JP2012508978A - ナノサイズ形状の大面積パターニング - Google Patents

Abstract

【解決手段】 ナノ成形パターンを作成する方法を述べる。この手法は、基板を直接パターニングしおよび／またはインプリント・リソグラフィ・モールドを作成するために使用され、インプリント・リソグラフィ・モールドは、後で他の基板にナノ成形パターンを高歩留まりのプロセスで直接複製するために使用され得る。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第３５条第１１９項（ｅ）（１）の下で、２００８年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／１１４，２３９号と２００９年１１月１２日に出願された米国特許出願第１２／６１６，８９６号の利益を主張し、これらの出願は、全体が本明細書に援用される。

ナノ加工は、例えば約１００ナノメートル以下のフィーチャを有するきわめて小さい構造物の製造を含む。ナノ加工がかなり大きい効果を有する１つの用途は、集積回路の処理である。半導体処理産業は、基板上に形成される単位面積当たりの回路を増大させながら高い生産歩留まりを目指す努力をし続けているので、ナノ加工はますます重要になってきている。ナノ加工は、形成される構造物の最小フィーチャ寸法を縮小し続けながらより優れたプロセス制御を提供する。ナノ加工がこれまで利用されてきた他の開発分野には、バイオテクノロジー、光学技術、エネルギーシステムなどがある。

例示的なナノ加工技術は、インプリント・リソグラフィと呼ばれる。例示的なインプリント・リソグラフィ・プロセスは、米国特許出願公開第２００４／００６５９７６号； 米国特許出願公開第２００４／００６５２５２号； 米国特許第６，９３６，１９４号などの多くの公報に詳細に述べられており、これらの文献はすべて、本発明の譲渡人に譲渡されている。

前述の米国特許出願および米国特許のそれぞれに開示されたインプリント・リソグラフィ技術は、成形可能な液体（重合性層）におけるレリーフ・パターンの形成と、そのレリーフ・パターンに対応するパターンを下の基板に転写することを含む。基板は、パターニングを容易にする所望の位置を得るために移動ステージ上に配置されてもよい。この目的のため、テンプレートは、テンプレートと基板の間に成形可能液体がある状態で基板から離間されて使用される。液体は、成形可能液体と接触するテンプレートの表面の形状に合致するパターンを記録する凝固層に凝固される。次に、テンプレートは、凝固層から分離されて、テンプレートと基板が離間される。次に、基板と凝固層は、凝固層のパターンに対応するレリーフ像を基板に転写する処理にかけられる。

多くのナノパターニング応用例は、所望の結果を達成するサイズと均一形状のナノスケール・フィーチャを利用する。ナノパターンの作成に使用される多くの処理は、特定のタイプとサイズのナノパターンを成長させるために「成長」処理を使用する。残念ながら、これらのタイプの処理は、時間がかかり、所望の実施コストを効果的にもたらすために十分に制御されないサイズと形状を有するナノパターンを生成しやすい。

本明細書の実施形態による基板上にレリーフ・パターンを形成するのに適切なシステムを示す図である。 本明細書の実施形態による処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態による処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態による処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態による更なる処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態による更なる処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態による更なる処理の後の材料層を示す断面図である。 本明細書の実施形態により基板にエッチングされたトレンチを示す断面図である。 図４Ａのトレンチの平面図である。 第１のパターンと第２のパターンによって形成されたトレンチをエッチングすることによって形成されたナノ構造を有する例示的なパターン面の平面図である。 第１のパターンと追加の重ね合わせパターンによって形成されたトレンチをエッチングすることにより形成されたナノ構造を有する別の例示的なパターン面の平面図である。 本明細書の実施形態によりナノ構造を形成する例の流れ図である。 基板上に位置決めされたナノパターン・モールドの単純化された断面図である。 図７Ａにおけるナノパターン・モールドの凹部の上面拡大図である。 基板の上の第１の高さに位置決めされたナノパターン・モールドの単純化された断面図である。 基板の上の第２の高さに位置決めされたナノパターン・モールドの単純化された断面図である。 基板上に形成されたナノパターン構造の単純化された斜視図である。 第１のパターンと重ね合わせパターンを使用することにより形成された例示的な長方形カラムの上面図を示す。 第１のパターンと重ね合わせパターンを使用することによって形成された例示的な六角形カラムの上面図である。 例示的な第１のパターンの上面図である。 例示的な第２のパターンの上面図である。 第１のパターンと第２のパターンによって形成された例示的なパターン面の上面図である。

図１を参照すると、基板１２上にレリーフ・パターンを形成するシステム１０が示される。基板１２は、基板チャック１４に結合されてもよい。示された基板チャック１４は、真空チャックであるが、基板チャック１４は、参照により本明細書に組み込まれた「High-Precision Orientation Alignment and Gap Control Stages for Imprint Lithography Processes」と題する米国特許第６，８７３，０８７号に記載されたような真空式、ピン型、溝型または電磁式を含むがこれらに限定されない任意のチャックでよい。基板１２と基板チャック１４は、ステージ１６上に支持されてもよい。さらに、ステージ１６、基板１２および基板チャック１４は、台（図示せず）上に位置決めされてもよい。ステージ１６は、ｘ、ｙおよびｚ軸に沿った運動を提供してもよい。

