JP2019186347A - 加工装置、インプリント装置、平坦化装置、および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モールドの自重による撓みなどの変形を低減し、所望の形状に加工することが可能な加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】基材表面に硬化性組成物を付与し、該硬化性組成物にモールド１１を接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させ、基材の加工を行う加工装置であって、前記モールドを保持するモールド保持部１２を有しており、前記モールド保持部は、前記モールドを吸着するための複数の吸着部３０１，３０２を有するモールド吸着面と、離間した２箇所の前記吸着部の間に配置され、吸着時に前記モールドとの間に空間を形成する凹部４００と、を有しており、前記凹部の開口部に接する前記モールドの一部を前記凹部内に引き込むように変形させる機構部をさらに有する、ことを特徴とする加工装置。【選択図】図３

Description

本発明は、基材を加工する加工装置および加工方法に関し、特に、基板上にパターンを形成するインプリント装置、または基材を平坦化する装置に関する。

半導体デバイス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、基板上の硬化性組成物（インプリント材）をモールド（型）で成形し、硬化物のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目を集めている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。インプリント技術の一つとして、光硬化法がある。

光硬化法は、まず、基板（ウエハ）上のショット領域（インプリント領域）に紫外線により硬化する光インプリント材（以下、「硬化性組成物」と表記する）を塗布する。塗布する方法として、例えば、インクジェット方式などが用いられる。

次に、基板上に塗布された硬化性組成物をモールドに接触させることにより成形する。

そして、硬化性組成物をモールドに接触させた状態で紫外線を照射し、硬化させる。

硬化後にモールドを硬化膜から離す（離型する）ことで、基板上にモールドの形状に対応する形状で硬化膜が形成される。これらの工程を経ることで基材の加工を行うことができる。

また、このようなインプリント技術を応用して、平坦な基板に加工する平坦化装置もある。特許文献２に示されるように、基板上に形成された塗布膜に平坦面を有するモールドを接触させ、平坦面を有する塗布膜を形成することで平坦化を行う技術が提案されている。

特開２０１７−１１２２３０号公報 特許第５３４９５８８号公報

上述した加工技術において、基板上に精度良く所望の形状を形成するためには、基板上の硬化性組成物に接触させるモールドの位置制御が重要である。

また、特許文献２のような平坦化を行う装置においては、モールドの平面の状態を如何に撓みなく制御するかも重要になってくる。

しかし、モールドが硬化性組成物と直接接触する部分において、例えばモールドチャックのようなモールド保持部を配置して保持させることができない。光硬化法で使用するモールドは、紫外線による硬化性組成物への照射に際し、その光路を遮らない形状で保持する必要がある。このため、モールドは外周部でのみ保持され、紫外線の光路となる中心部では保持できないため、中心部分が自重で撓んだ状態になる。

その状態で平坦化処理を行うと、基板上に形成されるインプリント材の平坦面にモールドの撓みが転写され、平坦化の精度が低下してしまう。

そこで、本発明は、モールドの自重による撓みなどの変形を低減し、所望の形状に加工することが可能な加工装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の一側面としての加工装置は、
基材表面に硬化性組成物を付与し、該硬化性組成物にモールドを接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させ、基材の加工を行う加工装置であって、
前記モールドを保持するモールド保持部を有しており、
前記モールド保持部は、前記モールドを吸着するための複数の吸着部を有するモールド吸着面と、
離間した２箇所の前記吸着部の間に配置され、吸着時に前記モールドとの間に空間を形成する凹部と、を有しており、
前記凹部に接する前記モールドの一部を前記凹部内に引き込むように変形させる機構部をさらに有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、モールドの撓みが低減され、所望の形状に加工することができる加工装置を提供できる。

本発明の平坦化装置の概略図である。 従来のモールドとモールドチャックの断面図である。 本発明のモールドとモールドチャックの断面図である。 本発明のモールドチャックを基板側から見た平面図である。 一実施形態のモールドの変形を低減する工程を示した図である。 実施形態１のモールドに力を加える機構を示した図である。 実施形態２のモールドに力を加える機構を示した図である。 実施形態２のモールドに力を加える機構を示した図である。 実施形態３のモールドに力を加える機構を示した図である。

以下に、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。

尚、本実施形態においては、基板表面の平坦化処理を実施可能な平坦化装置について詳細に説明するが、モールドに凹凸表面を形成することでインプリント技術として適用することが可能であり、同様の構成でインプリント装置としても実施可能である。

