(57)【要約】【課題】  インプリントの間にモールドが基板に固着することに関する問題を低減する。【解決手段】  ナノインプリントのための、より具体的には基板上にナノスケールのパターンを設ける改善された方法を開示する。この改善によれば、モールド（１００）と基板（１１５）が提供され、モールド（１００）と基板（１１５）とを互いに圧着させてモールド（１００）から基板（１１５）へパターンが転写される前に、基板（１１５）に複数の被覆層（１２０，１２５，１３０）を設ける。本発明によれば、上記基板には、純粋な反粘着機能を有する最上層が設けられる。【選択図】  図１
2005159358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプリントレジスト層（１２５）を含む複数の被覆層に覆われた基板（１１５）とモールド（１００）とを互いに圧着させることで前記モールドから逆パターンを前記基板へ転写することにより、構造化されたナノスケールのパターンを前記基板に設けるナノインプリントリソグラフィ方法であって、
プレスの前に、純粋な反固着機能を有する最上層の被覆層（１３０）を前記基板の頂面に設ける工程を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
プレスの前に、前記インプリントレジスト層（１２５）の下に配置される固着層（１２０）を設ける工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
部分的にフッ素化された化合物を含むように、前記反固着層（１３０）を形成する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
完全にフッ素化された化合物を含むように、前記反固着層（１３０）を形成する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
トリデカフルオル・（tridecafluro-）（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ）テトラヒドロオクチルアミン（tetrahydrooctylamine）を含むように、前記反固着層（１３０）を形成する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プレス前に前記モールドに反固着層（１９０）を設ける工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板（１１５）への前記パターンの転写の間に前記基板と前記モールドとがその上に配置される柔軟な薄膜を有する気圧制御室を利用することにより、前記基板と前記モールドとの間に実質的に均等な配分の力を提供する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
インプリントレジスト層（１２５）を含む複数の被覆層に覆われた基板であって、ナノインプリントリソグラフィによってその上にナノスケールのパターンを形成するために考案された基板（１１５）であって、
純粋な反固着機能を与える化合物により、その頂面に最上層の被覆層（１３０）が形成されることを特徴とする基板。
【請求項９】
前記反固着層（１３０）は、部分的にフッ素化された化合物を含む、請求項８に記載の基板。
【請求項１０】
前記反固着層（１３０）は、完全にフッ素化された化合物を含む、請求項８に記載の基板。
【請求項１１】
前記反固着層（１３０）は、トリデカフルオル・（tridecafluro-）（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ）テトラヒドロオクチルアミン（tetrahydrooctylamine）を含む、請求項８に記載の基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはナノインプリントリソグラフィの分野に関し、より具体的には、基板にナノスケールのパターンを生成する方法および手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのパフォーマンスが、ナノメータスケール、例えば単一電子の装置に組み込まれる材料の影響を受ける量子装置は、来るべき電子世代を約束するものである。ナノ製造技術の進展は、このようなナノデバイスの製造に不可欠である。実際に、ナノ粒子を取り扱うＡＦＭ（原子力顕微鏡）ベースの方法のような極端な電子ビームリソグラフィにより、数ナノメータを下回る寸法で構造やパターンを製造することが可能になった。しかしながら、これらの技術は、直列で作用し、これにより、これらのナノリソグラフィが装置の大量製造へ適用されることが妨げられた。ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）は、このようなナノデバイスを並列に製造することへの有望な候補として生来の可能性を有している。ここで、直列のリソグラフィ技術、大抵は電子ビームリソグラフィでパターン化されたスタンプは、コンパクトディスク（ＣＤ）の製造工程と全く同様に、スタンププリント技法において複製として利用可能である。上記ＣＤ製造技法は、１９７５年に紹介され、その優れた大量生産能力を示した。ＣＤの製造の総合歩留まりは（最悪のケースで）、製造中の各６インチコンパクトディスクの全領域において６７％を超えていた。
