JP7358113B2 - モールド、インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はモールド、インプリント装置および物品の製造方法に関する。

半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィ技術の一つとして、インプリント技術が知られている。インプリント技術を用いると、モールド（型）にあるパターンを、基板上のインプリント材（樹脂）に転写させることで、ナノメートルオーダーのパターン（構造体）を形成することができる。
インプリント技術の光硬化法を採用したインプリント装置では、先ず、基板上に光硬化性インプリント材を供給する。次に、モールドをインプリント材に押印することで、インプリント材を成形する。その後に、成形したインプリント材に、光を照射することでインプリント材を硬化させる。そして、離型することにより、パターンを基板上に形成させることができる。

特許文献１では、押印するときにモールドのインプリント面を基板の形状に倣わせることを目的として、非インプリント面に溝を設ける技術が開示されている。また、特許文献２では、押印するときにモールドのパターン部にある溝に残った気泡を除去することを目的として、延いては充填時間を短くすることを目的として、コアアウト部（パターン周辺部）の厚みを場所によって変える技術が開示されている。ただし特許文献２では、モールドの外周部は厚く構成されている。これらの技術は、パターン部やパターン周辺部の裏側にあたる場所に溝加工を施し、モールドの厚さを部分的に変えることで、押印する工程の問題点を改善することを目的としている。

米国特許７１７９０７９号明細書 特開２０１８－１９０８４４号公報

一方、近年、インプリント技術は従来のショット毎にパターンを形成する押印に止まらず、ＩＡＰと呼ばれる平坦化技術に、適用されようとしている。（ＩＡＰ：Ｉｎｋｊｅｔ－ｂａｓｅｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）
ＩＡＰで用いられるモールドは、従来の押印で用いられるモールドとは異なり、Φ３００ｍｍ程と大きな平板から成り、コアアウト部も形成されていない。このようなモールドを基板上のインプリント材に一括して押印することで、平坦化した層を基板上に形成することができる。

従来のショット毎にパターンを形成する押印に比べて、ＩＡＰでは１回の押印面積が大きくなるために、離型に要する力も大きくなるという新たな課題がある。よって、従来の離型工程で行われている基板を吸着したステージとモールドを吸着したステージをスムーズに引き離すことが必要となってきている。
そこで、本発明は、インプリント材からスムーズに離型することが可能なモールドを提供することを一つの目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としてのモールドは、インプリント装置に用いられるモールドであって、基板上のインプリント材と接触するインプリント面を有し、前記インプリント装置により前記インプリント面を前記インプリント材に接触させることで前記インプリント材を成型し、前記モールドの外周近傍の剥離領域に離型方向の力を加えることによって離型させるモールドにおいて、
前記モールドの前記剥離領域の可撓性を前記モールドの他の部分よりも高くするために前記剥離領域に溝を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、インプリント材からスムーズに離型させることができるモールドを得ることができる。

インプリント装置の例を示した図である。 実施例１のモールドを示した図である。 外周端部の全域にわたって溝を設けたモールドを示した図である。 離型時における実施例１のモールドの状態を示した図である。 気体を用いた離型方法の例を示した図である。 モールドを非インプリント面側から見た図である。 モールド溝部に充填剤を埋め込んだモールドを示した図である。 離型時のモールド吸着領域の他の例を示した図である。 離型時のモールド吸着領域の別の例を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面及び実施例に基づいて詳細に説明する。
＜実施例１＞

図１はインプリント装置の図である。インプリント装置１０は、半導体デバイスなどの物品の製造に使用され、モールド１１のインプリント面を被処理基板上のインプリント材２１に接触（押圧）させることで、基板上にパターンを形成する装置である。また、インプリント技術は従来のショット毎の押印に止まらず、ＩＡＰと呼ばれる平坦化技術に、適用されようとしている。ここで、平坦もパターンの一つとみなすことができることから、以下の説明で使用するパターンには平坦が含まれ、更には、パターン形成（成型）には平坦化させる為の押印（接触）も含まれるものとする。

