JP2012049370A - インプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度および効率でパターン転写を行うインプリント装置を提供する。
【解決手段】被転写基板に転写するパターンの形状を有するテンプレートを前記被転写基板上に形成されたレジストに接触させた状態で前記レジストを硬化することによりレジストパターンを形成するインプリント装置は、アレイ状をなすように所望の間隔で複数のテンプレートを保持するテンプレート保持手段と、前記テンプレートの位置を個々に制御する位置制御手段と、を持つ。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、インプリント装置に関する。

インプリントリソグラフィ技術は、石英等の基板の表面に凹凸を形成してテンプレート（インプリント・マスク）を作製し、処理基板上に塗布された固化していないレジスト材にテンプレートを接触させ、その状態で、例えば光（ＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光）を照射することにより、レジスト材を固化し、さらに、テンプレートをレジスト材から上方へ引き上げて離すことにより、テンプレートに形成されたパターンの凹凸を反転したレジストパターンを形成する方法である。このようなインプリントリソグラフィ技術を光インプリントと呼ぶ。本明細書では、これら一連の工程による一回のレジストパターン形成の動作をインプリント動作と呼ぶこととする。

１回のインプリント動作には、例えば次記するように多数の工程が含まれる。すなわち、レジスト剤の滴下、テンプレートの位置合わせ、下地パターンに対するテンプレートサイズや形状の補正、テンプレートのレジスト剤への接触とレジスト剤のテンプレート中への充填、レジスト剤の硬化、テンプレートの離型、次のインプリント位置への被転写基板の位置の移動などである。このため、従来から、１枚の被転写基板について複数回のインプリント動作を行なおうとすると、被転写基板にパターンを形成するための時間が長くなり、パターン形成のスループットが著しく低いという問題があった。

特開２００９−１４１３２８号公報

本発明は、高い精度および効率でパターン転写を行うインプリント装置を提供する。

実施の一形態によれば、被転写基板に転写するパターンの形状を有するテンプレートを前記被転写基板上に形成されたレジストに接触させた状態で前記レジストを硬化することによりレジストパターンを形成するインプリント装置は、アレイ状をなすように所望の間隔で複数のテンプレートを保持するテンプレート保持手段と、前記テンプレートの位置を個々に制御する位置制御手段と、を持つ。

第１の実施の形態によるインプリント装置の概略構成を示すブロック図。 図１のアレイ状テンプレートホルダの平面図。 アレイの構成単位であるテンプレートホルダの平面図。 図３のテンプレートホルダの断面図。 ウェーハショットマップとショットシーケンスの説明図。 第２の実施の形態によるインプリント装置のテンプレートホルダの断面図。 テンプレート離型時の高さ調整方法の説明図。

（１）第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態によるインプリント装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すインプリント装置は、テンプレートへのレジスト剤の充填後に、光を照射することにより該レジストを硬化させる光硬化型のインプリント装置である。

本実施形態のインプリント装置は、複数のテンプレートホルダＴＨａｉ（ｉは自然数）と、テンプレートステージ４０と、テンプレート保持・昇降機構１０と、アライメントステージ５０と、合わせズレ検査機構７０と、アライメントセンサ８０と、ウェーハＷが載置されるウェーハステージ１１０と、ＵＶ光源９０と、を備える。本実施形態において、ウェーハＷは例えば被転写基板に対応する。

複数のテンプレートホルダＴＨａｉは、テンプレートＴＰj（jは自然数）をそれぞれ保持する。テンプレートステージ４０は、真空チャック等によりテンプレートホルダＴＨａｉを固定する。テンプレート保持・昇降機構１０は、ベース６０を介してテンプレートステージ４０を支持し、ベース６０およびテンプレートステージ４０を介してテンプレートホルダＴＨａｉを昇降することにより、テンプレートＴＰのレジスト剤への接触や離型を行なう。

アライメントステージ５０、合わせズレ検査機構７０および、アライメントセンサ８０は、インプリント時に、ウェーハＷ上に形成されたマークパターン（図示せず）に基づいてテンプレートＴＰjの水平面内での位置を調整する。

