JP2012190827A

JP2012190827A - インプリントモールド及びその作製方法、パターン形成体

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Publication number: JP2012190827A
Application number: JP2011050426A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Yazawa; 紘子矢澤; Manabu Suzuki; 学鈴木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】微細なパターンの形成に好適なインプリントモールド及びその作製方法、インプリントモールドを用いて製造されるパターン形成体を提供する。
【解決手段】インプリントモールドは、凹凸パターンが形成されている領域が、その周囲の面よりも高いメサ構造に形成される。このインプリントモールドの作製方法は、パターニングを行う領域の最外周を、所望のパターン領域の最外周よりも２μｍ以上外側に設定する。パターン形成体は、前記インプリントモールドの凹凸パターンを基材上の被転写層に転写して形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば微細な３次元構造パターンの形成に好適なインプリントモールド及びその作製方法、インプリントモールドを用いて製造されるパターン形成体に関する。

一般的に、基材に特定の微細なパターンを形成した構造物は、広範に用いられている。微細な３次元構造パターンを形成した構造物としては、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス、医療検査用チップ、ディスプレイパネル、マイクロ流路などが挙げられる。

半導体デバイスの製造プロセス等における微細なパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられている。例えば、ガラス等の透明基板上にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作製し、感光性樹脂を塗布した半導体基板上に直接的あるいは間接的に乗せ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分の樹脂を選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを基板上に転写することが行われている。この技術を一般にフォトリソグラフィと呼んでいる。

しかしながら、このようなパターン形成方法では、形成するパターンのサイズや形状が露光する光の波長に大きく依存するため、特に微細なパターンの転写においては、半導体基板上にパターンを忠実に転写することが困難となっている。また、光の回折現象による光コントラストの低下や、装置が複雑な機構を必要とするため高価であることも、問題となる。

これらの問題は、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイス等、フォトリソグラフィ法を用いる様々なパターン形成においても、同様に当てはまる。

また、微細なパターンの他の形成方法としては、電子線リソグラフィや集束イオンビームリソグラフィ等があるが、スループットの悪さや、装置が高価であることが問題である。

そこで、近年、インプリント法と呼ばれる、簡便でありながら従来の方法よりも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（例えば、非特許文献１）。この代表的なインプリント法としては、熱インプリント法と光インプリント法がある。

ここで、従来の典型的なインプリントモールド作製方法の一例を、図６を参照して説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ハードマスク層１２を備えた基板１１に、レジストをコートしレジスト膜１３を形成する。続いて、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１３のパターニングを行い、レジストパターン１４を形成する。そして、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン１４をマスクとしてハードマスク層１２をエッチングし、ハードマスクパターン１５を形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、ハードマスクパターン１５をマスクとして基板１１をエッチングし、図６（ｅ）に示すように洗浄してハードマスクパターン１５を剥離し、モールド１６が作製される。

レジスト膜１３のパターニングの方法としては、例えば電子線リソグラフィを用いる。電子線リソグラフィは、電子線露光装置を用いてレジスト膜１３に所望のパターンを描画した後、現像することによってレジストパターン１４を形成する。

このとき、図７に示すように、レジスト膜１３は、電子線露光装置から直接入射した電子線５１だけでなく、レジスト膜１３内で分子によって散乱された（前方散乱）電子線５２や、ハードマスク層１２表面付近で反射された（後方散乱）電子線５３による影響も受ける。

パターンを形成する領域４２の十分に内側においては、レジスト膜１３は周囲に入射した電子の前方散乱５２及び後方散乱５３の影響を受ける（図７（ａ）参照）。一方、パターンを形成する領域４２の外周部付近においては、レジスト膜１３は、パターンを形成する領域４２よりも外側からは電子線の散乱５２、５３が無いため、パターンを形成する領域４２の十分に内側と比べると実質の露光量が少なくなる（図７（ｂ）参照）。

