JP2018067607A - インプリント用モールド、該モールドを用いたパターン形成方法、及び、パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、可視光で解像しない線幅の微細パターンであっても高精度に位置合わせして、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成することが可能な、インプリント用モールド等を提供する。
【解決手段】複数の第１の凹部２Ｂから構成される第１のパターン２と、複数の第２の凹部３Ｂから構成される第２のパターン３を有し、アライメント光に含まれる波長をλ_Rとし、モールドを構成する材料の波長λ_Rにおける屈折率をｎ_Rとした場合に、第１の凹部２Ｂの深さＤ₁と第２の凹部３Ｂの深さＤ₂との差｜Ｄ₁−Ｄ₂｜の２倍の数値が、ｄ_R＝λ_R／｛２（ｎ_R−１）｝で表される数値ｄ_Rの奇数倍の大きさとなるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体、光学部材、ＭＥＭＳ部材、バイオ関連部材などの製造に使用するインプリント用モールド、該モールドを用いたパターン形成方法、及び、パターン形成装置に関するものである。

従来、微細パターンの形成方法としては、フォトマスクを用いるフォトリソグラフィー法がよく知られており、このフォトリソグラフィー法を用いることで、例えば、半導体デバイスに求められる微細なパターンの形成が行われている。しかし、このフォトリソグラフィー法により微細パターンを形成するためには、高価な露光装置（ステッパー、スキャナーと呼ばれる）が必要となる。そこで、フォトリソグラフィー法に代わる微細パターンの形成技術の１つとしてナノインプリント法が研究されている。

上記のナノインプリント法は、表面に微細な凹凸形状の転写パターンを形成したインプリント用のモールド（テンプレート、スタンパ、金型とも呼ばれる）を、半導体ウェハなどの被転写基板の上に形成された樹脂に接触させた後にこの樹脂を硬化させて、樹脂にモールドの有するパターンの凹凸形状（より詳しくは、凹凸反転形状）を転写させる技術である。

ナノインプリント法には、加熱により樹脂をガラス転移点以上にして軟化させ、そこにモールドを押し付けて樹脂を変形させ、被転写基板を冷却して樹脂を硬化させる熱インプリント法と、露光により樹脂を硬化させる光インプリント法がある。高い位置合わせ精度が要求される用途には、加熱による膨張や収縮の影響を受けない光インプリント法が、主に用いられる（例えば、特許文献１、２）。

ナノインプリント法を用いれば、微細なパターンを安価な装置で量産可能である。このため、大面積の基板やフィルムなどに微細パターンを形成する方法として、このナノインプリント法の活用が研究されている。
しかしながら、ナノインプリント法に用いられるモールドは、主に、フォトリソグラフィー法に用いられる半導体デバイス用のフォトマスクと同様な材料や設備を用いて製造されるため、通常のフォトマスクよりも大面積のモールドを製造することは、技術やコストの点で困難性がある。

ここで、大面積の基板にインプリントする方法として、基板の面積よりも小さな面積のモールドを用いて基板上を移動させて逐次転写する、ステップアンドリピート方式（ステップアンドフラッシュ方式とも呼ばれる）が知られている。
しかし、この方式を応用して、例えばディスプレイ関係部材等に連続して大面積のパターンを形成するためには、高精度な位置合わせに加えて、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマーク等が目視で見えなくなる工夫をする必要がある。
そこで、転写する微細なパターンを形成した領域の中に、微細なパターンの深さを変えた領域を設けてアライメントマークとし、それを利用して位置合わせを行うことが提案されている（例えば、特許文献３）。

特表２００４−５０４７１８号公報 特開２００２−９３７４８号公報 特開２００７−２３０２２９号公報 特開２００９−２６５２９０号公報

しかしながら、上記の特許文献３においては、アライメントの方法として、高倍率の撮像系を用いるという程度の記載しかなく、通常の光学顕微鏡の倍率は最大１０００倍程度であることから、可視光で解像しない線幅（例えば、１μｍ未満）の微細パターンを精密に繋ぎ合わせるには、精度が不足していた。

