JP2010274635A - インプリント装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々のインプリント条件においてインプリントによって形成されるパターンの欠陥を低減する。
【解決手段】型を保持する型チャックと、基板を保持する基板チャックとを備え、前記基板への樹脂の塗布と、塗布された樹脂の前記型による成形とを含む処理を行うインプリント装置は、前記基板の上の樹脂に押型したり、前記基板の上で硬化した樹脂から離型したりするように、前記型チャックおよび前記基板チャックの少なくとも一方を駆動する駆動機構と、インプリント条件に応じて駆動パターンを決定し、前記駆動パターンに従って前記駆動機構を動作させる制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、および、物品の製造方法に関する。

インプリント技術は、ナノスケールの微細パターンの転写を可能にする技術であり、磁気記憶媒体や次世代半導体デバイスの量産向用ナノリソグラフィ技術の１つとして実用化されつつある。インプリントでは、電子線描画装置等の装置を用いて微細パターンが形成されたモールド（型）を原版としてシリコンウエハやガラスプレート等の基板上に微細パターンが形成される。この微細パターンは、基板上にインプリント樹脂を塗布し、その樹脂を介して基板にモールドのパターンを押し付けた状態でその樹脂を硬化させることによって形成される。

現時点において実用化されているインプリント技術としては、熱サイクル法および光硬化法がある。熱サイクル法では、熱可塑性のインプリント樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、樹脂の流動性を高めた状態で樹脂を介して基板にモールドが押し付けられる。そして、冷却した後に樹脂からモールドを引き離すことによりパターンが形成される。また、光硬化法では、紫外線硬化型のインプリント樹脂を使用し、樹脂を介して基板にモールドを押し付けた状態で紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、硬化した樹脂からモールドを引き離すことによりパターンが形成される。熱サイクル法は、温度制御による転写時間の増大および温度変化による寸法精度の低下を伴うが、光硬化法には、そのような問題が存在しないため、現時点においては、光硬化法がナノスケールの半導体デバイスの量産において有利である。

特許文献１には、モールド（型）がウエハ上の樹脂から離れる瞬間においてはモールドを低速で駆動し、その後はモールドを高速で駆動することが開示されている。

特開２００７−３２９３６７号公報

特許文献１に記載された技術は、ある１つの条件におけるモールドの駆動パターンを最適化するものである。しかし、このようにして最適化された駆動パターンは、種々のインプリント条件に適したものではない。

本発明は、例えば、種々のインプリント条件においてインプリントによって形成されるパターンの欠陥を低減することを目的とする。

本発明の１つの側面は、型を保持する型チャックと、基板を保持する基板チャックとを備え、前記基板への樹脂の塗布と、塗布された樹脂の前記型による成形とを含む処理を行うインプリント装置に係り、前記インプリント装置は、前記基板の上の樹脂に押型したり、前記基板の上で硬化した樹脂から離型したりするように、前記型チャックおよび前記基板チャックの少なくとも一方を駆動する駆動機構と、インプリント条件に応じて駆動パターンを決定し、前記駆動パターンに従って前記駆動機構を動作させる制御部とを備える。

本発明によれば、例えば、種々のインプリント条件においてインプリントによって形成されるパターンの欠陥を低減することができる。

本発明の好適な実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。 モールドの駆動方法（駆動パターン）を例示する図である。 荷重変化率と離型によって発生する欠陥密度との関係を例示する図である。 モールドの駆動方法（駆動パターン）を例示する図である。 モールドの駆動方法（駆動パターン）を例示する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を例示的に説明する。本発明は、ナノスケールの微細パターンの形成に有用であるが、ナノスケールよりも大きいスケールのパターンの形成にも適用可能である。

まず、図１を参照しながら本発明の好適な実施形態のインプリント装置１の構成を説明する。インプリント装置１は、基板１０５への樹脂の塗布と、塗布された樹脂のモールド（型）１０４による成形とを含む処理を行うように構成されている。より具体的には、インプリント装置１は、基板１０５の上に樹脂を塗布し該樹脂にモールド（型）１０４のパターン面を押し付けた状態で該樹脂を硬化させることにより基板１０５にパターンをインプリント（押型）するように構成される。通常は、基板１０５は、複数のショット領域を有し、これらのショット領域に対して予め決められた順番にパターンがインプリントされる。

