JP6294679B2 - インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント装置及び物品の製造方法に関する。

近年、半導体デバイスを製造するための技術として、インプリント技術が実用されつつある。インプリント技術では、微細なパターンが形成されたモールド（原版）と基板に供給（塗布）された樹脂とを接触させた状態で樹脂を硬化させる。

インプリント技術における樹脂硬化法の１つとして光硬化法が知られている。光硬化法では、紫外線硬化型の樹脂に透明なモールドを接触させた状態で紫外線を照射し、樹脂を感光及び硬化させてからモールドを剥離（離型）することで、基板の上に樹脂のパターンを形成する。

樹脂が塗布された基板にモールドを押印する時にモールドと基板表面の樹脂との間に気泡が残留すると、形成されるパターンが歪むことが知られている。その対策として、モールドと基板との間に気泡が残留しにくいように拡散性が高い又は樹脂に対して溶解性が高いヘリウムや二酸化炭素などのガスを流し込み、基板とモールドとの隙間の空気を置換する技術が特許文献１に開示されている。さらに、モールドと基板との間の空間を負圧にして、気泡の発生源である気体を除去する技術も特許文献１に開示されている。また、基板とモールドとの隙間のガス濃度を高めやすいように、ステージ上面に設けられたガス供給口（エアベアリング）とガス回収口を設けて、モールド周辺を密閉化する技術が特許文献２に開示されている。

特表２００７−５０９７６９号公報 特表２００９−５３２２４５号公報

しかし、特に基板の周辺部をインプリントする場合、基板と基板外との段差により基板とモールドとの空間に体積差が生じ、同じショット内でも必要なガス量に差ができる。そのため複数のガス供給部が同一にガスを供給してもガス濃度にムラができ気泡による転写欠陥の抑制ができない可能性がある。かといって、ガス濃度が一定になるまで待つのではインプリント時間が長くなり生産性が低下してしまう。

本発明は、インプリント処理時に原版と基板との隙間にガスを迅速に充填させることを目的とする。

本発明の一側面によれば、基板の上に原版のパターンを転写するインプリント装置であって、前記原版と前記基板との間の空間における空気と置換するためのガスを供給する複数のガス供給部と、前記基板の対象ショット領域が前記原版のパターン面の下に位置するように前記原版と前記基板とを相対的に移動させた後、平面視で前記原版と前記基板とが重複する部分の面積に応じて、前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御する制御部とを有することを特徴とするインプリント装置が提供される。

本発明によれば、インプリント処理時に原版と基板との隙間にガスを迅速に充填させることができる。

実施形態におけるインプリント装置の概略構成図。 インプリント装置が基板周辺部をインプリントする場合の課題を説明する図。 エッジショットの場合のインプリント装置の概略平面図。 実施形態におけるガス供給部の配置例を示す図。 実施形態におけるガス供給プロセスの一例を示す図。 実施形態におけるガス流量決定処理を示すフローチャート。 実施形態におけるガス流量決定処理を示すフローチャート。 ガス濃度計測部を備えたインプリント装置で、エッジショットの場合を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。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＞
図１は、本実施形態におけるインプリント装置の概略構成図である。インプリント装置は、基板１に塗布された樹脂２とモールドで構成される原版３のパターン面４とを接触させた状態で樹脂２に光を照射することによって樹脂２を硬化させるインプリント処理を、基板１のショット領域ごとに行う。照明系９は、原版３と接触させた状態で樹脂２を硬化させるべく樹脂２に紫外線を照射する。原版３は、その中心付近にパターン面４が配置されており、樹脂２を硬化させるための紫外線を透過する部材で作られている。原版３を保持するインプリント構造体７と、原版３を下方向に押しつける駆動部であるインプリント機構部１１とで、原版機構部が構成されている。インプリント機構部１１は、上下動作だけではなく、原版３の転写面と基板１とが密着するように姿勢制御や回転方向の位置合わせ機能も有する。

