JP6669432B2 - 位置合わせ方法、インプリント方法、及びインプリント装置 - Google Patents
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Description
特にナノインプリントは、ナノサイズの微細な凹凸パターンが形成されたモールドを基板に押し当てることで凹凸パターン幅が数ナノメートル級(2nm〜1000nm)の極微細加工を実現できる技術である。このため、ナノインプリントは、高解像度、優れた寸法制御性および低コストの3つの利点から半導体デバイス、光学素子、バイオチップなどの幅広い分野への応用が期待されている。
まず、基板(例えばシリコンウエハ等の半導体ウエハ)上に紫外線硬化型樹脂組成物を塗布し、光硬化性樹脂層を形成する。次に、転写領域に所望の凹凸構造が形成され、且つ離型処理のされた層を表面に有する透明なモールドを該光硬化性樹脂層に押し当てる。さらに紫外線を照射することで該光硬化性樹脂層を硬化させて硬化樹脂からなる硬化樹脂層を形成する。これにより該モールドが転写領域に有する凹凸構造が該硬化樹脂層に転写される。該モールドを離型した後に、この硬化樹脂層をマスクとしてエッチング等を行うことで該基板に該凹凸構造が転写される。
しかしながら、モールド側アライメントマークに紫外線硬化型樹脂組成物が充填された状態では、モールド材料の屈折率と該紫外線硬化型樹脂組成物の屈折率とに大きな差がない場合はモールド側アライメントマークを光学的に識別することが困難になるという問題点がある。
例えば、硬化型樹脂の硬化前の屈折率を1.7以上とすることで、モールド材料の屈折率(ガラス製のモールドでは1.45程度)と大きく異なる屈折率とし、モールド側アライメントマークを識別する方法が提案されている(特許文献1)。
特許文献1記載の発明においては、モールド側アライメントマークの凹部と凸部の段差を150nmとしたときに、当該構成により75nm以上の往復光路長差を得ることができる。この往復光路長差は、波長633nmの約1/8に該当するため、モールド側アラインメントマークを波長633nmの光源を用いた光学顕微鏡観察により識別することが十分に可能になるとされている。具体的に屈折率が1.7以上の光硬化性樹脂を得る手法として、従来の光硬化性樹脂に屈折率2.4のチタン酸化物を微細な粒状にして分散混入させる方法が記載されている。
特許文献2記載の発明においては、高吸収剤は600nmにおいて2.8よりも大きいk値(消衰係数)を有するものが好ましいとされ、具体的にはアルミニウム、アルミニウム合金等が開示されている。
また、アライメント精度はナノメートル級が要求されている中、アライメントマーク自体の寸法(線幅)もナノメートル級である方が検出精度向上において非常に有利である。しかしながら、特許文献1及び2に記載されたモールドのアライメントマークを識別する方法として光学顕微鏡を用いた暗視野反射観察では300nmの分解能が理論限界であり、実用的に識別するためには1ミクロンメートル以上の線幅のアライメントマークが必要である。
まず、本発明の位置合わせ方法を実施する対象である積層体について図1から図3を用いて説明する。図1は、本実施形態による位置合わせ方法において用いられる積層体1の概略構成を示す断面模式図である。図2は、本実施形態による位置合わせ方法において用いられるモールド3の概略構成を示す図である。図2中の上段には、モールド3の断面模式図が図示され、図2中の下段には、モールド3の平面模式図が図示されている。図3は、パターン付基板7の概略構成を示す図である。図3中の上段には、パターン付基板7の断面模式図が図示され、図3中の下段には、パターン付基板7の平面模式図が図示されている。
モールド3は、図2に示すように、硬化樹脂層に転写する所望の凹凸パターンを有する転写領域32と、モールドの位置情報の基準となる凸部または凹部よりなるモールド側アライメントマーク31とを有している。転写領域32は、平面視において、モールド3のほぼ中央に設けられており、モールド側アライメントマーク31は、転写領域32を囲みモールド3の4隅にそれぞれ設けられている。
