JP4448195B2 - モールド、インプリント方法、及びチップの製造方法 - Google Patents
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Description
この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、数nmオーダーの分解能を持つため、ステッパ、スキャナ等の光露光装置に代わる次世代の半導体製造技術としての期待が高まっている。
さらに、この技術は、ウエハに立体構造を一括加工できるため、半導体以外にも、つぎのような分野における製造技術への応用が期待されている。
例えば、フォトニッククリスタル等の光学素子や、あるいはμ−TAS(Micro Total Analysis System)などのバイオチップの製造技術、等として幅広い分野への応用が期待されている。
特許文献1では、以下のようにして両者の位置合わせを行っている。
具体的には、光透過可能なモールド基板に、位置参照用のマークを設けると共に、ワーク側にも上記モールド基板に設けられた位置参照用のマークに対応したマークを形成する。そして、これらの、位置参照用のマークを用いて、モールドとワークとの位置合わせを行うのである。
モールド基板の上側から光を透過させ、上記モールド基板に設けられた位置参照用のマークと、ワークに形成されたマークとを同時に観察することで、モールドとワークとの位置合わせをすることができる。
しかしながら、本発明者が鋭意検討を行ったところ、上記した手法による位置合わせでは、以下のような課題が生じるという見解に至った。
つまり、光透過性の位置合わせ構造を用いたモールドと、光硬化性樹脂とが接触すると、両者の屈折率差が小さいために、位置合わせ構造が不鮮明になるのである。
そして、モールド本体としては、一般に石英が用いられ、この屈折率は1.45程度である。このように両者の屈折率差が小さいために、モールド表面に、該モールドを加工して、位置合わせ構造用の凹凸が設けられていても、樹脂との接触により見え難くなってしまう。
勿論、要求される位置合わせ精度によっては、位置合わせ構造用の凹凸が多少見え難くても、実際には位置合わせを行うことはできる。
しかしながら、将来的には、極めて高い精度での位置合わせが要求されるであろう。本発明者らは、そのような高精度の位置合わせに、好適なモールドを提供することを目的として、鋭意検討を行い、本発明をなすに至った。
また、本発明は、該モールドを用いたインプリント方法や、チップの製造方法を提供することをも目的とする。
第1の材料を含み構成される基板と、
該基板上に設けられており、且つ該第1の材料とは異なる第2の材料を含み構成されているアライメントマークと、
を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、且つ波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であることを特徴とする。
第2の本発明に係るインプリント方法は、
前記第1の本発明に記載の前記モールドと、被加工物との間に光硬化性樹脂を介在させ、
前記モールドに設けられている前記アライメントマークと、該被加工物に設けられているアライメントマークとを検出しながら、該アライメントマークと該被加工物との位置制御を行うことを特徴とする。
第3の本発明に係るチップの製造方法は、
前記第1の本発明に記載のモールドと、被加工物を用意し、
該被加工物上の光硬化性樹脂に、該モールドを用いてパターンを形成し、
該パターンをマスクとして、該被加工物のエッチングを行うことを特徴とする。
第4の本発明に係るモールドは、
第1の材料を含み構成される基板と、
該第1の材料とは異なる第2の材料からなる第1の層を含み構成される複数の凸部と、該基板上の該凸部間に設けられている該第2の材料からなる第2の層と、を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であり、且つ該第1の層と該第2の層の層厚は互いに異なることを特徴とする。
第5の本発明に係るモールドは、
第1の材料を含み構成される基板と、
該第1の材料とは異なる第2の材料からなる第1の層を含み構成される複数の凸部と、を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、且つ波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であり、且つ該凸部間の該基板上には、該第2の材料が設けられていないことを特徴とする。
第6の本発明に係るモールドは、
アライメントマーク領域とインプリントパターン領域とを備え、
該アライメントマーク領域は、波長633nmの可視光に対する屈折率が1.7以上である材料を含み構成されていることを特徴とする。
本発明に係るモールドは、例えば、凹部と凸部を備え、且つ光硬化樹脂層のパターン形成に用いられるモールドを、つぎのように構成することを特徴としている。
具体的には、第1の材料を含み構成されるモールド基板と、第2の材料を含み、且つ少なくとも前記凸部の一部を構成する表面層とを備えている。
その際、前記第1及び第2の材料は、紫外光の少なくとも一部の波長域の光を透過可能であり、且つ前記第2の材料は、屈折率が1.7以上であることを特徴としている。
また、本発明に係るモールドは、前記モールドの凹部と凸部とにおいて、前記表面層の光路長が異なることを特徴としている。
また、本発明に係るモールドは、位置合わせ構造を有し、該位置合わせ構造の少なくとも一部は前記第2の材料で構成されていることを特徴としている。
また、本発明に係るモールドは、前記第1の材料と前記第2の材料が、同じ材質であることを特徴としている。
また、本発明に係るモールドは、半導体、フォトニッククリスタルを含む光学素子、バイオチップのいずれかの製造技術に用いられることを特徴としている。また、本発明に係るモールドの製造方法は、上記したモールドを製造するために、つぎの(1)から(2)の工程を有することを特徴としている。
