JP2007250767A - 加工装置及び方法、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

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英悟 川上
Hideki Ine
秀樹 稲
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和之 春見
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Abstract

【課題】装置コストの増加を招くことなく、モールドと基板との平行状態を実現し、モールドのパターンを高精度に転写することができる加工装置及び方法を提供する。
【解決手段】パターンが形成されたモールドをレジストが塗布された被転写体に押し付けて、前記被転写体に前記パターンを転写する加工装置であって、前記モールド及び/又は前記被転写体に設けられた複数の検出マークを観察する観察系と、前記モールドと前記レジストとが接触している状態で、前記観察系を用いて前記複数の検出マークを観察した結果に基づいて、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整する調整手段とを有することを特徴とする加工装置を提供する。
【選択図】図1

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に転写する加工装置及び方法に関する。本発明は、例えば、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及び方法に好適である。
紫外線、X線、或いは、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注目されている。ナノインプリントは、微細なパターンが形成されたモールド(雛型)を、レジスト(樹脂材料)が塗布され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、幾つかの転写方法があり、かかる転写方法の一つとして光硬化法が従来から提案されている。光硬化法は、紫外線硬化型の樹脂及び透明なモールドを利用し、モールドを樹脂に押し付けた状態で紫外線を照射し、樹脂を感光及び硬化させてからモールドを剥離する方法である。
光硬化法では、ウェハ上に転写されたパターンが後工程のエッチング処理による影響を受けないように、感光及び硬化させる際の樹脂の厚さを一定にすることが重要である。換言すれば、モールドを押し付ける際に、樹脂に厚みむらを発生させないことが重要である。従って、モールドのパターン面(パターンが形成された面)とウェハの被転写面とを平行に維持した状態でモールドを押し付ける必要があり、モールドを押し付ける際のモールドとウェハとの位置関係を制御(検出)することが要求される。
そこで、規定体積のレジストを基板に滴下し、モールドを押し付けた際のレジストの広がり方(面積)を観察することによって、モールドと基板との間隔を検出する方法が提案されている(特許文献1参照)。また、基板に滴下した複数のレジストの広がり方を観察し、それらの差からモールドと基板との相対的傾きを検出する方法も提案されている。
米国特許第6,871,558号
しかしながら、特許文献1において、モールドと基板との間隔を検出するためには、滴下するレジストの体積を高精度に制御する必要がある。また、モールドと基板との相対的傾きを検出するためには、滴下する複数のレジストの体積だけではなく、個々のレジストの滴下位置も高精度に制御する必要がある。従って、レジストの体積及び滴下位置を高精度に調整することができる高価なレジスト滴下手段が必要となり、装置コスト(デバイスの生産コスト)の増加を招いてしまう。
そこで、本発明は、装置コストの増加を招くことなく、モールドと基板との平行状態を実現し、モールドのパターンを高精度に転写することができ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。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての加工装置は、パターンが形成されたモールドをレジストが塗布された被転写体に押し付けて、前記被転写体に前記パターンを転写する加工装置であって、前記モールド及び/又は前記被転写体に設けられた複数の検出マークを観察する観察系と、前記モールドと前記レジストとが接触している状態で、前記観察系を用いて前記複数の検出マークを観察した結果に基づいて、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整する調整手段とを有することを特徴とする。
本発明の別の側面としての加工方法は、モールドに形成されたパターンをレジストが塗布された被転写体に転写する加工方法であって、前記モールドを前記被転写体に押印するステップと、前記被転写体から前記モールドを離型するステップとを有し、前記押印ステップは、前記モールドと前記レジストとが接触した状態において、前記モールド及び/又は前記被転写体に設けられ、前記モールドと前記レジストとの接触状態を検出するための複数の検出マークを観察するステップと、前記複数の検出マークを観察した結果に基づいて、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整するステップとを有することを特徴とする。
