JP4629235B2 - 微細パターン形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に微細パターンを形成する方法に関し、特に、圧縮成形法(compression patterning)を用いて基板上に微細パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細パターン形成方法のうちの１つに、フォトリソグラフィー方法がある。従来のフォトリソグラフィー方法では、微細パターン用マスク上に照射される光波長により微細パターンの制限幅が決定されるため、１００ｎｍ以下の構造を形成することは難しい。
【０００３】
さらに、従来のフォトリソグラフィー方法は、パターンを形成するために、例えば、パターン形成、エッチング及び洗浄工程のような複数の工程を含み、このような工程を行うためには費用と時間がたくさんかかる。パターンが形成される基板の表面が平らではない場合は、光の反射及び/又は回折が発生し、工程を制御し難くなる。
【０００４】
上記の不都合を解決するために、１００ｎｍ以下の微細パターンを形成する方法が開発されている。基板上の熱可塑性フィルムをモールドで加圧して微細パターンを形成するインプリント工程が開発され、多様な分野、例えば、集積回路製造工程、光電、磁気素子製造工程などに使用されている。このような方法の例として、Stephen Y. Chou等は１９９５年１１月２０日付けＡppl. Phys. Lett.６７(２１)で微細パターンを形成する方法を提案した。
【０００５】
上記の提案された方法では、まず、例えば、シリコンからなる基板上に、例えば、ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ)からなる薄膜熱可塑性ポリマーフィルムをモールドで加圧し、前記基板はガラス転移温度（例えば、ＰＭＭＡの場合は１０４℃）以上の高温（例えば、１５０〜２００℃）で加熱される。ガラス転移温度以上の温度で、ポリマーは粘性液体のように挙動し、圧力により変形され、モールド形状と一致することになる。ガラス転移温度以下に温度が落ちるまでモールドでサンプルを加圧する。１００〜１５０気圧の範囲の圧力で、モールドの形状は、例えば、ＰＭＭＡのようなポリマーフィルムに完全に転写される。
【０００６】
しかし、上記の方法における加圧過程は高温で行う必要があるため、繰り返して行うことができない。詳細に説明すると、１つのパターンを基板の任意の位置に形成した後、他のパターンを他の位置に形成するためには、上側に形成されたポリマーフィルムを有する基板をガラス転移温度以上で再び加熱する必要がある。
【０００７】
しかし、上記のように基板をガラス転移温度以上で再び加熱する場合、ポリマーフィルムに形成されている以前のパターンがなくなる。従って、上記の工程を繰り返して行うことはできない。ここで、上記の他の位置とは、以前のパターン化された位置の隣接位置または以前のパターン化されたポリマーフィルムの上部表面の位置を意味する。
【０００８】
このような不都合を解決するためには、加圧過程を一度に行う必要があり、このためには、モールドは、より複雑なパターン、すなわち、粗いパターンと細かいパターンを合わせたパターンを備えるように形成される必要がある。しかし、このような場合も、モールドに複雑なパターンを形成するためには、費用が多くかかり、技術的にも困難であるという不都合がある。
【０００９】
図５は、従来のパターン形成方法を用いて、基板５００上に形成された、パターン化されたポリマーフィルム５０１を示す。室温で、例えば、５０〜１５０気圧でパターン化しようとするポリマーフィルムを加圧する場合、パターン化されるポリマーフィルムには望ましくない部分が発生する。例えば、図５に示されているように、パターン化されたポリマーフィルム５０１の上部エッジ付近には、不要な塑性変形により、望ましくない突出部５０２が発生する。
【００１０】
従来の処理工程では、室温で荷重を基板上のポリマーフィルムに加えるときに圧力があるレベル以下であれば、ポリマーフィルム内の自由体積はその体積を減らすことにより、ポリマーフィルムに提供される圧力を吸収する。しかし、圧力がある値より大きい場合は、ポリマーフィルムには塑性変形された望ましくない部分が形成される。ここで、前記自由体積とは、ポリマーフィルム内の空隙の全体積を意味する。
【００１１】
上記の説明からわかるように、従来の微細パターン形成方法は、常温で微細パターン形成工程を行うと、必要なパターンを有する微細パターンを形成することができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、室温で圧縮成形法を用いて基板上に微細パターンを形成する方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様による微細パターン形成方法は、（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、予め定められた形状を有するモールドで基板上のポリマーフィルムを加圧して前記ポリマーフィルムを塑性変形させることにより、前記ポリマーフィルムをパターン化する段階と、（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用して前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含む。
【００１４】
