JP2016119417A - インプリント装置及び方法、並びに物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント時の膜厚の制御に有利なインプリント装置を提供すること。【解決手段】モールドを用いて基板の上のインプリント材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。制御部は、基板に塗布されたインプリント材の塗布量とインプリント材の揮発特性とに基づき、ショット領域におけるインプリント材の膜厚を予測し、その予測した膜厚に基づき、ショット領域へのインプリント処理を実行するタイミングを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、インプリント技術に関する。

インプリント装置において、パターン欠陥の発生を抑制するために、インプリント後の原版の凸部と基板の間に残るインプリント材の厚み（「残膜厚」という。）を一定に制御する必要がある。残膜厚は、基板に塗布するインプリント材の量と原版の凹部の容積から決定される。また、インプリント材には揮発性が高いものが用いられることが多いため、基板上に塗布するインプリント材の量を、塗布してからインプリントするまでの間に揮発する量を見込んで算出している（特許文献１）。

特開２０１０−２２５６９３号公報

しかし、基板全面にインプリント材を塗布してからパターン形成を行う方法において、基板上のインプリント材の膜厚は一定とはならない。例えば、スピンコートによりインプリント材を塗布した場合、基板面内同心円状に異なる膜厚の分布が発生することがある。よって、インプリント材の塗布量を制御するだけでは不十分である。

そこで本発明は、インプリント時の膜厚の制御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。

本発明の一側面によれば、モールドを用いて基板の上のインプリント材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、前記基板に塗布された前記インプリント材の塗布量と前記インプリント材の揮発特性とに基づき、ショット領域における前記インプリント材の膜厚を予測し、前記予測された膜厚に基づき、前記ショット領域への前記インプリント処理を実行するタイミングを制御する制御部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、インプリント時の膜厚の制御に有利なインプリント装置を提供することができる。

実施形態におけるインプリント装置の構成を示す図。 第１実施形態に係るインプリント方法を説明する図。 第１実施形態に係るインプリント方法のフローチャート。 基板上の膜厚分布の例を示す図。 第１実施形態におけるインプリント順の例を示す図。 第２実施形態に係るインプリント方法を説明する図。 第２実施形態に係るインプリント方法のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の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。

＜第１実施形態＞
（インプリント装置の説明）
図１は、本実施形態におけるインプリント装置１００の構成を示す図である。インプリント装置１００は、半導体デバイスなどの製造プロセスで使用されるリソグラフィ装置であって、モールド（型）を用いて基板の上のインプリント材（例えば樹脂）にパターンを形成する。インプリント装置１００は、本実施形態では、インプリント材硬化法として、紫外線の照射によってインプリント材を硬化させる光硬化法を採用するが、これに限定されない。例えば熱硬化性インプリント材を用いた熱硬化法を採用することもできる。

モールド１０１は、基板１０４と対向する面に、基板１０４の上に供給されたインプリント材１２０に転写すべきパターンが形成されたパターン部１０１ａを有する。モールド１０１は、例えば矩形形状の外形を有し、紫外線が透過する材料（石英など）で構成される。モールドヘッド１０２は、モールド１０１を真空吸引力又は静電気力によって保持（固定）するモールドチャックを含む。また、モールドヘッド１０２は、モールド１０１をｚ軸方向（基板１０４の表面に直交する方向）に駆動する駆動機構を含む。モールドヘッド１０２は、この駆動機構により、モールド１０１と基板１４との間隔を狭めることで基板１０４の上に塗布された未硬化のインプリント材１２０とモールド１０１を接触させる（押印する）。この状態で、紫外線照射部１０３は紫外線を照射しインプリント材１２０を硬化させる。その後、モールドヘッド１０２は、モールド１０１と基板１０４との間隔を広げることで基板１０４の上の硬化したインプリント材からモールド１０１を剥離（離型）する。

基板１０４は、例えば、単結晶シリコンウエハやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハなどを含む。基板ステージ１０５は、基板１０４を保持する基板チャックと、モールド１０１と基板１０４との位置合わせ（アライメント）を行うための駆動機構とを含む。この駆動機構は、例えば、粗動駆動系と微動駆動系とで構成され、ｘ軸方向及びｙ軸方向（基板１０４の表面に水平な方向）に基板１０４を駆動する。また、駆動機構は、ｘ軸方向及びｙ軸方向だけではなく、ｚ軸方向及びθ（ｚ軸周りの回転）方向に基板１０４を駆動する機能や基板１０４の傾きを補正するためのチルト機能を備えていてもよい。

