JP2017188556A - インプリント装置、インプリント方法、物品の製造方法、および型 - Google Patents

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Abstract

【課題】 重ね合わせ精度の低下を抑制するインプリント装置を提供することを目的とする。【解決手段】 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置は、前記型と前記基板とを加熱する加熱部を有し、前記加熱部は、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板を加熱し、前記型の温度と前記加熱した基板の温度の差が小さくなるように前記型を加熱する。【選択図】 図3

Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法、物品の製造方法、および型に関する。
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、基板上のインプリント材を型で成形し、インプリント材のパターンを基板上に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、基板上のインプリント領域であるショット領域上に光硬化性のインプリント材を塗布する。次に、このインプリント材を型により成形する。そして、紫外線等の光を照射してインプリント材を硬化させたうえで引き離すことにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。
ここで、前記基板は、一連の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、拡大または縮小し、基板の面内で直交する2軸方向で、基板上に予め形成されているショット領域の形状が変化する場合がある。したがって、インプリント装置では、型と基板上のインプリント材とを押し付ける際に、前記ショット領域の形状と、型に形成されているパターン部の形状とを合わせる必要がある。
この変形した前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状とを合わせる技術として、特許文献1は、基板を加熱し、前記ショット領域を変形させるインプリント装置を開示している。
特開2013−102132号公報
前記ショット領域の形状と、前記パターン部の形状とを重ね合せる際に、型と基板との間にインプリント材を狭持した状態で、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状を補正する。ここで、型と基板とに狭持されたインプリント材の厚みがナノメートルオーダーになると、非ニュートン流体であるインプリント材の粘弾性が強まり、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状を補正することが困難となる。そこで、基板上に塗布されたインプリント材に、型が接触しない状態において、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状を補正する必要がある。その場合、前記ショット領域の形状を加熱により補正したあとに、型と基板上に塗布されたインプリント材とを接触させるため、基板の熱がインプリント材を介して型に吸収され、前記ショット領域の形状が変化し、重ね合わせ精度が低下してしまう。
そこで、本発明は、重ね合わせ精度の低下を抑制する、インプリント装置、インプリント方法、物品の製造方法、および型を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の一側面としてのインプリント装置は、基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、前記型と前記基板とを加熱する加熱部を有し、前記加熱部は、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板を加熱し、前記型の温度と前記加熱した基板の温度の差が小さくなるように前記型を加熱する、ことを特徴とする。
本発明によれば、重ね合わせ精度の低下を抑制する、インプリント装置、インプリント方法、物品の製造方法、および型を提供することができる。
インプリント装置の構成を例示する図である。 加熱機構等の構成および配置を例示する図である。 インプリント処理の流れを例示するフローチャートである。 型の構成と基板上のショット領域を例示する図である。 型のパターン部と基板上のショット領域との形状補正と温度分布を例示する図である。 型加熱機構の構成、配置を示す図である。 従来のインプリント処理の流れを示すフローチャートである。 物品の製造方法を説明するための図である。 物品の別の製造方法を説明するための図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、インプリント装置の代表的な装置構成を例示する図である。インプリント装置1は、基板上に供給されたインプリント材を型と接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、型の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。本実施例では、インプリント装置1は光硬化法を採用したインプリント装置とする。なお、図1においては、基板上のインプリント材14に対して、光を照射する照明系の光軸と平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内において、互いに直交するX軸およびY軸を取る。以下の図において、X軸、Y軸、Z軸は同様に定義する。
インプリント装置1は、光照射部2と、型保持機構3と、ステージ4と、塗布部5と、加熱機構(加熱部)6と、アライメント計測部26と、制御部7等の構成要素を備える。
光照射部2は、インプリント処理の際に、基板10上のインプリント材14に対して光9を照射する。光照射部2は、光源(不図示)と、この光源から照射された光9をインプリントに適切な光に調整する光学素子(不図示)とから構成される。
