JP2005506709A - 毛管力を用いて基板上に微細パターンを形成する方法 - Google Patents
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Abstract
所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意する。前記基板上に重合体物質を蒸着する。その後、前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるように調整し、前記鋳型の凸部に接触された重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流し込み、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去する。その後、前記鋳型を取外して、前記基板の上面の一部を露出させることにより、前記基板上に重合体微細パターンを形成する。
【選択図】図１Ｄ
【選択図】図１Ｄ
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン、セラミック、金属、または重合体層のような基板上に微細パターンを形成する方法に関し、更に詳しくは、集積回路、電子機器、光機器、表面音波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）フィルタなどを製造するとき、毛管力を用いて１μｍ〜数十ｎｍの範囲の大きさを有する超微細パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、電子、光電、磁気表示機器などを製造するために、基板上に微細パターンを形成することはよく知られている事実である。既存の微細パターン形成方法の一つは、光を用いるフォトリソグラフィ法である。
【０００３】
フォトリソグラフィ法では、パターン化される物質が積層または蒸着された基板上に、光に反応性を有する重合体物質（例えば、フォトレジスト）を塗布する。その後、所望のパターンを有するように設計されたレチクルを通って照射された光に重合体物質を露光させる。その後、現像工程を通して露光された重合体物質を除去し、パターン化される物質上に目標のパターンを有するパターンマスクまたはエッチングマスクを形成する。その後、パターンマスクを用いるエッチング工程を行うことにより、基板上に蒸着または積層された物質を、所望のパターンをなすようにパターン化する。
【０００４】
既存のフォトリソグラフィ法では、露光工程の間、重合体物質上に照射される光の波長によって、回路線幅やパターン線幅が決定される。よって、関連分野の現在の技術水準で、フォトリソグラフィ法を用いて、基板上に、例えば１００ｎｍ以下の超微細パターンを製作することは困難である。
【０００５】
光を用いる、他の微細パターン形成方法として、多段階の工程を通して広い面積の基板上に３次元形状のパターンを形成する方法がある。しかし、この多段階の工程は、パターン形成、エッチング、洗浄の段階を含む多様なステップを必要とするため、かなりの時間がかかり、且つ、複雑である。よって、製造価格が高く、且つ、生産性が低くなる可能性がある。
【０００６】
更に、既存の光を用いる微細パターン形成方法等は、パターンが形成される基板の表面が平坦ではない場合、光の反射、回折、強度の変化によって、工程が極めて複雑になる欠点を有している。
【０００７】
かかる欠点を改善するために、１００ｎｍ以下の超微細パターンを形成する方法が開発されてきた。このような種類の新しい方法として、マイクロコンタクトプリンティング（micro-contact printing）法及びインプリンティング（imprinting）法がよく知られている。
【０００８】
マイクロコンタクトプリンティング工程では、所望のパターンを得るために、目標のパターンを有する重合体鋳型を基板上にスタンプする。アルカンチオールのような適切な溶液のインキをつけた重合体鋳型（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ；polydimethylsiloxane）スタンプ）を基板の表面に接触させ、スタンプと接触する基板の部位にインキ分子を転送する。その後、所望のパターンを得るために、エッチングまたは蒸着工程を行う。このような従来のマイクロコンタクトプリンティング工程は、特別な外力を必要としない利点がある。しかし、最後の手順に化学的なエッチング工程を用いるため、荒いパターンが得られる。その結果、所望の微細パターンが得られないおそれがある。
【０００９】
一方、インプリンティング法は、目標のパターンを有する硬い鋳型に物理的な圧力を加えることにより、反応性イオンエッチング法などによって微細パターンを重合体層に転写して、重合体層上に微細パターンを形成する法である。しかし、従来のインプリンティング法では、重合体層または基板が、関連する高い圧力によって、容易に変形し壊れることさえある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、毛管力を用いて所望の微細パターンを容易に形成することができる微細パターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１実施例によれば、所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、前記基板上に重合体物質を蒸着するステップと、前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、毛管力を用いて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するステップと、前記鋳型を取外して、前記基板の上面の一部を露出させることにより、前記基板上に重合体微