JP2017092294A - インプリント装置、型、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置合わせ精度の点で有利な型、またはインプリント装置を提供する。【解決手段】基板１上に硬化した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用いられる型２であって、パターン部と、基板１との第１方向の位置合わせに用いる第１マークと、基板との第１方向と直交する第２方向の位置合わせに用いる第２マークと、を１組とするマーク４と、を備える。１組のマーク４は、検出器６の視野内に収まり、１組のマーク４のうち、第１マークがパターン部の第１方向のエッジに近接して配置される、又は、第２マークがパターン部の第２方向のエッジに近接して配置される。マークからの反射光にマーク周辺部からの反射光が混入することを防止でき、高精度にマークを検出することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、型、および物品の製造方法に関する。

基板上のインプリント材を型（モールド）によって成形するインプリント処理により、基板上にパターンを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インプリント材のパターンを形成することができる。インプリント技術の１つとして、インプリント材に光硬化材料を用いた光硬化法がある。インプリント装置は、基板上のショット（インプリント領域）へのインプリント材の供給、インプリント材への型の接触（押型）、インプリント材の硬化、硬化したインプリント材から型の剥離により、基板上にパターンを形成する。

インプリント材と型を接触させる際は、基板と型とを正確に位置合わせする必要がある。位置合わせの方法として、型に形成されたマークとショット毎に基板に形成されたマークとを検出することにより位置合わせを行う、いわゆるダイバイダイ方式が知られている。高精度にマークを検出するために、マークの形状の対称性（特許文献１）やマークの大きさ（特許文献２）に着目した技術がある。

特開２００４−１３４５４５号公報 特開２０１３−４５９９２号公報

しかしながら、上記特許文献に記載の技術では、マークからの反射光にマーク周辺部からの反射光が混入することを防止できない。マークからの反射光にマーク以外の反射光が混入するとマークの検出精度が低下する。そのため、高精度にマークを検出することが困難になりうる。

本発明は、例えば、位置合わせ精度の点で有利な型、または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、基板上に硬化した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用いられる型であって、パターン部と、基板との第１方向の位置合わせに用いる第１マークと、基板との第１方向と直交する第２方向の位置合わせに用いる第２マークと、を１組とするマークと、を備え、１組のマークは、当該１組のマークを検出する検出器の視野内に収まり、１組のマークのうち、第１マークがパターン部の第１方向のエッジに近接して配置される、又は、第２マークがパターン部の第２方向のエッジに近接して配置されることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、位置合わせ精度の点で有利な型、またはインプリント装置を提供することができる。

本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。 本実施形態に係る検出器の構成の一例を示す概略図である。 検出器を構成する照明光学系の瞳分布と検出光学系の検出ＮＡとの関係を示す図である。 マークを構成する回折格子の格子パターンと回折光の重なりにより生じるモアレ縞を示す図である。 本実施形態の回折格子の格子パターンを示す図である。 型に形成された凸部とマークとの位置関係を示す図である。 モアレ縞の検出例を示す図である。 図７に示した各モアレ縞の方向による信号強度の変化を示すグラフである。 本実施形態のマーク配置を示した図である。

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。

図１（Ａ）および（Ｂ）は、本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。ここでは、光硬化法を用いたインプリント装置を使用する。以下の図において、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軸を取るものとする。インプリント装置は、パターン面を有する型２を保持する支持体（インプリントヘッド）３と、基板１を保持する基板ステージ（基板保持部）１３と、検出器（検出部）６と、を有する。図１（Ａ）は、検出器６がインプリントヘッド３内に設けられたインプリント装置の構成、図１（Ｂ）は、検出器６がインプリントヘッド３外に設けられたインプリント装置の構成を示す。

