JP2014168075A - インプリント装置及びインプリント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押印工程を短時間で行うことができ、かつ被転写体に転写されたパターンの寸法精度も高い転写装置を提供する。
【解決手段】転写装置は、モールドＭＰ又は被転写体ＷＦである駆動対象をモールドが被転写体から離れた第１の位置から該モールドが被転写体に接触する第２の位置に移動させてモールドと被転写体との間に押圧力を作用させる駆動手段１０と、該押圧力に関する値を検出する検出手段１０４と、駆動手段を制御する制御手段５０１とを有する。制御手段は、駆動対象を、第１の位置から該第１の位置と第２の位置との間の第３の位置を目標位置として移動させるように駆動手段を制御し、駆動対象が第３の位置に移動した後は検出手段による検出値が目標値に増加するように駆動手段を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上の液体又は粘性体にモールドを押し当てて該基板上にパターンを形成するインプリント技術に関する。

ナノインプリントは、１０ｎｍ程度の微細なパターンをも転写することが可能であり、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に用いられる（非特許文献１参照）。

ナノインプリントには、熱サイクル法や光硬化法（ＵＶ硬化型）等の方式がある。熱サイクル法では、樹脂（熱可塑性材料）をガラス転移温度以上に加熱して樹脂の流動性を高め、該樹脂にモールドを押し付けた状態で冷却した後にモールドを剥離する。また、光硬化法では、紫外線硬化型の樹脂（ＵＶ硬化樹脂）に透明なモールドを押し付けた状態で該モールドを通して樹脂に紫外線を照射し、硬化させた後、モールドを剥離する。

このようなナノインプリントにおいては、モールドの押し付け（押印）工程に要する時間を短縮することが求められている。特許文献１には、モールドを樹脂に押し付ける際に、モールドを超音波振動させて樹脂の粘度を低下させることで、その流動性を高め、短時間でパターンの微細な凹部にまで樹脂を行き渡らせ易くする技術が開示されている。

特開２００４−２８８８１１号公報

Ｓ． Ｙ． Ｃｈｏｕ， ｅｔ．ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｖｏｌ．２７２，ｐ．８５−８７， ５ Ａｐｒｉｌ １９９６

また、押印工程においては、モールドに作用する荷重（つまりは、モールドと被転写体との間に作用する押圧力）を一定に維持するように制御することも必要である。荷重が変動すると、被転写体に転写されたパターンの寸法精度が低下するためである。しかし、特許文献１には、このような荷重制御については何ら開示されていない。

ここで、押印工程は、モールドが被転写体から離れた位置から、モールド及び被転写体のうち一方を他方に近づけて両者を接触させるまでの工程と、モールドを被転写体に押し付る荷重を一定に制御する工程とに分けられる。

押印工程を高速化するために、単純に前者の工程においてモールド又は被転写体の移動速度を高くすると、モールドが被転写体に接触した瞬間に大きな衝撃が発生する。モールドと被転写体とが平行な状態で両者を接触させた場合でも、これを微視的に見れば、モールド及び被転写体のうち一方の頂点が他方に点接触することになり、衝撃によってモールドが破損する可能性がある。

また、ＵＶ硬化法でのナノインプリントにおいては、モールドはＵＶ光を透過する石英等のガラスで作成されており、衝撃に弱い。このため、押印工程において、モールドを被転写体に対してゆっくり近づけなくてはならず、これにより押印工程に要する時間が増加する。

本発明は、インプリントに要する時間の短さの点で有利なインプリント装置及び方法を提供する。

本発明の一側面としてのインプリント装置は、基板上の液体又は粘性体にモールドを押し当てて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、前記モールドが前記液体又は粘性体から離れた第１の状態から該モールドが前記液体又は粘性体に接触した第２の状態に状態を変更する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記押し当てを行う場合、前記押し当ての方向において、前記第１の状態から前記第２の状態になる前に前記駆動手段の力制御を開始し且つ前記モールドと前記基板との相対速度を第１相対速度から第２相対速度に変更し、前記力制御を開始する前は前記駆動手段の位置制御を行い、前記第１相対速度は前記第２相対速度より高くあるように、前記駆動手段を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、インプリントに要する時間の短さの点で有利なインプリント装置及び方法を提供することができる。

本発明の実施例１である転写装置の構成を示す概略図。 押印工程における駆動開始時のモールド駆動部を示す図。 押印工程におけるウエハ接触時及び押印時のモールド駆動部を示す図。 従来の押印工程におけるモールド駆動部の駆動量と荷重の変化を示す図。 離型工程における離型開始時のモールド駆動部を示す図。 離型工程における離型途中及び離型完了時のモールド駆動部を示す図。 実施例１における制御装置の構成を示すブロック図。 従来の制御フローを説明する図。 実施例１の押印工程におけるモールド駆動部の駆動量と荷重の変化を示す図。 実施例１における制御フローを説明する図。 実施例１におけるモールドステージ及び制御切換位置の設定方法を説明する図。 実施例１における制御切換位置の別の設定方法を説明する図。 本発明の実施例２である転写装置の構成を示す概略図。 実施例２における制御装置の構成を示すブロック図。 実施例２における圧力制御装置の構成を示すブロック図。 実施例２の押印工程におけるモールド駆動部の駆動量と荷重の変化を示す図。 本発明の実施例３である転写装置の構成を示す概略図。 実施例３において、ウエハ高さセンサを用いた制御切換位置の設定方法を説明する図。 実施例等において行われる光硬化法によるナノインプリントの概略を説明する図。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２には、本発明の実施例１である転写装置１の構成を示している。本実施例の転写装置１は、凹凸パターンが形成されたモールド（型）ＭＰと、基板であるウエハＷＦ上に液体又は粘性体としてのＵＶ硬化樹脂が配置された被転写体とを互いに押圧接触させて、ＵＶ硬化樹脂にパターンを転写するナノインプリント装置である。また、本実施例の転写装置１は、ステップ・アンド・リピート方式のナノインプリント装置である。