ウェーハＷは、ウェーハチャック１００によりウェーハステージ１１０に固定される。ウェーハステージ１１０は、ステージ定盤１２０上を移動することにより、インプリント動作でパターンを形成する位置を調整する。

ＵＶ光源９０は、光（ＵＶ光）を照射することにより、ウェーハＷ上のレジストを硬化させる。

本実施形態の第１の特徴は、それぞれがテンプレートＴＰjを保持する複数のテンプレートホルダＴＨａｉをテンプレートステージ４０に固定してインプリント動作を行い、これによりパターン形成のスループットを向上させる点にある。

図２は、テンプレートステージ４０に固定された複数のテンプレートホルダＴＨａｉ（ｉは自然数）の一例を示す平明図である。図２に示す例では、４つのテンプレートホルダＴＨａ１〜ＴＨａ４（ｉ＝１〜４）がアレイ状に配置されている。これにより、４つのテンプレートＴＰ１〜ＴＰ４を組み合わせて４ショット分を一括でウェーハＷに転写することができる。テンプレートホルダＴＨａ１〜ＴＨａ４は、スペーサＳＰ１２，ＳＰ２３，ＳＰ３４，ＳＰ４１が相互間に挿入されてテンプレートステージ４０に固定される。これらのスペーサのサイズおよび形状は適宜選択可能であり、複数のテンプレートホルダＴＨａｉを自由に組み合わせることができる。スベーサの材料としては、金属、セラミックスなどを使用することができる。なお、図１には、図２のテンプレートホルダＴＨａ１〜ＴＨａ４の正面図が示されているので、テンプレートホルダＴＨａ４，ＴＨａ３のみが描画されている。

図２に示す４つのテンプレートホルダＴＨａ１〜ＴＨａ４のうち、テンプレートホルダＴＨａ１を取り挙げてその詳細構造を説明する。図３は、テンプレートホルダＴＨａ１の拡大平面図である。

テンプレートホルダＴＨａ１が保持するテンプレートＴＰ１は、図３中に波線ＤＬに示すように、パターン形成領域ＲＰを有し、このパターン形成領域ＲＰに、ウェーハＷに転写するパターンの形状が凹凸で形成される。パターン形成領域ＲＰのサイズは、１回のインプリント動作でパターンを転写することができる大きさとなっている。半導体リソグラフィにおいて通常使われている光露光方式のリソグラフィで使用されているマスク（＝原版）パターンを被転写基板に転写するための一度の露光を「ショット」と呼び、一度に露光できるサイズを「ショットサイズ」と呼んでいる。これと同様に、インプリントリソグラフィにおいても、パターン形成領域ＲＰのサイズは「ショットサイズ」と呼ばれる。このショットサイズは、作製するデバイス（半導体デバイスの場合は集積回路チップ）の大きさに依存して、デバイス毎に異なる。

ここで、光露光方式のリソグラフィにおいて、光露光マスクのサイズは、装置の規格で決められた大きさで統一されている。従って、テンプレートホルダのサイズもテンプレートに合わせて一定の大きさとなっている。このようなテンプレート、またはテンプレートホルダをアレイ状に複数個並べて、これらのパターンを一括で転写する方式では、ショットサイズに応じて被転写基板にレイアウトされるショットマップに対応させて、または（ショットイメージと呼ばれる）ショットサイズやショットの繰り返しピッチに対応させて、アレイ状のテンプレートホルダをその都度用意する必要がある。

本実施形態によれば、例えば図２に示すスペーサＳＰ１２，ＳＰ２３，ＳＰ３４，ＳＰ４１のサイズおよび形状を、様々なショットマップに対応させて適宜選択することにより、各テンプレートホルダＴＨａ１〜ＴＨａ４の間の間隔を調整することができる。

本実施形態の第２の特徴は、テンプレートホルダＴＨａｉに複数個のアライメント用素子が設けられ、これにより、テンプレートＴＰjの大きさや形状をショット毎に調整できる点にある。

