JP2016031952A - インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの除去効率の点で有利な構成を提供すること。【解決手段】パターンが形成されたモールドを用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント装置が提供される。インプリント装置は、モールドの側面を加圧する加圧部を有する。この加圧部は、モールド6と接触する部分の近傍に、パーティクルを除去するための流体を通す開口を有する。【選択図】 図６

Description

本発明はインプリント装置に関する。

パターンが形成されたモールドを用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント技術は、微細構造デバイスを生産する技術として注目されている。インプリント技術では、凹凸構造のパターンを持つモールドを原版として、ウエハやガラス基板などの基板上のインプリント材（レジスト）にパターンを転写する。

インプリント技術を用いたパターン転写装置であるインプリント装置は、基板とモールドを装置内に搬送して、それぞれを保持する基板保持部及びモールド保持部を有する。

モールド保持部は、例えばインプリントヘッドの下に設置され、その下面においてモールドの上面を吸着保持する。更に、モールドの周辺には、側面方向からモールドに圧力を加えるための複数の加圧フィンガが配置される。この加圧フィンガは、モールドの側面を複数の点で加圧することにより、モールドに形成されたパターン領域を変形せしめるためのものである。

パターン領域の表面が要求される平坦度等を維持するために、モールド保持部や加圧フィンガに対して定期的なクリーニングを実施して、モールド保持部とモールドとの間に、異物が挟み込まれないようにしている。クリーニング時は、モールド及び基板の代わりに砥石材料を成形したクリーニングプレートが使用される（例えば特許文献１）。例えば、モールド保持部にクリーニングプレートを接触させた状態でクリーニングプレートを保持部の保持面に沿って駆動することでモールド保持部の表面が研磨される。これによりモールド保持部のクリーニングが行われる。

また、インプリント工程において、モールドに形成された数十ｎｍ幅のパターン凹部内に基板上のインプリント材が充填されやすいように、モールド周辺の空気をヘリウムやペンタフルオロプロパン（ＰＦＰ）ガスで置換することが行われる。特許文献２は、図９に示すようにモールド４にその厚み方向に貫通するガス導通孔３３を設け、モールド４のパターン領域３２の直近へのガスの導入を促進する構成を開示している。

特開２０１２−１８６３９０号公報 特開２０１０−１７９６５５号公報

しかし、モールド保持部のクリーニングにおいて、クリーニングプレートとモールド保持部との摩擦による研削片がパーティクルとしてインプリント装置内に飛散する。クリーニングプレートの表面に研削材を塗布してクリーニングを行う場合には、研削材もパーティクルとしてインプリント装置内に飛散する。このように飛散した物質がパーティクルとして、再びモールド保持部や加圧フィンガに付着すると、インプリント不良の原因となる。特に、モールド保持部や加圧フィンガ近辺に付着していたパーティクルがモールドのパターン領域に付着した場合には、基板上に転写したパターンに欠陥が発生してしまい、製品の品質に大きなダメージを与えかねない。

そこで、本発明は、パーティクルの除去効率の点で有利な構成を提供する。

本発明の一側面によれば、パターンが形成されたモールドを用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント装置であって、前記モールドの側面を加圧する加圧部を含み、前記加圧部は、前記モールドと接触する部分の近傍に、パーティクルを除去するための流体を通す開口を有することを特徴とするインプリント装置が提供される。

本発明によれば、パーティクルの除去効率の点で有利な構成が提供される。

実施形態におけるインプリント装置の構成を示す図。 インプリント装置のクリーニングを説明する図。 インプリント工程を説明する図。 モールドの変形補正を説明する図。 加圧フィンガ及びその周辺の要部構成を示す図。 加圧チップの構造例を示す図。 流体供給装置と吸引装置を切り替え使用する例を説明する図。 加圧フィンガの別の構造例を示す図。 従来例に係るモールドの構造例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

図１に本実施形態におけるインプリント装置の構成を示す。図１（Ａ）において、基板２４は、基板ステージ２６上に設置された基板保持部２５に吸着保持されており、基板ステージ２６の動きに従ってモールド４（型）に対して相対的に移動することが可能である。モールド４は、Ｚ方向に移動可能なインプリントヘッド１１の下に設置されたモールド保持部９の下面に吸着保持されている。インプリントヘッド１１が上下駆動することで、基板２４上に供給されたインプリント材とモールド４とを接触させることが可能である。更に、モールド４の周辺には、側面方向からモールド４に圧力を加えるための加圧部を構成する複数の加圧フィンガ５が配置されている。この加圧フィンガ５は、モールド４の側面を複数の点で加圧してモールド４（パターン領域）を変形せしめる機構である。

