JP5694889B2 - ナノインプリント方法およびそれに用いられるナノインプリント装置並びにパターン化基板の製造方法 - Google Patents
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Description
所定の基準圧力および所定の基準温度において所定の基準寸法を有する微細な凹凸パターンが表面に形成されたモールド、およびレジスト塗布面を有する被加工基板であって、これらのヤング率および/または熱膨張率が互いに異なるものを用い、
凹凸パターンとレジスト塗布面上に塗布されたレジストとを接着せしめて、モールド、レジストおよび被加工基板から構成されるアセンブリを形成し、
アセンブリが圧力容器内に設置され、かつ、基準寸法に対するレジストパターンについての寸法差の割合ΔDall、基準圧力Pst、基準温度Tst、モールドのヤング率Emおよび熱膨張率αm、並びに、被加工基板のヤング率Eiおよび熱膨張率αiを使用して、下記式1を充足するように圧力容器内の圧力Pおよび/またはアセンブリの温度Tが制御された状態で、レジストを硬化せしめ、
その後レジストからモールドを剥離することを特徴とするものである。
上記に記載のナノインプリント方法に使用されるナノインプリント装置であって、
所定の基準圧力および所定の基準温度において所定の基準寸法を有する微細な凹凸パターンが表面に形成されたモールドと、レジスト塗布面を有する被加工基板と、レジストとから構成され、かつ凹凸パターンとレジスト塗布面上に塗布されたレジストとを接着せしめて形成されたアセンブリが収容される圧力容器と、
基準寸法に対するレジストパターンについての寸法差の割合ΔDall、基準圧力Pst、基準温度Tst、モールドのヤング率Emおよび熱膨張率αm、並びに、被加工基板のヤング率Eiおよび熱膨張率αiを使用して、上記式1を充足するように圧力容器内の圧力Pおよび/またはアセンブリの温度Tを制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
上記に記載のナノインプリント方法により、凹凸パターンが転写されたレジスト膜を被加工基板上に形成し、
レジスト膜をマスクとしてエッチングを行って、レジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを被加工基板に形成することを特徴とするものである。
図1は、実施形態のナノインプリント装置の構成を示す概略切断部端面図である。
モールドの材料としてはSiが挙げられる。このようなSiモールドは例えば以下のようにして製造される。Si基材上に、スピンコートによりPMMA(polymenthyl methacrylate)などを主成分とするフォトレジスト液を塗布し、フォトレジスト層を形成する。その後、Si基材をXYステージ上で走査しながら、所定のラインパターンに対応して変調した電子ビームを照射し、10mm角の範囲のフォトレジスト層全面のラインパターンに対応する領域を露光する。その後、フォトレジスト層を現像処理し、露光部分を除去して、除去後のフォトレジスト層のパターンをマスクにして所定の溝深さになるようにエッチングを行い、凹凸パターンを有するSiモールドを製造することができる。
被加工基板7は、レジストを塗布するインプリント用の基板である。本発明では、被加工基板7を構成する材料は、ヤング率および熱膨張率の少なくとも1つがモールドを構成する材料のヤング率および熱膨張率のそれぞれと異なるものである。材料としては、例えば、シリコン、ニッケル、アルミニウム、ガラス、樹脂、などが挙げられる。これらの基板材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。このような構成にすることにより、インプリント工程において、圧力および/または温度の変化に伴うモールド1の変化の度合および被加工基板7の変化の度合が異なるようになる。
凹凸パターン13の形状は、特に限定されず、ナノインプリントの用途に応じて適宜選択される。例えば典型的なパターンとして図2Bに示すようなライン&スペースパターンである。そして、ライン&スペースパターンのラインの長さ、ラインの幅、ライン同士の間隔(スペースの幅)およびスペース底面からのラインの高さは適宜設定される。例えば、ラインの幅は10nm〜100μm、より好ましくは20nm〜1μmであり、ライン同士の間隔は10nm〜100μm、より好ましくは20nm〜1μmであり、ラインの高さ(スペースの深さ)は10〜500nm、より好ましくは30〜100nmである。
