JP2002289560A - インプリント方法およびインプリント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広い面積の鋳型パタンを均等にプレスすること
を可能にし、プレス面全域において均一性の高い鋳型パ
タンの転写が行えるインプリント方法及びインプリント
装置を提供すること。 【解決手段】ウェハ５上に成膜されたウェハ加工用膜６
に、鋳型基板３上に形成された鋳型パタン４をプレスし
て、鋳型パタン４をウェハ加工用膜６に転写するインプ
リント方法及びインプリント装置において、プレスする
方向に対する鋳型パタン４の高さを、プレス面の中央か
ら周縁にかけて減少させて、プレス時のプレス面におけ
るプレス圧力の不均一性を、前記高さの減少が無い場合
に比べて低下させることを特徴とするインプリント方法
及びインプリント装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ上に成膜さ
れたウェハ加工用膜に、鋳型基板上に形成された鋳型パ
タンをプレスして、該鋳型パタンを該ウェハ加工用膜に
転写するインプリント方法及びインプリント装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路や光回路の高集積
化が目覚ましい速度で実現されている。これを技術的に
支えているのは、これらのデバイスに対応する回路パタ
ンをシリコン基板等の被加工ウェハ上に成膜されたウェ
ハ加工用膜、例えば、レジスト膜に投影露光する光リソ
グラフィ技術の進歩である。工業用には、これまで紫外
線光源を用いた縮小投影露光装置（ステッパ）が主に用
いられてきており、光源の波長を超高圧水銀灯のｇ線の
４３６ｎｍ、ｉ線の３６５ｎｍ、ＫｒＦエキシマレーザ
の２４８ｎｍと短くすることにより解像性が向上してき
た。さらに波長の短いＡｒＦエキシマレーザ（波長１９
３ｎｍ）も開発された。しかしながら、これらの非常に
高価なステッパを用いたデバイス製造プロセスは、少量
多品種のデバイス製造にはコスト的に適用できない。

【０００３】これに対して、鋳型パタンを被加工ウェハ
上のウェハ加工用膜にプレスしてパタンを形成するイン
プリント方法を用いたデバイス製造方法は、高価なステ
ッパが必要でなく、プロセスも簡便になるために、デバ
イス製造コストが安価になる利点がある。このことか
ら、今後、この方法の応用範囲が広がるものとして期待
されており、この方法の実用化が急がれている。

【０００４】従来、インプリント方法及びインプリント
装置の開発においては、鋳型パタンをレジスト等のウェ
ハ加工用膜が成膜された被加工ウェハにプレスするに際
して、可能な限り大きな面積の鋳型パタンを同時にプレ
スすることを要求されるのが通常である。これにより多
数のデバイスが同時に製造できるようになるため生産性
が向上する、あるいはより大きな面積のデバイスの製造
が可能になるため、本方法の適用範囲が広がるなどの利
点が生まれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
面積を大きくすると、プレス面全域でのプレス圧力に不
均一なばらつきが生じ、結果としてプレス面の一部位で
パタンが形成できない、あるいはプレス面全域で均一な
パタン形状が得られないなどの問題が生じていた。

【０００６】プレス面全域でパタンを形成するための一
つの解決策として、プレス圧力の弱い部分においてもパ
タンが形成できる圧力になるように、全体のプレス圧力
を上げることが考えられるが、そのためにはより大きな
プレス圧力が出力可能な大型のプレス装置が必要になる
問題があった。さらに、もともとプレス圧力の強い部分
では必要以上のプレス圧力が掛かるため、パタン変形が
生じるだけでなく、レジスト膜が被加工ウェハから剥離
して鋳型パタンに付着するなどの新たな問題が発生す
る。

【０００７】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、広い面積の鋳型パタンを均
等にプレスすることを可能にし、プレス面全域において
均一性の高い鋳型パタンの転写が行えるインプリント方
法及びインプリント装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、請求項１に記載のように、ウェハ上に成
膜されたウェハ加工用膜に、鋳型基板上に形成された鋳
型パタンをプレスして、該鋳型パタンを該ウェハ加工用
膜に転写するインプリント方法において、プレスする方
向に対する該鋳型パタンの高さに場所による高低差を与
えて、プレス時のプレス面におけるプレス圧力の不均一
性を、該高低差が無い場合に比べて低下させることを特
徴とするインプリント方法を構成する。

