JP7361538B2 - インプリント方法および物品製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インプリント方法および物品製造方法に関する。
インプリント技術は、基板の上のインプリント材とモールドとを接触させ、モールドのパターンを構成する凹部にインプリント材を充填させ、その後にインプリント材を硬化させることによってモールドのパターンを基板に転写する技術である。特許文献1には、モールドを基板に向かって凸形状に変形させ、基板の上の高分子材料(インプリント材)に対してモールドの中心部分を接触させた後に、高分子材料とモールドとの接触領域を拡大させることが記載されている。高分子材料とモールドとの接触領域を拡大させる過程において、基板とモールドとの間に存在するガスが排出される。
特表2009-536591号公報
基板の上のインプリント材とモールドとの接触領域を拡大させる過程において、基板、モールドおよびインプリント材によって囲まれた空間にガスが閉じ込められると、モールドの凹部へのインプリント材の充填が妨げられる。モールドの凹部へのインプリント材の充填が不完全な状態でインプリント材を硬化させると、インプリント材の硬化物によって形成されるパターンに不良が発生しうる。したがって、上記空間に閉じ込められたガスがインプリント材に溶解し又は凝縮することによって消失し、モールドの凹部にインプリント材が充填されるまで、インプリント材の硬化の開始を待つ必要がある。このようなプロセスは、スループットを低下させうる。ガスの閉じ込めは、ガスが排出される経路がインプリント材によって塞がれることによって起こりうる。そのため、基板の上にインプリント材の液滴をどのように配置するのかが重要である。
本発明は、スループットの向上に有利なインプリント方法を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、インプリント方法に係り、前記インプリント方法は、基板のショット領域の上にインプリント材を液滴状態で配置する配置工程と、前記ショット領域の中央部の上の前記インプリント材とモールドのパターン領域とを接触させた後に前記インプリント材と前記パターン領域との接触領域を前記ショット領域の全域まで拡大させる接触工程と、前記接触工程の後に前記インプリント材を硬化させる硬化工程と、を含み、前記配置工程では、前記ショット領域の前記中央部からの放射方向に位置する複数の局所領域の各々において、前記放射方向に直交する方向に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度が、前記放射方向に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度より小さいように、前記インプリント材が配置される。
本発明によれば、スループットの向上に有利なインプリント方法が提供される。
本発明の一実施形態のインプリント装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態のインプリント装置の構成を示す図。 モールド駆動部の構成を例示する図。 図1、図2に示されるインプリント装置の動作例を示す図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置および接触工程における液滴を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 インプリント材の液滴の配置の評価の指標を説明する図。 接触工程におけるインプリント材とモールド(のパターン領域)との接触領域の拡大を説明する図。 接触工程におけるインプリント材とモールド(のパターン領域)との接触領域の拡大を説明する図。 物品製造方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。 ショット領域へのインプリント材の液滴の配置方法を例示する図。
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
図1、図2には、本発明の一実施形態のインプリント装置IMPの構成が示されている。インプリント装置IMPは、基板4のショット領域の上にインプリント材IMの硬化物からなるパターンを形成するインプリント方法を実行する。インプリント方法は、配置工程、該配置工程の後に実行される接触工程、該接触工程の後に実行される硬化工程を含みうる。インプリント方法は、該硬化工程の後に実行される分離工程を更に含みうる。配置工程では、基板4のショット領域の上にインプリント材IMが液滴(ドロップ)状態で配置される。配置工程の後に実行されうる接触工程では、基板4のショット領域の一部分の上のインプリント材IMとモールド1のパターン領域PRとを接触させた後にインプリント材IMとパターン領域PRとの接触領域がショット領域の全域まで拡大される。接触工程の後に実行されうる硬化工程では、インプリント材IMが硬化される。硬化工程の後に実行されうる分離工程では、インプリント材IMの硬化物とモールド1とが分離される。
インプリント材としては、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する硬化性組成物(未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある)が用いられる。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物でありうる。これらのうち、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。インプリント材の粘度(25℃における粘度)は、例えば、1mPa・s以上100mPa・s以下でありうる。基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられうる。必要に応じて、基板の表面に、基板とは別の材料からなる部材が設けられてもよい。基板は、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスである。
