JP2023085393A - インプリント装置、インプリント方法および物品製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板のショット領域と型のパターン領域との間の形状差の補正に有利な技術を提供する。
【解決手段】インプリント装置は、型に力を加えることによってパターン領域の形状を制御する複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、複数のアクチュエータの各々には、ショット領域とパターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まる指令値が与えられ、制御部は、複数のアクチュエータの各々について、第１指令値が許容指令値範囲に収まるように第１指令値を決定し、その後、第１指令値と第２指令値との合計が許容指令値範囲または許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように第２指令値を決定する。
【選択図】図４
【解決手段】インプリント装置は、型に力を加えることによってパターン領域の形状を制御する複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、複数のアクチュエータの各々には、ショット領域とパターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まる指令値が与えられ、制御部は、複数のアクチュエータの各々について、第１指令値が許容指令値範囲に収まるように第１指令値を決定し、その後、第１指令値と第２指令値との合計が許容指令値範囲または許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように第２指令値を決定する。
【選択図】図４
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製造方法に関する。
インプリント装置では、基板のショット領域の上のインプリント材と型のパターン領域とを接触させ該インプリント材を硬化させることによって該インプリント材の硬化物からなるパターンが形成される。基板のショット領域と型のパターン領域との形状を一致させる技術として、型の側面に対して力を加えることによってパターン領域を変形させる技術がある（特許文献１）。パターン領域を変形させる変形機構は、型の側面に対して力を加える複数のアクチュエータを含みうる。
基板のショット領域と型のパターン領域との間の形状差は、倍率成分、回転成分、ひし形成分等の１次の成分と、２次以上の成分とを含みうる。変形機構の各アクチュエータに与える指令値は、１次の成分を補正するための第１指令値と、２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で与えられうる。ここで、一例として、アクチュエータに与えることができる指令値の最大範囲の５０％を第１指令値に割り当て、該最大範囲の残りの５０％を第２指令値に割り当てることが考えられる。しかし、この場合、例えば、形状差から計算される第１指令値が最大範囲の７０％となったような場合において、アクチュエータに与えることができる第１指令値が２０％分不足するので、形状差を正しく補正することができない。つまり、形状差から計算される第１指令値が第１指令値に対して割り当てられた範囲を超える場合において、形状差を正しく補正することができない。
本発明は、基板のショット領域と型のパターン領域との間の形状差の補正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、基板のショット領域の上のインプリント材と型のパターン領域とを接触させ前記インプリント材を硬化させることによって前記インプリント材の硬化物からなるパターンを形成するインプリント装置に係り、前記インプリント装置は、前記型に力を加えることによって前記パターン領域の形状を制御する複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記複数のアクチュエータの各々には、前記ショット領域と前記パターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、前記形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まる指令値が与えられ、前記制御部は、前記複数のアクチュエータの各々について、前記第１指令値が許容指令値範囲に収まるように前記第１指令値を決定し、その後、前記第１指令値と前記第２指令値との合計が前記許容指令値範囲または前記許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように前記第２指令値を決定する。
本発明によれば、基板のショット領域と型のパターン領域との間の形状差の補正に有利な技術が提供される。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１には、一実施形態のインプリント装置１の構成が示されている。インプリント装置１は、基板１０のショット領域の上のインプリント材１４と型８のパターン領域８ａとを接触させインプリント材１４を硬化させることによってインプリント材１４の硬化物からなるパターンを形成する。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。また、インプリント材は、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供給されてもよい。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。
