JP3907519B2

JP3907519B2 - レジストパターンの形成方法およびレジストパターン形成装置

Info

Publication number: JP3907519B2
Application number: JP2002138101A
Authority: JP
Inventors: 博昭炭谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003332211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に、レジストパターンの形成方法に関するものであり、より特定的には、基板上に塗布されたレジストをガラス転移温度以上に加熱した状態で、パターンが形成されたモールドを押しつけ、その後、基板をレジストのガラス転移温度以下に冷却して、モールドを基板から引き離すことで、レジストパターンの形成を行なう、ナノインプリントリソグラフィ技術におけるレジストパターンの形成方法に関する。この発明は、また、そのような方法を実現することができるレジストパターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、J. Vac. Sci. Technol. B14 (6) p.4129 (1996) に開示されたナノインプリントリソグラフィ技術の基本原理を示す図である。
【０００３】
図５を参照して、従来のパターンの形成方法について説明する。まず、パターンの形成されたモールド１と、レジスト膜２０が形成された基板４を準備する。基板４を、レジスト２のガラス転移温度以上に加熱し、軟化したレジスト膜２０にモールド１を押しつける。次いで、モールド１をレジスト膜２０に押しつけた状態のまま、基板４の温度をレジスト膜２０のガラス転移温度以下に下げる。モールド１を基板４より引き離すことにより、レジストパターン６が形成される。モールド１の凸部で圧縮された領域に残ったレジスト残渣７を、ドライエッチングで除去することで、所望のレジストパターンが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のナノインプリント技術では、加熱されたレジストを直接モールドでプレスし、レジスト冷却後にモールドを引き離していたため、モールドとレジストの離型性が悪く、モールドの耐久性の劣化、形成されたパターンが折れるなどの問題点があった。
【０００５】
また、モールドの表面改質処理などを行なって離型性を改善することが試みられているが、数十回のプレスで離型性が劣化してくるという問題点があった。
【０００６】
さらに、高アスペクト比パターンの形成では、特にモールドとレジストの接触面積が大きく、離型性が十分ではないという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、モールドとレジストの離型性を向上させることを目的としたナノインプリントリソグラフィによるパターン形成方法を提供することにある。
【０００８】
この発明の他の目的は、そのような方法を実現できるパターン形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面に従うレジストパターンの形成方法においては、まず、基板の上に、上層膜と下層膜の２層膜からなるレジスト層を形成する。上記レジスト層に、パターンの形成されたモールドを押しつける。上記レジスト層に上記モールドを押しつけた状態で、上記基板を、上記上層膜を溶かす溶剤に浸漬し、上記上層膜を溶剤に溶解させる。上記モールドを上記基板から引き離す。
【００１０】
この発明によれば、基板上のレジストを二層構造とし、モールドでプレスした状態で、モールドと基板を上層レジストのみを溶解させる溶媒に浸して、上層レジストのみを溶かすことにより下層レジストとモールドとの離型性を向上させる。
【００１１】
この発明の好ましい実施態様によれば、上記レジスト層に上記モールドを押しつける工程は、上記レジスト層に上記モールドを押しつけた状態で、上記基板を冷却する工程を含む。
【００１２】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記モールドを上記基板から引き離す工程は、上記上層膜を上記溶剤に溶解させながら行う。
【００１３】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記上層膜として水溶性膜を選び、上記溶剤として純水を選んで行う。
【００１４】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記上層膜として、レジスト現像液に可溶なネガ型レジストを選び、上記溶剤としてレジスト現像液を選んで行う。
【００１５】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記上層膜としてポジ型レジストを選び、上記モールドとして、光が透過する透明モールドを選び、上記レジスト層に上記モールドを押しつけた状態で、上記透明モールドを通して、上記上層膜に光を照射し、上記上層膜をレジスト現像液に可溶に変質させる。その後、上記レジスト層に上記モールドを押しつけた状態で、上記基板を、上記上層膜を溶かす溶剤に浸漬する上記工程を行う。
【００１６】
この発明の第２の局面に従う発明は、ウエハステージの上で、基板上に形成されたレジスト層に、パターンの形成されたモールドを押しつけ、レジストパターンを形成するレジストパターン形成装置に係る。上記ウエハステージ全体を溶剤に浸すことできるように、上記ウエハステージを収容する現像カップと、モールドをレジスト層に押しつけた状態で、基板を現像カップに入れられた溶剤に浸漬する機能とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００１８】
実施の形態１
図１は、実施の形態１に係るプロセスを説明するための図であり、より具体的には、インプリントのプロセスフローを示す図である。
【００１９】
まず、微細パターンの形成されたモールド１を準備する。下層レジスト２と上層レジスト３の２層膜からなるレジストが形成された基板４を準備する。
【００２０】
