JP2019204907A - インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法 - Google Patents

インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、インプリント材の粘性に応じた位置合わせを行うインプリント方法を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明のインプリント方法は、基板の上にインプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、型とインプリント材を接触させる接触工程と、型とインプリント材が接触した状態で、基板の上のインプリント材の粘性を増加させるための光をインプリント材に照射する工程と、型とインプリント材が接触した状態で、基板と型の位置ずれを検出した結果に基づき位置ずれを小さくするように型と基板の相対位置を制御する制御装置に用いられる制御ゲインが大きくなるように変更して、基板と型の位置合わせを行う工程と、インプリント材に光を照射することでインプリント材を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。【選択図】 図2

Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法に関する。
半導体デバイスやMEMSなどの微細化の要求が進み、基板上のインプリント材を型で成形し、インプリント材のパターンを基板上に形成するインプリント技術の開発が進んでいる。インプリント技術を用いることにより、基板上に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。
インプリント方法の一つに光硬化法がある。この方法では、まず基板の上に未硬化の光硬化性樹脂(インプリント材)を供給し、次にその未硬化樹脂と型とを接触させ、そして両者を接触させた状態で光を照射することで樹脂を硬化させる。インプリント材を硬化させた後、基板と型との間隔を広げることで、硬化したインプリント材から型が引き離され基板の上にインプリント材のパターンが形成される。
インプリント装置では、基板の上のインプリント材と型とを接触させた状態で、基板のショット領域の位置と、型に形成されているパターンの位置とを合わせる必要がある。インプリント装置は、基板のショット領域の位置と型のパターンの位置とを合わせるために、型に形成されたアライメントマークと基板に形成されたアライメントマークとを検出し、検出結果を用いて基板のショット領域と型のパターンの位置合わせを行う。
ナノメートルオーダーの高精細な微細加工をインプリント技術で行うためには、転写精度の更なる向上が求められる。特許文献1には、基板や型の位置合わせ精度が低下することを防ぐため、インプリント材を硬化させる光とは波長や強度が異なる光を照射し、インプリント材の粘性を高めて振動を減衰させ、アライメント精度を高めることが開示されている。
特開2016−58735号公報
特許文献1のインプリント方法は光の照射によりインプリント材の粘性が位置合わせ中に低い状態から高い状態へ変化する。インプリント材の粘性の高い状態では、アライメントのための駆動に対抗する抵抗力が大きい。PID制御を行う位置合わせ装置に使用される制御ゲイン(例えば、比例ゲイン)を、粘性の低い状態に合わせて設定すると、粘性が高くなった場合に、インプリント材の抵抗力のために、アライメントが完了するまでに長い時間を必要としてしまう。
そこで、本発明は、インプリント材の粘性に応じた位置合わせを行うインプリント方法を提供することを目的とする。
本発明のインプリント方法は、基板と型の位置合わせを行い、インプリント材を硬化させることで前記基板の上にインプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、前記型と前記インプリント材を接触させる接触工程と、前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板の上のインプリント材の粘性を増加させるための光を前記インプリント材に照射する工程と、前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板と前記型の位置ずれを検出した結果に基づき前記位置ずれを小さくするように前記型と前記基板の相対位置を制御する制御装置に用いられる制御ゲインが大きくなるように変更して、前記基板と前記型の位置合わせを行う工程と、前記インプリント材に光を照射することで前記インプリント材を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、インプリント材の粘性に応じた位置合わせを行うインプリント方法を提供することができる。
第1実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。 第1実施形態のインプリント方法のフローを説明する図である。 第1実施形態の制御部内演算器ブロック図である。 第1実施形態の位置ずれ、指令値、積分器のゲインを示す図である。 第1実施形態の予備露光手段の説明図である。 物品の製造方法を説明するための図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。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。
