JP2017079242A - 調整装置、インプリント装置および物品製造方法 - Google Patents

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【課題】モールドを変形させる際にモールドが位置ずれ及び/又は回転することを防止するために有利な技術を提供する。【解決手段】モールドの形状を調整する調整装置は、モールド保持部によって保持された前記モールドの形状を調整するために前記モールドに対して力を加える複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力を検出する複数のセンサと、前記複数のセンサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力の合力を演算し、前記合力が制限を満たすように、前記複数のアクチュエータが前記モールドに加える複数の力を制御する制御部と、を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、調整装置およびそれを備えるインプリント装置ならびに該インプリント装置を用いて物品を製造する物品製造方法に関する。
半導体デバイスの微細化が進み、フォトリソグラフィ技術に加え、基板上にインプリント材を供給し、インプリント材にモールド(テンプレートまたは型とも呼ばれる)を接触させ、この状態でインプリント材を硬化させる微細加工技術が注目されている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の一つとして光硬化法がある。光硬化法では、インプリント材として、光の照射によって硬化する材料が使用させる。
基板に形成されたパターン(下地)とモールドに形成されたパターンとを重ね合わせる際には、まず、アライメントシステムによって、モールドのマークとウエハのマークとの相対位置が検出され、基板を駆動することでシフトおよび回転方向のずれが補正される。さらに、倍率、スキュー、台形、弓なり、糸巻きといったパターン形状誤差は、モールドを変形させることで補正される。パターンの重ね合わせを高精度に実施するために、数nm以下の精度でモールドを変形させる機構が要求される。
特許文献1には、テンプレートを変形させるために、テンプレートとのその周囲に配置された支持構造体との間に、各々の対が圧電アクチュエータと圧電力センサとの直列接続からなる複数の対を配置した構成が記載されている。圧電アクチュエータが発生する力は、圧電力センサの出力を用いてフィードバック制御される。
特許文献2には、パターン形成デバイス(テンプレート)を変形させるために、パターン形成デバイスとその周囲に配置されたフレームとの間に複数のアクチュエータを配置したシステムが記載されている。複数のアクチュエータは、パターン形成デバイスを挟んで対向するように配置された複数の対を構成している。各対のアクチュエータは、x軸方向の力、y軸方向の力およびz軸周りのモーメントが0となるように、互いに向きが反対で互いに等しい力を発生するように制御される。
特開2009−141328号公報 特許第4573873号公報
特許文献2に記載されたシステムでは、パターン形成デバイスに力を加えて変形させる動作が完了した定常状態においては、パターン形成デバイスに加わるx軸方向の力、y軸方向の力およびz軸周りのモーメントが0であると考えられる。しかしながら、該システムでは、パターン形成デバイスに力を加えて変形させている過渡状態においては、例えば、一対のアクチュエータのうち一方のみがパターン形成デバイスに接触し他方はパターン形成デバイスにまだ接触していない状況が起こりうる。また、一対のアクチュエータの応答性や特性に差が存在する場合もありうる。このような場合において、過渡状態では、パターン形成デバイスに加わるx軸方向の力、y軸方向の力およびz軸周りのモーメントが許容値を超えてしまい、パターン形成デバイスが位置ずれ及び/又は回転を起こしうる。また、パターン形成デバイスを基板上のインプリント材に接触させた瞬間においても、パターン形成デバイスに加わるx軸方向の力、y軸方向の力およびz軸周りのモーメントが許容値を超え、パターン形成デバイスが位置ずれ及び/又は回転を起こしうる。
本発明は、モールドを変形させる際にモールドが位置ずれ及び/又は回転することを防止するために有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、モールドの形状を調整する調整装置に係り、前記調整装置は、モールド保持部によって保持された前記モールドの形状を調整するために前記モールドに対して力を加える複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力を検出する複数のセンサと、前記複数のセンサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力の合力を演算し、前記合力が制限を満たすように、前記複数のアクチュエータが前記モールドに加える複数の力を制御する制御部と、を備える。
