JP2009218554A - インプリント法およびインプリントモールド、インプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットが高く、安定的なインプリントが出来、精細なパターンを得ることの出来るインプリント法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のインプリント法は、赤外線光硬化性樹脂を用いて露光光に赤外線を用いることを特徴とする。本発明の構成によれば、赤外線にて露光することにより、転写基材とインプリントモールドに加熱・冷却のサイクルを行うことがなく、パターンを転写することが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写基材とインプリントモールドと熱膨張を抑制できパターン転写の位置精度を向上させることが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写工程に要する時間を削減することが出来、スループットの向上を行うことが出来る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インプリント法および該インプリント法を行うのに適したインプリントモールド、インプリント装置に関する。

近年、インプリント法（もしくはナノインプリント法）と呼ばれる非常に簡易であるが大量生産に向き、従来の方法よりも格段に微細なパターンを忠実に転写可能な技術が提案されている（非特許文献１参照）。

インプリント法は、最終的に転写すべきパターンのネガポジ反転像に対応するパターンが形成されたインプリントモールドと呼ばれる原型を、樹脂に型押しし、その状態で樹脂を硬化させることで、パターン転写を行うものである。

例えば、熱により樹脂を硬化させる熱インプリント法が提案されている（特許文献１参照）。

以下、一例として具体的に一般的な熱インプリント法について示す。
まず、転写パターンを形成しようとする転写基材上に、熱可塑性を示す樹脂を塗布し、加熱し、樹脂を軟化させる（図１（ａ））。
次に、転写基材の樹脂の塗布面側にインプリントモールドの凹凸パターン面側が対向するように転写基材とインプリントモールドとを重ね合わせ圧着する（図１（ｂ））。
次に、圧着した状態で樹脂が硬化するまで冷却し、インプリントモールドを脱着する。これにより、転写基材上の樹脂には、インプリントモールドの凹凸パターンに対応する転写パターンが形成される（図１（ｃ））。
次に、インプリントモールドの凸部に相当する部分が転写基板上に薄い残膜として残るため、残膜を除去する（図１（ｄ））。

一方、赤外領域に活性域を持つ感光性レジスト組成物が知られている（特許文献２参照）。
特開２００４−３３５０１２号公報 国際公開第０６／００９２５８号パンフレット Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ．３３１４ （１９９５）

しかしながら、従来の熱インプリント法を用いたパターン形成方法では解決すべき問題があった。（１）転写の際の加熱・冷却のために処理時間が長くなり、スループットが低下してしまうこと、（２）転写の際、加熱させるため、熱膨張が起こり転写基材とインプリントモールドとの位置精度が悪化すること、である。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、スループットが高く、安定的なインプリントが出来、精細なパターンを得ることの出来るインプリント法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、 転写基材に赤外線光硬化性樹脂を積層する工程と、前記転写基材とインプリントモールドとを対向して配置する工程と、前記転写基材とインプリントモールドとを接近し、赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程と、を備えたことを特徴とするインプリント法である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリント法であって、赤外線を露光する工程にあって、転写基材とインプリントモールドとを冷却することを特徴とするインプリント法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載のインプリント法であって、請求項１または２のいずれかに記載のインプリント法であって、インプリントモールドと転写基材とは、熱膨張率が同じ材料からなることを特徴とするインプリント法である。

請求項４に記載の本発明は、凹凸パターンを転写するために用いるインプリントモールドにおいて、基板と、前記基板に形成された凹凸パターンと、前記凹凸パターンの転写させない部位に形成され、赤外線を遮光または反射する赤外線遮断膜と、を備えたことを特徴とするインプリントモールドである。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載のインプリントモールドであって、基板は、シリコン基板であることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項６に記載の本発明は、請求項４または５のいずれかに記載のインプリントモールドであって、赤外線遮断膜は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれた一つ以上の材料を含むことを特徴とするインプリントモールドである。

