JP2011091235A - Imprinting method and device, and method of manufacturing article using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インプリント方法及びインプリント装置、それを用いた物品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an imprint method, an imprint apparatus, and an article manufacturing method using the imprint method.
インプリント(ナノインプリント)技術は、ナノスケールの微細パターンの転写を可能とし、磁気記憶媒体や半導体デバイスの量産向けナノリソグラフィ技術の1つとして実用化されている。インプリント処理は、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(型材)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を形成する。この微細パターンは、基板上にインプリント樹脂(以下、単に「樹脂」と表記する)を塗布し、その樹脂にモールドのパターンを押し付け、その後、樹脂を硬化させることにより形成される。 Imprint (nanoimprint) technology enables transfer of nanoscale fine patterns and has been put to practical use as one of nanolithography technologies for mass production of magnetic storage media and semiconductor devices. In the imprint process, a fine pattern is formed on a substrate such as a silicon wafer or a glass plate using a mold (mold material) on which a fine pattern is formed using an apparatus such as an electron beam drawing apparatus as an original plate. The fine pattern is formed by applying an imprint resin (hereinafter simply referred to as “resin”) on a substrate, pressing a mold pattern against the resin, and then curing the resin.
インプリント技術としては、一般に、熱サイクル法と、光硬化法とがある。熱サイクル法は、熱可塑性の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モールドを押し付け、冷却した後に樹脂からモールドを引き離す。一方、光硬化法は、紫外線硬化型の樹脂を使用し、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。熱サイクル法は、温度制御による転写時間の増大、及び温度変化による寸法精度の低下を伴うが、光硬化法では、このような問題が存在しないため、ナノスケールの半導体デバイスの量産においては、光硬化法が有利である。この光硬化法を採用した半導体デバイスの量産向け製造装置としては、ステップアンドフラッシュ式インプリントリソグラフィ(以下、「SFIL」と表記する)を応用した装置が有効である。例えば、特許文献1は、基板ステージ、樹脂の塗布機構、インプリントヘッド、光照射系、及び位置決めマーク検出機構を備え、SFILに適合したナノインプリント装置を開示している。
As the imprint technique, there are generally a thermal cycle method and a photocuring method. In the thermal cycle method, a thermoplastic resin is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature, the mold is pressed in a state where the flowability of the resin is increased, and after cooling, the mold is pulled away from the resin. On the other hand, in the photocuring method, an ultraviolet curable resin is used, and the resin is cured by irradiating ultraviolet rays in a state where the mold is pressed, and then the mold is separated from the cured resin. The thermal cycle method is accompanied by an increase in transfer time due to temperature control and a decrease in dimensional accuracy due to temperature change. However, the photocuring method does not have such a problem. Therefore, in mass production of nanoscale semiconductor devices, A curing method is advantageous. As a manufacturing apparatus for mass production of semiconductor devices employing this photocuring method, an apparatus applying step-and-flash imprint lithography (hereinafter referred to as “SFIL”) is effective. For example,
しかしながら、従来のインプリント装置では、樹脂の塗布機構による塗布量や塗布位置にばらつきが生じ、所定のショットに対して正確に樹脂を塗布できない場合がある。例えば、あるショットにおいてモールドからはみ出した樹脂をそのまま硬化させると、周辺のショット上に拡散して硬化するため、不良ショットが多数発生する。また、塗布量が少ない場合や、一部の領域に集中して塗布した場合、ショット全域に樹脂が行き渡らず、そのショットは、不良となる。 However, in the conventional imprint apparatus, there are cases where the application amount and application position by the resin application mechanism vary, and the resin cannot be accurately applied to a predetermined shot. For example, if the resin that protrudes from the mold in a certain shot is cured as it is, it diffuses and cures on the surrounding shots, resulting in many defective shots. Further, when the coating amount is small or when the coating is concentrated on a part of the region, the resin does not spread over the entire shot and the shot becomes defective.