基板10は、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板10とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板10としては、具体的に、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどである。また、インプリント材14の付与前に、必要に応じて、インプリント材14と基板10との密着性を向上させるための密着層を設けてもよい。
インプリント材14は、基板10の面に塗布され、型8に形成されたパターン部8aにより成形される。インプリント材14には、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する硬化性組成物(未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある)が用いられる。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、放射線、熱等が用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光であり、或いは、X線やガンマ線などの電磁放射線であってもよい。また、放射線としては電子線などの粒子放射線であってもよい。
硬化性組成物は、光や放射線の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物である。このうち、光により硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。
重合性化合物は、光重合開始剤から発生した重合因子(ラジカル等)と反応し、連鎖反応(重合反応)によって高分子化合物からなる固体を形成する化合物である。例えば、アクリロイル基又はメタクリロイル基を1つ以上有する化合物、すなわち、(メタ)アクリル化合物である。光重合開始剤は、受光により重合因子を発生させる化合物であり、例えば、アシルフォスフィンオキサイド化合物のようなラジカル発生剤である。
インプリント材14は、スピンコーターやスリットコーターにより基板10上に膜状に付与される。或いは液体噴射ヘッドにより、液滴状、或いは複数の液滴が繋がってできた島状又は膜状となって基板10上に付与されてもよい。インプリント材14の粘度(25℃における粘度)は、例えば、1mPa・s以上100mPa・s以下である。
型8は、外周形状は例えば角形であり、型8の基板10に対する面は、例えば回路パターンなどの転写すべき凹凸パターンが3次元状に形成されたパターン部8aを含む。また、型8を構成する材料は、例えば、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、金属膜等の光透過性の材料が好ましい。さらに、型8は、後述するような変形を容易とするために、光9が照射される面に、平面形状が円形で、かつ、ある程度の深さを有するキャビティ(凹部)が形成された形状としても良い。
型保持機構3は、型8を保持する型保持部11と、型保持部11を保持する型駆動機構12とを有する。型駆動機構12は、型8を保持する型保持部11を移動することで型8を移動する。型保持部11は、型8における光9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型8を保持し得る。例えば、型保持部11が真空吸着力により型8を保持する場合には、型保持部11は、外部に設置された真空ポンプ(不図示)に接続され、この真空ポンプのON/OFFにより型8の脱着が切り替えられる。また、型保持部11および型駆動機構12は、光照射部2から照射された光9が基板10に向かうように、中心部(内側)に開口領域13を有する。開口領域13には、開口領域13の一部と型8とで囲まれる空間を密閉空間とする光透過部材(不図示)が設置される。前記光透過部材は例えばガラスなど光9を透過する。前記密閉空間は、真空ポンプなどを含む圧力調整装置(不図示)により空間内の圧力が調整される。前記圧力調整装置は、例えば、型8を基板10上のインプリント材14に押し付ける際、空間内の圧力をその外部よりも高く設定する。空間内の圧力が高くなると、パターン部8aが基板10に向かい凸形に撓み、インプリント材14に対してパターン部8aの中心部から接触させ得る。これにより、パターン部8aとインプリント材14との間に気体(例えば空気)が残留することを抑え、パターン部8aの凹凸部にインプリント材14を隅々まで充填させることができる。
型駆動機構12は、型8と基板10上のインプリント材14との押し付け、または引き離しを選択的に行うように型8を各軸方向に移動させる。型駆動機構12に採用可能なアクチュエータとしては、例えばリニアモータまたはエアシリンダがある。また、型8の高精度な位置決めに対応するために、型駆動機構12は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良い。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(回転方向)の位置調整機能や、型8の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成としても良い。なお、インプリント装置1における押し付けおよび引き離し動作は、型駆動機構12により型8をZ軸方向に移動させることで実現しても良いが、後述のステージ4をZ軸方向に移動させることで実現しても良く、または、その双方を相対的に移動させても良い。
ステージ4は、基板10を保持し、型8と基板10上のインプリント材14との押し付けに際して型8とインプリント材14との位置合わせを実施する。ステージ4は、基板10を、吸着力により保持する基板保持部16と、基板保持部16を機械的手段により保持し、各軸方向に移動可能とするステージ駆動機構17とを有する。ステージ駆動機構17に採用可能なアクチュエータとしては、例えばリニアモータや平面モータがある。ステージ駆動機構17も、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良い。さらに、Z軸方向の位置調整のための駆動系や、基板10のθ方向の位置調整機能、または基板10の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成としても良い。また、ステージ4は、その側面に、X、Y、Z、θx、θy、θzの各方向に対応した複数の参照ミラー18を備える。複数の参照ミラー18に対応して、インプリント装置1は、前記複数の参照ミラー18のそれぞれにビームを照射する複数のレーザー干渉計19を備える。前記複数のレーザー干渉計19により、ステージ4の位置を計測する。レーザー干渉計19は、ステージ4の位置を実時間で計測し、後述する制御部7は、このときの計測値に基づいて、ステージ4上の基板10の位置決め制御を実行する。
