JP2020194893A - 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】型が所望の位置からずれることを低減するインプリント装置を提供する。【解決手段】型を用いて基板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、型の形状と倍率を補正する補正機構と、型と基板との形状と倍率の差に基づいて補正機構を制御する制御部と、を有し、制御部は、閉ループ制御による倍率の補正量に掛ける係数である倍率係数に基づいて、補正機構による型への合力およびモーメントが釣り合うように形状の補正量に掛ける形状係数を変化させる。【選択図】図15

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。
インプリント技術は、ナノスケールの微細パターンの転写を可能にする技術であり、半導体デバイスや磁気記憶媒体の量産用なのリソグラフィ技術の一つとして提案されている。インプリント技術を用いたインプリント装置は、パターンが形成されたモールド(型)と基板上の硬化性組成物(インプリント材)とを接触させた状態で組成物を硬化させ、硬化した組成物から型を引き離すことで基板上にパターンを形成する。インプリント装置では、樹脂硬化方法として、紫外線などの光の照射によって基板上の組成物を硬化させる光硬化法が採用されている。
インプリント装置では、デバイスの性能を維持するために、基板上のパターン(所定の形状)に対して、型のパターンを高精度に転写する必要がある。この際、型保持機構に備えられる倍率・形状補正機構で、型の形状を変化させて、基板上のパターンと型のパターンの相対形状を合わせる技術がある。
特許文献1では、複数のアクチュエータによって型に対して力を加えて型の形状を調整し、基板上のショット領域と型のパターン部との形状誤差を低減させている。特許文献2では、型に力を加え、型のパターン領域を変形させる型形状補正機構と、基板側パターン領域を加熱し、基板側パターン領域を変形させるウエハ加熱機構と、によって型のパターン領域と基板側パターン領域との形状の差を低減している。これらの技術では、型に力を加える機構の複数の駆動機構の出力を組み合わせることで、型の倍率だけでなく、形状も補正することができる。
特開2017−79242号公報 特開2013−102132号公報
しかしながら、上述の技術では、前記複数の駆動機構の出力は、型の倍率・形状補正のみを目的としているため、例えば、アクチュエータなどの出力上限や、原理上負の力、つまり引っ張り方向の力を出せないことによる出力下限が存在する。そのため、一部の駆動機構が出力上限または出力下限に到達した場合、合力およびモーメントの釣り合いが崩れ、型保持機構における型の保持位置がずれうる。
本発明は、例えば、型が所望の位置からずれることを低減するインプリント装置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、型を用いて基板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、前記型の形状と倍率を補正する補正機構と、前記型と前記基板との倍率と形状の差に基づいて前記補正機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、閉ループ制御による前記倍率の補正量に掛ける係数である倍率係数に基づいて、前記補正機構による前記型への合力およびモーメントが釣り合うように前記形状の補正量に掛ける形状係数を変化させることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、型が所望の位置からずれることを低減するインプリント装置を提供することができる。
第1の実施形態のインプリント装置の構成を示す概略図である。 基板の一例を示す模式図である。 変形機構の構成を示す概略図である。 変形機構による補正の第1例を説明する図である。 変形機構による補正の第2例を説明する図である。 変形機構による補正の第3例を説明する図である。 アクチュエータの出力値の一例を示す図である。 図7における補正時のそれぞれの補正量を示す図である。 第1の実施形態に係るメイン処理の一例を示すフロー図である。 第1の実施形態に係る第3例の各補正成分をそれぞれ分けた状態を示す図である。 倍率係数の決定について説明する図である。 第1の係数の決定について説明する図でである。 第2の係数の決定について説明する図である。 第3の係数の決定について説明する図である。 各係数の決定処理を説明するフロー図である 第2の実施形態に係る第3例の各補正成分をそれぞれ分けた状態を示す図である。 第2の実施形態に係る第2の係数および第3の係数の決定について説明する図である。 物品の製造方法を説明するための図である。
以下に、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。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態のインプリント装置100の構成を示す概略図である。インプリント装置100は、半導体デバイス製造工程に使用される、基板に型のパターンを転写する加工装置であり、ここでは一例として光硬化法を採用している。
インプリント装置100は、インプリント処理によって基板Sの上にインプリント材IMの硬化物からなるパターンを形成する。インプリント処理は、接触処理、アライメント処理、硬化処理、分離(離型)処理を含みうる。接触処理は、基板Sのショット領域の上のインプリント材IMに型Mのパターン領域Pを接触させる処理である。アライメント処理は、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとのアライメントを行う処理である。インプリント処理におけるアライメント処理は、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとの重ね合わせ誤差が低減されるように型Mのパターン領域Pを変形させる変形処理を含む場合がある。硬化処理は、インプリント材IMを硬化させる処理である。分離処理は、インプリント材IMの硬化物からなるパターンと型Mのパターン領域Pとを分離(離型)する処理である。
