JP5662741B2 - インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原版を樹脂に押し付けた状態で該樹脂を硬化させることによってパターンを形成するインプリント装置およびそれを用いて物品を製造する製造方法に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造するために、従来からフォトリソグラフィー技術が使われてきた。フォトリソグラフィー技術では、基板に塗布されたレジスト（感光材）に対して露光装置によって原版のパターンを転写し、該レジストを現像することによって基板上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、その下の層がエッチングされたり、基板にイオンが注入されたりする。

半導体デバイス等のデバイスを製造するための他の技術として、基板に樹脂を塗布し、該樹脂に原版を押し付けた状態で該樹脂を硬化させるインプリント技術が知られている（特許文献１）。インプリント技術では、樹脂の硬化によってレジストパターンに相当するパターンが基板上に形成され、現像工程は不要である。

特開２００７−１６５４００号公報 特開平１１−１８６１５７号公報

インプリント装置では、原版が基板或いはその上に塗布されている樹脂に押し付けられるので、原版および基板の変形によって基板に形成されるパターンが目標パターンから位置ずれしたり、変形したりしうる。これにより、基板の上の層に形成されたパターンとその上の層に新たに形成されたパターンとの間のずれ、即ちオーバーレイ誤差が生じやすい。したがって、フォトリソグラフィー技術において採用されていたようなオーバーレイ誤差の計測方法、即ち、基板の全ショット領域を露光してから、その基板を現像装置で現像し、その後にオーバーレイ計測を実施する方法は望ましくないかもしれない。即ち、フォトリソグラフィー技術におけるオーバーレイ誤差の計測方法をインプリント技術に適用した場合、オーバーレイ誤差が生じてからその補正までの時間遅れが大きく、許容範囲から外れたオーバーレイ誤差を有する基板が大量に生産されてしまう可能性がある。

或いは、別の観点では、原版の交換の直後、又は、複数の基板からなるロットの先頭において、速やかにオーバーレイ誤差の発生を発見することが有用であるかもしれない。
本発明は、発明者による以上のような課題認識を契機としてなされたものであり、許容範囲を外れるオーバーレイ誤差の発生を速やかに検知するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、原版と樹脂とを接触させた状態で該樹脂を硬化させることによって基板のショット領域にパターンを形成するインプリントサイクルを繰り返すことによって基板の複数のショット領域にパターンを形成するインプリント装置であって、基板に形成されたマークを、原版を介さずに検出する検出器と、インプリントサイクルの後において、前記検出器に基板上のマークと当該インプリントサイクルによって形成されたマークとを検出させて、その検出結果に基づいて、基板の上の層に形成されたパターンと当該層よりも上の層に新たに形成されたパターンとのずれであるオーバーレイ誤差を求めるオーバーレイ計測を実行する制御部と、を備え、インプリントサイクルの前に、前記検出器によって基板上のマークが検出され、その検出結果に基づいて、前記制御部によって当該基板の複数のショット領域の配列情報が求められ、各インプリントサイクルは、該配列情報に基づいて当該基板をアライメントした状態でなされる。

本発明によれば、例えば、許容範囲を外れるオーバーレイ誤差の発生を速やかに検知するために有利な技術が提供される。

本発明の例示的な実施形態のインプリント装置の概略構成を示す図である。 ショット領域の配列を例示する図である。 オーバーレイ計測のためのマークを例示する図である。 インプリントシーケンスを例示する図である。 他のインプリントシーケンスを例示する図である。

図１を参照しながら本発明の例示的な実施形態のインプリント装置について説明する。ここでは、一例として、ＵＶ光（紫外光）の照射によって樹脂を硬化させるＵＶ光硬化型インプリント装置に本発明を適用した例を説明する。しかしながら、本発明は、他の波長域の光の照射によって樹脂を硬化させるインプリント装置や、他のエネルギー（例えば、熱）によって樹脂を硬化させるインプリント装置に適用することも可能である。

本発明の例示的な実施形態のインプリント装置１００は、インプリントサイクルを繰り返すことによって基板の複数のショット領域にパターンを形成するように構成されている。ここで、１つのインプリントサイクルは、原版と樹脂とを接触させた状態で該樹脂を硬化させることによって基板の１つのショット領域にパターンを形成するサイクルである。インプリント装置１００は、例えば、硬化ユニット１２０と、原版操作機構１３０と、原版形状補正機構１４０と、基板駆動部１６０と、アライメント機構１７０と、制御部ＣＮＴとを含みうる。