本発明によれば、モールドを変形させる際にモールドが位置ずれ及び/又は回転することを防止するために有利な技術が提供される。
本発明の1つの実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図。 モールドの形状を調整する調整装置の構成を示す図。 モールドの形状を調整する調整装置の構成例を示す図。 モールドの形状を調整する調整装置の他の構成例を示す図。 フィードバック補償器の構成例を示す図。 フィルタの特性を例示する図。 出力制限器の特性を例示する図。
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
図1は、本発明の1つの実施形態に係るインプリント装置1の構成を示す概略図である。インプリント装置1は、基板Sの上に供給されたインプリント材(例えば、樹脂材料)にモールドMのパターン部Pを接触させて該インプリント材を硬化させ、これによってパターンを形成するように構成される。
本明細書および添付図面では、モールドMのパターン部Pの表面に平行な面内において互いに直交するX軸(第1軸)およびY軸(第2軸)、および、X軸およびY軸に直交するZ軸(第3軸)を定めたXYZ座標系において方向を示す。XYZ座標系におけるX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ平行な方向をX方向、Y方向、Z方向とし、X軸周りの回転、Y軸周りの回転、Z軸周りの回転をそれぞれθX、θY、θZとする。X軸、Y軸、Z軸に関する制御または駆動は、それぞれX軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θX軸、θY軸、θZ軸に関する制御または駆動は、それぞれX軸に平行な軸の周りの回転、Y軸に平行な軸の周りの回転、Z軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。
インプリント装置1は、基板Sを保持する基板保持部(基板ステージ)10、および、基板保持部10を駆動することによって基板Sを駆動する基板駆動部12を備えうる。また、インプリント装置1は、モールドMを保持するモールド保持部20、および、モールド保持部20を駆動することによってモールドMを駆動するモールド駆動部40を備えうる。基板駆動部12およびモールド駆動部40は、基板SとモールドMとの相対位置を制御する位置決め機構を構成する。該位置決め機構は、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸に関して、基板SとモールドMとの相対位置を制御することができる。基板Sの上に供給されたインプリント材に対するモールドMの接触および硬化したインプリント材とモールドMとの離隔は、該位置決め機構によってなされる。
インプリント装置1は、その他、調整装置30、硬化部50、アライメント計測器60、ディスペンサ70、ベース部材82および支持構造体84を備えうる。調整装置30は、モールドMの形状を調整するように構成されうる。調整装置30は、図2に示されているように、複数のアクチュエータ32と、複数のセンサ34と、制御部36とを含む。複数のアクチュエータ32は、支持部31によって支持されうる。支持部31は、例えば、モールド保持部20によって支持されうる。複数のアクチュエータ32は、モールド保持部20によって保持されたモールドMの形状を調整するためにモールドMに対して力を加えるように構成されうる。複数のセンサ34は、複数のアクチュエータ32によってモールドMに加えられた複数の力を検出するように構成されうる。モールドMと1つのアクチュエータ32との間に1つのセンサ34が配置されるように、該1つのアクチュエータ32と該1つのセンサ34とが直列に接続されうる。
図2には、より具体的な例として、16個のアクチュエータ32と16個のセンサ34とが設けられた例が示されている。ただし、アクチュエータ32およびセンサ34の個数は任意である。アクチュエータ32としては、例えば、発熱量が小さく、応答性に優れているピエゾ素子が使用されうるが、他の素子が使用されてもよい。センサ34は、ロードセルまたは歪ゲージ等が使用されうるが、他のタイプのセンサが使用されてもよい。
ディスペンサ70は、基板Sの上にインプリント材を供給する。硬化部50は、基板Sの上のインプリント材に対して、該インプリント材を硬化させるエネルギーを供給し、これによって該インプリント材を硬化させる。例えば、該インプリントが光硬化材料である場合、該エネルギーは、光(例えば、紫外線)である。モールドMは、該エネルギーを透過する材料で構成されうる。モールドMは、例えば、該エネルギーが光である場合は、石英等の光透過材料で構成されうる。
アライメント計測器60は、計測光源62と、イメージセンサ64と、不図示の光学系とを含みうる。アライメント計測器60は、例えば、基板SのマークとモールドMのマークAMとに計測光源62からの光を照射し、これらのマークによって形成される像をイメージセンサ64で撮像することによって基板SとモールドMとの相対位置を検出する。この相対位置に基づいて、基板駆動部12およびモールド駆動部40で構成される位置決め機構によって、基板SとモールドMとの相対位置が制御される。