インプリント材としては、硬化用のエネルギーが与えられることにより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、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が10nm以上1mm以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物でありうる。これらのうち、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。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。インプリント材は、液滴状、或いは複数の液滴が繋がってできた島状又は膜状となって基板上に配置されうる。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以下でありうる。
基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられうる。必要に応じて、基板の表面に、基板とは別の材料からなる部材が設けられてもよい。基板は、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスである。
図2は、基板Sの一例を示す模式図である。本図には、基板Sにおける複数のショット領域SRの配列例が示されている。図2中に示された番号は、複数のショット領域SRを相互に識別するために与えられた番号(ショット番号)である。複数のショット領域SRに対するインプリント処理は、予め決定された順番に従って実行されうる。
本明細書および添付図面では、基板Sの表面に平行な方向をXY平面とする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。また、位置は、X軸、Y軸、Z軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θX軸、θY軸、θZ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および/または姿勢を制御することを意味する。位置合わせは、基板および型の少なくとも一方の位置および/または姿勢の制御を含みうる。
図1に戻り、インプリント装置100は、基板Sを保持し駆動する基板駆動機構SDM、基板駆動機構SDMを支持するベースフレームBF、型Mを保持し駆動する型駆動機構MDM、および、型駆動機構MDMを支持する構造体STを備えうる。基板駆動機構SDMは、基板Sを保持する基板チャックSCを含む基板ステージSSと、基板ステージSSを位置決めすることによって基板Sを位置決めする基板位置決め機構SAとを含みうる。型駆動機構MDMは、型Mを保持する型チャックMCと、型チャックMCを位置決めすることによって型Mを位置決めする型位置決め機構MAとを含みうる。型駆動機構MDMは、接触工程および/または分離工程において型Mに加えられる力を検出するロードセルLCを含んでもよい。型駆動機構MDMは、更に、接触処理において、型Mのパターン領域Pが基板Sに向かって凸形状になるように型Mのパターン領域Pを変形させるようにパターン領域Pの反対側の面に圧力を加える圧力機構を備えうる。
基板駆動機構SDMおよび型駆動機構MDMは、基板Sと型Mとの相対位置が変更されるように基板Sおよび型Mの少なくとも一方を駆動する駆動機構DMを構成する。駆動機構DMによる相対位置の変更は、基板Sの上のインプリント材に対する型Mのパターン領域Pの接触、および、硬化したインプリント材(硬化物のパターン)からの型の分離のための駆動を含む。換言すると、駆動機構DMによる相対位置の変更は、接触処理および分離処理が行われるように基板Sと型Mとの相対位置を変更することを含む。基板駆動機構SDMは、基板Sを複数の軸(例えば、X軸、Y軸、θZ軸の3軸、好ましくは、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸の6軸)について駆動するように構成されうる。型駆動機構MDMは、型Mを複数の軸(例えば、Z軸、θX軸、θY軸の3軸、好ましくは、X軸、Y軸、Z軸、θX軸、θY軸、θZ軸の6軸)について駆動するように構成されうる。
インプリント装置100は、更に、型Mのパターン領域Pを変形させる変形機構MAGを備えうる。変形機構MAGは、XY平面に平行な面内におけるパターン領域Pの形状(大きさを含む)が変更されるようにパターン領域Pを変形させうる。変形機構MAGは、例えば、型Mの4つの側面に力を加えることによってパターン領域Pを変形させうる。
インプリント装置100は、更に、ディスペンサDSPを備えうる。ただし、ディスペンサDSPは、インプリント装置100の外部装置として構成されてもよい。ディスペンサDSPは、基板Sのショット領域にインプリント材IMを供給(塗布)または配置する。基板Sのショット領域へのインプリント材IMの配置は、基板駆動機構SDMによって基板Sが駆動されている状態で、該駆動と同期してディスペンサDSPがインプリント材IMを吐出することによってなされうる。ここで、ディスペンサDSPが基板Sの上の1つのショット領域にインプリント材IMを配置する度に接触処理、アライメント処理、硬化処理および分離処理が実行されうる。あるいは、ディスペンサDSPが基板Sの上の複数のショット領域にインプリント材IMを配置した後に、該複数のショット領域の各々に対して接触処理、アライメント処理、硬化処理および分離処理が実行されてもよい。
