JP4147221B2

JP4147221B2 - パターニング方法

Info

Publication number: JP4147221B2
Application number: JP2004509513A
Authority: JP
Inventors: ミシェル、ブルーノ; ロスイザン、ヒューゴ、イー; ヴェティゲル、ペーター; ボナ、ジャン−ルーカ; ビエバイク、ハンス
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: EP1516228B1; DE60326724D1; WO2003102691A1; EP1516228A1; US20050124092A1; JP2005520213A; US7235464B2

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、基板上における格子アレイ（ｇｒａｔｉｎｇａｒｒａｙ）等のパターンの形成に関する。より具体的には、本発明は、光ファイバ通信システムに適した、基板上でのかかる格子アレイの形成に関する。よりいっそう具体的には、本発明は、所望の周期性または波長に対するかかる格子アレイの適合に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバネットワークは、今日最も重要な通信技術のための重要要素である。例えば赤外線レーザによって発生する光信号は、それらの光強度の高速変調によって、これらのネットワーク間で、あらゆる形態のデータを搬送する。このデータは、現在ではよく知られた１および０のデジタル情報にその後、復調される。過去２０年間で、かかるファイバネットワークを、多くの場合は海底および道路の下のような容易にアクセスできない場所に配置することに、多額の投資が行われた。このファイバのほとんどは、単一モードのものが用いられる。すなわち、狭いスペクトルウインドウ内でのみ光が通過できるので、初期の頃は、これらのネットワークの容量を増大させるために、レーザ信号の変調および検出の高速化に注目が集まっていた。単一モード光ファイバの伝送帯域は広いが、無限に広いわけではないので、その容量を増大させるために別の手法が提案される。すなわち、いくつかの信号を同時に伝搬させ、その各々を別個の波長での光変調によって搬送する。この手法は、波長分割多重化（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と呼ばれ、可能ではあるがその達成は技術的にいっそう難しい。ここで重要な要件は、伝搬する光は、スペクトルのばらつきが小さい（理想的には０．２ｎｍ未満）明確に規定され安定した波長に限定されるということであり、結合する信号が全てファイバのスペクトル帯域内にあるという制約があり、新しい方法によって達成される。ＷＤＭの実際の具現化は、比較的安いコストで、確定的な周波数（通例、ファイバに応じて２００〜４００ＧＨｚ）によってスペクトル的に分離された、コンパクトで製造可能なレーザアレイを提供する技術を待っている。
【０００３】
必要な波長規定および安定性は、分散フィードバック共振器（ＤＦＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）を用いた単一周波数レーザによって提供することができる。波長規定は、温度を安定化させると、実際に必要な波長ずれに対する耐性およびスペクトル純度（ｓｐｅｃｔｒａｌｐｕｒｉｔｙ）を与え、研究において周知であり、この分野ではすでに広く用いられている。しかしながら、ＤＦＲのアレイにおいてこの波長の精度を達成するには、それらの製造において追加のステップが必要である。必要とされる周期的格子は、伝搬フィールドをロックし、安定化させるように、格子の周期で、レーザキャビティの長さに沿って中心とした位相ずれを有し、アレイ内の各格子は、隣接する格子に対して正確にピッチが変更されている必要がある。
このピッチの変更の結果、アレイ内の各レーザについて確定的に波長が異なることになる（多量子ウェル型またはバルクアクティブモードレーザのいずれにも当てはまるが、前者は製造上有利な場合がある）。エピタキシャル膜の厚さおよびその組成に対して適切な制御を行うと仮定すると、格子ピッチの正確かつ精密な規定は、ＤＦＲレーザアレイの良好な製造において限定的な要件である。フィーチャサイズの要件は、一般に、従来の光リソグラフィを用いて実行可能なものよりも小さいことを注記しておかなければならない。
【特許文献１】
ＥＰ−Ｂ−０７８４５４３
【特許文献２】
ＵＳ−Ａ−５，８１７，２４２
【非特許文献１】
Ｍ．Ｃｏｌｂｕｒｎ等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、２１６２（２００１）
【非特許文献２】
