JP4881403B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の製造工程、ハードディスクの製造工程、フォトアレイの製造工程などに用いられるパターン形成方法に関する。

光ナノインプリント法による微細パターンの形成において、アスペクト比の高いパターンを形成する際の離型工程においてレジストパターンが切断されるという問題がある。この問題を解決するため、ＵＶ光吸収性を有する官能基を備えた被パターニング材料を用いることで、ＵＶ光照射時にパターンの堆積収縮を生じさせて離型時の摩擦を小さくする手法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この手法では収縮後のパターンが台形形状になるなど、垂直側壁のパターンを得ることは難しかった。

特開２００８−９１７８２号公報

本発明は、半導体装置等の製造に用いられるインプリントリソグラフィ方法において、光硬化剤とテンプレートとの離型特性を向上することができるパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るパターン形成方法は、光硬化剤表面に
親水化成分を含む親水層を形成する工程と、凹部パターンが形成されたテンプレートを前
記親水層が形成された表面から前記光硬化剤に接触させて前記凹部パターンに前記光硬化
剤を充填する工程と、充填された前記光硬化剤に第一の光を照射して前記光硬化剤を硬化
する工程と、前記第一の光を照射後、前記親水層を有する前記光硬化剤に対して第二の光
を照射して、前記テンプレートの界面で前記光硬化剤を分解反応させてガスを生じさせる
工程と、前記テンプレートと前記光硬化剤を離型して光硬化剤パターンを形成する工程と
、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置等の製造に用いられるインプリントリソグラフィ方法において、光硬化剤とテンプレートとの離型特性を向上することができるパターン形成方法を提供することができる。

第1の実施形態に係るパターン形成方法を実施するためのナノインプリント装置の概略図。 第1の実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャート。 第1の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャート。 第２の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャート。 第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャート。 第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 第５の実施形態に係るパターン形成方法を実施するためのナノインプリント装置の概略図。 第５の実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャート。 第５の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図。 各実施形態に係るパターン形成方法に利用できる別のテンプレートの断面概略図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

(第１の実施形態)
第１の実施形態に係るインプリント法によるパターン形成方法を、図１乃至図３を用いて説明する。

まず、本実施形態に係るパターン形成方法に用いるインプリント装置の概略を説明する。図１は、本実施形態に係るパターン形成方法に用いるインプリント装置の概略構成図である。

インプリント装置１００は、被処理基板２００の主面（被パターン形成面）を上に向けて固定する被処理基板チャック１０４と、これを３次元的に移動させるための被処理基板用ステージ１０３と、被処理基板２００上に選択的に光硬化剤を供給する光硬化剤塗布手段１０５と、凹部パターンが形成されたインプリント用テンプレート３００を凹部パターン形成面が下方に向くように保持するテンプレート保持手段１０８と、テンプレート３００を介して光硬化剤を硬化するための光を照射する第一の光源（例えば、UVランプ）１０６と、第一の光源１０６からの光照射により硬化した光硬化剤パターンの離型を促進するための照射を行う第二の光源１０７と、被処理基板表面（凹部パターン形成面）に光硬化剤を親水化させるための親水化成分を供給する高湿度供給手段１０９を具備している。第二の光源には、例えば波長λ＜２００ｎｍの光源を用いることができ、本実施形態では、λ＝１７５ｎｍのエキシマランプを使用する。インプリント用のテンプレート３００は、透明な石英基板にプラズマエッチングで凹部パターンが形成されたもの等である。なお、高湿度供給手段１０９は、図１に示すように装置１００に具備されていても良いし、装置１００の外部手段として設けられていてもよい。なお、被処理基板２００及びテンプレート３００は、図１の装置１００を利用する際に装置内部にセットされるものであり、本装置１００の構成には含まれない。

次に、図２及び図３を参照して、前述のインプリント装置を用いたパターン形成方法を説明する。図２は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャートである。図３は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。

まず、本実施形態に係るパターン形成に用いる光硬化剤、例えばエポキシ樹脂を準備した（図２（ａ））。ただし、光硬化剤としても用いることができる樹脂はこれに限るものではなく、アクリル系ポリマー剤など、一般的にインプリント法に用いている光硬化材料であれば、如何なるものも用いることができる。

