JP2007320246A - モールド及びモールドの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の微細パターンを有するモールドの作製方法を提供する。
【解決手段】基板１１０の表面に酸化膜１２０を形成し、さらに酸化膜１２０上にレジスト層１３０を形成する。次に、レジスト層１３０の表面に電子ビームＡを照射し、露光する（図２（ｂ））。さらに現像等の処理を行い、レジスト層１３０上にパターン１３０ａを形成する。次に、パターン１３０ａをマスクとして、酸化膜１２０にエッチングを施し、パターン形成層１２０ａを形成する（図２（ｃ））。パターン１３０ａを剥離した後（図２（ｄ））、パターン１２０ａをマスクとして、基板１１０の材料と同じ物質を基板１１０の表面に成膜し、層１５０ａ、層１５０ｂを形成する（図２（ｅ））。層１５０ａ、１５０ｂを研磨し、凹凸パターン層１５０ｃを形成する（図２（ｆ））。研磨は、凹凸パターン層１５０ｃが同一平面になるように行う。次に、パターン１２０ａを剥離する(図２（ｇ）)。
【選択図】図２

Description

本発明は、モールド及びモールドの作製方法に関するものである。

半導体等の製造分野において、微細なパターン形状を形成する技術のひとつにフォトリソグラフィがある。しかしながら、従来のフォトリソグラフィを用いた場合、凹凸形状を有する構造を形成する際には、工程数および使用材料の種類の多いプロセスを経る必要がある。

そこで、レジストパターンの形成をインプリント用のモールド、すなわち型で行なう、ナノインプリントリソグラフィ（以下ＮＩＬと称する。）が提案されている。
ＮＩＬのモールド作製は、シリコンや石英等の基板にエッチングを施し、基板の表面に凹凸のパターンを形成することによって行われる。凹凸パターンは微細化、複雑化が進み、複数の凹凸パターンの転写も必要とされるようになった。

同一材料の一枚の基板で凹凸パターンを形成する場合、複数の凹凸パターンの転写、エッチングを繰り返し行うことになるが、この作業の過程で、凹凸パターンの深さや高さを一定にすることは、困難なことが多い。

図５は従来のモールドの作製方法を示したものである。図１に示すようなモールド１００を作製する場合、従来の作製方法は以下の通りである。まず、図５（ａ）に示すように基板１０にレジスト層２０を形成する。基板１０は、例えばシリコンや、石英等の材料からなる。次に図５（ｂ）に示すように、レジスト層２０に対して露光、現像等を行い、レジスト層２０上にパターン３０を形成する。次に図５（ｃ）に示すように、パターンの形成されたレジスト層２０をマスクとして基板１０上にエッチングを施す。即ち、レジスト層２０に形成された凹部４０、凹部４５の部分にエッチングを行うことによって、基板１０上に凹部５０、凹部５５が形成される。次に図５（ｄ）に示すように、レジスト層２０を剥離する。

次に図５（ｅ）に示すように、凹凸のパターンの形成された基板１０上にレジスト層６０を形成する。次に図５（ｆ）に示すように、レジスト層６０に対して露光、現像を行い、レジスト層６０上にパターン７０を形成する。次に図５（ｇ）に示すように、パターンの形成されたレジスト層６０をマスクとして、基板１０上にエッチングを施す。即ち、レジスト層６０上の面８０の部分にエッチングを行うことによって面９０が形成される。

次に図５（ｈ）に示すように、レジスト層６０を剥離し、基板１０上に複数の凹凸のパターンが形成されてモールドとなる。高精度のナノインプリントを行うためには、エッチングの一つの工程で形成されるパターンにおける凹凸の深さは一定であることが望ましい。即ち、面５５と面９５は一定の深さであることが望ましい。しかしながら、凹凸の面５５と面９５は深さが異なることが多い。

