JP2017112231A - インプリント装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確なパターン形成の点で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、型４の周囲に配置される、基板２に対向する対向部材１５と、型４と対向部材１５との間に配置された第１供給口１２から、型４と基板２との間に第１気体を供給する第１供給部と、対向部材の中に配置された第２供給口９から、対向部材１５と基板２との間に第２気体を供給する第２供給部とを有する。対向部材１５は、第１供給口１２と第２供給口９との間に、第２供給口９から型４に向かって流れた第２気体を、型４と基板２との間の空間を迂回するように案内する流路を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、及び物品の製造方法に関する。

インプリント技術は、磁気記憶媒体や半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィ技術の一つとして実用化されつつある。インプリント装置では、型を基板上のインプリント材に接触させることでパターンを形成するため、従来の露光装置に比べて原理的にパターン欠陥が生じやすく、この欠陥の低減が課題となっている。

パターン欠陥の発生要因の１つは、型のパターン部をインプリント材に接触させる際に、型とインプリント材との間に気泡が閉じ込められやすいことである。気泡が残留したままインプリント材を硬化させると、形成されたパターンに未充填欠陥が生じてしまう。

パターン欠陥の発生要因のもう１つは、異物（パーティクル）の型のパターン面への付着である。パーティクルがパターン面に付着すると、基板上に形成されるパターンが歪んで転写欠陥が発生し、程度によっては型を破損する可能性もある。

これらの問題に対して、特許文献１は、機能性ガスを型とインプリント材との間に供給することで気泡の消滅を促進するとともに、型の外周部から基板に向けてエアカーテンを形成することで外部から型と基板との間に異物が入りにくくする技術を開示している。

特開２０１４−０５６８５４号公報

ここで、型と基板との隙間に機能性ガスを供給し、かつ、基板上にエアカーテン気流を形成するよう構成する場合には、機能性ガスとエアカーテン気流とが混合する可能性がある。機能性ガスとエアカーテン気流とが混合した場合、モールドと基板との隙間の機能性ガス濃度を充分に高められず、モールドのパターン部にインプリント材の未充填箇所が発生し、欠陥が生じる可能性が高まる。したがって、インプリント空間への機能性ガスの充填を妨げることなく基板上への異物付着の抑制を行うことのできるガスカーテンの構造が必要である。

本発明は、正確なパターン形成の点で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、基板の上のインプリント材に型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、前記型の周囲に配置される、前記基板に対向する対向部材と、前記型と前記対向部材との間に配置された第１供給口から、前記型と前記基板との間に第１気体を供給する第１供給部と、前記対向部材の中に配置された第２供給口から、前記対向部材と前記基板との間に第２気体を供給する第２供給部とを有し、前記対向部材は、前記第１供給口と前記第２供給口との間に、前記第２供給口から前記型に向かって流れた前記第２気体を、前記型と前記基板との間の空間を迂回するように案内する流路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、例えば、正確なパターン形成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。

実施形態におけるインプリント装置の構成図。 実施形態における溝部による気流を説明する図。 実施形態における溝部の外周端の形状の例を示す図。 変形例におけるインプリント装置の構成図。

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。

図１は、本実施形態におけるインプリント装置１の構成を示す図である。インプリント装置１は、半導体デバイスなどの物品の製造に使用され、被処理基板上のインプリント材と型（モールド）を接触させてインプリント材を硬化させることで基板上にパターンを形成する装置である。本実施形態では、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、これに限定されるものではなく、例えば入熱によってインプリント材を硬化させる熱硬化法を採用することもできる。また、図面中、基板上のインプリント材に対して紫外線を照射する照明系の光軸と平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に垂直な平面内において互いに直交するＸ軸及びＹ軸をとる。

光照射部２０は、インプリント処理の際に、インプリント材８（例えば、光硬化樹脂）に対して紫外線２１を照射する。光照射部２０は、不図示であるが、露光光源と、この露光光源から照射された紫外線２１をインプリントに適切な光に調整する光学素子とを含みうる。モールド４は、外周形状が矩形状の、石英ガラス等の紫外線２１を透過する材料で構成される。モールド４は、基板２と対向する面に回路パターンなどの所定のパターンが形成されたパターン部５を含む。

