JP2009274347A - ローラーモールド作製方法 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、ローラーモールド作製方法に関し、大面積のローラモールドを短時間に作製してスループットを向上させると共に継ぎ目のないローラーモールドを作製することを目的とする。
【構成】マスクをレジストを塗布したローラーモールドの所定位置に近接して位置づけるステップと、近接して位置づけた状態で、電子線をマスクに照射してマスク上のパターンを透過した電子線をローラーモールド上のレジストに露光するステップと、露光した後に、ローラーモールドを回転して次の位置に位置づけた後、露光することを繰り返すステップと、繰り返した後に、ローラーモールド上の露光されたレジストを現像するステップと、現像した後のローラーモールドをエッチングし、マスク上のパターンに対応するパターンをローラーモールド上に形成するステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターンを転写するローラー状の押し型を作製するローラーモールド作製方法に関するものである。

従来、ＬＥＤやＬＤなどの光学デバイスの表面、あるいは内部に光の波長程度の周期構造をつくることによって光学デバイスの特性を制御する、あるいは改良することが行われている。このような目的の周期構造はいろいろな微細加工によって作製するが、その中でも現在もっとも有力視されている技術の１つにナノインプリント技術がある。

ナノインプリントの押し型転写に使えわれるモールド（押し型）は光学的な露光装置によって製作していた。

上述したモールド上に作製するパターンのサイズが３００ｎｍ位を下回る場合には光学的な方法では波長の限界のために解像力が不足する。このような場合には、電子線露光装置を使用して微細なパターンをモールド上に作製するが、電子線露光装置を用いた描画では描画に非常に多くの時間がかかり、特に、大面積のモールドではスループットが極めて低くなり、ひいてはコストが非常に高いものとなってしまうという問題があった。

特に、大面積化の方法のひとつとしてローラー型モールドが提案されている。従来のローラー型モールドの製作法は大面積モールドを金属薄膜などの可擁性の材料で作製し、ローラーに貼り付けるものであった。このため、上述したコストの問題に加えて、更に、貼り付けるモールドに切れ目があるためローラーの１回転でパターンに継ぎ目が残る欠点があるという問題があった。

本発明はこのような微細なパターンサイズを持つローラモールドを作製する際に、一定面積のマスクを電子描画で作製し、作製したマスクを電子線露光でローラモールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積のローラモールドを短時間に作製してスループットを向上させると共に継ぎ目のないローラーモールドを作製することを目的としている。

そのために、本発明は、パターンを転写するローラー状の押し型を作製するローラーモールド作製方法において、ローラーモールドにレジストを塗布するステップと、電子線が透過するパターンを有する一定面積のマスクを、レジストを塗布したローラーモールドの所定位置に近接して位置づけるステップと、近接して位置づけた状態で、電子線を前記マスクに照射して当該マスク上のパターンを透過した電子線をローラーモールド上のレジストに露光するステップと、露光した後に、ローラーモールドを回転して次の位置に位置づけた後、露光することを繰り返すステップと、繰り返した後に、ローラーモールド上の露光されたレジストを現像するステップと、現像した後のローラーモールドをエッチングし、マスク上のパターンに対応するパターンをローラーモールド上に形成するステップと、ローラーモールド上のレジストを除去するステップとを有する。

この際、電子線をマスクに照射するとして、細い電子線で当該マスク上を全面走査あるいはマスク上のパターンのある部分のみを走査するようにしている。

また、細い電子線として、マスク上の最も細いパターンの幅のサイズあるいは若干太いサイズのパターンとするようにしている。

また、マスクでローラーモールドの回転方向に露光を行なった後、回転方向と直角方向の隣接する位置にマスクを移動させて位置づけた後、マスクでローラーモールドの回転方向に移動および露光を繰り返すようにしている。