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第２実施例によれば、所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、前記基板上に薄膜層を蒸着するステップと、前記薄膜層の全体表面上に重合体物質を形成するステップと、前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するために、毛管力を用いて前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、所定の形状の重合体パターンを形成するステップと、前記重合体パターンをマスクとして用いて前記薄膜層をエッチングし、前記薄膜層の一部分を選択的に除去するステップと、前記重合体パターンを除去して、所望の薄膜微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の技術的な中心思想は、基板上に微細パターンを形成するために毛管力を用いることにある。まず、所望のパターンの重合体鋳型を用意する。その後、その重合体鋳型を、基板上に塗布された重合体物質に接触させ、毛管力を用いて重合体物質を重合体鋳型の空きの空間、すなわち、凹部に流れ込み、基板上に目標の微細パターンを形成させる。
【００１４】
本発明によって毛管力を用いる多様な微細パターン形成方法について述べる。
【００１５】
第１に、基板上の重合体物質（例えば、ポリスチレン）が流動性を有している場合、重合体鋳型を、基板上に設けた重合体物質と接触させ、毛管力を誘発させ、基板上に目標のパターンを形成させる。
【００１６】
第２に、重合体物質が流動性のない物質である場合、重合体鋳型を重合体物質に接触させた後、重合体物質に所定の温度範囲で熱処理（例えば、加熱）を行って、毛管力を誘発させ、基板上に所望のパターンを形成させる。
【００１７】
第３に、重合体物質が流動性のない場合、基板上に設けた重合体物質に溶媒（例えば、プロピレングリコールモノエーテルアセテートＰＧＭＥＡ）を浸透または吸収させて、重合体物質に流動性を与える。その後、重合体鋳型を重合体物質に接触させて、毛管力を誘発させ、目標の微細パターンを得る。重合体鋳型（ポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ重合体鋳型）の代りにＳｉＯ2鋳型のような無機物鋳型を用いることもできる。
【００１８】
図１Ａないし図１Ｉは、本発明の第１実施例により毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための方法のステップを示す図である。
【００１９】
図１Ａに示すように、シリコン基板１０４を、トリクロロエチレン（ＴＣＥ；trichloroethylene）溶液１０２が入っている容器１００の中で所定の時間（例えば、５分間）超音波洗浄する。その後、図１Ｂに示すように、シリコン基板１０４を、メタノール溶液が入っている容器１０６の中に入れ、容器１０６で所定の時間（例えば、５分間）再び超音波洗浄する。その後、メタノール洗浄したシリコン基板１０４を、最後に蒸溜水を用いて洗浄する。この実施例では、パターン化される基板としてシリコン基板を例として挙げたが、セラミック、金属、重合体のような他の物質からなる基板も用いられる。
【００２０】
次に、図１Ｃに示すように、この技術分野によく知られているスピンコーティング法を用いて、トルエンに溶解される重合体物質１０８’（例えば、ポリスチレン）をシリコン基板１０４上に塗布する。このとき、シリコン基板１０４上に塗布する重合体物質１０８’の厚さを、例えば、約１００ｎｍ程度になるように調節する。
【００２１】
図１Ｄに示すように、所望の微細パターンを有するポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ鋳型１１０を重合体物質１０８’に接触させる。図１Ｄでは、１１０’はポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ重合体鋳型１１０の空きの空間、すなわち、凹部を示す。
【００２２】
シリコン基板１０４上に形成された重合体物質１０８’（例えば、ポリスチレン）が流動性を有する場合、重合体物質の流動性が保持される間、重合体鋳型１１０を重合体物質１０８’に密着接触させる。そうすると、毛管現象が現れて重合体物質１０８’が重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に浸透する。その結果、重合体鋳型１１０の凸部がシリコン基板１０４と直接接触することになる。重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’は、シリコン基板１０４上に形成された重合体物質の全てを受容するほど充分に大きい必要があることに注意すべきである。
【００２３】
しかし、重合体物質１０８’（例えば、いわゆるノボラック樹脂）が流動性を持たない物質である場合、毛管力を誘発するために、重合体物質を流動化するための付加的なステップが求められる。本実施例では、非流動性の重合体物質を流動化するための２つの方法を提示している。
【００２４】
第１の方法では、重合体鋳型１１０に接触しているシリコン基板１０４を熱処理炉で、例えば、約１１０℃で約３時間熱処理することにより、図１Ｅに示すように、非流動性の重合体物質が流動化し、重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’の中に流れ込むことができる。
【００２５】
当該技術分野によく知られているように、大部分の重合体物質等は、固有のガラス転移温度を有している。ガラス転移温度以上に加熱した場合、重合体物質は流動化する。よって、重合体物質を引き上げることができる形状の鋳型を重合体物質に密着接触させると、重合体物質は重合体鋳型の空きの空間に移動する。