［装置構成］
図１は本発明の一側面としての平坦化装置１００の構成を示す概略図である。

平坦化装置１００は、基板１上の硬化性組成物とモールド１１を接触させた状態で硬化性組成物を硬化させ、硬化した硬化性組成物からモールド１１を離型（剥離）することで基板上に平坦面を形成（転写）する、処理を順次に行うものである。

図１を参照するに、基板１は搬送ハンドなどを含む基板搬送部１７によって平坦化装置１００の外部から搬入され、基板保持部２（基板チャック２）に保持される。基板ステージ３はベース定盤４に載置され、基板１をＸ軸方向およびＹ軸方向の所定の位置に位置決めするための移動動作を行う。モールド１１は基板１に転写すべき平坦面を有し、モールド保持部１２（モールドチャック１２）に固定される。モールド保持部１２はモールドステージ１３に載置され、またモールドステージ１３はモールド１１のＺ軸回りの傾きを補正する機能を有する。モールド保持部１２およびモールドステージ１３のそれぞれはＵＶ光源１９からの光を通過させる開口（不図示）を有しており、コリメータレンズ（不図示）を介して基板上の硬化性組成物にＵＶ光を照射することができるようになっている。

またモールドチャック１２（またはモールドステージ１３）にはモールド１１の押し付け力（押印力）を検出するためのロードセルが配置されている。

ガイドバー８は一端がガイドバープレート７に固定され、天板６を貫通し、もう一方の端部はモールドステージ１３に固定される。モールド昇降エレベータ９はガイドバー８をＺ軸方向に駆動して、モールドチャック１２に保持されたモールド１１を基板１に押し付けたり、基板１から引き離（離型）したりする。

アライメント棚１４はアライメント棚支柱１０を介して天板６に懸架される。アライメント棚１４はガイドバー８が貫通している。またアライメント棚１４にはたとえば斜入射像ずれ方式を用いて基板チャック２に保持された基板１の高さ（平坦度）を計測するための高さ計測系（不図示）が配置されている。

モールドアライメント用のアライメントスコープ１８は、基板ステージ３上の基準マークとモールド１１に設けられたアライメントマークとを観察するための光学系および撮像系を有する。ただし、モールド１１自体にアライメントマークがない場合は、アライメントスコープ１８がなくてもよい。アライメントスコープ１８は、基板ステージ３上の基準マークとモールドに設けられたアライメントマークとの相対位置を計測し、その位置ずれを補正（計測）するアライメントに使用される。

ディスペンサ１５は基板１の表面に液状の光硬化性組成物（以下、硬化性組成物と呼ぶ。）を塗布するノズルを含むディスペンサヘッドで構成され、基板１上に硬化性組成物を供給（塗布）する機能を有する。ディスペンサ１５は、たとえばピエゾジェット方式やマイクロソレノイド方式などを採用し、基板１上に１ｐＬ（ピコリットル）程度の非常に微小な容積の硬化性組成物を供給することができる。また、ディスペンサ１５を構成するディスペンサヘッドはシングルノズルであってもよいし、ノズルの数が１００を超えるリニアノズルアレイ、さらにいくつかのリニアノズルアレイを配置した構成であってもよい。

オフアクシスアライメントスコープ１６は、アライメント棚１４に載置され、基板１上の複数のショット領域に設けられたアライメントマークを計測し、複数のショット領域のそれぞれの位置を決定するグローバルアライメント処理を行う。アライメントスコープ１８によってモールド１１と基板ステージ３との位置関係を求め、オフアクシスアライメントスコープ１６によって基板ステージ３と基板１との位置関係を求めることでモールド１１と基板１との相対的な位置合わせを行う事ができる。

スプレッドカメラ２０は、アライメント棚１４に載置され、モールド１１と基板１上の硬化性組成物が接触する部分を観察するための光学系及び撮像系を有する。スプレッドカメラ２０によって基板１上の硬化性組成物の拡がりの様子を観察することができ、その結果を元に硬化性組成物の供給量や塗布のパターンを最適化することができる。

［被加工基材について］
本発明で使用する被加工基材は、シリコンウエハが代表的な基材であるが、これに限定されるものではない。基板１は、アルミニウム、チタン−タングステン合金、アルミニウム−ケイ素合金、アルミニウム−銅−ケイ素合金、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の半導体デバイス用基板として知られているものの中からも任意に選択することができる。また、基板１として石英基板を用いれば、石英インプリントモールドのレプリカ（石英モールドレプリカ）を作製することができる。なお、基板１には、シランカップリング処理、シラザン処理、有機薄膜の成膜、等の表面処理により密着層を形成し、硬化性組成物との密着性を向上させた基板を用いてもよい。

