JP2020088336A - インプリント装置、インプリント方法、および、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オーバーレイ誤差低減の点で有利なインプリント装置を提供すること。【解決手段】 型を用いて、基板にインプリント処理を行うインプリント装置であって、前記型の姿勢を変更可能に保持し、インプリント処理を行うインプリントヘッドを有し、前記型の倍率を変更可能にする機構を有し、前記型と前記基板にそれぞれ形成されたマークを検出する検出部と、前記基板を保持し、移動させるステージと、前記インプリント処理と前記ステージを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記型と前記基板に形成されたマークとの位置ズレが小さくなるように、押印やチルトに起因するマスク変形を関数近似した項を含む複数の補正項の係数を決定し、決定された補正項に基づいてアライメントを行い、インプリントすることを特徴とするインプリント装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法、および、物品の製造方法に関する。

インプリントリソグラフィは、ナノスケ−ルの微細パタ−ンの転写を可能にする技術であり、磁気記憶媒体や半導体デバイスの量産向けナノリソグラフィ技術の１つとして実用化されつつある。インプリント技術では、微細パタ−ンが形成されたマスクを原版としてシリコンウエハやガラスプレ−ト等のウエハ上に微細パタ−ンが形成される。この微細パタ−ンは、ウエハ上にディスペンサで樹脂を塗布し、その樹脂を介してウエハにマスクのパタ−ンを押し付けた状態でその樹脂を硬化させることによって形成される。

インプリントリソグラフィにおけるアライメント誤差は、マスクのアライメントマークとウエハのアライメントマークとの間のミスアライメントであると理解される。アライメント誤差はアライメントスコープにより観察され、リアルタイムにフィードバックされ、補正される。一方、インプリントリソグラフィにおけるオーバーレイ誤差は、マスクによって形成された樹脂層のオーバーレイマークとウエハのオーバーレイマークとの間のミスアライメントとして理解される。オーバーレイ誤差はインプリントされた後の基板で検出される。

インプリントリソグラフィでは、インプリント時の押印力やインプリントヘッドの姿勢によりマスクが変形することが知られている。この変形は一般には線形ではなく高次の成分を含むため、高々数か所のアライメントマークの検出結果から線形補正する従来の方法では補正しづらい懸念があった。このため、押印や姿勢によるマスク変形に起因するオーバーレイ誤差が残る懸念があった。

特表２００４−５０５４３９号公報

そこで本発明は高々数か所のアライメントマークを用いて、押印やチルトに起因するオーバーレイ誤差を低減するインプリント装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としてのインプリント装置は、型を用いて、基板にインプリント処理を行うインプリント装置であって、前記型の姿勢を変更可能に保持し、インプリント処理を行うインプリントヘッドを有し、前記型の倍率を変更可能にする機構を有し、前記型と前記基板にそれぞれ形成されたマークを検出する検出部と、
前記基板を保持し、移動させるステージと、前記インプリント処理と前記ステージを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記型と前記基板に形成されたマークとの位置ズレが小さくなるように、押印やチルトに起因するマスク変形を関数近似した項を含む複数の補正項の係数を決定し、決定された補正項に基づいてアライメントを行い、インプリントすることを特徴とする。

本発明によれば、高々数か所のアライメントマークを用いて、押印やチルトに起因するオーバーレイ誤差を低減するインプリント装置を提供することができる。

第１実施形態のインプリント装置を示した図である。 アライメント方法の説明図である。 従来の方法でのオーバーレイ誤差の模式図である。 本発明の方法でのオーバーレイ誤差の模式図である。 第２実施形態のインプリント方法を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のインプリント装置１の構成を模式的に示す側面図である。インプリント装置１は、基板Ｓの上に配置されたインプリント材ＩＭに型Ｍのパターン領域ＰＲを接触させ、インプリント材ＩＭを硬化させる。これによって、基板Ｓの上にパターンが形成される。

本明細書および添付図面では、基板Ｓの表面に平行な方向をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ平行な方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転、Ｚ軸周りの回転をそれぞれθＸ、θＹ、θＺとする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な軸の周りの回転、Ｙ軸に平行な軸の周りの回転、Ｚ軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。また、位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および／または姿勢を制御することを意味する。位置合わせは、基板および型の少なくとも一方の位置および／または姿勢の制御を含みうる。