【０００９】また、本発明は、請求項２に記載のよう
に、プレス手段を備えたプレス機構を有し、該プレス手
段によって、ウェハ上に成膜されたウェハ加工用膜に、
鋳型基板上に形成された鋳型パタンをプレスして、該鋳
型パタンを該ウェハ加工用膜に転写するインプリント装
置において、該鋳型パタンに、プレスする方向に対する
該鋳型パタンの高さが場所によらず一定である場合に比
べてプレス面におけるプレス圧力の不均一性が低下する
ような該高さの場所による高低差を与える手段を有する
ことを特徴とするインプリント装置を構成する。

【００１０】また、本発明は、請求項３に記載のよう
に、上記プレス機構が、上記プレス手段と上記鋳型基板
との間に介在する弾性体を備えていることを特徴とする
請求項２に記載のインプリント装置を構成する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係るインプリント方法及
びインプリント装置は、レジスト膜等のウェハ加工用膜
へのインプリントに際して、例えば、鋳型基板の中央部
に形成された鋳型パタンと周辺部に形成された鋳型パタ
ンのプレスする方向に対する高さに適正な高低差を与え
てプレスを行うこと、及び、プレスの方向がウェハ加工
用膜の面に対して正しく垂直であるようにしてプレスす
ることで、プレス面（パタンの転写が行われる面）全域
で均等なプレスができるような対策を講じている。すな
わち、通常の、パタンの上記の高さに高低差の無い鋳型
パタンをプレスしたときにプレス圧力が強くなる部分の
鋳型パタンが、プレス圧力が弱くなる部分の鋳型パタン
より、プレス方向の高さに関して低くなるように鋳型基
板の平面度を補正できるようにしている。また、インプ
リント装置においては、プレスする方向がウェハ面に対
して垂直になるようなプレス機構が具備される。

【００１２】以下、本発明の実施の形態例を説明する。

【００１３】図１は、本発明のインプリント方法及びイ
ンプリント装置の典型的な実施の形態例を説明する概略
図である。図中、１はプレス機構であり、１−１はプレ
ス手段である本体、１−２は鋳型基板チャック保持治
具、１−３は弾性体、２は鋳型基板チャック、３は鋳型
基板、４は鋳型パタン全体を示し、そのうち４−１は周
辺部の鋳型パタン、４−２は中央部の鋳型パタン、５は
ウェハ、６はウェハ加工用膜、７はウェハチャック、８
はウェハ５の温度調節機構、９はウェハステージであ
る。図中でＬ１及びＬ２はそれぞれ鋳型基板３周辺部の
鋳型パタン４−１と中央部の鋳型パタン４−２に対応す
る範囲を意味する長さ記号である。また、△Ｈ１は鋳型
パタン４をプレスするときの鋳型基板３周辺部の鋳型パ
タン４−１と中央部の鋳型パタン４−２のプレスの方向
に対する最大高低差を意味する長さ記号である。

【００１４】鋳型基板３として、ドライエッチング法を
利用して５２５μｍ厚の４インチシリコン基板全面に凸
型の柱状パタンを０．７μｍ高さにエッチングした後、
１０ｍｍ角に切り出したものを用いた。この場合の柱状
パタンの面積密度は場所に対して一定であり、パタンの
模様は場所によって変わらないものとする。