基板１は、パターン面４に形成されている転写パターンが転写され、後の工程を経て半導体集積回路が形成される対象物であり、従来の半導体プロセスに用いられるものと同様である。基板１はステージ６に載置され、不図示の基板保持部によって保持される。また本実施形態においては、基板１の外周部に沿って、基板１とステージ６との段差を最小限にするための補助板としての同面板１２が設けられている。

原版３と基板１とは基板面に沿って相対的に移動することが可能に構成される。本実施形態では、ステージ６がｘｙ平面方向に移動可能であり、干渉計１３によってその位置が計測され、その計測結果に基づき位置決めが可能である。これにより、基板１の全面に転写することが可能となっている。ステージ６は精密な位置決めも可能であり、繊細なパターンの重ね合わせを達成している。またステージ６は、位置決めだけではなく、基板１の表面の姿勢を調整する役割を有する。樹脂塗布部８は、紫外線照射前、つまり硬化前の樹脂２を供給して基板１上に塗布する。

制御部１０は、上記各部と電気的に接続され、上記各部を制御することにより、後述するインプリント処理を実行する。制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを含むコンピュータで構成されうる。

制御部１０は、まずステージ６により、基板１のインプリント処理対象のショット領域（以下「対象ショット領域」という。）が樹脂塗布部８の下に位置するように基板１を位置決めする。次に、制御部１０は、樹脂塗布部８に適量の樹脂２を対象ショット領域に塗布させる。その後、制御部１０は対象ショット領域がパターン面４の直下に位置するようにステージ６を移動させ、位置決めをする。位置決め完了後、制御部１０は、インプリント機構部１１に原版３を下降させ、パターン面４を対象ショット領域上に塗布された樹脂２に接触させて押印する。押印後、制御部１０は、照明系９に紫外線を照射させ、樹脂２を硬化させる。樹脂２の硬化が終了した後、制御部１０は、インプリント機構部１１に原版３を引き上げさせる。そして制御部１０は、ステージ６により、次の対象ショット領域が樹脂塗布部８の下に位置するように移動させる。制御部１０は、これら一連の動作をレシピとして記憶することができる。レシピは、上記一連の動作だけではなく、例えばショットレイアウトやインプリント順番、各ショットのインプリント条件（例えば露光量、塗布量）を設定することもできる。以下、レシピに設定するインプリントに関する情報をインプリント情報と呼ぶ。同じ条件のインプリント処理がある場合、同じレシピを使用することで、繰り返し同じ処理を実行することができる。

樹脂２が塗布されたショット領域に原版３のパターン面４を押印するときに、パターン面４とショット領域表面の樹脂２との間に気泡が残留すると、形成されるパターンが歪み、程度によっては転写欠陥が発生してしまう。そのため、樹脂２に対して溶解性の高いヘリウムや二酸化炭素などのガスで、原版３と基板１との間の空間の空気を置換させて、気泡の発生を抑える。そこで本実施形態におけるインプリント装置は、原版と基板１との間に空気と置換するためのガスを供給する複数のガス供給部（例えば、４つのガス供給部）を備える。

ガス充填方法として、少なくとも押印直前に原版３の近傍に配置された第１ガス供給部５ａまたは第２ガス供給部５ｂからヘリウムなどのガスを供給し、原版３周辺のガス濃度を極力高める方式が知られている。これにより、ガス自身の拡散効果により、一定の時間を経ることで原版３中心付近に配置されているパターン面４近傍のガス濃度も十分高くなり（例えば濃度７０％以上）、その後押印することで転写欠陥を減らすことができる。

