JP2006005022A - インプリント方法及びインプリント装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用としての、ナノインプリントリソグラフィにおいても、対応できる生産性を有するインプリント方法、インプリント装置を提供する。
【解決手段】 型部材130の凹凸パターンが形成された表面部の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部135全体の形状を外側に突出させて、前記中心軸に平行な該曲面135の直線部を基板面に沿うように回転させ、且つ、基板面に沿って基板110を型部材130に対し相対的に移動して、型部材130と基板110との間隙におけるUV硬化性樹脂120を所望の形状にする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、インプリント方法、インプリント装置に関し、特に、数nm〜数十nmレベルの微細なパターン形成ができるインプリント方法、インプリント装置に関する。
近年、特に半導体デバイスについては、微細化の一層の加速による高速動作、低消費電力動作が求められ、また、システムLSIという名で呼ばれる機能の統合化などの高い技術が求められている。
このような中、半導体デバイスプロセスのコアテクノロジーであるリソグラフィ技術は微細化が進むにつれ,装置が高価になってきている。
現在、光露光リソグラフィは最小線幅が130nmであるKrFレーザーリソグラフィからより高解像度なArFレーザーリソグラフィへの移行が始まりつつある。
そして、ArFレーザーリソグラフィの量産レベルでの最小線幅は100nmであるのに対して,2003年には90nm、2005年には65nm、2007年には45nmデバイス製造が始まろうとしている。
このような状況でより微細な技術として期待されているのがF2 レーザー(F2 エキシマレーザー)リソグラフィや極端紫外線露光リソグラフィ(EUVL;Extreme Ultra Violet Lithography)、電子線縮小転写露光リソグラフィ(EPL;Electron beam Projection Lithography)、X 線リソグラフィである。
そして、これらのリソグラフィ技術は40nm〜70nmのパターン作製に成功している。
しかし、微細化の進歩につれ、露光装置自身の初期コストが指数関数的に増大していることに加え、使用光波長と同程度の解像度を得るためのマスクの価格が急騰している問題がある。
これに対して1995年Princeton大学のChouらによって提案されたナノインプリントリソグラフィは安価でありながら、10nm程度の解像度を有する加工技術として注目されている。(S.Y.Chou、et.al.、Science、vol.272、p.85−87、5April、1996/非特許文献1、特表2004−504718号公報/特許文献1を参照)
このナノインプリント方法は、簡単には、予めパターンを形成したSiO2 製の型部材(以下、モールドと言う)を半導体表面に塗布したレジストに押し付けることにより圧痕のパターンを形成し、圧痕のパターンを形成したレジストをマスクにして半導体表面を加工する方法である。
この方法の1例の工程概略図を図5に示し、これを基に、簡単に説明しておく。
先ず、凸型のパターン511を形成したSiO2 製の型部材(モールドとも言う)510を準備する。(図5(a))
次いで、半導体ウェハ520の表面にレジスト530を塗布する。(図5(b))
次いで、レジスト530に、SiO2 製の型部材510を約1. 3×107 Pa の圧力で押し付け、圧痕のパターンを転写する。(図5(c))
次いで、圧痕を形成したレジスト530を、酸素使用反応性イオンエッチング(酸素RIE)で加工し(図5(d))、圧痕部のないパターンを形成する。(図5(e))
次いで、レジスト530をマスクにして、半導体表面をエッチングする。(図5(f))
更に、レジスト530を除去する。(図5(g))
このようにして、半導体ウエハ上に数nm〜数十nmレベルの微細なパターンを形成することができる。
尚、ここでは、半導体ウェハ(シリコン)上のパターン転写層には、熱可塑性樹脂のPMMA(ポリメタクリル酸メチル;ガラス転移温度105℃)が用いられており、また、モールドにはシリコン熱酸化膜上にレジストを塗布し、そのレジストを電子ビーム直接描画でパターニングし、それをマスクとしてドライエッチで加工したものを用いている。
このプロセスは、レジストを変形させるときに熱を加えて、型押しして固めるときに冷却しているので、熱サイクルナノインプリントリソグラフィと呼ばれている。
解像度はモールドの作製精度によって決まることが実証され、現状のフォトマスクと同様に、モールドさえ入手できれば,従来のフォトリソグラフィより簡便に、遥かに安価な装置により、極微細構造が形成できることから、上記技術は大きなインパクトを与えた。 尚、図5(e)の後にリフトオフ処理を行う場合も挙げられている。
この場合は、図5(e)の状態の後、スパッタ等により、所望の膜550の形成を行い図5(f1)、レジスト530の除去とともに膜パターン551を形成する。図5(g1)
S.Y.Chou、et.al.、Science、vol.272、p.85−87、5April、1996 特表2004−504718号公報
