９をスタンプ台１０に取りつけ、試料ステ
ージ７に搭載し、図１における試料台６の位置とスタン
プ台１０の位置とを交換することによって、酸を染み込
ませた耐酸性繊維シート８を鋳型パタン１の直下に移動
させてから、プレス機構３を用いて鋳型パタン１を酸を
染み込ませた耐酸性繊維シート８に軽くスタンプ（押し
当てること）する方法により酸による鋳型パタン１の表
面処理を行った。この場合には、酸を染み込ませた耐酸
性繊維シート８とプレス機構３とが請求項３に記載の鋳
型パタンの凸部表面に酸を保持せしめる手段を構成す
る。さらに、スタンプ９による鋳型パタン１表面の酸処
理と以下に説明するプレスとを交互に繰り返すことによ
り生産性が向上した。

【００２１】なお、後述するように、鋳型パタン１表面
の酸処理として、酸のベーパー処理あるいは酸水溶液の
吹き付け等も有効である。

【００２２】上記の鋳型パタン１の表面処理の後に、再
び試料台６の位置とスタンプ台１０の位置とを交換する
ことによって、基板加工用高分子膜４が形成された基板
５を鋳型パタン１の直下に移動させてから、プレス機構
３を用いて、プレス圧力４０ＭＰａで、基板加工用高分
子膜４に鋳型パタン１を５分間プレスした。プレス時の
温度は常温の２３℃とした。

【００２３】その後、基板５全体、すなわち基板５と高
分子膜４とを、試料台６からはずし、ホットプレート上
で１２０℃、２分間べークして、酸の作用によるレジス
トの不溶化反応を起こさせた後に、２．３８％濃度のア
ルカリ現像液を用いて９０秒間現像した。現像により、
基板加工用高分子膜４に鋳型パタン１に対応したパタン
（鋳型パタン１に触れた部分が凸部となる）がレジスト
パタンとして、レジスト膜厚差０．１５μｍで良好に形
成された。解像性としては、０．２５μｍサイズのホー
ル（孔）パタンも解像できた。

【００２４】上記のように、化学増幅レジストのパタン
が形成されたことから、鋳型パタン１の表面は酸を保持
する能力を有することが判った。

【００２５】上記の、酸を染み込ませた耐酸性繊維シー
ト８による鋳型パタン１の表面処理に代えて、酸のべー
パー処理（蒸気に触れさせる処理）による鋳型パタン１
の表面処理を行うことによっても、鋳型パタン１の表面
に酸を保持せしめることができる。すなわち、たとえ
ば、プレスに先立ち、鋳型パタン１及び鋳型パタンヘッ
ド２を濃度３８％の塩酸から発生する蒸気にデシケータ
内で５分間さらすことにより、鋳型パタン１表面に酸を
保持させた後に、上記のプレス、加熱、現像を行うこと
によって、上記と同等のレジストパタンを得ることがで
きた。このようなべーパー処理は、たとえば、図２の
（ａ）に示したように、塩酸を入れたデシケータ１１を
試料ステージ７上で鋳型パタン１の直下まで移動させ、
鋳型パタン１を、プレス機構３の垂直降下動作によっ
て、デシケータ１１内に移動させ、その状態で所定の時
間だけ保持することによって行うことができる。この場
合には、塩酸を入れたデシケータ１１とプレス機構３と
が請求項３に記載の鋳型パタンの凸部表面に酸を保持せ
しめる手段を構成する。