モールド保持部６は、モールド４を保持しながら、モールド４を移動させる駆動機構を含む。モールド保持部６は、モールド４における紫外線２１の照射面の外周領域を真空吸着力や静電力により引き付けることでモールド４の保持が可能である。モールド保持部６は、モールド４と基板２上のインプリント材８との接触（押型）及び引き離し（離型）を選択的に行うようにモールド４を各軸方向に移動させる。また、モールド４の高精度な位置決めに対応するために、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向やＹ軸方向、または各軸のθ方向の位置調整機能や、モールド４の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成もあり得る。なお、インプリント装置１における押型及び離型の動作は、モールド４をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ３をＺ軸方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を相対的に移動させることで実現してもよい。

基板２は、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、この被処理面には、モールド４に形成されたパターン部５によりパターン成形される紫外線硬化型のインプリント材８が塗布される。基板ステージ３は、基板２を保持し、モールド４と基板２上のインプリント材８との接触に際してモールド４とインプリント材８との位置合わせを実施する。また基板ステージ３は、各軸方向に移動可能とするステージ駆動機構（不図示）を有する。ステージ駆動機構は、Ｘ軸およびＹ軸の各方向に対して、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに、Ｚ軸方向の位置調整のための駆動系や、基板２のθ方向の位置調整機能、または基板２の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成もあり得る。

本実施形態では、モールド４の周囲に、基板２に対向する対向部材１５が配置される。対向部材１５は、基板ステージ３の移動範囲内において常に基板２と対向するように配置される。吐出部７（ディスペンサ）は、モールド保持部６の近傍、例えば対向部材１５の内部、に設置され、基板２上にインプリント材８を吐出（供給）する。インプリント材８は、紫外線２１を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性組成物であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択されうる。また、吐出部７から吐出されるインプリント材８の量や基板上の分布も、基板２上に形成されるインプリント材８の所望の厚さや、形成されるパターンの密度などにより適宜決定される。

インプリント装置１は、押型時にモールド４と基板２上のインプリント材８との隙間に第１気体１３を供給する第１供給部を備える。これは、パターン部５の凹凸パターンにインプリント材８が充填される時間を短縮させたり、充填された部分に気泡が残留することを抑止させたりする充填性の向上を図るためのものである。第１供給部は、第１気体供給源１４とこれに接続された第１気体ノズル１２（第１供給口）とを含む。第１気体ノズル１２は、モールド４と対向部材１５との間に配置される。例えば、モールド保持部６の内部に第１気体ノズル１２が配置されてもよい。第１気体ノズル１２はモールド４の一側面にのみ隣接するように設けられてもよいし、モールド４の周囲を囲むように設けられてもよい。ここで、第１気体１３としては、押型時のモールドと基板との間の空間の圧力上昇により液化する凝縮性気体や、充填性の観点から拡散性やインプリント材に対する溶解性に優れる気体を採用しうる。具体的には例えば、窒素、ヘリウム、二酸化炭素、水素、キセノン、ペンタフルオロプロパン等が採用されうる。

図１（ａ）の状態において基板２にインプリント材８が塗布された後、図１（ｂ）に示されるように、モールド４と基板２とが所定の位置関係に位置決めされる。その後、モールド保持部６が−Ｚ方向に移動することで、パターン部５がインプリント材８に接触し、基板２上のインプリント材８が成形される。

ここで、パーティクル等の異物が基板２上のショット領域内やパターン部５に付着した状態でパターン部５をインプリント材８に接触させてしまうと、パターン部５を破損する可能性がある。インプリント装置は半導体デバイスを製造するための清浄な環境内に置かれるが、異物の発生を全くなくすのは困難である。異物は、インプリント装置を構成する材料自身、材料同士の摺動、インプリント装置外からの持ち込み等によって発生しうる。パターン部５のパターン寸法やパターン深さにより異なるが、ハーフピッチ寸法以上の大きさの異物があるとパターン欠陥発生の可能性が高くなる。

