JP2014110368A - ナノインプリント方法およびそれを用いたパターン化基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テンプレート等のパターン化基板の製造において、簡易な方法でパターン形状の再現性を向上させる。
【解決手段】第１のずれ量評価マーク５１ａを含む第１のマーク５１を有するモールド１０、および、第２のずれ量評価マーク５２ａを含む第２のマーク５２を有する参照基板２０を用意する。第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａは、互いに対をなし組み合わされて互いの相対的な位置関係を表す。そして、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの相対的な位置関係に基づいて、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの組のそれぞれが、基準状態から目標ずれ状態となるようにモールド１０を変形させ、上記組のそれぞれが目標ずれ状態に至った後その状態を維持したまま、加工対象基板２１上に塗布されたレジスト２５に上記凹凸パターン１１を転写する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な凹凸パターンを表面に有するモールドを用いたナノインプリント方法およびそれを用いたパターン化基板の製造方法に関するものである。

半導体デバイスの微細化にともない、従来のフォトリソグラフィ（或いは電子線リソグラフィ）技術の露光装置およびマスクは高価になってきている。そこで、高解像の微細パターンを安価に形成することができるナノインプリントリソグラフィが注目されている。

半導体デバイスの中には、複雑なパターンを有する各層が積層されて、三次元的に複雑な回路パターンを有するものがある。したがって、その製造において歩留まりを向上させるためには、上下層間のパターンを位置合わせした際の重ね合わせ誤差（以下単に誤差とも言う。）を低減することが重要である。

そして近年では、半導体デバイスの製造で必要な層のリソグラフィを全てナノインプリントで実施するのではなく、パターンの複雑さ等に応じて層ごとに従来のフォトリソグラフィとナノインプリントを使い分けるミックス・アンド・マッチ方式を採用することも検討されている。一般的に、フォトリソグラフィで形成されるパターンには、フォトマスク（設計精度や歪みなど）および露光装置（ステージのアライメント精度、機械変形および光学系の設計精度など）等に起因する形状の歪みが生じることが多い。したがって、ミックス・アンド・マッチ方式によって、フォトリソグラフィでパターンが形成された下層上にナノインプリントでパターンを形成する場合には、下層のパターンと上層のパターンの全体的な位置関係を調整したのみでは、下層のパターン形状の歪みには対応できないため、アライメントマークから離れた領域のパターンについては充分に誤差を低減することができないという問題がある。

例えば上記誤差を低減する方法としては、特許文献１から３の方法が知られている。

具体的には特許文献１または２には、テンプレート（或いはモールド）内のパターンが所定の量だけ縮小しまたは変形するようにテンプレートの側面部の一部または全部をアクチュエータで圧縮し、圧縮されて変形したテンプレートを基板上に塗布されたレジストに押し付けてパターンを転写する方法が開示されている。この方法によれば、テンプレートの実際のパターンが転写すべきパターンよりも大きい場合に、その実際のパターンを縮小する方向に補正することができるという点で誤差を低減することができる。

また、特許文献３には、フォトリソグラフィによって、基準となるパターン形状からずれ量をそれぞれ変更したパターン形状を有する複数のシリコン原盤を製造し、ナノインプリントによって、各シリコン原盤からガラス製のテンプレートをそれぞれ複製し、下層のパターン形状との関係で誤差が許容値以下となるテンプレートを上記テンプレートの中から選択し、当該選択したテンプレートで上記下層上にナノインプリントリソグラフィを実施する方法が開示されている。

特に、特許文献３の方法によれば、シリコン原盤からテンプレートを複製する工程を経るため、手間のかかるフォトリソグラフィ工程を何度も行う必要がなく、低コストでナノインプリントを実施することができる。さらに、下層のパターン形状の歪みに応じて、パターン形状がそれぞれ異なるテンプレートの中から適切なテンプレートを選択するため、上下層間のパターンの位置合わせを精度よく行うことができる。

