JP4625042B2 - インプリントリソグラフィ - Google Patents
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Description
[0001] 本発明はインプリントリソグラフィに関する。
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は従来、例えば集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイおよび微細構造を含む他のデバイスの製造に使用されてきた。
[0003] リソグラフィのパターンのフィーチャサイズを小さくすることが望ましく、何故ならこれによって任意の基板面積上のフィーチャの密度を上げられるからである。フォトリソグラフィでは、より短い波長の放射線を使用することによって、解像度の向上を達成することができる。しかし、このような小型化に伴う問題がある。現在のシステムは、波長が１９３ｎｍの領域の光源を採用し始めているが、このレベルでも回折限界が障害になる。波長が小さくなると、材料の透明性が非常に低くなる。解像度の向上が可能な光学リソグラフィの機械は複雑な光学系および希少な材料を必要とし、その結果、非常に高価になる。
[0004] インプリントリソグラフィとして知られる、sub-100nmのフィーチャを印刷するための手段は、物理的な型またはインプリントテンプレートを使用してパターンをインプリント可能な媒体にインプリントすることにより、パターンを基板に転写することを含む。インプリント可能な媒体は、基板、または基板の表面にコートされた材料でよい。インプリント可能な媒体は、機能的であるか、またはパターンを下層の表面に転写する「マスク」として使用することができる。インプリント可能な媒体は例えば、インプリントテンプレートによって画定されたパターンを転写すべき、半導体材料などの基板に堆積されたレジストとして提供することができる。したがって、インプリントリソグラフィは基本的に、インプリントテンプレートの微細構造が基板上に生成されるパターンを規定するマイクロメータまたはナノメータ規模の成形プロセスである。パターンは、光学リソグラフィプロセスと同様に層状でよく、したがってインプリントリソグラフィは基本的に、ＩＣの製造のような用途に使用することができる。
[0005] インプリントリソグラフィの解像度は典型的にインプリントテンプレートの作製プロセスによってのみ制限される。例えば、インプリントリソグラフィは、従来の光学リソグラフィプロセスで達成可能なものと比較して解像度およびラインエッジ粗さが大幅に改善されたsub-50nm範囲のフィーチャを生成するために使用することができる。また、インプリントプロセスの利点は、これが通常光学リソグラフィプロセスで往々にして必要とされる高価な光学系、先進の照明源または特殊なレジスト材料を必要としないことを含む。
[0006] インプリントテンプレートの作製は典型的に電子ビームリソグラフィを使用して実行され、これは一般的に時間および費用がかかる（電子ビームリソグラフィの機械は購入および運転に非常に費用がかかる）。
[0007] 本発明の一態様によると、第１パターンを有する第１インプリントテンプレートの実質的なレプリカを作成する方法であって、
第１パターンの窪みを第１材料で充填し、
第１インプリントテンプレートから第１材料を除去して、第１パターンとは実質的に逆である第２パターンを有する第２インプリントテンプレートを形成し、
第２パターンの窪みを光硬化性媒体で充填し、
放射で照明することによって光硬化性媒体を硬化し、
第２インプリントテンプレートから硬化した媒体を除去して、第１パターンの実質的なレプリカであるパターンを有する第３インプリントテンプレートを形成する、
ことを含む方法が提供される。
第１パターンの窪みを第１材料で充填し、
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[0008] 本発明の別の態様によると、インプリントテンプレートを作成する方法であって、
基板の少なくとも一部をネガ型レジストで覆い、
電子ビームリソグラフィ装置を使用してネガ型レジストをパターン化し、
レジストを現像、エッチングして、所望のパターンとは逆であるパターンを有する第１インプリントテンプレートを形成し、
パターンの窪みを光硬化性媒体で充填し、
光硬化性媒体を放射で照明し、
第１インプリントテンプレートから硬化した媒体を除去して、所望のパターンを実質的に有する第２インプリントテンプレートを提供する、
ことを含む方法が提供される。
基板の少なくとも一部をネガ型レジストで覆い、
電子ビームリソグラフィ装置を使用してネガ型レジストをパターン化し、
レジストを現像、エッチングして、所望のパターンとは逆であるパターンを有する第１インプリントテンプレートを形成し、
パターンの窪みを光硬化性媒体で充填し、
光硬化性媒体を放射で照明し、
第１インプリントテンプレートから硬化した媒体を除去して、所望のパターンを実質的に有する第２インプリントテンプレートを提供する、
ことを含む方法が提供される。