【００１５】鋳型基板チャック２には多孔質シリコンの
真空チャックを利用し、サイズは直径１５ｍｍの円筒型
とし、１０ｍｍ角の鋳型基板３の全面が真空吸着できる
ようにした。さらに、鋳型基板３の対角線方向にＬｌ、
Ｌ２を定義したとき、それぞれに相当する長さとして４
ｍｍと６ｍｍを選択して、△Ｈ１が３μｍになるように
鋳型基板チャック２をテーパ加工した。すなわち、鋳型
基板チャック２の中心部の直径６ｍｍの円内はフラット
な面に研磨し、周辺の４.５ｍｍの環状の帯は外周に向
けて次第に低くなるように研磨していった。最外周で中
央部に比べて４μｍ低くなるようにして、△Ｈｌの３μ
ｍを確保した。この鋳型基板チャック２に多孔質シリコ
ンを使うことにより鋳型基板３の全面を均一に吸引する
ことが可能となり、鋳型基板３のチャック後の平面度は
鋳型基板チャック２の平面度にならうように補正するこ
とが可能となった。

【００１６】なお、この鋳型基板チャック２は鋳型基板
３の全面を均一にチャックでき、その平面度を補正でき
るものであれぱ、静電チャックでも同様の効果が得られ
るのはもちろんである。鋳型基板チャック２のチャック
面と対向する面、すなわち裏面は可能な限りチャック面
の中心部の平面と平行になるように加工した。

【００１７】上記鋳型基板チャック２の裏面をプレス機
構本体１−１を用いて押し出すことにより鋳型パタン４
をウェハ５上に成膜されたウェハ加工用膜６にプレスし
た。この際、鋳型パタン４のウェハ５の面に対するプレ
スの方向が垂直になるように、鋳型基板チャック保持治
具１−２と弾性体１−３をプレス機構１に追加した。鋳
型基板チャック保持冶具１−２は鋳型基板チャック２を
吊るすように保持する役割を有するが、鋳型パタン４を
ウェハ加工用膜６に押しつける働きはない。鋳型パタン
４をウェハ加工用膜６に押しつける力は、もっぱら、プ
レス機構本体１−１と鋳型基板チャック２の裏面との間
に介在する弾性体１−３（この場合には皿バネ）によっ
て与えられる。鋳型基板チャック２のチャック面と裏面
の平行度のずれ、鋳型基板チャック２の裏面とプレス機
構本体１−１のプレス面との平行度のずれなどによっ
て、鋳型パタン４をウェハ加工用膜６に押しつける力の
方向と、加工用膜６の面に垂直な方向との間に、角度ず
れがある場合に、弾性体１−３は、それ自体の弾性変形
によって、その角度ずれを小さくする機能を有する。な
お、はじめから、上記の角度ずれが無い場合には、弾性
体１−３を剛体で置き換えても支障が無い。

【００１８】上記の機能の結果として、周辺部の鋳型パ
タン４−１と中心部鋳型パタン４−２とに所望の高低差
を与えながら、均一な圧力と正しい角度の力で鋳型パタ
ン４−１をウェハ加工用膜６にプレスすることが可能と
なった。

【００１９】ウェハ５としては、５２５μｍ厚の４イン
チシリコン基板を用いた。鋳型パタン４を転写するウェ
ハ加工用膜６にはＰＭＭＡレジストを用いた。先ず、ウ
ェハ５にＰＭＭＡレジストを０.３μｍ膜厚でスピン塗
布し、１５０℃で１２０秒間、ホットプレート上でベー
クした後、ウェハチャック７に真空吸着により装着し
た。プレスに先立ちウェハ５の温度が、ＰＭＭＡのガラ
ス転移温度１０５℃よりも高い１５０℃になるように、
ウェハ温度調節機構８を用いて、昇温した。次に、プレ
ス機構１を用いて鋳型基板３を押し下げることによりプ
レスを行った。ウェハ温度が１５０℃でプレスを開始
し、プレス圧力が８０ＭＰａとなるようにして１０分間
プレスした。プレス終了前５分間で、温度調節機構８に
冷却水を流すことにより基板温度を７０℃まで下げて、
両者を引き離した。これにより、プレス面の約の９．７
ｍｍ角においてプレス深さ０.２μｍの均一なプレスが
可能であった。しかし、最外周の１５０μｍ程度はプレ
ス不足になる傾向にあった。この問題に対しては、予め
鋳型基板３をその分だけ大きめに作ることで対処可能で
あり、これにより１０ｍｍ角全域において均一性の高い
プレスが可能となった。

