JP7218114B2 - 平坦化装置、平坦化方法及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平坦化装置、平坦化方法及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィー技術に加えて、基板上の未硬化の組成物を型で成形して硬化させ、基板上に組成物のパターンを形成する微細加工技術が注目されている。かかる技術は、インプリント技術と呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細なパターンを形成することができる。

インプリント技術の１つとして、例えば、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置は、基板上のショット領域に供給された光硬化性の組成物を型で成形し、光を照射して組成物を硬化させ、硬化した組成物から型を引き離すことで、基板上にパターンを形成する。

また、近年では、基板上の組成物を平坦化する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術は、基板の段差に基づいて組成物を滴下し、滴下した組成物に型の平面を接触させた状態で組成物を硬化することで平坦化の精度向上を図るものである。

特表２０１１－５２９６２６号公報

しかし、従来の平坦化装置では、インプリント装置に比べて大きな面積で基板上の組成物と型を接触させてから離すために離型力が大きくなってしまう。離型力が大きくなると離型動作自体を正常に行うことができなかったり、基板上の組成物が正常に平坦化されなかったりする。

そこで、本発明は、基板上の組成物を平坦化するのに有利な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平坦化装置は、型を用いて基板上の組成物を平坦化する平坦化装置において、前記基板を保持する基板保持部と、前記型を保持する型保持部と、前記基板上に配置された組成物と型を接触させて組成物を平坦化させてから組成物と型を離す機構と、を有し、前記型保持部は、型の中心位置を含む領域より外側の領域を保持する保持面を有し、前記保持面は、前記型保持部の外周に向かうにしたがって位置が高くなる形状であり、前記機構は、前記保持面で保持された型を前記基板の中心位置を含む第１領域上の組成物に接触させつつ前記基板の前記第１領域より外側であって、前記基板の外周から所定の幅を有する領域である第２領域上の組成物から離した状態で前記第１領域上の組成物を平坦化させてから、前記第１領域上の組成物と型を離す、ことを特徴とする。

本発明によれば、基板上の組成物を平坦化するのに有利な技術を提供することができる。

平坦化装置の構成を示す概略図である。 平坦化処理の概要を説明するための図である。 平坦化処理時の型と基板を接触させたときの断面図である。 平坦化処理時の型と基板を接触させたときの拡大断面図である。 平坦化装置における平坦化処理を説明するためのフローチャートである。

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。

図１は、平坦化装置１００の構成を示す概略図である。平坦化装置１００は、型１１（モールド、テンプレート）を用いて基板１上の組成物を成形する成形装置で具現化され、本実施形態では、基板上の組成物を平坦化する。平坦化装置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。

平坦化装置１００は、基板チャック２（基板保持部）、基板ステージ３、ベース定盤４、支柱５、天板６、ガイドバープレート７、ガイドバー８、型駆動部９、支柱１０、型チャック１２、ヘッド１３と、アライメント棚１４を有する。また、平坦化装置１００は、液滴供給部２０、オフアクシスアライメント（ＯＡ）スコープ２１、基板搬送部２２、アライメントスコープ２３、光源２４、ステージ駆動部３１、型搬送部３２、洗浄部３３と、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、平坦化装置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、搬送ハンドなどを含む型搬送部３２によって、平坦化装置１００の外部や型が格納された格納箱から搬入され、型チャック１２（型保持部）に保持される。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。

ベース定盤４には、天板６を支持する支柱５が配置されている。ガイドバー８は、天板６を貫通し、一端がガイドバープレート７に固定され、他端がヘッド１３に固定される。型駆動部９は、ガイドバー８を介して、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。

アライメント棚１４は、支柱１０を介して天板６に懸架される。アライメント棚１４には、ガイドバー８が貫通している。また、アライメント棚１４には、例えば、斜入射像ずれ方式を用いて、基板チャック２に保持された基板１の高さ（平坦度）を計測するための高さ計測系（不図示）が配置されている。

ＯＡスコープ２１は、アライメント棚１４に支持される。ＯＡスコープ２１は、基板１の複数のショット領域に設けられたアライメントマークを検出し、複数のショット領域のそれぞれの位置を決定するグローバルアライメント処理に用いられる。

