JP5409813B2 - インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の樹脂に対してモールドのパターンを転写するインプリント装置に関する。

凹凸パターンが形成されたモールドを原版としてシリコンウエハやガラスプレート等の基板上に凹凸パターンを形成する際に、光硬化法を利用するインプリント技術がある。この技術は基板上に光硬化型の樹脂層を形成し、次に、所望の凹凸パターンが形成されたモールドと樹脂層を設けた基板を所定の間隔で位置合わせをする。位置合わせ後、モールドと基板とを互いに押しつけることで、モールドに形成された凹凸パターンの凹部が樹脂で充満されるようにする。次に、紫外線等の樹脂硬化用の光を照射することで樹脂を硬化させる。これにより樹脂層に上記モールドの凹凸パターンが転写される。次に、モールドと基板を分離した後、この凹凸パターンが形成された樹脂層をマスクとしてエッチング等を行うことにより、前記モールドに形成された凹凸パターンの微細構造に対応した微細構造が基板に形成される。この技術は、昨今のようにナノオーダーの高精細な微細加工に対する要求が高まる中、注目されているが、その発展を推進するには、転写精度と転写速度のより一層の向上が求められる。その求めに応じるには、基板を搭載するステージには、ｎｍ（ナノメーター）のオーダーでの位置決め精度と高い移動速度を両立する必要がある。

この両立が可能な技術として、例えば、特許文献１に記載されている半導体露光装置用のウエハステージの技術がある。ウエハステージは非接触に支持されたリニアモータ駆動の６自由度に位置決め可能な微動ステージを搭載しており、ｎｍ以下の分解能を持つ高精度なレーザ干渉計で計測された位置情報に基づいて、高精度な位置決めを可能にしている。また、ウエハステージは大推力リニアモータを有する粗動ステージにより、高速移動を可能にしている。

特開２０００−１０６３４４号公報

しかし、半導体露光装置用ウエハステージは、高速移動と高精度位置決めを達成するために、非常に高い制御ゲインで制御しているために、わずかな位置偏差に対して大きな操作量が発生するので、アクチュエータは大きな駆動力を必要とする。その結果、特許文献１に記載されているような半導体露光装置用ウエハステージ技術をそのまま光硬化法を利用するインプリント技術に適用すると、樹脂が硬化した状態では、駆動力の反力を樹脂が受けて、さらにモールド側に伝わる。そのため、モールドや基板の固定がずれたり、ひいては樹脂に過大な力が掛かり凹凸パターンが破損するという問題が生じる。

一方で、接触前から制御ゲインを低下させると、基板ステージの位置決め精度が低下し、転写される凹凸パターンの位置がずれる問題がある。

本発明は、モールドと基板の接触、硬化、離型の過程において、凹凸パターンの破損を防止するとともに、基板ステージを高精度で位置決めでき且つ高速で移動できるインプリント装置及びその装置を用いた物品の製造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装置は、基板上に設けた樹脂層とモールドとを重ねて押圧し、前記基板上に凹凸パターンを形成するインプリント装置であって、前記基板を保持するステージと、位置計測手段により計測された前記ステージの位置と目標位置との位置偏差に基づいて操作量を出力して前記ステージの位置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記基板上に塗布された樹脂と前記モールドの接触から離型の間において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、モールドと基板が樹脂を介して接触している状態で、位置偏差に対する操作量の比を低下させるため、樹脂に対して過大な力が掛からず、凹凸パターンの破損を防止することができる。

本実施形態におけるインプリント装置の概略構成図 インプリント工程の第３ステップにおける、樹脂剛性の時間変化を示す図 インプリント工程の第３ステップにおける、樹脂剛性の影響を示す図 第１の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ制御装置のブロック図 第１の実施形態におけるゲイン変更のタイミング図 第２の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ制御装置のブロック図 第２の実施形態におけるゲイン変更のタイミング図

