JP2021044296A - インプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置合わせ処理のスループットを向上させること。【解決手段】実施形態のインプリント方法は、パターンが形成されたショット領域内に第１のマーク及び第２のマークが配置されたテンプレートを準備するステップと、第１のマークに対応する位置に第３のマークが配置され、第２のマークに対応する位置に第４のマークが配置された基板を準備するステップと、基板上に配置された樹脂膜にテンプレートのパターンを押し当てるステップと、第１の撮像素子により第１のマークと第３のマークとを撮像しながらテンプレートと基板との第１の位置合わせ動作を行うステップと、第２の撮像素子により第２のマークと第４のマークとを撮像しながらテンプレートと基板との第２の位置合わせ動作を行うステップと、樹脂膜にパターンを転写するステップと、を含む。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、インプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置に関する。

半導体装置の製造工程において微細なパターンを形成する方法にインプリント方法がある。インプリント方法においては、テンプレート等の原版と、基板との間で位置合わせ処理が行われる。位置合わせ処理は、例えば原版と基板とのそれぞれに設けられた位置合わせマークを用いて行われる。

特開２００７−２８１０７２号公報 特開２００５−１０８９７５号公報

原版と基板との位置合わせ処理は、例えば基板上に配置された樹脂膜が原版の位置合わせマークに充填されるのを待って行われる。このため、位置合わせ処理に時間を要してしまう場合がある。

本発明の実施形態は、位置合わせ処理のスループットを向上させることが可能なインプリント方法、半導体装置の製造方法、及びインプリント装置を提供することを目的とする。

実施形態のインプリント方法は、パターンが形成されたショット領域内に第１のマーク及び第２のマークが配置されたテンプレートを準備するステップと、前記第１のマークに対応する位置に第３のマークが配置され、前記第２のマークに対応する位置に第４のマークが配置された基板を準備するステップと、前記基板上に配置された樹脂膜に前記テンプレートの前記パターンを押し当てるステップと、第１の撮像素子により前記第１のマークと前記第３のマークとを撮像しながら前記テンプレートと前記基板との第１の位置合わせ動作を行うステップと、第２の撮像素子により前記第２のマークと前記第４のマークとを撮像しながら前記テンプレートと前記基板との第２の位置合わせ動作を行うステップと、前記樹脂膜に前記パターンを転写するステップと、を含む。

図１は、実施形態１にかかるテンプレートの構成の一例を示す模式図である。 図２は、実施形態１にかかるウェハの構成の一例を示す模式図である。 図３は、実施形態１にかかるインプリント装置の構成例を示す図である。 図４は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。 図５は、実施形態１にかかるテンプレート及びウェハの位置合わせ処理の様子を模式的に示す平面図である。 図６は、実施形態１にかかる位置合わせ処理および比較例にかかる位置合わせ処理のタイムラインの一例を示す図である。 図７は、実施形態２にかかるインプリント装置が備える撮像素子からの検出信号の一例を示す模式図である。 図８は、その他の実施形態にかかるテンプレート及びウェハの位置合わせ処理の様子を模式的に示す平面図である。

以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
以下、図面を参照して、実施形態１について詳細に説明する。

（テンプレートおよびウェハの構成例）
インプリント処理においては、微細なパターンが形成されたテンプレートをウェハ上のレジストに押し当てて、テンプレートの微細パターンをレジストに転写する。このとき、ウェハとテンプレートとに設けられた位置合わせマークを用いて、ウェハとテンプレートとの位置合わせが行われる。

以下に、図１及び図２を用い、実施形態１のテンプレート１０及びウェハ２０の構成例について説明する。

図１は、実施形態１にかかるテンプレート１０の構成の一例を示す模式図である。実施形態１のテンプレート１０は、クリスタルまたはガラス等の透明な部材で構成されている。

図１に示すように、原版（Ｏｒｉｇｉｎａｌ）としてのテンプレート１０は、例えば矩形状のテンプレート基板１４を備える。テンプレート基板１４の表面にはメサ部１５が設けられ、裏面にはザグリ１６が設けられている。

メサ部１５は、テンプレート基板１４の中央部に配置され、例えば矩形状を有している。メサ部１５はショット領域１５ｓを有する。ショット領域１５ｓは、１回のインプリント（テンプレート１０の押印）でウェハ２０上のレジスト２２にパターニングされる領域である。ショット領域１５ｓは、例えばナノオーダサイズの微細パターン１５ｐが形成されたパターン領域１５ｃを複数有する。微細パターン１５ｐは、複数の溝が配置されたパターン、複数のドットが配置されたパターン、または、その他のパターンであってよい。