アライメントマーク31は、モールド凹部または凸部として形成することが好ましく、本実施形態では凹部として形成することがより好ましい。アライメントマーク31の幅は、例えば100〜1000nmが好ましく、100〜500nmがより好ましい。アライメントマーク31の幅が100nm以上であると後述する蛍光観察により検出可能となるので好ましい。また、アライメントマーク31の幅が1000nm以下であるとより精密な位置合わせが可能となるので好ましい。アライメントマーク31の深さは、例えば検出波長の1/2〜1/50が好ましく、検出波長の1/8〜1/40がより好ましい。アライメントマーク31の深さが10nm以上であると後述する蛍光強度が高くなるので好ましい。また、アライメントマーク31の深さが300nm以下であると樹脂充填時に気泡が残りにくいので好ましい。また、これらの寸法であると、未修飾のモールドでも離型剤で修飾したモールドでも用いることができる。
モールド3は公知の方法で作製することができる。例えば、石英ガラス基板の一主面に電子線レジストを塗布して転写領域32の凹凸パターンとモールド側アライメントマーク31とを電子線描画して現像した後、硬化した電子線レジストをマスクとしてテトラフルオロカーボンと酸素の混合ガスで基板をドライエッチングする方法が挙げられる。モールド3の離型処理としては、任意の離型処理が使用可能であるが、例えば、ディップコーターで離型剤を塗布して乾燥させる処理が挙げられる。離型剤としては、パーフルオロ基を有するシラン化合物が挙げられる。
蛍光色素を含み流動性を有する樹脂組成物は、インプリント法に使用する観点から硬化性を有する樹脂組成物であることが好ましく、例えばラジカル重合モノマーもしくはカチオン重合モノマーを含み、該モノマーに応じてラジカル系光重合開始剤もしくはカチオン系光重合開始剤を含む光硬化性樹脂組成物であることがより好ましい。蛍光色素を含み流動性を有する樹脂組成物は、特に好ましくは紫外線硬化性樹脂組成物である。蛍光色素を含み流動性を有する樹脂組成物は、必要に応じてその他の成分、例えば重合禁止剤を含んでいてもよい。
光重合開始剤としては、紫外線、特にg線、h線、i線の照射によりラジカル重合を開始する重合開始剤が好適に使用でき、例えばα―ヒドロキシアルキルフェノン、アシルフォスフィンオキサイド、オキシムエステル等の化合物が例示される。
蛍光色素としては、紫外線硬化性樹脂組成物の硬化反応が起こらない可視領域の光の照射により蛍光を発する化合物が好適に使用できる。
パターン付基板7は、図3に示すように、所望の凹凸構造を有する硬化樹脂層が積層される被転写領域72と、パターン付基板の位置情報の基準となる凸部または凹部よりなる基板側アライメントマーク71とを有している。被転写領域72は、平面視において、パターン付基板7のほぼ中央に設けられており、基板側アライメントマーク71は、被転写領域72を囲みパターン付基板7の4隅にそれぞれ設けられている。
パターン付基板7は、Siウエハ(以下、「Siウエハ」はGaAs等の「化合物半導体ウエハ」と読み替えてもよい。)上に上述のアライメントマーク71の凹凸構造を有する硬化樹脂層が形成された積層体、上述のアライメントマーク71がエッチングにて形成されたSiウエハ、及びこれらのSiウエハにn層またはp層からなるパターン、配線層及び絶縁層のいずれか1層または複数層形成された基板である。
しかし、蛍光色素を含む樹脂組成物からなる樹脂組成物層は、この樹脂組成物層の厚みに相関のある蛍光強度が得られる。このため、例えば図6に示すように、アライメントマーク31の凹部に光硬化性蛍光組成物が充填された状態での蛍光視野画像が取得される。以下では、図6に示すように、十字型のモールド側アライメントマーク31と、4つのL字型を一組にした形状の基板側アライメントマーク71とを使用した場合を例として説明する。
次に、モールド側アライメントマークと基板側アライメントマークを包含する領域の蛍光強度分布をX方向及びY方向にスキャンし、モールド側アライメントマーク31と基板側アライメントマーク71との相対的なミスアライメントdX,dYを検出する。図7に示すように、モールド側アライメントマーク31と2本の基板側アライメントマーク71のそれぞれを間隔がd1及びd2とすると、d1=d2のとき、ミスアライメントがゼロとなり理想のアライメントが達成できたこととなる。すなわち、ミスアライメントd=d1−d2を検出する。したがって、XYZθ軸可動ステージをdX、dY移動させることでミスアライメントdX,dYを解消させる。なお、図7において、スキャンされた蛍光強度信号の3つのピークは、基板側アライメントマーク71の間隔が一定値であることを利用して、基板側であるかモールド側であるかを同定することができる。
次に、本発明に関わるインプリント方法について図8を用いて説明する。
図8は、本実施形態に関わるインプリント方法の一例を示す工程図である。なお積層する際の光硬化性組成物の塗布方法に制限はなく、スピン塗布法、インクジェット法、マイクログラビア法またはスクリーン印刷法等の公知の塗布方法を利用できる。