本明細書および添付図面では、基板4の表面に平行な方向をXY平面とするXYZ座標系において方向を示す。XYZ座標系におけるX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ平行な方向をX方向、Y方向、Z方向とし、X軸周りの回転、Y軸周りの回転、Z軸周りの回転をそれぞれθX、θY、θZとする。X軸、Y軸、Z軸に関する制御または駆動は、それぞれX軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θX軸、θY軸、θZ軸に関する制御または駆動は、それぞれX軸に平行な軸の周りの回転、Y軸に平行な軸の周りの回転、Z軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。また、位置は、X軸、Y軸、Z軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θX軸、θY軸、θZ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および/または姿勢を制御することを意味する。位置合わせ(アライメント)は、基板および型の少なくとも一方の位置および/または姿勢の制御を含みうる。また、位置合わせ(アライメント)は、基板および型の少なくとも一方の形状を補正あるいは変更するための制御を含みうる。
インプリント装置IMPは、基板4を保持する基板保持部5と、基板保持部5を駆動することによって基板4を駆動する基板駆動部3とを備えうる。また、インプリント装置IMPは、モールド1を保持するモールド保持部9と、モールド保持部9を駆動することによってモールド1を駆動するモールド駆動部6とを備えうる。図3に例示されるように、モールド駆動部6は、モールド保持部9をZ方向に駆動する3つの駆動系Z1、Z2、Z3を含みうる。駆動系Z1、Z2、Z3は、例えば、Z軸方向における位置およびZ方向に作用する力を検出するセンサを含み、これらのセンサの出力に基づいて、モールド1の位置および姿勢ならびにモールド1に加わる力を制御することができる。
基板駆動部3およびモールド駆動部6は、基板4とモールド1との相対位置が調整されるように基板4およびモールド1の少なくとも一方を駆動する駆動機構を構成する。該駆動機構による相対位置の調整は、基板4の上のインプリント材に対するモールド1のパターン領域PRの接触、および、インプリント材の硬化物からのモールド1の分離のための駆動を含む。基板駆動部3は、基板4を複数の軸(例えば、X軸、Y軸、θZ軸の3軸、好ましくは、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸の6軸)について駆動するように構成されうる。モールド駆動部6は、モールド1を複数の軸(例えば、Z軸、θX軸、θY軸の3軸、好ましくは、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸の6軸)について駆動するように構成されうる。
インプリント装置IMPは、インプリント材IMに硬化用のエネルギーを与えることによってインプリント材IMを硬化させる硬化部30と、パターン領域PRを含む視野を撮像(観察)可能な撮像部14とを備えうる。撮像部14を使って、例えば、接触工程においてインプリント材IMとパターン領域PRとの接触領域が拡大する様子や、基板4とパターン領域PRとの間隙によって形成される干渉縞を撮像(観察)することができる。撮像部14は、光学系11を介してパターン領域PRを含む視野を撮像しうる。硬化部30は、光学系11を介して基板1のショット領域の上のインプリント材IMに硬化用のエネルギーを提供するように構成されうる。光学系11は、例えば、リレー光学系12と、ミラー13とを含みうる。その他、インプリント装置IMPは、基板4のショット領域とモールド1のパターン領域PRとの相対位置を検出するアライメント検出系(不図示)を備えうる。
モールド1は、第1の側と、第2の側とを有し、該第1の側には、周辺部分よりも突出したメサ部2が設けられ、メサ部2の表面には、パターン領域PRが設けられている。該第2の側には、キャビティ8が設けられている。キャビティ8に圧力(力)を加えることによって、メサ部2およびパターン領域PRをZ方向に変形させることができる。Z方向に関するメサ部2およびパターン領域PRの変形は、メサ部2およびパターン領域PRを基板4に向かって凸形状にしたり、平面形状にしたりすることを含みうる。
インプリント装置IMPは、キャビティ8の圧力を制御することよってZ方向に関するメサ部2およびパターン領域PRの変形を制御する変形部7を備えうる。また、インプリント装置IMPは、モールド1の側面に力を加えることによって、パターン領域PRのXY平面に平行な面内における形状(XY平面に投影されたパターン領域PRの形状)を変更する変形機構(不図示)を備えてもよい。
インプリント装置IMPは、モールド1のパターン領域PRの高さおよびチルト量(θX、θY)を計測する計測器15、および、基板4の表面の高さおよびチルト量(θX、θY)を計測する計測器16を備えうる。計測器15は、例えば、基板駆動部3によって、基板保持部5とともに駆動されうる。
インプリント装置IMPは、基板4の上にインプリント材IMを液滴状態で配置するディスペンサ20を備えうる。ディスペンサ20は、インプリント材IMを基板4の上に供給する供給部あるいは塗布部として理解されてもよい。インプリント装置IMPは、基板駆動部3、モールド駆動部6、硬化部30、撮像部14、計測器15、16、ディスペンサ20等を制御する制御部18を備えうる。制御部18は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(Programmable Logic Deviceの略。)、又は、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
