JP7134844B2 - 成形装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形装置及び物品製造方法に関する。

半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィ技術の１つとして、インプリント技術が知られている。インプリント技術を用いると、モールド（型）にある凹凸パターンを、基板上のインプリント材（樹脂）に転写させることで、ナノメートルオーダーのパターン（構造体）を形成することができる。

インプリント技術の光硬化法を採用したインプリント装置では、先ず、基板上に光硬化性インプリント材を供給する。次に、モールドとインプリント材を接触させて、インプリント材を成形させる。この成形したインプリント材に、光を照射することでインプリント材を硬化させる。その後に、離型することにより、パターンを基板上に形成させることができる。

インプリント装置においてはマルチフィールドインプリント（ＭＦＩ）が知られている。ＭＦＩでは、基板上の２６×３３ｍｍの領域を１ショット領域として、複数のショット領域に対応するサイズの型のパターン領域と、基板の複数のショット領域上のインプリント材とを一括して接触させて、パターンを形成する。

また、基板上の組成物を平坦化する平坦化膜形成装置が知られている（特許文献１参照）。平坦化膜形成装置は、基板の凹凸に基づいて組成物を滴下し、滴下した組成物にパターンのない平坦な型を接触させた状態で組成物を硬化することで平坦化膜を形成する。

特表２０１１－５２９６２６号公報

マルチフィールドインプリントや平坦化膜形成装置では、接触工程において基板上の組成物に接触する型の面積が比較的大きくなる。そのため、型を移動させるために搬送ロボット等で型を搬送するときに、組成物に接触する型の接触領域を支持してしまうおそれがある。

搬送ロボット等が型を搬送するときに、型を支持する位置にパーティクルが付着したり、傷が付いたりする可能性がある。パーティクルや傷が付いた型を基板上の組成物に接触させると、パーティクルや傷が付いた位置に相対する基板上のショット領域にパターンや膜の欠陥が生じ、製造される半導体チップ等が不良品となる可能性がある。

そこで、本発明は、基板上の組成物に型を接触させて組成物を成形する成形装置において不良品の発生を低減させる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての成形装置は、基板上の組成物に型を接触させて前記組成物を成形する成形装置において、型を支持位置で支持しながら搬送する搬送部と、前記搬送部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記支持位置と基板の有効チップ領域の重なり領域が少なくなるように前記支持位置を制御して、前記搬送部に型を搬送させることを特徴とする。

本発明によれば、成形装置において不良品の発生を低減させることができる。

成形装置の概略図である。 平坦化処理を説明するための図である。 型と基板を重ね合わせたときの平面である。 型と基板と支持部との位置関係を示した図である。 搬送ハンドによる支持位置を示した図である。 ロードロボットによる支持位置を示した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

本実施形態では、型を用いて基板上の組成物を成形する成形装置の一例として、平坦化膜形成装置を説明する。

図１は、平坦膜形成装置１００の構成を示す概略図である。装置１００は、パターンのない平坦な型１１（モールド、テンプレート）を用いて基板１上の組成物を成形して、平坦膜を形成する。装置１００は、基板上の組成物と型とを接触させた状態で組成物を硬化させ、硬化した組成物と型を引き離すことで基板上に組成物の大局的又は局所的な平坦面を形成する。

基板は、シリコンウエハが代表的な基材であるが、これに限定されるものではない。基板１は、アルミニウム、チタン－タングステン合金、アルミニウム－ケイ素合金、アルミニウム－銅－ケイ素合金、酸化ケイ素、チッ化ケイ素等の半導体デバイス用基板として知られているものの中からも任意に選択することができる。なお、基板１には、シランカップリング処理、シラザン処理、有機薄膜の成膜、等の表面処理により密着層を形成し、硬化性組成物との密着性を向上させた基板を用いてもよい。なお、基板１は、典型的には、直径３００ｍｍの円形であるが、これに限定されるものではない。

型１１としては、光照射工程を考慮して光透過性の材料で構成された型を用いるとよい。型１１を構成する材料の材質としては、具体的には、ガラス、石英、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が好ましい。なお、型１１は、３００ｍｍよりも大きく、５００ｍｍよりも小さい直径の円形が好ましいが、これに限られない。また、型１１の厚さは、好適には、０．２５ｍｍ以上２ｍｍ未満であるが、これに限られない。