圧力容器110は、容器本体111と蓋112とからなる。容器本体111は、気体導入部120から気体を導入するための導入口と、排気部130によって排気を行うための排気口とを備え、導入口および排気口はそれぞれ気体導入部120と排気部130とに接続されている。蓋112は、蓋112を閉じた状態で位置合わせや露光を行えるようにガラス窓113を備える。しかし、ガラス窓113は、蓋112を開けた状態で位置合わせや露光を行う場合には不要である。
設置台145は、被加工基板7を設置するためのものである。設置台145は、モールド1の凹凸パターンとの位置合わせが可能となるように、x方向(図1における左右方向)、y方向(図1における紙面垂直方向)、z方向(図1における上下方向)およびθ方向(z方向の軸を中心とした回転方向)に移動可能(本明細書において回転移動も含む)となっている。また、設置台145は、z方向に移動可能な基板支持部材140を備える。基板支持部材140は、設置台145に置かれた被加工基板7を設置台145から離して持ち上げる際、およびアセンブリを支持する際に使用される。設置台145は、被加工基板7を吸着固定するための吸着口や被加工基板7を加熱するための加熱器を備えるように構成することもできる。
モールド支持部材150は、圧力容器110内で、設置台145に置かれた被加工基板7に対向してモールド1を支持するものである。図3Cは、平面視におけるモールド支持部材150の一実施形態を示す概略平面図である。本実施形態におけるモールド支持部材150は、図3Cに示されるように、リング部151および支柱部152から構成される。リング部151は、一部が断線したような形状であってもよい。
気体導入部120は、例えば、気体の導入管121、バルブ122および導入管121の他端に接続された気体導入源(図示省略)等から構成され、排気部130は、例えば、排気管131、バルブ132および排気用のポンプ(図示省略)等から構成される。導入する気体としては、空気や不活性気体を挙げることができる。不活性気体としては、N2、He、Ar等を挙げることができる。
受光デバイス161は、モールド1がモールド支持部材150に支持され、レジスト6がレジスト塗布面に塗布された被加工基板7が設置台145に設置された状態で、凹凸パターンと被加工基板7との位置合わせを行う際に使用される。つまり、受光デバイス161で凹凸パターン13を観察しながら、蓋112を開けた状態でもしくはガラス窓113を通して、xyzθ方向に移動可能な設置台145を調節することにより位置合わせが実施される。受光デバイス161も、装置の操作性の観点からxyzθ方向に移動させることができるように構成される。受光デバイス161としては、CCDを搭載した光学顕微鏡を使用することができる。
露光光源162は、レジスト6を露光するために使用される。露光光源162も、装置の操作性の観点からxyzθ方向に移動させることができるように構成される。露光光源162としては、例えばセン特殊光源株式会社製の波長300nm〜700nmの光源を使用することができる。
レジスト6は、特に制限されるものではないが、本実施形態では例えば重合性化合物に、光重合開始剤(2質量%程度)、フッ素モノマー(0.1〜1質量%)を加えて調製されたレジストを用いることができる。また、必要に応じて酸化防止剤(1質量%程度)を添加することもできる。上記の手順により作成したレジスト6は波長360nmの紫外光により硬化することができる。溶解性の悪いものについては少量のアセトンまたは酢酸エチルを加えて溶解させた後、溶媒を留去することが好ましい。なお、本実施形態では硬化性樹脂膜は光硬化性の材料であるが、本発明はこれに限られず他に熱硬化性の材料を適用することもできる。
レジスト6の塗布は、スピンコート法、ディップコート法およびインクジェット法等を使用して実施することができる。
制御手段は、与えられた所定のパラメータに基づき、下記式2を充足するように圧力容器内110の圧力Pおよび/またはアセンブリ8の温度Tを制御するものである。
本発明に係るナノインプリント方法において、モールド1の剥離後に圧力容器110内の圧力Pを大気圧に戻すことが好ましく、モールド1の剥離後にアセンブリ8の温度Tを常温に戻すことが好ましい。レジスト6を被加工基板7のみに追従させる方が、均一な寸法調整が可能となるからである。
以下、本発明の作用効果について説明する。図6は、互いに異なるヤング率および/または熱膨張率を有するモールドおよび被加工基板が膨張または収縮する様子を示す概略切断部端面図である。
