JP4630886B2 - インプリントリソグラフィ - Google Patents

Description

本発明はインプリントリソグラフィに関する。

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。

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。

インプリントリソグラフィとして知られる、１００ｎｍ以下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る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。

インプリントリソグラフィの解像度は、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５０ｎｍ以下の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は、光学リソグラフィプロセスで通常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。

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）。

本発明の第一の実施形態によれば、基板に平坦化層を設け、平坦化層にインプリント可能な媒体を設け、インプリント可能な媒体にパターンをインプリントするためにマスタインプリントテンプレートを使用し、インプリント可能な媒体を化学線で露光することによって、インプリント可能な媒体を重合し、次にインプリントされたパターンが基板に転写されるように、得られたポリマ層、平坦化層および基板をエッチングすることを含み、それによって基板がマスタインプリントテンプレートに設けられたパターンの逆であるパターンを担持するインプリントテンプレートになる、インプリントテンプレートを作成する方法が提供される。

本発明の第二の実施形態によれば、基板に平坦化層を設け、平坦化層にインプリント可能な媒体を設け、インプリント可能な媒体にパターンをインプリントするためにマスタインプリントテンプレートを使用し、インプリント可能な媒体を化学線で露光することによって、インプリント可能な媒体を重合し、得られたパターン化されたポリマ層にケイ素リッチな層を設け、ケイ素リッチな層を化学線で露光することによって、ケイリッチな層を重合し、次にインプリントされたパターンが基板に転写されるように、得られた重合したケイ素リッチな層、ポリマ層、平坦化層および基板をエッチングすることを含み、それによって基板がマスタインプリントテンプレートのパターンに対応するパターンを担持するインプリントテンプレートになる、インプリントテンプレートを作成する方法が提供される。

本発明の１つまたは複数の実施形態のさらなる特徴は、以下の説明から明白になる。

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。

インプリントリソグラフィには、一般的にホット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「印刷」リソグラフィもある。これらの例を図１ａから図１ｃに示す。

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示したものである。インプリントテンプレート１０は、その表面上にフィーチャのパターンを有し、分子層がフィーチャの上に配置されている。インプリント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。インプリントテンプレート１０をレジスト１３から外すと、分子１１の層がレジスト１３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。

ソフトリソグラフィに使用されるインプリント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。インプリント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。

ホットインプリントリソグラフィ（またはホットエンボス）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ケイ素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。

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。

ホット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、インプリント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。インプリントテンプレートを流動可能な樹脂に押しつけ、樹脂がインプリント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、インプリント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。

固化した樹脂からインプリント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。これはインプリントテンプレートの表面と実質的に平行な表面を提供し、これはインプリント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傾向があり、さらに本明細書で説明するように印刷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。

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上に残される。第１エッチングは等方性で、残留層の一部を除去し、その結果、図２ｂで示すように形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。

ホットインプリントリソグラフィでは、パターンの転写を、望ましくない比較的高い温度で実行するばかりでなく、インプリント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ことがある。文献からは３５℃から１００℃の温度差が知られている。したがって、例えば基板とインプリント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。この問題は、インプリント可能な材料の粘性のせいで、インプリントに使用する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。

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な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、透明なインプリントテンプレートおよびＵＶ硬化性媒体を使用し、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である。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。硬化性媒体は、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、ホット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く、その結果、より速く移動してインプリントテンプレートの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光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を認識されたい（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光、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光のみに制限されると解釈してはならない。

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、石英インプリントテンプレート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ホット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、石英インプリントテンプレートを通してこれにＵＶ光を加える。インプリントテンプレートを除去した後、レジストの残留層の残りのエッチングは、上記で説明したホットエンボスプロセスと同じである。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が使用される。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。

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、他の波長の光を使用して、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な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。一般的に化学線と呼ばれるこのような放射は、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。以上および以下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光の使用は、以上および他の化学線を排除するものではない。

基板表面に実質的に平行に維持される平面インプリント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。インプリント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インプリント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。