また、ローラーモールドにアライメントマークを形成しておき、アライメントマークを基準にマスクに位置づけるようにしている。

また、マスクにアライアメントマークを形成しておき、アライメントマークを基準にローラーモールドに位置づけるようにしている。

また、マスクにレジストを塗布して一定面積のパターンを電子線描画した後に現像し、更に、エッチングして電子線が透過するパターンを作製するようにしている。

また、マスクを電子線で全面照射あるいは全面走査あるいは開口したパターンの部分のみを全面走査し、マスク上に形成したパターンを透過した電子線を電磁型あるいは静電型の縮小レンズを用いてローラーモールドに塗布したレジスト上に縮小したパターンを形成して露光するようにしている。

本発明は、微細なパターンサイズを持つローラモールドを作製する際に、一定面積のマスクを電子描画で作製し、作製したマスクを電子線露光でローラモールド上に順次マスク露光した後に現像することにより、大面積のローラモールドを短時間に作製してスループットを向上させると共に継ぎ目のないローラーモールドを作製することが可能となる。

本発明は、微細なパターンサイズを持つローラモールドを作製する際に、一定面積のマスクを電子描画で作製し、作製したマスクを電子線露光でローラモールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積のローラモールドを短時間に作製してスループットを向上させると共に継ぎ目のないローラーモールドを作製することを実現した。

図１は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図１において、Ｓ１は、シリコンウェハにレジスト塗布する。これは、シリコンウェハにレジストを均一に塗布、例えばシリコンウェハを高速回転した状態で中心にレジストの液を１点たらして遠心力で均一に塗布する。

Ｓ２は、電子線描画装置でパターン描画する。これは、Ｓ１でシリコンウェハにレジストを塗布して乾燥した後、電子線描画装置でモールドに繰り返し露光するための一定面積内のパターンを描画して露光する。

Ｓ３は、レジストの現像、およびシリコンウェハのエッチングを行なう。これは、Ｓ２でシリコンウェハ上のレジストにパターンを電子線描画した後、現像およびエッチングを行い、パターンの部分（あるいはパターン以外の部分）に穴が開いたシリコンウェハ、即ちステンシルマスク１を作製する。

ここで、本発明で使用するステンシルマスク１について詳細に説明すれば、シリコンウェハを材料にパターンを作製する必要領域を０．００１ｍｍ程度の電子線が透過しない薄膜に加工した上で、この領域内に必要な開口パターンを作製して電子線が通過するパターンとする。

本発明の目的に使用するステンシルマスク１上で一方向に長いパターン領域を持つ場合、その幅Ｄは、近似的に２（２ｄＲ）１／２で与えられ、長さは薄膜の強度により限界があるが、１０ｍｍ程度まで可能である。ここでＲは後述するローラーモールド２の半径、ｄはステンシルマスク１とローラーモールド２との間隙である。例えばＲを２０ｍｍ、ｄを０．０５ｍｍとすればＤは２．８ｍｍとなる。ローラーモールド２が回転軸方向に長い場合にはその方向と回転の組み合わせによるステップ・アンド・リピート式で転写を行い、ローラーモールド２の表面の必要領域に繰り返される。そして、後述するＳ６でモールドを現像、さらにエチンクすることによりローラーモールド２にステンシルマスク１のパターンが転写加工される。

Ｓ４は、電子ビームマスク転写装置でローラーモールド２にパターン転写する。これは、後述する図２に示すように、Ｓ３で作製したステンシルマスク１に近接して配置したレジストの塗布したローラーモールド２に、ステンシルマスク１の上から電子線を照射しつつ走査して当該ステンシルマスク１のパターンを、ローラーモールド２に塗布したレジストに転写する。

Ｓ５は、ステージ移動する。これは、Ｓ４でステンシルマスク１のパターンをローラーモールド２の所定回転位置に転写した後、次の転写回転位置に移動する。そして、Ｓ４を繰り返し、ステンシルマスク１のパターンを、ローラーモールド２上に塗布したレジストに繰り返し当該ローラーモールド２の全周に渡り転写（回転転写）する。これにより、大面積かつ円筒状のローラーモールド２上に塗布したレジストに、小さなステンシルマスク１のパターンが繰り返し回転転写（回転露光）されたこととなる。

Ｓ６は、レジスト現像、エッチングする。これは、Ｓ４、Ｓ５を繰り返しローラーモールド２上のレジストの全周にステンシルマスク１のパターンを回転転写（電子線露光）を行った後、レジストを現像、エッチングし、更に、レジストを除去する。