インプリント装置100は、更に、硬化部CUを備えうる。硬化部CUは、基板Sの上のインプリント材IMに型Mのパターン領域Pが接触した状態でインプリント材IMに硬化用のエネルギーを照射することによってインプリント材IMを硬化させる。これによって、インプリント材IMの硬化物からなるパターンが基板Sの上に形成される。
インプリント装置100は、更に、基板Sのショット領域のマークSMKの位置、型MのマークMMKの位置、基板Sのショット領域のマークSMKと型MのマークMMKとの相対位置等を検出(計測)するアライメントスコープ(計測部)ASを備えうる。インプリント装置100は、更に、基板Sのショット領域のマークSMKの位置を検出(計測)するオフアクシススコープOASを備えうる。
インプリント装置100は、更に、制御部CNTを備えうる。制御部CNTは、駆動機構DM、変形機構MAG、ディスペンサDSP、硬化部CU、アライメントスコープAS、オフアクシススコープOASを制御しうる。制御部CNT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。
制御部CNTは、アライメントスコープASによって検出される結果、例えば、基板Sのショット領域のマークSMKの位置に基づいて当該ショット領域の形状を演算することができる。また、制御部CNTは、アライメントスコープASによって検出される結果、例えば、型MのマークMMKの位置に基づいて型Mのパターン領域Pの形状を演算することができる。制御部CNTは、このようにして得られたショット領域の形状とパターン領域Pの形状とに基づいて、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとの重ね合わせ誤差を演算して取得しうる。換言すると、制御部CNTは、ショット領域の形状とパターン領域Pの形状とに基づいて、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとの形状の差を演算して取得しうる。あるいは、制御部CNTは、アライメントスコープASによって検出される結果、例えば、基板SのマークSMKと型MのマークMMKとの相対位置に基づいて、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとの重ね合わせ誤差を演算しうる。換言すると、制御部CNTは、アライメントスコープASの出力に基づいて、基板Sのショット領域と型Mのパターン領域Pとの重ね合わせ誤差を演算しうる。重ね合わせ誤差は、例えば、倍率成分、および、歪み成分(例えば、ひし形形状、台形形状等の成分、または、より高次の成分)を含みうる。
次に、図3を参照して、変形機構MAGの詳細な構成の一例について説明する。図3は、変形機構MAGの構成例を示す概略図である。変形機構MAGは、型Mの4つの側面MSに力を加えることによって型Mのパターン領域Pを変形させうる。変形機構MAGは、型Mの側面から外力を加えて型を物理的に変形させる補正機構である。型Mの側面に力を加えることにより、型Mのパターン領域Pの形状が補正される。この補正によりパターン領域Pを所望の形状にすることで、基板上に形成されているパターン(ショット領域)の形状と型に形成されているパターン領域Pの形状との差を低減させることができる。それにより、基板上に形成されているパターンと、新たに基板の上に形成されるインプリント材のパターンとの重ね合わせ精度を向上させることができる。
変形機構MAGによって制御可能なパターン領域Pの形状(大きさを含む)の成分は、例えば、倍率成分、および、歪み成分(例えば、ひし形、台形等の成分、または、より高次の成分)を含みうる。変形機構MAGは、複数のユニット20を含みうる。各ユニット20は、型Mの側面MSに接触する接触部21と、接触部21を駆動するアクチュエータ22とを含みうる。アクチュエータ22は、例えば、ピエゾ素子を含みうるが、他の素子を含んでもよい。
図4は、変形機構MAGによる補正の第1例を説明する図である。本図は、補正倍率と補正形状の一例として、ひし形形状、台形形状および高次形状を補正する場合、各倍率および形状の補正指令値から、変形機構MAGへの指令値およびアクチュエータ出力値がどのように決まるかを示した図である。なお、ここで、高次形状とは、ひし形および台形よりも高次な関数で表される辺を有する形状であり、例えば、弓なり、糸巻き等である。本図において、各指令値成分で合力およびモーメントの釣り合いは取れている。また、本例では、形状補正指令値に負の指令値(図内ドット模様の矢印)があるが、すべての倍率補正量および形状補正量を足し合せた変形機構MAGへの指令値においてはすべての駆動機構で駆動力の上下限の範囲内に収まっている。そのため、指令値がそのままアクチュエータ出力値となる。
図5は、変形機構MAGによる補正の第2例を説明する図である。本図は、補正倍率と補正形状の一例として、ひし形、台形および高次形状を補正する場合、各倍率および形状の補正指令値から、変形機構MAGへの指令値およびアクチュエータ出力値がどのように決まるかを示した図である。各指令値成分で合力およびモーメントの釣り合いは取れている。また、本例では、形状補正指令値に負の指令値(図内ドット模様の矢印)があり、すべての倍率補正量および形状補正量を足し合せた変形機構MAGへの指令値においても、負の指令値が一部のアクチュエータに与えられる。一方で変形機構MAGではその構造から原理的に負の出力を出すことができないため、負の指令値を受け取ったアクチュエータにおいては、零およびアクチュエータの出力下限値を出力する。この場合、アクチュエータ出力の合力およびモーメントの釣り合い関係が崩れ、型Mが型チャックMCからずれる可能性がある。