上記熱サイクルナノインプリントリソグラフィに対し、熱で形状が変化する熱可塑性樹脂の代わりに、紫外光で形状が硬化する光硬化樹脂を用いた、光ナノインプリントリソグラフィも知られている。(特開2002−93748号公報/特許文献2参照)
このプロセスは、光硬化樹脂を型部材(モールド)で変形させて、その後に紫外光を照射して樹脂を硬化させ、モールドを離すことによりパターンを得るものである。
パターンを得るのに紫外光の照射のみで行えるので、前述の熱サイクルのものに比べ、スループットが高く、温度による寸法変化等を防ぐことができる。
また、モールドには紫外光を透過するモールドを使用するので、モールドを透過しての位置合わせが行える利点もある。
特開2002−93748号公報
しかし、上記のようなインプリント方法においては、1回毎のインプリントに型部材の硬化した樹脂からのはがしが1回必要であり、生産性の面で問題となっていた。
特に、数nm〜数十nmの微細なパターンを有する半導体デバイス装置作製にはこれが大きな問題となる。
上記のように、半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィが注目され、種々検討されているが、いずれも、1回毎のインプリントに型部材の硬化した樹脂からのはがしが1回必要であり、生産性の面で問題となっていた。
本発明はこれに対応するもので、半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィにおいても、対応できる生産性を有するインプリント方法、インプリント装置を提供しようとするものである。
本発明のインプリント方法は、表面部にリソグラフィー法により所定の凹凸パターンが形成された型部材の前記凹凸パターン側と、形成するパターンを支持する基材となる平板状の基板のパタ−ン形成側とを、型部材側を上、基板側を下として向かい合わせ、且つ、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、前記型部材およびまたは基板に対し、前記樹脂を加圧するように圧力をかけて、型部材と基板との間隙における樹脂が所望の形状になるようにして、該樹脂を放射線硬化させ、更に型部材を硬化した樹脂からはがして、基板上に硬化した樹脂からなるパターン部を形成する、インプリント方法であって、前記型部材の凹凸パターンが形成された表面部を、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面とし、前記型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させ、且つ、基板面に沿って基板を型部材に対し相対的に移動しながら、型部材の曲面と基板面とを放射線硬化性の液状の樹脂をその間に介在させて接近させた直線状領域において、型部材と基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけて、型部材と基板との間に放射線硬化性の樹脂を挟み込み、型部材と基板とで放射線硬化性の樹脂が挟み込まれる線状の領域にて型部材と基板との間隙における樹脂を所望の形状にし、更に、型部材と基板との間隙が所望の形状になった線状領域の放射線硬化性の樹脂に対して放射線を、型部材の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材を通過して、且つ、型部材と基板との間隙が所望の形状になる線状領域を、その線方向に沿い走査するスキャンニング方式で照射する、上記の動作を、型部材が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものであることを特徴とするものである。
そして、上記のインプリント方法であって、型部材の表面部に所定の凹凸パターンを形成するためのパターニング方法が電子線露光方法であることを特徴とするものである。
そしてまた、上記のインプリント方法であって、基板がウエーハで、半導体素子形成のための各層のパターニングに用いられるものであることを特徴とするものである。
尚、ここで、「所定の高さh1、半径r1の円筒形の中心軸を中心として所定の角度θ1範囲の曲面部全体の形状をその形状とした、外側に突出した曲面」とは、図4(a)に示す、所定の高さh1、半径r1の円筒形の、外表面の曲面全体をその中心軸を中心として360度にわたる曲面としてみた場合、図4(b)に示すように、前記所定の円筒形ドラムの中心軸を中心として所定の角度θ1範囲の曲面部S1全体の形状をその形状とするものである。
曲面部S1は、中心軸L0に沿い、中心軸L0から距離r1の直線(図4(b)のL1に相当)の連続として曲面が形成されているとも言える形状で、平状の基板上をこのような曲面が回転する場合、直線状の領域で接するようにして回転する。
ここでの、「型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させ、」とは、このようなか曲面が基板面に接した回転や、近接した状態の回転を含む。
また、放射線とは、ここでは、波長の短かい紫外線、X線、γ線、荷電粒子線、中性子線等の電離放射線の他、電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線等の非電離放射線を含むものを言う。