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、被転写体にパターンを転写するステップと、前記パターンが転写された前記被転写体をエッチングするステップとを有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、装置コストの増加を招くことなく、モールドと基板との平行状態を実現し、モールドのパターンを高精度に転写することができ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、本発明の一側面としての加工装置及び方法について説明する。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、本発明の加工装置1の構成を示す概略断面図である。図2は、モールドチャック19の近傍を示す拡大断面図である。
加工装置1は、パターンが形成されたモールドを、被転写体に押し付けて、被転写体にパターンを転写するナノインプリント装置である。加工装置1は、本実施形態では、光硬化法を利用したナノインプリント装置である。
加工装置1は、図1に示すように、ウェハチャック10と、微動ステージ11と、XYステージ12と、ベース定盤13と、参照ミラー14と、レーザ干渉計15a及び15bと、支柱16と、天板17とを有する。また、加工装置1は、モールド18と、モールドチャック19と、モールドチャックステージ20と、紫外光源21と、コリメータレンズ22と、ガイドバープレート23と、ガイドバー24とを有する。更に、加工装置1は、アクチュエータ25と、ノズル26と、アライメントスコープ27a及び27bとを有する。
ウェハチャック10は、ウェハWFを保持する。微動ステージ11は、ウェハWFのθ(z軸回りの回転)方向位置、z位置及び傾きを補正(調整)する機能を有する。微動ステージ11は、ウェハWFを所定の位置に位置決めするためのXYステージ12に配置される。
ベース定盤13は、XYステージ12を載置する。参照ミラー14は、微動ステージ11の位置を計測するために、レーザ干渉計15aからの光を反射する。参照ミラー14は、微動ステージ11上のx方向及びy方向に配置される。支柱16は、ベース定盤13上に屹立し、天板17を支持する。
モールド18は、図2に示すように、ウェハWFに転写される凹凸のパターンPTが形成された表面(モールド面)を有し、図示しない機械的保持手段によって、モールドチャック19に固定される。同様に、モールドチャック19は、図示しない機械的保持手段によって、モールドチャックステージ20に載置される。
モールドチャック19は、モールド18を固定する際に、モールド18のモールドチャック19上の位置を規制する複数の位置決めピンAPを有する。また、モールドチャック19は、そのx及びy方向の位置を計測するために、レーザ干渉計15bからの光を反射する反射面を有する。モールドチャックステージ20は、モールド18(モールドチャック19)のθ(z軸回りの回転)方向位置及び傾きを補正(調整)する機能を有する。モールドチャック19及びモールドチャックステージ20は、紫外光源21からコリメータレンズ22を介して照射される紫外光を、モールド18に導光するための開口19a及び20aをそれぞれ有する。
ガイドバープレート23は、ガイドバー24を固定する。ガイドバー24は、天板17を貫通し、一端がモールドチャックステージ20に固定され、他端がガイドバープレート23に固定される。
アクチュエータ25は、エアシリンダ又はリニアモータからなるリニアアクチュエータであり、ガイドバー24をz方向に駆動する。これにより、モールドチャック19に保持されたモールド18をウェハWFに押し付けたり(押印)、モールド18をウェハWFから引き離したりすることができる(離型)。
ノズル26は、ウェハWFの表面に液状のレジストRTを滴下する。アライメントスコープ27aは、モールド18に配置されたマークMM1及びウェハWFに配置されたマークWM1を観察するための光学系及び撮像系を有し、ウェハWFとモールド18とのx方向及びy方向の位置ずれを計測する。同様に、アライメントスコープ27bは、モールド18に配置されたマークMM2及びウェハWFに配置されたマークWM2を観察するための光学系及び撮像系を有し、ウェハWFとモールド18とのx方向及びy方向の位置ずれを計測する。ここで、アライメントスコープ(観察光学系、或いは観察系)は、レンズやミラー等の光学系を含んでいる必要は無く、マークを照明する照明装置又は光源と、マークからの光を受光するCCD等の受光素子を有していれば足りる。
換言すれば、モールド18に配置されたマークMM1及びMM2、及び、ウェハWFに配置されたマークWM1及びWM2は、アライメントマークとして機能する。また、後述するように、モールド18に配置されたマークMM1及びMM2、及び、ウェハWFに配置されたマークWM1及びWM2は、モールド18とウェハWFとの接触状態を検出するための検出マークとしても機能する。この検出マークは、モールドにのみ設けても良いし、ウエハにのみ設けても良い。また、モールドを駆動するステージ及び/又はウエハを駆動するステージに設けても構わない。アライメントスコープ27a及び27bは、後述するように、モールド18とウェハWFとが接触した状態において、マークMM1、MM2、マークWM1及びWM2を観察する(即ち、マーク像のコントラストを計測する)観察光学系として機能する。