組成物としては、光照射工程を考慮してＵＶ硬化性液体を用いるとよい。典型的にはアクリレートやメタクリレートのようなモノマーを用いてもよい。

装置１００は、図１に示すように、基板チャック２、基板ステージ３、ベース定盤４、型駆動部９、支柱１０、型チャック１２、ヘッド１３を有する。また、装置１００は、液滴供給部２０、基板搬送部２２、光源２４、ステージ駆動部３１、型搬送部３２、制御部２００を有する。基板チャック２及び基板ステージ３は、基板１を保持する基板保持部を構成し、型チャック１２及びヘッド１３は、型１１を保持する型保持部を構成する。ここでは、水平面をＸＹ平面とし、鉛直方向をＺ軸方向とするようにＸＹＺ座標系が定義されている。

図１を参照するに、基板１は、搬送ハンドなどを含む基板搬送部２２によって、装置１００の外部やウエハが格納された格納箱から搬入され、基板チャック２に保持される。基板ステージ３は、ベース定盤４に支持され、基板チャック２に保持された基板１を所定の位置に位置決めするために、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に駆動される。ステージ駆動部３１は、例えば、リニアモータやエアシリンダなどを含み、基板ステージ３を少なくともＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する（移動させる）が、基板ステージ３を２軸以上の方向（例えば、６軸方向）に駆動する機能を有していてもよい。また、ステージ駆動部３１は、回転機構を含み、基板チャック２又は基板ステージ３をＺ軸方向に平行な軸周りに回転駆動する（回転させる）。

型１１は、搬送ロボットや搬送ハンドなどを含む型搬送部３２によって、装置１００の外部や型が格納された格納箱から型チャック１２へ搬入され、型チャック１２に保持される。また、型搬送部３２は、型チャック１２から外して、格納箱へ搬送する。型１１は、例えば、円形又は四角形の外形を有し、下面に平面部１１ａを含む。平面部１１ａは、基板上の組成物に接触して基板１の表面形状に倣うような剛性を有する。平面部１１ａは、基板１と同じ大きさ、又は、基板１よりも大きい大きさを有する。型チャック１２は、ヘッド１３に支持され、型１１のＺ軸周りの傾きを補正する機能を有する。型チャック１２及びヘッド１３のそれぞれは、光源２４からコリメータレンズを介して照射される光（紫外線）を通過させる開口を含む。また、型チャック１２又はヘッド１３には、基板上の組成物に対する型１１の押し付け力（押印力）を計測するためのロードセルが配置されている。

型駆動部９は、ヘッド１３をＺ軸方向に駆動して、型チャック１２に保持された型１１を基板上の組成物に接触させたり、基板上の組成物から引き離したりする機構である。また、型駆動部９は、ヘッド１３をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する（移動させる）機能、及び、型チャック１２又はヘッド１３をＺ軸方向に平行な軸周りに回転駆動する機能を有する。

液滴供給部２０は、基板１に未硬化（液状）の組成物を吐出する吐出口（ノズル）を含むディスペンサで構成され、基板上に組成物の液滴を滴下して配置（供給）する。液滴供給部２０は、例えば、ピエゾジェット方式やマイクロソレノイド方式などを採用し、基板上に微小な容積の液滴状の組成物を供給することができる。また、液滴供給部２０における吐出口の数は、限定されるものではなく、１つ（シングルノズル）であってもよいし、１００を超えてもよい。即ち、リニアノズルアレイでもよいし、複数のリニアノズルアレイを組み合わせてもよい。

制御部２００は、ＣＰＵや他のプロセッサ、ＦＰＧＡなどの処理部や、メモリなどの記憶部を含み、装置１００の全体を制御する。制御部２００は、装置１００の各部を統括的に制御して平坦化処理を行う処理部として機能する。ここで、平坦化処理とは、型１１の平面部１１ａを基板上の組成物に接触させて平面部１１ａを基板１の表面形状に倣わせることで組成物を平坦化する処理である。なお、平坦化処理は、一般的には、ロット単位で、即ち、同一のロットに含まれる複数の基板のそれぞれに対して行われる。

次に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、平坦化処理について概要を説明する。本実施形態では、基板全面上の組成物と型を接触させて、組成物を平坦化させる処理について説明するが、基板の一部の領域上の組成物と型を接触させて、組成物を平坦化させてもよい。

