JP4574240B2 - 加工装置、加工方法、デバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、加工装置及び方法に係り、特に、原版となるモールドのパターンをウェハ等の基板へ転写する加工装置及び方法に関する。本発明は、特に、半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などを製造する微細加工のために、ナノインプリント技術を利用する加工装置に好適である。

紫外線やＸ線、あるいは、電子ビームによるフォトリソグラフィーを用いた半導体デバイスへの微細パターンの形成方法に代わる技術としてナノインプリントが既に知られている。ナノインプリントは、電子ビーム露光等によって、微細なパターンを形成した雛型（モールド）を、樹脂材料（レジスト）を塗布したウェハ等の基板に押し付ける（押印する）ことによって、レジスト上にパターンを転写する技術である。

ナノインプリントには幾つかの種類があり、その一方法として光硬化法が従来から提案されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。光硬化法は、紫外線硬化型の樹脂をレジストに透明なモールドで押し付けた状態で感光、硬化させてからモールドを剥離する方法である。

図１４は、従来のモールドＭ、モールドチャック１１、モールドチャックステージ１２の関係を示す断面図である。表面に凹凸のパターンＰを有するモールドＭは図示しない機械的手段によって、モールドチャック１１に固定される。モールドチャック１１は同じく図示しない機械的手段によって、モールドチャックステージ１２に載置される。モールドチャック１１及びモールドチャックステージ１２には図示しない光源から照射される紫外光をモールドＭへと通過させる開口１１Ｈ及び１２Ｈをそれぞれ有する。また、モールドチャック１１又はモールドチャックステージ１２には力検出手段としての図示しない複数の荷重センサが取り付けられている。

モールドＭは、モールドチャックステージ１２及びモールドチャック１１を介して図示しないレジストに押し付けられる。押し付け時には、荷重センサの出力に応じて、モールドチャックステージ１２によりモールドチャック１１の傾きを変え、図示しないサーボモータによりモールドＭの押し付け状態の調整を行う。その後、紫外光が開口１１Ｈ及び１２Ｈを介してモールドＭに照射される。
Ｍ． Ｃｏｌｂｕｒｎ ｅｔ ａｌ．， "Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｆｌａｓｈ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ"， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ’ｓ ２４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＩＩＩ， Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， ＣＡ， Ｖｏｌ． ３６７６， Ｐａｒｔ Ｏｎｅ， ｐｐ． ３７９−３８９， Ｍａｒｃｈ １９９９

図１４に示すように、従来のモールドチャック１１は、モールドＭの周囲からモールドＭに押し付け力を加えており、中央部には紫外光を照射するための開口１１Ｈを設けている。このため、押し付け時に、開口１１Ｈに対応するモールドＭの裏面に撓みが生じ、モールドＭ表面のパターンの転写精度を低下させるという問題があった。これはモールドＭを大型化して装置のスループットを上げようとした場合、モールドチャック１１の開口１１Ｈも大きくなるために顕著になる問題である。また、荷重センサだけでは、レジストに対するモールドの押し付け状態を正確に把握できず、結果としてパターンの転写精度を向上させられないという問題があった。更には、モールドとウェハに温度差があった場合、モールドの押し付けによりウェハに局所的な熱歪みが発生し、転写精度を低下させるという問題もあった。

そこで、本発明は、パターンの転写精度を確保する加工装置及び方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての加工装置は、凹凸のパターンを形成したモールドを基板上のレジストに押し付けると共に前記モールドを介して前記レジストを感光させる第１の光を前記レジストに照射することによって前記レジストにパターンを転写する加工装置であって、前記モールドを保持するモールドチャックと、前記モールドチャックを通じて前記レジストが感光しない波長を有する第２の光を前記モールドに照射する光学系と、前記モールドに照射した前記第２の光の反射光を受光する撮像手段と、を有し、前記モールドチャックは、前記第１、第２の光が通過する貫通孔と、前記貫通孔に対して流体を供給可能な供給経路とを有し、前記貫通孔を塞ぐ光透過性のある隔壁と保持した前記モールドとの間で流体を供給可能な閉空間を形成しており、前記撮像手段により出力される前記モールドと前記レジストとの押し付け状態の情報に基づいて、前記モールドと前記レジストとの押し付け状態を調節するために前記閉空間の圧力を調整する流体の供給量を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の別の一側面としての加工方法は、凹凸のパターンを形成したモールドを基板上のレジストに押し付けると共に前記モールドを介して前記レジストを感光させる第１の光を前記レジストに照射することによって前記レジストにパターンを転写する加工方法であって、前記モールドを、モールドチャックを介して前記基板上の前記レジストに押し付けるステップと、前記モールドチャックを通じて前記レジストが感光しない波長を有する第２の光を前記モールドに照射するステップと、撮像手段により前記モールドに照射した前記第２の光の反射光を受光するステップと、を有し、前記モールドチャックは、前記第１、第２の光が通過する貫通孔と、前記貫通孔に対して流体を供給可能な供給経路とを有し、前記貫通孔を塞ぐ光透過性のある隔壁と保持した前記モールドとの間で流体を供給可能な閉空間を形成しており、前記撮像手段により出力される前記モールドと前記レジストとの押し付け状態の情報に基づいて、前記モールドと前記レジストとの押し付け状態を調節するために前記閉空間の圧力を調整する流体の供給量を制御するステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の加工装置を用いてパターンを基板上のレジストに転写するステップと、前記基板にエッチングを行うステップとを有することを特徴とする。上述の加工装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、パターンの転写精度を確保する加工装置及び方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施例の加工装置である光硬化法のナノインプリント装置（パターン転写装置）１００について説明する。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、ナノインプリント装置１００の概略断面図である。