なお、ここではウエハＷＦと該ウエハＷＦ上に配置されたＵＶ硬化樹脂とをまとめて被転写体と表現したが、以下の説明では、便宜的に被転写体をウエハＷＦという。

転写装置１は、モールドＭＰを上下方向（Ｚ方向）に移動させてウエハＷＦに押し付ける押印機構（駆動手段）１０と、ウエハＷＦを前後左右方向（ＸＹ方向）に移動させるウエハステージ２０と、転写装置１の全体を支える構造体３０とを有する。また、転写装置１は、ＵＶ硬化樹脂（レジスト）に対して紫外光を照射する照明系４０と、押印機構１０の駆動を制御する制御系（制御手段）５０とを有する。また、転写装置１は、ウエハＷＦにＵＶ硬化樹脂を塗布する塗布機構６０を有する。さらに、転写装置１は、ウエハＷＦの位置を計測するアライメントスコープ７０と、モールドＭＰとウエハＷＦとの間の間隔（距離又はギャップ）を計測するギャップ計測器（計測手段）８０とを有する。

モールドＭＰは、ＵＶ硬化樹脂を硬化させるための紫外光を透過する材質（例えば、石英）で作製されている。モールドＭＰの下面には、ＵＶ硬化樹脂に転写される凹凸パターンが３次元的に形成されている。

ウエハＷＦの表面（基板上）には、塗布機構６０によってＵＶ硬化樹脂が塗布される。ＵＶ硬化樹脂は、紫外光が照射されることで硬化する材料であり、紫外光を照射する前は液体又は粘性体である。

押印機構１０は、モールドステージ１０１と、第１モールド駆動部１０２と、第１ガイド１０３と、荷重センサ（検出手段）１０４と、第２モールド駆動部１０５と、第２ガイド１０６と、ボールナット１０７と、ボールネジ１０８と、モータ１０９とを有する。押印機構１０は、モータ１０９を駆動してボールネジ１０８を回転させ、ボールナット１０７に連結されている第２モールド駆動部１０５と荷重センサ１０４と第１モールド駆動部１０２とを一体的に上下方向（Ｚ方向）に移動させる。これにより、第１モールド駆動部１０２に連結されたモールドステージ１０１によって保持されたモールドＭＰが、ウエハＷＦに対してＺ方向に移動してウエハＷＦに接触し、さらにモールドＭＰとウエハＷＦとの間に押圧力を作用させる。

なお、本実施例では、静止状態のウエハＷＦに対して駆動対象であるモールドＭＰをＺ方向に移動させてモールドＭＰとウエハＷＦとを押し当てる場合について説明する。しかし、静止状態のモールドＭＰに対して駆動対象であるウエハＷＦをＺ方向に移動させてモールドＭＰとウエハＷＦとを押し当てるようにしてもよい。

モールドステージ１０１は、モールドＭＰを保持する。該モールドステージ１０１は、モールドＭＰがウエハＷＦに接触する際に、モールドＭＰとウエハＷＦとが平行に維持されるようにモールドＭＰのパターン面がウエハＷＦの表面に倣うように該モールドＭＰの姿勢の変化を許容する構造を有する。以下、このような姿勢変化を「かわし」といい、該かわしを許容する構造を、「かわし構造」という。モールドステージ１０１は、その中央部に開口を有し、該開口はＵＶ硬化樹脂を硬化させるための紫外光を通すことができる。

第１モールド駆動部１０２は、Ｚ方向に移動可能に構成されている。第１モールド駆動部１０２の上部は、荷重センサ１０４に連結されている。

第１ガイド１０３は、第１モールド駆動部１０２をＺ方向に移動させるための案内機構であり、ボール、ローラー又はベアリング等の転動機構が使用される。本実施例では、第１ガイド１０３としてベアリングを使用しているが、エアガイドを用いてもよい。

荷重センサ１０４は、該センサ１０４にかかる荷重を検出する機能を有し、本実施例では、ロードセルが使用されている。荷重センサ１０４は、モールドＭＰをウエハＷＦに押し付けるときにモールドＭＰとウエハＷＦとの間に作用する押圧力に対応する荷重やモールドＭＰをウエハＷＦから離すときにモールドＭＰとウエハＷＦとの間に作用する引張力に対応する荷重を検出する。押圧力に対応する荷重は、押圧力に関する値の１つである。

荷重センサ１０４による検出結果（検出値）は、押印機構１０（つまりはモールドＭＰ）の駆動を制御する制御系５０に入力される。荷重センサ１０４の上部は、第２モールド駆動部１０５に連結されている。

第２モールド駆動部１０５は、第１モールド駆動部１０２と同様に、Ｚ方向に移動可能に構成されている。第２モールド駆動部１０５の上部は、ボールナット１０７に連結されている。第２モールド駆動部１０５は、ボールナット１０７に係合したボールネジ１０８が回転することよってＺ方向に移動する。