インプリント装置１は、基板Ｓを保持し位置決めする基板位置決め機構ＳＡ、型Ｍを保持し位置決めする型位置決め機構ＭＡ、型駆動機構ＭＡを支持する支持構造体５０を備えうる。型位置決め機構ＭＡおよび支持構造体５０により、型の姿勢を変更可能に保持し、インプリント処理を行うインプリントヘッドとして構成されうる。基板位置決め機構ＳＡおよび型位置決め機構ＭＡは、基板Ｓと型Ｍとの相対位置が調整されるように基板Ｓおよび型Ｍの少なくとも一方を駆動する駆動機構ＤＭを構成する。駆動機構ＤＭはコンピュータ等の不図示の制御部によって制御される。駆動機構ＤＭによる相対位置の調整は、基板Ｓの上のインプリント材ＩＭに対する型Ｍの接触、および、硬化したインプリント材（硬化物のパターン）からの型Ｍの分離のための駆動を含む。また、駆動機構ＤＭによる相対位置の調整は、基板Ｓのショット領域と型Ｍとの位置合わせのための駆動を含む。

基板位置決め機構ＳＡは、基板Ｓを保持する基板ステージＳＳと、基板ステージＳＳを駆動することによって基板Ｓを駆動する基板駆動機構２４とを含む。基板ステージＳＳは、基板Ｓを保持する基板チャック２１と、基板チャック２１を支持するテーブル２２とを含みうる。また、基板ステージＳＳは、基板Ｓの周囲を取り囲む同面板２３を含みうる。同面板２３の表面は、基板Ｓの表面とほぼ同一の高さを有しうる。型位置決め機構ＭＡは、型Ｍを保持する型チャック４１と、型チャック４１を駆動することによって型Ｍを駆動する型駆動機構４２とを含みうる。

基板位置決め機構ＳＡ（基板駆動機構２４）は、基板Ｓを複数の軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、θＺ軸の３軸、好ましくは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の６軸）について駆動するように構成されうる。型位置決め機構ＭＡ（型駆動機構４２は、型Ｍを複数の軸（例えば、Ｚ軸、θＸ軸、θＹ軸の３軸、好ましくは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の６軸）について駆動するように構成されうる。

インプリント装置１は、基板Ｓのショット領域と型Ｍのパターン領域ＰＲとの位置合わせのための計測を行うアライメントスコープＡＳを検出部として備える。アライメントスコープＡＳは、例えば、基板Ｓのショット領域のマークと型Ｍのマークとの相対位置を計測するように構成される。

またインプリント装置１は、硬化部９０およびディスペンサ３２を備える。硬化部９０は、基板Ｓのショット領域の上のインプリント材ＩＭと型Ｍのパターン領域ＰＲとが接触し、パターン領域ＰＲのパターンを構成する凹部にインプリント材が充填された状態でインプリント材に硬化用のエネルギーＥを照射する。ディスペンサ３２は、基板Ｓの上にインプリント材ＩＭを供給する。ディスペンサ３２は、例えば、基板位置決め機構ＳＡによって基板Ｓが移動されている状態でインプリント材ＩＭを吐出することによって、基板Ｓの上の目標位置にインプリント材ＩＭを配置する。

基板Ｓの上に配置されたインプリント材ＩＭは型Ｍの下に基板位置決め機構ＳＡによって移動される。型Ｍは型位置決め機構ＭＡによってインプリント材ＩＭに押し付けられる。アライメントスコープＡＳにより、基板Ｓのショット領域のマークと型Ｍのパターン領域のマークとの相対位置を計測し、基板位置決め機構ＳＡによって基板Ｓと型Ｍの位置合わせを行う。位置合わせが行われた状態で硬化部９０から硬化用のエネルギーＥが供給される。インプリント材を硬化するために十分なエネルギーＥが供給された後で離型する。これにより基板Ｓの上に硬化したインプリント材ＩＭによる樹脂層が形成される。この樹脂層はパターンに加えて、オーバーレイマーク他のマークを形成する。