基板１２からは、主パターニング装置１７が離間されている。主パターニング装置１７は、パターン面２２を上に有する基板１２の方に突出するメサ（段丘部）２０を有するテンプレート２８を有する。さらに、メサ２０は、モールド２０と呼ばれることがある。メサ２０は、ナノインプリント・モールド２０と呼ばれることもある。さらに他の実施形態では、テンプレート２８に実質的にモールド２０がなくてもよい。さらに他の実施形態では、モールド２０は、テンプレート２８と一体形成されてもよい。テンプレート２８および／またはモールド２０は、融解石英、石英、シリコン、有機重合体（ポリマー）、シロキサン重合体、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボン重合体、金属および硬化サファイアを含むがこれらに限定されない材料から形成されてもよい。図示されたように、パターニング面２２は、複数の離間した凹部２４と突出部２６によって画定されたフィーチャを含む。しかしながら、その他の実施形態では、パターニング面２２は、実質的に平滑および／または平面でもよい。パターニング面２２は、基板１２上に形成されたパターンの基礎を形成する元パターンを画定してもよい。主パターニング装置１７は、電子ビーム（Ｅビーム）リソグラフィを使用して形成されてもよい。

主パターニング装置１７は、チャック２８に結合されてもよく、チャック２８には、「High-Precision Orientation Alignment and Gap Control Stages for Imprint Lithography Processes」と題する米国特許第６，８７３，０８７号に記載されたような、真空式、ピン型、溝型または電磁式を含むがこれらに限定されない任意のチェックがある。さらに、チャック２８は、主パターニング装置１７の動きを推進するためにインプリント・ヘッド３０に結合されてもよい。

システム１０は、さらに、流体分注（ディスペンス）システム３２を含む。流体分注システム３２は、基板上に重合性材料３４を付着させるために基板１２と流体連通してもよい。システム１０は、任意数の流体ディスペンサを含んでもよく、流体分注システム３２は、複数の分注ユニットを含んでもよい。重合性材料３４は、任意の既知の技術、例えば、液滴分注、回転塗布、浸せき塗布、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜蒸着、厚膜蒸着などを使用して基板１２上に位置決めされてもよい。一般に、重合性材料３４は、モールド２０と基板１２の間に所望の容積が画定される前に基板１２上に配置される。しかしながら、重合性材料３４は、所望の体積が得られた後で容積に充填されてもよい。

重合性材料３４は、溶媒を主成分とする単量体またはスピンオン材料を含んでもよい。さらに、重合性材料３４は、「Method to Reduce Adhesion Between a Conformable Region and a Pattern of a Mold」と題する米国特許第７，１５７，０３６号と、「Materials for Imprint Lithography」と題する米国特許出願公開第２００５／０１８７３３９号に記載されたような単量体混合物を含んでもよく、これらの文献は、参照により本明細書に組み込まれる。

システム１０は、さらに、経路４２に沿ってエネルギー４０を導くように結合されたエネルギー４０の供給源３８を含む。インプリント・ヘッド３０とステージ１６は、主パターニング装置１７と基板１２をそれぞれ重ね合わせて経路４２内に配置するように構成される。システム１０は、記憶装置５６に記憶されたコンピュータ可読プログラムで動作するステージ１６、インプリント・ヘッド３０、流体分注システム３２、および供給源３８とデータ通信するプロセッサ５４によって調整されてもよい。

前述のシステムおよび方法は、さらに、米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許第７，０７７，９９２号、米国特許第６，９００，８８１号、米国特許出願公開第２００４／０１２４５６６号、米国特許出願公開第２００４／０１８８３８１号および米国特許出願公開第２００４／０２１１７５４号に引用されたインプリント・リソグラフィ方法およびシステムに使用されてもよく、これらの全ての文献は、参照により本明細書に組み込まれる。さらに他の実施形態では、前述のレリーフ・パターンは、任意の既知の技術、例えば、フォトリソグラフィ（Ｇ線、Ｉ線、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、および１３．２〜１３．４ｎｍを含む様々な波長）、コンタクト・リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、イオンビーム・リソグラフィ、原子線リソグラフィによって作成されてもよい。例えば、前述のレリーフ・パターンは、参照により本明細書に組み込まれた米国特許第５，７７２，９０５号に記載された技術を使用して作成されてもよい。

異なる幾何学的断面を有するナノ構造物は、本明細書で述べる技術を使用して作成されてもよい。一般に、この方法は、２つのフェーズを含むことがある。フェーズ１では、多数のリソグラフィ・ステップの組み合わせを使用して、成形断面を有するインプリント・テンプレート（ナノ成形テンプレートと呼ばれる）を作成してもよい。多数のリソグラフィ・ステップは、電子ビーム、インプリント・リソグラフィ、フォトリソグラフィなどの１または複数種類のリソグラフィ方法を使用してもよい。フェーズ２では、ナノ成形テンプレートをインプリント・リソグラフィ・プロセスと一緒に使用して、ナノ形状を複製する高速手法を実現してもよい。