(1)前記第1の材料により形成されたモールド基板上に、前記屈折率が1.7よりも大きい第2の材料による表面層を成膜する工程。
(2)前記表面層をエッチングして凹凸部による所望の段差形状を形成する工程。
また、本発明に係るモールドの加圧加工方法は、上記モールドを加圧加工に用いることを特徴としている。
このモールドは、モールドまたは被加工部材のいずれか一方を加圧し、光源からの前記モールドを透過して、光源から照射される光により、前記被加工部材の光硬化樹脂を硬化させる。そして、前記モールドの加工面に形成されたパターンを前記被加工部材に転写する際に用いられる。
また、本発明に係るモールドの加圧加工方法は、前記光硬化樹脂を硬化させない波長域の光を用いて位置合わせすることを特徴としている。
また、本発明に係るモールドの加圧加工装置は、上記したモールドを備え、モールドまたは被加工部材のいずれか一方を加圧し、前記モールドを透過する光源からの光の照射により、被加工部材の光硬化樹脂を硬化させる。そして、前記モールドの加工面に形成されたパターンを被加工部材に転写する手段等により構成されている。
また、本発明においては、前記凹部と凸部が、アライメントのためのパターンであることを特徴としている。
本発明の第1の実施形態におけるモールドについて説明する。
図1は、本実施の形態におけるモールド(テンプレートと呼ばれる場合もある。)に設けられているアライメントマークを説明するための模式的断面図である。1000はモールドを、1010は基板(モールド基板という場合もある。)を、1050はインプリントして転写するためのパターン領域を示している。なお、パターン領域1050には実際には、インプリント用のパターン(例えば、凹部や凸部による構造)が形成されているが、図面上では省略している。1020は、アライメントマークが設けられている、アライメントマーク領域を示している。
なお、同図では、インプリント用のパターン領域1050を中央に、その両端にアライメントマーク領域1020を設けているが、あくまで例示にすぎず、両者の位置関係は特に限定されるものではない。例えば、パターン領域1050の内部にアライメントマーク領域が設けられていてもよい。勿論、アライメントマーク領域1020も必ず、モールド1000に2箇所ある必要は無く、1箇所でもよいし、3箇所以上あってもよい。
なお、本実施形態におけるアライメントマークは、モールドに形成されているパターン領域の面内方向、いわゆるXY面内方向の位置合わせや、モールドと被加工物との間のギャップ調整に利用されるものである。
図2は、モールドを構成している、図1におけるアライメントマーク領域1020を説明し易いように部分的に拡大して示した模式図である。
図2((a)から(g))において、2010は、第1の材料を含み構成される基板(モールド基板と呼ばれる場合もある。)である。
2102は、該基板2010上に設けられており、且つ該第1の材料とは異なる第2の材料を含み構成されているアライメントマークである。なお、以下では、このアライメントマーク2102を単に部材と称したり、表面層と称する場合がある。
そして、該第1及び第2の材料は、紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、且つ該第2の材料の屈折率は、1.7以上である。
このように、モールドのアライメントマーク領域を構成する第2の材料として、屈折率が1.7以上の材料を利用することにより、モールドと光硬化樹脂とが接触した場合でも、モールドの当該アライメントマークを良好に検出(あるいは観察)できる。従って、モールドと被加工物との高精度の位置合わせが可能となる。
すなわち、本実施形態に係る発明は、モールドの加工面に所定値以上の屈折率を有する表面層(第2の材料で構成される。)を形成することで、従来におけるモールドと光硬化樹脂の屈折率差が小さいことに起因する位置合わせ上の問題点を解決したものである。
具体的には、表面層の材料の屈折率が、1.7よりも大きい屈折率を有する構成とすることで、光硬化樹脂との屈折率の違いにより、モールドとワークに設けられた位置合わせ構造を検出し、高精度の位置合わせができることを見出したものである。
なお、表面層の屈折率は、1.7以上、好ましくは1.8以上、更に好ましくは1.9以上である。上限は例えば、3.5以下である。勿論、使用可能であれば上限値はこれに限定されるものではない。
また、表面層の一部が上記屈折率を備えていれば、更に表面層が他の層により被覆されていてもよい。
そして、該部材は、前記モールドの厚さ方向(図2の2600)に垂直な方向(図2の2610)に、該部材の厚さを変えて配置することができる。このように第2の材料を配置するとで、基板2010側からモールドの厚さ方向2600に平行な方向に光を入射させる場合の光路長(媒質の屈折率×長さ)を、モールドの面内方向(図2の2610)に関して、変化させることができる。これは、アライメントマーク領域に設けられている凹凸の一方を光学的に観察できることを意味する。例えば、複数のラインとして、あるいは複数のドットとして、あるいは、複数のリングとして観察されることになる。
前記部材は、前記モールドの厚さ方向に垂直な方向に、第1の厚さと第2の厚さとを備えており、該第2の厚さは、ある厚さを有するか(図2(a)(e)(g)の場合)、厚さゼロとする(図2(b)(c)(d)(f))ことができる。換言すれば、モールド基板2010上に、前記アライメントマークを構成する前記第2の材料からなる部材2102が配置されており、前記モールドの凹部と凸部とにおける該部材2102の厚さが異なるために、光学的にアライメントマークを観察できるのである。
ここで、凹部と凸部における部材2102の厚さが異なるということには、例えば、図2(h)のように、前記部材2102からなる層を2層あるいは複数の層により構成して厚さ(光学長ということもできる。)を異ならせることをも包含される。
勿論、単にアライメントマークの存在位置を明瞭に観察できるだけでも、アライメントを行うことができるので、必ずしも、前記部材は厚さを変えて、基板上に配置されている必要は無い。
