JP2004304097A - パターン形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】残膜が生じず、樹脂からモールドを容易に剥離することが可能なインプリント法によるパターンの形成方法を提供する。
【解決手段】対向する第１および第２の主面を有し、第１の主面に凹部３１ｂおよび凸部３１ａを含む凹凸パターンが形成されており、凸部３１ａの少なくとも一部に遮光性を有する膜３２が形成された透光性モールド１０を用意する工程と、基板３５上に液体状の光硬化性樹脂組成物を含む感光層３６を形成する工程と、感光層３６の一部が、凹部に侵入するよう透光性モールド１０１の第１の主面を感光層に圧着させる工程と、透光性モールド１０１の第２の主面から感光層３６を露光する工程と、感光層３６の未露光部分を除去する工程とを包含するパターン形成方法。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造などに用いられるパターンの形成方法に関し、特に、インプリント法によるパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの製造工程において微細なパターンを形成する場合、まず、基板上にフォトレジストを塗布し、所望のパターンを有するフォトマスクを用いて紫外線など光をフォトレジストに照射する。その後、フォトレジストを現像することにより、所望のパターンがフォトレジストに転写され、パターニングされたフォトレジストが形成される。この方法はフォトリソグラフィ法と呼ばれ、従来より、広く半導体装置の製造に用いられている。フォトリソグラフィ法は、最も一般的なパターン形成方法であるが、露光装置などが高価であるため、投資コストがかかってしまう。
【０００３】
近年、たとえば非特許文献１に開示されているように、インプリント法と呼ばれる微細パターンの転写技術が提案されている。以下、インプリント法によるパターンの形成方法を説明する。図１（ａ）に示すように、まず、シリコン基板を電子ビームリソグラフィ法などでエッチングすることにより表面に凹凸の形状を有するモールド１１を作製する。次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などの樹脂膜１３を塗布する。図１（ｃ）に示すように、基板１２を樹脂膜１３の軟化点温度以上に加熱してから、モールド１１を樹脂膜１３に圧着させ、モールド１１のパターンを樹脂膜１３に転写した後、基板温度を軟化点以下に下げ樹脂を硬化させる。図１（ｄ）に示すように、モールド１１を樹脂膜１３から剥離し、転写パターンを有する樹脂膜１３’のうち、残膜１４をリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性プラズマエッチング法により除去する。これにより、図１（ｅ）に示すように、樹脂パターン１５が得られる。
【０００４】
このインプリント法によれば、簡単に微細なパターンを有する樹脂膜１３を形成することができるとされている。しかし、モールド１１のパターンを樹脂膜１３に転写する場合、モールド１１を数十ｋｇ／ｃｍ^２という極めて高い圧力で樹脂膜１３を有する基板１２に圧着させる必要がある。また、転写の前後において基板１２を加熱および冷却する必要があるため、処理時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、特許文献１は、以下に説明するようなインプリント法によるパターンの形成方法を提案している。具体的には、図２（ａ）に示すように、石英などの透光性を有する材料からなる基板を電子ビームリソグラフィ法などでエッチングすることにより表面に凹凸の形状を有するモールド２１を作製する。次に、図２（ｂ）に示すように、基板２２上に液体状の光硬化性樹脂組成物２３を塗布し、図２（ｃ）に示すように、モールド２１を光硬化性樹脂組成物２３に圧着させる。この状態で、モールド２１の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂組成物２３を硬化させる。図２（ｄ）に示すように、モールド２１のパターンが転写された光硬化性樹脂２３’から残膜２４をＲＩＥ法などにより除去する。これにより、図２（ｅ）に示すように、樹脂パターン２５が得られる。
【０００６】
この方法によれば、樹脂の硬化を光反応によって行うため、処理時間を大幅に短縮することができる。また、光硬化性樹脂組成物２３は液体であるため、粘度が低く、モールド２１を高い圧力で光硬化性樹脂組成物２３に圧着させなくてもパターンの転写を行うことができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１９４１４２号公報
【非特許文献１】
Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕら Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ６７，ｐ３３１４（１９９５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のいずれの方法を用いても、図１（ｃ）および図２（ｃ）に示す工程において、モールド１１、２１と基板１２、２２との間に僅かな隙間が生じ、この隙間に樹脂膜１３や光硬化性樹脂組成物２３が残る。このため、基板の表面が露出されるべき領域に、薄い残膜１４、２４が形成されてしまう。