図4には、インプリント装置IMPの動作が例示的に示されている。図4に示される動作は、制御部18によって制御されうる。工程S401では、制御部18は、基板4のショット領域に対するインプリント材IMの配置を決定する配置決定処理を実行する。この配置決定処理は、例えば、基板4のショット領域に配置されるインプリント材IMの各液滴(ドロップ)の位置を示すマップ(配置情報)を生成する処理を含みうる。
工程S402では、配置工程が実行される。配置工程では、制御部18は、基板4の処理対象のショット領域に対して、工程S401で決定したインプリント材IMの配置情報に従ってインプリント材IMが配置されるようにディスペンサ20および基板駆動部3を制御する。ここで、この例では、1回の工程S401において、直後にパターンが形成される1つのショット領域に対してインプリント材IMが配置される。しかし、他の例において、工程S402は、複数のショット領域に対して連続的にインプリント材IMが配置されるように変更されてもよい。
次いで、工程S403では、接触工程が実行される。接触工程では、基板4のショット領域の一部分の上のインプリント材IMとモールド1のパターン領域PRとを接触させた後にインプリント材IMとパターン領域PRとの接触領域がショット領域の全域まで拡大される。一例において、接触工程では、制御部18は、図2に例示されるように、メサ部2およびパターン領域PRが基板4に向かって凸形状になるように変形部7を制御する。そして、この状態で、制御部18は、基板4のショット領域の一部分(例えば、中央部)の上のインプリント材IMとモールド1のパターン領域PRの一部分(例えば、中央部)とが接触するようにモールド駆動部6および/または基板駆動部3を制御する。次いで、制御部18は、インプリント材IMとパターン領域PRとの接触領域がショット領域の全域まで拡大されるように、モールド駆動部6および/または基板駆動部3、ならびに、変形部7を制御する。ここで、接触領域を拡大させるための動作は、モールド駆動部6および/または基板駆動部3によって基板4とモールド1のパターン領域PRとの距離を小さくしつつ、変形部7によってパターン領域PRを平坦に戻す動作を含みうる。
接触工程の少なくとも一部と並行して、又は、接触工程の後に、不図示のアライメント検出系を使って基板4のショット領域とモールド1のパターン領域PRとのアライメント誤差を検出しながらショット領域とパターン領域PRとが位置合わせされうる。インプリント材IMとパターン領域PRとが接触した状態で、パターン領域PRの凹部にインプリント材が充填される。
パターン領域PRの凹部に十分にインプリント材が充填された後に、工程S404が実行される。工程S404では、硬化工程が実行される。硬化工程では、制御部18は、硬化用のエネルギーが基板4とパターン領域PRとの間のインプリント材IMに照射されるように硬化部30を制御する。この硬化工程によって、インプリント材IMが硬化して、インプリント材IMの硬化物からなるパターンが形成される。
次いで、工程S405が実行される。工程S405では、分離工程が実行される。分離工程では、制御部18は、インプリント材IMの硬化物とモールド1のパターン領域PRとが分離されるように、モールド駆動部6および/または基板駆動部3を制御する。次いで、工程406では、制御部18は、パターンを形成すべき全てのショット領域に対するパターンの形成が終了したかどうかを判断し、まだ終了していない場合には、未処理のショット領域に対してパターンを形成するために、工程S402に戻る。
ここで、図5を参照しながら、接触工程において生じうる課題を説明する。図5(a)、(b)において、矩形の枠は、モールド1のパターン領域PRおよび基板4のショット領域SRを示し、黒で塗りつぶされた部分は、インプリント材IMの液滴(ドロップ)を示している。図5(a)は、ショット領域SRの上のインプリント材IMの液滴とパターン領域PRとが接触する前の状態を模式的に示している。液滴の個数は、現実の個数とは異なるかもしれない。複数の液滴の体積は、互いに等しい。図5(b)は、ショット領域SRの一部分(中央部)の上のインプリント材IMの液滴とモールド1のパターン領域PRの一部分(中央部)とが接触した状態を模式的に示している。パターン領域PRと接触したインプリント材IMの液滴は、押し潰されてショット領域PR上で広がり、隣接する液滴と結合する。この際に、インプリント材IMの複数の液滴によって囲まれた領域にガスが取り残され、ボイド(ガスがトラップされた空孔)が生じうる。このボイドが小さければ小さいほど、パターン領域PRの凹部、および、基板4とパターン領域PRとの間隙へのインプリント材IMの充填に要する充填時間が短くなる(即ち、スループットが向上する)。
ここで、充填時間は、基板4のショット領域の一部分の上のインプリント材IMへのパターン領域PRの接触を開始してから接触領域が該ショット領域の全域に拡大するまでの時間(以下、接触完了時間)に依存しうる。この接触完了時間を短くするためにインプリント材IMへのモールド1のパターン領域PRの押し付け力を強くすると、インプリンント材IMに加わる圧力が高くなり、そのため、トラップされるガスの圧力も高くなりうる。つまり、スループットを向上させようとして接触完了時間を短くすると、高い圧力のガスがトラップされ、そのガスが抜けるまでに要する時間が長くなり、逆にスループットが低下する可能性がある。あるいは、ガスの圧力が高くなることによってインプリント材IMの液滴が広がることが阻害され、結果として充填時間が長くなるかもしれない。いずれにしても、充填時間は、様々なプロセス条件(材料、インプリントを制御する条件など)に影響を受けうる。以下では、接触完了時間を短くしつつガスのトラップを抑制することによって充填時間を短くする方法を検討する。
まず、図20、図21を参照しながら接触工程におけるインプリント材IMとモールド1(のパターン領域PR)との接触領域の拡大について説明する。なお、図20、図21においては、インプリント材IMは、便宜的に、液滴状態ではなく、膜状態であるものとして示されている。図20は、モールド1のパターン領域PRの凸形状に変形されパターン領域PRの一部分(ここでは中央部)がショット領域SR上のインプリント材IMに接触した状態が模式的に示されている。インプリント材IMとパターン領域PRとの接触領域は、符号201で示されている。図21に示されるように、接触工程の進行に伴って、接触領域201が拡大する。接触領域201は、インプリント材IMとパターン領域PRとの接触が開始した一部分(中央部)から放射方向Drに拡大する。放射方向Drは、接触領域201が拡大する方向と一致している。