(第1実施形態)
図1を用いて、第1実施形態のインプリント装置1について説明する。図1は、第1実施形態のインプリント装置1の構成を示す図である。インプリント装置1は、被処理物としての基板10上に未硬化のインプリント材14を型8で成形し、基板10上にインプリント材14のパターンを形成する装置である。本実施形態のインプリント装置1は、光(紫外線)の照射によってインプリント材(紫外線硬化樹脂)が硬化する光硬化法を採用した装置である。以下の図において、基板10上のインプリント材14に対して紫外線9を照射する照明系の光軸に平行な方向をZ軸とし、Z軸に垂直な平面内(基板10の表面内)に互いに直交するX軸およびY軸をとる。
このように、インプリント装置1は、基板10上に供給されたインプリント材14を型8と接触させ、インプリント材14に硬化用のエネルギーを与えることにより、型8の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。
インプリント装置1は、光照射部2と、型保持機構3(型保持部)と、基板ステージ4と、塗布部5と、予備露光手段6(予備硬化手段)と、制御部7とを備える。
光照射部2は、インプリント処理のうち基板10上のインプリント材14を硬化させる際に、インプリント材14に対して紫外線9を照射する。ここでは、光照射部2からの紫外線9は型8を介して(透過して)インプリント材14を照射する。光照射部2は、不図示の光源と、光源から照射された紫外線9をインプリントに適切な光の状態(光の強度分布、照明領域など)に調整する光学素子(レンズやミラー、遮光板など)とから構成される。
型保持機構3は、型8を保持する型チャック11と、型チャック11を保持し、型8(型チャック11)を移動させる型駆動機構12とを有する。型チャック11は、型8を真空吸着力や静電力により引き付けることで型8を保持し得る。例えば、型チャック11が真空吸着力により型8を保持する場合には、型チャック11は、不図示の真空ポンプに接続され、この真空ポンプのON/OFFにより型8の脱着を切り替える。
型8は、基板上のインプリント材を成形するための型である。型は、(モールド)、テンプレートまたは原版とも呼ばれうる。型8は、矩形の外形形状を有し、基板10(の上のインプリント材14)に転写すべきパターン(凹凸パターン)が形成されたパターン面(第1面)にはパターン部8a(パターン領域)を有する。型8は、基板10上のインプリント材14を硬化させるための紫外線9を透過する材料、例えば、石英などで構成されている。また、型8のパターン部8aには、アライメントマークとして機能する型側マークが形成されている。さらに、型8は、変形を容易とするために、紫外線9が照射される面に、平面形状が円形で、かつ、ある程度の深さを有するキャビティ(凹部)が形成された形状としてもよい。
また、型チャック11および型駆動機構12は、光照射部2から照射された紫外線9が基板10に向かうように、中心部(内側)に開口領域13を有する。この開口領域13には、開口領域13の一部と型8とで囲まれる空間を密閉空間とする光透過部材(例えばガラス板)が設置され、真空ポンプなどを含む不図示の圧力調整装置により密閉空間内の圧力が調整される。圧力調整装置は、例えば、型8のパターン部8aと基板10上のインプリント材14との接触に際して、密閉空間内の圧力をその外部よりも高く設定することで、型8を基板10に向かい凸形に撓ませる。型8を凸形に撓ませることで、基板10上のインプリント材14に対して型8のパターン部8aの中心部から接触させることができる。これにより、パターン部8aとインプリント材14との間に気体(空気)が残留することを抑え、パターン部8aの凹凸部にインプリント材14を隅々まで充填させることができる。
型駆動機構12は、型8と基板10上のインプリント材14との接触または引き離しを行うように型8をZ軸方向に移動させる。この型駆動機構12に採用可能なアクチュエータとしては、例えばリニアモータまたはエアシリンダがある。また、型駆動機構12は、型8の高精度な位置決めに対応するために、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに型駆動機構12は、Z軸方向だけでなくX軸方向やY軸方向、またはθ(Z軸周りの回転)方向の位置調整機能や、型8の傾きを補正するためのチルト機能などを有する駆動系から構成されていてもよい。
なお、インプリント装置1における接触および引き離し動作は、型8をZ軸方向に移動させることで実現してもよいが、基板ステージ4をZ軸方向に移動させることで実現してもよく、または、その双方を相対的に移動させてもよい。
基板ステージ4(基板保持部)は、基板10を保持し、型8と基板10上のインプリント材14との接触に際して基板の表面に沿った面内方向に移動することで、型8と基板10の位置合わせを実施する。基板ステージ4は、基板10を吸着力により保持する基板チャック16と、この基板チャック16を機械的手段により保持し、各軸方向に移動可能とする基板駆動機構17とを有する。この基板駆動機構17に採用可能なアクチュエータとしては、例えばリニアモータや平面モータがある。基板駆動機構17も、X軸およびY軸の各方向に対して、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系から構成されていてもよい。さらに、Z軸方向の位置調整のための駆動系や、基板10のθ方向の位置調整機能、または基板10の傾きを補正するためのチルト機能などを有する構成もあり得る。
