(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の樹脂に、モールドのパターンをインプリントしてパターンを形成する工程を、複数回繰り返し行うインプリント方法であって、
第１回目のパターンを形成する工程と、
第２回目のパターンを形成する工程と、を有し、
前記第１回目のパターンを形成する工程は、
前記基板上に形成された樹脂に、前記モールドを接触させ、該モールドのパターンに対応する凹凸パターンを形成した第１の加工領域と、該第１の加工領域の周囲に前記樹脂によるはみ出し領域を形成する工程と、
前記第１の加工領域の上に、該第１の加工領域を保護する第１の保護層を形成する工程と、
前記第１の保護層によって、前記第１の加工領域の樹脂層に形成されたパターンが除去されないように保護しながら、前記はみ出し領域の樹脂層を除去する工程と、
を有し、
前記第２回目のパターンを形成する工程は、
前記はみ出し領域を含む前記第１の加工領域と隣接する領域に形成された樹脂に前記モールドを接触させ、第２の加工領域を形成する工程と、
前記第２の加工領域の樹脂層に、該第２の加工領域を保護する第２の保護層を形成する工程と、
前記第１及び第２の保護層によって、前記第１及び第２の加工領域の樹脂層に形成されたパターンが除去されないように保護しながら、前記第２の加工領域の周囲にはみ出した樹脂を除去する工程と、
を有することを特徴とするインプリント方法。
【請求項２】
前記第１回目のパターンを形成する工程において、第１方向または該第１方向と直交する第２方向の少なくともいずれかの方向に、前記第１の加工領域に複数の加工領域を形成するに際し、
前記複数の加工領域における各加工領域の間隔を、前記加工領域の幅の長さの整数倍とすることを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
【請求項３】
前記加工領域の幅の長さに、前記モールドの加工誤差および前記基板と前記モールドの位置合わせ誤差による調整量を加えた長さが含まれていることを特徴とする請求項２に記載のインプリント方法。
【請求項４】
前記パターンを形成する工程を３回繰り返し行うインプリント方法であって、前記第１の加工領域において前記第１方向に形成される各加工領域の間隔を、前記第１の加工領域の幅の長さの２倍とすると共に、前記第２方向における加工領域は互いに隣接しない間隔として、前記各加工領域を形成する工程と、
前記第２回目のパターンを形成する工程の後に、前記第２の加工領域と隣接する領域に第３の加工領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のインプリント方法。
【請求項５】
前記パターンを形成する工程を複数回繰り返し行うに際し、各パターンを形成する工程に異なるモールドを用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインプリント方法。
【請求項６】
基板の加工方法であって、請求項１から５のいずれか１項に記載のインプリント方法により、基板上の樹脂にインプリントされたパターンをマスクとして前記基板を加工する工程を有することを特徴とする基板の加工方法。
【請求項７】
請求項６に記載の基板の加工方法を用いて構造体を形成する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプリント方法および基板の加工方法、基板の加工方法による半導体デバイスの製造方法に関する。
具体的には、基板上の樹脂に、モールドが有するパターンをインプリントするインプリント方法および基板の加工方法、基板の加工方法による半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モールド上の微細な構造を樹脂や金属等の被加工部材に転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。
この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、数ｎｍオーダーの分解能を持つため、ステッパ、スキャナ等の光露光機に代わる次世代の半導体製造技術としての期待が高まっている。
さらに、立体構造をウエハレベルで一括加工可能なため、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）などのバイオチップの製造技術、等として幅広い分野への応用が期待されている。
【０００３】
このような加工技術は、例えば半導体製造技術に適用する場合には、以下のように行われる。
基板（例えば半導体ウエハ）上に光硬化型の樹脂層を有するワークと、当該樹脂に所望の凹凸パターンが形成されたモールドを合わせて、両者の間に樹脂を充填させ、紫外光を照射することで樹脂を硬化させる。
これにより、樹脂層に上記パターンが転写されるので、この樹脂層をマスク層としてエッチング等を行い、基板へのパターン形成が行われる。
また、半導体のリソグラフィーにインプリントを用いる場合、製造するチップの大きさにあわせてモールドを作り、基板上への転写を繰り返し行うステップアンドリピート方式が適しているとされている。
その理由は、ウエハサイズの増加に伴う重ね合わせやモールドパターンそのものの積算誤差を減少して精度を向上させることができ、あるいはサイズの増加に伴うモールド作製のコストを削減することができるからである。
基板上に転写された樹脂層には、パターンの下地に一般に残膜と呼ばれる厚みが存在する。
これを除去することにより、基板の加工を行うためのマスク層が完成する。本明細書では、このマスク層をエッチングバリアと記すことにする。
【０００４】
従来例によるインプリント方法において、特許文献１では、上記したエッチングバリアを形成するに際し、ＵＶ硬化樹脂のみを単層で用い、全面をエッチングすることによりエッチングバリアを形成する方法が提案されている。
このようなプロセスを本明細書では単層プロセスと記すことにする。
また、全面をエッチングして均等に膜厚を減らす処理のことを、本明細書ではエッチバックと記すことにする。
【０００５】
また、特許文献２では、樹脂層とエッチング選択比の取れる材料を用いて反転パターンを形成する方法が提案されている。
