WO2005057634A1

WO2005057634A1 - ナノインプリントを利用するパターン形成方法および該方法を実行する装置

Info

Publication number: WO2005057634A1
Application number: PCT/JP2004/018196
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Takaki
Original assignee: Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd.
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2005-06-23
Also published as: KR20060128886A; EP1696471A1; JPWO2005057634A1; US20070117389A1

Abstract

　熱サイクルナノインプリントリソグラフィー法に伴う問題点を解決した、パターン形成方法を提供することを目的とする。本発明は、凹凸部を備える第一のモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成する方法であって、（１）前記第一のモールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記第一のモールドの凹凸部の形状を前記レジスト膜に転写するように、前記第一のモールドを前記レジスト膜に押圧する押圧工程と、（２）前記第一のモールドを前記レジスト膜から剥離する剥離工程と、（３）前記基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングするエッチング工程と、を備える方法を開示する。

Description

明細書

ナノインプリントを利用するパターン形成方法および該方法を実行する装置

技術分野

[0001] 本発明は、微細パターン形成技術に係り、より詳細には、半導体装置におけるバタ一二ング形成方法および該方法を実行する装置に関する。

背景技術

[0002] 近年の IT技術の進歩により、ネットワーク技術、ソフトウェア技術、及びデバイス技術のさらなる進展が要請されている。そのため、とりわけ、半導体装置については、微細化の一段の加速による高速動作、低消費電力動作、システム LSIと称される機能の統合ィ匕などの一層高度な技術が求められている。かかる状況下、半導体装置の製造における中心的技術であるリソグラフィー技術は微細化がさらに進展するにつれて、当該技術に必要とされる装置が高価になってきている。

[0003] 半導体製造に際して、 lOOnm (ナノメートル)以下の半導体構造のパターユングと量産性を兼備する技術の一例として、ナノインプリント技術が存在している（たとえば、特許文献 1参照)。この技術では、ナノサイズを有するパターンモールドを形成し、該モールドを、加熱したレジスト膜に押圧することにより、レジストに微細パターンを形成する技術である。

[0004] 図 1は、従来技術におけるナノインプリントによる微細パターン形成の各工程を説明する概略断面図を示す。図 1 (a)に示すように、ゥヱーハ 10上に、ポリメチルメタクリレートなどのパターン形成用レジスト 12を塗布し、一方、モールド台 16にモールド 14を配設する。次いで、図 1 (b)に示すように、前記モールド 14をレジスト 12へ押圧することにより、モールド 14がその表面に有する凹凸部のパターンを、レジスト 12へ転写する。この転写の際に、不図示であるが、ゥエーハ 10を約 200°Cまで加熱することによりレジスト 12をもカロ熱し、前記レジスト 12を軟化させながらモールド 14をレジスト 12に押圧する。その後、押圧状態を保持したままゥヱーハの温度を冷却させることにより、モールド 14の凹凸パターンをレジスト 12へ転写し、前記モールド台 16を上方へ移動させる。そして、図 1 (c)に示すように、レジスト 12の膜厚がモールド 14の凸部の高さよりも大きい場合、異方性のあるリアタティブイオンエッチング（図 1中では RIEで示す )でレジスト膜 12へエッチングを施し、レジストパターンの凹部でゥエーハ 10の表面を表出させる。その後、レジスト膜をマスクとしてエッチングを行う、あるいは、 A1等を蒸着してリフトオフし、配線に利用する。

[0005] カゝかるパターン形成方法は、パターン形成する際に、レジストに熱を加えてモールドを押圧し、その後、冷却することから、熱サイクルナノインプリントリソグラフィ一と呼ばれている。この方法では、 25nm以下程度のパターユングを一括して形成することができるという点で、ナノインプリント技術は非常に有用であることが知られている。特許文献 1 :米国特許第 5, 772, 905号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、従来のナノインプリント法では、ゥヱーハ及びそのゥヱーハ上のレジスト膜の昇温、冷却を繰り返すため、レジスト上にパターン形成するのに多大な時間を要するという問題点がある。具体的には、図 1に示す従来技術の方法では、パターン形成のために、約 2時間を要するとの報告がある。さらに、かかる熱サイクルナノインプリントリソグラフィ一法では半導体製造全体のスループットの低下、温度差による転写パターン寸法変化及び精度の低下、熱膨張による装置のァライメントの低下などの問題が招来する。

