JP2008068611A - インプリントリソグラフィ - Google Patents

Abstract

【課題】基板と、パターンを担持する硬化した無機ゾルゲルとからなるインプリントテンプレートを提供する。
【解決手段】インプリントテンプレートを作成する方法は、マスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に硬化性材料を塗布し、硬化性材料を硬化し、それによってマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面の逆であるパターン付き表面を有する第二インプリントテンプレートを形成し、マスタインプリントテンプレートから第二インプリントテンプレートを除去し、無機ゾルゲルを基板に塗布し、第二インプリントテンプレートで無機ゾルゲルにインプリントし、無機ゾルゲルを硬化させ、無機ゾルゲルがマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する第三インプリントテンプレートを形成するように、硬化した無機ゾルゲルから第二インプリントテンプレートを除去する。
【選択図】図４

Description

本発明はインプリントリソグラフィに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は従来、例えば集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイおよび微細構造を含む他のデバイスの製造に使用されてきた。

リソグラフィのパターンのフィーチャ(features)サイズを小さくすることが望ましく、何故ならこれによって任意の基板面積上のフィーチャの密度を上げられるからである。フォトリソグラフィでは、より短い波長の放射線を使用することによって、解像度の向上を達成することができる。しかし、このような小型化に伴う問題がある。現在のシステムは、波長が１９３ｎｍの領域の光源を採用し始めているが、このレベルでも回折限界が障害になる。波長が小さくなると、材料の透明性が非常に低くなる。解像度の向上が可能な光リソグラフィの機械は複雑な光学系および希少な材料を必要とし、その結果、非常に高価になる。

インプリントリソグラフィとして知られる、１００ｎｍ以下のフィーチャを印刷するための手段は、物理的なモールドまたはインプリントテンプレートを使用してパターンをインプリント可能な媒体にインプリントすることにより、パターンを基板に転写することを含む。インプリント可能な媒体は、基板、または基板の表面にコートされた材料でよい。インプリント可能な媒体は、機能的であるか、またはパターンを下層の表面に転写する「マスク」として使用することができる。インプリント可能な媒体は例えば、インプリントテンプレートによって画定されたパターンを転写すべき、半導体材料などの基板に堆積されるレジストとして提供することができる。したがって、インプリントリソグラフィは基本的に、テンプレートのトポグラフィが基板に生成されるパターンを規定するマイクロメータまたはナノメータスケールの成形プロセスである。パターンは、光リソグラフィプロセスと同様に層状でよく、したがってインプリントリソグラフィは基本的に、ＩＣの製造のような用途に使用することができる。

インプリントリソグラフィの解像度は、インプリントテンプレートの作製プロセスによってのみ制限される。例えば、インプリントリソグラフィは、従来の光リソグラフィプロセスで達成可能なものと比較して解像度およびラインエッジ粗さが大幅に改善された５０ｎｍ以下の範囲のフィーチャを生成するために使用することができる。また、インプリントプロセスは、光リソグラフィプロセスで通常必要とされる高価な光学系、先進の照明源または特殊なレジスト材料を必要としない。

インプリントテンプレートの作製は典型的に電子ビームリソグラフィを使用して実行される。これは高価で時間がかかるプロセスである。

本発明の第一の実施形態によれば、マスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に硬化性材料を塗布し、硬化性材料を硬化し、それによってマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面の逆であるパターン付き表面を有する第二インプリントテンプレートを形成し、マスタインプリントテンプレートから第二インプリントテンプレートを除去し、無機ゾルゲルを基板に塗布し、第二インプリントテンプレートで無機ゾルゲルをインプリントし、無機ゾルゲルを硬化させ、無機ゾルゲルがマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する第三インプリントテンプレートを形成するように、硬化した無機ゾルゲルから第二インプリントテンプレートを除去する、ことを含むインプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法が提供される。

インプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法は、マスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に硬化性材料を塗布し、硬化性材料を硬化し、それによってマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面の逆であるパターン付き表面を有する第二インプリントテンプレートを形成し、マスタインプリントテンプレートから第二インプリントテンプレートを除去し、第二インプリントテンプレートのパターン付き表面に無機ゾルゲルを塗布し、基板を無機ゾルゲルと接触させ、無機ゾルゲルを硬化させ、無機ゾルゲルがマスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する第三インプリントテンプレートを形成するように、硬化した無機ゾルゲルから第二インプリントテンプレートを除去する、ことを含む。