ショット領域１５ｓには、また、複数の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍが配置されている。位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍは、テンプレート１０の表面に設けられた凹凸により構成される。これらの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍは、微細パターン１５ｐの外側であって、例えばショット領域１５ｓの四隅に配置されている。また、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍは、例えばパターン領域１５ｃ間に十字に配置されている。

より具体的には、位置合わせマーク１１ｍはショット領域１５ｓの中心付近に配置されている。位置合わせマーク１２ｍはショット領域１５ｓの各辺の中央にそれぞれ配置されている。位置合わせマーク１３ｍはショット領域１５ｓの各角付近にそれぞれ配置されている。また、複数の位置合わせマーク１２ｍはショット領域１５ｓの中心点から互いに等しい距離に配置されている。複数の位置合わせマーク１３ｍはショット領域１５ｓの中心点から互いに等しい距離に配置されている。

換言すると、複数の位置合わせマーク１２ｍは、位置合わせマーク１１ｍよりもショット領域１５ｓの中心から離れた位置、つまり、外側に配置されていることになる。複数の位置合わせマーク１３ｍは、位置合わせマーク１２ｍよりもショット領域１５ｓの中心から更に離れた位置、つまり、外側に配置されていることになる。

なお、図１に示すテンプレート１０の構成はあくまでも一例であって、これに限られない。例えば、図１の例では、１つのショット領域１５ｓに４つのパターン領域１５ｃ、１つの位置合わせマーク１１ｍ、４つの位置合わせマーク１２ｍ、及び４つの位置合わせマーク１３ｍが配置されているが、これらの構成の数および配置はこれに限られない。

図２は、実施形態１にかかるウェハ２０の構成の一例を示す模式図である。

図２に示すように、ウェハ２０は例えばウェハ２０の全面に複数のチップ領域２５ｃを有する。チップ領域２５ｃは、半導体装置の製造工程の終盤においてチップに切り出される領域である。チップ領域２５ｃは素子部２５ｐを有し、素子部２５ｐの外側に複数の位置合わせマーク２１ｍ〜２３ｍを有する。位置合わせマーク２１ｍ〜２３ｍは、ウェハ２０上の被加工膜２１を含むいずれかの膜に設けられた凹凸により構成される。

複数の位置合わせマーク２１ｍ〜２３ｍは、テンプレート１０の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍにそれぞれ対応する位置に配置されている。つまり、ウェハ２０とテンプレート１０との位置合わせを行う際には、例えば位置合わせマーク２１ｍと位置合わせマーク１１ｍとが重なり合い、位置合わせマーク２２ｍと位置合わせマーク１２ｍとが重なり合い、位置合わせマーク２３ｍと位置合わせマーク１３ｍとが重なり合うよう位置合わせされる。

このように、位置合わせされた状態では、例えば４つのチップ領域２５ｃが、テンプレート１０の１つのショット領域１５ｓ内に収まる位置に配置されることとなる。つまり、１つのチップ領域２５ｃは１つのパターン領域１５ｃと略等しい領域である。そして、素子部２５ｐにおいては、インプリント処理によりレジスト２２にパターンが転写される。つまり、素子部２５ｐは、テンプレート１０の微細パターン１５ｐに対応する位置に配置される。

なお、図２に示すウェハ２０の構成はあくまでも一例であって、テンプレート１０の構成と共に変更され得る。

（インプリント装置の構成例）
図３は、実施形態１にかかるインプリント装置１の構成例を示す図である。図３（ａ）はインプリント装置１の全体図であり、図３（ｂ）はインプリント装置１が備える撮像素子８４ａ〜８４ｄの詳細構成を示す検出系８６ａの拡大図である。

図３に示すように、インプリント装置１は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、撮像素子８３，８４ａ〜８４ｄ、基準マーク８５、アライメント部８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、光源８９、制御部９０、及び記憶部９１を備えている。インプリント装置１には、ウェハ２０上のレジストに微細パターンを転写するテンプレート１０がインストールされている。

ウェハステージ８２は、ウェハチャック８２ｂ、及び本体８２ａを備える。ウェハチャック８２ｂは、ウェハ２０を本体８２ａ上の所定位置に固定する。ウェハステージ８２上には、基準マーク８５が設けられている。基準マーク８５は、ウェハ２０をウェハステージ８２上にロードする際の位置合わせに用いられる。

ウェハステージ８２は、ウェハ２０を載置するとともに、載置したウェハ２０と平行な平面内（水平面内）を移動する。ウェハステージ８２は、ウェハ２０にレジストを滴下する際にはウェハ２０を液滴下装置８７の下方側に移動させ、ウェハ２０への転写処理を行う際には、ウェハ２０をテンプレート１０の下方側に移動させる。

ステージベース８８は、テンプレートステージ８１によってテンプレート１０を支持するとともに、上下方向（鉛直方向）に移動することにより、テンプレート１０の微細パターンをウェハ２０上のレジストに押し当てる。

