JP4995478B2 - ナノインプリント用スペーサ、及びこれを用いた電子顕微鏡調整用試料の製造方法、並びに電子顕微鏡調整用試料、及びこれを備えた電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は転写材に微細な凹凸を有するスタンパを押し付けてパターンを転写するナノインプリントプロセスで用いられるスペーサ、及びそれを用いた電子顕微鏡調整用試料製造方法に関する。

電子顕微鏡における電子線光学系の軸や非点収差の補正は、電子レンズの補正用コイルの制御電流を調整することで行われる。この場合、通常は調整専用の試料が準備される。なぜなら、上述のような調整は、観察しようとする被対象物に直接電子線を当てて得られる２次電子像で行っても構わないが、被対象物が必ずしも軸や非点収差の補正に適した構造であるとは限らないからである。この調整用試料を、電子顕微鏡装置内のステージ上など決まった場所に設置しておくことにより、必要な場合にステージを動かして調整用試料を観察して軸や非点収差を補正することができるようになっている。また、ステージの移動や２次電子像の画像処理をシステム化することで、軸や非点収差の補正を自動で行うこともできる。ただし、この調整用試料による補正がステージ上に設置された被対象物に対して有効に働くためには、調整用試料の表面と被対象物の表面とがほぼ同一平面上にあることが望ましい。調整用試料の表面と被対象物の表面の高さが異なると焦点位置が変化してしまい、軸や非点収差の補正値が影響を受けるためである。

ところで、調整用試料を作成する方法として、近年高分子材料をガラス転移点以上に加熱して微細な凹凸を有するスタンパを押し付けてパターンを転写するナノインプリント法と呼ばれる技術がある。この方法は、特に、安価な微細構造転写技術として注目されている。パターンが転写される転写材の構造としては、大きくシリコン製等の頑強な基板の上に高分子材料を数μm程度薄く塗布する方法、数十〜数百μmの厚さを持つ単一の高分子材料を使用する方法の２通りが考えられる。

電子顕微鏡調整用試料はステージ上の一部に設置されるためその大きさは数mm〜数十mm程度であり、ナノインプリント法でパターンを転写した後に所望の大きさに割断する必要がある。この場合、シリコン製基板の上に高分子材料を塗布した転写材では膜が剥がれてしまう可能性が高く、単一の高分子材料を転写材とする方が有利である。また、転写材を単一の高分子材料にすると、基板上に高分子材料を塗布する工程が省略できることから、製造プロセスが簡易になるメリットもある。ところで、単一の高分子材料を転写材とした場合、ガラス転移点以上に加熱された高分子材料が、スタンパを押し付けられたことにより変形し、加熱温度や押し付け力、押し付け時間といった条件の違いで転写後の厚さがばらついてしまう問題がある。

転写材の面内厚さを制御する手段としては、例えば、特許文献１にあるように、転写材の周囲に同一高さの面一板を設けることで均一な押し付け力を得る方法や、特許文献２にあるようにスタンパの周囲に、ほぼ同じ表面高さを持つダミー部材を設置する方法が考えられる。

特開２００５−２６８６７５号公報 特開２００５−３４９６１９号公報

しかし、いずれの場合も単一の高分子材料を転写材とした場合に、転写材そのものの厚さを制御することはできない。従って、特許文献１や２の方法では軸や非点収差の補正を正確に行うことができないという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、転写材の厚さを制御することができるナノインプリント用スペーサを提供するものである。また、本発明は、そのスペーサを用いた電子顕微鏡調整用試料の製造方法、その製造方法で製造された試料、その試料を備えて軸や非点収差を補正する電子顕微鏡を提供する。