図６は図５（ｃ）の一部の拡大図、図７は図５（ｇ）の一部の拡大図である。図６に示すようにレジスト層６０上に形成されたパターン３０では、Ｓ_１とＳ_２という２通りの面積の凹部がある。面積の異なるパターンが同一平面に存在する場合、面積の大きい部分の方がエッチングの速度は速くなる。
従って図７に示すように面９５の深さｄ_１が面５５の深さｄ_２よりも深くなる。このように深さが異なった場合、正確なナノインプリントを行うことは困難である。

また、複数のモールドの作製や、複数のモールドの位置合わせには大きなコストを要する。そこで、複数の凹凸パターンを低コストで効率よく形成するには、選択比、すなわちエッチングの速度の異なる複数の物質を積層した積層体を用い、選択比の違いを利用して数度のエッチングを繰り返す手法が提案されている（例えば「特許文献１」参照。）。
特開２００４−７１５８７号公報

しかしながら、上記のように異なる物質の積層された積層体を用いた場合、転写時の摩擦や熱によりモールドへエネルギーが加わると、熱膨張係数の違いにより界面に水平方向に応力が働く。これにより凹凸パターンに歪みが生ずるという問題点がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは高精度の微細パターンを有するモールド及びモールドの作製方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために第１の発明は、ナノインプリントに用いられるモールドの作製方法であって、基板の表面にパターン形成が可能であり、かつ剥離ないし除去可能な薄膜層たるパターン形成層を形成する工程と、前記パターン形成層をマスクとして前記基板と同一の材料からなる第１の凸部を形成する工程と、前記第１の凸部の高さを一定にする工程と、前記パターン形成層を除去する工程と、を具備することを特徴とするモールドの作製方法である。

さらに、前記の作製工程に引き続き、既に形成された凸部上を対象として、請求項１に記載されたパターンを形成する以降の各工程を繰り返してもよい。

基板の表面に形成されるパターン形成層は、レジスト、酸化膜、窒化膜、金属膜のいずれかからなる。

前記第１の凸部は、堆積、結晶成長、スパッタリング、めっき、または蒸着によって形成される。また、第２の凸部も同様に、堆積、結晶成長、スパッタリング、めっき、蒸着のいずれかによって形成されてもよい。
また前記第１の凸部は、化学機械研磨またはプラズマエッチングにより高さを一定とする。また、第２の凸部も同様に、化学機械研磨またはプラズマエッチングにより高さを一定にしてもよい。

第２の発明は、ナノインプリントに用いられるモールドであって、基板上に、前記基板と同一の材料から成る、前記基板と連続した１段以上の凸部を有することを特徴とするモールドである。

本発明によれば、高精度の微細パターンを有するモールド及びモールドの作製方法を提供することができる。

以下添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係るモールド１００及びモールド１００の作製方法について詳細に説明する。

図１はモールド１００の概略図である。モールド１００はナノインプリントに用いられる。図１に示すように、モールド１００では、基板１１０上に凹凸パターン層１５０ｃ、凹凸パターン層１９０ｃが形成されている。

図２及び図３は本発明におけるモールド１００の作製方法の各工程を示す図である。

図２（ａ）は、モールド１００の材料となる基板１１０である。基板１１０の材料は、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ダイヤモンド、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、石英、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、金属イオン含有ガラス等である。

最初に、図２（ｂ）に示すように、基板１１０の表面に酸化膜１２０を形成する。酸化膜１３０の代わりに窒化膜、金属膜等を形成してもよい。
次に酸化膜１２０の表面にレジストを塗布し、レジスト層１３０を形成する。レジスト層１３０は、スピン塗布、スプレー塗布等の方法で形成される。次に、レジスト層１３０の表面に電子ビームＡを照射し、露光する。露光の方法としては、電子ビームによる露光の他に、レーザー描画機を用いた露光、マスクを使った紫外光による露光等があげられる。

次に、現像等の処理を行い、レジスト層１３０がパターン１３０ａとなる。（図２（ｃ））。さらに、パターン１３０ａをマスクとして酸化膜１２０にエッチングを施し、パターン形成層１２０ａを形成する（図２（ｄ））。
次に、図２（ｅ）に示すように、パターン１３０ａを剥離し、パターン形成層１２０ａを露出させる。なお、今回の工程説明においては、パターン形成層として酸化膜、窒化膜、金属膜を形成した上でパターン形成層１２０ａをなす手法を提示しているが、上記材料が後の工程を鑑みて不要である場合はパターン形成層１２０ａがレジストであってもよい。

