JP7263152B2 - 成形装置、成形装置を用いた物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、型を用いて光硬化性の成形可能材料を成形する成形装置に関する。また、本発明は、成形装置を用いた物品製造方法に関する。

従来から、型を用いて光硬化性の成形可能材料を成形する成形装置が知られている。このような成形装置は、例えば、半導体デバイスや微細構造体の製造工程において利用される。凹凸パターンを有する型を用いて、基板上にパターン層を形成するための成形装置は、インプリント装置と呼ばれることもある。

特許文献１は、型を保持する透明チャックの上方から成形可能材料を硬化させる光を照射するインプリント装置を開示している。特許文献１は、透明チャックに形成されている吸着用の溝や流路、あるいは型に形成されている位置合わせ用のマークによって成形可能材料に照射される光が不均一になることを課題としている。特許文献１では、このような課題を解決するために、光源と透明チャックとの間に、照射される光の不均一を補正するための石英の板状部材を配置している。また、特許文献１には、光源と透明チャックとの間にデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を配置して、ＤＭＤの制御により照射される光の不均一性を補正してもよいことが記載されている。

また、特許文献２には、平坦な表面を有する型を用いて、基板上に平坦層を形成するための成形装置を記載している。特許文献２は、エネルギー供給源が生じさせた広帯域の紫外線放射を用いて、成形可能材料を硬化させることを記載しているが、エネルギー供給源の詳細は記載していない。

特開２０１９－２１７６２号公報 特表２０１１－５２９６２６号公報

一般に、成形装置は、半導体デバイスや微細構造体といったデバイスの量産製造において使用されることが多い。このような用途において、成形装置の稼働を停止することは、生産性の悪化につながり、量産における製造コストに大きな影響を与えてしまう。

特許文献１に記載される補正用の板状部材は、一度製作すると変更に手間がかかるため、補正する光の強度分布の調整あるいは変更に長時間の作業時間を要してしまうという問題があった。また、ＤＭＤにより光の不均一性を補正する場合、照射面積全体にミラーデバイスを配置するとともに、十分な分解能を確保しようとすると、成形装置がコストアップしてしまう。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、成形可能材料に照射される光の不均一性を補正可能で、かつ、光の強度分布の調整を簡易にできる成形装置を提供することを目的とする。

本発明は、型に接触させた基板上の成形可能材料に光を照射して硬化させることで、前記基板上に前記型の接触面に応じた表面形状の硬化物を形成する成形装置であって、前記型を保持する型保持部と、前記成形可能材料を硬化させる光を、前記型保持部を介して照射する第１照射部及び第２照射部と、前記型と前記基板上の成形可能材料とが接触している状態で、前記第１照射部及び前記第２照射部から光が照射されるように制御する制御部と、を備え、前記型保持部は、前記型保持部の第１面に形成された凹部と、凹部の内側に形成された第１開口と、前記型保持部の第２面に形成された第２開口と、前記第１開口と前記第２開口を連通する流路と、を備え、前記第１照射部は、前記型保持部の第１領域に光を照射するように構成され、前記第２照射部は、前記型保持部の、前記流路が形成された領域を含み、前記第１領域の一部である第２領域に光を照射するように構成された複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子は、前記型保持部の前記第１面と平行な面において、前記流路の両側に当該流路に沿って配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、成形可能材料に照射される光の不均一性を補正可能で、かつ、光の強度分布の調整を簡易にできる成形装置を提供することを目的とする。

成形装置を示す図 型を保持するチャックを示す図 成形装置を用いた成形動作を示す図

［実施例１］
以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いながら説明する。

図１に、本実施例の成形装置を示す。図１においてＺ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に直交するＸＹ方向を水平方向としている。成形装置１００は、型１１を用いて、基板１上に塗布された、光硬化性の成形可能材料を成形する。ここでは、紫外線の照射によって硬化させる装置の例で説明するが、これに限られない。また、基板１として半導体製造において使用されるシリコンウエハの例で説明するがこれに限られない。典型的なウエハは、直径３００ｍｍあるいは２００ｍｍの円形の外周形状を有する。また、ウエハと同サイズの円形の外周形状の型の例を説明するが、これに限られない。型１１を、例えば、直径３００ｍｍ以上５００ｍｍ未満の円形の外周形状としてもよい。

基板１として、例えば、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、サファイア、チッ化ケイ素等の公知の基材を適用しうる。また、基板１に、シランカップリング処理、シラザン処理、有機薄膜の成膜などの表面処理を行い、密着層を形成した基板であってもよい。

