JP2015088708A - インプリント装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】基板上のインプリント材をモールドで成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、前記成形中に前記モールドを透過しうる透過性ガスと、前記成形中に液化しうる凝縮性ガスとを混合した混合ガスを、前記基板上の前記インプリント材と前記モールドとの間の空間に供給する供給部と、前記インプリント材の種類及び前記基板上に形成すべきパターンの特徴の少なくとも一方に基づいて、前記混合ガスにおける前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとの混合比が変更されるように、前記供給部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を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、及び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、基板上の未硬化の樹脂をモールド（型）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されている。かかる技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に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、樹脂の硬化法として光硬化法を採用したインプリント装置では、基板上のショット領域（インプリント領域）に紫外線硬化型の樹脂（インプリント材）を塗布し、かかる樹脂（未硬化の樹脂）をモールドによって成形する。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させてからモールドを剥離（離型）することで、基板上に樹脂のパターンが形成される。

インプリント装置では、一般に、装置内の雰囲気が大気であるため、モールドと樹脂とを互いに押し付けると、その間に大気が留まり、残留ガスとなって樹脂に気泡が混入することがある。このような場合、基板上に転写されるパターンに不具合が生じ、正確なパターンを基板上に形成できない可能性がある。これに対して、残留ガスが樹脂やモールドに溶解、拡散又は透過して消滅するまで待機することが考えられるが、インプリント処理に多大な時間を要してしまう。

そこで、インプリント雰囲気に透過性ガスを使用し、樹脂やモールドに残留した透過性ガスを溶解又は拡散させることで、残留ガスを迅速に減少させるインプリント装置が提案されている（特許文献１参照）。また、インプリント雰囲気に、モールドと樹脂とを押し付けた際の圧力上昇によって凝縮する凝縮性ガスを使用したインプリント装置も提案されている（特許文献２参照）。凝縮性ガスは、残留時には液化し、気体時に比べて体積が数百分の一にまで小さくなるため、残留ガスのパターン形成への影響を抑えることができる。また、凝縮性ガスを使用した場合には、液化した凝縮性ガスが樹脂に吸収されることで樹脂の粘度が低下するため、基板上での樹脂の広がり速度が速くなり、より短時間でパターンを形成することができる。

一方、透過性ガスや凝縮性ガスが基板ステージの位置を計測する干渉計などの光路に進入すると、干渉計は、基板ステージの位置を正確に計測することができなくなってしまう。そこで、インプリント雰囲気に透過性ガスと凝縮性ガスとを混合した混合ガスを使用し、干渉計の計測誤差が小さくなるように（大気の屈折率と同じ屈折率になるように）、透過性ガスと凝縮性ガスとの混合比を調整する技術も提案されている（特許文献３参照）。

米国特許第７０９０７１６号明細書 特許第３７００００１号公報 特開２０１２−１６４７８５号公報

しかしながら、凝縮性ガス雰囲気でのインプリト処理によるパターン形成では、離型後に、樹脂に吸収された液化した凝縮性ガスが外部に離脱するため、基板上に形成したパターンの形状を劣化させてしまう可能性がある。例えば、パターンの表面の粗さは大きくなり、樹脂の稠密度は低くなり、パターンの線幅は細くなり、パターンの断面形状は劣化する傾向にある。このような傾向は、凝縮性ガスの濃度が高いほど強い。一方、凝縮性ガスの濃度が高いほど、パターンの形成時間を短くできる。このように、正確なパターン形成とスループット（生産性）の向上とは、トレードオフの関係にある。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのインプリント装置は、基板上のインプリント材をモールドで成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、前記成形中に前記モールドを透過しうる透過性ガスと、前記成形中に液化しうる凝縮性ガスとを混合した混合ガスを、前記基板上の前記インプリント材と前記モールドとの間の空間に供給する供給部と、前記インプリント材の種類及び前記基板上に形成すべきパターンの特徴の少なくとも一方に基づいて、前記混合ガスにおける前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとの混合比が変更されるように、前記供給部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、正確なパターン形成とスループットとの両立に有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の一側面としてのインプリント装置の構成を示す概略図である。 透過性ガスと凝縮性ガスとの混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としてのインプリント装置１の構成を示す概略図である。インプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイスの製造に使用され、基板上のインプリント材（樹脂）をモールド（型）で成形して硬化させ、基板上にパターン（樹脂のパターン）を形成するインプリント処理を行う装置である。ここでは、インプリント装置１は、樹脂の硬化法として光硬化法を採用している。インプリント装置１は、照明系２と、モールド保持部３と、基板ステージ４と、樹脂供給部５と、ガス供給部６と、制御部７と、計測部１５とを有する。また、図１に示すように、基板上の樹脂に対して紫外線を照射する照明系２の光軸に平行な方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直な平面内で互いに直交する方向をＸ軸及びＹ軸とする。

