JP2002543582A - 微細パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ompression patterning)を用いて基板上に微細パターンを形成する方法に関する
。
る。従来のフォトリソグラフィー方法では、微細パターン用マスク上に照射され
る光波長により微細パターンの制限幅が決定されるため、100nm以下の構造
を形成することは難しい。
えば、パターン形成、エッチング及び洗浄工程のような複数の工程を含み、この
ような工程を行うためには費用と時間がたくさんかかる。パターンが形成される
基板の表面が平らではない場合は、光の反射及び/又は回折が発生し、工程を制
御し難くなる。
法が開発されている。基板上の熱可塑性フィルムをモールドで加圧して微細パタ
ーンを形成するインプリント工程が開発され、多様な分野、例えば、集積回路製
造工程、光電、磁気素子製造工程などに使用されている。このような方法の例と
して、Stephen Y. Chou等は1995年11月20日付けAppl. Phys. Lett.6
7(21)で微細パターンを形成する方法を提案した。
ば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる薄膜熱可塑性ポリマーフィル
ムをモールドで加圧し、前記基板はガラス転移温度(例えば、PMMAの場合は
104℃)以上の高温(例えば、150〜200℃)で加熱される。ガラス転移
温度以上の温度で、ポリマーは粘性液体のように挙動し、圧力により変形され、
モールド形状と一致することになる。ガラス転移温度以下に温度が落ちるまでモ
ールドでサンプルを加圧する。100〜150気圧の範囲の圧力で、モールドの
形状は、例えば、PMMAのようなポリマーフィルムに完全に転写される。
て行うことができない。詳細に説明すると、1つのパターンを基板の任意の位置
に形成した後、他のパターンを他の位置に形成するためには、上側に形成された
ポリマーフィルムを有する基板をガラス転移温度以上で再び加熱する必要がある
。
ーフィルムに形成されている以前のパターンがなくなる。従って、上記の工程を
繰り返して行うことはできない。ここで、上記の他の位置とは、以前のパターン
化された位置の隣接位置または以前のパターン化されたポリマーフィルムの上部
表面の位置を意味する。
のためには、モールドは、より複雑なパターン、すなわち、粗いパターンと細か
いパターンを合わせたパターンを備えるように形成される必要がある。しかし、
このような場合も、モールドに複雑なパターンを形成するためには、費用が多く
かかり、技術的にも困難であるという不都合がある。
ーン化されたポリマーフィルム501を示す。室温で、例えば、50〜150気
圧でパターン化しようとするポリマーフィルムを加圧する場合、パターン化され
るポリマーフィルムには望ましくない部分が発生する。例えば、図5に示されて
いるように、パターン化されたポリマーフィルム501の上部エッジ付近には、
不要な塑性変形により、望ましくない突出部502が発生する。
圧力があるレベル以下であれば、ポリマーフィルム内の自由体積はその体積を減
らすことにより、ポリマーフィルムに提供される圧力を吸収する。しかし、圧力
がある値より大きい場合は、ポリマーフィルムには塑性変形された望ましくない
部分が形成される。ここで、前記自由体積とは、ポリマーフィルム内の空隙の全
体積を意味する。
ターン形成工程を行うと、必要なパターンを有する微細パターンを形成すること
ができない。
ンを形成する方法を提供することにある。
物質を基板上にコーティングすることにより、前記基板上にポリマーフィルムを
形成する段階と、(b)予め定められた加圧法を用いて、予め定められた形状を
有するモールドで基板上のポリマーフィルムを加圧して前記ポリマーフィルムを
塑性変形させることにより、前記ポリマーフィルムをパターン化する段階と、(
c)前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用して
前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段
階とを含む。
ー物質を基板上にコーティングすることにより前記基板上にポリマーフィルムを
形成する段階と、(b)予め定められた加圧法を用いて、第1の予め定められた
形状を有する第1モールドで前記基板上のポリマーフィルムを加圧して、第1の
パターン化されたポリマーフィルムを形成し、第2の予め定められた形状を有す
る第2モールドで前記第1のパターン化されたポリマーフィルムを加圧すること
によりパターン化されたポリマーフィルムを形成する段階と、(c)前記パター
ン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し、前記基板をエッ
チングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含む。
に用いる微細パターン形成装置100を示す。微細パターン形成装置100は、
2つの固定軸102、103、上部及び下部圧力板104、105、圧力伝達軸
108、及び加圧ユニット110から構成される。図1に示すように、上部圧力
板104は、ボルト106、107によって固定軸102、103の上端に取り
付けられる。下部圧力板105は、圧力伝達軸108の一方の端部に取り付けら
れ、固定軸102、103に摺動自在に連結される。加圧ユニット110は、圧
力伝達軸108のもう一方の端部に取り付けられ、軸108を垂直に移動させる
。
ド204と基板200が上部圧力板104と下部圧力板105との間に位置し、
基板200上にはポリマーフィルム202がコーティングされている。ここで、
図1に示すように、モールド204のパターンが形成された側が基板200上の