従来のナノインプリントと同様に、下層レジスト２のガラス転移温度以上に基板４を加熱し、モールド１をプレスする。次いで、モールド１をプレスした状態のまま、基板４の温度を下層レジスト２のガラス転移温度以下にまで冷却する。上層レジスト３を溶解する溶媒５中にモールド１と基板４を浸し、上層レジスト３を溶解させて、モールド１を基板から離型させる。このとき、モールド１は、上層レジスト３と密着しており、上層レジスト３を溶解させることで、下層レジスト２とモールド１の離型性が向上し、レジストパターン６が形成される。
【００２１】
より具体的に説明すると、下層レジスト２としてポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）を、上層レジスト３としてポリスチレン系の水溶性膜を適用することにより、溶媒５として純水が適用できる。純水により上層レジスト３のみが溶解し、モールド１の離型が容易になる。
【００２２】
また、上層レジスト３として、ネガ型レジストを適用することで、溶媒５としてレジスト現像液（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）２．３８ｗｔ％）を適用することができる。下層レジスト２は、レジスト現像液に溶けず、金属汚染等の問題もなく、通常の半導体製造工程と同様の取扱いが可能となる。
【００２３】
実施の形態２
図２は、実施の形態２におけるパターン形成方法を示す図である。
【００２４】
図２において、図１と同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明を繰返さない。パターンのついたモールド１は、本実施の形態では、ＵＶ光などの光が透過可能な石英などで構成されている。上層レジスト３として、ポジ型レジストが用いられている。図中、矢印８は、上層レジスト３をレジスト現像液に対して可溶にさせるためのＵＶ光である。
【００２５】
本実施の形態では、２層構造レジストを、モールド１でプレスした状態で、モールド１を通してＵＶ光８を照射させ、上層レジスト３をレジスト現像液(ＴＭＡＨ)に可溶に変質させる。この状態で、モールド１と基板４を一体として、溶媒５であるレジスト現像液に浸して、上層レジスト３を溶解させる。これによって、下層レジスト２とモールド１の離型性を良くすることができ、金属汚染等の問題もなく、通常の半導体製造工程と同様の取扱いが可能となる。
【００２６】
実施の形態３
図３および図４は、この発明を実施するためのパターン形成装置の構成とその動作について説明するための図である。
【００２７】
図３および図４において、図１に示した部材と同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明を繰返さない。
【００２８】
図３および図４を参照して、当該装置は、モールド１をプレスする油圧もしくは空圧で動作するプレス装置の稼働部１０と、プレス稼働部１０を支持する支持機構１１と、支持機構１１の上下動を支えるガイド１２と、基板４を保持するウエハステージ部１３と、プレス機構全体を支える架台部１４と、加熱されたウエハステージ部１３を冷却するための冷却水を流す冷却部１５と、溶媒５を入れる現像カップ１６と、溶媒５を現像カップ１６に出し入れするためのバルブ１７，１８と、基板面４との平行性を調整できる機構を有したモールド吸着部１９と、プレス稼働部１０とモールド吸着部１９とを結合するためのアタッチメント部２０を備える。次に、本装置の動作について、図３および図４を用いて説明する。
【００２９】
モールド１はモールド吸着部１９に吸着される。レジストのガラス転移温度以上に加熱されたウエハステージ部１３上で吸着されている基板４を、プレス稼働部１０を動かして、モールド１でプレスする。基板４上にはレジスト２，３が２層で塗布されている。
【００３０】
次いで、ウエハステージ冷却部１５に冷却水を流し、レジストのガラス転移温度以下にまで、ウエハステージ部１３の温度を下げる。ウエハステージ部１３の温度が十分に下がり切った後、現像カップ１６につながっているバルブ１８を閉じる。バルブ１７を開いて、溶媒５を現像カップ１６中にいれて、モールド１が基板４をプレスした状態のまま、基板４を溶媒５に浸す。
【００３１】
次いで、プレス圧力を緩め、上層レジスト３が溶媒５により溶解した後、プレス稼働部１０を上方向に動かして、基板４からモールド１を引き離す。モールド１が基板４から十分に離型した後、バルブ１８を開き、現像カップ１６中に溜まっていた溶媒５を排出し、基板４をエアブローもしくはスピン乾燥法にて乾燥させる。
【００３２】
以上の工程を実施することにより、モールド１と基板４の離型性を改善することができ、モールドの長寿命化、高アスペクト比パターン形成が容易に得られる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、レジスト構造を２層構造とし、モールドをプレスした状態で、上層レジスト膜を溶媒中で溶かすことにより、モールドの離型性を向上させることができ、モールドの長寿命化が実現できるとともに、高アスペクト比パターン形成が容易に実施できるという効果を奏する。
【００３５】
また、この発明によれば、上層レジスト膜に水溶性膜やレジスト樹脂を使用することで、通常の半導体プロセスで使用している溶液を使用することができ、金属汚染などの心配もなく、デバイス製造に適用できるという効果を奏する。
【００３６】
さらに、この発明によれば、通常のナノインプリント装置に現像用カップを取付けることにより、容易に実現可能な装置構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るナノインプリントプロセスフローを説明するための図である。
【図２】実施の形態２に係るナノインプリントプロセスフローを説明するための図である。
【図３】実施の形態３に係る装置の構成を説明するための図である。
【図４】実施の形態３に係る装置の動作を説明するための図である。
【図５】従来のナノインプリントのプロセスフローを説明するための図である。
【符号の説明】
１モールド、２下層レジスト、３上層レジスト、４基板、５溶媒、６レジストパターン、７レジスト残渣、８ＵＶ光、１０プレス装置の稼働部、１１支持機構、１２ガイド、１３ウエハステージ部、１４架台部、１５冷却部、１６現像カップ、１７，１８バルブ、１９モールド吸着部、２０アタッチメント部。