第２ガイド１０６は、第１ガイド１０３と同様に、第２モールド駆動部１０５をＺ方向に移動させるための案内機構である。

モータ１０９は、ボールナット１０７に連結されている。モータ１０９が動作することでボールネジ１０８が回転し、該ボールネジ１０８に係合したボールナット１０７及びこれに連結された第２モールド駆動部１０５、荷重センサ１０４及び第１モールド駆動部１０２がＺ方向に移動する。

ウエハステージ２０は、ウエハＷＦを保持し、ＸＹ方向におけるウエハＷＦの位置を制御したり、ウエハＷＦの姿勢を制御したりする。ウエハステージ２０は、モールドＭＰのパターンを逐次転写する際に、Ｘ方向又はＹ方向にステップ移動する。ウエハステージ２０の位置及び姿勢は、図示しないレーザー干渉計による計測結果に基づいて高精度に制御される。

構造体３０は、定盤３０１と、フレーム３０２と、除振装置３０３とを有する。定盤３０１は、ウエハステージ２０及びフレーム３０２を支持する。定盤３０１は、除振装置３０３を介して床に載置される。除振装置３０３は、ウエハステージ２０に要求される高精度な位置決め精度を維持するために、床からの振動を遮断する。除振装置３０３は、エアダンパ等により構成される。

照明系４０は、ランプボックス４０１と、光ファイバ４０２と、照明光学系４０３とを有する。ＵＶ硬化樹脂を硬化させるための紫外光は、ランプボックス４０１に配置された高圧水銀ランプによって生成され、光ファイバ４０２を介して照明光学系４０３に導かれる。照明光学系４０３は、紫外光の照射画角及び照射強度分布を整えて、モールドＭＰを通してウエハＷＦに塗布されたＵＶ硬化樹脂に紫外光を照射する。

照明光学系４０３は、第１モールド駆動部１０２の内部に配置されている。照明光学系４０３は、例えば、照度分布を均一化する複数のレンズユニットや、第１モールド駆動部１０２の下部に形成された開口を介して紫外光を照射するために紫外光を反射するミラーによって構成される。

制御系５０は、制御装置５０１と、モータドライバ５０２と、記憶装置５０３と、インターフェース部５０４とを有し、モールドＭＰをＺ方向に駆動する押印機構１０を制御する。制御装置５０１は、荷重センサ１０４の検出値に基づく演算処理によって、モータドライバ５０２に駆動信号を出力する。モータドライバ５０２は、制御装置５０１からの駆動信号に従ってモータ１０９を動作させる。インターフェース部５０４は、制御系５０への制御パラメータの入力等、外部とのデータの通信を行う。記憶装置５０３は、制御パラメータ等の各種データを記憶する。

塗布機構６０は、レジストであるＵＶ硬化樹脂をウエハＷＦに塗布する機構であり、モールドＭＰのパターンを転写する領域にＵＶ硬化樹脂を滴下する。ＵＶ硬化樹脂がスピンコート等の方法によって、ウエハＷＦの全体に予め塗布されている場合には、塗布機構６０は不要である。

アライメントスコープ７０は、フレーム３０２に保持され、ウエハＷＦにモールドＭＰのパターンを転写する際に、ウエハＷＦ上に配置されたアライメントマークを検出する。アライメントスコープ７０は、モールドＭＰとウエハＷＦとの位置合わせに使用される。

ギャップ計測器８０は、モールドステージ１０１内に設置されており、モールドＭＰとウエハＷＦとの間の距離を計測する。ギャップ計測器８０は、例えば、ウエハＷＦに光を照射して、その反射光の強度スペクトルを検出し、該強度スペクトルと距離の大きさとの関係を示すデータベースを参照することで、距離を求める（特開２００８―８８８９号公報参照）。

次に、上記のように構成された転写装置１の動作について説明する。まず、図示しないモールド搬送系によって、モールドＭＰを転写装置１に搬入し、モールドステージ１０１に装着する。そして、図示しない計測系によってモールドＭＰのパターンが形成された面（以下、パターン面という）の姿勢を計測するとともに、その計測結果に基づいてモールドステージ１０１を駆動し、モールドＭＰの姿勢を基準姿勢とする。基準姿勢とは、例えば、ウエハステージ２０の走査方向（ＸＹ平面）に平行な姿勢である。

次に、図示しないウエハ搬送系によって、ウエハＷＦを転写装置１に搬入する。そして、アライメントスコープ７０によってウエハＷＦ上のアライメントマークを検出し、該検出結果に基づいてウエハステージ２０上にウエハＷＦを位置決めする。

次に、モールドＭＰのパターンをウエハＷＦに逐次転写する。転写動作は、図１９に示すように、（ａ）押印工程と、（ｂ）硬化工程と、（ｃ）離型工程とを含む。

押印工程では、まず塗布機構６０によって、ウエハＷＦ上におけるモールドＭＰのパターンを転写する領域にＵＶ硬化樹脂ＵＣＲを滴下する。そして、ウエハＷＦをモールドＭＰの真下の位置に位置決めし、押印機構１０を駆動してモールドＭＰをウエハＷＦに押し付ける。これにより、モールドＭＰのパターン面（すなわち、モールドＭＰに形成されたパターン）に沿ってＵＶ硬化樹脂ＵＣＲが流動する。

