JP5119579B2 - インプリント用モールド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント法にてパターン形成するためのインプリント用モールド及びその製造方法に関する。

これまで、半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられていた。その例として、ガラスなどの透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作成し、これを、レジストを塗布した半導体基板（以後、感応基板と呼ぶ）上に直接的に或いは間接的に載せ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分のレジストを選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを感応基板に転写することが行われていた。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。
また、現在の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、光学的にマスクパターンを縮小して半導体基板上にパターンを転写する方法が主流となっている。

しかしながら、これらのパターン形成方法は、形成するパターンのサイズや形状は露光する光の波長に大きく依存する。例えば、昨今の先端半導体デバイスの製造においては、フォトリソグラフィに用いる露光波長は１５０ｎｍ以上であるのに対し、最小線幅は９０ｎｍ以下であり、光の回折現象による解像限界に達している。レジストの解像度を増すために、近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）や位相シフトマスク等の超解像技術を用いてはいるものの、マスクパターンを半導体基板上に忠実に転写することが困難となっている。

更に縮小投影露光の場合には、基板の水平方向のみならず垂直方向にも位置合わせ精度が要求されるため、フォトマスク及び半導体基板の精密ステージ制御（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）などが必要となるため、装置のコストが高くなるという欠点があった。

これらの光の回折現象によるパターンボケや複雑な機構を必要とする装置コストの問題は、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイスなど様々なパターン形成においてもフォトリソグラフィ法を用いているため同様であり、マスクパターンを忠実に転写することは出来ない。

このような背景から、Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ等は、インプリント法（もしくはナノインプリント法）と呼ばれる非常に簡易であるが大量生産に向き、従来の方法よりも格段に微細なパターンを忠実に転写可能な技術が提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
ちなみに、インプリント法とナノインプリント法に厳密な区別はないが、半導体デバイスの製造に用いられるようなナノメーターオーダーのものをナノインプリント法と呼び、その他のマイクロメーターオーダーのものをインプリント法と呼ぶことが多い。以後、全てインプリント法と呼ぶことにする。

ここで、Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ等が提案している従来のインプリント法について説明する。まず、熱インプリント法について説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は、熱インプリント法によるパターン形成方法の一例を示す模式構成断面図である。
まず、表面にシリコン酸化膜１１１を形成したシリコン基板１０１を用意し、シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１１１上に形成した電子ビーム感光層を、例えば、通常の電子ビームリソグラフィー技術を用いて、パターン描画、現像等のパターニング処理を行っ
て、レジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、ドライエッチング等によりシリコン酸化膜１１１をエッチングし、レジストパターンを剥離して、シリコン基板１０１上にシリコン酸化膜１１１からなる凹部１１２が形成されたインプリント用モールド１００を作製する（図９（ａ）参照）。

次に、シリコン基板１０２上にＰＭＭＡなどのレジスト材料を塗布し、レジスト層１２１が形成されたレジスト層形成基板１１０を作製する（図９（ｂ）参照）。

次に、レジスト層１２１が形成されたレジスト層形成基板１１０を約１２０〜２００℃程度に加熱し、レジスト層１２１を軟化させる。
次いで、レジスト層１２１が軟化したレジスト層形成基板１１０上にインプリント用モールド１００の凹部１１２が対向するようにインプリント用モールド１００を重ね合わせ、およそ３〜２０ＭＰa程度の圧力で圧着する（図９（ｃ）参照）。

次に、インプリント用モールド１００をレジスト層形成基板１１０に圧着した状態で温度を約１００℃以下まで降温して、レジスト層形成基板１１０上の型押しされたレジスト層１２１を硬化させ、インプリント用モールド１００を離型する。
これにより、シリコン基板１０２上には、インプリント用モールド１００の凹部１１２に対応するレジストパターン１２１ａとレジスト薄膜領域１２１ｂが形成される（図９（ｄ）参照）。

次に、レジスト薄膜領域１２１ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１０２上にレジストパターン１２１ｃを形成する（図９（ｅ）参照）。
このようにして、シリコン基板１０２上に熱インプリント法を用いてレジストパターンの形成が行われる。この方法は昇温、冷却過程の熱サイクルを伴うため、熱インプリント法と呼ばれている。

しかしながら、上記従来の熱インプリント法を用いたパターン形成方法では、重ね合わせ位置精度やインプリント用モールドの強度・耐久性に解決すべき課題があった。
つまり、熱インプリント法を用いたパターン形成方法ではインプリント用モールドと基板との圧着の際に約５〜１５ＭＰａという極めて高い圧力を必要とするが、このような高い圧力を加えながら、モールドと基板との間の水平方向の位置精度を維持することは極めて困難である。
また、このような高い圧力では転写回数を増すとインプリント用モールドの破損という問題が発生する。さらには、熱サイクルを伴うため、転写される側の基板とモールド材料の熱膨張係数の違いから位置精度は悪化し、昇温・冷却のために処理時間が長いという問題が発生する。
つまり、熱インプリント法の原理的課題は、高いプレス圧力と高い温度の２点と言える。

上記の問題を解決するため、光インプリント法によるパターンの形成方法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
この光インプリント法について説明する。図１０（ａ）〜（ｅ）は、光インプリント法によるパターン形成方法の一例を示す模式構成断面図である。
まず、石英などの透光性を有する材料からなる透明基材上に形成した電子ビーム感光層を、例えば、通常の電子ビームリソグラフィー技術を用いて、パターン描画、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、ドライエッチング等により透明基材をエッチングし、レジストパターンを剥離して、透明基板上に凹部１２１が形成された透明基材からなるインプリント用モールド１２０を作製する（図１０（ａ）参照）。