そのため、パターンを形成する領域４２の外周部付近はパターンを形成する領域４２の中心付近と比較すると寸法が小さくなる。したがって、場所ごとに電子線照射量を制御し、パターンを形成する領域４２の外周部付近の照射量を増やすような補正をかけることによって、パターンを形成する領域４２全面において均一な寸法のパターンを形成することができる。

しかしながら、上記方法では、描画するパターンの寸法、密度、面積等が異なると最適な補正値が異なるため、その都度、最適な補正値を見出すための実験を行う必要がある。

特開２０００−１９４１４２号公報

Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ．３３１４（１９９５）

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、微細なパターンの形成に好適なインプリントモールド及びその作製方法、インプリントモールドを用いて製造されるパターン形成体を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、インプリント法によるパターン形成に用いる凹凸パターンが形成されている領域が、その周囲の面よりも高いメサ構造を有することを特徴とするインプリントモールドにある。

請求項２に係る発明は、基板にハードマスク層を形成し、前記ハードマスク層をパターニング処理し、前記パターニングされたハードマスク層をエッチングマスクとする異方性エッチングを前記基板に対して行い、前記異方性エッチングを行った基板から前記パターニングされたハードマスク層を除去し、前記パターン領域以外の領域を、該パターン領域よりも低くなるように加工することを特徴とするインプリントモールドの作製方法にある。

請求項３に係る発明は、前記ハードマスク層のパターニングを、前記ハードマスク層上にレジスト層を形成し、電子線リソグラフィによって前記レジスト層のパターニングを行い、前記パターニングされたレジスト層をエッチングマスクとする異方性エッチングを前記ハードマスク層に対して行うことを特徴とするインプリントモールドの作製方法にある。

請求項４に係る発明は、前記レジスト層のパターニングを行う領域の最外周を、該パターン領域の最外周よりも２μｍ以上外側としたことを特徴とするインプリントモールド作製方法にある。

請求項５に係る発明は、前記基板は、石英基板であり、前記ハードマスク層は、Ｃｒからなる層であることを特徴とするインプリントモールドの作製方法にある。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載のインプリントモールドを用いて、該インプリントモールドに形成された凹凸パターンが基材上の被転写層に転写されることを特徴とするパターン形成体にある。

本発明によれば、微細なパターンの形成に好適なインプリントモールド及びその作製方法、インプリントモールドを用いて製造されるパターン形成体を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るインプリントモールド及びその作製方法を説明するために示す概略断面図である。図１（ｃ）を上面から見た状態を示す概略平面図である。本発明の効果を説明するために示す概略断面図である。本発明の効果を説明するために示す概略断面図である。本発明の一実施の形態に係るパターン形成体を作製する手順を説明するために示す概略断面図である。従来のインプリントモールドの作製方法の一例を説明するために示す概略断面図である。図６のインプリントモールドの作製方法における問題点を説明するために示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るインプリントモールド及びその作製方法、パターン形成体ついて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るインプリントモールド及びその作製方法を示すもので、まず、工程（Ａ）において基板１１上にはハードマスク層１２を形成する（同図（ａ）参照）。このハードマスク層１２の形成方法としては、ハードマスク層１２に選択した材料に応じて、適宜公知の薄膜形成技術を用いて形成して良い。例えば、スパッタリング法等を用いて良い。

基板１１は、用途に応じて適宜選択して良い。基板１１としては、例えば、シリコン基板、石英基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板等を好適に用いて良い。そして、ハードマスク層１２は、基板１１とのエッチング選択比が高い材料であれば良い。

ここで、例えば、基板１１として石英基板を用いた場合、ハードマスク層１２にはＣｒ（クロム）からなる層を用いることが望ましい。石英基板は、一般的な露光光に対して透過性を有しており、特に、光インプリント法に用いるインプリントモールドや、フォトマスク等の製造工程に、本発明によるパターン形成方法を用いる場合に好適である。

