JP2010076219A - ナノインプリントによる基板の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 隣接する転写領域間の樹脂のない領域を樹脂で埋めること。
【解決手段】 隣接する転写済み樹脂の形状や広がりに応じて、転写済み樹脂構造近傍の樹脂の塗布量、範囲、密度、形状を調整する。続いて、モールドとの接触により樹脂を広げ、隣接する転写領域間に下地の露出のないパターンが得られる。このとき、先に形成されている転写済み樹脂構造の側壁が被転写樹脂の流れを堰き止め、余分な領域に樹脂が広がることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モールドに施された微細パターンを樹脂に転写するナノインプリント方法に関するものである。

近年、モールド上の微細な構造を樹脂や半導体基板等の被加工部材に対して簡便に反転転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている（非特許文献１参照）。この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、加工寸法はモールドの微細構造と一致し、マイクロメートルオーダーから１０ｎｍ以下の構造までの転写が報告されている。ナノインプリントの原理は非常にシンプルであり、例えば、次のように行われる。まず、基板（例えば半導体ウエハ）上に種々の樹脂を塗布した被加工部材を準備する。樹脂としては、例えば、光硬化性、熱可塑性、熱硬化性などのものを利用可能である。この被加工部材に対して所望の凹凸パターンが形成されたモールドを接触させた後に、両者の間に樹脂を充填させ、紫外線照射、もしくは加熱／冷却工程を経て樹脂を硬化させる。その後、モールドを離型することにより、樹脂にパターンが反転転写される。この技術は立体構造の一括転写も可能なため、ステッパやスキャナ等の光露光装置に代わる次世代半導体製造技術として期待されている。また、それだけでなく、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、パターンドメディア、ディスプレイなど、幅広い分野への応用も期待されている。

上記のようなアプリケーションにナノインプリントを応用することを考えると、大面積のパターニングが必要となる場合がある。このような場合には、大きなモールドによる一括転写も一つの方法であるが、被加工部材より小さいモールドを用いて逐次転写するステップアンドリピート方式がより適している場合がある（特許文献１参照）。これは、モールドを小さくすることによって、サイズの増加に伴うモールドパターン描画時の積算誤差を抑制し、モールドの大型化に伴う作製コストを軽減できるためである。また、樹脂の塗布方法として、スピンコートによる全面一括塗布ではなく、ナノインプリントのショット毎に樹脂を塗布するドロップオンデマンド方式が適している場合がある（特許文献２参照）。これは、モールドのパターン密度や形状に合わせて局所的に樹脂量を調整することにより、残膜厚を均一化でき、転写精度を向上させることができるためである。
Ｓｔｅｐｈａｎ Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｉｓｓｕｅ ２１，ｐｐ．３１１４−３１１６（１９９５）． ＵＳ７０７７９９２Ｂ２ ＵＳ２００５／０２７０３１２Ａ１

前述のように大面積のパターニング方法としてドロップオンデマンド方式のナノインプリントを行う場合、隣り合う転写された樹脂構造間に樹脂のない領域が生じることがある。このような樹脂のない領域がある場合、その後のプロセス結果に大きく影響してしまうことが問題視されている。

本発明が解決しようとする課題を説明する事例を図７に示す。より具体的には、基板１０１上に塗布した樹脂をモールド１０３でドロップオンデマンド方式のナノインプリントを行うことによりパターンを形成する場合の例である。ナノインプリントを行う際の１回の転写領域は、モールドのパターン領域に対応し、逐次転写を行った場合には、それそれの転写領域間には境界が生じることになる。本発明においては、その境界を転写境界１０４と定義し、その形状は、例えば、正方形や長方形となっている。

このような状態でナノインプリントを行う場合、図７（ａ）に示すように転写済み樹脂構造間に樹脂のない領域７０１が生じることがある。このような基板が剥き出しになっている領域が存在する場合に基板のエッチングを行うと、図７（ｂ）に示すようにエッチング種７０２により基板１０１が削られてしまうこととなる。これは、転写境界近傍でのエッチングの均一性を悪化させる原因となる。また、その後のＣＭＰの均一性を悪化させる場合もある。

