JP2012099658A - インプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型に伴う力がフレームに作用しても、型と基板との間の相対的な位置決めに有利なインプリント装置の提供。
【解決手段】インプリント装置１は、型２を保持する型保持部３と、基板４を保持する基板保持部５と、基板４と型３との間の相対的な位置決めを行うための位置計測器１５、１６と、型保持部３および基板保持部５の少なくとも一方と位置計測器１５、１６とを支持する第１フレーム１０と、離型により第１フレーム１０に作用する力Ｆ_Ｓとは逆向きの力を第１フレーム１０に作用させるアクチュエータ２２と、離型と並行して逆向きの力を第１フレーム１０に作用させるようにアクチュエータ２２を制御する制御部６とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィ技術に加え、基板上の未硬化樹脂を型（モールド）で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目を集めている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の一つとして、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板（ウエハ）上のショット領域（インプリント領域）に紫外線硬化樹脂（インプリント樹脂、光硬化樹脂）を塗布する。次に、この樹脂（未硬化樹脂）を型により成形する。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させたうえで離型することにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

しかしながら、このインプリント装置では、ウエハの位置を計測する干渉計を支持する構造体に、型と硬化樹脂とを引き離す離型動作に起因した力が作用すると、干渉計が変位し、型と基板との位置決めに誤差が生じる可能性がある。特許文献１は、加熱下で圧下を伴う転写処理を開示している。この転写装置は、型および被成型物支持部を収容し外部から隔離するチャンバと、一端が型に連結され他端に第１の光路変更部材が設けられた型位置取出部と、一端が被成型物支持部に連結され他端に第２の光路変更部材が設けられた被成型物位置取出部とを有する。そして、光源および検出器を備え、光源から照射する光により第１の光路変更部材と第２の光路変更部材との間の距離を測定するための光学式変位計測手段をチャンバの外部に有している。

特開２００７−１０３７９９号公報

しかしながら、特許文献１に示す転写装置は、計測手段をチャンバの外部に設けているため、構成が複雑、かつ大型になり得るものである。

本発明は、離型に伴う力がフレームに作用しても、型と基板との間の相対的な位置決め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、基板上の未硬化樹脂の型による成形と、硬化した樹脂からの離型とを行って、基板上に樹脂のパターンを形成するインプリント装置であって、型を保持する型保持部と、基板を保持する基板保持部と、基板と型との間の相対的な位置決めを行うための位置計測器と、型保持部および基板保持部の少なくとも一方と位置計測器とを支持する第１フレームと、離型により第１フレームに作用する力とは逆向きの力を第１フレームに作用させるアクチュエータと、離型と並行して逆向きの力を第１フレームに作用させるようにアクチュエータを制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、離型に伴う力がフレームに作用しても、型と基板との間の相対的な位置決めに有利なインプリント装置を提供することができる。

第１実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係るインプリント装置の動作を示す図である。 第２実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 第３実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 第４実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 従来のインプリント装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るインプリント装置の構成について説明する。図１（ａ）は、本実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。なお、本実施形態におけるインプリント装置は、半導体デバイス等のデバイスの製造に使用され、被処理体であるウエハ上（基板上）の未硬化樹脂を型（モールド）で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する装置である。なお、ここでは光硬化法を採用したインプリント装置としている。また、以下の図においては、基板上の樹脂に対して紫外線を照射する照明系（不図示）の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。インプリント装置１は、不図示の照明系と、モールド保持部３と、ウエハステージ５と、不図示の塗布部と、制御部６とを備える。

照明系は、インプリント処理の際に、モールド（型）２に対して紫外線を照射する照明手段である。この照明系は、光源と、該光源から射出された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための光学素子とから構成される。また、モールド２は、ウエハ４に対する面に所定のパターン（例えば、回路パターン等の凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。なお、モールド２の材質は、石英等、紫外線を透過させることが可能な材料である。

モールド保持部（型保持部）３は、モールド２を保持する。このモールド保持部３は、真空吸着力や静電力によりモールド２を引きつけて保持する。モールド保持部３は、モールド駆動機構（不図示）により移動させられる。モールド駆動機構は、具体的には、ウエハ４上に塗布された紫外線硬化樹脂にモールド２を押し付けるために、モールド保持部３をＺ軸方向に駆動する駆動機構である。駆動機構に採用するアクチュエータとしては、例えば、リニアモータまたはエアシリンダー等が採用可能である。なお、インプリント装置１における押型および離型は、上述のようにモールド２をＺ方向に移動させることで実現してもよいが、ウエハステージ５（ウエハ４）をＺ方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を移動させてもよい。