図8(a)に示す積層工程を説明する。本実施形態においては、図8(a)中の上段に示すように、まずパターン付基板7上に蛍光色素を含み流動性を有する硬化性樹脂組成物を塗布装置109のノズルから滴下して硬化性樹脂組成物からなる樹脂だまり50を形成する。次に、図8(a)中の下段に示すように、モールド3を樹脂だまり50に接触させ、凸部または凹部よりなるモールド側アライメントマーク31、基板側アライメントマーク71、および転写領域72に光硬化性蛍光組成物50aを充填させる。例えば、粘度が低い樹脂組成物を用い、モールド3を、中央部が先に樹脂だまり50に接し樹脂組成物を外側に延展させながら徐々に周囲部が樹脂だまり50に接するように積層することで、硬化性樹脂組成物からなる層に気泡が入るのを防ぐことができる。
次に、本実施形態に関わるインプリント装置について図9及び図10を用いて説明する。図9は、本実施形態によるインプリント装置100の概略構成を示す図である。
本実施形態に関わるインプリント装置は、上述のような、硬化性樹脂組成物を樹脂層に用いることにより、蛍光視野観察でより微細な線幅のアライメントマークを識別できることに特徴がある。
その他の構成、例えば、モールドと硬化性樹脂組成物層とを接触、モールドと硬化樹脂層とを離型させるステージの可動機構、紫外線照射部については、従来公知のインプリント装置の構成を適用できる。
2つの顕微鏡装置を兼ねる光学系を有する蛍光顕微鏡装置は、図10(a)に示すような蛍光観察システム200と、図10(b)に示すような暗視野観察システム300とに切り替えが可能なシステムとなっている。図10(a)に示すように蛍光観測システム200は、光源201と、蛍光物質の励起に必要な波長の光を光源201から抽出する励起フィルタ203と、励起フィルタ203を透過した光が入射するダイクロイックミラー205と、ダイクロイックミラー205で反射した光を積層体1に集束する対物レンズ211とを有している。また、蛍光観測システム200は、積層体1から発光し対物レンズ211およびダイクロイックミラー205を透過した光からノイズを除去する蛍光フィルタ207と、蛍光フィルタ207を透過した光を検出する検出器209とを有している。ダイクロイックミラー205は、蛍光色素の励起に使用する波長の光を反射し、蛍光の波長の光を透過するように多層光学薄膜で作ることができる。
以下、実施例を用いて、本実施形態をさらに具体的に説明する。
モールドとして、縦25mm、横25mm、厚さ1mmのシリカ基板上に、線幅500nm、深さ100nmの十字状の凹部をモールド側アライメントマークとして有する透明な硬化樹脂層が形成された透明な積層体を用意した。ここで、透明な硬化樹脂層は、ラジカル重合型モノマーglycerol 1,3−diglycerolate diacrylateと光重合開始剤Irgacure907が質量比95:5となる紫外線硬化型樹脂組成物を光硬化させて作製した層である。モールドは(tridecafluoro−1,1,2,2−tetrahydrooctyl)trimethoxysilaneで離型処理した。モールド側アライメントマークは、図2に示すのと同様に仮想正方形の角に相当する位置に4つ形成されている。隣り合うモールド側アライメントマークの中心(十字状の交差部)間距離は、140μmである。なお、本実施例では、モールドの転写領域に転写パターンは形成されていない。
図11(b)に示すように、暗視野視野画像では識別できていないアライメントマークMは、図11(a)に示すように、蛍光視野画像では容易に識別できた。
図12中の上段右側の図面に矢印で示すように、蛍光視野画像をスキャンすることにより、図12中の下段に示す蛍光強度の特性が取得できた。取得した蛍光強度を用いて、モールド側アライメントマークと基板側アライメントマークの相対的な位置情報を取得した。
以上、上述の実施例では、線幅500nm、深さ100nmのアライメントマークであり、モールド側アライメントマークと基板側アライメントマークのX方向及びY方向の間隔は5μmで設計されたものを用いた例である。
3 モールド
5 樹脂組成物層
7 パターン付基板
31 モールド側アライメントマーク
32 転写領域
71 基板側アライメントマーク
72 被転写領域
100 インプリント装置
103 蛍光顕微鏡装置
105 紫外線照射装置
107 固定ステージ
109 塗布装置
111 XYZθ軸可動ステージ
Claims (9)
- 凸部または凹部よりなるモールド側アライメントマークを有するモールドと、蛍光色素を含み流動性を有する樹脂組成物からなる樹脂組成物層と、凸部または凹部よりなる基板側アライメントマークを有するパターン付基板とをこの順に積層する積層工程と、