本実施例では、型１１として、厚さ０．２５ｍｍ以上２ｍｍ未満の部材を用いる。型は、紫外線を透過可能な材質である。本実施例では、石英が用いられるが、これに限られない。型の材質として、ガラス、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリカーボネート樹脂などを用いてもよい。

本実施例では、成形可能材料として、紫外線硬化性の樹脂が用いられる。紫外線硬化性の樹脂は、アクリレートやメタクリレートのようなモノマーであってもよい。また、成形可能材料は、重合性化合物、光重合開始材、非重合性化合物、溶剤のいずれかを含んでもよく、非重合性化合物として、増感剤、水素供与体、内添型離型材、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分の少なくともいずれかを含んでもよい。本実施例の成形可能材料は、例えば、波長２００～３８０ｎｍの光（紫外線）の照射により硬化する。

図１に示す成形装置１００は、基板１上に塗布された成形可能材料を硬化させる光を照射する照射部２４（第１照射部）を有する。照射部２４は光源を含み、さらに光源からの光を導光するレンズやミラーを含む光学系を有していてもよい。ステージ３（支持台）３は基板１を保持するためのチャック（基板保持部）２を支持する。ヘッド１３は、型１１を保持するためのチャック４０（型保持部）を支持する。駆動部９はヘッド１３を鉛直方向に駆動し、ガイド８はヘッド１３の鉛直方向の移動を案内する。基板１上に塗布された成形可能材料に型１１の表面１１ａを接触させ、この状態で成形可能材料に照射部１から光を照射し、成形可能材料を硬化させる。硬化後に型１１を上方に移動させると、基板１上には、型１１の接触面に応じた表面形状の硬化物が形成される。このようにして、成形装置は成形可能材料を成形する。

ステージ３は、基板１をチャック２に保持させた状態で、ベース４上を移動可能である。基板１をチャック２上に搬入または搬出する際に、ヘッド１３の下方から離れた位置にステージ３を移動させることで、搬送ハンドとヘッド１３との干渉（物理的接触）の回避が容易となる。また、基板１上の成形可能材料と型１１とを接触させる前にステージ３を微小量だけ移動させることで、型１１と基板１との相対位置を微調整することができる。ステージ３を駆動する駆動部３１として、本実施例ではリニアモータを用いる。ただし、これに限らず、ボールねじと回転モータを組み合わせた駆動機構など、公知の技術を適用しうる。本実施例では、ステージ３の移動方向をＸ方向とＹ方向の２軸方向としているが、これに限らず６軸方向としてもよい。ステージ３は、天板を有し、さらに天板に連結された板状部材と、を有してもよい。また、ステージ３上には、照射センサ３３が配置されている。

チャック２は、ステージ３に締結あるいは吸着により固定される。チャック２は基板１を保持する保持面を有する。チャック２による基板１の保持方式として、真空吸着方式、静電吸着方式などの公知の技術を適用しうる。真空吸着方式の場合には、チャック２の表面に形成された凹部（溝）と負圧発生装置とが連通させる。基板１を保持面に載置した状態で凹部の内側を負圧にすることで基板１を保持することができる。

チャック４０は、型１１を保持する保持面を有し、真空吸着方式により型１１を保持する。チャック４０の詳細については後述する。

ベース４には複数の支柱５が配置され、支柱５により構造体６が支持される。構造体６は天板であってもよい。支柱５は、本実施例では４本配置されている（図１では２本のみ図示）が、これに限られない。台（棚）１４は、支柱１０を介して構造体６に支持（懸架）される。台１４には、オフアクシススコープ２１と、ＴＴＭ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｍｏｌｄ［Ｍａｓｋ］）スコープ２３と、ディスペンサ（液滴供給部）２０が取り付けられている。また、基板１の表面の凹凸（平坦度）を計測するためのセンサ（不図示）が取り付けられていてもよい。構造体６と台１４には、上述のガイド８を貫通させるための開口が設けられている。

