(57)【要約】【課題】インプリント時に互いに接するモールド表面と被転写体表面の傾き及び位置を精度良くかつ簡素な方式で検出することにより、モールドが傾くことなくレジストに押し付けられ、レジスト硬化後にパターンが剥がれたり、倒れたりすることなく正確に転写できるようにする微細加工装置を提供する。【解決手段】モールドと被転写体の傾き及び位置を検出する検出手段と、前記検出手段から得られた信号から前記被転写体に対する前記モールドの姿勢を制御する制御手段とを有する、前記モールド１に形成されたパターンを、前記被転写体３に押圧して転写する微細加工装置において、前記モールド１と前記被転写体３のそれぞれ対向する面の傾きと位置を検出する。【選択図】図１
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【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微細加工装置において、前記モールドと前記被転写体の傾き及び位置を検出する検出手段と、前記検出手段により得られた信号から前記被転写体に対する前記モールドの姿勢を制御する制御手段とを備え、前記検出手段により、前記モールドと前記被転写体のそれぞれ対向する面の傾きと位置を検出することを特徴とする微細加工装置。
【請求項２】
前記検出手段は、光源と回折素子と回折光を受光する光検出器とからなることを特徴とする請求項１記載の微細加工装置。
【請求項３】
前記モールドと前記被転写体の傾きを検出するための回折素子は光の入射角度により回折効率が変化する回折素子であることを特徴とする請求項２記載の微細加工装置。
【請求項４】
前記光検出器は、複数の２分割光検出器であり、各光検出器の分割線方向は平行で直線上にあることを特徴とする請求項２又は３記載の微細加工装置。
【請求項５】
前記光検出器は、前記回折素子からの＋１次光と−１次光を検出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の微細加工装置。
【請求項６】
前記回折素子は、光の入射位置によって透過率もしくは回折効率が変化する回折素子であることを特徴とする請求項２記載の微細加工装置。
【請求項７】
前記モールドの位置と傾きを検出するための前記回折素子は反射型回折素子であり、前記被転写体の位置と傾きを検出するための前記回折素子は透過型回折素子であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の微細加工装置。
【請求項８】
前記回折素子は、周期が同じでかつ位置検出のためにスポットが変動する範囲内で回折効率が線形に変化するようにデューティが変化することを特徴とする請求項６又は７記載の微細加工装置。
【請求項９】
前記回折素子に入射させる光は、前記回折格子面上で位置検出を行う方向にスポット径を縮小させた光とすることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項記載の微細加工装置。
【請求項１０】
前記回折素子は、格子方向が９０°異なる回折格子を積層した構造で、垂直な２方向の傾きと位置を検出することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項記載の微細加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハとモールドとの相対位置及び角度を制御するナノインプリントによる微細加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からナノインプリントによる微細加工装置においては、ウェハとモールドとの相対位置をアライメントするために、モールド基板にモールドとマークを形成してウェハのマークを同時に観察・参照する方法、又は被加工物の加工を行う前に、所定の部材に原版を押し付けることにより加工のための条件出しを行う方法等が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図１４は従来技術の微細加工装置を示す概略図である。図１５は図１４のモールド基板が傾いた状態を示す概略図である。図１６は図１４のモールド基板が傾いた状態で被加工物に押し付けられた状態を示す概略図である。