フェーズ１： ナノ成形テンプレートの形成
一般に、フェーズ１は、多数のプロセス・ステップを含んでもよい。説明を単純にするために、本明細書ではインプリント・リソグラフィを使用するナノ成形テンプレートの形成について述べる。しかしながら、パターニング・ステップは、フォトリソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィなどを使用してもよいことに注意されたい。

一般に、重合体、絶縁体、金属などを含む第１の材料（例えば、非湿潤可剥性材料）の薄層が、ナノ構造材料で作成された所望の基板上に付着されてもよい。第１の材料上に第２のレジスト層（例えば、湿潤可剥性材料）が付着されてもよい。第２のレジストは、第１の材料が実質的に完全な状態のままで選択的に湿潤剥離（wet-strip）されもよい。第２のレジスト材料上に成形可能なインプリント・リソグラフィ材料が付着されてもよく、リソグラフィ材料がインプリントされてレリーフ・パターンが形成されてもよい。インプリント処理を使用してレリーフ・パターンを作成するために使用されるモールドは、電子ビーム処理により形成可能な単純な幾何学形状（例えば、線、点、穴など）で構成されてもよい。成形可能材料を下の基板に接着し易くするために、第２のレジスト材料と第３の成形可能材料の間に任意選択の接着材が付着されてもよい。接着層は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００７／０２１２４９４号に更に詳しく記載されているような接着材から形成されてもよい。成形可能層のレリーフ・パターンは、必要に応じてエッチングされて成形可能材料の隆起パターンを作成してもよく、隆起パターンは、エッチング前のサイズより小さいサイズを有する。

エッチングされた成形可能層の上にオーバーコート材料が付着されてもよい。オーバーコート材料は、細い隆起線の上面を露出するようにエッチングされたブランケットでよい。露出された成形可能材料は、非湿潤可剥性の第１のレジスト材料まで下方に延在するトレンチを形成するようにエッチングされてもよい。非湿潤可剥性レジストは、基板に達したときに停止するようにドライエッチングされてもよい。成形可能層材料と湿潤可剥性材料は、トレンチが基板まで下方に延在する状態で非湿潤可剥性材料が残るように剥がされてもよい。基板は、表面のパターンが最終的なものである場合に所望の深さまでエッチングされてもよい。最後に、インプリント・モールドは、形状および／または向きが修正されてもよく、表面のパターンが最終的なものでない場合はプロセスがステップ２から繰り返される。

図２Ａ〜図４Ｂは、ナノパターン構造を有するナノ成形テンプレートの例示的な形成を示す。図２Ａは、レジスト層２０２（例えば、非湿潤可剥性）と層２０２の上に配置されたレジスト層２０３（例えば、湿潤可剥性）とを有する基板２０１の断面図を示す。成形可能材料２０４は、２つのレジスト層の上に付着され、スペース２０８を有する例示的なフィーチャ（例えば、線）２０５を形成するようにインプリントされてもよく、フィーチャ２０５は、図１に関して述べたシステムと方法を使用する等しい寸法のものでよい。

図２Ｂは、成形可能材料２０４がエッチングされ、それによりフィーチャ２０５が細くされて、高縦横比の高さと幅を有するフィーチャが形成された後の図２Ａの多層構造物の断面図を示す。この図では、基板２０１、レジスト層２０２およびレジスト層２０３も見える。

図２Ｃは、オーバーコート層２０６が表面全体にフィーチャ２０５の上方の高さまで塗布された後の図２Ｂの多層構造物の断面図を示す。このオーバーコート層は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，１８６，６５６号の開示と類似のシリコン含有重合体でよい。この図ではやはり、基板２０１、レジスト層２０２およびレジスト層２０３が見える。

図３Ａは、表面２０７の上にフィーチャ２０５の上部を露出させるようにオーバーコート層２０６が平坦化された後の図２Ｃの構造物の断面図を示す。この図では、基板２０１、レジスト層２０２、レジスト層２０３およびオーバーコート層２０６が見える。

図３Ｂは、成形可能材料２０４がレジスト層２０３までエッチングされ貫通した後の図３Ａの構造物の断面図を示す。さらに、非ウェットエッチング（例えば、Ｏ₂ による）によって、基板２０１で停止するようにトレンチ内のレジスト層２０２が除去される。この図では、基板２０１、レジスト層２０２、レジスト層２０３、成形可能層２０４およびオーバーコート層２０６が見える。フィーチャ２０５がエッチングされたときにチャンネル３０１が形成されてもよい。さらに、チャネル３０１内の層２０２〜２０４を除去すると、チャネル深さ３０２が基板２０１の表面まで拡張することができる。