【００２６】
図３は、密閉容器内に設けられた基板上の重合体物質に流動化物質を浸透させ、重合体物質の流動性を獲得し、このとき、流動化物質が満たされた容器を前記密閉容器の中に含む状態を示す概略図である。
【００２７】
図３では、基板１０４上に形成された非流動性の重合体物質１０８’に流動化物質を浸透させるために、流動化物質（例えば、プロピレングリコールモノエーテルアセテートＰＧＭＥＡのような溶媒）を密閉容器３００内の容器３０２に入れる。容器３０２から蒸発した流動化物質が重合体物質１０８’に吸収されると、重合体物質１０８’は流動性を有することになる。その結果、重合体物質１０８’は流動化する。
【００２８】
図３に示してはいないが、容器３０２に収容された流動化物質からの流動化物質の蒸発を促進し、重合体物質１０８’に流動化物質が吸収されることを向上させるために、容器３０２を加熱するための加熱機器が密閉容器３００内に更に含まれている。よって、重合体物質１０８’に流動性を提供するために必要な時間をかなり短縮でき、これにより、基板のパターン化に必要な全体の工程時間を短縮することができる。
【００２９】
以上で説明したように、重合体物質１０８’は、以上で説明した多様な方法によって誘発された毛管力を用いて、重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に流れ込むことができる。
【００３０】
重合体物質１０８’が毛管力を用いて重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に全て流れ込んだら、重合体鋳型１１０を除去し、所望の重合体パターン１０８、すなわち、微細パターンがシリコン基板１０４上に、図１Ｆに示すように得られる。
【００３１】
このように得られた重合体パターンを用いて、例えば、金属配線の微細パターンを基板上に設けることができる。
【００３２】
例えば、図１Ｇに示すように、基板上に形成された重合体パターン１０８を有するシリコン基板１０４を、無電解メッキ溶液１１２を含む反応器１２０に入れる。その結果、図１Ｈに示すように、例えば、ＡｌまたはＣｕからなる所望の厚さ以上の薄膜微細パターン１１４’が、重合体パターンが残されていないシリコン基板１０４の所定の部分上に成長する。
【００３３】
その後、シリコン基板１０４上の重合体パターン１０８を、溶媒を用いて除去する。その後、基板に吹き込まれる窒素ガスによって、シリコン基板１０４を乾燥させることにより、目標の薄膜微細パターンを、例えば、導体、絶縁体、半導体、または有機物質からなる基板上に形成する。
【００３４】
従って、従来のマイクロコンタクトプリンティング法及びインプリンティング法とは異なり、本発明により、毛管力を用いた簡単な工程によって、所望の微細パターンを容易に、且つ、正確に基板上に形成することができる。
【００３５】
図２Ａないし２Ｆは、本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための方法のステップを示す図である。
【００３６】
第１実施例では、所望のパターンの重合体鋳型及び毛管力を用いて、シリコン基板上に重合体パターンを形成することにより、薄膜微細パターンを得ている。重合体パターンが形成されない基板表面の所定部分に薄膜層を成長させ、その後、重合体パターンを基板から除去する。
【００３７】
反面、本発明の第２実施例では、所望のパターンの重合体鋳型と毛管力を用いて、シリコン基板上に重合体パターンを形成することにより、所望の微細パターンをシリコン基板上に形成する。その後、所望の微細パターンをエッチングマスクとして用いてエッチング工程を行う。
【００３８】
本発明の第２実施例による微細パターン形成方法では、シリコン基板洗浄工程等は、図１Ａないし図１Ｂに示すように、第１実施例で実施したものと実質的に同一である。
【００３９】
図２Ａに示すように、蒸着工程によって、所定の厚さを有する薄膜層２０４’をシリコン基板２０２上に形成する。その後、図２Ｂに示すように、例えば、スピンコーティング法を用いて、予め定められた厚さを有する重合体物質２０６’を薄膜層２０４’の全表面上に塗布する。この第２実施例では、シリコン基板としてシリコンを例として挙げたが、本発明は、セラミック、金属、重合体などからなる基板にも適用できることに注意すべきである。
【００４０】
その後、重合体物質２０６’が流動性を持っている場合、重合体鋳型２０８を重合体物質２０６’に密着接触させる。また、そうではない場合は、重合体物質が重合体鋳型２０８に密着接触する前に、重合体物質に流動性を提供するために、第１実施例で説明したように、重合体物質は熱処理の段階や溶媒浸透の段階のような他の工程を経る。その後、重合体物質２０６’を、重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込む。
【００４１】
このとき、重合体物質２０６’の厚さの調節によって、重合体物質２０６’を全て重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込むことができ、また重合体物質２０６’の一部を薄膜層２０４’上に残すこともできる。
【００４２】
重合体物質２０６’の一部を、重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込まずに、薄膜層２０４’上に残して、以後に説明するエッチング工程でエッチング速度を制御する。
【００４３】
重合体物質２０６’の全てまたは一部を重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込んだ後に、重合体鋳型２０８を基板２０２上の薄膜層２０４’から分離して、所望のパターン構造を有する重合体パターン２０６を薄膜層２０４’上に形成させる。その後、重合体パターン２０６をエッチングマスクとして用いて、エッチング工程を行う。よって、図２Ｅに示すように、薄膜層２０４’の特定部分が選択的に除去され、これにより、シリコン基板２０２の所定部分が選択的に露出される。