本明細書および添付図面では、基板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。アライメント（位置合わせ）は、基板のショット領域と型のパターン領域とのアライメント誤差（重ね合わせ誤差）が低減されるように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。また、アライメントは、基板のショット領域および型のパターン領域の少なくとも一方の形状を補正あるいは変更するための制御を含みうる。
インプリント装置１は、半導体デバイス等の物品を製造するために使用されうる。ここでは、硬化エネルギーとして光を使用するように構成されたインプリント装置１について説明するが、前述のように、硬化エネルギーとして他のエネルギーを使用することもできる。インプリント装置１は、光照射部（硬化部）２と、型操作機構３と、基板操作機構４と、ディスペンサ（供給部）５と、型変形機構３８と、基板加熱部４３と、アライメント計測部６と、制御部７とを備えうる。光照射部２は、基板１０のショット領域の上のインプリント材１４と型８のパターン領域８ａとが接触した状態で、インプリント材１４を硬化させる硬化エネルギーとしての硬化光（例えば、紫外線）９をインプリント材１４に照射する。これにより、インプリント材１４が硬化され、インプリント材１４の硬化物からなるパターンがショット領域の上に形成される。光照射部２は、例えば、光源と、該光源から放射された光を調整する光学素子とを含みうる。硬化光９は、例えば、ダイクロイックミラー３７で反射され、型８を介して、基板１０の上のインプリント材１４に照射されうる。
型８は、例えば、その外周形状が矩形であり、基板１０に対向する面には、例えば回路パターンなどのパターンが形成されたパターン領域８ａが設けられている。該パターンは、凹部で構成されうる。型８は、硬化光９を透過させることが可能な材質、例えば、石英で構成されうる。型８は、型変形機構３８によるパターン領域８ａの変形を容易とするために、パターン領域８ａが設けられた面の反対側の面に、ＸＹ平面に平行な面における形状が円形で、かつ、Ｚ軸方向にある程度の深さを有するキャビティを有しうる。
型操作機構３は、型８を保持する型保持部１１と、型保持部１１を保持し、型８をＺ軸方向に駆動する型駆動機構１２とを含みうる。型保持部１１は、型８における硬化光９の照射領域の外側の領域を真空吸引力または静電力等のチャッキング力によって引き付けることによって型８を保持しうる。例えば、型保持部１１が真空吸引力によって型８を保持する場合には、型保持部１１は、不図示の真空ポンプに接続ラインを介して接続され、該真空ポンプのＯＮ／ＯＦＦ、または該接続ラインに設けられたバルブによって型８の脱着が切り替えられうる。
また、型保持部１１および型駆動機構１２は、光照射部２から照射された硬化光９が基板１０に向かうように、中心部（内側）に開口領域１３を有しうる。開口領域１３には、開口領域１３の一部と型８とで囲まれる圧力制御空間を密閉空間とする光透過部材４１（例えば石英板）が配置され、加圧源などを含む不図示の圧力調整装置により圧力制御空間の圧力が調整されうる。該圧力調整装置は、例えば、型８と基板１０上のインプリント材１４との押し付けに際して、圧力制御空間の圧力を外部空間よりも高く設定することで、パターン領域８ａを基板１０に向かい凸形にたわませることができる。これにより、インプリント材１４に対してパターン領域８ａとの接触をパターン領域８ａの中心部から開始させることができる。これは、パターン領域８ａとインプリント材１４との間に気体が残留することを抑え、パターン領域８ａの凹部に対するインプリント材１４の充填を促進するために有利である。
型駆動機構１２は、基板１０の上のインプリント材１４に対して型８のパターン領域８ａを接触させる動作、および、インプリント材１４の硬化物からの型８を分離する動作を行うように型８をＺ軸方向に駆動しうる。型駆動機構１２は、型８を駆動するためのアクチュエータとして、例えば、ボイスコイルモータおよび／またはエアシリンダを含みうる。型８の高精度な位置決めに対応するために、型駆動機構１２は、粗動駆動系および微動駆動系等の複数の駆動系で構成されてもよい。更に、型駆動機構１２は、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θＺ軸、θＸ軸およびθＹ軸の少なくとも１つに関しても型８を駆動してもよい。
基板１０の上のインプリント材１４に対して型８のパターン領域８ａを接触させる動作、および、インプリント材１４の硬化物からの型８を分離する動作は、基板操作機構４によって基板１０をＺ軸方向に駆動することによって行われてもよい。あるいは、これらの動作は、型駆動機構１２および基板操作機構４の双方によって行われてもよい。