そこで、インプリント装置１は、更に、対向部材１５と基板２との隙間に第２気体１０を供給する第２供給部を備える。第２供給部は、第２気体供給源１１とこれに接続された第２気体ノズル９（第２供給口）とを含む。第２気体ノズル９は、対向部材１５の中に配置される。第２気体ノズル９はモールド４の周囲を囲うように設けられうる。基板２に向けてエアー等の第２気体１０を吹き付けることで、異物がインプリント空間に入り込むのを防止できる。第２気体ノズル９から基板２に吹き付けられた第２気体１０は、モールド４及び対向部材１５と基板２とに挟まれた隙間空間から基板ステージ３の外周側に向かう矢印で示すような気流によるエアカーテン等のガスカーテンを形成する。

ここで、図１（ａ）に示すように、基板２にインプリント材８を塗布した後、モールド４とインプリント材８との隙間に第１気体１３で満たすため、基板ステージ３の移動によるクエット流で第１気体１３がモールド４下に引き込まれる。この場合、第２気体ノズル９から吹き出した第２気体１０は、基板２と対向部材１５とに挟まれた空間から基板ステージ３の外周側に向かって気流を形成する。対向部材１５は、基板ステージ３の移動範囲内において常に基板２と対向するように配置されているので、第２気体１０による基板ステージ３の外周側への気流が形成される。ただし、第１気体１３を供給している領域においても気流が発生していると、第１気体１３と第２気体１０とが混合して第１気体１３の濃度が低下し、これによりインプリント材８の充填性も低下しかねない。

そこで、本実施形態におけるインプリント装置１では、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２、図３に示すように、対向部材１５における第１気体ノズル１３と第２気体ノズル９との間に流路を設ける。この流路は、第２気体ノズル９からモールド４に向かって流れた第２気体１０を、モールド４と基板２（インプリント材８）との間の空間（インプリント空間）を迂回するように案内するように構成される。ここで第１気体は、少なくともモールド４のパターン部５と基板２との間の空間を迂回する。このような流路は例えば、対向部材１５の基板２に対向する面に形成される溝部１６により構成されうる。

溝部１６の開口幅ｗ１は、基板２と対向部材１５との間の距離（Ｚ軸方向距離）ｈ１より広い。そのため、基板２と対向部材１５との間を第１気体ノズル１２（モールド４）がある方向に流れてきた第２気体１０は、より流れやすい溝部１６に優先的に流れ込むため、第１気体ノズル１２下の流れは抑制される。基板２と対向部材１５との間の距離は、ここでは特に、基板２上にインプリント材を塗布した後に、インプリント材が供給された領域をモールド４のパターン部５の下に移動させるために基板ステージ３が移動している時の距離である。また、溝部１６は、図２に示すように、モールド４及び第１気体ノズル１２を取り囲むように形成される。溝部１６の内部には、例えば、開口部１６ａより広い空間１６ｂが形成されている。すなわち、溝部１６の断面が、開口幅ｗ１よりも広い幅を持つ形状に形成されている。これにより、溝部１６に流入した第２気体１０は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図３の点線矢印１６ｃのように、空間１６ｂを迂回路にして反対側（流入箇所以外）の開口部１６ａから流出する。よって、溝部１６の外側から供給される第２気体１０は、その流量が低下することなく溝部１６の内側の空間１６ｂを迂回して基板ステージ３の外周側に向かう気流を形成することができる。

溝部１６の開口幅ｗ１が大きいほど気流の迂回効果の向上が見込める。しかし、開口幅ｗ１が基板２と対向部材１５との間の距離ｈ１の例えば１０倍以上になると、気流の迂回効果の向上により、ガスカーテン気流を形成する上で外乱となり、異物侵入防止の効果が低下する弊害の方が大きくなってしまう。すなわち、溝部１６の開口幅ｗ１が基板２と対向部材１５との間の距離ｈ１の１０倍以下であればガスカーテン気流を形成する上で外乱とならないように気流の迂回効果を向上させることができる。発明者の検討によれば、ガスカーテン気流を形成する上で外乱とならないように気流の迂回効果を向上させることをより確実にするためには、溝部１６の開口幅ｗ１を、基板２と対向部材１５との間の距離ｈ１の２倍以下とするとよい。

