JP2009274348A - モールド作製方法 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、モールド作製方法に関し、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モールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積の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ことを目的とする。
【構成】マスクを、レジストを塗布した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微小パターンを透過した電子線をマスク上のレジストに露光するステップと、露光した後に、マスクを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、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押し型を作製する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５００ｎｍ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。

本発明はこのような微細なパターンサイズを持つ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、当該作製したマスクを電子線露光でモールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積の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押し型（以下「モールド」という）を作製するモールド作製方法において、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予め作製した一定面積のマスクを、レジストを塗布した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微小パターンを透過した電子線を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、マスクを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、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モールド上に形成するステップと、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、マスクとモールドあるいはモールドを塗布したレジストとの間の間隔をｄ、モールド上に形成する最小のパターンの幅をｓとしたとき、マスクを照射する電子線の開き角度α＜＜ｓ／ｄ（ラジアン）とするようにしている。

また、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。

本発明は、微細なパターンサイズを持つ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モールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積の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モールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積の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（全体）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、後述する図３の（ａ）に示すように、シリコンウェハ１２にレジスト１１を均一に塗布、例えばシリコンウェハ１２を高速回転した状態で中心にレジスト１１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１２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、後述する図３の（ｂ）に示すように、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１１、即ちステンシルマスク１４を作製する。

ここで、本発明で使用するステンシルマスク１４について詳細に説明すれば、シリコンウェハ１１を材料にパターンを作製する必要領域を０．００１ｎｍ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。

Ｓ４は、電子ビームマスク転写装置でモールドにパターン転写する。これは、後述する図３の（ｃ）に示すように、Ｓ３で作製したステンシルマスク１４に近接して配置したレジスト１５の塗布したモールド１６に、ステンシルマスク１４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１４のパターンを、モールド１６に塗布したレジスト１５に転写する。

Ｓ５は、ステージ移動する。これは、Ｓ４である位置でステンシルマスク１４のパターンをモールド１６の所定位置に転写した後、次の転写位置に移動する。そして、Ｓ４を繰り返し、ステンシルマスク１４のパターンを、モールド１６上に塗布したレジスト１５に繰り返し複数回、転写する（いわゆるステップ アンド リピートする）。これにより、大面積のモールド１６上に塗布したレジスト１５に、小さなステンシルマスク１４のパターンが繰り返し転写（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を繰り返しモールド１６上のレジスト１５の全面にステンシルマスク１４のパターンの転写（電子線露光）を行った後、レジスト１５を現像、エッチングし（図３の（ｄ）参照）、更に、レジスト１５を除去する。

Ｓ７は、モールド完成する。これにより、後述する図３の（ｅ）の大面積のモールド１６が作製されたこととなる。

ここで、本発明で使用するモールド１６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１４を、モールド１６に近接して配置し、ステンシルマスク１４側から電子線を照射しつつ走査してモールド１６に露光（モールド１６に塗布したレジスト１５に露光）することを位置を移動させて繰り返し、モールド１６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１４上の開口パターンをモールド１６の必要領域に作製し、モールド１６を作製する（図３の（ｃ）から（ｅ）参照）。

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（全体）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。以下近接マスク転写および要点について順次詳細に説明する。

（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１５）を塗布したモールド１６を平面内に移動可能なステージ上に置く。

（２） このモールド１６の表面に近接して（１００μｍ以内）、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１４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の開口を出てからモールド１６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１４とモールド１６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）より十分小さくなければならない。

例えばｄ＝５０μｍ、ｓ＝１００ｎｍとすると、ａ＜＜２ｍｒａｄとなる。

（３）ステージを停止した状態でパターン面のビーム走査を実行する。これによりモールド１６に塗布したレジスト１５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１４のパターン領域を全面照射した後、ステージを一定ピッチ移動する。このピッチはステンシルマスク１４上に形成されたパターンの領域のサイズに正確に一致させる。その後、再びビーム走査を実行し、モールド１６上の隣接した領域を照射、露光する。