本発明の第３の実施形態によれば、基板と、パターンを担持する硬化した無機ゾルゲルとからなるインプリントテンプレートが提供される。

本発明のさらなる特徴は、以下の説明から明白になる。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。

インプリントリソグラフィには、一般的に熱インプリントリソグラフィおよびＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれる２つの基本的アプローチがある。「プリンティング」(“printing”)リソグラフィと呼ぶことができる第３のタイプのインプリントリソグラフィもある。これらの例を図１ａから図１ｃに示す。

図１ａは、分子１１（通常はチオールなどのインク）の層を可撓性テンプレート１０（通常はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作製する）から基板１２と平坦化・転写層(planarisation and trasfer layer)１２’との上に支持されたレジスト層１３へと転写することを含み、マイクロコンタクトプリンティング(micro-contact printing)として知られるソフトリソグラフィプロセスを示したものである。テンプレート１０は、その表面上にフィーチャのパターンを有し、分子層がフィーチャの上に配置されている。テンプレートをレジスト層に押しつけると、分子１１の層がレジストに付着する。テンプレートをレジストから外すと、分子１１の層がレジストに付着している。転写した分子層で覆われていないレジストの区域は基板までエッチングされるように、レジストの残留層をエッチングする。

プリンティングリソグラフィは、ソフトインプリントリソグラフィの一例である。「ソフトインプリントリソグラフィ」(“soft imprint lithography”)という用語は通常、インプリントテンプレートが弾性変形可能であるインプリントリソグラフィを意味するために使用される。

同じ領域を複数回重ねる多層構造を作製する場合、ソフトインプリントリソグラフィは、ナノメートルスケールのオーバレイ精度を提供することができない。

熱インプリントリソグラフィ（または熱エンボス）は、ナノメートルスケールで使用する場合、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。プロセスは、磨耗および変形に対する抵抗がより高い例えばケイ素またはニッケルから作成したより硬質のテンプレートを使用する。これは、例えば米国特許第４，７３１，１５５号および第５，７７２，９０５号に記載され、図１ｂに図示されている。典型的なホットインプリントのプロセスでは、固体テンプレートを、基板１２の表面に注型されている熱硬化性または熱可塑性ポリマ樹脂１５にインプリントする。樹脂は、例えばスピンコートし、基板表面に、またはさらに典型的には（例えば図示のように）平坦化・転写層１２’にベークすることができる。「硬質」(“hard”)という用語は、インプリントテンプレートについて述べる場合、一般的に「硬質」(“hard”)材料と「軟質」(“soft”)材料の間と見なされている、例えば「硬質」ゴムなどの材料を含む。インプリントテンプレートとして使用するために特定の材料が適切かは、用途の要件によって決定される。

熱硬化性ポリマ樹脂を使用する場合は、テンプレートと接触すると、樹脂がテンプレート上に画定されたパターンフィーチャに流入できるほど十分に流動可能になるような温度まで、樹脂を加熱する。次に、樹脂の温度を上昇させて樹脂を熱硬化し（例えば架橋し）、したがってこれは固化して、不可逆的に所望のパターンになる。これで、テンプレートを除去し、パターン付き樹脂を冷却することができる。

熱インプリントリソグラフィプロセスに使用する熱可塑性ポリマ樹脂の例は、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（ベンジルメタクリレート）またはポリ（シクロヘキシルメタクリレート）である。熱可塑性樹脂は、テンプレートでインプリントする直前に自由に流動可能な状態になるように加熱される。通常は、樹脂のガラス転移温度より非常に高い温度まで熱可塑性樹脂を加熱する必要がある。テンプレートを流動可能な樹脂に押しつけ、樹脂がテンプレート上に画定された全てのパターンフィーチャに確実に流入するように、十分な圧力を加える。次に、テンプレートを所定の位置にした状態で、樹脂をガラス転移温度の下まで冷却すると、樹脂は不可逆的に所望のパターンになる。パターンは、樹脂の残留層から浮き彫りになったフィーチャで構成され、次にパターンフィーチャのみを有するように適切なエッチングプロセスでこれを除去することができる。

固化した樹脂からテンプレートを除去した後、通常は図２ａから図２ｃに示すように２段階のエッチングプロセスを実行する。基板２０は、図２ａに示すように、すぐ上に平坦化・転写層２１を有している。平坦化・転写層の目的は２つある。これはテンプレートの表面と実質的に平行な表面を提供し、これはテンプレートと樹脂の間の接触部が平行であるのを保証し、さらに本明細書で説明するように印刷されたフィーチャのアスペクト比を改善するために重要である。

