JP2020107863A - 膜形成装置および物品製造方法 - Google Patents

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俊洋 山崎
文昭 北山
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文昭 北山
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Abstract

【課題】膜形成装置の製造コストおよびフットプリントの低減に有利な技術を提供する。【解決手段】膜形成装置は、基板の上の硬化性組成物に型を接触させ前記硬化性組成物を硬化させることによって前記硬化性組成物の硬化物からなる膜を形成する。膜形成装置は、前記硬化性組成物を硬化させるエネルギーを通過させる窓を有し、前記型を保持する型保持部と、前記基板と前記型保持部との相対位置を変更する駆動機構と、前記窓および前記型を介して前記基板と前記型との間の前記硬化性組成物に前記エネルギーを照射する照射部とを備える。前記硬化性組成物に前記型が接触し、かつ前記型保持部による前記型の保持が解除された状態で、前記照射部によって前記窓および前記型を介して前記硬化性組成物に対して前記エネルギーが照射される処理が行われ、前記処理において、前記膜を形成すべき領域が前記エネルギーで走査されて前記硬化性組成物が硬化するように、前記駆動機構によって前記相対位置が変更される。【選択図】図3

Description

本発明は、膜形成装置および物品製造方法に関する。
基板の上の硬化性組成物に型を接触させ、該硬化性組成物に硬化用のエネルギーを照射することによって該硬化性組成物を硬化させ、該硬化性組成物の硬化物と該型とを分離する膜形成装置がある。このような膜形成装置は、基板の上にパターンを形成する装置、あるいは、基板の上に平坦化膜を形成する装置として使用されうる。
特許文献1には、基板載置ステーション、押印ステーション、位置合わせステーション、硬化ユニット、離型ステーションおよび搬送ロボットを有するナノインプリント装置が記載されている。このナノインプリント装置では、表面に樹脂(組成物)が塗布された基板が基板載置ステーション内の移動テーブルに載置され、その後、モールド(型)が基板の上に樹脂を介して載置される。その後、移動テーブルは、押圧ステーションに移動し、押し付け機構によってモールドが基板の上の樹脂に押し付けられる。その後、移動テーブルは、位置合わせステーションに移動し、基板とモールドとの位置合わせが行われる。位置合わせ後は、基板とモールドとがずれないように基板およびモールドが固定される。その後、移動テーブルは、離型ステーションに向かって移動し、その途中で硬化ユニットの下を通過し、紫外線によって樹脂が硬化される。離型ステーションでは、モールドが基板から分離される。
特開2010−40879号公報
特許文献1に記載されたような装置では、複数のステーションを有するので、装置の製造コストが増大する他、フットプリントが増大しうる。
本発明は、膜形成装置の製造コストおよびフットプリントの低減に有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、基板の上の硬化性組成物に型を接触させ前記硬化性組成物を硬化させることによって前記硬化性組成物の硬化物からなる膜を形成する膜形成装置に係り、前記膜形成装置は、前記硬化性組成物を硬化させるエネルギーを通過させる窓を有し、前記型を保持する型保持部と、前記基板と前記型保持部との相対位置を変更する駆動機構と、前記窓および前記型を介して前記基板と前記型との間の前記硬化性組成物に前記エネルギーを照射する照射部と、を備え、前記硬化性組成物に前記型が接触し、かつ前記型保持部による前記型の保持が解除された状態で、前記照射部によって前記窓および前記型を介して前記硬化性組成物に対して前記エネルギーが照射される処理が行われ、前記処理において、前記膜を形成すべき領域が前記エネルギーで走査されて前記硬化性組成物が硬化するように、前記駆動機構によって前記相対位置が変更される。
本発明によれば、膜形成装置の製造コストおよびフットプリントの低減に有利な技術が提供される。
本発明の一実施形態の膜形成装置の構成を示す図。 膜形成処理を例示する図。 膜形成装置の動作を模式的に示す図。 膜形成装置の動作を示すフローチャート。 膜形成装置の動作を模式的に示す図。
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には、本発明の一実施形態の膜形成装置100の構成が例示的に示されている。膜形成装置100は、基板1の上の硬化性組成物IMに型11を接触させ硬化性組成物IMを硬化させることによって硬化性組成物IMの硬化物からなる膜を形成する。膜形成装置100は、例えば、平坦な面を有する膜を基板1の上に形成するための平坦化装置として使用されうる。この場合、型11が有する硬化性組成物IMと接触する面は、平坦である。膜形成装置100は、基板1の上にパターンを形成するためのパターン形成装置あるいはインプリント装置として使用されうる。この場合、型11が有する硬化性組成物IMと接触する面は、硬化性組成物に転写するべきパターンを有する。