Ｙ．Ｘｉａ等、「ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＳｉｚｅｏｆＦｅａｔｕｒｅｓｏｆＰａｔｔｅｒｎｅｄＳＡＭｓＧｅｎｅａｔｅｄｂｙＭｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔＰｒｉｎｔｉｎｇｗｉｔｈＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＳｔａｍｐ」、ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、７（１９９５年）、５月、Ｎｏ．５、４７１〜７３ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザメサ上にこれらの格子を配置するための１つの製造手法は、ｅビームリソグラフィ（ｅ−ｂｅａｍｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によって形成されたマスタ（ｍａｓｔｅｒ）を用いた近接場ホログラフィ（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ）を用いる。ｅビームリソグラフィーにより、必要な分解能およびピッチの精度および波長移相器の配置が提供され、近接場ホログラフィーは、高分解能を維持しながらフィーチャを並列形成するという便利な点がある。ここで、シリカの格子アレイは、ｅビームリソグラフィによって形成され、２００ｎｍの周期で典型的に約１００ｎｍのフィーチャサイズを有するマスタが提供され、これは、１．５μｍの波長でＤＦＲレーザの具現化に必要である。マスタ格子の像は、ＵＶ光を用いて、マスタに接触したフォトレジストの露光によってプリントされる。近接場ホログラフィによるパターンの接触転写が必要である。なぜなら、これによって、投影リソグラフィでは実際に実行不可能な方法で、形成された構造に必要な極めて高い分解能が可能となるからである。しかしながら、この手法には、いくつかの欠点がある。第１に、マスタの製造には極めて高い費用がかかり、１５，０００ドル（従来のマスクのコストの約１０倍）のコストがかかり、更に、推定されるアレイの基板との機械的な接触による応力のもとでのフィーチャの損傷および不明瞭化のため、寿命が限られている（約５０回の使用）。第２に、格子ピッチの変更は、新たなマスタの形成を必要とするので、これを補償するレーザメサの設計の完全な変更は、対象のスペクトル範囲のわずかな変更に対しても全く新しい格子マスタを必要とする。第３に、ウエハ上のあらゆる場所でパターン転写プリントが同時に行われなければならない。シリカ格子とレジストとの間のもろい接触によるプリントの大きな面積に関連する応力は、更に、ウエハの異なる部分上での格子アレイの再現性および正確性を損なう恐れがある。
【０００５】
最近、光ファイバ通信の市場が爆発的に大きくなり、多チャネル間隔に対する要求が厳しくなっている。この分野の開発のため、ファイバおよび選択カプラ等の要素が設計され、これらも、所望の波長に適合させることが必要な１次元格子に頼っている。これによって、最初は小さかった市場は、可能な用途の数および用途当たりの量の双方により、よりいっそう魅力的になっている。現在のＤＦＢレーザ、フェーザー格子、および光通信におけるファイバの微調整の要件では、チャネル間で１００ｐｐｍの刻みまたは１５００ｎｍのＩＲ帯における０．２ｎｍほどに小さい増分での調整が必要である。かかる微調整によって、光ファイバ通信に有用な１００ｎｍ幅のＩＲスペクトル範囲は、１００をはるかに超える異なる波長帯またはチャネルに細分することができる。かかる格子アレイを直接光コンポーネント上に製造することは、十分に経済的ではなく、新たな製造手法を必要とする。マスタにおいて格子の各々を規定し、スタンピングまたは他の方法を用いてそれを最終構造に再現するために次のステップは、実現可能であるが、システムのばらつきにより、コンポーネントの波長精度を保証するために製造中の微調整が必要となる可能性があり、これは、アレイの全ピッチをわずかにシフトさせてマスタ集合を製造することでは不可能なプロセスである。
【０００６】
マイクロコンタクトプリンティング（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔｐｒｉｎｔｉｎｇ）（以降、μＣＰとする）は、マイクロメートルおよびサブミクロンの横方向寸法で有機単分子層（ｏｒｇａｎｉｃｍｏｎｏｌａｙｅｒ）のパターンを形成するための技法である。μＣＰは、あるタイプのパターンを形成する際、実験上の簡略性および柔軟性を提供する。従来技術の多くは、これまで、例えば金または他の金属上における、長鎖アルカンチオレートの自己集合単分子層（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）の顕著な形成能力に依存するものである。これらのパターンは、適切に調製したエッチング液によって浸食から支持金属を保護することで、ナノメートルレジストとして作用することができ、または、パターンの親水性領域上への選択的な流体の配置を可能とする。１マイクロメートル未満である可能性がある寸法を有する自己集合単分子層のパターンは、アルカンチオールを「インク」として用い、それらの上にエラストマーの「スタンプ」を用い、金属支持体上にプリントすることによって形成される。スタンプは、光リソグラフィ、ｅビームリソグラフィ、または他の技法によって用意したマスタを用いて、シリコーンエラストマを成形することにより製造される。このようなスタンプの表面のパターニングは、例えば、ＥＰ−Ｂ−０７８４５４３に開示されている。