一方、基板S上のショット領域とモールドMのパターン部Pとの間の、倍率、スキュー、台形、弓なり、糸巻きといった形状誤差は、調整装置30によってモールドMを変形させることで低減される。調整装置30によって変形させるモールドMの形状目標値は、テスト用の基板へのインプリント結果を検査した結果に基づいて決定されてもよいし、アライメント計測器60による計測結果に基づいて決定されてもよい。
図3には、調整装置30の構成例がブロック図で示されている。調整装置30は、モールドMに加えられる力を制御するためのマイナーループと、モールドMに加えられる合力を制御するためのメジャーループとを含む。ここで、「合力」は、合成された力を意味する。調整装置30は、制御部36、複数(m個)のドライバ130、複数(m個)のアクチュエータ32、複数(m個)の伝達部150、複数(m個)のセンサ34を含む。ここで、伝達部150は、アクチュエータ32が発生した力を入力とし、センサ34に対する入力を出力とする伝達関数、換言すると、アクチュエータ32の出力とセンサ34に対する入力との間の伝達関数である。制御部36は、力目標値生成部110、複数(m個)の補償器120、合力演算器170、フィードバック補償器180、分配器190および複数(m個)の演算器200を含みうる。
モールドMを変形させる際の形状目標値は、倍率、スキュー、台形、糸巻といった複数の形状成分に分解した変形量として調整装置30(制御部36)に供給されうる。前述のように、形状目標値は、テスト用の基板へのインプリント結果を検査した結果に基づいて決定されてもよいし、アライメント計測器60による計測結果に基づいて決定されてもよい。
力目標値生成部110は、形状目標値に基づいて、複数(m個)のアクチュエータ32にそれぞれ発生させるべき力の目標値である複数の力目標値を生成する。ここで、複数の力目標値をf1−fmとする。mはアクチュエータ32の個数(軸数)である。また、形状目標値をr1−rnとする。r1−rnは、倍率、スキュー、台形などを含むn個の形状成分である。f1−fnとr1−rnとの関係は、式(1)によって与えられる。
Figure 2017079242
・・・(1)
(Amn)は、m×nの要素からなる行列であり、例えば、力が加えられていない状態でのモールドMの形状と、モールドMの材料のヤング率およびポアソン比と、モールド保持部20の保持面に対するモールドMの摩擦力等によって決まるパラメータである。(Amn)は、シミュレーションまたは実測を通して決定されうる。例えば、モールドMの側面に力目標値f1−fmに相当する圧縮力を加えた時のパターン部Pの変形を有限要素法(FEA)等の手法で求め、形状成分r1−rnを計算することができる。このような計算を複数セットの力目標値f1−fmに対して実行し、最小二乗法等の処理によって(Amn)を決定することができる。ここで、式(1)は、1次連立方程式に相当するが、形状補正を精度良く行うために、式(1)を発展させ、次数を増やしてもよい。
演算器200は、複数(m個)の力目標値f1−fmを複数(m個)のセンサ34の出力および分配器190から出力される複数(m個)の力補正量cf1−cfmに基づいて補正しうる。具体的には、演算器200は、加算器201と減算器202とを含みうる。加算器201は、複数(m個)の力目標値f1−fmと分配器190から出力される複数(m個)の力補正量cf1−cfmとを加算するように構成されうる。減算器202は、加算器201の出力と複数(m個)のセンサ34の出力af1−afmとの偏差を演算するように構成されうる。
複数(m個)の補償器120は、演算器200からの複数(m個)の出力に基づいて複数(m個)のドライバ130に対する複数(m個)の指令値を生成する。補償器120は、例えば、PID補償器およびフィルタ(例えば、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ)を含みうる。
複数(m個)のドライバ130は、複数(m個)の補償器120からの複数の指令値に基づいて複数(m個)のアクチュエータ32を駆動する。これにより、複数(m個)のアクチュエータ32が力を発生し、この力がモールドMの側面に加えられ、モールドMが変形する。複数(m個)のドライバ130は、例えば、電流アンプでありうる。複数(m個)のアクチュエータ32が発生した力は、複数(m個)の伝達部150を介して複数(m個)のセンサ34によって検出され、複数の力計測値af1−afmとして出力される。なお、第i軸の力目標値fi、力計測値afi、力補正量cfiに基づいて、第i軸の補償器120、ドライバ130、アクチュエータ32が動作し、第i軸のセンサ34によって力計測値afiが検出される。
合力演算器170は、複数(m個)のセンサ34にとって検出された複数(m個)の力計測値af1−afmに基づいて、式(2)に従って、モールドMに加わっている合力を演算する。合力演算器170は、例えば、合力(af1−afmが合成された力)として、シフト力Fx、Fyおよび回転力(モーメント)Frotを演算するように構成されうる。Fxは、x軸に平行な方向について合成された力、Fyは、y軸に平行な方向について合成された力、Frotは、z軸周りについて合成された回転力(モーメント)である。