塗布部5は、型保持機構3の近傍に設置され、基板10上に未硬化状態のインプリント材14を塗布する。また、塗布部5の吐出ノズル5aから吐出されるインプリント材14の量は、基板10上に形成されるインプリント材14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。
アライメント計測部26は、インプリント処理に際し、型8のパターン部8aの形状、基板10上のショット領域20の形状を取得する。アライメント計測部26は、インプリント処理中においても、パターン部8aの形状とショット領域20の形状とを取得できるように構成しても良い。
制御部7は、インプリント装置1の各構成要素の動作および調整などを制御する。制御部7は、例えばコンピュータなどで構成され、インプリント装置1の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行する。なお、制御部7は、インプリント装置1の他の部分と共通の筐体内に構成しても良いし、インプリント装置1の他の部分とは別の筐体内に構成しても良い。また、制御部7は複数のコンピュータなどから構成され、制御する各構成要素に含まれても良い。
インプリント装置1は、ステージ4を載置するベース定盤27と、型保持機構3を固定するブリッジ定盤28と、ベース定盤27から延設され、除振器29を介してブリッジ定盤28を支持するための支柱30とを備える。除振器29は、床面からブリッジ定盤28へ伝わる振動を除去する。さらに、インプリント装置1は、共に不図示であるが、型8を装置外部から型保持機構3へ搬送する型搬送機構や、基板10を装置外部からステージ4へ搬送する基板搬送機構などを含み得る。
ここで、図2において、型と基板を加熱する加熱機構、型形状補正機構について説明する。図2は、加熱機構等の構成および配置を例示する図である。なお、図2において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
加熱機構6は、基板10上のショット領域20と、型8のパターン部8aを加熱する。加熱機構6は、ショット領域20、パターン部8aを加熱するための照射光21を照射する加熱用光源22(光源)を含む。また、加熱機構6は、照射光21の照射量を調整する光調整器23(調整部)と、調整された調整光24が基板10の表面に向かうように光路を規定する反射板25とを含む。加熱用光源22から照射される照射光21は、インプリント材14が感光(硬化)する光の波長帯域の範囲外にある波長を有する光とするのが望ましい。例えば、インプリント材14が200〜400nmの波長帯域の紫外線により硬化する光硬化性樹脂である場合、照射光21は400〜1200nmの波長帯域にある波長を有する光とすることができる。例えば、型8の材料を石英とした場合、特に400〜750nmの波長帯域の可視光が望ましい。型8を介して基板10上に調整光24を照射する場合、可視光は、型8での光吸収率が基板10での光吸収率より低く、型8ではほとんど吸収されない。ここで、光吸収率とはある物質に照射した光が吸収される比率とし、光吸収率が高いと光吸収により発生する熱量は大きい。
光調整器23は、ショット領域20の少なくとも平面領域にて所望の照射量分布を形成させるために、照射光21のうち不図示の光学フィルタを通して、特定の波長を有する光を基板10の表面に向けて照射可能とする。光調整器23は、例えば、光変調素子として複数の液晶素子を光透過面に配置し、複数の液晶素子に対する電圧を個別に制御することで照射量分布を変化させることが可能な液晶装置を採用し得る。また、光調整器23は、例えば、光変調素子として複数のミラー素子を光反射面に配置し、各ミラー素子の面方向を個別に調整することで照射量分布を変化させることが可能なDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を採用しても良い。また、加熱用光源22が照射する光を個別に調整できる複数の光源を有し、照射する光を個別に調整することで照射量分布を変化させる方式を採用しても良い。また、光調整器23は、いずれの方式を採用しても、基板10の表面に均一な照射量分布で照射光21を照射することもできる。
加熱用光源22と光調整器23とは、インプリント装置1内にて、インプリント材14を硬化させる際に光照射部2から照射される光9の光路を妨げないように設置されることが望ましい。そこで、本実施例では、加熱用光源22と光調整器23とは、開口領域13の上側(光照射部2側)のX軸方向側面から調整光24を照射する位置に設置される。この場合、調整光24は、開口領域13に連設された空間内に進入した後、反射板25により反射されて型8を透過し、基板10上のショット領域20に照射される。一方、光照射部2から照射される光9は、反射板25を透過し、そのまま基板10上に照射される。反射板25は光の波長によって、透過、反射を選択出来るダイクロイックミラー等を採用し得る。
型形状補正機構(型形状補正部)201は、型8の外周に外力を加えることで、パターン部8aの形状を補正する機構である。型形状補正機構201は、型保持部11に搭載され、例えば、空気や油等の流体で作動するシリンダ、または圧電素子を用いて型8を外周方向から加圧することによって変形させ、パターン部8aの形状を補正することができる。
ここで、従来技術におけるインプリント処理について説明する。なお、ここでの従来技術のインプリント装置は、図1におけるインプリント装置1と同一の構成要素については、同一の符号を用いて説明は省略する。前述の通り、基板10上のショット領域20は、インプリント装置1内に搬入される前に拡大または縮小し、XY平面内で直交する2軸方向で形状(またはサイズ)が変化している場合がある。ショット領域20の変形成分としては、倍率、平行四辺形、または台形の線形成分や、弓形、糸巻・樽型の高次成分とがあり、それらの成分が組み合わされて変形している。そこで、インプリント装置1は、型8と基板10上のインプリント材14とを押し付けるに際し、ショット領域20の形状と、パターン部8aの形状とを重ね合わせすることができるように、それぞれの形状を補正する。アライメント計測部26による計測結果から算出された補正量に基づいて、基板10上のショット領域20を熱変形させ、さらにパターン部8aを弾性変形させることで、重ね合わせを実現していた。