【００４４】
その後、薄膜層２０４’上に形成された重合体パターン２０６を、溶媒を用いて除去し、薄膜層２０４’を有するシリコン基板２０２に窒素ガスを吹き込んで、これを乾燥させることにより、目標とする導体、絶縁体、半導体、または有機物質などからなる微細パターン２０４をシリコン基板２０２上に最終的に得る。
【００４５】
従って、本発明の第２実施例による微細パターン形成方法においても、第１実施例と同じ効果が得られる。
【００４６】
以上の説明のように、従来のマイクロコンタクトプリンティング法及びインプリンティング法とは異なって、本発明によって重合体鋳型（または無機物鋳型）と、毛管力を用いた簡単な工程によって重合体微細パターンを容易に、且つ正確に基板上に形成することができる。更に、基板上に設けた重合体微細パターンを薄膜層成長抑制層やエッチングマスクとして用いることにより、例えば、シリコン、セラミック、金属、重合体などからなる基板上に目標の微細パターンをうまく形成することができる。
【００４７】
上記においては、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｃ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｄ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｅ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｆ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｇ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｈ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｉ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ａ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｂ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｃ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｄ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｅ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｆ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図３】密閉容器内に設けられた基板上の重合体物質に流動化物質が浸透して重合体物質の流動性を獲得し、このとき、流動化物質が満たされた容器を前記密閉容器中に含む状態を示す概略図。
【０００１】
本発明は、シリコン、セラミック、金属、または重合体層のような基板上に微細パターンを形成する方法に関し、更に詳しくは、集積回路、電子機器、光機器、表面音波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）フィルタなどを製造するとき、毛管力を用いて１μｍ〜数十ｎｍの範囲の大きさを有する超微細パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、電子、光電、磁気表示機器などを製造するために、基板上に微細パターンを形成することはよく知られている事実である。既存の微細パターン形成方法の一つは、光を用いるフォトリソグラフィ法である。
【０００３】
フォトリソグラフィ法では、パターン化される物質が積層または蒸着された基板上に、光に反応性を有する重合体物質（例えば、フォトレジスト）を塗布する。その後、所望のパターンを有するように設計されたレチクルを通って照射された光に重合体物質を露光させる。その後、現像工程を通して露光された重合体物質を除去し、パターン化される物質上に目標のパターンを有するパターンマスクまたはエッチングマスクを形成する。その後、パターンマスクを用いるエッチング工程を行うことにより、基板上に蒸着または積層された物質を、所望のパターンをなすようにパターン化する。
【０００４】
既存のフォトリソグラフィ法では、露光工程の間、重合体物質上に照射される光の波長によって、回路線幅やパターン線幅が決定される。よって、関連分野の現在の技術水準で、フォトリソグラフィ法を用いて、基板上に、例えば１００ｎｍ以下の超微細パターンを製作することは困難である。
【０００５】
光を用いる、他の微細パターン形成方法として、多段階の工程を通して広い面積の基板上に３次元形状のパターンを形成する方法がある。しかし、この多段階の工程は、パターン形成、エッチング、洗浄の段階を含む多様なステップを必要とするため、かなりの時間がかかり、且つ、複雑である。よって、製造価格が高く、且つ、生産性が低くなる可能性がある。
【０００６】
更に、既存の光を用いる微細パターン形成方法等は、パターンが形成される基板の表面が平坦ではない場合、光の反射、回折、強度の変化によって、工程が極めて複雑になる欠点を有している。
【０００７】
かかる欠点を改善するために、１００ｎｍ以下の超微細パターンを形成する方法が開発されてきた。このような種類の新しい方法として、マイクロコンタクトプリンティング（micro-contact printing）法及びインプリンティング（imprinting）法がよく知られている。
【０００８】
