JP2017117979A - シミュレーション方法、インプリント装置および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予測精度の点で有利なシミュレーション方法を提供する。【解決手段】物体に部材を接触させる装置の状態を予測するシミュレーション装置であって、物体および部材を模した仮想物体および仮想部材（１５、１８）を生成する生成部と、物体と部材との接触状況を特定する特定部と、仮想物体または仮想部材に対して作用させる仮想の力２４を算出する算出部と、を有し、算出部は、特定部が特定した接触状況に基づいて仮想の力２４を算出し、算出された仮想の力２４を作用させた、特定部が特定した接触状況における仮想物体または仮想部材（１５、１８）を用いて状態を予測する情報を求める処理部を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、シミュレーション方法、インプリント装置および物品の製造方法に関する。

装置等をモデル化し、シミュレーションにより装置の状態の変化を予測して監視する技術がある。この技術では、装置の状態の監視をリアルタイムで行うため、非線形に変化する装置の状態を線形に近似して演算時間の短縮を図っている。近似方法として、非線形な制御対象を線形な領域に区分（区分線形化）する方法がある（特許文献１）。

特開平６−１８７０３０号公報

区分線形化による近似方法では、制御対象によっては、区分化された状態（領域）ごとにモデルの切り替えが必要となる場合がある。例えば、型（モールド）とインプリント材との接触（押型）、インプリント材の硬化、モールドの剥離（離型）によりパターン形成を行うインプリント装置を制御対象とする場合は、モデルの切り替えが必要となる。上記特許文献の方法は、モデルの切り替えを考慮しておらず、インプリント装置の制御への対応が困難となりうる。

本発明は、例えば、予測精度の点で有利なシミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、物体に部材を接触させる装置の状態を予測するシミュレーション装置であって、物体および部材を模した仮想物体および仮想部材を生成する生成部と、物体と部材との接触状況を特定する特定部と、仮想物体または仮想部材に対して作用させる仮想の力を算出する算出部と、を有し、算出部は、特定部が特定した接触状況に基づいて仮想の力を算出し、算出された仮想の力を作用させた、特定部が特定した接触状況における仮想物体または仮想部材を用いて状態を予測する情報を求める処理部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、予測精度の点で有利なシミュレーション方法を提供することができる。

第１実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレータとインプリント装置を制御する制御部との関係を示すブロック図である。 仮想物体および仮想部材の関係を表した図である。 各ショットに供給されたインプリント材に型を接触させる様子を示す概略図である。 基板上のショットの配置を示す図である。 ショット間の移動前後でモデルを切り替えない場合を表す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 変位量δによる影響を抑えるモデルを表す図である。 第１実施形態に係るシミュレーション方法のフローチャートである。 第２実施形態に係るモデルを表す図である。 第２実施形態に係るシミュレーション方法のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレータとインプリント装置を制御する制御部との関係を示すブロック図である。制御部１およびシミュレータ（シミュレーション装置）２には、同じ指令値３が入力される。比較部６は、制御部１からの出力４とシミュレータ２からの出力５とを比較する。比較部６の出力はフィードバック情報７として制御部１に入力される。制御部１は、フィードバック情報７をもとにインプリント装置を構成する部材（型保持部、基板ステージ等）を制御する出力４を調整する。調整が不可能な場合は、制御部１は、インプリント工程を中止するなどの制御を行う。

調整が不可能な場合としては、地震による大きな揺れが起きた場合やインプリント装置で動作上のエラーが発生した場合等がある。インプリント工程を一時的に中止することで得られる物品の品質を確保できる。また、制御部１は、フィードバック情報７によっては、警報を発したり、装置を緊急停止したりする制御を行うこともできる。

本実施形態では、インプリント装置の状態の変化をシミュレーションする。図２は、インプリント材、型および基板を模した仮想物体および仮想部材の関係を表した図である。インプリント材は、粘性要素１０と弾性要素１１とをあわせもつ仮想物体としてモデル化する。インプリント材は、基板９上に供給され、型８により成形される。図３は、各ショットに供給された仮想物体（インプリント材）に仮想部材（型）を接触させる様子を示す概略図である。図３（Ａ）のように基板１５上のショットに供給されたインプリント材１６および１７に型１８が順次接触される（図３（Ｂ）、（Ｃ））。図４は、基板１５を型の押型方向（Ｚ軸方向）からみた図である。型の接触（押型）、インプリント材の硬化および離型は、各ショット２０に対し順次位置合わせを行いつつ実施される。

