JP2010118576A - 脱泡装置とその方法、ナノインプリント装置とその方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１基板と第２基板との間の液状層に気泡が残留することを防止する脱泡技術を提供する。
【解決手段】 脱泡方法は、第１基板（ＴＰ１）に形成された凹凸パターン（ＣＣ）と該凹凸パターンに対向して配置された第２基板（ＳＷ）との間に設けられた液状層（２１）中の泡（２２）を除去する方法である。この方法は、液状層中を異なる方向に進行する複数の音波（２５）を発生させ、該複数の音波の合成波を凹凸パターン（ＣＣ）に対して相対的に走査して、液状層中の泡を移動させる音波走査工程を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、２つの基板の間に設けられた液状層から気泡を取り除く技術に関する。

近年、半導体集積回路は微細化，集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。さらなる微細化・高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わる技術が提案されている。例えば特許文献１は、基板上に形成したいパターンに対して反転した凹凸パターンを有するテンプレートを、基板の表面に形成された硬化性樹脂に対して型押しすることで所定のパターンを転写するナノインプリント技術を開示している。

このようなナノインプリント技術では、基板に比べて小さなテンプレートを用意し、基板の被加工領域に対してテンプレートがアライメントされ、そのアライメントされたテンプレートが基板の被加工領域に対してインプリント工程を実行する。その後硬化性樹脂を硬化させ、テンプレートを基板から剥離させる。このようなインプリント及びステップ移動を反復する過程を実行し、テンプレートの凹凸パターンを基板全体の硬化性樹脂に転写する。

一方、テンプレートを基板に対して型押しする際には、テンプレートの表面と硬化性樹脂との間に気泡が残留してしまうことがあり、その気泡によってテンプレートの表面と硬化性樹脂との間に隙間が発生し不良転写が発生することがある。そこで、特許文献２は、テンプレートと基板との間の空間を負圧にし、基板の中央部からから周縁部に向かって基板を吸着させる力を空間の圧力より次第に小さくし、硬化性樹脂をテンプレートの全面に密着させている。
米国特許５,７７２,９０５号公報 特開２００７−１３４３６８号公報

特許文献２に開示される技術は、テンプレートと基板とがほぼ同じ大きさでなければ空間の気圧を低くすることが難しく、特許文献１で示されたように、ステップ移動を反復しながら小さなテンプレートを基板の被加工領域に型押ししていく工程への適用が困難である。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、第１基板と第２基板との間の液状層に気泡が残留することを防止できる脱泡装置、脱泡方法、ナノインプリント装置、ナノインプリント方法及びデバイス製造方法を提供する。

本発明の第１の観点に係る脱泡装置は、第１基板に形成された凹凸パターンと該凹凸パターンに対向して配置された第２基板との間に設けられた液状層中の泡を除去する脱泡装置であって、液状層中を異なる方向に進行する複数の音波を発生させ、該複数の音波の合成波を凹凸パターンに対して相対的に走査して、液状層中の泡を移動させる音波走査部を備える。
この構成によれば、第１基板と第２基板との間の液状層内の気泡を合成波で移動させることができる。

本発明の第２の観点に係るナノインプリント装置は、第１の観点の脱泡装置と、凹凸パターンと第２基板とを所定距離に設定する距離設定部と、液状層を硬化させる硬化部と、を備える。
このような構成によれば、液状層に気泡が形成されていてもその気泡を脱泡装置で除去した後に、液状層を硬化させることができるため精度良い硬化層を形成することができる。

本発明の第３の観点に係る脱泡方法は、第１基板に形成された凹凸パターンと該凹凸パターンに対向して配置された第２基板との間に設けられた液状層中の泡を除去する方法である。この方法は、液状層中を異なる方向に進行する複数の音波を発生させ、該複数の音波の合成波を凹凸パターンに対して相対的に走査して、液状層中の泡を移動させる音波走査工程を含む。
この方法によれば、液状層中を異なる方向に進行する複数の音波を生成して合成波を走査することで液状層から気泡を除去することができる。

本発明の第４の観点に係るナノインプリント方法は、第１基板の凹凸パターンと第２基板とを所定距離に設定し、凹凸パターンと第２基板とが所定距離に設定された後、第３の観点に記載の脱泡方法の音波走査工程を行い、この音波走査工程後に液状層を固体状層に硬化させ、第１基板の凹凸パターンと硬化した固体状層とを剥離する。
このような構成によれば、第１基板の凹凸パターンと第２基板との間の液状層に対して音波走査を行い気泡が除去される。そして、気泡が除去された液状層が硬化されることから精度良いナノインプリントが達成できる。

本発明の第５の観点に係るデバイスの製造方法は、第４の観点に係るナノインプリント方法によって形成された固体状層をマスクとして第２基板を加工する。
これにより第２基板に凹凸パターンに対応するパターンを形成してデバイスを製造することができる。

本発明の脱泡装置、脱泡方法、ナノインプリント装置、ナノインプリント方法及びデバイス製造方法によれば、第１基板の凹凸パターンと第２基板との間の液状層に気泡が残留することを防止できる。