硬化性組成物としては、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。硬化性組成物は、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配置されうる。硬化性組成物の粘度(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1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。アライメント(位置合わせ)は、基板1のショット領域と型11のパターン領域とのアライメント誤差(重ね合わせ誤差)が低減されるように基板1および型11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、アライメントは、基板1のショット領域および型11のパターン領域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。
以下、膜形成装置100が平坦化装置として構成された例を説明するが、膜形成装置100は、上記のとおり、パターン形成装置あるいはインプリント装置としても構成されうる。
膜形成装置100は、ベース定盤4、支柱5、天板6、支柱10およびアライメント棚14を備えうる。アライメント棚14は、支柱10を介して天板6によって支持され、天板6は、支柱5を介してベース定盤4によって支持されている。また、膜形成装置100は、駆動機構30、ディスペンサ20、オフアクシスアライメントスコープ21、基板搬送部22、型搬送部32、アライメントスコープ23、照射部24、洗浄部33、インターフェース34および制御部35を備えうる。
駆動機構30は、基板1と型11との相対位置を変更する。あるいは、駆動機構30は、基板1(基板保持部2)と型保持部12との相対位置を変更する。駆動機構30は、基板1または基板保持部2を駆動する基板駆動機構26と、型11または型保持部12を駆動する型駆動機構27とを含みうる。
基板駆動機構26は、基板1を保持する基板保持部2と、基板保持部2を保持する基板ステージ3と、基板ステージ3を駆動するアクチュエータ31(例えば、リニアモータ、エアシリンダ)とを含みうる。アクチュエータ31は、例えば、基板ステージ3をX軸およびY軸に関して駆動するように構成されうる。基板ステージ3は、ベース定盤4によって支持される。基板ステージ3は、基板保持部2をθZ軸に関して駆動する機構を有しうる。基板駆動機構26は、例えば、基板1をX軸、Y軸、θZ軸の3軸について駆動するように、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。
型駆動機構27は、型11を保持する型保持部12と、型保持部12を駆動するアクチュエータを内蔵するヘッド13とを含みうる。型駆動機構27は、例えば、型11をZ軸、θX軸、θY軸の3軸について駆動するように、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。型駆動機構27は、型11を基板1の上の硬化性組成物IMに押し付ける力を計測するセンサ(不図示)を含みうる。
基板搬送部22は、基板1を膜形成装置100の外部から膜形成装置100の内部に取り込み、基板保持部2に搬送しうる。型搬送部32は、型11を膜形成装置100の外部から膜形成装置100の内部に取り込み、型保持部12に搬送しうる。型11は、例えば、円形又は四角形の外形を有しうる。型11は、基板1の上の硬化性組成物IMに接触する接触面CSを有し、接触面CSは、平坦でありうる。型11は、例えば、基板1と同じ寸法、または、基板1よりも大きい寸法を有しうる。
ディスペンサ(供給部)20は、アライメント棚14によって支持されうる。ディスペンサ20は、基板1の上に未硬化状態の硬化性組成物IMが配置されるように硬化性組成物IMを吐出する吐出口を有しうる。ディスペンサ20は、例えば、ピエゾジェット方式またはマイクロソレノイド方式等の吐出方式によって、基板1に向けて、例えば1pL(ピコリットル)程度の微小な体積の硬化性組成物IMを吐出しうる。ディスペンサ20は、1または複数の吐出口を有しうる。
