JP6302287B2 - インプリント装置およびパターン形成方法 - Google Patents

Description

後述する実施形態は、概ね、インプリント装置およびパターン形成方法に関する。

半導体装置などの電子デバイスの製造においては、インプリント法を用いてパターンを形成している。
例えば、基板上に液状の樹脂材料を滴下し、パターンが形成されたテンプレート（インプリント型などとも称される）を樹脂材料に押し当てたまま樹脂材料を硬化させて、基板上に樹脂材料からなるパターンを形成するようにしている。
ここで、インプリント法を用いてパターンを形成する場合には、テンプレートの凸部と基板との間に樹脂材料が残留するようにしている。この残留した樹脂材料からなる膜（残膜）の厚みを残膜厚み（ＲＬＴ：Residual Layer Thickness）という。
残膜厚み寸法が変動すると、後工程における処理（例えば、樹脂材料からなるパターンをマスクとして用いるエッチング処理）の処理条件が変動することになるので、樹脂材料からなるパターンの下地層に対して高精度な処理を施すことが困難となる。
そのため、レーザ干渉計を用いてテンプレートの凸部と基板との間の距離を測定し、測定値に基づいて残膜厚み寸法を制御する技術が提案されている。
しかしながら、残膜厚み寸法をさらに高精度に制御することができる技術の開発が望まれていた。

特開２０１１−９１３０７号公報

本発明が解決しようとする課題は、残膜厚み寸法を高精度に制御することができるインプリント装置およびパターン形成方法を提供することである。

実施形態に係るインプリント装置は、基板に設けられた被転写部に押し付けられるパターン部を有するテンプレートを保持する保持部と、前記保持部に対峙させて設けられ、前記基板を載置する載置部と、前記保持部および前記載置部の少なくともいずれかに設けられ、前記保持部および前記載置部を互いに近接する方向または互いに離隔する方向に移動させる移動部と、前記テンプレートのパターン部が押し付けられた前記被転写部を硬化させる硬化部と、前記被転写部に押し付けられた前記テンプレートを前記テンプレートの押圧方向と交差する方向に押す押圧部と、前記押圧部により押された前記テンプレートの位置を検出する検出部と、前記検出されたテンプレートの位置と、予め求められた前記テンプレートの位置と前記被転写部の剪断力との関係と、から前記被転写部の剪断力を演算する制御部と、を備えている。
前記制御部は、前記演算された被転写部の剪断力と、予め求められた前記被転写部の剪断力と残膜厚み寸法との関係と、から前記残膜厚み寸法をさらに演算する。

本実施の形態に係るインプリント装置１を例示するための模式図である。 被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法との関係を例示するための模式グラフ図である。 （ａ）〜（ｃ）は、残膜厚み寸法が変化する様子を例示するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係るインプリント装置１を例示するための模式図である。
インプリント装置１は、ＵＶ(Ultraviolet)インプリント法を用いて転写を行うインプリント装置である。

テンプレート１００は、板状を呈する基部１００ｂと、基部１００ｂの一方の面に設けられたパターン部１００ａを有する。パターン部１００ａは、基板１１０に設けられた被転写部１１１に押し付けられる。
テンプレート１００は、例えば、石英などの紫外線を透過させることができる材料から形成されている。
なお、平板状を呈する基部１００ｂを例示したが、パターン部１００ａが設けられる領域の厚みが薄くなっているものとすることもできる。

基板１１０は、例えば、半導体ウェーハやガラス基板などとすることができる。
基板１１０の一方の面には、被転写部１１１が設けられている。
被転写部１１１は、紫外線硬化樹脂を含むものとすることができる。
硬化される前の被転写部１１１は、液状となっている。
膜状の被転写部１１１を例示したが、例えば、液滴状の紫外線硬化樹脂が複数設けられた形態とすることもできる。

図１に示すように、インプリント装置１には、保持部２、移動部３、載置部４、硬化部５、測定部６、および制御部７が設けられている。
なお、図１中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を表しており、例えば、矢印Ｘ、Ｙは水平方向、矢印Ｚは鉛直方向を表している。

