JP2009034926A - 樹脂パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まりの向上が図られた樹脂パターン形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る樹脂パターン形成方法によれば、モールド１０が基板２０に押し付けられた際、凸パターン１２よりも高さの高いスペーサ部１４が基板２０に当接する。そのため、凸パターン１２の密集度に関わらずに、均一な荷重負荷を実現することができる。その結果、所望の樹脂パターン３０Ａを高い確度で得ることができ、高い歩留まりが実現される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ナノインプリント法を用いた樹脂パターン形成方法に関する。

近年、ナノインプリント法を用いて、基板表面に微細パターンを形成する方法の研究が進められている。ナノインプリント法は、例えば、下記非特許文献１，２に開示されている。

一般的なナノインプリントは、図１０に示す手順に沿っておこなわれる。すなわち、図１０（ａ）に示すように、まずはステージＳ上に設置された基板１２０の表面に、均一厚さのモノマー樹脂１３０をスピン塗布する。次に、図１０（ｂ）に示すように、転写パターンが形成されたモールド１１０を、上記基板１２０に平行になるようにヘッドＨで保持した状態で、基板１２０に徐々に押し付けていく。そして、モールド１１０を基板１２０に押し付けた状態で、熱や光などにより基板表面の樹脂１３０を硬化させる。最後に、図１０（ｃ）に示すように、ヘッドＨを上昇させてモールド１１０を基板１２０から離すことにより、ナノインプリント法を用いた基板表面へのパターン１３０Ａの形成が完了する。

このようなパターニング形成においては、高い歩留まりを実現するために、基板１２０とモールド１１０とが高い精度で平行にする必要がある。そこで、モールド１１０の凸パターンの先端部それぞれを基板表面に当接させることで、基板１２０とモールド１１０とを平行にする技術が研究されている。
S.Y. Chou，P.R. Krauss and P.J.Renstrom， "Imprint of sub-25 nm vias and trenches inpolymers"，Applied Physics Letters, vol.96, 1995,pp.3114-3116． S.Y. Chou，P.R. Krauss and P.J.Renstrom， "Nanoimprint Lithography"， J.Vac.Sci.Technol. vol.B14，1996，pp.4129-4133．

前述した従来の樹脂パターン形成方法には、次のような課題が存在している。すなわち、モールドのパターンの先端部が基板表面に当接するようにモールドを基板に密着させた場合、一般にパターンの密集度は領域ごとに異なっているため、均一な荷重負荷が非常に困難であり、歩留まりの低下を招いてしまうという問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、歩留まりの向上が図られた樹脂パターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明に係る樹脂パターン形成方法は、ナノインプリント法により、基板上に樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成方法であって、基板の表面を、樹脂パターンとなるべき樹脂で覆う工程と、基板と対向する側の面に凸パターンと凸パターンよりも高いスペーサ部とが形成されたモールドを、基板に押し付けて、スペーサ部を基板に当接させる工程と、モールドを基板に押し付けた状態で樹脂を硬化させる工程と、モールドを基板から離間させて、樹脂パターンを得る工程とを含む。

この樹脂パターン形成方法においては、モールドが基板に押し付けられた際、凸パターンよりも高いスペーサ部が基板に当接する。そのため、凸パターンの密集度に関わらずに、均一な荷重負荷を実現することができる。その結果、所望の樹脂パターンを高い確度で得ることができ、高い歩留まりが実現される。その上、凸パターンを基板に当接させる必要がないため、パターン深さの自由度が高くなっている。

また、スペーサ部が凸パターンの周囲に複数設けられている態様でもよく、スペーサ部が凸パターンの周囲を囲むように環状に設けられている態様でもよい。

さらに、モールドには、凸パターンが形成されたパターン形成領域が複数設けられており、スペーサ部は複数のパターン形成領域の間に介在するように設けられている態様でもよい。

本発明によれば、歩留まりの向上が図られた樹脂パターン形成方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

以下では、ナノインプリント法を利用して半導体レーザを作製する方法について説明する。

ナノインプリント法では、所定のモールドを用いて基板上に樹脂パターンを形成するが、本実施形態では、図１〜図３に示すモールド１０を用いる。このモールド１０は、例えば石英で構成されており、図１に示すように略円板状の形状を有している。

モールド１０の主面１０ａの中央領域には、複数の凸パターン１２がマトリクス状に規則的に配置されている。各凸パターン１２は、図２に示すように、平行に並ぶ同一長さの複数のパターン１２ａで構成されており、およそ３００μｍだけ離間させて設けられている。なお、図１においては、１２組の凸パターン１２が３×４のマトリクス状に配列されている態様を示しているが、配列態様は適宜変更することができ、およそ１００×１００のマトリクス状に配列する態様であってもよい。

