JP6679328B2 - インプリント装置、制御方法及び物品の製造方法 - Google Patents

インプリント装置、制御方法及び物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、インプリント装置、制御方法及び物品の製造方法に関する。
半導体デバイス等を製造するためのインプリント技術では、パターンの形成されたマスクをインプリント材が塗布されたシリコン基板上に押しつけて紫外光や熱によってインプリント材を硬化させることでパターンを形成している。インプリント技術では、マスクをシリコン基板上のインプリント材に押し付ける際にマスクとインプリント材の間に空気たまりが残ることを防ぐために、マスクやインプリント材に透過することが可能なヘリウムを押印空間に充満させている。ヘリウムの濃度が不十分である場合、酸素が押印空間に残留し、インプリント材の硬化が阻害され、パターン欠陥が生じる。この硬化阻害によるパターン欠陥の発生は、硬化光の照射量を増やすことで減らすことが可能である。
パターン欠陥を減らすためにインプリント領域内の硬化光の光量に分布を持たせる技術として、特許文献1は、離型時にパターン欠陥が生じやすい中央部における硬化光の光量を小さくして離型力を減らす方法を開示している。特許文献1は、中央部における硬化光の光量を小さくするために透過率分布を持たせたフォトマスクを用いて光量を調整している。特許文献2は、パターン外周領域での硬化光の光量を弱めて離型力を減らす方法を開示している。特許文献2は、透過率分布を持ったフィルタの切り替えや遮光板による遮光シャッタ切り替え時間の組み合わせによって硬化光の光量を調整している。
特開2011−181548号公報 特開2014−120604号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2は硬化させたインプリント材と型とを離す際に発生する付着力により生ずるパターン欠陥を減少させるための技術であり、ヘリウムの濃度が低いことで起こる酸素による硬化阻害が原因のパターン欠陥には適用できない。酸素による硬化阻害が原因のパターン欠陥に対しては、ヘリウムの濃度分布やヘリウムの流量に応じた硬化光の光量で照射する必要がある。
本発明は、例えば、基板上に形成されるパターン欠陥を減少させることができるインプリント装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一側面としてのインプリント装置は、インプリント材の硬化阻害を防ぐための気体を供給した状態で、基板上のインプリント材に型を接触させインプリント材を硬化させることでパターンを形成するインプリント装置であって、前記インプリント材を硬化させる硬化光を照射する光源と、前記気体を供給した状態でインプリント処理を行った基板を検査することで予め取得された、前記気体の濃度が不足することにより生じる基板上の位置に対するパターンの欠陥分布に基づいて、前記基板上の複数のショット領域のそれぞれにおける前記インプリント材を硬化させる前記硬化光の光量の制御を行う制御部と、を備える。
本発明によれば、例えば、基板上に形成されるパターン欠陥を減少させることができるインプリント装置を提供することができる。
インプリント装置の装置構成図である。 インプリントシーケンスを説明する図である。 インプリントシーケンスを説明する図である。 ウエハ上のインプリント順番を説明する図である。 実施例1のインプリント装置の構成を説明する図である。 実施例1の基板上欠陥分布を説明する図である。 実施例2のインプリント装置の構成を説明する図である。 実施例2の基板上欠陥分布を説明する図である。 実施例3のインプリント装置の構成を説明する図である。 実施例4のインプリント装置の構成を説明する図である。 実施例4のインプリント装置の光源素子部を説明する図である。 実施例4の基板上欠陥分布を説明する図である。 実施例4の応用した装置の光源素子部を説明する図である。
(実施例1)
図1を参照しながら本発明の一実施形態のインプリント装置の概要について説明する。図1は、インプリント装置の装置構成例を示す図である。本実施形態のインプリント装置100は、インプリントサイクルを繰り返すことによって基板の複数のショット領域にパターンを形成するように構成されている。ここで、1つのインプリントサイクルは、原版(型)を未硬化樹脂(インプリント材)に押し付けた状態で該インプリント材を硬化させることによって基板の1つのショット領域にパターンを形成するサイクルである。