請求項７に記載の本発明は、凹凸パターンを転写するために用いるインプリント装置において、露光光として、赤外線を用いることを特徴とするインプリント装置である。

本発明のインプリント法は、赤外線光硬化性樹脂を用いて露光光に赤外線を用いることを特徴とする。
本発明の構成によれば、赤外線にて露光することにより、転写基材とインプリントモールドに加熱・冷却のサイクルを行うことがなく、パターンを転写することが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写基材とインプリントモールドと熱膨張を抑制できパターン転写の位置精度を向上させることが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写工程に要する時間を削減することができスループットの向上を行うことが出来る。

以下、具体的に本発明のインプリント法の説明を行う。

＜転写基材に赤外線光硬化性樹脂を積層する工程＞
まず、転写基材に赤外線光硬化性樹脂を積層する。赤外線光硬化性樹脂は、赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）が照射されたとき、硬化する樹脂である。転写基材に積層する方法としては、適宜公知の薄膜形成方法を用いて良い。例えば、スピンコート法などを用いても良い。

赤外線光硬化樹脂は、赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）の波長領域の光エネルギーにより硬化する樹脂である。赤外線光硬化樹脂は、例えば、具体的には、近赤外線領域の一部又は全部に吸収帯を有する、有機又は無機の顔料や染料、有機色素、金属、錯体、を含むネガ型レジスト組成物、などが挙げられる。

＜転写基材とインプリントモールドとを対向して配置する工程＞
次に、赤外線光硬化性樹脂が積層された転写基材とインプリントモールドとを対向して配置する。このとき、転写基材とインプリントモールドと位置合わせ（アライメント）を行うことが好ましく、位置合わせ（アライメント）用のアライメントマークを設けた転写基材およびインプリントモールドを用いても良い。

＜赤外線を露光する工程＞
次に、転写基材とインプリントモールドとを接近し、赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する。このとき用いるインプリントモールドは赤外線を透過することの出来るインプリントモールドであることが求められる。赤外線を透過するインプリントモールドを用いるとき、赤外線はインプリントモールドの凹凸パターン形成側とは反対側から露光光を照射する。

また、転写基材とインプリントモールドとを接近するに際して、事前にインプリントモールドに離型処理を行っても良い。離型処理としては、例えば、離型剤の塗布、ＵＶ照射による表面処理などが挙げられる。

本発明のインプリント法によれば、赤外線にて露光することにより、転写基材とインプリントモールドに加熱・冷却のサイクルを行うことがなく、パターンを転写することが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写基材とインプリントモールドと熱膨張を抑制できパターン転写の位置精度を向上させることが出来る。また、加熱・冷却のサイクルを行わないため、転写工程に要する時間を削減することができスループットの向上を行うことが出来る。

また、本発明のインプリント法では、赤外線を露光する工程にあって、転写基材とインプリントモールドとを冷却することが好ましい。これにより、赤外線の照射により転写基材とインプリントモールドとが熱膨張し、位置精度、寸法精度に歪みが生じることを減することが出来る。また、本発明のインプリント法では接近時に冷却するため、放熱のための時間を必要とせず、より転写工程に要する時間を削減することができスループットの向上を行うことが出来る。

また、本発明のインプリント法では、インプリントモールドと転写基材とは、熱膨張率が同じ材料からなることが好ましい。これにより、赤外線の照射により転写基材とインプリントモールドとが熱を持ったとしても、両者の熱膨張率が同じため、転写パターンの位置精度の悪化を抑制することが出来る。

また、赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程にあたり、インプリントモールド側から赤外線を照射することが好ましい。赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）はシリコン基板を透過する特性が知られており、インプリントモールド側から赤外線を照射する場合、シリコン基板からなるインプリントモールドを好適に用いることが出来る。