上記のような、可視光で解像しない線幅の微細パターンを大面積にわたって形成する用途として、例えば、液晶ディスプレイ用の光配向膜を製造するための偏光子等がある。
ここで、光配向膜とは、直線偏光が照射されることにより配向規制力を発現する配向膜であって、従来の配向膜のように布等によるラビング処理を施すことなく配向規制力を付与できるため、布等が異物として残存する不具合がないことから近年注目されている。
このような光配向膜への配向規制力の付与のための直線偏光の照射方法としては、偏光子を介して露光する方法が一般的に用いられる。偏光子としては、透明基板の上に平行に配置された複数の細線を有するものが用いられている（例えば、特許文献４）。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、可視光で解像しない線幅の微細パターンであっても高精度に位置合わせして、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成することが可能な、インプリント用モールド、該モールドを用いたパターン形成方法、及び、パターン形成装置を提供することを主たる目的とする。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、被転写基板の上の硬化性樹脂に、凹凸形状の転写パターンを形成するためのインプリント用モールドであって、複数の第１の凹部から構成される第１のパターンと、複数の第２の凹部から構成され、アライメントマークとして利用される第２のパターンと、を有し、前記第１のパターンと前記第２のパターンの最表面の高さが互いに等しく、前記複数の第１の凹部のピッチと前記複数の第２の凹部のピッチが互いに等しく、前記第２のパターンから前記硬化性樹脂に形成される第２の転写パターンを、被転写基板側のアライメントマークとして利用する際の、アライメントに使用する光に含まれる波長をλ_Rとし、前記被転写基板の上の硬化性樹脂の硬化後の波長λ_Rにおける屈折率をｎ_Rとした場合に、前記第１の凹部の深さＤ₁と前記第２の凹部の深さＤ₂との差｜Ｄ₁−Ｄ₂｜の２倍の数値が、
ｄ_R＝λ_R／｛２（ｎ_R−１）｝
で表される数値ｄ_Rの奇数倍の大きさであることを特徴とする、インプリント用モールドである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、被転写基板の上の硬化性樹脂に凹凸形状の転写パターンを形成するパターン形成方法であって、インプリント用モールドとして、請求項１に記載のインプリント用モールドを用い、かつ、前記被転写基板として、主面にアライメントに使用する光を反射する反射膜が形成された基板を用い、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上に形成された硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成し、その後、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂から離型する、第１の工程と、前記インプリント用モールドと前記被転写基板との相対位置を変化させる、第２の工程と、前記被転写基板の上の硬化性樹脂に形成された第２の転写パターンをアライメントマークに用いて、前記インプリント用モールドと前記被転写基板との位置を合わせる、第３の工程と、前記第３の工程によって位置合わせされた相対位置で、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成し、その後、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂から離型させる、第４の工程と、を有し、前記第３の工程において、波長λ_Rを含む光をアライメントに使用して、前記第２の転写パターンに照射し、その反射光から前記第２の転写パターンの位置を検出することを特徴とする、パターン形成方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記第１の工程の後に、前記第２の工程から前記第４の工程を繰り返すことを特徴とする、請求項２に記載のパターン形成方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記硬化性樹脂が、紫外線により硬化する紫外線硬化性樹脂であり、前記アライメントに使用する光が、前記紫外線硬化性樹脂を硬化させる紫外線とは波長が異なる光であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のパターン形成方法である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、前記アライメントに使用する光の波長が、３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項４に記載のパターン形成方法である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、インプリント用モールドとして、請求項１に記載のインプリント用モールドを用い、かつ、被転写基板として、主面にアライメントに使用する光を反射する反射膜が形成された基板を用い、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上に形成された硬化性樹脂に接触させて、該硬化性樹脂に凹凸形状の転写パターンを形成するパターン形成装置であって、前記インプリント用モールドを移動させるモールド移動機構と、前記被転写基板を移動させる被転写基板移動機構と、前記被転写基板の上の硬化性樹脂に形成された第２の転写パターンをアライメントマークに用いて、前記被転写基板の位置を光学的に検出する検出機構と、前記モールド移動機構、前記被転写基板移動機構、及び、前記検出機構を制御する制御機構と、を備え、前記検出機構が、前記波長λ_Rを含む光を前記第２の転写パターンに照射し、その反射光を検出し、前記検出した反射光から、前記制御機構が、前記第２の転写パターンの位置を取得し、前記取得した位置情報に基づいて、前記制御機構が、前記モールド移動機構、及び、前記被転写基板移動機構を操作して、前記インプリント用モールドと前記被転写基板との位置合わせを行うことを特徴とする、パターン形成装置である。

また、本発明の請求項７に係る発明は、前記制御機構が、前記モールド移動機構、及び、前記被転写基板移動機構を操作して、前記位置合わせした位置で、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成することを特徴とする、請求項６に記載のパターン形成装置である。

本発明によれば、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、可視光で解像しない線幅の微細パターンであっても高精度に位置合わせして、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成することができる。

本発明に係るモールドの一例について示す図 本発明に係るモールドのアライメントマークの一例について示す図 本発明に係るモールドを用いて被転写基板上の硬化性樹脂に形成されたアライメントマークについて説明する図 本発明に係るモールドを用いて被転写基板上の硬化性樹脂に形成されたアライメントマークの作用効果について説明する図 本発明に係るモールドの製造方法の一例について示す概略工程図 図５に続く本発明に係るモールドの製造方法の一例について示す概略工程図 本発明に係るモールドを用いたパターン形成方法の一例について示す図 図７に続く本発明に係るモールドを用いたパターン形成方法の一例について示す図 本発明に係るモールドを用いたパターン形成方法の他の例について示す図 図９に続く本発明に係るモールドを用いたパターン形成方法の他の例について示す図 本発明に係るパターン形成装置の構成を示す概略図

以下、本発明に係るインプリント用モールド、該モールドを用いたパターン形成方法、及び、パターン形成装置について、図面を用いて詳しく説明する。

＜インプリント用モールド＞
まず、本発明に係るインプリント用モールドについて説明する。
図１は、本発明に係るモールドの一例について示す図である。より詳しくは、図１は、モールド１の構成を説明するための概略平面図を示している。

例えば、図１に示すように、モールド１は、第１のパターン２が形成された領域の中に、第２のパターン３が形成された領域を有している。より詳しくは、図１に示すモールド１においては、第１のパターン２が形成された領域の四隅の近傍のそれぞれに、第２のパターン３が形成された領域を４箇所有している。
モールド１において、第１のパターン２及び第２のパターン３は、いずれも、被転写基板の上の硬化性樹脂に転写される凹凸形状の転写パターンである。さらに、第２のパターン３は、アライメントマークとしても利用されるものである。

