JP2008230232A - モールド、モールドの製造方法、インプリント装置及びインプリント方法、インプリント方法を用いた構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域103と、パターンを有するパターン形成領域102とを備え、基板上に塗布された樹脂に前記パターンをインプリントするモールド101である。このモールド101は位置合わせのために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明な材料からなる。また、このモールド101の位置合わせ構造を構成する凹部の側壁には、モールド101とは異なる光学特性を有する材料からなる被覆層104が形成されている。
【選択図】 図1
Description
この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、数nmオーダーの分解能を持つため、ステッパ、スキャナ等の光露光機に代わる次世代の半導体製造技術としての期待が高まっている。
さらに、立体構造をウエハレベルで一括加工可能なため、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−TAS(Micro Total Analysis System)など
のバイオチップの製造技術、等として幅広い分野への応用が期待されている。
即ち、基板(例えば半導体ウエハー)上に形成されている光硬化性樹脂層に対して、所望の凹凸パターンが形成されたモールドを押し当て、紫外光を照射することで樹脂を硬化させる(光インプリント)。
あるいは、熱可塑性樹脂を基板上に形成し、基板を加熱して柔らかくなった樹脂にモールドを押し当て加圧し、降温して樹脂を硬化させる(熱インプリント)。これにより、樹脂層に上記パターンが転写されるので、この樹脂層をマスク層としてエッチング等を行い、基板にモールドのパターンが転写される。
そこで、特許文献1では、以下のようにして両者の位置合わせを行っている。すなわち、光等の透過可能なモールド基板に位置参照用のマーク(以下、位置合わせ構造という。)を設け、基板側にも上記モールド基板に設けられた位置合わせ構造に対応したマークを形成して、モールドと基板との位置合わせをする技術が提案されている。これにより、モールド基板の上側から光等を透過させ、上記モールド基板に設けられた位置合わせ構造と基板に形成された位置合わせ構造とを同時に観察および参照することで、モールドと基板との位置合わせをすることができる。
Stephan Y.Chou et.al., Appl.Phys.Lett,Vol.67,Issue 21,pp.3114−3116(1995)
すなわち、モールド本体と異なる材料を表面に被覆した場合、膜応力が働き、モールドが反ってしまうのである。
以下、図5を用いて、更に説明する。図5において、5101はモールド本体、5104はモールド表面に形成された被覆層、5201は被加工側の基板、5202は基板上に塗布された樹脂である。
図5に示すように、モールド本体5101と異なる材料による被覆層5104をモールド表面に被覆した場合、モールドが反ってしまう場合が生じる。
その結果、モールドの平坦性が失われ、インプリントの面内均一性が得られなくなってしまうこととなる。
また、本発明は、上記モールドによるインプリント装置及びインプリント方法の提供、並びに該インプリント方法を用いた構造体の製造方法の提供を目的とする。
本発明のモールドは、位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域と、パターンを有するパターン形成領域とを備え、基板上に塗布された樹脂に前記パターンをインプリントするモールドであって、
前記モールドは位置合わせのために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明な材料からなり、かつ、前記位置合わせ構造を構成する凹部の側壁には、該モールドとは異なる光学特性を有する材料からなる被覆層が形成されていることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記被覆層が、前記樹脂とは異なる光学特性を有する材料からなることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記位置合わせのために用いる光が、可視光であることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記被覆層が、樹脂硬化のために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明である材料からなることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記樹脂硬化のために用いる光が、紫外光であることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記被覆層が、酸化シリコン、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム、窒化シリコン、酸化チタン、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛から選択される材料により構成されていることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記被覆層が、金属、シリコン、炭化シリコンから選択される材料により構成されていることを特徴とする。
また、本発明のモールドは、前記位置合わせ構造領域における凹部が、前記パターン形成領域における凹部と同じ深さ、又は異なる深さを有することを特徴とする。
また、本発明のモールドの製造方法は、基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドの製造方法であって、
前記モールドにおけるモールド本体の表面に、位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域、および前記パターンを有するパターン形成領域を形成する工程と、
前記モールド本体の表面に、前記モールド本体とは異なる光学特性を有する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層を、平坦化処理し、あるいは異方性エッチング処理し、あるいはそれらの組み合わせにより、前記位置合わせ構造の凹部の底面上、及び前記位置合わせ構造の凸部に形成された被覆層を除去する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明のモールドの製造方法は、前記被覆層を形成する工程において、該被覆層の材料として、前記基板上の樹脂とは異なる光学特性を有する材料を用いることを特徴とする。
