JP2016092310A - モールド及びその製造方法、インプリント装置、並びに物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対するアライメント性能と経済性の両立に有利なモールドを提供する。
【解決手段】インプリント用のモールドは、基体と、インプリント材が塗布された基板と前記モールドとの位置合わせを行うために前記基体に配置されたマーク部と、前記基板上に塗布された前記インプリント材を成形するためのパターンが形成されたパターン部とを有する。前記パターン部は、前記基体とは異なる素材で構成され、前記基体に接合される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モールド及びその製造方法、インプリント装置、並びに物品の製造方法に関する。

半導体デバイス等を製造するための技術として、インプリント技術が知られている。インプリント技術は、基板上に未硬化のインプリント材（樹脂）を供給し、インプリント材と原版（モールド）とを接触させた状態でインプリント材を硬化させることで、基板上にインプリント材のパターンを形成する。インプリント技術には、インプリント材の熱変形を利用した熱硬化型や光によりインプリント材が硬化する光硬化型など、いくつかのインプリント方法がある。

半導体デバイスの製造において、基板に予め形成されている下層のパターンに対して、新たに作成する上層のパターンを正確に重ね合せることがデバイスの性能を確保する上で重要となる。このように、デバイス製造に用いられるインプリント装置には、下層と上層のパターンの位置を正確に合わせるアライメント機能が必要とされる。また、アライメント機能を実現するために下層と上層のパターンの相対的な位置を合わせようとするインプリント装置の動作をアライメント動作と呼ぶ。

デバイス製造の分野において、このアライメント機能を実現するため、基板やモールドにアライメント用のマークが配置される。本明細書において、アライメント用のマークが配置された基板又はモールドの一部分を、アライメントマーク部と呼ぶことにする。

光技術を利用した露光装置では、原版（レチクル）と基板は、レンズを組み合わせて構成された投影系を介した場所に離れて配置され非接触であるのに対し、インプリント装置では、モールドと基板上のインプリント材とが接触する点が異なる。インプリント装置におけるアライメント動作は、モールドと基板にそれぞれ設けられたアライメントマーク部を、インプリント装置の検出系を用いて検出することで得られるアライメント誤差の情報に基づいて行われる。

インプリント装置で用いられるモールドは、モールドと基板上のインプリント材とが接触するため、ダメージを受けやすい。そのため、例えばインプリント材中の不純物や、基板上に付着したパーティクルが原因となり、パターン部が損傷してしまう可能性がある。パターン部が損傷してしまった場合、新たなモールドを用意しなければならない。一方、インプリント装置に用いられるモールドに形成されるパターンの寸法は、光技術を利用した露光装置用の原版に描画されるパターン寸法の数分の一となる。このことから、一般的に、原版のパターン部を形成するために必要とされる技術的な難易度は、光技術を利用した露光装置よりもインプリント装置用のモールドの方が高い。この技術的な難易度の差異はモールドの製造コストに影響を与える。

したがって、インプリント用の原版（モールド）を低コストで複製する技術が必要とされている。モールドは、ガラス等の基体表面上にアライメントマーク部やパターン部を形成して製造されるのが一般的であるが、パターン部を樹脂等で形成する技術も存在する（例えば特許文献１）。

特開２０１３−０１６７３４号公報

しかし、モールドを効率的かつ安価に複製することと併せて、高いアライメント性能を実現するために必要なアライメントマーク部を、モールドに配置する必要もある。特許文献１で言及されているアライメントマークは、モールドと、そのモールドに形成するパターン部の元となるマスターモールドとの位置合わせを目的としたものである。半導体デバイスの製造用に用いられるモールドにおいては、さらに、モールドに形成されたパターン部を基板側に形成された下層のパターン部と重ね合わせることを目的としたアライメントマーク部が必要である。

