JP6993791B2 - インプリント装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インプリント装置に関する。
インプリント技術は、ナノスケールの微細パター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ている。インプリント技術では、電子線描画装置等の装置を用いて微細パターンが形成された型を原版として、シリコンウエハやガラスプレート等の基板上に微細パターンが形成される。この微細パターンは、基板上にインプリント樹脂を付与し、その樹脂を介して基板に型のパター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。
従来のインプリント技術としては、熱サイクル法および光硬化法がある。熱サイクル法では、熱可塑性のインプリント樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、樹脂の流動性を高めた状態で樹脂を介して基板に型を押し付ける。そして、冷却した後に樹脂から型を引き離すことによりパターンが形成される。また、光硬化法では、紫外線硬化型のインプリント樹脂を使用し、樹脂を介して基板に型を押し付けた状態で紫外線を照射して樹脂を硬化させる。そして、硬化した樹脂から型を引き離すことによりパターンが形成される。熱サイクル法は、温度制御による転写時間の増大および温度変化による寸法精度の低下を伴う。これに対し、光硬化法には、そのような問題が存在しない。そのため、光硬化法がナノスケールの半導体デバイスの量産において有利である。
半導体デバイス等の量産向け装置を前提とした場合、例えば、樹脂の付与とパターンの転写を、基板上のパターン転写領域ごとに繰り返すインプリント装置では、所望の位置に樹脂を付与しパターンの転写を行うことが要求される。特にインクジェット方式により樹脂を基板に付与する場合、樹脂を付与する個々のノズルの特性が経時変化により変動し、樹脂を基板上に付与する位置がずれてしまう。基板上に付与する樹脂のずれを検知するために、基板上に付与された樹脂の計測結果を元に樹脂の着弾位置ずれ量を測定し、樹脂の着弾位置ずれ量を補正する方法が開示されている。
特開2011-222705号公報
基板上に付与した樹脂の計測結果に基づいて樹脂の着弾位置ずれを補正する場合、ある決められた時間間隔ごとに計測用基板を基板ステージ上に設置して着弾位置ずれを計測する必要がある。そのため、計測と計測の間に起こったノズル特性の変動を検知することができず、次の計測までの間は樹脂がずれた位置に付与されたまま押印されてしまう。リアルタイム性を上げるためには計測間隔を短くすることが考えられるが、この場合は計測回数が増えるため生産性が低下する。
上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、インプリント装置であって、基板に向けて樹脂を吐出する吐出手段と、前記吐出手段に対して前記樹脂を吐出させるための信号を出力してから、吐出された前記樹脂が、前記吐出手段から前記樹脂の吐出方向に離れた所定の位置を通過するまでの時間を計測する第一の計測手段と、前記吐出手段により吐出され、前記基板上に着弾した前記樹脂の液滴の着弾位置を計測する第二の計測手段と、前記第一の計測手段および前記第二の計測手段による計測を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第一の計測手段により計測された時間が所定の閾値を超えた場合、前記第二の計測手段により計測を行うように制御することを特徴とする。
本願発明により、スループットの低下を抑制しつつ、樹脂の付与位置計測のリアルタイム性を向上させることができ、基板上の所望の領域に高精度に樹脂を付与することが可能となる。
本発明に係るインプリント装置の概略図。 本発明に係るインプリント装置における動作のフローチャート。 第一の液滴計測手段の概略図。 樹脂の付与位置ずれに関する説明図。 第一の液滴計測手段による液滴計測のフローチャート。 第一の液滴計測手段での液滴通過タイミングを説明するための図。 第二の液滴計測手段、及び、液滴付与位置補正方法に関する説明図。