マイクロコンタクトプリンティング工程では、所望のパターンを得るために、目標のパターンを有する重合体鋳型を基板上にスタンプする。アルカンチオールのような適切な溶液のインキをつけた重合体鋳型（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ；polydimethylsiloxane）スタンプ）を基板の表面に接触させ、スタンプと接触する基板の部位にインキ分子を転送する。その後、所望のパターンを得るために、エッチングまたは蒸着工程を行う。このような従来のマイクロコンタクトプリンティング工程は、特別な外力を必要としない利点がある。しかし、最後の手順に化学的なエッチング工程を用いるため、荒いパターンが得られる。その結果、所望の微細パターンが得られないおそれがある。
【０００９】
一方、インプリンティング法は、目標のパターンを有する硬い鋳型に物理的な圧力を加えることにより、反応性イオンエッチング法などによって微細パターンを重合体層に転写して、重合体層上に微細パターンを形成する法である。しかし、従来のインプリンティング法では、重合体層または基板が、関連する高い圧力によって、容易に変形し壊れることさえある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、毛管力を用いて所望の微細パターンを容易に形成することができる微細パターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１実施例によれば、所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、前記基板上に重合体物質を蒸着するステップと、前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、毛管力を用いて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するステップと、前記鋳型を取外して、前記基板の上面の一部を露出させることにより、前記基板上に重合体微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第２実施例によれば、所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、前記基板上に薄膜層を蒸着するステップと、前記薄膜層の全体表面上に重合体物質を形成するステップと、前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するために、毛管力を用いて前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、所定の形状の重合体パターンを形成するステップと、前記重合体パターンをマスクとして用いて前記薄膜層をエッチングし、前記薄膜層の一部分を選択的に除去するステップと、前記重合体パターンを除去して、所望の薄膜微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の技術的な中心思想は、基板上に微細パターンを形成するために毛管力を用いることにある。まず、所望のパターンの重合体鋳型を用意する。その後、その重合体鋳型を、基板上に塗布された重合体物質に接触させ、毛管力を用いて重合体物質を重合体鋳型の空きの空間、すなわち、凹部に流れ込み、基板上に目標の微細パターンを形成させる。
【００１４】
本発明によって毛管力を用いる多様な微細パターン形成方法について述べる。
【００１５】
第１に、基板上の重合体物質（例えば、ポリスチレン）が流動性を有している場合、重合体鋳型を、基板上に設けた重合体物質と接触させ、毛管力を誘発させ、基板上に目標のパターンを形成させる。
【００１６】
第２に、重合体物質が流動性のない物質である場合、重合体鋳型を重合体物質に接触させた後、重合体物質に所定の温度範囲で熱処理（例えば、加熱）を行って、毛管力を誘発させ、基板上に所望のパターンを形成させる。
【００１７】
第３に、重合体物質が流動性のない場合、基板上に設けた重合体物質に溶媒（例えば、プロピレングリコールモノエーテルアセテートＰＧＭＥＡ）を浸透または吸収させて、重合体物質に流動性を与える。その後、重合体鋳型を重合体物質に接触させて、毛管力を誘発させ、目標の微細パターンを得る。重合体鋳型（ポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ重合体鋳型）の代りにＳｉＯ2鋳型のような無機物鋳型を用いることもできる。
【００１８】
図１Ａないし図１Ｉは、本発明の第１実施例により毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための方法のステップを示す図である。
【００１９】
図１Ａに示すように、シリコン基板１０４を、トリクロロエチレン（ＴＣＥ；trichloroethylene）溶液１０２が入っている容器１００の中で所定の時間（例えば、５分間）超音波洗浄する。その後、図１Ｂに示すように、シリコン基板１０４を、メタノール溶液が入っている容器１０６の中に入れ、容器１０６で所定の時間（例えば、５分間）再び超音波洗浄する。その後、メタノール洗浄したシリコン基板１０４を、最後に蒸溜水を用いて洗浄する。この実施例では、パターン化される基板としてシリコン基板を例として挙げたが、セラミック、金属、重合体のような他の物質からなる基板も用いられる。
【００２０】
次に、図１Ｃに示すように、この技術分野によく知られているスピンコーティング法を用いて、トルエンに溶解される重合体物質１０８’（例えば、ポリスチレン）をシリコン基板１０４上に塗布する。このとき、シリコン基板１０４上に塗布する重合体物質１０８’の厚さを、例えば、約１００ｎｍ程度になるように調節する。
【００２１】
図１Ｄに示すように、所望の微細パターンを有するポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ鋳型１１０を重合体物質１０８’に接触させる。図１Ｄでは、１１０’はポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ重合体鋳型１１０の空きの空間、すなわち、凹部を示す。