インプリントヘッド３は、型２を基板１上に供給された未硬化のインプリント材に接触させることでインプリント材を成形し基板１上にパターンを形成する。インプリント材は、紫外線等の露光光（硬化光）７の照射により硬化される。検出器６は、型２に形成されたマーク４と基板１に形成されたマーク５とを光学的に観察することで両者の相対位置関係を検出する。ここでは、マーク４およびマーク５は回折格子で構成される。図１（Ｂ）に示すインプリント装置では、検出器６は、結像光学系８を介して、マーク４とマーク５からの光を検出する。また、結像光学系８は、露光光７を反射し、検出器６が検出する光は透過する特性を有するプリズムなどの光学部材を備える。

図２は本実施形態に係る検出器の構成の一例を示す概略図である。検出器６は、検出光学系２１と、照明光学系２２と、ＣＣＤ等の撮像素子（撮像部）２５とを含む。検出光学系２１の光路と照明光学系２２の光路とは、一部が重なり、重なった部分には、プリズム２４が配置されている。この構成では、検出光学系２１の光軸と照明光学系２２の光軸とは、それぞれ、その一部が共通となる。照明光学系２２は光源２３からの光を、プリズム２４などの光学部材を用いて検出光学系２１と同じ光軸上へ導き、マーク４および５を照明する。光源２３には例えばハロゲンランプやＬＥＤなどが用いられる。光源２３から照射される光の波長は、露光光７の波長とは異なる波長の光を用いるのがよい。例えば、上述のように露光光７に紫外線を用いた場合は、光源２３から照射される光に可視光や赤外線を用いる。

照明光学系２２によって照明されたマーク４からの回折光と、マーク５からの回折光とにより発生するパターン（モアレ縞）は、検出光学系２１を介して撮像素子２５に結像される。検出光学系２１および照明光学系２２が共有するプリズム２４は、検出光学系２１および照明光学系２２の瞳面もしくはその近傍に配置されていることが好ましい。プリズム２４は、その貼り合せ面において、照明光学系２２の瞳面の周辺部分の光を反射するための反射膜２４ａを有する。反射膜２４ａは、照明光学系２２の瞳面における照明光の分布（形状）を規定する開口絞りとして働く。さらに、検出光学系２１の瞳の大きさ（形状）を規定する開口絞りとして働く。または、検出光学系２１の検出ＮＡを規定する。

プリズム２４は、貼り合せ面に半透膜を有するハーフプリズムや、あるいはプリズムに限らず表面に反射膜を成膜した板状の光学素子などであってもよい。さらに、照明光学系２２の照明光の分布あるいは検出光学系２１の瞳の大きさを変化させるために、プリズム２４は不図示のターレットやスライド機構の切り換え機構によって、他の開口形状を有するプリズムと交換可能にしてもよい。なお、照明光学系２２の瞳面における照明光の分布（形状）は、例えば、照明光学系２２の瞳位置にメカ絞りやガラス面に描画した絞り等を配置することでも反射膜２４ａと同様の効果を得ることができる。

図３は検出器６を構成する照明光学系２２の瞳面における照明光の分布ＩＬ１〜ＩＬ４と検出光学系２１の検出ＮＡ（ＮＡ０）との関係を示したものである。本実施形態の照明光学系２２の瞳面における照明光の分布はＩＬ１からＩＬ４の４つの光強度分布（極）からなる。前述のように照明光学系２２の瞳面に開口絞り２７を配置することによって、１つの光源２３から複数の極を形成することができる。複数のピークを有する光強度分布のために、複数の光源を必要としないため、検出器６を簡略化あるいは小型化することができる。

図４（Ａ）〜（Ｄ）は、マークを構成する回折格子の格子パターンと回折光の重なりにより生じるモアレ縞を示す図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、互いに格子パターンの周期が僅かに異なる回折格子３１および３２を示す図である。これらを重ね合わせると、それぞれの回折格子からの回折光により、周期の差を反映した周期をもつ図４（Ｃ）のようなパターン（モアレ縞）が発生する。モアレ縞の位相（明暗の位置）は、回折格子同士の相対位置により変化する。型２のマーク４および基板１のマーク５をそれぞれ、周期が僅かに異なる回折格子で構成し、モアレ縞を観察することにより基板１と型２との相対位置を計測することができる。

