KR20140072141A - 나노임프린트 장치, 나노임프린트 방법, 왜곡 부여 디바이스 및 왜곡 부여 방법 - Google Patents

나노임프린트 장치, 나노임프린트 방법, 왜곡 부여 디바이스 및 왜곡 부여 방법 Download PDF

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아키코 핫토리
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

나노임프린트에 있어서, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 어떠한 임프린트 부재를 사용해도 몰드의 요철 패턴과 그 중앙 부분으로부터 레지스트 간의 접촉이 가능하게 한다. 나노임프린트 장치(10)는 임프린트 부재(1)에 외력을 적용하여 임프린트 부재(1)가 소정의 휨 상태를 유지함으로써 그 임프린트 부재(1)에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 디바이스(20); 및 왜곡 부여 디바이스(20)에 의해 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재(1)를 사용하고, 몰드(1)의 요철 패턴(2)을 기판(6) 상에 형성된 레지스트(7)에 가압하여 레지스트(7)에 상기 요철 패턴(2)을 전사하는 임프린트 유닛(40)을 구비한다.

Description

나노임프린트 장치, 나노임프린트 방법, 왜곡 부여 디바이스 및 왜곡 부여 방법{NANOIMPRINTING APPARATUS, NANOIMPRINTING METHOD, DISTORTION IMPARTING DEVICE AND DISTORTION IMPARTING METHOD}
본 발명은 소정의 요철 패턴을 표면에 갖는 몰드를 이용하여 나노임프린팅 동작을 수행하는 나노임프린트 장치 및 그것을 이용한 나노임프린트 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 나노임프린트 장치 및 나노임프린트 방법에 사용되는 왜곡 부여 디바이스 및 왜곡 부여 방법에 관한 것이다.
나노임프린트는 광디스크 제작에서는 잘 알려진 엠보싱 기술을 발전시킨 것이다. 나노임프린트 방법에 있어서, 요철 패턴을 형성한 형태(일반적으로 몰드, 스탬퍼, 또는 템플릿이라고도 한다)를 피가공 기판 상에 코팅된 레지스트에 대해 가압한다. 레지스트 상에 원본을 가압하는 것은 레지스트를 역학적으로 변형 또는 유동시켜 미세 패턴을 정밀하게 전사하는 기술이다. 몰드를 일단 제작하면, 나노 레벨의 미세 구조를 간단한 방법으로 반복적으로 성형할 수 있다. 그리하여, 나노임프린트 방법은 유해한 폐기물 및 배출물이 적게 생성하는 경제적인 전사 기술이다. 그리하여, 최근, 다양한 분야에도 나노임프린트 방법의 응용에 관해서 크게 기대되고 있다.
나노임프린트에 있어서, 몰드를 레지스트에 대해 가압하는 경우, 요철 패턴의 오목부에 정확하게 레지스트를 채우는 것이 중요하다. 오목부에 잔류 기체가 잔존하는 경우에, 이러한 부분은 레지스트 패턴의 결함이 될 것이다.
그리하여, 예를 들면, 특허문헌 1 및 2는 도 7에 나타내는 바와 같이, 요철 패턴이 형성된 표면 측에 몰드(90)가 볼록 형상으로 휘도록 몰드(90)를 유지 부재(91)로 지지하고 펌프(92)로 흡인하면서, 몰드(90)를 기판(93) 상의 레지스트(94)에 가압하는 방법이 개시되어 있다. 이런 방법으로, 몰드(90)의 중앙 부분을 볼록 형상으로 변형시키면서 임프린트를 실시함으로써, 상기 중앙 부분으로부터 순서대로 레지스트에 밀착하게 된다. 이 결과, 상기 중앙 부분으로부터 외주로 향하여 기체를 밀어내면서 몰드와 레지스트가 밀착하여, 잔류 기체를 억제할 수 있다.
또한, 임프린트용 기판을 잘 휘게 함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
일본 특허 공개 2007-305895호 공보 일본 특허 공표 2009-518207호 공보
상술한 임프린트 부재("임프린트 부재"는 몰드 및 임프린트용 기판을 말한다)의 치수가 상압 등의 주위 조건이 변화한 경우에 변화하는 경우가 있다. 따라서, 임프린트 부재의 치수에 있어서 이러한 변화를 억제할 필요가 있는 경우에는 강성이 높은 임프린트 부재가 사용된다.
그러나, 특허문헌 1 및 2에 개시된 방법은 임프린트 부재의 강성이 높은 경우에 임프린트 부재를 충분히 변형시킬 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 정황의 관점에 개발되었다. 본 발명은 나노임프린트에 있어서, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 어떠한 임프린트 부재를 사용해도 몰드의 요철 패턴과 그 중앙 부분으로부터 레지스트 간이 접촉 가능하게 하는 나노임프린트 장치, 나노임프린트 방법, 왜곡 부여 디바이스, 및 왜곡 부여 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 나노임프린트 장치는 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 디바이스; 및
영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하고, 기판 상에 형성된 레지스트에 몰드의 요철 패턴을 가압하여 레지스트에 요철 패턴을 전사하는 임프린트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 명세서에 있어서, "임프린트 부재"는 몰드 및 임프린트용 기판을 총칭한다.
"영구 왜곡"은 재료에 외력을 적용하고나서 제거한 후에 그 재료에 남는 왜곡을 말한다.
본 발명의 나노임프린트 장치에 있어서, 상기 왜곡 부여 디바이스는 개구부를 갖는 프레임으로서, 제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 개구부에 배치하는 경우에 임프린트 부재의 제 1 표면 상에 챔버를 형성하는 프레임, 및 상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 압력 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
임프린트 부재의 "제 1 표면"은 임프린트 부재가 몰드인 경우에는 요철 패턴이 형성되는 쪽의 표면을 말하고, 임프린트 부재가 기판인 경우에는 레지스트가 존재하는 쪽의 표면을 말한다.
또한, 본 발명의 나노임프린트 장치에 있어서, 상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부를 가열하는 가열부를 더 포함하는 것인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 나노임프린트 장치에 있어서, 상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부에 이형제를 공급하는 이형제 공급부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 나노임프린트 장치에 있어서, 상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부의 습도를 제어하는 습도 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다. .
또는 본 발명의 나노임프린트 장치에 있어서, 상기 왜곡 부여 디바이스는 임프린트 부재의 외연을 지지하는 지지 부재, 및 임프린트 부재를 상기 지지 부재에 의해 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 가압 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
임프린트 부재의 "제 2 표면"은 임프린트 부재가 몰드인 경우에는 요철 패턴이 형성되는 쪽의 표면의 반대측 표면을 말하고, 임프린트 부재가 기판인 경우에는 레지스트가 존재하는 쪽의 표면의 반대측 표면을 말한다.