この方法では、樹脂層の上に、樹脂層とエッチング選択比の取れる材料による反転層を塗布し、樹脂層の凸部が露出するまでエッチバックを行う。
最後に、樹脂層の凹部に埋め込まれた反転層をマスクに、樹脂層をエッチングする。
このようなプロセスを本明細書では反転プロセスと記すことにする。
この方法では、エッチングバリアはより垂直な加工形状となり、かつ寸法精度も高くなるとされている。
【特許文献１】特開２０００−１９４１４２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開２００６／００６０５５７号明細書
【非特許文献１】Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｉｓｓｕｅ  ２１，ｐｐ．３１１４−３１１６（１９９５）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来例のインプリント方法によって、基板上にパターンを形成する場合、つぎのような問題が生じる場合がある。
すなわち、図８に示すように、１ショット分のインプリントを行った際、ショット外に樹脂が押し出され、モールド１２５１の縁に沿うように基板１２５３にはみ出し領域１２５４を形成してしまうことがある。
このはみ出し領域１２５４の樹脂層の膜厚は、ショット内の加工領域１２５５における樹脂層の膜厚よりも厚くなることが多い。
例えば、加工領域１２５５における樹脂層の膜厚や、パターンの凹凸が数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度であるのに対し、はみ出し領域１２５４の樹脂層の厚さは数μｍ以上になることがある。
【０００７】
半導体リソグラフィーにインプリントを用いる場合、前述したようにステップアンドリピート方式が適しているとされているが、ステップアンドリピート方式により基板上への転写を繰り返し行った際には、はみ出し領域１２５４が各ショットに形成される。
このようなはみだし領域１２５４が形成されることにより、はみ出し領域の近傍と、はみ出し領域から離れたところでエッチングの特性が変化してしまうという問題が生じる場合がある。
例えば、凹凸パターンと比較してはるかに大きいオーダーの突起状の構造が近傍に存在する場合、エッチング中のプラズマの電界分布を乱したり、エッチングガスの流れを妨げてしまったりする場合がある。
また、エッチングは化学的な反応を含むことから、樹脂層の露出面積が非常に大きいはみ出し部分近傍では、はみ出し領域から離れたところと比べてエッチングガスの消費量が局所的に多く必要になってしまう場合がある。
このような現象により、はみ出し領域近傍と、はみ出し領域から離れたところでエッチングの特性が変化してしまうという問題が生じる場合がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、加工領域からはみ出した、はみ出し領域の樹脂層を容易に除去することが可能となるインプリント方法および基板の加工方法、基板の加工方法による半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、つぎのように構成したインプリント方法および基板の加工方法、基板の加工方法による半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
本発明のインプリント方法は、基板上の樹脂に、モールドのパターンをインプリントしてパターンを形成する工程を、複数回繰り返し行うインプリント方法であって、第１回目のパターンを形成する工程と、第２回目のパターンを形成する工程と、を有し、前記第１回目のパターンを形成する工程は、前記基板上に形成された樹脂に、前記モールドを接触させ、該モールドのパターンに対応する凹凸パターンを形成した第１の加工領域と、該第１の加工領域の周囲に前記樹脂によるはみ出し領域を形成する工程と、前記第１の加工領域の上に、該第１の加工領域を保護する第１の保護層を形成する工程と、前記第１の保護層によって、前記第１の加工領域の樹脂層に形成されたパターンが除去されないように保護しながら、前記はみ出し領域の樹脂層を除去する工程と、を有し、前記第２回目のパターンを形成する工程は、前記はみ出し領域を含む前記第１の加工領域と隣接する領域に形成された樹脂に前記モールドを接触させ、第２の加工領域を形成する工程と、前記第２の加工領域の樹脂層に、該第２の加工領域を保護する第２の保護層を形成する工程と、前記第１及び第２の保護層によって、前記第１及び第２の加工領域の樹脂層に形成されたパターンが除去されないように保護しながら、前記第２の加工領域の周囲にはみ出した樹脂を除去する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のインプリント方法は、前記第１回目のパターンを形成する工程において、第１方向または該第１方向と直交する第２方向の少なくともいずれかの方向に、前記第１の加工領域に複数の加工領域を形成するに際し、
前記複数の加工領域における各加工領域の間隔を、前記加工領域の幅の長さの整数倍とすることを特徴とする。
また、本発明のインプリント方法は、前記加工領域の幅の長さに、前記モールドの加工誤差および前記基板と前記モールドの位置合わせ誤差による調整量を加えた長さが含まれていることを特徴とする。
また、本発明のインプリント方法は、前記パターンを形成する工程を３回繰り返し行うインプリント方法であって、
前記第１の加工領域において前記第１方向に形成される各加工領域の間隔を、前記第１の加工領域の幅の長さの２倍とすると共に、前記第２方向における加工領域は互いに隣接しない間隔として、前記各加工領域を形成する工程と、
前記第２回目のパターンを形成する工程の後に、前記第２の加工領域と隣接する領域に第３の加工領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のインプリント方法は、前記パターンを形成する工程を複数回繰り返し行うに際し、各パターンを形成する工程に異なるモールドを用いることを特徴とする。
