(57)【要約】ナノスケールフィーチャを有するパターン（１８ａ）を型（１０）から基板（１４）上のパターン形成可能な層（１８）にインプリントする方法を提供する。この方法は、型（１０）を準備し、基板（１４）上にパターン形成可能な層（１８）を形成し、パターン形成可能な層（１８）上に型（１０）をインプリントすることを含み、このパターン形成可能な層（１８）は、固体状態から液体状態への室温より少なくとも１０℃高い範囲の転移温度を有する金属または合金を含む。
2008503873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノスケールのフィーチャを有するパターン（１８ａ）を型（１０）から基板（１４）上の層（１８）にインプリントする方法であって、
前記型（１０）を準備し、
前記基板（１４）上に、パターン形成可能な層（１８）を形成し、
前記パターン形成可能な層（１８）に、前記型（１０）をインプリントし、
前記パターン形成層（１８）が、固体から液体への室温より少なくとも１０℃高い転移温度を有する金属または合金を含む、方法。
【請求項２】
前記インプリントすることが、
前記基板（１０）を、前記金属または合金の前記層（１８）で被覆し、
前記金属または合金を所定温度に加熱して液体状態にし、
前記型（１０）を、溶融した金属または合金に押し付け、
前記金属または合金を冷却して固体状態にし、
前記金属または合金層（１８）から前記型（１０）を外すことによって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記転移温度が、低くとも５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記転移温度が５００℃より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記パターン形成可能な層（１８）が、ガリウム、インジウムおよびスズならびにこれらの合金からなる群から選択される金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記型（１０）が、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素およびサファイアからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板（１４）が、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素およびサファイアからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板（１４）上に接着／反応層（２０）を形成し、次にその上に前記金属または合金を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法
【請求項９】
基板（１４）上にナノスケールのフィーチャを有するパターン（１８ａ）を型（１０）によって形成する際に使用されるマスキング層（１８）であって、該マスキング層（１８）が、請求項１に記載の前記方法により前記基板（１４）上に形成されたパターン形成可能な層（１８）を含み、該パターン形成可能な層（１８）が、固体から液体への室温より少なくとも１０℃高い転移温度を有する金属または合金を含む、マスキング層（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィーチャ（造作もしくは構造）の限界寸法がナノメートル単位で測定される、ナノスケールレベルで型（金型もしくは押型）を、型受容層（型を受容する層）にインプリントするもしくは押し当てることを含むインプリントリソグラフィ（imprinting lithography）に関し、より詳細には、型パターンがインプリントされる型受容層の組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路をナノメートルスケールで製造することは、これにより回路素子の高密度化、動作速度の向上および処理コストの削減が実現されるので有利である。「ナノメートルスケール」とは、フィーチャの限界寸法がナノメートルの単位で測定されることを指す。しかしながら、ナノスケール回路における１つの大きな問題は、ナノスケール回路を効率的に製造する方法である。
【０００３】
この問題を解決するために、インプリントリソグラフィを使用してナノスケール回路を製造する、効果的でかつ低コストの方法が開発されてきた。インプリントプロセスは、例えば、２００２年８月１３日付けでYong Chenに発行された「Fabrication of Molecular Electronic Circuit by Imprinting」と題する米国特許第６，４３２，７４０号に記載されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
