JP2016092198A - インプリント装置および方法、ならびに物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インプリント雰囲気の維持に有利なインプリント装置を提供する。【解決手段】 インプリント装置は、インプリント処理を行う雰囲気を形成するように第１気体を供給する第１気体供給部と、前記雰囲気を封止するように第２気体を供給する第２気体供給部と、前記インプリント処理を行う基板上の領域に基づいて前記第２気体供給部による前記第２気体の供給流量を制御する制御部と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、インプリント装置および方法、ならびに物品製造方法に関する。

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型（モールド）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１または複数のショット領域（インプリント領域）にインプリント材（紫外線硬化性の樹脂等）を塗布する。次に、塗布された樹脂を型（押型）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。

インプリント装置内の雰囲気は通常大気であるため、型と樹脂とを互いに押し付ける（押型する）とその間に大気が残留し、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。これに対して、残留ガスが樹脂や型に溶解、拡散、または透過して消滅するまで待機する方法もあるが、インプリント処理に多大な時間を要する。

そこで、例えば、特許文献１は、インプリント雰囲気気体において溶解性が高いガス、拡散性が高いガス等のプロセスガスの濃度を上げることで、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、プロセスガスによるインプリント装置内の他の要素への影響を抑制するために、インプリント雰囲気の周囲にバリア機構を設けている。さらに、バリア機構の下面と基板の間に加圧ガスを供給することで、バリア機構の外側に漏れ出すプロセスガスを削減するインプリント装置を開示している。

特表２００７−５０９７６９号公報 特表２０１３−５１９２２８号公報

しかし、特許文献１のインプリント装置は、正確なパターン形成を阻害する気体がインプリント雰囲気に混合しうる。また、特許文献２のインプリント装置は、基板を保持するステージの位置（インプリント領域）によっては、バリア機構（および加圧ガス）によるインプリント雰囲気の遮蔽（封止）が不十分になりうる。

そこで、本発明は、インプリント雰囲気の維持に有利なインプリント装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の１つの側面は、基板上のインプリント材を型で成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント装置であって、前記インプリント処理を行う雰囲気を形成するように第１気体を供給する第１気体供給部と、前記雰囲気を

本発明によれば、例えば、インプリント雰囲気の維持に有利なインプリント装置を提供することができる。

第１実施形態のインプリント装置を示した図である。 本発明に係るインプリント方法のフローチャートである。 本発明に係る気体供給方法の一例を示した図である。 第２実施形態のインプリント装置を示した図である。 第３実施形態のインプリント装置を示した図である。 第４実施形態のインプリント装置を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第1実施形態〕
図１は第１実施形態のインプリント装置を示す。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、基板上の樹脂と型とを接触して基板上にパターンを形成するインプリント処理を行う装置である。本実施形態のインプリント装置は、パターンを形成する際に樹脂を光によって硬化する手法を採用した装置である。図１に示すように、型（モールド）１０に対して紫外線を照射する方向に平行な軸をＺ軸とし、Ｚ軸に対して直交する方向にＸ軸及びＹ軸を定める。

インプリント装置は、基板（ウエハ）２、型１０、基板ステージ３、型１０を保持する保持部１１、制御部２０、ディスペンサ（塗布部）１２、第１気体４０を供給する第１気体供給部３０、第２気体４１を供給する第２気体供給部３１を含む。基板２は、インプリント処理が施される基板であり、例えば、単結晶シリコンウエハやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハなどが用いられる。基板２の被処理面には、成形部となる樹脂（インプリント材）がディスペンサ１２により塗布（吐出）される。第２気体供給部３１の気体供給口（第２気体供給口）は、第１気体供給部３０の気体供給口（第１気体供給口）を取り囲むように、第１気体供給部３０および第２気体供給部３１は配置されている。型１０は、外周部が矩形で基板２に対する対向面に、基板２上へ塗布された樹脂に転写されるパターンが３次元形状に形成された型である。型１０の材質には石英などの紫外線を透過させる素材が用いられる。

保持部１１は、型１０を保持及び固定し、基板２に型１０のパターンをインプリントする。保持部１１は、不図示の型保持機構、型１０の形状補正機構、型ステージを含む。型保持機構は、モールド１０を不図示の真空吸着パットによって機械的に保持及び固定する。また、型保持機構は、型ステージに機械的に保持される。型ステージは、型１０のパターンを基板２に転写する際に基板２と型１０の間隔を位置決めするための駆動系であり、Ｚ軸方向に駆動する。また、パターンの転写時には高精度な位置決めが要求されるため、型ステージは、粗動駆動系と微動駆動系など複数の駆動系から構成されていても良い。さらに、型ステージは、Ｚ方向だけでなく、Ｘ方向、Ｙ方向、またはθ（Ｚ軸周りの回転）方向の位置調整機能、型１０の傾きを補正するためのチルト機能を有していても良い。型保持機構には、型１０の形状を補正するための形状補正機構が配置されており、型１０の側面に力もしくは変位を与えることによって型１０の形状を補正することができる。

