JP2009081360A - 光インプリント用の光照射ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はプレスまたは熱プレスを使用して光インプリントを行うための光照射ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】 光インプリント用の光照射ユニットであって、上平面と底平面が平行であり底部の一部分に開口を有する筐体、および前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する光照射ユニット。
【選択図】 図１

Description

本発明は光インプリント用の光照射ユニットに関する。

１００ｎｍノード以下のリソグラフィー技術の候補としてはＦ２リソグラフィー、１９３ｎｍ イマージョン、ＥＢ、ＩＥＵＶ、インプリントの適用が考えられている。その中で、高価な露光装置を必要としないインプリントリソグラフィーが注目を集めている［非特許文献１］。インプリントリソグラフィーは熱インプリント［非特許文献２］と光インプリント［非特許文献３］に大別できる。熱インプリントは樹脂をガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度で軟化させ、モールドを押し付けるのに対し、光インプリントは液状樹脂に透明モールドを押しつけた後、ＵＶ照射を行い樹脂を硬化させるというものである。熱インプリントはＴｇ以上の温度でプレス圧力２０ＭＰａ以上を必要とし、大型のプレス機構が必要となる。また、熱プロセス（昇温と降温）を行うためスループットが低下する。これに対し光インプリントはモールド内に樹脂が充填されれば良いので、プレス圧力はそれほど必要としない。また、熱プロセスも不要であり、スループットの点でも熱インプリントに比べ有利である。そこで熱インプリント装置に簡単に装着できる光インプリントを行うための光照射ユニットを開発した。
Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ，Ｐ．Ｒ．Ｋｒｅａｕｓｓ ａｎｄ Ｐ．Ｊ．Ｒｅｎｓｔｏｍ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７，３１１４（１９９６） Ｙ．Ｈｉｒａｉ，Ｔ．Ｋｏｎｉｓｈｉ，Ｔ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ ａｎｄ Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ：Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ４８ｔｈ Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｎａｎｏ−ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，７Ｂ４（２００４） Ｙ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４２，３８７１（２９９３）

本発明はプレスまたは熱プレスを使用して光インプリントを行うための光照射ユニットを提供することを目的とする。

本発明は光インプリント用の光照射ユニットであって、上平面と底平面が平行であり底部の一部分に開口を有する筐体、および前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する光照射ユニットに関する。

本発明の光照射ユニットの筐体は、上平面と底平面が平行であれば、断面などの他の形状は任意であることができる。たとえば、筐体は立方体、直方体、多角柱、円柱などの形態であることができる。筐体はインプリント工程における熱および／または圧力に耐えることができれば任意の物質により作ることができる。インプリント工程において熱が加えられる場合には、熱伝導性の良い金属によるものが好ましく、特に好ましくは筐体はアルミブロックから作られる。

筐体の上平面と底平面との平行度は、好ましくは０．３ｍｍ／２００ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ／２００ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ／２００ｍｍ以下である。平行度が悪いとインプリント後の残膜の厚さが不均一になってしまう。残膜部分はインプリント後、エッチングにより除去されるので、残膜の厚さが不均一だとエッチング後の寸法精度が悪化するという問題を生ずる。また上平面および底平面は鏡面仕上げとされ、平滑性の高いことが望ましい。

筐体の底部の一部分には開口が設けられる。開口から筐体外部に導かれた光は基板などの上に塗布されたフォトレジスト上に照射され、化学反応を引き起こす。したがって、前記の開口部の大きさは、照射される基板などの大きさに応じて適宜決定することができる。

本発明の光照射ユニットは、前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する。
開口から筐体外部に光を照射する手段とは、光を筐体の内部から前記開口を通って筐体の外部に照射する手段をいい、光源が筐体の内部にある場合には光源と光を開口に導く手段が該当する。また光源が筐体の外部にある場合には光源からの光を筐体の内部に導く手段と、その光を開口に導く手段が該当する。
開口から筐体外部に光を照射する手段としては、光を所望の箇所に導くことのできる公知の任意の手段を使用することができる。典型的には光ファイバーと必要により使用される反射ミラーが使用される。光源が筐体外部に存在する場合には、光源からの光を光ファイバーにより筐体内部に導くことができる。この際、光ファイバーを筐体内部に直接導入して開口部分から筐体外部に光を照射することもできるし、光ファイバーからの射出光をＵＶ反射ミラーにより反射して開口部分から筐体外部に光を照射することもできる。

本発明においては、筐体内部に光源を設置することもできる。好適には筐体内部の光源としてはＬＥＤが使用される。その際、ＬＥＤ光源と開口部分の間にコンデンサーレンズが配置されることが好ましい。ＬＥＤは開口部分の上に設置することもできるし、またＬＥＤ光源からの光をＵＶ反射ミラーを使用して開口部分に導くこともできる。

光インプリントにおいて使用されるレジストは、露光エネルギーに暴露された時に化学反応を起こす感光性材料のフォトレジストである。ポジ型およびネガ型の任意の公知のフォトレジストを使用することができる。たとえば、ポジ型レジストとしてはＰＭＭＡおよびノボラック−ナフトキノンジアジト系レジストなどが使用でき、ネガ型レジストとしては、ポリヒドロキシスチレン系レジスト、およびアクリル系レジストなどが使用できる。また、化学増幅系フォトレジストも使用できる。