次に、シリコン基板１０２上に粘度の低い液体状の光硬化性樹脂組成物を塗布してレジスト層１２２が形成されたレジスト層形成基板１３０を作製する（図１０（ｂ）参照）。

次に、レジスト層１２２が形成されたレジスト層形成基板１３０上に凹部１２１が対向するように透明基材モールド１２０を重ね合わせ、およそ０．０１〜５ＭＰa程度の低い圧力で圧着し、インプリント用モールド１２０の裏面からＵＶ光を照射し、レジスト層１２２を硬化させる（図１０（ｃ）参照）。

次に、インプリント用モールド１２０を離型する。これにより、シリコン基板１０２上には、インプリント用モールド１２０の凹部１２１に対応するレジストパターン１２２ａとレジスト薄膜領域１２２ｂが形成される（図１０（ｄ）参照）。

次に、レジスト薄膜領域１２２ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１０２上にレジストパターン１２２ｃを形成する（図１０（ｅ）参照）。
このようにして、シリコン基板１０２上に光インプリント法を用いてレジストパターンの形成が行われる。この方法によれば、樹脂の硬化を光反応によって行うため熱サイクルがなく（室温で良く）、処理時間を大幅に短縮することができ、熱サイクルによる位置精度の低下もない。
また、光硬化性樹脂組成物は、粘度が低い液体であるため、熱インプリントのようにインプリント用モールドを高い圧力でレジスト層形成基板に圧着させなくてもパターンの転写を行うことができる。よって、プレス圧力による位置精度の低下やインプリント用モールドの破損も劇的に少なくなる。
つまり、光インプリント法は、熱インプリントの原理的課題である高いプレス圧力と高い温度を解決した技術と言える。

次に、モールド材料のパターン形成技術について、詳しく述べる。
図１１（ａ）は、シリコン基板にレジストパターン１４２ａ及び１４２ｂを形成した状態を、図１１（ｂ）〜（ｇ）は、レジストパターン１４２ａ及び１４２ｂマスクにしてドライエッチングにて形成されたパターン形状を模式的に示す。
まず、シリコン基板１４１の所定位置にＥＢリソグラフィ法もしくはフォトリソグラフィ法にてレジストパターン１４２ａ及び１４２ｂを形成する（図１１（ａ）参照）。
次に、レジストパターン１４２及び１４２ｂをエッチングマスクとしてシリコン基板１４１のドライエッチングを行ない、シリコン基板１４１に凹凸状のパターンを形成する。
このときのドライエッチング装置は、ＩＣＰ、ＲＩＥ、平行平板等の様々な放電方式があるが、いずれもシリコン基板をエッチングするために、シリコン基板と反応しやすいハロゲンガスやハロゲン化合物からなるガスを用いて、異方性エッチングを行う。
しかしながら、エッチング材料、エッチングマスク材料、パターン形状などに合わせて、ドライエッチングの様々な条件を最適化しないと、パターンの側壁が垂直かつ平滑な、完全な異方性エッチングは達成できない。

上記ドライエッチングにおける特徴的な形状として、順テーパ形状を有する凹部（図１１（ｂ）参照）や、逆テーパ形状を有する凹部（図１１（ｃ）参照）や、アンダーカット形状を有する凹部（図１１（ｄ）参照）や、側壁荒れ形状を有する凹部（図１１（ｅ）参照）や、マイクロトレンチ（微小な凹部）を有する凹部（図１１（ｆ）参照）などが得られるとしている（例えば、非特許文献３参照）。
図１１（ｂ〜ｆ）には、分かりやすくするために極端な形状の例を示したが、一般にインプリント用モールドにおいては、モールドを型としてパターン転写を行なうため、パターン側壁が垂直かつ平滑な理想的な異方性エッチングが求められる（図１１（ｇ）参照）。
特開２０００−１９４１４２号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ.,vol.67,p.3314（1995） ナノインプリント技術徹底解説 Electric Journal 2004年11月22日発行 Ｐ20-38 日経マイクロデバイス1987年5月号 p.323 塚田勉著

しかしながら、上記熱インプリント法及び光インプリント法のようなインプリント法において、インプリント用モールドをレジスト層形成基板にプレスする際に、大気雰囲気中で行なうとモールドの凹部とレジストとの間に大気が取りこまれてしまうため、インプリント用モールドの凹凸形状を正確に転写出来なくなる。

例えば、図１２（ａ）に示すように、シリコン基板２０３にレジスト層２１３を形成したレジスト層形成基板２２０にインプリント用モールド１２０を型押し、プレスする際に取りこまれた大気は、インプリント用モールド１２０の凹部において圧縮され体積が減少するものの、そのまま凹部に留まる（図１２（ｂ）参照）。
このとき、圧縮された大気はインプリント用モールド１２０の凹部に均一に留まるのでははなく、図１２（ｃ）に示すように、モールド１２０凹部のコーナー部に気泡１５１として留まる。
この結果、インプリント用モールド１２０を離型した状態のシリコン基板２０３には、コーナー部に欠陥を有するレジストパターン２１３ａとレジスト薄膜領域２１３ｂが形成され、レジストパターン２１３ａのコーナー部に欠陥が生じてしまう。