続いて、図３（ａ）に示すように、被処理基板２００の主面を上に向けて被処理基板チャック１０４で固定したのち、被処理基板２００を光硬化剤塗布手段１０５の直下に移動させて、被処理基板２００の主面の被パターン形成領域に光硬化剤２１０を塗布形成した（図２（ｂ））。光硬化剤２１０の塗布は、光硬化剤塗布手段１０５を走査させることで行った。なお、本実施形態では、被処理基板２００上に選択的に光硬化剤２１０を塗布する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、高湿度供給手段１０９を用いて、光硬化剤の塗布膜表面に、光硬化剤２１０を親水化する親水化成分、例えば水分を吸着させて親水層２１８を形成した（図２（ｃ））。光硬化剤表面に吸着させる親水化成分は水が好ましいが、ブタノール、ヘプタノール、ヘキサノール、オクタノールなどのアルコール物質を供給し吸着させても良く、さらには、これらのアルコールに水を混合したものを供給し吸着させてもよい。ここで、寸法制御性を高めるため、親水層２１８をできるかぎり薄く、硬化剤表面に1ｎｍ程度或いはそれ以下の膜厚で形成することが好ましい。そのため、高湿度供給手段１０９には蒸気発生手段を設け、蒸気により親水化成分の供給を行うことが好ましい。しかし、所望の厚さ精度で親水層２１８を形成できるのであれば、高湿度供給手段１０９を用いて、親水化成分をミストによって供給してもよいし、塗布によって供給してもよい。

続いて、図３（ｃ）に示すように、親水層２１８を形成した基板２００を、被処理基板用ステージを用いて、テンプレート保持手段によって保持されたテンプレート３００の直下に移動させた。

さらに、図３（ｄ）に示すように、被処理基板用ステージ１０３を上方に移動させて、被処理基板２００上に形成した光硬化剤表層の親水層２１８とテンプレート３００の凹部パターン面を接触させる（図２（ｄ））。このとき光硬化剤２１０は、流動性を有するため、毛細管現象によりテンプレートの凹部パターン内に充填され、テンプレート３００のパターン面と光硬化剤２１０の界面に、光硬化剤の親水化層２１８が形成される。ここで、パターンテンプレート３００が合成石英の場合、光硬化剤表面の親水層２１８により、毛細管現象を効率よく行うことができ、充填不良を抑えることができる。一般に、表面張力γ、粘度ρの液体を半径ｒの毛管に上昇させたときの高さｈと接触角θ（本実施形態では、テンプレートとレジスト表層の接触角）の関係はγcosθ＝ρｇｒｈ／２で表せるが、充填性を高める、つまり高さｈを大きくするには、cosθを小さくすることが望ましい。本実施形態では、合成石英と親水層の接触角θが小さいため、充填性を向上することができる。ここで充填不良とは、パターン内に光硬化剤が十分に充填されず、結果として所望寸法及び所望形状の光硬化剤パターンが形成されないことなどをいう。

光硬化剤２１８の充填後、被処理基板主面とテンプレートパターンとの位置あわせを行った後、テンプレート３００の凹部パターン面と対向する面から、第一の光源を用いて光照射１１６（第一の光照射）して光硬化剤を硬化させる（図２（ｅ））。なお、光源１０６には、波長３００ｎｍから４００ｎｍの範囲で発光するランプを用いた。この工程で用いる光源の波長は、光硬化剤が光を吸収して架橋反応を生じる波長を含むものであれば良く、高圧水銀ランプ、タングステンランプ、ＵＶ−ＬＥＤ、紫外線レーザーなど、光硬化剤の吸収帯に応じて選定すればよい。