また、本発明のモールドの製造方法は、前記位置合わせ構造の凹部の深さを調節することにより、前記位置合わせ構造の凹部に形成される被覆層の膜厚を調整する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のモールドの製造方法は、前記位置合わせ構造の凹部の開口幅を調整する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のインプリント装置は、基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドとして、上記したいずれかに記載のモールドを備え、該モールドの位置合わせ構造によって位置合わせを行うことを特徴とする。
また、本発明のインプリント方法は、基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドとして、上記したいずれかに記載のモールドを用い、該モールドの位置合わせ構造によって位置合わせを行うことを特徴とする。
また、本発明の構造体の製造方法は、上記したインプリント方法を用いたことを特徴とする。
また、上記モールドによるインプリント装置及びインプリント方法を実現することができ、該インプリント方法を用いた構造体の製造方法を実現することができる。
図1に、本実施形態におけるモールドの一例を説明するための模式的断面図を示す。
図1において、101はモールド本体、102は凹部と凸部によるパターンを有するパターン形成領域、103は凹部と凸部を有する位置合わせ構造領域、104は被覆層、105はモールドである。
一般的に、位置合わせのために用いる光としては可視光(380nmから780nmの波長帯域)があり、例えば、633nmの光である。
また、透明な材料とは、透過率が50%以上の材料のことをいい、好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上の材料のことをいう。
このモールド本体101の表面には、凹部と凸部による位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域103と、凹部と凸部によるパターンを有するパターン形成領域102とを備えている。
このパターン形成領域102と位置合わせ構造領域103が有する凹部の深さは、同じ深さであっても、互いに異なる深さであっても構わない。
また、この被覆層104は、モールド本体101とは異なる光学特性を有する材料から選択される。
ここで、異なる光学特性を有する材料とは、位置合わせのために用いる光の少なくとも一部の波長域の光において、その差を識別できる材料を意味している。
すなわち、屈折率、透過率、反射率のいずれか一つが異なるような材料であり、特に屈折率が異なる材料のことをいう。
このように、被覆層104は、モールド本体101とは異なる光学特性を有しているため、モールド上の位置合わせ構造が容易に確認できるようになっている。また、被覆層104は凹部の側壁に設けられており、凸部に設けられていないことから、被覆層の応力による反りを防止することができる。
また、被覆層104は、基板上に塗布された樹脂とは異なる光学特性を有する材料を用いてもよい。
このように構成すれば、モールド本体101と樹脂との屈折率差が小さく、位置合わせ構造が見え難い場合であっても、位置合わせ構造を容易に確認することができる。
なお、このモールドを光インプリントに用いる場合には、モールド本体101は、樹脂硬化のために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明な材料で構成されていてもよい。
樹脂硬化のために用いる光としては紫外光(10nmから400nmの波長帯域)があり、例えば、365nmの光である。
透明な材料とは、例えば、透過率が50%以上の材料のことをいい、好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上の材料のことをいう。
また、被覆層104は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム、窒化シリコン、酸化チタン、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛等の中から、モールド本体101とは異なる材料を選ぶことが出来る。
また、被覆層104は、金属、シリコン、炭化シリコン等の樹脂硬化のために用いる光に対して不透明な材料を用いても良い。
図2において、201はモールド本体、202は凹部と凸部によるパターンを有するパターン形成領域、203は凹部と凸部を有する位置合わせ構造領域、204は被覆層、205はモールドである。
また、210は基板、220は樹脂、230は位置合わせ構造である。
すなわち、被覆層204としての窒化シリコンは、樹脂220とは異なる屈折率を有する材料である。
そのため、位置合わせ構造領域203の凹部の側壁に形成された被覆層204は、モールド205が樹脂220に浸った後にも観測することが出来る。
被覆層204は、位置合わせ構造領域203の凹部の深さに応じて形成されるため、この位置合わせ構造領域203の凹部の深さを調節することにより、光学観測に十分なコントラストが得られるように調整することが出来る。
例えば、被覆層204に不透明な材料をもちいた場合、膜厚が厚い方が、より遮光性が上がりコントラスト差を大きくできる。
そのため、膜厚を変化させて光路長差を調節することで、光の干渉条件により最適なコントラスト差を得ることが出来る。
被覆層204は位置合わせ構造の側壁に設けられているため、基板210の位置合わせ構造230を観測するのにほとんど妨げにはならない。
また、本実施例のモールドを光インプリントに用いる場合、樹脂を硬化するために用いる紫外光は周辺からの回りこみで204の直下にも十分に照射が可能である。
従って、被覆層204に紫外光を通過させない材料を用いても、この被膜層204が樹脂硬化の妨げとなることがない。
図3及び図4に、図2に示した本実施例におけるモールドの製造方法の一例を説明するための断面図を示す。
図3及び図4には図2のモールドと同じ構成には同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図3及び図4において、301はレジスト、302はハードマスク層、303はマスク、
304はマスク、305は被覆層である。
なお、ハードマスク層302を用いずに、モールド本体201の表面にレジスト301を直接設けてもよい。
前記マスクは、パターン形成領域102と位置合わせ構造領域103とを形成するために用いられる。パターニング方法は、例えば、ステッパ、スキャナ等による光露光、電子ビームによる描画がある。
(2)次に、レジスト301をマスクにして、モールド本体201をエッチングする(図3(b))。
ハードマスク層を用いた場合は、レジスト301とハードマスク層302の併用、あるいはレジスト301を除去後、ハードマスク層302をマスクとしてモールド本体201をエッチングしてもよい。
エッチング後にレジスト301を除去する。ハードマスク層302は必要に応じて除去する。
その後、マスク303、及び、ハードマスク層302を除去する。
