JP5175771B2

JP5175771B2 - 微細構造転写装置及び微細構造転写方法

Info

Publication number: JP5175771B2
Application number: JP2009045623A
Authority: JP
Inventors: 恭一森; 尚晃山下; 礼健志澤; 豪志都島
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: US20100219548A1; US8096800B2; JP2010199496A; US20120007280A1; US8333915B2

Description

本発明は被転写体の表面に微細構造を形成する微細構造転写装置及び微細構造転写方法に関する。更に詳細には、スタンパを被転写体の表面に押圧する際にエアバブル問題を起こさない微細構造転写装置及び微細構造転写方法に関する。

コンピュータなどの各種情報機器の目覚ましい機能向上により、使用者が扱う情報量は増大の一途を辿り、ギガからテラ単位領域に達している。このような環境下において、これまでよりも一層記録密度の高い情報記憶・再生装置やメモリーなどの半導体装置に対する需要が益々増大している。

記録密度を増大させるには、一層微細な加工技術が必要となる。露光プロセスを用いた従来の光リソグラフィー法は、一度に大面積を微細加工することができるが、光の波長以下の分解能を持たないため、自ずから光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微細構造の作製には適さない。光の波長以下の微細構造の加工技術として、電子線を用いた露光技術、Ｘ線を用いた露光技術及びイオン線を用いた露光技術などが存在する。しかし、電子線描画装置によるパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザ等の光源を使用した一括露光方式によるものと異なって、電子線で描画するパターンが多ければ多いほど、描画（露光）時間がかかる。従って、記録密度が増大するにつれて、微細パターンの形成に要する時間が長くなり、製造スループットが著しく低下する。一方、電子線描画装置によるパターン形成の高速化を図るために、各種形状のマスクを組み合わせてそれらに一括して電子線を照射する一括図形照射法の開発が進められているが、一括図形照射法を使用する電子線描画装置は大型化すると共に、マスクの位置を一層高精度に制御する機構が更に必要になり、描画装置自体のコストが高くなり、結果的に、媒体製造コストが高くなるなどの問題点がある。

光の波長以下の微細構造の加工技術として、従来のような露光技術に代えて、プリント技術による方法が提案されている。例えば、特許文献１には、「ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術」に関する発明が記載されている。ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術は、前もって電子線露光技術等の光の波長以下の微細構造の加工技術を用いて、所定の微細構造パターンを形成したモールドをレジスト塗布被転写基板に加圧しながら押し当て、モールドの微細構造パターンを被転写基板のレジスト層に転写する技術である。モールドさえあれば、特別に高価な露光装置は必要無く、通常の印刷機レベルの装置で複製物を量産できるので、電子線露光技術等に比較してスループットは飛躍的に向上し、製造コストも大幅に低減される。

ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術において、前記特許文献１に記載されるように、レジストとして熱可塑性樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）を使用する場合、その材料のガラス転移温度(Tg)近傍又はそれ以上の温度に上げて加圧して転写する。この方式は熱転写方式と呼ばれる。熱転写方式は熱可塑性の樹脂であれば汎用の樹脂を広範に使用できる利点がある。これに対し、レジストとして感光性樹脂を使用する場合、紫外線などの光を曝露すると硬化する光硬化性樹脂により転写する。この方式は光転写方式と呼ばれる。

光転写方式のナノインプリント加工法では、特殊な光硬化型の樹脂を用いる必要があるが、熱転写方式と比較して、転写印刷版や被印刷部材の熱膨張による完成品の寸法誤差を小さくできる利点がある。また、装置上では、加熱機構の装備や、昇温、温度制御、冷却などの付属装置が不要であること、更に、ナノインプリント装置全体としても、断熱などの熱歪み対策のための設計的な配慮が不要となるなどの利点がある。

光転写方式のナノインプリント装置の一例は特許文献２に記載されている。この装置は、紫外線を透過できるスタンパを光硬化性樹脂の塗布された被転写基板に押し当て、上部から紫外線を照射するように構成されている。スタンパの被転写基板押圧面には所定の微細構造パターンが形成されている。

図６は光転写方式のナノインプリント技術による微細構造転写方法の工程を示す模式図である。ステップ（ａ）において、基板１０２の上面にレジスト１０４が塗布された被転写体１００を準備し、レジスト１０４に当接される側に微細パターン１０６が形成されたスタンパ１０８を、被転写体１００と対峙させる。ステップ（ｂ）において、スタンパ１０８を被転写体１００のレジスト塗布面に押圧させる。ステップ（ｃ）において、スタンパ１０８の上面から紫外（ＵＶ）光を照射し、レジスト１０４を硬化させる。次いで、ステップ（ｄ）において、スタンパ１０８を被転写体１００から剥離する。斯くして、被転写体１００の基板１０２の表面にパターン層１１０が形成される。パターン層１１０はスタンパ１０８の微細パターン１０６の反転像である。

