JP2019029442A - インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上に形成された基板側パターン領域の形状と型に形成された型側パターン領域の形状との重ね合わせに有利なインプリント装置を提供すること。
【解決手段】 パターンが形成されたパターン部を含む型を用いて基板のショット領域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において、基板上のインプリント材を型に接触させた状態で基板のショット領域に熱を加えることにより、基板及び型の形状を変化させる加熱機構を備え、パターン部及び基板の材料を適切に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インプリント装置および物品の製造方法に関する。

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技術に加え、基板上の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上に形成するインプリント技術が注目を集めている。インプリント技術を活用することで、基板上にナノメートルオーダーのパターンを形成することができる。

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方法では、まず、基板上にインプリント材を供給する。次に、基板上のインプリント材と型を接触させる。そして、インプリント材と型を接触させた状態で紫外線を照射し、インプリント材を硬化させた後に、硬化したインプリント材から型を引き離すことにより、基板上にインプリント材のパターンが形成される。

インプリント技術によってパターンが形成される基板は、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、基板が変形している場合がある。そのため、基板上のパターンが形成される領域である基板側のパターン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、基板上のインプリント材と型を接触させる際に、基板上に予め形成されているパターン領域の形状と、型に形成されている型側のパターン領域の形状とを合わせる必要がある。

特許文献１は、基板側のパターン領域の形状と型側のパターン領域の形状とを合わせる技術として、基板を加熱することによって基板を熱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

特許文献１に開示されたインプリント装置では、基板はシリコンから形成され、型は、シリコンと比較して線膨張係数が十分に小さい石英から形成されている。

基板上のインプリント材と型を接触させることにより、基板に加えられた熱が型に伝導されるが、上述したように型の材料は熱膨張係数の小さい石英であるため、型側のパターン領域の形状はほとんど変化しない。

基板側のパターン領域の形状と型側のパターン領域の形状との差がそれほど大きくない場合には、特許文献１のインプリント装置のように、基板を加熱することにより基板側のパターン領域の形状と型側のパターン領域の形状を適切に合わせることが可能である。しかしながら、基板側のパターン領域の形状と型側のパターン領域の形状との差が大きい場合には、両者の形状を十分に合わせることができないおそれがある。

本発明は、基板上に形成された基板側パターン領域の形状と型に形成された型側パターン領域の形状との重ね合わせ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。

本発明のインプリント装置は、パターンが形成されたパターン部を含む型を用いて基板のショット領域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、基板上のインプリント材を前記型に接触させた状態で前記基板のショット領域に熱を加えることにより、前記基板及び前記型の形状を変化させる加熱機構を備え、前記パターン部の材料の線膨張係数は、前記基板の材料の線膨張係数よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、基板上に形成された基板側パターン領域の形状と型に形成された型側パターン領域の形状との重ね合わせに有利なインプリント装置が得られる。

本発明のインプリント装置を示した図である。 インプリント方法を示したフローチャートである。 型変形機構の概略図である。 基板側パターン領域と型側パターン領域の形状合わせの概略を示す図である。 本発明の変形例を示した図である。 物品の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、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は本発明におけるインプリント装置１の構成を示した図である。図１を用いてインプリント装置１の構成について説明する。ここでは、基板１１が配置される面をＸＹ面、それに直交する方向をＺ方向として、図１に示したように各軸を決める。インプリント装置は、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。図１のインプリント装置１は、物品としての半導体デバイスなどのデバイスの製造に使用される。ここでは光硬化法を採用したインプリント装置１について説明する。

インプリント装置１は、インプリント材を硬化させる光を照射する照射部２と、型８を保持する型保持機構３（型保持部）と、基板１１を移動させる基板ステージ４（基板保持部）と、基板上にインプリント材を供給する供給部５（ディスペンサ）を備える。インプリント材が予め供給された状態で基板をインプリント装置１に搬入する場合には、インプリント装置１に供給部５を備えていなくてもよい。さらに、インプリント装置１は、基板１１を変形させるために基板を加熱する加熱機構６と、インプリント装置１の各部の動作を制御する制御部７と、型８に形成されたマークと基板１１に形成されたマークを検出するマーク検出部２２を備える。