図1は、本発明のインプリント装置の一実施形態を説明する概略構成図である。図1において、定盤1上にはリニアモータ等から構成されるステージ駆動手段3を介して基板ステージ4が設けられている。基板ステージ4は、基板5を保持し、移動可能に構成されている。ステージ駆動手段3は、基板ステージ4を定盤1の上面に平行なX軸方向およびY軸方向に移動させる。基板ステージ4は、干渉計等の不図示の手段によって検知された位置情報をステージ駆動手段3にフィードバックすることによって、定盤1に対する十分な位置精度が保たれている。
定盤1上には、フレーム2が設けられており、フレーム2に、インプリントモジュール(IM)駆動手段8を介してインプリントモジュール7が取り付けられている。インプリントモジュール7は、基板5に対向して型(モールド)6を保持しており、内部に紫外線照射手段(不図示)を有している。型6は、紫外線を透過する材料から構成され、基板5に対向する面に、凹凸のパターンが形成されている。IM駆動手段8は、基板5の表面に垂直な方向(図示のZ軸方向)にインプリントモジュール7を上下させ、基板5上に付与された樹脂(インプリント材)に型6を押し付けたり、型6を基板5から離したりする動作を行う。
また、フレーム2には、ディスペンサコントローラ(DC)10を介して、樹脂の吐出手段であるディスペンサ9が基板5に対向するように保持されている。ディスペンサ9は、X軸方向に並んだ複数のノズル(不図示)を備え、それぞれのノズルから基板5上に光硬化性樹脂を滴下するように構成されている。樹脂の滴下は、DC10によって制御される。また、基板ステージ4をX軸方向およびY軸方向に移動させることにより、基板5の任意の位置に樹脂を付与することができる。ディスペンサ9はディスペンサステージ13により、Y軸方向において、基板5に光硬化性樹脂を滴下する位置と、光硬化性樹脂を詰めたタンクを交換するために基板ステージ4の対向位置から退避するための退避位置に移動することができる。退避位置には、ディスペンサ9の樹脂の吐出状態をチェックするための第一の液滴計測手段20が設置されている。
更に、フレーム2には、基板5に対向するようにアライメントスコープ(AS)11が固定されている。AS11は、基板5に設けられたアライメントマーク(不図示)を検出し、この検出結果を基に基板5と型6との位置合せを行う。また、AS11は、基板5上若しくは基板ステージ4上に滴下した樹脂を撮像し位置を検出する、第二の液滴計測手段でもある。
以上説明したステージ駆動手段3、インプリントモジュール7、IM駆動手段8、DC10、AS11、ディスペンサステージ13、及び第一の液滴計測手段20は、中央処理ユニット(CPU)12によって制御され、一連のインプリント動作を行う。CPU12は、メモリ等の記憶手段(不図示)に記憶されたプロクラムや各種データを用いて、本実施形態に係るインプリント動作を制御する。
本実施形態の概略について説明する。ディスペンサ9から樹脂を基板5に付与する場合、個々のノズルの特性が経時変化により変動することで樹脂の吐出速度が変わり、基板5上の所望の位置に樹脂を付与することができなくなる。ここでの樹脂の吐出速度とは、CPU12が樹脂を吐出するためのトリガ信号を出力してから、樹脂がノズルから吐出され、基板上に着弾するまでの時間に影響する。従って、ノズルの特性が変動することにより吐出速度が遅くなった場合には、この時間が長くなってしまう。そこで、本実施形態では、まず、精度は粗いが基板5の交換時に短時間で計測が可能な第一の液滴計測手段20で液滴の速度(トリガ信号を出力してから液滴が所定の位置を通過するまでの時間)の計測を行う。
そして、液滴の速度がある閾値を超えた場合、基板5に付与した樹脂を画像により撮影して液滴位置を計測するAS11(第二の液滴計測手段)を用いて、実際の樹脂の付与位置のずれ量を精度よく計測する。次に、AS11での計測結果を用いて、樹脂の付与位置のずれを補正する。AS11のみで基板5の処理前に必ずノズルの経時変化の影響を計測しようとすると、この計測は計測用の基板5を基板ステージ4に設置する必要があり時間がかかる。そのため、スループットが大幅に低下する。つまり、第一の液滴計測手段20による計測時間に比べて、第二の液滴計測手段(AS11)による計測時間は長くなる。本実施形態では、第一の液滴計測手段20の計測結果に基づいて、第二の液滴計測手段(AS11)による計測を行う構成を備える。これにより、スループットの低下を抑制しつつ、基板5の交換時ごとにノズル経時変化の影響を計測することができ、効率的に、欠陥の少ない半導体デバイスを生産することができる。なお、第一の液滴計測手段と第二の液滴計測手段とを切り替える際に用いる閾値については、予め定義されているものとし、詳細については後述する。
