JP2007081048A - ナノインプリント用型、装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターンを壊すことなく、高速に離型を行うことのできるナノインプリント装置を提供する。
【解決手段】 パターンが形成されたモールド１０１を基板１０４上に配置された応力発光材料を含有した液体もしくは粘性体４０１に押しつけることでパターン転写を行う装置において内部に有したアクチュエータ１０２で離型開始点を作る。また、離型時の応力変化によって発生する光を検出する光センサ４０２を備え離型開始点と離型開始タイミングを検出して、離型動作を制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、予め所望のパターンの雌型を形成した型を樹脂材料に押し付けることによって、所望のパターンを形成する技術（一般にナノインプリント技術と称される）に関する。

特に、ナノインプリントを、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクス、光学素子で用いる微細パターンの製造に適用する技術に関する。

近年、半導体集積回路の高密度、高速化に伴い、集積回路のパターン線幅が縮小され、半導体製造方法にもいっそうの高性能化が求められている。このため、半導体製造工程中のリソグラフィー工程のうち、レジストパターンの形成に用いる露光装置も、KrFレーザー（２４８nm）、ArFレーザー（１９３nm）、F2レーザー（１５７nm）といった紫外線を利用したものが開発されている。さらに今後は、光の短波長化が進み、現在は波長10nm程度のEUV光を利用した露光装置の開発が世界的に進められている。露光に供する光の波長が短くなることは、解像度が上がるというメリットがあるが、一方では、光学系を構成するレンズ材料の開発、製造や、光路を不活性ガスで置換するための設備など、装置コストが爆発的に上昇するという問題が生じている。微細化が可能な技術として、電子ビームを使った電子ビーム露光があるが、この技術は、ウエハに直接パターンを描画していくため、一枚のウエハを露光するために非常に長時間必要となり、現状では、試作用もしくは非常に生産数の少ない特殊用途のデバイス製造に適用できるのみであり、MPU、メモリ、システムLSIなどの大量生産されるデバイスの製造には適用できないという問題がある。

半導体集積回路の高密度化、高速化には、微細なパターンが描画可能な装置が必須であるが、光の波長が短くなるに従った急激な装置コストの上昇は、半導体メーカへの設備投資の負荷の上昇という問題があり、また微細化が比較的容易に可能である電子ビーム露光装置は、生産性が非常に低いという問題がある。

上記の二つの課題を解決する手段として、近年非常に微細なパターンを形成可能で、かつ低コストのパターニング装置の提案がなされている。その中の技術の一つとして、ナノインプリント技術（S. Y. Chou, et.al., Science, vol.272,p.85-87, 5 April 1996）が注目されている。ナノインプリント技術とは、電子ビーム露光等によって、微細なパターンの型を形成した雛型（モールド）を、樹脂材料（レジスト）を塗布したウエハに押し付ける（押印する）ことによって、レジスト上にパターンの型を写し取るものである。

既に10nm程度の微細な形状の転写が可能であることが示されており、特に、磁気記録媒体の微細な周期構造の作成手段として注目されており、各地で盛んに研究開発が行われている。

押印時のレジストの流動が容易になるように、レジストとして使用されるポリマーをガラス転移温度以上に加熱して、流動性を高めて転写する方法（熱サイクル法）や、紫外線硬化型の樹脂（ＵＶ硬化樹脂）をレジストとして使用し、透明なモールドで押印した状態で感光、硬化させてからモールドを剥離する方法（光硬化法もしくはＵＶ硬化型と言う）などが提案されている。

半導体集積回路の作成に関しては、既に基板に描画されている回路パターンの上に、高精度に位置を合わせて次のパターンを描画、転写する重ね合わせが必須である。熱サイクル法では、レジストを加熱するために、基板、モールドともに、温度上昇によって熱膨張してしまうため、重ね合わせ精度を維持することは非常に困難である。そこで、ナノインプリントを半導体集積回路製造に適用する場合は、温度制御が比較的容易に行える光硬化法が適している。また、原版が大きい場合も原版の描画精度の維持、重ね合せ時の歪み（熱歪み）などの制御が比較的容易であることから、原版を製造するチップの大きさにあわせて作り、ウエハ上を逐次転写するステップアンドリピート方式が適している。