熱転写方式及び光転写方式の何れのナノインプリント技術においても、図６のステップ（ａ）からステップ（ｂ）への密着工程で、スタンパをレジストに押圧する際に、大気中でこの押圧作業を行うと、スタンパ１０８の微細パターン１０６の凹部とレジスト１０４との間に空気などの気泡（エアバブル）が取り込まれ、押圧後もエアバブルが留まるので、レジストの外形は不規則に変形したまま固定されてしまう。その結果、微細パターン１０６の形状を正確に転写することが困難又は不可能になる。

このエアバブルの問題を解決する方法として、特許文献２の図１では、被転写体が載置されるステージ上のプレートの形状を中央部が高く半径方向外方の周縁部に向かって低くなるような湾曲形状とし、スタンパが被転写体に押圧されるとき、被転写体の中央部から外方へ向かって押圧することにより気泡を被転写体の外方へ逃がすような方法を採用している。すなわち、加圧時に圧力勾配を設けることにより、圧縮性流体である空気を被転写体の外端から排出する方法である。しかし、この方法では、大きな押圧力が必要となる。

特許文献３の図１には、被転写体とスタンパを真空チャンバ内に収容し、真空中で密着させることによりスタンパと被転写体との間に気泡が残存することを防止するインプリント装置が記載されている。しかし、この装置では、構造が複雑な真空チャンバが必要である。

更に、特許文献４の図１には、排気装置によって内部の気体を排気でき、凝縮性ガス供給装置から所定性状の凝縮性ガスを供給できる作業室内で、被転写体表面とモールドとの間を凝縮性ガス雰囲気に置換してから、被転写体表面のレジスト層にモールドを押圧して転写作業を行うインプリント装置が記載されている。所定性状の凝縮性ガスとして、インプリント時にモールドの凹凸にレジスト層が侵入し、内部の気体が圧縮されると凝縮して液体になるようなガス（例えば、トリクロロフルオロメタンなど）が選択される。この凝縮によりガス体積は無視できる程度の大きさになり、モールドの凹部の気体封入による欠陥の発生を防止する。しかし、この装置の場合、ガス置換手段が必要であり、作業室の構造は複雑かつ大がかりなものとなってしまう。更に、使用する凝縮性ガスのレジストに対する化学的影響も未検討であり、予期せぬ不都合が発生する可能性もある。

米国特許第５７７２９０５号公報（ＵＳ００５７７２９０５Ａ）特開２００８−１２８４４号公報（Ｐ２００８−１２８４４Ａ）特開２００８−１２８５８号公報（Ｐ２００８−１２８５８Ａ）特開２００４−１０３８１７号公報（Ｐ２００４−１０３８１７Ａ）

従って、本発明の目的は、スタンパと被転写体との間に気泡が残存せず、スタンパの微細パターンを被転写体に正確に転写することができる微細構造転写方法を提供することである。

本発明の別の目的は、スタンパと被転写体との間に気泡が残存せず、スタンパの微細パターンを被転写体に正確に転写することができる微細構造転写装置を提供することである。

前記課題は、スタンパの一方の面側に形成された微細パターンを、被転写体の一方の面側に塗布されたレジスト層に押圧することにより前記微細パターンを前記レジスト層に転写することからなる微細構造転写方法において、前記スタンパを前記被転写体に押圧する前に、前記スタンパと前記被転写体との間の空間内雰囲気を前記レジストの蒸気で置換することを特徴とする微細構造転写方法により解決される。

前記別の課題は、少なくとも、スタンパと、レジスト層が塗布された被転写体を載置するためのステージとを有する微細構造転写装置において、前記レジスト層を加熱し、蒸発させるための装置を有することを特徴とする微細構造転写装置により解決される。

更に、前記別の課題は、少なくとも、スタンパと、レジスト層が塗布された被転写体を載置するためのステージとを有する微細構造転写装置において、前記スタンパと前記被転写体との間の空間内に前記レジストの蒸気を供給する装置を有することを特徴とする微細構造転写装置により解決される。

本発明によれば、従来技術のような湾曲したステージを使用したり、複雑な構造の真空チャンバを使用する必要が無く、また、レジストと異なる異種材料の凝縮性ガスを使用する必要も無い。スタンパと被転写体との密着直前に、スタンパと被転写体との間の空間内の雰囲気をレジスト蒸気で置換することにより空気をパージすることができる。その結果、密着時の圧力増加でレジスト蒸気は液化するので従来のようなバブル欠陥は生じない。また、異種材料とレジストとの混合が無く、レジストのみしか存在しないので、レジストの変質を心配する必要も無い。