ステージベース８８上には、複数の撮像素子８３を備えるアライメント部８６が設けられている。アライメント部８６は、ウェハ２０及びテンプレート１０に設けられた位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍ等に基づき、ウェハ２０の位置検出やテンプレート１０の位置検出を行う。

アライメント部８６は、検出系８６ａ及び照明系８６ｂを備える。照明系８６ｂは、ウェハ２０及びテンプレート１０に光を当てて、これらに形成された位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを視認可能にする。検出系８６ａは、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの画像を検出し、これらの位置を合わせることで、ウェハ２０とテンプレート１０との位置合わせを行う。

検出系８６ａ及び照明系８６ｂは、それぞれ結像部としてのダイクロイックミラー等のミラー８６ｘ，８６ｙを備える。ミラー８６ｘ，８６ｙは、照明系８６ｂからの光によって位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍ等のウェハ２０及びテンプレート１０からの画像を結像させる。具体的には、照明系８６ｂからの光Ｌｂは、ミラー８６ｙによりウェハ２０等の配置される下方へと反射される。また、ウェハ２０等からの光Ｌａは、ミラー８６ｘにより検出系８６ａ側へと反射される。また、ウェハ２０等からの一部の光Ｌｃは、ミラー８６ｘ，８６ｙを透過して、上方の撮像素子８３の側へと進行する。

図３（ｂ）に示すように、検出系８６ａは複数の撮像素子８４ａ〜８４ｄを備える。ウェハ２０及びテンプレート１０からの光Ｌａは、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍ等を含む画像として撮像素子８４ａ〜８４ｄにより撮像される。ここで、これらの撮像素子８４ａ〜８４ｄは、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍごとに振り分けられている。

つまり、例えば、撮像素子８４ａの位置および画角は位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを撮像可能なように調整されており、撮像素子８４ａは専ら位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを撮像するよう構成されている。撮像素子８４ｃの位置および画角は位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍのうちの１組を撮像可能なように調整されており、撮像素子８４ｃは専ら位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを撮像するよう構成されている。

撮像素子８４ｂの位置および画角は位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍのうちの１組を撮像可能なように調整されている。撮像素子８４ｄの位置および画角は、撮像素子８４ｂの撮像対象の対角線上に配置される位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを撮像可能なように調整されている。このように、撮像素子８４ｂ、８４ｄは専ら位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを撮像するよう構成されている。

図３（ａ）に示すように、ウェハ２０及びテンプレート１０からの一部の光Ｌｃは、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ等を含む画像として撮像素子８３により撮像される。ここで、撮像素子８３は、例えば位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの全体を撮像し、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの状態を検知することが可能に構成されている。後述するように、撮像素子８３で検知された位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの状態に応じて、いずれかの撮像素子８４ａ〜８４ｄからの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを用いて位置合わせが行われる。このような位置合わせ処理の詳細については後述する。

液滴下装置８７は、インクジェット方式によってウェハ２０上にレジストを滴下する装置である。液滴下装置８７が備えるインクジェットヘッドは、レジストの液滴を噴出する複数の微細孔を有しており、レジストの液滴をウェハ２０上に滴下する。

なお、実施形態１のインプリント装置１では、レジストを滴下するように構成されているが、スピンコート塗布法によって、ウェハ２０上の全面にレジストを塗布してもよい。

転写部としての光源８９は、例えば紫外線を照射する装置であり、ステージベース８８の上方に設けられている。光源８９は、テンプレート１０がレジストに押し当てられた状態で、テンプレート１０上から光を照射する。

制御部９０は、テンプレートステージ８１、ウェハステージ８２、基準マーク８５、撮像素子８３，８４ａ〜８４ｄを含むアライメント部８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、および光源８９を制御する。

記憶部９１は、インプリント装置１の動作に必要な各種情報やプログラムを有する。また、記憶部９１には、ウェハ２０とテンプレート１０との相対位置等のアライメント情報が格納される。

（半導体装置の製造方法）
次に、図４を用いて、実施形態１のインプリント装置１を用いたインプリント処理を含む半導体装置の製造方法の例について説明する。図４は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフロー図である。

図４（ａ）に示すように、半導体基板としてのウェハ２０上に被加工膜２１を形成し、被加工膜２１上にレジスト２２を滴下する。

具体的には、被加工膜２１が形成されたウェハ２０をウェハステージ８２に載置する。そして、ウェハステージ８２を液滴下装置８７の下方に移動させ、液滴下装置８７からレジスト２２の液滴を被加工膜２１上に滴下する。