光硬化法のナノインプリントの転写工程を図７に示す。

第一の工程は、押印工程である。紫外線を透過する材質（例えば石英）のモールドを、ＵＶ硬化樹脂を塗布した基板（ウエハ）に押し付けることにより、モールドに作られた型に沿ってＵＶ硬化樹脂が流動する。

第二の工程は、硬化工程である。モールドを基板（ウエハ）に押し付けた状態で、紫外線を照射する。その結果、モールドの形にＵＶ硬化樹脂が硬化することになる。

第三の工程は、離型工程である。モールドを基板側から引き離す工程である。ウエハ側にＵＶ硬化樹脂がモールドの形を保って残ることになり、基板上にＵＶ硬化樹脂のパターンが転写される。

大きなウエハに対しては、ウエハを転写ごとに移動し、上記の工程を繰り返し、全面に逐次パターンを転写する。

転写された樹脂（レジスト）パターンは、パターンの下地を取り去ると従来の光露光装置での転写されたレジストパターンと同等なものとなる。以降のプロセスは、従来のＬＳＩ製造プロセスと同様である。

ところで、LSI製造装置は、解像度だけでなく、生産性も同様に必要とされる。一台の装置が単位時間当たりに処理できるウエハ枚数（スループット）は、現在一般に使われている露光装置（ステッパ、スキャナ）では、１時間当たり、150枚ほどである。ウエハ一枚当たりの転写数は、５０回（ショット）程度であり、一回の転写に要する時間は、一秒にも満たない。ナノインプリントの転写は、上述のように、(1)押印、(2)硬化、(3)離型の三ステップからなる。従来の露光装置と同等のスループットを実現するためには、上記の三ステップの動作を一秒程度の時間で行うことが要求されることになる。

押印工程は、機械的な動作を高速に行うことで、硬化工程は照度の高い照明光を照射することによって、それぞれ高速化は比較的容易に実現できる。しかし、離型工程は、機械的な動作を闇雲に高速にしても実現できない。高速に離型を行うと、モールドと硬化したレジストとの摩擦によって、パターンが破損してしまうからである。

一般にナノインプリントにおいては、モールドに離型剤処理を施し、離型性を向上させている。（USP6309580B1）
ＵＳＰ６３０９５８１号公報 S. Y. Chou, et.al., Science, vol.272,p.85-87, 5 April 1996

しかしながら、従来のナノインプリントにおいて、離型剤処理を施しても、離型には数秒の時間を要していた。そこで、本発明は、ナノインプリントにおいて、高いスループットを達成することができるLSI製造方法および製造装置およびナノインプリント用型を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するため、パターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された液体、もしくは粘性体に押し付けることによってパターン転写を行うための型であって、型（モールド）にアクチュエータを内蔵する。

また、パターンが形成された型（モールド）を基板上に配置された液体もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行う転写方法において、該液体もしくは該粘性体が応力発光材料を含有することを特徴とする。

本発明によれば、ナノインプリントの工程において、パターン形状を壊すことなく高速に離型を行うことが可能となる。よって、高いスループットを達成することが出来るナノインプリントを実現できる。