＜ナノインプリント装置１００＞
図１は、ナノインプリント装置１００を示した概念図である。ナノインプリント装置１００は、テンプレートＴＰの凹凸パターンＣＣを半導体ウエハＳＷに転写する。図１に示されるようにテンプレートＴＰ及び半導体ウエハＳＷはチャンバー７１内に収納される。

ナノインプリント装置１００はテンプレートＴＰを保持する保持部５０を有している。保持部５０には、紫外線硬化性（以下、ＵＶ硬化性と略す）の樹脂を硬化させるための紫外光源ＵＶＳが設けられている。保持部５０とテンプレートＴＰとが接する箇所には紫外光光源ＵＶＳからの紫外光が照射されるように透過部材又は開口が設けられている。

保持部５０は押圧エレベータＥＶで支えられており、この押圧エレベータＥＶはナノインプリント装置１００のチャンバー７１の天井に備え付けられている。押圧エレベータＥＶは、Ｚ軸方向（上下方向）にテンプレートＴＰを移動させることができる。押圧エレベータＥＶは、テンプレートＴＰと半導体ウエハＳＷとを近接させ、半導体ウエハＳＷに形成されたＵＶ硬化性の液状の樹脂２１に凹凸パターンＣＣを転写することができる。樹脂２１の主剤はメタクリレート誘導体であり、紫外線の波長３０８ｎｍ付近で硬化が促進されるように増感剤が添加されている。

一方、半導体ウエハＳＷは吸着テーブル１６で真空吸着又は静電吸着されて固定されている。この吸着テーブル１６は、ＸＹステージ１４に支えられている。ＸＹステージ１４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動することができ、またＺ軸を中心として回転することもできる。ＸＹステージ１４は、Ｘ軸及びＹ軸方向に例えば最大ストロークは３００ｍｍ程度で移動可能である。ＸＹステージ１４は、その一部にＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延設された参照ミラーＲＭが固定されている（ただし、Ｘ軸方向に延設された参照ミラーは不図示）。

レーザー干渉計（不図示）は、Ｘ軸に沿って参照ミラーＲＭにレーザービームを照射する２個のＸ軸用のレーザー干渉計及びＹ軸に沿って参照ミラーＲＭにレーザービームを照射するＹ軸用のレーザー干渉計より構成されており、ＸＹステージ１４のＸ座標及びＹ座標が計測される。Ｘ軸用の２個のレーザー干渉計の計測値の差によりＸＹステージ１４の回転角θが計測される。レーザー干渉計により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角θの情報が主制御部９０に供給され、主制御部９０は、供給された座標を観察しつつリニアモータ１８を介して、ＸＹステージ１４の位置決め動作を制御する。

ＸＹステージ１４にはリニアモータ１８が設けられており、リニアモータ１８はＸＹステージ１４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸を中心とした回転方向に駆動する。また、ＸＹステージ１４は、外部の振動の影響を受けないように、防振台１２の上に載置されている。

なお、図１では、テンプレートＴＰが押圧エレベータＥＶで上下し、半導体ウエハＳＷがＸＹステージ１４に載置されてＸ軸及びＹ軸方向に移動する構成であるが、テンプレートＴＰがＸ軸及びＹ軸方向に移動し、半導体ウエハＳＷが押圧エレベータで上下するような構成でもよい。

チャンバー７１は、その一部に排気配管７４を有しており、その排気配管７４には減圧ポンプ７３が接続される。チャンバー７１内は大気圧より減圧された状態である。また、チャンバー７１はロードロックゲート７９を有しており、半導体ウエハＳＷをナノインプリント装置１００内へ搬入したり、ナノインプリント装置１００の外へ搬出したりすることができる。

主制御部９０は、押圧エレベータＥＶ及びリニアモータ１８などに接続されており、それらを駆動させる。また、主制御部９０は紫外光源ＵＶＳを点灯させたりする。

＜第１テンプレートの構造＞
図２は、保持部５０と、テンプレートＴＰとしての第１テンプレートＴＰ１との拡大図である。図２（Ａ）は第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣ側から見た第１テンプレートＴＰ１の正面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図２（Ａ）に示されるように、第１テンプレートＴＰ１は矩形形状であり石英ガラスで形成されている。また第１テンプレートＴＰ１の表面に凹凸パターンＣＣが形成されている。第１テンプレートＴＰ１の４つの側面にはそれぞれ駆動アクチュエータ５５が配置されている。駆動アクチュエータ５５は水平方向（ＸＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に第１テンプレートＴＰ１を駆動することができる。４つの駆動アクチュエータ５５が各々駆動することにより、第１テンプレートＴＰ１を六自由度方向に駆動することができる。また、向かい合う駆動アクチュエータ５５が第１テンプレートＴＰ１を引っ張ったり押し合ったりすることで第１テンプレートＴＰ１を変形させる。第１テンプレートＴＰ１は大きさが変形することで、すでに半導体ウエハＳＷ形成されている回路パターンに高精度にアライメントすることができる。