まず、図２（ａ）に示すように、下地パターン１ａが形成されている基板１に対して、液滴供給部２０から組成物ＩＭの複数の液滴を滴下する。図２（ａ）は、基板上に組成物ＩＭを供給し、型１１を接触させる前の状態を示している。次いで、図２（ｂ）に示すように、基板上の組成物ＩＭと型１１の平面部１１ａとを接触させる。図２（ｂ）は、型１１の平面部１１ａが基板上の組成物ＩＭにすべて接触し、型１１の平面部１１ａが基板１の表面形状に倣った状態を示している。そして、図２（ｂ）に示す状態で、光源２４から、型１１を介して、基板上の組成物ＩＭに光を照射して組成物ＩＭを硬化させる。次に、図２（ｃ）に示すように、基板上の硬化した組成物ＩＭから型１１を引き離す。これにより、基板１の全面で均一な厚みの組成物ＩＭの平坦化膜を形成することができる。図２（ｃ）は、基板上に組成物ＩＭの平坦化膜が形成された状態を示している。

次に、型と基板のサイズについて説明する。図３は、型１１と基板１とを中心を合わせて重ねて表示した平面図である。図３に示す状態は、例えば、型１１と基板１上の組成物を接触させる状態である。基板１には、実線で区切られた複数のショット領域１ｓの境界線を示す。各ショット領域１ｓは、既にパターンが形成されているパターン領域、又は、これからパターンが形成されるパターン領域を表す。図３に示す型１１は、基板と同様に円形状であり、基板１よりも直径で数ｍｍ～数十ｍｍ大きく作られている。なお、型１１は基板１と同じ大きさであってもよい。

次に、型の搬送について説明する。型は型チャック１２の下側から搬出入され、重力に対抗するように型を保持される。そのため、型搬送部３２は、型１１の平面部１１ａ、つまり、型と組成物を接触させるときに組成物に接触する面側における型のある位置を支持して型を搬送する。型搬送部３２が型を搬送するときの支持位置が、型と基板のショット領域上の組成物とが接触する位置、例えば、型の中央部分であると、その支持位置にパーティクルが付着したり、傷が付いたりする可能性がある。パーティクルや傷が付いた型を型チャック１２で保持して、基板上の組成物に接触させると、パーティクルや傷が付いた位置に相対する基板上のショット領域にパターンや膜の欠陥が生じ、製造される半導体チップ等が不良品となる可能性がある。

型の中央を含む大概の領域は、基板上の複数のパターン領域上の組成物に一括して接触するので、型搬送部３２が型を搬送するとき、型の外縁部分を支持して搬送するのがよい。図４に、型を支持する位置を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）は図３の一部を抜き出した図であり、型搬送部３２の支持部１０３も合わせて図示している。また、基板１の複数のショット領域の配列であるショットレイアウトの境界線を実線で示し、外周に近いショット領域は、半導体チップ等に相当する、さらに小さな複数の領域に分かれている。チップの一部が欠けて良品とはなり得ない無効なチップ領域をドットパターンで図示している。図４（ａ）、（ｂ）では、一例として１ショット領域あたりのチップ数を４つとして図示しているが、チップ数や分割方法はこれに限らない。メモリデバイスでは基板１の外周近くまでチップを製造するが、ロジックデバイスでは、基板１の外周近くまでチップを製造しないので、ショットレイアウトは更に内側の領域までに形成される。

図４（ａ）では、支持部１０３が型を支持する位置が、欠けがない有効チップ領域の一部と重なる位置となっている。型を支持する位置にはパーティクルが付着したり、傷が付いたりする可能性があるので、図４（ａ）に示す支持位置に重なるチップ領域にはパターンや膜の欠陥が生じ、不良品となる可能性がある。

図４（ｂ）では、支持部１０３の位置が図４（ａ）とは異なる。図４（ｂ）では、支持部１０３の位置が、欠けがない有効チップ領域の一部と重ならず、チップの一部が欠けて良品とはなり得ない無効チップ領域上にある。支持部１０３の位置をこのような位置にすれば、型搬送部が型を支持したことに起因する不良チップの発生を低減することができる。

そのため、本実施形態では、基板のパターン領域の位置に基づいて支持部１０３が型を支持する位置を制御して、型を搬送する。制御部２００は、装置１００が処理する予定の基板のショットレイアウトの情報を取得し、各ショットのパターン領域の位置を取得する。そして、制御部２００は、基板のパターン領域のうち有効チップ領域と無効チップ領域の位置を識別し、型搬送部３２の支持部１０３が型を支持する支持位置が有効チップ領域に対応する位置以外の位置となるように、支持位置を決定する。有効チップ領域に対応する位置以外の位置としては、型と基板上の組成物とが接触する位置であって無効チップ領域の位置又はチップが形成されない位置に対応する位置が挙げられる。また、型と組成物とが接触しない位置に対応する位置が挙げられる。有効チップ領域以外の領域の面積が小さい場合には、有効チップ領域と支持位置が重なる面積ができるだけ小さくなるように支持位置を決定する。支持位置を決定した後、型搬送部３２は、決定された位置に支持部１０３を位置決めして、型を支持しながら型を格納庫から型チャック１２へ搬送する。型チャック１２は搬送された型を保持して固定する。