以上の操作を繰り返すことにより、モールド１６上の必要領域の全てを照射、露光する（ステップ・アンド・リピートという）。

（４）露光を終了したモールド１６を現像し、さらにエッチンクすることによりパターンがモールド１６上に形成される（図３の（ｅ）参照）。

（５）ここで、上述したモールド１６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数十秒の範囲で可能である。一方、ステンシルマスク１４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１４上でａ（ｃｍ）×ａ（ｃｍ）の領域を電子線描画装置で描画し、これをモールド１６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。もし従来のとおりモールド１６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）×ｎａ（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、マスク転写１ステップ（１ｃｍ角）２０秒とし、１２ｃｍ角のモールド１６の全面を露光する時間（のみ）を計算してみる。

・電子線描画では、１２×１２×１時間＝１４４時間
となる。一方、マスク転写では、
・１時間＋１２×１２×２０秒＝１．８時間
となってマスク転写を応用する有利さが明らかとなり、極めて短時間にモールド１６を作製することが可能となる。

（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を高精度で移動停止させなければならない。レーザー干渉計を用いれば、計測とステージ位置決め制御によって１０−１２ｎｍ程度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３は、本発明の説明図を示す。

図３の（ａ）は、シリコンウェハにレジストを塗布した状態を示す。

図３の（ｂ）は、ステンシルマスクを示す。これは、図３の（ａ）のシリコンウェハ１２にレジスト１１を塗布した状態で、パターンを電子線描画装置で描画（露光）、現像、エッチング、レジスト１１の除去した後のものであって、開口パターンが電子線が透過し、それ以外が電子線が透過しない部分を持つもの（ステンシルマスク１４）である。

図３の（ｃ）は、レジストの塗布したモールドにステンシルマスクのパターンを露光、現像した後の状態を模式的に示す。

図３の（ｄ）は、図３の（ｃ）の状態で、エッチングしてモールドにパターンを形成した状態を模式的に示す。

図３の（ｅ）は、図３の（ｄ）のパターンを形成したモールドからレジストを除去して完成したモールドを模式的に示す。

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１４に照射するものである。

ステンシルマスク１４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１４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１４上の開口パターンの像が、モールド１６上で縮小されて投影されるので、ステンシルマスク１４上の開口パターンのサイズを実際にモールド１６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１４の作製が容易となる。

以上の図４の縮小レンズ系３４によりモールド１６上に塗布したレジストにステンシルマスク１４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３４を、図１から図３で説明したステンシルマスク１４の開口パターンを直接にモールド１６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１４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１４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モールド上に順次マスク露光した後に現像し、大面積の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（全体）である。 本発明の説明図（全体）である。 本発明の説明図である。 本発明の縮小投影例である。

符号の説明

１０：電子線ビーム
１１、１５、２２：レジスト
１２：シリコンウェハ
１３：開口パターン
１４：ステンシルマスク
１６：モールド
３２：電子源
３３：コンデンサレンズ
３４：縮小レンズ系

Claims (8)

1. パターンを転写する押し型（以下「モールド」という）を作製するモールド作製方法において、
   前記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微小パターンを透過した電子線を前記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、前記マスクを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、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モールド上に形成するステップと、
   前記モールド上のレジストを除去するステップと
   を有するモールド作製方法。
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記載のモールド作製方法。
3. 前記細い電子線として、前記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したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のモールド作製方法。
4. 前記マスクと前記モールドあるいは前記モールドを塗布したレジストとの間の間隔をｄ、モールド上に形成する最小のパターンの幅をｓとしたとき、前記マスクを照射する電子線の開き角度α＜＜ｓ／ｄ（ラジアン）とした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モールド作製方法。
5. 前記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４のいずれかに記載のモールド作製方法。
6. 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５のいずれかに記載のモールド作製方法。
7. 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６のいずれかに記載のモールド作製方法。
8. 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７のいずれかに記載のモールド作製方法。

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