JP2011061165A - インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 形成されたパターンの良否判定を行うインプリント装置を提供する。
【解決手段】 基板に塗布された樹脂のモールドによる成形を含むインプリント動作を基板のインプリント領域毎に行ってパターンを前記インプリント領域に順次形成するインプリント装置は、前記インプリント動作により成形された樹脂を撮像する撮像部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記撮像部により撮像された画像における色のばらつきが予め定められた閾値以下であるべき前記インプリント領域内の部分領域を特定する情報を取得し、前記撮像部により撮像された画像の前記部分領域における色のばらつきを求め、当該求められたばらつきが前記閾値より大きいならば前記成形されたパターンを不良であると判定してエラー処理を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インプリント装置、及び、当該インプリント装置を用いた物品の製造方法に関する。

紫外線、Ｘ線又は電子ビームによるフォトリソグラフィーを用いた半導体デバイスなどの微細パターンの形成方法に代わる技術としてインプリント技術が既に知られている。インプリントは、電子ビーム露光等によって微細なパターンを形成したモールドを、ウエハ等の基板に塗布された樹脂材料に押し付ける（押印する）ことによって、基板上に樹脂のパターンを形成する技術である。インプリントには幾つかの種類があり、その一方法として光硬化法が従来から提案されている（特許文献１を参照）。光硬化法は、透明なモールドを押し付けた状態で紫外線硬化樹脂を感光・硬化させてからモールドを剥離する（離型する）方法である。この光硬化法によるインプリントは、温度制御が比較的容易に行えることや透明なモールド越しに基板上のアライメントマークの観察が出来ることから半導体集積回路の製造に適していると言える。また、製造するデバイスのチップの大きさに合せたモールドを製作し、基板上のショット（インプリント領域）に樹脂パターンを逐次成形するステップ・アンド・リピート方式を適用すると、パターンの重ね合せ精度上有利である。

特表２００５−５３３３９３号公報 特許第４１５３７５５号

光硬化法によるインプリント装置では、成形後の紫外線硬化樹脂（以下、樹脂と呼ぶ）における残膜の厚みのむらが問題とされる。ここで、残膜とは、基板表面と樹脂の凹凸パターンの凹部底面との間に存在する樹脂の膜（層）をいう。これは、樹脂の残膜の厚み（残膜厚）むらがあると、インプリント工程後の基板に対して実施されるエッチング工程で、凹凸パターンの凸部の幅が場所によって変化し、デバイスパターンの線幅精度に悪影響を及ぼすためである。このような樹脂の残膜厚むらといった転写不良が確認された場合は、インプリント動作を中止する必要がある。

特許文献２には、薄膜が積層された太陽電池パネルのカラー画像を撮像し、次に、カラー画像の各画素値を色度に変換し、色度の標準偏差を薄膜が良好な場合の標準偏差と比較して薄膜の厚みむらの良否を判定することが記載されている。ここで、薄膜の厚みむらが小さくなるほど、色度の標準偏差は小さくなる。この方法では、薄膜の厚みむらの良否を判定したい領域を撮像している。仮に、特許文献２の方法を、インプリント装置による樹脂パターンの残膜厚むら（以下、「膜厚むら」とする）の良否判定に適用した場合、撮像領域に凹凸パターンを含むことになる。しかしながら、凹凸パターンを含む領域におけるカラー画像の色の標準偏差は、大きな値となりうる。したがって、特許文献２の方法は、インプリント装置により成形された樹脂パターンの良否判定に単純には適用できない。
本発明は、形成されたパターンの良否判定を行うインプリント装置の提供を例示的目的とする。

本発明は、基板に塗布された樹脂のモールドによる成形を含むインプリント動作を基板のインプリント領域毎に行ってパターンを前記インプリント領域に順次形成するインプリント装置であって、前記インプリント動作により成形された樹脂を撮像する撮像部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記撮像部により撮像された画像における色のばらつきが予め定められた閾値以下であるべき前記インプリント領域内の部分領域を特定する情報を取得し、前記撮像部により撮像された画像の前記部分領域における色のばらつきを求め、当該求められたばらつきが前記閾値より大きいならば前記成形されたパターンを不良であると判定してエラー処理を実行する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、形成されたパターンの良否判定を行うインプリント装置を提供することができる

