JP2016219783A - インプリント装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン欠陥の発生を抑制し、パターンの形成精度の点で有利なインプリント装置を提供する。【解決手段】基板に塗布されたインプリント材と、モールドとを接触させて、基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、基板にインプリント材を塗布する塗布部と塗布部にインプリント材を供給する供給部１１１と、を備え、供給部１１１は、インプリント材を貯蔵する貯蔵タンク１と、貯蔵タンク１と塗布部との間でインプリント材を連続して循環させるポンプ２と、インプリント材が循環する流路に配置され、異物または金属イオンを除去するフィルター５と、を含む。【選択図】図４

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。

半導体デバイスやＭＥＭＳなどの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィー技術に加え、基板（ウエハ）上に供給された未硬化のインプリント材をモールド（型）で成形し、基板上にパターンを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１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、基板上のパターン形成領域に未硬化のインプリント材（光硬化性樹脂）を供給する。次に、基板上のインプリント材とパターンが形成された型とを接触させる（押型する）。そして、樹脂と型とを接触させた状態で光を照射してインプリント材を硬化させる。最後に、基板と型との間隔を広げる（硬化した樹脂から型を引き剥がす）ことにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

このようなインプリント装置を用いて、例えば、半導体デバイスを製造する場合には、各ショット領域へのパターン形成ごと、すなわち、押型ごとに、インクジェット方式にてショット領域上にインプリント材を供給（滴下、塗布）するのが一般的である。ここで、パーティクルを含んだインプリント材が基板上に塗布された場合、パターン部にパーティクルが残存することで正常なパターンの形成が阻害され、パターン欠陥となりうる。特許文献１は、インクジェットヘッドに流入する（往路）側および流出する（復路）側の流路において、フィルターを配置し、直径が１０μｍよりも大きなゴミ等を通過させないフィルターを配置したインクジェット記録装置を開示している。また、特許文献１には、復路側のフィルターとインクタンクとの間にポンプを配置し、回復動作時に作動させることにより、往路側と同等の流量を確保し、フィルターに溜まる気泡の除去を行うことが記載されている。特許文献２は、直径が５μｍ以上のフィルター部材をインクジェットヘッドの素子基板の背面側に備え、ポンプを往路および復路のインクタンクおよびインクジェットヘッドの間にそれぞれ備えたインクジェット記録装置を開示している。また、特許文献２には、インクジェットヘッドの液流入口に、前述のフィルター部材よりも目の粗いフィルターを設ける、と記載されている。

特開平８−２４４２５０号公報 特開２０１０−０９８３１０号公報

しかしながら、インプリント装置の場合には、サイズが直径１０ｎｍ以下のパーティクルや金属イオンを除去する必要があり、特許文献１および２のような構成では、パターン欠陥を防ぐには不十分である。また、上述したような構成で、フィルターの目を細かくした場合には、ポンプの圧力負荷が大きくなり、液体を循環させる構成においては、ポンプを大きくする等装置コストをかけなければならない。

本発明は、例えば、パターン欠陥の発生を抑制し、パターンの形成精度の点で有利なインプリント装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基板に塗布されたインプリント材と、モールドとを接触させて、基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、基板にインプリント材を塗布する塗布部と塗布部にインプリント材を供給する供給部と、を備え、供給部は、インプリント材を貯蔵する貯蔵タンクと、貯蔵タンクと塗布部との間でインプリント材を連続して循環させるポンプと、インプリント材が循環する流路に配置され、異物または金属イオンを除去するフィルターと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、パターン欠陥の発生を抑制し、パターンの形成精度の点で有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。 従来のインプリント装置におけるインプリント材供給部の構成を示す概略図である。 従来のインプリント時に発生しうるパターン欠陥を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るインプリント材供給部の構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るインプリント材供給部の構成を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るインプリント材供給部を備えたインプリント装置について説明する。図１は、本発明に係るインプリント装置１００の構成を示す概略図である。インプリント装置１００は、物品としての半導体デバイスなどの製造に使用される。インプリント装置１００は、基板（ウエハ）１０４に塗布された未硬化のインプリント材（レジスト）１２０と、原版１０１（モールド、型）の表面に成形された凹凸パターンとを接触させて、パターンの反転像を基板１０４上に形成する装置である。インプリント装置１００は、本実施形態では、インプリント材を硬化させる方法として、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。インプリント装置１００は、原版１０１を保持する原版パターンヘッド１０２、紫外線照射部１０３、基板１０４を保持するステージ１０５、インプリント材を滴下するディスペンサー１１０、供給部１１１、制御部１３０および塗布パターン格納部１３１を含む。原版１０１は、基板１０４に対向する面に、基板１０４に供給されたインプリント材に形成するパターンが形成されたパターン部（凹部）１０１ａを有する。原版１０１は、例えば、矩形形状の外形を有し、紫外線を透過する材料（石英など）で構成される。原版パターンヘッド１０２は、原版１０１を真空吸引力または静電気力によって保持（固定）している。原版パターンヘッド１０２は、原版１０１をＺ軸方向に駆動する駆動機構を備える。この駆動機構は、基板１０４上に塗布されたインプリント材１２０（未硬化の樹脂）に原版１０１を適切な力で押し付け（押印し）、基板１０４上のインプリント材１２０（硬化した樹脂）から原版１０１を剥離（離型）する。基板１０４は、原版１０１のパターンが形成される基板であって、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。ステージ１０５は、基板１０４を保持する基板チャック、および原版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。供給部１１１は、未硬化のインプリント材を保管（貯蔵）するタンクを備え、ディスペンサー１１０に対して配管（流路）により未硬化のインプリント材を供給する。塗布部としてのディスペンサー１１０は、インプリント材１２０を塗布する機構であり、例えばインプリント材１２０を基板１０４に塗布するノズルを複数個有している。このディスペンサー１１０の塗布量の単位は「滴」であり、１滴の樹脂の量は、およそ数ピコリットルである。また、樹脂を滴下できる位置は、幅が数ｍｍ毎と決まっている。供給部１１１からインプリント材１２０を供給しながら、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を塗布することで、基板１０４（のショット領域）の上に樹脂層は形成される。制御部１３０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、インプリント装置１００の全体（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。

