JP2018010941A

JP2018010941A - インプリント装置および物品製造方法

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Publication number: JP2018010941A
Application number: JP2016137956A
Authority: JP
Inventors: 一樹中川; Kazuki Nakagawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: KR20180007331A; KR102193919B1; JP6808386B2

Abstract

【課題】基板と型との間の空間への異物の侵入を防止するために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、型を用いて基板の上のインプリント材を成形する。インプリント装置は、前記基板を保持し移動する基板ステージと、前記型を保持する型保持部と、前記型保持部の周辺に配置された周辺部材とを備える。前記周辺部材は、前記基板ステージに対向する部分を含む下面と、前記型保持部の側の第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有し、前記第２側面は、前記基板ステージが面しうる空間に面している。前記第２側面には、ガスを吹き出す吹き出し部が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、インプリント装置および物品製造方法に関する。

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、基板の上でインプリント材を型（モールド）で成形し、インプリント材のパターンを基板の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呼ばれる。インプリント技術によれば、基板の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、基板の上のインプリント領域にインプリント樹脂を塗布する。次に、インプリント樹脂に型を押し付けて、型のパターン領域の凹部にインプリト材を充填させる。次に、インプリント材に紫外線を照射することによってインプリント材を硬化させることによって凹部に対応するパターンを形成する。次に、硬化したインプリント材から型を引き離すことにより、基板の上に、インプリント材のパターンが残る。

インプリント装置では、基板の上のインプリント材に型を押し付けてパターンを形成するため、縮小投影型露光装置に比べてパターン欠陥が発生しやすく、この欠陥の低減が課題となっている。欠陥の発生要因のうち、外部からの異物（パーティクル）を型と基板との間に挟み込んだ状態で型がインプリント材に押し付けられることによって発生する欠陥が特に問題となっている。異物が型のパターン領域に付着してしまうと、それ以降に基板の上に形成されるパターンには、同じ位置に欠陥が発生する。また、異物が型の材質より硬い場合、型を破損する可能性がある。インプリントプロセスでは、型の製造コストが比較的高いため、型の破損は製品のコストアップの大きな要因となる。

そこで、従来のインプリント装置では、インプリント領域をガスバリアで取り囲むことにより、外部からの異物が型と基板との間に入り難くする技術が採用されている（特許文献１）。

特開２０１４−５６８５４号公報

基板と型との間の空間への異物の侵入が効果的に防止されるようにガスバリアを形成するためには、基板と型との間の空間の容積を小さくし、ガスバリアを構成するガスの流速を高く維持することが望ましい。しかし、型の周囲には、メンテナンスを行うための空間などを設ける必要があるので、基板あるいは基板ステージが移動しうる領域の一部分の上には、広い空間が存在しうる。このような広い空間では、ガスバリアを構成するガスの流速が低下し、ガスバリアの効果が低減してしまう。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、基板と型との間の空間への異物の侵入を防止するため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。

本発明の１つの側面は、型を用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント装置に係り、前記インプリント装置は、前記基板を保持し移動する基板ステージと、前記型を保持する型保持部と、前記型保持部の周辺に配置された周辺部材と、を備え、前記周辺部材は、前記基板ステージに対向する部分を含む下面と、前記型保持部の側の第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有し、前記第２側面は、前記基板ステージが面しうる空間に面していて、前記第２側面には、ガスを吹き出す吹き出し部が設けられている。

本発明によれば、例えば、基板と型との間の空間への異物の侵入を防止するために有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の１つの実施形態のインプリント装置を示す図。本発明の１つの実施形態のインプリント装置における吹き出し部の第１構成例を示す図。本発明の１つの実施形態のインプリント装置における吹き出し部の第２構成例を示す図。本発明の１つの実施形態のインプリント装置における吹き出し部の第３構成例を示す図。本発明の１つの実施形態のインプリント装置における吹き出し部の動作例を示す図。物品製造方法を例示する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態のインプリント装置１の構成が示されている。インプリント装置１は、型４を用いて基板２の上にインプリント材８を成形してインプリント材８のパターンを形成する。より具体的には、インプリント装置１は、基板２の上に配置されたインプリント材８と型４とを接触させ、インプリント材８に硬化用のエネルギーを与えることにより、型４の凹凸パターンが転写されたインプリント材の硬化物のパターンを形成する。本明細書および添付図面では、基板２の表面に平行な方向をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ平行な方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転、Ｚ軸周りの回転をそれぞれθＸ、θＹ、θＺとする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な軸の周りの回転、Ｙ軸に平行な軸の周りの回転、Ｚ軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。また、位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および／または姿勢を制御することを意味する。

インプリント材としては、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、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物でありうる。これらのうち、光により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。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。インプリント材は、供給部７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上に配置されうる。インプリント材の粘度（２５℃における粘度）は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下でありうる。基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられうる。必要に応じて、基板の表面に、基板とは別の材料からなる部材が設けられてもよい。基板は、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスである。