モールドと基板がインプリント材を介して接した後もアライメント動作を継続することがある。そのため、半導体デバイスの製造を目的としたインプリント用のモールドに必要となる、基板とモールドの位置合わせ用のアライメントマーク部は、パターン部とは異なる特殊な加工を施して製造されることがある。たとえば、モールドの基体と樹脂の屈折率がほぼ等しくなるような組み合わせでインプリントを行う場合、インプリント材を介してモールドと基板が接した状態では、検出系の原理によっては、アライメント信号の検出が行えなくなることがある。この課題を解決するため、モールドの基体を構成する素材でアライメントマーク部に凹凸の形状を形成する工程に加え凹部に基体の素材と異なる素材を充填する工程を追加することで、検出系で得られる信号の強度を高める技術が採用される。しかし、このような対策は、モールドを製造する際の工程数を増やし、モールドの製造コストを増加させる要因となる。

本発明は、基板に対するアライメント性能と経済性の両立に有利なモールドを提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、インプリント用のモールドであって、基体と、インプリント材が塗布された基板のアライメントを行うために前記基体に配置されたアライメントマーク部と、前記インプリント材を成形するためのパターンが形成されたパターン部とを有し、前記パターン部は、前記基体とは異なる素材で構成され、前記基体に接合されることを特徴とするモールドが提供される。

本発明によれば、基板に対するアライメント性能と経済性の両立に有利なモールドを提供することができる。

インプリント装置の構成例を示す図。 実施形態におけるモールドの製造方法を説明する図。 実施形態におけるモールドの製造方法を説明する図。 実施形態におけるインプリント方法を説明する図。

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。

（インプリント装置について）
図１を参照して、本実施形態に係るインプリント装置１００について説明する。インプリント装置１００は、原版であるモールドＭを保持するモールド保持部ＭＣＫ、基板Ｗを保持する基板保持部ＷＣＫ、基板保持部ＷＣＫを搭載するステージ機構ＳＴＧを有する。モールドＭには、モールド側アライメントマーク部２（マーク部）が配置される。また、基板Ｗには、基板側アライメントマーク部９が配置される。インプリント装置１００は、モールド側アライメントマーク部２と基板側アライメントマーク部９を検出することで、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）を行う。アライメントは例えば、モールド側アライメントマーク部２と基板側アライメントマーク部９とを重ね合わせた際に得られる干渉縞等によりモールドＭと基板Ｗとの相対的な位置ずれ量を可視化する原理に基づき行われる。インプリント装置１００は、この可視化されたモールドＭと基板Ｗとの相対的な位置ずれ量を定量的に検出する検出系ＡＳと、インプリント材８を硬化させるための光を照射する照明系ＩＬを有する。インプリント材８として、紫外線の照射により硬化する材料を用いた場合は、照射系ＩＬは紫外線を照射する。モールドＭは、石英ガラス等の光透過性の素材で形成される。モールドＭは、インプリント材８を成形するためのパターンが形成されたパターン部ＰＡＴを有する。インプリント装置１００は、モールドＭのパターン部ＰＡＴをインプリント材８に接触させた後、モールドＭを透過した照明系ＩＬからの光を照射してインプリント材８を硬化させることで、基板Ｗ上にパターンを形成する。

（アライメント動作について）
インプリント装置１００は、検出系ＡＳで得られたモールドＭと基板Ｗとの相対的な位置ずれ量に基づいて、この位置ずれ量を補正する位置合わせ機能を持つ。この補正に係る動作をアライメント動作と呼ぶ。アライメント動作は、ステージ機構ＳＴＧを駆動することで行われる。あるいは、モールド保持部ＭＣＫを駆動することで位置合わせを行ったり、ステージ機構ＳＴＧとモールド保持部ＭＣＫを同時又は順次駆動することで位置合わせを行ったりすることができる。また、モールドＭを変形させることで補正を行うために、モールド保持部ＭＣＫがモールドＭに力を加えることができる機構を備えていてもよい。

