JP2017005035A - インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 重ね合わせ精度の悪化を低減するのに有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】 モールドの表面に形成されたパターンを基板上に塗布された樹脂に転写するインプリント装置であって、固定部と、前記モールドを保持するモールドチャック部と、前記モールドを前記樹脂に押し付けるために前記固定部に対して前記モールドチャック部を駆動させる駆動機構と、前記モールドチャック部に保持された前記モールドの側面に力を加えて、前記パターンの形状を調整する形状調整機構と、を備え、前記固定部と前記形状調整機構とに接続され、前記固定部に対して前記形状調整機構を支持する支持部をさらに備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

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、モールドの表面に形成されたパターンをウエハ（基板）上に塗布された樹脂に転写するインプリント技術が注目されている。例えば、この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、ウエハ上のインプリント領域であるショットに未硬化状態の樹脂（インプリント材）を塗布する。次に、モールドをこの樹脂に押し付け（押印動作）、この状態で紫外線を照射し樹脂を硬化させる。そして、モールドを硬化した樹脂から引き離し（離型動作）、ウエハ上に樹脂のパターンを形成する。

ここで、インプリント処理が施されるウエハは、一連の半導体デバイス製造工程において、例えばスパッタリングなどの成膜工程での加熱処理を経ることで、ウエハ全体が拡大または縮小し、ウエハ平面内で直交する２軸方向でパターンのサイズ（倍率）が変化し得る。そのため、インプリント装置では、モールドとウエハ上の樹脂とを押し付ける際に、ウエハ上にすでに形成されているパターンの倍率にモールドの表面に形成されたパターンの倍率を合わせる必要がある。このような倍率補正は、従来のフォトリソグラフィー装置であれば、ウエハ上のパターンの倍率に合わせて投影光学系の縮小倍率を変更したり、ウエハステージの走査速度を変更したりすることで対応している。しかしながら、インプリント装置では、投影光学系がなく、また、ウエハ上のパターンにモールドのパターンが一括して直接接触するため、このような倍率補正は実施できない。そこで、インプリント装置では、アクチュエータによりモールドの側面に力を加えてモールドを物理的に変形させることで、モールドのパターンの倍率補正（形状調整）を行う倍率補正機構（形状調整機構）を採用している。

例えば、このインプリント装置を３２ｎｍハーフピッチの半導体デバイスの製造工程に適用する場合、ＩＴＲＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）によれば、必要とされる重ね合わせ精度は、６．４ｎｍとなる。このように高精度化に対応するためには、倍率補正も数ｎｍ以下の精度で実施することが求められている。

この倍率補正機構は、通常、支持部を介してモールドを保持するモールドチャックと、それを固定するモールドチャックベース部材とからなるモールドチャック部に支持されている。しかしながら、この構成によれば、倍率補正機構内のアクチュエータがモールドの側面に力を加えて倍率補正を行う際、モールドの側面に加えた力の反力が支持部を介してモールドチャック部（モールドチャックベース部材、さらには、モールドチャック）に伝達されることになる。これにより、モールドチャックに保持されたモールド自体が湾曲し、モールドの表面に形成されたパターンに歪が発生し、重ね合わせ精度を悪化させてしまう。

そこで、特許文献１は、弾性変形が可能なプライアント部材を介してモールドチャック部に対して倍率補正機構を支持する構成を開示している。この構成によれば、倍率補正を行う際に生じる反力がモールドチャック部に伝達されない。

特表２００８−５０４１４１

しかしながら、特許文献１によれば、プライアント部材は、弾性変形が可能な部材であり、複数の方向に撓み得る。このため、倍率補正機構は、外乱振動を受けた場合、複数の方向に大きく揺れてしまうことになる。すなわち、高精度な倍率補正を維持できなくなり、重ね合わせ精度を悪化させる原因となり得る。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、重ね合わせ精度の悪化を低減するのに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、本発明におけるインプリント装置は、モールドの表面に形成されたパターンを基板上に塗布された樹脂に転写するインプリント装置であって、固定部と、前記モールドを保持するモールドチャック部と、前記モールドを前記樹脂に押し付けるために前記固定部に対して前記モールドチャック部を駆動させる駆動機構と、前記モールドチャック部に保持された前記モールドの側面に力を加えて、前記パターンの形状を調整する形状調整機構と、を備え、前記固定部と前記形状調整機構とに接続され、前記固定部に対して前記形状調整機構を支持する支持部をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、重ね合わせ精度の悪化を低減するのに有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明に係るインプリント装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係るインプリントヘッドの構成を示す図である。 第１実施形態に係る支持部の構成を示す図である。 第１実施形態に係る第２の支持部の構成を示す図である。 第２実施形態に係る支持部の構成を示す図である。 第３実施形態に係るインプリントヘッドの構成を示す図である。