본 발명의 나노임프린트 방법은 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하는 공정; 및
몰드의 요철 패턴을 기판 상에 형성된 레지스트에 대해 가압하여 상기 레지스트에 상기 요철 패턴을 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 왜곡 부여 디바이스는 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 기능을 하는 왜곡 부여 디바이스로서,
개구부를 갖는 프레임으로서, 제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 개구부에 배치하는 경우에 임프린트 부재의 제 1 표면 상에 챔버를 형성하는 프레임; 및
상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 왜곡 부여 디바이스는 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 기능을 하는 왜곡 부여 디바이스로서,
임프린트 부재의 외연을 지지하는 지지 부재; 및
임프린트 부재를 상기 지지 부재에 의해 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 가압 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 왜곡 부여 방법은 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 방법으로서,
상기 제 1 왜곡 부여 디바이스를 사용하는 공정;
제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 프레임의 개구부에 배치하는 공정; 및
압력 제어부를 사용하여 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 왜곡 부여 방법에 있어서, 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부에 이형제를 공급하는 이형제 공급부를 더 포함하고; 또한
상기 압력 제어부에 의해 상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 동시에 이형제 공급부는 상기 챔버의 내부에 상기 이형제를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 왜곡 부여 방법은 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 방법으로서,
상기 왜곡 부여 디바이스를 사용하는 공정;
지지 부재에 의해 임프린트 부재의 외연을 지지하는 공정; 및
상기 가압 부재에 의해 임프린트 부재를 지지 부재에 의해 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 나노임프린트 장치 및 나노임프린트 방법은 왜곡 부여 디바이스에 의해 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하고, 몰드의 요철 패턴을 임프린트용 기판 상에 형성된 레지스트에 대해 가압하여 레지스트에 상기 요철 패턴을 전사하는 것을 특징으로 한다. 왜곡 부여 디바이스는 임프린트 부재를 변형시키는데 필요한 외력을 충분히 적용시킬 수 있고, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 그 중앙부가 볼록 형상이 되도록 영구 왜곡을 임프린트 부재에 부여할 수 있다. 이 결과, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 나노임프린팅 동작 중에 임의의 임프린트 부재를 사용하여, 몰드의 요철 패턴 및 그 중앙부에서 시작되는 레지스트 사이를 접촉시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제 1 왜곡 부여 디바이스 및 제 1 왜곡 부여 방법은 제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 프레임의 개구부에 배치하여, 압력 제어부를 사용하여 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 것을 특징으로 한다. 제 1 왜곡 부여 디바이스를 사용함으로써, 임프린트 부재를 변형시키는데 필요한 외력을 충분히 적용시킬 수 있고, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 그 중앙부가 볼록 형상이 되도록 영구 왜곡을 임프린트 부재에 부여할 수 있다. 이 결과, 나노임프린팅 동작시, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 임의의 임프린트 부재를 사용해여, 몰드의 요철 패턴을 그 중앙부에서 시작되는 레지스트 사이를 접촉시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제 2 왜곡 부여 디바이스 및 제 2 왜곡 부여 방법은 지지 부재로 임프린트 부재의 외연을 지지하고, 가압 부재로 임프린트 부재를 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 것을 특징으로 한다. 제 2 왜곡 부여 디바이스를 사용함으로써, 임프린트 부재를 변형시키는데 필요한 외력을 충분히 적용시킬 수 있고, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 그 중앙부가 볼록 형상이 되도록 영구 왜곡을 임프린트 부재에 부여할 수 있다. 이 결과, 나노임프린팅 동작시, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 임의의 임프린트 부재를 사용하여, 몰드의 요철 패턴을 그 중앙부에서 시작되는 레지스트 사이를 접촉시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 나노임프린트 장치의 구조를 대략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 왜곡 부여 디바이스의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
도 3은 몰드의 변형량과 외력의 관계를 대략적으로 나타내는 그래프이다.
도 4는 다른 왜곡 부여 디바이스의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 임프린트 유닛의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
도 6은 임프린트 장치를 채용한 임프린트 작동 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 종래의 임프린트 유닛의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 하기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 그러나, 시각적 인식을 돕기 위해서, 도면 중의 각 구성요소의 축척이 실제 치수와 다르게 도시되는 것을 유의한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 나노임프린트 장치의 구조를 대략적으로 나타내는 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 왜곡 부여 디바이스의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
본 실시형태의 나노임프린트 장치(10)는 도 1에 나타내는 바와 같이 기부(11); 기부(11) 상에 제공된 3개의 몰드 대기부(12a, 12b 및 12c); 임프린트부(13); 몰드 카세트 로더(14); 기판 카세트 로더(15); 반송기(16); 레일(17); 및 레지스트 코팅 기구(도시하지 않음)를 구비하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시형태에 의한 나노임프린트 방법은 상기 나노임프린트 장치(10)를 이용하여, 영구 왜곡이 부여된 몰드(1)의 요철 패턴을 기판 상에 코팅된 레지스트의 액적에 가압하여 서로 결합된 액적에 의해 형성된 레지스트막에 상기 요철 패턴을 전사하는 것이다.
(몰드 대기부)
몰드 대기부(12a, 12b 및 12c)는 몰드(1)를 대기 상태로 유지시키면서 영구 왜곡을 몰드(1)에 부여하는 기구이다. 예를 들면, 몰드 대기부(12a, 12b 및 12c)는 각각 도 2에 나타내는 바와 같이 왜곡 부여 디바이스(20)로 구성된다. 몰드 대기부(12a, 12b 및 12c)가 모두 동일한 구조의 왜곡 부여 디바이스로 구성될 필요는 없다. 또한, 몰드 대기부의 수는 필요에 따라 증가 또는 감소할 수 있다.
왜곡 부여 디바이스(20)는 미세한 요철 패턴(2)이 제 1 표면(3)(패턴면)에 형성된 몰드(1)에 외력을 적용하여 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지함으로써 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여한다. "소정의 휨 상태"는 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 원하는 변형 상태로 얻기 위해서, 외력을 적용하고 있는 동안에 유지해야 할 변형 상태이다. 많은 경우에서, 임프린트 부재는 외력을 적용하지 않는 경우에 탄성 변형에 의해 임프린트 부재는 원래 상태로 돌아간다. 그리하여, 외력을 적용하는 동안에 변형 상태의 변형 정도는 궁극적으로 원하는 변형 상태의 변형 정도보다 크다. 또한, "외력을 적용한다"는 표현은 왜곡 부여 디바이스가 기계적 기구에 의해 직접적으로 외력을 몰드에 적용하는 경우 및 왜곡 부여 디바이스가 제어 기구에 의해 몰드의 주위의 기압차로 간접적으로 외력을 몰드에 적용시키는 경우를 포함한다.
왜곡 부여 디바이스(20)는 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여할 수 있다면 어떠한 구성이어도 좋다. 본 실시형태에 있어서, 예를 들면, 왜곡 부여 디바이스(20)는 프레임(21); 기체 공급부(22); 히터(23); 이형제 공급부(24); 습도 제어부(25); 저압 수은등(26); 수정 발진기(27); 리크 밸브(28); 및 펌프(29)를 구비한다.
프레임(21)은 왜곡 부여 디바이스(20)의 본체를 구성하는 부재이고, 몰드(1)를 배치하는 설치 기부로서 기능한다. 프레임(21)은 개구부(21a)를 가진다. 상기 몰드(1)는 패턴면(3)이 프레임(21)의 내측을 향하도록 개구부(21a)에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 몰드(1)의 배치는 개구부(21a)에 근접하게 제공된 흡인척(21b)에 의해 행해진다. 또는, 수지 O링을 개구부(21a) 위쪽에 제공해도 좋고, O링 상에 몰드(1)를 배치해도 좋다.
개구부(21a)에 몰드(1)가 배치되는 경우, 몰드(1) 및 프레임(21)이 챔버(C)를 형성한다. 챔버(C)는 밀폐된 구조로 되어 있다. 챔버(C) 내의 분위기는 펌프(29) 또는 기체 공급부(22)에 의해 감압 또는 가압을 하고, 이형제 공급부(24)에 의해 기화한 이형제가 공급되고, 습도 제어부(25)에 의해 습도를 제어하는 것으로 제어된다. 이 구성을 채용함으로써, 분위기 중의 이물질 미립자의 양이 충분히 감소된 환경을 형성할 수 있다. 그 결과, 몰드(1)의 패턴면(3)에의 이물질 미립자의 부착을 방지하는 것이 가능해진다.
기체 공급부(22)는, 예를 들면 대기 공급부(22a), 산소 공급부(22b), 및 질소 공급부(22c)로 구성된다. 필요에 따라, 그 외의 기체를 공급하는 공급부를 제공해도 좋다. 기체 공급부(22)는 예를 들면, 챔버(C) 내를 가압하거나, 또는 불활성 가스로 채우도록 하는 경우에 기체를 챔버(C) 내에 공급한다. 기체는 이물질 미립자가 충분히 제거되도록 필터링한 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 리크 밸브(28)는 챔버(C) 내의 압력을 개방하기 위한 밸브이다. 펌프(29)는 챔버(C) 내부를 배기(감압)하기 위한 배기 수단이다. 기체 공급부(22), 리크 밸브(28) 및 펌프(29)가 함께 본 발명의 압력 제어부에 상당한다.