次に、図３（ｅ）に示すように、テンプレート３００の凹部パターン面と対向する面から、第二の光源を用いて、波長１７２nmのＸｅエキシマランプ光を光硬化剤２１０の親水層２１８に照射（第二の光照射１１７）し、テンプレート３００界面の光硬化剤２１０を分解し、ガス２１９を発生させた（図２（ｆ））。この工程で用いる光の波長は、光硬化剤表面の親水層中の親水化成分が励起され、光硬化剤に対して分解反応を促進するものであれば如何なる波長でも良い。親水化成分が水の場合、２００ｎｍ以下の光を吸収しＯＨラジカル或いは酸素ラジカルを発生し、これらラジカルが光硬化剤と反応して炭酸ガスを生じた。波長２２０ｎｍ付近に吸収帯を持つ親水化成分（例えば、過酸化水素水やアルコール類）を用いる場合には波長２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマランプを用いても、光硬化剤に対して分解反応を促進させガスを発生させることができる。また、波長１９０ｎｍ付近に吸収帯を持つ親水化成分（例えば、水やアルコール類）を用いる場合には波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いても、光硬化剤に対して分解反応を促進させガスを発生させることができる。

本工程で行う光照射は、テンプレートの離型特性を向上するためのガス２１９を生じさせる程度で良いが、光硬化剤を光照射によりさらに硬化させてパターンの寸法を細めながら離型することができる。この際、離型後の光硬化剤パターンが所望の寸法になるよう予め照射量を定めておいて、設定寸法に応じた照射量コントロールを行うこともできる。

テンプレートと光硬化剤の界面でガスを発生させた後、図３（ｆ）に示すように、被処理基板ステージを下方に移動させて、被処理基板２００及び光硬化剤２１０とテンプレート３００を離型して被処理基板上に光硬化剤パターン２１２を形成した（図２（ｇ））。なお、図３（ｅ）に示した光照射によるガス発生工程中に、テンプレート３００を離型することも可能である。

本実施形態に係るパターン形成方法によれば、光硬化剤表面を親水化させて、テンプレートのパターン面を接触させるため、テンプレートパターン内への硬化剤の充填欠陥が抑制され、充填特性を向上することができる。また、テンプレートと硬化剤の離型前或いは離型時に、テンプレートと硬化剤の界面においてガスを発生させることにより、それらの離型を促進し、離型特性を向上することできる。

なお、この離型後のテンプレートに対して、適宜、第二の光源を照射することにより、テンプレート表面に付着した有機汚染物を分解除去してもよい（図２（ｈ））。また、この有機汚染物除去工程は、図２（ｇ）に示す離型工程と同時に行うこともでき、エキシマランプ光１１７を照射しながら離型することもできる。これにより、離型しながらエキシマランプ光照射によりテンプレート表面の有機汚染物を分解することができる。

(第２の実施形態)
第２の実施形態に係るパターン形成方法を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャートである。図５は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。なお、本実施形態に係るパターン形成方法の説明において、第１の実施形態に係るパターン形成方法と同様の工程の説明及び説明に使用する図面については、一部の記載を省略し、図面における参照番号を統一する。

まず、光硬化剤を親水化する親水化成分を含有した光硬化剤、例えばエポキシ樹脂剤などを準備した（図４（ａ））。親水化成分として水分を用い、水分１ｗｔ％程度を含有したエポキシ樹脂を光硬化剤として準備した。親水化成分としては、ブタノール、ヘプタノール、ヘキサノール、オクタノールなどのアルコールを用いても良い。なお、光硬化剤として利用可能な樹脂はエポキシ樹脂に限るものではなく、親水化成分含有アクリル系ポリマー剤など、一般的にインプリントに用いている材料であれば、如何なるものも用いることができる。

続いて、図５（ａ）に示すように、被処理基板２００の主面を上にして被処理基板チャックで固定した後、被処理基板２００を光硬化剤塗布手段１０５の直下に移動させ、被処理基板２００のパターン形成面に親水化成分３１１を含有した流動性を有する光硬化剤３１０を塗布して膜を形成した。光硬化剤３１０の塗布は光硬化剤塗布手段１０５を走査させることで行った（図４（ｂ））。

