JP5693090B2

JP5693090B2 - 基板のエンボス加工用装置

Info

Publication number: JP5693090B2
Application number: JP2010185136A
Authority: JP
Inventors: フリードリヒ・パウル・リンドナー; トーマス・グリンスナー; マルクス・ヴィンプリンガー
Original assignee: エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2009-08-22
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: EP2287666B1; US10239253B2; EP2287666A1; US20150251349A1; US20110045185A1; JP2011044715A; US9116424B2

Description

本発明は、請求項１に記載の装置と請求項１３に記載の方法とに関する。

たとえばポリマー基板、スピンオンオリゴマーまたはポリマーのホットエンボス加工、もしくはＵＶによるナノインプリント法等のエンボス加工方法は、「シングルステップ」法または「ステップアンドリピート」法として知られており、ステップアンドリピート法は、大型の基板、たとえば多くの個別ステップでエンボス加工される３００ｍｍシリコンウェハの製造に好適である。たとえば、活性領域がたとえば２５ｍｍ×２５ｍｍである小型でより経済的な構造化された石英ガラスダイが、１０ｎｍ未満の非常に高い分解能で、かつダイと基板との間の５０ｎｍ未満の較正精度で、達成される。

ナノメートルおよびミクロン（マイクロメートル）範囲の構造サイズを製造する既知のエンボス加工方法には、フォトレジストに気体が混入するという問題がある。それは、一方では、ダイと基板との間の密封された周囲空気から発生する可能性があり、他方では、レジストから漏出する溶剤から形成される可能性もある。

したがって、本発明の目的は、ナノメートル範囲の非常に高い分解能に対しても、基板に対し、可能な限り欠陥のない構造を付与することができる方法および装置を発明することである。

この目的は、請求項１および請求項１３の特徴によって達成される。本発明の有利な展開は、従属請求項に記載されている。明細書、特許請求の範囲および／または図面に記載されている特徴のうちの少なくとも２つのすべての組合せもまた、本発明の範囲内にある。

本発明は、基板上に配置されている構造材料に構造をエンボス加工する決定的に重要なステップにおいて、規定された雰囲気を設定するという概念に基づいており、その規定された雰囲気は、特に気体圧力に関して装置を包囲する雰囲気と異なっている。これに関して、装置内にこのような規定された雰囲気を設定する手段がある。

さらに、規定された雰囲気は、好ましくは圧力を設定しかつ／または調整する手段により、特に付近と異なる所定圧力を含むことができる。接触は既定圧力ｐ_１で行われ、ダイの充填は既定圧力ｐ_２で行われることが好ましい。ここで、ｐ_１はｐ_２より小さいことが有利である。

たとえば、上記手段は、少なくとも部分的にエンボス加工手段を保持する作業空間から所定流体および／または不純物を少なくとも大部分除去または排除するか、またはエンボス加工手段から分離された作業空間の領域においてそれらを濃縮するのに好適であり得る。

構造材料における異物の混入が、上述した方法により大幅に低減するかまたは完全に排除される。

本発明で請求する装置の１つの有利な構成では、規定された雰囲気は、作業空間の外部の気体圧力より低い気体圧力によって規定される。さらにより有利には、規定された雰囲気は、本質的に気体がなく、または作業空間を包囲する雰囲気に比較して気体濃度が非常に低く、さらにより好ましくは、作業空間には周囲空気がない。これを、たとえば、圧力が３００ミリバール未満の真空の形態で達成することができ、作業空間から周囲空気を他の気体で事前に除去することも本発明の範囲内にある。規定された雰囲気は、特に好ましくはＯ_２含有量が３％未満、特に１％未満であり、さらにより好ましくは０．５％未満である。理想的には、作業空間においてＯ_２のない雰囲気が広がっている。