図7は、従来技術におけるインプリント処理の流れを示すフローチャートである。まず制御部7は、不図示の基板搬送機構により基板10を搬入させ、ステージ4上の基板保持部16に基板10を保持させる(S01)。次に制御部7は、ステージ駆動機構17を駆動させ、基板10上のショット領域20が、塗布部5による塗布位置に位置するようにステージ4を移動させる。そして、塗布部5によりショット領域20上にインプリント材14を塗布させる(S02)。
次に制御部7は、ステージ駆動機構17を駆動させ、インプリント材14を塗布したショット領域20がパターン部8aの直下に位置するようにステージ4を移動させる。そしてアライメント計測部26(形状取得部)により、パターン部8aの形状と、ショット領域20の形状とを計測させる(S03)。アライメント計測部26が、パターン部8a及びショット領域20の四隅に配置されたアライメントマークを計測して、それぞれのアライメントマークのx、y方向の位置からパターン部8aの形状及びショット領域20の形状を取得する。なお、アライメントマークはパターン部8a及びショット領域20の四隅に配置されている形態だけに限られない。例えば、パターン部8a及びショット領域20の外周近辺の適当な場所に、複数のアライメントマークが配置されていても良い。なお、パターン部8aの形状と、ショット領域20の形状とは、インプリント処理前に計測しておき、その計測結果を用いても良い。
また、アライメント計測部26は、パターン部8a及びショット領域20に配置されたアライメントマークを同時に計測して、パターン部8aの形状及びショット領域20の形状の形状差を取得しても良い。この場合、アライメント計測部26は、型8と基板10上のインプリント材14とを押し付ける直前、又は押し付けた後から引き離す前までにアライメントマークを計測する。
次に制御部7は、計測結果からショット領域20に含まれている変形成分を分析する(S04)。そして、制御部7は、分析結果からパターン部8aの型補正量と、基板10上におけるショット領域20の基板補正量とを、制御部7内の不図示である演算部によって算出する(S05)。
次に制御部7は、基板補正量に基づき、照射量分布を決定して、光調整器23により調整光24を形成させる。そして調整光24により、基板10を加熱して、ショット領域20が熱変形することにより、ショット領域20の形状が補正される(S06)。照射量分布は、各変形成分と補正量に対応した照射量分布のパターンを予め用意しておき、ショット領域20の補正のために必要な照射量分布を導出するようにしても良い。そして制御部7は、決定した照射量分布を指標として加熱用光源22と光調整器23との動作を制御する。このとき、ショット領域20の平面領域の内外では、照射量分布を有する光(調整光24)を受けて温度分布が形成される。
次に制御部7は、型補正量に基づき、型形状補正機構201により、型8に外力を加え、パターン部8aの形状を補正させる(S07)。
次に、制御部7は、型駆動機構12を駆動させ、基板10上のインプリント材14に型8を押し付ける(押印工程)。これにより、インプリント材14は、パターン部8aの凹凸部に充填される。この状態で、制御部7は、光照射部2により型8の上面から光9を照射させ、型8を透過した光9によりインプリント材14を硬化させる(硬化工程)。そして、インプリント材14が硬化した後に、制御部7は、型駆動機構12を駆動させ、型8をインプリント材14から引き離す(離形工程)。これにより、ショット領域20には、パターン部8aの凹凸部に倣った3次元形状のインプリント材14のパターン(層)が成形される(S08)。
次に、制御部7は、基板10上に形成された複数のショット領域の内、最後にインプリント処理されるショット領域のインプリント処理が終了したか判定する(S09)。S09で終了していないと判定した場合、制御部7は、ステージ駆動機構17を駆動させ、ステージ4を移動させる(S10)。そして、次のショット領域に対してインプリント処理を行うためにS02のステップに戻る。S09で終了したと判定した場合、制御部7は、基板10に対するインプリント処理を終了する。このような一連のインプリント処理をステージ4の駆動によりショット領域を変更しつつ複数回実施することで、1枚の基板10上に複数のインプリント材14のパターンを形成することができる。
ここで、S08の押印工程において、加熱機構6により加熱して、温度分布を形成したショット領域20に、インプリント装置1内の温度になじんだ型8を接触させると、基板10と型8との間で熱が移動し、基板10上に形成した温度分布が変化してしまう。その結果、ショット領域20の形状が変化し、パターン部8aと、ショット領域20との重ね合わせ精度が低下してしまう。
そこで、本実施例では、基板10上の温度と、型8の温度との差が小さくなるように型8を加熱することで、型8と基板10間での熱移動を抑制する構成としている。
本実施例におけるインプリント処理に関して、図3に示すフローチャートを用いて説明する。まず、S01〜S05までは、図7におけるS01〜S05と同一であるため、説明は省略する。S11において、基板補正量に基づき、制御部7で照射量分布が決定され、光調整器23により調整光24が形成される。調整光24により、基板10上に温度分布が形成され、ショット領域20が熱変形して、ショット領域20の形状が補正される。さらに、本実施例の型8は調整光24の一部を吸収するような構成になっており、基板10上に温度分布が形成されると共に、型8のパターン部8aにも温度分布が形成される。
図4は、本実施例に係る型の構成と基板上のショット領域を例示する図である。ここで、型8のパターン部8aに温度分布を形成するための構成を説明する。図4(A)に示す通り、本実施例に係る型8には、調整光24の一部分が有するエネルギーを吸収する吸収部(光吸収部)101が、パターン部8aが形成されている面と反対側の面に形成されている。吸収部101は、一定の範囲にある波長の光(光の一部分)を吸収し、その他の範囲にある波長の光(光の他の部分)を透過する特性を有し、吸収した光のエネルギーによって発熱する。よって、調整光24により型8のパターン部8aにも温度分布が形成され、基板10と型8との間での熱移動を抑制することができる。吸収部101は、光を吸収する吸収膜102とすることができる。吸収膜102は、例えば、照射光21の波長帯域である400〜1200nmの範囲にある特定の波長の光を吸収する吸収型のNDフィルタを用いることができる。ここで、NDフィルタは、例えば金属膜であり、材料としてクロム、ニッケル合金などを含むものが好適である。このようなNDフィルタは、膜厚を変えることで光吸収率を変化させることができる。吸収膜102の光吸収率は、調整光24を照射したときに、ショット領域20上に形成される温度分布と、パターン部8aに形成される温度分布とが一定の温度差以下になり得るように決定する。実際には、型8の物性値、型8の周囲環境の温度に基づいて吸収膜102の光吸収率を決定する。
