JP2019186477A - 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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Abstract

【課題】置換ガスの消費量の低減の点で有利なインプリント装置を提供する。【解決手段】基板の上に形成された複数のショット領域に供給されたインプリント材に対し、型を接触させ、基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、型と基板との間の空間にガスを供給するガス供給部と、型と基板との距離を変更する位置決め部と、ガス供給部および位置決め部を制御する制御部と、を備え、制御部は、インプリント材が供給された複数のショット領域のうちの第1ショット領域と型との第1接触後に、第1ショット領域とは異なる第2ショット領域と型との第2接触を行い、かつ、ガス供給時の距離である第1ギャップよりも、第1ショット領域から第2ショット領域への型と基板の面方向の相対位置の変更時における距離である第2ギャップが、小さくなるように位置決め部を制御する。【選択図】図2

Description

本発明は、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て、基板上のインプリント材をモールド(型)で成形(成型)して硬化させ、基板上にパターンを形成する微細加工技術が注目されている。かかる技術は、インプリント技術と呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な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、例えば、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置は、基板上に供給された光硬化性のインプリント材にモールドを接触させ(押印)、光を照射して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モールドを引き離す(離型)ことで、基板上にパターンを形成する。
押印の際、型とインプリント材との間の空気(残留ガス)が未硬化のインプリント材に気泡として混入して未充填欠陥(パターン欠陥)が生じることがある。そこで、特許文献1では、モールドと基板との間の空間をインプリント材に対して溶解性が高いか、拡散性が高いか、あるいは、その両方であるガス(以下、「置換ガス」という)で飽和することにより、気泡の残留を抑止している。また、特許文献2のインプリント装置は、ガス供給手段とガス回収手段を備え、押印後、ガス回収手段を停止し、離型の際に増大するモールドと基板との間の空間の体積よりも供給する置換ガスの量を多くしている。これにより、離型時に外部空間から空気が侵入することにより生じる置換ガスの濃度の低下を抑制している。
特表2007‐509769号公報 特開2016‐54231号公報
このようなインプリント装置において、置換ガスの消費量が大きいと、インプリント装置を運用するための経済的コストが増加してしまう問題がある。従来のインプリント装置では、置換ガスの消費量が大きくなりうる。
本発明は、置換ガスの消費量の低減の点で有利なインプリント装置を提供することを例示的目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、基板の上に形成された複数のショット領域に供給されたインプリント材に対し、型を接触させ、基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、型と基板との間の空間にガスを供給するガス供給部と、型と基板との距離を変更する位置決め部と、ガス供給部および位置決め部を制御する制御部と、を備え、制御部は、インプリント材が供給された複数のショット領域のうちの第1ショット領域と型との第1接触後に、第1ショット領域とは異なる第2ショット領域と型との第2接触を行い、かつ、ガス供給時の距離である第1ギャップよりも、第1ショット領域から第2ショット領域への型と基板の面方向の相対位置の変更時における距離である第2ギャップが、小さくなるように位置決め部を制御する、ことを特徴とする。
本発明によれば、置換ガスの消費量の低減の点で有利なインプリント装置が提供される。
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実施形態に係るインプリント装置のインプリント処理を示すフローチャートである。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガス供給の経過を示す概略図である。 ガスの流れを説明する図である。 型と基板との間の距離の変化の様子を説明する図である。 第1インプリント処理のガス供給工程における第1ギャップについて説明する図である。 第2ギャップの最大値の決定方法の一例を説明する図である。 第2実施形態に係るインプリント装置のインプリント処理を示すフローチャートである。 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。
(第1実施形態)
本明細書および添付図面では、基板の表面に平行な方向をXY平面とするXYZ座標系において方向を示す。XYZ座標系におけるX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ平行な方向をX方向、Y方向、Z方向とし、X軸周りの回転、Y軸周りの回転、Z軸周りの回転をそれぞれθX、θY、θZとする。X軸、Y軸、Z軸に関する制御または駆動は、それぞれX軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。位置決めは、位置、姿勢または傾きを制御することを意味する。位置合わせは、基板および型の少なくとも一方の位置、姿勢または傾きの制御を含みうる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインプリント装置10の構成を示す概略図である。インプリント装置10は、半導体デバイスなどの物品の製造工程に使用されるリソグラフィ装置である。インプリント装置10は、基板上に供給されたインプリント材と型のパターン領域とを接触させ(押印)、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インプリント材を硬化させ、インプリント材から型を引き離す(離型)インプリント処理を行う。これにより、型のパターン領域の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンが基板の上に形成される。