図３の符号ＰＺａ１〜ＰＺａ１６に示すように、アライメント用素子は、金属やガラス等で作られた固い材料によるテンプレートホルダＴＨａｉの内縁部分に所定間隔で設けられたピエゾ素子（ＰＺＴ）等の圧電体で構成される。各アライメント用素子は、図示しない電気回路により、電圧が印加され、または電流が流されることにより、テンプレートＴＰjに加える圧力が制御される。これにより、パターンを転写するウェーハＷに作り込まれている下層パターンに対してテンプレートＴＰjのサイズや形状が、大面積のテンプレートを使用する場合や複数のテンプレートをテンプレートホルダに固定する場合と比較して高い精度で調整される。

なお、ウェーハＷとテンプレートＴＰjとの概略的な位置合せは、ウェーハＷに形成されたアライメントマークとテンプレートＴＰjとの重なり具合から、ウェーハＷとテンプレートＴＰjとを機械的に移動させることにより行なわれる。

これに対して、本実施形態のアライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６は、テンプレートＴＰjに圧力を印加することにより、ｐｐｍのオーダーでテンプレートＴＰjを変形させる。例えば全てのアライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６がテンプレートＴＰjに対して均等に圧力を印加するとテンプレートＴＰjを縮小させることができる。また、例えばアライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ４，ＰＺａ９〜ＰＺａ１２のみに均等に圧力を印加させると、テンプレートＴＰjの幅を狭くすることができる。さらに、例えばアライメント用素子ＰＺａ１とＰＺａ１２のみに圧力を印加させると、テンプレートＴＰjの形状を台形に変化させることもできる。その他、アライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６は微妙な位置合わせも併せて行なう。本実施形態において、アライメントステージ５０、合わせズレ検査機構７０、アライメントセンサ８０、およびアライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６は、例えばアライメント手段に対応する。

図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。転写するパターン面がウェーハＷに対向するようにテンプレートＴＰ１をテンプレートホルダＴＨａ１内に収納し、アライメント素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６にて横方向の固定がなされる。図４では、テンプレートＴＰ１は三段の凸形状になっている。これは、小さい中央の凸部ＰＴ１には被転写基板に転写するパターン形状の凹凸が形成されており、この部分がパターン転写領域ＲＰ（＝ショットサイズ）をなす。周縁部の段差ＳＰ２は、テンプレートホルダＴＨａ１にて垂直方向に固定するために形成されている。テンプレートホルダの背面（テンプレートＴＰ１のウェーハ対向面とは逆の面）には、テンプレートＴＰ１を垂直方向に固定する治具Ｊがさらに設置されている。

本実施形態のインプリント装置によるショットシーケンスとウェーハショットマップとの関係について図５を参照しながら説明する。

本実施形態では、ショットサイズとウェーハＷ上に転写するショットのピッチとに応じてテンプレートホルダＴＨａｉ間の距離を調整して複数のテンプレートＴＰjをアレイ状に配置している。このため、一度のインプリントにより、テンプレートＴＰjの数量に応じたショットのパターンをウェーハＷに一括転写する。図５の紙面左上に示すケースＡでは、ウェーハＷ上のショットマップに合わせて、１〜４の数字で示したショットをそれぞれ一括して順次に行なうことにより、１６ショットのパターンを４回のインプリント動作で転写することができる。なお、図５の紙面左下に示すケースＢは、６個（＝３×２）のテンプレートＴＰ５〜ＴＰ１０を組み合わせた例である。

テンプレートＴＰjは、ウェーハＷ上に同一のデバイスを作製する場合はすべて同じ形状のテンプレートを複数個用意することとなる。これには、マスターテンプレートを原版として複数のレプリカテンプレートを作製する方法により、同じテンプレートを精度よく用意することが可能である。