しかし、このようなガス充填方式では以下のような問題がある。

図２（ａ）は、対象ショット領域が基板１の周辺部にある場合の、インプリント装置を表す図である。対象ショット領域が基板１の周辺部の場合、対象ショット領域は原版３のパターン面４より小さくなる。このようなショットを「エッジショット」という。ところで、同面板１２は基板１との高さを揃えるためのものではあるが、基板の厚みのばらつき等がある。そのため、原版３とステージ６に保持される基板１との距離(例えば３０μｍ）と、原版３と同面板１２との距離（例えば３００μｍ）には差がある。そのため、エッジショットの場合、原版３と基板１との間の空間の体積と、原版３と同面板１２との間の空間の体積に差が発生する。

図２（ｂ）は、エッジショットではないが、基板１の周辺部が第１ガス供給部５ａよりも原版３の中心側にある場合を示している。この場合もエッジショットと同様に、原版３と基板１との間の空間の体積と、原版３と同面板１２との間の空間の体積で差が発生する。

このため第１ガス供給部５ａと第２ガス供給部５ｂから同量のガスを供給する場合には、同じガス濃度になるまで一定の待ち時間が必要となる。原版３と基板１との間の空間と、原版３と同面板１２との間の空間とで体積が異なるため、同じガス濃度になるためのガス量が違うためである。待ち時間は原版３周りの構成や必要濃度によって異なるが、一般的なインプリント装置を想定すれば、１秒〜数十秒の待ち時間が予想される。この待ち時間は、生産性に影響を及ぼすため、極力短くすることが要請される。

また第２ガス供給部５ｂによって供給されるガスは、原版３と基板１との間の空間の体積分を満たした後、第１ガス供給部５ａから供給されるガスが原版３と同面板１２との間の空間にガスが満たされるまで、残りは空間外に漏れ出す。この漏れ出したガスが干渉計１３の光路近傍に到達すると、干渉計１３によるステージ６の位置計測に誤差が発生しうる。また漏れ出たガスは無駄になり、装置のランニングコストにも影響しうる。そのため、ガスの供給量は極力少なくすることが要請される。

そこで本実施形態では、原版３と基板１との間の空間のガス濃度を迅速に高めるように、以下のようなガス充填方法を用いる。

図３（ａ）は、エッジショットの場合におけるインプリント装置の概略平面図である。原版３の周囲を囲むように、第１ガス供給部５ａ、第２ガス供給部５ｂ、第３ガス供給部５ｃ、第４ガス供給部５ｄが配置される。各ガス供給部は図４のように、複数の供給口を並べるように構成してもよい。制御部１０は、各ガス供給部からのガス流量を独立に制御する。制御部１０は例えば、複数のショットのそれぞれで、原版と基板との間の空間の体積に応じて、各ガス供給部からのガス流量を制御する。

以下、エッジショットでの具体的なガス供給方法の一例を、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、基板１の対象ショット領域に樹脂塗布部８が樹脂２を塗布する状態を示しており、Ｓ１２に対応している。この時点では、各ガス供給部からガスは供給されていない。

図５（ｂ）は、樹脂２の塗布後、制御部１０が、対象ショット領域をパターン面４の直下に位置するようにステージ６を図中左方向へ移動させ、位置決めをする状態を示しており、Ｓ１３に対応している。この時点でも、各ガス供給部からガスは供給されていない。

図５（ｃ）は、ステージ６の移動が完了し、対象ショット領域がパターン面４の真下に位置し、第１ガス供給部５ａ、第２ガス供給部５ｂからのガス供給を開始している状態を示しており、Ｓ１４に対応している。図５（ｃ）における原版３と基板１との間、原版３と同面板１２との間におけるハッチングされた領域を「インプリント領域」という。図５（ｃ）は、インプリント領域にガス１４が充填されている状態を示している。原版３と基板１との間の空間（図中のガス１４の左半分）と、原版３と同面板１２との間の空間（図中のガス１４の右半分）とでは体積に差がある。このため、第１ガス供給部５ａ、第２ガス供給部５ｂから同量のガス１４を供給する場合には、２つの空間のガス濃度が一定になるまでに時間差が生じる。そこで本実施形態では、制御部１０は、平面視で原版と基板とが重複する部分の両者の空間の体積と、原版と同面板とが重複する部分の両者の空間の体積とに応じて、各ガス供給部からの単位時間あたりのガス供給量（すなわち、ガス流量）を制御する。すなわち、制御部１０は、インプリント領域の空間の体積に応じた流量でガスが供給されるよう各ガス供給部を制御する。これによりガス濃度を均一に高めることが可能となる。