インプリント装置１は、概略的には、インプリントヘッド１０と、基板位置決め機構ＳＰと、駆動機構１００と、基板１０５のインプリントすべきショット領域に樹脂を塗布する不図示の塗布部と、これらの構成要素を制御する制御部ＣＮＴとを備えている。インプリントヘッド１０は、モールド１０４を保持するモールドチャック（型チャック）１０３と、モールドチャック１０３を支持する支持体１０２とを含む。基板位置決め機構ＳＰは、基板ステージ１０７と、基板ステージ１０７を駆動する不図示のアクチュエータとを含む。基板ステージ１０７は、基板１０５を保持する基板チャック１０６を含む。基板位置決め機構ＳＰは、ＸＹＺ座標系における少なくともＸ方向およびＹ方向の２軸に関して基板１０５を位置決めすることができる。ここで、ＸＹ平面は、基板１０５の面に平行な面、Ｚ軸は基板１０５の法線に平行な方向として定義される。インプリント装置１は、モールド１０４と基板１０５との位置ずれを検出する不図示の検出器を備えうる。該検出器は、例えば、モールド１０４に形成されたマークと、基板１０５に形成されたマークとを光学的に検出することによって、モールド１０４と基板１０５との位置ずれを検出しうる。

駆動機構１００は、基板１０５の上に塗布された樹脂にモールド１０４を押し付けたり、基板１０５の上で硬化した樹脂からモールド１０４を引き離したりするように基板１０５およびモールドチャック１０３の少なくとも一方を駆動する。なお、以下では、説明の具体化のため、駆動機構１００は、モールド１０４を保持したモールドチャック１０３を駆動するように構成されているものとする。

この実施形態では、樹脂は、光が照射されることによって硬化する光硬化型樹脂であり、インプリント装置１は、ミラー１０９およびモールド１０４を介して樹脂に光を照射する光照射部１０８を備えている。光照射部１０８は、モールド１０４のパターン面が樹脂を介して基板１０５に押し付けられた状態で樹脂に光を照射する。他の実施形式では、熱などの他の物理的なエネルギーを樹脂に与えること、または、樹脂に化学的な変化を生じさせることによって樹脂が硬化されうる。

不図示の塗布部によって基板１０５のショット領域に樹脂が塗布された後に、基板位置決め機構ＳＰによって当該ショット領域がインプリントヘッド１０の直下に位置決めされる。次いで、駆動機構１００によってインプリントヘッド１０が下方に駆動され、モールド１０４のパターン面が基板１０５の上の樹脂に押し付けられる。この状態で、光照射部１０８によってミラー１０９を介して樹脂に光が照射されて、樹脂が硬化する。次いで、駆動機構１００によってインプリントヘッド１０が上方に駆動されることによって、基板１０５の上で硬化した樹脂からモールド１０４のパターン面が引き離される。

インプリント装置１は、基板１０５（または樹脂）とモールド１０４との間に加わる荷重を計測する荷重計１０１を備えている。基板１０５の上に塗布された樹脂にモールド１０４が押し付けられるときの荷重は圧縮荷重であり、基板１０５の上で硬化した樹脂からモールド１０４を引き離すときの荷重は引張荷重である。この実施形態では、荷重計１０１は、ひずみゲージ式の荷重計、即ちロードセルである。ロードセルは、荷重を受ける部分（着力点）の変位を荷重に変換する。基板１０５とモールド１０４との間に加わる荷重を計測することができるようにモールド１０４と駆動機構１００との間に配置されたロードセルは、バネとして機能する。バネは、樹脂に作用する力が圧縮荷重から引張荷重に変化する際の荷重変化を緩やかにする。バネ作用を荷重計１０１によって提供する変わりに、荷重計１０１または駆動機構１００とモールドチャック１０３との間に弾性体（バネ作用を発揮するもの）を配置してもよい。

図２を参照しながら駆動機構１００によるモールド１０４（インプリントヘッド１０と考えてもよい）の駆動方法を例示的に説明する。なお、駆動機構１００は、基板１０５を駆動するように構成されてもよいし、基板１０５およびモールドチャック１０３の双方を駆動するように構成されてもよい。駆動機構１００は、制御部ＣＮＴからの指令に従って動作する。図２（ａ）には、駆動機構１００によるモールド１０４（インプリントヘッド１０と考えてもよい）の駆動パターンが例示されている。ここで、駆動パターンは、例えば、モールド１０４（および／または基板１０５）を制御するための目標値の集合であり、典型的には、目標値は時間の関数として定義される。図２（ｂ）には、図２（ａ）に示される駆動パターンに従って駆動機構１００が動作してモールド１０４が駆動された場合に基板１０５（または樹脂）とモールド１０４との間に加わる荷重が例示されている。この荷重は、荷重計１０１によってモニタすることができる。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）では、モールド１０４を下降させる動作は省略されている。

