(57)【要約】【課題】  テンプレート領域内において光硬化樹脂に均一な光強度の光を照射することができるインプリント用テンプレート、その製造方法及びパターン形成方法を提供する。【解決手段】  実施形態に係るインプリント用テンプレートは、第１の基板を持ち、前記第１の基板の主面上に第１の凹凸パターンを有する第１の光硬化樹脂が設けられる。前記第１の基板の主面上に前記第１の凹凸パターンとはパターン密度が異なる第２の凹凸パターンを有し、かつ前記第１の光硬化樹脂と異なる光透過率を有する第２の光硬化樹脂が設けられる。【選択図】  図１
2012204429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光インプリント法に用いるインプリント用テンプレートであって、
第１の基板と、
前記第１の基板の主面上に設けられ、第１の凹凸パターンを有する第１の光硬化樹脂と、
前記第１の基板の主面上に設けられ、前記第１の凹凸パターンとはパターン密度が異なる第２の凹凸パターンを有し、かつ前記第１の光硬化樹脂と異なる光透過率を有する第２の光硬化樹脂と、
を備えたインプリント用テンプレート。
【請求項２】
前記第１の凹凸パターンのパターン密度は、前記第２の凹凸パターンのパターン密度より高く、かつ前記第１の光硬化樹脂の光透過率は、前記第２の光硬化樹脂の光透過率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のインプリント用テンプレート。
【請求項３】
前記第２の基板の主面上部に第３の凹凸パターンを形成し、かつ前記第２の基板の主面上部に前記第３の凹凸パターンとはパターン密度が異なる第４の凹凸パターンを形成する工程と、
前記第３の凹凸パターン部に第１の光硬化樹脂を塗布し、前記第４の凹凸パターン部に前記第１の光硬化樹脂と異なる光透過率を有する第２の光硬化樹脂を塗布する工程と、
前記第２の基板の主面側に第１の基板の主面を密着する工程と、
エネルギー線を照射することにより、前記第１の光硬化樹脂及び前記第２の光硬化樹脂を硬化する工程と、
を備えたインプリント用テンプレートの製造方法。
【請求項４】
前記第３の凹凸パターンのパターン密度は、前記第４の凹凸パターンのパターン密度より高く、かつ前記第１の光硬化樹脂の光透過率は、前記第２の光硬化樹脂の光透過率よりも高いことを特徴とする請求項３に記載のインプリント用テンプレートの製造方法。
【請求項５】
転写基板上に第３の光硬化樹脂を塗布する工程と、
前記第３の光硬化樹脂に請求項１に記載のテンプレートの主面側を密着する工程と、
前記第３の光硬化樹脂に光を照射し、前記第３の光硬化樹脂を硬化する工程と、
前記第３の光硬化樹脂をマスクとして、前記転写基板をエッチングする工程と、
を備えたパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インプリント用テンプレート、その製造方法及びパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光リソグラフィ法の代わりとして、テンプレートに施された微細加工パターンを樹脂層に転写するインプリント法、特にナノインプリント法の開発が盛んに行われている。ナノインプリント法のうち、光を照射することで光硬化樹脂を硬化させる光インプリント法において、光硬化樹脂は照射光強度に応じて収縮をする。このため、光硬化樹脂の収縮によって光硬化樹脂のパターン寸法にばらつきが生じ、転写基板におけるパターンサイズにもばらつきが生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０１０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、テンプレート領域内において光硬化樹脂に均一な光強度の光を照射することができるインプリント用テンプレート、その製造方法及びパターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るインプリント用テンプレートは、第１の基板を持ち、前記第１の基板の主面上に第１の凹凸パターンを有する第１の光硬化樹脂が設けられる。前記第１の基板の主面上に前記第１の凹凸パターンとはパターン密度が異なる第２の凹凸パターンを有し、かつ前記第１の光硬化樹脂と異なる光透過率を有する第２の光硬化樹脂が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る第１のテンプレートを示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る第１のテンプレートの製造方法を示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る第１のテンプレート１の断面図を示している。
【０００９】
図１のように、第１のテンプレート１は、第１の基板２の主面上に第１の凹凸パターン３を有する第１の光硬化樹脂４及び第２の凹凸パターン５を有する第２の光硬化樹脂６が設けられる。第１の基板２として、例えば紫外線を透過する石英ガラス基板が用いられる。第１のテンプレート１上に設けられた第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６は、液状の第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６を光照射することにより、硬化したものである。なお、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６は、電子線照射をすることにより、硬化したものであってもよい。
【００１０】
