(57)【要約】【課題】  ウエハの周辺部分のショットにおいても均一な押し付け圧力を与え、高精度な転写パターンができるナノインプリント装置を提案する。【解決手段】  モールドとウエハの対向していない部分（ウエハ外周部）に同一高さの面一板を設けることでモールドパターン面の全面を加圧する、もしくはモールドへの加圧重心が実際にモールドとウエハが対向している領域の内部に位置するよう加圧制御することで均一な押し付けを達成する。後者の具体的な手段として、複数の加圧点を設け加圧力を独立に制御する、もしくは加圧重心の移動手段を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細凹凸パターンをその表面に有した原盤を保持する原盤保持機構と、原盤のパターンを転写する被加工基板を保持および移動する被加工基板ステージと、該原盤と該被加工基板を対向させ両者を相対的に押し付ける加圧機構を有し、加圧機構を作動させ該被加工基板表面にパターン転写をなう微細パターン形成装置において、該原盤と該被加工基板とが対向している領域のほぼ中心に加圧の重心がくるように押し付け制御する押し付け制御手段を有することを特徴とする微細パターン形成装置。
【請求項２】
該被加工基板ステージは、保持した際の被加工基板の表面とほぼ同一の高さでかつ、保持した被加工基板とほぼ同心円状に配置された輪形状の構造体を有することを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成装置。
【請求項３】
該輪形状の構造体の幅は、該原盤のパターンが存在する領域の対角線の幅以下であることを特徴とする請求項2記載の微細パターン形成装置。
【請求項４】
該輪形状の構造体はバネおよび緩衝器を介して被加工基板ステージに配置されていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の微細パターン形成装置。
【請求項５】
該加圧機構は該原盤のパターンが存在する領域をほぼ含む少なくとも3点以上の多角形の各頂点に加圧点を有することを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成装置。
【請求項６】
転写する際に対向している領域の内部に加圧重心が来るようにそれぞれの加圧点にかける圧力を制御する加圧点制御機構を有することを特徴とする請求項5記載の微細パターン形成装置。
【請求項７】
該加圧機構は対向面内方向を移動可能な加圧機構移動手段を有することを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成装置。
【請求項８】
転写する際に対向している領域の内部に該加圧機構の加圧重心が位置するように該加圧機構移動手段を駆動することを特徴とする請求項7記載の微細パターン形成装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の微細パターン形成装置を用いて製造したことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原盤上のパターンを被加工基板へ押し付けることにより転写する微細パターン形成装置、およびそれを用いた半導体デバイス製造方法に関し、特にウエハ基板周辺への転写パターンサイズ制御の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高密度高速化に伴い、集積回路のパターン線幅が縮小され、半導体製造方法にも一層の高性能化が要求されてきている。中でも特に高精度を必要とするパターン形成は、紫外線やX線、あるいは電子やイオンなど荷電粒子ビームの照射によるレジストの感光で化学反応を起こして半導体基板へパターン形成する方法に代わる技術として、超微細な凹凸パターンを有する硬質なモールドの押し付けでレジストあるいは基板自身に圧痕を残すことでパターン形成をするナノインプリントリソグラフィが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ナノインプリントは、露光光の波長による解像度の限界や、直描で問題となるスループット不足を共に克服する技術として期待できる。図９を用いてこの従来技術を説明する。
【０００３】
図9-aにおいて、モールド10は原盤となるモールドパターン11をモールド台12上に有している。また、基板側はウエハ20上にパターニングを形成するレジスト21を塗布する。
【０００４】
次に、ナノインプリントの工程を説明する。図9-aのようにモールド10とウエハ20を対向させ、図9-bに示すようにモールド10を矢印90で示す方向に移動（加圧）し、レジスト21に押し付けることによって、モールド10に描かれたパターンをレジスト21上に転写する。そしてモールド10をレジスト21から離型すると、図9-cのようにレジスト21にモールドパターン11の凹凸にしたがって反転した凹凸が形成される。その後リアクティブイオンエッチング(RIE)によって、残膜部22のレジストを除去し図9-dのようなパターニングができる。