オフアクシススコープ２１は、ステージ３に配置された基準マークと、ステージ３に搭載されているウエハに形成されたマークとを検出できる。ＴＴＭスコープ２３は、ステージ３に配置された基準マークと、チャック４０に保持されている型１１に形成されたマークとを検出できる。本実施例では、ＴＴＭスコープを用いて、ステージ３の基準マークと、型１１に形成されたマークの相対位置を計測し、オフアクシススコープを用いて、ステージ３の基準マークと基板１の相対位置を計測する。計測された相対位置を用いて、型１１または基板１の位置を調整することによって、型１１と基板１とを所望の相対位置にして接触させることができる。これらのスコープは、光源と、撮像素子と、検出用の光を被検物または撮像素子に導く光学系を含む。

ディスペンサ２０は、基板１上に成形可能材料の液滴を吐出するノズル（吐出部）を有する。吐出方式として、ピエゾジェット方式やマイクロソレノイド方式を用いることができる。ノズルの数は特に限定されず、１列のノズルアレイとしてもよく、複数列のノズルアレイとしてもよい。

基板搬送部２２は、搬送ハンドを有する。搬送ハンドは、複数の基板を格納する容器（不図示）から、これからインプリント処理されるべき基板を取り出し、チャック２に搬送する。また、搬送ハンドは、すでにインプリント処理がされた基板をチャック２から受け取り、容器（不図示）に搬送する。型搬送部３２は、搬送ハンドを含む。搬送ハンドは、複数の型を格納する容器（不図示）から、これからインプリント処理に使うべき型を取り出し、チャック４０に搬送する。また、搬送ハンドは、すぐに使用しない型をチャック４０から受け取り、容器（不図示）に搬送する。

制御部２００は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶部と、外部デバイスとプロセッサとを接続するためのインターフェース部と、を含む。インターフェース部には、ホストコンピュータとの通信を行う通信インターフェースも含まれる。ホストコンピュータは、例えば、成形装置１００が配置された工場全体または工場の一領域を制御するコンピュータである。プロセッサは記憶部に記憶されたプログラムを実行し、成形装置の動作を制御する。制御部２００は、複数の回路基板を有していてもよい。また、制御部２００の全部あるいは一部は、成形装置１００のチャンバ（筐体）の内部にあるラックに配置されていてもよく、チャンバの外部に配置されていてもよい。

制御部２００は、成形装置１００の動作を制御する。ここで、成形装置１００の動作は、各ユニットの動作を含む。制御部２００は、制御部２４と後述する発光素子アレイ１８による成形可能材料への光の照射、ステージの動作、駆動部９の動作を制御する。

図２は、チャック４０の周辺の詳細を示す図である。

チャック４０は、チャック４０の下面（第１面）４０ａに形成された複数の凹部４２と、複数の凹部４２の各々の内側に形成された開口（第１開口）４３と、側面（第２面）４０ｃに形成された開口（第２開口）４５と、複数の開口４３と複数の開口４５のそれぞれを連通する流路４４と、を有する。複数の凹部４２は、複数の環状の土手４１によって形成される。

複数の開口４５には、継ぎ手５０が接続されている。継ぎ手５０には配管（不図示）が接続され、配管は圧力制御部に接続されている。圧力制御部は、ポンプやエジェクタを有する。型１１が土手１５に接触した状態で、凹部４２を負圧にすることで、型１１を吸着して保持することができる。

本実施例では、複数の開口４５は、チャック４０の側面に形成されているが、チャックの上面４０ｂに形成されてもよい。

チャック４０は、照射部２４から基板１上の成形可能材料に照射される光を透過するように構成される。具体的には、チャック４０の材質として、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂などが用いられる。

このようなチャックを用いる場合、流路４４が形成されている部分と形成されていない部分とで透過する光の屈折率が異なる。また、流路４４の境界面は、加工精度に応じた表面粗さとなり、透過率の差となる。これらの理由により、仮に照射部２４から均一な光を照射したとしても、成形可能材料には不均一な光が照射されてしまう。

そこで、本実施例では、このような光の不均一を補正するために、チャック４０の上面に発光素子アレイ１８を設けている。発光素子アレイ１８は、２次元に並べられた複数の発光素子を含む。発光素子としてＬＥＤが好ましい。複数の発光素子は、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の光を発光する。発光素子アレイは、ケーブルやコネクタを含みうる。

本実施例では、チャック４０に発光素子アレイ１８を取り付けているが、これに限定されない。発光素子アレイ１８をチャック４０から離れた位置に配置してもよい。この場合、発光素子アレイからの光を導光するために、屈折レンズ、ミラー、拡散板、ＮＤフィルタの少なくともいずれかの光学部品を有していてもよい。発光素子アレイ１８は、チャック４０に対してボルトやねじなどの締結部材により着脱可能に取り付けられることが好ましい。このような構成により、発光素子の寿命が切れた場合や故障した場合に、容易に交換をすることができ、装置の稼働停止時間を短くすることができる。

