JP2019041004A - インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 型を効率良く除電することが可能なインプリント装置を提供すること。
【解決手段】 型５を用いて基板２上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置において、基板２を保持して移動するステージ１と、型５の除電のために型の周囲の気体をイオン化する電離放射線を放出する放射線源６と、基板２上のインプリント処理が実行される領域の位置に応じて放射線源６を移動させる駆動機構１３を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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製造のために基板上に微細なパターンを形成するための装置として、インプリント装置が知られている。インプリント装置は、基板上のインプリント材とパターンが形成された部分（以下、パターン部という）を有する型とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、硬化したインプリント材のパターンを形成する装置である。

型をインプリント材から剥離する際に型が帯電してしまうため、電荷を帯びた周囲の異物が型のパターン部に付着しやすくなる。パターン部に異物が付着した型とインプリント材とを接触させると、基板上に形成されるパターンに欠陥が生じるおそれがある。

特許文献１は、帯電した型を除電するための除電手段としてイオナイザーを基板ステージ上に設けたインプリント装置を開示している。イオナイザーはイオン化された気体を噴出することで型の除電を行う。

特開２００９−２８６０８５号公報

特許文献１に開示されたインプリント装置では、基板ステージ上の所定の位置にイオナイザーが配置されており、型と基板ステージとの位置関係に応じて型の除電効率が低下してしまうおそれがある。

本発明は、型を効率良く除電することが可能なインプリント装置を提供することを目的とする。

本発明のインプリント装置は、型を用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、前記基板を保持して移動するステージと、前記型の除電のために前記型の周囲の気体をイオン化する電離放射線を放出し、前記ステージ上に配置された放射線源と、前記基板上のインプリント処理が実行される領域の位置に応じて前記放射線源を移動させる駆動機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、型を効率良く除電することが可能なインプリント装置が得られる。

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実施形態における放射線源の配置を示す図である。 基板上の被処理領域の位置と放射線源の位置との関係を示す図である。 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２実施形態に係るインプリント装置の変形例を示す図である。 第３実施形態に係る基板ステージの上面図である。 物品の製造方法を示す図である。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係るインプリント装置１００の構成を示す図である。以下の図において、鉛直方向の軸をＺ軸、当該Ｚ軸に垂直な平面内で互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸としている。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。

インプリント装置１００は、型５を用いて基板２の上にインプリント材のパターンを形成する。具体的には、型５とインプリント材とを接触させた状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材から型５を引き離すことで、型５のパターン部５ａに形成された３次元形状のパターン（凹凸パターン）がインプリント材に転写される。未硬化状態のインプリント材が基板２に供給されてからインプリント材のパターンが形成されるまでの処理をインプリント処理という。

供給部３は、基板にインプリント材を供給する。１枚の基板２に対して被処理領域を変えながら複数回インプリント処理をする場合、供給部３は１回のインプリント処理で必要な分量のインプリント材を基板２に供給する。本実施形態では、インプリント材として光硬化性組成物を使用する。

インプリントヘッド４は真空吸着力又は静電力によって型５を保持する。インプリントヘッド４は型５をＺ軸方向に駆動可能に構成されており、パターン部５ａとインプリント材とを接触させるときに型５を−Ｚ方向に下降させ、硬化したインプリント材から型５を引き離すために型５を＋Ｚ方向に上昇させる。

硬化部８は、インプリント材が硬化する波長を有する光を基板に供給されたインプリント材に向けて照射する。硬化部８が射出する光は、例えば紫外光である。

気体供給部９は、型５の下方の空間に向けて気体１０を供給する。気体１０は、型５とインプリント材とを接触させたときに、パターン部５ａの凹部にインプリント材が充填されるのを促進させる機能を有する充填促進気体である。例えば、ヘリウム、窒素、凝縮性ガスとしてのペンタフルオロプロパン、又は、これらのうちの２種類以上の気体を混合させた混合気体等である。混合気体の例としては、ヘリウムとペンタフルオロプロパンとを混合した混合気体がある。

