(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドに形成した凹凸形状を基材表面上に塗布されたレジスト層あるいは供給されたレジストに転写するインプリントを、インプリント時においてモールドに形成した凹部にレジスト層が侵入するときの温度及び凹部内の圧力で凝縮する気体の雰囲気中で行うことを特徴とするインプリント方法。
【請求項２】
前記気体の常温での蒸気圧が０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法。
【請求項３】
前記気体の沸点が大気圧で１５℃以上３０℃以下であることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法。
【請求項４】
表面に凹凸形状を形成したモールドと、表面上にレジスト層を形成した基材と、モールドをレジスト層に押圧するモールド駆動装置とを備えたインプリント装置において、少なくともレジスト層から離れているモールド表面に対して、インプリント時においてモールドに形成した凹部にレジスト層が侵入するときの温度及び圧力で凝縮する気体をインプリント作業部分に供給する気体供給装置を備えたことを特徴とするインプリント装置。
【請求項５】
前記インプリント装置において、前記気体の常温での蒸気圧が０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項４記載のインプリント装置。
【請求項６】
前記気体の沸点が大気圧で１５℃以上３０℃以下であることを特徴とする請求項４記載のインプリント装置。
【請求項７】
前記気体供給装置は、閉じた空間が所定圧力になるように前記気体を供給することを特徴とする請求項４記載のインプリント装置。
【請求項８】
前記気体供給装置は、開いた空間内における前記インプリント部分に前記気体を供給するものであり、前記気体が前記インプリント部分から拡散による散逸を補償するように供給することを特徴とする請求項４記載のインプリント装置。
【請求項９】
前記気体供給装置は、前記インプリント作業部分に前記気体の気体流が生じるように供給することを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のパターンを形成したモールドを基材表面に塗布されたレジスト層あるいは供給されたレジストに対して押圧するインプリントにおいて、モールドとレジスト間に取り込まれた雰囲気形成気体による転写欠陥を低減するために、インプリント時の温度及び圧力において凝縮性のある気体雰囲気中で行うようにした、インプリント方法およびその方法を実施するインプリント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度メモリやシステムＬＳＩに代表される超ＬＳＩデバイスのダウンサイジングが進展し、より微細化を行うことができる技術が要求されており、そのため半導体製造プロセス中でリソグラフィー（転写）技術の重要性が増大している。加えて、ナノ構造を大量に安価に生産する加工技術も求められている。インプリント技術は所定の回路パターンを形成したモールドを表面にレジストが塗布された試料基板に対して押し付け、パターンを転写する技術であって、種々の方法が提案されており、例えば図４に示されるように行われる。
【０００３】
図４において、最初同図（ａ）に示すようにモールド材料２０の表面に、転写すべきパターンの鏡像に対応する反転パターンを電子ビームリソグラフィー等により形成することにより、表面に特定の凹凸形状２１を有するモールド２２を作成する。一方、同図（ｂ）に示すように、パターンを形成しようとするシリコン基板等の基材２３上にＰＭＭＡなどのレジスト材料を塗布し硬化させて、レジスト層２４を形成する。
【０００４】
次いでこのレジスト層２４を備えた基材２３全体を２００℃程度に加熱し、レジスト層２４を若干軟化させる。この状態で図４（ｃ）に示すように、前記モールド２２の凹凸形状２１を前記レジスト層２４の所定位置に配置し、凹凸形状２１をレジスト層２４に対して押し付ける。このときレジスト層２４は軟化しているので、同図（ｄ）に示すようにレジスト層２４の一部は凹凸形状２１の凹部に入り込み、レジスト層２４は凹凸形状２１とほぼ同一形状となる。この状態で全体の温度を１０５℃程度に降下させることによりレジスト層２４を硬化させる。その後同図（ｅ）に示すようにモールド２２を取り去る。このようにしてレジスト層２４には、所定形状の凹凸パターン２５が形成される。
【０００５】