アライメントスコープ２３は、基板ステージ３に設けられた基準マークと、型１１に設けられたアライメントマークとを観察するための光学系及び撮像系を含む。但し、型１１にアライメントマークが設けられていない場合には、アライメントスコープ２３がなくてもよい。アライメントスコープ２３は、基板ステージ３に設けられた基準マークと、型１１に設けられたアライメントマークとの相対的な位置を計測し、その位置ずれを補正するアライメントに用いられる。アライメントスコープ２３によって型１１と基板ステージ３との位置関係を求め、ＯＡスコープ２１によって基板ステージ３と基板１との位置関係を求めることで、型１１と基板１との相対的なアライメントを行うことができる。

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。

洗浄部３３は、型１１が型チャック１２に保持された状態で、型１１を洗浄する（クリーニングする）。洗浄部３３は、基板上の硬化した組成物から型１１を引き離すことによって、型１１、特に、平面部１１ａに付着した組成物を除去する。洗浄部３３は、例えば、型１１に付着した組成物を拭き取ってもよいし、ＵＶ照射、ウェット洗浄、プラズマ洗浄などを用いて型１１に付着した組成物を除去してもよい。

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、平坦化装置１００の全体を制御する。制御部２００は、平坦化装置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）乃至図２（ｃ）を参照して、従来の平坦化処理について概要を説明する。ここでは、基板全面上に組成物を滴下して、そ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の平坦化層を形成することができる。図２（ｃ）は、基板上に組成物ＩＭの平坦化層が形成された状態を示している。

このような平坦化処理を行う際、大面積の型１１と基板１全面の組成物とを接触させてから、当該全面において引きはがすことは困難である。接触面積が大きければ大きいほど引きはがすのに要する力（離型力）大きくなる。離型力が大きくなると離型動作自体を正常に行うことができなかったり、基板上の組成物が正常に平坦化されなかったりする。

このような問題を解決するために、本実施形態では、型チャック１２と基板チャック２の形状を後述の形状として、型と組成物が接触する時に型１１又は基板１が反った状態になるようにする。基板１の外周領域において反った状態だと型と組成物の剥離が開始される離型開始点となり、容易に離型しやすくする。一度、型１１と基板１の剥離が開始されれば、十分な時間だけ処理すれば離型は完了し、所望の厚さ、平坦さを有する組成物ＩＭが得られる。

図３、４、５を参照して、本実施形態における平坦化装置１００における平坦化処理について説明する。図３は型と基板を接触させた状態の断面図である。図４は型の保持面や基板外周付近の拡大図である。図５は、平坦化処理のフローチャートである。平坦化処理は、上述したように、制御部２００が平坦化装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

Ｓ７０２では、型搬送部３２によって、平坦化装置１００に型１１を搬入し、型１１を型チャック１２に保持させる。Ｓ７０４では、平坦化処理に関する設定情報を取得する。平坦化処理に関する設定情報は、基板１の第１領域１ａに既に形成された下地のパターンの密度（周期や幅など）、組成物ＩＭの最終厚さ（硬化時の厚さ）などを含みうる。

