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JP2010221374A - インプリントパターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】良好にパターンを形成することが可能なインプリントパターン形成方法を提供する。
【解決手段】基板１００上に形成したレジスト１０１に表面側にパターンを有するテンプレート１０２を接触させてパターンにレジスト１０１を充填する工程と、パターンに充填されたレジスト１０１を硬化させてレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンを形成した後、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えながら、テンプレート１０２をレジストパターンから離型する工程と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インプリントパターン形成方法に関する。
近年、ナノインプリントと呼ばれる微細加工技術の開発が進められている。
このナノインプリントにおけるパターン形成方法では、転写すべきパターンを形成した原版の型（テンプレート）を、基板上に塗布されている光硬化性有機材料（レジスト）に接触させ、光照射を行なってレジストを硬化させ、さらにレジストからテンプレートを離型させることでレジストパターンが形成される（例えば特許文献１または２を参照）。
しかしながら、テンプレートをレジストから離型する工程では、パターンの疎密に応じてレジストの一部がテンプレートに引き抜かれて欠陥になりやすいといった問題があり、必ずしも良好にパターンが形成できるとは言えなかった。
特開２００１−６８４１１号公報 特開２０００−１９４１４２号公報
本発明は、良好にパターンを形成することが可能なインプリントパターン形成方法を提供することを目的としている。
本発明の一視点に係るインプリントパターン形成方法は、基板上に形成したインプリント材料に表面側にパターンを有するテンプレートを接触させて前記パターンに前記インプリント材料を充填する工程と、前記パターンに充填された前記インプリント材料を硬化させてインプリント材料パターンを形成する工程と、前記インプリント材料パターンを形成した後、前記テンプレートの裏面側に圧力を加えながら、前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する工程と、を備える。
本発明によれば、良好にパターンを形成することが可能なインプリントパターン形成方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 図１４（ａ）は、図５〜図８の工程における荷重と時間との関係を示した図、図１４（ｂ）は、図９〜図１３の工程における荷重と時間との関係を示した図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るインプリント方法の一部を模式的に示した断面図である。 図２０（ａ）は、図５〜図８の工程における離型速度と時間との関係を示した図であり、図２０（ｂ）は、図１５〜図１９の工程における離型速度と時間との関係を示した図である。
以下、本発明の実施形態の詳細を図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１〜図４は、本実施形態の基本的なインプリント方法を模式的に示した断面図である。
図１に示すように、基板１００の被加工面上にパターン形成材料（インプリント材料）として、光硬化性有機材料（レジスト）１０１がインクジェット方式によって適量をドロップ（液滴）されている。図１では、基板１００の被加工面上の複数箇所にレジスト１０１を散在させているが、パターン形成材料層として一定領域に形成することでレジスト１０１を形成してもよい。テンプレート１０２は、表面側にパターンが形成され、テンプレート保持部１０３の表面側で保持されている。また、テンプレート１０２の裏面及びテンプレート保持部１０３の表面によって空間１０４が形成される。このテンプレート保持部１０３の裏面側には、図示しない荷重測定部を介してテンプレート１０２及びテンプレート保持部１０３の移動を行う図示しない移動機構が接続されている。この荷重測定部は、例えば圧力センサを含むバネ秤等である。この荷重測定部によって、テンプレート１０２にかかる荷重を測定する。また、テンプレート保持部１０３には、空間１０４内に例えばガスを導入または排出する導入口１０５が設けられている。テンプレート１０２は例えばガラス製であり、パターンが形成される領域は略平坦形状である。
先ず、空間１０４に例えばガスを導入する。これによりテンプレート１０２の裏面側に圧力が加わり、テンプレート１０２は表面方向に凸状にたわむ。
次に、図２に示すように、テンプレート１０２と基板１００との位置合わせが行われ、空間１０４内にガスを導入したままテンプレート１０２を垂直方向に下降させ、テンプレート１０２をレジスト１０１に接触させる。そして、レジスト１０１をテンプレート１０２のパターン（凹パターン）内に充填する。