一例として、モールド１の外形寸法は、縦６５ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ０．２５インチ（６．３５ｍｍ）とし、第２のパターン３の領域を含む第１のパターン２の領域は、モールド１の中央部に２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさとすることができる。また、第２のパターン３の領域は、上記の第１のパターン２の領域の四隅近傍に、２０μｍ×２０μｍの大きさとすることができる。

なお、第２のパターン３の領域の平面形態は、図１に示す正方形に限らず、長方形や十字型等、使用可能な形態であればよい。また、第２のパターン３の領域の配置位置も、図１に示す四隅に限らず、使用可能な位置であればよい。

図２は、本発明に係るモールドのアライメントマークの一例について示す図であり、（ａ）は図１に示すモールド１の第２のパターン３が形成された領域及びその近傍領域の概略拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
なお、図２（ａ）においては、第２のパターン３が形成された領域を示す破線を、重複により判別しにくくなることを避けるため、第２のパターン３が形成された領域よりもやや大きな領域を囲む位置に記載している。

例えば、図２（ｂ）に示すように、モールド１の第１のパターン２は複数の第１の凸部２Ｔと第１の凹部２Ｂから構成されており、第２のパターン３は複数の第２の凸部３Ｔと第２の凹部３Ｂから構成されている。
なお、図２においては、煩雑となるのを避けるため、第１のパターン２を構成する第１の凸部２Ｔや、第２のパターン３を構成する第２の凸部３Ｔの本数が、２〜３本程度の例を示しているが、実際には、第１のパターン２、第２のパターン３のいずれも、より多い本数の凸部から構成されるものである。

図２（ａ）に示すように、第１のパターン２と第２のパターン３は、線幅（Ｗ）及びピッチ（Ｐ）が互いに等しいラインアンドスペースパターンである。
より詳しくは、第１のパターン２を構成する第１の凸部２Ｔと第２のパターン３を構成する第２の凸部３Ｔは、線幅（Ｗ）及びピッチ（Ｐ）が互いに等しく、平面視において、第２のパターン３は、第１のパターン２と連続するラインアンドスペースパターンを構成している。
言い換えれば、第１のパターン２の一部の領域が、第２のパターン３になっている。
なお、上記の「線幅及びピッチ（Ｐ）が互いに等しい」とは、モールド１に要求される精度において「等しい」ものとして扱われる範囲を含むものである。

また、図２（ｂ）に示すように、第１の凸部２Ｔと第２の凸部３Ｔの最表面の高さ位置は互いに等しい。なお、この「高さ位置は互いに等しい」とは、モールド１に要求される精度において「等しい」ものとして扱われる高さ範囲を含むものである。
しかしながら、第１の凹部２Ｂの深さ（Ｄ₁）と第２の凹部３Ｂの深さ（Ｄ₂）は異なっている。すなわち、第１のパターン２と第２のパターン３の違いは、その深さが異なっている点であると言える。
本発明においては、この第１の凹部２Ｂの深さＤ₁と第２の凹部３Ｂの深さＤ₂との差である｜Ｄ₁−Ｄ₂｜を、特定の大きさとすることにより、モールド１を用いて被転写基板上の硬化性樹脂に形成されたアライメントマークが、可視光で解像しない線幅の微細パターンから構成されるものであっても、高精度に位置合わせすることを可能にしている。

図３は、本発明に係るモールドを用いて被転写基板上の硬化性樹脂に形成されたアライメントマークについて説明する図である。
ここで、図３（ａ）は、モールド１の凹凸パターンと被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に形成された凹凸パターンとの関係を、より解りやすく示すための図であり、図３（ｂ）は、被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に形成された凹凸パターンの構成を説明するための図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、モールド１を用いたパターン形成により、被転写基板５０の上の硬化性樹脂６０には、モールド１の第１のパターン２の凹凸形状（より詳しくは、凹凸反転形状）が転写された第１の転写パターン６１と、モールド１の第２のパターン３の凹凸形状（より詳しくは、凹凸反転形状）が転写された第２の転写パターン６２が形成される。この第２の転写パターン６２は、被転写基板側のアライメントマークとしても利用されるものである。
そして、図３（ｂ）に示すように、第１の転写パターン凸部６１Ｔの最表面の高さ位置と、第２の転写パターン凸部６２Ｔの最表面の高さ位置との差は、｜Ｄ₁−Ｄ₂｜となる。

なお、被転写基板５０は、基板５１の主面に反射膜５２が形成された構成を有するものである。この反射膜５２は、アライメント光を反射する膜として作用するものである。さらに、反射膜５２は、後述するパターン形成方法において、エッチングマスクとして作用するものであってもよい。

図４は、本発明に係るモールドを用いて被転写基板上の硬化性樹脂に形成されたアライメントマークの作用効果について説明する図である。ここで、図４（ａ）はアライメント光の光路差について示す図であり、図４（ｂ）は検出されるアライメント光（反射光）の強度について示す図である。

