JP6666039B2 - インプリント方法、インプリント装置、プログラム、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント方法、インプリント装置、プログラム、および物品の製造方法に関する。

半導体デバイスや磁気記憶媒体などのデバイスの微細化の要求が進み、基板上のインプリント材に型を接触させて微細パターンの形成を行うインプリント技術が注目を集めている。インプリント技術の一つとして、光硬化性樹脂をインプリント材に用いる光硬化法がある。この光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板上の領域にインプリント材が供給される。次に、基板上のインプリント材が型で成形される。そして、型で成形されたインプリント材を光の照射により硬化させた後に離型することにより、パターンが基板上に形成される。

上記のようなデバイスの製造方法は、パターンが形成された基板をエッチングする工程が含まれうる。このとき、基板上に形成されたパターンの凹部（残膜）の厚みが基板全面にわたって均一でないと、残膜を除去して得られるパターンの形状（例えば線幅）が不均一となりうる。特許文献１および特許文献２のインプリント方法は、残膜厚を均一にするために必要なインプリント材の量を算出している。

特表２００８−５０２１５７号公報 特許第４９０８３６９号

しかしながら、上記特許文献の方法は、型に形成されたパターンの形状によるインプリント材の型への充填（広がり方）の異方性を考慮していないため、例えば、残膜厚の均一性の点で不利となりうる。

本発明は、例えば、残膜厚の均一性の点で有利なインプリント方法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、基板の上に供給されたインプリント材を型で成形して基板の上にパターンを形成するために使用される方法であって、型のパターンの情報に基づいて分割して得られた型の複数の領域のそれぞれに関して、型のパターンの情報に基づいて、インプリント材の第１配置パターンに関する第１情報と、基板の上に形成すべきパターンの残膜の厚さに関する情報に基づいて、インプリント材の第２配置パターンに関する第２情報と、第１情報と前記第２情報とに基づいて、基板の上に配置するインプリント材の第３配置パターンに関する第３情報とを得、第１配置パターンは、型のパターンによるインプリント材の型への充填の異方性に基づいて得られる、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、残膜厚の均一性の点で有利なインプリント方法を提供することができる。

第１実施形態に係る方法を用いるインプリント装置の構成を示す図である。 ステージに搭載された基板と基板のショット領域を示す図である。 供給部が基板上にインプリント材を供給する様子を示す図である。 型と基板上のインプリント材とを接触させ、型の凹凸パターンにインプリント材を充填させる様子を示す図である インプリント材を照射部による紫外光の照射により硬化させる様子を示す図である。 型をインプリント材から剥離させる様子を示す図である。 型のパターンおよび型の断面図を示す図である。 ドロップの広がり方の異方性を説明する図である。 ドロップの配置の仕方を示す図である。 供給パターンを作成する工程を示すフローチャートである。

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実施形態に係る方法を用いるインプリント装置の構成を示す図である。ここでは、光硬化法を用いたインプリント装置として、紫外線の照射によって基板上の未硬化のインプリント材を硬化させる紫外線硬化型インプリント装置を使用した。ただし、インプリント材の硬化方法として、他の波長域の光の照射による方法や、他のエネルギー（例えば、熱）による方法を用いてもよい。また、以下の図においては、基板上のインプリント材に対して照射される紫外線の光軸に平行に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１００は、型１０１を保持する型保持部１０２と、紫外線を照射する照射部１０３（ハロゲンランプ等）と、基板１０４を保持するステージ１０５と、インプリント材１２０を供給する供給部１１０と、制御部１３０と、を有する。

型１０１は、例えば、外周部が矩形であり、基板１０４に対向する面において、所定の凹凸パターン１０１ａが３次元状に形成されており、紫外線を透過する材料（石英など）で構成される。型保持部１０２は、型１０１を保持してＺ軸方向に駆動し、型１０１と基板１０４との接触および、インプリント材１２０の硬化後の型１０１の剥離を行い、型１０１の凹凸パターン１０１ａを転写（成形）する。型１０１の保持は、真空吸引力や静電気力等による。型保持部１０２の駆動は、粗動駆動機構や微動駆動系などの複数の駆動機構から構成されうる駆動機構（不図示）により行われる。駆動機構は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、またはθ方向の位置調整機能、傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成であってもよい。