基板ステージ３は、基板２と型１０の並進シフトの補正（位置合わせ）をするためのＸ方向及びＹ方向に駆動する駆動系である。基板ステージ３のＸ方向とＹ方向の駆動系は、粗動駆動系と微動駆動系など複数の駆動系から構成されていても良い。基板ステージ３は、さらに、Ｚ方向の位置調整のための駆動系や、基板２のθ（Ｚ軸周りの回転）方向の位置調整機能、基板２の傾きを補正するためのチルト機能を有していても良い。基板ステージ３は、基板２を真空吸着パッドによって機械的に保持する。ディスペンサ１２は、基板２に樹脂を塗布（吐出）する。ディスペンサ１２は、樹脂吐出ノズル（不図示）を有しており、樹脂吐出ノズルから基板２のインプリント領域（領域）に樹脂を吐出する。

第１気体供給部３０は、型１０もしくは樹脂を透過しうる透過性の、または、パターンの形成中に液化しうる凝縮性の第１気体４０を型１０と基板２の間に供給する。第１気体供給部３０は、流量調整部（不図示）を有しており、供給する第１気体４０を任意の流量に変更できる。流量調整部には、マスフローコントローラが使用できる。第１気体４０は、ヘリウム、水素などの透過性の気体や、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテルなどの押型による圧力上昇で凝縮（液化）する凝縮性の気体を使用できる。第１気体供給部３０は、図１ではＸ方向に型１０を挟んで図示しているが、Ｙ方向にも型１０を挟むように配置される。第１気体供給部３０は、１方向以上の方向から第１気体４０を供給しても良い。第１気体４０は、型１０と基板２の間において高濃度とすることができる。第１気体４０の濃度が低下すると、インプリント処理にかかる時間が長くなりインプリント装置の生産性を低下させてしまう。第１気体４０の濃度が低下する際に、型１０と基板２の間に酸素を含んだ大気などの気体が侵入すると、酸素が樹脂の硬化を阻害し、正確なパターン形成ができなくなる。

第２気体供給部３１は、樹脂に対して不活性な第２気体４１を第１気体４０の周囲に局所的に供給する。第２気体４１は、インプリント処理を行う雰囲気を封止する気体であり、例えば、窒素や、ヘリウム、ネオン等の希ガスである。第２気体供給部３１は、流量調整部（不図示）を有しており、供給する第２気体４１の流量を任意の値に変更できる。流量調整部には、マスフローコントローラが使用できる。第２気体供給部３１は、圧力調整部（不図示）を有しており、供給する第２気体４１の圧力を任意の値に変更できる。圧力調整部には、レギュレータが使用できる。第２気体供給部３１は、図１ではＸ方向に型１０を挟んで第１気体供給部３０の外側に図示しているが、型１０を挟んでＹ方向にも配置される。あるいは、第２気体供給部３１は、１方向以上の方向から第２気体４１を供給しても良い。

制御部２０は、インプリント装置の各構成要素の動作、及び調整等を制御する。特に、本実施形態では、制御部２０は、基板ステージ３の駆動制御、第２気体供給部３１の供給流量制御を行う。インプリント装置は、クリーンチャンバ７に収められる。クリーンチャンバ７は、送風機（不図示）、ケミカルフィルタ（不図示）やパーティクルフィルタ（不図示）を含む。送風機によりクリーンチャンバ７が設置される雰囲気の大気を取り込み、取り込んだ大気に僅かに含まれる化学物質や塵をケミカルフィルタやパーティクルフィルタで取り除き、送風口（不図示）からクリーンチャンバ７内部の空間へ清浄な大気を供給する。インプリント装置は、さらに、基板２を基板ステージ３へ搬送するための基板搬送部（不図示）、型１０を保持部１１へ搬送するための型搬送部（不図示）、インプリント処理の際に型１０に対して紫外線を照射する照射系（不図示）を有する。また、インプリント装置は、基板ステージ３を保持するためのベース定盤４、保持部１１を保持するためのブリッジ定盤６、ブリッジ定盤６を支えるための支柱５を有する。

つぎに、図２および図３を用いて本発明に係るインプリント方法について説明する。図２は、図１に示したインプリント装置において、第２気体４１の供給流量を制御することを含むフロー図である。図３は、図２のＳ５の様子を図示したものである。図１と共通部分の説明は省略する。制御部２０は、Ｓ１で、基板搬送部により基板２を基板ステージ３へ搬入し、Ｓ２〜Ｓ７のインプリント処理をインプリント領域ごとに繰り返す。制御部２０は、Ｓ２で、基板２上のインプリント処理の対象領域が型１０の真下に位置するように基板ステージ３を移動させる。