（実施例１）
本発明の第一の実施例を、図１を用いて説明する。本発明のナノインプリント用モールドを説明する図であり、ナノインプリント工程のひとつの押印工程を示したものである。本発明を光硬化法ナノインプリントに適用した例である。１０１はモールド、１０２はモールドに内蔵されたアクチュエータ、１０３は紫外線硬化樹脂、１０４はウエハである。実際の装置構成は、押印のための機構や、モールド保持機構、ウエハ保持機構などがあるが、本発明の説明においては、特に必要でないため省略した。モールド１０１は、下面にパターンが三次元状に形成されている。パターン面は非常に平面度が高く加工されており、ウエハ面との密着性を保っている。材質は石英などの紫外線を透過する材料である。アクチュエータ１０２は、パターン面と垂直方向に伸縮可能な素子、たとえばピエゾ素子であり、モールドの外周部のパターン面以外に配置されている。一般にLSIチップがウエハに形成される場合、1枚のウエハ内に多数のLSIチップを製造し、個々のチップに切り出す。そのため、ウエハ上にはスクライブラインが設けられている。そのスクライブラインに相当する位置にアクチュエータを配置することで、転写パターンに制約を与えることなくモールドにアクチュエータを配置することが可能となる。紫外線硬化樹脂１０３は、ウエハ１０４表面に塗布された後、モールド１０２が押し付けられることによって、モールドパターン形状にならって流動する。その状態で、紫外線をモールド背面（図１の上方）から照射して、モールドを透過した紫外線によって、樹脂が硬化する。硬化した後、モールド１０２を離型すると、ウエハ表面に、紫外線硬化樹脂１０３がモールドの３次元形状に倣った形で転写される。

アクチュエータ１０２の機能について説明する。アクチュエータ１０２は、ナノインプリント工程の離型工程に於いて機能するものである。一般的に、樹脂の硬化後にモールドをそのまま上に引き上げて行くと、樹脂とモールドの接触面のどこからか離型が始まり、その離型開始点から離型が全面に進んでいく。この離型動作を高速に行うと、離型開始点が生成される時に、パターンが破壊されてしまうという問題点がある。離型開始点が生成された後は、スムーズに離型プロセスが進むことが分かっているため、離型開始点を意図的に作り出すことで離型工程をより高速化することが可能である。本実施例は、離型開始点を作り出すためのモールド構成を示したものである。

アクチュエータ１０２の動作を説明する。樹脂硬化後、アクチュエータ１０２を駆動することによって、モールド１０１の外周部の一部分を樹脂から引き剥がす。図２に離型の開始の様子を示した。つまり、不図示の制御系によって、アクチュエータ１０２へ駆動信号が送られることによって、アクチュエータ１０２が伸びる。アクチュエータ１０２が伸びることによって、アクチュエータ１０２の端面が突き出る形となり、モールドの一部が樹脂との界面から引き剥がされて、離型の開始点が形成される。このときの駆動量は、非常に小さくてよい。この状態で、不図示のモールド駆動部を動作させることによって、モールド１０１全体を上方へ引き離す。離型開始点が予め作られているため、離型がスムーズに進行し、パターンを壊すこと無く高速化が可能となる。ここでは、モールド１０１全体を引き剥がすように記したが、モールド１０１を固定しておいて、ウエハ側を引き離しても同様である。

モールドに作られているパターンの粗密の分布やパターンの深さの分布によって、離型しやすい部位がモールド面内に存在する場合は、アクチュエータ１０２は離型しやすい部位の近辺に配置するのが良い。

図１、図２では、アクチュエータ１０２の配置、機能をわかりやすく示すために、モールド本体とアクチュエータとの間に大きな隙間があるように示しているが、実際には、隙間を設ける必要はない。

以上の構成にモールドをすることによって、離型時に積極的に離型開始点を作り出すことで、パターンを壊すことなく離型を高速に行うことが可能となる。

（実施例２）
図３に第二の実施例を示す。第一の実施例と同様に、離型開始点を作るための機構を内蔵したナノインプリント用モールドである。図はモールドが押印された状態を示している。離型開始点を作り出すために、モールドのパターン面で、外周部近くに形成された開口部に気体を導入することで離型力を発生させるものである。図中、３０１はモールド、３０２はバルブ、３０３は圧縮ガス導入路を表す。モールド３０１は、紫外線を透過する材質で作られており、下面には、ウエハ１０４に転写するためのパターンが形成されている。さらに、パターンが形成された領域の外側に圧縮ガスを樹脂面とパターン面の界面に導入するための圧縮ガス導入路３０３が形成されている。圧縮ガス導入路３０３のモールド上面側には、バルブ３０２が形成されており圧縮ガスの導入するか止めるかを切り換えることができるようになっている。圧縮ガス導入路は、不図示の圧縮ガス供給系に接続されている。

