JP2018029101A - インプリント装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン欠陥の抑制に有利なインプリント装置を提供する。【解決手段】外周形状が矩形の型Ｍを用いて基板Ｗ上に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、型Ｍの外周部で気体を吹き出す吹き出し部１０９と、基板Ｗを移動させる移動手段と、を含み、移動手段は、吹き出し部１０９が気体を吹き出している間に、基板Ｗの表面に沿う方向且つ型Ｍの隣り合う２辺のそれぞれに沿う第１方向及び第２方向とは異なる第３方向に移動させながら基板Ｗを型Ｍと対向する位置まで移動させる。【選択図】図１

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。

半導体デバイス等の製造のために基板上に微細なパターンを形成する方法として、インプリント法が知られている。インプリント法とは、中央に凹凸パターンが形成された部分（以下、パターン部という）を有する型（モールド）を用いてインプリント材を成形し、基板上にインプリント材のパターンを形成する手法である。インプリント法の１つに光硬化法がある。この方法を用いたインプリント装置は、基板上への光硬化樹脂（インプリント材）の塗布、インプリント材への型の接触（押印）、インプリント材の硬化、型の剥離（離型）といった一連のインプリント処理により、基板上にパターンを形成する。

押印の際、型とインプリント材との間の空気（残留ガス）が未硬化のインプリント材に気泡として混入して未充填欠陥（パターン欠陥）が生じることがある。そこで、型とインプリント材との間の残留ガスを排除するために、拡散性の高い又はインプリント材に対して溶解性が高いヘリウム等のガスを型とインプリント材との間に流し込み、残留ガスを置換することが一般的に行われている。ガスを供給する方法として、流量や供給方向を可変にする方法（特許文献１）、ショット位置に応じて供給タイミングを切り替える方法（特許文献２）、型とインプリント材との接触領域の伝播方向に基づいてガス供給方向を規定する方法（特許文献３）がある。

特許第５２７５４１９号公報 特開２０１２−３９０５７号公報 特開２０１４−４９４７３号公報

しかしながら、型および基板の外縁形状によっては、上記特許文献に記載の方法では、残留ガスの排除が不十分となりうる。例えば、上記インプリント法により、レプリカモールドとなる基板と、マスターモールドとを矩形の同形状として、マスターモールドからレプリカモールドを複製する場合、残留ガスを排除するためのガスが基板側面に流れてしまうことがある。特許文献１〜３は、型および基板の外縁形状に着目した技術ではなく、上記課題が生じうる。

本発明は、例えば、パターン欠陥の抑制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、本発明は、外周形状が矩形の型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インプリント装置であって、型の外周部で気体を吹き出す吹き出し部と、基板を移動させる移動手段と、を含み、移動手段は、吹き出し部が気体を吹き出している間に、基板の表面に沿う方向且つ型の隣り合う２辺のそれぞれに沿う第１方向及び第２方向とは異なる第３方向に移動させながら基板を型と対向する位置まで移動させることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、パターン欠陥の抑制に有利なインプリント装置を提供することができる。

第１実施形態に係るインプリント装置を示す図である。 基板ステージがインプリント材供給部の直下を通過して型がインプリント材と接触する押印位置まで移動する経過を示す図である。 図２（Ｂ）のＡ−Ａ´線による断面をＸ方向に向かって見た図である。 第１実施形態に係る基板の移動経過を示す図である。 第２実施形態に係る気体供給部の配置を示す図である。 気体供給部の配置を示す図である。

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）
図１は、本発明の第１実施形態に係るインプリント装置１００を示す図である。このインプリント装置１００は、物品としての半導体デバイスなどの製造や型（モールド）の複製に使用される。インプリント装置１００は、被処理基板である基板Ｗ上に供給されたインプリント材Ｒを型Ｍと接触させ、インプリント材Ｒに硬化用のエネルギーを与えることにより、型Ｍ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。ここでは、光硬化法を用いたインプリント装置として、紫外線ＵＶの照射によって基板Ｗ上の未硬化のインプリント材Ｒを硬化させる紫外線硬化型のインプリント装置を使用した。本実施形態では、インプリント装置１００を用いて、マスターモールドを型Ｍとして基板Ｗに型Ｍのパターンを転写することで、マスターモールドの複製であるレプリカモールドを作製する。なお、ここでは光硬化法を採用したインプリント装置１００を例にして説明する。また、以下の図１においては、基板Ｗ上のインプリント材Ｒに入射する紫外線ＵＶの光軸と平行にＺ軸（接触時に基板Ｗと型Ｍとを近づける方向）を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取る。

