JP4848832B2 - ナノインプリント装置及びナノインプリント方法 - Google Patents

Description

本発明は、被転写基板と予め凹凸が形成された型との位置合わせを精密に行い、被転写基板に凹凸を転写するナノインプリント装置及びナノインプリント方法に関するものである。

半導体製造において、１００ｎｍ以下の超微細パターンを形成し、量産性を安価に提供する技術としてナノインプリント法が注目されている。このナノインプリント法は、転写すべきパターンが予め形成された型（モールドやテンプレート等）を、被転写基板上に塗布した光硬化樹脂或いは熱硬化樹脂からなるレジスト膜に押し付け、光を照射或いは熱を加えながらレジスト膜を硬化させることによってパターンを被転写基板に転写する方法である。この際、光硬化樹脂を用いた転写法を光ナノインプリント法、熱硬化樹脂を用いた転写法を熱インプリント法として知られている。

いずれにしても被転写基板に型を転写するためには、型と被転写基板との位置合わせを行う必要がある。
この位置合わせの方法としては、幾つかの方法が知られているが、その１つとして、「Molecular Imprints, Inc.」のナノインプリント装置に採用されている位置合わせ方法について説明する。この方法は、まず、被転写基板の被転写面と、型の凹凸が形成された転写面とを対向して配置すると共に、その間の間隙に低粘性の液体を満たしている。そして、被転写面及び型の上方から、被転写面に対して垂直な光軸を持つアライメント光学系によって２つのアライメントマーク（被転写面及び転写面に設けられているマーク）を読みとり、その観測結果を用いて型と被転写基板との位置合わせを行う方法である。

また、「SUSS MicroTec Inc.」のナノインプリント装置に採用されている位置合わせ方法について説明する。この方法は、まず、被転写基板と型とを所定間隙を持って対向に配置すると共に、両者の間に２つのＣＣＤカメラを挿入する。そして、一方のＣＣＤカメラにより被転写基板に形成されているアライメントマークを検出すると共に、他方のＣＣＤカメラにより、型に形成されているアライメントマークを検出する。最後に、この状態で型と被転写基板との位置合わせを行い、面内方向の相対位置関係を変えないように両者を近づけてパターンを転写する方法である。
特開２００５−１０１２０１号公報

しかしながら、上述した従来の位置合わせ方法では、以下の課題が残されていた。
即ち、従来の位置合わせ方法では、位置合わせ時にアライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出用受光装置を、型の直上若しくは被転写基板と型との間に挿入する必要があった。そのため、型の上方から光を照射する際に、アライメント検出用受光装置を露光の妨げにならないように待避する必要がある。その結果、スループットが低下してしまっていた。
また、重ね合わせを厳密に行うためには、型と被転写基板との平行度が出ている事が必要である。ところが、従来の位置合わせ方法では、型と被転写基板との平行度を考慮していないので、正確な位置合わせを行うことが難しかった。