図２及び図３には、押印工程における第１モールド駆動部１０２、荷重センサ１０４及び第２モールド駆動部１０５の動きを模式的に示している。ＺＡは、第１モールド駆動部１０２のＺ方向の位置（以下、Ｚ位置という）を表し、ＺＢは、第２モールド駆動部１０５のＺ位置を表している。荷重センサ１０４は、上述したように、ロードセルである。ロードセルは、バネ構造を内部に有し、引張り荷重や押圧荷重がかかった場合にバネが伸縮する量を荷重に換算することによって該荷重を検出する。

図２は、押印工程の開始時を示している。図２において、第１モールド駆動部１０２は、荷重センサ１０４を介して第２モールド駆動部１０５から吊り下がっている。この状態では、実際には、荷重センサ１０４に、第１モールド駆動部１０２とモールドＭＰの重さが荷重として作用しているが、制御装置５０１は、このときの荷重を０と認識する。また、この状態では、モールドＭＰはウエハＷＦから離れている。このときの駆動対象であるモールドＭＰの位置が第１の位置に相当する。

図３（ａ）は、押印工程が開始されて第２モールド駆動部１０５が下降し、モールドＭＰがウエハＷＦに接触した状態を示している。このときのモールドＭＰの位置が第２の位置に相当する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す状態から第２モールド駆動部１０５がさらに下降し、モールドＭＰがウエハＷＦに押し付けられた状態（モールドＭＰとウエハＷＦとの間に押圧力が作用した状態）を示している。第１モールド駆動部１０２及びモールドＭＰは、図３（ａ）に示す位置から基本的に動かないが、第２モールド駆動部１０５は荷重センサ１０４の縮み量に相当する量だけ下降している。荷重センサ１０４は、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に作用した押圧力（以下、押印力という）に対応する検出値を出力する。

ここで、押印工程における各構成要素の働きについて説明する。図４の上側の図は、従来の押印工程における第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動きを示すグラフである。第２モールド駆動部１０５の動きは、制御装置５０１からの駆動信号（すなわち、制御系５０からの駆動指令）に対応する。また、図４の下側に示す図は、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動きに応じた押印力（荷重）の変化を示すグラフである。

図４の上側の図において、縦軸は第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５のＺ位置を表し、横軸は時間を表す。上述したように、ＺＡは第１モールド駆動部１０２のＺ位置を、ＺＢは第２モールド駆動部１０５のＺ位置をそれぞれ示している。なお、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５のＺ位置は、後述する離型工程が開始される位置を基準として示している。

図４の下側の図において、縦軸は荷重（荷重センサ１０４による検出荷重に対応する）を表し、横軸は時間を表す。なお、図４の上側の図の時間軸と下側の図の時間軸とは同一である。

図４において、モールドＭＰがウエハＷＦから離れている状態からモールドＭＰが徐々に下降し（時間Ｔ０からＴ１の間）、ある程度下降したところでモールドＭＰがウエハＷＦに接触する（時間Ｔ１）。さらに、第２モールド駆動部１０５を下降させると、第１モールド駆動部１０２は停止したままであるが、荷重（押印力）が上昇する。そして、所定の荷重に達した時点（時間Ｔ２）で、第２モールド駆動部１０５の下降を停止する。これで、押印工程が完了する。

このように、第１モールド駆動部１０２、第２モールド駆動部１０５及びボールネジ１０８等の位置を制御することによって押印力を発生させる押印機構１０では、変位（駆動量）を荷重に変換する要素（バネの機能）が必要となる。本実施例では、変位を荷重に変換する要素を荷重センサ１０４が担っている。なお、変位を荷重に変換する要素を非常に剛性の高い部材で構成した場合には、非常に微小な変位（Ｚ方向の駆動量）でも大きく荷重が変化することとなり、著しく制御性が悪くなってしまう。

図４は、あくまでも従来の押印工程における各構成要素の働きを説明したものであって、本実施例の押印工程については、後に詳しく説明する。

押印工程が完了すると、硬化工程に移行する。硬化工程では、図１９（ｂ）に示すように、モールドＭＰをウエハＷＦに押し付けた状態で、ウエハＷＦに塗布されたＵＶ硬化樹脂ＵＣＲに紫外光を照射し、該ＵＶ硬化樹脂ＵＣＲを硬化させる。

硬化工程が完了すると、離型工程に移行する。離型工程では、図１９（ｃ）に示すように、押印機構１０によりモールドＭＰをウエハＷＦから引き離す方向に駆動し、モールドＭＰをＵＶ硬化樹脂ＵＣＲから剥離させる。なお、離型工程については、後で詳しく説明する。

このようにして、パターン転写が完了すると、ウエハＷＦには、モールドＭＰのパターン形状と同じ形状（ただし、凹凸は逆）のレプリカパターンがＵＶ硬化樹脂に形成される。そして、ウエハステージ２０を駆動し、ウエハＷＦ上における次の転写位置にＵＶ硬化樹脂を滴下した後、ウエハＷＦを転写位置に移動させ、上述した押印工程、硬化工程及び離型工程を繰り返す。

図５及び図６を用いて離型工程について説明する。図５及び図６は、離型工程における第１モールド駆動部１０２、荷重センサ１０４及び第２モールド駆動部１０５の動きを模式的に示している。

図５は、離型工程の開始時を示しており、押印工程の完了時と同じである。すなわち、第２モールド駆動部１０５がＺ方向に移動（下降）し、荷重センサ１０４が縮んでいる。

この状態から第２モールド駆動部１０５を上昇させると、図６（ａ）に示すように、押印工程においてモールドＭＰとウエハＷＦが接触した位置（図３（ａ））より第２モールド駆動部１０５が上昇しても、モールドＭＰがウエハＷＦから離れない。これは、ウエハＷＦに塗布されたＵＶ硬化樹脂が硬化することで、ＵＶ硬化樹脂が接着剤として機能し、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に接着力が働くからである。