また、基板ステージ4は、その側面に、X、Y、Zの各方向に対応した複数の参照ミラー18(反射部)を備える。さらに、X、Y、Zの各方向に対応する回転方向を示すωx、ωy、ωzに対応した複数の参照ミラー18を有してもよい。
インプリント装置1には、基板ステージ4の位置を測定するためにレーザー干渉計19(基板位置計測手段)を備えていてもよい。インプリント装置1には、上記の参照ミラー18にそれぞれ対応して複数のレーザー干渉計19を備えていてもよい。レーザー干渉計19は、それぞれの参照ミラーに対してビームを照射することで、基板ステージ4の位置を測定する。レーザー干渉計19は、基板ステージ4の位置を実時間で計測し、後述する制御部7は、このときの計測値に基づいて基板10(基板ステージ4)を位置決め制御する。また、インプリント装置1には、型保持機構3の位置を測定するためのレーザー干渉計(型位置計測手段)を備えていてもよい。なお、型保持機構3や基板ステージ4の位置の測定はレーザー干渉計でなくても、リニアスケールやリニアエンコーダなどの測長器を用いてもよい。
基板10は、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂などが用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。例えば、単結晶シリコン基板やSOI(Silicon on Insulator)基板であり、この基板上にパターンを形成する被処理面には、インプリント材14として紫外線硬化樹脂が塗布される。基板10は、具体的にシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどを含む。
塗布部5(ディスペンサ)は、インプリント装置1内に設置され、基板10の被処理面には未硬化のインプリント材14を供給(塗布)する。インプリント材14は、光の照射により硬化する性質を有する光硬化性樹脂であり、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択される。また、塗布部5には未硬化のインプリント材14が吐出される吐出ノズル5a(吐出口)を備えている。吐出ノズル5aから吐出されるインプリント材14の量や塗布位置は、基板10上に形成されるインプリント材14の厚さや、基板10上に形成されるパターンの密度などにより適宜決定される。
インプリント材14には、硬化用のエネルギーが与えられることによって硬化する硬化性組成物(未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある)が用いられる。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱などが用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光を用いる。
硬化性組成物は、光の照射によって、或いは、加熱によって硬化する組成物である。光の照射によって硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを少なくとも含有し、必要に応じて、非重合性化合物又は溶剤を含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。
インプリント材14は、スピンコーターやスリットコーターによって基板上に膜状に付与されてもよい。また、インプリント材14は、液体噴射ヘッドによって、液滴状、或いは、複数の液滴が繋がって形成された島状又は膜状で基板上に付与されてもよい。インプリント材の粘度(25℃における粘度)は、例えば、1mPa・s以上100mPa・s以下である。
予備露光手段6は、基板10上に供給された未硬化のインプリント材14に対して感度のある波長の照射光(樹脂が硬化する波長の光)を照射する。インプリント材14は、予備露光手段6からの照射光が照射されることで、粘性が高くなる。
基板10上に供給されるインプリント材14の粘性は低いため、インプリント材14が型8のパターン部8aへ充填しやすい。そのため、パターン部8aに残留する気泡を減らすことができる。しかし、インプリント材14の粘性が低いと外乱により型8と基板10の位置ずれが生じる恐れがあり、型8と基板10の位置ずれが生じた状態でインプリント材14を硬化させると、重ね合わせの精度が低下する。
そこで、型8のパターン部8aとインプリント材14を接触させた後、予備露光手段6から光を照射してインプリント材14の粘性を高くすることで、位置ずれの発生を低減させる技術が知られている。