一般に、基板のショット領域と型のパターン領域との位置合わせの誤差であるオーバーレイ誤差は樹脂層に形成されたオーバーレイマークと基板にあらかじめ形成されているオーバーレイマークとの相対ずれとして理解される。通常、オーバーレイマークはショット領域全面に偏りなく十数か所から数百か所程度配置される。このように配置することにより、オーバーレイマークの相対ずれをショット全面の相対ずれと見なしてオーバーレイ誤差が評価される。

通常、インプリント処理を行う場合、ショット内の任意の場所に高々数点だけ配置された基板Ｓのショット領域とのマークと型Ｍのマークとの相対位置のずれをアライメントスコープＡＳにより計測し、このマークのずれが小さくなるように補正が行われる。

図２を参照して、アライメントマークにおける補正量の算出量について説明する。複数あるアライメントマークのうち、ｉ番目のアライメントマークの計算補正前のＸＹ座標をＢＸｉ、ＢＹｉ、計算補正後のＸＹ座標をＡＸｉ、ＡＹｉとする。図２ではアライメントマークが４つあるとして、ウエハ側のマークを丸印、マスク側のマークを＋印で示した。また丸印は計算補正前が実線、計算補正後が破線である。例えば、基板位置決め機構ＳＡによるＸ、Ｙ方向へのシフトとθｚ軸まわりの回転までを補正項として考慮する場合には、それぞれの補正項をＳｈｉｆｔ Ｘ、Ｓｈｉｆｔ Ｙ、Ｒｏｔ ＺとするとＡＸｉはＢＸｉから式（１）を用いて計算することができる。ｉ＝１〜４として、

これらを用いて、ｉ番目のアライメントマークのＸ方向、Ｙ方向の計算補正量をＣＸｉ、ＣＹｉとすると、これらはＣＸｉ＝ＡＸｉ−ＢＸｉ、ＣＹｉ＝ＡＹｉ−ＢＹｉと表される。図２ではこれを実線の丸印から破線の丸印までの距離で示してある。一方、ｉ番目のアライメントマークの観測されたＸ方向、Ｙ方向の相対位置のズレ量をＯＸｉ、ＯＹｉとする。図２ではこれを実線の丸印から太い＋印までの距離で示してある。ｉ番目のアライメントマークの相対ズレの観測値と計算補正量のＸ、Ｙ方向の差をＤＸｉ、ＤＹｉとする。ここでＤＸｉ＝ＯＸｉ−ＣＸｉ、ＤＹｉ＝ＯＸｉ−ＣＸｉである。図２では破線の丸印と太い＋印の距離に相当する。このとき評価値Ｊ＝Σ（ＤＸｉ＾２＋ＤＹｉ＾２）が最小になるように各補正項の計算補正量ＳｈｉｆｔＸ、ＳｈｉｆｔＹ、ＲｏｔＺを算出する。この算出された補正量に基づいて基板位置決め機構ＳＡを動作させる。

上記の例では基板位置決め機構ＳＡによりＳｈｉｆｔＸ、ＳｈｉｆｔＹ、ＲｏｔＺのみを補正する場合について記載した。インプリント装置１が不図示の型Ｍの倍率を変更可能にする機構（倍率補正機構）を持つ場合には、型ＭのＸ、Ｙ方向の倍率ＭａｇＸ、ＭａｇＹまで含めて補正しても良い。あるいは倍率補正機構が型に加える力に分布を持たせることにより、型の直交成分や台形成分まで含めて補正しても良い。このような場合には式（１）に相当する式が倍率や直交成分や台形成分を含んだ形で記述し直され、これに基づいて各補正量が算出される。この算出された補正量に基づいて不図示の倍率補正機構を動作させる。

このようにアライメントマークの相対ずれを低減するように補正を行うことで、ショット全域のおける型と基板の相対ずれとして評価されるオーバーレイ誤差がアライメントマークの相対ずれに現れている場合には良好に補正できることが期待される。

しかしながら、インプリント装置では押印力やインプリントヘッドがチルトした状態で押印することに起因して、型Ｍのパターン領域に複雑な変形が引き起こされる。このような場合、アライメントマークの相対位置ずれが小さくなるように求めた補正量で、ショット全域を補正した場合、アライメントマーク近傍以外では正しく補正されず、オーバーレイ誤差が大きくなる懸念がある。