その対策として、インプリント法でインプリント用モールドをレジスト層形成基板に型押し、プレスする工程を真空中で行なう方法と、モールドプレスする圧力を非常に大きくすることで取りこまれた大気の体積を減少させる方法とがある。
しかしながら、前者は装置を真空にするための大掛かりな装置を要するためにコスト増になり、さらにはスループットが大幅に低下する。
また、後者は大きな圧力を使用するためにインプリント用モールド自身が変形してしまい、位置精度や残膜厚の面内均一性の低下を招き、さらには、モールドや基板の破損を起こす可能性がある。

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、インプリント法の型押し、プレス工程で、インプリント用モールドの凹部とレジスト層との間に取り込まれた気体によるレジストパターン欠陥の発生を防止できるインプリント用モールド及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、インプリント用モールドに形成された凹凸状のパターンをレジスト層形成基板のレジスト層に転写するインプリント法に使用する、前記インプリント用モールドの凹凸状のパターンの凹部にマイクロトレンチ（微小凹部）が形成されているインプリント用モールドであって、
前記インプリント用モールドの凹部の断面積をＳ１、マイクロトレンチの断面積をＳ２、プレス直前の雰囲気圧力をＰ１、型押し、プレスする際のプレス圧力をＰ２、マイクロトレンチの理想断面積Ｓ２_Ｌｃａｌを下記の式１とすると、モールドのパターンがラインであり、かつ、前記マイクロトレンチがラインパターンの長さ方向に沿って２つ形成される場合、Ｓ２／Ｓ２_Ｌｃａｌの値が０．５以上１．５以下であることを特徴とするインプリント用モールドとしたものである。

また、請求項２においては、インプリント用モールドに形成された凹凸状のパターンをレジスト層形成基板のレジスト層に転写するインプリント法に使用する、前記インプリント用モールドの凹凸状のパターンの凹部にマイクロトレンチ（微小凹部）が形成されているインプリント用モールドであって、
前記インプリント用モールドの凹部の断面積をＳ１、マイクロトレンチの断面積をＳ２、プレス直前の雰囲気圧力をＰ１、型押し、プレスする際のプレス圧力をＰ２、マイクロトレンチの理想断面積Ｓ２_Ｈｃａｌを下記の式２とすると、モールドのパターンがホールであって、かつ、前記マイクロトレンチがホールパターンの各辺に形成される場合、Ｓ２／Ｓ２_Ｈｃａｌの値が０．５以上１．５以下であることを特徴とするインプリント用モールドとしたものである。

さらにまた、請求項３においては、少なくとも以下の（ａ）〜（ｆ）の工程を具備することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のインプリント用モールドの製造方法としたものである。
（ａ）シリコン基板にマイクロトレンチ（微小凹部）を形成するためのレジストパターンを形成する工程。
（ｂ）レジストパターンをマスクにしてシリコン基板を所定の深さドライエッチングする工程。
（ｃ）レジストパターンを剥離処理して、シリコン基板の所定位置にマイクロトレンチ（微小凹部）を形成する工程。
（ｄ）マイクロトレンチ（微小凹部）が形成されたシリコン基板上にレジスト層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターンを形成する工程。
（ｅ）レジストパターンをマスクにしてシリコン基板を所定の深さドライエッチングにてエッチングする工程。
（ｆ）レジストパターンを剥離処理して、シリコン基板の所定位置にメインパターン用の凹部とマイクロトレンチ（微小凹部）を形成する工程。

本発明のインプリント用モールドを用いてレジスト層形成基板のレジスト層にインプリントすることにより、インプリント用モールドとレジスト層との間に取りこまれる気体に起因するレジストパターンの欠陥を低減させ、良好なレジストパターンの形成が可能となる。
また、本発明のインプリント用モールドの製造方法にてインプリント用モールドを作製することにより、マイクロトレンチ（微小凹部）と凹部の形状を高精度に制御することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）は、本発明のインプリント用モールドの一実施例を示す模式構成断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部を拡大した模式構成断面図である。
本発明のインプリント用モールド１０は、本発明に係るインプリント用モールドの一実施例を示すもので、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１にライン状もしくはホール状の凹部１３とライン状もしくはホール状の凹部１３のコーナー部にマイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成されたもので、主に熱インプリントするためのインプリントモールド用モールドとして使用される。
本発明のインプリント用モールド２０は、本発明に係るインプリント用モールドの一実施例を示すもので、図２に示すように、石英基板等からなる透明基板２１にライン状もしくはホール状の凹部２３とライン状もしくはホール状の凹部２３のコーナー部にマイクロトレンチ（微小凹部）２２が形成されたもので、主に光インプリントするためのインプリントモールド用モールドとして使用される。

このように、ライン状もしくはホール状の凹部１３もしくは２３のコーナー部にマイクロトレンチ（微小凹部）１２もしくは２２を形成することにより、後記するインプリント用モールド１０もしくは２０を用いてレジスト層形成基板のレジスト層にインプリントすることにより、インプリント用モールドとレジスト層との間に取りこまれる気体に起因するレジストパターンの欠陥を低減させ、良好なレジストパターンの形成を可能としている。

請求項１に係るインプリント用モールドについて図１（ｂ）を用いて説明する。
請求項１に係るインプリント用モールドは凹部１３がライン状のパターンに適用されるもので、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積をＳ２、マイクロトレンチ（微小凹部）の理想断面積をＳ２_Ｌｃａｌとしたとき、Ｓ２／Ｓ２_Ｌｃａｌの値が０．５以上１．５以下になるようなマイクロトレンチ（微小凹部）１２を形成したものである。