【００２６】さらに、表面への酸によるべーパー処理の
前に、鋳型パタン１の表面にレジストの接着増強剤とし
て使用されるＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）をべ
ーパー処理することにより、レジストヘの転写パタンの
均一性がさらに高まった。これは、鋳型パタン１の表面
への酸の付着性（吸湿性）が高まったために酸触媒によ
るレジストの反応（この場合は不溶化反応）の均一性が
増したことによるものと考えられる。また、鋳型パタン
１の材料として上記シリコンの鋳型パタン１上にスパッ
タにより銅薄膜あるいはＳｉＯ_２薄膜を形成したものを
用いた場合においても、レジストへの転写パタン品質が
改善された。銅薄膜の場合は、銅が塩酸と反応しやすい
材料であるために酸の吸着力が増す結果であると考えら
れる。ＳｉＯ_２薄膜の場合は、酸との濡れ性が良いため
に効果が上がると考えられる。

【００２７】また、上記塩酸による酸のべーパー処理に
代えて、希釈した酸の水溶液を鋳型パタン１の表面に吹
き付ける方法及び酸の水溶液を鋳型パタン１の表面に刷
毛塗り等で塗布することによっても同様の鋳型パタン１
表面の酸処理効果を得ることができた。酸の薬液として
は塩酸の他にも、硝酸、酢酸等の水溶液が使用できる。
酸の水溶液を鋳型パタン１の表面に吹き付ける操作は、
たとえば、図２の（ｂ）に示したように、廃液受け１３
の中に設置されたジェットノズル１２を、廃液受け１３
ごと鋳型パタン１の直下に移動させて、鋳型パタン１
を、プレス機構３の垂直降下動作によって、廃液受け１
３内に移動させ、ジェットノズル１２から酸の水溶液を
噴出させ、鋳型パタン１の表面に吹き付けることによっ
て行うことができる。この場合には、ジェットノズル１
２とプレス機構３とが請求項３に記載の鋳型パタンの凸
部表面に酸を保持せしめる手段を構成する。

【００２８】上記、鋳型パタン１の表面への酸の表面処
理に代わり、鋳型パタン１そのものを酸を含んだ材料で
形成することによっても同様な効果を得ることができ
た。この場合には、プレスの際に、鋳型パタン１の凸部
表面を通して、鋳型パタン１中の酸が基板加工用高分子
膜４に染み込む。

【００２９】鋳型パタン１を構成する、酸を含んだ材料
としては、水素イオンをドーピングしたシリカガラス、
プラスチックが好適であった。また、ベンゼンスルホン
酸、パラトルエンスルホン酸、トリフェニルメタンスル
ホン酸等の酸性物質を含有する有機物で鋳型パタンを形
成するか、もしくは、紫外線あるいは放射線の照射によ
って分解して酸を発生するような有機物で鋳型パタン１
の表面を覆っておいて、その有機物を紫外線、Ｘ線、電
子線等の照射により分解させて酸を発生させる方法も有
効であった。この場合、鋳型パタンヘッド２を透明材料
で作成しておき、ヘッド２を通して紫外線を照射すると
生産性が向上する。

【００３０】なお、本実施の形態例では（酸の作用で不
溶化する）ネガ型の化学増幅レジストを用いたが、ポジ
型レジストを用いても、酸を触媒とした可溶化反応によ
ってレジストパタンの形成が可能であることは明白であ
る。このようなレジストの型のネガ-ポジ反転によっ
て、レジストパタンの凹凸も反転するので、転写するパ
タンに応じて、たとえば酸を染み込ませる面積が少なく
なるように、そのパタンに適する鋳型パタンとレジスト
の型とを適宜選択することができる。

【００３１】さらに、通常の化学増幅レジストには、紫
外線あるいは放射線の照射によって分解して酸を発生す
るような物質（酸発生剤）が含有されているが、本発明
の実施に際しては、このような酸発生剤は必要でなく、
酸発生剤を含有していない化学増幅レジストを用いるこ
とができる。

【００３２】さらにまた、通常の化学増幅レジストに
は、露光に使われる紫外線を強く吸収してはならないと
いう制限条件が課せられているが、本発明の実施に際し
ては、そのような制限条件は課せられず、レジスト材料
選択の自由度が増す。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の実施によ
って、常温において低いプレス圧力でパタンを転写する
ことを可能にし、広い面積にわたって忠実度の高いパタ
ンの転写を高い位置精度で行えるインプリント方法及び
装置を提供することが可能となる。

