JP2019062164A - インプリント装置、インプリント方法、インプリント材の配置パターンの決定方法、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン欠陥の抑制に有利なインプリント方法を提供する。【解決手段】基板Ｗの上に設けられた第１層の上に供給されたインプリント材Ｒ型Ｍにより成形した後、硬化させてインプリント材Ｒのパターンを第１層の上に形成するインプリント装置１００であって、基板Ｗの一方の面において、第１層が設けられた領域と第１層が設けられていない領域との境界および、基板Ｗの外周２０１を観察する観察部１５０と、観察部１５０による、境界および外周２０１の観察結果に基づいて、第１層の上におけるインプリント材Ｒの配置パターンを決定する制御部１６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法、インプリント材の配置パターンの決定方法、および物品の製造方法に関する。

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、基板上の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、硬化後のインプリント材から型を引き離す（離型という。）ことで基板上に微細パターンの形成を行う。

基板表面には、インプリント材を表面に密着させる効果がある第１層が形成される。第１層が形成されていない領域に供給されたインプリント材は、離型時に基板から剥がれて型に付着し、パターン欠陥の原因となりうる。つまり、基板表面は、インプリント材を供給すべきでない領域を含みうる。特許文献１は、基板の外周から所定の距離にわたる禁止領域にはインプリント材を塗布しないインプリント方法を開示している。

特開２０１３−４５３７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、禁止領域が基板の外周からの距離に基づいて決定されているため、禁止領域が適切に決定されていない場合がありうる。

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方法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、基板の上に設けられた第１層の上に供給されたインプリント材を型により成形した後、硬化させてインプリント材のパターンを第１層の上に形成するインプリント装置であって、基板の一方の面において、第１層が設けられた領域と第１層が設けられていない領域との境界および、基板の外周を観察する観察部と、観察部による、境界および外周の観察結果に基づいて、第１層の上におけるインプリント材の配置パターンを決定する制御部と、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方法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概略図である。 第１実施形態に係る基板及びショット領域の一例を示す図である 周辺ショット領域を含む基板の一部を拡大した図である。 基板の断面図である。 観察部で観察される、第１層の端部の一例を示す図である。 第１実施形態に係るインプリント装置の動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である 第２実施形態に係るインプリント装置の動作を説明するフローチャートである。 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。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るインプリント装置１００の構成を示す概略図である。ここでは、一例として、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上の未硬化のインプリント材を硬化させる紫外線硬化型インプリント装置を使用した。ただし、インプリント材の硬化方法として、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。

インプリント装置１００は、例えば、照明部１１０と、型保持部１２０と、基板保持部１３０と、供給部１４０と、観察部１５０と、制御部１６０と、を含む。インプリント装置１００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処理を行う。インプリント処理とは、基板上に供給されるインプリント材と型とを接触させててインプリント材を成形し、接触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剥離（離型）することで型に形成されたパターンを基板上に転写する処理である。

照明部１１０は、型Ｍを介してインプリント材Ｒに光ＵＶを照射し、インプリント材Ｒを硬化させる。インプリント材Ｒは、この実施形態では、紫外光硬化樹脂である。照明部１１０は、光源（不図示）と、レンズを含む光学系（不図示）とを含みうる。光源は、例えば、紫外光（例えば、ｉ線、ｇ線）を発生するハロゲンランプなどの光源と、該光源が発生させた光を集光する楕円鏡とを含みうる。

型保持部１２０は、例えば、型Ｍを保持する型チャック（不図示）と、型チャックを駆動させることで、型Ｍを移動させる駆動部（不図示）と、を含みうる。型チャックによる型Ｍの保持は、例えば、真空吸引力や静電気力等による。駆動部は、型Ｍの位置を６軸に関して制御したり、型Ｍを基板Ｗの上のインプリント材Ｒに接触させたり、硬化したインプリント材Ｒから型Ｍを剥離（離型）したりする。ここで、６軸は、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびそれらの各軸回りの回転である。

型Ｍは、例えば、外周部が矩形であり、基板Ｗに対向する面において、所定の凹凸パターン部Ｐが３次元状に形成されており、紫外線を透過する材料（石英など）で構成される。型Ｍは、不図示の型搬送装置によって搬送されうる。型搬送装置は、例えば、真空チャック等のチャックを有する搬送ロボットを含む。

基板保持部１３０は、基板Ｗを保持する基板チャック（不図示）と、基板チャックを駆動することによって基板Ｗを移動させる基板ステージ（不図示）と、駆動部１３１を含みうる。基板チャックは、例えば、真空吸着パッド等により基板Ｗを保持する。基板ステージは、基板チャックを保持し、駆動部１３１により駆動して基板Ｗを６軸に移動させることで基板Ｗと型Ｍとの位置合わせを行う。基板Ｗは、基板搬送機構１０１によって搬送されうる。