また、第１テンプレートＴＰ１の４つの側面には超音波発生源である圧電素子６２が配置されている。ここでＸ軸方向に振動を与える圧電素子６２をＸ軸圧電素子６２ｘとし、Ｙ軸方向に振動を与える圧電素子６２をＹ軸圧電素子６２ｙとする。図２においては１つの側面に２つの圧電素子６２（Ｘ軸圧電素子６２ｘ又はＹ軸圧電素子６２ｙ）が配置されているが、１つでも３つ以上でも良い。圧電素子６２は圧電体を２枚の電極で挟んだ素子で、所定の振動を第１テンプレートＴＰ１に与えることができる。１つの圧電素子６２が振動すると液状の樹脂２１（図１又は図３を参照）に超音波（縦波）の振動波が発生する。少なくとも２つの圧電素子６２が振動することで交差する振動波が発生すると超音波の合成波が樹脂２１に発生する。合成波は振動波の位相又は周波数に応じて定在波又は進行波となる。

＜ナノインプリント方法＞
図３及び図４に基づき本実施形態のナノインプリント方法について説明する。なお、図３及び図４では理解を容易にするため第１テンプレートＴＰ１に駆動アクチュエータ５５が描かれていない。

まず、図３（Ａ）に示されるように、ハードマスク層ＨＭを備えた半導体ウエハＳＷが準備される。ハードマスク層ＨＭは半導体ウエハＳＷをエッチングする際にエッチング薬品の耐食性を向上するために設けられている。第１テンプレートＴＰ１の下面には、ナノメートルオーダの凹凸パターンＣＣが形成されている。

次ぎに、半導体ウエハＳＷ上にパターニング用のＵＶ硬化性の樹脂２１がディスペンサーＤＰで塗布される。ＵＶ硬化性の樹脂２１としては、脂肪族アリルウレタン、不揮発性材料、芳香族酸メタクリレート、芳香族アクリル酸エステル、アクリル化ポリエステルオリゴマー、アクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ラウリルメタクリレート、脂肪族ジアクリレート、三官能性酸エステル、又はエポキシ樹脂が挙げられうる。またこれらの分子量は、重量平均分子量１００〜１０，０００の範囲内である。

次ぎに、図３（Ｂ）に示されるように、第１テンプレートＴＰ１を半導体ウエハＳＷに対し、樹脂２１を加圧するように圧力をかける。
すると、図３（Ｃ）に示されるように、第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷとの間隙における液状の樹脂２１が第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣに入り込む。最初は、凹凸パターンＣＣにはチャンバー７１（図１参照）内の空気などが存在するために、第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷとの間、すなわち液状の樹脂２１には気泡２２が存在する。

次に、図３（Ｄ）に示されるように、圧電素子６２が第１テンプレートＴＰ１に両側から振動を与える。圧電素子６２から発せられた振動波は第１テンプレートＴＰ１を伝わり超音波２５の合成波を発生させる。この超音波２５の合成波は、樹脂２１にまで伝わる。圧電素子６２が５００ｋＫＨｚ程度で第１テンプレートＴＰ１の材質が石英ガラスである場合、その波長は約１０ｍｍである。このとき、第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷ間の樹脂２１の厚みはそれよりずっと短く１ｍｍ以下であるため、第１テンプレートＴＰ１内を伝わった超音波は樹脂２１にも同じような超音波２５の合成波を形成することができる。超音波２５の等位相面は第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷの界面に垂直に近い角度で交差している。したがって、樹脂２１内に超音波２５が効率よく生成される。

そして、超音波の合成波が走査されることにより、樹脂２１内の気泡２２が排出され、樹脂２１から気泡２２が除去される。なお、図３（Ｄ）ではＸ軸圧電素子６２ｘの振動による超音波２５の節の領域が樹脂２１に形成される中に実線で示されている。

次に図４（Ａ）に示されるように、気泡２２が樹脂２１から除去された状態で、紫外光ＵＶを樹脂２１に照射させて、ＵＶ硬化性の樹脂２１をＵＶ硬化させる。１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２のパワーを供給する広域スペクトルの紫外光を約１０〜２０秒間にわたり与えることで樹脂２１は硬化する。

図４（Ｂ）に示されるように、硬化した樹脂２１から第１テンプレートＴＰ１が剥がされる。半導体ウエハＳＷのハードマスク層ＨＭ上に硬化した樹脂２１からなる凹凸パターンが形成される。この硬化した樹脂２１に形成された凹凸パターンは、第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣに対して反転している。

次に、図４（Ｃ）に示されるように、硬化した樹脂２１及びハードマスク層ＨＭがエッチングされ、半導体ウエハＳＷの表面が現れる。ハードマスク層ＨＭをマスクとして半導体ウエハＳＷをエッチングされる。
図４（Ｄ）に示されるように、半導体ウエハＳＷがエッチングされると、第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣが反転した凹凸パターンＤＲが半導体ウエハＳＷに形成される。以上の動作を繰り返すことにより、半導体素子などのデバイスが形成される。

＜圧電素子による液状の樹脂内の超音波の発生＞
次に、液状の樹脂２１内に形成される超音波２５を説明する。図５（Ａ）は第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣ（図２参照）の反対側から見た第１テンプレートＴＰ１の概念図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、超音波２５が正弦波で描かれている。理解を助けるため図５では、図２で描かれた第１テンプレートＴＰ１の駆動アクチュエータ５５は描かれていない。