気体供給部９は、少なくとも、供給部３が基板２にインプリント材を付与してから基板２を型５の下方に移動させて型５とインプリント材とを接触させるまでの間は、気体１０を供給することが好ましい。

基板ステージ（ステージ）１は、真空吸着力又は静電力によって基板２を保持面１２で保持する保持部１１を有し、基板２を保持して移動する。基板ステージ１はリニアモータやピエゾアクチュエータ等の駆動機構（不図示）によって移動可能となっている。当該駆動機構は、基板ステージ１を微小量移動させるための微小駆動系と、当該微小駆動系よりも大きな移動量で移動させる粗動駆動系とを含んでいてもよい。

基板ステージ１は、インプリント材のパターンを形成すべき被処理領域を、供給部３の下方位置に位置決めしたり、インプリント処理のために型５の下方に位置決めしたりするために、主にＸＹ平面内で移動する。しかし、基板ステージ１の移動方向はこれに限られず、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及びこれらの軸周りの回転方向に移動可能に構成されていてもよい。

基板ステージ１は、さらに、保持部１１の周辺に同面部７を有する。同面部７は保持部１１を取り囲み、同面部７の型５側の面と保持部１１に保持された基板２の表面との高低差が１ｍｍ以下となるように構成されている。同面部７があることで、基板ステージ１の移動と共に気体１０が型５の下方に引き込まれやすくなる。また、基板２のエッジ付近のショット領域に対してインプリント処理をする場合に、型５の押圧による圧力がエッジ部で大きくなりすぎることを回避し、パターン部５ａが破損するリスクを低減している。

基板ステージ１が水平方向に移動する間、基板２の表面と型５との距離は１ｍｍ以下に保たれる。このような狭ギャップにすることで、インプリント処理において型５とインプリント材の接触動作及び引き離し動作を迅速に行えるようにしている。

制御部３０は、基板ステージ１、供給部３、硬化部８、気体供給部９等のインプリント処理の動作に関わる構成部材と有線又は無線の通信回線により接続され、これらを制御する。

インプリント処理において、硬化したインプリント材と型５とを引き離したときに、パターン部５ａの基板２の側の表面はプラス又はマイナスの電荷を帯び、インプリント材は型５とは反対の極性の電荷を帯びる。

型５は基板２上の次の被処理領域へのインプリント材のパターン形成のために用いられる。そのため、帯電によって引き寄せられた異物がパターン部５ａに付着した状態でインプリント処理を行うと、基板２上に新たに形成されるパターンに欠陥が生じるおそれがある。または、異物の挟み込みによってパターン部５ａに形成されている凹凸パターンが傷ついてしまうおそれがある。

そこで、インプリント装置１００は、基板ステージ１上にパターン部５ａの除電のために型５の周りの気体をイオン化する電離放射線を放出する放射線源６を有する。放射線源６によって生成されたイオンのうち、型５とは逆極性の電荷を有するイオンが型５と接触することにより型５は除電される。また、インプリント装置１００は、放射線源６をＸＹ面内で移動させる駆動機構１３を含む。

なお、本明細書において「除電」とは、除電対象物が電荷を帯びていない状態にすることだけでなく、除電対象物が帯びている極性の電荷量を低減する（ゼロに近づける）ことを意味する。また、「電離放射線」とは原子及び分子を直接的にまたは間接的にイオン化することができるエネルギー線のことをいう。除電に好ましい電離放射線としては、軟Ｘ線、α線等が挙げられる。以下の説明では、「電離放射線」を単に「放射線」という。

本実施形態では、放射線源６として、α線を放出するα線源を使用している。α線源としては、アメリシウム又はポロニウム等の放射性同位体を採用しうる。α線源を用いる場合、電力供給が不要なため、放射線源６が基板ステージ１に配置される場合であっても基板ステージ１に電力供給用のケーブルを引き回す必要が無くなる利点がある。