【０００９】
この残膜１４、２４は除去する必要があるが、新たなマスクを用いることなく、転写パターンを有する樹脂膜１３’や光硬化性樹脂２３’から残膜１４、２４のみを選択的に除去することは難しい。上述の方法では、必要なパターンの線幅や形状をできるだけ保持しつつ、残膜１４、２４を除去するために異方性の高いエッチング方法であるＲＩＥ法などを用いて、残膜１４、２４をエッチングしている。この方法は、真空中でプラズマを発生させ、電界によってイオンを一方向に加速してエッチングを行うものであり、比較的高価な装置を必要とする。エッチングに必要な処理時間が長くなるというデメリットも生じる。
【００１０】
また、上述の方法においてモールド１１、２１を基板から剥離する際、樹脂膜１３’や光硬化性樹脂２３’とモールド１１、２１とが強固に密着し、剥離に大きな力を要したり、樹脂膜１３’および光硬化性樹脂２３’に形成されたパターンが変形し、製造歩留まりが低下するという問題が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の問題のすくなくとも１つを解決し、残膜の生じない、あるいは、残膜を簡単な装置で容易に除去することができ、インプリント法によるパターンの形成方法および樹脂からモールドを容易に剥離することが可能なインプリント法によるパターンの形成方法を提供する。また、そのようなパターン形成方法により形成されたパターンを用いて半導体装置を製造する方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凸部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成された透光性モールドを用意する工程と、基板上に液体状の光硬化性樹脂組成物を含む感光層を形成する工程と、前記感光層の一部が、前記凹部に侵入するよう前記透光性モールドの第１の主面を前記感光層に圧着させる工程と、前記透光性モールドの第２の主面から前記感光層を露光する工程と、前記感光層の未露光部分を除去する工程とを包含する。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記透光性モールドは、前記第１の主面の凹部の少なくとも一部に光触媒材料を含む膜を有している。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記光触媒材料は、酸化チタンである。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記透光性モールドを用意する工程は、透光性基板の第１の主面に遮光性を有する膜を形成する工程と、少なくとも前記透光性基板の第１の主面に達するように前記遮光性を有する膜を除去することにより、前記透光性基板の第１の主面に所望の凹凸パターンを形成する工程とを包含する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記透光性モールドを用意する工程は、透光性基板の第１の主面に遮光性を有する膜を形成する工程と、少なくとも前記透光性基板の第１の主面に達するように前記遮光性を有する膜を除去することにより、前記透光性基板の第１の主面に所望の凹凸パターンを形成する工程と、前記凹凸パターンを覆うように光触媒材料を含む膜形成する工程とを包含する。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記凹凸パターンを形成する工程は、前記透光性基板の一部も除去するように前記遮光性を有する膜を除去する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記除去工程は、前記未露光部分を溶剤を用いて溶出することにより、前記未露光部分を除去する。
【００２０】
また、本発明のパターン形成方法は、対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凹部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成された透光性モールドを用意する工程と、基板上に光分解性物質を含む感光層を形成する工程と、前記感光層の一部が、前記凹部に侵入するよう前記透光性モールドの第１の主面を前記感光層に圧着させる工程と、前記透光性モールドの第２の主面から前記感光層を露光する工程と、前記感光層の露光部分を除去する工程とを包含する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記除去工程は、前記露光部分を溶剤を用いて溶出することにより、前記露光部分を除去する。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかに規定されたパターン形成方法によって、半導体層、金属層または絶縁層上にパターニングされた感光層を形成する工程と、前記パターニングされた感光層をマスクとして用い、前記半導体層、金属層または絶縁層に微細加工を施す工程とを包含する。