基板1は、原版のパターンを転写することで、表面層に原版パターンに対応した素子パターンが形成される。基板微動ステージ2は、基板1をXY方向及びXY面内回転方向に微小量(XY1mm程度、XY面内回転方向数度程度)駆動可能なステージである。基板粗動ステージ3は、前記基板1をXY方向に基板1を大きく移動させる基板ステージで、お互いに直交する方向で基板1の搬入搬出位置から基板全面へのインプリント領域を移動させることができる。
インプリント装置のベースフレーム4は、基板微動ステージ2及び基板粗動ステージ3の保持位置決めをする。原版5は、表面に凹凸状のパターンが刻まれ、基板1との間にインプリント材を挟み転写することで刻まれたパターンが基板1転写されている。原版の上下駆動を行う駆動装置5aは、基板1上の未硬化樹脂に原版5を接触押しつける動作を行う。紫外光発生装置6は、原版5を介して未硬化樹脂に紫外光6aを照射してそれを硬化させる。また、この紫外光発生装置6は例えば、i線、g線を発生するハロゲンランプや水銀ランプなどの点光源と、該点光源が発生した光を集光成形する機能を含む。
ディスペンサー7は、未硬化樹脂を微小液滴化して吐出することで、基板1上に所定の量の未硬化樹脂を塗布することができる。未硬化樹脂を保管するタンク8は、ディスペンサー7に対して配管9を通して未硬化樹脂を供給する。移動装置10は、ディスペンサー7を吐出位置と退避位置(メンテナンス位置)の間で移動させる移動手段であり、通常の吐出動作時は吐出位置に位置決めされる。ディスペンサー7をメンテナンスする際には、退避位置(メンテナンス位置)に移動させ、ディスペンサー7のクリーニング及び交換を行う。
アライメントスコープ11は、ディスペンサー7で、未硬化樹脂を基板1上に吐出塗付した後に、原版5と基板1とのパターンの位置を合わせる顕微鏡である。原版5に設けられたアライメントマークと基板1上のアライメントマークを重ね合わさる様子を顕微鏡で計測することで、相互の位置合わせを行う。ヘリウムノズル12は、ヘリウムを吹き付けるノズルである。インプリント材の充填を促進し、酸素による硬化阻害を防ぐための気体である。特にヘリウムには限らず同様の働きをする気体でもよい。タンク13は、ヘリウムを貯蔵するタンクで、配管を通してノズル部にヘリウムを供給する。定盤14は、原版5〜ヘリウムノズル12を支持固定する定盤である。
図2及び3図を用いてインプリント動作の一連の流れを説明する。図2及び図3は、インプリントシーケンスを説明する図である。図2(A)の工程で、基板1を基板微動ステージ2及び基板粗動ステージ3に搭載する。図2(B)の工程で、基板1は基板微動ステージ2及び基板粗動ステージ3により未硬化樹脂吐出するディスペンサー7の下に移動を開始する。さらに図2(C)の工程に移動することで、ディスペンサー7により所定量の未硬化樹脂が基板上に塗布完了される。その後、基板微動ステージ2及び基板粗動ステージ3が原版5下に戻る際にヘリウムノズル12よりヘリウムが基板1上に吹きつけられ、押印空間にヘリウムが充填される。次に図2(D)の工程に移動し、アライメントスコープ11により原版5のアライメントマークと基板1上のアライメントマークを基板微動ステージ2を駆動させることにより重ね合わせ、両者の相対位置調整を行う。
次に、図3工程(A)にて、原版5を駆動装置5aにより基板1方向に降下させ、未硬化樹脂に原版5パターンを押しつけ転写する。次に、図3工程(B)にて、紫外光発生装置6から紫外光6aを照射し、原版5を透過させ、最終的に未硬化樹脂(レジスト)に照射する。この段階で、未硬化樹脂は硬化する。次の図3工程(C)で原版を上方向に剥離退避(離型)させることで、基板1上にパターニングされた樹脂層が形成されインプリント動作が終了する。以上の工程を踏むことで、基板に原版のパターンを複製インプリントするインプリント装置において、インプリン動作が行われる。
図4は、ウエハ上のインプリント順番を説明する図である。図4のウエハ上の各長方形は、1つのショット領域を示している。図4に示される基板1に対して、左上のショット領域1から順にX方向にインプリント動作が行われ、その行が終了すると−Y方向に1行ずれ、当該行の左端からまた順にX方向にインプリント動作が行われる。すなわち、図4の連続したショットナンバー41、42、43、44、45、46、47、48、49の順にインプリント動作が行われる。
図5は、実施例1の構成を追加したインプリント装置の構成を示す図である。実施例1のインプリント装置には、シャッタ(遮光板)15、シャッタ駆動機構15a、計算機16が追加されている。シャッタ15は、紫外光発生装置6の光路内に配置された場合に、紫外光を遮光する。シャッタ15は、紫外光発生装置6の光路内に配置されない場合に、紫外光を通過させてインプリント材を露光させる。シャッタ駆動機構15aは、シャッタ15及び計算機(コンピュータ)16と接続されている。計算機16は、例えば、ショット毎のシャッタの開閉時間(開時間と閉(遮光)時間)を算出する。計算機16は、基板1上の各インプリント位置での欠陥量(パターン欠陥分布)のデータを取得し、パターン欠陥分布に基づいてインプリント材の硬化に必要な硬化光の光量を算出して決定する。そして、決定した光量に基づき各インプリント位置に応じたシャッタ開閉時間を算出する。シャッタ駆動機構15aは計算機16から送られてきたシャッタ開閉時間に応じてシャッタの開閉を行う。したがって計算機16は、紫外光6aの露光量を制御する制御部として機能し、基板1上のショット領域ごとに露光量を制御する。