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具体的に説明する。なお、本発明の説明においては、ゲインとは各制御器における入力と出力の比を表し、ゲインパラメータとはゲインを直接変更する設定値を表すこととする。

図１は本実施形態におけるインプリント装置の概略構成図である。モールド支持機構１が接続された本体３１は、基板ステージ２が搭載された定盤３３上に搭載されており、振動絶縁のためのマウント３２を有する。

モールド支持機構１はモールド１０を支持する機構であり、モールドチャック１１、かわし機構１２、支持台１３、上下機構１４を備えている。モールドチャック１１はかわし機構１２を介して支持台１３に接続されており、モールド１０を着脱可能に固定している。かわし機構１２は弾性ヒンジによって構成されており、基板２１とモールド１０とを互いに押しつけ、モールド１０に対して荷重が掛かったときに、弾性ヒンジがたわむことでモールド１０を基板２１の面に対して倣わせることができる。支持台１３は、上下機構１４を介して本体３１と接続されている。上下機構１４は、モールド１０を基板２１に対して押しつける際の大まかな上下方向の位置を決めることができる。また、モールド１０の着脱動作の際の上下動作、さらに、異常時におけるモールド１０の退避などに使用される。

基板ステージ２は基板２１を保持する機構であり、微動ステージ２２と粗動ステージ２４からなる。制御装置４により微動ステージ２２の動作を制御する。微動ステージ２２は上面に基板２１を搭載することができる。微動ステージ２２は少なくとも６個のリニアモータ２３を備えており、６自由度に位置決め可能である。リニアモータ２３の替わりに電磁石等のアクチュエータを用いることもできる。微動ステージ２２はリニアモータ２３の発生する駆動力によって非接触で支持されているため、定盤３３や粗動ステージ２４からの外乱伝達がなく、非常に精度よく位置決め可能である。微動ステージ２２の位置は、本体３１に備えられた位置計測手段によって計測される。位置計測手段としては、干渉計２５の他にエンコーダなどが利用可能である。このとき、モールド１０またはモールドチャック１１の位置も同時に位置計測手段によって計測しておき、微動ステージ２２の位置計測値との差分を取ることにより、微動ステージ２２とモールド１０の相対変位を求めることもできる。これにより、モールド１０の位置が変化した場合でも、モールドに対して正確に位置決めすることができる。粗動ステージ２４は微動ステージ２２を搭載してＸＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、粗動ステージ２４は長距離の駆動が可能な多相型リニアモータをＸ方向とＹ方向に組み合わせる構成とすることができる。また、平面モータを用いて、粗動ステージ２４をＸＹ２方向に移動可能にすることもできる。粗動ステージ２４により、基板２１上に設定された、凹凸パターン転写位置をモールド１０直下に移動することができる。

次に、基本的なインプリント工程を説明する。

第１ステップ（Ｓ１）：基板ステージ２は、樹脂２０が塗布された基板２１を保持し、基板上に設定された凹凸パターン転写位置をモールド１０直下に位置決めする。凹凸パターン転写位置の正確な位置座標の検出方法には、異なる凹凸パターン転写位置毎に基板上のマークを計測するダイバイダイアライメントと、予め基板上の代表位置のマークを計測しておくグローバルアライメントという手法がある。いずれかの方法で求められた凹凸パターン転写位置の位置座標に対して、干渉計２５の計測値に基づき、基板ステージ２は位置決めされる。このときの位置決め精度としては、凹凸パターンの線幅によるが、サブナノメートルから１０ｎｍ程度が必要とされる。

第２ステップ（Ｓ２）：基板ステージ２または上下機構１４、もしくはその両方を駆動して、基板２１とモールド１０を所定の間隔（３〜１０ｎｍ程度）まで接近させる。これにより、基板上に塗布された樹脂２０がモールド１０に形成された凹凸パターンの形状に合わせて充填される。このように、凹凸パターンの形状に樹脂２０の充填が開始された時から、樹脂とモールドが接触した状態と見なすことができる。このとき、基板２１とモールド１０の間隔が均一となるように、基板ステージ２の姿勢を制御する必要がある。