（インプリント装置）
本発明に係るインプリント装置の構成について説明する。図１は、インプリント装置の構成を示す図である。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加工装置であり、被処理基板であるウエハ上にモールドに形成された凹凸パターンを転写する装置である。特に、インプリント技術の１つである光硬化法を採用した装置である。なお、本発明においては、モールドに対する紫外線の照射方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。

本発明のインプリント装置１は、照明系ユニット２と、モールド３と、インプリントヘッド４と、ウエハ５と、ウエハステージ６と、塗布部７と、モールド搬送部８と、制御部９とを備える。照明系ユニット２は、インプリント処理の際に、モールド３に対して紫外線１０を照射する照明手段である。この照明系ユニット２は、光源と、光源から射出された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための複数の光学素子とからなる。モールド３は、外周部が矩形であり、ウエハ５に対する対向面に所定のパターン（例えば、回路パターン等の凹凸パターン）が３次元状に形成された型（例えば、型材や金型）である。凹凸パターンのウエハ５に接触する面は、ウエハ５の表面との密着性を保つために、高平面度に加工されている。なお、モールド３の材質は、紫外線を透過させることが可能な材料（例えば、石英）である。

インプリントヘッド４は、モールド３をウエハ５上に塗布された樹脂に押し付ける構造体である。インプリントヘッド４は、モールド３の側面に力を加えることにより、モールド３に形成された凹凸パターンを所望の倍率（形状）に補正（調整）する倍率補正機構（形状調整機構）１１と、吸着力や静電力によりモールド３を引きつけて保持するモールドチャック部１２とを備える。さらに、インプリントヘッド４は、モールドチャック部１２を駆動するチャック駆動機構（駆動機構）１３を備える。チャック駆動機構１３は、モールド３をウエハ５上に塗布された樹脂に押し付ける（押印動作）ために、モールドチャック部１２をＺ方向に駆動する駆動系である。チャック駆動機構１３に採用するアクチュエータは、リニアモータやエアシリンダ等が採用可能であり、ウエハ５上の樹脂からモールド３を引き離す（離型動作）際に、紫外線が照射されて硬化した樹脂が破壊しないようにするために、粗動作及び微動作を分割して実施するアクチュエータが好ましい。

ウエハ５は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理基板であり、被処理面には、樹脂が塗布される。ウエハステージ６は、ウエハ５を真空吸着により保持し、かつ、ＸＹ平面内を自由に移動可能な基板保持手段である。ウエハステージ６を駆動するためのアクチュエータとしては、リニアモータ等が採用可能である。塗布部（ディスペンサー）７は、ウエハ５上に未硬化の樹脂を塗布する塗布手段である。樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有するインプリント材であって、製造する半導体デバイスの種類により適宜選択される。モールド搬送部８は、モールド３をモールドチャック部１２に搬送する搬送手段である。

制御部９は、インプリント装置１の各構成要素の動作を制御する制御手段である。制御部９は、インプリント装置１の各構成要素に回線により接続されており、磁気記憶媒体等の記憶手段を有するコンピュータやシーケンサ等で構成される。特に、本実施形態では、制御部９は、モールドチャック部１２の引きつけ力（クランプ力）を適宜調整し、インプリントヘッド４を構成する倍率補正機構１１及びチャック駆動機構１３の動作を制御する。なお、制御部９は、インプリント装置１と一体で構成しても良いし、インプリント装置１とは別の場所に設置し、遠隔で制御する構成としても良い。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るインプリントヘッド４について詳しく説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、インプリントヘッド４の構成を示す斜視図であり、（ｃ）は、図（ｂ）中に示すＡ−Ａ断面図である。

インプリントヘッド４は、固定部１４でインプリント装置本体（本体構造体）に固定される。固定部１４にはチャック駆動機構（駆動機構）１３が配され、モールド３を保持するモールドチャックと、それを固定するモールドチャックベース部材とからなるモールドチャック部１２をＺ方向に駆動させることにより押印動作および離型動作を行う。

倍率補正機構（形状調整機構）１１は、モールド３の４つの側面に対して対向するように、複数の倍率補正駆動部１７と、それを固定する倍率補正ベース部材１８とからなる。本実施形態では、図２に示す通り、倍率補正駆動部１７をモールド３の１つの側面に対して４個、すなわち、モールド３の外周を取り囲むように計１６個設けられる。倍率補正機構１１内の倍率補正ベース部材１８は、支持部１５を介して固定部１４に接続される。さらに、倍率補正機構１１内の倍率補正ベース部材１８は、支持部（第２の支持部）１６を介してモールドチャック部１２内のモールドチャックベース部材に接続される。倍率補正駆動部１７は、アクチュエータやリンク機構等を含み、アクチュエータから発生した力をモールド３の側面に伝達する。

