JP2011035408A - インプリント装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モールドと基板との間のアライメントの精度の点で有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】 立体パターンを含むパターン面を有するモールドを基板上の未硬化樹脂に接触させて該未硬化樹脂を硬化させ、硬化した樹脂のパターンを前記基板上に形成するインプリント装置であって、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触するようにモールドステージと基板ステージとを相対的に移動させ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に計測手段に計測を行わせ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に前記計測手段により得られた計測結果に基づいて前記モールドと前記基板とがアライメントされるように、前記モールドステージと前記基板ステージとを相対的に移動させ、かつ、補助アクチュエータを動作させるコントローラを有する。
【選択図】 図４Ａ

Description

本発明は、モールドに形成されたパターンを被転写物に転写する転写装置に関するものである。

半導体プロセスにおける微細加工技術として、従来はフォトリソグラフィ技術が普及している。しかし、フォトリソグラフィでは、所望の形状を被転写物に転写するために投影露光工程や現像工程が必要である。

これに対し、微細な立体パターンを持つモールドを被転写物に押し付けることで、投影露光や現像工程を行うことなく立体パターンを転写するナノインプリント技術が提案されている（非特許文献１参照）。さらに、このナノインプリント技術において、モールドを被転写物に強く押し付けることなく立体パターンを転写する方式が特許文献１等にて提案されている。

この方式では、被転写物としての液状の光硬化性樹脂を基板上に塗布し、その光硬化性樹脂にモールドを接触させる。そして、モールドを通して光を照射することにより光硬化性樹脂を硬化させ、モールドの立体パターンを転写する。この場合、モールドが光を透過する必要があるため、モールドを構成する材料として、例えばガラスが用いられる。

この方式の利点は、モールドを被転写物に強く押し付ける必要がないため、モールドや被転写物を破損する危険性が低いことと、パターン転写に要する時間が比較的短いことである。この方式では、数十ｎｍの線幅を持つパターンの転写が可能とされている。

さらに、この方式の応用として、被転写物に対してパターン転写位置を順次変えながら行うステップアンドフラッシュ方式の転写技術が提案されている。

特開２０００−１９４１４２号公報（段落００１２〜００２０、図１，２等）

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．６７（１９９５）

このようなナノインプリント技術を用いる場合、モールドと基板等の被転写物とを平行に保つ必要がある。非平行な状態でパターン転写を行うと、転写圧や転写高さが不均一となったり、モールドの一端が基板に接触するいわゆる片当たり状態になってモールドの一部が損傷したりする可能性がある。

しかしながら、ナノインプリント技術を半導体チップの製造に用いる場合、モールドの大きさは少なくとも１個のチップと同程度の大きさ、すなわち数ｍｍ角から数ｃｍ角程度の大きさとなる。このような大きさのモールドを被転写物に対して正確に平行を保ちながら押し付けることは非常に困難である。

また、半導体チップなどの製造においては、通常複数回のパターン転写が必須であり、当然のことながらそれらすべての転写パターンが正確に重なる必要がある。したがって、パターン転写ごとにモールドと基板とのアライメントを高精度で行う必要がある。

従来用いられている光露光による半導体露光装置においては、パターンを有するフォトマスクを所定の位置に固定し、被転写物を載せた精密ステージの位置を制御することでフォトマスクと被転写物を高精度で位置合わせしていた。

ところが、ナノインプリント技術においては、モールドと被転写物が接触するので、例えばモールドを被転写物に押し付ける際に、モールドに被転写物に対して押し付ける方向と水平方向に位置をずらす力が加わる。また、前述したような片当たりが発生した場合にも、モールドの保持機構が変形するなどしてモールドの位置ずれを生じることがある。

つまり、モールドを被転写物に押し付ける前に該モールドと被転写物との位置合わせを高精度に行ったとしても、押し付けた状態でモールドと被転写物とがその位置関係にあるとは必ずしも言えない。

本発明は、モールドと基板との間のアライメントの精度の点で有利なインプリント装置を提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、１側面としての本発明は、立体パターンを含むパターン面を有するモールドを基板上の未硬化樹脂に接触させて該未硬化樹脂を硬化させ、硬化した樹脂のパターンを前記基板上に形成するインプリント装置であって、前記モールドを保持して移動するモールドステージと、前記基板を保持して移動する基板ステージと、前記モールドと前記基板との相対位置を計測する計測手段と、前記モールドステージを移動させるアクチュエータおよび前記基板ステージを移動させるアクチュエータとは異なる、前記モールドと前記基板とを相対的に移動させるための補助アクチュエータと、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触するように前記モールドステージと前記基板ステージとを相対的に移動させ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に前記計測手段に前記計測を行わせ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に前記計測手段により得られた計測結果に基づいて前記モールドと前記基板とがアライメントされるように、前記モールドステージと前記基板ステージとを相対的に移動させ、かつ、前記補助アクチュエータを動作させるコントローラと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、モールドと基板との間のアライメントの精度の点で有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の実施例１であるナノインプリントリソグラフィ装置の概略構成を示す図。 実施例１におけるモールドステージ周辺の詳細図。 実施例１におけるウェハ上での転写ショット位置の配置を説明する図。 実施例１におけるパターン転写手順を説明するフローチャート。 実施例１におけるパターン転写手順を説明するフローチャート。 本発明の実施例２であるナノインプリントリソグラフィ装置におけるパターン転写手順を説明する図。 本発明の実施例３であるナノインプリントリソグラフィ装置におけるパターン転写手順を説明する図。 実施例２，３におけるアライメントマーク間距離とアライメント計測誤差との関係を説明する図。 実施例１におけるパターン転写手順の概要を説明するフローチャート。 図８のステップ４での処理例を説明するフローチャート。 図８のステップ４での他の処理例を説明するフローチャート。 グローバルアライメントの概要を説明するフローチャート。 本発明の実施例４である半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるナノインプリントリソグラフィ装置（転写装置）の構成を示している。