前述の通り、テンプレートサイズを大きくして転写面積を大きくすることにより、スループットの向上を企図する方法は既に提案されている。しかしながら、この方法では、転写するパターンの凹凸形状を、大面積のテンプレートの全体に亘って精度よく作製する必要がある。この一方、本実施形態のインプリント装置を用いたインプリントでは、同じテンプレートを自由に組み合わせることにより、ウェーハＷの全領域にわたって、高いパターンの転写精度を得ることができる。さらに、個々のテンプレートＴＰjはショット毎に独立してアライメントの調整をすることができるため、被転写基板に形成されている下地パターンに対する合わせ精度も、被転写基板全体に亘って得られることとなる。

このように、本実施形態によれば、インプリントリソグラフィのスループットを、組み合わせたテンプレートＴＰjの数に応じて短縮することができ、さらに、パターンの転写も精度よく行なうことができるので、デバイス製品の歩留まりの劣化を抑制できる。これらにより、インプリントによるデバイス生産において、高性能のデバイスの生産数を増大させ、コストを低減することが可能となる。

なお、上記説明では複数のテンプレートホルダ間の間隔をスベーサ材により調整可能である場合を取り挙げたが、テンプレート間の間隔を調整できないテンプレートホルダを使用することも可能である。この場合は、インプリントによるショットサイズ毎、および、ショットピッチ毎に、このようなテンプレートホルダを用意すればよい。

（２）第２の実施の形態
次に、第２の実施の形態によるインプリント装置について説明する。本実施形態の特徴は、前述した第１の実施の形態と同様に複数のテンプレートＴＰjを使用したインプリントにおいて、ショットマップに対応させてテンプレートＴＰjの高さを制御する高さ調整用の素子をさらに備える点にある。本実施形態のインプリント装置の他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と実質的に同一である。

図６は、本実施形態によるインプリント装置の要部を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態のインプリント装置は、第１の実施の形態におけるテンプレートホルダＴＨａｉに代えてテンプレートホルダＴＨｂｉ（ｉは自然数）を備える。図４との対比により明らかなように、テンプレートホルダＴＨｂｉは、テンプレートホルダＴＨａｉの構成に加えて高さ調整を行う素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２をさらに含む。高さ調整用素子３０ａ，３０ｂは、各テンプレートＴＰjの上面および下面に接するようにテンプレートホルダＴＨｂｉに配設される。図３のアライメント用素子ＰＺａ１〜ＰＺａ１６と同様に、高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）等の圧電体で構成され、それぞれ、図示しない電気回路により、電圧が印加され、または電流が流されることにより、テンプレートＴＰjに加える圧力が制御される。これにより、テンプレートＴＰjとウェーハＷとの距離が調整される。このように、高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２を用いることにより、ショットマップに対応するように、テンプレートＴＰj毎にその高さ方向の位置を制御することができる。本実施形態において、高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２は、例えば高さ調整手段に対応し、テンプレートステージ４０、ベース６０、およびテンプレート保持・昇降機構１０と共に、例えば位置制御手段に対応する。

このような高さ調整の必要性と利点について図５に示すショットマップを参照しながら説明する。

例えば図５中に一点鎖線で示したショット１とショット２に着目すると、ショット１のテンプレートＴＰ１はウェーハＷの外側に出てしまっているため、この部分でのインプリントは行なわない。この一方、ショット２のテンプレートＴＰ１は、通常通りにウェーハＷ内でショットを行なうこととする。本実施形態によれば、ショットマップにおいてショット不要の場所に位置するテンプレートＴＰjに対して、高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２によりその高さ方向の位置をパターン形成用の位置よりも高くなるように引き上げることができる。例えば図６においては、パターン形成用のテンプレートＴＰ２については、ウェーハＷに対向する転写面をパターン形成位置ｈ１に一致させる一方、ショット不要の場所にあるテンプレートＴＰ１については転写面をテンプレート待避位置ｈ２に一致するように引き上げる。

第１の実施の形態のように、テンプレートＴＰjの高さ方向の位置を個別に調整する機構が無い場合は、例えば図５でショット１の全体についてショットを行わないようにするなど、ウェーハＷの面積を充分に有効活用できない可能性があった。