図6は、実施例1の基板上のパターン欠陥分布を説明する図である。基板1上のインプリント位置での欠陥量分布の例が灰色の濃度で示されている。パターン欠陥分布は、インプリントを行ったウエハを検査装置で検査することで得られる検査結果である。領域17aのような基板1の端部に近い位置ではヘリウムの濃度が低く酸素による硬化阻害の影響により未硬化によるパターン欠陥が発生しやすい。外周に近い位置である領域17bにおいても、領域17aの次にヘリウム濃度が薄く欠陥が発生しやすい。領域17cのような中心位置に近い位置ではヘリウム濃度が十分であり欠陥が少ない。このように、ヘリウム濃度分布は、ウエハ上の位置に依存するため、パターン欠陥の分布もウエハ上の位置に依存する。
領域17aのような基板1の端部に近く、ヘリウムの濃度が低く酸素による硬化阻害の影響により未硬化によるパターン欠陥が発生しやすい領域では、硬化光の光量(露光量)を上げる必要がある。一方、領域17cのような基板1の中心位置に近く、ヘリウム濃度が十分であり欠陥が少ない領域では、露光量を上げる必要はない。露光量は、光源である紫外光発生装置6の光量を調整すること、または、露光時間すなわちシャッタの開時間を調整することで実現できる。
このように実施例1の装置によると、基板1上のパターン欠陥分布に応じて露光量及びシャッタ時間を算出し、算出結果に基づいてシャッタを駆動することによりインプリント位置に応じた露光を行い、パターン欠陥を減少させることができる。
(実施例2)
図7は、実施例2のインプリント装置の構成例を示す図である。実施例1のシャッタ15及び計算機16に加え、本実施例のインプリント装置は、透過率分布を持ったフィルタ18及びフィルタ駆動機構18aを備えている。フィルタ18は、透過率分布が互いに異なる複数枚のフィルタで構成されている。計算機16は、フィルタ駆動機構18aにも接続されている。計算機16は、取得した基板1上のパターン欠陥分布に基づいて計算した必要な硬化光の光量に応じて、シャッタ開閉時間に加えてフィルタの選択の選択を行い、フィルタの切り替え(光路内への出し入れ)指令も行うことができる。計算機16からフィルタの切り替え指令を受けたフィルタ駆動機構18aは、互いに異なる透過率分布のある複数のフィルタの中から選択されたフィルタに切り替えることができる。
図8は、実施例2の基板上欠陥分布を説明する図である。基板1上のインプリント位置での欠陥量分布の例を、灰色の濃度で示している。図8に示される通り、同じ1ショットのインプリント領域内でも、ヘリウムの濃度分布が異なることにより、パターン欠陥の分布が異なることがある。右上の領域を例にすると、同じインプリント領域内でも端部に近い領域19aのような位置ではヘリウムの濃度が低く酸素による硬化阻害の影響により硬化不足による欠陥が発生しやすく欠陥密度が高い。一方、同じインプリント領域内でも、領域19bは、領域19aよりは中心側に位置しているが、外周に近いためヘリウム濃度が領域19aの次に薄く欠陥が発生しやすいが、領域19aと比べて欠陥密度は低い。また、ひとつ左のインプリント領域を例にすると、領域19cは、外周に近いためヘリウム濃度が領域19bと同じくらいであり、欠陥が発生しやすいが、領域19aと比べて欠陥密度は低い。領域19dのような中心位置に近い位置ではヘリウム濃度が十分であり、欠陥が少ない。このように、同じインプリント領域内でもヘリウムの濃度分布が異なることにより、パターン欠陥の分布が異なる。一方、領域19eのように、同じインプリント領域内でヘリウムの濃度が均一に保たれ、パターン欠陥の密度も同じ領域もある。同じインプリント領域内で上下または左右に欠陥分布がある場合、同様の配置で透過率分布を持ったフィルタを光路内に入れる(切り替える)ことで、露光量に分布を持たせることができる。同じインプリント領域内で欠陥分布が均一な場合は、フィルタなし、または、均一な透過率分布を持ったフィルタに切り替えればよい。
このように、同じ1ショットでのインプリント領域に露光量分布を持たせる手段としてフィルタ切り替え機構を追加した実施例2の装置によると、パターン欠陥をさらに減少させることができる。
(実施例3)