本発明のインプリント装置は、表面部にリソグラフィー法により所定の凹凸パターンが形成された型部材の前記凹凸パターン側と、形成するパターンを支持する基材となる平板状の基板のパタ−ン形成側とを、型部材側を上、基板側を下として向かい合わせ、且つ、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、前記型部材およびまたは基板に対し、前記樹脂を加圧するように圧力をかけて、型部材と基板との間隙における樹脂が所望の形状になるようにして、該樹脂を放射線硬化させ、更に型部材を硬化した樹脂からはがして、基板上に硬化した樹脂からなるパターン部を形成するための、インプリント装置であって、前記型部材は、前記放射線に透明で、その凹凸パターンが形成された表面部は、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面であって、前記型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させるローリング部と、基板面に沿って、基板を型部材に対し相対的に移動する搬送部と、型部材と基板との間隙における所望の形状の、放射線硬化性の液状の樹脂を硬化させるための放射線を照射する放射線照射手段を備え、ローリング部により型部材を回転させ、且つ、搬送部により基板面に沿って基板を型部材に対し相対的に移動しながら、型部材の曲面と基板面とを放射線硬化性の液状の樹脂をその間に介在させて接近させた直線状領域において、型部材と基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけて、型部材と基板との間に放射線硬化性の樹脂を挟み込み、型部材と基板とで放射線硬化性の樹脂が挟み込まれる線状の領域にて型部材と基板との間隙における樹脂を所望の形状にし、更に、放射線照射手段にて、型部材と基板との間隙が所望の形状になった線状領域の放射線硬化性の樹脂に対して放射線を照射する、上記の動作を、型部材が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものであり、前記放射線照射手段は、型部材の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材を通過して、照射するもので、且つ、型部材と基板との間隙が所望の形状になる線状領域を、その線方向に沿い走査するスキャンニング方式で照射するものであることを特徴とするものである。
そして、上記のインプリント装置であって、前記ローリング部には、回転の位置制御を行う回転位置制御部を備えていることを特徴とするものであり、型部材の所定の回転開始位置から所定の終点位置迄の回転を1ステップとして、繰り返して回転を行わせる、ステップ機構を備えていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記のインプリント装置であって、基板は半導体チップ製作用のウエーハであり、型部材の凹凸パターンには、進行方向1チップ分ないし所定の複数チップ分のパターンが形成されているものであることを特徴とするものである。
また、上記のインプリント装置であって、型部材の凹凸パターンは、電子線露光方法によりパターニングされたものであることを特徴とするものである。
また、上記のインプリント装置であって、基板がウエーハで、半導体素子形成のための各層のパターニングに用いられるものであることを特徴とするものである。
(作用)
本発明のインプリント方法は、このような構成にすることにより、半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィにおいても、対応できる生産性を有するインプリント方法の提供を可能としている。
即ち、型部材の凹凸パターンをその曲面に配し、且つ、その凹凸パターン部が基板上を回転するようにしており、型部材の凹凸パターンと基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけ硬化する工程と、硬化された樹脂からの型部材の凹凸パターンの剥離工程とを、回転動作をしながら、順次行うもので、生産性の良いパターニングを可能にしている。
具体的には、放射線として波長が300nm〜400nmの範囲のUV光が用いられる。
数nm〜数十nmレベルの微細なパターン形成するパターニング方法としては、電子線露光方法が挙げられ、基板をウエーハとし、このような数nm〜数十nmレベルの微細なパターンが形成された型部材を用いて、半導体素子形成のためのパターニングを行うことを可能としている。
半導体チップ作製は、チップを半導体ウェーハに多面付けして行われるが、例えば、チップ毎に対応して、繰り返して、型部材の回転を行わせることにより、生産性の良いパターニングを可能にできる。
本発明のインプリント装置は、このような構成にすることにより、半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィにおいても、対応できる生産性を有するインプリント装置の提供を可能としている。