また、凸パターン１２の各パターン１２ａの長さはおよそ３０μｍ、ピッチはおよそ２４０ｎｍとなっている。さらに、凸パターン１２は、図３に示すように、断面が矩形波状となっており、各パターン１２ａは主面１０ａからの高さ（ｄ_１）が同一（例えば１４０ｎｍ）となっている。

また、モールド１０の周端部には、その周縁に沿うように、３つの円弧帯状のスペーサ部１４が設けられている。３つのスペーサ部１４は、同一形状を有しており、等間隔で配置されている。各スペーサ部１４の主面１０ａからの高さ（ｄ_２）は同一であり、上述した凸パターン１２のパターン高さｄ_１よりも高くなっている（すなわち、ｄ_２＞ｄ_１）。

続いて、上記モールド１０を用いてパターニングされる基板２０について、図４を参照しつつ説明する。

基板２０は、オリエンタルフラットを有する半導体エピウェハであって、複数の半導体層を含む多層構造となっている。具体的には、最下層のＩｎＰ基板２１の上に、下から順にｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型回折格子層２４、ＳｉＯ_２層２５が積層されて形成されている。

ＩｎＰ基板２１は、例えば、その厚さが３５０μｍ、キャリア濃度が約１．０×１０^１８ｃｍ^−３となっており、下記の半導体層２２，２３，２４が有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）により成長されている。

ｎ型クラッド層２２は、ＩｎＰ層であって、例えば、その厚さが０．５５μｍ、キャリア濃度が約８．０×１０^１７ｃｍ^−３となっている。活性層２３は、ＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体で構成された層であって、その構造は、単一の半導体層からなる構造、単一の量子井戸構造、多重量子井戸構造等から適宜選択可能である。回折格子層２４は、後述の回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ層であって、その厚さが０．５μｍ、キャリア濃度が約５．０×１０^１７ｃｍ^−３となっている。

ＳｉＯ_２層２５は、プラズマＣＶＤによって、回折格子層２４の上に厚さ３０ｎｍで形成されている。

そして、基板２０上に樹脂パターンを形成する際には、基板２０上に感光性の樹脂３０がスピン塗布される。この樹脂３０としては、例えば、東洋合成工業のＰＡＫ−０１が利用可能である。

次に、上述したモールド１０を用いて、基板２０上に樹脂パターンを形成する手順について、図５を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ナノインプリントをおこなうステージＳ上に基板２０を設置すると共に、その基板２０に平行に対面するようにモールド１０をヘッドＨで保持して、モールド１０の主面１０ａを基板２０に向けて配置する。

次に、基板２０とモールド１０とを平行に保持しつつヘッドＨを下降させて、図５（ｂ）に示すように、モールド１０を基板２０に所定の圧力（例えば、１３ＭＰａ）で押し付ける。このとき、モールド１０の基板２０と対向する側の面（主面）１０ａに形成されたスペーサ部１４が基板２０に当接する。この押し付けによって、モールド１０に形成された凸パターン１２が基板２０上の樹脂３０に転写され、樹脂３０の上面に凸パターンの逆パターン（いわゆる、ネガパターン）が形成される。なお、ヘッドＨの調整によってモールド１０と基板２０とを厳密に平行にすることは非常に困難であり、上記押し付け過程では、いずれかのスペーサ部１４がまず基板２０に当接し、さらに押圧力を増していくと、３つ全てのスペーサ部１４が基板２０に当接して、モールド１０と基板２０とが平行となる。このとき、凸パターン１２は基板２０に当接しないため、その機械的損傷を回避することができる。

そして、モールド１０を基板２０に押し付けた状態で、モールド１０の凸パターン１２に樹脂３０が流動して圧力が安定するのを待ち、その後に樹脂３０に紫外線を照射して、樹脂３０を硬化させる。それにより、上記ネガパターンが形成された樹脂パターン３０Ａが形成される。

最後に、図５（ｃ）に示すように、ヘッドＨを上昇させて、基板２０からモールド１０を離間させて、基板２０上への樹脂パターン３０Ａの形成が完了する。

続いて、以上のようにして形成した樹脂パターン３０Ａを用いて、回折格子層２４の回折格子を形成する手順を、図６を参照しつつ説明する。

図６（ａ）のように基板２０のＳｉＯ_２層２５上に樹脂パターン３０Ａを形成した後、図６（ｂ）に示すように、Ｏ_２プラズマにより残膜の除去処理をおこない、樹脂パターン３０Ａの凹部に対応する領域のＳｉＯ_２層２５を露出させる。そして、ＣＦ_４ガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）をおこない、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２層２５の露出領域を部分的に除去する。さらに、図６（ｄ）に示すように、Ｏ_２プラズマによって、残った樹脂パターン３０Ａを除去する。

