(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプリントリソグラフィに使用するモールドを、マスクを用いたエッチングにより製するモールド製作方法において、
モールド面上に形成する所望のパターンを作製するための第１マスクと、
前記第１マスクの開口部を部分的に覆う第２マスクとを用いてエッチングを行い、
前記第２マスクは、前記第１マスクにより前記モールド面上に形成される、前記所望のパターンの開口率が高いほど、該第１マスク開口部を覆う面積を広くすることにより、一定面積におけるモールド凹部の容積を均一化して、前記所望のパターンの開口率にかかわりなく残膜を均一化することを特徴とするインプリントリソグラフィ用モールド製作方法。
【請求項２】
前記第１マスクによりモールドをエッチングした後、前記第１マスクを除去しないで前記第２マスクにより前記第１マスクの開口部を部分的に覆って更にエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィ用モールド製作方法。
【請求項３】
最初から前記第１マスクと前記第２マスクを重ねた状態でエッチングを行い、前記第２マスクをエッチング遅延用マスクとして用いることを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィ用モールド製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体等のリソグラフィ手法の一つであるインプリントリソグラフィのモールド製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリントリソグラフィは図１のように、パターンＰが形成されているモールド１を可塑性・硬化性のあるインプリント可能媒体２が塗布された試料３に押しつけることで、パターンＰの反転形状を転写する手法である。インプリントリソグラフィでは形状を転写した際に形成される転写パターンＴの膜厚は図２に示したように残膜Ｆと呼ばれる部分を有する。
【０００３】
インプリントリソグラフィではインプリント可能媒体２をマスクとして使用するために、残膜Ｆを除去するプロセスが必要であり、この残膜除去のプロセスを短時間でマスクの質を損なわないように行なうために、残膜Ｆをインプリント領域全面にわたり薄く均一にする必要がある。
【０００４】
インプリントリソグラフィでは、例えばパターンドメディアやフォトニッククリスタルのような、パターンＰの粗密が均一な場合には均一な残膜Ｆを実現することは容易である。しかし、図３のようにパターンＰに粗密がある場合では、転写パターンＴにおける残膜Ｆを均一にすることは困難である。即ち、モールド１のパターンＰにおいて、モールド１に凹部として形成される部分をパターンとするとき、一定面積あたりのこのパターンの面積が広い程パターン密度が密であるとするとき、図中右側部分のパターン程密で、左側部分のパターン程粗となる。このとき図３（ａ）の状態から（ｂ）のようにモールド１のパターンＰを均一な厚さのインプリント可能媒体２に押し付けると、インプリント可能媒体２はパターンＰの内部に隅々まで入った後他の部分に流動しないときには、パターンが密であった部分である図中右側の残膜Ｆの厚さｔRは、パターンが粗であった部分である図中左側の残膜Ｆの厚さｔLよりも薄くなり、パターンの密度に対応して残膜Ｆの厚さが異なる。
【０００５】
このようにパターンの粗密により残膜の厚さが異なることは、このパターンを一般的なＩＣレイアウトでの任意の回路構成として作成したときには必然的にパターンの粗密ができるため、常に厚さの異なった残膜が生じることになり、厚さの厚い部分が除去できる迄の長時間の残膜除去作業を行わなければならず、無駄な時間を浪費するばかりか、形成された転写パターンＴの形状劣化も顕著となる。さらに、残膜の不均一が大きい場合などでは残すべき転写パターンＴそのものが除去されてしまう状況も生じる。また、低粘度のインプリント可能媒体を使用し、より長時間のインプリントを行うことで、最終的な残膜分布の均一化を図れるが、そのためには理想的な平坦性を有するモールドや基板を使用することが必要であり、しかもかなり長時間のプロセスでなければ、均一化はあまり期待できない。
【０００６】
現状で任意のパターンＰに対して、残膜を均一にする手法としては、インプリント可能媒体をインプリント領域に無数の液滴状態で配置し、その際にパターンの粗密に対応させて液滴の分量を調整するという手法が提案されている。しかしながらこの手法は複雑な機構を必要とし、インプリント可能媒体の材料が限られるなど、任意のインプリント可能媒体に対して適用可能な手法ではない。
【０００７】