インプリントプロセスでは、突出しているパターンを有する型をポリマー薄膜に押し当てる。型に形成されているその突出パターンがポリマー薄膜にくぼみを作り、このポリマーにより、その型のパターンが複製される。次に、型を薄膜から外す。続いて、薄膜を、くぼみ領域内のポリマーが除去されるように処理し、それによりその下にある基板が露出する。
【０００５】
ポリマーと型の間の相互作用を防ぐために、通常、インプリントする前に型を離型層で被覆する。離型層は、通常、型とポリマー間の相互作用を有効に減少させることができる自己集合分子層である。しかし、型表面に、欠陥のない離型層の被覆を形成するのはきわめて困難であり、特にパターンがほぼ１０ｎｍ以下の場合には、インプリント時の欠陥生成も避けられない。そのような欠陥があることによって、ポリマーが型にくっついてしまう。
【０００６】
また、ポリマーの機械的特性により、ポリマーパターンの高さと幅の縦横比を高く維持することは困難である。そして、ポリマーパターンが極めて薄いと、リフトオフ工程および異方性エッチング工程を行うのは極めて困難であるかまたは不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、先行技術の方法の全てではないにしてもほとんどの利点を維持しながら、前述の問題を克服した金属／半導体層に型のパターンを複製する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示の実施形態によれば、ナノスケールのフィーチャを有するパターンを型から基板上のパターン形成可能な層にインプリントする方法を提供する。この方法は、
型を準備し、
基板上にパターン形成可能な層を形成し、
型を、パターン形成可能な層にインプリントすることを含み、
パターン形成可能な層が、固体形態から液体形態への室温より少なくとも１０℃高い範囲にある転移温度を有する金属または合金からなる。
【０００９】
別の実施形態では、上記方法は、
型を準備し、
基板上に、固体形態から液体形態への室温より少なくとも１０℃高い転移温度を有する金属または合金からなるパターン形成可能な層を形成し、
パターン形成可能な層を液体状態に加熱し、
型を、パターン形成可能な層にインプリントし、
パターン形成可能な層を固体状態に冷却し、
パターン形成可能な層から型を外し、パターン形成層にインプリントされたパターンのネガコピー（複製）を残すことを含む。
【００１０】
さらに別の実施形態では、ナノスケールのフィーチャを有するパターンを型によって基板上に形成する際に使用するマスキング層を設ける。このマスキング層は、基板上に形成されたパターン形成可能な層からなる。パターン形成層は、前述の金属または合金からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、様々な実施形態を実現するために発明者が現在意図する最良の形態を示す特定の実施形態を詳細に参照する。また、代替の実施形態も概略的に説明する。
【００１２】
図１は、リフトオフを実施するためのインプリントプロセスを示す斜視図であり、このプロセスでは、突出パターン１０ａを有する型１０が、ポリマー薄膜１２に押し当てられる。ポリマー薄膜１２は、基板１４上に支持されている。
【００１３】
型１０の突出パターン１０ａは、押し当てられた時に、対応するくぼみ１２ａをポリマー薄膜１２に作り、これにより、ポリマー薄膜には、型に形成されているパターンの逆パターンができる。型１０を外した後、くぼみ領域１２ａ内に残っているポリマーが除去され（突起１０ａが基板１４の表面と完全に接触しなかった場合）、下にある基板１４の対応部分が露出するように、ポリマー薄膜１２を処理する。ここで説明するリフトオフの実施の際には、導電体薄膜を上方向から堆積させ、ポリマー部分１２ｂを溶剤で溶かし、これにより、ポリマーと一緒にポリマー上に堆積された導体が除去される。したがって、くぼみ１２ａ内に残っている導体だけが残り、それにより、所望のパターン、例えば導電配線（図示せず）が得られる。
【００１４】
さらなる処理により、従来のリフトオフおよび異方性エッチング法によって、基板上の金属／半導体パターンにポリマーパターンを転写することができる（図２および３）。これらのプロセスにおいて、ポリマーは、型のパターンを複製する媒体として、またエッチングまたはリフトオフのマスクとして使用される。
【００１５】