第３ステップ（Ｓ３）：第２のステップでモールド１０に形成された凹凸パターンに樹脂が充填された状態でＵＶ光を照射して、樹脂２０を硬化させる。凹凸パターンが形成されたモールド１０は紫外線等の光が透過できる材料で作られており、不図示の光源から紫外線等の光を照射することで、基板２１に塗布された樹脂２０を硬化させることができる。

第４ステップ（Ｓ４）：第３ステップで樹脂２０を硬化させた後、基板ステージ２または上下機構１４、もしくはその両方を駆動して、基板２１とモールド１０の間隔を広げて、硬化した樹脂２０をモールド１０から分離する。この工程を離型と呼ぶ。

次に、前記第３ステップについて詳しく説明する。図２に、ＵＶ光の照射時間と樹脂２０の剛性の関係を示す。横軸はＵＶ光の照射を開始してからの経過時間を示し、Ｔ３はＵＶ光の照射の開始を示し、Ｔ４はＵＶ光の照射の完了を示している。縦軸は樹脂２０の剛性変化を示す。また、図３は、樹脂２０の剛性の変化による、モールド１０と基板ステージ２間の相互作用の変化を模式的に表す図である。この図では、簡単のため１軸方向の相互作用のみを示してあるが、６軸全方向に対して同じことが成り立つ。また、図２中に記載のａ、ｂ、ｃの段階は、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図の状態に対応する。ＵＶ光を照射する前の樹脂２０は、液状であり流動性が高く、水平方向（ＸＹ方向）の剛性はほぼゼロと見なすことができる。そのため、基板ステージ２とモールド１０の間にはほとんど相互作用を発生させない。一方、基板ステージ２は後述の位置制御系によってモールド１０に対して位置決めされている。この時、基板ステージ２側から見るとモールド支持機構１は位置制御系のサーボ剛性３００によって、等価的に接続されていると見なすことができる（図３ａ）。この時、位置決め精度を上げるために、基板ステージの位置制御ゲインは高く設定されている。ＵＶ光の照射を開始すると、樹脂２０が硬化を始める。それに伴って、図２のように樹脂２０の剛性が上昇し、モールド１０と基板ステージ２の間にダンピング要素３０１が接続された状態と見なせる（図３ｂ）。この状態では、まだ流動性を持っているので、モールド１０と基板ステージ２は相対的に移動可能である。そのため、モールド１０と基板２１の位置がずれて固まる可能性があるので高い位置決め精度を保つ必要がある。その後さらに硬化が進み、ＵＶ光の照射を開始してΔＴが経過すると、樹脂２０の剛性が高まり流動性が低下するので、樹脂２０は等価的にバネ３０２と見なせる。すなわち、基板ステージ２の位置制御系のサーボ剛性３００と並列に樹脂２０の剛性によるバネ３０２が挿入された状態となる（図３ｃ）。つまり、モールド１０と基板２１の位置がずれようとする力が加わっても、バネ３０２の力によって元の位置に戻ろうとするために、高い位置決め精度を保たなくても良い。樹脂の剛性が飽和していなくても、樹脂の剛性によるバネが挿入された状態と見なせる。

そのため、基板ステージ２の全体としてのバネ剛性は、硬化開始前よりも高くなっている。これは、位置制御系のゲインを上げたことと等価である。元々、高い位置決め精度を達成するために、ゲインができるだけ高く設定されている状態で、さらにゲインを上げると、位置制御系のゲイン余裕がなくなり不安定となることが起こりうる。