特表２００８−５０４１４１号公報 特開２０１２−１６０６３５号公報 特開２０１１−２５８６０５号公報

しかしながら、パターン形状の微細化に伴い高い精度の位置合わせが要求される昨今では、特許文献３の方法でも誤差を充分に低減することができない場合がある。

具体的には、特許文献３の方法では、フォトリソグラフィによって複数のシリコン基板に、基準となるパターン形状からずれ量をそれぞれ変更したパターン形状をそれぞれ形成し、これらをシリコン原盤とする。しかし、シリコン原盤は石英原盤と比較して歪みが生じやすくかつ熱膨張係数が大きいため、例えば同じシリコン原盤からテンプレートを複製しても複製の際の保持方法や温度条件の違いによって、テンプレートに転写されるパターン形状がテンプレートごとに異なってしまう場合がある。したがって、パターン形状がそれぞれ異なるテンプレート群を製造するに際し、複数のシリコン原盤を使用したのではパターン形状の複製の精度や再現性を担保することは尚更難しい。仮に、特許文献３の方法でこのような影響を低減し、インプリント時の上下層間の誤差を許容値以下とすることが可能なテンプレートを安定的に供給するためには、厳しい温度管理機構や精密な基板保持機構を有する装置が必要となるが、これでは安価な複版テンプレートの提供が困難となる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、テンプレート等のパターン化基板の製造において、簡易な方法でパターン形状の複製の再現性を向上させることを可能とするナノインプリント方法およびパターン化基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るナノインプリント方法は、
微細な凹凸パターンと、第１のずれ量評価マークをそれぞれ含む複数の第１のマークとを有するモールド、および、第１のずれ量評価マークと対をなす第２のずれ量評価マークであって第１のずれ量評価マークと組み合わされて第１のずれ量評価マークとの相対的な位置関係を表す第２のずれ量評価マークを含む第２のマークを複数の第１のマークに対応する位置に複数有する参照基板を用意し、
複数の第１のマークおよび複数の第２のマークを対応させてモールドおよび参照基板を配置し、
対応する第１および第２のずれ量評価マークの相対的な位置関係に基づいて、対応する第１および第２のずれ量評価マークの組のそれぞれが、基準状態から所望のずれ量だけずれた状態である目標ずれ状態となるように、モールドを変形させ、
上記組のそれぞれが目標ずれ状態に至った後その状態を維持したまま、加工対象基板上に塗布されたレジストに上記凹凸パターンを転写することを特徴とするものである。

つまり本発明は、１つの参照基板を基準にして所定のずれ量を実現するようにモールドを変形させ、インプリントを行うものである。特に、そのずれ量を種々変更すれば、１つのモールドを使用してパターン形状がそれぞれ異なる複数のテンプレートを製造（複製）することが可能となる。

そして、本発明に係るナノインプリント方法において、対をなす第１および第２のずれ量評価マークは、異なる２方向についての位置関係を表すものであることが好ましい。

また、本発明に係るナノインプリント方法において、対をなす第１および第２のずれ量評価マークは、対をなすモアレ干渉用のマークの組合せであることが好ましく、或いは格子マークおよびこの格子マーク上の位置を示す記号マークの組合せであることが好ましく、或いは目盛りマークおよびこの目盛りマーク上の位置を示す記号マークの組合せであることが好ましい。

また、本発明に係るナノインプリント方法において、第１および第２のマークは、対をなす位置合わせ用のアライメントマークを含むことが好ましい。

また、本発明に係るナノインプリント方法において、凹凸パターンを転写するときに、上記組のそれぞれが目標ずれ状態に至った時の雰囲気条件も維持することが好ましい。

また、本発明に係るナノインプリント方法において、第１および第２のマークは金属材料から構成されることが好ましい。

また、本発明に係るナノインプリント方法はヘリウム雰囲気中で実施することが好ましい。

本発明に係るパターン化基板の製造方法は、
上記に記載のナノインプリント方法により凹凸パターンが転写されたレジスト膜を加工対象基板上に形成し、
レジスト膜をマスクとして加工対象基板をエッチングすることにより、レジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを加工対象基板上に形成することを特徴とするものである。

本発明に係るナノインプリント方法およびパターン化基板の製造方法は、第１のずれ量評価マークを含む第１のマークを有するモールド、および、第２のずれ量評価マークを含む第２のマークを有する参照基板を用意し、対応する第１および第２のずれ量評価マークの相対的な位置関係に基づいて、対応する第１および第２のずれ量評価マークの組のそれぞれが、基準状態から所望のずれ量だけずれた状態である目標ずれ状態となるように、モールドを変形させ、上記組のそれぞれが目標ずれ状態に至った後その状態を維持したまま、加工対象基板上に塗布されたレジストに上記凹凸パターンを転写することを特徴とする。つまり、本発明は、１つの参照基板を基準にして所定のずれ量を実現するようにモールドを変形させ、インプリントを行うものであるから、例えばシリコン原盤を使用してもテンプレート同士のパターン形状がばらつくという問題が起こりにくい。つまり、テンプレート等のパターン化基板の製造において、パターン形状の再現性を向上させることが可能となる。

実施形態のナノインプリント方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態のナノインプリント方法の工程を示すフロー図である。 モールドまたは参照基板に設けられる位置ずれ評価用のマークを示す概略図である。 位置ずれ評価用のマークが重ね合わされたときの様子を示す概略図である。 ずれ量評価マークとしてのモアレ干渉用のマークを示す概略図である。 ずれ量評価マークの他の構成を示す概略図である。 マーク点数と識別可能なパターン形状との関係を示す概略図である。 マーク点数と識別可能なパターン形状との関係を示す概略図である。 位置ずれ評価用のマークの配置の例を示す概略図である。 変形前後のモールドのパターン形状を示す概略図である。 参照基板を基準にしてモールドに変形を加える様子を示す概略図である。 モールドの目標パターン形状の決定方法を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

図１は、実施形態のナノインプリント方法の工程を示す概略断面図である。また図２は、実施形態のナノインプリント方法の工程を示すフロー図であり、図３は、本実施形態における位置ずれ評価用の第１および第２のマークを示す概念図である。

