JP6965062B2 - インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法 - Google Patents

インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法 Download PDF

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Description

インプリント装置、インプリント方法および、物品製造方法に関する。
半導体デバイスや液晶表示装置等の物品を製造するリソグラフィ装置の一つとしてインプリント装置がある。インプリント装置は、基板上の未硬化のインプリント材を型が接触させた状態で硬化させて、硬化後のインプリント材から型を引き離す(離型)ことで基板上に微細パターンの形成を行う。
未硬化のインプリント材に型を接触させる際、型と基板(未硬化のインプリント材)との間で温度差があると、型に熱応力が発生し、型自体が歪んだり、型に形成されたパターンが歪んだりして正確なパターンの成形が困難となりうる。特許文献1のインプリント装置は、基板と型とにそれぞれ温度計測部を設け、計測結果の温度差が許容値以下であると判定した場合に接触を行い、インプリント処理時の重ね合わせ精度を向上させている。
特開2013−125817号公報
一般的に、温度計側部に用いるセンサの測定値は、センサの経年劣化による誤差を含みうる。特許文献1のインプリント装置の温度計側部の測定値に誤差が生じると正確な温度差を計測することが困難となり、インプリント処理時の重ね合わせ精度の点で不利となりうる。
本発明は、例えば、型の歪みの抑制の点で有利な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、本発明は、型を用いて基板の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、基板の温度を計測する第1計測部と、基板の温度を調整する第1調整部と、型の温度を計測する第2計測部と、型の温度を調整する第2調整部と、第1計測部から取得した第1計測結果が第1目標温度に近づくように第1調整部を制御し、第2計測部から取得した第2計測結果が第2目標温度に近づくように第2調整部を制御する制御部と、を備え、制御部は、第1調整部および第2調整部の制御をしつつ基板と型とを接触させた状態において、第1調整部および第2調整部のうちいずれか一方の制御を停止し、停止させた状態で取得した第1計測結果および第2計測結果の差分に基づいて第1目標温度および第2目標温度のうちいずれか一方を変更して第1調整部および第2調整部を制御することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、型の歪みの抑制の点で有利なインプリント装置を提供することができる。
第1実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。 第1実施形態に係る第1計測部、第1調整部、第2計測部および第2調整部を説明する図である。 第1計測結果の温度変化の一例を示す図である。 第2実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。 第3実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。 物品の製造方法を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、各図面において、同一の部材ないし要素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は第1実施形態に係るインプリント装置100の構成を示す概略図である。インプリント装置100は、型を用いて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処理を行う。インプリント処理とは、基板上に供給されるインプリント材と型とを接触させ(押印)、接触状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材から型を剥離(離型)することで型に形成されたパターンを基板上に転写する処理である。
インプリント材の硬化方法として、光の照射による方法や、他のエネルギー(例えば、熱)による方法がある。また、インプリント装置100は、型を複製したレプリカモールドを作製するためにも用いられる。本実施形態では、インプリント材として紫外線で硬化する光硬化性樹脂を用いた光硬化法を採用する。また、型をマスターモールド、基板をレプリカモールドとしてレプリカモールドを複製する。なお、図1においては、レプリカモールド上のインプリント材に対して照射される紫外光の光軸に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取っている。
マスターモールドMMは、外周部が矩形でレプリカモールドRMに対する対向面に形成された凹凸のパターン部を有する。マスターモールドMMのパターン部は、レプリカモールドRM上へ塗布されたインプリント材に転写される。マスターモールドMMの材質には、例えば、石英などの紫外線を透過させる素材が用いられる。
基板としてのレプリカモールドRMは、例えば、石英などの紫外線を透過する素材が用いられる。レプリカモールドRMは、マスターモールド側の面の中央部に、パターンを形成すべき凸面101を有する。レプリカモールドRMの凸面101には、インプリント材が塗布される。