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、インプリントテンプレートを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、インプリントテンプレートを通してＵＶ放射を「フラッシュ」してインプリントテンプレートの下の樹脂を硬化させ、インプリント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の変動を最小化し、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。

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、ＵＶ硬化性樹脂の揮発性の性質のせいで問題になることがある。

この問題に取り組む１つのアプローチは、インプリント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。

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、インプリント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。厚すぎる、または不均一な残留層に伴う問題については、以下で検討する。

図３は、インプリントテンプレート、インプリント可能な材料（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はインプリント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。

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／またはオーバレイ精度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、残留層が厚すぎるおよび／または不均一である場合に悪化する。

この問題は、例えば下にある基板に最終的に形成される線の太さの変動（つまり最小寸法の変動）につながることがある。第２異方性エッチで転写層にエッチングされる線の太さの均一性は、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線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）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）を加える必要があることがある。

インプリントテンプレートは、考察を必要とするインプリントリソグラフィシステムの構成要素である。上述したように、インプリント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を制限する要素である。ホットおよびＵＶリソグラフィに使用するインプリント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、インプリントテンプレートが事実上１×マスクで、転写されるパターンの解像度はインプリント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。

インプリントテンプレートの剥離特徴も重要な考察事項になり得る。インプリントテンプレートは、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インプリント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）。

以上では、ＵＶ硬化性媒体を基板上に堆積させることについて言及してきたが、その液体は、インプリントテンプレート上に堆積させることもでき、概して同じ技術および考察事項が当てはまる。

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。インプリントテンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力を受け、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。これはインプリントテンプレートの磨耗を引き起こし、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。

ホットインプリントリソグラフィにおいて、パターン化すべき基板と同じ、または同様の材料のインプリントテンプレートを使用すれば、２つの間の熱膨張率の差を最小限に抑え得るという潜在的な利点がある。ＵＶインプリントリソグラフィでは、インプリント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、往々にして石英のインプリントテンプレートが使用される。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認識されたい。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。

上記の説明では、事実上レジストとして作用するインプリント可能な樹脂を介してインプリント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たが、場合によってはインプリント可能な材料自体が機能的材料で、例えば特に伝導性、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含まれる。

場合によっては、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を有することが望ましい。その場合、従来は、以上で説明したように、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している。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。

本発明の実施形態による方法が、図４に概略的に図示されている。石英基板３０に、例えば化学蒸着またはスパッタリングを使用して、クロム３２の層を設ける。クロム層は、例えば１５ｎｍの厚さである。有機レジスト３４の層が、クロム層３２の上に設けられる。有機レジストは、クロム層に対する良好な接着性を有するように選択される（例えば電子ビームパターン化で使用するのに適切な有機レジスト）。有機レジストはＰＭＭＡでよい。有機レジストの代わりに、プライマ分子の単層を使用することができる（例えば（３−アクリロイルオキシプロピル）トリメトキシシランまたは［３−（メタクリロイルオキシ）プロピル］トリメトキシシラン）。

図４ｂを参照すると、インプリント可能な媒体３６の小滴のアレイが有機レジスト層３４に堆積している。これは、例えばインクジェット印刷技術を使用して実行してよい。インプリント可能な媒体３６は、ケイ素含有モノマ、ケイ素含有架橋剤および光開始剤を含む。モノマおよび架橋剤の例は、３−（アクリルオキシプロピル）トリ（トリメチルシロキシ）−シランおよび１，３−ビス３−メタクリルオキシプロピルテトラ−メチルジシロキサンである。ケイ素を含有しないモノマおよび／または架橋剤は、ケイ素を含有する反応性モノマおよび架橋剤との組合せで使用することができる。例えば、インプリント可能な媒体３６は、１２％ケイ素を含んでよく、したがって有機レジストの機械的特性および硬化特性を改善できるケイ素がない何らかのアクリレートの余地がある。塩化モノマ（アクリレート、エポキシ、メタクリレート、ビニル）を、インプリント可能な媒体３６として使用することができ、クロムのエッチング時には、塩素がポリマのエッチング速度を低下させる（このエッチングステップについては、以下でさらに説明する）。塩化モノマは、非塩化モノマまたは架橋剤と混合してよい。その例は、メチルアルファ−クロロアクリレート、２−クロロアクリル酸、３−クロロプロペン、２−クロロエチルメタクリレート、２−ヒドロキシ−３−クロロプロピルアクリレート、２，３−ジクロロ−１−プロピルアクリレート、１，３−ジクロロ−２−プロピルアクリレート、２−クロロエチルアクリレートおよび２，２，２−トリクロロエチルアクリレートである。塩化モノマは、プライマ分子の単層を有機レジスト３４の代わりに使用している場合、または有機レジストがない場合（この可能性については、以下でさらに説明する）、有用なことがある。

