JP5828626B2 - インプリント方法 - Google Patents

Description

本発明は マスクに施されたナノスケールの微細なパターンを基板上に塗布した樹脂に転写するインプリント方法に関する。

インプリント技術は、ナノスケ−ルの微細パタ−ンの転写を可能にする技術であり、磁気記憶媒体や半導体デバイスの量産向けナノリソグラフィ技術の１つとして実用化されつつある。インプリント技術では、電子線描画装置等の装置を用いて微細なパタ−ンが形成された型（マスク）を原版として、シリコン基板やガラスプレ−ト等の基板上に上記パタ−ンを転写する。このパタ−ンの転写は、基板上に樹脂を塗布し、その上からマスクのパタ−ンを接触させた状態で樹脂を硬化させることによって行われる。現時点において実用化されているインプリント技術としては、熱サイクル法及び光硬化法がある。熱サイクル法では、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、樹脂の流動性を高めた状態で基板上の樹脂とマスクとを接触させ、冷却した後に樹脂からマスクを引き離すことによりパタ−ンが転写される。光硬化法では、紫外線硬化樹脂を使用し、基板上の樹脂とマスクとを接触させた状態で紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、硬化した樹脂からマスクを引き離すことによりパタ−ンが転写される。熱サイクル法は、温度制御による転写時間の増大及び温度変化による寸法精度の低下を伴うが、光硬化法には、そのような問題が存在しないため、現時点においては、光硬化法がナノスケ−ルの半導体デバイスの量産において有利である。

これまで樹脂の硬化方法や用途に応じて多様なインプリント装置が実現されてきた。半導体デバイス等の量産向け装置を前提とした場合、ステップアンドフラッシュ式インプリントリソグラフィ（以下、ＳＦＩＬ）を応用した装置が有効である（特許文献１参照。）。

ＳＦＩＬにおいて、マスクと基板上の樹脂とを接触させた際に、マスク付近にガスが残っているとパターンが歪んでしまう懸念があった。従来、基板に付着した樹脂層に存在するガスポケットを大幅に減少させることによって、前記パターンの歪みを低減させる方法が提案されていた(特許文献２参照。)。具体的には、上記ガスに対して、少なくとも、高可溶性又は高拡散性のいずれか一方の性質を有するヘリウムなどの気体で飽和状態にすればよい。

特許第４１８５９４１号公報 特表２００７−５０９７６９号公報

上記従来技術では、前記気体に乱流を生じさせることによってガスポケットを減少させる確率が高まるとしている。しかしながら、一般に、インプリント装置のマスクと基板の距離は数ｍｍ程度と狭い。このため、圧力損失が大きく前記気体を良好に流せないため、必ずしも、その狭いスペースを所定の気体で満たせないという懸念があった。また、上記従来技術による前記気体の流入を繰り返し行うか、相応の時間をかけて継続的に前記気体を流入させれば、狭いスペースに気体を満たすことができる可能性はある。しかし、この場合、前記気体を満たすために必要な処理の時間が長くなる結果、インプリント装置全体の生産性を著しく落としてしまう懸念があった。

そこで、本発明は、マスクと基板との間隙を前記気体で短時間に満たすことのできるインプリント方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、基板上に塗布された樹脂と、パターンを有するマスクとを接触させて、パターンを基板に転写するインプリント方法であって、基板のショット領域上に樹脂を塗布する工程と、樹脂が塗布された基板を基板ステージによって、マスク直下に移動させる工程と、ショット領域が樹脂を塗布された位置からマスクの直下の位置まで移動する基板の移動経路上で、基板を移動させながら樹脂が塗布されたショット領域に気体を供給する工程とを有し、樹脂が塗布されたショット領域が気体の供給位置を通過する前から気体の供給を開始することを特徴とする。

