JP6494185B2 - インプリント方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、インプリント・リソグラフィに関するもので、インプリント層周辺にガスを流してインプリントする方法に関する。
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を製造するためのリソグラフィ技術の一つとして、インプリント方法が知られている。これは、ウェハやガラスプレートなどの被加工基材上の光硬化性組成物と、微細なパターンが形成されたモールドとを接触させ、両者を接触させた状態で光硬化性組成物を硬化させることによって被加工基材上にパターンを転写する方法である。
また、インプリント装置では、一般的に、モールドと被加工基材とのアライメント（位置合わせ）方式として、ダイバイダイアライメント方式が採用されている。ダイバイダイアライメント方式とは、被加工基材の上の複数のショット領域ごとに、かかるショット領域に形成されたアライメントマークを光学的に検出してモールドと被加工基材との位置関係のずれを補正するアライメント方式である。
特許文献１には、モールドに形成した形状をレジストに転写する、インプリントを行う際に、その温度およびその圧力で凝縮する基体の雰囲気下で行うことで、大気圧下でも正確なインプリントを行う技術が記載されている。
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．５１，２０１２，０６ＦＪ０５，
インプリント方法では、ショット領域間の面内ばらつきを抑え、パターンの転写精度（解像度）を高めるために、被加工基材の上の光硬化性組成物の膜厚を極力薄くすることが好ましい。
しかし、特許文献１に記載の方法では、被加工基材上の光硬化性組成物の膜厚を薄くする場合、特に２０ｎｍ以下の場合、モールドと光硬化性組成物とが接触後に剪断方向に相対変位させるのに大きな力が必要となる。
このため、ダイバイダイアライメント時、大きなせん断応力を加えることが必要となるのでモールドと被加工基材に大きな歪みが発生し、高精度のアライメントを困難にし、且つアライメント所要時間が長くなってしまう。
そこで、本願発明は、凝縮性ガスを光硬化性組成物に溶解させることでアライメント中の光硬化性組成物の膜厚さを、最終的に製造される光硬化性組成物の膜厚に比べ２０％以上厚くすることで、モールドと光硬化性組成物とが接触後に剪断方向に相対変位させる力を減少させるインプリント方法を提供することを目的とする。
よって、本発明は、被加工基材の上に、光硬化性組成物を配置する配置工程と、
凝縮性ガス雰囲気下で、前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる接触工程と、
前記光硬化性組成物と前記モールドとを接触させた状態で前記モールドと前記被加工基材との位置を合わせる位置合わせ工程と、
前記光硬化性組成物に光を照射して、光硬化膜を生成する光照射工程と、
前記光照射工程の後、前記光硬化膜と前記モールドとを引き離す離型工程と、
を有するインプリント方法において、
前記凝縮性ガスは、前記接触工程において凝縮する気体であり、
前記位置合わせ工程における前記光硬化性組成物の膜厚が、前記離型工程後の前記光硬化膜の膜厚よりも２０％以上厚いことを特徴とするインプリント方法を提供する。
凝縮性ガス雰囲気下で、前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる接触工程と、
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前記光照射工程の後、前記光硬化膜と前記モールドとを引き離す離型工程と、
を有するインプリント方法において、
前記凝縮性ガスは、前記接触工程において凝縮する気体であり、
前記位置合わせ工程における前記光硬化性組成物の膜厚が、前記離型工程後の前記光硬化膜の膜厚よりも２０％以上厚いことを特徴とするインプリント方法を提供する。
本願発明によれば、凝縮性ガスを光硬化性組成物に溶解させ、アライメント中の光硬化性組成物の膜厚さを、最終的に製造される光硬化膜の膜厚に比べ２０％以上厚くすることでモールドと光硬化性組成物とが接触後に剪断方向に相対変位させる力を減少させるインプリント方法を提供できる。
本発明は、凝縮性ガスの雰囲気下で、被加工基材とモールドとの位置合わせを行うインプリント方法において、モールドと光硬化性組成物とが接触した後の位置合わせ工程における前記光硬化性組成物の膜厚が、前記離型工程後の光硬化膜の膜厚よりも２０％以上厚いことを特徴とするインプリント方法である。