Ｓ７０６では、基板搬送部２２によって、同一のロットに含まれる複数の基板のうち、処理対象の基板１を平坦化装置１００に搬入し、基板１を基板チャック２に保持させる。

Ｓ７０８では、液滴供給部２０が液滴配置パターンのデータに基づいて、Ｓ７０６で搬入された基板１に対して組成物ＩＭを滴下する処理を行う。図３に示す基板１の外形の中心位置Ｃを含む第１領域１ａと、第１領域１ａより外側の第２領域１ｂの上に組成物ＩＭの複数の液滴を配置する。第２領域は、例えばパターンが形成されていない領域である。なお、簡略化のため、図３、４には組成物ＩＭを図示していない。基板１の第１領域１ａ上に液滴を滴下する場合、第１領域１ａ部の下地のパターン密度（粗密）と、組成物ＩＭが型によって平坦化されたときの平坦化層の最終的な厚さを計算して、全体の滴下量と滴下位置が求められる。なお、基板１の第２領域１ｂには組成物ＩＭを配置しなくてもよい。次に、平坦化装置に用いられる、基板上に組成物を滴下するための液滴配置パターンのデータを、作成する方法について説明する。液滴配置パターンのデータは、予め外部のコンピュータ（情報処理装置）又は平坦化装置１００の制御部（情報処理装置）が作成する。外部のコンピュータが液滴配置パターンのデータを作成した場合は、平坦化装置１００の制御部が外部のコンピュータから液滴配置パターンのデータを取得する。情報処理装置は、基板の中心位置を含む第１領域１ａ上に、液滴供給部２０によって組成物を滴下するための第１の液滴配置パターンのデータを作成する。第１の液滴配置パターンは、第１領域１ａ部の下地のパターンの密度（粗密）やピッチ、幅などと、組成物ＩＭが型によって平坦化されたときの平坦化層の最終的な厚さに基づいて求められる。

Ｓ７１０では、平坦化装置１００の型や基板の駆動機構を用いて、第１領域１ａ上の組成物と型を接触させて、第１領域１ａ上の組成物を平坦化させる。以下、詳細に説明する。

型チャック１２は、中心部分１２ｂとそれより外側の保持部分１２ａを有する。保持部分１２ａは、型の中心位置を含む領域より外側の領域を保持する保持面１２ａａを有し、保持面１２ａａで型が真空吸着、接着や固定部材等により固定されるように構成されている。図３に示すように、保持面１２ａａは、型チャック１２の外周に向かうにしたがって位置が高くなる形状となっている。つまり、保持面１２ａａは外側に向かって高くなるように傾斜している。型１１を下に凸の形状になるように保持することができる。基板チャック２は上に凸の形状をしており、基板１を上に凸の形状になるように吸着保持する形状になっている。そのため、型チャック１２により保持された型１１と、基板チャック２により保持された基板１と、を接触させる前、型１１は下に凸の形状になるように保持され、基板１は上に凸の形状となるように保持されている。

そして、基板１の中心位置Ｃから基板１の端部（外周）に向かって、型１１が基板１に倣うように型１１と基板上の組成物とを接触させる。図３に示すように、型１１と基板１を接触させたとき、第１領域１ａ上の組成物が型と接触する。しかし、基板１の端から所定の幅、例えば３ｍｍ以下の第２領域１ｂ上では、第２領域１ｂ上の組成物と型１１とは接触していない。つまり、基板１の第２領域１ｂは外側に向かって下に傾斜しているが、型１１は第２領域１ｂの表面よりも上に傾斜し、型１１が反っている形状又は型が上方向に曲がった状態になっている。このように、第２領域１ｂ付近において型１１と基板１が平行ではない状態で型１１と基板１との接触が完了する。次に、Ｓ７１２では、基板１上の組成物を硬化光を用いて露光して硬化させる。型チャック１２は、中心部分１２ｂは硬化光を透過させる材料で構成されている。なお、図４では、第２領域１ｂの幅として３ｍｍ以内の領域を図示しているが、２ｍｍ以下でもよい。

次に、Ｓ７１４では、型１１を第１領域１ａ上の組成物から離す動作を行う。離型動作において、第２領域１ｂ上において型１１と基板１が共に反った状態から離型が開始される。まず、第１領域１ａの外周の領域上の組成物が離型開始点となり、離型開始点から組成物と型が離れていき、第１領域１ａの内側に向かって離型点が移動し、離型が完了する。このように、第１領域１ａの外周の領域において離型に有利な離型開始点ができ、離型力を低減しつつ、基板全面において離型がしやすくする。

以上のように、Ｓ７１０～Ｓ７１４では、型チャックの保持面で保持された型を基板の第１領域上の組成物に接触させつつ第２領域上の組成物から離した状態で、第１領域上の組成物を平坦化させてから、第１領域上の組成物と型を離す。

Ｓ７１６では、基板搬送部２２によって、平坦化処理が行われた基板１を基板チャック２から搬出する。Ｓ７１８では、同一のロットに含まれる全ての基板に対して平坦化処理を行ったかどうかを判定する。同一のロットに含まれる全ての基板に対して平坦化処理を行っていない場合には、次の処理対象の基板１を基板チャック２に配置するために、Ｓ７０６に移行する。一方、同一のロットに含まれる全ての基板に対して平坦化処理を行っている場合には、Ｓ７２０に移行する。