インプリント材には、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、紫外線などの光を用いる。
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、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、重合成化合物と光重合開始材とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合成化合物または溶剤を含有してもよい。非重合成化合物は、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。
インプリント材は、スピンコータやスリットコータにより基板上に膜状に付与されてもよい。また、液体噴射ヘッドにより、液滴状、あるいは、複数の液滴が繋がってできた島状また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。
インプリント装置10は、例えば、型1を保持し型1を位置決めする型位置決め部3と、基板2を保持し基板2を位置決めする基板位置決め部4と、材料供給部5と、硬化部6と、ガス供給部7と、制御部8と、を備える。
型1は、例えば、矩形の外形を有し、石英など紫外線を透過させることが可能な材料で構成される。型1は、基板2に対向する面にパターン領域PRを有する。パターン領域PRには、基板2のショット領域の上に供給されたインプリント材に転写するための凹凸パターンが3次元形状に形成されている。パターン領域PRは、メサとも呼ばれ、型1のパターン領域PR以外が基板2に接触しないように数十μm〜数百μmの凸部に形成されている。
基板2は、例えば、半導体(例えば、シリコン、化合物半導体)、ガラス、セラミックス、金属、樹脂等で構成される。基板2は、母材の上に1または複数の層を有しうる。この場合、母材は、例えば、半導体、ガラス、セラミックス、金属、樹脂等で構成される。基板2には、必要に応じて、インプリント材と基板2との密着性を向上させるために密着層が設けられうる。基板2上には、複数のショット領域が形成される。
型位置決め部3は、型保持部3aと、型駆動機構3bとを含みうる。型保持部3aは、例えば、真空吸引力または静電力などによって型1を保持する。型駆動機構3bは、型1と基板2との間の距離dを変更するための駆動系である。型駆動機構3bは、型保持部3aを駆動することによって型1をZ軸方向に駆動する(移動させる)。型駆動機構3bは、例えば、リニアモータ、エアシリンダなどのアクチュエータを含み、型1を保持した型保持部3aを駆動する。型駆動機構3bは、型1(型保持部3a)を複数の軸(例えば、Z軸、θX軸、θY軸の3軸)について駆動するように構成される。型1の高精度な位置決めを実現するために、型駆動機構3bは、粗動駆動系や微動駆動系など複数の駆動系を含んでいてもよい。また、型駆動機構3bは、Z軸方向だけではなく、X軸方向、Y軸方向、θZ方向に型1を駆動する機能や型1の傾きを補正する機能を有していてもよい。
基板位置決め部4は、基板2を保持する基板保持部4aと、基板駆動機構4bとを含みうる。基板保持部4aは、例えば、真空吸引力またはや静電力などによって基板2を保持する。基板駆動機構4bは、基板保持部4aを駆動することによって基板2をX軸方向及びY軸方向に駆動する(移動させる)。基板駆動機構4bは、リニアモータ、エアシリンダなどのアクチュエータを含み、基板2を保持した基板保持部4aを駆動する。基板駆動機構4bは、基板2(基板保持部4a)を複数の軸(例えば、X軸、Y軸、θZ軸の3軸、好ましくは、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸の6軸)について駆動するように構成されうる。基板駆動機構4bは、粗動駆動系や微動駆動系など複数の駆動系を含んでいてもよい。基板駆動機構4bは、Z軸方向やθ(Z軸周りの回転)方向に基板2を駆動する機能や基板2の傾きを補正する機能を有していてもよい。
型位置決め部3および基板位置決め部4は、型1と基板2の面方向である、型1と基板2との間のXY平面方向の相対位置、相対姿勢および相対傾きが変更されるように型1または基板2を駆動し、型1と基板2との相対位置の決定を行う機構である。型位置決め部3および基板位置決め部4は、型1のパターン領域PRと基板2のショット領域との間の相対的なシフトおよび回転に関する誤差成分を低減するためのアライメントを行うために使用されうる。型位置決め部3および基板位置決め部4は、例えば不図示のアライメント計測部によって、型1及び基板2のそれぞれに設けられたアライメントマークを検出し、アライメントを行ってもよい。
さらに、型位置決め部3および基板位置決め部4は、距離dを変更し、型1と基板2との間のZ方向の相対位置、相対姿勢および相対傾きが調整されるように型1または基板2を駆動する機構である。型位置決め部3または基板位置決め部4によるZ方向の相対位置の調整は、基板2の上のインプリント材に対する型1のパターン領域PRの接触(押印)、および、硬化したインプリント材(硬化物のパターン)からの型1のパターン領域PRの引き離す(離型)ための駆動を含む。距離dは、例えば、型位置決め部3または基板位置決め部4に備えられた、レーザ干渉計やエンコーダなどによって検出され、この検出結果に基づいて変更されうる。なお、距離dの検出方法についてはこれに限られない。