インプリント可能な媒体３６は、有機レジスト層３４を濡らさなければならない。つまり有機レジスト層上のインプリント可能な媒体の接触角は、９０°より大きくなければならない。これによって、インプリント可能な媒体は、表面全体により簡単に広がることができる。

図４ｃを参照すると、所望のパターンの逆であるパターンを担持するマスタインプリントテンプレート３８がインプリント可能な媒体３６と接触させられる。マスタインプリントテンプレート３８には、剥離層（図示せず）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−パーフルオロデカン）シランを含んでよい。インプリント可能な媒体３６がマスタインプリントテンプレート３８上のパターンの窪みに流入できるように、適切な時間を経過させることができる。紫外線放射４０（または他の化学線）がマスタインプリントテンプレート３８を通してインプリント可能な媒体３６へと誘導される。これによって、インプリント可能な媒体３６が重合し、ケイ素リッチなポリマ３６を形成する。ケイ素リッチなポリマ３６は固体であり、その結果、マスタインプリントテンプレート３８が後退した場合に、パターンが図４ｄに示すようにケイ素リッチなポリマに残る。パターンはマスタインプリントテンプレート３８のパターンの逆である（つまりパターンは所望のパターンに対応する）。

次に、指向性ブレークスルーエッチングを使用して、ケイ素リッチなポリマ３６を均質に減少させる。つまり、ケイ素リッチなポリマ３６は、パターンの表面積全体で実質的に同じ量だけエッチングで除去される。その結果、図４ｅに見られるように、基板全体に存在したケイ素リッチなポリマ３６の残留層が、エッチングで除去される。インプリントされたパターンが、ケイ素リッチなポリマ３６に残るが、この時点では、有機レジスト層３４から延在する高さが減少している。エッチングは、ケイ素リッチなポリマ３６を十分に除去し、したがって有機レジスト３４がパターンの窪みにて露出している。指向性ブレークスルーエッチングに使用できる適切なエッチングは、フッ素またはフッ素／酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングを含む。

図４ｆを参照すると、指向性転写エッチングを使用して、有機レジスト層３４をパターン化する（つまりケイ素リッチなポリマ３６のパターンを有機レジスト層にエッチングする）。指向性転写エッチングに使用できる適切なエッチングは、酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングである。高いアスペクト比のフィーチャの生成は、ケイ素リッチなポリマ層３６と有機レジスト層３４との間の選択性から生じる。

図４ｇを参照すると、クロム層３２は、指向性クロムエッチング、例えば塩素／酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングを使用してパターン化される。ケイ素リッチなポリマ３６は、クロムのエッチングに対して高い固有抵抗を有し、それによってケイ素リッチなポリマのパターンがクロム層３２に転写されることを保証する。有機レジスト３４も、同じ理由で、クロムのエッチングに対する高い固有抵抗を有してよい。場合によって、ケイ素リッチなポリマ３６は、指向性クロムエッチングに対して低めの固有抵抗を有するが、これは、有機レジスト３４が十分に高い固有抵抗を有する場合、重大な問題を引き起こさない。概して、ケイ素リッチなポリマ３６および有機レジスト３４の一方または両方が、クロム層３４のエッチング中に残る（およびこれによって形成されるパターンが残る）ほど、クロムエッチングに対して十分な固有抵抗を有していなければならない。