なお、上述のように、スピンコート塗布法によって、ウェハ２０上の全面にレジスト２２を塗布してもよい。

その後、ウェハステージ８２をテンプレート１０の下方に移動させる。

次に、図４（ｂ）に示すように、テンプレートステージ８１を下方に移動させ、アライメント部８６で位置合わせを行いながら、テンプレート１０の微細パターンをレジスト２２に押し当てる。

ここで、アライメント部８６による位置合わせは、例えば、粗い位置合わせである粗検と、精密な位置合わせとの２段階で行われる。テンプレート１０とウェハ２０とには、予め、粗検で用いる粗検マークと、精密な位置合わせで用いる上述の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍとが形成されている。粗検は、テンプレート１０とウェハ２０とが接触する前に、テンプレート１０とウェハ２０との粗検マークの位置を調整することで、高速で非破壊的に行われる。ただし、粗検マーク間の距離が離れているために位置精度が粗い。精密な位置合わせは、テンプレート１０とウェハ２０とを近接させた状態で、テンプレート１０とウェハ２０との位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを用いて行われる。

位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを用いた精密な位置合わせにおいて、制御部９０は、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの全体を撮像する撮像素子８３から、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの状態を検知する。そして、制御部９０は、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの状態に応じて、使用する撮像素子８４ａ〜８４ｄを適宜切り替えながら、所定の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの組み合わせを用いて位置合わせを行う。精密な位置合わせの詳細については後述する。

続いて、テンプレート１０を押し付けた状態で、インプリント装置１の光源８９からレジスト２２に光を照射し、レジスト２２を硬化させる。これにより、テンプレート１０の微細パターンがレジスト２２に転写される。

次に、図４（ｃ）に示すように、テンプレート１０を離型する。これにより、ウェハ２０の被加工膜２１上には、微細パターンが転写されたレジストパターン２２ｐが形成される。

次に、図４（ｄ）に示すように、微細パターンが転写されたレジストパターン２２ｐをマスクにして被加工膜２１を加工する。これにより、被加工膜パターン２１ｐが形成される。

次に、図４（ｅ）に示すように、レジストパターン２２ｐをアッシング等により剥離して、ウェハ２０上に形成された被加工膜パターン２１ｐが得られる。

これ以降、上記のような工程を繰り返し、複数の被加工膜パターンをウェハ２０上に形成していくことで、半導体装置が製造される。

（位置合わせ処理の詳細例）
次に、図５を用いて、実施形態１のテンプレート１０及びウェハ２０の位置合わせ処理の詳細について説明する。図５は、実施形態１にかかるテンプレート１０及びウェハ２０の位置合わせ処理の様子を模式的に示す平面図である。

上述のように、テンプレート１０とウェハ２０との精密な位置合わせは、テンプレート１０とウェハ２０とを近接させた状態で行う。このとき、テンプレート１０はウェハ２０上のレジスト２２に押し付けられている。またこのとき、テンプレート１０をウェハ２０側に凸となるように若干反らせ、レジスト２２中の空気等の気体を抜きつつ、中央付近からレジスト２２を押し広げていく。

これにより、テンプレート１０のショット領域１５ｓの中央付近のウェハ２０上に配置されたレジスト２２は、ショット領域１５ｓの外側へと向かって延び広がっていく。また、レジスト２２は、毛細管現象により、テンプレート１０の微細パターン１５ｐの凹部および位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの凹部に充填されていく。

テンプレート１０とウェハ２０との位置合わせは、このようにレジスト２２が充填された位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍを順次用いて行われる。レジスト２２が充填された状態において、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの視認性、つまり、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの凹凸によるコントラストが高まり、位置合わせ精度を向上させることができる。個々の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍにレジスト２２が充填されたか否かは、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ全体を撮像する撮像素子８３による画像を用いて制御部９０により判定される。

図５（ａ）に示すように、テンプレート１０をレジスト２２に押し付けてから所定時間経過後、ショット領域１５ｓの中心付近に位置する位置合わせマーク１１ｍがレジスト２２により充填される。その様子が撮像素子８３により撮像されると、テンプレート１０の位置合わせマーク１１ｍと、ウェハ２０の位置合わせマーク２１ｍとを用いて、テンプレート１０とウェハ２０との位置合わせ動作が開始される。

具体的には、アライメント部８６が有する撮像素子８４ａ〜８４ｄのうち位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍ用の撮像素子８４ａにて位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを観測しつつ、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍ同士が重なり合うように、ウェハ２０が載置されたウェハステージ８２を水平面内で動かす。ただし、このような位置合わせ動作は相対的なものであって、何らかの手段によりテンプレート１０の位置を動かしてもよく、ウェハ２０とテンプレート１０との両方の位置を動かしてもよい。

図５（ｂ）に示すように、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作の開始から更に所定時間が経過すると、位置合わせマーク１１ｍよりも外側に位置する位置合わせマーク１２ｍがレジスト２２により充填される。その様子が撮像素子８３により観測されると、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作が停止され、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作が開始される。

