JP4963718B2 - インプリント方法及びインプリント装置、それを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント方法及びインプリント装置、それを用いた物品の製造方法に関するものである。

インプリント（ナノインプリント）技術は、ナノスケールの微細パターンの転写を可能とし、磁気記憶媒体や半導体デバイスの量産向けナノリソグラフィ技術の１つとして実用化されている。インプリント処理は、電子線描画装置等の装置を用いて微細パターンが形成されたモールド（型材）を原版として、シリコンウエハやガラスプレート等の基板上に微細パターンを形成する。この微細パターンは、基板上にインプリント樹脂（以下、単に「樹脂」と表記する）を塗布し、その樹脂にモールドのパターンを押し付け、その後、樹脂を硬化させることにより形成される。

インプリント技術としては、一般に、熱サイクル法と、光硬化法とがある。熱サイクル法は、熱可塑性の樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、樹脂の流動性を高めた状態でモールドを押し付け、冷却した後に樹脂からモールドを引き離す。一方、光硬化法は、紫外線硬化型の樹脂を使用し、モールドを押し付けた状態で紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、硬化した樹脂からモールドを引き離す。熱サイクル法は、温度制御による転写時間の増大、及び温度変化による寸法精度の低下を伴うが、光硬化法では、このような問題が存在しないため、ナノスケールの半導体デバイスの量産においては、光硬化法が有利である。この光硬化法を採用した半導体デバイスの量産向け製造装置としては、ステップアンドフラッシュ式インプリントリソグラフィ（以下、「ＳＦＩＬ」と表記する）を応用した装置が有効である。例えば、特許文献１は、基板ステージ、樹脂の塗布機構、インプリントヘッド、光照射系、及び位置決めマーク検出機構を備え、ＳＦＩＬに適合したナノインプリント装置を開示している。

特許第４１８５９４１号公報

しかしながら、従来のインプリント装置では、樹脂の塗布機構による塗布量や塗布位置にばらつきが生じ、所定のショットに対して正確に樹脂を塗布できない場合がある。例えば、あるショットにおいてモールドからはみ出した樹脂をそのまま硬化させると、周辺のショット上に拡散して硬化するため、不良ショットが多数発生する。また、塗布量が少ない場合や、一部の領域に集中して塗布した場合、ショット全域に樹脂が行き渡らず、そのショットは、不良となる。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、基板上に塗布された樹脂の塗布状態を調整することにより、不良ショットを低減することができるインプリント方法及び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、モールドに形成されたパターンを基板に塗布された樹脂に押印し、パターンを樹脂に転写するインプリント方法であって、樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂であり、基板に塗布された樹脂にモールドを押印する押印工程と、該押印工程後、基板上の被処理領域に対する樹脂の塗布状態を検査する検査工程と、該検査工程後、検査工程の検査結果に基づいて、樹脂の塗布範囲を調整する調整工程と、該調整工程後、樹脂に紫外線を照射し硬化させる硬化工程と、該硬化工程後、樹脂からモールドを離型する離型工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、基板上に塗布された紫外線硬化樹脂の塗布状態により、硬化工程前に樹脂の塗布範囲を調整するので、該塗布範囲を被処理領域に対して正確な位置とすることができ、結果的に、不良ショットを低減することができる。

本発明の実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。 ウエハの被処理面における樹脂の塗布状態を示す概略図である。 第１実施形態のインプリント方法による処理を示すフローチャートである。 モールドの微動作を示す概略図である。 第２実施形態のインプリント方法による処理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等を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の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は、インプリント装置の構成を示す概略図である。本実施形態におけるインプリント装置は、半導体デバイス製造工程に使用される、被処理基板であるウエハ上（基板上）に対してモールドの凹凸パターンを転写する加工装置であり、インプリント（ナノインプリント）技術の中でも光硬化法を採用した装置である。なお、以下の図において、モールドに対する紫外線の照射軸に平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で、後述の塗布機構に対してウエハステージが移動する方向にＸ軸を取り、該Ｘ軸に直交する方向にＹ軸を取って説明する。インプリント装置１は、照明系ユニット２と、ハーフミラー３と、モールド４と、ヘッドマウント５と、ウエハ６と、ウエハステージ７と、塗布装置８と、モニター９と、制御装置１０を備える。