本発明の他の態様による微細パターン形成方法は、（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、第１の予め定められた形状を有する第１モールドで前記基板上のポリマーフィルムを加圧して、第１のパターン化されたポリマーフィルムを形成し、第２の予め定められた形状を有する第２モールドで前記第１のパターン化されたポリマーフィルムを加圧することによりパターン化されたポリマーフィルムを形成する段階と、（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好適な実施例による、基板上に微細パターンを形成するために用いる微細パターン形成装置１００を示す。微細パターン形成装置１００は、２つの固定軸１０２、１０３、上部及び下部圧力板１０４、１０５、圧力伝達軸１０８、及び加圧ユニット１１０から構成される。図１に示すように、上部圧力板１０４は、ボルト１０６、１０７によって固定軸１０２、１０３の上端に取り付けられる。下部圧力板１０５は、圧力伝達軸１０８の一方の端部に取り付けられ、固定軸１０２、１０３に摺動自在に連結される。加圧ユニット１１０は、圧力伝達軸１０８のもう一方の端部に取り付けられ、軸１０８を垂直に移動させる。
【００１６】
微細パターン形成装置１００において、対向する予め定められた形状のモールド２０４と基板２００が上部圧力板１０４と下部圧力板１０５との間に位置し、基板２００上にはポリマーフィルム２０２がコーティングされている。ここで、図１に示すように、モールド２０４のパターンが形成された側が基板２００上のポリマーフィルム２０２と対向している。
【００１７】
微細パターン形成装置１００において、圧力伝達軸１０８が加圧ユニット１１０から伝達される圧力によって下部圧力板１０５を上部圧力板１０４の方に移送させると、モールド２０４がポリマーフィルム２０２を加圧してポリマーフィルム２０２にパターンが形成される。
【００１８】
次に、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂを参照しながら、本発明の好適な実施例による基板上への微細構造の形成方法を説明する。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の好適な実施例による微細パターン形成工程を示す。図２Ａはポリマーフィルム２０２がコーティングされている基板２００及びモールド２０４を示す。本発明の好適な実施例による基板上への微細パターンの形成方法では、先ず予め定められた形状を有するモールド２０４を準備する。例えば、一面（例えば、図２Ａに示すモールド２０４の下部面）は、予め定められた形状で予めパターン化されている。基板２００は、シリコンまたはシリコンジオキシドで作られる。
【００２０】
予め定められたコーティング法、例えば、スピンコーティング法を用いて基板２００上にポリマー物質をコーティングすることにより、ポリマーフィルム２０２を形成する。ポリマー物質は、一般的にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ）などで作られるが、これらに限定されない。ポリマー物質の流動性を得るために、通常、溶媒、例えば、トルエンまたはトリクロロエチレンをポリマー物質に添加する。
【００２１】
ポリマーフィルム２０２の自由体積を増加させることにより、ポリマーフィルムを加圧して塑性変形させるために必要なポリマー物質に加えられる圧力を減少させる。以下、ポリマーフィルムの自由体積を増加させる方法について説明する。
【００２２】
本発明の好適な実施例によると、自由体積を増加させるために、公知の多孔質構造形成法を用いてポリマーフィルム２０２内に多孔構造、例えば、空隙を形成してから、多孔構造を有するポリマーフィルム２０２を基板２００上にコーティングする。
【００２３】
本発明の異なる好適な実施例によると、溶媒が添加されたポリマーフィルム２０２が、コーティングされた基板２００を真空乾燥法または大気乾燥法で乾燥させることにより、自由体積を増加させる。
【００２４】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の好適な実施例による基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を示す。本発明の異なる好適な実施例によると、ポリマーフィルム２０２がコーティングされた基板２００が炉４００内に設置され、炉４００は、図４Ａに示すように、その内部に溶媒が入っている容器４０２を備える。このような構成によって、容器４０２を予め定められた温度範囲に加熱して容器４０２内の溶媒４０１を蒸発させ、蒸発された溶媒をポリマーフィルム２０２内に浸透させる。その後、ポリマーフィルム２０２がコーティングされた基板を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させることにより、ポリマーフィルム２０２の自由体積を増加させる。
【００２５】
本発明の異なる好適な実施例によると、モールドを加圧する前に溶媒４０１が入っている容器４０２を含む炉４００内にポリマーフィルムを有する基板を設置する。そして、容器４０２を予め定められた温度範囲に加熱して容器内の溶媒を蒸発させることにより、蒸発された溶媒をポリマーフィルム内に浸透させる。従って、ポリマーフィルム内に浸透された溶媒が残るようになる。つまり、例えば溶媒が残っている、いわゆるウェット状態下でポリマーフィルム２０２が加圧される。
【００２６】
