JP2010214913A - インプリント方法およびインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント時のパターン歪みをモールド圧着時に測定し、転写精度を転写工程中に自動判定することによりインプリント精度の向上、収率の向上を図る。
【解決手段】被転写基板１にモールド３を圧着させる際に、モールド３上に設けたアラインメントマーク８の位置座標をアラインメントマーク検出器１２により測定し、圧着時のアラインメントマーク８変位量から回帰解析を行いモールド３上の転写パターン領域の歪み量を算出する。この歪み量を判定基準とし、転写精度の判断や転写異常を自動判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インプリント法を用いたパターン形成方法およびインプリント装置に関する。

これまで、半導体デバイスなど微細な寸法が要求されるパターンの形成には光学的にパターンを転写する方法が用いられていた。透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作成し、樹脂を塗布した半導体基板上にフォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分の樹脂を選択的に感光させることによりフォトマスクのパターンを感応基板に転写することが行われていた。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。

これとは異なるリソグラフィ技術の一つの候補として、インプリント法が挙げられている。インプリント法は、微細パターンが形成されたモールドを樹脂等の樹脂を塗布した基板に型押し、パターンを転写するものである。インプリント法には、樹脂をガラス転移温度以上に加熱した状態でモールドを押し付け、温度が低下してから剥離を行う熱サイクル法や、紫外線硬化性樹脂をレジストとして用い、光透過性を有するモールドを押し付けた状態で紫外線を照射し、硬化させて転写する光硬化法がある。半導体デバイスの製造においては、高度なアラインメント技術と高速なスループットが要求されるため、モールド裏面側からのアラインメントが容易な透明モールドであり、かつ熱サイクルを必要としない光硬化法を用いることが多い。

光硬化法の転写原理を図１に示す。被転写基板１に感光性樹脂２を塗布し（ａ）、光透過性を有するモールド３を樹脂がモールド内に入る程度の圧力で上から押し付ける（ｂ）。この状態でモールド３側より紫外線４を照射するとモールドパターン形状通りに感光性樹脂２が硬化する。最後にモールド２を基板１から引き剥がし、基板１上に所望のパターンを形成する（ｃ）。この方式ではフォトリソグラフィ法とは異なり、転写されたパターンの底面には残膜５が存在することになるが、後工程のドライエッチングにより取り除かれる。

また、インプリント法では半導体製造における露光工程と同様の、アラインメントマークが形成されている基板に対し、アラインメントマークが形成されたモールドを用いて、基板上の指定された位置にパターンを転写していくインプリント方法もある。この場合は、基板上にはアラインメントマークだけでなく、既に何らかのパターンが形成されている場合があるため、パターンによる基板上の凹凸を解消するため、平坦化膜をつけてから転写する方法が適用される。

しかし、ｎｍオーダーの微細パターンをインプリント法で転写する場合、パターンの転写精度を向上させるためにはドライエッチングによる残膜除去の量を減らす必要がある。これはすなわちインプリント時の転写圧力を増加させることになる。その結果、転写圧力に起因する位置ズレや、モールド歪みに起因する転写パターンの歪みが生じる場合がある。また、この位置ズレやパターン歪みは転写毎に変化する可能性が高い。

また、インプリントプロセスはフォトリソグラフィとは異なり、転写原版であるモールドが被転写基板と接触することで転写を行うプロセスであるため、転写途中で硬化した樹脂残りやパーティクルを挟み込んでしまう可能性もある。以上述べてきたように、微細パターンのインプリントを高精度に行う際に不具合が生じやすいという問題点がある。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、インプリント時のパターン歪みをモールド圧着時に測定し、転写精度を転写工程中に自動判定することによりインプリント精度の向上、収率の向上を図るものである。

本発明の請求項１に係る発明は、パターンならびにアラインメントマークが形成されたモールドの前記パターンを基板表面上に塗布あるいは供給された樹脂上へ転写する装置において、前記モールドを樹脂層に圧着する前と圧着中にアラインメントマーク位置座標を測定することを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインプリント方法であって、前記モールドと被転写基板との圧着前後の個々の前記アラインメントマークの圧着前後の位置情報から、転写されるパターン領域の２次元変位情報を算出することを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のインプリント方法であって、パターン転写精度の判定を算出されたパターン領域の２次元変位情報より行うことを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項４に係る発明は、パターンならびにアラインメントマークが形成されたモールドのパターンを、アラインメントマークを有する基板表面上に塗布あるいは供給された樹脂上へ転写する装置において、モールドが樹脂層に圧着する前と圧着中に基板上のアラインメントマークを基準としたモールド上アラインメントマークの相対位置座標を測定することを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項４に記載のインプリント方法であって、個々の基板上アラインメントマークを基準としたモールド上アラインメントマーク相対位置座標の圧着前後の位置情報から、転写されるパターン領域の２次元変位情報を算出することを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項５に記載のインプリント方法であって、パターン転写精度の判定を算出されたパターン領域の２次元変位情報より行うことを特徴とするインプリント方法である。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインプリント方法に用いるインプリント装置であって、被転写基板と、モールドと、前記モールド上に設けられたアラインメントマークと、前記モールドを前記被転写基板に圧着する前と圧着中に前記アラインメントマークの位置座標を測定するアラインメントマーク検出器と、を有することを特徴とするインプリント装置である。