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、型と被転写基板との平行度を考慮しながら正確な位置合わせを行うことができると共に、スループットが向上したナノインプリント装置及びナノインプリント方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るナノインプリント装置は、表面に凹凸パターンが形成された型を被転写基板に押し付けて、凹凸パターンを被転写基板の表面に塗布されたレジスト膜に転写するナノインプリント装置であって、濃淡像を形成する第１のアライメントマークが表面上に形成された前記被転写基板を保持する第１の保持台と、濃淡像を形成する第２のアライメントマーク及び前記凹凸パターンが表面上に形成された前記型を、該凹凸パターンが前記被転写基板の表面に対向するように保持する第２の保持台と、前記第１の保持台及び前記第２の保持台を、水平面に平行なＸＹ軸及び該ＸＹ軸に直交するＺ軸方向と、これらＸＹＺ軸回りとにそれぞれ独立に変位可能な変位機構と、前記第２の保持台の上方に設けられ、該位置から前記Ｚ軸方向に光軸を有する照明光を前記第１及び第２のアライメントマークに照射すると共に、該照明光の照射によって得られた両アライメントマークの前記濃淡像をそれぞれ観察するアライメント光学系と、該アライメント光学系による観察結果に基づいて前記第１及び第２のアライメントマークの相対位置を算出し、前記Ｚ軸方向に沿って両アライメントマークを位置合わさせると共に、位置合わせ後、前記被転写基板と前記型とをＺ軸方向に沿って相対的に接近させて型を被転写基板に押し付けるように前記変位機構を制御する制御装置と、前記被転写基板の表面に向けて、前記レジスト膜を硬化させる光を照射する光照射装置と、を備え、前記アライメント光学系は、前記光照射装置が照射する前記光の光路外に配置され、前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークは、それぞれ粗調用アライメントマークを具備し、前記制御装置は、前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークが前記アライメント光学系の観察視野内に導入されるように、前記粗調用アライメントマークを利用して前記変位機構を制御し、前記被転写基板及び前記型の粗調アライメントを行わせ、且つ、前記位置合わせを行う前に、前記アライメント光学系による観察結果に基づいて、前記被転写基板及び前記型の表面をそれぞれ前記水平面に一致させるように前記変位機構を制御して傾斜補正を行わせ、その後、前記アライメント光学系による観察結果に基づいて、前記第１及び第２のアライメントマークの前記濃淡像の重心位置をそれぞれ算出し、それら重心位置のずれ量が最も小さくなるように前記変位機構を制御することで前記位置合わせを行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係るナノインプリント方法は、表面に凹凸パターンが形成された型を被転写基板に押し付けて、凹凸パターンを被転写基板の表面に塗布されたレジスト膜に転写するナノインプリント方法であって、濃淡像を形成する第１のアライメントマークが表面上に形成された前記被転写基板と、濃淡像を形成する第２のアライメントマーク及び前記凹凸パターンが表面上に形成された前記型とを、該凹凸パターンを被転写基板の表面に対向させると共に両者間を所定距離だけ離間させた状態で配置する配置工程と、該配置工程後、水平面に対して直交するＺ軸方向に光軸を有する照明光を、前記第１及び前記第２のアライメントマークに照射すると共に、該照明光の照射によって得られた両アライメントマークの前記濃淡像をそれぞれ観察する観察工程と、観察工程による観察結果に基づいて、前記被転写基板及び前記型の表面をそれぞれ水平面に一致させるように傾斜補正を行う補正工程と、前記観察工程による観察結果に基づいて、前記第１及び第２のアライメントマークの前記濃淡像の相対位置及びその重心位置をそれぞれ算出し、それら重心位置のずれ量が最も小さくなるように互いの平行関係を維持したまま前記被転写基板及び前記型の相対位置を補正し、前記Ｚ軸方向に沿って両アライメントマークを位置合わせさせる位置合わせ工程と、該位置合わせ工程後、前記被転写基板と前記型とを前記Ｚ軸方向に沿って相対的に接近させ、型を被転写基板に押し付ける押し付け工程と、該押し付け工程後、前記被転写基板の表面に向けて前記レジスト膜を硬化させる光を照射し、前記凹凸パターンを前記レジスト膜に転写させる転写工程と、該転写工程後、前記型を前記被転写基板から離間させる離間工程と、を備え、前記照明光は、前記転写工程時に照射される前記光の光路外から照射され、前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークは、それぞれ粗調用アライメントマークを具備し、前記観察工程の際、前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークが観察視野内に導入されるように、前記粗調用アライメントマークを利用して前記被転写基板及び前記型の粗調アライメントを行うことを特徴とするものである。

この発明に係るナノインプリント装置及びナノインプリント方法においては、まず、第１の保持台と第２の保持台とを変位機構により離間した状態にしておき、それぞれに被転写基板及び型を保持させる。この配置工程によって、被転写基板及び型は、それぞれ表面が対向すると共に所定距離だけ離間した状態で配置される。
次いで、第２の保持台の上方に設けられたアライメント光学系から、水平面に対して直交するＺ軸方向に光軸を有する照明光を、被転写基板及び型に向けて照射する。照射された照明光は、被転写基板の表面に形成された第１のアライメントマーク及び型の表面に形成された第２のアライメントマークを照明する。アライメント光学系は、この照明光の照明によって得られた両アライメントマークの濃淡像をそれぞれ観察する。