図6(a)には、インプリント材IMの液滴のX方向の配列ピッチ(中心間距離)とY方向の配列ピッチとが等しい例、即ち、インプリント材IMの液滴が正方格子状に配列された例が示されている。これらの液滴の体積は全て同じである。図6(b)には、パターン領域PRの凸形状に変形されパターン領域PRの中央部がショット領域SR上のインプリント材IMの液滴に接触し、液滴が押し広げられた状態が示されている。各液滴は、均等に広がり、隣接する液滴同士が結合し、ガスの排出経路がなくなり、ボイドが発生する。このボイドの大きさ、および、ボイドにおけるガスの圧力が充填時間を決定すると考えられる。
図7(a)には、インプリント材IMの液滴のX方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチとが1:2である例、即ち、インプリント材IMの液滴が千鳥格子状に配置された例が示されている。これらの液滴の体積は全て同じである。図7(b)には、パターン領域PRの凸形状に変形されパターン領域PRの中央部がショット領域SR上のインプリント材IMの液滴に接触し、液滴が押し広げられた状態が示されている。各液滴は、均等に広がり、隣接する液滴同士が結合し、ガスの排出経路がなくなり、ボイドが発生する。図7(c)には、隣接する液滴同士が結合する前、つまりガスがトラップされる前の状態が示されている。図7(c)の状態では、ガスの排出経路が存在する。この状態では、パターン領域PRと液滴とが接触している領域に形成されている、パターン領域PRの中央から放射方向(矢印)に向かって圧力が低下する圧力勾配によって、ガスが放射方向Drに排出されうる。
ここで、インプリント材IMとパターン領域PRとの接触が開始した一部分(中央部)からの放射方向Drに位置する任意の局所領域LA1を考える。局所領域LA1において、放射方向Drに直交する方向(X方向)に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度をA1とする。また、局所領域LA1において、放射方向Dr(Y方向)に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度をB1とする。前述のように、図7(a)の例では、インプリント材IMの液滴のX方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチとが1:2であるので、A1:B1=1:2である。これは、局所領域LA1では、放射方向Dr(Y方向)へのガスの排出を妨げる抵抗値が、放射方向Drに直交する方向(X方向)へのガスの排出を妨げる抵抗値よりも大きいことを示している。
同様に、インプリント材IMとパターン領域PRとの接触が開始した一部分(中央部)からの放射方向Drに位置する任意の局所領域LA2を考える。局所領域LA2において、放射方向Drに直交する方向(Y方向)に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度をA2とする。また、局所領域LA2において、放射方向Dr(X方向)に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度をB2とする。図7(a)の例では、インプリント材IMの液滴のX方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチとが1:2であるので、A2:B2=2:1である。これは、局所領域LA2では、放射方向Dr(X方向)へのガスの排出を妨げる抵抗値が、放射方向Drに直交する方向(Y方向)へのガスの排出を妨げる抵抗値よりも小さいことを示している。
以上より、放射方向Drが互いに異なる局所領域LA1と局所領域LA2とにおいて、放射方向Drへのガスの排出を妨げる抵抗値が互いに異なることが分かる。また、局所領域LA2の方が局所領域LA1よりも、放射方向Drへのガスの排出を妨げる抵抗値が小さいことが分かる。つまり、図7(a)に示されたインプリント材IMの液滴の配置は、局所領域LA2におけるガスの排出には好ましいが、局所領域LA1におけるガスの排出には好ましくないことが分かる。このことから、局所領域LA1には、局所領域LA1におけるガスの排出に有利な液滴の配置を採用し、局所領域LA2には、局所領域LA2におけるガスの排出に有利な液滴の配置を採用することが良いことが分かる。
図8(a)、(b)には、インプリント材IMの液滴の配置とガスの排出との関係に関して上記を捕捉する例が示されている。図8(a)には、インプリント材IMの液滴のY方向の配列ピッチが十分に広い例が示されている。これらの液滴の体積は全て同じである。図8(b)には、パターン領域PRの凸形状に変形されパターン領域PRの中央部がショット領域SR上のインプリント材IMの液滴に接触し、液滴が押し広げられた状態が示されている。図8(a)、(b)の例では、Y方向へのガスの排出経路が閉ざされ、中央部から見て+Y方向の領域と、中央部から見て-Y方向の領域とにおいて、充填時間が長くなる。
局所領域の面積は、ショット領域の面積よりも小さく定めるべきであり、局所領域の面積をショット領域の面積よりも十分に小さく設定することが有利である。そして、各局所領域において、放射方向Drへのガスの排出を妨げる抵抗値が、放射方向Drに直交する方向へのガスの排出を妨げる抵抗値よりも小さいように、インプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。一例において、局所領域の面積は、ショット領域SRの面積の1/4以下(下限は、インプリント材の配置を決定するための計算負荷等に応じて任意に定められうる)でありうる。他の例において、一例において、局所領域の面積は、ショット領域SRの面積の1/100以下(下限は、インプリント材の配置を決定するための計算負荷等に応じて任意に定められうる)でありうる。また、複数の局所領域によってショット領域SRの全域が覆われるように該複数のショット領域を決定する必要はなく、充填時間の考慮において注目すべき領域内に局所領域を決定すればよい。
