JP2018029101A - インプリント装置、および物品製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パターン欠陥の抑制に有利なインプリント装置を提供する。【解決手段】外周形状が矩形の型Mを用いて基板W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、型Mの外周部で気体を吹き出す吹き出し部109と、基板Wを移動させる移動手段と、を含み、移動手段は、吹き出し部109が気体を吹き出している間に、基板Wの表面に沿う方向且つ型Mの隣り合う2辺のそれぞれに沿う第1方向及び第2方向とは異なる第3方向に移動させながら基板Wを型Mと対向する位置まで移動させる。【選択図】図1
Description
本発明は、インプリント装置、および物品製造方法に関する。
半導体デバイス等の製造のために基板上に微細なパターンを形成する方法として、インプリント法が知られている。インプリント法とは、中央に凹凸パターンが形成された部分(以下、パターン部という)を有する型(モールド)を用いてインプリント材を成形し、基板上にインプリント材のパターンを形成する手法である。インプリント法の1つに光硬化法がある。この方法を用いたインプリント装置は、基板上への光硬化樹脂(インプリント材)の塗布、インプリント材への型の接触(押印)、インプリント材の硬化、型の剥離(離型)といった一連のインプリント処理により、基板上にパターンを形成する。
押印の際、型とインプリント材との間の空気(残留ガス)が未硬化のインプリント材に気泡として混入して未充填欠陥(パターン欠陥)が生じることがある。そこで、型とインプリント材との間の残留ガスを排除するために、拡散性の高い又はインプリント材に対して溶解性が高いヘリウム等のガスを型とインプリント材との間に流し込み、残留ガスを置換することが一般的に行われている。ガスを供給する方法として、流量や供給方向を可変にする方法(特許文献1)、ショット位置に応じて供給タイミングを切り替える方法(特許文献2)、型とインプリント材との接触領域の伝播方向に基づいてガス供給方向を規定する方法(特許文献3)がある。
しかしながら、型および基板の外縁形状によっては、上記特許文献に記載の方法では、残留ガスの排除が不十分となりうる。例えば、上記インプリント法により、レプリカモールドとなる基板と、マスターモールドとを矩形の同形状として、マスターモールドからレプリカモールドを複製する場合、残留ガスを排除するためのガスが基板側面に流れてしまうことがある。特許文献1〜3は、型および基板の外縁形状に着目した技術ではなく、上記課題が生じうる。
本発明は、例えば、パターン欠陥の抑制に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、外周形状が矩形の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装置であって、型の外周部で気体を吹き出す吹き出し部と、基板を移動させる移動手段と、を含み、移動手段は、吹き出し部が気体を吹き出している間に、基板の表面に沿う方向且つ型の隣り合う2辺のそれぞれに沿う第1方向及び第2方向とは異なる第3方向に移動させながら基板を型と対向する位置まで移動させることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、パターン欠陥の抑制に有利なインプリント装置を提供することができる。
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。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るインプリント装置100を示す図である。このインプリント装置100は、物品としての半導体デバイスなどの製造や型(モールド)の複製に使用される。インプリント装置100は、被処理基板である基板W上に供給されたインプリント材Rを型Mと接触させ、インプリント材Rに硬化用のエネルギーを与えることにより、型Mの凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。ここでは、光硬化法を用いたインプリント装置として、紫外線UVの照射によって基板W上の未硬化のインプリント材Rを硬化させる紫外線硬化型のインプリント装置を使用した。本実施形態では、インプリント装置100を用いて、マスターモールドを型Mとして基板Wに型Mのパターンを転写することで、マスターモールドの複製であるレプリカモールドを作製する。なお、ここでは光硬化法を採用したインプリント装置100を例にして説明する。また、以下の図1においては、基板W上のインプリント材Rに入射する紫外線UVの光軸と平行にZ軸(接触時に基板Wと型Mとを近づける方向)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軸を取る。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインプリント装置100を示す図である。このインプリント装置100は、物品としての半導体デバイスなどの製造や型(モールド)の複製に使用される。