［モールドについて］
モールド１１としては、光照射工程を考慮して光透過性の材料で構成されたモールド１１を用いるとよい。モールド１１を構成する材料の材質としては、具体的には、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が好ましい。ただし、モールド１１を構成する材料の材質として光透明性樹脂を使用する場合は、硬化性組成物に含まれる成分に溶解しない樹脂を選択する必要がある。

［モールド保持部について］
図２は従来のモールド保持部１２を示す断面図であり、モールド１１を保持した状態を示している。

モールド１１の中心部の下面は、基板１上の硬化性組成物に接触し、その状態でモールド保持部１２の上方からＵＶ光（紫外線）が照射される。そのため、モールド保持部１２にはＵＶ光を通過させる開口が設けられており、モールド保持部１２の外周部に配置された吸着部３００でモールド１１の外周部を保持している。

搬送ハンドなどを用いてモールド１１をモールド保持部１２に吸着させることができる。この場合、搬送ハンドは硬化性組成物と接触する部分を避けてモールド１１の外周部をモールド保持部１２とは反対側から支持する。

この時、モールド１１の中心部には自重による撓みが発生し、その変形がある状態でモールド保持部１２に保持される。この状態で平坦化処理を行うと、モールド１１の形状が硬化性組成物に転写され、モールド１１の変形分だけ平坦化の精度が悪化する。

図３及び図４に基づいて本実施形態のモールド保持部１２について説明する。

図３はモールド保持部の吸着部が配置される外周部の断面拡大図（片側）である。本実施形態のモールド保持部１２は、離間した２箇所の吸着部である第１吸着部３０１と第２吸着部３０２を有する。また第１吸着部３０１と第２吸着部３０２の間に、モールド吸着面から離れる方向に凹んだ凹部４００を有している。

すなわち、モールド保持部１２は、モールド１１の表面を吸着するための複数の吸着部（３０１、３０２）を有するモールド吸着面を有しており、離間した２箇所の吸着部（３０１、３０２）の間に配置され、吸着時にモールド１１との間に空間を形成する凹部４００が形成されている。

さらに、モールド１１の図３の矢印方向への移動の如く、凹部の開口部に接するモールドの一部を凹部内に引き込むように変形させる機構部を有している。具体的には、モールド１１を保持する面と垂直な方向（図３の矢印の方向）の力を凹部４００に位置するモールド１１の一部に加え、加えた力の方向に同部分を変形させる機構を備える構成が好ましい。

機構部の詳細は、後述の実施形態１〜３で説明する。

図４は本実施形態のモールド保持部１２を基板１側から見た平面図である。図４（ａ）では第１吸着部及び第２吸着部が円環状に配置される場合を示している。また図４（ｂ）では第１吸着部３０１及び第２吸着部３０２がそれぞれ複数個所に分かれて配置される場合を示している。図４（ｂ）では吸着部はそれぞれ４箇所に分かれて円周上に離間して配置されているが、分割数及び分割された吸着部間の距離は本実施形態に限定されるものではない。

なお、第１吸着部３０１及び第２吸着部３０２はモールド１１を吸着して保持できれば良く、真空源を利用した方式や電磁力を利用した方式など、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

また、分割されたそれぞれの各吸着部は、各々独立して吸着と脱着を制御できるようにしてもよく、第１吸着部または第２吸着部毎に共通の手段で構成してもよい。

［モールド保持部の動作について］
図５（ａ）〜（ｅ）に基づいて本発明のモールド１１の変形（撓み変形）を低減させる方法を説明する。

図５（ａ）は、モールド保持部１２にモールド１１を吸着させた状態を示す（工程１）。まずモールド１１は、第２吸着部３０２のみで保持される。モールド１１は第１吸着部３０１及び凹部４００では保持されないため、第２吸着部３０２より内側では自重による撓みが発生する。

図５（ｂ）は、凹部４００に位置するモールド１１の一部にモールド１１を保持する面と垂直な力を加えた状態を示す（工程２）。モールド１１に加える力は、基板１側からモールド保持部１２側に向かう方向であり、それによりモールド１１は第１吸着部３０１に接触する。さらに力を加えると、モールド１１に凹部４００側に凸となる変形が発生し、同時にモールド１１の中心部において径方向外側に引っ張られる力が発生する。