上記課題を解決するために、本発明によるナノインプリント用スペーサは、転写材の表面に、スタンパがその表面に有する微細パターンを転写するナノインプリントプロセスで用いられるナノプリント用スペーサである。そして、スタンパ及び転写材と共に対向するステージに挟み込まれ、転写材をとり囲むように配置された側壁部と、スタンパを保持するスタンパ保持部と、を備えている。また、スタンパ保持部は、転写後の転写材の厚さに設計された壁を有する。そして、転写材及びスタンパをとり囲む形状を持つスペーサを同時に挟み込みナノインプリントするようにしている。

本発明のナノインプリント用スペーサを用いれば、スタンパ及び転写材と共に対向するステージに挟み込まれ、転写材をとり囲むように配置された側壁部と、スタンパを保持するスタンパ保持部と、を備えているので、厚さ制御性に優れた電子顕微鏡調整用試料の製造が可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るナノインプリント用スペーサを用いて、スタンパの微細パターンを転写材に転写して電子顕微鏡調整用試料を生成する様子を示す概略構造断面図である。上部ステージ1と下部ステージ２の間に例えばニッケル製のスタンパ３、例えばポリスチレン製の転写材４、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）製のスペーサ５が設置されている。図１では、転写材４をガラス転移点以上の温度に加熱した後、上部ステージ１と下部ステージ２を押し付け、転写材４が変形して表面４１にスタンパ３の表面３１の微細凹凸パターン３２が転写された状態を示している。ナノインプリント転写終了の段階で、スペーサ５の壁５１の中段に設けられた中段面（スタンパ保持部）５２はスタンパ３の表面３１に接している。この時、下部ステージ２の表面２１と中段面５２の間の距離Ｌ１を最終的に必要となる転写材の厚さに設計しておくことで、安定した厚さを持つ電子顕微鏡調整用試料が製造可能となる。ここで、中段面５２は、スタンパ３の押下方向の高さをＬに規制し、スペーサ５の側壁上部５０は、スタンパ３の横方向の位置決めのために設けられている。

なお、図１においてはスタンパ１を保持してスタンパの高さを規制するための中段面は１段のみ設けられているが、２段以上設けても良い。複数段のスタンパ保持部を設けることにより、金型のサイズが異なっても使用可能となる等の機能化が図れるという技術的効果を奏することが可能となる。

図２は図１で使用しているナノインプリント用スペーサの上面図である。空隙部５３をとり囲む形で閉ループを形成させておく。本実施形態では閉ループを四角形にしてあるが、円形や多角形、その他の形状であっても構わない。

次に、図３を用いて本発明による電子顕微鏡調整用試料の製造工程について説明する。

（ａ）下部ステージ２の上にスペーサ５を乗せ、中央の空隙部５３のほぼ中央に転写材４を置き、更にその上のほぼ中央にスタンパ３を乗せる。この時、スペーサ５の高さＬ２が下部ステージ２の表面２１とスタンパ３の表面３１との間の距離Ｌ３よりも大きくなるように設計することで、スペーサ５の上部内部側壁５７をスタンパ３の位置決めガイドとして利用することができる。

（ｂ）転写材４のガラス転移点以上にステージを加熱して転写材４を軟化させ、上部ステージ１と下部ステージ２を押し付ける。また、押し付ける際には気泡等が界面に残留しないように周囲雰囲気を予め真空引きしておく。押し付けた状態で数秒〜数分間保持すると、転写材４が変形し、スタンパ３の表面３１がスペーサ５の中段面５２に接したところで転写材４の変形が終了する。転写材の平面方向の広がりは必ずしも点対称とはならないが、スペーサ５の形状を閉ループ構造にすることで、スペーサ５の空隙部５３内に広がりを留めることができる。また、スタンパ３の表面３１がスペーサ５の中段面５２に接した際に隙間が生じないようにしておけば、転写材４がスタンパ３の側面や裏面に回り込んでスタンパ３と転写材４がナノインプリント後に剥がせなくなるような懸念も解消することができる。