そこで、本発明では、力かる事情に鑑み、熱サイクルナノインプリントリソグラフィー法に伴う問題点を解決した、パターン形成方法を提供することを第一の目的とする。

[0007] また、力かるパターン形成方法では、モールドとレジスト膜との位置関係、特にモールド表面とレジスト表面とを平行に保持するにはナノレベルでの精度が要求されることから、本発明では、モールドとレジスト膜との高精度な位置合わせを保持したパターン形成方法を提供することを第二の目的とする。さらに、本発明では、前記方法を実行するための装置を提供することを第三の目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明者は、ナノインプリント技術にっ、て鋭意検討した結果、モールドを加熱しながら、基板としてのゥエーハ上のレジスト膜に押圧することにより、前述の問題点が解決できるという知見を得て、本発明を完成するに至った。さらに、本発明者は、モールドとレジスト膜の位置合わせは、前記モールドとレジスト膜とを重力方向において重ね合わせて自重による位置合わせにより、モールド表面とレジスト表面を平行に保持するという知見に基づき、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記第一の目的は、凹凸部を備える第一のモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成する方法であって、（1)前記第一のモールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記第一のモールドの凹凸部の形状を前記レジスト膜に転写するように、前記第一のモールドを前記レジスト膜に押圧する押圧工程と (2)前記第一のモールドを前記レジスト膜から剥離する剥離ェ程と、（3)前記基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングするエッチング工程と、を備える方法により達成される。力かる構成によれば、加熱したモールドをレジスト膜に押圧するため、短時間の転写が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記押圧工程において、前記凹部の底部が、前記レジスト膜の表面との接触を回避するように実行される。モールドの凹部の底部をレジスト膜の表面に接触させないため、その後の剥離工程にて、底部と接触したレジスト膜の剥離不良が発生しないため、高精度な転写を可能にする。本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記第一のモールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高い。力かる硬度の差を利用して、迅速な転写が実現される。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記押圧工程において、前記第一のモールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である。レジスト膜を構成する高分子材料のガラス転移温度に対して、モールドの温度を適切に制御することにより、迅速な転写が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記第一のモールドはシリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記レジスト膜は熱可塑性榭脂を含む。本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記エッチング工程は、リアタティブイオンエッチングにより実行される。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記第一のモールドにより、前記基板上のレジスト膜に形成されるべきパターンに粗密がある場合、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が多い場合には、前記レジスト膜の厚さを、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が少ない場合における前記レジスト膜の厚さよりも薄くするように、第二のモールドを用いて前記レジスト膜を予め押圧する前処理工程を、さら〖こ備える。力かる前処理工程を行うことにより、形成すべきパターンに粗密がある場合であっても、パターン形成を高精度に実行することが可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記前処理工程における前記第二のモールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記レジスト膜へ押圧する。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記第二のモールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高、。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記前処理工程において、前記第二のモールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法にて、前記第二のモールドはシリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである。

本発明の第二の目的は、凹凸部を備えるモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成する方法であって、（a)前記モールドを、上下に可動するァクチユエータの上に配設する工程と、（b)前記ァクチユエータに対向して配設された試料台に、前記モールドと対向するように、前記基板を載置する工程と、（c)前記基板を前記モールド上に載置させる工程と、（d)支持体により、前記基板を有する前記試料台を支持する工程と、（e)前記モールドが前記レジスト膜から離れるように、前記ァクチュエータを可動させる工程とを含む方法により達成される。力かる方法によれば、モールド表面とレジスト表面とが平行に保持された状態で、モールドの凹凸部がレジスト膜に転写されるため、モールドが備える凹凸部の高精度の転写が可能となる。本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、（f)前記モールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記モールドと前記レジスト膜が接触するように、前記ァクチユエータを可動させる工程をさらに含む。加熱したモールドをレジスト膜に接触させることにより、迅速な転写が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、（g)前記モールドを前記レジスト膜から剥離するように、前記ァクチユエータを可動させる工程をさらに含む。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、（h)前記基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングする工程を、さらに含む。かかるエッチングェ程により、基板上にパターンを形成することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、前記（6)の工程において、前記モールドの凹部の底が、前記レジスト膜の表面との接触を回避するように実行される。モールドの凹部の底部をレジスト膜の表面に接触させないため、その後の剥離工程にて、底部と接触したレジスト膜の剥離不良が発生しないため、高精度な転写を可能にする。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、前記モールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高い。力かる硬度の差を利用して、迅速な転写が実現される。