ナノインプリント装置１００は、押圧調整部と、光照射手段１１０と、モールドＭと、モールド駆動部１３０と、ウェハ（基板）Ｗと、ウェハ駆動部１６０と、変形防止手段と、モールド搬送部と、レジスト供給手段と、その他の機構とを有する。

押圧調整部は、装置１００の本体（図示せず）に取り付けられた制御部１０２と、後述するモールドチャックステージ１３８又はモールドチャック１４０に取り付けられた荷重センサ１０４と、所定の押し付け力の値を格納するメモリ１０６を含む。制御部１０２は、荷重センサ１０４が検出したモールドＭのウェハＷへの押し付け力がメモリ１０６に格納された所定値かどうかを判断する。制御部１０２は、押圧調整部の制御をするだけでなく、後述するように、装置１００各部の制御部として機能する。

光照射手段１１０は、モールドＭを介してウェハＷ上（基板上）に塗布された（図示しない）光硬化型樹脂（レジスト）に紫外線を照射してレジストを硬化する手段であり、光源部１１２と、照明光学系１１４とを有する。光源部１１２は、制御部１０２によって制御され、紫外光を発生する（ｉ線、ｇ線などの）ハロゲンランプなどから構成される。照明光学系１１４は、レジストを露光し、硬化させるための照明光（第１の光）を整えてレジスト面に照射するためのレンズ、アパーチャなどを含む。照明光学系１１４は、図１においては、コリメータレンズとして示されているが（また、光路中にはビームスプリッタ１２３、１２４が配置されているが）、これに限定されるものではない。例えば、照明光学系は、必要があればモールドＭを均一に照明するためにオプティカルインテグレータを含んでもよい。

モールドＭは、ウェハＷに転写されるパターンＰが形成され、レジストを硬化
するための紫外光を透過するため、透明な部材で作られている。

モールド駆動部１３０は、モールドＭを図１の下方向に押印すると共に上方向に離型する駆動部としてのインプリント機構部と、モールドＭを装置１００に保持するためのモールドチャックとを有する。インプリント機構部は、上下動作をさせるだけでなくモールド転写面とウェハＷとが密着するように姿勢のかわし機構（アライメント機構）や姿勢制御、回転方法の位置合わせ機能も有する。

インプリント機構部は、ガイドプレート１３２と、ガイドバー１３４と、リニアアクチュエータ１３６と、モールドチャックステージ１３８とを有する。ガイドバー１３４は、一端がガイドプレート１３２に固定され、天板１９４を貫通し、他端がモールドチャックステージ１３８に固定される。リニアアクチュエータ１３６は、制御部１０２によって制御され、エアシリンダ又はリニアモータから構成される。リニアアクチュエータ１３６は、ガイドバー１３４を図１のｚ方向に駆動する。モールドチャックステージ１３８は、モールドＭ（及びモールドチャック１４０）のθ（ｚ軸回りの回転）方向位置の補正機能及びモールドＭの傾きを補正するためのチルト機能を有する。モールドチャック１４０には、以下に説明する図２に示すように、光源１１２及び１２１からの光が通過するための貫通孔１３９が設けられている。

図２に、モールドチャック１４０周辺の断面図を示す。モールドチャック１４０は、同図に示すように、給気路（供給経路）１４１と貫通孔（中空）が設けられ、貫通孔は以下に説明するように閉空間（中空部）１４３を構成する。本実施例では閉空間１４３は光源部１１２からの光がモールドＭに照射されるモールド上の領域の全てをカバーしているが、本発明はその少なくとも一部をカバーしていれば足りる。この領域に撓みがあれば転写精度は低下するからである。