本発明によれば、インプリント装置のマスクと基板との間隙に、短時間で、マスク付近のガスを減少させる性質を有する気体を満たすことができる。

本発明にかかるインプリント方法を実行することが可能なインプリント装置の構成を示す概略図である。 樹脂塗布装置とノズルとショット位置の関係を示した図である。 ツインステージ型の場合のシーケンスを説明する概略図である。 実施例１のインプリント方法のシーケンスを説明する概略図である。 実施例２のインプリント方法のシーケンスを説明する概略図である。 実施例３のインプリント方法のシーケンスを説明する概略図である。 実施例４のインプリント方法のシーケンスを説明する概略図である。

以下、本発明にかかるインプリント方法について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施例は、本発明のインプリント方法における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もある。しかし、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下実施例で示す構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施例の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。なお、各図において、同一の構成要素については同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、１０は、本発明にかかるインプリント方法を実行することが可能なインプリント装置である。インプリント装置１０は、基板２０のショット領域１１０に樹脂塗布装置６０から樹脂３０を塗布する。樹脂３０が塗布された基板２０は、基板２０を保持する基板ステージ７０によって駆動方向１２０に向かってショット位置に移動する。このショット位置は、インプリント装置１０のインプリントヘッド５０に保持されたマスク４０直下に位置する。樹脂３０が塗布された基板２０のショット領域１１０が、マスク４０直下のショット位置に移動すると、マスク４０と樹脂３０とを接触させる。この状態で樹脂３０を硬化させてマスク４０を樹脂３０から引き離すと基板４０上にパターンが転写される。

マスク４０と樹脂３０とを接触させたときに、マスク４０付近にガスが残っているとパターンが歪む可能性がある。このガスを減少させるには、樹脂３０が塗布された基板２０に、少なくとも、樹脂３０に対して高可溶性又は高拡散性のいずれか一方の性質を有する気体Ｈを供給し飽和状態にすればよい。このような性質を有する気体Ｈとしては、例えば、ヘリウムなどがある。この気体をマスク４０とショット位置に移動した基板２０との間隙ｄに供給するために、インプリント装置１０は、気体供給ノズル８０を有する。なお、気体Ｈを供給する間隙ｄの距離は、例えば、０．１〜１０ｍｍ程度である。

図２を使用して、インプリント装置１０の気体供給ノズル８０の設置位置、気体Ｈの供給を開始するタイミング、サイズ及び形状について説明する。気体供給ノズル８０は、基板２０のショット領域１１０に樹脂３０を塗布した位置から、マスク直下のショット位置に移動するまでの移動経路上に設置される。また、気体Ｈの供給を開始するタイミングは、基板２０のショット領域１１０が、前記移動経路上に配置された気体供給ノズル８０を通過する前である。上記のような設置位置及び上記のようなタイミングにより、気体Ｈは、その粘性により、基板上で基板２０の移動に伴って引きずれられる。基板２０は、上記の通り、基板ステージ７０によってマスク直下のショット位置に移動されるので、間隙ｄに気体Ｈを良好に供給することができる。

インプリント装置１０のスループットを考慮すると、本発明にかかるインプリント方法において、気体Ｈが供給された基板２０が前記ショット位置まで移動する距離は短い方が良い。従って、基板ステージ７０の駆動方向１２０、即ち、樹脂塗布装置６０により樹脂３０を塗布する位置から気体供給ノズル８０の供給位置を介して前記ショット位置までの経路は、通常直線となる。ところが、気体供給ノズル８０の供給幅がショット領域１１０の幅よりも小さいと、ショット領域１１０に気体Ｈが直接供給されないエリアが存在する。そこで、気体供給ノズル８０のサイズは、ショット領域１１０よりも大きくしておくことが望ましい。なお、気体供給ノズル８０の供給口の形状は、複数の開口を設けたもの、例えば、スリット状、多孔板などであればよい。