本発明の好ましい態様によれば、前記方法において、前記モールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である。かかる温度を採用することにより、迅速な転写が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記モールドは、シリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである。

本発明の好ましい態様によれば、前記レジストは、熱可塑性榭脂を含む。

さらに、本発明の第三の目的は、凹凸部を備えるモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成するためのノターン形成装置であって、前記基板を載置する試料台と、

前記試料台と対向して配設され、前記モールドを可動させる第一のァクチユエータと、前記試料台を支持する少なくとも 2つの支持体と、前記試料台を上下に可動させ、前記支持体に配設される第二のァクチユエータと、前記支持体と前記試料台との接触を監視する監視ユニットと、を備えるパターン形成装置により達成される。かかる装置により、本発明に係るパターン形成方法を実行できる。

本発明の好ましい態様によれば、前記装置において、前記監視ユニットは、前記支持体と前記試料台とを導体として、これらの間に電源を接続して通電量の監視を行う。カゝかる監視により、レジスト膜を有する基板を備える試料台と、パターン形成用モールドとの位置関係を制御できる。

本発明の好ましい態様によれば、前記装置において、前記電源は、交流電源である。交流電源を採用することにより、ノイズの影響を除去することができる。

[0011] なお、本明細書で用いる用語「ナノレベル」とは、 1 μ m以下のサイズであって、 1ナノメートル（10億分の 1メートル）以上のレベルを意味する。また、本明細書で用いる用語「レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度」とは、レジスト膜が軟化するのに十分な温度を意味する。

発明の効果

[0012] 本発明に係るパターン形成方法によれば、従来のパターン形成方法に要する時間と対比すると、極めて短時間に、基板上のレジスト膜にナノレベルのパターン形成の転写が実現される。具体的には、数秒の単位で、 1回の転写が可能となる。

また、本発明に係るパターン形成方法によれば、一枚の基板上に形成すべきバターンに粗密がある場合には、予め基板上のレジスト膜に、パターンの粗密に応じて、レジスト膜の膜厚を調整するという前処理を施すことにより、一枚の基板上のレジストパターンに粗密がある、ナノレベルのパターン形成の転写が可能となる。

さらに、本発明に係るパターン形成方法によれば、レジスト膜の表面とモールドの表面との平行度を略一定に保持しながら、ナノレベルのパターン形成の転写が実現される。

さらにまた、本発明に係るパターン形成装置によれば、ナノレベルでのパターン形成が可能な装置が提供される。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は下記の実施態様に何等限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。

[0014] (第一の実施態様）

図 2は、本発明に係るパターン形成方法の第一の実施態様を説明するための各ェ程の概略断面図を示す。図 2の工程 (a)に示すように、まず、基板 20上に、フィルム状のレジスト膜 12を形成する一方で、モールド台 16に、所定の凹凸部を備える、パターン形成用モールド 14を配する。

[0015] 本発明に用いる基板 20としては、表面が平滑性のある、半導体、金属材料又は高分子材料力も構成される薄板状のものであればよぐ好ましくはシリコン基板 20である。他方、前記基板 20上に形成されるレジスト膜 12としては、高分子材料を含むものであればよぐ後述する熱を利用する転写技術の観点から、熱可塑性榭脂を含有する材料であることが好ましい。具体的な熱可塑性榭脂としては、以下のものに限定されないが、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ（メタ）アタリレート又はポリ塩ィ匕ビュルなどの付加重合反応で生成するポリマーや、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート又はポリウレタンなどの重縮合反応により生成するポリマー等が挙げられる。また、これらのポリマーを単独又は組み合わせて、レジスト材料に用いることもできる。

[0016] 図 2 (a)に図示するように、基板 20上にレジスト膜 12を形成する方法としては、以下の方法に限定されないが、前記高分子材料を適当な溶媒に溶解若しくは分散させた溶液を、前記基板 20上にスピンコートする方法が挙げられる。

[0017] 本発明に用いる、ノターン形成用モールド 14としては、所定の凹凸部を具備するように、異方性エッチングにより製造したシリコン製モールドや、該シリコン製モールドをマスターとして電铸により製造したモールド、たとえば、銅若しくはニッケル又はこれらの合金製のモールド等を挙げることができる。かかるモールドの製造方法につ!、ては、たとえば、特開平 5— 287577号に開示されているように、当業者ならば容易に理解できる。なお、後述する転写工程をより効率的に行うためには、モールド 14の硬度が、前記レジスト膜 12の硬度よりも高いことが好ましい。これは、モールド 14の押圧の際に、より容易にモールド 14がレジスト膜 12に入り込み易くするためである。

