JP5182470B2 - インプリントモールド - Google Patents

Description

本発明は、光照射により被転写膜を硬化してパターンを転写するインプリントモールドに関する。

光インプリントでは、インプリントモールドを光硬化樹脂からなる被転写膜に押し当て、インプリントモールド裏面側より紫外（ＵＶ）光を照射して硬化させた被転写膜からインプリントモールドを離型してパターンを転写する。

マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置や半導体装置等の製造では、例えばシリコン（Ｓｉ）等の基板表面に設けられた複数の転写区域にパターンが形成される。この場合、インプリントモールド、あるいは基板を縦横（ＸＹ）方向に移動させてステップアンドリピートで連続してパターンが転写される。

また、マイクロレンズや回折格子等の光学部品の製造において、例えば樹脂フィルム等の巻き取り可能な基材表面にパターンが形成される。この場合、基材をロールに順次巻き取りながらパターンが転写される。

光インプリントにおいては、インプリントモールドの非パターン領域からの照射光の被転写膜への漏れは防止する必要がある。更に、インプリントモールドから転写するパターンは、表面の微小な凹凸により構成されているため、被転写膜表面への異物の付着は避けなければならない。

インプリントモールドは、インプリント装置のモールド保持部において、インプリントモールドの周辺領域や側面を機械的に保持されるか、あるいはインプリントモールド裏面の吸着により保持される。被転写膜を硬化する際、インプリントモールドのパターン領域周辺の非パターン領域を透過する光により転写対象区域近傍の被転写膜も硬化されてしまう。硬化した被転写膜には、パターンの転写はできない。そのため、隣接する転写区域との間の境界幅が必要以上に大きくなってしまうこともある。

例えば、インプリントモールドのパターン領域以外の領域に遮光膜を形成して、転写対象区域以外の被転写膜の硬化を防止しているものがある（たとえば、特許文献１参照。）。しかし、インプリント装置のモールド保持部に遮光膜の一部が接触するように保持されていると、転写が繰り返される際、またインプリント装置へインプリントモールドを着脱する際の機械的な外力により遮光膜から発生する異物が直接的に、またはモールド保持部への吸着を経て、被転写膜へ付着することが懸念される。異物発生を防止するため、モールド保持部により保持される部分に遮光膜を形成しないようにすると、モールド保持部と遮光膜の間の隙間から照射光が漏れてしまう。
特開２００７−１９４６６号公報

本発明の目的は、非パターン領域からの光漏れを防止し、被転写膜表面への異物の付着を抑制することが可能なインプリントモールドを提供することにある。

本発明の態様によれば、（イ）パターン領域を被転写膜に押し当て、光照射により被転写膜を硬化してパターンを転写するインプリントモールドであって、（ロ）パターン領域が設けられた第１主面、及び第１主面に対向する第２主面を有する基板と、（ハ）第１主面に設けられ、パターン領域の外周に沿った第１遮光膜と、（ニ）第２主面に設けられ、パターン領域に対向する領域を含む開口部を有し、一部が第１遮光膜に対向する第２遮光膜とを備え、（ホ）基板に垂直な断面において、被転写膜を硬化する光の第２主面に対する最大入射角が、開口部に接する側の第２遮光膜の一端と、パターン領域から最も遠い側の第１遮光膜の一端とを結ぶ線が第２主面の垂線に対して成す角より小さいインプリントモールドが提供される。

本発明によれば、非パターン領域からの光漏れを防止し、被転写膜表面への異物の付着を抑制することが可能なインプリントモールドを提供することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係るインプリントモールド１は、図１及び図２に示すように、第１主面（表面）、及び表面に対向する第２主面（裏面）を有する基板、表面に設けられた第１遮光膜２０、及び裏面に設けられた第２遮光膜２２を備える。基板１０の表面には、パターン領域１２及び非パターン領域１８が設けられる。非パターン領域１８には、パターン領域１２の外周に沿って設けられた第１領域１４、及び第１領域１４から基板１０の外縁に至る第２領域１６が設けられる。

第１遮光膜２０は、第１領域１４に設けられる。第２遮光膜２２は、パターン領域１２に対向する領域を含む開口部２４を有し、一部が第１遮光膜に対向するように設けられる。パターン領域１２には、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）、ドット、ピラー、及びホール等のパターンが配置される。パターン形状は、基板１０表面に対して凹型でも凸型でもよい。また、パターンのピッチやアスペクト比（溝深さと開口幅の比の値）は限定されず任意である。