本発明は、上記の課題に鑑み、隣接する転写領域間の下地の露出を低減したナノインプリント方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、基板に樹脂を塗布し、前記樹脂にモールドを接触させ、前記モールドに形成されたパターンを転写するインプリント工程を有するインプリント方法において、前記パターンを転写する第一のインプリント工程と、前記第一のインプリント工程で形成された領域に隣接する領域にパターンを形成する第二のインプリント工程とを有し、前記第二のインプリント工程では、前記第一のインプリント工程で形成された領域と前記第二のインプリント工程で形成する領域との間を埋めるために、前記第一のインプリント工程で用いた樹脂量とは異なる量を塗布することを特徴とする。

本発明の第２の側面は、基板に樹脂を塗布し、前記樹脂にモールドを接触させ、前記モールドに形成されたパターンを転写することによって、複数の方形のインプリント領域をアレイ状に配置してインプリントするインプリント方法であって、前記方形のインプリント領域の一つの角を挟む二辺を第一の境界、残りの二辺を第二の境界としたとき、第一の境界に隣接するインプリント領域との隙間を埋めるために樹脂の塗布条件の調節を行い、既にインプリントされた領域と第二の境界とが相対しないようにインプリントすることを特徴とする。

本発明によれば、ドロップオンデマンド方式のナノインプリントにより隣接する転写領域間の下地の露出を低減したパターンを形成することが可能になる。

モールドと樹脂を接触させて樹脂を広げ、広がる樹脂により隣接する転写領域間の隙間を埋め、下地の露出の低減されたパターンを得る。このとき、先に形成されている樹脂構造により樹脂の広がりが制御される。前記転写領域間の隙間が過不足無く充填されるように、隣接する転写済み樹脂の形状や広がりに応じて、その構造近傍の樹脂の塗布量、塗布密度、塗布形状、塗布範囲を調整する。

以下に本発明の実施例について、図を用いて説明する。なお、以下の各図において、同一または対応する部分には同一の符号が付されている。

（実施例１）
実施例１では、本発明での最も基本的なパターン形成方法について説明する。なお、図１（ａ）と（ｂ）は基板を劈開したときに得られる断面図を示している。図１（ａ）において、１０１は基板、１０２は転写済み樹脂、１０３はモールド、１０４は転写境界、１０５は被転写樹脂である。

図１（ａ）では、第一のインプリント工程で形成された転写済み樹脂１０２が転写境界１０４まで広がっていない状態を示している。この場合、続く第二のインプリント工程では、被転写樹脂１０５が十分広がる必要がある。そのため、転写領域内の転写済み樹脂構造近傍には被転写樹脂１０５を多めに塗布する。より具体的には、基板１０１上の単位面積あたりに供給する被転写樹脂１０５の量を、転写済み樹脂１０２と隣接する側に第一のインプリント工程で供給した樹脂量よりも多くなるように供給する。図１（ａ）では、モールド１０３端部の直下近傍、かつ転写済み樹脂１０２から最も近い側に多く供給している。このときの樹脂の塗布方法は、例えば、局所的に樹脂の配置を制御できるインクジェット装置や空圧式のディスペンサ等から選択することができる。このような装置を採用することにより樹脂の塗布範囲、塗布密度、塗布量、塗布形状を正確に制御することが可能となり、残膜厚が均一なパターンを形成できる。

図１（ｂ）には、モールド１０３を被転写樹脂１０５に接触させた様子を示している。この工程により被転写樹脂１０５は基板上に濡れ広がるが、転写領域内の転写済み樹脂１０２近傍に被転写樹脂１０５が多目に塗布されていたことにより被転写樹脂１０５がモールド１０３より押し出される。押し出された被転写樹脂１０５は、転写済み樹脂１０２の端面で堰き止められることにより、平面方向での濡れ広がる領域が制限される。その結果、隣接パターン間に下地の露出がない転写パターンを形成できる。

図１（ａ）と（ｂ）において、転写済み樹脂１０２が転写境界１０４を超えない場合について説明する。しかし、本発明はこの状態のみに適用されるものではなく、転写済み樹脂１０２の広がりに応じて転写領域内の転写済み樹脂１０２近傍の被転写樹脂１０５の塗布量を制御するものでも良い。