図４Ｂに示すように、本発明の異なる好適な実施例によると、噴霧ユニット４０４によって上部にコーティングされたポリマーフィルムを有する基板２００上に溶媒が直接噴霧される。その後、ポリマーフィルム２０２がコーティングされている基板２００を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させて、ポリマーフィルム２０２内の自由体積を増加させる。
【００２７】
上述の方法のうちの一つを用いて自由体積を有するポリマーフィルム２０２を形成した後、圧縮装置、例えば、微細パターン形成装置１００を用いて図２Ａに示したモールド２０４でポリマーフィルム２０２を加圧し、ポリマーフィルムを塑性変形させて、ポリマーフィルムをパターン化させ、第１のパターン化されたポリマーフィルムとする。図２Ｂは、基板２００上の第１のパターン化されたポリマーフィルム２０３を示す。
【００２８】
一般的に、このような圧縮工程は、溶媒のガラス転移温度以下、典型的に室温、例えば、１０℃〜３０℃で行われる。この場合、ポリマーフィルムに供給される外部荷重は、一般的に１ａｔｍであるが、ポリマー物質にかかる圧力はポリマー物質の面積に依存し、例えば、２０〜３０ａｔｍの範囲の圧力がかかる。
【００２９】
本発明の好適な実施例によると、例えば図２Ｂに示すようなモールド２０４より細かい予め定められた形状を有するモールド２０５をさらに備え、第１のパターン化されたポリマーフィルム２０３をモールド２０５で加圧することにより、図２Ｃに示すような第２のパターン化されたポリマーフィルム２０６が基板２００上に形成される。
【００３０】
つまり、本発明の好適な実施例による微細パターン形成方法の加圧工程は、予め定められた加圧法を用いて、それぞれ予め定められた形状を有するＮ個のモールドで基板上のポリマーフィルムを順次加圧してポリマーフィルムを塑性変形させることにより、ポリマーフィルムをパターン化する。ここでＮは予め定められた正数であり、一般的に２である。
【００３１】
異なるモールドを用いる場合は、通常高いアスペクト比を有するモールドが低いアスペクト比を有するモールドより先に加圧され、粗いパターンを有するモールドが細かいパターンを有するモールドより先に加圧される。
【００３２】
本発明によると、ポリマーフィルム２０２はその内部に自由体積を有しており、室温、例えば、１０℃〜３０℃で、モールド２０４、２０５の二つのパターンがポリマーフィルム２００上に順次転写され得る。ここで、ポリマーフィルム２０２内の自由体積を増加させることにより、ポリマーフィルムを塑性変形させるために必要なポリマー物質に供給される圧力は減少する。
【００３３】
好適にパターン化されたポリマーフィルム、例えば、図２Ｃに示すような基板２００上の第２のパターン化されたポリマーフィルム２０６を形成した後、前記好適にパターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとしてエッチングすることにより、図２Ｄに示すように、基板２００上に微細パターン、例えば、パターン２０７を形成する。図２Ｄは、物理的エッチング法、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて形成された基板２００内のパターン２０７を示す。しかしながら、化学的エッチング法を用いることもできる。
【００３４】
一方、図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の異なる好適な実施例による微細パターン形成工程を示す。この実施例において、基板２００の長さは、モールド２０４の長さより長く、自由体積を有するポリマーフィルム２０２が基板２００上にコーティングされている。この実施例の微細パターン形成工程は、モールド２０４が基板上のポリマーフィルムに反復的に加圧されることを除いて基本的に図２Ａ〜図２Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｂを参照して説明した実施例の工程と同様である。
【００３５】
例えば、図３Ａに示す予め定められた形状を有するモールド２０４で基板２００上のポリマーフィルム２０２を反復的に加圧して、ポリマーフィルム２０２を塑性変形させることによりパターン化する。ここで、基板２００は、モールド２０４の長さより長い。この場合、モールド２０４は、いつもポリマーフィルム２０２の異なる位置に加圧されるので、ポリマーフィルム２０２の表面の全体がパターン化される。このような方法は、リソグラフィー分野で、いわゆる、ステップアンドリピート（step-and-repeat）法として知られている。
【００３６】
例えば、図３Ａに示すように、モールド２０４は室温でポリマーフィルム２０２をその左側のエッジから順次加圧する。その結果、ポリマーフィルム２０２全体がパターン化される。このような反復加圧、すなわち、パターン化の操作は同じモールドまたは異なるモールドで行うことができる。本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、モールド２０４を水平に移動させるユニットを容易に製造して利用することができる。
【００３７】
ポリマーフィルムに所望のパターンを形成した後、パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとしてエッチングすることにより微細パターン、例えば、図３Ｂに示すようなパターン２０７を形成する。
【００３８】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例により基板に微細パターンを形成するときに使用する微細パターン形成装置１００を示す図である。