その後、この基材２３の他の個所にインプリントを行うときには、図４（ｆ）に示すようにモールド２２をその個所の上部に、基材２３に対し相対的に移動し、前記と同ようにその部分のレジスト層２４にモールド２２を押し付ける。以下同様の操作を基材２３に対する全ての所定位置に連続的に行い、予め定められたインプリントを行う。
【０００６】
なお、インプリント技術においては、上記のようなものの他、例えばモールドを石英基板等の透明材料で作成し、転写される基板上には液体状の光硬化性樹脂を塗布し、その上にモールドの凹凸を押し付け、凹凸内に液体状の光硬化樹脂を流入させ、モールドを透過させて光を照射し、光硬化樹脂を硬化させ、その後モールドを取り去ることにより所定形状の凹凸パターンを形成する方式も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１９８９７９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８９２５８号公報
【特許文献３】
特開平９−１０９１９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなインプリント技術において、モールドをレジストに押圧するに際して、大気雰囲気中でこれを行うとモールド凹部とレジスト間に大気が挟まれ押し付け後も大気が留まるためにモールド形状を正確に転写できなくなる。例えば、図５（ａ）に示すように、モールド２２を基材２３に対して押圧する際に取り込まれた大気はこの空間内で圧縮を受け体積が減少するもののこの個所に留まる。このとき図５（ｂ）のように、圧縮後の取り込まれた大気はモールド凹部に均一に留まる場合だけでなく、樹脂の流れや樹脂表面のエネルギーを低下させる樹脂の働きにより、図５（ｃ）の様にモールド凹部に泡状部１７になって留まり、図５（ｄ）に示すように、転写作業終了後のレジスト層上のパターン部分１８に欠落部１９を生じ、転写精度を損なわせる。
【０００９】
その対策として、インプリント技術でモールドをレジストに押圧する工程を真空中で行う方法と、モールドを押圧する圧力を非常に大きくすることで取り込まれた大気の体積を減少させる方法が存在する。しかしながら、前者は装置を真空にするための１気圧に耐える頑丈な真空層が必要であるし、後者は大きな圧力を使用するためにモールド自身が変形してしまい高精度の転写ができず、また、モールドや基板材料に損傷も引き起こす可能性がある。
【００１０】
したがって本発明は、インプリント技術において真空を利用することなく、比較的低圧力（１ＭＰａ以下）のモールド押し付け圧力でもインプリント作業雰囲気を形成する気体の取り込みによる転写精度の低下が起こらないようにする、気体の凝縮性を利用したインプリント方法および装置を提供することを主たる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１に係る発明は、モールドに形成した凹凸形状を基材表面上に塗布されたレジスト層あるいは供給されたレジストに転写するインプリントを、インプリント時においてモールドに形成した凹部にレジスト層が侵入するときの温度及び凹部内の圧力で凝縮する気体の雰囲気中で行うことを特徴とするインプリント方法としたものである。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、前記気体の常温での蒸気圧が０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法としたものである。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、前記気体の沸点が大気圧で１５℃以上３０℃以下であることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法としたものである。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、表面に凹凸形状を形成したモールドと、表面上にレジスト層を形成した基材と、モールドをレジスト層に押圧するモールド駆動装置とを備えたインプリント装置において、少なくともレジスト層から離れているモールド表面に対して、インプリント時においてモールドに形成した凹部にレジスト層が侵入するときの温度及び圧力で凝縮する気体をインプリント作業部分に供給する気体供給装置を備えたことを特徴とするインプリント装置としたものである。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、前記インプリント装置において、前記気体の常温での蒸気圧が０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項４記載のインプリント装置としたものである。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、前記気体の沸点が大気圧で１５℃以上３０℃以下であることを特徴とする請求項４記載のインプリント装置としたものである。