【０００７】
マイクロ成形またはＲＶ成形とも呼ばれるステップアンドフラッシュインプリント（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｆｌａｓｈ−ｉｍｐｒｉｎｔ）リソグラフィは、１００ｎｍより小さいフィーチャのレジストをパターニングするためのフォトリソグラフィに対する代替技法となる可能性を有する。ステップアンドフラッシュインプリント（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｆｌａｓｈ−ｉｍｐｒｉｎｔ）リソグラフィは、低コストで、高スループットの、高分解能パターニング用の従来のフォトリソグラフィを代替する。ステップアンドフラッシュインプリント（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｆｌａｓｈ−ｉｍｐｒｉｎｔ）リソグラフィは、テンプレートのトポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が基板上に生成されるパターンを規定する成形プロセスである。この技法は、低粘度の感光溶液を用い、これを、トポグラフィ的に構成されたクオーツマスタによってパターニングされた後にＵＶによって硬化させる（Ｍ．Ｃｏｌｂｕｒｎ等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、２１６２（２００１）を参照のこと）。
【０００８】
ＵＳ−Ａ−５，８１７，２４２は、１ミクロン未満のフィーチャのリソグラフィ処理のためのハイブリッドスタンプ構造を開示する。このスタンプは、自己整合を達成するための手段を提供し、この手段は、キーおよびロック型（ｋｅｙ−ａｎｄ−ｌｏｃｋｔｙｐｅ）のトポグラフィのフィーチャ、例えば円錐または角錐状の突起および穴を含み、ステッピングデバイスによる十分に正確な事前配置の後、スタンプを所望の最終位置に誘導する。特に、スタンプは、リソグラフィパターンのフィーチャを超えるくさび形の突起を備え、基板の対応するくぼみ内に正確に嵌合する。このため、フィーチャの幾何学的形状が、スタンプおよび基板の微調整を行う。更に、ＵＳ−Ａ−５，８１７，２４２は、液体の性質または傾向に基づいてその表面を最小化する自己整合手段を開示する。効率的な自己整合機構は、水分量の制御と共に、基板およびスタンプの双方の表面上の親水性パッドによって達成される。
【０００９】
Ｙ．Ｘｉａ等の「ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＳｉｚｅｏｆＦｅａｔｕｒｅｓｏｆＰａｔｔｅｒｎｅｄＳＡＭｓＧｅｎｅａｔｅｄｂｙＭｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔＰｒｉｎｔｉｎｇｗｉｔｈＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＳｔａｍｐ」、ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、７（１９９５年）、５月、Ｎｏ．５、４７１〜７３ページにおいて、μＣＰを用いてサブマイクロメートルの大きさのフィーチャによってパターンを形成する方法が開示されており、ここでは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）スタンプにおいて、浮き上がりパターンを、最初に比較的大きいフィーチャ（２〜１０μｍ）で形成し、次いで１対の（または２対の）小さいプレートによって横方向に力を加えて機械的に圧縮する。しかしながら、このフィーチャの再現性は、スタンプを挟むプレートに加える圧力を用いて横方向にスタンプを圧縮するため、用いるシステムによって制限される。この圧縮は、ねじを用いて行われる。
【００１０】
最後に、最先端技術は、２側面剛性キャリア層を有する基板の表面上にパターンをプリントするスタンプデバイスを開示しており、基板の第１の側に第１の物質から成るパターン層を設け、第２の側に第１の物質よりも軟らかい金属から成るソフト層が組み合わされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、パターニング構造および第２の位置合わせ構造を具備するエラストマスタンプを用いて、第１の位置合わせ構造を具備する基板上にパターンを生成するための方法に関する。この方法は、基板の方向にエラストマスタンプを移動させるための移動ステップと、第１の位置合わせ構造および第２の位置合わせ構造の協同によって発生する引っ張り力によりパターニング構造を変形させるための変形ステップと、を具備する。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、従来技術の上述の欠点を克服するパターン生成方法が提供される。この方法は、スタンプの変形によって、パターニングステップ中にパターンのパターンサイズが決定するという利点を有する。別の利点は、２つの位置合わせ構造の共同によってパターンサイズが決定し、従って基板がパターンサイズを決定することである。