保持部２は、緩衝部２ｂを介して、テンプレート１００の基部１００ｂを保持する。保持部２は、例えば、基部１００ｂを機械的に保持するチャックを有したものとすることができる。
緩衝部２ｂは、有機材料などの柔軟性を有する材料から形成されている。柔軟性を有する緩衝部２ｂを設けるようにすれば、基板１１０の表面形状にテンプレート１００を倣わすことができる。そのため、転写不良を低減させることができる。
なお、緩衝部２ｂは、テンプレート１００に設けるようにすることもできる。
また、保持部２は、厚み方向を貫通する孔部２ａを有する。孔部２ａは、テンプレート１００のパターン部１００ａに対峙する位置に設けられている。

移動部３は、保持部２を載置部４に近づける方向、または保持部２を載置部４から遠ざける方向に移動させる。例えば、移動部３は、保持部２を昇降させる。移動部３は、例えば、サーボモータなどの制御モータを有したものとすることができる。
また、移動部３は、位置検出部３ａを有している。位置検出部３ａは、保持部２の位置、ひいては、パターン部１００ａの先端面１００ａ１の位置を検出する。

なお、保持部２を移動させる移動部３を例示したが、保持部２および載置部４の少なくともいずれかに設けられ、保持部２および載置部４を互いに近接する方向または互いに離隔する方向に移動させる移動部とすればよい。

載置部４は、保持部２と対峙している。載置部４は、載置された基板１１０を保持する。載置部４は、例えば、バキュームチャックを有したものとすることができる。なお、載置部４は、機械的なチャックや静電チャックなどを有したものとすることもできる。
また、載置部４は、載置された基板１１０の位置を変化させるものとすることもできる。載置部４は、例えば、ＸＹテーブルなどとすることもできる。

硬化部５は、保持部２の孔部２ａを挟んで、テンプレート１００のパターン部１００ａと対峙する位置に設けられている。
硬化部５は、テンプレート１００のパターン部１００ａが押し付けられた被転写部１１１を硬化させる。
硬化部５は、例えば、紫外線を照射する。硬化部５は、例えば、紫外線ランプを有したものとすることができる。
硬化部５から照射された紫外線は、孔部２ａおよびテンプレート１００を透過して、テンプレート１００により押圧された被転写部１１１に照射される。

測定部６は、押圧部６ａおよび検出部６ｂを有する。
押圧部６ａは、所定の圧力でテンプレート１００の側面をＸ方向に押す。
押圧部６ａは、押圧力を制御することができるものとすることができる。
押圧部６ａは、例えば、エアシリンダと、空気圧の制御機器を有したものとすることができる。この場合、空気圧の制御機器によりエアシリンダに供給される空気の圧力を制御して、押圧力を制御することができる。
また、押圧部６ａは、サーボモータなどの制御モータと、歪みゲージなどの応力測定機器を有したものとすることもできる。この場合、応力測定機器からの出力に基づいて制御モータを制御して、押圧力を制御することができる。

検出部６ｂは、押圧部６ａにより押されたテンプレート１００のＸ方向の位置を検出する。
検出部６ｂは、例えば、レーザ干渉計などとすることができる。
なお、テンプレート１００の側面をＸ方向に押す押圧部６ａと、テンプレート１００のＸ方向の位置を検出する検出部６ｂを例示したが、テンプレート１００の側面をＹ方向に押す押圧部６ａと、テンプレート１００のＹ方向の位置を検出する検出部６ｂとすることもできる。
また、押圧部６ａは、Ｘ方向またはＹ方向に対して傾いた方向からテンプレート１００の側面を押すものであってもよい。
すなわち、押圧部６ａは、被転写部１１１に押し付けられたテンプレート１００をテンプレート１００の押圧方向と交差する方向に押すものであればよい。

ここで、検出部６ｂからの出力に基づいて、被転写部１１１の剪断力（パターン部１００ａの先端面１００ａ１と基板１１０との間における被転写部１１１の剪断力）を求めれば、残膜厚み寸法を演算することができる。
なお、残膜厚み寸法の演算に関する詳細は後述する。

制御部７は、インプリント装置１に設けられた要素の動作を制御する。
制御部７は、例えば、以下の動作を制御する。
制御部７は、保持部２を制御して、保持部２にテンプレート１００を保持させる。
制御部７は、移動部３を制御して、保持部２の昇降位置、ひいてはテンプレート１００の昇降位置を変化させる。
制御部７は、載置部４を制御して、載置部４に基板１１０を保持させる。
制御部７は、硬化部５を制御して、テンプレート１００により押圧された被転写部１１１に向けて、硬化部５に紫外線を照射させる。
制御部７は、押圧部６ａを制御して、押圧部６ａにテンプレート１００の側面を押させる。

