JP2019045255A - 温度計測手段の校正方法、リソグラフィ装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを含む部材同士を接触させることなく温度センサの校正が可能な校正方法を提供する。【解決手段】第１物体４を保持する第１保持部１５と、第１物体４の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する第２物体２を保持する第２保持部１９を備えるリソグラフィ装置に含まれる温度計測手段３７の校正方法において、第１物体４に設けられた第１マーク１０と第２物体２に設けられた第２マーク１１との相対位置を計測し、計測された相対位置に基づいて温度計測手段３７の校正を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置に含まれるマーク位置の計測結果を用いた温度計測手段の校正方法に関するものである。

半導体デバイス等の製造のために基板上に微細なパターンを形成する装置として、リソグラフィ装置が知られている。リソグラフィ装置の一形態としてインプリント装置が知られている。インプリント装置は、基板上のインプリント材とパターンが形成されたパターン部を有する型とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、硬化したインプリント材のパターンを形成する装置である。

インプリント装置では基板上に高精度にパターンを形成するために、基板と型との位置合わせを正確に行う必要がある。基板と型との位置合わせは、例えば、基板に設けられたマークの位置と型に設けられたマークの位置を合わせることによって実行される。また、温度変化によって基板や型の形状が変化してしまうため、基板と型との位置合わせにおいて、基板や型の温度制御を行うことが求められる。

温度制御を実行するために、一般的に温度センサが用いられる。温度センサは、経時変化等により測定誤差を有することが知られており、定期的に温度センサの校正を実行することで温度センサの計測精度が低下しないようにする必要がある。

特許文献１は、校正対象の表面温度センサを含む部材に対して基準温度センサを含む基準ブロックを当接させ、表面温度センサと基準温度センサの計測結果の差分に基づいて表面温度センサの校正を行う方法を開示している。

特開２０１１−１９１２５１号公報

特許文献１に開示された温度センサの校正方法では、校正対象の温度センサを含む部材と基準温度センサを含む部材を接触させる必要がある。リソグラフィ装置では、上述したように高精度の位置合わせが求められるため、温度センサを含む部材同士の接触を避けることが好ましい。これは、部材同士の接触により生じた振動に起因して位置合わせ精度の低下を招くおそれがあるためである。

本発明は温度センサを含む部材同士を接触させることなく温度センサの校正が可能な校正方法を提供することを目的とする。

本発明の温度計測手段の校正方法は、第１物体を保持する第１保持部と、前記第１物体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する第２物体を保持する第２保持部を備えるリソグラフィ装置に含まれる温度計測手段であって、前記第２保持部に設けられた温度計測手段の校正方法であって、前記第１物体に設けられた前記第１マークと前記第２物体に設けられた前記第２マークとの相対位置を計測する計測ステップと、計測された前記相対位置に基づいて前記温度計測手段の校正を行う校正ステップを含むことを特徴とする。

また、本発明の別の温度計測手段の校正方法は、第１物体を保持する第１保持部と、前記第１保持部の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、第２物体を保持する第２保持部を備えるリソグラフィ装置に含まれる温度計測手段であって、前記第２保持部に設けられた温度計測手段の校正方法であって、前記第１保持部に設けられた前記第１マークと前記第２保持部に設けられた前記第２マークとの相対位置を計測する計測ステップと、計測された前記相対位置に基づいて前記温度計測手段の校正を行う校正ステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、温度センサを含む部材同士を接触させることなく温度センサの校正を実行することができる。

本実施形態に係るリソグラフィ装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る基板及び型の温度制御方法を示す図である。 アライメントマークの配列間隔の変化を示す図である。 本実施形態に係る温度計測手段の校正方法を示すフローチャートである。

図１は本実施形態に係るリソグラフィ装置としてのインプリント装置１の構成を示す図である。インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材を型と接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、型の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。

このインプリント装置１は、物品としての半導体デバイスなどの製造やモールドの複製に使用され、被処理基板である基板２に塗布されたインプリント材３を型４で成形し、基板２上にパターンを形成する装置である。

本実施形態では、リソグラフィ装置の代表例として、マスターモールドを原型として基板に原型のパターンを転写することで、マスターモールドの複製であるレプリカモールドを作製するためのインプリント装置１について説明する。なお、本発明は、型に形成された凹凸パターンを基板上に転写するためのインプリント装置や、投影光学系を介して基板を露光してパターンを基板に形成する露光装置にも適用することが可能である。

本実施形態では、光硬化法を採用したインプリント装置１を例にして説明する。また、基板２上のインプリント材３に入射する紫外線５の光軸と平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取る。