【図２Ａ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｂ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｃ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｄ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図３Ａ】 本発明の他の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図３Ｂ】 本発明の他の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図４Ａ】 基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】 基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を説明するための図である。
【図５】 従来のパターン形成方法を用いて基板上に形成されるパターン化されたポリマーフィルムを示す図である。
【符号の説明】
１０２、１０３…固定軸
１０４…上部圧力板
１０５…下部圧力板
２００…基板
２０２…ポリマーフィルム
２０４…モールド
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に微細パターンを形成する方法に関し、特に、圧縮成形法(compression patterning)を用いて基板上に微細パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細パターン形成方法のうちの１つに、フォトリソグラフィー方法がある。従来のフォトリソグラフィー方法では、微細パターン用マスク上に照射される光波長により微細パターンの制限幅が決定されるため、１００ｎｍ以下の構造を形成することは難しい。
【０００３】
さらに、従来のフォトリソグラフィー方法は、パターンを形成するために、例えば、パターン形成、エッチング及び洗浄工程のような複数の工程を含み、このような工程を行うためには費用と時間がたくさんかかる。パターンが形成される基板の表面が平らではない場合は、光の反射及び/又は回折が発生し、工程を制御し難くなる。
【０００４】
上記の不都合を解決するために、１００ｎｍ以下の微細パターンを形成する方法が開発されている。基板上の熱可塑性フィルムをモールドで加圧して微細パターンを形成するインプリント工程が開発され、多様な分野、例えば、集積回路製造工程、光電、磁気素子製造工程などに使用されている。このような方法の例として、Stephen Y. Chou等は１９９５年１１月２０日付けＡppl. Phys. Lett.６７(２１)で微細パターンを形成する方法を提案した。
【０００５】
上記の提案された方法では、まず、例えば、シリコンからなる基板上に、例えば、ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ)からなる薄膜熱可塑性ポリマーフィルムをモールドで加圧し、前記基板はガラス転移温度（例えば、ＰＭＭＡの場合は１０４℃）以上の高温（例えば、１５０〜２００℃）で加熱される。ガラス転移温度以上の温度で、ポリマーは粘性液体のように挙動し、圧力により変形され、モールド形状と一致することになる。ガラス転移温度以下に温度が落ちるまでモールドでサンプルを加圧する。１００〜１５０気圧の範囲の圧力で、モールドの形状は、例えば、ＰＭＭＡのようなポリマーフィルムに完全に転写される。
【０００６】
しかし、上記の方法における加圧過程は高温で行う必要があるため、繰り返して行うことができない。詳細に説明すると、１つのパターンを基板の任意の位置に形成した後、他のパターンを他の位置に形成するためには、上側に形成されたポリマーフィルムを有する基板をガラス転移温度以上で再び加熱する必要がある。
【０００７】
しかし、上記のように基板をガラス転移温度以上で再び加熱する場合、ポリマーフィルムに形成されている以前のパターンがなくなる。従って、上記の工程を繰り返して行うことはできない。ここで、上記の他の位置とは、以前のパターン化された位置の隣接位置または以前のパターン化されたポリマーフィルムの上部表面の位置を意味する。
【０００８】
このような不都合を解決するためには、加圧過程を一度に行う必要があり、このためには、モールドは、より複雑なパターン、すなわち、粗いパターンと細かいパターンを合わせたパターンを備えるように形成される必要がある。しかし、このような場合も、モールドに複雑なパターンを形成するためには、費用が多くかかり、技術的にも困難であるという不都合がある。
【０００９】
図５は、従来のパターン形成方法を用いて、基板５００上に形成された、パターン化されたポリマーフィルム５０１を示す。室温で、例えば、５０〜１５０気圧でパターン化しようとするポリマーフィルムを加圧する場合、パターン化されるポリマーフィルムには望ましくない部分が発生する。例えば、図５に示されているように、パターン化されたポリマーフィルム５０１の上部エッジ付近には、不要な塑性変形により、望ましくない突出部５０２が発生する。
【００１０】
従来の処理工程では、室温で荷重を基板上のポリマーフィルムに加えるときに圧力があるレベル以下であれば、ポリマーフィルム内の自由体積はその体積を減らすことにより、ポリマーフィルムに提供される圧力を吸収する。しかし、圧力がある値より大きい場合は、ポリマーフィルムには塑性変形された望ましくない部分が形成される。ここで、前記自由体積とは、ポリマーフィルム内の空隙の全体積を意味する。