また、インプリント可能媒体を均一塗布した基板に対するインプリントリソグラフィにおいては、例えば特開２００６−３０３５０３号公報に開示された「インプリント・リソグラフィ」によれば、ＩＣレイアウトの設計中にパターン密度が平均化する工程を入れるなどにより、パターンの２次元的配置を工夫することによってパターン密度の均一化を行うことが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３０３５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に提案されているような、ＩＣレイアウトの設計中にパターン密度を均一化する工程を入れることが可能であるとしても、モールドに刻まれるパターンを設計する際にはデバイス機能のみならずパターン密度に関しても同時に考慮して設計する必要がある。また、粗密が均一になるように既存パターンの寸法補正を行うことや、本来は不要なダミーパターンを既存パターン近傍に追加すること、或いは既存パターンの配置の変更などで粗密の緩和を図る種々の手法も考えられているが、これらの手法は、パターンの寸法の変更が許容される場合やダミーパターンの追加が可能な場合、パターンの再配置が可能な場合といった特殊な場合にしか対応ができず、パターン密度の不均一はインプリントリソグラフィを実現する上での本質的な問題となっている。
【０００９】
ところで、モールドパターンの深さや高さに対して十分大きな厚みのインプリント可能媒体へのインプリントや、リソグラフィを意識したデュアルダマシンのためのインプリントリソグラフィにおいては、段差のついたモールドが使用される場合があるが、基板加工を目指した一般に使用されるインプリントリソグラフィ用モールドは、マスクを１度利用するプロセスによって作製される、凹部の深さないし凸部の高さが一定のモールドであり、これらのモールドを利用するインプリントリソグラフィではパターン密度が不均一である場合には、形成される残膜も不均一となってしまう。
【００１０】
なお、前記特許文献の段落００７２において、パターンが２以上の深さをもつ場合にも言及しているが、これは、パターン密度の計算における注意点であり、段差のあるパターンでは、パターンの面積でなくその体積に基づき、パターン付加やパターン移動を行なうことを述べているに過ぎない。
【００１１】
本発明は、インプリントリソグラフィにより基板上に用意された均一な膜厚のインプリント可能媒体をモールドにより加工する場合に、モールドのパターン密度に依存した残膜分布が発生するという問題に対して、所望のパターンに対してパターンの寸法変更や追加およびパターンの移動等の変更を伴なうことなく、残膜分布を均一化することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るインプリントリソグラフィ用モールド製作方法は、上記課題を解決するた
め、インプリントリソグラフィに使用するモールドを、マスクを用いたエッチングにより製作するモールド製作方法において、モールド面上に形成する所望のパターンを作製するための第１マスクと、前記第１マスクの開口部を部分的に覆う第２マスクとを用いてエッチングを行い、前記第２マスクは、前記第１マスクにより前記モールド面上に形成される、前記所望のパターンの開口率が高いほど、該第１マスク開口部を覆う面積を広くすることにより、一定面積におけるモールド凹部の容積を均一化して、前記所望のパターンの開口率にかかわりなく残膜を均一化することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るインプリントリソグラフィ用モールド製作方法は、前記インプリントリソグラフィ用モールド製作方法において、前記第１マスクによりモールドをエッチングした後、前記第１マスクを除去しないで前記第２マスクにより第１マスクを部分的に覆って更にエッチングを行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るインプリントリソグラフィ用モールド製作方法は、前記インプリントリソグラフィ用モールド製作方法において、最初から前記第１マスクと第２マスクを重ねた状態でエッチングを行い、第２マスクをエッチング遅延用マスクとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上記のように構成したので、インプリントリソグラフィにより基板上に用意された均一な膜厚のインプリント可能媒体をモールドにより加工する場合に、モールドのパターン密度に依存した残膜分布が発生するという問題に対して、所望のパターンに対してパターンの寸法変更や追加およびパターンの移動等の変更を伴なうことなく、残膜分布を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明はモールドのパターン密度に依存した残膜分布が発生することを防止するという課題を、インプリントリソグラフィに使用するモールドをマスクを用いたエッチングにより製作するモールド製作方法において、モールド面上に形成する所望のパターンを作製するための第１マスクと、前記第１マスクの開口部を部分的に覆う第２マスクとを用い、前記第２マスクは前記モールド面上に形成するパターンの開口率が高い程、第１マスク開口部を覆う面積を広くし、一定面積におけるモールド凹部の容積を均一化することによって製作されたモールドを用いることにより実現した。
【実施例１】
【００１９】
本発明についてまず、パターン密度が異なる場合のインプリントリソグラフィにおける課題について説明し、その説明手法により以降本発明を説明する。モールドに例えば図４のような所望のパターンをエッチングにより形成する場合には、モールド面上にはエッチングされない部分を覆うためのマスクが用意され、エッチングを行うことにより、所望のモールドを作製する。エッチング深さは、エッチングの不均一性やパターン寸法効果等によって若干の違いはあるものの基本的には一様の深さと見なせる。この深さをdとする。適当な一定面積Sの領域を考え、モールド面内の一定面積Sのある領域でのマスクの開口率がaである場合、その領域内での凹部の容積Vは深さdから、以下のように表わせる。
