JP2015144315A - インプリント装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】基板１０上のインプリント材１２に型８での押型を行って基板１０上にパターンを形成するインプリント装置１であって、型８、インプリント材１２および基板１０のうちの少なくとも一つを透過する透過性ガスと、押型による圧力上昇により液化する凝縮性ガスとを供給する供給手段６を有し、透過性ガスおよび凝縮性ガスをインプリント材１２と型８との間に供給して押型を行う。
【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。

半導体デバイスの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィ技術に加え、基板上の未硬化樹脂をモールド（型）で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目を集めている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の一つとして、光硬化法がある。この光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板（ウエハ）上のショット領域（インプリント領域）に紫外線硬化樹脂（インプリント樹脂、光硬化樹脂）を塗布する。次に、この樹脂（未硬化樹脂）をモールドにより成形する。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させたうえで離型することにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

このインプリント装置では、一般に装置内の雰囲気が大気であるため、モールドと樹脂とを互いに押し付けるとその間に大気が留まり、残留ガスとなって樹脂に気泡が混入するなど転写されるパターンに不具合が生じ、正確なパターン形成ができない場合がある。そこで、例えば、特許文献１は、インプリント雰囲気に透過性ガスを使用し、樹脂やモールドに残留した透過性ガスを溶解または拡散させることで、残留ガスを素早く減少させるインプリント装置を開示している。一方、特許文献２は、インプリント雰囲気にモールドと樹脂とを押し付けた際の圧力上昇により凝縮する凝縮性ガスを使用したインプリント装置を開示している。この凝縮性ガスは、残留時には液化して、気体時に比べて体積が数百分の１にまで小さくなるので、残留ガスのパターン形成への影響を抑えることができる。

米国特許第７０９０７１６号明細書 特許第３７００００１号公報

しかしながら、特許文献１、２に示すインプリント装置は、いずれも、正確なパターン形成とスループットとの両立には不利な点がある。すなわち、特許文献１のインプリント装置は、残留ガスを減少させる時間の点で、特許文献２のインプリント装置より不利である。一方、特許文献２のインプリント装置は、凝縮性ガスが液化してその体積が気体時のそれに比べて小さくなるとはいえ、当該液化による液体の存在がパターン形成に影響しうる。

本発明は、例えば、正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板上のインプリント材に型での押型を行って基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、型、インプリント材および基板のうちの少なくとも一つを透過する透過性ガスと、押型による圧力上昇により液化する凝縮性ガスとを供給する供給手段を有し、透過性ガスおよび凝縮性ガスをインプリント材と型との間に供給して押型を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 測定ビームの波長に対する各気体の屈折率を示すグラフである。

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。

まず、本発明の一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、本実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。このインプリント装置は、半導体デバイス等のデバイスの製造に使用され、被処理体であるウエハ上（基板上）のインプリント材（典型的には未硬化樹脂）をモールド（型）で成形し、パターン（典型的には樹脂のパターン）を基板上に形成する装置である。なお、ここでは光硬化法を採用したインプリント装置としている。また、以下の図においては、基板上の樹脂に対して紫外線を照射する照明系の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。このインプリント装置１は、照明系２と、モールド保持部３と、ウエハステージ４と、塗布部５と、ガス供給部６と、制御部７とを備える。

照明系２は、インプリント処理の際に、モールド８に対して紫外線を照射する照明手段である。この照明系２は、不図示であるが、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光学素子とから構成される。また、モールド８は、ウエハ１０に対向する面に所定のパターン（例えば、回路パターンに対応する凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。なお、モールド８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。

モールド保持部３は、真空吸着力や静電力によりモールド８を引きつけて保持する保持部である。このモールド保持部３は、モールドチャック９と、ウエハ１０上に塗布された紫外線硬化樹脂にモールド８を押し付けるためにモールド保持部３をＺ軸方向に駆動する不図示のモールド駆動機構とを含む。なお、インプリント装置１における押型および離型動作は、このようにモールド８をＺ方向に移動させることで実現してもよいが、例えば、ウエハステージ４（ウエハ１０）をＺ方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を移動させてもよい。

