JP5785646B2 - インプリント装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント装置、および、該インプリント装置を用いて物品を製造する製造方法に関する。

インプリント技術は、磁気記憶媒体や半導体デバイスの量産向けリソグラフィ技術の一つとして実用化されつつある。特に、ナノレベルのパターンを形成するインプリント技術は、ナノインプリント技術として知られている。インプリント技術は、パターンが形成された型（原版）をシリコンウェハやガラスプレート等の基板上に塗布された樹脂に押し付けて、その状態で樹脂を硬化させることによってパターンを基板に転写する技術である。

特許第４１８５９４１号公報

従来のインプリント方法には、型に形成されたパターンの凹部に樹脂が充填されるまでに長時間を要したり、パターンの凹部に樹脂が完全に充填される前に硬化工程が実行されることによって欠陥が発生したりするという課題がある。また、従来のインプリント方法には、樹脂を硬化させた後に該樹脂或いは基板から型を引き離すために大きな力が必要であったり、そのために基板に転写されたパターンに欠陥が発生したりするという課題がある。

本発明は、インプリント装置の構成の複雑化を抑えながらインプリント処理のスループットおよび／または収率を向上させることを目的とする。

本発明の１つの側面は、基板に樹脂を塗布し該樹脂に型を押し付けた状態で該樹脂を硬化させるインプリント装置に係り、前記型は、前記型の被保持面に位置する非ポーラス材料からなる部分と、ポーラス層とを有し、前記ポーラス層は、前記型の側面の一部に露出した部分を有し、前記インプリント装置は、前記型を保持するチャックと、前記チャックによって保持された前記型の前記ポーラス層から気体が排出されるように、前記型の前記被保持面を介さず、かつ、前記部分を介して前記ポーラス層に気体を供給する供給部と、を備える。

本発明によれば、インプリント装置の構成の複雑化を抑えながらインプリント処理のスループットおよび／または収率を向上させることができる。

本発明の実施形態のインプリント装置の構成を概略的に示す図である。 型の概略的な構成を示す図である。 型のパターン部に形成されたパターンの凹部への樹脂の充填の様子を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態の型の構造を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態の型の構造を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態のインプリント装置の動作を示す図である。

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。

［第１実施形態]
図１（ａ）を参照しながら本発明の第１実施形態のインプリント装置１００について説明する。インプリント装置１００は、ウェハまたはガラス基板などの基板１に樹脂を塗布し該樹脂に型２を押し付けた状態で該樹脂にエネルギーを与えることによって該樹脂を硬化させる。これによって、型２に形成されたパターンが基板１の上に樹脂のパターンとして転写される。樹脂を硬化させるためのエネルギーは、典型的には、光（例えば、紫外光）または熱である。インプリント装置１００は、例えば、基板１を位置決めする位置決め機構１２と、型２を保持するチャック１４を有するインプリントヘッド３とを備えうる。インプリント装置１００は、その他、樹脂を介して型２を基板１に押し付ける駆動機構（不図示）と、樹脂にエネルギーを与えることによって樹脂を硬化させる硬化ユニット（不図示）と、基板１に樹脂を塗布する塗布機構とを備えうる。該駆動機構は、例えば、インプリントヘッド３を駆動することによって樹脂を介して型２を基板１に押し付けるように構成されうる。他の実施形式では、駆動機構は、位置決め機構１２に組み込まれ、基板１を駆動することによって、樹脂を介して型２が基板１に押し付けられた状態を実現する。インプリント装置１００は、更に、型２に気体を供給する供給部１６を備えている。インプリントヘッド３には、型２に形成されたマークと、基板１に形成されたマークとを光学的に観察することによって両者の相対的な位置を検出するスコープ４が配置されうる。スコープ４によって検出された相対的な位置に基づいて位置決め機構１２によって基板１が位置決めされる。