また、本発明の基板の加工方法は、上記したいずれかに記載のインプリント方法により、基板上の樹脂にインプリントされたパターンをマスクとして前記基板を加工する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、上記した基板の加工方法を用いて構造体を形成する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加工領域からはみ出した、はみ出し領域の樹脂層を容易に除去することが可能となるインプリント方法および基板の加工方法、基板の加工方法による半導体デバイスの製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について、図を用いて説明する。
なお、以下の各図において、同一または対応する部分には同一の符号が付されている。
［実施例１］
実施例１では、図１と図２を用いて、本発明を適用したインプリント方法について説明する。
【００１３】
まず、図１において、工程１０１では、基板上に形成した樹脂層にモールドのパターンを転写する。
具体的には、図２（ａ）に示すように、基板２０３上に樹脂層２０２を形成する。
その後、図２（ｂ）のように、モールド２０１を樹脂層２０２に接触させてから、樹脂層２０２を硬化する。このとき、モールド２０１により加工領域２０５から押し出された樹脂層２０２がはみ出し領域２０４となって形成される。
そして、図２（ｃ）のように、モールド２０１を樹脂層２０２から剥離し、モールド２０１上のパターンを樹脂層２０２上に転写する。
これにより、基板上の樹脂に、モールドが有するパターンに対応する凹凸パターンが形成された加工領域２０５と、該加工領域の全周に前記樹脂によるはみ出し領域２０４が形成された第１層が形成される。
モールド２０１は表面に所望の凹凸パターンを有し、材質には、例えばシリコン、石英、サファイア等が用いられる。
また、パターンのある表面は、一般的な離型処理として、フッ素系シランカップリング剤等を用いた離型処理を施す。なお、本明細書では、離型処理により形成される離型層を含めてモールドと称する。
樹脂層２０２に用いる材料は、アクリル系、あるいはエポキシ系の光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が、適用可能である。
【００１４】
次に、図１に戻って、工程１０２では、工程１０１で生じた樹脂層のはみ出し領域を側壁として利用し、加工領域上に保護層を形成する。
具体的には、図２（ｄ）のように、樹脂層２０２における加工領域２０５とはみ出し領域２０４との境界に形成されたはみ出し領域の側壁を境界壁として、加工領域２０５を保護するように保護層３０１を形成する。
保護層３０１は、樹脂層２０２とエッチング選択比の取れる層で形成されている。
すなわち、この保護層３０１は、工程１０３ではみ出し領域２０４の樹脂層を除去するエッチングを行う際に、加工領域２０５の樹脂層を保護することが可能な材料で形成されている。
保護層３０１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等のシリコン系の材料、シリコンを含有した樹脂、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の絶縁膜、一般的な金属材料等の中から選ぶことができる。
【００１５】
図１に戻って、工程１０３では、工程１０２で形成した保護層３０１で加工領域２０５を保護した状態で、はみ出し領域２０４の樹脂層を除去する。
具体的には、図２（ｅ）に示すように、加工領域２０５の樹脂層２０２の上に形成されている保護層３０１をマスクとして、はみ出し領域２０４の樹脂層２０２をエッチングにより除去する。
この除去工程において、例えば保護層３０１としてＳｉＯ２を用いた際には、樹脂層をエッチングするガス系として、Ｏ２、Ｏ２／Ａｒ、Ｏ２／Ｎ２等のＯ２をベースとしたものが利用可能である。あるいは、Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３、これら３ガスの混合系をベースとしたものが利用可能である。また、保護層３０１をエッチングするガス系として、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等のフルオロカーボン系をベースとしたものを用いることができる。
例えば、樹脂層２０２としてアクリル系の光硬化性樹脂、保護層３０１として酸化ケイ素化合物を用いた際には、エッチングするガスとしてＯ２を用いることでエッチング選択比は５０以上となる場合がある。
よって、保護層３０１をマスクとして樹脂層２０２をエッチングすることが可能となる。
最後に、図１の工程１０４で、保護層３０１を除去した後に、加工領域２０５に形成されている凹凸パターンを基板２０３に転写する。
なお、保護層３０１を除去せずに、エッチバックにより樹脂層の凸部を露出させ、保護層３０１をマスクとして基板２０３を加工してもよい。
【００１６】
本実施例では、工程１０３で樹脂層の加工領域２０５のみが保護層３０１により保護されるように、工程１０１と工程１０２において樹脂層２０２と保護層３０１を形成することが望ましい。
つまり、工程１０２で保護層３０１を形成する際に、保護層３０１が上記した境界壁からはみ出し領域側にはみ出すことなく、加工領域２０５全域を保護できるように、はみ出し領域２０４の樹脂層と保護層３０１を調整して形成する。
基板２０３上への樹脂層２０２の形成方法としては、インクジェットやディスペンサにより液滴状に塗布する方法や、スピンコートにより塗布する方法等が適用可能である。
図２（ｂ）におけるはみ出し領域２０４の樹脂層の形成では、樹脂層２０２の壁（加工領域よりも膜厚が大きい箇所）が、加工領域２０５の全域を包み込むように形成されるようにすることが望ましい。
また、上記した境界壁として、保護層３０１を、加工領域２０５上に留めておくのに十分な高さの境界壁を形成することが望ましい。
はみ出し領域２０４の樹脂層２０２が、最小限のはみ出し領域で加工領域２０５の全域を包み込むように形成するためには、つぎのような手法を採ることができる。
例えば、モールド２０１と基板２０３の間に樹脂を充填させる際に、モールド２０１の周囲に均等な量の樹脂がはみ出すように、樹脂を流動させる手法を採ることができる。
【００１７】
図３はモールド２０１の周囲に均等な量の樹脂をはみ出させる方法の一例を説明するための図である。