図４（ａ）に示すように、第１の転写パターン６１の凸部（第１の転写パターン凸部６１Ｔ）に入射し、反射膜５２で反射するアライメント光７１と、第２の転写パターン６２の凸部（第２の転写パターン凸部６２Ｔ）に入射し、反射膜５２で反射するアライメント光７２の光路差（経路差に媒質の屈折率を掛けたもの）は、アライメント光７１、７２の波長をλ_Rとし、硬化性樹脂６０の硬化後の波長λ_Rにおける屈折率をｎ_Rとし、モールド１の周囲の大気の屈折率をｎ_Aとした場合に、
ｎ_R×２×｜Ｄ₁−Ｄ₂｜−ｎ_A×２×｜Ｄ₁−Ｄ₂｜
となる。
なお、通常、ｎ_Aの数値は１とすることができるため、上式は、
２×｜Ｄ₁−Ｄ₂｜×（ｎ_R−１）
と表せる。

それゆえ、アライメント光７１、７２の波長をλ_Rとし、硬化性樹脂６０の硬化後の波長λ_Rにおける屈折率をｎ_Rとした場合に、上記の｜Ｄ₁−Ｄ₂｜の２倍の数値を、
ｄ_R＝λ_R／｛２（ｎ_R−１）｝
で表される数値ｄ_Rの奇数倍の大きさとなるように設計することにより、アライメント光７１の反射光とアライメント光７２の反射光の関係を、互いに位相が反転した関係とすることができる。これにより、アライメント光７１の反射光とアライメント光７２の反射光は、互いに打ち消し合うように作用する。

それゆえ、図４（ｂ）に示すように、第１の転写パターン６１が形成された領域と第２の転写パターン６２が形成された領域との境界、より詳しくは、第１の転写パターン６１の凸部（第１の転写パターン凸部６１Ｔ）と、隣接する第２の転写パターン６２の凸部（第２の転写パターン凸部６２Ｔ）との間で、アライメント光（より詳しくは、アライメント光の反射光）の強度を小さくすることができる。

したがって、図４（ｂ）に示すように、アライメント光（より詳しくは、アライメント光の反射光）の強度分布を検出することにより、極小点間の距離ＬＲを得ることができ、その中心位置から被転写基板５０のアライメントマークの中心位置（より詳しくは、被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０の第２の転写パターン６２の中心位置）を精度良く得ることができる。
そして、アライメントマークの中心位置を精度良く得ることで、被転写基板５０の位置情報を精度良く得ることができ、この被転写基板５０の位置情報からモールド１と被転写基板５０を高精度に位置合わせすることができる。

また、本発明においては、反射光を利用するため、透過光を利用する場合に比べて、光路差を形成する長さを１／２にできる。より詳しくは、透過光を利用する場合に比べて、上記の｜Ｄ₁−Ｄ₂｜の数値を１／２に縮小することができる。
これは、モールド１に微細なパターン（第１のパターン２及び第２のパターン３）を形成することを、より容易にする効果がある。また、モールド１を用いて硬化性樹脂６０にパターン（第１の転写パターン６１及び第２の転写パターン６２）を形成する際にも、幅に比べて高さの高い樹脂パターンが離型に際してちぎれてしまうような不具合を、より防止する効果がある。

以下、各材料について説明する。

（モールド１を構成する材料）
モールド１を構成する材料は、光インプリント法に用いることが可能なものであって、インプリント時における露光光を透過できるものである。
この露光光には、一般に、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲、特に３００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、さらに典型的には３６５ｎｍ（いわゆるｉ線）の紫外線が用いられる。

モールド１を構成する材料としては、光インプリント法に適用可能なものであれば用いることができ、例えば、合成石英、ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、及びアクリルガラス等の透明材料や、これら透明材料の積層構造物を挙げることができる。特に、合成石英は、剛性が高く、熱膨張係数が低く、かつ一般に使用される波長である３００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲での透過率が良いため、モールド１に用いる材料として適している。

（基板５１を構成する材料）
基板５１を偏光子等の光学部材に用いる場合、基板５１を構成する材料としては、例えば、合成石英、ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、及びアクリルガラス等の透明材料や、これら透明材料の積層構造物を挙げることができる。基板５１は樹脂から構成されていても良い。
また、他の用途に用いる場合、基板５１は可視光に対して不透明なものであっても良い。例えば、基板５１は、シリコン（Ｓｉ）や各種金属を含む材料から構成されていても良い。

（反射膜５２を構成する材料）
反射膜５２を構成する材料としては、アライメント光７１、７２を反射する膜として作用するものであれば用いることができる。
ここで、アライメント光７１、７２には、硬化性樹脂６０を硬化させないように、露光光とは異なる波長の光を用いることが好ましい。アライメント光７１、７２には、例えば、波長４００ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲（特に６３３ｎｍ近傍）の可視光を用いることができる。他に、水銀ランプのｅ線（５４６ｎｍ）やナトリウムＤ線（５８９ｎｍ）を用いることができる。
また、反射膜５２は、後述するパターン形成方法において、エッチングマスクとして作用するものであっても良い。

反射膜５２を構成する材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）等を含む材料を挙げることができる。反射膜５２は単層構造であっても良く、複数の材料からなる積層構造であっても良い。
ここで、反射膜５２は、その膜厚が薄すぎると反射の効果が小さくなってしまう。一方、その膜厚が厚すぎると、後のエッチング加工等に際し、微細な加工に適さなくなってしまう。
反射膜５２を構成する材料として、クロム（Ｃｒ）を用いる場合、その膜厚は、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とすることができる。