照明系ユニット２は、インプリント処理の際に、モールド４に対して紫外線を照射する照明手段である。照明系ユニット２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複数の光学素子から構成される。ここで、インプリント装置１は、後述するが、モールド４の紫外線照射面の上方にモニター９を設置する。したがって、照明系ユニット２は、モールド４の紫外線照射面の上方側面に配置され、水平方向（Ｘ軸方向）に向かって照射した紫外線を、ヘッドマウント５とモニター９との間に設置されたハーフミラー３で９０度屈折させて、モールド４に対して照射する。なお、ハーフミラー３は、紫外線を反射するが、可視光を透過する性質を有する。

モールド４は、ウエハ６に対する対向面に、所定の凹凸パターン（例えば、回路パターン）が三次元状に形成された型材である。凹凸パターンの表面は、ウエハ６の表面との密着性を保つために、高平面度に加工されている。なお、モールド４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。

ヘッドマウント５は、不図示であるが、モールド４を保持し、固定するヘッドと、該ヘッドを駆動する駆動機構と、複数のスコープ１１とを備えたモールド保持部である。駆動機構は、具体的には、ウエハ６上に形成された紫外線硬化樹脂にモールド４を押し付けるために、ヘッドをＺ軸方向に駆動する駆動系である。駆動機構に採用するアクチュエータは、少なくともＺ軸方向で駆動するものであれば、特に限定するものではなく、リニアモータやエアシリンダ等が採用可能である。若しくは、紫外線硬化樹脂からモールド４を引き離す離型動作の際に、硬化した紫外線硬化樹脂が破壊しないように高精度に離型動作を行うために、粗動作、及び微動作を分割して実施するアクチュエータであっても良い。スコープ１１は、モールド４に形成されたアライメントマークと、ウエハ６上に形成されたアライメントマークとを光学的に観察し、両者の相対位置関係を計測する位置計測手段である。なお、スコープ１１は、モールド４とウエハ６との相対位置関係が計測できれば良いので、両者を画像観察する結像光学系を内部に構成したものでも良いし、又は、両者の干渉信号やモアレ（干渉縞）等の相乗効果による信号を検知するものでも良い。

ウエハ６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、成形部となる紫外線硬化樹脂１２が塗布される。また、ウエハステージ７は、ウエハ６を真空吸着により保持し、かつ、ＸＹ平面内を自由に移動可能な基板ステージである。ウエハステージ７を駆動するためのアクチュエータとしては、リニアモータが採用可能であるが、特に限定するものではない。

塗布装置８は、ウエハ６上に紫外線硬化樹脂１２を塗布する塗布手段である。紫外線硬化樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する樹脂（インプリント樹脂）であって、製造する半導体デバイスの種類により適宜選択される。以下、簡単のために、紫外線硬化樹脂を単に「樹脂」と表記する。

モニター９は、モールド４に照射する紫外線の照射軸（Ｚ軸）の上方に設置された撮像手段である。モニター９は、まず、内部の照明系からウエハ６の表面に対して可視光を照射し、ハーフミラー３を透過した可視光で成形部を照明する。その後、モニター９は、反射した光を受光し、成形部の状態を撮影する。なお、モニター９に採用する撮像素子としては、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラ等が好適である。

制御装置１０は、インプリント装置１の各構成要素の動作、及び調整等を制御する制御手段である。制御装置１０は、不図示であるが、インプリント装置１の各構成要素に回線により接続された、磁気記憶媒体等の記憶装置を有するコンピュータ、及びシーケンサ等で構成され、本発明のインプリント方法をプログラム、若しくはシーケンスとして実行する。なお、制御装置１０は、インプリント装置１と一体で構成しても良いし、若しくは、インプリント装置１とは別の場所に設置し、遠隔で制御する構成としても良い。

次に、本実施形態のインプリント方法の作用について説明する。まず、インプリント装置１は、ウエハステージ７にウエハ６を載置し、固定した後、ウエハステージ７を塗布装置８の塗布位置へ移動させる。次に、塗布装置８は、ウエハ６の所定のショット（被処理領域）に樹脂１２を塗布する。次に、インプリント装置１は、ウエハステージ７をモールド４の直下に移動させ、モールド４の押印面とウエハ６上の塗布面との位置合わせを実施した後、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させ、ウエハ６上の樹脂１２にモールド４を押印する。このとき、樹脂１２は、モールド４の押印により、モールド４に形成された凹凸パターンに沿って流動する。この状態で、照明系ユニット２は、モールド４の背面（上面）から紫外線を照射し、モールド４を透過した紫外線により、樹脂１２が硬化する。樹脂１２が硬化した後、インプリント装置１は、ヘッドマウント５内の駆動機構を再駆動させ、モールド４をウエハ６から離型させる。これにより、ウエハ６上のショットの表面には、モールド４の凹凸パターンに倣った３次元形状の樹脂１２の層が形成される。