インプリント装置１は、型保持部６、型駆動機構２４、型変形機構１９、基板ステージ３、基板駆動機構２３、供給部７および硬化部２０を備えうる。型保持部６は、型４を保持する。型保持部６は、例えば、型４の上面を吸着する吸着部を有する第１部分６１と、型４の側面に対向する第２部分６２とを含みうる。型駆動機構２４は、型４を複数の軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の６軸）について駆動するように構成されうる。型変形機構１９は、型４の側面に力を加えることによって型４を変形させ、これにより、パターン領域４１の形状を変形させる。基板ステージ３は、基板２を保持するチャックを有し、基板２を保持し移動する。基板駆動機構２３は、基板２を複数の軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、θＺ軸の３軸）について移動させるように基板ステージ３を移動させる。型駆動機構２４および基板駆動機構２３は、型４と基板２とを複数の軸について相対的に移動させる相対移動機構を構成する。相対移動機構による型４と基板２との相対的な移動は、基板２の上のインプリント材８と型４とを接触させるための移動、および、硬化したインプリント材８と型４とを分離させるための移動を含みうる。また、相対移動機構による型４と基板２との相対的な移動は、型４と基板２との相対的な位置合わせのための移動を含みうる。

供給部７は、基板２の上にインプリント材８を供給あるいは配置する。硬化部２０は、基板２の上に供給あるいは配置されたインプリント材８を硬化させるエネルギー（例えば、紫外光などの光）２１をインプリント材８に与えることによってインプリント材８を硬化させる。供給部７によって基板２の上にインプリント材８が供給され、型４と基板２のインプリント領域とが位置合わせされた後に、型駆動機構２４によって型保持部６が−Ｚ方向に駆動されうる。これによって、基板２の上のインプリント材８に型４のパターン領域４１が接触する。その後、パターン領域４１のパターンを構成する凹部にインプリント材８が充填されるのを待って、硬化部２０によってインプリント材８に硬化用のエネルギーが与えられ、これによってインプリント材８が硬化する。インプリント装置１は、パターン領域４１のパターンを構成する凹部に対するインプリント材８の充填を促進するための第１ガス（例えば、ヘリウム）１７を基板２と型４との間の処理空間ＳＰに供給する第１ガス供給部１６を備えている。第１ガス供給部１６には、第１ガス供給源１８によって第１ガスが供給されうる。第１ガス供給部１６のガス供給口は、例えば、型保持部６に配置されうる。第１ガス供給部１６のガス供給口は、型４を取り囲むように配置されうる。

基板２の上のインプリント材８に型４のパターン領域４１が接触する際に、パーティクル等の異物が基板２のインプリント領域と型４のパターン領域４１との間に存在すると、パターン領域４１が破損する可能性がある。インプリント装置１は、半導体デバイス等の物品を製造するための清浄な環境内に置かれるが、異物の発生を完全になくすことは非常に困難である。異物は、インプリント装置１を構成する部品から生じることもあるし、インプリント装置１の外部から持ち込まれることもある。パターン領域４１に形成されているパターンの寸法や深さにより異なるが、パターンのハーフピッチ寸法以上の大きさの異物があると、パターンの欠陥が発生する可能性が高い。

そこで、型保持部６の周辺に周辺部材９が配置され、基板２の上方の空間の容積が周辺部材９によって制限されうる。周辺部材９は、典型的には、型保持部６および型変形機構１９を取り囲むように配置されうる。また、周辺部材９は、周辺部材９の第１側面９１と型４が配置される領域との間に型保持部６の第２部分６２が配置されるように構成されうる。インプリント装置１は、処理空間ＳＰを取り囲む周辺空間ＳＳ（周辺部材９と基板ステージ３との間の空間）に、ガスバリアを形成するための第２ガス（例えば、クリーンドライエアー）１１を供給する第２ガス供給部１０を備えうる。第２ガス供給部１０には、第２ガス供給源１２によって第２ガスが供給されうる。第２ガス供給部１０のガス供給口は、例えば、型保持部６および／または周辺部材９に配置されうる。図１に示された例では、第２ガス供給部１０のガス供給口は、例えば、型保持部６および周辺部材９の双方に配置されている。第２ガス供給部１０のガス供給口は、他の部材に配置されてもよい。第２ガス供給部１０のガス供給口は、処理空間ＳＰを取り囲むように配置されうる。

処理空間ＳＰに対する異物の侵入を防止する観点では、周辺部材９は、基板ステージ３が移動可能な範囲の全域において、周辺部材９が基板ステージ３に対向しうるように配置されるべきである。基板ステージ３が移動可能な範囲は、基板搬送機構が基板ステージ３から基板２を受け取ったり、基板ステージ３に基板２を渡したりするための受け渡し領域や、基板ステージ３のメンテナンスを行うためのメンテナス領域を含みうる。このような領域には、周辺部材９を配置することができないので、基板ステージ３が面しうる空間Ｓ１が存在しうる。一例においては、空間Ｓ１は、基板ステージ３が移動することによって基板ステージ３が空間Ｓ１に面する状態となる場合と、空間Ｓ１に面しない状態となる場合がある空間である。他の例において、空間Ｓ１は、基板ステージ３が常に面する空間である。

