JP2019021911A - インプリント装置、物品製造方法および、成形装置 - 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】型Ｍを用いて基板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であって、インプリント材Ｒを硬化させるエネルギーを出力する出力部１１０と、型Ｍと接触したインプリント材Ｒの型Ｍとの接触面に対して、最初に該接触面の中心からエネルギーを供給し、出力部１１０から出力されたエネルギーが接触面内で均一に供給されるように、接触面に供給されるエネルギーの供給量を調整する調整部１１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、物品製造方法および、成形装置に関する。

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、基板上に供給された未硬化のインプリント材を型に接触させた状態で硬化させて、硬化したインプリント材から型を引き離して（離型）基板上にインプリント材のパターンを形成する装置である。

離型時の内部応力によってパターン欠陥が発生する場合がある。特許文献１のインプリント装置は、インプリント材に供給するエネルギーを不均一にすることでパターン欠陥の発生を防止している。

特開２０１４−１２０６０４号公報

しかしながら、特許文献１のインプリント装置によってもインプリント材の硬化収縮による残留応力のパターンへの影響の抑制は不十分となりうる。

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、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、インプリント材を硬化させるエネルギーを出力する出力部と、型と接触したインプリント材の型との接触面に対して、最初に該接触面の中心からエネルギーを供給し、出力部から出力されたエネルギーが接触面内で均一に供給されるように、接触面に供給されるエネルギーの供給量を調整する調整部と、を有する、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の構成を示す模式図である。 紫外線の照射が開始された時点の照射領域を示す図である。 紫外線の照射開始後、調整部により調整された照射領域を示す図である。 パターン形成領域が矩形の場合における調整部による照射領域の調整を説明する図である。 照射領域を輪帯形状に拡げるように調整する様子を説明する図である。 矩形の照射領域をパターン形成領域内に走査させる場合を説明する図である。 可動の複数の遮光板を含む遮断部を示す。 回転駆動する複数の遮光板を含む遮断部を示す。 互いに独立駆動する複数のミラーを有するＤＭＤを示す。 図９に示すミラーを駆動する駆動部を示す図である。 第２実施形態に係るインプリント装置の構成を示す模式図である。 平坦化処理の工程を示す図である。 物品の製造方法を示す図である。

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。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。
〔第１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１００の構成を示す模式図である。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１００を使用した。ただし、インプリント材Ｒの硬化方法として、他の波長域の光の照射による方法や、他のエネルギー（例えば、熱）による方法を用いてもよい。また、以下の図においては、基板上のインプリント材に対して照射される紫外線の光軸に平行に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。

インプリント装置１００は、硬化エネルギーを出力する出力部としての照明系１１０と、折り返しミラー１２０と、型保持部１３０と、を有する。照明系１１０は、インプリント処理の際に、型Ｍに対してインプリント材Ｒを硬化させるエネルギーである紫外線を照射（出力）する。照明系１１０は、光源１１１と、調整部１１２と、を有する。光源１１１は、紫外線を出力する。光源は、水銀ランプなどのランプ類を採用可能であるが、型Ｍを透過し、かつ後述のインプリント材Ｒが硬化する波長の光を発する光源であれば、特に限定するものではない。

調整部１１２は、インプリント材Ｒに均一に供給される紫外線の量を調整する。なお、本実施形態では、光硬化法を採用するために照明系１１０を設置しているが、例えば、熱硬化法を採用する場合には、この照明系１１０に代えて、熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源部を設置することとなる。

型（モールド）Ｍは、外周形状が多角形（好適には、矩形または正方形）であり、基板Ｗに対する面には、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を含む。なお、パターンサイズは、製造対象となる物品により様々であるが、微細なものでは十数ナノメートルのパターンも含まれる。また、型Ｍの材質は、紫外線を透過させることが可能で、かつ熱膨張率の低いことが望ましく、例えば石英とし得る。さらに、型Ｍは、紫外線ＵＶが照射される面に、平面形状が円形で、かつ、ある程度の深さのキャビティを有する場合もある。

折り返しミラー１２０は、調整部１１０で調整された紫外線をインプリント材Ｒまで導く。型保持部１３０は、型Ｍを保持してＺ方向を含む方向に移動可能である。また、型Ｍの形状を補正する倍率補正機構を有しうる。型保持部１３０は、型Ｍにおける紫外線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Ｍを保持し得る。例えば、真空吸着力により型Ｍを保持する場合、外部に設置された不図示の真空ポンプに接続され、この真空ポンプの排気により吸着圧を適宜調整することで、型Ｍに対する吸着力（保持力）を調整し得る。