アライメント計測部６は、型８に設けられたマークと基板１０に設けられたマークとの相対位置を計測するための処理を実行しうる。制御部７は、アライメント計測部６の出力に基づいて、型８のショット領域と基板１０のパターン領域８ａとの相対位置を特定しうる。一例において、アライメント計測部６から射出されるアライメント光３５は、ダイクロイックミラー３６で反射され、型８に設けられたマークおよび基板１０に設けられたマークを照明する。これらのマークで反射されたアライメント光３５は、アライメント計測部６の撮像素子の撮像面に光学像を形成し、この光学像が該撮像素子によって撮像されうる。アライメント計測部６は、撮像によって得られた画像データを制御部７に出力しうる。あるいは、アライメント計測部６は、撮像によって得られた画像データを処理して、型８に設けられたマークと基板１０に設けられたマークとの相対位置を検出し、その結果を制御部７に出力してもよい。
基板１０は、例えば、シリコン基板等の基板である。基板操作機構４は、基板１０を保持する基板保持部１６と、基板保持部１６を駆動することによって基板１０を駆動する基板駆動機構１７とを含みうる。基板保持部１６は、例えば、真空吸着力または静電力等のチャッキング力によって基板１０を保持しうる。基板駆動機構１７は、例えば、基板保持部１６をＸ方向およびＹ方向に関して駆動しうる。基板駆動機構１７は、基板保持部１６を駆動するアクチュエータとして、リニアモータまたは平面パルスモータ等を含みうる。基板駆動機構１７は、粗動駆動系および微動駆動系等の複数の駆動系で構成されてもよい。更に、基板駆動機構１７は、Ｚ軸方向、θＺ軸、θＸ軸およびθＹ軸の少なくとも１つに関しても基板１０を駆動してもよい。また、基板保持部１６には、基板保持部１６の位置および姿勢を計測するための参照ミラー１８が設けられ、インプリント装置１には、参照ミラー１８を利用して基板保持部１６の位置および姿勢を計測するためのレーザー干渉計１９が設けられうる。あるいは、インプリント装置１には、基板保持部１６の位置および姿勢を計測するために、エンコーダスケールとそれを読み取る読取部とを有するエンコーダが備えられてもよい。制御部７は、計測された基板保持部１６の位置および姿勢に基づいて基板駆動機構１７を制御しうる。
ディスペンサ５は、例えば、型操作機構３の周辺に配置されうる。ディスペンサ５は、基板１０のショット領域の上にインプリント材１４を供給あるいは配置しうる。ショット領域の上に供給されるインプリント材１４の量は、例えば、基板１０の上にインプリント材１４で形成すべきパターンの厚さ、パターンの密度等に応じて決定されうる。
制御部７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又は専用のコンピュータ、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７は、インプリント装置１の構成要素、例えば、光照射部２、型操作機構３、基板操作機構４、ディスペンサ５、型変形機構３８、基板加熱部４３およびアライメント計測部６を制御しうる。
インプリント装置１は、更に、基板操作機構４を支持するベース定盤２７、型操作機構３を支持するブリッジ定盤２８、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を支持する支柱３０を備えうる。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。更に、インプリント装置１は、型８を型保持部１１へ搬送する型搬送機構、および、基板１０を基板操作機構４へ搬送する基板搬送機構などを含みうる。
図２には、型変形機構３８の構成例が示されている。型変形機構３８は、型８の側面に力を加え、型８のパターン領域８ａの形状を制御する複数のアクチュエータ６０を含みうる。型８は、マーク２４を有し、マーク２４は、典型的にはパターン領域８ａに配置されうる。アクチュエータ６０は、例えば、型８に対して、型８を押す方向に型８に対して力を加えることはできるが、型８を引っ張る方向に型８に対して力を加えることができない構成を有しうる。この場合、型８のパターン領域８ａを理想寸法よりも数ｐｐｍ程度大きい寸法で作成しておき、パターン領域８ａを一定の比率で縮小させることによって理想寸法にすることができる。これにより、パターン領域８ａを理想寸法に対して収縮させたり、膨張させたりすることができ、その結果、パターン領域８ａの形状を任意の形状に補正することができる。
図３には、基板加熱部４３の構成例が示されている。基板加熱部４３は、例えば、熱源として、レーザー光源３２を有しうる。レーザー光源３２から発せられるレーザー光６４は、インプリント材１４を硬化させず、型８および基板１０を透過する波長域の光であり、例えば、可視光または赤外光でありうる。レーザー光源３２から発せられたレーザー光６４は、光学素子６３ａにより面内照度が均一化され、光変調素子６２に照射されうる。光変調素子６２は、例えば、デジタルマイクロミラーデバイスでありうる。光変調素子６２に照射されたレーザー光６４は、光変調素子６２によって任意の照度分布が与えられる。光変調素子６２で任意の照度分布を与えられたレーザー光６４は、光学素子６３ｂによってレーザー光６４の照射面における倍率が調整され、ダイクロイックミラー３７へ照射される。その後、レーザー光６４は、型８および基板１０を透過し、基板１０に照射され基板１０によって吸収される。レーザー光６４が照射される基板１０の面には、レーザー光６４を吸収しやすい膜が設けられてもよい。
続いて、型変形機構３８および基板加熱部４３を用いて型８のパターン領域８ａと基板１０のショット領域との間の形状差を低減し、重ね合わせ精度を高める方法に関して説明する。このような形状差は、倍率成分、ひし形成分などの１次関数で近似可能な１次の成分（線形成分）と、２次以上の関数で近似可能な２次以上の成分（高次成分）とを含む。