次に、図３に示すように、テンプレート１０２のパターン内にレジスト１０１が充填された時点で、空間１０４に導入していたガスを排出して空間１０４内を減圧する。テンプレート１０２のパターン形成領域が略平坦になった時点で、テンプレート保持部１０３の上方からレジスト１０１にＵＶ照射を行ってレジスト１０１を十分に硬化させる。これにより光硬化性有機材料１０１に、レジストパターン（インプリント材料パターン）が形成される。
図４に示すように、空間１０４内にガスを導入し、後述するようにガス圧を制御しながらテンプレート１０２を垂直に引き上げ、離型を行う。これにより、テンプレート１０２に形成されたパターン形状がレジスト１０１に転写される。
図５〜図１４を用いて、図４に示す詳細な離型方法を説明する。
図５〜図８は、本実施形態の比較例の離型方法の一部を示した断面図である。図９〜図１３は、本実施形態の離型方法の一部を示した断面図である。また、図１４（ａ）は、図５〜図８の工程における、荷重と時間との関係を示したグラフであり、図１４（ｂ）は、図９〜図１３の工程における、荷重と時間との関係を示したグラフである。
図５に示すように、テンプレート１０２は、密なパターンが形成されている領域Ａと、疎なパターンが形成されている領域Ｃと、密なパターンが形成されている領域Ｅと、領域Ａ及び領域Ｃの境界である領域Ｂと、領域Ｃ及び領域Ｅの境界である領域Ｄとを有している。また、テンプレート１０２とレジスト１０１とは密着されている。テンプレート１０２とレジスト１０１とが接触している面積が大きいほど密着力が大きい。つまり、パターンが密であればあるほど密着力が大きい。
次に、テンプレート１０２を一定の力で垂直に引き上げると、一般的に、テンプレート周辺（端部）から引き上げるため、端部から離型が始まり、端部から中心部に向かって離型されていく。このため、図６に示すように、テンプレート１０２を一定の力で垂直に引き上げると、端部側の領域Ａから中心部側の領域Ｅの順に離型されていく。領域Ａは密なパターンが形成されているため、テンプレート１０２にかかる荷重は大きく、テンプレート１０２がレジスト１０１から離型される速度（以後、離型速度と称する）は遅い。ここで、テンプレート１０２にかかる荷重は、テンプレートがレジストにより引っ張られる力に相当し、言い換えるとテンプレートをレジストから離型するために必要な力に相当する。
次に、図７、図１４（ａ）に示すように、領域Ａ及び領域Ｃの境界近傍の領域Ｂまでテンプレート１０２が引き剥がされると密着力が小さくなる。それにより、テンプレート１０２にかかる荷重が急激に小さくなり、領域Ｂ近傍における離型速度が急激に速くなる。離型速度とは、テンプレートがレジストから離れる際の速度である。その結果、領域Ｂ近傍に形成されたレジスト１０１の一部がテンプレート１０２によって引き剥がされ、パターンの欠損が生じてしまう。
また、図８、図１４（ａ）に示すように、領域Ｃでは、離型速度が速く、離型速度が速い状態で領域Ｄを離型するため、領域Ｄのレジスト１０１の一部がテンプレート１０２によって引き剥がされ、パターンの欠損が生じてしまう。領域Ｅには密着力の高い密なパターンが形成されているため、テンプレート１０２にかかる荷重が増え、離型速度が遅くなる。このため、領域Ｅでは正常なパターンが形成される。
これにより、密なパターンと疎なパターンの境界近傍では、テンプレート１０２にかかる荷重の急激な変化によってパターンの欠損が発生することがわかる。言い換えると、テンプレート１０２とレジスト１０１との間の密着力が急激に変化すると、パターンの欠損が発生する。
次に、本実施形態の離型方法の一部を説明する。
まず、図９に示すように、テンプレート１０２とレジスト１０１とは密着されている。
次に、図１０に示すように、テンプレート１０２を一定の力で垂直に引き上げると、端部側の領域Ａから離型されていく。この領域Ａは密なパターンが形成されているため、テンプレート１０２にかかる荷重は大きく、離型速度は遅い。その結果、領域Ａは正常に離型される。
次に、図１１に示すように、領域Ａ及び領域Ｃの境界近傍の領域Ｂまでテンプレート１０２が引き剥がされると密着力が小さくなる。それにより、テンプレート１０２にかかる荷重が急激に小さくなり、領域Ｂ近傍における離型速度が急激に速くなる。この時、例えばテンプレート１０２にかかる荷重を測定する荷重測定部に接続された図示しない制御部に、低荷重側及び高荷重側の閾値を設定しておく。テンプレート１０２にかかる荷重が低荷重側閾値に達したら、空間１０４内、つまりテンプレート１０２の裏面側に例えばガスを導入し、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加える。それにより、テンプレート１０２にかかる荷重が増加し、離型速度が遅くなる。このため、図１４（ｂ）に示すように、領域Ｂにおける荷重の急激な低下を抑制することができる。
次に、図１２に示すように、疎なパターンが形成されている領域Ｃを離型する場合は、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加え続け、テンプレート１０２をたわませたまま離型する。
