JP2005005284A - 微細加工装置およびこれを用いたデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸型のパターンを形成したモールドを被転写となる基板表面に塗布したレジストに押し付けることによって、レジスト表面にモールドのパターンを凹凸反転させて転写する微細加工装置において、倍率補正手段と工程を有することで、重ね合わせ精度を向上させる。
【解決手段】モールド、特にローラナノインプリントにおけるシリンダモールドの回転軸と平行になる方向から、シリンダモールドに荷重を加え、その変形を利用して倍率補正を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造など微細加工のため、原版となるモールドのパターンをウエハ等基板へ転写する微細加工装置およびこれを用いたデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線やＸ線、あるいはＥＢによる半導体基板への微細なパターン形成方法に代わる技術としてナノインプリントリソグラフィがある。従来のナノインプリントによる微細パターニング方法として、ローラナノインプリントがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
以下、図７を用いて、その従来例としての非特許文献１の技術を説明する。
【０００４】
図７において、パターンが描かれ、原版となるシリンダモールド１０１はローラの周りにパターニングされた金属性薄膜を曲げて装着されている。そして、基板側はウエハ１０３上にパターニングを形成するレジスト（ＰＭＭＡ）１１３を塗布する。
【０００５】
次に、ナノインプリントの工程を説明する。図７のようにシリンダモールド１０１とウエハ１０３を対向させ、シリンダモールド１０１をレジスト１１３に押し付けることによって、シリンダモールド１０１に描かれたパターンをレジスト１１３へ転写する。転写はシリンダモールド１０１のパターンにしたがってレジスト１１３へ凹凸が形成され、その後リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって、パターニングを行う。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１６ （１６）， Ｎｏｖ／Ｄｅｃ１９９８， ｐ．３９２６−ｐ．３９２８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があった。
【０００８】
直接レジストへシリンダモールドのパターンを転写するため、被転写面とシリンダモールドの相対的な大きさの差、すなわち倍率が異なっている場合、そのまま転写するしかなかった。そうすると、半導体デバイスなどを製造する際、重ね合わせ精度が低下してしまう。そのためデバイス生産の歩留まりが低下し、デバイスの生産性が低下する。本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み発明したものである。
【０００９】
第１の発明の目的はナノインプリントリソグラフィの重ね合わせ精度を向上させるために倍率補正を実現することにある。
【００１０】
第２の発明の目的は倍率補正の構成を示すことにある。
【００１１】
第３の発明の目的は倍率補正を行うアクチュエータを移動させることにある。
【００１２】
第４の発明の目的はモールドの変形量、すなわち倍率補正量を測定することにある。
【００１３】
第５の発明の目的はモールドとアクチュエータの接触時に発生する振動を軽減させるため、アクチュエータの接触を拘束させることにある。
【００１４】
第６の発明の目的は第２の発明をより具体化させることにある。
【００１５】
第７の発明の目的はモールドへの荷重がその回転方向と平行にさせることにある。
【００１６】
第８の発明ないし第１１の発明の目的は倍率補正の工程を示し、モールドへの倍率補正を荷重の制御によって行うことを示すことにある。
【００１７】
第１２の発明ないし第１５の発明の目的は倍率補正の工程を示し、モールドへの倍率補正を荷重位置の制御によって行うことを示すことにある。
【００１８】
第１６の発明の目的は倍率補正の工程を示し、モールドへの倍率補正を荷重の制御もしくは荷重位置の制御の少なくともいずれか一方で行うことを示すことにある。
【００１９】
第１７の発明の目的は転写後の基板のパターニング処理を示すことにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、凹凸型のパターンを形成した原版となるモールドを、被転写となる基板表面に塗布したレジストに押し付けることにより、レジスト表面にモールドのパターンを凹凸反転させて転写する微細加工装置において、被転写面となる基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段ごと基板をスキャンさせる基板ステージと、倍率補正手段ならびに倍率補正の工程を有することを特徴とする。
【００２１】
本出願に係る第２の発明は、第１の発明において、倍率補正手段はシリンダモールドの回転軸と平行となる方向からシリンダモールドに荷重を加えるアクチュエータを有することを特徴とする。
【００２２】
本出願に係る第３の発明は、第１の発明において、倍率補正手段は第２の発明のアクチュエータのシリンダモールドへの加圧位置を移動させる駆動手段を有することを特徴とする。