なお、図2は模式的な断面図であるが、その上面図(不図示)は、第2の材料からなる部材2102が、ライン状あるいはドット状に複数配置されていたり、またはリング状に複数配置されていたりする。
図2(b)は、
前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される部材2102が、平坦な前記基板上に設けられている場合を示している。換言すれば、モールド2104は、表面層2102とモールド基板2010の境界まで段差が設けられた構造を有しているといえる。表面層2102の膜厚がそのまま段差となっている。
すなわち、図2(d)に示されるモールド2107は、図2(c)に示されるモールド2105の表面全体に、第3の材料によって構成される保護層2106が更に設けられた構造を有している。勿論、モールド2103、2104の表面全体に、保護層2106を設けることもできる。
前記第3の材料は、表面層2102と同じ材料でもよいが、モールド基板2010、表面層2102と共通の、紫外光領域に対する透過率を有する任意の材料から選ぶことができる。また、インプリント後の離型をスムーズに行うために塗布することのある離型剤であってもよい。
図2(f)は、前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される部材2102が、凹部を有する前記基板2010の該凹部上に設けられている場合を示している。なお、部材2102の厚さは、特に制限されるものではないが、基板2010の表面から突出しないような厚さが好ましい。
図2(g)及び(h)は、前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される部材2102が、凹部あるいは凸部を有する基板2010の、当該凹部2999と凸部2011上の両方に設けられている場合を示している。
凹部に設けられている物質2021は、部材2102と同じ物質で構成することもできるし、異なる材料で構成することもできる。但し、物質2021の屈折率は、部材2102の屈折率に近いことが好ましい。
なお、凸部2011上の部材2102の厚さd1と、凹部2999上の部材2021の厚さd2との関係は、d1とd2とが異なることが好ましい。
なお、基板2010、及び部材2102の厚さとしては、特に制限されるものではないが、不要な干渉条件を避ける厚さとすることが望ましい。例えば、
λ/4n<部材2102の厚さ<観測光のコヒーレンス長
である場合、不要な干渉が生じ、コントラストを得る妨げになることがある(λは観察光の波長、nは2102の屈折率)。
観察光の波長を633nm、部材2102の屈折率nを1.7とすると、λ/4n〜100nmとなる。従って、2102の厚さは100nm以下、あるいは観測光のコヒーレンス長以上であることが望ましい。基板2010の厚さも同様に考えることが出来るが、モールドの強度という点も加味すると、数10μm以上であることが望ましい。
また、図2において、2103、2104、2105、2107、2108はモールドを示している。
モールド基板2010の第1の材料と、表面層2102の第2の材料は、紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対し、ワークに設けられた光硬化樹脂層を硬化させることが可能な透過率を有している。
これにより、モールドを透過する光源からの光によって、ワークに設けられた光硬化樹脂を固化させ、モールドの加工面に形成された凹凸パターンをワークに転写させることが可能となる。
第1及び第2の材料を含み構成されるモールド全体の紫外光(波長は例えば、365nm)の透過率が、50%以上、好ましくは70%以上、更に好ましくは、85%以上である。
ここで、基板2010、部材(表面層)2102、保護層2106は、少なくとも光硬化樹脂を硬化させるための紫外光の、少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有する。
一方、モールドと被加工物との位置合わせに際しては、光硬化樹脂を硬化させない波長域の光を用いて位置合わせすることとなる。
まず、透過率について説明すると、ここでの透過率は、光源と樹脂との間にモールドを介在させた状態で、光源からの紫外光照射により光硬化樹脂を硬化させることが可能な透過率が必要となる。
使用する紫外光に対して、モールドの透過率が0でさえなければ、基本的には露光量を上げれば樹脂は硬化するが、現実的なスループットを考えると、ある程度の高い透過率が必要となる。
SiO2と比較して、スループットを著しく低下させないためには、第2の材料からなる部材(表面層)が、少なくとも30%以上の透過率を有していることが望ましい。
さらに、基板2010、表面層2102、保護層2106の透過率に大きな差があると、樹脂の硬化にムラが生じてしまう可能性があるため、これらの材料の透過率は、好ましくは、近い値である方が良い。よって、さらに望ましくは、第2の材料からなる部材(表面層)が、60%以上、更に好ましくは80%以上の透過率を有していることがよい。
通常、屈折率が大きく異なる物質間では、界面の屈折や反射、散乱によって、構造物を認識することができる。したがって、部材(表面層)2102の屈折率が高いほどコントラストは取りやすくなる。
屈折率の上限としては特に制限はないが、紫外光を透過する代表的な誘電体の屈折率として、フッ化カルシウムが1.43、石英が1.45、アルミナが1.78、窒化シリコンが2.0、チタン酸化物が2.4程度である。
なお、フッ化カルシウムは代表的には、CaF2で表される。また、石英(代表的には、SiO2で表される((注)石英の英訳は、silica、quartz、fused silicaと記載)。
また、アルミナは代表的には、Al2O3で、窒化シリコンは代表的には、SiNで、チタン酸化物は代表的には、TiO2で、ぞれぞれ表される。
