(57)【要約】【課題】被転写体の歪みに合わせて転写パターンを補正することができ、被転写体との重ね合わせ精度を向上させることができるパターン転写装置、パターン転写方法およびプログラムを提供する。【解決手段】被転写体１２に対するモールド２０の姿勢を制御して、モールド２０のパターンを押圧した際に得られる転写パターンを変位させることが可能となっている。このモールド２０の姿勢としては、モールド２０を任意のオイラー角により回転させて達成することにより、全ての姿勢が得られる。このような姿勢をもってモールド２０を被転写体１２に対し押圧することにより、モールド２０のパターンを被転写体１２に投影させたのと実質的に等しい転写パターンが得られる。従って、被転写体１２の下地のチップのパターンの歪み、例えば非直交性やＸ，Ｙ方向の倍率差をもった歪みに追従した転写パターンが得られる。【選択図】図１
2004335808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドに形成されたパターンを被転写体に押圧して、転写するパターン転写装置であって、
被転写体に対するモールドの姿勢を制御して、前記モールドのパターンを押圧した際に得られる前記転写パターンを変位させる姿勢制御手段と、
前記被転写体に対し前記モールドを前記姿勢をもって押圧する押圧手段と
を有するパターン転写装置。
【請求項２】
前記モールドの寸法を調整して、前記モールドの倍率を補正する寸法調整手段をさらに有する
請求項１記載のパターン転写装置。
【請求項３】
前記姿勢制御手段は、前記モールドを任意のオイラー角により回転させて前記被転写体に対する前記モールドの姿勢を制御する
請求項１記載のパターン転写装置。
【請求項４】
前記姿勢制御手段は、前記被転写体を任意のオイラー角により回転させて前記被転写体に対する前記モールドの姿勢を制御する
請求項１記載のパターン転写装置。
【請求項５】
モールドに形成されたパターンを被転写体に押圧して、前記被転写体あるいは前記モールドを移動させて前記被転写体に押圧する工程を繰り返し行うパターン転写方法であって、
前記被転写体の歪みを検出する工程と、
検出された前記歪みに合わせた転写パターンとなるように、前記被転写体に対するモールドの姿勢を制御する工程と、
前記被転写体に対し前記姿勢をもって前記モールドを押圧する工程と
を有するパターン転写方法。
【請求項６】
前記被転写体の歪みを検出する工程の後、前記モールドを押圧する工程の前に、前記モールドの寸法を制御して前記モールドの倍率を補正する工程をさらに有する
請求項５記載のパターン転写方法。
【請求項７】
前記モールドの倍率を補正する工程において、前記モールドへの温度制御により前記モールドの倍率を補正する
請求項６記載のパターン転写方法。
【請求項８】
前記モールドの倍率を補正する工程において、前記モールドへの荷重により前記モールドの倍率を補正する
請求項６記載のパターン転写方法。
【請求項９】
前記被転写体の歪みを検出する工程において、転写毎に前記被転写体の転写単位領域のアライメントマークと前記モールドのアライメントマークを観測し、前記アライメントマークの位置に基づいて前記モールドに対する転写単位領域の歪みを検出する
請求項５記載のパターン転写方法。
【請求項１０】
被転写体に対するモールドの転写条件を決定するための処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
検出された前記被転写体のアライメントマークの位置に基づいて、前記被転写体の歪みを決定する手順と、
前記モールドを任意のオイラー角で回転させた場合に、モールドに形成されたパターンが前記歪みに合わせた転写パターンに変換されるために必要なオイラー角を算出する手順と、を実行させる
プログラム。
【請求項１１】
前記転写条件を算出する手順において、前記モールドの寸法を任意の倍率で変化させ、かつ任意のオイラー角で回転させた場合に、モールドに形成されたパターンが前記歪みに合わせた転写パターンに変換されるために必要な倍率およびオイラー角を算出する
請求項１０記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造におけるパターン形成に使用されるパターン転写装置、パターン転写方法およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デバイスの微細化とともに、現在量産で用いられているフォトリソグラフィの技術的な限界が予想されている。これを打破するための取り組みは３つに分類される。
【０００３】
第１に、用いる波長（現在の主流は、ＫｒＦレーザの２４８ｎｍ、あるはＡｒＦレーザの１９３ｎｍ）は変えずに、近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）  や位相シフトマスクなど、いわゆる超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）  を駆使して、現在のスキームを可能な限り延命させることである。
【０００４】
第２に、用いる光の波長を短くすることであり、フッ素レーザ（波長１５７ｎｍ）、さらには極紫外光（波長１３ｎｍ）を利用した技術が開発されている。
【０００５】