ところで、基板２０の移動に伴う気体の流れは、二つの平行平板間で一方を固定し他方を移動させたときに見られる、いわゆるクウェット流れで近似されると思われる。そうすると、基板２０を保持した基板ステージ７０の移動に伴って、クウェット流れから想定される程度の気体Ｈがマスク４０と基板２０の間隙ｄに満たされることになる。しかしながら、気体Ｈの供給流量が十分でないと、基板ステージ７０の上記移動に伴って、周囲の大気を巻き込んでしまい、気体Ｈで満たされるべき間隙ｄに大気が流入する可能性がある。このため、気体Ｈの供給流量Ｑ（ｍ３／ｓ）は、ショット幅をｓ(ｍ)、マスク４０と基板２０との間隙をｄ(ｍ)、基板ステージ７０の前記移動経路における駆動距離をＬ(ｍ)、基板ステージ７０の駆動時間ｔ(ｓ)とした場合、

なる式を満たすことが望ましい。このような式を満足するように気体Ｈを供給すれば、基板ステージ７０の移動に伴って、大気を巻き込むことなく、間隙ｄに気体Ｈのみを満たすことができる。

なお、本発明にかかるインプリント方法は、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているツインステージ型のインプリント露光装置にも適用可能である。
以下、図３を使用して、ツインステージ型のインプリント露光装置について説明する。ツインステージ型露光装置は、基板２０を保持する基板ステージ７０を近接させて形成する。ツインステージを駆動させることで、ショット領域１１０がマスク直下のショット位置に到達するまでに、気体供給ノズル８０直下の基板２０が移動する距離を略２倍にすることができる。基板ステージ７０を一つしか持たないシングルステージ型の装置の場合、同様のことを行うには基板ステージ７０をおよそ２倍に大型化する必要があるが、本実施例ではこの不利益を伴うことなく、容易にマスク直下の気体Ｈの濃度を高くすることが可能となる。

(実施例１)
図４を使用して、実施例１のインプリント方法について説明する。気体供給ノズル８０から供給される気体Ｈは、マスク４０と基板２０との間の間隙ｄにおいて高い濃度で供給されることが好ましい。

ところで、気体Ｈの流れは、前記の通り、固定されたマスク４０と基板ステージ７０との間で、クウェット流れによって近似される。従って、気体Ｈは、基板２０のショット領域１１０に気体Ｈが供給された後、直ちに間隙ｄに流入し、ショット領域１１０の前記ショット位置通過後の移動距離が長い方が間隙ｄの濃度は高くなる。そこで、実施例１では、気体供給ノズル８０を極力マスク４０に近い位置に設置した。

（実施例２）
図５を使用して実施例２のインプリント方法について説明する。実施例２では、基板２０のショット領域１１０が駆動方向１２０に向かって前記ショット位置を通過した後、逆方向１３０に向かって再び前記ショット位置に戻るようにしている。このような工程を経ることにより、ショット位置通過後の移動距離が長くなり、間隙ｄにおける気体Ｈの濃度を上げることが可能になる。

(実施例３)
図６を使用して、実施例３のインプリント方法について説明する。実施例３では、図２のように、気体供給ノズル８０のサイズをショット領域１１０よりも大きくすることができない場合の方法について説明する。気体供給ノズル８０の幅が、ショット領域１１０の幅よりも小さいと、直接気体Ｈが供給されない領域が生じる。その結果、気体Ｈの供給直後の濃度にむらが生じ、間隙ｄにおける気体Ｈの濃度を上げることが困難になる。そこで、実施例３では、基板２０のショット領域１１０が、前記ショット位置に移動した後、駆動方向１２０に対して９０度向きを変えて、ショット領域１１０を移動させるようにした。このように基板２０のショット領域１１０を移動させることで、気体供給ノズル８０の幅がショット領域１１０の幅よりも大きくできない場合でも、ショット位置における間隙ｄに十分な濃度の気体Ｈを満たすことができる。