[0009] 本発明の１つまたは複数の実施形態は、パターン化したインプリントテンプレートを流動可能な状態のインプリント可能媒体にインプリントするあらゆるインプリントリソグラフィプロセスに適用可能であり、例えば上述したような熱およびＵＶインプリントリソグラフィに適用することができる。本発明の１つまたは複数の実施形態を理解する上では、本明細書で与えられ、そして当技術分野で知られている以上にインプリントプロセスを詳細に説明する必要はない。
[0010] 次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。
[0018] インプリントリソグラフィには、一般的に熱インプリントリソグラフィおよびＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれる２つの基本的アプローチがある。ソフトリソグラフィとして知られる第３のタイプの「プリンティング」リソグラフィもある。これらの図を図１ａから図１ｃに示す。
[0019] 図１ａは、分子１１（通常はチオールなどのインク）の層を可撓性テンプレート１０（通常はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作製する）から基板１２と平坦化および転写層１２’との上に支持されたレジスト層１３へと転写することを含むソフトリソグラフィプロセスを概略的に示したものである。テンプレート１０は、その表面上にフィーチャパターンを有し、分子層がフィーチャの上に配置されている。テンプレートをレジスト層に押しつけると、分子１１の層がレジストに付着する。テンプレートをレジストから除去すると、分子１１の層がレジストに付着している。転写した分子層で覆われていないレジストの区域は基板までエッチングされるように、レジストの残留層をエッチングする。
[0020] ソフトリソグラフィに使用されるテンプレートは容易に変形することができ、したがって例えばナノメートル規模などの高解像度の用途に適さないことがある。テンプレートの変形がインプリントされたパターンに悪影響を及ぼし得るからである。さらに、同じ領域を複数回重ね合わせる多層構造の作製時には、ソフトインプリントリソグラフィはナノメートル規模でオーバレイ精度を提供することができない。
[0021] 熱インプリントリソグラフィ（または熱エンボス）は、ナノメートル規模で使用する場合、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。プロセスは、磨耗および変形に対する抵抗がより高い例えばシリコンまたはニッケルから作成したより硬質のテンプレートを使用する。これは、例えば米国特許第６，４８２，７４２号に記載され、図１ｂに図示されている。典型的なホットインプリントのプロセスでは、固体テンプレートを、基板１２の表面に注型されている熱硬化性または熱可塑性ポリマ樹脂１５にインプリントする。樹脂は、例えばスピンコートし、基板表面に、またはさらに典型的には（例えば図示のように）平坦化および転写層１２’にベークすることができる。「硬質」という用語は、インプリントテンプレートについて述べる場合、一般的に「硬質」材料と「軟質」材料の間と見なされている、例えば「硬質」ゴムなどの材料を含む。インプリントテンプレートとして使用するために特定の材料が適切かは、用途の要件によって決定される。
[0022] 熱硬化性ポリマ樹脂を使用する場合は、テンプレートと接触すると、樹脂がテンプレート上に画定されたパターンフィーチャに流入できるほど十分に流動可能になるような温度まで、樹脂を加熱する。次に、樹脂の温度を上昇させて樹脂を熱硬化し（例えば架橋し）、したがってこれは固化して、不可逆的に所望のパターンになる。これで、テンプレートを除去し、パターン化した樹脂を冷却することができる。
[0023] 熱インプリントリソグラフィプロセスに使用する熱可塑性ポリマ樹脂の例は、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（ベンジルメタクリレート）またはポリ（シクロヘキシルメタクリレート）である。熱可塑性樹脂は、テンプレートでインプリントする直前に自由に流動可能な状態になるように加熱される。通常は、樹脂のガラス転移温度より非常に高い温度まで熱可塑性樹脂を加熱する必要がある。テンプレートを流動可能な樹脂に押しつけ、樹脂がテンプレート上に画定された全てのパターンフィーチャに確実に流入するように、十分な圧力を加える。次に、テンプレートを所定の位置にした状態で、樹脂をガラス転移温度の下まで冷却すると、樹脂は不可逆的に所望のパターンになる。パターンは、樹脂の残留層から浮き彫りになったフィーチャで構成され、次にパターンフィーチャのみを有するように適切なエッチングプロセスでこれを除去することができる。
[0024] 固化した樹脂からテンプレートを除去した後、通常は図２ａから図２ｃに示すように２段階のエッチングプロセスを実行する。基板２０は、図２ａに示すように、すぐ上に平坦化および転写層２１を有している。平坦化および転写層の目的は２つある。これはテンプレートの表面と実質的に平行な表面を提供し、これはテンプレートと樹脂の間の接触部が平行であるのを保証するのに役立ち、さらに本明細書で説明するようにプリントされたフィーチャのアスペクト比を改善する働きもする。