第３に、Ｘ線、電子線（ＥＢ）あるいはイオンビーム等の新しい放射源を用いることである。これには、近接Ｘ線リソグラフィ（ＰＸＬ：Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｘ−ｒａｙ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、電子線転写リソグラフィ（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）  、イオンビーム転写リソグラフィ（ＩＰＬ：Ｉｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、および近接電子線リソグラフィ（ＰＥＬ：Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）  がある。
【０００６】
しかし、これらのリソグラフィは技術的難易度が高く、かつ装置およびマスクのコストが極めて高くなると予想されている。唯一ＰＥＬのみが、その簡易な装置構成により、現在のフォトリソグラフィ装置よりも安価な装置を実現できる可能性がある。
【０００７】
高解像かつ安価なリソグラフィとして、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ：Ｎａｎｏ  Ｉｍｐｒｉｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）  が提案されている（非特許文献１参照）。この方法の原理は、マスクに光や荷電粒子を照射し透過した像を光学系によりウエハ上に結像させるという、従来のリソグラフィの原理とは全く異なる。簡単に述べるなら、デバイスパターンを表面の凹凸として有する”スタンプ    ”を作製し、これをレジスト塗布したウエハ上に圧印することでパターンを転写するのである。この方法は、装置がシンプルで極めて安価に製作できる上に、スタンプに相当するモールド（鋳型）を精密に加工すれば、１０ｎｍ以下の極めて微細なパターンをも転写できることがわかっている。
【０００８】
ＮＩＬでは、基板にレジストを塗布し、基板を加熱することでレジストの塑性を増加させ、モールドを押し付ける。その後、基板を冷却して、モールドを引き離すと、通常のリソグラフィで形成されたのと同様なレジストにパターンが転写される。その他にも、レジストおよびエッチングなしで直接パターンを加工してしまう方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照。）
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第５８３１２７２号明細書
【特許文献２】
米国特許第４３３４１５６号明細書
【非特許文献１】
Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７２，８５（１９９６）
【非特許文献２】
Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４１７，８３５（２００２）
【非特許文献３】
Ａ．  Ｍｅｓｓｉａｈ，  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，  ｐ．１０６８（１９６６，  Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ）
【非特許文献４】
Ｌ．Ｅ．Ｏｃｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１９，  ２６５９（２００１）
【非特許文献５】
Ｃ．Ｊ．Ｍａｒｔｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２０，２８９１（２００２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常のリソグラフィにおいては、前工程で生じたチップの歪みを何らかのアライメントシステムにより検出し、転写光学系によって補正することができる。例えば、ＰＥＬにおいては、電子光学系の副変更レンズを用いてＥＢの入射方向を変調させることにより、下地との重ね合わせ精度を向上させることができる（特許文献１，２参照）。
【００１１】
一方、ナノインプリントリソグラフィでは、剛性の高いモールドを機械的に圧着することで、パターンを転写するので、たとえ下地の歪みを正確に検出しても、それを補正することができない。これにより、ナノインプリントリソグラフィを他のリソグラフィと併用することが困難となり、ナノインプリントリソグラフィの実用化を阻んでいる。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被転写体の歪みに合わせて転写パターンを補正することができ、被転写体との重ね合わせ精度を向上させることができるパターン転写装置、パターン転写方法およびプログラムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のパターン転写装置は、モールドに形成されたパターンを被転写体に押圧して、転写するパターン転写装置であって、被転写体に対するモールドの姿勢を制御して、前記モールドのパターンを押圧した際に得られる前記転写パターンを変位させる姿勢制御手段と、前記被転写体に対し前記モールドを前記姿勢をもって押圧する押圧手段とを有する。
【００１４】