V = Sad                                                    （式１）
このモールドを使用し、インプリント可能媒体の初期膜厚hに対してインプリントを行った時に、インプリント可能媒体の体積が面積S内で変化しなかったとし、残膜bが形成されたとすると、
Sh = Sb + Sad                                              （式２）
すなわち、
b = h - ad                                                 （式３）
である。マスクで適当な一定面積Sを考えたときのその領域内でのマスクの開口率aがモールド面内で最小値aminから最大値amaxまで変化している場合、残膜は開口率aが最小の場合に最大値bmax、最大の場合に最小値bminをとり、その値は（式３）を利用してそれぞれ以下のようになることがわかる。
bmax = h - amind                                           （式４）
bmin = h - amaxd                                           （式５)
残膜を薄く均一にすることを考えると、（式５）でbmin = 0となる場合を考えれば良く、その場合の初期膜厚hは
h = amaxd                                                  （式６）
であり、このときの残膜の最大値は、
bmax = (amax - amin)d                                      （式７）
である。モールド面内の任意位置における一定面積Sの領域内での第１マスクの開口率aが一定でなければbmaxを0にすることはできない。これがインプリントリソグラフィで問題となる。例えば、図４のある一定面積を切り出した開口率aが0.25、0.33、0.5、0.66、0.75の場合、図５に示すように開口率最大の領域で残膜が0になるh = 0.75dの初期膜厚でインプリントリソグラフィを行うと残膜はおのおの、0.5d、0.41d、0.25d、0.08d、0という値になり、残膜をインプリント領域全体で0とすることができないことがわかる。
【００２０】
もし仮に、モールド面内でのエッチング深さを任意に制御可能な技術が存在するとして、エッチングされた凹部の単位面積あたりの容量を一定とするようにエッチングを行うことを仮定する。このためには、開口率最大の部分でのエッチング深さをd0とするとき、任意の位置でのエッチング深さdをその領域内での開口率aに対して
d = (amax/a)d0                                             （式８）
とすれば良く、このように作製されたモールドを使用し、初期膜厚hのインプリント可能媒体に対してインプリントを行うと、（式３）は以下のようになる。
b = h - a(amax/a)d0                                        （式９）
b = h - amaxd0                                             （式１０）
（式１０）より、  bはaによらず一定となる。ここで、
h = amaxd0                                                 （式１１）
なる初期膜厚を採用すれば、理想的にはインプリント領域のいたるところでb = 0を実現することが可能となる。この場合の例を図６に示す。この方法により理論的には問題は解決できる。しかしながら、一般的なマスクとエッチングを組み合わせる手法においては、場所ごとに自由にエッチング深さを制御するということは行えず、1枚のマスクを使用してこのエッチングを実現することはできない。また、開口率ごとにマスクとエッチングを組み合わせる手法では、開口率が異なるごとにマスクを用意する必要があり、この場合では5種類のマスクが必要である。一般的なパターンを考えるとそれ以上のマスクが必要になる場合もあり、プロセス回数が非常に多くなってしまう。さらに、これらのマスクの重ね合せ精度の確保も課題となる。
【００２１】
一般的なエッチング手法を用いて、簡便に同様の効果を有する本発明の実施例を次に示す。ここではマスクを２種類使用する。所望のパターンを形成するためのマスクを第１マスクと呼ぶことにする。この第１マスクにより深さdのエッチングを行う。さらに、第１マスクが残っている状態で、第２マスクを用意し、深さcdの追加的エッチングを行うことを考える。適当な一定面積Sを考え、モールド面内のある位置において一定面積Sの領域内での第1マスクと第2マスクの合成開口率をxとする。当該領域の第１マスクによる開口率がaであるとすると、合成開口率はそれ以下であるのでxの取りうる範囲は
0 ≦ x ≦ a                                                （式１２）
である。また、当該領域での凹部の容積Vは深さcdのエッチングを追加的に行うので、以下のように表わせる。