[0018] 図 2 (a)に図示するように、前記モールド 14を所定の温度に加熱しながら又は所定の温度に加熱した後で、後述する転写工程を行う。その際、前記モールド 14の所定の温度は、前記レジスト膜 12が軟ィ匕し得る温度であることが好ましい。具体的には、前記モールド 14を加熱した際の所定の温度は、レジスト膜 12を構成する高分子材料に応じて適宜設定可能であり、前記高分子材料のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度であることが好適である。たとえば、レジスト膜 12にポリメチルメタクリレートを用いた場合には、そのガラス転移温度が約 72°Cであることから、かかる温度又はその前後の温度に前記モールドを加熱することが好ましい。また、レジスト膜にポリ力ーボネートを用いた場合には、そのガラス転移温度が約 150°Cであることから、力かる温度又はその前後の温度に前記モールド 14を加熱することが好ましい。なお、前記モールド 14の加熱は、当業者には容易に理解できるように、不図示の加熱手段により実行可能である。加熱手段の具体例としては、セラミックヒータ等を挙げることができ、本加熱手段により前記モールド 14へ付与される温度の範囲は、前述のとおり、レジスト膜のガラス転移温度又はその前後の温度であることが好ましい。

[0019] 図 2の工程 (b)に示すように、前記モールド 14を、基板 20上に形成されたレジスト膜 12のガラス転移温度若しくはその前後の温度に加熱しながら又は加熱したのち、前記モールド 14を、レジスト膜 12の表面力も接触するように、レジスト膜 12に押圧する。ここで、モールド 14をレジスト膜 12に押圧する際に、前記モールド 14が有する凹部の底部 22が前記レジスト膜の表面との接触を回避することが好ましい。かかる回避により、前記底部 22がレジスト表面に押圧されることに起因した、前記モールド 14の剥離不良が解消するという利点がもたらされる。

[0020] 前述したように、前記モールド 14はレジスト膜 12のガラス転移温度又はそれ以上の温度に加熱されていることから、図 2 (b)に図示する、レジスト膜 12に対する前記モールド 14は、基板 20の表面に向力つて容易に進行する。

[0021] 図 2の工程（c)に図示するように、工程 (b)における前記モールド 14のレジスト膜 12 への押圧後、前記モールド 14を前記レジスト膜 12から上方向に向力つて剥離する。力かる方法により、レジスト膜 12上に、所定のパターンが形成される。この際、モールド 14自体が熱を有しているためレジスト膜自体も加熱される力前記モールド 14の押圧後に、レジスト膜 12から前記モールド 14が剥離されるので、レジスト膜 12は急速に冷去 Pされること〖こなる。

[0022] このようにして、凹凸部を備えるモールドの形状をレジスト膜に押圧し、前記レジスト膜を変形させることにより、前記凹凸部に沿った形状をレジスト膜に転写することが可能となる。

[0023] 次、で、図 2の工程 (d)にて、基板 20上に残存するレジスト膜 26を、エッチングにより除去して、基板 20の表面を表出させる。残存する膜のエッチングの具体例としては、図 2の工程 (d)に示す酸素リアタティブイオンエッチングや、化学薬品を用いた湿式エッチングを利用することができる。

[0024] 前述のように、モールドの凹凸部の先端部のみを利用してパターン転写することで、本発明に係るパターン形成方法は、スループットの高い製造を可能にする。

[0025] (第二の実施態様）

図 3は、本発明に係るパターン形成方法の第二の実施態様を説明するための各ェ程の概略断面図を示す。図 3に示す本発明に係るパターン形成方法は、一つの基板上に、最終的に形成すべきパターンに粗密があるとき、パターン形成を精度よく行うための方法である。

[0026] 本発明に係る第二の実施態様では、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が多い場合には、前記レジスト膜の厚さを、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が少な、場合における前記レジスト膜の厚さよりも薄くするように、前処理を行うことを特徴とする。力かる膜厚の調整を図ることにより、前示の第一の実施態様に先立ち、予め形成すべきパターンの粗密に応じたレジスト膜の調整工程を行う。

[0027] なお、ここで、形成すべきパターンに粗密がある場合とは、すなわち、モールドが凸部を一定間隔で規則的に備えていない場合であって、その凸部の数が相対的に密に存在するとき、形成すべきパターンは密となる。他方、モールドの凸部の数が相対的に粗に存在するとき、形成すべきパターンは粗となる。