히터(23)는 몰드(1)를 가열하거나 및/또는 챔버(C) 내의 분위기의 온도를 올리도록 하는 경우에 사용된다. 몰드(1)를 가열하여, 예를 들면, 영구 왜곡의 발생을 촉진한다. 한편, 챔버(C) 내의 분위기의 온도를 올려서, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 이형제의 몰드(1)에의 결합을 촉진한다.
이형제 공급부(24)는 기화한 이형제를 챔버(C) 내부에 공급한다. 상술한 실시형태의 구성은 왜곡 부여 디바이스(20)가 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여하는 동안에 패턴면(3) 상에 이형층을 형성하는 이형 처리를 행하는 것이 가능하다.
습도 제어부(25)는 챔버(C) 내부의 습도를 제어한다. 몰드(1)에 대한 이형제의 코팅률은 챔버(C) 내의 습도를 제어함으로써 향상될 수 있다.
저압 수은등(26)은 몰드(1)의 패턴면(3)에 광을 조사한다. 챔버(C) 내부에 산소가 존재할 때에 저압 수은등(26)으로부터 광을 조사함으로써 패턴면(3) 상의 유기물을 분해하고 제거하여, 건식 세정을 행할 수 있다.
수정 발진기(27)는 이형 처리시 이형제의 퇴적막 두께를 모니터링하는 센서이다. 예를 들면, 센서로서 사용하는 수정 발진기(27)는 기본 주파수 1~20MHz의 범위 내이고, 양면에 전극을 가진다. 몰드(1)의 표면과 동일한 재료의 박막이 수정 발진기(27)의 편면에 형성되어, 수정 발진기(27)가 이형제에 대한 센서로서 기능한다. 예를 들면, 몰드(1)의 재료가 석영인 경우에는 산화실리콘의 박막이 수정 발진기(27)의 편면에 형성된다.
상술한 구조를 갖는 왜곡 부여 디바이스(20)를 이용함으로써 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여하고 있는 동안에 몰드(1)의 패턴면(3)의 청결을 유지할 수 있고, 임프린트에 충분한 몰드 세정 및 이형 처리를 대대적인 설비 없이 간단한 방법으로 실시할 수 있다.
미사용되고 미처리된 몰드(1)에 대해 세정 및/또는 처리(왜곡 부여 처리 및 이형 처리)를 실시하는 것 이외에, 왜곡 부여 디바이스(20)는 미사용되고 처리된 몰드(1)를 간단히 유지시키거나, 또는 사용되었던 몰드(1)에 세정 및/또는 처리를 행할 수 있다.
본 실시형태의 왜곡 부여 디바이스(20)는 표면 중 한면이 프레임의 내부에 향하여 몰드(1)를 프레임의 개구부에 배치한 후, 챔버(C)의 내부를 감압 또는 가압함으로써, 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여한다. 예를 들면, 챔버(C)의 내부를 감압하는 경우에, 도 2에 나타내는 바와 같이 몰드(1)가 외부압에 의해 가압되어 몰드(1)가 볼록 형상(패턴면(3)을 전면으로 정하고, 그 반대쪽의 표면을 후면으로 정하고, 몰드(1)에 대해 전면 방향이 정방향으로 정한다)으로 되도록 휘게 된다. 반대로, 챔버(C)의 내부가 가압되는 경우, 몰드(1)가 내압에 의해 가압되어 오목 형상이 되도록 휘게 된다.
휨량, 휨 상태의 유지 시간 및 몰드(1)의 온도가 영구 왜곡의 발생에 있어서의 중요한 파라미터이다. 또한, 이들 파라미터의 최적값은 궁극적으로 원하는 몰드(1)의 변형 상태 및 몰드(1)의 재질에 따라 다르다. 그러나, 이하의 대략적인 범위가 되도록 파라미터를 설정할 수 있다. 휨량(몰드(1)의 외연부와 중심부 사이의 변위량)은 통상적으로 1~5000㎛, 바람직하게는 10~1000㎛, 보다 바람직하게는 50~500㎛의 범위 내가 되도록 설정한다. 휨 상태의 유지 시간은 통상적으로 10분~100시간, 바람직하게는 1시간~50시간, 보다 바람직하게는 12시간~24시간의 범위 내이다. 챔버(C) 내부의 온도는 통상적으로 실온 이상 몰드의 유리전이점 미만의 값으로 설정한다.
상기 조건 하에서 몰드(1)에서 응력 완화가 발생하고, 영구 왜곡이 그 형상으로 잔존한다.
본 명세서에 있어서, 표현 "영구 왜곡"은 재료에 외력을 적용하고나서 그 외력을 제거한 후에도 재료에 잔존하는 왜곡을 말한다. 또한, 이 왜곡은 "잔류 왜곡"이라고도 한다. 영구 왜곡은 외력이 재료의 응력의 탄성한계를 초과하는 경우, 또는 고온 및/또는 고외압 하에 장시간 방치되는 경우에 발생한다. 도 3은 몰드의 변형량과 외력 간의 관계를 대략적으로 나타내는 그래프이다. 예를 들면, 영구 왜곡이 부여되기 전의 몰드(1)의 상태를 그래프의 원점으로 정하면, 영구 왜곡이 부여된 몰드(1)의 상태는 그래프의 E점에 표시될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 원점으로부터 E점에 이르는 경로는 무관하다. 즉, 임프린트 작동을 실시하는 경우, 원하는 변형 상태를 유지하는 것이 충분하다.
예를 들면, 도 3에 있어서, "원점→A점→E점"의 경로를 취하는 경우에 왜곡은 외력이 F=F1~F=0으로 감소해도 왜곡이 잔존한다. 즉, 왜곡은 재료의 탄성한계를 초과하는 소성변형에 근거하는 것이다. 또한, "원점→A점→B점→C점→D점→E점"의 경로를 취하는 경우에 외력을 F=F2로 유지하고 있는 동안에 변형량이 증가한다. 이 왜곡은 소위 크리프 현상에 의해 야기된다. 또는, "원점→A점→B점→D점→E점"의 경로를 취한 후에 달성하는 왜곡 및 "원점→A점→B점→E점"의 경로를 취한 후에 달성하는 왜곡은 본 발명에 있어서 규정하는 바와 같이 영구 왜곡이다. 나노임프린트에 있어서 추정하는 영구 왜곡량은 수 ㎜ 정도라는 사실을 고려하면, Si, 석영 등과 같이 몰드(1)의 재료로서 일반적으로 사용되는 재료로 소성변형에 근거하는 왜곡이 거의 생기지 않는다고 생각된다.
또한, 영구 왜곡 부여 디바이스 및 영구 왜곡 부여 방법은 도 2에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4는 기계적인 외력을 적용함으로써 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 디바이스(30)의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다.
왜곡 부여 디바이스(30)는 기부(31); 기부(31)에 고정되고 몰드(1)의 외연을 지지하는 지지 부재(32); 및 몰드(1)가 지지 부재(32)에 의해 지지되는 상태로 몰드(1)의 후면(4)를 가압하는 가압 부재(33)를 구비한다. 지지 부재(32)는 흡인척(32a)을 구비하고, 흡인척(32a)은 몰드(1)의 외연을 흡인 지지한다. 또한, 가압 부재(33)는 암부(34) 및 암부(34)의 첨단에 제공된 패드부(35)를 가진다. 왜곡 부여 디바이스(30)는 가압 부재(33)에 의하여 몰드(1)를 지지하면서 몰드(1)의 후면(4)이 가압되어 몰드(1)에 영구 왜곡을 부여한다. 이외에, 왜곡 부여 디바이스는 가열만을 적용함으로써 휨이 야기되는 것이어도 좋다.
(임프린트부)
임프린트부(13)는 몰드(1)의 요철 패턴(2)을 기판 상에 형성된 레지스트에 대해 가압하여 레지스트에 요철 패턴(2)을 전사하는 기구이다. 예를 들면, 임프린트부(13)는 하기와 같은 임프린트 유닛(40)으로 구성된다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 임프린트 유닛의 구조를 대략적으로 나타내는 절단부 단면도이다. 본 실시형태의 임프린트 유닛(40)은 xyz 스테이지(41); 로드셀(42); 기판 스테이지(43); 몰드 유지부(44); 얼라인먼트 카메라(45); 및 자외광원(46)으로 구성된다.
xyz 스테이지(41)는 임프린트용 기판(6)의 x방향, y방향 및 z방향의 위치를 조정하는 조정 기구이다.