本実施形態によれば、高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２により、各テンプレートＴＰjに対して、個々に高さを制御できるので、ウェーハ上のショット位置（ショットマップ）に対応して、ウェーハＷの外側に出てしまうショット、または、事前にレジストパターンが形成されている位置に当たるショットについて、対応するテンプレートＴＰjをショット時にテンプレート待避位置ｈ２に移動させてショットを行なわないように制御することができる。これにより、ウェーハＷ内にショット可能なエリアが増加してウェーハの面積を有効活用することができる。この結果、１枚のウェーハから取得できる半導体デバイスのチップ数が増加し、製造コストを低減させることができる。また、ウェーハの外や外周部分など、ウェーハ中央部から不連続な面へのインプリントを行なわないため、装置の他の構造における部材やウェーハエッジでのテンプレートＴＰjの破損を抑制することができ、テンプレートＴＰjの寿命を長くすることが可能になる。この結果、より少ないテンプレート数での半導体デバイスの製造が可能となるため、これも製造コストの低減に寄与できる。

上述した高さ調整用素子ＰＺｇ１，ＰＺｇ２を用いたテンプレート個別の高さ制御を、レジストからのテンプレート離型に利用することにより、インプリント動作のスループットおよび精度をさらに向上させることができる。

通常、テンプレートＴＰjをレジスト剤に接触させてレジストパターンを形成した後に、テンプレートＴＰjをレジストパターンから離型する際、テンプレートＴＰjとレジストパターンとの接触面積が大きくなるほど、離型に必要となる力が増加する。上述した第１の実施の形態においてアレイ状に構成された４個のテンプレートＴＰ１〜ＴＰ４を保持するテンプレートホルダＴＨａ１〜４の全体をＴＨａと総称すると、このテンプレートホルダＴＨａを離型時に持ち上げるためには、テンプレートホルダＴＨｉ単体の場合の４倍の力が必要となる。この力が大きすぎると、テンプレートホルダＴＨａを持ち上げる際にテンプレートホルダＴＨａがテンプレートステージ４０（図１参照）から脱落することがあり、場合によっては、逆に、レジストパターンを形成したウェーハＷがテンプレートＴＰjと接触したまま持ち上がってしまうことがある。その理由は、ウェーハＷ上で一度にパターンを形成する面積、さらに一度にテンプレートを離型することができるテンプレートの数を増やすことにより、テンプレートの離型に必用な力が、テンプレートステージ４０とテンプレートＴＰjの吸着力、ウェーハＷとウェーハステージ１１０との間の吸着力、および、ウェーハＷとレジストとの吸着力等よりも大きくなってしまうためである。

そこで、テンプレートＴＰjごとにそれぞれの高さを制御する高さ調整用素子ＰＺｇｋ（ｋは自然数）を含むようにそれぞれ構成されたテンプレートホルダＴＨｂｉ（その全体をＴＨｂと称する）を用意し、テンプレートホルダＴＨｂの全体を一括してレジストから離型する前に、各テンプレートＴＰjを順次に若干量だけ持ち上げることで、テンプレート表面がレジストと接触している面積を減らすことができる。図７に示す例で説明すると、テンプレートホルダＴＨｂ１を含むテンプレートホルダＴＨｂの全体をレジストＲＧから一括して離型する前に、テンプレートＴＰ１を若干量だけ持ち上げれば、テンプレートＴＰ１の表面の分だけレジストＲＧと接触している面積が低減し、テンプレートＴＰ２の円滑な離型が可能になる。本実施形態によれば、複数テンプレートの同時インプリントにおいて、従来の技術では困難であった個々のインプリント動作のタイミング制御が簡易な構成で実現される。なお、個々のテンプレートＴＰjを持ち上げる高さは、レジストの厚さ以下でもよい。

