JP2008179034A - インプリントモールド、インプリントモールド製造方法および表面改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細凹凸パターンの選択的な離型性に優れたインプリントモールドを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の表面改質装置は、アライメント機構により位置合わせを行った後、選択部位にのみエネルギー線を照射し、エネルギー線照射部位のみを選択的に反応場とすることで、選択部位の表面のみを改質することが出来る。このため、高アスペクト比の凹凸パターンの凹部底部であっても選択的に表面改質することが出来、凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であるインプリントモールドを製造し、提供することが出来る。
【選択図】 図６

Description

本発明は、インプリント法を用いたパターン形成に使用されるモールド（金型、原版に相当）に関するものである。

半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、転写パターンを形成したレチクルと呼ばれる原版を用い、レーザー光による縮小露光を行い、半導体基板上にパターンを転写するいわゆるフォトリソグラフィ法が使われている。（レチクルとは、半導体デバイスの製作工程でウエハ上に高集積な電気回路パターンを露光するために使用されるフォトマスクを指す。）また、近年、プロセッサやメモリ、システムＬＳＩ領域においては、高速化と大容量化を図るために電子デバイスの高集積化が進んでいる。

フォトリソグラフィ法は、形成するパターンのサイズや形状が露光する光の波長に大きく依存する。例えば、昨今の先端半導体デバイスの製造においては露光波長が１５０ｎｍ以上であるのに対し、最小線幅は６５ｎｍ以下となってきており、光の回折現象による解像限界に達している。レジストの解像度を増すために、近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）や位相シフトマスク、変形照明等の超解像技術を用いてはいるものの、パターンの微細化が進むにつれて、レチクル上パターンを半導体基板上に忠実に転写することが困難となってきている。

上述の問題を解消する次世代リソグラフィ技術の一つの候補として、インプリント法が挙げられている。インプリント法は、最終的に転写すべきパターンの凹凸反転像に対応するパターンが形成されたモールドと呼ばれる型１０１をレジスト等のパターン形成したい樹脂１０２を塗布した基板１０３に型押し、その状態で熱あるいは紫外線などによって材料を硬化させることでパターン転写するものである（図１）。熱硬化によるものを熱インプリント法と呼び（例えば、非特許文献１及び非特許文献２を参照）、紫外線硬化によるものを光インプリント法と呼んでいる（例えば、特許文献１を参照）。モールド側に樹脂層を塗布し、既にパターニングされている層上に重ねて圧着することにより３次元積層構造体の形成も可能である。そのため、半導体用途以外にも回折格子、偏向板、細胞培養シートなど光学、バイオ分野での機能性部材の開発、生産への幅広い適用が検討されている。

また、熱インプリント法の応用としてリバーサルインプリントリソグラィー法（以下、ＲＩＬ法と表記）が提唱されている（例えば、非特許文献３を参照）。ＲＩＬ法の原理を図２に示す。通常の熱インプリント法では、モールドもしくは転写基板に樹脂を塗布し、通常樹脂のガラス転移点温度（以下、Ｔｇと標記）以上に昇温した状態でモールドと転写基板を圧着させて冷却したのち、モールドと転写基板を引き離すものである。一方、ＲＩＬ法はモールド側に樹脂を塗布し、Ｔｇ以下の状態でモールドと転写基板とを圧着させ、引き離すことによりモールドの凸部の樹脂を選択的に基板に転写するものである。このＲＩＬ法を用いると、１種類のモールドでネガ、ポジの２種類のパターン転写が可能になり、通常のインプリント法で必ず生じていた樹脂の残膜１０４がない反転パターン１０５の転写が可能となる。

インプリントリソグラフィー法においては、モールドと基板上に生成したレジスト等の樹脂パターンとの剥離性は重要である。通常のインプリントにおいても、プレス後にモールドと樹脂を引き離す場合に、モールドと樹脂の付着や摩擦により、全てもしくは部分的に樹脂がモールドとともに剥離や変形する現象が見られることがある。これはモールドまたは樹脂の表面エネルギーが大きいためである。また、特に、ＲＩＬ法の場合は転写部分の剥離性が要求される一方で、非転写部分の樹脂はモールド側に確実に保持されている必要がある。