モールドチャック１４０にはモールドＭ及びプレート（隔壁）１４４が固定されている。モールドＭは複数の位置決めピン１４２を介してモールドチャック１４０に固定されている。位置決めピン１４２は、モールドＭをモールドチャック１４０に取り付ける際にモールドＭのモールドチャック１４０上の位置を規制する。プレート１４４は、紫外光に対して透明な（光透過性のある）、例えば、石英の光学平板から構成され、モールドチャック１４０の貫通孔の一端もしくは中途を塞ぐように、図示しない機械的保持手段によりモールドチャックステージ１３８に取り付けられている。プレート１４４はモールドＭがモールドチャック１４０に取り付けられた後にモールドチャック１４０と共にモールドチャックステージ１３８に固定される。モールドチャック１４０には、モールドＭ及びプレート１４４によって気密な閉空間１４３が形成される。閉空間１４３は給気路１４１を通じて給気部１５０の給気配管１５６に接続される。

干渉計１２０、プレート１４４、給気部１５０は、モールドＭに力を印加する際（印加時）に、モールドＭの変形を防止する変形防止手段を構成する。

干渉計１２０は、モールドＭのウェハＷへの押し付け状態を検出する。干渉計１２０は、光源部１１２とは異なる波長の光を投射し、切替えにより単色光の投射も可能な照明光源１２１と、コリメータレンズ１２２と、ビームスプリッタ１２３及び１２４と、撮像系１２５と、制御部１０２と、メモリ１０６とを有する。ビームスプリッタ１２３は、光源部１１２の光路中に配置され、照明光源１２１からの投射光を折り曲げてモールドＭに導く。ビームスプリッタ１２４も同じく光源部１１２の光路中に配置され、モールドＭ側からの反射光を折り曲げて撮像系１２５に導く。撮像系１２５は、例えば、ＣＣＤを有する。メモリ１０６は、押し付け状態を判断するための情報を格納し、制御部１０２は、干渉計１２０が観察した押し付け状態がメモリ１０６に格納された所定の状態を満足しているかどうかを判断する。

給気部１５０は、閉空間１４３に流体を注入する（本実施例では窒素を供給可能にする）機能を有し、図３に示すように、窒素ガスタンク１５１、圧力制御装置１５２、大気開放端１５３、三方弁１５４、圧力センサ１５５、給気配管１５６を有する。ここで、図３は、給気部１５０の概略構成図である。但し、流体は、光源１１２及び１２１からの光を透過すれば種類（気体、液体その他）は問わない。もっとも流体が液体の場合には、モールドチャック１４０の屈折率の±１０％以内の屈折率、好ましくはほぼ同じ屈折率を有することが好ましい。これにより、流体を通過した光と流体を通過していない光がレジストに照射された場合のレジストの硬化性能を同一にすることができる。

圧力制御装置１５２は、制御部１０２によって制御される。三方弁１５４は、開閉が制御部１０２によって制御され、一端は給気配管１５６に接続され、一端は圧力制御装置１５２を介して窒素ガスタンク１５１に接続され、他端は大気開放端１５３に接続されている。給気部１５０は、圧力制御装置１５２、三方弁１５４及び圧力センサ１５５により圧力及び流量が制御された状態で閉空間１４３に窒素ガスタンク１５１から窒素ガスを供給する。

ウェハＷは、モールドＭに形成されているパターンが転写され、後の工程を経て半導体集積回路が形成される対象であり、従来の半導体プロセスに用いられているものと同様である。

ウェハ駆動部１６０は、ウェハチャック１６２と、微動ステージ１６３と、ＸＹステージ１６４と、参照ミラー１６５と、レーザ干渉計１６６とを有する。ウェハチャック１６２は、ウェハＷを保持する。微動ステージ１６３は、制御部１０２により制御され、ウェハＷのθ（ｚ軸回りの回転）方向位置の補正機能、ウェハＷのｚ位置の調整機能、及びウェハＷの傾きを補正するためのチルト機能を有する。ＸＹステージ１６４は、制御部１０２により制御され、ウェハＷを所定の位置に位置決めするために配置される。ウェハ駆動部１６０により、ウェハＷの全面は転写可能であり、高精密な位置決めとウェハＷの表面の姿勢調節機能により、微細なパターンの重ね合せが可能である。参照ミラー１６５は微動ステージ１６３上にｘ及びｙ方向（ｙ方向は不図示）に取り付けられ、レーザ干渉計１６６からの光を反射する。参照ミラー１６５とレーザ干渉計１６６は、微動ステージ１６３の位置を計測する機能を有する。レーザ干渉計１６６は制御部１０２により制御される。