ここでは説明を簡単にするため、平坦なモールドを用いて基板に対向配置し、基板表面に対して水平な面をインプリントで形成する場合を例に挙げて説明する。図３（ａ）は樹脂塗布の配置の一例を示した図である。この図のように、加工領域２０５の中心に樹脂液滴を一滴塗布する。
次に、図３（ｂ）に示すように、モールド２０１のパターン面と基板２０３の表面が対向している状態で、モールド２０１を樹脂層２０２に接触させる。
このような方法により、加工領域２０５の中心に対して対称に樹脂を流動させることができる。
その結果、図３（ｃ）に示すように、加工領域２０５の全域を包み込むようにはみ出し領域２０４に樹脂層を形成することができる。
なお、平行溝や縦溝でピッチの異なる格子配列等、転写するパターンがある方向に樹脂流動を促進するような形状であるなど、樹脂流動が一定とならない場合がある。
このような際には、例えば樹脂の広がりにくい方向に複数の樹脂滴を配列するなど、それを考慮した樹脂滴の配置やモールド２０１の樹脂に対する接触の仕方とすることで、モールド２０１の周囲に均等な量の樹脂がはみ出すようにする。
また、保護層３０１を加工領域２０５上に留めておくのに必要な高さの壁を形成するために、後述する十分な量の樹脂を塗布する。
【００１８】
つぎに、はみ出し領域での境界壁の必要な高さについて説明する。
図４に、本実施例におけるはみ出し領域での境界壁の必要な高さについて説明する図を示す。この図は、はみ出し領域２０４の樹脂層２０２による壁の必要な高さを説明するために、図２（ｄ）におけるはみ出し領域２０４の近傍を拡大した図である。
図４において、ｔ１は樹脂層２０２の残膜の膜厚、ｔ２は樹脂層２０２のパターン高さ、ｔ３は保護層３０１の膜厚（第２層の膜厚）、ｔ４ははみ出し領域２０４における樹脂層２０２の高さである。
【００１９】
保護層３０１が、加工領域２０５の樹脂層のみを保護し、はみ出し領域２０４の樹脂層に広がらないようにするために、ｔ４＞ｔ１＋ｔ２＋ｔ３の関係を満たすようにする。
例えば、ｔ１が１００ｎｍ、ｔ２が１００ｎｍ、ｔ３が１００ｎｍとする場合は、ｔ４が３００ｎｍより大きくなるようにする。
このとき、保護層３０１端部の表面が表面張力により、はみ出し領域２０４の側壁を伝って３μｍ程度上昇する際には、例えば表面張力によるせり上がりを考慮してｔ４が４μｍ程度となるようにする。
また、例えばｔ１が１００ｎｍ、ｔ２が１００ｎｍ、ｔ３が１μｍとする場合には、ｔ４が１．２μｍより大きくなるようにする。
この場合にも同様に表面張力を考慮して好ましくはｔ４を５μｍ程度となるようにする。なお、その際、保護層３０１の物性により、必要な高さが変わる。
【００２０】
つぎに、上記した境界壁を、保護層を加工領域上に留めておく高さに形成するために必要な樹脂量について説明する。
図５に、本実施例における保護層を加工領域２０５上に留めておく境界壁を形成するために必要とされる樹脂量について説明する図を示す。
図５において、ｄ１は加工領域２０５の幅、ｄ２ははみ出し領域２０４の幅である。
図５（ａ）は工程１０２で形成された樹脂層２０２を上から見た図である。
説明を簡単にするため、正方形の形状をした加工領域２０５に対して、はみ出し領域２０４の外側の境界も正方形の形状となる例について説明することとする。また、モールドの凹凸パターン形状は無いものとする。図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面を示した図である。
【００２１】
このとき、必要な樹脂量Ｖは以下の式を満たすようにする。
0005473266.tif 000002
【００２２】
例えば、このように算出される樹脂量を塗布することで、保護層を加工領域２０５上に留めておくのに必要な高さの境界壁を形成することができる。
より正確に必要な高さの境界壁を形成するためには、上記Ｖにモールドの凹凸パターン形状分の樹脂量を考慮する必要がある。
【００２３】
次に、保護層の形成方法について説明する。
前述したように、保護層は加工領域２０５上のみに形成することが望ましい。
保護層の形成方法として、例えばディスペンサによる塗布、インクジェットによる少量多点塗布、スプレーコートによる塗布、加工領域２０５のみを露出するマスクを用いた蒸着等の方法が適用可能である。
勿論、スプレーコートで塗布する際にマスクを用いるなどしてもよい。
その後の工程ではみ出し領域の樹脂層を除去した後に、保護層が加工領域から流動してはみ出してしまう場合は、保護層を塗布や蒸着により形成した後に保護層が流動しない状態にする必要がある。
例えば、保護層を形成する材料を溶媒に溶かした状態で塗布した際には、加熱すること等により溶媒を蒸発させる。
【００２４】
また、後述する反転プロセスにおいて、保護層をエッチバックしてマスクとするためには、保護層の膜厚を均一にすることが好ましい。
均一でない場合にはパターンが消失してしまう可能性があるからである。
保護層を均一な膜厚にするためには、例えば、樹脂層２０２に濡れ易く、低粘度である材料を保護層に用いる。
具体的には、樹脂層に対する接触角が９０度以下で、粘度が２０ｃＰ以下の状態で保護層の材料を塗布することで、保護層が自発的に加工領域２０５全域に流動し、自発的に保護層の膜厚を均一にすることができる。
また、均一な保護層を形成するために、平坦な板で保護層を押し広げてもよい。具体的には、保護層に光硬化樹脂を用いて、パターンの存在しない平坦なモールドで保護層をインプリントすることも可能である。
このとき、樹脂層２０２と保護層のエッチング選択比がとれるように、それぞれの材料を選択することが必要となる。
【００２５】
以上のように樹脂層２０２および保護層を形成することで、工程１０２において、保護層が加工領域２０５上からはみ出すこと無く加工領域２０５全域を保護できるように、保護層を形成することができる。
【００２６】
［実施例２］
実施例２では、本発明におけるインプリント方法を用いた、単層プロセスにより基板にパターンを加工する基板の加工方法について説明する。
図６（ａ）の工程は、保護層である第２層を除去する第２層の除去工程であり、図４に示される樹脂層２０２上に保護層３０１が形成されている状態から、保護層３０１のみを除去した段階である。保護層３０１を除去するには、例えば保護層３０１にＳｉＯ２をベースとしたものを用いる際にはフッ化水素酸を用いたウェットエッチングが用いられる。