図２には、型２の概略的な構成が示されている。紫外光などの光を使って樹脂を硬化させる構成においては、型２は石英のような光を透過する材料で構成され、落射照明により型２を介して樹脂に光が照射されうる。型２は、パターンが形成されたパターン部５が凸型になった形状を有しうる。これは、型２を樹脂を介して基板１のショット領域に押し付けた際に、隣接するショット領域に型２が接触することを防止するためである。

図３には、基板１に樹脂７を介して型２のパターン部５が押し付けられた状態が模式的に示されている。パターン部５に形成されたパターンは凹部６を有する。換言すると、該パターンは、凹部６および凸部によって構成される。基板１に塗布された樹脂７に型２のパターン部５が押し付けられると、毛細管現象によりパターンの凹部６の中に樹脂７が充填される。ここで、パターン部５が樹脂７に接触する前は、凹部６の中に気体が存在する。一般的なインプリント技術では、凹部６の中に存在する気体が樹脂中に溶け込むことによって凹部６が樹脂によって完全に充填される。そこで、樹脂に溶けやすい気体（例えば、分子量が小さな水素やヘリウムなど）でインプリントヘッド３を覆う構成が利用されうる。しかしながら、これを実現するためにインプリントヘッド３を取り囲むカバーを設けると、型２の交換等のために該カバーを移動させる機構をも設ける必要があり、インプリント装置１００の構成が複雑化しうる。また、カバーを搭載することは、他の機器の搭載の自由度を制限しうる。

そこで、この実施形態では、型２にポーラス層を設けて、該ポーラス層を通してインプリント装置１００からパターン部５に気体が供給される。ポーラス層の構成材料としては、例えば、ポーラスシリカ材料などの透明材料を使用することができる。ポーラスシリカ層は、シリカ原料とポリスチレン粒子などの高分子材料とを分散した混合液を部材上に数ミクロンないしは数百ミクロンの厚さでコーティングし、熱を加えて高分子材料を取り除くことにより形成されうる。このような方法により、例えば、数ナノメートル〜十数ナノメートルの空洞が規則的あるいは不規則に配列されたポーラス層を得ることができる。インプリント装置１００は、図１（ａ）に例示されるように、型２のポーラス層に気体を供給する供給部１６を備えている。供給部１６は、例えば、気体の供給路と、気体の供給源と、気体の供給およびその停止を制御する弁とを含みうる。

図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながらポーラス層を有する型２のいくつかの実施形態を説明する。図４（ａ）に示す例では、型２は、パターン部５の周囲に配置されたポーラス層８を有し、インプリントヘッド３に設けられた供給部１６（図１（ａ）参照）からポーラス層８に気体２０が供給される。ポーラス層８は、パターン部５をその全周にわたって取り囲むように配置されうる。図４（ｂ）に示す例では、型２から気体が排出される領域を制限するために、非ポーラス部材９によってポーラス層８が部分的に覆われている。非ポーラス部材９は、気体を透過しない部材、または気体の透過がポーラス層８よりも小さい部材である。図４（ａ）、（ｂ）に示す構成では、ポーラス層８から気体を排出する期間は、型２を樹脂に押し付けている期間を含んでもよいし、含まなくてもよい。

図４（ｃ）に示す例では、パターン部５がポーラス層８で構成されていて、パターン部５からも気体が排出される。図４（ｃ）に示す例は、パターン部５が面する空間（パターン部５の外側または下側の空間とも表現しうる）に気体を供給する機能のほか、パターン部５に付着した異物を取り除く機能も有する。図４（ｃ）に示す構成では、パターン部５の強度が弱くなるので、図４（ｄ）に示すように、ポーラス層８の一部を非ポーラス部材で構成されたキャップ層１０で覆い、キャップ層１０にパターン部５を形成してもよい。一般的に分子の小さな水素やヘリウムなどの気体はゴムやガラスなどを透過することが知られている。そこで、例えば数十ｎｍ程度の厚さを有するＳｉＯｘ層（ＳｉＯ_２など）をキャップ層１０として設けることによって、気体の透過を可能にするとともにパターンの強度を上げることができる。図４（ｃ）、（ｄ）に示す例では、樹脂に型２を押し付ける前の期間の少なくとも一部においてはポーラス層８から気体が排出され、樹脂に型２を押し付けてから該樹脂が硬化するまでの期間においては気体が排出されないように供給部１６が制御されうる。キャップ層１０にパターン部５を形成する代わりに、ポーラス層８にパターンを形成し、そのパターンをキャップ層１０で覆ってパターン部５を構成してもよい。この場合においては、キャップ層１０の厚さは、ポーラス層８に形成されたパターンの凹部の幅よりも十分に薄くされる。