ウエハステージ４は、ウエハ１０を例えば真空吸着により保持し、かつ、ＸＹ平面内を可動とするウエハチャック１１を備えた保持部である。ここで、ウエハ１０は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理体であり、この被処理面には、モールド８により成形される紫外線硬化樹脂（以下、単に「樹脂」と表記する）が塗布される。また、ウエハステージ４は、その周囲に、その６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ）の位置を制御できるように複数の参照ミラー（反射部）１３を備える。インプリント装置１は、これらの参照ミラー１３にそれぞれビームを照射することでウエハステージ４の位置を測定する複数のレーザー干渉計（測定手段）１４を備える。レーザー干渉計１４は、ウエハステージ４の位置をリアルタイムで計測し、後述する制御部７は、この計測値に基づいてウエハ１０（ウエハステージ４）の位置決め制御を実行する。

塗布部５は、ウエハ１０上に樹脂１２（未硬化樹脂）を塗布する塗布手段である。ここで、樹脂１２は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する光硬化樹脂（インプリント材）であって、半導体デバイスの製造工程等により適宜選択される。

ガス供給部６は、モールド８とウエハ１０上の樹脂１２とを互いに押し付ける押型動作の際に、その押型位置に向かって混合ガスを供給する供給手段（供給部）である。このガス供給部６は、まず、モールド８、樹脂１２、またはウエハ１０の少なくとも１つに対して溶解または拡散する性質を有する透過性ガスを供給する透過性ガス供給部２０を含む。また、ガス供給部６は、圧力を加えられること（圧力上昇）で凝縮し、液化する性質を有する凝縮性ガスを供給する凝縮性ガス供給部２１を含む。ここで、透過性ガスとしては、ヘリウムや水素などのガスが採用可能である。ただし、透過性ガスとして可燃性の水素を使用する場合には、インプリント装置１内に防爆システムを別途設置し、火気に注意した構成とする必要がある。一方、凝縮性ガスとしては、ＨＦＣ−２４５ｆａ（１、１、１、３、３ペンタフルオロプロパン、ＣＨＦ_２ＣＨ_２ＣＦ_３）を代表とするＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が採用可能である。ただし、凝縮性ガスに採用するガスは、これに限らず、例えばＨＦＥ−２４５ｍｃ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＨ_３）を代表とするＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などでもよい。また、ガス供給部６は、透過性ガス供給部２０と凝縮性ガス供給部２１とから供給されたそれぞれガスを混合するガス混合部２２と、第１バルブ２３と第２バルブ２４とによりガス混合部２２に供給する各ガスの供給量を制御するガス供給制御部２５とを含む。ガス供給制御部２５は、ガス混合部２２にて各ガスを所望の成分比に混合し、生成された混合ガスを、第３バルブ２６を制御することで供給量を調整しつつ、ガス供給ノズル２７からモールド８とウエハ１０とに挟まれた押型位置に供給させる調整部である。なお、このガス供給制御部２５は、インプリント装置１内に単体で設置し、後述の制御部７と回線を介して接続される構成としてもよいし、または制御部７と一体で構成してもよい。

制御部７は、インプリント装置１の各構成要素の動作および調整等を制御しうる。制御部７は、例えば、コンピュータ等で構成され、インプリント装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラム等にしたがって各構成要素の制御を実行しうる。本実施形態では、制御部７は、モールド保持部３やウエハステージ４などの動作に加え、少なくともレーザー干渉計１４やガス供給制御部２５の処理動作を制御する。なお、制御部７は、インプリント装置１の他の部分と一体で構成してもよいし、インプリント装置１の他の部分とは別の場所に設置してもよい。

