JP6161450B2 - インプリント装置、及びそれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント装置、及びそれを用いたデバイス製造方法に関する。

半導体デバイスの製造工程で使用されるリソグラフィ装置として、インプリント装置が注目されている。インプリント装置は、凹凸構造のパターンが形成されたモールドと、ウエハ上に塗布された樹脂（インプリント材）とを接触させた状態で樹脂を硬化することで、インプリント材のパターンをウエハ上に形成するものである。微細な凹凸構造を有するモールドを用いれば、ウエハ上に微細なパターンを形成することが可能となる。

特許文献１には、モールドの側面を押圧する押圧機構を備えたインプリント装置が記載されている。モールドの側面を押圧してモールドを変形させることで、ウエハ上のパターンを形成すべき領域（被インプリント領域）の形状に、モールドのパターンが形成された領域（パターン領域）の形状を近づけることが可能となる。両者の形状差は、例えば、モールドの製造誤差や、ウエハの熱変形によって生じる。

また、特許文献２には、ウエハを保持するウエハチャックあるいはモールドを保持するモールドチャックの保持面をクリーニングすることが記載されている。

特開２０１２−０２３０９２号公報 特開２０１２−１８６３９０号公報

特許文献１は、クリーニングについて開示するものではなく、また、特許文献２に記載されるインプリント装置は、ウエハあるいはモールドを保持するための保持面をクリーニングするものであった。

しかしながら、本願発明者は、鋭意検討の結果、押圧機構の押圧面に付着した異物の存在によって押圧機構がモールドに対して意図しない方向あるいは大きさの押圧力を与えてしまい、これによりモールドの変形を制御することが難しくなる、との知見を得た。

本願発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、押圧機構の押圧面に付着した異物を低減するのに有利なインプリント装置、デバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、型を用いて、前記基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、前記型を保持可能な型保持部と、前記型保持部に保持された前記型の側面に対向するように配置され、アクチュエータの駆動により前記型の側面を押圧可能な複数の押圧ユニットを有する押圧機構と、前記複数の押圧ユニットの押圧面をクリーニングするクリーニング手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、押圧機構の押圧面に付着した異物を低減するのに有利なインプリント装置、デバイス製造方法を提供することができる。

（Ａ）第１実施形態のインプリント装置を示す図である。（Ｂ）第１実施形態のインプリント装置の押圧機構の詳細を示す図である。 第１実施形態のインプリント装置の押圧機構の詳細を示す図である。 （Ａ）押圧前におけるパターン領域の形状を示す図である。（Ｂ）押印後におけるパターン領域の形状を示す図である。 インプリント装置の押圧機構の変形例を示す図である。 第１実施形態の制御部による制御シーケンスを示す図である。 第２実施形態の制御部による制御シーケンスを示す図である。

［第１実施形態］
（インプリント装置の構成）
図１（Ａ）は、第１実施形態に係るインプリント装置１００を示す図である。同図において、直交座標系（ＸＹＺ）のＺ軸を鉛直方向とする。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）を矢印方向から見た図である。

インプリント装置１００は、モールドチャック（型保持機構）２２、インプリントヘッド（型移動機構）２１、ウエハチャック（基板保持機構）１２、ウエハステージ（駆動部）１３、押圧機構２を備える。モールドチャック２２は、モールド２０（型）を保持可能な保持面が形成されたチャック本体を有する。モールドチャック２２は、保持面に形成された溝の内側を負圧にすることで、モールド２０の裏面（パターンが形成された面とは反対側の面）を吸着する。インプリントヘッド２１は、モールドチャック２２のチャック本体をＺ軸方向に移動させる。ウエハチャック１２は、ウエハ（基板）１１を保持可能な保持面が形成されたチャック本体（本体部）を有する。保持面に形成された溝の内側を負圧にすることで、ウエハ１１の裏面（パターンを形成すべき面とは反対側の面）を吸着する。ウエハステージ１３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向（Ｚ軸回りの回転方向）、ωｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、ωｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）、Ｚ軸方向にウエハチャック１２のチャック本体を移動させる。