本実施形態では、テンプレートホルダＴＨｂ全体での離型動作の前に、個々のテンプレートＴＰjの高さ制御を行なうための時間がショット時間に加わる。このため、ショットに要する時間が若干長くなることが懸念される。しかしながら、複数テンプレートでのインプリント１ショット分の時間の増加は、複数個のテンプレートの一括インプリントによるショット時間の短縮効果を考慮すると、不利な点は非常に小さい。

例えば、１ショットのインプリント動作にかかる時間を１．２秒とすると、ウェーハＷ全体でのショット時間の合計は、例えば図５のショットマップを取り挙げると、従来の１テンプレートによるインプリントでは、ウェーハ全体で１８４ショットあるため、３．７分かかる。これに対して、図５のケースＡのように４ショット分を一括でインプリントすると、４４ショットでウェーハ全体にパターンを形成できる。したがって、ウェーハ全体のインプリントにかかる時間は０．８８分（５２．８秒）と、４．２分の１に削減される。

これに対して、本実施形態のように、離型動作前にテンプレートＴＰjの高さ制御を順次行なう場合、１個のテンプレートにつき、０．０５秒（５０ｍｓ）で高さを制御すると、４テンプレートの場合は１ショットのインプリント時間が１．４秒となる。実際には図５のショット１のようにインプリント動作を行なわないテンプレートもあるため、１枚のウェーハ全体のインプリントにかかる時間は１．０分（６１２秒）となる。これは、従来と比べるとり３．７倍の速さとなり、図５のケースＡと比べると１６％程度の時間増加に止まる。

このように、本実施形態によれば、テンプレートＴＰj個別の高さ制御をテンプレートホルダＴＨｂ全体の離型動作の前に行なうので、離型に必要となる力を減少させることができ、テンプレートＴＰjの脱落やウェーハＷの持ち上がりなどの事故を抑制することができる。これにより、テンプレートＴＰjやウェーハＷの利用効率が高まり、半導体デバイス生産における歩留まりの向上、生産数の向上、事故によるテンプレート破損によるテンプレートの再作製によるコスト増加等を抑制することができる。この結果、より多くの半導体デバイスを低コストで製造することが可能となる。

なお、上記実施形態では、光を照射してレジストを硬化させる光硬化型のインプリント装置を一例に取り挙げて説明したが、これに限ることなく、熱硬化型のインプリント装置にも勿論適用可能である。その場合は、ＵＶ光源９０に代えて加熱手段および圧力印加手段をインプリント装置に設ければよい。

（３）その他
以上説明した実施の形態によれば、高い精度および効率でパターン転写を行うインプリント装置が提供される。

１０：テンプレート保持・昇降機構
４０：テンプレートステージ
５０：アライメントステージ
６０：ベース
７０：合わせズレ検査機構
８０：アライメントセンサ
ＰＺａ１〜ＰＺａ１６：アライメント用圧電素子
ＰＺｇ１，ＰＺｇ２：高さ調整用圧電素子
ＴＨａｉ，ＴＨｂｉ：テンプレートホルダ
ＴＰj：テンプレート
Ｗ：ウェーハ

Claims (5)

1. 被転写基板に転写するパターンの形状を有するテンプレートを前記被転写基板上に形成されたレジストに接触させた状態で前記レジストを硬化することによりレジストパターンを形成するインプリント装置であって、
   アレイ状をなすように所望の間隔で複数のテンプレートを保持するテンプレート保持手段と、
   前記テンプレートの位置を個々に制御する位置制御手段と、
   を備えるインプリント装置。
2. 前記位置調整手段は、各テンプレートの高さを調整する高さ調整手段をさらに含む、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. 前記位置調整手段は、形成すべきレジストパターンの有無に応じて各テンプレートの前記レジスト材への接触・非接触が制御されるように前記高さ調整手段を制御することを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記位置調整手段は、硬化されたレジストから、各テンプレートが互いに異なる複数のタイミングで離隔するように前記高さ調整手段を制御す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. 前記被転写基板には下層パターンが予め形成されており、
   前記下層パターンに応じて各テンプレートのサイズおよび形状の少なくともいずれかを調整するアライメント手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインプリント装置。

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