JP5824380B2

JP5824380B2 - インプリント装置、インプリント方法、及び物品の製造方法

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Publication number: JP5824380B2
Application number: JP2012024522A
Authority: JP
Inventors: 新井　剛; 剛新井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: EP2791964B1; CN104094379A; US10018909B2; WO2013118546A1; JP2013162046A; US20150001749A1; EP2791964A4; EP2791964A1; KR20140121871A; CN104094379B; KR101698254B1

Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法、及び物品の製造方法に関する。

インプリント技術は、磁気記憶媒体や半導体デバイスなどの量産用ナノリソグラフィ技術の１つとして注目されている。インプリント技術とは、微細なパターンが形成されたモールドを原版として、シリコンウエハやガラスプレートなどの基板上にパターンを転写する技術である。

このような技術を用いたインプリント装置では、基板上に供給された樹脂（インプリント材）を介して基板にモールドを押し付け、その状態で樹脂を硬化させる。そして、硬化した樹脂からモールドを剥離することで、基板上にモールドのパターンを転写する。その際、基板上に転写されるパターンの欠損を防止する必要がある。そこで、基板上の樹脂とモールドとを接触させる際に、或いは、硬化した樹脂からモールドを剥離させる際に、モールドが基板に向かって凸面を形成するようにモールドを変形（湾曲）させる技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。

特表２００９−５３６５９１号公報特表２００９−５１７８８２号公報

インプリント装置では、一般的に、複数のモールドが用いられ、モールドを変形させる際の（即ち、インプリント処理時の）各モールドの変形量を同一（一定）にするために、各モールドには一定の力を加えている。しかしながら、各モールドは、製造誤差および寸法誤差などにより、その厚みが異なる。従って、各モールドに加える力を一定にすると、その厚みに応じて、インプリント処理時のモールドの変形量が各モールドで異なってしまう。その結果、基板に転写されるパターンの寸法や形状が各モールドでばらついてしまったり、転写されるパターンに欠損が生じてしまったりする。

本発明は、インプリント装置において、パターンの転写精度の点で有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのインプリント装置は、パターンが形成されたパターン面を有するモールドを基板上の樹脂に接触させた状態で前記樹脂を硬化させ、前記硬化した樹脂から前記モールドを剥離することで前記基板上にパターンを転写するインプリント処理を行うインプリント装置であって、前記モールドに力を加えて前記パターン面を変形させる変形部と、前記モールドの厚み情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記モールドの厚み情報に基づいて、前記インプリント処理を行う際の前記パターン面を目標形状とするために前記モールドに加えるべき力を算出する算出部と、前記インプリント処理を行う際に、前記算出部で算出された力が前記モールドに加わるように前記変形部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、インプリント装置において、パターンの転写精度の点で有利な技術を提供することができる。

本発明の第１実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。本発明のモールド及びインプリント処理を説明するための図である。本発明のモールドの厚みとパターン面の変形量との関係を示す図である。本発明の第１実施形態のインプリント装置の動作を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態のインプリント装置１００について、図１を参照して説明する。インプリント装置１００は、パターンが形成されたモールドを基板上の樹脂に接触させた状態で樹脂を硬化させ、硬化した樹脂から前記モールドを剥離することで基板上にパターンを転写するインプリント処理を行う。

インプリント装置１００は、モールド１を保持する保持部１０と、構造体１１と、紫外光源１２と、ステージ定盤１４と、基板ステージ１５と、基板チャック１６と、樹脂供給部１７とを備える。また、インプリント装置１００は、モールド１を変形させてインプリント処理を行う制御系２０として、変形部２１と、制御部２２と、算出部２３と、取得部２４とを備える。

モールド１は、保持部１０に保持され、パターン４が形成されたパターン面７を有している。モールド１のパターン面７と反対側の面は、保持部１０の保持面８と接触する。保持部１０は、構造体１１に取り付けられ、不図示の駆動源と制御機構によって上下方向に駆動され、基板２とモールド１とを近づけたり離れさせたりする。また、構造体１１には、基板２に樹脂３を塗布（供給）するための樹脂供給部１７が配置されている。