モールド搬送部は、モールド搬送用ロボット１８０を含む。搬送ロボット１８０は、真空吸着によりハンド１８２にモールドＭを保持して搬送を行う。

レジスト供給手段は、紫外線照射前、つまり硬化前のレジストを保持する図示しないタンクと、当該タンクに接続され、ウェハＷ面にレジストを滴下するためのノズル１８５と、ノズル１８５からレジストを滴下するか停止するかを切り替える図示しないバルブを含む。好ましくは、レジスト供給量を制御することが好ましい。例えば、供給量の制御は、ＸＹステージ１６４の座標位置からモールドＭとウェハＷとが対向している面積を求め、その面積とモールドＭの凹凸の平均高さとウェハＷとの間隙とを掛け合わせて体積を必要な供給量として算出する。これにより、不要なレジストがウェハＷからこぼれてウェハチャック１６２やＸＹステージ１６４を汚染することを防止することができる。

その他の機構は、ＸＹステージが載置される定盤１９０、定盤１９０上に屹立する支柱１９２、支柱１９２に支持される天板１９４を含む。定盤１９０は、装置１００全体を支えると共にウェハステージ１６４の移動の基準平面を形成する。定盤１９０は、図示しない除振器を介して床に設置される。支柱１９２は、ウェハＷより上方に位置する構成部分の光源１１２からモールドＭまでを支持する。

以下、図４を参照して、ナノインプリント装置１００の動作について説明する。ここで、図４は、ナノインプリント装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。

動作において、転写に供されるウェハＷは、不図示のウェハ搬送系によってウェハチャック１６２に載置される。ウェハチャック１６２は真空吸着によってウェハＷを保持する。まず、ＸＹステージ１６４を駆動し、ウェハＷの載置されたウェハチャック１６２を移動させ、ウェハＷ上のパターンの転写を行う場所（ショット）をノズル１８５の下に位置決めする。

次いで、ノズル１８５によってウェハＷ上の目的のショットに適量のレジストの滴下を行う（ステップ１００２）。次に、ウェハＷの位置決めを行う（ステップ１００４）。具体的には、ショットの平面がモールドＭのパターンＰと対向する位置に来るようにＸＹステージ１６４を駆動した後に微動ステージ１６３を駆動してウェハチャック１６２のｚ方向の高さと傾きを調整する。また、ウェハＷのショットの表面を装置１００の基準平面（不図示）に合わせる。

次に、インプリント機構部がリニアアクチュエータ１３６を駆動してモールドチャック１４０（及びモールドＭ）を所定位置まで下降させ、モールドＭをレジストに押し付ける（ステップ１００６）。押し付け完了の判断は、インプリント機構部の内部に設置された荷重センサによって行う。次に、三方弁１５４を大気開放端１５３側から窒素ガスタンク１５１側に切り替える（ステップ１００８）。この時、圧力制御装置１５２は窒素ガスタンク１５１からの窒素ガスが給気配管１５６へ流れ込まないように設定されている。制御部１０２は、荷重センサ１０４の出力に基づいて押し付け力が所定の範囲かどうかを判断する（ステップ１０１０）。

制御部１０２は、押し付け力が所定の範囲にないと判断すると（ステップ１０１０）、モールドチャックステージ１３８によってモールドチャック１４０のｚ方向の位置と傾きを変えるか、または微動ステージ１６３によってウェハチャック１６２のｚ方向の位置と傾きを変えることにより、モールドＭの押し付け力の調整を行う（ステップ１０１２）。所定の押し付け力になるまでステップ１０１０と１０１２が繰り返される。

一方、制御部１０２は、モールドＭの押し付け力が適切であると判断すると（ステップ１０１０）、照明光源１２１からレジストが感光しない波長の単色光（第２の光）をビームスプリッタ１２３及び１２４を通してモールドＭに照射する。そして、その反射光をビームスプリッタ１２４を通して撮像系１２５で受光する。撮像系１２５で観察されるモアレ縞の情報は制御部１０２に送られる。制御部１０２は、かかる情報に基づいて、ウェハＷ上のレジストに対するモールドＭの押し付け状態を測定する（ステップ１０１４）。次に、制御部１０２は、モアレ縞の分布によってモールドＭの押し付け状態がよいかどうかを判断する（ステップ１０１６）。

制御部１０２は、モアレ縞の分布に偏りがあって押し付け状態がよくないと判断すると（ステップ１０１６）、圧力制御装置１５２を制御して窒素ガスタンク１５１から窒素ガスを給気配管１５６に供給する（ステップ１０１８、図２の矢印方向）。窒素ガスは給気路１４１を通じてモールドチャック１４０の閉空間１４３に流れ込み、モールドＭの裏面を押圧する。この時の閉空間１４３内の圧力は圧力センサ１５５によって計測することができる。