図５（Ａ）及び（Ｂ）において、第１テンプレートＴＰ１に設けられた４つのＸ軸圧電素子６２ｘが例えば５００ｋＨｚの同位相で振動すると、図中の第１テンプレートＴＰ１の右辺側と左辺側とからに超音波２５の振動波が発生し、第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷと間の樹脂２１にも同じような超音波２５の振動波が発生する。右辺側からの振動波と左辺側からの振動波が重なり合うことにより、実線で示される超音波２５の定在波が発生する。図５に示されるように、実線で示される気泡２２が定在波の腹で捕捉される。

気泡２２が定在波の腹で捕捉された状態で、定在波を走査させれば気泡２２を樹脂２１から排出できる。この走査方法には２つの方法がある。
一つの走査方法は、右辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘと左辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘとの位相が１８０度（π）異なるように調整される。すると、定在波の位置が点線で示されるように変化する。このため、気泡２２の位置が点線で示される位置へ移動する。このように位相を調整することにより気泡２２がＸ軸方向に移動する。連続して移動を調整すると、気泡２２が第１テンプレートＴＰ１の左辺側又は右辺側に移動し、樹脂２１の外へ排出される。これによって、樹脂２１から気泡２２が除去される。

また気泡２２を移動される別の走査方法として次の方法がある。超音波２５の定在波が気泡２２を捕捉した後、右辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘが５００ｋＨｚで振動し、左辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘが例えば４９９．９９９５ｋＨｚで振動する。すると、超音波２５の定在波が進行波に変わり、０．５Ｈｚで進行波がＸ軸方向に移動する。このため、気泡２２が第１テンプレートＴＰ１の外周に移動され、樹脂２１の外へ排出される。これによって、樹脂２１から気泡２２が除去される。

図６は、図５に示された第１テンプレートＴＰ１を使った脱泡方法のフローチャートである。

ステップＰ１１において、Ｘ軸方向に向かい合うＸ軸圧電素子６２ｘが同位相の３００ｋＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度の振動波（超音波）を発生させ、第１テンプレートＴＰ１内にＸ軸方向に振動波が伝達する。互いに反対側からの振動波が重なり合うため、超音波２５の定在波が発生する。

ステップＰ１２では、第１テンプレートＴＰ１内を形成された超音波２５は樹脂２１にも同じような超音波を発生させる。Ｘ軸圧電素子６２ｘが発生する３００ｋＫＨｚ〜１ＭＨｚは、石英を材料とする第１テンプレートＴＰ１では２０ｍｍから６ｍｍ程度の波長となる。そのため、超音波２５の定在波は１ｍｍ以下の厚さの樹脂２１に第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷの界面に垂直に近い角度で交差する。したがって、樹脂２１内に超音波２５が効率よく生成される。また一方、第１テンプレートＴＰ１のナノメートルオーダの凹凸パターンＣＣの空間的な周期性は１００ｎｍ以下が主であり、この凹凸パターンＣＣにより超音波２５が散乱されるようなこともない。

ステップＰ１３では、超音波２５の定在波の腹や節で樹脂２１内の気泡２２が補足される。樹脂２１より密度が低く音の伝搬が遅い気泡２２を音圧の腹に捕捉する。

ステップＰ１４では、Ｘ軸圧電素子６２ｘに印加する交流電場の位相を相対的に変化させれば、定在波の腹や節を樹脂２１内で走査させることができる。樹脂２１内に存在する気泡２２は、Ｘ軸圧電素子６２ｘに与えられる交流電場の位相を変えることにより腹や節の位置が移動し、定在波に補足された気泡２２が第１テンプレートＴＰ１のＸ軸方向へ移動し排出される。これによって、樹脂２１から気泡２２が除去される。
また、一度定在波が気泡２２を捕捉した後、複数のＸ軸圧電素子６２ｘに印加する交流電場の周期を相対的に変化させれば、樹脂２１内に進行波を発生させることができる。そしてその進行波の腹や節が走査することで樹脂２１内に存在する気泡２２が第１テンプレートＴＰ１のＸ軸方向へ移動し排出され、樹脂２１から気泡２２が除去される。以上でＸ軸方向に超音波を発生させて気泡２２を排出するステップは終了する。

次に、Ｙ軸方向に超音波を発生させて気泡２２を排出するステップは開始する。
ステップＰ１５からステップＰ１８は、ステップＰ１１からステップＰ１４からの内容と基本的に同じであり、Ｙ軸方向に向かい合うＹ軸圧電素子６２ｙが振動波を発生させ、樹脂２１内にＹ軸方向の超音波２５が生成される点で異なる。

Ｘ軸方向に定在波を発生させた際に、樹脂２１内のすべての気泡２２を補足し排出できれば良いが、必ずしもすべての気泡２２を捕捉し排出することができない場合がある。例えば凹凸パターンＣＣの形状によって必ずしも気泡２２が一方向の定在波で捕捉できない場合がある。したがって、Ｘ軸方向に超音波２５を発生させ次にＹ軸方向に超音波２５を発生させることで、樹脂２１内のすべての気泡２２を補足している。