図１および図２に示されるように、本実施形態のナノインプリント方法では、微細な凹凸パターン１１と位置ずれ評価用の複数の第１のマーク５１とを有するモールド１０、および、位置ずれ評価用の複数の第２のマーク５２を有する参照基板２０を使用する。第１および第２のマーク５１，５２は、モールド１０および参照基板２０が重ね合わされた際にこれらのマーク５１，５２が対応する位置関係になるように、それぞれモールド１０または参照基板２０上に設けられている。第１のマーク５１のそれぞれには第１のずれ量評価マーク５１ａが含まれており、第２のマーク５２のそれぞれには第１のずれ量評価マーク５１ａと対をなす第２のずれ量評価マーク５２ａが含まれている。対をなす第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａは、例えば重ね合わさるように互いに組み合わされて、互いの相対的な位置関係を表す指標となる。対をなす第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａは、例えば本実施形態では図３に示されるように、対をなすモアレ干渉用のマークの組合せである。また本実施形態では、第１および第２のマーク５１，５２はそれぞれ、対をなす位置合わせ用のアライメントマーク５１ｂ，５２ｂも含んでいる。

本実施形態のナノインプリント方法では、上記のようなモールド１０および参照基板２０を使用して、まず、複数の第１のマーク５１および複数の第２のマーク５２を対応させてモールド１０および参照基板２０を配置し（図１ａおよびＳＴＥＰ１）、アライメントマーク５１ｂ，５２ｂを利用してモールド１０および参照基板２０の位置合わせを行う（ＳＴＥＰ２）。そして、モールド１０および参照基板２０の位置合わせが完了したら、第１および第２のマーク５１，５２が設けられているマーク位置ごとに、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの相対的な位置関係を参照しながら、例えばアクチュエータ３０によってモールド１０に外力Ｆを及ぼしてモールド１０を変形させていく（図１ｂおよびＳＴＥＰ３）。

ここで、マーク位置ごとに、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの位置ずれが、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの相対的な位置関係に基づいて、基準状態から所望のずれ量（目標ずれ量）に至ったか否かを評価する（ＳＴＥＰ４からＳＴＥＰ７）。例えば本実施形態では、ＳＴＥＰ４において、各マーク位置でモアレ干渉ピークのずれ量ΔＸ_１〜ΔＸ_ｎが計測され、ＳＴＥＰ５において、ずれ量ΔＸ_１〜ΔＸ_ｎに基づき、後述する関係式からモアレ干渉用マークのずれ量Δｘ_１〜Δｘ_ｎが算出される。そして、ずれ量Δｘ_１〜Δｘ_ｎと目標ずれ量が対比されて、それらの値が一致するか否かが評価される。評価された結果それらの値が一致していないと判断されれば、外力の付与条件を変更するＳＴＥＰ３に戻ることになる。

なお、基準状態とは、変化量や変化した状態を規定する際の基準となる状態を意味する。つまり、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａのずれ量に関しては、基準状態とは、これらを位置合わせしたときにずれ量がないとされる状態を意味し、例えばモアレ干渉用のマークを利用した本実施形態では、モアレ干渉ピークのずれが生じていないとされる状態である。この「基準状態」という語は、個々のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａやマーク５１，５２について使用する他、複数のマーク全体についてもそれらのすべてについてずれ量がないとされる状態という意味で、さらにはモールドの凹凸パターンの形状については変形がないとされる状態という意味でも同様に使用する。マーク５１，５２の観察は、例えば光学顕微鏡やカメラ等の観察手段３１を用いて行う。

上記評価により、ずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの位置ずれが目標ずれ量に至っていないと評価された場合には、外力Ｆを付与する条件を変更し、再度モールド１０を変形させ、ずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの位置ずれが目標ずれ量に至るまでこの工程を繰り返す。一方、対応する第１および第２のずれ量評価マーク５１ａ，５２ａの組のそれぞれが、目標ずれ量だけずれた状態である目標ずれ状態になったら、つまりすべての上記組が目標ずれ状態となり凹凸パターン１１が目標とするパターン形状（目標パターン形状）になったら、参照基板２０は搬出される（ＳＴＥＰ８）。

その後、加工対象基板２１を搬入し（図１ｃおよびＳＴＥＰ９）、加工対象基板２１上に塗布されたレジスト膜２５に上記凹凸パターン１１を押し付けおよび露光し（図１ｄ）、モールド１０をレジスト膜２５から剥離して（図１ｅ）、凹凸パターン１１をレジスト膜２５に転写する（ＳＴＥＰ１０）。

（モールド）
モールド１０は、例えば石英基板上にフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィによって凹凸パターンを形成した石英モールドである。特に、図１ｂのように、モールド１０を通してずれ量を計測する場合には、石英モールドが好ましい。しかしながら、例えば参照基板２０を通してずれ量を計測する場合には、モールド１０は透明である必要はない。このような場合にはシリコンや金属材料からなるモールドを使用することもできる。しかしながら、シリコンや金属材料は歪みが発生しやすく熱膨張係数が大きいため、石英モールドを使用することが好ましい。