（アライメントマーク部について）
アライメント動作は、モールドＭのパターン部ＰＡＴがインプリント材８に接触した状態で行われる場合もある。アライメントマーク部の構造や素材によっては、モールドＭとインプリント材８とが接触していると検出系ＡＳでアライメントマーク部を検出することが困難となる場合がある。この課題に対応するために、アライメントマーク部に特殊な加工を施す方法などが提案されている。例えば、モールドを構成する基体と屈折率が異なる素材でアライメントマーク部を形成する。しかし、これらの方法は、特殊な加工を要することから、一般的にモールドの製造コストを増加させる一因となる。また、そのような素材を付加するかたちで形成されたモールド側のアライメントマーク部は、一般的にモールドの表面にその素材が露出した状態となる。そのため、モールドを洗浄する際に、アライメントマーク部を構成するモールドとは異なる素材が膜減り等により劣化してしまうことがある。このことは、モールド側のアライメントマーク部の短寿命化の要因となる。

（インプリント用モールドについて）
次に、モールドＭの構成について説明する。半導体デバイスの製造に用いられるインプリント用モールドは通常、モールド側アライメントマーク部２及びパターン部ＰＡＴを有し、これらはモールドを主に構成する部分（ここでは「基体」と呼ぶ）と一体である。そのため、パターン部ＰＡＴが損傷して修復が困難な場合は、基体及びモールド側アライメントマーク部２を含む、すべてを再び製造しなければならない。

次に、本実施形態におけるインプリント用モールド及びモールドの製造方法を、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態におけるモールドＭは、図２（ａ）に示すように、モールドＭを主に構成する基体１、モールド側アライメントマーク部２、及びパターン部３を含む。本実施形態においては、パターン部３は基体１とは異なる素材で形成され、基体１と接合されている。例えば、基体１は石英ガラスで構成され、パターン部３は除去及び形成が比較的容易な樹脂で構成される。また、基体１とパターン部３を接合する場合は、基体１とパターン部３との間に接合をするための密着層を形成することがある。

次に、インプリント動作などによってパターン部３が損傷した場合に新たなパターン部を有するモールドの製造方法を説明する。パターン部３が損傷した場合、本実施形態においては、パターン部３を除去する工程を実施する。この工程では例えばウェット洗浄などが行われる。ただし、モールド側アライメントマーク部２は、パターン部３が除去された場合も、基体１と一体であり、パターン部３とともにモールド側アライメントマーク部２が除去されることはない。この様子を図２（ｂ）に示した。

損傷を受けて使用できなくなったパターン部３が除去された後、新たなパターン部を形成する工程を実施する（図２（ｃ）参照）。ここで形成されるパターン部は、除去前と同じデザインを有するパターン部であってもよいし、除去前と異なるデザインを有するパターン部であってもよい。このように、損傷を受けた部分のみを経済的かつ効率的に除去して再作成する工程を含むことにより、同一の基体１及びモールド側アライメントマーク部２を繰り返し使用可能であることが本実施形態の特徴である。

図３を用いて、図２（ｃ）に示した新たなパターン部を形成する工程について説明する。図３（ａ）において、モールド側アライメントマーク部２を有するモールドＭの基体１と対向する位置に、基体１上に形成するパターン部３の元となる凹凸パターン（マスターパターンとする）を有する基準基板６（マスターテンプレート）を配置する。マスターパターンを有する基準基板６上には、モールド側アライメントマーク部２との相対位置を検出系ＡＳにて検出できるような基準基板側アライメントマーク部４が配置されている。ここで、マスターパターン上にモールド側パターン部の素材５（例えば樹脂）が塗布される。このとき、モールド側パターン部の素材５がパターン部形成後に基体側に密着するように、あらかじめ基体１に密着剤等を塗布してもよい。

モールド側パターン部の素材５が塗布された後、図３（ｂ）に示されるように、基体１と素材５を接触させる。その後、検出系ＡＳにより、モールド側アライメントマーク部２と基準基板側アライメントマーク部４とを重ね合わせて得られるアライメント誤差を定量的に検出する。インプリント装置は、検出系ＡＳにより検出されたアライメント誤差を指標としてアライメント動作を実施することで、基板とモールドの相対的な位置関係を補正する。基体１を素材５に押し当てることで、パターンが形成された素材５が基体１に接合される。