【００２４】
また、本発明の透光性モールドは、対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凸または前記凹部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成されている。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記遮光性を有する膜は、前記第１の主面の凹部に形成されている。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記遮光性を有する膜は、前記第１の主面の凸部に形成されている。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、透光性モールドは前記第１の主面の凹部の少なくとも一部に光触媒材料を含む膜を有している。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記光触媒材料は、酸化チタンである。
【００３０】
また、本発明のパターン転写装置は、上記いずれかの透光性モールドを備えている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明のインプリント法によるパターン形成方法では、モールドの凹凸パターンを転写する膜に感光層を用いる。感光層には、光硬化性または光分解性を備えた物質を用いることができる。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、光硬化性の感光層３６を用いる場合には、透光性モールド１０１として、凸部３１ａに遮光性を有する膜３２が設けられた透光性基板３１を用意する。図３（ａ）に示すように、透光性モールド１０１を基板３５上に形成された感光層３６に圧着し、透光性モールド１０１の第２の主面３１’’から光を照射した場合、遮光性を有する膜３２が存在するため、凸部３１ａと基板３５との間に介在する感光層３６には光が照射されず、この部分では硬化反応が起こらない。このため、透光性モールド１０１を剥離した後、感光層３６の未露光部分である未硬化部分を溶剤などを用いたウエットエッチングにより選択的に除去することができる。これにより、残膜が生じることなく所望のパターンが転写された膜を基板３５上に形成することができる。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、光分解性の感光層３９を用いる場合には、透光性モールド１０２として、凹部３１ｂの底部に遮光性を有する膜３２’が設けられた透光性基板３１を用意する。透光性モールド１０２を基板３５上に形成された感光層３９に圧着し、透光性モールド１０２の第２の主面３１’’から光を照射した場合、凸部３１ａと基板３５との間に介在する感光層３９には光が照射され、この部分において、光分解反応が生じる。一方、光遮光性を有する膜３２が存在するため、凹部３１ｂと基板３５との間に介在する感光層３９には光が照射されず、この部分の感光層３９に光分解反応は生じない。このため、透光性モールド１０２を剥離した後、感光層３９の露光部分を溶剤などを用いたウエットエッチングにより選択的に除去することができる。これにより、残膜が生じることなく所望のパターンが転写された膜を基板３５上に形成することができる。
【００３４】
また、図３（ａ）に示すように光硬化性の感光層３６を用いる場合には、感光層３６に光が照射される領域となる凹部３１ｂに光触媒材料を含む膜３３をさらに設けてもよい。この場合、光触媒材料を含む膜３３の光触媒作用により、硬化した感光層３６の表面が分解され、感光層３６と透光性モールド１０１との密着力が大幅に弱まり、透光性モールド１０１の剥離が容易になる。これにより、透光性モールド１０１を剥離する際に大きな力を要したり、転写したパターンが変形してしまうという問題が生じる可能性を低減することができる。
【００３５】
以下、図４（ａ）から（ｇ）を参照して光硬化性の感光層３６を用いるパターン形成方法をより詳細に説明する。本発明のパターン形成方法では、まず図４（ａ）に示すように、対向する第１の主面３１’および第２の主面３１’’を有する透光性基板３１を用意し、透光性基板３１の第１の主面に遮光性を有する膜３２を形成する。透光性基板３１は、以下で説明する感光層が光硬化反応を起こすことのできる波長の光を透過することが好ましい。たとえば、感光層が紫外線によって硬化反応を起こす紫外線硬化性樹脂組成物を含む場合には、透光性基板３１として石英基板やガラス基板を用いることができる。
【００３６】
透光性基板３１の第１の主面３１’の大きさは、本発明を適用して製造する半導体装置の大きさなどにより適宜決定することができる。また、透光性基板３１の厚さは、第１の主面３１’の大きさに依存する。特に、感光層に圧着させた透光性モールドを剥離する際、透光性モールドが破損してしまわない程度に十分な厚さを備えていることが好ましい。
【００３７】