インプリント装置１は、まず、光照射部６と、型保持機構７と、基板ステージ８と、塗布部９と、型形状補正機構４０と、基板加熱機構４１と、制御部１２とを備える。光照射部６は、インプリント処理の際に、型４および基板２に対して紫外線５を照射する。この光照射部６は、不図示の光源と、この光源から照射された紫外線５をインプリントに適した光に調整する不図示の光学素子とから構成される。照射された紫外線５は、ダイクロイックミラー１３で反射され、型４および基板２へ導かれる。

型４は、外周形状が矩形であり、基板２に対向する面には、例えば回路パターンなどの転写すべき凹凸パターンが３次元状に形成されたマスターモールドのパターン領域であるパターン部１４を含む。また、型４の材質には、紫外線５を透過させることが可能な材質が用いられる。さらに、型４は、後述するような型形状補正機構４０によるパターン部１４の変形を容易とするために、紫外線５が照射される面に、平面形状が円形で、かつ、ある程度の深さを有する凹部が形成された形状を有していてもよい。

型保持機構７は、まず、型４を保持する型保持部１５と、この型保持部１５を保持し型４を移動させる型駆動機構１６とを有する。型保持部１５は、型４における紫外線５の照射面の外周領域を真空吸着力や静電力により引き付けることで型４を保持し得る。例えば、型保持部１５が真空吸着力により型４を保持する場合には、型保持部１５は、外部に設置された不図示の真空ポンプに接続され、この真空ポンプのＯＮ／ＯＦＦにより型４の脱着が切り替えられる。

また、型保持部１５および型駆動機構１６は、光照射部６から照射された紫外線５が基板２に向かうように、中心部（内側）に開口領域１７を有する。この開口領域１７には、開口領域１７の一部と型４とで囲まれる空間を密閉空間とする光透過部材１８（例えば石英板）を設置し、不図示の圧力調整装置により開口領域１７内の空間圧力が調整できる構成としてもよい。

圧力調整装置は、例えば、型４と基板２上のインプリント材３との押し付けに際して、空間内の圧力をその外部よりも高く設定することで、パターン部１４を基板２に向かい凸形に撓ませ、インプリント材３に対してパターン部１４の中心部から接触させ得る。これにより、パターン部１４とインプリント材３との間に気体が残留することを抑え、パターン部１４の凹凸部にインプリント材３を隅々まで充填させることができる。

型駆動機構１６は、型４と基板２上のインプリント材３との押し付け（押印）、または引き離し（離型）を選択的に行うように型４を各軸方向に移動させる。この型駆動機構１６に採用可能なアクチュエータとしては、例えば、ボイスコイルモータやエアシリンダ等がある。また、型４の高精度な位置決めに対応するために、型駆動機構１６は、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに、型駆動機構１６は、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向やＹ軸方向、またはθ軸（Ｚ軸周りの回転）方向の位置調整機能や、型４の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成であってもよい。

なお、インプリント装置１におけるパターン部１４の押し付け、および引き離し動作は、型４をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ８をＺ軸方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を相対的に移動させてもよい。

基板２の被処理面には、パターン部１４により成形されるインプリント材３が塗布部９により塗布される。基板ステージ８は、基板２を保持し、型４と基板２上のインプリント材３との押し付けに際して、型４と基板２との位置合わせを実施する。この基板ステージ８は、基板２を真空吸着力や静電力により保持する基板保持部１９と、この基板保持部１９を機械的手段により保持し、各軸方向に移動可能とするステージ駆動機構２０とを有する。

このステージ駆動機構２０に採用可能なアクチュエータとしては、例えば、リニアモータや平面パルスモータがある。ステージ駆動機構２０も、Ｘ軸およびＹ軸の各方向に対して、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていても良い。さらに、Ｚ軸方向の位置調整のための駆動系、基板２のθ方向の位置調整機能、または基板２の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成もあり得る。また、基板ステージ８は、その側面に、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、およびωｚの各方向に対応した複数の参照ミラー２１を備える。

これに対して、インプリント装置１は、これらの参照ミラー２１にそれぞれビームを照射することで、基板ステージ８の位置を測定する複数のレーザー干渉計２２を備える。測長器であるレーザー干渉計２２は、基板ステージ８の位置を計測し、後述する制御部１２は、このときの計測値に基づいて基板２（基板ステージ８）の位置決め制御を実行する。

塗布部９（ディスペンサ）は、型保持部１５の近傍に設置され、基板２上にインプリント材３を塗布する。ここで、このインプリント材３は、紫外線５を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性樹脂（レジスト材）であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択される。インプリント材３には、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する硬化性組成物が用いられる。