本発明方法では、モールド圧着時にモールド転写面に形成された複数のアラインメントマークの変位情報から、多項式回帰分布計算を行い、転写後のパターン転写領域全体の歪みマップを作成する。これにより転写形状を転写中に判断することができ、転写形状結果の合否判定や転写条件の変更が速やかに行える。また、異物を挟み込んだ状態で転写が行われた場合には、転写前後のアラインメント位置変位情報から容易に判断することができ、転写結果を別途検査しなくとも工程を中断することができるため、スループットおよび収率の向上につながる。

光インプリント法の原理を示す図である。 本発明の実施形態におけるインプリント装置を示す図である。 本発明の実施形態におけるモールド上のアラインメントマーク配置例を示す図である。 本発明の実施形態におけるモールド上のアラインメントマーク配置例を示す図である。 本発明の実施形態におけるモールド上のアラインメントマーク配置例を示す図である。 本発明の実施形態におけるモールド転写領域ならびにアラインメントマーク歪み例を示す図である。 本発明の実施形態におけるインプリント法でのパターン転写工程を示す図である。 本発明の実施例におけるモールド上のアラインメントマーク座標である。 本発明の実施例におけるモールド圧着中のアラインメントマーク座標変位量である。 本発明の実施例におけるモールド変位量回帰計算結果である。

以下に、本発明の実施形態として、具体的なインプリント装置の構成例について説明する。図２は本発明の実施形態におけるインプリント装置の一構成例を示す模式図である。あらかじめ感光性樹脂２が塗布された被転写基板１を可動ステージ６に固定する。もしくは、ディスペンサ７より被転写基板１上に感光性樹脂２を滴下する。続いて、パターンとともにアラインメントマーク８が形成されたモールド３を準備し、転写ユニット９に装填する。転写ユニットには、モールド３を被転写基板１に圧着させるための上下動ステージ１０、樹脂硬化用の光源１１、アラインメントマーク検出器１２、転写圧検出器１３から構成され、筐体１４内に格納される。そして、転写結果の合否判定ならびに転写条件変更を行うための機構として、転写制御回路１５、照射制御回路１６、歪み量計算回路１７、圧力計算回路１８、データ照合回路１９、ステージ制御回路２０を有する。

このモールド３上のアラインメントマーク８位置座標を、撮像素子を含むアラインメントマーク検出器１２を用いて光透過性を有するモールド３の背面より測定を行う。アラインメントマーク検出器１２は光源、レンズ系、ＣＣＤイメージセンサーなどから構成される。また、転写前後でのアラインメントマーク変位量を高精度に測定するため、アラインメントマークと同数のアラインメントマーク検出器１２が図２のようにモールド転写ユニット９に固定されている構造が望ましい。しかし、基板と重ね合わせ転写を行う場合で、モールド３と被転写基板１のアラインメントマーク間の相対ズレのみを測定する目的であれば、移動可能な機構を設けたアラインメントマーク検出器１２を移動させて、順次アラインメントマーク画像を取得すればよいので、この場合アラインメントマーク検出器１２が、最低１つ転写ユニット９に組み込まれていればよい。

図３〜５にモールド上に形成されたアラインメントマーク配置例を示す。図３〜５ではアラインメントマークを十字形状で示してあるが、被転写基板１にもアラインメントマークが形成されており、モールド３上に形成されたパターンを被転写基板１に重ね合わせて転写する場合、本装置構成例ではマーク形状をｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘやＡＩＭ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）マークに代表されるような、１つのアラインメントマーク検出器１２で両者のマークの重ね合わせズレ量が計測可能な形状とする必要がある。