図１において、Ｍはその下面に微細立体パターンを持つモールドで、モールドチャックＭＣの下部に真空吸着などの方法で保持されている。

モールドステージＭＳは、装置本体のフレーム（不図示）に支えられており、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向およびそれぞれの軸回りでの回転駆動が可能である。

モールドステージＭＳとモールドチャックＭＣは、弾性部材により構成された低弾性接合部ＭＥを介して接続されている。低弾性接合部ＭＥは、微小ストロークのバネ部材として働くことにより、変位や変形を弾性的に吸収する。モールドＭがウェハＷと片当たりしたような場合に、低弾性接合部ＭＥが変形することにより、モールドＭに加わる不均一な圧力が軽減される。

低弾性接合部ＭＥに必要とされるストロークはきわめて小さいため、コイルバネや板バネのように形状の制御によって所望の性能を実現することはむずかしい。したがって、材料そのものが周囲の部材に比べて著しく低弾性であることにより、特別に形状に工夫を施さなくても変位や変形を弾性的に吸収することが望ましい。このような性質の部材としては、例えば、ゴムメタル（商標名）等と称されるニオブ、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、酸素を含み、体心立方構造を持つベータ型チタン合金を用いることができる。

モールドステージＭＳ、低弾性接合部ＭＥおよびモールドチャックＭＣは、その上方からモールドＭまで光を導入できるように中空構造を有する。

ウェハＷは、ウェハチャックＷＣ上に真空吸着などの方法で保持されている。ウェハステージＷＳは定盤Ｂ上に設置され、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向およびそれぞれの軸回りで回転駆動可能である。ウェハステージＷＳの位置決め精度は、転写すべき最小のパターンに十分見合うものである。

ウェハステージＷＳ上には、ウェハステージ基準マーク台ＷＫが設置されている。ウェハステージ基準マーク台ＷＫには、モールドＭの初期位置決め時などに必要な複数の光学的マークがウェハＷと略同じ高さに備えられている。ウェハステージ基準マーク台ＷＫは、その高さを変更可能とすることが望ましい。

ウェハステージＷＳの駆動範囲としては、ウェハＷの全面に対応する範囲に加えて、ウェハステージ基準マーク台ＷＫをモールドＭと対向させるのに十分な広さが必要である。

Ｔは被転写物又はレジストとしての光硬化性樹脂ＬＰが充填されたタンクである。該タンクＴには、バルブＶを介して導入路Ｃが接続されており、該導入路Ｃの開口部は、モールドＭのエッジ付近に位置する。

ＬＵは光源ユニットである。この光源ユニットＬＵは、ランプＬＭとレンズＬＳとを備え、光硬化性樹脂ＬＰを硬化させるための硬化用紫外線ＵＶを発生する。ランプＬＭはオン／オフ（点灯／消灯）が可能である。モールドＭは、石英ガラスなどの材料を用いて作成され、硬化用紫外線ＵＶを透過する。

ＢＣはモールドＭに印刷されたバーコード、ＭＲ１はモールドＭ上に設置された反射鏡である。バーコードＢＣには、モールドＭを識別するための識別情報が含まれている。バーコードＢＣは、バーコードリーダＢＣＲで読み取られる。データベースＤＢには、モールドＭの識別情報に対応するモールド固有データＭＤＡＴが格納されている。モールド固有データＭＤＡＴには、パターン転写に必要とされる読取専用のデータと、パターン転写後に更新される転写履歴に関するデータがある。このようなバーコードＢＣをモールドＭ上に設置することにより、該モールドＭに固有の情報の管理を容易に行うことができる。

ＩＦ１は干渉計であり、干渉計測光Ｌ１を発生する。干渉計測光Ｌ１は、反射鏡ＭＲ１によって反射される。なお、図１には、干渉計ＩＦ１と反射鏡ＭＲ１のみが示されているが、実際にはモールドＭの位置と姿勢を把握するために十分な数（複数）の干渉計と反射鏡とが設置されている。

ＣＴＲはコントローラであり、プロセサＰＲＣとデータベースＤＢとを備え、装置各部と接続されている。プロセサＰＲＣは装置全体を制御するために必要なソフトウェアを内蔵している。

ＡＳは半導体レーザと観測光学系とを備えたアライメントスコープであり、モールドＭを装置上の所定位置に対して位置決めする際の計測と、モールドＭとウェハＷ上の各ショット位置との相対位置を計測する際に用いられる。なお、アライメントスコープＡＳは、装置本体のフレーム（不図示）に支えられた駆動機構により移動可能に構成されている。

ＷＨは複数の静電容量センサからなるウェハ高さセンサであり、ウェハＷの全面をスキャンすることでウェハＷの高さ分布を計測する。

図２は、モールドＭとその周辺を詳細に説明する図である。図２に示すように、モールドチャックＭＣの下面には、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２が備えられ、モールドＭがウェハＷに押し付けられたときに加わる圧力を監視する。

なお、実際にはモールドＭと基板としてのウェハＷとの間には、被転写物としての光硬化性樹脂ＬＰが配置されるので、モールドＭとウェハＷとは直接接触しない。しかし、モールドＭが光硬化性樹脂ＬＰを介してウェハＷに押し付けられることを、本実施例では、「モールドＭがウェハＷに押し付けられる」という場合がある。