[0025] テンプレートを除去した後、固化した樹脂の残留層２２が、所望のパターンに成形されて平坦化および転写層２１上に残される。第１エッチングは等方性で、残留層２２の一部を除去し、その結果、図２ｂで示すようにフィーチャのアスペクト比が不良になり、ここでＬ１はフィーチャ２３の高さである。第２エッチングは異方性（または選択的）であり、アスペクト比を改善する。異方性エッチングは、固化した樹脂で覆われていない平坦化および転写層２１の部分を除去し、図２ｃで示すようにフィーチャ２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）へと上げる。その結果、エッチング後に基板上に残った厚さのコントラストは、例えばインプリントしたポリマに十分に抵抗性がある場合にドライエッチング用マスクとして、例えばリフトオフプロセスの一ステップとして使用することができる。
[0026] 熱インプリントリソグラフィには、パターンの転写をより高い温度で実行するばかりでなく、テンプレートを除去する前に樹脂が十分固化していることを保証するために、比較的大きい温度差も必要になるという欠点がある。３５℃から１００℃の温度差が必要なことがある。したがって、例えば基板とテンプレートとの異なる熱膨張率が、転写したパターンの歪みを引き起こすことがある。これは、インプリント可能材料の粘性のせいで、インプリントステップに必要な比較的高い圧力によって悪化し、これは基板に機械的変形を誘発することがあり、これもパターンを歪める。
[0027] 他方で、ＵＶインプリントリソグラフィは、このような高い温度および温度変化を伴わず、このような粘性のインプリント可能材料も必要としない。むしろ、ＵＶインプリントリソグラフィは、部分的または全体的に透明なテンプレートおよびＵＶ硬化性液体を使用し、これは通常例えばアクリレートまたはメタクリレートなどのモノマを含む。概して、モノマと開始剤の混合物のような光重合性材料を使用することができる。硬化性液体は、例えばジメチルシロキサン誘導体も含んでよい。このような材料は、熱インプリントリソグラフィで使用する熱硬化性および熱可塑性樹脂より粘性が低い傾向があり、その結果、より速く移動してテンプレートパターンフィーチャを充填する。低温および低圧の作業は、より高いスループット能力にも好都合である。「ＵＶインプリントリソグラフィ」という名称は常にＵＶ放射を使用することを暗示するが、任意の適切な化学線を使用してよいことが当業者には認識される（例えば可視光を使用してよい）。したがって、本明細書でＵＶインプリントリソグラフィ、ＵＶ放射、ＵＶ硬化性材料などに言及した場合、それは任意の適切な化学線を含むものと解釈され、ＵＶ放射のみに制限されると解釈してはならない。
[0028] ＵＶインプリントプロセスの例を図１ｃに示す。図１ｂのプロセスと同様の方法で、クォーツテンプレート１６をＵＶ硬化性樹脂１７に適用する。熱可塑性樹脂を使用する熱エンボスのように温度を上昇させるか、熱可塑性樹脂を使用した場合のように温度を循環させるのではなく、樹脂を重合し、したがって硬化させるために、クォーツテンプレートを通してこれにＵＶ放射を加える。テンプレートを除去した後、レジストの残留層をエッチングする残りのステップは、本明細書で説明した熱エンボスプロセスと同じであるか、同様である。通常使用されるＵＶ硬化性樹脂は、典型的な熱可塑性樹脂より粘性がはるかに低く、したがってより低いインプリント圧力を使用することができる。より低い圧力による物理的変形の減少は、高い温度および温度変化による変形の減少とともに、ＵＶインプリントリソグラフィを高いオーバレイ精度を必要とする用途に適したものにする。また、ＵＶインプリントテンプレートの透明の性質は、インプリントと同時に光学的に位置合わせする技術に対応することができる。
[0029] このタイプのインプリントリソグラフィは主にＵＶ硬化性材料を使用し、したがって一般的にＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれるが、他の波長の放射を使用して、適切に選択した材料を硬化する（例えば重合または架橋反応を活性化する）ことができる。概して、適切なインプリント可能材料が使用可能であれば、このような化学反応を開始可能な任意の放射を使用することができる。代替的な「活性化放射」は、例えば可視光、赤外線放射、Ｘ線放射および電子ビーム放射を含む。本明細書の全体的な説明では、ＵＶインプリントリソグラフィへの言及およびＵＶ放射の使用は、以上および他の活性化放射の可能性を排除するものではない。
[0030] 基板表面に実質的に平行に維持される平面テンプレートを使用するインプリントシステムの代替物として、ローラインプリントシステムが開発されている。テンプレートをローラ上に形成するが、それ以外はインプリントプロセスが平面テンプレートを使用するインプリントに非常に類似した熱およびＵＶローラインプリントシステムが提案されている。