また、赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程にあたり、転写基板側から赤外線を照射することが好ましい。転写基板を赤外線を透過する材料とし、転写基板側から赤外線を照射することにより、インプリントモールドの特性によらず、あらゆるインプリントモールドを本発明のインプリント法に用いることが出来る。この場合、用いるインプリントモールドは必ずしも、赤外線を透過する材料を用いる必要はない。

以下、本発明のインプリント法を行うのに適したインプリントモールドについて説明を行う。

＜基板＞
本発明のインプリント法を好適に行うためには、インプリントモールドに用いる基板は赤外線を透過する基板を加工して製造することが好ましい。

また、基板はシリコン基板であることが好ましい。シリコン基板は赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）を透過する特性が知られており、また、各種の微細加工技術に対して優れた加工特性を示すことから、本発明のインプリントモールドに用いる基板として特に好適である。

＜凹凸パターン＞
凹凸パターンは、所望する転写パターンに応じて、適宜設計し、適宜公知の微細加工方法により形成して良い。このとき、微細加工方法としては、例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法（レーザ加工、マシニング加工、研削加工など）などを用いても良い。

＜赤外線遮断膜＞
赤外線遮断膜は、凹凸パターンの転写させない部位に形成され、赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）を遮断／反射させるために設けられる。赤外線遮断膜は、赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）を遮断／反射させる特性を示す材料であればそれで足るものであり、該特性を満たす合金、樹脂、セラミックスなどを適宜選択し用いて良い。また、赤外線吸収によりインプリントモールドの温度が上昇してしまうため、赤外線を反射する膜の方がより望ましい。

従来の熱インプリント法では、インプリントモールドと転写基材とが密着状態で加熱を行うため、転写基材上の樹脂は全体が硬化してしまい、不要なパターン部分である残膜が残留する（図１（ｃ））。このため、残膜部分を除去する工程（図１（ｄ））が必要となり、該工程において、転写パターンを形成する樹脂も併せて損なわれてしまい、寸法が変わってしまったり、膜減りするなど、パターン形状が劣化してしまっていたという問題があった。
赤外線遮断膜を設けることにより、赤外線を露光する工程において、凹凸パターンの部位に照射される赤外線を一部、遮断／反射することになり、該当部分の樹脂の硬化を行わないことが出来る。このとき、硬化されなかった樹脂は、続く現像工程などにおいて除去を行うことが容易である。よって、残膜の発生をなくし、良好な転写パターンを得ることが出来る。

また、赤外線遮断膜は、「アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）からなる群」から選ばれた一つ以上の材料を含むことが好ましい。これらの材料は赤外線（波長＝０．７μｍから１０００μｍ）を遮断／反射する特性が知られており、また、各種の薄膜形成法に対して優れた加工特性を示すことから、本発明のインプリントモールドに用いる赤外線遮断膜として特に好適である。ここで、薄膜形成法としては、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法などが挙げられる。

また、特に、赤外線遮断膜にＡｌを用いることがより好ましい。Ａｌは薄膜状態でも良好に赤外線を反射（膜厚：１００ｎｍにおいて、赤外線における反射率は８２％）する特性を示し、材料単価も安価であるため調達が容易である。

以下、本発明の実施の一例をしめす。当然のことながら、本発明の実施は下記の記載に限定されるものではない。

＜実施例１＞
＜インプリントモールドの製造＞
まず、インプリントモールドに用いる基板としてｐ型の８インチシリコン基板を準備し、この基板にスパッタ法にて、赤外線遮断膜としてアルミニウム１００ｎｍを均一に成膜した（図２（ａ））。
このとき、スパッタの条件は、ガス圧を０．４Ｐａ、放電電力を５００Ｗとした。