インプリント装置１は、インプリント処理に際し、被処理部となる基板２上のパターン領域であるパターン形成領域２３の位置情報を得るためのアライメント計測部２４を備える。アライメント計測部２４から照射されるアライメント光２５は、ダイクロイックミラー２６、１３を透過し、基板２上に形成されたアライメントマークに照射される。これらのアライメントマークで反射したアライメント光２５は、アライメント計測部２４で受光され、基板２の位置情報を得ることができる。

また、インプリント装置１は、基板２上に型４のパターンを正確に転写するために、基板２または基板保持部１９に設けられたアライメントマークと、型４または型保持部１５に設けられたアライメントマークの位置合わせを実行する。本実施形態では、これらのアライメントマークの位置の検出結果に基づいて後述する温度計測手段の校正を行う。温度計測手段の配置や校正方法については後述する。

基板加熱機構４１は、照射光３２を照射する加熱用光源３３と、この照射光３２の照射量を調整する光調整器３４と、調整された調整光３５が基板２の表面に向かうように光路を規定するダイクロイックミラー２６とを含む。制御部１２は、インプリント装置１に含まれる各構成要素の動作および調整などを制御し得る。

制御部１２は、例えばコンピュータなどで構成され、インプリント装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどに従って、各構成要素の制御を実行し得る。本実施形態の制御部１２は、少なくとも型保持部１５、基板ステージ８、型形状補正機構４０、光照射部６、およびアライメント計測部２４の動作を制御する。なお、制御部１２は、インプリント装置１と一体（共通の筐体内）で構成してもよいし、インプリント装置１とは別体（別の筐体内）で構成してもよい。

また、インプリント装置１は、基板ステージ８を載置するベース定盤２７と、型保持機構７を支持するブリッジ定盤２８と、ベース定盤２７から延設され、除振器２９を介してブリッジ定盤２８を支持するための支柱３０とを備える。除振器２９は、床面からブリッジ定盤２８へ伝わる振動を除去する。さらに、インプリント装置１は、型４を装置外部から型保持部１５へ搬送する不図示の型搬送機構や、基板２を装置外部から基板ステージ８へ搬送する不図示の基板搬送機構などを含み得る。

次に図２を用いて基板２や型４の温度制御を行うための構成について説明する。図２（Ａ）は、図１の一部の構成を拡大したものである。図２（Ａ）は、第１物体としての型４を保持する第１保持部としての型保持部１５と、第２物体としての基板２を保持する第２保持部としての基板保持部１９を示しており、型保持部１５は温度計測手段３６を含み、基板保持部１９は温度計測手段３７を含む。また、型保持部１５は、型４の温度を調節する温度調節手段３８を有し、基板保持部１９は、基板２の温度を調節する温度調節手段３９を有する。

基板２及び基板保持部１９は互いに接触しているため、基板２と基板保持部１９の温度はほぼ等しい状態となる。ゆえに、基板保持部１９に含まれる温度計測手段３７により基板２の温度を計測することができる。同様に、型４及び型保持部１５は互いに接触しているため、型４と型保持部１５の温度はほぼ等しい状態となる。ゆえに、型保持部１５に含まれる温度計測手段３６により型４の温度を計測することができる。

本実施形態においては、型４に設けられたアライメントマークと基板２に設けられたアライメントマークの相対位置に基づいて温度計測手段３６または温度計測手段３７の校正を行う。具体的には、校正対象の温度計測手段の測定誤差に起因した、型４に設けられたアライメントマークと基板２に設けられたアライメントマークの相対位置の変化に基づいて温度計測手段の校正を実行する。温度計測手段の具体的な校正方法については後述する。

なお、本実施形態では型４及び基板２に設けられたアライメントマークの相対位置に基づいて温度計測手段の校正を行っているが、型保持部１５及び基板保持部１９に設けられたアライメントマークの相対位置に基づいて温度計測手段の校正を行ってもよい。

図２（Ｂ）は、型４をＺ軸方向から見た図であり、型４には黒い四角で示した４つのマークが含まれる。型４に含まれる４つのマークを第１マーク１０と記載する。なお、第１マークを構成するマークの数は４つに限定されず、また各マークの形状として任意の形状を採用し得る。図２（Ｃ）は、基板２をＺ軸方向から見た図であり、基板２には白い四角で示した４つのマークが含まれる。基板２に含まれる４つのマークを第２マーク１１と記載する。なお、第２マークを構成するマークの数は４つに限定されず、また各マークの形状として任意の形状を採用し得る。図１に示したアライメント計測部２４から照射されるアライメント光２５により、第１マーク及び第２マークの位置を検出することができる。