[0028] 具体的には、図 3 (a)に示すように、前処理用モールド 30を用意する。このモールド 30は、後に形成すべきパターンの粗密に応じて、その表面に凹凸部を有するものである。具体的には、形成すべきパターンが粗の領域に対しては、レジスト膜 12の膜厚を薄くするように、モールド 30の凸部を対応させる一方で、形成すべきパターンが密の領域に対しては、レジスト膜 12の膜厚を、前記粗の領域よりも厚くなるように、モールド 30の凹部を対応させるように、前記モールド 30の表面の凹凸部を設計する。か力るモールド 30を用いて、予めレジスト膜 12の膜厚を制御し、最終的に形成されるパターンの形状を調整する。

[0029] 力かるモールド 30によるレジスト膜 12の膜厚を制御する前処理の場合（図 3工程 (b )参照）、前記モールド 30を、レジスト膜 12に押圧する。力かる押圧を効率的に行うためには、モールド 30の硬度力前記レジスト膜 12の硬度よりも高いことが好ましい。さらに、一層の効率的な押圧を行うためには、前記モールド 30を、レジスト膜のガラス転移温度又はその前後の温度に加熱することが好ましい。これにより、モールド 30の表面の凹凸形状がレジスト膜 12に迅速に転写される。その後、図 3 (c)に示すように、前記モールド 30を前記レジスト膜 12から剥離することにより、前記レジスト膜 12の膜厚を、後に形成すべきパターンの粗密の領域に応じて制御が可能となる。

[0030] 図 3に示す、本発明に係る第二の実施態様のパターン形成方法の説明に戻るが、図 3の工程 (d)—工程 (g)は、図 2の工程 (a)—工程 (d)と同じであるため、図 3のェ程 (d)—工程 (g)の説明は省略する。

図 3にて説明した各工程により、一つの基板上に、形成すべきパターンに粗密がある場合でも、ナノレベルのパターン形成が可能となる。

[0031] (第三の実施態様）

図 4は、本発明の別の実施態様によるパターン形成方法を説明するスキームである。図 4に示すように、本発明の第三の実施態様によるパターン形成方法は、モールドの配設 (S1)、試料台への基板の配設 (S2)、基板のモールドへの載置 (S3)、試料台の支持（S4)、モールドの下降（S5)、モールドの加熱（S6)、モールドの上昇（S7) およびモールドの下降 (S8)力構成される。そして、後述するパターン形成方法を説明する断面図とともに、各工程を説明する。

[0032] 図 5は、本発明の第三の実施態様によるパターン形成方法の工程を説明する概略断面図である。図 5 (a)では、 z軸方向に可動するァクチユエータ 100に、凹凸を備えるモールド 110を配設する一方で、前記ァクチユエータに対向して配設された試料台 120に、レジスト膜を有する基板 130、たとえばシリコンゥエーハを載置する（図 4の S 1および S2に対応)。次に、試料台 120とともに基板 130を、前記モールド 110の上に載置する（図 4の S3参照）。このようにして、基板 130および試料台 120の重力を利用して、ァクチユエータ 100、モールド 110および試料台 120を、これらの重力方向に重ね合わせて、自重による位置合わせを行う。

[0033] 図 5 (b)において、試料台 120を支持する支持体 140を、図 5の下から上に向けて移動させ、試料台 120の両端付近力支える（図 4の S4に対応)。図 5では、支持体 1 40は少なくとも 2本の支持体 140を示す力試料台 120を安定に支持するためには、 3本以上の支持体を用いてもよい。本発明に用いる支持体 140は、この支持体 140 の先端部にァクチユエータ 150を備え、 z軸方向に対して上下に移動自在な支持棒等が設けられている。次いで、図 5 (c)に示すように、レジスト膜を有する基板 130が配設された試料台 120を支持体 140が支えながら、モールド 110が載置されたァクチユエータ 100を z軸方向下向きに下降させる（図 4の S5参照)。この下降の際、後述するようにモールド 110を加熱した際に、レジスト膜に熱的影響を与えな、程度の距離まで下降させる必要がある。