図6は、変形機構MAGによる補正の第3例を説明する図である。本図は、補正倍率と補正形状の一例として、ひし形、台形および高次形状を補正する場合、各倍率および形状の補正指令値から、変形機構MAGへの指令値およびアクチュエータ出力値がどのように決まるかを示した図である。各指令値成分で合力およびモーメントの釣り合いは取れている。また、本例では、形状補正指令値に負の指令値(図内ドット模様の矢印)がある。また、倍率補正量が大きいため、すべての倍率補正量及び形状補正量を足し合せた変形機構MAGへの指令値においては、負の指令値はないものの、アクチュエータの出力上限値以上の指令値(図内ハッチングの矢印)が一部のアクチュエータに与えられる。アクチュエータの出力上限値以上の指令値を受け取ったアクチュエータにおいては、アクチュエータの出力上限値を出力する。この場合、アクチュエータ出力の合力およびモーメントの釣り合い関係が崩れ、型Mと型チャックMCとの間で型がずれる可能性がある。
図7は、アクチュエータの出力値の一例を示す図である。本図では、基板上のマークと型上のマークの相対位置の計測結果から相対倍率・相対形状をリアルタイムに変形機構MAGを閉ループ制御しながらインプリントするときの、あるアクチュエータの出力値を時系列で示している。上記閉ループ制御で倍率・形状補正をする場合、ヒステリシスの影響を軽減するために、補正開始時に変形機構MAGを上限、下限あるいは予測される最終到達補正量に対して相対的に決定される量に事前駆動する方法がある。図7においては、事前に変形機構MAGを下限に開放する場合を示しているが、本実施形態は事前駆動の量については限定しない。
図8は、図7における補正時のそれぞれの補正量を示す図である。本図は、図7で示した閉ループ制御による補正時の、開ループ補正による形状も含めた各補正成分を示している。すなわち閉ループ制御による倍率補正量、閉ループ制御による形状補正量、開ループ制御による形状補正量および基板への加熱(入熱)変形と併せた開ループ制御での形状補正量を時系列で表している。
図4、図5および図6での説明のように、倍率補正は変形機構MAGへの指令値が正の値であるのに対し、形状補正は制御方法によらず正の指令値と負の指令値を含む。このことは、変形機構MAGは形状のみを補正することはできず、倍率補正による出力値が与えられている前提で負の出力を含む形状補正が可能になることを意味する。つまり、図8に示すように、閉ループ制御による倍率補正により変形機構MAGへの正の出力値が与えられ、その正の出力値に基づいて、負の形状補正可能量が割り当てられることとなる。また、倍率補正量が大きくなると、アクチュエータ出力の上限値までの残量が減少するため、これに応じて正の形状補正可能量も減少する。
図8の第iショット領域において、事前に補正量が決定されている開ループ制御で補正される形状指令値については、第iショット領域準備処理(第1処理)および第iショット領域インプリント処理(接触処理)の間に各アクチュエータに与えられる。第iショット領域インプリント処理(アライメント処理)が開始される前までには各アクチュエータに前記形状指令値がセットされている。
一方で、閉ループ制御による倍率補正はヒステリシスの影響を軽減するために、事前駆動として各アクチュエータへ開放の指令値を与え、アライメント開始から倍率補正量を与え始める。そのため、アライメントのごく初期の状態は、図5に示す第2例のように倍率指令値が小さくなり、すべての倍率・形状指令値を足し合せた指令値においては、負の指令値が発生し、アクチュエータ出力の合力およびモーメントの釣り合い関係が崩れうる。すると、型Mと型チャックMCとがずれる可能性がある。また、補正可能レンジに鑑みて、基板に対する型の倍率が極端に大きい場合または型に対する基板の倍率が極端に小さい場合は、閉ループ制御の終盤では、図6のように補正指令値がアクチュエータの出力上限値を超えうる。すると、アクチュエータ出力の合力およびモーメントの釣り合い関係が崩れ、型Mと型チャックMCとがずれる可能性がある。
上記のような型Mに与えられる合力およびモーメントの釣り合いが崩れた際に発生する型のずれを回避するための処理を図9から図14を用いて説明する。
図9は、第1の実施形態に係るインプリント装置のメイン処理の一例を示すフロー図である。図9(A)は、第1の実施形態に係るインプリント装置のメイン処理の一例を示すフロー図である。このフローチャートで示す各動作(ステップ)は、制御部CNTによる各部の制御により実行されうる。
まず、例えば、不図示の型搬入装置によって、型Mをインプリント装置内に搬入し、型駆動機構MDMの型チャックMCに型Mをセットする(S101)。次に、制御部CNTは、インプリント条件を設定する(S102)。インプリント条件は、インプリント処理を行う際の条件であり、例えば、インプリント処理されるショットの順番、基板Sへのインプリント材の供給量および配置などが含まれうる。また、型Mと基板上のインプリント材IMとを接触させる時間である充填時間や、硬化部CUから硬化用エネルギーを照射し、インプリント材IMを硬化させる時間である露光時間などが含まれても良い。
次に、例えば、不図示の基板搬入装置によって基板Sをインプリント装置内に搬入し、基板駆動機構SDMの基板チャックSCに基板Sを載置して、基板を搬入(ロード)する(S103)。その後、基板Sの状態を検出するために、例えば、不図示の基板計測センサによって、基板Sの表面の傾きや高さを計測する(S104)。そして、基板Sに対してインプリント処理を行い(S105)、基板を搬出(アンロード)する(S106)。全ての基板に対してインプリント処理が終了するまで、S103〜S106を繰りかえし、全ての基板に対しインプリント処理が終了した場合(S107、YES)に、処理を終了する。
ここで、図9(B)を用いて、インプリント処理と変形機構MAGの駆動の詳細なフローについて説明する。図9(B)は、第1の実施形態に係るインプリント装置のインプリント処理の一例を示すフロー図である。このフローチャートで示す各動作(ステップ)は、制御部CNTによる各部の制御により実行されうる。