次に、パターン形成層１２０ａをマスクとして、基板１１０の材料と同じ物質を基板１１０の表面に成膜し、層１５０ａ、層１５０ｂを形成する（図２（ｆ））。成膜の方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、結晶成長法、スパッタリング、蒸着、めっき等があげられる。

ＣＶＤは薄膜材料となる混合ガスに、熱、プラズマ等によってエネルギーを印加することで化学反応をさせ、出来上がる生成物を基板上に堆積させる方法である。

結晶成長法としては、代表的なものにエピタキシャル成長が挙げられる。この成長方法の最も特徴的な点として、基板の結晶構造を踏襲させて、薄膜の成長が為すことが可能ということが挙げられる。よって、出来上がった基板と膜の界面に対する応力が最も発生しにくい方法といえる。ただし、成長温度は例えばシリコンの場合、９００℃〜１５００℃と高温であることが一般的であるため、先に示したパターン形成層１２０ａは、材料によってはこの熱により溶融したり、基板と合金を形成するなどの恐れがある。よって、熱により変質せず、形成したパターン形状に影響が少ない材料であることが必要となる。これはより低温であるＣＶＤにおいても配慮すべき点である。

スパッタリングは、イオンをプラズマ等によって発生させ、必要に応じて電界で加速させ、薄膜材料で構成されたターゲットに衝突させることにより、イオンからターゲットに運動量が授受され、ターゲット表面の原子が飛び出す現象のことであり、この飛び出した原子が基板上に付着することで薄膜の形成が為される手法である。

これに対し、蒸着とは、薄膜材料を熱、レーザー、電子線等にて加熱することで蒸発させ、その蒸発した材料を基板に付着させることで薄膜を形成させる方法である。よって、両者ともＣＶＤ、結晶成長に比べて低温のプロセスが可能である。

めっきは、液中にて行われる化学反応によって薄膜の形成が為される方法である。目的の薄膜材料となるイオンを含有した溶液中に基板を浸漬させ、必要に応じて基板に電圧を印加することでイオン化していた薄膜材料が基板表面に析出され、薄膜を得ることができる。上記プロセスの中では温度が最も低い。ただし、めっきに使用する溶液は強い酸性であることが多いため、これにより腐食されないパターン形成層を選定する必要がある。

以上の方法を用いることで、層１５０ａ、層１５０ｂを形成することが可能であり、形成可能な薄膜の材料は、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）などがある。また、このとき基板と層１５０ａ、層１５０ｂが同一の材料で構成される場合、界面に加わる応力は、同一でないものに比べ小さくなるので、高品質なモールドを得ることができる。

次に、図２（ｇ）に示すように、層１５０ａ、層１５０ｂを研磨し、凹凸パターン層１５０ｃを形成する。研磨は、凹凸パターン層１５０ｃが同一平面になるように行う。研磨の方法としては、化学機械研磨、プラズマによるエッチング等があげられる。

化学機械研磨は、化学反応と機械的研磨との複合作用で平坦化させる方法である。研磨面に対し、平滑な面を均一な圧力を加えつつ研磨する。このとき研磨材料を使用することで、研磨面内において凸となっている箇所を選択的にエッチングし、最終的に平滑な面を得ることができる。研磨材料としては表面に微小凹凸を有するパッドや、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ダイヤモンド等の微粒子、および酸やアルカリ等の薬品が考えられ、これらを単独ないし組み合わせて使用する。代表的なものはＳｉＯ_２系の微粒子を純水に混濁させ、コロイダルシリカとアルカリ性溶液で調合したものであり、一般にスラリーと呼称される。