로드셀(42)은 기판 스테이지(43)를 수직방향으로 이동시키는 기구이고, 몰드(1)를 레지스트(7)로부터 분리하는 경우에 분리력을 측정할 수 있다.
기판 스테이지(43)는 기판(6)을 배치시키는 기부이다.
몰드 유지부(44)는 몰드(1)의 후면(4)을 흡인척(44a)에 의해 흡인하고 지지하고, 기판(6) 상에 형성된 레지스트(7)에 요철 패턴(2)이 대향하도록 몰드(1)를 지지한다. 몰드 유지부(44)가 수직으로 이동하도록 구성되어도 좋다.
얼라인먼트 카메라(45)는 기판(6)에 대한 몰드(1)의 상대적인 위치를 몰드(1)의 후면(4)으로부터 관찰하는 것을 가능하게 한다.
자외광원(46)은 기판(6) 상에 제공된 광경화성의 레지스트(7)를 경화시키기 위해서 자외광을 조사한다.
(몰드 카세트 로더 및 기판 카세트 로더)
몰드 카세트 로더(14) 및 기판 카세트 로더(15)는 각각 몰드(1) 및 기판(6)을 수납한 카세트를 배치하기 위한 기부, 및 카세트를 수납하는 케이스를 개폐하는 기구를 구비한다. 몰드(1)의 형상 및 기판(6)의 형상이 다른 경우에는 각각의 형상에 따른 카세트를 사용한다. 몰드(1)의 형상 및 기판(6)의 형상이 동일한 경우에는 동일한 카세트 내에 몰드(1) 및 기판(6)을 수납해도 좋다. 수납 케이스를 개방하여, 반송기(16)의 암은 카세트 내의 몰드(1) 및 기판(6)에 액세스가 가능해지고, 몰드(1) 및 기판(6)의 반송을 실시하는 것이 가능해진다.
(반송기 및 레일)
반송기(16)는 몰드(1) 및 기판(6)을 지지하는 핸드부; 1개 이상의 조인트를 갖는 암부; 반송기(16)의 높이 위치를 제어하는 Z 스테이지; 및 레일(17)에 따라 이동 가능한 주행 기구로 구성된다. 반송기(16)는 몰드 대기부(12a, 12b 및 12c), 임프린트부(13), 몰드 카세트 로더(14), 및 기판 카세트 로더(15) 간을 이동하고, 몰드(1) 및 기판(6)을 반송하는 기능을 한다.
(레지스트 코팅 기구)
레지스트 코팅 기구로 사용될 수 있는 방법의 예로서는 잉크젯법, 스핀 코팅법, 및 딥코팅법을 들 수 있다. 예를 들면, 레지스트 코팅 기구로 잉크젯법을 채용하면, 임프린트 유닛(40) 내에 레지스트 코팅 기구를 제공해도 좋다. 그러나, 미리 레지스트로 코팅한 기판을 준비할 수 있으면 임프린트 장치(10)에 레지스트 코팅 기구가 반드시 구비될 필요는 없다.
(몰드)
본 실시형태로 사용하기 위한 몰드는 영구 왜곡이 부여되기 전에 이하의 공정에 의해 제조되어도 좋다. 우선, Si 기판은 스핀 코팅법 등으로 PHS(폴리히드록시스티렌)계의 화학 증폭형 레지스트, 노볼락계 레지스트, 또는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등의 아크릴 수지를 주성분으로서 갖는 레지스트액으로 코팅하여, 레지스트층을 형성한다. 이어서, 레지스트층에 원하는 요철 패턴에 의해 변조되는 레이저광(또는 전자빔)을 조사하여 요철 패턴을 노광한다. 최종적으로, 노광부를 제거한 것으로부터 마스크로서 레지스트층을 사용하여 선택적 에칭을 RIE(반응성 이온 에칭) 등에 의해 실시하여, 원하는 요철 패턴을 갖는 Si 몰드를 얻는다.
한편, 몰드는 상술한 것에 한정되지 않고, 석영 몰드를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우에, 석영 몰드는 상기 Si 몰드의 제조에 사용된 것과 동일한 공정에 의해, 또는 후술하는 몰드의 복제본을 제조 방법 등에 의해 제조되어도 좋다.
몰드 표면에 흡착수의 양을 증가시키는 것이 몰드 표면에 이형제 코팅률을 상승시키고, 이형 처리 시간을 단축화하는데 효과적인 조치이다.
몰드 표면의 흡착수를 증가시키기 위한 방법은 몰드 표면의 특성을 친수성이 되도록 개질하는 방법, 및 환경의 상대습도를 상승시키는 방법이 있다. 몰드 표면의 특성을 친수성으로 개질하는 방법의 예로서는 약액을 이용한 습식 세정법; 플라즈마 또는 UV 오존을 사용한 건식 세정법; 및 습식 세정법과 건식 세정법을 조합하는 방법을 들 수 있다. 상대습도는 바람직하게는 20~70%, 보다 바람직하게는 30~50%의 범위 내이다.
본 실시형태에서는 왜곡 부여 디바이스(20)에 의해 간단한 방법으로 이형 처리를 실시할 수 있다. 그리하여, 대대적인 설비를 필요로 하지 않는 UV 오존을 사용하는 건식 세정법이 바람직하다. UV 오존 세정법에 있어서, 피크 파장이 185㎚ 부근인 저압 수은등(26)에 의해 자외광을 패턴면(3)에 조사하여, 패턴면(3) 근방의 분위기에 포함되는 산소를 활성화시킨다. 따라서, 패턴면(3)의 유기물이 산화하고 제거된다.
(이형제)
본 실시형태에 있어서, 레지스트(7)와 몰드(1)의 표면 간의 이형성을 향상시키기 위해서 패턴면(3)에 이형 처리를 실시했다. 이형 처리에 사용하는 이형제의 예로서는 Daikin Industries K.K. 제품인 Optool™ DSX; 및 Sumitomo 3M K.K. 제품인 Novec™ EGC-1720을 들 수 있다.
또는, 공지의 기타 불소계 수지, 탄화수소계 윤활제, 불소계 윤활제, 불소계 실란 커플링제 등을 사용할 수 있다.
불소계 수지의 예로서는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌); PFA(테트라플루오로에틸렌 퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체); FEP(테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌 공중합체); 및 ETFE(테트라플루오로에틸렌 에틸렌 공중합체)fmf 들 수 있다.
탄화수소계 윤활제의 예로서는 스테아르산, 올레산 등의 카르복실산류; 스테아르산 부틸 등의 에스테르류; 옥타데실술폰산 등의 술폰산류; 모노옥타데실포스페이트 등의 포스페이트에스테르류; 스테아릴알코올 및 올레일알코올 등의 알코올류; 스테아르산 아미드 등의 카르복실산 아미드류; 및 스테아릴아민 등의 아민류를 들 수 있다.
불소계 윤활제의 예로서는 상술한 탄화수소계 윤활제의 알킬기의 일부 또는 전부를 플루오로알킬기 또는 퍼플루오로폴리에테르기로 치환한 윤활제를 들 수 있다.
퍼플루오로폴리에테르기의 예로서는 퍼플루오로메틸렌옥시드 중합체, 퍼플루오로에틸렌옥시드 중합체, 퍼플루오로-n-프로필렌옥시드 중합체(CF2CF2CF2O)n, 퍼플루오로이소프로필렌옥시드 중합체(CF(CF3)CF2O)n, 상술한 중합체의 공중합체 등이어도 좋다. 여기서, 아래첨자 n는 중합도를 나타낸다. 이러한 물질의 구체예는 Solvay Solexis 제품인 Fomblin™ Z-DOL이다.