インプリント処理を行うショット領域(例えば、第iショット領域)がパターン領域Pの直下となるように、基板ステージSSを移動させる(S111)。その後、準備処理(第1処理)を行う(S112)。本実施形態では、一例としてヒステリシスの影響を軽減するため、準備処理において、事前駆動として変形機構MAGの出力値を下限に開放する。このとき、事前駆動位置への駆動開始から事前駆動開始までの変形機構MAGの出力値は以下の式により求めることができる。
Figure 2020194893
上記式において、Fは変形機構MAGの出力値を示している。tは、時刻、tは事前駆動位置への駆動開始時刻、tは、事前駆動開始時刻を示している。f直前ショット領域(例えば、第(i−1)ショット領域)へのインプリント処理時における最終の変形機構MAGの出力値、nは変形機構MAGの識別番号を示している。Dは事前駆動目標値を示している。
また、事前駆動開始から事前駆動終了まで、換言すると事前駆動中の変形機構MAG出力値は以下の式により求めることができる。
Figure 2020194893
上記式において、tは事前駆動終了時刻、を示している。本実施形態では、事前駆動として変形機構MAGを下限に開放するため、事前駆動中の変形機構MAG出力値は、変形機構MAGの下限値と同じとなる。なお、変形機構MAGの出力制限は以下の式で示すことができる。
Figure 2020194893
その後、基板S上のインプリント材IMと、型Mのショット領域SRとを接触させる接触処理を行う(S113)。このときの変形機構MAG出力値、すなわち、事前駆動終了時刻から次工程のアライメント処理を開始するまでの変形機構MAG出力値は、以下の式で示すことができる。
Figure 2020194893
上記式において、tはアライメント処理の開始時刻を示している。また、アライメント処理開始時刻における変形機構MAGの出力値は以下の式で示すことができる。
Figure 2020194893
上記式において、C(S,S,S,T,T)は、補正形状から変形機構MAGへの出力変換行列を示している。SはX倍率、SはY倍率、Sはひし形、TはX台形、TはY台形のそれぞれの補正指令値を示している。Hは高次形状の変形MAGへの補正指令値を示している。kは倍率係数、k1は第1の係数、k2は第2の係数、k3は第3の係数を示している。
その後、基板S上のインプリント材IMと、型Mのショット領域SRとを接触させた状態で、パターン領域Pの形状とショット領域SRの形状とが互いに近づくようにパターン領域やショット領域の変形させるアライメント処理を行う(S114)。アライメント処理時における変形機構MAG出力値は、以下の式で示すことができる。
Figure 2020194893
その後、基板S上のインプリント材IMと、型Mのショット領域SRとを接触させた状態で、型Mを介して硬化部CUから硬化エネルギーをインプリント対象のショット領域上のインプリント材に照射する。そして、硬化したインプリント材と型Mとを引き離す(離型)(S115)。これにより、基板Sのインプリント対象のショット領域には、型Mのパターン領域Pのパターンに対応するインプリント材パターンが残る。すなわち、型Mのパターン領域のパターンに対応したパターンが基板Sのインプリント対象のショット領域に形成される。基板上の全てのショット領域に対してインプリント処理が終了するまで、S111〜S115を繰りかえす。そして、全てのショット領域に対しインプリント処理が終了した場合(S116、YES)に、対象基板に対するインプリント処理を終了し、S106へ処理を進める。
第1の実施形態としては、図10のように各倍率・形状補正量を、閉ループ制御で補正する倍率、閉ループ形状、開ループ制御で補正する形状、および基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状に分ける。そして、制御部CNTは、閉ループ制御によってリアルタイムで変化する補正指令値がアクチュエータ出力の上下限の範囲内となるように、リアルタイムでそれぞれの補正指令値にかける係数を0から1の間で変化をさせ、各補正指令値にかける係数を決定する。より具体的な係数の決定方法について説明するために、例として図6のように閉ループ制御による倍率補正で補正指令値がアクチュエータ出力上限値に到達する場合を説明する。
図10は、第1の実施形態に係る第3例の各補正成分をそれぞれ分けた状態を示す図である。すなわち、本図では、図6に示す各補正成分を閉ループ制御で補正する倍率、閉ループで制御する形状、開ループ制御で補正する形状、および基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状に分けた状態である。制御部CNTは、これらの各補正量に基づいて、閉ループ制御による倍率の補正量に掛ける係数である倍率係数、形状補正量に掛ける形状係数である第1の係数、第2の係数および第3の係数を決定する。制御部CNTは、アクチュエータ出力の上下限の範囲内となるように、それぞれの補正指令値に掛ける係数を決定する。また、各係数は、例えば、倍率係数、第1の係数、第2の係数、第3の係数の順で決定される。
図11は、倍率係数の決定について説明する図である。本図は、図10の閉ループ制御で補正する倍率を示している。閉ループ制御の倍率補正に掛ける倍率係数は1であることが好ましい。第1の理由としては、重ね合わせ精度に対する影響度が他の形状と比較して大きい場合が多いためである。第2の理由としては、倍率成分においては基板Sのショット領域と型Mの相対倍率差が補正レンジ外で指令値が上下限に到達したとしても、指令値の合力およびモーメントの釣り合いは崩れにくいからである。図11においては、倍率補正指令値のみでは、アクチュエータの出力上下限の範囲に入っているが、仮に範囲外であった場合も、合力およびモーメントは釣り合い、出力上下限の範囲内で最大限に補正できる補正量となる。よって、本実施形態では、倍率係数は1とする。