次に、図６（ｅ）に示すように、パターン成形されたＳｉＯ_２層２５をマスクとして、メタン・水素ガスのＲＩＥで回折格子層２４を深さ４０ｎｍだけエッチング除去する。そして、図６（ｆ）に示すように、マスクとして用いたＳｉＯ_２層２５をフッ酸で除去する。さらに、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液で回折格子層２４表面をわずかにエッチングした後、その上に、ｐ型クラッド層２６、ｐ型キャップ層２７、シリコン系無機絶縁層（ＳｉＯ_２層）２８、感光性レジスト層２９を順次形成する。

ここで、クラッド層２６は、ＩｎＰで構成されており、その厚さが０．４μｍ、キャリア濃度が８．０×１０^１７ｃｍ^−３となっており、キャップ層２７はＩｎＧａＡｓで構成されており、その厚さが０．２μｍ、キャリア濃度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３となっている。

以上により、ＩｎＰ基板２１上に、ｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型回折格子層２４、ｐ型クラッド層２６、ｐ型キャップ層２７、無機絶縁層２８、感光性レジスト層２９が順次積層された積層基板４０が得られる。

続いて、上記積層基板４０を用いてメサ型半導体レーザを作製する手順を、図７を参照しつつ説明する。

図７（ａ）に示す積層基板４０のレジスト層２９に対し、所定パターンを有するフォトマスクを用いて露光及び現像をおこない、回折格子層２４の回折格子の並び方向に延びるストライプ状レジスト層２９ａを得る（図７（ｂ）参照）。次に、ストライプ状レジスト層２９ａをマスクとして絶縁層２８のエッチングをおこなってストライプ状絶縁層２８ａを得ると共に、ストライプ状レジスト層２９ａを除去する（図７（ｃ）参照）。さらに、ストライプ状絶縁層２８ａをマスクとして、ＩｎＰ基板２１が露出するまで、例えば、ブロムメタノール等を用いてエッチングをおこない、半導体メサ４０ａを形成する（図７（ｄ）参照）。

そして、半導体メサ４０ａが形成された積層基板４０を有機金属気相成長炉内に入れて、ストライプ状絶縁層２８ａを選択成長マスクとして使用し、メサ側面に電流阻止層（埋め込み層）４１，４２，４３を形成する（図７（ｅ）参照）。この電流阻止層は、ｐ型ＩｎＰ層４１、ｎ型ＩｎＰ層４２及びｐ型ＩｎＰ層４３によって構成される。ここで、ｐ型ＩｎＰ層４１は、その厚さが１０００ｎｍ、キャリア濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^−３であり、ｎ型ＩｎＰ層４２は、その厚さが１０００ｎｍ、キャリア濃度が１．８×１０^１８ｃｍ^−３であり、ｐ型ＩｎＰ層４３は、その厚さが２００ｎｍ、キャリア濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^−３である。なお、上記電流阻止層４１，４２，４３において、ｐ型不純物はＺｎであり、ｎ型不純物はＳｉである。

その後、積層基板４０を有機金属気相成長炉から取り出し、ストライプ状絶縁層２８ａをフッ酸水溶液で除去して、さらに、キャップ層２７をリン酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて選択的にエッチング除去する。そして、再び、積層基板４０を有機金属気相成長炉に入れて、ｐ型ＩｎＰクラッド層４４及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５を成長させる（図７（ｆ）参照）。ここで、ｐ型ＩｎＰクラッド層４４は、その厚さが１．６μｍであり、キャリア濃度が１．５×１０^１８ｃｍ^−３であり、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５は、その厚さが０．５２μｍ、キャリア濃度が１．５×１０^１９ｃｍ^−３である。なお、電流阻止層４１，４２，４３及びコンタクト層４５の成長は６５０℃でおこなう。

さらに、コンタクト層４５の上に、後にオーミックコンタクトさせるための開口部を半導体メサ４０ａに対応する領域に有する絶縁層４６を形成する。そして、フォトリソ及びリフトオフにより、パターニングされた電極層４７を蒸着して形成する（図７（ｇ）参照）。最後に、基板２１の裏面を研磨して、厚さ１００μｍの電極層４８を形成し、半導体レーザ５０の作製が完了する。

