JP5618663B2 - インプリント用のテンプレート及びパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インプリント用のテンプレート及びパターン形成方法に関する。

近年、微細パターンを形成する手法として、インプリント法が注目されている。インプリント法では、基板上に形成したいパターンと同じ凹凸を有するテンプレートを、被転写基板表面に塗布された光硬化性を有するインプリント材料に押しつけ、凹凸パターン内にインプリント材料が行き渡るまで保持する。その後、光照射を行ってインプリント材料を硬化させ、テンプレートをインプリント材料から離型することで、所望のパターンが得られる。

インプリント材料は毛細管現象によりテンプレートの凹凸パターン内に充填されるため、パターン寸法に応じてインプリント材料の充填速度が異なる。例えば、寸法の小さい第１パターンへのインプリント材料の充填速度は、寸法の大きい第２パターンへのインプリント材料の充填速度より速い。従って、第１パターンと第２パターンとがインプリント材料の塗布位置に対して等距離にある場合、第２パターンの充填にかかる時間は、第１パターンの充填にかかる時間より長い。パターン作成にかかる時間が短い程スループットは上がるため、第１パターンの充填にかかる時間と同じ時間で第２パターンが充填されることが望ましい。

テンプレートの凹凸パターンの表面には、テンプレートをインプリント材料から容易に離型するために離型層が設けられている。しかし、テンプレートの端部領域は離型層が設けられていないため、インプリント材料がテンプレートの端部領域まで充填されると、離型後のテンプレート端部領域にインプリント材料が付着したままとなる。そのため、テンプレートを洗浄する必要が生じ、スループットが低下するという問題があった。

テンプレートの端部領域と被転写基板には、位置合わせ用のアライメントマークが設けられている。テンプレートの上側から光を透過させ、テンプレートのアライメントマークと被転写基板のアライメントマークとを同時に観察することで、両者の位置合わせをすることができる。しかし、テンプレートのアライメントマークとなる凹パターンに、テンプレートとほぼ同じ屈折率を有するインプリント材料が充填されると、テンプレートのアライメントマークの観察が困難になり、テンプレートと被転写基板との位置合わせ精度が低下するという問題があった。

このように、インプリント法では、インプリント材料の充填速度を制御することが要求される。

特許第４３３０１６８号明細書

本発明は、インプリント材料の充填速度を制御することができるインプリント用のテンプレート及びパターン形成方法を提供することを目的とする。

本実施形態によるインプリント用のテンプレートは、一方の面に凹凸を有するパターンが形成された第１部材を備える。該テンプレートは、被加工基板上に塗布された光硬化性のインプリント材料に一方の面を接触させた状態で、第１部材の他方の面の上から照射された光によりインプリント材料を硬化してパターンをインプリント材料に転写する。インプリント材料に対する接触角が、第１部材のインプリント材料に対する接触角より大きい第２部材が端部領域に設けられている。第２部材は、凹凸パターンを有する。

本発明の第１の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成図である。 同第１の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第１の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第１の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成図である。 同第２の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第２の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第２の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成図である。 同第３の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第３の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同第３の実施形態に係るテンプレートを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成を示す。テンプレート１００は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板（第１部材）１０１の一方の面にプラズマエッチングで凹凸パターンを形成したものである。凹凸パターンは、被加工基板上に形成したいパターンに対応した形状（反転した形状）になっている。

また、テンプレート１００の端部領域１００ａの凸部１０３の上面には、後述するインプリント材料に対する接触角が、テンプレート材料（第１部材、ここでは石英）より大きい材料（第２部材）からなる充填速度制御膜１０４が形成されている。充填速度制御膜１０４は、例えば有機ＳＯＧ等の有機材料を有する。充填速度制御膜１０４の膜厚は例えば６ｎｍ程度である。

また、テンプレート１００の中央部の凹凸パターンの表面には、テンプレート１００を後述するインプリント材料から容易に離型するための離型層（図示せず）が設けられている。この離型層はテンプレート１００のうち、充填速度制御膜１０４より端部側（外側）には設けられていない。

次に、このようなテンプレート１００を用いて基板上にパターンを形成する方法を、図２〜図４を用いて説明する。

図２（ａ）に示すように、被加工基板１２０にインプリント材料１２１を塗布する。インプリント材料は、液状の光硬化性有機材料であり、例えばアクリルモノマーを用いることができる。

図２（ｂ）に示すように、インプリント材料１２１に、テンプレート１００の凹凸パターンが形成された面を接触させ、この状態を所定時間保持する。液状のインプリント材料１２１は、毛細管現象により、テンプレート１００の凹凸パターンに充填される。テンプレート１００の端部領域には、インプリント材料に対する接触角が大きい充填速度制御膜１０４が形成されているため、テンプレート１００の端部領域は中央領域と比較してインプリント材料１２１の充填速度が遅い。従って、テンプレート１００の凹凸パターンがインプリント材料１２１により充填された時に、インプリント材料１２１が充填速度制御膜１０４よりもテンプレート１００の端部側へ拡散する（充填される）ことを防止できる。