基板１０４は、凹凸パターン１０１ａが転写される基板であって、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを含む。ステージ１０５は、機械的保持手段（不図示）、例えば、真空吸着パッド等により基板１０４を保持し、基板１０４と型１０１との位置合わせを行う。位置合わせは、ステージ１０５をＸ軸またはＹ軸方向に移動可能とするステージ駆動機構（不図示）により行われる。ステージ駆動機構は、粗動駆動機構や微動駆動機構などの複数の駆動機構から構成されてもよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、またはθ方向の位置調整機能、傾きを補正するためのチルト機能なども含みうる。

供給部１１０は、インプリント材１２０を吐出して、基板１０４上にインプリント材１２０を供給するノズル（不図示）を有する。インプリント材１２０は、保管部１１１に保管されており、配管を介して供給部１１０へ送られる。供給部１１０による基板１０４上へのインプリント材１２０の供給は、ドロップ（滴）単位で、数μｍ毎の間隔で行われる。１滴の量はおよそ数ピコリットルである。ステージ１０５を移動（スキャン移動やステップ移動）させて供給部１１０によりインプリント材１２０を供給することで、基板１０４のパターン形成領域（ショット領域）にインプリント材の層を形成する。なお、ステージ１０５に代え、または共に、駆動部を備えた供給部１１０自体を動かしてもよい。

制御部１３０は、コンピュータやメモリなどを含み、インプリント装置１００の各構成要素を制御する。本実施形態に係る方法は、プログラムとしてコンピュータに実行させうる。制御部１３０は、インプリント材１２０の液滴（ドロップ）の供給パターンが記憶された記憶部１３１を参照してインプリント材１２０を所定の位置に供給する。続いて、制御部１３０は、型保持部１０２またはステージ１０５を移動させて型１０１と基板１０４上のインプリント材１２０とを接触させる。接触させた状態で制御部１３０は、照射部１０３より紫外線をインプリント材１２０に照射させる。インプリント材１２０が硬化したら、制御部１３０は、型保持部１０２またはステージ１０５を移動させて型１０１を剥離する。以上の工程により、凹凸パターン１０１ａに対応したパターンが基板１０４上に形成される。

本実施形態に係る方法の詳細は以下のとおりである。まず、基板１０４に所望のパターンを形成可能な型１０１を型保持部１０２に固定する。型１０１には、識別コード（ＩＤ）が設定され、ＩＤの参照により型１０１のパターン情報（配置、形状、密度等）を取得することができる。ＩＤとパターン情報との関係は、例えば、記憶部１３１に記憶される。一方、図２に示すように基板１０４はステージ１０５に搭載され固定される。基板１０４のパターン形成領域は複数の区画（ショット）を含み、図示した番号順にインプリント処理が行われる。なお、インプリント処理の順序は千鳥順、ランダム等の順序が設定可能である。また、各ショット形状（区画の仕方）も図２のようなものに限られない。

制御部１３０は、型１０１のパターン情報等に基づいて、記憶部１３１に記憶されたドロップの供給パターンを選択し、供給部１１０に設定する。供給パターンは、基板１０４へのインプリント材１２０の滴下位置（ドロップ配置、供給位置）と液滴量（ドロップ量、供給量）を示したインプリント材の供給マップ（供給レシピ）である。供給パターンは、型１０１のパターン情報に基づいて、あらかじめ複数の種類が用意される。各供給パターンは、ショット領域内で残膜が均一になるように最適化されている。ここで、残膜とは、インプリント処理が完了して基板１０４上に形成された凹凸パターンのうち、凹部のことを指す。

図３は、供給部１１０が基板１０４上にインプリント材１２０を供給する様子を示す図である。本実施形態では、インクジェット方式によりインプリント材を供給する。供給部１１０は、設定された供給パターンにしたがって、インプリント材をドロップ量Ｖｉ単位で基板１０４上に供給する。このとき、ステージ１０５を図示した矢印方向のように移動させる。供給部１１０が複数のノズルを有する場合、それぞれのノズルで厳密にはドロップ量Ｖｉが違う事があるが、その場合はドロップ量の平均値をＶｉとして用いればよい。