例えば、型8と基板10とにおいて発生する熱量を等しくすることで、型8のパターン部8aと基板10との温度分布が等しくなる場合を考える。基板10は波長が450nmの光の光吸収率が85%であるとする。また、型8には波長が450nmの光の光吸収率がa[%]の吸収膜102が形成されているとする。このとき、波長が450nmで、照射量が2.0[W]の光を照射した場合、型8において発生する熱量h[W]と、基板10において発生する熱量h[W]の関係は、以下の通りとなる。
=a×2.0・・・(1)
=(2.0−h)×0.85・・・(2)
=h・・・(3)
よって、式(1)〜(3)より、吸収膜102の光吸収率aは、約0.46[%]と決定することができる。ただし、表面反射による損失は考慮しないものとする。
制御部7は、加熱用光源22から照射する調整光24の照射量と、光調整器23により調整光24の照射量分布を調整する。このとき、ショット領域20の形状補正に必要な温度分布が形成され、かつ、ショット領域20上に形成される温度分布とパターン部8aに形成される温度分布との温度差が閾値より小さくなるように前記照射量と前記照射量分布を調整する。ここで、図4(B)で示す通り、ショット領域20のX方向の長さをL1x、形状変化後のショット領域20のX方向の長さをL2x、基板10の線膨張率をE、前記閾値をTとすると、Tは以下の式(4)で求めることができる。
T=(L2x−L1x)/(E×L1x)=RC/E・・・(4)
ここで、RCはショット領域20のX方向の長さの変化率である。例えば、ショット領域20のX方向の辺の長さL1xを26mmとする。また、重ね合せ精度から許容される値として、ショット領域20のX方向の形状変化後の長さL2xと変化前の長さL1xとの差を4.0nmとすると、RCは約1.5×10−7となる。また、基板10の線膨張率Eを2.4ppmとする。これらの値を式(4)に代入すると、前記閾値であるTは約0.064℃となる。よって、ショット領域20上の温度分布とパターン部8aの温度分布との温度差が、前記閾値より小さくなるように、吸収膜102の光吸収率を考慮して、調整光24の照射量分布を制御する。また、X方向と同様にY方向についてもショット領域20のY方向の長さL1y、形状変化後の長さL2yを用いることにより前記閾値を求めることができる。この場合、X方向とY方向とから求めた前記閾値の内、小さい方の前記閾値を採用しても良い。また、ショット領域20が膨張する方向に変化する場合で説明したが、ショット領域20が縮小する方向に変化する場合でも同様の方法で前記閾値を求めることができる。
このように、基板10から型8への熱の移動により発生するショット領域20の変形量を一定の範囲内に収めることができ、パターン部8aとショット領域20との重ね合せ精度の低下を抑制することができる。
また、吸収膜102を用いる代わりに、型8を形成する材料に、一定の範囲にある波長の光を吸収し、その他の範囲にある波長の光を透過する特性を有する材料を混合して吸収部101を形成しても良い。例えば、このような材料として、硫化カドミウムなどの微粒子を混合することができる。この場合、前記材料の混合比を変更することで光吸収率を調整することができる。また、吸収膜102を用いると共に、前記材料を混合して吸収部101を形成しても良い。
図3に戻り、続きのインプリント処理について説明する。図3のS07において、制御部7は、パターン部8aに温度分布が形成された状態で、型形状補正機構201により、パターン部8aの形状を補正させる(S07)。パターン部8aに温度分布を形成することで、パターン部8aが熱膨張により変形するが、本実施例では型8の材料が石英の場合、線膨張係数は約0.5ppmである。一方、基板10の材料が単結晶シリコンの場合、線膨張係数は約2.4ppmである。例えば、温度分布を形成してショット領域20の前記長さを12nm補正する場合、パターン部8aの前記長さの変化は約2.5nmとなる。よって、熱によるパターン部8aの形状変化は基板10のショット領域20の形状変化に対して小さく、基板10のショット領域20の形状を補正することができる。さらに、加熱によりパターン部8aが温度分布を有して、熱膨張によりパターン部8aの形状が変化しても、型形状補正機構201により補正することができる。アライメント計測部26によりパターン部8aの形状とショット領域20の形状とを計測する。そして、計測結果に基づいて、パターン部8aとショット領域20との形状差が小さくなるように、型形状補正機構201により型8に外力を加えることにより、パターン部8aの形状を弾性変形させて補正する。
次に、図7のS08と同様に、制御部7は、押印工程、硬化工程、離形工程を行う(S08)。押印工程において、ショット領域20に形成された温度分布との温度差があらかじめ定めた閾値より小さい温度分布を形成したパターン部8aを押し付けるので、基板10と型8との間で熱が移動することを抑制できる。その結果、ショット領域20の形状が変化することを抑制でき、パターン部8aと、ショット領域20との重ね合わせ精度が低下することを抑制することができる。また、調整光24の照射は、基板10上のショット領域20と型8のパターン部8aとの温度分布を変化させために、図3に示すフローチャートの押印工程(S08)中、照射し続けることが好ましい。また、硬化工程、離型工程(S08)時まで照射する構成としても良い。また、押印工程(S08)の開始後から、調整光24の照射を開始しても良い。また、図3のS09、S10は、図7のS09、S10と同一であるので説明は省略する。