次に、基板１が基板搬送部２２によって基板ステージ３上に搬送されて、基板チャック２に保持される。基板にはノッチやオリフラなど基準となる部位が形成されており、その部位を基準として基板は位置合せされて基板チャック２に保持される。そのため、支持部１０３が型を支持する位置は、基板チャック２に保持されるときの基板と、型チャック１２に保持されるときの型との相対位置や角度に基づいて決定される。そして、型チャック１２に保持された型と基板チャック２に保持された基板上の組成物とを接触させて、基板上の組成物を平坦化する。

装置１００が処理する予定の基板のショットレイアウトは、基板のロット単位や製造するデバイス等の種類によって異なる。そこで、制御部２００は、互いに異なる基板のショットレイアウトのそれぞれに応じて、支持部１０３が型を支持する位置を異ならせるように制御する。

支持部１０３が型を支持する位置は、型搬送部３２の搬送ハンドの位置制御において目標位置を変更することによって、変更することが可能である。また、搬送ハンドの支持部を有するフィンガを可動機構とすることにより変更してもよい。図５（ａ）、（ｂ）に、型搬送部３２の搬送ハンド１０４の機構を、型１１と基板１と重ね合わせて示す。型１１と基板１の状態は図３と同様である。搬送ハンド１０４は、複数のフィンガ１０５を有し、各フィンガの先端には支持部１０３が構成されている。支持部１０３は、例えば弾力のある材料等で構成され、型を下部から接触させて支持する。フィンガ１０５は搬送ハンド１０４の本体部に接続され、内部にアクチュエータによって移動可能に構成されている。フィンガ１０５を可動機構とすることにより、支持部１０３の位置が変更可能である。

なお、支持部１０３の構成は接触型に限らず、ベルヌーイチャックなど非接触型のものでもよい。ベルヌーイチャックを使用した場合、型に接触傷が付くことは防止できるが、保持パッド部に気流が発生するので、パーティクルが保持パッド部や保持パッド部近傍に付着する可能性が高まる。よって、ベルヌーイチャックで型を保持した場合は型の搬送に起因する不良品が発生する可能性が高くなるので、型の支持位置には十分注意する必要がある。

図５（ａ）では、支持部１０３の位置が有効チップ領域に重なる状態を示す図である。本実施形態では、制御部２００は、基板のパターン領域の位置に基づいて、支持部１０３の位置が無効チップ領域に重なるように変更する。具体的には、制御部２００が搬送ハンド１０４にある各々のフィンガ１０５を駆動させることで、支持部１０３の位置を有効チップ領域から無効チップ領域と相対する位置に変更する。図５（ａ）、（ｂ）に、フィンガ１０５及び支持部１０３の位置の変更の様子を示す。図５（ｂ）では、支持部１０３の位置が無効チップ領域に重なる状態を示す図である。このように、支持部１０３が型を支持する位置を変更することにより、有効チップ領域に欠陥が生じるのを抑え、不良品の発生を低減することができる。

図６に、型搬送部３２の別の例を示す。図６に示す支持部１０３は、型を型チャック１２へ取り付けるためのロードロボットの支持部である。ロードロボットは、型チャック１２の下に配置された型を支持部１０３で支え、型を鉛直上方向に移動させることによって、型を型チャック１２内に配置する。ロードロボットの支持部１０３についても、上述の搬送ハンド１０４の場合と同様に、位置を制御することによって同様の効果を得ることができる。

また、装置１００が、支持部１０３の位置が互いに異なる複数の搬送ハンドを備えていてもよい。この場合、制御部２００が、基板のパターン領域の位置に基づいて、複数の搬送ハンドのなかから、支持部１０３が基板の有効チップ領域を支持しない搬送ハンドを選択することできる。制御部２００は、複数の搬送ハンドの支持部１０３の位置のデータを予め記憶しておき、各搬送ハンドの支持部１０３の位置に基づいて搬送ハンドを選択する。そして、選択した搬送ハンドを用いて、支持部１０３が有効チップ領域以外に対応する位置で型を支持して、型を搬送する。全ての搬送ハンドの支持部１０３の位置が有効チップ領域に相対する位置を避けられなかったとしても、１箇所でも有効チップ領域から無効チップ領域に相対する位置に支持位置を変更できれば、不良品を低減することができる。