具体的には、型部材は、前記放射線に透明で、その凹凸パターンが形成された表面部は、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面であって、前記型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させるローリング部と、基板面に沿って、基板を型部材に対し相対的に移動する搬送部と、型部材と基板との間隙における所望の形状の、放射線硬化性の液状の樹脂を硬化させるための放射線を照射する放射線照射手段を備え、ローリング部により型部材を回転させ、且つ、搬送部により基板面に沿って基板を型部材に対し相対的に移動しながら、型部材の曲面と基板面とを放射線硬化性の液状の樹脂をその間に介在させて接近させた直線状領域において、型部材と基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけて、型部材と基板との間に放射線硬化性の樹脂を挟み込み、型部材と基板とで放射線硬化性の樹脂が挟み込まれる線状の領域にて型部材と基板との間隙における樹脂を所望の形状にし、更に、放射線照射手段にて、型部材と基板との間隙が所望の形状になった線状領域の放射線硬化性の樹脂に対して放射線を照射する、上記の動作を、型部材が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものであり、前記放射線照射手段は、型部材の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材を通過して、照射するもので、且つ、型部材と基板との間隙が所望の形状になる線状領域を、その線方向に沿い走査するスキャンニング方式で照射するものであることにより、これを達成している。
即ち、型部材の凹凸パターンをその曲面に配し、且つ、その凹凸パターン部が基板上を回転できるようにするもので、これにより、型部材の曲面に配設された凹凸パターンと基板面とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかける加圧と、硬化された樹脂からの型部材の凹凸パターンの剥離とを、型部材の回転動作の中で、順次行えるようにしており、これを達成している。
型部材の凹凸パターンが、電子線露光方法によりパターニングされたものである場合には、数nm〜数十nmレベルの微細な凹凸パターンの形成が可能で、基板をウエーハとし、このような数nm〜数十nmレベルの微細なパターンが形成された型部材を用いて、半導体素子形成のためのパターニングを行うことを可能としている。
特に、ローリング部には、回転の位置制御を行う回転位置制御部を備え、更に、型部材の所定の回転開始位置から所定の終点位置迄の回転を1ステップとして、繰り返して回転を行わせる、ステップ機構を備えている場合には、半導体チップのパターン形成用に使用する場合にも、生産性の面で対応できるものとしている。
即ち、半導体チップ作製は、チップを半導体ウェーハに多面付けして行われるが、このようなチップ毎に対応して繰り返して回転を行わせる、ステップ機構を備えている場合には、自動で、連続して、チップ毎のパターニングを行え、パターニングを生産性良いものにしてできる。
本発明は、上記のように、半導体デバイスの、数nm〜数十nm程度の微細なパターン形成用として、ナノインプリントリソグラフィにおいても、対応できる生産性を有するインプリント方法、インプリント装置の提供を可能とした。
しようとするものである。
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明のインプリント方法の実施の形態の1例のパターニング状態を示した図で、図1(a)、図1(a1)はパターニング最初の状態を示した図で、図1(b)、図1(b1)はパターニング途中の1状態を示した図で、図1(c)、図1(c1)はパターニング最後の状態を示した図で、図2はUV硬化性の樹脂への賦形と、型部材の凹凸パターンの硬化した樹脂からの剥離を説明するための図で、図3(a)は本発明のインプリント装置の実施の形態の1例の概略構成図で、図3(b)はUV光照射手段を示した図である。
尚、図3(b)は図3(a)のA1側からみた図である。
また、図2における矢印は型部材、基板の相対的な進行方向を示している。
また、図1において、125は硬化した樹脂部(単に樹脂部とも言う)でパターン形成部であるが、ここでは、便宜上、硬化した樹脂部全体を平面的に層として示している。
図1〜図3中、110は基板、120はUV硬化性の液状の樹脂部(単に樹脂部、あるいはパターン非形成部とも言う)、121はUV照射領域(直線状領域とも言う)、125は硬化した樹脂部(単に樹脂部あるいはパターン形成部とも言う)、125aは硬化領域、130は型部材、131はパターン(凹凸パターンとも言う)、135は曲面部(単に曲面とも言う)、140はUV光、310は基板、320は型部材、330はUV硬化性樹脂、340はローリング部、341は駆動部、342は回転軸、343は固定部、344は固定ネジ、345は支持部、346は型部材保持部、347は位置制御部、350はXYZステージ、360は基板ホルダー、370はUV光源、380は制御部、390は支持部、395はボールネジである。
はじめに、本発明のインプリント方法の実施の形態例を図1、図2を基に説明する。