前記樹脂組成物層の局所的な厚みの差異に基づく蛍光強度の局所的な差異によりモールド側アライメントマークと基板側アライメントマークのミスアライメントを検出する検出工程と、
検出されたミスアライメントを小さくする方向に前記モールドに対して前記パターン付基板を相対的に移動させるアライメント工程と
を含む位置合わせ方法。 - モールド側アライメントマーク、または基板側アライメントマークの線幅が100nm〜1000nmの範囲内である請求項1記載の位置合わせ方法。
- モールドが有する凹凸パターンが転写された硬化樹脂からなる層、およびパターン付基板が積層された積層体を製造するインプリント方法であって、
凹凸パターンを有する転写領域と凸部または凹部よりなるモールド側アライメントマークを有するモールド、蛍光色素を含み流動性を有する硬化性樹脂組成物からなる硬化性樹脂組成物層、および被転写領域と凸部または凹部よりなる基板側アライメントマークを有するパターン付基板をこの順に積層する積層工程と、
前記硬化性樹脂組成物層の局所的な厚みの差異に基づく蛍光強度の局所的な差異によりモールド側アライメントマークと基板側アライメントマークのミスアライメントを検出する検出工程と、
検出されたミスアライメントを小さくする方向に前記モールドに対して前記パターン付基板を相対的に移動させるアライメント工程と、
前記硬化性樹脂組成物層を硬化させて硬化樹脂からなる硬化樹脂層にする硬化工程と、
前記モールドを前記硬化樹脂層から剥離する剥離工程と
を含むインプリント方法。 - 前記積層工程と前記検出工程との間に、硬化性樹脂のアライメントマーク部近傍への充填状態を暗視野の光学顕微鏡で観察する検査工程を含む請求項3記載のインプリント方法。
- モールド側アライメントマーク、または基板側アライメントマークの線幅が100nm〜1000nmの範囲内である請求項3または4に記載のインプリント方法。
- 凹凸パターンを有する転写領域と凸部または凹部よりなるモールド側アライメントマークを有するモールドを転写した硬化樹脂層、および被転写領域と凸部または凹部よりなる基板側アライメントマークを有するパターン付基板が積層された積層体を製造するためのインプリント装置であって、
前記モールドが固定される固定ステージ、前記パターン付基板が固定されるXYZθ軸可動ステージ、蛍光顕微鏡装置、制御装置および紫外線照射装置を具備し、
前記固定ステージと前記XYZθ軸可動ステージとの間隔が、より広い第一の位置とより狭い第二の位置の少なくとも2つの位置に移動可能であって、
前記蛍光顕微鏡装置は、前記第二の位置においてモールド側アライメントマークおよび前記基板側アライメントマークを含む蛍光視野画像を取得し、
前記紫外線照射装置は、前記第二の位置において紫外線を照射して蛍光色素を含む紫外線硬化型樹脂組成物からなる層を硬化させて硬化樹脂層を形成し、
前記制御装置は、前記第一の位置から前記第二の位置に前記XYZθ軸可動ステージを移動させることにより、前記モールドと前記パターン付基板との間で、前記パターン付基板に塗布された前記紫外線硬化型樹脂組成物を延展させて前記紫外線硬化型樹脂組成物からなる紫外線硬化型樹脂組成物層を形成し、
蛍光色素を含む前記紫外線硬化型樹脂組成物層の厚みの差異によって生じる前記蛍光視野画像の蛍光強度分布を取得し、取得した蛍光強度分布から前記モールド側アライメントマークと前記基板側アライメントマークのX方向、Y方向、θ方向のミスアライメントを取得して前記XYZθ軸可動ステージをミスアライメントが少なくなるX方向、Y方向、θ方向に移動させ、前記紫外線硬化型樹脂組成物層を硬化させて硬化樹脂層とした後に前記XYZθ軸可動ステージをZ方向に移動させて前記固定ステージとの間隔を広げることにより前記モールドを前記硬化樹脂層から剥離する
インプリント装置。 - 前記第一の位置にて前記パターン付基板上に蛍光塗料を含み流動性を有する紫外線硬化型樹脂組成物を塗布する塗布装置をさらに具備する
前記請求項6記載のインプリント装置。 - 前記蛍光顕微鏡装置は、蛍光観察システム用の光学系と暗視野反射観察システム用の光学系とを切り替え可能である請求項6または7記載のインプリント装置。
- 暗視野反射型光学顕微鏡装置をさらに具備し、
該光学顕微鏡装置は、第二の位置において前記紫外線硬化型樹脂組成物層を観察する請求項6または7記載のインプリント装置。
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