モールドＭの下面のパターン面ＰＴには、立体パターンＰＴＲとともに、モールド基準位置マークＭＢおよびモールドアライメントマークＭＫが形成されている。

立体パターンＰＴＲには、次回以降の転写時に必要となるアライメントマークをウェハＷ上の光硬化性樹脂ＬＰに転写するためのパターンが含まれている。

ＡＣ１０とＡＣ１１は圧電素子からなる補助アクチュエータである。ＡＣ１０とＡＣ１１は、モールドＭをウェハＷに押し付けた状態で、モールドステージＭＳを駆動してモールドＭをＸＹ方向に駆動する際に、その駆動力がモールドＭとウェハＷとの間の摩擦力に打ち勝つよう駆動力を補う働きをする。

図３には、本装置によって複数回のパターン転写ショットを受けた状態のウェハＷを示している。ウェハＷ上のＳＨ１，ＳＨ２は、複数回のパターン転写ショットを受けることにより整列形成された転写ショット位置である。それぞれの転写ショット位置に隣接する位置には、前回のナノインプリントあるいはフォトリソグラフィによるパターン転写によりウェハライメントマークＡＭ１１，ＡＭ１２などが形成されている。

モールドＭを装置に装着する際には、バーコードリーダＢＣＲによってバーコードＢＣが読み取られ、コントローラＣＴＲは、データベースＤＢ中から該モールドＭの識別情報に対応するモールド固有データＭＤＡＴを抽出する。モールド固有データＭＤＡＴには、モールドＭが持つ立体パターンに関する情報などが含まれる。コントローラＣＴＲは、本装置の識別情報をモールド固有データＭＤＡＴに書き加える。

モールドＭは、装置内に搬入されると、モールドチャックＭＣ上に保持される。図１に示したウェハステージ基準マーク台ＷＫ上の光学的マークとモールドＭ上のモールド基準位置マークＭＢを合わせる基準アライメント操作が行われ、モールドＭは装置上での所定位置に位置決めされる。このアライメント操作にはアライメントスコープＡＳが用いられる。

また、ウェハ高さセンサＷＨにより予めウェハＷの高さ分布が計測され、その結果に基づいてウェハＷの各部における傾きが推定される。この後に行われるパターン転写動作においては、この推定された傾きに応じてウェハＷ又はモールドＭの傾きが調整される。

なお、該調整には、モールドＭの取り付け面ＰＢとパターン面ＰＴとの平行度のデータが必要であり、その値はモールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

以下に、本実施例のナノインプリントリソグラフィ装置によるパターン転写の手順を述べる。まず図８のフローチャートを用いてパターン転写の概要を述べる。該フローチャートに示す動作は、コントローラＣＴＲによりコンピュータプログラムに従って制御される。

ステップ（図ではＳと略す）１においては、ウェハＷ上の目標ショット位置、すなわち次回のパターン転写位置の近傍がモールドＭと相対するようにウェハステージＷＳが駆動される。

次にステップ２では、第１の計測手段としてのアライメントスコープＡＳを用いて、ウェハＷの目標ショット位置とモールドＭとを正確に対向させる（第１のアライメント操作）。

次にステップ３では、ウェハＷとモールドＭとの間に光硬化性樹脂ＬＰを導入する。光硬化性樹脂ＬＰを導入する量は、モールドＭのパターン面ＰＴの面積に応じて決定される。なお、光硬化性樹脂ＬＰは、予め（ステップ２に先だって）ウェハＷ上に塗布しておいてもよい。この時点までは、図４Ａ（ａ），（ｂ）に示すように、ウェハＷとモールドＭは第１の距離ｈ１の間隔に保たれている。

次にステップ４では、モールドＭがウェハＷにほぼ密着するように押し付けられる。「ほぼ」とは、これらの間に配置された光硬化性樹脂ＬＰの最小部分の厚みが０にならないようにという意味である。

また、ステップ４では、第２の計測手段としての干渉計ＩＦ１を用いて、モールドＭのウェハＷに対するＸＹ方向（ＸＹ面上）での位置およびＸＹ面又はウェハＷに対する傾きが計測される。なお、以下、本実施例では、これらの位置および傾きをまとめて、ＸＹ面に関する「位置」と称する。また、この計測は、第２の計測手段を用いてのモールドＭの位置に関する計測に相当する。そして、その計測結果に基づいて、必要な場合には補助アクチュエータＡＣ１０，ＡＣ１１を駆動しながら、モールドＭとウェハＷとの相対位置や平行度が修正される（第２のアライメント操作）。

なお、本実施例では、第２の計測手段として干渉計ＩＦ１を用いる場合について説明するが、本発明においては他の計測手段を用いてもよい。また、第１の計測手段と同様のアライメントスコープを用いてもよい。但し、この場合、モールドＭとウェハＷとのＸＹ方向での相対位置およびＸＹ面を基準とした傾きを計測できるような形態で用いられる。

次にステップ５においては、光源ユニットＬＵから光硬化性樹脂ＬＰに紫外線が照射される。これにより、光硬化性樹脂ＬＰが硬化する。

次にステップ６においては、モールドＭがウェハＷ（硬化した光硬化性樹脂ＬＰ）から引き離される。

そして、ステップ７においては、現在の転写ショットが最終ショットであるかが確かめられ、最終ショットであれば処理を終了し、最終ショットでなければステップ１に戻って次の転写ショットの処理が行われる。

以下、図４Ａ，４Ｂを用いて、本実施例におけるアライメント方法について説明する。図４は、転写ショット位置ＳＨ１への転写の手順を示す図であり、モールドステージＭＳなどは省略されている。

図４Ａ（ａ）には、第１のアライメント操作（工程）を示している。この図に示すように、ウェハＷとモールドＭとを上記第１の距離離れた状態で、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫとを第１の計測手段としてのアライメントスコープＡＳを用いて観測する。この観測により、モールドＭの位置に関する計測、具体的にはモールドＭとウェハＷとの相対位置関係の計測が行われ、これら２つのマークが重なるようにウェハステージＷＳを制御することで、モールドＭとウェハＷとの位置合わせが行われる。アライメントスコープＡＳ、ウェハステージＷＳおよびこれを制御するコントローラＣＴＲにより第１のアライメント手段が構成される。