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、基板上に塗布された樹脂の塗布状態を調整することにより、不良ショットを低減することができ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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an imprint method and an imprint apparatus that can reduce defective shots by adjusting the application state of a resin applied on a substrate. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明は、モールドに形成されたパターンを基板に塗布された樹脂に押印し、パターンを樹脂に転写するインプリント方法であって、樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂であり、基板に塗布された樹脂にモールドを押印する押印工程と、該押印工程後、基板上の被処理領域に対する樹脂の塗布状態を検査する検査工程と、該検査工程後、検査工程の検査結果に基づいて、樹脂の塗布範囲を調整する調整工程と、該調整工程後、樹脂に紫外線を照射し硬化させる硬化工程と、該硬化工程後、樹脂からモールドを離型する離型工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is an imprint method in which a pattern formed on a mold is imprinted on a resin applied to a substrate, and the pattern is transferred to the resin. The resin receives ultraviolet rays. A step of imprinting the mold onto the resin applied to the substrate, an inspection step of inspecting the application state of the resin to the region to be processed on the substrate, and the inspection step Then, based on the inspection result of the inspection process, an adjustment process for adjusting the application range of the resin, a curing process for irradiating the resin with ultraviolet rays after the adjustment process, and a mold release from the resin after the curing process And a mold release step.
本発明によれば、基板上に塗布された紫外線硬化樹脂の塗布状態により、硬化工程前に樹脂の塗布範囲を調整するので、該塗布範囲を被処理領域に対して正確な位置とすることができ、結果的に、不良ショットを低減することができる。 According to the present invention, since the application range of the resin is adjusted before the curing step depending on the application state of the ultraviolet curable resin applied on the substrate, the application range can be set to an accurate position with respect to the processing area. As a result, defective shots can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本発明の実施形態に係るインプリント装置の構成について説明する。図1は、インプリント装置の構成を示す概略図である。本実施形態におけるインプリント装置は、半導体デバイス製造工程に使用される、被処理基板であるウエハ上(基板上)に対してモールドの凹凸パターンを転写する加工装置であり、インプリント(ナノインプリント)技術の中でも光硬化法を採用した装置である。なお、以下の図において、モールドに対する紫外線の照射軸に平行にZ軸を取り、該Z軸に垂直な平面内で、後述の塗布機構に対してウエハステージが移動する方向にX軸を取り、該X軸に直交する方向にY軸を取って説明する。インプリント装置1は、照明系ユニット2と、ハーフミラー3と、モールド4と、ヘッドマウント5と、ウエハ6と、ウエハステージ7と、塗布装置8と、モニター9と、制御装置10を備える。
(First embodiment)
First, the configuration of the imprint apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an imprint apparatus. The imprint apparatus according to the present embodiment is a processing apparatus that transfers a concavo-convex pattern of a mold onto a wafer (on a substrate) that is a substrate to be used, which is used in a semiconductor device manufacturing process, and an imprint (nanoimprint) technique. Among them, it is an apparatus that employs a photocuring method. In the following figure, the Z axis is taken in parallel to the ultraviolet irradiation axis for the mold, and the X axis is taken in a direction perpendicular to the Z axis in the direction in which the wafer stage moves with respect to the coating mechanism described later. A description will be given by taking the Y axis in a direction perpendicular to the X axis. The