ウエハ４は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理基板であり、被処理面には、モールドにより成形される紫外線硬化樹脂（以下、単に「樹脂」と表記する）が塗布される。また、ウエハステージ５は、ウエハ４を（例えば真空吸着により）保持し、かつ、ＸＹ平面内を移動可能な基板保持部として機能する。ウエハステージ５を駆動するためのアクチュエータとしては、例えば、リニアモータを採用可能である。また、不図示の塗布部（ディスペンサー）は、ウエハ４上に樹脂１７（未硬化樹脂）を塗布する塗布手段である。樹脂１７は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する光硬化樹脂（インプリント材）であって、半導体デバイスの製造工程等により適宜選択される。

制御部６は、インプリント装置１の各構成要素の動作および調整等を制御しうる。制御部６は、例えば、コンピュータ等で構成され、インプリント装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラム等にしたがって各構成要素の制御を実行しうる。本実施形態では、制御部６は、少なくとも後述するアクチュエータ２２の動作を制御する。なお、制御部６は、インプリント装置１の他の部分と一体で構成してもよいし、インプリント装置１の他の部分とは別の場所に設置してもよい。

また、インプリント装置１は、図１に示すように、モールド保持部３を上面から、またウエハステージ５を下面からそれぞれ支持するフレーム（第１フレーム）１０を備える。このフレーム１０は、インプリント装置１が載置される床部１１から立設する複数の脚部１２と、該脚部１２に支持されてモールド保持部３が固定されている定盤（第１定盤）１３と、脚部１２と定盤１３との間に設けられた除振機構１４とを備える。また、フレーム１０は、脚部１２に支持されてウエハステージ５が固定されている定盤を含んでいる。ここで、定盤１３は、モールド保持部３を鉛直方向においてウエハステージ５に対向させて支持している。除振機構１４は、脚部１２から定盤１３へ伝達する振動を低減する機能を有し、例えば、空気バネ等を含んで構成される。更に、インプリント装置１は、モールド２を保持するモールド保持部３の位置を計測する位置計測器としての第１干渉計１５と、ウエハ４を保持するウエハステージ５の位置を計測する位置計測器としての第２干渉計１６とを備える。第１干渉計１５および第２干渉計１６は、例えば、光学式の位置計測手段であり、それぞれモールド保持部３およびウエハステージ５の位置が計測できるように定盤１３に固定されている。

更に、本実施形態のインプリント装置１は、定盤１３の上部に、定盤１３の変形を抑えるための機構２０を備えている。この機構２０は、定盤１３の上に設置される支持構造体（第２フレーム）２１と、定盤１３と構造体定盤２６との間に力を作用させるアクチュエータ２２と、定盤１３に作用する力を計測する力計測器（計測器）２３と、加速度計測器（加速度計）２４とを備えうる。

支持構造体２１は、フレーム１０における脚部１２と同軸上に立設する複数の構造体脚部２５と、該構造体脚部２５に支持される構造体定盤（第２定盤）２６と、構造体脚部２５と構造体定盤２６との間に設置されているフレクシャ機構２７とを備える。フレクシャ機構２７は、支持構造体２１の振動や変形が、定盤１３に作用しないようにする機能を有し、例えば、空気バネまたは弾性ヒンジ等で構成されている。なお、構造体脚部２５は、後述するように構造体定盤２６が好適に変形することができればよく、定盤１３の上部における本数や位置等は、特に限定されるものではない。

アクチュエータ２２は、例えば、リニアモータ、電磁石、または油圧シリンダー等を含むものであり、その両端は、定盤１３と構造体定盤２６とにそれぞれ固定されている。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）におけるアクチュエータ２２のＡ−Ａ´断面（ＸＹ平面）を示す図である。図１の（ｂ）には、定盤１３の下部に位置するモールド２と、該モールド２に形成されている凹凸パターン２ａの配置とを合わせて示している。なお、本実施形態では、半導体デバイス製造に対応するため、モールド２の外形寸法は、約２００ｍｍ四方であり、凹凸パターン２ａの外形寸法は、約２６ｍｍ×約３３ｍｍとしている。アクチュエータ２２および力計測器２３は、図１の（ｂ）に示す投影面内において、モールド２の外縁部付近で、かつ、凹凸パターン２ａの重心から同一の距離にある３箇所に設置されている。このアクチュエータ２２（２２ａ〜２２ｃ）および力計測器２３（２３ａ〜２３ｃ）の配置によれば、照明系から照射される紫外線に干渉することがない。なお、アクチュエータ２２および力計測器２３の個数および位置は、定盤１３の変形を効果的に抑えるものであればよく、モールド２の寸法やインプリント装置１の構成要素の配置等によって適宜変更可能である。

力計測器２３（２３ａ〜２３ｃ）は、例えば、歪みゲージ等の力センサであり、定盤１３とモールド保持部３との間において、定盤１３上に設置されたアクチュエータ２２と同軸上（同数）の組として複数有することが好ましい。また、加速度計測器２４は、定盤１３の加速度を計測するものであり、定盤１３の上部に設置されている。