制御装置は、アライメント光学系による観察工程の結果に基づいて、第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークの相対位置を算出する。相対位置の算出後、制御装置は、変位機構を制御して第１の保持台及び第２の保持台を適宜変位させて、第１のアライメントマークと第２のアライメントマークとを、Ｚ軸方向に沿って位置合わせさせる位置合わせ工程を行う。
次いで、制御装置は、被転写基板と型とをＺ軸方向に沿って相対的に接近するように変位機構を制御すると共に、型を被転写基板に押し付ける押し付け工程を行う。この押し付け工程によって、レジスト膜は凹凸パターンの形状にならって変形する。次いで、光照射装置は、被転写基板の表面に向けてレジスト膜を硬化させる光（紫外線等）を照射し、レジスト膜の露光を行う転写工程を行う。この転写工程によって、レジスト膜は凹凸パターンの形状にならった状態で硬化する。最後に、制御装置は、被転写基板と型とがＺ軸方向に沿って相対的に離間するように変位機構を制御する離間工程を行う。
その結果、レジスト膜に凹凸パターンが転写された被転写基板を得ることができる。

特にアライメント光学系は、光照射装置が照射する光の光路外に配置されているので、観察工程時に照射する照明光は転写工程時に照射される光の光路外から照射されるようになっている。そのため、レジスト膜に光を照射して露光を行う際に、アライメント光学系が露光の妨げにならず、従来のようにアライメント光学系を退避操作する必要がない。従って、スループットの向上化を図ることができる。

更に、観察工程後、位置合わせを行う前に、制御装置がアライメント光学系による観察結果に基づいて、被転写基板及び型の表面が水平面に一致するように変位機構を適宜制御して、傾斜補正を行う。この補正工程によって、被転写基板及び型の表面が水平面に一致するので、被転写基板と型とが互いに確実に平行した位置関係となる。よって、より正確な位置合わせを行うことができ、凹凸パターンの転写を高精度に行うことができる。

本発明に係るナノインプリント装置及びナノインプリント方法によれば、型と被転写基板との平行度を考慮しながら正確な位置合わせを行うことができると共に、スループットの向上化を図ることができる。

以下、本発明に係るナノインプリント装置及びナノインプリント方法の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態のナノインプリント装置１は、表面２ａに図示しない凹凸パターンが形成された型２をウエハ（被転写基板）３の表面３ａに塗布された紫外線硬化型のレジスト膜４に転写する装置である。
即ち、ナノインプリント装置１は、図１に示すように、保持部５と、アライメント光学系６と、これら保持部５及びアライメント光学系６を収納するチャンバ７と、チャンバ７の外部に配置された光照射装置８及び制御装置９とを備えている。
なお、図１において、紙面に対して左右方向をＸ軸、紙面に対して垂直方向をＹ軸、紙面に対して上下方向をＺ軸として、以下説明する。

上記保持部５は、ウエハ保持台（第１の保持台）１０と、ウエハ保持台駆動機構１１、１２と、型保持台（第２の保持台）１３と、型保持台駆動機構１４、１５とにより構成されている。ウエハ保持台１０及び型保持台１３は、それぞれ位置合わせ時において、ウエハ保持台１０の上面にウエハ３の表面（被転写面）３ａ側が上側なるようにウエハ３を保持し、型保持台１３の下面に型２の凹凸パターンが形成された表面（転写面）２ａが下側になるようにして型２を保持している。つまり、ウエハ保持台１０及び型保持台１３は、ウエハ３の表面３ａと型２の表面２ａとが互いに対向するように、ウエハ３及び型２をそれぞれ保持している。

また、ウエハ３の表面３ａには、濃淡像を形成する第１のアライメントマークＭ１が形成されている。この第１のアライメントマークＭ１は、図２に示すように、微細なアライメントを行うための位置合わせマークであるウエハアライメントマーク２０と、図３に示すように、ウエハアライメントマーク２０を顕微鏡の視野に導入するための粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂとから構成されている。

同様に型２の表面２ａには、凹凸パターンに加え、濃淡像を形成する第２のアライメントマークＭ２が形成されている。この第２のアライメントマークＭ２は、図２に示すように、微細なアライメントを行うための位置合わせマークである型アライメントマーク２２ａ、２２ｂと、図３に示すように、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂを顕微鏡の視野に導入するための粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂとから構成されている。
つまり、粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂは、ウエハ２及び型３の両方に形成されている。

ウエハアライメントマーク２０は、図２に示すように、例えばＹ軸方向に延びているＬ／Ｓパターンであり、その線幅は被合わせ工程の最小デザインルールで作成されたもので、図の例ではピッチが２００ｎｍであり、２５本のラインで構成されている。なお、Ｌ／Ｓパターンの長さは、図の例では５μｍである。
同様に型アライメントマーク２２ａ、２２ｂは、例えばＹ軸方向に延びているＬ／Ｓパターンであり、その線幅は型２に形成されているパターンの最小デザインルールで作成されたもので、図の例ではピッチが２００ｎｍであり、それぞれ１０本のラインで構成されている。なお、Ｌ／Ｓパターンの長さは、図の例では５μｍ、中心間距離は１５μｍである。