次に、図５（ｂ）に示すように、硬化剤３１０の塗布を終えた後、被処理基板２００を、被処理基板用ステージを用いて、テンプレート３００の直下に移動させた。さらに、硬化剤３１０にテンプレート３００を接触させ、テンプレートの凹部パターン内に硬化剤３１０を充填させた（図４（ｃ））。このとき、親水化成分含有エポキシ樹脂剤中に含まれていた親水化成分３１１が樹脂とテンプレートの界面に偏析し、流動性を有する光硬化剤３１０は毛細管現象によりテンプレートの凹領域に充填される。

以降のパターン形成工程は、第１の実施形態の一部の工程と同様である。すなわち、図２（ｅ）〜（ｈ）及び図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、光硬化剤を硬化するための光照射工程、親水化成分の励起による硬化剤の分解反応を施してガスを発生させるための光照射工程、テンプレートの離型工程を実施して、被処理基板上にパターンを形成する。

なお本実施形態において、親水化成分を含有した光硬化剤を塗布した後、第一の実施形態と同様の方法により、光硬化剤表層に親水層を形成してもよく、親水層形成後は、第１の実施形態の図３（ｂ）〜（ｆ）に示す工程を実施する。

(第３の実施形態)
第３の実施形態に係るパターン形成方法を、図６及び図７を参照して説明する。図６は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャートである。図７は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。なお、本実施形態に係るパターン形成方法の説明において、第１の実施形態に係るパターン形成方法と同様の工程の説明及び説明に使用する図面については、一部の記載を省略し、図面における参照番号を統一する。

まず、本実施形態に係るパターン形成方法に使用する光硬化剤２１０を用意した（図６（ａ））。光硬化剤２１０は、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の材料を用いることができる。

続いて、図７（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様、被処理基板２００の被パターン形成面上に光硬化剤塗布手段１０５を用いて流動性を有する光硬化剤２１０を塗布形成した（図６（ｂ））。光硬化剤の塗布は光硬化剤塗布手段を走査させることで行った。

次いで、図７（ｂ）に示すように、光照射により光硬化剤を親水化する成分を含有した親水化成分含有雰囲気４１１、例えば水分含有雰囲気に光硬化剤２１０を曝露して、波長１７２nmのＸｅエキシマランプ光１１８を光硬化剤２１０に照射し、光硬化剤の表面に親水層４１８を形成した（図６（ｃ））。この親水化反応では、雰囲気中の水分が波長２００ｎｍ以下の光を吸収することで励起し、ＯＨラジカルを発生し、このＯＨラジカルが光硬化剤と反応してＯＨが生成し親水化する。本実施形態に係るパターン形成方法を、図１に示すインプリント装置を用いて実施する場合、第二の光源１０７を用いて照射することが可能である。ただし、第一の光源、第二の光源と異なる他の光源により光照射することも可能である。

この光照射工程では、後のテンプレートパターンへの硬化剤の充填工程において、充填可能な程度に硬化剤を未硬化状態に維持するため、光硬化剤の硬化反応が十分進まない程度の照射量で光を照射する。またさらに、この照射工程において光硬化剤が反応することにより、後工程であるテンプレートパターンへ充填された硬化剤の硬化工程において照射される光に対して硬化剤が光硬化作用を生じなくなるような照射量より十分少ない照射量で光を照射する。

なお、前述の水分含有雰囲気にかえて、あるいは水分含有雰囲気に加えて、酸素を含有した酸素含有雰囲気（親水化成分含有雰囲気４１１）に被処理基板及び光硬化剤を晒した状態で、硬化剤に光を照射することでも光硬化剤表面に親水層を形成することも可能である。前述の図７（ｂ）に示す親水化工程と同様、酸素を含む雰囲気で酸素が吸収を有する波長２００ｎｍ以下の光を照射して酸素を励起し、酸素ラジカルを発生させ、これを光硬化に作用させることで光硬化剤表面に親水層が形成される。この照射工程では、前述と同様、図１に示す装置１００の第二の光源１０７を用いて光照射を実施することができる。

この照射工程では、光硬化剤の硬化反応が十分進まない程度の照射量で、かつ、光硬化剤が反応することにより、光硬化剤が必要以上に酸化分解されない程度の照射量で光照射する。