（硬化性樹脂６０）
硬化性樹脂６０としては、光インプリント法に適用可能な光硬化性の樹脂であれば用いることができ、紫外線により硬化する紫外線硬化性樹脂を好適に用いることができる。
例えば、ＰＡＫ−０１（東洋合成工業社製）、ＮＩＰ−Ｋ（Zen Photonics製）、およびＴＳＲ−８２０（帝人製機製）等を挙げることができる。
上記のような硬化性樹脂６０の、波長４００ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲の光における屈折率は、一般的には１．５〜１．７程度である。

＜インプリント用モールドの製造方法＞
次に、本発明に係る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５、６は、本発明に係るモールドの製造方法の一例について示す概略工程図である。
図５、６に示す製造方法により上記のモールド１を製造するには、まず、基材１１を準備し、その主面上にハードマスク層１２を形成する（図５（ａ））。

基材１１は、モールド１と同じ材料から構成され、光インプリント法に用いることが可能なものであって、インプリント時における露光光を透過できるものである。例えば、合成石英は、基材１１に用いる材料として適している。

ハードマスク層１２は、後の工程で所定のパターン状に加工され、モールド１の第１のパターン２及び第２のパターン３を形成する際に、エッチングマスクとして作用するものである。ハードマスク層１２を構成する材料は、上記のエッチングマスクとして作用することができるものである。ハードマスク層１２としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等を含む金属膜や、その酸化膜、窒化膜等を挙げることができる。

次に、ハードマスク層１２の上に第１の樹脂パターン１３を形成する（図５（ｂ））。
この第１の樹脂パターン１３は、モールド１の第１のパターン２及び第２のパターン３を形成するためのもの（より詳しくは、ハードマスクパターン１２Ｐを形成するためのもの）であって、例えば、電子線レジストを塗布し、電子線描画、現像して形成することができる。また、ナノインプリント法を用いて硬化性樹脂を所定の形状に加工することで形成しても良い。

次に、第１の樹脂パターン１３から露出するハードマスク層１２をエッチングして、ハードマスクパターン１２Ｐを形成する（図５（ｃ））。例えば、ハードマスク層１２にクロム（Ｃｒ）を含む金属膜を用いた場合、このエッチングには、酸素と塩素の混合ガスによるドライエッチングを用いることができる。

次に、第１の樹脂パターン１３及びハードマスクパターン１２Ｐから露出する基材１１を所定の深さ（Ｄ₂）でエッチングし（図５（ｄ））、次いで、第１の樹脂パターン１３を除去する（図６（ｅ））。
この所定の深さ（Ｄ₂）は、モールド１の第２のパターン３の第２の凹部３Ｂの深さＤ₂に相当するものである。基材１１が合成石英から構成される場合、このエッチングには、フッ素系ガスによるドライエッチングを用いることができる。また、第１の樹脂パターン１３の除去には、例えば、酸素ガスによるアッシングを用いることができる。

なお、図５、６に示す例においては、第１の樹脂パターン１３を残した状態で基材１１をエッチングし（図５（ｄ））、その後、第１の樹脂パターン１３を除去しているが（図６（ｅ））、本発明においては、これに限定されず、先に第１の樹脂パターン１３を除去し、その後、ハードマスクパターン１２Ｐをエッチングマスクに用いて、ハードマスクパターン１２Ｐから露出する基材１１を所定の深さ（Ｄ₂）でエッチングしてもよい。

次に、第２の樹脂パターン１４を所定の領域に形成する（図６（ｆ））。
この所定の領域は、モールド１の第２のパターン３が形成される領域に相当するものである。第２の樹脂パターン１４は、例えば、電子線レジストを塗布し、電子線描画、現像することで形成することができる。

次に、第２の樹脂パターン１４及びハードマスクパターン１２Ｐから露出する基材１１を所定の深さ（Ｄ₁−Ｄ₂）でエッチングする（図６（ｇ））。
この所定の深さのＤ₁は、モールド１の第１のパターン２の第１の凹部２Ｂの深さＤ₁に相当するものである。基材１１が合成石英から構成される場合、このエッチングには、フッ素系ガスによるドライエッチングを用いることができる。

その後、第２の樹脂パターン１４及びハードマスクパターン１２Ｐを除去して、第１のパターン２及び第２のパターン３を有するモールド１を得る（図６（ｈ））。
第２の樹脂パターン１４の除去には、例えば、酸素ガスによるアッシングを用いることができる。また、ハードマスクパターン１２Ｐにクロム（Ｃｒ）を含む金属膜を用いた場合、この除去には、酸素と塩素の混合ガスによるドライエッチングを用いることができる。

＜パターン形成方法＞
次に、本発明に係るインプリント用モールドを用いたパターン形成方法、特に、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成する方法について説明する。

図７、８は、本発明に係るモールドを用いたパターン形成方法の一例について示す図である。
本方法により、モールド１に形成された凹凸形状の転写パターン（第１のパターン２及び第２のパターン３）を、大面積の被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に連続的に転写形成するには、まず、従来のナノインプリント法と同様にして、第１の（最初の）インプリントを行う。

より具体的には、図７（ａ）に示すように、モールド１のパターンが形成された面と被転写基板５０上の硬化性樹脂６０を対向配置して、互いを接触させ、この状態で、モールド１と接触している硬化性樹脂６０を硬化させ、モールド１が有する第１のパターン２から第１の転写パターン６１を硬化性樹脂６０に形成すると共に、モールド１が有する第２のパターン３から第２の転写パターン６２を硬化性樹脂６０に形成し、その後、モールド１を被転写基板５０上の硬化性樹脂６０から離型する（第１の工程）。