また、図２は、ウエハアライメントマーク２０及び型アライメントマーク２２ａ、２２ｂの相対位置関係を示す一例であり、Ｘ軸方向の重ね合わせ量を測定するためのものである。これら両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂは、アライメント光学系６において検出可能である。この際、ウエハアライメントマーク２０及び型アライメントマーク２２ａ、２２ｂとしてそれぞれ形成されたラインは、アライメント光学系６を構成する顕微鏡で解像できる線幅ではないが、図４に示すように、全体の形状を示す矩形の図形として検出が可能とされている。
なお、両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂをデザインされた最小寸法で形成するのは、露光操作、離型操作の際に発生する合わせずれをより厳密に計測できるようにするためである。また、両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂは、パターン形成領域の複数の位置に形成可能であり、その配置位置は制約されるものではない。但し、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂは、対応するウエハアライメントマーク２０と設計レベルで同一の位置にあるものとする。

上述したウエハアライメントマーク２０は、図５に示すように、例えばウエハ３上に被覆したＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。なお、ウエハ３の表面３ａ上には図示したように、レジスト膜４が塗布されている。また、図５では、凸状のウエハアライメントマーク２０を示したが、ウエハ３状に刻印した凹状のマークでも良い。
一方、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂは、石英ガラス面上にパターニングして形成される。この際、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂの立体的な構造は、型２のパターン部と同一であることが望ましいが、アライメント光学系６における観察波長に対して、不透明な物質（ＳｉＯ_ＸやＣｒ等）が堆積している場合もある。

上記ウエハ保持台駆動機構１１、１２のうち、一方の駆動機構１１は、図１に示すようにウエハ保持台１０のＸ軸、Ｙ軸方向の平行成分及びＺ軸に平行な軸を中心とした回転成分（θ_Ｚ）を調整している。また、他方の駆動機構１２は、ウエハ保持台１０のＺ軸方向の平行成分、Ｘ軸に平行な軸を中心とした回転成分（θ_Ｘ）及びＹ軸に平行な軸を中心とした回転成分（θ_Ｙ）を調整している。
一方、型保持台駆動機構１４、１５のうち、一方の駆動機構１４は、型保持台１３のＸ軸、Ｙ軸の平行成分及びＺ軸に平行な軸を中心とした回転成分（Ｔ_Ｚ）を調整している。また、他方の駆動機構１５は、型保持台１３のＺ軸方向の平行成分、Ｘ軸に平行な軸を中心とした回転成分（Ｔ_ｘ）及びＹ軸に平行な軸を中心とした回転成分（Ｔ_ｙ）を調整している。
つまり、ウエハ保持台駆動機構１１、１２及び型保持台駆動機構１４、１５は、ウエハ３及び型２を、水平面に平行なＸＹ軸及び該ＸＹ軸に直交するＺ軸と、これらＸＹＺ軸回りとにそれぞれ独立に変位可能とする変位機構２５を構成している。

上記アライメント光学系６は、図示しない顕微鏡、照明装置及びアライメントマーク検出装置から構成されており、型保持台１３の上方に設けられ、該位置から第１のアライメントマークＭ１及び第２のアライメントマークＭ２に照明光を照明すると共に、該照明光の照明によって得られた両アライメントマークの濃淡像をそれぞれ観察するようになっている。
アライメント光学系６から照射された照明光は、少なくとも一部が透明な型２を通過した後、型２の表面２ａに形成された型アライメントマーク２２ａ、２２ｂに照明されるようになっている。更に、この照明光は、型２を通過した後、ウエハ３の表面３ａに形成されたウエハアライメントマーク２０にも到達するようになっている。そして、アライメント光学系６は、顕微鏡及びアライメントマーク検出装置を介して、両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂを検出している。そして、アライメント光学系６は、両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂの観察結果を電子的な情報である画像信号として制御装置９に出力している。