照明系２は、インプリト処理の際に、モールド８に対して紫外線を照射する。照明系２は、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を含む。モールド８は、基板１０に対向する面に、所定のパターン（例えば、基板１０に形成すべきパターンに対応する凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。モールド８は、紫外線を透過させることが可能な材料（石英など）で構成されている。また、照明系２に隣接して、或いは、照明系２に含まれる形態でアライメントマーク検出系（不図示）が配置され、前工程で基板１０に形成されたアライメントマークと、モールド８のアライメントマークとの位置合わせを行う。

モールド保持部３は、真空吸着力や静電力によってモールド８を保持する。モールド保持部３は、モールドチャック９と、モールド８をＺ軸方向に移動させるモールド移動機構（不図示）とを含む。モールド移動機構は、基板１０の上の未硬化の樹脂にモールド８を押し付ける押型動作と、基板１０の上の硬化した樹脂からモールド８を引き離す離型動作とを実現する。このように、本実施形態では、インプリント装置１における押型動作及び離型動作を、モールド８をＺ軸方向に移動させることで実現している。但し、基板１０（基板ステージ４）をＺ軸方向に移動させることで押型動作及び離型動作を実現してもよいし、モールド８及び基板１０の両方をＺ軸方向に移動させることで押型動作及び離型動作を実現してもよい。

基板ステージ４は、例えば、基板１０を真空吸着により保持し、且つ、ＸＹ平面内を可動とする基板チャック１１を含む。基板１０は、例えば、単結晶シリコンからなる基板である。基板１０の表面には、モールド８によって成形される樹脂が塗布（供給）される。また、基板ステージ４には、６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ）の位置を制御するための複数の参照ミラー（反射面）１３が配置されている。インプリント装置１は、参照ミラー１３のそれぞれに光を照射することで基板ステージ４の位置を計測する複数のレーザー干渉計１４を有する。レーザー干渉計１４は、基板ステージ４の位置をリアルタイムで計測し、制御部７は、レーザー干渉計１４の計測値に基づいて基板１０（基板ステージ４）の位置決め制御を行う。

樹脂供給部５は、基板１０の上に未硬化の樹脂１２を供給する。樹脂１２は、紫外線を受光することによって硬化する性質を有する紫外線硬化型の樹脂であって、半導体デバイスの製造工程などに応じて適宜選択される。

ガス供給部６は、基板１０の上の未硬化の樹脂にモールド８を押し付ける押型動作の際に、その押型位置、即ち、基板１０の上の樹脂とモールド８との間の空間に、透過性ガスと凝縮性ガスとを混合した混合ガスを供給する。ガス供給部６は、モールド８、樹脂１２及び基板１０の少なくとも１つに対して溶解又は拡散する性質を有する透過性ガス、本実施形態では、モールド８による樹脂１２の成形中にモールド８を透過しうる透過性ガスを供給する透過性ガス供給部２０を含む。また、ガス供給部６は、樹脂１２を成形する際に圧力を加えられること（圧力上昇）で凝縮して液化する性質を有する凝縮性ガスを供給する凝縮性ガス供給部２１を含む。

透過性ガス供給部２０は、透過性ガスとして、例えば、ヘリウムや水素などのガスを供給する。但し、透過性ガスとして可燃性の水素を使用する場合には、防爆システムをインプリント装置１の内部に別途設置し、火気に注意した構成とする必要がある。

凝縮性ガス供給部２１は、凝縮性ガスとして、例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａ（１、１、１、３、３ペンタフルオロプロパン、ＣＨＦ２ＣＨ２ＣＦ３）を代表とするＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を供給する。また、凝縮性ガス供給部２１は、凝縮性ガスとして、ＨＦＥ−２４５ｍｃ（ＣＦ３ＣＦ２ＯＣＨ３）を代表とするＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を供給してもよい。