【００１７】
また、請求項７に係る発明は、前記気体供給装置が、閉じた空間が所定圧力になるように前記気体を供給することを特徴とする請求項４記載のインプリント装置としたものである。
【００１８】
また、請求項８に係る発明は、前記気体供給装置が、開いた空間内における前記インプリント部分に前記気体を供給するものであり、前記気体が前記インプリント部分から拡散による散逸を補償するように供給することを特徴とする請求項４記載のインプリント装置としたものである。
【００１９】
また、請求項９に係る発明は、前記気体供給装置は、前記インプリント作業部分に前記気体の気体流が生じるように供給することを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施例の全体概要図を示しており、作業室１には定盤２上に基材移動ステージ３が水平面内に移動自在に配置され、基材移動ステージ３上には表面にレジスト層５を備えたシリコン基板６を保持している。このシリコン基板６は、レジスト層５に対して転写を行うモールド７の凹凸パターン８を複数インプリントすることができる大きさとなっている。
【００２１】
一方、作業室１内にはモールド７を上下動させ、モールド下面の凹凸パターン８をその下方に位置するレジスト層５に押しつけるためのモールド駆動ステージ９を固定しており、前記のように基材移動ステージ３によってシリコン基板６が移動して所定位置で停止したとき、モールド駆動ステージ９のモールド押圧機構１０が作動し、モールド７下面の凹凸パターン８をレジスト層５に対して押しつけることができるようになっている。
【００２２】
作業室１には排気装置１１を備え、排出側開閉バルブ１２を解放し、後述する供給側開閉バルブ１３を閉鎖して、ポンプを駆動することにより作業室１内の大気を抜き、その後この作業室１には外部の凝縮性ガス供給装置１５から供給側開閉バルブ１３を介して所定成分の凝縮性ガスを供給可能としている。その際には作業室１内の圧力を圧力センサ１５で検出し、室内が予め設定した所定の圧力になるように凝縮性ガスを供給する。このとき、作業室内の温度は別途設けた室内気体温度調節装置により、作業室内の温度を温度センサ１６で検出して、例えば常温としての２３℃等の適宜の温度に調節可能としている。なお、ここでいう「凝縮性ガス」とは、後述するように、インプリント作業時にモールドの凹部にレジスト層が侵入して凹部の内部に閉じこめられた気体を圧縮するとき、その圧力によって凝縮することができる気体のことをいう。
【００２３】
上記凝縮性ガスとしては種々のものを選択することができ、例えば室温（２３℃）での蒸気圧が０．１０５６ＭＰａのトリクロロフルオロメタンを用いることができ、このような気体であれば蒸気圧よりも少し低圧の、例えば０．１ＭＰａ程度になるように所定量供給する。このような凝縮性のある気体雰囲気を構成する物質の沸点は、作動室の圧力が１気圧程度であれば１５℃〜３０℃程度の常温に近い温度であることが好ましい。但し、凝縮性ガスの種類によっては、作業室内の圧力設定との関係で適宜変更される。
【００２４】
このような凝縮性ガスの雰囲気中でインプリント作業を行うと、例えば図２に示すような作用によって、本発明による適正なインプリント作業を行うことができる。図２には前記図１の装置に用いたものと同様に、下面に特定の凹凸パターン８が形成されたモールド７を、表面にレジスト層５を備えたシリコン基板６の表面に押しつけることによりインプリント作業を行う最初の状態を示したものであり、モールド７の凹凸パターン８がレジスト層５に接した状態を示している。この時、モールド７下面の凹凸パターン８における凹部２５が外界から遮断され、したがって凹部２５内の凝縮性ガス３０は密封状態となる。
【００２５】
その後、図１のモールド駆動移動ステージ９によってモールド７が降下すると、前記のように軟化しているレジスト層５内に凹凸パターン８の凸部２６が押し込まれ、その分レジスト層５は凹部２５内に侵入する。それにより、凹部２５内において前記のように密封状態となっている凝縮性ガス３０は圧縮され、その圧力が上昇する。
【００２６】