図７は第１テンプレートＴＰ１の凹凸パターンＣＣの反対側から見た第１テンプレートＴＰ１の概念図である。
図７は、第１テンプレートＴＰ１に設けられた４つのＸ軸圧電素子６２ｘと４つのＹ軸圧電素子６２ｙが同時に５００ｋＨｚで振動した例である。右辺と左辺とから第１テンプレートＴＰ１に超音波２５が発生し、第１テンプレートＴＰ１と半導体ウエハＳＷと間の樹脂２１にも同じような超音波２５が発生する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向からの２方向からの超音波２５により、Ｘ軸方向からもＹ軸方向からも樹脂２１内の気泡２２を捕捉することができる。

図８は、第１テンプレートＴＰ１に４つのＸ軸圧電素子６２ｘのみが設けられ、Ｙ軸圧電素子６２ｙが設けられていない例である。右辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘが５００ｋＨｚで振動するが上下のＸ軸圧電素子６２ｘの位相を異ならせ、また左辺に配置された２つのＸ軸圧電素子６２ｘも５００ｋＨｚで振動するがそれらの上下のＸ軸圧電素子６２ｘの位相を異ならせる。すると、超音波２５の定在波がＹ軸に並行とならず傾いた定在波が形成される。凹凸パターンＣＣの形状によって必ずしも気泡２２が一方向の定在波で捕捉できない場合に、Ｘ軸圧電素子６２ｘの上下の位相を変えることで別方向の定在波を発生させることができる。

図９は、第１テンプレートＴＰ１の変形例を示した例である。
図９（Ａ）は、外形が三角形のテンプレートＴＰ−Ａであり、その三角形の３辺に圧電素子６２が配置されている。各々の圧電素子６２が例えば５００ｋＨｚで振動することで三角形のテンプレートＴＰ−Ａには振動波が発生する。３方向からの振動波が重なる領域には超音波２５の定在波が形成される。超音波２５の定在波は気泡２２を捕捉し、各々の圧電素子６２の周波数又は位相を変えることで、捕捉された気泡２２は三角形のテンプレートＴＰ−Ａの外周へ排出される。

図９（Ｂ）は、外形が六角形のテンプレートＴＰ−Ｂであり、その六角形の６辺に圧電素子６２が配置されている。各々の圧電素子６２が例えば５００ｋＨｚで振動することで六角形のテンプレートＴＰ−Ｂには振動波が発生する。向かい合う一方向からの振動波により超音波２５の定在波が形成される。超音波２５の定在波は気泡２２を捕捉し、各々の圧電素子６２の周波数又は位相を変えることで、捕捉された気泡２２は三角形のテンプレートＴＰ−Ｂの外周へ排出される。このため、最初に図中Ｙ軸の上下に配置された圧電素子６２で気泡２２を液状の樹脂から排出し、次にＹ軸から＋６０度方向に配置された圧電素子６２で気泡２２を液状の樹脂から排出し、最後にＹ軸から−６０度方向に配置された圧電素子６２で気泡２２を液状の樹脂から排出することが可能となる。

＜第２テンプレートの構造＞
図１０は、テンプレートＴＰとしての第２テンプレートＴＰ２の拡大図である。図１０（Ａ）は第２テンプレートＴＰ２の凹凸パターンＣＣ側から見た概念図である。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、凹凸パターンＣＣが半導体ウエハＳＷ上の樹脂２１に押圧した状態を示した図である。第２テンプレートＴＰ２を使用する場合も、図３及び図４で説明されたナノインプリント方法は同じである。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第２テンプレートＴＰ２は第１テンプレートＴＰ１に外周溝５７などが追加加工されている。また第２テンプレートＴＰ２に設けられた圧電素子６２の周りにはシリコーンゴムＳＲが塗布されている。他の構成は第１テンプレートＴＰ１と同様であるため、特に外周溝５７及びシリコーンゴムＳＲなど新たに追加された構成について説明する。なお、図１０（Ａ）及び（Ｂ）において圧電素子６２とシリコーンゴムＳＲとの関係が容易に理解されるように、シリコーンゴムＳＲの一部が切り欠いて描いてあり、点線で示されるように圧電素子６２はシリコーンゴムＳＲでしっかりと覆われている。

図３（Ａ）で示されたように、半導体ウエハＳＷ上に樹脂２１がディスペンサーＤＰで塗布される。ディスペンサーＤＰは樹脂２１を適切な量だけ塗布するが、樹脂２１が凹凸パターンＣＣすべてに入り込むように多少余分に塗布することが望ましい。余分な樹脂２１は、ディスペンサーＤＰに回収される必要がある。

そこで、第２テンプレートＴＰ２は凹凸パターンＣＣの周囲に外周溝５７が形成されている。外周溝５７の一部には樹脂２１を吸引して排出するための吸引孔５９が形成されている。この吸引孔５９にはディスペンサーＤＰにつながる配管が接続されており、余分な樹脂２１はディスペンサーＤＰに戻される。また、外周溝５７及び吸引孔５９の周囲には、クロム（Ｃｒ）などの遮光膜５８が形成されている。図４（Ａ）に示されたように、紫外光ＵＶを樹脂２１に照射させて、ＵＶ硬化性の樹脂２１が硬化する。しかし、外周溝５７及び吸引孔５９の周囲には遮光膜５８が形成されているため、外周溝５７及び吸引孔５９の周囲の樹脂２１が硬化することがない。