불소계 실란 커플링제는 알콕시실란기 및 클로로실란기가 각 분자 중에 적어도 1개 및 바람직하게는 1~10개인 것이고, 분자량이 200~10,000인 것이 바람직하다.
알콕시실란기의 예로서는 -Si(OCH3)3 및 -Si(OCH2CH3)3을 들 수 있다. 한편, 클로로실란기의 예로서는 -Si(Cl)3을 들 수 있다. 불소계 실란 커플링제의 구체예로서는 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라-히드로데실트리메톡시실란; 펜타플루오로 페닐프로필디메틸클로로실란; 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라-히드로옥틸트리에톡시실란; 및 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라-히드로옥틸트리메톡시실란을 들 수 있다.
상술한 이형제는 챔버(C) 내에서 효율적으로 증발의 관점으로부터 저분자량인 것이 바람직하다. 따라서, 이형제는 바람직하게는 분자량 200~10,000, 보다 바람직하게는 분자량 200~5,000, 가장 바람직하게는 분자량 200~1,000의 범위 내인 화합물을 포함한다.
(몰드의 이형 처리)
이하에, 이 챔버(C)를 이용하여 패턴면(3)에 이형 처리를 실시하는 방법에 대해 기재할 것이다. 본 실시형태에 있어서, 챔버(C)는 이형제 공급부(24)와 연결되어 있다. 이형제 공급부(24)와 패턴면(3)의 거리가 가까울수록 효율적으로 이형 처리를 행하는 것이 가능하다. 도 2에 있어서, 이형제 공급부(24)와 챔버(C)가 밸브를 통하여 배관에 의해 연결되어 있다. 또는, 이형제를 갖는 용기를 챔버(C) 내에 제공해도 좋고, 뚜껑의 개폐 등에 의해 이형 처리를 제어해도 좋다.
챔버(C)가 이형제 공급부(24)와 연결되면, 패턴면(3)을 이물질 미립자로부터 보호하고, 동시에 이형 처리를 실시하는 것이 가능하다. 이형제는 이형제 공급부(24)에서 증발하고, 증발한 이형제(이형제 증기)가 챔버(C)의 내부에 공급된다. 이형제 증기는 패턴면(3)에 흡착하여 이형제층을 형성한다. 이형제의 증기압에 따라 다양하게 발생하지만, 대기압과 25℃ 정도의 실온 하에서 이형제가 대부분 증발한다. 따라서, 이형제의 양이 미량이어도 이형제가 증발하는 한 패턴면(3)을 이형제 증기에 장시간 동안 노출함으로써 이형 처리를 실시하는 것은 가능하다. 또한, 챔버(C)의 내부를 감압 및/또는 히터를 사용하여 온도를 증가함으로써, 분위기 중의 이형제 증기의 양을 증가시킬 수 있다.
이형제로서 실란 커플링제를 사용하는 경우에, 습도 제어부(25)로 챔버(C) 내의 습도를 제어함으로써 패턴면(3)에 이형제로 된 코팅을 개선시킬 수 있다.
수정 발진기(27)는 챔버(C) 내에 설정되고, 패턴면(3)에 실시되는 바와 같이 동일한 건식 세정을 행함으로써 초기화된다. 그 후, 챔버(C)의 내부가 일정하게 유지된 상태로 이형제 증기가 도입되는 경우 및/또는 챔버(C) 내의 습도를 조정되는 경우에, 수정 발진기(27)의 공진 주파수의 변화가 퍼스널 컴퓨터에 연결된 주파수 카운터에 의해 측정된다. 수정 발진기(27) 표면에 퇴적한 이형제의 중량은 초기 상태로부터의 주파수 변화로 산출되고, 퇴적막 두께 및 코팅률이 모니터링된다. 원하는 퇴적막 두께 및 코팅률을 달성하면 이형제 공급부(24)와 챔버(C) 사이에 제공된 밸브가 닫혀져 이형 처리가 완료된다.
(임프린트용 기판)
레지스트에 노광을 가능하게 하기 위하여 석영 기판을 Si 몰드에 사용하는 것이 바람직하다. 석영 기판은 광투과성을 갖고, 두께가 0.3㎜ 이상이면, 특별히 제한되지 않는다. 석영 기판의 표면은 실란 커플링제, 또는 레지스트와의 밀착성을 향상시키기 위한 폴리머에 의해 형성된 유기물층으로 코팅되어도 좋다. 또는, Cr, W, Ti, Ni, Ag, Pt, Au에 의해 형성된 금속층을 적층한 석영 기판을 사용해도 좋다. 또한, CrO2, WO2, TiO2 등에 의해 형성된 금속 산화층을 적층한 석영 기판을 사용해도 좋다. 또한, 실란 커플링제로 코팅된 금속층을 적층하거나, 또는 실란 커플링제로 코팅된 금속 산화층을 적층하는 것을 사용해도 좋다. 유기물층, 금속층 또는 금속 산화층의 두께는 바람직하게는 30㎚ 이하, 보다 바람직하게는 20㎚ 이하이다. 마스크층의 두께가 30㎚ 초과이면 UV 투과성이 저하하고, 레지스트 경화 불량이 일어나기 쉬워진다.
"광투과성"이라는 표현은 기판(6)에 레지스트막이 형성된 제 1 표면의 반대면인 기판(6)의 제 2 표면에 광이 들어오는 경우에 레지스트막이 충분히 경화하는 것을 가능하게 하는 광투과율의 정도를 말한다. 특히, "광투과성"이라는 표현은 파장 200㎚ 이상의 광에 대해서 제 1 표면으로부터 제 2 표면으로의 광투과율이 5% 이상인 것을 말한다.
석영 기판의 두께는 0.3㎜ 이상이 바람직하다. 석영 기판의 두께가 0.3㎜ 미만이면 핸들링 또는 임프린트 동안의 가압으로 인해 파손되기 쉽다.
한편, 석영 몰드로 사용되는 기판의 형상, 구조, 크기, 재질 등은 특별히 제한되지 않는다. 기판의 형상에 대해서, 데이터 기록 매체를 제조하도록 하는 경우에는 원반 형상의 기판을 사용해도 좋다. 기판의 구조에 대해서, 단층 기판을 사용해도 좋고, 또는 적층된 기판을 사용해도 좋다. 기판의 재료에 대해서, 실리콘, 니켈, 유리, 및 수지와 같은 공지의 기판용 재료 중에서 재료를 선택해도 좋다. 이들 재료는 단독으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용해도 좋다. 상기 기판은 제조되어도 좋고, 또는 시판품을 사용해도 좋다. 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적한 용도에 따라 선택해도 좋다. 그러나, 기판의 두께는 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 0.1㎜ 이상이 보다 바람직하다. 기판의 두께가 0.05㎜ 미만이면, 기판이 몰드와 밀착시에 휘어서, 균일한 밀착 상태를 확보하지 못할 가능성이 있다.
(레지스트)
레지스트는 특별히 제한되는 것은 아니다. 본 실시형태에 있어서, 광중합 개시제(2질량%) 및 불소 모노머(0.1~1질량%)를 중합성 화합물에 추가함으로써 조제된 레지스트를 이용해도 좋다.
필요에 따라 산화방지제(1질량% 정도)를 더 첨가해도 좋다. 상기 공정에 의해 조제된 레지스트를 파장 360㎚의 자외광에 의해 경화할 수 있다. 용해성이 나쁜 레지스트에 대해서, 소량의 아세톤 또는 에틸아세테이트를 추가하여 수지를 용해시키고나서 용매를 제거하는 것이 바람직하다.
상기 중합성 화합물의 예로서는 벤질아크릴레이트(Osaka Organic Chemical Industries, K.K. 제품인 Viscoat #160), 에틸카르비톨아크릴레이트(Osaka Organic Chemical Industries, K.K. 제품인 Viscoat™ #190), 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TOAGOSEI K.K. 제품인 Aronix™ M-220), 및 트리메틸올프로판 PO 변성 트리아크릴레이트(TOAGOSEI K.K. 제품인 Aronix™ M-310)를 들 수 있다. 또한, 하기 화학식1로 표시되는 화합물A를 중합성 화합물로서 사용해도 좋다.