【００１３】
本発明の好適な実施形態は、従属クレームに記載されている。
【００１４】
基板に対するエラストマスタンプの並進運動を引っ張り力に変換すると、これは、追加の力を加える必要がないという利点を有する。これによって、この方法を実行するためのデバイスの構築が容易になり、更に、誤った外部力による製造誤差の可能性が小さくなる。
【００１５】
並進運動に対して、更にパターニング構造に対して、傾斜表面を備えるように設計された位置合わせ構造によって変換を達成すると、並進運動は、極めて単純な機械的原理によって変換され、スタンプおよび、特に位置合わせ構造のいっそう簡単な構築という利点が得られる。
【００１６】
第１の位置合わせ構造および第２の位置合わせ構造を結合するための位置合わせステップは、位置合わせ不良を回避するために有利であり、位置合わせ構造が協同することを可能とするための位置合わせ構造の手法がもたらされる。
【００１７】
格子構造を備えるようにパターニング構造を選択すると、この方法は、例えば光学的な目的のため、基板上に格子パターンを生成するために都合良く適用することができる。光学部品において、異なるかまたは均一の変動ピッチを有する格子は極めて有用である。この方法によって、格子全体で変動するピッチを有する格子を容易に製造することができる。
【００１８】
好ましくは互いに直交する２次元で引っ張り力を発生すると、双方の次元でのパターンの変形を達成可能であり、２次元でピッチが変動する格子等、より複雑な構造を製造することができる。
【００１９】
同一基板上で圧縮および伸張方向に引っ張り力を発生すると、基板の全体的な変形を小さくすることができる。これによって、基板の変形性を超える可能性がある最小および最大の変形間の変形の差を発生することができる。
【００２０】
これより、本発明を、図面に関連付けて更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、１次元または２次元の周期構造の形成を、電磁波と相互作用するように設計された格子の形成をもって説明する。上述した格子は、例えばレーザ、フィルタ、選択カプラ等のデバイスと共に用いることができる。説明する方法は、エラストマスタンプ（ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃｓｔａｍｐ）を利用してこの構造を生成する。ｅビームリソグラフィまたは同様の技法によって、マスタを製造することができる。このマスタは、製造するデバイスの部分を形成するものと同様の３次元構造の浮き上がりを有し、次に、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のようなエラストマにそのフィーチャを成形することによって複製する。他のエラストマも使用可能である。
【００２２】
マスタからのＰＤＭＳの分離は、その表面に浮き上がりパターンのネガを有する「スタンプ」を解放する。スタンプの解放は、マスタの表面上に小さい応力を発生するだけである。なぜなら、ＰＤＭＳのような物質は性質が従順かつ弾性であり、そのため、マスタは、著しい摩耗なしに数回このように容易に複製可能であるからである。５０ｎｍまでの規模でＰＤＭＳの表面に成形されるフィーチャは、実行可能であり、従ってｅビームリソグラフィの分解能を維持することができる。
【００２３】
第１の態様では、スタンプは、レジストを転写するために用いられる。スタンプは、最終的に目標デバイスに転写される格子パターンを形成するための浮き上がりを有する。スタンプは、その表面にレジストでインク書きされる。すなわち、その物質による被覆ステップで被覆される。スタンプの位置合わせは、対象デバイス上の所望の位置に格子フィーチャを誘導するのに役立つ利用可能なトポグラフィに頼ることができる。このタイプの位置合わせは、エラストマスタンプに特徴的な有限の変形性の結果として与えられる。これらのスタンプは、固体マスクを用いたパターン転写技法では不可能な方法で非平面の表面に適応し、従って、スタンプおよび基板上で「ロックおよびキー」型の物理的構造の一致を可能とする。
【００２４】
図１は、既知のロックおよびキー型の自己整合を概略的に示す。スタンプ８は、くさび形の突起４を有し、これは、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で形成され、リソグラフィパターンのフィーチャ（図示せず）を超えて突出する。これらの突起４は、基板２に存在する対応するくぼみ６内に嵌合する。このため、相補的なフィーチャ、例えば傾斜側壁の幾何学的形状によって、基板２に対してスタンプ８を微調整する。