光インプリント用の基板１０として、波長約２００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲のＵＶ光を透過させる透明材料が用いられる。例えば、厚さが６ｍｍ〜７ｍｍ程度の石英ガラス、耐熱ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、及びアクリルガラス等の透明材料や、これら透明材料の積層構造が用いられる。特に合成石英は、剛性が高く、熱膨張係数が低く、かつ一般に使用される波長である約３００ｎｍ〜約３８０ｎｍでの透過率が良いため、基板１０に用いる材料として適している。

第１及び第２遮光膜２０、２２として、ＵＶ光を遮断できる遮光材料が用いられる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属、シリコン（Ｓｉ）等の半金属、及びこれらの金属或いは半金属の酸化物、窒化物、合金等が用いられる。

光インプリント用のインプリント装置は、図３に示すように、照明光学系４０、ブラインド４４、モールド保持部４６、及び基板ステージ４８を備える。モールド保持部４６は、図２に示した第２領域１６及び裏面の端部において露出した基板１０の領域を把持する。基板ステージ４８には、表面に光硬化性の被転写膜５２が厚さＴｒで塗布された被転写基板５０が載置される。照明光学系４０には、図示を省略した光源、シャッター、インテグレータレンズ、ミラー、コリメータレンズ等が含まれる。照明光学系４０から出射されるＵＶ光は、インプリントモールド１の開口部２４及び第２遮光膜２２の一部だけに照射されるようにブラインド４４及びモールド保持部４６により不要光が除去される。

また、図４に示すように、基板１０に垂直な断面において、インプリントモールド１の裏面に対して斜めに入射するＵＶ光Ｌｓの最大入射角をβとする。ここで第１及び第２遮光膜２０、２２は、最大入射角βが、開口部２４に接する側の第２遮光膜２２の一端と、パターン領域１２から最も遠い側の第１遮光膜２０の一端とを結ぶ線が裏面の垂線に対して成す角αより小さくなるように配置される。このようにして、パターン領域１２以外の領域から被転写膜５２に入射するＵＶ光を除去することができる。

具体的には、パターン領域１２の端から延在する第１遮光膜２０の幅をＷａ、基板１０の裏面においてパターン領域１２の端に対応する位置からの第２遮光膜２２の後退幅をＷｓ、第１及び第２遮光膜２０、２２間の距離をＤｂとする。角αに対して、

ｔａｎα＝（Ｗａ−Ｗｓ）／Ｄｂ＞ｔａｎβ （１）

を満足するように第１遮光膜２０の幅Ｗａを定める。なお、後退幅Ｗｓは、開口部２４をパターン領域１２に対向する基板１０の裏面の領域よりも広くして、パターン領域１２を照射するＵＶ光の照度の均一性を保つためである。

例えば、距離Ｄｂを約６ｍｍ、後退幅Ｗｓを約１ｍｍとする。最大入射角βは、照明光学系４０の構成により異なり、例えば、光源から出射された光を平行光にするコリメータレンズを備えた照明光学系では、照明光の広がりは約１０°以下にすることができる。この場合、式（１）より第１遮光膜２０の幅Ｗａは、約２ｍｍ以上にすればよい。また、コリメータレンズを用いない照明光学系では、照明光の広がりは約１０〜３０°である。この場合、第１遮光膜２０の幅Ｗａは、約４ｍｍ以上にすればよい。

開口部２４から最も遠い側の第２遮光膜２２の一端は、パターン領域１２から最も遠い側の第１遮光膜２０の一端を第２主面に投影した位置と、基板１０の外縁との間まで延在する。具体的には、第２領域１６を幅Ｗｈで把持するモールド保持部４６と第１遮光膜２０との間に生じる間隙Ｇａ上を覆うように第２遮光膜２２の幅Ｗｂを定める。その結果、間隙Ｇａからの光漏れを防止することができる。

また、基板１０の裏面を幅Ｗｌで把持するモールド保持部４６と第２遮光膜２２との間に間隙Ｇｂが設けられる。モールド保持部４６が、第２遮光膜２２に接触することなく基板１０を把持するため、異物の発生を防止することができる。

被転写膜５２として、一般には低粘度、例えば約３ｃｐ〜約１００ｃｐの光硬化樹脂が用いられる。そのため、インプリントモールド１の押し付けには低圧力でよい。一方、光硬化した被転写膜５２からインプリントモールド１を離型する際には、不要な応力がインプリントモールド１に加わらないようにする必要がある。したがって、基板１０の裏面側でのモールド保持部４６による把持領域の幅Ｗｌに比べて、第２領域１６でのモールド保持部４６による把持領域の幅Ｗｈを大きくすることが望ましい。幅Ｗｈを第２領域１６の全幅にしてもよい。