ここで、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２は両者の距離が、第１の距離ｈ１だけ離れているときに最も精度よく測定が行えるように設計されている。この時点では、まだウェハＷ上に光硬化性樹脂ＬＰは導入されておらず、当然、モールドＭは光硬化性樹脂ＬＰに接触していない。

なお、図示していないが、実際の第１のアライメント操作においては、さらに少なくとももう一組のウェハライメントマークとモールドアライメントマークを観測して、ウェハＷとモールドＭとのアライメントを行う必要がある。

また、モールド基準位置マークＭＢを基準としたモールドアライメントマークＭＫの位置の情報はこの第１のアライメント操作に必要であり、モールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

ここまでの手順は、フォトマスクとウェハとを狭い間隔で対向させるプロキシミティ型の半導体露光装置のアライメント操作と同様である。

ここで、先に述べたモールドＭを装置内に搬入した後に所定位置に位置決めする基準アライメント操作と、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫの位置合わせを行う第１のアライメント操作について補足する。

これらのアライメント操作においては、２つのアライメントマークが上下に離れた状態で高精度のアライメントを行う必要があるため、これらのアライメント操作に関わるアライメントマークとしては回折格子を用いるのが望ましい。

アライメントマークに回折格子を用いる方法は、主としてプロキシミティＸ線露光におけるアライメント方法として研究され、特開昭６２−２６１００３号公報、特開平１１−１５００６３号公報および特開平１１−１６２８３５号公報などに開示されている。

まず、モールドＭを装置上の所定位置に位置決めする基準アライメント操作において、アライメントスコープＡＳからのアライメント計測光ＡＬ１は、モールドＭの中を進み、モールド基準位置マークＭＢを通過する。そして、上記所定位置に形成されたマーク（図示せず）によって反射され、再びモールド基準位置マークＭＢを通過してアライメントスコープＡＳに戻る。

同様に、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫとのアライメントにおいては、アライメントスコープＡＳからのアライメント計測光ＡＬ１は、モールドＭの中を進み、モールドアライメントマークＭＫを通過する。そして、ウェハライメントマークＡＭ１２により反射され、再びモールドアライメントマークＭＫを通過してアライメントスコープＡＳに戻る。なお、アライメントスコープＡＳは必要に応じて位置が変更される。

また、本実施例では、アライメント計測光ＡＬ１はアライメントマークに対して垂直に入射しているが、アライメント計測光ＡＬ１をアライメントマークに対して斜めに入射させて計測を行うようにしてもよい。

このようにして、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫとをアライメントスコープＡＳによって観測する。そして、これら２つのマークが重なった状態で干渉計ＩＦ１を動作させ、干渉計測光Ｌ１を反射鏡ＭＲ１に反射させて反射鏡ＭＲ１までの距離を計測する。さらに、図示していない他の干渉計およびモールドＭ上の他の反射鏡を用いた同様の計測の結果を併せ用いて、モールドＭの位置（位置および傾き）を求め、コントローラＣＴＲ内のメモリＭＲＹ（図１参照）に記憶する。

モールド基準位置マークＭＢを基準とした反射鏡ＭＲ１の位置情報はこれらの操作に必要であり、モールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

また、アライメントを最も高い精度で行うために必要なモールドＭとウェハＷの最適間隔は、アライメントマークの設計により異なるため、モールドアライメントマークＭＫなどの種別を示すデータが必要であり、この情報もモールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

次に図４Ａ（ｂ）に示すように、導入路Ｃから光硬化性樹脂ＬＰをウェハＷとモールドＭの間に導入する（図８のステップ３）。これにより、モールドＭは光硬化性樹脂ＬＰに接触する。但し、モールドＭとウェハＷとの距離は、第１の距離ｈ１のままである。

なお、前述したように、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫとの位置合わせに先だって光硬化性樹脂ＬＰをウェハＷ上（今回のショット位置）に滴下しておいてもよい。但し、この場合は、ウェハライメントマークＡＭ１２とモールドアライメントマークＭＫとの間は空気ではなく光硬化性樹脂ＬＰで満たされている。したがって、光硬化性樹脂ＬＰの屈折率を考慮して両アライメントマークおよびアライメントスコープＡＳを設計する必要がある。

次に、図４Ａ（ｃ）に示すように、モールドＭをウェハＷに押し付ける。実際には、モールドＭとウェハＷとの間の距離が、上記第１の距離ｈ１よりも短い第２の距離ｈ２に設定される。この状態で、モールドチャックＭＣ内に設けられた圧力センサＰＳ１，ＰＳ２の出力を観測し、該圧力が所定圧力に達したところで押し付け動作を終了する。

ここにいう「所定圧力」は、モールドＭの破損を防ぐ観点から、モールドＭの材質、パターン面ＰＴの大きさ、立体パターンＰＴＲの高さから定められ、これらのデータはモールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

なお、押し付けの際には、モールドステージＭＳをウェハＷに向かって駆動してもよいし、ウェハステージＷＳをモールドＭに向かって駆動してもよい。

ここで、仮にモールドＭがウェハＷに傾いた状態で押し付けられたとしても、低弾性接合部ＭＥが片当たりによる圧力を分散させるので、モールドＭの破損が防止される。

そして、図４Ａ（ｃ）に示す状態で第２のアライメント操作（工程）が行われる。ここでは、第２の計測手段としての干渉計ＩＦ１および図示しない他の干渉計を動作させて、モールドＭの現在の位置を求め、図４Ａ（ａ）に示した押し付け前（光硬化性樹脂ＬＰの導入前）において計測し記憶された位置と比較する。ＸＹ方向に位置ずれがある場合には、モールドステージＭＳを駆動して該位置ずれをなくする方向にモールドＭを移動させることで、位置補正を行う。干渉計ＩＦ１（＋反射鏡ＭＲ１）、モールドステージＭＳおよびこれを制御するコントローラＣＴＲにより第２のアライメント手段が構成される。