V = Sad + Sxcd                                             （式１３）
インプリント可能媒体の初期膜厚hに対してインプリントを行った時に結果として残膜bが形成されたとし、樹脂の総量が面積S内で変化しなかったとすると、
Sh = Sb + Sad + Sxcd                                       （式１４）
であり、残膜bは以下のように表わされる。
b = h - (a + xc)d                                          （式１５）
ここで、第１マスクの開口率が最も大きい領域では追加的エッチングを行わないとすると、第２マスクはその領域での第１マスクの開口を全て覆うようにすれば良く、合成開口率xは  x = 0  である。この場合は（式１５）は以下のように（式１０）と同じになる。
b = h - amaxd                                              （式１６）
また、この領域で残膜が0となるためには、初期膜厚として
h = amaxd                                                  （式１７）
を採用すればよい。このとき、任意の位置での残膜bは（式１５）に（式１７）を代入して、
b = amaxd - (a + xc)d                                      （式１８）
である。この場合にb = 0となるようにするにはxが以下の条件を満たせば良い。
x = (amax - a)/c                                           （式１９）
aがaminからamaxまでの範囲を取るとき、xの最小値xmin、xの最大値xmaxは
xmin = 0                                                   （式２０）
xmax = (amax - amin)/c                                     （式２１）
である。ただし、これらのxが（式１２）を満たしている必要がある。結局、このために必要な条件は
(amax - amin)/c  ≦ amin                                   （式２２）
すなわち、
c ≧ amax/ amin - 1                                        （式２３）
である。結局、（式２３）が満たされるcを採用できれば、（式１９）によりaに対応したxなる開口率を第２マスクにより実現できて、残膜bは第1マスクの開口率aによらず0にすることが可能である。
ここで、必要最小限のエッチングで済ますことを考えれば最小のcを採用すべきで、
c = amax/ amin - 1                                         （式２４）
ということになる。この条件では（式１９）は
x = amin (amax - a)/ (amax - amin)                         （式２５）
となる。このような開口率は原理的には必ず実現できて、これは、第１マスクの開口率が最小の部分では第２マスクが全くその開口部を覆わないように配置し、第１マスクの開口率が最大の部分では第２マスクでその開口部のすべてを覆うようにマスクを配置し、それ以外の場合には、第２マスクは第１マスクの開口部を部分的に覆うことになる。結局、上記に従った２段のエッチングによりエッチングされた凹部の単位面積あたりの容量を一定とすることができ、これに基づき作製されたモールドにより残膜はインプリント領域の全てで0にできることがわかる。この場合の例を図７に示す。第１マスクの開口率により計算から求められる合成開口率となる第２マスクを用意し、エッチングを行うことで、ここでは5種類の開口率に対応させている。結局、図３に示した粗密パターンには、図８に示すような第２マスクを用意すれば良いことになる。一般的なパターンでそれ以上の開口率の段階を有する場合でも（式２５）に従い何ら問題なく第２マスクを用意することができて、全く同一のプロセスにより対応が可能である。
【００２２】
ここで、開口率分布がモールド面内で大きく変化しているパターンを考えると（式２３）のamax/ aminの値は非常に大きくなるため、cも非常に大きくなり、cdなる深さの追加的エッチングが実際上できない場合も生じる。この場合には、本手法でインプリント領域全域の残膜を0にすることはできない。しかしながら、その場合にも、最大残膜を与えるa = aminなる領域において、第２マスクをx = aminすなわち第１マスクの開口部を全く覆わないように配置すると、この場合（式１８）から、最大の残膜は以下のように表せる。
b = amaxd - (amin + aminc)d                                （式２６）
これは、（式７）で示される第１マスクのみにおいて形成される残膜の最大値(amax - amin)dよりも、amincd だけ残膜を薄くすることができ、本手法によりインプリントリソグラフィとしてより残膜が均一化された結果を得ることができることがわかる。
【００２３】