予備露光手段6で用いる光源は、未硬化のインプリント材14を硬化させるための光(紫外線9)が照射される光照射部2の光源を併用することができる。ここで、予備露光手段6による予備露光(予備硬化)は、基板10上にインプリント材14を供給し、型8とインプリント材14を接触させた後、紫外線9によりインプリント材14を硬化させるまでの間に行われる。つまり予備露光は、型8と基板10の位置合わせの際に行われる。型8と基板10の位置合わせは、型8に形成されたパターン部8aに対応するアライメントマークと基板10に配置されたショット領域に対応するアライメントマークを検出することで行われる。つまり、型8と基板10の位置合わせとは、パターン部8aとショット領域を位置合わせすることである。型8と基板10の位置合わせに、型8(パターン部8a)の形状を変える工程が含まれていてもよい。
予備露光に用いる光を、光照射部2から照射された光(紫外線9)をそのまま利用すると、インプリント材14は、型8と基板10の位置合わせが完了する前に硬化する恐れがある。
そこで、予備露光手段6は、光照射部2から照射された光の光量を一定量減衰させるか一部の波長を除去するかなどし、インプリント材14が硬化に至らない適度な粘性となるようにする。具体的には一部の波長の光を反射または吸収して遮光(分離)する光学フィルタ(光学素子)や、ピンホール等開口量を小さくして光の透過量を制限するシャッターなどが考えられる。このように、予備露光は、予備露光手段6としてフィルターを用いて、ショット領域全体にインプリント材を硬化させる場合よりも光の強度が小さい光を照射してもよい。また、予備露光は、予備露光手段6としてシャッターを用いて、ショット領域全体にインプリント材を硬化させる場合よりも照射時間の短い光を照射してもよい。このように、インプリント材の粘性を増加させるための露光量は、インプリント材を硬化させるための露光量よりも小さい。また、予備露光手段6は図5に示したデジタル・ミラー・デバイスを使用してもよい。デジタル・ミラー・デバイス(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を、ここでは「DMD」と表記する。図5は、本実施形態で予備露光手段6として使用されうるDMD65を示した図である。このDMD65は、複数のミラー素子80が光照射部2から照射された光の光路に配置され、それぞれのミラー素子80の反射面の傾角や方位角を個別に変化することで予備露光の光の照射量や照射位置を変化させることができる。このように、DMD65は、予備露光の照明光の照射量や照射位置を調整する調整手段である。例えば、予備露光の際は、ショット領域の一部の領域を照射し、インプリント材を硬化させる際は、ショット領域の全体を照射するなどして、照射面積を変えることができる。
図5は、DMD65の反射面の表面の構成を示す概略図である。このDMD65は、図5(a)に示すように、格子状に配列された複数のミラー素子80を有する。このDMD65を予備露光手段6内に設け、光照射部2からの光をミラー素子80により反射させてインプリント材14を照射する。これらのミラー素子80は、制御部7からの動作指令に基づいてそれぞれの反射面の傾角や方位角を変更することができる。すなわちDMD65は光の反射方向を変更可能であり、パターン20に向けて照射する任意の照射量分布を形成する。複数のミラー素子80を型8とインプリント材14の接触している領域に応じて、図5(b)から図5(f)に示すように、DMD65のミラー素子80の反射方向を変更する。このような予備露光を行うことで、型8とインプリント材14が接触した場所毎にインプリント材14の粘性を高めることができる。
また、予備露光はショット領域の全面に光を照射する場合だけでなく、ショット領域の一部のみに光を照射する場合もある。例えば、予備露光は、図5(b)に示すようにショット領域の一部だけを照射してもよい。さらに、予備露光は、図5(e)に示すようにショット領域の周辺(周辺領域)に照射光を照射してもよい。周辺領域としてのショット領域の周囲に光を照射することによって、型8と接触したインプリント材14が型8のパターン部8aからはみ出すのを低減することができる。ショット領域の周囲に光を照射する予備露光は、ショット領域の周囲の少なくとも一部に対する予備露光であればよい。ショット領域の一部としては、スクライブラインとなる領域やアライメントマークが形成されている領域などパターンの形成に影響が少ない領域を選択して部分的に予備露光を行うことができる。
インプリント装置1は、基板10のショット領域の形状(サイズ)または配置を計測するためのアライメント検出系26を備える。このアライメント検出系26(アライメント検出手段)は、予備露光の光やインプリント材を硬化させる光が入射しても、検出精度が低下しないようにするのが好ましい。そのために、アライメント検出系26は、露光光の反射光や回折光がアライメント検出系26に入り込むのを抑制する構成とすることができる。また、予備露光やインプリント材を硬化させる光の反射光や回折光がアライメント検出系26に入ったとしても、検出精度が低下しないように光学系を構成してもよい。例えば、予備露光とインプリント材を硬化させる光の波長と異なる波長の光を、アライメント検出系26の光源に使用し、アライメント検出系26に予備露光やインプリント材を硬化させる光を遮光する光学フィルタ(光学素子)を組込んでもよい。
このような構成にすることで、予備露光中やインプリント材を硬化させる光の照射中であっても、アライメント検出系26の検出精度を低下せずに基板10のショット領域とパターン部8aにそれぞれ形成されたアライメントマークを検出することができる。インプリント装置1は、アライメントマークの検出結果から型8と基板10の位置ずれを求め、両者の位置合わせを行うことができる。