照射部２は、型８とインプリント材とが接触した状態で、型８の裏面側から型８に対して紫外線９を照射する。照射部２は、紫外線９を照射する光源（不図示）と、光源から照射された紫外線９を適切な光に調整するための光学部材（不図示）を含む。本発明のインプリント装置は、光硬化法を採用しているために紫外線９を照射する照射部２を設置している。一方で、熱硬化法を採用する場合には、インプリント材として熱硬化樹脂を使用し、照射部２に換えて、熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源部を設置する。

型８（モールド）は、外周形状が矩形であり、基板１１上のインプリント材に転写される回路パターンなどが形成されたパターン部８ａを含む。さらに、型８の紫外線９が照射される面には、型８のパターン部８ａを基板１１に対して凸形に変形しやすくための凹部（キャビティ８ｂ）を有する形状としてもよい。また、型保持機構３の内側の開口領域１７に、この開口領域１７の一部とキャビティ８ｂとで囲まれる空間１２を密閉空間とする光透過部材１３を設置し、不図示の圧力調整装置により空間１２内の圧力を制御することにより、型８を凸形に変形させる。

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、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１４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。

型保持機構３は、真空吸着力や静電力により型８を保持する型チャック１５と、型チャック１５を保持し、型８（型チャック１５）を移動させる型駆動部１６とを有する。型チャック１５および型駆動部１６は、照射部２の光源から照射された紫外線９が基板１１に向けて照射されるように、中心部（内側）に開口領域１７を有する。さらに、型保持機構３は、型８の側面に外力を与えることにより型８（パターン部８ａ）を変形させる型変形機構１８を有する。この型変形機構１８は、型８を変形させることで、基板１１上に予め形成されている基板側パターン領域の形状に対してパターン部８ａ（型側パターン領域）の形状を合わせることができる。

型駆動部１６は、型８を基板１１上のインプリント材１４に接触させたり（押印）、硬化したインプリント材１４から型８を引き離したり（離型）するために、型８をＺ軸方向に移動させる。この型駆動部１６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エアシリンダなどがある。型駆動部１６は、型８を高精度に位置決めするために、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よい。さらに、型駆動部１６は、Ｚ軸方向だけでなくＸ軸方向やＹ軸方向、またはθ（Ｚ軸周りの回転）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してもよい。なお、インプリント装置１における押印および離型の各動作は、上述のように型８をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ４をＺ軸方向に移動させることで実現してもよい。または、型保持機構３（型８）と基板ステージ４（基板１１）のその双方を相対的に移動させたり、順次移動させたりして、押印および離型の各動作を実現してもよい。

基板ステージ４は、基板１１を保持する基板保持部である。基板ステージ４は、型８と基板１１上のインプリント材１４とが接触する際、型８と基板１１との位置合わせを実施する。この基板ステージ４は、真空吸着力や静電力により基板１１を保持する基板チャック１９と、基板チャック１９を保持し、基板１１（基板チャック１９）をＸＹ平面内で移動させるステージ駆動機構２０とを有する。また、基板ステージ４は、型８をアライメントする際に利用する基準マーク２１を有する。ステージ駆動機構２０は、アクチュエータとして、例えばリニアモータを採用し得る。ステージ駆動機構２０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よい。さらに、Ｚ軸方向の位置調整のための駆動系や、基板１１のθ方向の位置調整機能、または基板１１の傾きを補正するためのチルト機能などを有してもよい。

供給部５（ディスペンサ）は、基板１１上にインプリント材１４を供給（塗布）する。供給部５の吐出口（吐出ノズル）から吐出されるインプリント材１４の量は、基板１１上に形成されるインプリント材１４のパターンの厚さや、形成されるインプリント材１４のパターンの密度などにより適宜決定される。