ガス供給部６は、透過性ガス供給部２０及び凝縮性ガス供給部２１のそれぞれから供給された透過性ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合部２２を含む。また、ガス供給部６は、第１バルブ２３及び第２バルブ２４のそれぞれによってガス混合部２２に供給する透過性ガス及び凝縮性ガスのそれぞれの供給量を制御するガス供給制御部２５を含む。ガス供給制御部２５は、ガス混合部２２において各ガスを所定の成分比で混合し、かかる混合ガスを、第３バルブ２６によって供給量を調整しながら、ガス供給ノズル２７を介して、基板１０の上の樹脂とモールド８との間の空間に供給する制御を行う。ガス供給制御部２５は、装置内に単体で設置して制御部７と回線を介して接続される構成としてもよいし、制御部７と一体で構成してもよい。

制御部７は、ＣＰＵやメモリなどを含み、インプリント装置１の全体（動作）を制御する。制御部７は、押型動作や離型動作を含み、基板１０の上にパターンを形成するインプリント処理を制御する。また、制御部７は、混合ガスにおける透過性ガスと凝縮性ガスとの混合比が変更されるように、ガス供給部６を制御する。例えば、制御部７は、インプリント処理を行うときにガス供給部６によって供給される混合ガスにおける透過性ガスと凝縮性ガスとの混合比を決定する。制御部７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）に構成してもよい。

計測部１５は、樹脂１２をモールド８で成形して硬化させて形成されたパターンを計測し、かかるパターンの特徴（寸法や形状）に関する情報を取得する。パターンの特徴に関する情報は、パターンの線幅、収縮率、断面形状、高さ及び表面粗さの少なくとも１つを含む。計測部１５は、照明系２に含まれていてもよいし、オフアクシスのアライメント検出系で構成されていてもよい。計測部１５は、基板１０の上に形成されたパターンの画像を検出することでパターンの特徴に関する情報を取得してもよいし、パターンに入射した光の散乱光の強度を検出することでパターンの特徴に関する情報を取得してもよい。また、計測部１５は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）としてインプリント装置１の外部に設置されていてもよい。

インプリント装置１におけるインプリント処理について説明する。インプリント処理は、制御部７がインプリント装置１の各部を統括的に制御することで行われる。まず、基板搬送系によって搬送された基板１０を基板ステージ４に保持させ、基板ステージ４を樹脂供給部５の供給位置に移動させる。そして、樹脂供給部５によって、基板１０の所定のショット領域（インプリント領域）に樹脂１２を供給する。次に、樹脂１２が供給された基板１０の上のショット領域がモールド８の直下に位置するように、基板ステージ４を移動させる。次いで、モールド８と基板１０（の上のショット領域）との位置合わせ及び倍率補正機構によるモールド８の倍率補正などを行い、モールド移動機構によってモールド８を移動させて基板１０の上の樹脂１２にモールド８を押し付ける。基板１０の上の樹脂１２にモールド８を押し付けることで、樹脂１２がモールド８のパターン（凹部）に充填される。この状態において、照明系２によってモールド８の背面（上面）から紫外線を照射し、モールド８を透過した紫外線によって樹脂１２を硬化させる。そして、樹脂１２を硬化させてから、モールド移動機構によってモールド８を移動させて基板１０の上の硬化した樹脂１２からモールド８を引き離す。これにより、基板１０の上のショット領域には、モールド８のパターンに対応する３次元形状の樹脂１２のパターンが形成される。