図１４乃至図１６に示すように、特許文献１に開示された微細加工装置では、位置決めを精度良く行うために、ナノインプリントのモールド１を設けた光が透過可能なモールド基板４とウェハ３に位置参照用のマーク５及び６が形成されている。
図１４に示すように、これらの位置参照用のマーク５及び６に光、電子、イオンまたはＸ線を透過させて観察、参照することでアライメントを行っている。モールド側マーク５とウェハ側マーク６の位置を合わせれば、モールド１とレジスト２のＸ−Ｙ面での位置合わせができる。これにより、Ｎｉモールドのような光を透過しないモールド１とウェハ３の位置合わせができるようになる。さらに、基板の片面にインプリントした後、その裏面に位置精度良くインプリントできるため、多層のパターンニングも可能となる。
【０００４】
特許文献２に開示された微細加工装置では、加工を行う前に、所定の部材に原版を押し付けることにより加工のための条件出しを行うようにしている。加工条件の１つとして、原版と被加工物の相対角度を計測することが示されている。条件としては、原版に対する被加工物の押し付け力、原版に対する被加工物の距離、原版と被加工物の相対角度、原版の温度、被加工物の温度である。
具体的には、図示はしないがレーザ干渉計を用いてモールド台の複数の位置を計測し、そのデータから角度ωＸ、ωＹを算出している。これにより特許文献１では測定していなかったモールドの傾きを検出できるようになる。
【特許文献１】特開２０００−３２３４６１公報
【特許文献２】特開２００５−２６４６２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｘ−Ｙ面での位置合わせは可能だが、図１５に示すようにモールドと被転写体の間に傾きがあった場合にはそれを検出できず、モールド１は傾いたままレジスト２に押し付けられ、レジスト２はそのまま硬化されてしまう。
このため、図１６に示すように、レジスト２硬化後、凹凸形状部分７が傾いた状態で硬化しているのに対してモールド１を垂直に引き上げると転写されたレジスト２は剥がれたり、倒れたりしてしまい、モールド１のパターンを正確に転写できなくなってしまう。
とりわけ、近年活発に開発されている高アスペクトな格子形状の光学デバイスに対しては凹凸形状部分７が傾いた状態で硬化してしまうと、モールド１を引き上げる時に格子が倒れたりするため素子性能の劣化に繋がる。
【０００６】
また、特許文献２に示されているような計測方法は、モールドの表面の傾きを直接計測しているのではなく、モールドを固定しているモールド台の裏面の傾きを計測しているに過ぎない。
従って、特許文献１の場合と同様に、ウェハと接するモールド表面の傾きを正確には検出していないため、モールドは傾いたままレジストに押し付けられてしまう可能性がある。そのため硬化後にモールドを垂直に引き上げると転写されたレジストは剥がれたり、倒れたりしてしまい、モールドのパターンを正確に転写できなくなってしまう。
そこで、本発明では、インプリント時に互いに接するモールド表面と被転写体表面の傾き及び位置を精度良くかつ簡素な方式で検出することにより、モールドが傾くことなくレジストに押し付けられ、レジスト硬化後にパターンが剥がれたり、倒れたりすることなく正確に転写できるようにする微細加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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微細加工装置において、前記モールドと前記被転写体の傾き及び位置を検出する検出手段と、前記検出手段により得られた信号から前記被転写体に対する前記モールドの姿勢を制御する制御手段とを備え、前記検出手段により、前記モールドと前記被転写体のそれぞれ対向する面の傾きと位置を検出する微細加工装置を特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、前記検出手段は、光源と回折素子と回折光を受光する光検出器とからなる請求項１記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、前記モールドと前記被転写体の傾きを検出するための回折素子は光の入射角度により回折効率が変化する回折素子である請求項２記載の微細加工装置を特徴とする。
【０００８】