図３（ａ）、（ｂ）は、支持部１５の斜視図および断面図である。接続面１９は固定部１４に接続され、接続面２０は倍率補正ベース部材１８に接続される。支持部１５はＸ−Ｙ方向に延びるように設けられた板ばね２１を含み、チャック駆動機構１３の駆動方向であるＺ方向に可撓性を有し、Ｚ方向に直交するＸ−Ｙ方向には剛性が高い。ここで可撓性を有するとは、比較的小さい力でも十分に撓むことができ、Ｚ方向に伸縮可能であることを意味する。例えば、板ばね２１は２ｍｍ以下の厚さであり、１つの支持部１５のＺ方向のばね定数は１００Ｎ／ｍｍ程度以下である。一方、剛性が高いとは、固定部１４に対する倍率補正機構１１の移動を拘束することを意味する。すなわち、固有振動数を高めて倍率補正機構１１の揺れを抑制することを意味する。例えば、Ｘ−Ｙ方向の剛性は、可撓性を有するＺ方向の剛性の３倍程度以上高いことが好ましい。図２に示す通り、支持部１５は４箇所に配置されており、倍率補正機構１１の重心に対してバランス良く支持してＸ−Ｙ方向の剛性を高めているが、インプリントヘッド４内のスペース上の制約や剛性の最適化により個数や配置箇所を変えても良い。

図４（ａ）、（ｂ）は、支持部（第２の支持部）１６の斜視図である。接続面２２は倍率補正ベース部材１８に接続され、接続面２３はモールドチャック部１２内のモールドチャックベース部材に接続される。支持部１６は板ばね２４、２５、２６、２７を有し、Ｚ方向に直交する軸Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４回りの回転を容易にし、Ｘ−Ｙ方向に可撓性を有する。この構成により、Ｚ方向には剛性が高く、Ｘ−Ｙ方向には可撓性を有する。図２に示す通り、支持部１６は４箇所に配置されているが、インプリントヘッド４内のスペース上の制約や剛性の最適化により個数や配置箇所を変えても良い。

支持部１５を介して固定部１４に対して倍率補正機構１１内の倍率補正ベース部材１８を支持することで、倍率補正を行う際に生じる反力は支持部１５を介して固定部１４に伝達される。すなわち、反力がモールドチャック部１２に直接伝達されてモールド３が湾曲することはなく、重ね合わせ精度の悪化を低減できる。また、支持部１５はＸ−Ｙ方向の剛性が高く、Ｘ−Ｙ方向における固有振動数が高いため、外乱振動によって倍率補正機構１１が揺れてしまうのを抑制できる。すなわち、高精度な倍率補正を維持することができ、重ね合わせ精度の悪化を低減できる。

さらに、倍率補正機構１１は、支持部１６を介してモールドチャック部１２に対して支持される。これにより、支持部１５はＺ方向に可撓性を有するため、倍率補正機構１１はＺ方向に変位可能であるのに対し、支持部１６はＺ方向の剛性が高いため、押印動作の際でもモールド３の側面において倍率補正駆動部１７が力を加える位置が変化しない。すなわち、チャック駆動機構１３が固定部１４に対してモールドチャック部１２をＺ方向に駆動しても、高精度な倍率補正を維持することができる。また、支持部１６はＸ−Ｙ方向に可撓性を有するため、倍率補正を行う際に生じる反力がモールドチャック部１２へ伝達されない。

（第２実施形態）
図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る支持部について説明する。本実施形態に係る支持部の特徴は、第１実施形態の支持部１５の構成を変更した点にある。接続面２８は固定部１４に接続され、接続面２９は倍率補正ベース部材１８に接続される。本実施形態における支持部は、板ばね３０、３１を有し、Ｘ方向に平行な軸Ａ５、Ａ６回りの回転を容易にし、Ｚ方向に可撓性を有する。この構成により、支持部１５と同様に、Ｚ方向に可撓性を有し、Ｘ−Ｙ方向には剛性が高い。支持部１５も比べて形状は複雑となるが、インプリントヘッド４内のスペースが限定される場合などに有効であり、配置の自由度が増す。

（第３実施形態）
図６を用いて、本発明の第３実施形態に係るインプリントヘッドについて説明する。本実施形態に係るインプリントヘッドの特徴は、固定部１４に対して倍率補正機構１１をＺ方向に駆動するための駆動機構（第２の駆動機構）３２を設けたことである。駆動機構３２に採用するアクチュエータは、リニアモータやエアシリンダ等が採用可能であり、チャック駆動機構１３と同位相で３個配置することが制御上好ましい。駆動機構３２により、チャック駆動機構１３の駆動力を補足することができる。さらに、第１実施形態の支持部１６を廃し、モールドチャック部１２と倍率補正機構１１とを非接触にすることも可能である。