制御装置９は、アライメント光学系６から入力された画像信号を処理し、ウエハ３及び型２の表面２ａ、３ａにそれぞれ形成された第１及び第２のアライメントマークＭ１、Ｍ２の相対位置を算出する。また、制御装置９は、相対位置を算出した後、両アライメントマークＭ１、Ｍ２をＺ軸方向に沿って位置合わせさせるように、ウエハ保持台駆動機構１１、１２及び型保持台駆動機構１４、１５にそれぞれ制御信号を送る。ウエハ保持台駆動機構１１、１２及び型保持台駆動機構１４、１５は、この制御信号に基づいてウエハ保持台１０及び型保持台１３をそれぞれ、ＸＹ方向及びθ_Ｘ、θ_Ｙ、θ_Ｚ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｙ、Ｔ_Ｚ方向に駆動させるようになっている。
また、制御装置９は、ウエハ３と型２との位置合わせを行った後、ウエハ３と型２とをＺ軸方向に沿って相対的に接近させて、型２をウエハ３に押し付けるようにウエハ保持台駆動機構１１、１２及び型保持台駆動機構１４、１５を制御するようになっている。

更に、本実施形態では、上述した位置合わせを行う前に、制御装置９がアライメント光学系６による観察結果に基づいて、型２及びウエハ３の表面２ａ、３ａをそれぞれ水平面に一致させるように、ウエハ保持台駆動機構１１、１２及び型保持台駆動機構１４、１５をそれぞれ制御するようになっている。

上記光照射装置８は、型保持台１３の上方に配置されており、ウエハ３の表面に向けてレジスト膜４を硬化させるための光Ｌを照射している。この際、光照射装置８から照射された光Ｌは、チャンバ７に取り付けられた窓２６及び型２を通過した後、ウエハ３に入射するようになっている。
また、アライメント光学系６は、光照射装置８が照射する光Ｌの光路外に配置されており、該光路外から照明光を照射するようになっている。

次に、上述したように構成されたナノインプリント装置１を用いて、光ナノインプリント法におけるアライメント方式によるナノインプリント方法について説明する。

本実施形態のナノインプリント方法は、ウエハ３と型２とを、互いに表面３ａ、２ａを向けて対向させると共に両者間を所定距離だけ離間させた状態で配置する配置工程と、該配置工程後、Ｚ軸方向に光軸を有する照明光を第１及び第２のアライメントマークＭ１、Ｍ２に照射すると共に、該照明光の照射によって得られた両アライメントマークＭ１、Ｍ２の濃淡像をそれぞれ観察する観察工程と、該観察工程による観察結果に基づいて、ウエハ３及び型２の表面３ａ、２ａをそれぞれ水平面に一致させるように傾斜補正を行う補正工程と、観察結果に基づいて第１及び第２のアライメントマークＭ１、Ｍ２の相対位置を算出し、Ｚ軸方向に沿って両アライメントマークＭ１、Ｍ２を位置合わせさせる位置合わせ工程と、該位置合わせ工程後、ウエハ３と型２とをＺ軸方向に沿って相対的に接近させ、型２をウエハ３に押し付ける押し付け工程と、該押し付け工程後、ウエハ３の表面３ａに向けてレジスト膜４を硬化させる光Ｌを照射し、凹凸パターンをレジスト膜４に転写させる転写工程と、該転写工程後、型２をウエハ３から離間させる離間工程とを行う方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。

初めに、ウエハ保持台１０と型保持台１３とを、ウエハ保持台駆動機構１２及び型保持台駆動機構１５により離間した状態にしておく。なお実施形態では、この後、先に型２について観察工程及び補正工程を行い、その後、ウエハ３について観察工程及び補正工程をそれぞれ行う。
まず、型２を型保持台１３に保持した後、型２に形成した粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂを用いて型２単体の位置決めを行う。図３に示した粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂのうち、一方のマーク２１ａはＹ方向及びＴ_Ｚ方向の位置合わせを行い、他方のマーク２１ｂはＸ方向の位置合わせを行う。

なお、粗調アライメントにおいては、粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂを視野に導入して検出できるようにするために、型２を保持する際の機械的な位置精度よりも大きな視野を持つ低い倍率で観察する必要があり、それに応じて観察可能な大きさである必要がある。この計測の結果を用いて、ＸＹ方向の位置調整及びＴ_Ｚ方向の回転補正を、型保持台駆動機構１４を用いて行う。
これにより微調用の型アライメントマーク２２ａ、２２ｂを、高倍率のアライメント光学系６の視野内に導入することができるようになる。なお、粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂは、上記の手順で位置を計測できればどのような形状のものでも良い。