図9は、実施例3のインプリント装置の構成例を示す図である。実施例1のシャッタ15及び計算機16に加え、本実施例のインプリント装置は、ランプの位置を駆動できる機構として、光源ランプ20及びランプ位置駆動機構20aを備えている。光源ランプ20にランプ位置駆動機構20aが接続されている。ランプ位置駆動機構20aは計算機16に接続されており、計算機16からのランプ位置の指令に基づき、光源ランプ20を駆動する駆動部である。計算機16は、紫外光6aの露光量を制御する制御部であり、シャッタ駆動機構15aに加えランプ位置駆動機構20aを制御する。したがって、計算機16が取得した、実施例2の図8に示されるような上下左右の欠陥分布に対して、光源ランプ20の位置を制御することで、欠陥分布に対応した露光量分布を持った硬化光を照射することが可能である。フィルタと比べて露光エネルギーのロスなく露光量分布を持たせることが可能である。なお、フィルタ切り替え機構とランプ位置駆動機構を併用した構成でもよい。
以上のように、同じ1ショットでのインプリント領域に露光量分布を持たせる手段としてランプの位置駆動機構を追加した実施例3の装置によると、露光エネルギーのロスなくパターン欠陥を減少させることができる。
(実施例4)
図10は、実施例3のインプリント装置の構成例を示す図である。本実施例のインプリント装置は、紫外光発生装置6の光源にLED素子を用いた構成となっている。紫外光発生装置6内にLED素子群21を備え、LED素子群21は、LED電力制御装置21aがつながっている。LED電力制御装置21aは、計算機16に接続されており、計算機16で欠陥分布に基づき算出された露光量分布またはLED電力量の分布に基づいて各LED素子への電力を個別に変更することができる。LED素子は、例えば、紫外線LEDである。
図11は、実施例4のインプリント装置の光源素子部であるLED素子群21を説明する図である。図11は−Z方向からLED素子群21を見た図である。LED素子群21は複数のLED素子を有し、図11はLED素子群21の光の照射方向に対し垂直方向面のLED素子配置を示している。基板1上の照射領域と光路上の光学素子の構成に対応した領域にLED素子21bが配置されている。一つのLED素子の露光量や光学特性に応じて、素子の密度や数が決まる。また、この例では、各LED素子は半球状のドームレンズで覆われているが、光源の結像具合に対応して、LED素子が露出していてもよい。LED電力制御装置21aによって、LED素子21bの露光量を個別に制御することができる。
図12は、実施例4の基板上欠陥分布を説明する図である。基板1上のインプリント位置での欠陥量分布の例を灰色の濃度で示している。領域22aのような基板1の端部に近い位置ではヘリウムの濃度が低く、酸素による硬化阻害の影響により硬化不足による欠陥が最も発生しやすい。領域22bは領域22aより内部であるが、その次に欠陥が発生しやすい。領域22cのような中心位置に近い位置では欠陥が少なく、露光量を上げる必要はない。このような欠陥分布では、同じ1ショットのインプリント領域内で細かい領域分布と細かい欠陥濃度分布を持つこととになる。そのため、同じインプリント領域内で細かい露光量分布が必要となる。LED素子群21のLED素子21bの露光量を個別に制御することで、シャッタ機構、フィルタ切り替え機構、ランプ位置駆動機構などを利用せずに、硬化光の光量の制御を行い、所望の細かい露光量分布を実現できる。
さらに実施例4の構成は、図13に示すようにLED素子群を増やして並べることで一度にインプリントを行うインプリント領域を増やす場合の適用も可能である。図13は、図11に示したLED素子群21を4つ並べた図である。例えば、インプリント領域が4倍になる構成に対しては、LED素子群21をそれに対応した数である4つ並べ、LED素子21bを個別に電力制御することで同様の効果を得ることができる。LED素子群21は、一度にインプリントを行うインプリント領域の大きさに対応した数並べればよい。なお、光源をLED素子群とし、シャッタ機構、フィルタ切り替え機構、ランプ位置駆動機構を組み合わせた構成としてもよい。
このように、インプリント領域に露光量分布を持たせる手段として光源にLED素子群を備えた実施例4のインプリント装置では、各LED素子の電力を個別制御することで、細かい露光量分布を発生させ、パターン欠陥をさらに減少させることができる。
本実施例は、インプリント方法およびインプリント装置に適用可能である。具体的には、テンプレートやレチクル等の原版と半導体ウエハ等の基板とを精度よく位置合わせ(アライメント)して原版のパターンを基板に転写するインプリント方法およびインプリント装置に適用可能である。
(物品の製造方法に係る実施例)