【００２３】
本出願に係る第４の発明は、第１の発明において、倍率補正手段は荷重に伴うシリンダモールドの変形量を直接、もしくは間接的に測定する測定手段を有することを特徴とする。
【００２４】
本出願に係る第５の発明は、第１の発明において、モールドはアクチュエータと接触する面に溝を有することを特徴とする。
【００２５】
本出願に係る第６の発明は、第２の発明において、アクチュエータは空圧シリンダもしくは油圧シリンダもしくはモータの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする。
【００２６】
本出願に係る第７の発明は、第２の発明において、シリンダモールドと接触するアクチュエータの先端が球体であることを特徴とする。
【００２７】
本出願に係る第８の発明は、第１の発明において、倍率補正の工程は第一の処理部と第一の制御部を有することを特徴とする。
【００２８】
本出願に係る第９の発明は、第８の発明において、第一の処理部は倍率補正量とシリンダモールドへの荷重との関係を導くための数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有し、所望の倍率補正量からシリンダモールドへの荷重を決定する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
本出願に係る第１０の発明は、第８の発明において、第一の処理部は第４の発明の測定手段の測定結果に従い、シリンダモールドへの荷重を決定する工程を有することを特徴とする。
【００３０】
本出願に係る第１１の発明は、第８の発明において、第一の制御部は第一の処理部で決定したシリンダモールドへの荷重に従い、第２の発明のアクチュエータを制御する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
本出願に係る第１２の発明は、第１の発明において、倍率補正の工程は第二の処理部と第二の制御部を有することを特徴とする。
【００３２】
本出願に係る第１３の発明は、第１２の発明において、第二の処理部は倍率補正量とシリンダモールドへの荷重位置との関係を導くための数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有し、所望の倍率補正量からシリンダモールドへの荷重位置を決定する工程を有することを特徴とする。
【００３３】
本出願に係る第１４の発明は、第１２の発明において、第二の処理部は第４の発明の測定手段の測定結果に従い、シリンダモールドへの荷重位置を決定する工程を有することを特徴とする。
【００３４】
本出願に係る第１５の発明は、第１２の発明において、第二の制御部は第二の処理部で決定したシリンダモールドへの荷重位置に従い、第２の発明のアクチュエータを第３の発明の駆動手段で位置制御する工程を有することを特徴とする。
【００３５】
本出願に係る第１６の発明は、第１の発明において、倍率補正の工程は第８の発明ないし第１５の発明いずれか記載の工程を有することを特徴とする。
【００３６】
本出願に係る第１７の発明は、第１の発明ないし第１６の発明いずれか記載により転写したパターンをリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターン形成することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
［第一の実施の形態］
図１は本実施の形態における全体の構成を表している。図１において、凹凸からなる転写パターンが描かれた原版となるシリンダモールド１をモールド台２に固定する。シリンダモールド１の作成方法はローラの周りにパターニングされた金属性薄膜を曲げて装着するなど公知の技術で良い。転写時は被転写となるウエハ３にパターニングを形成するレジストを塗布する。レジストには例えばＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を用いる。そして、ウエハ３はウエハチャック４に保持され、ウエハチャック４はウエハステージ５上に搭載されている。さらに、シリンダモールド１は被転写面との倍率を補正するため、エアシリンダ６でシリンダモールド１の回転軸方向から力を加えることによって、シリンダモールド１の転写位置を変形させ、その倍率を補正する。エアシリンダ６への高圧ガスは圧縮空気とする。そして圧縮空気を減圧弁７で所定の圧力まで減圧し、電空レギュレータ８で制御することによってエアシリンダ６の押し付け力を制御する。
【００３８】
転写時はシリンダモールド１とウエハ３の被転写面を押し付ける。このとき、ウエハステージ５をシリンダモールド１方向へ駆動させることによって押し付ける方法や、不図示のアクチュエータでモールド台２ごとシリンダモールド１をウエハ３側へ押し付ける方法が有効である。さらに、その両者を用いて押し付けても良い。そして、シリンダモールド１が転がるようにウエハステージ５をスキャン駆動させて、ウエハ３上のレジストに転写面を形成する。
【００３９】
次に、図１ではシリンダモールド１を押す位置を回転軸上とし、さらにモールド台２を介して押す方法を表したが、これに限定されない。
【００４０】