図４（Ａ）および（Ｂ）は、型１０１と基板１０４上のインプリント材１２０とを接触させ、型１０１の凹凸パターンにインプリント材１２０を充填させる様子を示す図である。図４（Ａ）は、インプリント材１２０の供給が終わり、型１０１を基板１０４に接触させる方向（図の矢印方向）へ移動させる様子を示す図である。図４（Ｂ）のように型１０１の凹凸パターンにインプリント材１２０が充填されるが、凹凸パターンの隅々まで充填されるまで型１０１の接触は持続される。充填のための所要時間（充填時間）は、微細なパターンほど早く、ダミーパターンやマークのような大パターンの方が長い。

図５は、インプリント材１２０を照射部１０３による紫外光の照射により硬化させる様子を示す図である。図の矢印で示すように、型１０１の裏面からインプリント材１２０に紫外光が所定時間照射される。図６は、型１０１をインプリント材１２０から剥離させる様子を示す図である。型１０１の剥離は図の矢印方向へ型１０１を移動させることで行われる。インプリント材１２０は、型１０１の凹凸パターンに対応し、凸部（パターン部）と残膜（凹部）１２２とに成形される。

残膜１２２の厚みの均一化には、供給パターンが重要となる。以下、供給パターンの作成方法について詳細に説明する。供給パターンは、型１０１のパターン情報と所望の残膜１２２の厚さとに基づいて作成される。図７（Ａ）および（Ｂ）は、型１０１のパターンおよび型１０１の断面図を示す図である。図７（Ａ）は、型１０１がインプリント材１２０と接する面（押型面）を示しており、当該面は、領域Ｓ１、領域Ｓ２および領域Ｓ３の三つの領域に分けられている。押型面の分割は型のパターン情報にもとづいて行われ、その結果は、たとえば記憶部１３１に記憶される。本実施形態では、型１０１は異なる２つのパターンを有しているため、押型面は、パターンが形成されている領域として、領域Ｓ１および領域Ｓ２に分割され、パターンが形成されていない領域として領域Ｓ３に分割される。なお、パターンの種類は、パターンの形状や、パターン周期等にもとづいて分類される。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す型１０１のＡ−Ａ´断面図またはＢ−Ｂ´断面図である。所望の残膜１２２の厚みを厚みＲ、型のパターンの凹部の体積をＶｐとする。厚みＲの残膜形成に必要なドロップ量Ｖｒは、押型面内の任意の面積をＳとすると、Ｖｒ＝Ｒ×Ｓで求められる。ここでＶｒは領域毎に分けて計算してもよいし、面内全域で計算してもよい。全面が一様なパターンである型や、領域毎のパターンの差が十分小さく、全面一様とみなせるパターンを有する型では、面内全域で計算すると算出負荷が低減できる。この場合、単位面積当たりの凹部の体積に型の面積を掛けることでドロップ量を求めることができる。また、残膜１２２の面積に厚みを掛けることでも求めることができる。

残膜形成に必要なドロップ数Ｎｒは、Ｖｒ／Ｖｉで算出される。同一の型を用いて、残膜の厚みを変えたい時にＮｒだけ算出しなおせば済むため、算出負荷が軽減される。パターン部形成に必要なドロップ数Ｎｐは、型のパターンの凹部の体積Ｖｐはパターン部１２１を形成するために必要なドロップ量と同量であるため、Ｖｐ／Ｖｉで算出される。なお、型のパターン部の凹部の体積は同じマスタモールドから作製されても、作製プロセスのばらつき等により変化することがある。このため、同設計の型でも型毎に出来上がり寸法を測定・管理し、上記算出に反映することが望ましい。

以上により供給パターンのうち、ドロップ量の算出ができる。続いて、ドロップの配置（配置パターン）について説明する。ドロップは、上述した領域ごとに格子状に配置される。ドロップの広がり方は、領域ごとに異なる。型に形成されるパターンは一定の周期をもつため、ドロップの配置も単位格子の繰り返しである格子形状にすることで均一に充填でき、充填時間を早くしうる。格子形状は、斜方格子形状、六角格子形状、正方格子形状、矩形格子形状および平行体格子形状の５つに分類され、パターンにあわせてどれを選択してもよいが、好ましくはドロップの広がり方の異方性から格子種類、格子間隔を決定するとよい。