なお、第２のアライメント操作において、モールドステージＭＳに代えて、又はこれとともにウェハステージＷＳを駆動してもこれと等価な補正が可能である。

また、このとき、モールドステージＭＳの駆動力が不足する場合には、補助アクチュエータＡＣ１０，ＡＣ１１を駆動してもよい。

ここで、上記の押し付けと位置補正の処理について補足する。これらの押し付けと位置補正の処理は、図８のフローチャートのステップ４において行われ、該ステップ４での処理の内容を詳細に説明したのが図９のフローチャートである。

図９のステップ１１においては、モールドＭの押し付け圧力が所定圧力に達しているか否かを判断する。所定圧力に達していればステップ１３に進み、達していなければステップ１２に進む。

ステップ１２においては、モールドステージＭＳをＺ方向に駆動する。これにより、モールドＭがウェハＷに対して第１の距離ｈ１の位置から第２の距離ｈ２の位置に近づけられる。そして、再びステップ１１に戻る。

ステップ１３においては、上述したように、干渉計ＩＦ１等により計測したモールドＭの現在の位置と押し付け前において計測してメモリＭＲＹに記憶した位置とを比較して、モールドＭが所定位置、すなわち押し付け前の位置にあるか否かを判断する。所定位置にあれば処理を終了し、所定位置になければステップ１４に進む。

ステップ１４においては、モールドステージＭＳを駆動してモールドＭの位置を補正し、ステップ１３に戻る。

なお、本実施例においては、モールドＭをウェハＷに押し付けた後にモールドＭの位置補正を行う場合について説明した。しかし、押し付け動作中、すなわち第１の距離ｈ１の位置から第２の距離ｈ２の位置への移動中に、干渉計ＩＦ１等による計測を連続して行い、該押し付け動作を行いながらモールドＭの位置補正を行ってもよい。これは、モールドＭをウェハＷに押し付けた後に位置補正を行う場合、押し付けに伴うモールドＭの位置ずれが大きいと、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２とが互いに遠く離れてしまうからである。そのような場合、位置補正動作が十分に行えない可能性がある。しかし、押し付け動作を行いながら位置補正を行うことで、このような不具合を防ぐことができる。

この場合の押し付けと位置補正の処理について、図１０のフローチャートを用いて補足する。これらの押し付けと位置補正の処理も図８のフローチャートのステップ４において行われるものである。

処理を開始すると、まずステップ２０からステップ２１とステップ２３に分岐して進み、これらのステップでの処理をほぼ同時に並列して行う。

ステップ２１においては、モールドＭの押し付け圧力が所定圧力に達しているか否かを判断し、所定圧力に達していればステップ２９に進み、達していなければステップ２２に進む。

ステップ２２においては、モールドステージＭＳがＺ方向に駆動され、モールドＭがウェハＷに近づけられる。そして、ステップ２１に戻る。

一方、ステップ２３においては、モールドＭが、上述したように干渉計ＩＦ１等により計測したモールドＭの現在の位置と押し付け前において計測してメモリＭＲＹに記憶した位置とを比較する。そして、モールドＭが所定位置、すなわち押し付け前の位置にあるか否かを判断する。所定位置にあれば処理を終了し、ステップ２５に進み、所定位置になければステップ２４に進む。

ステップ２５においては、並行して行われている押し付け処理が終了しているかを判断し、終了していればステップ２９に進み、終了していなければステップ２３に戻る。

ステップ２４においては、モールドステージＭＳを駆動してモールドＭの位置を補正し、ステップ２３に戻る。

ステップ２９においては、分岐していた２系統の処理が完了したことを確認し、全体の処理を終了する。

こうして図４Ａ（ｃ）に示す状態での第２のアライメント操作が完了すると、図４Ｂ（ｄ）に示すように、光源ユニットＬＵ（図１参照）からの硬化用紫外線ＵＶを所定の時間照射して、光硬化性樹脂ＬＰを硬化させる。ＬＰＳは硬化した光硬化性樹脂である。

上述した「所定時間」の決定には、モールドＭの光透過率が必要であり、その値はモールド固有データＭＤＡＴに含まれる。また、「所定時間」を、モールドＭの材質と厚さから求めてもよく、この場合、モールドＭの厚さの値がモールド固有データＭＤＡＴに含まれる。

次に、図４Ｂ（ｅ）に示すように、モールドＭをウェハＷ（硬化した光硬化性樹脂ＬＰＳ）から引き離し、モールド固有データＭＤＡＴ中におけるモールドＭの使用回数の値に１を加え、その転写ショット位置ＳＨ１でのパターン転写動作を終了する。

以上の操作をすべての転写ショットについて繰り返すことで、ウェハＷのほぼ全面にモールドＭのパターンＰＴＲを転写することができる。

なお、図４Ｂ（ｅ）においてモールドＭが引き離されたウェハＷ上には、硬化した光硬化性樹脂ＬＰＳのうち不要な層が残存している。すべての転写ショットへのパターン転写終了後、ウェハＷの全面に対してエッチング処理を施すことにより、この残存した不要な光硬化性樹脂の層を取り除く。そのことにより、図４Ｂ（ｆ）に示すように、必要な部分のみを持つ光硬化性樹脂のパターンＬＰＳ１を得ることができる。