先に述べたとおり、研磨を開始すると凹凸パターン層の中でもパターン形成層よりも厚く成膜された箇所が優先的に研磨されていくが、最終的に凹凸パターン層とパターン形成層との選択比が十分に得られている場合、パターン形成層と凹凸パターン層の高さが揃ったところで終点を検出し、研磨を終了することで、平滑な研磨面を得ることができる。このとき、面に対して均一に研磨面を押し付けることが重要である。

プラズマによるエッチング方法としては、例えばＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）がある。この方法は予め研磨面の高さ、ないし研磨する薄膜の膜厚を測定し、そのデータを基に研磨面へプラズマエッチングを施すことによって、その高さないし膜厚を平滑化させる技術である。エッチング量はウエハ上にプラズマ源である電極がどれだけ留まるかで制御される。なお、ＰＡＣＥを使用した場合、表面粗さが化学機械研磨面に比べて大きくなることが多い。よって表面粗さに配慮が必要な場合は、両者を併用することが望ましい。

次に、図２（ｈ）に示すように、パターン形成層１２０ａを剥離する。パターン形成層の剥離には、それぞれの材料に対応した剥離剤が用いられる。例えば、シリコン酸化膜の場合にはフッ酸（ＨＦ）、シリコン窒化膜の場合にはリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）等である。金属の場合、例えばニッケルは塩酸と過酸化水素と水の混合液に溶解する。アルミニウムは中性の溶液中では安定だが、酸、アルカリ溶液中では溶解する。このときの剥離剤の選定にあたっては、形成した凹凸パターン層１５０ｃと、剥離しようとするパターン形成層１２０ａとのエッチング選択比が十分であることが必要である。基板１１０上に、同一材料で単一層の凹凸パターンを形成する場合には図２（ｈ）までの工程でモールド１００の作製は終了する。複数の凹凸パターンの層を形成するには、さらに以下に示すように凹凸のパターンの形成を繰り返す。繰り返しの回数は、必要に応じて１０回程度あるいはそれ以上であっても構わないが、特に限定されない。

図３（ａ）に示すように、凹凸パターン層１５０ｃの表面に酸化膜１６０を形成する。これも、先に述べたように窒化膜、金属膜であってもよく、以下に述べるレジスト層のみで凹凸パターン層の形成が可能であるなら、ここで膜を形成する必要はない。次に、酸化膜１６０上にレジストを塗布し、レジスト層１７０を形成する。レジスト層１７０はレジスト層１３０と同様の材料で、同様の方法を用いて形成される。

そして、電子ビームＡを照射し、露光して、レジスト層１７０上にパターン１７０ａを形成する。前述と同様、電子ビームによる露光の他に、レーザー描画機を用いた露光、マスクを使った紫外光による露光等を用いてもよい。次にパターン１７０ａをマスクとして、酸化膜１６０にエッチングを施し、パターン形成層１６０ａを形成する（図３（ｂ））。

次に、図３（ｃ）に示すようにパターン１７０ａを剥離した後、パターン形成層１６０ａをマスクとして、基板１１０上の凹凸パターン層１５０ｃの上面に、層１９０ａ、層１９０ｂを形成する。層１９０ａ、層１９０ｂの形成についても前述と同様、ＣＶＤ法、結晶成長法、スパッタリング、蒸着、めっき等を用いる。

次に、図３（ｄ）に示すように、層１９０ａ、層１９０ｂの表面を研磨し、凹凸パターン層１９０ｃを形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、凹凸パターン層１６０ａを剥離し、基板１１０の表面に凹凸パターン層１５０ｃ及び凹凸パターン層１９０ｃの形成されたモールド１００が得られる。

以上のように、基板上に堆積、結晶成長等の薄膜形成によって凹凸パターンの凸部を形成し、さらに凸部を研磨して平面にすることで、モールド１００が作製される。研磨を行うことによって、パターンの各凸部は、高さが揃えられる。