離型動作を説明する。モールド３０１を、紫外線硬化樹脂１０３を塗布したウエハ１０４に押し付けた後、モールド背面（図中では上方向）から紫外線を照射して、樹脂を硬化させる。その後、バルブ３０２を開ける。バルブ３０２が開くことによって、樹脂とモールドの界面へ圧縮ガスが供給され、モールドと樹脂を部分的に引き剥がされる。圧縮ガスが導入された周囲が離型開始点となる。その後、モールド全体を垂直方向に引き上げる。離型開始点が既に形成されているため、高速にモールドを引き上げても、離型がスムーズに進行し、パターンを壊すことは無い。

圧縮ガスは、乾燥空気、乾燥窒素などであり、特別な気体を必要とはしない。また、モールドにつくる圧縮ガス導入路３０３のパターン面側の開口位置をスクライブラインに相当する領域に配置することで、圧縮ガス導入路を３０３をモールド３０１に設けても、転写パターンの設計に制約を与えることは無い。

モールドを以上の構成にすることによって、離型時に積極的に離型開始点を作り出すことで、パターンを壊すことなく離型を高速に行うことが可能となる。

（実施例３）
図４に第三の実施例を示す。この実施例は、本発明をナノインプリントの高速離型を実現するための構成と方法に適用したものである。モールド１０１は、アクチュエータ１０２を内蔵したモールドであり、実施例１で示したものである。４０１は、応力発光材料含有UV硬化樹脂である。４０２は、光センサであり、光を検出するものである。

応力発光とは、機械的な力が加わると光を発生する現象である。応力発光材料は、応力が変化した時に光を発生する材料である。応力発光材料の例としては、ZnSとMnの混合物などがある。この材料を紫外線硬化樹脂に含有させたものを、ナノインプリント用樹脂として使用する。

ナノインプリントの動作は、従来と同様である。ウエハ１０４に応力発光材料含有UV硬化樹脂を塗布した後、モールド１０１を押し付け、その状態を保ったまま、モールド背面から紫外線を照射することで、樹脂を硬化させる。硬化した後、アクチュエータ１０２を伸張させることで、樹脂からモールドを離型させる。アクチュエータの位置から離型が始まる瞬間に、レジストに大きな応力変化が発生するため、レジストに含有された応力発光材料が発光（図中４０３）する。その光を光センサ４０２が検出することで、レジストとモールドが離型したことが分かる。離型開始点が形成されたことが判別できたら、高速にモールドを引き上げる。

レジストに応力発光材料を含有することで、離型工程において離型開始点が形成されたタイミングで発生する光を検出することで、離型が開始したことを正確に知ることができる。信頼性の高い形状転写が可能となる。

図４で示したような積極的に離型開始点を作る手段を有している場合には、あらかじめ分かっている離型開始点近傍に光センサを配置すればよい。応力発光材料からの光を検出する光センサをモールド外周に沿って複数配置するか、2次元センサを配置するなどで、発光位置つまり離型の開始点の位置を検出することも可能となる。この場合には、特に離型開始点を生成する特別な機構を有しなくても、離型開始点と離型が始まったタイミングを知ることができるので、モールドを引き離す動作を制御することによって、高速離型を実現できる。

図６に示したグラフは、従来のナノインプリントの工程を示している。横軸をナノインプリントの工程、縦軸はモールドとウエハとの距離である。押印工程では、モールドとウエハを接触させる。硬化工程は、モールドとウエハが密着した状態で、紫外光を照射することで、樹脂を硬化させる工程である。樹脂が硬化するだけの照射量に達したら、離型工程へ移る。モールドとウエハを引き剥がす工程である。このとき、図中点線で示したように、高速に引き剥がした場合には、パターンが壊れてしまう。パターンが壊れないようにするためには、低速でモールドとウエハ引き離す必要がある。その結果、図６の実線で示したとおり、低速で引き離した場合には、離型に要する時間が長くなってしまう。