[動作フロー]
図2のフローチャートを用いて、本実施形態に係るインプリント装置における動作の詳細な説明を行う。上述したように、動作フローは、CPU12が、メモリ等の記憶手段(不図示)に記憶されたプロクラムや各種データを用いて制御される。
S1100にて、インプリント装置は、第一の液滴計測手段20による樹脂の吐出速度の計測を行う。この動作は新規の基板5が基板ステージ4上に設置されるごとに行う。
図3は、S1100における計測を行う際の、ディスペンサ9が第一の液滴計測手段20の近傍に位置する状態を示す。つまり、ディスペンサ9は、退避位置に移動している状態である。第一の液滴計測手段20は、ディスペンサ9の吐出面近傍に吐出面と略平行に光源21からレーザーLを発射し、フォトディテクタ22でレーザーLを検出する。図3において、点線は、光源21から照射されたレーザーLを示す。また、ディスペンサ9から吐出された樹脂を受けるための容器23が吐出面と対向するように配置されている。
レーザーL中を吐出された樹脂が通過した際にレーザーLが遮られることで影ができる。この光量変化をフォトディテクタ22で検出することにより、樹脂がレーザーL中を通過したことを検出し、液滴の吐出状態を検出する。樹脂がレーザーL中を通過しない場合は不吐と判断し、ディスペンサ9の回復動作を行う。このとき、吐出はしているが、トリガ信号を出力してから、所定の時間以内に、樹脂がレーザーL中を通過しなかった場合には、不吐として扱ってもよい。回復動作については、特に限定するものでは無いが、例えば、所定量の樹脂の予備吐出を行わせたり、吸引動作を行わせたりする。
ディスペンサ9がピエゾインクジェット方式の場合、ピエゾは経時変化があるため樹脂の吐出速度が時間とともに変化する。その結果、樹脂が基板5上に付与される位置がずれてしまう。
ここで、樹脂の吐出速度が遅くなった場合の樹脂の付与位置のずれを、図4を用いて説明する。図4に示すXYZ軸は、図1に示したものに対応しているものとする。樹脂を格子状に配置する場合、吐出が正常なときは図4(a)に示すように基板に対して樹脂が付与される。基板ステージが-X方向に移動している場合、n4ノズルにおける吐出速度が低下すると、着弾するタイミングが遅くなるため、基板上の樹脂が付与される位置(着弾位置)は+X側にずれる(図4(b))。この樹脂の付与位置のずれは樹脂厚さの均一性の悪化につながり、結果としてパターンの欠陥を引き起こす。そのため、このピエゾの経時変化による樹脂の吐出速度変化を精度良く検出し、樹脂の付与位置のずれを補正する必要がある。
本来、第一の液滴計測手段は、異常吐出の検知のために配置されている。しかし、樹脂を発射するためにディスペンサ9のピエゾに電圧を加えるためのトリガ信号から液滴がレーザーL中を通過するまでの時間T3を得ることができる。時間T3を求める手順に関しては後述する。なお、図4では、ディスペンサ9が備える複数のノズル(n1~nn)のうち、1つのみにずれが生じた例を示したが、ずれが2以上のノズルで同時に生じる場合もあり、また、このときの各ノズルにおけるずれ量は、一定とは限らない。
S1200にて、インプリント装置は、各ノズルにおいて、S1100で得られた時間T3が、ある閾値を超えたか否かの判定を行う。ここでは、上述したように、時間T3は、トリガ信号から液滴がレーザーL中を通過するまでの時間を示す。T3がある閾値を超えたノズルがある場合(S1200にてYES)、S1300へ進む。T3が閾値を超えたノズルがない場合(S1200にてNO)、樹脂を付与する位置の補正を行う必要が無いため、S1500へ進む。ここでは、複数のノズルのうち、1つでもT3が閾値を超えていた場合には、S1300の処理を行うものとする。