図３Ｃは、基板２０１までの溝３０４を有するレジスト層２０２だけを残して、オーバーコート層２０６、成形可能材料２０４およびレジスト層２０３が剥がされた後の図３Ｂの構造物の断面図を示す。特定形状のナノパターンまたは表面フィーチャの形成は、所望のナノ構造に対応する所望の表面パターンが達成されるまで図２Ａ〜図３Ｃのプロセス・ステップを繰り返すことにより実現されてもよい。

図４Ａは、溝４０１を形成する特定の深さまでエッチングされた図３Ｃの例示的なパターンの断面図を示す。この図では基板２０１とレジスト層２０２が見える。図４Ｂは、基板２０１内の溝４０１の平面図を示す。

図５Ａは、図２Ａ〜図４Ｂのプロセス・ステップを使用して第１のパターン５０１を処理した後の基板２０１の平面図を示す。これにより、このプロセスの順序を使用して菱形表面パターン５０２が形成されてもよい。トレンチおよび表面パターン５０２は、構造物５００の表面積を大きくするために使用されることがある。

図５Ｂは、図２Ａ〜図４Ｂのプロセス・ステップを使用して追加の重ね合わせパターン５０３により処理した後の基板２０１の平面図を示す。これにより、このプロセス順序を使用して三角形表面パターン５０４が形成されてもよい。トレンチおよび表面パターン５０４は、構造物５１０の表面積を大きくするために使用されてもよい。別の実施形態では、トレンチは、エッチングされて貫通し、それにより三角形の断面と基板厚さに対応する長さとを有する均一なナノ成形パターンが作成される。

図６は、ナノ成形構造を有する例示的なナノ成形テンプレートを形成するためのプロセス・ステップの流れ図である。ステップ６０１で、第１のレジストの薄層が、基板上に付着されてもよい。ステップ６０２で、第２のレジストのオーバレイが付着されてもよい。例えば、第２のレジストには、湿潤可剥性材料、ＰＭＧＩ（ポリメチルグルタルイミド）などの可溶性材料がある。ＰＭＧＩは、Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌ．Ｌ．Ｃ．（現在のＲｏｈｍ Ｈａａｓ）から商標ＣＤ２６０で入手可能な水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）によって湿潤剥離されてもよい。あるいは、第２のレジストは、任意のネガフォトレジスト、例えばポリヒドロキシルスチレンでよい。各レジスト層は、米国特許出願公開第２００７／０２１２４９４号に開示された材料などの接着のための中間層を含んでもよい。ステップ６０３で、成形可能材料層が、付着されインプリント・モールドでインプリントされて、凹部によってスペースとして分離された隆起パターンのレリーフ・パターンを有する第３のレジスト層が形成されてもよい。一実施形態では、隆起パターンとスペースの幅が等しい。ステップ６０４で、レリーフ・パターンがエッチングされ、幅に対する高さの比が大きい小さな隆起パターンが形成されてもよい。ステップ６０５で、隆起線を覆うようにシリコン含有有機材料が塗布されてもよい。一実施形態では、オーバーコート層は、米国特許第７，１８６，６５６号に開示されるものと類似のシリコン含有重合体でよい。ステップ６０６で、全面エッチングによって隆起線の上面が露出されてもよい。ステップ６０７で、成形可能材料がエッチングされて、異なる化学エッチングに反応する第１のレジスト材料まで下方にトレンチが形成される。ステップ６０８で、第１のレジスト材料は、基板で停止するようにドライエッチングされてもよい（例えば、酸素で）。ステップ６０９で、成形可能材料と第２のレジストが、第１のレジストを基板まで下方に貫通するトレンチを残して剥がされてもよい。ステップ６１０で、基板の表面に形成されたパターンが最終パターンであるかどうか判定されてもよい。ステップ６１１で、判定がいいえの場合、インプリント・モールドは、重ね合わせパターン、現在パターンの代替および／または既存パターンの回転によって修正されてもよい。例えば、分岐がステップ６０２に戻されてもよく、プロセス・ステップの一部が繰り返されて、基板の第１のパターンを覆う第２のパターンが形成される。ステップ６１２で、ステップ６１０の判定がはいの場合、基板が、パターニングされた第１のレジスト層を介して所望の深さまでエッチングされ、それにより基板上に成形ナノ構造物が形成されてもよい。ステップ６１３で、第１のレジスト材料が、剥がされてもよい。

別の実施形態では、図６は、金属膜（クロムなど）の使用を含んでもよい。例えば、金属膜は、ステップ６０１に含まれていてもよい。ステップ６０２は削除されてもよい。ステップ６０４〜６０８は、図６にあるようなものでよい。しかしながら、ステップ６０９は、ハロゲンおよびＯ₂ プラズマ灰化プロセスと置き換えられて、金属膜のエッチング・パターンの後ろにある全ての有機材料が除去されてもよい。このプロセスは、ナノ形状を作成するために必要に応じて何度も繰り返されてもよい。さらに、ステップ６０３のインプリント処理ステップの直前に任意選択の接着層（前述した）が使用されてもよい。