インプリント装置100は、被処理基板である基板W上に供給されたインプリント材Rを型Mと接触させ、インプリント材Rに硬化用のエネルギーを与えることにより、型Mの凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。ここでは、光硬化法を用いたインプリント装置として、紫外線UVの照射によって基板W上の未硬化のインプリント材Rを硬化させる紫外線硬化型のインプリント装置を使用した。本実施形態では、インプリント装置100を用いて、マスターモールドを型Mとして基板Wに型Mのパターンを転写することで、マスターモールドの複製であるレプリカモールドを作製する。なお、ここでは光硬化法を採用したインプリント装置100を例にして説明する。また、以下の図1においては、基板W上のインプリント材Rに入射する紫外線UVの光軸と平行にZ軸(接触時に基板Wと型Mとを近づける方向)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軸を取る。
インプリント装置100は、基板W上に供給された光硬化性の樹脂(インプリント材)Rと型Mの中央部にあるパターン領域Pとを接触(押印)した後、インプリント材Rを硬化させる。その後、硬化したインプリント材Rから型Mを剥離(離型)することで、基板W上にインプリント材Rのパターンを形成する。
インプリント装置100は、ベース定盤101と、ステージ定盤102と、チャック103と、補助板104と、基板ステージ105と、支柱106と、ブリッジ107と、保持機構108と、を有する。ベース定盤101には、基板ステージ105が載置されたステージ定盤102が載置される。また、ベース定盤101には、ブリッジ107を支持するための支柱106が延設される。
チャック103は、基板Wとチャック103との間の空間を減圧することにより基板Wを保持する。補助板(平板部)104の高さは、基板Wの表面高さと合うようにする。また、補助板104は、基板ステージ105の移動に伴い基板Wと型Mとの間にガスを効率良く引き込みうる。ここで、補助板104の高さと基板Wの高さとの差は0.5mm以内であることが好ましい。
基板Wを移動させる移動手段は、チャック103を搭載され、基板Wとともに移動する基板ステージ105と、基板ステージ105を移動させる駆動機構(不図示)を含む。駆動機構とは、例えば、リニアモータやエアシリンダ等であり、これを用いて、少なくとも、X軸方向やY軸方向に基板Wを位置決めすることができる。駆動機構は、基板Wを3軸以上の方向(例えば、6軸方向)に位置決めできるものでもよい。基板ステージ105の位置計測は、例えば、レーザー干渉計を用いて行われる。
保持機構108は、チャック(不図示)により型Mを保持する。保持機構108は、型Mを、少なくともZ軸方向(鉛直方向)に位置決めできる駆動機構(不図示)も含む。駆動機構は、型Mをその他の方向(例えば、水平面に沿うX軸方向とY軸方向、Z軸周りのωZ方向等を含む6軸方向)にも位置決めしうる。
インプリント装置100は、さらに、気体供給部109と、照射部110と、ミラー111と、観察系112と、インプリント材供給部113と、制御部114と、を有する。気体供給部109は、複数の気体供給口(吹き出し口)を含み、型Mの外周部にそれぞれ型Mの外形の辺に沿って、保持機構108の下部に配置されている。気体供給部(吹き出し部)109は、型Mの中心部に向かって気体を吹き出し、押印時の基板W上のインプリント材Rと型Mの中央部にあるパターン領域Pとの隙間空間を拡散性の高い又はインプリント材Rに対して溶解性が高いヘリウム等の気体で満たす。充填する気体は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテルなどの押型による圧力上昇で凝縮(液化)する凝縮性の気体や、これらガスとヘリウム等のガスとの混合ガスも使用できる。
隙間空間内のヘリウムガスの濃度を、ある程度高い値に維持する必要があるため、基板Wを押印位置まで移動する際に、同時に気体供給部109からヘリウムガスを供給させることで効率的に隙間空間内にヘリウムガスを引き込む。ヘリウムガスを効率良く引き込ませるには、基板Wの上面、または基板Wの外周端近傍に配置した補助板104の上面にガスを吹付ける。
照射部110は、ブリッジ定盤107の上部に配置され、インプリント材Rを硬化させるための紫外光UVを射出し、射出された紫外光UVはミラー111で反射して、基板W上に到達する。観察系112は、型Mの鉛直上方に配置されており、型Mのパターン領域P内の位置合わせ用マーク(不図示)と、基板W上に形成された位置合わせ用マーク(不図示)を検出する。
インプリント材供給部113は、基板Wがインプリント材供給部113の下方を通過する際に未硬化状態のインプリント材Rを所定の位置に塗布する。インプリント材Rには、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、熱等が用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光である。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る。このうち、光により硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を含有してもよい。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。