[0031] 例えばＩＣ製造業者などが従来使用している光学ステッパと同様の方法で基板を小さいステップでパターン化するために使用できるステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られるＵＶインプリント技術が特に開発されている。これは、テンプレートをＵＶ硬化性樹脂にインプリントすることによって、１回に基板の小さい区域に印刷し、テンプレートを通してＵＶ放射を「フラッシュ」してテンプレートの下の樹脂を硬化させ、テンプレートを除去し、基板の隣接領域へとステップを進め、作業を繰り返すことを含む。このような逐次移動式プロセスの小さいフィールドサイズは、パターンの歪みおよびＣＤの変動を減少または最小化するのに役立ち、したがってＳＦＩＬはＩＣおよび高いオーバレイ精度を必要とする他のデバイスの製造に特に適している。
[0032] 原則的にはＵＶ硬化性樹脂を例えばスピンコートなどによって基板表面全体に適用することができるが、これは、比較的揮発性のＵＶ硬化性樹脂を使用する場合は問題になることがある。
[0033] この問題に取り組む１つのアプローチは、テンプレートでインプリントする直前に樹脂を小滴にして基板のターゲット部分に配量する、いわゆる「ドロップオンデマンド」プロセスである。液体の配量は、基板の特定のターゲット部分に特定の体積の液体が付着するように制御される。液体は、様々なパターンで配量することができ、注意深く制御した液体の体積とパターンの配置との組合せを使用して、パターン化をターゲット区域に限定することができる。
[0034] 上述したようにオンデマンドで樹脂を配量することは、些細なことではない。小滴のサイズおよび間隔は、テンプレートのフィーチャを充填するために十分な樹脂があり、それと同時に延びて望ましくない厚さまたは不均一な樹脂層になる可能性がある余分な樹脂を最小限に抑えることを保証するために注意深く制御される。というのは、隣接する滴が流体に接触するとすぐに、樹脂に流れる場所がなくなるからである。
[0035] 本明細書では、ＵＶ硬化性液体を基板に付着させることに言及しているが、ＵＶ硬化性液体はテンプレートに付着させてもよく、概して同じ技術および考慮事項が当てはまる。
[0036] 図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化性モノマ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など）、および基板の相対的寸法を示す。硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比率は、約１０6である。フィーチャがテンプレートから突出して基板を損傷するのを回避するために、寸法ｔはテンプレート上に突出するフィーチャの深さより大きいことが認識される。
[0037] スタンピング後に残った残留層は、下にある基板の保護に有用であるが、本明細書で言及するように、特に高い解像度および／または最小のＣＤ（微小寸法）の変動が望ましい場合に問題の発生源になることもある。第１「ブレークスルー」エッチは等方性（非選択的）であり、したがってある程度残留層ばかりでなくインプリントされたフィーチャも腐食する。これは、残留層が過度に厚いおよび／または不均一である場合に悪化し得る。この問題は、例えば下にある基板に最終的に形成されるラインの太さの変動（つまり微小寸法の変動）につながる。第２異方性エッチで転写層にエッチングされるラインの太さの均一性は、樹脂に残されたフィーチャのアスペクト比および形状の完全性に依存する。残留樹脂層が不均一な場合、非選択的な第１エッチは、頂部が「丸まった」状態でこれらのフィーチャの幾つかを残すことがあり、したがって第２およびその後のエッチングプロセスでライン太さの良好な均一性を保証するほど十分に良く画定されない。原則的に、上記の問題は、残留層が可能な限り薄いことを保証することによって軽減することができるが、これには望ましくないほど大きい圧力（基板の変形を増大させる可能性がある）および比較的長いインプリント時間（スループットを減少させる可能性がある）を加える必要があることがある。
[0038] テンプレートは、インプリントリソグラフィシステムの重大な構成要素である。本明細書で述べるように、テンプレート表面上のフィーチャの解像度は、基板上に印刷されるフィーチャで達成可能な解像度の制限要素である。熱およびＵＶリソグラフィに使用するテンプレートは一般的に、２段階のプロセスで形成される。最初に、例えば電子ビームの書き込みを使用して（例えば電子ビームパターン発生器で）所望のパターンを書き込み、レジストに高解像度のパターンを与える。次に、レジストパターンをクロムの薄い層に転写し、これはパターンをテンプレートの母材に転写する最終的な異方性エッチングステップのためのマスクを形成する。例えばイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学的エッチング、プラズマエッチング、イオンエッチングまたはイオンミリングなどの他の技術を使用してもよい。一般的に、非常に高い解像度が可能な技術を使用する。というのは、テンプレートが事実上1xマスクで、転写されるパターンの解像度はテンプレート上のパターンの解像度によって制限されるからである。