本例のインプリント方法は、表面部にリソグラフィー法により所定の凹凸パターンが形成された型部材の前記凹凸パターン側と、形成するパターンを支持する基材となる平板状の基板のパタ−ン形成側とを、型部材側を上、基板側を下として向かい合わせ、且つ、基板のパタ−ン形成側上にUV硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、基板のパタ−ン形成側上にUV硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、前記型部材およびまたは基板に対し、前記樹脂を加圧するように圧力をかけて、型部材と基板との間隙における樹脂が所望の形状になるようにして、該樹脂をUV硬化させ、更に型部材を硬化した樹脂からはがして、基板上に硬化した樹脂からなるパターン部を形成するための、インプリント方法である。 本例では、型部材130の凹凸パターンが形成された表面部を、図5に示すような、所定の高さh1、半径r1の円筒形の中心軸L0を中心として所定の角度θ1範囲の曲面S1の形状全体を外側に突出させた形状の曲面135としている。
そして、型部材130を、基板110上、その曲面135の前記中心軸L0に沿う直線部が基板面に沿うようにして、回転させ、且つ、基板面に沿って基板110を型部材130に対し相対的に移動しながら、型部材130の曲面135と基板面とをUV硬化性の液状の樹脂120をその間に介在させて接近させた直線状領域(図1の121に相当)において、型部材130と基板110とでUV硬化性の液状の樹脂130に対して圧力をかけて、型部材130と基板110との間にUV硬化性の樹脂130を挟み込み、型部材130と基板とでUV硬化性の樹脂120が挟み込まれる線状の領域にて型部材130と基板110との間隙における樹脂120を所望の形状にし、更に、型部材130と基板110との間隙が所望の形状になった線状領域のUV硬化性の樹脂120に対してUV光(300nm〜400nm)を照射する、上記の動作を、型部材が所定量(角度θ)だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものである。
図1に示すように、図1(a)(図1(a1))、図1(b)(図1(b1))、図1(c)(図1(c1))の順に、基板面に沿って基板110を型部材130に対し相対的に移動しながら、型部材130を角度θだけ回転させ、基板上に硬化した樹脂からなる凹凸パターンを形成する。
尚、直線状領域121へのUV光の照射は、後述する図3に示すようなインプリント装置において、UV光の走査により行われる。
ここでは、UV光は、波長が300nm〜400nmの範囲の光を言う。
型部材130の凹凸パターンのパターニングを電子線露光方法で行う場合には、数nm〜数十nmレベルの微細なパターンを型部材の曲面135に形成することができ、数nm〜数十nmレベルの微細なパターンを形成する半導体素子形成のための各層のパターニングへの適用も可能である。
本例のインプリント方法においては、図2に示すように、型部材130のパターン131は、回転しながらUV硬化性の液状の樹脂120を基板110との間に挟み込み、基板110とで樹脂120に圧をかけ、型部材130のパターン131が基板面と最も接近する位置に達する。
そして、型部材130のパターン131が基板面と最も接近する直線状領域121においてUV光の照射され、樹脂が硬化して賦形が行われる。
型部材130は回転しており、賦形後、そのパターン131は硬化した樹脂から離れるようにその位置が移動され、これにより、型部材130のパターン131の、硬化した樹脂125からの剥離が行われる。
尚、型部材130のパターン131の、硬化した樹脂125からの剥離が容易に行われるように、パターン131表面に離型剤を塗布しておくほうが良い。
本例のインプリント方法は、このように、型部材回転動作において、樹脂125による賦形とパターン131の樹脂125からの剥離とを連続的に行うもので、生産性の良いものとできる。
型部材130の材質としては、石英基板等が用いられるが、これに限定はされない。
UV照射による硬化の際に、UV光を透過することが必要である場合には、使用するUV光透過性の基材を用いる。
基板110としては、ガラス基板、石英基板、ウエーハ基板等が挙げられるが、これらに限定はされない。
UV硬化性の液状樹脂120としては、例えば、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ウレタンアクリレート系等のUV硬化性樹脂が挙げられる。
更に、UV硬化性樹脂について説明しておく。
本例に使用されるUV硬化性樹脂としては、少なくとも1個以上の官能基を有し、光重合開始剤に硬化エネルギー線を照射することにより発生するイオンまたはラジカルによりイオン重合、ラジカル重合を行い分子量の増加や架橋構造の形成を行うモノマーやオリゴマーなどからなるものが用いられる。
ここでいう官能基とは、ビニル基、カルボキシル基、水酸基などの反応の原因となる原子団または結合様式である。
このようなモノマー、オリゴマーとしては、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、シリコンアクリレートなどのアクリル型、および不飽和ポリエステル/スチレン系、ポリエン/スチレン系などの非アクリル系が挙げられるが、中でも、硬化速度、物性選択の幅の広さからアクリル型が好ましい。
このようなアクリル型の代表例を以下に示す。