材料供給部5は、基板2上に形成されたショット領域の上にインプリント材を供給(塗布)する。材料供給部5は、例えばインプリント材を吐出する吐出口を含み、かかる吐出口から基板2にインプリント材を滴下する。基板2の上に対するインプリント材の供給は、例えば、基板位置決め部4によって基板2を移動させながら材料供給部5からインプリント材を吐出することによってなされうる。材料供給部5は、インプリント装置10の外部に設けられてもよい。本実施形態において、材料供給部5は、1度に複数のショット領域に対してインプリント材を供給する。
硬化部6は、基板2のショット領域の上のインプリント材と型1のパターン領域PRとが接触した状態で、型1を介して、インプリント材の硬化用のエネルギー(例えば、紫外線等の光)を供給あるいは照射することによってインプリント材を硬化させる。これにより、インプリント材の硬化物からなるパターンが形成される。本実施形態において、硬化部6は、例えば、インプリント材を硬化させる光(紫外線などの露光光)を射出する光源を有する。また、硬化部6は、光源から射出された光をインプリント処理において適切な光に調整するための光学素子を含んでいてもよい。本実施形態では、光硬化法が採用されているため、紫外線を射出する光源が用いられているが、例えば熱サイクル法を採用する場合には、インプリント材としての熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源が光源の代わりに用いられうる。
ガス供給部7は、型1と基板2との間の空間に置換ガスを供給し、型1と基板2との間の空間の気体を置換ガスに置換する。インプリント材を硬化させるときに型1とインプリント材との間に気泡が含まれると、気泡の箇所にはインプリント材が充填されず、硬化物のパターンに欠損が生じうる。ガス供給部7は、押印時に、型1とインプリント材との間の空間の気体を型1又はインプリント材に透過しやすい透過性ガスに置換する。なお、型1をインプリント材に接触させた際の圧力上昇により凝縮して液化する凝縮性ガスなどに置換してもよい。透過性ガスとしては、例えばヘリウムガス(He)が用いられ、凝縮性ガスとしては、例えばPFP(ペンタフルオロプロパン)が用いられる。本実施形態において、置換ガスは、透過性ガスまたは凝縮性ガスなどであり、以後、単に「ガス」と記載した場合、この置換ガスを指すこととする。
置換ガスとして透過性ガスを用いた場合、型1と基板2との間の空間の気体を置換ガスに置換することにより、押印時に型1とインプリント材との間にガスが残存しても、型又はインプリント材にガスが透過して型のパターン領域がインプリント材で満たされる。これにより、硬化物のパターンに生じる欠損を低減することが可能となる。また、置換ガスとして凝縮性ガスを用いた場合でも、残存したガスは液化するため、パターン欠損を低減することが可能となる。
ガス供給部7は、ガス供給源7aと、ガス制御部7b、7cと、ガス供給路7dと、を含みうる。ガス供給源7aは、置換ガスの供給源であり、ガスが充填されたタンクを備える、または、外部のガス供給源に接続されている。ガス制御部7b、7cは、ガスの流量を制御する。ガス制御部7b、7cは、例えば、マスフローコントローラー(MFC)によって構成される。ガス供給路7dは、型位置決め部3に保持された型1の周囲に設けられた複数の供給口7eからガスを放出可能に構成されている。ガス供給源7aから供給されたガスは、ガス制御部7b、7cによって流量が制御され、ガス供給路7dにより供給口7eから放出される。これにより、型1と基板2との間の空間に置換ガスが供給される。
制御部8は、型位置決め部3、基板位置決め部4、材料供給部5、硬化部(照射部)6、ガス供給部7などを制御し、インプリント装置10の全体(動作)を制御する。また、制御部8は、インプリント装置10の各部を制御して、インプリント処理を行う。制御部8は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(Programmable Logic Deviceの略。)、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、または、これらの全部若しくは一部の組み合わせによって構成されうる。本実施形態において、制御部8は、ガス供給時の距離dである第1ギャップよりも、第1ショット領域から第2ショット領域への型1と基板2の面方向の相対位置の変更時における距離dである第2ギャップが、小さくなるように型位置決め部3を制御する。詳細については後述するが、このとき、基板位置決め部4を制御することにより、距離dの変更を行っても良いし、型位置決め部3と基板位置決め部の両方を制御することにより、距離dの変更を行っても良い。
図2は、第1実施形態に係るインプリント装置10のインプリント処理を示すフローチャートである。図2(a)には、基板2の複数のショット領域にパターンを形成する処理が示されている。図2(b)には、このときの型位置決め部3の動作が示されている。これらの処理は、制御部8によって制御される。型保持部3aへの型1の搬送(ロード)、型保持部3aからの型1の搬送(アンロード)、基板保持部4aへの基板2の搬送(ロード)、基板保持部4aからの基板2の搬送(アンロード)については、説明を省略する。
まず、図2(a)のフローついて説明する。工程S11では、複数の対象ショット領域にインプリント材を供給する。具体的には、制御部8は、基板2上の次にインプリント処理を行う第1ショット領域と、第1ショット領域の次にインプリント処理を行う、第2ショット領域のそれぞれにインプリント材が供給されるように、材料供給部5と基板位置決め部4(基板駆動機構4b)を制御する。なお、第1ショット領域と第2ショット領域は異なるショット領域である。異なる複数のショット領域にまとめてインプリント材を供給し、連続して型1を基板2に接触させることで、一つのショット領域ごとにインプリント材を供給する場合と比べて、材料供給部5の下に基板2を移動させる時間を短縮している。また、第1ショット領域と第2ショット領域は、基板2の移動時間短縮のため、隣接する複数のショット領域が選択されることが好ましい。