対象領域が有効領域の外縁により一部が制限された欠けショット領域である場合、基板ステージ３と第１気体供給部３０の位置関係は図３に示すようになり、図中左側の第１気体供給部３０の下側に基板ステージ３が存在しない空間が発生する。なお、有効領域は、基板上で素子を形成可能な領域である。その結果、第１気体４０により満たされる空間が周囲の大気雰囲気の空間と接する面積が大きくなる。すなわち、周囲の大気雰囲気の空間から空気等他の気体が型１０の直下の空間に侵入し易く、また、第１気体４０が型１０の直下から流出しやすくなって、型１０と基板２の間の第１気体４０の濃度が低下してしまう。特に、酸素を含む気体が型１０と基板２の間に侵入すると、酸素が樹脂の硬化を阻害するので正確なパターン形成ができなくなる原因となる。これを防止、抑制するために、制御部２０は、Ｓ３で、対象領域が欠けショット領域か否かを判断する。

Ｓ３で対象領域が欠けショット領域であると判断された場合、制御部２０は、Ｓ５で、第２気体供給部３１により第２気体４１の供給流量（第１供給流量）を基準流量（第２供給流量）より増大させる。基準流量は、対象領域が基板上の中央の領域である場合の第２気体４１の供給流量である。制御部２０は、基板ステージ３の駆動と第２気体供給部３１による供給流量とを制御する。第２気体４１の供給流量は、インプリント処理で形成されたパターンの正確性を基に適宜調整されうる。対象領域が欠けショット領域である場合、第２気体４１の供給流量が増大されるので、第１の気体４０の周囲は第２気体４１により取り囲まれ、外部から大気などの他の気体が型１０と基板２の間に侵入することを抑制することができる。第２気体供給部３１が第１気体供給部３０を取り囲む複数の気体供給口を有する場合、すべての気体供給口からの第２気体４１の供給流量を増大させてよい。また、吹き出し先に基板２が存在しない気体供給口からの第２気体４１の供給流量のみを増大させてもよい。

反対に、対象領域が欠けショット領域ではない基板上の中央のショット領域である場合、型１０と基板２の間の空間が第１気体４０により満たされ、第１気体４０が大気雰囲気の周囲の空間と接する面積は小さい。すなわち、この場合には、周囲の空間から他の気体が侵入しづらい。したがって、Ｓ３で対象領域が欠けショット領域以外のショット領域であると判断された場合、制御部２０は、Ｓ４で、第２気体供給部３１による第２気体４１の供給流量を基準流量に維持する。制御部２０は、Ｓ６で、対象領域にインプリント処理を行う。制御部２０は、Ｓ７で、基板２上の全てのインプリント領域に対してインプリント処理が完了したか否かを確認する。全てのインプリント領域に対してインプリント処理が完了していたら、制御部２０は、Ｓ８で、基板ステージ３から基板２を搬出する。

本実施形態では、インプリント処理の対象領域が欠けショット領域か否かで第２気体４１の供給流量を第１供給流量および第２供給流量のいずれかに設定する。しかし、インプリント処理の対象領域が基板上の中心から所定の距離を超えて離れて配置されたショット領域である場合、欠けショット領域でなくても図３に示すような状態となることがある。したがって、対象領域の基板上の中心からの距離に基づいて第２気体４１の供給流量を第１供給流量および第２供給流量のいずれかに設定してもよい。この場合、対象領域が基板上の中心から所定の距離以内の第１距離離れて配置されたショット領域の場合には、第２気体４１の供給流量を第１供給流量とする。一方、対象領域が基板上の中心から所定の距離を超えた第２距離離れて配置されたショット領域の場合には、第２気体４１の供給流量は、第１供給量より多い第２供給流量に増大される。

〔第２実施形態〕
図４を用いて第２実施形態のインプリント装置について説明する。図１と共通部分の説明は省略する。圧力Ｐ１は、第１気体４０により形成されるインプリント処理を行う雰囲気の空間の圧力である。圧力Ｐ２は、インプリント処理を行う雰囲気に隣接する、第２気体４１により形成される空間の圧力である。型１０と基板２の間の第１気体４０が存在する空間に第２気体４１が侵入しないように、制御部２０は、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも低くなるように調整する。圧力Ｐ２の調整は、第２気体供給部３１の圧力調整部（不図示）によって第２気体４１の流速を変化させることで調整される。圧力調整部として、レギュレータを使用できる。また、第２気体供給部３１の気体供給口の開口面積を変更することによって圧力Ｐ２を調整しても良い。