α線源は、大気環境下で、α線の進む方向においてα線の出射口から最大約４２ｍｍ程度までの空間にイオンを生成する。これは、他の放射線に比べて高密度にイオンを生成することが可能である。α線源は、典型的には、室温かつ大気中で３×１０^８［ｉｏｎｓ／ｃｍ^３］〜１．２×１０^１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ^３］程度のイオンを生成する。単位面積あたりの放射線量が４０ｋＢｑ／ｍｍ^２以上の放射線源６を使用すると、数ナノ［Ｃ］程度に帯電した型５を、１０［ｍｓ］程度、長くても１秒もあれば十分に除電することが可能となる。

次に、本実施形態に係る放射線源６の配置について説明する。図２はインプリント装置１００の上面図（＋Ｚ方向から見た図）である。説明の都合上、型５及びパターン部５ａの位置は破線で図示し、気体供給部９、インプリントヘッド４、制御部３０、硬化部８は省略している。

図２（ａ）はインプリント処理が実行される被処理領域１４ａが型５の下方に位置している様子を示している。図２（ｂ）は−Ｘ方向に移動する基板ステージ１上の放射線源６がパターン部５ａの下方位置を通過する様子を示している。図２（ｃ）は次の被処理領域１４ｂが供給部３の下方に位置している状態を示している。

図２に示すとおり、放射線源６は、基板ステージ１上の保持面１２に対して＋Ｘ方向側に配置されている。すなわち、放射線源６は、基板ステージ１上の領域のうち、保持面１２に対して、型５から供給部３に向かう方向側（保持面１２から−Ｘ方向側）とは反対側（保持面１２から＋Ｘ方向側）に位置する。これにより、被処理領域１４ａへのパターン形成を終えたあと、次の被処理領域１４ｂが供給部３の下方に位置するように基板ステージ１を−Ｘ方向に移動している途中で、図２（ｂ）に示すように放射線源６はパターン部５ａの下方位置を通過する。

これにより、インプリント処理を終えるごとに、放射線源６が放出したα線によって生成されたイオンで帯電したパターン部５ａを除電することができる。これにより、周囲を浮遊する異物がパターン部５ａに付着することによる、基板上に形成されるパターンの欠陥の発生やパターン部５ａの破損を発生しづらくすることができる。

放射線源６を、基板ステージ１の保持面１２に対して−Ｘ方向側の領域のみに配置すると、除電の目的のためだけに放射線源６がパターン部５ａを対向する位置まで基板ステージ１を移動させる必要が生じるが、本実施形態によればそのような必要性がなくなる。これにより、除電の目的のためだけに基板ステージ１を移動させることによる、スループット（パターンを形成した基板の単位時間あたりの枚数）の低下を抑制することができる。

また、放射線源６は、基板２および保持面１２の外縁に沿って配置されることが好ましい。基板２の−Ｘ方向側の部分が次の被処理領域であったとしても、放射線源６にパターン部５ａとを対向する位置を通過させやすくなる。

本実施形態に係るインプリント装置１００では、図３に示すように、基板２上の被処理領域の位置に応じて放射線源６を移動させている。放射線源６は駆動機構１３によって移動される。図３（ａ）は、基板２上の−Ｙ方向側に被処理領域１５ａが位置しているときの放射線源６の位置を示しており、図３（ｂ）は、基板２上の中央付近に被処理領域１５ｂが位置しているときの放射線源６の位置を示している。図３（ｃ）は、基板２上のＹ方向側に被処理領域１５ｃが位置しているときの放射線源６の位置を示している。

このように、基板２上の被処理領域の位置に応じて放射線源６を移動させることで、基板２上の被処理領域の位置に関わらず、基板ステージ１が−Ｘ方向に移動する途中で放射線源６にパターン部５ａを対向させることができる。