インプリント装置１００は、基板Ｗ上に供給された光硬化性の樹脂（インプリント材）Ｒと型Ｍの中央部にあるパターン領域Ｐとを接触（押印）した後、インプリント材Ｒを硬化させる。その後、硬化したインプリント材Ｒから型Ｍを剥離（離型）することで、基板Ｗ上にインプリント材Ｒのパターンを形成する。

インプリント装置１００は、ベース定盤１０１と、ステージ定盤１０２と、チャック１０３と、補助板１０４と、基板ステージ１０５と、支柱１０６と、ブリッジ１０７と、保持機構１０８と、を有する。ベース定盤１０１には、基板ステージ１０５が載置されたステージ定盤１０２が載置される。また、ベース定盤１０１には、ブリッジ１０７を支持するための支柱１０６が延設される。

チャック１０３は、基板Ｗとチャック１０３との間の空間を減圧することにより基板Ｗを保持する。補助板（平板部）１０４の高さは、基板Ｗの表面高さと合うようにする。また、補助板１０４は、基板ステージ１０５の移動に伴い基板Ｗと型Ｍとの間にガスを効率良く引き込みうる。ここで、補助板１０４の高さと基板Wの高さとの差は０．５ｍｍ以内であることが好ましい。

基板Ｗを移動させる移動手段は、チャック１０３を搭載され、基板Ｗとともに移動する基板ステージ１０５と、基板ステージ１０５を移動させる駆動機構（不図示）を含む。駆動機構とは、例えば、リニアモータやエアシリンダ等であり、これを用いて、少なくとも、Ｘ軸方向やＹ軸方向に基板Ｗを位置決めすることができる。駆動機構は、基板Ｗを３軸以上の方向（例えば、６軸方向）に位置決めできるものでもよい。基板ステージ１０５の位置計測は、例えば、レーザー干渉計を用いて行われる。

保持機構１０８は、チャック（不図示）により型Ｍを保持する。保持機構１０８は、型Ｍを、少なくともＺ軸方向（鉛直方向）に位置決めできる駆動機構（不図示）も含む。駆動機構は、型Ｍをその他の方向（例えば、水平面に沿うＸ軸方向とＹ軸方向、Ｚ軸周りのωＺ方向等を含む６軸方向）にも位置決めしうる。

インプリント装置１００は、さらに、気体供給部１０９と、照射部１１０と、ミラー１１１と、観察系１１２と、インプリント材供給部１１３と、制御部１１４と、を有する。気体供給部１０９は、複数の気体供給口（吹き出し口）を含み、型Ｍの外周部にそれぞれ型Ｍの外形の辺に沿って、保持機構１０８の下部に配置されている。気体供給部（吹き出し部）１０９は、型Ｍの中心部に向かって気体を吹き出し、押印時の基板Ｗ上のインプリント材Ｒと型Ｍの中央部にあるパターン領域Ｐとの隙間空間を拡散性の高い又はインプリント材Ｒに対して溶解性が高いヘリウム等の気体で満たす。充填する気体は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテルなどの押型による圧力上昇で凝縮（液化）する凝縮性の気体や、これらガスとヘリウム等のガスとの混合ガスも使用できる。

隙間空間内のヘリウムガスの濃度を、ある程度高い値に維持する必要があるため、基板Ｗを押印位置まで移動する際に、同時に気体供給部１０９からヘリウムガスを供給させることで効率的に隙間空間内にヘリウムガスを引き込む。ヘリウムガスを効率良く引き込ませるには、基板Ｗの上面、または基板Ｗの外周端近傍に配置した補助板１０４の上面にガスを吹付ける。

照射部１１０は、ブリッジ定盤１０７の上部に配置され、インプリント材Ｒを硬化させるための紫外光ＵＶを射出し、射出された紫外光ＵＶはミラー１１１で反射して、基板Ｗ上に到達する。観察系１１２は、型Ｍの鉛直上方に配置されており、型Ｍのパターン領域Ｐ内の位置合わせ用マーク（不図示）と、基板Ｗ上に形成された位置合わせ用マーク（不図示）を検出する。