制御部7は、インプリント装置1の各構成要素の動作および調整などを制御し得る。制御部7は、例えばコンピュータなどで構成され、インプリント装置1の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。本実施形態の制御部7は、少なくとも予備露光手段6の動作の制御と、アライメント検出系26の情報からその補正量を算出し、補正するために基板ステージ4などを変位させるアライメント制御を行う。なお、制御部7は、インプリント装置1内に設けてもよいし、インプリント装置1とは別の場所に設置し遠隔で制御しても良い。
また、インプリント装置1は、基板ステージ4を載置するベース定盤27と、型保持機構3を固定するブリッジ定盤28と、ベース定盤27から延設され、除振器29を介してブリッジ定盤28を支持するための支柱30とを備える。除振器29は、床面からブリッジ定盤28へ伝わる振動を除去する。さらに、インプリント装置1は、型8を装置外部から型保持機構3へ搬送するモールド搬送機構(不図示)や、基板10を装置外部から基板ステージ4へ搬送する基板搬送機構(不図示)などを含み得る。
(インプリント方法について)
図2に本実施形態のインプリント方法のフローを示す。インプリント処理が開始されると、ステップS1でインプリント装置1は塗布部5を用いて基板10上にインプリント材14を、所望のレイアウト位置に塗布する(塗布工程)。ステップS2でインプリント装置1は、インプリント材14が塗布された基板10を型8と対面する位置に配置し、型駆動機構12を用いて型8のパターン部8aをインプリント材14と接触させる(押印工程)。押印工程の後、ステップS3でインプリント装置1は、予備露光前に型8のマークと基板10のマークをアライメント検出系26で検出した検出結果に基づき、型8と基板10の位置合わせ(アライメント)を行う。ステップS3でのアライメントを、照射工程前の位置合わせ工程とする。この間に、型8のパターン部8aの全面や凹部にインプリント材14が拡散・充填する。インプリント材14の充填の完了は、例えば、パターン部8aとインプリント材14が接触した後、パターン部8aの凹部に残存する気泡が消滅した時とすることができる。
このように、型8と基板10の位置合わせを行いながら、パターン部8aにインプリント材14を充填させた後、ステップS4でインプリント装置1は予備露光手段6を用いて予備露光を実施する。ステップS4の予備露光手段6による予備露光動作は、インプリント材14の粘性が大きくなるため、インプリント材14のパターン部8aの微細パターン内への充填性を損なう場合もある。そのため、押印工程の直後に予備露光を実施するのではなく、パターン部8aの充填の後に予備露光を実施するのが望ましい。
このステップS4で、予備露光の開始と同時にアライメントのための駆動制御のパラメータを変更する。駆動制御のパラメータは、予備露光によってインプリント材14の粘性が変化することに応じて変更する。また、少なくとも予備露光の前後で駆動制御のパラメータが変化していればよいので、予備露光の開始と同時にパラメータを変更しなくてもよい。例えば、予備露光を開始する直前にパラメータを変更してもよいし、予備露光による光の照射が終了した後(予備露光終了後)に制御パラメータ(制御ゲイン)を変更してもよい。
ステップS5でインプリント装置1は、予備露光後も型8のマークと基板10のマークをアライメント検出系26で検出した検出結果に基づき、型8と基板10の位置合わせ(アライメント)を行う。ステップS5では予備露光によりインプリント材14の粘性が大きくなっている状態で位置合わせを行う。
予備露光後に位置合わせを行って位置ずれ量が0近傍に収束した後に、ステップS6でインプリント装置1は、インプリント材14に紫外線9を照射しインプリント材14を硬化させる(硬化工程)。ステップS6の硬化工程後はインプリント材14が硬化しているので型8と基板10を相対的に移動させてアライメントすることは難しくなる。
ステップS7でインプリント装置1は、硬化したインプリント材14から型8を引き離す(離型工程)。インプリント装置1は、硬化したインプリント材14から型8を引き離すことにより、基板10上にインプリント材14のパターンを形成することができ、一連のインプリント処理は終了する。図2に示したインプリント処理の一連の工程を基板10上に配置された複数のショット領域ごとに繰り返し行うことにより、基板10上にインプリント材14のパターンを形成することができる。
図3にアライメント検出系26で検出された型8と基板10の位置ずれに基づいて、基板ステージ4を駆動して位置ずれを補正するための制御部7の一例を示す。アライメント検出系26から出力される位置ずれ情報201は、アライメント目標値205との差分からアライメント偏差206を計算し、制御器207へ入力する。制御器207において基板ステージ4の指令値203を生成する。基板ステージ4の位置制御演算器は、レーザー干渉計19で計測される基板ステージ4の位置と位置指令値208の差分を計算し、基板ステージ4を制御するステージ制御演算器202に入力される。ステージ制御演算器202は、基板駆動機構17を駆動させるためのドライバ204へのモータ指令値208を生成する。制御器207は、比例・積分器・微分器を組み合わせたPID制御系や、ある周波数領域の振動成分を減衰させるフィルターなどで構成されている。また、制御器207は、入力と演算結果の関係が線形とならない非線形制御演算器なども構成されている。いずれの演算器も、位置ずれ情報201を入力としてその大きさによって指令値203の大きさを変化させている。その比率は各々の制御演算器の定数によって決められ、これらの定数は任意の時間に変更させることができる。