【００１１】
上記の説明からわかるように、従来の微細パターン形成方法は、常温で微細パターン形成工程を行うと、必要なパターンを有する微細パターンを形成することができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、室温で圧縮成形法を用いて基板上に微細パターンを形成する方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様による微細パターン形成方法は、（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、予め定められた形状を有するモールドで基板上のポリマーフィルムを加圧して前記ポリマーフィルムを塑性変形させることにより、前記ポリマーフィルムをパターン化する段階と、（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用して前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含む。
【００１４】
本発明の他の態様による微細パターン形成方法は、（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、第１の予め定められた形状を有する第１モールドで前記基板上のポリマーフィルムを加圧して、第１のパターン化されたポリマーフィルムを形成し、第２の予め定められた形状を有する第２モールドで前記第１のパターン化されたポリマーフィルムを加圧することによりパターン化されたポリマーフィルムを形成する段階と、（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好適な実施例による、基板上に微細パターンを形成するために用いる微細パターン形成装置１００を示す。微細パターン形成装置１００は、２つの固定軸１０２、１０３、上部及び下部圧力板１０４、１０５、圧力伝達軸１０８、及び加圧ユニット１１０から構成される。図１に示すように、上部圧力板１０４は、ボルト１０６、１０７によって固定軸１０２、１０３の上端に取り付けられる。下部圧力板１０５は、圧力伝達軸１０８の一方の端部に取り付けられ、固定軸１０２、１０３に摺動自在に連結される。加圧ユニット１１０は、圧力伝達軸１０８のもう一方の端部に取り付けられ、軸１０８を垂直に移動させる。
【００１６】
微細パターン形成装置１００において、対向する予め定められた形状のモールド２０４と基板２００が上部圧力板１０４と下部圧力板１０５との間に位置し、基板２００上にはポリマーフィルム２０２がコーティングされている。ここで、図１に示すように、モールド２０４のパターンが形成された側が基板２００上のポリマーフィルム２０２と対向している。
【００１７】
微細パターン形成装置１００において、圧力伝達軸１０８が加圧ユニット１１０から伝達される圧力によって下部圧力板１０５を上部圧力板１０４の方に移送させると、モールド２０４がポリマーフィルム２０２を加圧してポリマーフィルム２０２にパターンが形成される。
【００１８】
次に、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂを参照しながら、本発明の好適な実施例による基板上への微細構造の形成方法を説明する。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の好適な実施例による微細パターン形成工程を示す。図２Ａはポリマーフィルム２０２がコーティングされている基板２００及びモールド２０４を示す。本発明の好適な実施例による基板上への微細パターンの形成方法では、先ず予め定められた形状を有するモールド２０４を準備する。例えば、一面（例えば、図２Ａに示すモールド２０４の下部面）は、予め定められた形状で予めパターン化されている。基板２００は、シリコンまたはシリコンジオキシドで作られる。
【００２０】
予め定められたコーティング法、例えば、スピンコーティング法を用いて基板２００上にポリマー物質をコーティングすることにより、ポリマーフィルム２０２を形成する。ポリマー物質は、一般的にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ）などで作られるが、これらに限定されない。ポリマー物質の流動性を得るために、通常、溶媒、例えば、トルエンまたはトリクロロエチレンをポリマー物質に添加する。
【００２１】
ポリマーフィルム２０２の自由体積を増加させることにより、ポリマーフィルムを加圧して塑性変形させるために必要なポリマー物質に加えられる圧力を減少させる。以下、ポリマーフィルムの自由体積を増加させる方法について説明する。
【００２２】
本発明の好適な実施例によると、自由体積を増加させるために、公知の多孔質構造形成法を用いてポリマーフィルム２０２内に多孔構造、例えば、空隙を形成してから、多孔構造を有するポリマーフィルム２０２を基板２００上にコーティングする。
【００２３】
本発明の異なる好適な実施例によると、溶媒が添加されたポリマーフィルム２０２が、コーティングされた基板２００を真空乾燥法または大気乾燥法で乾燥させることにより、自由体積を増加させる。