従って、複数のパターンを有する複雑なモールドの作製においても、それぞれのパターンの凹凸の深さを一定にすることができ、高精度のモールドの作製が可能となる。

次に、図４を参照しながら、本発明における実施例について説明を行う。図４はモールド３００を作製した際の各工程を示す図である。

図４において、モールド３００の材料として単結晶シリコン基板２１０を用いた。単結晶シリコン基板の表面の面方位は（１００）であった。最初に、図４（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板２１０の表面に熱酸化を用いて、ＳｉＯ２膜２２０を形成した。

次に、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜２２０の表面にレジスト層２３０を形成した。レジスト層２３０に電子ビームＡの照射を行い、パターン２３０ａを形成した。

次に、図４（ｃ）に示すように、現像を行った後、パターン２３０ａをマスクとしてＳｉＯ_２膜２２０にエッチングを施した。この結果、ＳｉＯ_２パターン２２０ａが形成され、単結晶シリコン基板２１０の表面が露出した。エッチングはフッ酸（ＨＦ）によるエッチングであった。

次に、図４（ｄ）に示すように、パターン２３０ａを除去し、単結晶シリコン基板２１０をＲＣＡ洗浄した後、ＣＶＤ内で結晶成長させた。即ち、結晶成長した部位２５０が形成された。結晶成長の際のガスはモノシランを用いた。このとき、単結晶シリコン基板２１０表面の面方位、およびパターン形成層、即ち酸化膜や金属膜等の材料によって成長状態は変化する。本実施例では、単結晶シリコンは、図４（ｄ）に示すようにＳｉＯ_２パターン２２０ａに覆い被さるような形状に結晶成長した。

結晶成長が完了したら機械研磨により平坦化を行った。即ち、結晶成長した部位２５０の表面を研磨して、面２５０ａを形成した（図４（ｅ））。次に、ＳｉＯ２パターン２２０ａを除去した。ＳｉＯ_２パターン２２０ａの除去には、フッ酸（ＨＦ）を用いた。以上のようにして、モールド３００を得た（図４（ｆ））。

以上説明したように、本発明の方法によれば、基板をエッチングして凹部を形成するのではなく、基板の材料を結晶成長させて形成された凸部を研磨することによって凹凸パターンを形成する。従来の、基板上にエッチングによって凹部を形成する方法によれば、凹凸パターンの深さや高さを一定にすることは、困難であるが、本発明の方法によれば、研磨によって、容易に凸部の高さを一定にすることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るモールド及びモールドの作製方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態に係るモールド１００の概略を示す図 本実施の形態に係るモールド１００の作製の工程を示す図 本実施の形態に係るモールド１００の作製の工程を示す図 実施例において作製したモールド３００の作製の工程を示す図 従来のモールドの作製方法を示す図 図５（ｃ）の工程を拡大した図 図５（ｇ）の工程を拡大した図

符号の説明

１００………モールド
１１０………基板
１２０、１６０………酸化膜
１３０，１７０………レジスト層

Claims (6)

1. ナノインプリントに用いられるモールドの作製方法であって、
   基板の表面にパターン形成が可能であり、かつ剥離ないし除去可能な薄膜層たるパターン形成層を形成する工程と、
   前記パターン形成層をマスクとして前記基板と同一の材料からなる第１の凸部を形成する工程と、
   前記第１の凸部の高さを一定にする工程と、
   前記パターン形成層を除去する工程と、
   を具備することを特徴とするモールドの作製方法。
2. 請求項１記載のモールドの作製方法に引き続き、
   既に形成された凸部上を対象として、請求項１に記載されたパターンを形成する以降の各工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のモールドの作製方法。
3. 前記パターン形成層は、レジスト、酸化膜、窒化膜、金属膜のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載のモールドの作製方法。
4. 前記第１の凸部は、堆積、結晶成長、スパッタリング、めっき、または蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１記載のモールドの作製方法。
5. 前記第１の凸部は、化学機械研磨またはプラズマエッチングにより高さを一定とすることを特徴とする請求項１記載のモールドの作製方法。
6. ナノインプリントに用いられるモールドであって、
   基板上に、前記基板と同一の材料から成る凸部を形成した後、該凸部を研磨して、一定の高さの凸部を有することを特徴とするモールド。

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