周辺部材９は、基板ステージ３に対向する部分を含む下面９０と、型保持部６の側の第１側面９１と、第１側面９１とは異なる第２側面９２とを有し、第２側面９２は、基板ステージ３が面しうる空間Ｓ１に面する。周辺部材９の第１側面９１は、型保持部６および型変形機構１９を取り囲むように配置されうる。換言すると、型変形機構１９は、型４が配置される領域と周辺部材９の第１側面９１との間に配置されうる。

周辺部材９の下面９０と基板ステージ３の上面との距離は、０ｍｍより大きく、１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、該距離は、製造の容易性の観点では０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、ガスバリアの効果の観点では２ｍｍ以下であることがより好ましい。基板ステージ３は、基板２の周辺を取り囲む基板周辺部３１を有しうる。基板ステージ３の上面は、基板周辺部３１の上面でありうる。

空間Ｓ１に基板ステージ３が面する状況では、基板ステージ３あるいは基板２の上では、第２ガス１１によって形成されるガスバリアによる基板ステージ３および基板２の保護効果が弱まり、基板ステージ３および基板２の上に異物が付着しうる。そこで、本実施形態では、清浄ガス（例えば、クリーンドライエアー）１４を吹き出す吹き出し部１３が周辺部材９の第２側面９２に設けられている。吹き出し部１３から吹き出される清浄ガスによって空間Ｓ１の清浄度が向上する。これにより、空間Ｓ１に基板ステージ３が面する状況において基板ステージ３および基板２の上に異物が付着する可能性を低減することができる。これにより、基板ステージ３および基板２の移動によって処理空間ＳＰに異物が侵入する可能性を低減することができる。

図２に例示的に示されるように、吹き出し部１３は、第２側面９２に設けられた吹き出し口１３１と、周辺部材９の内部を通って吹き出し口１３１に接続された流路２５とを含みうる。吹き出し部１３には、ガス供給源１５によって清浄なガスが供給されうる。あるいは、吹き出し部１３は、第２側面９２に取り付けられた吹き出し口１３１を含んでもよい。吹き出し部１３は、第２側面９２が面している空間Ｓ１に気体を吹き出すように構成されうる。図２に例示されるように、吹き出し部１３は、水平にガスを吹き出すように構成されうる。あるいは、図３に例示されるように、吹き出し部１３は、斜め下方に向けてガスを吹き出すように構成されうる。あるいは、図４に例示されるように、吹き出し部１３は、水平にガスを吹き出すとともに斜め下方に向けてガスを吹き出すように構成されうる。更に、図５に例示されるように、空間Ｓ１に面する複数の吹き出し部１３を有する構成において、基板ステージ３の移動方向（矢印Ａの右方向）に沿ったガス流が形成されるように、複数の吹き出し部１３のうち選択された吹き出し部１３からガスを吹き出してもよい。吹き出し部１３から空間Ｓ１に供給される清浄なガスは、空間Ｓ１の清浄度を向上させるために、絶えず吹き出されていることが望ましい。しかしながら、少なくとも基板２が空間Ｓ１の下に配置されている時に、吹き出し部１３から清浄なガスを供給されていればよい。

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。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、本発明の物品製造方法の具体例を説明する。図６(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６(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６(c)に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１ｚ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６(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６(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６(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。

１：インプリント装置、２：基板、３：基板ステージ、４：型、６：型保持部、９：周辺部材、９０：下面、９１：第１側面、９２：第２側面、１３：吹き出し部

Claims

型を用いて基板の上のインプリント材を成形するインプリント装置であって、
前記基板を保持し移動する基板ステージと、
前記型を保持する型保持部と、
前記型保持部の周辺に配置された周辺部材と、を備え、
前記周辺部材は、前記基板ステージに対向する部分を含む下面と、前記型保持部の側の第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有し、前記第２側面は、前記基板ステージが面しうる空間に面していて、
前記第２側面には、ガスを吹き出す吹き出し部が設けられている、
ことを特徴とするインプリント装置。
前記型の側面に力を加えることによって前記型を変形させる型変形機構を更に備え、前記型変形機構は、前記型が配置される領域と前記第１側面との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
前記型保持部は、前記型の上面を吸着する吸着部を有する第１部分と、前記型の側面に対向する第２部分とを含み、前記周辺部材は、前記第１側面と前記型が配置される領域との間に前記第２部分が配置されるように構成されている、
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。
前記型と前記基板との間の処理空間に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記処理空間を取り囲む周辺空間に第２ガスを供給する第２供給部とを更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記周辺部材の前記下面と前記基板ステージの上面との距離が１０ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記吹き出し部は、前記第２側面に設けられた吹き出し口と、前記周辺部材の内部を通って前記吹き出し口に接続された流路とを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記吹き出し部は、前記第２側面に取り付けられた吹き出し口を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記吹き出し部は、前記第２側面が面している前記空間にガスを吹き出す、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記吹き出し部は、水平にガスを吹き出す、
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。
前記吹き出し部は、斜め下方に向けてガスを吹き出す、
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。
請求項１に記載のインプリント装置によって基板の上にパターンを形成する工程と、
前記工程で前記パターンが形成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製造方法。