次に、インプリント装置１によるインプリント処理について説明する。まず、制御部７は、不図示の基板搬送装置によりウエハステージ４にウエハ１０を載置および固定させた後、ウエハステージ４を塗布部５の塗布位置へ移動させる。その後、塗布部５は、塗布工程としてウエハ１０の所定のショット（インプリント領域）に樹脂（未硬化樹脂）１２を塗布する。次に、制御部７は、ウエハ１０上の当該ショットがモールド８の直下に位置するように、ウエハステージ４を移動させる。次に、制御部７は、モールド８とウエハ１０上の当該ショットとの位置合わせ、および不図示の倍率補正機構によるモールド８の倍率補正などを実施した後、モールド駆動機構を駆動させ、ウエハ１０上の樹脂１２にモールド８を押し付ける（押型工程）。この押型により、樹脂１２は、モールド８に形成された凹部に充填される。この状態で、照明系２は、硬化工程としてモールド８の背面（上面）から紫外線を照射し、モールド８を透過した紫外線により樹脂を硬化させる。そして、樹脂１２が硬化した後、制御部７は、モールド駆動機構を再駆動させ、モールド８をウエハ１０から引き離す（離型工程）。これにより、ウエハ１０上のショットの表面には、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。

特に、本実施形態の押型工程では、制御部７は、ガス供給部６により押型位置に対して透過性ガスと凝縮性ガスとの混合ガスを供給させる。図２は、レーザー干渉計１４の測定ビーム波長と、大気、透過性ガス、凝縮性ガス、および該透過性ガスと該凝縮性ガスとの混合ガスの各雰囲気の屈折率との関係を示すグラフである。なお、ここでは透過性ガスをヘリウムガスとし、凝縮性ガスをＨＦＣ−２４５ｆａガスとしている。上述のとおり、透過性ガスは、分子径が小さい場合が一般的であり、屈折率が大気に比べて小さく、一方、凝縮性ガスの屈折率は、大気に比べて大きい。したがって、１気圧において、大気の屈折率をｎ_ａｉｒとし、透過性ガスの屈折率をｎ_１とし、また、凝縮性ガスの屈折率をｎ_２とすると、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
ｎ_１＜ｎ_ａｉｒ＜ｎ_２ （１）
さらに、１気圧における透過性ガスと凝縮性ガスとの混合ガスの屈折率をｎ_３とした場合、透過性ガスと大気との屈折率差をΔｎ_１とし、凝縮性ガスと大気との屈折率差をΔｎ_２とし、また、混合ガスと大気との屈折率差をΔｎ_３とする。ここで、押型位置に対して供給するガスとして透過性ガスのみを使用する場合に比べて、混合ガスを使用した方がその周囲の大気の屈折率との差異が小さくなり、干渉変位測定への影響を抑えることができるのは、以下の式（２）に示す関係が成り立つ場合である。
｜Δｎ_１｜＞｜Δｎ_３｜ （２）
一方、押型位置に対して供給するガスとして凝縮性ガスのみを使用する場合に比べて、混合ガスを使用した方がその周囲の大気の屈折率との差異が小さくなり、干渉変位測定への影響を抑えることができるのは、以下の式（３）に示す関係が成り立つ場合である。
｜Δｎ_２｜＞｜Δｎ_３｜ （３）
なお、式（２）および（３）では、各屈折率差は、絶対値とする。すなわち、式（１）の条件を満足する透過性ガスと凝縮性ガスとを使用すれば、必然的に式（２）および式（３）の条件を満足するので、この場合、透過性ガスまたは凝縮性ガスを単独で使用する場合に比べて、干渉変位測定への影響を抑えることができる。

また、このように透過性ガスと凝縮性ガスとの混合ガスを押型位置に供給する場合、インプリント装置１内に２箇所のガス回収ノズル３０、３１を設置してもよい。図１に示すように、レーザー干渉計１４の光路は、ウエハチャック１１の上面より低い位置にある。ここで、混合ガス中のＨＦＣ−２４５ｆａは、ヘリウムと大気とに比べて比重が大きいので、混合ガスから分離して干渉変位測定領域（光路）に進入しやすい。そこで、ヘリウムの成分比率は、大気と同じ屈折率となる比率よりやや高くなるように設定してもよい。その場合、供給する混合ガスの屈折率は、大気のそれよりも小さい。また、インプリント装置１は、重力方向に押型位置よりも高い位置に第１ガス回収ノズル３０を設置し、一方、押型位置よりも低い位置に第２ガス回収ノズル３１を備える。ガス回収ノズル３０、３１は、それぞれ第１および第２ガス回収部３２、３３に接続される。この構成により、第１ガス回収部３２で回収されたガスは、ヘリウムの存在比が高くなり、一方、第２ガス回収部３３で回収されたガスは、ＨＦＣ−２４５ｆａの存在比が高くなる。したがって、インプリント装置１内で分離したヘリウムとＨＦＣ−２４５ｆａとを効率良く回収することができるので、ガスのリサイクルに有利である。なお、例えば、レーザー干渉計１４の光路がウエハチャック１１の上面より高い位置にある場合には、ＨＦＣ−２４５ｆａの成分比率は、大気と同じ屈折率となる比率よりやや高くなるように設定してもよい。その場合、供給する混合ガスの屈折率は、大気のそれよりも大きい。

