JP2008078550A

JP2008078550A - インプリントモールドおよびその製造方法およびパターン形成方法

Info

Publication number: JP2008078550A
Application number: JP2006258709A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Soma; 宗尚相馬; Norihito Fukugami; 典仁福上
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】
樹脂からモールドを容易に剥離することが可能なモールドおよびその製造方法、ならびに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】
凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域が設けられており、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔が設けられていることを特徴とするインプリントモールドを提供する。特にこの様なインプリントモールドであって、前記貫通孔が、複数設けられていることを特徴とするインプリントモールドを、より好ましい形態として提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス、光学部品、ハードディスクやＤＶＤなどの記録デバイス、ＤＮＡ分析などのバイオチップ、拡散版や導光版などのディスプレイなどの製造方法において、インプリント法を用いたパターン形成に用いられるインプリントモールドに関する。

これまで、半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられていた。その例として、ガラスなどの透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作成し、これを、樹脂を塗布した半導体基板上に直接的に或いは間接的に載せ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分の樹脂を選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを基板上に転写することが行われていた。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。

しかしながら、これらのパターン形成方法は、形成するパターンのサイズや形状は露光する光の波長に大きく依存するため、特に微細なパターン転写においては、半導体基板上に忠実に転写することが困難となっている。

また、光の回折現象によるパターンボケや複雑な機構を必要とする装置コストの問題は、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイス、ホットエンボスなど様々なパターン形成においてもフォトリソグラフィ法を用いているため同様であり、マスクパターンを忠実に転写することは出来ない。

また、近年、インプリント法として例えば非特許文献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。代表的なインプリント法として、主に熱インプリントおよび光インプリントがある。

熱インプリント法は、透明でない凹凸を有する金属等のモールド１１０を形成する（図５（ａ））。次いで、パターンを形成しようとするシリコン基板１１１上に、ＰＭＭＡなどの樹脂材料を塗布し樹脂層１１２を形成する（図５（ｂ））。次いで、樹脂層１１２を形成したシリコン基板１１１を約１２０〜２００℃程度に加熱し、樹脂層１１２を軟化させる。次いで、シリコン基板１１１の樹脂層の塗布面側にモールドの凹凸面側が対向するようにモールド１１０とシリコン基板１１１とを重ね合わせ、およそ３〜２０ＭＰa程度の圧力で圧着する（図５（ｃ））。次いで、モールド１１０をシリコン基板１１１に圧着した状態で温度を約１００℃以下まで降温して樹脂層１１２を硬化させ、モールドを脱着する。これにより、シリコン基板１１１上の樹脂層１１２には、モールド１１０の凹凸パターンに対応するパターン、が形成される（図５（ｄ））。次いで、シリコン基板１１１上には、モールド１１０の凸部に相当する部分が薄い残膜として残るため、Ｏ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）により、これを除去する（図５（ｅ））。しかしながら、熱インプリント法の原理的課題は、昇温・冷却過程の熱サイクルを伴うために処理時間が長いこと。また、高いプレス圧力を要することがあげられる。

このような問題を解決するため、特許文献１では、以下に説明するような光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６（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とエッチン
グにより表面に凹凸の形状を有するモールド１２０を作製する。次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板上に粘度の低い液体状の光硬化性樹脂組成物（樹脂１２２）を塗布し、図６（ｃ）に示すように、モールド１２０を光硬化性樹脂組成物（樹脂１２２）に圧着させる。このときのプレス圧力は０．０１〜５ＭＰａ程度と小さくて良い。この状態で、モールド１２０の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂組成物（樹脂１２２）を硬化させる。図６（ｄ）に示すように、モールド１２０のパターンが転写された光硬化性樹脂（樹脂１２２）の薄い残膜をＯ₂ＲＩＥ法などにより除去する。これにより、図６（ｅ）に示すように、樹脂パターンが得られる。

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熱サイクルがなく（室温で良く）、処理時間を大幅に短縮することができ、熱サイクルによる位置精度の低下もない。また、光硬化性樹脂は、粘度が低い液体であるため、熱インプリントのようにモールドを高い圧力で光硬化性樹脂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。よって、プレス圧力による位置精度の低下やモールドの破損も劇的に少なくなる。つまり、光インプリントは、熱インプリントの原理的課題である処理時間の長さおよび高いプレス圧力を解決した技術と言える。
Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314 (1995) 特開２０００−１９４１４２号公報

しかしながら、上述のいずれの方法を用いても、図５（ｄ）および図６（ｄ）に示す工程において、モールド１１０、１２０を基板から剥離する際、樹脂１１２、１２２とモールド１１０、１２０とが強固に密着し、剥離に大きな力を要したり、シリコン基板１１１、１２１上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。

本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決し、樹脂からモールドを容易に剥離することが可能なモールドおよびインプリント法によるパターンの形成方法を提供する。