このとき、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作が完了していてもいなくともよい。位置合わせ動作の完了とは、例えば位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍ同士のずれが所定範囲内に収まった状態をいう。また、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作の停止時におけるテンプレート１０とウェハ２０との相対位置の情報は、インプリント装置１の記憶部９１に記憶され、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作はこれに基づき開始される。

位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作では、アライメント部８６が有する撮像素子８４ａ〜８４ｄのうち位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍ用の撮像素子８４ｃにて位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを観測しつつ、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍ同士が重なり合うように、テンプレート１０とウェハ２０との相対位置を調整する。

ここで、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍは、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍよりも外側に位置する。回転ずれ等の位置ずれは、より外側の位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた方が検出されやすい。つまり、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせ精度は、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍによる位置合わせ精度よりも高い。よって、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作の停止時に、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍを用いた位置合わせ動作が完了していたとしても、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍ同士のずれが所定範囲内に無い場合がある。本例での位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせ動作は、そのような場合をも想定している。

図５（ｃ）に示すように、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作の開始から更に所定時間が経過すると、位置合わせマーク１２ｍよりも外側に位置する位置合わせマーク１３ｍがレジスト２２により充填される。その様子が撮像素子８３により観測されると、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作が停止され、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを用いた位置合わせ動作が開始される。

このとき、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作が完了していてもいなくともよい。また、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作の停止時におけるテンプレート１０とウェハ２０との相対位置の情報は、インプリント装置１の記憶部９１に記憶され、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを用いた位置合わせ動作はこれに基づき開始される。

位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを用いた位置合わせ動作では、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍ用の撮像素子８４ｂ，８４ｄにて位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを観測しつつ、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍ同士が重なり合うように、テンプレート１０とウェハ２０との相対位置を調整する。

ここで、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作が完了していたとしても、より位置合わせ精度の高い位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍ同士のずれが所定範囲内に無い場合がある。

ショット領域１５ｓの最も外側に位置し、最も位置合わせ精度の高い位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍにおいては、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍ同士のずれが所定範囲内となって位置合わせ動作が完了するまで位置合わせ動作が継続される。

以上により、テンプレート１０とウェハ２０との精密な位置合わせが終了する。

なお、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせに移行した後、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせに不備が生じた場合には、再度、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍに戻って位置合わせを行ってもよい。位置合わせマーク１２ｍに撮像素子８３では観測されない充填不足が生じていた場合や、周囲の環境により充分なコントラストが得られないような場合である。同様に、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせに移行した後、再度、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍ、または位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍに戻って位置合わせを行ってもよい。

（比較例）
次に、図６を用いて、比較例の位置合わせ処理について説明する。比較例の位置合わせ処理では、ショット領域の外縁付近にある位置合わせマーク、または、ショット領域のより内側にある位置合わせマークのいずれかのみを用いて位置合わせが行われる。比較例のインプリント装置は、位置合わせマーク全体を撮像する撮像素子８３に相当する構成を有さず、位置合わせに用いられる撮像素子は、上記いずれかの位置合わせマークのみを撮像する。

図６（ａ）は、ショット領域の外縁付近にある外側の位置合わせマークによる位置合わせ処理のタイムラインの一例を示す図である。ここでは、テンプレートをレジストに押し当てた時点から位置合わせ処理が開始するものとしている。ただし、ウェハステージ等を動かしての位置合わせ動作は直ちには始まらない。位置合わせ処理の開始から所定時間、外側の位置合わせマークにレジストが充填されるのを待つ時間がある。比較例においては、位置合わせ処理の開始からの待ち時間は予め取得済みであるものとする。かかる時間が経過して外側の位置合わせマークへのレジストが充填された後、位置合わせ動作が開始され、所定時間を要して位置合わせ処理が終了する。

このとき、位置合わせマークへのレジスト充填待ち時間は位置合わせ動作の開始を遅延させ、位置合わせ処理のスループットを低下させる。しかしながら、位置合わせマークへのレジスト充填が不充分なまま位置合わせを開始すると、位置合わせマークの視認性が悪く、位置合わせ精度が低下してしまう。

ここで、ショット領域のより内側に位置合わせマークを配置すれば、位置合わせマークへのレジストの到達および充填が早まり、位置合わせマークへのレジスト充填待ち時間を短縮することができる。しかしながら、内側に配置された位置合わせマークは外側に配置された位置合わせマークよりも位置合わせ精度、特に、回転ずれに対する精度が低い。