図６の方法の別の実施形態では、ステップ６０４〜６０６は削除されてもよく、ステップ６０３の成形可能なインプリント材料は、初期ステップで塗布された材料中に直接エッチングされてもよい（湿潤可剥性の第２の材料と非湿潤可剥性の第１の材料か、湿潤可剥性材料なしに使用されるクロムなどの金属膜かにかかわらず）。この実施形態は、図６のプロセス・ステップ６０３〜６０６で得られたパターンの逆の調子を有するパターンとなる。

図６のプロセスの別の実施形態では、ステップ６０１および６０２は削除されてもよく、金属膜（例えば、クロム）が、基板上に付着されてもよい。ステップ６０３の成形可能材料は、インプリントされエッチングされてもよいが、パターンは、基板に直接エッチングされてもよい。ステップ６０５〜６０８は削除され、金属膜と基板にトレンチを残して成形可能材料が剥がされてもよい。次に、プロセスは、ナノ形状を作成するために必要に応じて何度も繰り返されてもよい。

図２〜図５は、多くの応用例で有用な成形ナノ構造を有する基板を得るプロセス・ステップを示す。示されたもの以外のナノ構造が、本明細書に述べた方法によって作成されてもよく、本発明の範囲内で検討される。さらに、ナノ構造の形成を支援するために、米国特許第７，１８６，６５６号、米国特許第７，２５２，７７７号および米国特許第７，２６１、８３１号に開示された処理システムおよび方法の要素が使用されてもよく、これらの特許はすべて、参照により本明細書に組み込まれる。

図１１〜図１２に例示的なナノ構造が示される。例えば、図１１Ａと図１１Ｂは、作成されることがある長方形、正方形、六角形などの形状を示す。三角形や他の非現実的形状を含むがそれらに限定されない他の形状が形成されてもよいことに注意されたい。図１１Ａでは、第１のパターン１１００が、第２のパターン１１０２と重ね合わされて、少なくとも１つの鋭い縁１１０８を有する複数のナノ形状１１０６を有する表面パターン１１０４を提供してもよい。図１１Ｂでは、第１のパターン１１００ａが、第２のパターン１１０２および追加のパターン１１０２ａと重ね合わされてもよい。

いくつかの実施形態では、第２のパターン１１０２および／または追加のパターンが、第１のパターン１１００（例えば、パターンの回転）と実質的に類似してもよい。あるいは、第２のパターン１１０２および／または追加のパターンは、第１のパターン１１００と実質的に異なってもよい。例えば、図１２Ａは第１のパターン１１００を示し、図１２Ｂは第２のパターン１１０２を示す。図１２Ｃに示されたように、第１のパターン１１０と第２のパターン１１０２の重なりは、少なくとも１つの鋭い縁１１０８を有する複数のナノ形状１１０６を有する表面パターン１１０４を提供してもよい。

以上の詳細な説明は、最終製品のナノパターンまたはインプリント・モールドを作成するためのナノパターンを実現する方法を述べる。特定のナノパターンの場合、典型的な電子ビーム・プロセスを使用してモールドを直接作成することは実際的でないことがある。その場合、開示されたプロセスを使用して、所望の鋭い角または縁を有する所望のナノパターンを有する第１のインプリント・モールドを作成してもよい。次に、この第１のインプリント・モールドを使用して新しい基板を繰り返しパターニングし、やはり所望の鋭い角または縁を有するより複雑なナノパターンを作成してもよい。所望の複雑なナノパターンは、新しい基板上に実現された後、ステップ・アンド・リピート・プロセスで使用されて、高速でコスト効果の高い生産のための複雑なナノパターンを作成することができる大面積インプリント・モールドが製造される。

フェーズ２： ナノパターン構造の複製
図７〜図１０は、ナノパターン構造７０２の例示的な形成の側面図を示す。一般に、図１に関して本明細書で述べたインプリント・リソグラフィ・プロセスを使用してナノパターン構造７０２を形成するために、重合性材料３４が、基板７０８の表面７０６に付着され、ナノパターン・モールド７００と接触されてもよい。ナノパターン構造７０２は、残留層７１２と、少なくとも１つの鋭い縁を有するフィーチャ（例えば、突出部７２０および／または凹部７２２）を含んでもよい。残留層７１２は、厚さｔ_Rを有してもよい。薄い残留層７１２は、ナノパターン構造７０２の後処理で丸みのあるフィーチャ（例えば、突出部７２０）の発生を減少させることがある。例えば、残留層７１２は、丸みのあるフィーチャの発生を減少させるために１〜２５ｎｍの厚さｔ_Rを有する。

残留層厚さｔＲは、重合性材料３４の体積、表面エネルギーなどによって制御されてもよい。以下の説明では、丸みのあるフィーチャの発生を減少させかつ／または除去しかつ鋭い縁を提供するように残留層厚さｔ_Rを制御する方法を概説する。