インプリント装置１０は、構造体１８によって支持されたヘッド１２を備え、平坦化を目的とした平面や回路パターン等のパターン面を下側に有するモールド１１を保持する。ヘッド１２は不図示の駆動源と制御部５０によって、モールド１１とインプリント材２１とを、接触（押印）及び、引き離し（離型）するために、モールド１１を基板１３に、近づいたり離れたりする方向（図中上下方向）に移動させることができる。基板１３を保持する基板ステージ１４は、駆動機構１５により、ステージ定盤１９上の任意の位置に移動することができる。制御部５０には、ヘッド１２や基板ステージ１４の位置計測した値を記録する記録部５１を含む。また、制御部５０にはコンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラムに基づき装置全体の各種動作を実行する制御手段として機能する。

基板１３にインプリント材２１を供給するときは、吐出部（ディスペンサ）２０の直下にインプリント領域が来るように、基板ステージ１４を移動させて、吐出部２０からインプリント材２１を供給（吐出）する。基板１３上にインプリント材２１を供給する方法として、図１では上述のように、一つの吐出部２０に対して一つのヘッド１２を備えた構成としているが、一つの吐出部２０に対して複数のヘッド１２や複数の基板ステージ１４を備えた構成としても良い。あるいは、あらかじめ外部装置や専用ユニットでインプリント材２１を基板１３に塗布して、その後に、塗布した基板１３を基板ステージ１４に搬送しても良い。

インプリント材２１にモールド１１を押印するときは、インプリント材２１を供給したインプリント領域が、モールド１１の直下に来るように、基板ステージ１４を移動させる。このとき、基板ステージ１４の平面方向の位置がステージ測長部２２により計測され、不図示の制御機構及びアライメント機構によって、基板ステージ１４の位置合わせが行われる。そして、モールド１１を保持したヘッド１２を基板１３に近づく方向に駆動して、モールド１１をインプリント材２１に接触（押印）させる。

その後で、基板１３の上に成形したインプリント材２１を硬化させるために、紫外光源１６で発光した露光光を照明光学系１７により導いて、モールド１１と接触しているインプリント材２１に、透明なモールド１１を透過させて照射する。インプリント材２１は、紫外線を受光することで硬化する性質を有する光硬化性組成物であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件に応じて組成物が適宜選択される。なお、熱硬化法を採用する場合には、モールド保持部に内蔵されたヒーターなどの熱源が使用され、インプリント材２１も温度により硬化する適切な組成物が適宜選択される。

モールド１１をインプリント材２１から離型するときは、モールド１１を保持したヘッド１２を基板１３から離れる方向（図中上方向）に駆動する。このとき、特にＩＡＰにおいては１回の押印面積が大きくなるために、離型に要する力も大きくなるので、ヘッド１２の駆動だけでは離型できない場合がある。あるいは、モールド１１がヘッド１２から外れたり、基板１３が基板ステージ１４から外れたりする場合がある。そこで、本実施例ではヘッド１２の上方向の駆動に加えて、基板ステージ１４に設けたリフトピン（突起）２３が基板１３に予め設けた例えばＶ字型のノッチ部２３０（切欠き）の内側から上に向かって突出するように構成している。そして、リフトピン２３が基板を避けて、ノッチ部の内側からモールド１１のインプリント面に離型方向の力を印加することで離型させる。即ち、基板のノッチ部の内側に突起としてのリフトピン２３を配置し、リフトピン２３がモールドの外周近傍の剥離領域にインプリント面側から離型方向の力を加えるようにした点に特徴を有する。なお、実施例ではリフトピン２３はピン形状となっているが、突起であれば良く、ピン形状以外の形状であっても良い。

図２（Ａ）はモールド１１を非インプリント面から見た図であり、モールド１１の外周端部における非インプリント面の剥離領域１１２に溝部１１１を設けている。好ましくはモールド１１の外周端から１０ｍｍ以内の範囲の剥離領域１１２に溝部１１１を設ける。上記剥離領域１１２は前記リフトピン２３がモールドにあたる位置の反対側のモールド面に設けられており、剥離領域１１２と溝部１１１はリフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線に対してほぼ線対称の形状になるように設けられている。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は図２（Ａ）のモールド１１の溝部１１１を拡大した図である。モールド１１には離型時にインプリント材２１の剥離が進行する方向（リフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線方向）と概ね直交する方向に溝が切られている。