図４ｈを参照すると、有機レジスト３４は、例えば適切な有機溶剤中で溶解させることにより、剥離される。これで、石英基板３０およびパターン化されたクロム層３２が残る。石英は、例えば反応性イオンエッチングとフッ素プラズマを使用して（クロムがハードマスクとして作用する）、指向性エッチングされる。これによって、パターンが石英基板３０にエッチングされる。エッチングされた基板３０が、図４ｈに図示されている。

図４ｉを参照すると、クロム３２は、ウェットエッチングを使用して基板３０から剥離され、所望のインプリントパターン４２を有する石英基板３０が残る。ウェットエッチングは、例えば酢酸と硝酸セリウムアンモニウムの混合物、例えばCyanteck CR-14（米国カリフォルニア州フリーモントのCyantek Corporationから入手可能）を使用してよい。

図４ｉを参照すると、インプリントテンプレート４４が形成されており、マスタインプリントテンプレート３８上のパターン４２の逆であるパターンを担持する。マスタインプリントテンプレート３８に設けられたパターンは所望のパターンの逆であるので、インプリントテンプレート４４は所望のパターンを有し、基板に設けた有機レジストのインプリントに使用することができる。インプリントテンプレート４４は石英から形成されるので、ＵＶ放射（または他の適切な化学線）に対して透明である。したがって、インプリントテンプレート４４をＵＶリソグラフィに使用することができる。

逆のパターンを有するマスタインプリントテンプレート３８を形成するために、別のプロセスが必要なことがある。これは、例えば従来通りの方法で電子ビームリソグラフィを使用して、初期インプリントテンプレートに所望のパターンを形成し、次に上述した方法を使用して、初期インプリントテンプレートを使用するマスタインプリントテンプレート３８を形成することによって実行することができる。

図５は、マスタインプリントテンプレートに設けられたパターン（の逆ではなく）に対応するパターンで、インプリントテンプレートを形成することができる、本発明の実施形態による方法を概略的に示したものである。図５ａを参照すると、石英基板５０に、例えば化学蒸着またはスパッタリングを使用して、クロム５２の層を設ける。クロム層５２は、例えば１５ｎｍの厚さでよい。レジスト層５４が、クロム層５２の上に設けられる。レジストは、クロム層５２に対する良好な接着性を有するように選択され。例えば電子ビームパターン化中に使用されるレジストでよい。例えば日本の東京のNippon ZeonからのＺＥＰ電子ビームレジストを使用してよい。レジストの代わりに、プライマ分子の単層を使用することができる（例えば（３−アクリロイルオキシプロピル）トリメトキシシランまたは［３−（メタクリロイルオキシ）プロピル］トリメトキシシラン）。

図５ｂを参照すると、印刷可能な媒体５６の小滴を、レジスト層５４の上に堆積させる。インプリント可能な媒体５６は、ケイ素を含有しないモノマ、架橋剤および光開始剤の混合を含む。小滴は、インクジェット印刷技術を使用して、レジスト層５４に堆積させることができる。所望のパターンを担持するマスタインプリントテンプレート５８を、図５ｃに示すように、インプリント可能な媒体５６に押しつける。マスタインプリントテンプレート５８は、適切な剥離層（図示せず）を含んでよい。剥離層は、例えばトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデカン）シランを含んでよい。インプリント可能な媒体５６が、マスタインプリントテンプレート５８に設けたパターンの窪みに流入できるように、適切な時間を経過させることができる。次に、例えば紫外線放射でよい化学線６０が、マスタインプリントテンプレート５８を通して誘導されて、インプリント可能な媒体を重合し、これによって、インプリントされたポリマ層５６を形成する。図５ｄを参照すると、次にマスタインプリントテンプレート５８が後退し、マスタインプリントテンプレート５８のパターンの逆であるパターンを担持するポリマ層５６が残る。