図２はシリンダモールド１まわりを示し、図２を用いて別の例を示す。なお、エアシリンダ６によるシリンダモールド１の倍率補正に関して説明するため、モールド台２を一部破断して省略した。エアシリンダ６はモールド台２を介さず、直接シリンダモールド１を押す。シリンダモールド１を押す位置はシリンダモールド１の回転軸上に限らず、図２に示すようにずらしても良い。ただし、シリンダモールド１とエアシリンダ６の接触位置はウエハ３への転写位置に対して相対的に固定されていなければならない。
【００４１】
またエアシリンダ６がシリンダモールド１を押す方向はシリンダモールド１の回転軸と平行にするため、エアシリンダ６の接触側に不図示の球体を設置し、接触が点接触にさせることが好ましい。シリンダモールド１とエアシリンダ６が点接触にすれば、シリンダモールド１とエアシリンダ６の接触位置に発生する摩擦が小さくなり、シリンダモールド１の振動を低減でき、転写性能を向上させることができる。
【００４２】
さらにシリンダモールド１の接触側にモールド部と同心円上の溝を設け、エアシリンダ６の接触位置がウエハ３への転写位置に対して相対的に動かないように拘束することが好ましい。
【００４３】
そして、以上のようにエアシリンダ６によってシリンダモールド１を押すと、図３に示すようにシリンダモールド１は変形し、倍率補正が可能となる。なお図３において、倍率補正前のシリンダモールド１を破線で示し、倍率補正時の変形したシリンダモールド１を実線で示している。通常の倍率補正量は数［ｐｐｍ］程度であるので、エアシリンダ６の押す力は数［Ｎ］から数十［Ｎ］程度で十分倍率補正ができる。
【００４４】
ここまでは倍率補正を行うための構成について説明してきたが、以下図４を用いて倍率補正を含め、転写までの工程を説明する。
【００４５】
（１）ウエハ搬送
ウエハ３を搬送し、ウエハチャック４でウエハ３を保持する。
【００４６】
（２）アライメント計測
不図示のアライメント測定系でシリンダモールド１とウエハ３の位置ずれを計測する。そのとき、シリンダモールド１とウエハ３の倍率を算出し、その倍率補正量を決定する。
【００４７】
（３）倍率補正
エアシリンダ６でシリンダモールド１へ荷重を加え、シリンダモールド１を変形させることで倍率補正を行う。その際、以下の処理を行う。
【００４８】
まず、（２）で決定された倍率補正量に対して、エアシリンダ６へ供給する圧縮空気の圧力を処理部で決定する。そのため、処理部はシリンダモールド１の倍率補正量、すなわち変形とエアシリンダ６へ供給する圧縮空気の圧力との関係を数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有し、それによって圧力を決定する。
【００４９】
そして、処理部で決定された圧力に従って、制御手段は電空レギュレータ８を制御する。
【００５０】
また、モールド台２などに歪ゲージなどシリンダモールド１の変形を別の系でモニタできる測定手段を設け、その測定手段の出力とシリンダモールド１の倍率補正量の関係をあらかじめ求めておき、測定手段によるフィード バック制御で倍率補正を行う方法でも有効である。この場合の処理部は測定手段の出力とシリンダモールド１の倍率補正量の関係を数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有することが好ましい。
【００５１】
（４）転写ショットへの移動
転写ショット位置までは（２）で計測したシリンダモールド１とウエハ３の位置ずれに基づき、ウエハステージ５で移動させる。
【００５２】
（５）シリンダモールドとウエハを接触
転写するためにシリンダモールド１とウエハ３上の被転写面が押し付け合うように、ウエハステージ５とモールド台２上の不図示のアクチュエータとの少なくともいずれか一方を駆動させる。
【００５３】
（６）転写
ウエハ３の転写ショット位置へシリンダモールド１のパターンを転写するよう、シリンダモールド１を回転させながらウエハステージ５をスキャン駆動させる。
【００５４】
（７）次のショットへの移動
転写後はシリンダモールド１からウエハ３上の被転写面を離型するよう に、ウエハステージ５とモールド台２上の不図示のアクチュエータとの少なくともいずれか一方を駆動させる。そして、（４）の処理へ戻り、ウエハ３上の全転写ショットか転写されるまで繰り返す。
【００５５】
本実施の形態ではシリンダモールド１の倍率を補正させるため、圧縮空気を用い、エアシリンダ６でシリンダモールド１を押す方法について述べたが、これに限定されない。例えば、エアシリンダ６の替わりにモータを設置し、そのモータによってシリンダモールド１を押す方法でも良い。その他、油圧シリンダによる制御でも有効である。
【００５６】
そして、図１ないし図４の通りにエアシリンダ６を用いる場合においても、高圧ガスについては圧縮空気以外でも有効で、例えば、転写雰囲気と同種のガスなどが有効である。また便宜上、エアシリンダ６を単動シリンダとして表したが、当然複動シリンダでも有効である。さらに、圧縮空気のラインに減圧弁７と電空レギュレータ８を示したが、他にもバルブや圧力センサなど空圧機器を入れておくことが好ましい。
【００５７】
さらに本実施の形態ではシリンダモールド１を回転軸もしくは回転軸近傍を回転軸方向に押す方法について述べたが、これに限定されず、引張り方向、またはその両者としても良い。
【００５８】
以上のように、ウエハ３上への転写が終了した後はリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターニングを仕上げる。
【００５９】
［第二の実施の形態］