ステップ１０１８の後は、処理は、ステップ１０１０に帰還する。即ち、制御部１０２は再び、閉空間１４３への窒素ガス供給で押し付け力に変化がないか確認する（ステップ１０１０）。制御部１０２は、押し付け力が適切であると判断した場合には、ステップ１０１４で測定されるモアレ縞の分布に偏りがなくなり、モールドＭの押し付け状態がよくなるまで、ステップ１０１４、１０１８及び１０１０で形成される処理を繰り返す。この間、制御部１０２は、モアレ縞の分布と圧力センサ１５５の出力に応じて、圧力制御装置１５２により窒素ガスタンク１５１から供給される窒素ガスの圧力を調整する。

制御部１０２は、モールドＭの押し付け状態がよいと判断すると（ステップ１０１６）、光源部１１２を制御して所定時間の紫外光をモールドＭを介してレジストに照射し、レジストを硬化させる（ステップ１０２０）。

次に、制御部１０２は、圧力制御装置１５２により窒素ガスタンク１５１からの窒素ガスの供給圧力を低下させ、閉空間１４３の加圧状態を解除する（ステップ１０２２）。次に、制御部１０２は、三方弁１５４を窒素ガスタンク１５１側から大気開放端１５３側に切り替える（ステップ１０２４）。

次に、制御部１０２は、リニアアクチュエータ１３６を駆動してモールドチャック１４０を上昇させ、モールドＭをウェハＷのレジストから引き離す（ステップ１０２６）。最後に、制御部１０２は、ＸＹステージ１６４を駆動し（ステップ１０２８）、次のショットがノズル１８５の下に来るようにウェハＷを移動する。かかる処理を繰り返し、逐次転写（ステップアンドリピート）を行う。全ての転写が完了したら、ウェハＷが搬出され、次のウェハＷが搬入される。

以上のようにして、モールドＭ上方のモールドチャック１４０内に閉空間１４３を形成し、閉空間１４３に圧力を印加することにより、モールドＭ押し付け時に閉空間１４３に対応するモールドＭの裏面の撓みを防止できる。

以下、図５を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。ここで、図５は、モールドチャック１４０Ａ周辺の断面図である。本実施例は、紫外光に対して透明なプレート１４４Ａをモールドチャック１４０Ａの貫通孔１４３ＡのモールドＭ側に配置した点が第１の実施例と相違する。プレート１４４ＡのモールドＭ側平面は、モールドチャック１４０Ａのモールド当接面と面一となるようにモールドチャック１４０Ａの貫通孔１４３Ａ内に固定され、図２のような閉空間１４３は形成されない。本実施例では、プレート１４４Ａは貫通孔１４３Ａから露出するモールドＭの領域全体をカバーするように設けられている。しかし、本発明は、プレート１４４Ａが光源部１１２からの光がモールドＭに照射されるモールドＭ上の領域の少なくとも一部においてモールドＭと接合する場合も含む趣旨である。この領域においてモールドＭの剛性を高めることができるからである。

以下、第２の実施例のモールドチャック１４０Ａを使用したナノインプリント装置１００の動作を、図６を参照して説明する。ここで、図６は、第２の実施例のモールドチャック１４０Ａを使用したナノインプリント装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。図４に示すフローチャートとは、透明プレート１４４ＡをモールドＭの裏面に密接するように配置したことで、閉空間１４３に対するような圧力制御が不要になった点が相違する。

まず、ＸＹステージ１６４を駆動し、ウェハＷの載置されたウェハチャック１６２を移動させ、ウェハＷ上のパターンの転写を行う場所（ショット）をノズル１８５の下に位置決めする。次いで、ノズル１８５によってウェハＷ上の目的のショットにレジストの滴下を行う（ステップ１１０２）。次に、ウェハＷの位置決めを行う（ステップ１１０４）。具体的には、ショットの平面がモールドＭのパターンＰと対向する位置に来るようにＸＹステージ１６４を駆動した後に微動ステージ１６３を駆動してウェハチャック１６２のｚ方向の高さと傾きを調整する。また、ウェハＷのショットの表面を装置１００の基準平面（不図示）に合わせる。

次に、リニアアクチュエータ１３６を駆動してモールドチャック１４０を所定位置まで下降させ、レジストにモールドＭを押し付ける（ステップ１１０６）。次に、制御部１０２は、荷重センサ１０４の出力に基づいて押し付け力が所定の範囲かどうかを判断する（ステップ１１０８）。

制御部１０２は、押し付け力が所定の範囲にないと判断すると（ステップ１１０８）、モールドチャックステージ１３８によってモールドチャック１４０のｚ方向の位置と傾きを変える。または微動ステージ１６３によってウェハチャック１６２のｚ方向の位置と傾きを変えることにより、モールドＭの押し付け力の調整を行う（ステップ１１１０）。所定の押し付け力になるまでステップ１１０８と１１１０が繰り返される。