その後、図３（ｃ）に示されるように、モールドＭを基準基板６から引き離すことで、基体１上にパターン部３が形成され、インプリント用モールドとなる。以上のように、パターン部が損傷した場合は、図２〜図３の工程を経て、パターン部３を再形成することが可能である。これらの工程は、インプリント装置１００で実施することが可能である。その場合、ステージ機構ＳＴＧには基板Ｗの代わりに基準基板６が基板保持部ＷＣＫによって保持され、パターン部が除去された基体１がモールド保持部ＭＣＫによって保持されることになる。

このインプリント装置において、図４（ａ）に示すように、半導体デバイスの基板７をモールドに対向するように配置する。そして、基板側パターン部にインプリント材８を塗布すれば、半導体デバイスの製造を目的としたインプリントを行うことができる。

図４（ｂ）は、アライメント動作の様子を示している。半導体デバイスの基板７上には、半導体デバイスの製造を目的としたインプリントを行う際に必要となる基板側アライメントマーク部９が配置されている。そして、この基板側アライメントマーク部９とモールド側アライメントマーク部２との重ね合わせ状態を検出系ＡＳにより観察することで、アライメント誤差が得られる。このアライメント誤差に基づいてアライメント動作を行うことで、基板上の適切な位置にパターンが形成される。

最後に、図４（ｃ）に示すように、モールドを基板から引き離す。これらの図４（ａ）〜（ｃ）に示した動作を繰り返すことで、図３（ａ）〜（ｃ）で示した方法で作成されたモールドを使用して、基板上に複数のパターンを形成することができる。このように、図３及び図４で示した工程は、一台のインプリント装置で行うことができる場合がある。つまり本実施形態によれば、モールドを複製する工程と、複製されたモールドを使用した半導体デバイスの製造を目的としたインプリント工程とのいずれをも実施可能なインプリント装置が提供される。また、モールド側パターン部の素材５と、半導体デバイス上にパターンを形成するためのインプリント材８が異なる場合は、インプリント装置の中に、素材５とインプリント材８をそれぞれ塗布するための、少なくとも２つの塗布部を設けることも想定される。もっとも、モールドを複製する工程と、複製されたモールドを使用した半導体デバイスの製造を目的としたインプリント工程とを、それぞれ別のインプリント装置で実施してもよい。例えば、一種類のインプリント材しか扱えないインプリント装置が複数台ある場合には、そのような実施態様が想定されうる。

本発明の適用範囲は、パターン部が損傷した場合に限定されない。例えば、基板のエッジ部を含むインプリント領域とエッジ部を含まないインプリント領域とでモールドのパターン部を交換することも考えられる。この場合、まず、様々なインプリント形状のマスターパターンを有する基板から第１のマスターパターンを選択し、選択した第１のマスターパターンによってモールドに第１のパターン部を作成する。その後、半導体デバイスの基板７上の第１の領域に第１のパターン部を転写するインプリントを行う。次に、モールドから第１のパターン部を除去して、第２のマスターパターンから第２のパターン部を作製した後、基板７の第２の領域に第２のパターン部を転写するインプリントを行う。このようにして、基板側のインプリント領域の形状に適したインプリント用モールドを用いて、半導体デバイスの製造を目的としたインプリントが行えるようになる。

さらに、例えば、インプリント装置がモールドのパターン部の損傷を検知する機能を有する場合は、検知したモールドの状態に関する情報に基づいて、モールドを再作成する工程を実施するかどうかの判断を行うことも可能である。モールドのパターン部が損傷したことを検知する方法としては例えば、インプリント動作をカメラで撮像し、正常なパターン部を撮像した際の画像とのパターンマッチングを利用する方法などが考えられる。