次にインプリント工程について説明する。まず、所望の原版１０１を用意し、インプリント装置１００に搭載する。この原版１０１は、例えば一般のフォトマスクに用いる透明な石英基板に、設計データに従って凹凸のパターン（溝）が形成されたものである。次に、ディスペンサー１１０を用意し、インプリント装置１００に搭載する。そして、基板１０４をステージ１０５に搭載し固定する。次に、インプリント位置としてまだインプリントされていない領域（インプリント材のパターンが形成されていない領域）を指定する。一度にインプリントされる領域のことをショット領域と呼ぶ。インプリントする順序は、例えば、基板１０４に対して連続したショット領域の順にインプリントを行うことができる。また、インプリント順序は前述の順序に限られるものではなく、千鳥順、ランダムなどの順序が設定可能である。次に、インクジェット方式によるディスペンサー１１０を用いて、基板１０４上に光硬化性のインプリント材１２０を塗布する。このとき、樹脂塗布パターンに従って、ステージ１０５は移動し、ディスペンサー１１０は、順次インプリント材１２０を基板１０４上に滴下する。基板上にインプリント材１２０が塗布された後、原版１０１を基板１０４に近接させ、原版１０１をインプリント材１２０に押し付けて所定時間だけ待機させることにより、ドロップ状のインプリント材１２０が原版１０１の凹凸に充填されていく。この状態で原版１０１の微細パターンに樹脂が浸透するまで原版１０１を保持する。原版１０１の凹凸に樹脂を十分充填させた後、紫外線照射部１０３の紫外光ランプにより、原版１０１の裏面からインプリント材１２０に紫外光を所定時間照射することによって、インプリント材１２０を硬化させる。紫外光として例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどが使用できる。次に、硬化後のインプリント材１２０から原版１０１を引き剥がして離型する。これにより、インプリント材１２０に、凸型の樹脂パターン１２１領域が形成される。基板上のすべての領域の樹脂パターン形成が終了した後、基板をインプリント装置から搬出する。

次に、インプリント材をディスペンサーに供給するインプリント材供給部について説明する。まず、比較のために従来のインプリント装置のインプリント材供給部の構成について説明する。図２は、従来のインプリント材供給部の構成を示す概略図である。インプリント材保管メインタンク（貯蔵タンク）１にインプリント材１２０を補給するには、インプリント材供給タンク１２からインプリント材１２０を供給する。このとき、３方向弁１３を開口して、インプリント材供給タンク１２から貯蔵タンク１までの通路をつなぐことで貯蔵タンク１にインプリント材が充填補給される。３方向弁１３は、ディスペンサー１１０から貯蔵タンク１への流れを遮断しながら、インプリント材供給タンク１２から貯蔵タンク１に流れを供給するように動作可能である。または、インプリント材供給タンク１２からの流れを遮断しながら、ディスペンサー１１０から貯蔵タンク１へ流れを供給するようにも動作可能である。貯蔵タンク１が十分にインプリント材で充填されると、３方向弁は、インプリント材供給タンク１２からの流れを遮断し、ディスペンサー１１０から貯蔵タンク１への流れを開始するように調整される。負圧ポンプ２（圧力発生手段）および正圧ポンプ３（圧力発生手段）を動作させることで、インプリント材供給配管（供給配管）８からディスペンサー１１０にインプリント材１２０は供給される。さらに、ディスペンサー１１０から吐出した残りのインプリント材１２０は、インプリント材回収配管９を経て、貯蔵タンク１に戻る（循環している）。このような構成では、インプリント材１２０の温度変化、およびパーティクル異物および金属イオンなどの混入があった場合に、インプリント時のパターン精度に影響を与えうる。