図３（ａ）に示すように、テンプレート１００の他方の面（凹凸パターンが形成されていない面）から光を照射し、インプリント材料１２１を硬化させる。照射する光は、インプリント材料１２１を硬化させるものであれば良く、例えばランプ光などを用いることができる。

図３（ｂ）に示すように、テンプレート１００をインプリント材料１２１から離型する。テンプレート１００の中央部の凹凸パターンの表面には離型層（図示せず）が設けられているため、テンプレート１００はインプリント材料１２１から容易に離型できる。インプリント材料１２１は硬化しているので、テンプレート１００の離型後も、テンプレート１００が接触していたときの状態（形状）を維持する。

図２及び図３に示す工程を繰り返すことで、図４（ａ）に示すように、被加工基板１２０上に複数の凹凸パターンを形成する。

図４（ｂ）に示すように、テンプレート１００の凹凸パターンの凸部に対応する部分のインプリント材料１２１（残膜）を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて除去し、被加工基板１２０上に所望の凹凸パターンを形成する。その後、この凹凸パターンをマスクに用いて、被加工基板１２０の加工を行う。

本実施形態では、テンプレート１００の端部に、テンプレート１００の材料と比較して、インプリント材料１２１に対する接触角が大きい充填速度制御膜１０４を設けて、テンプレート１００の端部におけるインプリント材料１２１の充填速度を遅くしている。このことにより、図２（ｂ）に示すインプリント材料１２１の充填工程において、インプリント材料１２１が充填速度制御膜１０４より端部側へ拡散する（漏れる）ことを防止できる。テンプレート１００の端部にインプリント材料１２１が付着することを防止するため、テンプレート１００を洗浄する必要がなくなり、スループットの低下を防止できる。

このように、本実施形態では、テンプレート１００の端部におけるインプリント材料１２１の充填速度を遅くして、テンプレート１００の汚染を防止し、スループットの低下を防止できる。

（第２の実施形態）図５に本発明の第２の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成を示す。テンプレート２００は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板（第１部材）２０１の一方の面のプラズマエッチングで凹凸パターンを形成したものである。凹凸パターンは、被加工基板上に形成したいパターンと同じ形状のパターン２０２と、被加工基板との位置合わせに用いるアライメントマークとなるパターン２０３とを含む。パターン２０２はテンプレート２００の中央部に形成され、パターン２０３はテンプレート２０３の端部に形成される。

また、パターン２０３の表面（の少なくとも一部）には、後述するインプリント材料に対する接触角が、テンプレート材料（第１部材、ここでは石英）より大きい材料（第２部材）からなる充填速度制御膜２０４が形成されている。充填速度制御膜２０４は、例えば有機ＳＯＧ等の有機材料を有する。

次に、このようなテンプレート２００を用いて基板上にパターンを形成する方法を、図６〜図８を用いて説明する。

図６（ａ）に示すように、被加工基板２２０にインプリント材料２２１を塗布する。インプリント材料は、液状の光硬化性有機材料であり、例えばアクリルモノマーを用いることができる。なお、被加工基板２２０には、テンプレート２００との位置合わせに用いるアライメントマーク２２２が形成されている。アライメントマーク２２２は、例えば、ディップ処理を行って膜を形成することで設けることができる。

図６（ｂ）に示すように、インプリント材料２２１に、テンプレート２００の凹凸パターンが形成された面を接触させる。

液状のインプリント材料２２１は、毛細管現象により、テンプレート２００の凹凸パターン（パターン２０２）に充填される。テンプレート２００のアライメントマークとなるパターン２０３には、インプリント材料２２１に対する接触角が大きい充填速度制御膜２０４が形成されているため、パターン２０２と比較して、パターン２０３はインプリント材料２２１の充填速度が遅い。

従って、テンプレート２００のパターン２０２がインプリント材料２２１により充填された時に、パターン２０３はインプリント材料２２１で充填されず、空隙２２３が形成される。

テンプレート２００をインプリント材料２２１に接触させる際に、テンプレート２００の他方の面（凹凸パターンが形成されていない面）から光を透過させ、テンプレート２００のアライメントマークと被加工基板２２０のアライメントマーク２２２とを同時に観察することで、両者の位置合わせを行うことができる。なお、ここでは、インプリント材料２２１を硬化させない光が使用される。