次に、インプリント装置１の動作および作用について説明する。まず、比較のために、従来のインプリント装置における定盤の変形について説明する。図６は、従来のインプリント装置１００の構成と、その定盤１０１の変形の様子とを示す図である。このインプリント装置１００の構成は、本実施形態の主要部を除いて本実施形態のインプリント装置１の構成と同等であるので、各部の詳説は省略する。図６の（ａ）は、モールド保持部１０２に保持されたモールド１０３と、ウエハステージ１０４に保持されたウエハ１０５とを位置決めし、ウエハ１０５上に塗布された樹脂１０６に対してモールド１０３を押し付けている状態を示す。一方、図６の（ｂ）は、図６（ａ）の状態で樹脂１０６を硬化させた後の離型動作中において、モールド保持部１０２に−Ｚ方向の離型力Ｆ_Ｓが作用し、この離型力Ｆ_Ｓに起因して定盤１０１が変形している状態を示す。このとき、定盤１０１の変形に伴い、モールド保持部１０２の位置を計測する第１干渉計１０７と、ウエハステージ１０４の位置を計測する第２干渉計１０８との間には、図６の（ｂ）に示すような相対変位Δｄが生じている。このため、不図示の制御部は、以後、この変位Δｄが生じている第１干渉計１０７および第２干渉計１０８の計測値に基づいてモールド保持部１０２とウエハステージ１０４との間の位置決めの制御を実行してしまう。すなわち、インプリント装置１００では、離型力Ｆ_Ｓの作用で定盤１０１が変形することにより、モールド１０３とウエハ１０５とに間に位置決め誤差が発生する。

これに対して、本実施形態のインプリント装置１は、機構２０により定盤１３の変形を抑制し、モールド２とウエハ４との間の位置決め誤差を低減しうる。図２は、インプリント装置１の離型動作を示す図である。まず、図２の（ａ）は、インプリント装置１において機構２０を機能させない場合を示し、図６の（ｂ）に示すインプリント装置１００と同様に、離型力Ｆ_Ｓに起因して定盤１３が変形している。制御部６は、定盤１３に変形が生じたかについて、定盤１３上に設置した加速度計測器２４の値を参照する。ここで、計測された加速度の値が許容範囲を超える場合、制御部６は、力計測器２３に離型力Ｆ_Ｓ（定盤１３に作用する力）の大きさを計測させる。ここで、離型力Ｆ_Ｓの大きさは、本実施形態では、３つの力計測器２３の計測値の合計値となる。なお、離型力Ｆ_ＳのＸＹ平面上の作用点は、理想的にはモールド２の中心（重心）であるが、実際の作用点にずれがある場合には、それを考慮して離型力Ｆ_Ｓを求める。次に、制御部６は、３つのアクチュエータ２２に、計測された離型力Ｆ_Ｓと同じ大きさの力Ｆ_Ａを、離型と並行して離型力Ｆ_Ｓとは逆向きに、かつ、同一作用線上に生じさせる。すなわち、Ｚ方向において定盤１３に作用する力は、−Ｚ方向の離型力Ｆ_Ｓおよび＋Ｚ方向の力Ｆ_Ａとなるため、図２の（ｂ）に示すように、定盤１３の中立位置で釣り合うことになる。なお、この場合、図２の（ｂ）に示すように、アクチュエータ２２の作用により機構２０の構造体定盤２６が変形することになる。しかしながら、フレクシャ機構２７は、構造体定盤２６の変形を許容するように構成されているため、定盤１３の変形を許容範囲内にすることができる。なお、加速度計測器２４は、上述のような使い方には限定されず、例えば、力計測器２３の替わりに用いてもよい。また、加速度計測器２４の出力から求められる定盤１３の位置や速度に基づいてアクチュエータ２２による定盤１３の位置制御や振動減衰制御等を行ってもよい。また、加速度計測器２４は、位置計測器や速度計測器であってもよい。さらに、モールド保持部１０２を駆動する駆動機構に与える離型のための指令値と離型力Ｆ_Ｓとの関係を予め求めておけば、力計測器２３は不要としうる。