第一の実施の形態では、倍率補正時のシリンダモールドとエアシリンダの接触位置はウエハへの転写位置に対して相対的に固定し、エアシリンダによる押す力の制御によって倍率補正を行う方法について説明した。第二の実施の形態ではエアシリンダによる押す位置によってシリンダモールドの変形量は変化することを応用して、エアシリンダによる押す力を一定にし、シリンダモールドとエアシリンダの接触位置の制御によって倍率補正を行う方法について説明する。
【００６０】
図５は本実施の形態のシリンダモールドまわりを表している。凹凸からなる転写パターンが描かれた原版となるシリンダモールド１をモールド台２に固定する。シリンダモールド１の作成方法はローラの周りにパターニングされた金属性薄膜を曲げて装着するなど公知の技術で良い。シリンダモールド１は被転写面との倍率を補正するため、エアシリンダ６でシリンダモールド１の回転軸と平行となる方向から力を加えることによって、シリンダモールド１の転写位置を変形させ、その倍率を補正する。エアシリンダ６への高圧ガスは圧縮空気とする。そして圧縮空気を減圧弁７で所定の圧力まで減圧し、その圧力を一定に保つことでエアシリンダ６の押し付け力を一定にする。エアシリンダ６の先端、すなわちシリンダモールド１との接触側には不図示の球体を設置し、接触を点接触にさせることが好ましい。エアシリンダ６はエアシリンダホルダ９で固定されており、エアシリンダホルダ９はモータ１０に保持されている。モータ１０はその駆動によって、エアシリンダホルダ９ごとエアシリンダを動かし、シリンダモールド１との接触位置を変更させることができる。そして、モータ１０は例えばモールド台２に設置されている。
【００６１】
なお、図５ではエアシリンダ６によるシリンダモールド１の倍率補正に関して説明するため、モールド台２を一部破断して省略した。また、被転写面となるウエハやウエハチャック、ウエハステージの装置構成は第一の実施の形態と同じであるため省略した。
【００６２】
次に倍率補正時の工程について説明する。
【００６３】
不図示のアライメント測定系でシリンダモールド１とウエハの位置ずれを計測し、シリンダモールド１の倍率補正量を決定する。そして、その倍率補正量に対して、エアシリンダ６でシリンダモールド１を押す位置を処理部で決定する。そのため、処理部はシリンダモールド１の倍率補正量、すなわち変形とエアシリンダ６で押す位置との関係を数式あるいはテーブルの少なくともいずれは一方を有し、それによって押す位置を決定する。
【００６４】
次に、処理部で決定された位置までモータ１０を駆動し、エアシリンダ６を移動させる。
【００６５】
また、モールド台２などに歪ゲージなどシリンダモールド１の変形を別の系でモニタできる測定手段を設け、その測定手段の出力とシリンダモールド１の倍率補正量の関係をあらかじめ求めておき、測定手段によるフィードバック制御で倍率補正を行う方法でも有効である。この場合の処理部は測定手段の出力とシリンダモールド１の倍率補正量の関係を数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有することが好ましい。
【００６６】
さらに簡易的な倍率補正方法について図６を用いて説明する。
【００６７】
図６で示すシリンダモールド１とエアシリンダ６との接触面に複数の溝を設けた。シリンダモールド１のエアシリンダ６との接触面にはシリンダモールド１の接触側にモールド部と同心円上に複数の溝を設けておく。そして倍率補正時において、処理部はエアシリンダ６でシリンダモールド１を押す溝を選択、決定し、制御部は決定された溝までエアシリンダ６を移動させるようにモータ１０を駆動させる。したがって、図６では接触面の溝を２本図示したが、これに限定されず、倍率補正の分解能と範囲の仕様によって溝の数が決まる。例えば倍率補正は１［ｐｐｍ］の分解能で１０［ｐｐｍ］の範囲を補正する場合、少なくとも接触面の溝は１０本必要となる。
【００６８】
本実施の形態ではシリンダモールド１の倍率を補正させるため、圧縮空気を用い、エアシリンダ６でシリンダモールド１を押す方法について述べたが、これに限定されない。例えば、エアシリンダ６の替わりにモータを設置し、そのモータによってシリンダモールド１を押す方法でも良い。その他、油圧シリンダによる制御でも有効である。
【００６９】
そして、図５ないし図６の通りにエアシリンダ６を用いる場合においても、高圧ガスについては圧縮空気以外でも有効で、例えば転写雰囲気と同種のガスなどが有効である。また便宜上、エアシリンダ６を単動シリンダとして表したが、当然複動シリンダでも有効である。さらに、圧縮空気のラインに減圧弁７と電空レギュレータ８を示したが、他にもバルブや圧力センサなど空圧機器を入れておくことが好ましい。
【００７０】
さらに本実施の形態ではシリンダモールド１を押す方法について述べたが、これに限定されず、引張り方向、またはその両者としても良い。
【００７１】
そして、本実施の形態で述べたシリンダモールドとエアシリンダの接触位置の制御によって倍率補正を行う方法と、第一の実施の形態で述べたエアシリンダによる力の制御によって倍率補正を行う方法を組み合わせた倍率補正方法も有効である。
【００７２】