図4は位置合わせ時(アライメント時)のアライメント検出系26の計測値と、位置合わせのために基板ステージ4を駆動させることにより基板10と型8との間に生じるXY方向の抵抗力を示す。また、図4には、基板10と型8との間に生じるインプリント材の粘性に対抗して、位置決めを行うように生成されたステージ制御演算器202の出力である指令値203を示す。さらに、図4は、基板ステージ4のステージ制御演算器202の定数の例として、積分器のゲインKiを示す。
図4に示したグラフはそれぞれ横軸を時間としている。インプリント装置1は、時間Aで示した時間において予備露光手段6を用いて予備露光を行う。
図4に示した時間Aより前はインプリント材14の粘性は低く、XY方向の抵抗力は小さい。従って位置ずれの収束は早くなる。しかし、一方で外乱の影響により基板ステージ4や型8がXY方向に振動するように変位してしまうことがありうる。予備露光を行う前であるため、粘性による振動の減衰効果も低いので、アライメント検出系26は大きく変動する。外乱とは、例えば除振器29で除去しきれなかった床振動の基板ステージ4などに伝達する分や、基板10の上にインプリント材14を塗布するために塗布部5の下と型8の下を基板ステージ4が高速で往復駆動する際の駆動反力などによるものが想定される。
外乱の影響により、アライメント検出系26の計測値(位置ずれ情報)が大きく振動している状態でインプリント材14に紫外線9を照射して硬化させると、外乱による振幅が基板10と型8が位置ずれしたまま固着してしまう。そこで時間Aにおいて予備露光を行い、インプリント材14を半硬化させて粘性を上げる。インプリント材14の粘性が大きくなることにより、外乱などの影響による振動の振幅は小さくなる。
一方で、アライメント駆動によって生じる抵抗力は、時間Aの予備露光を行った後に大きくなる。時間Aで予備露光を行う前の抵抗力が低い状態において、基板ステージ4のステージ制御演算器202のゲインKiを増大させすぎると、位置ずれを補正するための目標値に対してオーバーシュート量が大きくなる恐れがある。また、演算器による演算結果が発散して基板ステージ4の発振を招き、位置ずれ量の変動が大きくなる恐れがある。
しかし時間Aで予備露光を行った後の抵抗力が高い状態において、時間Aよりも前の抵抗力が低い状態と同様の定数(ゲインKi)を使用していると、積分器の出力上昇の速度が遅い。そのため、急激に大きく変化した抵抗力に対抗するための指令値203の増加が間に合わず、図4の点線に示すように検出された位置ずれの収束に時間がかかる。インプリント材14を硬化させる本露光は、位置ずれ量が0付近(許容値以下)に収束した後に実施するのが望ましい。そのため、位置ずれの収束に時間がかかってしまうと、図4の時間B´の時間までアライメントに時間を要してしまう。位置合わせを行う制御装置の制御ゲインを変更するタイミングは、上記のインプリント材の粘性を増加させるための光(予備露光)を照射する間に行ってもよいし、予備露光の照射後または、照射前に行ってもよい。
そこで時間Aの予備露光の後、位置ずれを補正するための駆動を継続して位置ずれ量を低減する向きに移動している場合、積分器のゲインKi(制御ゲイン)を実線のように時間Aの前より高くする。その結果、予備露光により粘性が大きくなったインプリント材の抵抗力に対抗する基板ステージ4の推力変化が早くかつ大きくなり、図4の実線で示すように位置ずれが早く収束する。位置ずれが収束した後、インプリント材を硬化させるための光の照射が時間Bにおいて行われるが、点線の場合のB´と比べると早い時間にインプリント材を硬化させることが可能となる。そのため、アライメントに要する時間を短くすることができる。ここでは、積分器のゲインを制御ゲインとして説明したが、積分器のゲインに限らず、PID制御における比例ゲインや微分ゲインを変化させてもよく、また、複数のゲインをその組み合わせて制御してもよい。
図4に示すように時間B、時間B´は、ともに位置ずれ量は許容値より小さくなり、以後はインプリント材が硬化して基板10と型8の相対位置は固定される。従って、インプリント材14が硬化した後は、積分器のゲインKiをはじめとする基板ステージ4を制御するステージ制御演算器202の定数(ゲイン)は小さく設定するのが望ましい。このように、インプリント材14が硬化した後に積分器のゲインを小さくすることで、硬化したインプリント材14にXY方向の余計な力の発生を抑え、パターン破壊を低減することができる。