溝部１６の開口部１６ａの形状については、図３に示すように、第２気体１０の流入側もしくは流出側の外周側の端部１７を内周側に向かって傾斜させてもよい。このとき、溝部１６の内周側の端部は機械加工の範囲内で直角にしてよい。外周側の端部１７の傾斜は角面構造でもよいし丸面構造でもよい。外周側の端部１７を傾斜させることで、流入する第２気体１０をより引き込みやすく、流出する第２気体１０をより排出しやすくなる。

上記実施形態では、基板ステージ３の移動に伴うクエット流を利用して第１気体１３をモールド４下に引き込んでいるため、モールド４に対して移動前の基板ステージ３側に配置された第１気体ノズル１２を使用している。ここで、複数の第１気体ノズル１２がモールド４を取り囲むように配置されていてもよい。例えば、図１（ｂ）に示すように、インプリント材８がパターン部５の直下まで運ばれ、基板ステージ３が止まった後は、モールド４を取り囲む第１気体ノズル１２の全て又は一部を使用して第１気体１３の供給を続けてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、インプリント空間への第１気体の充填を妨げることなく基板上への異物付着の抑制を行うことのできるガスカーテンの構造が実現される。これにより、正確なパターン形成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。

以下、変形例を示す。例えば、図４に示すように、溝部１６に気体を供給するために第３気体供給源１９を接続した噴射部１８を設けてもよい。溝部１６は、周囲の対向部材１５と比べて形状が複雑なので、内部に異物が侵入した場合、そのまま異物が残りやすい。溝部１６の内部に異物が残留している状態で第１気体の供給時にガスカーテンを形成すると溝部１６内を流れる第２気体１０によって異物が移動し基板２に付着する可能性が高まる。特に、溝部１６の下に基板２が位置しない状態では、ガスカーテン気流も形成されないので、異物が溝部１６の内部に侵入する可能性が高い。そこで、溝部１６の下に基板２が位置しない時に、噴射部１８からエアーを噴射する。これにより、溝部１６の内部に異物が侵入するのを防ぐことができる。また、溝部１６の内部に異物が残留した場合も、噴射部１８からエアーを噴射することで異物を除去することができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係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、基板上のインプリント材に上記インプリント装置を用いてパターン形成を行う工程（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。

１：インプリント装置、２：基板、３：基板ステージ、４：モールド、５：パターン部、７：吐出部、８：インプリント材、９：第２気体ノズル、１２：第１気体ノズル、１５：対向部材、１６：溝部

Claims (11)

1. 基板の上のインプリント材に型を用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記型の周囲に配置される、前記基板に対向する対向部材と、
   前記型と前記対向部材との間に配置された第１供給口から、前記型と前記基板との間に第１気体を供給する第１供給部と、
   前記対向部材の中に配置された第２供給口から、前記対向部材と前記基板との間に第２気体を供給する第２供給部と、
   を有し、
   前記対向部材は、前記第１供給口と前記第２供給口との間に、前記第２供給口から前記型に向かって流れた前記第２気体を、前記型と前記基板との間の空間を迂回するように案内する流路を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記流路は、前記対向部材の前記基板に対向する面に形成される溝であ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. 前記溝は、前記型及び前記第１供給口を取り囲むように形成されている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. 前記溝の開口幅が、前記対向部材と前記基板との間の距離よりも広いことを特徴とする請求項２又は３に記載のインプリント装置。
5. 前記溝の開口幅が、前記対向部材と前記基板との間の距離の１０倍以下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. 前記溝の開口幅が、前記対向部材と前記基板との間の距離の２倍以下であることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
7. 前記溝の断面が、前記開口幅よりも広い幅を持つ形状に形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のインプリント装置。
8. 前記溝の開口部の外周側の端部が内周側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のインプリント装置。
9. 前記流路の中に気体を噴射する噴射部を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 前記第１気体は、前記型と前記基板との間の空間の圧力上昇により液化する凝縮性気体であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインプリント装置。
11. 請求項１乃至１０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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