次に、図６（ｂ）に示すように、樹脂層２０２のエッチバックにより、樹脂層２０２の残膜を除去し、図６（ｃ）に示すように樹脂層２０２をマスクとして基板をエッチングする。
最後に、図６（ｄ）に示すように、マスクとして使用した樹脂層２０２を除去する。
以上の各工程により、はみ出し部分の樹脂層を除去した状態で、所望の凹凸パターンを基板に加工することができる。
【００２７】
［実施例３］
実施例３では、本発明におけるインプリント方法を用いた、反転プロセスにより基板にパターンを加工する基板の加工方法について説明する。
図７に、本実施例における反転プロセスによりにより基板にパターンを加工する基板の加工工程を説明する図を示す。
本実施例のように、保護層３０１に樹脂層２０２とエッチング選択比の取れる前述の材料を用いることで、保護層３０１を反転層として利用することができる。例えば、このような材料としては、樹脂層２０２としてアクリル系の光硬化樹脂、保護層３０１として酸化ケイ素化合物がある。
【００２８】
図７（ａ）に示すように、樹脂層２０２上に保護層３０１が形成されている状態から、保護層３０１をエッチバックして樹脂層２０２の凸部を露出させる。
次に、図７（ｂ）に示すように、保護層３０１をマスクとして樹脂層２０２をエッチングする。
次に、図７（ｃ）に示すように、保護層３０１およびその下の樹脂層２０２をマスクとして基板２０３をエッチングする。
次に、図７（ｄ）に示すように、マスクとして使用した保護層３０１と樹脂層２０２を除去する。
【００２９】
以上の各工程により、はみ出し領域の樹脂層を除去した状態で、所望の凹凸パターンを基板に加工することができる。
このような反転プロセスによる方法は、単層プロセスのように樹脂層２０２自身のエッチバックにより樹脂層の残膜を除去しないため、パターン上部のエッジ形状を保つことが可能となる。
このことより、単層プロセスより転写精度を向上させることが可能となる。
【００３０】
［実施例４］
半導体のリソグラフィーにインプリントを用いる場合、基板の大きさより小さいモールドを用いて、基板上への転写を繰り返し行うステップアンドリピート方式が適しているとされている。
その理由は、ウエハサイズの増加に伴う重ね合わせやモールドパターンそのものの積算誤差を減少して精度を向上させることができるからである。また、サイズの増加に伴うモールド作製のコストを削減することができるからである。
しかしながら、上述したインプリント方法では、モールドよりもサイズの大きいデバイスを製造することが困難であるという問題を有している。
すなわち、図８に示すように、基板上１２５３にパターンを加工する場合に、１ショット分のインプリントを行った際、ショット外に樹脂が押し出され１２５２、モールド１２５１の縁に沿うようにはみ出し領域１２５４を形成してしまう場合が生じる。
このように形成されたはみ出し領域の幅は、一般にパターンの大きさまたはパターンの周期よりも大きくなる。
また、この部分の樹脂層の膜厚は、ショット内の領域１２５５（加工領域）における樹脂層の膜厚よりも厚くなることが多い。
例えば、加工領域１２５５における樹脂層の膜厚や、パターンの凹凸が数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度であるのに対し、はみ出し領域１２５４における樹脂層の厚さは数μｍ以上になることがある。
【００３１】
このようなはみだし領域１２５４上にはパターンを形成することが困難なため、隣接するショット間に、少なくともはみ出し領域１２５４の幅の分だけ隙間が生じてしまう。
この結果、モールドが有するパターンをつなぎ合わせてサイズの大きいデバイスを製造することが困難となる。
また、サイズの大きいデバイスを製造しない場合であっても、はみ出し領域１２５４により、１枚のウエハから取れるチップ数が減少し、製造コストが上がってしまうという問題が生じる。
以下、本実施例では、このような課題に鑑み、隣接する加工領域間のパターン同士をつなぐことを可能とし、製造コストの低減化を図ることができるインプリント方法および基板の加工方法について説明を行なう。
図９に、本実施例におけるインプリント方法のフローについて説明する図を示す。
工程１１０１は、１回目の転写工程である。
ここでは、基板上に形成した樹脂層に、ステップアンドリピート方式によって、モールドのパターンを転写するインプリントを、１回または複数回行うことにより第１の加工領域を形成する。
また、工程１１０２は１回目の除去工程である。
ここでは、工程１１０１で上記第１の加工領域の周囲にはみ出した樹脂によるはみ出し領域を除去する。
これにより、第１回目のパターンが形成される。
このように、本実施例のパターンを形成する工程は、上記したように、転写工程と、転写工程を行った後にはみ出し領域を除去する除去工程と、による一連の工程からなっている。
【００３２】
工程１１０３は、第２の加工領域を形成する２回目の転写工程である。
ここでは工程１１０２で樹脂層を除去したはみ出し領域上に加工領域が重なるようにインプリント工程を行う。
工程１１０４は２回目の除去工程である。
ここでは、工程１１０３で上記第２の加工領域の周囲にはみ出した樹脂によるはみ出し領域を除去する。
これにより、第２回目のパターンが形成される。
【００３３】
このように転写工程と除去工程との一連の工程からなるパターンを形成する工程を、第３回目以降においても複数回繰り返すことで、一旦生じたはみ出し領域上にもパターンを転写することが可能となる。
図９では、１１０５がＮ回目の転写工程、１１０６がＮ回目の除去工程である。なお、本実施例では、パターン形成工程を３回繰り返し行う場合について説明する。
【００３４】
図１０（ａ）は、図２（ａ）から（ｅ）に示した工程により、１回目の転写工程を行った後の図である。１回目の転写工程で形成された樹脂層４０１には保護層３０１（第１の保護層）が設けられており、４０４は１回目の転写工程におけるはみ出し領域、４０５は１回目の転写工程における加工領域である。
そして、図１０（ａ）に示すように、基板２０３上に樹脂層４０２を形成する。この際に、２回目の転写工程のインプリント工程における加工領域４０７が、１回目の転写工程におけるはみ出し領域４０４に重なるようにモールド２０１および樹脂層４０２を配置する。
図１０（ｂ）に示すように、モールド２０１を樹脂層４０２に接触させて、モールド２０１と基板２０３の間に樹脂層４０２を充填させる。