（ｃ）ステージを冷却した後、プレス力を解放し、スタンパ３及びスペーサ５を取り外す（転写したパターンを損なわないように垂直方向に外すことが望ましい）。この時、スタンパ３と転写材４がスムーズに離れるようにスタンパ３の表面には事前にシリコーンオイルなどの離型剤を塗布することも行われる。ナノインプリント後の転写材４の側壁４２は、ナノインプリント時の広がりによって曲面形状になっている。

（ｄ）ナノインプリント時の平面方向の広がり方は均一ではないため、ダイシング等による割断で所望の寸法に仕上げられる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係るナノインプリント用スペーサを用いて、スタンパの微細パターンを転写材に転写して電子顕微鏡調整用試料を生成する様子を示す概略構造断面図である。また、図５は、図４で使用しているナノインプリント用スペーサの上面図である。

図４に示されるように、スペーサ５は壁５１と底板５４を備え、底板５４の表面５５と中段面５２の間の距離Ｌ１を最終的に必要となる転写材の厚さに設計しておくことで、安定した厚さを持つ電子顕微鏡調整用試料が製造可能となる。更に、底板５４には突起５６が設けられている。ナノインプリント時に転写材４が変形すると、突起５６の領域には転写材が充填されないため、割断用の溝が形成される。本実施形態では突起５６を四角形の閉ループにしてあるが、必ずしも閉ループである必要はなく、割断したい形状であれば、例えば線状の突起を複数個配置しても構わないし、図６に示すように、格子状に配置しても構わない。突起５６を予め必要とされる寸法に設計しておけば、ダイサーなどの機械を用いることなく、図７に示すような形状に容易に割断することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係るナノインプリント用スペーサを用いて、スタンパの微細パターンを転写材に転写して電子顕微鏡調整用試料を生成する様子を示す概略構造断面図である。図９は、図８で使用しているナノインプリント用スペーサの上面図である。

図８で示されるように、下部ステージ２の表面２１と中段面５２の間の距離Ｌ１は最終的に必要となる転写材の厚さに設計しておく。スペーサ５の壁５１には下部内部側壁５８から外部側壁５９に貫通する流路６０が形成されている。スペーサ５の中段面５２と、スペーサ５の下部内部側壁５８及び下部ステージ２の表面２１とで囲まれる空隙部５３の体積を、転写材４の体積とほぼ同じかやや小さめに設計しておくことで、空隙部５３はナノインプリント時に転写材４で充填される。流路６０のコンダクタンスを小さくしておくことで転写材は空隙部５３を全て充填した後、それでも余剰になったわずかな体積が流路６０に染み出してくることになる。また、完成した転写材４の側壁４２はスペーサ５の下部内部側壁５８に沿って形成されるため、スペーサ５の下部内部側壁５８を予め必要とされる寸法に設計しておけば、ダイサーなどの機械を用いることなく、流路６０に染み出したわずかな転写材４を削るだけで図１０に示すような形状に容易に仕上げることが可能となる。本実施形態ではスペーサ５の閉ループを構成する壁５１の４ヶ所に流路６０を設けているが、１ヶ所でも構わないし、より多く設けても構わない。また、本実施形態ではスペーサ５の下面を削り取って凹型の流路６０を形成しているが、中段面５２よりも下側であれば流路を壁５１の任意の箇所に形成して構わない。

＜その他の実施形態＞
これまでの実施形態では、上部ステージ１と下部ステージ２の間に１個のスタンパ３と１個の転写材４と１個のスペーサ５を配置しているが、ステージの大きさによっては全てを複数個配置しても構わない。また、スペーサ５に中段面５２や空隙部５３を複数個配置して、１個のスペーサ５に複数個のスタンパ３及び転写材４を配置することも可能である。これらの方法により、一度のナノインプリントで複数個の転写材を製作することも可能となり、生産性の向上を図ることができる。また、生産性を向上させるため、予めスペーサ５をステージ内に組み込んでも構わない。