図５（ｄ）は、インプリント機構部１１が原版３を下降させて、パターン面４を樹脂２に対して押印している状態を示しており、Ｓ１５に対応している。この状態では、引き続き第１ガス供給部５ａ、第２ガス供給部５ｂからガス供給を行っている。制御部１０は、押印状態を保ったまま照明光を照射させて、樹脂２を硬化させた後、インプリント機構部１１によって原版３を引き上げて離型させる。この状態で、第１ガス供給部５ａ、第２ガス供給部５ｂからガス供給を停止する。この動作はＳ１６に対応する。

図５（ｅ）は、次の対象ショット領域に樹脂２を塗布するため、ステージ６を樹脂塗布部８の直下に移動する状態を示しており、Ｓ１１に対応している。その後、対象ショット領域への樹脂２の塗布を開始して、図５（ａ）の状態、つまりＳ１２の状態に戻り、フローが繰り返される。

なお、本フローでは対象ショットをエッジショットとしたが、対象ショットはエッジショットではないが、図２（ｂ）のように、基板１の周辺部が第１ガス供給部５ａより原版３の中心側にある場合でも同様である。

次に、各ガス供給部が供給する最適なガス流量の算出方法を図３（ａ）、（ｂ）、図６を用いて説明する。

図３（ａ）は、エッジショットの場合のインプリント装置の概略平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のインプリント領域を拡大した図である。図３（ｂ）において、原版３の縁部に配置されている各ガス供給部のガス供給領域が、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄで分割し示されている。

図６は、制御部１０が、レシピ作成時に、ショット毎に各ガス供給部からのガス流量を算出する方法を示すフローチャートである。図６のＳ２１では、制御部１０が、全ショットの中からガス流量を算出する必要のある１つまたは複数のショット（以下「算出対象ショット」という。）を選択する。具体的には、レシピに設定されているレイアウト情報から、図３（ａ）で示されるような、平面視で原版３が基板１と同面板１２にまたがるショットを選択する。このＳ２１で選択した算出対象ショットそれぞれに対し、以降のＳ２２からＳ２３の処理を行う。一方、このＳ２１で選択されなかったショットでは、事前に設定したガス流量が設定される。

図６のＳ２２では、算出対象ショットの情報をレシピから取得する。取得する情報には、平面視で原版３と基板１とが重複する部分（以下「基板領域」という。）の面積、平面視で原版３と同面板１２とが重複する部分（以下「同面板領域」という。）の面積、原版３と基板１との距離、原版３と同面板１２との距離がある。図６のＳ２３では、Ｓ２２で取得した情報に基づいて、算出対象ショットにおける各ガス供給部のガス流量を算出する。ここでは、初めに、基板領域の面積と同面板領域の面積を用い、図３（ｂ）に示される各ガス供給領域における基板領域の面積と同面板領域の面積を算出する。そして、基板領域の面積と原版３−基板１間の距離とからガス供給領域における基板領域の体積を算出する。また、同面板領域の面積と原版３−同面板１２間の距離とからガス供給領域における同面板領域の体積を算出する。そして、算出した基板領域の体積と同面板領域の体積との和をガス供給領域の体積とする。

例えば、図３（ｂ）の第３ガス供給部５ｃの領域Ｃの体積は以下のように算出される。
領域Ｃの体積＝（領域Ｃの同面板領域の面積＊原版３と同面板１２との距離）
＋（領域Ｃの基板領域の面積＊原版３と基板１との距離）