続いて、型２のパターニング面の平行だしを行う。微調用の型アライメントマーク２２ａ、２２ｂをアライメント光学系６の顕微鏡の視野に導入した後、型保持台駆動機構１５を用いてＺ軸方向に型２を駆動する。この際、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂの長手方向の寸法は、Ｚ軸方向に駆動されることにより、図６に示すように長さが変化する。これにより、Ｚ軸方向の駆動量の関数としてアライメントマークの長さが得られる。そして、このとき長さの極値となるＺ駆動量「ａ」を記録する。

ここで、平行だしには一直線に並んでいない少なくとも３点の計測が必要であるため、少なくとも３回同様の操作を繰り返す。そして、制御装置９は、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂの座標と計測して得られたＺ駆動量とから、型２の傾斜を計算して型保持台駆動機構１５を用いてＴ_Ｘ、Ｔ_Ｙ方向の回転補正、即ち、傾斜補正を行う。その結果、型２の表面２ａが水平面に一致した状態となり、型２の平行だしが完了する。

次に、ウエハ３をウエハ保持台１０に保持した後、ウエハ３に形成した粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂを用いて、ウエハ３単体の位置決めを行う。図３に示した粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂのうち、一方のマーク２１ａはＹ方向、θ_Ｚ方向の位置合わせを行い、他方のマーク２１ｂはＸ方向の位置合わせを行う。

なお、粗調アライメントにおいては、粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂを視野に導入して検出できるようにするために、ウエハ３を保持する際の機械的な位置精度よりも大きな視野を持つ低い倍率で観察する必要があり、それに応じて観察可能な大きさである必要がある。この計測の結果を用いて、ＸＹ方向の位置調整及びθ_Ｚ方向の回転補正を、ウエハ保持台駆動機構１１を用いて行う。
これにより、微調用のウエハアライメントマーク２０を高倍率のアライメント光学系６の視野内に導入することができるようになる。なお、粗調用アライメントマーク２１ａ、２１ｂは、上記の手順で位置を計測できればどのような形状のものでも良い。

続いて、ウエハ３のパターニング面の平行だしを行う。微調用のウエハアライメントマーク２０をアライメント光学系６の顕微鏡の視野に導入した後、ウエハ保持台駆動機構１２を用いてＺ軸方向にウエハ３を駆動する。なお、このとき型２の位置は、アライメント光学系６の視野に対して完全に型２が透明な領域に移動して待避しておく。また、ウエハアライメントマーク２０の長手方向の寸法は、Ｚ軸方向に駆動されることにより、図６に示すように長さが変化する。これにより、Ｚ軸方向の駆動量の関数としてアライメントマークの長さが得られる。そして、このとき長さの極値となるＺ駆動量「ａ」を記録する。

ここで、平行だしには、ウエハ３の任意のウエハアライメントマーク２０に対して少なくとも一直線に並んでいない３点の計測が必要であるため、少なくとも３回同様の操作を繰り返す。そして、制御装置９は、ウエハアライメントマーク２０の座標と計測して得られたＺ駆動量とから、ウエハ３の傾斜を計算してウエハ保持台駆動機構１２を用いてθ_Ｘ、θ_Ｙ方向の回転補正、即ち、傾斜補正を行う。その結果、ウエハ３の表面３ａが水平面に一致した状態となり、ウエハ３の平行だしが完了する。

上述した一連の工程により、ウエハ３と型２のパターン面との平行度が追い込まれ、互いに平行した位置関係となる。また、この時点で配置工程及び補正工程が終了する。続いて、観察工程、位置合わせ工程、押し付け工程、転写工程及び離間工程を順次行う。

まず、型保持台駆動機構１４により型保持台１３を動かし、退避していた型２に形成された型アライメントマーク２２ａ、２２ｂをアライメント光学系６の顕微鏡の視野内に導入する。次いで、ウエハ保持台駆動機構１１により、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂに対応するウエハアライメントマーク２０を顕微鏡の視野内に入るように移動する。次いで、ウエハ保持台駆動機構１２を用いてＺ軸方向にウエハ３を駆動し、型２とウエハ３とを密着しない程度に十分に近づける。