時間Aの前後における積分器のゲインKiをはじめとした基板ステージ4を制御するステージ制御演算器202の定数の変化量は、インプリント材14の粘性の変化量(上昇量)によって大きさを決定することができる。例えば、予備露光手段6を用いた予備露光における照度の事前計測値、予備露光の照射時間に基づいて事前に定数変化量(ゲイン変化量)を決定することが可能である。例えば、予備露光の照射時間とインプリント材を硬化させるための照射時間を変えることができる。予備露光のための照射時間は、インプリント材を硬化させるための照射時間よりも短くすることができ、予備露光の後にも型と基板の位置合わせすることができる。また、変化量は、時間Aの前後の指令値203の変化量によってリアルタイムに決定することもできる。本実施形態のインプリント装置1は基板上に配置された複数ショット領域毎にインプリント動作を繰り返す。そこで、積分器のゲインの変化量は、前回インプリント時の指令値203の変化量から、今回インプリント時における変化量を推測し、決定する方法も考えられる。
予備露光によって発生するインプリント材14の粘性係数の変化は10〜100倍程度を想定している。予備露光の前後での定数の変化量は、ステージ制御演算器202で使用されている演算器の種類にもよるが、入力と出力が線形関係にあるような演算器の場合、粘性係数の変化と同様に予備露光の後の値は10〜100倍程度の範囲で増大させることができる。
また、本実施形態のインプリント装置1は、基板ステージ4をXY方向に駆動させることで型8と基板10の位置ずれを補正した。しかし、型保持機構3にXY方向に駆動可能なアクチュエータとXY方向の位置を計測するセンサを構成し、型保持機構3をXY方向に駆動させて型8と基板10の位置ずれを補正してもよい。インプリント装置1は、型保持機構3を図4と同様の構成でXY方向に駆動させるアクチュエータの指令値を生成することで、基板ステージ4を駆動させる場合と同様の効果が得られる。もしくは、基板ステージ4と型保持機構3の両方を駆動させることによって型8と基板10の位置ずれを補正してもよい。
(物品の製造方法)
インプリント装置を用いて形成した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、MEMS、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、DRAM、SRAM、フラッシュメモリ、MRAMのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、LSI、CCD、イメージセンサ、FPGAのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。
次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図6(a)に示すように、絶縁体等の被加工材2zが表面に形成されたシリコンウエハ等の基板1zを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材2zの表面にインプリント材3zを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材3zが基板上に付与された様子を示している。
図6(b)に示すように、インプリント用の型4zを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材3zに向け、対向させる。図6(c)に示すように、インプリント材3zが付与された基板1zと型4zとを接触させ、圧力を加える。インプリント材3zは型4zと被加工材2zとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を型4zを透して照射すると、インプリント材3zは硬化する。
図6(d)に示すように、インプリント材3zを硬化させた後、型4zと基板1zを引き離すと、基板1z上にインプリント材3zの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材3zに型4zの凹凸パターンが転写されたことになる。
図6(e)に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材2zの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝5zとなる。なお、当該エッチングとは異種のエッチングにより当該残存した部分を予め除去しておくのも好ましい。図6(f)に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材2zの表面に溝5zが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。
1 インプリント装置
2 光照射部
3 型保持機構
4 基板ステージ
5 塗布部
6 予備露光手段
7 制御部

Claims (12)

  1. 基板と型の位置合わせを行い、インプリント材を硬化させることで前記基板の上にインプリント材のパターンを形成するインプリント方法であって、
    前記型と前記インプリント材を接触させる接触工程と、
    前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板の上のインプリント材の粘性を増加させるための光を前記インプリント材に照射する工程と、
    前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板と前記型の位置ずれを検出した結果に基づき前記位置ずれを小さくするように前記型と前記基板の相対位置を制御する制御装置に用いられる制御ゲインが大きくなるように変更して、前記基板と前記型の位置合わせを行う工程と、