テンプレートを除去した後、固化した樹脂の残留層２２が、所望のパターンに成形されて平坦化・転写層上に残される。第一エッチングが残留層の一部を除去する。第一エッチングは異方性であることが好ましい。場合によっては、第一エッチングが等方性でよく、その結果、図２ｂで示すように形態のアスペクト比が不良になり、ここでＬ１はフィーチャ２３の高さである。第二エッチングは異方性（または選択的）であり、アスペクト比を改善する。異方性エッチングは、固化した樹脂で覆われていない平坦化・転写層の部分を除去し、図２ｃで示すようにフィーチャ２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）へと上げる。その結果、エッチング後に基板上に残ったポリマ厚さのコントラストは、例えばインプリントしたポリマに十分に抵抗性がある場合にドライエッチング用マスクとして、例えばリフトオフプロセスの一ステップとして使用することができる。

熱インプリントリソグラフィには、パターンの転写を、比較的高い温度で実行するばかりでなく、インプリントテンプレートを除去する前に樹脂が十分固化していることを保証するために、比較的大きい温度差も必要になるという欠点がある。文献からは３５℃から１００℃の温度差が知られている。したがって、例えば基板とテンプレートとの異なる熱膨張率が、転写したパターンの歪みを引き起こすことがある。この問題は、インプリント可能な材料の粘性のせいで、インプリントに使用する比較的高い圧力によって悪化し、これは基板に機械的変形を誘発することがあり、これもパターンを歪める。

他方で、ＵＶインプリントリソグラフィは、このような高い温度および温度変化を伴わず、このような粘性のインプリント可能な材料も必要としない。むしろ、ＵＶインプリントリソグラフィは、透明なテンプレートおよびＵＶ硬化性媒体を使用し、これは通常例えばアクリレートまたはメタクリレートなどのモノマである。概して、モノマと開始剤の混合物のような光重合性材料を使用することができる。硬化性液体は、例えばジメチルシロキサン誘導体も含んでよい。このような材料は、熱インプリントリソグラフィで使用する熱硬化性および熱可塑性樹脂より粘性が低く、その結果、より速く移動してテンプレートのパターンフィーチャを充填する。低温および低圧の作業は、より高いスループット能力にも好都合である。「ＵＶインプリントリソグラフィ」(“UV imprint lithography”)という名称は常にＵＶ光を使用することを暗示するが、任意の適切な化学線を使用してよいことを認識されたい（例えば可視光を使用してよい）。したがって、本明細書でＵＶインプリントリソグラフィ、ＵＶ光、ＵＶ硬化性材料などに言及した場合、それは任意の適切な化学線を含むものと解釈され、ＵＶ光のみに制限されると解釈してはならない。

ＵＶインプリントプロセスの例を図１ｃに示す。図１ｂのプロセスと同様の方法で、石英テンプレート１６をＵＶ硬化性樹脂１７に適用する。熱可塑性樹脂を使用する熱エンボスのように温度を上昇させるか、熱可塑性樹脂を使用した場合のように温度を循環させるのではなく、樹脂を重合し、したがって硬化させるために、石英テンプレートを通してこれにＵＶ光を加える。テンプレートを除去した後、レジストの残留層の残りのエッチングステップは、上記で説明した熱エンボスプロセスと同じである。通常使用されるＵＶ硬化性樹脂は、典型的な熱可塑性樹脂より粘性がはるかに低く、したがってより低いインプリント圧力が使用される。より低い圧力による物理的変形の減少は、高い温度および温度変化による変形の減少とともに、ＵＶインプリントリソグラフィを高いオーバレイ精度を必要とする用途に適したものにする。また、ＵＶインプリントテンプレートの透明の性質は、インプリントと同時に光学的に位置合わせする技術に対応することができる。

このタイプのインプリントリソグラフィは主にＵＶ硬化性材料を使用し、したがって一般的にＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれるが、他の波長の光を使用して、適切に選択した材料を硬化する（例えば重合または架橋反応を活性化する）ことができる。概して、適切なインプリント可能な材料が使用可能であれば、このような化学反応を開始可能な任意の放射を使用することができる。代替的な「活性化光」は、例えば可視光、赤外線放射、ｘ線放射および電子ビーム放射を含む。以上および以下の全体的な説明では、ＵＶインプリントリソグラフィへの言及およびＵＶ光の使用は、以上および他の化学線を排除するものではない。