(4)次に、パターン形成領域102を、マスク304で被覆する。次に、被覆層305
を形成する(図3(d))。被覆層305の形成方法としては、CVD、スパッタ、EB蒸着、スピンコート等が挙げられる。パターンの表面と側壁の双方に一様に成膜出来る方法が望ましい。
(5)次に、被覆層305を、異方性エッチングにより全面エッチバックする。この処理により、エッチング方向(すなわちモールド表面と垂直な方向)に対して膜厚の厚い、パターン側壁の被覆層が残り、被覆層204が形成される(図3(e))。
被覆層204の上端は、図に示すように、角が取れて丸くなっている。
なお、ここでは被覆層305を除去するに際し、異方性エッチング処理を用いたが、このような異方性エッチング処理に限られるものではない。
異方性エッチング処理以外にも、平坦化処理、あるいはそれらの組み合わせにより、位置合わせ構造の凹部の底面上、および位置合わせ構造の凸部に形成された被覆層を除去するようにしてもよい。
(6)最後に、マスク304を除去する。
この作製方法を、パターンの開口寸法(開口幅)を調整する目的で用いることも可能である。
その場合、モールド本体201と被覆層204が同じ材料であっても良い。
また、被覆層305の成膜条件によっては、図4に示すように微細パターンの内部にほとんど材料が入らず、成膜されない場合がある。
パターン形成領域202のパターンの凹部には被覆層305が形成されておらず、かつ、位置合わせ構造領域203の凹部には被覆層が形成される場合、図3(d)におけるマスク304を用いなくても、最終的に本構成のモールド205を得ることが可能である。
なお、本実施例に係るモールドは、光インプリントのみならず、熱インプリントにも用いることが出来る。また、本実施例のモールドを用いて、位置合わせを行い、フォトニック結晶や半導体デバイスなどの構造体を製造することもできる。
102:パターン形成領域
103:位置合わせ構造領域
104:被覆層
105:モールド
201:モールド本体
202:パターン形成領域
203:位置合わせ構造領域
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220:樹脂
230:位置合わせ構造
301:レジスト
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303:マスク
304:マスク
305:被覆層
Claims (15)
- 位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域と、パターンを有するパターン形成領域とを備え、基板上に塗布された樹脂に前記パターンをインプリントするモールドであって、
前記モールドは位置合わせのために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明な材料からなり、かつ、前記位置合わせ構造を構成する凹部の側壁には、該モールドとは異なる光学特性を有する材料からなる被覆層が形成されていることを特徴とするモールド。 - 前記被覆層は、前記樹脂とは異なる光学特性を有する材料からなることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記位置合わせのために用いる光が、可視光であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモールド。
- 前記被覆層は、樹脂硬化のために用いる光の少なくとも一部の波長域の光に対して透明である材料からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモールド。
- 前記樹脂硬化のために用いる光が、紫外光であることを特徴とする請求項4に記載のモールド。
- 前記被覆層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム、窒化シリコン、酸化チタン、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛から選択される材料により構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモールド。
- 前記被覆層は、金属、シリコン、炭化シリコンから選択される材料により構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモールド。
- 前記位置合わせ構造領域における凹部が、前記パターン形成領域における凹部と同じ深さ、又は異なる深さを有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のモールド。
- 基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドの製造方法であって、
前記モールドにおけるモールド本体の表面に、位置合わせ構造を有する位置合わせ構造領域、および前記パターンを有するパターン形成領域を形成する工程と、
前記モールド本体の表面に、前記モールド本体とは異なる光学特性を有する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層を、平坦化処理し、あるいは異方性エッチング処理し、あるいはそれらの組み合わせにより、前記位置合わせ構造の凹部の底面上、及び前記位置合わせ構造の凸部に形成された被覆層を除去する工程と、
を有することを特徴とするモールドの製造方法。 - 前記被覆層を形成する工程において、該被覆層の材料として、前記基板上の樹脂とは異なる光学特性を有する材料を用いることを特徴とする請求項9に記載のモールドの製造方法。
- 前記位置合わせ構造の凹部の深さを調節することにより、前記位置合わせ構造の凹部に形成される被覆層の膜厚を調整する工程を有することを特徴とする請求項9または請求項10に記載のモールドの製造方法。
- 前記位置合わせ構造の凹部の開口幅を調整する工程を有することを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載のモールドの製造方法。
- 基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドとして、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のモールドを備え、該モールドの位置合わせ構造によって位置合わせを行うことを特徴とするインプリント装置。
- 基板上の樹脂にパターンをインプリントするためのモールドとして、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のモールドを用い、該モールドの位置合わせ構造によって位置合わせを行うことを特徴とするインプリント方法。
- 構造体の製造方法であって、請求項14に記載のインプリント方法を用いたことを特徴とする構造体の製造方法。
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