さらに、供給部３から供給されるインプリント材が放射線源６から放出される放射線によって変質する可能性がある場合は、放射線源６を基板ステージ１上の保持面１２に対して型５から供給部３に向かう方向側（−Ｘ方向側）には配置しないことが好ましい。

たとえ供給部３から供給されるインプリント材が放射線源６から放出される放射線によって変質する性質がある場合であっても、供給部３の吐出口付近のインプリント材が当該放射線に露光される時間を極力減らし又は無くすことができる。これにより、放射線源６を基板ステージ１上のうち型５から供給部３に向かう方向側には配置する場合に比べて、インプリント処理時にパターン欠陥が生じるほどインプリント材が変質するリスクを低減することができる。

［第２実施形態］
図４は第２実施形態に係るインプリント装置１００の構成を示す図である。本実施形態では、第１実施形態に係るインプリント装置１００の構成に加え、放射線源６の上方（放射線源６に対して型５の側）に配置されたカバー部材２０を有する。カバー部材２０は複数の貫通孔を含み、放射線源６から放出された放射線は、貫通孔を通過して型５の周囲の気体をイオン化する。これにより、型５の除電機能は維持できる。カバー部材２０の開口率は、α線の透過率及びカバー部材２０の剛性を考慮して決定されることが好ましい。

カバー部材２０を介して放射線源６と型５を配置することで、駆動機構１３によって放射線源６を移動させたときに生じ得る異物が型５に付着するリスクを低減させることができる。

また、異常時に型５が型保持部（不図示）から外れてしまった場合であっても、カバー部材２０の存在により型５が落下して放射線源６を傷つけることを防ぐことができる。

カバー部材２０は、特に、電気的に導通できるように導電性材料で構成されていることが好ましい。例えば、アルミニウムである。これにより、パターン部５ａが帯電した場合に発生するカバー部材２０とパターン部５ａとの間の電位勾配を大きく保つことができる。よって、放射線源６からの放射線の照射によって生成されたイオンの移動速度が大きくなり、カバー部材２０に導電性の材料を用いない場合に比べて除電効率（単位時間あたりに除電される電荷量）を向上させることができる。

次に、本実施形態の変形例であるインプリント装置１００の構成を図５に示す。基板ステージ１は、放射線源６と基板２との間に配置され、放射線源６から放出される放射線を吸収する遮蔽部材２１を備える。遮蔽部材２１には、例えば鉛等の放射線を吸収しやすい材料が用いられる。

放射線源６がα線源の場合、α線の他にもガンマ線などの放射線が発生し得る。遮蔽部材２１が放射線源６から放出される各種放射線を遮蔽することで、基板２に既に形成された回路素子の動作不良や、インプリント装置１００内で使用している各種電装部品への悪影響が生じるのを防ぐことができる。

［第３実施形態］
図６は第３実施形態に係る基板ステージ１の上面図である。第３実施形態に係るインプリント装置１００は、第２実施形態のインプリント装置１００に加え、開閉可能なシャッター部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有する。シャッター部材３１ａ〜３１ｄは、放射線源６の上方、すなわち放射線源６から放出される放射線の進む側に配置可能である。シャッター部材３１ａ〜３１ｄは、放射線の進む経路上に配置された場合（閉じた場合）に放射線源６から放出される放射線を遮蔽可能である。

シャッター部材３１ａ〜３１ｄはリニアモータやピエゾアクチュエータ等の駆動機構（不図示）によってＸ軸方向にスライド可能に構成されている。制御部３０は、パターン形成動作に応じて当該駆動機構に駆動指令を与えることにより、シャッター部材３１ａ〜３１ｄの開閉を制御する。

図６は、その一例であり、放射線源６の位置に応じてシャッター部材３１ａ〜３１ｄを制御する場合を示す図である。例えば基板２を仮想的に領域２ａ〜２ｄに分割したとき、放射線源６が領域２ｃにある場合は、シャッター部材３１ｃを開いて放射線源６の上方から外れるように配置させ、シャッター部材３１ａ、３１ｂ、３１ｄを閉じて放射線源６の上方に配置する。これにより、パターン部５ａと対向する基板２上の領域のみを露出させ、その他の部分をシャッター部材３１ａ、３１ｂ、３１ｄにより遮蔽できる。