図４（ｅ）、（ｆ）には、気体を型２のポーラス層８に供給する供給部１６が例示されている。この実施形態によれば、インプリント装置１００に設けられた供給部１６から気体を受けてその気体を排出するポーラス層８を型２に設けることによって、型２のパターン部５と基板１のショット領域との間に局所的にガスを供給することができる。このような構成によれば、インプリントヘッド３を取り囲むようなカバーを設ける必要がなく、インプリント装置１００を小型化することができる。また、樹脂に溶けやすい気体をポーラス層８から排出してパターン部５が面する空間に該気体を供給することによって、樹脂にパターン部５を押し付けた時における凹部６に対する樹脂の充填を促進することができる。これにより、インプリント処理のスループットを向上させることができる。また、凹部６への樹脂の充填を促進することにより、凹部６への樹脂の未充填によるパターンの転写不良を低減し、収率を向上させることができる。

[第２実施形態]
図１（ｂ）に本発明の第２実施形態のインプリント装置１００’の概略構成が示されている。図１（ｂ）において、第１実施形態のインプリント装置１００の構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号が付されている。第２実施形態のインプリント装置１００’は、第１実施形態のインプリント装置１００における供給部１６を気体制御部１８で置き換えた構成を有する。型２は、第１実施形態と同様の構成を有しうるが、パターン部５以外の部分は、非ポーラス部材９で覆われていることが好ましい。図５（ａ）には、第２実施形態で使用されうる型２の１つの例が示されている。気体制御部１８は、型２のパターン部５が樹脂７に押し付けられた状態において、型２のパターン部５を構成しているポーラス層８を介してパターンの凹部６の中の気体を吸引する吸引部を含む。これにより、図５（ｂ）に模式的に示すように、樹脂７が凹部６の奥まで速やかに充填される。気体制御部１８は、ポーラス層８から気体が排出されるようにポーラス層８に気体を供給する供給部を更に含んでもよい。

ポーラス層８は、樹脂への型２の押し付けがなされる空間に存在する気体（例えば、空気、Ｈ_２、Ｈｅ_２）を通すために十分な寸法を有する多数の孔を有する層として形成されうる。樹脂への型２の押し付けの前に型２と基板１との間に分子量の小さな気体（例えば、Ｈ_２またはＨｅ_２）を供給する場合には、ポーラス層８の孔は、当該気体を通すために十分な寸法を有する。樹脂への型２の押し付けがなされる空間に供給する気体としてＨ_２またはＨｅ_２を使用する場合には、ポーラス層８は、例えば、数ｎｍ程度の寸法を有する層として形成されうる。パターン部５に形成されたパターンの凹部６の中の気体は、ポーラス層８を通過して気体制御部１８に吸引されるが、樹脂７はポーラス層８を通過することができず、凹部６の中にとどまる。凹部６の中の気体を吸引することによって、樹脂７は、速やかに凹部６の中に充填される。