言い換えれば、離型するときにインプリント材２１が密着した状態から、同じタイミングで徐々に剥離した状態になるモールド上の点を結んだ方向に、溝が切られた形状になっている。具体的には、モールド１１の前記剥離領域１１２の溝形状は図２（Ｂ）のように、リフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線の上の所定の一点を中心とした弧状の形状を有する。あるいは、上述のように図２（Ｃ）のようにリフトピンが当たるモールドの位置とモールドのセンターを結ぶ直線方向と概ね直交する方向に溝が切られている。しかし、図２（Ｄ）に示すように、リフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線に対して若干鋭角の角度θとなる溝を線対称に設けても良い。あるいはリフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線に対して交差する溝であって線対称であれば良い。

このような溝を形成することによって、前記剥離領域の可撓性をモールドの他の部分よりも高くすることができ、リフトピン等でモールドに離型のための力を加えた場合にモールドの破損を低減することができ、しかもスムーズに離型させることができる。なお、溝形状は、異なる方向の溝が交差した格子状の形状や、細かな周期的あるいはランダムな凹凸形状などを含む。 また、溝部１１１を、モールドの外周の一部の剥離領域１１２だけに設けるのではなく、図３（Ａ）に示すように、モールドの外周端部の全域に設けても良く、及び図３（Ｂ）に示すようにモールド１１の中心に対して同心円状の溝形状でも良い。

外周端部の全域に溝部１１１を設けた場合は、モールド１１を複数の方向や任意の方向に配置することができる。これにより、リフトピン２３と接触する位置を適宜変更することが可能となり、接触回数や撓み回数を減らすことができることから、モールド１１の傷や疲労破壊と云った損傷を低減することができモールドの寿命を延ばすことができる。 図４（Ａ）は図２の点線（リフトピンが当たる位置とモールドのセンターを結ぶ直線）についての、モールド１１の断面図である。なお、溝の深さはモールド１１の厚さの半分以下の深さであることが望ましい。図４（Ｂ）は基板１３のノッチ部２３０（Ｖ字型の切り欠いた領域）をリフトピン２３がせり上がり、モールド１１のインプリント面に力を印加している図である。

リフトピン２３がモールド１１に力を印加する場所に対応する裏側の位置に溝部１１１を設け、印加した力が溝部１１１に伝播することでモールド１１が撓み、モールド１１とインプリント材２１の離型が促進される。よって、インプリント装置１０の基板ステージ１４に設けたリフトピン２３がモールドに当接する位置の反対側のモールドの位置の周辺に、モールド１１の溝部１１１を配置することで大きな効果が得られる。 インプリント装置は、剥離領域１１２の位置がリフトピン２３の位置の反対側に来るように、剥離領域１１２の位置をセンサー等で検出して、ヘッド１２に対して搬送し取り付ける。モールドの外周部の複数個所または全周にわたって溝を設ける場合には、モールドのどの角度位置で何回離型動作を行ったかをメモリに記憶しておき、所定回数を経過したら角度位置をずらしてモールドをヘッド１２に対して取り付ける。

リフトピン２３が基板１３を避けてモールド１１に力を印加する方法としては、モールド１１を基板１３よりも大きな径で製作しても良いし、モールド１１と基板１３の中心をずらして押印することで、モールド１１と基板１３が重ならない領域を作っても良い。また、リフトピン２３が基板１３を押し当てることにより発塵する可能性があるので、リフトピン２３の先端またはリフトピンの周辺には吸引機構を設けることが望ましい。

更に、モールド１１の損傷と発塵を低減する方法として、図５のように、リフトピン２３の中に気体を噴出させるための流路２３１を形成しリフトピン２３の先端から気体を噴射してモールド１１のインプリント面に吹き付けることで、離型を促進しても良い。 その場合例えばリフトピン２３をモールドに押し付けつつ同時に気体を吹き付けるようにしても良い。あるいは一方だけを先に動作させ、他方を後から動作させるようにしても良い。また、前記流路２３１は離型を促進する際には気体を吹き出し、塵を吸い込む際には吸引動作を行うように動作を切り替えるように構成しても良い。このように気体吹き付け部としての流路２３１を形成することによってモールド１１の損傷と発塵を低減することができる。なお、リフトピン２３を用いずに流路２３１による気体吹き付けだけで離型を促進するようにしても良い。