インプリントモールドの剥離性向上のために、表面エネルギーの小さいフッ素ポリマーなどを剥離剤としてモールドの転写面全面に形成し、モールドと基板上の樹脂間の剥離性を向上させる方法が提案されている。一例として挙げると、モールド表面のシリコン酸化膜のＯＨ基にシランカップリング剤を離型剤として作用させることで、表面エネルギーの小さい（＝疎水性の強い＝接触角の大きい）膜（これを離型層と呼ぶ）をモールド表面に形成している。この離型層によりモールドと樹脂との付着力を下げることが出来る。（例えば、非特許文献２を参照）。

また、フッ素原子を含むプラズマ処理によりフッ素ポリマーを表面に堆積させる疎水化処理、Ａｒガスによるモールドの表面非平滑化、モールドのパターンに傾斜をつけた凹凸パターンの順テーパー形状化などの方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００３−７７８０７号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．６７、１９９５年、Ｐ３３１４ 「ナノインプリント技術徹底解説」、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ、２００４年１１月２２日、Ｐ２０−３８ Ｌ．−Ｒ．Ｂａｏ， Ｘ． Ｃｈｅｎｇ， Ｘ． Ｄ． Ｈｕａｎｇ， Ｌ． Ｊ． Ｇｕｏ， Ｓ． Ｗ． Ｐａｎｇ， ａｎｄ Ａ． Ｆ． Ｌｅｅ：，Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｖｅｒ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ， Ｊ．Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ２０， （２００２） ２８８１．

しかしながら、フッ素原子を含むプラズマ処理による疎水化は、ポリマー１０６がモールドの開口部境界に入り込みにくく、プラズマ中に露出する時間を増やしてもポリマーは開口部の入り口に多く堆積し、微細パターン側面奥ならびに底面領域１０７には付着しないという問題がある（図３）。

また、同様の理由でＡｒガスによるモールドの表面非平滑化処理についても、微細なパターンが形成されているモールドの内壁に対してプラズマが入り込みにくく、モールドの適切な表面改質を行なうことが困難である。

また、モールドの順テーパー形状化（図４）については、アスペクト比が高い微細パターンに対して形成する事は困難である他、転写を行なうパターンの忠実度が損なわれるという問題もある。特に、順テーパー形状化したモールド１０８はＲＩＬ法でインプリントを行なう場合にモールド凹部に樹脂を保持する事が困難となる。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、微細凹凸パターンの選択的な離型性に優れたインプリントモールドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、凹凸パターン部を備えたインプリントモールドにおいて、前記凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であることを特徴とするインプリントモールドである。
なお、ここで、「凹凸パターン」とは、矩形状の溝パターンに限らず、任意の形状の段差を有するパターンであるものとし、凹凸パターンが多段の場合も含むものとして定義する。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、凹凸パターン部の凹部が、凸部と比べて選択的に剥離性が向上していることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、凹凸パターン部の凸部が、凹部と比べて選択的に剥離性が向上していることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールドであって、凹凸パターン部の剥離性が向上している部位は、フッ素原子を含む層を設けた部位であることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項５に記載の本発明は、試料表面の選択部位に薄膜を形成する表面改質装置であって、エネルギー線を発生するためのエネルギー線発生機構と、薄膜の原料を供給するための反応性ガス供給機構と、試料を固定するための試料固定機構と、試料表面をマッピングし、試料表面の位置制御を行うためのアライメント機構と、試料表面の選択部位の位置データを保持するためのメモリ保持機構と、前記メモリ保持部に保持されたデータが示す部位に、エネルギー線が照射されるようにエネルギー線の照射部位を制御するための制御機構と、を備えたことを特徴とする表面改質装置である。

請求項６に記載の本発明は、凹凸パターン部を備えたインプリントモールド製造方法であって、基板に対してアライメントを行う工程と、前記基板に凹凸パターン部を形成する工程と、前記凹凸パターン部の選択部位にエネルギー線を照射する工程と、前記エネルギー線を照射しながら反応性ガスを供給する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

本発明の表面改質装置は、アライメント機構により位置合わせを行った後、選択部位にのみエネルギー線を照射し、エネルギー線照射部位のみを選択的に反応場とすることで、選択部位の表面のみを改質することが出来る。このため、微細凹凸パターン（例えば、高アスペクト比の凹凸パターンの凹部底部など）であっても選択的に表面改質することが出来、凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であるインプリントモールドを製造し、提供することが出来る。