図２ａ〜２ｂおよび図３ａ〜３ｃは、周知のリフトオフプロセスを行う２つの従来の手法を示す側面図である。図２ａにおいては、パターン形成可能なポリマー層１２が基板１４上に形成されている。パターン形成可能なポリマー層１２は、前述のように、下の基板１４の表面１４ａを露出させる開口部１２ａ（図２ａにはそのうちの１つを示す）を形成するようにパターン形成される。ポリマー層１２上および面１４ａの露出部分上を含むいたるところに金属層１６をブランケット堆積（blanket-deposited）させる。次に、エッチングや溶解などによってポリマー層１２を除去し、その際、ポリマー層上の部分の金属層１６が一緒に除去され、図２ｂに示すように、面１４ａの露出部分上に金属層の一部分が残る。
【００１６】
図３ａでは、金属層１６を基板の面１４ａ上に堆積させる。この手法において、パターン形成可能なポリマー層１２を、金属層１６上一面に堆積させる。次に、パターン形成可能なポリマー層１２は、前述のようにパターン形成され、図３ａに示すように、下にある金属層１６の一部を覆うポリマー層が部分的に残る。次に、エッチングなどによって金属層１６の露出部分を除去し、図３ｂに示す構造が残る。最後に、残ったポリマー部分１２をエッチングや溶解などによって除去し、図３ｃに示すように、基板１４の面１４ａ上に金属層１６の一部分が残される。
【００１７】
上記２つのプロセスは異なるが、図２ｂおよび図３ｃに示した最終結果は同じである、つまり、基板１４上にパターン形成された金属部分１６が得られることが分かる。
【００１８】
しかし、パターン１０ａが１０ｎｍまたはサブ１０ｎｍ（１０ｎｍ未満）の規模に近くなると、ポリマー１２と型１０との反応を防ぐことは困難である。したがって、ポリマーが型にくっつき、それにより、型からのポリマーパターンの正確な複製が妨げられてしまう。
【００１９】
本明細書の教示によれば、先行技術のポリマー層の代わりに、パターン形成可能な層として、金属および合金の液体および固体の状態間の変化を利用する。多くの例において、本明細書に開示するパターン形成可能な層が離型剤としても働く。具体的には、ナノスケールのフィーチャを有するパターンを型から基板上の層にインプリントする方法が提供される。この方法は、
型を準備し、
基板上にパターン形成可能な層を形成し、
型をパターン形成可能な層にインプリントすることを含み、
パターン形成可能な層が、固体形態から液体形態への室温より少なくとも１０℃高い転移温度を有する金属または合金からなる。本明細書で使用されるとき、「室温」は約２０℃として定義される。
【００２０】
次に図５および６を参照する。図５ａに示すように、基板１４を、金属または合金（「金属／合金」）の層１８で被覆する（図６の段階６０）。金属／合金層１８は、固体液体転移温度を有する任意の金属または合金からなっていていよい。好ましくは、この固体液体転移温度は、約５０〜５００℃である。
【００２１】
金属／合金層１８の組成物の選択は、その融点に基づく。好ましくは、インプリント法には室温に近いがそれよりいくらか高い融点を有する組成物が選択され、その理由は、そのような緩やかな高温（いくらかのみ上昇させた温度）でのインプリント処理は実施し易く、また処理の際に他の材料や装置に損傷を与える可能性が低いからである。実施形態の実施に適切に使用される金属および金属合金の例には、ガリウム、インジウムおよびスズならびにこれらの合金、好ましくはこれらの二元合金があるが、これらに限定されない。
【００２２】
必要に応じて、最初に、金属／合金用の接着／反応層２０を基板１４に任意に堆積させ（段階６２）、次にその上に金属／合金層１８を堆積させる。そのような任意の接着／反応層２０は、金属／合金層１８と基板１４との間の接着力を高めるよう働く。このような任意の接着／反応層の例には、チタン、クロム、アルミニウム、白金およびパラジウムがあるが、これらに限定されることはない。特定の材料の選択は、型１０を形成する材料の組成に依存し、どの接着剤を選択すべきかは当業者により知られている。例えば、型１０がシリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、サファイアなどを含む場合には、任意の接着／反応層２０として上に挙げた金属のいずれもが使用可能である。
【００２３】
金属／合金層１８（および任意の接着／反応層２０）の堆積は、本明細書で開示の実施形態に含まれない従来の手順を使用して実行される。そのような従来の手順の例には、熱蒸着と電子ビーム蒸着があるが、これらに限定されない。
【００２４】
金属／合金層１８は、約１ナノメートル（ｎｍ）〜１マイクロメートル（μｍ）の範囲、好ましくは約１〜１００ｎｍの範囲での厚みで堆積される。任意の接着／反応層２０の厚みは、一般に５ｎｍ未満である。
【００２５】
次に、基板１４および金属／合金層１８を加熱し金属／合金を液体形態に変化させ、突出パターン１０ａを有する型１０を基板に押し付ける（段階６４）。図５ｂに示すように、液体の金属／合金層１８には型パターン１０ａがコピーされ、基板１４および金属／合金層１８を冷却すると、金属／合金層は固体状態に変化する。