一方、制御部１０２は、モールドＭの押し付け力が適切であると判断すると（ステップ１１０８）、照明光源１２１からレジストが感光しない波長の単色光をビームスプリッタ１２３及び１２４を通してモールドＭに照射する。そして、その反射光をビームスプリッタ１２４を通して撮像系１２５で受光する。撮像系１２５で観察されるモアレ縞の情報は制御部１０２に送られる。制御部１０２は、かかる情報に基づいて、ウェハＷ上のレジストに対するモールドＭの押し付け状態を測定する（ステップ１１１２）。次に、制御部１０２は、モアレ縞の分布によってモールドＭの押し付け状態がよいかどうかを判断する（ステップ１１１４）。

制御部１０２は、モアレ縞の分布に偏りがあって押し付け状態がよくないと判断すると（ステップ１１１４）、ステップ１１１０に帰還する。モールドＭの押し付け力と押し付け状態が適切となるまで、ステップ１１１４と１１１０を含むループを回る。

制御部１０２は、モールドＭの押し付け状態がよいと判断すると（ステップ１１１４）、光源部１１２を制御して所定時間の紫外光をモールドＭを介してレジストに照射する（ステップ１１１６）。次に、制御部１０２は、リニアアクチュエータ１３６を駆動してモールドチャック１４０を上昇させ、モールドＭをウェハＷのレジストから引き離す（ステップ１１１８）。最後に、制御部１０２は、ＸＹステージ１６４を駆動し（ステップ１１２０）、次のショットがノズル１８５の下に来るようにウェハＷを移動する。

以上のように、モールドチャック１４０Ａの貫通孔１４３ＡのモールドＭの裏面に当接する位置に照射光に対して透明なプレート１４４Ａを配置することにより、モールドＭ押し付け時に貫通孔１４３Ａの開口部に対応するモールドＭ裏面の撓みを防止することができる。また、第１の実施例の図３に示すような閉空間１４３の圧力制御機構を省略することができる。

以下、図７を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。ここで、図７は、モールドチャック１４０Ｂ周辺の断面図である。本実施例は、モールドチャック１４０Ｂを紫外光に対して透明な材料から構成し、プレート１４４を使用せずに、モールドＭの裏面全面に接合した点が第１の実施例と相違する。

図７において、凹凸のパターンＰを有するモールドＭを保持するモールドチャック１４０Ｂは、モールドチャックステージ１３８に図示しない機械的保持手段で固定され、光源部１１２からの照射光に対して透明な、例えば、石英から構成される。照射光に対する透明度が高い部材であれば、モールドＭの保持のために第１の実施例の透明プレート１４４よりも厚みが必要なモールドチャックであってもこのように適用することができる。パターン転写動作は、第２の実施例のモールドチャック１４０Ａと同様である。

第３の実施例によれば、モールドチャック１４０Ｂを照射光に対して透明にすることにより、照射光を通過させるための貫通孔（閉空間）１４３を不要にしている。モールドチャック１４０ＢがモールドＭの裏面全面に密着することができるので、モールド押し付け時にモールドＭ裏面に撓みが発生することを防止することができる。

以下、図８を参照して、本発明の第４の実施例について説明する。ここで、図８は、モールドチャック１４０Ｃ周辺の断面図である。本実施例は、温調機構を有する点が第３の実施例と相違する。図８に示すように、モールドチャック１４０Ｃ（モールドチャック内）には、温調液体流路１４５が形成され、一端が図示しない液体温度調整装置からの液体供給配管１５７に接続されている。また、もう一端は液体温度調整装置への液体回収配管１５８に接続されている。温調液体流路１４５には液体温度調整装置により精密に温度を調整された、モールドチャック１４０Ｃと等しい屈折率を有する液体が循環される。従って、モールドチャック１４０Ｃに保持されるモールドＭを一定に温度に維持することができる。温調液体流路１４５を循環する液体の温度をウェハチャック１６２の温度と等しくなるように設定すれば、ウェハＷとモールドＭの温度差をなくす（減少させる）ことができる。そして、モールドＭの押し付け時にウェハＷに局所的な熱歪みが発生することを防止することができる。

なお、本発明は流体の屈折率が、モールドチャック１４０Ｃの屈折率の±１０％以内の屈折率を有する場合まで許容する。これにより、流体を通過した光と流体を通過していない光がレジストに照射された場合のレジストの硬化性能を同一にすることができる。

また、ウェハチャック１６２に同様の温調液体流路を設け、液体温度調整装置によりウェハチャック１６２の温度調整を同時に行うようにしてもよい。また、モールドＭ自体に温調液体流路を設けて、モールドＭと等しい屈折率の精密に温度調整された液体を循環させれば、第１乃至第３の実施例でも同様の効果が得られる。第２の実施例の場合にはプレート１４４Ａに温調液体流路を設けて、モールドと等しい屈折率の精密に温度調整された液体を循環させるようにしても同様の効果が得られる。パターンの転写など他の動作及び効果は第２及び第３の実施例と同様である。