次に、図３及び図４を用いて本実施形態における温度計測手段の校正方法について説明する。図３はアライメント計測部２４によって取得された第１マーク１０及び第２マーク１１の位置情報を示す図である。本実施形態では、第１マーク１０を含む型４の線膨張係数が小さく、第２マーク１１を含む基板２の線膨張係数が型４の線膨張係数よりも大きい状態を想定している。なお、アライメントマークが型保持部１５及び基板保持部１９に設けられている場合には、基板保持部１９の線膨張係数が型保持部１５の線膨張係数よりも大きいものとする。

図３（Ａ）は、校正対象である基板保持部１９に含まれる温度計測手段３７が校正された状態で検出された第１マーク１０及び第２マーク１１の位置情報を示している。なお、第２マーク１１を構成するマーク間の間隔（ｘ１）は、第１マーク１０と第２マーク１１の相対位置を検出することにより取得される。

図３（Ｂ）は、温度計測手段３７において生じた測定誤差に起因して第２マーク１１の位置が変化した状態を示している。温度計測手段３７に測定誤差が生じると、その測定誤差に起因して温度調節手段３９による温度制御が実行される。

図３では、測定誤差に起因して温度計測手段３７によって計測された温度が基準温度よりも低い温度であった場合を示している。このとき、温度調節手段３９は基板保持部１９に熱を加えることにより、温度計測手段３７によって計測される温度を基準温度に近づけるような制御を行う。

結果として、基板保持部１９が熱により膨張し、図３（Ｂ）に示すように、第２マーク１１を構成するマーク間の間隔が図３（Ａ）と比較して広がる。本実施形態では、第２マーク１１を構成するマーク間の間隔の変化に基づいて、温度計測手段３７の校正を実行する。

図３（Ａ）は、第１マーク１０を構成する複数のマークがＸ軸方向にｘ０の間隔で検出され、Ｙ軸方向にｙ０の間隔で検出されることを示している。また、第２マーク１１を構成する複数のマークがＸ軸方向にｘ１の間隔で検出され、Ｙ軸方向にｙ１の間隔で検出されることを示している。

本実施形態では、型４の材料として線膨張係数の小さい材料を用いているため、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、第１マーク１０の位置はほとんど変化しない。一方、基板２の材料は、型４の材料と比較して線膨張係数が大きいため、図３（Ｂ）に示すように、第２マーク１１を構成する複数のマークはＸ軸方向に（ｘ２＋ｘ０＋ｘ３）の間隔で検出され、Ｙ軸方向に（ｙ２＋ｙ０＋ｙ３）の間隔で検出される。そして、第２マーク１１の間隔の変化量に基づいて温度計測手段３７の校正を実行する。

次に図４を用いて温度計測手段の校正方法の具体的な手順について説明する。ステップＳ１において、基板２の温度と型４の温度が同一になるように温度制御が行われた状態で第１マーク１０及び第２マーク１１の位置検出を行う。Ｓ１において検出された第１マーク１０及び第２マーク１１の位置情報は、温度計測手段の校正に際して基準となる情報であるため、できる限り正確に第１マーク１０及び第２マーク１１の位置を検出することが好ましい。検出結果として図３（Ａ）に示した結果が得られる。

続いてステップＳ２において、第１マーク１０が設けられた第１物体としての型４及び第２マーク１１が設けられた第２物体としての基板２がリソグラフィ装置１の内部に搬入される。基板２及び型４の搬入は、不図示の搬入機構により行っても良いし、作業者によって行われても良い。そしてステップＳ３において、搬入された基板２は基板保持部１９によって保持され、搬入された型４は型保持部１５によって保持される。

さらに、ステップＳ４において、基板２と基板保持部１９の温度差が十分に小さくなり、型４と型保持部１５の温度差が十分に小さくなるまで待機する。その後、ステップＳ５において基板２及び型４をそれぞれの保持部から取り外し、再度それぞれの保持部に取り付ける。これは、保持部と保持部によって保持される保持対象との温度差が低減される過程において生じ得る保持対象の変形を解消するために行われる。

その後、ステップＳ６において第１マーク１０及び第２マーク１１の位置検出を行う。ステップＳ６では、図３（Ｂ）に示したようなマーク位置の検出結果が得られる。なお、ステップＳ６のマーク位置の検出が行われる前に、温度計測手段３７の測定誤差に起因した温度調節手段３９による温度制御が実行される。

ステップＳ７では、ステップＳ１で得られた第１マーク１０及び第２マーク１１の位置情報と、ステップＳ６で得られた第１マーク１０及び第２マーク１１の位置情報に基づいて、温度計測手段３７の測定誤差に起因した温度差を算出する。