また請求項４に記載の発明は、前記光検出器は、複数の２分割光検出器であり、各光検出器の分割線方向は平行で直線上にある請求項２又は３記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、前記光検出器は、前記回折素子からの＋１次光と−１次光を検出する請求項２乃至４のいずれか１項記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、前記回折素子は、光の入射位置によって透過率もしくは回折効率が変化する回折素子である請求項２記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項７に記載の発明は、前記モールドの位置と傾きを検出するための前記回折素子は反射型回折素子であり、前記被転写体の位置と傾きを検出するための前記回折素子は透過型回折素子である請求項２乃至６のいずれか１項記載の微細加工装置を特徴とする。
【０００９】
また請求項８に記載の発明は、前記回折素子は、周期が同じでかつ位置検出のためにスポットが変動する範囲内で回折効率が線形に変化するようにデューティが変化する請求項６又は７記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項９に記載の発明は、前記回折素子に入射させる光は、前記回折格子面上で位置検出を行う方向にスポット径を縮小させた光とする請求項２乃至８のいずれか１項記載の微細加工装置を特徴とする。
また請求項１０に記載の発明は、前記回折素子は、格子方向が９０°異なる回折格子を積層した構造で、垂直な２方向の傾きと位置を検出する請求項２乃至９のいずれか１項記載の微細加工装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微細加工装置は、インプリント時に接するモールドと被転写体の双方の面の傾き及び位置を直接検出することで、モールドを被転写体に精度良く垂直に押圧できるようにして、剥離時にレジストの剥がれや倒れが生じないようにし、モールドのパターンを正確に転写できるようにする。これにより歩留まりが向上し、コストダウンの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による微細加工装置の第１の実施形態を示す概略図である。図２は被転写体側マークとモールド側マークにある周期Λが小さくかつ溝が深い回折素子を示す概略図である。図３は回折素子に入射する光の＋１次光と−１次光の強度を示す曲線図である。
本発明による微細加工装置の第１の実施形態を図１〜図３を用いて説明する。ここでは高アスペクトの格子形状の光学デバイスをナノインプリントにより加工することを想定して説明する。
図１において、微細加工装置はモールド１と被転写体２を含んでいる。モールド１は、その表面に型となる凹凸形状部分７と傾き調整用のモールド側マーク（反射型回折素子）５を有している。モールド１はニッケル電鋳もしくはシリコン等から形成されている。モールド側マーク５は凹凸形状部分７がある面と同じ面に形成されている。
一方、被転写体３はガラス基板（プラスチックでも可）の上にレジスト２（樹脂）が塗布されている。レジスト（樹脂）２としては、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を用いる。ガラス基板の表面には傾き調整用の被転写体側マーク６が形成されている。モールド側マーク５と被転写体側マーク６は回折素子となっており、一定周期の凹凸形状を有している。
【００１２】
このような構成において、被転写体側マーク６とモールド側マーク５にレーザ光を入射させる。被転写体側マーク６は回折素子であるため、入射したレーザ光は±１次の回折光９ａ、９ｂを発生する。±１次の回折光９ａ、９ｂはモールド１表面で反射してそれぞれ光検出器８ａと９ｄで受光される。
被転写体側マーク６で回折されずに透過した光は、モールド側マーク５に入射して反射回折される。反射回折により、±１次の回折光１０ａ、１０ｂが発生する。±１次の回折光はそれぞれ光検出器８ｂと８ｃで受光される。
モールド１と被転写体３の双方の傾き及び位置を検出するために、図示してない光源と、回折素子（モールド側マーク５及び被転写体側マーク６）と、回折光を受光する光検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなる検出系を用いることで、小型、低コストの検出系を実現できる。ＣＣＤ等のカメラによる観察や画像処理を必要とせず、光の強度検出だけで検出できるため短時間でアライメントができるようになる。