硬化ユニット１２０は、原版（型）Ｍを介して樹脂（レジスト）Ｒに紫外光を照射してそれを硬化させる。樹脂Ｒは、この実施形態では、紫外光硬化樹脂である。硬化ユニット１２０は、例えば、光源部１１０と、光学系１１２とを含む。光源部１１０は、例えば、紫外光（例えば、ｉ線、ｇ線）を発生するハロゲンランプなどの光源と、該光源が発生した光を集光する楕円鏡とを含みうる。光学系１１２は、樹脂Ｒを硬化させるための光をショット領域内の樹脂に照射するためのレンズ、アパーチャなどを含みうる。アパーチャは、画角制御や外周遮光制御に使用される。画角制御によって目標とするショット領域のみを照明することができ、外周遮光制御によって紫外光が基板（ウエハ）Ｗの外形を超えて照射されることを制限することができる。光学系１１２は、原版Ｍを均一に照明するためにオプティカルインテグレータを含んでもよい。アパーチャによって範囲が規定された光は、結像系と原版Ｍを介して基板Ｗ上の樹脂Ｒに入射する。

原版Ｍには、転写すべき、微細構造のパターンが形成されている。原版Ｍは、樹脂Ｒを硬化するための紫外光を透過するために、紫外光の波長において透明な材料、例えば石英で形成される。原版Ｍは、図示しない原版搬送機構によって搬送されうる。原版搬送機構は、例えば、真空チャック等のチャックを有する搬送ロボットを含む。

原版操作機構１３０は、例えば、原版Ｍを保持する原版チャック１３２と、原版チャック１３２を駆動することによって原版Ｍを駆動する原版駆動機構１３４と、原版駆動機構１３４を支持する原版ベース１３６とを含みうる。原版駆動機構１３４は、原版Ｍの位置を６軸に関して制御する位置決め機構、および、原版Ｍを基板Ｗ或いはその上の樹脂Ｒに押し付けたり、硬化した樹脂Ｒから原版Ｍを分離したりする機構とを含む。ここで、６軸は、原版チャック１３２の支持面（これは基板Ｗを支持する面と平行）をＸＹ平面、それに直交する方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびそれらの各軸回りの回転である。
原版形状補正機構１４０は原版チャック１３２に搭載されうる。原版形状補正機構１４０は、例えば、空気や油等の流体で作動するシリンダを用いて原版Ｍを外周方向から加圧することによって原版Ｍの形状を補正することができる。或いは、原版形状補正機構１４０は、原版Ｍの温度を制御する温度制御部を含み、原版Ｍの温度を制御することによって原版Ｍの形状を補正する。基板Ｗは、熱処理などのプロセスを経ることによって変形（典型的には、膨張又は収縮）しうる。原版形状補正機構１４０は、このような基板Ｗの変形に応じて、オーバーレイ誤差が許容範囲に収まるように原版Ｍの形状を補正する。

基板Ｗには、塗布機構１８０によって樹脂Ｒが塗布される。パターンを形成する対象のショット領域に塗布機構１８０によって樹脂が塗布される。次いで、該樹脂に原版Ｍが押し付けられて、その状態で紫外光が照射されることによって該樹脂が硬化する。次いで、次のショット領域に対して同様の処理が実行される。塗布機構１８０は、例えば、樹脂を収容するタンクと、該タンクから供給路を通して供給される樹脂を基板に対して吐出するノズルと、該供給路に設けられたバルブと、供給量制御部とを有しうる。供給量制御部は、典型的には、１回の樹脂の吐出動作において１つのショット領域に樹脂が塗布されるように、バルブを制御することによって基板Ｗへの樹脂の供給量を制御する。

基板駆動部１６０は、例えば、基板Ｗを保持する基板チャック１６２と、基板チャック１６２を駆動することによって基板Ｗを駆動する基板ステージ１６４と、不図示のステージ駆動機構とを含みうる。ステージ駆動機構は、基板ステージ１６４の位置を前述の６軸に関して制御することによって基板Ｗの位置を制御する位置決め機構を含みうる。

アライメント機構１７０は、例えば、アライメントスコープ１７２と、アライメントステージ機構１７４と、オフアクシススコープ（ＯＡＳ）１７６と、基準マーク１７８ａを搭載する基準マーク台１７８とを含みうる。アライメントスコープ１７２は、原版Ｍと基板Ｗのショット領域とを位置合わせする自動調節スコープ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ｓｃｏｐｅ：ＡＡＳ）を含みうる。アライメントスコープ１７２は、原版Ｍに形成されているアライメントマークの位置と、基準マーク１７８ａの位置とを原版Ｍを介して検出する。アライメントステージ機構１７４は、原版ベース１３６上に搭載されていて、アライメントスコープ１７２を位置決めする。オフアクシススコープ１７６によって基準マーク１７８ａの位置を検出することによってベースライン長が求められる。ベースライン長に基づいて、基準マーク１７８ａを基準として基板Ｗ上のアライメントマークの位置が検出される。基準マーク１７８ａは、オフアクシススコープ１７６、基板ステージ１６４および原版Ｍの相互の位置関係を計測するために使用される。