【００２２】
シリコン基板１０４上に形成された重合体物質１０８’（例えば、ポリスチレン）が流動性を有する場合、重合体物質の流動性が保持される間、重合体鋳型１１０を重合体物質１０８’に密着接触させる。そうすると、毛管現象が現れて重合体物質１０８’が重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に浸透する。その結果、重合体鋳型１１０の凸部がシリコン基板１０４と直接接触することになる。重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’は、シリコン基板１０４上に形成された重合体物質の全てを受容するほど充分に大きい必要があることに注意すべきである。
【００２３】
しかし、重合体物質１０８’（例えば、いわゆるノボラック樹脂）が流動性を持たない物質である場合、毛管力を誘発するために、重合体物質を流動化するための付加的なステップが求められる。本実施例では、非流動性の重合体物質を流動化するための２つの方法を提示している。
【００２４】
第１の方法では、重合体鋳型１１０に接触しているシリコン基板１０４を熱処理炉で、例えば、約１１０℃で約３時間熱処理することにより、図１Ｅに示すように、非流動性の重合体物質が流動化し、重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’の中に流れ込むことができる。
【００２５】
当該技術分野によく知られているように、大部分の重合体物質等は、固有のガラス転移温度を有している。ガラス転移温度以上に加熱した場合、重合体物質は流動化する。よって、重合体物質を引き上げることができる形状の鋳型を重合体物質に密着接触させると、重合体物質は重合体鋳型の空きの空間に移動する。
【００２６】
図３は、密閉容器内に設けられた基板上の重合体物質に流動化物質を浸透させ、重合体物質の流動性を獲得し、このとき、流動化物質が満たされた容器を前記密閉容器の中に含む状態を示す概略図である。
【００２７】
図３では、基板１０４上に形成された非流動性の重合体物質１０８’に流動化物質を浸透させるために、流動化物質（例えば、プロピレングリコールモノエーテルアセテートＰＧＭＥＡのような溶媒）を密閉容器３００内の容器３０２に入れる。容器３０２から蒸発した流動化物質が重合体物質１０８’に吸収されると、重合体物質１０８’は流動性を有することになる。その結果、重合体物質１０８’は流動化する。
【００２８】
図３に示してはいないが、容器３０２に収容された流動化物質からの流動化物質の蒸発を促進し、重合体物質１０８’に流動化物質が吸収されることを向上させるために、容器３０２を加熱するための加熱機器が密閉容器３００内に更に含まれている。よって、重合体物質１０８’に流動性を提供するために必要な時間をかなり短縮でき、これにより、基板のパターン化に必要な全体の工程時間を短縮することができる。
【００２９】
以上で説明したように、重合体物質１０８’は、以上で説明した多様な方法によって誘発された毛管力を用いて、重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に流れ込むことができる。
【００３０】
重合体物質１０８’が毛管力を用いて重合体鋳型１１０の空きの空間１１０’に全て流れ込んだら、重合体鋳型１１０を除去し、所望の重合体パターン１０８、すなわち、微細パターンがシリコン基板１０４上に、図１Ｆに示すように得られる。
【００３１】
このように得られた重合体パターンを用いて、例えば、金属配線の微細パターンを基板上に設けることができる。
【００３２】
例えば、図１Ｇに示すように、基板上に形成された重合体パターン１０８を有するシリコン基板１０４を、無電解メッキ溶液１１２を含む反応器１２０に入れる。その結果、図１Ｈに示すように、例えば、ＡｌまたはＣｕからなる所望の厚さ以上の薄膜微細パターン１１４’が、重合体パターンが残されていないシリコン基板１０４の所定の部分上に成長する。
【００３３】
その後、シリコン基板１０４上の重合体パターン１０８を、溶媒を用いて除去する。その後、基板に吹き込まれる窒素ガスによって、シリコン基板１０４を乾燥させることにより、目標の薄膜微細パターンを、例えば、導体、絶縁体、半導体、または有機物質からなる基板上に形成する。
【００３４】
従って、従来のマイクロコンタクトプリンティング法及びインプリンティング法とは異なり、本発明により、毛管力を用いた簡単な工程によって、所望の微細パターンを容易に、且つ、正確に基板上に形成することができる。
【００３５】
図２Ａないし２Ｆは、本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための方法のステップを示す図である。
【００３６】
第１実施例では、所望のパターンの重合体鋳型及び毛管力を用いて、シリコン基板上に重合体パターンを形成することにより、薄膜微細パターンを得ている。重合体パターンが形成されない基板表面の所定部分に薄膜層を成長させ、その後、重合体パターンを基板から除去する。
【００３７】
反面、本発明の第２実施例では、所望のパターンの重合体鋳型と毛管力を用いて、シリコン基板上に重合体パターンを形成することにより、所望の微細パターンをシリコン基板上に形成する。その後、所望の微細パターンをエッチングマスクとして用いてエッチング工程を行う。
【００３８】
本発明の第２実施例による微細パターン形成方法では、シリコン基板洗浄工程等は、図１Ａないし図１Ｂに示すように、第１実施例で実施したものと実質的に同一である。
【００３９】