以上より、基板4のショット領域SRにおけるインプリント材IMの液滴の好ましい配置は、工程S401において以下のように定められうる。また、本実施形態のインプリント方法では、このように定められた配列に従って、工程S402において、インプリント材IMがショット領域SRに配置されうる。
工程S401では、まず、ショット領域SRのうちインプリント材IMとパターン領域PRとの接触を開始する一部分(例えば、中央部)からの放射方向Drに位置する複数の局所領域が決定されうる。工程S401では、次いで、複数の局所領域の各々において、以下の条件1を満たすように、インプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。
<条件1>放射方向Drに直交する方向に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度が、放射方向Drに平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度より小さい。
あるいは、より簡易的には、局所領域は、ショット領域SRの辺の中央部に接するように定められてもよい。この場合に、工程S401では、次いで、複数の局所領域の各々において、以下の条件2を満たすように、インプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。
<条件2>ショット領域SRの辺に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度が、該辺に直交する方向に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材の線密度より小さい。
以下、図11(a)、図11(b)を参照しながら、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第1配置例を説明する。まず、図11(a)に例示されるように、ショット領域SRをX方向に並んだ2つの領域Aと1つの領域Bとの3つの領域に分割する。ここで、2つの領域Aおよび1つの領域Bのそれぞれを前述の局所領域として考えることができるが、この場合、例えば、2つの領域Aおよび1つの領域Bのそれぞれに対して、1つの放射方向を代表的に決定することになる。あるいは、2つの領域Aのそれぞれの中に局所領域を定め、また、領域Bの中に1又は複数の局所領域を定めてもよい。この場合、領域Aにおけるインプリント材IMの液滴の配置は、領域Aの中に定めた局所領域における放射方向に基づいて決定され、領域Bにおけるインプリント材IMの液滴の配置は、領域Bの中に定めた局所領域における放射方向に基づいて決定されうる。つまり、この場合、領域Aにおける局所領域以外の領域における放射方向は考慮されず、また、領域Bにおける局所領域以外の領域における放射方向は考慮されない。
次いで、2つの領域Aおよび1つの領域Bのそれぞれに対して、インプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。例えば、領域Aに対しては、図7(a)または図8(a)に例示されるように、Y方向の配列ピッチがX方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Aについては、X方向にガスが排出されやすくなる。領域Bに対しては、X方向の配列ピッチがY方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Bについては、Y方向にガスが排出されやすくなる。図11(b)には、このようにして決定された液滴の配置が例示されている。
図12(a)、図12(b)には、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第2配置例が示されている。第2配置例では、ショット領域SRをY方向に並んだ2つの領域Bと1つの領域Aとの3つの領域に分割する。領域Aに対しては、Y方向の配列ピッチがX方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Aについては、X方向にガスが排出されやすくなる。領域Bに対しては、X方向の配列ピッチがY方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Bについては、Y方向にガスが排出されやすくなる。
図13(a)、図13(b)には、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第3配置例が示されている。第3配置例では、ショット領域SRを2つの領域Aと2つの領域Bと1つの領域Cとの5つの領域に分割する。領域Cは、ショット領域SRの中央に位置し、2つの領域Aは、X方向に関して領域Cを挟むように配置されている。2つの領域Bは、Y方向に関して領域Cを挟むように配置されている。領域Cは、放射方向Drが全方位的な領域である。領域Cには、図13(b)に例示されるように、X方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチとの比が1:√3に近い千鳥格子状の配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置されうる。このような千鳥格子状の配列パターンは、放射方向Drが全方位的な領域に有利であることが確認されている。領域Aに対しては、Y方向の配列ピッチがX方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Aについては、X方向にガスが排出されやすくなる。領域Bに対しては、X方向の配列ピッチがY方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。これにより、領域Bについては、Y方向にガスが排出されやすくなる。