基板（ウエハ）Ｗは、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、またはガラス基板である。基板Ｗは複数のパターン形成領域（ショット領域）を有する。インプリント装置は、パターン形成領域ごとにインプリント材Ｒのパターンを形成する。パターン形成領域には、インプリント装置１００に搬入される前に、前工程にて既にパターンが形成されていてもよい。インプリント材Ｒは、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する紫外線硬化樹脂（光硬化性樹脂）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る。

（露光量の調整）
インプリント材Ｒは、型Ｍと接触した状態で硬化される。本実施形態では、調整部１１２によって、インプリント材Ｒの型Ｍとの接触面に対して、硬化のためのエネルギー（紫外線）が当該接触面に均一に供給（照射）されるように供給量が調整される。

図２および図３は、調整部１１２により照射領域が調整される様子を説明する図である。図２は、インプリント材Ｒへの紫外線の照射が開始された時点の照射領域を示す図である。図３は、紫外線照射開始後、調整部１１２により調整された照射領域を示す図である。図２に示すように、最初に基板Ｗのパターン形成領域１の中心（インプリント材Ｒの型Ｍとの接触面の中心）を含む領域２から紫外線の照射が開始される。その後、図３に示すように、領域２よりもパターン形成領域１の中心から外側に向かって拡がった領域３に照射領域が拡大する。

照射領域を拡大していく過程で、調整部１１２は、照明系１１０からの紫外線の照度、照射時間を調整して、各照射領域における露光量が均一になるようにする。例えば、照射時間×照度の値で露光量を表すことを考える。調整部１１２は、接触面の全面において、照射時間と照度とを掛け合わせた量が一定量となるように照射時間または照度を調整する。

図２および図３の場合において、領域２に紫外線を照射する時間と領域３に紫外線を照射する時間とを時間Ｔとして、一致させる。領域２を露光する時の照度をＩとすると、図２に示す領域２の露光量はＴ×Ｉとなる。

そして、調整部１１２によって、領域３のうち、領域２と重複する領域の照度をＩとして、重複しない領域の照度をＩの２倍とする。図３に示す領域３のうち、領域２と重複する部分の露光量は、Ｔ×Ｉとなる。一方、重複しない領域の照度は、２×Ｔ×Ｉとなる。

図２〜図３の過程において、領域３のうち、領域２と重複する領域における積算露光量は、図２の時点での露光量ＴＩと図３の時点での露光量ＴＩを足して２ＴＩとなる。一方、領域２と重複しない領域における積算露光量は、２ＴＩとなる。つまり、インプリント材Ｒの型Ｍとの接触面に対して、露光量が均一になる。

図４は、パターン形成領域１が矩形の場合における調整部１１２による照射領域の調整を説明する図である。この場合、例えば、パターン形成領域１の中心を含む矩形の領域４から紫外線の照射を開始して、その後、領域４を拡大する。

図５は、照射領域を輪帯形状に拡げるように調整する様子を説明する図である。この場合、例えば、パターン形成領域１の中心を囲む輪帯形状の領域５から紫外線の照射を開始して、その後、領域５を拡大する。輪帯形状の各領域を重ならないように調整する場合、調整部１１２は、照射時間を各領域で一致させることで露光量を均一にすることができる。

図６は、矩形の照射領域をパターン形成領域１内に走査させる場合を説明する図である。この場合、領域６を、パターン形成領域１内を重ならないように線矢印で示した軌跡で移動させ、照射時間を各領域で一致させることで露光量を均一にすることができる。

（遮光部）
紫外線の照射領域は、インプリント材Ｒへ入射する紫外線を遮断することでも調整できる。図７および図８は、紫外線を遮断する遮断部の例を示す。図７は、可動の複数の遮光板を含む遮断部を示す。遮断部７０は、複数の可動遮光板７１〜７４を有する。遮断部７０は、複数の可動遮光板７１〜７４を用いて、紫外線ＵＶを遮断し、紫外線ＵＶの通過領域７５の大きさを調整する。

図８は、回転駆動する複数の遮光板を含む遮断部を示す。遮断部８０は、複数の回転駆動遮光板８１を有する。遮断部８０は、複数の回転駆動遮光板８１を用いて、紫外線ＵＶを遮断し、紫外線ＵＶの通過領域８２の大きさを調整する。