照射部24は、基板1と型11との間の硬化性組成物IMを硬化させるためのエネルギーを硬化性組成物IMに照射する。型保持部12は、照射部24からの硬化用のエネルギーを通過させる窓Wを有する。窓Wは、型保持部12に設けられた開口であってもよいし、そのような開口に設けられた透過部材(硬化用のエネルギーを透過させる部材)であってもよい。同様に、ヘッド13も、照射部24からの硬化用のエネルギーを通過させる窓Wを有しうる。窓Wの寸法は、基板1より小さい。また、窓Wの寸法は、硬化性組成物IMの硬化物からなる膜を形成すべき領域の寸法より小さい。照射部24は、例えば、ディスペンサ20の最大寸法より小さい寸法を有しうる。
天板6は、ガイドバー8を支持している。ガイドバー8は、アライメント棚14を貫通し、ヘッド13に連結されている。アライメント棚14は、支柱10を介して天板6によって支持されている。アライメント棚14には、例えば、基板保持部2によって保持された基板1の高さ(平坦度)を計測するための高さ計測系(不図示)が配置されうる。該高さ計測系は、例えば、斜入射像ずれ方式で基板1の高さを計測しうる。
アライメントスコープ23は、アライメント棚14によって支持されうる。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および撮像系を含みうる。ただし、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は使用されない。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うる。その計測結果は、その位置ずれを補正するアライメントのために用いられうる。
オフアクシスアライメントスコープ21は、アライメント棚14によって支持されうる。オフアクシスアライメントスコープ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うる。アライメントスコープ23を使って型11と基板ステージ3との位置関係を求め、オフアクシスアライメントスコープ21を使って基板ステージ3と基板1との位置関係を求めることで、型11と基板1の各ショット領域との相対的なアライメントを行うことができる。
洗浄部33は、型11が型保持部12によって保持された状態で、型11を洗浄(クリーニング)しうる。洗浄部33は、例えば、基板1上の硬化した硬化性組成物IMと型11とを分離した後に型11、特に型11の接触面CSに残る硬化性組成物IMを除去するために使用されうる。洗浄部33は、例えば、型11に付着した硬化性組成物IMを拭き取ってもよいし、UV照射、ウェット洗浄、ドライプラズマ洗浄などを用いて型11に付着した液状有機材料を除去してもよい。
制御部35は、駆動機構30、ディスペンサ20、オフアクシスアライメントスコープ21、基板搬送部22、型搬送部32、アライメントスコープ23、照射部24、洗浄部33、インターフェース34を制御する。他の観点において、制御部35は、型11を用いて基板1の上に硬化性組成物IMの硬化物からなる膜を形成する膜形成処理を制御する。制御部35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2を参照しながら膜形成処理を説明する。まず、図2(a)に模式的に示されるように、ディスペンサ20によって基板1の上に硬化性組成物IMが配置され、その後、基板駆動機構26によって基板1が型11の下に位置決めされる。基板1は、その表面にパターン1aを有しうる。基板1の上への硬化性組成物IMの配置は、例えば、基板駆動機構26によって基板1を移動させながらディスペンサ20から硬化性組成物IMを吐出することによってなされうる。
次いで、図2(b)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、基板1の上の硬化性組成物IMと型11の接触面CSとが接触するように、基板1と型11との相対位置が変更あるいは調整される。一例において、基板1の上の硬化性組成物IMと型11の接触面CSとが接触するように、型駆動機構27によって型11が降下させられる。ここで、基板1の上の硬化性組成物IMに対して型11の接触面Cが押し付けられうる。型11の接触面CSは、基板1の表面形状にならった形状に変形しうる。
次いで、図2(c)に模式的に示されるように、照射部24によって硬化用のエネルギーが窓Wおよび型11を介して硬化性組成物IMに照射され、硬化性組成物IMが硬化される。次いで、図2(d)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、基板1の上の硬化した硬化性組成物IMと型11とが分離される。一例において、基板1の上の硬化した硬化性組成物IMと型11とが分離されるように、型駆動機構27によって型11が上昇させられる。これにより、基板1の上には、硬化性組成物IMの硬化物からなる膜が残る。この膜の表面の凹凸は、基板1の表面の凹凸よりも小さい。よって、この膜は、平坦化膜として機能しうる。