ハードマスク層１２には、Ｃｒからなる層を用いることで、後段のハードマスク層１２のパターニングを行う工程（Ｂ）におけるハードマスク層１２のパターニングにおいて、一般的なエッチング条件において、ハードマスク層１２を基板１１に対してエッチング選択比を高く設定することができる。

次に、ハードマスク層１２のパターニングを行う工程（Ｂ）に移行される。ハードマスク層１２のパターニングを行う方法としては、レジスト膜１３を用いたリソグラフィを用いる。例えばハードマスク層１２のパターニングは、基板１１のハードマスク層１２を形成した面に、レジスト膜１３を形成して（図１（ｂ）参照）、このレジスト膜１３をパターニングし、レジストパターン１４を形成する（図１（ｃ）参照）。このレジスト膜１３のパターニングの方法としては、例えば電子線リソグラフィを用いる。

ここで、所望のパターン領域４１よりも広い領域４２のレジスト膜１３を図１（ｃ）及び図２に示すようにパターニングする。このとき、パターンを形成する領域４２の最外周は所望のパターン領域４１の最外周よりも２μｍ以上外側であることが望ましい。このようにパターンを形成する領域４２を、所望のパターン領域４１よりも十分に広く設定することによって、パターンを形成する領域４２の中心付近と比較して実質の露光量が少ない領域を所望のパターン領域４１よりも外側のみに存在させることができ、所望のパターン領域４１内の全面における実質の露光量が均一になり、均一な寸法のパターンを形成することができる。

次に、レジストパターン１４をマスクとしてエッチングを行うことにより、ハードマスク層１２のパターニングを行い、ハードマスクパターン１５を形成する（図１（ｄ）参照）。そして、ハードマスク層１２のパターニングを行った後は、レジストパターン１４を洗浄して剥離する（図１（ｅ）参照）。

続いて、基板１１に異方性エッチングを行う工程（Ｃ）において、基板１１上のハードマスクパターン１５が形成された側から、基板１１に異方性エッチングを行う（図１（ｆ）参照）。このエッチングとしては、適宜公知のエッチング方法を用いて良く、例えばドライエッチング、ウェットエッチング等を用いて行っても良い。そして、エッチングの条件は、用いたハードマスク層１２及び基板１１の材料に応じて、適宜調節してよい。基板１１に異方性エッチングを行った後は、パターン１７上のハードマスクパターン１５を洗浄して剥離する（図１（ｇ）参照）。

次に、パターン１７が形成されたモールド１６をメサ構造にする工程（Ｄ）において、モールド１６の、所望のパターン領域４１より外側の厚みを薄くしてメサ構造にする（図１（ｈ）参照）。このとき、パターン１７が形成されたモールド１６の、パターン１７が形成された側から加工を行う。加工の方法としては、適宜公知の加工方法を用いて良く、例えば、機械加工や、エッチング等を用いて行っても良い。このとき、所望のパターン領域４１より外側を加工する深さ４４は、パターン１７の深さ４３よりも深いことが望ましい。

このようにパターン１７が形成されたモールド１６をメサ構造にすることによって、後のインプリントモールド２０を用いてインプリントを行う工程（Ｅ）において、インプリントモールド２０表面のパターン領域４１の外側に突起３１や異物３５が存在していても、図３（ａ）（ｂ）に示すようにモールド１６と基材２１上の樹脂層２２の適切な接触が阻害されてしまうことを防ぐことができ、図３（ｃ）のようにパターン領域４１は、基材２１上の樹脂層２２に適切に接触することができる。そのため、モールド２０に形成されたパターン１７の凹部への樹脂の充填不足を防ぐことができ、また、残膜２４の厚さが厚くなったり不均一になったりすることを防ぐことができる。

そして、モールド２０を基材２１上の樹脂層２２に接触させる際、モールド２０に形成されたパターン１７の凸部によって押し出された余剰な樹脂が、パターン領域４１よりも外側のモールド２０と基材２１との間の空間に流れていくため、図４（ａ）のように残膜３４が厚くなることを防ぐことができ、図４（ｂ）のように残膜２４の厚さを薄く均一にすることができる。