図５（ｃ）は、凹部４００において、モールド１１に取付面に垂直な方向の変形を発生させ、第１吸着部３０１と第２吸着部３０２の双方でモールド１１を保持した状態を示す（工程３）。

図５（ｄ）はモールド１１に加える力及び第２吸着部３０２による保持を停止した状態を示す（工程４）。この時、凹部４００において発生していたモールド１１の変形が解放される。

図５（ｅ）は図４（ｄ）の状態から第２吸着部３０２での保持を再開した状態（工程５）を示す。

図５（ａ）〜（ｅ）で示す一連の工程（工程１〜工程５）によって、モールド１１の中心部で発生していた変形が、径方向外側に引き伸ばされて低減し、変形前の状態に近い形状でモールド保持部１２に保持されることになる。これらの一連の工程は、モールド１１の変形が許容可能な量になるまで、繰り返し実施しても良い。またこれらの一連の工程の前後あるいはその途中でモールド１１の位置や変形量を計測し、計測した結果を元に工程やその繰り返し回数を最適化しても良い。

［加工方法］
本実施形態に係る基材の加工方法は、基材表面に硬化性組成物を付与する工程と、該硬化性組成物にモールドを接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させる工程と、硬化した前記硬化性組成物と前記モールドとを引き離す工程と、を有し、モールドを保持するモールド保持部を有しており、モールド保持部は、モールドを吸着するための複数の吸着部を有するモールド吸着面と、離間した２箇所の吸着部の間に吸着時にモールドと閉空間を形成する凹部と、を有しており、凹部の開口部に接する前記モールドの一部を凹部内に引き込むように変形させる変形工程をさらに有する、ことを特徴とする。

前述した加工装置を使用することにより、モールドの自重による撓みなどの変形を低減し、所望の形状に加工することが可能となる。

変形工程は、前記凹部内を減圧する工程であると良い。

また、変形工程は、凹部内に配置した可動吸着部をモールドに吸着させ、モールド吸着面に垂直な方向に可動吸着部を移動させる工程であると良い。

あるいは、変形工程は、モールドを凹部の反対側から凹部内に押し込む工程であると良い。

また、本発明は、上述の加工方法を用いて、基材を加工して製造する物品の製造方法を包含する。

モールドの硬化性組成物との接触面が平面であれば、この平面により基材の表面を平坦化することができ、平坦化された基板を製造することができる。

また、モールドが表面に凹凸を有するものであれば、該凹凸に対応する硬化物のパターンを基材上に形成することができ、いわゆるナノインプリント（インプリント）技術によって半導体素子などの物品を製造することができる。

本発明の製造プロセスによって、半導体加工用途のほか、回折格子や偏光板などの光学部材（光学部材の一部材として用いる場合を含む）として利用し、光学部品を得ることもできる。

半導体素子としては、例えば、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、Ｄ−ＲＤＲＡＭ、ＮＡＮＤフラッシュ等が挙げられる。また、この回路基板と回路基板の回路制御機構などとを接続することにより、ディスプレイ、カメラ、医療装置などの電子機器を形成することもできる。

以下、実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。

（実施形態１）
図６にモールド１１に力を加える機構部として、真空源を利用した機構部の構成を示す。

モールド保持部１２の凹部４００に真空源（不図示）につながる配管部５００を接続する。配管部５００は凹部４００の真空圧を制御する圧力調整部を含んでいる。これにより、凹部４００とモールド１１からなる空間を負圧にすることで、モールド１１に保持面と垂直な力を加えることができる。また同空間を大気圧にすることでモールド１１に加えられた力を除去することもできる。

（実施形態２）
図７および図８に、モールド１１に力を加える方法としてモールド保持部１２側に配置した駆動部を利用した機構部の構成を示す。図７に示すように、モールド保持部１２の凹部４００内に可動吸着部６００を配置する。可動吸着部６００は駆動部６０１を介して駆動源（不図示）に接続されており、モールド１１の取付面に垂直な方向に移動することができる。図７では駆動部６０１の一部と駆動源はモールド保持部１２の外部に配置されているが、凹部４００に可動吸着部６００と共に配置しても良く、この形態に限定されるものではない。また可動吸着部６００はモールド１１を吸着できれば良く、真空源を利用した方式や電磁力を利用した方式など、本形態に限定されるものではない。