Ｓ７は、モールド完成する。これにより、大面積かつ円筒状のローラーモールド２が作製されたこととなる。

ここで、本発明で使用するローラーモールド２について詳細に説明すれば、Ｓ１からＳ３で作製したステンシルマスク１を、ローラーモールド２に近接して配置し、ステンシルマスク１側から電子線を照射しつつ走査してローラーモールド２に露光（ローラーモールド２に塗布したレジストに露光）することを回転させつつ繰り返し、ローラーモールド２の必要な領域にパターンを順次露光した後、現像、エッチングし、ステンシルマスク１上の開口パターンを円筒状のローラーモールド２の必要領域に作製し、ローラーモールド２を作製する。

更に、図２を用いて詳細に説明する。

図２は本発明の説明図を示す。これは、近接マスク転写の様子を模式的に示したものである。

図２において、ステンシルマスク１は、電子線の透過する微小パターンを設けたマスクであって、電子線転写するためのマスクである。

ローラーモールド２は、回転軸に取り付けた円筒上に形成したモールドである。ここでは、ローラーモールド２の表面には均一にレジストが塗布されている。

電子線３は、ローラーモールド２に近接して配置したステンシルマスク１の、ここでは、上から下に向けて走査しつつ照射する電子線である。

ステップ回転１１は、ローラーモールド２を所定回転角度のピッチで正確に回転させ様子を示す。所定回転角度のピッチは、回転軸を回転させるモータに設けられているエンコーダにより検出して精密に制御する。また、基準位置はローラーモールド２の所定位置に予め設定したアライメントマークを図示外の光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡で検出して基準位置を決定する。同様に、ステンシルマスク１についても、予め設定したアライメントマークを顕微鏡で検出して基準位置を決定し、両者の基準位置をもとに所定回転角度位置やピッチを制御する。

ステップ・アンド・リピート１２は、回転方向と直角方向にステンシルマスク１を移動させた状態で、ステップ回転１１を行いつつステンシルマスク１上のパターンを電子線でローラーモールド２上のレジストに露光することを繰り返すように制御するものである。

図３は、本発明の具体的装置例を示す。

図３において、電子光学系２１は、電子線をステンシルマスク１に照射して当該ステンシルマルク１上に形成された開口パターンを透過した電子線を、円筒状のローラーモールド２に塗布されたレジストに照射して露光するためのものであって、電子線を発生する電子銃、発生された電子線を集束および集束された電子線をステンシルマスク１上にほぼ平行に照射する照射系などから構成されるものである。

回転モータ（エンコーダ付）２２は、ローラーモールド２を所定回転角度のピッチで回転させるものである。所定回転角度のピッチは、当該回転モータ２２に接続されたエンコーダで精密に検出しつつ回転させる。

軸移動モータ２３は、ステージ２４をローラーモールド２の軸方向に正確に移動させるものであって、図示外のレーザ干渉計で移動量を計測しつつ精密に移動させるためのものである。

ステージ２４は、ローラーモールド２を回転可能な状態で搭載し、当該ローラーモールド２の回転方向に直角方向に精密に移動させるステージである。

ステンシルマスク１は、電子を透過しない厚さを持ち、−定面積の−様な膜に部分的に電子線を透過する開口のパターンを加工したものである。

試料室２０は、内部を真空に保持する部屋であって、ここでは、ローラーモールド２を搭載したステージ２４などを真空中に設置するためのものである。

次に、図２の構成のもとで近接マスク転写について詳細に説明および要点を説明する。

（１）パターンを形成するべき表面に電子線に感光する樹脂（レジスト）を塗布したローラーモールド２を回転軸で支持する。また、ローラーモールド２は回転軸に沿って１次元移動可能となっている。