モールド１０の凹凸パターンの形状は、特に限定されず、ナノインプリントの用途に応じて適宜選択される。例えば典型的なパターンとしてライン＆スペースパターンである。そして、ライン＆スペースパターンの凸部の長さ、凸部の幅、凸部同士の間隔および凹部底面からの凸部の高さ（凹部の深さ）は適宜設定される。例えば、凸部の幅は１０〜１００ｎｍ、より好ましくは２０〜７０ｎｍであり、凸部同士の間隔は１０〜５００ｎｍ、より好ましくは２０〜１００ｎｍであり、凸部の高さは１０〜５００ｎｍ、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。また、凹凸パターンを構成する凸部の形状は、その他、矩形、円および楕円等の断面を有するドットが配列したような形状でもよい。

（離型剤）
本発明では、レジストとモールド１０との離型性を向上させるためにモールド１０の表面に離型処理を行うことが好ましい。離型処理に使用する離型剤としては、フッ素系のシランカップリング剤として、ダイキン工業株式会社製のオプツール（登録商標）ＤＳＸや、住友スリーエム株式会社製のＮｏｖｅｃ（登録商標） ＥＧＣ-１７２０等、が挙げられる。

この他にも、公知のフッ素系樹脂、炭化水素系潤滑剤、フッ素系潤滑剤、フッ素系シランカップリング剤などが使用できる。

例えばフッ素系樹脂としては、ＰＴＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）などが挙げられる。

例えば炭化水素系潤滑剤としては、ステアリン酸およびオレイン酸等のカルボン酸類、ステアリン酸ブチル等のエステル類、オクタデシルスルホン酸等のスルホン酸類、リン酸モノオクタデシル等のリン酸エステル類、ステアリルアルコールおよびオレイルアルコール等のアルコール類、ステアリン酸アミド等のカルボン酸アミド類、ステアリルアミン等のアミン類などが挙げられる。

例えばフッ素系潤滑剤としては、上記炭化水素系潤滑剤のアルキル基の一部または全部をフルオロアルキル基もしくはパーフルオロポリエーテル基で置換した潤滑剤が挙げられる。

例えばパーフルオロポリエーテル基としては、パーフルオロメチレンオキシド重合体、パーフルオロエチレンオキシド重合体、パーフルオロ−ｎ−プロピレンオキシド重合体（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｎ、パーフルオロイソプロピレンオキシド重合体（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）_ｎまたはこれらの共重合体等である。ここで、添え字のｎは重合度を表す。

例えばフッ素系シランカップリング剤としては、分子中に少なくとも１個、好ましくは１〜１０個のアルコキシシラン基、クロロシラン基を有するものであり、分子量２００〜１０,０００のものが好ましい。例えば、アルコキシシラン基としては、−Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３基、−Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_３基が挙げられ、クロロシラン基としては、−Ｓｉ（Ｃｌ）_３基などが挙げられる。具体的には、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラ-ハイドロデシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルジメチルクロロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラ-ハイドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラ-ハイドロオクチルトリメトキシシランなどの化合物である。

（参照基板）
参照基板２０は、凹凸パターン１１の形状の基準状態からの変形量を計測するための物差しとして機能する。複数の第２のマーク５２は、凹凸パターン１１の基準状態における複数の第１のマーク５１に設計上対応する参照基板２０上の位置に設けられる。参照基板２０の材料、形状および構造は特に限定されない。しかしながら、形状の安定性に優れた石英を使用することが好ましい。モールド１０と参照基板２０を近接させる際の間隔は、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。モールド１０と参照基板２０の間隔が狭いほどずれ量の評価精度が向上するからである。また、モールド１０と参照基板２０を近接させる際のこれらの平行度誤差は、０．０２度以下であることが好ましく、０．００２度以下であることがより好ましく、０．０００２度以下であることが特に好ましい。モールド１０と参照基板２０の間隔が狭い場合に、これらの平行度誤差が小さくないとこれらが接触し破損する恐れがあるからである。

（位置ずれ評価用のマーク）
位置ずれ評価用の第１および第２のマーク５１，５２は、凹凸パターン１１の形状の基準状態からの変形量を計測するための指標である。第１および第２のマーク５１，５２は、例えば蒸着法等のマークを形成する公知の方法を採用することができる。また、視認性向上の観点から、第１および第２のマーク５１，５２は金属材料から構成されることが好ましい。また、観察光を入射する側（観察手段３１側）のマークについては、光の透過性を高めるため、マーク部のみ金属膜が残るようにすることが好ましい（図３の左側マーク５１）。一方、観察光を反射する側（観察手段３１から遠い側）のマークについては、反射光強度を高めるため、金属膜の地から金属膜を除去してこの除去された部分をマークとすることが好ましい（図３の右側マーク５２）。ただし、参照基板全面を金属膜で被覆すると、膜応力による歪みが発生する場合があるため、マークの周辺領域のみを金属膜の地にして、マークの視認性に影響が少ない領域の金属膜は除去することが好ましい。金属膜の厚さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましく、５０ｎｍ以上であることが特に好ましい。