インプリント材供給部１１３は、基板Ｗがインプリント材供給部１１３の下方を通過する際に未硬化状態のインプリント材Ｒを所定の位置に塗布する。インプリント材Ｒ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、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。

インプリント材は、スピンコーターやスリットコーターにより基板上に膜状に付与されてもよい。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上に付与されてもよい。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以下である。

制御部１１４は、基板ステージ１０５、保持機構１０８、気体供給部１０９、照射部１１０、観察系１１２、インプリント材供給部１１３と接続されており、これらを統括的に制御してインプリント処理を実行する。ここで、インプリント処理は、基板Ｗへのインプリント材Ｒの供給、型Ｍとインプリント材Ｒとの接触および型Ｍのパターンへのインプリント材Ｒの充填、位置合わせ（アライメント）、硬化（露光）、型Ｍの剥離を含む、一連のサイクルのことを指すものとする。制御部１１４は、基板Ｗ上にインプリント材Ｒが供給される供給位置から、型Ｍとインプリント材Ｒとが接触するインプリント位置まで、基板ステージ１０５を移動させる。

型Ｍは、外周形状が矩形であり、基板Ｗに対向する面には、例えば十数ナノメートルの線幅の凹凸パターンが３次元状に形成されたマスターモールドのパターン領域Ｐを含む。また、型Ｍの材質には、紫外線ＵＶを透過させることが可能な材質（石英等）が用いられる。基板Ｗは型Ｍの複製であるため、その材質には同じ石英が用いられる。また、基板Ｗの外形も型Ｍと矩形形状であり、Ｚ方向からみた外縁形状が互いにほぼ同形状である。

まず、図２および図３により従来のインプリント装置で生じる課題について説明する。図２（Ａ）および（Ｂ）は、基板ステージ１０５がインプリント材供給部１１３の直下を通過して型Ｍがインプリント材Ｒと接触する押印位置まで移動する経過を示す図である。
図２（Ａ）は、Ｙ方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、Ｚ方向から見た図である。気体供給部１０９から出た矢印は、ガスが矢印方向に供給されていることを示す。

図２（Ａ）の（１）は、基板Ｗ上のインプリント材Ｒが供給される領域Ｓにインプリント材Ｒが供給される直前の各部の位置関係を示す図である。気体供給部１０９によるガスの供給は基板ステージ１０５の移動中常に行われることが望ましい。図２（Ａ）の（２）は、基板Ｗ上にインプリント材Ｒが供給された後、インプリント材Ｒが気体供給部１０９の直下に位置したときの各部の位置関係を示す図である。図２（Ａ）の（３）は、インプリント材Ｒが気体供給部１０９の直下を通過し押印位置への移動を続けているときの各部の位置関係を示す図である。図２（Ａ）の（４）は、インプリント材Ｒが押印位置へ到着したときの各部の位置関係を示す図である。

図２（Ｂ）の（１）〜（４）は、それぞれ図２（Ａ）の（１）〜（４）に対応する。図２（Ｂ）の（１）において、点線の四角で囲った領域はインプリント材Ｒが供給される領域Ｓである。領域Ｓがインプリント材供給部１１３の直下にくるように矢印方向へ基板ステージ１０５が移動する。図２（Ｂ）の（２）および（３）で示すように、基板Ｗ上に供給されたインプリント材Ｒは気体供給部１０９の直下を通過して、型Ｍのパターン領域Ｐの直下へ移動する。基板Ｗと型Ｍとは形状が同じであるため、互いの外周が重なっている。図２（Ｂ）の（４）で示すようにインプリント材Ｒと型Ｍのパターン領域Ｐとが重なる。

図３（Ａ）および（Ｂ）は、図２（Ｂ）の（２）〜（４）のＡ−Ａ´による断面をＸ方向に向かって見た図である。図３（Ａ）の（１）〜（３）はそれぞれ図２（Ａ）および（Ｂ）の（２）〜（４）に対応している。図３（Ａ）の（１）〜（３）に示す通り、型Ｍと基板Ｗの外周の位置はＸ方向において常に同じである。

