(57)【要約】【課題】ナノインプリントモールドの微細パターン形成に際して、微細パターンの境界領域でパターン寸法が変化し、設計寸法とのずれを生じる問題を、複雑な計算を行わずに解決する。【解決手段】目的とする微細パターンを、電子線リソグラフィーを用いてレジスト膜上に形成する際、目的とする微細パターン周辺に、パターン密度を考慮した補助パターンを同時に形成することにより、微細パターン境界近傍での寸法変化を抑制する。更に、このレジストパターンを保護膜にエッチングで転写した後、再度レジスト膜を塗布し、パターンを形成することで、補助パターンが基材に転写されることを防ぎ、目的とする微細パターンのみを基材に転写する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に保護膜と第１のレジストをこの順に設けたモールド形成用基板を用意する工程と、
前記第１のレジストにモールド用パターンと補助パターンを形成し、第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをマスクとして、保護膜にモールド用パターンと補助パターンを形成し、保護膜パターンを形成する工程と、
前記第１のレジストを除去する工程と、
前記保護膜上に第２のレジストを設け、該第２のレジストにおいて保護膜に形成されたモールド用パターン部に開口パターンを形成し、第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンと保護膜パターンをマスクとして、基材にモールドパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストと保護膜を除去する工程と、
を有するインプリント用モールドの製造方法。
【請求項２】
基材に保護膜と第１のレジストをこの順に設けたモールド形成用基板を用意する工程と、
前記第１のレジストにモールド用パターンと補助パターンを形成し、第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをマスクとして、保護膜にモールド用パターンと補助パターンを形成し、保護膜パターンを形成する工程と、
前記第１のレジストを除去する工程と、
前記保護膜上に第２のレジストを設け、該第２のレジストにおいて保護膜に形成された補助パターン部に開口パターンを形成し、第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンから露出している保護膜パターンを除去する工程と、
前記第２のレジストを除去する工程と、
残った保護膜パターンのモールド用パターン部をマスクとして、基材にモールドパターンを形成する工程と、
前記保護膜を除去する工程と、
を有するインプリント用モールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターン転写手法の一つであるナノインプリントに用いられるモールドに、寸法精度の良好な微細なパターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ等が提案したナノインプリント法は、微細な溝や穴等のパターンを形成した、原版となるモールド（金型、テンプレート等とも呼ばれる）を、被転写材に押し当てることで、機械的にパターンを転写する手法である（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００３】
現在、サブミクロンレベルの微細なパターンを転写する方法として一般的に用いられる、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィーでは、原版となるマスクパターンを光によって被転写基板上のフォトレジストに投影し、照射された光によってレジストに反応を起こさせてパターンを転写する。これに対し、ナノインプリントでは原版となるモールドを被転写基板上の樹脂等に押し当てて、機械的に変形させることでパターンを転写する。つまり、フォトリソグラフィーが間接的、かつ二次元的なパターン転写手法であるのに対し、ナノインプリントは直接的、かつ三次元的なパターン転写手法であると言える。
【０００４】
このように、ナノインプリントの原理は比較的単純なものであるが、近年、数十ｎｍから数ｎｍといった超微細パターンを転写できることが実証されてきたことで、５０ｎｍ以下のパターンが必要となる次世代リソグラフィー技術の候補の一つとして注目されつつある。また、三次元的な転写手法という特徴を活かして、高アスペクト構造のパターンや、曲面状・階段状などの複雑な形状のパターンを転写する技術して、一部で実用化が始まっている。
【０００５】
ナノインプリントでは転写忠実性が非常に高いため、モールドパターンに寸法のずれや欠陥等の不良があると、それがそのまま転写されてしまう。この事実は、それだけモールドの寸法・形状が非常に重要であり、不良に対する許容範囲が非常に狭くなることを意味している。
【０００６】