図14(a)、図14(b)には、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第4配置例が示されている。第4配置例は、第3配置例の変形例であり、第4は一例においても、ショット領域SRを2つの領域Aと2つの領域Bと1つの領域Cとの5つの領域に分割する。領域Cは、ショット領域SRの中央に位置し、2つの領域Aは、X方向に関して領域Cを挟むように配置されている。2つの領域Bは、Y方向に関して領域Cを挟むように配置されている。領域Cは、放射方向Drが全方位的な領域である。領域Cには、図14(b)に例示されるように、X方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチとの比が1:√3に近い千鳥格子状の配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置されうる。領域Aに対しては、Y方向の配列ピッチがX方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。領域Bに対しては、X方向の配列ピッチがY方向の配列ピッチより大きい配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴の配置が決定されうる。
図15は、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第5配置例を説明するための図である。第5配置例では、ショット領域SRは、放射方向Drまたはそれに平行な線で分割されている。領域A、領域B、領域Cには、それぞれ前述の領域A、領域B、領域Cに対する配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置されうる。また、放射状に配置された領域A、領域Bは、それぞれX軸あるいはY軸に対してミラー反転されたドロップ配置になっている場合もありうる。この場合、左右の領域Aは同じ配列のドロップにはならず、回転対称な配列になる。領域Bについても同様である(不図示)。
図23は、ショット領域SRを8分割したもので、例えば図15(a)を更に放射方向で分割したものである。それぞれの分割領域は異なる8パターンAからHで構成されている。これら8つの異なるパターンは図24に示すような2種類のパターンAとBの基本型から派生させたパターンでも良く、パターンA’はパターンAのY軸ミラー反転であり、パターンA’’はパターンA’のX軸ミラー反転であり、パターンA’’’はパターンAのX軸ミラー反転である。同様にパターンB’B’’B’’’がパターンBからの対称形である。上記方法により分割数を放射方向に沿ってさらに増やす事も容易にできる。
更に図25は図15を変形させた例で、例えば中央部のパターンAはX軸に平行な方向に対しその直行方向の線密度が小さいタイプのパターンを使用することで、同じパターンでショット領域SRの中央部および左右までをカバーし、パターンBにより残りの領域をカバーさせた例である。このケースではパターンAからの派生型はなく、パターンBのみ先の方法でパターンを派生させて構成している。
図16(a)、図16(b)には、本発明の実施形態に係るインプリント材IMの液滴の第6配置例が示されている。第6配置例では、ショット領域が2つの領域A、2つの領域B、1つの領域C、2つの領域Dおよび2つの領域Eの9個の領域に分割されている。領域A、領域B、領域Cには、それぞれ前述の領域A、領域B、領域Cに対する配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置されうる。領域Dには、図16(b)に例示されるように、例えば、図5(a)、図6(a)、図7(a)、図8(a)の配列パターンを45度回転させた配列パターンに従ってインプリンント材IMの液滴が配置されうる。領域Eには、図16(b)に例示されるように、例えば、図5(a)、図6(a)、図7(a)、図8(a)の配列パターンを135度回転させた配列パターンに従ってインプリンント材IMの液滴が配置されうる。
実デバイスの製造においては、ショット領域は、例えば、メモリ素子領域、周辺回路領域、更には、チップ境界に相当するカーフと呼ばれる領域で、使用される配列パターンが異なりうる。ただし、これらは、放射方向Drおよびガスの排出方向を考慮したものではない。
図17(a)、図17(b)には、1つのショット領域SRが複数のチップ領域CRを有する例が示されている。この場合、モールド1のパターン領域PRは、複数のチップ領域CRにそれぞれ対応する複数のチップパターン領域を有し、該複数のチップパターン領域は、互いに同じパターンを有しうる。配置工程(S402)では、複数のチップ領域CRのうちの少なくとも2つのチップ領域CRに対して、互いに異なる配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置されうる。互いに異なる配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置される少なくとも2つのチップ領域CRは、ショット領域SRの第1辺の中央部に接するチップ領域CRと、該第1辺と隣り合う第2辺の中央部に接するチップ領域CRとを含みうる。
インプリント材の液滴の配列パターンは、液滴が千鳥格子状に配列される配列パターンであってもよいし、液滴が矩形格子状に配列される配列パターンであってもよい。更に、インプリント材の液滴の配列パターンは、次のような配列パターンであってもよい。図9(a)、図9(b)には、X方向に平行な複数の行で構成される配列において、1行おきに液滴群が配列ピッチの1/2未満の距離だけX方向にシフトする配列パターンが例示されている。図9(c)には、図9(b)に例示された配列パターンに従うインプリント材IMの液滴が接触工程において広がった状態が示されている。図9(b)において、ガスは、Y方向には移動することができるが、X方向には移動することができない。つまり、ガスの移動方向あるいは排出方向に異方性が存在する。そこで、1行おきのシフト量を調整すること、および/または、1行おきのシフトの方向を調整することで、種々の方向性を有する配列パターンを得ることができる。このようにして、基本となる配列パターンを準備しておき、その配列パターンを規定するパラメータ値(例えば、シフト量)を変更することによって複数の配列パターンを得ることができる。この場合、パラメータ値を変更しても単位面積当たりの液滴数が変化しないので、インプリント材の体積を考慮することなく、配列パターンを調整することができる。