なお、本実施形態では、レプリカモールドを複製する場合を例に説明しているが、通常のインプリント処理を行うにあたり、基板として、単結晶シリコンウエハやSOI(Silicon on Insulator)ウエハなどを用いても良い。
(インプリント装置)
インプリント装置100は、レプリカモールド保持機構110、マスターモールド保持機構120、アライメント計測部130、照明部140、ディスペンサ150、および制御部160を含む。
レプリカモールド保持機構110は、レプリカモールドRMを保持し、マスターモールドMMとレプリカモールドRMとを接触させる際に、マスターモールドMMとレプリカモールドRMとの並進シフトの補正(位置合わせ)を行う。
レプリカモールド保持機構110は、レプリカモールド保持部111およびステージ112を含む。レプリカモールド保持部111は、レプリカモールドRMを不図示の機械的保持手段としての真空吸着パッドによって保持する。また、レプリカモールド保持部111は、不図示の機械的保持手段としての真空吸着パットによってステージ112に保持される。
ステージ112は、レプリカモールドRMとマスターモールドMMの並進シフトの補正(位置合わせ)をするためのX軸方向及びY軸方向に駆動する駆動系である。また、X軸方向とY軸方向の駆動系は、粗動駆動系と微動駆動系など複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに、Z軸方向の位置調整のための駆動系や、レプリカモールドRMのθ(Z軸周りの回転)方向位置調整機能、レプリカモールドRMの傾きを補正するためのチルト機能を有していても良い。
マスターモールド保持機構120は、マスターモールドMMを保持および固定する。マスターモールド保持機構120は、レプリカモールドRMに、マスターモールドMMの凹凸パターンを転写する機構である。マスターモールド保持機構120は、マスターモールド保持部121および駆動部122を含む。
マスターモールド保持部121は、マスターモールドMMを不図示の機械的保持手段としての真空吸着パットによって保持及び固定する。また、マスターモールド保持部121は図示しない機械的保持手段によって、駆動部122に保持される。
駆動部122は、マスターモールドMMの凹凸パターンをレプリカモールドRMに転写する際に、レプリカモールドRMとマスターモールドMMの間隔を位置決めするための駆動系であり、Z軸方向に駆動する。また、凹凸パターン転写時には高精度な位置決めが要求されるため、粗動駆動系と微動駆動系など複数の駆動系から構成されていても良い。
さらに、駆動部122は、Z軸方向だけでなく、X軸方向、Y軸方向、またはθ(Z軸周りの回転)方向位置調整機能、マスターモールドMMの傾きを補正するためのチルト機能を有していても良い。
アライメント計測部130は、アライメントマークを用いて、基板パターン(不図示)と型パターン(不図示)のX軸方向及びY軸方向への位置ずれと、形状差を計測する。
アライメントマークは、基板としてのレプリカモールドRMおよび、型としてのマスターモールドMMに形成されうる。
照明部140は、インプリント処理の際に、マスターモールドMMに対して紫外線を照射する照明手段である。この照明部140は、光源141と、光源141から照射された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための複数の光学系142および、紫外線が基板表面を走査するための走査手段143を含む。
ディスペンサ150は、レプリカモールドRMにインプリント材を塗布する。ディスペンサ150は、吐出ノズル(不図示)を有しており、吐出ノズルからレプリカモールドRMにインプリント材を滴下する。また、吐出するインプリント材の量は、必要となる樹脂厚さや転写するパターン密度などによって決めれば良い。
制御部160は、インプリント装置100の各構成要素の動作、及び調整等を制御する制御手段である。制御部160は、例えば、マスターモールド保持機構120を構成する駆動部122、走査手段143などの制御を行う。また、制御部160は、後述の第1調整部および第2調整部とも接続される。制御部160は、後述の第1計測部および第2計測部から取得した第1計測結果および第2計測結果が任意の目標温度になるように第1調整部および第2調整部での冷却もしくは加熱、または冷却と加熱の両方を制御する。
インプリント装置100は、さらに、気体供給機構(不図示)を有しても良い。は、気体供給機構は、マスターモールドMM近傍に配置した供給ノズル(不図示)から、気体を供給する。気体供給機構は、レプリカモールドRM上に滴下されたインプリント材と、マスターモールドMMとの間の狭ギャップ空間S1の大気を気体で置換する。気体には、例えば、拡散性の高いヘリウムガスなどを用いることが出来る。
インプリント装置100は雰囲気を清浄な環境に保つため、不図示のクリーンチャンバに収められる。その他に、インプリント装置100は、レプリカモールド保持機構110を保持するためのベース定盤102、マスターモールド保持機構120を保持するためのブリッジ定盤103、ブリッジ定盤103を支えるための支柱104を有する。
図2は、第1実施形態に係る第1計測部、第1調整部、第2計測部および第2調整部を説明する図である。第1計測部211および第1調整部212は、レプリカモールドRMとレプリカモールド保持部111の温度を任意の温度に調整する機構である。
第1計測部211は、レプリカモールドRMの温度を計測する。第1調整部212は、液体を冷却する冷凍機、液体を加熱するヒータ、液体を送液するポンプを含みうる。温度調整された液体は、第1配管213を通じてレプリカモールドRMとレプリカモールド保持部111に送液される。
