JP4935312B2 - インプリントモールドおよびインプリントモールド製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドに関するものである。

近年、微細なパターンの形成方法として、インプリント法と呼ばれるパターン転写技術が提案されている（非特許文献１）。代表的なインプリント法としては、主に熱インプリント法および光インプリント法がある。

＜熱インプリント法＞
以下、熱インプリント法の一例を示す。
まず、凹凸を有する金属等のモールド１１０を形成する（図１（ａ））。
次に、パターンを形成しようとする転写基板１１１上に、ＰＭＭＡなどの樹脂材料を塗布し樹脂層１１２を形成する（図１（ｂ））。
次に、樹脂層１１２を形成した転写基板１１１を約１２０〜２００℃程度に加熱し、樹脂層１１２を軟化させる。
次に、転写基板１１１の樹脂層１１２の塗布面側にモールドの凹凸面側が対向するようにモールド１１０と転写基板１１１とを重ね合わせ、およそ３〜２０ＭＰａ程度の圧力で接触させる（図１（ｃ））。
次に、モールド１１０を転写基板１１１に接触した状態で温度を約１００℃以下まで降温して樹脂層１１２を硬化させ、モールドを剥離する。
以上より、転写基板１１１上の樹脂層１１２には、モールド１１０の凹凸パターンに対応するパターンが形成される（図１（ｄ））。
また、転写基板１１１上には、モールド１１０の凸部に相当する部分が薄い残膜として残るため、Ｏ_２ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）などにより、残膜を除去してもよい（図１（ｅ））。

＜光インプリント法＞
以下、光インプリント法の一例を示す（特許文献１参照）。
まず、石英などの透光性を有する材料からなる基板を電子ビームリソグラフィ法などとエッチングにより表面に凹凸の形状を有するモールド１２０を作製する（図２（ａ））。
次に、転写基板１２１上に粘度の低い液体状の光硬化性樹脂組成物である樹脂１２２を塗布する（図２（ｂ））。
次に、モールド１２０を樹脂１２２に接触させ（プレス圧力は０．０１〜５ＭＰａ程度）、モールド１２０の裏面から光を照射し、樹脂１２２を硬化させる。（図２（ｃ））。
以上より、転写基板１２１上の樹脂層１２２には、モールド１２０の凹凸パターンに対応するパターンが形成される（図２（ｄ））。
また、転写基板１２１上には、モールド１２０の凸部に相当する部分が薄い残膜として残るため、Ｏ_２ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）などにより、残膜を除去してもよい（図２（ｅ））。
特開２０００−１９４１４２号公報 Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ３３１４（１９９５）

インプリント法の原理上、インプリント法にて用いられるインプリントモールドは、パターン転写する転写基板とパターン材料を介して物理的に接触することになる（図１（ｃ）、図２（ｃ））。

インプリントモールドに形成された凹凸パターンにおいて、パターン部に疎密の偏りがある場合（図３（ａ）、図４（ａ））、疎領域と密領域で充填されるパターン材料の量が異なるため、インプリントモールドと転写基板が接触するに際して、インプリントモールドが傾斜してしまう恐れがある（図３（ｂ）、図４（ｂ））。

このとき、傾斜した状態のままインプリント法を行うと、残膜の分布に偏りが生じる（図３（ｃ））。残膜の分布に偏りが生じることで、残膜をＯ_２ＲＩＥ法によって除去する際、転写パターンも同時にエッチングされるため、転写パターンの高さが制御出来ないという問題が生じる。

また、最初に基板に接触したインプリントモールドのパターン部に荷重が集中し、インプリントモールドのパターン部が破壊される恐れがある（図４（ｃ））。破壊されたパターン部分は、基板に正確にパターン転写することができないだけでなく、インプリントモールドの破片によって異物や欠陥となる。また、インプリントモールド自身もパターン欠陥となるため連続してインプリントに用いることはできなくなる。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、インプリント法において、インプリントモールドと転写基板を圧着させるときに、両者が傾斜することを防ぐインプリントモールドを提供することを目的とする。