第２モールド駆動部１０５をさらに上昇させると、図６（ｂ）に示すように、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に働く引張り力によってモールドＭＰがウエハＷＦから離れる。言い換えれば、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に働く接着力よりもモールドＭＰとウエハＷＦとの間に働く引張り力が大きくなることで、モールドＭＰがウエハＷＦから離れる。

図４には、従来の押印工程において、第２モールド駆動部１０５の下降速度（移動速度）がほぼ一定である場合の第２モールド駆動部１０５の動きを示している。従来の押印工程では、荷重センサ１０４による検出荷重が設定された目標荷重に増加するようにモータ１０９が駆動される。

制御装置５０１の構成を図７に示している。また、制御装置５０１の従来の制御フローを図８に示している。制御装置５０１は、ステップＳ１０１でクロック（時間）のカウントを開始する。次に、制御装置５０１は、ステップＳ１０２で荷重センサ１０４の出力（検出荷重）を取り込み、ステップＳ１０３及びＳ１０４で、荷重センサ１０４による検出荷重と目標荷重との偏差を演算する。そして、制御装置５０１は、ステップＳ１０５及びＳ１０７で、ステップＳ１０４で演算された偏差に基づいて、ＰＩＤ制御によるモータ１０９の駆動量を算出し、指令値をモータドライバ５０２に出力する。

第２モールド駆動部１０５を高速で駆動した場合には、モールドＭＰがウエハＷＦの表面に接触した瞬間に衝撃が発生する。モールドＭＰは、紫外光を透過する石英等で作製されており、該衝撃によって破損するおそれがある。このため、従来の押印工程では、偏差に対するモータ１０９への駆動量の指令値（ゲイン）は非常に小さく設定され、これにより第２モールド駆動部１０５は非常に低速で下降される。つまり、モールドＭＰの破損を防ぐために、モールドＭＰの移動速度を小さく設定しなくてはならない。このため、押印工程に非常に長い時間を要していた。

これに対し、本実施例では、押印工程に要する時間を短くするため、押印工程におけるモールドＭＰの駆動制御を、ギャップ計測器８０による計測値に基づく位置制御と荷重センサ１０４による検出値に基づく荷重制御（荷重フィードバック制御）とで切り換える。具体的には、モールドＭＰがウエハＷＦに接触する直前の位置（前述した第１の位置と第２の位置との間の第３の位置）に到達するまではモールドＭＰを位置制御により高速で移動させる。そして、その位置以降、つまりモールドＭＰとウエハＷＦが接触するまでモールドＭＰを荷重制御により低速で移動させる。これにより、モールドＭＰの破損を回避しつつ、押印工程に要する時間を短縮する。

以下、本実施例の押印工程における第２モールド駆動部１０５の駆動制御について、図９を用いて具体的に説明する。

図９の上側の図は、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動き（駆動パターン）を示すグラフである。なお、第２モールド駆動部１０５の動きは、制御装置５０１からの駆動信号（すなわち、制御系５０からの駆動指令）に対応する。図９の下側の図は、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動きに応じた押印力（荷重）の変化を示すグラフである。

図９において、実線（ＺＢ）が本実施例における第２モールド駆動部１０５の駆動パターン及び荷重（押印力）の変化を示し、鎖線が図４に示した従来の駆動パターン及び荷重の変化を示している。荷重は、本実施例では、荷重センサ１０４による検出荷重に対応する。一点鎖線（ＺＡ）は、第１モールド駆動部１０２の駆動パターンを示している。横軸は時間を表す。なお、図９の上側の図の時間軸と下側の図の時間軸とは同一である。

押印工程は、ウエハＷＦが押印位置に位置決めされた後に開始される。まず、ギャップ計測器８０によって、モールドＭＰとウエハＷＦとの間の距離を計測する。そして、制御装置５０１は、該計測された距離に基づいて、すなわち計測された距離から後述する制御切換位置（第３の位置）とウエハＷＦとの間の距離を差し引いた差分距離（目標距離）に対応する動作量だけモータ１０９を動作させる。このことは、第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰが、制御切換位置を目標位置として駆動される（すなわち、位置制御される）ことと等価である。制御切換位置は、前述したように、モールドＭＦがウエハＷＦ（ＵＶ硬化樹脂）に接触する直前の位置に設定されている。

また、このとき、第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰは、後述する荷重フィードバック制御での移動速度よりも高速で下降する。

こうして第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰの制御切換位置までの駆動が完了すると、制御装置５０１は、第２のモールド駆動部１０５の駆動制御を荷重フィードバック制御（以下、単に荷重制御という）に切り換える。具体的には、図７にその構成を示した制御装置５０１は、荷重センサ１０４による検出荷重と目標荷重との偏差からモータ１０９の駆動量を算出し、モータドライバ５０２に指令を出す。ここでの駆動制御は、図７に示すようにＰＩＤ制御である。制御パラメータ（Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ）は、荷重制御を適切に行うことができるように設定されており、ゲインを下げることはしていない。

