JP4899638B2 - モールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ナノインプリントに用いられるモールドおよびその製造方法に関するものである。

近年、数十ナノメートルの微細パターン転写が容易で、しかも低コストで量産加工できる技術としてナノインプリント技術が注目されている。ナノインプリントとは、ナノレベルの微小な凹凸のあるモールドを、樹脂などの被加工基板に押し付けて型の形状を転写する微細成形加工技術である。主に、熱転写方式と光硬化方式とに分類される。
ナノインプリントプロセスにおいて、モールドは成形加工品の品質に影響を及ぼすため、モールドの素材開発と、その素材への三次元の微細形状加工技術の開発が求められている。

このモールドの製造方法は、リソグラフィとエッチングにより為されるのが一般的である（例えば、特許文献１）。特許文献１では、モールドの材料となる基板表面へのレジスト塗布、露光、現像を行い、レジストをマスクとしたエッチングを行うことで、モールドを得ている。また、複雑な三次元パターン形状を有し、かつ加工が容易であるモールドの開発が進められている（例えば、特許文献２）。特許文献２では、基板と、該基板の一方の表面に形成された高さの異なる複数の凸部とを有し、該凸部のうち高さの高い凸部は少なくとも２種類以上の材料を少なくとも２層以上積層した積層構造を有すスタンパについて開示されている。
特開平１０−９６８０８号公報 特開２００４−７１５８７号公報

上述のモールド作製方法では、同一面内に異なる面積のパターン、ないし同一面積であっても形状が異なるパターンがモールドに存在する場合、面内のパターン全てが同一の深さになるようにエッチングすることは困難である。また特許文献２のように、同一高さのパターン各層を異なるエッチングレートの材料で構成する場合、膜材料及び膜形成装置にコストがかかり、またそのプロセスに時間を要すため、生産性の向上が望まれていた。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは複雑なパターン形状を容易にかつ少ない工程で作製でき、さらに凹凸の高さがそろったモールドとその製造方法を提供することである。

前述した目的を達成するために本発明は、ナノインプリント用モールドの製造方法であって、基板の上面にレジスト層を塗布する工程（ａ）と、前記レジスト層にて微小凹凸を形成する工程（ｂ）と、形成された微小凹凸を構成するレジストをイオン注入により硬化する工程（ｃ）と、を有することを特徴とするモールドの製造方法である。
また、ナノインプリント用モールドの製造方法であって、前記の硬化したレジスト上に第２のレジスト層を塗布する工程（ｄ）と、前記レジスト層にて微小凹凸を形成する工程（ｅ）と、形成された微小凹凸形状を構成するレジストをイオン注入により硬化する工程（ｆ）と、を有し、工程（ｄ）〜工程（ｆ）を繰り返すことを特徴とするモールドの製造方法である。
また、前記基板が凹凸を有していることを特徴とするモールドの製造方法である。

本発明により、複雑なパターン形状を容易にかつ少ない工程で作製でき、さらに凹凸の高さがそろったモールドとその製造方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係るナノインプリント用モールド及びその製造方法について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るモールド１の断面図である。モールド１は、基板３の一つの面に凸状のレジストパターン５が形成された構造を有している。

基板３について、特に限定されないが、一般に、以下の材料が用いられる。半導体材料として、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、および窒化シリコン（ＳｉＮ）等が挙げられる。金属材料として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、および銅（Ｃｕ）等がある。さらに、誘電体材料としてセラミックスが、またガラス及び光学材料として石英、ソーダガラス、立方晶窒化ホウ素等が用いられる。

凸状のレジストパターン５の材料として、プラズマ照射やイオン注入により硬化するレジストを使用する。
レジストの硬化プロセスは、昇温によるレジスト表面の炭化、及び不純物原子、イオン、ラジカルがレジスト内部に含まれる原子や官能基と反応し強固な結合状態を形成することである。またプラズマ照射の場合、プラズマ発生時に生じるＵＶ光によってレジストの硬化が促進される場合もある。よって本発明に使用するレジスト材料は特に限定されないが、レジストの含有成分により、使用するプラズマ及びイオンの種類が決定される。
レジストパターン５の厚さは、目的とするパターンの深さによるが、パターンの幅と深さの比を示すアスペクト比で表すと、アスペクト比が０．１〜１００であることが好ましい。

次に、モールド１の製造方法を説明する。図３は基板３を出発材料とするフローチャートを示し、図４はその作製工程を示す。

図４（ａ）の基板３表面に、スピンまたはスプレー法で図４（ｂ）のようにレジストを塗布し、レジスト層７を形成する（図３のステップ１０１）。次に、図４（ｃ）に示すように、電子線によりパターンをレジスト層に描画し、現像を経て基板上にレジストパターン５を得る（図３のステップ１０２）。その他のレジストパターン形成方法として、レーザー描画、ＵＶ露光があり、いずれの場合も、現像を経てレジストパターンを得ることができる。