遮光性を有する膜３２は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜などからなる。感光層が光硬化反応を起こす波長の光を十分に遮ることのできる材料および膜厚を備えていることが好ましい。たとえば、上述したように感光層の硬化に紫外線を用いる場合には、厚さ０．５μｍのクロムからなる金属膜を用いることができる。遮光性を有する膜３２は、半導体製造工程で用いられる、スパッタ法、真空蒸着法など種々の公知の方法により形成される。たとえば、クロムからなる遮光性を有する膜３２はスパッタ法により好適に形成することができる。
【００３８】
次に図４（ｂ）に示すように、透光性基板３１の第１の主面３１’側からフォトリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法などを用いて、少なくとも透光性基板３１の第１の主面３１’に達するように、遮光性を有する膜３２を除去し、第１の主面３１’に所望の凹凸パターンを形成する。凹凸パターンの凸部３１ａと凹部３１ｂとの高さの差ｈは、最終的に形成するパターンの高さに対応する。このため、形成するパターンが所望の高さを有するように、遮光性を有する膜３２および透光性基板３１の第１の主面３１’の表面を除去する。
【００３９】
形成する凹凸パターンは少なくとも、凹部３１ｂにおいて、遮光性を有する膜３２が完全に除去されておればよい。このため、たとえば、厚さｈの遮光性を有する膜３２を形成し、透光性基板３１の表面が露出さるように遮光性を有する膜３２のみをエッチングしてもよい。しかし、最終的に形成するパターンの厚さと同じ厚さの遮光性を有する膜３２を形成するのには長い時間がかかることが多い。このため、遮光性を有する膜３２の厚さは露光に用いる光を遮るのに十分な程度の厚さにし、図４（ｂ）に示すように、透光性基板３１を第１の主面３１’側から所定の深さまでエッチングすることが好ましい。この場合には、遮光性を有する膜３２の厚さと透光性基板３１を除去して形成した凹部の深さとの合計が凹凸パターンの凸部３１ａと凹部３１ｂとの高さの差ｈとなる。
【００４０】
遮光性を有する膜３２および透光性基板３１のエッチングには半導体製造工程に用いる種々のエッチング方法を用いることができる。電子ビームリソグラフィ法によれば、微細なパターンの形成が可能であり、また、エッチングに際して別のフォトマスクなどを用いることなく、ＣＡＤデータなどから直接エッチングを行うことができる。さらに、遮光性を有する膜３２および透光性基板３１を同時にエッチングすることが可能である。
【００４１】
透光性基板３１の第１の主面３１’に形成する凹凸パターンは最終的に形成すべきパターンの凹凸が反転したものである。したがって、最終的に形成すべきパターンと同じ設計ルールで凹凸パターンが形成される。たとえば、凸部３１ａおよび凹部３１ｂの最小幅が３μｍであり、高さの差ｈは２μｍである。本発明のパターン形成方法は、半導体装置などの微細パターンの形成に適している。このため、凸部３１ａおよび凹部３１ｂの最小幅が０．１μｍ〜２０μｍの範囲にあり、高さの差ｈが０．１μｍ〜５μｍの範囲にある凹凸パターンを形成することが好ましい。
【００４２】
次に図４（ｃ）に示すように、凹凸パターンが形成された透光性基板３１の第１の主面３１’全体を覆うように光触媒材料を含む膜３３を形成する。光触媒材料は、光の照射によって活性酸素種を発生する光触媒作用を備えている。このような材料としてたとえば酸化チタンを用いることができる。また、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗなどチタンおよび酸素以外の元素も光触媒作用を備えており、光触媒材料として用いることができる。光触媒材料を含む膜３３は、以下で説明するように光触媒材料を含む膜３３と接する感光層の表面部分を光分解させることが可能な程度の厚みを有しておればよい。具体的には、１００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度の厚さを備えていればよい。
【００４３】
光触媒材料を含む膜３３は少なくとも凹部３１ｂの底部に設けられておればよく、好ましくは、凹部３１ｂの側面にも設けられている。凸部３１ａの遮光性を有する膜３２の上には光触媒材料を含む膜３３を形成する必要はない。しかし、光触媒材料を含む膜３３を第１の主面３１’全体に設けるほうが凹部３１ｂの底部にのみ選択的に設ける場合に比べて容易である。また全体に光触媒材料を含む膜３３を設ける場合、凸部３１ａと凹部３１ｂとの高さの差ｈが維持されるので、上述の透光性基板３１をエッチングする際に、光触媒材料を含む膜３３の厚さを考慮する必要がないという利点もある。これにより、所望の凹凸パターンを有する透光性モード１０１が得られる。
【００４４】
次に、図４（ｄ）に示すように、基板３５の表面に感光層３６を形成する。基板３５は、典型的には半導体基板であり、最終的に形成するパターンを用いて微細加工を施す対象となる。しかし、半導体基板以外の他の基板であってもよい。
【００４５】
感光層３６は、液体状の光硬化性樹脂組成物を含む。たとえば、ウレタンアクリレート系樹脂などを用いることができる。スピンコート法など、半導体製造工程で用いられる種々の方法により、基板３５の表面に感光層３６を形成する。感光層３６は、最終的に形成すべきパターンの高さとほぼ等しいことが好ましい。
【００４６】