図12は、第1の係数の決定について説明する図である。本図は、倍率係数と図10の閉ループ制御で補正する倍率、および図10の閉ループ制御で補正する形状を示している。ここでは、一例として、閉ループ制御でひし形を補正する。閉ループ制御の形状補正に掛ける第1の係数は、倍率係数(=1)と閉ループ制御で補正する倍率の補正指令値、および、アクチュエータの出力上下限に基づいて、合計の補正指令値がすべてのアクチュエータで上下限範囲内になるように決定される。図12の例では第1の係数を0.67としている。その結果として、合計の補正指令値はすべてのアクチュエータ出力値で上下限の範囲内となっている。
図13は、第2の係数の決定について説明する図である。図13は、倍率係数、図10の閉ループ制御で補正する倍率、第1の係数、図10の閉ループ制御で補正する形状、および、図10の開ループ制御で補正する形状を示している。ここでは、一例として、開ループ制御で台形を補正する。第2の係数は、倍率係数(=1)を掛けた閉ループ制御の倍率補正指令値、第1の係数(=0.67)を掛けた閉ループ制御の形状補正指令値、および、アクチュエータの出力上下限に基づいて決定される。これらに基づき、合計の補正指令値がすべてアクチュエータの上下限範囲内になるように、第2の係数が決定される。図13の例では第2の係数を0としている。その結果として、合計の補正指令値はすべてアクチュエータ出力値の上下限の範囲内となっている。
図14は、第3の係数の決定について説明する図である。図14は、倍率係数と図10の閉ループ制御で補正する倍率、第1の係数、図10閉ループ制御で補正する形状、第2の係数、図10の開ループ制御で補正する形状、および、図11の基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状を示している。ここでは、一例として、加熱変形と併せて開ループ制御で高次形状を補正する。第3の係数は、基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状に掛ける係数である。第3の係数は、倍率係数(=1)を掛けた開ループ制御の倍率補正指令値、第1の係数(=0.67)を掛けた閉ループ制御の形状補正指令値、第2の係数(=0)を掛けた開ループ制御の形状補正指令値、および、アクチュエータの出力上下限に基づいて決定される。これらに基づき、合計の補正指令値がすべてアクチュエータの上下限範囲内になるように、第3の係数が決定される。図14の例では第3の係数は0.67としている。その結果として、合計の補正指令値はすべてアクチュエータの出力値の上下限の範囲内となっている。上記、図11から図14は閉ループ制御の中でリアルタイムに計算が繰り返される。
図15は、各係数の決定処理を説明するフロー図である。このフローチャートで示す各動作(ステップ)は、制御部CNTによる各部の制御により実行されうる。まず、制御部CNTは、倍率成分を算出し(S201)、倍率係数を決定する(S202)。上述の通り、ここでは、倍率係数は、1とする。次に、制御部CNTは、アクチュエータ出力の上限値および下限値までの残量が閾値以上であるか否かを判定する(S203)。言い換えると、制御部CNTは、倍率補正のための指令値に倍率係数を掛けたアクチュエータの出力値と、アクチュエータ出力の上限値及び下限値との差分が閾値以上であるか否かを判定する。残量が閾値以上でない場合(NO)、第1の係数、第2の係数、および第3の係数をそれぞれ0に決定し(S204)、処理を終了する。
一方、アクチュエータ出力への上限値および下限値までの残量が閾値以上である場合(S203、YES)、第1の係数を決定する(S205)。第1の係数は、倍率補正のための指令値に倍率係数を掛けたアクチュエータの出力値と、アクチュエータ出力の上限値及び下限値との差分に基づいて、決定される。次に、アクチュエータ出力への上限値および下限値までの残量が閾値以上であるか否かを判定する(S206)。残量が閾値以上でない場合(NO)、第2の係数、および第3の係数をそれぞれ0に決定し(S207)、処理を終了する。
一方、アクチュエータ出力への上限値および下限値までの残量が閾値以上である場合(S206、YES)、第2の係数を決定する(S208)。第2の係数は、倍率補正のための指令値に倍率係数を掛けた値と、閉ループ制御による形状補正のための指令値に第1の係数を掛けた値とを加算したアクチュエータの出力値と、アクチュエータ出力の上限値及び下限値との差分に基づいて、決定される。次に、アクチュエータ出力への上限値および下限値までの残量が閾値以上であるか否かを判定する(S209)。残量が閾値以上でない場合(NO)、第3の係数をそれぞれ0に決定し(S210)、処理を終了する。
一方、アクチュエータ出力への上限値および下限値までの残量が閾値以上である場合(S209、YES)、第3の係数を決定し(S211)、処理を終了する。第3の係数は、まず、倍率補正のための指令値に倍率係数を掛けた値と、閉ループ制御による形状補正のための指令値に第1の係数を掛けた値と、開ループ制御による形状補正のための指令値に第2の係数を掛けた値とを加算したアクチュエータの出力値を求める。そして、第3の係数は、求められたアクチュエータの出力値と、アクチュエータ出力の上限値及び下限値との差分に基づいて、決定される。
このようにして、リアルタイムで係数の変更がされることにより、変形機構MAGにおける出力値の合力およびモーメントが崩れることを低減することができ、型Mが型チャックMCからずれることを低減することが可能となる。
<第2の実施形態>
第2の実施形態について説明をする。第2の実施形態としては、第1の実施形態の第2の係数と第3の係数が同じ場合について説明する。第2の実施形態では、図10のように各倍率・形状補正量を、閉ループ制御で補正する倍率、閉ループ制御で補正する形状、開ループ制御で補正する形状、および基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状に分ける。そして、それぞれに倍率係数、第1の係数、第2の係数および第3の係数を閉ループ制御によってリアルタイムで変化する補正指令値がアクチュエータ出力の上下限の範囲内となるようにリアルタイムで各係数を0から1の間で変化をさせる。このとき、第2の係数と第3の係数は同じとする。