以上の説明においては、説明の明確化のためにインプリント可能媒体の残膜が0となる膜厚を初期膜厚として用いたが、実用上はインプリントリソグラフィでは残膜が若干形成される初期膜厚が用いられる。その際は、用いた初期膜厚と残膜0を与える初期膜厚の差の厚みを有する均一な膜厚の残膜が形成されることが期待できる。また、ここでの説明では、第１マスクにより形成されるパターンの深さは一定としたが、すでに加工済みのモールドに対する追加工などでは、第１マスク開口部に形成されたパターンの深さが一様でない場合もある。この場合は、（式１３）でSadの代わりに当該領域での第1マスクのみの場合の容積、Sxcdの代わりに第２マスクにより形成される容積を計算し、それらの和がモールド面内のいたるところで一定になるように第２マスクを設計すれば良い。
【００２４】
以下に本発明による実現可能なプロセス例を述べる。例えば、UVインプリントリソグラフィ用モールド作製においては、モールドとなる石英基板上にCr膜を形成し、その上に電子ビーム用レジストを塗布し、電子ビーム描画により回路パターンを発生させ現像し、電子ビーム用レジストをマスクとしたCrエッチング、Crをマスクとした石英エッチングにより、石英にパターンが刻まれる。通常はここでCrマスクを除去することで、エッチング深さが一定の一般的なUVインプリントリソグラフィ用モールドが完成する。しかし、本発明においては、Crマスクの除去はここでは行わない。ここで除去しないこのCrマスクが本発明の第１マスクに相当する。
【００２５】
上記プロセスにより作製された、第１マスクであるCrが付着した状態のエッチングされた石英基板に対し、例えばフォトレジストを塗布、例えばレーザー描画により上記説明に基づくエッチング阻止用パターンを描画し現像して第２マスクとし、石英エッチングを行うことで、第１マスクの開口部であってかつ第２マスクの開口部でもある部分の石英のみがさらに所望の深さまでエッチングされ、フォトレジストおよびCrを除去することで、本発明に基づくモールド面内の任意位置の一定面積におけるモールド凹部の容積がほぼ一定ないし第１マスクのみを利用した場合よりも均一化された、エッチング深さに段階を有するモールドが完成する。
【００２６】
上記例は、本発明を実現するために、第１の手法を利用した場合であるが、前記段落００２４に記載した石英エッチングを行わず、段落００２５記載においてフォトレジストの厚みを適当に選択することにより、第２の手法が実現できる。この場合、第１マスクであるCrの開口部で、かつ、第２マスクであるフォトレジストはエッチング遅延用であり、フォトレジストが石英エッチングプロセス中に完全に除去されてしまう時間だけその部分の石英エッチングの開始を遅らせることができ、モールド面内の任意位置の一定面積におけるモールド凹部の容積がほぼ一定ないし第１マスクのみを利用した場合よりも均一化された、エッチング深さに段階を有するモールドが完成する。
【００２７】
ここでは、UVインプリントリソグラフィ用モールドの例を示したが、使用する基板、マスク材料、リソグラフィ手法は任意である。また、請求項６および請求項７に示すように、上記手法により作製したモールドや所望のモールドの反転形状を上記手法により作製し、多段の深さを反映した反転形状を形成するような複製プロセスにより所望の多段の深さを有するモールドを作製することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、インプリントリソグラフィ用モールドのモールド面上に形成するモールドパターン凹部の深さを変化させ、多段形状とすることで一定面積あたりのパターンの容積を均一化したパターンを作製するものであるが、インプリント、エンボス、射出形成、めっき、キャスティングなどのように、モールドを利用する手法によって、モールドの有する多段形状を反映した反転形状を形成する複製手段を含む手法により作製された複製モールドにも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】インプリントリソグラフィを説明する断面図である。
【図２】インプリントリソグラフィでの残膜を説明する断面図である。
【図３】粗密パターンによるインプリントリソグラフィの状態を示す断面図である。
【図４】粗密パターンのマスクの例を示す平面図である。
【図５】パターンの粗密によらずエッチング深さが一定の場合の説明図である。
【図６】パターンの粗密に応じて5段階の深さのエッチングを行った場合の説明図である。
【図７】パターンの粗密に応じてマスクを追加し2段階の深さのエッチングを行った場合の説明図である。
【図８】粗密パターンの単位面積あたりのモールド凹部の容量を均一化するマスクパターンの例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  モールド
２  インプリント可能媒体
３  試料
Ｐ  パターン
Ｔ  転写パターン
Ｆ  残膜
Ｍ  マスク
Ｍ１  第１マスク
Ｍ２  第２マスク
【図１】
0005004225.tif 000002
【図２】
0005004225.tif 000003
【図３】
0005004225.tif 000004
【図４】
0005004225.tif 000005
【図５】
0005004225.tif 000006
【図６】
0005004225.tif 000007
【図７】
0005004225.tif 000008
【図８】
0005004225.tif 000009