インプリント材供給部１１１は、未硬化のインプリント材を保管するタンクで、ディスペンサー１１０に対して配管により未硬化のインプリント材が供給される。インプリント材の塗布部であるディスペンサー１１０は、例えばインクジェット法によりインプリント材１２０を基板１０４に塗布するための複数のノズルを有する。また、このディスペンサー１１０によるインプリント材の塗布量の単位は「滴」であり、１滴のインプリント材の量はおおよそ数ピコリットルである。また、インプリント材を滴下できる位置も幅が数μｍ毎と決まっている。インプリント材供給部１１１からインプリント材１２０を供給しながら基板ステージ１０５を移動（スキャン移動やステップ移動）させてディスペンサー１１０によりインプリント材１２０が塗布される。これにより、基板１０４（のショット領域）の上にインプリント材の層が形成される。

制御部１３０は、例えばＣＰＵやメモリなどを含み、インプリント装置１００の全体の動作を制御する。制御部１３０は、インプリント装置１００の各部を制御して、インプリント処理を行う処理部として機能する。本実施形態では、予め基板１０４の全面にインプリント材１２０が塗布される。その後、制御部１３０は、基板１０４のショット領域におけるインプリント材１２０にモールド１０１を接触させ、その状態で紫外線照射部１０３により紫外線を一定時間照射してインプリント材を硬化させる。その後、制御部１３０は、硬化したインプリント材からモールド１０１を剥離する。こうして、基板１０４上のインプリント材１２０にパターンが形成される。

次に、本実施形態におけるインプリント処理について説明する。図２は、予め、基板１０４の全面にインプリント材１２０を塗布してからインプリントによりパターン形成を行う方法を示す図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１０４の全面にインプリント材１２０が塗布された基板１０４が基板ステージ１０５上に載置、保持される。基板１０４の全面にインプリント材を塗布するのは、インプリント装置１００に基板１０４を搬入する前でもよいし、インプリント装置１００に基板１０４を搬入した後でもよい。その後、制御部１３０は、モールド１０１を基板１０４の目標領域上に位置させ（図２（ａ））、モールド１０１をインプリント材１２０に接触させてパターン形成を行う（図２（ｂ））。この１回のインプリント処理によりパターン形成が行われる領域を「ショット」と呼ぶ。

次に、本実施形態におけるインプリント制御について説明する。図３は、全面に予めインプリント材１２０が塗布された基板１０４に対して、インプリントによりパターン形成を繰り返す時のインプリント制御処理を示すフローチャートである。図３に示す制御フローは、制御部１３０に予めプログラミングされた制御ソフトウェアにより制御部１３０が自動実行可能である。

まず、インプリント材１２０が全面に塗布された基板１０４を用意する（Ｓ１００）。基板１０４上にインプリント材１２０を全面塗布する場合、例えば、インプリント材を基板上に供給しながら基板を回転させ、遠心力により基板全面に均一な薄膜になるように塗布するスピンコートが用いられうる。このとき、制御部１３０は、基板１０４にインプリント材１２０が塗布された時刻の情報を制御部１３０のメモリに格納する。

前述したように、インプリント材１２０の特性や塗布方法に依存して、基板１０４上のインプリント材１２０の膜厚（塗布量）が分布しうる。そこで、制御部１３０は膜厚分布情報を取得し、制御データ格納部１３１に格納する（Ｓ１０１）。膜厚分布情報は、インプリント装置１００内に設けられた基板１０４の凹凸検知センサを用いた膜厚測定の結果から取得することができる。あるいは、外部測定器を用いた膜厚測定の結果から取得してもよい。

スピンコートによりインプリント材を基板１０４の全面に塗布した場合、図４に示すように、インプリント材１２０は基板１０４に同心円状外側に向かって厚くなるように分布することが知られている。図４において、領域２０１ａ〜２０１ｄは、膜厚が等高線で分けられた領域を示し、２０１ａから２０１ｄに向かって膜厚が厚くなっていることを示している。

次に、制御部１３０は、インプリント材１２０の揮発特性情報を取得し、制御データ格納部１３１に格納する（Ｓ１０２）。インプリント材の揮発特性は、例えばインプリント材の容積の時間当たりの変化量で表され、インプリント材の種類に依存する。

次に、制御部１３０は、Ｓ１０１で取得した膜厚分布情報に基づきインプリント順を決定する（Ｓ１０３）。ここで、一例として、図４に示すような、インプリント材１２０が基板１０４の中心部から外側に向かって厚くなるように分布している場合を考える。インプリント材の膜厚は揮発により薄くなっていくので、この場合、例えば図５に示すように、膜厚の薄い中心部から外周部に向けて螺旋状にショット順を決定することができる。このように、膜厚分布情報に基づき、膜厚の薄いショット領域に対して先にインプリント処理が実行され、膜厚の厚いショット領域ほど後にインプリント処理が実行されるように、インプリント順が決定される。ショット順がこのように決定されることにより、インプリント処理を実行するタイミングが制御される。その後、決定したショット順に従い、ショット領域を設定する（Ｓ１０４）。具体的には、当該ショット領域にインプリントが行われるように基板ステージ１０５を移動する。