【００２４】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の好適な実施例による基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を示す。本発明の異なる好適な実施例によると、ポリマーフィルム２０２がコーティングされた基板２００が炉４００内に設置され、炉４００は、図４Ａに示すように、その内部に溶媒が入っている容器４０２を備える。このような構成によって、容器４０２を予め定められた温度範囲に加熱して容器４０２内の溶媒４０１を蒸発させ、蒸発された溶媒をポリマーフィルム２０２内に浸透させる。その後、ポリマーフィルム２０２がコーティングされた基板を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させることにより、ポリマーフィルム２０２の自由体積を増加させる。
【００２５】
本発明の異なる好適な実施例によると、モールドを加圧する前に溶媒４０１が入っている容器４０２を含む炉４００内にポリマーフィルムを有する基板を設置する。そして、容器４０２を予め定められた温度範囲に加熱して容器内の溶媒を蒸発させることにより、蒸発された溶媒をポリマーフィルム内に浸透させる。従って、ポリマーフィルム内に浸透された溶媒が残るようになる。つまり、例えば溶媒が残っている、いわゆるウェット状態下でポリマーフィルム２０２が加圧される。
【００２６】
図４Ｂに示すように、本発明の異なる好適な実施例によると、噴霧ユニット４０４によって上部にコーティングされたポリマーフィルムを有する基板２００上に溶媒が直接噴霧される。その後、ポリマーフィルム２０２がコーティングされている基板２００を真空乾燥法または大気乾燥法を用いて乾燥させて、ポリマーフィルム２０２内の自由体積を増加させる。
【００２７】
上述の方法のうちの一つを用いて自由体積を有するポリマーフィルム２０２を形成した後、圧縮装置、例えば、微細パターン形成装置１００を用いて図２Ａに示したモールド２０４でポリマーフィルム２０２を加圧し、ポリマーフィルムを塑性変形させて、ポリマーフィルムをパターン化させ、第１のパターン化されたポリマーフィルムとする。図２Ｂは、基板２００上の第１のパターン化されたポリマーフィルム２０３を示す。
【００２８】
一般的に、このような圧縮工程は、溶媒のガラス転移温度以下、典型的に室温、例えば、１０℃〜３０℃で行われる。この場合、ポリマーフィルムに供給される外部荷重は、一般的に１ａｔｍであるが、ポリマー物質にかかる圧力はポリマー物質の面積に依存し、例えば、２０〜３０ａｔｍの範囲の圧力がかかる。
【００２９】
本発明の好適な実施例によると、例えば図２Ｂに示すようなモールド２０４より細かい予め定められた形状を有するモールド２０５をさらに備え、第１のパターン化されたポリマーフィルム２０３をモールド２０５で加圧することにより、図２Ｃに示すような第２のパターン化されたポリマーフィルム２０６が基板２００上に形成される。
【００３０】
つまり、本発明の好適な実施例による微細パターン形成方法の加圧工程は、予め定められた加圧法を用いて、それぞれ予め定められた形状を有するＮ個のモールドで基板上のポリマーフィルムを順次加圧してポリマーフィルムを塑性変形させることにより、ポリマーフィルムをパターン化する。ここでＮは予め定められた正数であり、一般的に２である。
【００３１】
異なるモールドを用いる場合は、通常高いアスペクト比を有するモールドが低いアスペクト比を有するモールドより先に加圧され、粗いパターンを有するモールドが細かいパターンを有するモールドより先に加圧される。
【００３２】
本発明によると、ポリマーフィルム２０２はその内部に自由体積を有しており、室温、例えば、１０℃〜３０℃で、モールド２０４、２０５の二つのパターンがポリマーフィルム２００上に順次転写され得る。ここで、ポリマーフィルム２０２内の自由体積を増加させることにより、ポリマーフィルムを塑性変形させるために必要なポリマー物質に供給される圧力は減少する。
【００３３】
好適にパターン化されたポリマーフィルム、例えば、図２Ｃに示すような基板２００上の第２のパターン化されたポリマーフィルム２０６を形成した後、前記好適にパターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとしてエッチングすることにより、図２Ｄに示すように、基板２００上に微細パターン、例えば、パターン２０７を形成する。図２Ｄは、物理的エッチング法、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて形成された基板２００内のパターン２０７を示す。しかしながら、化学的エッチング法を用いることもできる。
【００３４】
一方、図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の異なる好適な実施例による微細パターン形成工程を示す。この実施例において、基板２００の長さは、モールド２０４の長さより長く、自由体積を有するポリマーフィルム２０２が基板２００上にコーティングされている。この実施例の微細パターン形成工程は、モールド２０４が基板上のポリマーフィルムに反復的に加圧されることを除いて基本的に図２Ａ〜図２Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｂを参照して説明した実施例の工程と同様である。
【００３５】
例えば、図３Ａに示す予め定められた形状を有するモールド２０４で基板２００上のポリマーフィルム２０２を反復的に加圧して、ポリマーフィルム２０２を塑性変形させることによりパターン化する。ここで、基板２００は、モールド２０４の長さより長い。この場合、モールド２０４は、いつもポリマーフィルム２０２の異なる位置に加圧されるので、ポリマーフィルム２０２の表面の全体がパターン化される。このような方法は、リソグラフィー分野で、いわゆる、ステップアンドリピート（step-and-repeat）法として知られている。