インプリント装置の構成図である。 インプリント装置の制御ブロック図である。 インプリント動作直後のショットと撮像領域を示す図である。 パターンの良否の判定する基準を示す図である。 パターンの良否を判定する手順を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。はじめに、膜厚と色の関係について説明する。Ｓｉ基板上に、屈折率１．５の薄膜が塗布されている積層構造を考える。膜厚は１６０ｎｍから６２０ｎｍを想定し、青の光の波長を４８５ｎｍ、緑の光の波長を５８０ｎｍ、黄の光の波長を５７５ｎｍ、赤の光の波長を６２０ｎｍとして、各色の光を垂直入射し明条件を満たす膜厚を計算した。具体的には、Ｓｉ基板での反射光と屈折率１．５の薄膜での反射光の干渉の強さが明条件を決める大きな要因とした。屈折率をｎ、薄膜厚をd、波長をλ、整数ｍ＝１とし、式２ｎｄ＝ｍλで明条件を満たす膜厚を計算した。青の光は１６１．７ｎｍと４８５ｎｍで、緑の光は１７６．７ｎｍと５３０ｎｍで、黄の光は１９１．７ｎｍと５７５ｎｍで、赤の光は２０６．７ｎｍと６２０ｎｍの膜厚で明るくなる。上記の場合、各色は、膜厚がおよそ３００ｎｍ〜４００ｎｍだけずれると再び明条件を満たしている。従って、上記のような単純な積層構造の場合、膜厚が３００ｎｍ〜４００ｎｍより小さければ、膜厚むらを色むらとして観測できる。

図１は、本発明の実施形態に係るインプリント装置の構成図で、図２は、インプリント装置の制御ブロック図である。インプリント装置は、基板に塗布された樹脂のモールドによる成形を含むインプリント動作を基板のインプリント領域毎（ショット領域毎）に行ってパターンをインプリント領域（ショット領域）に順次形成する。基板であるウエハ１は、基板チャック（ウエハチャック）２に保持されている。微動ステージ３は、ウエハ１のθ（ｚ軸回りの回転）方向位置の補正機能、ウエハ１のｚ位置の調整機能、及びウエハ１の傾きを補正するためのチルト機能を有し、ウエハ１を所定の位置に位置決めするためのＸＹステージ４上に配置される。以下、微動ステージ３とＸＹステージ４を合せて、基板ステージ（ウエハステージ）と総称する。ＸＹステージ４は、ベース定盤５に載置されている。微動ステージ３の位置を計測するために、レーザ干渉計７からの光を反射する参照ミラー６が、微動ステージ３上にｘ及びｙ方向（ｙ方向は不図示）に取り付けられている。支柱８及び８'は、ベース定盤５上に屹立し、天板９を支える。モールド１０は、ウエハ１に転写される凹凸のパターンがその表面に形成され、図示しない機械的保持機構によってモールドチャック１１に固定される。モールドチャック１１は、図示しない機械的保持機構によって、モールドチャックステージ１２に載置される。モールドチャックステージ１２は、モールド１０及びモールドチャック１１のθ（ｚ軸回りの回転）方向位置の補正機能及びモールド１０の傾きを補正するためのチルト機能を有する。また、モールドチャック１１は、そのｘ及びｙ方向の位置を計測するために、レーザ干渉計７'からの光を反射する反射面を有する（ｙ方向は不図示）。モールドチャック１１及びモールドチャックステージ１２は、ＵＶ光源１６からコリメータレンズ１７を通して照射されるＵＶ光をモールド１０へと通過させる、図示しない開口をそれぞれ有する。ガイドバープレート１３は、その一端がモールドチャックステージ１２に固定され、天板９を貫通するガイドバー１４及び１４'の他端を固定する。