S1300にて、インプリント装置は、基板5上に付与された樹脂の詳細な位置を求めるため第二の液滴計測手段(AS11)による液滴計測を行う。ここでは、基板5上に付与された樹脂を撮像し、樹脂位置を計測する。第二の液滴計測手段による液滴計測方法の詳細に関しては、図7(a)を用いて後述する。
S1400にて、インプリント装置は、S1300で得られたノズルごとの樹脂の付与位置のずれ量ΔXに基づいて、吐出タイミングをずらすことにより、樹脂の付与位置の補正を行う。樹脂の付与位置の補正方法に関しては、図7(b)を用いて後述する。
S1500にて、インプリント装置は、転写前工程を行う。ここでは、洗浄装置等の前処理装置(不図示)から処理済みの基板5を搬出し、搬送手段(不図示)により、基板ステージ4上に基板5(半導体ウェハ)を搬送する。基板5を基板ステージ4上に担持した後、AS11により基板5(半導体ウェハ)上のアライメントマーク(不図示)を検出し、型6と半導体ウェハとの間の位置合せ処理を行う。位置合せ処理については、例えば、特開2008-100507号公報や特開2007-281072号公報に記される周知の方法を用いることにより、高精度に行う事ができる。
S1600にて、インプリント装置は、吐出タイミングの補正値を用いて、ディスペンサ9から樹脂の液滴を滴下し、所望の領域に樹脂を付与する。吐出タイミングの補正値については、図7を用いて後述する。
S1700にて、インプリント装置は、IM駆動手段8を制御し、インプリントモジュール7をZ軸に沿って下方向に移動させ、型6を基板5(半導体ウェハ)の樹脂が付与されたショット領域Sに押し当る(押印)。
S1800にて、インプリント装置は、型6を更に押し下げ、型6の表面に形成された凹凸のパターンの細部にまで樹脂が行き渡るように、充填処理を行う。
S1900にて、インプリント装置は、インプリントモジュール7に内蔵された紫外線照射手段(不図示)を用いて、型6を通して樹脂に紫外線を照射する。この紫外線の照射によって、型6に充填された樹脂が硬化する。その後、インプリント装置は、IM駆動手段8を制御し、インプリントモジュール7をZ軸に沿って上方向に移動させ、型6を半導体ウェハ(基板5)から引き離す(離型)。
S2000にて、インプリント装置は、先の転写処理が最終ショットであるか否か、つまり、基板5(半導体ウェハ)の全てのショット領域Sに転写処理が行われたか否かを判定する。全てのショット領域Sへのパターン転写が終了したと判定した場合には(S2000にてYES)、本処理フローを終了する。全てのショット領域Sへのパターン転写が終了していないと判定した場合には(S2000にてNO)、S1600へ戻り、処理を繰り返す。
図2のS1100の詳細について、図5を用いて説明を行う。
S1101にて、インプリント装置は、ディスペンサ9が備える複数のノズルに対し、1つずつ計測するために、1の未測定ノズルの選択を行う。
S1102にて、インプリント装置は、S1101で選択したノズルから樹脂を吐出するために、CPU12によりトリガ信号をDC10に送る。
S1103にて、インプリント装置は、トリガ信号を受け取ったDC10が選択されたノズルに対してピエゾを駆動させるための駆動電圧を与えて樹脂を吐出する。図6は、駆動電圧の一例を示す。駆動電圧は、一度電圧を下げて液をノズル内に引き込み、液面が戻るときに同時にピエゾの電圧を大きくして、液面が戻るときの勢いを利用して液を押し出して、樹脂を吐出する。
S1104にて、インプリント装置は、吐出した樹脂がレーザーL中を通過し、フォトディテクタ22が液滴を検知する。上述したように、樹脂がレーザーL中を通過する際にレーザーLが遮られるため、図6のPD出力に示すように液滴が通過する際にフォトディテクタ22の出力が低下する。これを検出することにより、フォトディテクタ22は液滴を検知することができる。
S1105にて、インプリント装置は、トリガ信号から液滴通過までの時間t3の算出を行う。図6に示すように、トリガ信号が入るタイミング601から、液滴がレーザーLを通過するまでのタイミング603までの時間t3を算出する。時間t3は、トリガ信号が入るタイミング601から起動信号が入力されるタイミング602までの時間t1と、タイミング602からタイミング603までの時間t2の和となる。