次に、図１３に示すように、疎なパターンから密なパターンに変わる領域Ｄにおいても、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加え、テンプレート１０２をたわませたまま離型する。そして、密なパターンが形成されている領域Ｅにおいて、テンプレート１０２にかかる荷重が高荷重側閾値に達した場合は、空間１０４内のガスを排出し、テンプレート１０２にかける圧力を低下させる。
つまり、図１４（ｂ）に示すように、テンプレート１０２にかかる荷重が一定、または荷重の変化率が一定となるように制御を行うことで、パターンの欠損を抑制することができる。そのため、テンプレート１０２とレジスト１０１との密着力が急激に変動する際に、テンプレート１０２にかかる荷重または荷重の変化率が一定になるように、空間１０４内にガスを導入する。
上記実施形態によれば、テンプレート保持部１０３は、テンプレート１０２にかかる荷重を測定する荷重測定部と、空間１０４にガスを導入または排出する導入口１０５とを有している。そして、テンプレート１０２をレジスト１０１から引き剥がす際に、テンプレート１０２にかかる荷重を荷重測定部で測定し、荷重の変化に応じて導入口１０５よりテンプレート１０２の裏面側にガスを導入または排出している。テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えることで、テンプレート１０２にかかる荷重または荷重の変化率を一定にでき、荷重の急激な変化によるレジスト１０１の欠損を抑制することが可能である。
（変形例１）
上述した実施形態では、テンプレート保持部１０３は、テンプレート１０２にかかる荷重を測定する荷重測定部を有している。そして、テンプレート１０２の離型の際、荷重測定部でテンプレート１０２にかかる荷重を測定することで、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定していた。本変形例１では、テンプレート１０２の離型速度に基づいて空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定する方法を説明する。なお、テンプレート１０２のパターンにレジスト１０１を充填するまでの工程は、上述した実施形態と同様なので説明は省略する。
図１５〜図２０を用いて、図４に示す詳細な離型方法を説明する。
図１５〜図１９は、本変形例の離型方法の一部を示した断面図である。また、図２０（ａ）は、図５〜図８の工程における離型速度と時間との関係を示したグラフであり、図２０（ｂ）は、図１５〜図１９の工程における離型速度と時間との関係を示したグラフである。
既に説明した実施形態の比較例の図１４（ａ）に示すように、密なパターンから疎なパターンに移行する時に、荷重が急激に小さくなる。したがって、離型速度で見た場合には、図２０(ａ)に示すように、密なパターンから疎なパターンに移行する時に、速度が急激に増大する。そこで、本変形例では、以下に述べるように、離型速度を制御している。
次に、本変形例の離型方法の一部を説明する。
まず、図１５に示すように、テンプレート１０２とレジスト１０１とは密着されている。本変形例では矢印で示すように、テンプレート１０２及び基板１００の端部にレーザーを当てて、テンプレート１０２の基板１００に対する速度を測定する。
次に、図１６に示すように、テンプレート１０２を一定の力で垂直に引き上げると、端部である領域Ａから離型されていく。この領域Ａは密なパターンが形成されているため、テンプレート１０２にかかる荷重は大きく、離型速度は遅い。その結果、領域Ａは正常に離型される。
次に、図１７に示すように、領域Ａ及び領域Ｃの境界近傍の領域Ｂまでテンプレート１０２が引き剥がされると密着力が小さくなる。それにより、テンプレート１０２にかかる荷重が急激に小さくなり、領域Ｂ近傍における離型速度が急激に速くなる。この時、例えばテンプレート１０２の速度を測定する図示しない測定部に、低速度側及び高速度側の閾値を設定しておく。テンプレート１０２の速度が高速度側閾値に達したら、空間１０４内、つまりテンプレート１０２の裏面側に例えばガスを導入し、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加える。それにより、テンプレート１０２の離型速度が遅くなる。このため、図２０（ｂ）に示すように、領域Ｂにおける速度の急激な増加を抑制することができる。
次に、図１８に示すように、疎なパターンが形成されている領域Ｃを離型する場合は、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加え続け、テンプレート１０２をたわませたまま離型する。
次に、図１９に示すように、疎なパターンから密なパターンに変わる領域Ｄにおいても、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加え続け、テンプレート１０２をたわませたまま離型する。そして、密なパターンが形成されている領域Ｅにおいて、テンプレート１０２の離型速度が低速度側閾値に達した場合は、空間１０４内のガスを排出し、テンプレート１０２にかける圧力を低下させる。