（照射領域および照度の調整部）
図９および図１０は、図２〜図６に示す照度領域の調整や照度の調整を行うデバイスを説明する図である。図９は、互いに独立駆動する複数のミラー９１を有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）９０を示す。図９に示すようにミラー９１が配列される。図１０は、図９に示すミラー９１を駆動する駆動部を示す図である。図１０に示すようにミラー９１は、駆動部９２によって矢印方向に反射面の向きを変更することができる。ＤＭＤ９０は、図１０に示すように複数のミラー９１を互いに独立駆動させることで照明領域および照明光の照度を変化させることができる。調整部１１２は、ＤＭＤ９０としてもよく、その他、回折光学素子を用いた機構、プリズムのズーム機構を用いてもよい。

以上のように、本実施形態のインプリント装置１００によれば、インプリント材Ｒの型Ｍとの接触面における露光量を均一とすることができる。これにより、例えば、接触面の中心をその周囲よりも露光量を多くする場合に比べ、インプリント材の硬化収縮に伴うパターン形成領域１の外周方向への応力や歪みを抑制してパターン欠陥の発生を防止することができる。
〔第２実施形態〕

図１１は、本実施形態に係るインプリント装置２００の構成を示す模式図である。第１実施形態のインプリント装置１００と同様の構成には同じ符号を付して説明は省略する。インプリント装置２００が有する照明系２１０は、インプリント処理の際に、型Ｍに対してインプリント材Ｒを硬化させるエネルギーである紫外線を照射（出力）する。照明系２１０は、基板Ｗと光学的に共役な面において、第１調整部２１２および第２調整部２１３を有する。

第１調整部２１２は、照明系２１０が照明しうる最大の領域を規定する。第２調整部２１３は、第１調整部２１２が規定した領域のうち一部を照明領域に規定しうる。例えば、基板Ｗに第１層として下地層を形成し、第１層の上に第２層としてパターン層を形成する場合、第２層は第１層よりも大きくならないように形成される。第１調整部２１２として遮断部７０を用い、第２調整部２１３として遮断部８０を用いる組み合わせが考えられる。

本実施形態の照明系２１０によれば、下地層を形成するときの照明領域を第１調整部２１２で規定し、第２調整部２１３で第２層を形成するときの照明領域を規定することができる。これにより、下地層の外への露光を制限でき、インプリント材Ｒの未塗布領域への露光による基板下地の変性を防止できる。また、第１実施形態と同様の効果も得られる。
〔第３実施形態〕

本発明を適用した第３実施形態について図１２を用いて説明する。
上記の実施形態は、型（テンプレート、モールド）に予め形成された凹凸状のパターンをウエハ（基板）上のインプリント材に形成する方法であることに対し、本実施形態は、型（平面テンプレート）には凹凸状のパターンが形成されていない。

基板１１に形成されている下地パターン１２は、前の工程で形成されたパターン起因の凹凸プロファイルを有しており、特に近年のメモリ素子の多層構造化にともないプロセスウエハは１００ｎｍ前後の段差を持つものも出てきている。基板全体の緩やかなうねりに起因する段差は、露光工程で使われているスキャン方式の露光装置のフォーカス追従機能によって補正可能である。しかし、露光装置の露光スリット面積内に収まってしまうピッチの細かい凹凸は、そのまま露光装置のＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）を消費してしまう。

基板１１に形成された下地パターン１２を平滑化する従来の方法としてＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような平坦化層を形成する手段が用いられている。しかし従来の方法では、図１２（Ａ）における孤立パターン領域Ａと、繰り返しＤｅｎｓｅ（ライン＆スペースパターンの密集）パターン領域Ｂとの境界部分においては４０％〜７０％の凹凸抑制率で十分な平坦化性能が得られない問題がある。今後、基板１１上に形成されるパターンの層の多層化による下地パターン１２の凹凸差は更に増加する傾向にある。

この問題に対する解決策としてＵＳ９４１５４１８では、平坦化層となるレジストのインクジェットディスペンサーによる塗布と平面テンプレートによる押印で連続膜を形成する手法が提案されている。また、ＵＳ８３９４２８２では、基板側のトポグラフィ計測結果をインクジェットディスペンサーによって塗布指示するポジション毎の濃淡情報に反映する方法が提案されている。

本実施形態は、特に予め基板１１上に供給された未硬化のレジスト（成形材）に対して平面テンプレート１３を接触させることにより基板面内の局所平面化を行う成形装置としての平坦加工装置（平坦化装置）に対して本発明を適用したものである。