図６はモールド１１を非インプリント面側から見た図であり、ヘッド１２により吸着保持される吸着領域１１３を斜め格子線で示している。なお、図６では吸着領域１１３（即ち剥離領域１１２以外）の面は便宜上格子状に表示されているが実際はヘッド１２が効率よく吸着保持できるように平坦面にしている。離型時にはリフトピン２３によりモールド１１のインプリント面に力を印加すると共に、ヘッド１２の図８に示すような吸引部１１５によってモールド１１を吸着保持したままでモールド１１を基板１３から離れる方向に駆動する。なお、剥離領域１１２はリフトピンによって押し上げられるので、前記吸引部１１５は前記剥離領域１１２を避けて配置しても良い。吸引部１１５の先端に弾性体を設け、弾性体のたわみ量が十分に大きい場合には、吸引部１１５は剥離領域１１２と吸着領域１１３を一緒に吸引するようにしても良い。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）はモールド１１の溝部１１１に、モールド１１の材質とは異なる材質の充填剤１１４を埋め込んだ例を示す図である。リフトピン２３により印加した力がモールド１１の溝部１１１に伝播することでモールド１１が撓み、モールド１１とインプリント材２１の離型が促進される一方、溝部を設けるとモールドの材質によってはモールド１１が破損する可能性がある。そこで、モールド１１を撓ませ易くするとともに破損しにくくするために、モールド１１の溝部１１１にモールド１１の材質よりもヤング率の小さい材質の充填剤１１４で埋めても良い。なお、実施例では非インプリント面の剥離領域に溝等を設けることで可撓性を他の部分よりも高めているが、モールドの剥離領域の厚さを他の部分よりも薄くすることによって可撓性を他の部分より高めても良い。あるいは、剥離領域のインプリント面側に溝を形成することによって可撓性を他の部分より高めても良い。その場合にインプリント面側の溝にモールド１１の材質よりもヤング率の小さい材質の充填剤１１４で埋めても良い。
＜実施例２＞

図８は実施例２における、吸引部１１５、１１６の構成を説明するための図である。図８に示されるように、モールドを非インプリント面側から吸引するために、吸着領域１１３と対向して配置され剥離領域１１２以外の吸着領域１１３を吸引するための吸引部１１５を有する。即ち、吸引部１１５は剥離領域以外を吸引するための第１の吸引部を構成している。
また、モールドの剥離領域１１２に対向して配置され剥離領域１１２を吸引するための吸引部１１６（第２の吸引部）を有する。そして吸引部１１５と吸引部１１６とは独立して駆動可能なように構成している。なお、吸引部１１５と吸引部１１６はモールド１１のそれぞれ吸着領域１１３と剥離領域１１２を吸着する。

そしてモールド１１を基板１３から離型する際には、前記剥離領域１１２に対向する吸引部１１６により、吸引部１１５による吸引力より強い吸引力で吸引を行う。それによってモールド１１を基板１３から離型する。そして、吸引部１１６を吸引部１１５より強く吸引しつつモールド１１全体を基板１３から離型させる方向に移動させる。そのために、吸引部１１６は図８（Ｂ）に示すように、剥離領域１１２を吸着しつつ、吸引部１１５の吸着位置より上側に剥離領域１１２を移動できるように上方向への可動量を大きくしてある。
なお、前記吸引部１１６を用いてモールド１１を離型させる際に、例えばリフトピン２３による下からの押し上げを一緒に行っても良いし、あるいは気体吹き付け部による下からの押し上げと一緒に離型を促進しても良い。即ち、吸引部１１６とリフトピン２３と気体吹き付け部の少なくとも一つを用いて離型を促進するようにすれば良い。

図９は図８の吸引部１１５，１１６の構成に対応したモールドの非インプリント面の構造例を示す図である。
図９（Ａ）において、モールドの非インプリント面の内、吸引部１１６に対向する剥離領域１１２が示されており、この剥離領域１１２以外の面は平面となっている。そして前記剥離領域１１２には図２に示したような溝部１１１が設けられている。図９では、吸引部１１６に対向する部分だけに溝部１１１が設けられている。また、図９（Ｂ）はモールドの非インプリント面と、吸引部１１５，１１６の位置関係を重ねて示す図である。