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装置を用いて基板(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。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含み得る。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチング工程の代わりに、パターンを形成された基板を処理(加工)する他の工程を含み得る。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。
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。
1 基板
5 原版
6 紫外光発生装置
6a 紫外光
16 計算機
100 インプリント装置

Claims (9)

  1. インプリント材の硬化阻害を防ぐための気体を供給した状態で、基板上のインプリント材に型を接触させインプリント材を硬化させることでパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記インプリント材を硬化させる硬化光を照射する光源と、
    前記気体を供給した状態でインプリント処理を行った基板を検査することで予め取得された、前記気体の濃度が不足することにより生じる基板上の位置に対するパターンの欠陥分布に基づいて、前記基板上の複数のショット領域のそれぞれにおける前記インプリント材を硬化させる前記硬化光の光量の制御を行う制御部と、を備え
    ることを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記制御部は、前記欠陥分布における欠陥が多い基板上の領域の前記硬化光の光量を、前記欠陥分布における欠陥が少ない基板上の領域の前記硬化光の光量よりも多くなるように制御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. 透過率分布のあるフィルタを備え、
    前記制御部は、前記気体の濃度が不足することにより生じる欠陥分布に基づいて、前記フィルタの光路内への出し入れを制御することにより、前記硬化光の光量の制御を行う
    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. 互いに異なる透過率分布のある複数のフィルタを備え、
    前記制御部は、前記基板上の位置に対するパターンの欠陥分布に基づいて、前記複数のフィルタのうち光路内に入れるフィルタを選択することにより、前記硬化光の光量の制御を行う
    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. 前記光源の位置を駆動させる駆動部を備え、
    前記制御部は、前記駆動部を制御して、前記光源の位置を制御することにより、前記硬化光の光量の制御を行う
    ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  6. 前記光源は複数のLED素子を有し、
    前記制御部は、前記LED素子ごとに個別に電力制御を行うことにより、前記硬化光の光量の制御を行う
    ことを特徴とする請求項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。
  7. 前記インプリント材と前記型との押圧領域にインプリント材の硬化阻害を防ぐための気体を供給する供給部をさらに有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  8. 基板上のインプリント材に型を用いてパターンを形成するインプリント装置を用いて、前記インプリント材を硬化させる硬化光の露光量の制御方法であって、
    インプリント材の硬化阻害を防ぐための気体を供給した状態で、基板上のインプリント材に型を接触させインプリント材を硬化させることで形成された基板上のパターンのパターン欠陥分布を検査する工程と、
    検査された前記パターンの欠陥分布に基づいて、ショット毎の前記硬化光の光量を決定する工程と、
    決定した前記ショット毎の硬化光の光量に基づいて前記硬化光の光量を制御する工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
  9. 請求項1乃至7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上に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンが形成された前記基板を処理する工程と、を有する
    ことを特徴とする物品の製造方法。
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