この位置合わせ工程における光硬化性組成物の膜厚が厚いのは、凝縮性ガスが溶解している等の理由を挙げることができるが、特に限定されない。例えば、非特許文献１には、光硬化性組成物に凝縮性ガスが溶解することが記載されている。
本発明に係るインプリント方法は、凝縮性ガスが光硬化性組成物に溶解するための溶解工程を接触工程よりも前に設けてもよい。この溶解工程において、凝縮性ガスが光硬化性組成物に溶解しやすい温度条件や圧力条件を調節することもできる。また、溶解工程は、単に静置して凝縮性ガスの溶解を待ってもよい。
この溶解工程は、凝縮性ガスの光硬化性組成物への溶解を補助するための工程であり、この工程がなければ、凝縮性ガスが溶解しないことを示すものではない。
以下、図面を用いて本発明について説明する。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。
また、本発明を実施する形態において、全工程を凝縮性ガスの沸点以上の温度、好ましくは２０℃〜２５℃、さらに好ましくは２３±０．２℃で実施することとする。
本発明に係るインプリント方法は、例えば、図２に示すインプリント装置を用いて行うことができる。本実施形態に係るインプリント装置は、凝縮性ガスを導入するガス導入機構と、モールドと被加工基材の位置合わせ機構と、モールドと被加工基材との間隙を２０ｎｍ以下の範囲でも制御可能な機構を有する。
図２は、本実施形態に係るインプリント装置の断面模式図である。図２において、モールドＭのパターンに垂直な方向をＺ軸、Ｚ軸に直交する２軸をＸ軸、Ｙ軸としている。典型的には、Ｚ軸は鉛直方向と平行である。
図２において、被加工基材Ｗは、モールドＭとの相対位置を変えることができる基板ステージ６上に載置されている。基板ステージ６は、不図示の吸着機構を有し、被加工基材Ｗを吸着し、固定することができる。
基板ステージ６は、ＸＹ平面内が可動域である形態でも、さらにＺ軸方向に可動域を有する形態であってもよい。
インプリント装置１は、被加工基材Ｗ上に光硬化性組成物Ｒを付与する付与機構５を有し、光硬化性組成物を被加工基材上に付与することができる（ステップ１）。光硬化性組成物を付与する付与工程において、付与の方法は特に限定されないが、例えば、インクジェット法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコード法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スピンコート法、スリットスキャン法等が挙げられる。特に好ましくはインクジェット法が挙げられる。
また、光硬化性組成物を付与する場合に、被加工基材を付与機構まで移動する形態でも、付与機構が被加工基材まで移動する形態でもよい。
本実施形態に係るインプリント装置は、凝縮性ガスを供給するためのガス供給機構４を有する。凝縮性ガスを供給するタイミングは、モールドと光硬化性組成物とが接触する前であれば、インプリント中のどの工程において行われてもよい。例えば、ステップ１の後に凝縮性ガスを供給することが挙げられる（ステップ２）。
被加工基材Ｗ上の光硬化性組成物Ｒと、微細なパターンが形成されたモールドＭとの位置合わせをする（ステップ３）。この位置合わせ工程は、モールド側位置決めマークＡＭＭと、被加工基材Ｗ上に作成された被加工基材側位置決めマークＡＭＷと、を用いて行われる。
位置合わせ工程は、アライメントカメラ３で観察しながら、基板ステージ６を駆動することで、位置合わせをする。位置合わせは、基板ステージを移動させても、モールドを移動させても、あるいは双方を移動させても行われてもよい。
位置合わせ後にモールドＭと光硬化性組成物Ｒとを接触させる接触工程を行う（ステップ４）。この接触工程により、モールドと光硬化性組成物とに応力がかかるため、前工程において合わせた位置からズレが生じる。
この接触工程後に発生したズレを修正するために、ＡＭＭおよびＡＭＷを用いて位置合わせが行われる（ステップ５）。
その後、両者を接触させた状態で光硬化性組成物Ｒに光源２から光を照射することで、光硬化性組成物をモールドに応じた形状で硬化させ、光硬化膜を得る（ステップ６）。この光照射工程の結果、被加工基材Ｗ上にパターンを転写することができる。
光硬化性組成物を硬化させる光は、例えば、紫外光が挙げられるが、用いられる光の波長はこれに限定されない。