例えば、図７（Ａ）における領域Ｓ１におけるドロップの広がり方の異方性を図８に示す。領域Ｓ１は、ラインスペースのパターンが一様に並んでおり、この場合、図８に示すように、ドロップはライン水平方向に長辺を持った楕円形状で広がる。図８は、領域Ｓ１にドロップを六角格子形状に配置した場合の単位格子を表している。このように短辺Ａと長辺ＢとがＡ：Ｂの比を持つ楕円が最も密に並ぶ時、短辺方向のドロップ間隔をＸとし、長辺方向のドロップ間隔をＹとするとＹ／Ｘは以下の式（１）で表す事ができる。

つまり、領域Ｓ１では上記の式（１）を満たす格子間隔を持った六角格子で液滴を配置することが望ましい。ドロップの広がり方の異方性は、パターンによる表面張力や液体の粘度などからシミュレーションで求める事もできるし、実際の広がりを観察することでも求められる。

図９（Ａ）〜（Ｅ）は、ドロップの配置の仕方を示す図である。図９（Ａ）は、残膜形成に必要なＮｒ個のドロップを型９１の押型面の全領域に同一の格子形状で配置した図である。領域Ｓ１、Ｓ２およびＳ３でドロップの広がり方の異方性が異なるため、それを考慮してＮｒ個のドロップを配置したのが図９（Ｂ）である（第２配置パターン）。一般的に残膜形成に必要なドロップ数Ｎｒはパターン形成に必要なドロップ数Ｎｐよりずっと少ないので、図９（Ａ）のように全領域同一の格子形状で配置しても大きな膜厚ずれは生じない。しかし、厳密には図９（Ｂ）のように各領域の液滴広がり異方性を考慮して、それぞれの格子形状で配置することが好ましい。

図９（Ｃ）は、領域Ｓ１のパターン形成に必要なＮｐ１個のドロップおよび、領域Ｓ２のパターン形成に必要なＮｐ２個のドロップをそれぞれの格子形状で配置した図である（第１配置パターン）。領域Ｓ１およびＳ２は、ともにラインスペースパターンであり、ライン水平方向に間隔が広い六角格子を単位格子としたパターンで配置されることが好ましい。図９（Ｄ）は、図９（Ｂ）と図９（Ｃ）の配置を足し合わせた図である（第３配置パターン）。各領域において必要なドロップ数に過不足はないので、このままでも大きな膜厚ずれは起きないが、好ましくは図９（Ｅ）のように、各領域で各領域のドロップの広がり方の異方性を考慮した格子形状で再配置するとよい。

図１０は、本実施形態に係る供給パターンを作成する工程を示すフローチャートである。各工程は、制御部１３０により行われてもよいし、他の装置により行われてもよい。ステップＳ０１０では、残膜形成に必要なドロップ量Ｖｒが算出される。ステップＳ０２０では、パターン部形成に必要なドロップ量Ｖｐが算出される。ステップＳ０３０では、残膜形成のためのドロップの配置位置が算出され、ステップＳ０４０では、パターン部形成のためのドロップの配置位置が算出される。ステップＳ０５０では、算出された配置位置を重ね合わせて図９（Ｄ）のようなドロップの配置が求められる。なお、ステップＳ０１０〜ステップＳ０４０までは、順番を入れ替えてもよい。

領域Ｓ１およびＳ２が１００ｎｍ間隔のラインスペースパターン、Ｓ３領域が全面平坦なパターン、パターン掘り込み深さ（凹部の深さ）が６０ｎｍである１０ｍｍ四方の型を用いて、残膜の膜厚が１５ｎｍになるように供給パターンを作成した。供給パターン１は、上述のように各領域で異方性を考慮した単位格子で作製した。領域Ｓ１のドロップ間隔Ｘ／Ｙは０．６６であった。領域Ｓ２のドロップ間隔Ｘ／Ｙは１．５であった。供給パターン２は、押型面を分割せず、異方性も考慮せずに押型面全体で必要なドロップ量を算出し、正方格子で均等に作製した。供給パターン３は、押型面は上述のように分割したが、異方性は考慮せずに各領域すべて正方格子で配置した。