照射部２４は、チャック４０の領域Ｒ１に上方から光を照射するように構成される。領域Ｒ１は、成形可能材料が塗布された領域に対応し、本実施例では型１１および基板１の全域に対応する。ここで、「全域」は少なくとも９０％以上の面積を占める領域をいう。発光素子アレイ１８は、チャック４０の領域Ｒ２に上方から光を照射するように構成される。領域Ｒ２は、流路４４が形成された領域を含む。領域Ｒ２は、領域Ｒ１よりもＸＹ平面内での面積が小さい領域である。例えば、領域Ｒ２のＸＹ平面内での面積は領域Ｒ１の１／３以下であってもよく、１／５以下であってもよい。例えば、領域Ｒ２の面積は、領域Ｒ１の１／３０以上であってもよく、１／１００以上であってもよく、１／２００以上であってもよい。

つづいて、発光素子アレイ１８による補正用の光の調整方法を説明する。

まず、発光素子アレイ１８をオフにし、照射部２４から領域Ｒ１に光を照射し、ステージ３上に配置された照度センサ３３を用いて照度を計測する。この際に、ステージ３を複数の位置に移動させて、各位置で照度センサ３３により照度を計測することで、領域Ｒ１における照度分布データを得ることができる。この照度分布データには、流路４４が位置する領域Ｒ２における照度分布データも含まれる。

つづいて、取得された照度分布データを用いて、発光素子アレイ１８の各発光素子への指令値を決定する。発光素子への指令値は、領域Ｒ１での照度分布が小さくなるように（照度が均一化されるよに）決定される。

決定された指令値を用いて発光素子アレイ１８に制御しながら、照射部２４から光を照射し、再度、照度センサ３３により照度分布データを取得してもよい。所望の照度分布データが取得されるまでこの工程を繰り返してもよい。

本実施例によれば、発光素子アレイ１８を局所的に配置することで、簡易な構成で、成形可能材料への光の不均一を低減することができる。また、複数の開口４５をチャック４４の同一面に形成し、複数の流路４４を鉛直方向に並べることで、発光素子アレイ１８をより小型化できる。

成形装置１００を用いた成形動作について図３を参照しながら説明する。本実施例では、平坦な表面を有する型を用いて成形を行う装置について説明をする。

まず、成形可能材料ＭＬが塗布された基板１をチャック２に搭載する。次に、チャック２に保持された基板１をチャック４０に保持された型１１に対向させる。さらに、駆動部９により型１１を下方（基板１の方向）に降下させて（図３（ａ）の状態）、型１１と成形可能材料ＭＬを接触させる。その後、照射部２４および発光素子アレイ１８から光を照射し、チャック４０および型１１を介した光を成形可能材料ＭＬに照射する（図３（ｂ）の状態）。この結果、成形可能材料ＭＬの光硬化反応が発生し、成形可能材料ＭＬが硬化する。最後に、硬化した成形可能材料ＭＬから、駆動部９により型１１を剥離させる（図３（ｃ）の状態）。以上のような工程で、基板１上に成形された成形可能材料ＭＬを形成することができる。このような成形処理は、基板１の全面に対して一括で行われる。

図３からわかるように、成形可能材料と接触した際に基板全体のうねりに対して型１１は基板のうねりに倣うが、局所的な領域において、下地パターンの凹凸を平坦にしている。本明細書で「平坦化装置」という用語は、このような局所的な領域を平坦にする装置を含む意味で用いられる。

平坦化装置は、基板上に形成された第１層（図３の斜線パターン層）の上に、平坦な面を有する型を用いて成形可能材料を成形することにより、第１層の上に第１層よりも平坦性が高い第２層を形成する。なお、本明細書における「第１層」は、厳密にベースから１番目にある層を意味するものではない。例えば半導体デバイスの製造においては、数十～数百の層を形成する場合もあり、この場合において「第１層」はベースから１番目以外の層を含む。