制御部ＣＮＴは、インプリントサイクルとインプリントサイクルとの間においてオーバーレイ計測を実行する。このオーバーレイ計測は、オフアクシススコープ（検出器）１７６に基板Ｗに形成されたアライメントマークを検出させて、その検出結果に基づいて、オーバーレイ誤差を求めるものである。オーバーレイ誤差は、基板Ｗの上の層に形成されたパターンとその上の層に新たに形成されたパターンとのずれである。この実施形態では、制御部ＣＮＴは、その他、インプリントの動作（樹脂の塗布、樹脂への原版の押し付け、樹脂の硬化）の制御も行う。
インプリント装置１００は、その他、図示されていないが、定盤、除振器（ダンパ）を含む。定盤は、インプリント装置１００全体を支えると共に基板ステージ１６４が移動する際の基準平面を形成する。除振器は、床からの振動を除去し、定盤を支える。

以下、図４を参照しながらインプリント装置１００の動作を説明する。この動作は、この実施形態では、制御部ＣＮＴによって制御される。まず、ステップ１００２では、原版Ｍが原版チャック１３２に搬送され、位置決めされ、原版チャック１３２によって保持される。また、ステップ１００２では、ベースライン補正（ベースライン長の計測）がなされる。ベースライン補正は、次のようにしてなされうる。まず、アライメントスコープ１７２を使って、基準マーク台１７８に搭載された基準マーク１７８ａと原版Ｍのアライメントマークとの位置関係が原版Ｍを介して計測される。次に、基板ステージ１６４を駆動して基準マーク１７８ａをオフアクシススコープ１７６の下に移動させ、オフアクシススコープ１７６によって基準マーク１７８ａの位置が計測される。これらの計測結果に基づいてベースライン長が求められる。

次に、ステップ１００４では、基板Ｗが不図示の搬送機構によって基板チャック１６２にロードされ、基板チャック１６２によって保持される。ここでは、基板Ｗには、既に少なくとも１層のパターンがアライメントマークとともに形成されているものとする。図２には、基板Ｗに形成されているアライメントマークが例示されている。基板Ｗには、複数のショット領域Ｓが形成され、各ショット領域ＳにアライメントマークＡが形成されている。なお、図２では、省略されているが、基板Ｗの各層には、図３に例示されるようなオーバーレイ誤差を計測するためのマークも形成される。ここで、図３（ａ）は、ある層のインプリントによって形成されるマーク、図３（ｂ）は、その下の層のインプリントによって形成されるマークであり、図３（ｃ）は、それらが合成されたマーク（即ち、重ねられたマーク）である。ここで、基板のロード（ステップＳ１００４）から基板のアンロード（ステップＳ１０３２）を１つのインプリントシーケンスとして定義することができる。前回又はそれより前のインプリントシーケンスにおいて基板の上のある層に図３（ｂ）のマークが形成され、今回のインプリントにおいて当該層よりも上の層に新たに図３（ａ）のマークが形成されうる。これにより、図３（ｃ）の合成されたマークが形成される。図３（ｃ）の合成されたマークにおける図３（ａ）のマークと図３（ｂ）のマークとのずれをオーバーレイ誤差として計測することができる。これらのマークは、好適には、１つのショット領域に複数配置される。

次に、ステップ１００６では、グローバルアライメント方式に従ってアライメント計測がなされる。具体的には、基板Ｗ上の予め設定されたアライメントマークＡの位置がオフアクシススコープ１７６を使って計測され、この結果に基づいて基板Ｗの各ショット領域Ｓの配列情報（座標、回転、倍率など）が決定される。次に、ステップ１００８では、予め設定されているアライメントオフセット（これは、ステップ１０２６において更新される）がインプリントサイクル（樹脂の塗布、原版の押し付け、樹脂の硬化）の実行対象のショット領域の座標、回転、倍率などに反映される。上記のアライメントオフセットには、例えば、原版Ｍの倍率、原版Ｍのシフトや回転、基板全体又はショット領域のシフト、倍率、回転、さらにそれらの高次成分も含まれうる。ここで、反映とは、ショット領域の座標、回転、倍率の補正を意味する。次に、ステップＳ１０１０では、必要に応じて、倍率を補正するために、原版形状補正機構１４０によって原版Ｍの形状が補正される。

