JP4958087B2 - Light irradiation unit for optical imprint - Google Patents
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Description
本発明は光インプリント用の光照射ユニットに関する。 The present invention relates to a light irradiation unit for optical imprinting.
１００ｎｍノード以下のリソグラフィー技術の候補としてはＦ２リソグラフィー、１９３ｎｍ イマージョン、ＥＢ、ＩＥＵＶ、インプリントの適用が考えられている。その中で、高価な露光装置を必要としないインプリントリソグラフィーが注目を集めている［非特許文献１］。インプリントリソグラフィーは熱インプリント［非特許文献２］と光インプリント［非特許文献３］に大別できる。熱インプリントは樹脂をガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度で軟化させ、モールドを押し付けるのに対し、光インプリントは液状樹脂に透明モールドを押しつけた後、ＵＶ照射を行い樹脂を硬化させるというものである。熱インプリントはＴｇ以上の温度でプレス圧力２０ＭＰａ以上を必要とし、大型のプレス機構が必要となる。また、熱プロセス（昇温と降温）を行うためスループットが低下する。これに対し光インプリントはモールド内に樹脂が充填されれば良いので、プレス圧力はそれほど必要としない。また、熱プロセスも不要であり、スループットの点でも熱インプリントに比べ有利である。そこで熱インプリント装置に簡単に装着できる光インプリントを行うための光照射ユニットを開発した。
本発明はプレスまたは熱プレスを使用して光インプリントを行うための光照射ユニットを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the light irradiation unit for performing a photoimprint using a press or a heat press.
本発明は光インプリント用の光照射ユニットであって、上平面と底平面が平行であり底部の一部分に開口を有する筐体、および前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する光照射ユニットに関する。 The present invention is a light irradiating unit for optical imprinting, in which a top plane and a bottom plane are parallel, a casing having an opening in a part of the bottom, and means for irradiating light from the opening to the outside of the casing The present invention relates to a light irradiation unit inside.
本発明の光照射ユニットの筐体は、上平面と底平面が平行であれば、断面などの他の形状は任意であることができる。たとえば、筐体は立方体、直方体、多角柱、円柱などの形態であることができる。筐体はインプリント工程における熱および／または圧力に耐えることができれば任意の物質により作ることができる。インプリント工程において熱が加えられる場合には、熱伝導性の良い金属によるものが好ましく、特に好ましくは筐体はアルミブロックから作られる。 The casing of the light irradiation unit of the present invention may have any other shape such as a cross section as long as the top plane and the bottom plane are parallel. For example, the housing can be in the form of a cube, a rectangular parallelepiped, a polygonal column, a cylinder, or the like. The housing can be made of any material that can withstand the heat and / or pressure in the imprint process. When heat is applied in the imprint process, it is preferable to use a metal having good thermal conductivity, and the housing is particularly preferably made of an aluminum block.
筐体の上平面と底平面との平行度は、好ましくは０．３ｍｍ／２００ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ／２００ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ／２００ｍｍ以下である。平行度が悪いとインプリント後の残膜の厚さが不均一になってしまう。残膜部分はインプリント後、エッチングにより除去されるので、残膜の厚さが不均一だとエッチング後の寸法精度が悪化するという問題を生ずる。また上平面および底平面は鏡面仕上げとされ、平滑性の高いことが望ましい。 The parallelism between the top plane and the bottom plane of the housing is preferably 0.3 mm / 200 mm or less, more preferably 0.2 mm / 200 mm or less, and even more preferably 0.1 mm / 200 mm or less. If the degree of parallelism is poor, the thickness of the remaining film after imprinting becomes non-uniform. Since the remaining film portion is removed by etching after imprinting, the non-uniform thickness of the remaining film causes a problem that the dimensional accuracy after etching deteriorates. Further, it is desirable that the upper plane and the bottom plane have a mirror finish and have high smoothness.
筐体の底部の一部分には開口が設けられる。開口から筐体外部に導かれた光は基板などの上に塗布されたフォトレジスト上に照射され、化学反応を引き起こす。したがって、前記の開口部の大きさは、照射される基板などの大きさに応じて適宜決定することができる。 An opening is provided in a part of the bottom of the housing. The light guided from the opening to the outside of the housing is irradiated onto the photoresist coated on the substrate and causes a chemical reaction. Therefore, the size of the opening can be appropriately determined according to the size of the substrate to be irradiated.