第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６は、それぞれ光透過率が異なるものであり、例えば第１の光硬化樹脂４の光透過率は、第２の光硬化樹脂６の光透過率よりも高いものが用いられる。ここでの光透過率は、光インプリントで使用される光の波長の透過率で、例えばi線（波長が３６５ｎｍ）での光透過率である。第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６の光透過率は、それぞれの光学定数により変化させることができ、例えばそれぞれの屈折率又は吸収係数により変化させることができる。なお、第１の基板２の主面上に設けられる光硬化樹脂は、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６の２種類に限る必要はなく、３種類以上の光硬化樹脂が設けられてもよい。以下、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６が第１の基板２上に設けられているものとして説明する。
【００１１】
第１の光硬化樹脂４は、第１の凹凸パターン３を有し、第２の光硬化樹脂６は、第２の凹凸パターン５を有するものである。第１の凹凸パターン３及び第２の凹凸パターン５は、例えば凸部の線幅及びピッチがそのパターンにおいて一定であるラインアンドスペースパターンである。第１の凹凸パターン３と第２の凹凸パターン５は、凸部の線幅及びピッチの少なくとも一方がそれぞれ異なるパターンであり、第１の凹凸パターン３は、第２の凹凸パターン５よりパターン密度が高い。すなわち、第１の凹凸パターン３における少なくとも凸部の線幅及びピッチの一方は、第２の凹凸パターン５における凸部の線幅及びピッチよりも小さい。
【００１２】
第１のテンプレート１を透過する光強度は、第１の凹凸パターン３及び第２の凹凸パターン５のパターン密度、すなわちそのパターンの凸部の線幅及びピッチに依存し、そのパターンの凸部の線幅又はピッチが小さくなるにつれて、そのパターン部を透過する光強度は小さくなる。したがって、第１のテンプレート１の透過光強度をテンプレート全面において略均一にするために、パターン密度が高い第１の凹凸パターン３には、パターン密度が低い第２の凹凸パターン５を有する第２の光硬化樹脂６より光透過率の高い第１の光硬化樹脂４が用いられる。これにより、パターン密度が低いパターンの透過光の強度を、パターン密度が高いパターンの透過光強度と同程度にすることができ、第１のテンプレート１領域内において光硬化樹脂に均一な光強度の光を照射することができる。
【００１３】
第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６には、例えばポリシラン、シリコーン化合物、金属酸化物ナノ粒子、溶媒及び添加剤が含まれる。
【００１４】
ポリシランには、有機溶媒及びシリコーン化合物への溶解性及び相溶性が優れたものが用いられる。これにより、表面が平坦な光硬化樹脂を形成することができる。ポリシランには、例えば重量平均分子量は５０００〜５００００のものが用いられ、１００００〜２００００のものが好ましい。また、ポリシランにシランオリゴマーを用いてもよい。シランオリゴマーの含有量は、例えば全体の５重量％から２５重量％程度である。なお、ポリシランには直鎖型又は分岐型が用いられ、成膜性が優れる分岐型が好ましい。
【００１５】
シリコーン化合物には、ポリシラン及び有機溶媒と相溶するものが用いられる。例えば、シリコーン化合物の重量平均分子量は、１００〜１００００のものが用いられ、好ましくは１００〜５０００のものが用いられる。また、二重結合含有シリコーン化合物を含んでもよい。二重結合含有シリコーン化合物の含有量は、例えば２０重量％から１００重量％であり、好ましくは５０重量％から１００重量％である。ポリシランとシリコーン化合物の重量比は、例えば８０：２０〜１０：９０の割合であり、好ましくは７０：３０〜４０：６０の割合である。このように、シリコーン化合物を含有することで、光硬化性に優れ、かつクラックが少ない光硬化樹脂を形成することができる。
【００１６】
金属酸化物ナノ粒子における金属には、例えばリチウム、銅、亜鉛、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、イットリウム、インジウム、セリウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、スズ、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、ルテニウム、及びこれらの合金等が用いられる。金属酸化物としては、酸化ジルコン、酸化チタン又は酸化亜鉛が特に好ましい。所望の屈折率を有し、かつ透明性に優れたものであるからである。また、金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、例えば１ｎｍ〜１００ｎｍである。この金属酸化物ナノ粒子の種類及び添加量を調整することにより、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６の光学定数を制御し、光透過率を制御することができる。
【００１７】
溶媒には、有機溶媒が用いられ、例えば炭素数５〜１２の炭化水素系溶媒としてペンタンが用いられ、他にもハロゲン化炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒が用いられる。炭化水素系溶媒として、例えばヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族系溶媒又はベンゼン、トルエン等の芳香族系溶媒等が用いられる。また、ハロゲン化炭化水素系溶媒として、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロベンゼン等が用いられ、エーテル系溶媒として、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等が用いられる。溶媒の用いる量は、ポリシラン濃度が１０重量％から５０重量％となる範囲が好ましい。