図１（Ｂ）は、上記のインプリント装置において、モールド４及びその周辺を下方より見た図である。加圧フィンガ５は、矩形の外形を有するモールド４を四方から取り囲むように配置され、各フィンガ（５ａ〜５ｎ）の端面がモールド４の側面を独立した点で加圧している。

ここで、インプリントによって転写されるパターンは、例えば線幅が十ｎｍから数十ｎｍで、高さが数十ｎｍの細線で構成されていることから、基板保持部及びモールド保持部の表面は、数十ｎｍ以下の平坦度が要求される。また、基板とモールドは、それぞれの保持部に保持された状態での平坦度も、同様に数十ｎｍ以下の平面度が要求されるので、基板と基板保持部との間、及び、モールドとモールド保持部との間に、数十ｎｍ以上の大きさの異物を挟み込むことも許されない。

そのため、インプリント装置では、モールド保持部９や加圧フィンガ５に対して定期的なクリーニングが実施される。図２はこのようなクリーニングの一例を示したもので、基板保持部２５上に基板２４の代わりに砥石材料を成形したクリーニングプレート１９が吸着保持される。インプリントヘッド１１を下降させて、このクリーニングプレート１９の上面にモールド保持部９を密着させる。この状態で基板ステージ２６を水平方向に駆動すれば、クリーニングプレート１９とモールド保持部９の摩擦により、モールド保持部９の表面の凹凸や付着物を除去することができる。基板ステージ２６を駆動させる代わりにモールド保持部９を水平方向に駆動してもよく、基板ステージ２６とモールド保持部９を相対的に移動することでモールド保持部９を研磨することができる。

図３はインプリント装置を用いたインプリント工程を説明する図である。図３（Ａ）において、基板２４は基板保持部２５上に吸着保持され、基板ステージ２６によって、矢印方向に搬送されて、モールド４の下に位置決めされる。インプリント装置には、インプリント材２０として光硬化樹脂を基板２４上に供給するディスペンサ２３が配置されている。ディスペンサ２３には、液滴状にインプリント材を吐出するノズル（吐出口）が形成されている。本実施形態では紫外線を照射することによって樹脂が硬化する紫外線硬化樹脂をインプリント材２０として用いる。このディスペンサ２３により、搬送途中の基板２４の表面に、吐出されたインプリント材２０の液滴が供給される。モールド４の下面には、半導体装置の電気回路などの形状が、パターン１８として凹凸反転した形態で彫り込まれている。図３（Ｂ）に示すようにモールド４と基板２４の相対位置を合わせた後に、図３（Ｃ）に示すようにモールド４を下降させて基板２４と数ｎｍの隙間を残して密着させると、インプリント材２０はパターン１８の彫り込まれた溝に流入する。モールド４はインプリント材を硬化させる光（紫外線）に対して透明な材料で形成されており、モールド４の上方から光源２２により発せられた紫外線を照射すると、インプリント材２０は硬化する。その後、図３（Ｄ）に示すようにモールド４を上昇させれば、凝固したインプリント材２０によるパターン１８の反転像が基板２４上に形成される。

図４は、モールド４に形成されたパターン１８の表面を基板２４側から見た概略図であり、パターン１８の形状歪みを修正する方法を示している。モールド４上のパターン１８は、上記のように、歪みを持った状態で、基板２４と相対的に位置決めされる。ここで、モールド４の四辺の側面には、それぞれ複数の加圧フィンガ５が配置されている。加圧フィンガ５は個々に例えば１０００Ｎまでの力でモールド４の側面に力を加える能力を持っている。

モールド４は、一般的に石英ガラスなどの結晶材料によって作られるが、例えば１０００Ｎの力を加えれば、数ｐｐｍの変形を生じさせることができる。従って、加圧フィンガ５による加圧を制御することでモールド４の歪みを修正することが可能である。例えば、図４（Ａ）のように樽型に変形したパターン１８を考える。この場合、図４（Ｂ）に示すようにモールド４が糸巻き型に変形するような分布で加圧フィンガ５によって加圧すれば、加圧後のモールド外形３７は糸巻き型に変形し、パターン１８の形状を曲線から直線に修正することができる。

このような加圧フィンガ５は、１ｎｍ以下の精密な駆動制御が必要とされる。そのため、加圧フィンガ５がモールド４に接する面の表面状態が精密に仕上げられる。また、加圧フィンガ５がモールド４に接する面で異物の噛み込みによる集中荷重が生じると、加圧時にモールド４を破壊する危険がある。そのため、定期的に表面をクリーニングする必要がある。