例えば、Ｘ方向、Ｙ方向における形状差Ｔｘ、Ｔｙを表す関数は、座標（ｘ、ｙ）の関数として、例えば、式（１）、式（２）で与えられうる。
Ｔｘ＝ｋ１＋ｋ３ｘ－ｋ５ｙ＋ｋ７ｘ２＋ｋ９ｘｙ＋ｋ１１ｙ２ ・・・式（１）
Ｔｙ＝ｋ２＋ｋ４ｙ＋ｋ６ｘ＋ｋ８ｙ２＋ｋ１０ｘｙ＋ｋ１２ｘ２ ・・・式（２）
ここで、ｋ１、ｋ２はシフト成分であり、基板操作機構４および／または型操作機構３によって基板１０と型８とのアライメントを行うことによってシフト成分ｋ１、ｋ２を０にすることができる。ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６は１次の成分であり、ｋ３、ｋ４は倍率成分、ｋ５、ｋ６は回転成分、ひし形成分である。ｋ７以上は２次以上の成分（高次成分）である。基板１０のショット領域と型８のパターン領域８ａとの間の形状差は、ショット領域のパターンとパターン領域８ａのパターンとの重ね合わせ誤差をもたらしうる。該形状差は、基板１０に設けられたマークと型８に設けられたマークとの相対位置をアライメント計測部６を用いて計測することによって特定されうる。あるいは、該形状差は、インプリント装置１の外部装置を用いて計測されてもよい。
Ｔｙ＝ｋ２＋ｋ４ｙ＋ｋ６ｘ＋ｋ８ｙ２＋ｋ１０ｘｙ＋ｋ１２ｘ２ ・・・式（２）
ここで、ｋ１、ｋ２はシフト成分であり、基板操作機構４および／または型操作機構３によって基板１０と型８とのアライメントを行うことによってシフト成分ｋ１、ｋ２を０にすることができる。ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６は１次の成分であり、ｋ３、ｋ４は倍率成分、ｋ５、ｋ６は回転成分、ひし形成分である。ｋ７以上は２次以上の成分（高次成分）である。基板１０のショット領域と型８のパターン領域８ａとの間の形状差は、ショット領域のパターンとパターン領域８ａのパターンとの重ね合わせ誤差をもたらしうる。該形状差は、基板１０に設けられたマークと型８に設けられたマークとの相対位置をアライメント計測部６を用いて計測することによって特定されうる。あるいは、該形状差は、インプリント装置１の外部装置を用いて計測されてもよい。
制御部７は、該形状差を近似するように式（１）、式（２）の係数を決定する。１次の成分（ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６）の補正は、型変形機構３８に第１指令値２１を与えることで補正し、２次以上の成分（ｋ７、ｋ８、ｋ９、ｋ１０、ｋ１１、ｋ１２・・・）の補正は、型変形機構３８に第２指令値２２を与えることで補正することができる。２次以上の成分は、更に、基板加熱部４３に第３指令値２３を与えることによって補正されてもよい。型変形機構３８には、第１指令値２１と第２指令値２２との和が指令値として与えられうる。
以下、形状差Ｔｘ、Ｔｙに応じて型変形機構３８に与える第１指令値２１、第２指令値２２および基板加熱部４３に与える第３指令値２３を決定する方法を例示的に説明する。式（３）、式（４）は、複数のアクチュエータ６０に与えられる指令値ｃ＿Ａｃｔ１～ｃ＿Ａｃｔｎに従って型変形機構３８によって変形された型８ａの評価点ｍにおけるＸ方向変形量ｄｘ_Ｍ１～ｄｘ_Ｍｍ、Ｙ方向変形量ｄｙ_Ｍ１～ｄｙ_Ｍｍを示す。行列ａは、アクチュエータ６０に与えられる指令値ｃ＿Ａｃｔ１～ｃ＿Ａｃｔｎから、型８のパターン８ａの評価点ｍにおけるＸ軸方向の変形量ｄｘ_Ｍ１～ｄｘ_Ｍｍ、Ｙ軸方向の変形量ｄｙ_Ｍ１～ｄｙ_Ｍｍを計算するための変換行列である。この例では、型８のターン領域８ａの変形をｍ点の評価点で評価される。
式（５）、式（６）は、基板加熱部４３が基板１０に与える熱量ｃ＿Ｈｅａｔ１～ｃ＿Ｈｅａｔｐによって変形した基板１０のショット領域の評価点ｍにおけるＸ方向変形量ｄｘ_Ｗ１～ｄｘ_Ｗｍ、Ｙ方向変形量ｄｙ_Ｗ１～ｄｙ_Ｗｍを示す。行列ｂは、熱量ｃ＿Ｈｅａｔ１～ｃ＿Ｈｅａｔｐによるショット領域の評価点ｍにおける変形量を計算するための変換行列である。
型変形機構３８および基板加熱部４３による補正量は、式（７）、式（８）で与えられるｄＸ、ｄＹである。
式（９）における補正したい形状差Ｔｘ、Ｔｙと補正量ｄＸ、ｄＹとの差分εｘ、εｙが最小となる補正量ｄＸ、ｄＹを求めることで、型変形機構３８に与える第１指令値２１、第２指令値２２と基板加熱部４３に与える第３指令値２３を決定することができる。具体的には、最小自乗法などを使用することで、第１指令値２１、第２指令値２２および第３指令値２３を決定することができる。
以下、第１指令値２１、第２指令値２２および第３指令値２３の決定に関する比較例を説明する。比較例では、２次以上の成分を補正するために最初に第２指令値２２と第３指令値２３が決められる。比較例では、その後、インプリント処理中にアライメント計測部６を使って計測される結果からショット領域とパターン領域との形状差に含まれる倍率、平行四辺形などの１次の成分が決定され、インプリント処理の度に補正量が決定され、補正が行われる。従って、比較例では、２次以上の成分を補正するための第２指令値２２を維持した状態で、第１指令値２１をインプリント処理ごとに変化させる必要がある。また、比較例では、第１指令値２１と第２指令値２２との和がアクチュエータ６０に対する指令値の限界値を超えないように制約が加えられる。