本発明の光照射ユニットは、前記開口から筐体外部に光を照射する手段を筐体内部に有する。
開口から筐体外部に光を照射する手段とは、光を筐体の内部から前記開口を通って筐体の外部に照射する手段をいい、光源が筐体の内部にある場合には光源と光を開口に導く手段が該当する。また光源が筐体の外部にある場合には光源からの光を筐体の内部に導く手段と、その光を開口に導く手段が該当する。
開口から筐体外部に光を照射する手段としては、光を所望の箇所に導くことのできる公知の任意の手段を使用することができる。典型的には光ファイバーと必要により使用される反射ミラーが使用される。光源が筐体外部に存在する場合には、光源からの光を光ファイバーにより筐体内部に導くことができる。この際、光ファイバーを筐体内部に直接導入して開口部分から筐体外部に光を照射することもできるし、光ファイバーからの射出光をＵＶ反射ミラーにより反射して開口部分から筐体外部に光を照射することもできる。
The light irradiation unit of the present invention includes means for irradiating light from the opening to the outside of the housing.
The means for irradiating light from the opening to the outside of the housing means means for irradiating light from the inside of the housing through the opening to the outside of the housing. When the light source is inside the housing, the light source A means for guiding light to the aperture is applicable. Further, when the light source is outside the casing, there are means for guiding light from the light source into the casing and means for guiding the light to the opening.
As a means for irradiating light from the opening to the outside of the housing, any known means capable of guiding light to a desired location can be used. Typically, an optical fiber and, if necessary, a reflecting mirror are used. When the light source exists outside the housing, the light from the light source can be guided into the housing by the optical fiber. At this time, the optical fiber can be introduced directly into the housing to irradiate light from the opening to the outside of the housing, or the light emitted from the optical fiber can be reflected by the UV reflecting mirror to light from the opening to the outside of the housing. Can also be irradiated.
本発明においては、筐体内部に光源を設置することもできる。好適には筐体内部の光源としてはＬＥＤが使用される。その際、ＬＥＤ光源と開口部分の間にコンデンサーレンズが配置されることが好ましい。ＬＥＤは開口部分の上に設置することもできるし、またＬＥＤ光源からの光をＵＶ反射ミラーを使用して開口部分に導くこともできる。 In the present invention, a light source can also be installed inside the housing. Preferably, an LED is used as the light source inside the housing. In that case, it is preferable that a condenser lens is disposed between the LED light source and the opening. The LED can be installed on the opening, or light from the LED light source can be guided to the opening using a UV reflecting mirror.
光インプリントにおいて使用されるレジストは、露光エネルギーに暴露された時に化学反応を起こす感光性材料のフォトレジストである。ポジ型およびネガ型の任意の公知のフォトレジストを使用することができる。たとえば、ポジ型レジストとしてはＰＭＭＡおよびノボラック−ナフトキノンジアジト系レジストなどが使用でき、ネガ型レジストとしては、ポリヒドロキシスチレン系レジスト、およびアクリル系レジストなどが使用できる。また、化学増幅系フォトレジストも使用できる。 The resist used in photoimprinting is a photoresist of a photosensitive material that undergoes a chemical reaction when exposed to exposure energy. Any known photoresist of positive and negative types can be used. For example, PMMA and a novolak-naphthoquinonediazite resist can be used as the positive resist, and a polyhydroxystyrene resist and an acrylic resist can be used as the negative resist. A chemically amplified photoresist can also be used.
フォトレジストの硬化反応は酸素により阻害される場合があるので、これを避けるために筐体内部、基板、モールドおよびフォトレジストを窒素雰囲気、または真空条件下におくことが好ましい。場合によっては光が通過する光路部分のみを窒素雰囲気とすることもできる。雰囲気の窒素濃度および真空の程度は実質的に反応阻害が起こらなければよく、公知の知見または実験結果に基づいて適宜決定することができる。 Since the curing reaction of the photoresist may be inhibited by oxygen, in order to avoid this, it is preferable to place the inside of the housing, the substrate, the mold and the photoresist under a nitrogen atmosphere or a vacuum condition. In some cases, only the optical path portion through which light passes can be a nitrogen atmosphere. The nitrogen concentration in the atmosphere and the degree of vacuum need not substantially inhibit the reaction, and can be appropriately determined based on known knowledge or experimental results.