工程S12では、制御部8は、型1のパターン領域PRの下に基板2の第1ショット領域が配置されるように、基板位置決め部4(基板駆動機構4b)を制御する。同時に、型1と基板2の間の空間にガスが充満されるようにガス供給部7を制御する。即ち、ガス供給部7は、第1ショット領域への接触(第1接触)前に型1と基板2との間の空間にガスを供給する。
工程S13では、制御部8は、基板2の第1ショット領域に対して、押印動作、露光動作、離型動作(第1インプリント処理)を順次実行する。制御部8は、基板2の第1ショット領域上のインプリント材とパターン領域PRとが接触するように型位置決め部3を制御し、型1を−Z方向に移動させる。これを押印動作とする。次に、制御部8は、第1ショット領域上のインプリント材を硬化させるように硬化部6を制御する。即ち、硬化部6は、インプリント材を硬化させるための紫外線を第1ショット領域上インプリント材に照射する。これにより、インプリント材の硬化物からなるパターンが対象ショット領域上に形成される。これを露光動作とする。次に、制御部8は、インプリント材の硬化物からなるパターンと型1のパターン領域PRとが引き離されるように型位置決め部3を制御し、型1を+Z方向に移動させる。これを離型動作とする。なお、押印動作および離型動作などの距離dの変更において、基板位置決め部4を制御して基板2を移動させてもよいし、型位置決め部3および基板位置決め部4の両方を制御することにより、型1および基板2の両方を移動させてもよい。以降についても同様である。
工程S14では、制御部8は、型1のパターン領域PRの下に基板2の第2ショット領域が配置されるように、基板位置決め部4(基板駆動機構4b)を制御し、型1と基板2の面方向の相対位置を変更する。これを移動動作とする。工程S15では、制御部8は、基板2の第2ショット領域に対して、押印動作、露光動作、離型動作(第2インプリント処理)を順次実行する。制御部8は、基板2の第2ショット領域上のインプリント材と型1のパターン領域PRとが接触(第2接触)するように型位置決め部3を制御する。次に、制御部8は、硬化部6を制御し、第2ショット領域上のインプリント材を硬化させる。これにより、インプリント材の硬化物からなるパターンが対象ショット領域の上に形成される。次に、制御部8は、インプリント材の硬化物からなるパターンと型1のパターン領域PRとが引き離されるように型位置決め部3を制御し、型1を+Z方向に移動させる。
工程S16では、制御部8は、基板2に次にパターンを形成すべきショット領域があるかどうかを判断し、次にパターンを形成すべきショット領域がある場合には、工程S11に戻り、S11〜S15の処理を繰り返す。
次に、図2(b)に示す型位置決め部3の動作のフローについて説明する。図2(b)のフローは、図2(a)のフローの実行中における型位置決め部3の動作を表している。工程S21は、工程S12のガスの供給開始までに実行される。工程S21では、型位置決め部3は、距離dを初期のギャップからガスの供給が可能なギャップへと変更する。このガス供給時の距離dを第1ギャップという。初期のギャップとは工程S11開始時の型1と基板2の距離dである。
工程S22は、工程S13における押印動作時に実行される。工程S22では、型位置決め部3は、型1を基板2の第1ショット領域上のインプリント材に接触させるために、距離dを狭くしていく。型1と基板2上のインプリント材との接触時の距離dを接触ギャップとし、型位置決め部3は、最終的に接触ギャップとなるように、距離dを変更する。このとき、接触が起きるのは、型1のパターン領域PRとインプリント材との間のみである。パターン領域PRは、数十μm〜数百μmの凸部に形成されているため、型1と基板2は直接接触することはなく、距離dが0となることはない。したがって、接触ギャップは、パターン領域PRの凸部の厚さ(数十μm〜数百μm)とインプリント材との厚さとの和となる。
工程S23は、工程S13における第1ショット領域の離型動作時に実行される。工程S23では、型位置決め部3は、型1と基板2上のインプリント材とを引き離すために、型1と基板2との間の距離dを広げていく。型位置決め部3は、最終的に第1ギャップより小さく(第1ギャップ未満)なるよう距離dを変更する。なお、この時、離型動作を行うための、型1を+Z方向に移動させる離型力により、距離dが瞬間的に第1ギャップを超えても構わない。工程S24は、工程S14における第1ショット領域から第2ショット領域への移動動作時に実行される。工程S24では、距離dが第1ギャップ未満となるように維持される。なお、このときの距離dの最大値が第1ギャップより小さくなっていれば良く、移動中に一定の距離に維持されている必要はない。ここで、移動動作が実行されている時における距離dを第2ギャップという。
工程S25は、工程S15における押印動作に実行される。工程S25では、型位置決め部3は、型1を基板2の第2ショット領域上のインプリント材に接触させるために、距離dを狭くしていく。型位置決め部3は、最終的に接触ギャップとなるように、距離dを変更する。
工程S26は、工程S15における第2ショット領域の離型動作時に実行される。工程S26では、型位置決め部3は、型1と基板2上のインプリント材とを引き離すために、距離dを広げていく。型位置決め部3は、最終的に第1ギャップとなるよう距離dを変更する。距離dを第1ギャップとすることで、再度ガスを供給するためである。工程S27は工程S16と同等である。
次に、図3〜8を用いて、ガスの供給の観点で工程S12からS15までを詳細に説明する。図3〜8は、ガス供給の経過を示す概略図である。図3〜8は、インプリント装置10のXZ断面図であり、型1、基板2、型位置決め部3と基板位置決め部4、材料供給部5、ガス供給路7dの近傍のみを示している。
図3(a)は工程S12を実行中のインプリント装置10の状態を表している。基板2の中央部に位置する第1ショット領域S1、第2ショット領域S2上にはインプリント材Rがすでに塗布されている。基板2は、基板位置決め部4によって、第1ショット領域S1が型1のパターン領域PRの下方に配置されるように、矢印VWで示す方向に移動している。それと同時に、ガス供給路7dは供給口7eからガス放出方向VG1へガスを供給している。このとき、型1と基板2の距離dは、ガスが型1と基板2との間に入りやすいように、第1ギャップd3とする必要がある。網掛け模様で示すガス領域GRはガスの濃度が空気の濃度よりも高い領域である。このとき、基板2は矢印VW方向(+X方向)に移動し、型1は静止している。型1と基板2の間に供給されたガスは、基板2に引きずられて型1の下方である矢印VG方向に流れていく。