以上で詳細に説明したとおり、半導体レーザ５０は、ナノインプリント法を利用して作製される。このとき、まず、基板２０の表面が、樹脂パターン３０Ａとなるべき樹脂３０で覆われる。そして、基板２０と対向する側の面（主面）１０ａに凸パターン１２とスペーサ部１４とが形成されたモールド１０が、基板２０に押し付けられて、スペーサ部１４が基板２０に当接される。さらに、モールド１０が基板２０に押し付けられた状態で樹脂３０が硬化され、最後に、モールド１０を基板２０から離間させて、樹脂パターン３０Ａが得られる。

モールド１０の凸パターン１２の密集度が領域ごとに異なっているため、従来技術では、均一な荷重負荷が非常に困難であり、歩留まりが低下する問題があった。

ところが、上述の樹脂パターン形成方法によれば、モールド１０が基板２０に押し付けられた際、凸パターン１２よりも高さの高いスペーサ部１４が基板２０に当接する。そのため、凸パターン１２の密集度に関わらずに、均一な荷重負荷を実現することができる。その結果、所望の樹脂パターン３０Ａを高い確度で得ることができ、高い歩留まりが実現される。

その上、凸パターン１２を基板に当接させる必要がないため、パターン深さの自由度が高くなっている。つまり、スペーサ部１４により高い平行度を実現しつつ、樹脂３０の厚さより浅いパターンを形成したり、深さの異なるパターンを同一パターン内に形成したりすることができる。

上述した実施形態においては、パターン１２ａが同一周期で２４０ｎｍ間隔で並んでいる例を挙げて説明したが、位相シフト構造や周期が変調している構造のパターンに適宜変更してもよい。

なお、上述した実施形態においては、モールド１０の寸法と基板２０の寸法とが略同一である場合について説明したが、図８に示すように、基板２０の寸法に比べて小さい寸法のモールド１０を用いて、複数回に分けて樹脂パターン３０Ａの形成をおこなってもよい。基板側の表面凹凸が大きい場合に、このように小さく分割してインプリントすることで、基板表面の凹凸の影響が抑えられ、より均一なパターンを得ることができる。

上述したように、スペーサ部１４は凸パターン１２の周囲に複数設けられている態様の他、図９に示すような態様であってもよい。具体的には、スペーサ部１４は、凸パターン１２の周囲を囲むような円環状（図９（ａ）参照）や多角形環状（図９（ｂ）参照）であってもよい。また、スペーサ部１４は、複数の凸パターン１２の形成領域の間に介在するように、複数のスリット状（図９（ｃ）参照）や十字状（図９（ｄ）参照）であってもよい。

本発明の実施形態に係るモールドを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のα−α線断面図を示している。 図１のモールドに形成された凸パターンを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 図１のモールドに形成された凸パターンを示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 本発明の実施形態に係る基板を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図１のモールドを用いて、図４の基板上に樹脂パターンを形成する手順を示したフロー図である。 図４の基板上に形成された樹脂パターンを用いて回折格子層に回折格子を形成する手順を示したフロー図である。 図６のフロー図の手順により得られた積層基板から半導体レーザを作製する手順を示したフロー図である。 異なる態様の実施形態を示した図である。 モールドのスペーサ部の異なる態様を示した図である。 従来技術に係る樹脂パターン形成方法の手順を示したフロー図である。

符号の説明

１０…モールド、１２…凸パターン、１４…スペーサ部、２０…基板、３０…樹脂、３０Ａ…樹脂パターン、４０…積層基板、５０…半導体レーザ。

Claims (4)

1. ナノインプリント法により、基板上に樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成方法であって、
   前記基板の表面を、前記樹脂パターンとなるべき樹脂で覆う工程と、
   前記基板と対向する側の面に凸パターンと前記凸パターンよりも高いスペーサ部とが形成されたモールドを、前記基板に押し付けて、前記スペーサ部を前記基板に当接させる工程と、
   前記モールドを前記基板に押し付けた状態で前記樹脂を硬化させる工程と、
   前記モールドを前記基板から離間させて、前記樹脂パターンを得る工程と
   を含む、樹脂パターン形成方法。
2. 前記スペーサ部が前記凸パターンの周囲に複数設けられている、請求項１に記載の樹脂パターン形成方法。
3. 前記スペーサ部が前記凸パターンの周囲を囲むように環状に設けられている、請求項１に記載の樹脂パターン形成方法。
4. 前記モールドには、前記凸パターンが形成されたパターン形成領域が複数設けられており、前記スペーサ部は前記複数のパターン形成領域の間に介在するように設けられている、請求項１に記載の樹脂パターン形成方法。

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