なお、アライメントマークが光学的に観測可能であれば、第2の材料としてSiNCやSiCを利用する場合もある。SiCの屈折率が3.1であることから、屈折率の上限は3.5以下、好ましくは3.0以下ということになる。
なお、屈折率の値自体は、測定波長にも依存するが、上記データは、可視光(波長633nm)における屈折率である。
すなわち、本実施形態に係る発明における第2の材料の屈折率としては、可視光(波長633nm)に対する屈折率が1.7以上であるのがよい。屈折率の上限は特に限定されるものではないが、例えば上記の通り3.5以下である。
光硬化樹脂の屈折率をn1、表面層である材料2102の屈折率をn2、モールドの表面層2102の段差をtとする。
この場合、モールドに入射し、ワーク表面で反射してきた光の、モールドの凹部と凸部における光路長差は以下の式にて求められる。
光路長差=2|n2×t−n1×t|=2t|n2−n1|
入射する光の波長をλとすると、コントラストが最もよく取れるのは、前記光路長差が(1/2+m)λ(mは整数)の時である。
したがって、
2t|n2−n1|=(1/2+m)λ(mは整数)
を満たす時、最大のコントラストを得られることになる。
しかし、n1とn2の差が小さく、かつtがλと同等、あるいはそれ以下の場合には、m=0の場合しか存在せず、かつ左辺の方が小さい場合がほとんどである。よって、実際は以下の式が目安となる。
2t|n2−n1|≦(1/2)λ
検出光としては、光硬化樹脂が硬化しない波長域の光を用いるが、一般に可視光領域の波長を用いる。
例えば、633nmの単波長の光源を用いた場合を仮定すると、
(1/2)λ=316.5nmとなる。
ここでモールドが、例えば屈折率1.45のSiO2で全て構成されていた場合、光硬化樹脂の屈折率を1.5とし、モールドの深さを150nmと仮定すると、得られる光路長差は
2×150nm×|1.45−1.5|=15nm
となる。これは現実的にコントラストを得ることが難しいと我々が実験して把握できた一例である。
したがって、少なくともこれを超える光路差が必要となる。
TiO2の屈折率を2.4として、この時の光路長差は以下のようになる。
2×60nm×(2.4−1.4)=120nm
これにより、15nm≦光路長差≦120nmの範囲に、コントラストが観 測できる閾値が存在すると考えられる。
ここで、例えば、その閾値となる光路長差を60nmと仮定する。
表面層の厚さを150nmとすると、n2>1.7となる。したがって、この仮定では、表面層の凹凸のみでコントラストを観測できるモールドを成立させるためには少なくとも1.7以上の屈折率が必要ということになる。
すなわち、第2の材料の屈折率は、1.7以上であることが好ましいということになる。
これは、表面層と光硬化樹脂の屈折率差が0.2よりも大きいということを意味する。
なお、光路長は、段差と屈折率の積に比例するため、実際は、高屈折率の材料を用意すれば段差は小さくて済み、逆に段差を大きく取れれば、屈折率は小さくて済む。
また、検出器の感度を上げることができれば、より小さな光路長差でもコントラストを検出することができる。
したがって、屈折率1.7というのは一つの現実解に過ぎないが、それ以下での検出が困難になるという目安となり得る。
例えば、第1の材料で構成されるモールド基板2010としては、SiO2、CaF2、あるいは通常のガラスや石英等が挙げられる。
第2の材料からなる部材2102の材料としては、例えばSiN、TiO2、Al2O3、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛等が挙げられる。
また、保護層2106の材料は、例えばSiO2、SiN、TiO2、ITO、Al2O3、CaF2等の透明な誘電体、あるいは離型剤等が挙げられる。
なお、図2(d)における、保護層2106の材料としては、以下のように選択することも好ましいものである。
すなわち、保護層2106として酸化シリコン層を被膜しておくことも好まし いものである。インプリント工程において、離型剤として疎水性シランカップリング剤を用いる場合があるが、かかる場合、モールド表層の保護層として、酸化シリコンが存在すれば、離型剤をモールドに付着しやすくすることができるからである。
λ/4n<部材2102の厚さ<観測光のコヒーレンス長
である場合、不要な干渉が生じ、コントラストを得る妨げになることがある(λは観察光の波長、nは2102の屈折率)。例えば、観察光の波長を633nm、2102の屈折率nを1.7とすると、λ/4n〜100nmとなる。従って、2102の厚さは100nm以下、あるいは観測光のコヒーレンス長以上であることが望ましい。基板2010の厚さも同様に考えることが出来るが、モールドの強度という点も加味すると、数10μm以上であることが望ましい。
図1におけるアライメントマーク領域1020と、パターン領域1050とを、同じ層構成にした場合は、モールド作製する際の工程が簡略化されるので好ましい。
また、同じ層構成にしておくことで、モールドの剛性に関して、面内方向のムラが小さくなるので好ましい。
勿論、アライメントマーク領域1020とパターン領域1050とを異なる層構成にすることもできる。
例えば、アライメントマーク領域は、石英とその表面に設けられた窒化シリコンとで構成し、パターン領域を石英で構成する場合である。
斯かる場合、モールド作製のためのプロセスは多少複雑になるが、成形膜厚を制御したい場合に有効である。この構成は特に、比較的厚い膜厚を制御するのに適している。
被加工物の例としては、Si基板、GaAs基板等の半導体基板、樹脂基板、石英基板、ガラス基板などである。
また、これらの材料からなる基板に、薄膜を成長させたり、貼り合わせたりして形成される多層基板も使用できる。勿論、石英基板などの光透過性の基板を使用することもできる。
基板に塗布される樹脂を硬化させるためには、例えば紫外線をモールド側から当該樹脂に照射することにより行われる。光硬化性樹脂の例としては、ウレタン系やエポキシ系やアクリル系などがある。
