JP2019021762A - インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法 - Google Patents

インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法 Download PDF

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智宣 佐久
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Abstract

【課題】インプリント材へ照射する光の均一性の点で有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】基板W上の未硬化のインプリント材Rと型Mとを接触させた状態で未硬化のインプリント材Rに光を照射して硬化させることで、インプリント材Rのパターンを基板W上に形成するインプリント装置1であって、光を出射する光源20と、出射された光を型へ導く光学系21と、型Mを保持する型保持部42と、光に対する型Mまたは型保持部42の透過率分布の不均一性を補正する補正部45と、を有する。
【選択図】図1

Description

インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法に関する。
半導体デバイスや液晶表示装置等の物品を製造するリソグラフィ装置の一つとしてインプリント装置がある。インプリント装置は、パターンが形成された型と基板上のインプリント材とを接触させた状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材から型を引き離すことで基板上にパターンを形成する。
型は型保持部によって保持される。インプリント材として例えば、紫外線硬化樹脂を用いる場合、型保持部は、紫外線を透過する材料で構成される。そのような型保持部の例としては、特許文献1に記載されたマスク保持手段がある。
特許第5163401号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたマスク保持手段は、マスクを真空吸着で保持するため、内部に真空配管、真空溝などを有する。例えば、紫外線が、マスク保持手段のうち、真空配管などがある場所を通過する時の透過率と、無い場所とを通過するときの透過率とは、異なりうる。したがって、インプリント材に均一に紫外線を照射することが困難となりうる。
本発明は、例えば、インプリント材へ照射する光の均一性の点で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、基板上の未硬化のインプリント材と型とを接触させた状態で未硬化のインプリント材に光を照射して硬化させることでインプリント材のパターンを基板上に形成するインプリント装置であって、光を出射する光源と、出射された光を型へ導く光学系と、型を保持する型保持部と、光に対する型または型保持部の透過率分布の不均一性を補正する補正部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、インプリント材へ照射する光の均一性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。
本実施形態に係るインプリント装置1の構成を示す概略図である。 型保持部を+Z方向から見た図である。 図2のA−A断面図である。 型保持部の透過率分布を示す図である。 型保持部における補正光の照度分布を示す図である。 物品の製造方法を説明するための図である。
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。なお、各図面において、同一の部材ないし要素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。
〔実施形態〕
(インプリント装置)
図1は、本実施形態に係るインプリント装置1の構成を示す概略図である。インプリント装置1は、基板W上に供給されたインプリント材を型M(モールド)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。具体的には、まず、基板W上の未硬化のインプリント材Rに型Mを接触させる。つぎに、接触させた状態で未硬化のインプリント材Rに硬化用のエネルギーを与え、硬化後、型Mをインプリント材Rから引き離すことで、硬化したインプリント材Rのパターンが基板W上に形成される。
本実施形態では、インプリント材Rとして紫外線硬化樹脂を選択し、硬化エネルギーとして紫外光を選択する。以下の図においては、基板W上のインプリント材Rに対して照射される紫外光の光軸に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取っている。
インプリント材Rは、光の照射によって、或いは、加熱によって硬化する組成物を用いる。光の照射によって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。
硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱などが用いられる。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、紫外線などの光を用いる。
インプリント材Rは、基板W上にスピンコーターやスリットコーターによって膜状に付与されてもよい。また、インプリント材Rは液体噴射ヘッドによって、液滴状、或いは複数の液滴が繋がって形成された島状または膜状で基板W上に付与されてもよい。インプリント材R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Mは、通常、石英などの紫外線を透過する事が可能な材料で作製されており、基板W上のインプリント材R塗布面と対向する面に、基板Wに転写する凹凸パターンPが形成されている。凹凸パターンPは、例えば、十数ナノメートルの線幅の凹凸パターンである。
インプリント装置1は、光源部20と、光学系21と、ウエハ保持機構30と、モールド保持機構40と、マーク検出部50と、を含む。また、インプリント装置1は、ウエハ保持機構30を載置するベース定盤11と、モールド保持機構40を固定するブリッジ定盤13と、ベース定盤11から延設され、ブリッジ定盤13を支持するための支柱12とを備える。支柱12は床面からの振動を抑えるための除振機構を備えうる。
さらに、インプリント装置1は、共に不図示であるが、型Mを装置外部からモールド保持機構40へ搬送するモールド搬送機構と、基板Wを装置外部からウエハ保持機構30へ搬送する基板搬送機構とを備える。
ウエハ保持機構30は、基板チャック31と基板ステージ32とを含み、基板チャック31は、真空吸着や静電力で、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどを保持しうる。基板ステージ32は、基板Wと基板チャック31を基板Wのインプリント材R塗布面と並行する面方向のX軸、Y軸方向に駆動可能な駆動系を有している。Z軸、X軸およびY軸中心とするチルト方向に駆動できる駆動系をウエハ保持機構30に有していても構わない。
モールド保持機構40は、駆動部41とモールドチャック(型保持部)42とを含む。駆動部41は、型保持部42が型Mを保持した状態で、基板Wのインプリント材R塗布面に直交するZ軸と、Z軸に直交するX軸、Y軸中心に回転する方向に駆動する事が出来る。
駆動部41または基板ステージ32によって、型Mと基板W上のインプリント材とを物理的に接触させる。型保持部42は、紫外線を透過する事が可能な、例えば、石英ガラスなどで製作されており、基板ステージ32に配置されている基板ステージマーク33と、型Mに配置されているモールドマークMMと、の位置合わせが可能な型保持部マーク43を有している。型保持部42は、型Mの面のうち、紫外線が入射する面を介してMを保持する。