上述の実施例では、デバイス用途のパターンが形成されていない型を用いて成形可能材料を成形する装置を説明した。このような装置は平坦化装置と称されることがある。しかしながら、本発明は、平坦化装置に限られるものではない。例えば、デバイス用途の凹凸パターンが形成された型を用いて成形可能材料を成形する装置にも適用できる。このような装置はインプリント装置やパターン転写装置と呼ばれることがあり、「型」は、マスク、モールド、テンプレートと呼ばれることがある。また、本発明は、型を複製するためのレプリカ装置にも適用されうる。本明細書において、「基板」は、転写先のブランク状態の型を含む。このような型は、ブランクマスク、ブランクテンプレートと呼ばれることがある。

本実施例の成形装置をインプリント装置に適用する場合、特に、基板の全面に一括でパターンを押印転写する装置において有利である。このような一括転写では、基板上のショット（フィールド）領域毎に押印する装置に比べて硬化のために必要な光量が大きいためである。しかしながら、一括転写に限定されるものではなく、例えば、複数のショット領域を同時に転写する装置においても有利である。

（デバイス製造方法の例）
物品としてのデバイス（半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等）の製造方法について説明する。かかる製造方法は、成形装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）の表面に型のパターンを転写する工程を含む。かかる製造方法は、さらに、パターンを形成された基板を処理する工程を含む。当該処理工程は、当該パターンの残膜を除去する工程を含みうる。また、当該パターンをマスクとして基板をエッチングする工程を含みうる。

本実施例の成形装置は、上述のパターンを転写する工程に用いてもよい。また、製造方法は、パターンを転写する工程の前に基板の表面を平坦化処理する工程を含みうる。本実施例の成形装置は、平坦化処理する工程に用いてもよい。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び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及び変更が可能である。

１ 基板
１１ 型
４０ チャック
ＭＬ 成形可能材料
２４ 照射部
１８ 発光素子アレイ

Claims (10)

1. 型に接触させた基板上の成形可能材料に光を照射して硬化させることで、前記基板上に前記型の接触面に応じた表面形状の硬化物を形成する成形装置であって、
   前記型を保持する型保持部と、
   前記成形可能材料を硬化させる光を、前記型保持部を介して照射する第１照射部及び第２照射部と、
   前記型と前記基板上の成形可能材料とが接触している状態で、前記第１照射部及び前記第２照射部から光が照射されるように制御する制御部と、を備え、
   前記型保持部は、前記型保持部の第１面に形成された凹部と、凹部の内側に形成された第１開口と、前記型保持部の第２面に形成された第２開口と、前記第１開口と前記第２開口を連通する流路と、を備え、
   前記第１照射部は、前記型保持部の第１領域に光を照射するように構成され、
   前記第２照射部は、前記型保持部の、前記流路が形成された領域を含み、前記第１領域の一部である第２領域に光を照射するように構成された複数の発光素子を有し、
   前記複数の発光素子は、前記型保持部の前記第１面と平行な面において、前記流路の両側に当該流路に沿って配置されている、ことを特徴とする成形装置。
2. 前記第１領域は、前記基板の全域に対応する領域であることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記第２領域の面積は、前記第１領域の面積の１／３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。
4. 前記制御部は、前記第１照射部から前記成形可能材料に照射される光の不均一を低減する照射となるように前記第２照射部を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成形装置。
5. 前記凹部は、複数の凹部を含み、
   前記第１開口は、複数の凹部の各々の内側に形成された前記複数の第１開口を含み、前記第２開口は、複数の第２開口を含み、
   前記流路は、前記複数の第１開口と前記複数の第２開口のそれぞれを連通する複数の流路を含み、
   前記第２領域は、前記複数の流路が形成された領域を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成形装置。
6. 前記複数の第２開口は、前記第１面の垂直方向において重畳するように設けられ、
   前記複数の流路の少なくとも一部の領域は互いに重畳するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の成形装置。
7. 前記基板を保持するステージ上に配置された照度センサを備え、
   前記制御部は、前記第２照射部からの照射を行わず前記第１照射部からの光を前記照度センサで計測した結果を用いて、前記成形可能材料を硬化させる際に前記第２照射部に与える指令を決定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. 前記制御部は、前記第１照射部と前記第２照射部とから同タイミングで照射を行うように制御することで、前記基板の全面を一括で成形処理することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の成形装置。
9. 前記成形装置は、前記基板上に形成された第１層の上に、平坦な面を有する前記型を用いて前記成形可能材料を成形することにより、前記第１層の上に前記第１層よりも平坦性が高い第２層を形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の成形装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の成形装置を用いて基板上の層を成形するステップと、成形された層あるいは成形された層の上に配置されたパターンをマスクとしてエッチングするステップと、を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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