以下、図3を参照して、加工装置1の動作(加工方法)について説明する。まず、XYステージ12を駆動し、ウェハWFの載置されたウェハチャック10を移動させる。ウェハWF上のパターンを転写する場所(ショット)をノズル26の下に移動させたら、ウェハ26によって、ウェハWF上のショットにレジストRTを滴下する(ステップ101)。
次に、XYステージ12を駆動してウェハWF上のレジストRTを滴下したショットをモールド18のパターンPTと対向する位置に移動させた後、微動ステージ11を駆動してウェハチャック10のz方向の高さ及び傾きを調整する(ステップ102)。換言すれば、ウェハWF上のレジストRTを滴下したショットの表面を加工装置1の図示しない基準平面にあわせる。
次に、アクチュエータ25を駆動してモールドチャック19を所定の位置まで下降させる(ステップ103)。また、モールド18とウェハWFのx方向、y方法及びθ方向(z軸回りの回転)の位置をあわせる、所謂、モールド18とウェハWFとのアライメントを行う(ステップ104)。この際、アライメントスコープ27aによってモールド18上のマークMM1とウェハWF上のマークWM1を観察する。そして、図4に示すように、アライメントスコープ27aの撮像系の視野内(30V)において所定の位置関係になるように、微動ステージ11の位置を調整する。かかる調整は、アライメントスコープ27bを用いて、モールド18上のマークMM2及びウェハWF上のマークWM2についても同様、且つ、同時に行われる。更に、かかる調整は、アライメントスコープを用いて、モールド18のパターンPTに対してマークMM1及びMM2とは異なる位置に配置された図示しないマーク及びかかるマークに対応するウェハWF上のマークについても同様、且つ、同時に行なわれる。ここで、図4は、ステップ104のモールド18とウェハWFとのアライメントを説明するための図である。
モールド18とウェハWFとのアライメントが終了したら、モールド18とウェハWFのx方向及びy方向(θ方向を含む)の相対位置関係を維持するために、レーザ干渉計15a及び15bを用いた位置フィードバックが行われる。かかる位置フィードバックは、本出願人が特開2005−101201号公報で開示しており、ここでの詳細な説明は省略する。
次いで、モールド18とウェハWFとが平行となるように調整し(ステップ105)、ウェハWF上に滴下されたレジストRTに対してモールド18を押し付ける(下降させる)。
ここで、図5を参照して、ステップ105のモールド18とウェハWFとの平行調整について詳細に説明する。まず、モールド18とウェハWFとのアライメントが終了した状態で、アライメントスコープ27a及び27bで観察される各マーク像のコントラストを計測し、かかる計測結果を記憶する(ステップ201)。
次に、アクチュエータ25を駆動してモールドチャック19の下降を開始させる(ステップ202)。そして、アライメントスコープ27a及び27bで観察される各マーク像のコントラストを計測する(ステップ203)。
次いで、ステップ203において計測された各マーク像のコントラストとステップ201において計測(記憶)された各マーク像のコントラストとを比較し、変化があったかどうかを判定する(ステップ204)。ステップ203において計測されたマーク像のコントラストとステップ201において計測されたマーク像のコントラストとの間で変化がなかった場合は、ステップ203に戻る。そして、アライメントスコープによって計測されるマーク像のコントラストに変化があるまでモールドチャック19を下降させながら、ステップ203及び204を繰り返す。
ステップ203において計測されたマーク像のコントラストとステップ201において計測されたマーク像のコントラストとの間で変化があった場合は、図6に示すように、モールド18のパターン面の一部がウェハWF上のレジストRTに接触している。ここで、図6は、モールドチャック19の近傍を示す拡大断面図である。
図6では、モールド18とウェハWFとが非平行状態であるため、アライメントスコープ27aは、図4に示すようなマークMM1及びWM1の像を観察する。アライメントスコープ27aで観察されるマークMM1及びWM1の像は、モールド18とレジストRTがまだ接触していないため、図3に示すステップ104におけるアライメント時と同じである。
一方、アライメントスコープ27bは、図7に示すようなマークMM2及びWM2の像を観察する。アライメントスコープ27bで観察されるマークMM2及びWM2の像は、マークMM2(図中右側のマーク)の近傍でモールド18とレジストRTが接触しているため、図7に示すように、マークMM2の一方が見えにくくなっている。従って、アライメントスコープ27bで計測されるマークMM2及びWM2のコントラストは、図3に示すステップ104のアライメント時と比較して、低下する。これは、モールド18の透過率とレジストRTの透過率とが略等しいため、モールド18のパターン面に凹凸情報として配置されたマークMM2が、レジストRTとモールド18とが接触している境界線ILより右側において、ほぼ消失してしまうからである。なお、ウェハWF上のマークWM1及びWM2は、モールド18がレジストRTと接触しても画像として消失することはない。ここで、図7は、ステップ105のモールド18とウェハWFとの平行調整を説明するための図である。