[0034] このように、本発明においては、モールド 110および試料台の上下方向の移動には高精度な直線分解能を有するァクチユエータが要求される。具体的には、本発明で用いるァクチユエータ 100には、ステップモータァクチユエータ（移動幅： 25mm、分解能： 25nm;PIポリテック社製 M168)等を挙げられる。一方、本発明で用いるァクチユエータ 150には、米国特許第 5, 410, 206号に開示されているような、ピエゾァクチユエータが好ましぐ具体的なァクチユエータとしては、 New Focus社製 Model 8301, 8302, 8303, 8321, 8322等の直線分解能力 ^Onm以下のものを挙げられる。

[0035] 次に、不図示のヒータ等を用いてモールド 110を加熱する（図 4の S6に相当）。モールドをレジスト膜に押圧した際に、モールドの転写を容易にする観点から、加熱する温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度が好ましい。また、レジスト膜を構成する高分子榭脂は熱可塑性榭脂が好ましく。具体的な熱可塑性榭脂としては、以下のものに限定されないが、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ（メタ )アタリレート又はポリ塩ィ匕ビュルなどの付加重合反応で生成するポリマーや、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート又はポリウレタンなどの重縮合反応により生成するポリマー等が挙げられる。また、これらのポリマーを単独又は組み合わせて、レジスト材料に用いることもできる。たとえば、レジスト膜にポリメチルメタタリレートを用いた場合には、そのガラス転移温度が約 72°Cであり、レジスト膜にポリカーボネートを用いた場合には、そのガラス転移温度が約 150°Cであることから、力かる温度又はその前後の温度にモールド 110を加熱することが好ま、。

[0036] 図 5 (d)にお!/、て、ァクチユエータを用いて、加熱したモールド 110を、 z軸方向上向きに、移動させ、基板 130が有するレジスト膜に押圧する（図 4の S7参照)。この押圧の際、モールド 110の凹凸部の底部と、レジスト膜の表面と接触を回避するように押圧することが好ましい。このように押圧することにより、モールド 100の凹凸部の先端部のみを、レジスト膜にパターン転写することができ、スループットの高いパターン形成方法が実現される。

[0037] 次、で、図 5 (e)に示すように、モールド 110をレジスト膜から剥離するように、ァクチユエータ 100を動作させて、パターン転写が終了する（図 4の S8)。前述のように、モ一ルド 110の凹凸部の底部までにレジスト膜が入り込まないようにモールド 110をレジスト膜に押圧するため、図 5 (e)に示す剥離工程では、前記底部にレジスト膜が残存することなぐもって転写パターンの変形を生じさせるおそれを排除することができる。

[0038] 必要に応じて、モールド 110または試料台 120の相対的位置を変動させたのち、図 5 (a)—図 5 (e)の工程を繰り返すことにより、複数回の転写を可能として、より大きな基板への転写も実現される。

[0039] なお、試料台 120に載置された基板 130にあるレジスト膜とモールド 120の表面との間に平行度を決定する位置決めを一回の転写ごとに行うと、パターン形成としての製造のスループットが低下する。し力しながら、レジスト膜厚や基板の厚さのばらつきは小さい。また、パターン転写時には平行度調節時よりも、形成するパターンの深さ分以上にモールドを上方に移動させるため、試料台 120が支持体 140から僅かに浮き、その後、レジスト膜の表面とモールドの表面との間には接触による位置合わせが再実行されること〖こなる。

[0040] 転写終了後、基板 130を試料台 120から除去して、モールド 110の凹凸パターンが転写されたレジスト膜を備える基板が得られる。その後、基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングすることにより、所望のパターンが基板上に形成される。

[0041] 前述のように、本態様では、 z軸方向に対して、基板 130を上にし、モールド 110を下にした関係で説明したが、基板 130とモールド 110との上下関係を逆にした位置関係でも、本態様を行うことができることは、当業者には容易に理解できる。

[0042] (本発明によるパターン形成装置の態様）

図 6は、本発明による一つの実施態様であるパターン形成方法を実行するためのパターン形成装置の概略断面図である。本発明に係るパターン形成装置 200は、モ一ルド 110を載置し、 z軸方向上下に移動自在な第一のァクチユエータ 100と、その第一のァクチユエータ 100と対向して配置され、レジスト膜を塗設された基板 130を載置する試料台 120とを備える。さら〖こ、装置 200は、試料台 120とモールド 110との位置関係を制御し得、前記試料台 120を z軸方向上下に移動させる支持体 140を少なくとも二つ備える。ここで、支持体 140は、その先端部に第二のァクチユエータ 150 を備え、試料台 120に配設された基板 130と、第一のァクチユエータ 100に配設されたモールドとの位置関係を精密に制御する必要がある。そのため、本発明で用いる第一のァクチユエータ 100としては、ステップモータァクチユエータ（移動幅： 25mm、分解能： 25nm; PIポリテック社製 M168)等を挙げられる。一方、本発明で用いる第二のァクチユエータとしては、米国特許第 5, 410, 206号に開示されているような、ピエゾァクチユエータが好ましい。具体的なァクチユエータ 150としては、 New Focus社製 Model 8301, 8302, 8303, 8321, 8322等の直線分解能が 30nm以下のものを挙げられる。かかるァクチユエータを使用することで、基板 130とモールド 12 0の平行度を保持するとともに、モールド 120の z軸方向の移動を正確に規制することが可能となる。