図２は、ウエハ６上の被処理面であって、１つのウエハ６に対して、各ショットにインプリント処理を実施する順序とその状態を示す概略図である。図２において、黒ずみの領域が凹凸パターンの成形済みショットであり、白抜きの領域が未成形ショットである。図２の矢印に示すように、一般に、インプリント装置１は、樹脂１２の揮発性が高いため、一旦成形するショットにのみ樹脂１２を塗布させ、モールド４を押印して凹凸パターンを成形する動作を各ショットで繰り返す。このとき、塗布装置８が正確に所定のショットへ樹脂１２を塗布できなければ、周辺のショットへ樹脂１２がはみ出し、所定のショットでの硬化工程時に同時に硬化してしまうため、次回のショット以降の凹凸パターン成形時に不具合が出る可能性がある。図２の点線で囲まれた領域は、塗布すべきショット領域より広く塗布してしまい、周辺ショットへも樹脂１２がはみ出した状態を示す。そこで、本実施形態では、以下のようなインプリント方法を採用する。

図３は、本実施形態におけるインプリント装置１の処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御装置１０は、塗布装置８に対して、ウエハ６上の所定のショットへ樹脂１２を塗布するように指示する（ステップＳ１００）。次に、制御装置１０は、ウエハ６上に塗布された樹脂１２の塗布領域がモールド４の押印位置と一致するようにウエハステージ７を移動させる（ステップＳ１０１）。次に、制御装置１０は、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させ、ウエハ６上に塗布された樹脂１２に対してモールド４を押印する（押印工程：ステップＳ１０２）。更に、制御装置１０は、この状態でモニター９を使用し、ショット上の樹脂１２の塗布状態を検査する（検査工程：ステップＳ１０３）。なお、本実施形態のインプリント装置１は、樹脂１２の塗布状態をモニター９のみで検査するが、例えば、エリプソメータのような斜入射式の膜厚計測装置等を別途設置し、成形するショットの周辺を計測できる構成としても良い。また、樹脂１２の塗布状態の検査は、樹脂１２を塗布した後であれば、モールド４の押印前でも良い。

ステップＳ１０３において、制御装置１０は、所定のショットから樹脂１２がはみ出している、若しくは満たされていないと判断した場合、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させ、モールド４とウエハ６との間隔を微調整する（調整工程：ステップＳ１０４）。図４は、本実施形態におけるモールド４の動作を示す概略図である。なお、図４において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。まず、図４（ａ）に示すように、樹脂１２がショットからはみ出して塗布された場合、即ち、樹脂１２の塗布幅がショット幅Ｌよりも広い場合、図４（ｂ）に示すように、通常と同様に、一旦モールド４を樹脂１２に対して押印する。ここで、モールド４と樹脂１２とが充分に馴染む、即ち、モールド４の凹凸パターンの隅々まで樹脂１２が行渡るに充分な時間が経過した後、制御装置１０は、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させて、必要な量だけモールド４とウエハ６との間隔を広げる。この動作により、樹脂１２は、モールド４との表面張力によりモールド４に向けて引っ張られ、図４（ｃ）に示すように、モールド４に沿った領域内へと引き込まれる。結果的に、周辺のショットにはみ出した樹脂１２は、所定のショットの領域内に回収され、塗布範囲が調整される。ここで、モールド４とウエハ６との間隔の調整量は、モニター９が検査した検査結果に基づいて、制御装置１０が、樹脂１２のはみ出し量を類推し、決定する。なお、例えば、別途設置したエリプソメータで樹脂１２のはみ出し量を計測している場合は、モールド４とウエハ６との間隔を広げながら、はみ出した樹脂１２に対する信号が消えた場所で止めることで、モールド４とウエハ６との間隔の調整量を決定できる。一方、図４とは異なり、樹脂１２がショットの必要領域内に満たされていない、即ち、充分充填されていない場合、制御装置１０は、モールド４とウエハ６との間隔を狭めるようにヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させる。これにより、樹脂１２を必要領域内に充分充填させることが可能となる。