基板２は、基板チャック１６を介して、基板ステージ１５に保持される。基板ステージ１５は、ステージ定盤１４の上を移動する。基板２に樹脂３を塗布する際には、基板２が樹脂供給部１７の下に位置するように基板ステージ１５を移動させて、基板２に樹脂３を塗布する。基板２に樹脂３を塗布した後、樹脂３を塗布した領域、即ち、ショット領域がモールド１の下に位置するように基板ステージ１５を移動させる。

紫外光源１２は、基板２に塗布された樹脂３を硬化させる機能を有する。本実施形態では、保持部１０を下方向に移動させて、パターン４が形成されたモールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる。かかる状態で紫外光源１２から紫外線を照射して基板２の上の樹脂３を硬化させる。樹脂３が硬化した後、保持部１０を上方向に移動させてモールド１を基板２の上の樹脂３から剥離させる。

インプリント装置１００では、このようなインプリント処理を行うことで、基板２の上に微細なパターンを転写している。なお、第１実施形態のインプリント装置では、紫外線を照射して基板２の上の樹脂３を硬化させたが、熱を加えることで基板２の上の樹脂３を硬化させてもよい。この場合、例えば、紫外光源１２の代わりに、ヒーターなどの熱源を保持部１０に配置すればよい。また、本実施形態では、モールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる際に、モールド１を保持する保持部１０を上下方向に移動させているが、基板２を保持する基板ステージ１５を上下方向に移動させてもよい。

インプリント装置１００では、基板上に転写されるパターンの欠損を防止するために、モールド１に力を加えてパターン面７が基板２に向かって凸面を形成するようにモールド１を変形させている。

図２（ａ）は、モールド１の構成を示す図である。モールド１には、図２（ａ）に示すように、パターン４が形成された部分、即ち、パターン面の厚みが薄くなるように、モールド１の保持面側の面が掘り込まれ凹部１３が形成されている。パターン４が形成された部分、即ち、パターン面の厚みを薄くすることで、後述する圧力を加えたときにパターン面を変形しやすい状態にしている。

図２（ｂ）は、保持部１０がモールド１を保持した状態を示す図である。図２（ｂ）に示すように、モールド１の凹部１３は保持部１０の保持面８と協同して、略密封された空間を形成する。モールド１の凹部１３及び保持部１０の保持面８によって形成される空間を、以下では、気室６と称する。保持部１０には、気室６に連通する配管５が形成されている。また、配管５は、変形部２１と接続されている。変形部２１は、気室６に圧縮空気を供給する供給源と気室６を真空にする供給源とを切り換えるための切換え弁やサーボバルブなどを含む圧力調整機器で構成されている。変形部２１は、制御部２２の制御下において、気室６の圧力を変更する。このように、気室６の圧力を変更することで、モールド１のパターン面７を基板２に向かって凸型や凹型の形状に変形させることができる。例えば、直径７０ｍｍの円筒形状の気室６を１０ｋＰａで加圧した場合、モールド１のパターン４を含む周辺部分（パターン面７）の厚みを１ｍｍとすると、パターン面７は基板に向かって凸型の形状に約４０μｍ変形する。

図２（ｃ）は、インプリント処理のうちモールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる際の状態を示す図である。モールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる際には、気室６を加圧してパターン面７が基板２に向かって凸型の形状となるようにモールド１を変形させる。パターン面７を凸型の形状に変形させた状態でモールド１を基板２の上の樹脂３に近づけていくと、モールド１のパターン面７と基板２の上の樹脂３とがパターン面７の中心から外側に向かって連続的に接触することになる。これにより、パターン面７と樹脂３との間に気泡が閉じ込められてしまうことを抑制することができる。

図２（ｄ）は、インプリント処理のうち硬化した樹脂３からモールド１を剥離させる際の状態を示す図である。硬化した樹脂３からモールド１を剥離させる際には、硬化した樹脂３とパターン面７とが接着しているため、モールド１は基板２に引き寄せられ、基板２に向かって凸面を形成するようにパターン面７が変形してしまう。このようなパターン面７の変形を制御するため、本実施形態では、気室６を減圧させている。

このように、モールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる際、或いは、硬化した樹脂３からモールド１を剥離させる際に、気室６の圧力を制御することで、基板上に転写されるパターンの欠損を防止することが可能となる。