第１及び第２遮光膜２０、２２の厚さＴａ、Ｔｂは、ＵＶ光を遮断できるようにする必要がある。一般に被転写膜５２として用いる光硬化性樹脂に対する、硬化開始に必要なＵＶ光の露光量は約１ｍＪ／ｃｍ²であり、完全な硬化に必要な露光量は約１００ｍＪ／ｃｍ²である。したがって、被転写膜を硬化する光に対して光学濃度が２以上となるように遮光材料及び厚さを選定する。ここで、光学濃度とは、光が物質を透過したときの減衰量を常用対数で表記したものである。

また、第１遮光膜２０の表面の水平レベルがパターン領域１２の表面よりも低くなるように、パターン領域１２表面と第１領域１４表面との間に段差Ｄａを設けることが望ましい。特に、段差Ｄａは、被転写膜５２の厚さＴｒ及び第１遮光膜２０の厚さＴａに対して

Ｄａ−（Ｔｒ＋Ｔａ）＞０ （２）

を満足することが望ましい。パターン領域１２を被転写膜５２に押し込んだ際に、押し込まれた量の被転写膜５２の樹脂がパターン領域１２の凹部及びパターン領域１２の外部に流動する。その際、被転写膜５２が第１遮光膜２０に接触するのを避けるためには、式（２）の関係を満たす必要がある。より詳細に述べると、パターン領域１２の外部に流れ出た樹脂が第１遮光膜２０に接触するのを避けるために、Ｄａ−（Ｔｒ＋Ｔａ）は、式（２）の関係を満たすのみならず、ある正の値以上であることを満足する必要がある。

次に、図３に示したインプリント装置を用いた光インプリントによるパターンの形成方法を、図５及び図６を参照して説明する。

図５に示すように、モールド保持部４６又は基板ステージ４８を駆動して、インプリントモールド１を被転写膜５２に押し当てる。インプリントモールド１を被転写膜５２に押し当てたままで、照明光学系４０によりＵＶ光がインプリントモールド１の裏面側から照射される。

図６に示すように、光照射により硬化した被転写膜５２からインプリントモールド１を離型する。このようにして、パターン領域１２のパターンが被転写膜５２に転写され、被転写膜パターン５４が形成される。

開口部２４の端部から最大入射角βで入射したＵＶ光は第１遮光膜２０で遮光される。また、第２遮光膜２２上方から入射するＵＶ光は、第２遮光膜２２で遮光される。したがって、被転写膜パターン５４以外の被転写膜５２はＵＶ光の照射が防止され、光硬化しない。

また、インプリントモールド１は、モールド保持部４６により基板１０の第２領域１６及び裏面を把持され、第１及び第２遮光膜２０、２２とは接触しない。そのため、モールド保持部４６によりインプリントモールド１を把持した際、第１或いは第２遮光膜２０、２２からの異物発生を防止することが可能である。

このように、本発明の実施の形態に係るインプリントモールド１によれば、非パターン領域１８からの光漏れを防止し、被転写膜５２表面への異物の付着を抑制することが可能となる。

（変形例）
本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールド１ａは、図７に示すように、基板１０、第１遮光膜２０、第２遮光膜２２、及び透明基材３０を備える。透明基材３０は、第２遮光膜２２を覆うように基板１０の裏面に設けられる。

透明基材３０として、波長約２００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲のＵＶ光を透過させる透明材料が用いられる。例えば、石英ガラス、耐熱ガラス、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、及びアクリルガラス等の透明材料が用いられる。

実施の形態の変形例では、第２遮光膜２２を覆うように基板１０の裏面に透明基材３０を配置する点が実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。

実施の形態の変形例では、第２遮光膜２２が透明基材３０により覆われている。インプリントモールド１ａの保持の際、モールド保持部４６により第２領域１６及び透明基材３０が把持される。この際、モールド保持部４６は、第２遮光膜２２の上部に対応する部分まで延存することができて、より広い領域でインプリントモールド１ａを保持できる。したがって、第２遮光膜２２からの異物発生を防止して被転写膜へのインプリントモールド１ａの押し付けの圧力を増加させることができる。

また、図８に示すように、静電チャックや真空チャック等の吸着型のモールド保持部４６ａを用いてインプリントモールド１ａを保持してもよい。インプリントモールド１ａの裏面側においては、第２遮光膜２２を覆う透明基材３０が配置されているため、インプリントモールド１ａの把持により異物が発生することは無い。

このように、本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールド１ａによれば、非パターン領域１８からの光漏れを防止し、被転写膜５２表面への異物の付着を抑制することが可能となる。

なお、基板１０と透明基材３０の間に第２遮光膜２２が挟まれている。そのため、インプリントモールド１ａの把持や押し付けの際に印加される圧力により透明基材３０が変形して破損する虞がある。透明基材３０の変形を防止するため、図９に示すように、基板１０と透明基材３０の間にＵＶ光に対して透明な光学部材３２を充填してもよい。