本実施形態のインプリント処理を行うときに、ガス供給部６によって、基板１０の上の樹脂１２とモールド８との間の空間に、透過性ガスと凝縮性ガスとを混合した混合ガスが供給される。この際、制御部７は、例えば、計測部１５によって取得されたパターンの特徴に関する情報（以下では、「パターン形状評価値」と称する）に基づいて、混合ガスにおける透過性ガスと凝縮性ガスとの最適な混合比を決定する。従って、基板１０の上の樹脂１２とモールド８との間の空間には、ガス供給部６を介して、制御部７で決定された混合比の混合ガスが供給される。パターン形状評価値は、例えば、前のショット領域に形成したパターンを、次のショット領域にパターンを形成する前に、計測部１５によって予め取得しておく必要がある。混合ガスにおける最適な混合比は、パターン形状評価値と混合比（例えば、凝縮性ガスの濃度）との関係を表すテーブルや式に基づいて、基板１０の上に形成されるパターンの精度が許容範囲内に収まるように決定すればよい。なお、パターン形状評価値と混合比との関係を表すテーブルや式などの情報は、制御部７のメモリなどに予め記憶させておく。また、パターンを形成するショット領域よりも前にパターンが形成された複数のショット領域におけるパターン形状評価値と混合比とを記憶しておき、その平均値又は統計的手法に基づいて予測される推定値を算出することで最適な混合比を決定してもよい。なお、同一の基板上のショット領域だけではなく、インプリント処理を既に行った複数の基板上のショット領域に形成されたパターンのパターン形状評価値を用いることによって、より確度の高い推定値を算出することができる。また、基板１０の代わりにテスト基板を用意し、かかるテスト基板の上に樹脂１２を供給し、テスト基板の上の樹脂１２をモールド８で成形して硬化させてパターンを形成し、かかるパターンを計測部１５で計測してパターン形状評価値を取得してもよい。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、透過性ガス（ヘリウムガス）と凝縮性ガスとの混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を実験によって求めた結果を示す図である。図２（ａ）は、２種類の樹脂Ａ及びＢのそれぞれについての凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を示している。また、図２（ｂ）は、同一の樹脂における異なる線幅（１００ｎｍ、２０ｎｍ）のそれぞれについての凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照するに、混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度が高くなるほど、パターンの収縮率が比例して高くなるが、樹脂の種類の違いやパターンの線幅の違いにより、凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係が異なることがわかる。従って、樹脂１２の種類ごと、或いは、基板１０に形成すべきパターンの線幅ごとに、凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を表すテーブルや式などの情報を記憶しておくとよい。そして、制御部７は、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すようなテーブルや式を用いて、例えば、基板１０に形成されるパターンの収縮率（モールド８のパターンに対する収縮率）が許容範囲内に収まるように、混合ガスにおける混合比を決定する。これにより、基板１０の上に形成されるパターンの精度を許容範囲内に収めることが可能となる。また、制御部７は、混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度が最大となるように混合ガスにおける混合比を決定するとよい。これにより、樹脂１２に吸収される液化した凝縮性ガスの量（即ち、樹脂１２の粘土の低下）を最大にすることができるため、基板１０の上での樹脂１２の広がり速度が速くなり、より短時間でパターンを形成することができる。

このように、本実施形態のインプリント装置１は、基板１０やテスト基板に形成されたパターンのパターン形状評価値に基づいて、混合ガスにおける混合比を決定することで、正確なパターン形成とスループットとを両立させることができる。

また、実際に形成されたパターンの代わりに、基板上に供給される樹脂の種類及び基板上に形成すべきパターンの特徴の少なくとも一方に基づいて、ガス供給部６によって供給される混合ガスにおける透過性ガスと凝縮性ガスとの混合比を決定してもよい。基板上に供給される樹脂の種類の情報や基板上に形成すべきパターンの特徴の情報は、インプリント処理のレシピなどに含まれている。そこで、混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を、樹脂の種類ごとに表すテーブル（図２（ａ））、或いは、パターンの特徴の種類ごとに表すテーブル（図２（ｂ））を記憶させておく。そして、かかるテーブルの基板上に供給される樹脂１２の種類に対応する関係、或いは、かかるテーブルの基板上に形成すべきパターンの特徴の種類に対応する関係を用いて、混合比を決定すればよい。また、混合ガスにおける凝縮性ガスの濃度とパターンの収縮率との関係を、樹脂の種類とパターンの特徴の種類との組み合わせごとに表すテーブルを記憶させておいてもよい。そして、かかるテーブルの基板上に供給される樹脂１２の種類と基板上に形成すべきパターンの特徴の種類との組み合わせに対応する関係を用いて、混合比を決定すればよい。この際、上述したように、基板上に形成されるパターンの収縮率が許容される範囲で凝縮性ガスの濃度が最大となるように混合比を決定することで、正確なパターン形成とスループットの向上とを両立させることができる。また、基板上に供給される樹脂の種類の情報や基板上に形成すべきパターンの特徴の種類の情報に基づいて混合ガスにおける混合比を決定する場合には、インプリント装置１が計測部１５を有する必要はない。例えば、ＳＥＭやＡＦＭなどの外部の計測装置でパターンを計測して取得されたパターン形状評価値を用いることができる。