本発明の微細構造転写方法を実施するのに使用される微細構造転写装置の一例の模式的概要構成図である。本発明の微細構造転写方法を実施するのに使用される微細構造転写装置の別の例の模式的概要構成図である。図１に示された微細構造転写装置において、スタンパ昇降機構とその制御回路を設けた実施態様の模式的概要構成図である。図１に示された微細構造転写装置において、ステージ昇降機構とその制御回路を設けた実施態様の模式的概要構成図である。図２に示された微細構造転写装置において、ステージ昇降機構、ノズル開閉弁機構とその制御回路を設けた実施態様の模式的概要構成図である。光転写方式のナノインプリント技術による微細構造転写方法の工程を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の微細構造転写方法及び微細構造転写装置の実施態様について具体的に説明する。図１は本発明の本発明の微細構造転写方法を実施するのに使用される微細構造転写装置の一例の模式的概要構成図である。説明を簡略化するため、従来技術と同じ部材については同じ参照符号を用いて説明する。

図１を参照する。本発明の微細構造転写方法は、スタンパ１０８を基板１０２のレジスト層１０４に押圧する前に、スタンパ１０８と基板１０２のレジスト層１０４との間の空間９をレジスト蒸気で満たすことにより空気を追放し、その状態でスタンパ１０８を基板１０２のレジスト層１０４に押圧するものである。スタンパ１０８と基板１０２上面との間隔（ａ）を５μｍ〜１ｍｍ程度にまで接近させた後、この間隔を５０ミリ秒〜１秒間程度保持し、スタンパ１０８と基板１０２のレジスト層１０４との間の空間９の雰囲気をレジスト蒸気で置換してからスタンパ１０８を被転写体１００に密着させる。スタンパ１０８と基板１０２のレジスト層１０４との間の空間に存在するレジスト蒸気は、スタンパ１０８が被転写体１００に押圧されるときの圧力で液化し、レジスト層１０４に吸収同化される。レジスト蒸気自体はレジスト層１０４と同一物であり、転写パターン層１１０（図ｘ１参照）に対して何らの悪影響を及ぼすこともなく、パターン層１１０のバブル欠陥発生原因にはならない。

本発明の微細構造転写方法で使用するレジストとしては加熱により蒸発しやすいレジストが好ましい。使用するレジスト揮発成分の蒸気圧は５００ＭＰａ〜９００ＭＰａの範囲内であることが好ましい。使用するレジスト揮発成分の蒸気圧が９００ＭＰａ超の場合、レジスト塗布後のレジスト揮発が激しく、レジスト減少による量の変化などの不都合が生じるので好ましくない。一方、使用するレジスト揮発成分の蒸気圧が５００ＭＰａ未満の場合、レジストの加熱蒸発に高温度が必要になり、レジストが蒸発する前に基板１０２の熱変形や感熱性レジストの硬化が生じる可能性があり好ましくない。本発明で使用するレジストは合成樹脂材料に感光性物質を添加したレジストを使用することができる。合成樹脂材料としては例えば、主成分がシクロオレフィンポリマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレンポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが使用できる。感光性物質は例えば、過酸化物、アゾ化合物類（例えば、アゾビスイソブチロニトリルなど）、ケトン類（例えば、ベンゾイン、アセトンなど）、ジアゾアミノベンゼン、金属系錯塩類、染料類などが挙げられる。

本発明の微細構造転写方法を実施するために必要なレジストの蒸発方法について説明する。本発明の微細構造転写方法を実施するのに使用される微細構造転写装置１は被転写体１００を載置するためのステージ３を有する。このステージ３の内部にはステージ３の上面に載置される被転写体１００の基板１０２の上面のレジスト層１０４を加熱し、蒸発させるための加熱手段５が配設されている。加熱手段５としては、電熱線、ペルチェ素子、高温流体循環など様々な公知慣用の手段を使用することができる。また、レジスト層１０４の蒸発を促進させるために、スタンパ１０８の上面から赤外線ランプ、ハロゲンランプなどの加熱用光源７を配置することもできる。加熱手段５と加熱用光源７はそれぞれ単独で使用することもできるし、組み合わせて併用することもできる。加熱用光源７によれば、構造体を昇温すること無く、レジストを直接加熱することができるので、短時間で効率的に行える。

別法として、レジストを加熱して蒸発を促進させるために加熱手段５及び／又は加熱用光源７を使用せず、図２に示されるように、スタンパ１０８と基板１０２のレジスト層１０４との間の空間９内に向かってノズル１１でレジスト蒸気を吹き込み、空間９の雰囲気を強制的に置換することもできる。この方法の場合、空間９にレジスト蒸気が充満するまでに要する時間が短時間で済むので効率的である。例えば、タンク２５内のレジスト溶液を加熱装置２３で加熱してレジスト蒸気を発生させ、これを加圧ポンプ２７によりタンク２５内の圧力を高めて管路２９を介して圧送し、ノズル１１から空間９に向かってレジスト蒸気を吹き込むことができる。言うまでもなく、その他のレジスト蒸気発生方法も使用できる。