また、本発明は、上述のモールド複製方法をインプリント装置のみで実施することに限定されない。例えば、現状において、モールドの欠陥検査はインプリント装置外の欠陥検査装置で実施されることが多い。これは、現状のインプリント装置内のカメラでは欠陥を捉えるのに必要な解像性能が不足しているからである。これと同様な考えで、例えば、モールドのパターン部を除去する除去装置（洗浄ユニット）を、インプリント装置外に別途設置する。こうしてインプリント装置と除去装置とをシステム化することで、図３に示したような一連の工程をシステムの中で実施することができる。

以上説明した実施形態によれば、例えば、インプリントによって原版のパターン部のみが損傷した場合、損傷したパターン部のみを除去し、新たなパターン部を再形成することができる。また、モールドは、アライメント機能を実現するために必要なアライメントマーク部を有している。これにより、常に損傷のないパターン部を有したモールドを使用してインプリントを行うことが可能となる。

また、上述の実施形態によれば、モールドのパターン部とモールドのアライメントマーク部の配置について特に制約を与えてはいない。例えば、アライメントマーク部の表面をパターン部を構成する素材（例えば樹脂など）で覆う場合と覆わない場合等が想定される。特に、アライメントマーク部の表面を覆う場合においては、アライメントマーク部がパターン部を構成する素材によって覆われていることで、洗浄等によって行われる、パターン部を除去する工程によるアライメントマーク部の損傷が低減される効果も期待される。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかか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。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された樹脂に上記のインプリント装置を用いてパターンを形成する工程（インプリント処理を基板に行う工程）と、かかる工程でパターンを形成された基板（インプリント処理を行われた基板）を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、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、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。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。

１００：インプリント装置、ＩＬ：照明系、ＡＳ：検出系、ＭＣＫ：モールド保持部、ＷＣＫ：基板保持部、Ｍ：モールド、Ｗ：基板、２：モールド側アライメントマーク部、９：基板側アライメントマーク部、ＰＡＴ：パターン部

Claims (9)

1. インプリント用のモールドであって、
   基体と、
   インプリント材が塗布された基板と前記モールドとの位置合わせを行うために前記基体に配置されたマーク部と、
   前記基板上に塗布された前記インプリント材を成形するためのパターンが形成されたパターン部と、
   を有し、
   前記パターン部は、前記基体とは異なる素材で構成され、前記基体に接合されることを特徴とするモールド。
2. 前記マーク部は、前記モールドを用いて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置に備えられた検出系により検出され、前記基板と前記モールドとの位置合わせに使用されることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
3. 前記マーク部は、前記パターン部に代えて新たなパターン部を形成する際に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載のモールド。
4. 前記基体は石英ガラスで構成され、前記パターン部は樹脂で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモールド。
5. モールドの製造方法であって、
   基体と、インプリント材が塗布された基板と前記モールドとの位置合わせを行うために前記基体に配置されたマーク部と、前記基体と接合され、前記基板の上に塗布された前記インプリント材を成形するためのパターンが形成されたパターン部とを有するインプリント用のモールドの製造方法であって、
   前記パターン部を前記基体から除去する工程と、
   マスターパターンを有する基板に新たなパターン部の材料を供給し、前記パターン部が除去された前記基体の面を前記材料に接触させることで、前記マスターパターンに沿う新たなパターンが形成された前記材料を前記基体に接合する工程と、
   前記マーク部を用いて前記基板の位置合わせを行う工程と、
   前記材料を前記マスターパターンが形成された基板から引き離す工程と、
   を有することを特徴とするモールドの製造方法。
6. 前記基体は石英ガラスで構成され、前記パターン部は樹脂で構成されることを特徴とする請求項５に記載のモールドの製造方法。
7. 前記パターン部を前記基体から除去する工程は、ウェット洗浄を行う工程を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のモールドの製造方法。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモールドを用いて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置。
9. 請求項８に記載のインプリント装置を用いて前記基板上にパターンを形成する工程と、
   前記パターンが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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