供給されたガスが型1の下方に流れていく様子について図9を用いて説明する。図9は、ガスの流れを説明する図である。本図には、XZ断面で型1と基板2の間の空間のみを示し、型1と基板2の間の流体の速度分布を示す。また、本図には、型1の底面w1(基板2に対向する面)と基板2の表面w2(型1に対向する面)が示されている。基板2は移動中であるので基板2の表面w2の速度は基板2の移動速度と等しい。型1は静止しているので型1の底面w1の速度は0である。したがって、型1の底面w1と基板2の表面w2に挟まれた空間の流体は図中の速度ベクトルv1、v2、v3、v4、v5で表すように、基板2の表面w2側から型1の底面w1に向かって速度が線形に減少するクエット流れとなる。基板2の表面w2と型1の底面w1との間の気体は、平均で速度ベクトルv6に示すように基板2の移動速度の1/2倍で移動していることになる。したがって、型1と基板2の間に供給されたガスは基板移動速度の1/2倍の速度で型1の下方に向かって流れていく。
図3(b)は、工程S12が終了した状態の様子を表している。型1のパターン領域PRの下方に第1ショット領域S1が配置されている。このときガス領域GRは型1と基板2の間の空間にあり、型1のパターン領域PRと第1ショット領域S1の間の空間はガスで満たされている。このときもまだ型1と基板2の距離dは第1ギャップd3のままである。
図4(a)は工程S13における押印動作時の様子を表している。型位置決め部3により、型1は、基板2の第1ショット領域S1に向かって(矢印VM方向)移動している。基板2と型1の間の空間の気体は、型1が押し下がってくることにより型1と基板2の間の空間の容積が小さくなるため、型1の周囲へ向かって流れる。したがってガス領域GRは矢印VGの方向に向かって流れる。XY平面で見れば、ガス領域GRは広がることとなる。前述した硬化物に欠損を発生させないためには、押印時である図4(a)の状態において、型1のパターン領域PRとインプリント材との間のガスの濃度を高めておくことが重要である。
図4(b)は工程S13における露光動作時の様子を表している。型1のパターン領域PRと基板2の第1ショット領域S1がインプリント材を介して接触した状態で露光光UVがインプリント材に照射されている。露光光UVは型1のパターン領域PR部にのみ光が照射されるように構成されている。これにより第1ショット領域S1上のインプリント材Rは硬化する。このとき、距離dは接触ギャップd1である。
図5(a)は工程S13における離型動作時の様子を表している。型位置決め部3によって、型1は、基板2の第1ショット領域S1にから離れる方向(矢印VM方向)に移動している。この動作により型1のパターン領域PRとインプリント材Rは引き離される。型1が引き上げられることにより型1と基板2の間の空間の容積は大きくなるので、基板2と型1の間の空間の気体は型1の周囲から型1の中心部に向かって流れる。したがってガス領域GRは矢印VGの方向に向かって流れる。これにより、型1を引き上げると、XY平面で見ればガス領域GRは狭くなることとなる。
図5(b)は工程S13が完了した状態の様子を表す。このときガス領域GRは型1と基板2の間の空間にある。このときのXY平面方向で見たガス領域GRの大きさは、工程S13の離型時に型1を引き上げた量によって変わりうる。なお、上述したように、この時、離型動作を行うための、離型力により、距離dが瞬間的に第1ギャップを超えても構わない。
図6(a)は工程S14における基板2の移動動作を示している。基板位置決め部4によって、第2ショット領域S2が型1のパターン領域PRの下方に配置されるように、基板2は矢印VWで示す方向(+X方向)に移動している。このとき、基板2は矢印VW方向(+X方向)に移動し、型1は静止している。ガス領域GRは、矢印VGで示すように基板2に引きずられて移動する。型位置決め部3は、移動動作が実行されている時における距離d(第2ギャップ)の最大値d2を第1ギャップd3より小さいギャップとなるようにする。
図6(b)は工程S14(移動動作)が終了した状態の様子を表している。パターン領域PRの下方に第2ショット領域S2が配置されている。このときガス領域GRは型1と基板2との間の空間にあり、パターン領域PRと第2ショット領域S2の間の空間はガスで満たされている。なお、このときにおいても、距離dは、第1ギャップd3より小さくなっている。
図7(a)は工程S15における押印動作時の様子を表している。型位置決め部3により、型1は、基板2の第2ショット領域S2に向かって(矢印VM方向)移動している。型1が押し下がってくることにより型1と基板2の間の空間の容積が小さくなるので、型1と基板2との間の空間の気体は型1の周囲へ向かって流れる。したがってガス領域GRは矢印VG方向に向かって流れる。したがって、XY平面で見れば、ガス領域GRは広がることとなる。
図7(b)は工程S15における露光動作時の様子を表している。型1のパターン領域PRと基板2の第2ショット領域S2がインプリント材を介して接触した状態で露光光UVがインプリント材に照射されている。これにより第2ショット領域S2上のインプリント材Rは硬化する。このとき、距離dは、接触ギャップd1である。
図8は工程S15における離型時の様子を表している。型位置決め部3によって、型1は、基板2の第2ショット領域S2にから離れる方向(矢印VM方向)に移動している。この動作により型1のパターン領域PRとインプリント材Rは引き離される。基板2と型1の間の空間の気体は、型1が引き上げられることにより型1と基板2の間の空間の容積は大きくなるので、型1の周囲から型1の中心部に向かって流れる。したがってガス領域GRは矢印VGの方向に向かって流れる。これにより、型1を引き上げると、XY平面方向で見れば、ガス領域GRは狭くなることとなる。