インプリント材は、スピンコーターやスリットコーターにより基板上に膜状に付与されてもよい。或いは液体噴射ヘッドにより、液滴状、或いは複数の液滴が繋がってできた島状又は膜状となって基板上に付与されてもよい。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以下である。
制御部114は、基板ステージ105、保持機構108、気体供給部109、照射部110、観察系112、インプリント材供給部113と接続されており、これらを統括的に制御してインプリント処理を実行する。ここで、インプリント処理は、基板Wへのインプリント材Rの供給、型Mとインプリント材Rとの接触および型Mのパターンへのインプリント材Rの充填、位置合わせ(アライメント)、硬化(露光)、型Mの剥離を含む、一連のサイクルのことを指すものとする。制御部114は、基板W上にインプリント材Rが供給される供給位置から、型Mとインプリント材Rとが接触するインプリント位置まで、基板ステージ105を移動させる。
型Mは、外周形状が矩形であり、基板Wに対向する面には、例えば十数ナノメートルの線幅の凹凸パターンが3次元状に形成されたマスターモールドのパターン領域Pを含む。また、型Mの材質には、紫外線UVを透過させることが可能な材質(石英等)が用いられる。基板Wは型Mの複製であるため、その材質には同じ石英が用いられる。また、基板Wの外形も型Mと矩形形状であり、Z方向からみた外縁形状が互いにほぼ同形状である。
まず、図2および図3により従来のインプリント装置で生じる課題について説明する。図2(A)および(B)は、基板ステージ105がインプリント材供給部113の直下を通過して型Mがインプリント材Rと接触する押印位置まで移動する経過を示す図である。
図2(A)は、Y方向から見た図であり、図2(B)は、Z方向から見た図である。気体供給部109から出た矢印は、ガスが矢印方向に供給されていることを示す。
図2(A)は、Y方向から見た図であり、図2(B)は、Z方向から見た図である。気体供給部109から出た矢印は、ガスが矢印方向に供給されていることを示す。
図2(A)の(1)は、基板W上のインプリント材Rが供給される領域Sにインプリント材Rが供給される直前の各部の位置関係を示す図である。気体供給部109によるガスの供給は基板ステージ105の移動中常に行われることが望ましい。図2(A)の(2)は、基板W上にインプリント材Rが供給された後、インプリント材Rが気体供給部109の直下に位置したときの各部の位置関係を示す図である。図2(A)の(3)は、インプリント材Rが気体供給部109の直下を通過し押印位置への移動を続けているときの各部の位置関係を示す図である。図2(A)の(4)は、インプリント材Rが押印位置へ到着したときの各部の位置関係を示す図である。
図2(B)の(1)〜(4)は、それぞれ図2(A)の(1)〜(4)に対応する。図2(B)の(1)において、点線の四角で囲った領域はインプリント材Rが供給される領域Sである。領域Sがインプリント材供給部113の直下にくるように矢印方向へ基板ステージ105が移動する。図2(B)の(2)および(3)で示すように、基板W上に供給されたインプリント材Rは気体供給部109の直下を通過して、型Mのパターン領域Pの直下へ移動する。基板Wと型Mとは形状が同じであるため、互いの外周が重なっている。図2(B)の(4)で示すようにインプリント材Rと型Mのパターン領域Pとが重なる。
図3(A)および(B)は、図2(B)の(2)〜(4)のA−A´による断面をX方向に向かって見た図である。図3(A)の(1)〜(3)はそれぞれ図2(A)および(B)の(2)〜(4)に対応している。図3(A)の(1)〜(3)に示す通り、型Mと基板Wの外周の位置はX方向において常に同じである。
図3(B)は、気体供給部109の近傍の拡大図である。図で示すように、基板Wの側面と補助板104の内周側面との間には、0.5〜1.5mm程度の隙間(間隙領域)が設けられる。この間隙領域は、基板Wの搬送時の基板Wと補助板104との干渉防止のため、搬送誤差、基板Wの外形公差、補助板104の基板ステージ105への組付公差などを考慮して設けられる。
図中の矢印は、ヘリウムガスの流れを示す。気体供給部109は、型Mと基板Wとの間隙にヘリウムガスGを充填する。型Mおよび基板Wの外形はほぼ同形状であるため、基板ステージ105の移動中は常にX方向(基板ステージ105の移動方向)に並んでいる気体供給部109の下(型Mの側面の位置)に基板Wと補助板104の間に存在する間隙領域が位置することになる。これにより、X方向に並んでいる気体供給部109から吹き出すヘリウムガスの一部が、基板Wと補助板104の間の隙間に入り込み、十分なヘリウムガスを型Mと基板Wとの間隙に送り込むことが困難となりうる。
本実施形態では、基板ステージ105の移動方向と、インプリント材供給部113の配置を従来と変えることで、上記のように隙間に漏れてしまうガスの量を抑えることができる。図4(A)および(B)は、本実施形態に係る基板Wの移動経過を示す図である。図4(A)は、Z方向から見た図であり、図4(B)は、X方向(基板ステージ105の移動方向)から見た図である。