押圧機構２は、モールドチャック２２に保持されたモールド２０の側面に対向するように配置された複数の押圧ユニット１４ａ〜１４ｌを有する。モールド２０は、Ｘ方向に沿う一対の側面と、Ｘ方向に交差するＹ方向に沿う一対の側面とを有する。押圧ユニット１４ａ〜１４ｃはモールド２０の第１の側面（Ｙ方向に沿う側面）に、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆはモールドの第２の側面（Ｘ方向に沿う側面）に対向して配置される。また、押圧ユニット１４ｇ〜１４ｉはモールドの第３の側面（第１の側面とは反対側の面）に、押圧ユニット１４ｊ〜１４ｌはモールドの第４の側面（第２の側面とは反対側の面）に対向して配置される。

図２は、押圧ユニット１４ａの構成の詳細を示す図である。押圧ユニット１４ｂ〜１４ｌについても押圧ユニット１４ａと同様の構成である。押圧ユニット１４ａは、ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）８と、第１部材４と、第１部材４に固定された第２部材３とを有する。押圧ユニット１４ａは、ピエゾアクチュエータ８の駆動によりモールド２０の側面を押圧可能である。ピエゾアクチュエータ８は、一端がインプリントヘッド２１に固定され、他端が第１部材４に固定される。第１部材４は、２枚の板ばね７を介して、インプリントヘッド２１に支持される。２枚の板ばね７は、第１部材４の移動を案内する機構（移動案内機構）である。第２部材３は、第１部材４よりも変形しやすい形状であり、例えば中空構造の部材である。第１部材４、第２部材３の材質として、例えば、ステンレスが用いられる。第２部材３は、モールド２０の側面に接触する接触面（押圧面）を有する。また、第２部材３には、押圧力を検出するための歪ゲージ５が取り付けられる。歪ゲージ５は、ピエゾアクチュエータ８の伸縮に応じて変形しやすい位置に取り付けられることが好ましい。歪ゲージ５の出力は、後述する図１の制御部１７に送信される。

押圧機構２でモールド２０を変形させることで、ウエハ１１上のパターンを形成すべき領域（被インプリント領域）の形状に、モールド２０のパターンが形成された領域（パターン領域）の形状を近づけることが可能となる。両者の形状差は、例えばモールドの製造誤差や、ウエハの熱変形によって生じうる。図３（Ａ）、（Ｂ）は、モールド２０を押圧機構２で変形させた前後におけるパターン領域の形状の一例を示す図である。図３（Ａ）は、モールド２０を押圧機構２で変形させる前の状態を示す。モールド２０のパターン領域２５の外形は樽型であり、ウエハ上の被インプリント領域の外形は四角形であるものとする。図３（Ｂ）は、モールド２０を押圧機構２で変形させた後の状態を示す図である。モールド２０のパターン領域２５の外形は四角形となり、ウエハ上の被インプリント領域の外形に近づいている。各押圧ユニットの押圧力を制御することで、モールド２０を様々な形状に変形させることができる。各押圧ユニットに与える指令値は、実験やシミュレーションの結果から求めてもよく、アライメントセンサ（不図示）による結果から求めてもよい。アライメントセンサは、モールド２０に形成されている複数のマークの位置と、ウエハまたはウエハステージ上に形成されている複数のマークの位置を検出可能である。例えば、モールド２０の材質が石英ガラスであれば、押圧ユニットが１０００Ｎ程度の力を加えることで、数ｐｐｍ変形させることができる。

モールド２０の側面を押圧する押圧機構を有する構成において、押圧機構２の押圧面に異物（パーティクル）が付着してしまうと、モールド２０に対して意図しない方向あるいは大きさの押圧力を与えてしまう場合がある。つまり、モールド２０の変形を制御し難くなる。また、異物は外部からの侵入だけでなく、２つの物体が接触する部分や駆動機構において発生することがあるため、異物の付着を完全に防ぐことは困難である。そこで、本実施形態のインプリント装置１００は、押圧機構２（複数の押圧ユニット）の押圧面をクリーニングするクリーニング手段により、押圧面に付着した異物を低減（除去）可能な構成にしている。本実施形態のクリーニング手段は、後述する図１の制御部１７を有する。