図５ｅを参照すると、インプリントされたポリマ層５６の上部にケイ素リッチな層６２が設けられている。ケイ素リッチな層６２は、例えばインプリントされたポリマ層５６にケイ素リッチなモノマをスピンコーティングによって塗布し、次に化学線を使用してそれを硬化して、ケイ素リッチなポリマ層を形成することができる。所望に応じて、得られたケイ素リッチなポリマ層６２が平坦な上面を有することを保証するために、化学線で照明する前に、平坦なテンプレートをケイ素リッチなモノマに押しつけることができる。ケイ素リッチな層６２を溶液から従来通りにスピンコートすることも可能である。

図５ｆを参照すると、インプリントされたポリマ層５６が露出するまで、ケイ素リッチなポリマ層６２をエッチングで除去するために、指向性ブレークスルーエッチングが使用される。これを実行するために使用できる適切なエッチングは、フッ素またはフッ素／酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングである。

図５ｇを参照すると、露出したインプリントポリマ層５６を通して、およびそれに加えて露出したインプリントポリマの下に配置されたレジスト５４を通してエッチングするために、指向性エッチングが使用されている。このエッチングはクロム層５２まで到達する。これを実行するために使用できる適切なエッチングは、酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングである。ケイ素リッチなポリマ６２がエッチングバリアとして作用する。これによって、ポリマ層５６にインプリントされたパターンの逆であるパターンが、確実に保持される。

図５ｈを参照すると、クロム層５２を通して基板５０までエッチングするために、さらなる指向性エッチングが使用される。これを実行するために使用できる適切なエッチングは、塩素／酸素プラズマを使用する反応性イオンエッチングである。既にエッチングされた３つの層のうち少なくとも１つ（ケイ素リッチなポリマ６２、インプリントされたポリマ５６またはレジスト５４）は、このエッチングに対して抵抗性がある。

図５ｉを参照すると、ケイ素リッチなポリマ６２、インプリントされたポリマ５６およびレジスト５４は、レジストを溶解することによって剥離される。これは、適切な有機溶剤を使用して実行することができる。これで、石英基板５０上にパターン化されたクロムの層５２が残る。

図５ｊを参照すると、石英基板５０内にエッチングし、それによってクロム層５２のパターンを石英基板に転写するために、指向性エッチングが使用される。これを実行するために使用できる適切な指向性エッチングは、フッ素プラズマを使用する反応性イオンエッチングである。

図５ｋを参照すると、次にウェットエッチングを使用してクロム層５２が剥離され、元のマスタインプリントテンプレート５８上のパターンに対応するパターンを担持する石英基板５０が残っている。ウェットエッチングは、例えば酢酸と硝酸セリウムアンモニウムの混合物、例えばCyanteck CR-14（米国カリフォルニア州フリーモントのCyantek Corporationから入手可能）を使用してよい。

図５に関連して説明した方法は、マスタインプリントテンプレート５８上のパターンに対応するパターンを担持するインプリントテンプレート６４を提供する。「マスタ」という用語は、マスタインプリントテンプレート５８が（所望に応じて）多くのインプリントテンプレートを作成するのに使用できる、ということを意味するものとする。インプリントテンプレート６４は石英から形成されるので、ＵＶ放射（または他の適切な化学線）に対して透明である。したがって、インプリントテンプレート６４をＵＶリソグラフィに使用することができる。

クロム層は、以上の例では１５ナノメートルの厚さであると説明されてきた。他の厚さのクロム層も使用してよいことを認識されたい。概して、これよりはるかに厚いクロム層を提供する必要はない。というのは、クロムは基板のエッチングに高いエッチング選択性（約２０）を提供するからである。

以上の例で説明した方法は、転写層として作用するクロム層３２、５２の使用に言及しているが、転写層は、他の適切な金属（例えばアルミまたはニッケル）を使用して形成してもよい。実際、設けたパターンを石英基板３０、５０にエッチングできるほど十分なエッチング選択性を与えるなら、金属以外の材料を、転写層の形成に使用することができる（または基板が他の材料で作成されている場合は、その材料）。