[0039] テンプレートの剥離特徴も考慮事項になり得る。テンプレートは、例えば表面処理材料で処理して、小さい表面エネルギを有するテンプレート上に薄い剥離層を形成することができる（薄い剥離層は基板にも付着させることができる）。
[0040] インプリントリソグラフィの開発における別の考慮事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力を受けることがあり、熱リソグラフィの場合には、極端な圧力および温度にも曝される。これはテンプレートの磨耗を引き起こすことがあり、基板上にインプリントされるパターンの形状に悪影響を及ぼし得る。
[0041] 熱インプリントリソグラフィでは、パターン化すべき基板と同じ、または同様の材料のテンプレートを使用することには、２つの間の熱膨張率の差を縮小するために潜在的な利点がある。ＵＶインプリントリソグラフィでは、テンプレートは少なくとも部分的に化学線に対して透明であり、往々にしてクォーツのテンプレートが使用される。
[0042] 本文ではＩＣの製造におけるインプリントリソグラフィの使用に特に言及しているが、説明されたインプリント装置および方法には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導および検出パターン、ハードディスク磁気媒体、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッドなどである。
[0043] 本明細書の説明では、事実上レジストとして作用するインプリント可能樹脂を介してテンプレートパターンを基板に転写するためのインプリントリソグラフィの使用に言及しているが、場合によってはインプリント可能材料自体が機能的材料で、例えば特に電気または熱伝導性、光学的直線または非直線応答などの機能を有してよい。例えば機能的材料は伝導層、半導体層、誘電層または別の望ましい機械的、電気的または光学的特性を有する層を形成することができる。幾つかの有機物質も適切な機能的材料になる。このような応用は、本発明の実施形態の範囲に入る。
[0044] 場合によっては、実質的に同じパターンを有する複数のインプリントテンプレートを有することが望ましい。その場合は、以上でさらに説明したように、電子ビームリソグラフィを使用して各インプリントテンプレートを作成することが従来の方法である。本発明の実施形態は、インプリントテンプレートを作成する代替方法を提供する。本発明の実施形態は、実質的に同じパターンを有する複数のインプリントテンプレートの作成に特に適しているが、それに制限されない。
[0045] インプリントテンプレートは、以上でさらに説明したように、従来の方法では電子ビームリソグラフィを使用して製造される。例えばクォーツから作成することができるこのインプリントテンプレートの略図が、図４に図示されている。クォーツのインプリントテンプレート１０１に剥離層１０２を設ける。剥離層に適切な材料については、以下でさらに説明する。ニッケルの第１層１０３は、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）またはスパッタリング技術を使用してクォーツインプリントテンプレート１０１に適用する。これに続いて、電気メッキを使用してニッケル１０４の巨視的層１０４をニッケルの第１層１０３上に成長させる。ニッケルの第１層１０３はインプリントテンプレート１０１の窪みを充填し、巨視的ニッケル層１０４を受ける滑らかな上面を提供する。
[0046] ニッケルの第１層１０３および巨視的層１０４は一緒になってニッケルインプリントテンプレート１０５を形成する。ニッケルインプリントテンプレート１０５がクォーツインプリントテンプレート１０１から除去され、剥離層１０２は、ニッケルインプリントテンプレートとクォーツインプリントテンプレートが相互から分離できることを保証するのに役立つ。ニッケルインプリントテンプレート１０５に設けられたパターンは、クォーツインプリントテンプレート１０１に設けられたパターンとは逆である。
[0047] ニッケルインプリントテンプレート１０５には剥離層（図示せず）を設けてよい。剥離層に適切な材料については、以下でさらに説明する。
[0048] ニッケルインプリントテンプレート１０５は、クォーツインプリントテンプレート１０１のコピーを作成する（つまり、クォーツインプリントテンプレートと実質的に同じパターンを有する複数のインプリントテンプレートを作成する）のに使用されることができる。図５に概略的に示すように、ニッケルインプリントテンプレート１０５を反転し、次に光硬化性媒体１１０をそれに付着させる。光硬化性媒体１１０はモノマ、光開始剤および架橋剤を含む。モノマは、例えばエポキシ、（メタ）アクリレートまたはビニル基を含む。光開始剤については以下でさらに説明する。架橋剤は、エポキシ、（メタ）アクリレートまたはビニル基のうち少なくとも２つを含む分子でよい。