第1調整部212は、上述のとおり、制御部160と接続される。第1調整部212は、制御部160からの指示により、第1計測部211から取得した第1計測結果が、任意の目標温度(第1目標温度)になるように、レプリカモールドRMを冷却もしくは加熱、または冷却と加熱の両方を行う。第1計測部211での温度の安定性を向上させるために、不図示の温度センサを第1調整部212に構成しても良い。
なお、温度調整をする媒体は、液体の代わりに気体を用いても良く、液体と気体の両方を用いても良い。気体を用いる場合はポンプの代わりに送風ファンを用いることができる。また、この場合、第1配管213の代わりにエアダクトを用いることができる。
第1調整部212は、ペルチェ素子を用いてレプリカモールド保持部111の内部、または直下に配置してレプリカモールド保持部111を直接温度調整しても良い。
第2計測部221および第2調整部222は、マスターモールドMMとマスターモールド保持部121の温度を任意の温度に調整する機構である。第2計測部221および第2調整部222は、第1計測部211および第1調整部212と同じものを用いることが望ましい。
第2計測部221は、マスターモールドMMの温度を計測する。第2調整部222は、第1調整部212と同様に、液体を送液するための第2配管を含む。また、第2調整部222は、制御部160と接続される。第2調整部222は、制御部160からの指示により、第2計測部221から取得した第2計測結果が、任意の目標温度(第2目標温度)になるように、マスターモールドMMを冷却もしくは加熱、または冷却と加熱の両方を行う。
レプリカモールド保持部111とマスターモールド保持部121は、レプリカモールドRMとマスターモールドMMを等しい温度にするために、それぞれ同じ温度を目標温度として温度調整されるのが望ましい。例えば、レプリカモールド保持部111は、23.0℃を目標温度として温度調整され得る。本実施形態では、第1目標温度および第2目標温度を23.0℃とする場合について説明するが、第1目標温度および第2目標温度を23.0℃に限定するものではない。
本実施形態では、マスターモールドMMとレプリカモールドRMとを接触させた状態において、制御部160は、第1調整部212の温調制御を停止する。このとき、マスターモールドMMとレプリカモールドRMを輻射熱が伝導する近傍に配置しても良い。この状態で、第1計測部211の計測結果(第1計測結果)が制御部160にて確認される。
図3は、第1計測結果の温度変化の一例を示す図である。横軸は、時間を示し、縦軸は、第1計測結果を示している。第1調整部212の温調制御が停止される前における第1計測結果である停止前温度w1は、第1目標温度(本実施形態では23.0℃)と同じとなる。ただし、停止前温度w1には、例えば、第1計測部211の経年劣化などによる計測誤差が含まれうる。後述するように、本実施形態では、第2計測結果には誤差が含まれないことを前提として、第2計測結果に含まれる計測誤差を特定し、その影響を抑制している。
マスターモールドMMとレプリカモールドRMとが接触され、第1調整部212の温調制御が停止された接触停止時点t1において、接触停止時点t1から、計測誤差の計測が開始される。ここで、計測誤差とは、例えば、第1計測部211の経年劣化などによる計測誤差をいう。第1計測部211が示す温度は、接触停止時点t1から温度変化時間t2経過後の温度安定時点t3にて一定となる。なお、ここで安定とは、第1計測結果の変化幅が所定の閾値以下となることである。本実施形態では、閾値を0.02℃とする。
第1調整部212の温調制御は、停止されているため、レプリカモールドRMは、第2調整部222により温度調整されるマスターモールドMMからの伝導熱により、温度が調整される。すなわち、レプリカモールドRMの温度は、温度調整されたマスターモールドMMの温度付近で安定する。
マスターモールドMMの温度の計測結果である第2計測結果は、第2目標温度となっているものとする。本実施形態では、第2目標温度は、第1目標温度と同じとしている。したがって、第2計測結果は停止前温度w1と同じ温度となる。すなわち、第1計測結果に誤差が含まれていなければ、温度安定時点t3における安定温度w2は、第2計測結果、つまり、停止前温度w1と等しくなるはずである。以上から、第1計測結果に含まれる誤差は、安定温度w2(第1計測結果)と停止前温度w1(第2計測結果)との差分となる。本実施形態において、安定温度w2を23.5℃とすると、差分は0.5℃となる。
本実施形態では、第1計測結果に0.5度の誤差が含まれ、第1計測部は、実際の温度より0.5℃高い温度を表示する。よって、差分を温度校正値として以降の第1目標温度に反映する。すなわち、第1目標温度を23.0℃から23.5℃に変更する。なお、温度目標値の変更の際は、第2計測結果以外のパラメータも加味しても良い。すなわち、例えば、第計測部99に、レプリカモールドRMではなく、ステージ112などから、恒常的な入熱が0.1℃あると認められているとする。その場合は、その0.1℃を加味して、温度目標値の変更は23.5℃ではなく、23.4℃としても良い。
本実施形態によれば、経年劣化による温度計測部の校正を行うことが可能となり、レプリカモールド保持部111とマスターモールド保持部121の温度差、すなわちレプリカモールドRMとマスターモールドMMの温度差を無くすことができる。ひいては、インプリント処理時の型の歪みを抑制することが可能となる。なお、本実施形態では、第1調整部212の温調制御を停止させ、第1目標温度値を変更したが、第1調整部と同様の方法で、第2調整部に対して実施しても良い。