以下、本発明のインプリントモールドについて説明を行う。
本発明のインプリントモールドは、
凹凸パターン部を備えたインプリントモールドにおいて、
前記凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であること
を特徴とする。

凹凸パターン部内で剥離性が不均一であることにより、一つのインプリントモールドの形状から、剥離性が向上している部位を制御することにより、類似した多彩なパターン形成を行うことが出来る。

このとき、凹凸パターン部の凹部が、凸部と比べて選択的に剥離性が向上していることが好ましい。凹凸パターン部の凹部が、凸部と比べて選択的に剥離性が向上していることにより、インプリント法において、凹部パターン部分の剥離性が向上し、同時に凸部パターン部分の樹脂はモールド側に保持されるため、凹部パターンを精度良く転写し、凹部パターン以外の残膜を抑制することが出来る（図６）。

また、凹凸パターン部の凸部が、凹部と比べて選択的に剥離性が向上していることが好ましい。凹凸パターン部の凸部が、凹部と比べて選択的に剥離性が向上していることにより、転写部分の剥離性を向上し、非転写部分の樹脂をインプリントモールド側に保持することが出来るため、特に、ＲＩＬ法に用いるインプリントモールドとして好適に用いることが出来る（図７）。

また、凹凸パターン部の剥離性が向上している部位は、フッ素原子を含む層を設けた部位であることが好ましい。フッ素原子を含む層を設けることで、設けた部位の表面のみを選択的に、表面エネルギー表面エネルギーの小さい（＝疎水性の強い＝接触角の大きい）部位にすることが出来、剥離性を向上させることが出来る。

以下、本発明のインプリントモールド製造方法について説明を行う。
本発明のインプリントモールド製造方法は、
基板に凹凸パターン部を形成する工程と、
前記基板に対してアライメントを行う工程と、
前記凹凸パターン部の選択部位にエネルギー線を照射する工程と、
前記エネルギー線を照射しながら反応性ガスを供給する工程と、
を備えたことを特徴とする。

＜基板に凹凸パターン部を形成する工程＞
まず、基板に凹凸パターンを形成する。

基板に用いる基板材料としては、特に限定されず、例えば、基板材料として、シリコン、酸化シリコン、炭化シリコン、ニッケル、アルミ、アルミナ、チタン、クロム、石英ガラス、珪ホウ酸ガラス、ダイヤモンドなどを用いても良い。このため、本発明のインプリントモールドは、特定のインプリント法に限定されず、熱可塑性樹脂にパターン転写する熱インプリント法、光硬化性樹脂にパターン転写する光インプリント法、熱や光を必要としないＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓ Ｑｕｉｏｘａｎｅ）にパターン転写する室温インプリント法、金属やガラスへ直接パターン転写する直接インプリント法など、それぞれに適する基板材料を選択することが出来る。

凹凸パターン部の形成については、所望するパターンの形状、寸法にあわせて、適宜公知のパターン形成方法により、形成してよい。例えば、基板にレジスト樹脂を塗布し、パターン露光を行い、エッチングすることにより形成しても良い。

＜アライメントを行う工程＞
次に、後述する「エネルギー線を照射する工程」において、精度良く選択部位にエネルギー線を照射するために、基板の位置情報の取得ならびに位置制御を行う。アライメント方法としては、凹凸パターンのパターン精度に応じて、適宜公知の方法を用いて行って良い。例えば、あらかじめ、基板に対してアライメントマークを設け、設計パターンのアライメント位置と対照させるアライメント方法を用いても良い。

＜凹凸パターン部の選択部位にエネルギー線を照射する工程＞
＜エネルギー線を照射しながら反応性ガスを供給する工程＞
次に、所望するパターンに応じて、剥離性を向上させたい部位に、エネルギー線を照射し、反応性ガスを供給し、インプリントモールド表面に、表面エネルギーの小さい層を作り、エネルギー線照射部位のみを選択的に表面改質する。エネルギー線照射部位を反応場とすることにより、エネルギー線照射部位のみに選択的に反応性ガスを原料とした層形成を行うことができ、選択部分のみに、表面改質を行うことが出来る。