以上のように、ウエハ３上への転写が終了した後はリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターニングを仕上げる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転写時における倍率補正が可能となる。したがって、重ね合わせ精度を向上させることができる。そのためデバイス生産の歩留まりを向上させることができ、デバイスの生産性が向上する。そして、デバイス生産に適した微細加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る倍率補正の装置構成を説明する図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る倍率補正のシリンダモールドまわりを説明する図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る倍率補正時のシリンダモールドの変形を説明する図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る倍率補正と転写の工程を説明する図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態に係る倍率補正のシリンダモールドまわりを説明する図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態に係る簡易的な倍率補正を説明する図である。
【図７】従来の技術のローラナノインプリントを示す図である。
【符号の説明】
１ シリンダモールド
２ モールド台
３ ウエハ
４ ウエハチャック
５ ウエハステージ
６ エアシリン

Claims (17)

1. 凹凸型のパターンを形成した原版となるモールドを、被転写となる基板表面に塗布したレジストに押し付けることにより、レジスト表面にモールドのパターンを凹凸反転させて転写する微細加工装置において、被転写面となる基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段ごと基板をスキャンさせる基板ステージと、倍率補正手段ならびに倍率補正の工程を有することを特徴とする微細加工装置。
2. 請求項１において、倍率補正手段はシリンダモールドの回転軸と平行となる方向からシリンダモールドに荷重を加えるアクチュエータを有することを特徴とする微細加工装置。
3. 請求項１において、倍率補正手段は請求項２のアクチュエータのシリンダモールドへの加圧位置を移動させる駆動手段を有することを特徴とする微細加工装置。
4. 請求項１において、倍率補正手段は荷重に伴うシリンダモールドの変形量を直接、もしくは間接的に測定する測定手段を有することを特徴とする微細加工装置。
5. 請求項１において、モールドはアクチュエータと接触する面に溝を有することを特徴とする微細加工装置。
6. 請求項２において、アクチュエータは空圧シリンダもしくは油圧シリンダもしくはモータの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする微細加工装置。
7. 請求項２において、シリンダモールドと接触するアクチュエータの先端が球体であることを特徴とする微細加工装置。
8. 請求項１において、倍率補正の工程は第一の処理部と第一の制御部を有することを特徴とする微細加工装置。
9. 請求項８において、第一の処理部は倍率補正量とシリンダモールドへの荷重との関係を導くための数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有し、所望の倍率補正量からシリンダモールドへの荷重を決定する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
10. 請求項８において、第一の処理部は請求項４の測定手段の測定結果に従い、シリンダモールドへの荷重を決定する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
11. 請求項８において、第一の制御部は第一の処理部で決定したシリンダモールドへの荷重に従い、請求項２のアクチュエータを制御する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
12. 請求項１において、倍率補正の工程は第二の処理部と第二の制御部を有することを特徴とする微細加工装置。
13. 請求項１２において、第二の処理部は倍率補正量とシリンダモールドへの荷重位置との関係を導くための数式あるいはテーブルの少なくともいずれか一方を有し、所望の倍率補正量からシリンダモールドへの荷重位置を決定する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
14. 請求項１２において、第二の処理部は請求項４の測定手段の測定結果に従い、シリンダモールドへの荷重位置を決定する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
15. 請求項１２において、第二の制御部は第二の処理部で決定したシリンダモールドへの荷重位置に従い、請求項２のアクチュエータを請求項３の駆動手段で位置制御する工程を有することを特徴とする微細加工装置。
16. 請求項１において、倍率補正の工程は請求項８ないし請求項１５いずれか記載の工程を有することを特徴とする微細加工装置。
17. 請求項１ないし請求項１６いずれか記載により転写したパターンをリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターン形成することを特徴とするデバイス。

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