次いで、アライメント光学系６でウエハアライメントマーク２０及び型アライメントマーク２２ａ、２２ｂを観察すると、いずれのパターンに対してもピントが合っている状態にはならない。そのため、ウエハ３と型２との相対距離が変化しないように、ウエハ保持台１０と型保持台１３とを共にＺ方向に駆動することにより、両アライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂの長手方向の長さが変動する。そして、極値を取るＺ位置でピントがあっていると判断して、画像（濃淡像）を取り込む。この際、図４に示すように、矩形形状として観察されるアライメントマーク２０、２２ａ、２２ｂの重心を算出する。合わせのずれ量は、型アライメントマーク２２ａ、２２ｂの重心とウエハアライメントマーク２０重心のとの距離として算出される。

そして、合わせずれ量が最も小さくなるように合わせ補正量を算出し、ウエハ保持台駆動機構１１を駆動して、ＸＹ方向及びθ_Ｚ方向の回転補正を行う。この位置合わせ工程により、ウエハ３と型２との位置合わせが終了する。
次いで、制御装置９は、ウエハ３と型２とをＺ軸方向に沿って相対的に接近させるようにウエハ保持台駆動機構１２及び型保持台駆動機構１５を制御すると共に、型２をウエハ３に押し付ける押し付け工程を行う。この押し付け工程によって、レジスト膜４は凹凸パターンの形状にならって変形する。

次いで、光照射装置８は、ウエハ３の表面に向けてレジスト膜４を硬化させる光（紫外線等）Ｌを照射し、レジスト膜４の露光を行う転写工程を行う。この転写工程によって、レジスト膜４は凹凸パターンの形状にならった状態で硬化する。最後に制御装置９は、ウエハ３と型２とがＺ軸方向に沿って相対的に離間するように、ウエハ保持台駆動機構１２と型保持台駆動機構１５とを制御する離間工程を行う。その結果、レジスト膜４に凹凸パターンが転写されたウエハ３を得ることができる。

特に本実施形態のアライメント光学系６は、光照射装置８が照射する光Ｌの光路外、即ち、露光領域の外側に配置されている。そのため、レジスト膜４に光を照射する露光時に、アライメント光学系６が露光の妨げにならず、従来のようにアライメント光学系６を退避操作する必要がない。この待避操作は、保持台を駆動することにより行われることになるが、保持台の移動速度、位置決め精度は半導体露光装置において最も精度が高い物であり且つ高速度に駆動できる物であるため、高いスループットを期待することができる。よって、スループットの向上化を図ることができる。
また、補正工程によって、ウエハ３と型２との平行だしを行って、互いの位置関係を平行状態にした後に位置合わせを行うので、より正確な位置あわせを行うことができ、凹凸パターンの転写を高精度に行うことができる。

このように本実施形態のナノインプリント装置１及びナノインプリント方法によれば、型２とウエハ３との平行度を考慮しながら正確な位置合わせを行うことができると共に、スループットの向上化を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、型２をウエハ３に押し付けた状態で、上述した手順で重ね合わせを観察することも可能である。また、離型したあとにも重ね合わせを観察することが可能である。また、露光、離型処理は、両保持台を露光光が照射される領域に移動して行う。

また、上記実施形態では、一括露光における方法を示したが、この場合に限られず、一般的なステップ・アンド・リピート露光においても、同様の動作操作で露光前に予め必要な重ね合わせ量を算出すると共に、位置合わせ補正量を参照して位置合わせを行いながら露光を行うことができる。

本発明に係るナノインプリント装置の一実施形態を示す構成図である。 図１に示すウエハ及び型の表面に形成された微調用のアライメントマークを示す平面図である。 図１に示すウエハ及び型の表面に形成された粗調用のアライメントマークを示す平面図である。 図２に示す微調用のアライメントマークをアライメント光学系で観察した状態の濃淡像である。 図２に示す微調用のアライメントマークがそれぞれウエハ及び型の表面に形成された状態を示す断面図である。 非合わせ方向におけるアライメントマークの長さの変動例を示す図であり、長さ寸法とＺ駆動量との関係図である。

符号の説明

Ｌ レジスト膜を硬化させる光
Ｍ１ 第１のアライメントマーク
Ｍ２ 第２のアライメントマーク
１ ナノインプリント装置
２ 型
３ ウエハ（被転写基板）
４ レジスト膜
６ アライメント光学系
８ 光照射装置
９ 制御装置
１０ ウエハ保持台（第１の保持台）
１３ 型保持台（第２の保持台）
２５ 変位機構

Claims (2)