＜技術的効果＞
以上のように、単一の転写材を使用し、本発明のナノインプリント用スペーサを用いることで厚さ制御性に優れたナノインプリント法及び電子顕微鏡調整用試料の製造が可能となる。また、ナノインプリント用スペーサに突起や流路を設けることにより割断を容易にすることも可能となる。

＜電子顕微鏡への適用＞
以上のように製造された電子顕微鏡調整用試料７０は図１１に示すように例えばステンレス製の試料台７１に例えばエポキシ系の接着剤７２で接着した後、上面からアルミニウム等の導電性薄膜７３を蒸着で形成し、最終的にステージ７４に装着される。電子顕微鏡調整用試料７０の構成材料である転写材が導電性であれば、導電性薄膜７３の形成を省略しても構わない。

図１２は、電子顕微鏡装置８８における電子線の制御の概略を示したものである。電子顕微鏡装置８８では、電子源８１から電子線８２が放出されるが、電子線８２は集束レンズ８３により収斂される。また、対物レンズ８５は収斂された電子線８２を試料に焦点を合わせるためのレンズであり、収差補正用レンズ８４は非点収差を補正するためのレンズである。試料に入射した電子線８２は２次電子を放出し、検出器８６で検出される。試料表面の形状は２次電子の情報を結像することで観察されるが、軸や非点収差を補正する場合、結像された２次電子像のゆらぎが最小となるように各レンズを調整する。

上述の実施形態で製造した電子顕微鏡調整用試料７０は、これらの補正を効率よく行えるパターンを形成したものであり、この電子顕微鏡装置８８内の、例えばステージ８７の隅に設置することで必要な場合にステージ８７を動かして電子顕微鏡調整試料７０を観察し、その結果に基づいて軸や非点収差を補正することが可能となる。シリコンウエハの寸法検査用に用いられる電子顕微鏡においては、被対象物７５がほぼ厚さの一定なシリコンウエハであり、例えば、ナノインプリントで製造した電子顕微鏡調整用試料７０の表面（表面の凸凹何れかの高さ。従って、試料７０の底面を基準にしても頂面を基準にしてもよい。）と被対象物７５の表面を同一平面上（同一高さ）にしておくことにより、電子顕微鏡調整用試料７０で補正した軸や非点収差の補正値が被対象物７５の観察においても変化することがほとんど無くなり、補正精度を向上させることができるようになる。

第１の実施形態におけるナノインプリント用スペーサを用いた電子顕微鏡調整用試料の第１の転写実施形態を示す概略構造断面図である。 第１の実施形態で使用するナノインプリント用スペーサの上面図である。 本発明の実施形態による効果を説明するための製造工程図である。 本発明におけるナノインプリント用スペーサを用いた電子顕微鏡調整用試料の第２の転写実施形態を示す概略構造断面図である。 第２の実施形態で使用するナノインプリント用スペーサの上面図である。 第２の実施形態で使用するナノインプリント用スペーサ代案の上面図である。 第２の実施形態で製造した電子顕微鏡調整用試料の割断後形状を示す概略構造断面図である。 本発明におけるナノインプリント用スペーサを用いた電子顕微鏡調整用試料の第３の転写実施形態を示す概略構造断面図である。 第３の実施形態で使用するナノインプリント用スペーサの上面図である。 第３の実施形態で製造した電子顕微鏡調整用試料の割断後形状を示す概略構造断面図である。 本発明の実施形態によって製造した電子顕微鏡調整用試料を電子顕微鏡のステージに組み込んだ図である。 電子顕微鏡装置における電子線の制御の概略を示した図である。