【００２５】
しかしながら、基板２上に突起４を設け、スタンプ８上に対応するくぼみ６を設けることも可能である（図２）。
【００２６】
ロックおよびキー型の自己整合では、フィーチャの傾斜側壁によってスタンプ８および基板２の微調整を行うが、図３は、液体の傾向を利用してその表面を最小化する自己整合の手段を示す。他の領域よりも液体との相互作用が大きい化学的変更を施した表面を有するスタンプ８および基板２上で、トポグラフィ的に平坦な領域の一致を用いる。これによって、平坦な領域間に配された液体１２の１滴から加えられる毛細管の力によって、位置合わせの力が与えられる。基板２およびスタンプ８の双方の表面上に親水性パッドを設けると共に、水分の量を制御することによって、これらのパッド上およびパッド間に小さい液滴が形成され、自己整合機構が実現する。基板２に対してスタンプ８の位置合わせがわずかに不良である場合、挟まれた液滴によって、所望の重複位置への復元力が加わり、これによってスタンプ８をその所望の位置に動かす。
【００２７】
また、スタンプの有限の変形性を別の方法で用いることも可能である。エラストマスタンプ８の伸張または押圧によって、そのフィーチャを等方的に変形させる。このため、フィーチャにほぼ垂直に位置合わせしてスタンプ８に圧縮または引っ張り機械的応力を加えることによって、格子の所望のピッチの変化が生じ得る。そして、この機械的応力の決定的な変化から、所与の格子のピッチが完全に変化する。
【００２８】
所与の周期で極めて小さい変動で格子を複製するために、相対的な変化は極めて小さい。１５００ｎｍおよび１５００．２ｎｍで発する２つのレーザ間での相対的な差は、０．１３％または１３３ｐｐｍである。これは、換言すれば、例えば、２つのレーザの格子のピッチ差が４５０および４５０．０６ｎｍ（Ｌ＝１／２ｎ）ということになり得る。波長安定化のために用いる格子の周期は、レーザの長さ（数ｍｍ）に沿って一定であるので、プリントされたパターン上の位置は、１０．０００ミクロンについて０．１ミクロンの精度で、１０ｐｐｍの相対精度で規定される。
【００２９】
この精度は、ＰＤＭＳをインバー、スチール、ガラス、またはプラスチックから形成した背面上に成形する場合に達成可能である。この構成では、ロックおよびキー機構によって発生する横方向の力を用いて発生可能な最大のひずみは、±０．２％または２０００ｐｐｍ未満の値に限定される。背面の物質をもっと厚く硬くすれば、相対的な変形を小さくできるが、全体のプリントを、より正確にすることになる。このことは、１００ｎｍスペクトル領域に対応するためには、数個のマスタ格子が必要であるが、１つのマスタ格子を用いて２０までの異なる格子を規定することができるということを意味している。
【００３０】
図４は、本発明の実施形態によるスタンプ８および基板２の位置合わせを概略的に示す。基板２は、第１の位置合わせ構造を有し、これは、ここでは、その表面上にくさび形の突起４ａ、４ｂを備える。スタンプ８は、くぼみ６ａ、６ｂの形態の第２の位置合わせ構造を有し、これらは、第１の位置合わせ構造４ａ、４ｂと相補的な形態を有する。くぼみ６ａ、６ｂの間に、スタンプ８は、パターニング構造１０を有し、これは、ここでは、数本の実質的に平行な格子線を有する格子を備える。換言すれば、パターニング構造１０は、格子構造を備えるように選択される。
【００３１】
スタンプ８上の第２の位置合わせ構造６ａ、６ｂのくぼみは、突起４ａ、４ｂ上に正確に嵌合せず、くぼみ６ａ、６ｂは、基板２上の各突起４ａ、４ｂに対してオフセットｄを示す。オフセットｄは、各々が１ｍｍの大きさを有する例えば格子線のような格子の隣接するフィーチャについて、例えば０．２ミクロンの範囲内とすることができ、さらに大きなスペクトルオフセットを発生する場合、１０ミクロンの大きさになる。５０ｎｍの差を生成するための最大のオフセットｄは、１ｍｍについて５％または５０ミクロンとなり、これは、既知の薄膜スタンプ手法を用いて維持することができない変形である。
【００３２】
パターニング構造１０は、被覆ステップにおいて被覆することができる。この被覆は、インク、分子層、または生化学物質といった他のいずれかの化学物質から成るものとすることができる。
【００３３】
移動ステップにおいて、エラストマスタンプ８を基板２の方向へ動かす。位置合わせステップは、具体的には、基板２に対してスタンプ８の位置を横方向に、すなわちパターニングする基板表面に対して実質的に平行に制御する場合に、第１の位置合わせ構造および第２の位置合わせ構造を結合するために使用可能である。
【００３４】