図3には、膜形成装置100の動作が模式的に示されている。図4には、膜形成装置100の動作が示すフローチャートが示されている。図3および図4に示される動作は、制御部35によって制御される。図3に示された例では、型11は円形の外形を有し、その寸法は基板1の寸法よりも大きい。
まず、工程S401では、ディスペンサ20または外部装置によって硬化性組成物IMが配置された基板1が、図3(a)に模式的に示されるように、基板駆動機構26によって型11の下に位置決めされる。
次いで、工程S402では、図3(b)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、基板1の上の硬化性組成物IMと型11の接触面CSとが接触するように、基板1と型11との相対位置が変更あるいは調整される。一例において、基板1の上の硬化性組成物IMと型11の接触面CSとが接触するように、型駆動機構27によって型11が降下させられる。ここで、基板1の上の硬化性組成物IMに対して型11の接触面Cが押し付けられうる。この状態で、基板1の表面と型11の接触面CSとの間の空間に、硬化性組成物IMが十分に充填するまで、待機される。
次いで、工程S403では、図3(c)に模式的に示されるように、照射部24によって、窓Wおよび型11を介して、硬化性組成物IMの一部に硬化用のエネルギーが照射される。これにより、硬化性組成物IMの当該一部が硬化し、当該一部によって基板1と型11とが結合される。当該一部は、例えば、基板1の中央部に位置しうる。工程S403は、任意的な工程であり、後続の工程S404、S405において、基板1と型11との相対位置が維持される場合、例えば、型11が他の方法によって固定される場合には、工程S403は不要である。型11のこのような固定は、例えば、基板保持部2に型11の移動を規制する部材を設けることによって実現されうる。あるいは、工程S404、S405において、基板1と型11との相対位置の変動が許容可能な場合にもおいて、工程S403は不要である。
次いで、工程S404では、型保持部12による型11の保持が解除される。次いで、工程S405では、図3(d)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、型11から型保持部12が離隔するように、基板1(または、基板1に結合された型11)と型保持部12との相対位置が変更あるいは調整される。これにより、基板1と型11との結合体を型保持部12に対して相対的に移動させることが可能な状態となる。
次いで、工程S406では、図3(e)、(f)に模式的に示されるように、駆動機構30によって基板1と型11との結合体を型保持部12に対して相対的に移動しながら照射部24によって硬化性組成物IMに硬化用のエネルギーが照射される処理が行われる。硬化性組成物IMに対する硬化用のエネルギーの照射は、窓Wおよび型11を介して行われる。この処理は、硬化性組成物IMに型11(の接触面CS)が接触し、型保持部12による型11の保持が解除された状態で行われる。また、この処理において、硬化性組成物IMの硬化物からなる膜を形成すべき領域が硬化用のエネルギーで走査されて全域において硬化性組成物IMが硬化するように、駆動機構30によって基板1と型保持部12との相対位置の変更が行われうる。ここで、硬化性組成物IMのうち工程S403においてエネルギーが照射された部分については、それを考慮して工程S406におけるエネルギーの照射がなされうる。より具体的には、硬化性組成物IMのうち工程S403においてエネルギーが照射された部分については、工程S403における照射量と工程S406における照射量との合計が目標照射量になるように、工程S406におけるエネルギーの照射がなされうる。
次いで、工程S407では、図3(g)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、型11と型保持部12が接触するように、基板1(型11)と型保持部12との相対位置が変更あるいは調整され、型保持部12によって型11が保持される。
次いで、工程S408では、図3(h)に模式的に示されるように、駆動機構30によって、基板1の上の硬化性組成物IMの硬化物からなる膜と型11とが分離される。一例において、基板1の上の硬化性組成物IMの硬化物からなる膜と型11とが分離されるように、型駆動機構27によって型11が上昇させられる。これにより、基板1の上には、硬化性組成物IMの硬化物からなる膜が残る。
以上のように、本実施形態の膜形成装置100では、硬化性組成物IMに型11が接触し、かつ型保持部12による型11の保持が解除された状態で、照射部24によって窓Wおよび型11を介して硬化性組成物IMに対して硬化用のエネルギーが照射される。このような構成によれば、膜を形成すべき領域の全域における硬化性生組成物IMの硬化を型保持部12の下で完了させることができる。よって、本実施形態は、膜形成装置100の製造コストおよびフットプリントの低減に有利である。