また、制御部７は、検出部６ｂからの出力に基づいて、被転写部１１１の剪断力を演算する。この場合、制御部７は、検出されたテンプレート１００の位置と、予め求められたテンプレート１００の位置と被転写部１１１の剪断力との関係と、から被転写部１１１の剪断力を演算する。
制御部７は、演算された被転写部１１１の剪断力と、予め求められた被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法との関係と、から残膜厚み寸法を演算する。
制御部７は、演算された残膜厚み寸法が所定の範囲内にあるか否かを判定する。
演算された残膜厚み寸法が所定の範囲内にないと判定された場合には、制御部７は、保持部２の位置の補正値を演算し、演算された補正値に基づいて、パターン部１００ａの先端面１００ａ１の位置を制御する。
すなわち、制御部７は、移動部３を制御して、演算された残膜厚み寸法が所定の範囲内となるように、保持部２の昇降位置（テンプレート１００の昇降位置）の補正、ひいては残膜厚み寸法の補正を行う。

その他、基板１１０上に被転写部１１１を形成するための塗布装置などを設けることもできる。
塗布装置は、例えば、インクジェット装置などとすることができる。

次に、残膜厚み寸法の演算について説明する。
被転写部１１１は、紫外線が照射される前（硬化前）は液状となっている。
そのため、テンプレート１００と基板１１０に接触していない被転写部１１１の部分は、バルク液体（bulk liquid）となる。
ここで、残膜厚み寸法（パターン部１００ａの先端面１００ａ１と基板１１０との間の距離）は、ナノメートルオーダとなる。例えば、残膜厚み寸法は、十ｎｍ（ナノメートル）〜数十ｎｍ程度とすることができる。

残膜厚み寸法が長い（例えば、残膜厚み寸法が数μｍ（マイクロメートル）程度）場合には、バルク液体を構成する材料の分子が比較的自由に運動することができるため、バルク液体は秩序構造を有さない。
そのため、被転写部１１１の剪断力は小さなものとなる。
ところが、残膜厚み寸法がナノメートルオーダとなると、被転写部１１１の粘性が上昇、ひいては被転写部１１１の剪断力が大きくなる。

本発明者らの得た知見によれば、インプリント法に用いられる樹脂においては、残膜厚み寸法がナノメートルオーダとなると、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法との関係に規則性が生じる。
そのため、被転写部１１１の剪断力を測定すれば、残膜厚み寸法を演算することができる。

図２は、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法との関係を例示するための模式グラフ図である。
図３（ａ）〜（ｃ）は、残膜厚み寸法が変化する様子を例示するための模式図である。 図３（ａ）は、テンプレート１００を被転写部１１１に押し付ける前の状態を表している。
前述したように、テンプレート１００を被転写部１１１に押し付ける前や、残膜厚み寸法が長い場合には、被転写部１１１の剪断力は小さなものとなる。
例えば、図２中の領域Ａに示すように、被転写部１１１の剪断力は小さなものとなる。

図３（ｂ）に示すように、テンプレート１００を基板１１０側に移動させて、残膜厚み寸法Ｔを短くすると、被転写部１１１の剪断力が大きくなる。
また、図３（ｃ）に示すように、残膜厚み寸法Ｔをさらに短くすると、被転写部１１１の剪断力はさらに大きくなる。

この場合、図２中の領域Ｂに示すように、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係に規則性が生じる。
しかしながら、残膜厚み寸法Ｔが短くなりすぎると、図２中の領域Ｃに示すように、被転写部１１１の剪断力は大きなまま変動しなくなる。
例えば、図２中の領域Ｃは、押圧部６ａでテンプレート１００の側面を押した程度ではテンプレート１００の位置が変化しない領域である。

インプリント法に用いられる樹脂における図２中の領域Ｂ（被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係に規則性が生じる領域）は、通常用いられる残膜厚み寸法（十ｎｍ〜数十ｎｍ程度）が含まれる領域である。
そのため、被転写部１１１の剪断力を測定することで、その際の残膜厚み寸法Ｔを特定することができるので、残膜厚み寸法Ｔを高精度に制御することが可能となる。

なお、図２中の領域Ｂにおいては、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係が線形の場合を例示したが、これに限定されるわけではない。
また、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係は、被転写部１１１の材料、粘度、成分比などの影響を受け得る。
そのため、実験やシミュレーションを行うことで、被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係を予め求めておくようにすることが好ましい。