【００２６】
型１０を金属／合金層１８（図５ｃ）から外し、金属／合金層のくぼみ部分１８ａが残される（段階６６）。
【００２７】
図５ｄに示すように、くぼみもしくはトラフ領域１８ａの底部に残っている金属／合金１８を、異方性リアクティブイオンエッチングや化学エッチングによって除去する（段階６８）。
【００２８】
次に、図５ｅに示すように、金属または半導体層２２を、くぼみ領域１８ａを含む全ての領域にブランケット堆積させる（段階７０）。金属または半導体層２２の組成は、金属／合金層１８の組成とは異なる。例えば、金属は、白金、パラジウム、金または銀を含み、半導体は、シリコンまたはゲルマニウムを含む。層２２の厚みは層１８より薄く、よって、後述のさらなるパターン転写プロセスが可能である。層２２の厚みの範囲は、層１８の厚みの範囲と同じである。
【００２９】
次にリフトオフを行って、金属／合金層１８および金属／半導体層２２の一部分を除去し、図５ｆに示すように基板１４のすぐ上の金属／半導体層の一部分が残される（段階７２）。適切な酸による化学的（ウェット）エッチングまたはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を好都合に使用することができるが、金属／合金層１８と金属／半導体層２２とで相違のエッチング（異なる速度でのエッチング）を行う任意のエッチング技術を使用することができる。
【００３０】
別態様として、金属／合金層１８をリフトオフを実施せずにエッチングマスク層として使用することができるが、これについてはここで詳しく説明しない。
【００３１】
また、金属／合金層１８の組成は、型１０と反応しないが基板１４に接着しかつ型押し後に型を金属／合金層から容易に外すことができるように選択されなければならない。例えば、Ｉｎ、ＧａおよびＳｎはそれぞれ、１５６．６℃、２９．８℃、および２３２℃の融点を有し、これらの合金は、先行技術の二元状態図である図４ａ（Ｇａ−Ｉｎ）、図４ｂ（Ｇａ−Ｓｎ）および図４ｃ（Ｉｎ−Ｓｎ）に示すようにさらに低い融点を有する。したがって、以上の教示の範囲内で適切な金属または合金を選択するために必要なことは、金属の融点または合金の固体液体転移（二元状態またはさらに多くの状態）を参照することだけである。
【００３２】
以上の事項に基づくと、前述のインプリントプロセス中に加熱および冷却によって固相と液相との間での転移を起こさせることは容易である。型がＳｉ／ＳｉＯ２材料で作成されている場合は、ＩｎおよびＧａならびにこれらの金属とＳｎとの合金は、合金の融点でＳｉと反応することができない。例えば、図４ｄは、Ｓｉ−Ｓｎ系の先行技術の二元状態図を示す。固体液体転移は、Ｓｎを多く含む部分（Ｓｎが９９％超）を除き、５００℃よりかなり高いことが分かる。Ｓｉ−ＧａとＳｉ−Ｉｎの二元状態図は似ている。したがって、金属／合金層１８と型１０の非反応性（互いに反応しないこと）により、固相に冷却されたときに型が金属／合金層から外れ易いはずである。
【００３３】
他の種類の型の場合は、型の表面を、前述のような金属／合金層１８の組成物と反応しない金属、セラミック、酸化物などの非反応性材料で被覆することができる。例えば、インプリントにＩｎとＧａおよびこれらの合金を使用する場合は、外し易くするために型１０に被覆する金属としてＰｔ、ＰｄおよびＣｒを使用することができる。
【００３４】
一方、インプリントする際の金属／合金層１８の接着性を高めるために、基板１４を適切な金属または酸化物層で被覆してもよい。例えば、ＳｉＯ２を被覆したＳｉを基板１４として使用し、ＩｎかＧａまたはこれらの合金をインプリント金属／合金層１８として使用する場合は、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板にＳｎ層を被覆することができる。Ｓｎは、ＳｉＯ２／Ｓｉと反応し、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板に付着することができ、図４ｄと図４ｅは、Ｓｉ−ＳｎとＳｉ−Ｏ合金の二元状態図を示す。また、ＩｎとＧａのインプリント金属／合金層２４は、Ｓｎと反応して合金を形成するとができ、Ｉｎ−Ｓｎ（図４ｃ）とＧａ−Ｓｎ（図４ｂ）の前述の二元状態図に示したように、インプリント金属／合金層２４と基板１４の間の接着性を高める。
【００３５】
純粋なＳｎは、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板と反応することができるが、Ｇａ−ＳｎやＩｎ−ＳｎなどのＳｎ合金は反応しないことを理解されたい。
【００３６】
リフトオフパターン形成プロセスにおいて、インプリント金属／合金層１８は、化学的手法によって選択的にエッチング除去してもよく、その融点を超える温度に加熱して機械的に除去してもよい。