窒素雰囲気、または真空条件下におく場合には、筐体内部の窒素雰囲気または真空条件を維持するため筐体、基板、モールドおよびフォトレジストは好ましくは外部環境から遮断密閉される。
筐体外部の光源から光を筐体内部に導くためには、筐体の側面に光透過可能な物質で作られた窓を設け、その窓の両側に光の受け渡しが可能な位置に配置された１対の光ファイバーを設置する事が望ましい。光透過可能な物質としては、使用する波長の光を透過する任意の公知の物質を使用することができる。好ましくは光透過可能な物質は石英である。
また、筐体の開口部分を光透過可能な物質で塞ぎ、筐体内部の雰囲気保持性能を向上させ、またほこりなどの進入を防ぐことが望ましい。
さらに、ベークプレートと本発明の露光ユニットの全体を容器内に保持し、真空または窒素雰囲気下に保持することもできる。
In a nitrogen atmosphere or vacuum condition, the casing, substrate, mold and photoresist are preferably sealed off from the external environment to maintain the nitrogen atmosphere or vacuum conditions inside the casing.
In order to guide light from the light source outside the housing to the inside of the housing, a window made of a light transmissive material is provided on the side of the housing, and the light is transferred to both sides of the window at a position where light can be passed. It is desirable to install a pair of optical fibers. As the light transmissive substance, any known substance that transmits light having a wavelength to be used can be used. Preferably, the light transmissive material is quartz.
In addition, it is desirable to close the opening of the housing with a light transmissive substance to improve the atmosphere holding performance inside the housing and to prevent entry of dust and the like.
Further, the entire bake plate and the exposure unit of the present invention can be held in a container and held in a vacuum or nitrogen atmosphere.
さらに任意の所望の波長の光を選択的に照射するため、適当なフィルターを使用することができる。フィルターは光源と筐体の開口部分と間の光路の任意の位置に配置することができる。また、複数のフィルターを交換可能に設置して、フィルターを交換して露光波長を変化させることもできる。 Furthermore, in order to selectively irradiate light having any desired wavelength, an appropriate filter can be used. The filter can be disposed at any position in the optical path between the light source and the opening of the housing. It is also possible to change the exposure wavelength by replacing a plurality of filters and replacing the filters.
本発明の光照射ユニットにおいて使用される光は、光インプリントに使用することのできる波長を有するものである。光インプリントに使用することのできる波長とは、光インプリント工程においてレジストに架橋または酸発生などの化学反応を起こすために有用な波長をいう。前記の波長には４００ｎｍから１ｎｍの紫外線領域の波長の他、Ｘ線領域の波長も包含され、たとえば、紫外線、エレクトロンビーム、およびＸ線を包含する広い意味において使用される。有用な光の例としては、ＬＥＤ光、ＸｅＦエキシマレーザー光（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー光（３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザー光（２２２ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザー光（１５７ｎｍ）、Ａｒレーザー光（１２６ｎｍ）、紫外線ランプ光、真空紫外光（１３ｎｍ）、エレクトロンビーム、およびＸ線があげられる。かかる波長の光を発生する光源としては、ＬＥＤ、各種レーザー、および各種の紫外線ランプ、Ｘ線源が使用できる。 The light used in the light irradiation unit of the present invention has a wavelength that can be used for optical imprinting. The wavelength that can be used for photoimprinting means a wavelength that is useful for causing a chemical reaction such as crosslinking or acid generation in the resist in the photoimprinting process. In addition to the wavelength in the ultraviolet region of 400 nm to 1 nm, the wavelength includes the wavelength in the X-ray region, and is used in a broad sense including, for example, ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. Examples of useful light include LED light, XeF excimer laser light (351 nm), XeCl excimer laser light (308 nm), KrF excimer laser light (248 nm), KrCl excimer laser light (222 nm), ArF excimer laser light (193 nm). F2 laser light (157 nm), Ar laser light (126 nm), ultraviolet lamp light, vacuum ultraviolet light (13 nm), electron beam, and X-ray. As a light source that generates light having such a wavelength, an LED, various lasers, various ultraviolet lamps, and an X-ray source can be used.