ポーラス層は、ポーラス構造を有しないＳｉＯ_２などよりは強度が低い。そこで、図５（ｃ）、（ｄ）に例示するように、ポーラス層８の表面に薄いＳｉＯｘ層（ＳｉＯ_２など）などのキャップ層（非ポーラス部材）１０を積層し、そのキャップ層１０にパターン部５を形成してもよい。キャップ層１０としてＳｉＯｘ層を採用する場合において、数十ｎｍ程度の薄いＳｉＯｘ層とすることで、ＳｉＯｘ層を気体が透過することができる。この場合、キャップ層１０もポーラス層８も気体を透過させる部材として機能する。図５（ｄ）に示す例において、パターン部５において、キャップ層１０は、凹部６に対応する第１部分２１と、凹部６以外の部分（凸部）に対応する第２部分２２とを有しうる。第１部分２１の厚さは、第２部分２２の厚さよりも薄いので、気体は、第２部分２２よりも第１部分２１を通過しやすい。そのため、気体は、第２部分２２よりも、凹部６の底部から第１部分２１を通して吸引されうる。したがって、凹部６内の気体は効果的に吸引される。キャップ層１０にパターン部５を形成する代わりに、ポーラス層８にパターンを形成し、そのパターンをキャップ層１０で覆ってパターン部５を構成してもよい。この場合においては、キャップ層１０の厚さは、ポーラス層８に形成されたパターンの凹部の幅よりも十分に薄くされる。

凹部６に樹脂７が充填された後に、例えば、紫外光などの光を樹脂７に照射することで樹脂７が硬化しうる。その後、硬化した樹脂７あるいは基板１から型２が引き離される。このときに凹部６から硬化した樹脂７を引き抜く力が作用するので、硬化した樹脂７が破損したり、基板１から樹脂７が剥がれたりする可能性がある。そこで、気体制御部１８からポーラス層８に気体を供給することによって凹部６内に気体を送り込み、これによって樹脂７からの型２の引き離しを補助することが好ましい。これにより、より弱い力で型２のパターン部５と樹脂７とを引き離すことができるので、引き離しによって樹脂のパターンに欠陥が生じる可能性を低減することができる。このとき、ポーラス層８に供給される気体としては、上述したものと同様に、ポーラス層を通り抜けることができる気体が使用される。

図６を参照しながらインプリント装置１００’におけるインプリント動作を例示的に説明する。以下のシーケンスは、不図示の制御部によって制御される。図６における左側は、インプリント動作のシーケンスを示し、右側は、気体制御部１８の動作を示している。新規の基板の搬入もしくは前のショット領域に対するインプリント（樹脂の塗布、型の押し付け、樹脂の硬化を含むパターンの転写）が終了（６−Ａ−１）した後、次にパターンを転写するべきショット領域に樹脂が塗布される（６−Ａ−２）。ここで、一般的に使用されている樹脂の揮発性が高いために、基板の全面に樹脂を塗布すると、型２の押し付けがなされる前に樹脂が揮発してしまう。そこで、一般的には、次にパターンを転写するべきショット領域にのみ、転写の直前に樹脂が塗布される。樹脂の揮発性が十分に低い場合には、基板の全面に樹脂を塗布した後に各ショット領域への型の押し付けおよび樹脂の硬化がなされうる。

基板の搬入もしくは前のショット領域のインプリントの終了時から次のショット領域がインプリントヘッド３の下に位置するように基板１が駆動されるまでの間の任意の期間において、気体制御部１８によって型２のポーラス層８に気体が供給されうる。これにより、型２のポーラス層８から気体が排出され、パターン部５に付着している異物が除去されうる。ここで、インプリントヘッド３の下に基板１が存在する状態でポーラス層８から気体を排出すると、異物が基板１の上に落下しうる。そこで、例えば、樹脂の塗布のために基板１がインプリントヘッド３の下から外れる期間や、基板１の搬入（または交換）がなされる期間にポーラス層８から気体が排出されるように気体制御部１８を動作させてもよい。