図１（ｂ）において、凹部１３のパターン開口幅をＷ１、深さをＤ１、断面積をＳ１、マイクロトレンチの開口幅をＷ２、深さをＤ２、断面積をＳ２とすると、凹部１３の断面積Ｓ１は、Ｓ１＝Ｗ１×Ｄ１、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積Ｓ２は、Ｓ２＝Ｗ２×Ｄ２と表わせる。
凹部１３がライン状のパターンで形成されており、その長さをＬとすれば、凹部１２の体積Ｖ１は、Ｖ１＝Ｓ１×Ｌ、マイクロトレンチ部（微小凹部）１２の体積Ｖ２は、Ｖ２＝Ｓ２×Ｌとなる。

ここで、インプリント用モールドの凹部１３とマイクロトレンチ１２の全気体が、インプリント中には圧縮され全ての気体が両側のマイクロトレンチ部に過不足なく収まるとすると、温度一定の場合における気体の状態方程式は式３となり、凹部１３の圧力をＰ１、体積をＶ１、マイクロトレンチ１２の圧力をＰ２（＝プレス圧力）、体積をＶ２とすると、式４が成り立つ。
Ｐ×Ｖ＝一定（温度が一定の場合）………………式３
Ｐ１×（Ｖ１＋Ｖ２×２）＝Ｐ２×Ｖ２×２…………式４
また、凹部１３の体積Ｖ１はＶ１＝Ｓ１×Ｌ、マイクロトレンチ１２の体積Ｖ２はＶ２＝Ｓ２×Ｌであるから、式４は式５となり、さらには式６、式７と書き変えられる。
Ｐ１×（Ｓ１＋２Ｓ２）＝Ｐ２×Ｓ２×２…………式５

ここで、上記インプリント用モールド１０を用いた熱インプリントの事例について説明する。
図５（ａ）〜（ｄ）は、インプリント用モールド１０を用いた熱インプリントの工程を示す模式構成断面図である。
まず、シリコン基板１１にライン状のパターンからなる凹部１３とマイクロトレンチ（微小凹部１２が形成されたモールド１０とシリコン基板１５上にＰＭＭＡ等のレジスト材料からなるレジスト層３６が形成されたレジスト層形成基板３０を用意する（図５（ａ）参
照）。

次に、レジスト層形成基板３０上にインプリント用モールド１０を重ねあわせ、所定の温度で加熱しながら、１０ＭＰａ前後の圧力で圧着する（図５（ｂ）参照）。
次に、圧着した状態で降温してインプリント用モールド１０を離型し、シリコン基板１５上にレジストパターン３６ａとレジスト薄膜領域３６ｂを形成する（図５（ｃ）参照）。次に、レジスト薄膜領域３６ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１５上にレジストパターン３６ｃを形成する（図５（ｄ）参照）。

通常熱インプリントは大気中で実施することが多いため、Ｐ１＝０．１ＭＰａ（大気圧）、Ｐ２＝１０ＭＰａ（プレス圧力）の場合、Ｓ２＝Ｓ１／１９９となり、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積Ｓ２は、凹部１３の断面積Ｓ１の１９９分の１の場合に、気泡欠陥やマイクロトレンチ（微小凹部）１２にレジストが入りこむ等のレジストパターンの形状異常が発生しない。

さらに、上記インプリント用モールド２０を用いた光インプリントの事例について説明する。
図６（ａ）〜（ｄ）は、インプリント用モールド２０を用いた光インプリントの工程を示す模式構成断面図である。
まず、石英基板２１にライン状のパターンからなる凹部２３とマイクロトレンチ（微小凹部）２２が形成されたインプリント用モールド２０とシリコン基板１５上に光硬化性のレジスト材料からなるレジスト層３７が形成されたレジスト層形成基板４０を用意する（図６（ａ）参照）。

次に、レジスト層形成基板４０上にインプリント用モールド２０を重ねあわせ、１Ｍｐａ前後の低い圧力で圧着した状態でインプリント用モールド２０の裏面からＵＶ光を照射し、レジスト層３７を硬化させる（図６（ｂ）参照）。
次に、インプリント用モールド２０を離型し、シリコン基板１５上にレジストパターン３７ａとレジスト薄膜領域３７ｂを形成する（図６（ｃ）参照）。
次に、レジスト薄膜領域３７ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１５上にレジストパターン３７ｃを形成する（図６（ｄ）参照）。

ここで、プレス圧Ｐ２＝０．５ＭＰａ、プレス前は大気圧（Ｐ１＝０．１ＭＰａ）の光インプリントの場合を想定すると、Ｓ２＝Ｓ１／９となり、マイクロトレンチ（微小凹部）２２の断面積Ｓ２は、凹部２３の面積Ｓ１の９分の１の場合に、気泡欠陥やマイクロトレンチ（微小凹部）２２にレジストが入りこむ等のレジストパターンの形状異常が発生しないことが分かる。よって熱インプリントに比べてマイクロトレンチ（微小凹部）２２を大きくする必要がある。

請求項２に係るインプリント用モールドの発明を図１（ｂ）を用いて説明する。
請求項２に係るインプリント用モールドは凹部１３がホール状のパターンに適用されるもので、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積をＳ２、マイクロトレンチ（微小凹部）の理想断面積をＳ２_Ｈｃａｌとしたとき、Ｓ２／Ｓ２_Ｈｃａｌの値が０．５以上１．５以下になるようマイクロトレンチ（微小凹部）１２を形成したものである。