モールドに形成されるアラインメントマーク８は、転写パターン領域２１全体をカバーするように、全面に均等な間隔で配置されることが望ましい。本発明ではアラインメントマーク８を最低４点必要とするが、図３のようにマークが４点の場合、多項式回帰分布計算による歪み近似結果は１次式から形成される２次元マップとなり、転写時に曲面的歪みが発生した場合に、その歪みを再現することができなくなる。そのため、望ましくは転写パターン領域２１の一辺に最低３点のアラインメントマーク８を配置し、さらに、可能であるならばパターン領域２１内部にもアラインメントマークを配置するとより精度の高い近似計算を行うことが可能となる。

例えば、図４、５のようにパターン中にマークを８点、９点配置した場合は、多項式回帰分布計算によりそれぞれ２次多項式近似、３次多項式近似の歪み近似２次元マップを作成することが可能となる。図６に圧着時のモールド変形により転写パターンが歪んだ形状の一例を示す。なお、図６はパターン歪みを把握しやすくするため、歪み量を強調している。

続いて、本発明の実施形態における転写工程を図２の構成図と図７のフローチャートにて説明していく。まず、基板に感光性樹脂２を塗布または滴下し（１０１）、感光性樹脂２が塗布または滴下された状態の基板を可動ステージ６に設置し、被転写基板１を所望の位置に移動させる（１０２）。次に、転写ユニット９によりモールド３を下降させ、感光性樹脂１と接触させる（１０３）。

モールド３が基板に接触する際と転写をする際の圧力は、転写圧検出器１３と圧力計算回路１８によりコントロールされる。被転写基板１にもアラインメントマークが形成されている場合は、この段階で両者のアラインメントマークずれをアラインメントマーク検出器１２で測定し、可動ステージ６により被転写基板の位置を微調整してそれぞれのマークを合わせる（１０４）。マーク同士が完全に重ね合わさらない場合は、特定のマークを優先して合わせるか、もしくは歪み量計算回路１７にて、マーク間のズレ量平均が最小になるようにする。

位置微調整が完了したら、アラインメントマーク検出器１２にてモールド圧着前のアラインメントマーク位置座標データを歪み量計算回路１７に格納する（１０５）。続いて、上下動ステージ１０により転写ユニット９が接触中のモールド３にさらに圧力をかけてモールド３を被転写基板１に圧着させる（１０６）。この状態でアラインメントマーク検出器１２により、圧着後のアラインメントマーク位置座標データを歪み量計算回路１７に取得する。このようにして得られたモールド圧着前と圧着後の位置座標データからデータ照合回路１９がアラインメント変位量を測定し（１０７）、回帰解析計算を行い、転写パターン領域内の２次元変位マップを求め、これを転写時のモールド歪みマップとする（１０８）。

これにより転写形状を転写中に判断することができ、以下の工程において転写形状結果の合否判定や転写条件の変更が速やかに行える。また、異物を挟み込んだ状態で転写が行われた場合には、転写前後のアラインメント位置変位情報から容易に判断することができ、転写結果を別途検査しなくとも工程を中断することができるため、スループットおよび収率の向上につながる。

２次元変位マップからはパターン領域内の最大位置変位箇所、その変位量を求めることができるが、このようにしてあらかじめ規定しておいた許容値、警告値を判定値として合否判定を行う（１０９）。歪み量が許容値を超えた場合は許容範囲内で転写圧を下げ（１１０）、再度アラインメント位置を測定し直し回帰計算を行う。図７では、一例として転写圧再調整回数（リトライ回数）を２回としている。歪み量が警告値を以上の場合は直ちに転写を中断し（１１１）、警告表示させるなどの自動分岐処理を行うことができる。歪み量が許容値よりも小さい場合には、ビーム照射を行い（１１２）、離型をして（１１３）、終了する（１１４）。

判定値は、変位量、歪み方向、パターン内位置、もしくはそれらの組み合わせで定義してもよい。また、転写データの部位毎に重要度をランク分けしたデータをデータ照合回路１９に格納し、その最重要パターン領域と回帰解析計算から算出した当該領域内の変位量を照合して判定してもよい。また、転写時に異物を挟み込んだ場合は、転写時にモールドのアラインメント位置が全体的に異物中心方向に大きく変位する。このような特徴的なアラインメントマーク変位情報より、異物の有無、異物位置の大まかな特定が可能となり、復旧対応に要する時間を低減させることができる。

また、あらかじめパターンが形成されている被転写基板とアラインメントを取り、重ね合わせ転写を行う場合は別の判定情報として、被転写基板上のパターンデータと、モールド上のパターンデータ情報から設計上２層の重ね合わせ精度が最もクリティカルとなるパターン領域を算出しておき、アラインメントマーク間の相対ズレ量から回帰解析計算により算出された相対的な重ね転写歪み情報と照合して合否判定を行ってもよい。この場合、アラインメントマーク間のズレ量のみから重ね精度の合否判定を行う場合に比べ、より実態に即した高精度な重ね精度判定を行うことができる。