インプリント装置１は、充填モニタ２７を備えていてもよい。充填モニタ２７は、不図示ではあるが、光源、撮像素子および光学系を備え、型８と基板１１上のインプリント材１４とが接触する際に、パターン部８ａにインプリント材１４が接触する様子を撮像する。充填モニタ２７で型８と基板１１上のインプリント材１４の接触状態を撮像素子により撮像することで、型８と基板１１の間に挟まれた異物を検出することができる。さらに、撮像モニタ２７によって接触状態を撮像することで、インプリント装置１は、インプリント材１４の未充填箇所を特定したり、型８と基板１１の相対的な傾きを検出したりすることができる。

制御部７は、インプリント装置１の各構成要素の動作（調整）を制御することができる。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し得る。なお、制御部７は、インプリント装置１と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、インプリント装置１の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

インプリント装置１は、型８や基板１１に形成されたマークを検出するマーク検出部２２を備える。例えば、マーク検出部２２は、基板１１に形成されたアライメントマークと、型８に形成されたアライメントマークを検出することで、型８と基板１１のＸ軸およびＹ軸の各方向への位置ずれや、型側パターン領域と基板側パターン領域の形状差を計測する。マーク検出部２２は開口領域１７に配置されてもよいし、リレー光学系を介して型８や基板１１から離れた場所に配置されてもよい。

インプリント装置１は、基板ステージ４を載置するベース定盤２４と、型保持機構３を固定するブリッジ定盤２５と、ベース定盤２４から延設され、ブリッジ定盤２５を支持するための支柱２６とを備える。さらに、インプリント装置１は、型８をインプリント装置１の外部から型保持機構３へ搬入したり、インプリント装置１の外部へ搬出したりする型搬送機構（不図示）を備えてもよい。また、インプリント装置１は、基板１１をインプリント装置１の外部から基板ステージ４へ搬入したり、インプリント装置１の外部へ搬出したりする基板搬送機構（不図示）を備えてもよい。

加熱機構６は、基板ステージ４に保持された基板１１に形成されている基板側パターン領域の形状を変形させるために、基板１１を加熱する。加熱機構６は、例えば、図１に示すように、型８を透過して基板１１に向けて光を照射することで基板１１を加熱する加熱用光源を採用し得る。また、加熱機構６は、加熱用光源に加えて、加熱用光源から照射された光が基板側パターン領域を加熱するために適切な光に調整するための光変調器および光学系を含む。なお、加熱用光源からの光の光路には、照射部２から射出される紫外線９を反射し、加熱用光源からの光を透過させる光学素子２８（例えばダイクロイックミラー）が配置されている。さらに加熱光の光路には、充填モニタ２７の光源から射出される光を反射し、加熱用光源からの光を透過させる光学素子２９が配置されている。

光変調器（照度分布形成手段）は、具体的には、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などが用いられる。ここでは、光変調器としてＤＭＤを用いた場合について説明する。ＤＭＤは、個別に制御が可能な十数μｍ角のマイクロミラーが数十万個（例えば、１０２４×７６８個）配列され、照射された光を反射する反射型の光変調器である。各マイクロミラーは、デジタル信号によって機械的に制御され、例えば、ミラー配列面６６に対して＋１２度（ＯＮ状態）、あるいは−１２度（ＯＦＦ状態）の角度で傾く。加熱機構６は、ＤＭＤを制御するための照射量制御装置を備える。照射量制御装置によってＤＭＤを制御することによって、所望の補正量を得るために、基板側パターン領域に対して加熱用光源からの光の照度分布を形成することができる。

（インプリント処理について）
次に、インプリント装置１によるインプリント処理について図２を用いて説明する。図２は、インプリント装置１にて、複数の基板１１に対して型８を用い、基板１１上の複数の基板側パターン領域（ショット領域）にインプリント材のパターンを形成するインプリント処理の動作シーケンスを示すフローチャートである。インプリント処理の動作は、制御部７によって実行される。

制御部７は、動作シーケンスを開始すると、型搬送機構により、型８を型チャック１５に搭載させる（ステップＳ１００）、基板搬送機構により、基板１１を基板チャック１９に搭載させる（ステップＳ１０１）。インプリント装置に搬入する型８と基板１１の順番は特に限定されず、型８と基板１１の搬送は順次行ってもよいし、同時に行ってもよい。