また、図１０に示すように、第２遮光膜２２を基板１０と分離された透明基材３０に配置したインプリントモールド１ｂであってもよい。第２遮光膜２２を透明基材３０に形成してもよい。基板１０に配置された第１遮光膜２０と透明基材３０に配置された第２遮光膜２２の位置合わせのため、パターン領域１２、第１及び第２遮光膜２０、２２を除く位置で基板１０及び透明基材３０に合わせマークが形成される。あるいは、外形形状を基準として位置合わせが可能である場合は、図１１に示すように、第２遮光膜２２を配置した透明基材３０ａを基板１０にはめ込むような構造にしてもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態においては、第１及び第２遮光膜２０、２２は、非パターン領域１８からの光漏れを防止するためパターン領域１２を囲むように配置されている。例えば、樹脂フィルム等の被転写基板をロールに巻き取りながら一方向に順次パターン転写を行う場合、巻き取られた方向への光漏れは問題とならない。したがって、第１及び第２遮光膜を巻き取り方向以外の領域にコの字型に設けてもよい。あるいは、第１及び第２遮光膜を巻き取りの逆方向の領域だけに設けてもよい。

また、本発明の実施の形態では、図２に示したように、第１及び第２領域１４、１６の表面間には略垂直な側面が露出するように段差が設けられている。しかし、第２領域１６ａを、図１２に示すように、パターン領域１２から最も遠い側の第１領域１４の一端から基板１０の外縁まで傾斜させた側面としてもよい。この場合、インプリントモールド１ｃは、基板１０の裏面に接する第１モールド保持部４６ｂと、第２領域１６ａに接する第２モールド保持部４６ｃとによってインプリント装置（図示省略）に保持される。第２モールド保持部４６ｃに対して、例えばバネ等を用いて基板１０の裏面に平行な方向において第２領域１６ａを押し付けるように圧力を加える。インプリントモールド１ｃは、第２領域１６ａに印加された圧力により、基板１０の裏面に接する第１モールド保持部４６ｂに押し付けられる。その結果、インプリントモールド１ｃを確実に保持することができる。

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るインプリントモールドの一例を示す平面概略図である。 図１に示したインプリントモールドのＡ−Ａ断面を示す概略図である。 本発明の実施の形態の説明に用いるインプリント装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る第１及び第２遮光膜の配置の一例を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態に係るインプリントモールドを用いたパターン転写の一例を示す断面概略図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るインプリントモールドを用いたパターン転写の一例を示す断面概略図（その２）である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールドの一例を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールドの保持の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールドの他の例を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールドの他の例を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインプリントモールドの他の例を示す断面概略図である。 本発明のその他の実施の形態に係るインプリントモールドの一例を示す断面概略図である。

符号の説明

１…インプリントモールド
１０…基板
１２…パターン領域
１８…非パターン領域
２０…第１遮光膜
２２…第２遮光膜
２４…開口部
３０…透明基材
５２…被転写膜

Claims (6)

1. パターン領域を被転写膜に押し当て、光照射により前記被転写膜を硬化してパターンを転写するインプリントモールドであって、
   前記パターン領域が設けられた第１主面、及び前記第１主面に対向する第２主面を有する透明材料からなる基板と、
   前記第１主面に設けられ、前記パターン領域の外周に沿った第１遮光膜と、
   前記第２主面に設けられ、前記パターン領域に対向する領域を含む開口部を有し、一部が前記第１遮光膜に対向する第２遮光膜とを備え、
   前記基板に垂直な断面において、前記被転写膜を硬化する光の前記第２主面に対する最大入射角が、前記開口部に接する側の前記第２遮光膜の一端と、前記パターン領域から最も遠い側の前記第１遮光膜の一端とを結ぶ線が前記第２主面の垂線に対して成す角より小さく、
   前記開口部が、前記第２主面の前記パターン領域に対向する領域よりも広いことを特徴とするインプリントモールド。
2. 前記第１主面を上向きにしたとき、前記第１遮光膜の表面の水平レベルが、前記パターン領域の頂部の表面よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のインプリントモールド。
3. 前記開口部から最も遠い側の前記第２遮光膜の一端が、前記パターン領域から最も遠い側の前記第１遮光膜の一端を前記第２主面に投影した位置と、前記基板の外縁との間まで延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリントモールド。
4. 前記第２遮光膜を覆うように前記第２主面の上に設けられた透明基材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリントモールド。
5. 前記基板が、石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインプリントモールド。
6. 前記第１及び第２遮光膜が、前記被転写膜を硬化する光に対して、２以上の光学濃度を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインプリントモールド。

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