第1の実施形態においては、モールド1のみがメサ部を有する場合について説明したが、被加工基板7のみがメサ部を有する場合やその両方がメサ部を有する場合についても、本発明のナノインプリント方法およびナノインプリント装置を適用することができる。
本発明のナノインプリント方法およびナノインプリント装置の第2の実施形態について図9〜図10Bを用いて説明する。図9は本実施形態のナノインプリント装置を示す概略切断部端面図であり、図10Aおよび図10Bは本実施形態のナノインプリント方法の工程を示す概略切断部端面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態と、被加工基板の設置台および基板支持部材についての構成、およびランプヒータ等の加熱手段がない点が異なる。したがって、本実施形態において第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要のない限り省略する。
まず、本実施形態のナノインプリント方法を実施するためのナノインプリント装置について説明する。本実施形態のナノインプリント方法は、図9に示すようなナノインプリント装置200を用いて実施される。図9に示すナノインプリント装置200は、圧力容器210、この圧力容器210に気体を導入する気体導入部220、この圧力容器210内を排気する排気部230、被加工基板7を支持する基板支持部材240、被加工基板7を設置する設置台245、モールド1を支持するモールド支持部材250、凹凸パターンの位置合わせを行うための受光デバイス261、および、レジストを露光するための露光光源262を備えている。
本実施形態では、モールド1のヤング率および被加工基板7のヤング率がそれぞれ互いに異なるものとする。なお、これらの基板の熱膨張率は同一でも異なっていてもよい。
設置台245は、被加工基板7を設置するためのものである。設置台245は、モールド1の凹凸パターン13との位置合わせが可能となるように、x方向(図9における左右方向)、y方向(図9における紙面垂直方向)、z方向(図9における上下方向)およびθ方向(z方向の軸を中心とした回転方向)に移動可能となっている。設置台245は、被加工基板7を吸着固定するための吸着口を備えるように構成することもできる。
基板支持部材240は、設置台245に置かれた被加工基板7を設置台245から離して持ち上げる際、およびアセンブリ8を支持する際に使用される。したがって、基板支持部材240も、設置台245と同様に少なくともz方向に移動可能なように構成される。本実施形態における基板支持部材240は、図9および図10Aに示されるようにモールド支持部材250と同様に、リング部241および支柱部242から構成される。リング部241は、一部が断線したような形状であってもよい。
気体導入部220および排気部230は、第1の実施形態と同様である。本実施形態では、加熱手段がないため、気体導入部220、排気部230およびこれらの駆動を制御する駆動制御部(図示省略)が、本発明における制御手段に相当する。
図10AおよびBは、装置の駆動手順を分かりやすくするために、図9のナノインプリント装置200のうち、設置台245、基板支持部材240およびモールド支持部材250、並びにこれらを用いた手順の説明に必要な部分のみを示す。なお、以下では基準状態として標準状態(大気圧および室温下の状態)を採用する。
次に、本発明のパターン化基板の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態では、前述したナノインプリント方法を用いてパターン化基板の製造を行う。
実施例1では、モールドとして石英モールドを使用し、被加工基板としてSi基板を使用した。この場合において、石英モールドのヤング率Em=72GPa、石英モールドの熱膨張率αm=5.5×10−7/℃、Si基板のヤング率Ei=185GPa、およびSi基板の熱膨張率αi=2.6×10−6/℃から、上記式2は、下記式9へと変形される。
石英モールドのパターン配置は図11の通りである。図11は、裏面から見た石英モールドの凹凸パターンの配置構成を示す概略図である。具体的には、パターン深さ100nm、長さ55μmおよび幅10μmの2つのラインが交わった十字状のアレイメントマークAM1が、4ヶ所形成されている(図12)。また、それぞれのアレイメントマークAM1の外周側に、格子パターン(W1、X1、Y1およびZ1)が形成されてある。それぞれの格子パターンには、深さ100nmおよび幅0.95μmのラインがピッチ1.9μmで配列された狭ピッチパターンG1と、深さ100nmおよび幅1.0μmのラインがピッチ2.0μmで配列された広ピッチパターンG2とが並列に並んで形成されている(図11)。また、格子パターンW1およびY1の中心相互間の距離、並びに、格子パターンX1およびZ1の中心相互間の距離はそれぞれ60mmである(図11)。