以下に、本発明の実施例として、転写パターン周囲に８点のアラインメントマークを配置したモールドを用いて転写を行った例を示す。

モールドの中心を原点とし、その中心から１．５ｃｍはなれた周囲８箇所にアラインメントマークを配置した３．２ｃｍ角の石英製モールドを準備した。また、被転写基板として直径８インチのＳｉウェハー上を準備し、これにあらかじめ紫外線硬化樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業社）を滴下し、スピンコート法で樹脂膜厚８０ｎｍとなるように塗布を行った。上記モールドと被転写基板を、８箇所のアラインメントマーク検出器を有する後述する本発明の光インプリント装置に装填した。

装置の歪み判定許容値は４０ｎｍ（Ｘ、Ｙ方向独立）と設定した。モールド中心を原点とするアラインメントマーク設計座標を図８に示す。転写圧検出器の働きでモールドが樹脂面に付着するまで転写ユニットを降下させ、この段階での８箇所のアラインメントマーク位置座標をそれぞれ検出器で取り込み、これをアラインメント座標初期値とした。この後、転写圧０．１４ＭＰａにてモールドを圧着させ、この状態で再度アラインメントマーク座標を計測し、圧着前の座標を基準とした変位量を算出した。

この時得られたアラインメントマークの変位量を図９に示す。このようにして得られた８点のアラインメントマーク変位量から、歪み量計算回路が回帰解析を行い、歪み形状マップならびにモールドの面内歪みを近似した２次多項式を算出した。算出された多項式の係数ならびに多項式を図１０に示す。歪み判定規準値以内となったため、この状態でモールド側背面から３０ｍＪ／ｃｍ^２相当の露光が行われた後、転写ユニットが上昇しモールドを剥離した。残膜は３０ｎｍで均一であった。

以上のように、本発明の実施例では、転写形状を転写中に判断することができ、その後の工程において転写形状結果の合否判定を速やかに行うことができ、転写結果を別途検査しなくとも工程を中断することができ、スループットおよび収率の向上につながった。これにより、インプリント精度と収率とが向上した。

１・・・被転写基板
２・・・感光性樹脂
３・・・モールド
４・・・紫外線
５・・・残膜
６・・・可動ステージ
７・・・ディスペンサ
８・・・アラインメントマーク
９・・・転写ユニット
１０・・・上下動ステージ
１１・・・光源
１２・・・アラインメントマーク検出器
１３・・・転写圧検出器
１４・・・筐体
１５・・・転写制御回路
１６・・・照射制御回路
１７・・・歪み量計算回路
１８・・・圧力計算回路
１９・・・データ照合回路
２０・・・ステージ制御回路
２１・・・転写パターン領域

Claims (7)

1. パターンならびにアラインメントマークが形成されたモールドの前記パターンを基板表面上に塗布あるいは供給された樹脂上へ転写する装置において、前記モールドを樹脂層に圧着する前と圧着中にアラインメントマーク位置座標を測定することを特徴とするインプリント方法。
2. 請求項１に記載のインプリント方法であって、前記モールドと被転写基板との圧着前後の個々の前記アラインメントマークの圧着前後の位置情報から、転写されるパターン領域の２次元変位情報を算出することを特徴とするインプリント方法。
3. 請求項２に記載のインプリント方法であって、パターン転写精度の判定を算出されたパターン領域の２次元変位情報より行うことを特徴とするインプリント方法。
4. パターンならびにアラインメントマークが形成されたモールドのパターンを、アラインメントマークを有する基板表面上に塗布あるいは供給された樹脂上へ転写する装置において、モールドが樹脂層に圧着する前と圧着中に基板上のアラインメントマークを基準としたモールド上アラインメントマークの相対位置座標を測定することを特徴とするインプリント方法。
5. 請求項４に記載のインプリント方法であって、個々の基板上アラインメントマークを基準としたモールド上アラインメントマーク相対位置座標の圧着前後の位置情報から、転写されるパターン領域の２次元変位情報を算出することを特徴とするインプリント方法。
6. 請求項５に記載のインプリント方法であって、パターン転写精度の判定を算出されたパターン領域の２次元変位情報より行うことを特徴とするインプリント方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のインプリント方法に用いるインプリント装置であって、
   被転写基板と、
   モールドと、
   前記モールド上に設けられたアラインメントマークと、
   前記モールドを前記被転写基板に圧着する前と圧着中に前記アラインメントマークの位置座標を測定するアラインメントマーク検出器と、
   を有することを特徴とするインプリント装置。