体積制御
重合性材料３４の体積の選択は、１）液滴体積、２）液滴の広がり、および３）テンプレート容積の３つの特徴によって決定されてもよい。

重合性材料３４は、事前に定義された液滴体積を有する低粘性重合性インプリント溶液でよい。重合性材料３４の液滴体積は、ナノパターン・モールド７００と基板７０８の接触前に液滴の周囲の高い毛管力によって液滴がどの程度広がるかに基づいて選択されてもよい。例えば、重合性材料３４は、０．５〜５０ｃｐｓの液滴体積を有してもよい。

液滴の広がりは、一般に、液滴体積、ナノパターン・モールド７００の容積、ナノパターン・モールド７００の表面エネルギー、および／または基板７０８の表面エネルギーの関数である。例えば、ブランク・ナノパターン・モールド７００の場合、６ｐｌの液滴体積は、分注された液滴の径の約７倍の液滴広がりを提供することがある。この液滴体積は、さらに、１０〜１５ｎｍの範囲を有する残留層７１２をもたらすことがある。

一般に、残留層は、さらに、所定の時間中に液滴が広がる領域内のナノパターン・モールド７００の容積を超える重合性材料３４によって規定されてもよい。場合によって、液滴が広がる単位面積当たりの重合性材料３４の体積は、ナノパターン・モールド７００の容積よりかなり大きくてもよい。この結果、残留層７１２が厚くなることがある（例えば、５ｎｍ超）。

表面エネルギーによって、重合性材料３４がナノパターン・モールド７００と基板７０８の表面７０６を濡らすことができ、その結果、重合性材料３４が、初期液滴サイズ（すなわち、直径が１００μｍ未満）を超える大きな距離にわたって移動することがある。ナノパターン・モールド７００が重合性材料３４と接触した後の流体の動きは、毛管作用およびナノパターン・モールド７００と基板７０８との接触形状によって促進されることがある。例えば、液滴は、液滴径の最大６または７倍に広がる均一の膜を形成する。しかしながら、単量体がテンプレート容積を大きく超えないこと、または残留層厚さが５ｎｍを超えることが重要である。

ダミー容積充填フィーチャ
余分な重合性材料３４を「吸収」するために、特定のナノパターン・モールド７００領域にダミー容積充填フィーチャが導入されてもよい。そのような構造の必要性は、次の式によって決定されることがある。ナノパターン・モールド７００のフィーチャ容積が、局部的液滴体積より小さい場合は、５ｎｍ未満の残留層厚さｔ_Rにダミー充填が必要とされることがある。
変数の定義
ｒ＝液滴半径
ｒｉ＝分注液滴半径
ｔｓ＝液滴広がり時間
ｔ＝時間
Ｖｄ＝分注液滴体積
Ｖｆ＝テンプレート・フィーチャ体積
ｄｆ＝テンプレート・フィーチャ深さ
ｖ＝格子の場合のテンプレート・デューティ・サイクル
ａｆ＝フィーチャが占有する面積
ＲＬＴ＝残留層厚さ
ａｄ＝液滴広がり面積

液滴が格子構造に広がる領域の残留層厚さｔ_Rは、次の式によって定義される。

残留層厚さｔ_Rが正で５ｎｍを超える場合は、所定の広がり面積のＶｆがほぼ液滴体積になるようにダミー充填が必要とされることがある。残留層厚さｔ_Rが負の場合は、追加の重合性材料が加えられてもよい。

所定の液滴広がりのフィーチャ面積が小さすぎるか、エッチング深さが浅すぎる場合は、液滴広がり領域内の余分な体積を消費するためにダミー充填が必要とされることがある。液滴広がり面積は、フィーチャの面積と深さの関数であり、重合性材料３４の体積が消費されるときの液滴の広がりを制限することがある。

表面エネルギー
液滴が広がる面積は、重合性材料３４とナノパターン・モールド７００と基板７０８の間の表面エネルギー、重合性材料３４の粘性、および／または毛管力の関数でよい。毛管力が大きい場合、広がりは素早く起こり、従って低粘性流体と液滴領域内の薄膜を必要とすることがある。

効率的な流体の広がりとフィーチャ充填を可能にするために、ナノパターン・モールド７０８および／または基板７０８との重合性材料３４の接触角が制御されてもよい。接触角は、定着剤Ｔｒａｎｓｐｉｎ^TMまたはＶａｌＭａｔ^TMを基板７０８に塗布することにより、また重合性材料３４中にナノパターン・モールド７００を被覆してもよい界面活性剤を使用することによって制御されてもよい。したがって、重合性材料３４のナノパターン・モールド７００との接触角は、約５００未満でよく、重合性材料３４の基板７０８との接触角は、約１５０未満でよい。接触角は、表面エネルギーの目安として、ナノパターン・モールド７００のフィーチャがナノパターン・モールド７００を容易に埋め、また重合性材料３４が基板７０８全体に大きな距離に容易に広がることを可能にすることがある。長距離の広がりは、表面エネルギー、粘性および毛管力によって制御されてもよい。表面エネルギーを制御する能力は、単量体が大きな距離にわたって広がることを可能にすることがある。