次に、膜厚分布情報、インプリント材１２０の揮発特性、インプリント材を塗布してからの経過時間に基づき、ショット領域における膜厚を予測する（Ｓ１０５）。インプリント材１２０の揮発後の単位面積あたりの予測される膜厚（予測膜厚）は、体積として求めてもよいし、ショット領域単位のインプリント材１２０の厚みとして求めてもよい。残膜厚を一定範囲内に収めるため、ショット領域における予測膜厚は、次のように上下限値判定に用いられる。まず、予測膜厚が上限値以下か否かを判定する（Ｓ１０６）。予測膜厚が上限値を超える場合、上限値以下になるようにインプリント処理を待機する（Ｓ１１０）。予測膜厚が上限値以下である場合は、予測膜厚が下限値以上か否かを判定する（Ｓ１０７）。予測膜厚が下限値を下回っている場合は、所定のエラー処理を実行する（Ｓ１１１）。所定のエラー処理として、インプリント処理の一部、例えば、紫外線照射部１０３からの紫外線照射のみを実施する。これにより必要以上のインプリント材の揮発を防止する。ただし、モールド１０１をインプリント材１２０に接触させる処理は、モールド１０１が基板１０４に接触してモールド１０１が破損する可能性があるため、実施はしない。

Ｓ１０７で予測膜厚が下限値以上であると判定された場合は、インプリント処理を実行する（Ｓ１０８）。その後、全ショット領域の処理が終了したかを判定する（Ｓ１０９）。全ショット領域の処理が終了していなければ、Ｓ１０４に戻り、次のショット領域について処理を繰り返す。このように、予測膜厚の値に応じて、インプリント処理を実行するタイミングが制御される。

以上説明したように第１実施形態によれば、基板１０４に一括塗布されたインプリント材１２０の膜厚が均一でない場合であっても、各ショット領域のインプリント材１２０の膜厚を一定範囲内に制御することができる。これにより、基板１０４の上のインプリント材の膜厚のばらつきに起因する欠陥を低減することが可能となる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、予め基板にインプリント材を全面塗布してからショット領域ごとにインプリントを実施する方法について説明した。これに対し、以下の第２実施形態では、インプリント装置１００内のディスペンサー１１０を用いて基板の一部である１又は２以上のショット領域にインプリント材１２０を塗布してからショット領域ごとにインプリントを実施する方法について説明する。まず、基板１０４をインプリント装置１００に搬入し、基板ステージ１０５に保持させる。その後、制御データ格納部１３１に記憶されているインプリント材の塗布パターンをディスペンサー１１０に設定する。次に、基板１０４に１つのショット領域又は複数のショット領域に供給されたインプリント材１２０の近傍にモールド１０１を位置させ（図６（ａ））、モールド１０１をインプリント材１２０に接触させてパターンを形成する（図６（ｂ））。

以下、本実施形態におけるインプリント制御について詳細に説明する。図７に、本実施形態におけるインプリント制御のフローを示す。図７に示す制御フローは、制御部１３０に予めプログラミングされた制御ソフトウェアにより制御部１３０が自動実行可能である。

まず、所定のショット処理順に従い、基板１０４内の１又は２以上のショット領域からなるショットグループを設定する（Ｓ２００）。ショットグループに含まれるショット領域の数は１ショット領域でもよいが、複数のショット領域とする場合には、インプリント材の塗布位置とインプリント位置との間のステージ駆動距離を短縮できる点で優れている。ショットグループに含まれるショット領域数は、基板面内で同数である必要はない。ショットグループに含まれるショット領域数は、例えば、インプリント材の揮発特性とインプリント処理にかかる時間により、インプリント時におけるインプリント材の揮発量が上限値を上回らない数とすることができる。

次に、制御データ格納部１３１に格納されたインプリント材の塗布指令値を取得し、制御部１３０のメモリに記憶する（Ｓ２０１）。ディスペンサー１１０によりインプリント材を塗布するときの塗布指令値は、ディスペンサー１１０により吐出されるインプリント材の液滴の滴下位置を示すマップ情報でありうる。インプリント処理時のモールド１０１と基板との間の残膜厚は、モールド１０１の凹部の容積および、インプリント材の液滴の滴下量によって決定される。インプリント材一滴の量は数ピコリットルと微小でコントロールが難しく、滴下位置はディスペンサー１１０のノズル配置により制約を受ける。複数ショット分まとめてインプリント材１２０を塗布する場合、従来手法では、インプリント材１２０の塗布量を、揮発量を見込んでショット毎に制御していた。一方、本実施形態では、上記の制約から、インプリント材１２０が揮発する量の許容範囲内に収まるようにインプリントのタイミングを制御する。