基板表面に実質的に平行に維持される平面テンプレートを使用するインプリントシステムの代替物として、ローラインプリントシステムが開発されている。テンプレートをローラ上に形成するが、それ以外はインプリントプロセスが平面テンプレートを使用するインプリントに非常に類似した熱およびＵＶローラインプリントシステムが提案されている。

ＩＣ製造業者などが従来使用している光学ステッパと同様の方法で基板を小さいステップでパターン化するために使用できるステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られるＵＶインプリント技術が特に開発されている。これは、インプリントテンプレートをＵＶ硬化性樹脂にインプリントすることによって、１回に１つずつ基板の小さい区域に印刷し、テンプレートを通してＵＶ放射を「フラッシュ」してテンプレートの下の樹脂を硬化させ、テンプレートを除去し、基板の隣接領域へとステップを進め、作業を繰り返すことを含む。このような逐次移動式プロセスの小さいフィールドサイズは、パターンの歪みおよびＣＤの変動を最小化し、したがってＳＦＩＬはＩＣおよび高いオーバレイ精度を必要とする他のデバイスの製造に特に適している。

原則的にはＵＶ硬化性樹脂を例えばスピンコートなどによって基板表面全体に塗布することができるが、これは、ＵＶ硬化性樹脂の揮発性の性質のせいで問題になることが多い。

この問題に取り組む１つのアプローチは、テンプレートでインプリントする直前に樹脂を小滴にして基板のターゲット部分に配量する、いわゆる「ドロップオンデマンド」(“drop on demand”)プロセスである。液体の配量は、基板の特定のターゲット部分に特定の体積の液体が付着するように制御される。液体は、様々なパターンで配量することができ、注意深く制御した液体の体積とパターンの配置との組合せを使用して、パターン化をターゲット区域に限定することができる。

上述したようにオンデマンドで樹脂を配量することは、些細なことではない。小滴のサイズおよび間隔は、インプリントテンプレートのフィーチャを充填するために十分な樹脂があり、それと同時に延びて望ましくない厚さまたは不均一な樹脂層になる可能性がある余分な樹脂を最小限に抑えることを保証するために注意深く制御される。というのは、隣接する滴が流体に接触するとすぐに、樹脂に流れる場所がなくなるからである。厚すぎる、または不均一な残留層に伴う問題については、以下で検討する。

図３は、テンプレート、インプリント可能な材料（硬化性モノマ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など）、および基板の相対的寸法を示す。ある実施形態では、硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比率は、約１０⁶である。フィーチャがテンプレートから突出して基板を損傷するのを回避するために、寸法ｔはテンプレート上に突出するフィーチャの深さより大きいことが認識される。

スタンピング後に残った残留層は、下にある基板の保護に有用であるが、上述したように、特に高い解像度および／またはオーバレイ精度が望ましい場合に幾つかの問題の発生源になることもある。第一「ブレークスルー」(“breakthrough”)エッチングは異方性または等方性である。第一エッチングが等方性である場合は、ある程度、残留層ばかりでなくインプリントされたフィーチャも腐食する。これは、残留層が厚すぎるおよび／または不均一である場合に悪化する。

この問題は、例えば下にある基板に最終的に形成される線の太さの変動（つまり微小寸法の変動）につながることがある。第二異方性エッチングで転写層にエッチングされる線の太さの均一性は、樹脂に残されたフィーチャのアスペクト比および形状の完全性に依存する。残留樹脂層が不均一な場合、非選択的な第一エッチングは、頂部が「丸まった」状態でこれらのフィーチャの幾つかを残すことがあり、したがって第二およびその後のエッチングプロセスで線太さの良好な均一性を保証するほど十分に良く画定されない。

原則的に、上記の問題は、残留層が可能な限り薄いことを保証することによって軽減することができるが、これには望ましくないほど大きい圧力（基板の変形を増大させる）および比較的長いインプリント時間（スループットを減少させる）を加える必要があることがある。