上述したように、本実施形態のインプリント装置１によれば、樹脂１２の種類やパターンの特徴の種類に関わらず、基板１０に形成されるパターンの形状を劣化させない最適な混合ガスの混合比を決定することができる。従って、インプリント装置１は、正確なパターン形成とスループットとを両立させ、高いスループットで経済性よく高品位な半導体デバイスなどの物品を提供することができる。物品としてのデバイス（半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等）の製造方法について説明する。かかる製造方法は、インプリント装置１を用いてパターンを基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）に形成するステップを含む。かかる製造方法は、パターンを形成された基板を加工するステップを更に含む。当該加工ステップは、当該パターンの残膜を除去するステップを含みうる。また、当該パターンをマスクとして基板をエッチングするステップなどの周知の他のステップを含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (12)

1. 基板上のインプリント材をモールドで成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記成形中に前記モールドを透過しうる透過性ガスと、前記成形中に液化しうる凝縮性ガスとを混合した混合ガスを、前記基板上の前記インプリント材と前記モールドとの間の空間に供給する供給部と、
   前記インプリント材の種類及び前記基板上に形成すべきパターンの特徴の少なくとも一方に基づいて、前記混合ガスにおける前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとの混合比が変更されるように、前記供給部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. 前記混合ガスにおける前記凝縮性ガスの濃度と前記モールドのパターンに対する前記基板上に形成されるパターンの収縮率との関係をインプリント材の種類ごとに表す情報を有し、
   前記制御部は、前記インプリント材の種類に対応する前記情報を用いて前記供給部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. 前記混合ガスにおける前記凝縮性ガスの濃度と前記モールドのパターンに対する前記基板上に形成されるパターンの収縮率との関係を前記特徴の種類ごとに表す情報を有し、
   前記制御部は、前記特徴の種類に対応する前記情報を用いて前記供給部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。
4. 前記混合ガスにおける前記凝縮性ガスの濃度と前記モールドのパターンに対する前記基板上に形成されるパターンの収縮率との関係を前記インプリント材の種類と前記特徴の種類との組み合わせごとに表す情報を有し、
   前記制御部は、前記組み合わせに対応する前記情報を用いて前記供給部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。
5. 前記制御部は、前記情報において前記収縮率が許容範囲内に収まる前記凝縮性ガスの濃度のうちの最大の濃度に基づいて前記供給部を制御することを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 基板上のインプリント材をモールドで成形して前記基板上にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
   前記成形中に前記モールドを透過しうる透過性ガスと、前記成形中に液化しうる凝縮性ガスとを混合した混合ガスを、前記基板上の前記インプリント材と前記モールドとの間の空間に供給する供給部と、
   前記インプリント処理を介して前記基板上に形成されたパターンの特徴に関する情報に基づいて、前記混合ガスにおける前記透過性ガスと前記凝縮性ガスとの混合比が変更されるように、前記供給部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。
7. 前記情報として、前記混合ガスにおける前記凝縮性ガスの濃度と前記特徴との関係を表す情報を有し、
   前記制御部は、前記情報を用いて、前記特徴が許容範囲内に収まるように、前記供給部を制御することを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. 前記制御部は、前記情報において前記特徴が前記許容範囲内に収まる前記凝縮性ガスの濃度のうちの最大の濃度に基づいて前記供給部を制御することを特徴とする請求項７に記載のインプリント装置。
9. 前記特徴は、前記パターンの寸法及び形状の少なくとも１つに関することを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
10. 前記透過性ガスは、ヘリウム及び水素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項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。
11. 前記凝縮性ガスは、ペンタフルオロプロパン、ハイドロフルオロカーボン及びハイドロフルオロエーテルの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載のインプリント装置。
12. 請求項１乃至１１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パターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記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。

Images