図４（ｄ）に示すように、凹凸パターンが設けられた第１の主面３１’が感光層３６と対向するように、透光性モールド１０１を保持し、図４（ｅ）に示すように、透光性モールド１０１を感光層３６に押し付け、圧着させる。これにより、凹部３１ｂに感光層３６が侵入し、感光層３６が透光性モールド１０１の凹凸パターンに対応するように変形する。この時、透光性モールド１０１の凸部３１ａは基板３５にほぼ達しているが、凸部３１ａと基板３５との間には感光層３６が僅かに介在している状態になる。感光層３６の粘度および凹凸パターンにも依存するが、感光層３６が液体状であるため、透光性モールド１０１の凹部３１ｂに感光層３６を十分侵入させるのにあまり大きな圧力をかける必要はない。おおよそ、１ｋｇ／ｃｍ^２〜５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で透光性モールド１０１を基板３５側へ押し付けることにより、透光性モールド１０１の凹凸パターンが感光層３６へ転写される。
【００４７】
図４（ｅ）に示すように、この状態で透光性モールド１０１の第２の主面３１’’側から感光層３６へ光を照射する。これにより、感光層３６の凹部３１ｂと基板３５との間に位置する部分に光が照射され、硬化反応が進む。一方、遮光性を有する膜３２によって光が遮られるため、感光層３６の凸部３１ａと基板３５との間に位置する部分には、光が照射されない。このため、この部分では硬化がおこらない。
【００４８】
また、凹部３１ｂに位置する光触媒材料を含む膜３３は光の照射を受けて、活性酸素種を発生させる。生成した活性酸素種によって、感光層３６の凹部３１ｂの底部と接する表面部分が分解する。
【００４９】
図４（ｆ）に示すように、透光性モールド１０１を剥離する。この時、透光性モールド１０１の凹部３１ｂの底部と接していた感光層３６の表面部分は分解されているため、透光性モールド１０１との密着性が大きく弱められている。このため、凹凸パターンの転写された感光層３６’の凸部３６ｂの形状を変形させることなく、また、大きな力を加えなくても透光性モールド１０１を剥離させることができる。
【００５０】
感光層３６’において、凸部３６ｂは露光されたため、硬化しており、凹部の底部３６ａは露光されなかったため、硬化していない。このため、凹凸パターンの転写された感光層３６’を有する基板３５を適当な溶剤に浸漬することにより、本来不要な部分な残膜である凹部の底部３６ａが溶出し、所望のパターン３８を有する基板３５を得ることができる。
【００５１】
上述の実施形態では光硬化性の感光層３６を用いたが、光分解性の感光層３９を用いてもよい。以下、図５（ａ）から（ｈ）を参照して光分解性の感光層３９を用いるパターン形成方法をより詳細に説明する。
【００５２】
まず図５（ａ）に示すように、透光性基板３１の第１の主面３１’にマスク層６１を形成する。マスク層６１はフォトレジストなど、後の工程において、リフトオフ法により除去可能なものを用いる。
【００５３】
次に図５（ｂ）に示すように、透光性基板３１の第１の主面３１’側からフォトリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法などを用いて、透光性基板３１の第１の主面３１’側からマスク層６１および透光性基板３１の第１の主面３１’をエッチングし、第１の主面３１’に所望の凹凸パターンを形成する。透光性基板３１を深さｈ＋ｔまでエッチングすることが好ましい。ここでｈは最終的に形成するパターンの高さに対応し、ｔは次に形成する遮光性を有する膜３２’の厚さである。
【００５４】
図５（ｃ）に示すように、透光性基板３１の第１の主面３１’全面に遮光性を有する膜３２’を形成する。この時、遮光性を有する膜３２’は、凹凸パターンの凸部３１ａの上面および凹部３１ｂに底部にのみ堆積し、凸部３１ａおよび凹部３１ｂの側面には堆積しないよう、真空蒸着法などによって形成することが好ましい。遮光性を有する膜３２’は、上述したように厚さｔを有している。
【００５５】
遮光性を有する膜３２’を形成した後、リフトオフ法などにより、マスク層６１を除去する。この時、マスク層６１の上に形成された遮光性を有する膜３２’も同時に除去される。これにより、図５（ｄ）に示すように、透光性モールド１０２が得られる。透光性モールド１０２は、凹部３１ｂおよび凸部３１ａを有する凹凸パターンを備え、凹部３１ｂの底部に遮光性を有する膜３２’が設けられている。
【００５６】
次に、図５（ｅ）に示すように、基板３５の表面に感光層３９を形成する。感光層３９は、光分解性物質を含む。たとえば、ポジ型のフォトレジストや、アクリル樹脂などを用いることができる。スピンコート法など、半導体製造工程で用いられる種々の方法により、基板３５の表面に感光層３９を形成する。感光層３９は、最終的に形成すべきパターンの高さとほぼ等しいことが好ましい。
【００５７】
図５（ｅ）に示すように、凹凸パターンが設けられた第１の主面３１’が感光層３９と対向するように、透光性モールド１０２を保持し、図５（ｆ）に示すように、透光性モールド１０２を感光層３９に押し付け、圧着させる。これにより、凹部３１ｂに感光層３９が侵入し、感光層３９が透光性モールド１０１の凹凸パターンに対応するように変形する。この時、透光性モールド１０２の凸部３１ａは基板３５にほぼ達しているが、凸部３１ａと基板３５との間には感光層３９が僅かに介在している状態になる。感光層３９としてポジ型フォトレジストを用いる場合、液体であるため、透光性モールド１０２の凹部３１ｂに感光層３９を十分侵入させるのにあまり大きな圧力をかける必要はない。おおよそ、１ｋｇ／ｃｍ^２〜５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で透光性モールド１０２を基板３５側へ押し付けることにより、透光性モールド１０２の凹凸パターンが感光層３９へ転写される。