以上の例で説明した方法は、レジスト３４、５４の層の使用に言及しているが、レジストの層は必須ではない。しかし、レジストの層（またはプライマ分子の単層）を設けると、クロム層３５、５２への良好な接着性が与えられる。

以上で説明した方法は、化学線４０、６０を、マスタインプリントテンプレート３８、５８を通して誘導するように示している。しかし、化学線は、石英基板３０、５０を通して誘導してもよい。したがって、マスタインプリントテンプレート３８、５８が化学線に対して透明であることは必須でない。

以上で説明した方法は、石英基板３０、５０の使用に言及している。しかし、基板は他の適切な基板から形成してもよい。結果のインプリントテンプレート４４、６４がＵＶインプリントリソグラフィに使用するよう意図されている場合は、ＵＶ放射（または他の化学線）に対して透明である材料から、基板を形成する必要があることもある。

以上で説明した方法では、「マスタ」という用語は、インプリントテンプレート３８、５８と、本方法を使用して形成されるインプリントテンプレート４４、６４とを好便に区別できるようにするために使用される。マスタインプリントテンプレート３８、５８は、（所望に応じて）多くのインプリントテンプレート４４、６４を生成するために使用することができる。

以上で説明した方法のスループットは、例えば集積回路パターンをケイ素基板へと従来通りにインプリントする場合のスループットほど大きいことは予想されない。しかし、これは重大な欠点ではない。というのは、作成したいインプリントテンプレートの数は通常インプリントしたいケイ素基板の数よりはるかに少ないからである。図４および図５に示した方法を使用するインプリントテンプレート形成の費用は、従来通りの電子ビーム技術を使用するインプリントテンプレートの形成費用よりはるかに低くなりやすい。

以上で説明した方法は、マスタインプリントテンプレート５８（またはマスタインプリントテンプレート３８の逆）を正確に複製する。これは、部分的には、使用した石英基板３０、５０が温度変化に対する低い感度を有する（線膨張率は約０．５９ｐｐｍ／℃）という理由で達成される。また、マスタインプリントテンプレート３８、５８および基板３０、５０は両方とも石英から形成されるので、両方とも温度変動に対して同じ反応を有する。これはさらに、方法の使用中に生じるような全ての温度変動の効果を軽減し、マスタインプリントテンプレート５８のパターン（またはマスタインプリントテンプレート３８の逆のパターン）を正確に複製することに寄与する。

石英基板３０、５０および元のテンプレート３８、５８は、（元のテンプレートに設けられたパターンを除く）表面全体にわたって高度の平坦度で製造することができる。これは、以上で説明した方法が、石英基板３０、５０全体にわたって一定の限界寸法を有するパターンを提供できるようにするのに役立つ。

以上の方法で得られたインプリントテンプレート４４、６４は、機械的に頑丈であり、紫外線光または他の化学線の存在下で安定し、紫外線光または他の化学線に対して透明である。

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を認識されたい。以上の説明は本発明を制限するものではない。

以上の説明では、インプリントテンプレートを形成できる基板として石英の使用に言及してきたが、例えば融解石英などの他の適切な材料を使用してよいことが認識される。インプリントテンプレートがＵＶリソグラフィに使用するよう意図されている場合、材料は、ＵＶ放射（または使用される他の化学線）に対して実質的に透明でなければならない。

以上の説明では、転写層の使用に言及しているが、この用語は「平坦化層」という用語で置き換えてよいことが理解される。

従来のソフトリソグラフィプロセスの例を示す図である。 図１ｂは、従来の熱リソグラフィプロセスの例を示す図である。 図１ｃは、従来のＵＶリソグラフィプロセスの例を示す図である。 レジスト層をパターン化するために熱およびＵＶインプリントリソグラフィを使用する場合に使用される２段階エッチングプロセスを示す図である。 インプリントテンプレートおよび基板に堆積した典型的なインプリント可能なレジスト層を示す略図である。 本発明の第一の実施形態によりインプリントテンプレートを作製する方法を示す略図である。 本発明の第二の実施形態によりインプリントテンプレートを作製する方法を示す略図である。

