(57)【要約】【課題】インプリント材の塗布条件を効率良く決定するのに有利なインプリント方法を提供する。【解決手段】このインプリント方法は、基板上にインプリント材のパターンを形成するものであり、基板上にインプリント材の液滴を塗布する塗布工程と、塗布工程で塗布された液滴を観察する観察工程と、観察工程で得られた観察結果から、液滴のニュートン環に関する情報と、液滴の直径に関する情報とを取得する情報取得工程と、情報取得工程で得られた情報に基づいて、パターンを形成するときのインプリント材の塗布条件を決定する条件決定工程とを含む。【選択図】図４
2016004794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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方法であって、
前記基板上に前記インプリント材の液滴を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で塗布された前記液滴を観察する観察工程と、
前記観察工程で得られた観察結果から、前記液滴のニュートン環に関する情報と、前記液滴の直径に関する情報とを取得する情報取得工程と、
前記情報取得工程で得られた前記情報に基づいて、前記パターンを形成するときの前記インプリント材の塗布条件を決定する条件決定工程と、
を含むことを特徴とするインプリント方法。
【請求項２】
前記インプリント材は、紫外線硬化樹脂または熱硬化性樹脂であ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。
【請求項３】
前記塗布条件は、前記液滴の塗布量、前記液滴を着弾させる位置、または前記液滴が塗布された後の揮発量の少なくとも１つを含む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方法。
【請求項４】
前記条件決定工程では、前記情報取得工程で得られた前記情報に基づいて前記液滴の体積を求め、該体積に基づいて前記塗布条件が決定されることを特徴とする請求項３に記載のインプリント方法。
【請求項５】
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、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持されている前記基板に前記インプリント材の液滴を塗布する塗布部と、
前記基板上に塗布された前記液滴のニュートン環または直径を観察する観察部と、
前記観察部が観察した前記ニュートン環または前記直径に基づいて、前記パターンを形成するときの前記塗布部の塗布条件を決定する制御部と、
を備えることを特徴とするインプリント装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインプリント方法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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプリント方法、インプリント装置、および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフォトリソグラフィ技術に加えて、基板上の樹脂（インプリント材）を型で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術がある。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１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、基板上のショット領域の１つに光硬化性樹脂を塗布する。次に、パターン部を有する型を用いて、基板上の樹脂を成形する。そして、光を照射して樹脂を硬化させたうえで引き離すことにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。なお、光硬化法以外にも、例えば熱サイクル法が存在するが、これらの相違は、樹脂を硬化させる方法にあり、型を用いて樹脂のパターンを成形するまでの工程は、基本的に同一である。
【０００３】