真空ラインを介して、真空手段によって作業空間を既定された雰囲気としての真空に晒す場合には、さらに有利であり、この真空ラインは、作業空間を真空手段に接続する。

装置が、エンボス加工プロセス内のいくつかのエンボス加工ステップで基板にエンボス加工するステップアンドリピート装置として作製される場合、小型の経済的なエンボスダイを用いる時には、非常に大きい基板を使用してもよい。エンボスダイは、基板上にエンボス加工されるエンボス構造を有しており、構造を最小化するために、対応するエンボス構造は、ナノ構造またはナノ構造より小さい構造として作製される。これにより、装置に含まれる構成要素および他の手段、特に較正手段は、提供されるナノ構造に従って正確に機能しなければならない。これに関して、規定された雰囲気は上述した手段に有益である。

装置が、付与プロセスにおいて基板に構造材料を付与する、少なくとも部分的に作業空間に配置された付与手段を有することにより、上述した利点および構成を付与プロセスにも移すことができる。

したがって、たとえば、付与プロセスが、構造材料を基板の表面区画に付与するためにいくつかの付与ステップに分割される場合に有利である。

さらに、本発明の１つの有利な構成では、付与手段は、構造材料を液滴形態で付与するノズルを有する。別法として、付与手段は、構造材料をスピン法、スクリーン印刷法、スプレー法またはピエゾ法で付与する手段を有することができる。

付与プロセスが、上述した規定された雰囲気で少なくとも部分的に行われることが可能であることにより、構造材料が付与される時に発生する気体混入、または構造材料に存在する溶剤の気化によって発生する気体混入の可能性を大幅に回避するかまたは完全に排除することができる。

本発明の構成は、規定された構造材料単位でエンボスダイの空隙に対応する構造領域にのみ構造材料が付与されるように付与プロセスを制御できる点で、特に有利である。一方で、この方法は、構造材料の相当な量を節約することができ、他方で、基板に付与される構造の結果としての厚さ全体を最小化することができる。このように、特にエンボス加工プロセスに続く硬化プロセスおよびエッチングプロセスにおいて、処理時間がさらに最短化する。さらに、この方法により、残りの層の厚さが均一になる。この場合、特にこの形態における気体混入の危険を最小限にするために真空でエンボス加工することが特に有利である。

ここで、構造材料単位が、エンボスダイの対応する空隙よりわずかに大きい体積、特に最大１０％、好ましくは最大５％大きい体積である場合には、構造材料単位がエンボス加工プロセスにおいて空隙によって変位する場合に、隆起構造間の閉鎖した中間層として、余分な構造材料が隣接する隆起構造の間の連結部を形成するので、特に有利である。

本発明で請求する基板、特に半導体基板またはウェハのエンボス加工方法は、最も一般的な実施形態において、
ａ）基板を、較正手段によって、付与プロセスにおいて基板に構造材料を付与する付与手段に対して較正するステップと、
ｂ）付与手段によって、構造材料または構造材料の構造材料単位を基板に付与するステップと、
ｃ）基板を、少なくとも部分的に作業空間に配置された較正手段によって、エンボス加工プロセスにおいて基板上に構造材料をエンボス加工する、少なくとも部分的に作業空間に配置されたエンボス加工手段に対して、較正するステップと、
ｄ）基板にエンボス加工手段によってエンボス加工するステップであって、エンボス加工プロセスの前およびその間において作業空間に、特に中断なく規定された雰囲気が供給され得る、ステップと、を含む。

ステップａ）による較正プロセスを、作業空間において、特にステップｃ）による較正手段を用いて行うことができるが、別個のステップとして、作業空間の外部において行うことも可能であり、この場合、ステップｂ）もまた作業空間の外部で行われる。これは、構造材料の付与においてスピン法を用いる場合に特に有利であり得る。ここで、作業空間の外部で行われる構造材料の付与が、上述した規定された雰囲気と同様の規定された雰囲気において、特に可変圧力で行われる場合も有利である。

ステップａ）による較正とステップｂ）による付与とが作業空間で行われる限り、構造材料は、作業空間の上方部分から下に位置する基板に付与されることが有利である。

エンボス加工手段もまた、作業空間の上方部分に位置することが有利であり、本発明の１つの有利な構成におけるエンボスダイは、付与手段の付与要素に対して平行に移動することができるように配置される。