次に、基板に電子線レジスト（ＺＥＰ５２０／日本ゼオン）を２００ｎｍ厚コートし、１８０℃のプリベークにて乾燥させ、電子線描画装置にて５０〜２０００ｎｍのパターンを描画し（図２（ｂ））、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、電子線露光の条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ^２、現像時間を１分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたシリコンドライエッチングによって、深さ２００ｎｍの凹凸パターンを形成した（図２（ｄ））。
このとき、最表面であるアルミニウムのエッチング条件は、Ｃｌ_２流量３０ｓｃｃｍ、ＣＨＣｌ_３流量１０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５００Ｗとし、シリコンエッチングの条件は、ＣＦ_４流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５００Ｗとした。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によって電子線レジストを剥離した（図２（ｅ））。
以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。

＜実施例２＞
＜インプリント法＞
まず、インプリント法を行う前処理として、実施例１にて製造されたインプリントモールドの凹凸パターン面に、離型剤としてフッ素系表面処理剤（住友３Ｍ製、商品名：ＥＧＣ−１７２０）を浸漬処理した（図３（ａ））。

次に、転写基材として、８インチシリコン基板を使用し、該転写基材上に赤外線光硬化性樹脂を３００ｎｍ厚でコートした。

次に、転写基材とインプリントモールドとを対向して配置し、接近させ、インプリントモールド側から赤外線を露光し（図３（ｂ））、インプリントモールドを離型した。
このとき。インプリント条件は、露光量１０００μＣ／ｃｍ^２、保持時間１分とした。

次に、露光後の赤外線光硬化性樹脂を現像液により２分間現像し、非パターン部の未反応転写樹脂を除去することにより、非パターン部に残膜のない、良好な転写パターンを得ることが出来た（図３（ｃ））。

本発明のインプリント法は、微細構造パターンを形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、検査機器のプローブ先端部、電界放出素子などの製造工程において好適に利用することが期待出来る。

従来の熱インプリント法の概略工程図である。 本発明のインプリントモールドの製造方法の概略工程図である。 本発明のインプリント法の概略工程図である。

符号の説明

１…樹脂
２…転写基材
３…熱インプリントモールド
４…残膜
５…転写パターン
６…赤外線遮断膜
７…基板
８…電子線用レジスト
８Ａ…レジストパターン
９…電子線露光
１０…凹凸パターン
１１…インプリントモールド
１２…剥離剤
１３…赤外線露光

Claims (9)

1. 転写基材に赤外線光硬化性樹脂を積層する工程と、
   前記転写基材とインプリントモールドとを対向して配置する工程と、
   前記転写基材とインプリントモールドとを接近し、赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程と、
   を備えたことを特徴とするインプリント法。
2. 請求項１に記載のインプリント法であって、
   赤外線を露光する工程にあって、転写基材とインプリントモールドとを冷却すること
   を特徴とするインプリント法。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のインプリント法であって、
   インプリントモールドと転写基材とは、熱膨張率が同じ材料からなること
   を特徴とするインプリント法。
4. 凹凸パターンを転写するために用いるインプリントモールドにおいて、
   基板と、
   前記基板に形成された凹凸パターンと、
   前記凹凸パターンの転写させない部位に形成され、赤外線を遮光または反射する赤外線遮断膜と、
   を備えたことを特徴とするインプリントモールド。
5. 請求項４に記載のインプリントモールドであって、
   基板は、シリコン基板であること
   を特徴とするインプリントモールド。
6. 請求項４または５のいずれかに記載のインプリントモールドであって、
   赤外線遮断膜は、
   アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれた一つ以上の材料を含むこと
   を特徴とするインプリントモールド。
7. 凹凸パターンを転写するために用いるインプリント装置において、
   露光光として、赤外線を用いること
   を特徴とするインプリント装置。
8. 請求項１に記載のインプリント法であって、
   赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程にあたり、
   インプリントモールド側から赤外線を照射すること
   を特徴とするインプリント法。
9. 請求項１に記載のインプリント法であって、
   赤外線光硬化性樹脂に赤外線を露光する工程にあたり、
   転写基材側から赤外線を照射すること
   を特徴とするインプリント法。

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