一方、本発明のナノインプリント工程を図５に示す。横軸をナノインプリントの工程、縦軸はモールドとウエハとの距離である。押印工程、硬化工程は、図６で示した従来の工程と同等である。硬化が終了したら直ちに離型工程へ移る。離型は、モールドをウエハから引き離す方向へゆっくりと駆動させる。このときの速度は、図６に実線で示したように、パターン崩壊が発生しない様にゆっくりとしたものである。微小量駆動するとモールドと樹脂の界面に一部剥離する個所（離型開始点）が発生する。離型が始まる瞬間は、応力変化が大きいため、比較的大きな発光が観察される。発光が検出されると離型動作（モールドを引き剥がす駆動）の速度を上げて、モールドを引き剥がす。以上のように、離型開始時のパターンが壊れやすい状態の時だけをゆっくり離型させることで、パターンが壊れることなく短時間で離型工程を終えることが可能となる。また、図５の鎖線で示したように、発光が検出されると、いったん離型動作（モールドを引き剥がす駆動）を停止して、離型開始点が十分に形成されるだけの時間待ったのち、高速にモールドを引き剥がす方向に駆動する動作をすることによって、よりパターン崩壊の可能性を低減することも可能である。

上記の例では、モールドを引き離す方向の一軸のみ制御する例を示したが、応力開始点の位置を検出し、その位置からスムーズに離型が進むように、斜めに引き剥がす制御をするとより、高速かつ信頼性の高い離型を実現することも可能である。

従来は、パターンを壊さないためには、低速で離型動作を行わなくてはならなかったが、以上の方法によれば、離型開始を直接判別できるようになるため、離型開始後は高速に離型動作を行えるようになる。結果として、短時間で離型工程を行うことができ、高いスループットのナノインプリントにおいて、を実現することが可能となる。

第一の実施例を説明する図 第一の実施例の働きを説明する図 第二の実施例を説明する図 第三の実施例を説明する図 第三の実施例において、離型動作を説明する図 従来のナノインプリントの工程を説明する図 光硬化法のナノインプリントの工程を説明する図

符号の説明

101 モールド
102 アクチュエータ
103 紫外線硬化樹脂
104 ウエハ
301 モールド
302 バルブ
303 圧縮ガス導入路
401 応力発光材料含有UV硬化樹脂
402 光センサ
403 発光

Claims (9)

1. パターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された液体、もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行うための型（モールド）であって、型（モールド）にアクチュエータを内蔵することを特徴とするパターン転写を行うための型。
2. 請求項１の型（モールド）であって、前記アクチュエータは、型が形成された面に垂直方向に伸縮することを特徴とするパターン転写を行うための型。
3. 請求項２の型（モールド）であって、前記アクチュエータは、パターンが形成された領域の周囲に配置されたことを特徴とするパターン転写を行うための型。
4. パターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された液体、もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行う方法において、該液体もしくは粘性体が応力発光材料を含有することを特徴とするパターン転写方法。
5. パターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された液体、もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行う方法において、該型（モールド）が応力発光材料を含有することを特徴とするパターン転写方法。
6. パターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された応力発光材料を含有した液体もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行う転写装置において、光センサを有することを特徴とするパターン転写装置。
7. 応力発光材料を含有したパターンが形成された型（モールド）を、基板上に配置された液体もしくは粘性体に押し付けることでパターン転写を行う転写装置において、光センサを有することを特徴とするパターン転写装置。
8. 請求項６および請求項７の露光装置において、光センサの検出結果に基づいて、型（モールド）を引き剥がす動作を制御することを特徴とするパターン転写装置。
9. 請求項８の露光装置であって、光センサが光を検出すると同時に、離型速度を変えることを特徴とするパターン転写装置。

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