【００３７】
金属および合金を使用することにより、インプリントプロセスで使用されてきた従来のポリマーに対して優れたいくつかの利点がもたらされる。例えば、
（ａ）型と合金との間のくっつきの問題（sticking problem）がなくなる。
（ｂ）金属およびその合金の融点は、状態図データを利用して制御し調整することができる。
（ｃ）通常、固体状態とガラス状態との間で変化するポリマーと違い、金属およびその合金では、固相と液相とを有利に利用することができる。金属／合金液体の粘性が低いことにより、型の正確な複製が可能となる。
（ｄ）金属および合金は、ポリマーよりもかなり低い分子量を有している。よって、ポリマーよりもかなり小さなパターンを変形させ複写することができる。
（ｅ）被覆プロセス中に金属／合金層１８の厚みを正確に制御することができ、金属／合金の厚みは、ウェハまたは基板１４全体にわたって極めて均一となる。
（ｆ）開示の方法は、高密度のナノスケール回路を製造するのに適している。「高密度」とは、エッジ間距離が１００ｎｍよりかなり小さく、さらには１０ｎｍよりも小さいことである。
（ｇ）製造工程は、ポリマーを使用するインプリントプロセス中に生成される起伏のある層および欠陥をなくすことにより単純化される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
ナノスケールインプリントにおける金属および合金の使用は、様々なインプリントに応用できることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】先行技術のインプリントプロセスを示す斜視図である。
【図２ａ】基板上に、パターン形成された金属層を形成する従来のプロセスを示す側面図である。
【図２ｂ】基板上に、パターン形成された金属層を形成する従来のプロセスを示す側面図である。
【図３ａ】基板上に、パターン形成された金属を形成する別の従来のプロセスを示す側面図である。
【図３ｂ】基板上に、パターン形成された金属を形成する別の従来のプロセスを示す側面図である。
【図３ｃ】基板上に、パターン形成された金属を形成する別の従来のプロセスを示す側面図である。
【図４ａ】組成および温度を各座標にとったＧａ−Ｉｎの既知の二元状態図である。
【図４ｂ】組成および温度を各座標にとったＧａ−Ｓｎの既知の二元状態図である。
【図４ｃ】組成および温度を各座標にとったＩｎ−Ｓｎの既知の二元状態図である。
【図４ｄ】組成および温度を各座標にとったＳｉ−Ｓｎの既知の二元状態図である。
【図４ｅ】組成および温度を各座標にとったＳｉ−Ｏの既知の二元状態図である。
【図５ａ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図５ｂ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図５ｃ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図５ｄ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図５ｅ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図５ｆ】金属（または合金）を離型剤として使用してインプリントする方法の実施形態を示す斜視図である。
【図６】インプリント法の実施形態を示すフローチャートである。
【図１】
2008503873.tif 000003
【図２ａ】
2008503873.tif 000004
【図２ｂ】
2008503873.tif 000005
【図３ａ】
2008503873.tif 000006
【図３ｂ】
2008503873.tif 000007
【図３ｃ】
2008503873.tif 000008
【図４ａ】
2008503873.tif 000009
【図４ｂ】
2008503873.tif 000010
【図４ｃ】
2008503873.tif 000011
【図４ｄ】
2008503873.tif 000012
【図４ｅ】
2008503873.tif 000013
【図５ａ】
2008503873.tif 000014
【図５ｂ】
2008503873.tif 000015
【図５ｃ】
2008503873.tif 000016
【図５ｄ】
2008503873.tif 000017
【図５ｅ】
2008503873.tif 000018
【図５ｆ】
2008503873.tif 000019
【図６】
2008503873.tif 000020
【国際調査報告】
2008503873.tif 000021
2008503873.tif 000022
2008503873.tif 000023