図２Ａに示すように、蒸着工程によって、所定の厚さを有する薄膜層２０４’をシリコン基板２０２上に形成する。その後、図２Ｂに示すように、例えば、スピンコーティング法を用いて、予め定められた厚さを有する重合体物質２０６’を薄膜層２０４’の全表面上に塗布する。この第２実施例では、シリコン基板としてシリコンを例として挙げたが、本発明は、セラミック、金属、重合体などからなる基板にも適用できることに注意すべきである。
【００４０】
その後、重合体物質２０６’が流動性を持っている場合、重合体鋳型２０８を重合体物質２０６’に密着接触させる。また、そうではない場合は、重合体物質が重合体鋳型２０８に密着接触する前に、重合体物質に流動性を提供するために、第１実施例で説明したように、重合体物質は熱処理の段階や溶媒浸透の段階のような他の工程を経る。その後、重合体物質２０６’を、重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込む。
【００４１】
このとき、重合体物質２０６’の厚さの調節によって、重合体物質２０６’を全て重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込むことができ、また重合体物質２０６’の一部を薄膜層２０４’上に残すこともできる。
【００４２】
重合体物質２０６’の一部を、重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込まずに、薄膜層２０４’上に残して、以後に説明するエッチング工程でエッチング速度を制御する。
【００４３】
重合体物質２０６’の全てまたは一部を重合体鋳型２０８の空きの空間２０８’に流し込んだ後に、重合体鋳型２０８を基板２０２上の薄膜層２０４’から分離して、所望のパターン構造を有する重合体パターン２０６を薄膜層２０４’上に形成させる。その後、重合体パターン２０６をエッチングマスクとして用いて、エッチング工程を行う。よって、図２Ｅに示すように、薄膜層２０４’の特定部分が選択的に除去され、これにより、シリコン基板２０２の所定部分が選択的に露出される。
【００４４】
その後、薄膜層２０４’上に形成された重合体パターン２０６を、溶媒を用いて除去し、薄膜層２０４’を有するシリコン基板２０２に窒素ガスを吹き込んで、これを乾燥させることにより、目標とする導体、絶縁体、半導体、または有機物質などからなる微細パターン２０４をシリコン基板２０２上に最終的に得る。
【００４５】
従って、本発明の第２実施例による微細パターン形成方法においても、第１実施例と同じ効果が得られる。
【００４６】
以上の説明のように、従来のマイクロコンタクトプリンティング法及びインプリンティング法とは異なって、本発明によって重合体鋳型（または無機物鋳型）と、毛管力を用いた簡単な工程によって重合体微細パターンを容易に、且つ正確に基板上に形成することができる。更に、基板上に設けた重合体微細パターンを薄膜層成長抑制層やエッチングマスクとして用いることにより、例えば、シリコン、セラミック、金属、重合体などからなる基板上に目標の微細パターンをうまく形成することができる。
【００４７】
上記においては、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｃ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｄ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｅ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｆ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｇ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｈ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図１Ｉ】本発明の第１実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ａ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｂ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｃ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｄ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｅ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図２Ｆ】本発明の第２実施例により、毛管力を用いて基板上に薄膜微細パターンを形成するための工程のステップを示す図。
【図３】密閉容器内に設けられた基板上の重合体物質に流動化物質が浸透して重合体物質の流動性を獲得し、このとき、流動化物質が満たされた容器を前記密閉容器中に含む状態を示す概略図。
Claims (23)
- 所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、
ａ）凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、
ｂ）前記基板上に重合体物質を蒸着するステップと、
ｃ）前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、
ｄ）毛管力を用いて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するステップと、
ｅ）前記鋳型を取外して、前記基板の上面の一部を露出させることにより、前記基板上に重合体微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記方法は、前記ｃ）のステップと前記ｄ）のステップとの間に、