図６（ｂ）は、実施形態１の位置合わせ処理のタイムラインの一例を示す図である。図６（ａ）と同様、ここでも、テンプレート１０をレジスト２２に押し当てた時点から位置合わせ処理が開始するものとしている。しかし、実施形態１の位置合わせ処理では、まず、ショット領域１５ｓの中心付近に配置される位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍが位置合わせに用いられるので、位置合わせ動作の開始を、比較例の場合よりも早めることができる。

その後、レジスト２２が充填されていく順に、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍを用いた位置合わせ動作、及び位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍを用いた位置合わせ動作が開始されていく。このとき、図６の例では、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせ動作が開始される時点は、比較例における外側の位置合わせマークによる位置合わせ動作が開始される時点と略一致している。

しかし、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせ動作が開始されるときには、それ以前の位置合わせマーク１１ｍ，１２ｍ，２１ｍ，２２ｍによる位置合わせ動作によってテンプレート１０とウェハ２０との相対位置のずれ量は、比較例における場合よりも狭まっている。このため、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせ動作は比較的短時間で完了させることができる。よって、レジスト２２の充填待ち時間も含めた位置合わせ処理全体の時間も短縮することができる。

このように、実施形態１の位置合わせ処理によれば、レジスト２２充填待ち時間の一部を利用して位置合わせ動作を開始する。これにより、位置合わせ処理のスループットを向上させることができる。

また、実施形態１の位置合わせ処理によれば、最終的には最も外側に位置する位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍにより位置合わせ動作が完了される。これにより、高い位置合わせ精度を維持することができる。

また、実施形態１の位置合わせ処理によれば、撮像素子８３によって位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ全体の状態を観測しつつ、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを用いた位置合わせ動作の開始時点を決定する。これにより、例えば比較例のように、予め取得された時間に基づき位置合わせ動作の開始時点を決める場合よりも、位置合わせ動作の開始時点を実状に合わせて精度よく決定することができる。

また、実施形態１の位置合わせ処理によれば、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍについて少なくとも１つの撮像素子８４ａ〜８４ｄを対応させている。これにより、例えば１つの撮像素子を移動させながら対象となる位置合わせマークを撮像する場合よりも、使用状態にある位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの移り変わりに素早く対応することができる。このように、移動時間を削減できるほか、移動に伴う位置のばらつきやフォーカス調整のばらつき等を低減することができる。

なお、上述の実施形態１では、複数組の位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍのうち１組を撮像する撮像素子８４ｂ、複数組の位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍのうち２組を撮像する撮像素子８４ｄをそれぞれ設けることとしたが、これに限られない。位置合わせマーク１組に対し１つの撮像素子が割り当てられることが、より好ましい。つまり、上述の実施形態１の例では、インプリント装置に９個の撮像素子が設けられることが好ましい。

全ての位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍに対応する撮像素子を設ける場合には、全ての位置合わせマーク１３ｍにレジスト２２が充填された後に位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍから位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍに切り替えて位置合わせ動作を行うほか、複数の位置合わせマーク１３ｍのうちレジスト２２が先に充填されたものから切り替えを行って位置合わせ動作を開始させることも可能である。

また、上述の実施形態１の例によらず、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの切り替えは、個々の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍにおける位置合わせ動作が完了してから行ってもよい。この場合においても、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの組数分の撮像素子が設けられていれば、全ての位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍの位置合わせが完了した後、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍへの切り替えを行うほか、複数組の位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍのうち先に位置合わせが完了したものから位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍへの切り替えを行って位置合わせ動作を開始させることも可能である。

［実施形態２］
以下、図面を参照して、実施形態２について詳細に説明する。実施形態２の位置合わせ処理では、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍからのコントラストによる信号の変化に基づき、位置合わせ動作に使用する位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを切り替える点が上述の実施形態１とは異なる。

実施形態２の位置合わせ処理は、位置合わせ動作の開始当初から、例えば全ての位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍを複数の撮像素子で観測しつつ実施される。つまり、実施形態２のインプリント装置は、例えば全ての位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍのそれぞれに対応する数の位置合わせ用の撮像素子を備える。実施形態２のインプリント装置の制御部は、それらの撮像素子からの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの検出信号に基づき、位置合わせ動作に使用する位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを順次切り替える。

図７は、実施形態２にかかるインプリント装置が備える撮像素子８４Ａ〜８４Ｃからの検出信号の一例を示す模式図である。

図７（ａ）に示す撮像素子８４Ａは、例えば位置合わせマーク１１ｍを撮像する撮像素子である。撮像素子８４Ａは、位置合わせマーク１１ｍからの検出光の明暗によるコントラストを検出信号として検出して制御部に送信する。

制御部は、明暗のそれぞれのピークが所定の閾値ＳＨ，ＳＬに達しているか否かを判定する。閾値ＳＨ，ＳＬは、それぞれの位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍにレジスト２２が充分に充填されたときに得られる明暗のピークに基づき設定されている。制御部は、明暗のそれぞれのピークが閾値ＳＨ，ＳＬ以上であれば、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍによる位置合わせ動作を開始する。