インプリント装置１００では、一般的に、複数のモールド１を交換可能に使用している。複数のモールド１のそれぞれは、紫外光源１２からの紫外光を透過させるため、石英ガラスを機械加工して製造される。従って、各モールド１は、製造誤差及び寸法誤差などによって、その厚み（特に、パターン面７の厚み）が異なっている。そのため、各モールド１に加える圧力を一定にしてパターン面７を変形させると、パターン面７の変形量（加圧前のパターン面７の頂点と加圧後のパターン面７の頂点との差）が各モールド１によって異なってしまうことになる。その結果、基板２に転写されるパターンも各モールド１で寸法や形状にばらつきが生じてしまう。図３は、気室６を１０ｋＰａの一定の圧力で加圧した場合のモールド１の厚みとパターン面７の変形量との関係を示す図である。パターン面７の変形量は、モールド１の厚みの３乗に反比例して変化する。従って、各モールド１の厚みの微小な差がパターン面７の変形量の大きな差となってしまう。

そこで、インプリント装置１００は、制御系２０として、変形部２１、制御部２２、取得部２４及び算出部２３を備えている。取得部２４は、モールド１の厚み情報を取得する。また、算出部２３は、取得部２４で取得したモールド１の厚み情報に基づいて、インプリント処理を行う際のパターン面７を目標形状とするためにモールド１に加えるべき力を算出する。そして、制御部２２は、インプリント処理を行う際に、算出部２３で算出された力がモールド１に加わるように変形部２１を制御する。このように、各モールド１の厚み情報に応じてモールド１に加える力を制御することで、インプリント処理で使用する各モールド１の厚みが異なっても、各モールド１のパターン面７の形状を一定（目標形状）にすることができる。

図４は、第１実施形態におけるインプリント装置１００のインプリント処理を説明するためのフローチャートである。

Ｓ３１では、モールド１をインプリント装置１００に搬入する前に、取得部２４がモールド１（パターンを含む周辺部分、即ち、パターン面７）の厚み情報を取得する。モールド１の厚み情報は、例えば、モールド１を製造した後にインプリント装置１００の外部でモールド１の厚みを予め測定し、かかるモールド１の厚みから取得される。また、インプリント装置１００が測定部２５を有している場合には、測定部２５でモールド１の厚みを測定し、モールド１の厚み情報を取得してもよい。モールド１の厚みを測定する測定部２５には、光学式変異センサ、超音波センサ、空気マイクロメータ、電気マイクロメータなどを適用することができる。また、各モールド１と各モールド１の厚み情報との対応関係を記憶する記憶部２６をインプリント装置１００に更に設けてもよい。この場合、取得部２４は、インプリント処理で使用するモールド１を特定し、記憶部２６に記憶された対応関係から特定したモールド１の厚み情報を取得する。具体的には、各モールド１に識別番号（ＩＤ）を付けておき、モールド１を保持部１０に搬入する経路中でＩＤを読み取る。この読み取ったＩＤにより、取得部２４は搬入されたモールド１を特定（識別）し、特定したモールド１に対応したモールドの厚み情報を記憶部２６から取得する。

Ｓ３２では、モールド１をインプリント装置１００に搬入し、保持部１０で保持する。また、Ｓ３３では、算出部２３が、取得部２４で取得したモールド１の厚み情報に基づいて、パターン面７を目標形状とするためにモールド１に加えるべき力を算出する。本実施形態では、気室６に圧力を加えることでモールド１に力を加えているため、以下では、モールド１に加えるべき力を気室６に加えるべき圧力として説明する。算出部２３は、モールド１の厚み情報に対応して気室６に加えるべき圧力を算出する演算式を有している。算出部２３は、かかる演算式を用いて、取得部２４で取得したモールド１の厚み情報から気室６に加えるべき圧力を算出する。なお、算出部２３は、上述した演算式の代わりに、モールド１の厚み情報と気室６に加えるべき圧力との対応関係を有していてもよい。この場合、算出部２３は、モールド１の厚み情報と気室６に加えるべき圧力との対応関係に基づいて、取得部２４で取得したモールド１の厚み情報に対応した気室６に加えるべき圧力を算出する。

Ｓ３４では、制御部２２が、算出部２３で算出された力がモールド１に加わるように変形部２１を制御する。Ｓ３５では、変形部２１が、制御部２２の制御下において、算出部２３で算出された力をモールド１に加える。具体的には、制御部２２は、算出部２３で算出された圧力が気室６に加わるように変形部２１を制御する。これにより、変形部２１は、気室６の圧力が算出部２３で算出された圧力になるように、気室６の圧力を加圧又は減圧する。モールド１を基板２の上の樹脂３に接触させる場合には、変形部２１は、パターン面７が基板２に向かって凸面を形成するように、気室６を加圧する。