第２テンプレートＴＰ２は、圧電素子６２の周りにシリコーンゴムＳＲを有している。圧電素子６２が振動することによって、必要な第２テンプレートＴＰ２側だけでなく、第２テンプレートＴＰ２の反対側（外側）などにも振動が発生する。このため圧電素子６２の外側をシリコーンゴムＳＲで覆うことによって、不要な音響反射波を低減することができる。

第２テンプレートＴＰ２の材質である石英ガラスの音響インピーダンスは１６．０程度である。一方、空気の音響インピーダンスは０．０００４である。したがって、音響インピーダンスが１６以下の媒質で圧電素子６２を覆い込むことにより、不要な反射波を低減することができる。たとえば、シリコーンゴムＳＲの音響インピーダンスは３前後であるから、シリコーンゴムＳＲは、不要な反射波を低減するのに効果的である。なおシリコーンゴムＳＲ以外にも一般のゴム材料であってもよい。なお、不要な音響反射波が小さいのであれば、シリコーンゴムＳＲを形成する必要はない。

＜第３テンプレートの構造＞
図１１は、テンプレートＴＰとしての第３テンプレートＴＰ３の拡大図である。図１１（Ａ）は第３テンプレートＴＰ３の凹凸パターンＣＣの反対側から見た正面図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、凹凸パターンＣＣが半導体ウエハＳＷ上の樹脂２１に押圧した状態を示した図である。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１テンプレートＴＰ１と異なり、第３テンプレートＴＰ３は外周にテーパー面５２が形成されている。他の構成は第１テンプレートＴＰ１と同様であるため、特にテーパー面５２について説明する。第３テンプレートＴＰ３を使用する場合も、図３及び図４で説明されたナノインプリント方法は同じである。

第３テンプレートＴＰ３は、垂直面から５度から４５度ほど中央側に傾いたテーパー面５２が形成されている。このテーパー面５２に圧電素子６２が設けられている。すなわち、圧電素子６２が樹脂２１側（下側）に向いている。例えば第３テンプレートＴＰ３に設けられた４つのＸ軸圧電素子６２ｘが５００ｋＨｚで振動すると、右辺と左辺とから第３テンプレートＴＰ３に超音波が発生し、第３テンプレートＴＰ３と半導体ウエハＳＷと間の樹脂２１にも同じような超音波が発生する。第１テンプレートＴＰ１と異なり、第３テンプレートＴＰ３の圧電素子６２が下側に向いているので、第３テンプレートＴＰ３に発生した超音波がより強く樹脂２１に伝えることができる。

テーパー面５２は５度から４５度ほど中央側に傾いているため、第３テンプレートＴＰ３内を伝わった超音波の等位相面は、第３テンプレートＴＰ３と半導体ウエハＳＷの界面に垂直に近い角度で交差し、半導体ウエハＳＷの表面と水平になることはない。

＜第４テンプレートの構造＞
図１２（Ａ）は、テンプレートＴＰとしての第４テンプレートＴＰ４の凹凸パターンＣＣ側の反対側から見た概念図である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第４テンプレートＴＰ４を使用する場合も、図３及び図４で説明されたナノインプリント方法は同じである。

第４テンプレートＴＰ４は、第１テンプレートＴＰ１から第３テンプレートＴＰ３とは異なり圧電素子が設けられておらず、駆動アクチュエータ５５が設けられているのみである。圧電素子の代わりにレーザービームＬＺが樹脂２１に照射するレーザー超音波装置８０が、保持部５０内に配置されている。

レーザー超音波装置８０は筐体８１を有し、筐体８１にはナット部８３が固定されている。ナット部８３はボールネジ８２と接合し、そのボールネジ８２の一端にはステッピングモータＭが取り付けられる。ステッピングモータＭは、矢印に示されるようにＸ軸方向に筐体８１を移動させることができる。

レーザー超音波装置８０の筐体８１は、一対のレーザー光源部ＬＺＳ及び一対のシリンドリカルレンズ８４を含む。レーザー光源部ＬＺＳは例えば波長６００ｎｍから７８０ｎｍのチタンサファイヤ（Ｔｉ:Ａｌ_２Ｏ_３）レーザーである。波長が６００ｎｍ以上であれば、ＵＶ硬化性の樹脂２１を硬化させることがないため、他のレーザーであってもよい。またレーザー光源部ＬＺＳから照射されるレーザービームＬＺは約５００ｋＨｚで強度変調されている。なお、筐体８１内に一対のレーザー光源部ＬＺＳ及び一対のシリンドリカルレンズ８４を配置したが、それぞれ別の筐体に配置してもよい。

レーザー光源部ＬＺＳは筐体８１内に必ずしも配置する必要がなく、外部に配置したチタンサファイヤレーザーから光ファイバーなどでレーザービームＬＺを導いてもよい。シリンドリカルレンズ８４は、レーザービームＬＺを樹脂２１に焦点を合わせる。２つのレーザービームＬＺの間隔は、樹脂２１内において約３ｍｍから約１０ｍｍに設定されている。