図10は、型1と基板2との間の距離dの変化の様子を説明する図である。図10は、横軸が時間、縦軸が型1と基板2との間の距離dを示したグラフである。時間t0は図2の工程S12の開始時間である。時間t1は工程S13の開始時間である。時間t2は工程S13の押印動作が完了した時間、時間t3は工程S13の露光動作が終了した時間である。時間t4は工程S13の離型が完了した時間であり、工程S14の開始時間でもある。時間t5は工程S15の開始時間である。時間t6は工程S15の押印動作が完了した時間、時間t7は工程S15の露光動作が終了した時間、時間t8は工程S15の離型動作が完了した時間である。なお、以下で説明する、型1と基板2との間の距離dの変更は型位置決め部3または基板位置決め部4が制御部8によって制御されることによってなされる。
工程S12では、図3(a)のように、基板2を移動しながら、ガスを型1と基板2の間に供給している。このとき(時間t0からt1)、型1と基板2の距離dは、ガスが型1と基板2との間に入りやすいように、距離をとる必要があるため、距離dを第1ギャップd3とする。
次に押印動作(時間t1〜時間t2)では、型1を基板2上のインプリント材に接触させるので、型1と基板2との距離が縮まっていき、最終的に接触ギャップd1となる。次に露光動作(時間t2〜t3)では、型1と基板2両方とも静止状態であるので距離は接触ギャップd1で維持される。
次に離型動作(時間t3〜t4)では、型1と基板2上のインプリント材とが引き離されるので、距離dは遠くなる方向に変化し、第2ギャップの最大値d2まで引き上げられる。このとき、第2ギャップの最大値d2は第1ギャップd3未満である。前述の図5(a)のように型1の引き上げ動作に伴って、型1の周囲から空気が流入する。この流入量を抑制する必要がある。そのため、上述したように、この時に離型動作を行うための、離型力により、距離dが瞬間的に第1ギャップを超えても構わないが、離型動作完了時の距離dは小さくすることが望ましく、第2ギャップの最大値d2を超えないことが望ましい。
次に第1ショット領域から第2ショット領域に基板を移動させる移動動作(時間t4〜t5)では、第2ギャップは最大値d2のまま一定である。このとき、第2ギャップの最大値d2は第1ギャップd3未満である。仮に、時間t4〜t5の期間において第2ギャップが最大値d2を超えたとすると、図6(a)のガス領域GRがXY平面方向で見て、より小さくなる。その結果、図6(a)の状態においてガス領域GRが型1のパターン領域PRを満たせなくなり、ガスの濃度不足によって欠陥品が発生しうる。なお、本工程において、第2ギャップは最大値d2を超えなければよいため、一定のまま維持されていなくても良い。即ち、第2ギャップは、最大値d2以下に維持されていれば良い。
次の押印動作(時間t5〜t6)では、型1を基板2上のインプリント材に接触させるので、距離dが縮まっていき、最終的に接触ギャップd1となる。次に露光動作(時間t6〜t7)では、型1と基板2両方とも静止状態であるので距離dは接触ギャップd1で維持される。次に離型動作(時間t7〜t8)では、型1と基板2上のインプリント材とが引きはがされるので、距離は遠くなる方向に変化し、第1ギャップd3まで引き上げられる。第2ショット領域の次にインプリント処理を行う際には、再度インプリント材の塗布、ガス供給を行うので、第1ギャップd3まで広げておく必要がある。
図11は、第1インプリント処理のガス供給工程における第1ギャップd3について説明する図である。図11(a)は、インプリント装置10のXZ断面図であり、型1、基板2、型位置決め部3、基板位置決め部4、材料供給部5、ガス供給路7dの近傍のみを示した概略図である。図11(b)は、図11(a)の点線部を拡大した図であるが、インプリント材Rとガス領域GRは省略している。ガス供給路7dの供給口部7fと型1の側面との距離を間隔d4とする。ガス供給時において、型1と基板2との間の距離dは第1ギャップd3である。このとき間隔d4よりも第1ギャップd3が大きければ、ガス供給路7dから供給されたガスが、矢印VOの方向に流出する量が減り、矢印VIの方向に流入する量が増える。したがって、型1と基板2の間に効率よくガスを供給するためには第1ギャップd3は間隔d4よりも大きいことが望ましい。
ここで、制御部8における第2ギャップの最大値d2の決定方法について説明する。図12は、第2ギャップの最大値d2の決定方法の一例を説明する図である。図12は、型1と基板2とその間の空間とを表示した概略図であり、上図がXY平面の断面図であり、下図がXZ平面の断面図となっている。
図12(a)は、工程S13における押印動作の完了時の状態を表している。前述の説明のように、型1と基板2との間の空間はガス領域GRとなっている。XY平面図で見ると、型1のパターン領域PR部にはインプリント材Rがあり、それ以外はガス領域GRとなる。このときのガス領域GRの容積をVGRとすると、ガス領域GRの容積は図12(a)に記載のとおり、以下の数式で表せる。
は型1のパターン領域PRを除く面積であり、接触ギャップd1は押印後の状態における型1と基板2間の距離dである。接触ギャップd1は上述の通り、パターン領域PRの凸部の厚さ(数十μm〜数百μm)とインプリント材との厚さとの和である。なお、接触ギャップd1は、型1のパターン領域PR部に設けられた凸部の高さとほぼ同等であるため、これに置き換えて計算してもよい。
図12(b)は工程S13における離型動作の終了時の状態を表している。前述の説明のように、型1を引き上げる動作に伴って、型1の周囲から気体が入ることにより、ガス領域GRはXY平面方向で見たときに面積が小さくなる。このときのガス領域の容積VGRは、ガス領域GRのXY平面方向の面積Aと、第2ギャップの最大値d2の積となる。気体が流入してきてもガス領域GRの容積VGRが離型動作の前後で変わらないとすると、このときのガス領域GRの面積Aは、図7(b)の下式に示すように以下の数式で表せる。