Figure 2017079242
・・・(2)
(B3m)は、3×mの要素からなる行列であり、モールドMおよび複数のアクチュエータ32によるモールドMに対する力の作用点の幾何学的な配置等によって定まる。フィードバック補償器180は、Fx、Fy、Frotに基づいてフィードバック合力としてシフト力Fx’、Fy’および回転力Frot’を演算する。図5には、フィードバック補償器180の構成例が示されている。
フィードバック補償器180は、フィードバック補償器180の出力を制限する出力制限器183、および、フィルタ182の少なくとも1つを含みうる。フィードバック補償器180は、PID補償器181を含んでもよい。図5に示された例では、フィードバック補償器180は、PID補償器181、フィルタ182および出力制限器183を含む。フィルタ182は、図6(a)に例示されるようなローパスフィルタおよび図6(b)に例示されるようなノッチフィルタの少なくとも1つを含みうる。図6(a)、(b)において、「共振周波数」は、モールドMおよびモールド保持部20の共振周波数を意味する。ローパスフィルタは、図6(a)に例示されるように、そのカットオフ周波数がモールドMおよびモールド保持部20の共振周波数よりも低く設定されうる。ノッチフィルタは、図6(b)に例示されるように、その除去帯域がモールドMおよびモールド保持部20の共振周波数を含むように設定されうる。出力制限器183は、合力としてのシフト力Fx、Fyおよび回転力Frotがモールド保持部20とモールドMとの静止摩擦力より十分に小さくなるように、フィードバック合力としてのシフト力Fx’、Fy’および回転力Frot’を制限する。出力制限器183は、図7に例示されるような入出力特性を有しうる。
分配器190は、フィードバック合力としてのシフト力Fx’、Fy’および回転力Frot’を複数(m個)のアクチュエータ32に発生させるべき複数の力に分配するように、式(3)に従って、複数(m個)の力補正量cf1−cfmを発生する。
Figure 2017079242
・・・・(3)
(Cm3)は、m×3の要素からなる行列である。力目標値生成部110が生成する力目標値f1−fmは、分配器190によって分配される力補正値cf1−cfmに基づいて演算器200によって補正される。
図4には、調整装置30の他の構成例がブロック図で示されている。図4に示された調整装置30は、モールドMに加えられる力を制御するためのループをメジャーループとし、モールドMに加えられる合力を制御するためのループをマイナーループとするように図3に示された構成例を変更したものである。
図4に示された構成例の調整装置30(制御部36)では、複数の力目標値f1−fmを複数のセンサ34からの複数の力計測値af1−afmに基づいて補正する複数の第1演算器203は、力目標値生成部110と複数の補償器120との間に配置されている。また、複数の第1演算器203の出力に基づいて複数の補償器120によって生成される複数の指令値を分配器190から出力される複数の力補正量cf1−cfmに基づいて補正する複数の第2演算器204が設けられている。複数のドライバ130は、複数の第2演算器204の出力に基づいて複数のアクチュエータ32を駆動する。図4に示された構成例では、複数の力補正量cf1−cfmが複数の補償器120を介さずに複数のドライバ130に対する指令値に反映されるので、合力の補正の応答性が向上する。
以上のように、本実施形態によれば、モールドMの変形が完了する前の過渡状態において、モールドMに加わる合力(Fx、Fy、Frot)が許容値を超えることによってモールドMが位置ずれ及び/又は回転を起こすことが防止される。また、モールドMの変形が完了した後の定常状態においても、モールドMが基板Sの上のインプリント材に接触したことによってモールドMが受ける力によってモールドMが位置ずれ及び/又は回転を起こすことが防止される。
制御部36は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(Programmable Logic Deviceの略。)、又は、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。あるいは、制御部36の複数の構成要素は、個別の回路によって構成されてもよい。
物品としてのデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンが形成された基板を処理(例えば、エッチング)する工程を含みうる。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも一つにおいて有利である。
1:インプリント装置、S:基板、M:モールド、10:基板保持部、20:モールド保持部、30:調整装置、31:支持部、32:アクチュエータ、34:センサ、36:制御部