以下、図９を参照して、本発明の第５の実施例について説明する。ここで、図９は、モールドチャック１４０Ｄ周辺の断面図である。本実施例は、モールドとモールドチャックとの接合が第３の実施例と相違する。図１０（ａ）は、モールドチャック１４０ＤのウェハＷ側から見た平面図であり、図１０（ｂ）は、モールドＭＡのウェハＷ側から見た平面図である。図１１は、モールドチャック１４０Ｄに接続される排気部１７０の概略構成図である。

図９において、凹凸のパターンＰを有するモールドＭＡを保持するモールドチャック１４０Ｄは、モールドチャックステージ１３８に図示しない機械的保持手段で固定され、光源部１１２からの照射光に対して透明な、例えば、石英から構成される。モールドチャック１４０Ｄは、内部に排気路１４６を有し、Ｏリング１４７を介してモールドＭに接合される。排気路１４６は、排気部１７０によって排気されている。

排気部１７０は、図１１に示すように、真空ポンプ１７１、開閉弁１７２、大気開放端１７３、三方弁１７４、圧力センサ１７５、真空配管１７６を有する。ここで、図１１は、排気部１７０の概略構成図である。開閉弁１７２は、制御部１０２によって制御される。三方弁１７４は、開閉が制御部１０２によって制御され、その一端は真空ポンプ１７１に開閉弁１７２を介して接続され、一端は大気開放端１７３に接続され、もう一端は圧力センサ１７５を介して排気路１４６に接続されている。

図１０において、モールドチャック１４０ＤにはＯリング１４７の内側の、照射される紫外光が通過しない場所にモールドＭＡとの位置合せマーク（アライメントマーク）ＭＣが描かれている。一方、モールドＭＡにもパターンＰの外側の位置合せマークＭＣに対応する場所に位置合せマークＭＭが描かれている。

以下、図１を参照して、モールドチャック１４０ＤへのモールドＭＡの着脱動作について説明する。

まず、モールドＭＡをモールドチャック１４０Ｄに取り付ける場合は、図示しないモールド収納場所からモールド搬送ロボット１８０によりモールドＭＡが取り出され、モールドチャック１４０Ｄの下まで搬送される。次に、撮像系１２５によりモールドＭＡの位置合せマークＭＭとモールドチャック１４０Ｄの位置合せマークＭＣを観察する。そして、２つの位置合せマークがそれぞれ同心に重なって見える位置（相対的ずれ量が最小の位置）にモールドＭＡが来るように調整する。具体的には、モールド搬送ロボット１８０のハンド１８２によりモールドＭＡのｘｙ平面内の位置とモールドチャックステージ１３８によりモールドチャック１４０Ｄのθ（ｚ軸回りの回転）方向位置を調整する。２つの位置合せマークが同心に見える状態になったら、モールド搬送ロボット１８０のハンド１８２のｚ位置を変えて、モールドＭＡをモールドチャック１４０Ｄに密接させる。

次に、三方弁１７４を大気開放端１７３側から真空ポンプ１７１側に切替え、開閉弁１７２を開くことによりモールドチャック１４０Ｄの排気路１４６の空気を真空ポンプ１７１で排気する。圧力センサ１７５の出力が所定の圧力以下に下がったら、モールド搬送ロボット１８０のハンド１８２の吸着を停止させ、ハンド１８２を図１のような待機位置に戻す。逆に、モールドＭＡをモールドチャック１４０Ｄから取り外す場合は、まず、モールド搬送ロボット１８０を駆動し、ハンド１８２をモールドＭＡの下方に移動させる。次に、ハンド１８２のｚ位置をモールドＭＡに密接する位置まで移動させた後、ハンド１８２を吸着状態にする。

次に、図１１における開閉弁１７２を閉じてから三方弁１７４を大気開放端１７３側に切り替える。そして、モールド搬送ロボット１８０のハンド１８２のｚ位置を変えて、モールドＭＡをモールドチャック１４０Ｄから引き離す。最後に搬送ロボット１８０によりモールドＭＡを図示しないモールド保管場所に収納する。

以上のように、光学的に透明なモールドチャックに位置決め用ピン等の設置が困難な場合、モールドとモールドチャックの双方に位置合せマークを設けてモールドの位置決めを容易に行うことができる。位置決めピンが不要になるので、モールド設置時に位置決めピンとの衝突によりモールドが欠けたりする事故を防止することができる。なお、第２の実施例においてもプレート１４４Ａに位置合せマークＭＣを設け、モールドＭにも位置合せマークＭＭを設けることにより同様の効果が得られる。