硬化性樹脂６０を硬化させる方法としては、硬化性樹脂６０に紫外線硬化性樹脂を用い、モールド１の裏面（パターンが形成されていない面）側から、パターンを形成する領域に紫外線を照射する方法を挙げることができる。

この第１の（最初の）インプリントにおいては、そもそも繋ぎ目は生じないため、原則、高精度なアライメントは不要である。それゆえ、例えば、被転写基板５０の外形を基準としたアライメント程度で良い。

次に、図７（ｂ）に示すように、モールド１と被転写基板５０との相対位置を変化させ（第２の工程）、先のインプリント（第１のインプリント）により被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に形成された第２の転写パターン６２を用いたアライメントにより、モールド１と被転写基板５０との位置を合わせる（第３の工程）。

このアライメント工程（第３の工程）において、被転写基板５０側の位置については、図４を用いて説明したように、波長λ_Rを含む光をアライメントに使用して、第２の転写パターン６２の位置を検出することで、被転写基板５０の位置情報（より詳しくは、被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０の位置情報）を得ることができる。

一方、モールド１側の位置については、別途取得したモールド１の位置情報を利用すれば良い。
被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０の位置情報（第２の転写パターン６２等の位置情報）は、上記の第１の（最初の）インプリントを行うまでは、正確な位置情報を得ることは出来ないが、モールド１側の位置については、このような制約はなく、例えば、このパターン形成方法に用いるパターン形成装置にモールド１を装着した際に、パターン形成装置におけるモールド１の相対位置を把握できていれば良い。

例えば、このパターン形成方法に用いるパターン形成装置にモールド１を装着した際に、モールド１の第２のパターン３の位置を検出することで、パターン形成装置におけるモールド１の相対位置を把握する方法を採用しても良い。
また、別途、モールド１に設けたマーク等を用いてパターン形成装置におけるモールド１の相対位置を把握する方法を採用しても良い。

次に、上記の位置合わせされた相対位置で、従来のナノインプリント法と同様にして、第２のインプリントを行う。
より具体的には、図７（ｃ）に示すように、上記の位置合わせされた相対位置で、モールド１のパターンが形成された面を被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に接触させ、この状態で、モールド１と接触している硬化性樹脂６０を硬化させ、モールド１が有する第１のパターン２から第１の転写パターン６１を硬化性樹脂６０に形成すると共に、モールド１が有する第２のパターン３から第２の転写パターン６２を硬化性樹脂６０に形成し、その後、モールド１を被転写基板５０上の硬化性樹脂６０から離型する（第４の工程）。

この第２のインプリントにおいて形成された転写パターンと、第１の（最初の）インプリントで形成した転写パターンとの間には、原則、繋ぎ目が存在することになるが、上記のようなアライメントにより、モールド１と被転写基板５０（より詳しくは、被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０）を高精度に位置合わせできるため、この繋ぎ目は目視で見えないようにすることができる。

次に、図７（ｄ）に示すように、再び、モールド１と被転写基板５０との相対位置を変化させ（第２の工程）、先のインプリント（第２のインプリント）により被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に形成された第２の転写パターン６２を用いたアライメントにより、モールド１と被転写基板５０（より詳しくは、被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０）との位置を合わせる（第３の工程）。

次に、上記の位置合わせされた相対位置で、従来のナノインプリント法と同様にして、第３のインプリントを行う。
より具体的には、図８（ｅ）に示すように、上記の位置合わせされた相対位置で、モールド１のパターンが形成された面を被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に接触させ、この状態で、モールド１と接触している硬化性樹脂６０を硬化させ、モールド１が有する第１のパターン２から第１の転写パターン６１を硬化性樹脂６０に形成すると共に、モールド１が有する第２のパターン３から第２の転写パターン６２を硬化性樹脂６０に形成し、その後、モールド１を被転写基板５０上の硬化性樹脂６０から離型する（第４の工程）。

その後も同様の工程を繰り返すことで、すなわち、モールド１と被転写基板５０との相対位置を変化させる工程（第２の工程）、モールド１と被転写基板５０との位置を合わせる工程（第３の工程）、インプリント工程（第４の工程）、の一連の工程を繰り返すことで、図８（ｆ）に示すように、モールド１のパターンを、大面積の被転写基板５０上の硬化性樹脂６０に連続的に転写形成することができる。

ここで、図８（ｆ）に示すように、硬化性樹脂６０に形成された転写パターンには、第１の転写パターン６１のみならず、第２の転写パターン６２も含まれている。すなわち、この状態では、上記インプリントにおける繋ぎ目は、目視で見えないようにすることができていても、アライメントマーク（第２の転写パターン６２）は、その領域の大きさによっては、識別できてしまう。

そこで、次に、図８（ｇ）に示すように、硬化性樹脂６０から露出する箇所の反射膜５２をエッチングして除去し、続いて、図８（ｈ）に示すように、硬化性樹脂６０及び反射膜５２から露出する基板５１を所定の深さでエッチングする。
例えば、反射膜５２がクロム（Ｃｒ）から構成される場合、このエッチングには、酸素と塩素の混合ガスによるドライエッチングを用いることができる。
また、被転写基板５０がガラスから構成される場合、このエッチングには、フッ素系ガスによるドライエッチングを用いることができる。