一方、モールド１６のパターン領域４１の外側に突起３１や異物３５が存在すると、図３（ａ）（ｂ）に示すようにモールド１６と基材２１上に樹脂２２の適切な接触が阻害され、樹脂の充填不足３２、厚さが不均一な残膜３３や、厚い残膜３４が発生する可能性がある。

上述した工程（Ａ〜Ｄ）により、寸法精度が高く転写性に優れたインプリントモールド２０が作製される。

なお、離型性向上のために、インプリントモールド２０のパターン１７が形成された面に離型性向上のための表面処理を行っても良い。例えば、フッ素ポリマー加工やプラズマ処理等を行っても良い。

次に、前記インプリントモールド２０を用いてインプリントを行う工程（Ｅ）において、該モールド２０を用いて基材２１上にインプリントを行う。インプリントとしては、適宜公知のインプリント方法を用いて良く、例えば、熱インプリント法、光インプリント法等を用いて行っても良い。

以下、本発明の一実施の形態に係るインプリントモールドを作製してパターン形成を行う場合の具体例について図１及び図５を参照して説明する。但し、パターン形成方法としては、この具体例に限定されるものではない。

基板１１には、石英基板を用いて図１（ａ）に示すように、石英基板１１上にハードマスク層１２としてＣｒ膜３０ｎｍ厚を製膜したＣｒ層を形成し、図１（ｂ）に示すように、Ｃｒ層上にポジ型レジストＦＥＰ−１７１（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）２００ｎｍ厚をコートしレジスト膜１３とした。

そして、図１（ｃ）に示すように電子線描画装置にて、レジスト膜１３に対して電子線をドーズ１０μＣ／ｃｍ^２で照射した後、現像液を用いた現像処理、リンス、及びリンス液の乾燥を行い、レジストパターン１４を得た。ここで、現像液にはＴＭＡＨ水溶液、リンス液には純水を用いた。このとき、パターンを形成する領域４２は、所望のパターン領域４１（１０ｍｍ×１０ｍｍ）よりも広い１１ｍｍ×１１ｍｍとした。

次に、図１（ｄ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによってＣｒ層１２のエッチングを行い、Ｃｒパターン１５を得た。このとき、Ｃｒ層１２のエッチング条件は、Ｃｌ_２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー１２０Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗとした。続いて、図１（ｅ）に示すように、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＩＥパワー１０００Ｗ）によってレジストパターン１４を剥離した。

以上より、石英基板１１上の１１ｍｍ×１１ｍｍの領域にＣｒパターン１５を形成することができた。

次に、図１（ｆ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたドライエッチングによって石英基板１１のエッチングを行った。このとき、石英基板１１のエッチングの条件は、Ｃ_４Ｆ_８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、ＩＣＰパワー２０Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗとした。このとき、パターンの高さ４３は、１００ｎｍとした。続いて、図１（ｇ）に示すように、残存したＣｒパターン１５のウェット洗浄を行った。

以上より、１１ｍｍ×１１ｍｍの領域にパターン１７が形成されたモールド１６を得ることができた。

次に、パターン１７が形成されたモールド１６のパターン１７が形成された側に、１．６μｍ厚のＦＥＰ−１７１をコートし保護膜とした。そして、パターン１７が形成されたモールド１６の所望のパターン領域４１（１０ｍｍ×１０ｍｍ）よりも外側を機械加工して、メサ構造にした（図１（ｈ）参照）。このとき、加工する深さ４４は１５μｍとした。続いて、保護膜をウェット洗浄により剥離した。