位置合わせマーク１１ｍからの検出信号は、テンプレート１０がレジスト２２に押し当てられた当初においては閾値ＳＨ，ＳＬよりも低い明暗のピークを有する。レジスト２２の充填が不充分だからである。しかし、それから比較的短時間で閾値ＳＨ，ＳＬに達し、レジスト２２が充分に充填されたことが判る。よって、位置合わせマーク１１ｍ，２１ｍによる位置合わせ動作が開始される。

図７（ｂ）に示す撮像素子８４Ｂは、例えば複数の位置合わせマーク１２ｍのいずれかを撮像する撮像素子である。撮像素子８４Ｂは、位置合わせマーク１２ｍからの検出光の明暗によるコントラストを検出信号として検出して制御部に送信する。

制御部は、明暗のそれぞれのピークが閾値ＳＨ，ＳＬに達しているか否かを判定する。明暗のそれぞれのピークが閾値ＳＨ，ＳＬ以上であれば、制御部は、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせ動作を開始する。

位置合わせマーク１２ｍからの検出信号は、テンプレート１０がレジスト２２に押し当てられてから位置合わせマーク１１ｍよりも遅れた時間で閾値ＳＨ，ＳＬに達する。よって、位置合わせマーク１２ｍ，２２ｍによる位置合わせ動作が開始される。

図７（ｃ）に示す撮像素子８４Ｃは、例えば複数の位置合わせマーク１３ｍのいずれかを撮像する撮像素子である。撮像素子８４Ｃは、位置合わせマーク１３ｍからの検出光の明暗によるコントラストを検出信号として検出して制御部に送信する。

制御部は、明暗のそれぞれのピークが閾値ＳＨ，ＳＬに達しているか否かを判定する。明暗のそれぞれのピークが閾値ＳＨ，ＳＬ以上であれば、制御部は、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせ動作を開始する。

位置合わせマーク１３ｍからの検出信号は、テンプレート１０がレジスト２２に押し当てられてから位置合わせマーク１２ｍよりも遅れた時間で閾値ＳＨ，ＳＬに達する。よって、位置合わせマーク１３ｍ，２３ｍによる位置合わせ動作が開始される。

実施形態２の位置合わせ処理によれば、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍの検出光のコントラストの変化に基づき、位置合わせ動作に使用する位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍを切り替える。これにより、より確実に位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍにレジスト２２が充填された状態で、それぞれの位置合わせ動作を開始することができる。また、それぞれの位置合わせ動作をより適正な時点で開始することができる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態１，２では、ショット領域１５ｓ内におけるショット領域１５ｓの中心位置からの距離が異なる３種類の位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍを用いて位置合わせ処理を行うこととした。しかし、位置合わせマークの種類は、内側に配置される位置合わせマークと、外側に配置される位置合わせマークとの、少なくとも２種類があればよい。また、ショット領域の中心位置からの距離が異なる４種類以上の位置合わせマークであってもよい。

また、上述の実施形態１，２では、ショット領域１５ｓの略中心位置にある位置合わせマーク１１ｍ、中心位置からの距離が等しい複数の位置合わせマーク１２ｍ同士、及び複数の位置合わせマーク１３ｍ同士の３種類の組み合わせで、それぞれ位置合わせ動作を行うこととした。中心位置からの距離が等しいもの同士では、通常、レジスト２２が充填されるまでの時間も等しいと考えられるからである。

しかし、テンプレートの微細パターンの構成やパターン領域の配置によっては、中心位置からの距離が等しくともレジスト２２が充填されるまでの時間が異なる場合が生じ得る。例えば、図８に示すように、レジスト２２が所定方向に優先的に延び広がるような特性を有するテンプレート３０を用いる場合である。そのような場合には、レジスト２２が充填されるまでの時間が等しい位置合わせマーク同士を１組として位置合わせ動作を行ってもよい。

図８の例では、レジスト２２はショット領域の中心位置から偏った方向に延び広がっていく。このため、位置合わせマーク３２ｍと位置合わせマーク３３ｍとは、中心からの距離が等しいにも関わらず、位置合わせマーク３２ｍの方に、位置合わせマーク３３ｍよりも先にレジスト２２が充填される。

そこで例えば、１つの位置合わせマーク３１ｍを用いて位置合わせ動作を行い、次に、複数の位置合わせマーク３２ｍを１つの組として用いて位置合わせ動作を行い（図８（ａ））、次に、複数の位置合わせマーク３３ｍを１つの組として用いて位置合わせ動作を行い（図８（ｂ））、最後に、複数の位置合わせマーク３４ｍを１つの組として用いて位置合わせ動作を行う（図８（ｃ））ことができる。