上記構造式1で示される化合物、アロニックスM220、IRGACURE 379および上記構造式2で示されるフッ素モノマーをそれぞれ質量比48:48:3:1の割合で混合し形成された光レジストを使用した。
上記のような石英モールドを用いてインプリントが行われた場合には、図13に示されるようなレジストパターンが形成される。図13は、表面から見たレジストのパターンの配置構成を示す概略図である。レジストパターンは、石英モールドの凹凸パターンが転写されたパターンを有する。具体的には、パターン高さ100nm、長さ55μmおよび幅10nmの2つのラインが交わった十字状のアレイメントマークAM1が、4ヶ所形成されている(図12)。また、それぞれのアレイメントマークAM1の外周側に、格子パターン(W2、X2、Y2およびZ2)が形成されてある。それぞれの格子パターンには、高さ100nmおよび幅0.95μmのラインがピッチ1.9μmで配列された狭ピッチパターンG1と、高さ100nmおよび幅1.0μmのラインがピッチ2.0μmで配列された広ピッチパターンG2とが並列に並んで形成されている(図13)。また、格子パターンW2およびY2の中心相互間の距離、並びに、格子パターンX2およびZ2の中心相互間の距離はそれぞれ60mmである(図13)。
光レジストとの接着性に優れるシランカップリング剤により表面処理されたSi基板を使用した。表面処理は、シランカップリング剤を溶剤で希釈し、スピンコート法により基板表面に塗布し、アニールすることにより行った。
ピエゾ方式のインクジェットプリンターであるFUJIFILM Dimatix社製DMP−2831を使用した。インクジェットヘッドには専用の10plヘッドを使用した。
石英モールドおよびSi基板の位置合わせをするため、石英モールドおよびSi基板を互いに近接させ、石英モールドの背面から光学顕微鏡でアライメントマークを観察しながら、アライメントマークが所定の位置にくるように位置合わせをした。
360nmの波長を含む紫外光により、照射量が300mJ/cm2となるように露光した。露光源と、石英モールド/Si基板の間にコールドフィルターを設置し、露光時に石英モールドとSi基板の温度が上昇しないようにした。
実施例1と同様に、モールドとして石英モールドを使用し、被加工基板としてSi基板を使用した。
実施例3では、モールドとして石英モールドを使用し、被加工基板としてNi基板を使用した。この場合において、石英モールドのヤング率Em=72GPa、石英モールドの熱膨張率αm=5.5×10−7/℃、Ni基板のヤング率Ei=200GPa、およびNi基板の熱膨張率αi=13.4×10−6/℃から、上記式2は、下記式10へと変形される。
レジスト塗布基板として、直径4インチ石英基板を使用した点以外は、実施例1と同様である。
上記の実施例および比較例によって形成されたレジストパターンの寸法が、モールドの凹凸パターンの寸法に比してどの程度小さくなっているかの評価は、直径6インチの石英製リファレンス基板上に形成された格子パターンと、レジストパターン中の格子パターンとを比較することにより実施した。
表1は、上記の実施例および比較例の結果をまとめた表である。「寸法評価の可否」の項目において、「○」は寸法調整ができた旨を表し、「×」は寸法調整ができなかった旨を表す。表1から分かるように、本発明を実施することにより、ナノインプリントにおいて、ある基準状態下で、モールドのパターン寸法と所望の割合だけ異なる寸法のレジストパターンを形成することが可能であることが分かる。
6 レジスト
7 被加工基板
8 アセンブリ
8a パターン対応部
11 支持部
12 メサ部
13 凹凸パターン
15 フランジ部
100、200 ナノインプリント装置
110、210 圧力容器
120、220 気体導入部
130、230 排気部
140、240 基板支持部材
145、245 設置台
150、250 モールド支持部材
155 ランプヒータ
161、261 受光デバイス
162、262 露光光源
AM1 十字状のアライメントマーク
AM2 グリッド状のアライメントマーク
D1 メサ型モールドの支持部の厚さ
D2 メサ型モールドのメサ部の高さ