以上のように、本実施形態によれば、計測器を支持するフレームに離型に伴う力が作用しても、当該フレームの変形を許容範囲内に制御することができるため、型と基板との間の相対的な位置決め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）
次に、本発明の第２実施形態に係るインプリント装置について説明する。図３は、本実施形態のインプリント装置３０の構成を示す図であり、図３の（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る図２の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する。図３において、図２におけるものと同一の構成要素には図２におけるものと同一の符号を付し、説明は省略する。本実施形態のインプリント装置３０の特徴は、第１実施形態の機構２０を機構３１に置き換えた点にある。すなわち、本実施形態の機構３１では、支持構造体３２を構成する構造体脚部３３は、インプリント装置３０が載置される床部１１から立設し、定盤１３から立設されていない（定盤１３とは分離している）。このインプリント装置３０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、構造体脚部３３、および該構造体脚部３３に支持されている構造体定盤３４を定盤１３上に設置していないため、定盤１３やそれを支持する構造体への荷重負担を抑えることができる。なお、本実施形態の変形例として、インプリント装置３０の本体と外部環境とを仕切るための不図示のチャンバ構造体に、構造体脚部３３を支持させる構成もあり得る。更に、本実施形態におけるフレクシャ機構３５は、床部１１を介して構造体定盤３４から定盤１３へ伝達する振動が許容範囲内にある場合には、省いてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るインプリント装置について説明する。図４は、本実施形態のインプリント装置４０の構成を示す図であり、図４の（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る図２の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する。図４において、図２におけるものと同一の構成要素には図２におけるものと同一の符号を付し、説明は省略する。本実施形態のインプリント装置４０の特徴は、第１実施形態の機構２０を機構４２に置き換えた点にある。すなわち、構造体脚部２５に替わる構造体脚部４１を、定盤１３を支持する脚部１２に支持させている。このインプリント装置４０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、構造体脚部４１、および、該構造体脚部４１に支持されている構造体定盤４４を定盤１３上に設置していないため、定盤１３の荷重負担を抑えることができる。なお、フレクシャ機構４５については、第１実施形態のフレクシャ機構２７と同一の作用を有する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るインプリント装置について説明する。図５は、本実施形態のインプリント装置５０の構成を示す図であり、図５の（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る図２の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する。図５において、図２におけるものと同一の構成要素には図２におけるものと同一の符号を付し、説明は省略する。本実施形態のインプリント装置５０の特徴は、第１実施形態の機構２０を機構５２に置き換えた点にある。すなわち、構造体脚部２５に替わる構造体脚部５１を、定盤１３と並列に、除振機構１４に支持させている点にある。このインプリント装置５０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、構造体脚部５１、および、該構造体脚部５１に支持されている構造体定盤５４を定盤１３上に設置していないため、定盤１３の荷重負担を抑えることができる。なお、フレクシャ機構５５については、第１実施形態のフレクシャ機構２７と同一の作用を有する。

（物品の製造方法）
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）にパターンを形成する工程を含む。更に、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）や光学素子等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。

例えば、本発明のインプリント装置は、上記実施形態ではウエハステージ５を１つだけ有する例を示したが、ウエハステージ５を複数有する構成としうる。また、例えば、モールド保持部３を複数有する構成としうる。

１ インプリント装置
２ モールド
３ モールド保持部
４ ウエハ
５ ウエハステージ
６ 制御部
１０ フレーム
１３ 定盤
１５ 第１干渉計
１６ 第２干渉計
１７ 樹脂
２２ アクチュエータ
Ｆ_Ｓ 離型力

Claims (10)

1. 基板上の未硬化樹脂の型による成形と、硬化した樹脂からの離型とを行って、前記基板上に樹脂のパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記型を保持する型保持部と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記基板と前記型との間の相対的な位置決めを行うための位置計測器と、
   前記型保持部および前記基板保持部の少なくとも一方と前記位置計測器とを支持する第１フレームと、
   前記離型により前記第１フレームに作用する力とは逆向きの力を前記第１フレームに作用させるアクチュエータと、
   前記離型と並行して前記逆向きの力を前記第１フレームに作用させるように前記アクチュエータを制御する制御部と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記離型により前記第１フレームに作用する力を計測する計測器を有し、
   前記制御部は、前記計測器の出力に基づいて前記アクチュエータを制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
3. 同軸上に配置された前記アクチュエータと前記計測器との組を複数有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記第１フレームは、前記型保持部を支持する第１定盤を含み、
   前記アクチュエータは、前記離型により前記第１定盤に作用する力とは逆向きの力を前記第１定盤に作用させる、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記アクチュエータを支持する第２定盤を含む第２フレームを有し、
   前記第２フレームは、前記第２定盤の変形を許容して前記第２定盤を支持するフレクシャ機構を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 前記第２フレームは、前記第１フレームに支持され、かつ、前記第１フレームに含まれる脚部と前記第２フレームに含まれる脚部とは、鉛直方向において同軸上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
7. 前記第２フレームは、前記第１フレームとは分離して床に支持されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
8. 前記第２フレームは、前記第１フレームに支持され、かつ、前記第２フレームに含まれる脚部は、前記第１フレームに含まれる脚部に支持されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
9. 前記第１フレームは、除振機構を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて基板上に樹脂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、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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