エアシリンダ又はリニアモータからなるモールド昇降用リニアアクチュエータ１５，１５'は、ガイドバー１４，１４'を図１のｚ方向に駆動し、モールドチャック１１に保持されたモールド１０をウエハ１状の樹脂に押し付けたり、引き離したりする。アライメント棚１８は、天板９に支柱１９，１９'により懸架され、ガイドバー１４，１４'が貫通している。静電容量センサなどのギャップセンサ２０は、ウエハチャック２上のウエハ１の高さ（高さ分布または表面形状）を計測する。複数のロードセル２１（図１に図示せず）は、モールドチャック１１又はモールドチャックステージ１２に取り付けられ、モールド１０の押し付け力を計測する。ダイバイダイアライメント用のＴＴＭ（Through The Mold）アライメントスコープ３０，３０'は、ウエハ１とモールド１０とに設けられたアライメントマークを観察するための光学系と撮像系を有する。ＴＴＭアライメントスコープ３０，３０'により、ウエハ１とモールド１０との間のｘ及びｙ方向の位置ずれを計測する。樹脂を塗布するディスペンサヘッド３２は、ウエハ１の表面に液状の光硬化樹脂を滴下するノズルを備えている。ＣＣＤカメラ等の撮像部４０は、インプリント動作がなされた領域（インプリント領域）を撮像してカラー画像を取得することが可能である。ＣＣＤカメラによる撮像の際には、白色光源４２が照明に使用される。微動ステージ３上には、基準マーク台上の基準マーク５０が配置されている。制御部１００は、以上のユニットを統括して制御し、インプリント装置に所定の動作をさせる。また、制御部１００は、インプリント領域に形成されたパターン（樹脂パターン）の良否を判定する後述の判定部としても機能する。メモリ１１０にはＣＣＤカメラ４０により撮像された画像が保存される。

図３を用いて、ＣＣＤカメラ４０によって撮像されるインプリント領域を説明する。図３の（ａ）は、ウエハ１とウエハ１内の四角で示されたショット領域を示す例である。ショット領域５２はこれからインプリント動作が行なわれるショット、ショット領域５１はインプリント動作が行われ、形成されたパターンの良否が判定されるショット領域、その他は良好にインプリント動作が行なわれたショット領域である。ショット領域５２にインプリント動作を行う前に、ショット領域５１を含み破線で示すインプリント動作が行なわれた領域５３（インプリント領域）をＣＣＤカメラ４０により撮像する。撮像領域５３は、次にインプリント動作を行う隣接するショット領域５２を含まない。

撮像画像のなかで、形成されたパターンの良否の判定に用いる領域を以下に説明する。図３の（ｂ）の破線で示される撮像領域５３（インプリント領域）は、ショット領域５１とショット領域５１を囲むスクライブライン領域５４とを含む。ショット領域５１は、その表面に樹脂パターン（単にパターンという）が形成された領域（第２領域）５５と、その表面及びその下層に樹脂パターン及び下層パターン（単にパターンともいう）がそれぞれ形成されていない領域５６とを含んでいる。スクライブライン領域５４は、その表面に樹脂パターン（単にパターンともいう）が形成された領域５７と、その表面及びその下層に樹脂パターン及び下層パターン（単にパターンともいう）がそれぞれ形成されていない領域５６１とを含んでいる（図３（ｃ））。樹脂パターン及び下層パターンが形成されていない、ショット領域内の領域５６とスクライブライン内の領域５６１とは、撮像により得られた画像において色のばらつきが小さい（閾値以下である）はずの領域（インプリント領域内の部分領域）である。または、当該部分領域は、樹脂層の上面および下面が平坦かつ平行であるべき領域ともしうる。本実施形態においては、インプリント動作によりインプリント領域に成形されたパターンの良否の判定に、当該部分領域を構成する領域５６と領域５６１との少なくとも一方の領域の画像データを用いうる。繰り返しになるが、パターンの良否の判定に用いる領域は、色のばらつきが小さいはずの領域である。