ｃ１）予め定められた温度範囲で前記重合体物質に熱処理を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記方法は、前記ｂ）のステップと前記ｃ）のステップとの間に、
ｂ１）前記重合体物質に流動性を与えるために、前記重合体物質に流動化物質を浸透させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記鋳型は、重合体鋳型であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記鋳型は、無機物鋳型であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記重合体物質を、スピンコーティング法を用いて、前記基板上に形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記方法は、
ｆ）前記基板の上面の露出部上に薄膜層を蒸着するステップと、
ｇ）前記重合体微細パターンを除去することにより、所望の薄膜微細パターンを形成するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記ステップｂ１）は、前記流動化物質の蒸発を促進するために、これを加熱して、前記流動化物質の前記重合体物質への浸透を向上させるステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記重合体微細パターンを、溶媒を用いて除去することを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記基板は、導体膜、絶縁膜、半導体膜、及び有機膜からなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記重合体物質は、ノボラック樹脂であり、前記流動化物質はプロピレングリコールモノエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ；propylene glycol mono ether acetate）であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 所定のパターン構造を有する鋳型を用いて基板上に微細パターンを形成する方法であって、前記方法は、
ａ）凹部と凸部を含む所定のパターン構造を有する鋳型を用意するステップと、
ｂ）前記基板上に薄膜層を蒸着するステップと、
ｃ）前記薄膜層の全体表面上に重合体物質を形成するステップと、
ｄ）前記鋳型の凸部を前記重合体物質に接触させるステップと、
ｅ）前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を除去するために、毛管力を用いて前記鋳型の凸部に接触した重合体物質を前記鋳型の凹部の空きの空間に流入させて、所定の形状の重合体パターンを形成するステップと、
ｆ）前記重合体パターンをマスクとして用いて前記薄膜層をエッチングし、前記薄膜層の一部分を選択的に除去するステップと、
ｇ）前記重合体パターンを除去して、所望の薄膜微細パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記方法は、前記ｄ）のステップと前記ｅ）のステップとの間に、
ｈ）予め定められた温度範囲で前記重合体物質に熱処理を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 前記方法は、前記ｃ）のステップと前記ｄ）のステップとの間に、
ｈ）前記鋳型と前記重合体物質を接触させる前、前記重合体物質に流動性を与えるために、前記重合体物質に流動化物質を浸透させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 前記鋳型は、重合体鋳型であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記鋳型は、無機物鋳型であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記重合体物質を、スピンコーティング法を用いて、前記基板上に形成することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記重合体パターンを、溶媒を用いて除去することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記基板は、導体膜、絶縁膜、半導体膜、及び有機膜からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記熱処理によって前記重合体物質の一部を前記鋳型の空きの空間に流入させることにより、前記重合体物質の残余部分を前記薄膜層上に残すことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記ステップｈ）は、前記流動化物質の蒸発を促進するために、これを加熱して、前記流動化物質の前記重合体物質への浸透を向上させるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 前記重合体物質は、ノボラック樹脂であり、前記流動化物質は、プロピレングリコールモノエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ；propylene glycol mono ether acetate）であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記薄膜層上に残された重合体物質の残余部分を、エッチング工程によって除去することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
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