照明系ユニット2は、インプリント処理の際に、モールド4に対して紫外線を照射する照明手段である。照明系ユニット2は、光源と、該光源から射出された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための複数の光学素子から構成される。ここで、インプリント装置1は、後述するが、モールド4の紫外線照射面の上方にモニター9を設置する。したがって、照明系ユニット2は、モールド4の紫外線照射面の上方側面に配置され、水平方向(X軸方向)に向かって照射した紫外線を、ヘッドマウント5とモニター9との間に設置されたハーフミラー3で90度屈折させて、モールド4に対して照射する。なお、ハーフミラー3は、紫外線を反射するが、可視光を透過する性質を有する。
The illumination system unit 2 is illumination means for irradiating the
モールド4は、ウエハ6に対する対向面に、所定の凹凸パターン(例えば、回路パターン)が三次元状に形成された型材である。凹凸パターンの表面は、ウエハ6の表面との密着性を保つために、高平面度に加工されている。なお、モールド4の材質は、石英等、紫外線を透過させることが可能な材料である。
The
ヘッドマウント5は、不図示であるが、モールド4を保持し、固定するヘッドと、該ヘッドを駆動する駆動機構と、複数のスコープ11とを備えたモールド保持部である。駆動機構は、具体的には、ウエハ6上に形成された紫外線硬化樹脂にモールド4を押し付けるために、ヘッドをZ軸方向に駆動する駆動系である。駆動機構に採用するアクチュエータは、少なくともZ軸方向で駆動するものであれば、特に限定するものではなく、リニアモータやエアシリンダ等が採用可能である。若しくは、紫外線硬化樹脂からモールド4を引き離す離型動作の際に、硬化した紫外線硬化樹脂が破壊しないように高精度に離型動作を行うために、粗動作、及び微動作を分割して実施するアクチュエータであっても良い。スコープ11は、モールド4に形成されたアライメントマークと、ウエハ6上に形成されたアライメントマークとを光学的に観察し、両者の相対位置関係を計測する位置計測手段である。なお、スコープ11は、モールド4とウエハ6との相対位置関係が計測できれば良いので、両者を画像観察する結像光学系を内部に構成したものでも良いし、又は、両者の干渉信号やモアレ(干渉縞)等の相乗効果による信号を検知するものでも良い。
Although not shown, the
ウエハ6は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理基板であり、被処理面には、成形部となる紫外線硬化樹脂12が塗布される。また、ウエハステージ7は、ウエハ6を真空吸着により保持し、かつ、XY平面内を自由に移動可能な基板ステージである。ウエハステージ7を駆動するためのアクチュエータとしては、リニアモータが採用可能であるが、特に限定するものではない。
The
塗布装置8は、ウエハ6上に紫外線硬化樹脂12を塗布する塗布手段である。紫外線硬化樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する樹脂(インプリント樹脂)であって、製造する半導体デバイスの種類により適宜選択される。以下、簡単のために、紫外線硬化樹脂を単に「樹脂」と表記する。
The
モニター9は、モールド4に照射する紫外線の照射軸(Z軸)の上方に設置された撮像手段である。モニター9は、まず、内部の照明系からウエハ6の表面に対して可視光を照射し、ハーフミラー3を透過した可視光で成形部を照明する。その後、モニター9は、反射した光を受光し、成形部の状態を撮影する。なお、モニター9に採用する撮像素子としては、CCDカメラや、CMOSカメラ等が好適である。
The monitor 9 is an imaging unit installed above the irradiation axis (Z axis) of the ultraviolet rays that irradiate the
制御装置10は、インプリント装置1の各構成要素の動作、及び調整等を制御する制御手段である。制御装置10は、不図示であるが、インプリント装置1の各構成要素に回線により接続された、磁気記憶媒体等の記憶装置を有するコンピュータ、及びシーケンサ等で構成され、本発明のインプリント方法をプログラム、若しくはシーケンスとして実行する。なお、制御装置10は、インプリント装置1と一体で構成しても良いし、若しくは、インプリント装置1とは別の場所に設置し、遠隔で制御する構成としても良い。
The
次に、本実施形態のインプリント方法の作用について説明する。まず、インプリント装置1は、ウエハステージ7にウエハ6を載置し、固定した後、ウエハステージ7を塗布装置8の塗布位置へ移動させる。次に、塗布装置8は、ウエハ6の所定のショット(被処理領域)に樹脂12を塗布する。次に、インプリント装置1は、ウエハステージ7をモールド4の直下に移動させ、モールド4の押印面とウエハ6上の塗布面との位置合わせを実施した後、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させ、ウエハ6上の樹脂12にモールド4を押印する。このとき、樹脂12は、モールド4の押印により、モールド4に形成された凹凸パターンに沿って流動する。この状態で、照明系ユニット2は、モールド4の背面(上面)から紫外線を照射し、モールド4を透過した紫外線により、樹脂12が硬化する。樹脂12が硬化した後、インプリント装置1は、ヘッドマウント5内の駆動機構を再駆動させ、モールド4をウエハ6から離型させる。これにより、ウエハ6上のショットの表面には、モールド4の凹凸パターンに倣った3次元形状の樹脂12の層が形成される。
Next, the operation of the imprint method according to this embodiment will be described. First, the
図2は、ウエハ6上の被処理面であって、1つのウエハ6に対して、各ショットにインプリント処理を実施する順序とその状態を示す概略図である。図2において、黒ずみの領域が凹凸パターンの成形済みショットであり、白抜きの領域が未成形ショットである。図2の矢印に示すように、一般に、インプリント装置1は、樹脂12の揮発性が高いため、一旦成形するショットにのみ樹脂12を塗布させ、モールド4を押印して凹凸パターンを成形する動作を各ショットで繰り返す。このとき、塗布装置8が正確に所定のショットへ樹脂12を塗布できなければ、周辺のショットへ樹脂12がはみ出し、所定のショットでの硬化工程時に同時に硬化してしまうため、次回のショット以降の凹凸パターン成形時に不具合が出る可能性がある。図2の点線で囲まれた領域は、塗布すべきショット領域より広く塗布してしまい、周辺ショットへも樹脂12がはみ出した状態を示す。そこで、本実施形態では、以下のようなインプリント方法を採用する。
FIG. 2 is a schematic view showing the processing surface on the