例えば、一方の回折格子をＸ方向に少しだけずらしてやると、図４（Ｃ）のモアレ縞は図４（Ｄ）のように変化する。このモアレ縞は、２つの回折格子が実際に変化した相対位置の大きさよりも、大きな周期で縞の位相が変化するため、検出光学系２１の解像力が低くても、精度良く基板１と型２との相対位置を計測することができる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態のマークを構成する格子パターンを示す図である。モアレ縞を明視野（垂直方向から照明し、垂直方向から回折光を検出）の構成で検出しようとすると、ゼロ次光の影響によりモアレ縞のコントラストが下がってしまう。そこで、本実施形態では、マークを斜め方向から照明する暗視野の構成でもモアレ縞を検出できるように、型２のマーク４と基板１のマーク５のうちいずれか一方を、図５（Ａ）や（Ｃ）に示すようなチェッカーボード状の回折格子にしている。

図３に示す照明光ＩＬ１〜ＩＬ４を有する照明光学系２２により図５（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせの回折格子を照明すると、図５（Ａ）の回折格子に入射した光は、図中Ｙ方向にも回折する。回折した光はＸ方向の相対位置情報を持って検出光学系２１の検出ＮＡ（ＮＡ０）へ返ってくる。これを用いて、両者のＸ方向における相対位置を算出することができる。なお、図５（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせの回折格子の場合は、ＩＬ１／ＩＬ２からの照明光を相対位置の計測に使用し、ＩＬ３／ＩＬ４からの照明光は相対位置の計測には使用されない。同様に、図５（Ｃ）および（Ｄ）の組み合わせの回折格子を照明すると、図５（Ｃ）の回折格子に入射した光は、図中Ｘ方向にも回折する。回折した光はＹ方向の相対位置情報をもって検出光学系２１の検出ＮＡ（ＮＡ０）へ戻ってくる。これを用いて両者のＹ方向における相対位置を算出することができる。図５（Ｃ）および（Ｄ）の組み合わせの場合は、ＩＬ３／ＩＬ４からの照明光を相対位置の計測に使用し、ＩＬ１／ＩＬ２からの照明光は相対位置の計測に使用されない。検出器６の同一視野内に図５（Ａ）および（Ｂ）の組と図５（Ｃ）および（Ｄ）の組を構成し、図３に示す瞳面における照明光の分布と検出ＮＡを備えた検出器６によれば、同時に二方向の相対位置（Ｘ方向およびＹ方向）を計測することができる。

図６は、型２に形成された凸部（パターン部、またはメサ部）３３と型のマークとの位置関係を示す図である。メサ部３３の端部をメサエッジ３４と呼ぶ。メサエッジ３４の近くには、通常スクライブラインと呼ばれる領域があり、その領域にマーク４を配置するマーク配置部３５が設けられることが多い（拡大図参照）。図３の瞳構成を備えた検出器６による反射光の光路を図６の拡大図に示す。瞳面におけるＩＬ３、ＩＬ４からの照明光は、メサエッジ３４の曲率がついた部分で反射する。ＩＬ３の反射光は、メサエッジ３４の角度により、検出器６の検出範囲から外れた反射角度となるが、ＩＬ４の反射光は、メサエッジの角度により、反射し検出器６に入射してしまう。この反射光は、マーク４を計測する際のフレアとなり、計測誤差となってしまう。また、マーク配置部３５とメサエッジ３４の境界部分での散乱光（不図示）も、検出器６に入射し、計測誤差の要因となりうる。そのため、マーク４を計測する際に計測誤差が生じる恐れがある。