図5は、型のパターン部と基板のショット領域との形状補正と温度分布を例示する図である。ここでは、一例として、ショット領域20に台形成分のみを含む変形が生じている場合について説明する。ショット領域20の補正前形状108内に調整光24を照射し、温度分布110を形成する。この場合、ショット領域20に含まれる台形成分の変形はX方向のみであるため、温度分布110はY方向のみに勾配を与えている。温度分布110を与えることにより、補正前形状108は、ショット領域20の補正後形状109へ熱変形する。一方、パターン部8aに、温度分布110との温度差が閾値より小さい温度分布107を形成し、パターン部8aの補正前形状105に対して、型形状補正機構201により、型8へ外力を加え、パターン部8aの補正後形状106へ形状を変形する。ショット領域20の補正後形状109と、パターン部8aの補正後形状106との形状補正が完了した後に、型8と基板10とをインプリント材14を介して接触させる。このとき、基板10の温度分布とパターン部8aの温度分布との温度差を閾値より小さくするため、基板10と型8との間で熱の移動が抑制され、補正後形状109と補正後形状106が保たれる。
したがって、本実施例に係るインプリント装置によれば、重ね合わせ精度の低下を抑制することができる。
実施例2に係るインプリント装置について説明する。図6は、型加熱機構の構成、配置を示す図である。本実施例のインプリント装置の特徴は、図6に示す赤外光源62を有する型加熱機構(型加熱部)61を備える点である。型加熱機構61は、型8に光を照射して加熱する。型加熱機構61は、型8を加熱するための赤外光を照射する赤外光源62と、照射された赤外光の照射量分布を調整する型光調整器(調整部)63と、調整された赤外調整光64が型8の表面に向かうように光路を規定する反射板65とを含む。ここで、例えば赤外光は750nm〜1000μmの波長帯域を有する光とすることができる。型8の材料に例えば石英を用いる場合、型8に照射された赤外光は型8で吸収される。また、基板10の材料に例えば単結晶シリコンを用いる場合、赤外光は、基板10での光吸収率が型8での光吸収率より低く、基板10ではほとんど吸収されない。また、型光調整器63は、光調整器23と同様に、照射量分布を変化させることが可能な光変調素子を配置する。
基板10上のショット領域20に形成する温度分布は、実施例1と同様に、制御部7によって、加熱機構(基板加熱部)6の加熱用光源22と光調整器23が制御され、調整光24を基板10に照射することで形成される。制御部7は、ショット領域20上に形成される温度分布との温度差が閾値より小さい温度分布がパターン部8aに形成され得るように、型光調整器63により赤外調整光64の照射量分布を制御する。これにより、基板10から型8への熱の移動により発生するショット領域20の変形量を一定の範囲内に収めることができ、パターン部8aとショット領域20との重ね合せ精度の低下を抑制することができる。
調整光24と赤外調整光64は、反射板65に照射される構成としている。反射板65は、例えば赤外領域の波長を有する光を反射し、赤外より短い可視領域の波長を有する光を透過する特性のダイクロイックミラーを採用し得る。反射板65によって、調整光24と赤外調整光64は反射板25に導かれる。反射板25は、例えば可視、赤外領域の波長を有する光を反射し、可視領域より短い紫外領域の波長を有する光を透過する特性のダイクロイックミラーを採用し得る。反射板25によって、赤外調整光は型8へ照射され、調整光24は型8を透過して、基板10へ照射される。
図3に示すインプリント処理のフローチャートのS11において、制御部7により基板10上に温度分布を形成する際に、上述した構成により型8のパターン部8aにも温度分布を形成する。その他のインプリント処理は、実施例1で説明したものと基本的に同じプロセスを経る。
型8へ照射された赤外調整光64は、例えば石英を材料とする型8の赤外線吸収率、型8の厚み等の形状寸法によっては、すべてのエネルギーが型8で吸収されず、基板10へ照射される可能性がある。しかし、基板10の材料は単結晶シリコンであるため、赤外光の吸収率は低く、基板10上のショット領域20に形成された温度分布へ与える影響は小さい。
また、可視域及び赤外域の波長を有する光を取り扱える光調整器23を使用し、型光調整器63を用いない構成としても良い。
また、本実施例のインプリント装置は、不図示の温度計測手段(温度計測部)を有する構成としても良い。前記温度計測手段は、基板10のショット領域20に形成された温度分布と型8のパターン部8aに形成された温度分布とを計測する。制御部7は、温度分布の計測結果に基づいて、ショット領域20の温度分布との温度差が閾値より小さい温度分布がパターン部8aに形成され得るように、型光調整器63により、赤外調整光64の照射量分布を制御する。前記温度計測手段は、例えば、放射温度計、赤外線温度計等の非接触式の温度計を用いることができる。
したがって、本実施例に係るインプリント装置によれば、重ね合わせ精度の低下を抑制することができる。
(物品の製造方法)
インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、MEMS、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、DRAM、SRAM、フラッシュメモリ、MRAMのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、LSI、CCD、イメージセンサ、FPGAのような半導体素子等が挙げられる。光学素子としては、マイクロレンズ、導光体、導波路、反射防止膜、回折格子、偏光素子、カラーフィルタ、発光素子、ディスプレイ、太陽電池等が挙げられる。MEMSとしては、DMD、マイクロ流路、電気機械変換素子等が挙げられる。記録素子としては、CD、DVDのような光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、磁気ヘッド等が挙げられる。センサとしては、磁気センサ、光センサ、ジャイロセンサ等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。
次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図8(a)に示すように、絶縁体等の被加工材2zが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板1zを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材2zの表面にインプリント材3zを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材3zが基板上に付与された様子を示している。