そして、ガス供給部の性能の範囲内で、各々のガス供給領域の体積を最も早く、かつ、全てのガス供給領域が均一の濃度で満たされるように、各ガス供給部のガス流量を算出する。Ｓ２４でＳ２２及びＳ２３の処理を行っていない算出対象ショットがある場合、Ｓ２２の状態に戻り、ない場合はＳ２５に進む。

Ｓ２５では、Ｓ２３で算出した全ての算出対象ショットの各ガス供給部のガス流量のデータを、制御部１０のメモリにレシピとして記憶する。これは、同じ条件で別の基板をインプリントする際、制御部１０のメモリに記憶したレシピを繰り返し使用できるようにするためである。

具体的な一例としては、ショットレイアウトやインプリント順番、各ショットのインプリント条件等のインプリント情報を保持しているレシピの一部として、ショット毎に各ガス供給部のガス流量の値を保持する。これにより、関連するインプリント情報が同一のインプリント処理を行う場合、図６で説明したガス流量を算出する処理を行わずに、レシピに保持されたガス流量でインプリントを行うことができる。このように、制御部は、所定のショット毎に決定した各ガス供給部からのガス流量のデータをメモリに記憶する。そして別の基板の各ショットについては、メモリに記憶されたデータに基づいて各ガス供給部からのガス流量を制御する。

また、図６で説明した処理で算出したガス流量のデータを、インプリント装置と通信可能に接続された外部のホストコンピュータに送信する構成としてもよい。ホストコンピュータは、例えば、複数のインプリント装置を含みうる複数種の半導体製造装置を制御するオンラインホストである。これにより、インプリント装置は、他のインプリント装置も含めて過去に行われた関連するインプリント情報をホストコンピュータから受信することができる。これにより、図６で説明したガス流量を算出する処理を行わずに、受信したインプリント情報に基づきガス流量を制御しながらインプリントを行うことができる。

なお、本実施形態ではガス供給部とその供給領域を４つに分割したが、ガス供給領域は４つに限るものではない。例えば、図４の各ガス供給部にある、複数のガス供給口毎に供給領域を分割して、その供給領域の情報をもとに、それぞれのガス供給口からのガス流量を算出してもよい。

また、Ｓ２３でのガス流量の制御方法は上記方法に限るものではない。例えば、不図示の計測部で、原版３−基板１間の距離、原版３−同面板１２間の距離を計測した結果を用いてもよい。あるいは、原版と基板との間の空間の体積を算出するかわりに、平面視で原版と基板とが重複する部分の面積に応じてガス流量を制御してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、とりわけエッジショットでの原版と基板との間の空間におけるガス濃度を迅速に高めることができる。

＜第２実施形態＞
図７は、制御部１０が、ショット毎のガス供給時に、各ガス供給部が供給するガス流量の算出方法を示したフローチャートである。本実施形態が第１実施形態と異なる点は、ガス供給部毎のガス流量を、ガス濃度を測定しながら算出する点である。図８（ａ）は、ガス濃度計測部１５を備えたインプリント装置で、エッジショットの場合を示している。図８（ｂ）は、上記インプリント装置のエッジショットの場合の概略平面図である。ガス濃度計測部１５は、基板１の縁部の同面板１２上に複数配置されている。

Ｓ３１で、ガス供給が開始される。この時のガス流量は、各ガス供給部とも同量である。次にＳ３２でガス濃度を計測する。本実施形態では、図８（ｂ）で示されるような、ガス濃度計測部１５を使用して、ガス濃度を計測する。Ｓ３３では、Ｓ３２で計測したガス濃度がインプリントに適したガス濃度として設定された値を超えたかを判定する。ガス濃度が設定値を超えた場合、本フローは終了する。ガス濃度が設定値に達していない場合は、処理はＳ３４に移行する。制御部１０は、各ガス濃度計測部の計測結果と、対象ショットの位置情報と、各ガス濃度計測部の位置情報から、どのガス供給部にどれだけの流量調整が必要かを決定する。Ｓ３４では、ガス流量を調整する。制御部１０は、Ｓ３３での決定をもとに、それぞれのガス供給部から最適なガス流量を、インプリント領域に供給させる。計測した結果が、設定濃度に達しない場合、設定濃度に達するまでフローが繰り返される。