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。第1実施形態と同様の構成は同符号で示し、説明は省略する。本実施形態では、予めレプリカモールドRMとマスターモールドMMを接触させる時間を制御部160に設定する。つまり、第1調整部の温調制御を停止させた状態を設定された期間継続させた後、計測誤差を求める。各フローは、主に制御部160による各部の制御により実行される。
まず、搬送装置(不図示)により、レプリカモールドRMをレプリカモールド保持機構110に搬入する(S401)。次に、ディスペンサ150より、インプリントをレプリカモールドRMに塗布する(S402)。マスターモールド保持機構120を駆動させ、レプリカモールドRMにマスターモールドMMを接触させる(S403)。S403の押印前において、制御部160は、第1調整部212および第2調整部222を制御して、レプリカモールドRMとマスターモールドMMとが予め設定した温度になり、温度差が小さくなるように温度調整を行う。
制御部160は、第1調整部212の温調制御を停止する(S404)。このとき、マスターモールドMMとレプリカモールドRMを輻射熱が伝導する近傍に配置しても良い。その状態で、制御部160は、第1計測部211の計測結果(第1計測結果)確認する(S405)。
制御部160にはあらかじめレプリカモールドRMとマスターモールドMMを接触させる時間が設定されており、接触を開始してから設定されている時間が経過したかを判断する(S406)。S405とS406とは順序を逆にしてもよい。すなわち、S406で接触時間が設定された時間を超えた時点でS405において第1計測結果を確認してもよい。
ここで、予め設定される接触時間は、例えば、第1実施形態のレプリカモールドRMの温度変化時間t2を予め計測しておき、これを接触時間としても良い。この場合、最低限の接触時間とすることができるため、スループットが向上する。また、型としてのマスターモールドMMに形成されたパターン部に、基板としてのレプリカモールドRM上の未硬化インプリント材が充填される時間であっても良い。この場合、予め温度変化時間t2を計測しなくて良い。
S406において、設定された時間よりも経過していない場合(NO)、第1計測結果の確認(S405)を継続する。設定された時間よりも経過している場合(YES)、時間の経過後に、第1計測結果と、あらかじめ設定されていた温度目標値と同じ値の第2計測結果との差分に基づいて第1目標温度を変更する(S407)。なお、ここであらかじめ設定されていた第1目標温度と、第2目標温度すなわちマスターモールドMMの温度は同じである。
その後、照明部140により光を照射して樹脂を硬化させ、レプリカモールドRMとマスターモールドMMを離型する(S408)。そして、搬送装置により、レプリカモールドRMをレプリカモールド保持機構から搬出する(S409)。
なお、本実施例においても、温度目標値の変更は、第1調整部212と同様の方法で、第2調整部222に対して実施しても良い。
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。第1実施形態および第2実施形態と同様の工程および構成は同符号で示し、説明は省略する。本実施形態では、温度目標値の変更を所定の回数毎に実施する。
レプリカモールドRMにマスターモールドMMを接触させた(S403)後、制御部160は温度目標値を変更するかどうかを判断する(S501)。温度目標値の変更は、接触する度に実施しても良く、予め所定の回数を設定し、所定の回数接触した場合に実施しても良い。接触する度に行う場合は、レプリカモールドRMとマスターモールドMMとの温度差が最小限となる。所定の回数接触毎に行う場合は、スループットが向上する。
S501において、温度目標値を変更する場合(YES)、制御部160は、S404〜S407を行う。501において、温度目標値を変更しない場合(NO)、S408を行う。その後、S409の完了後に、制御部160は、全てのレプリカモールドにパターンを形成したか判断する(S502)。
S502において、全てのレプリカモールドへのパターンの形成が完了していない場合(NO)、S401〜409を繰り返す。完了している場合(YES)、動作を終了する。
なお、本実施例においても、温度目標値の変更は、第1調整部212と同様の方法で、第2調整部222に対して実施しても良い。
(物品の製造方法)
インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、MEMS、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、DRAM、SRAM、フラッシュメモリ、MRAMのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、LSI、CCD、イメージセンサ、FPGAのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。
次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図6(a)に示すように、絶縁体等の被加工材2zが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板1zを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材2zの表面にインプリント材3zを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材3zが基板上に付与された様子を示している。