図４の（a）及び（ｂ）を用いて、パターンの良否を判定する基準について説明する。パターンもマークも存在しない、ショット領域内の領域５６、或いは、マークが存在しないスクライブラインの領域５６１におけるカラー画像を色空間に変換し、明るさを除く色成分を用いてパターンの良否が判定される。図４の横軸は、色成分のばらつきの量を示し、符号６１は予め定められた色のばらつきの許容範囲を示している。色のばらつきの許容範囲の上限値（閾値）は、例えば、パターンが良好に形成された複数の基板の領域５６、５６１において予め算出された色のばらつきを表す数値の最大値である。なお、色のばらつきの許容範囲（閾値）は、例えば、インプリント装置により得られた樹脂パターンを検査する光ＣＤ検査装置などのパターン検査装置が合格とした複数の樹脂パターンについて色のばらつきを計測した結果から決定することができる。その際、色のばらつきの大きさを領域毎に調べることにより、色のばらつきの小さい領域を良否の判定に用いる領域として決定してもよい。また、パターンが良好に形成された基板の領域における樹脂やその下層の構造から色のばらつきをシミュレーションして求め、その結果から色のばらつきの許容範囲や良否判定に用いる領域を決定してもよい。インプリント動作が終了した直後の領域５６、５６１における色のばらつきを表す数値が上限値６１以下すなわち許容範囲内６２であるならば形成されたパターンが正常であると判定される。逆に、領域５６、５６１における色のばらつきを表す数値が上限値６１よりも大きいすなわち許容範囲外６３であるならば形成されたパターンが不良であると判定される。図４の（ｂ）は、色のばらつきを表す２種類の数値を用いてパターンの良否を判定する場合を示している。図４の（ｂ）において、許容範囲は線６６で示されており、色のばらつきを表す２種類の数値が線６６の内側６８ならば形成されたパターンは正常と判定され、線６６の外側６９ならばパターンは不良と判定される。そして、形成されたパターンが不良と判定された場合には、エラー処理が施される。形成されたパターンが正常と判定された場合には、次のショット領域に対してインプリント動作が行なわれる。

図５を用いて、制御部１００がパターンの良否を判定する手順について説明する。Ｓ１で、制御部１００は、ＣＣＤカメラ４０により撮像された一つのショット領域を対象としてインプリント動作がなされた領域（インプリント領域）のカラー画像から上述した色のばらつきが小さいはずのＮ個の領域のカラー画像データを取得する。なお、制御部１００は、当該Ｎ個の領域を特定するための情報をメモリ１１０から取得しうる。当該Ｎ個の領域は、例えば、図３の（ｂ）に示されるショット領域内の２つの領域５６や、図３の（ｃ）に示されるスクライブライン領域内の４つの領域５６１である。Ｓ２で、制御部１００は、Ｓ１で取得されたN個の領域のカラー画像データを指定された色空間のデータへ変換し、指定された色成分のばらつきを表す数値を算出する。Ｓ３で、制御部１００は、メモリ１１０からＳ２で指定された色空間の指定された色成分のばらつきについての許容範囲を取得する。Ｓ４で、制御部１００は、Ｓ２で算出された色のばらつきを表す数値がＳ３で取得された許容範囲内であるか否かを判断する。算出された色のばらつきを表す数値が許容範囲外であるとＳ４で判断されれば、制御部１００は、Ｓ５でインプリント領域に形成されたパターンを不良であると判定し、Ｓ６でエラー処理を実行する。エラー処理は、例えば、不良パターンの形成を示す信号を発生させる処理である。当該信号を発生するとともに、インプリント装置（制御部１００）は、自ら又は他の装置と協働して、モールド１０をインプリント装置から回収し、回収されたモールドを洗浄したり、モールドを新しいモールドと交換したりすることができる。エラー処理は、不良パターンの形成を、表示、警報することにより、インプリント装置外に通報する通報処理でも良い。算出された色のばらつきを表す数値が許容範囲内であるとＳ４で判断されれば、制御部１００は、インプリント領域に形成されたパターンを正常であると判定する（Ｓ７）。
なお、モールドと基板との間や、モールドとモールドチャックとの間、基板と基板チャックとの間に比較的大きな異物が存在すると、モールドと基板との間のギャップが大域的に一様でなくなり、樹脂パターンの不良（不均一な残膜厚）が発生し得る。例えば、このような場合に、上述した不良判定は有効である。