アクチュエータ６０に与えられる指令値が限界値に達すると、型８を四方から押圧する力のバランスが崩れ、型保持部１１によって保持されている型８が位置ずれを起こしうる。アクチュエータ６０に与えられる指令値が限界値を超えないように、第１指令値２１および第２指令値２２には、制約として、アクチュエータ６０に与えることができる指令値の範囲（以下、許容指令値範囲）の例えば半分ずつが割り当てられうる。図１０に例を示す。図１０の例では、アクチュエータ６０の許容指令値範囲の最小値（０％）～最大値（１００％）の２５～７５％が、２次以上の成分の補正のために、第２指令値２２に割り当てられる。また、アクチュエータ６０の許容指令値範囲最小値～最大値の０～２５％、７５～１００％が、１次の成分の補正のために第１指令値２１に割り当てられる。これは、アクチュエータ６０の許容指令値範囲の５０％を中心に考えると、第２指令値２２のレンジは－２５％～＋２５％であり、第１指令値２１のレンジも同様に－２５％～＋２５％であることを意味する。こうすることで、アクチュエータ６０に与えられる指令値が許容指令値範囲の限界値を超えることなく、運用することができる。しかしながら、第１指令値２１および第２指令値２２の使用範囲を明確に分けてしまうと、例えば、第１指令値２１に余裕があっても、第２指令値２２に分け与えることができない。
以下で説明される本実施形態は、比較例における上記の課題を解決するために、アクチュエータ６０が発生可能な力を有効に第１指令値２１および第２指令値２２に分配し、重ね合わせ精度を向上させる。
図４には、型変形機構３８および基板加熱部４３に与える指令値を決定する処理の流れが示されている。この処理は、制御部７によって実行される。まず、ステップＳ２０１では、制御部７は、アライメント計測部６を用いて基板１０のショット領域と型８のパターン領域８ａとの形状差を計測し、この形状差における、倍率成分、ひし形成分等の１次の成分を決定する。そして、制御部７は、該１次の成分を補正するために型変形機構３８のアクチュエータ６０に与えるべき第１指令値２１を複数のアクチュエータ６０の各々について決定する。ここで、アライメント計測部６を用いてなされる基板１０のショット領域と型８のパターン領域８ａとの形状差の計測は、ショット領域の上のインプリント材１４と型８のパターン領域８ａとが接触した状態においてなされうる。型変形機構３８にあたえるべき第１指令値２１は、式（７）、式（８）から式（５）、式（６）を除いたものに対して、式（９）の差分εｘ、εｙが最小となる補正量ｄＸ、ｄＹを決定することによって決定されうる。
ステップＳ２０１において、制御部７は、型変形機構３８の複数のアクチュエータ６０の各々許容指令値範囲に収まるように各アクチュエータ６０に与える第１指令値２１を決定する。制御部７によって決定される第１指令値２１は、許容指令値範囲に属する任意の値（許容指令値範囲に属するあらゆる値）をとりうる。
次に、図５（ａ）～（ｄ）を参照しながら、２次以上の成分（ｋ７以上の成分）を補正するために型変形機構３８に与えるべき第２指令値および基板加熱部４３に与えるべき第３指令値を決定する処理（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）を例示的に説明する。例えば、図５（ａ）中に示す縦軸の指令値１００％が各アクチュエータ６０の許容指令値範囲の限界値（上限値）である。この限界値を超える指令値をアクチュエータ６０に与えることができないので（あるいは、与えても意味がないので）、限界値以下で第２指令値２２を決定する必要がある。
ここで、実際のデバイス製造においては、基板１０の複数のショット領域の形状（あるいは、複数のショット領域の形状とパターン領域８ａとの形状差）の１次の成分に、ばらつきが存在しうる。よって、第１指令値と第２指令値との合計が許容指令値範囲に収まる任意の指令値になるようにプロセスを調整したとすると、１次の成分にばらつきが生じた場合に、第１指令値および第２指令値との合計値を許容指令値範囲に収めることができない可能性がある。
そこで、１次の成分のばらつきに対応にするために、図５（ｂ）に示される第１指令値２１を小さい方向に調整するための第１マージン（指令値＝０～５％）と第１指令値２１を大きい方向に調整するための第２マージン（指令値＝９５～１００％）が設けられうる。もちろん、プロセスが安定している場合には、マージンを小さくすることができ、究極的には０にすることができる。
ステップＳ２０２では、制御部７は、許容指令値範囲から第１マージンおよび第２マージンを除いた残存調整範囲と、第１指令値２１とに基づいて、第２指令値２２の調整範囲を決定する。ここで、第１マージンおよび第２マージンが０である場合は、残存調整範囲は許容調整範囲と一致し、第１マージンおよび第２マージンが０でない場合は、残存調整範囲は許容調整範囲より狭い範囲となる。例えば、図５（ｂ）の例では、Ｎｏ．１のアクチュエータ６０については、第１指令値２１は５５％であるので、制御部７は、第２指令値２２の調整範囲を＋４０％～－５０％の範囲に決定する。換言すると、制御部７は、第１指令値２１と第２指令値２２との合計が残存調整範囲（５～９５％の範囲）に収まるように、第２指令値２２の調整範囲を決定する。同様に、Ｎｏ．２のアクチュエータ６０については、第１指令値２１が５０％であるので、制御部７は、第２指令値２２の調整範囲を＋４５％～－４５％の範囲に決定する。換言すると、制御部７は、第１指令値２１と第２指令値２２との合計が残存調整範囲（５～９５％の範囲）に収まるように、第２指令値２２の調整範囲を決定する。