樹脂２１の主剤はメタクリレート誘導体であるが、第１テンプレートＴＰ１から第３テンプレートＴＰ３とは異なり、フタロシアニン色素が微小に含まれている。フタロシアニン色素は波長６００ｎｍから７８０ｎｍの光の吸収を増大させることができる。

＜レーザービームＬＺによる液状の樹脂内の超音波の発生＞
次に、レーザービームＬＺにより液状の樹脂２１内に形成される超音波２５を説明する。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）において、樹脂２１内に照射されたレーザービームＬＺは、樹脂２１内で熱膨張を引き起こす。レーザービームＬＺは例えば約５００ｋＨｚで強度変調されているため、照射された樹脂２１内の部分で周期的な熱変化が約５００ｋＨｚで発生し、樹脂２１内に５００ｋＨｚの振動波を発生させる。互いに約３ｍｍから約１０ｍｍに離れた一対のレーザービームＬＺが約５００ｋＨｚで強度変調されると、一対の振動はが重なり合い超音波２５の定在波が発生する。すると図１２（Ｂ）に示されるように、気泡２２が定在波の腹で捕捉される。

この状態で、ステッピングモータＭは、矢印に示されるようにＸ軸方向に筐体８１を移動させ、気泡２２を樹脂２１の外に排出する。なお、図１で示されたように半導体ウエハＳＷはＸＹステージ１４に支えられ、ＸＹステージ１４はＸ軸方向に移動することができる。このため、ボールネジ８２、ナット部８３などを設けることなく筐体８１が固定のままで、ＸＹステージ１４が移動して、気泡２２を樹脂２１の外に排出するようにしてもよい。

上記実施例では硬化性樹脂としてＵＶ硬化の樹脂２１を使って説明したが、熱硬化性樹脂を使用した場合であっても、テンプレートの凹凸パターンＣＣには気泡が発生する。このため、上述した各種テンプレートは熱硬化性樹脂を使用した場合にも適用できる。

また、圧電素子の振動周波数又はレーザーの変調周波数は、５００ｋＨｚで説明したがこの周波数に限られず、３００ｋＨｚから１．５ＭＨｚ程度であってもよい。

ナノインプリント装置１００を示した概念図である。 保持部５０と第１テンプレートＴＰ１との拡大図である。 本実施形態のナノインプリント方法について説明した図である。 本実施形態のナノインプリント方法について説明した図である。 （Ａ）は凹凸パターンＣＣの反対側から見た第１テンプレートＴＰ１の概念図である。（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、超音波２５が正弦波で描かれている。 第１テンプレートＴＰ１を使った脱泡方法のフローチャートである。 （Ａ）及び（Ｂ）は凹凸パターンＣＣの反対側から見た第１テンプレートＴＰ１の概念図であり超音波２５の発生状況を示している。 第１テンプレートＴＰ１に４つのＸ軸圧電素子６２ｘのみが設けられ、Ｙ軸圧電素子６２ｙが設けられていない例である。 第１テンプレートＴＰ１の変形例を示した例である。 第２テンプレートＴＰ２の拡大図である。 第３テンプレートＴＰ３の拡大図である。 （Ａ）は第４テンプレートＴＰ４の凹凸パターンＣＣ側の反対側から見た第４テンプレートＴＰ４の概念図である。（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１４ … ＸＹステージ
１６ … 吸着テーブル
２１ … 樹脂
２２ … 気泡
２５ … 超音波
５０ … 保持部
５５ … 駆動アクチュエータ
５７ … 外周溝、５８ … 遮光膜、５９ … 吸引孔
６２ … 圧電素子（６２ｘ … Ｘ軸圧電素子、６２ｙ … Ｙ軸圧電素子）
７１ … チャンバー
７４ … 排気配管
７３ … 減圧ポンプ
７６ … 循環ポンプ
７９ … ロードロックゲート
８０ … レーザー超音波装置
８１ … 筐体、８３ … ナット部、８２ … ボールネジ
８４ … シリンドリカルレンズ
９０ … 主制御部
１００ … ナノインプリント装置
ＣＣ … 凹凸パターン
ＥＶ … 押圧エレベータ
ＨＭ … ハードマスク層
Ｍ … ステッピングモータ
ＬＺＳ … レーザー光源部
ＳＲ … シリコーンゴム
ＳＷ … 半導体ウエハ
ＴＰ … テンプレート（ＴＰ１ … 第１テンプレート、ＴＰ２ … 第２テンプレート、ＴＰ３ … 第３テンプレート）
ＵＶＳ … 紫外光源

Claims (27)