時刻Ｔ１までは、基板１０５の上に塗布された樹脂にモールド１０４のパターン面が押し付けられていて、時刻Ｔ１までに該樹脂の硬化が完了している。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では、駆動機構１００は、制御部ＣＮＴからの指令に従って、モールド１０４（インプリントヘッド１０）を上昇させる。この際に、荷重計１０１のバネが徐々に延びながら、荷重が０になる時刻において、樹脂に作用する荷重（基板１０５とモールド１０４との間に作用する荷重）が圧縮荷重から引張荷重に切り替わる。

時刻Ｔ２から時刻Ｔ４の期間では、駆動機構１００は、制御部ＣＮＴからの指令に従って、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間よりも遅い速度で、モールド１０４（インプリントヘッド１０）を上昇させる。これは、硬化した樹脂からモールド１０４が引き離される瞬間における引き離し速度を遅くし、該樹脂の崩壊を防止するためである。時刻Ｔ２から時刻Ｔ４の期間における時刻Ｔ３では、硬化した樹脂からモールド１０４が分離し、モールド１０４に作用する荷重が０になる。

時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の期間では、駆動機構１００は、制御部ＣＮＴからの指令に従って、時刻Ｔ２から時刻Ｔ４の期間よりも速い速度で、モールド１０４（インプリントヘッド１０）を上昇させる。

以上は、制御部ＣＮＴが駆動パターンとして図２（ａ）に例示されるような目標位置パターン（基板とモールドとの相対位置の変化を規定するパターン）に従って駆動機構１００を制御する例である。これに代えて、制御部ＣＮＴは、駆動パターンとして図２（ｂ）に例示されるような目標荷重パターン（基板とモールドとの間に加わる荷重の変化を規定するパターン）に従って駆動機構１００を制御してもよい。この場合には、制御部ＣＮＴは、荷重計１０１によって計測される荷重と目標荷重パターンにおける荷重との偏差に基づいて駆動機構１００を制御しうる。或いは、駆動パターンは、例えば、引張荷重の最大値、または、樹脂からのモールド１０４の引き離しに要する時間などで特定されてもよい。

図３を参照しながら、本発明の実施形態における荷重変化率と、樹脂からのモールド１０４の引き離し（離型）によって発生する欠陥密度との関係を例示的に説明する。図２（ｂ）において荷重がＦ０からＦ１に変化するときの変化率の絶対値（即ち、｜（Ｆ１−Ｆ０）／（Ｔ２−Ｔ１）｜）を荷重変化率ＦＶとして定義する。荷重変化率ＦＶと離型によって発生する欠陥密度との関係をプロットすると、曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のような関係が得られる。曲線Ｃ１は、第１インプリント条件における荷重変化率ＦＶと欠陥密度との関係を示す。曲線Ｃ２は、第２インプリント条件における荷重変化率ＦＶと欠陥密度との関係を示す。曲線Ｃ３は、第３インプリント条件における荷重変化率ＦＶと欠陥密度との関係を示す。なお、図３では、横軸が荷重変化率ＦＶであるが、横軸を位置変化率（モールドの駆動速度）とすることもできる。

荷重変化率ＦＶが小さい場合（モールド１０４の引き離し速度が小さい場合）、は、離型によって発生する欠陥密度は小さく、荷重変化率ＦＶが大きくなるに従って発生する欠陥密度が大きくなる。インプリント条件と目標とする最大欠陥密度が定まれば、それを満たす最大の荷重変化率ＦＶが定まるので、その荷重変化率ＦＶに従って、図２（ａ）に例示するような目標位置パターン又は図２（ｂ）に例示するような目標荷重パターンを決定することができる。ここで、指定されたインプリント条件よおび最大欠陥密度を満たす最大の荷重変化率ＦＶは、最大のスループットを与える。

制御部ＣＮＴは、不図示の入力インターフェース（例えば、操作端末、通信インターフェース）を通して与えられるインプリント条件（例えば、レシピ）に応じて駆動パターンを決定し、その駆動パターンに従って駆動機構１００を動作させる。例えば、第１インプリント条件に対して第１駆動パターン、第２インプリント条件に対して第２駆動パターン、第３インプリント条件に対して第３駆動パターンが予め割り当てられて、その割り当てを示すテーブルが制御部ＣＮＴに備えられうる。この場合、制御部ＣＮＴは、例えば、入力インターフェースを通して第１インプリント条件が与えられると、第１駆動パターンを選択し、その第１駆動パターンに従って駆動機構１００を動作させる。