一般的にシミュレーションの演算時間は、非線形シミュレーションの場合は、試行回数の２乗に比例し、線形シミュレーションの場合は、試行回数に比例する。したがって、例えば、試行回数が１０万回のとき、非線形シミュレーションの場合は、線形シミュレーションに比べておよそ５００倍の演算時間が必要となる。インプリント工程によるインプリント装置の変化の状態は非線形に変化するが、本実施形態では、リアルタイムにシミュレーションするため、区分線形化により演算時間の短縮化を図る。

なお、ここで線形シミュレーションとは、現在までに入力した信号と過去に出力した信号の線形和で現在の出力を算出するシミュレーション方法を意味する。一方、非線形シミュレーションとは、現在までに入力した信号と過去に出力した信号の微分計算や積分計算を逐次繰り返しながら出力信号を算出するシミュレーション方法を意味する。非線形シミュレーションは、特性や状態の時間的変化にも柔軟に対応できるが、演算時間が長い。

区分線形化では、制御対象の状態によりモデルの切り替えを行うことで精度の向上が実現できる。本実施形態では、ショット間の移動前後でモデルを切り替える。図５は、ショット間の移動前後でモデルを切り替えない場合を表す図である。図５（Ａ）は、あるショットを押型する時の型１８の位置を示しており、図５（Ｂ）は、次のショットを押型する時の型１８の位置を示している。図５（Ｂ）で示すように、このモデルでは、型１８は次のショットの位置まで移動しているのに対し、基板１５におけるインプリント材の接点は次のショットの位置まで移動していない。型１８と基板１５とは、押型前に前もって、押型方向と垂直な方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）において位置合わせされるため、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において、型１８と基板１５との位置の差分はゼロである。したがって、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において、型１８および基板１５のインプリント材の接点間の距離もゼロであり、粘弾性による力は発生しない。しかしながら、図５（Ｂ）では、実際は生じていない、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置の変化量（変位量）δによる力２３が発生してしまっている。これは、シミュレーション精度を低下させる要因となる。

図６は、図５（Ｂ）の場合のシミュレーション結果を示す図である。横軸は時間、縦軸は型１８の位置（押型方向と垂直な方向の位置）である。時間０（秒）で型１８が次のショットの位置まで移動し、時間１００（秒）でインプリント材に接触したとする。点線２５は、現実の型１８の位置を示し、実線２６は、シミュレーションによる型１８の位置を示している。図５（Ｂ）で示した力２３により、実際には起きていない型１８の位置ブレが演算結果として得られてしまうことが分かる。

図７は、変位δによる影響を抑えるモデルを表す図である。このモデルでは、力２３を打ち消すような仮想の力（補正力）２４を作用させることで、変位量δの影響を抑えている。これにより、図６で示したような誤差の発生を抑えることができる。

図８は、シミュレーション方法のフローチャートである。Ｓ１０１では、各ショットの位置毎にモデルを準備（生成）する。Ｓ１０２では、インプリント処理を行うショットの位置を読み込む。Ｓ１０３では、Ｓ１０２で読み込んだ位置に基づいて、Ｓ１０１で準備したモデルを選択する。Ｓ１０４では、型１８が基板上のインプリント材に接触する時の型１８のＸ軸方向またはＹ軸方向の変位を求め、接触前と後での変位量δを求める。Ｓ１０５では、Ｓ１０４で求めた変位量δ、モデルの弾性係数および粘性係数に基づいて、インプリント材が発生させる力を算出する。Ｓ１０６では、Ｓ１０５で求めた力を打ち消す力をモデルにおいて作用させる。Ｓ１０７において、全ショットのインプリント処理が終了したか否かを判断する。終了していなければ（Ｎｏ）、Ｓ１０２〜Ｓ１０７を繰り返す。