上記の本発明のパターン転写装置では、姿勢制御手段により、被転写体に対するモールドの姿勢を制御して、モールドのパターンを押圧した際に得られる転写パターンを変位させることが可能となっている。このモールドの姿勢としては、例えばモールドを任意のオイラー角により回転させて達成することにより、全ての姿勢が得られる。
このような姿勢をもってモールドを被転写体に対し押圧することにより、モールドのパターンを被転写体に投影させたのと実質的に等しい転写パターンが得られる。従って、モールドに形成されたパターン自体の寸法は固定でも、被転写体の下地のパターンの歪みに追従した転写パターンが得られる。
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明のパターン転写方法は、モールドに形成されたパターンを被転写体に押圧して、前記被転写体あるいは前記モールドを移動させて前記被転写体に押圧する工程を繰り返し行うパターン転写方法であって、前記被転写体の歪みを検出する工程と、検出された前記歪みに合わせた転写パターンとなるように、前記被転写体に対するモールドの姿勢を制御する工程と、前記被転写体に対し前記姿勢をもって前記モールドを押圧する工程とを有する。
【００１６】
上記の本発明のパターン転写方法では、検出された歪みに合わせた転写パターンとなるように、被転写体に対するモールドの姿勢を制御して、被転写体に対しモールドを押圧している。このモールドの姿勢としては、例えばモールドを任意のオイラー角により回転させて達成することにより、全ての姿勢が得られる。
このような姿勢をもってモールドを被転写体に対し押圧することにより、モールドのパターンを被転写体に投影させたのと実質的に等しい転写パターンが得られる。従って、モールドに形成されたパターン自体の寸法は固定でも、被転写体の下地のパターンの歪みに追従した転写パターンが得られる。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明のプログラムは、被転写体に対するモールドの転写条件を決定するための処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、検出された前記被転写体のアライメントマークの位置に基づいて、前記被転写体の歪みを決定する手順と、前記モールドを任意のオイラー角で回転させた場合に、モールドに形成されたパターンが前記歪みに合わせた転写パターンに変換されるのに必要なオイラー角を算出する手順と、を実行させる。
【００１８】
上記の本発明のプログラムでは、被転写体のアライメントマークの位置に基づいて、被転写体の歪みに合わせた転写パターンとなるように、必要なオイラー角が算出される。
上記で得られたオイラー角でモールドを回転させて得られる姿勢をもって、モールドを被転写体に対し押圧することにより、被転写体の下地のパターンの歪みに追従した転写パターンが得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
発明の背景
現在開発されているリソグラフィのシステムをそのままナノインプリントリソグラフィ（以下、ＮＩＬと称する）に転用できると有用である。本実施形態では、このうち、ＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ−ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のシステムを転用する例について説明する。ＬＥＥＰＬは、ギャップ３０μｍ以下の近接露光であり、そこで用いられるギャップ制御技術やマスクレベリング技術等はＮＩＬに応用できる。ＬＥＥＰＬ装置から電子光学系を取り去り、ウエハステージにインプリント用加圧機構を取り付ける等の小改造で、大きな技術的障壁なくスムーズにＰＥＬからナノインプリントに移行することができる。以下に記述するように、マスク構造を工夫すれば、現在ＬＥＥＰＬ装置で用いられている散乱光アライメント（ＳＬＡ：Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）  も利用できる。
【００２１】
また、後述するＳＯＩ基板を用いたモールドの製造には、ＬＥＥＰＬ用ステンシルマスク製造インフラがそのまま利用できる。例えば、ＰＥＬマスクもＮＩＬモールドも等倍マスクなので、マスク製造に必要なＥＢ描画技術などを有効に利用できる。
【００２２】
本実施形態では、上述したように今までの等倍近接露光の技術を応用して、高精度な重ね合わせ精度をもつＮＩＬの実現を図る例について説明するが、以下に示す装置構成および転写プロセスと同様の機能を果たすものであれば、特に限定されるものではない。
【００２３】
パターン転写装置
図１は、本実施形態に係るパターン転写装置の概略構成図である。図１に示すパターン転写装置は、いわゆるＮＩＬに使用されるものである。
図１に示すパターン転写装置は、大別して、基板ステージ１と、モールドステージ２と、アライメント光学系３と、加圧機構（押圧手段）４と、倍率調整手段（寸法調整手段）５とを有する。さらに、本実施形態では、基板ステージ１あるいはモールドステージ２のいずれかに、後述する姿勢制御手段が付加されている。
【００２４】
基板ステージ１は、例えばレジスト等の被転写膜１２を有する基板１０を保持し、その位置を制御すべく平面方向に駆動可能となっている。基板ステージ１は、加熱手段としてのヒータ１ａを備え、例えば基板１０を加熱して、熱可塑性樹脂のレジストからなる被転写膜１２を軟化させる。基板１０は、例えば半導体ウエハであり、基板１０には基板側アライメントマーク１１が形成されている。