さらに、制御部７は、ウエハステージ４を既知の位置に配置した状態でのレーザー干渉計１４の出力に基づいて、混合ガスの成分比を調整させてもよい。例えば、制御部７は、混合ガスの供給時の測定値が、上記出力に基づいた許容範囲を超えた場合には、ガス供給制御部２５に対して、混合ガスの成分比を変更させるように指示する。一方、測定ビームの光路雰囲気の気体成分を検出する検出器をインプリント装置１内に設置して、検出された気体成分において凝縮性ガスの成分値が許容範囲を超えた場合、制御部７がガス供給制御部２５に対して混合ガスの成分比を変更させる構成としてもよい。この場合の検出器には、これと付随して気体成分を分析する分析装置を設置してもよい。ここで、上記許容範囲は、装置構成および寸法、またはこれまでのインプリント処理の実績など考慮して決定しうる。これにより、例えば、混合ガスの供給時に混合ガスから分離した凝縮性ガスなどが測定ビームの光路に進入し、レーザー干渉計１４の出力に影響が出た場合でも、即座に対応することができる。

以上のように、本実施形態によれば、モールド８と樹脂１２との間に残留するガスを短時間で低減させつつ、レーザー干渉計１４による測定を正確に実施することができる。したがって、正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供することができる。

（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。さらに、該製造方法は、パターンを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、パターンを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。

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。

１ インプリント装置
６ ガス供給部
８ モールド
１０ ウエハ
１２ 樹脂

Claims (12)

1. 基板上のインプリント材に型での押型を行って前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記型、前記インプリント材および前記基板のうちの少なくとも一つを透過する透過性ガスと、前記押型による圧力上昇により液化する凝縮性ガスとを供給する供給手段を有し、
   前記透過性ガスおよび前記凝縮性ガスを前記インプリント材と前記型との間に供給して前記押型を行う、
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記供給手段は、前記インプリント材の成分のガスとは異なる前記凝縮性ガスを供給する、
   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. 前記供給手段は、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルのうちの少なくとも一つを含む前記凝縮性ガスを供給する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記供給手段は、供給ノズルを含み、前記基板上の前記インプリント材と前記型との間に前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとを前記供給ノズルから供給する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記供給手段は、前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとを混合する混合部を含み、該混合部を介して前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとの混合ガスを供給する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 前記混合ガスの成分比を調整する調整手段を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
7. 前記混合ガスの成分を検出する検出器を有し、
   前記調整手段は、前記検出器の出力に基づいて、前記混合ガスの成分比を調整する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. 前記透過性ガスおよび前記凝縮性ガスを回収する回収ノズルを有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
9. 前記透過性ガスは、ヘリウムおよび水素のうち少なくとも一つを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記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。
11. 基板上のインプリント材に型での押型を行って前記基板上にパターンを形成するインプリント工程と、前記インプリント工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、を含む物品の製造方法であって、
    前記インプリント工程は、前記型、前記インプリント材および前記基板のうちの少なくとも一つを透過する透過性ガスと、前記押型による圧力上昇により液化する凝縮性ガスとを前記インプリント材と前記型との間に供給して前記押型を行う、
    ことを特徴とする物品の製造方法。
12. 基板上のインプリント材に型での押型を行って前記基板上にパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記型、前記インプリント材および前記基板のうちの少なくとも一つを透過する透過性ガスと、前記押型による圧力上昇により液化する凝縮性ガスとを前記インプリント材と前記型との間に供給して前記押型を行う、
    ことを特徴とするインプリント方法。

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