ここで、上述したような従来の構成により、インプリント時にパターン精度に与えうる影響について説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、インプリント材１２０中に微小なパーティクルまたは金属イオンなどの異物１２０ａが混入している場合、異物１２０ａを含んだままパターン部（凹部）１０１ａがインプリント材１２０に押印されてしまう。このとき、図３（Ｃ）に示すように、異物１２０ａは、インプリント材１２０の硬化時に固定され、最終的に、図３（Ｄ）に示すように、異物１２０ａは樹脂パターン１２１上の異物として残り、パターン欠陥を発生させてしまう。

これに対して、本実施形態に係る供給部１１１を用いることにより、上述したような状況は発生しづらくなる。以下、本実施形態に係る供給部１１１の具体的構成及び作用について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る供給部１１１の構成を示す概略図である。貯蔵タンク１にインプリント材１２０を補給するには、インプリント材供給タンク１２からインプリント材１２０を供給する。このとき、インプリント材供給タンク１２と３方向弁１３との間に、金属イオン除去フィルター（イオン交換樹脂及びナイロン繊維を用いたフィルター）５が設けられる。これにより、３方向弁１３を開口し、貯蔵タンク１にインプリント材１２０を充填補給する際に、金属イオンを除去した状態で貯蔵タンク１にインプリント材１２０を補給できる。この金属イオン除去フィルター５は、図４に示すように並列で複数個配置され、ポンプの圧力負荷が増加することを低減できる。さらに、ポンプ３の吐出側に金属イオン除去フィルター５およびパーティクル除去フィルター６（異物除去フィルター）が並列で複数個配置されている。パーティクル除去フィルター６は、直径１０ｎｍ以上の異物を除去するフィルターで、ポンプによる循環が可能な最小メッシュのろ過フィルターを用いる。パーティクル除去フィルター６は、微小メッシュサイズのフィルターの為、圧損が大きい。パーティクル除去フィルター６は、図４に示すように並列で複数個配置され、ポンプの圧力負荷の増加が低減されている。さらに、貯蔵タンク１からのパーティクルのような異物を除去するパーティクル除去フィルター６´も貯蔵タンク１とポンプ３との間（供給ライン）に配置される。パーティクル除去フィルター６´は、直径１０ｎｍ以上の異物を除去するフィルターであり、ポンプによる循環を可能な最小メッシュサイズを有するフィルターを用いる。パーティクル除去フィルター６´は、微小メッシュサイズのフィルターの為、圧損が大きい。図４に示すように、パーティクル除去フィルター６´は、排出側および吸引側の双方に並列に複数個配置され、供給部１１１のポンプ３の圧力負荷の増加を包括的に抑えている。本実施形態の構成によれば、貯蔵タンク１内のインプリント材に含まれるパーティクルはパーティクル除去フィルター６´を吸引側に用いることで除去（低減）され、パーティクルが除去（低減）されたインプリント材がポンプ３に供給される。特に、本実施形態のような構成は、例えば、貯蔵タンク１内にパーティクルが付着している可能性がある場合に好適である。さらに、ポンプ３内に発生したパーティクルはパーティクル除去フィルター６´を排出側に用いることで除去（低減）され、パーティクルが除去（低減）されたインプリント材がディスペンサー１１０に供給される。このような構成でポンプ２およびポンプ３を動作させることにより、インプリント材１２０は、樹脂供給配管８からディスペンサー１１０に供給される。さらに、ディスペンサー１１０から吐出された残りのインプリント材１２０は、インプリント材回収配管９を経て、貯蔵タンク１に戻る（インプリント材は流動し、循環している）。

また、供給配管８の供給部出口には、供給圧力をモニターする圧力センサー７Ａが設けられ、インプリント材回収配管９の回収部入口には、回収圧力をモニターする圧力センサー７Ｂが設けられる。これにより、ディスペンサー１１０の圧力がゼロになるように、供給側出口では正圧状態で供給され、回収側入口では負圧状態で回収されるように制御されている。