【００２５】
モールドステージ２は、例えば、後述する姿勢制御手段を備えており、モールド２０を保持し基板１０に対する姿勢を制御する。モールド２０は、被転写膜１２に転写すべき凹凸構造のモールドパターンと、モールド側アライメントマーク２１を備え、例えば、板状の金属、ガラス、半導体層等が用いられる。モールド側アライメントマーク２１は、アライメント光学系３が存在する側のモールド２０の表面に形成される。
【００２６】
アライメント光学系３は、基板１０の歪み（より詳細には各チップの歪み）、および基板１０とモールド２０の位置を検出するために、および基板側アライメントマーク１１およびモールド側アライメントマーク２１からの散乱光を観測する。
【００２７】
加圧機構４は、基板１０に対しモールド２０を圧着させて、モールドのパターンを被転写膜１２に転写するための設けられる。加圧機構４は、例えば、加圧板４１と、加圧板４１を押圧する油圧式ポンプ４２と、油圧ポンプ４２による圧力印加を解除する圧力弁４３とを有する。油圧式ポンプ４２は、加圧面内に均一な圧力を印加する。圧力弁４３を開けることにより、基板１０とモールド２０との圧力印加は解除されて、基板１０とモールド２０は引き離される。本実施形態では、基板ステージ１を押圧するように加圧機構４が設けられている。
【００２８】
倍率調整手段５は、モールド２０の寸法を調整するために、モールド２０のパターンの全体を所定の倍率で拡大あるいは縮小させる。倍率調整手段５は、光源５１およびレンズ５２を有し、モールド２０の温度を制御して熱膨張または熱収縮させることにより倍率を調整する。なお、加熱光を発生する光源は、キセノンランプの他、ハロゲンランプ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２  レーザ等を使用することができる。レンズ５２は、光源で発生した加熱光を拡大し、モールド２１に均一に照射するため設けられており、例えばコリメータレンズを採用することができる。
【００２９】
あるいは、倍率調整手段５は、横方向からの荷重によりモールド２０のパターンの全体を所定の倍率で拡大あるいは縮小させるものとして、モールド２０の水平方向の両側に位置する荷重印加手段５３を有する。なお、倍率調整手段５として、加熱による寸法調整あるいは荷重による寸法調整のいずれか一つを採用すればよい。
【００３０】
上記のパターン転写装置において、本実施形態では、モールドステージ２０が任意のオイラー角で回転可能な自由度をもっている点に特徴を有する。図２は、モールドステージ２０の一例を示す構成図である。
【００３１】
図２に示すように、モールドステージ２０は、可動ステージ２ａと、固定ステージ２ｂと、可動ステージ２ａと固定ステージ２ｂとを連結する６本の脚部２ｃを有する。図２に示すモールドステージ２０は、図１とは上下を反転して図解しており、図２において可動ステージ２ａ上にモールド２０が保持される。
【００３２】
各脚部２ｃは、矢印で示す長手方向に伸縮可能に構成されており、かつ、固定ステージ２ｂに支持された支点を軸として、その方向を変化させることができるように構成されている。各脚部２ｃの方向が変化した場合においても、各脚部２ｃは他方の可動ステージ２ａに対し回動可能に連結された状態にある。このように構成されていることにより、可動ステージ２ａを支持する６本の脚部２ｃの長さと方向を変化させることにより、可動ステージ２ａの自由な回転を可能にしている。
【００３３】
歪み補正のアルゴリズム
次に、可動ステージ２ａのオイラー回転による，基板１０の歪みを補正するアルゴリズムについて説明する。ここでは、基板１０として複数のチップが生産されるウエハの場合を例に説明する。
【００３４】
ＮＩＬによりパターンを重ね合わせる基板１０の下地チップの線形歪みは、次の４つの量、Ｘ方向の倍率ｍＸ  、Ｙ方向の倍率ｍＹ  、回転角θ、直行度ψで表される。また、倍率の１からのずれをμＸ  ＝ｍＸ  −１、μＹ  ＝ｍＹ  −１として定義する。
【００３５】
モールドステージ上のＸＹＺ座標を考えると、図３に示すように、モールドの任意の回転は、オイラー角（α、β、γ）で表すことができる（例えば、非特許文献３参照）。ここで、α、β、γは、それぞれＹ、Ｚ、およびＸ軸まわりの回転角である。
【００３６】
上記したように、図２で示したようなステージにより、モールドを任意のオイラー角で回転させることが可能である。モールドをＸとＹ方向別々に変形させることは困難なので、モールド全体を倍率ｍで拡大あるいは縮小し、その後にオイラー回転を行う。回転角は、モールド上のパターンをウエハ上へ投影したものとウエハ上のチップとの重ね合わせ誤差が最小になるように決定する。
一般に、オイラー回転による座標の変換は、下記式（１）に示す行列で表される。
【００３７】
【数１】
2004335808.tif 000003
【００３８】
ここで、回転角は十分小さいので、角度に関する２次の項のみをとると、上記式（１）の行列は、下記式（２）のように簡単になる。
【００３９】
【数２】
2004335808.tif 000004
【００４０】
モールド面のウエハ面への投影は、下記式（３）のようになる。
【００４１】
【数３】
2004335808.tif 000005
【００４２】
一方、チップ歪みは下記式（４）に示す行列で表される（例えば、非特許文献４参照）。
【００４３】
【数４】