【００２０】これに対して、従来の方法である完全に平
坦な鋳型基板３と鋳型基板チャック２を用いたプレスに
おいては、プレス面の中心部の直径６ｍｍの円内におい
ては、それより外の周辺部に比べてプレスパタンの深さ
が浅くなる傾向にあった。このため、プレス圧力を２割
増してプレスすると中心部においてもプレスパタンが得
られるようになったが、周辺部の一部でプレスパタンの
変形が生じたり、一部のＰＭＭＡレジストが基板から剥
離する問題が発生し、結果として１０ｍｍ角全域で使用
に耐えうるプレスパタンを得ることはできなかった。ま
た、大部分のプレスにおいてウェハ５の面に対する鋳型
パタン４のプレスの方向に角度ずれが発生し、片押しに
なり不均一なプレスパタンが得られる問題も残った。

【００２１】このように鋳型基板３の平面度を補正する
ことによりプレス面全域において均一なプレスが可能と
なる理由について説明する。４インチシリコンウェハの
一部の１０ｍｍ角の領域にプレス圧力として８０ＭＰａ
のような大きな力を加えたとき、シリコンウェハは厚さ
方向に変形する。一例として、均一な圧力が加えられた
としたときのシリコンウェハの厚さ方向の歪の計算例を
図２に示す。鋳型パタン４の中心で直交する軸上の、中
心から外周に向けた各位置における歪を示している。中
心から約３ｍｍまでは歪は同じ値であるが、それより外
周ではこれより（絶対値として）次第に大きくなり中心
から約４ｍｍで最大になり、また次第に小さくなり、最
外周では中心よりも小さくなる。このようにプレスによ
りウェハ５が厚さ方向に変形することは、それに応じて
プレス圧力に変化が発生することを意味している。すな
わち、中心部に比べて周辺部のプレス圧力が強くなるこ
とを意味している。従って、プレス面全域で均一なプレ
スパタンを得るには、ウェハ歪の大きな部分すなわち外
周の平面度が中心部の平面度より低くなるように補正す
ることにより、プレス圧力を下げ、全体のバランスをと
ることが有効となる訳である。どの程度の平面度補正が
最適であるかは、鋳型基板３やウェハ５のサイズ、厚
さ、材質及びプレス圧力等で変わるので、一概には決め
られない。しかし、これらのパラメータが一旦決まれば
有効な補正量が実験もしくはシミュレーションで求めら
れ、かつその後の再現性は得られるので、実用的には問
題なく本発明が広く利用できる。

【００２２】例えば、上記実施の形態例において鋳型基
板３のサイズを２０ｍｍ角に増加させた場合において
は、鋳型パタン４の周辺部のＬ１＝３〜５ｍｍの領域を
中心部に比べて、△Ｈ１＝５μｍになるように鋳型基板
チャック２をテーパ研磨して平面度補正することによ
り、プレスパタンの均一性が大幅に改善された。

【００２３】なお、本実施の形態例では鋳型基板チャッ
ク２に鋳型基板３の平面度補正機能を持たせたが、鋳型
基板３そのものの平面度を補正しても同じ効果が得られ
ることは明白である。

【００２４】以上のようにして、ウェハ上に成膜された
ウェハ加工用膜に、鋳型基板上に形成された鋳型パタン
をプレスして、該鋳型パタンを該ウェハ加工用膜に転写
するインプリント方法において、プレスする方向に対す
る該鋳型パタンの高さに場所による高低差を与えて、プ
レス時のプレス面におけるプレス圧力の不均一性を、該
高低差が無い場合に比べて低下させ、広い面積の鋳型パ
タンを均等にプレスすることを可能にし、プレス面全域
において均一性の高い鋳型パタンの転写が行えるインプ
リント方法及びインプリント装置を提供することが可能
となる。