S1106にて、インプリント装置は、同じノズルに対して所定の回数(N回とする)の測定を行ったか否かを判定する。行った場合は(S1106にてYES)S1107へ進み、行っていない場合は(S1106にてNO)S1102へ進む。なお、所定の回数Nは、特に限定するものではなく、検知時間および処理の精度に応じて1または複数回の計測を行うものとして規定してよい。
S1107にて、インプリント装置は、N回測定したt3の結果の平均値T3を算出する。
S1108にて、インプリント装置は、ディスペンサ9が備える複数のノズルすべてに対して計測が完了したか否かを判定する。完了した場合は(S1108にてYES)本処理フローを終了する。完了していない場合は(S1108にてNO)S1101へ戻り、未計測のノズルに対して順次計測を行う。
以上で説明した方法により、トリガ信号から液滴がレーザーL中を通過するまでの時間T3を求めて、第一の液滴計測手段20での計測が完了する。
次に、図2のS1300の詳細について、図7(a)を用いて説明を行う。
S1301にて、インプリント装置は、AS11(第二の液滴計測手段)により基板5上に付与された樹脂を計測する。ここでは、計測用の基板5を搬入し、基板ステージ4上に設置を行っているものとする。
S1302にて、インプリント装置は、基板5上に樹脂の付与を行う。この樹脂の付与は、CPU12によってDC10を制御することによって行う。
S1303にて、インプリント装置は、CPU12によりステージ駆動手段3を制御し、校正のために樹脂の液滴が付与された領域が、AS11の真下に位置するよう、基板ステージ4を移動させる。そして、インプリント装置は、付与された樹脂が存在する領域をAS11により撮像する事により、樹脂位置を検出(計測)させる。
S1304にて、インプリント装置は、AS11による検出結果に基づき、樹脂の付与位置の基準位置からのずれ量ΔXを算出する。ΔXの算出方法を、図4を用いて説明する。ここではn4ノズルを例に示す。n4ノズルは経時変化で樹脂の吐出速度が遅くなり、基板5に到着する時間が遅くなるため、図4(b)のように、基板ステージ4の移動方向とは逆の-x方向に樹脂がずれる。基準位置を同時に吐出した樹脂一列のx方向の平均とすると、基準位置は、図4中の点線で表される。基準位置に対してn4ノズルはΔXだけずれて樹脂を付与している。同様にして他のノズルに対してもΔXを求めることができる。そして、本処理フローを終了する。
次に、図2のS1400の詳細について、図7(b)を用いて説明を行う。
S1401にて、インプリント装置は、CPU12により図7(a)のS1304で算出されたずれ量ΔXを補正値としてメモリ(不図示)に記憶する。更に、CPU12は、S1304で算出された樹脂の付与位置ずれ量でΔXを基板ステージ4の移動速度p[m/s]で割ることで樹脂の吐出タイミングの補正量Δtをノズル毎に算出する。例えば、Δxが5umであり基板ステージ4の移動速度が1m/sの場合、樹脂の吐出タイミングの補正量は5usとなる。
S1402にて、インプリント装置は、CPU12によりノズル毎に算出された吐出タイミングの補正量Δtをメモリ(不図示)に記憶する。更に、CPU12は、S1600で基板5上に樹脂を付与する際に、記憶した補正値を反映させた波形を用いる。そして、本処理フローを終了する。
上記の方法によりインプリントを行うことで、スループットの低下を抑制しつつ、基板5の処理前に必ずノズル経時変化の影響を計測することができる。その結果、効率的に、欠陥の少ない半導体デバイスを生産することができる。
<その他の実施形態>
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピューターにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
1…定盤、2…フレーム、3…ステージ駆動手段、4…基板ステージ、5…基板、7…インプリントモジュール、8…インプリントモジュール駆動手段、9…ディスペンサ、10…ディスペンサコントローラ、11…アライメントスコープ(第二の液滴計測手段)、12…CPU、13…ディスペンサステージ、20…第一の液滴計測手段、

Claims (12)

  1. 基板に向けて樹脂を吐出する吐出手段と、