溝部１１１は図９（Ｂ）に示すように、各溝の両端が吸引部１１６の対向面からはみ出さないように構成されている。即ち、溝の両端が吸引部１１６で覆われている。これは吸引部１１６の吸引力が溝の端部からリークしないようにするためである。上記のように溝の両端が吸引部１１６で覆われていることによって効率よくモールド１１を基板１３から離型（剥離）することができる。

次に、前述のモールドを利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述のモールドを使用して、インプリント材が塗布された基板を押印する工程と離型する工程を経て、後処理の工程（押印された基板から物品を製造する工程）を実行することにより製造される。前記後処理の工程には、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。本発明を用いた物品製造方法によれば、離型をスムーズに行うことができるので、歩留まりが向上し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。
また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介してインプリント装置に供給するようにしてもよい。そしてそのインプリント装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１１ モールド
１３ 基板
２１ インプリント材
２３ リフトピン

Claims (19)

1. インプリント装置に用いられるモールドであって、基板上のインプリント材と接触するインプリント面を有し、前記インプリント装置により前記インプリント面を前記インプリント材に接触させることで前記インプリント材を成型し、前記モールドの外周近傍の剥離領域に離型方向の力を加えることによって離型させるモールドにおいて、
   前記モールドの前記剥離領域の可撓性を前記モールドの他の部分よりも高くするために前記剥離領域に溝を形成したことを特徴とするモールド。
2. 前記溝は、前記剥離領域に前記離型方向の力を加えたときに、前記モールドが前記インプリント材から剥離していく方向に対して交差する方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
3. 前記溝を形成した後で前記溝を所定の充填剤で充填したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモールド。
4. 前記充填剤の材質のヤング率は、前記モールドの材質のヤング率よりも低いことを特徴とする請求項３に記載のモールド。
5. 前記溝の深さは、前記モールドの厚さの半分以下であることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
6. 前記剥離領域は、前記モールドの外周端から１０ｍｍ以内の範囲に設けられることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
7. 前記剥離領域は、前記モールドの外周端部の全域にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
8. 前記モールドの前記インプリント面とは反対側の面のうち、前記剥離領域以外の面は、平坦であることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記モールドの前記剥離領域に対して、前記モールドの前記インプリント面側から前記離型方向の力を加えるための突起を有することを特徴とするインプリント装置。
10. 前記突起は、前記基板に設けたノッチ部の内側に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のインプリント装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の前記モールドの前記剥離領域に対して、前記モールドの前記インプリント面側から前記離型方向に気体を吹き付けるための気体吹き付け部を有することを特徴とするインプリント装置。
12. 前記突起は前記モールドの前記インプリント面側から前記離型方向に気体を吹き付けるための気体吹き付け部を有することを特徴とする請求項９に記載のインプリント装置。
13. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記モールドの前記インプリント面とは反対側の面のうち、前記剥離領域以外の部分を吸引するための第１の吸引部を有することを特徴とするインプリント装置。
14. 前記モールドの前記剥離領域を吸引するための第２の吸引部を有し、前記第２の吸引部は前記離型に際して前記第１の吸引部の吸引力より大きな吸引力を加えることを特徴とする請求項１３に記載のインプリント装置。
15. 請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて、
    前記モールドによって前記基板上の前記インプリント材に押印する工程と、
    前記モールドを前記プリント材から離型させる工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
16. 基板上の光硬化性組成物と接触する接触面を有するモールドであって、
    前記モールドの外周領域に剥離領域を有し、該剥離領域の可撓性を前記モールドの他の部分よりも高くするために前記剥離領域に溝が形成されており、
    前記剥離領域に離型方向の力を加えることによって離型する
    ことを特徴とするモールド。
17. 前記接触面は平坦な面である請求項１６に記載のモールド。
18. 請求項１６又は１７のいずれか１項に記載の前記モールドの前記剥離領域に対して、前記モールドの前記接触面側から前記離型方向の力を加えるための突起を有することを特徴とする成形装置。
19. 請求項１８に記載の成形装置により、
    前記モールドを前記基板上の前記硬化性組成物に接触させる工程と、
    前記モールドを前記硬化性組成物から離型させる工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
    

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