こうして得られた光硬化性樹脂のパターンＬＰＳ１をレジスト層として用い、従来の半導体製造プロセスと同様に、ウェハＷに対してエッチングなどの処理を施すことで、ウェハＷ上に回路パターンが形成される。この回路パターンの幅（線幅）としては、１００ｎｍ以下、さらには１０ｎｍレベルも実現可能である。

また、先に説明したように、モールドＭによって次回以降のパターン転写時に必要となるアライメントマークを転写することができるので、半導体製造に不可欠な複数パターンの重ね合わせ露光が可能である。したがって、本実施例のナノインプリントリソグラフィ装置を半導体製造に用いることができる。

以上の説明では、転写ショットごとにモールドＭとウェハＷの双方に形成されたアライメントマークが一致することを検出している。この方法は、ダイバイダイアライメントとして知られる方法であり、確実に高い精度が得られる一方、転写のスループットを高めることがむずかしい。

最近では、縮小投影型やプロキシミティ型の半導体露光装置では、グローバルアライメント方式と呼ばれるアライメント方式が用いられることが多い。本実施例のナノインプリントリソグラフィ装置においても、この方式を採用することで、スループットを高めることができる。

以下、本実施例のナノインプリントリソグラフィ装置でのグローバルアライメント方式によるアライメント方法について説明する。

この方式では、まず、予め定められた理想的な転写ショット位置とウェハライメントマーク位置の情報がデータベースＤＢに記憶されているものとする。実際に転写を行う前に、図４Ａ（ａ）を用いて説明したアライメント計測をウェハＷ上の数ヶ所の転写ショットについて行う。これらの計測によって得られた、実際の上記数ヶ所の転写ショット位置の情報と、予め定められた理想的な転写ショット位置の情報とを比較し、すべての転写ショットの実際位置を推定する。

ここで、グローバルアライメント方式について図１１のフローチャートを用いて補足する。まず、ステップ５１においては、計測対象である転写ショット位置（サンプルショット位置）を数個選ぶ。計測対象の転写ショット位置をあらかじめ決めておき、その番号をデータベースＤＢに格納しておくこともできる。

ステップ５２においては、ウェハステージＷＳを駆動し、モールドＭを上記複数個のサンプルショット位置のうち、１つの位置の近傍に移動させる。

ステップ５３においては、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２とを合致させる。その際のモールドステージＭＳとウェハステージＷＳの位置から当該サンプルショット位置を求めてコントローラＣＴＲ内のメモリＭＲＹに記憶する。

なお、先に説明した回折格子を用いたアライメント計測においては、アライメント対象間のずれの絶対量を知ることができる。したがって、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２とを合致させなくても、両者のずれ量を計測することによって当該サンプルショット位置を求めることができる。

ステップ５４においては、すべてのサンプルショットの計測が終了したかを判断し、終了していればステップ５５に進み、終了していなければステップ５２に戻って次のサンプルショット位置の計測を行う。

ステップ５５においては、記憶したすべてのサンプルショット位置の情報と、予め定められている理想的な転写ショット位置の情報とから、すべての転写ショット位置を推定し、処理を終了する。

こうして推定されたそれぞれの転写ショットの位置へ直接的に移動する。また、それぞれの転写ショット位置において、先に説明したように、反射鏡ＭＲ１と干渉計ＩＦ１による干渉計測、光硬化性樹脂ＬＰの導入および硬化用紫外線ＵＶの照射などの処理を行う。そうすれば、高いスループットで立体パターンＰＴＲを転写することができる。

上記実施例１では、第２の計測手段として、モールドＭに備えられた反射鏡を用いる干渉計を使用するナノインプリントリソグラフィ装置について説明した。本実施例では、第２の計測手段として段として干渉計以外のものを用いるナノインプリントリソグラフィ装置について、図５を用いて説明する。

図５には、実施例１における図４Ａおよび図４Ｂに示したパターン転写手順と、ほぼ同様のパターン転写の手順を示しているが、干渉計が存在しない点とモールドＭに反射鏡が設けられていない点とが実施例１とは異なっている。

また、図５において、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２は、実施例１と同様に回折格子で構成されている。ただし、両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２はお互いがほぼ密着しているとき、言い換えれば、モールドＭが光硬化性樹脂ＬＰを介してウェハＷに押し付けられた状態で最も高い精度でアライメント計測が行えるよう設計されている。

図７（ａ）には、本実施例におけるモールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２との組み合わせによるアライメント計測誤差と、両アライメントマークのＺ方向（垂直方向）での距離との関係を示す。ここで、両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２がとり得る距離の全域において、アライメント計測誤差の値は、予め定められた所定の許容誤差ＴＥ以下でなければならない。ここで、第２の距離ｈ２は図５（ｃ）に示すように、モールドＭとウェハＷとがほぼ密着したときの両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２間の距離である。また、第１の距離ｈ１は図５（ａ）に示すように、モールドＭをウェハＷに押し付ける前にアライメントを行う際の両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２間の距離である。図７（ａ）に示すように、両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２間の距離が第２の距離ｈ２であるときに、アライメント計測誤差の値は最小となる。

まず、図５（ａ）に示すように、モールドＭをウェハＷから第１の距離ｈ１の位置に保った状態で、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２に対し、アライメントスコープＡＳからアライメント計測光ＡＬ１を照射する。そして、アライメント状態の観測（計測）を行う。その後、モールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２が重なり合致するようにモールドステージＭＳ又はウェハステージＷＳを駆動する。