インプリント装置１００は、クリーニング部材１を収納する収納部１５と、クリーニング部材１を収納部１５からモールドチャック２２まで搬送する搬送機構１６を備える。モールドチャック２２は、モールド２０に代えて、クリーニング部材１を保持可能に構成される。収納部１５は、モールド２０を収納する収納部と兼用してもよい。この場合、モールド２０をインプリント装置１００内に搬入する機構を用いてクリーニング部材１を搬入することができる。搬送機構１６は、アーム、ハンド及びこれらを駆動する駆動機構を有する。

クリーニング部材１は、側面にクリーニング面を有する。クリーニング面は凹凸を有することが好ましく、例えば、クリーニング部材１を砥石により構成する。クリーニング部材１はモールド２０と同じ外形寸法であることが好ましい。また、クリーニング部材１は、モールドチャック２２により保持される面（被保持面）と、クリーニング面とが相対的に変位可能に構成されていてもよい。例えば、被保持面とクリーニング面との間にヒンジなどのフレクシャを設けたり、ころがり軸受などの移動案内機構を設けたりしてもよい。

なお、モールド２０をクリーニング部材として用いることも可能である。モールド２０をクリーニング部材として用いる場合には、モールド２０の側面に加工を施して凹凸を形成することが好ましい。

制御部１７は、インプリントヘッド２１、モールドチャック２２、ウエハチャック１２、ウエハステージ１３、搬送機構１６、押圧機構２などのユニットを制御する。制御部１７は、インプリント装置の各ユニットを動作させるためのプログラムが記憶されたメモリと、メモリに記憶されたプログラムに従って各ユニットに指示信号を出力するＣＰＵ（プロセッサ）とを備える。制御部１７は、ユニット毎に個別のＣＰＵとメモリを有していてもよい。

（制御シーケンス）
図１のインプリント装置１００は、インプリントモード及びクリーニングモードで動作する。インプリント装置１００は、これらのモードを選択的に実行する。

インプリントモードにおいては、モールドチャック２２に保持されたモールド２０に、図３（Ａ）、（Ｂ）で説明したような押圧力が加わるように、制御部１７が押圧機構２を制御する。本実施形態では、制御部１７は、所望の押圧力でモールド２０を押圧するために、指令値と、歪ゲージ５の検出結果とを用いて押圧機構２を制御する。押圧機構２を用いてモールド２０を変形させた状態でウエハ１１上の樹脂（インプリント材）にモールド２０を接触させる（押印する）ことで、ウエハ１１上の被インプリント領域の形状に合わせて樹脂のパターンを形成することができる。

クリーニングモードにおいては、制御部１７は内部メモリに記憶されたプログラムに従って、下記に説明するように押圧機構２の動作を制御し、モールドチャック２２に保持されたクリーニング部材１によって押圧面のクリーニングを行う。

クリーニングモードにおける各ユニットの動作について説明をする。搬送機構１６は、収納部１５からモールドチャック２２までクリーニング部材１を搬送する（Ｓ１００）。モールドチャック２２は、搬送されたクリーニング部材１を保持する（Ｓ１１０）。これにより、押圧機構２の押圧面とクリーニング部材１のクリーニング面を対向させることができる。なお、クリーニングモードの開始時にモールドチャック２２にモールド２０が保持されている場合には、搬送機構１６は、Ｓ１００に先だってモールドチャック２２からモールド２０を退避させる。

押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌ（第１押圧ユニット群）を駆動し、クリーニング部材１のクリーニング面と押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面を接触させる（Ｓ１２０）。押圧ユニット１４ａ〜１４ｃ、１４ｇ〜１４ｉ（第２押圧ユニット群）を駆動して、クリーニング部材１のクリーニング面を押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面に対して摺動させる（Ｓ１３０）。これにより、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面に付着した異物が低減（除去）される。

つづいて、押圧ユニット１４ａ〜１４ｃ、１４ｇ〜１４ｉを駆動し、クリーニング部材１のクリーニング面と押圧ユニット１４ａ〜１４ｃ、１４ｇ〜１４ｉの押圧面を接触させる（Ｓ１４０）。押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌを駆動して、クリーニング面を押圧ユニット１４ａ〜１４ｃ、１４ｇ〜１４ｉの押圧面に対して摺動させる（Ｓ１５０）。これにより、押圧ユニット１４ａ〜１４ｃ、１４ｇ〜１４ｉの押圧面に付着した異物が低減（除去）される。