第１実施形態では、各モールド１の厚み情報によってモールド１に加える力（気室６の圧力）を制御することで、インプリント処理を行う際のパターン面７の形状を目標形状とすることができる。これにより、各モールド１の厚みが異なっている場合であってもモールド１と樹脂３との間の気泡をなくすように、又は、基板２の上に転写されるパターンの欠損をなくすように最適化したパターン面７の形状（目標形状）を各モールド１で再現することができる。その結果、基板２に転写されるパターンの寸法や形状が各モールド１でばらついてしまうことを抑制することが可能となる。

また、第１実施形態のインプリント装置１００では、パターン４が異なる複数のモールド１を用いて、同一の基板２の上にパターンを重ねて転写する場合にも有効である。具体的には、各モールド１のパターン面７の形状を目標形状（一定）にすることができるため、同一の基板２の上に重ねて転写されるパターン同士の位置ずれを抑制することが可能となる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態のインプリント装置２００について、図５を参照して説明する。第２実施形態におけるインプリント装置２００では、第１実施形態のインプリント装置１００と比較して、モールド１のパターン面７を変形させる方法が異なる。第１実施形態のインプリント装置１００では、気室６の圧力を変更することによってパターン面７を変形させている。第２実施形態のインプリント装置２００は、図５に示すように、モールド１の側面に変形部２１としてのアクチュエータ９を備えている。第２実施形態のインプリント装置２００では、アクチュエータによってモールド１の側面に力を加えてパターン面７を変形させている。アクチュエータ９は、例えば、圧電素子を含み、制御部２２から入力される電気信号によって制御され、モールド１に曲げや圧縮の力を加える。

算出部２３は、取得部２４で取得したモールド１の厚み情報に基づいて、パターン面７が目標形状となるようにモールド１に加えるべき力（アクチュエータ９の作動量）を算出する。具体的には、算出部２３は、モールド１の厚み情報に対応してアクチュエータ９の作動量を算出する演算式、或いは、モールド１の厚み情報とアクチュエータ９の作動量との対応関係を有している。算出部２３は、アクチュエータ９の作動量を算出する演算式、又はモールド１の厚み情報とアクチュエータ９の作動量との対応関係を用いて、アクチュエータ９の作動量を算出する。制御部２２では、算出部２３において算出されたアクチュエータ９の作動量に基づいて、アクチュエータ９を制御する。

第２実施形態では、各モールド１の厚み情報によってアクチュエータ９の作動量を制御することで、第１実施形態と同様に、インプリント処理を行う際のパターン面７の形状を目標形状とすることができる。なお、第２実施形態では、アクチュエータ９の作動量のみでモールド１のパターン面７を変形させているが、気室６の圧力によるパターン面７の変形と併用してもよい。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態におけるインプリント装置３００について、図６を参照して説明する。第３実施形態におけるインプリント装置３００は、第１実施形態のインプリント装置１００と比較して、制御系２０から算出部２３を備えておらず、記憶部２７を備えている。第１実施形態のインプリント装置１００では、取得部２４においてモールド１の厚み情報を取得し、算出部２３においてモールド１の厚み情報に基づいてパターン面７を目標形状とするために気室６に加えるべき圧力を算出している。第３実施形態のインプリント装置３００では、気室６に加えるべき圧力を算出することなく、取得部２４が、各モールド１に対応する気室６に加えるべき圧力を記憶部２７から直接取得している。

記憶部２７は、複数のモールド１と各モールド１のパターン面７を目標形状とするために気室６に加えるべき圧力との対応関係を表す圧力情報を記憶する。取得部２４は、インプリント処理を行うモールド１を特定し、記憶部２７に記憶した圧力情報に基づいて、特定したモールド１に対応した気室６に加えるべき圧力を取得する。そして、制御部２２は、取得部２４で取得した圧力が気室６に加わるように変形部２１を制御する。これにより、変形部２１は、気室６の圧力が取得部２４で取得した圧力になるように、気室６の圧力を加圧又は減圧する。なお、第３実施形態のインプリント装置３００では、気室６の圧力でパターン面７を変形させているが、第２実施形態のように、アクチュエータ９によってパターン面７を変形させてもよい。また、アクチュエータ９の作動量と気室６の圧力を併用してモールド１のパターン面７を変形させてもよい。