まず、単官能基のものとしては、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルEO付加物アクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン付加物、2−フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノールEO付加物アクリレート、ノニルフェノールEO付加物にカプロラクトン付加したアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フルフリルアルコールのカプロラクトン付加物アクリレート、アクリロイルモルホリン、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、4、4−ジメチル−1、3−ジオキソランのカプロラクトン付加物のアクリレート、3−メチル−5、5−ジメチル−1、3−ジオキソランのカプロラクトン付加物のアクリレート等を挙げることができる。
また、多官能基のものとしては、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルのカプロラクトン付加物ジアクリレート、1、6−ヘキサンジオールのジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、ヒドロキシピバルアルデヒドとトリメチロールプロパンのアセタール化合物のジアクリレート、2、2−ビス[4−(アクリロイロキシジエトキシ)フェニル] プロパン、2、2−ビス[4−(アクリロイロキシジエトキシ)フェニル] メタン、水添ビスフェノールエチレンオキサイド付加物のジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンプロビレンオキサイド付加物トリアクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド付加物トリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートペンタアクリレート混合物、ジペンタエリスリトールのカプロラクトン付加物アクリレート、トリス(アクリロイロキシエチル)イソシアヌレート、2−アクリロイロキシエチルオスフェート等を挙げることができる。
使用されるUV硬化性樹脂に含有される光重合開始剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものから選択して用いることができる。
具体的には、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系、ミヒラーケトン系、ベンジル系、ベンゾイン系、ベンゾインエーテル系、ベンジルジメチルケタール、ベンゾインベンゾエート系、α−アシロキシムエステル等のカルボニル化合物、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類等のイオウ化合物、2、4、6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィノキシド等のリン化合物等を挙げることができる。
基板の材質としては、ガラス基板、石英基板、ウエーハ等が挙げられるが、これらに限定はされない。
次に、本例のインプリント方法は、例えば、図3に示すようなインプリント装置により実施することができる。
以下、簡単に、図3に示すインプリント装置について説明をしておく。
尚、これを以って、本発明のインプリント装置の実施の形態の1例の説明に代える。
図3に示すインプリント装置は、型部材320を、基板310上、その曲面の前記中心軸に沿う直線部が基板面に沿うようにして、回転させるローリング部340と、基板面に沿って、基板310を型部材320に対し相対的にX、Y移動し、且つ、Z移動することができるXYZステージ350と、型部材320と基板310との間隙における所望の形状の、UV硬化性の液状の樹脂330を硬化させるためのUV光(300nm〜400nm)を照射するUV光源部370等を備えたUV光照射手段を備えている。
そして、ローリング部340により型部材320を回転させ、且つ、XYZステージ350により基板面に沿って基板310を型部材320に対し相対的に移動しながら、図1、図2に示すように、型部材320の曲面(図1の135に相当)と基板面とをUV硬化性の液状の樹脂330をその間に介在させて接近させた直線状領域(図1の121に相当)において、型部材320と基板310とでUV硬化性の液状の樹脂330に対して圧力をかけて、型部材320と基板310との間にUV硬化性の樹脂330を挟み込み、型部材320と基板310とでUV硬化性の樹脂330が挟み込まれる線状の領域(図1の121に相当)にて型部材320と基板310との間隙における樹脂330を所望の形状にし、更に、UV光照射手段にて、型部材320と基板310との間隙が所望の形状になった線状領域のUV硬化性の樹脂330に対してUV光(300nm〜400nm)を照射するもので、このような動作を、型部材320が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものである。
型部材320は、UV光に透明で、これを透過してUV光をUV硬化性の液状の樹脂330に照射できる。