上記課題を達成するための本発明の第１の発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域が設けられており、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔が設けられていることを特徴とするインプリントモールドを提供するものである。

また、第２の発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、前記貫通孔が、複数設けられていることを特徴とするインプリントモールドを提供するものである。

この様な貫通孔に、均一な力を作用させて、対向する基板上の樹脂面とインプリントモールドの凹凸面とが、常に平行に保ちながら、樹脂から容易に剥離可能なことを特徴とするインプリントモールドが可能になる。

また、第３の発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドの製造方法において、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域を設けた後、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔を設けられていることを特徴とするインプリントモールドの製造方法を提供するものである。

また、第４の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のインプリントモールドを用いたパターン形成方法であって、基板とインプリントモールドとの間でパターン形成工程後に、際に、貫通孔から剥離する基板に対して圧力を加えることによりインプリントモールドを剥離する工程を有することを特徴とするパターン形成方法を提供するものである。

また、第５の発明は、請求項４に記載のパターン形成方法であって、基板に対して圧力を加える工程として、貫通孔にピンを差し込むことを特徴とするパターン形成方法を提供するものである。

また、第６の発明は、請求項４または５のいずれかに記載のパターン形成方法であって、基板に対して圧力を加える工程として、貫通孔にガスを吹き込むことを特徴とするパターン形成方法を提供するものである。

本発明によれば、貫通孔を設けた石英モールドを製造することで、インプリント法におけるパターン形成方法において、モールドと樹脂と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容易に形成することができる。また、モールドの破損も劇的に少なくなる。

本発明のインプリントモールドは、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域が設けられており、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔が設けられている。

このとき、インプリント法やモールドの材料は限定されず、例えば、光インプリント、熱インプリント、ゾルゲルインプリントなどであってもよい。

凹凸パターンが形成されている面に形成される貫通孔の形成方法はとくに限定されず、適宜機械加工などにより設けてもよい。また、貫通孔の形状についても限定されず、凹凸パターンが形成されている面と反対側の貫通孔の開口部は必ずしも平面等でなくても良いが、一般的にインプリントモールドにおいては平面である場合が多い。その他、パターンに影響がない範囲で任意に設計することが出来る。

剥離に際して、前記貫通孔から圧力をかける方法は特に限定されず、例えば、貫通孔にピンを差し込みピンで基板に力を加えたり、貫通孔にガスを吹き込みガスの圧力で基板に力を加えたりしてもよい。このとき、ガスの種類は基板が侵食されなければ、どのようなものを用いても良い。

本発明においては、インプリント法やモールドの材料は限定されないが、本実施例では、光インプリント用の石英モールドを製造し、光インプリントを実施した。以下に本発明にかかる実施例を示す。勿論、熱インプリントモールドにも材料としてシリコン等の適した材料を選択することによりほぼ同様の方法で実施できることは当然である。

図１は本発明にかかる光インプリントモールドを説明する図である。使用するモールドは石英モールドである。図１（ａ）は石英モールド正面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。

１３０は石英基板であり、１３２は石英基板上に設けたパターンである。パターン領域外には石英基板を貫通する貫通孔１３１を設けている。

このとき、貫通孔１３１は、石英基板にかかる力を分散させるため、複数設けられていることが好ましい。また、貫通孔１８１が２つだと一軸方向に力が作用するため、面内に均一に力を与えるためには、貫通孔１３１は３つ以上であることがより好ましい。

また、貫通孔１３１が３つ以上の場合、面内に均一に力を与えるためには、各貫通孔１３１を頂点とする多角形の重心と、石英基板の軸心が一致するように配置することが好ましい。図１には、貫通孔１３１が３つの場合を例示する。

最初に、モールドの製造方法を図２に示す。モールドの元となる基板として、Ｃｒ１００ｎｍ、レジスト４００ｎｍ厚を有する６０２５サイズのフォトマスク用基板を使用した（図２（ｂ））。電子線描画装置にて、１００〜２００ｎｍ程度のパターンを描画し、次いで有機現像によりレジストパターンを形成した（図２（ｃ））。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ²、現像時間を２分とした。

次いで、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＣｒエッチングとバレル式アッシング装置を用いたＯ₂プラズマアッシングによって、Ｃｒパターンを形成した（図２（ｄ））。Ｃｒエッチングの条件は、Ｃｌ₂流量２０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量３０ｓｃｃｍ、圧力３Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、エッチング時間４０秒とし、Ｏ₂プラズマアッシングの条件は、Ｏ₂流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗとした。

次いで、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、パターニングされたＣｒ層をエッチングマスクとして、石英基板をエッチングした（図２（ｅ））。このとき、石英エッチング条件を、Ｃ₄Ｆ₈流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力１〜２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗ、エッチング時間９０秒とした。