    前記吐出手段に対して前記樹脂を吐出させるための信号を出力してから、吐出された前記樹脂が、前記吐出手段から前記樹脂の吐出方向に離れた所定の位置を通過するまでの時間を計測する第一の計測手段と、
    前記吐出手段により吐出され、前記基板上に着弾した前記樹脂の液滴の着弾位置を計測する第二の計測手段と、
    前記第一の計測手段および前記第二の計測手段による計測を制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記第一の計測手段により計測された時間が所定の閾値を超えた場合、前記第二の計測手段により計測を行うように制御することを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記吐出手段は、複数のノズルを備え、
    前記第一の計測手段は、前記複数のノズルそれぞれに対し計測を行うことを特徴とする請求項に記載のインプリント装置。
  3. 前記制御手段は、少なくとも1つのノズルに対する前記第一の計測手段により計測された時間が前記所定の閾値を超えた場合、前記第二の計測手段により計測を行うように制御することを特徴とする請求項に記載のインプリント装置。
  4. 前記第一の計測手段は、1のノズルに対し、複数回の測定を行い、
    前記制御手段は、前記複数回の計測の平均を当該1のノズルの計測結果として用いることを特徴とする請求項2または3に記載のインプリント装置。
  5. 前記制御手段は、ノズルに関し前記第一の計測手段により前記樹脂を検出できなかった場合、当該ノズルは不吐であると判定することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  6. 前記第二の計測手段による計測結果に基づいて、前記吐出手段による樹脂の吐出タイミングを補正するための補正量を算出する算出手段と、
    前記算出手段にて算出された補正量に基づいて、前記吐出手段による吐出タイミングを補正する補正手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  7. 前記制御手段は、前記第一の計測手段による計測を、基板の交換ごとに行わせることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  8. 前記第一の計測手段による計測時間は、第二の計測手段による計測時間よりも短いことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  9. 基板に向けて樹脂を吐出する吐出手段と、
    前記吐出手段に対して前記樹脂を吐出させるための信号を出力してから、吐出された前記樹脂が、前記吐出手段の下方における当該樹脂を検出するための位置を通過するまでの時間を計測する第一の計測手段と、
    前記吐出手段により吐出され、前記基板上に着弾した前記樹脂の液滴の着弾位置を計測する第二の計測手段と、
    前記第一の計測手段および前記第二の計測手段による計測を制御する制御手段と、を備え、型の表面のパターンを前記基板上の樹脂に転写するインプリント装置であって、
    前記制御手段は、前記第一の計測手段により前記吐出手段から吐出された前記樹脂の吐出状態に異常があると判定した場合に前記第二の計測手段による計測を行い、異常がないと判定した場合に前記第二の計測手段による計測を行わないことを特徴とするインプリント装置。
  10. 前記第二の計測手段は、前記基板に付着する前記樹脂の液滴の着弾位置の計測の精度が
    前記第一の計測手段より良いことを特徴とする請求項1ないし9の何れか1項に記載のインプリント装置
  11. 前記第一の計測手段は、レーザーを発射する光源と、レーザーを検出するフォトディテクタを含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のインプリント装置
  12. 前記第二の計測手段は、前記基板のアライメントマークを検出するアライメントスコープであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のインプリント装置
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