以下、本発明の表面改質装置について説明を行う。
本発明の表面改質装置は、
試料表面の選択部位に薄膜を形成する表面改質装置であって、
エネルギー線を発生するためのエネルギー線発生機構と、
薄膜の原料を供給するための反応性ガス供給機構と、
試料を固定するための試料固定機構と、
試料表面をマッピングし、試料の位置制御を行うためのアライメント機構と、
試料表面の選択部位の位置データを保持するためのメモリ保持機構と、
前記メモリ保持部に保持されたデータが示す部位に、エネルギー線が照射されるようにエネルギー線の照射部位を制御するための制御機構と、
を備えたことを特徴とする。

エネルギー線発生機構としては、後述する反応性ガスがエネルギーを受けて解離し、基板表面に堆積もしくは基板を腐食させる反応を引き起こすだけのエネルギーを持つエネルギー線を発生することが要求される。エネルギー線としては、例えば、電子線や遠赤外線（ｄｅｅｐ ＵＶ）レーザーなどであっても良い。

反応性ガス供給機構としては、選択したエネルギー線および形成する薄膜に応じた反応性ガスを反応場である試料表面へ供給することが要求される。インプリントモールドの剥離性を向上させるために表面改質を行う場合、例えば、フッ素を含むガスを供給しても良い。

試料固定機構としては、試料を反応の間中、位置がズレないように保持できることが要求される。

アライメント機構としては、試料表面を取得し、試料の位置を制御出来ることが要求される。アライメント方法としては、例えば、あらかじめ、基板に対してアライメントマークを設け、設計パターンのアライメント位置と対照させるアライメント方法を用いても良い。

メモリ保持機構としては、表面改質を行う部位の位置データを保持し、アライメント機構および制御機構へデータを渡すことが出来ることが要求される。選択的改質箇所がインプリントモールドの凸部もしくは凹部の領域である場合、インプリントモールドを作成する際に使用した凹凸パターンの描画パターンデータをそのまま利用することが出来る。

制御機構としては、メモリ保持機構から渡された位置データに応じて、エネルギー線の照射位置を所望する試料表面部位へ照射することが出来ることが要求される。

エネルギー線発生機構、試料固定機構、アライメント機構、制御機構、などのエネルギー線照射機構については、公知の半導体向け欠陥修正装置の機構を利用しても良い。

レーザー、可変成形方式電子ビーム描画装置のビーム照射機構は、点光源に比べて広範、複雑な処理領域においても一括に高速な照射が出来るという利点を有する。
また、電子ビーム、遠赤外線レーザーは、焦点深度が数μｍあることから、照射対象であるインプリントモールドの凹凸パターンが高アスペクト比であっても好適に用いることが出来、ビーム照射時間は冗長でないという利点を有する。

図５に、エネルギー線として電子線を用いた場合の、本発明の表面改質装置の一例を示す。電子線を光源に用いる場合は、電子光学系光路が真空であることが求められ、ビーム照射領域近傍のみ反応性ガスが存在し、反応に寄与しない余剰ガスは速やかに反応室内から排気される必要がある。

本発明の表面改質装置において、エネルギー線として電子線を用いた表面改質装置は、電子銃１、ウェーネルト電極２、加速電極３、ブランキング電極４、第１レンズ５、第１成形スリット６、第２レンズ７、第２成形スリット８、縮小レンズ９、位置決め偏向器１０、対物レンズ１１を備えている。
また、真空試料室１２内には、試料１３、試料ステージ１４があり、制御装置１５と接続されている。
また、反応性ガス導入装置１６は、ビーム照射部近傍のみに噴射するためのガスノズル１７を通して、ビーム照射部近傍のみに必要量噴射される。
また、前記のように電子線を光源に使用する場合は真空度を高く保つ必要があるため、ビーム照射部以外にガスが拡散しないようにガス排気管１８をビーム照射部近傍に設置し、真空試料室１２と同様に真空ポンプ１９で排気を行なう。