シミュレータ２は、上記工程を実行する構成要素を備える。すなわち、モデル（仮想物体および仮想部材）を生成する（Ｓ１０１）生成部と、Ｓ１０４のために、型とインプリント材との接触状況を特定する特定部と、Ｓ１０５を実行する算出部と、Ｓ１０６を実行する処理部とを備える。

以上のように、本実施形態のシミュレーション方法は、ショット間の型１８の移動前後（接触前後）でモデルを切り替えており、予測精度の点で有利である。そして、本実施形態によれば、予測精度の点で有利なシミュレーション方法を提供することができる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、ショットの移動前後でモデルを切り替えていたが、本実施形態では、さらにインプリント材の硬化前後（物性の変化前後）および型の剥離前後でもモデルを切り替える。すなわち、型とインプリント材との接触状況によりモデルを切り替える。図９は、インプリント材の硬化後を表すモデル図である。図９（Ａ）は、インプリント材の硬化後のモデル図を表し、硬化によるインプリント材の粘弾性の変化を粘弾性要素の追加により表現している。粘弾性が変化するため、Ｓ１０５で算出された力をそのまま作用させるのではなく、変位量δ´、変化後の弾性係数および粘性係数に基づいてインプリント材が発生させる力（＝モデルに作用させる力）を算出する。

図１０は、本実施形態のシミュレーション方法のフローチャートである。本実施形態では、第１実施形態におけるＳ１０６とＳ１０７との間に工程が追加される。Ｓ２００では、インプリント材を硬化させ始めるときの型１８の変位を求め、接触前と硬化開始時との変位量δ´を求める。Ｓ２０１では、Ｓ２００で求めた変位量δ´、硬化後の弾性係数および粘性係数に基づいてインプリント材が発生させる力を算出する。Ｓ２０２では、Ｓ２０１で求めた力を打ち消す力をモデルにおいて作用させる。Ｓ２０３では、離型が終わる時の型１８の変位を求め、接触前と離型完了時との変位量δ´´を求める。Ｓ２０４では、Ｓ２０３で求めた変位量δ´´、離型完了時の弾性係数および粘性係数に基づいてインプリント材が発生させる力を算出する。Ｓ２０５では、Ｓ２０４で求めた力を打ち消す力をモデルにおいて作用させる。本実施形態のシミュレーション方法も、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、上記実施形態では、シミュレーション方法をインプリント装置へ適用しているが、粘弾性モデルを適用できる装置等であれば適用が可能である。

（物品の製造方法）
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、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含み得る。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、エッチング工程の代わりに、パターンを形成された基板を処理（加工）する他の工程を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、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１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１５ 基板
１８ 型（モールド）
２１ 粘性要素
２２ 弾性要素

Claims (6)

1. 物体に部材を接触させる装置の状態を予測するシミュレーション装置であって、
   前記物体および前記部材を模した仮想物体および仮想部材を生成する生成部と、
   前記物体と前記部材との接触状況を特定する特定部と、
   前記仮想物体または前記仮想部材に対して作用させる仮想の力を算出する算出部と、を有し、
   前記算出部は、前記特定部が特定した接触状況に基づいて前記仮想の力を算出し、
   前記算出された仮想の力を作用させた、前記特定部が特定した接触状況における前記仮想物体または前記仮想部材を用いて前記状態を予測する情報を求める処理部を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
2. 前記接触状況は、前記部材が前記物体と接触している状態、前記部材が前記物体と接触し、かつ前記物体の物性の変化が終了した状態および、接触していた前記部材と前記物体とが離れた状態を含むことを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
3. 前記仮想物体は、粘性要素と弾性要素とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
4. 前記算出部は、前記接触状況が変化する前後の前記部材の変位量に基づいて前記仮想の力を算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
5. 基板上のインプリント材に型を接触させてパターンを形成するインプリント装置であって、
   基板を保持するステージと、
   型を保持する型保持部と、
   前記ステージと前記型保持部とを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシミュレーション装置を用いて得られた情報に基づいて前記ステージ、前記型保持部、または前記ステージおよび前記型保持部を制御することを特徴とするインプリント装置。
6. 請求項５に記載のインプリント装置を用いてパターンを基板上に形成する工程と、
   前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する
   ことを特徴とする物品の製造方法。

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