制御部７は、基板ステージ４により基板１１の基板側パターン領域を供給部５の供給位置まで移動させた後に、供給工程として供給部５によりインプリント材１４を基板１１上に供給（塗布）させる（ステップＳ１０２）。その後、制御部７は、基板ステージ４により基板１１を所定の位置まで移動させ、インプリント材１４が供給された基板１１を、型８の下の位置（押印位置）まで移動させて、型８に対して基板１１の位置決めを行う（ステップＳ１０３）。

制御部７は、押印工程として型駆動部１６を動作させ、型８と基板側パターン領域に供給されたインプリント材１４とを接触させる（ステップＳ１０４）。型８とインプリント材１４の接触（充填）の様子は、充填モニタ２７により観察することができる。その後ステップＳ１０５では、型８とインプリント材１４が接触している状態で、マーク検出部２２が、型８に形成されたアライメントマークと基板１１に形成されたアライメントマークからの光を検出する。マーク検出部２２により検出されたアライメントマークの検出結果を基に、型８と基板１１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の位置ずれを計測する。更に、計測されたアライメントマークの位置ずれ量を基に、型側パターン領域の形状と基板側パターン領域８ａの形状の差を計測することができる。さらに、この形状の差が低減するように、型８の型側パターン領域の形状の補正量と基板１１の基板側パターン領域の形状の補正量をそれぞれ求める。

制御部７は、型補正工程として、ステップＳ１０５で求めた型８の型側パターン領域の形状の補正量に基づいて、型変形機構１８により、型８を変形させる（ステップＳ１０６）。これにより、制御部７は、型８の型側パターン領域の形状を所望の形状に補正させることができる。さらに制御部７は、基板補正工程として、ステップＳ１０５で求めた基板１１の基板側パターン領域の形状の補正量に基づいて、加熱機構６により基板１１を加熱し、基板側パターン領域に温度分布を与えて、基板１１を変形させる（ステップＳ１０７）。これにより、制御部７は、基板１１の基板側パターン領域の形状を所望の形状に熱的に補正させることができる。

ここで、ステップＳ１０７における温度分布の形成方法について説明する。基板１１を加熱するための加熱機構６には、インプリント材が硬化しない波長の光（例えば近赤外光など）を照射する加熱用光源が使用される。加熱用光源から照射された光は、ＤＭＤや型８を経て、基板１１の基板側パターン領域を照射する。加熱用光源から照射された光を、ＤＭＤに構成された多数のミラーにより照射量を制御することで、基板１１上の照射面内において照度分布を形成することができる。この照度分布により、基板１１上に任意の温度分布を形成することが可能である。基板側パターン領域の形状の補正量は、ステップＳ１０５のアライメントマークの検出結果から求めることができる。制御部７は、アライメントマークの検出結果から求めた補正量に基づき、基板側パターン領域の形状を補正するために必要な温度分布、照度分布を求める。そして、照射量制御装置は、得られた温度分布や照度分布が基板上に形成されるように加熱機構６を制御する。基板１１の基板側パターン領域は、半導体の製造プロセスの過程によって変形している。基板側パターン領域の変形は、倍率成分、平行四辺形成分、台形成分の変形に大きく分類され、これらの成分が組み合わせられていることが多い。それぞれの変形成分を補正するために、基板側パターン領域の内側に限らず、領域の外側に温度分布を形成してもよい。

次に、制御部７は、ステップＳ１０５で求めた基板側パターン領域と型側パターン領域の位置ずれを補正するために、ステージ駆動機構２０を駆動させる。これにより、ステップＳ１０８では型８と基板１１の相対的な位置合わせを行うことができる（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０８において、型８と基板１１の位置合わせを行った状態で、マーク検出部２２は、基板１１上に形成されたアライメントマークと型８に形成されたアライメントマークを検出する（Ｓ１０９）。制御部７は、検出されたアライメントマークの結果に基づきＸ、Ｙ、θ方向の型側パターン領域と基板側パターン領域の位置ずれや形状差を求めることができる。そして、計測された位置ずれや形状差に基づいて、型側パターン領域の形状と基板側パターン領域の形状が合うように、基板側パターン領域や型側パターン領域の形状の補正量をそれぞれ求めてもよい。