本発明の表面改質装置は、アライメント機構により位置合わせを行った後、選択部位にのみエネルギー線を照射し、エネルギー線照射部位のみを選択的に反応場とすることで、選択部位の表面のみを改質することが出来る。このため、微細凹凸パターン（例えば、高アスペクト比の凹凸パターンの凹部底部など）であっても選択的に表面改質することが出来、凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であるインプリントモールドを製造し、提供することが出来る。また、特に、ＲＩＬ法に用いるのに好適な部位によって異なる離型性が求められるインプリントモールドを製造し、提供することが出来る。

以下、本発明の表面改質装置を用いたインプリントモールドの製造方法について具体的に、一例を挙げながら説明を行う。

まず、１００ｎｍ幅の１：１Ｌｉｎｅ ＆ Ｓｐａｃｅに対応する凹凸パターンが形成されたシリコン基板を用意した。

次に、図５に示す本発明の表面改質装置を用いて、凹凸パターンの凹部のみに選択的に表面改質を行った。このとき、反応性ガスとして、Ｃ_４Ｆ_８を用いた。

以上より、凹凸パターンの凹部の剥離性が選択的に向上したインプリントモールドを製造できた。このとき、高アスペクト比である凹部底辺にフッ素原子を含む層が形成されていることが確認できた（図６）。

本発明のインプリントリソグラフィー法を説明する断面図である。 本発明のリバーサルインプリントリソグラィー法を説明する断面図である。 従来方法でのプラズマによる表面改質後のモールドを説明する断面図である。 従来方法でのモールド離型性能向上のための順テーパー加工を施したモールドを説明する断面図である。 本発明の一実施例である可変成形方式の電子ビームを光源に用いた選択的表面改質装置を示す図である。 本発明による選択的表面改質結果後のモールドを説明する断面図である。 本発明による選択的表面改質結果後のモールドを説明する断面図である。

符号の説明

１・・・電子銃
２・・・ウェーネルト電極
３・・・加速電極
４・・・ブランキング電極
５・・・第１レンズ
６・・・第１成形スリット
７・・・第２レンズ
８・・・第２成形スリット
９・・・縮小レンズ
１０・・・位置決め偏向器
１１・・・対物レンズ
１２・・・真空試料室
１３・・・試料
１４・・・試料ステージ
１５・・・制御装置
１６・・・反応性ガス導入装置
１７・・・ガスノズル
１８・・・ガス排気管
１９・・・真空ポンプ
２０・・・アラインメントマーク
２１・・・データ
１０１・・・モールド
１０２・・・樹脂
１０３・・・基板
１０４・・・樹脂の残膜
１０５・・・反転パターン
１０６・・・ポリマー
１０７・・・微細パターン側面奥ならびに底面領域
１０８・・・順テーパー形状化したモールド

Claims (6)

1. 凹凸パターン部を備えたインプリントモールドにおいて、
   前記凹凸パターン部の剥離性が凹凸パターン部内で不均一であること
   を特徴とするインプリントモールド。
2. 請求項１に記載のインプリントモールドであって、
   凹凸パターン部の凹部が、凸部と比べて選択的に剥離性が向上していること
   を特徴とするインプリントモールド。
3. 請求項１に記載のインプリントモールドであって、
   凹凸パターン部の凸部が、凹部と比べて選択的に剥離性が向上していること
   を特徴とするインプリントモールド。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールドであって、
   凹凸パターン部の剥離性が向上している部位は、フッ素原子を含む層を設けた部位であること
   を特徴とするインプリントモールド。
5. 試料表面の選択部位に薄膜を形成する表面改質装置であって、
   エネルギー線を発生するためのエネルギー線発生機構と、
   薄膜の原料を供給するための反応性ガス供給機構と、
   試料を固定するための試料固定機構と、
   試料表面をマッピングし、試料の位置制御を行うためのアライメント機構と、
   試料表面の選択部位の位置データを保持するためのメモリ保持機構と、
   前記メモリ保持部に保持されたデータが示す部位に、エネルギー線が照射されるようにエネルギー線の照射部位を制御するための制御機構と、
   を備えたことを特徴とする表面改質装置。
6. 凹凸パターン部を備えたインプリントモールド製造方法であって、
   基板に凹凸パターン部を形成する工程と、
   前記基板に対してアライメントを行う工程と、
   前記凹凸パターン部の選択部位にエネルギー線を照射する工程と、
   前記エネルギー線を照射しながら反応性ガスを供給する工程と、
   を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。