このようなインプリント装置では、型と基板上の樹脂とを押し付けたときに、樹脂が型のパターン部にて隙間なく行き渡るよう、樹脂の所望の量の液滴を基板上の所定の位置に正確に着弾させておく必要がある。また、液滴は、基板上に塗布されてから成形されるまでの間に揮発し続けるため、樹脂が型のパターン部にて隙間なく行き渡ることができずに未充填となったり、インプリント処理後の樹脂の膜厚が不均一になって、製品として使用できなくなったりすることがある。そこで、予め、塗布される液滴の塗布量、着弾位置、または成形までの揮発量を把握しておき、実際のインプリント処理の前にそれらを補正するためのインプリント条件を決定しておくことが望ましい。特許文献１は、このインプリント条件を取得するに際し、顕微鏡を用いて基板上の樹脂の液滴（小滴）を観察して評価する旨を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５０６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１には、液滴を観察して得られた情報に基づいて液滴の体積を求め、最終的に塗布される液滴が目標体積となるように調整する旨が開示されている。具体的には、液滴が大きな体積を有する場合に、視覚システムが液滴の側面と上面とを撮像し、液滴の幾何学形状（例えば、液滴の高さや半径）から演算で体積を求めるものである。しかしながら、液滴の側面を撮像するためには、専用の撮像ユニットあるいは、上面を撮像する撮像ユニットを駆動して液滴の側面を撮像可能にする機構が必要となり、装置のスペースやシーケンスの自由度が低くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、インプリント材の塗布条件を効率良く決定するのに有利なインプリント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、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方法であって、基板上にインプリント材の液滴を塗布する塗布工程と、塗布工程で塗布された液滴を観察する観察工程と、観察工程で得られた観察結果から、液滴のニュートン環に関する情報と、液滴の直径に関する情報とを取得する情報取得工程と、情報取得工程で得られた情報に基づいて、パターンを形成するときのインプリント材の塗布条件を決定する条件決定工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、インプリント材の塗布条件を効率良く決定するのに有利なインプリント方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一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。
【図２】基板上のショット領域に塗布された樹脂の状態を示す図である。
【図３】大面積インプリント等の際に塗布された樹脂の状態を示す図である。
【図４】基板上に塗布された樹脂を観察する工程を時系列で示す図である。
【図５】基板上に塗布された樹脂の接触角を説明する図である。
【図６】基板上に塗布された樹脂を観察して得られるニュートン環を示す図である。
【図７】インプリント装置における観察部の設置位置の第１例を示す図である。
【図８】インプリント装置における観察部の設置位置の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
まず、本発明の一実施形態に係るインプリント装置について説明する。図１は、本実施形態に係るインプリント装置１の構成を示す概略図である。インプリント装置１は、物品としての半導体デバイスなどの製造に使用され、基板３上に塗布された未硬化の樹脂４とモールド２とを接触させて成形し、基板３上に樹脂４のパターンを形成する装置である。ここでは、光硬化法を採用したインプリント装置とする。また、以下の図においては、上下方向（鉛直方向）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、光源１４と、照明系１３と、モールド保持機構１０と、基板ステージ８と、塗布部９と、観察部１７（図４または図７等参照）と、制御部２０とを備える。
【００１２】
照明系１３は、インプリント処理時に、光源１４で発せられた紫外線をインプリントに適切な光に調整し、モールド２に照射する。光源１４は、水銀ランプなどのランプ類を採用可能であるが、モールド２を透過し、かつ樹脂４が硬化する波長の光を発する光源であれば、特に限定するものではない。ここでは、紫外線を照射する光源を用いており、樹脂４としては紫外線硬化樹脂を用いる。なお、本実施形態では、光硬化法を採用するので照明系１３を設置しているが、例えば熱硬化法を採用する場合には、照明系１３に換えて、熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源部を設置することとなる。
【００１３】