また、基板表面の凹凸構造や濡れ性を利用したり、モールド１０３の端部で被転写樹脂１０５の広がりを厳密に制御できる場合には、それぞれの転写領域における樹脂の塗布は等量、かつ、等パターンとすることも可能である。

（実施例２）
実施例２では、平面方向だけでなく高さ方向への樹脂の広がりも制限し、均一な膜厚を有するパターンを得る方法について説明する。なお、図２（ａ）と（ｂ）は基板の断面図を示している。

転写時に、非パターン部１０３（ａ）が、隣接する転写済み樹脂１０２と接する、あるいは近接する大きさのモールド１０３を準備する。モールド１０３を被転写樹脂１０５に近づけるとモールド１０３の非パターン部１０３（ａ）が、転写済み樹脂１０２の上面に接触、あるいは近接する。実施例１では、被転写樹脂１０５は転写済み樹脂１０２の側壁によっての平面方向のみ樹脂の広がりが制限された。しかし、非パターン部１０３（ａ）を有するモールド１０３を使用した場合には、図２（ｂ）で示されるように、モールド１０３と転写済み樹脂１０２が接触、もしくは近接することにより樹脂の広がりが高さ方向にも規定される。このとき、モールドに流れ込む樹脂量と目標とする残膜厚を考慮して、樹脂の塗布を行う必要がある。これらのプロセスを複数回繰り返すことにより膜厚もほぼ一定となるパターンが得られる。

（実施例３）
実施例３では、一つの樹脂の塗布条件で隣接する転写領域間の下地の露出を低減したパターン形成が可能になる方法について説明する。なお、図３は上面図である。

実施例１の方法によりランダムな順序で転写領域に対して逐次転写を行い、パターンを形成する場合、隣接する転写済み領域の配置によって樹脂の塗布パターンを変える必要がある。例えば、正方形のモールドを使用し、格子状の転写領域に対してランダムな順序で逐次転写を行うと樹脂の塗布パターンの数は最大で１６パターンとなる。しかし、このように多数の塗布パターンがある場合はプロセスが複雑になり、その結果、転写樹脂構造の再現性や精度が低下する可能性がある。これを解決するために、塗布する樹脂の塗布する領域の大きさ、樹脂の塗布量、塗布パターン、塗布密度などの塗布条件を一つに固定してナノインプリントを行う。

この実施例を図３に示す。複数の四角形のインプリント領域を転写境界１０４で区切られたアレイ状に配置してインプリントする工程を仮定する。四角形のインプリント領域の一つの角を挟んだ二辺を第一の境界３０１、その他の二辺を第二の境界３０２とする。全ての四角形のインプリント領域において、第一の境界３０１付近では隣接インプリント領域との隙間を埋めるための樹脂の塗布の調節を行うようにする。具体的には、第一の境界３０１付近（第一の境界側）では、隣接パターンの形状に応じた樹脂の塗布量、塗布密度、塗布範囲、塗布するパターン等を選択する。引き続きインプリントを行う際に、既に形成された隣接するインプリントされた領域に第二の境界３０２で相対しないようにインプリントする。言い換えると、隣接するインプリントされた領域の第二の境界３０２に対して、転写を行うインプリント領域の第一の境界３０１を必ず相対するようにインプリントを行う。これらを繰り返すことにより、全インプリント領域にわたって、一つの塗布条件で隣接する転写領域間の下地の露出を低減したパターン形成が可能になる。これを実現するアレイ形成方法としては、例えば行、列それぞれにおいて常に順方向に移動する場合等が挙げられる。

（実施例４）
実施例４では、二つあるいは一つの樹脂の塗布条件で隣接する転写領域間の下地の露出を低減したパターン形成が可能になる方法について、実施例３とは異なる例を説明する。なお、図４は上面図である。