【００５８】
図５（ｆ）に示すように、この状態で透光性モールド１０２の第２の主面３１’’側から感光層３９へ光を照射する。これにより、感光層３９の凸部３１ａと基板３５との間に位置する部分に光が照射され、光分解反応が進む。一方、遮光性を有する膜３２によって光が遮られるため、感光層３９の凹３１ｂと基板３５との間に位置する部分には、光が照射されない。このため、この部分では光分解がおこらない。
【００５９】
図５（ｇ）に示すように、透光性モールド１０２を剥離する。感光層３９’において、凹部３９ａは露光されたため、光分解が生じており、凸部３９ｂは露光されなかったため、光分解が生じていない。このため、凹凸パターンの転写された感光層３９’を有する基板３５を適当な溶剤に浸漬することにより、不要な部分な残膜である凹部の底部３９ａが溶出し、所望のパターン３８を有する基板３５を得ることができる。感光層３９としてポジ型フォトレジストを用いる場合にはその後、加熱してパターン３８に含まれる水分や溶媒を除去してもよい。
【００６０】
図４（ｇ）および図５（ｈ）に示す基板３５に形成されたパターン３８は好適に半導体装置の製造に用いることができる。
【００６１】
たとえば、基板３５として半導体基板を用いる場合には、パターン３８をマスクとして基板３５をエッチングしてもよいし、パターン３８をマスクとして不純物を基板３５に注入してもよい。パターン３８を用いて基板３５上にパターン３８の凹部に対応するパターンを形成してもよい。また、基板３５として金属層や絶縁層がその表面に形成された半導体基板や絶縁性基板を用いる場合には、パターン３８をマスクとして金属層や絶縁層をエッチングしてもよい。あるいは、パターン３８をマスクとして基板３５上に金属膜あるいは絶縁膜などの薄膜を形成してもよい。このように、本発明のパターン形成方法により作製したパターン３８を用い、半導体装置の製造に必要なエッチング、薄膜堆積、不純物導入などの微細加工工程を行うことができる。
【００６２】
なお、上述の方法により、パターンの形成を行う場合、図６に示すようなパターン転写装置１５０を用いることが好ましい。パターン転写装置１５０は、光源１５１と、図４（ｄ）に示す透光性モールド１０１およびそれを保持する保持部１５２と、感光層３６を有する基板３５を保持するステージ１５３と、保持部１５２を移動させる移動機構１５４とを備えている。透光性モールド１０１に換えて、図５（ｄ）に示す透光性モールド１０２を備えていてもよい。移動機構１５４は、保持部１５２に保持された透光性モールド１０１を感光層３６に接するように移動させ、さらに所定の圧力で、透光性モールド１０１を感光層３６に押し付ける。光源１５１は、感光層３６が反応する波長の光を透光性モールド１０１の裏面からステージ１５３に向かって照射する。感光層３６の露光終了後、移動機構１５４は、保持部１５２を上昇させて、透光性モールド１０１を感光層３６から剥離する。
【００６３】
本発明によれば、インプリント法を用いて、基板上に形成された感光層にモールドの凹凸パターンを転写する。このとき、感光層に光硬化性樹脂組成物を用いる場合には、透光性モールドの凸部に遮光性を有する膜を設け、感光層に光分解性物質を用いる場合には、透光性モールドの凹部に遮光性を有する膜を設ける。そして、透光性モールドの裏面から感光層を露光する。これにより、転写されたパターンの凹部となる部分は、光硬化反応が起きていないか光分解反応が起きているため、基板を溶剤や現像液に浸漬することにより、凹部となる部分には、感光層が残ることがない。このため、パターン形成後、プラズマエッチングなどにより残膜を処理必要がなく、高価な装置を用いることなく容易に所望のパターンを有する基板を作製することができる。
【００６４】
また、感光層に光硬化性樹脂組成物を用いる場合において、透光性モールドの凹部に光触媒材料を含む膜を形成することにより、露光時に、透光性モールドの凹部と接する感光層の表面を分解させることができる。これにより、透光性モールドと感光層との密着性を弱め、露光後、透光性モールドを容易に剥離することができる。また、感光層に転写したパターンを変形させることなく透光性モールドを剥離することができる。
【００６５】
（第１の実施例）
図７（ａ）から（ｇ）を参照して、具体的な実施例を示す。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、石英基板４０上に遮光性を有する膜として厚さ１００ｎｍのクロム膜４１を形成する。クロム膜４１の形成には、クロムをターゲットとし、アルゴンガスを用いたＲＦスパッタ法を用いる。また、成膜は、４００℃の基板温度および０．５Ｐａのガス圧において、１００ＷのＲＦパワーを印加して行う。
【００６７】