また、フェノール樹脂やエポキシ樹脂やシリコーンやポリイミドなどの熱硬化性を有する樹脂や、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネ−ト(PC)、PET、アクリルなどの熱可塑性を有する樹脂を用いることもできる。必要に応じて加熱処理を行うことでパターンを転写する。
勿論、被加工物が樹脂を含まずに構成される場合は、加圧力のみにより、被加工物を物理的に変形させることになる。
なお、本実施形態に係る発明、以降の実施形態に係る発明、及び既述の第1から第6の本発明(以下、これらを纏めて本発明群という。)には、以下の技術が、本発明群と矛盾する要素を除いて組み込まれる。
すなわち、米国特許第6,696,220号明細書、米国特許第6,719,915号明細書、米国特許第6,334,960号明細書、等に記載の技術を組み込むことができる。
あるいは、米国特許第5,772,905号明細書、及び米国特許出願第10/221,331号、等に記載の技術を組み込むことができる。。
例えば、米国特許出願第10/221,331号には、被加工物の支持を部分的にではなく、被加工物の裏面側の全面で行っているが、可動機構や被加工物あるいはモールド(スタンプ)保持部における保持機構などは本発明群に適用できる。
なお、本発明群におけるインプリント装置は、特にナノオーダからミクロンオーダの凹凸パターン転写に適用できる。例えば数ナノから数百ナノの間隔のパターン形成に好適に使用できる。
つぎに、本発明の第2の実施形態におけるモールドについて、図2(g)を用いて説明する。
なお、第1の実施形態においては、同図をアライメントマーク領域におけるモールドの層構成の断面図であるとして説明したが、本実施形態においては、同図は、パターン領域かアライメント領域におけるかの区別は無い。
なぜなら、モールドの加工面に設けられている凹凸パターン(インプリントパターン)のどの部分をアライメントマークとして利用するか否かは、適宜定めることができる場合があるからである。
すなわち、以下に示す特徴事項を有するモールドである限り、係る特徴事項をモールドのどのような領域に備えているかによらず、本実施形態に係る発明の範囲に含まれるものである。
該第1の材料とは異なる第2の材料からなる第1の層2102を含み構成される複数の凸部2011と、
該基板2010上の該凸部2011間に設けられている該第2の材料からなる第2の層2021と、を備えている。
そして、該第1及び第2の材料は、紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有する。
更に、該第2の材料の屈折率は、1.7以上とする。
そして、該第1の層と該第2の層の層厚(図2(g)におけるd1とd2)は互いに異なる。
このように、d1とd2とを異ならせることにより、既述の実施形態で説明したように光路長差を確保することができる。
従って、ワークとモールド間に樹脂を介在させた状態でも、当該箇所(2102あるいは2021)を光学的に観察したり検出したりすることができる。
なお、d2の厚さはゼロであってもよい。
あるいは、d1がゼロであり、d2が所定の厚さを有している場合でもよい(即ち、図2(f)の場合である。)。
具体的には、実施例4、5において説明する。
また、図2(f)に記載のモールドの具体的な作製方法の一例を図9に示している。
具体的には、実施例6において説明する。
なお、本実施形態に係る発明にも、前記実施形態1で説明した技術事項が、矛盾しない限り適用される。
つぎに、本発明の第3の実施形態におけるモールドについて、図1を用いて説明する。
本実施形態におけるモールドは、図1に示すように、インプリントパターン領域1050(なお、凹凸パターンは不図示)とアライメントマーク領域1020(なお、マークの詳細は不図示)とを備えている。
第1の実施形態において説明したように、各領域の位置関係や、アライメントマーク領域の個数などは特に制限されるものではない。
そして、このアライメントマーク領域を構成する材料として、屈折率が1.7以上の材料(既述の窒化シリコンやチタン酸化物やアルミニウム酸化物から選択される。)で構成する。勿論、当該材料のみでアライメントマーク領域は構成されている必要は無い。
なお、インプリントパターン領域1050は、上記した材料と同じ材料でもよいし、石英などで構成されていてもよい。
斯かる構成にすることにより、例えば、モールド1000の加工表面と光硬化樹脂とが接触した場合であっても、屈折率の高い材料をアライメントマーク領域に採用するので、コントラスト高く当該マークを認識することができる。その結果、高い精度でのアライメントマークが可能となる。
pの値は、1nm以上1μm以下の範囲で適宜設定することができる。そして、当該部分2202を屈折率が1.7以上の材料で構成する。
斯かる構成は、以下のように有効である。
インプリント方法においては、図10(d)の9002で示されている残膜の厚さを均一に近づけることが重要である。なぜなら、当該残膜部分は、一般にリアクティブイオンエッチングなどにより除去されるが、残膜の厚さが不揃いでは、最終的にマスクとして使用する樹脂部分の形状が不揃いになってしまうからである。
なお、アライメントマーク領域を構成する部分2202の最表面を導電性を持ち、且つ屈折率が1.7以上の材料(例えば、チタン酸化物)にすることもできる。
斯かる場合、モールド側のアライメントマークに対応するマーク(導電性のある材料を選択する。)を被加工物であるウエハ側に設けておく。
そして、両方のマークが物理的に接触するか、あるいは、接触に近い状態にすることによる電気的な変化を検出することで、両者のアライメント(面内方向のアライメントやそれに垂直な方向のギャップ調整)を行うことができる。ここでいう、電気的な変化の検出は、例えば、モールドとウエハ間に電流が流れる構成で実現される。
つぎに、本発明の第4の実施形態としてインプリント方法について説明する。本実施形態に係るインプリント方法は、前述した第1から第3の実施形態のいずれかにおいて記載したモールドを使用する。