ポリマーフィルム202と対向している。
0から伝達される圧力によって下部圧力板105を上部圧力板104の方に移送
させると、モールド204がポリマーフィルム202を加圧してポリマーフィル
ム202にパターンが形成される。
、本発明の好適な実施例による基板上への微細構造の形成方法を説明する。
。図2Aはポリマーフィルム202がコーティングされている基板200及びモ
ールド204を示す。本発明の好適な実施例による基板上への微細パターンの形
成方法では、先ず予め定められた形状を有するモールド204を準備する。例え
ば、一面(例えば、図2Aに示すモールド204の下部面)は、予め定められた
形状で予めパターン化されている。基板200は、シリコンまたはシリコンジオ
キシドで作られる。
200上にポリマー物質をコーティングすることにより、ポリマーフィルム20
2を形成する。ポリマー物質は、一般的にポリスチレン、ポリメチルメタクリレ
ート(PMMA)などで作られるが、これらに限定されない。ポリマー物質の流
動性を得るために、通常、溶媒、例えば、トルエンまたはトリクロロエチレンを
ポリマー物質に添加する。
ムを加圧して塑性変形させるために必要なポリマー物質に加えられる圧力を減少
させる。以下、ポリマーフィルムの自由体積を増加させる方法について説明する
。
構造形成法を用いてポリマーフィルム202内に多孔構造、例えば、空隙を形成
してから、多孔構造を有するポリマーフィルム202を基板200上にコーティ
ングする。
02が、コーティングされた基板200を真空乾燥法または大気乾燥法で乾燥さ
せることにより、自由体積を増加させる。
自由体積を形成する方法を示す。本発明の異なる好適な実施例によると、ポリマ
ーフィルム202がコーティングされた基板200が炉400内に設置され、炉
400は、図4Aに示すように、その内部に溶媒が入っている容器402を備え
る。このような構成によって、容器402を予め定められた温度範囲に加熱して
容器402内の溶媒401を蒸発させ、蒸発された溶媒をポリマーフィルム20
2内に浸透させる。その後、ポリマーフィルム202がコーティングされた基板
を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させることにより、ポリマーフィル
ム202の自由体積を増加させる。
入っている容器402を含む炉400内にポリマーフィルムを有する基板を設置
する。そして、容器402を予め定められた温度範囲に加熱して容器内の溶媒を
蒸発させることにより、蒸発された溶媒をポリマーフィルム内に浸透させる。従
って、ポリマーフィルム内に浸透された溶媒が残るようになる。つまり、例えば
溶媒が残っている、いわゆるウェット状態下でポリマーフィルム202が加圧さ
れる。
04によって上部にコーティングされたポリマーフィルムを有する基板200上
に溶媒が直接噴霧される。その後、ポリマーフィルム202がコーティングされ
ている基板200を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させて、ポリマー
フィルム202内の自由体積を増加させる。
形成した後、圧縮装置、例えば、微細パターン形成装置100を用いて図2Aに
示したモールド204でポリマーフィルム202を加圧し、ポリマーフィルムを
塑性変形させて、ポリマーフィルムをパターン化させ、第1のパターン化された
ポリマーフィルムとする。図2Bは、基板200上の第1のパターン化されたポ
リマーフィルム203を示す。
、例えば、10℃〜30℃で行われる。この場合、ポリマーフィルムに供給され
る外部荷重は、一般的に1atmであるが、ポリマー物質にかかる圧力はポリマ
ー物質の面積に依存し、例えば、20〜30atmの範囲の圧力がかかる。
り細かい予め定められた形状を有するモールド205をさらに備え、第1のパタ
ーン化されたポリマーフィルム203をモールド205で加圧することにより、
図2Cに示すような第2のパターン化されたポリマーフィルム206が基板20
0上に形成される。
め定められた加圧法を用いて、それぞれ予め定められた形状を有するN個のモー
ルドで基板上のポリマーフィルムを順次加圧してポリマーフィルムを塑性変形さ
せることにより、ポリマーフィルムをパターン化する。ここでNは予め定められ
た正数であり、一般的に2である。
いアスペクト比を有するモールドより先に加圧され、粗いパターンを有するモー
ルドが細かいパターンを有するモールドより先に加圧される。
、室温、例えば、10℃〜30℃で、モールド204、205の二つのパターン
がポリマーフィルム200上に順次転写され得る。ここで、ポリマーフィルム2
02内の自由体積を増加させることにより、ポリマーフィルムを塑性変形させる
ために必要なポリマー物質に供給される圧力は減少する。
200上の第2のパターン化されたポリマーフィルム206を形成した後、前記
好適にパターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとしてエッチング
することにより、図2Dに示すように、基板200上に微細パターン、例えば、
パターン207を形成する。図2Dは、物理的エッチング法、例えば反応性イオ
ンエッチング(RIE)法を用いて形成された基板200内のパターン207を
示す。しかしながら、化学的エッチング法を用いることもできる。
形成工程を示す。この実施例において、基板200の長さは、モールド204の
長さより長く、自由体積を有するポリマーフィルム202が基板200上にコー
ティングされている。この実施例の微細パターン形成工程は、モールド204が
基板上のポリマーフィルムに反復的に加圧されることを除いて基本的に図2A〜
図2D及び図4A〜図4Bを参照して説明した実施例の工程と同様である。