図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストのパターンをクロム膜４１上に形成し、これをエッチングマスクとしてクロム膜４１及び石英基板４０をＲＩＥを用いてエッチングすることにより凸部４０ａおよび凹部４０ｂをゆする凹凸パターンを第１の主面４０’に形成する。
【００６８】
図７（ｃ）に示すように、石英基板４０の第１の主面４０’の全面にスパッタ法により酸化チタン膜４２を形成し、モールド１０４を作製する。酸化チタン膜４２の形成には、酸化チタンをターゲットとし、アルゴンおよび酸素の混合ガスを用いたＲＦスパッタ法を用いる。また、成膜は、４００℃の基板温度および０．７Ｐａのガス圧において、２００ＷのＲＦパワーを印加して行う。
【００６９】
図７（ｄ）に示すように、シリコン基板４４上に厚さ２００ｎｍのアルミ膜４５を形成する。アルミ膜４５の形成には、アルミをターゲットとし、アルゴンガスを用いたＲＦスパッタ法を用いる。また、成膜は、２００℃の基板温度および０．５Ｐａのガス圧において、１５０ＷのＲＦパワーを印加して行う。アルミ膜４５上に液体状の厚さ１０００ｎｍの光硬化樹脂組成物をスピンコートして感光層４６を形成する。
【００７０】
図７（ｅ）に示すように、透光性モールド１０４を感光層４６に数ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押付け圧着する。この状態で、透光性モールド１０４の第２の主面４０’’から波長が３３０ｎｍの紫外線を照射する。このとき、透光性モールド１０のクロム膜４１が形成されていない凹部４０ｂに接した感光層４６には紫外線が照射され硬化する。一方、クロム膜４１が形成されている凸部４０ａに接した感光層４６には紫外線が照射されないため、硬化されない。また、紫外線の照射によって、酸化チタン膜４２が活性酸素種を生成し、この活性酸素種によって紫外線が照射された酸化チタン膜４２に接した感光層４６の表面が分解する。
【００７１】
図７（ｆ）に示すように、透光性モールド１０４を感光層４６から剥離する。このとき、凹部４０ｂでは紫外線が照射された酸化チタン膜４２に接した感光層４６の表面が分解されている。このため、透光性モールド１０４と感光層４６との密着性が弱くなっており、透光性モールド１０４は感光層４６から容易に剥離することができる。このとき、感光層４６に透光性モールド１０４の凹凸パターンが転写されており、感光層４６’の凸部４６ｂは紫外線の照射により硬化している。感光層４６’の凹部４６ｂはわずかな厚みを有する残膜になっているが、紫外線が照射されていないので硬化していない。
【００７２】
図７（ｇ）に示すように、基板４４を溶剤に浸漬することで、感光層４６’の凹部４６ｂの底部が溶解除去され、この部分においてアルミ膜４５の表面が露出する。これによりパターン３８がアルミ膜４５の上に形成される。
【００７３】
図７（ｈ）に示すように、パターン４８をマスクとして用い、アルミ膜４５をエッチング液によりエッチングする。図７（ｉ）に示すように、パターン４８を有機溶剤で溶解除去することにより、アルミ膜パターン４９が形成される。
【００７４】
（第２の実施例）
図８（ａ）から（ｈ）を参照して、基板上にインクジェット法によるパターン形成に用いるバンクを形成する実施例を示す。図８（ａ）から（ｃ）に示すモールド１０５の作成方法は、図６（ａ）から（ｃ）に示す方法と同様である。
【００７５】
図８（ｄ）に示すように、ガラス基板５２上に液体状の光硬化樹脂組成物をスピンコートして樹脂膜５３を形成する。その後、図８（ｅ）から（ｇ）に示すようにパターン５４を図６（ｅ）から（ｇ）に示す方法と同様にして形成する。
【００７６】
図８（ｈ）に示すように、パターン５４をバンクとして用いて、ガラス基板５２の表面が露出した領域にインクジェット法で機能材料５５を塗布する。
【００７７】
図８（ｉ）に示すように、パターン５４を溶剤で溶解除去することにより、ガラス基板５２上に機能膜パターン５６が形成される。
【００７８】
【発明の効果】
本発明のパターン形成方法によれば、不要部分に残膜を生じさせることなく、微細なパターンを形成する。また、モールドの剥離が容易であり、形成したパターンを変形させる可能性が小さいので、高い精度を有するパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）から（ｅ）は従来のインプリント法によるパターンを形成する方法の手順を示す断面図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）は従来の他のインプリント法によるパターンを形成する方法の手順を示す断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明によるパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）から（ｇ）は、本発明のパターンを形成する方法の手順を示す断面図である。
【図５】（ａ）から（ｇ）は、本発明のパターンを形成する方法の他の手順を示す断面図である。
【図６】本発明のパターンを形成する方法に用いるパターン転写装置を示す模式図である。
【図７】（ａ）から（ｉ）は、本発明のパターンを形成する方法を用いて薄膜パターンを基板上に形成する手順を示す断面図である。