【０００３】
ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）は、ナノスケールのパターンを基板上に製造する既知の技術である。この基板は、半導体材料、例えばシリコン、リン化インジウムまたはガリウム砒素で形成可能であり、例えば半導体部品の製造に用いられる。上記基板はまた、他の材料、例えばセラミック材料、金属または、バイオセンサのような他の応用の場合には比較的ガラス転移温度が高いポリマーで形成することができる。
【０００４】
マイクロエレクトロニクスにおけるトレンドは、より小さな寸法に向かっている。原則として、約３年ごとに寸法がその半分のサイズに減少するように発展してきた。例えば、商業部品は、今日では約１３０ｎｍのサイズの構造で製造されるが、より小さな寸法にするというニーズがある。
【０００５】
ＮＩＬの基本原理は、例えばシリコンの平坦面に被覆される薄膜層の機械的変形である。ＮＩＬプロセスは、ＣＤの製造プロセスと比較することができ、以下の３つの段階に記述することができる。
【０００６】
１．モールド（即ち、モールドテンプレート）の製造：モールドは様々な材料、例えば金属、半導体、セラミックから、または一定のプラスチックから製造可能である。このモールドの一表面に３次元の構造体を形成するために、構造体のサイズおよびその分解能に対する仕様に応じて、様々なリソグラフィ方法が使用可能である。電子ビームおよびＸ線のリソグラフィは、通常、３００ｎｍ未満の構造体寸法に使用される。ダイレクトレーザ露光およびＵＶリソグラフィはより大きな構造体に使用される。
【０００７】
２．インプリント：ポリマー、例えばポリイミドの薄膜層をシリコンの平坦な基板に貼着する。この層を所定の温度、いわゆるインプリント温度にまで加熱する。モールドの反対構造が基板のポリマー層に転写されるようにモールドと基板とを互いに圧着させる。
【０００８】
インプリント処置の間に、レジストをそのガラス転移温度を超える温度に加熱する。その温度では、（熱可塑性の）レジストは、粘稠液となって流出可能になり、従って、容易にモールドの形状へ変形可能になる。レジストの粘度は、温度の上昇に伴って低減する。
【０００９】
３．構造転写：ポリマー層のうちで互いに圧着された領域では、ポリマーの薄い層が残存している。最後の段階は、基板上のこの薄い残存層の除去である。この除去は、いわゆる「ＲＩＢ」内、または酸素プラズマ内、または異方性エッチングプロセス、例えばリアクティブイオンエッチングＲＩＥ内で実行可能である。この残存層が薄いほど、ナノインプリントを用いて形成できる構造体はより精密になる。
【００１０】
従来のＮＩＬ手順に伴う問題は、圧着の間にモールドが薄膜層に固着してしまうことがあり、これにより薄膜層内に転写された逆パターンの精度が劣るということである。従って、このような固着を避けるため、モールドには、通常、反固着層が設けられる。
【００１１】
非特許文献１は、ポリマー内に反固着性材料で一体化されたポリマーインプリントレジスト層について記述する。
【００１２】
もう一つのインプリント方法は、ポリマーを硬化させるためにＵＶ露光を組み合わせたインプリントを用いる。リソグラフィへのこの代替可能なアプローチは、２層インプリント策に基づくものである。このプロセスにおいて、パターンが設けられたクロム面を有する標準的な石英マスクがリアクティブイオンエッチングでエッチングされ、その表面に高解像度のレリーフ像が形成される。フッ素化された自己集合の単分子層で残存するクロムが除去され、テンプレートが表面処理される。低粘度の光重合可能な定型化が２つの面の間のギャップに導入される。次に、テンプレートは、表面に接するようにされる。この解決法は、エッチバリアと呼ばれ、石英テンプレートの裏面を介した露光によって光重合化される。テンプレートは基板から分離され、レリーフ構造のＵＶ硬化されたレプリカが基板上に残る。このインプリントプロセスを用いることにより、サイズにおいて４０ｎｍ未満であるというフィーチャ（features）が確実に製造されてきた。この技術の問題／欠点は、各インプリント処置に先立ってポリマーを施さなければならない、より大きな面積のインプリントには、ステッピングおよびスタンピング／フラッシングなしには好適でないということである。
【非特許文献１】"Ｓｔｅｐ  ａｎｄ  Ｆｌａｓｈ  Ｉｍｐｒｉｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ａ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ"，  Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３６７６，３７９−３８９（１９９９）  ｂｙ  Ｗｉｌｌｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