Claims (10)

  1. モールドの形状を調整する調整装置であって、
    モールド保持部によって保持された前記モールドの形状を調整するために前記モールドに対して力を加える複数のアクチュエータと、
    前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力を検出する複数のセンサと、
    前記複数のセンサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられた複数の力の合力を演算し、前記合力が制限を満たすように、前記複数のアクチュエータが前記モールドに加える複数の力を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする調整装置。
  2. 前記制御部は、
    前記複数のアクチュエータに発生させる複数の力の目標値である複数の力目標値を生成する目標値生成部と、
    前記複数のセンサの出力に基づいて前記合力を演算する合力演算器と、
    前記合力に基づいてフィードバック合力を演算するフィードバック補償器と、
    前記フィードバック合力を前記複数のアクチュエータに発生させるべき複数の力に分配する分配器と、
    前記複数の力目標値を前記複数のセンサの出力および前記分配器の出力に基づいて補正する複数の演算器と、
    前記複数の演算器の出力に基づいて複数の指令値を生成する複数の補償器と、を含み、
    前記調整装置は、前記複数の指令値に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動する複数のドライバを更に備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の調整装置。
  3. 前記制御部は、
    前記複数のアクチュエータに発生させる複数の力の目標値である複数の力目標値を生成する目標値生成部と、
    前記複数のセンサの出力に基づいて前記合力を演算する合力演算器と、
    前記合力に基づいてフィードバック合力を演算するフィードバック補償器と、
    前記フィードバック合力を前記複数のアクチュエータに発生させるべき複数の力に分配する分配器と、
    前記複数の力目標値を前記複数のセンサの出力に基づいて補正する複数の第1演算器と、
    前記複数の第1演算器の出力に基づいて複数の指令値を生成する複数の補償器と、
    前記複数の指令値を前記分配器の出力に基づいて補正する複数の第2演算器と、を含み、
    前記調整装置は、前記複数の第2演算器の出力に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動する複数のドライバを更に備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の調整装置。
  4. 前記フィードバック補償器は、前記フィードバック補償器の出力を制限する出力制限器を含む、
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の調整装置。
  5. 前記フィードバック補償器は、フィルタを含む、
    ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の調整装置。
  6. 前記フィルタは、ローパスフィルタおよびノッチフィルタの少なくとも1つを含む、
    ことを特徴とする請求項5に記載の調整装置。
  7. 前記合力は、前記モールドの表面に平行な面内において互いに直交する第1軸および第2軸と、前記第1軸および前記第2軸に直交する第3軸の周りの回転と、に関して演算される、
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の調整装置。
  8. 前記制限は、前記モールド保持部によって保持された前記モールドが、前記複数のアクチュエータによって前記モールドに加えられる力によって位置ずれ及び/又は回転を起こさないように、決定されている、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の調整装置。
  9. 基板の上に供給されたインプリント材にモールドを接触させて該インプリント材を硬化させるインプリント装置であって、
    前記モールドを保持するモールド保持部と、
    前記モールド保持部によって保持された前記モールドの形状を調整するように構成された請求項1乃至8のいずれか1項に記載された調整装置と、
    を備えることを特徴とするインプリント装置。
  10. 請求項9に記載のインプリント装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
    前記パターンが形成された前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。
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