図6(b)に示すように、インプリント用の型4zを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材3zに向け、対向させる。図6(c)に示すように、インプリント材3zが付与された基板1zと型4zとを接触させ、圧力を加える。インプリント材3zは型4zと被加工材2zとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型4zを透して照射すると、インプリント材3zは硬化する。
図6(d)に示すように、インプリント材3zを硬化させた後、型4zと基板1zを引き離すと、基板1z上にインプリント材3zの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凹部が硬化物の凸部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材3zに型4zの凹凸パターンが転写されたことになる。
図6(e)に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材2zの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝5zとなる。図6(f)に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材2zの表面に溝5zが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。
(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。
100 インプリント装置
110 レプリカモールド保持機構
111 レプリカモールド保持部
120 マスターモールド保持機構
121 マスターモールド保持部
211 第1計測部
212 第1調整部
221 第2計測部
222 第2調整部
RM レプリカモールド
MM マスターモールド

Claims (10)

  1. 型を用いて基板の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、
    前記基板の温度を計測する第1計測部と、
    前記基板の温度を調整する第1調整部と、
    前記型の温度を計測する第2計測部と、
    前記型の温度を調整する第2調整部と、
    前記第1計測部から取得した第1計測結果が第1目標温度に近づくように前記第1調整部を制御し、前記第2計測部から取得した第2計測結果が第2目標温度に近づくように前記第2調整部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記第1調整部および前記第2調整部の制御をしつつ前記基板と前記型とを接触させた状態において、前記第1調整部および前記第2調整部のうちいずれか一方の制御を停止し、前記停止させた状態で取得した前記第1計測結果および前記第2計測結果の差分に基づいて前記第1目標温度および前記第2目標温度のうちいずれか一方を変更して前記第1調整部および前記第2調整部を制御することを特徴とする、インプリント装置。
  2. 前記制御部は、前記停止させた状態で前記第1計測結果および前記第2計測結果の変化の幅を求め、前記幅が所定の閾値以下となった後に前記第1計測結果および前記第2計測結果を取得して前記差分を求め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. 前記所定の閾値は、0.02℃であることを特徴とする、請求項2に記載のインプリント装置。
  4. 前記制御部は、前記停止させた状態を所定の期間継続した後に前記第1計測結果および前記第2計測結果を取得して前記差分を求めることを特徴とする、請求項1記載のインプリント装置。
  5. 前記所定の期間は、前記基板と前記型とを接触させた状態において、前記第1計測結果および前記第2計測結果の変化の幅が所定の閾値以下となるまでの時間であることを特徴とする、請求項4に記載のインプリント装置。
  6. 前記制御部は、前記型に形成されたパターン部に前記基板の上の未硬化の前記インプリント材が充填された後に前記第1計測結果および前記第2計測結果を取得して前記差分を求め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。
  7. 前記制御部は、前記基板と前記型とが接触する度に前記変更をすることを特徴とする、請求項1乃至6の何れか1項に記載のインプリント装置。
  8. 前記制御部は、前記基板と前記型とが所定の回数接触した場合に前記変更をすることを特徴とする、請求項1乃至6の何れか1項に記載のインプリント装置。
  9. 型を用いて基板の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方法であって、
    前記基板の温度および前記型の温度をそれぞれの目標温度に近づくように調整し、
    前記基板と前記型とを接触させ、
    前記基板および前記型のうちいずれか一方の温度の調整を停止し、
    前記基板の温度および前記型の温度の差分を求め、
    前記求めた差分に基づいて、前記基板および前記型のうちいずれか一方の前記目標温度を変更する、
    ことを特徴とする、インプリント方法。
  10. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインプリント装置を用いてパターン形成を基板上に行う工程と、
    前記工程で前記パターン形成を行われた前記基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする、物品製造方法。
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