インプリントリソグラフィに関連して取り組み甲斐のあるいくつかの問題がある。一つの臨界領域は、ポリマー層で実証された解像度と同一の解像度を残しながら、次の処理レベルを実行することである。パターン化された金属層を形成することは一応用例である。高精細でパターン化された金属層は、集積回路において配線として使用される。これらの金属層は、引き続く層の成長のための触媒として使用することもできる。例えば結晶方向に依存するエッチングレートに起因して、引き続く金属層を容易にエッチングできない場合、リフトオフのような追加的なアプローチが望ましい。しかしながら、金属リフトオフを介してパターンを転写する場合、単一のポリマー層には問題がある。インプリントプロセスに起因する非垂直の側壁がリフトオフの間に金属膜の引き裂きと剥離とをもたらす。インプリント部材に垂直な側壁がなければ、非垂直の側壁がインプリントリソグラフィにおいて発生する。インプリント部材に垂直な側壁がある場合であっても、インプリントされたフィーチャの底から残余のポリマーを除去するために不可欠のデスカミング処置（descumming step）に起因して、インプリントされた膜に非垂直の側壁が形成される。従って、単一層のレジストを用いた金属リフトアップに関連した問題を最小にする技術が要求される。
【００１４】
上述のインプリント技術には本願発明が狙いとする他の問題、例えば基板および有機材料が変化すると表面粘着特性が変化するという問題がある。これにより、特定の基板材料、例えばシリコン、ニッケル、石英、ガラス、窒化シリコン等との組み合わせにおいてプロセスのポリマー材料が制限されてしまう。モールドに接する剥離物質を用いることは、プロセスを工業生産において確実に使用可能にする上であまり安全ではない。
【００１５】
従って、より精細なナノスケールの構造物をモールドから基板へ経済的な態様で転送できるようにし、かつ、インプリントの間にモールドが基板に固着することに関する問題を解消／軽減するナノインプリントリソグラフィ方法および手段を発見するニーズが存在する。
【００１６】
本発明の目的は、上述した欠点／問題を解消／軽減することにある。
【００１７】
即ち、本発明の一目的は、より精細なナノスケールの構造物をモールドから基板へ経済的な態様で転送できるようにするナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。
【００１８】
本発明のもう一つの目的は、インプリントの間にモールドが基板に固着することに関する問題を低減するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。
【００１９】
本発明のさらにもう一つの目的は、基板上のインプリントパターンの精度を改善するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を発見することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、モールド表面へのポリマーの固着を低減させることによりインプリント品質とポリマーの基板からの剥離とを改善するナノインプリントリソグラフィの方法および手段を提供することである。
【００２１】
本発明のなおも更なる目的は、より高精度のナノ構造体を経済的に大量生産できるようにするナノインプリントリソグラフィの方法および手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一側面によれば、本発明は、構造化されたパターンを基板に形成する方法であって、圧着前に前記基板が複数の被覆層で覆われ、各被覆層が特定の機能を有する方法により上記目的を達成する。
【００２３】
本発明のもう一つの側面によれば、本発明は、構造化されたパターンを基板に形成する方法であって、前記基板の頂面の最上層の被覆層が純粋に反固着機能を有する方法を提供することにより上記目的を達成する。
【００２４】
本発明のさらに他の側面によれば、その上にナノスケールのパターンを形成するための基板であって、それぞれ特有の機能を有する複数の被覆層で覆われる基板が提供される。
【００２５】
本発明のさらに他の側面によれば、本発明にかかる基板は、純粋に反固着機能を有する最上層の被覆を有する。
【００２６】
本発明を上述したように要約したが、本発明は、独立請求項１および８により規定される。本発明のさらなる実施態様は、従属請求項２乃至７，９および１０によって規定される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかるインプリント技術を用いることにより、インプリント結果は、現実に、モールドの表面にポリマーが固着することなく、基板からポリマーが剥がれることもないという、より高い品質を示す。さらに、インプリント結果は、非垂直の側壁に関する上述した問題が軽減されたことを示す。従って、より高い精度を提供し、より精細な構造物を基板上に均一かつ経済的に大量生産することもできるナノパターンインプリント方法が開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
例えば上述した非特許文献１において、ポリマーに組み込まれた反固着材料を有するポリマーインプリントレジスト層が記述されているように、本発明は、ナノインプリントリソグラフィの間に基板上のポリマーインプリントレジスト層に反固着材料を組み込むことに関する問題／欠点の認識に基づくものである。上記アプローチにより、最適の反固着性能から遙かにかけ離れ、ポリマーをモールドに固着させてしまい、その結果、より精細なナノスケールのパターンを基板に経済的に大量生産することが妨げられる。