[화학식1]
Figure pct00001
또한, 상기 중합 개시제의 예로서는 2-(디메틸아미노)-2-[(4-메틸페닐)메틸]-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부타논(Toyotsu Chemiplas K.K. 제품인 IRGACURE™ 379) 등의 알킬페논형 광중합 개시제를 들 수 있다.
또한, 하기 화학식2로 표시되는 화합물B를 불소 모노머로서 사용해도 좋다.
[화학식2]
Figure pct00002
본 발명에 있어서, 레지스트 재료의 점도는 8~20cP의 범위 내이고, 레지스트 재료의 표면 에너지는 25~35mN/m의 범위 내이다. 여기서, 레지스트 재료의 점도는 RE-80L 회전 점도계(Touki Industries K.K. 제품)에 의해 25±0.2℃에서 측정된다. 측정시의 회전 속도는 0.5cP 초과 5cP 미만에서 100rpm; 5cP 초과 10cP 미만에서 50rpm; 10cP 초과 30cP 미만에서 20rpm; 30cP 초과 60cP 미만에서 10rpm이다. 레지스트 재료의 표면 에너지는 H. Schmitt 외, "UV nanoimprint materials: Surface energies, residual layers, and imprint quality", J. Vac. Sci. Technol. B., Vol.25, Issue 3, 2007년, 785-790쪽에 기재된 기술을 사용하여 측정했다. 구체적으로는 UV 오존 처리를 한 Si 기판 및 Optool™ DSX(Daikin Industries K.K. 제품)로 처리한 표면의 표면 에너지를 측정하여, 기판에 대한 레지스트 재료의 접촉각으로부터 레지스트 재료의 표면 에너지를 산출했다.
(레지스트 코팅 공정)
잉크젯법 또는 디스펜싱법과 같이, 소정의 액적량을 기판 또는 몰드 상에 소정의 위치에 배치할 수 있는 방법을 사용한다. 또는, 스핀 코팅법 또는 딥코팅법과 같이, 균일한 막 두께를 갖는 레지스트를 형성하도록 레지스트를 코팅할 수 있는 방법을 사용한다.
기판 상에 레지스트의 액적을 배치할 때는 원하는 액적량에 따라 잉크젯 프린터 또는 디스펜서를 사용해도 좋다. 예를 들면, 액적량이 100nl 미만인 경우에는 잉크젯 프린터를 선택해도 좋고, 액적량이 100nl 이상인 경우에는 디스펜서를 선택해도 좋다.
레지스트를 노즐로부터 토출하는 잉크젯 헤드의 예로서는 압전 타입, 서멀 타입, 정전 타입을 들 수 있다. 이들 중에서도, 액적량(각각 배치된 액적의 양) 및 토출 속도가 조정 가능한 잉크젯 헤드의 압전 타입이 바람직하다. 기판 상에 레지스트의 액적을 배치하기 전에 액적량 및 토출 속도를 설정하고 조정한다. 예를 들면, 액적량은 몰드의 요철 패턴의 공간 체적이 큰 영역에서는 보다 많게 조정되고, 몰드의 요철 패턴의 공간 체적이 작은 영역에서 보다 적게 조정되는 것이 바람직하다. 이러한 조정은 액적 토출량(각각의 토출된 액적의 양)에 따라 적절하게 제어된다. 구체적으로, 액적량을 5pl로 설정하는 경우에는 액적 토출량이 1pl인 잉크젯 헤드는 동일 위치 상으로 액적량을 5회 토출하도록 제어한다. 액적량은 동일 조건 하에서 기판 상에 배치된 액적의 3차원 형상을 공초점 현미경 등으로 측정하고, 그 형상으로부터 액적의 체적을 산출함으로써 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 액적량을 조정한 후에, 소정의 액적 배치 패턴에 따라 기판 상에 액적을 배치한다.
스핀 코팅법 또는 딥코팅법을 이용하는 경우에는 소정의 두께를 획득하도록 레지스트를 용매로 희석한다. 스핀 코팅법의 경우에는 회전 속도를 제어하고, 딥코팅법의 경우에는 인상 속도를 제어하여, 균일한 코팅막을 나노임프린트 기판 상에 형성한다.
(임프린트 방법)
상기 임프린트 유닛(40)을 사용하여 임프린팅 동작을 실시한다. 구체적으로는 임프린팅 동작을 이하와 같이 실행한다.
몰드(1)과 레지스트(7)를 접촉시키기 전에, 몰드(1)와 기판(6) 사이의 분위기를 감압하거나, 또는 몰드(1)와 기판(6) 사이의 분위기를 진공으로 함으로써 잔류 기체를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 진공 분위기에서는 경화 전에 레지스트(7)가 휘발하여, 균일한 막 두께를 유지하기 어려워질 가능성이 있다. 그리하여, 몰드(1)와 기판(6) 사이의 분위기를 He 분위기 또는 감압 He 분위기로 함으로써 잔류 기체를 감소시키는 것이 바람직하다. He는 석영 기판을 투과하는 시간이 걸리기 때문에, 감압 He 분위기를 채용하는 것이 보다 바람직하다. 감압 He 분위기의 압력은 1~90kPa의 범위 내인 것이 바람직하고, 1~10kPa인 것이 보다 바람직하다.
몰드(1) 및 레지스트(7)를 코팅한 기판(6)은 소정의 위치 관계를 갖도록 정렬한 후에 각각 접촉시킨다. 정렬 동작을 수행하도록 얼라인먼트 마크를 이용하는 것이 바람직하다. 얼라인먼트 마크는 얼라인먼트 카메라(45) 또는 모아레(Moire) 간섭 기법에 의해 검출 가능한 요철 패턴으로 형성된다. 위치결정 정밀도는 바람직하게는 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1㎛ 이하, 가장 바람직하게는 100㎚ 이하이다.
몰드(1)는 100kPa~10MPa의 범위 내의 압력에서 기판에 대하여 가압된다. 압력이 커질수록, 기판(6)에 대한 몰드(1)의 표면 형상의 복제가 용이할 수 있고, 레지스트(7)의 유동이 촉진된다. 또한, 압력이 커질수록, 잔류 기체가 제거되고, 잔류 기체가 압축되고, 잔류 기체가 레지스트(7)에 용해하고, He의 석영 기판 투과가 촉진된다. 그러나, 압력이 지나치게 크면, 몰드(1)와 기판(6)의 접촉 시, 몰드(1)와 기판(6) 사이에 이물질이 끼어들면 몰드(1) 및 기판(6)이 파손될 가능성이 있다. 따라서, 압력은 100kPa~10MPa의 범위 내인 것이 바람직하고, 100kPa~5MPa의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 100kPa~1MPa의 범위 내인 것이 가장 바람직하다. 압력의 하한이 100kPa로 설정된 이유는 대기 중에서 임프린트를 수행할 때, 몰드(1)와 기판(6) 사이의 공간이 액체로 채워지는 경우에, 몰드(1)와 기판(6) 사이의 공간은 대기압(약 101kPa)에 의해 가압되기 때문이다.
몰드(1)를 기판(6)에 대해 가압하여 레지스트막을 형성한 후, 레지스트(7)에 포함되는 중합 개시제에 맞춘 파장을 포함한 광으로 노광을 수행하여 레지스트(7)를 경화시킨다. 레지스트(7)를 경화한 후에, 몰드는 레지스트막으로부터 분리된다. 분리 방법의 예로서는 몰드 및 나노임프린트 기판 중 한쪽의 외연부를 유지하면서 몰드 및 나노임프린트 기판 중 다른 한쪽의 배면을 진공 흡인에 의해 유지하고, 또한 외연의 유지부 또는 배면의 유지부를 가압 방향과 반대 방향으로 상대적으로 이동시킨다. 로드셀(42)을 이용하여 분리력으로서 이형에 필요로 하는 힘을 모니터링 해도 좋다.
상술한 임프린트 방법은 s-y평면에 있어서의 몰드(1)에 대한 기판의 상대위치를 변화시키면서 실시되어, 기판(6) 상의 복수 개소에 연속적으로 패터닝한다.