さらに、直接転写であるナノインプリントでは、最終的に必要な微細パターンと同寸法の非常に微細なパターンがモールド上に必要となる点も大きな特徴である。間接的な転写手法であるフォトリソグラフィーでは、縮小光学系を用いることで、フォトマスクのパターンを４分の１程度に縮小して露光することが一般的である。このため、フォトマスクのパターンは４倍の大きさとなるので、マスクパターンの微細さは相対的に低くなる。この結果、ナノインプリントのモールドでは、パターンの作製に対する難易度が相対的に高くなる。
【０００７】
以上述べたように、ナノインプリントのモールドでは、これまでのフォトマスクのパターン形成に比べて、数倍も微細なパターンを形成する必要がある上に、その寸法ずれなどの不良に対する許容範囲も極端に狭いと言う大きな課題が存在する。この課題を解決するには、微細モールドパターン形成に必要となる電子線リソグラフフィーやエッチング等のプロセス技術の向上を図り、これまで以上の高精度を追求する必要があることは言うまでも無いが、同時に工程全体の見直しや、各工程同士の組み合わせの工夫によって、従来とは異なる発想によって精度を向上する取り組みが必要となる。
【０００８】
ナノインプリント用のモールドで必要となる１００ｎｍ以下の微細なパターンを形成するには、電子線リソグラフィーを用いてレジスト膜にパターンを形成し、それをモールドの基材に、ドライエッチング等で転写する手法が一般的である。
【０００９】
電子線リソグラフィーでは、レジスト膜や基材で散乱された電子によって、照射部の周囲まで電子線の影響が及び、その結果として形成されるパターンが設計よりも広がってしまう問題が生じることがある。特に、パターン密度が高い場合や、大面積のパターン近傍では、照射する電子線量が大きくなるため、この影響が大きい。
【００１０】
そこで、実際に電子線を照射する前に、電子線が散乱する範囲を考慮した単位面積（単位面積１）あたりのパターンが占める割合を計算し、その値に応じて、単位面積１より狭い単位面積（単位面積２）に適用する照射電子線量を増減する補正を加えるのが一般的である。これを「近接効果補正」と呼ぶ（例えば、非特許文献２を参照。）。
【００１１】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖｏｌ．６７、１９９５年、ｐ．３３１４
【非特許文献２】応用物理学会編、「超微細加工技術」、１９９７年、ｐ．１２０−１２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ナノインプリントモールド用のパターンは、４倍体のフォトマスクと異なり、１倍体のパターンとなるため、パターン面積としては１／１６となる一方で、散乱した電子線が影響を及ぼす範囲はパターン倍率に関わらず一定となる。このため、フォトマスクの場合と比べ、単位面積１は変えずに、単位面積２は１／１６とすることが望ましいが、この場合計算量や電子線照射時間の大幅な増加を招くという問題が新たに生じる。
【００１３】
また、上記単位面積２の中に、例えば図３に示すように、パターン密度５０％のライン＆スペースパターンの微細パターン１３２と、パターンの存在しない０％の領域が含まれた場合、これらの領域の境界ではパターン密度が急激に変化するため、散乱した電子線の影響は、境界線から微細パターン１３２の領域の内側に向かって変化するにもかかわらず、補正された照射量は単位面積２の中では一定となる。結果として、形成される微細パターン１３２の中で、境界近傍のパターン３２ｂは、中央のパターン３２ａに比べて、開口寸法が小さくなる問題が生じる。
【００１４】
このような、急激にパターン密度が変化する境界域で、形成されるパターン寸法が変化する問題は、パターン寸法より大きな単位面積で平均化して計算を行う限り避けられない。これに対し、計算の単位面積１及び２をパターン寸法に対して十分小さくするか、あるいは有限の単位面積を考えずに、一本のラインや一個の多角形といった、個々のパターンが及ぼす影響を全てのパターンについて計算し、その影響の総和によって個々のパターンに加える補正を計算するようなアルゴリズムを採用すればこの問題は解決できるが、一方で必要な計算量が膨大となる問題が生じる。
【００１５】
１倍体のパターンを用いるナノインプリントにおいては、このような不適正な近接効果補正が原因で生じる、ごく微細な寸法のずれに対する許容範囲が狭く、その影響が４倍体のフォトマスクに比べて相対的に大きくなるため、これまでよりも重大な問題となる。
【００１６】
本発明は、このような課題を、より容易に解決するためになされたもので、複雑な計算を行わずに、ナノインプリントモールドにおける微細なパターンの寸法ずれを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の発明は、基材に保護膜と第１のレジストをこの順に設けたモールド形成用基板を用意する工程と、前記第１のレジストにモールド用パターンと補助パターンを形成し、第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして、保護膜にモールド用パターンと補助パターンを形成し、保護膜パターンを形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程と、前記保護膜上に第２のレジストを設け、該第２のレジストにおいて保護膜に形成されたモールド用パターン部に開口パターンを形成し、第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンと保護膜パターンをマスクとして、基材にモールドパターンを形成する工程と、前記第２のレジストと保護膜を除去する工程と、を有するインプリント用モールドの製造方法である。