具体的には、該モールドと、被加工物との間に光硬化性樹脂を介在させ、そして、前記モールドに設けられている前記アライメントマークと、該被加工物に設けられているアライメントマークとを互いに検出しながら、両者の位置制御を行うことを特徴とする。
つぎに、本発明の第5の実施形態としてチップの製造方法について説明する。本実施形態に係るチップの製造方法は、前述した第1から第3の実施形態のいずれかにおいて記載したモールドを使用する。
具体的には、当該モールドと、被加工物とを用意し、該被加工物上の光硬化性樹脂に、該モールドを用いてパターンを形成し、該パターンをマスクとして、該被加工物のエッチングを行うのである。より具体的には、パターンと接していない当該被加工物の領域が除去されることになる。
実際には、被加工物の上部にパターンが形成されていない箇所に凹部が形成されることになる。
樹脂を光照射により硬化させる光インプリント方式を示すが、勿論、加熱により樹脂を硬化させたり、光と熱の両者を併用して硬化させるインプリント方法にも本発明は適用可能である。
まず、図10(a)にあるように、光硬化樹脂9034を表面に有するシリコン基板などの被加工物9033と、モールド9020(図10(a)では不図示)とを対向して配置する。
上述した実施形態に記載のモールドを用いれば、同図のようにモールド9020と樹脂9034とが接触している場合(接触状態)でも、明瞭にアライメントマークを観察することができる。
すなわち、当該接触状態においても、モールドと被加工物との高精度なアライメント制御が可能となる。
そして、モールド9020と樹脂9034とを離間させる(図10(d))。
必要に応じて、モールドあるいは被加工物を相対的に動かして、パターンが転写された領域の隣りに、再度転写を行う、いわゆるステップアンドリピートを行う。
なお、不図示ではあるが、転写されたパターン(図10の場合は、樹脂により構成される。)をマスクとして、その下の基板をエッチングする。基板はシリコン基板自体であたり、その上に複数の層が積層されている多層膜である。
なお、樹脂の粘性にも依存するが、粘性がきわめて弱い樹脂であれば、モールドが樹脂に加える圧力を十分に下げて、パターン転写が可能である。
図3に、上記した図2のいずれかのモールドとワークとの位置合わせを説明する図を示す。
例えば、図3に示すように、モールド3104を用意し、ワーク3202上に、光硬化樹脂3203を塗布する。つまり、モールド3104とワーク3202間には光硬化樹脂3203が充填されているものとする。
また、図3において、3205はモールド側に形成された位置合わせ構造(アライメントマーク)である。表面層2102は、図3のようにモールド基板2010上に形成されていてもよいし、モールド基板の内部に形成されていてもよい。また、3206は、ワーク3202側に設けられている位置合わせ構造である。ここでは、表面層2102の材料の屈折率が、1.7よりも大きい屈折率を有する構成とする。
以上の構成のもとで、光硬化樹脂3203が硬化しない波長域の光を検出光3204として用いてアライメントを行う。
すなわち、表面層2102が屈折率1.7よりも大きい屈折率を有する構成にすることで、表面層2102と光硬化樹脂3203との屈折率差を確保できる。つまり、上記位置合わせ構造3205を明確に観測することが可能となる。
一方、検出光3204は、モールド基板2010及び表面層2102を通過するため、同時に上記基板3202上の位置合わせ構造3206も観測できる。
したがって、本実施の形態における上記構成によれば、モールドとワークを接近させ、モールドとワーク間に光硬化樹脂が充填された状態(モールドとワークとがそれぞれ樹脂に接触した状態)になっても、精度の高い位置合わせをすることが可能となる。
ところが、以上説明したように本実施形態に係る高屈折率材料で構成される位置合わせ構造を備えたモールドを用いれば、光硬化樹脂中でも可視光にて、同構造(アライメントマーク)を高いコントラストを確保して検出することができる。これにより精度の高い位置合わせが可能となる。
[実施例1]
実施例1において、本発明を適用したエッチングによるモールドの製造方法について説明する。
図4に、本実施例における図2(a)に記載のモールドの作製工程の一例を説明する図を示す。
本実施例におけるモールドの作製は、以下の手順による。
(1)まず、表面層2102にマスク層4301を形成する(図4(a))。
このマスク層4301はレジストマスク、あるいは金属材料(例えば、CrやAlやWSi)のハードマスクが考えられる。
(2)つぎに、マスク層4301をマスクにして表面層2102をエッチングする(図4(b))。
(3)上記エッチング後に、マスク層4301を除去する。
ここで、エッチングを表面層2102の途中で止めることにより、図2(a)に示すモールド2103を形成することができる。
また、エッチングをモールド基板2010と表面層2102との境界で止めることにより、図2(b)に示すモールド2104を形成することができる。
さらに、モールド基板2010までエッチングを進めることにより、図2(c)に示すモールド2105を形成することができる。
また、基板そのものを表面層2102の材料で形成することにより、モールド2108を形成することができる。
実施例2において、本発明を適用したリフトオフ法によるモールドの製造方法について説明する。
図5に、本実施例における図2(b)に記載のモールドの作成工程の一例を説明する図を示す。
本実施例におけるモールドの作製は、以下の手順による。
(1)まず、モールド基板2010の表面にレジストによるマスク層5401を形成する(図5(a))。
(2)つぎに、表面層2102の材料を全面に成膜する(図5(b))。
(3)つぎに、マスク層5401を除去することによってリフトオフを行い、2102のパターンを形成する(図5(c))。
図5(c)のモールドは、図2(b)に示すモールド2104に相当するが、マスク層5401を形成する前に、全面に表面層2102の材料を成膜しておけばモールド2103を形成することができる。また、基板の材料として表面層2102の材料を用いて、モールド2108を形成することができる。