そして、求めた型側パターン領域と基板側パターン領域の位置ずれや形状差（補正残差）が許容値に入っているかを判定する（ステップ１１０）。ステップＳ１１０において制御部７は、求めた値が許容値に入っていない（ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ１０７に戻って基板の位置や形状を補正することができる。一方で、ステップＳ１１０において制御部７は、求めた値が許容値に入っている（ＹＥＳ）と判定した場合には、次のステップＳ１１１に移行する。さらに、制御部７はステップＳ１１０における判定を型と基板の相対的な位置ずれ量で行ってもよい。また、ステップＳ１１０で許容値に入っていない（ＮＯ）と判定した場合に、ステップＳ１０６に戻って型の位置や形状を補正してもよい。

制御部７は、型８と基板１１の位置合わせを行った後に、照射部２から紫外線９を照射させて基板１１上に供給されたインプリント材を硬化させる（ステップＳ１１１、硬化工程）。制御部７は、インプリント材を硬化させた後、型駆動部１６を駆動させ、型と基板の間隔を広げることにより、基板上の硬化したインプリント材から型８を引き離す（ステップＳ１１２、離型工程）。

引き続き、制御部７は、同一の基板１１上にてインプリント材１４のパターンを形成すべき基板側パターン領域があるかどうかを判定する（ステップＳ１１３）。ここで、制御部７は、パターンを形成すべき基板側ショット領域がある（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１０２に戻って、次の基板側ショット領域上にインプリント材を供給する。一方、制御部７は、パターンを形成すべき基板側ショット領域がない（ＮＯ）と判定した場合には、次のステップＳ１１４に移行する。制御部７は、ステップＳ１１４において基板搬送機構により、基板チャック１９上に保持されている基板１１を回収させる。

次に、制御部７は、引き続き、同様のインプリント処理を実施すべき基板があるかどうかを判定する（ステップＳ１１５）。ここで、制御部７は、インプリント処理を実施すべき基板がある（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１０１に戻って、次の基板を基板搬送機構によりインプリント装置に搬入する。一方、制御部７は、インプリント処理を実施すべき基板がない（ＮＯ）と判定した場合には、次のステップＳ１１６に移行する。制御部７は、ステップＳ１１６において型搬送機構により、型チャック１５に保持されている型８を回収させて、全ステップを終了する。

本発明のインプリント装置１は、加熱機構６を用いて基板側パターン領域を加熱させる場合について説明したが、照射部２を用いてもよい。この場合、照射部２は、照射部２の光源から照射される光のうち、インプリント材が硬化しない波長帯域の光を基板側パターン領域に照射する。そのため、照射部２には任意の波長帯域の光を通過させる光学フィルタが含まれており、硬化工程時にはインプリント材が硬化する波長帯域の光、基板加熱時にはインプリント材が硬化しない波長帯域の光を照射されるように切替えることができる。このように、照射部２は光学フィルタを備えることによって、基板１１を照射する光の波長を使い分けることができる。

また、本発明のインプリント装置１では型８に形成されたパターン部８ａが一つの場合について説明したが、複数のパターン部８ａが型８に形成されていても構わない。複数のパターン部８ａが形成された型８を用いて、複数の基板側パターン領域にインプリント材のパターンを形成する場合においても、上述した加熱機構６により複数の基板側パターン領域のそれぞれについて熱変形させることができる。複数のパターン部８ａが形成された型を用いてパターンを形成することを、マルチエリアインプリントやマルチフィールドインプリントと呼ぶことがある。

従来のインプリント装置では、型８の材料として石英ガラスを用いて、基板１１の材料として石英ガラスよりも線膨張係数の大きいシリコンを用いていた。基板側パターン領域の形状の補正量がそれほど大きくない場合には、シリコンから形成された基板１１に熱を与えた上で、型変形機構１８を用いて型８に含まれるパターン部８ａの形状を変形させることで両者の形状を適切に合わせることが可能である。