さらに、供給配管８およびインプリント材回収配管９の出口入口付近には、配管および配管を通してのインプリント材１２０の温度調節を行う熱交換器１０が設けられ、熱交換器１０に対して、温調媒体１１が流れている。熱交換器１０に供給される温調媒体１１の上流側に、供給配管８を配置し、熱交換器１０に供給される温調媒体１１の下流側に、インプリント材回収配管９を配置する。これにより、温調媒体１１が温調精度のより高い状態で供給時のインプリント材１２０の温度調節を行うことを可能にしている。また、例えば、インプリントヘッドの影響により、インプリント材１２０の温度は上昇しうるが、本実施形態によれば、回収時にもインプリント材１２０の温度調節を行うことが可能である。このように、貯蔵タンク１とディスペンサー１１０とが連結しインプリント材が循環する流路において、供給および回収されるインプリント材１２０が少なくとも２回温調されることにより、より効率的にインプリント材１２０を温調することができる。なお、温調媒体１１としては、インプリント装置１００内の温度を一定に保つ、温調空調空気あるいは温調冷媒を用い、それらを流すことにより、インプリント材１２０の温調が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、金属イオンおよび直径１０ｎｍ以上のパーティクルをポンプの圧力負荷の増加を低減させつつ除去することが可能で、パターン欠陥の発生を抑制しパターン形成精度の点で有利なインプリント装置を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るインプリント材供給部について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る供給部１１１の構成を示す概略図である。本実施形態の供給部１１１は、貯蔵タンク１とポンプ３との間（供給ライン）にパーティクル除去フィルターが配置されていない。その代わりに、ポンプ２と貯蔵タンク１との間（回収ライン）にパーティクル除去フィルター６´が配置されている。この点が、本実施形態の供給部１１１が第１実施形態の供給部１１１と異なる。本実施形態によれば、ポンプ３にかかる圧力負荷は第１実施形態と比べ小さくなりうる。パーティクル除去フィルター６´は、３方向弁１３とポンプ２との間に追加して配置されうる。第１実施形態を用いるか第２実施形態を用いるかは、貯蔵タンク１内のパーティクル付着量により決定される。

（物品の製造方法）
なお、上述した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上（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。更に、該製造方法は、パターンが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、パターンが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。

なお、上述した各実施形態では、インプリント材１２０の供給時および回収時にインプリント材１２０が温調されるように熱交換器１０を配置したが、これに限られるものではない。例えば、供給配管８のインプリント材が流れる方向の上流側および下流側に熱交換器１０を配置し、上流側で粗温調を行い、下流側で精密温調を行うなど、供給時に複数回の温調を行うように熱交換器１０を配置しても効率的に温調することが可能である。

また、上述した各実施形態では、インプリント材供給タンク１２と３方向弁１３とを連結した補給路上に金属イオン除去フィルター５を設けたが、これに限られるものではなく、パーティクル除去フィルター６を設けてもよい。同様に、貯蔵タンク１とディスペンサーとが連結しインプリント材が循環する流路においても、上述した各実施形態で設けた金属イオン除去フィルター５およびパーティクル除去フィルター６の配置は、交換可能である。

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 インプリント材保管メインタンク（インプリント材貯蔵タンク）
３ ポンプ（圧力発生手段）
５ 金属イオン除去フィルター（金属イオン除去手段）
６ パーティクル除去フィルター（異物除去手段）
８ インプリント材供給配管（流路）
９ インプリント材回収配管（流路）
１００ インプリント装置
１０１ 原版パターン（モールド）
１０４ 基板
１１０ ディスペンサー（塗布部）
１１１ インプリント材供給部
１２０ インプリント材

Claims (8)

1. 基板に塗布されたインプリント材と、モールドとを接触させて、前記基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記基板に前記インプリント材を塗布する塗布部と
   前記塗布部に前記インプリント材を供給する供給部と、を備え、
   前記供給部は、
   前記インプリント材を貯蔵する貯蔵タンクと、
   前記貯蔵タンクと前記塗布部との間で前記インプリント材を連続して循環させるポンプと、
   前記インプリント材が循環する流路に配置され、異物または金属イオンを除去するフィルターと、を含むことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記フィルターは、直径１０ｎｍ以上の異物を除去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. 前記フィルターは、前記流路に並列に配置された複数のフィルターを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のインプリント装置。
4. 前記ポンプは、前記貯蔵タンクから前記塗布部へ前記インプリント材を供給する供給ラインに配置され、
   前記複数のフィルターは、前記供給ラインに配置され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. 前記ポンプは、前記貯蔵タンクから前記塗布部へ前記インプリント材を供給する供給ラインに配置され、
   前記フィルターは、第１のフィルターおよび第２のフィルターを含み、
   前記第１のフィルターは、前記ポンプと前記塗布部との間に配置され、前記第２のフィルターは前記ポンプと前記貯蔵タンクとの間に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 前記フィルターは、第１のフィルターおよび第２のフィルターを含み、
   前記第１のフィルターは、前記ポンプと前記塗布部との間に配置され、前記第２のフィルターは前記塗布部から前記貯蔵タンクへ前記インプリント材を回収する回収ラインに配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
7. インプリント材を補給する補給路に配置され、異物または金属イオンを除去するフィルターをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか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インプリント材の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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