符号の説明

１・・・上部ステージ、２・・・下部ステージ、３・・・スタンパ、４・・・転写材、５・・・スペーサ、２１・・・下部ステージ表面、３１・・・スタンパ表面、３２・・・微細凹凸パターン、４１・・・転写材表面、４２・・・ナノインプリント後の転写材側壁、５１・・・スペーサの壁、５２・・・スペーサの中段面、５３・・・スペーサの空隙部、５４・・・スペーサの底板、５５・・・スペーサの底板表面、５６・・・スペーサの底板に設けられた突起、５７・・・スペーサの上部内部側壁、５８・・・スペーサの下部内部側壁、５９・・・スペーサの外部側壁、６０・・・流路、７０・・・電子顕微鏡調整用試料、７１・・・試料台、７２・・・接着剤、７３・・・導電性薄膜、７４・・・ステージ、７５・・・被対象物、Ｌ１・・・最終的に必要な転写材の厚さ、Ｌ２・・・スペーサの高さ、Ｌ３・・・ナノインプリント前における下部ステージ表面とスタンパ表面の距離、８１・・・電子源、８２・・・電子線、８３・・・集束レンズ、８４・・・収差補正用レンズ、８５・・・対物レンズ、８６・・・検出器、８７・・・ステージ、８８・・・電子顕微鏡装置

Claims (12)

1. 転写材の表面に、スタンパがその表面に有する微細パターンを転写するナノインプリントプロセスで用いられるナノプリント用スペーサであって、
   前記スタンパ及び前記転写材と共に対向するステージに挟み込まれ、前記転写材をとり囲むように配置された側壁部と、
   前記スタンパを保持するスタンパ保持部と、
   前記転写材の底部を覆うための底板部と、を有し、
   前記側壁部は前記転写材の周囲をとり囲む閉ループ形状をなすことを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
2. 請求項１記載のナノインプリント用スペーサであって、さらに、前記底板部上に突起構造を有することを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
3. 請求項２記載のナノインプリント用スペーサであって、前記突起構造は閉ループ形状をなすことを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のナノインプリント用スペーサであって、前記スタンパ保持部は段差を有する階段形状をなしていることを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のナノインプリント用スペーサであって、前記側壁は、この側壁内側から外側へ貫通する流路を有することを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のナノインプリント用スペーサであって、前記スペーサは前記転写材よりもガラス転移点が高い高分子材料で生成されていることを特徴とするナノインプリント用スペーサ。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のナノインプリント用スペーサを用いて電子顕微鏡調整用試料を製造する電子顕微鏡調整用試料製造方法であって、
   ナノインプリント用下部ステージに前記スペーサを載置し、前記下部ステージ上であって前記スペーサの前記側壁部内に転写材を配置し、前記転写材上にナノインプリント用スタンパ及びこのスタンパ上にナノインプリント用上部ステージを載せる工程と、
   前記上部及び下部ステージを加熱することにより前記転写材をガラス転移点以上に加熱する工程と、
   前記上部及び下部ステージとで前記ガラス転移点以上に熱せられた転写材をプレスする工程と、
   プレス後前記上部及び下部ステージを冷却し、プレス力を解放して前記スタンパ及び前記スペーサを取り出す工程と、
   を備えることを特徴とする電子顕微鏡調整用試料製造方法。
8. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のナノインプリント用スペーサと、
   前記スペーサが載置される下部ステージと、
   表面にプリントパターンを有するスタンパと、
   前記スタンパの上に載置される上部ステージと、を備え、
   前記スタンパの前記プリントパターンを転写材に転写することを特徴とするナノインプリント装置。
9. 請求項７に記載の電子顕微鏡調整用試料製造方法によって、厚さが制御されて製造されたことを特徴とする電子顕微鏡調整用試料。
10. 請求項９に記載の電子顕微鏡調整用試料であって、単一の高分子材料を構成材料とすることを特徴とする電子顕微鏡調整用試料。
11. 請求項９に記載の電子顕微鏡調整用試料であって、単一の高分子材料を構成材料とし、その表面に導電性薄膜を形成することを特徴とする電子顕微鏡調整用試料。
12. 請求項９乃至１１の何れか１項に記載の電子顕微鏡調整用試料を装置内に設置し、軸や非点補正を自動で行う機能を有する電子顕微鏡装置。

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