【００１８】
添加剤には、分散剤、有機酸化物である増感剤及び弗素系の界面活性剤である表面調整剤が用いられる。
【００１９】
第１の実施形態に係る第１のテンプレート１によれば、第１の基板２上に第２の凹凸パターン５よりパターン密度が高い第１の凹凸パターン３には、第２の光硬化樹脂６より光透過率の高い第１の光硬化樹脂４が用いられている。これにより、第１のテンプレート１を透過する光の強度を略均一にすることができる。
【００２０】
以下、第１の実施形態に係るテンプレートの製造方法について説明する。
【００２１】
図２は、第１の実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す断面図である。
【００２２】
第２の基板７の主面に、フォトリソグラフィ法及びRIE（Reactive Ion Etching）により、凹凸パターンとして第３の凹凸パターン８及び第４の凹凸パターン９を形成し、図２（ａ）のように、第２のテンプレート１０を形成する。第２の基板７には、例えば紫外線を透過するものとして石英基板が用いられる。
【００２３】
第３の凹凸パターン８及び第４の凹凸パターン９は、例えば凸部の線幅及びピッチがそのパターンにおいて一定であるラインアンドスペースパターンである。第３の凹凸パターン８と第４の凹凸パターン９は、凸部の線幅及びピッチの少なくとも一方がそれぞれ異なるパターンであり、第３の凹凸パターン８は、第４の凹凸パターン９よりパターン密度が高い。すなわち、第３の凹凸パターン８における凸部の線幅又はピッチの少なくとも一方は、第４の凹凸パターン９における凸部の線幅又はピッチよりも小さい。  第３の凹凸パターン８及び第４の凹凸パターン９には、例えばシリコーン化合物等の離型剤による表面処理を行うことが望ましい。
【００２４】
次に、後述のように、第３の凹凸パターン８及び第４の凹凸パターン９のそれぞれに対応して第１のテンプレート１に形成される第１の凹凸パターン３及び第２の凹凸パターン５のパターン密度に対して、第１のテンプレート１の透過光強度を電磁場解析のシミュレーションにより計算する。この際、計算された第１のテンプレート１の透過光強度が、テンプレート内全面において略均一になるように光学定数に基づいた光透過率を変化させて計算をする。テンプレートに施されるパターン密度によって、光硬化樹脂に照射される光強度は変化し、この光強度は、パターン密度が高いほど小さくなり、パターン密度が低いほど大きくなる。
【００２５】
次に、図２（ｂ）のように、上述のシミュレーションにおいて求めた光透過率のうち、例えば比較的高い透過率を有する液状の第１の光硬化樹脂４を第３の凹凸パターン８に、比較的低い透過率を有する液状の第２の光硬化樹脂６を第４の凹凸パターン９に塗布する。この塗布は、例えばインクジェット方式により選択的に塗布することにより行われる。
【００２６】
次に、図２（ｃ）のように、第２の基板７の主面上に、第１の基板２の主面を密着し、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６を加圧する。これにより、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６が、第３の凹凸パターン８及び第４の凹凸パターン９の凹部に毛細管現象により充填される。
【００２７】
次に、エネルギー線の照射として、例えば光照射又は電子線照射により液状の第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６を硬化する。これは、光硬化樹脂に含まれるポリシラン中のＳｉ−Ｓｉ結合が、エネルギー線の照射により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変化することにより硬化するものである。光照射には、例えば紫外線が用いられる。なお、第２の基板７が、石英基板である場合、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６と第２の基板７の主面との間でＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成され、さらに密着性が向上する。なお、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６を第１の基板２上に塗布し、第２のテンプレート１０の第３の凹凸パターン８と塗布された第１の光硬化樹脂４、及び第４の凹凸パターン９と塗布された第２の光硬化樹脂６とを位置合わせをした上で、第２のテンプレート１０と第１の基板２を密着してもよい。
【００２８】
次に、第１の基板２から第２のテンプレート１０を離型する。これにより、第１の基板２上に第１の凹凸パターン３を有する第１の光硬化樹脂４及び第２の凹凸パターン５を有する第２に光硬化樹脂４が形成され、テンプレート内の光強度を調整した第１のテンプレート１が形成される。
【００２９】
第３の凹凸パターン８の凸部分及び凹部分が、それぞれ第１の凹凸パターン３の凹部分及び凸部分に対応し、第４の凹凸パターン９の凸部分及び凹部分が、それぞれ第２の凹凸パターン５の凹部分及び凸部分に対応する。
【００３０】