より具体的な係数の制御方法について説明するために、例として図6に示す第3例のように閉ループ制御による倍率補正で補正指令値がアクチュエータ出力上限値に到達する場合を説明する。
図16は、第1の実施形態に係る第3例の各補正成分をそれぞれ分けた状態を示す図である。すなわち、本図では、図6に示す各補正成分を閉ループ制御で補正する倍率、閉ループ制御で補正する形状、開ループ制御で補正する形状、および基板への加熱変形と併せて開ループ制御で補正する形状に分けた状態である。ただし、第2の実施形態では、第2の係数と第3の係数は同じとする。これらの各補正量から倍率係数、第1の係数および第2の係数を決定し、補正指令値がアクチュエータ出力の上下限の範囲内となるようにする。また、前記各係数は、倍率係数、第1の係数、第2の係数の順で決定される。
倍率係数の決定については、第1の実施形態と同様で図12のとおりである。本実施形態では倍率係数は1とする。第1の係数の決定については、第1の実施形態と同様で図13のとおりである。本実施形態では第1の係数は0.67とし、その時の合計の補正指令値はすべてアクチュエータで上下限の範囲内となっている。
図17は、第2の実施形態に係る第2の係数および第3の係数の決定について説明する図である。第2の係数および第3の係数は、倍率係数(=1)を掛けた閉ループ制御の倍率補正指令値、第1の係数(=0.67)を掛けた閉ループ制御の形状補正指令値、および、アクチュエータの出力上下限に基づいて決定される。これらに基づき、合計の補正指令値がすべてアクチュエータの上下限範囲内になるように、第2の係数および第3の係数は決定される。図18の例では第2の係数および第3の係数を0としている。その結果として、合計の補正指令値はすべてアクチュエータ出力値の上下限の範囲内となっている。上述の処理は、閉ループ制御の中でリアルタイムに計算が繰り返される。
本実施形態によれば、第2の係数と第3の係数を同じとするため、処理時間を短縮することができ、スループットを向上させることが可能となる。
<第3の実施形態>
上記第1の実施形態または第2の実施形態はショット領域を限定しない。例えば、基板外周部における欠けショット領域においては、基板縁の影響や重ね合わせ計測領域が小さいことから基板中央ショット領域と比較して、より大きい形状補正量が必要になる場合がある。その場合においては、型ずれが発生する可能性が高まるため、本発明はかけショット領域で特に効果を発揮する。なお、欠けショット領域とは、図2に示す、例えば、ショット番号1、2、6、および7などのショット領域である。
よって、本実施形態では、欠けショット領域へインプリント処理を行う場合にのみ、上述の第1の実施形態または第2の実施形態の各係数の決定処理を行う。
本実施形態によれば、欠けショット領域へインプリント処理時のみ係数の決定処理を行うため、処理時間をさらに短縮することができ、スループットを向上させることが可能となる。
<第4の実施形態>
第4の実施形態では、第1の実施形態または第2の実施形態で決定された第3の係数を、基板への入熱機構への加熱量(入熱量)に掛ける。これにより、基板への加熱変形と併せて開ループで形状補正をする形状補正量の精度悪化を最低限に抑えることもできる。
<第5の実施形態>
上記第1の実施形態、第2の実施形態、第3の実施形態および第4の実施形態においては、型Mが型チャックMCからずれる型ずれの発生を低減することを第一の目的としている。このため、上記倍率係数、第1の係数、第2の係数および第3の係数が1以外の場合、適用される補正量は本来適用すべき補正量に到達しないという課題もある。一方で、合力およびモーメントの釣り合いが崩れても、前記合力およびモーメントが、型Mの裏面と型チャックMCの摩擦力以下であれば、型Mが型チャックMCからずれることを低減することが可能である。
そこで、第5の実施形態では、例えば、型Mを型チャックMCに吸着させた状態で、事前に変形機構MAGによって合力およびモーメントを意図的に発生させる。これにより、型ずれを検知することで、型Mの裏面と型チャックMCとの摩擦力を測定する。
上記倍率係数、第1の係数、第2の係数および第3の係数を算出する際に、摩擦力以下の合力およびモーメントを許容することで、補正量の制限を緩和する方法も考えられる。
(物品製造方法の実施形態)
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、インプリント用の型等が挙げられる。
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。ウエハ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18(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ウエハ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がウエハ上に付与された様子を示している。
図18(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ウエハ上のインプリント材3zに向け、対向させる。図18(C)に示すように、インプリント材3zが付与されたウエハ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18(D)に示すように、インプリント材3zを硬化させた後、型4zとウエハ1zを引き離すと、ウエハ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18(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。図18(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。