またさらに、水分や酸素含有雰囲気にかえて、あるいは水分や酸素含有雰囲気に加えて、過酸化水素雰囲気（親水化成分雰囲気４１１）に被処理基板を晒した状態で、被処理基板に光を照射することでも光硬化剤表面に親水層を形成することも可能である。過酸化水素を含む雰囲気で過酸化水素が吸収を有する波長２５０ｎｍ以下の光を照射して励起し、ＯＨラジカルを発生させ、これを光硬化剤塗布膜に作用させても硬化剤表面に親水層を形成することができる。前述と同様、図１に示すインプリント装置１００の第二の光源１０７を用いて光照射を実施可能で有り、この場合の照射量は、光硬化剤の硬化反応が十分進まない程度の照射量で行う。

以降のパターン形成工程は、第１の実施形態の一部の工程と同様である。すなわち、図２（ｄ）〜（ｈ）及び図３（ｃ）〜（ｆ）に示すように、光硬化剤にテンプレートを接触させてテンプレートの凹部パターンに光硬化剤を充填する充填工程（このとき、図３（ｄ）に示すように、テンプレート界面に親水層が形成される）、光硬化剤を硬化するための光照射工程、親水化成分の励起による硬化剤の分解反応を施してガスを発生させるための光照射工程、テンプレートの離型工程を実施して、被処理基板上にパターンを形成することができる。

なお、図７（ｂ）に示す光硬化剤表面の親水化工程後、第１の実施形態の図３（ｂ）〜（ｆ）に示す工程を追加することも可能である。すなわち、親水化成分含有雰囲気で光照射して光硬化剤表面を親水化した後、さらに、図３に示す高湿度供給手段１０９等を用いて、親水性成分を光硬化剤表面に吸着させる。その後、図３（ｃ）〜（ｆ）に示す工程を実施することにより、被処理基板上にパターンを形成することができる。また、本実施形態において、第２の実施形態のパターン形成方法で用いたような親水化成分を含有した光硬化剤を硬化剤として用いることも可能である。テンプレートと硬化剤の界面にて親水化成分の偏析層が形成される。

(第４の実施形態)
本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を、図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャートである。図９は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。なお、本実施形態に係るパターン形成方法の説明において、第１の実施形態に係るパターン形成方法と同様の工程の説明及び説明に使用する図面については、一部の記載を省略し、図面における参照番号を統一する。

まず、本実施形態に係るパターン形成方法に用いる光硬化剤２１０を用意した（図８（ａ））。光硬化剤２１０は、第１の実施形態乃至第３の実施形態のいずれかの光硬化剤と同様の材料を用いることができる。

続いて、図９（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様、被処理基板２００の被パターン形成面上に光硬化剤塗布手段１０５を用いて流動性を有する光硬化剤２１０を塗布形成した（図８（ｂ））。光硬化剤の塗布は光硬化剤塗布手段を走査させることで行った。

次いで、図９（ｂ）に示すように、光硬化剤を酸化させる酸化性成分を含有した酸化性成
分含有雰囲気５１８に光硬化剤２１０を晒すことにより、光硬化剤表面に親水層を形成し
た（図８（ｃ））。酸化性ガス雰囲気５１８として、例えばオゾン、過酸化水素又は過酸
化窒素を含有した雰囲気、或いはそれら複数を混合したガス雰囲気を利用することができ
る。

雰囲気の酸化性成分の濃度と曝露時間は、光硬化剤が反応することにより、光硬化剤が必要以上に酸化分解したり、後の硬化剤の光硬化工程において、硬化剤が硬化されなかったりする程度より十分少なく、且つ、表面が親水化される程度であればよい。

なお、酸化性成分含有雰囲気５１８に光硬化剤を晒した状態で、酸化性成分が吸収する波長の光を酸化性成分含有雰囲気５１８を介して光硬化剤に照射し、酸化性成分を光励起させることにより、硬化剤表面に親水化成分を有する親水層を形成してもよい。この光照射工程は、例えば第１の実施形態に示す装置１００の第二の光源を用いて実施することができる。