型部材の材質は使用するUV光に対応して、これを通過させるものを選択する。
そして、例えば、加工用基材の表面に電子線露光によりレジストのパターニングを行った後、レジストをマスクとして加工用基材をエッチングして、あるいは、レジストの凹凸パターンを形成して、レジストと加工用基材のエッチングレートの比を1に近くしたエッチングガスを用いてレジストと加工用基材とをエッチングして、加工用基材表面に凹凸形状を形成して型部材を作製する。
加工用基板が石英基板である場合には、フッ素系のガスに酸素を混ぜることによりこのようなエッチングガスを得ることができる。
勿論、型部材320は、その凹凸パターンが形成された表面部は、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面である。
基板310は、XYZ方向に制御して移動できるXYZステージ350に保持された基板ホルダー360に、その上面側を揃えるようにして固定された状態で保持固定される。 基板ホルダー360としては、例えば、基板310の上面側を揃えるように弾性体等により、基板の下面側から圧をかけて固定する形態のものが挙げられるが、これに、限定はされない。
基板の材質としては、ガラス基板、石英基板、ウエーハ等が挙げられるが、これらに限定はされない。
ローリング部340は、型部材を回転させるものであるが、図3に示すインプリント装置においては、型部材320に駆動部341により回転を与える回転軸342と、該回転軸342に固定している固定部343と、該固定部にに保持されて、回転軸342の回転とともに回転する支持部345と、該支持部345に保持固定されている型部材保持部346とを備え、前記型部材保持部346に型部材320を保持し、回転軸342の回転を、型部材の回転とするものである。
尚、ローリング部340には、回転軸342を駆動する駆動部341、図示していない位置センサー等を用い、その回転開始位置や終了位置を制御する位置制御部347が設けられている。
UV光照射手段は、型部材320の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材320を通過して、照射するもので、且つ、型部材320と基板310との間隙が所望の形状になる線状領域(図1の121に相当)を、その線方向に沿い、UV光源部370を移動して走査するスキャンニング方式で照射するもので、例えば、図3(b)に示すように、ボールネジの回転に制御されて、ボールネジの長手方向にその位置を移動して、スキャンを行うものがある。
UV光源部370としては、例えば、照射レンズ系が構成され、光ファイバーに接続さた形態のものが挙げられる。
制御部380は、各部を関連付けて制御するもので、勿論、ローリング部340、XYZステージ350は、制御部380の管理の下で、互いに関連つけて制御され、動作される。
本発明のインプリント方法の実施の形態の1例のパターニング状態を示した図で、図1(a)、図1(a1)はパターニング最初の状態を示した図で、図1(b)、図1(b1)はパターニング途中の1状態を示した図で、図1(c)、図1(c1)はパターニング最後の状態を示した図である。 UV硬化性の樹脂への賦形と、型部材の凹凸パターンの硬化した樹脂からの剥離を説明するための図である。 図3(a)は本発明のインプリント装置の実施の形態の1例の概略構成図で、図3(b)はUV光照射手段を示した図である。 型部材の曲面の形状を説明するための図である。 従来のインプリント方法の工程断面図である。
符号の説明
110 基板
120 UV硬化性の液状の樹脂部(単に樹脂部あるいはパターン非形成部とも言う)121 UV照射領域(直線状領域とも言う)
125 硬化した樹脂部(単に樹脂部あるいはパターン形成部とも言う)
125a 硬化領域
130 型部材
131 パターン(凹凸パターンとも言う)
135 曲面部(単に曲面とも言う)
140 UV光
310 基板
320 型部材
330 UV硬化性樹脂
340 ローリング部
341 駆動部
342 回転軸
343 固定部
344 固定ネジ
345 支持部
346 型部材保持部
347 位置制御部
350 XYZステージ
360 基板ホルダー
370 UV光源
380 制御部
390 支持部
395 ボールネジ
510 型部材(モールドとも言う)
511 凸型のパターン
520 半導体ウェハ
521 パターン
530 レジスト
531 圧痕部
540 反応性イオンエッチングガス
550 膜
551 膜パターン


Claims (9)