光照射工程後に、モールドは光硬化膜から引き離される（ステップ７）。この離型工程では、モールドを離型するために必要な力である離型力を低減するための工夫がなされることが好ましい。
接触工程後の位置合わせにおける光硬化性組成物の膜厚は、離型工程後の光硬化膜の膜厚よりも厚いことが好ましい。具体的には、接触工程後の位置合わせ工程における光硬化性組成物の膜厚は、離型工程後の光硬化膜の膜厚よりも２０％以上厚いことが好ましい。
モールドへの光硬化性組成物の充填に要する時間の短縮や離型力の低減を目的として、モールドの背面（パターン面の反対側の面）の中央部分には、周辺部分よりも厚さを薄くしたキャビティ７（気室）が形成されている。更に、モールドを保持するモールド保持機構８（保持面）には、被加工基材の傾きに倣うように柔らかい部材が設けられている。
本発明に係るインプリント方法では、ショット領域間の面内ばらつきを抑え、パターンの転写精度（解像度）を高めるために、被加工基材Ｗの上の光硬化性組成物Ｒの膜厚を極力薄くすることが好ましい。
本実施形態に係るインプリント装置は、例えば、半導体集積回路素子、液晶表示素子等のデバイスの製造に用いることができる。
被加工基材Ｗとして、例えば、シリコンウェハやガラスプレートが用いられる。モールドＭは、光源２からの光を透過可能に構成され、例えば、石英、シリコン、樹脂、あるいはこれらを組み合わせた材料で構成される。
本実施形態に係るモールド２には凸部が形成され、凸部の表面に微細な凹凸パターン（パターン部）が形成されている。
本実施形態における凝縮性ガスとは、インプリント装置内の温度及び圧力において、通常は気体として存在するが、モールドと光硬化性組成物とが接触する接触工程において、基材とモールドとの間隙やモールド上の凹部に前記光硬化性組成物が毛細管力で侵入するときの温度条件及び圧力条件で凝縮する気体のことを指す。
すなわち、凝縮性ガスは、前記接触工程における温度条件と、前記被加工基材と前記モールドとの間隙又は前記モールド上に設けられる凹部に前記光硬化性組成物が侵入する際に前記凝縮性ガスが受ける圧力条件と、により凝縮する気体である。
本実施形態および本発明において、凝縮性ガスを、ガスの沸点が−１０℃〜２３℃、または、２３℃での蒸気圧が０．１〜０．４ＭＰａのガスと定義する。これらの範囲の中でも、沸点が１０℃〜２３℃の凝縮性ガスが特に好ましい。
２３℃で蒸気圧が０．１〜０．４ＭＰａのガスであれば、光硬化性組成物１が基板２とモールド４との間隙やモールド４上の凹部に侵入する際に発生する毛細管圧力で容易に凝縮し、液化されて気泡が消滅する。
常温での蒸気圧が０．４ＭＰａより大きいと、気泡の消滅の効果を十分に得ることができないため好ましくない。一方、常温での蒸気圧が０．１ＭＰａよりも小さいと、減圧が必要となり、装置が煩雑となるため好ましくない。
凝縮性ガスは、例えば、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、フルオロカーボン（ＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）が挙げられる。
特に、室温（２３℃）での蒸気圧が０．１４ＭＰａで、沸点が１５℃の１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＣＨＦ２ＣＨ２ＣＦ３、ＨＦＣ−２４５ｆａ）、室温（２３℃）での蒸気圧が０．１０５６ＭＰａで、沸点が２４℃のトリクロロフルオロメタン（沸点２４℃）、ペンタフルオロエチルメチルエーテル（ＣＦ３ＣＦ２ＯＣＨ３、ＨＦＥ−２４５ｍｃ）が好ましい。
これら凝縮性ガスは、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、大気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、などの非凝縮性ガスと混合して用いることもできる。非凝縮性ガスとしてはヘリウムが特に好ましい。混合ガスを用いる場合は、位置合わせ工程は、縮性ガス及び非凝縮性ガスの混合ガス雰囲気下で行われる。
前記のような凝縮性ガスを、被加工基材上の光硬化性組成物周辺に蒸気圧よりも低圧、あるいは沸点より高温として、気体の状態で所定量供給する。
ＨＦＣやＨＦＥは、反応性が低く、他の物質に影響を与えにくいので好適な材料である。凝縮性ガスはインプリントを行う場所の近傍に配置されたガス供給機構４から、光硬化性組成物Ｒに凝縮性ガスが接触するように供給される。