また、リフトオフによって形成された表面層2102をマスクとして、2010をエッチングすればモールド2105となる。ただし、表面層2102をマスクとして、モールド基板2010をエッチングする場合は、エッチング選択比を充分に取れる材料の組み合わせ、及びエッチング条件を選ぶ必要がある。
実施例3において、本発明を適用した実パターン領域と位置合わせ構造領域で、段差分の深さを調整するモールドの製造方法について説明する。
位置合わせ構造を観測するためのコントラストは、基本的に表面層2102(第2の材料により構成される。)に形成された段差に依存する。
したがって、モールド2104、2105については、コントラストが取れるよう設計された膜厚の表面層2102を成膜すればよい。
一方、モールド2103、あるいはモールド2108の構造を取る場合、表面層2102に形成された段差が、必ずしもインプリントプロセスに最適な深さであるとは限らない。その場合、実パターン領域と位置合わせ構造領域で、深さを変える必要が生じる。
モールド基板中に、位置合わせ構造の領域1020と実パターン領域1050を定義する。
本実施例におけるプロセスは、以下のとおりである。
(1)まず、表面層2102上に、ハードマスク層6503を成膜する(図6(a))。なお、2010はモールド基板である。ハードマスク層6503の材料としては、例えば、AlやCrやWSiである。
(2)つぎに、レジスト6504をパターニングする(図6(b))。
(3)つぎに、ハードマスク層6503をエッチングし、引き続き、表面層2102をエッチングする。2102のエッチングの際、レジスト6504は残しておいても良いし、除去して6503をマスクとしてエッチングしても良い。いずれの場合も、最終的にはレジスト6504を除去した状態にする(図6(c))。
(4)つぎに、実パターン領域1050を覆うように、レジスト6505をパターニングする(図6(d))。
(5)6503をマスクとして、位置合わせ領域1020の追加エッチングを行う(図6(e))。
(6)レジスト6505を除去する(図6(f))。
逆に、位置合わせ構造を実パターンよりも浅くするためには、図6(d)のレジスト6505を、位置合わせ構造を覆うようにパターニングすれば良い。これらにより、実パターンと位置合わせ構造を、それぞれ最適な深さに作り分けることができる。
このようにすることで、上記第6の本発明に係るモールドが実現する。
より具体的には、前記アライメントマーク領域1020及び前記インプリントパターン領域1050が、共に凹部を含み構成される。この構成のもとで前記アライメントマーク領域における凹部の深さの方が、前記インプリントパターン領域における凹部の深さよりも深いモールドが実現する。
また、基板2010自体も、モールドとしての強度が十分に確保できるのであれば、上記(6)の工程後に該基板2010を除去したり、あるいは、(1)の工程(図6(a))の時点から、省略してモールドを作製することもできる。
つぎに、実施例4におけるモールドの製造方法について説明する。
図7に、本実施例における図2(h)に記載のモールドの作製方法を示す。
本実施例におけるモールドの作製は、以下の手順による。
(1)モールド基板2010の表面に、高屈折率材料による層2021を成膜する(図7(a))。
(2)2021上にモールド基板2010と同じ材質、あるいは屈折率の近い材質による層2710を成膜する(図7(b))。
(3)2710上に、2021と同じ材質、あるいは屈折率の近い材質による層2102を成膜する(図7(c))。
(4)2102の表面にマスク層7301を形成する(図7(d))。
(5)7301をマスク層にして2102をエッチングし(図7(e))、引き続き2710をエッチングする。2710のエッチングの際、マスク層7301は残しておいても良いし、除去して2102をマスク層としてエッチングしても良い。いずれの場合も、最終的にはマスク層7301を除去した状態にする(図7(f))。
つぎに、実施例5におけるモールドの製造方法について説明する。
図8に、本実施例における図2(g)に記載のモールドの作製方法を示す。
本実施例におけるモールドの作製は、以下の手順による。
(1)モールド基板2010の表面に、高屈折率材料による層2021を成膜する(図8(a))。
(2)2021の表面にマスク層8301を形成する(図8(b))。
(3)8301をマスク層にして2021をエッチングする(図8(c))。
(4)マスク8301を除去後、2021上にモールド基板2010と同じ材質、あるいは屈折率の近い材質による層2710を成膜する(図8(d ))。
(5)2710上に、2021と同じ材質、あるいは屈折率の近い材質による層2102を成膜する(図8(e))。
(6)2102の表面にマスク層8302を形成する(図8(f))。
(7)8302をマスク層にして2102をエッチングし(図8(g))、引き続き2710をエッチングする。2710のエッチングの際、マスク層8302は残しておいても良いし、除去して2102をマスク層としてエッチングしても良い。いずれの場合も、最終的にはマスク層8302を除去した状態にする(図8(h))。
つぎに、実施例6におけるモールドの製造方法について説明する。
図9に、本実施例における図2(f)に記載のモールドの作製方法を示す。
本実施例におけるモールドの作製は、以下の手順による。
(1)モールド基板2010の表面に、マスク層9301を形成する(図9(a))。
(2)9301をマスク層にして2010をエッチングする(図9(b))。
9301と2010の間にハードマスク層を設けても良い。
(3)モールド基板2010の表面に、高屈折率材料による層2102を成膜する(図9(c))。
(4)2102をエッチング、CMP等の加工方法により、モールド基板2010の表面と同じ高さまで除去する(図9(d))。
(5)さらに、エッチング等の加工方法により、2102をモールド基板2010の表面と、モールド基板2010に加工された凹部の底面との間の任意の高さまで除去する。