    前記インプリント材に光を照射することで前記インプリント材を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とするインプリント方法。
  2. 前記変更する工程は、前記インプリント材の粘性を増加させるための光を照射する間に行うことを特徴とする請求項1に記載のインプリント方法。
  3. 前記変更する工程における前記制御ゲインの変化量は、前記インプリント材の粘性を増加させるための光の照度と照射時間の少なくとも一つに応じて決定されることを特徴とする請求項1または2に記載のインプリント方法。
  4. 前記変更する工程における前記制御ゲインは、前記照射する工程において前記インプリント材の粘性の変化に応じて変更することを特徴とする請求項2に記載のインプリント方法。
  5. 前記照射する工程は、前記型に形成されたパターン領域を囲む周辺領域の少なくとも一部と接触する前記インプリント材に前記インプリント材の粘性を増加させるための光を照射する工程を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のインプリント方法。
  6. 前記照射する工程で前記インプリント材に照射される光の露光量は、前記硬化工程で前記インプリント材を硬化させるために前記インプリント材に照射される光の露光量よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のインプリント方法。
  7. 前記照射する工程で前記インプリント材の粘性を増加させるための光を照射する照射時間は、前記硬化工程で前記インプリント材を硬化させるために前記インプリント材に光を照射する照射時間よりも短いことを特徴とする請求項6に記載のインプリント方法。
  8. 前記照射する工程で前記インプリント材の粘性を増加させるために前記インプリント材に照射される光の強度は、前記硬化工程で前記インプリント材を硬化させるために前記インプリント材に照射される光の強度よりも小さいことを特徴とする請求項6に記載のインプリント方法。
  9. 前記照射する工程で前記インプリント材に照射される光の前記基板の上における照射面積は、前記硬化工程で前記インプリント材を硬化させるために前記インプリント材に照射される光の基板の上における照射面積よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のインプリント方法。
  10. 基板と型の位置合わせを行い、インプリント材を硬化させることで前記基板の上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記型を保持する型保持部と、
    前記基板を保持する基板保持部と、
    前記インプリント材に光を照射する照射部と、
    前記インプリント装置の動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記型保持部と前記基板保持部を制御し、前記型と前記インプリント材を接触させ、
    前記照射部を制御し、前記型と前記インプリント材が接触した状態で前記インプリント材の粘性を増加させるための光を前記インプリント材に照射し、
    前記型と前記インプリント材を接触させた状態で前記型保持部と前記基板保持部を制御し、前記基板と前記型の位置合わせを行う際に、
    前記基板と前記型の位置ずれを検出した結果に基づき前記位置ずれを小さくするように制御する制御ゲインを、前記インプリント材に光を照射する前の制御ゲインよりも前記インプリント材に光を照射した後の制御ゲインが大きくなるように変更し、前記基板と前記型の位置合わせを行うことを特徴とするインプリント装置。
  11. 基板の型の位置合わせを行い、インプリント材を硬化させることで前記基板の上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置の制御方法であって、
    前記型を保持する型保持部と前記基板を保持する基板保持部を制御することによって、前記型と前記インプリント材を接触させる接触工程と、
    前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板の上のインプリント材の粘性を増加させるための光を前記インプリント材に照射する工程と、
    前記型と前記インプリント材が接触した状態で、前記基板と前記型の位置ずれを検出した結果に基づき前記位置ずれを小さくするように前記型と前記基板の相対位置を制御する制御装置に用いられる制御ゲインが大きくなるように変更して、前記基板と前記型の位置合わせを行う工程と、を有することを特徴とするインプリント装置の制御方法。
  12. 請求項1乃至9いずれか1項に記載のインプリント方法を用いて前記型と前記基板の位置合わせを行い、基板の上にインプリント材のパターンを形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された基板を加工する加工工程と、を有し、該加工工程により加工された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
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