0上のポリマーフィルム202を反復的に加圧して、ポリマーフィルム202を
塑性変形させることによりパターン化する。ここで、基板200は、モールド2
04の長さより長い。この場合、モールド204は、いつもポリマーフィルム2
02の異なる位置に加圧されるので、ポリマーフィルム202の表面の全体がパ
ターン化される。このような方法は、リソグラフィー分野で、いわゆる、ステッ
プアンドリピート(step-and-repeat)法として知られている。
2をその左側のエッジから順次加圧する。その結果、ポリマーフィルム202全
体がパターン化される。このような反復加圧、すなわち、パターン化の操作は同
じモールドまたは異なるモールドで行うことができる。本発明の技術分野におけ
る通常の知識を有する者は、モールド204を水平に移動させるユニットを容易
に製造して利用することができる。
フィルムをエッチングマスクとしてエッチングすることにより微細パターン、例
えば、図3Bに示すようなパターン207を形成する。
範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
細パターン形成装置100を示す図である。
。
。
る。
る。
ーフィルムを示す図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 基板上に微細パターンを形成する方法であって、 (a)溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記
基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、 (b)予め定められた加圧法を用いて、予め定められた形状を有するモールドで
基板上のポリマーフィルムを加圧して前記ポリマーフィルムを塑性変形させるこ
とにより、前記ポリマーフィルムをパターン化する段階と、 (c)前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し
て前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する
段階とを含む微細パターン形成方法。 - 【請求項2】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、前記ポリマーフィル
ムの自由体積を増加させることにより、前記ポリマーフィルムを塑性変形させる
のに必要な圧力を減少させる段階(b1)を含む請求項1に記載の微細パターン
形成方法。 - 【請求項3】 前記段階(c)において、前記エッチングは、プラズマイオ
ンエッチングまたは化学的エッチングである請求項1に記載の微細パターン形成
方法。 - 【請求項4】 前記段階(b)において、前記ポリマーフィルムは、多孔質
構造を有するフィルムとして作製されている請求項1に記載の微細パターン形成
方法。 - 【請求項5】 前記段階(b1)は、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する
前記基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内に浸透さ
せる段階と、 (b13)前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、
前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項2に記載の
微細パターン形成方法。 - 【請求項6】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内にポリマーフィルムを有する前記
基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内に浸透さ
せ、前記ポリマーフィルム内に前記浸透された溶媒を残留させる段階を含む請求
項1に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項7】 前記段階(b1)において、前記ポリマーフィルム上に前記
溶媒を直接噴霧した後、前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させる
ことにより前記自由体積を増加させる請求項2に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項8】 前記段階(b)は前記ポリマー物質のガラス転移温度以下の
温度で行われる請求項1に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項9】 前記段階(b)は略10〜30℃の温度範囲で行われる請求
項8に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項10】 前記溶媒はトリクロロエチレンである請求項1に記載の微
細パターン形成方法。 - 【請求項11】 基板上に微細パターンを形成する方法であって、 (a)溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより前記基
板上にポリマーフィルムを形成する段階と、 (b)予め定められた加圧法を用いて、第1の予め定められた形状を有する第1
モールドで前記基板上のポリマーフィルムを加圧して、第1のパターン化された
ポリマーフィルムを形成し、第2の予め定められた形状を有する第2モールドで
前記第1のパターン化されたポリマーフィルムを加圧することによりパターン化
されたポリマーフィルムを形成する段階と、 (c)前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し