2004335808.tif 000006
【００４４】
上記式（３）と（４）とを比較すると、下記式（５）および（６）に示す関係が成立する。
【００４５】
【数５】
2004335808.tif 000007
【００４６】
【数６】
2004335808.tif 000008
【００４７】
上記式（５）によりβは決まるが、αとγは一意的には決まらない。そこで、モールド全体の倍率も考慮すると、下記式（７）および（８）に示す関係が成立する。
【００４８】
【数７】
2004335808.tif 000009
【００４９】
【数８】
2004335808.tif 000010
【００５０】
以上の式（５）〜式（８）に示すように、４変数に対して４つの式が連立しているので、これを解くことにより、倍率とオイラー角を一意的に決定することができる。
【００５１】
歪み補正方法
図４は、本実施形態に係るプログラムが読み込まれることにより、倍率とオイラー角を制御する歪み補正方法を実現するパターン転写装置の要部ブロック図である。
【００５２】
すなわち、パターン転写装置は、アライメントマークを検出するアライメント部３０およびモールドステージの動作を制御する制御部３１に接続された処理部３２と、本実施形態に係るプログラムが格納された記憶部３３とを有する。
【００５３】
アライメント部３０は、図１のアライメント光学系３に相当し、基板側アライメントマーク１１やモールド側アライメントマーク２１を検出する。
【００５４】
制御部３１は、処理部３２からオイラー回転率についての信号を入力し、この信号に基づいて、可動ステージをオイラー回転させるべくモールドステージの脚部２ｃを制御する。また、処理部３２からモールドの倍率についての信号を入力し、この倍率となるように倍率調整手段５によるモールド２０への加熱あるいは荷重を制御する。
【００５５】
処理部３２および記憶部３３は、主としてパーソナルコンピュータやワークステーション等の計算機から構成される。記憶部３３としては、ハードディスクやフレキシブルディスク等の磁気記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出し専用メモリ、光磁気ディスクなど、各種の記録媒体が適用される。
【００５６】
上記式（５）〜（８）の演算ステップが手順として記述されたプログラムが記憶部３３に格納されており、実行する際には処理部３２の不図示のメインメモリに読み込まれて不図示のＣＰＵで実行される。
【００５７】
図５に、処理部による処理のフローチャートを示す。
処理部３２は、アライメント部３０からのアライメントデータに基づいて、演算によりチップ歪みを算出し（ステップＳＴ１）、このチップ歪および上記の関係式（５）〜（８）に基づいてリアルタイムに転写単位領域であるチップ毎に必要なモールドステージを回転させるためのオイラー角とモールドの倍率を決定し、制御部３１に出力する（ステップＳＴ２）。
以上のようにして決定されたオイラー角およびモールドの倍率に基づいて、制御部３１によりモールドステージの姿勢と、モールドの寸法が調整される。
【００５８】
例えば、図６（ａ）に示すように、転写単位領域としてのチップが存在する場合に、理想的な格子ＥからＸ方向およびＹ方向に均一な倍率で広がっているようなチップＣｈ１の歪みに対しては、当該歪みに合わせるようにしてモールドの倍率を調整することにより、重ね合わせ精度が向上する。
【００５９】
但し、モールドの倍率の調整は、直交性を満たしかつ等方性の倍率をもった歪みにしか対応できないため、図６（ｂ）に示すように非直交性となったチップＣｈ２の歪みや、図６（ｃ）に示すようにＸ，Ｙ方向で倍率差がある場合のチップＣｈ３の歪みに対応することはできない。
【００６０】
従って、図６（ｂ）に示す非直交性のチップＣｈ２の歪みに対しては、下地のチップの歪みに合わせた転写パターンとなるように、モールドステージによりモールドの姿勢が制御される。すなわち、モールドパターンは、理想的な格子Ｅに対応したものであるが、モールドの姿勢を変えて転写することにより、転写されたパターンは非直交性となる。
【００６１】
また、図６（ｃ）に示すＸ，Ｙ方向の倍率差があるチップＣｈ３の歪みに対しても、モールドステージによりモールドの姿勢を制御することにより補正する。すなわち、モールドの姿勢を変えて転写することにより、転写されたパターンは、Ｘ方向とＹ方向とで独立の倍率となる。
【００６２】
さらに、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す歪みを組み合わせたようなチップ歪みに対しても、上記したようにモールドの倍率および姿勢の双方を制御することにより、転写パターンを下地パターンに追従させることができ、その結果良好な重ね合わせ精度を実現することができる。
【００６３】
アライメント方法
上記のパターン転写装置によるアライメントマークの検出方法について説明する。本例では、上記した被転写体である基板１０の基板側アライメントマーク１１とモールド側アライメントマーク２１の相対位置を、モールド２０を通して同時に検出するＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式として、散乱光アライメント（ＳＬＡ：Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）  を用いる方法を述べる。なお、下地チップの歪みが正確に測定可能なアライメント方式であれば、これ以外の方法を用いることもできる。