（２）このローラーモールド２の表面に近接して（１００μｍ位）、形成すべきパターン形状の開口を有するステンシルマスク１を配置し、その上から電子線を照射する。

（２−１）照射は必要な面積を同時に照射できる断面をもつ電子線でもよいし、細い電子線（電子線ビーム）を高速に走査して必要な面積を照射してもよい。

（２−２）また、照射する電子線の走行は出来るだけ相互に平行となるようにし、ステンシルマスク１４の開口を出てからローラーモールド２の表面に到達するまでの電子線ビームの広がりを小さくする（電子線ビームの開き角αを小さくする）。ステンシルマスク１とローラーモールド２との間の間隙をd、形成すべき最小パターン幅をsとすると、電子線ビームの広がり角αは少なくとも s／d（rad）より十分小さい必要がある。

例えばｄ＝５０μｍ、ｓ＝１００ｎｍとすると、ａ＜＜２ｍｒａｄとなる。

（３）ステージ２４を停止した状態でパターン面のビーム走査を実行する。これによりローラーモールド２に塗布したレジスト上の電子によって照射された領域が露光する。ステンシルマスク１のパターン領域を全面照射した後、ローラーモールド２を一定角度だけ回転移動させる。この回転移動させるピッチはステンシルマスク１上に形成されたパターンの領域のサイズに正確に一致し、かつ１回転の周期がピッチの整数倍となるようにする。その後、再びビーム走査を実行し、ローラーモールド２上の隣接した領域を照射、露光する。１回転したら軸方向に１ピッチ移動してから回転ステップを繰り返す。

以上の操作を繰り返すことにより、ローラーモールド２上の必要領域の全てを照射、露光する。ここで、回転と、移動とは前後が逆でもかまわない。

（４）露光を終了したローラーモールド２を現像し、さらにエッチンクすることによりパターンがローラーモールド２上に形成される。

（５）ここで、上述したローラーモールド２へのマスク転写露光ではパターンサイズに係わりなく大電流の電子線ビームを使用することができるので、１ステップの露光時間は多くても数十秒の範囲で可能である。一方、ステンシルマスク１へのパターンの電子線描画では微小な電子ビーム（ビームサイズが最小パターンサイズを決める）を用いるので、露光時間は非常に長くなる。例えば１ｃｍ角を１画素１０ｎｍで描画するとして、１画素あたり２００ＭＨｚで描画するとしても１時間程度かかる。

（６）いま、ステンシルマスク１上でａ（ｃｍ）×ｂ（ｃｍ）の領域を電子線描画装置で描画し、これをローラーモールド２上で２次元のｍ×ｎのステップ・アンド・リピートでマスク転写を行うとする。もし従来のとおりローラーモールド２の全面を電子線描画装置によって描画すれば描画面積はｍａ（ｃｍ）×ｎｂ（ｃｍ）となる。仮に電子線描画装置による描画では前述のように１ｃｍ角を１時間、ただし、この場合のステンシルマスク１のパターン域サイズを１０ｍｍ×２ｍｍとする。したがって、電子描画の１ステップ分は０．２時間とする。マスク転写の場合ははやり時間は１／５となって４秒となる。ローラーモールド２の半径２０ｍｍ，長さ３０ｃｍとすると、ローラーモールド２の表面はほぼ１２ｃｍ×３０ｃｍであるから、３０×６０のステップ・アンド・リピートが必要となり、露光時間のみの合計は、
・電子線描画では、１２×３０×１時間＝３６０時間
・本発明のマスク転写では、０，２時間＋３０×６０×４秒＝２．２時間
となってマスク転写を応用する有利性は明らかである。

（７）ここで、ステップ・アンド・リピートの際に、隣接領域とのパターン接続の精度を得るためにはステージ２４を高精度で移動停止させなければならない。現在の最新の技術ではレーザー干渉計による計測とステージ位置決め制御によって１０〜１２ｎｍの接続精度が実現されているので、この程度の接続精度を持つマスクを作製することが可能である。更に、レーザ干渉計の精度が上がれば、更に接続精度の高いマスクを作製することも可能である。