[0049] 光硬化性媒体１１０は、紫外線放射を使用して照明される。紫外線放射は、光硬化性媒体１１０が固化するように、これを硬化する。次に、固体の硬化媒体１１０をニッケルインプリントテンプレート１０５から分離する。硬化した媒体１１０は、クォーツインプリントテンプレート１０１の実質的なレプリカであるインプリントテンプレートを形成し、パターンをリソグラフィ基板にインプリントするために使用することができる。したがって、本発明の実施形態は、従来の電子ビーム製造より便利で安価なインプリントテンプレート形成方法を提供する。本発明の実施形態を使用して、任意の数のインプリントテンプレートを作成できることが認識される。これによって元のインプリントテンプレートの実質的なレプリカを安価かつ便利に製造することができる。
[0050] 光硬化性媒体１１０内に含まれる光開始剤は、その後のインプリント中に硬化した媒体のインプリントテンプレートを通過する波長では低い吸収率を有するように選択される。例えば、その後のインプリント中に使用される放射より短い波長で放射を吸収する光開始剤を選択してよい。例えば、光開始剤は、エポキシおよびビニル基の重合開始に使用できる光酸発生成分であり、約２４５ナノメートルに吸収の最大値を有するIrgacure 250（スイス、バーゼルのCiba Specialty Chemicals Inc.から入手可能）でよい。その後のインプリントには、約３６５ナノメートルで放射する水銀光を使用してよい。Irgacure 250は３６５ナノメートル（および約３４０ナノメートルまでのこれより短い波長）で事実上透明であり、したがって有意の量の３６６５ナノメートルの放射を吸収しない。有遊基に基づく光重合に使用できる他の光開始剤は、Irgacure 184およびDarocure 1173（スイス、バーゼルのCiba Specialty Chemicals Inc.から入手可能）を含む。
[0051] 上述したように、クォーツインプリントテンプレート１０１および／またはニッケルインプリントテンプレート１０５には、クォーツインプリントテンプレート１０１からのニッケルインプリントテンプレート１０５の剥離および／またはニッケルインプリントテンプレート１０５から硬化した媒体１１０の剥離を容易にするために剥離層を設けることができる。剥離層は、例えばトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランのようなフッ化アルキルトリクロロシランのモノマを含むか、例えば１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデカンチオールでよい。
[0052] ニッケルインプリントテンプレート１０５に剥離層を設ける代わりに、またはそれに加えて、光硬化性媒体１１０は、剥離層特性を提供する１つまたは複数の物質を含んでよい。これは、低い表面張力を有する表面を生成する分子になるようにモノマおよび架橋剤を選択することによって実行することができる。適切な材料は二量体、例えばフッ化エポキシまたはアクリレートを含む。例は、架橋剤としてフッ素を含むモノマ、例えば３−パーフルオロブチル１，２−エポキシプロパンまたは３−パーフルオロヘキシル１，２−エポキシプロパン（両方とも米国サウスカロライナ州ウェストコロンビアのOakwood Products, Inc.から入手可能）および１，４−ビス（２’３’−エポキシプロピル）−パーフルオロ−ｎ−ブタン（英国ダービー州Old GlossopのFluorochem Ltd.から入手可能）である。場合によっては、ニッケルインプリントテンプレート１０５上に剥離層を設け、剥離層特性を提供する光硬化し媒体１１０も使用することが望ましい。
[0053] インプリントテンプレート全体を硬化した媒体から形成するよりも、クォーツ基板上にインプリントテンプレートを設けることが望ましいことがある。これは、例えば図６に示すように、光硬化性媒体１２０の層をニッケルインプリントテンプレート１０５上に堆積させることによって達成できる。光硬化性媒体層１２０は薄く、例えば数百ナノメートルの厚さでよく、したがって例えばインクジェット式印刷を使用して付着させることができる。光硬化性媒体１２０はモノマ、架橋剤および光開始剤を含む（これらの材料は、上述した材料に対応することができる）。クォーツ基板１２１にはプライマ層１２２を設け、これはクォーツに良好に付着する材料を備える。適切なプライマの例は、５，６エポキシヘキシルトリメトキシラン（米国ペンシルバニア州MorrisvilleのGelest, Inc.から入手可能）のようなエポキシシランまたは（３−アクリロキシプロピル）トリメトキシシラン（英国ダービー州Old GlossopのFluorochem Ltd.から入手可能）のようなアクリレートシランである。プライマ層１２２が光硬化性媒体１２０と接触するように、クォーツ基板１２１を反転させ、光硬化性媒体１２０の層の上に配置する。