テンプレート２００のアライメントマークとなるパターン２０３に、テンプレート２００とほぼ同じ屈折率を有するインプリント材料２２１が充填されると、テンプレート２００のアライメントマークの観察が困難になり、テンプレート２００と被加工基板２２０との位置合わせ精度が低下するおそれがある。

しかし、本実施形態では、パターン２０３の表面にインプリント材料２２１に対する接触角が大きい充填速度制御膜２０４が形成されているため、パターン２０３がインプリント材料２２１で充填されることを防止し、アライメントマーク部分に空隙２２３を形成できる。従って、テンプレート２００のアライメントマークと被加工基板２２０のアライメントマーク２２２とを良好に観察することができ、テンプレート２００と被加工基板２２０との位置合わせ精度が低下することを防止できる。

テンプレート２００と被加工基板２２０との位置合わせを行い、テンプレート２００とインプリント材料２２１とが接触した状態を所定時間保持する。

図７（ａ）に示すように、テンプレート２００の他方の面（凹凸パターンが形成されていない面）から光を照射し、インプリント材料２２１を硬化させる。照射する光は、インプリント材料１２１を硬化させるものであれば良く、例えばランプ光などを用いることができる。

図７（ｂ）に示すように、テンプレート２００をインプリント材料２２１から離型する。インプリント材料２２１は硬化しているので、テンプレート２００の離型後も、テンプレート２００が接触していたときの状態（形状）を維持する。

図６及び図７に示す工程を繰り返すことで、図８（ａ）に示すように、被加工基板２２０上に複数の凹凸パターンを形成する。

図８（ｂ）に示すように、テンプレート２００の凹凸パターンの凸部に対応する部分のインプリント材料２２１（残膜）を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて除去し、被加工基板２２０上に所望の凹凸パターンを形成する。その後、この凹凸パターンをマスクに用いて、被加工基板２２０の加工を行う。

本実施形態では、テンプレート２００のアライメントマークとなるパターン２０３の表面に、テンプレート２００の材料と比較して、インプリント材料２２１に対する接触角が大きい充填速度制御膜２０４を設けて、パターン２０３へのインプリント材料２２１の充填速度を遅くしている。このことにより、図６（ｂ）に示すインプリント材料２２１の充填工程において、パターン２０３がインプリント材料２２１により充填されることを防止し、空隙２２３を形成できる。空隙２２３が形成されるため、テンプレート２００のアライメントマークを確実に観察することができ、テンプレート２００と被加工基板２２０との位置合わせ精度が低下することを防止できる。

このように、本実施形態では、テンプレート２００のアライメントマークとなるパターン２０３に対するインプリント材料２２１の充填速度を遅くして、テンプレート２００と被加工基板２２０との位置合わせ精度が低下することを防止できる。

なお、上記実施形態では、テンプレート２００のアライメントマークとなるパターン２０３をテンプレート２００の端部に設ける例について説明したが、パターン２０３の位置は特に限定されるものではない。例えば、パターン２０３は、テンプレート２００の中央部にあってもよい。また、アライメントマーク（パターン２０３）は２箇所ある必要は無く、１箇所でもよいし、３箇所以上でもよい。

（第３の実施形態）図９に本発明の第３の実施形態に係るテンプレートの断面の概略構成を示す。テンプレート３００は、例えば、一般のフォトマスクに用いる全透明な石英基板（第１部材）３０１の一方の面にプラズマエッチングで凹凸パターン３０２を形成したものである。凹凸パターン３０２は、被加工基板上に形成したいパターンと同じ形状になっている。

凹凸パターン３０２は、寸法の大きいパターン３０３と、寸法の小さいパターン３０４を含む。寸法の大きいパターン３０３には、後述するインプリント材料に対する接触角が、テンプレート材料（第１部材、ここでは石英）より小さい材料（第２部材）からなる充填速度制御膜３０５が形成されている。充填速度制御膜３０５は、例えば窒化クロムや酸化亜鉛等の透明金属材料を有する。例えば、充填速度制御膜３０５は、凹凸パターン３０２のうち、最も寸法の大きいパターンの凹部の底面（の少なくとも一部）に形成される。充填速度制御膜３０５の膜厚は、凹凸パターン３０２の深さが５０ｎｍの場合、６ｎｍ程度である。

凹凸パターン３０２のうち、どのパターンに充填速度制御膜３０５を形成するかは様々な指標で決定することができる。例えば、凹凸パターン３０２の平均寸法を算出し、この平均寸法の所定倍以上の寸法のパターンに充填速度制御膜３０５を形成することができる。

次に、このようなテンプレート３００を用いて基板上にパターンを形成する方法を、図１０〜図１２を用いて説明する。

図１０（ａ）に示すように、被加工基板３２０にインプリント材料３２１を塗布する。インプリント材料は、液状の光硬化性有機材料であり、例えばアクリルモノマーを用いることができる。