【００３６】
例えば、図３Ａに示すように、モールド２０４は室温でポリマーフィルム２０２をその左側のエッジから順次加圧する。その結果、ポリマーフィルム２０２全体がパターン化される。このような反復加圧、すなわち、パターン化の操作は同じモールドまたは異なるモールドで行うことができる。本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、モールド２０４を水平に移動させるユニットを容易に製造して利用することができる。
【００３７】
ポリマーフィルムに所望のパターンを形成した後、パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとしてエッチングすることにより微細パターン、例えば、図３Ｂに示すようなパターン２０７を形成する。
【００３８】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例により基板に微細パターンを形成するときに使用する微細パターン形成装置１００を示す図である。
【図２Ａ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｂ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｃ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図２Ｄ】 本発明の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図３Ａ】 本発明の他の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図３Ｂ】 本発明の他の好適な実施例により微細パターンを形成する工程を示す図である。
【図４Ａ】 基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】 基板上のポリマーフィルムに自由体積を形成する方法を説明するための図である。
【図５】 従来のパターン形成方法を用いて基板上に形成されるパターン化されたポリマーフィルムを示す図である。
【符号の説明】
１０２、１０３…固定軸
１０４…上部圧力板
１０５…下部圧力板
２００…基板
２０２…ポリマーフィルム
２０４…モールド
Claims (22)
- 基板上に微細パターンを形成する方法であって、
（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、
（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、予め定められた形状を有するモールドで基板上のポリマーフィルムを加圧して前記ポリマーフィルムを塑性変形させることにより、前記ポリマーフィルムをパターン化する段階と、
（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用して前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含み、
さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、前記ポリマーフィルムの自由体積を増加させることにより、前記ポリマーフィルムを塑性変形させるのに必要な圧力を減少させる段階（ｂ１）を含む微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｃ）において、前記エッチングは、プラズマイオンエッチングまたは化学的エッチングである請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ）において、前記ポリマーフィルムは、多孔質構造を有するフィルムとして作製されている請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ１）は、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内に浸透させる段階と、
（ｂ１３）前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項１に記載の微細パターン形成方法。 - さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内にポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内に浸透させ、前記ポリマーフィルム内に前記浸透された溶媒を残留させる段階を含む請求項１に記載の微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｂ１）において、前記ポリマーフィルム上に前記溶媒を直接噴霧した後、前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより前記自由体積を増加させる請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ）は前記ポリマー物質のガラス転移温度以下の温度で行われる請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ）は略１０〜３０℃の温度範囲で行われる請求項７に記載の微細パターン形成方法。