【００２５】また、上記の実施の形態例においては、鋳
型パタン４の模様が場所によって変わらなかったが、鋳
型パタン４の模様が場所によって異なり、パタンの粗密
に応じてプレス効率が変わる場合においても、鋳型パタ
ン４の高さを変えることはプレス効率の均一化に効果を
有する。ここに、プレス効率とは、パタン転写が設定通
りに行われた場合を１００％としたときのパタン転写の
達成割合を意味する。このように、鋳型パタン４の模様
が場所によって異なり、パタンの粗密に応じてプレス効
率が変わる場合には、プレス効率の低い部分の、プレス
の方向に対する鋳型パタン４の高さが高くなるように鋳
型基板３の平面度を補正することにより、プレス効率の
均一性を高めることができる。

【００２６】上記の実施の形態例においては、鋳型パタ
ン４の模様が場所によって変わらないので、プレス面に
おけるプレス圧力を均一にすれば、プレス面におけるプ
レス効率も均一となる。しかし、鋳型パタン４の模様が
場所によって異なり、パタンの粗密に応じてプレス効率
が変わる場合には、プレス面におけるプレス圧力を均一
にしても、それは、必ずしも、プレス効率を均一にする
ことにはならないので、この場合には、プレス効率が均
一になるように、鋳型パタン４の高さを調節すればよ
い。この場合においても、弾性体１−３の利用は、プレ
ス効率を均一にすることに役立つ。このようにして、ウ
ェハ上に成膜されたウェハ加工用膜に、鋳型基板上に形
成された鋳型パタンをプレスして、該鋳型パタンを該ウ
ェハ加工用膜に転写するインプリント方法において、プ
レスする方向に対する該鋳型パタンの高さに場所による
高低差を与えて、プレス時のプレス面におけるプレス効
率の不均一性を、該高低差が無い場合に比べて低下さ
せ、広い面積の鋳型パタンを均等にプレスすることを可
能にし、プレス面全域において均一性の高い鋳型パタン
の転写が行えるインプリント方法及びインプリント装置
を提供することが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の実施によ
り、広い面積の鋳型パタンを均等にプレスすることを可
能にし、プレス面全域において均一性の高い鋳型パタン
の転写が行えるインプリント方法及びインプリント装置
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインプリント方法及びインプリント装
置の典型的な実施の形態例を説明する概略図である。

【図２】４インチシリコンウェハの１０ｍｍ角に８０Ｍ
Ｐａの圧力を加えたときの、鋳型パタン中心から外周に
向けた各位置でのウェハの高さ方向の歪の計算例を示す
図である。

【符号の説明】

１…プレス機構、１−１…本体、１−２…鋳型基板チャ
ック保持治具、１−３…弾性体、２…鋳型基板チャッ
ク、３…鋳型基板、４…鋳型パタン、４−１…周辺部の
鋳型パタン、４−２…中心部の鋳型パタン、５…ウェ
ハ、６…ウェハ加工用膜、７…ウェハチャック、８…温
度調節機構、９…ウェハステージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 彰 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 4E088 DA07 5F046 AA28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハ上に成膜されたウェハ加工用膜に、
   鋳型基板上に形成された鋳型パタンをプレスして、該鋳
   型パタンを該ウェハ加工用膜に転写するインプリント方
   法において、プレスする方向に対する該鋳型パタンの高
   さに場所による高低差を与えて、プレス時のプレス面に
   おけるプレス圧力の不均一性を、該高低差が無い場合に
   比べて低下させることを特徴とするインプリント方法。
2. 【請求項２】プレス手段を備えたプレス機構を有し、該
   プレス手段によって、ウェハ上に成膜されたウェハ加工
   用膜に、鋳型基板上に形成された鋳型パタンをプレスし
   て、該鋳型パタンを該ウェハ加工用膜に転写するインプ
   リント装置において、該鋳型パタンに、プレスする方向
   に対する該鋳型パタンの高さが場所によらず一定である
   場合に比べてプレス面におけるプレス圧力の不均一性が
   低下するような該高さの場所による高低差を与える手段
   を有することを特徴とするインプリント装置。
3. 【請求項３】上記プレス機構が、上記プレス手段と上記
   鋳型基板との間に介在する弾性体を備えていることを特
   徴とする請求項２に記載のインプリント装置。