ナノ形状構造の形成
図７Ａと図７Ｂは、重合性材料３４が上に配置された基板７０８の上に位置決めされたナノパターン・モールド７００を示す。ナノパターン・モールド７００は、フィーチャ（例えば、凹部７１４および／または突出部７１６）を有してもよい。凹部７１４および／または突出部７１６は、本明細書で述べたプロセスを使用して鋭い縁を有するように形成されてもよい。例えば、ナノパターン・モールド７００は、図７Ｂに示されたように三角形の凹部７１４を有するように形成されてもよい。三角形が示されているが、長方形、六角形または他の非現実的形状を含むがこれらに限定されない、鋭い縁とフィーチャを有する任意の形状が形成されてもよいことに注意されたい。

図８〜図９は、高さｈ₁（図８）に位置決めされたナノパターン・モールド７００が高さｈ₂（図９）まで移動するとき重合性材料３４の広がりを示す。ナノパターン・モールド７００は、厚さｔ_Nを有してもよい。例えば、ナノパターン・モールド７００の厚さは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの厚さを有する。

ナノパターン・モールド７００が高さｈ₁から高さｈ₂まで移動する際の重合性材料３４の広がりは、一般に、ある程度の追加の印加力によって毛管駆動される。例えば、ナノパターン・モールド７００を基板７０８の上の高さｈに位置決めするために、ナノパターン・モールド７００上のインプリント・ヘッド３８（図１に示された）によって力Ｆが提供される。しかしながら、力Ｆは、最小限（例えば、０〜１０Ｎ）でもよい。さらに、チャック２８（図１に示された）は、圧力Ｐを印加してもよい。また、圧力Ｐは、実質的な反りや他の実質的な変形なしにナノパターン・モールド７００の適切な位置決めを実現するのにまったく十分なことがある。例えば、圧力Ｐは、約０〜０．１ａｔｍでよい。最小印加力（例えば、力Ｆと圧力Ｐ）が、残留層７１２の変形を減少させることがある。さらに、ナノパターン構造７０２を形成し分離する際の残留層７１２の変形を少なくするために、チャック１４が基板１２に最小力を提供してもよいことに注意されたい。

図１０は、厚さｔ_Rを有する残留層７１２と鋭い縁を有する突出部７２０とを有する形成されたナノパターン構造７０２を示す。そのような薄い残留層と、接着層が厚さ１ｎｍでよいという事実によって、基板エッチングで始まりディスカム（descum）のないパターン転写が可能になることに注意されたい。この目的のために、インプリント・パターン転写製造プロセスは、接着層（厚さ１ｎｍ）の蒸気被覆、ドロップオンデマンドのレジスト分注（分注パターンと単量体体積はテンプレート容積の計算に基づく）、５ｎｍ未満のＲＬＴと基板のみのエッチング（ディスカムなし）によるインプリント・パターニング（必要に応じてダミー充填）、剥がし、および基板クリーニングを含んでもよい。ディスカム・エッチングが必要な場合は、それは、薄い残留膜を除去するためのものでよく、したがって形成されたナノ構造物の形状に実質的に影響しなくてもよいことに注意されたい。これにより、モールド内にあるナノ形状を保持したまま基板のエッチングが可能になることがある。これは、接着層（厚さ１ｎｍ）の蒸気被覆、インプリント材料の回転塗布、５ｎｍ未満のＲＬＴのインプリント・パターニング、実質的にインプリント・レジストのディスカム（Ｏ₂プラズマによる）、基板エッチング、剥がし、基板クリーニングが行われる従来のインプリント・リソグラフィと対照的である。

以上述べた本明細書の実施形態は例示的である。上記の開示に対して本発明の範囲内にある多くの変更と修正が行われてもよい。したがって、本発明の範囲は、以上の説明によって限定されるべきでなく、むしろ添付の特許請求の範囲をその等価物の全範囲と共に参照することにより、決定されるべきである。

４０１…溝、５００…構造物、５０１…パターン、５０２…表面パターン。

Claims (25)