エンボスダイおよび／または付与要素の移動は、作業空間の外側からもたらされることが有利である。

本発明の他の利点および実施可能な形態は、他の請求項、図面、明細書および図面に再現している。

本発明で請求する装置の一実施形態の略側面図である。エンボス加工直前の基板および構造材料ならびに本発明で請求するエンボスダイの概略図である。エンボス加工中の基板および構造材料ならびに本発明で請求するエンボスダイの概略図である。１つのエンボス加工ステップの後でありかつ硬化プロセスの後の本発明で請求するエンボス加工された基板の図である。

図において、同一の構成要素または同一の機能を有する構成要素を、同一の参照数字で識別する。

図１は、一実施形態における本発明で請求する作業空間１３を有する装置を示しており、この作業空間１３は、側壁７、カバー１７およびベースプレート６によって境界が画定されている。

ベースプレート６の上には較正プレート５があり、この較正プレートは、ほぼ作業空間１３の底部１８全体にわたって延在している。

較正ベースプレート５の上には、較正テーブル４があり、この較正テーブルは、較正テーブル４の上に特に固定されて位置する基板ホルダ３を、作業空間１３内で特にエンボス加工手段２０および付与手段２１に向けて動かすために、特にＸ方向にガイドされて動くことが可能である。基板ホルダ３は、受入手段２４の構成要素である。

較正ベースプレート５および較正テーブル４は、較正手段２２の構成要素であり、この較正手段は、上述した一連の移動を担う。さらに、較正手段２２、特に較正テーブル４は、上に基板２が配置されている基板ホルダ３を、特に図１に示すＸ方向と図１から図面の紙面内を指すＹ方向とＸ方向およびＹ方向にわたる面Ｅにおける回転方向とにおいて、付与手段２１に対して正確に較正し位置合せするように設計されている。ここで、位置決めおよび較正プロセスは、図示しない制御手段によって制御され、正確な位置合せは、基板２および／または基板ホルダ３の上の図示しないゲージマークを使用して行うことができる。

付与手段２１のノズル本体１２のノズル１２ｄのＺ方向における位置決めおよび較正は、付与アクチュエータ１１によって行っており、カバー１７を貫通するノズル本体のアクチュエータロッド１９は、この付与アクチュエータ１１に横断方向に、したがって面Ｅに対して平行に取り付けられている。

構造材料１は、ノズル１２ｄによって、基板２のノズル本体１２と対向する上部２ｏに付与される。付与は、ステップアンドリピートプロセスで行う、すなわち、上部２ｏには、構造材料１がいくつかのステップで供給される。その際、構造材料１の規定された構造材料単位１ｅ（図２参照）は、基板２の上部２ｏに付与され、そして後のエンボス加工プロセスにおいてエンボスダイ８の空隙８ｋに対応するように配置され、したがって、隆起構造１５ｅとして後に硬化される構造領域のみに付与する。これに関して、付与手段２１の個々の付与ステップがエンボス加工手段２０の個々のエンボス加工ステップに対応する場合、有利である。したがって、ノズル１２ｄは、特に、エンボスダイ８のエンボス加工面に対応する基板２の所定領域、または複数のこの領域を正確に覆う。

基板２の上部２ｏに構造材料１または構造材料単位１ｅが完全に供給されるとすぐに、基板２は、エンボス加工手段２０に対向して配置され、図２および図３に示すエンボス加工プロセスを行うためにエンボスダイ８に対して較正される。

これもまた同様にステップアンドリピートプロセスで行い、エンボスダイ８を保持するダイ保持装置２３とエンボスダイ２３に作用するアクチュエータ１０とによって、エンボスダイ８のエンボス加工力を構造材料１および基板２に加える。

制御手段に接続された動力計セル９が、アクチュエータ１０によって加えられる力および／または位置を測定する。また、３つのアクチュエータ１０すべてを、位置制御してかつ／または力を制御して個々に使用してもよく、それにより、エンボス加工力を接触面の中心にシフトさせることにより、エッジ領域もまた均一にエンボス加工してもよい。

図３に示すエンボスダイ８の基板２に対する位置において、硬化プロセスを、特に、フォトレジストである構造材料１のＵＶ露光により、カバー１７の入口である窓１４を通して行う。