本発明の光照射ユニットを使用することにより、簡便に光インプリント操作を行うことができる。
特に化学増幅系フォトレジストを使用する場合には、最初に熱インプリントによりパターンを形成し、その後光照射を行って酸を発生させ、ついで加熱により架橋させることにより硬化されたパターンを得ることができる。この場合には熱インプリント工程と光インプリント工程とが組み合わされて実施されることとなるが、本発明の光照射ユニットを使用することにより、熱インプリント工程と光インプリント工程との組み合わせによるインプリント加工を容易に行うことができる。
By using the light irradiation unit of the present invention, a light imprint operation can be easily performed.
Especially when using chemically amplified photoresists, it is possible to obtain a cured pattern by first forming a pattern by thermal imprinting, then generating light by irradiating with light, and then crosslinking by heating. it can. In this case, the thermal imprint process and the optical imprint process are performed in combination. By using the light irradiation unit of the present invention, a combination of the thermal imprint process and the optical imprint process is performed. It is possible to easily perform the imprint process.
本発明にかかる光照射ユニットの構成例を図１に示す。
光照射ユニット１０は筐体１を有する。筐体の上平面１１と底平面１２は平行にされ、好適には鏡面仕上げにされる。筐体は底部の一部分に開口３を有する。図１では、光を開口から筐体外部に照射する手段は、光源（図示せず）からの光が通る光ファイバー５、オプティカルレンズ６、およびＵＶ反射ミラー７から構成される。ＵＶ反射ミラー７で反射された光は開口３から筐体外部に出て、基板などに塗布されたフォトレジストに照射される。筐体内部の空間８は、窒素雰囲気または真空とすることができる。
A configuration example of a light irradiation unit according to the present invention is shown in FIG.
The
図２に図１に示した光照射ユニットを上から見た場合の概念図を示す。光源（図示せず）から光ファイバー５を通って進む光はオプティカルレンズ６を通り、ＵＶ反射ミラー７に照射される。ＵＶ反射ミラー７により反射された光は開口３から筐体の外部に照射される。
FIG. 2 shows a conceptual diagram when the light irradiation unit shown in FIG. 1 is viewed from above. Light traveling from the light source (not shown) through the
本発明の光照射ユニットをプレスに挟んで使用する場合の様子を図３に示す。
プレスの下板１４の上に基板およびモールドを置き、モールドの上に本発明の光照射ユニットが置かれる。光照射ユニットの上からプレスの上板１５により圧力を加えることにより、モールドによりレジストを型押し、パターンを形成することができる。この時プレス板を加熱することにより、熱インプリント操作を行うことができる。熱インプリント工程における加熱温度、プレス圧力は公知であり、使用する樹脂に応じて適宜決定することができる。
FIG. 3 shows a state in which the light irradiation unit of the present invention is used while being sandwiched between presses.
The substrate and the mold are placed on the
また、加熱することなくプレスを行い、予備的に露光してレジストを若干架橋し、レジストの粘度を大きくすることもできる。
予備露光を行う場合、予備露光工程終了時の架橋度は、０．１−０．７，好ましくは０．２から０．６、より好ましくは０．３から０．５である。このような架橋度にするための必要な露光量は使用する樹脂の種類により異なるが、上記の方法を用いれば当業者には容易に決定できるものである。
予備露光後のレジストは、熱インプリントにおけるモールド型押し時の樹脂と同等のレオロジー挙動を示すことが好ましい。すなわち、十分にモールドの形状に追従するとともに、あまりに変形しやすくモールドや基板の平坦度に敏感すぎないことが望ましい。使用する樹脂により上記のレオロジー挙動を示す架橋度も異なる場合があるので、樹脂に応じて最も好ましい架橋度を実験的に決定することが望ましい。
モールドの型押し圧力は任意に調節することができるが、一般的には１−５０ＭＰａ程度である。
モールドをレジストに押しつけて型押しした後、レジストを本露光して硬化させる本露光工程が行われる。本露光により、レジストはほぼ完全に架橋され、架橋度は０．８以上、好ましくは０．９以上、最も好ましくはほぼ１とされる。
It is also possible to increase the viscosity of the resist by pressing without heating and preliminarily exposing to slightly crosslink the resist.