図３（Ｂ）は、気体供給部１０９の近傍の拡大図である。図で示すように、基板Ｗの側面と補助板１０４の内周側面との間には、０．５〜１．５ｍｍ程度の隙間（間隙領域）が設けられる。この間隙領域は、基板Ｗの搬送時の基板Ｗと補助板１０４との干渉防止のため、搬送誤差、基板Ｗの外形公差、補助板１０４の基板ステージ１０５への組付公差などを考慮して設けられる。

図中の矢印は、ヘリウムガスの流れを示す。気体供給部１０９は、型Ｍと基板Ｗとの間隙にヘリウムガスＧを充填する。型Ｍおよび基板Ｗの外形はほぼ同形状であるため、基板ステージ１０５の移動中は常にＸ方向（基板ステージ１０５の移動方向）に並んでいる気体供給部１０９の下（型Ｍの側面の位置）に基板Ｗと補助板１０４の間に存在する間隙領域が位置することになる。これにより、Ｘ方向に並んでいる気体供給部１０９から吹き出すヘリウムガスの一部が、基板Ｗと補助板１０４の間の隙間に入り込み、十分なヘリウムガスを型Ｍと基板Ｗとの間隙に送り込むことが困難となりうる。

本実施形態では、基板ステージ１０５の移動方向と、インプリント材供給部１１３の配置を従来と変えることで、上記のように隙間に漏れてしまうガスの量を抑えることができる。図４（Ａ）および（Ｂ）は、本実施形態に係る基板Ｗの移動経過を示す図である。図４（Ａ）は、Ｚ方向から見た図であり、図４（Ｂ）は、Ｘ方向（基板ステージ１０５の移動方向）から見た図である。

図４（Ａ）の（１）における領域Ｓはインプリント材Ｒが供給される領域である。領域Ｓがインプリント材供給部１１３の直下に位置したとき、インプリント材供給部１１３からインプリント材Ｒが供給される。基板ステージ１０５は、点線矢印の方向に基板Ｗを移動させ、インプリント材Ｒをインプリント位置まで移動させる。インプリント位置とは、型Ｍのパターン領域Ｐとインプリント材ＲとがＺ方向から見て重なる位置である。すなわち、パターン領域Ｐの下方とインプリント材Ｒが供給された基板Ｗ上の領域とが対向する位置である。インプリント材供給部１１３は、基板ステージ１０５の移動軌跡上に配置される。移動軌跡は、型Ｍの隣り合う２辺のそれぞれに沿う第１方向および第２方向（Ｘ方向およびＹ方向）とは異なり、かつ基板Ｗの表面に沿う方向である第３方向とする。インプリント材供給部１１３は、型Ｍに対して基板Ｗが移動する第３方向と逆方向（マイナス第３方向）に配置する。これにより、インプリント材Ｒの供給後、短時間でインプリント位置までインプリント材Ｒを移動させることができ、例えば、スループットの点で有利となる。本実施形態では、型Ｍの対角線に沿う方向に基板ステージ１０５の移動方向を設定する。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の（２）〜（４）のＡ−Ａ´による断面をＸ方向に向かって見た図である。図４（Ｂ）の（１）〜（３）はそれぞれ図４（Ａ）の（２）〜（４）に対応している。型Ｍと基板Ｗとの間に充填されるヘリウムガスＧの濃度を塗りつぶしの濃さで示す。図４（Ｂ）の（１）、（２）および（３）で示すように基板Ｗの移動に伴い、充填されるヘリウムガスＧの濃度が高くなっていくことが分かる。

従来は、図３（Ａ）の（１）〜（３）に示す通り、基板ステージ１０５の移動中、ガスが常に基板Ｗと補助板１０４の間の隙間に漏れてしまっていた。これに対し、本実施形態では、図４（Ｂ）の（１）〜（３）に示す通り、移動の完了までは、Ｘ方向に並んでいる気体供給部１０９の下に基板Ｗと補助板１０４の間の隙間が位置することはなく、従来のようなガスの漏れが抑えられる。