【００６４】
図７は、ＳＬＡアライメント方式を説明するための図である。なお、図７では、モールド２０は凹凸パターンは省略しており、アライメントマークに着目した部分のみ示している。また、基板１０側も被転写膜１２は省略して示している。
【００６５】
図７に示すように、モールド２０には、モールド側アライメントマーク２１とアライメントマークを検出するためのマーク検出用窓２２が形成されている。モールド側アライメントマーク２１は、モールド２０の表面に形成された溝であっても貫通孔であってもよい。
【００６６】
平行な光束のアライメント光Ｌ１，Ｌ２は、モールド面（図７でＸ−Ｙ平面に平行な面）に対して斜方から照射される。すなわち、アライメント光Ｌ１，Ｌ２の光軸は、図７のＹ−Ｚ平面に平行である。
【００６７】
マーク検出用窓２２を通って基板側アライメントマーク１１で反射、散乱され再度マーク検出用窓２２を通ってきたアライメント光Ｌ１を検出する。また、モールド側アライメントマーク２１で反射、散乱されたアライメント光Ｌ２を検出する。
【００６８】
例えば、図７（ｂ）に示すように、複数の基板側アライメントマーク１１およびモールド側アライメントマーク２１が形成されており、検出された基板側アライメントマーク１１およびモールド側アライメントマーク２１の相対位置とアライメント光Ｌ１，Ｌ２の傾き角θとの相対関係から、モールド２０に対するチップ歪みの検出のためのアライメントデータが作製される。
【００６９】
上記のＳＬＡアライメント方式は、もともとＰＸＬ（Ｐｄｏｘｉｍｉｔｙ  Ｘ−ｒａｙ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のために開発された方法である。ＰＸＬの場合、Ｘ線の入射方向をふさがないために、アライメント光学系は、斜めに配置されている。一方、ＮＩＬと称されるパターン転写装置では、このような制約がないので、アライメント光学系を垂直に配置してもよい。これにより、マーク検出用窓２２の面積を小さくすることができる。
【００７０】
以上のように、アライメント方法としては、電子線やＸ線あるいはイオンビームを用いたリソグラフィに使用されているアライメント光学系を同様に採用することができ、アライメントシステムに制限はない。
【００７１】
転写プロセス
次に、上記のパターン転写装置による転写プロセスの一例について、図８に示すフローチャートおよび図９に示す工程断面図を参照して説明する。
【００７２】
まず、例えば被転写膜１２としてレジストを塗布した基板１０を基板ステージ１により保持し（ステップＳＴ１１）、凹凸構造のモールドパターンを有するモールド２０をモールドステージ２により保持する（ステップＳＴ１２）。これにより、図９（ａ）に示すように、基板１０とモールド２０とを近接させる。
【００７３】
次に、基板ステージ１のヒータ１ａにより基板１０を加熱することにより、レジストの塑性を増加させる（ステップＳＴ１３）。また、アライメント光学系３により基板側アライメントマーク１１およびモールド側アライメントマーク２１を検出して、チップとモールド２０の相対位置や、基板１０の各チップの倍率や非直交性やＸ，Ｙ方向の倍率差といった歪みを検出する（ステップＳＴ１４）。
【００７４】
次に、アライメントマーク検出工程で検出されたモールド２０とチップとの相対位置に基づいて、例えば基板ステージ１の制御により、モールド１２とチップとの相対位置を最適に合わせる（ステップＳＴ１５）。
【００７５】
次に、アライメントマーク検出工程で検出された転写単位領域であるチップの歪みに応じてモールドステージ２によりモールド２０の姿勢を制御し、倍率調整手段５によりモールド２０の倍率を制御する（ステップＳＴ１６）。
【００７６】
次に、図９（ｂ）に示すように、基板１０とモールド２０とを圧着させる（ステップＳＴ１７）。基板１０とモールド２０との圧着は、油圧式ポンプ４２によって基板ステージ１の下方より押圧される。この圧着によって、軟化している熱可塑性のレジストからなる被転写膜１２は変形し、モールドパターンが転写される。
【００７７】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板１０を冷却した後、モールド２０を引き離すと、レジストからなる被転写膜１２に凹凸構造のパターンが形成される（ステップＳＴ１８）。本実施形態では、ヒーター１ａによる加熱を止めて基板１０を冷却し、油圧ポンプ４２の圧力弁４３を開けて圧力を解除し、モールド２０を引き離す。なお、モールド圧着時に、モールドの背後から紫外光を照射させてレジストを硬化させることもできる。この場合、モールドは石英等の光を透過させる材料で製造する必要がある。
【００７８】
その後、図９（ｄ）に示すように、エッチングにより凹部に残留しているレジストからなる被転写膜１２が除去され、通常のリソグラフィで形成されたものと同様なレジストパターンが形成される。
【００７９】
以上のステップＳＴ１３〜ＳＴ１８の処理を繰り返し各チップに行うことにより、例えばウエハからなる基板１０の全面への転写プロセスが終了する。基板２の図示しない被加工膜は、上記のレジストをエッチングマスクとしてエッチングすることにより、加工される。
【００８０】