(몰드 복제본의 제조 방법)
이어서, 몰드 복제본의 제조 방법의 실시형태에 대해 설명할 것이다. 본 실시형태에 있어서, Si 몰드(1)를 원본으로서 사용하고, 상술한 나노임프린트 방법을 이용하여 Si 몰드(1)의 복제본을 제조한다.
우선, 상술한 나노임프린트 방법에 의해 패턴이 형성된 레지스트막을 기판(6)의 한 표면에 형성한다. 이어서, 패턴이 형성된 레지스트막을 마스크로서 사용하여 드라이 에칭을 실시하여, 레지스트막의 요철 패턴에 대응하는 요철 패턴을 형성한다. 따라서, 소정의 패턴을 갖는 패터닝 기판을 얻는다.
가공될 기판이 적층 구조를 갖고, 표면 상에 금속층을 포함하는 경우에는 레지스트막을 마스크로서 사용해 드라이 에칭을 실시하여, 레지스트막의 요철 패턴에 대응하는 요철 패턴을 금속층에 형성한다. 그 후에, 금속박층을 에칭 스톱층으로서 드라이 에칭을 더 실시하여, 요철 패턴을 기판에 형성한다. 따라서, 소정의 패턴을 갖는 기판을 얻는다.
드라이 에칭은 기판에 요철 패턴을 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 목적한 용도에 따라 선택되어도 좋다. 채용해도 좋은 드라이 에칭법의 예로서는 이온 밀링법; 반응성 이온 에칭(RIE)법; 스퍼터 에칭법 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 이온 밀링법 및 RIE법이 특히 바람직하다.
이온 밀링법은 이온빔 에칭이라고도 한다. 이온 밀링법에 있어서, Ar 등의 불활성 가스를 이온원에 도입하여, 이온을 생성한다. 생성된 이온은 그리드를 통해 가속되고, 시료 기판에 충돌시켜 에칭을 수행한다. 이온원의 예로서는 카우프만(Kauffman)형 이온원; 고주파 이온원; 전자 충격 이온원; 듀오플라스마트론 이온원; 프리맨(Freeman) 이온원; 및 ECR(전자 사이클로트론 공명) 이온원을 들 수 있다.
이온빔 에칭 동안에 처리 가스로서 Ar 가스를 사용해도 좋다. RIE 동안 에천트로서 불소계 가스 또는 염소계 가스를 이용해도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 몰드 복제본의 제조 방법은 상술한 임프린트 방법에 의해 마스크로서 형성된 결함이 적은 요철 패턴을 갖는 레지스트막을 이용한다. 그러므로, 고수율로 매우 정밀하게 기판을 가공할 수 있다.
(본 발명의 작용 효과)
종래, 임프린트 부재의 강성이 높은 경우에는 임프린트 부재를 충분히 변형시킬 수 없다는 문제가 있다. 구체적으로, 상기 문제는 이하와 같다.
예를 들면, 특허문헌 2는 도 7에 나타내는 바와 같이, 임프린트 부재의 후면의 외연부를 흡인하고 지지하고, 흡인력에 의한 외연부의 변형이 임프린트 부재 전체를 휘게 하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 외연부의 변형에만 의존하기 때문에, 강성이 높은 임프린트 부재를 충분히 변형시키는 것이 불가능하다. 한편, 특허문헌 1 및 2는 후면의 외연부를 흡인하고 지지하고, 임프린트 부재의 후면의 중심부 근방에 압력을 제어함으로써 임프린트 부재를 휘게 하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이들 방법에 있어서, 임프린트 부재를 흡인 및 지지하기 위한 흡인력과의 관계로 인하여, 임프린트 부재를 휘게 하는 외력을 지나치게 크게 할 수 없다. 그러므로, 강성이 높은 임프린트 부재를 충분히 변형시키는 것이 불가능하다.
반대로, 본 발명의 나노임프린트 장치 및 나노임프린트 방법에 의하면, 왜곡 부여 디바이스에 의해 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하고, 몰드의 요철 패턴을 임프린트용 기판 상에 형성된 레지스트에 대해 가압하고, 레지스트에 상기 요철 패턴을 전사한다. 그러므로, 상술한 문제가 생기지 않는다.
본 발명의 왜곡 부여 디바이스 및 왜곡 부여 방법에 의하면, 임프린트 부재를 변형시키는데 필요한 외력을 충분히 적용시킬 수 있고, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 그 중앙부가 볼록 형상이 되도록 영구 왜곡을 임프린트 부재에 부여할 수 있다. 이 결과, 임프린트 부재의 강성에 상관없이 나노임프린팅 동작 중에 임의의 임프린트 부재를 사용하여, 몰드의 요철 패턴 및 그 중앙부에서 시작되는 레지스트 사이를 접촉시키는 것이 가능해진다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 나타낸다. 도 6은 실시예로 사용되는 임프린트 공정의 순서를 나타내는 플로차트이다.
<실시예 1>
(몰드의 제작)
우선, 0.725㎜ 두께의 Si 기판을 스핀 코팅법에 의해 PHS(폴리히드록시스티렌)계의 화학 증폭형 레지스트를 주성분으로서 갖는 레지스트액으로 코팅하여, 레지스트층을 형성했다. 그 후, Si 기판을 XY 스테이지 상에 주사하는 상태로 선폭 30㎚, 피치 60㎚의 라인 패턴에 따라 변조되는 전자빔을 레지스트층에 조사하여, 0.5㎜×0.5㎜의 범위의 레지스트층 전에 요철형의 직쇄 라인 패턴을 노광했다.
그 후, 레지스트층을 현상 처리하고, 노광 부분을 제거했다. 최종적으로, 노광부를 제거한 것으로부터 마스크로서 레지스트층을 사용하여 RIE에 의해 깊이 60㎚가 되도록 선택적 에칭을 실시하여, 직쇄 라인 패턴을 갖는 Si 몰드를 얻었다.
(임프린트용 기판)
임프린트용 기판으로서 석영 기판을 사용했다. 석영 기판의 표면은 레지스트에 대해 우수한 밀착성을 갖는 실란 커플링제인 KBM-5103(Shin-Etsu Chemical K.K. 제품)으로 처리했다. KBM-5103을 PGMEA를 사용하여 1질량%로 희석하고, 스핀 코팅법에 의해 기판의 표면 상에 코팅했다. 그 후에, 코팅된 기판을 핫플레이트 상에서 150℃에서 5분간 어닐링하여, 실란 커플링제를 기판의 표면에 결합시켰다.
(레지스트)
화학식1로 표시되는 화합물 A를 48w%, Aronix M220를 48w%, IRGACURE 379를 3w%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 B를 1w% 함유하는 레지스트를 했다.
(레지스트의 코팅 공정)
압전 타입의 잉크젯 프린터인 DMP-2831(FUJIFILM Dimatix 제품)을 사용했다. 잉크젯 헤드로서는 전용 10pl 헤드인 DMC-11610을 사용했다. 액적량이 10pl가 되도록 미리 토출 조건을 조정 및 설정했다. 이 방법으로 액적량을 조정한 후, 잔막 두께 10㎚가 되도록 조정하고, 소정의 액적 배치 패턴에 따라 기판 상에 액적을 배치했다.
(몰드 반입)
상기 Si 몰드를 카세트에 수납하여, 카세트의 수납 케이스를 몰드 카세트 로더에 배치했다. 몰드 카세트 로더로 수납 케이스를 개봉하고, 반송기를 이용하여 몰드를 왜곡 부여 디바이스에 로드했다(ST1).
(왜곡 부여 처리 및 이형 처리)
왜곡 부여 디바이스는 몰드의 패턴면이 내부를 향하도록 몰드의 외연부를 진공척했다. 우선, 챔버 내의 분위기를 산소로 치환하고, 저압 수은등을 사용하여 광을 조사하여 몰드 표면을 세정했다. 이어서, 챔버 내의 분위기를 대기 가스로 치환하고, 펌프, 습도 제어부 및 히터를 이용하여 50kPa, 50℃, 및 상대습도 50%의 감압 분위기를 유지했다. 이형제 공급부를 CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)3으로 충전하고, 이형제 공급부의 밸브를 개방하여 이형제를 포함하는 기체를 챔버에 도입하여, 몰드 표면을 12시간 동안 노출했다(ST2).