図８は、可動吸着部６００をモールド１１に接触させて吸着した状態を示す。この状態で駆動部６０１を基板１から離れる方向に駆動させると、モールド１１に保持面と垂直な力を加えることができる。また可動吸着部６００による吸着を停止することでモールド１１に加えられた力を除去することもできる。

（実施形態３）
図９に、モールド１１に力を加える方法として、基板側に配置した駆動部を利用した機構部の構成を示す。

モールド１１に対して基板１側に駆動部７００を配置する。駆動部７００は基板チャック２を貫通して基板ステージ３に配置される駆動源（不図示）に接続されており、モールド１１の取付面に垂直な方向に移動することができる。駆動部７００は駆動源と共に基板チャック２内部、あるいは基板ステージ３とは異なる部分に配置されていても良く、本実施形態に限定されるものではない。駆動部７００をモールド１１に接触させ、さらにモールド保持部１２に近づく方向に駆動させると、モールド１１に保持面と垂直な力を加えることができる。また駆動部７００をモールド保持部１２から離れる方向に駆動させることでモールド１１に加えられた力を除去することもできる。

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及び変更が可能である。

１ 基板
２ 基板チャック
３ 基板ステージ
４ ベース定盤
５ 支柱
６ 天板
７ ガイドバープレート
８ ガイドバー
９ モールド昇降エレベータ
１０ アライメント棚支柱
１１ モールド
１２ モールド保持部
１３ モールドステージ
１４ アライメント棚
１５ ディスペンサ
１６ オフアクシスアライメントスコープ
１７ 基板搬送部
１８ アライメントスコープ
１９ ＵＶ光源
２０ スプレッドカメラ
１００ 平坦化装置
２００ 制御部
３００ 吸着部
３０１ 第１吸着部
３０２ 第２吸着部
４００ 凹部
５００ 配管部
６００ 可動吸着部
６０１ 駆動部
７００ 駆動部

Claims (11)

1. 基材表面に硬化性組成物を付与し、該硬化性組成物にモールドを接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させ、基材の加工を行う加工装置であって、
   前記モールドを保持するモールド保持部を有しており、
   前記モールド保持部は、前記モールドを吸着するための複数の吸着部を有するモールド吸着面と、
   離間した２箇所の前記吸着部の間に配置され、吸着時に前記モールドとの間に空間を形成する凹部と、を有しており、
   前記凹部の開口部に接する前記モールドの一部を前記凹部内に引き込むように変形させる機構部をさらに有する、
   ことを特徴とする加工装置。
2. 前記機構部は、前記凹部と、前記凹部と真空源を接続する配管部から構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記機構部は、前記凹部内に配置される可動吸着部と、前記モールド吸着面に垂直な方向に前記可動吸着部を移動させる駆動部から構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
4. 前記機構部は、前記モールド保持部に吸着した前記モールドを前記凹部の反対側から前記凹部内に押し込む駆動部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の平坦化装置。
5. 前記モールドが平面を有しており、該平面により前記基材の表面を平坦化する平坦化装置である請求項１から４のいずれか１項に記載の加工装置。
6. 前記モールドが表面に凹凸を有しており、該凹凸に対応する硬化物のパターンを基材上に形成するインプリント装置である請求項１から４のいずれか１項に記載の加工装置。
7. 基材の加工方法であって、
   基材表面に硬化性組成物を付与する工程と、
   該硬化性組成物にモールドを接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させる工程と、
   硬化した前記硬化性組成物と前記モールドとを引き離す工程と、
   を有しており、
   前記モールドを保持するモールド保持部を有しており、前記モールド保持部は、前記モールドを吸着するための複数の吸着部を有するモールド吸着面と、離間した２箇所の前記吸着部の間に吸着時にモールドと閉空間を形成する凹部と、を有しており、
   前記凹部の開口部に接する前記モールドの一部を前記凹部内に引き込むように変形させる変形工程をさらに有する、
   ことを特徴とする加工方法。
8. 前記変形工程は、前記凹部内を減圧する工程である請求項７に記載の加工方法。
9. 前記変形工程は、前記凹部内に配置した可動吸着部を前記モールドに吸着させ、前記モールド吸着面に垂直な方向に前記可動吸着部を移動させる工程である請求項７に記載の加工方法。
10. 前記変形工程は、前記モールドを前記凹部の反対側から前記凹部内に押し込む工程である請求項７に記載の加工方法。
11. 請求項７から１０のいずれか一項に記載の加工方法を用いて、基材を加工して製造する物品の製造方法。

Images