Claims (26)

1. 基板に転写層を設け、
   前記転写層にインプリント可能な媒体の層を設け、
   前記インプリント可能な媒体にパターンをインプリントするためにマスタインプリントテンプレートを前記インプリント可能な媒体に接触させ、
   前記マスタインプリントテンプレートの上から前記インプリント可能な媒体を化学線で露光することによって、前記インプリント可能な媒体を重合し、
   インプリントされたパターンが前記基板に転写されるように、得られたポリマ層、前記転写層および前記基板をエッチングし、それにより前記基板が前記マスタインプリントテンプレートに設けられたパターンの逆であるパターンを担持するインプリントテンプレートになる、
   インプリントテンプレートを作成する方法。
2. 前記転写層が金属である、請求項１に記載の方法。
3. 前記転写層がクロム、アルミまたはニッケルである、請求項２に記載の方法。
4. 前記基板が石英または融解石英である、請求項１に記載の方法。
5. 前記インプリント可能な媒体が塩素化モノマを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ポリマ層が指向性ブレークスルーエッチングを使用してエッチングされる、請求項１に記載の方法。
7. 前記転写層が指向性エッチングを使用してエッチングされる、請求項６に記載の方法。
8. 前記指向性エッチングが反応性イオンエッチングである、請求項７に記載の方法。
9. 前記基板が指向性エッチングを使用してエッチングされる、請求項７に記載の方法。
10. 前記指向性エッチングが反応性イオンエッチングである、請求項９に記載の方法。
11. 前記転写層がウェットエッチングを使用して前記基板から剥離される、請求項９に記載の方法。
12. レジストの層またはプライマ分子の単層が前記転写層と前記インプリント可能な媒体との間に設けられる、請求項１に記載の方法。
13. 前記ポリマ層をエッチングした後で、前記転写層をエッチングする前に、指向性転写エッチングを使用して前記レジストをエッチングする、請求項１２に記載の方法。
14. 基板に転写層を設け、
    前記転写層にインプリント可能な媒体の層を設け、
    前記インプリント可能な媒体にパターンをインプリントするためにマスタインプリントテンプレートを前記インプリント可能な媒体に接触させ、
    前記マスタインプリントテンプレートの上から前記インプリント可能な媒体を化学線で露光することによって、前記インプリント可能な媒体を重合し、
    得られたパターン化されたポリマ層にケイ素リッチな層を設け、
    前記ケイ素リッチな層を化学線で露光することによって、前記ケイ素リッチな層を重合し、
    インプリントされたパターンが前記基板に転写されるように、得られた重合したケイ素リッチな層、前記ポリマ層、前記転写層および前記基板をエッチングし、それにより前記基板が前記マスタインプリントテンプレートのパターンに対応するパターンを担持するインプリントテンプレートになる、
    インプリントテンプレートを作成する方法。
15. 前記転写層が金属である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記転写層がクロム、アルミまたはニッケルである、請求項１５に記載の方法。
17. 前記基板が石英または融解石英である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記重合したケイ素リッチな層が指向性ブレークスルーエッチングを使用してエッチングされる、請求項１４に記載の方法。
19. 前記ポリマ層が指向性ブレークスルーエッチングを使用してエッチングされる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記転写層が指向性エッチングを使用してエッチングされる、請求項１９に記載の方法。
21. 前記指向性エッチングが反応性イオンエッチングである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記基板がそれから指向性エッチングを使用してエッチングされる、請求項２０に記載の方法。
23. 前記指向性エッチングが反応性イオンエッチングである、請求項２２に記載の方法。
24. 前記転写層がウェットエッチングを使用して前記基板から剥離される、請求項２２に記載の方法。
25. レジストの層またはプライマ分子の単層が前記転写層と前記インプリント可能な媒体との間に設けられる、請求項１４に記載の方法。
26. 前記ポリマ層をエッチングした後で、前記転写層をエッチングする前に、指向性転写エッチングを使用して前記レジストをエッチングする、請求項２５に記載の方法。