図１２（Ａ）は、平坦化加工を行う前の基板１１を示している。孤立パターン領域Ａではパターン凸部分の面積が少なく、Ｄｅｎｓｅパターン領域Ｂでは、パターン凸部分の占める面積と凹部分の占める面積との比率は１：１である。パターン領域Ａとパターン領域Ｂの平均の高さは凸部分の占める割合で異なった値をとる。

図１２（Ｂ）は、基板に対して平坦化層を形成するレジスト（未硬化の組成物）１４を塗布した状態を示す図である。図１２（Ｂ）は、インクジェットディスペンサーによって基板１１上にレジスト１４を供給した状態を示しているが、スピンコーターを用いてレジスト１４を供給してもよい。すなわち、予め基板１１上に供給してある未硬化のレジスト１４に対して平面テンプレート１３を接触させて（押し付けて）平坦化する工程を含んでいれば、本発明の適用は可能である。

図１２（Ｃ）は、レジスト１４を硬化させる状態を示した図である。図１２（Ｃ）に示すように、基板１１上に供給されたレジスト１４と平面テンプレート１３を接触させた状態で、レジスト１４を硬化させる光を露光光源（出力部）１５から照射する。平面テンプレート１３は紫外線を透過するガラスまたは石英で構成されたものであり、露光光源１５からの露光光の照射によってレジスト１４が硬化する。

このように、平面テンプレート１３は基板１１全体のなだらかな凹凸に対しては基板１１表面のプロファイルにならう。この時、上記の第１実施形態および第２実施形態に示すように、平面テンプレート（型）１３と接触した未硬化のレジスト１４の接触面に対して、露光光源１５からの光が、均一に照射されるようにすることができる。

図１２（Ｄ）で、レジスト１４を硬化させた後、平面テンプレート１３を引き離す。
このように、不図示の調整部を用いて、レジストの型との接触面に対して露光量が均一になるように光を照射することで、レジストの硬化収縮に伴う基板の外周方向への応力や歪みを抑制してパターン欠陥の発生を低減することができる。

〔物品製造方法に係る実施形態〕
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１３（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を用意する。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１３（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１ｚ上のインプリント材３ｚに向け、対向させる。図１３（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の光を型４ｚを透して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

図１３（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、型の凸部が硬化物の凹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１３（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。なお、当該エッチングとは異種のエッチングにより当該残存した部分を予め除去しておくのも好ましい。

図１３（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。

（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。

１００ インプリント装置
１１０ 照明系（出力部）
１１１ 光源
１１２ 調整部
Ｍ 型
Ｗ 基板
Ｒ インプリント材

Claims (12)

1. 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、
   前記インプリント材を硬化させるエネルギーを出力する出力部と、
   前記型と接触した前記インプリント材の前記型との接触面に対して、最初に該接触面の中心から前記エネルギーを供給し、前記出力部から出力された前記エネルギーが前記接触面内で均一に供給されるように、前記接触面に供給される前記エネルギーの供給量を調整する調整部と、を有する、
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記エネルギーは、前記インプリント材を硬化させる光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. 前記調整部は、前記接触面における露光量を調整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. 前記調整部は、前記接触面に入射する前記光の照度を調整す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. 前記調整部は、前記接触面に対する前記光の照射時間を調整することを特徴とする請求項３または４に記載のインプリント装置。
6. 前記調整部は、前記接触面に対する前記光の照射領域を調整することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のインプリント装置。
7. 前記調整部は、前記接触面に入射する光を遮断して、前記照射領域を調整する遮光部を有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. 前記調整部は、前記光の照射領域を前記接触面の中心から外側に向かう方向に拡大することを特徴とする請求項６または７に記載のインプリント装置。
9. 前記調整部は、前記光の照射領域を前記接触面の中心を囲む輪帯形状に変化させることを特徴とする請求項８に記載のインプリント装置。
10. 前記調整部は、第１調整部および第２調整部を有し、
    前記第１調整部は、前記接触面に対する前記光の照射領域を規定し、
    前記第２調整部は、前記第１調整部が規定した前記照射領域の範囲において、前記接触面に対する前記光の照射領域を規定する、
    ことを特徴とする請求項３乃至８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。
12. 基板上の成形材を硬化させるエネルギーを出力する出力部と、
    前記成形材に型を接触させた状態で、前記成形材と前記型との接触面に対して最初に該接触面の中心から前記エネルギーを供給し、前記出力部から出力された前記エネルギーが前記接触面内で均一に供給されるように、前記接触面に供給される前記エネルギーの供給量を調整する調整部と、を有する、
    ことを特徴とする成形装置。

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