以降のパターン形成工程は、第１の実施形態の一部の工程と同様である。すなわち、図２（ｄ）〜（ｈ）及び図３（ｃ）〜（ｆ）に示すように、光硬化剤にテンプレートを接触させてテンプレートの凹部パターンに光硬化剤を充填する充填工程（このとき、図３（ｄ）に示すように、テンプレート界面に親水層が形成される）、光硬化剤を硬化するための光照射工程、親水層の励起による硬化剤の分解反応を施してガスを発生させるための光照射工程、テンプレートの離型工程を実施して、被処理基板上にパターンを形成することができる。

なお、図９（ｂ）に示す光硬化剤表面の親水化工程後、第１の実施形態の図３（ｂ）〜（ｆ）に示す工程を追加することも可能である。すなわち、酸化性成分含有雰囲気に晒して光硬化剤表面を親水化した後、さらに、図３に示す高湿度供給手段１０９等を用いて、親水性成分を光硬化剤表面に吸着させる。その後、図３（ｃ）〜（ｆ）に示す工程を実施して、被処理基板上にパターンを形成することができる。また、本実施形態において、第２の実施形態のパターン形成方法で用いたような親水化成分を含有した光硬化剤を硬化剤として用いることも可能である。テンプレートと硬化剤の界面にて親水化成分の偏析層が形成される。

(第５の実施形態)
第５の実施形態に係るパターン形成方法を、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係るパターン形成方法を実施するために用いるインプリント装置の概略図である。図１１は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明するフローチャートである。図１２は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。なお、本実施形態に係るパターン形成方法の説明において、第１の実施形態に係るパターン形成方法と同様の工程の説明及び説明に使用する図面については、一部の記載を省略し、図面における参照番号を統一する場合がある。

図１０に示すインプリント装置６００は、被処理基板７００の主面（被パターン形成面）を下方に向けて固定する被処理基板チャック６０４と、これを３次元的に移動させるための被処理基板用ステージ６０３、テンプレート８００の凹凸パターン上に選択的に光硬化材料を供給する光硬化剤塗布手段６０５と、インプリント用テンプレート８００を凹部パターン形成面が上方に向くように保持するテンプレート保持手段６０８と、テンプレートを介して光硬化剤を硬化するための光を照射する第一の光源６０６（例えばＵＶランプなど）と、硬化した光硬化剤の離型を促進するための光を照射する第二の光源６０７を具備している。第二の光源には、例えば波長λ＜２００ｎｍの光源を用いることができ、本実施形態では、λ＝１７５ｎｍのエキシマランプを使用する。インプリント用のテンプレート８００は、透明な石英基板にプラズマエッチングで凹凸のパターンが形成されたもの等である。なお、被処理基板７００及びテンプレート８００は、図１０の装置６００を利用する際に装置内部にセットされるものであり、本装置６００の構成には含まれない。

まず、本実施形態に係るパターン形成方法に用いる光硬化剤７１０として、親水化成分８１１を含有した親水化成分含有光硬化剤８１０、例えば水分を含有したエポキシ樹脂を準備した（図１１（ａ））。なお、親水化成分含有光硬化剤８１０には、その他の材料、例えば第２の実施形態で用いた光硬化剤３１０と同様の材料を用いることができる。

続いて、図１２（ａ）に示すように、テンプレート８００を凹部パターン面が上方を向くようにテンプレート保持手段６０８により保持して、このテンプレート８００のパターン面上に光硬化剤塗布手段６０５を移動させ、テンプレート８００のパターン面上に親水化成分含有光硬化剤８１０を供給する（図１１（ｂ））。光硬化剤８１０を供給し、テンプレート７００の凹部パターン内に充填した後、光硬化剤塗布手段６０５をテンプレート８００の上方から退避させる。なお、テンプレート８００は合成石英を加工して作成されている。

次いで、図１２（ｂ）に示すように、テンプレートのパターン内に充填された親水化成分含有光硬化剤８１０中に含まれていた親水化成分８１１を合成石英のテンプレート界面に偏析させた（図１１（ｃ））。

さらに、図１２（ｃ）に示すように、被処理基板ステージを下方に移動させて、被パターン形成面を下に向けて保持された被処理基板７００を下方に移動し、被処理基板７００の被パターン形成面を、光硬化剤８１０を介してテンプレート８００に接触させた（図１１（ｄ））。