供給パターン１でインプリント処理を行ったところ、残膜の膜厚は、全領域で１５ｎｍ±３ｎｍに収まった。パターン領域の平均欠陥数は１０個／ｃｍ^２以下であった。供給パターン２による結果は、残膜の膜厚が全領域で１５ｎｍ±１０ｎｍ、平均欠陥数は３００個／ｃｍ^２以下であった。供給パターン３による結果は、残膜の膜厚が全領域で１５ｎｍ±６ｎｍ、平均欠陥数は１００個／ｃｍ^２以下であった。よって、押型面をパターンごとに分割し、分割領域ごとに必要なドロップ量および、ドロップの広がり方の異方性を考慮した配置をすることで、残膜厚の均一化およびパターン欠陥数の低減が実現される。

このように、本実施形態の供給パターンを用いたインプリント方法は、充填時間を長くすることなく残膜厚の均一化を達成することができる。したがって、本実施形態によれば、残膜厚の均一性の点で有利なインプリント方法を提供することができる。

（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。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。

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
１０１ 型
１０４ 基板
１１０ 供給部
１２０ インプリント材
１０４ 基板
１３０ 制御部
１３１ 記憶部

Claims (13)

1. 基板の上に供給されたインプリント材を型で成形して前記基板の上にパターンを形成するために使用される方法であって、
   前記型のパターンの情報に基づいて分割して得られた前記型の複数の領域のそれぞれに関して、
   前記型のパターンの情報に基づいて、前記インプリント材の第１配置パターンに関する第１情報と、
   前記基板の上に形成すべき前記パターンの残膜の厚さに関する情報に基づいて、前記インプリント材の第２配置パターンに関する第２情報と、
   前記第１情報と前記第２情報とに基づいて、前記基板の上に配置する前記インプリント材の第３配置パターンに関する第３情報とを得、
   前記第１配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得られる、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記第２配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 基板の上に供給されたインプリント材を型で成形して前記基板の上にパターンを形成するために使用される方法であって、
   前記型のパターンの情報に基づいて分割して得られた前記型の複数の領域のそれぞれに関して、
   前記型のパターンの情報に基づいて、前記インプリント材の第１配置パターンに関する第１情報と、前記基板の上に形成すべき前記パターンの残膜の厚さに関する情報に基づいて、前記インプリント材の第２配置パターンに関する第２情報と、前記第１情報と前記第２情報とに基づいて、前記基板の上に配置する前記インプリント材の第３配置パターンに関する第３情報とを得、
   前記第２配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得られる
   ことを特徴とする方法。
4. 前記第１配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得ることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記型のパターンの情報は、単位面積当たりの前記型の凹部の体積および前記凹部の形状に関する情報を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第２情報は、前記残膜の面積にも基づいて得ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記インプリント材の供給は、インクジェット方式で行うことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第１配置パターンおよび前記第２配置パターンのそれぞれは、格子状の配置パターン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項に記載の方法。
9. 前記複数の領域は、そこに形成されているパターンにおいて互いに異なることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の方法。
10. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
11. 基板の上に供給されたインプリント材を型で成形して前記基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記インプリント材を前記基板の上に供給する供給部と、
    前記供給部を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記型のパターンの情報に基づいて、前記インプリント材の第１配置パターンに関する第１情報と、
    前記基板の上に形成すべき前記パターンの残膜の厚さに関する情報に基づいて、前記インプリント材の第２配置パターンに関する第２情報と、
    前記第１情報と前記第２情報とに基づいて、前記基板の上に配置する前記インプリント材の第３配置パターンに関する第３情報とを得、
    前記第３情報に基づいて前記供給部を制御し、
    前記第１配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得られる、
    ことを特徴とするインプリント装置。
12. 基板の上に供給されたインプリント材を型で成形して前記基板の上にパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記インプリント材を前記基板の上に供給する供給部と、
    前記供給部を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記型のパターンの情報に基づいて分割して得られた前記型の複数の領域のそれぞれに関して、
    前記型のパターンの情報に基づいて、前記インプリント材の第１配置パターンに関する第１情報と、前記基板の上に形成すべき前記パターンの残膜の厚さに関する情報に基づいて、前記インプリント材の第２配置パターンに関する第２情報と、前記第１情報と前記第２情報とに基づいて、前記基板の上に配置する前記インプリント材の第３配置パターンに関する第３情報とを得、
    前記第３情報に基づいて前記供給部を制御し、
    前記第２配置パターンは、前記型のパターンによる前記インプリント材の前記型への充填の異方性に基づいて得られる、
    ことを特徴とするインプリント装置。
13. 請求項１１または１２に記載のインプリント装置を用いて基板の上に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前記基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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