微動ステージ２２の位置決め精度は非常に高いが、位置決め偏差をゼロにすることはできない。そのため、硬化した状態でも、わずかではあるが位置決め偏差が残る。このとき、位置制御系は位置決め偏差をなくすために、操作量を発生させ、リニアモータ２３を駆動させようとする。しかし、樹脂が硬化していてステージが動かないため、さらに大きな操作量を発生させて、ステージを動かそうととする。この状態では、リニアモータ２３の発生した力が硬化した樹脂２０に掛かるため、樹脂２０に過大な力が加わり、樹脂の凹凸パターンを破損してしまう。

また、図３（ａ）の状態では、基板ステージ２を駆動するための力は、モールド１０側には伝わらない。樹脂が硬化すると基板ステージ２とモールド支持機構１が樹脂剛性により連結されるため、基板ステージを駆動する際の振動がモールド支持機構１に伝わるようになる。そのため、モールド支持機構１の持つメカ剛性によるバネを励振してしまい、発振する可能性も生じる。

一方、鉛直（Ｚ）方向については、樹脂の厚みが数ｎｍ程度と非常に薄いため、充填（第２ステップ）された状態において、表面張力や毛細管現象による粘性・剛性が発生している。そのため、これまで述べてきた状態が、第２ステップから起こりうる。

（第１実施形態）
図４は第１の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ２２の動作を制御する制御装置４を含む位置制御系のブロック図である。図４（ａ）は、位置制御系の全体構成である。図４（ｂ）は、位置制御手段４１の詳細構成例である。図４（ｃ）は、設定変更手段４４が参照するデータを示した詳細構成例である。

微動ステージ２２の位置は、本体３１上に設置された干渉計２５によって計測される。位置計測値は座標変換４２によって、Ｘ，Ｙ，θｚ，Ｚ，θｘ，θｙの座標系に変換される。ダイバイダイあるいはグローバルアライメントによって求められた目標位置と位置計測値の差分に基づいて、位置制御手段４１は各軸の操作量を生成する。操作量は推力分配４３によって、各リニアモータ２３に対する指令値に変換される。指令値は各リニアモータ２３によって駆動力に変換され、これに従って微動ステージ２２を駆動させる。

位置制御手段４１を図４（ｂ）を用いて詳細に説明する。本ブロック図には、１軸分のみを示してあるが、実際には制御軸の数分の制御系を有する。また、以下の説明は、特に記載しない限り、微動ステージ２２の全制御軸（Ｘ，Ｙ，θｚ，Ｚ，θｘ，θｙ）に対して同様に成り立つ。位置制御手段４１は比例制御器４１１、積分器４１２、微分器４１３からなるＰＩＤ制御器４１０を有している。さらに、制御系を安定させるための、ローパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタ４１４を有していてもよい。ローパスフィルタやノッチフィルタは、メカ系の共振周波数において、ゲインを低下させ、ゲイン余裕を増加させることで、制御系を安定させる作用を有する。さらに、制御系の出力を制限するリミット４１５を有していてもよい。リミット４１５は、操作量の絶対値の上限値を低下させることで過剰な指令がリニアモータ２３に入力されることを防ぐ作用を有している。

設定変更手段４４は、所定の条件によって、位置制御手段４１の設定値を変更する。変更する設定値は、比例制御器４１１、積分器４１２、微分器４１３の各ゲインパラメータ、ローパスフィルタのカットオフ周波数、ノッチフィルタの遮断周波数、遮断ゲイン、遮断周波数幅、リミット４１５のリミット値がある。基板ステージ２の状態や、モールド支持機構１の剛性、樹脂剛性の条件により、これらのいずれかを変更してもよいし、複数の設定値を変更してもよい。