以降のパターン形成工程は、第１の実施形態の一部の工程と同様である。すなわち、図２（ｅ）〜（ｈ）及び図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、光硬化剤を硬化するための光照射工程、親水化成分の励起による硬化剤の分解反応を施してガスを発生させるための光照射工程、テンプレートの離型工程を実施して、被処理基板上にパターンを形成する。ただし、次の点で第１の実施形態と異なる。すなわち、光硬化剤を硬化するための光照射工程や親水化成分の励起による硬化剤の分解反応を施してガスを発生させるための光照射工程では、テンプレート上方ではなく、テンプレート下方から、テンプレートを介して光硬化剤に光を照射した。また、テンプレートと被処理基板の離型工程では、テンプレートではなく被処理基板ステージを上方に移動させることにより、テンプレートから被処理基板を離型した。さらに、第1の実施形態の図２（ｈ）に記載したテンプレートに付着した有機汚染物の除去工程を実施する場合には、前述と同様、テンプレート上方ではなく、テンプレート下方から、テンプレートに光を照射した。

第１の実施形態から第５の実施形態に係るパターン形成方法で用いたテンプレートでは、光照射対象部全てにおいて合成石英等の一定の透過率を有する透光性材料を用いているが、テンプレートの一部の透過率を変更したり、テンプレートの一部に遮光性材料を用いたりすることもできる。例えば、図１３に示すテンプレート９００のように、パターン構成部９０１とベース部９０２の材料が異なるようなテンプレート９００を用いることが可能である。テンプレート９００は、ベース部９０２の材料に波長２００ｎｍ以下の光の吸収率が小さい材料（例えば合成石英等の透光膜）を用いており、パターン構成部９０１の材料には波長２００ｎｍ以下の光に対して吸収率が大きい材料（例えばＣｒ等の遮光膜）を用いている。テンプレート９００を上述の各実施形態のテンプレートとして用いた場合、テンプレート界面でガスを発生させるための光照射工程において、テンプレート９００のパターン構成部９０１間のベース部９０２に照射された光は、ベース部９０２を透過し光硬化剤に十分に照射されるものの、テンプレート９００のパターン構成部９０１に照射された光は、その大部分が吸収されることとなり光硬化剤へ十分に到達しない。従って、テンプレートのパターン構成部９０１間のベース部９０２の界面及びパターン構成部９０１の側面において光硬化剤が分解してガスが発生する。このような場合であっても、テンプレートから光硬化剤パターンを押し出すような離型力が生じることから、離型特性を向上することができる。また、テンプレート９００のパターン構成部９０１が照射光に対して半透明である場合には、テンプレート９００のベース部９０２の表面（凹部表面）からパターン構成部９０１の表面（凸部表面）に向かって光硬化剤へ到達する光の照射量が単調に減少する。その結果、テンプレートの凹部表面から凸部表面に向かって、テンプレート界面におけるガス発生量を単調に低下させることができ、テンプレート凹凸の圧力損失を補正して光硬化樹脂パターンを押し出すことも可能である。すなわち、テンプレートを離型する際、テンプレート凹部は側面において光硬化剤と接触しているため、テンプレート表面に比べて、大きな離型力が必要となる。しかし、テンプレート凹部を離型するため、光硬化剤から一定量で多量のガスを発生させると、テンプレート表面で過剰な離型力が働き、離型時に光硬化剤パターンが倒壊してしまう恐れがある。しかし前述のように、テンプレートの凹部表面から凸部表面に向かって、テンプレート界面におけるガス発生量を単調に低下させることにより、テンプレート凹部では十分な離型力を作用させつつ、テンプレート表面では過剰な離型力が働かないようにガス発生量を調整することができ、パターン欠陥を抑えることが可能となる。このような照射光に対して半透明である材料としては、例えば、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉの酸化膜、ＭｏＳｉの窒化膜、ＭｏＳｉの酸窒化膜などを用いることができる。