モールド（型）２は、基板３に対向する面に、例えば回路パターンなどの転写すべき三次元状の凹凸が形成されているパターン部２ａ（図４（ｃ）参照）を含む。モールド保持機構１０は、構造体１２に支持され、不図示であるが、モールド２を保持するモールドチャックと、モールドチャックを保持し、モールド２を移動させるモールド駆動機構とを有する。モールドチャックは、モールド２における紫外線の照射面の外周領域を真空吸着力や静電力により引き付けることでモールド２を保持し得る。また、モールドチャックおよびモールド駆動機構は、照明系１３から照射された紫外線がモールド２を透過して基板３に向かうように、中心部（内側）に開口領域を有する。モールド駆動機構は、モールド２と基板３上の樹脂４との押し付けまたは引き離しを選択的に行うようにモールド２を各軸方向に移動させる。なお、インプリント処理時の押し付けおよび引き離し動作は、モールド２をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ８をＺ軸方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を相対的に移動させてもよい。
【００１４】
基板３は、例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。基板ステージ（基板保持部）３は、基板３を保持し、モールド２と基板３上の樹脂４との押し付けに際して、モールド２と樹脂４との位置合わせを実施する。基板ステージ８は、基板３を吸着力により保持する基板チャック７と、不図示であるが、基板チャック７を機械的手段により保持し、ステージ定盤１１上で少なくとも基板３の表面に沿う方向に移動可能とするステージ駆動機構とを有する。
【００１５】
塗布部９は、構造体１２に、かつモールド保持機構１０の近傍に設置され、基板３上に存在するパターン形成領域としてのショット領域１５（図２等参照）上に、樹脂４を所望の塗布量で、かつ所望の塗布パターンで塗布する。ここで、モールド２に形成されているパターン部２ａは、粗密分布を持っているので、塗布部９は、この粗密分布に合わせた量の樹脂４を基板３上に塗布することが望ましい。そのため、樹脂４の塗布方式としては、インクジェット方式が好適である。この場合、塗布部９は、インクジェット方式の吐出部５を有する。インプリント材としての樹脂４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性樹脂であり、物品の製造工程などの各種条件により適宜選択される。なお、樹脂４には、モールド２を押し付けた後に引き離し容易とするための離型剤が混合される。
【００１６】
観察部１７は、基板３、またはダミー用の工具基板上に塗布された樹脂４の液滴を観察する。観察部１７としては、例えば光学顕微鏡等が採用され得る。なお、観察部１７の設置位置や、観察部１７による観察方法などの詳細については、後述する。
【００１７】
制御部２０は、例えばコンピューターなどで構成され、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、プログラムなどに従って各構成要素の動作や調整などを制御し得る。なお、制御部２０は、インプリント装置１の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、インプリント装置１の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。
【００１８】
次に、インプリント装置１によるインプリント処理（インプリント方法）について説明する。まず、制御部２０は、基板チャック７に基板３を載置および固定させる。次に、制御部２０は、基板ステージ８を駆動させて基板３の位置を適宜変更させつつ、不図示のアライメント計測系に基板３上のアライメントマークを計測させ、基板３の位置を高精度に検出する。そして、制御部２０は、その検出結果から各インプリント座標を演算し、この演算結果に基づいて所定のショット領域１５ごとにパターンを形成させる。ここで、ある１つのショット領域１５に対するパターン形成の流れとして、制御部２０は、まず、基板ステージ８に、吐出部５の吐出口の下に基板３上の塗布位置を位置決めさせる。その後、塗布部９は、ショット領域１５に樹脂４を塗布する（塗布工程）。次に、制御部２０は、基板ステージ８に、パターン部２ａ直下の押し付け位置にショット領域１５が位置するように基板３を移動させ、位置決めさせる。次に、制御部２０は、パターン部２ａとショット領域１５上の基板側パターンとの位置合わせやパターン部２ａの倍率補正などを実施した後、モールド保持機構１０を駆動させ、ショット領域１５上の樹脂４にパターン部２ａを押し付ける（押型工程）。