図１０には、このときの制御フローを示している。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５は、図８に示した制御フローと同じである。すなわち、制御装置５０１は、ステップＳ１０１でクロック（時間）のカウントを開始し、ステップＳ１０２（検出ステップ）で荷重センサ１０４の出力（検出荷重）を取り込む。そして、ステップＳ１０３及びＳ１０４で、荷重センサ１０４による検出荷重と目標荷重との偏差を演算する。次に、制御装置５０１は、ステップＳ１０５で、ステップＳ１０４で演算された偏差に基づいて、ＰＩＤ制御によるモータ１０９の駆動量を算出する。

本実施例では、ステップＳ１０５の後のステップＳ１０６にて、ＰＩＤ制御において算出されたモータ１０９の駆動量と予め決められた速度リミットとを比較する。そして、算出されたモータ１０９の駆動量が速度リミットを超える値である場合には、ステップＳ１０７においてモータドライバ５０２には速度リミットの値を出力する。

これは、荷重制御に切り換えた段階では、まだモールドＭＰはウエハＷＦに接触しておらず、荷重センサ１０４による検出荷重は０のままである。このため、速度リミットを設定しないと、モールドＭＰの移動速度が増大して高速でモールドＭＰがウエハＷＦに衝突するためである。ステップＳ１０３〜Ｓ１０７は、制御ステップに相当する。

荷重制御に切り換わると、モールドＭＰは位置制御時によりも低速で下降し、コンタクト位置（時間Ｔ１’）でウエハＷＦ（ＵＶ硬化樹脂）と接触する。この後、さらにモータ１０９が駆動されることで、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に押印力が発生し、該押印力に対応する荷重センサ１０４による検出荷重が目標とする所定荷重に増加する（時間Ｔ２’）までモータ１０９が制御される。

このように、本実施例では、第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰを、その駆動開始位置（第１の位置）から目標位置に高速で駆動する位置制御により、モールドＭＰがウエハＷＦに接触する直前の制御切換位置（第３の位置）まで移動させる。その後、第２のモールド駆動部１０５を、荷重センサ１０４による検出荷重をモニタしながら低速で駆動する荷重制御に切り換えて、モールドＭＰをウエハＷＦに接触させ（第２の位置）、さらに押印力を目標値（所定値）まで増加させる。これにより、第２のモールド駆動部１０５を駆動開始位置から移動させて押印力を目標値まで増加させるまでの押印工程に要する時間を短くすることが可能となる。しかも、モールドＭＰをウエハＷＦに低速で接触させるため、モールドＭＰの破損も回避することができる。

押印工程をより短時間で行うためには、制御切換位置をできるだけコンタクト位置に近づけるとよい。ただし、近づけすぎると、十分に低速でモールドＭＰをウエハＷＦに接触することが難しくなる。このため、制御切換位置を適切に設定することが重要である。以下、制御切換位置の設定について説明する。

図１１（ａ）には、モールドステージ１０１の構造を示す。１０１１はモールドステージ１０１の構造部であり、第１のモールド駆動部１０２に連結されている。１０１２はモールドチルトステージであり、後述するかわし機構１０１３の姿勢変化を許容するためのベースとなる。かわし機構１０１３は、モールドチルトステージ１０１２に自由に姿勢を変化させることができるように連結されている。かわし機構１０１３は、弾性体によってモールドチルトステージ１０１２に連結されており、外力の作用によって自由に姿勢を変えられる。

基本的にはモールドチルトステージ１０１２を基準にモールドＭＰのパターン面をウエハＷＦの表面（ウエハ面）と平行に合わせるが、実際にパターン面をウエハ面に接触させたときに両面が完全に平行にならない部分をかわし機構１０１３の姿勢変化により吸収する。これにより、パターン面をウエハ面に完全に平行にした状態でモールドＭＰをウエハＷＦに接触させることができる。

かわし機構１０１３がその姿勢変化ストロークの一端にある状態を図１１（ｂ）に示している。この状態では、モールドＭＰの中心（図に一点鎖線で示す）に比べて、その端部が下側にδだけ突出する。ギャップ計測器８０による距離計測をモールドＭＰの中心で行っている場合には、
δ＝（かわし機構のストローク）×（パターン面内で最も中心から離れた位置までの距離）
となる。かわし機構１０１３の姿勢変化ストロークは０．５ｍｒａｄ程度である。パターン面が２５ｍｍ四方である場合には、δは１０μｍとなる。したがって、図９に示した制御切換位置は、コンタクト位置よりも１０μｍ以上、上方に離れた位置に設定する必要がある。制御切換位置の設定の目安として、コンタクト位置からδの２倍程度離れた位置に設定するとよい。

制御切換位置の別の設定方法を以下に説明する。図１２に示すように、ウエハ面は、微視的に見ればうねっており、必ずしもギャップ計測器８０による計測値がモールドＭＰとウエハＷＦとの間の最短距離を表しているとは限らない。ウエハ面の平坦度（最も高い位置と最も低い位置との差）をδ２とした場合、制御切換位置は、コンタクト位置よりもδ２以上離れている必要がある。制御切換位置の設定の目安として、コンタクト位置からの高さをウエハ面の平坦度の２倍程度とするとよい。

ウエハ面の平坦度を知る方法としては、転写装置１に設けた測定装置によって平坦度を測定してもよいし、使用するウエハの平坦度の保証値を用いてもよい。また、半導体ウエハのように、１枚のウエハに何層ものパターンを重ねてプロセスを通す場合には、事前にウエハ面の平坦度の情報が得られている場合が多い。例えば、事前に光露光装置（ステッパ又はスキャナー）によりパターニングを行っていれば、フォーカス位置の計測のためにウエハ面の高さを知る必要がある。この場合、光露光装置での計測データをインターフェース部５０４を介して記憶装置５０３に記憶しておき、その情報に基づいて制御切換位置を設定してもよい。