第１および第２のマーク５１，５２は、実際に上記変形量を計測するための手段として、マーク位置ごとのパターン形状の変形量（ずれ量）を示すずれ量評価マーク５１ａ，５２ａを含む。本実施形態においては、例えば対をなすモアレ干渉用のマークである。図４は、第１および第２のマークが重ね合わされたときの様子を示す概略図である。具体的には、図４の左図は、第１および第２のマーク５１，５２が、ずれのない基準状態にある様子を示し、図４の右図は、第１のマーク５１が第２のマーク５２に対して相対的にｘ方向（例えば図４における左右方向）にずれ量Δｘおよびｙ方向（例えば図４における上下方向）にずれ量Δｙだけずれた状態を示している。図４の右図のようにずれ量に応じて干渉縞が生じることが分かる。本実施形態では、異なる２方向のずれ量を効率よく計測することができるように、モアレ干渉用のマークがｘ軸用およびｙ軸用に２つ設けられている。なお、上記異なる２方向は直交している必要はない。

モアレ干渉用のマークを利用する場合には、具体的なずれ量ΔｘおよびΔｙは以下のようにして求められる。図５は、ずれ量評価マークとしてのモアレ干渉用のマークを示す概略図である。例えば図５の左上図および右上図がモールド１０に設けられたずれ量評価マーク５１ａ、図５の左真ん中および右真ん中の図が参照基板２０に設けられたずれ量評価マーク５２ａを表す。ずれ量評価マーク５１ａには、ピッチの異なるラインの配列が上下に並んでおり、ずれ量評価マーク５２ａには、そのラインの配列が上記とは逆の並びで上下に並んでいる。なお、ラインの配列のそれぞれのピッチをｐ_１およびｐ_２とする。そして、左下図は左上図および左真ん中の図を重ね合わせた様子を示し、右下図は右上図および右真ん中の図を重ね合わせた様子を示す。このとき、右上図および右真ん中の図はずれ量Δｘ（またはΔｙ）だけずれているから、右下図では干渉縞のピークがずれる。干渉縞のピークのずれ量をΔＸ（またはΔＹ）とすると、ΔＸ（またはΔＹ）は下記式１で求められる。

したがって、測長機能のある観察手段（例えば観察視野内に測長目盛りのある光学顕微鏡や、測長目盛りのある映像表示手段に接続されたカメラ等）によって、ΔＸ（またはΔＹ）を計測することで、ずれ量Δｘ（またはΔｙ）を算出することができる。

なお、ずれ量評価マーク５１ａ，５２ａに関して、上記ではモアレ干渉用のマークを利用した場合について説明したが、本発明におけるずれ量評価マークは、凹凸パターン１１の形状の基準状態からの変形量を計測することができるマークであれば、特に限定されない。例えば、図６は、ずれ量評価マークの他の構成を示す概略図である。具体的には、図６ａは、目盛りの付いた格子マーク５３ａとこの格子マーク５３ａ上の位置を示す記号マーク５３ｂの組合せ５３を示す。一方、図６ｂは、目盛りマーク５４ａおよびこの目盛りマーク５４ａ上の位置を示す記号マーク５４ｂの組合せ５４を示す。上記組合せ５３の場合には、１つの組合せで異なる２方向のずれ量を効率よく計測することができる。なお、上記組合せ５４をｘ軸用およびｙ軸用に２つ設けることにより、上記組合せ５４においても同様に異なる２方向のずれ量を効率よく計測することができる。また、記号マーク５３ｂ，５４ｂは、図示した形状のものに限らず、例えば矢印等の他の記号であってもよい。

位置ずれ評価用の第１および第２のマークの組合せ（つまりマーク位置）の個数は、凹凸パターン１１の変形量を計測するために、少なくとも２つあればよい。例えば凹凸パターン１１の形状が外力Ｆによる圧縮に応じて全体的に均等に縮小するような場合には、２つのマーク位置の距離により縮小の程度を把握することが可能だからである。当然ながら、より複雑な変形を目標とする場合には、凹凸パターン１１の変形量を精度よく計測するためにより多くのマーク位置を設定することが好ましい。マーク位置の個数は、８個以上であることが好ましく、１６個以上であることがより好ましく、４０個以上であることが特に好ましい。例えば、図７および図８は、マーク点数と識別可能なパターン形状との関係を示す概略図である。図７に示されるように、４ヶ所のマーク位置では、形状１２ｄおよび１２ｅをそれぞれ識別することができる。その一方で、４ヶ所のマーク位置では、形状１２ａ、１２ｂおよび１２ｃを識別することができない。そこで、形状１２ａ、１２ｂおよび１２ｃを識別するためには、例えば８ヶ所のマーク位置を設定すればよい。しかし、８ヶ所のマーク位置を設定しても、例えば図８に示すような形状１３ａおよび１３ｂをそれぞれ識別することはできない。そこで、形状１３ａおよび１３ｂを識別するためには、例えば１６ヶ所のマーク位置を設定すればよい。

第１および第２のマーク５１，５２によるマーク位置は、パターンの変形を精度よく計測するため凹凸パターン１１の周囲に均等に配置することが好ましい。例えば図９ａは、凹凸パターン１１の周囲に均等に８ヶ所のマーク位置が設定された様子を示し、図９ｂは、凹凸パターン１１の周囲に均等に１６ヶ所のマーク位置が設定された様子を示す。また、図９ｃは、凹凸パターン１１の周囲に均等に８ヶ所のマーク位置が設定され、さらにその周りに均等に１６ヶ所のマーク位置が設定された様子を示す。