[0054] 紫外線放射をクォーツ基板に通して誘導し、光硬化性媒体１２０を硬化すると、媒体内のモノマがポリマを形成し、したがって媒体が固化する。硬化した媒体１２０のポリマがプライマ層１２２と反応し、したがって硬化した媒体１２０とプライマ層１２２とが相互に保持される。したがって、クォーツ基板１２１、プライマ層１２２および硬化した媒体１２０がインプリントテンプレート１２３を形成し、これは元のクォーツインプリントテンプレート１０１の実質的なレプリカであり、パターンをリソグラフィ基板にインプリントするために使用することができる。このインプリントテンプレートの形成方法は、従来の電子ビーム製造より便利で安価である。同じニッケルインプリントテンプレート１０５を使用して、任意の数のインプリントテンプレートを作成できることが認識される。これによって、元のインプリントテンプレートの実質的なレプリカを安価かつ便利に製造することができる。
[0055] 光硬化性媒体１２０は、前述したように薄くてよい（例えば５００ナノメートル未満）。つまり、この層における紫外線放射（または他の化学線）の吸収は無視可能でなければならない。この理由から、光硬化性媒体１２０内に提供した光開始剤は、その後にリソグラフィ基板をインプリントする場合に使用される波長で、低い吸収率を有する。言うまでもなく、所望に応じて該当する波長で低い吸収率を有する光開始剤を使用することが可能である。
[0056] 光硬化性媒体１２０は、その結果として硬化した媒体が表面張力の低い表面を有するように選択された１つまたは複数の物質から形成することができる。このような表面は剥離層として作用する。これに関して使用できる適切な材料については、以上でさらに詳細に説明している。また、剥離層は、以上でさらに説明したようにニッケルインプリントテンプレート上に設けてもよい。
[0057] 光硬化性媒体層１２０に接触するクォーツ物質１２１の表面には、構造を設けることができる。このような構造により、クォーツ基板１２１を光硬化性媒体１２０に直接固着させることができる。この構造は、例えば光学リソグラフィおよび／またはエッチングを使用してパターン化することができ、クォーツ基板１２１と光硬化性媒体１２０の間の接触面積を増加させ、それによって硬化時にクォーツ基板１２１と媒体１２０との間に強力な固着を提供するという効果を有する。図７は、適切な構造の２つの例を示す。図７ａは、光学リソグラフィおよびエッチングで形成した構造を示す。エッチングは、例えば方向性を持つイオンエッチングまたはウェットエッチングでよい。構造はクォーツ基板１２１の表面に窪みアレイ１２５を備える。図７ｂは、構造がアンダカットを有する窪みアレイ１２６を備えるように、エッチングを延長したクォーツ基板１２１を示す。図７に示した構造は両方とも、クォーツ基板１２１と光硬化性媒体１２０の間に強力な固着を可能にする。
[0058] クォーツ基板１２１にパターンを設けると、これはその後にインプリントテンプレートを使用する間、放射の多少の（逆）散乱を引き起こすことがある（散乱はクォーツ基板１２１と硬化した媒体１２０の間の境界面で発生する）。この欠点は、クォーツ基板１２１と硬化した媒体１２０との屈折率を一致させることによって軽減するか、解消することができる。クォーツの屈折率は１．５４である。ポリマの屈折率は、重合に使用するモノマのタイプ（アクリレート、エポキシ、ビニル）に依存する。さらに、ポリマの屈折率は、（架橋剤の濃縮によって誘発される）架橋密度の増加とともに上昇する。これらの自由度を使用して、硬化した媒体１２０の屈折率を調節することができる。例えばインプリント中に、より均質な露光を生成するので、特定程度の散乱を有することが望ましい場合、硬化した媒体１２０の屈折率は、クォーツ基板１２１の屈折率とは異なるように選択することができる。硬化した媒体１２０の屈折率は、クォーツ基板のそれと実質的に一致すると言うことができ、これは所望の量の散乱が生じることと同じであるか、十分に近いことを意味する。
[0059] 本発明の代替実施形態では、元のクォーツインプリントテンプレートの生産中に、クォーツインプリントテンプレートを従来のポジ型レジストではなくネガ型レジストで覆う。ポジ型レジストは、レジストの現像およびエッチングが、露光していない全てのレジストを除去し、それによって露光したレジスト内に画定されたパターンを形成するように作用する。ネガ型レジストは、ポジ型レジストとは反対の方法で働き、したがってレジストの現像およびエッチングは、露光したレジストのみを除去し、露光していないレジスト内に画定されたパターンを形成する。レジストのパターンは、薄いクロムの層に転写され、これはパターンをインプリントテンプレートの母材に転写する最終的な異方性エッチングステップ用のマスクを形成する。元のクォーツインプリントテンプレートの作成時にネガ型レジストを使用することにより、その結果のインプリントテンプレートは、ポジ型レジストを使用した場合に見られるようなパターンを逆にしたパターンを有する。したがって、元のクォーツインプリントテンプレートを生成し、次にニッケルインプリントテンプレートを使用してクォーツインプリントテンプレートの実質的なレプリカを生成するのではなく、ネガ型レジストを使用して構成したクォーツインプリントテンプレートを使用して、インプリントテンプレートを直接形成することができる。