しかしながら、基板側パターン領域の形状と型側パターン領域の形状が大きく異なる場合には、両者の形状を十分に合わせることができないことがある。本実施例においては、型８の材料として、基板１１の材料の線膨張係数より大きい線膨張係数の材料を採用することで、基板１１及び型８に熱を与えたときの両者の形状変化の差を大きくしている。

本発明における型８の材料としては、シリコーン等の樹脂材料や白板ガラスが用いられる。なお、基板１１の材料として一般的なシリコンの線膨張係数は、２．４×１０^−６Ｋ^−１であり、石英ガラスの線膨張係数は０．５×１０^−６Ｋ^−１である。一方、白板ガラスの線膨張係数は、９．４×１０^−６Ｋ^−１であり、シリコーンの線膨張係数は、３７０×１０^−６Ｋ^−１であり、これらの材料の線膨張係数は、石英ガラスの線膨張係数よりも大きな数値を有する。

なお、基板１１の材料は、加工の容易さ等の観点から一般的にシリコンが用いられており、基板１１の材料を任意に選択することは困難である。そこで、本実施例では型８の材料として線膨張係数の大きい材料を選択することで、基板側パターン領域の形状と型側パターン領域の形状が大きく異なる場合であっても、両者の形状を適切に合わせることができるようにしている。

図３は、型変形機構１０の構成を示した図である。型８の側面にアクチュエータ３１を複数配置し、全てのアクチュエータを使用して、パターン部８ａを一定の倍率で縮小させたところを基準状態とする。基準状態から各アクチュエータを押し引きすることで、パターン部８ａの形状を任意の形状に補正することが可能となる。

次に、図４を用いて基板側パターン領域と型側パターン領域の形状合わせの例を示す。図４（ａ）は、形状合わせの過程における基板１１上の基板側パターン領域１１ａの形状変化を示している。図４（ｂ）は、形状合わせの過程における型側パターン領域８ａの形状変化を示している。図４（ａ）に示したように、形状合わせを開始するときの基板側パターン領域１１ａの形状をＡ１とする。また、図４（ｂ）に示したように、形状合わせを開始するときの型側パターン領域８ａの形状をＣ１とする。

制御部７は、型変形機構１８及び加熱機構６を制御することにより、基板側パターン領域１１ａと型側パターン領域８ａの形状合わせを実行する。まず、図３で説明したように、型変形機構１８により型８に対してＸ軸方向に力を加えて型側パターン領域８ａの形状を台形形状に近づける。

ここで、型８に対してＸ軸方向に力を加えると、型８の材料のポワソン比に応じてＹ軸方向に型８が変形する。図４の例では、Ｙ軸のマイナス方向からプラス方向に向かってＸ軸方向に加えられる力が増大しているため、型８のＹ軸方向における変形量もＹ軸のマイナス方向からプラス方向に向かって変化している。そのため、型８の形状は完全な台形形状とはならず、Ｙ軸のプラス方向に湾曲した形状Ｃ２となる。

続いて、制御部７は、型変形機構１８によって変形された型側パターン領域８ａの形状Ｃ２と基板側パターン領域１１ａの形状Ａ１を合わせるために、加熱機構６により基板１１に熱を加える。ここでは、基板側パターン領域１１ａの熱分布が、Ｘ軸方向には均一であり、Ｙ軸方向にはＹ軸のプラス方向に向かって熱量が増大するように基板１１を加熱する。

基板１１上のインプリント材１４と型８が接触しているため、基板１１に熱が加えられると型８にも熱が伝導し、基板側パターン領域１１ａと型側パターン領域８ａの温度はほぼ同一の温度となる。型側パターン領域８ａは温度の上昇とともに等方的に膨張し、形状Ｃ２から形状Ｃ３へと変形する。また、基板側パターン領域１１ａも温度の上昇とともに膨張し、形状Ａ１から形状Ａ２へと変形する。

制御部７は、基板１１を加熱した後の型側パターン領域８ａの形状Ｃ３と、基板１１を加熱した後の基板側パターン領域１１ａの形状Ａ２との差分ができる限り小さくなるように基板１１に加える熱量を決定する。型側パターン領域８ａの形状Ｃ３と基板側パターン領域１１ａの形状Ａ２との差分を小さくすることで、型側パターン領域８ａに形成されたパターンを基板１１上に正確に転写することができる。