(その他の実施形態)
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。
また、本発明における制御の一部または全部を上述した実施形態の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置や情報処理装置に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置や情報処理装置におけるコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
100 インプリント装置
MAG 変形機構
CNT 制御部
S 基板
M 型

Claims (15)

  1. 型を用いて基板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、
    前記型の形状と倍率を補正する補正機構と、
    前記型と前記基板との形状と倍率の差に基づいて前記補正機構を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、閉ループ制御による前記倍率の補正量に掛ける係数である倍率係数に基づいて、前記補正機構による前記型への合力およびモーメントが釣り合うように前記形状の補正量に掛ける形状係数を変化させることを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記形状係数は、閉ループ制御によって前記型の第1の形状を補正するための第1の形状補正量に掛ける第1の係数と、開ループ制御によって前記型の第2の形状を補正するための第2の形状補正量に掛ける第2の係数と、を含み、
    前記制御部は、前記第1の係数と、前記第2の係数と、をそれぞれ変化させ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. 前記制御部は、前記第1の係数を、前記倍率係数と前記倍率の補正量に基づいて求められる前記補正機構の出力値と前記補正機構の出力上限値および出力下限値との差分から、決定することを特徴とする請求項2に記載のインプリント装置。
  4. 前記制御部は、前記第2の係数を、前記倍率係数と前記倍率の補正量、および、前記第1の係数と前記第1の形状補正量に基づいて求められる前記補正機構の出力値と前記補正機構の出力上限値および出力下限値との差分から、決定することを特徴とする請求項2または3に記載のインプリント装置。
  5. 前記第1の形状は、ひし形形状および台形形状のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  6. 前記第2の形状は、ひし形形状および台形形状のいずれか一方を含み、前記第1の形状とは異なることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  7. 前記基板を加熱して変形させる加熱機構を有し、
    前記制御部は、前記加熱機構による前記基板への加熱変形と併せて開ループ制御によって前記型の第3の形状を補正する第3の形状補正量に掛ける第3の係数を変化させることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  8. 前記制御部は、前記第3の係数を、前記倍率係数と前記倍率の補正量、前記第1の係数と前記第1の形状補正量、および、前記第2の係数と前記第2の形状補正量から求められる前記補正機構の出力値と前記補正機構の出力上限値および出力下限値との差分から、決定することを特徴とする請求項7に記載のインプリント装置。
  9. 前記制御部は、前記第2の係数と前記第3の係数を同じ値とすることを特徴とする請求項7または8に記載のインプリント装置。
  10. 前記制御部は、前記第3の係数を、前記加熱機構の加熱量に掛けることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  11. 前記第3の形状は、少なくともひし形形状、台形形状、および、高次形状の内の一つを含み、前記第1の形状および前記第2の形状とは異なることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  12. 前記制御部は、前記形状係数を0から1の間で変化させることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  13. 前記制御部は、前記倍率係数を1とすることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  14. 型を用いて基板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、
    前記型と前記基板との形状の差に基づいて前記型の形状と倍率を補正し、
    閉ループ制御による前記倍率の補正量に掛ける係数である倍率係数に基づいて、前記型の補正時における前記型への合力およびモーメントが釣り合うように前記形状の補正量に掛ける形状係数を変化させることを特徴とするインプリント方法。
  15. 請求項1乃至13のうちいずれか1項に記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、
    パターンが形成された基板を加工する工程と、を有し、
    加工された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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