モールド７の降下時において凹凸パターン８の凸部２６がレジスト層５内に押し込まれるとき、特にモールド７の外周囲２７の凸部２６でそのレジスト層５を取り囲んでしまうので、それにより取り囲まれた内側のレジスト層５はモールド７の降下に伴って一部はモールド７の外周囲２７の外側に移動するものの、多くのレジスト層５は移動できず、圧縮された状態となる。そのため、モールド７の凹部２５には、レジスト層５の最初の表面の高さより高い位置までレジスト層５が入り込むこととなる。この状態は図２（ｂ）に示されている。
【００２７】
このようにしてモールド７が最終的に所定の、例えば０．５ＭＰａ程度の圧力になるまで押しつけられ、例えば図２（ｃ）に示すように、その下面がレジスト層５内の最終位置の高さまで入り込むと、凹部２５内のレジスト層５は更にその空間内で上昇し、内部の凝縮性ガス３０を圧縮する。この圧縮の過程で凝縮性ガス３０の温度は本来は上昇することとなるが、インプリントリソグラフィーの分野ではその体積は極めて小さいものであり、且つ表面積が大きく、更にモールド７の熱容量が大きいので上記のように圧縮の過程で発生する熱は周囲に除去され、ほぼ作業部分内の設定温度と同程度に保たれる。
【００２８】
上記のようなモールド７の凹部２５内に深く侵入したレジスト層５が内部の凝縮性ガス３０を圧縮するので、この凝縮性ガスはその体積減少に比例して圧力が上昇する。ここで使用する凝縮性ガスを、前記のような作業部分の温度において、上記のような圧縮時に液体になるガスが選択されていると、上記のような凝縮性ガス３０の圧縮によって凹部２５内の凝縮性ガス３０の一部が液化する。
【００２９】
凹部２５内の凝縮性ガス３０の液化によって、その体積はガスの性状（分子量）によって正確には各々異なるが、２桁程度小さなものとなるために前記凹部２５の圧力がガスの蒸気圧以下に保たれる。結局、レジスト層５にかかる圧力が、ガスの蒸気圧よりも大きい場合にはガスの液化が連続して起こり、ついには全てのガスが液化し、前記のように凹部２５内に侵入してきたレジスト層５は、例えば図２（ｄ）に示すように、ほとんどその凹部２５の空間を全て充填する状態となる。
【００３０】
その後、モールド７を上昇させ、前記図４（ｅ）に示すものと同様に、凹凸パターン８をレジスト層５から離し、基材移動ステージ３によってシリコン基板６を水平方向に移動し、モールド７の下面に次にインプリントを行うレジスト層５を位置させ、以下同様の作業を行う。
【００３１】
このように、モールド７を上昇させ、その凹凸パターン８をレジスト層５から離すとき、前記凹部２５内の凝縮液は元の圧力に戻るため、再びガス化して周囲の雰囲気を形成する凝縮性ガスと混合する。
【００３２】
上記のような作動を行うことにより、前記図５に示す従来のインプリントのように、凹部内に圧縮された気体が残ることによる凹凸パターンが正確に転写できないという問題を解決することができる。
【００３３】
上記のように、本発明においては、インプリント作業を周囲に所定の性状の凝縮性ガスが存在する雰囲気で行うことにより、従来の問題を解決できるものであるが、凝縮性ガスの雰囲気を形成する手段としては種々の態様で実施することができ、例えば図１において作業室１内を閉鎖空間として所定の性状の凝縮性ガスを満たし、その中でこの作業を行うことができる。その際には、作業室内部を所定の圧力に維持し、また所定の温度に維持するように圧力及び温度を制御する手段を設けても良い。
【００３４】
更に、比較的大きな作業空間内でその内部に通常の大気が存在する状態において、上記のようなインプリント作業を行うことができるようにし、そのインプリント作業を行う部分に対して前記のような凝縮性ガスを供給する装置を設け、その凝縮性ガス中でインプリント作業を行うことができるようにしても良い。その際には、上記のようにして供給した凝縮性ガスが周囲に逸散するので、逸散した凝縮性ガスの分だけ前記ガス供給装置から補充する。
【００３５】
その他、上記のように作業室が閉鎖空間であるとき、及び大きな作業空間でほぼ大気状態のとき、インプリント作業を行う部分に対して凝縮性ガス流が常に形成できる凝縮性ガス供給装置を設け、このような凝縮性ガス流の中でインプリント作業を行うようにしても良い。
【００３６】
上記のように、インプリント作業部分の雰囲気を形成する凝縮性ガスは、インプリントの作業中に、モールド７の凹部２５内が、少なくとも最終的に圧縮されたときの圧力で凝縮するガスを用いる。その際には種々の凝縮性ガスを使用することができるが、その凝縮性ガスの選択に際しては、例えば図３に示すような各種ガスの凝縮曲線を参考に選択する。
【００３７】