つまり、図２０（ｂ）に示すように、テンプレート１０２の速度が一定、または速度の変化率が一定となるように制御を行うことで、パターンの欠損を抑制することができる。そのため、テンプレート１０２の離型速度が増加する場合には、テンプレート１０２の速度、または速度の変化率が一定になるように、空間１０４内にガスを導入する。
上記変形例１によれば、テンプレート１０２の離型速度を測定している。そして、テンプレート１０２をレジスト１０１から引き剥がす際に、テンプレート１０２の離型速度を測定し、速度の変化に応じて導入口１０５よりテンプレート１０２の裏面側にガスを導入、またはテンプレート１０２の裏面側からガスを排出している。テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えることで、テンプレート１０２の速度または速度の変化率を一定にでき、速度の急激な変化によるレジスト１０１の欠損を抑制することが可能である。
（変形例２）
上述した実施形態の変形例１では、レーザーを用いてテンプレート１０２の離型速度を測定している。そして、テンプレート１０２の離型速度を測定することで、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定していた。本変形例２では、テンプレート１０２の離型状態をＣＣＤ等で観測することで、離型速度を測定する方法を説明する。なお、テンプレート１０２のパターンにレジスト１０１を充填するまでの工程は、上述した実施形態と同様なので説明は省略する。
テンプレート１０２はガラス製であり、例えばレジスト１０１も無色透明であるとすると、テンプレート１０２のパターンにレジスト１０１が充填された場合、レジスト１０１はテンプレート１０２と同化する。
しかし、テンプレート１０２を離型すると、レジスト１０１の離型された領域が離型されていない領域とは異なった状態で観測される。前述したように、テンプレート１０２は一般的に端部から中心部に向かって離型されるため、テンプレート１０２の離型状態は輪の様な模様（環状模様）として観測される。この模様を、例えばテンプレート保持部１０３の上方に設置した図示しないＣＣＤによって観測し、環状模様が小さくなる速度を測定することで、テンプレート１０２の離型速度を測定することができる。
上記変形例２によれば、テンプレート１０２の上方から、離型されたレジスト１０１をＣＣＤ等で観測することによって、上述した変形例１と同様に、テンプレート１０２の離型速度を測定している。すなわち、テンプレート１０２をレジスト１０１から引き剥がす際に、テンプレート１０２の離型速度を測定し、速度の変化に応じて導入口１０５よりテンプレート１０２の裏面側にガスを導入、またはテンプレート１０２の裏面側からガスを排出している。テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えることで、テンプレート１０２の速度または速度の変化率を一定にでき、速度の急激な変化によるレジスト１０１の欠損を抑制することが可能である。
（変形例３）
上述した実施形態、変形例１または変形例２では、テンプレート１０２にかかる荷重またはテンプレート１０２の離型速度を測定している。そして、テンプレート１０２の離型の際、テンプレート１０２にかかる荷重またはテンプレート１０２の離型速度を測定することで、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定していた。本変形例３では、テンプレート１０２に形成されたパターンのＣＡＤ設計パターン情報等を有するテンプレート１０２の設計データに基づいて、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定する方法を説明する。なお、テンプレート１０２のパターンにレジスト１０１を充填するまでの工程は、上述した実施形態と同様なので説明は省略する。
まず、テンプレート１０２の設計データを用い、テンプレート１０２とレジスト１０１との離型のシミュレーションを行う。その結果、空間１０４に対するガスの導入及び排出タイミングがパターンの疎密に応じて算出される。この算出されたタイミングに基づいて、インプリントが実行される。例えば、外側にパターン密度が高い箇所と内側にパターン密度が低い箇所とをそれぞれ隣接して有しているテンプレートをレジストから離型する際、パターン密度が低い箇所を離型するときには、パターン密度が高い箇所を離型する時に比べて、テンプレート裏面により強い圧力をくわえることができる。反対に、外側にパターン密度が低い箇所と内側にパターン密度が高い箇所とをそれぞれ隣接して有しているテンプレートをレジストから離型する際、パターン密度が高い箇所を離型するときには、パターン密度が低い箇所を離型する時に比べて、テンプレート裏面により弱い圧力をくわえることができる。