図５（ｄ）には、理解を深めるための極端な例が示されている。図５（ｄ）の例では、全てのアクチュエータ６０について、第１指令値２１として９５％が決定されている。この場合、第２指令値２２は、全てのアクチュエータ６０について、＋０％から－９０％の調整範囲で決定することができる。比較例では、第１指令値２１および第２指令値２３の使用範囲が予め決められているが、本実施形態では、第１指令値２１に応じて第２指令値２３の使用範囲が決定されるので、アクチュエータ６０を効率良く使用することができる。
ステップＳ２０３では、制御部７は、複数のアクチュエータ６０について、第２指令値２２の調整範囲を式（３）、式（４）のｃ＿Ａｃｔ１～ｃ＿Ａｃｔｎの制約事項とし、式（９）の補正量ｄＸ、ｄＹを計算することで第２指令値２２と第３指令値２３を決定する。図５（ｃ）には、このようにして各アクチュエータ６０について決定される第１指令値２１および第２指令値２２が例示されている。前述のように、第１マージンおよび第２マージンが０である場合は、残存調整範囲は許容調整範囲と一致し、第１マージンおよび第２マージンが０でない場合は、残存調整範囲は許容調整範囲より狭い範囲となる。したがって、制御部７は、第１指令値２１と第２指令値２２との合計が許容指令値範囲または該許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように第２指令値２２を決定すると言える。
ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３は、インプリント装置１において基板１０の各ショット領域ＳＲに対するインプリント処理を実行する際にアライメント計測部６を使用して得られるショット領域ＳＲとパターン領域８ａとの形状差に基づいて実行されうる。あるいは、ステップＳ２０１で決定された第１指令値に従って型変形機構３８を制御しながらインプリント処理を実行して得られた結果物を評価し、その結果に基づいてステップＳ２０２、Ｓ２０３を実行し、第２指令値および第３指令値を決定してもよい。
図６を参照しながら第３指令値２３について説明する。図６に例示されるように、基板１０のショット領域ＳＲは、複数の要素領域に分割され、要素領域ごとに、加熱量を指令する指令値として、第３指令値２３が決定される。図６では説明を簡略化するために、ショット領域ＳＲは、Ｘ方向に５分割、Ｙ方向に６分割されている。分割領域は、必要とされる重ね合わせ精度などに応じて決定されうる。
図７には、インプリント装置１の動作が例示されている。この動作は、制御部７によって制御される。以下では、図７を参照しながら２つの動作例を説明する。
まず、第１動作例を説明する。第１動作例では、アライメント工程において制御部７によって第１指令値、第２指令値および第３指令値が決定される。まず、工程Ｓ１０１において、基板１０が基板保持部１６にロードされる。次いで、工程Ｓ１０２において、基板１０のショット領域にディスペンサ５によってインプリント材１４が供給される。次いで、工程Ｓ１０３では、ショット領域の上のインプリント材１４と型８のパターン領域８ａとが接触するように、型駆動機構１２によって型８が下方に駆動される。次いで、工程Ｓ１０４では、アライメント計測部６を使って基板１０のマークと型８のマークとの相対位置を計測し、この計測の結果に基づいてショット領域とパターン領域８ａとがアライメントされる。このアライメントにおいては、ショット領域とパターン領域８ａとの形状差が低減するための第１指令値、第２指令値および第３指令値が決定され、これに従って型変形機構３８および基板加熱部４３が制御され、該形状差が低減される。
次いで、工程Ｓ１０５では、光照射部２によってショット領域と型８のパターン領域８ａとの間のインプリント材１４に硬化光が照射され、インプリント材１４が硬化される。これにより、インプリント材１４の硬化物からなるパターンがショット領域に形成される。次いで、工程Ｓ１０６では、ショット領域の上のインプリント材１４の硬化物と型８のパターン領域８ａとが分離されるように、型駆動機構１２によって型８が上方に駆動される。工程Ｓ１０７では、次のショット領域（処理すべき他のショット領域）があるかどうかが判断され、次のショット領域がある場合には、工程Ｓ１０２に戻り、次のショット領域に対して上記と同様の処理がなされる。一方、次のショット領域がない場合には、工程Ｓ１０８に進み、基板１０が基板保持部１６からアンロードされる。
次に、第２動作例を説明する。第２動作例では、アライメント工程Ｓ１０４において第１指令値が決定され、第２指令値および第３指令値を０としてアライメントがなされ、その後、硬化工程Ｓ１０５および分離工程Ｓ１０６が行われる。そして、このようにしてショット領域に形成されたパターンがアライメント計測部６又は外部装置によって計測された結果に基づいて第２指令値および第３指令値が決定される。これにより、第１指令値、第２指令値および第３指令値が決定され、その後、他の基板について、図７に示された動作が実行されうる。この際、アライメント工程Ｓ１０４では、１次の成分のばらつきの影響を受けうる第１指令値のみが決定され、第２指令値および第３指令値については、既に決定された第２指令値および第３指令値が使用されうる。あるいは、１次の成分のばらつきが小さい場合には、アライメント工程Ｓ１０４では、第１指令値、第２指令値および第３指令値として、既に決定された第１指令値、第２指令値および第３指令値が使用されうる。