〔第３実施形態〕
図５を用いて第３実施形態のインプリント装置について説明する。図１と共通部分の説明は省略する。第１気体供給部３０は、第１気体４０を基板２の周辺領域の側から中央領域の側に向かう内向きの方向５０に吹き出す。一方、第２気体供給部３１は、第２気体４１を鉛直下方向または基板２の中央領域の側から周辺領域の側に向かう外向きの方向５１に吹き出す。図５では第２気体４１の吹き出し方向５１は、基板２の表面に対して垂直な鉛直下方向とされている。第３実施形態によれば、第２気体４１の吹き出し方向５１を第１気体４０の吹き出し方向５０と背中合わせになるようにしているので、型１０と基板２の間の第１気体４０が存在する空間に第２気体４１は侵入しない。

〔第４実施形態〕
図６を用いて第４実施形態のインプリント装置について説明する。図１と共通部分の説明は省略する。温度センサ（検出器）６０は、基板２の温度を検出する。温度センサ６０として、熱電対や白金抵抗体を使用できる。温度制御部６１は、温度センサ６０の出力に基づいて第２気体４１を基板２と同じ温度にする温度制御を行う。温度制御部６１として、温度調節器などを使用できる。温度調節部６２は、第２気体４１の温度を変化させるための機構である。温度調節部６２として、第２気体４１を加熱するためのヒータまたは冷却するためのクーリングコイル、あるいは両方を使用できる。基板２の温度が変化して基板２が膨張または収縮するとインプリントする位置がずれてしまい正確なパターン形成が阻害されてしまう。そのため、基板２の温度を一定とすることができる。第４実施形態によれば、第２気体４１の温度を基板２の温度に合わせるように制御した。しかし、第２気体４１に換えて、又は、第２気体４１に加えて、第１気体４０に対して温度制御を行っても良い。

［物品製造方法］
物品としてのデバイス（半導体集積回路デバイス、液晶表示デバイス、ＭＥＭＳ等）の製造方法は、前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。

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。

２：基板。１０：型。１１：保持部。２０：制御部。３０：第１気体供給部。３１：第２気体供給部。４０：第１気体。４１：第２気体。

Claims (13)

1. 基板上のインプリント材を型で成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
   前記インプリント処理を行う雰囲気を形成するように第１気体を供給する第１気体供給部と、
   前記雰囲気を封止するように第２気体を供給する第２気体供給部と、
   前記インプリント処理を行う前記基板上の領域に基づいて前記第２気体供給部による前記第２気体の供給流量を制御する制御部と、
   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、前記基板の外縁により制限された領域に前記インプリント処理を行う場合には、前記外縁により制限されていない領域に前記インプリント処理を行う場合より、前記供給流量が増大するように前記供給流量を制御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. 前記制御部は、前記基板上の中心から前記インプリント処理を行う前記基板上の領域までの距離に基づいて前記供給流量を制御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. 前記型を保持する保持部を備え、
   前記第１気体供給部は、前記保持部を囲むように配置された第１気体供給口を有し、前記第２気体供給部は、前記第１気体供給口を囲むように配置された第２気体供給口を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記第２気体供給口は、複数の気体供給口を含み、前記制御部は、前記複数の気体供給口のうち前記基板が下に存在しない気体供給口からの前記第２気体の供給流量を、前記複数の気体供給口のうち前記基板が下に存在する気体供給口からの前記第２気体の供給流量より大きくすることを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
6. 前記第２気体は、窒素および希ガス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５のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
7. 前記第１気体は、ヘリウム、水素、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６のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
8. 前記制御部は、前記雰囲気の圧力が前記雰囲気に隣接する空間における気体の圧力より高くなるように前記第１気体供給部および前記第２気体供給部を制御することを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
9. 前記型を保持する保持部を備え、
   前記第１気体供給部は、前記保持部の下の空間にその外側から向かう方向に前記第１気体を供給することを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 前記型を保持する保持部を備え、
    前記第２気体供給部は、前記保持部の下の空間から遠ざかる方向に前記第２気体を供給することを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
11. 前記基板の温度を検出する検出器を備え、
    前記制御部は、前記検出器の出力に基づいて前記第１気体および前記第２気体のうち少なくとも一方の温度を制御することを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
12. 請求項１ないし１１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製造方法。
13. 基板上のインプリント材を型で成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント方法であって、
    前記インプリント処理を行う雰囲気を形成するように第１気体を供給し、かつ前記雰囲気を封止するように第２気体を供給している状態で、前記インプリント処理を行い、
    前記第２気体の供給流量は、前記インプリント処理を行う前記基板上の領域に基づいて制御する、
    ことを特徴とするインプリント方法。

Images