位置合わせ構造４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂは、互いに近づき、接触する。次いで、引っ張り力によってパターニング構造１０を変形させるための変形ステップを行う。引っ張り力は、第１の位置合わせ構造４ａ、４ｂを第２の位置合わせ構造６ａ、６ｂと協同させることによって発生させる。基板２上の突起４ａ、４ｂは、スタンプ８のエラストマ物質よりも硬く、弾性が小さい。通常、突起４ａ、４ｂは、例えばシリコンまたはシリカ等、基板２と同じまたは類似の物質から形成される。従って、スタンプ８を変形させて、第１の位置合わせ構造４ａ、４ｂに適合させる。この変形によって、基板２上に発生させたパターンは、図４の場合のようにより大きくなる可能性があり、またはスタンプ８上の対応するパターニング構造１０よりも小さくなる可能性がある。これによって、もっと小さいパターンを発生するためにより大きいパターニング構造１０を用いること、またはその逆が可能となる。
【００３５】
基板２に対するエラストマスタンプ８の並進運動は、ここでは近づく動きであるが、実質的に基板表面に垂直であり、引っ張り力に変換されて、これがスタンプ８を変形させる。これは、スタンプ８と基板２との間の接触を、所望の変形と組み合わせるという利点がある。付加的な力は必要ない。このため、発生する引っ張り力がまさに所望の変形を達成するのに必要な力であるという追加の利点が得られ、本方法の正確さが増す。スタンプ８自体は、接触の間に引っ張り力を受けるのみであり、これによって、スタンプ８に応力がかかる時間が短くなる。これは、スタンプ８の全寿命を増す。
【００３６】
並進運動は、更に並進運動およびパターニング構造１０について傾斜表面を備えるように設計された位置合わせ構造４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂによって、変換が達成される。
【００３７】
いったんスタンプ８を基板２の方向へ動かし、引っ張り力の後の変形によって、スタンプ８および基板２の位置合わせ構造４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂが一致すると、パターニング構造１０は基板２と接触し、パターニング構造１０を以前に被覆した物質が、基板２をパターニングする、すなわち特定領域で基板２の表面を変更することができる。かかる変更は、被覆物質の部分的または全体的な転写、エッチング、化学反応、またはエンボスのような物理的変更とすることができ、このため被覆ステップをやめる場合がある。
【００３８】
いったんパターンを基板２上に生成すると、基板２からスタンプ８を除去することができる。この除去ステップの間、引っ張り力およびスタンプ８の弾性の低減により、スタンプ８の変形が生じる。
【００３９】
スタンプ８は、異なる基板２上で再使用することができる。基板２上で、再び第１の位置合わせ構造４ａ、４ｂが存在し、スタンプ８上の第２の位置合わせ構造６ａ、６ｂと相互作用する。結果として得られる変形は、この場合、異なる大きさおよび／または方向である可能性がある。ある使用状況の場合、スタンプ８は、圧縮引っ張り力を受け、別の使用状況の場合、スタンプ８は、引き延ばすまたは引き伸ばす引っ張り応力を受ける場合がある。
【００４０】
また、同一スタンプ８上で、引き延ばす応力を受ける局所的領域を、圧縮応力を受ける局所的領域と組み合わせて、スタンプ８の全変形を小さくすることが有利である。
【００４１】
成形の間またはプリンティングの間の温度を変更し、背面とマスタとの間または背面と基板２との間で異なる膨張係数を用いることによって、格子１０の全フィーチャを引き伸ばす全体的な変形を達成可能である。これは、スタンプ８上の格子の全フィーチャを同時にひずませるための好適な手法である。例えば成形温度を１度変更させて、格子のフィーチャを７ｐｐｍ引き伸ばす（スチールとシリコンとの間の異なる膨張係数は、１２ｐｐｍ／Ｋ−５ｐｐｍ／Ｋ＝７ｐｐｍ／Ｋ）。背面材料にガラスを用いると、成形の間の異なる膨張係数は、もっと小さい（約１ｐｐｍ／Ｋ）が、背面材料の選択に依存して、５および２０００ｐｐｍ間の等方的引き伸ばし係数を達成可能である。
【００４２】
外部から加えられる局所的変形のための他の手法は、シリンダプリンティング中の横方向の力の適用を含むことができる。この力は、伸長力に追加して加えることができる。
【００４３】
また、くぼみ６ａ、６ｂのうち１つのみがオフセットｄを有することも可能である。このため、基板２の表面上にスタンプ８を配置すると、変形によって、位置合わせ構造の局所的不一致により発生する横方向の引っ張り力が加えられることで、格子ピッチの変化が生じる。
【００４４】
このため、図４に示す実施形態は、パターンサイズの増大を招き、従って格子ピッチが大きくなる。また、スタンプ８上に突起４ａ、４ｂを配置し、基板２上にくぼみ６ａ、６ｂを配置することも可能である。
【００４５】
図４に示す実施形態およびＹ．Ｘｉａ等に記載された従来技術から既知の方法において生じるピッチの変化の差は、従来技術の方法では、パターンサイズの変更は、例えば追加の万力によって外部の横方向の力を加えることによって達成されるのに対し、図示した構成は、互いに対してオフセットｄを有する基板２の表面上の突起４ａ、４ｂおよびエラストマスタンプ８上のくぼみ６ａ、６ｂの相互作用を利用することである。これは、基板２上にエラストマスタンプ８を配置する瞬間に変形の程度が決定されるという利点がある。このため、スタンプ８は、基板２から別の基板２に移され、そこで、追加のツールを用いることも調整を行う必要もなく、異なる程度の変形を受けることができる。２回の使用の間に、洗浄ステップまたは被覆ステップを実行可能である。また、２回の使用の間に、パターニング構造１０を変更することも可能である。