Dst 基準状態におけるモールドの凹凸パターンの所定領域の寸法(基準寸法)
Dr 基準状態におけるレジストパターンの基準寸法に対応する寸法
P1 モールドの表面にかかる流体圧力
P2 被加工基板および硬化性樹脂の表面にかかる流体圧力
R1 メサ部の凹凸パターン領域
R2 凹凸パターン領域以外のメサ部の領域
S1 基準面
Claims (13)
- 所定の基準圧力および所定の基準温度において所定の基準寸法を有する微細な凹凸パターンが表面に形成されたモールド、およびレジスト塗布面を有する被加工基板であって、これらのヤング率および/または熱膨張率が互いに異なるものを用い、
前記凹凸パターンと前記レジスト塗布面上に塗布されたレジストとを接着せしめて、前記モールド、前記レジストおよび前記被加工基板から構成されるアセンブリを形成し、
該アセンブリが圧力容器内に設置され、前記圧力容器内の圧力が0.1〜5MPaであり、かつ、前記基準寸法に対するレジストパターンについての寸法差の割合ΔDall、前記基準圧力Pst、前記基準温度Tst、前記モールドのヤング率Emおよび熱膨張率αm、並びに、前記被加工基板のヤング率Eiおよび熱膨張率αiを使用して、下記式1を充足するように前記圧力容器内の圧力Pおよび/または前記アセンブリの温度Tが制御された状態で、前記レジストを硬化せしめ、
その後前記レジストから前記モールドを剥離することを特徴とするナノインプリント方法。
- 前記圧力容器内の圧力Pによる制御を優先することを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント方法。
- 前記モールドの剥離後に、前記圧力容器内の圧力を大気圧に戻すことを特徴とする請求項1または2に記載のナノインプリント方法。
- 前記モールドの剥離後に、前記アセンブリの温度を常温に戻すことを特徴とする請求項1から3いずれかに記載のナノインプリント方法。
- 前記アセンブリの設置が、前記アセンブリのうち前記凹凸パターンに対応した部分であるパターン対応部以外の部分のみを支持部材で支持することにより行われることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載のナノインプリント方法。
- 前記支持部材がリング形状であることを特徴とする請求項5に記載のナノインプリント方法。
- 前記支持部材が3つ以上の突起部から構成されるものであることを特徴とする請求項5に記載のナノインプリント方法。
- 請求項1から7いずれかに記載のナノインプリント方法に使用されるナノインプリント装置であって、
所定の基準圧力および所定の基準温度において所定の基準寸法を有する微細な凹凸パターンが表面に形成されたモールドと、レジスト塗布面を有する被加工基板と、レジストとから構成され、かつ前記凹凸パターンと前記レジスト塗布面上に塗布された前記レジストとを接着せしめて形成されたアセンブリが0.1〜5MPaの圧力Pにて収容される圧力容器と、
前記基準寸法に対するレジストパターンについての寸法差の割合ΔDall、前記基準圧力Pst、前記基準温度Tst、前記モールドのヤング率Emおよび熱膨張率αm、並びに、前記被加工基板のヤング率Eiおよび熱膨張率αiを使用して、下記式2を充足するように前記圧力容器内の圧力Pおよび/または前記アセンブリの温度Tを制御する制御手段とを備えることを特徴とするナノインプリント装置。
- 前記制御手段が、前記圧力容器内の圧力Pによる制御を優先するものであることを特徴とする請求項8に記載のナノインプリント装置。
- 前記圧力容器内に設けられた、前記アセンブリを支持する支持部材をさらに備え、
前記支持部材が、前記アセンブリのうち前記凹凸パターンに対応した部分であるパターン対応部以外の部分のみを支持するものであることを特徴とする請求項8または9に記載のナノインプリント装置。 - 前記支持部材がリング形状であることを特徴とする請求項10に記載のナノインプリント装置。
- 前記支持部材が3つ以上の突起部から構成されたものであることを特徴とする請求項10に記載のナノインプリント装置。
- 請求項1から7いずれかに記載のナノインプリント方法により、凹凸パターンが転写されたレジスト膜を被加工基板上に形成し、
該レジスト膜をマスクとしてエッチングを行って、該レジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを前記被加工基板に形成することを特徴とするパターン化基板の製造方法。
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