、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する
段階とを含む微細パターン形成方法。 - 【請求項12】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、前記ポリマーフィ
ルムの自由体積を増加させて、前記ポリマーフィルムを塑性変形させるのに必要
な圧力を減少させる段階(b1)を含む請求項11に記載の微細パターン形成方
法。 - 【請求項13】 前記段階(c)において、前記エッチングは、プラズマイ
オンエッチングまたは化学的エッチングである請求項11に記載の微細パターン
形成方法。 - 【請求項14】 前記段階(b)において、前記ポリマーフィルムは、多孔
質構造を有するフィルムとして作製されている請求項11に記載の微細パターン
形成方法。 - 【請求項15】 さらに、前記段階(b1)は、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する
前記基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透さ
せる段階と、 (b13)前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、
前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項12に記載
の微細パターン形成方法。 - 【請求項16】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する
前記基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透さ
せ、前記ポリマーフィルム内へ前記浸透された溶媒を残留させる段階とを含む請
求項11に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項17】 前記段階(b1)において、前記ポリマーフィルム上に前
記溶媒を直接噴霧した後、前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させ
ることにより前記自由体積を増加させる請求項12に記載の微細パターン形成方
法。 - 【請求項18】 前記段階(b1)は前記ポリマー物質のガラス転移温度以
下の温度で行われる請求項11に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項19】 前記段階(b)は略10〜30℃の温度範囲で行われる請
求項18に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項20】 前記第1モールドのアスペクト比は、前記第2モールドの
アスペクト比より大きい請求項18に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項21】 基板上に微細パターンを形成する方法であって、 (a)溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記
基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、 (b)ステップアンドリピート法を用いて、予め定められた形状を有するモール
ドを前記基板上のポリマーフィルムに連続的に加圧して、前記ポリマーフィルム
を塑性変形させることにより、ポリマーフィルムをパターン化し、ここで前記基
板の長さは前記モールドの長さより大きい段階と、 (c)前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し
て、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成す
る段階とを含む微細パターン形成方法。 - 【請求項22】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、前記ポリマーフィ
ルムの自由体積を増加させて、前記ポリマーフィルムを塑性変形させるのに必要
な圧力を減少させる段階(b1)を含む請求項21に記載の微細パターン形成方
法。 - 【請求項23】 前記段階(b1)は、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する
前記基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透さ
せる段階と、 (b13)前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、
前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項22に記載
の微細パターン形成方法。 - 【請求項24】 さらに、前記段階(b)を行う以前に、 (b11)溶媒が入っている容器を有する炉内のポリマーフィルムを有する前記
基板を設置する段階と、 (b12)前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を
蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透さ
せ、前記ポリマーフィルム内に前記浸透された溶媒を残留させる段階を含む請求
項21に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項25】 前記段階(b)は略10〜30℃の温度範囲で行われる請
求項21に記載の微細パターン形成方法。
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