ステップ203において計測されたマーク像のコントラストとステップ201において計測されたマーク像のコントラストとの間で変化があると判断されると、モールドチャック19の下降を停止する(ステップ205)。次いで、アライメントスコープで観察されるマーク像のコントラストを計測する(ステップ206)。
続いて、ステップ206において計測されたマーク像のコントラストとステップ201において計測されたマーク像のコントラストとを比較し、その低下率からモールド18とウェハWFの相対的傾きを算出する。そして、アライメントスコープで計測される各マーク像のコントラストが等しくなるようにモールド18の傾きを調整する補正量を算出する(ステップ207)。この場合、最も低いコントラストを計測したアライメントスコープに対応するマークの位置を固定点として、モールド18とウェハWFとを相対的に傾けて、他のアライメントスコープが計測したコントラストと同じ値となるようにする。これにより、後述する処理に要する時間を短縮することができる。なお、上述した補正量については、モールド18上の異なる3点のコントラストが得られれば、面を規定することができ、幾何学的計算によって補正量の算出も容易であることから説明は省略する。
次に、ステップ207で算出した補正量に基づいてモールドチャックステージ20を駆動し、モールド18の傾きを調整する(ステップ208)。モールド18の傾きを調整したら、アライメントスコープで観察されるマーク像のコントラストを再び計測する(ステップ209)。次いで、ステップ209で計測された全てのマーク像のコントラストが閾値以下であるかどうか判断する(ステップ210)。
アライメントスコープによって計測されたマーク像のコントラストの何れかが閾値以上である場合は、ステップ201に戻り、ステップ202以降のステップを繰り返す。一方、アライメントスコープによって計測された全てのマーク像のコントラストが閾値以下である場合は、ステップ105のモールド18とウェハWFとの平行調整(図3に示すステップ105)を終了する。
図3に戻って、ステップ105が終了したら、ウェハWFに対するモールド18の押し付け(押印)力が所定の範囲であるかどうか判断する(ステップ106)。なお、ウェハWFに対するモールド18の押印力は、例えば、モールドチャック19又はモールドチャックステージ20に設けられた図示しない複数のロードセルによって計測される。
ウェハWFに対するモールド18の押印力が所定の範囲でなかった場合、ウェハWFに対するモールド18の押印力を調整する(ステップ107)。例えば、アクチュエータ25によってモールドチャック19のz方向の位置を変える又は微動ステージ11によってウェハチャック10のz方向の位置を変えることで、ウェハWFに対するモールド18の押印力を調整することができる。なお、ウェハWFに対するモールド18の押印力の調整は、所定の範囲になるまで繰り返す。
ウェハWFに対するモールド18の押印力が所定の範囲である場合、紫外光源21からの紫外光を、コリメータレンズ22を介して、ウェハWF(レジストRT)に照射する(ステップ108)。なお、紫外線は、ウェハWF上のレジストRTが硬化するまで照射する。
紫外線の照射が完了すると、アクチュエータ25を駆動してモールドチャック19を上昇させ、モールド18をウェハWF上のレジストRTから引き離す(ステップ109)。そして、XYステージ12を駆動し、次のショットがノズル26の下に位置するように、ウェハWFを移動させる(ステップ110)。
このように、加工装置1は、モールド18がレジストRTに接触する際のモールド18上のマークMM1及びMM2のコントラストの変化を利用し、モールド18とウェハWFとの平行状態を調整する。従って、加工装置1は、付加的手段を必要とせず、モールド18とウェハWFとの平行状態を高精度に実現し、パターン転写時のレジストRTの厚みむらの発生を防止(低減)することができる。これにより、加工装置1は、装置コストの増加を招くことなく、高精度なパターン転写を可能とし、後工程でのエッチング処理でパターン幅にばらつきが発生する問題を解消することができる。なお、アライメントを必要としないパターン転写の場合は、モールド18とウェハWFとの平衡状態を調整するための検出マークをモールド18上に配置すると共に、かかる検出マークを観察する観察光学系を用いることで同様の効果を得ることができる。
次に、図8及び図9を参照して、上述の加工装置1を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図8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9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、加工装置1を用いてモールドをウェハに押し付けると共に、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。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。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位なデバイスを製造することができる。このように、本発明の加工装置1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。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、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、熱サイクル型のナノインプリント装置にも適用することができ、モールドを用いてパターンを転写する加工装置であれば、その他の装置であっても有効である。