なお、その後、１５０〜４５０℃において、３〜２０分程度で加熱処理を行ってもよい。これにより、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６に含まれるポリシランの酸化反応がさらに進み、硬化性に優れた光硬化樹脂を形成することができる。なお、加熱温度は、目的に応じて変化しえる。例えば１５０〜 ２００℃において加熱処理をすることにより、光硬化樹脂に耐薬品性が付与される。また、例えば４００℃において加熱処理をすることにより、光硬化樹脂は低融点ガラスと同程度の硬化性を得ることができる。 
なお、第１のテンプレート１を製造する際、上記では光照射により光硬化樹脂を硬化する光インプリント方式を前提に説明したが、熱処理により熱効果樹脂を硬化する熱インプリント方式により行ってもよい。
【００３１】
次に、第１の実施形態に係るパターン形成方法について説明する。
【００３２】
図３（ａ）のように、転写基板１１上に液状の第３の光硬化樹脂１２を塗布する。転写基板１１は、例えばシリコン基板である。この第３の光硬化樹脂１２は、この時点では液体状態である。第３の光硬化樹脂１２には、光、例えば近紫外線等が照射されると硬化する光硬化性材料が用いられる。第３の光硬化樹脂１２には、例えば主剤としてアクリル系樹脂と感光剤が混合したものを用いることができる。
【００３３】
主剤には、他にも例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフエニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等又はこれらの樹脂を２種類以上混合したものが用いられる。
【００３４】
感光剤には、例えば２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フォスフィンオキサイド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド等のフォスフィンオキサイド類、２．４−ジエチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等のチオキサントン類、Ｎ−メチルアクリドン、ビス（ジメチルアミノフェニル）ケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン等のケトン類、１，２−オクタンジオン−１−（４−（フェニルチオ）−２，２−（ｏ−ベンゾイルオキシム））等のオキシム類等、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンなど等のアセトフェノン類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ケタール類、アントラキノン類等の公知の開始剤が用いられる。
【００３５】
次に、図３（ｂ）のように、転写基板１１上の液状の第３の光硬化樹脂１２に対して、第１のテンプレート１を押し付け、第３の光硬化樹脂１２と第１のテンプレート１を密着し、第３の光硬化樹脂１２を加圧する。これにより、第３の光硬化樹脂１２の一部が、第１のテンプレート１における第１の凹凸パターン３及び第２の凹凸パターン５の凹部に充填される。
【００３６】
次に、第３の光硬化樹脂１２が第１のテンプレート１と密着した状態で、光、例えば近紫外線としてi線（波長が３６５ｎｍの光）を、第１のテンプレート１を介して第３の光硬化樹脂１２に照射する。これにより、光が照射された液状の第３の光硬化樹脂１２は硬化する。第１のテンプレート１は、第３の光硬化樹脂１２の光硬化に用いる光の波長に対して、第１のテンプレート１の透過光強度が第１のテンプレート１全面で略均一になるように調整されているため、第３の光硬化樹脂１２が光硬化する際に転写基板１１全体において均一に収縮する。
【００３７】
次に、図３（ｃ）のように、第１のテンプレート１を第３の光硬化樹脂１２から離型し、転写基板１１上に第１の凹凸パターン３及び第２の凹凸パターン５が転写された第３の光硬化樹脂１２を形成する。
【００３８】
次に、図３（ｄ）のように、RIE等のドライエッチングにより、第３の光硬化樹脂１２のベース層を除去し、転写基板１１を露出する。その後、RIE等により、第３の光硬化樹脂１２をマスクとして、転写基板１１をエッチングし、転写基板１１に所望のパターンを形成する。
【００３９】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、第１のテンプレート１は、第３の光硬化樹脂１２の光硬化に用いる光の波長に対して、透過光強度が第１のテンプレート１全面で均一になるように調整されている。すなわち、第３の光硬化樹脂１２が光硬化する際に転写基板１１全体において均一に収縮する。これにより、第１のテンプレート１のパターンが、転写基板１１上の光硬化樹脂のパターンに良好に転写することができる。
【００４０】
なお、上記においては、第１のテンプレート１上において、第１の光硬化樹脂４及び第２の光硬化樹脂６を用いて説明したが、光硬化樹脂はこれら２種類に限られるものではなく、それぞれ光透過率の異なる３種類以上の光硬化樹脂を用いてもよい。
【００４１】
なお、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４２】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…第１のテンプレート
２…第１の基板
３…第１の凹凸パターン
４…第１の光硬化樹脂
５…第２の凹凸パターン
６…第２の光硬化樹脂
７…第２の基板
８…第３の凹凸パターン
９…第４の凹凸パターン
１０…第２のテンプレート
１１…転写基板
１２…第３の光硬化樹脂
【図１】
2012204429.tif 000003
【図２】
2012204429.tif 000004
【図３】
2012204429.tif 000005