したがって、本実施形態のインプリント装置１００は、従来、ガスの供給を十分にできなかったＸ方向に配置された気体供給部１０９も型Ｍと基板Ｗとの隙間空間内のヘリウムガス濃度を高くするのに十分寄与させることができる。本実施形態によれば、残留ガスを排除してパターン欠陥の抑制に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）
図５は、本発明の第２実施形態に係るインプリント装置の気体供給部２０９の配置を示す図である。第１実施形態の図４（Ａ）の（１）に相当する。本実施形態では、気体供給部２０９が、基板Ｗの第３方向への移動経路の上方に配置され、第３方向の成分とＺ方向成分を含む（斜め下方向）に気体を吹き出す。特に、本実施形態では、型Ｍの外形の対角線方向に延びる直線上のうち、型Ｍの外形の頂点の外側付近に配置される。これにより、基板ステージ１０５の移動方向と同じ方向にヘリウムガスを供給することができ、供給効率を向上させることができる。本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得られる。

なお、さらなる供給効率の向上をねらい、気体供給部のガス供給方向、供給の強さ等については適宜調節が可能である。図６（Ａ）で示す例では、基板ステージ１０５の移動方向に沿うガスの流れを増やすため、複数の気体供給部１０９のうち、気体供給部２０９に隣接する気体供給部のガス供給方向を気体供給部２０９のガス供給方向と揃えている。また、図６（Ｂ）に示す例では、型Ｍの中心へのガスの流れを増やすため、各気体供給部のガス供給方向を型Ｍの中心へ向けている。ガスの供給の強さ（流速）について、型Ｍの周囲のうち、基板ステージ１０５が向かってくる箇所に配置された気体供給部２０９とその隣接する気体供給部の流速を、その他の気体供給部の流速よりも強くするとクエット流れの効果でガスの供給効率が向上しうる。

なお、上記実施形態では、インプリント装置により、マスターモールドからレプリカモールドを複製する例を示したが、上記課題が生じうる、型と基板との形状の関係があれば、本発明が適用されうる。

（物品製造方法に係る実施形態）
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、上述した型を用い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、フィルム状基板）上にインプリント材のパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを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）や光学素子など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を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。

（その他の実施形態）
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。

１００ インプリント装置
１０５ 基板ステージ
１０９ 気体供給部（吹き出し部）
１１３ インプリント材供給部
１１４ 制御部
Ｗ 基板
Ｍ 型
Ｒ インプリント材

Claims (10)

1. 外周形状が矩形の型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インプリント装置であって、
   前記型の外周部で気体を吹き出す吹き出し部と、
   前記基板を移動させる移動手段と、を含み、
   前記移動手段は、前記吹き出し部が前記気体を吹き出している間に、前記基板の表面に沿う方向且つ前記型の隣り合う２辺のそれぞれに沿う第１方向及び第２方向とは異なる第３方向に移動させながら前記基板を前記型と対向する位置まで移動させる
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記移動手段は前記基板が搭載された基板ステージを含んでおり、
   前記基板ステージには、前記基板の外周を取り囲み且つ前記基板の表面に合わせた高さの表面を有する平板部が設けられ、
   前記移動手段が前記第３方向に移動している間に前記吹き出し部から吹き出された気体が前記基板に沿って前記位置に引き込まれ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. 前記基板に前記インプリント材を供給する供給部は、
   前記型に対して、前記第３方向と逆方向に配置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。
4. 前記吹き出し部は前記型を囲むように配置された複数の吹き出し口を有し、
   前記複数の吹き出し口は、前記型と前記基板とが対向した状態で前記型と前記基板との間に在る空間に向かう方向に前記ガスを供給す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。
5. 前記複数の吹き出し口のうち少なくとも１つの吹き出し口は、前記基板が前記位置に向けて前記第３方向に移動する経路の上方に配置されてい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. 前記少なくとも１つの吹き出し口は前記第３方向の成分を含む方向に前記気体を吹き出す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. 前記少なくとも１つの吹き出し口は、前記複数の吹き出し口のうち前記少なくとも１つの吹き出し口とは異なる吹き出し口よりも大きな流速で前記気体を吹き出す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. 前記基板の外周形状は、前記型と同じ矩形であることを特徴とする請求項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。
9. 前記基板が前記位置に向けて前記第３方向に移動する経路が、前記型の対角線に沿うことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 請求項１乃至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製造方法。

Images