Ｓ３３で決定された各ガス供給部のガス流量は、制御部１０にレシピとして記憶してもよい。これは、同じ条件で別の基板をインプリントする際、制御部１０に記憶したレシピを繰り返し使用できるようにするためである。

具体的な一例としては、ショットレイアウトやインプリント順番、各ショットのインプリント条件等のインプリント情報を保持している前記レシピの一部として、ショット毎に各ガス供給部のガス流量を保持する。これにより、関連するインプリント情報が同一のインプリント処理を行う場合、図６で説明したガス流量を算出する処理を行わずに、レシピに保持したガス流量でインプリントを行うことができる。

また、図６で説明した処理で算出したガス流量を、インプリント装置と通信可能に接続されたホストコンピュータに送信する構成としてもよい。これにより、インプリント装置は、他のインプリント装置も含めて過去に行われた関連するインプリント情報を計算機から受信することができる。これにより、図６で説明したガス流量を算出する処理を行わずに、受信したインプリント情報に基づきガス流量を制御しながらインプリントを行うことができる。

なお、本実施形態では、ガス濃度計測部を同面板上に配置したが、ガス濃度計測部は同面板上の配置に限るものではない。例えば、ガス供給部の縁部に配置してもよいし、インプリント機構部の縁部に配置してもよい。

また、Ｓ３１では、各ガス供給部でのガス流量を同量としたが、ガス流量は同量であることに限られない。例えば、事前に計測した結果に基づき、ガス供給部毎にガス流量を変えてもよい。

このように、本実施形態によれば、計測したガス濃度の結果に基づいて各ガス供給部からのガス流量を調整することで、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にお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、上記のインプリント装置を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写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。

Claims (6)

1. 基板の上に原版のパターンを転写するインプリント装置であって、
   前記原版と前記基板との間の空間における空気と置換するためのガスを供給する複数のガス供給部と、
   前記基板の対象ショット領域が前記原版のパターン面の下に位置するように前記原版と前記基板とを相対的に移動させた後、平面視で前記原版と前記基板とが重複する部分の面積に応じて、前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 基板の上に原版のパターンを転写するインプリント装置であって、
   前記基板の外周部に沿って設けられる補助板と、
   前記原版と前記基板との間の空間における空気と置換するためのガスを供給する複数のガス供給部と、
   前記基板の対象ショット領域が前記原版のパターン面の下に位置するように前記原版と前記基板とを相対的に移動させた後、平面視で前記原版と前記基板とが重複する部分の両者の空間の体積と、前記基板と前記補助板とが重複する部分の両者の空間の体積とに応じて、前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。
3. 基板の上に原版のパターンを転写するインプリント装置であって、
   前記原版と前記基板との間の空間における空気と置換するためのガスを供給する複数のガス供給部と、
   前記空間におけるガスの濃度を計測するガス濃度計測部と、
   前記計測されたガスの濃度に基づいて、前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。
4. 前記制御部は、基板の所定のショット領域毎に決定した前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量のデータをメモリに記憶し、別の基板の各ショット領域については、前記メモリに記憶された前記データに基づいて前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御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。
5. 前記制御部は、
   基板の所定のショット領域毎に決定した前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量のデータを外部のホストコンピュータに送信し、
   別の基板の各ショット領域については、前記ホストコンピュータから前記データを受信して前記データに基づいて前記複数のガス供給部それぞれからのガス流量を制御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。
6. 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を用いてパターンを基板に形成する工程と、前記工程で前記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物品の製造方法。

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