スタンパ１０８と被転写体１００を密着させる方法は、スタンパ１０８を被転写体１００に押圧するか、又は被転写体１００をスタンパ１０８に押圧する２種類の方法がある。スタンパ１０８を被転写体１００に押圧する場合、被転写体１００をステージ３上に静置し、スタンパ１０８を適当な昇降機構１３に保持させ、このスタンパ昇降機構１３によりスタンパ１０８を被転写体１００に押圧することができる。この場合、スタンパ昇降機構１３は制御回路１５により、スタンパ１０８と基板１０２上面との間隔ａを所定時間保つように一旦停止動作制御され、雰囲気置換が完了したら、スタンパ昇降機構１３を下降させスタンパ１０８を被転写体１００に密着させる。

被転写体１００をスタンパ１０８に押圧する場合、スタンパ１０８を保持手段１７に固定し、ステージ３を昇降機構１９で昇降させる。ステージ３の昇降機構１９は当業者に公知慣用のものを使用できる。ステージ３の昇降機構１９も、制御回路２１によりスタンパ１０８と基板１０２上面との間隔ａを所定時間保つように一旦停止動作制御され、雰囲気置換が完了したら、ステージ３を上昇させ、被転写体１００をスタンパ１０８に密着させる。

スタンパ１０８と基板１０２のレジスト層１０４との間の空間９内に向かってノズル１１でレジスト蒸気を吹き込む場合、例えば、図５に示すように、ステージ３の昇降機構１９を制御回路２１によりスタンパ１０８と基板１０２上面との間隔ａを所定時間保つように一旦停止動作制御する際、同時にノズル１１の開閉弁３１の開閉動作制御を行う。雰囲気置換が完了したら、制御回路２１はノズル１１の開閉弁３１を閉じ、ステージ３を上昇させ、被転写体１００をスタンパ１０８に密着させる。言うまでもなく、スタンパ昇降機構１３によりスタンパ１０８を被転写体１００に押圧する態様の装置でも、同様に実施できる。

以上、本発明の微細構造転写方法及び微細構造転写装置の好ましい実施態様について説明してきたが、本発明は例示された実施態様に限定されず、様々な変更を為すことが可能である。例えば、雰囲気置換のためにスタンパ１０８と基板１０２上面との間隔（ａ）は必ずしも固定させる（すなわち、一旦停止動作させる）必要はなく、極めて緩慢な速度で間隔（ａ）を連続的に減少させながら雰囲気置換を行うこともできる。

１本発明の微細構造転写装置
３ステージ
５加熱手段
７加熱用光源
９空間
１１ノズル
１３スタンパ昇降機構
１５スタンパ昇降機構制御回路
１７スタンパ保持手段
１９ステージ昇降機構
２１ステージ昇降機構制御回路
２３レジスト溶液加熱装置
２５レジスト溶液タンク
２７加圧ポンプ
２９管路
３１開閉弁
１００被転写体
１０２基板
１０４レジスト
１０６微細パターン
１０８スタンパ
１１０パターン層

Claims

スタンパの一方の面側に形成された微細パターンを、被転写体の一方の面側に塗布されたレジスト層に押圧することにより前記微細パターンを前記レジスト層に転写することからなる微細構造転写方法において、
前記スタンパを前記被転写体に押圧する前に、前記被転写体の一方の面側に塗布されたレジスト層を加熱することよりレジスト蒸気を発生させ、前記スタンパと前記被転写体との間の空間内雰囲気を前記レジストの蒸気で置換することを特徴とする微細構造転写方法。
前記スタンパを前記被転写体に押圧する前に、前記スタンパと前記被転写体との間の間隔を５μｍ〜１ｍｍの範囲内に、５ミリ秒〜１秒間の間維持することにより、前記スタンパと前記被転写体との間の空間内雰囲気を前記レジストの蒸気で置換する請求項１記載の微細構造転写方法。
少なくとも、スタンパと、レジスト層が塗布された被転写体を載置するためのステージとを有する微細構造転写装置において、前記レジスト層を加熱し、蒸発させるための装置を有することを特徴とする微細構造転写装置。
前記レジスト層を加熱し、蒸発させるための装置は、前記ステージ内に配設された加熱装置である請求項３記載の微細構造転写装置。
前記レジスト層を加熱し、蒸発させるための装置は、スタンパ上部に配設された加熱用光源である請求項３記載の微細構造転写装置。
前記レジスト層を加熱し、蒸発させるための装置は、前記ステージ内に配設された加熱装置及びスタンパ上部に配設される加熱用光源である請求項３記載の微細構造転写装置。