凹部１３がホール状のパターンの場合、マイクロトレンチ（微小凹部）１２は凹部１３の両サイドだけでなく、前後にも存在する。よって、気体の状態方程式から式８のように書ける。
Ｐ１×（Ｖ１＋Ｖ２×４）＝Ｐ２×Ｖ２×４…………式８
よって、マイクロトレンチ部の最適な断面積Ｓ２は式９となる。

つまり、上記の式９を満足するようなマイクロトレンチ（微小凹部）１２を形成すれば、インプリント用モールドとレジスト層との間にとりこまれた気体の全てが、マイクロトレンチ（微小凹部）１２に充填されるため、気泡欠陥やマイクロトレンチ（微小凹部）１２へのレジストの入り込みがなくなるため、インプリント法にて良好なレジストパターンを形成できる。

請求項３に係る本発明のインプリント用モールドの製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明のインプリント用モールドの製造方法の一実施例を工程順に示す模式構成断面図である。
まず、シリコン基板１１上にレジスト層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、マイクロトレンチ（微小凹部）を形成するための開口部３２を有するレジストパターン３１を形成する（図３（ａ）参照）。

次に、レジストパターン３１をマスクにして、シリコン基板１１を所定の深さドライエッチングを行い、レジストパターン３１を剥離処理して、シリコン基板１１の所定位置にマイクロトレンチ（微小凹部）１２を形成する（図３（ｂ）参照）。

次に、マイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成されたシリコン基板１１上にレジスト層を形成する（図３（ｃ）参照）。
さらに、マイクロトレンチ（微小凹部）１２と位置合わせを行ってパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、開口部３４を有するレジストパターン３３ａを形成する（図３（ｄ）参照）。

次に、レジストパターン３３ａをマスクにして、シリコン基板１１を所定の深さドライエッチングし、メインパターンを形成するための凹部１３を形成する（図３（ｅ）参照）。
ここで、あらかじめ形成しておいたマイクロトレンチ（微小凹部）１２も同じエッチング速さでエッチングされるため、凹部１３の底部にマイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成される。

次に、レジストパターン３３ａを剥離処理して、シリコン基板１１にメインパターンを形成するための凹部１３と、凹部１３の底部にマイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成されたインプリント用モールド１０を作製する（図３（ｆ）参照）。
このように、本発明のインプリント用モールドの製造方法では、レジストパターン形成ととドライエッチングを２回繰り返すことにより、マイクロトレンチ（微小凹部）１２と凹部１３の形状を高精度に制御することが可能となる。

以下、各種のインプリン用モールドを試作し、熱もしくは光インプリントした場合のパターン転写性と形状評価した結果について説明する。
まず、表１に示すように、シリコン基板にパターン開口幅Ｗ１と深さＤ１を１０００〜１００ｎｍの範囲で変えた４種類のラインパターンからなる凹部１３に対し、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の開口幅Ｗ２と深さＤ２を１００〜５ｎｍの範囲で変えた合計１６種類のインプリン用モールドを作製し、シリコン基板に５００ｎｍ厚の熱硬化性レジストを形成したレジスト層形成基板に初期圧力Ｐ１＝０．１ＭＰａ、プレス圧力Ｐ２＝１０ＭＰａで熱インプリントして、パターン転写性を評価した結果を表１に示す。

インプリン用モールド及びシリコン基板上のレジストパターンは走査電子顕微鏡にて観察し、インプリン用モールドの形状確認とレジストパターンの形状異常（気泡欠陥や突起）の有無によりパターン転写性を評価した。
Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が０．５以上１．５以下のＮｏ２、３、６〜８、１１，１２、１５のインプリン用モールドサンプルでは、図５（ｄ）に示すようなレジストパターン３７ｃが得られ、良好な転写性を示した。
Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が１．５以上（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が大きすぎる場合）のＮｏ１、５、９、１０、１３、１４のインプリン用モールドサンプルでは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジストパターンの端部がマイクロトレンチ（微小凹部）１２に一部入り込んで形成された突起欠陥が発生した。
また、Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が０．５以下（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が小さすぎる場合）のＮｏ４、１６のインプリン用モールドサンプルでは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、インプリントの際に凹部１３に残留した気泡５１による欠陥が発生した。

次に、表２に示すように、シリコン基板にパターン開口幅Ｗ１と深さＤ１を１０００〜１００ｎｍの範囲で変えた４種類のホールパターンからなる凹部１３に対し、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の開口幅Ｗ２と深さＤ２を１００〜５ｎｍの範囲で変えた合計１６種類のインプリン用モールドを作製し、シリコン基板に５００ｎｍ厚の熱硬化性レジストを形成したレジスト層形成基板に初期圧力Ｐ１＝０．１ＭＰａ、プレス圧力Ｐ２＝１０ＭＰａで熱インプリントして、パターン転写性を評価した結果を表２に示す。

インプリン用モールド及びシリコン基板上のレジストパターンは走査電子顕微鏡にて観察し、インプリン用モールドの形状確認とレジストパターンの形状異常（気泡欠陥や突起）の有無によりパターン転写性を評価した。
いずれもＳ２／Ｓ２_Hcalの値が０．５以上１．５以下の範囲のＮｏ３、４、７、８、１２、１５、１６のインプリン用モールドサンプルでは、図５（ｄ）に示すようなレジストパターン３７ｃが得られ、良好な転写性を示した。
Ｓ２／Ｓ２_Hcalの値が１．５以上（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が大きすぎる場合）のＮｏ１、２、５、６、９、１０、１１、１３、１４のインプリン用モールドサンプルでは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジストパターンの端部がマイクロトレンチ（微小凹部）１２に一部入り込んで形成された突起欠陥が発生した。