駆動機構３２の駆動動作（例えば、駆動量や駆動タイミング）は、チャック駆動機構１３の駆動動作に同期するように制御部９により制御する。駆動量の計測には固定部１４に対するモールドチャック部１２の位置を検出する位置センサ（不図示）に加え、固定部１４に対する倍率補正機構１１の位置を検出する位置センサ、または、倍率補正機構１１に対するモールドチャック部１２の位置を検出する位置センサ（不図示）を設ける。これにより、モールドチャック部１２に保持されたモールド３と倍率補正機構１１との相対位置が維持された状態の押印動作が可能となる。

本実施形態によれば、倍率補正機構１１が倍率補正を行う際に生じる反力がモールドチャック部１２に直接伝達されてモールド３が湾曲することはない。すなわち、重ね合わせ精度の悪化を低減できる。

（物品の製造方法）
物品（半導体集積回路素子や液晶表示素子等のデバイス）の製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレートやフィルム状基板）にパターンを転写する工程を含む。さらに、物品の製造方法は、パターンが転写された基板にエッチング加工を施す工程を含み得る。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、エッチング加工の代わりに、パターンが転写された基板に他の処理加工を施す工程を含み得る。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 インプリント装置
２ 照明系ユニット
３ モールド
４ インプリントヘッド
５ ウエハ
６ ウエハステージ
７ 塗布部
８ モールド搬送部
９ 制御部
１１ 倍率補正機構（形状調整機構）
１２ モールドチャック部
１３ チャック駆動機構（駆動機構）
１４ 固定部
１５ 支持部
１６ 第２の支持部
１７ 倍率補正駆動部
１８ 倍率補正ベース部材
３２ 第２の駆動機構

Claims (10)

1. モールドの表面に形成されたパターンを基板上に塗布された樹脂に転写するインプリント装置であって、
   固定部と、
   前記モールドを保持するモールドチャック部と、
   前記モールドを前記樹脂に押し付けるために前記固定部に対して前記モールドチャック部を駆動させる駆動機構と、
   前記モールドチャック部に保持された前記モールドの側面に力を加えて、前記パターンの形状を調整する形状調整機構と、を備え、
   前記固定部と前記形状調整機構とに接続され、前記固定部に対して前記形状調整機構を支持する支持部をさらに備えることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記支持部は、前記駆動機構の駆動方向に可撓性を有し、前記駆動方向に直交する方向において前記固定部に対する前記形状調整機構の移動を拘束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. 前記支持部は、前記駆動方向に直交する前記方向に延びるように設けられた板ばねを含むことを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記モールドチャック部と前記形状調整機構とに接続され、前記モールドチャック部に対して前記形状調整機構を支持する第２の支持部をさらに備え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. 前記第２の支持部は、前記駆動機構の駆動方向において前記モールドチャック部に対する前記形状調整機構の移動を拘束し、前記駆動機構の駆動方向に直交する方向に可撓性を有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. 前記駆動機構の駆動方向において前記固定部に対して前記形状調整機構を駆動する第２の駆動機構をさらに備え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。
7. 前記駆動機構の駆動動作と前記第２の駆動の駆動動作とを同期させるように制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. モールドの表面に形成されたパターンを基板上に塗布された樹脂に転写するインプリント装置であって、
   固定部と、
   前記モールドを保持するモールドチャック部と、
   前記モールドを前記樹脂に押し付けるために前記固定部に対して前記モールドチャック部を駆動させる駆動機構と、
   前記モールドチャック部に保持された前記モールドの側面に力を加えて、前記パターンの形状を調整する形状調整機構と、を備え、
   前記モールドチャック部と前記形状調整機構とに接続され、前記モールドチャック部に対して前記形状調整機構を支持する支持部をさらに備え、
   前記支持部は、前記駆動機構の駆動方向において前記モールドチャック部に対する前記形状調整機構の移動を拘束し、前記駆動機構の駆動方向に直交する方向に可撓性を有することを特徴とするインプリント装置。
9. モールドの表面に形成されたパターンを基板上に塗布された樹脂に転写するインプリント装置であって、
   本体構造体に固定された固定部と、
   前記固定部に支持された前記モールドを保持するモールドチャック部と、
   前記モールドチャック部に保持された前記モールドの側面に力を加えて、前記パターンの形状を調整する形状調整機構と、を備え、
   前記固定部と前記形状調整機構とに接続され、前記固定部に対して前記形状調整機構を支持する支持部をさらに備えることを特徴とするインプリント装置。
10. 請求項１〜９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、基板にパターンを転写する工程と、
    前記パターンが転写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の製造方法。

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