また、第１および第２のマークがアライメントマークを含む場合には、ずれ量の評価を行う前の初期位置への位置合わせが容易となる。さらに、アライメントマークとずれ量評価マークを同時に観察することができるため、位置合わせとずれ量の評価を同時にすることができるという利点もある。

（外力付与方法）
外力Ｆを付与する方法は、例えば特許文献１および２に示されたような方法、すなわちモールド１０の凹凸パターン１１が所定の量だけ縮小しまたは所定の形状に変形するようにモールド１０の側面部の一部または全部をアクチュエータ３０で圧縮する方法を採用することができる。例えば、図１０ａに示すようなモールド１０を考える。図１０ａのモールド１０には、図１０ｂに示すようなパターンが形成されており、その周囲に８個の第１のマークＭ１〜Ｍ８が設けられている。このようなモールド１０を用いて図１０ｃに示されるように、パターンの左辺と右辺の真ん中がそれぞれ中央に向かって湾曲しかつ上下方向に均等に縮小したパターンをレジストに転写したい場合には、例えば以下のように外力を与える。第１のマークＭ１〜Ｍ８のそれぞれを第２のマークＲ１〜Ｒ８のそれぞれに対応させて（つまり、ＭｉをＲｉに対応させる。ｉ＝１、・・・、８である。）位置合わせをした後、Ｒｉに対するＭｉのずれ量Δｉを参照しながら、アクチュエータ３０によってモールド１０の側面を圧縮する。この際、図１１に示されるように、パターンの左辺と右辺に対応するモールド部分にはその真ん中にのみ外力Ｆを付与し、パターンの上辺と下辺に対応するモールド部分には均等に外力Ｆを付与する。そして、ずれ量Δｉが所望の値になった時点で外力Ｆの増加を止めその時の外力Ｆの強度を維持する。上記の作業をすべてのｉについて行うことにより、モールド１０の所望の変形が完了する。

（ずれ量の設定）
ずれ量は、ナノインプリントすべきパターンに応じてマーク位置ごとに予め設定される。特に、取扱いが容易になることから、本実施形態のようにｘ軸方向およびｙ軸方向に分けてｘ軸成分のずれ量Δｘおよびｙ軸成分のずれ量Δｙをそれぞれ設定することが好ましい。

また、半導体デバイスの製造のようにナノインプリントを行う基板（図１２のシリコンウェハ）に既に複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌが形成されており、これら複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌは本来同じ形状を有するべきものであるがそれぞれ異なる歪みを有している場合には、例えば以下のようにしてパターンの目標パターン形状（第１および第２のマークの目標ずれ状態）を決定することが好ましい。まず、この複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌそれぞれの倍率および変形の程度を基準に、複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌの平均形状（共通成分）を算出する。一方、複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌのそれぞれについて、個々のパターン特有のずれ量の固有成分として上記平均形状からのずれ量を算出し、当該固有成分の例えば３σ分を考慮して必要な拡大倍率を決定する。そして、上記平均形状を上記拡大倍率で拡大した形状をパターンの目標パターン形状とする。上記の方法で得られた目標パターン形状を使用することで、複数のパターン４０ａ〜４０ｌおよび４１ａ〜４１ｌの全体に対して、インプリント時の上下層間の誤差を許容値以下とすることが可能なテンプレートが製造可能となる。なお、上記の説明では、複数のウェハ間で平均形状を算出したが、例えば単一のウェハ内のみで平均形状を算出してもよいし、処理バッチ間にわたって平均形状を算出してもよい。

（加工対象基板）
シリコンモールドに対しては、レジストへの露光を可能とするために石英基板が好ましい。石英基板は、光透過性を有し、厚みが０．３ｍｍ以上であれば、特に制限されることなく、目的に応じて適宜選択される。例えば、石英基板表面をシランカップリング剤で被覆したものや、石英基板上にＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどからなる金属層を積層したものや、石英基板上にＣｒＯ_２、ＷＯ_２、ＴｉＯ_２などからなる金属酸化膜層を積層したものや、前記積層体の表面をシランカップリング剤で被覆したもの、などが挙げられる。金属層または金属酸化膜層の厚さは、通常３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下にする。３０ｎｍを超えるとＵＶ透過性が低下し、レジストの硬化不良が起こりやすいためである。

また、上記「光透過性を有する」とは、具体的には、基板にレジスト膜が形成される一方の面から出射するように、基板の他方の面から光を入射した場合に、レジスト膜が十分に硬化することを意味しており、少なくとも、上記他方の面から上記一方の面へ波長２００ｎｍ以上の光の透過率が５％以上であることを意味する。

石英基板の厚さは、通常０．３ｍｍ以上が好ましい。０．３ｍｍ以下では、ハンドリングやインプリント中の押圧で破損しやすい。

一方、石英モールドに対する加工対象基板は、その形状、構造、大きさ、材質等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。形状としては、例えば、情報記録媒体である場合には、円板状である。構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。材質としては、基板材料として公知のものの中から、適宜選択することができ、例えば、シリコン、ニッケル、アルミニウム、ガラス、樹脂、などが挙げられる。これらの基板材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。また、表面をシランカップリング剤で被覆したものでも良い。基板の厚さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましい。基板の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、レジストとモールドとの密着時に基板側に撓みが発生し、均一な密着状態を確保できない可能性がある。