第３実施形態では、取得部２４が、各モールド１に対応した気室６の圧力を記憶部２７から直接取得している。従って、第１実施形態や第２実施形態よりもインプリント装置の構成を簡易にすることができる。また、第３実施形態でも、第１実施形態と同様に、インプリント処理を行う際のパターン面７の形状を目標形状とすることができることは言うまでもない。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかけ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、基板に塗布された樹脂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が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。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims

パターンが形成されたパターン面を有するモールドを基板上の樹脂に接触させた状態で前記樹脂を硬化させ、前記硬化した樹脂から前記モールドを剥離することで前記基板上にパターンを転写するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
前記モールドに力を加えて前記パターン面を変形させる変形部と、
前記モールドの厚み情報を取得する取得部と、
前記取得部で取得した前記モールドの厚み情報に基づいて、前記インプリント処理を行う際の前記パターン面を目標形状とするために前記モールドに加えるべき力を算出する算出部と、
前記インプリント処理を行う際に、前記算出部で算出された力が前記モールドに加わるように前記変形部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするインプリント装置。
前記モールドの厚みを測定する測定部を更に備え、
前記取得部は、前記測定部で測定された前記モールドの厚みから厚み情報を取得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
複数のモールドと、前記複数のモールドのそれぞれの厚み情報との対応関係を記憶する記憶部を更に備え、
前記取得部は、前記複数のモールドのうち前記インプリント処理に用いられるモールドを特定し、前記記憶部に記憶された対応関係から前記特定したモールドの厚み情報を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリント装置。
前記算出部は、前記モールドの厚み情報と、前記インプリント処理を行う際の前記パターン面を目標形状とするために前記モールドに加えるべき力との対応関係から、前記取得部で取得した前記モールドの厚み情報に対応して前記モールドに加えるべき力を算出することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記モールドを保持する保持面を有する保持部を更に備え、
前記変形部は、前記モールドの保持面側の面と前記保持面との間の気室の圧力によって、前記パターン面が前記基板に向かって凸面を形成するように前記モールドを変形させることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記変形部は、前記モールドの側面に力を加えるアクチュエータによって、前記パターン面が前記基板に向かって凸面を形成するように前記モールドを変形させることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記制御部は、前記インプリント処理のうち前記モールドを前記基板上の前記樹脂に接触させる際に、前記算出部で算出された力が前記モールドに加わるように前記変形部を制御することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
前記制御部は、前記インプリント処理のうち前記硬化した樹脂から前記モールドを剥離する際に、前記算出部で算出された力が前記モールドに加わるように前記変形部を制御することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
パターンが形成されたパターン面を有するモールドを基板上の樹脂に接触させた状態で前記樹脂を硬化させ、前記硬化した樹脂から前記モールドを剥離することで前記基板上にパターンを転写するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
前記モールドに力を加えて前記パターン面を変形させる変形部と、
複数のモールドと、前記インプリント処理を行う際の前記パターン面を目標形状とするために前記複数のモールドのそれぞれに加えるべき力との対応関係を記憶する記憶部と、
前記複数のモールドのうち前記インプリント処理に用いられるモールドを特定し、前記記憶部に記憶された対応関係から前記特定したモールドに加えるべき力を取得する取得部と、
前記インプリント処理を行う際に、前記取得部で取得した力が前記特定したモールドに加わるように前記変形部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするインプリント装置。
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樹脂のパターンを前記基板に形成するステップと、
前記ステップで形成された前記基板を加工するステップと、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
パターンが形成されたパターン面を有するモールドを基板上の樹脂に接触させた状態で前記樹脂を硬化させ、前記硬化した樹脂から前記モールドを剥離することで前記基板上にパターンを転写するインプリント方法であって、
前記モールドの厚み情報を取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した前記モールドの厚み情報に基づいて、インプリント処理を行う際の前記パターン面を目標形状とするために前記モールドに加えるべき力を決定する決定工程と、
前記インプリント処理を行う際に、前記決定工程で決定した力を前記モールドに加えて前記パターン面を変形させる変形工程と、
を含むことを特徴とするインプリント方法。