図3は、本実施形態におけるインプリント装置1の処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御装置10は、塗布装置8に対して、ウエハ6上の所定のショットへ樹脂12を塗布するように指示する(ステップS100)。次に、制御装置10は、ウエハ6上に塗布された樹脂12の塗布領域がモールド4の押印位置と一致するようにウエハステージ7を移動させる(ステップS101)。次に、制御装置10は、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させ、ウエハ6上に塗布された樹脂12に対してモールド4を押印する(押印工程:ステップS102)。更に、制御装置10は、この状態でモニター9を使用し、ショット上の樹脂12の塗布状態を検査する(検査工程:ステップS103)。なお、本実施形態のインプリント装置1は、樹脂12の塗布状態をモニター9のみで検査するが、例えば、エリプソメータのような斜入射式の膜厚計測装置等を別途設置し、成形するショットの周辺を計測できる構成としても良い。また、樹脂12の塗布状態の検査は、樹脂12を塗布した後であれば、モールド4の押印前でも良い。
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of processing of the
ステップS103において、制御装置10は、所定のショットから樹脂12がはみ出している、若しくは満たされていないと判断した場合、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させ、モールド4とウエハ6との間隔を微調整する(調整工程:ステップS104)。図4は、本実施形態におけるモールド4の動作を示す概略図である。なお、図4において、図1と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。まず、図4(a)に示すように、樹脂12がショットからはみ出して塗布された場合、即ち、樹脂12の塗布幅がショット幅Lよりも広い場合、図4(b)に示すように、通常と同様に、一旦モールド4を樹脂12に対して押印する。ここで、モールド4と樹脂12とが充分に馴染む、即ち、モールド4の凹凸パターンの隅々まで樹脂12が行渡るに充分な時間が経過した後、制御装置10は、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させて、必要な量だけモールド4とウエハ6との間隔を広げる。この動作により、樹脂12は、モールド4との表面張力によりモールド4に向けて引っ張られ、図4(c)に示すように、モールド4に沿った領域内へと引き込まれる。結果的に、周辺のショットにはみ出した樹脂12は、所定のショットの領域内に回収され、塗布範囲が調整される。ここで、モールド4とウエハ6との間隔の調整量は、モニター9が検査した検査結果に基づいて、制御装置10が、樹脂12のはみ出し量を類推し、決定する。なお、例えば、別途設置したエリプソメータで樹脂12のはみ出し量を計測している場合は、モールド4とウエハ6との間隔を広げながら、はみ出した樹脂12に対する信号が消えた場所で止めることで、モールド4とウエハ6との間隔の調整量を決定できる。一方、図4とは異なり、樹脂12がショットの必要領域内に満たされていない、即ち、充分充填されていない場合、制御装置10は、モールド4とウエハ6との間隔を狭めるようにヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させる。これにより、樹脂12を必要領域内に充分充填させることが可能となる。
In step S <b> 103, when the
一方、ステップS103において、制御装置10は、樹脂12が正常に塗布されていると判断した場合、若しくは、ステップS104において、正常状態とする調整が終了した後、樹脂12の硬化処理へと移行する(硬化工程:ステップS105)。硬化処理終了後、制御装置10は、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させることで樹脂12からモールド4を離型させ(離型工程:ステップS106)、次回のショットに対するインプリント処理工程に移行する(ステップS107)。
On the other hand, when the
以上のように、本発明のインプリント方法によれば、所定のショットの必要領域から樹脂12がはみ出している、若しくは充分充填されていない場合、迅速に復旧させることができるので、不良ショットの発生率を下げ、生産性の向上を実現できる。
As described above, according to the imprint method of the present invention, when the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るインプリント方法について説明する。図5は、本実施形態におけるインプリント装置1の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図5において、図3のフローチャートと同一処理については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のインプリント方法の特徴は、所定のショットから樹脂12がはみ出している場合、モールド4とウエハ6との間隔を調整せず、はみ出した樹脂12が気化するまでモールド4の離型を行わないことで、塗布範囲を調整する点にある。まず、ステップS103において、制御装置10は、所定のショットから樹脂12がはみ出していると判断した場合は、はみ出した樹脂12が気化するまで待機する(調整工程:ステップS204)。モールド4を押印した状態で待機させることで、周辺の大気と触れるのは樹脂12のはみ出した部分のみとなるため、はみ出した樹脂12のみが気化し、排除される。また、樹脂12は、揮発性が高いので、気化を促進させるために、例えば、モールド4の周辺に気体を吹き付け、気化時間を短縮させる構成としても良い。これにより、第1の実施形態と同様、所定のショットの必要領域から樹脂12がはみ出している場合、迅速に復旧させることができるので、不良ショットの発生率を下げ、生産性の向上を実現できる。なお、通常のインプリント処理では毎ショットで比較的長時間かかるため、気化の待機時間は、通常のパターン形成時間に含まれる程度であり、生産性への影響は少ない。
(Second Embodiment)
Next, an imprint method according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing of the
(物品の製造方法)
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、上述したインプリント装置を用いて基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)にパターンを形成する工程を含む。更に、該製造方法は、パターンが形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子等の他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンが形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
(Product manufacturing method)