【００４６】
単一のパターニングプロセス中に、エラストマスタンプ８に異なる変形を加えるといっそう有利である。これらの変形は、異なる符号すなわち伸張または圧縮を示す場合がある。基板２は、このため、スタンプ８の対応する部分を圧縮する突起を備え、一方、基板２の別の位置では、スタンプ８の対応する部分を伸張する突起が存在する。
【００４７】
図５に、例示的な実施形態を示す。基板２は、ここでは突起４ａを備え、これらは、突起４ａ間のパターニング構造として第１のパターン１０を有するスタンプ８上の対応するくぼみ６ａよりも互いに距離が小さい。スタンプ８を基板２上で押圧または移動すると、突起４ａとスタンプ８上の対応するくぼみ６ａとの相互作用は、第１のパターン１０を圧縮する。同じスタンプ８は、更に突起４ｂを備え、これらは、突起４ｂ間のパターニング構造としての第２のパターン１１を有するスタンプ８上の対応するくぼみ６ｂよりも互いに距離が大きい。スタンプ８を基板２上に配置すると、スタンプ８上の対応するくぼみ６ｂと突起４ｂとの相互作用により、第１のパターン１０が伸張する。
【００４８】
更に、図６に示すように、連続的な変形を生成することができ、これは特に光構造では有利である。図６は、一端で第１のピッチｘを有し、他端で第２のピッチｙを有する格子を示す。図示する格子の周期は、位置Ｘｏから位置Ｙｏまで動くにつれて、第１のピッチｘから第２のピッチｙまで連続的に変化する。かかる連続的に変化するピッチは、既知のリソグラフィ方法では生成が難しい。なぜなら、これらは露光のために不連続格子に頼るからである。自己整合エラストマスタンプ８を用いると、かかる連続的に変化するピッチを有する格子は、ピッチが（ｘ＋ｙ）／２である格子を有するスタンプ８によって発生可能であり、パターニングステップの間、位置Ｘｏにおいて（ｙ−ｘ）／２だけ圧縮され、位置Ｙｏにおいて（ｙ−ｘ）／２だけ伸張される。これによって、伸張または圧縮のみを用いる実施形態に比べて、スタンプ８の最大の変形が小さくなる。２つのピッチｘ、ｙ間の連続的な遷移を保証するために、対応する位置合わせ構造４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ自体を実質的に連続的に基板２上もしくはスタンプ８上に配置するか、または、それらを不連続的に配置し、スタンプ８の弾性によって実質的に連続的な変形が生じるように互いに十分近付ける。
【００４９】
また、エラストマスタンプ８によるパターニングは、例えば投影リソグラフィのようなステップアンドプリント（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｐｒｉｎｔ）型の構成で用いることができる。このパターニングの態様は、ホログラフィによって形成されたマスタと組み合わせると特に有用である。すなわち、全ての格子を同じピッチを有するように形成し、上述のようなスタンプ８の変形をその後用いて、個々のデバイス、グループ、またはデバイスのアレイごとに異なる波長シフトを達成する。
【００５０】
図７に、アレイのマトリクスを示す。デバイスの各アレイは、ここでは、個別にパターニングされる別個のチップとして考える。しかしながら、スタンピングによって、通常でない形状または小さい領域におけるプリンティングが可能となり、このため、個々のデバイス用に格子をパターニングすることが考えられ、格子ピッチの選択における柔軟性が高くなる。スタンプ８の変形性を、比較的小さく通常でない形状の領域をプリントする能力と組み合わせることは、特に有利である。パターニング中に上述の変形を用い、１０回のステッピングを行って、１００波長レーザアレイのための格子を繰り返し形成することによって、例えば、各々のピッチおよび位相が異なる線状に配置された１０個のレーザのアレイを備えたデバイスの集合を製造可能である。これらのステップのサイクルを繰り返して、ウエハ上の格子のパターンを完成する。
【００５１】
また、上述の変形可能スタンプ８には第２の用途がある。エラストマスタンプ８を、近接場ホログラフィにおけるマスタとして用いることも可能である。ここで、シリカマスタの代わりにスタンプ８を用いて、レジストのパターニング露光を行うことができる。スタンプ８のフィーチャの閉塞および変更に対して弱いこの技法の欠点は、ｅビームマスタからの複製によって別のスタンプを生成するコストの低さによって緩和する。このステップは、上述のように、実質的にマスタの摩耗を生じない。スタンプ８とレジストとの間のコンフォーマルな接触の利点は、接触リソグラフィによく見られる固有の応力および変形を補償するという代替的な利点を提供する。蓄積された影響により、ウエハの表面に沿った異なる点で絶対ピッチの望ましくない変化が生じるので、この応力は、いくつかのデバイスではウエハ上で特に歩留まりを低下させる恐れがある。