次に、表３に示すように、シリコン基板にパターン開口幅Ｗ１と深さＤ１を１０００〜１００ｎｍの範囲で変えた４種類のラインパターンからなる凹部１３に対し、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の開口幅Ｗ２と深さＤ２を４００〜１０ｎｍの範囲で変えた合計１６種類のインプリン用モールドを作製し、シリコン基板に５００ｎｍ厚の熱硬化性レジストを形成したレジスト層形成基板に初期圧力Ｐ１＝０．１ＭＰａ、プレス圧力Ｐ２＝１ＭＰａで光インプリントして、パターン転写性を評価した結果を表３に示す。

インプリン用モールド及びシリコン基板上のレジストパターンは走査電子顕微鏡にて観察し、インプリン用モールドの形状確認とレジストパターンの形状異常（気泡欠陥や突起）の有無によりパターン転写性を評価した。
Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が０．５以上１．５以下のＮｏ２、６、９、１０、１４、１５のインプリン用モールドサンプルでは、図５（ｄ）に示すようなレジストパターン３７ｃが得られ、良好な転写性を示した。
Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が１．５以上（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が大きすぎる場合）のＮｏ１、５のインプリン用モールドサンプルでは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジストパターンの端部がマイクロトレンチ（微小凹部）１２に一部入り込んで形成された突起欠陥が発生した。
また、Ｓ２／Ｓ２_Lcalの値が０．５以下（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が小さすぎる場合）のＮｏ３、４、７、８、１１、１２、１６のインプリン用モールドサンプルでは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、インプリントの際に凹部１３に残留した気泡５１による欠陥が発生した。

次に、表４に示すように、シリコン基板にパターン開口幅Ｗ１と深さＤ１を１０００〜１００ｎｍの範囲で変えた４種類のホールパターンからなる凹部１３に対し、マイクロトレンチ（微小凹部）１２の開口幅Ｗ２と深さＤ２を４００〜５ｎｍの範囲で変えた合計１６種類のインプリン用モールドを作製し、シリコン基板に５００ｎｍ厚の熱硬化性レジスト層を形成したレジスト層形成基板に初期圧力Ｐ１＝０．１ＭＰａ、プレス圧力Ｐ２＝１ＭＰａで光インプリントして、パターン転写性を評価した結果を表４に示す。

インプリン用モールド及びシリコン基板上のレジストパターンは走査電子顕微鏡にて観察し、インプリン用モールドの形状確認とレジストパターンの形状異常（気泡欠陥や突起）の有無によりパターン転写性を評価した。
Ｓ２／Ｓ２_Hcalの値が０．５以上１．５以下の範囲のＮｏ２、３、７、９、１０、１４のインプリン用モールドサンプルでは、図５（ｄ）に示すようなレジストパターン３７ｃが得られ、良好な転写性を示した。
Ｓ２／Ｓ２_Hcalの値が１．５以上（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が大きすぎる場合）のＮｏ１、５、６のインプリン用モールドサンプルでは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジストパターンの端部がマイクロトレンチ（微小凹部）１２に一部入り込んで形成された突起欠陥が発生した。
また、Ｓ２／Ｓ２_Hcalの値が０．５以下（凹部１３に対してマイクロトレンチ（微小凹部）１２の断面積が小さすぎる場合）のＮｏ４、８、１１、１２、１５、１６のインプリン用モールドサンプルでは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、インプリントの際に凹部１３に残留した気泡５１による欠陥が発生した。

上記したように、Ｓ２／Ｓ２_Lcal及びＳ２／Ｓ２_Hcalの値が０．５以上１．５以下の範囲になるように設計されたマイクロトレンチ（微小凹部）１２を有する凹部１３が形成されたインプリン用モールドを用いて、熱もしくは光でインプリントすることにより、形状良好なレジストパターン再現性が得られることが確認された。

まず、４インチシリコンウェハからなるシリコン基板１１上に電子線レジスト（ＺＥＰ５２０：日本ゼオン製）をコートして、５００ｎｍ厚のレジスト層を形成し、電子線描画装置にて２００〜３０００ｎｍのラインおよびホールパターンに相当する領域を描画し、有機現像処理して、開口部３２を有するレジストパターン３１を形成した（図３（ａ）参照）。
ここで、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ²、現像時間を２分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＳｉドライエッチングにて、レジストパターン３１をマスクにして、シリコン基板１１を１００ｎｍの深さエッチングして、Ｏ₂プラズマアッシング（条件：Ｏ₂流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）にてレジストパターン３１を剥離処理して、シリコン基板１１の所定位置に深さＤ２が１００ｎｍのマイクロトレンチ（微小凹部）１２を形成した（図３（ｂ）参照）。
ここで、Ｓｉエッチングの条件は、Ｃ₂Ｆ₆流量１０〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量１０〜３０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量４０〜８０ｓｃｃｍ、圧力２〜４Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー１０〜１５０Ｗの範囲で行なった。

次に、マイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成されたシリコン基板１１上に電子線レジスト（ＺＥＰ５２０：日本ゼオン製）をコートして、レジスト層を形成し（図３（ｃ）参照）、マイクロトレンチ（微小凹部）１２と位置合わせを行ってパターン描画し、現像等の一連のパターニング処理を行って、開口部３４を有するレジストパターン３３ａを形成した（図３（ｄ）参照）。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＳｉドライエッチングにて、レジストパターン３３ａをマスクにして、シリコン基板１１を１０００ｎｍの深さドライエッチングし、メインパターンを形成するための幅Ｗ１が１０００ｎｍ、深さＤ１が１０００ｎｍの凹部１３を形成した（図３（ｅ）参照）。