次に、ステップ１０１２では、インプリントサイクルの実行対象のショット領域が塗布機構１８０の下に位置するように基板ステージ１６４が駆動されて樹脂が塗布され、更に、該ショット領域が原版Ｍの下に位置するように基板ステージ１６４が駆動される。次に、ステップＳ１０１４では、原版操作機構１３０によって原版Ｍを降下させることによって、原版Ｍが基板Ｗ或いは樹脂に押し付けられる。ここで、原版Ｍを駆動する代わりに、基板Ｗが駆動されることによって樹脂に原版Ｍが押し付けられてもよい。押し付けの荷重は、例えば、原版駆動機構１３４に内蔵された荷重センサを使って制御されうる。次に、ステップ１０１６では、硬化ユニット１２０を使って原版Ｍを介して樹脂に紫外光を照射することにより、樹脂が硬化させられる。次に、ステップ１０１８では、原版操作機構１３０によって原版Ｍを上昇させることによって、原版Ｍが硬化した樹脂から分離される。ここで、原版Ｍを駆動する代わりに、基板Ｗが駆動されてもよい。
次に、ステップ１０２０では、図３（ｃ）に例示された合成されたマークがオフアクシススコープ（検出器）１７６の下に位置するように基板ステージ１６４が駆動される。次に、ステップ１０２２では、制御部ＣＮＴによりオーバーレイ計測が実行される。具体的には、制御部ＣＮＴは、オフアクシススコープ１７６に図３（ｃ）のマークにおける図３（ａ）マークと図３（ｂ）のマークとのずれをオーバーレイ誤差として求める。
ステップ１０２４では、オーバーレイ誤差が許容範囲内であるかどうかが判定され、許容範囲外である場合には、ステップ１０２８において基板がアンロード（回収）され、リワークにまわされる。一方、オーバーレイ誤差が許容範囲内であれば、当該オーバーレイ誤差に基づいて前述のアライメントオフセットが更新される。なお、アライメントオフセットとして基板全体の倍率、回転が更新される場合には、複数のショット領域で計測されたオーバーレイ誤差に基づいてアライメントオフセットが更新される。

ステップ１０３０では、基板のすべてのショット領域に対するインプリントが終了したかどうかが判断され、インプリントがなされていないショット領域がある場合には、ステップ１００８に処理が戻されて、次のショット領域について上記の処理が繰り返される。一方、全てのショット領域に対するインプリントが終了している場合には、ステップ１０３２において、不図示の搬送機構によって基板Ｗが基板チャック１６２からアンロードされる。
このようにインプリントサイクルとインプリントサイクルとの間においてオーバーレイ計測を実行することによってオーバーレイ誤差の発生をその発生後に速やかに検知することができる。これは、基板への押し付けによる原版の変形、破損、劣化等によってインプリントサイクルを単位としてオーバーレイ誤差が変動しうるインプリント装置において極めて有用である。
上記の実施形態は、グローバルアライメントによってショット領域の位置決めを行うものであるが、押し付け工程（ステップ１０１４）において、各ショット領域のアライメント計測と位置決め補正を行うダイバイダイアライメントを行ってもよい。

また、上記の実施形態は、ショット領域ごとに樹脂の塗布、原版の押し付け、樹脂の硬化を行う例、即ち、１つのインプリントサイクルが樹脂の塗布、原版の押し付け、樹脂の硬化を含む例である。しかしながら、複数のショット領域に対して樹脂を塗布した後に、当該複数のショット領域に対して順に原版の押し付け、樹脂の硬化を行ってもよい。この場合は、各インプリントサイクルは、原版の押し付けおよび硬化を含むが、樹脂の塗布を含まない。

また、上記の実施形態では、オフアクシススコープ１７６を使ってオーバーレイ計測がなされるが、アライメントスコープ１７２または他の計測器を使ってオーバーレイ計測がなされてもよい。

上記の実施形態では、オーバーレイ計測とアライメントオフセットの更新（ステップ１０２０、１０２２、１０２４）は、上記の実施形態のように１つのインプリントサイクル（ショット領域に対するインプリント）ごとに行っている。しかしながら、スループット向上のために、制御部ＣＮＴは、原版が交換された後における最初のインプリントサイクルの直後においてのみオーバーレイ計測を実行してもよい。このような制御においては、オーバーレイ計測を中止した後は許容値を超えるオーバーレイ誤差の発生を検知することはできない。しかしながら、原版の交換後において、基板の全ショット領域へのインプリントの完了を待つことなくオーバーレイ誤差の発生を検知することができる。