以下、色のばらつきを表す数値を算出する具体例を説明する。
［例１］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をｘｙ表色方式による画像に変換し、そのｘ成分の３σ（σは標準偏差）を色のばらつきを表す数値として算出する。
［例２］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をｘｙ表色方式による画像に変換し、そのｙ成分の３σを色のばらつきを表す数値として算出する。
［例３］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をｘｙ表色方式による画像に変換し、そのｘ成分の３σとｙ成分の３σとの和を色のばらつきを表す数値として算出する。
［例４］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をｘｙ表色方式による画像に変換し、ｘ成分の３σを第１の色のばらつきを表す数値として、ｙ成分の３σを第２の色のばらつきを表す数値として、それぞれ算出する。この例では、形成されたショットの良否が、２つの数値の組み合わせによって判定される。
［例５］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＹＩＱ表色方式による画像に変換し、色差Ｉの３σを色のばらつきを表す数値として算出する。

［例６］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＹＩＱ表色方式による画像に変換し、色差Ｑの３σを色のばらつきを表す数値として算出する。
［例７］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＹＩＱ表色方式による画像に変換し、色差Ｉの３σと色差Ｑの３σとの和を色のばらつきを表す数値として算出する。
［例８］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＹＩＱ表色方式による画像に変換し、色差Ｉの３σを第１の色のばらつきを表す数値として、色差Ｑの３σを第２の色のばらつきを表す数値として、それぞれ算出する。この例では、形成されたショットの良否が、２つの数値の組み合わせによって判定される。
［例９］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＨＳＶ表色方式による画像に変換し、彩度Ｓの３σを色のばらつきを表す数値として算出する。
［例１０］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＨＳＶ表色方式による画像に変換し、色相Ｈの３σを色のばらつきを表す数値として算出する。

［例１１］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＨＳＶ表色方式による画像に変換し、彩度Ｓの３σと色相Ｈの３σとの和を色のばらつきを表す数値として算出する。
［例１２］
ＲＧＢ画像で取得したカラー画像をＨＳＶ表色方式による画像に変換し、彩度Ｓの３σを第１の色のばらつきを表す数値として、色相Ｈの３σを第２の色のばらつきを表す数値として、それぞれ算出する。この例では、形成されたショットの良否が、２つの数値の組み合わせによって判定される。
［例１３］
特定の色に対応する第１の波長帯域の光を用いた撮像により得られた画像について、色変換を行わず、画素値の３σを色のばらつきを表す数値として算出する。
［例１４］
第１の波長帯域の光を用いた撮像により得られた第１画像及び第２の波長帯域の光を用いた撮像により得られた第２画像について、色変換を行わず、第１画像の画素値の３σと第２画像の画素値の３σとの和を色のばらつきを表す数値として算出する。
［例１５］
第１の波長帯域の光を用いた撮像により得られた第１画像及び第２の波長帯域の光を用いた撮像により得られた第２画像について、色変換を行わず、第１画像の画素値の３σを第１の色のばらつきを表す数値として算出する。また、第２画像の画素値の３σを第２の色のばらつきを表す数値として算出する。この例では、形成されたショットの良否が、２つの数値の組み合わせによって判定される。

［物品の製造方法］
物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、上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）にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含みうる。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、エッチングの代わりに、パターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも一つにおいて有利である。

Claims (6)

1. 基板に塗布された樹脂のモールドによる成形を含むインプリント動作を基板のインプリント領域毎に行ってパターンを前記インプリント領域に順次形成するインプリント装置であって、
   前記インプリント動作により成形された樹脂を撮像する撮像部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記撮像部により撮像された画像における色のばらつきが予め定められた閾値以下であるべき前記インプリント領域内の部分領域を特定する情報を取得し、
   前記撮像部により撮像された画像の前記部分領域における色のばらつきを求め、
   当該求められたばらつきが前記閾値より大きいならば前記成形されたパターンを不良であると判定してエラー処理を実行する、
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記エラー処理は、不良パターンの形成を示す信号を発生することを含む、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. 前記部分領域は、インプリント領域内であって、その表面及びその下層にパターンが形成されていない領域を含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記部分領域は、スクライブライン領域内であって、その表面及びその下層にパターンが形成されていない領域を含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記制御部は、前記色のばらつきを求めるにあたり、ｘｙ表色方式におけるｘ成分及びｙ成分の少なくとも一方のばらつき、ＹＩＱ表色方式における色差Ｉ及び色差Ｑの少なくとも一方のばらつき、又は、ＨＳＶ表色方式における彩度Ｓ及び色相Ｈの少なくとも一方のばらつきを求める、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
   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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