図４に示すように、第一のインプリント領域および第二のインプリント領域は共に方形である。まず、相互に対角で相対（角同士が隣接）し、かつ辺同士は相対しないアレイ構造となるように第一のインプリント領域を形成する工程を行う。それは、例えば市松模様のような配置を示す。次に、その隙間に第二のインプリント領域を形成する工程を行う。例えば、まず、市松模様の一方である第一領域１０６には樹脂の広がりが転写境界１０４よりも小さくなるように被転写樹脂１０５の塗布とナノインプリントを行う。その後、市松模様のもう一方である第二領域１０７には樹脂の広がりが転写境界１０４よりも大きくなるように被転写樹脂１０５の塗布とナノインプリントを行う。これにより第一領域１０６と第二領域１０７を樹脂で繋いだ下地の露出を低減したパターン転写が可能になる。この方法では、樹脂の塗布パターン数を図４で示されるような２パターンとすることができ、前述の再現性や転写精度の低下といった課題を解決できる。

なお、転写の順番であるが、転写境界１０４を埋めることができれば良く、先に転写境界１０４よりも大きい領域を転写するように行っても良い。ただし、後で転写される小さい領域のパターニング中に、モールドが先に転写された大きい樹脂の領域に接触してしまうなど、樹脂の転写を阻害しないような樹脂の塗布とインプリント条件を選択する必要がある。

これまでは、市松模様の互いの転写面積が異なる方法に関して説明した。しかし、基板表面の凹凸構造や濡れ性利用したり、モールド１０３の端部で被転写樹脂１０５の広がりを厳密に制御できる場合には、それぞれの転写領域における樹脂の塗布は等量、かつ、等パターンとすることも可能である。この場合には、プロセスが非常に単純になるという利点がある。

（実施例５）
実施例５では、各々の転写領域内の塗布パターンを形成する液滴の形状について説明する。なお、図５（ａ）と（ｂ）は上面図である。

被転写樹脂１０５の塗布は、局所的に樹脂の配置を制御できる、例えば、インクジェット装置や空圧式のディスペンサ等を使って、樹脂の塗布範囲、密度、量を制御する。液滴樹脂の形状に関しては、図５（ａ）に示されるドットパターンの他に、図５（ｂ）に示される連続線パターン（線形状）も選択することができる。これは、樹脂の塗布時間を短時間化できるという利点がある。

ただし、連続線からなる閉じた図形を塗布した場合には、取り込まれた空気をパターン外に押し出すことが難しくなるため、樹脂が充填されない領域が生じる場合がある。そのため空気が逃げやすくなるように、完全な連続線でなく、不連続な直線もしくは曲線からなる液滴形状を選択することもできる。

（実施例６）
実施例６では、転写済み樹脂の外周部の形状に対する対応方法を説明する。なお、図６（ａ）と（ｂ）は上面図である。

図６（ａ）に示されるように、転写済み樹脂１０２のパターン形状を確認し、その形状を補うようなパターンの被転写樹脂１０５の塗布を行う。例えば、樹脂の流れが不十分で、転写済み樹脂１０２の境界線が凹んだ場合には、それに対応する転写の部位にその領域を樹脂で埋められるように、樹脂の塗布条件を変化させて被転写樹脂１０５を塗布する。その後、ナノインプリントを行うことにより転写済み樹脂１０４の形状を修正し、かつ、隣接パターン間に下地の露出の無いパターンが得られる。

この方法を用いると、例えば、被転写樹脂１０５中への異物の取り込みが起きた場合やモールドの端面形状の精度が低いなどの場合に、凸凹の形状を補正しつつ隣接する樹脂構造間に下地の露出が低減されたパターンが得られ、好適である。また、より局所的な必要量に応じた樹脂の配置がなされているため、樹脂の広がる際の移動距離が短くなり、これにかかる時間を短くできるためトータルのスループットを向上できる点もメリットである。

本発明の実施例１を説明するため図である。 本発明の実施例２を説明するための図である。 本発明の実施例３を説明するための図である。 本発明の実施例４を説明するための図である。 本発明の実施例５を説明するための図である。 本発明の実施例６を説明するための図である。 本発明の課題を説明するための図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 転写済み樹脂
１０３ モールド
１０３（ａ） 非パターン部
１０４ 転写境界
１０５ 被転写樹脂
１０６ 第一領域
１０７ 第二領域
３０１ 第一の境界
３０２ 第二の境界
７０１ 樹脂のない領域
７０２ エッチング種