【００３４】本発明のインプリント方法及びインプリン
ト装置は、常温において低いプレス圧力で鋳型パタンを
基板加工用高分子膜にプレスすることが可能となるため
に、高いプレス位置精度を得ることができ、かつ高分子
膜が基板から剥離して鋳型パタンヘ付着することを防ぐ
ことができる。このため、鋳型パタンの寿命が長くなる
とともに転写パタンのパタン品質を高めることが可能と
なる。

【００３５】本発明のインプリント方法及びインプリン
ト装置を用いれば、生産性が上がるだけでなく、装置コ
ストが下がるので製造コストの大幅な低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインプリント方法及びインプリント装
置の典型的な実施の形態例を説明する概略図である。図
中の＋の記号は酸を意味する。

【図２】本発明のインプリント方法及びインプリント装
置における鋳型パタン表面への酸の付与の方法及び装置
の形態例を説明する概略図である。

【符号の説明】

１…鋳型パタン、２…鋳型パタン装着ヘッド、３…プレ
ス機構、４…基板加工用高分子膜、５…基板、６…試料
台、７…試料ステージ、８…酸を染み込ませた耐酸性繊
維シート、９…スタンプ、１０…スタンプ台、１１…デ
シケータ、１２…ジェットノズル、１３…廃液受け。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板加工用膜が成膜された基板の該基板加
   工用膜に鋳型パタンをプレスすることによって該鋳型パ
   タンを該基板加工用膜に転写するインプリント方法であ
   って、 該基板加工用膜の材料として化学増幅レジストを用い、 該鋳型パタンの凸部表面に酸を保持せしめた後に該鋳型
   パタンを該基板加工用膜にプレスすることにより、該鋳
   型パタンの凸部表面に存在する酸を該化学増幅レジスト
   に染み込ませた後に、 該基板全体を加熱処理することにより、該化学増幅レジ
   ストに染み込んだ酸を触媒とした該化学増幅レジストの
   不溶化反応または可溶化反応を促進させた後に、 該化
   学増幅レジストを現像することにより該鋳型パタンの凸
   部に対応したレジストパタンを形成することを特徴とす
   るインプリント方法。
2. 【請求項２】基板加工用膜が成膜された基板の該基板加
   工用膜に鋳型パタンをプレスすることによって該鋳型パ
   タンを該基板加工用膜に転写するインプリント方法であ
   って、 該基板加工用膜の材料として化学増幅レジストを用い、 該鋳型パタンとして、酸を含んだ材料で形成した鋳型パ
   タンを用い、該鋳型パタンを該基板加工用膜にプレスす
   ることにより、該鋳型パタンの凸部表面を通して該鋳型
   パタン中の酸を該化学増幅レジストに染み込ませた後
   に、 該基板全体を加熱処理することにより、該化学増幅レジ
   ストに染み込んだ酸を触媒とした該化学増幅レジストの
   不溶化反応または可溶化反応を促進させた後に、 該化
   学増幅レジストを現像することにより該鋳型パタンの凸
   部に対応したレジストパタンを形成することを特徴とす
   るインプリント方法。
3. 【請求項３】基板加工用膜が成膜された基板を保持する
   試料台と、凸部表面に酸を保持する能力を有する鋳型パ
   タンと、該鋳型パタンの凸部表面に酸を保持せしめる手
   段と、該鋳型パタンを該基板加工用膜にプレスするプレ
   ス機構とを具備することを特徴とするインプリント装
   置。
4. 【請求項４】基板加工用膜が成膜された基板を保持する
   試料台と、酸を含んだ材料で形成された鋳型パタンと、
   該鋳型パタンを該基板加工用膜にプレスするプレス機構
   とを具備することを特徴とするインプリント装置。