この押し付けにより、樹脂４は、パターン部２ａに充填される。この状態で、照明系１３は、硬化工程としてモールド２の背面（上面）から紫外線を所定時間照射し、モールド２を透過した紫外線により樹脂４を硬化させる。そして、樹脂４が硬化した後、制御部２０は、モールド保持機構１０を再駆動させ、パターン部２ａを基板３から引き離す（離型工程）。これにより、ショット領域１５上には、パターン部２ａに倣った三次元形状の樹脂パターン（層）が形成される。このような一連のインプリント動作を基板ステージ８の駆動によりショット領域１５を変更しつつ複数回実施することで、インプリント装置１は、１枚の基板３上に複数の樹脂パターンを形成することができる。
【００１９】
図２は、ショット領域１５に塗布された樹脂４の液滴パターンを示す概略図である。ここでは、破線で囲まれたショット領域１５の一部を拡大し、その拡大部に含まれる樹脂４の液滴パターンを例示している。このうち、図２（ａ）は、樹脂４が、所望の量でかつ所定の位置に塗布されている状態を示している。これに対して、図２（ｂ）は、樹脂４が、所望の量よりも少なく塗布され、塗布後の液滴形状が所望の形状よりも小さくなった状態を示している。実際には、この他にも、所望の量よりも多く塗布されたことで、塗布後の液滴形状が所望の形状よりも大きくなったり、また、同一のショット領域１５内で、液滴形状が小さ過ぎる部分と大き過ぎる部分とが混在し、液滴分布にむらができたりする場合もある。さらに、図２（ｃ）は、樹脂４が、所定の位置からずれた位置に塗布された状態を示している。この場合、押し付け後に、樹脂４がモールド２のパターン部２ａに隙間なく行き渡ることができない、いわゆる未充填が発生したり、押し付け後の膜厚が不均一になり、樹脂パターンが正常に形成されない現象が発生し得る。一方、図２（ａ）に示すように樹脂４が塗布されたとしても、基板３上に塗布された樹脂４は、モールド２に押し付けられるまでの間に揮発するので、押し付け時には、図２（ｂ）に示すように液滴形状が小さくなってしまうこともあり得る。また、同一のショット領域１５内でも、気流等の周囲環境の影響や複数回に分けた塗布工程によって揮発量に場所差が生じ、液滴分布にむらができる場合もある。そして、これらの影響は、ショット領域１５よりも大きな面積を一度にインプリントする、いわゆる大面積インプリントや、複数のショット領域１５を連続してインプリントする、いわゆるマルチエリアインプリントにおいて、より顕著に出る。図３は、大面積インプリントおよびマルチエリアインプリントの際に生じ得る液滴分布のむらを説明する概略図であり、図３（ａ）は、大面積インプリントについて例示し、図３（ｂ）は、マルチエリアインプリントについて例示している。
【００２０】
このような影響を抑えるために、本実施形態では、樹脂４の液滴の塗布量（吐出量）や着弾位置、または成形までの揮発速度や揮発ムラなどの情報を以下のような方法で予め取得し、実際のインプリント処理時に参照するインプリント条件に反映させる。ここで、インプリント条件とは、本実施形態では、特に塗布部９または樹脂４に関する塗布条件を含む。具体的には、樹脂４の種類や混合物、塗布部９の機構や塗布方法、液滴の塗布量や塗布パターン、塗布された液滴が接する周囲環境、またはインプリント処理の動作やインプリント処理に至るまでのシーケンスなどが挙げられる。ただし、ここに挙げた条件は、一例であって、これらに限定されるものではない。
【００２１】
図４は、観察部１７による液滴の観察工程を時系列で示す概略図である。まず、図４（ａ）に示すように、基板ステージ８は、塗布部９の吐出部５の直下に基板３（または工具基板）を移動させ、塗布部９は、基板３上に樹脂４を塗布する（吐出部５が液滴を吐出する）。次に、図４（ｂ）に示すように、基板ステージ８は、塗布された液滴が観察部１７の観察範囲内に入るように基板３を移動させた後、観察部１７は、基板３上の液滴を観察する。制御部２０は、このときの観察結果に基づいて、液滴の塗布量、液滴が着弾する位置またはそれらのムラを求めることができる。また、観察部１７がこの状態のまま液滴が揮発する様子を連続的に観察することで、制御部２０は、このときの観察結果に基づいて、樹脂４の揮発量（揮発速度または揮発ムラを含む）を求めることができる。なお、観察部１７が液滴の観察を行っている間、必ずしも基板３（基板ステージ８）を停止させておく必要はない。このとき、基板３上の液滴が観察範囲内に入っている間に所望の情報を求められる観察結果が取得できればよく、基板３は、停止していても移動していてもよい。そして、制御部２０は、条件決定工程として、これらの情報に基づいてインプリント条件を決定し、図４（ｃ）に示すように通常時のインプリント処理を実施させることで、基板３上に好適な樹脂パターンを形成することができる。なお、観察結果の処理は、例えば、制御部２０が実行せず、インプリント装置１の外部の情報処理装置で実行し、その後、制御部２０が、その処理結果やその処理結果に基づいて決定されたインプリント条件を取得し記憶するものとしてもよい。