インプリント条件としては、例えば、モールド１０４の劣化の程度、パターンをインプリントすべきショット領域の面積、インプリントすべきパターンの密度、露光量、樹脂の種類、離型剤の種類を挙げることができる。ここで、露光量は、樹脂を硬化させるための該樹脂への光の照射量である。

例えば、モールド１０４が劣化すると、同一の荷重変化率ＦＶの下でも、離型による欠陥密度が増加しうる。そこで、モールドの劣化の程度に応じて、荷重変化率ＦＶが小さい駆動パターンに変更するべきである。例えば、使用回数がＮ１回以下のモールドを使用する場合には荷重変化率がＦＶ１の駆動パターンを使用し、使用回数がＮ１回を超えたモールドを使用する場合には荷重変化率がＦＶ２（＜ＦＶ１）の駆動パターンを使用することができる。モールドの劣化が許容値を超えた場合には、制御部ＣＮＴは、モールドの交換機構（不図示）に指令を送ってモールドを交換させることができる。

或いは、ショット領域の面積が小さいと、同一の荷重変化率ＦＶの下でも、離型による欠陥密度が低下しうる。そこで、ショット領域の面積が小さい場合には、荷重変化率ＦＶが大きい駆動パターンに変更してスループットを向上させるべきである。

図４および図５には、図３に例示された駆動パターンの変更例が実線で例示されている。点線は、図３に例示された駆動パターンである。図４に例示された駆動パターンは、図３に例示された駆動パターンよりも荷重変化率ＦＶが大きく、例えば、モールド１０４の使用回数が第１回数以下の場合やショット領域の面積が第１面積より小さい場合に好適である。図５に例示された駆動パターンは、図３に例示された駆動パターンよりも荷重変化率ＦＶが小さく、例えば、モールド１０４の使用回数が第２回数（＞第１回数）を超えた場合や、ショット領域の面積が第２面積（＞第１面積）大きい場合に好適である。モールド１０４の使用回数が第１回数を超え、かつ、第２回数以下である場合には、図３に例示された駆動パターンが使用されうる。ショット領域の面積が第１面積を超えて、かつ、第２面積以下である場合には、図３に例示された駆動パターンが使用されうる。

以上の説明では、荷重がＦ０からＦ１に変化するときの変化率の絶対値を荷重変化率ＦＶとして定義して、これに基づいて駆動パターンを決定しているが、荷重変化率の定義はこれには限定されない。例えば、荷重がＦ１からＦ２に変化するときの変化率の絶対値を荷重変化率ＦＶとして定義して、これに基づいて駆動パターンを決定してもよい。

ここで挙げた目標位置パターンおよび目標荷重パターンは例示に過ぎず、例えば、より複雑な目標位置パターンおよび目標荷重パターンを採用することもできる。
［物品の製造方法の実施形態］
物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、前述したインプリント装置（押印装置）を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）するステップを含む。さらに、該製造方法は、パターンを転写された前記基板をエッチングするステップを含みうる。なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングステップの代わりに、パターンを転写された前記基板を加工する他の加工ステップを含みうる。

本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの性能、品質、生産性および生産コストの少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (10)

1. 型を保持する型チャックと、基板を保持する基板チャックとを備え、前記基板への樹脂の塗布と、塗布された樹脂の前記型による成形とを含む処理を行うインプリント装置であって、
   前記基板の上の樹脂に押型したり、前記基板の上で硬化した樹脂から離型したりするように、前記型チャックおよび前記基板チャックの少なくとも一方を駆動する駆動機構と、
   インプリント条件に応じて駆動パターンを決定し、前記駆動パターンに従って前記駆動機構を動作させる制御部と、
   を備えることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記制御部は、前記離型における駆動パターンを決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
3. 前記インプリント条件は、前記モールドの劣化の程度を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
4. 前記インプリント条件は、押型される領域の面積を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
5. 前記インプリント条件は、前記型におけるパターンの密度を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
6. 前記樹脂を硬化させるように前記樹脂に光を照射する照射手段を備え、
   前記インプリント条件は、前記光の照射量を含む、
   ことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
7. 前記インプリント条件は、前記樹脂および離型剤の少なくとも一方の種類を含む、
   ことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
8. 前記駆動パターンは、前記モールドと前記基板との間に加わる荷重の変化を規定するパターンである、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインプリント装置。
9. 前記駆動パターンは、前記モールドと前記基板との相対位置の変化を規定するパターンである、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて樹脂のパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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