[0060] 本発明の代替実施形態を、図８に概略的に示す。クォーツインプリントテンプレート１３０に、上述したニッケルインプリントテンプレートに形成された逆転パターンと同等のパターンを設ける（クォーツインプリントテンプレート１３０は、ネガ型レジストを使用して形成されている）。光硬化性媒体１３１の層を、クォーツインプリントテンプレート１３０上に設ける。図７に示したタイプの構造を備えてもよいクォーツ基板を、光硬化性媒体１３１に接触させる。クォーツ基板１３２を通して紫外線放射を光硬化性媒体１３１へと誘導する。光硬化性媒体１３１が硬化して固化し、それによってクォーツ基板１３２に固着する。クォーツ基板１３２および硬化した媒体１３１は、一緒になってインプリントテンプレート１３３を形成し、これはパターンをリソグラフィ基板にインプリントするために使用することができる。
[0061] 本発明の代替実施形態を使用できる１つの方法は、同じパターンを有する複数のインプリントテンプレートが必要な状況である。電子ビームを操作するために使用されるデータファイルが、（インプリントテンプレートが従来の方法で作成されるように）従来の方法で画定される。クォーツ基板をネガ型レジストで覆い、電子ビームを使用してパターンをレジスト上に書き込む。ネガ型レジストを現像し、その結果のパターンを使用して、クォーツインプリントテンプレートを作成する。その結果のクォーツインプリントテンプレートを使用して、図８に関して上述した方法で、必要なパターンを有する複数のインプリントテンプレートを作成する。データファイルは従来の方法で作成されるので、インプリントテンプレートを作成するこの方法は、便利に使用され、必要なパターンで多くのインプリントテンプレートを作成できるようにする。
[0062] 本発明の第２の実施形態は、本発明の第１実施形態の特徴を含んでよいことが認識される。例えば、剥離層を使用してもよく、あるいは、光硬化性媒体１３１が剥離特性を提供する物質を含んでもよい。同様に、基板を光硬化性媒体１３１に保持することもできる。
[0063] 本発明の特定の例について以上で説明してきたが、説明とは異なる方法で本発明を実践できることが認識される。この説明は本発明を制限するものではない。
[0064] 以上の説明は、基板／インプリントテンプレートとしてクォーツを使用することに言及してきたが、他の適切な材料を使用してよいことが認識される。同様に、説明はニッケルの使用に言及しているが、１つまたは複数の他の適切な金属を使用してよいことが認識される。場合によっては、ニッケルの代わりにポリマを使用してよい。
Claims (11)
- 第１パターンを有する第１インプリントテンプレートの実質的なレプリカを作成する方法であって、
前記第１パターンの窪みを、１つまたは複数の金属である第１材料で充填し、
前記第１インプリントテンプレートから前記第１材料を除去して、前記第１パターンとは実質的に逆である第２パターンを有する第２インプリントテンプレートを形成し、
前記第２パターンの窪みを光硬化性媒体で充填し、
放射で照明することによって前記光硬化性媒体を硬化し、
前記第２インプリントテンプレートから前記硬化した媒体を除去して、前記第１パターンの実質的なレプリカであるパターンを有する第３インプリントテンプレートを形成する、
ことを含む方法。 - 前記金属がニッケルである、請求項１に記載の方法。
- 前記１つまたは複数の金属が、化学蒸着またはスパッタリングを使用して前記窪みに適用される、請求項１に記載の方法。
- 前記化学蒸着またはスパッタリングの後に、電気メッキを使用して１つまたは複数の金属を適用する、請求項３に記載の方法。
- さらに、前記媒体を照明する前に、前記第２パターンを充填する前記光硬化性媒体に基板の表面を接触させることを含み、前記光硬化性媒体の硬化によって前記基板が前記光硬化性媒体に接着される、請求項１に記載の方法。
- 前記基板が、前記光硬化性媒体への前記基板の接着を補助する窪みアレイを備える、請求項５に記載の方法。
- 前記基板が、前記光硬化性媒体への前記基板の接着を補助するプライマ層を備える、請求項５に記載の方法。
- 前記光硬化性媒体が、前記基板のそれと実質的に一致する屈折率を有するように選択される、請求項５に記載の方法。
- 前記第２インプリントテンプレートが、前記第２インプリントテンプレートから前記硬化した媒体を除去することを補助する剥離層を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記光硬化性媒体が、剥離層特性を提供する１つまたは複数の物質を含む、請求項１に記載の方法。
- さらに、前記第２パターンの窪みを光硬化性媒体で再び充填し、放射で照明することによって前記光硬化性媒体を硬化し、前記第２インプリントテンプレートから前記硬化した媒体を除去して、前記第１パターンの実質的なレプリカであるパターンを有する第４インプリントテンプレートを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
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| US11/392,950 US7862756B2 (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Imprint lithography |
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