【００５２】
また、ＵＶ成形、またはステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィにおいて、エラストマスタンプ８をマスタとして用いることも可能である。ここで、上述の例と同様の剛性クオーツマスタの代わりにスタンプ８を用い、ｅビーム原版からスタンプ８を数回複製することができる。湾曲可能なキャリア上の薄膜ＰＤＭＳスタンプ８の利点は、表面上で圧力が均一に分布し、成形されたレジストがより再現性の高い厚さを有することである。低粘度のプレポリマーが有利であり得る。なぜなら、これは、液体潤滑によって、基板２に対するスタンプ８の相対的な移動を容易にするからである。特に、ＰＤＭＳが例えばその表面上にフッ化シランを有する場合のように、ポリマーおよび基板２の表面変更を用いて、２つを容易に分離することができる。
【００５３】
本発明の適用性は、１次元の場合から２次元の場合に拡張することができる。また、スタンプ８の弾性調整は、等方的または異方的の２次元の空間に適用可能である。第１の場合、スタンプを同じ率で双方の次元で変形させ、これによって、光格子の例では、この率で共振波長を変更する。第２の場合、波長帯をひずませて、新しい光特性の設計および迅速な試験を可能とする。後者のような構造は、他の方法では製造が難しい。なぜなら、ｅビームリソグラフィツールは、露光のために一定の格子を用いるからである。
【００５４】
説明した実施形態は、予め規定された格子を伸張および／または圧縮して、例えば特定のレーザのような放射波長に対して格子ピッチを調節するという利点を示す。
【００５５】
有利な調整方式は、スタンプ８上のキー構造と一致する基板２上のロック構造を用いて、それを、例えばシステムの較正実行によって与えられる所望の値に伸張および／または圧縮する。この手法を用いて、アレイの各レーザまたはフィルタを以降の製造実行のために個別に較正および調整し、所望の波長での放射を改善することができる。この方式を拡張し、異なるピッチの放射波長を有する異なる数のレーザを製造可能とするため比例して伸張させたマスタ上に格子集合を発生することができる。
【００５６】
平面の２方向で周期を変動させた２次元周期パターンを、例えば、光バンドギャップ構造のフィルタ機能において使用可能である。また、かかるひずみのある２次元パターンを用いて、高い選択性で光バンドギャップ構造において光を結合することができる。
【００５７】
チャープを有する格子アレイ、すなわちピッチの連続的な変動を有するアレイは、ひずみのあるパターンの別の例である。チャープは、格子変動に対して傾斜した角度のスタンプ８の変形によって導入することができる。また、上述のパターン全ては、センサの用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来技術による基板上のスタンプの自己整合を概略的に示す。
【図２】従来技術による基板上のスタンプの自己整合を概略的に示す。
【図３】従来技術による基板上のスタンプの自己整合を概略的に示す。
【図４】変形を与える位置合わせ構造の距離が同一でないスタンプおよび基板を概略的に示す。
【図５】逆方向に変形を与える位置合わせ構造の距離が同一でないスタンプおよび基板を概略的に示す。
【図６】連続変形による格子を概略的に示す。
【図７】エラストマスタンプの変形性を用いてＤＦＲレーアの格子フィーチャを形成する２つの例を示す。

Claims

パターニング構造（１０）および前記パターニング構造（１０）を挟んで形成され、第２の位置合わせ構造（６ａ、６ｂ）を具備するエラストマスタンプ（８）と、第１の位置合わせ構造（４ａ、４ｂ）を具備する基板（２）とを使用して、レーザメサ上に格子を配置するために、基板（２）上に前記格子を与えるためのパターンを生成する方法であって、
前記エラストマスタンプ（８）の前記パターニング構造（１０）を被覆するための被覆ステップと、
前記基板（２）の方向に前記エラストマスタンプ（８）を前記基板（２）に対して垂直に移動させる移動ステップと、
前記第１の位置合わせ構造（４ａ、４ｂ）の前記パターニング構造（１０）の側に形成され、前記移動の方向に対して傾斜した傾斜側壁と、前記第２の位置合わせ構造（６ａ、６ｂ）の前記パターニング構造（１０）の側に形成され、前記移動の方向に対して傾斜した傾斜側壁をそれぞれ嵌合させることにより、前記エラストマスタンプ（８）に対して、前記基板（２）の表面に対して平行な方向に引っ張り力を発生させ、前記パターニング構造（１０）を変形させる変形ステップと、
前記パターニング構造（１０）を被覆した物質により前記基板（２）を、前記パターニング構造（１０）よりも大きくパターニングするステップと
を具備する、方法。
前記基板（２）に対する前記エラストマスタンプ（８）の前記基板（２）への前記移動の並進運動が前記引っ張り力に変換される、請求項１に記載の方法。
前記引っ張り力は、互いに直行する２方向で発生する、請求項１または２に記載の方法。