（実施例１）
図５は、加圧フィンガ５及びその周辺の要部構成を示す図である。加圧フィンガ５は、フィンガ本体部５ａとモールドに接する先端部材としての加圧チップ１とを含む。フィンガ本体部５ａと加圧チップ１は互いに別部材で構成されたものでもよいし一体形成されたものあってもよい。ここではフィンガ本体部５ａと加圧チップ１は別体構造であり、両者の間に圧力センサ６が設けられている。また、加圧フィンガ５の後端部（モールド４と接触しない側）にはインプリントヘッド１１に固定されたアクチュエータ７が配置されている。このアクチュエータ７を駆動することで、加圧フィンガ５はモールドの側面を上述したように最大１０００Ｎ程度の力で加圧することができる。アクチュエータ７は、不図示の制御部により、モールド４の側面に加えられる圧力（圧力センサ６の出力）に応じて、その駆動量が制御される。なお、図５は、加圧チップ１がモールドの側面と接する加圧面１０と、モールド保持部９がモールドの上面と接する面とをクリーニングする時の図である。そのため、モールド４の代わりに、クリーニングプレート１９がモールド保持部９に吸着保持されている。

クリーニングプレート１９は、モールド４と同じ外形寸法となっている。クリーニング工程において、クリーニングプレート１９が、モールド保持部９のリブ８と接する位置まで不図示の搬送装置によって搬送される。リブ８にクリーニングプレート１９の上面が接したところで、リブ８とクリーニングプレート１９の上面によって閉空間１３が形成される。閉空間１３はモールド用接続部１５に接続された不図示の吸引装置によって負圧に制御され、クリーニングプレート１９はその負圧によって、例えば３００〜１０００Ｎの吸着力で吸着される。その後、加圧フィンガ５を駆動して加圧チップ１がクリーニングプレート１９の側面に接し、加圧力が例えば１０Ｎに達すると、閉空間１３内の負圧を大気圧側に修正して、クリーニングプレート１９にかかる吸着力を例えば５０〜２００Ｎまで弱める。この状態で、加圧チップ１に加える圧力を増加させていくと、クリーニングプレート１９は、リブ８の表面を滑りながら移動する。

例えば、図１（Ｂ）における加圧フィンガ５ａ〜５ｎの１２個全てがモールド４に代わって吸着されたクリーニングプレート１９に対して接しており、各加圧フィンガの加圧チップ１に例えば１０Ｎの圧力が加わっている状態にする。その後、加圧フィンガ５ｈ、５ｉ、５ｊの３か所をクリーニングプレート１９の側面から数ミクロンだけ退避させ、加圧フィンガ５ａ、５ｂ、５ｃの３箇所にかかる圧力を例えば５００Ｎまで上げていく。すると、クリーニングプレート１９は図中＋Ｘ方向へ押されて移動する。このとき、図５のリブ８と、加圧フィンガ５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｋ、５ｍ、５ｎはクリーニングプレート１９に圧力を加えたままで、相対的に位置がずれるので、摩擦により表面がクリーニングされる。

このような動作を、＋Ｘ方向に続いて、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向に実行することで、すべての加圧フィンガ５の先端と、リブ８の表面をクリーニングすることができる。しかし、このクリーニングよって研削片や研削材、摩耗片などのパーティクルが発生し、クリーニングプレート１９の周辺に付着する。

そこで、本実施形態におけるインプリント装置では、図６に示すように、加圧チップ１のモールドと接触する部分である加圧面１０の近傍に開口２を設け、この開口２に配管３を接続する。そして、開口２は、この配管３を介して、不図示の吸引装置と接続される。前述のクリーニングを実施する際に、吸引装置によって配管３の内部はクリーニングプレート１９の雰囲気に対して負圧となり、開口２から、周囲の気体を吸引する。このとき、周囲の気体と共に、摩耗片などのパーティクルが取り込まれ、加圧チップ１およびモールド保持部９の周辺のパーティクルが除去される。なお、パーティクルを加圧チップ周辺から除去する目的で、吸引装置の代わりに、加圧気体等の流体を供給する流体供給装置を開口２に接続してもよい。開口２から流体を供給することでパーティクルを加圧チップ１やモールド保持部９の周囲から離して、パーティクルの付着を防ぐ。このように、本実施形態のインプリント装置では、クリーニングプレート１９を用いてモールド保持部をクリーニングした後、加圧チップ１に設けられた開口２から周囲の気体を吸引することで、クリーニング時に発生したパーティクルを除去する。モールド保持部９や加圧チップ１の周囲のパーティクルを除去した後、インプリント装置に搬送されたモールド４をモールド保持部９で保持することにより、モールド４とモールド保持部９との間に異物の挟み込むことを低減することができる。

図６の加圧チップ１において、例えばモールドとの接触面積を小さくする目的で、加圧面１０に隣接し加圧面１０に対して傾斜する斜面１１が形成される。開口２は、この斜面１１に形成することができる。こうすることでクリーニングプレート１９付近のパーティクルを効果的に吸引することができる。