通常、デバイスの製造において、RTL(Residual Layer Thickness)と呼ばれる、インプリント材の最小厚さ(パターン領域PRと基板4の表面との間隔で決まる厚さ)が指定される。RTLは、通常、ショット領域PRの全域において均一である必要がある。そのため、ショット領域の内の個々の領域ごとにインプリント材の配列パターンを変更する場合に、単位面積当たりの液滴数を一定に維持することが要求されうる。上記のような配列パターンの調整は、このような要求に対する解として有用である。
基板4の上のインプリント材IMとモールド1のパターン領域PRとが接触した際のインプリント材IMの広がり方は、パターン領域PRが有するパターンに依存することが分かっている。パターン領域PRが有するパターンの段差、即ち、パターンを構成する凹部の深さは、例えば、パターンサイズの2倍程度である。また、パターンには、ラインアンドスペース系、孤立ライン系、ピラー系、その他、検査用マーク系などの種々の種類がある。例えば、パターンがラインアンドスペース系である場合、パターンサイズが小さければ小さいほど、単位体積当たりの表面積は増え、その表面積に比例して毛細管力も増加する。その結果、インプリント材IMは、ラインの長手方向により長く広がりやすく、反対にライン幅方向には広がりにくくなる。
図10(a)~(c)を参照してインプリント材IMの液滴の典型的な広がり例を説明する。図10(a)は、基板4の上に千鳥格子状に配置されたインプリント材IMの液滴を示している。図10(b)は、X方向に延びるラインアンドスペースパターンを有するパターン領域PRとの接触によって広がったインプリント材IMの液滴が示されている。図10(b)の例では、ガスは、X方向には排出されるが、Y方向には排出されない。図10(c)は、Y方向に延びるラインアンドスペースパターンを有するパターン領域PRとの接触によって広がったインプリント材IMの液滴が示されている。図10(c)の例では、ガスは、Y方向には排出されるが、X方向には排出されない。
図18には、Y方向に延びるラインアンドスペースパターンをその全域に有するパターン領域PRを有するモールド1を使用してショット領域SRにパターンを形成する際のインプリント材IMの液滴の配置例が示されている。従来は、インプリント材IMとパターン領域PRとが接触を開始するショット領域SRの中央部のY方向の領域aにおいても、X方向の領域bにおいても、同一の配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置される。
本実施形態では、領域aおよび領域bに対して、互いに異なる配列パターンに従ってインプリント材IMの液滴が配置される。領域aでは、放射方向(Y方向)に直交する方向(X方向)に平行でインプリント材の複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材の線密度が、放射方向に平行でインプリント材の複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材の線密度より小さい。領域bでは、放射方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に平行でインプリント材の複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材の線密度が、放射方向に平行でインプリント材の複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材の線密度より小さい。
ここまでは、ショット領域に配置するインプリント材IMの複数の液滴の体積を同じ体積として説明しているが、個々の液滴の体積を調整することによって上記の線密度を調整してもよい。この場合、RTLに対する要求を満たすように、個々の液滴の体積の調整とともに、液滴の配列パターンも変更されうる。
以下、図19を参照しながら、インプリント材IMの液滴の配置の評価の指標について説明する。図19には、ショット領域SRにおける局所領域が示されていて、グレーの円は、インプリント材IMの液滴を示している。いくつかの液滴は、相互に区別するために、液滴d1、d2、d3、d4として示されている。放射方向Drは、-X方向である。放射方向Dr(-X方向)に直交する方向(Y方向)に平行でインプリント材IMの複数の液滴が存在する線上におけるインプリント材IMの線密度が小さいほど、ガスが排出されやすいので、この線密度が評価の指標となりうる。放射方向Drに平行な方向における液滴d1と液滴d2との距離104が小さければ小さいほど、液滴d1と液滴d2とが結合しやすく、ガスの排出経路を放射方向Drに限定しやすい。よって、放射方向Drに平行な方向における液滴d1と液滴d2との距離104が小さいほど、充填時間が短くなりうる。しかし、距離104が小さすぎると、放射方向Drに直交する方向における液滴と液滴との距離が大きくなりすぎ、充填時間が長くなりうる。よって、距離104は、評価の指標となりうる。また、放射方向Drにおける液滴d2と液滴d3との位置ずれ105は、液滴d2と液滴d3とが結合する際の形成されるボイドの大きさに影響を与える。位置ずれ105が、放射方向Drにおける液滴の配列ピッチの1/2程度である場合に、ボイドが最も小さくなり、充填時間が短くなりうる。よって、位置ずれ105も、評価の指標となりうる。以上の3つの指標に基づいて液滴の配列の最適化がなされうる。