次に、被転写部１１１の剪断力は、以下のようにして求めることができる。
押圧部６ａが、テンプレート１００の側面を所定の圧力で押すと、テンプレート１００の位置が変化する。
この場合、テンプレート１００の位置の変化は、被転写部１１１の剪断力、テンプレート１００の弾性や緩衝部２ｂの弾性などの影響を受け得る。

前述したように、被転写部１１１の剪断力は、残膜厚み寸法Ｔの変化により変化する。これに対して、テンプレート１００の弾性や緩衝部２ｂの弾性などは残膜厚み寸法Ｔが変化してもほぼ一定と考えられる。
そのため、テンプレート１００の弾性や緩衝部２ｂの弾性などの影響は除去することができる。
そして、実験やシミュレーションを行うことで、所定の押圧力を加えたときのテンプレート１００の位置と、被転写部１１１の剪断力との関係を予め求めておくようにすれば、検出部６ｂからの出力に基づいて被転写部１１１の剪断力を演算することができる。

次に、インプリント装置１の作用とともに、本実施の形態に係るパターン形成方法について例示をする。
まず、図示しない搬送装置により、被転写部１１１を有する基板１１０が載置部４に載置される。
被転写部１１１は、例えば、インクジェット装置などを用いて、基板１１０の一方の面に形成することができる。

次に、移動部３により、保持部２が載置部４に近づく方向に移動する。
この際、位置検出部３ａからの出力に基づいて、保持部２の位置、ひいては、パターン部１００ａの先端面１００ａ１の位置が所定の位置となるように制御される。
すなわち、所望の残膜厚み寸法Ｔとなるように、パターン部１００ａの先端面１００ａ１の位置が制御される。

次に、押圧部６ａが、テンプレート１００の側面を押す。
この際、押圧力が所定の値となるように制御される。
続いて、検出部６ｂがテンプレート１００の位置を検出する。
そして、制御部７が、検出部６ｂからの出力に基づいて被転写部１１１の剪断力を演算する。
さらに、制御部７が、演算された被転写部１１１の剪断力に基づいて、残膜厚み寸法Ｔを演算する。

制御部７が、演算された残膜厚み寸法Ｔが所定の範囲内にあると判定した場合には、後述する硬化を行う。
一方、制御部７が、演算された残膜厚み寸法Ｔが所定の範囲内にないと判定した場合には、制御部７は、残膜厚み寸法Ｔの補正を行う。

残膜厚み寸法Ｔの補正を行う場合には、まず、制御部７が、保持部２の位置の補正値を演算する。例えば、残膜厚み寸法Ｔが短すぎる場合には、制御部７は、保持部２の適切な上昇方向の位置を演算する。残膜厚み寸法Ｔが長すぎる場合には、制御部７は、保持部２の適切な下降方向の位置を演算する。

続いて、制御部７は、演算された保持部２の位置の補正値に基づいて、保持部２の位置、ひいては、パターン部１００ａの先端面１００ａ１の位置を制御する。
続いて、前述した場合と同様にして、制御部７が、残膜厚み寸法Ｔを再度演算する。
以降、必要に応じて、前述の手順を繰り返すことで、残膜厚み寸法Ｔが所定の範囲内に収まるようにする。

次に、硬化部５が、テンプレート１００により押圧された被転写部１１１に紫外線を照射する。
被転写部１１１は、紫外線が照射されることで硬化し、被転写部１１１にパターン部１００ａのパターンが転写される。
次に、移動部３により、保持部２が載置部４から遠ざかる方向に移動する。
次に、図示しない搬送装置により、パターンが転写された被転写部１１１を有する基板１１０が搬出される。
以降、以上の手順を繰り返すことで、被転写部１１１にパターン部１００ａのパターンを連続的に転写することができる。

以上に説明したように、本実施の形態に係るパターン形成方法は、以下の工程を有するものとすることができる。
基板１１０の上に被転写部１１１を形成する工程。
被転写部１１１にテンプレート１００のパターン部１００ａを押し付ける工程。
被転写部１１１に押し付けられたテンプレート１００をテンプレート１００の押圧方向と交差する方向に押す工程。 、
押されたテンプレート１００の位置を検出する工程。
テンプレート１００のパターン部１００ａが押し付けられた被転写部１１１を硬化させる工程。