【００２２】
ここで、制御部２０は、観察部１７による観察結果から基板３上に塗布された樹脂４の液滴の体積を求め、その体積からインプリント条件（塗布条件）を求め得る。まず、液滴の体積を求める第１の方法に関して、図５は、基板３上に塗布された樹脂４の液滴の接触角を説明する図である。樹脂４の液滴は、基板３の表面に接すると、樹脂４と基板３との組み合わせにより決まる接触角で、液滴の形状が形作られる。そこで、制御部２０は、予め求められた液滴の形状と、観察部１７による観察結果から求めた液滴の直径とに基づいて液滴の体積を求めることができる。次に、液滴の体積を求める第２の方法に関して、図６は、観察工程で得られた観察結果から、制御部２０が情報取得工程として求めた、液滴における光の干渉で生じるニュートン環を示す概略図である。ニュートン環の縞の数は、観察光の波長と液滴の形状とにより決まるため、制御部２０は、得られたニュートン環（具体的にはニュートン環の縞の数）と、液滴の直径とに関する情報に基づいて、液滴の体積を求めることができる。
【００２３】
次に、観察部１７の設置位置と、観察部１７による樹脂４の液滴の観察方法について説明する。図７は、インプリント装置１における観察部１７の設置位置の第１例を示す概略図である。この第１例では、観察部１７は、基板３に塗布した液滴をインプリント位置で観察し得る位置に配置される。具体的には、照明系１３の直下で、光源１４から照射される紫外線の光路中に、紫外線を遮らないハーフミラー１８が設置され、観察部１７は、ハーフミラー１８とモールド２とを介して液滴を観察し得る場所に配置される。なお、光源１４および照明系１３と、観察部１７との配置を入れ替えてもよい。また、観察部１７からインプリント位置における液滴が観察できるのであれば、このようなハーフミラー１８を用いた構成に限定されることはない。
【００２４】
図８は、図７と同様に、インプリント装置１における観察部１７の設置位置の第２例を示す概略図である。この第２例では、観察部１７は、インプリント位置以外で、塗布した液滴の観察を行い得る位置に配置され、具体的には、樹脂４が基板３に塗布されてから移動可能な範囲と観察範囲とが重なるような位置に配置される。
【００２５】
なお、観察部１７は、観察精度の観点から、インプリント装置１内に複数配置され、それぞれで観察するものとしてもよいし、同一の観察部１７で複数回の観察を行うものとしてもよい。
【００２６】
このように、インプリント装置１は、特に、観察部１７を用いて取得された基板３上に塗布された樹脂４の液滴のニュートン環と直径との情報に基づいて、インプリント条件、具体的には塗布部９による樹脂４の塗布条件を取得する。これにより、例えば、別途液滴の側面を撮像するための観察部を配置することなく、基板３上の液滴を観察して実際のインプリント処理時の塗布条件に反映させることができる。また、転写後の膜厚を観察して塗布量を評価した場合には、吐出量、着弾位置、揮発量について切り分けることが難しいが、本実施形態によれば、これらを切り分けて評価することが可能となる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、インプリント材の塗布条件を効率良く決定するのに有利なインプリント方法およびインプリント装置を提供することができる。
【００２８】
（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得る。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得る。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。
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
１    インプリント装置
９    塗布部
１７  観察部
１８  制御部
【図１】
2016004794.tif 000003
【図２】
2016004794.tif 000004
【図３】
2016004794.tif 000005
【図４】
2016004794.tif 000006
【図５】
2016004794.tif 000007
【図６】
2016004794.tif 000008
【図７】
2016004794.tif 000009
【図８】
2016004794.tif 000010