図4(A)の(1)における領域Sはインプリント材Rが供給される領域である。領域Sがインプリント材供給部113の直下に位置したとき、インプリント材供給部113からインプリント材Rが供給される。基板ステージ105は、点線矢印の方向に基板Wを移動させ、インプリント材Rをインプリント位置まで移動させる。インプリント位置とは、型Mのパターン領域Pとインプリント材RとがZ方向から見て重なる位置である。すなわち、パターン領域Pの下方とインプリント材Rが供給された基板W上の領域とが対向する位置である。インプリント材供給部113は、基板ステージ105の移動軌跡上に配置される。移動軌跡は、型Mの隣り合う2辺のそれぞれに沿う第1方向および第2方向(X方向およびY方向)とは異なり、かつ基板Wの表面に沿う方向である第3方向とする。インプリント材供給部113は、型Mに対して基板Wが移動する第3方向と逆方向(マイナス第3方向)に配置する。これにより、インプリント材Rの供給後、短時間でインプリント位置までインプリント材Rを移動させることができ、例えば、スループットの点で有利となる。本実施形態では、型Mの対角線に沿う方向に基板ステージ105の移動方向を設定する。
図4(B)は、図4(A)の(2)〜(4)のA−A´による断面をX方向に向かって見た図である。図4(B)の(1)〜(3)はそれぞれ図4(A)の(2)〜(4)に対応している。型Mと基板Wとの間に充填されるヘリウムガスGの濃度を塗りつぶしの濃さで示す。図4(B)の(1)、(2)および(3)で示すように基板Wの移動に伴い、充填されるヘリウムガスGの濃度が高くなっていくことが分かる。
従来は、図3(A)の(1)〜(3)に示す通り、基板ステージ105の移動中、ガスが常に基板Wと補助板104の間の隙間に漏れてしまっていた。これに対し、本実施形態では、図4(B)の(1)〜(3)に示す通り、移動の完了までは、X方向に並んでいる気体供給部109の下に基板Wと補助板104の間の隙間が位置することはなく、従来のようなガスの漏れが抑えられる。
したがって、本実施形態のインプリント装置100は、従来、ガスの供給を十分にできなかったX方向に配置された気体供給部109も型Mと基板Wとの隙間空間内のヘリウムガス濃度を高くするのに十分寄与させることができる。本実施形態によれば、残留ガスを排除してパターン欠陥の抑制に有利なインプリント装置を提供することができる。
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態に係るインプリント装置の気体供給部209の配置を示す図である。第1実施形態の図4(A)の(1)に相当する。本実施形態では、気体供給部209が、基板Wの第3方向への移動経路の上方に配置され、第3方向の成分とZ方向成分を含む(斜め下方向)に気体を吹き出す。特に、本実施形態では、型Mの外形の対角線方向に延びる直線上のうち、型Mの外形の頂点の外側付近に配置される。これにより、基板ステージ105の移動方向と同じ方向にヘリウムガスを供給することができ、供給効率を向上させることができる。本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得られる。
図5は、本発明の第2実施形態に係るインプリント装置の気体供給部209の配置を示す図である。第1実施形態の図4(A)の(1)に相当する。本実施形態では、気体供給部209が、基板Wの第3方向への移動経路の上方に配置され、第3方向の成分とZ方向成分を含む(斜め下方向)に気体を吹き出す。特に、本実施形態では、型Mの外形の対角線方向に延びる直線上のうち、型Mの外形の頂点の外側付近に配置される。これにより、基板ステージ105の移動方向と同じ方向にヘリウムガスを供給することができ、供給効率を向上させることができる。本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得られる。
なお、さらなる供給効率の向上をねらい、気体供給部のガス供給方向、供給の強さ等については適宜調節が可能である。図6(A)で示す例では、基板ステージ105の移動方向に沿うガスの流れを増やすため、複数の気体供給部109のうち、気体供給部209に隣接する気体供給部のガス供給方向を気体供給部209のガス供給方向と揃えている。また、図6(B)に示す例では、型Mの中心へのガスの流れを増やすため、各気体供給部のガス供給方向を型Mの中心へ向けている。ガスの供給の強さ(流速)について、型Mの周囲のうち、基板ステージ105が向かってくる箇所に配置された気体供給部209とその隣接する気体供給部の流速を、その他の気体供給部の流速よりも強くするとクエット流れの効果でガスの供給効率が向上しうる。
なお、上記実施形態では、インプリント装置により、マスターモールドからレプリカモールドを複製する例を示したが、上記課題が生じうる、型と基板との形状の関係があれば、本発明が適用されうる。
(物品製造方法に係る実施形態)