また、上述の実施形態１，２では、撮像素子８３による観測、または撮像素子８４Ａ〜８４Ｃにより取得したコントラストの信号に基づき、位置合わせ動作に用いる位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの切り替えを行うこととしたが、これにかぎられない。予め、位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍへのレジスト２２の充填までに要する時間を取得しておき、これに基づき位置合わせマーク１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍの切り替えを行ってもよい。

また、上述の実施形態１，２では、ショット領域１５ｓごとに分割して複数回のインプリント処理をウェハ２０に対して実施することとしたが、上述の位置合わせ処理は、ウェハ全面に対して一括してインプリント処理を行う場合にも適用され得る。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インプリント装置、１０，３０…テンプレート、１１ｍ〜１３ｍ，２１ｍ〜２３ｍ，３１ｍ〜３４ｍ…位置合わせマーク、１５ｐ…微細パターン、１５ｓ…ショット領域、２０…ウェハ、８１…テンプレートステージ、８２…ウェハステージ、８３，８４ａ〜８４ｄ，８４Ａ〜８４Ｃ…撮像素子、８９…光源、９０…制御部。

Claims (5)

1. パターンが形成されたショット領域内に第１のマーク及び第２のマークが配置されたテンプレートを準備するステップと、
   前記第１のマークに対応する位置に第３のマークが配置され、前記第２のマークに対応する位置に第４のマークが配置された基板を準備するステップと、
   前記基板上に配置された樹脂膜に前記テンプレートの前記パターンを押し当てるステップと、
   第１の撮像素子により前記第１のマークと前記第３のマークとを撮像しながら前記テンプレートと前記基板との第１の位置合わせ動作を行うステップと、
   第２の撮像素子により前記第２のマークと前記第４のマークとを撮像しながら前記テンプレートと前記基板との第２の位置合わせ動作を行うステップと、
   前記樹脂膜に前記パターンを転写するステップと、を含む、
   インプリント方法。
2. 第３の撮像素子により前記第１のマークへの前記樹脂膜の充填が撮像されたら前記第１の位置合わせ動作を開始し、
   前記第３の撮像素子により前記第２のマークへの前記樹脂膜の充填が撮像されたら前記第２の位置合わせ動作を開始する、
   請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記第２のマークは、前記ショット領域内であって前記第１のマークよりも外側に配置される、
   請求項１または請求項２に記載のインプリント方法。
4. パターンが形成されたショット領域内に第１のマーク及び第２のマークが配置されたテンプレートを準備するステップと、
   前記第１のマークに対応する位置に第３のマークが配置され、前記第２のマークに対応する位置に第４のマークが配置され、被加工膜が形成された半導体基板を準備するステップと、
   前記半導体基板上に配置された樹脂膜に前記テンプレートの前記パターンを押し当てるステップと、
   第１の撮像素子により前記第１のマークと前記第３のマークと撮像しながら前記テンプレートと前記半導体基板との第１の位置合わせ動作を行うステップと、
   第２の撮像素子により前記第２のマークと前記第４のマークと撮像しながら前記テンプレートと前記半導体基板との第２の位置合わせ動作を行うステップと、
   前記樹脂膜に前記パターンを転写するステップと、
   前記パターンが転写された前記樹脂膜をマスクにして前記被加工膜を加工するステップと、を含む、
   半導体装置の製造方法。
5. パターンが形成されたショット領域内に第１のマーク及び第２のマークが配置されたテンプレートを保持することが可能な第１のステージと、
   前記第１のマークに対応する位置に第３のマークが配置され、前記第２のマークに対応する位置に第４のマークが配置された基板を保持することが可能な第２のステージと、
   前記第１のマーク及び前記第３のマークを撮像する第１の撮像素子と、
   前記第２のマーク及び前記第４のマークを撮像する第２の撮像素子と、
   前記基板上に配置された樹脂膜に前記パターンを転写する転写部と、
   前記第１のステージ、前記第２のステージ、前記第１の撮像素子、前記第２の撮像素子、及び前記転写部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１のステージ及び前記第２のステージの少なくとも一方を動かして、前記基板上に配置された樹脂膜に前記テンプレートの前記パターンを押し当て、
   前記第１の撮像素子により前記第１のマークと前記第３のマークとを撮像させながら、前記第１のステージ及び前記第２のステージの少なくとも一方を動かして前記テンプレートと前記基板との第１の位置合わせ動作を行わせ、
   前記第２の撮像素子により前記第２のマークと前記第４のマークとを撮像させながら、前記第１のステージ及び前記第２のステージの少なくとも一方を動かして前記テンプレートと前記基板との第２の位置合わせ動作を行わせる、
   インプリント装置。

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