フォトレジストの硬化反応は酸素により阻害される場合があるので、これを避けるために筐体内部、基板、モールドおよびフォトレジストを窒素雰囲気、または真空条件下におくことが好ましい。場合によっては光が通過する光路部分のみを窒素雰囲気とすることもできる。雰囲気の窒素濃度および真空の程度は実質的に反応阻害が起こらなければよく、公知の知見または実験結果に基づいて適宜決定することができる。

窒素雰囲気、または真空条件下におく場合には、筐体内部の窒素雰囲気または真空条件を維持するため筐体、基板、モールドおよびフォトレジストは好ましくは外部環境から遮断密閉される。
筐体外部の光源から光を筐体内部に導くためには、筐体の側面に光透過可能な物質で作られた窓を設け、その窓の両側に光の受け渡しが可能な位置に配置された１対の光ファイバーを設置する事が望ましい。光透過可能な物質としては、使用する波長の光を透過する任意の公知の物質を使用することができる。好ましくは光透過可能な物質は石英である。
また、筐体の開口部分を光透過可能な物質で塞ぎ、筐体内部の雰囲気保持性能を向上させ、またほこりなどの進入を防ぐことが望ましい。
さらに、ベークプレートと本発明の露光ユニットの全体を容器内に保持し、真空または窒素雰囲気下に保持することもできる。

さらに任意の所望の波長の光を選択的に照射するため、適当なフィルターを使用することができる。フィルターは光源と筐体の開口部分と間の光路の任意の位置に配置することができる。また、複数のフィルターを交換可能に設置して、フィルターを交換して露光波長を変化させることもできる。

本発明の光照射ユニットにおいて使用される光は、光インプリントに使用することのできる波長を有するものである。光インプリントに使用することのできる波長とは、光インプリント工程においてレジストに架橋または酸発生などの化学反応を起こすために有用な波長をいう。前記の波長には４００ｎｍから１ｎｍの紫外線領域の波長の他、Ｘ線領域の波長も包含され、たとえば、紫外線、エレクトロンビーム、およびＸ線を包含する広い意味において使用される。有用な光の例としては、ＬＥＤ光、ＸｅＦエキシマレーザー光（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー光（３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザー光（２２２ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザー光（１５７ｎｍ）、Ａｒレーザー光（１２６ｎｍ）、紫外線ランプ光、真空紫外光（１３ｎｍ）、エレクトロンビーム、およびＸ線があげられる。かかる波長の光を発生する光源としては、ＬＥＤ、各種レーザー、および各種の紫外線ランプ、Ｘ線源が使用できる。

本発明の光照射ユニットを使用することにより、簡便に光インプリント操作を行うことができる。
特に化学増幅系フォトレジストを使用する場合には、最初に熱インプリントによりパターンを形成し、その後光照射を行って酸を発生させ、ついで加熱により架橋させることにより硬化されたパターンを得ることができる。この場合には熱インプリント工程と光インプリント工程とが組み合わされて実施されることとなるが、本発明の光照射ユニットを使用することにより、熱インプリント工程と光インプリント工程との組み合わせによるインプリント加工を容易に行うことができる。

本発明にかかる光照射ユニットの構成例を図１に示す。
光照射ユニット１０は筐体１を有する。筐体の上平面１１と底平面１２は平行にされ、好適には鏡面仕上げにされる。筐体は底部の一部分に開口３を有する。図１では、光を開口から筐体外部に照射する手段は、光源（図示せず）からの光が通る光ファイバー５、オプティカルレンズ６、およびＵＶ反射ミラー７から構成される。ＵＶ反射ミラー７で反射された光は開口３から筐体外部に出て、基板などに塗布されたフォトレジストに照射される。筐体内部の空間８は、窒素雰囲気または真空とすることができる。

図２に図１に示した光照射ユニットを上から見た場合の概念図を示す。光源（図示せず）から光ファイバー５を通って進む光はオプティカルレンズ６を通り、ＵＶ反射ミラー７に照射される。ＵＶ反射ミラー７により反射された光は開口３から筐体の外部に照射される。

本発明の光照射ユニットをプレスに挟んで使用する場合の様子を図３に示す。
プレスの下板１４の上に基板およびモールドを置き、モールドの上に本発明の光照射ユニットが置かれる。光照射ユニットの上からプレスの上板１５により圧力を加えることにより、モールドによりレジストを型押し、パターンを形成することができる。この時プレス板を加熱することにより、熱インプリント操作を行うことができる。熱インプリント工程における加熱温度、プレス圧力は公知であり、使用する樹脂に応じて適宜決定することができる。