以上より、寸法精度が高く転写性に優れた石英モールド２０を得ることができた。

次に、石英モールド２０を用いて、基材上の樹脂に光インプリントを行い、基材のパターニングを行った。まず、基材２１にはシリコンウェハを用いた。シリコンウェハ上に紫外線硬化樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業社製）２５０ｎｍ厚をコートし、被転写樹脂層２２とした（図５（ａ）参照）。そして、シリコンウェハ上の被転写樹脂層２２に、石英モールド２０のパターンが形成された面が対向するようにモールド２０を接触させた（図５（ｂ）参照）。

続いて、石英モールド２０の裏側から高圧水銀灯を光源として、２０ｍＪ／ｃｍ^２の露光を行った。そして、石英モールド２０をシリコンウェハから剥離し、シリコンウェハ上に樹脂パターン２３を得た（図５（ｃ）参照）。このとき、残膜２４の厚さは２０ｎｍであった。

次に、Ｏ_２プラズマアッシングによって残膜２４を除去した（図５（ｄ）参照）。このとき、Ｏ_２プラズマアッシングの条件は、Ｏ_２流量５０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＩＥパワー１００Ｗであった。続いて、樹脂パターン２３をエッチングマスクとして、シリコンウェハのエッチングを行った（図５（ｅ）参照）。このとき、シリコンウェハのエッチング条件は、ＣＦ_４流量３０ｓｃｃｍ、Ｃ_４Ｆ_８流量２０ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗであった。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＩＥパワー１０００Ｗ）によって残存した樹脂パターン２３を除去した（図５（ｆ）参照）。

以上より、寸法精度が高いパターン２５が形成されたシリコンウェハ２６を得ることができた。

本発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより、種々の発明が抽出され得る。

例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明によれば、微細な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、パターン形成体として、インプリントモールド、フォトマスク、半導体デバイス、光学素子、配線回路（デュアルダマシン構造の配線回路など）、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（拡散板、導光板など）、マイクロ流路など、に利用することが期待される。

１１…基板
１２…ハードマスク層
１３…レジスト膜
１４…レジストパターン
１５…ハードマスクパターン
１６…モールド
１７…パターン
２０…モールド
２１…基材
２２…樹脂層
２３…樹脂パターン
２４…残膜
２５…パターン
３１…モールド表面の突起欠陥
３２…樹脂の充填不良
３３…厚さが不均一な残膜
３４…厚い残膜
３５…モールド表面に付着した異物
４１…所望のパターン領域
４２…パターンを形成する領域
４３…基板に形成されたパターンの高さ
４４…メサ構造の高さ
５１…電子線露光装置から直接入射した電子線
５２…前方散乱された電子線
５３…後方散乱された電子線

Claims

インプリント法によるパターン形成に用いる凹凸パターンを備えたインプリントモールドであって、前記凹凸パターンが形成されている領域が、その周囲の面よりも高いメサ構造になっていることを特徴とするインプリントモールド。
基板にハードマスク層を形成し、
前記ハードマスク層をパターニング処理し、
前記パターニングされたハードマスク層をエッチングマスクとする異方性エッチングを前記基板に対して行い、
前記異方性エッチングを行った基板から前記パターニングされたハードマスク層を除去し、
所望のパターン領域以外の領域を、前記所望のパターン領域よりも低くなるように加工することを特徴とするインプリントモールドの作製方法。
前記ハードマスク層のパターニングは、
前記ハードマスク層上にレジスト層を形成し、
電子線リソグラフィによって前記レジスト層のパターニングを行い、
前記パターニングされたレジスト層をエッチングマスクとする異方性エッチングを前記ハードマスク層に対して行う、
ことを特徴とする、請求項２に記載のインプリントモールド作製方法。
前記レジスト層のパターニングを行う領域の最外周は、所望のパターン領域の最外周よりも２μｍ以上外側であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のインプリントモールド作製方法。
前記基板は、石英基板であり、前記ハードマスク層は、Ｃｒからなる層であることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載のインプリントモールドの作製方法。
請求項１に記載のインプリントモールドを用いて、該インプリントモールドに形成された凹凸パターンを基材上の被転写層に転写することを特徴とするパターン形成体。