その後、硬化性樹脂６０及び反射膜５２を除去して、図８（ｉ）に示すように、凹凸形状の微細パターンが連続的に形成された構造体９０を得ることができる。一例として、構造体９０の、微細パターンが連続的に形成された面積は、Ａ３サイズ（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）とすることができる。

なお、図８（ｈ）に示す例においては、硬化性樹脂６０と反射膜５２をエッチングマスクに用いて、基板５１を所定の深さでエッチングしているが、本発明においては、その他の方法として、例えば、まず、硬化性樹脂６０を除去し、エッチング加工された反射膜５２のみをエッチングマスクに用いて、基板５１を所定の深さでエッチングしてもよい。
その後、反射膜５２を除去することで、同様に、図８（ｉ）に示す構造体９０を得ることができる。

ここで、上記図２を用いて説明したように、モールド１の第１のパターン２及び第２のパターン３は、線幅（Ｗ）及びピッチ（Ｐ）が互いに等しいラインアンドスペースパターンであり、平面視において、第２のパターン３は、第１のパターン２と連続するラインアンドスペースパターンを構成している。
それゆえ、この構造体９０に形成された微細パターンは、全域において、線幅、ピッチ、深さが互いに等しいラインアンドスペースパターンとなり、この構造体９０においては、もはやアライメントマーク（より詳しくは、第２の転写パターン６２の痕跡）は識別できないことになる。

すなわち、本発明のインプリント用テンプレート、及び、該モールドを用いたパターン形成方法を用いることにより、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、可視光で解像しない線幅の微細パターンであっても高精度に位置合わせして、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成することができる。

なお、上記の図７、８に示すパターン形成方法においては、図７（ｃ）に示すように、モールド１のアライメントマーク（第２のパターン３）と、先のインプリントで硬化性樹脂６０に形成した第２の転写パターン６２を、重ねるようにインプリントする例を示したが、本発明はこれに限定されず、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、高精度に位置合わせしてインプリントできれば良い。

例えば、モールド１の位置情報と、被転写基板５０の位置情報（より詳しくは、被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０の位置情報）を個別に取得しておき、各位置情報に基づいて、モールド１と被転写基板５０を位置決め配置して、図９、１０に示すように、先のインプリントで硬化性樹脂６０に形成した転写パターンとは重ねずに、先のインプリントで硬化性樹脂６０に形成した転写パターンの最外部に位置するパターンに続いて連続的に（全域で線幅及びピッチが連続的に等しいラインアンドスペースパターンとなるように）パターン形成してもよい。

＜パターン形成装置＞
次に、本発明に係るパターン形成装置について説明する。
図１１は、本発明に係るパターン形成装置の構成を示す概略図である。

図１１に示すように、本発明に係るパターン形成装置１００は、モールド１を被転写基板５０の上に形成された硬化性樹脂６０に接触させて、硬化性樹脂６０に凹凸形状の転写パターンを形成するパターン形成装置であって、モールド１を移動させるモールド移動機構１０１と、被転写基板５０を移動させる被転写基板移動機構１０３と、被転写基板５０の上の硬化性樹脂６０に形成された第２の転写パターン６２をアライメントマークに用いて、被転写基板５０の位置を光学的に検出する検出機構１０４と、モールド移動機構１０１、被転写基板移動機構１０３、及び、検出機構１０４を制御する制御機構１０５と、を備えている。

検出機構１０４は、波長λ_Rを含む光を、硬化性樹脂６０に形成された第２の転写パターン６２に照射し、その反射光を検出し、検出した反射光から、制御機構１０５が、第２の転写パターン６２の位置を取得し、取得した位置情報に基づいて、制御機構１０５が、モールド移動機構１０１、及び、被転写基板移動機構１０３を操作して、モールド１と被転写基板５０との位置合わせを行う。

そして、制御機構１０５が、モールド移動機構１０１、及び、被転写基板移動機構１０３を操作して位置合わせした位置で、モールド１を被転写基板５０の上の硬化性樹脂６０に接触させて、モールド１が有する第１のパターン２から第１の転写パターン６１を硬化性樹脂６０に形成すると共に、モールド１が有する第２のパターン３から第２の転写パターン６２を硬化性樹脂６０に形成する。

ここで、図１１に示すパターン形成装置１００は、露光機構１０２を備えており、この露光機構１０２も制御機構１０５により制御されている。この露光機構１０２が、紫外線を照射して、モールド１によりパターン形成された硬化性樹脂６０を硬化させる。

上記の本発明のパターン形成方法に、このパターン形成装置１００を用いることで、パターン形成した被転写基板において、繋ぎ目やアライメントマークが目視で見えなくなるようにしつつ、可視光で解像しない線幅の微細パターンであっても高精度に位置合わせして、モールドに形成されたパターンの領域よりも大きい面積に、微細パターンを連続的に形成することができる。

なお、本発明に係るパターン形成装置は、本発明に係るインプリント用モールド、及び、反射膜が形成された基板を用い、被転写基板の上の硬化性樹脂に形成された第２の転写パターンをアライメントマークに用いて、被転写基板の位置を光学的に検出し、連続的に（基板全域で線幅及びピッチが連続的に等しいラインアンドスペースパターンとなるように）パターン形成できる点において特徴があり、その他の構成については、従来のインプリント装置と同様の構成とすることができる。