搬送機構１６のハンドをモールドチャック２２の下方に位置させた状態で、モールドチャック２２は、クリーニング部材１の保持を解除する。そして、搬送機構１６は、モールドチャック２２から収納部１５までクリーニング部材１を搬送する（Ｓ１６０）。

以下、具体例を説明する。Ｓ１１０における吸着力を２００Ｎとし、Ｓ１２０における接触時の押圧力を１０Ｎとする。モールドチャック２２の吸着力に対して、接触時の押圧力を十分に小さくすることで、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌのいずれかが先んじてクリーニング部材１に接触したとしてもクリーニング部材１は横ずれを起こさない。Ｓ１３０において、まず、押圧ユニット１４ｇ〜１４ｉを＋Ｘ方向に駆動し、クリーニング部材１の側面から０．００５ｍｍ離れた位置まで退避させる。そして、押圧ユニット１４ａ〜１４ｃの押圧面をクリーニング部材１の側面に接触させて、＋Ｘ方向に０．００２ｍｍ駆動する。クリーニング部材１はモールドチャック２２により吸着されているが、押圧ユニット１４ａ〜１４ｃによって押圧されるとクリーニング部材１が変形し、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面において滑りが生じる。つづいて、押圧ユニット１４ａ〜１４ｃを−Ｘ方向に退避させて、押圧ユニット１４ｇ〜１４ｉを−Ｘ方向に駆動する。クリーニング部材１はモールドチャックに吸着されているが、押圧ユニット１４ｇ〜１４ｉによって押圧されるとクリーニング部材１が変形し、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面において滑りが生じる。この動作を交互に繰り返すことで、押圧ユニット１４ｄ〜１４ｆ、１４ｊ〜１４ｌの押圧面のクリーニングが行われる。Ｓ１５０も同様の動作である。なお、クリーニング面を摺動させやすくするために、クリーニング部材１を保持する保持力を、インプリントモードの押印時においてモールド２０を保持する保持力よりも小さくすることが好ましい。

上述の説明では、クリーニング部材１をモールドチャック２２に保持させたが、代わりにウエハチャック１２上にクリーニング部材１を保持させてもよい。インプリントヘッド２１もしくはウエハステージ１３によりクリーニング面と押圧面のＺ軸方向における相対位置を調整することで、両者を対向させることができる。なお、ウエハチャック１２はクリーニング部材１を吸着せずに単に搭載するのみでもよい。この場合、保持力による抵抗が減らせるため、クリーニング面を容易に摺動させることができる。

（押圧機構の変形例）
図４は、実施形態１の押圧機構２の変形例を示す図である。図４において、一例として、押圧ユニット１４ａを説明するが、押圧ユニット１４ｂ〜１４ｌも同様である。押圧ユニット１４ａは、ピエゾアクチュエータ８と、第１部材６とを有する。押圧ユニット１４ａは、ピエゾアクチュエータ８の駆動によりモールド２０の側面を押圧可能である。ピエゾアクチュエータ８は、一端がインプリントヘッド２１に固定され、他端が第１部材６に固定される。第１部材６は、２枚の板ばね７を介して、インプリントヘッド２１に支持される。２枚の板ばね７は、第１部材６の移動を案内する機構（移動案内機構）として用いられる。第１部材６の材質として、例えば、ステンレスが用いられる。また、押圧ユニット１４ａによる押圧力を検出するための圧力センサ９を有する。圧力センサ９として、例えば圧電素子が用いられる。図４では、圧力センサ９が接触面（押圧面）を有するが、これに限られない。すなわち、圧力センサ９とモールド２０（あるいはクリーニング部材１）との間に別途押圧面を有する部材を設けてもよい。

上述の例では歪ゲージ、圧力センサを用いたが、押圧力に相関のある値を検出可能なセンサであればよい。つまり、押圧力を直接検出せずに、ピエゾアクチュエータ８の電流または電圧を検出してもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態における制御シーケンスを説明する。第１実施形態とは制御部１７の処理内容が異なり、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。また、第２実施形態のインプリントモードにおける制御部の処理は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。