図３に示す各種ガスの凝縮曲線においては、例えば同図右下に示される水蒸気の凝縮曲線から明らかなように、大気圧０．１０１３ＭＰａにおいては１００℃で凝縮し水となる。但し、低温ではより低い圧力で凝縮して水となり、逆に高温ではより高い圧力で水となる。同様に、図中Ｃ１として示される気体（従来冷媒Ｒ１１として用いられているトリクロロフルオロメタンのような気体）においては、例えば圧力が大気圧のとき、ほぼ２０℃で凝縮し、圧力を例えば０．２ＭＰａに高めるとほぼ４０℃で凝縮することがわかる。同様に図中Ｃ２として示される気体（冷媒Ｒ１２のような気体）  においては、２０℃において約０．５ＭＰａで液化し、４０℃では１ＭＰａで液化することがわかる。
【００３８】
気体の温度が一定のときには体積に比例して圧力が上昇するため（Ｐ×Ｖ／Ｔ＝一定）、例えば図２に示すようにモールド７の凹凸パターン８をレジスト層５に押しつけ、凹部２５内にレジスト層５が進入して凹部２５内の凝縮性ガス３０の体積が１／２に減少すると、凝縮性ガスの圧力は２倍となり、体積が１／３に減少すると、凝縮性ガスの圧力は３倍となる。したがって、作業室の圧力状態では気体であった凝縮性ガスが、上記のように圧縮されて体積が減少し、圧力が上昇する過程の状態で凝縮するようなものを選択することとなる。
【００３９】
例えば凝縮性ガスとして図３における気体Ｃ１を用いたとき、作業室を大気圧とし、作業部分を４０℃として上記インプリント作業を行うと、前記凹部２５の近傍もほぼ４０℃であるので、前記凹部２５内が１／２に減少する少し前にその内部の凝縮性気体３０は凝縮することとなる。同様に、作業部分が３０℃で大気圧のときには、凹部２５の圧力が０．１５ＭＰａ程度になったとき、即ち凹部２５の体積が１／３程度減少したとき、即ち最初の体積の２／３程度になったとき凝縮して液化することとなる。
【００４０】
また、例えば凝縮性ガスとして図３における気体Ｃ２を用いたとき、作業部分を２０℃で０．２ＭＰａの状態でインプリント作業を行うと、凹部２５内にレジスト層５が進入して体積が１／２．５程度となり、その内部の圧力が０．５ＭＰａ程度になると凝縮することとなる。したがってこのような気体Ｃ２を用いても本発明は実施することができるが、作業部分の温度を大気温度程度で実施しようとすると、作業室内は常に０．２ＭＰａ程度、或いはそれ以上にに高めなければならず、作業室の設備が高価なものとならざるを得ない。逆に図３中における水蒸気を用いたときには、作業室内の温度を室温程度にして作業を行おうとすると、極めて低圧の状態で作業を行わなければならず、その他作業室内の温度を１００℃以上にする等、作業室に関連した設備は大がかりなものとならざるを得ない。
【００４１】
上記のように、本発明においては種々の凝縮性ガスを用いることができるものの、設備費等を考慮するとできる限り作業室内を常温でしかも大気圧程度であることが好ましく、前記のような従来冷媒として広く用いられていた気体を用いた場合、常温（２３℃）において０．０５ＭＰ〜１ＭＰ程度の圧力で上記作動を行うことができる凝縮性ガスや、常温付近（１５℃〜３０℃）で大気圧と同じ蒸気圧となる凝縮性ガス、即ち沸点が１５℃〜３０℃である凝縮性ガスを用いることが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明では、インプリントプロセスを凝縮性のある気体中で行うことで、数気圧程度のインプリント圧力でも取り込まれた気泡をほぼ消滅させることができ、正確なインプリントを大気圧中で容易に、且つ安価な装置により行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインプリント装置の一実施例の全体システムを示す模式図である。
【図２】本発明による凝縮性ガス雰囲気でインプリントを行う際の作動状態を示す模式図である。
【図３】各種気体が雰囲気温度と圧力変化により凝縮する態様を示す凝縮曲線である。
【図４】インプリントの過程を示す模式図である。
【図５】従来のインプリント作業時の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
１  作業室
２  定盤
３  基材移動ステージ
５  レジスト層
６  シリコン基板
７  モールド
８  凹凸パターン
９  モールド駆動ステージ
１０  モールド押圧機構
１１  排気装置
１２  排出側開閉バルブ
１３  供給側開閉バルブ
１５  凝縮性ガス供給装置
【図１】
0003700001.tif 000002
【図２】
0003700001.tif 000003
【図３】
0003700001.tif 000004
【図４】
0003700001.tif 000005
【図５】
0003700001.tif 000006