次に、図５（ｂ）に示すように、実施例１と同様にしてモールドＭとウェハＷの間に光硬化性樹脂ＬＰを導入する。

そして、図５（ｃ）に示すように、モールドＭ又はウェハＷを垂直に移動させ、モールドＭを所定圧力でウェハＷに押し付ける。

さらに、アライメントスコープＡＳからアライメント計測光ＡＬ１を照射しながらモールドアライメントマークＭＫとウェハライメントマークＡＭ１２とが合致するようにアライメント状態を計測する。そして、モールドステージＭＳ又はウェハステージＷＳを駆動して（必要であれば補助アクチュエータＡＣ１０，ＡＣ１１も駆動して）、モールドＭをウェハＷ上の所定位置に合わせる。

このように、本実施例では、両アライメントマークＭＫ，ＡＭ１２はほぼ密着しているときに最も精度よく計測が行えるよう設計されている。そのため、図５（ａ）の状態でのアライメント計測よりも、図５（ｃ）の状態でのアライメント計測の方が精度が高く、所望のアライメント精度が得られる。

なお、本実施例において、硬化用紫外線ＵＶを照射して光硬化性樹脂ＬＰを硬化させるなどの手順は、実施例１において図４Ｂを用いて説明した手順と同様である。

また、本実施例において、実施例１にて説明したのと同様に、モールドＭとウェハＷとが第１の距離ｈ１離れた状態におけるアライメント操作に、グローバルアライメント方式を適用することも可能である。

さらに本実施例において、実施例１と同様に、モールドＭをウェハＷに押し付けていく過程で、モールドアライメントマークＭＫ（モールドＭ）とウェハライメントマークＡＭ１２（ウェハＷ）との位置合わせを行うことも可能である。

以上説明した本実施例によれば、実施例１の場合よりも簡単な構成で、高精度のパターン転写を実現できる。

図６には、本発明の実施例３であるナノインプリントリソグラフィ装置におけるパターン転写手順を示している。このパターン転写手順は、実施例２における図５に示したパターン転写手順と、ほぼ同様のパターン転写の手順を示しているが、モールドＭ上およびウェハＷ上にアライメントマークが追加されている点が実施例２と異なる。

図６において、モールドアライメントマークＭＫ１，ＭＫ２とウェハライメントマークＡＭ１３，ＡＭ１４は、実施例１，２と同様に、回折格子で構成されている。ただし、モールドアライメントマークＭＫ１とこれに対応するウェハライメントマークＡＭ１３は、互いの距離が第１の距離ｈ１だけ離れているときに最も高い精度で計測が行えるように設計されている。

一方、モールドアライメントマークＭＫ２とこれに対応するウェハライメントマークＡＭ１４は、互いがほぼ密着しているとき、すなわち第２の距離ｈ２だけ離れているときに最も高い精度で計測が行えるように設計されている。この様子を、図７（ｂ）と図７（ｃ）に示す。

図７（ｂ）は、モールドアライメントマークＭＫ１とウェハライメントマークＡＭ１３との組み合わせによるアライメント計測誤差と、両アライメンとマークＭＫ１，ＡＭ１３のＺ方向（垂直方向）での距離との関係を示す。同様に、図７（ｃ）は、モールドアライメントマークＭＫ２とウェハライメントマークＡＭ１４の組み合わせによるアライメント計測誤差と両アライメンとマークＭＫ２，ＡＭ１４のＺ方向での距離との関係を示す。

なお、モールドアライメントマークＭＫ１とウェハライメントマークＡＭ１３の組み合わせおよびモールドアライメントマークＭＫ２とウェハライメントマークＡＭ１４の組み合わせによる計測精度に関しては、図５で説明した実施例２とは異なる。これは、それぞれが用いられるアライメントマーク間の距離の近傍においてのみ高い精度が得られればよい（言い換えれば、他の距離では許容誤差の範囲でなくてもよい）からである。

まず、図６（ａ）に示すように、モールドＭをウェハＷから第１の距離ｈ１の位置に保った状態で、モールドアライメントマークＭＫ１とウェハライメントマークＡＭ１３に対し、アライメントスコープＡＳからアライメント計測光ＡＬ１を照射する。そして、アライメント状態の計測を行う。そして、モールドアライメントマークＭＫ１とウェハライメントマークＡＭ１２とが重なり合致するようにモールドステージＭＳ又はウェハステージＷＳを駆動する。

次に、図６（ｂ）に示すように、実施例１，２と同様にして、モールドＭとウェハＷとの間に光硬化性樹脂ＬＰを導入する。

次に、図６（ｃ）に示すように、モールドＭ又はウェハＷを垂直に移動させ、モールドＭを所定圧力でウェハＷに押し付ける。

そして、アライメントスコープＡＳをモールドアライメントマークＭＫ２の側に移動させ、アライメント計測光ＡＬ１を照射する。それにより、モールドアライメントマークＭＫ２とウェハライメントマークＡＭ１４とが重なり合致するようにアライメント状態を計測することができる。そして、モールドステージＭＳ又はウェハステージＷＳを駆動して（必要であれば補助アクチュエータＡＣ１０，ＡＣ１１も駆動して）、モールドＭをウェハＷ上の所定位置に合わせる。

これ以下、硬化用紫外線を照射して光硬化性樹脂ＬＰを硬化させるなどの手順は、実施例１において図４Ｂを用いて説明したものと同様である。

また、本実施例においても、実施例１と同様に、モールドＭとウェハＷとが第１の距離ｈ１離れた状態におけるアライメント操作に、グローバルアライメント方式を適用することも可能である。

さらに本実施例において、実施例１と同様に、モールドＭをウェハＷに押し付けていく過程で、モールドアライメントマークＭＫ２（モールドＭ）とウェハライメントマークＡＭ１４（ウェハＷ）との位置合わせを行うことも可能である。

以上説明した本実施例によれば、実施例１の場合よりも簡単な構成で、高精度のパターン転写を実現できる。ただし、この場合は、モールドＭとウェハＷ間の距離を変えながらアライメントを行うため、広い距離範囲で高い計測精度が得られるようにアライメントマークを設計する必要がある。