次に、各設定値の変更のさせ方と、各設定値で得られるその効果を説明する。

ＰＩＤ制御器４１０は、各ゲインパラメータを下げることで、位置計測手段により計測された基板ステージ２の位置と目標位置との偏差に対する操作量の比を下げることができる。これにより、樹脂２０の硬化に伴って基板ステージ２に樹脂２０の剛性が加わったときに、全体として硬化前と等価な剛性となるようにすることができる。これは、通常は各ゲインパラメータを一律に下げることで対応できる。樹脂２０の剛性がサーボ剛性よりも高い場合を除き、変更後の各ゲインパラメータはゼロにはならない。また、各ゲインパラメータは必ずしも一律に下げる必要はなく、積分ゲイン、微分ゲインを個別に調整することもできる。これにより、後述するフィルタ４１４の調整による位相特性の変化に対応して、位相余裕を確保することもできる。

フィルタ４１４は基板ステージ２およびモールド支持機構１のメカ共振の影響によって、位置制御系が不安定とならないように、特定の周波数帯域における位置偏差に対する操作量の比を下げるように設定される。また、フィルタ４１４は必要に応じて、複数用いることができる。樹脂２０の硬化前は、基板ステージ２が単独で安定となっていればよいので、ノッチフィルタの遮断周波数は微動ステージ２２の共振周波数と一致するように設定されている。硬化後は、樹脂２０を介してモールド支持機構１と連結されることになるので、微動ステージ２２はモールド支持機構１のメカ共振の影響も受けることになる。そのため、モールド支持機構１のメカ共振に対して操作量を発生しないようにするため、モールド支持機構１のメカ共振周波数に遮断周波数を合わせたノッチフィルタを別途用意しておき、遮断ゲインを硬化の進行に合わせて下げていく。これにより、硬化前は微動ステージ２２の制御特性を低下させることがない。一方、硬化後は遮断周波数における操作量の比が低下しているので、モールド支持機構１のメカ共振の影響を受けることがなくなる。しかし、ノッチフィルタが有効となることで、位相遅れが大きくなり、安定性が損なわれる場合がある。この時は、前述したＰＩＤ制御器４１０の調整割合を個別に変化させることで対応できる。具体的には、積分器４１２のゲインを比例制御器４１１および微分器４１３よりも大きく低下させることで、位相遅れを回復することができる。

ノッチフィルタと同様にローパスフィルタで調整することもできる。ローパスフィルタの場合は、カットオフ周波数を下げることで、カットオフ周波数以上の帯域のゲインを下げることができ、同様の効果が得られる。

さらに、制御系を安定させるためのリミット４１５を位置制御手段４１が有していてもよい。リミット４１５は位置制御手段４１の最終段であるリニアモータ２３への出力の直前や、ＰＩＤ制御器４１０の積分器４１２に設けることができる。積分器４１２に設けられたリミットは、リミット値を越えるとそれ以上積分が行なわれないようにする機能を有する。リミット４１５を設けることにより、リミット値以上の指令がリニアモータ２３に対して出力されることがなくなる。これにより、操作量の絶対値の上限値を低下させることができる。第１ステップにおいては、操作量の絶対値が大きな指令をリニアモータ２３に対して与えて基板ステージ２を移動させ、高速で凹凸パターン転写位置に位置決めする必要があるため、リミット値は大きくしておく必要がある。一方、硬化後には、樹脂２０およびモールド支持機構１に過大な力を掛けないようにする必要があるため、最大出力値が少なくとも樹脂２０の破壊強度以下となるように、リミット値を変更する。

次に、設定変更手段４４によって、時間経過とともに設定値がどのように変更されるかについて説明する。図５は設定変更手段４４による設定変更のタイミングの一例を示す図であり、いずれも横軸は時間の経過を示す。また、Ｔ３はＵＶ光の照射の開始を示し、Ｔ４はＵＶ光の照射の完了を示している。ＵＶ光の照射が開始されて、照射時間が経過するのに従って、樹脂２０の硬化が進み、樹脂剛性が増加する。設定変更手段４４は、硬化の進行に合わせた、前述の各設定値を変更してＰＩＤ制御器４１０のゲインを低下させる変更パターンを保持しており、各制御手段に対して各設定値の変更を指示する。