基板Ｗは、型Ｍによって、凹凸パターンが転写される基板であって、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを含む。図２は、第１実施形態に係る基板Ｗ及びショット領域Ｓの一例を示す図である。基板Ｗには複数のショット領域Ｓが形成される。各ショット領域は、長方形で複数のチップを取得するための領域を含む。複数のショット領域の中には、平面視で基板Ｗの外周２０１と重複する周辺ショット領域２０２が存在する。

基板Ｗ上は、インプリント材Ｒを塗布するための下地となる材料が配置されている。これは、例えば、密着層であり、本実施形態においては第１層という。第１層（密着層）は、インプリント材Ｒと基板Ｗとを密着させる密着力を向上させる。基板Ｗのパターンを形成する側の面は、第１層２０３が形成されている面と形成されていない面とを含む。インプリント材Ｒは、第１層２０３の上に配置しなければならない。第１層２０３が形成されていない面にインプリント材Ｒが塗布された場合、インプリント処理の際、型Ｍに付着し、パターン欠陥の要因となりうる。

図３は、周辺ショット領域２０２を含む基板Ｗの一部を拡大した図である。周辺ショット領域２０２には有効なチップをとれない領域が存在する。周辺ショット領域２０２は基板Ｗの外周２０１から所定の範囲にわたりインプリント材Ｒの塗布が禁止される塗布禁止領域３０１、すなわち、下地が配置されていない領域を含んでいる。

周辺ショット領域２０２中の有効なチップの取れない領域にインプリント材Ｒを塗布する意味について説明する。これは、ドライエッチやイオン注入といった周囲のパターンの粗密や大きさに影響を受ける後工程プロセスにおいて、エッチング量や注入量の均一性を向上させる役割があるからである。そのような場合、基板Ｗ端のぎりぎりまでインプリント材Ｒを塗布したいが、上述の通り、インプリント材Ｒは、第１層２０３の上に配置しなければならない。

図１に戻り、供給部１４０は、例えば、インプリント材を収容するタンク（不図示）と、該タンクから供給路を通して供給されるインプリント材を基板に対して吐出するノズル（不図示）とを有しうる。さらに供給部１４０は、供給路に設けられたバルブ（不図示）と、供給量制御部（不図示）とを有しうる。

図４は、基板Ｗの断面図である。本図において、インプリント材Ｒは第１層２０３上に配置されている。供給部１４０は、第１層２０３上に、後述する制御部１６０で決定された配置パターン（供給情報）に基づき、インプリント材Ｒを供給する。本図において、基板Ｗ上の、第１層２０３の有無の境目を第１層の端部４０１とする。

図１に戻り、観察部１５０は、第１層２０３の端部４０１の形状を観察する。端部４０１の形状とは、基板Ｗの一方の面において、第１層２０３が形成されている面（領域）と、第１層２０３が形成されていない面（領域）との境界の形状を指す。観察部１５０は、例えばオフアクシスアライメントスコープであって、オフアクシスアライメントスコープで撮影した画像に画像処理を行うことで第１層の端部の形状を観察する。観察部１５０は、例えば、レーザー変位計や分光干渉計のようなセンサで、端部（境界）４０１の段差を計測することで、第１層の端部４０１の形状を観察しても良い。

図５は、観察部１５０で観察される、第１層２０３の端部４０１の一例を示す図である。端部４０１は、必ずしも基板Ｗの外周２０１と並行に構成されているわけでは無い。インプリント処理より前の工程により、図５に示すようにギザギザや凸凹などの不規則な形状となる可能性が高い。そこで、本実施形態においては、観察部１５０での観察結果に基づき、後述する制御部１６０において、インプリント材Ｒの配置パターンを決定する。なお、観察部１５０を使用せず、外部装置にて、観察を行っても良い。

制御部１６０は、インプリント装置１００の各構成要素の動作、及び調整等を制御する制御手段である。また、制御部１６０は、観察部１５０での第１層の端部４０１の観察結果に基づき、インプリント材Ｒの配置パターンを決定する。制御部１６０は、第１層の端部４０１の形状（ギザギザや凸凹）や、第１層の端部４０１と基板Ｗの外周２０１の位置から、インプリント材を塗布しない領域、すなわち塗布禁止領域３０１を算出する。そして、それらの情報を元にインプリント材Ｒの配置パターンを決定する。ここで、配置パターン（供給情報）とは、第１層状に供給されるインプリント材の液滴の位置情報（供給位置）、液滴の数や液滴の量の情報などを含む。