以下、上記の実施形態の変形例を説明する。変形例として言及しない事項は、徐行きの実施形態に従いうる。変形例では、型保持部１１は、型８を真空吸引によって保持する。そのため、型変形機構３８のアクチュエータ６０によって型８を変形させる際には、型８と型保持部１１との接触面で摩擦が生じる。図８には、型８のある点の変位（変形量）が例示されている。図８において、横軸は、アクチュエータ６０に対する指令値であり、縦軸は、型８のある点の変位を示している。摩擦がない場合、指令値と変位の関係は比例し、指令値を増減させると変位は直線的に変化する（図８中の点線）。しかしながら、摩擦がある場合、指令値と変位との関係にヒステリシスが発生し、指令値を増加させた場合と減少させた場合で、変位の軌跡が異なる。
この変形例は、型８と型保持部１１の接触面との間で生じる摩擦によって生じうる重ね合わせ誤差を低減させる技術を提供する。アクチュエータ６０に対する指令値と型８のパターン領域８ａとの変形量との関係にヒステリシスが生じると、型変形機構３８による形状補正が正しく行われず、パターン８ａと基板１０のショット領域ＳＲとの重ね合わせ誤差が大きくなりうる。そこで、型変形機構３８によって型８のパターン８ａの形状を基板１０のショット領域ＳＲの形状にならわせる際には、アクチュエータ６０に対する指令値を増加させる方向、もしくは減少させる方向のどちらかに統一する。これにより、上記のヒステリシスによる誤差を防ぐことができる。
図９には、代表的なアクチュエータ６０の時系列における指令値の変化が例示されている。横軸は時間、縦軸はアクチュエータ６０に対する指令値を示す。図７のアライメント工程に先立って、例えば、工程Ｓ１０２と並行して、型変形機構３８の全てのアクチュエータ６０に対して最大指令値を与えて、型８の側面を最大の力で押圧する。図９の第１区間１６１が、これに相当する。第２区間１６２において、制御部７から型変形機構３８に対して第１指令値２１と第２指令値２２との合計値が指令値として送られ、アクチュエータ６０が駆動される。第３区間１６３では、アライメント計測部６によってショット領域ＳＲとパターン８ａとの形状差の１次の成分が計測される。この結果に基づいて制御部７が第１指令値２１を更新し、第１指令値２１と第２指令値２２との合計値としての指令値も更新し、アクチュエータ６０に送る。第２区間１６２および第３区間１６３は、アライメント工程Ｓ１０４に相当する。第４区間１６４では、基板１０のショット領域ＳＲと型８のパターン領域８ａとのアライメントが終了し、インプリント材１４が硬化される。第５区間１６５では、硬化したインプリント材１４から型８が分離される。第４区間１６４、第５区間１６５は、硬化工程Ｓ１０５、分離工程Ｓ１０６に相当する。
上記の例では、第２区間１６２および第３区間１６３においてアクチュエータ６０に対する指令値を減少させる方向で、パターン領域８ａの形状を基板１０のショット領域ＳＲに応じて補正した。その逆に、第２区間１６２および第３区間１６３においてアクチュエータ６０の指令値を増加させる方向で、パターン領域８ａの形状を基板１０のショット領域ＳＲに応じて補正してもよい。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
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、インプリント装置によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。図１１（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１１（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１１（ｃ）に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１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を介して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。
図１１（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１１（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１１（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。
本発明の１つの側面は、基板のショット領域と型のパターン領域とをインプリント材を介して接触させ前記インプリント材を硬化させることによって前記インプリント材の硬化物からなるパターンを形成するインプリント装置に係り、前記インプリント装置は、前記型に力を加えることによって前記パターン領域の形状を変形させる型変形機構と、前記型変形機構を制御する制御部と、を備え、前記型変形機構は、前記ショット領域と前記パターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、前記形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まる、許容指令値範囲内の指令値を与えるように制御され、前記制御部は、記型変形機構に与える前記第１指令値に基づいて前記第２指令値の調整範囲を決定し、決定された前記第２指令値の前記調整範囲を制約として、前記第２指令値を決定する。