上記の転写プロセスにおいて、モールドをレジストに印加するための距離が大きくなると、モールド２０の変形やレジストのパターンの歪みが大きくなることから、薄膜レジストによるプロセスを用いることが好ましい。例えば、被転写膜２１として、ＡｒＦリソグラフィの多層レジストプロセスの中間層として用いられるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）を７０ｎｍ塗布した上に、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ−Ｍｅｔｈｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）  を７０ｎｍ塗布する。この場合には、ステップＳＴ１３のレジスト軟化工程では、基板を１７５℃まで加熱し、ステップＳＴ１７の圧着工程では、４．４ＭＰａの圧力でモールドをレジストに押し付けることで、パターンが転写される。
【００８１】
また、ステップＳＴ１７におけるモールドの圧着の圧力は、モールドの変形が許容範囲内になるように決定する必要がある。この最適値は、インプリント・プロセスの有限要素法（ＦＥＭ）シミュレーションにより決定することができる（例えば、非特許文献５参照）。モールドの圧着時間は、形成されたレジストパターン断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察等によってすることができる。
【００８２】
なお、上記では代表的な方法のみを説明したが、ＮＩＬと称される転写プロセスには様々なバリエーションがあり、いずれのバリエーションに対しても本実施形態に係るパターン転写装置およびパターン転写方法は適用可能である。
【００８３】
例えば、レジストなしで直接モールドをシリコン基板に接触させ、モールド背後からレーザーを照射させることで、接触部のシリコンを溶融させ、ステップＳＴ１９に示すエッチング工程なしで直接パターン加工してしまう方法が提案されており、これに適用することもできる。従って、本実施形態は、図８および図９に示すフローに限定されない（例えば、非特許文献２参照。）。
【００８４】
モールド製造方法
次に、モールド製造方法について説明する。例えば現在マスク製造のためにも使用されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）  基板を材料とする例について説明する。シリコン基板は、紫外（ＵＶ）光を透過しないので、上記したＵＶ照射によりレジストを硬化させる方法には用いることはできない。しかし、シリコンをエッチングして微細なパターンを形成する技術は、デバイス製造、あるいはＥＰＬ，ＰＥＬ用ステンシルマスク製造において非常に研究・開発されているので、微細なパターンを有するモールドを製造するためには、石英基板よりもシリコン基板の方が有利であると考えられるからである。但し、本発明では特にモールドを作製するための基板に限定はない。
【００８５】
例えば、図１０（ａ）に示すように、貼り合わせ法により製造された直径２００ｍｍのＳＯＩ基板を用いる場合、ＳＯＩ層２０３の厚さが６００ｎｍ、埋め込み酸化物層２０２の厚さが１０００ｎｍ、シリコン基板２０１の厚さが７２５μｍのＳＯＩ基板を用いることができる。
【００８６】
まず、図１０（ｂ）に示すように、モールド側アライメントマーク２１を加工する。これは、ＳＯＩ基板の裏面、すなわち、シリコン基板２０１にレジストを塗布し、リソグラフィにより、図７（ｂ）で示すようなドット状のパターンを描画し、レジストをマスクとしてシリコン基板２０１をエッチングすることにより得られる。各ドットのサイズは、０．３μｍ×１．５μｍで、それが縦１００μｍの範囲に６列並んでいる。
【００８７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、ＳＬＡを用いるためのマーク検出用窓２２を形成する。但し、透明な石英基板を用いる場合は、この窓は不要である。ＳＯＩ基板の裏面に厚さ１０μｍのレジストを塗布し、窓に相当する領域の２か所を、例えば１２０μｍ×５０μｍの寸法で、コンタクトアライナー等で露光および現像する。これを、ＩＣＰエッチャーで埋め込み酸化物層２０２まで貫通させる。シリコンとその酸化物とのエッチング選択比は１０００以上あるので、エッチングは埋め込み酸化物層２０２で止まる。
【００８８】
次に、図１１（ｄ）に示すように、例えばＳＯＩ基板をＨＦ溶液に浸漬させることにより、マーク検出用窓２２の領域に露出した埋め込み酸化物層２０２を除去する。これにより、マーク検出用窓２２の部分は、例えば厚さが６００ｎｍのＳＯＩ層のみが残る。
【００８９】
ＳＯＩ層の表面にレジストを塗布し、ＥＢ描画機により被転写膜に形成すべきデバイスパターンを描画し、かつ、マーク検出用窓に相当する薄膜となった領域も描画する。レジストは、例えば、化学増幅型のポジレジストを２００ｎｍの厚さで塗布する。現像後、レジストをマスクとしてエッチングすると、デバイスパターンが加工されると同時に、マーク検出用窓に相当する部分のＳＯＩ層２０３も除去されて、マーク検出用窓が開口する。薄膜となったＳＯＩ層の部分が貫通すると、イオンやラジカルが侵入するので、治具でエッチャーのステージを保護しておくことが好ましい。
以上のようにして、図１１（ｅ）に示すＳＯＩ基板より作製されたモールドが完成する。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態では、モールド２０を任意のオイラー角により回転させて基板１０に対するモールド２０の姿勢を制御することにより、基板１０に配置された各チップの非直交性の歪みや、Ｘ，Ｙ方向で倍率差があるような歪みに追従した転写パターンを形成することができ、下地のパターンとの重ね合わせ精度を向上させることができる。