このとき、モールド２０１により加工領域４０７から押し出された樹脂層４０２の一部は、１回目の転写工程における加工領域４０５の保護層３０１上にもはみ出す。
図１０（ｃ）で、樹脂層を硬化させた後、モールド２０１を硬化した樹脂層４０３から剥離することで、モールド２０１上のパターンが樹脂層４０３上に転写される。
図１０（ｄ）および図１０（ｅ）では、１回目の除去工程と同様に、加工領域４０７の樹脂層４０３、および加工領域４０５の樹脂層４０１を保護層３０１（第２の保護層）で保護しながら、はみ出し領域４０６の樹脂層４０３のみ除去する。
【００３５】
以上のような工程を行うことにより、もともと樹脂層がはみ出してしまっていて、パターンを転写することができなかった領域にもパターンを転写することが可能となる。
これにより、隣接する加工領域の隙間低減、および隣接する加工領域のパターンをつなげることが可能となる。
ここで一般的には、隙間低減およびパターンをつなげるために、低減またはつなぎの精度と同等の精度をもつモールド２０１と基板２０３の位置合わせが必要である。
同様に、３回目のパターン形成工程においても、それ以前の工程におけるはみ出し領域に３回目の加工領域を重ねてパターンを転写し、はみ出し領域の樹脂層のみを除去する。
【００３６】
つぎに、パターン形成工程を３回繰り返し行うインプリント方法について具体的に説明する。
図１１に、パターン形成工程を３回繰り返し行うインプリント方法において、各転写工程における加工領域の配置について詳細に説明するために基板を上から見た図を示す。
５０１は１回目の転写工程における加工領域（第１の加工領域）、５０２は２回目の転写工程における加工領域（第２の加工領域）、５０３は３回目の転写工程における加工領域（第３の加工領域）である。
図１１（ａ）に、第１回目のパターンを形成する工程での１回目の転写工程における加工領域（第１の加工領域）の配置を示す。
図における第１方向の配置は、第１方向に対する各加工領域の間隔が、加工領域の第１方向に対する幅の整数倍、例えば２倍となるようにする。
但し、ここにおける加工領域幅の２倍とは、加工領域幅にモールドの加工誤差および基板とモールドの位置合わせ誤差による調整量を加えた長さの２倍とし、以下も同様のものとする。
また、第１方向と直交する第２方向の配置は、第１方向には加工領域幅の１倍の距離動かし、第２方向には例えば加工領域幅の１．５倍の距離動かした位置となるようにする。
但し、第２方向へ動かす距離は、１．５倍に限らず、少なくとも加工領域幅にはみ出し領域の幅を加えた距離であり、大きくても加工領域幅の２倍の長さからはみ出し領域の幅を引いた距離である。
【００３７】
図１１（ｂ）に、第２回目のパターンを形成する工程での２回目の転写工程における加工領域５０２の配置を示す。
図における第１方向に対して、１回目の転写工程における加工領域に隣接するように加工領域を配置する。
図１１（ｃ）は、第３回目のパターンを形成する工程での３回目の転写工程における加工領域５０３の配置を示した図である。
図における第１方向に対して、１回目と２回目の転写工程における加工領域の間に３回目の転写工程における加工領域を配置する。
本実施例のように加工領域を配置することにより、パターン形成工程を３回繰り返すことで基板全域にパターンを転写することができる。
３回以上繰り返す場合においても、前記複数の加工領域における各加工領域の間隔を、前記各加工領域の幅の長さに、前記第１回目のパターンを形成する工程の終了後に、繰り返し行われるパターン形成工程の回数を掛け合わせた長さとすることで、同様に基板全域にパターンを転写することができる。
但し、一般に、パターン形成工程における転写工程と除去工程は、使用する装置を交換する必要があるため、加工方法のスループットを向上させるためには、繰り返し行うパターン形成工程の回数が少ないほうが好ましい。
【００３８】
本実施例のように加工領域を配置することにより、パターン形成工程を３回繰り返すだけで、隣接する全ての加工領域に対して、加工領域間の隙間低減、および加工領域のパターン同士をつなぐことができる。
なお、図１１は本実施例の１例を示したに過ぎず、各回の転写工程におけるインプリント工程の回数等は、モールドと基板の大きさや形状により異なる。
【００３９】
図１２（ａ）は、図９における工程１１０６を終えた段階を図１１における第１方向の断面として示した図である。
６０１は１回目の転写工程で形成された樹脂層、６０２は２回目の転写工程で形成された樹脂層、６０３は３回目の転写工程で形成された樹脂層である。
図のように１回目の加工領域５０１と、２回目の加工領域５０２と、３回目の加工領域５０３と、さらに別の１回目の加工領域をつなぐことができる。
本実施例では、前述したように各転写工程において、図１１における第１方向に対して加工領域の間隔を加工領域幅の２倍にする。
これにより、パターン形成工程を３回繰り返すことで、第１方向に加工領域のパターンをつなげることが可能となる。図１２（ｂ）は図１２（ａ）から保護層３０１のみを除去した状態を示す。保護層３０１は一連の転写工程および除去工程を行った後除去する。
【００４０】
以上の工程により、基板２０３上に所望のパターンが転写された樹脂層を形成することができる。
このように本実施例では、転写工程と除去工程を交互に行い、それを３回ずつ繰り返す。そして、各転写工程における加工領域の配置を図１１に示すような配置にすることにより、隣接する全ての加工領域に対して、加工領域間の隙間を低減し、加工領域のパターン同士をつなぐことができる。
また、パターン同士をつなぎあわせない場合にも、製造コストの低減を図ることが可能である。
【００４１】
また、本実施例において、加工領域の樹脂層の膜厚が均一となり、はみ出し領域の前記基板表面における高さが所定の高さになるように、前記基板上に塗布する樹脂の量および樹脂の分布を制御することが望ましい。
例えば、図１０に示すような２回目の転写工程におけるインプリント工程では、はみ出し領域４０４上に１回目の転写工程で形成された加工領域４０５の樹脂層４０１がある。
このため、加工領域４０７からはみ出される樹脂が影響を受け、加工領域４０７の樹脂層４０３の膜厚が大きくなる、またははみ出し領域４０６の樹脂層による壁の高さが部分的に高くなる場合がある。