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、インプリント装置あるいはインプリント方法によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。図22(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22(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22(c)に示すように、インプリント材3zが付与された基板1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を介して照射すると、インプリント材3zは硬化する。
図22(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、型の凸部が硬化物の凹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22(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22(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。
1:モールド、2:メサ、PR:パターン領域、4:基板、SR:ショット領域、IM:インプリント材、IMP:インプリント装置、Dr:放射方向

Claims (13)

  1. 基板のショット領域の上にインプリント材を液滴状態で配置する配置工程と、前記ショット領域の中央部の上の前記インプリント材とモールドのパターン領域とを接触させた後に前記インプリント材と前記パターン領域との接触領域を前記ショット領域の全域まで拡大させる接触工程と、前記接触工程の後に前記インプリント材を硬化させる硬化工程と、を含むインプリント方法であって、
    前記配置工程では、前記ショット領域の前記中央部からの放射方向に位置する複数の局所領域の各々において、前記放射方向に直交する方向に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度が、前記放射方向に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度より小さいように、前記インプリント材が配置される、
    ことを特徴とするインプリント方法。
  2. 前記複数の局所領域は、前記ショット領域の辺の中央部に接する局所領域を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載のインプリント方法。
  3. 前記複数の局所領域は、前記モールドを用いて互いに同一のパターンが転写される少なくとも2つの局所領域を含み、
    前記配置工程では、前記少なくとも2つの局所領域に対して、互いに異なる配列パターンに従って前記インプリント材の液滴が配置される、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のインプリント方法。
  4. 前記配置工程では、前記少なくとも2つの局所領域に対して、互いに等しい体積の前記インプリント材が配置される、
    ことを特徴とする請求項3に記載のインプリント方法。
  5. 基板のショット領域の上にインプリント材を液滴状態で配置する配置工程と、前記ショット領域の中央部の上の前記インプリント材とモールドのパターン領域とを接触させた後に前記インプリント材と前記パターン領域との接触領域を前記ショット領域の全域まで拡大させる接触工程と、前記接触工程の後に前記インプリント材を硬化させる硬化工程と、を含むインプリント方法であって、
    前記配置工程では、前記ショット領域の辺の中央部に接する局所領域において、前記辺に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度が、前記辺に直交する方向に平行で前記インプリント材の複数の液滴が存在する線上における前記インプリント材の線密度より小さいように、前記インプリント材が配置される、
    ことを特徴とするインプリント方法。
  6. 前記局所領域の面積は、前記ショット領域の面積の1/4以下である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  7. 前記局所領域の面積は、前記ショット領域の面積の1/100以下である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  8. 前記ショット領域は、複数のチップ領域を有し、前記パターン領域は、前記複数のチップ領域にそれぞれ対応する複数のチップパターン領域を有し、前記複数のチップパターン領域は、互いに同じパターンを有し、
    前記配置工程では、前記複数のチップ領域のうちの少なくとも2つのチップ領域に対して、互いに異なる配列パターンに従って前記インプリント材の液滴が配置される、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  9. 前記少なくとも2つのチップ領域は、前記ショット領域の第1辺の中央部に接するチップ領域と、前記第1辺と隣り合う第2辺の中央部に接するチップ領域とを含む、
    ことを特徴とする請求項8に記載のインプリント方法。
  10. 前記配置工程では、前記インプリント材の複数の液滴が矩形格子状に配置される、
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  11. 前記配置工程では、前記インプリント材の複数の液滴が千鳥格子状に配置される、
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  12. 前記接触工程では、前記モールドが前記基板に向かって凸形状に変形した状態で前記インプリント材と前記パターン領域との接触が開始される、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のインプリント方法。
  13. 請求項1乃至12のいずれか1項に記載のインプリント方法に従って基板の上にパターンを形成する工程と、
    前記パターンが形成された前記基板を処理して物品を得る工程と、
    を含む物品製造方法。
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