図５（ａ）では、設定変更手段４４は、ＵＶ光の照射開始から所定の時間ΔＴが経過した後に設定値の変更を開始し、ＰＩＤ制御器４１０のゲインを低下させる。ΔＴは、図２における（ｂ）から（ｃ）の状態に移行するタイミングとほぼ一致している。ゲインを低下させる変更パターンは、剛性の時間変化の逆特性であることが望ましいが、簡易的には直線で変化させてもよい。時間経過による樹脂硬化の進捗に再現性があれば、本方式で十分な性能が達成できる。

図５（ｂ）では、設定変更手段４４は、ＵＶ光の露光量を計測する露光量センサ１６の計測値に基づき、所定の露光量に達したら、設定値の変更を開始することができる。この時の露光量は、図２における（ｂ）から（ｃ）の状態に移行するタイミングとほぼ一致している。露光量センサ１６の計測値に基づくので、ＵＶ光源の強度に変動があった場合でも、適切なタイミングで設定値の変更を行うことができる。露光量センサ１６はモールドチャック１１など樹脂に対して照射された光の量を計測可能な任意の場所に設けることができる。

図５（ｃ）では、設定変更手段４４は、微動ステージ２２の各軸に設けられた位置制御手段４１が出力する操作量をモニターし、操作量が硬化開始前の値から所定量変化したときに、設定値の変更を開始することができる。この時は、位置制御手段４１が過大な出力を発生して、モールド１０や樹脂２０に対して過大な力が掛かったときのみ、設定値を変更することができる。そのため、位置制御手段４１が、安定を保っている限りにおいては、設定値が変更されることはない。また、操作量の代わりに、モールド支持機構１に備えられた力センサ１５の計測値に基づき、力センサ計測値が硬化開始前の値から所定量変化したときに、設定値の変更を開始することもできる。この場合も、モールド１０や樹脂２０に対して過大な力が掛かって力センサ１５の計測値が大きくなったときに限り、設定値を変更するようにすることができる。さらに操作量の代わりに、ステージを駆動させるアクチュエータへ制御手段からの指令値を用いることができる。つまり、指令値が所定の値を超えたときに、設定値を変更する。

また、操作量、力センサ計測値、指令値のいずれかにおいて、特定の周波数の振動振幅が所定の値を超えたときに設定値を変更するようにすることもできる。具体的には、操作量、力センサ計測値、指令値のいずれかを、モールド支持機構１のメカ剛性が樹脂剛性によりステージと連結された時の共振周波数を通過するバンドパスフィルタを通して監視し、振幅が所定の値を超えたときに設定値を変更する。

また、設定変更手段４４は、上記の各条件を組み合わせて用いることもできる。例えば、露光量センサ１６と力センサ１５の両方を計測し、いずれかが先に所定値に達した時から、設定値を変更するように構成することもできる。ここで設定値を変更するとは、ＰＩＤ制御器４１０の各ゲインを低下させること、フィルタ４１４の遮断周波数を低下させること、リミット４１５のリミット値を低下させることを含む。

さらに、ＵＶ光の露光量に応じた樹脂剛性の変化を、使用すると思われる樹脂の種類毎に、予めＵＶ光の露光量と樹脂剛性の変化の関係を記録したデータベース４５を備えることもできる。樹脂の種類によって、ＵＶ光の露光量に対する硬化の進捗が異なるため、樹脂毎に設定値の変更を開始するタイミング、変更パターンの最適値は異なる。設定変更手段４４はデータベース４５を参照して、使用する樹脂に最適な、設定値の変更を開始するタイミング、変更パターンを選択することができる。データベース４５には粘性の変化、粘弾性の変化を記録させ、樹脂剛性の変化の代わりに用いることもできる。