このため、２回目の転写工程では、１回目の転写工程よりも塗布する総樹脂量を少なく調整するとよい。
また、１回目の転写工程における加工領域が隣接している箇所の樹脂量が少なくなるように樹脂を分布させるとよい。
このように、はみ出し領域における樹脂層の壁の高さおよび加工領域の樹脂層の膜厚を調整することで、保護層３０１を加工領域４０５上のみに形成することができ、また後述する基板へのパターン転写時における転写精度の低下を低減することができる。
【００４２】
また、本実施例においてパターンが転写された樹脂層をマスクとして、基板２０３にパターンを転写することも可能である。図１３にその方法を説明する図を示す。
基板上に転写された樹脂層には、パターンの下地に一般に残膜と呼ばれる厚みが存在する。
図１３（ａ）は樹脂層２０６の残膜を除去した状態を示す。
図１２（ｂ）の状態から、残膜が無くなるまで樹脂層の全面の膜厚を均等に減らすエッチングを行った段階である。次に、残った樹脂層２０６をマスクとして基板のエッチングを行い図１３（ｂ）に示す状態となる。
最後に、残った樹脂層２０６除去することにより、図１３（ｃ）に示すように、基板上に所望のパターンを転写することができる。
なお、本実施例では、基板２０３へのパターン転写方法は上述した方法のみではなく、他の基板加工方法も取り得る。
例えば、図１４は基板２０３にパターンを転写する別の方法を説明するために示した図である。
１００１は反転層である。この方法では、樹脂層の上に、樹脂層とエッチング選択比の取れる材料による反転層を形成する。
反転層に用いる材料としては、前述した保護層と同様の材料を用いることができる。樹脂層の上に反転層を形成すると、図１２（ａ）に示した状態で保護層を反転層として見なした際と同様になる。
前述した保護層を用いたはみ出し領域の樹脂層除去工程を行った際には、樹脂層の上に保護層が形成されている図１２（ａ）の状態から工程を続けることが可能である。この際には保護層を反転層と見なす。
【００４３】
図１４（ａ）は、図１２（ａ）の状態から、樹脂層２０６の凸部が露出するまで反転層１００１の全面を均等にエッチングした状態を示す。
例えば反転層としてＳｉＯ２を用いた際には、反転層をエッチングするガス系として、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等のフルオロカーボン系をベースとしたものを用いることができる。
次に、樹脂層２０６の凹部に埋め込まれた反転層１００１をマスクに、樹脂層２０６をエッチングすると図１４（ｂ）に示す状態となる。
次に、そのまま反転層１００１をマスクに基板もエッチングすると図１４（ｃ）に示す状態となる。
最後に残った反転層１００１および樹脂層２０６を除去すると図１４（ｄ）に示す状態となり、基板上に所望のパターンを転写することができる。
このような反転層による基板へのパターン転写方法は、樹脂層２０６自身の全面エッチングにより樹脂層の残膜を除去しないため、パターン上部のエッジ形状を保つことが可能となる。
このことより、樹脂層２０６をマスクとして基板をエッチングする方法より転写精度を向上させることが可能となる。
【００４４】
最後に、本発明における各加工領域のパターンのつなぎについて説明する。例えば、ピッチがＸのドットパターンを加工領域２０５に転写する際に、本発明を用いない場合には図１５（ａ）に示すようになることがある。
すなわち、隣接する加工領域間のはみ出し領域２０４の幅をＹとしたとき、ピッチはＹ以上となる。ここで、ＹがＸよりも大きい場合等では隣接する加工領域間でピッチをＸにすることが難しい。
これに対して本発明を用いることで、図１５（ｂ）に示すように、はみ出し領域にもパターンを形成することができ隣接する加工領域同士を近接させることが可能となるため、隣接する加工領域間でドットパターンのピッチをＸにすることができる。
このように本実施例では、隣接する加工領域間のパターンをつなぐことが可能となる。このような加工方法は、屈折率の分布が面内方向に周期的に配列されているフォトニック結晶などの構造体に好適に用いることができる。
なお、つなぐことができるパターンとしてはドットパターンに限らず、ラインアンドスペースパターンやホールパターン、及び自由パターン等の他のパターンにも適用可能である。
また、本実施例においてモールドの加工領域の形状は、四角形に限らず、例えば六角形など広く適用可能である。
【００４５】
［実施例５］
実施例５においては、実施例４とは別の加工領域の配置方法による構成例について説明する。
実施例４との差異は各回の加工領域の配置方法であるため、その部分についてのみ説明する。
図１６を用いて、パターン形成工程に４回繰り返す方法について説明する。
１２０１は１回目の転写工程における加工領域、１２０２は２回目の転写工程における加工領域、１２０３は３回目の転写工程における加工領域、１２０４は４回目の転写工程における加工領域である。
まず、図１６（ａ）に示すように、１回目の転写工程において、加工領域の並びの周期を第１方向、第２方向共に加工領域幅の２倍として加工領域１２０１にパターンの転写を行い、その後除去工程を行う。
次に、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように、２回目の転写工程および３回目の転写工程において、１回目の転写工程における加工領域１２０１の間の加工領域１２０２と１２０３のそれぞれにパターンを転写して、除去工程を行う。
最後に、図１６（ｄ）に示すように、残った領域である加工領域１２０４に４回目の転写工程でパターンを転写して除去工程を行う。パターン形成工程を３回繰り返す方法では、加工領域の配置において、第１方向または第２方向のどちらか一方向は加工領域の端を揃えることはできない。
これに対して、パターン形成工程を４回繰り返す方法では、第１方向と第２方向の両方で加工領域の端を揃えることが可能となる。
つまり、網の目上に加工領域の端をダイシングする場合等、第１方向と第２方向の両方で加工領域の端を揃える必要がある場合においても、それぞれの加工領域のパターンをつないでパターンを転写することが可能である。
【００４６】
図１７を用いて、パターン形成工程を２回繰り返す方法について説明する。