テンプレートは、インプリントリソグラフィシステムの重要な構成要素である。上述したように、テンプレート表面上のフィーチャの解像度は、基板上に印刷されるフィーチャで達成可能な解像度の制限要素である。熱およびＵＶリソグラフィに使用するテンプレートは一般的に、２段階のプロセスで形成される。最初に、例えば電子ビームの書き込みを使用して所望のパターンを書き込み、レジストに高解像度のパターンを与える。次に、レジストパターンをクロムの薄い層に転写し、これはパターンをテンプレートの母材に転写する最終的な異方性エッチングステップのためのマスクを形成する。例えばイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学的エッチング、プラズマエッチング、イオンエッチングまたはイオンミリングなどの他の技術を使用してもよい。一般的に、非常に高い解像度が可能な技術が好ましい。というのは、テンプレートが事実上１×マスクで、転写されるパターンの解像度はテンプレート上のパターンの解像度によって制限されるからである。

テンプレートの剥離特徴も重要な考察事項になり得る。テンプレートは、例えば表面処理材料で処理して、小さい表面エネルギを有するインプリントテンプレート上に薄い剥離層を形成することができる（薄い剥離層は基板にも付着させることができる）。

以上では、ＵＶ硬化性液体を基板に堆積させることについて言及してきたが、液体は、インプリントテンプレート上に堆積させることもでき、概して同じ技術および考察事項が当てはまる。

インプリントリソグラフィの開発における別の考慮事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力を受け、熱リソグラフィの場合には、極端な圧力および温度にも曝される。これはテンプレートの磨耗を引き起こし、基板上にインプリントされるパターンの形状に悪影響を及ぼし得る。

熱インプリントリソグラフィでは、パターン化すべき基板と同じ、または同様の材料のインプリントテンプレートを使用することには、２つの間の熱膨張率の差を最小限に抑えるために潜在的な利点がある。ＵＶインプリントリソグラフィでは、テンプレートは少なくとも部分的に化学線に対して透明であり、往々にして石英テンプレートが使用される。本文ではＩＣの製造におけるインプリントリソグラフィの使用に特に言及しているが、説明されたインプリント装置および方法には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導および検出パターン、ハードディスク磁気媒体、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッドなどである。

上記の説明では、事実上レジストとして作用するインプリント可能な樹脂を介してインプリントテンプレートパターンを基板に転写するためのインプリントリソグラフィの使用に言及しているが、場合によってはインプリント可能な材料自体が機能的材料で、例えば特に伝導性、光学的直線または非直線応答などの機能を有してよい。例えば機能的材料は伝導層、半導体層、誘電層または別の望ましい機械的、電気的または光学的特性を有する層を形成することができる。幾つかの有機物質も適切な機能的材料になる。このような応用は、本発明の実施形態の範囲に入る。

図４は、本発明の実施形態によりインプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法を概略的に示す。図４ａを参照すると、従来通りの電子ビームリソグラフィを使用して、（以上でさらに説明した）従来通りの方法でマスタインプリントテンプレート１００を作成する。マスタインプリントテンプレート１００はＳｉまたはＳｉＯ₂（例えば石英）で作成してよい。剥離層１０２を、マスタインプリントテンプレート１００のパターン付き上面に設ける。剥離層１０２は、フッ化化合物、例えばフッ化シランの単層でよい。

図４ｂを参照すると、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの硬化性材料１０４の層をマスタインプリントテンプレート１００のパターン付き上面に塗布する。実施形態では、硬化性材料１０４は液体であり、その層は十分に厚いので、マスタインプリントテンプレート１００上のパターンの窪みが充填され、ＰＤＭＳがインプリントテンプレート上で連続的表面を形成する。次に、例えば予め定めた温度の炉に入れることにより、硬化性材料１０４を硬化する。例えば硬化性ＰＤＭＳなどの硬化性材料の硬化については、当業者にはよく理解されているのでここでは詳細に説明しない。

図４ｃを参照すると、キャリア基板１０６はその最下面に接着剤単層（図示せず）を備え、そして硬化したＰＤＭＳ１０４に接触させられる。キャリア基板１０６は、例えば石英から作成してよい。接着剤単層は硬化したＰＤＭＳ１０４をキャリア基板１０６に保持させる。ＰＤＭＳ１０４は、キャリア基板１０６が接触する時に硬化されている必要はない。キャリア基板１０６は、ＰＤＭＳ１０４が硬化する前にＰＤＭＳと接触し、硬化が実行されるまで所定の位置に保持しておいてよい。