상기 공정에 의해, 몰드의 중심부가 그 외주부에 비해서 50㎛ 휜 영구 왜곡을 몰드에 부여했다. 동시에 몰드의 패턴면을 이형 처리했다. 미리 로드된 몰드가 임프린트 유닛에 존재하고, 상기 처리 중인 몰드가 대기 상태에 있는 동안에 로드된 몰드로 임프린트를 행했다. 임프린트 유닛에 몰드가 없고, 처리된 몰드를 나노임프린트 장치에 로드한 경우에는 상기 공정을 스킵하고, 몰드를 직접 임프린트 유닛에 로드해도 좋다.
(몰드의 로드)
반송기를 이용하여 사용되었던 몰드를 임프린트 유닛으로부터 언로드하고(ST6), 왜곡 부여 디바이스로부터 새로운 몰드를 임프린트 유닛에 로드했다(ST3). 사용되었던 몰드는 왜곡 부여 디바이스에 반송되고 세정되었다. 그 후에, 세정된 몰드는 형상 제어 처리 및 이형 처리를 재차 실시했다(ST2).
(기판의 반송)
상기 석영 기판에 레지스트를 코팅한 것을 카세트에 수납하고, 그 카세트의 수납 케이스를 기판 카세트 로더에 배치했다. 기판 카세트 로더로 수납 케이스를 개봉하고, 반송기를 이용하여 기판을 임프린트 유닛에 반송했다(ST4).
(임프린트)
몰드와 석영 기판 사이의 갭이 0.1㎜ 이하가 되도록 서로 근접시키고, 석영 기판 상의 얼라인먼트 마크의 위치가 몰드 상의 얼라인먼트 마크의 위치가 일치하도록 석영 기판의 배면으로부터 위치결정을 수행했다.
몰드와 석영 기판 사이의 공간을 99체적% 이상의 He 가스로 치환했다. 이어서, 20kPa 이하까지 감압했다. 감압 He 조건 하에서 몰드를 레지스트의 액적에 접촉시켰다. 몰드의 휘어짐에 의해 몰드를 중심부로부터 레지스트에 접촉시키고, 그 사이에 어떠한 기체도 개재되지 않고 몰드 전체를 균일하게 밀착시켰다(ST5).
접촉 후, 압력 1MPa을 10초간 적용하고, 파장 360㎚를 포함하는 자외광으로 조사량이 100mJ/㎠로 조사하여 레지스트를 경화시켰다.
그 후에, 석영 기판 및 몰드의 후면을 흡인에 의해 지지했다. 이어서, 석영 기판 또는 몰드를 가압 방향과 반대 방향으로 상대적으로 이동시켜서 몰드를 분리했다. 분리력으로서 이형에 필요로 한 힘을 모니터링했다.
상기 기판의 반송에서부터 임프린트까지의 공정을 반복적으로 행했다.
(몰드의 언로드)
10번째 임프린팅 동작 내지 30번 임프린팅 동작까지의 평균 분리력에 대해서 ±30%의 값을 임계값으로 정했다. 분리력이 ±30%의 범위를 초과한 경우, 임프린팅 동작 및 기판 반송을 중지했다. 반송기를 이용하여 임프린트 유닛으로부터 사용되었던 몰드를 언로드했다(ST6). 사용되었던 몰드는 왜곡 부여 디바이스에 반송되어 세정되었다. 그 후에, 세정된 몰드는 왜곡 부여 처리 및 이형 처리를 재차 행했다(ST2).
(몰드의 반출)
몰드를 재차 사용하지 않는 경우에, 사용되었던 몰드를 임프린트 유닛으로부터 언로드하고, 반송기에 의해 몰드 카세트에 수납하고나서, 반출했다(ST7).
(몰드 복제본의 제조 공정)
요철 패턴이 전사된 레지스트막을 마스크로서 하기에 나타내는 바와 같이 드라이 에칭을 수행했다. 따라서, 레지스트막의 요철 패턴에 근거하는 요철 형상을 석영 기판 상에 형성했다.
우선, 패턴 오목부에 존재하는 잔막을 산소 플라스마 에칭에 의해 제거하여, 패턴의 오목부에 석영 기판을 노출시켰다. 이때, 요철 패턴의 영역 내에서 가장 두꺼운 잔막을 제거할 수 있는 에칭 양으로 조건을 설정했다. 이어서, 패턴 볼록부를 마스크로서 사용하여 불소계 가스를 사용한 RIE를 석영 기판 상에 실시했다. 에칭의 깊이가 60㎚이도록 RIE의 조건을 설정했다. 최종적으로, 패턴 볼록부의 잔사를 산소 플라스마 에칭에 의해 제거했다.
상기 몰드 복제본 제조 공정에 의하여, Si 몰드의 요철 패턴이 정확하게 전사된 석영 몰드 복제본을 제작했다.

Claims (12)

  1. 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 상기 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 디바이스; 및
    영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하고, 기판 상에 형성된 레지스트에 몰드의 요철 패턴을 가압하여 레지스트에 상기 요철 패턴을 전사하는 임프린트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 개구부를 갖는 프레임으로서, 상기 제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 개구부에 배치하는 경우에 상기 임프린트 부재의 제 1 표면 상에 챔버를 형성하는 프레임, 및 상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부를 가열하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부에 이형제를 공급하는 이형제 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부의 습도를 제어하는 습도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 임프린트 부재의 외연을 지지하는 지지 부재, 및 상기 임프린트 부재를 상기 지지 부재에 의해 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 가압 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 장치.
  7. 영구 왜곡이 부여된 임프린트 부재를 사용하는 공정; 및
    몰드의 요철 패턴을 기판 상에 형성된 레지스트에 대해 가압하여 상기 레지스트에 상기 요철 패턴을 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트 방법.
  8. 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 상기 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 기능을 하는 왜곡 부여 디바이스로서,
    개구부를 갖는 프레임으로서, 상기 제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 개구부에 배치하는 경우에 상기 임프린트 부재의 제 1 표면 상에 챔버를 형성하는 프레임; 및
    상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 부여 디바이스.
  9. 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 기능을 하는 왜곡 부여 디바이스로서,
    상기 임프린트 부재의 외연을 지지하는 지지 부재; 및
    상기 임프린트 부재를 상기 지지 부재에 의해 지지하면서 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 가압 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 부여 디바이스.
  10. 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 방법으로서,
    제 8 항에 기재된 왜곡 부여 디바이스를 사용하는 공정;
    제 1 표면을 프레임의 내부를 향하게 하여 임프린트 부재를 프레임의 개구부에 배치하는 공정; 및
    압력 제어부를 사용하여 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 부여 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 왜곡 부여 디바이스는 상기 챔버의 내부에 이형제를 공급하는 이형제 공급부를 더 포함하고; 또한
    상기 압력 제어부에 의해 상기 챔버의 내부를 감압 또는 가압하는 동시에 이형제 공급부는 상기 챔버의 내부에 이형제를 공급하는 것을 특징으로 하는 왜곡 부여 방법.
  12. 미세한 요철 패턴을 제 1 표면에 갖는 몰드 및 제 1 표면에 레지스트를 갖는 나노임프린트용 기판 중 하나인 임프린트 부재에 임프린트 부재가 소정의 휨 상태를 유지하도록 외력을 적용하여 임프린트 부재에 영구 왜곡을 부여하는 왜곡 부여 방법으로서,
    제 9 항에 기재된 왜곡 부여 디바이스를 사용하는 공정;
    지지 부재에 의해 상기 임프린트 부재의 외연을 지지하는 공정; 및
    상기 임프린트 부재를 상기 지지 부재에 의해 지지하면서 가압 부재에 의해 임프린트 부재의 제 2 표면을 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 부여 방법.
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