【００１８】
また、第２の発明は、基材に保護膜と第１のレジストをこの順に設けたモールド形成用基板を用意する工程と、前記第１のレジストにモールド用パターンと補助パターンを形成し、第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして、保護膜にモールド用パターンと補助パターンを形成し、保護膜パターンを形成する工程と、前記第１のレジストを除去する工程と、前記保護膜上に第２のレジストを設け、該第２のレジストにおいて保護膜に形成された補助パターン部に開口パターンを形成し、第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンから露出している保護膜パターンを除去する工程と、前記第２のレジストを除去する工程と、残った保護膜パターンのモールド用パターン部をマスクとして、基材にモールドパターンを形成する工程と、前記保護膜を除去する工程と、を有するインプリント用モールドの製造方法である。
【００１９】
本発明に係るモールドパターン形成方法においては、図４に示すように、レジストに形成する微細なモールド用パターン３２の周囲に、補助パターン３３を付与してレジストパターンを形成することで、目的とするレジスト上のモールド用パターン３２の寸法均一性を向上することを特徴とする。
【００２０】
しかし、そのまま保護膜２１及び基材１１のエッチングを行うと、目的とするレジスト上の微細モールド用パターン３２以外に、補助パターン３３も同時に転写されてしまう。そこで、基材１１のエッチングマスクとなる保護膜２１にレジストの微細モールド用パターン３２及び補助パターン３３を転写した後、そのまま基材１１をエッチングするのではなく、再度レジストを塗布し、微細モールド用パターン部だけの開口パターンを形成した後に基材１１をエッチングすることを特徴とする。
【００２１】
更に、モールドのパターンが凹形状と凸形状の場合では、上記のような特徴を実現するための工程が一部異なってくるため、それぞれについて最適な工程を定めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のインプリント用モールドの製造方法によれば、目的とする微細レジストパターンの寸法均一性を向上することが可能となり、その結果として、最終的に得られる微細モールドパターンの寸法均一性を向上することが出来る。
【００２３】
また、パターン設計段階で付加する補助パターンは、目的とする微細モールドパターンと同じパターン、あるいはパターン密度がほぼ同程度になるように設計したものであり、特殊で複雑なパターンを計算により発生させる必要は無いことから、容易に設計し、配置することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。図５及び図６は本発明に係るナノインプリントモールドの断面を示した模式図であり、基材１１の表面に凹型微細モールドパターン１２と、凸型微細モールドパターン１３をそれぞれ形成したものである。図５は基準面に対して微細パターンを掘り下げた形状の凹型モールド、図６は基準面に対して微細パターンが突き出た形状の凸型モールドである。図１及び図２は本発明に係るナノインプリントモールドの微細パターン形成法の工程図であり、図１は図５の凹型モールド、図２は図６の凸型モールドの工程に各々対応する。
【００２５】
＜凹型モールド＞
以下、第１の実施の形態である凹型モールドの工程について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、基材１１上に、これをエッチングする際のマスクとなる保護膜２１を成膜し、更にその上に保護膜２１をパターニングする際のマスクとなる第１のレジスト３１を成膜したものである。保護膜２１の材質は、基材１１をエッチングする際の耐性が十分に高く、更に基材１１との選択的な除去が可能なものを選択する。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、電子線リソグラフィーによって第１のレジスト３１をパターニングし、微細モールド用パターン３２と、補助パターン３３を同時に形成して、第１のレジストパターンを形成する。微細モールド用パターン３２は、凹型微細モールドパターン１２と同形状、ないしはそれにごく微小な寸法補正を加えた形状である。補助パターン３３を配置する位置は、微細モールド用パターン３２の形状や、凹型微細モールドパターン１２の着目点などを考慮して定めるが、この図では凹型微細モールドパターン１２の左右両側に配置している。
【００２７】