1. 基板上に配設された材料の第１の層に溝を含む第１のパターンを形成するステップと、
   前記第１の層の前記第１のパターンに重なる第２のパターンを形成するステップと、
   前記第１のパターンと前記第２のパターンを前記基板にエッチングして、表面パターンを有するナノ成形インプリント・リソグラフィ・テンプレートへと形成するエッチング・ステップにして、前記表面パターンには少なくとも１つの鋭い縁を有する複数のフィーチャが含まれている、エッチング・ステップと
   を備えている方法。
2. 前記第１の層が、金Ｐ属膜から形成された、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の層が、非湿潤可剥性レジスト材料から形成された、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１のパターンを形成するステップが、
   前記第１の層上に第２の湿潤可剥性レジスト層を付着させるステップと、
   前記第２の層上に成形可能材料を付着させるステップと、
   ナノインプリント・リソグラフィ・テンプレートを使用して前記成形可能材料をインプリントして、凹部によって分離された複数の隆起部分を有する第１のパターン層を有する第３のレジスト層を形成するステップと、
   前記第３の層を、前記隆起部分の高さ対幅比が実質的に大きくなるようにエッチングするステップと、
   前記第３の層上にオーバーコート層を付着させ、前記オーバーコート層を平坦化して各隆起部分の縁を露出させるステップと、
   前記第３の層をエッチングして、前記第２の層と前記第１の層に１つまたは複数のトレンチを形成するステップと、
   前記第２の層と前記第３の層を除去するステップと
   を含む請求項３に記載の方法。
5. 前記第２の層が、可溶性材料から形成された、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２の層が、ポリメチルグルタルイミドを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記第２の層が、ネガフォトレジストから形成された、請求項４に記載の方法。
8. 前記第２の層が、ポリヒドロキシルスチレンを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の層が、中間層を含み、前記中間層が接着性を有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記隆起部分の幅が、前記第３の層のエッチング前の前記凹部の幅と実質的に同じである、請求項４〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記オーバーコート層が、シリコン含有重合体を含む、請求項４〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第３の層をエッチングして前記第２の層と前記第１の層に１つまたは複数のトレンチを形成するステップが、さらに、前記第１の層をドライエッチングするステップを含む、請求項４〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第１の層の前記第１のパターンと前記第２のパターンに重なる１つまたは複数の追加パターンを形成するステップをさらに含み、前記追加パターンが、前記第１のパターンの回転である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第１の層が、非湿潤可剥性レジスト材料から形成され、前記第１のパターンを形成するステップが、
    前記第１の層上に第２の湿潤可剥性レジスト層を付着させるステップと、
    前記第２の層上に成形可能材料を付着させるステップと、
    ナノインプリント・リソグラフィ・テンプレートを使用して前記成形可能材料をインプリントして、凹部によって分離された複数の隆起部分を含む第１のパターン層を有する第３のレジスト層を形成するステップと、
    前記第３の層をエッチングして前記第２の層と前記第１の層に１つまたは複数のトレンチを形成するステップと、
    前記第２の層と前記第３の層を除去するステップとを含む、請求項１または３〜１３のいずれか１項に記載の方法
15. 前記第１のパターンを形成するステップが、
    前記第１の層上に成形可能材料を付着させるステップと、
    ナノインプリント・リソグラフィ・テンプレートを使用して前記成形可能材料をインプリントして、凹部によって分離された複数の隆起部分を含む第１のパターン層を有する第２のレジスト層を形成するステップと、
    前記第２の層をエッチングして前記第１の層に１つまたは複数のトレンチを形成するステップと、
    前記第１の層にエッチング・パターンが提供されるようにすべての有機材料を除去するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
16. 前記ナノ成形インプリント・リソグラフィ・テンプレートが、長方形、正方形、三角形、菱形および六角形からなる組から選択された少なくとも１つの表面パターンを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 第２の基板の表面に第２の重合性材料を付着させるステップと、
    前記第２の重合性材料を前記ナノ成形インプリント・リソグラフィ・テンプレートと接触させるステップと、
    前記第２の重合性材料を凝固させて、残余層と、鋭い縁を有する複数のナノパターン構造とを有するパターン層を形成するステップとを含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記パターン層の前記複数のナノパターン構造を前記第２の基板に転写するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記残余層の厚さが、前記パターン層を前記第２の基板に転写する際に、丸みのあるナノパターン構造の発生を減少させるように制御される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記残余層の厚さが、体積制御を使用して制御される、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記残余層の厚さが、ダミー容積充填フィーチャを使用して制御される、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記残余層の厚さが、前記重合性材料と前記ナノ成形インプリント・リソグラフィ・テンプレートとの接触角を変化させることにより制御される、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 基板上に位置決めされた金属膜に溝を含む第１のパターンを形成するステップと、
    前記金属膜に、前記第１のパターンに重なる第２のパターンを形成するステップと、
    前記金属膜をエッチングして前記第１と第２のパターンを前記基板に転写して、少なくとも１つの鋭い縁を有する複数のフィーチャを含む表面パターンを形成するステップとを含む方法。
24. 第２の基板の表面に重合性材料を付着させるステップと、
    前記重合性材料を前記表面パターンと接触させて、前記重合性材料が前記第２の基板と前記表面パターンと間の隙間を埋めるようにするステップと、
    前記重合性材料を凝固させて、残余層と、前記表面パターンに対応し少なくとも１つの鋭い縁を有する複数のナノパターン構造とを有するパターン層を形成するステップとを更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記基板上に位置決めされた金属膜に溝を含む第１のパターンを形成するステップと、
    前記金属膜に、少なくとも１つの鋭い縁を有する少なくとも１つのナノ形状が形成されるように、前記第１のパターンに重なる第２のパターンを形成するステップと、
    前記金属膜のエッチングを前記第１と第２のパターンを前記基板に転写するように行うステップとを備え、少なくとも１つの鋭い縁をそれぞれ有する複数のナノ形状を含む表面パターンが形成される、方法。

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