マーク検出部50は、アライメントスコープ51と計測部52と制御部53とを含む。マーク検出部50は、型保持部マーク43とモールドマークMMとの相対位置(位置ずれ)および、型保持部マーク43と基板ステージマーク33との相対位置(位置ずれ)を計測、算出する事が出来る。
アライメントスコープ51は、光源部20から出射された紫外線の光路外に配置されているが、アライメントスコープ51に水平、または垂直駆動を有する事により、光源部20から出射された紫外線光路上に配置してもよい。
光源部20は、ブリッジ定盤13の上部に配置されている。光源部20は、インプリント材Rを硬化するための紫外線を出射する。光学系21は、折り返しミラー211および結像光学系212を含む。光学系21は、光源部20から出射された光を型Mへ導く。折り返しミラー211は、光源部20から出射された光を型Mへ向けて反射し、結像光学系212は、折り返しミラー211で反射された光をインプリント材Rへ導く。
折り返しミラー211は、光源部20から出射された紫外線から特定の波長を反射する特性を有するダイクロックミラーなどが用いられる。インプリント材Rへの照射面積によっては、折り返しミラー211の反射面面積を増大させる必要がある。または、反射面積を増大させる代わりに、折り返しミラー211をリニアモーター等を有するステージ駆動機構に配置させて、基板Wの面に対し平行走査させてインプリント材Rに順次光を照射してもよい。
(透過率分布)
図2は、型保持部42を+Z方向から見た図である。型保持部42の内部の構成など+Z方向から見えない構成は点線で示す。型保持部42は、型Mを保持する吸着領域を複数有し、各吸着領域の空気は流路44および不図示の配管などを通して不図示の真空ポンプへ吸引される。真空ポンプによる吸引によって、吸着領域内が負圧となって型Mが吸着保持される。
型保持部42は、内側吸着領域45aおよび外側吸着領域45bを有する。流路44は、内側吸着領域45aおよび外側吸着領域45bに真空を導入するための中空の真空流路である。吸着領域は、型Mに対して同心円状に分割して設けているが、型Mの外形、凹凸パターンPの外形や密度、インプリント材Rの粘度等の条件により、吸着領域範囲の形状および数を変更してもよい。吸着領域を分割することで、型Mの吸着時間の削減および、型Mを吸着した際に発生しうる型Mの吸着歪の抑制が実現されうる。内側吸着領域45aと外側吸着領域45bとは、内側土手46aで隔てられる。外側吸着領域45bの外周は外側土手46bで囲まれる。
図3は、図2のA−A断面図である。インプリント材Rに対し、型Mおよび型保持部42を介してインプリント材Rを硬化する光が照射される。光に対する型Mおよび型保持部42の透過率分布は不均一になっている。例えば、型保持部42のX方向の端部に光が入射する場合、入射光は、型保持部42と、流路44と、外側吸着領域45bと、型Mと、凹凸パターンPと、を通過してインプリント材Rに入射する。一方、型保持部42のX方向の中心に光が入射する場合、入射光は、型保持部42と、内側吸着領域45aと、型Mと、凹凸パターンPと、を通過してインプリント材Rに入射する。また、図2に示すように、型保持部マーク43とモールドマークMMとが位置合わせされているため、インプリント材Rを硬化する光が各マークが重なった部分に入射する場合も、例えば、マークが無い部分に入射する場合とは、透過率が異なりうる。凹凸パターンPの密度に分布がある場合も、透過率分布が不均一となりうる。
型M全体を用いてパターンを形成する場合、型Mまたは型保持部42の透過率分布に不均一性があると、インプリント材Rに入射する光の強度分布も不均一となり、インプリント材Rを十分に硬化できない場合が起こりうる。硬化が不十分だと、インプリント材Rに形成された互いに隣接する凹凸パターンが接触してしまったり、型Mにインプリント材Rが残留してしまったりして、パターン欠陥が発生しうる。
図4は、型保持部42の透過率分布を示す図である。説明の簡単のため、透過率が高い部分を明部a、透過率が低い部分を暗部bとして図中に示す。内側吸着領域45a、外側吸着領域45bまたは、マークが重なっている部分は、暗部bとなり、その他は明部aとなっている。
(補正部)
本実施形態のインプリント装置1は、インプリント材Rを硬化する光に対する型Mまたは型保持部42の透過率分布の不均一性を補正する補正部45を有する。図1に示す例では、光源部20と光学系21との間に補正部45が配置される。補正部45により照度分布をつけた光が型保持部42に入射する。補正部45を通過して、型保持部42に入射する光を、以下において補正光という。
図5は、型保持部42における補正光の照度分布を示す図である。図4の明部aに対応する位置は、照度が低い領域cとなっており、図4の暗部bに対応する位置は、照度が高い領域dとなっている。補正部45は、透過率の低い領域の照度を強く、透過率の高い領域の照度を低くすることで、型保持部42の透過率分布の不均一性を補正することができる。補正によって、インプリント材Rには均一な照度分布の光が照射される。
補正部45は、例えば、石英からなる板状の部材であり、表面の一部にクロム等の光減衰部材が表面に設けられた遮光部を有する。遮光部に設けられた光減衰部材の透過率や光減衰部材の配置位置は、図4で示した透過率分布に基づいて決められる。許容される照度分布はインプリント装置1で製造される物品や条件などにより異なるが、8%程度以下が望ましい。
また、補正部45は光源部20と光学系21との間に限らず、光源部20と型保持部42との間に配置されていればよい。そのため、型保持部42に照射される光の照度分布が図5に示す分布になるように光学系21に補正部45を配置してもよい。
以上の通り、補正部45を備えた本実施形態に係るインプリント装置1は、インプリント材Rへ照射する光の均一性の点で有利となる。
〔変形例〕
補正部45は、複数のミラー素子を含み、複数のミラー素子の面方向を個別に制御することで型保持部42へ入射する光の強度分布を調整するデジタルミラーデバイス(DMD)としてもよい。この場合、折り返しミラー211は不要となる。
補正部45を、型保持部の面のうち、光が入射する面または、型M側の面に設ける遮光膜としてもよい。
図1に示すように、インプリント装置1は、基板ステージ32上に、インプリント材Rに入射する光の強度分布を計測する強度計測部60を有してもよい。補正部45は、強度計測部60による計測結果に基づいて配置してもよい。また、補正部45としてDMDを用いる場合は、強度計測部60による計測結果に基づいて、複数のミラー素子の面方向を個別に制御してもよい。
インプリント装置1を用いてデバイス等を製造していると、意図せず光源部20から出射された紫外線の光軸状にある型保持部42や型M、もしくは、その他光学部品等に傷やパーティクルが混入することが想定される。これにより、結果的に基板Wに照射される紫外線の照度分布を劣化させる不具合が発生しうる。
紫外線の局所的劣化が把握された場合、傷やパーティクルに位置に合わせて補正部45に塗布されたクロムを除去することにより、基板Wに照射される紫外線の照度分布を制御しうる。したがって、補正部45は、脱着容易な機構を具備している事が望ましい。
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、物品の具体的な製造方法について説明する。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。
[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、上述した方法を用いたインプリント装置により、基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)にパターン形成をする工程を含む。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、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。
1 インプリント装置
20 光源部
21 光学系
42 型保持部
45 補正部
60 強度計測部