補助パターン３３の設計は、微細モールド用パターン３２とパターン密度が同等になるように設計する。これにより、微細モールド用パターン３２の端部近傍で、パターン密度が急峻に変化することを避けることができ、結果として微細モールド用パターン３２の端部近傍での開口幅変化を抑制できる。補助パターン３３を配置する範囲は、電子線の散乱される範囲を考慮して十分広くすることが望ましいが、他のパターン配置の関係上十分に広い範囲が確保できなくても、許容される範囲で配置することで、一定の効果が期待できる。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、保護膜２１を、第１のレジストパターンをマスクとしてエッチングし、第１のレジストパターンを保護膜２１に転写し、モールド用パターンに当たる微細保護膜パターン２２と、補助パターンに当たる補助保護膜パターン２３を形成する。本発明のように微細なパターンを転写する場合は、プラズマを用いたドライエッチング方式を採用するのが一般的であるが、可能であれば薬液を用いたウェットエッチングなど、他のエッチング手法を用いても構わない。
【００２９】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１のレジスト３１を除去した後、図１（ｅ）に示すように、新たに第２のレジスト４１を塗布する。第２のレジスト４１は、微細保護膜パターン２２及び補助保護膜パターン２３の段差を完全に覆うように塗布する。
【００３０】
次に、図１（ｆ）に示すように、電子線リソグラフィー、またはフォトリソグラフィーを用いて、第２のレジスト４１に開口パターン４２を形成する。開口パターン４２は、微細保護膜パターン２２上のみを開口し、補助保護膜パターン２３上は第２のレジスト４１が覆ったままの状態とする。
【００３１】
開口パターン４２は、図１（ｂ）で形成した第１のレジストパターンと比べると大きいため、必ずしも電子線リソグラフィーを用いる必要は無く、フォトリソグラフィーで形成しても良い。但し、どの様なリソグラフィーを用いる場合でも、微細保護膜パターン２２のみを露出させるように、微細保護膜パターン２２と開口パターン４２の位置合わせは十分に高い精度で行う必要が有る。
【００３２】
次に、図１（ｇ）に示すように、第２のレジストパターンに当たる微細保護膜パターン２２及び開口パターン４２をマスクとして、基材１１をエッチングし、微細モールドパターン１２を形成する。引き続き、図１（ｈ）に示すように、第２のレジスト４１と保護膜２１を除去することによって、ナノインプリントモールドが完成する。
【００３３】
＜凸型モールド＞
次に、第２の実施の形態である凸型モールドパターンの形成工程について、図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｅ）までは、凹型モールド形成における図１（ａ）〜（ｅ）の説明と同様であるため、説明は省略する。但し、微細モールド用パターン３２、補助パターン３３の形状は、図１の場合とは異なり、ネガ／ポジ反転した形状となる。
【００３４】
図２（ｆ）は、第２のレジスト４１をリソグラフィーによってパターニングする工程である。図１（ｆ）とは異なり、微細保護膜パターン２２を保護するように保護パターン４３を残し、その周囲を除去するようにパターニングして第２のレジストパターンを形成する。この際、微細保護膜パターン２２との位置合わせに十分な注意を払う必要があるのは、凹型モールドと同様である。
【００３５】
次に、図２（ｇ）に示すように、残った保護パターン４３をマスクにして、再度保護膜２１のエッチングを行う。この工程によって、補助保護膜パターン２３を除去し、微細保護膜パターン２２のみを残存させる。
【００３６】
次に、図２（ｈ）に示すように、第２のレジストパターンである保護パターン４３を除去する。続けて、図２（ｉ）に示すように、基材１１のエッチングを行い、所望の微細モールドパターン１３を形成する。そして、図２（ｊ）に示すように、保護膜微細パターン２２を除去して、ナノインプリント用モールドが完成する。
【００３７】
以下、本発明を２つの実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
図１を参照しながら、石英製の凹型モールド作製の実施例について説明する。まず、石英基板にごく薄いクロム膜を成膜した。この場合、基材１１、保護膜２１の材質はそれぞれ石英、クロムとなる。さらにその上に、第１のレジスト３１として、ポジ型の電子線描画用レジストを塗布した（図１（ａ））。
【００３９】
次に、電子線露光装置を用いて露光を行ったが、ここでは仮に、微細モールド用パターン３２及び補助パターン３３を共に、パターン幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍの１：１ライン＆スペースパターンとした。補助パターン３３は、電子線散乱範囲を考慮し、例えば１０〜２０μｍ程度の幅となるように配置するのが望ましい。電子線露光後に第１のレジスト３１を現像し、微細モールド用パターン３２及び補助パターン３３を形成した（図１（ｂ））。
【００４０】
次に、塩素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、第１のレジスト３１のパターンをクロム膜２１に転写した（図１（ｃ））。更に、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、第１のレジスト３１を除去した（図１（ｄ））。
【００４１】