以上説明した本実施例によれば、モールドＭとウェハＷとの間の距離に応じて、使用するアライメントマークを変更することにより、比較的簡単な構成で、高い精度のアライメントを行うことができる。

また、上記実施例１において説明したナノインプリントリソグラフィ装置においては、モールド固有データＭＤＡＴをデータベースＤＢ中に保持していた。しかし、本発明はこれに限らず、他の記憶手段を用いても実施例１と同様なナノインプリントリソグラフィ装置を構成できる。例えばモールドＭに取り付けられた無線タグにモールド固有データを保持し、非接触にて無線タグ上のデータを読み書きする送受信機をコントローラＣＴＲにより制御するようなナノインプリントリソグラフィ装置である。

この場合、モールド固有データＭＤＡＴ中にモールドの識別情報を含めれば、モールドの識別が容易になるので、より好ましい。

また、上記送受信機は必ずしもコントローラＣＴＲにより制御する必要はなく、例えばネットワークで結合されたホストコンピュータなどによって送受信機を制御し、該ネットワークを経由してモールド固有データＭＤＡＴを授受するよう構成することもできる。

また、ここまで説明したすべての実施例においては、被転写物として光硬化性樹脂を用いるため、モールドＭが光透過性を有するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、金属などガラスよりも高強度の材料で作成したモールドを、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させた物等の加工対象に押し付け、該加工対象を塑性変形させる方式のナノインプリントリソグラフィ装置においても本発明を適用することができる。

この場合、例えば、モールドの側面に透明部材を取り付け、その透明部材にアライメントマークを備えることにより、先に説明した各実施例と同様の手順でアライメントを行うことができる。また、モールドの一部を上下に貫くように透明な部材で構成し、この透明部材にアライメントマークを備えることによっても、先に説明した各実施例と同様の手順でアライメントを行うことができる。

次に、先に説明した各実施例のナノインプリントリソグラフィ装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて、図１２のフローチャートを用いて説明する。ステップ１０１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（モールド作成）ではステップ１０１で設計した回路に基づいて、必要な個数のモールドを作成する。一方、ステップ１０３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。

次のステップ１０４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記モールドとウェハを用い、上記各実施例のナノインプリントリソグラフィ装置を用いて、ウェハ上に実際の回路を作成する。なお、ステップ１０４は必要に応じてモールドを交換して必要な回数繰り返される。また、この繰り返しの一部に、縮小投影露光装置など、ナノインプリントリソグラフィ方式以外の方式のリソグラフィ装置を使用することもできる。

次のステップ１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって処理されたウェハを半導体チップ化する工程である。この後工程は、アセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）などの組立工程を含む。

次のステップ１０６（検査）では、ステップ１０５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ１０７でこれを出荷する。

上記ステップ１０４のウェハプロセスでは、以下のステップのいずれかを有する。すなわち、ウェハの表面を酸化させる酸化ステップ。または、ウェハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ。または、ウェハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ。また、ウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ。または、ウェハに光硬化性樹脂を塗布するレジスト処理ステップ。または、上記ナノインプリントリソグラフィ装置によってレジスト処理ステップ後のウェハに回路パターンを転写する転写ステップ。または、転写ステップで処理したウェハから転写パターン以外の部分の光硬化性樹脂を除くエッチングステップ。または、不要となった光硬化性樹脂を除くレジスト剥離ステップのうちいずれかである。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンを形成する。

以上説明したように、上記実施例１〜３によれば、精密なモールドを破損しにくくすることができる。また、モールドを被転写物を介して基板に押し付ける際に生じた位置ずれを補正することにより、モールドと基板とのアライメントを高精度に行うことができる。

Ｍ モールド
ＭＳ モールドステージ
ＭＣ モールドチャック
ＭＥ 低弾性接合部
Ｗ ウェハ
ＷＣ ウェハチャック
ＷＫ ウェハステージ基準マーク台
ＭＢ モールド基準位置マーク
ＭＫ，ＭＫ１，ＭＫ２ モールドアライメントマーク
ＡＭ１２，ＡＭ１３，ＡＭ１４ ウェハライメントマーク
ＡＳ アライメントスコープ
ＭＲ１ 反射鏡
ＡＣ１０，ＡＣ１１ 補助アクチュエータ
ＰＳ１，ＰＳ２ 圧力センサ
ＬＰ 光硬化性樹脂
Ｃ 導入路
ＵＶ 紫外線
ＩＦ１ 干渉計
ＷＨ ウェハ高さセンサ
ＣＴＲ コントローラ
ＰＴ パターン面

Claims (2)

1. 立体パターンを含むパターン面を有するモールドを基板上の未硬化樹脂に接触させて該未硬化樹脂を硬化させ、硬化した樹脂のパターンを前記基板上に形成するインプリント装置であって、
   前記モールドを保持して移動するモールドステージと、
   前記基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記モールドと前記基板との相対位置を計測する計測手段と、
   前記モールドステージを移動させるアクチュエータおよび前記基板ステージを移動させるアクチュエータとは異なる、前記モールドと前記基板とを相対的に移動させるための補助アクチュエータと、
   前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触するように前記モールドステージと前記基板ステージとを相対的に移動させ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に前記計測手段に前記計測を行わせ、前記モールドと前記未硬化樹脂とが互いに接触している間に前記計測手段により得られた計測結果に基づいて前記モールドと前記基板とがアライメントされるように、前記モールドステージと前記基板ステージとを相対的に移動させ、かつ、前記補助アクチュエータを動作させるコントローラと、を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 請求項１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上に形成する工程と、
   前記工程で前記パターンを形成された基板を処理する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。