図４ｄを参照すると、キャリア基板１０６および硬化したＰＤＭＳ１０４がマスタインプリントテンプレート１００から除去される。硬化したＰＤＭＳの最下面は、マスタインプリントテンプレート１００のパターンの逆であるパターンを有する。参照し易くするために、ＰＤＭＳ１０４およびキャリア基板１０６を、第二インプリントテンプレート１０８と呼ぶ（マスタインプリントテンプレート１００を第一インプリントテンプレートと見なす）。

図４ｅを参照すると、インプリントテンプレートの一部を形成する基板１１０、例えば石英基板が設けられている。（石英）基板１１０は、その上面に、転写層を形成するクロム（図示せず）または他の材料の層を備えることができる。転写層を設けることは必須ではない。

図４ｆを参照すると、ゾルゲル１１２の層が石英基板１１０にスピンコートされる。ゾルゲル１１２の層は、例えば約０．１ナノメートル以内の良好な厚さの均一性で、数平方センチメートルの区域にわたって基板１１０にスピンコートすることができる。実施形態では、ゾルゲルは無機質である。使用可能なゾルゲルの例は、スピンオンガラスシリカとして知られているゾルゲルである。このゾルゲルに含まれる溶剤はエタノールである。ゾルゲルは、基板上にスピンコートされる時は液体であり、次に溶剤がそこから蒸発するにつれてゲルになる（つまりゾルゲルが硬化し始める）。他の適切なゾルゲルは、（適切な溶剤と）酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化亜鉛および酸化ゲルマニウムを含むが、それに制限されない。

図４ｇを参照すると、第二インプリントテンプレート１０８をゾルゲル１１２にインプリントする。ゾルゲル１１２は硬化し続ける。これが生じる理由の一部は、ゾルゲル１１２中の溶剤が第二インプリントテンプレート１０８のＰＤＭＳ１０４中に拡散することである。溶剤がゾルゲル１１２を出るにつれ、ゾルゲル内に生じる縮合反応および架橋の数が増加し、それによってさらに硬くなる。ゾルゲル１１２からの水もＰＤＭＳ１０４中に拡散する（ゾルゲルの縮合中に水が形成される）。ゾルゲル１１２が固体になる（つまり、ゾルゲルが、その形状を維持するのに十分な程度まで架橋する）ために十分な時間を経過させることができる。

図４ｈを参照すると、第二インプリントテンプレート１０８を除去し、硬化したゾルゲル１１２のパターン付き層を支持する基板１１０が残され、パターンは、マスタインプリントテンプレート１００上のパターンと同じである。したがって、石英基板１１０上の硬化したゾルゲル１１２から形成され、マスタインプリントテンプレート１００と一致するインプリントテンプレート１１４が、安価かつ好便に作製される。参照を容易にするために第三インプリントテンプレートと呼ばれるインプリントテンプレート１１４は、従来通りに作成したインプリントテンプレートと同じ方法で使用できるほど十分に機械的に安定している。

インプリントテンプレート１１４の耐久性をさらに高めるために、例えば２００℃と１０００℃の間の温度の炉に入れることにより、焼成することができる。この方法でインプリントテンプレートを焼成すると、硬化したゾルゲル１１２の有孔性が低下し、それによって耐久性が向上する。

硬化したゾルゲルは、溶融シリカと実質的に同じ表面化学を有し、したがって第三インプリントテンプレート１１４の硬化したゾルゲル１１２は、これを設けた石英基板１１０に良好に合致する。例えば、硬化したゾルゲル１１２の熱膨張率は、石英基板１１０のそれと同じであるか、非常に近く、その結果、温度に変化があると、硬化したゾルゲルおよび石英基板の両方に実質的に同量の熱膨張または収縮を引き起こす。これは、テンプレートの交換中に生じるインプリントテンプレートパターンの応力および／または歪みを回避するので有利である。

ゾルゲルはＵＶ放射に対して透明であり、ＵＶ放射に対して良好な抵抗性を有するので、ＵＶインプリントリソグラフィにとって有用になる。

本発明の実施形態は、逆のインプリントテンプレート１０８を形成するためにＰＤＭＳを使用しているが、他の適切な材料を使用してもよい。ある実施形態では、材料は弾性変形可能である。「弾性変形可能」という用語は、マスタインプリントテンプレート１００から逆のインプリントテンプレート１０８を剥離するのを補助するのに十分変形可能であるという意味とする。この材料は、無機ゾルゲルと反応せず、ゾルゲル溶剤に対して透過性であることが好ましい。