次に、Ｏ₂プラズマアッシング（条件：Ｏ₂流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）にてレジストパターン３３ａを剥離処理して、シリコン基板１１にメインパターンを形成するための幅Ｗ１が１０００ｎｍ、深さＤ１が１０００ｎｍの凹部１３と、凹部１３の底部に幅Ｗ２が７５ｎｍ、深さＤ２が１００ｎｍのマイクロトレンチ（微小凹部）１２が形成されたインプリント用モールド１０を作製した（図３（ｆ）参照）。

次に、熱インプリント装置にて熱インプリントを実施するために、上記インプリント用モールド１０とシリコン基板１５上に熱硬化性レジストＯＥＢＲ−１０００（東京応化工業製）をコートして、３５０ｎｍ厚のレジスト層３６が形成されたレジスト層形成基板３０を用意した（図５（ａ）参照）。
ここで、インプリント用モールド１０のパターン面には、離型剤として、フッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をあらかじめコートした。

次に、レジスト層形成基板３０上にインプリント用モールド１０を重ねあわせ、１１０℃の温度で加熱しながら、１０ＭＰａの圧力で圧着した（図５（ｂ）参照）。
次に、圧着した状態で降温してインプリント用モールド１０を離型し、シリコン基板１５上にレジストパターン３６ａとレジスト薄膜領域３６ｂを形成した（図５（ｃ）参照）。次に、レジスト薄膜領域３６ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１５上にレジストパターン３６ｃを形成した（図５（ｄ）参照）。
シリコン基板１５上のレジストパターン３６ｃの断面形状を走査電子顕微鏡にて観察した結果、欠陥の無い良好なレジストパターンが形成されているのが確認された。

まず、石英基板２１上に１０ｎｍ厚のクロム層４１が形成されたフォトマスク基板を用意した（図４（ａ）参照）。
次に、クロム層４１が形成されたフォトマスク基板上に電子線レジスト（ＺＥＰ５２０：日本ゼオン製）を塗布し、５００ｎｍ厚のレジスト層３８を形成した（図４（ｂ）参照）。

次に、電子線描画装置にて寸法の異なるラインパターンとホールパターンを描画し、有機現像処理により、開口部３９を有するレジストパターン３８ａを形成した（図４（ｃ）参照）。
ここで、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ²、現像時間を２分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置にて、レジストパターン３８ａをマスクにしてクロム層４１をエッチングし、さらに、バレル式アッシング装置を用いたＯ₂プラズマアッシングによって、レジストパターン３８ａを剥離処理してクロムパターン４１ａを形成した（図４（ｄ）参照）。
ここで、クロム層４１のエッチングの条件は、Ｃｌ₂流量：２０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量：１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量：３０ｓｃｃｍ、圧力：３Ｐａ、ＩＣＰパワー：５００Ｗ、ＲＩＥパワー：５０Ｗ、エッチング時間：４０秒とし、Ｏ₂プラズマアッシングの条件は、Ｏ₂流量：５００ｓｃｃｍ、圧力：３０Ｐａ、ＲＦパワー：１０００Ｗとした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、クロムパターン４１ａをエッチングマスクとして、石英基板２１を所定の深さエッチングして、メインパターンを形成するための幅Ｗ１が１０００ｎｍ、深さＤ１が１０００ｎｍの凹部２３と、凹部２３の底部に幅Ｗ２が２００ｎｍ、深さＤ２が３００ｎｍのマイクロトレンチ（微小凹部）２２を形成した（図４（ｅ）参照）。
ここで、石英基板２１のエッチング条件は、Ｃ₄Ｆ₈流量：１０〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量：１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量：７５ｓｃｃｍ、圧力：１〜２Ｐａ、ＩＣＰパワー：２００Ｗ、ＲＩＥパワー：２００〜５５０Ｗとし、これらの各条件をコントロールすることで、凹部２３のマイクロトレンチ（微小凹部）２２の大きさを制御した。

次に、Ｏ₂プラズマアッシング（Ｏ₂流量：５００ｓｃｃｍ、圧力：３０Ｐａ、ＲＦパワー：１０００Ｗ）にてクロムパターン４１ａを剥離処理して、石英基板２１にメインパターンを形成するための幅Ｗ１が１０００ｎｍ、深さＤ１が１０００ｎｍの凹部２３と、凹部１３の底部に幅Ｗ２が２００ｎｍ、深さＤ２が３００ｎｍのマイクロトレンチ（微小凹部）２２が形成されたインプリント用モールド２０を作製した（図４（ｆ）参照）。

次に、光インプリント装置にて光インプリントを実施するために、上記インプリント用モールド２０とシリコン基板１５上に光硬化性レジストＰＡＫ−０１（東洋合成工業製）をコートして、３００ｎｍ厚のレジスト層３７が形成されたレジスト層形成基板４０を用意した（図６（ａ）参照）。
ここで、インプリント用モールド２０のパターン面には、離型剤として、フッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をあらかじめコートした。

次に、レジスト層形成基板４０上にインプリント用モールド２０を重ねあわせ、室温でプレス圧力：１ＭＰａの圧力で圧着した状態でインプリント用モールド２０の裏面よりＵＶ波長３００〜４００ｎｍのブロード光を、４０ｍＪ照射して、レジスト層３７を硬化させた（図６（ｂ）参照）。