図12(c)は、工程S13における押印動作を行う前の状態を表している。第1ショット領域から第2ショット領域までの型1および基板2の面方向における相対的な移動距離をLとした。なお、Lはパターン領域PRの幅としても良い。前述の説明のように、基板2は第2ショット領域S2が型1のパターン領域PRの下方に配置されるように移動している。ガス領域GRも基板2の移動に伴って移動している。ガス領域GRは基板2の移動速度の半分で移動するので移動距離は半分となる。したがってガス領域はL/2分移動する。このときにガス領域GRがパターン領域PRの下方を満たししている状態にすることが望ましい。ガス領域GRの幅aを、ガス領域GRの面積A,Aと、接触ギャップd1,第2ギャップの最大値d2で表した際の数式は図12(c)に示すとおり、以下の数式で表すことができる。
このとき、ガス領域GRの幅aが満たすべき条件はa/2>Lである。この条件を満たす、第2ギャップの最大値d2を計算し、制御部8が最大値d2を決定する。第2ギャップを算出された最大値d以下に維持することにより、第1接触後にガスを供給しなくとも、第2接触時において、パターン領域PRとインプリント材との間のガスの濃度の低下を抑制することが可能となる。その結果、第1接触後にガスを供給せずに第2接触を行っても、ガスの濃度不足による欠陥の発生を抑制することが可能となる。
ここまで、材料供給部5を有するインプリント装置について説明したが、本発明は材料供給部の有無に関わらない。例えば、外部の塗布装置によって、基板上の一面にインプリント材を塗布してからインプリント装置に搬入してもよい。この場合、図2の工程S11を省略することができる。ただし、この場合においてもガスの供給は必要であり、上記説明した方法と装置により、型1と基板2との間の距離dを調整し、複数回の接触毎にガスの供給を行う。このとき、予めガス供給を行う接触回数を設定しておいてもよい。この場合、ショット領域の大きさや、ガスの供給量により異なるが、予め設定される接触回数は、3回以下であることが望ましい。ガスの供給の際には、図9を用いて説明したクエット流れを利用したガス供給方法を用いることができる。その場合も同様に、基板2をガス供給路7dの供給口7eの位置に移動させ、再度、型1のパターン領域PRの下方に対象ショット領域を配置するように移動させながらガスを供給する。
また、本実施形態においては、離型動作と移動動作を異なる工程として行ったが、離型動作と移動動作を同時に行っても良い。この場合、制御部8は、第1接触後から第2接触までの期間における距離dを第1ギャップよりも小さくなるように(第1ギャップ以上とならないように)、型位置決め部3または基板位置決め部4を制御する。
以上、説明したように、第1実施形態のインプリント装置は、型1と基板2との距離dを制御することで、型1と基板2の間に効率的にガス供給することができ、接触毎にガス供給を行う必要がない。これによって、ガスの消費量を削減することが可能となる。また、ガス供給時間が削減されるため、生産性を向上することも可能である。
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態のインプリント装置10について説明する。第2実施形態として言及しない事項は、第1実施形態に従う。第2実施形態では、制御部8は、離型動作時に何らかの原因により距離dが設定された閾値を超えた場合など、所定の条件を満たした場合は、ガスを再供給する。
図13は、第2実施形態に係るインプリント装置10のインプリント処理を示すフローチャートである。本図における工程S11〜工程S13は、第1実施形態同様であるので、説明を省略する。
工程S31では、離型動作完了後に距離dと、あらかじめ決められた閾値との比較を行う。あらかじめ決められた閾値とは、例えば第1実施形態における第2ギャップの最大値d2相当であり、これは第1実施形態記載の算出方法で予め設定することが可能である。第1ショット領域への接触後に距離dが閾値を超えることは、第2ショット領域の押印動作時においてガスの濃度が不足する恐れがある。第1ショット領域への接触後に距離dが閾値を超えた場合は工程S32に進み、超えない場合には工程S14に進む。
工程S32ではガスの供給を行う。工程S32は、第1ショット領域への接触後に距離dが閾値を超えたときのみ実施される工程である。第1ショット領域への接触後に距離dが設定した前記閾値を超えた場合、第2ショット領域のインプリント時の型1のパターン領域PR部のガス濃度が不足している恐れがある。そこで、ガス供給路7dからガスを再度供給し、型1のパターン領域下方のガス濃度を高める。ガスを再度供給するので、ガスの消費量増加、および時間当たり生産性の低下を招く可能性があるが、ガスの濃度不足による欠陥品の発生率を低減することが可能となる。なお、本実施形態においては第1ショット領域への接触後に距離dが閾値を超えた場合にガスを再供給することとしたが、第2領域への移動動作時において、あらかじめ決められた閾値と第2ギャップとの比較を行ってもよい。この場合、第2ギャップが閾値を超えた場合に、ガスを再供給する。
本図における工程S14〜工程S16は、第1実施形態同様であるので、説明を省略する。以上、説明したように第2実施形態のインプリント装置では、第2ギャップが閾値を超えた場合にガスの再供給を行うことでガスの濃度不足を防ぎ、欠陥の発生率を低減することが可能となる。なお、本実施形態においては、第2ギャップが最大値d2を超えた場合にガスを再供給することとしたが、これに限られない。例えば、型1と基板2との間の空間のガス濃度が所定の閾値を下回ったことが判明した場合などにガスを再供給しても良い。
(物品製造方法に係る実施形態)
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布されたインプリント材に上記のインプリント装置を用いてパターンを形成する工程(基板にインプリント処理を行う工程)と、かかる工程でパターンを形成された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。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。