図１７（ａ）に示すように、１回目の転写工程において、第１方向加工領域の並びの周期を加工領域の幅の２倍とし、第２方向の間隔は適当な幅としてパターンの転写を行い、除去工程を行う。
ここにおける適当な幅とは、各インプリント工程におけるはみ出し領域が隣接する加工領域に重ならない幅とする。
次に、図１７（ｂ）に示すように２回目の転写工程において、１回目の転写工程における第１方向の加工領域の間にパターンを転写してそれぞれ除去工程を行う。
以上の工程によって、一方向にのみ各加工領域の転写パターンをつなぐ必要がある場合においては、パターン形成工程をそれぞれ３回よりも少ない２回だけ繰り返すことでパターンを転写することが可能となる。
なお、本発明における、パターン形成工程の回数、または加工領域の配置方法、配置の順番、またはモールドの加工領域の形状は、これだけに限るものではない。
【００４７】
［実施例６］
実施例６における実施例４と実施例５との差異は、各転写工程に用いるモールドの構成であるため、その部分についてのみ説明する。
本発明では、各転写工程に同じモールドを用いるとは限らない。つまり、例えば実施例２におけるパターン形成工程を４回繰り返す方法において、１回目、２回目、３回目、４回目の転写工程にそれぞれ異なるモールドを用いることも可能である。
【００４８】
図１８（ａ）は１回目のパターン形成工程を終えた段階を示す。
図１８（ｂ）は２回目のパターン形成工程を終えた段階を示す。
ここで、２回目の転写工程に用いたモールドは、１回目の転写工程に用いたモールドとは異なるパターンを持ったモールドである。
図１８（ｃ）は３回目のパターン形成工程を終えた段階を示す。３回目の転写工程で用いたモールドは、１回目と２回目とは異なるパターンをもつモールドであり、このモールドを用いて転写工程を行う。
図１８（ｄ）は４回目のパターン形成工程終えた段階を示す。４回目の転写工程で用いたモールドも、１回目、２回目、３回目とは異なるパターンをもつモールドであり、このモールドを用いて転写工程を行う。
全ての転写工程に同じパターンをもつモールドを用いた際には、大きくても１つの加工領域分の周期をもつパターンしか転写できない。
しかし、このように各回の転写工程に異なるパターンをもつモールドを用いることで、４倍の周期構造をもつパターンを転写することが可能となる。
【００４９】
以上のように、本実施例では、各回の転写工程にパターンの異なるモールドを用いることで、より大きな周期を持つパターンを転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１におけるインプリント方法のフローについて説明する図。
【図２】本発明の実施例１におけるインプリント工程について説明する図。
【図３】本発明の実施例１におけるはみ出し領域の形成について説明する図。
【図４】本発明の実施例１におけるはみ出し領域での境界壁の必要な高さについて説明する図。
【図５】本発明の実施例１における保護層を加工領域上に留めておく境界壁を形成するために必要とされる樹脂量について説明する図。
【図６】本発明の実施例２における単層プロセスにより基板にパターンを加工する基板の加工工程を説明する図。
【図７】本発明の実施例３における反転プロセスにより基板にパターンを加工する基板の加工工程を説明する図。
【図８】従来例におけるインプリント方法について説明する図。
【図９】本発明の実施例４におけるインプリント方法のフローについて説明する図。
【図１０】本発明の実施例４における２回目の転写工程および除去工程を説明する図。
【図１１】本発明の実施例４におけるパターン形成工程を３回繰り返し行うインプリント方法において、各転写工程における加工領域の配置について説明する図。
【図１２】本発明の実施例４における加工領域の配置を説明する図。
【図１３】本発明の実施例４における基板への転写方法を説明する図。
【図１４】本発明の実施例４における基板への転写方法を説明する図。
【図１５】本発明の実施例４におけるパターンのつなぎを説明する図。
【図１６】本発明の実施例５における加工領域の配置を説明する図。
【図１７】本発明の実施例５における加工領域の配置を説明する図。
【図１８】本発明の実施例６における基板加工を説明する図。
【符号の説明】
【００５１】
１０１：インプリント工程
１０２：保護層形成工程
１０３：はみ出し領域除去工程
１０４：基板加工工程
２０１：モールド
２０２：インプリント層
２０３：基板
２０４：はみ出し領域
２０５：パターン形成領域
３０１：保護層
４０１：硬化した１回目の樹脂層
４０２：２回目の樹脂層
４０３：硬化した２回目の樹脂層
４０４：１回目のはみ出し領域
４０５：１回目の加工領域
４０６：２回目のはみ出し領域
４０７：２回目の加工領域
５０１：１回目の加工領域
５０２：２回目の加工領域
５０３：３回目の加工領域
６０１：１回目の樹脂層
６０２：２回目の樹脂層
６０３：３回目の樹脂層
１００１：反転層
１２０１：１回目の加工領域
１２０２：２回目の加工領域
１２０３：３回目の加工領域
１２０４：４回目の加工領域
ｔ１：インプリント層の残膜膜厚
ｔ２：インプリント層のパターン高さ
ｔ３：保護層の膜厚
ｔ４：はみ出し領域におけるインプリント層の高さ
ｄ１：パターン形成領域の幅
ｄ２：はみ出し領域の幅
【図１】
0005473266.tif 000003
【図２】
0005473266.tif 000004
【図３】
0005473266.tif 000005
【図４】
0005473266.tif 000006
【図５】
0005473266.tif 000007
【図６】
0005473266.tif 000008
【図７】
0005473266.tif 000009
【図８】
0005473266.tif 000010
【図９】
0005473266.tif 000011
【図１０】
0005473266.tif 000012
【図１１】
0005473266.tif 000013
【図１２】
0005473266.tif 000014
【図１３】
0005473266.tif 000015
【図１４】
0005473266.tif 000016
【図１５】
0005473266.tif 000017
【図１６】
0005473266.tif 000018
【図１７】
0005473266.tif 000019
【図１８】
0005473266.tif 000020