クリーニングモードにおいて、制御部１７は内部メモリに記憶されたプログラムに従って、下記に説明するようにウエハステージ１３の動作を制御し、ウエハチャック１２に保持されたクリーニング部材１によって押圧面のクリーニングを行う。

搬送機構１６がクリーニング部材１を収納部１５からウエハチャック１２まで搬送する。ウエハチャック１２がクリーニング部材１を保持する（Ｓ２１０）。ウエハステージ１３をＺ軸方向に移動させ、クリーニング面と押圧面を対向させる（Ｓ２２０）。押圧機構２を駆動し、クリーニング部材１のクリーニング面と押圧ユニット１４ａ〜１４ｌの押圧面を接触させる（Ｓ２３０）。ウエハステージ１３をＺ軸方向に駆動し、クリーニング部材１のクリーニング面を押圧ユニット１４ａ〜１４ｎの押圧面に対して摺動させる（Ｓ２４０）。ウエハステージ１３の上下動を繰り返すことにより、押圧面に付着した異物が低減（除去）される。搬送機構１６はクリーニング部材１をウエハステージ１３から収納部１５に搬送する（Ｓ２５０）。なお、Ｓ２２０において、インプリントヘッド２１をＺ軸方向に駆動させてもよい。

（デバイス製造方法）
上述のインプリント装置を用いたデバイスの製造方法を説明する。本明細書において、用語「デバイス」は、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を含む概念として用いるものとする。該製造方法は、基板上に樹脂等の成形剤を塗布する工程と、上記のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、当該工程でパターンを形成された基板をエッチング処理する工程と、を含む。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を含んでいてもよい。本実施形態のデバイスの製造方法は、従来の方法に比べて、デバイスの性能・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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (9)

1. 型を用いて、前記基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記型を保持可能な型保持部と、
   前記型保持部に保持された前記型の側面に対向するように配置され、アクチュエータの駆動により前記型の側面を押圧可能な複数の押圧ユニットを有する押圧機構と、
   前記複数の押圧ユニットの押圧面をクリーニングするクリーニング手段と、
   を備えることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記押圧機構は、前記型の、第１方向に沿う１対の側面に対向するように配置された第１押圧ユニット群と、前記型の、前記第１方向に交差する第２方向に沿う１対の側面に対向するように配置された第２押圧ユニット群と、を有し、
   前記クリーニング手段は、前記型保持部にクリーニング部材を保持させた状態で前記第１押圧ユニット群に属する押圧ユニットの押圧面に対して、該押圧面に対向して配置された前記クリーニング部材が摺動するように、前記第２押圧ユニット群に属する押圧ユニットの動作を制御する制御部を有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. 前記押圧機構を用いて前記型を変形させた状態で前記基板上のインプリント材と前記型を接触させるインプリントモードと、前記複数の押圧ユニットの押圧面をクリーニングするクリーニングモードと、を選択的に実行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. 前記クリーニング手段は前記型保持部にクリーニング部材を保持させた状態で、前記クリーニングモードのクリーニング時において、前記型保持部は、前記インプリントモード時よりも弱い保持力で前記クリーニング部材を保持することを特徴とする請求項３に記載のインプリント装置。
5. 前記押圧機構は、前記型の、第１方向に沿う１対の側面に対向するように配置された第１押圧ユニット群と、前記型の、前記第１方向に交差する第２方向に沿う１対の側面に対向するように配置された第２押圧ユニット群と、を有し、
   前記インプリント装置は更に、前記型に対向して基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構の本体部を前記第１方向及び第２方向とそれぞれ交差する第３方向に移動させる駆動部とを有し、
   前記クリーニング手段は、前記第１及び第２押圧ユニット群に属する少なくとも一部の押圧ユニットの押圧面に対向するように前記基板保持機構に基板に代えてクリーニング部材を保持させた状態で、前記押圧面にクリーニング部材のクリーニング面が摺動するように、前記駆動部を制御する制御部を有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。
6. 前記クリーニング部材を収納する収納部と、
   前記収納部に収納されたクリーニング部材を搬送する搬送機構と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインプリント装置。
7. 前記クリーニング部材は砥石であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインプリント装置。
8. 前記型を前記クリーニング部材と兼用して用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインプリント装置。
9. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   請求項１乃至８のいずれかに記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、前記パターンが転写された基板をエッチング処理する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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