1010:基板
1020:アライメントマーク領域
1050:パターン領域
2010:基板
2011:凸部
2102:アライメントマーク
2103、2104、2105、2107、2108:モールド
2106:保護層(被覆材)
2600:モールドの厚さ方向
2610:モールドの面内方向
2999:凹部
Claims (20)
- モールドであって、
第1の材料を含み構成される基板と、
該基板上に設けられており、且つ該第1の材料とは異なる第2の材料を含み構成されているアライメントマークと、
を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、且つ波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であることを特徴とするモールド。 - 前記基板上に、前記アライメントマークを構成する前記第2の材料からなる部材が配置されており、該部材は、前記モールドの厚さ方向に垂直な方向に、該部材の厚さを変えて配置されていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記部材は、前記モールドの厚さ方向に垂直な方向に、第1の厚さと第2の厚さとを備えており、該第2の厚さは、ある厚さを有するか、厚さゼロであることを特徴とする請求項2に記載のモールド。
- 前記基板上に、前記アライメントマークを構成する前記第2の材料からなる部材が配置されており、前記モールドの凹部と凸部とにおける該部材の厚さが異なることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される凸部を有する部材が、前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される部材が、前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークとして、前記第2の材料を含み構成される部材が、凸部を有する前記基板の該凸部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記第2の材料を含み構成される部材が、前記アライメントマークとして、凹部を有する前記基板の該凹部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記第1の材料は、シリコン酸化物、フッ化カルシウム、ガラスから選択されることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記第2の材料は、窒化シリコン、チタン酸化物、酸化アルミニウム、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛から選択されることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークを有する領域と、インプリントパターン領域との層構成が同じであることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークを有する領域と、インプリントパターン領域とに形成されている凹部の深さが互いに異なることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- 前記アライメントマークを構成する前記第2の材料が、第3の材料で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載のモールド。
- インプリント方法であって、
請求項1記載の前記モールドと被加工物との間に光硬化性樹脂を介在させ、
前記モールドに設けられている前記アライメントマークと、該被加工物に設けられているアライメントマークとを検出しながら、該アライメントマークと該被加工物との位置制御を行うことを特徴とするインプリント方法。 - チップの製造方法であって、
請求項1記載のモールドと、被加工物を用意し、
該被加工物上の光硬化性樹脂に、該モールドを用いてパターンを形成し、
該パターンをマスクとして、該被加工物のエッチングを行うことを特徴とするチップの製造方法。 - モールドであって、
第1の材料を含み構成される基板と、
該第1の材料とは異なる第2の材料からなる第1の層を含み構成される複数の凸部と、該基板上の該凸部間に設けられている該第2の材料からなる第2の層と、を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であり、且つ該第1の層と該第2の層の層厚は互いに異なることを特徴とするモールド。 - モールドであって、
第1の材料を含み構成される基板と、
該第1の材料とは異なる第2の材料からなる第1の層を含み構成される複数の凸部と、を備え、
前記第1及び第2の材料は、可視光の少なくとも一部の波長域および紫外光の少なくとも一部の波長域の光に対して透過性を有し、且つ波長633nmの可視光に対する前記第2の材料の屈折率は、1.7以上であり、且つ該凸部間の該基板上には、該第2の材料が設けられていないことを特徴とするモールド。 - モールドであって、
アライメントマーク領域とインプリントパターン領域とを備え、
該アライメントマーク領域は、波長633nmの可視光に対する屈折率が1.7以上である材料を含み構成されていることを特徴とするモールド。 - 前記材料は、窒化シリコン、チタン酸化物、酸化アルミニウム、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛から選ばれる請求項18に記載のモールド。
- 前記アライメントマーク領域及び前記インプリントパターン領域が、共に凹部を含み構成されており、
前記アライメントマーク領域における凹部の深さの方が、前記インプリントパターン領域における凹部の深さよりも深いことを特徴とする請求項18に記載のモールド。
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