Claims (12)

1. 基板に樹脂を塗布し、前記樹脂にモールドを接触させ、前記モールドに形成されたパターンを転写するインプリント工程を有するインプリント方法において、
   前記パターンを転写する第一のインプリント工程と、
   前記第一のインプリント工程で形成された領域に隣接する領域にパターンを形成する第二のインプリント工程とを有し、
   前記第二のインプリント工程では、前記第一のインプリント工程で形成された領域と前記第二のインプリント工程で形成する領域との間を埋めるために、前記第一のインプリント工程で用いた樹脂量とは異なる量の樹脂を塗布することを特徴とするインプリント方法。
2. 前記第一のインプリント工程で形成された領域に応じて前記第二のインプリント工程で形成する領域に樹脂を塗布し、前記モールドを前記樹脂に接触させることにより樹脂を広げ、前記第一のインプリント工程で形成されたパターンにより前記第二のインプリント工程で塗布した樹脂が広がる領域を制限し、前記第一のインプリント工程で形成された領域と前記第二のインプリント工程で形成された領域との間を埋めることを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記第一のインプリント工程で形成された領域と接する側に、基板上の単位面積あたりに供給する樹脂量を前記第一のインプリント工程で形成された領域に供給したものよりも多く供給し、前記モールドとの接触によって樹脂を押し出すことを特徴とする請求項１または２に記載のインプリント方法。
4. 塗布密度、塗布するパターン形状、塗布する範囲のうちの少なくとも一つを調整することで樹脂の塗布量を調節することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインプリント方法。
5. 前記樹脂の塗布方法として、前記隣接する領域との間が充填されるように、樹脂の塗布量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインプリント方法。
6. 基板にパターンが転写されない非パターン部を有するモールドを用い、その非パターン部を前記第一のインプリント工程で形成された領域の転写済み樹脂構造の上面と接触、あるいは近接させることにより樹脂の高さを規定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインプリント方法。
7. 前記第一のインプリント工程と前記第二のインプリント工程とを含むインプリント工程によって複数の方形のインプリント領域をアレイ状に形成する際に、
   前記第二のインプリント工程で形成する領域のうち、前記第一のインプリント工程で形成された領域に最も隣接する２つの角のうち１つの角を挟む二辺を第一の境界とし、残りの二辺を第二の境界としたとき、前記第一のインプリント工程で形成された領域との隙間を埋めるために、前記第一の境界側に塗布する樹脂量を調節することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインプリント方法。
8. 前記第一のインプリント工程と前記第二のインプリント工程とを含むインプリント工程によって複数の方形のインプリント領域をアレイ状に形成する際に、前記第一のインプリント工程によって、相互に角同士が隣接し、かつ辺同士が隣接しないような配置で複数のインプリント領域をアレイ状に形成し、
   前記第一のインプリント工程で形成された領域に囲まれた領域に、前記第二のインプリント工程によってインプリント領域を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインプリント方法。
9. 基板に樹脂を塗布し、前記樹脂にモールドを接触させ、前記モールドに形成されたパターンを転写することによって、複数の方形のインプリント領域をアレイ状に配置してインプリントするインプリント方法であって、
   前記方形のインプリント領域の一つの角を挟む二辺を第一の境界、残りの二辺を第二の境界としたとき、第一の境界に隣接するインプリント領域との隙間を埋めるために樹脂の塗布条件の調節を行い、既にインプリントされた領域と第二の境界とが相対しないようにインプリントすることを特徴とするインプリント方法。
10. 前記第一のインプリント領域の境界線の凹凸構造に対応するように前記第二のインプリント領域の樹脂の塗布条件を変化させることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のインプリント方法。
11. 前記第一のインプリント領域の樹脂の塗布において、全ての前記方形のインプリント領域にて、樹脂の塗布条件が同一であることを特徴とする請求項７または８に記載のインプリント方法。
12. 樹脂の塗布形状が、連続、あるいは不連続な線形状であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のインプリント方法。

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