物品としてのデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法は、上述した型を用いたインプリント装置を用いて基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)上にインプリント材のパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりにパターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
物品としてのデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法は、上述した型を用いたインプリント装置を用いて基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)上にインプリント材のパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりにパターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
(その他の実施形態)
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および変更が可能である。
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および変更が可能である。
100 インプリント装置
105 基板ステージ
109 気体供給部(吹き出し部)
113 インプリント材供給部
114 制御部
W 基板
M 型
R インプリント材
105 基板ステージ
109 気体供給部(吹き出し部)
113 インプリント材供給部
114 制御部
W 基板
M 型
R インプリント材
Claims (10)
- 外周形状が矩形の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装置であって、
前記型の外周部で気体を吹き出す吹き出し部と、
前記基板を移動させる移動手段と、を含み、
前記移動手段は、前記吹き出し部が前記気体を吹き出している間に、前記基板の表面に沿う方向且つ前記型の隣り合う2辺のそれぞれに沿う第1方向及び第2方向とは異なる第3方向に移動させながら前記基板を前記型と対向する位置まで移動させる
ことを特徴とするインプリント装置。 - 前記移動手段は前記基板が搭載された基板ステージを含んでおり、
前記基板ステージには、前記基板の外周を取り囲み且つ前記基板の表面に合わせた高さの表面を有する平板部が設けられ、
前記移動手段が前記第3方向に移動している間に前記吹き出し部から吹き出された気体が前記基板に沿って前記位置に引き込まれ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。 - 前記基板に前記インプリント材を供給する供給部は、
前記型に対して、前記第3方向と逆方向に配置されてい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装置。 - 前記吹き出し部は前記型を囲むように配置された複数の吹き出し口を有し、
前記複数の吹き出し口は、前記型と前記基板とが対向した状態で前記型と前記基板との間に在る空間に向かう方向に前記ガスを供給することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。 - 前記複数の吹き出し口のうち少なくとも1つの吹き出し口は、前記基板が前記位置に向けて前記第3方向に移動する経路の上方に配置されてい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。
- 前記少なくとも1つの吹き出し口は前記第3方向の成分を含む方向に前記気体を吹き出すことを特徴とする請求項5に記載のインプリント装置。
- 前記少なくとも1つの吹き出し口は、前記複数の吹き出し口のうち前記少なくとも1つの吹き出し口とは異なる吹き出し口よりも大きな流速で前記気体を吹き出すことを特徴とする請求項6に記載のインプリント装置。
- 前記基板の外周形状は、前記型と同じ矩形であることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
- 前記基板が前記位置に向けて前記第3方向に移動する経路が、前記型の対角線に沿うことを特徴とする請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
- 請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載のインプリント装置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工程と、
前記工程で前記パターンを形成された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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- 2016-08-16 JP JP2016159496A patent/JP2018029101A/ja active Pending
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