Claims (12)
- 基板のショット領域の上のインプリント材と型のパターン領域とを接触させ前記インプリント材を硬化させることによって前記インプリント材の硬化物からなるパターンを形成するインプリント装置であって、
前記型に力を加えることによって前記パターン領域の形状を制御する複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、
前記複数のアクチュエータの各々には、前記ショット領域と前記パターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、前記形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まる指令値が与えられ、
前記制御部は、前記複数のアクチュエータの各々について、前記第１指令値が許容指令値範囲に収まるように前記第１指令値を決定し、その後、前記第１指令値と前記第２指令値との合計が前記許容指令値範囲または前記許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように前記第２指令値を決定する、
ことを特徴とするインプリント装置。 - 前記第１指令値は、前記許容指令値範囲に属する任意の値をとりうる、
ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。 - 前記１次の成分は、倍率成分、回転成分、および、ひし形成分の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリント装置。 - 前記基板に熱を与えることによって前記ショット領域の形状を制御する基板加熱部を更に備え、
前記制御部は、前記基板加熱部に与える第３指令値を前記形状差が小さくなるように決定する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント装置。 - 前記制御部は、前記第１指令値を決定した後、前記第１指令値に基づいて前記第２指令値の調整範囲を決定し、前記調整範囲を制約として、前記第２指令値および前記第３指令値を決定する、
ことを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。 - 前記基板に設けられたマークと前記型に設けられたマークとの相対位置を計測するアライメント計測部を更に備え、
前記制御部は、前記アライメント計測部の出力に基づいて前記形状差を特定する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインプリント装置。 - 基板のショット領域の上のインプリント材と型のパターン領域とを接触させ前記インプリント材を硬化させるインプリント処理によって前記インプリント材の硬化物からなるパターンを形成するインプリント方法であって、
前記型に力を加えることによって前記パターン領域の形状を制御する複数のアクチュエータをそれぞれ制御する複数の指令値を決定する決定工程と、
前記決定工程で決定された複数の指令値に基づいて前記複数のアクチュエータを制御して前記パターン領域の形状を制御する制御工程と、を含み、
前記複数の指令値の各々は、前記ショット領域と前記パターン領域との形状差の１次の成分を補正するための第１指令値と、前記形状差の２次以上の成分を補正するための第２指令値との和で定まり、
前記決定工程では、前記複数のアクチュエータの各々について、前記第１指令値が許容指令値範囲に収まるように前記第１指令値を決定し、その後、前記第１指令値と前記第２指令値との合計が前記許容指令値範囲または前記許容指令値範囲より狭い範囲に収まるように前記第２指令値を決定する、
ことを特徴とするインプリント方法。 - 前記第１指令値は、前記許容指令値範囲に属する任意の値をとりうる、
ことを特徴とする請求項７に記載のインプリント方法。 - 前記１次の成分は、倍率成分、回転成分、および、ひし形成分の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のインプリント方法。 - 前記基板に熱を与えることによって前記ショット領域の形状を制御する基板加熱部に与える第３指令値を前記形状差が小さくなるように決定する工程を更に含む、
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方法。 - 前記決定工程では、前記第１指令値を決定した後、前記第１指令値に基づいて前記第２指令値の調整範囲を決定し、前記調整範囲を制約として、前記第２指令値および前記第３指令値を決定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のインプリント方法。 - 請求項１乃至６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の上にパターンを形成する工程と、
前記工程において前記パターンが形成された基板の加工を行う工程と、
を含み、前記加工が行わ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製造方法。
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