本実施例では、ギャップ計測器８０を転写装置１上に搭載して、モールドＭＰとウエハＷＦ間の距離を計測した。しかし、ＵＶ硬化樹脂をウエハＷＦに滴下する塗布装置に静電容量センサ等の測距センサを搭載しておき、ＵＶ硬化樹脂を塗布をするときに同時にウエハ面までの距離を計測してもよい。

図１３には、本発明の実施例２である転写装置２の構成を示している。転写装置２の基本構成は、実施例１の転写装置１と同じであり、図１３において、実施例１と同じ機能を有する構成要素については同じ符号を付して説明に代える。

本実施例では、圧力制御システム９０が設けられている点で実施例１と異なる。圧力制御システム９０は、容器９０１と、圧力センサ９０２と、圧力制御装置９０３とを含む。第１のモールド駆動部１０２と第２のモールド駆動部１０５との間には、内部の圧力によって伸縮する容器９０１が配置されている。また、圧力計９０２は、容器９０１の内部の圧力を計測し、圧力制御装置９０３は該圧力を制御する。

図１５には、圧力制御装置９０３の構成を示している。圧力制御装置９０３は、圧縮機９０３ａと、該圧縮機９０３ａが接続されたタンク９０３ｂと、２個のバルブ９０３ｃ，９０３ｄとにより構成されている。タンク９０３ｂの内部は、圧縮機９０３ａによって陽圧に保たれている。バルブ９０３ｃは、タンク９０３ｂから容器９０１に繋がる主配管の途中に設けられている。バルブ９０３ｄは主配管を大気に開放する副配管を開閉する。これらのバルブバルブ９０３ｃ，９０３ｄを開閉させることで、容器９０１内の圧力を制御できる。

制御装置５０１は、図１４に示すように、圧力センサ９０２による検出圧力（押印力に関する値）に基づいて、バルブ９０３ｃ，９０３ｄの開閉を制御するための指令を出力する。

本実施例によれば、容器９０１の内部の圧力を制御することによって、モールドＭＰのウエハＷＦに対する押印力を制御することができる。圧力を制御しているため、実施例１のようにボールネジによる駆動のみで押印力を制御する場合に比べて、過大な押印力を与えてしまうことを容易に防止することができる。

本実施例における押印工程における第２モールド駆動部１０５の駆動制御について、図１６を用いて具体的に説明する。図１６の上側の図は、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動き（駆動パターン）を示すグラフである。なお、第２モールド駆動部１０５の動きは、制御装置５０１からの駆動信号（すなわち、制御系５０からの駆動指令）に対応する。図１６の下側の図は、第１モールド駆動部１０２及び第２モールド駆動部１０５の動きに応じた押印力（荷重）の変化を示すグラフである。

図１６において、実線（ＺＢ）が本実施例における第２モールド駆動部１０５の駆動パターン及び荷重の変化を示し、鎖線が図４に示した従来の駆動パターン及び荷重の変化を示している。荷重は、本実施例では、圧力センサ９０２による検出圧力に対応する。一点鎖線（ＺＡ）は、第１モールド駆動部１０２の駆動パターンを示している。

押印工程は、ウエハＷＦが押印位置に位置決めされた後に開始される。まず、ギャップ計測器８０によって、モールドＭＰとウエハＷＦとの間の距離を計測する。そして、制御装置５０１は、該計測された距離に基づいて、駆動開始位置（第１の位置：時間Ｔ０）から、実施例１で説明した差分距離に対応する動作量だけモータ１０９を動作させる。これにより、第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰが目標位置としての制御切換位置（第３の位置）まで高速で下降する。制御切換位置は、実施例１と同様に設定されている。

こうして第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰの制御切換位置までの駆動が完了すると（時間Ｔ３”）、制御装置５０１は、第２のモールド駆動部１０５の駆動制御を、圧力制御に切り換える。具体的には、制御装置５０１は、圧力制御装置９０３を起動し、容器９０１内の圧力を目標圧力（目標値）まで増加させるようにバルブ９０３ｃを開ける。この目標圧力は、モールドＭＰとウエハＷＦとの間に作用する押印力の目標値（目標荷重）に対応する圧力である。

バルブ９０３ｃを開けると、容器９０１の内部に圧縮空気が送り込まれるため、容器９０１の体積が大きくなり、第２のモールド駆動部１０５が制御切換位置までの移動速度よりも低速で下降する。そして、モールドＭＦがウエハＷＦに接触すると（時間Ｔ１”）、その後は、容器９０１内部の圧力が上昇するにしたがって、押印力が発生及び上昇する。こうして、容器９０１内部の圧力（圧力センサ９０２による検出圧力）が目標圧力に達することで、押印工程が終了する。

このように、本実施例では、第２のモールド駆動部１０５及びモールドＭＰを、その駆動開始位置（第１の位置）から目標位置に高速で駆動する位置制御により、モールドＭＰがウエハＷＦに接触する直前の制御切換位置（第３の位置）まで移動させる。その後、第２のモールド駆動部１０５を、圧力センサ９０２よる検出圧力をモニタしながら低速で駆動する圧力制御（言い換えれば、荷重制御）に切り換えて、モールドＭＰをウエハＷＦに接触させ（第２の位置）、さらに押印力を目標値（所定値）まで増加させる。これにより、第２のモールド駆動部１０５を駆動開始位置から移動させて押印力を目標値まで増加させるまでの押印工程に要する時間を短くすることが可能となる。しかも、モールドＭＰをウエハＷＦに低速で接触させるため、モールドＭＰの破損も回避することができる。