また、加熱することなくプレスを行い、予備的に露光してレジストを若干架橋し、レジストの粘度を大きくすることもできる。
予備露光を行う場合、予備露光工程終了時の架橋度は、０．１−０．７，好ましくは０．２から０．６、より好ましくは０．３から０．５である。このような架橋度にするための必要な露光量は使用する樹脂の種類により異なるが、上記の方法を用いれば当業者には容易に決定できるものである。
予備露光後のレジストは、熱インプリントにおけるモールド型押し時の樹脂と同等のレオロジー挙動を示すことが好ましい。すなわち、十分にモールドの形状に追従するとともに、あまりに変形しやすくモールドや基板の平坦度に敏感すぎないことが望ましい。使用する樹脂により上記のレオロジー挙動を示す架橋度も異なる場合があるので、樹脂に応じて最も好ましい架橋度を実験的に決定することが望ましい。
モールドの型押し圧力は任意に調節することができるが、一般的には１−５０ＭＰａ程度である。
モールドをレジストに押しつけて型押しした後、レジストを本露光して硬化させる本露光工程が行われる。本露光により、レジストはほぼ完全に架橋され、架橋度は０．８以上、好ましくは０．９以上、最も好ましくはほぼ１とされる。

図４には、筐体の側面に光透過可能な物質により作られる窓を有し、窓の両側に光の受け渡しが可能な位置に配置された１対の光ファイバーが設置される態様が示される。筐体１の側面に光透過可能な物質、好ましくは石英でつくられた窓２０が設けられる。窓の両側には光ファイバー５が、光の受け渡しが可能な位置に配置される。筐体と窓の接続部分はたとえばパッキン２１などにより密閉される。

図５には筐体の内部に設けられたＬＥＤを光源として使用する態様が示される。
図５においては、ＬＥＤ光源と開口部分３の間にコンデンサーレンズ３１が配置されている。光の均一性を向上するためであり、好ましくは＋／−５％程度にされる。またＬＥＤによる発熱を防止するため、光照射ユニットを冷却することができる。たとえば筐体１の内部に冷却管を設け、冷却水を流すことにより筐体を冷却することができる。図５では、冷却水入口を３２、出口を３３として示す。

図６には図５で示された光照射ユニットをプレスとともに使用する場合の様子が示される。図３に示した、筐体の外部に光源を有する場合と同様にして使用することができる。

図７には、バンドパスフィルター４０を装着した円盤が示される。かかる円盤を光源とフォトレジストとの間の任意の場所に配置することができる。円盤には複数のフィルターを取付け、必要に応じてフィルターを変更することができる。円盤は外部から制御され、回転されることができる。

本発明の光照射ユニットの構成例を示す図である。 本発明の光照射ユニットの構成例を示す断面図である。 本発明の光照射ユニットの使用態様を示す図である。 筐体の側面に設けられた窓を使用して光の授受をする構成例を示す図である。 筐体内部に設けられたＬＥＤ光源を使用する本発明の光照射ユニットの構成を示す図である。 筐体内部に設けられたＬＥＤ光源を使用する本発明の光照射ユニットの使用態様を示す図である。 フィルターを円盤に装着して使用する場合の構成を示す図である。

符号の説明

１：筐体
３：開口
５：光ファイバー
６：オプティカルレンズ
７：ＵＶ反射ミラー
８：筐体内部空間
１０：光照射ユニット
１１：筐体の上平面
１２：筐体の下平面
１４：プレスの下板
１５：プレスの上板
１６：モールドおよび基板
２０：窓
２１：パッキン
３０：ＬＥＤ
３１：コンデンサーレンズ
３２：冷却水入口
３３：冷却水出口
４０：バンドパスフィルター

Claims (10)

1. 光インプリント用の光照射ユニットであって、上平面と底平面が平行であり底部の一部分に開口を有する筐体、および前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する光照射ユニット。
2. 筐体の上平面と下平面との平行度が０．１ｍｍ／２００ｍｍ以下である、請求項１記載の光照射ユニット。
3. 筐体外部に光を照射する手段が、光源に接続された光ファイバーを含む、請求項１または２記載の光照射ユニット。
4. 筐体外部に光を照射する手段が、光源に接続された光ファイバーと、該光ファイバーから照射された光を開口部に反射するように設置されたＵＶ反射ミラーを含む、請求項１または２記載の光照射ユニット。
5. 光源が紫外線ランプまたはＬＥＤである、請求項１から４のいずれか１項記載の光照射ユニット。
6. 筐体外部に光を照射する手段が、筐体内部に設置されたＬＥＤ光源である、請求項１または２記載の光照射ユニット。
7. ＬＥＤ光源と開口の間にコンデンサーレンズが配置される、請求項６記載の光照射ユニット。
8. 筐体内の空間が窒素雰囲気下であるかまたは真空である請求項１から７のいずれか１項記載の光照射ユニット。
9. 筐体の側面に光透過可能な物質により作られる窓を有し、窓の両側に光の受け渡しが可能な位置に配置された１対の光ファイバーが設置される、請求項１から５、および８のいずれか１項記載の光照射ユニット。
10. 光源と開口との間にバンドパスフィルターを有する、請求項１から８のいずれか１項記載の光照射ユニット。

Images