なお本明細では、レジストは露光された箇所が現像にて除去される、いわゆるポジ型レジストを用いて説明を行っている。しかし、露光領域が残るネガ型レジストを用いた場合においても同様の効果が得られる。

次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン５をプラズマ照射またはイオン注入法により硬化し、モールド１を得る（図３のステップ１０３）。
このように本実施の形態によれば、複雑なパターン形状を容易にかつ少ない工程で作製することができる。

次に、本発明のその他の実施形態に係るモールド１３について説明する。図２（ａ）は、モールド１３の断面図を示す。

図２（ａ）に示したモールド１３は、図１に示したモールド１に、さらにレジストパターン１１が積層された構造となっている。モールド１３を構成する材料については、図１に示したモールド１と同様であるため省略する。但し、使用するレジストは、１層目のレジストパターン５と同じ材料であっても、また異なっていてもよい。

次に、図２（ａ）のモールド１３の製造方法について説明する。図４（ｄ）のモールド１を出発材料とする作製工程を図４（ｄ）〜図４（ｇ）に示す。前記モールド１作製方法と同様な方法で、モールド１表面に図４（ｅ）のようにレジストを塗布し、レジスト層９を形成する。次に、図４（ｆ）に示すように、電子線によりパターンをレジスト層に描画し、現像を経て基板上にレジストパターン１１を得る。さらに、図４（ｇ）に示すように、レジストパターン１１をプラズマ照射またはイオン注入法により硬化し、モールド１３を得る。即ち、図３のフローチャートに示した工程を繰り返すことによりモールド１３を得ることができる。

また、上記工程を更に繰り返すことにより、複数の段差を有する複雑な凹凸状モールドを作製することが可能である。

また、上記のようにレジストのみで構成するだけでなく、図２（ｂ）のように、予め凹凸を形成した基板３１にレジストを塗布し、微小凹凸（レジストパターン５１）を形成することにより複数の段差を有するモールド１５を作製することも可能である。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上述した作製工程に限定されるものではない。

以下に、プラズマ照射により硬化してモールドを作製した場合と、イオン注入により硬化してモールドを作製した場合、それぞれについて実施例を示す。

合成石英ガラス基板上に、レジスト「ＰＭＥＲ Ｐ−ＬＡ９００ＰＭ」（東京応化工業製）をスピン法により１０μｍの厚さに塗布した。次に、フォトマスクを使用した紫外線露光にて、パターンをレジスト層に描画した。このとき、線幅２．０μｍの１：２のライン＆スペース加工を行った。現像を経て、基板上にレジストパターンを得た。さらに、ＣＨＦ_３ガスを使用したプラズマを照射し、モールドを得ることができた。

シリコンウエハ上に、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）をスピン法により３００ｎｍの厚さに塗布した。次に、電子線露光装置にて、パターンをレジスト層に描画した。このとき、線幅１００ｎｍの１：２のライン＆スペース加工を行った。現像を経て、基板上にレジストパターンを得た。さらに、イオン注入装置にてボロン原子（^１１Ｂ^＋）を２．１Ｅ１０／ｃｍ^２注入し、モールドを得ることができた。

複雑なパターン形状を容易にかつ少ない工程で作製でき、さらに凹凸の高さがそろったモールドとその製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係るモールド１の断面図を示す。 その他の実施形態に係るモールド１３、１５の断面図を示す。 モールド１およびモールド１３の作製工程のフローチャートを示す。 モールド１およびモールド１３の作製工程の断面図を示す。

符号の説明

１、１３、１５………モールド
３、３１………基板
５、１１、５１………レジストパターン
７、９………レジスト層

Claims (3)

1. ナノインプリント用モールドの製造方法であって、
   基板の上面にレジスト層を塗布する工程（ａ）と、
   前記レジスト層にて微小凹凸を形成する工程（ｂ）と、
   形成された微小凹凸を構成するレジストをイオン注入により硬化する工程（ｃ）と、
   を有することを特徴とするモールドの製造方法。
2. 請求項１記載のモールドの製造方法であって、
   前記の硬化したレジスト上に第２のレジスト層を塗布する工程（ｄ）と、
   前記レジスト層にて微小凹凸を形成する工程（ｅ）と、
   形成された微小凹凸形状を構成するレジストをイオン注入により硬化する工程（ｆ）と、
   を有し、工程（ｄ）〜工程（ｆ）を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のモールドの製造方法。
3. 前記基板が凹凸を有していることを特徴とする請求項１記載のモールドの製造方法。
   

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