上記変形例３では、テンプレート１０２の設計データを用いて事前にシミュレーションを行い、テンプレート１０２に対するガスの導入及び排出タイミングを算出している。そして、テンプレート１０２をレジスト１０１から引き剥がす際に、算出されたタイミングに応じて導入口１０５よりテンプレート１０２の裏面側にガスを導入、またはテンプレート１０２の裏面側からガスを排出している。これにより、上述した実施形態、変形例１及び変形例２と同様に、レジスト１０１の欠損を抑制することが可能である。
（変形例４）
上述した変形例３では、テンプレート１０２の設計データに基づいて、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定している。本変形例４では、テンプレート１０２の離型状態をＣＣＤ等で観測し、テンプレート１０２の設計データを参照することで、空間１０４へのガスの導入、または空間１０４からのガスの排出を決定する方法を説明する。なお、テンプレート１０２のパターンにレジスト１０１を充填するまでの工程は、上述した実施形態と同様なので説明は省略する。
すでに述べたように、テンプレート１０２をレジスト１０１から離型する場合、ＣＣＤによって離型された領域（あるいは離型されていない領域）を把握することができる。したがって、ＣＣＤによって離型された領域（あるいは離型されていない領域）を観測し、テンプレート１０２の設計データを参照することで、パターンの疎密に応じたガスの導入及び排出タイミングを算出できる。この算出されたタイミングに基づいてインプリントを実行する。
上記変形例４では、レジスト１０１の離型状態及びテンプレート１０２の設計データに基づいて、テンプレート１０２の裏面側にガスを導入、またはテンプレート１０２の裏面側からガスを排出している。これにより、上述した実施形態、変形例１、変形例２及び変形例３と同様に、レジスト１０１の欠損を抑制することが可能である。
なお、上述した各実施形態では、テンプレート１０２の裏面側を加圧する方法として、ガスを用いたが、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加える方法であれば、上述した各実施形態の効果を得ることが可能となる。具体的には、ピエゾ素子を用いたり、液体を空間１０４に導入したりすることで、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えても良い。
また、上述した各実施形態では、１回の離型（１ショット）の最中に加圧タイミング及び減圧タイミング等の圧力制御を行っているが、圧力制御を行わずに、１ショットの期間中に一定の圧力を加える様にしても良い。この場合でも、急激な荷重や速度の変化をある程度抑制することが可能であり、また、離型時のテンプレートの反り返りを抑制し、テンプレートを基板に平行な状態に保ちつつ離型することが可能となり、レジスト１０１の欠損を防止することができる。
また、上述した各実施形態では、テンプレート１０２の裏面側に圧力を加えることで、テンプレート１０２にかかる荷重、またはテンプレート１０２の速度を制御しているが、さらに、テンプレート１０２を引き上げる力を調整するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。
１００…基板、 １０１…レジスト、 １０２…テンプレート、
１０４…空間、 １０５…導入口、

Claims (5)

  1. 基板上に形成したインプリント材料に表面側にパターンを有するテンプレートを接触させて前記パターンに前記インプリント材料を充填する工程と、
    前記パターンに充填された前記インプリント材料を硬化させてインプリント材料パターンを形成する工程と、
    前記インプリント材料パターンを形成した後、前記テンプレートの裏面側に圧力を加えながら、前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する工程と、
    を備えることを特徴とするインプリントパターン形成方法。
  2. 前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する際中に、前記テンプレートの裏面側に加える圧力を変化させることを特徴とする請求項１記載のインプリントパターン形成方法。
  3. 前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する際中に、前記テンプレートを離型するのに必要な力に応じて前記テンプレートの裏面側に加える圧力を変化させることを特徴とする請求項２記載のインプリントパターン形成方法。
  4. 前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する際中に、前記テンプレートの離型速度に応じて前記テンプレートの裏面側に加える圧力を変化させることを特徴とする請求項２記載のインプリントパターン形成方法。
  5. 前記テンプレートを前記インプリント材料パターンから離型する際中に、前記テンプレートに形成されるパターンの密度に応じて前記テンプレートの裏面側に加える圧力を変化させることを特徴とする請求項２記載のインプリントパターン形成方法。
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