凝縮性ガスの種類によっては、装置を構成する材質の腐食を速める等の影響がある場合があるため、インプリント装置は凝縮性ガスと接触する面に、その構成する部材を保護するための保護層を設けていてもよい。
図３を用いて、本発明を用いた場合と、本発明を用いない場合とを比較する。
図３（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る凝縮性ガスを含む気体を使用したインプリント方法を示す図である。これに対して、図３（ｇ）〜（ｌ）は本発明と比較するためのインプリント方法を示す図であり、凝縮性ガスを含まない気体を使用するインプリント方法を示す。
図３（ａ）および図３（ｇ）は被加工基材Ｗ上に光硬化性組成物Ｒを付与する工程を示している。具体的には、図２の基板ステージ６が光硬化性組成物を付与する付与機構５の下に移動し、付与機構５によって、被加工基材上Ｗに光硬化性組成物Ｒを塗布する。本実施形態では、光硬化性組成物としては、光重合するアクリル系樹脂を使用している。アクリル系樹脂はアクリル樹脂ということもできる。
図３（ｂ）は凝縮性ガスを含む気体９を供給する工程を示し、図３（ｈ）は凝縮性ガスを含まない気体１３を供給する工程を示す。凝縮性ガスを含む気体は凝縮性を示す気体であり、凝縮性ガスを含まない気体は、凝縮性を示さない気体である。ガスはそれぞれガス供給機構から供給される。
本実施形態では、凝縮性ガスとして、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを用いる。１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンは、アクリルモノマーを主成分とする光硬化性組成物へ４０体積％程度溶解することが知られている（非特許文献１）。
１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンは、２０℃での蒸気圧が１２３ｋＰａで、沸点が１５℃の凝縮性ガスである。そして、接触、押印時に、被加工基材とモールドとの間隙やモールド上の凹部に光硬化性組成物が侵入する際に発生する毛細管圧力により気体状態から液体状態に凝縮される。
図３（ｃ）および図３（ｉ）はモールド側位置決めマークＡＭＭと、被加工基材側位置決めマークＡＭＷとを用いて位置をする位置合わせ工程を示す。位置合わせの後にモールドと光硬化性組成物とを接触させている。
図３（ｃ）では、凝縮性ガスが光硬化性組成物に溶解しているため、光硬化性組成物の膜厚は、図３（ｉ）の光硬化性組成物に対して４０％厚くなっている。
また、図３（ｃ）に示すように、モールドＭと、被加工基材Ｗは、接触、押印時の力により変形し、剪断方向に横ずれＹ１分ずれる。
次に、図１のステップ５のように基板ステージ６を駆動し、図３（ｃ）に示したズレＹ１の量が減少する様に、基板ステージ６、及び被加工基材Ｗを駆動させる。
図３（ｄ）および図３（ｊ）は光硬化性組成物Ｒに光１１を照射して、光硬化膜１２を得る光照射工程を示す。光源２より光１１を照射し、光硬化性組成物Ｒを硬化させる。
図３（ｅ）および図３（ｋ）はモールドＭと光硬化膜１２を離型する離型工程を示す。
図３（ｆ）と図３（ｌ）は離型プロセス後の状態を示す。
このとき、図３（ｆ）で示したように、凝縮性ガス１０が揮発し、凝縮性ガス１０と光硬化性組成物の混合物の膜が体積収縮して薄くなる。図３（ｆ）の光硬化性組成物の膜厚は、図３（ｉ）の膜厚のほぼ同じである。つまり、図３（ｃ）の光硬化性組成物の膜厚は、図３（ｆ）の光硬化性組成物の膜厚に対して４０％以上厚い。
図３（ｃ）および図３（ｉ）で示される位置合わせ工程では、モールドＭと、被加工基材Ｗと、に挟まれた光硬化性組成物Ｒが薄い場合、特に１０ｎｍ以下の場合において、膜厚が薄いほど、指数関数的に大きな力が必要になる。これは、光硬化性組成物Ｒの分子の構造化が原因である考えられる。
図３（ｃ）では、光硬化性組成物の膜厚が４０％増加しているため、剪断方向に動かす力は減少し、ズレ量Ｙ１を指定した値以下、たとえば１５ｎｍ以下、にする時間も減少する。このズレ量Ｙ１を修正する時間は１．０秒以下であることが好ましい。
図３のように最終的に生成される光硬化膜１２の残膜厚Ｚ４とＺ８は同じ膜厚であるが、凝縮性ガスを使用したプロセス中の膜厚Ｚ１〜Ｚ３は、溶解した凝縮ガス１０と光硬化性組成物Ｒの混合物であり、最終的な膜厚Ｚ４とＺ８や、凝縮性ガスを使用しないプロセス時の膜厚Ｚ５〜Ｚ７に比較し、４０％厚い膜になっている。