温度計測手段３７の測定誤差に起因した温度差ΔＴは、
ΔＴ ＝ Δｄ／（ｄ０×ＣＴＥ）
なる式によって算出される。

ここで、Δｄは、ステップＳ１で得られた第２マーク１１の配列間隔と、ステップＳ６で得られた第２マーク１１の配列間隔の差分を示し、ｄ０は、第１マーク１０の配列間隔を示す。ＣＴＥは基板２の材料の線膨張係数である。温度変化により第２マーク１１の配列間隔は略等方的に変化するため、本実施形態では、Ｘ軸方向における第２マーク１１の配列間隔の変化に基づいてΔＴの算出を行う。

続いてステップＳ８において、ステップＳ７で算出されたΔＴに基づいて温度計測手段３７の校正を行う。温度計測手段３７の校正を実施した後に、ステップＳ９において、基板２と基板保持部１９の温度差が十分に小さくなり、型４と型保持部１５の温度差が十分に小さくなるまで待機する。その後、ステップＳ１０において基板２及び型４をそれぞれの保持部から取り外し、再度それぞれの保持部に取り付ける。さらに、ステップＳ１１において、第１マーク１０及び第２マーク１１の位置検出を行う。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１において検出された第１マーク１０及び第２マーク１１の位置検出結果がステップＳ１の位置検出結果と一致するか否かの判定を行う。一致する場合には温度計測手段３７の校正を終了し、一致しない場合にはステップＳ４に戻り、温度計測手段３７の校正を継続して行う。

以上のように、アライメントマークの位置検出結果に基づいて温度計測手段の校正を行うことで、温度計測手段を含む部材同士を接触させることなく、温度計測手段の校正を実現することができる。

（物品の製造方法に係る実施形態）
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、上述したリソグラフィ装置を用いて基板（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得る。さらに、該製造方法は、上述したインプリント装置を用いて複製された型（レプリカモールド）を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを形成する工程を含む。

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、エッチング工程の代わりに、パターンを形成された基板を処理（加工）する他の工程を含み得る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例）
例えば、本実施形態では、型保持部１５によって型４が保持され、基板保持部１９によって基板２が保持された状態で温度計測手段の校正を行う例について説明したが、型４に代えてアライメントマークが設けられた校正用のプレートを用いても良い。また。基板２に代えてアライメントマークが設けられた校正用のプレートを用いても良い。さらに、型４と基板２を入れ替えることで、型保持部１５に含まれる温度計測手段３８の校正を行うことができる。

２ 基板（第２物体）
４ 型（第１物体）
１０ 第１マーク
１１ 第２マーク
１５ 型保持部（第１保持部）
１９ 基板保持部（第２保持部）
３７ 温度計測手段

Claims (6)

1. 第１物体を保持する第１保持部と、前記第１物体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する第２物体を保持する第２保持部を備えるリソグラフィ装置に含まれる温度計測手段であって、前記第２保持部に設けられた温度計測手段の校正方法であって、
   前記第１物体に設けられた前記第１マークと前記第２物体に設けられた前記第２マークとの相対位置を計測する計測ステップと、
   計測された前記相対位置に基づいて前記温度計測手段の校正を行う校正ステップを含むことを特徴とする校正方法。
2. 第１物体を保持する第１保持部と、前記第１保持部の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、第２物体を保持する第２保持部を備えるリソグラフィ装置に含まれる温度計測手段であって、前記第２保持部に設けられた温度計測手段の校正方法であって、
   前記第１保持部に設けられた前記第１マークと前記第２保持部に設けられた前記第２マークとの相対位置を計測する計測ステップと、
   計測された前記相対位置に基づいて前記温度計測手段の校正を行う校正ステップを含むことを特徴とする校正方法。
3. 前記第１マーク及び前記第２マークは複数のマークを含み、
   前記第１マークに含まれる複数のマーク間の間隔を計測するステップと、
   前記第２マークに含まれる複数のマーク間の間隔を計測するステップをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の校正方法。
4. 前記校正ステップにおいて、前記第１マークと前記第２マークの相対位置と、前記第１マークに含まれる複数のマーク間の間隔と、前記第２マークに含まれる複数のマーク間の間隔に基づいて前記温度計測手段の校正を行うことを特徴とする請求項３に記載の校正方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の校正方法によって校正された温度計測手段を含み、前記温度計測手段によって温度制御された基板にパターンを形成することを特徴とするリソグラフィ装置。
6. 請求項５に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成するパターン形成工程と、
   前記パターン形成工程で前記パターンが形成された基板を処理する工程を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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