【０００５】
以上がパターン形成の共通する基本工程であり、その後、9-dのレジスト膜をマスクにして下地のエッチングや、リフトオフなどの各々のプロセス工程を行なう（不図示）。
【特許文献１】米国特許5,772,905号公報
【特許文献２】特開2003-077867号公報
【特許文献３】特表2003-516644号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノインプリントを含む、パターン生成において一度の処理領域内（以降、ショットと呼ぶ）でのパターンサイズ均一性は重要な要求項目である。一般にナノインプリントでは、モールド10全面への加圧均一性が転写像のパターンサイズ均一性に影響を与えることが知られている。図10はパターンサイズ均一性が悪化してしまう例を示している。図10−2でモールド１0に加わる圧力が左右で異なって（90-L、90-R）しまうと、押し付け方向が９０'となり、結果的にウエハ面に対してモールドを傾いて押し付けてしまう。よって図10−3のようにショット内でレジスト残膜部22の厚みに差が生じ、その後のRIEによって、残膜部22のレジストを除去すると図10-dのように寸法の不揃いなパターンとなる。均一に押し付ける対策は従来から提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。図11は特許文献２の例であり、傾斜調整機構1101を具備した支柱1102の上面にモールド10およびウエハの所望ショット位置が来るように移動し、図11-bで示すようにモールド10とウエハが相対的に傾いている場合でも両者が平行となりレジストに対して均一な押し付け圧力を与えることができる。図12は特許文献３の例であり、モールド10が空洞1202の一面が可撓性のある膜1201で構成されこの膜上にモールド10を設置し空洞1202内の流体圧力を調整することでモールド全面に均一的な力を与えることができる。例えば、図12-cに示すようにくさび成分のあるウエハにも均一な押し付け力をかけることが可能である。
【０００７】
しかし、モールド10の転写エリアに比べウエハ面積は広く、一度のモールド押し付けで転写できる範囲（つまりショット）はウエハの一部であり、ウエハ全面にパターンを転写するには転写（モールド押し付け）と転写位置ずらし、いわゆるステップアンドリピートを行なう必要がある。図8にショットレイアウトの一例を示している。ここで注目すべき点は、作成するデバイスの製造コスト低減やプロセス処理ムラの排除のために、完全に領域全面が転写できない欠けが生じる周辺部ショットも転写していることである。（1ショット内に複数のデバイス（チップ）がマトリックス状に配置されていることを想定）。つまりモールド10は転写領域全面が完全にウエハと対向していない状態でも押し付けを意味する。周辺部ショットの押し付け状態を図13に示す。たとえモールド全面に均一な力が加わるように制御していても、対面していない1301の部分にも圧力90-Rがかかるため、押し付け方向は９０"となり、ウエハ面に対してモールドを傾いた状態で押し付けてしまう。よって図13-cに示すごとく、不均一で押し付けた時と同様、ショット内でレジスト残膜部22の厚みに差が生じ、その後のRIEによって、残膜部22のレジストを除去すると図13-dのような寸法の不揃いなパターンとなる。先の特許文献２でも図11-cに示すように対向する面が存在しないと傾斜調整機構1101でモールド10とレジスト面を平行にすることは困難である。また、特許文献３はステップアンドリピート方式に関する転写は開示されておらず、周辺部のみへの転写は想定していない。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み、ステップアンドリピートのナノインプリント方式で、ウエハの周辺部分のショットにおいても均一な押し付け圧力を与え、転写パターン精度を向上するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本出願の第一の発明は、ウエハステージ上に、ウエハを保持した際の、ウエハ表面とほぼ同じ高さでかつ、保持したウエハとほぼ同心円状に配置された輪形状の構造体を有し、ウエハ周辺部へのモールド押し付け時にもモールド全面が対向することを特徴とする。第二の発明は、輪形状の構造体はばねとダンパーを介してウエハステージに配置され、モールドがウエハの周辺部で対向した際にウエハと対向している領域と輪形状構造体と対向している領域とで圧力差が生じないよう弾性力を制御することを特徴とする。第三の発明は、モールドへの加圧機構は対向可能な領域をほぼ含む少なくとも3点以上の多角形の各頂点に加圧点を有することを特徴とする。