Claims

基板の上に、上層膜と下層膜の２層膜からなるレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層に、パターンの形成されたモールドを押しつける工程と、
前記レジスト層に前記モールドを押しつけた状態で、前記基板を、前記上層膜を溶かす溶剤に浸漬し、前記上層膜を溶剤に溶解させる工程と、
前記モールドを前記基板から引き離す工程と、を備えたレジストパターンの形成方法。
前記レジスト層に前記モールドを押しつける工程は、前記レジスト層に前記モールドを押しつけた状態で、前記基板を冷却する工程を含む、請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
前記モールドを前記基板から引き離す工程は、前記上層膜を前記溶剤に溶解させながら行う、請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
前記上層膜として水溶性膜を選び、前記溶剤として純水を選んで行う、請求項１から３のいずれか１項に記載のレジストパターンの形成方法。
前記上層膜として、レジスト現像液に可溶なネガ型レジストを選び、前記溶剤としてレジスト現像液を選んで行う、請求項１から３のいずれか１項に記載のレジストパターンの形成方法。
前記上層膜としてポジ型レジストを選び、
前記モールドとして、光が透過する透明モールドを選び、
前記レジスト層に前記モールドを押しつけた状態で、前記透明モールドを通して、前記上層膜に光を照射し、前記上層膜をレジスト現像液に可溶に変質させ、
その後、前記レジスト層に前記モールドを押しつけた状態で、前記基板を、前記上層膜を溶かす溶剤に浸漬する前記工程を行う、請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
ウエハステージの上で、基板上に形成されたレジスト層に、パターンの形成されたモールドを押しつけ、レジストパターンを形成するレジストパターン形成装置において、
前記ウエハステージ全体を溶剤に浸すことできるように、前記ウエハステージを収容する現像カップと、
前記モールドを前記レジスト層に押しつけた状態で、前記基板を前記現像カップに入れられた溶剤に浸漬する機能と
を備えたことを特徴とする、レジストパターン形成装置。