図１７には、本発明の実施例３である転写装置３の構成を示している。転写装置３の基本構成は、実施例２の転写装置２と同じであり、図１７において、実施例２と同じ機能を有する構成要素については同じ符号を付して説明に代える。

本実施例の転写装置３は、実施例１で説明したギャップ計測器を持たず、ウエハ高さセンサ１００を有する。押印工程の動作は、基本的に実施例２と同じであるが、ウエハ高さセンサ１００による検出結果を用いて制御切換位置を決定する点で、実施例２と異なる。

ウエハＷＦを転写装置３に搬入した後、ウエハ高さセンサ１００によって、該ウエハＷＦの表面（ウエハ面）の高さを計測し、該計測値を記憶装置５０３に記憶させる。転写領域ごとにウエハ面の高さを計測し、該計測値に基づいて制御切換位置を変更する。

具体的には、ウエハＷＦを搬入後、ウエハステージ２０を駆動してウエハ高さセンサ１００の下でウエハＷＦを移動（走査）しながら、ウエハ面の高さを計測することによって、ウエハ面の凹凸形状を計測する。

これにより、図１８に示すように、転写装置３上において、ウエハ面のうちモールドＭＰを押圧する領域の高さ（表面位置）を計測することができる。そして、該領域ごとにウエハ面の高さに実施例１で説明した値δを足した高さ位置を制御切換位置に設定する。これにより、ウエハＷＦの転写領域ごとに制御切換位置を適切に設定（変更）することができる。

上記各実施例においては、ギャップ計測器８０やウエハ高さセンサ１００を使用して制御切換位置を設定したが、本実施例では、それらを用いずに制御切換位置を設定する。

具体的には、１枚のウエハに対して複数箇所にパターン転写を行う場合、最初のパターン転写時には、モールドを極めて低速でウエハに接触させる。モールドがウエハに接触したことは、実施例１に示した荷重センサ１０４による検出値の変化をモニタすることで検出する。そして、モールドがウエハに接触した位置（高さ）を記憶装置に記憶させる。

次のパターン転写からは、その記憶した位置に実施例１で説明した値δを足した高さ位置を制御切換位置に設定する。

これにより、モールドとウエハとの間の距離を直接計測する必要がないため、ギャップ計測器８０が不要になる。また、予めウエハ面の高さを知る必要もないため、装置構成を単純化できる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

また、上記各実施例では、ＵＶ硬化法によるナノインプリント装置について説明したが、本発明は、熱サイクル法によるインプリント装置にも適用することができる。

１，２，３ 転写装置
１０ 押印機構
１０１ モールドステージ
１０２ 第１モールド駆動部
１０４ 荷重センサ
１０５ 第２モールド駆動部
１０６ 第２ガイド
１０８ ボールネジ
１０９ モータ
２０ ウエハステージ
４０ 照明系
５０ 制御系
５０１ 制御装置
５０３ 記憶装置
６０ 塗布機構
７０ アライメントスコープ
８０ ギャップ計測器
９０ 圧力制御システム
１００ ウエハ高さセンサ
ＭＰ モールド
ＷＦ ウエハ

Claims (9)

1. 基板上の液体又は粘性体にモールドを押し当てて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記モールドが前記液体又は粘性体から離れた第１の状態から該モールドが前記液体又は粘性体に接触した第２の状態に状態を変更する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記押し当てを行う場合、前記押し当ての方向において、前記第１の状態から前記第２の状態になる前に前記駆動手段の力制御を開始し且つ前記モールドと前記基板との相対速度を第１相対速度から第２相対速度に変更し、前記力制御を開始する前は前記駆動手段の位置制御を行い、前記第１相対速度は前記第２相対速度より高くあるように、前記駆動手段を制御する、
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記力制御のための荷重センサまたは圧力センサを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
3. 前記モールドと前記基板との間の距離または前記基板の表面の高さを計測する前記位置制御のための計測器を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記制御手段は、前記位置制御を前記力制御に切り換える位置を前記基板の表面の高さに応じて設定する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記制御手段は、前記位置制御を前記力制御に切り換える位置を、前記基板の表面の領域ごとの高さに応じて変更する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 前記駆動手段は、内部の圧力によって伸縮する容器を有し、前記制御手段は、前記力制御において前記容器の内部の圧力を制御する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインプリント装置。
7. 前記容器内の圧力を計測する圧力計を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて、基板上の液体又は粘性体にモールドを押し当てて該基板上にパターンを形成する、ことを特徴とするデバイス製造方法。
9. 基板上の液体又は粘性体にモールドを押し当てて前記基板上にパターンを形成するインプリント方法であって、
   前記モールドが前記液体又は粘性体から離れた第１の状態から該モールドが前記液体又は粘性体に接触した第２の状態に状態を変更する駆動手段により前記押し当てを行う場合、前記押し当ての方向において、前記第１の状態から前記第２の状態になる前に前記駆動手段の力制御を開始し且つ前記モールドと前記基板との相対速度を第１相対速度から第２相対速度に変更し、前記力制御を開始する前は前記駆動手段の位置制御を行い、前記第１相対速度は前記第２相対速度より高くあるように、前記駆動手段を制御する、
   ことを特徴とするインプリント方法。