また、本実施の形態に係るパターン形成方法は、以下の工程をさらに有するものとすることができる。
検出されたテンプレート１００の位置と、予め求められたテンプレート１００の位置と被転写部１１１の剪断力との関係と、から被転写部１１１の剪断力を演算する工程。
演算された被転写部１１１の剪断力と、予め求められた被転写部１１１の剪断力と残膜厚み寸法Ｔとの関係と、から残膜厚み寸法Ｔを演算する工程。
演算された残膜厚み寸法Ｔが所定の範囲内にあるか否かを判定する工程。
演算された残膜厚み寸法Ｔが所定の範囲内にないと判定された場合には、テンプレート１００の押圧方向の位置を変化させて、残膜厚み寸法Ｔの補正を行う工程。
なお、各工程の内容は、前述したものと同様とすることができるので、各工程の内容の説明は省略する。

また、以上においては、ＵＶインプリント法の場合を例示したが、熱インプリント法の場合も同様にして、残膜厚み寸法Ｔの演算や残膜厚み寸法Ｔの制御を行うことができる。 例えば、インプリント装置１が熱インプリント法を用いて転写を行うインプリント装置である場合には、硬化部５は遠赤外線を照射するものとすることができる。
なお、加熱方法は、遠赤外線の照射に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ インプリント装置、２ 保持部、２ａ 孔部、２ｂ 緩衝部、３ 移動部、３ａ 位置検出部、４ 載置部、５ 硬化部、６ 測定部、６ａ 押圧部、６ｂ 検出部、７ 制御部、１００ テンプレート、１００ａ パターン部、１００ａ１ 先端面、１００ｂ 基部、１１０ 基板、１１１ 被転写部、Ｔ 残膜厚み寸法

Claims (6)

1. 基板に設けられた被転写部に押し付けられるパターン部を有するテンプレートを保持する保持部と、
   前記保持部に対峙させて設けられ、前記基板を載置する載置部と、
   前記保持部および前記載置部の少なくともいずれかに設けられ、前記保持部および前記載置部を互いに近接する方向または互いに離隔する方向に移動させる移動部と、
   前記テンプレートのパターン部が押し付けられた前記被転写部を硬化させる硬化部と、
   前記被転写部に押し付けられた前記テンプレートを前記テンプレートの押圧方向と交差する方向に押す押圧部と、
   前記押圧部により押された前記テンプレートの位置を検出する検出部と、
   前記検出されたテンプレートの位置と、予め求められた前記テンプレートの位置と前記被転写部の剪断力との関係と、から前記被転写部の剪断力を演算する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記演算された被転写部の剪断力と、予め求められた前記被転写部の剪断力と残膜厚み寸法との関係と、から前記残膜厚み寸法をさらに演算するインプリント装置。
2. 前記制御部は、前記演算された残膜厚み寸法が所定の範囲内にあるか否かを判定する請求項１記載のインプリント装置。
3. 前記制御部は、前記演算された残膜厚み寸法が前記所定の範囲内にないと判定された場合には、前記移動部を制御して、前記残膜厚み寸法の補正を行う請求項２記載のインプリント装置。
4. 基板の上に被転写部を形成する工程と、
   前記被転写部にテンプレートのパターン部を押し付ける工程と、
   前記被転写部に押し付けられた前記テンプレートを前記テンプレートの押圧方向と交差する方向に押す工程と、
   前記押されたテンプレートの位置を検出する工程と、
   前記テンプレートのパターン部が押し付けられた前記被転写部を硬化させる工程と、
   前記検出されたテンプレートの位置と、予め求められた前記テンプレートの位置と前記被転写部の剪断力との関係と、から前記被転写部の剪断力を演算する工程と、
   前記演算された被転写部の剪断力と、予め求められた前記被転写部の剪断力と残膜厚み寸法との関係と、から前記残膜厚み寸法を演算する工程と、
   を備えたパターン形成方法。
5. 前記演算された残膜厚み寸法が所定の範囲内にあるか否かを判定する工程をさらに備えた請求項４記載のパターン形成方法。
6. 前記演算された残膜厚み寸法が前記所定の範囲内にないと判定された場合には、前記テンプレートの押圧方向の位置を変化させて、前記残膜厚み寸法の補正を行う工程をさらに備えた請求項５記載のパターン形成方法。

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