或いは、制御部ＣＮＴは、複数の基板からなるロットにおける最初の基板に対してのみオーバーレイ計測を実行してもよい。このような制御においては、オーバーレイ計測を中止した後は許容値を超えるオーバーレイ誤差の発生を検知することはできない。しかしながら、ロットにおける最初の基板の全ショット領域へのインプリントの完了を待つことなくオーバーレイ誤差の発生を検知することができる。

制御部ＣＮＴは、最新のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差とその前のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差との差分が閾値以下になった後はオーバーレイ計測を実行しないように一連の処理を制御してもよい。このような制御の一例が図５に示されている。ここで、図５において、図４と同一のステップには同一の符号が付されている。以下、図４に示す制御と異なる部分を説明する。
なお、以下の説明において、更新不要フラグは、初期状態においてリセットされているものとする。ステップ１０１８に次いで、ステップ１０１９では、更新不要フラグがセットされているかどうかが判断され、セットされている場合にはステップ１０３０に進み、セットされていない場合にはステップ１０２９に進む。

ステップ１０２９では、最新のアライメントオフセットとその前のアライメントオフセットとの差分が閾値以下であるか否かが判断され、差分が閾値以下であれば、ステップ１０３４において更新不要フラグがセットされる。ここで、最新のアライメントオフセットとその前のアライメントオフセットとの差分が閾値以下であることは、次のことを意味する。つまり、最新のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差とその前のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差との差分が許容値に収まっていることを意味する。そして、更新不要フラグがセットされた状態は、アライメントオフセットの更新が不要であること、即ち、オーバーレイ計測が不要であることを意味する。

ステップ１０２９において、差分が閾値以下ではない場合は、アライメントオフセットの更新が必要であること、即ち、オーバーレイ計測が必要であることを意味する。この場合、前述のステップ１０２０（オーバーレイ計測のための基板の移動）、１０２２（オーバーレイ計測）、１０２６（アライメントオフセットの更新）がなされる。

更新不要フラグがセットされた状態では、ステップ１０２０（オーバーレイ計測のための基板の移動）、１０２２（オーバーレイ計測）、１０２６（アライメントオフセットの更新）がスキップされる。即ち、最新のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差とその前のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差との差分が許容値に収まるまではインプリントサイクルとインプリントサイクルとの間でオーバーレイ計測が実行される。そして、その後は、オーバーレイ計測がスキップされる。
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。

［物品の製造方法］
物品としてのデバイス（半導体集積回路デバイス、液晶表示デバイス、ＭＥＭＳ等）の製造方法は、前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、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）するステップを含む。さらに、該製造方法は、パターンを転写された前記基板をエッチングするステップを含みうる。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、エッチングステップの代わりに、パターンを転写された前記基板を加工する他の加工ステップを含みうる。

Claims (7)

1. 原版と樹脂とを接触させた状態で該樹脂を硬化させることによって基板のショット領域にパターンを形成するインプリントサイクルを繰り返すことによって基板の複数のショット領域にパターンを形成するインプリント装置であって、
   基板に形成されたマークを、原版を介さずに検出する検出器と、
   インプリントサイクルの後において、前記検出器に基板上のマークと当該インプリントサイクルによって形成されたマークとを検出させて、その検出結果に基づいて、基板の上の層に形成されたパターンと当該層よりも上の層に新たに形成されたパターンとのずれであるオーバーレイ誤差を求めるオーバーレイ計測を実行する制御部と、を備え、
   インプリントサイクルの前に、前記検出器によって基板上のマークが検出され、その検出結果に基づいて、前記制御部によって当該基板の複数のショット領域の配列情報が求められ、
   各インプリントサイクルは、該配列情報に基づいて当該基板をアライメントした状態でなされる
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 基板を保持する基板チャックを更に備え、
   前記制御部は、前記基板チャックに基板が保持された後であって前記基板チャックから該基板が回収される前に、インプリントサイクルとインプリントサイクルとの間においてオーバーレイ計測を実行する、
   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. 前記制御部は、原版が交換された後における最初のインプリントサイクルの直後においてのみオーバーレイ計測を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
4. 前記制御部は、複数の基板からなるロットにおける最初の基板に対してのみオーバーレイ計測を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
5. 前記制御部は、最新のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差とその前のオーバーレイ計測によって求められたオーバーレイ誤差との差分が許容値に収まるまではインプリントサイクルとインプリントサイクルとの間でオーバーレイ計測を実行する、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
6. 前記制御部は、前記検出器に、基板の上の互いに異なる層にそれぞれ形成されたマークを検出させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
7. 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を用いて樹脂のパターンを基板に形成する工程と、
   前記工程において前記パターンが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。

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