アクチュエータ１０によりエンボスダイ８を取り除いた後、図４に示す硬化した構造材料１５が基板２上に残っており、この硬化した構造材料は、隆起構造１５ｅと中間層厚さ１６の中間層１５ｚとからなる。残っている中間層厚さ１６は、基板２を構造化するために、基板２全体を完全にエンボス加工し硬化させた後に、エッチングプロセスによって除去される。隆起構造１５ｅは、エッチングマスクとして使用される。

基板２について、構造化される基板は、円形基板または矩形基板、たとえば半導体ウェハ、ガラスウェハ、セラミック基板またはポリマー基板であってもよい。

基板ホルダ３を、たとえば粘着保持装置または静電保持装置としてもよい。

エンボスダイ８を、たとえばホットエンボス加工、ＵＶエンボス加工またはマイクロコンタクトプリンティングによって構造を打抜き加工またはエンボス加工するための、矩形ダイまたは円形ダイとしてもよい。

しかしながら、エンボスダイ８はまた、少なくとも部分的に石英、ガラスおよび／または混成構造からなってもよく、エンボスダイ８を、キャリア、補償層および構造層またはキャリアおよび弾性構造層から形成してもよい。

構造材料１は、たとえばＵＶ光またはＩＲ光によるレジストに対し、構造材料に応じて硬化する。

ノズル１２ｄは、液滴として付与される構造材料単位１ｅの体積が、エンボスダイ８の空隙８ｋの体積に一致するように正確な大きさとなるように構成されており、液滴濃度および液滴体積は、可能な限り小さい中間層厚さ１６が残るように、充填されるべき空隙８ｋの体積に従って大きさが決められる。液滴体積を、一定であるように有利に設定することができ、より大きい空隙８ｋに対して空隙８ｋごとに数滴を付与する。基板材料単位１ｅの一定の液滴体積は、最小空隙８ｋに対応してもよく、より大きい空隙８ｋに対して複数の基板材料単位１ｅを付与する。

硬化した構造材料１５は、機能層として直接作用することができるが、上述したように、基板への構造転写用のエッチングマスクとして作用することも可能である。

１構造材料、１ｅ構造材料単位、２基板、２ｏ上部、３基板ホルダ、４較正テーブル（Ｘ、Ｙ方向および回転）、５較正ベースプレート、６ベースプレート、７側壁、８エンボスダイ、８ｋ空隙、９動力計セル、１０アクチュエータ、１１付与アクチュエータ、１２ノズル本体、１２ｄノズル、１３作業空間、１４窓、１５硬化した構造材料、１５ｅ隆起構造、１５ｚ中間層、１６中間層厚さ、１７カバー、１８底部、１９アクチュエータロッド、２０エンボス加工手段、２１付与手段、２２較正手段、２３ダイ保持装置、２４受入手段