図６は、第１実施形態に係るインプリント装置の動作を説明するフローチャートである。各フローは、主に制御部１６０による各部の制御により実行される。まず、基板Ｗをインプリント装置１００外部から、インプリント装置１００内の基板搬送機構１０１に載置する（Ｓ６０１）。次に、基板搬送機構１０１上に載置した基板Ｗの第１層全体の端部４０１を、観察部１５０により、観察する（Ｓ６０２）。

例えば、観察部１５０で撮影した画像に画像処理を行うことで第１層の端部４０１の形状を観察する。端部４０１は、場所によっては高さなどが違うため、観察部１５０での見え方に差が生じ、同一の計測条件では誤認識する場合がある。そのためパラメータを組み合わせることによって最適な条件を見つけることが必要になる。

パラメータの例として照明条件、光量、光源の波長帯域などがある。照明条件は明視野／暗視野があり、明視野は背景が明るく、計測対象は暗く見える。暗視野は背景が暗く、計測対象は明るく見える。計測対象が第１層の端部４０１の場合は、暗視野の方が見えやすい。基本的に可能であれば暗視野を使用し、それでも見えない場合は明視野を使用し観察する。また、見え方に差が生じる場合、計測する際の光量、光源の波長帯域などの条件を選択することで、背景に対してコントラスト差をつけ、形状を識別しやすくする。

その後、制御部１６０は、Ｓ６０２での観察結果に基づきインプリント材Ｒの配置パターンを決定する（Ｓ６０３）。本実施形態においては、１回の配置パターンの決定において、基板Ｗ上の第１層全体の配置パターンを決定する。例えば、算出された塗布禁止領域と基準となる塗布禁止領域との差分を、予め設定されている基準配置パターンから増減させることで、観察した第１層の端部の形状にあった配置パターンを決定する。その際、配置パターンの形成端は基板端より１ｍｍ以下とする。

次に、基板Ｗを基板搬送機構１０１から基板保持部１３０へ搬送する（Ｓ６０４）。そして、供給部１４０は、対象のショット領域Ｓに対して、Ｓ６０３で決定したインプリント材Ｒの配置パターンに基づき、インプリント材Ｒを塗布する（Ｓ６０５）。

そして、インプリント材Ｒが塗布された対象ショット領域に型Ｍを押しあてる（押印）（Ｓ６０６）。次に、照明部１１０により光ＵＶを、インプリント材Ｒに照射することで、インプリント材Ｒを硬化させる（Ｓ６０７）インプリント材Ｒの硬化後に、型Ｍを基板Ｗより離型する（Ｓ６０８）。

離型が完了したら、制御部１６０は、基板Ｗ上の全ショット領域に対しインプリント処理が完了したか否かを判断する（Ｓ６０９）。完了していない場合（Ｓ６０９、ＮＯ）、完了するまでＳ６０５〜Ｓ６０８を繰り返す。

本実施形態によれば、実際の第１層の端部の形状と位置を観察することによって、最適なインプリント材の配置パターンを決定することがでる。また、それにより、インプリント処理後の後工程への影響減と、インプリント処理によるゴミの発生を抑えたインプリント装置を提供することができる。

なお、本実施形態においては、基板搬送機構１０１上で装置内の観察部１５０を用いて、第１層の端部４０１などを観察したが、観察場所は基板搬送機構１０１に限るものでは無く、例えば基板保持部１３０であっても良い。また、上述の通り、装置外の例えば観察装置を用いて観察を行っても良い。

さらに、本実施形態においては、一度に基板Ｗの全体第１層の端部を観察し、基板Ｗの全体のインプリント材の配置パターンを決定したが、観察や配置パターンの決定はまとめて実施することに限るものでは無い。例えば、端部４０１を含むショット領域を観察し、その都度インプリント材Ｒの配置パターンを作成して、塗布を行ってもよい。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係るインプリント装置７００の構成を示す概略図である。第１実施形態と同様の構成は同符号で示し、説明は省略する。本実施形態に係るインプリント装置７００は、制御部１６０において決定された、インプリント材Ｒの配置パターンを記憶する記憶部７０１を備える。

図８は、第２実施形態に係るインプリント装置７００の動作を説明するフローチャートである。本実施形態では、複数の基板Ｗに対し、記憶部に記憶された配置パターンを用いてインプリント処理を行う。なお、本図中のインプリント処理とは、図６中のＳ６０５〜６０９の工程を指す。