このため、ズレ量Ｙ１を低減させるように被加工基材Ｗを動かすために必要な力を低減することができる。
図４に示すように、位置合わせを非凝縮性ガス（ヘリウム）雰囲気中で実施した場合に比べ、凝縮性ガス（ＨＦＣ−２４５ｆａ）雰囲気中の場合の方が、光硬化性組成物の膜厚が薄い（特に膜厚が４０ｎｍ以下）場合でも、モールドと被加工基材の位置合わせ時の剪断力が低いことを実験で確認した。
図４では、光硬化性組成物の膜厚が１５ｎｍの時の剪断力を１００％として記載している。
１ ナノインプリント装置
２ 光源
３ アライメントカメラ
４ ガス供給機構
５ 光硬化性組成物付与機構
６ 基板ステージ
７ キャビティ
８ モールド保持機構
９ 凝縮性ガスを含む気体
１０ 溶解した凝縮ガス
１１ 光
１２ 光硬化膜
１３ 凝縮性ガスを含まない気体
ＡＭＭ モールド側位置決めマーク
ＡＭＷ 被加工基材側位置決めマーク
Ｗ 被加工基材
Ｍ モールド
２ 光源
３ アライメントカメラ
４ ガス供給機構
５ 光硬化性組成物付与機構
６ 基板ステージ
７ キャビティ
８ モールド保持機構
９ 凝縮性ガスを含む気体
１０ 溶解した凝縮ガス
１１ 光
１２ 光硬化膜
１３ 凝縮性ガスを含まない気体
ＡＭＭ モールド側位置決めマーク
ＡＭＷ 被加工基材側位置決めマーク
Ｗ 被加工基材
Ｍ モールド
Claims (11)
- 被加工基材の上に、光硬化性組成物を配置する配置工程と、
凝縮性ガスの雰囲気下で、前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる接触工程と、前記光硬化性組成物と前記モールドとを接触させた状態で前記モールドと前記被加工基材との位置を合わせる位置合わせ工程と、
前記光硬化性組成物に光を照射して光硬化膜を得る光照射工程と、
前記光照射工程の後、前記光硬化膜と前記モールドとを引き離す離型工程と、
を有するインプリント方法において、
前記凝縮性ガスは、前記接触工程において凝縮する気体であり、
前記位置合わせ工程における前記光硬化性組成物の膜厚が、前記離型工程後の前記光硬化膜の膜厚よりも２０％以上厚いことを特徴とするインプリント方法。 - 前記離型工程後の前記光硬化膜の膜厚が４０ｎｍ以下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。
- 前記離型工程後の前記光硬化膜の膜厚が２０ｎｍ以下であ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方法。
- 前記接触工程よりも前に、前記凝縮性ガスを前記光硬化性組成物に溶解させるための溶解工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 前記接触工程が、前記凝縮性ガス及び非凝縮性ガスの混合ガス雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 前記凝縮性ガスは、ペンタフルオロプロパン、トリクロロフルオロメタン、ペンタフルオロエチルメチルエーテルのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 前記凝縮性ガスは、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンであることを特徴とする請求項６に記載のインプリント方法。
- 前記配置工程において、前記光硬化性組成物は、インクジェット法、ディップコート法、スピンコート法のいずれかにより配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 前記光硬化性組成物はアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 前記位置合わせ工程が、１．０秒以下で行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のインプリント方法。
- 凝縮性ガスを導入するガス導入機構と、モールドと被加工基材の位置合わせ機構と、を少なくとも備えたインプリント装置において、
モールドと被加工基材との間隙を２０ｎｍ以下に制御可能な機構を備えることを特徴とするインプリント装置であって、前記凝縮性ガスと接触する面に、前記インプリント装置を構成する部材を保護するための保護層をさらに有することを特徴とするインプリント装置。
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