【００１３】
光の入射角度により回折効率が変化する回折素子（モールド側マーク５及び被転写体側マーク６）をモールド１と被転写体３の双方に設けることで、入射させるレーザ光との傾きの違いを検出できる。基準となるレーザ光の出射方向だけを調整すれば良いため、複数の距離センサからのデータにより傾きを検出する方法に比べてバラツキが小さくなる。
ここで被転写体側マーク６とモールド側マーク５は図２に示すような周期Λが小さくかつ溝が深い回折素子である。このような回折素子は光が垂直に入射すると＋１次光と−１次光の強度が等しくなるが、傾いて入射すると＋１次光と−１次光の強度に差が生じる（図３）。
これはＱ値が１以上の体積ホログラムの特徴である。Ｑ値とは、回折素子の体積性を表す指標で、入射する光の波長をλ（空気中）、回折素子の溝深さをＴ、回折素子媒質の屈折率をｎ、ピッチをｄとした時に、Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ2で表される値である。
従って、回折素子５、６からの＋１次光と−１次光の強度差を検出すればモールド１と被転写体３の傾きが検出できる。被転写体側マーク６からの回折光を受光する光検出器８ａと光検出器８ｄの出力が等しくなれば、被転写体３は入射するレーザ光に対して垂直に配置されていることになる。
【００１４】
さらに、モールド側マーク５からの回折光を受光する光検出器８ｂと光検出器８ｃの出力が等しくなれば、モールド１は入射するレーザ光に対して垂直に配置されていることになる。
このような状態になればモールド１と被転写体３は完全に平行となる。完全に平行になれば剥離時にレジスト（樹脂）２の剥がれや倒れが生じないようになり、モールド１のパターンを正確に転写できるようになる。
レーザ光を入射させて光検出器からの出力が等しくない場合は、モールド１もしくは被転写体３の姿勢を制御する制御手段（図示せず）を用いて光検出器からの出力が等しくなるように傾き調整すればよい。
モールド１を押圧もしくは剥離する時のＺ方向とレーザ光の方向が一致することが理想的なため、基本的にはモールド１を基準として、被転写体３が姿勢を制御する制御手段により傾き調整されればよい。このように転写する面と転写される面の傾きを直接検出できるようにすることで精度の良い傾き検出が実現できる。
【００１５】
図４は本発明による微細加工装置の第２の実施形態を示す概略図である。図４では、Ｚ軸回りの傾きωＺ（回転ずれ）も検出できるようにする。第１の実施形態では、モールド側マーク５と被転写体側マーク６を回折素子とすることでモールド１と被転写体３の傾きを検出できる傾き方向としては、Ｘ軸回りもしくはＹ軸回りの傾きωＸとωＹである。
図４において、光検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを２分割とし、モールド側マーク５と被転写体側マーク６からの回折光のスポットが光検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの分割線上に形成され、２分割の光検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの出力が等しくなるように調整する。
具体的には、被転写体側マーク６をＺ軸中心に回転調整して、回折光を受光する光検出器８ａ−１と光検出器８ａ−２の出力、光検出器８ｄ−１と光検出器８ｄ−２の出力がそれぞれ等しくなるようにする。等しくなった状態は、光検出器８ａ、８ｄの分割線方向と被転写体側マーク６の格子方向が垂直になった状態である。
【００１６】
同様に、モールド側マーク５をＺ軸中心に回転調整して、回折光を受光する光検出器８ｂ−１と光検出器８ｂ−２の出力、光検出器８ｃ−１と光検出器８ｃ−２の出力がそれぞれ等しくなるようにする。
等しくなった状態は、光検出器８ｂ、８ｃの分割線方向とモールド側マーク５の格子方向が垂直になった状態である。このような状態になればモールド側マーク５と被転写体側マーク６の格子方向が一致するため、Ｚ軸回りの傾きωＺは０とすることができる。
反射型回折素子（モールド側マーク）５と透過型回折素子（被転写体側マーク）６からの回折光を分割線方向が等しい複数の受光素子で受光することで、モールド１と被転写体３のＺ軸回りの回転ずれを抑制する。