第四の発明は、実際に対向している領域の内部に加圧重心が来るようにそれぞれの加圧点にかける圧力を制御する加圧点制御機構を有することを特徴とする。第五の発明は、加圧機構が対向面内方向を移動可能な加圧機構移動手段を有し、実際に対向している領域の内部に加圧機構が位置するように加圧機構移動手段を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ウエハの周辺部ショットにモールドパターンを転写するとき、モールドのパターン面とウエハが対向していない部分は同一高さの面一板が対向することでモールドパターン面の全面に加圧される、もしくはモールドへの加圧重心が実際にモールドとウエハが対向している領域の内部に位置するよう加圧制御することで均一な押し付けが可能となり、高精度なパターン転写が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明に好適ないくつかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図２は本発明の一実施例に係わるナノインプリント装置の概略構成を示している。
【００１３】
ナノインプリント装置本体30は、全体をチャンバ31で覆われており装置内部を一定の雰囲気に保っている。架台32は剛性の高い構造をしており、ウエハ20およびモールド10の高精度な位置決めを可能としている。モールド10は不図示のモールド搬送系により装置外部からモールドチャック33に搬送、保持される。レジスト21塗布済みのウエハ20も不図示のウエハ搬送系により装置外部からウエハステージ35上のウエハチャック36に搬送、保持される。
【００１４】
モールドチャック33はZおよびωｘ、ωｙ方向に駆動可能なモールド駆動部34を介して架台32に取り付けられている。  ウエハステージ35は、X,Y,Zおよび各軸の回転方向（ωｘ、ωy、ωｚ）に駆動可能であり、ウエハチャック36に保持したウエハ20のモールド直下へのXY移動や姿勢補正ができる。
【００１５】
ウエハ高さセンサ37は架台32上に固定されたラインセンサであり、対向する位置にある部分のウエハ20の高さ（センサ37とウエハ表面間のZ方向の間隔）を検出する。モールド高さセンサ38はウエハステージ35上に固定されており、モールドチャック33に保持されたモールド10の下にモールド高さセンサ38が位置するようにウエハステージ35をXY方向に駆動して、対向する位置のモールド10の高さ（センサ38とモールド10とのZ方向の間隔）を計測する。
【００１６】
23は本発明の特徴であるところの面一板である。面一板23はウエハと同等の厚さを持つリング状の板部材で、ウエハチェック36にウエハチャック中心から同心円状の位置に配置し、ウエハをチャッキングした際、ウエハの外周を覆うようになる。
【００１７】
図１にステップアンドリピートでの転写を説明する。図1-1はウエハの中心部ショットにモールドパターンを転写している時のウエハとモールドの関係を断面図で示している。モールド全面がウエハと対面しているのでモールド高さセンサ38の情報により主制御部40からの指令でモールドとウエハ面の平行だしをしたのち、白抜き矢印の方向でモールドを押し付けることができる。図1-2はウエハの周辺部ショットへの転写を示す。面一板23があるのでウエハの外周と同じ高さになり、モールドの全面に加圧することができる。よってウエハとモールドとが全面で対向していない周辺部ショットにおいても中心部ショットと同様なモールド押し付けが可能となり、転写パターンの精度も保つことができる。ウエハ上のどの位置でも同じ押し付け圧でモールドを転写できることから、ショット内のパターン均一精度だけでなく、リソグラフィに要求される重要な要素であるショット間でのパターン均一精度も高精度を達成できることを意味している。
【００１８】
面一板23の幅は、一度に転写する1ショットの領域サイズと1ショット内のチップ数にかかわってくるが、2x2の4チップ取りを想定した場合、1ショット領域での対角線の半分以上の幅が望ましい。
【００１９】
また、最大でもモールド上でパターンが存在する領域の対角線の幅と同等であれば良い。
【実施例２】
【００２０】
図３に本発明の第二の実施例である面一板とそれに付随する構造を表す。本実施例が第一の実施例と異なる点は面一面板２３がバネ２４およびダンパー２５を介してウエハチャックに配置されている点である。
【００２１】
レジストは、実際に転写処理する際のプロセスごとに材質（ここでは特に弾性力）や塗布する厚みが異なり、またウエハ自体の厚みも許容範囲内ではあるが差を持っている。よって、実施例１で提示した固定の厚みと弾性力の面一板では、より高度なパターン精度を要求されるプロセス対応に難しいことがある。
【００２２】