さらに、本発明では、台地形状を有するメサ型構造のモールドおよび／または加工対象基板を使用することもできる。この場合には、パターン領域はメサ型構造のメサ部２２上に転写される（例えば図１ｃ）。また、本発明では、裏面に掘り込みを有するモールドおよび／または加工対象基板を使用することもできる。本実施形態では加工対象基板２１が掘り込み２３を有している。

（レジスト）
レジストは、特に制限されるものではないが、本実施形態では例えば重合性化合物に、光重合開始剤（２質量％程度）、フッ素モノマー（０．１〜１質量％）を加えて調製された材料を用いることができる。

また、必要に応じて酸化防止剤（１質量％程度）を添加することもできる。上記の手順により作成した材料は波長３６０ｎｍの紫外光により硬化することができる。溶解性の悪いものについては少量のアセトンまたは酢酸エチルを加えて溶解させた後、溶媒を留去することが好ましい。

上記重合性化合物としては、ベンジルアクリレート（ビスコート（登録商標）＃１６０：大阪有機化学株式会社製）、エチルカルビトールアクリレート（ビスコート（登録商標）＃１９０：大阪有機化学株式会社製）、ポリプロピレングリコールジアクリレート（アロニックス（登録商標）Ｍ−２２０：東亞合成株式会社製）、トリメチロールプロパンＰＯ変性トリアクリレート（アロニックス（登録商標）Ｍ−３１０：東亞合成株式会社製）等の他、下記構造式１で表される化合物Ａ等を挙げることができる。
構造式１：

また、上記重合開始剤としては、２-(ジメチルアミノ)-２-[(４-メチルフェニル)メチル]-１-[４-(４-モルホリニル)フェニル]-１-ブタノン（ＩＲＧＡＣＵＲＥ（登録商標）３７９：豊通ケミプラス株式会社製）等のアルキルフェノン系光重合開始剤を挙げることができる。

また、上記フッ素モノマーとしては、下記構造式２で表される化合物Ｂ等を挙げることができる。
構造式２：

なお、図１に示されるように、レジスト２５と加工対象基板２１との密着を向上させるために密着層２４を設けることが好ましい。

（インプリント工程）
モールド１０とレジスト２５を接触させる前に、モールド１０と基板２１間の雰囲気を減圧または真空雰囲気にすることで残留気体を低減することが好ましい。ただし、高真空雰囲気下では硬化前の硬化性樹脂が揮発し、均一な膜厚を維持することが困難となる可能性がある。そこで、好ましくはモールド１０と基板２１間の雰囲気を、Ｈｅ雰囲気または減圧Ｈｅ雰囲気にすることで残留気体を低減することがより好ましい。Ｈｅは石英基板を透過するため、取り込まれた残留気体（Ｈｅ）は徐々に減少する。Ｈｅの透過には時間を要すため減圧Ｈｅ雰囲気とすることがより好ましい。減圧雰囲気は、１〜９０ｋＰａであることが好ましく、１〜１０ｋＰａが特に好ましい。

なお、本発明では、凹凸パターンを転写するときに、対応する第１および第２のずれ量評価マークの組のそれぞれが目標ずれ状態に至った時の雰囲気条件も維持することが好ましい。上記組のそれぞれが目標ずれ状態に至った後に、雰囲気条件が変化すると、モールド１０が膨張或いは縮小することで、モールド１０の変形状態が変化してしまうためである。なお、雰囲気条件は、雰囲気による気圧および温度が少なくとも維持されていればよい。

モールドと、レジストを塗布した基板は所定の相対位置関係となるように両者を位置合わせした後に接触させる。位置合わせにはアライメントマークを用いることが好ましい。アライメントマークは光学顕微鏡やモアレ干渉法等で検出可能な凹凸パターンで形成される。位置合わせ精度は好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下である。

モールド１０の押し付け圧は、１００ｋＰａ以上、１０ＭＰａ以下の範囲で行う。圧力が大きい方が、モールド１０と基板２の表面形状を互いに倣わせることが容易であり、レジストの流動が促進される。さらに、圧力が大きい場合には、残留気体の除去、圧縮、残留気体のレジストへの溶解、石英基板中のＨｅの透過も促進し、レジストパターンの品質向上に繋がる。しかし、加圧力が強すぎるとモールド１０接触時に異物を噛みこんだ際にモールド１０および基板を破損する可能性がある。よって、モールド１０の押し付け圧は、１００ｋＰａ〜５ＭＰａであることが好ましく、１００ｋＰａ〜１ＭＰａであることが特に好ましい。１００ｋＰａ以上としたのは、大気中でインプリントを行う際、モールド１０と基板間が液体で満たされている場合、モールド１０と基板間が大気圧（約１０１ｋＰａ）で加圧されているためである。