支持部１０３が型を支持する位置を制御する例としては、上述の例を組み合わせても良い。例えば、複数の搬送ハンド１０４の選定と合わせて、支持部１０３の位置を調整しても良い。具体的には、搬送ハンドの選定と組み合わせて、搬送ハンド１０４にある各々のフィンガ１０５を駆動させ、支持部１０３の位置を変更することができる。

ロジックデバイスではメモリデバイスのショットレイアウトよりも、基板１の外周近くにはチップとなり得ない領域を大きく取っている。よって、ロジックデバイスでは、搬送ハンド１０４の支持部１０３の位置を良品となり得るチップと相対する位置から、良品とはなり得ないチップと相対する位置に変更することが比較的容易である。即ち、本実施形態はロジックデバイスの製造では特に有用性が高い。

以上のように、本実施形態では、基板のパターン領域の位置に応じて型の支持位置を制御することにより、不良となるチップを減らすことができる。

なお、上記の実施形態では成形装置の一例として平坦膜形成装置について説明したが、成形装置の別の例として、凹凸パターンが形成された型を用いて基板上にパターンを形成するインプリント装置にも適用することができる。インプリント装置では、基板全面や複数のショット領域上の組成物を一括して接触させてインプリントするマルチフィールドインプリントが行われる。この場合、型搬送部は型の凹凸パターン領域以外の非パターン領域を支持することができれば問題ないが、型の凹凸パターン領域が大きくなるため、型の凹凸パターン領域を支持しなければならない場合がある。そこで、マルチフィールドインプリントでは、型を支持する支持部の位置が、型のパターン領域の位置であって、基板の無効チップ領域に対応する位置となるように支持部１０３の位置を制御しながら型を搬送する。

また、上記の実施形態では光硬化方式について記載しているが、熱硬化方式にも適用しうる。

（物品製造方法）
次に、前述の成形装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、カラーフィルタ、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述の成形装置を使用して、基板（ウェハ、ガラス基板等）の組成物を成形する工程と、基板上の成形された組成物を処理する工程と、を経て製造される。具体的には、パターンのない平坦な型と基板上の組成物を接触させて、基板上に平坦化膜を形成する。そして、平坦化膜上にレジストを塗布し、パターンを有する型とレジストを接触させて、レジストを硬化させて、パターンを形成する。また、パターンが形成された基板を他の周知の加工工程で処理する工程も含む。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

Claims (10)

1. 基板上の組成物に型を接触させて前記組成物を成形する成形装置において、
   型を支持位置で支持しながら搬送する搬送部と、
   前記搬送部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記支持位置と基板の有効チップ領域の重なり領域が少なくなるように前記支持位置を制御して、前記搬送部に型を搬送させることを特徴とする成形装置。
2. 前記搬送部は、型における前記支持位置を変更可能な可動機構を有し、
   前記制御部は、基板におけるパターン領域の位置に応じて前記支持位置を決定し、
   前記支持位置が決定された位置となるように前記可動機構を可動させることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記搬送部は、型における前記支持位置が互いに異なる複数の搬送部を有し、
   前記制御部は、基板におけるパターン領域の位置に応じて、前記複数の搬送部のうち何れか１つを選択し、
   選択された搬送部を用いて型を搬送することを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
4. 前記制御部は、基板に形成されたパターン領域の位置に応じて前記支持位置を変更するように前記支持位置を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の成形装置。
5. 前記制御部は、基板のショットレイアウトの情報に基づいて前記支持位置を変更するように前記支持位置を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の成形装置。
6. 前記搬送部は、型と組成物を接触させるときに組成物に接触する面側における型の支持位置を支持することを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の成形装置。
7. 前記制御部は、前記支持位置が基板の有効チップ領域に重ならないように前記支持位置を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成形装置。
8. 前記成形装置は平坦膜形成装置であって、
   前記型はパターンのない平坦な型であり、
   前記型と前記基板の複数のパターン領域上の組成物を一括して接触させることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の成形装置。
9. 前記成形装置はインプリント装置であって、
   前記型は凹凸パターン領域を有し、
   前記型の凹凸パターン領域と前記基板の複数のパターン領域上の組成物を一括して接触させることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の成形装置。
10. 物品の製造方法であって、
    請求項１乃至９の何れか１項に記載の成形装置を用いて、基板上の組成物を成形する工程と、
    基板上の成形された組成物を処理する工程と、を有し、
    処理された基板から物品を得ることを特徴とする製造方法。

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