Ｓ７２０では、洗浄部３３によって、型チャック１２に保持されている型１１を洗浄する。即ち、型１１の平面部１１ａに付着した組成物を除去する。Ｓ７２２では、型搬送部３２によって、平坦化装置１００から、洗浄された型１１を搬出する。

なお、本実施形態では、同一のロットに含まれる全ての基板１に対する平坦化処理が終了し、平坦化装置１００から型１１を搬出する前に型１１を洗浄しているが、これに限定されるものではない。例えば、同一のロットに含まれる全ての基板１に対して平坦化処理が終了していなくても、型１１を洗浄するようにしてもよい。また、型１１の平面部１１ａにおける組成物の付着状態を検出する検出部を平坦化装置１００が備えている場合には、検出部の検出結果に応じて、型１１を洗浄するようにしてもよい。

本実施形態では平坦化装置について記載しているが、パターンが形成された型を用いて基板全面を一括してインプリントする一括インプリントにも適用しうる。また、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、前述の平坦化装置又は平坦化方法を利用した物品（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。当該製造方法は、前述の平坦化装置を使用して、基板（ウェハ、ガラス基板等）に配置された組成物と型を接触させて平坦化させ、組成物を硬化させて組成物と型を離す工程とを含む。そして、平坦化された組成物を有する基板に対して、リソグラフィ装置を用いてパターンを形成するなどの処理を行う工程と、処理された基板を他の周知の加工工程で処理することにより、物品が製造される。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。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (8)

1. 型を用いて基板上の組成物を平坦化する平坦化装置において、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記型を保持する型保持部と、
   前記基板上に配置された組成物と型を接触させて組成物を平坦化させてから組成物と型を離す機構と、を有し、
   前記型保持部は、型の中心位置を含む領域より外側の領域を保持する保持面を有し、
   前記保持面は、前記型保持部の外周に向かうにしたがって位置が高くなる形状であり、
   前記機構は、前記保持面で保持された型を前記基板の中心位置を含む第１領域上の組成物に接触させつつ前記基板の前記第１領域より外側であって、前記基板の外周から所定の幅を有する領域である第２領域上の組成物から離した状態で前記第１領域上の組成物を平坦化させてから、前記第１領域上の組成物と型を離す、ことを特徴とする平坦化装置。
2. 前記第１領域上の組成物を平坦化させる際に、前記保持面によって型が上方向に反った状態で前記第１領域の組成物に接触させることを特徴とする請求項１に記載の平坦化装置。
3. 組成物と型を離す際に、前記第１領域の外周の領域上の組成物から型を離すことを特徴とする請求項１又は２に記載の平坦化装置。
4. 前記基板保持部の形状が上に凸である、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の平坦化装置。
5. 前記所定の幅は３ｍｍ以内の幅であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平坦化装置。
6. 基板全面上に組成物を配置して、前記第１領域上の組成物を平坦化させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の平坦化装置。
7. 型を用いて基板上の組成物を平坦化する平坦化方法において、
   前記基板上に配置された組成物と型を接触させて組成物を平坦化させてから組成物と型を離す工程、を有し、
   前記型を保持する型保持部は、型の中心位置を含む領域より外側の領域を保持する保持面を有し、
   前記保持面は、前記型保持部の外周に向かうにしたがって位置が高くなる形状であり、
   前記工程において、前記保持面で保持された型を前記基板の中心位置を含む第１領域上の組成物に接触させつつ前記基板の前記第１領域より外側であって、前記基板の外周から所定の幅を有する領域である第２領域上の組成物から離した状態で前記第１領域上の組成物を平坦化させてから、前記第１領域上の組成物と型を離す、ことを特徴とする平坦化方法。
8. 請求項７に記載の平坦化方法を用いて基板の組成物を平坦化する工程と、
   平坦化された組成物を有する基板を処理する工程と、を有し、処理された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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