説明

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

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−204429(P2012−204429A)
【公開日】平成24年10月22日(2012.10.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−65281(P2011−65281)
【出願日】平成23年3月24日(2011.3.24)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】