[0043] 支持体 140と試料台 120の接触時の平行的な位置関係を破壊しないようにする必要性がある。つまり、支持体 140と試料台 120の接触を高精度に検出する必要がある。そのため、本発明に係るパターン形成装置 200は、支持体 140と試料台 120を導電体として、これらの間に電流源と電流計を接続した監視ユニット 160を備える。か力る監視ユニット 160の通電量を監視することで、支持体 140と試料台 120との間の接触を高精度に検出することが可能となる。本発明では、監視ユニットにおけるノイズの影響を除去するため、電流源としては交流源を用いることが好ましい。かかる監視ユニット 160の採用により、本発明に係るパターン形成装置における支持体 140と試料台 120の位置関係は、約 10應の精度を制御可能となる。

実施例

[0044] 以下の説明では、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであり、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。当業者は、以下に示す実施例に様々な変更を加えて本発明を実施することができ、力かる変更は本願特許請求の範囲に包含される。

[0045] シリコン基板を異方性エッチングして作製し、ニッケル電铸することで、周期 1. 25 μ m、高さ 0. 71 μ mのモールドを作製した。

レジスト膜としては、ポリスチレン (以下、単に「PS」という。）を用い、適当な溶媒に溶解後、ガラス基板上にスピンコートした。次いで、真空オーブンにて、前記ガラス基板を乾燥させて、膜厚の異なるレジスト薄膜（1 μ mと 200nm)を形成させた。乾燥後のガラス基板を、 Z軸上に配設した試料台の上に載置させ、前記モールド温度を 130 度にてパターンを形成させた。

図 7は、レジスト膜厚が 1 μ mを用いて形成されたパターン形状の SEM写真 (倍率 5 000倍）を示す。図 7に示す結果では、レジスト膜が: L mであり、モールドの深さが 7 10nmであるため、レジスト膜厚がモールドの深さよりも大きいため、モールド底部までレジストが到達したため、モールド剥離の際にパターンの変形が生じたことが判明した。

[0046] 図 8は、レジスト膜厚が 200nmを用いて、本発明によるパターン形成方法により形成されたパターン形状の SEM写真 (倍率 10000倍)を示す。図 8に示結果では、レジスト膜が 200nmでモールドの深さ 710nmよりも小さ!/、ため、モールド底部とレジストの接触が回避されているため、モールド剥離によるパターンの変形がないことが確 piひ ] Ho

図面の簡単な説明 [図 1]図 1は、従来技術におけるナノインプリントによる微細パターン形成の各工程を説明する概略断面図を示す。

[図 2]図 2は、本発明に係るパターン形成方法の第一の実施態様を説明するための各工程の概略断面図を示す。

[図 3]図 3は、本発明に係るパターン形成方法の第二の実施態様を説明するための各工程の概略断面図を示す。なお、図 3では、モールドを配設するためのモールド台は省略する。

[図 4]図 4は、本発明の別の実施態様によるパターン形成方法を説明するスキームでめる。

[図 5]図 5は、本発明の第三の実施態様によるパターン形成方法の工程を説明する概略断面図である。

[図 6]図 6は、本発明による一つの実施態様であるパターン形成方法を実行するためのパターン形成装置の概略断面図である。

[図 7]図 7は、レジスト膜厚が 1 μ mを用いて形成されたパターン形状の SEM写真 (倍率 5000倍）を示す。

[図 8]図 8は、レジスト膜厚が 200nmを用いて、本発明によるパターン形成方法により形成されたパターン形状の SEM写真 (倍率 10000倍)を示す。

Claims

請求の範囲 [1] 凹凸部を備える第一のモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成する方法であって、

(1)前記第一のモールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記第一のモールドの凹凸部の形状を前記レジスト膜に転写するように、前記第一のモールドを前記レジスト膜に押圧する押圧工程と、