（変形例）
これまでは一体成型された型８を用いてインプリント処理を行うインプリント装置について説明したが、パターン部としてのチップ部２０２と支持部２０４を貼り合わせて型２０１を構成してもよい。型２０１の構成について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、型２０１を構成するチップ部２０２と支持部２０４が分離されている状態を示している。図５においては、図１と同じように、基板１１が配置される面をＸＹ面、それに直交する方向をＺ方向として、図５に示したように各軸を決める。

チップ部２０２には基板１１側にパターン部２０３が形成されている。また、支持部２０４にはキャビティ２０５が設けられている。図５の型２０１はチップ部２０２と支持部２０４を貼り合せることによってキャビティ２０５が形成される。図５（ｂ）はチップ部２０２と支持部２０４を貼り合せた後の型２０１の状態を示している。このキャビティ２０５は、円形の平面形状を有し、深さは、支持部２０４の大きさや材質により適宜設定される。また、キャビティ２０５の円形の平面形状は、パターン部２０３の領域よりも大きく、チップ部２０２の外形よりも小さい。

チップ部２０２の材料として、基板１１の材料の線膨張係数より大きい線膨張係数の材料が用いられる。具体的なチップ部２０２の材料としては、シリコーン等の樹脂材料や白板ガラスが用いられる。支持部２０４に用いられる材料としては、金属系の材料、ガラス系の材料、樹脂材料等を用いることができる。なお、支持部２０４の材料としてチップ部２０２と同一の材料を用いることで、型２０１に熱が加えられたときにおける支持部２０４の変形量とチップ部２０２の変形量との差分を低減させることができる。結果として、型２０１に熱を加えたときの型２０１の強度を高めることができる。

基板１１の材料の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する材料を用いてチップ部２０２を構成することで、基板側パターン領域の形状と型側パターン領域の形状が大きく異なる場合であっても、両者の形状を適切に合わせることが可能となる。

また、支持部２０４の体積がチップ部２０２の体積よりも大きくなるように型２０１を構成することが好ましい。チップ部２０２をできる限り小さくして生産性を上げることで、チップ部２０２の生産に必要なコストを低減させることができる。

（物品の製造方法）
つぎに、上述の加熱機構を備えたインプリント装置を用いた物品の製造方法について説明する。例えば、物品としての半導体デバイスは、基板に集積回路を作る前工程と、前工程で作られた基板上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、インプリント装置を使用して基板上のインプリント材にパターンを形成する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。本実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、従来よりも高品位の物品としての半導体デバイスを製造することができる。

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。この状態で型４ｚを透して硬化用のエネルギーとしての光を照射すると、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。

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。

１ インプリント装置
６ 加熱機構
８ 型
８ａ パターン部
１１ 基板

Claims (9)

1. パターンが形成されたパターン部を含む型を用いて基板のショット領域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、
   基板上のインプリント材を前記型に接触させた状態で前記基板のショット領域に熱を加えることにより、前記基板及び前記型の形状を変化させる加熱機構を備え、
   前記パターン部の材料の線膨張係数は、前記基板の材料の線膨張係数よりも高いことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記型は、前記パターン部と該パターン部を支持する支持部から構成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. 前記パターン部の材料と、前記支持部の材料は同一であ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. 前記支持部の体積は前記パターン部の体積よりも大きいことを特徴とする請求項２または３に記載のインプリント装置。
5. 前記パターン部の材料は樹脂材料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。
6. 前記基板の材料はシリコンである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。
7. 前記型を保持する型保持部と、
   前記型保持部によって保持された前記型の形状を変化させる型変形機構をさらに含む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. 前記型変形機構は、前記型保持部によって保持された前記型の支持部の側面に力を加えることによって前記型の形状を変化させることを特徴とする請求項７に記載のインプリント装置。
9. 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前記基板にインプリント材のパターンを形成する工程と、
   前記パターンが形成された基板を加工する工程を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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