1. 第１基板に形成された凹凸パターンと該凹凸パターンに対向して配置された第２基板との間に設けられた液状層中の泡を除去する脱泡装置において、
   前記液状層中を異なる方向に進行する複数の音波を発生させ、該複数の音波の合成波を前記凹凸パターンに対して相対的に走査して、前記液状層中の泡を移動させる音波走査部を備えたことを特徴とする脱泡装置。
2. 前記音波走査部は、反対向きに進行する２つの音波を発生させて前記合成波を生成することを特徴とした請求項１に記載の脱泡装置。
3. 前記音波走査部は、走査方向が異なる複数の前記合成波を生成することを特徴とした請求項１に記載の脱泡装置。
4. 前記音波走査部は、前記第１基板と、前記第２基板の載置台との少なくとも一方における複数部分に応力を与えて前記複数の音波を発生させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の脱泡装置。
5. 前記音波走査部は前記複数部分に応力を与える圧電素子を含むことを特徴とする請求項４に記載の脱泡装置。
6. 前記圧電素子は、前記第１基板の周囲の一部又は前記第２基板の載置台の周囲の一部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の脱泡装置。
7. 前記音波走査部は、前記液状層に部分的に周期的な熱変化を与えて前記複数の音波を発生させることを特徴とした請求項１に記載の脱泡装置。
8. 前記音波走査部は、前記液状層が吸収可能なレーザー光によって前記複数の音波を発生させることを特徴とする請求項７に記載の脱泡装置。
9. 前記レーザー光は少なくとも２以上の一次元方向に伸びたシート状に整形され、かつ前記シート状のレーザー光は空間的に互いに一定間隔で前記液状層に照射されることを特徴とする請求項８に記載の脱泡装置。
10. 前記音波走査部は、前記合成波を構成する音波の位相を相対的に変化させて前記合成波を走査することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の脱泡装置。
11. 前記音波走査部は、前記合成波を構成する音波の周波数を異ならせて前記合成波を走査することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の脱泡装置。
12. 前記シート状のレーザー光は、前記凹凸パターンに対して相対的に走査されることを特徴とする請求項９に記載の脱泡装置。
13. 前記液状層中で移動した泡を回収する回収部を備えること特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の脱泡装置。
14. 請求項１から請求項１３に記載の脱泡装置と、
    前記凹凸パターンと前記第２基板とを所定距離に設定する距離設定部と、
    液状層を硬化させる硬化部と、
    を備えることを特徴とするナノインプリント装置。
15. 前記硬化部は、紫外線又は熱を前記硬化性樹脂に与えることを特徴とする請求項１４に記載のナノインプリント装置。
16. 第１基板に形成された凹凸パターンと該凹凸パターンに対向して配置された第２基板との間に設けられた液状層中の泡を除去する脱泡方法において、
    前記液状層中を異なる方向に進行する複数の音波を発生させ、該複数の音波の合成波を前記凹凸パターンに対して相対的に走査して、前記液状層中の泡を移動させる音波走査工程を含むことを特徴とする脱泡方法。
17. 前記音波走査工程は、反対向きに進行する２つの音波を発生させて前記合成波を生成することを特徴とした請求項１６に記載の脱泡方法。
18. 前記音波走査工程は、走査方向が異なる複数の前記合成波を生成することを特徴とした請求項１６に記載の脱泡方法。
19. 前記音波走査工程は、前記第１基板と、前記第２基板の載置台との少なくとも一方における複数部分に応力を与えて前記複数の音波を発生させることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の脱泡方法。
20. 前記音波走査工程は、前記液状層に部分的に周期的な熱変化を与えて前記複数の音波を発生させることを特徴とした請求項１６に記載の脱泡方法。
21. 前記音波走査工程は、前記液状層が吸収可能なレーザー光によって前記複数の音波を発生させることを特徴とする請求項２０に記載の脱泡方法。
22. 前記音波走査工程は、前記合成波を構成する音波の位相を相対的に変化させて前記合成波を走査することを特徴とする請求項１６から請求項２１のいずれか一項に記載の脱泡方法。
23. 前記音波走査工程は、前記合成波を構成する音波の周波数を異ならせて前記合成波を走査することを特徴とする請求項１６から請求項２１のいずれか一項に記載の脱泡方法。
24. 前記液状層中で移動した泡を回収する回収工程を含むこと特徴とする請求項１６から請求項２３のいずれか一項に記載の脱泡方法。
25. 前記第１基板の凹凸パターンと前記第２基板とを所定距離に設定し、
    前記凹凸パターンと前記第２基板とが所定距離に設定された後、請求項１６から請求項２４のいずれか一項に記載の脱泡方法の音波走査工程を行い、
    この音波走査工程後に前記液状層を固体状層に硬化させ、
    前記第１基板の凹凸パターンと硬化した固体状層とを剥離する
    ことを特徴とするナノインプリント方法。
26. 前記第１基板の凹凸パターンと前記第２基板とを所定距離に設定し、
    前記凹凸パターンと前記第２基板とが所定距離に設定された後、請求項１６から請求項２４のいずれか一項に記載の脱泡方法の音波走査工程を行い、
    この音波走査工程後に、前記第１基板の凹凸パターンと前記第２基板とを前記所定距離よりさらに狭い距離を設定し、
    狭い距離に設定した後前記液状層を固体状層に硬化させ、
    前記第１基板の凹凸パターンと硬化した固体状層とを剥離する
    ことを特徴とするナノインプリント方法。
27. 請求項２５又は請求項２６に記載のナノインプリント方法によって形成された固体状層をマスクとして、前記第２基板を加工することを特徴とするデバイスの製造方法。