例えば米国特許出願公報第２００５／０２３０８８２Ａ１号などで、インプリントテンプレートの形成に有機材料を使用することが言及されている。無機ゾルゲルの使用は、有機材料に対して幾つかの利点を有する。特に、有機材料はクリープ、つまり材料内の固有の張力による漸進的な縮みで傷つき、有機材料内に形成されるパターンの歪みにつながる。硬化した無機ゾルゲルはクリープに対する有意の抵抗を有する。有機材料は溶融シリカまたは石英と非常に異なる熱膨張率を有し、これは温度変化に応答して石英と有機材料との境界面における応力および歪みにつながることがある。上述したように、硬化した無機ゾルゲルは、溶融シリカまたは石英と同じ、または実質的に同じである熱膨張率を有する。したがって、温度変化は有意の歪みにつながらない。有機材料は、長期間のＵＶ露光の結果として、劣化することがある。上述したように、硬化した無機ゾルゲルは、ＵＶ放射で露光しても劣化しない。有機材料は、石英または溶融シリカの基板から層状剥離することがある。しかし、硬化した無機ゾルゲルは、石英または溶融シリカと同様の材料特性を有するので、良好に接着する。有機材料は往々にして軟質であり、耐引っ掻き性でなく、その結果益々損傷し易くなる。硬化した無機ゾルゲルは通常、これより耐久性がある。また、有機材料から形成したインプリントテンプレートは、洗浄することが困難なことが多い。というのは通常、有機インプリントテンプレートの部分も除去しないと、有機インプリントテンプレートから有機レジストを除去することが困難だからである。

図５は、本発明の代替実施形態を示す。図５を参照すると、石英基板２１０が硬化したゾルゲル２１２のパターン付き層を支持している。クロム層２１１（または他の転写層）が、基板２１０と硬化したゾルゲル２１２との間に設けられている。図５ａに示す構造は、図４に関して上述した方法を使用して形成することができる。

図５ａに示す構造をインプリントテンプレートとして使用する代わりに、エッチングを使用して、硬化したゾルゲル２１２のパターンを石英基板２１０に転写する。これで、石英基板をインプリントテンプレートとして使用することができる。

図５ｂを参照すると、反応性イオンエッチング（例えばフッ素プラズマを使用する）を使用して、ゾルゲルの残留層をエッチングしている。これはブレークスルーエッチングである。つまり、ゾルゲル２１２を突破して、パターンの窪みにおいてクロム２１１を露出させる。

図５ｃを参照すると、第二反応性イオンエッチング（例えば塩素または酸素プラズマを使用する）を使用して、クロム層２１１をエッチングする。これは、転写エッチングとして知られ、パターンの窪みにおいて石英２１０を露出させる。

図５ｄを参照すると、反応性イオンエッチング（例えばフッ素プラズマを使用する）を使用して、石英２１０をエッチングする。その後、図５ｅに示すように、例えばウェットクロムエッチングを使用してクロム２１１を剥離し、石英インプリントテンプレート２１４を生成する。石英インプリントテンプレート２１４に設けられたパターンは、ゾルゲル層２１２に形成されたパターンに対応する。図５に示す方法によって、低コストかつ好便な方法で石英インプリントテンプレートを構成することができる。

本発明の実施形態に関する以上の説明は、石英基板に言及している。石英の代わりに溶融シリカを使用してよいことが認識される。基板は、例えばケイ素など、他の適切な材料から形成してもよい。

本発明は、図４および／または図５に関して上述した方法でゾルゲルを複数回インプリントすることにより、マスタインプリントテンプレートの多くの複製を作成できるようにする。これは、特に任意のパターンを多くの回数使用すべき場合に、インプリントリソグラフィの費用を削減する。例えば、基板の複数、例えば５つの異なる位置に同じパターンを同時にインプリントすることが望ましいことがある。本発明により、必要な複数のインプリントテンプレートを安価かつ好便に作成することができる。複数のインプリントリソグラフィ機械にインプリントテンプレートを提供し、全てのインプリントテンプレートが同じパターンを有することが望ましいことがある。本発明により、複数のインプリントテンプレートを安価かつ好便に作成することができる。

本発明の実施形態は、硬化したＰＤＭＳでインプリントした基板にゾルゲルを設けることに言及しているが、本発明は他の方法で実現してもよいことが認識される。例えば、硬化したＰＤＭＳ（または同等の材料）にゾルゲルを直接塗布し、その後に基板をゾルゲルに固定してよい。ゾルゲルは、いったん硬化すると、ＰＤＭＳから持ち上げることができる。