(2)前記第一のモールドを前記レジスト膜から剥離する剥離工程と、

(3)前記基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングするエッチングェ程と、

を備える方法。

[2] 前記押圧工程にお、て、前記凹部の底部が、前記レジスト膜の表面との接触を回避するように実行される、請求項 1に記載の方法。

[3] 前記第一のモールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高い、請求項 1または 2 のうち何れか一項に記載の方法。

[4] 前記押圧工程にお、て、前記第一のモールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である、請求項 1ないし 3のうち何れか一項に記載の方法。

[5] 前記第一のモールドはシリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである、請求項 1な、し 4のうち何れか一項に記載の方法。

[6] 前記レジスト膜は熱可塑性榭脂を含む、請求項 1ないし 5のうち何れか一項に記載の方法。

[7] 前記エッチング工程は、リアクティブイオンエッチングにより実行される、請求項 1ないし 6のうち何れか一項に記載の方法。

[8] 前記第一のモールドにより、前記基板上のレジスト膜に形成されるべきパターンに粗密がある場合、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が多い場合には、前記レジスト膜の厚さを、前記第一のモールドの凸部で押圧される領域が少ない場合における前記レジスト膜の厚さよりも薄くするように、第二のモールドを用いて前記レジスト膜を予め押圧する前処理工程を、さらに備える、請求項 1ないし 7のうち何れか一項に記載の方法。

[9] 前記前処理工程にお!、て、前記第二のモールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記レジスト膜へ押圧する、請求項 8に記載の方法。

[10] 前記第二のモールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高い、請求項 8または 9 に記載の方法。

[11] 前記前処理工程において、前記第二のモールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である、請求項 8ないし 10のうち何れか一項に記載の方法。

[12] 前記第二のモールドはシリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである、請求項 8な、し 11のうち何れか一項に記載の方法。

[13] 凹凸部を備えるモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成する方法であって、

(a)前記モールドを、上下に可動するァクチユエータの上に配設する工程と、

(b)前記ァクチユエータに対向して配設された試料台に、前記モールドと対向するように、前記基板を載置する工程と、

(c)前記基板を前記モールド上に載置させる工程と、

(d)支持体により、前記基板を有する前記試料台を支持する工程と、

(e)前記モールドが前記レジスト膜から離れるように、前記ァクチユエータを可動させる工程と、

を含む方法。

[14] (f)前記モールドを所定の温度まで加熱しながら又は所定の温度に加熱した後、前記モールドと前記レジスト膜が接触するように、前記ァクチユエータを可動させる工程を、さらに含む請求項 13に記載の方法。

[15] (g)前記モールドを前記レジスト膜から剥離するように、前記ァクチユエータを可動させる工程を、さらに含む請求項 14に記載の方法。

[16] (h)前記基板の表面が露出するように、前記レジスト膜をエッチングする工程を、さらに含む請求項 15に記載の方法。

[17] 前記 (f)の工程において、前記モールドの凹部の底力前記レジスト膜の表面との接触を回避するように実行される、請求項 14に記載の方法。

[18] 前記モールドの硬度は、前記レジスト膜の硬度よりも高い、請求項 13ないし 17のうち何れか一項に記載の方法。

[19] 前記モールドの所定の温度は、前記レジスト膜のガラス転移温度と同じ又はその前後の温度である、請求項 14ないし 17のうち何れか一項に記載の方法。

[20] 前記モールドは、シリコンを含む、又は該シリコンをマスターとして電铸により形成されたモールドである、請求項 13ないし 19のうち何れか一項に記載の方法。

[21] 前記レジストは、熱可塑性榭脂を含む、請求項 13ないし 20のうち何れか一項に記載の方法。

[22] 凹凸部を備えるモールドを用いて、基板上のレジスト膜にパターンを形成するためのパターン形成装置であって、

前記基板を載置する試料台と、

前記試料台と対向して配設され、前記モールドを可動させる第一のァクチユエータと、

前記試料台を支持する少なくとも 2つの支持体と、

前記試料台を上下に可動させ、前記支持体に配設される第二のァクチユエータと、前記支持体と前記試料台との接触を監視する監視ユニットと、

を備えるパターン形成装置。

[23] 前記監視ユニットは、前記支持体と前記試料台とを導体として、これらの間に電源を接続して通電量の監視を行う、請求項 22に記載のパターン形成装置。

[24] 前記電源は、交流電源である、請求項 23に記載のパターン形成装置。