樹脂が塗布された基板１は、パターンを転写するべきショット領域がインプリントヘッド３の下に配置されるように位置決め機構１２によって駆動される（６−Ａ−３）。ここで、気体制御部１８によってポーラス層８に気体が供給される。これによって、ポーラス層８から気体が排出され、インプリントヘッド３と基板１との間の空間が当該気体に供給される（６−Ｂ−２）。その後、インプリントヘッド３を下降させる動作または基板１を上昇させる動作、即ち、樹脂に型２を押し付けるための動作が開始される（６−Ａ−４）。型２と基板１に塗布された樹脂とが接触した瞬間からパターン部５の凹部への樹脂の充填が開始する（６−Ａ−５）。充填の開始の前に気体制御部１８によるポーラス層８への気体の供給（即ち、ポーラス層８からの気体の排気）が停止され、充填が開始されるときに気体制御部１８によるポーラス層８を介した気体の吸引が開始される（６−Ｂ−３）。気体の吸引によりパターン部５の凹部への樹脂の充填が短時間で行われる。充填が終了したら、気体制御部１８によるポーラス層８を介した気体の吸引が終了する（６−Ｂ−４）。充填が終了すると（６−Ａ−６）、樹脂に光を照射するなどの方法によって樹脂が硬化される（６−Ａ−７）。次に、型２が基板１から引き離される（６−Ａ−８）。この際に、気体制御部１８によるポーラス層８への気体の供給（即ち、型からの気体の排気）がなされ、基板１からの型２の引き離しが容易になる（６−Ｂ−５）。基板１からの型２の引き離しが終了すると、気体制御部１８によるポーラス層８への気体の供給（即ち、型からの気体の排気）が終了する（６−Ｂ−６）。なお、干渉計などを計測器として使っていると、空気の屈折率と気体制御部１８から供給される気体の屈折率との差によって計測値に誤差が生じうるので、気体の排気は必要最小限にされうる。以上のようにして、ショット領域へのインプリント処理が終了したら、次のショット領域へのインプリント処理が実行される（６−Ａ−９）。

以上のように、型２のパターン部５の凹部６からポーラス層８を通して気体を吸引することにより、凹部６への樹脂の充填を促進することができる。或いは、硬化した樹脂から型２を引き離す際に凹部６に気体を供給することにより当該引き離しを容易にし、硬化した樹脂のパターンに生じうる欠陥を低減することができる。或いは、型２のポーラス層８に気体を供給し、パターン部５から気体を排出することによって、パターン部５から異物を除去することができる。これにより、インプリント処理のスループットを向上させ、および／または、凹部６への樹脂の未充填によるパターンの転写不良を低減し収率を向上させることができる。

［物品の製造方法］
物品の製造方法は、上記のインプリント装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）する工程と、該パターンが転写された基板を加工（例えば、エッチング）する工程とを含む。製造される物品には、例えば、半導体集積回路デバイスや液晶表示デバイスなどのデバイスが含まれうる。

Claims (5)

1. 基板に樹脂を塗布し該樹脂に型を押し付けた状態で該樹脂を硬化させるインプリント装置であって、
   前記型は、前記型の被保持面に位置する非ポーラス材料からなる部分と、ポーラス層とを有し、前記ポーラス層は、前記型の側面の一部に露出した部分を有し、
   前記インプリント装置は、
   前記型を保持するチャックと、
   前記チャックによって保持された前記型の前記ポーラス層から気体が排出されるように、前記型の前記被保持面を介さず、かつ、前記部分を介して前記ポーラス層に気体を供給する供給部と、
   を備えることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記気体は、前記型の凹部への樹脂の充填を促進するための気体であ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. 前記気体は、ヘリウムまたは水素であ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. 基板に樹脂を塗布し該樹脂に型を押し付けた状態で該樹脂を硬化させるインプリント装置であって、
   前記型は、前記型の被保持面に位置する非ポーラス材料からなる部分と、ポーラス層とを有し、前記ポーラス層は、前記型の側面の一部に露出した部分を有し、
   前記インプリント装置は、
   前記型を保持するチャックと、
   樹脂に押し付けられた前記型のパターン部に形成されたパターンの凹部から前記ポーラス層を介して気体が吸引され、これによって前記凹部への該樹脂の充填が促進されるように前記ポーラス層から気体を吸引する吸引部と、を備え、
   前記吸引部は、前記型の被保持面を介さず、かつ、前記部分を介して前記気体を吸引するように構成されている
   ことを特徴とするインプリント装置。
5. 物品を製造する製造方法であって、
   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を用いて基板の上に樹脂のパターンを形成する工程と、
   該パターンが形成された基板を加工する工程と、
   を含むことを特徴とする製造方法。

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