本発明の一側面としての加工装置の構成を示す概略断面図である。 図1に示す加工装置のモールドチャックの近傍を示す拡大断面図である。 図1に示す加工装置の動作(本発明の一側面としての加工方法)を説明するためのフローチャートである。 図3に示すステップ104のモールドとウェハとのアライメントを説明するための図である。 図3に示すステップ105のモールドとウェハとの平行調整の詳細なフローチャートである。 図1に示す加工装置のモールドチャックの近傍を示す拡大断面図である。 図3に示すステップ105のモールドとウェハとの平行調整を説明するための図である。 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。 図8に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
符号の説明
1 加工装置
10 ウェハチャック
11 微動ステージ
12 XYステージ
13 ベース定盤
14 参照ミラー
15a及び15b レーザ干渉計
16 支柱
17 天板
18 モールド
19 モールドチャック
20 モールドチャックステージ
21 紫外光源
22 コリメータレンズ
23 ガイドバープレート
24 ガイドバー
25 アクチュエータ
26 ノズル
27a及び27b アライメントスコープ
PT パターン
WF ウェハ
MM1及びMM2 マーク(モールド上)
WM1及びWM2 マーク(ウェハ上)

Claims (10)

  1. パターンが形成されたモールドをレジストが塗布された被転写体に押し付けて、前記被転写体に前記パターンを転写する加工装置であって、
    前記モールド及び/又は前記被転写体に設けられた複数の検出マークを観察する観察系と、
    前記モールドと前記レジストとが接触している状態で、前記観察系を用いて前記複数の検出マークを観察した結果に基づいて、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整する調整手段とを有することを特徴とする加工装置。
  2. 前記観察系を用いて前記複数の検出マークを観察した結果は、少なくとも3つ以上の前記検出マークのコントラスト強度であることを特徴とする請求項1記載の加工装置。
  3. 前記検出マークは、前記モールドと前記被転写体との位置合わせに使用されるアライメントマークであることを特徴とする請求項1記載の加工装置。
  4. 前記調整手段は、前記レジストと接触状態にある前記モールドに配置された前記検出マークを回転中心として、前記モールド及び/又は前記被転写体を相対的に回動させることを特徴とする請求項1記載の加工装置。
  5. 前記調整手段は、前記複数の検出マークのコントラスト強度が等しくなるように、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整することを特徴とする請求項1記載の加工装置。
  6. 前記調整手段は、前記複数の検出マークのコントラスト強度が閾値以下となるまで、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整することを特徴とする請求項1記載の加工装置。
  7. モールドに形成されたパターンをレジストが塗布された被転写体に転写する加工方法であって、
    前記モールドを前記被転写体に押印するステップと、
    前記被転写体から前記モールドを離型するステップとを有し、
    前記押印ステップは、
    前記モールドと前記レジストとが接触した状態において、前記モールド及び/又は前記被転写体に設けられ、前記モールドと前記レジストとの接触状態を検出するための複数の検出マークを観察するステップと、
    前記複数の検出マークを観察した結果に基づいて、前記モールドと前記被転写体との相対位置を調整するステップとを有することを特徴とする加工方法。
  8. 前記調整ステップは、前記レジストと接触状態にある前記モールドに設けられた前記検出マークを回転中心として、前記モールド及び/又は前記被転写体を相対的に回動させることを特徴とする請求項7記載の加工方法。
  9. 前記モールドを介して、前記被転写体に紫外光を照射するステップを更に有することを特徴とする請求項7記載の加工方法。
  10. 請求項1乃至6のうちいずれか一項記載の加工装置を用いて、被転写体にパターンを転写するステップと、
    前記パターンが転写された前記被転写体をエッチングする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。
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