次に、インプリント用モールド２０を離型し、シリコン基板１５上にレジストパターン３７ａとレジスト薄膜領域３７ｂを形成した（図６（ｃ）参照）。
次に、レジスト薄膜領域３７ｂをＯ₂ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）にて除去し、シリコン基板１５上にレジストパターン３７ｃを形成した（図６（ｄ）参照）。
シリコン基板１５上のレジストパターン３７ｃの断面形状を走査電子顕微鏡にて観察した結果、欠陥の無い良好なレジストパターンが得られているのが確認された。

（ａ）は、本発明のインプリント用モールドの一実施例を示す部分模式構成断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ部を拡大した部分模式構成断面図である。 本発明のインプリント用モールドの他の実施例を示す部分模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明のインプリント用モールドの製造方法の一例を工程順に示す部分模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明のインプリント用モールドの製造方法の一例を示す部分模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明のインプリント用モールドを用いた熱インプリント法にてレジストパターンを形成する方法を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明のインプリント用モールドを用いた光インプリント法にてレジストパターンを形成する方法を示す説明図である。 （ａ）は、熱インプリント法にてインプリント用モールドをレジスト層形成基板に圧着した状態で気泡が混入した状態を示す説明図である。（ｂ）は、インプリント用モールドを離型し、シリコン基板に欠陥のあるレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。 （ａ）は、熱インプリント法にてインプリント用モールドをレジスト層形成基板に圧着した状態でマイクロトレンチ（微小凹部）にレジストが進入した状態を示す説明図である。（ｂ）は、インプリント用モールドを離型し、シリコン基板に欠陥のあるレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、従来の熱インプリント法にてレジストパターンを形成する工程を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、従来の光インプリント法にてレジストパターンを形成する工程を示す説明図である。 （ａ）は、シリコン基板にレジストパターンを形成した状態を示す。（ｂ）〜（ｇ）は、ドライエッチングにより形成されたパターン形状を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、インプリント法にてインプリント用モールドに空気が残留し、気泡欠陥が発生している状態を示す説明図である。

符号の説明

１０、２０、１００、１２０……インプリント用モールド
１１、１５、１０１、１０２、１４１、２０３……シリコン基板
１２、２２……マイクロトレンチ（微小凹部）
１３、２３、１１２、１２１……凹部
２１……石英基板
３０、４０、１１０、１３０、２２０……レジスト層形成基板
３１、３３ａ、３８ａ、１４２ａ、１４２ｂ……レジストパターン
３２、３４、３９、４２……開口部
３３、３６、３７、３８、１２１、１２２、２１３……レジスト層
３６ａ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３７ａ、３７ｃ、１２１ａ、１２１ｃ、１２２ａ、１２２ｃ、２１３ａ……レジストパターン
３６ｂ、３７ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、２１３ｂ……レジスト薄膜領域
４１……クロム層
４１ａ……クロムパターン
５１、１５１……気泡
１０１……シリコン酸化膜

Claims (3)

1. インプリント用モールドに形成された凹凸状のパターンをレジスト層形成基板のレジスト層に転写するインプリント法に使用する、前記インプリント用モールドの凹凸状のパターンの凹部にマイクロトレンチ（微小凹部）が形成されているインプリント用モールドであって、
   前記インプリント用モールドの凹部の断面積をＳ１、マイクロトレンチの断面積をＳ２、プレス直前の雰囲気圧力をＰ１、型押し、プレスする際のプレス圧力をＰ２、マイクロトレンチの理想断面積Ｓ２_Ｌｃａｌを下記の式１とすると、モールドのパターンがラインであり、かつ、前記マイクロトレンチがラインパターンの長さ方向に沿って２つ形成される場合、Ｓ２／Ｓ２_Ｌｃａｌの値が０．５以上１．５以下であることを特徴とするインプリント用モールド。
   

   
2. インプリント用モールドに形成された凹凸状のパターンをレジスト層形成基板のレジスト層に転写するインプリント法に使用する、前記インプリント用モールドの凹凸状のパターンの凹部にマイクロトレンチ（微小凹部）が形成されているインプリント用モールドであって、
   前記インプリント用モールドの凹部の断面積をＳ１、マイクロトレンチの断面積をＳ２、プレス直前の雰囲気圧力をＰ１、型押し、プレスする際のプレス圧力をＰ２、マイクロトレンチの理想断面積Ｓ２_Ｈｃａｌを下記の式２とすると、モールドのパターンがホールであって、かつ、前記マイクロトレンチがホールパターンの各辺に形成される場合、Ｓ２／Ｓ２_Ｈｃａｌの値が０．５以上１．５以下であることを特徴とするインプリント用モールド。
   

   
3. 少なくとも以下の（ａ）〜（ｆ）の工程を具備することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のインプリント用モールドの製造方法。
   （ａ）シリコン基板にマイクロトレンチ（微小凹部）を形成するためのレジストパターンを形成する工程。
   （ｂ）レジストパターンをマスクにしてシリコン基板を所定の深さドライエッチングする工程。
   （ｃ）レジストパターンを剥離処理して、シリコン基板の所定位置にマイクロトレンチ（微小凹部）を形成する工程。
   （ｄ）マイクロトレンチ（微小凹部）が形成されたシリコン基板上にレジスト層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターンを形成する工程。
   （ｅ）レジストパターンをマスクにしてシリコン基板を所定の深さドライエッチングにてエッチングする工程。
   （ｆ）レジストパターンを剥離処理して、シリコン基板の所定位置にメインパターン用の凹部とマイクロトレンチ（微小凹部）を形成する工程。
   

Images