光の入射角度により回折効率が変化する回折素子からの＋１次光と−１次光の強度差からモールド１と被転写体３の傾きを検出することで高感度な傾き（チルト）検出ができるようにする。
【００１７】
図５は本発明による微細加工装置の第３の実施形態を示す概略図である。図６は周期が等しくデューティ（ｄｕｔｙ）が異なる回折格子を示す概略図である。図７は図６の回折格子のデューティ（凸部幅／周期）と回折効率を示す特性図である。
第１及び第２の実施形態ではモールド１と被転写体３のアライメントのうち、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの傾きωＸ、ωＹ、ωＺについて調整する方法を示した。第３の実施形態では、Ｘ、Ｙ方向の位置合わせを行う方法を示す。図５に示すように、位置合わせ用のモールド側マーク１１と位置合わせ用の被転写体側マーク１２が設けてある。
第１の実施形態と同様に、位置合わせ用のモールド側マーク１１は凹凸形状７がある面と同じ面に形成されていて、位置合わせ用の被転写体体側マーク１２は被転写体であるガラス基板（プラスチックでも可）３の表面に形成されている。
位置合わせ用のモールド側マーク１１と位置合わせ用の被転写体側マーク１２は回折素子となっており、一定周期であるがデューティ（凸部幅／周期）の異なる凹凸形状を有している。
このような構成において、位置合わせ用の被転写体側マーク１２と位置合わせ用のモールド側マーク１１にレーザ光を入射させる。位置合わせ用の被転写体側マーク１２は回折素子であるため、入射したレーザ光は±１次の回折光１３ａ、１３ｂを発生する。
±１次の回折光１３ａ、１３ｂはモールド１表面で反射してそれぞれ光検出器８ｅと８ｈで受光される。位置合わせ用の被転写体側マーク１２で回折されずに透過した光は、位置合わせ用のモールド側マーク１１に入射して反射回折される。反射回折により、±１次の回折光１４ａ、１４ｂを発生する。±１次の回折光１４ａ、１４ｂはそれぞれ光検出器８ｆと８ｇで受光される。
【００１８】
ここで、位置合わせ用のモールド側マーク１１と位置合わせ用の被転写体側マーク１２は、図６に示すように、周期が等しくデューティ（凸部幅／周期）が異なる回折格子である。かかる回折格子は周期が同じであってもデューティ（凸部幅／周期）が異なると透過率、回折効率が異なってくる。
図７に示すように、デューティが小さい時は０次光の効率が大きく、±１次光の効率が小さい（透過率が大きく回折効率が小さい）。デューティが大きくなるにしたがって、０次光の効率が小さくなり、±１次光の効率が大きくなる（透過率が小さく回折効率が大きい）。この特性を利用すれば入射したレーザ光に対する位置合わせ用のモールド側マーク１１と被転写体側マーク１２の位置が検出できる。
例えば、図６において、レーザ光の位置が右側に寄ればデューティの大きい格子を通るため±１次光の効率が大きくなる。反対にレーザ光の位置が左側に寄ればデューティの小さい格子を通るため０次光の効率が大きくなる。このようにしてレーザ光の位置を基準にＸ方向の位置合わせを行うことができるようになる。
【００１９】
図８は位置あわせ精度を上げるための第１の例を示す概略図である。図９は位置あわせ精度を上げるための第２の例を示す概略図である。図１０は位置あわせ精度を上げるための第３の例を示す概略図である。図１１は位置合わせ精度を上げるための第４の例を示す概略図である。
位置あわせ精度を高精度化したい場合は、図８及び図９に示すように、デューティの変化を大きくしたり、レーザ光のスポット径を小さくすれば良い。この場合に、図１０に示すように格子方向に沿ってデューティが変化するようにしても良い。このような構成でもデューティの変化を大きくしたり、レーザ光のスポット径を小さくすることにより検出感度を高感度化できる（図１１）。
レーザ光のスポット径を小さくするためにはレーザ光を収束光として回折素子面でスポット径が小さくなるようにすれば良い。レーザ光のスポット径が小さければ、回折素子１１、１２の動きに対して透過率、回折効率の変化が大きくなるため高感度となる。
【００２０】
図１２は位置あわせ精度を上げるための第５の例を示す概略図である。図１３は位置あわせ精度を上げるための第６の例を示す概略図である。図１２及び図１３に示すように、回折素子１１、１２が直線状であればＸ方向もしくはＹ方向の１方向の位置合わせを行うことができる。