- 前記溶媒はトリクロロエチレンである請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 基板上に微細パターンを形成する方法であって、
（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、
（ｂ）予め定められた加圧法を用いて、第１の予め定められた形状を有する第１モールドで前記基板上のポリマーフィルムを加圧して、第１のパターン化されたポリマーフィルムを形成し、第２の予め定められた形状を有する第２モールドで前記第１のパターン化されたポリマーフィルムを加圧することによりパターン化されたポリマーフィルムを形成する段階と、
（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用し、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含み、
さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、前記ポリマーフィルムの自由体積を増加させて、前記ポリマーフィルムを塑性変形させるのに必要な圧力を減少させる段階（ｂ１）を含む微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｃ）において、前記エッチングは、プラズマイオンエッチングまたは化学的エッチングである請求項１０に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ）において、前記ポリマーフィルムは、多孔質構造を有するフィルムとして作製されている請求項１０に記載の微細パターン形成方法。
- さらに、前記段階（ｂ１）は、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透させる段階と、
（ｂ１３）前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項１０に記載の微細パターン形成方法。 - さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透させ、前記ポリマーフィルム内へ前記浸透された溶媒を残留させる段階とを含む請求項１０に記載の微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｂ１）において、前記ポリマーフィルム上に前記溶媒を直接噴霧した後、前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより前記自由体積を増加させる請求項１０に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ１）は前記ポリマー物質のガラス転移温度以下の温度で行われる請求項１０に記載の微細パターン形成方法。
- 前記段階（ｂ）は略１０〜３０℃の温度範囲で行われる請求項１６に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第１モールドのアスペクト比は、前記第２モールドのアスペクト比より大きい請求項１６に記載の微細パターン形成方法。
- 基板上に微細パターンを形成する方法であって、
（ａ）溶媒を有するポリマー物質を基板上にコーティングすることにより、前記基板上にポリマーフィルムを形成する段階と、
（ｂ）ステップアンドリピート法を用いて、予め定められた形状を有するモールドを前記基板上のポリマーフィルムに連続的に加圧して、前記ポリマーフィルムを塑性変形させることにより、ポリマーフィルムをパターン化し、ここで前記基板の長さは前記モールドの長さより大きい段階と、
（ｃ）前記パターン化されたポリマーフィルムをエッチングマスクとして使用して、前記基板をエッチングすることにより、前記基板上に微細パターンを形成する段階とを含み、
さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、前記ポリマーフィルムの自由体積を増加させて、前記ポリマーフィルムを塑性変形させるのに必要な圧力を減少させる段階（ｂ１）を含む微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｂ１）は、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内に前記ポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透させる段階と、
（ｂ１３）前記ポリマーフィルムを真空乾燥または大気乾燥させることにより、前記ポリマーフィルム内の自由体積を増加させる段階とを含む請求項１９に記載の微細パターン形成方法。 - さらに、前記段階（ｂ）を行う以前に、
（ｂ１１）溶媒が入っている容器を有する炉内のポリマーフィルムを有する前記基板を設置する段階と、
（ｂ１２）前記容器を予め定められた温度範囲で加熱して、前記容器内の溶媒を蒸発させることにより、前記蒸発された溶媒を前記ポリマーフィルム内へ浸透させ、前記ポリマーフィルム内に前記浸透された溶媒を残留させる段階を含む請求項１９に記載の微細パターン形成方法。 - 前記段階（ｂ）は略１０〜３０℃の温度範囲で行われる請求項１９に記載の微細パターン形成方法。
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