例として、図３（ａ）に型Ｍと基板Ｓが相対的に傾斜した状態でインプリントされたときのショット領域における型と基板の相対位置ずれを模式的に示した。ショット領域に３５点配置されたオーバーレイマークにおける相対位置ずれを矢印で示してある。また、アライメントマークが４点配置されているとして、その位置を丸印で示した。説明の都合上、アライメントマークの位置は直近のオーバーレイマークの位置と同じとした。図３（ｂ）にアライメントマークで検出した型Ｍと基板Ｓの相対位置ずれを最小化するように、シフト、回転、倍率を用いて補正したときのオーバーレイマークの相対ずれを示した。また、これらの差分を図３（ｃ）に示した。図３（ｃ）に示すとおり、ショット全域でオーバーレイ誤差が発生していることがわかる。傾斜による位置ズレがシフト、倍率、回転までを補正しただけでは取りきれないことがわかる。

そこで本発明では、シフト、倍率、回転に加えて、チルト形状を近似した成分を補正項として含んで分解する。チルトを含んだ場合の式（２）に示す。ここでチルトの補正量はＫｔｉｌｔＸ、ＫｔｉｌｔＹである。ｉ＝１〜４として、

ここでＴＸｉ，ＴＹｉはｉ番目のアライメントマークのチルト形状に起因した成分である。これは具体的にはマスクとウエハを相対的に傾斜させたときの押印時のマスクとウエハの変形をシミュレーションした結果からウエハとマスクの相対ずれを求め、それを関数近似して求めれば良い。あるいは傾斜を振ったインプリント実験結果のオーバーレイ誤差の差分から求め、それを関数近似して求めても良い。

例えばＴＸｉ，ＴＹｉをシフト、倍率Ｍａｇ、回転Ｒｏｔ、台形成分Ｔｒａｐまで含んだ成分で近似すると、式（３）のようになる。なお、ここでは台形成分までで近似するとしたが、チルト時形状を近似する関数はより高次の成分を含んでいても良い。ｉ＝１〜４として、

図４（ａ）にアライメントマークで検出した型Ｍと基板Ｓの相対位置ずれを最小化するように、シフト、回転、倍率に加えてチルトを関数近似した成分を用いた式（２）、（３）を使って各補正項の補正量を算出し、補正したときのオーバーレイマークの相対ずれを模式的に示した。また、これらの差分を図４（ｂ）に示した。図４（ｂ）に示すとおり、図３（ｃ）に比べてショット全域でオーバーレイ誤差が低減していることがわかる。従来例である式（１）では取り切れていなかったチルトによる位置ズレが低減できることがわかる。このようにすることでアライメントマークが高々４つしかない場合でもオーバーレイ誤差を効果的に低減することができる。

実際のインプリント装置では式（３）に基づいて算出されたチルト量に基づいて、インプリントヘッドのチルト量を補正することにより、図４（ｂ）に示したように良好にオーバーレイ誤差を補正することができる。

あるいは、式（３）のようにチルトを台形成分までで近似した場合であれば、インプリントヘッドのチルト量を補正しなくても良く、基板位置決め機構ＳＡを用いて、シフト、回転を補正し、倍率補正機構を用いて倍率や台形成分を補正しても良い。このようにすることでインプリントヘッドの姿勢をリアルタイムに制御する機能を持たない場合でも、チルトに起因するオーバーレイ誤差を低減することができる。

また、インプリント装置が基板位置決め機構、倍率補正機構に加えて、高次のオーバーレイ誤差を補正することが可能な例えば熱補正機構を持つ場合には、チルト形状を近似する式（３）をより高次の成分まで含んだ形で近似しても良い。これにより、より高次の成分まで含んだ式で近似したチルト項を用いて式（２）を最小化することができる。最小化された際のチルトを近似した成分に基づいて、高次の補正を行うことができる。これによりチルトに起因するオーバーレイ誤差をさらに低減することができる。

以上の例ではインプリントヘッドがθＸ軸周りに傾いた場合について示したが、θＹ軸回りの回転で合っても同様の式によれば良い。またインプリント装置では、押印力によってもマスク変形に起因するオーバーレイ誤差も起こりうる。これを補正するためには押印に起因するオーバーレイ誤差を近似する項を用いればよい。