以上では本発明の特定の例を説明してきたが、本発明は説明以外の方法で実践してよいことが認識される。この説明は、本発明を制限するものではない。

従来の「プリンティング」、熱およびＵＶリソグラフィプロセスの例を示す図である。 従来の「プリンティング」、熱およびＵＶリソグラフィプロセスの例を示す図である。 従来の「プリンティング」、熱およびＵＶリソグラフィプロセスの例を示す図である。 レジスト層をパターン化するために熱およびＵＶインプリントリソグラフィを使用する場合に使用される２段階エッチングプロセスを示す図である。 テンプレートおよび基板に堆積したインプリント可能なレジスト層を示す略図である。 インプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法を示す図である。 インプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法を示す図である。

Claims (20)

1. マスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に硬化性材料を塗布し、
   前記硬化性材料を硬化し、それによって前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面の逆であるパターン付き表面を有する第二インプリントテンプレートを形成し、
   前記マスタインプリントテンプレートから前記第二インプリントテンプレートを除去し、
   無機ゾルゲルを基板に塗布し、
   前記第二インプリントテンプレートで前記無機ゾルゲルにインプリントし、
   前記無機ゾルゲルを硬化させ、
   前記無機ゾルゲルが前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する第三インプリントテンプレートを形成するように、前記硬化した無機ゾルゲルから前記第二インプリントテンプレートを除去する、
   ことを有する、インプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法。
2. 前記無機ゾルゲルが、溶剤と、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化錫、酸化亜鉛および酸化ゲルマニウムのグループから選択された材料とを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記第三インプリントテンプレートがその後炉内で焼成することによって硬化される、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板が石英、溶融シリカまたはケイ素から形成される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ゾルゲルが塗布される前記基板は転写層を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記硬化性材料がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる、請求項１に記載の方法。
7. 前記硬化性材料が、硬化せしめられた後にキャリア基板に保持される、請求項１に記載の方法。
8. 前記硬化性材料は硬化せしめられる前にキャリア基板に接触させられる、請求項１に記載の方法。
9. 前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面は剥離層を備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記ゾルゲルおよび転写層を選択的にエッチングし、それによって前記無機ゾルゲルの前記パターンを前記基板に転写するために、反応性イオンエッチングが使用される、請求項５に記載の方法。
11. 前記エッチングの後に、前記転写層が前記基板から除去される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第二インプリントテンプレートは、ゾルゲルを複数回インプリントし、それによって複数のインプリントテンプレートを作成可能にするために使用され、各インプリントテンプレートが前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する、請求項１に記載の方法。
13. マスタインプリントテンプレートのパターン付き表面に硬化性材料を塗布し、
    前記硬化性材料を硬化し、それによって前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面の逆であるパターン付き表面を有する第二インプリントテンプレートを形成し、
    前記マスタインプリントテンプレートから前記第二インプリントテンプレートを除去し、
    前記第二インプリントテンプレートの前記パターン付き表面に無機ゾルゲルを塗布し、
    基板を無機ゾルゲルと接触させ、
    前記無機ゾルゲルを硬化させ、
    前記無機ゾルゲルが前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する第三インプリントテンプレートを形成するように、前記硬化した無機ゾルゲルから前記第二インプリントテンプレートを除去する、
    ことからなるインプリントリソグラフィテンプレートを作成する方法。
14. 前記無機ゾルゲルが、溶剤と、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化錫、酸化亜鉛および酸化ゲルマニウムのグループから選択された材料とからなる、請求項１３記載の方法。
15. 前記硬化性材料がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ゾルゲルが塗布される前記基板は転写層を備える、請求項１３に記載の方法。
17. 前記ゾルゲルおよび転写層を選択的にエッチングし、それによって前記無機ゾルゲルの前記パターンを前記基板に転写するために、反応性イオンエッチングが使用される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記エッチングの後に、前記転写層が前記基板から除去される、請求項１８に記載の方法。
19. 前記第二インプリントテンプレートは、ゾルゲルを複数回インプリントし、それによって複数のインプリントテンプレートを作成可能にするために使用され、各インプリントテンプレートが前記マスタインプリントテンプレートの前記パターン付き表面に対応するパターン付き表面を有する、請求項１４に記載の方法。
20. 基板と、パターンを担持する硬化した無機ゾルゲルとからなるインプリントテンプレート。