別の実施例としては、制御部３０はインプリント処理のタイミングに応じてシャッター部材３１ａ〜３１ｄの開閉を制御してもよい。制御部３０は、放射線源６がパターン部５ａと対向していない間の少なくとも一部の期間でシャッター部材３１ａ〜３１ｄを放射線源の進む側に配置することが好ましい。

例えば、離型動作の後から放射線源６が型５と対向する位置を通過するまでの間はシャッター部材３１ａ〜３１ｄを放射線源６の上方から外れる位置に配置して放射線源６を露出させる。さらに、放射線源６が型５と対向する位置を通過した後から次のインプリント処理における離型動作が終わる直前までの間シャッター部材３１ａ〜３１ｄを閉じて放射線を遮蔽する。

このように、パターンの形成動作に応じてシャッター部材３１ａ〜３１ｄの配置を制御することにより、パターン５ａの除電効果に加え、インプリント装置１００の構成部材が不必要に放射線に露光されることを防ぐことができる。

インプリント装置１００が、型５に対して−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側に供給部３を有する場合、制御部３０は離型動作後の基板ステージ１の移動方向に応じてシャッター部材３１ａ〜３１ｄの制御をしても良い。なお、シャッター部材３１ａ〜３１ｄの材質は、α線を遮蔽できる部材であればどのような材質でもよい。

［物品の製造方法］
インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用の型等が挙げられる。

硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。

次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図７（ａ）に示すように、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコン基板等の基板２を用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材２ｚの表面にインプリント材を付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材が基板上に付与された様子を示している。

図７（ｂ）に示すように、インプリント用の型５を、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材に向け、対向させる。図７（ｃ）に示すように、インプリント材が付与された基板２と型５とを接触させ、圧力を加える。インプリント材は型５と被加工材２ｚとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとしての光を型５を透して照射すると、インプリント材は硬化する。

図７（ｄ）に示すように、インプリント材を硬化させた後、型５と基板２を引き離すと、基板２上にインプリント材の硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材に型５の凹凸パターンが転写されたことになる。

図７（ｅ）に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材２ｚの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝５ｚとなる。図７（ｆ）に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材２ｚの表面に溝５ｚが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。

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。

１ ステージ
２ 基板
５ 型
６ 放射線源
１３ 駆動機構

Claims (8)

1. 型を用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記型の除電のために前記型の周囲の気体をイオン化する電離放射線を放出し、前記ステージ上に配置された放射線源と、
   前記基板上のインプリント処理が実行される領域の位置に応じて前記放射線源を移動させる駆動機構を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記基板にインプリント材を供給する供給部をさらに有し、
   前記ステージが前記供給部に向かって移動する前に、前記駆動機構は、前記放射線源を移動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装置。
3. 前記放射線源の上方に貫通孔を備えたカバー部材を有し、
   前記放射線源から放出された前記電離放射線は、前記貫通孔を通過して前記型の周囲の気体をイオン化することを特徴とする請求項１または２に記載のインプリント装置。
4. 前記ステージは、前記放射線源と前記基板との間に前記電離放射線を遮蔽する遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記放射線源からの電離放射線を遮蔽するために開閉可能なシャッター部材と、
   前記インプリント材のパターンの形成動作に応じて前記シャッター部材の開閉を制御する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 前記制御部は、前記放射線源が前記型のパターン部と対向していない間の少なくとも一部の期間で、前記シャッター部材を閉じることにより前記電離放射線を遮蔽す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. 前記放射線源が放出する前記電離放射線は、α線を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインプリント装置。
8. 請求項１乃至７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基板にインプリント材のパターンを形成する工程と、
   前記パターンが形成された基板を加工する工程を含み、加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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