【図８】（ａ）から（ｉ）は、本発明のパターンを形成する方法を用いて他の薄膜パターンを基板上に形成する手順を示す断面図である。
【符号の説明】
３１、４０ 光性基板
３２、４１ 遮光性を有する膜
３３、４２ 光分解性材料を含む膜
３５、４４ 基板
３６、３９、４６、５３ 感光層
１０１、１０２、１０４、１０５ 透光性モールド
４５ アルミ膜
５５ 機能膜
４９ アルミ膜パターン
５６ 機能膜パターン

Claims (19)

1. 対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凸部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成された透光性モールドを用意する工程と、
   基板上に液体状の光硬化性樹脂組成物を含む感光層を形成する工程と、
   前記感光層の一部が、前記凹部に侵入するよう前記透光性モールドの第１の主面を前記感光層に圧着させる工程と、
   前記透光性モールドの第２の主面から前記感光層を露光する工程と、
   前記感光層の未露光部分を除去する工程と、
   を包含するパターン形成方法。
2. 前記透光性モールドは、前記第１の主面の凹部の少なくとも一部に光触媒材料を含む膜を有している請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記光触媒材料は、酸化チタンである請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法。
5. 前記透光性モールドを用意する工程は、
   透光性基板の第１の主面に遮光性を有する膜を形成する工程と、
   少なくとも前記透光性基板の第１の主面に達するように前記遮光性を有する膜を除去することにより、前記透光性基板の第１の主面に所望の凹凸パターンを形成する工程と、
   を包含する請求項１に記載のパターン形成方法。
6. 前記透光性モールドを用意する工程は、
   透光性基板の第１の主面に遮光性を有する膜を形成する工程と、
   少なくとも前記透光性基板の第１の主面に達するように前記遮光性を有する膜を除去することにより、前記透光性基板の第１の主面に所望の凹凸パターンを形成する工程と、
   前記凹凸パターンを覆うように光触媒材料を含む膜形成する工程と
   を包含する請求項２に記載のパターン形成方法。
7. 前記凹凸パターンを形成する工程において、前記透光性基板の一部も除去するように前記遮光性を有する膜を除去する請求項５または６に記載のパターン形成方法。
8. 前記除去工程において、前記未露光部分を溶剤を用いて溶出することにより、前記未露光部分を除去する請求項１から７のいずれかに記載のパターン形成方法。
9. 対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凹部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成された透光性モールドを用意する工程と、
   基板上に光分解性物質を含む感光層を形成する工程と、
   前記感光層の一部が、前記凹部に侵入するよう前記透光性モールドの第１の主面を前記感光層に圧着させる工程と、
   前記透光性モールドの第２の主面から前記感光層を露光する工程と、
   前記感光層の露光部分を除去する工程と、
   を包含するパターン形成方法。
10. 前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである請求項９に記載のパターン形成方法。
11. 前記除去工程において、前記露光部分を溶剤を用いて溶出することにより、前記露光部分を除去する請求項９または１０に記載のパターン形成方法。
12. 請求項１から１１のいずれかに規定されたパターン形成方法によって、半導体層、金属層または絶縁層上にパターニングされた感光層を形成する工程と、
    前記パターニングされた感光層をマスクとして用い、前記半導体層、金属層または絶縁層に微細加工を施す工程と、
    を包含する半導体装置の製造方法。
13. 対向する第１および第２の主面を有し、前記第１の主面に凹部および凸部を含む凹凸パターンが形成されており、前記凹部または前記凸部の少なくとも一部に遮光性を有する膜が形成された、インプリント法によりパターンを形成するための透光性モールド。
14. 前記遮光性を有する膜は、金属膜、金属化合物膜、金属層を複数含む多層膜、金属層および金属化合物層を複数含む多層膜からなる群から選ばれる１つである請求項１３に記載の透光性モールド。
15. 前記遮光性を有する膜は、前記第１の主面の凹部に形成されている請求項１４に記載の透光性モールド。
16. 前記遮光性を有する膜は、前記第１の主面の凸部部に形成されている請求項１４に記載の透光性モールド。
17. 前記第１の主面の凹部の少なくとも一部に光触媒材料を含む膜を有している請求項１６に記載の透光性モールド。
18. 前記光触媒材料は、酸化チタンである請求項１７に記載の透光性モールド。
19. 請求項１３から１８のいずれかに記載の透光性モールドを備えたパターン転写装置。

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