また、第一の実施形態から第四の実施形態に用いる被処理基板としては半導体素子製造用基板、ＭＥＭＳ、ハードディスクなどのメディア基板など、従来のインプリント技術を用いているものであれば、いかなるものでも適用できる。

また、第１の実施形態から第５の実施形態に用いる被処理基板が第一の光源から照射される光に対して透過性を有するものであれば、第一の光源の光を被処理基板を介して光硬化剤に照射することも可能である。

また、前述の各実施形態において、光硬化剤表面を親水化する手法については、特開２００６−１８６１１１号公報に開示されている手法を用いることもできる。さらに、特開２００６−３２９９２号公報又は特開２００４−３６３４４４号公報に開示されている手法を用いて、水または酸素含有雰囲気中に晒された光硬化剤に光を照射して、OHラジカルまたは酸素ラジカルを発生させて、光硬化剤を分解し、ガスを発生させることも可能である。

以上、上記の各種実施例に係るパターン形成方法によれば、テンプレートと光硬化剤の離型前或いは離型時に、テンプレートと硬化剤の界面においてガスを発生させることにより、それらの離型を促進して離型特性を向上することできる。

１１６…第一の光源からの光
１１７…第二の光源からの光
１１８…光照射
２００、７００…被処理基板
２１０、３１０、８１０…光硬化剤
２１２…光硬化剤パターン
２１８、４１８、５１８…親水層
２１９…ガス
３００、８００、９００…テンプレート
３１１、８１１…親水化成分
４１１…親水化成分含有雰囲気
５１１…酸化性成分含有雰囲気
９０１…テンプレートのパターン構成部
９０２…テンプレートのベース部

Claims (5)

1. 光硬化剤表面に親水化成分を含む親水層を形成する工程と、
   凹部パターンが形成されたテンプレートを前記親水層が形成された表面から前記光硬化剤
   に接触させて前記凹部パターンに前記光硬化剤を充填する工程と、
   充填された前記光硬化剤に第一の光を照射して前記光硬化剤を硬化する工程と、
   前記第一の光を照射後、前記親水層を有する前記光硬化剤に対して第二の光を照射して、
   前記テンプレートの界面で前記光硬化剤を分解反応させてガスを生じさせる工程と、
   前記テンプレートと前記光硬化剤を離型して光硬化剤パターンを形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記親水層を形成する工程では、親水化成分を含有した親水化成分含有雰囲気に前記光硬
   化剤を晒す、又は、酸化性成分を含有した酸化性成分含有雰囲気に前記光硬化剤を晒すこ
   とにより、前記光硬化剤の表面に親水層を形成することを特徴とする請求項１記載のパタ
   ーン形成方法。
3. 前記親水層を形成する工程では、前記親水化成分を含有した親水化成分含有雰囲気、また
   は、酸化する酸化性成分を含有した酸化性成分含有雰囲気に前記光硬化剤を晒した状態で
   、前記親水化成分含有雰囲気、または、前記酸化性成分含有雰囲気を介して前記光硬化剤
   に光を照射することにより、前記光硬化剤の表面に親水層を形成することを特徴とする請
   求項２記載のパターン形成方法。
4. 凹部パターンが形成されたテンプレートと親水化成分を含む光硬化剤とを接触させて前記
   凹部パターンに前記光硬化剤を充填する工程と、
   前記テンプレートと前記光硬化剤との界面に前記親水化成分を偏析させる工程と、
   充填された前記光硬化剤に第一の光を照射して前記光硬化剤を硬化する工程と、
   前記第一の光を照射後、前記親水化成分を含む前記光硬化剤に対して第二の光を照射して
   、前記テンプレートの界面で前記光硬化剤を分解反応させてガスを生じさせる工程と、
   前記テンプレートと前記光硬化剤を離型して光硬化剤パターンを形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
5. 前記光硬化剤を分解反応させてガスを生じさせる工程では、
   前記光硬化剤に対して第二の光を照射することにより、前記テンプレートの界面で前記親
   水化成分からＯＨラジカル又は酸素ラジカルを発生させて、前記ＯＨラジカル又は酸素ラ
   ジカルにより、前記光硬化剤を分解反応させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
   か一項記載のパターン形成方法。

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