Claims (10)

  1. 基板上の未硬化のインプリント材と型とを接触させた状態で前記未硬化のインプリント材に光を照射して硬化させることで、前記インプリント材のパターンを前記基板上に形成するインプリント装置であって、
    前記光を出射する光源と、
    前記出射された光を前記型へ導く光学系と、
    前記型を保持する型保持部と、
    前記光に対する前記型または前記型保持部の透過率分布の不均一性を補正する補正部と、を有する、
    ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記補正部は、前記光源と前記光学系との間に配置さ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. 前記補正部は、遮光部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のインプリント装置。
  4. 前記インプリント材に入射する前記光の強度分布を計測する計測部を有し、
    前記計測部による計測結果に基づいて前記補正部が配置されることを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  5. 前記補正部は、複数のミラー素子を含み、前記複数のミラー素子の面方向を個別に制御することで前記型保持部へ入射する前記光の強度分布を調整するデジタルミラーデバイスであることを特徴とする請求項1または2に記載のインプリント装置。
  6. 前記インプリント材に入射する前記光の強度分布を計測する計測部を有し、
    前記計測部による計測結果に基づいて、前記複数のミラー素子の面方向が個別に制御され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. 前記補正部は、前記型保持部の前記光が入射する面に設けられる遮光膜を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  8. 前記補正部は、前記型保持部の前記型側の面に設けられる遮光膜を有する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。
  9. 基板上の未硬化のインプリント材と型とを接触させた状態で前記未硬化のインプリント材に光を照射して硬化させることで、前記インプリント材のパターンを前記基板上に形成するインプリント方法であって、
    前記インプリント材に対し、前記型および前記型保持部を介して前記光を照射し、
    前記インプリント材に入射する前記光の強度分布を計測し、
    前記計測結果に基づいて、前記光に対する前記型および前記型保持部の透過率分布の不均一性を補正した光を前記型および型保持部に照射する、
    ことを特徴とするインプリント方法。
  10. 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を用いてパターン形成を基板上に行う工程と、
    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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