図5には、型11の寸法が基板1の寸法と同じである場合における膜形成処理が模式的に示されている。図5に示された膜形成処理は、型11の寸法が異なること以外は、図3に記載された膜形成処理と同じである。
図3に示された膜形成処理では、型11の寸法が基板1の寸法より大きく、例えば、基板1の寸法が直径300mmで、型11の寸法が450mmでありうる。この場合、型11を取り扱う周辺設備(例えば、洗浄機、移載機、キャリア(FOUPなど)、搬送システム)を新たに準備する必要が生じうる。これに対して、図5に例示されるように、型11の寸法が基板1の寸法と同じである場合には、基板1を取り扱う周辺設備を型11の取り扱いのために流用することができる。
以下、上記の膜形成装置100を使って物品を製造する物品製造方法を例示的に説明する。物品製造方法は、膜形成装置100によって基板1の上に膜を形成する膜形成工程と、該膜が形成された基板1を処理する処理工程と、を含み、それらの工程を経た基板1から物品を製造する。該処理工程は、例えば、該膜の上にフォトレジスト膜を形成する工程と、該フォトレジスト膜に露光装置を用いて潜像を形成する工程と、該潜像を現像しフォトレジストパターンを形成する工程とを含みうる。該処理工程は、該フォトレジストパターンを使用して基板1を処理(例えば、エッチング、イオン注入)する工程を更に含みうる。
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、12:型保持部、24:照射部、30:駆動機構

Claims (10)

  1. 基板の上の硬化性組成物に型を接触させ前記硬化性組成物を硬化させることによって前記硬化性組成物の硬化物からなる膜を形成する膜形成装置であって、
    前記硬化性組成物を硬化させるエネルギーを通過させる窓を有し、前記型を保持する型保持部と、
    前記基板と前記型保持部との相対位置を変更する駆動機構と、
    前記窓および前記型を介して前記基板と前記型との間の前記硬化性組成物に前記エネルギーを照射する照射部と、を備え、
    前記硬化性組成物に前記型が接触し、かつ前記型保持部による前記型の保持が解除された状態で、前記照射部によって前記窓および前記型を介して前記硬化性組成物に対して前記エネルギーが照射される処理が行われ、
    前記処理において、前記膜を形成すべき領域が前記エネルギーで走査されて前記硬化性組成物が硬化するように、前記駆動機構によって前記相対位置が変更される、
    ことを特徴とする膜形成装置。
  2. 前記処理の前に、前記型保持部によって前記型が保持され、かつ前記硬化性組成物と前記型とが接触した状態で、前記照射部によって前記硬化性組成物の一部に前記エネルギーが照射される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の膜形成装置。
  3. 前記硬化性組成物の前記一部は、前記基板の中央部に位置する、
    ことを特徴とする請求項2に記載の膜形成装置。
  4. 前記処理の後に、前記型保持部よって型が保持され、前記駆動機構によって前記硬化性組成物の前記硬化物からなる前記膜と前記型とが分離される、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  5. 前記処理において、前記駆動機構による前記相対位置の変更は、前記型と前記型保持部とが離隔した状態でなされる、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  6. 前記窓の寸法は、前記基板より小さい、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  7. 前記窓の寸法は、前記膜を形成すべき前記領域より小さい、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  8. 前記型が有する前記硬化性組成物と接触する面は、平坦である、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  9. 前記型が有する前記硬化性組成物と接触する面は、パターンを有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の膜形成装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の膜形成装置によって基板の上に膜を形成する工程と、
    前記膜が形成された前記基板を処理する工程と、を含み、
    前記基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
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