モールド１０を押し付けてレジスト膜を形成した後、レジストに含まれる重合開始剤に合わせた波長を含む光で露光し、レジストを硬化させる。硬化後に離型する方法としては、例えば、モールド１０または基板のどちらかの裏面または外縁部を保持し、他方の基板またはモールドの裏面または外縁部を保持した状態で、外縁の保持部もしくは裏面の保持部を押圧と反対方向に相対移動させる方法が挙げられる。

以上のように、本発明は、１つの参照基板を基準にして所定のずれ量を実現するようにモールドを変形させ、インプリントを行うものであるから、テンプレート同士でパターン形状がばらつくという問題が起こりにくい。この結果、テンプレート等のパターン化基板の製造において、簡易な方法でパターン形状の再現性を向上させることが可能となる。特に、そのずれ量を種々変更すれば、１つのモールドを使用してパターン形状がそれぞれ異なる複数のテンプレートを複製することが可能となる。

「パターン化基板の製造方法」
次に、パターン化基板（モールドの複版としてのテンプレート）の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態では、前述したナノインプリント方法を用いてモールド１０の複版が製造される。

まず、上記のナノインプリント方法を用いて、パターン転写されたレジスト膜を加工対象基板の一方の面に形成する。次に、パターン転写されたレジスト膜をマスクにして、ドライエッチングを行い、レジスト膜に形成された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを加工対象基板上に形成して、所定のパターンを有する基板を得る。

ドライエッチングとしては、加工対象基板に凹凸パターンを形成できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオンミリング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチング、などが挙げられる。これらの中でも、イオンミリング法、ＲＩＥが特に好ましい。

イオンミリング法は、イオンビームエッチングとも言われ、イオン源にＡｒなどの不活性ガスを導入し、イオンを生成する。これを、グリッドを通して加速させ、試料基板に衝突させてエッチングするものである。イオン源としては、カウフマン型、高周波型、電子衝撃型、デュオプラズマトロン型、フリーマン型、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型などが挙げられる。

イオンミリング法におけるプロセスガスとしては、Ａｒガス、ＲＩＥのエッチャントとしては、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いることができる。

以上のように、本発明のパターン化基板の製造方法よれば、パターン形状の再現性を向上させることが可能なナノインプリントによって凹凸パターンをレジスト膜に転写しているから、パターン化基板の製造においてパターン形状の再現性を向上させることが可能となる。

１０ モールド
１１ 凹凸パターン
２０ 参照基板
２１ 加工対象基板
２５ レジスト膜
３０ アクチュエータ
３１ 観察手段
５１ 位置ずれ評価用の第１のマーク
５１ａ 第１のずれ量評価マーク
５１ｂ アライメントマーク
５２ 位置ずれ評価用の第２のマーク
５２ａ 第２のずれ量評価マーク
５２ｂ アライメントマーク
Ｆ 外力

Claims (10)

1. 微細な凹凸パターンと、第１のずれ量評価マークをそれぞれ含む複数の第１のマークとを有するモールド、および、第１のずれ量評価マークと対をなす第２のずれ量評価マークであって前記第１のずれ量評価マークと組み合わされて該第１のずれ量評価マークとの相対的な位置関係を表す第２のずれ量評価マークを含む第２のマークを前記複数の第１のマークに対応する位置に複数有する参照基板を用意し、
   前記複数の第１のマークおよび前記複数の第２のマークを対応させて前記モールドおよび前記参照基板を配置し、
   対応する第１および第２のずれ量評価マークの相対的な位置関係に基づいて、対応する第１および第２のずれ量評価マークの組のそれぞれが、基準状態から所望のずれ量だけずれた状態である目標ずれ状態となるように、前記モールドを変形させ、
   前記組のそれぞれが前記目標ずれ状態に至った後その状態を維持したまま、加工対象基板上に塗布されたレジストに前記凹凸パターンを転写することを特徴とするナノインプリント方法。
2. 対をなす第１および第２のずれ量評価マークが、異なる２方向についての位置関係を表すものであることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント方法。
3. 対をなす第１および第２のずれ量評価マークが、対をなすモアレ干渉用のマークの組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載のナノインプリント方法。
4. 対をなす第１および第２のずれ量評価マークが、格子マークおよび該格子マーク上の位置を示す記号マークの組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載のナノインプリント方法。
5. 対をなす第１および第２のずれ量評価マークが、目盛りマークおよび該目盛りマーク上の位置を示す記号マークの組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載のナノインプリント方法。
6. 前記第１および第２のマークが、対をなす位置合わせ用のアライメントマークを含むことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のナノインプリント方法。
7. 前記凹凸パターンを転写するときに、前記組のそれぞれが前記目標ずれ状態に至った時の雰囲気条件も維持することを特徴とする請求項１から６いずれかに記載のナノインプリント方法。
8. 前記第１および第２のマークが金属材料から構成されることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載のナノインプリント方法。
9. ヘリウム雰囲気中で実施することを特徴とする請求項１から８いずれかに記載のナノインプリント方法。
10. 請求項１から９いずれかに記載のナノインプリント方法により凹凸パターンが転写されたレジスト膜を加工対象基板上に形成し、
    前記レジスト膜をマスクとして前記加工対象基板をエッチングすることにより、前記レジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを前記加工対象基板上に形成することを特徴とするパターン化基板の製造方法。

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