Ｘ方向とＹ方向の両方の位置合わせを行うためには、回折素子１１、１２の格子は直交形状とすれば良い。例えば、格子方向が９０°異なる回折素子を積層してＸ方向とＹ方向の２方向の傾きと位置を検出できるようにする。このようにすればＸ方向とＹ方向の両方の位置と傾き合わせを行うことが可能になる。
さらに述べれば、本発明では、小型、かつ低コストの検出系によってモールド１と被転写体３の位置を検出するために、モールド１と被転写体３に光の入射位置により透過率（反射率）、回折効率が変化する回折素子１１、１２を形成する。
従って、光の入射位置により透過率（反射率）、回折効率が変化する回折素子１１、１２を用いることで位置合わせを行うことができるためＣＣＤ等のカメラによる観察や画像処理を必要とせず、光の強度検出だけで検出できるためアライメント機構が簡素でかつ低コストで実現できるようになる。
【００２１】
本発明では、上述したように、モールド１の位置と傾きを検出するためには反射型回折素子（モールド側マーク）５を使い、被転写体の位置と傾きを検出するためには透過型回折素子（被転写体側マーク）６を使う。
これにより入射光位置を基準にしてモールド１と被転写体３の位置合わせと傾き調整をすることができる。基準が同じ入射光の位置となるため、複数のセンサで位置合わせする場合に比べて信頼性の高い位置合わせができる。
また、本発明では、光の入射位置により透過率（反射率）、回折効率が変化する回折素子１１、１２は、周期が同じで、位置検出のためにスポットが変動する範囲内で回折効率が線形に変化するようにデューティ（＝凸部／周期）が変化する回折素子とするので、安価に回折素子を作ることができ、装置の低コスト化を実現できる。
さらに、本発明では、回折素子１１、１２に入射させる光を収束光とすることで、回折素子１１、１２面上でのスポット径を小さくして位置合わせの感度を高感度化する。これにより、回折素子１１、１２の微小の変動に対しても透過率もしくは回折効率が大きく変化するようになり、位置合わせの感度を高感度化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による微細加工装置の第１の実施形態を示す概略図。
【図２】被転写体側マークとモールド側マークにある周期Λが小さくかつ溝が深い回折素子を示す概略図。
【図３】回折素子に入射する光の＋１次光と−１次光の強度を示す曲線図。
【図４】本発明による微細加工装置の第２の実施形態を示す概略図。
【図５】本発明による微細加工装置の第３の実施形態を示す概略図。
【図６】周期が等しくデューティ（ｄｕｔｙ）が異なる回折格子を示す概略図。
【図７】図６の回折格子のデューティ（凸部幅／周期）と回折効率を示す特性図。
【図８】位置あわせ精度を上げるための第１の例を示す概略図。
【図９】位置あわせ精度を上げるための第２の例を示す概略図。
【図１０】位置あわせ精度を上げるための第３の例を示す概略図。
【図１１】位置合わせ精度を上げるための第４の例を示す概略図。
【図１２】位置あわせ精度を上げるための第５の例を示す概略図。
【図１３】位置あわせ精度を上げるための第６の例を示す概略図。
【図１４】従来技術の微細加工装置を示す概略図。
【図１５】図１４のモールド基板が傾いた状態を示す概略図。
【図１６】図１４のモールド基板が傾いた状態で被加工物に押し付けられた状態を示す概略図。
【符号の説明】
【００２３】
１  モールド、２  樹脂、３  ガラス基板、４  モールド基板、５  反射型回折素子、６  透過型回折素子、７  凹凸形状、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  光検出器、９ａ、９ｂ  回折光、１０ａ、１０ｂ  反射回折光、１１  反射型回折素子、１２  透過型回折素子
【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】
2007173614.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007173614.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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