ダンパー25は内部の油圧あるいはエアー圧を調節することで面一板の弾性力を変えることが可能である。モールド10をウエハ周辺に押し付けた際、ダンパー25の圧力値は主制御部40に伝達され、ウエハからの反力と同じになるようダンパー弾性力をフィードバック制御する。よって、プロセスが異なる周辺ショット部でも常にモールド全面に均一な押し付け圧で転写することが可能である。ばね24とダンパー25は図3-bに示すごとく面一板23の周囲に複数配置されており、ウエハのどの方向の周辺部ショットでも均一はモールド押し付け圧で転写できる。
【実施例３】
【００２３】
第一及び第二の実施例では、ようするにウエハ外周を延長することで、欠けが生じている周辺ショットへの転写でも実質的にモールドの全面が対向する状態をつくり、所望の押し付け圧を均一に制御しようというものであった。本実施例は面一板を設けず、実際にウエハと対向しているモールド領域内でのみ押し付け圧を加えようとするものである。図4は、本実施例のモールド加圧点の配置と転写ショット位置を示す概略図である。13-1、13-2、13-3の三ヶ所が加圧点であり、三点への押し付け圧力は主制御部40からの指令で独立に制御できる。ウエハ中心部ショット（例えばST-2）への転写では加圧点13-1、13-2、13-3へ同じ押し付け圧を指示し、モールド全面に所望の押し付け圧を均一に与える。周辺部ショットであるST-4への転写では、加圧点13-1と13-2へは所望の圧力P1、P2を、ウエハ面と対向していない個所の加圧点13-3へは押し付け圧をゼロにするか、もしくはモールドが傾かない程度の微弱な圧力P3を指示し、図4-bのST-4領域の×で示した位置にモールドの押し付け重心がくるように押し付け圧を制御する。×の位置が転写ショットの中心付近になるよう三点の押し付け圧を制御することでショット全面に均一な転写が可能となる。図4-cは加圧点とショットサイズST-0（ショットサイズは製造するチップにより異なり常に一定のサイズに固定されるものではない。）の関係を示したもので、加圧点への押し付け圧のバランス調整により灰色で示したほぼ三角の領域内にモールド押し付け重心を制御することが可能である。逆にこの図4-cの関係で示した、加圧点13-1、13-2、13-3ではST-0の白地で示した領域にモールド押し付け重心が来るように制御することは不可能である。ST-0領域内の全ての位置にモールド押し付け重心を調整可能とするためには、たとえば図4-13-1、13-2、13-3dで示すようにST-0領域サイズを含む三角形の頂点へ加圧点13'-1、13'-2、13'-3を配置すればよい。各加圧点への加圧制御は主制御部40でショットレイアウト情報から対象ショットでのモールドとウエハの対向位置を基に算出し指示する。
【００２４】
面一板を必要としない分、ウエハチャックさらにはチャックを搭載しているウエハステージを小型化でき、装置コスト面からも効果がある。
【００２５】
また、加圧点の数は三点に限定されるものでなく、図５のごとく四点の加圧点も可能であるし、それ以上の加圧点でも良い。四点の場合、ショットの四隅に加圧点を配置することで、所望ヶ所への加圧重心を効率よく設定できるメリットもある。
【実施例４】
【００２６】
図６は第四の実施例に係わるナノインプリント装置の概略構成を示している。第一の実施例で示した図２と構成/機能に同じ部位は図中、同一符号を用いて示しているので説明を省略する。第三の実施例と同様にモールド押し付けの重心位置を調整することで、周辺部ショットへの押し付け圧の均一性を得るものである。第三の実施例では複数の加圧点を持ち、複数の加圧点の押し付け圧を独立に制御し重心を制御していたのに代わり、本実施例ではモールド駆動部３４'にモールド加圧重心をｘｙ平面内で移動する機構を有している。図７は、本実施例の転写ショット位置とモールド加圧重心を示す概略図である。中心部ショットST-2への転写はモールド加圧重心がモールド中心に来るようにして図の破線で示したモールド状態で押し付けを行なう。装置駆動の最初に行なう初期化処理で、モールド加圧重心がモールドの中心にくるようにモールド駆動部34'を初期化すれば、特にモールド加圧重心位置の指令値を与えずに対象ショットに対して均一な押し付け圧で転写ができる。周辺部ショットであるST-4への転写では、加圧重心が図中の×で示したモールドとウエハとが対向している領域の中心とが一致するようにモールド駆動部34"を制御しモールドを押し付ける。モールド駆動部３４‘への移動制御は主制御部40でショットレイアウト情報から対象ショットでのモールドとウエハの対向位置を基に算出し指示する。
【００２７】
［デバイスの生産方法の実施例］
次に上記説明した微細パターン形成装置または微細パターン形成方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００２８】