一方、ステップＳ１０３において、制御装置１０は、樹脂１２が正常に塗布されていると判断した場合、若しくは、ステップＳ１０４において、正常状態とする調整が終了した後、樹脂１２の硬化処理へと移行する（硬化工程：ステップＳ１０５）。硬化処理終了後、制御装置１０は、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させることで樹脂１２からモールド４を離型させ（離型工程：ステップＳ１０６）、次回のショットに対するインプリント処理工程に移行する（ステップＳ１０７）。

以上のように、本発明のインプリント方法によれば、所定のショットの必要領域から樹脂１２がはみ出している、若しくは充分充填されていない場合、迅速に復旧させることができるので、不良ショットの発生率を下げ、生産性の向上を実現できる。

（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方法について説明する。図５は、本実施形態におけるインプリント装置１の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５において、図３のフローチャートと同一処理については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のインプリント方法の特徴は、所定のショットから樹脂１２がはみ出している場合、モールド４とウエハ６との間隔を調整せず、はみ出した樹脂１２が気化するまでモールド４の離型を行わないことで、塗布範囲を調整する点にある。まず、ステップＳ１０３において、制御装置１０は、所定のショットから樹脂１２がはみ出していると判断した場合は、はみ出した樹脂１２が気化するまで待機する（調整工程：ステップＳ２０４）。モールド４を押印した状態で待機させることで、周辺の大気と触れるのは樹脂１２のはみ出した部分のみとなるため、はみ出した樹脂１２のみが気化し、排除される。また、樹脂１２は、揮発性が高いので、気化を促進させるために、例えば、モールド４の周辺に気体を吹き付け、気化時間を短縮させる構成としても良い。これにより、第１の実施形態と同様、所定のショットの必要領域から樹脂１２がはみ出している場合、迅速に復旧させることができるので、不良ショットの発生率を下げ、生産性の向上を実現できる。なお、通常のインプリント処理では毎ショットで比較的長時間かかるため、気化の待機時間は、通常のパターン形成時間に含まれる程度であり、生産性への影響は少ない。

（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、パターンが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、パターンが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及び変更が可能である。

第１実施形態では、モールド４とウエハ６との間隔の調整は、ヘッドマウント５内の駆動機構を駆動させ、モールド４の位置を変化させることで実施しているが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、モールド４とウエハ６との間隔の調整では、ウエハステージ７を駆動させても良いし、モールド４とウエハステージ７との両者を駆動させても良い。

１ インプリント装置
４ モールド
６ ウエハ
１０ 制御装置
１２ 紫外線硬化樹脂

Claims (7)

1. モールドに形成されたパターンを基板に塗布された樹脂に押印し、前記パターンを前記樹脂に転写するインプリント方法であって、
   前記樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂であり、
   前記基板に塗布された前記樹脂に前記モールドを押印する押印工程と、
   前記押印工程の後、前記基板上の被処理領域に対する前記樹脂の塗布状態を検査する検査工程と、
   前記検査工程の後、該検査工程の検査結果に基づいて、前記樹脂の塗布範囲を調整する調整工程と、
   前記調整工程の後、前記樹脂に紫外線を照射し、硬化させる硬化工程と、
   前記硬化工程の後、前記樹脂から前記モールドを離型する離型工程と、
   を有することを特徴とするインプリント方法。
2. 前記調整工程は、前記モールドと前記基板との間隔を変化させることを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記検査工程において、前記樹脂が前記被処理領域よりもはみ出して塗布されていると判断した場合、
   前記調整工程は、前記モールドと前記基板との間隔を広げることを特徴とする請求項２に記載のインプリント方法。
4. 前記検査工程において、前記樹脂が前記被処理領域の内部に満たされていないと判断した場合、
   前記調整工程は、前記モールドと前記基板との間隔を狭めることを特徴とする請求項２に記載のインプリント方法。
5. 前記検査工程において、前記樹脂が前記被処理領域よりもはみ出して塗布されていると判断した場合、
   前記調整工程は、はみ出した前記樹脂が気化するまで待機することを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のインプリント方法を、プログラム、若しくはシーケンスとして実行する制御手段を備えることを特徴とするインプリント装置。
7. 請求項６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。

Images