以上、本発明に係るインプリント用モールド、該モールドを用いたパターン形成方法、及び、パターン形成装置について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

１ モールド
２ 第１のパターン
２Ｔ 第１の凸部
２Ｂ 第１の凹部
３ 第２のパターン
３Ｔ 第２の凸部
３Ｂ 第２の凹部
１１ 基材
１２ ハードマスク層
１２Ｐ ハードマスクパターン
１３ 第１の樹脂パターン
１４ 第２の樹脂パターン
５０ 被転写基板
５１ 基板
５２ 反射膜
６０ 硬化性樹脂
６１ 第１の転写パターン
６１Ｔ 第１の転写パターン凸部
６１Ｂ 第１の転写パターン凹部
６２ 第２の転写パターン
６２Ｔ 第２の転写パターン凸部
６２Ｂ 第２の転写パターン凹部
７１、７２ アライメント光
８１ 第１のエッチングガス
８２ 第２のエッチングガス
９０ 構造体
１００ パターン形成装置
１０１ モールド移動機構
１０２ 露光機構
１０３ 被転写基板移動機構
１０４ 検出機構
１０５ 制御機構

Claims (7)

1. 被転写基板の上の硬化性樹脂に、凹凸形状の転写パターンを形成するためのインプリント用モールドであって、
   複数の第１の凹部から構成される第１のパターンと、複数の第２の凹部から構成され、アライメントマークとして利用される第２のパターンと、を有し、
   前記第１のパターンと前記第２のパターンの最表面の高さが互いに等しく、
   前記複数の第１の凹部のピッチと前記複数の第２の凹部のピッチが互いに等しく、
   前記第２のパターンから前記硬化性樹脂に形成される第２の転写パターンを、被転写基板側のアライメントマークとして利用する際の、アライメントに使用する光に含まれる波長をλ_Rとし、
   前記被転写基板の上の硬化性樹脂の硬化後の波長λ_Rにおける屈折率をｎ_Rとした場合に、
   前記第１の凹部の深さＤ₁と前記第２の凹部の深さＤ₂との差｜Ｄ₁−Ｄ₂｜の２倍の数値が、
   ｄ_R＝λ_R／｛２（ｎ_R−１）｝
   で表される数値ｄ_Rの奇数倍の大きさであることを特徴とする、インプリント用モールド。
2. 被転写基板の上の硬化性樹脂に凹凸形状の転写パターンを形成するパターン形成方法であって、
   インプリント用モールドとして、請求項１に記載のインプリント用モールドを用い、かつ、前記被転写基板として、主面にアライメントに使用する光を反射する反射膜が形成された基板を用い、
   前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上に形成された硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成し、その後、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂から離型する、第１の工程と、
   前記インプリント用モールドと前記被転写基板との相対位置を変化させる、第２の工程と、
   前記被転写基板の上の硬化性樹脂に形成された第２の転写パターンをアライメントマークに用いて、前記インプリント用モールドと前記被転写基板との位置を合わせる、第３の工程と、
   前記第３の工程によって位置合わせされた相対位置で、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成し、その後、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂から離型させる、第４の工程と、
   を有し、
   前記第３の工程において、波長λ_Rを含む光をアライメントに使用して、前記第２の転写パターンに照射し、その反射光から前記第２の転写パターンの位置を検出することを特徴とする、パターン形成方法。
3. 前記第１の工程の後に、前記第２の工程から前記第４の工程を繰り返すことを特徴とする、請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 前記硬化性樹脂が、紫外線により硬化する紫外線硬化性樹脂であり、
   前記アライメントに使用する光が、前記紫外線硬化性樹脂を硬化させる紫外線とは波長が異なる光であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のパターン形成方法。
5. 前記アライメントに使用する光の波長が、３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項４に記載のパターン形成方法。
6. インプリント用モールドとして、請求項１に記載のインプリント用モールドを用い、かつ、被転写基板として、主面にアライメントに使用する光を反射する反射膜が形成された基板を用い、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上に形成された硬化性樹脂に接触させて、該硬化性樹脂に凹凸形状の転写パターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記インプリント用モールドを移動させるモールド移動機構と、
   前記被転写基板を移動させる被転写基板移動機構と、
   前記被転写基板の上の硬化性樹脂に形成された第２の転写パターンをアライメントマークに用いて、前記被転写基板の位置を光学的に検出する検出機構と、
   前記モールド移動機構、前記被転写基板移動機構、及び、前記検出機構を制御する制御機構と、を備え、
   前記検出機構が、前記波長λ_Rを含む光を前記第２の転写パターンに照射し、その反射光を検出し、
   前記検出した反射光から、前記制御機構が、前記第２の転写パターンの位置を取得し、
   前記取得した位置情報に基づいて、前記制御機構が、前記モールド移動機構、及び、前記被転写基板移動機構を操作して、前記インプリント用モールドと前記被転写基板との位置合わせを行うことを特徴とする、パターン形成装置。
7. 前記制御機構が、前記モールド移動機構、及び、前記被転写基板移動機構を操作して、前記位置合わせした位置で、前記インプリント用モールドを前記被転写基板の上の硬化性樹脂に接触させて、前記インプリント用モールドが有する第１のパターンから第１の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成すると共に、該インプリント用モールドが有する第２のパターンから第２の転写パターンを前記硬化性樹脂に形成することを特徴とする、請求項６に記載のパターン形成装置。

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