【００９１】
また、モールド２０に対し加熱あるいは横方向からの均一な荷重をかけることにより、モールド２０の寸法を調整することにより、転写パターンの倍率を調整することもでき、下地のパターンとの重ね合わせ精度を向上させることができる。
【００９２】
このように重ね合わせ精度が向上することにより、他のリソグラフィとの併用が可能となり、パターン転写装置の実用化が促進される。パターン転写装置の実現により、デバイスの製造コストの低減を図ることができる。また、上記したパターン転写装置は、ＰＥＬの装置技術を応用して達成することができる。
【００９３】
さらに、ＰＥＬのステンシルマスク製造技術を用いてモールドを製造することにより、マスクとモールドの価格を下げることができる。
【００９４】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、本実施形態では、本発明の姿勢制御手段がモールドステージに備えられている例について説明したが、基板ステージに備えられていてもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、ＳＬＡを用いたダイバイダイアライメント方式によりチップ歪みをインラインで補正して転写する例について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９６】
例えば、同じロットの基板（ウエハ）から一枚抜き出して、ウエハの各チップにモールドのアライメントマークを転写して、転写マークと各チップのアライメントマークとを検出することで、予め基板のチップ毎の歪みを決定しておいてもよい。この場合には、同一ロットの基板のチップ歪みの分布は全て等しいと推測して、他の基板の転写処理に際しチップ毎にモールドの姿勢を制御してパターン転写を行う。
【００９７】
あるいは、グローバルアライメント方式を採用することもできる。この場合には、基板（ウエハ）のアライメントマークをオフライン観測し、各チップの歪みを予め検出しておく。そして、同一ロットの基板のチップ歪みの分布は全て等しいと推測して、他の基板の転写処理に際しチップ毎にモールドの姿勢を制御してパターン転写を行う。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、被転写体の歪みに合わせて転写パターンを補正することができ、被転写体との重ね合わせ精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るパターン転写装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】モールドステージの一例を示す構成図である。
【図３】モールドステージによる歪み補正のアルゴリズムを説明するための図である。
【図４】本実施形態に係るパターン転写装置のうち、倍率とオイラー角を制御する要部構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係るパターン転写方法による、歪み補正のためのフローチャートである。
【図６】本実施形態に係るパターン転写装置による歪み補正を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係るパターン転写装置によるアライメント方法を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係るパターン転写方法のフローチャートである。
【図９】本実施形態に係るパターン転写方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】本実施形態に係るパターン転写方法に使用されるモールドの製造における工程断面図である。
【図１１】本実施形態に係るパターン転写方法に使用されるモールドの製造における工程断面図である。
【符号の説明】
１…基板ステージ、１ａ…ヒータ、２…モールドステージ、２ａ…可動ステージ、２ｂ…固定ステージ、２ｃ…脚部、３…アライメント光学系、４…加圧機構、５…倍率調整手段、１０…基板、１１…基板側アライメントマーク、１２…被転写膜、２０…モールド、２１…モールド側アライメントマーク、２２…マーク検出用窓、３０…アライメント部、３１…制御部、３２…処理部、３３…記憶部、４１…加圧板、４２…油圧ポンプ、４３…圧力弁、５１…光源、５２…レンズ、５３…荷重印加手段、Ｌ１，Ｌ２…アライメント光、２０１…シリコン基板、２０２…埋め込み酸化物層、２０３…ＳＯＩ層。
【図１】
2004335808.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月22日(2003.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004335808.tif 000027
【図７】
2004335808.tif 000028
【図８】
2004335808.tif 000029
【図９】
2004335808.tif 000030
【図１０】
2004335808.tif 000031
【図１１】
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