図７は検出部６で検出されるモアレ縞の例である。型のマークと基板のマークが重なった状態で図６の型をＺ軸方向から見た図になっている。図７のａおよびｂは、Ｘ方向の相対位置計測を行うためのモアレ縞、図７のｃおよびｄは、Ｙ方向の相対位置計測を行うためのモアレ縞となっている。図７は、マークの配置によりモアレ縞の信号強度を比較するために４つモアレ縞を示しているが、検出器６の視野内には、Ｘ方向のモアレ縞とＹ方向のモアレ縞がそれぞれ一つあれば良い。メサエッジ３４からのフレアは、メサエッジ３４に近い程強度が強く、図７のｂおよびｄのモアレ縞がフレアの影響を強く受ける。図７のｄに示すモアレ縞は計測方向（Ｙ方向）に対して一律でフレアの影響を受けるため、計測誤差の影響は小さいが、図７のｂに示すモアレ縞は、計測方向（Ｘ方向）に対してフレアの影響が一律でないため、計測誤差が大きくなりうる。

図８（Ａ）および（Ｂ）は、図７に示した各モアレ縞の方向による信号強度の変化を示すグラフである。図８（Ａ）に示す２つの曲線は、それぞれ、図７のａおよびｂに示したモアレ縞のＸ方向による鎖線における信号強度の変化を示したものである。図８（Ａ）において、実線が図７のａに示したモアレ縞の信号強度、破線が図７のｂに示したモアレ縞の信号強度を示す。図７のａのモアレ縞は、図７のｂのモアレ縞よりもメサエッジ３４から離れている。この場合、図７のａのモアレ縞の明暗の信号強度分布は、図８（Ａ）における実線で示すように、Ｘ方向によらず変化しない。つまり、フレアの影響を受けない。一方、図７のｂのモアレ縞の明暗の信号強度分布は、図８（Ａ）における破線で示すように、メサエッジ３４に近づくほどフレアの影響を受けるため、単調増加する。これは、位置計測の誤差となりうる。

図８（Ｂ）に示す２つの曲線は、図７のｃおよびｄのモアレ縞のＹ方向による鎖線における信号強度の変化を示したものである。図８（Ｂ）において、実線が図７のｃのモアレ縞の信号強度、破線が図７のｄのモアレ縞の信号強度を示す。図７のｄのモアレ縞は、メサエッジ３４からのフレアの影響を一様に受ける。そのため、図７のｄのモアレ縞の信号強度分布は、図８（Ｂ）における破線で示すように、図８（Ｂ）の実線で示す図７のｃのモアレ縞の信号強度分布を一様に縦方向にシフトしたものになっている。これは、位置計測の誤差にはならない。このように、メサエッジ３４の付近では、メサエッジ３４に直交する方向のモアレ縞はフレアの影響を大きく受けてしまうが、メサエッジ３４と平行な方向のモアレ縞は、影響を受けない。なお、メサエッジ３４に直交する方向のモアレ縞であっても、メサエッジ３４から離れた位置に配置されれば、フレアの影響が抑えられうる。しかしながら、位置計測用マークはパターンが形成された領域と重ならないように設けられるため、メサエッジ３４から離すことができる距離は限られる。

図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態のマークの配置を示す図である。図６をＺ方向から見た図となっている。ここでは、検出器６を４つ用意してマークを観察する。各検出器で観察できる視野を点線で示している。Ｘ方向の計測モアレ縞と、Ｙ方向の計測モアレ縞とを１組とするマークを同一視野内で同時に観察することができる。図９（Ａ）〜（Ｃ）の外郭がメサエッジ３４である。外郭で囲まれた部分がインプリント領域（ショット）である。図９（Ａ）は、Ｙ方向計測（第２方向）に用いるモアレ縞を発生させるマーク（第２マーク）を、Ｙ方向のメサエッジ３４に対して、近接して配置した場合を示す図である。Ｙ方向の計測に用いられるマークは、Ｘ方向の計測に用いられるマークとＹ方向のメサエッジ３４に挟まれるように配置されている。図９（Ｂ）は、Ｘ方向計測（第１方向）に用いるモアレ縞を発生させるマーク（第１マーク）を、Ｘ方向のメサエッジに対して、近接して配置した場合を示す図である。Ｘ方向の計測に用いられるマークは、Ｙ方向の計測に用いられるマークとＸ方向のメサエッジ３４に挟まれるように配置されている。図９（Ｃ）は、１つのショット内に６つのチップが配置された場合を示す図である。チップごとにアライメントを行うため、チップごとに複数のマークを配置している。検出器６は移動して複数のマークを検出することができる。配置の仕方は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）と同様であり、Ｙ方向のメサエッジの近くには、Ｙ方向計測に用いるモアレ縞を発生させるマークを配置し、Ｘ方向のメサエッジの近くには、Ｘ方向計測に用いるモアレ縞を発生させるマークを配置している。図９は、いずれも、インプリント領域の中心付近に形成されるマークは省略している。