【００２９】
本発明を図１に示す。モールド１００は、ナノ構造のパターンを形成するための凹部１０５および突部１１０を有する。突部は、約１５０ｎｍの高さを有する。当業者において既知であるように、モールド１００は、どのような好適な材料、例えばガラス、シリコン、または、ニッケルのような金属からでも製造可能である。より好適な実施形態によれば、モールドは、テフロン（登録商標）に類似の単分子層の態様における薄い反固着層１９０（反粘着層とも呼ぶ）で覆われる。層１９０の厚さは、約１０ｎｍ以下であり、当業者により知られているようにスタンプ上への化学気相反応法により得ることができる。当業者に既知のように、例えばガラス（またはシリコンガラス）のようにどのような好適な材料からでも形成される基板１１５が提供される。基板１１５は、３−メタクリル・オキシプロピル・ジメチル・クロルシラン（3-methacryl-oxypropyl-dimethyl-chlorosilane）またはヘキサメチル・ジシラン（hexamethyl-disilane）、ＨＭＤＳからなる薄い固着層１２０（粘着層とも呼ぶ）で覆われる。層１２０は、好ましくは約１０ｎｍ以下であり、例えばスピンコーティングにより得ることができる。次に、形成層（インプリントレジスト層とも呼ぶ）１２５が層１２０の頂面に設けられ、この層１２５は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチル・メタクリル酸：PolyMethyl-Methacrylic Acid）から構成可能であり、好ましくは約１５０ｎｍの厚さを有する。インプリントＰＭＭＡ層１２５は、スピンコーティングのような好適な既知の技術を用いて設けることができる。本発明によれば、反固着層１３０は、例えばトリデカフルオル・（tridecafluro-）（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ）テトラヒドロオクチルアミン（tetrahydrooctylamine）または同様の部分的もしくは完全なフッ素化化合物から構成可能である。反固着層１３０は、好ましくは１０ｎｍ以下の厚さを有し、当業者が実現するように、例えばインプリントＰＭＭＡポリマー層１２５にスピンコート可能である。
【００３０】
図２を参照すると、本発明にかかるナノインプリント方法のためのフローチャートが示されている。ステップ２００において、図１を参照しながら上述した記載に従い、モールド１００と基板１１５とを準備する。次に、ステップ２１０で、３つの層１２０，１２５，１３０を有する基板１１５とモールド１００とを、ガラス転移温度を超えて加熱し、これにより、層１２５を軟化させる。ステップ２２０では、いわゆるソフトインプリント方法に従い、３００秒未満で、約５から１００バール、好ましくは約３０−６０バールの気圧を用いてモールドを基板の被覆層１２０，１２５，１３０にプレスすることにより、パターン転写を実行する。このソフトインプリント方法は、基板とモールドとをこれらの間の力を均一に分布させて互いに圧着させるために、基板／モールドに対するカウンターステイ（counterstay）を形成する柔軟な薄膜を有する気圧制御室を利用するものである。ソフトインプリント方法は、国際公開第０１／４２８５８号に開示されている。その後、形成層１２５は、既知の方法によりステップ２２５で冷却および硬化により固まる。ステップ２３０において、モールド１００は基板１１５からリリースされる。このように、モールド上の逆パターンを転写することにより、構造化されたナノスケールパターンが基板に設けられる。
【００３１】
本発明は、例えばインプリントレジスト層の頂面における最上層の反固着層を基板に設けることにより既知の技術に関連する問題および欠点を克服する。これにより、反固着層の均等な配分が容易になり、かつ、反固着層の均一性が、最終的なインプリント結果の正確さと精細さとにおいてより危機的でないようにもされる。本発明は、モールド上の反固着層として、薄い単分子層、例えばテフロン（登録商標）に類似の単分子層を提供する。本発明によれば、テフロン（登録商標）に類似の単分子層の厚さは約１０ｎｍ以下であるが、この厚さは、加えられる化学反応に依存して変化することもある。
【００３２】
説明に役立つ実例により本発明を説明した。図面は、本発明を制限するものではなく、単に本発明の動作原理を示すだけのものである。当業者にとって、例えば追加の機能的な層に関し、例えば基板１１５と反固着層１３０との間にいわゆるリフトオフ層等を導入するなど、本願の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく多数の変更、が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかるナノスケールパターンを形成するための基板およびモールドを示す。
【図２】ナノスケールのパターンを基板に設ける方法であって本発明を実行するために使用可能な方法のフローチャートを示す。
【符号の説明】
【００３４】
１００：モールド
１０５：凹部
１１０：突部
１１５：基板
１２５：形成層（インプリントレジスト層）
１３０，１９０：反固着層（反粘着層）
【図１】
2005159358.tif 000003
【図２】
2005159358.tif 000004