本発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、
基板に、凹凸パターン領域が設けられており、
前記凹凸パターンが形成されている面の前記凹凸パターン領域外に、凹部を有する補助パターンが、前記基板を任意の区画に分割したときに、前記凹凸パターンの凹部と、前記補助パターン凹部の体積または面積の合計が一定になるように設けられていることを特徴とするインプリントモールドである。
また、本発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、前記ひとつの区画内における前記凹凸パターンの凹部と前記補助パターンの凹部の体積または面積の合計が、分割された各区画の前記凹凸パターンの凹部と前記補助パターンの凹部の体積または面積の合計と等しいことを特徴とする、インプリントモールドである。
なお、ここで凹凸パターンとは、矩形状の溝パターンに限らず、任意の形状の段差を有するパターンであるものとする。また、凹凸パターンは多段の場合も含むものとする。

請求項２に記載の本発明は、凹凸パターンを形成するためのインプリントモールド製造方法において、基板を任意の区画に分割する工程と、前記区画内の凹凸パターン領域における凹部の体積を計量する工程と、前記区画内同士の凹部の体積が同量となるように、補助パターンにおける凹部の体積を計量する工程と、を備え、前記基板に、前記凹凸パターン領域および前記補助パターンを形成する工程を行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のインプリントモールド製造方法であって、基板を任意の区画に分割する工程は、それぞれ同量の面積を有する区画に分割する工程であることを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

本発明のインプリントモールドは凹凸パターン領域外に、補助パターンが設けられていることを特徴とし、パターン部の疎領域と密領域の分布を均一化することで、区画内において充填されるパターン材料の量を均一化することが出来る。このため、インプリント法において、インプリントモールドと転写基板を圧着させるときに、両者が傾斜することを防ぐことが可能となる。

以下、本発明のインプリントモールドについて説明を行う。
本発明のインプリントモールドは、
基板に、凹凸パターン領域が設けられており、
前記凹凸パターンが形成されている面の前記凹凸パターン領域外に、補助パターンが設けられていること
を特徴とする。

本発明のインプリントモールドは特定のインプリント法に限定されることなく、公知のインプリント法に広範に適用することが出来る。例えば、具体的には、光インプリント、熱インプリント、ゾルゲルインプリントなどのインプリント法が挙げられる。

また、基板としては、使用するインプリント法に適するように適宜選択することが出来る。例えば、シリコン、石英ガラス、などが挙げられる。

また、凹凸パターンは、転写基板に転写するパターンに応じて設計可能であり、段差は一段に限定されること無く多段の階段状であっても良い。

また、補助パターンは、凹部を有するパターンであり、凹部の疎領域と密領域の分布を均一化するために設けられる。また、補助パターンは、凹凸パターン領域外に形成する。補助パターンの形状は、凹凸パターンに応じて変更することが出来、各区画内に収まるように適宜設計することが出来る。

以下、本発明のインプリントモールド製造方法について説明を行う。

＜基板を任意の区画に分割する工程＞
まず、基板を任意の区画に分割する。分割数および分割方法は設計事項であり、転写基板に転写する凹凸パターンおよび後述する補助パターンの算出の難度に応じて変更することが出来る。
このとき、基板全面において、パターン部の疎領域と密領域の分布を均一化するには、分割された各区画は、それぞれ同量の面積を有することが好ましい。

＜凹凸パターン領域における凹部の体積を計量する工程＞
＜補助パターンにおける凹部の体積を計量する工程＞
次に、凹凸パターン領域の凹部の体積に応じて、各区画内の補助パターンにおける凹部の体積を決定する。
このとき、ひとつの区画内における凹凸パターンの凹部と補助パターンの凹部を満たす体積の合計は、分割された各区画の凹凸パターンの凹部と補助パターンの凹部を満たす体積の合計と等しいものとする。
これにより、インプリント法に際して、充填に必要なパターン材料が各区画内において等量となることになり、インプリントモールドと転写基板を圧着させるときに、両者が傾斜することを防ぐことが出来る。
このため、インプリント法によるパターン形成において均一な残膜分布を与えることが可能で、かつ、インプリントモールドのパターン破壊を防ぎ、パターンを正確に転写することが可能となる。また、残膜の厚みが均一であるため、残膜をＲＩＥ法などで除去したとしても、所望するパターンを得ることができる。