図8(b)に示すように、インプリント用の型4zを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材3zに向け、対向させる。図8(c)に示すように、インプリント材3zが付与された基板1と型4zとを接触させ、圧力を加える。インプリント材3zは型4zと被加工材2zとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型4zを透して照射すると、インプリント材3zは硬化する。
図8(d)に示すように、インプリント材3zを硬化させた後、型4zと基板1zを引き離すと、基板1z上にインプリント材3zの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凹部が硬化物の凸部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材3zに型4zの凹凸パターンが転写されたことになる。
図8(e)に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材2zの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝5zとなる。図8(f)に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材2zの表面に溝5zが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。
次に、物品の別の製造方法について説明する。図9(a)に示すように、石英ガラス等の基板1yを用意し、続いて、インクジェット法等により、基板1yの表面にインプリント材3yを付与する。必要に応じて、基板1yの表面に金属や金属化合物等の別の材料の層を設けても良い。
図9(b)に示すように、インプリント用の型4yを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材3yに向け、対向させる。図9(c)に示すように、インプリント材3yが付与された基板1yと型4yとを接触させ、圧力を加える。インプリント材3yは型4yと基板1yとの隙間に充填される。この状態で光を型4yを透して照射すると、インプリント材3は硬化する。
図9(d)に示すように、インプリント材3yを硬化させた後、型4yと基板1yを引き離すと、基板1y上にインプリント材3yの硬化物のパターンが形成される。こうして硬化物のパターンを構成部材として有する物品が得られる。なお、図9(d)の状態で硬化物のパターンをマスクとして、基板1yをエッチング加工すれば、型4yに対して凹部と凸部が反転した物品、例えば、インプリント用の型を得ることもできる。
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ないことはいうまでもなく、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。また、実施例1、実施例2に係るインプリント装置は、単独で実施するだけでなく、実施例1、実施例2の組合せで実施することができる。

Claims (20)

  1. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記型と前記基板とを加熱する加熱部を有し、
    前記加熱部は、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板を加熱し、
    前記型の温度と前記加熱した基板の温度の差が小さくなるように前記型を加熱する、
    ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記型と前記基板とに光を照射して前記型と前記基板とを加熱する加熱部を有し、
    前記加熱部は、
    前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなり且つ前記パターン部の温度と前記ショット領域の温度の差が閾値より小さくなるように、前記光の一部分を前記型に設けられた光吸収部に吸収させるとともに、前記光の他の部分であって前記光吸収部と前記型とを透過した光を前記基板に照射する
    ことを特徴とするインプリント装置。
  3. 前記加熱部は、光の照射量を調整する調整部を有し、
    前記調整部は、光変調素子を含み、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記光の照射量分布を調整し、
    前記加熱部は、前記型に設けられ前記光を吸収する吸収部に前記調整部により照射量分布を調整した前記光を照射して、前記光吸収部と前記型とを透過した光を前記基板に照射することにより、前記パターン部の温度分布と前記ショット領域の温度分布との差を閾値より小さくする、
    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. 前記加熱部は、光の照射量を調整する調整部を有し、
    前記調整部は、照射する光を調整できる複数の光源を含み、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように、前記複数の光源により前記光の照射量分布を調整し、
    前記加熱部は、前記型に設けられ前記光を吸収する吸収部に前記調整部により照射量分布を調整した前記光を照射して、前記光吸収部と前記型とを透過した光を前記基板に照射することにより、前記パターン部の温度分布と前記ショット領域の温度分布との差を閾値より小さくする、
    ことを特徴とする、請求項2に記載のインプリント装置。
  5. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記基板を加熱する基板加熱部と、
    前記型を加熱する型加熱部と、を有し、
    前記基板加熱部は、前記ショット領域の形状と変更され前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板を加熱して、
    前記型加熱部は、前記型の温度と前記加熱した基板の温度の差が閾値より小さくなるように前記型を加熱する、
    ことを特徴とするインプリント装置。
  6. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記型の光吸収率より前記基板の光吸収率の方が高い第1の光を前記基板に照射して前記基板を加熱する基板加熱部と、