図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップS1401（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップS1402（モールド制作）では設計したパターンを形成したモールドを作製する。一方、ステップS1403（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップS1404（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したモールドとウエハを用いて、インプリント技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップS1405（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップS1404で作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップS1406（検査）ではステップS1405で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップS1407）される。
【００２９】
図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップS1501（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップS1502（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップS1503（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップS1504（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップS1505（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップS1506（パターン転写）では上述した微細パターン形成装置によってモールドの回路パターンをウエハに圧痕として転写する。ステップS1507（エッチング）では転写したレジスト像の残膜部分を削り取りパターンの成形をする。ステップS1508（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。繰り返しの中には、解像度の要求が厳しくないなどの理由から、微細パターン形成装置の代わりに露光装置、モールドの代わりにマスク(レチクル)、及びフォトレジストを用いてウエハ上にパターン転写することを組み合わせるのも可能である。
【００３０】
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係わるモールド押し付けを説明する図。
【図２】本発明の実施例１に係わるインプリント装置を説明する概略構成図。
【図３】本発明の実施例2に係わるモールド押し付けを説明する図。
【図４】本発明の実施例3に係わるモールド押し付けを説明する図。
【図５】本発明の実施例3の別形態に係わるモールド押し付けを説明する図。
【図６】本発明の実施例4に係わるインプリント装置を説明する概略構成図。
【図７】本発明の実施例4に係わるモールド押し付けを説明する図。
【図８】量産プロセスにおける一般的なショットレイアウトを示す図。
【図９】基本的なモールド押し付けを説明する図。
【図１０】問題となるモールド押し付けを説明する図。
【図１１】押し付け均一性を対処した従来例(1)。
【図１２】押し付け均一性を対処した従来例(2)。
【図１３】従来例でも問題となるモールド押し付けを説明する図。
【図１４】微小半導体デバイスの製造の流れを説明する図。
【図１５】図１４におけるウエハプロセスの詳細な流れを説明する図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  モールド
１１  モールドパターン
１３  加圧点
２０  ウエハ
２１  レジスト
２２  レジスト残膜部
２３  面一板
２４  ばね
２５  ダンパー
３０  インプリント装置本体
３１  チャンバ
３２  架台
３３  モールドチャック
３４  モールド駆動部
３４'  加圧重心移動可能なモールド駆動部
３５  ウエハステージ
３６  ウエハチャック
３７  ウエハ高さセンサ
３８  モールド高さセンサ
３９  圧力センサ
４０  主制御部
４１  Wステージ位置制御部
４２  Mチャック位置制御部
４３  W高さ計測部
４４  M高さ計測部
ST-0〜ST-4  パターン転写ショット
【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】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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