When pre-exposure is performed, the degree of crosslinking at the end of the pre-exposure step is 0.1-0.7, preferably 0.2 to 0.6, more preferably 0.3 to 0.5. The amount of exposure necessary to achieve such a degree of crosslinking varies depending on the type of resin used, but can be easily determined by those skilled in the art using the above method.
It is preferable that the resist after the pre-exposure exhibits a rheological behavior equivalent to that of the resin when the mold is pressed in the thermal imprint. That is, it is desirable to follow the shape of the mold sufficiently and not to be too sensitive to the flatness of the mold or the substrate because it is easily deformed. Since the degree of crosslinking that exhibits the above rheological behavior may differ depending on the resin used, it is desirable to experimentally determine the most preferred degree of crosslinking depending on the resin.
The pressing pressure of the mold can be arbitrarily adjusted, but is generally about 1-50 MPa.
After the mold is pressed against the resist and pressed, a main exposure process is performed in which the resist is fully exposed and cured. By this exposure, the resist is almost completely crosslinked, and the degree of crosslinking is 0.8 or more, preferably 0.9 or more, and most preferably about 1.
図４には、筐体の側面に光透過可能な物質により作られる窓を有し、窓の両側に光の受け渡しが可能な位置に配置された１対の光ファイバーが設置される態様が示される。筐体１の側面に光透過可能な物質、好ましくは石英でつくられた窓２０が設けられる。窓の両側には光ファイバー５が、光の受け渡しが可能な位置に配置される。筐体と窓の接続部分はたとえばパッキン２１などにより密閉される。
FIG. 4 shows a mode in which a pair of optical fibers are installed on the sides of the housing, each having a window made of a material capable of transmitting light, and arranged on both sides of the window at a position where light can be transferred. . A
図５には筐体の内部に設けられたＬＥＤを光源として使用する態様が示される。
図５においては、ＬＥＤ光源と開口部分３の間にコンデンサーレンズ３１が配置されている。光の均一性を向上するためであり、好ましくは＋／−５％程度にされる。またＬＥＤによる発熱を防止するため、光照射ユニットを冷却することができる。たとえば筐体１の内部に冷却管を設け、冷却水を流すことにより筐体を冷却することができる。図５では、冷却水入口を３２、出口を３３として示す。
FIG. 5 shows a mode in which an LED provided in the housing is used as a light source.
In FIG. 5, a
図６には図５で示された光照射ユニットをプレスとともに使用する場合の様子が示される。図３に示した、筐体の外部に光源を有する場合と同様にして使用することができる。 FIG. 6 shows a state in which the light irradiation unit shown in FIG. 5 is used with a press. It can be used in the same manner as in the case of having a light source outside the housing shown in FIG.
図７には、バンドパスフィルター４０を装着した円盤が示される。かかる円盤を光源とフォトレジストとの間の任意の場所に配置することができる。円盤には複数のフィルターを取付け、必要に応じてフィルターを変更することができる。円盤は外部から制御され、回転されることができる。
FIG. 7 shows a disk equipped with a
１：筐体
３：開口
５：光ファイバー
６：オプティカルレンズ
７：ＵＶ反射ミラー
８：筐体内部空間
１０：光照射ユニット
１１：筐体の上平面
１２：筐体の下平面
１４：プレスの下板
１５：プレスの上板
１６：モールドおよび基板
２０：窓
２１：パッキン
３０：ＬＥＤ
３１：コンデンサーレンズ
３２：冷却水入口
３３：冷却水出口
４０：バンドパスフィルター
1: Housing 3: Opening 5: Optical fiber 6: Optical lens 7: UV reflection mirror 8: Housing internal space 10: Light irradiation unit 11: Upper flat surface of the housing 12: Lower flat surface of the housing 14: Lower plate of the press 15: Press upper plate 16: Mold and substrate 20: Window 21: Packing 30: LED
31: Condenser lens 32: Cooling water inlet 33: Cooling water outlet 40: Band pass filter
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