Claims

基板（２）のエンボス加工用装置であって、
包囲された作業空間（１３）を画定する側壁（７）、カバー（１７）およびベースプレート（６）と、
前記包囲された作業空間（１３）内に前記基板（２）を保持する少なくとも１つの受入手段（２４）と、
前記包囲された作業空間（１３）に少なくとも部分的に配置され、前記基板（２）を較正するための較正手段（２２）と、
前記包囲された作業空間（１３）に少なくとも部分的に配置され、エンボス加工プロセス中に前記基板（２）上に構造材料（１）をエンボス加工するためのエンボス加工手段（２０）と、
前記包囲された作業空間（１３）に少なくとも部分的に配置され、付与プロセス中に前記基板（２）に前記構造材料（１）を付与するための付与手段（２１）であって、前記包囲された作業空間（１３）に配置された少なくとも１つのノズル（１２ｄ）と、前記少なくとも１つのノズル（１２ｄ）を前記基板（２）の垂直方向に移動させるための付与アクチュエータ（１１）と、を含む付与手段（２１）と、
前記包囲された作業空間（１３）を真空手段に選択的に接続するための真空ラインと、
を具備し、
前記構造材料（１）を前記基板（２）に付与する間、前記包囲された作業空間（１３）の外側の気体圧力より低い気体圧力に前記基板（２）を晒すために、前記包囲された作業空間（１３）は、前記付与プロセス中に前記真空手段に接続され、
前記包囲された作業空間（１３）は、前記エンボス加工プロセスの前およびその間に、中断なく規定された雰囲気に晒される、
装置。
前記規定された雰囲気は、前記包囲された作業空間（１３）の外側の気体圧力より低い気体圧力を有し、前記規定された雰囲気は、気体がない、
請求項１に記載の装置。
前記包囲された作業空間（１３）は、前記真空ラインを介して、圧力または圧力プロファイルに晒される、
請求項１または２に記載の装置。
前記エンボス加工プロセスにおけるいくつかのエンボス加工ステップで前記基板（２）にエンボス加工するステップアンドリピート装置として作製される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
前記エンボス加工手段（２０）は、前記基板（２）の上にエンボス加工されるエンボス構造を備えたエンボスダイ（８）を有し、
前記エンボス構造は、ナノ構造またはナノ構造より小さい構造として作製される、
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
前記付与手段は、前記付与プロセス中に、前記構造材料（１）を前記基板（２）の表面区分に付与するためのいくつかの付与ステップを実行するように構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
前記少なくとも１つのノズル（１２ｄ）は、前記構造材料（１）を液滴形態で付与するためのものである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
前記付与手段（２１）は、前記構造材料（１）を、スピン法、スクリーン印刷法、スプレー法またはピエゾ法で付与する手段を有する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
前記構造材料（１）は、規定された構造材料単位（１ｅ）で前記エンボスダイ（８）の空隙（８ｋ）に対応する構造領域にのみ付与されるように、前記付与プロセスを制御するための手段をさらに有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
前記構造材料単位（１ｅ）は、前記エンボスダイ（８）の前記対応する空隙（８ｋ）より大きい体積を有する、
請求項９に記載の装置。
基板（２）のエンボス加工方法であって、
前記方法は、
ａ）前記基板（２）を、包囲された作業空間（１３）に少なくとも部分的に配置された較正手段（２２）によって、付与手段（２１）に対して較正するステップと、
ｂ）前記包囲された作業空間（１３）に配置された少なくとも１つのノズル（１２ｄ）と、前記少なくとも１つのノズル（１２ｄ）を前記基板（２）の垂直方向に移動させるための付与アクチュエータ（１１）と、を含む前記付与手段（２１）によって、付与プロセス中に、構造材料（１）を前記基板（２）に付与するステップと、
ｃ）前記包囲された作業空間（１３）を真空手段に選択的に接続するための真空ラインによって、前記構造材料（１）を前記基板（２）に付与する間、前記包囲された作業空間（１３）の外側の気体圧力より低い気体圧力に前記基板（２）を晒すために、前記付与プロセス中に、前記包囲された作業空間（１３）を前記真空手段に接続するステップと、
ｄ）前記基板（２）を、前記較正手段（２２）によって、前記包囲された作業空間（１３）に少なくとも部分的に配置され、エンボス加工プロセス中に前記基板（２）上に前記構造材料（１）をエンボス加工するためのエンボス加工手段（２０）に対して較正するステップと、
ｅ）前記基板（２）に前記エンボス加工手段（２０）によってエンボス加工するステップであって、前記エンボス加工プロセスの前およびその間に前記包囲された作業空間（１３）に、中断なく規定された雰囲気が供給される、ステップと、
を含む方法。
前記規定された雰囲気は、前記包囲された作業空間（１３）の外側の気体圧力より低い気体圧力を有し、
前記規定された雰囲気は、気体がない、
請求項１１に記載の方法。
ステップｂ）は、規定された雰囲気に、空気圧式方法、熱的方法、ピエゾ印刷、スクリーン印刷、スプレー法、または、スピン法によって行われる、
請求項１１または１２に記載の方法。
ステップｂ）による前記付与プロセスは、エンボスダイ（８）の対応する空隙（８ｋ）より大きい体積である規定された構造材料単位（１ｅ）で、前記エンボスダイ（８）の空隙（８ｋ）に対応する構造領域にのみ前記構造材料（１）が付与されるように制御される、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。