続いて、第２のレジスト４１として再度ポジ型の電子線レジストを塗布し（図１（ｅ））、電子線露光を行った。この際のクロム膜２１上のパターンとの位置合わせには、最低でも±５０ｎｍ以内の精度が必要である。更に、現像を行って、開口パターン４２を得た（図１（ｆ））。
【００４２】
次に、フッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、石英基板１１をエッチングし、凹型微細モールドパターン１２を得た。最後に、第２のレジスト４１及びクロム膜２１を除去し、基板全体を洗浄して、石英凹型モールドが完成した。
【実施例２】
【００４３】
次に、石英製凸型モールド作製の実施例について説明する。まず、石英基板にごく薄いクロム膜を成膜する点は、実施例1と同様である。
【００４４】
さらに、その上に第１のレジスト膜３１を塗布するが、この実施例ではポジ型ではなく、ネガ型の電子線レジストを用いた。実施例1と同様に、ポジ型の電子線レジストを用いることも可能ではあるが、この場合、電子線を照射する面積の割合が大きくなり、電子線散乱の影響をより受けやすくなる点に注意を要する。
【００４５】
次に、電子線露光装置を用いて露光を行うが、ここでは仮に、微細モールド用パターン３２は、パターン幅２００ｎｍ、ピッチ６００ｎｍの１：２ライン＆スペースを１０本並べて配置したパターンとし、補助パターン３３をパターン幅1μｍ、ピッチ３μｍの１：２ライン＆スペースパターンとした。両者のレジストパターン境界では、パターン密度が３３％程度となるように両者のパターンを配置した。補助パターン３３の配置幅は、実施例１と同様に１０〜２０μｍ程度の幅となるように配置するのが望ましい。電子線露光後に第１のレジスト３１を現像し、パターンを形成した（図２（ｂ））。
【００４６】
次に、実施例1と同様に、塩素ガスプラズマを用いた反応性イオンプラズマエッチングによって、第１のレジスト３１のパターンをクロム膜２１に転写した（図２（ｃ））。更に、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、第１のレジスト３１を除去した（図２（ｄ））。
【００４７】
続いて、第２のレジスト４１を塗布して、露光・現像作業を行い、クロム微細パターン２２上に保護パターン４３が残存するようにパターニングを行った。本実施例では紫外線感光タイプのレジストを用い、レーザー描画装置やステッパー、コンタクトアライナなどを用いてフォトリソグラフィーによってパターニングを行った。電子線リソグラフィーを用いることも可能であるが、この場合、電子線による基板表面の帯電の影響について十分考慮する必要がある。
【００４８】
次に、露出しているクロム膜をエッチングによって除去した。この実施例では、必ずしもプラズマを用いたドライエッチングだけではなく、硝酸２アンモニウムセリウム水溶液等によるウェットエッチングを用いても良い。その後、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、保護パターン４３の除去を行った。
【００４９】
次に、フッ素系ガスを用いた反応性イオンプラズマエッチングによって、石英基板１１をエッチングし、凸型微細モールドパターン１３を得た。最後に、クロム膜２１を除去し、基板全体を洗浄して、石英凸型モールドが完成した。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、微細パターン転写手法の一つであるインプリントに用いられるモールド、特にナノレベルのパターンを寸法精度の良好に形成する場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る凹型インプリント用モールドの製造工程を説明する概略図である。
【図２】本発明に係る凸型インプリント用モールドの製造工程を説明する概略図である。
【図３】従来技術における微細パターン形成の問題点を示す概略図である。
【図４】本発明における解決手段を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る凹型ナノインプリントモールド断面の概略図である。
【図６】本発明に係る凸型ナノインプリントモールド断面の概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１・・・基材
１２・・・基材に形成された凹型微細モールドパターン
１３・・・基材に形成された凸型微細モールドパターン
２１・・・保護膜
２２・・・微細保護膜パターン
２３・・・補助保護膜パターン
３１・・・第１のレジスト
３２・・・第１のレジストに形成した微細モールド用パターン
３２a・・・開口寸法の変化が生じなかった中央のモールド用パターン
３２b・・・開口寸法の変化が生じた境界近傍のモールド用パターン
３３・・・第１のレジストに形成した補助パターン
４１・・・第２のレジスト
４２・・・第２のレジストに形成した開口パターン
４３・・・第２のレジストに形成した保護パターン
１３２・・・微細パターン
【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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