インプリント装置10を用いて成形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14(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14(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14(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14(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14(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14(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。
1 型
2 基板
3 型位置決め部
4 基板位置決め部
7 ガス供給部
8 制御部

Claims (14)

  1. 基板の上に形成された複数のショット領域に供給されたインプリント材に対し、型を接触させ、前記基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記型と前記基板との間の空間にガスを供給するガス供給部と、
    前記型と前記基板との距離を変更する位置決め部と、
    前記ガス供給部および前記位置決め部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記インプリント材が供給された前記複数のショット領域のうちの第1ショット領域と前記型との第1接触後に、前記第1ショット領域とは異なる第2ショット領域と前記型との第2接触を行い、かつ、ガス供給時の前記距離である第1ギャップよりも、前記第1ショット領域から前記第2ショット領域への前記型と前記基板の面方向の相対位置の変更時における前記距離である第2ギャップが、小さくなるように前記位置決め部を制御する、ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記制御部は、前記第1接触後から前記第2接触までの期間における前記距離を前記第1ギャップよりも小さくなるように前記位置決め部を制御する、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. 前記制御部は、前記第1接触前に前記空間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、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. 前記制御部は、前記第2ギャップの最大値を決定し、前記第2ギャップを前記最大値以下に維持する、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、前記インプリント材と前記型の接触時における前記空間の容積、および前記変更時における前記型または前記基板の前記面方向における移動距離、に基づいて前記最大値を決定する、ことを特徴とする請求項4に記載のインプリント装置。
  6. 前記第1ギャップは、前記型と前記ガス供給部との間隔よりも大きい、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、前記第1接触と前記第2接触を含む複数回の前記接触毎に、前記ガスを供給するよう前記ガス供給部を制御する、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. 前記制御部は、所定の条件を満たした場合は、前記第2接触前、または前記複数回の接触のうち第1および第2ショット領域とは異なるショット領域と前記型との第3接触前にも前記空間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、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. 前記制御部は、前記第2ギャップが、前記最大値を超えた場合は、前記第2接触前、または前記第3接触前にも前記空間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、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. 前記制御部は、前記制御部は、前記第1接触後から前記第2接触までの期間において、
    前記距離が、前記最大値を超えた場合は、前記第2接触前、または前記第3接触前にも前記空間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、ことを特徴とする請求項8または9に記載のインプリント装置。
  11. 前記複数回の接触は3回以下である、ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  12. 前記複数回の接触は、隣接するショット領域に対して行われる、ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  13. 基板の上に形成された複数のショット領域に供給されたインプリント材に対し、型を接触させ、前記基板の上にパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記型と前記基板との間の空間にガスを供給し、
    前記制御部は、前記インプリント材が供給された前記複数のショット領域のうちの第1ショット領域と前記型との第1接触後に、前記第1ショット領域とは異なる第2ショット領域と前記型との第2接触を行い、かつ、ガス供給時の前記距離である第1ギャップよりも、前記第1ショット領域から前記第2ショット領域への前記型と前記基板の面方向の相対位置の変更時における前記距離である第2ギャップが、小さくなるように前記位置決め部を制御する、ことを特徴とするインプリント方法。
  14. 請求項1乃至12のいずれか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が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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