図１０（ｂ）に示すように、インプリント材料３２１に、テンプレート３００の凹凸パターン３０２が形成された面を接触させ、この状態を所定時間保持する。液状のインプリント材料３２１は、毛細管現象により、テンプレート３００の凹凸パターン３０２に充填される。

一般に、インプリント材料３２１の充填速度は、寸歩の小さいパターンより、寸法の大きいパターンの方が遅い。しかし、本実施形態では、寸法の大きいパターン３０３に、インプリント材料３２１に対する接触角が小さい充填速度制御膜３０５が形成されているため、充填速度制御膜３０５が形成されていない場合と比較して、インプリント材料３２１の充填速度を速くすることができる。

従って、寸法の小さいパターン３０４と、充填速度制御膜３０５が形成された寸法の大きいパターン３０３とで、インプリント材料３２１の充填にかかる時間を同程度にすることができる。

図１１（ａ）に示すように、テンプレート３００の他方の面（凹凸パターン３０２が形成されていない面）から光を照射し、インプリント材料３２１を硬化させる。照射する光は、インプリント材料３２１を硬化させるものであれば良く、例えばランプ光などを用いることができる。

図１１（ｂ）に示すように、テンプレート３００をインプリント材料３２１から離型する。インプリント材料３２１は硬化しているので、テンプレート３００の離型後も、テンプレート３００が接触していたときの状態（形状）を維持する。

図１０及び図１１に示す工程を繰り返すことで、図１２（ａ）に示すように、被加工基板３２０上に複数の凹凸パターンを形成する。

図１２（ｂ）に示すように、テンプレート３００の凹凸パターン３０２の凸部に対応する部分のインプリント材料３２１（残膜）を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて除去し、被加工基板３２０上に所望の凹凸パターンを形成する。その後、この凹凸パターンをマスクに用いて、被加工基板３２０の加工を行う。

本実施形態では、テンプレート３００の凹凸パターン３０２のうち、寸法の大きいパターン３０３に、インプリント材料３２１に対する接触角が小さい充填速度制御膜３０５を設けて、寸法の大きいパターン３０３におけるインプリント材料３２１の充填速度を速くしている。このことにより、図１０（ｂ）に示すインプリント材料３２１の充填工程において、寸法の小さいパターン３０４と、充填速度制御膜３０５が形成された寸法の大きいパターン３０３とで、インプリント材料３２１の充填にかかる時間を同程度にすることができる。

従って、本実施形態では、充填速度制御膜３０５を形成しない場合と比較して、図１０（ｂ）に示すインプリント材料３２１の充填工程に要する時間を短くすることができるため、スループットを向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００ テンプレート
１０４ 充填速度制御膜
１２０ 被加工基板
１２１ インプリント材料
２００ テンプレート
２０４ 充填速度制御膜
２２０ 被加工基板
２２１ インプリント材料
３００ テンプレート
３０５ 充填速度制御膜
３２０ 被加工基板
３２１ インプリント材料

Claims (5)

1. 一方の面に凹凸を有するパターンが形成された第１部材を備え、被加工基板上に塗布された光硬化性のインプリント材料に前記一方の面を接触させた状態で、前記第１部材の他方の面の上から照射された光により前記インプリント材料を硬化して前記パターンを前記インプリント材料に転写するインプリント用のテンプレートであって、
   前記インプリント材料に対する接触角が、前記第１部材の前記インプリント材料に対する接触角より大きい第２部材が端部領域に設けられており、
   前記第２部材は、凹凸パターンを有することを特徴とするテンプレート。
2. 前記第２部材は、前記被加工基板に対する位置合わせを行うためのアライメントマークの表面の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のテンプレート。
3. 一方の面に凹凸を有する複数のパターンが形成された第１部材を備え、被加工基板上に塗布された光硬化性のインプリント材料に前記一方の面を接触させた状態で、前記第１部材の他方の面の上から照射された光により前記インプリント材料を硬化して前記パターンを前記インプリント材料に転写するインプリント用のテンプレートであって、
   前記インプリント材料に対する接触角が、前記第１部材の前記インプリント材料に対する接触角より小さい第２部材が、前記複数のパターンのうち最も寸法が大きいパターンの表面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とするテンプレート。
4. 前記インプリント材料に対する接触角が、前記第１部材の前記インプリント材料に対する接触角より大きい第３部材が端部領域に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のテンプレート。
5. 被加工基板上にインプリント材料を塗布する工程と、
   請求項１乃至４のいずれかに記載のテンプレートのパターン面を前記インプリント材料に接触させる工程と、
   前記テンプレートを前記インプリント材料に接触させた状態で前記インプリント材料を硬化する工程と、
   前記インプリント材料から前記テンプレートを離型する工程と、
   を備えるパターン形成方法。

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