  1. 表面部にリソグラフィー法により所定の凹凸パターンが形成された型部材の前記凹凸パターン側と、形成するパターンを支持する基材となる平板状の基板のパタ−ン形成側とを、型部材側を上、基板側を下として向かい合わせ、且つ、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、前記型部材およびまたは基板に対し、前記樹脂を加圧するように圧力をかけて、型部材と基板との間隙における樹脂が所望の形状になるようにして、該樹脂を放射線硬化させ、更に型部材を硬化した樹脂からはがして、基板上に硬化した樹脂からなるパターン部を形成する、インプリント方法であって、前記型部材の凹凸パターンが形成された表面部を、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面とし、前記型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させ、且つ、基板面に沿って基板を型部材に対し相対的に移動しながら、型部材の曲面と基板面とを放射線硬化性の液状の樹脂をその間に介在させて接近させた直線状領域において、型部材と基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけて、型部材と基板との間に放射線硬化性の樹脂を挟み込み、型部材と基板とで放射線硬化性の樹脂が挟み込まれる線状の領域にて型部材と基板との間隙における樹脂を所望の形状にし、更に、型部材と基板との間隙が所望の形状になった線状領域の放射線硬化性の樹脂に対して放射線を、型部材の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材を通過して、且つ、型部材と基板との間隙が所望の形状になる線状領域を、その線方向に沿い走査するスキャンニング方式で照射する、上記の動作を、型部材が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものであることを特徴とするインプリント方法。
  2. 請求項1に記載のインプリント方法であって、型部材の表面部に所定の凹凸パターンを形成するためのパターニング方法が電子線露光方法であることを特徴とするインプリント方法。
  3. 請求項1ないし2のいずれか1項に記載のインプリント方法であって、基板がウエーハで、半導体素子形成のための各層のパターニングに用いられるものであることを特徴とするインプリント方法。
  4. 表面部にリソグラフィー法により所定の凹凸パターンが形成された型部材の前記凹凸パターン側と、形成するパターンを支持する基材となる平板状の基板のパタ−ン形成側とを、型部材側を上、基板側を下として向かい合わせ、且つ、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、基板のパタ−ン形成側上に放射線硬化性の液状の樹脂を配設した状態で、前記型部材およびまたは基板に対し、前記樹脂を加圧するように圧力をかけて、型部材と基板との間隙における樹脂が所望の形状になるようにして、該樹脂を放射線硬化させ、更に型部材を硬化した樹脂からはがして、基板上に硬化した樹脂からなるパターン部を形成するための、インプリント装置であって、前記型部材は、前記放射線に透明で、その凹凸パターンが形成された表面部は、所定の高さ、半径の円筒形の中心軸を中心として所定の角度範囲の曲面部全体の形状を外側に突出させた曲面であって、前記型部材の曲面を、基板上、前記中心軸に平行な該曲面の直線部が基板面に沿うようにして、回転させるローリング部と、基板面に沿って、基板を型部材に対し相対的に移動する搬送部と、型部材と基板との間隙における所望の形状の、放射線硬化性の液状の樹脂を硬化させるための放射線を照射する放射線照射手段を備え、ローリング部により型部材を回転させ、且つ、搬送部により基板面に沿って基板を型部材に対し相対的に移動しながら、型部材の曲面と基板面とを放射線硬化性の液状の樹脂をその間に介在させて接近させた直線状領域において、型部材と基板とで放射線硬化性の液状の樹脂に対して圧力をかけて、型部材と基板との間に放射線硬化性の樹脂を挟み込み、型部材と基板とで放射線硬化性の樹脂が挟み込まれる線状の領域にて型部材と基板との間隙における樹脂を所望の形状にし、更に、放射線照射手段にて、型部材と基板との間隙が所望の形状になった線状領域の放射線硬化性の樹脂に対して放射線を照射する、上記の動作を、型部材が所定量だけ回転するまで行い、所望の硬化した樹脂パターンを基板上に形成するものであり、前記放射線照射手段は、型部材の凹凸パターン形成側とは反対側から、型部材を通過して、照射するもので、且つ、型部材と基板との間隙が所望の形状になる線状領域を、その線方向に沿い走査するスキャンニング方式で照射するものであることを特徴とするインプリント装置。
  5. 請求項4に記載のインプリント装置であって、前記ローリング部には、回転の位置制御を行う回転位置制御部を備えていることを特徴とするインプリント装置。
  6. 請求項5に記載のインプリント装置であって、型部材の所定の回転開始位置から所定の終点位置迄の回転を1ステップとして、繰り返して回転を行わせる、ステップ機構を備えていることを特徴とするインプリント装置。
  7. 請求項4ないし6のいずれか1項に記載のインプリント装置であって、基板は半導体チップ製作用のウエーハであり、型部材の凹凸パターンには、進行方向1チップ分ないし所定の複数チップ分のパターンが形成されているものであることを特徴とするインプリント装置。
  8. 請求項4ないし7のいずれか1項に記載のインプリント装置であって、型部材の凹凸パターンは、電子線露光方法によりパターニングされたものであることを特徴とするインプリント装置。
  9. 請求項4ないし8のいずれか1項に記載のインプリント装置であって、基板がウエーハで、半導体素子形成のための各層のパターニングに用いられるものであることを特徴とするインプリント装置。
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