    前記基板の光吸収率より前記型の光吸収率の方が高い第2の光を前記型に照射して前記型を加熱する型加熱部と、を有し、
    前記基板加熱部は、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板に前記第1の光を照射して、
    前記型加熱部は、前記型の温度と前記第1の光を照射した基板の温度の差が閾値より小さくなるように前記第2の光を照射する、
    ことを特徴とするインプリント装置。
  7. 前記型加熱部は、前記インプリント材を硬化させる光の波長帯域の範囲外にある波長を有する光を前記基板に照射す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. 前記型加熱部は前記型に赤外光を照射す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。
  9. 前記型加熱部は、光の照射量を調整する調整部を有し、
    前記調整部は、光変調素子を含み、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように、前記光変調素子により前記光の照射量分布を調整し、
    前記基板加熱部は、前記調整部により照射量分布を調整した前記光を照射して、前記型を透過した光を前記基板に照射する
    ことを特徴とする、請求項6乃至請求項7のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  10. 前記型加熱部は、光の照射量を調整する調整部を有し、
    前記調整部は、照射する光を調整できる複数の光源を含み、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように、前記複数の光源により前記光の照射量分布を調整し、
    前記基板加熱部は、前記調整部により照射量分布を調整した前記光を照射して、前記型を透過した光を前記基板に照射する
    ことを特徴とする、請求項6乃至請求項7のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  11. 前記ショット領域と前記パターン部の温度を計測する温度計測部を有し、
    前記型加熱部は、前記温度計測部により計測された前記ショット領域の温度と前記パターン部の温度とに基づいて、前記ショット領域の温度と前記パターン部の温度との差を閾値より小さくするように前記型を加熱する、
    ことを特徴とする、請求項5乃至請求項10のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  12. 前記閾値は、前記型と前記基板との重ね合せ精度から許容される前記ショット領域の形状の変化率と、前記基板の線膨張率から求められることを特徴とする、請求項2乃至請求項10のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  13. 前記型の線膨張係数は、前記基板の線膨張係数より小さいことを特徴とする、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  14. 型に外力を加え型の形状を補正する型形状補正部を有し、
    前記型形状補正部は、前記型に外力を加えることにより、加熱により変形した前記パターン部の形状を補正する、
    ことを特徴とする、請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  15. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板を加熱する工程と、
    前記型の温度と前記加熱した基板の温度の差が小さくなるように前記型を加熱する工程と、を有する、
    ことを特徴とするインプリント方法。
  16. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記型と前記基板とに光を照射して前記型と前記基板とを加熱する工程を有し、
    前記工程は、前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなり且つ前記パターン部の温度と前記ショット領域の温度の差が閾値より小さくなるように、前記光の一部分を前記型に設けられた光吸収部に吸収させるとともに、前記光の他の部分であって前記光吸収部と前記型とを透過した光を前記基板に照射する
    ことを特徴とするインプリント方法。
  17. 基板のショット領域上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記ショット領域上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記型の光吸収率より前記基板の光吸収率の方が高い第1の光を前記ショット領域の形状と前記パターン部の形状の差が小さくなるように前記基板に照射して前記基板を加熱する工程と、
    前記型の温度と前記第1の光を照射した基板の温度の差が閾値より小さくなるように前記基板の光吸収率より前記型の光吸収率の方が高い第2の光を照射する工程と、を有する
    ことを特徴とするインプリント方法。
  18. 請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載のインプリント装置を用いて、パターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する、
    ことを特徴とする物品の製造方法。
  19. 基板上のインプリント材に型のパターン部を接触させて前記基板上に前記インプリント材のパターンを形成するインプリント装置に用いられる型であって、
    前記パターン部が形成されている面と反対側の面に光を吸収して発熱する吸収部を有し、
    前記吸収部の前記光の光吸収率は、前記基板の前記光の光吸収率と前記光の照射量とに基づいて決めてある
    ことを特徴とする型。
  20. 前記吸収部は、クロム及びニッケル合金の少なくとも一方を材料に含む金属膜であることを特徴とする、請求項19に記載の型。
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