図４は、本発明の縮小投影例を示す。

図４において、電子源３２は、電子線を発生する電子銃を構成する電子源である。

コンデンサレンズ３３は、電子源３２で発生された電子線を集束すると共にほぼ平行な電子線をステンシルマスク１に照射するものである。

ステンシルマスク１は、既述した電子線の通過する開口パターンを持つマスクである。

縮小レンズ系３４は、ステンシルマスク１の開口パターンを通過した電子線（電子線像）を縮小するレンズ系であって、電磁あるいは静電のレンズを用いて形成したものである。縮小レンズ系３４により、ステンシルマスク１上の開口パターンの像が、ローラーモールド２上で縮小されて投影されるので、ステンシルマスク１上の開口パターンのサイズを実際にローラーモールド２上に形成するパターンのサイズよりも大きく形成でき、ステンシルマスクの作製が容易となる。

以上の図４の縮小レンズ系３４によりローラーモールド２上に塗布したレジストにステンシルマスク１の開口パターンの縮小したパターンを露光することが可能となる。この縮小投影系を、図１から図３で説明したステンシルマスク１の開口パターンを直接にローラーモールド２に電子線転写する構成と置き換えることにより、縮小倍率に相当した分だけステンシルマスク１上の開口パターンの寸法を大きくでき、ステンシルマスク１を容易に作製できる。

本発明は、微細なパターンサイズを持つローラモールドを作製する際に、一定面積のマスクを電子描画で作製し、作製したマスクを電子線露光でローラモールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積のローラモールドを短時間に作製してスループットを向上させると共に継ぎ目のないローラーモールドを作製するローラーモールド作製方法に関するものである。

本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の説明図である。 本発明の具体的装置例である。 本発明の縮小投影例である。

符号の説明

１：ステンシルマスク
２：ローラーモールド
３：電子線
１１：ステップ回転
１２：ステップ・アンド・リピート
２１：電子光学系
２２：回転モータ
２３：軸移動モータ
２４：ステージ
３２：電子源
３３：コンデンサレンズ
３４：縮小レンズ系

Claims (7)

1. パターンを転写するローラー状の押し型（以下「ローラーモールド」という）を作製するローラーモールド作製方法において、
   前記ローラーモールドにレジストを塗布するステップと、
   電子線が透過するパターンを有する一定面積のマスクを、前記レジストを塗布したローラーモールドの所定位置に近接して位置づけるステップと、
   前記近接して位置づけた状態で、電子線を前記マスクに照射して当該マスク上のパターンを透過した電子線を前記ローラーモールド上のレジストに露光するステップと、
   前記露光した後に、前記ローラーモールドを回転して次の位置に位置づけた後、露光することを繰り返すステップと、
   前記繰り返した後に、ローラーモールド上の露光されたレジストを現像するステップと、
   前記現像した後のローラーモールドをエッチングし、前記マスク上のパターンに対応するパターンを当該ローラーモールド上に形成するステップと、
   前記ローラーモールド上のレジストを除去するステップと
   を有するローラーモールド作製方法。
2. 前記電子線をマスクに照射するとして、細い電子線で当該マスク上を全面走査あるいはマスク上のパターンのある部分のみを走査することを特徴とする請求項１記載のローラーモールド作製方法。
3. 前記マスクでローラーモールドの回転方向に露光を順次行なった後、回転方向と直角方向の隣接する位置に前記マスクを移動させて位置づけた後、当該マスクでローラーモールドの回転方向に移動および露光を繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載のローラーモールド作製方法。
4. 前記ローラーモールドにアライメントマークを形成しておき、当該アライメントマークを基準に前記マスクに位置づけることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のローラーモールド作製方法。
5. 前記マスクにアライアメントマークを形成しておき、当該アライメントマークを基準に前記ローラーモールドに位置づけることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のローラーモールド作製方法。
6. 前記マスクにレジストを塗布して一定面積のパターンを電子線描画した後に現像し、更に、エッチングして電子線が透過するパターンを作製したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のローラーモールド作製方法。
7. 前記マスクを電子線で全面照射あるいは全面走査あるいは開口したパターンの部分のみを全面走査し、当該マスク上に形成したパターンを透過した電子線を電磁型あるいは静電型の縮小レンズを用いて前記ローラーモールドに塗布したレジスト上に縮小したパターンを形成して露光することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のローラーモールド作製方法。

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