いずれの場合においても、Ｙ方向計測に用いるモアレ縞を発生させるマークは、Ｙ方向と直交するＸ方向のメサエッジに対して所定の距離だけ離して配置することが望ましい。Ｘ方向計測に用いるモアレ縞を発生させるマークも、Ｙ方向のメサエッジに対して所定の距離だけ離して配置することが望ましい。所定の距離は、位置計測において許容される誤差の量により決定される。これらマークの配置によれば、各モアレ縞に対するメサエッジからのフレアの影響を抑えることができる。上記のようなマーク配置の型を用いたインプリント装置は、メサエッジからのフレアの影響を抑え、型と基板とを高精度に位置合わせすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、位置合わせ精度の点で有利な型、またはインプリント装置を提供することができる。

なお、上記実施形態では、モアレマークを用いる場合を説明したが、位置合わせに用いられるマークはラインアンドスペースや格子パターンでも同様の効果が得られる。また、インプリント材の硬化方法として、他のエネルギー（例えば、熱）による方法を用いてもよい。

（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、上述した型を用い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）上にインプリント材の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。

２ 型
４ マーク
６ 検出器（検出部）
３３ メサ部
３４ メサエッジ

Claims (5)

1. 基板上に硬化した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用いられる型であって、
   パターン部と、
   前記基板との第１方向の位置合わせに用いる第１マークと、前記基板との前記第１方向と直交する第２方向の位置合わせに用いる第２マークと、を１組とするマークと、を備え、
   前記１組のマークは、当該１組のマークを検出する検出器の視野内に収まり、
   前記１組のマークのうち、前記第１マークが前記パターン部の第１方向のエッジに近接して配置される、又は、前記第２マークが前記パターン部の第２方向のエッジに近接して配置される、ことを特徴とする型。
2. 前記第１マークは、前記パターン部の第２方向のエッジからは所定の距離をおいて配置され、前記第２マークは、前記パターン部の第１方向のエッジからは所定の距離をおいて配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の型。
3. 基板と型とを位置合わせする検出部を備え、前記基板上のインプリント材を前記型に接触させた状態で硬化させて、前記基板上に硬化した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、
   前記型は、
   パターン部と、
   前記基板との第１方向の位置合わせに用いる第１マークと、前記基板との前記第１方向と直交する第２方向の位置合わせに用いる第２マークと、を１組とするマークと、を備え、
   前記１組のマークは、当該１組のマークを検出する検出器の視野内に収まり、
   前記１組のマークのうち、前記第１マークが前記パターン部の第１方向のエッジに近接して配置される、又は、前記第２マークが前記パターン部の第２方向のエッジに近接して配置される、ことを特徴とするインプリント装置。
4. 前記第１マークは、前記パターン部の第２方向のエッジからは所定の距離をおいて配置され、前記第２マークは、前記パターン部の第１方向のエッジからは所定の距離をおいて配置される、ことを特徴とする請求項３に記載のインプリント装置。
5. 請求項１又は２に記載の型、請求項３又は４に記載のインプリント装置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。