＜第２実施形態＞
図５を参照しながら、本発明の第二の実施形態について説明する。

実際のインプリント処理でアライメントを行う場合、先述の押印力やθＸ、θＹ軸周りのチルト成分のうち、オーバーレイ誤差への寄与が大きいのはどの成分かは事前にはわからないのが通常である。

例えば４個のアライメントマークを使った場合、これらのＸ、Ｙ方向の位置ズレから決定できるのは４×２＝８パラメータまでである。仮にシフトＸ、Ｙ、倍率Ｘ、Ｙ、回転Ｘ、Ｙの６パラメータに加えて、押印力とチルトＸ、チルトＹを補正しようとすると全部で９パラメータとなり、すべてのパラメータを４個のアライメントマークの計測結果から決めることはできない。

このような場合は同一Ｌｏｔのウエハでインプリントしたオーバーレイ計測結果のオーバーレイ誤差を用いて寄与の大きい補正項を選択すれば良い。オーバーレイマークはショット内に通常１０数個〜百数十個程度配置されているため、９パラメータを決定するのは容易である。このようにして寄与が小さいパラメータを決定し、予め複数記憶された補正項をそれぞれ含んだ複数の式の中から寄与の小さい補正項が存在しない式を選択する、あるいは複数の補正項を含む一つの式から寄与の小さい補正項を除くことで、用いる補正項を選択することが望ましい。これにより、比較的良好にオーバーレイ誤差を低減することができる。

なお、ここで除くパラメータは押印力やチルトである必要はない。寄与が少ないのであれば、回転成分を除いても良い。あるいはパラメータ間に束縛条件を設けても良い。例えば、回転Ｘと回転Ｙが等しいという制約を設けることでパラメータを一つ減らすことができる。これにより４個のアライメントマークであってもシフトＸ、Ｙ、倍率Ｘ、Ｙ、回転に加えて押印、チルトＸ、チルトＹの８パラメータを補正することができる。

このようなパラメータ数の削減方法はパーシャルフィールドのインプリントなどで使用できるアライメントマークが少ない場合でも使用できる。例えばアライメントマークが２か所しか使えない場合では４パラメータしか決めることができないが、前記のような方法に従えば、シフトＸ、Ｙ、回転に加えて、チルトＸ項を補正するといった方法でオーバーレイ誤差を効果的に低減することができる。

＜第３実施形態＞
次に、前述のインプリント装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述のインプリント装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ インプリント装置
Ｓ 基板
Ｍ 型
ＰＲ パターン領域
ＳＡ 基板位置決め機構
ＭＡ 型位置決め機構
ＤＭ 駆動機構
３２ ディスペンサ
ＩＭ インプリント材
ＡＳ アライメントスコープ

Claims (5)

1. 型を用いて、基板にインプリント処理を行うインプリント装置であって、
   前記型の姿勢を変更可能に保持し、インプリント処理を行うインプリントヘッドを有し、
   前記型の倍率を変更可能にする機構を有し、
   前記型と前記基板にそれぞれ形成されたマークを検出する検出部と、
   前記基板を保持し、移動させるステージと、
   前記インプリント処理と前記ステージを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記型と前記基板に形成されたマークとの位置ズレが小さくなるように、
   押印やチルトに起因するマスク変形を関数近似した項を含む複数の補正項の補正量を算出し、算出された補正量に基づいてアライメントを行い、
   インプリントすることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記アライメントがインプリントヘッドの姿勢や押印力の変更である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. 高次の補正機構をさらに有し、前記高次の補正機構で補正することが可能な補正項までを用いて押印やチルトに起因する変形を近似した項を含んで、補正項の補正量を算出し、算出された補正量に基づいて補正する請求項１または２に記載のインプリント装置。
4. 前記複数の補正項を含む式を複数記憶し、事前のインプリントのオーバーレイ計測結果から選択することを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて基板をインプリントする工程と、インプリントされた基板を現像する工程と、現像された基板から物品を製造する工程と、を有する、ことを特徴とする物品の製造方法。

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