次に、ショットグループに指定されたショットを連続してディスペンサー１１０によりインプリント材１２０を塗布する（Ｓ２０２）。ここで、各ショット領域にインプリント材を塗布した時刻が、制御部１３０のメモリに保持される。

次に、対象ショット領域のインプリント材１２０の揮発量を計算する（Ｓ２０３）。揮発量を計算することで膜厚を予測できることは第１実施形態と同じである。ショットグループ内における各ショット領域のインプリント材の揮発量は、インプリント材の塗布タイミングが異なるため、ショット領域毎に計算する。また、揮発量上限値を上回ったことで遅延処理が入ったかどうかもショット領域毎に監視する。対象ショット領域のインプリント材の揮発量が上限値以下かどうか、あるいは、予測膜厚が下限値以上かどうか、を判定する（Ｓ２０４）。揮発量が上限値以下であれば、インプリント処理を実施する（Ｓ２０５）。その後、ショットグループ内のインプリントが全て終了したか否かを判断し（Ｓ２０６）、終了していなければ、Ｓ２０３に戻り、次の対象ショット領域について処理を繰り返す。

Ｓ２０４で揮発量が上限値を超えたと判定された場合、あるいは、予測膜厚が下限値以下となったと判定された場合は、所定のエラー処理を実行する（Ｓ２０７）。ここで、エラー処理は、インプリント材１２０が塗布済みかつ、インプリント未処理のショットに対して実行される。同一ショットグループの未処理のショットは全て処理対象から外すか、紫外線照射部１０３より紫外線照射のみを実行して、必要以上のインプリント材の揮発を防止した上で次の工程に進む。

Ｓ２０８では、全てのショットグループの処理が終了したかを判定する。終了していなければ、Ｓ２００に戻り、次のショットグループについて処理を繰り返す。

以上説明したように第２実施形態によれば、基板１０４にインプリント材１２０を１又は２以上のショット領域に分割して塗布する場合においても、各ショット領域のインプリント材１２０の量を一定範囲内に制御することができる。これにより、基板１０４の上のインプリント材の膜厚のばらつきに起因する欠陥を低減することが可能となる。

＜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。

１００：インプリント装置、１０１：モールド、１０４：基板、１１０：ディスペンサー、１２０：インプリント材、１３０：制御部

Claims (10)

1. モールドを用いて基板の上のインプリント材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、
   前記基板に塗布された前記インプリント材の塗布量と前記インプリント材の揮発特性とに基づき、ショット領域における前記インプリント材の膜厚を予測し、
   前記予測された膜厚に基づき、前記ショット領域への前記インプリント処理を実行するタイミングを制御する制御部
   を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記制御部は、前記予測された膜厚が上限値を超える場合は待機することで前記タイミング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、
   全面に前記インプリント材が塗布された基板の膜厚分布情報を取得し、
   前記取得した膜厚分布情報に基づき、複数のショット領域に対するインプリント順を決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリント装置。
4. 前記制御部は、前記取得した膜厚分布情報に基づき、膜厚の薄いショット領域に対して、膜厚の厚いショット領域よりも先に前記インプリント処理が実行されるように、前記インプリント順を決定することを特徴とする請求項３に記載のインプリント装置。
5. 前記基板の全面への前記インプリント材の塗布はスピンコートにより行われたものであ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. 前記基板の一部である１又は２以上のショット領域に前記インプリント材を塗布する塗布部を更に有し、
   前記制御部は、前記塗布部により前記インプリント材が塗布されたショット領域ごとに前記タイミングの制御を行う
   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. 前記制御部は、前記予測された膜厚が下限値以下となった場合は、所定のエラー処理を実行す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. 前記所定のエラー処理は、前記インプリント材の揮発を防止する処理を含むことを特徴とする請求項７に記載のインプリント装置。
9. モールドを用いて基板の上のインプリント材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、
   前記基板に塗布された前記インプリント材の塗布量と前記インプリント材の揮発特性とに基づき、ショット領域における前記インプリント材の膜厚を予測する工程と、
   前記予測された膜厚に基づき、前記ショット領域への前記インプリント処理を実行するタイミングを制御する工程と、
   を有することを特徴とするインプリント方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いてパターン形成を基板に行う工程と、
    前記工程で前記パターン形成を行われた前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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