また、凹凸パターンおよび補助パターンにおける凹部の深さが同じである場合、体積の変わりにパターン部の面積を用いて補助パターンを決定してもよい。これにより、計量の難度を低くすることが出来る。

また、各区画の凹凸パターンの凹部と補助パターンの凹部を満たす体積の合計は、凹凸パターンの凹部の体積が一番大きい区画に等しくすることが好ましい。これにより、パターン材料の消費を抑えることが出来る。

＜凹凸パターン領域および補助パターンを形成する工程＞
次に、凹凸パターン領域および補助パターンを形成する。
基板に凹凸パターンおよび補助パターンを形成する方法としては、適宜公知の方法を用いることが出来、基板材料、想定するインプリント法に適したものを用いることが出来る。例えば、リソグラフィー技術とエッチング技術を併用することにより形成してもよい。

以上より、本発明のインプリントモールド製造方法を実施することが出来る。

以下、本発明のインプリントモールド製造方法の実施の一例を図５、図６を用いながら説明を行う。当然のことながら、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
光インプリント法を実施するためのインプリントモールドを製造する。転写基板に形成する凹凸パターンは開口寸法１００ｎｍのＬＳ、ＤｏｔおよびＨｏｌｅパターンとした。

まず、基板を各区画に分割する。本実施例においては、図５に示すように、基板の重心にて交差する直線により、４つの区画（区画Ａ、区画Ｂ、区画Ｃ、区画Ｄ）に分割した。

次に、区画内の凹凸パターン領域の凹部の体積を計量する。本実施例においては、凹凸パターンの凹部の深さは１００ｎｍで一定であるため、面積を計量した。
面積はそれぞれ、区画Ａは４．０ｃｍ^２、区画Ｂは５．０ｃｍ^２、区画Ｃは３．２ｃｍ^２、区画Ｄは４．８ｃｍ^２、であった。

次に、それぞれの区画について、補助パターンの凹部の体積を決定する。本実施例においては、凹凸パターンの凹部の深さは１００ｎｍで一定であるため、面積を計量した。
補助パターンの凹部の面積は、それぞれ区画Ａは４．０ｃｍ^２、区画Ｂは３．０ｃｍ^２、区画Ｃは４．８ｃｍ^２、区画Ｄは３．２ｃｍ^２とした。

上述した面積を持つ補助パターンが各区画内に収まるように、基板に形成するパターン部を決定した。

＜実施例２＞
実施例１で決定したパターン部を石英基板に形成した。

モールドの製造方法を図６に示す。モールドの元となる基板として、Ｃｒ１００ｎｍ、レジスト４００ｎｍ厚を有する６０２５サイズのフォトマスク用基板を使用した（図６（ｂ））。電子線描画装置にて、実施例１で決定したパターン部を描画し、有機現像によりレジストパターンを形成した（図６（ｃ））。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ^２、現像時間を２分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＣｒエッチングとバレル式アッシング装置を用いたＯ_２プラズマアッシングによって、Ｃｒパターンを形成した（図６（ｄ））。Ｃｒエッチングの条件は、Ｃｌ_２流量２０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量３０ｓｃｃｍ、圧力３Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、エッチング時間４０秒とし、Ｏ２プラズマアッシングの条件は、Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗとした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、パターニングされたＣｒ層をエッチングマスクとして、石英基板をエッチングして凹凸パターンを形成した（図６（ｅ））。このとき、石英エッチング条件を、Ｃ_４Ｆ_８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力１〜２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗ、エッチング時間９０秒とした。

次に、Ｃｒ層のウエット剥離洗浄を行い（図６（ｆ））、凹凸パターンおよび凹凸パターン領域外に設けられた補助パターンを形成し、インプリントモールドを製造した。

＜実施例３＞
実施例２で作成したインプリントモールドを用いて光インプリント法を行った。

まず、図７（ａ）に示す石英モールド１７０の凹凸パターン面に、離型剤としてフッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をあらかじめコートした。