1. 表面に凹凸パターンが形成された型を被転写基板に押し付けて、凹凸パターンを被転写基板の表面に塗布されたレジスト膜に転写するナノインプリント装置であって、
   濃淡像を形成する第１のアライメントマークが表面上に形成された前記被転写基板を保持する第１の保持台と、
   濃淡像を形成する第２のアライメントマーク及び前記凹凸パターンが表面上に形成された前記型を、該凹凸パターンが前記被転写基板の表面に対向するように保持する第２の保持台と、
   前記第１の保持台及び前記第２の保持台を、水平面に平行なＸＹ軸及び該ＸＹ軸に直交するＺ軸方向と、これらＸＹＺ軸回りとにそれぞれ独立に変位可能な変位機構と、
   前記第２の保持台の上方に設けられ、該位置から前記Ｚ軸方向に光軸を有する照明光を前記第１及び第２のアライメントマークに照射すると共に、該照明光の照射によって得られた両アライメントマークの前記濃淡像をそれぞれ観察するアライメント光学系と、
   該アライメント光学系による観察結果に基づいて前記第１及び第２のアライメントマークの相対位置を算出し、前記Ｚ軸方向に沿って両アライメントマークを位置合わさせると共に、位置合わせ後、前記被転写基板と前記型とをＺ軸方向に沿って相対的に接近させて型を被転写基板に押し付けるように前記変位機構を制御する制御装置と、
   前記被転写基板の表面に向けて、前記レジスト膜を硬化させる光を照射する光照射装置と、を備え、
   前記アライメント光学系は、前記光照射装置が照射する前記光の光路外に配置され、
   前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークは、それぞれ粗調用アライメントマークを具備し、
   前記制御装置は、
   前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークが前記アライメント光学系の観察視野内に導入されるように、前記粗調用アライメントマークを利用して前記変位機構を制御し、前記被転写基板及び前記型の粗調アライメントを行わせ、
   且つ、前記位置合わせを行う前に、前記アライメント光学系による観察結果に基づいて、前記被転写基板及び前記型の表面をそれぞれ前記水平面に一致させるように前記変位機構を制御して傾斜補正を行わせ、
   その後、前記アライメント光学系による観察結果に基づいて、前記第１及び第２のアライメントマークの前記濃淡像の重心位置をそれぞれ算出し、それら重心位置のずれ量が最も小さくなるように前記変位機構を制御することで前記位置合わせを行うことを特徴とするナノインプリント装置。
2. 表面に凹凸パターンが形成された型を被転写基板に押し付けて、凹凸パターンを被転写基板の表面に塗布されたレジスト膜に転写するナノインプリント方法であって、
   濃淡像を形成する第１のアライメントマークが表面上に形成された前記被転写基板と、濃淡像を形成する第２のアライメントマーク及び前記凹凸パターンが表面上に形成された前記型とを、該凹凸パターンを被転写基板の表面に対向させると共に両者間を所定距離だけ離間させた状態で配置する配置工程と、
   該配置工程後、水平面に対して直交するＺ軸方向に光軸を有する照明光を、前記第１及び前記第２のアライメントマークに照射すると共に、該照明光の照射によって得られた両アライメントマークの前記濃淡像をそれぞれ観察する観察工程と、
   観察工程による観察結果に基づいて、前記被転写基板及び前記型の表面をそれぞれ水平面に一致させるように傾斜補正を行う補正工程と、
   前記観察工程による観察結果に基づいて、前記第１及び第２のアライメントマークの前記濃淡像の相対位置及びその重心位置をそれぞれ算出し、それら重心位置のずれ量が最も小さくなるように互いの平行関係を維持したまま前記被転写基板及び前記型の相対位置を補正し、前記Ｚ軸方向に沿って両アライメントマークを位置合わせさせる位置合わせ工程と、
   該位置合わせ工程後、前記被転写基板と前記型とを前記Ｚ軸方向に沿って相対的に接近させ、型を被転写基板に押し付ける押し付け工程と、
   該押し付け工程後、前記被転写基板の表面に向けて前記レジスト膜を硬化させる光を照射し、前記凹凸パターンを前記レジスト膜に転写させる転写工程と、
   該転写工程後、前記型を前記被転写基板から離間させる離間工程と、を備え、
   前記照明光は、前記転写工程時に照射される前記光の光路外から照射され、
   前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークは、それぞれ粗調用アライメントマークを具備し、
   前記観察工程の際、前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークが観察視野内に導入されるように、前記粗調用アライメントマークを利用して前記被転写基板及び前記型の粗調アライメントを行うことを特徴とするナノインプリント方法。

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