（実施例２）
また、図７に示されるように、配管３は、切替弁７１を介して、吸引装置７２と、加圧気体等の流体を供給する流体供給装置７３とに選択的に接続することができる。クリーニングプレート１９の周辺に付着したパーティクルは、摩擦によって発生した静電気によって周囲の部品に強く付着している場合があり、単純に周囲の気体を吸引しただけでは吸い取れない場合も発生しうる。そこで、クリーニングプレート１９を使用したクリーニングを実施する際には、まず切替弁７１を流体供給装置側に切り替える（図７（ａ））。これにより流体供給装置７３によって開口２から加圧気体を噴出させ、周囲の部品に付着しているパーティクルを剥がして、舞い上がらせる。その後、切替弁７１を吸引装置側に切り替えて（図７（ｂ））、吸引装置７２により、浮遊したパーティクルを吸引する。

（実施例３）
更に、図７に示されるように、流体供給装置７３にイオナイザ７４を装着して使用することも可能である。イオナイザ７４により、帯電付着したパーティクルに、逆の電荷に帯電した気体を吹き付ける。これによりパーティクルを除電して付着力を弱め、効果的にパーティクルの除去を行うことができる。

（実施例４）
図８では、加圧チップ１の異なる形態の例を示している。同図において加圧チップ１がモールド４又はクリーニングプレート１９に接する加圧面１０の周囲に、４箇所の開口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを設けている。開口２ａ、２ｃ（第１の開口）は配管３ａと導通しており、開口２ｂ、２ｄ（第２の開口）は配管３ｂと導通している。そして、例えば配管３ａを吸引装置に直接接続し、配管３ｂを流体供給装置に直接接続する。これにより、開口２ｂ、２ｄから加圧気体を吹き出しながら、同時に、開口２ａ、２ｃから周囲の気体を吸引することができる。

ここで、前述した図６と同様に、加圧チップ１には、例えばモールドとの接触面積を小さくする目的で、加圧面１０に隣接し加圧面１０に対して傾斜する４つの斜面１１が形成される。開口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはそれぞれ、これらの斜面１１に形成することができる。こうすることでクリーニングプレート１９付近のパーティクルを効果的に吸引することができる。

（実施例５）
以上の例では、クリーニングの際にパーティクルを除去する例に関して説明した。ただし、図９に示されるように、インプリント動作の際に、モールド４に開けたガス導通孔３３から基板２４とモールド４との間に気体を供給することがある。ガス導通孔３３から供給する流体には、空気の他に、窒素、ヘリウム、ペンタフルオロプロパンなどが想定される。そのため加圧チップ１に設けられた開口２を、ガス導通孔３３から供給される流体の供給口として用いることもできる。そのため、配管３は、例えばステンレスのように、上記いずれの流体にも耐性のある材料で構成してもよい。この場合、当然のことながら加圧チップ１も、上記いずれの流体にも耐性のある材料で構成するとよい。例えば、ペンタフルオロプロパンに対して耐性を有する高機能樹脂材料が用いられる。

（実施例６）
なお、図８に示す加圧チップでは、配管３ａに吸引装置を接続し、配管３ｂに不図示の洗浄液供給装置を接続することも可能である。このような構成では、開口２ｂ、２ｄから洗浄液を噴出して、クリーニングプレート１９の周辺を液体洗浄又は蒸気洗浄しながら、開口２ａ、２ｃから洗浄後の洗浄液をパーティクルと共に回収することが可能である。

＜物品の製造方法＞
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、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を含む。さらに、該製造方法は、パターンが形成された基板を加工する他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、インプリント材剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）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。

１：加圧チップ、３：配管、４：モールド、５：加圧フィンガ、６：圧力センサ、７：アクチュエータ、８：リブ、９：モールド保持部、１１：インプリントヘッド

Claims (8)

1. パターンが形成されたモールドを用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント装置であって、
   前記モールドの側面を加圧する加圧部を含み、
   前記加圧部は、前記モールドと接触する部分の近傍に、パーティクルを除去するための流体を通す開口を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記開口は、吸引装置と接続され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. 前記開口は、流体供給装置と接続され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。
4. 前記開口は、吸引装置及び流体供給装置に選択的に接続され、
   前記吸引装置及び前記流体供給装置の接続を切り替え可能であ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。
5. 前記流体供給装置は、供給する流体に電荷を与えて帯電させることを特徴とする請求項３又は４に記載のインプリント装置。
6. 前記加圧部は、流体を吸引する吸引装置と接続される第１の開口と、流体を供給する流体供給装置と接続される第２の開口と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。
7. 前記加圧部は、前記モールドの側面と接触する加圧面に隣接し、前記加圧面に対して傾斜する斜面を有し、前記斜面に前記開口が形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインプリント装置。
8. 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を用いて樹脂のパターンを前記基板に形成するステップと、
   前記ステップでパターンが形成された前記基板を加工するステップと、
   を有することを特徴とする物品の製造方法

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