次に、図７（ｂ）に示すように、インプリントの対象となる基板に、シリコン基板１７１上に樹脂１７２として、光硬化性樹脂（東洋合成工業、ＰＡＫ−０１）３００ｎｍ厚でコートした。

次に、図７（ｃ）に示すように、石英モールド１７０を樹脂１７２に接触させ、石英モールド１７０の裏面から光を照射し、樹脂１７２を硬化させた。光インプリントの条件は、プリベークなし（室温）、プレス圧力２ＭＰａ、ＵＶ波長３６５ｎｍ、ＵＶ露光量４０ｍＪ／ｃｍ^２とした。

次に、図７（ｄ）に示すように、石英モールド１７０のパターンが転写された樹脂１７２の残膜をＯ_２ＲＩＥ法により除去した。これにより、図７（ｅ）に示すように、樹脂パターンが得られた。

インプリント後のモールドパターンおよび形成された樹脂パターンを走査電子顕微鏡で観察した。モールドパターンや形成された樹脂パターンの破壊は見られず、良好なパターン形状が観察された。また、形成されたパターン部の高さも均一であることが確認できた。

本発明のインプリントモールドは微細な凹凸パターンを形成する広範な分野に有用であり、例えば、半導体デバイス、光学部品、ハードディスクやＤＶＤなどの記録デバイス、ＤＮＡ分析などのバイオチップ、拡散版や導光版などのディスプレイ、ＭＥＭＳデバイスなどの製造において必要とされるパターン形成に好適に用いることが期待できる。

熱インプリント法によるパターン形成を示す断面工程図である。 光インプリント法によるパターン形成を示す断面工程図である。 インプリントモールドが転写基板にインプリントされ、残膜が不均一となる様子を示す図である。 インプリントモールドが転写基板にインプリントされ、インプリントモールドが破壊される様子を示す図である。 本発明のインプリントモールドの一例を示す正面図である。 実施例２における光インプリント用の石英モールドの製造工程を示す断面図である。 実施例３における光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図である。

符号の説明

１１０…モールド
１１１…転写基板
１１２…樹脂
１２０…石英モールド
１２１…転写基板
１２２…樹脂
１３０…モールド
１３１…転写基板
１３２…樹脂
１４０…モールド
１４１…転写基板
１４２…樹脂
１４３…パターン破壊部
１５０…モールド
１５１…補助パターン
１５２…凹凸パターン
１６０…石英基板
１６１…クロム
１６２…レジスト
１７０…石英モールド
１７１…転写基板
１７２…樹脂

Claims (4)

1. 凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、
   基板に、凹凸パターン領域が設けられており、
   前記凹凸パターンが形成されている面の前記凹凸パターン領域外に、凹部を有する補助パターンが、前記基板を任意の区画に分割したときに、前記凹凸パターンの凹部と、前記補助パターン凹部の体積または面積の合計が一定になるように設けられていることを特徴とするインプリントモールド。
2. 凹凸パターンを形成するためのインプリントモールドにおいて、
   前記ひとつの区画内における前記凹凸パターンの凹部と前記補助パターンの凹部の体積または面積の合計が、分割された各区画の前記凹凸パターンの凹部と前記補助パターンの凹部の体積または面積の合計と等しいことを特徴とする、請求項１に記載のインプリントモールド。
3. 凹凸パターンを形成するためのインプリントモールド製造方法において、
   基板を任意の区画に分割する工程と、
   前記区画内の凹凸パターン領域における凹部の体積を計量する工程と、
   前記区画内同士の凹部の体積が同量となるように、補助パターンにおける凹部の体積を計量する工程と、を備え、
   前記基板に、前記凹凸パターン領域および前記補助パターンを形成する工程を行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法。
4. 請求項２に記載のインプリントモールド製造方法であって、
   基板を任意の区画に分割する工程は、それぞれ同量の面積を有する区画に分割する工程であることを特徴とするインプリントモールド製造方法。
   

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