次いで、Ｃｒ層のウエット剥離洗浄後（図２（ｆ））、機械加工によって石英モールドを貫通する貫通孔が設けられているモールドを製造した。（図２（ｇ））
次に、本発明の石英モールドを用いて、光インプリント装置にて光インプリントを実施してパターンを製造した。

図３（ａ）および図４（ａ）に示す石英モールド１５０の凹凸パターン面には、離型剤として、フッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をあらかじめコートした。図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、インプリントの対象となる基板には、シリコン基板１５２上に光硬化性樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業）１５３を３００ｎｍ厚でコートしたものを用いた。

図３（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、石英モールド１５０を光硬化性樹脂１５３に圧着させ、モールド１５０の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂１５３を硬化させる。光インプリントの条件は、プリベークなし（室温）、プレス圧力２ＭＰａ、ＵＶ波長３６５ｎｍ、ＵＶ露光量４０ｍＪ／ｃｍ²とした。

図３（ｄ）に示すように、石英モールドに設けられた全ての貫通孔１５１にピン１５４を差し込み、全てのピンに均一な力を作用させ、対向する基板上の樹脂面とインプリントモールドの凹凸面とが、常に平行に保ちながら剥離する。ピンによる剥離機構の代わりに気体供給による圧力を利用してもよい（図４（ｄ））。

図３（ｅ）および図４（ｅ）に示すように、モールド１５０のパターンが転写された光
硬化性樹脂１５３の薄い残膜をＯ₂ＲＩＥ法などにより除去することにより樹脂パターンが得られる。

本発明における石英モールドの構成を示す（ａ）正面図（ｂ）断面図である。本発明に係る実施例における光インプリント用の石英モールドの製造工程を示す断面図である。

（ａ）石英基板
（ｂ）石英基板にＣｒおよびレジストをコートした状態
（ｃ）ＥＢリソグラフィによってレジストをパターニングした状態
（ｄ）ＣｒのドライエッチングによってＣｒをパターニングした状態
（ｅ）石英のドライエッチングによって石英をパターニングした状態
（ｆ）Ｏ₂プラズマアッシングや基板洗浄によってレジストおよびＣｒを除去した状態
（ｇ）作製した石英モールドに貫通孔を設けた状態
本発明に係る実施例における光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図である。

（ａ）貫通孔を予め設けた石英モールド
（ｂ）シリコン基板に樹脂がコートされた状態
（ｃ）光インプリント法によってインプリントしている状態
（ｄ）石英モールドに設けられた貫通孔にピンを差し込んだ状態
（ｅ）光インプリント後の剥離した状態
（ｆ）Ｏ₂ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態
本発明に係る実施例における光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図である。

（ａ）貫通孔を予め設けた石英モールド
（ｂ）シリコン基板に樹脂がコートされた状態
（ｃ）光インプリント法によってインプリントしている状態
（ｄ）石英モールドに設けられた貫通孔に気体供給による圧力を加えた状態
（ｅ）光インプリント後の剥離した状態
（ｆ）Ｏ₂ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態
従来の熱インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図である。

（ａ）モールド原形状
（ｂ）シリコン基板に樹脂がコートされた状態
（ｃ）熱インプリント法によってインプリントしている状態
（ｄ）熱インプリント後の剥離した状態
（ｅ）Ｏ₂ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態
従来の光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図である。

（ａ）石英モールド原形状
（ｂ）シリコン基板に樹脂がコートされた状態
（ｃ）光インプリント法によってインプリントしている状態
（ｄ）光インプリント後の剥離した状態
（ｅ）Ｏ₂ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態

符号の説明

１１０…モールド
１１１…シリコン基板
１１２…樹脂
１２０…石英モールド
１２１…シリコン基板
１２２…樹脂
１３０…石英モールド
１３１…貫通孔
１３２…パターン
１４０…石英基板
１４１…クロム
１４２…レジスト
１４３…貫通孔
１５０…石英モールド
１５１…貫通孔
１５２…シリコン基板
１５３…樹脂
１５４…ピン

Claims

凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域が設けられており、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔が設けられていることを特徴とするインプリントモールド。
請求項１に記載のインプリントモールドであって、前記貫通孔が、複数設けられていることを特徴とするインプリントモールド。
凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドの製造方法において、凹凸パターンが形成されている面に凹凸パターン領域を設けた後、凹凸パターンが形成されている面の凹凸パターン領域外に貫通孔を設けられていることを特徴とするインプリントモールドの製造方法。
請求項１または２のいずれかに記載のインプリントモールドを用いたパターン形成方法であって、基板とインプリントモールドとの間でパターン形成工程後に、際に、貫通孔から剥離する基板に対して圧力を加えることによりインプリントモールドを剥離する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
請求項４に記載のパターン形成方法であって、基板に対して圧力を加える工程として、貫通孔にピンを差し込むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項４または５のいずれかに記載のパターン形成方法であって、基板に対して圧力を加える工程として、貫通孔にガスを吹き込むことを特徴とするパターン形成方法。