次に、図１２及び図１３を参照して、上述の加工装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（モールド製作）では、設計した回路パターンに対応するパターンを形成したモールドを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、モールドとウェハを用いてナノインプリント技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（転写処理）では、ウェハに感光剤を塗布しつつモールドをウェハに押し付け、紫外線を照射して回路パターンをウェハに転写する。ステップ１６（エッチング）では、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターニングを完了する。ステップ１７（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。デバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を製造する。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。このように、本発明のナノインプリント技術を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。また、本発明は、かかるデバイス製造方法の中間及び最終結果物であるデバイス自体もカバーする趣旨である。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

以上説明したように、本実施例によれば、従来は支持されなかったモールドの裏面を押圧することによってモールド裏面の撓みを防止し、パターンの転写精度を向上させることができる。特に、モールドを大型化して装置１００のスループットを向上させようとした場合に大きな効果がある。また、干渉計によりモールドの押し付け状態をより正確に把握・制御することによってパターンの転写精度をより向上させることができる。更には、モールドを温度制御してウェハとの温度差をなくし、モールド押し付け時にウェハの局所的な熱歪みの発生を防止することができる。これにより歩留りを向上させ、装置の生産性を増大することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。

本発明の第１の実施例としての加工装置（ナノインプリント装置）の概略断面図である。 図１に示す加工装置のモールドチャック周辺の概略断面図である。 図１に示す加工装置に適用可能な変形防止手段を示す概略構成図である。 図１に示す加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施例のモールドチャックの概略断面図である。 図５に示すモールドチャックを有する第２の実施例の加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第３の実施例のモールドチャックの概略断面図である。 第４の実施例のモールドチャックの概略断面図である。 第５の実施例のモールドチャックの概略断面図である。 図９に示すモールドチャック及びモールドの概略平面図である。 図９に示すモールドチャックに適用可能な排気部の概略構成図である。 図１に示す加工装置を使用してデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１２に示すステップ４の詳細なフローチャートである。 従来のモールドチャック周辺の断面図である。

符号の説明

１００ 加工装置（ナノインプリント装置）
１２０ 干渉計
１４０、１４０Ａ−Ｄ モールドチャック
１５０ 給気部

Claims (6)

1. 凹凸のパターンを形成したモールドを基板上のレジストに押し付けると共に前記モールドを介して前記レジストを感光させる第１の光を前記レジストに照射することによって前記レジストにパターンを転写する加工装置であって、
   前記モールドを保持するモールドチャックと、
   前記モールドチャックを通じて前記レジストが感光しない波長を有する第２の光を前記モールドに照射する光学系と、
   前記モールドに照射した前記第２の光の反射光を受光する撮像手段と、を有し、
   前記モールドチャックは、前記第１、第２の光が通過する貫通孔と、前記貫通孔に対して流体を供給可能な供給経路とを有し、前記貫通孔を塞ぐ光透過性のある隔壁と保持した前記モールドとの間で流体を供給可能な閉空間を形成しており、
   前記撮像手段により出力される前記モールドと前記レジストとの押し付け状態の情報に基づいて、前記モールドと前記レジストとの押し付け状態を調節するために前記閉空間の圧力を調整する流体の供給量を制御する制御部と、を有することを特徴とする加工装置。
2. 前記モールドチャックと前記モールドとを真空吸着する手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記モールド及び前記モールドチャックはアライメントマークを有し、
   前記加工装置は、前記モールド及び前記モールドチャックの前記アライメントマークの相対的ずれ量が最小になるように前記モールド又は前記モールドチャックを移動する移動手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
4. 前記撮像手段が前記アライメントマークを検出することを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
5. 凹凸のパターンを形成したモールドを基板上のレジストに押し付けると共に前記モールドを介して前記レジストを感光させる第１の光を前記レジストに照射することによって前記レジストにパターンを転写する加工方法であって、
   前記モールドを、モールドチャックを介して前記基板上の前記レジストに押し付けるステップと、
   前記モールドチャックを通じて前記レジストが感光しない波長を有する第２の光を前記モールドに照射するステップと、
   撮像手段により前記モールドに照射した前記第２の光の反射光を受光するステップと、を有し、
   前記モールドチャックは、前記第１、第２の光が通過する貫通孔と、前記貫通孔に対して流体を供給可能な供給経路とを有し、前記貫通孔を塞ぐ光透過性のある隔壁と保持した前記モールドとの間で流体を供給可能な閉空間を形成しており、
   前記撮像手段により出力される前記モールドと前記レジストとの押し付け状態の情報に基づいて、前記モールドと前記レジストとの押し付け状態を調節するために前記閉空間の圧力を調整する流体の供給量を制御するステップと、を有することを特徴とする加工方法。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の加工装置を用いてパターンを基板上のレジストに転写するステップと、
   前記基板にエッチングを行うステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。