まず、第１基板に対し、第１実施形態と同様に、基板搬送機構１０１上に載置した基板Ｗ全体の周辺ショット領域の第１層の端部４０１を、観察部１５０により観察する（Ｓ８０１）。次に、Ｓ８０１での観察結果に基づき、インプリント材Ｒの配置パターンを決定する（Ｓ８０２）。そして、Ｓ８０２で決定した配置パターンを、記憶部７０１に記憶する（Ｓ８０３）。その後、Ｓ８０１で決定したインプリント材Ｒの配置パターンに基づき、インプリント材Ｒを塗布し、インプリント処理を行う（Ｓ８０４）。

第１基板へのインプリント処理が完了したら、第２基板に対し、インプリント処理を行う。まず、Ｓ８０３において、記憶部７０１に記憶した配置パターンを、記憶部７０１から読みだし、その配置パターンを、第２基板の配置パターンとする（Ｓ８０５）。Ｓ８０５で読みだされたインプリント材Ｒの配置パターンに基づき、インプリント材Ｒを塗布し、インプリント処理を行う（Ｓ８０６）。

本実施形態では、第１基板に対してのみ観察を行い、これに基づき決定された配置パターンを、観察の対象である第１基板とは異なる第２基板およびこれ以降のインプリント処理に適用する。このため、スループットを向上させることが可能となる。

なお、本実施形態においては、記憶した配置パターンを、第２基板でそのまま使用したが、これに限るものでは無い。例えば、記憶した配置パターンを、第２基板の配置パターンの条件にしてもよい。すなわち、記憶した配置パターンに基板の個体差などを反映させ、配置パターンを決定しても良い。

また、第２基板に対して観察を行っても良い。この場合、例えば、記憶された配置パターンを基準配置パターンとし、第２基板の観察結果から算出された塗布禁止領域と記憶された塗布禁止領域との差分を、記憶された基準配置パターンから増減させることで、配置パターンを決定しても良い。

（物品の製造方法）
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９（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９（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９（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９（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９（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９（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。

１００ インプリント装置
１１０ 照射部
１２０ 型保持部
１３０ 基板保持部
１４０ 供給部
１５０ 観察部
１６０ 制御部
７０１ 記憶部
Ｍ 型
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 基板の上に設けられた第１層の上に供給されたインプリント材を型により成形した後、硬化させて前記インプリント材のパターンを前記第１層の上に形成するインプリント装置であって、
   前記基板の一方の面において、前記第１層が設けられた領域と前記第１層が設けられていない領域との境界および、前記基板の外周を観察する観察部と、
   前記観察部による、前記境界および前記外周の観察結果に基づいて、前記第１層の上における前記インプリント材の配置パターンを決定する制御部と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記基板を保持する、基板保持部を有し、
   前記観察部は、前記基板が前記基板保持部によって保持されている際に、前記観察を行う、
   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. 前記基板を保持して、前記基板保持部に搬送する、基板搬送機構を更に有し、
   前記観察部は、前記基板が前記基板搬送機構によって保持されている際に、前記観察を行う、
   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. 前記制御部は、前記第１層全体に対して前記配置パターンを決定す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。
5. 前記制御部は、前記第１層のうち、前記境界を含むショット領域に対して前記配置パターンを決定す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。
6. 前記観察結果に基づき決定された配置パターンを記憶する記憶部を更に有する、
   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. 前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記配置パターンを、前記観察の対象である基板とは異なる基板に対する前記インプリント材の配置パターンとして用いる、
   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. 前記制御部は、前記観察部による前記観察結果および前記記憶部に記憶された前記配置パターンに基づき、前記配置パターンを決定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
9. 前記第１層は、前記インプリント材と前記基板とを密着させる密着力を向上させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 基板の上に設けられた第１層の上に供給されたインプリント材を型により成形した後、硬化させて前記インプリント材のパターンを前記第１層の上に形成するインプリント方法であって、
    前記基板の一方の面において、前記第１層が設けられた面と前記第１層が設けられていない面との境界および、前記基板の外周を観察し、
    前記観察の結果に基づき前記第１層の上における前記インプリント材の配置パターンを決定する、
    ことを特徴とするインプリント方法。
11. 基板の上に設けられた第１層の上に配置するインプリント材の配置パターンの決定方法であって、
    前記基板の一方の面において、前記第１層が設けられた面と前記第１層が設けられていない面との境界および、前記基板の外周を観察し、
    前記観察の結果に基づき前記第１層の上における前記インプリント材の配置パターンを決定する、
    ことを特徴とする配置パターンの決定方法。
12. 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にパターンを形成する工程と、
    前記工程でパターンを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の製造方法。
    

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