A method for manufacturing a device (semiconductor integrated circuit element, liquid crystal display element, etc.) as an article includes a step of forming a pattern on a substrate (wafer, glass plate, film-like substrate) using the above-described imprint apparatus. Furthermore, the manufacturing method may include a step of etching the substrate on which the pattern is formed. In the case of manufacturing other articles such as patterned media (recording media) and optical elements, the manufacturing method may include other processes for processing a substrate on which a pattern is formed instead of etching. The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.
(その他の実施形態)
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及び変更が可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
第1実施形態では、モールド4とウエハ6との間隔の調整は、ヘッドマウント5内の駆動機構を駆動させ、モールド4の位置を変化させることで実施しているが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、モールド4とウエハ6との間隔の調整では、ウエハステージ7を駆動させても良いし、モールド4とウエハステージ7との両者を駆動させても良い。
In the first embodiment, the distance between the
1 インプリント装置
4 モールド
6 ウエハ
10 制御装置
12 紫外線硬化樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂であり、
前記基板に塗布された前記樹脂に前記モールドを押印する押印工程と、
前記押印工程の後、前記基板上の被処理領域に対する前記樹脂の塗布状態を検査する検査工程と、
前記検査工程の後、該検査工程の検査結果に基づいて、前記樹脂の塗布範囲を調整する調整工程と、
前記調整工程の後、前記樹脂に紫外線を照射し、硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程の後、前記樹脂から前記モールドを離型する離型工程と、
を有することを特徴とするインプリント方法。 An imprint method for imprinting a pattern formed on a mold on a resin applied to a substrate and transferring the pattern to the resin,
The resin is an ultraviolet curable resin that is cured by receiving ultraviolet light;
A stamping step of stamping the mold onto the resin applied to the substrate;
After the stamping step, an inspection step for inspecting the application state of the resin to the processing area on the substrate;
After the inspection step, based on the inspection result of the inspection step, an adjustment step of adjusting the application range of the resin,
After the adjustment step, a curing step of irradiating and curing the resin with ultraviolet rays,
After the curing step, a mold release step for releasing the mold from the resin;
The imprint method characterized by having.
前記調整工程は、前記モールドと前記基板との間隔を広げることを特徴とする請求項2に記載のインプリント方法。 In the inspection step, when it is determined that the resin is applied beyond the area to be processed,
The imprinting method according to claim 2, wherein the adjusting step increases a distance between the mold and the substrate.
前記調整工程は、前記モールドと前記基板との間隔を狭めることを特徴とする請求項2に記載のインプリント方法。 In the inspection step, when it is determined that the resin is not filled in the region to be processed,
The imprinting method according to claim 2, wherein the adjusting step narrows a distance between the mold and the substrate.
前記調整工程は、はみ出した前記樹脂が気化するまで待機することを特徴とする請求項1に記載のインプリント方法。 In the inspection step, when it is determined that the resin is applied beyond the area to be processed,
The imprinting method according to claim 1, wherein the adjustment step waits until the protruding resin is vaporized.
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。 Forming a pattern on a substrate using the imprint apparatus according to claim 6;
Processing the substrate on which the pattern is formed in the step;
A method for producing an article comprising:
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