なお、駆動方向１２０に対して、９０度向きを変える方向は２方向あるが、いずれの方向に向きを変えるかは、気体供給ノズル８０の設置位置に対応して決定すればよい。例えば、気体供給ノズル８０が、前記ショット位置のいずれか一方の端部側に偏在して気体Ｈを供給するような位置に設置されている場合は、前記端部と反対側の端部に向かって９０度向きを変えればよい。

（実施例４）
図７を使用して、実施例４のインプリント方法について説明する。実施例１乃至３では、気体供給ノズル８０を基板ステージ７０の駆動方向１２０の経路上に、基板２０に対して上部から気体Ｈを供給する位置に設けた。実施例４では、この気体供給ノズル８０を基板ステージ７０に設けた点が前記各実施例と異なる。

一般に、ショット位置は、所定のサイズを有するマスク４０の中心部分に存在する。実施例１のように、気体供給ノズル８０をマスク４０近づけようとしても、マスク４０の前記所定のサイズが制約となって一定以上、近づけることができない。このような場合、例えば、マスク４０のパターンが形成されている部分以外に気体Ｈの供給口を開口することで、前記サイズの制約を克服することは可能である。しかし、このような加工を施すと、マスク４０が高コストになるという問題がある。

そこで、実施例４では、気体供給ノズル８０を基板ステージ７０に設けることで、マスク４０のサイズの制約を受けずに、気体供給ノズル８０をマスク４０に近づけるようにした。気体供給ノズル８０は、基板２０に樹脂３０を塗布した位置からショット位置まで基板２０のショット領域１１０を移動させる途中に、基板ステージ７０に設けられた気体供給ノズル８０から基板上に気体Ｈを供給することができる。実施例４の場合、特に基板２０の外周に近いショット領域でインプリントする際に、ショット領域での気体Ｈの濃度を容易に高める必要性がある場合に有効である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例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。

（物品の製造方法）
物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、上述したインプリント方法を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板）にパターンを形成する工程を含む。更に、該製造方法は、パターンが形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子等の他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンが形成された基板を加工する他の処理を含みうる。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。

１０ インプリント装置
２０ 基板
３０ 樹脂
４０ マスク
５０ インプリントヘッド
６０ 樹脂塗布装置
７０ 基板ステージ
８０ 気体供給ノズル
１００ 経路
１１０ ショット領域
１２０ 駆動方向

Claims (7)

1. 基板上に塗布された樹脂と、パターンを有するマスクとを接触させて、前記パターンを前記基板に転写するインプリント方法であって、
   前記基板のショット領域上に前記樹脂を塗布する工程と、前記樹脂が塗布された基板を基板ステージによって、前記マスク直下に移動させる工程と、前記ショット領域が前記樹脂を塗布された位置から前記マスクの直下の位置まで移動する前記基板の移動経路上で、前記基板を移動させながら前記樹脂が塗布された前記ショット領域に気体を供給する工程とを有し、前記樹脂が塗布された前記ショット領域が前記気体の供給位置を通過する前から前記気体の供給を開始することを特徴とするインプリント方法。
2. 前記移動経路は、直線移動経路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方法。
3. 前記気体を供給された前記ショット領域が、前記マスクの直下の位置を通過した後、前記マスクの直下の位置に戻るように前記基板ステージを移動させることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法。
4. 前記気体を供給された前記ショット領域を前記マスクの直下の位置に移動させた後、前記移動させた方向に対して、９０度向きを変えて、前記ショット領域を移動させることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法。
5. 前記供給される気体の流量Ｑ（ｍ^３／ｓ）が、前記パターンのショット幅をｓ（ｍ）、前記マスクと前記基板との間隙をｄ（ｍ）、前記基板ステージの前記移動経路における駆動距離をＬ（ｍ）、前記基板ステージの駆動時間をｔ（ｓ）とするとき、
   

   

   なる式を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインプリント方法。
6. 前記気体はヘリウムであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のインプリント方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のインプリント方法を用いて基板に樹脂のパターンを形成する工程と、前記工程で前記パターンを形成された基板を加工する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。

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