さらに、樹脂硬化過程における、基板ステージ２の位置計測値、各軸の操作量、力センサ１５の計測値、露光量センサ１６の計測値の少なくとも一つ以上のログデータを記録するデータ記録手段４６を備えていてもよい。同じタイプの樹脂２０を使用していても、モールド１０に有する凹凸パターンによっては、硬化の進行度合いが異なり、ひいては設定値の変更を開始するタイミングの最適値が異なることもあり得る。そこで、記録されたログデータを参照して、より最適な変更開始タイミング、変更パターンに変更することができる。さらに、最適化された変更開始タイミング、変更パターンをデータベース４５に記録することで、次回以降は最適値を使うことができる。

これまでの説明は、微動ステージ２２のすべての制御軸（Ｘ、Ｙ、θｚ、Ｚ、θｘ、θｙ）について行なわれる。ただし、微動ステージ２２の各軸毎に、変更する設定値、変更開始タイミング、変更パターンは異なっていてもよい。モールド１０と基板２１の接触方向（Ｚ方向）に関しては必要な位置精度が低いため、安定性を重視して他の制御軸よりも早めにゲインを下げるようにした方が望ましい。また、接触方向については、樹脂厚みが非常に薄いため、充填段階（第２ステップ）から、ある程度剛性が発生していると考えられる。従って、第２ステップの樹脂充填段階（樹脂とモールドが接触した状態）から、設定変更を行ってもよい。一方、水平方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）については、モールド１０と基板２１の位置合わせのために、高い位置決め精度が必要であり、ゲインを早く下げてしまうと、位置ずれが生じてしまう可能性があるため、十分硬化が進むまでゲインを維持する方が望ましい。

以上説明したように、位置制御ゲインを低下させることにより、樹脂２０に転写された凹凸パターンの破壊を防ぐことができる。さらに、樹脂の剛性によって制御系を不安定とすることなく、良好な基板ステージ２の位置精度を維持することができる。ここで位置制御ゲインを低下させるとは、位置計測手段により計測されたステージの位置と目標位置との偏差に対する位置制御手段４１の入力に対する出力の比を下げることである。

また、本実施形態はＵＶ硬化型のインプリント装置について説明したが、ＵＶ光に限定されるものではなく、ＵＶ光以外の光源を用いてもよい。また、光硬化型のインプリント装置以外にも熱硬化型のインプリント装置装置についても同様に適用できる。

（第２実施形態）
樹脂２０の硬化後において、第１実施形態で述べたゲインの低下やリミット低下等の措置により、樹脂２０に対して過大な荷重が掛からないように制限することはできる。しかし、位置制御では、力の直接的な制御はできないため、樹脂２０に対して荷重が掛からないように制御することはできない。本実施形態においては、樹脂２０の硬化に従って、位置制御ゲインを下げていくことと並行して、力制御を有効にしていく。これにより、硬化後には樹脂２０に掛かる力が所定の力目標値になるように制御できるようになる。

図６は第２の実施形態におけるインプリント装置の基板ステージ２の動作を制御する制御装置４を含む位置制御系のブロック図である。

本実施形態においては、位置制御手段４１とともに力制御手段５１を備える点が、第１実施形態と異なる。力制御手段５１は、図４（ｂ）に示した位置制御手段４１と同様に、ＰＩＤ制御器、フィルタ、リミットから構成されており、入力が位置偏差ではなく、力偏差となっている点が異なっている。力制御手段５１は、モールド支持機構１に備えられた力センサ１５の計測値と所定の力目標値との力偏差に基づき、モールド１０に対して所定の力目標値が掛かるように、微動ステージ２２への力操作量を決定する。力センサ１５としては、ロードセル、ひずみゲージ、圧電素子等を用いることができる。例えば、ひずみゲージをかわし機構１２に貼付けて、かわし機構のたわみを検出することで、力センサとして使用することができる。このとき、６軸方向の力を検出するためには、少なくとも６個の力センサを用いる必要がある。

第２ステップおよび第３ステップにおいては、モールド１０と基板２１の接触方向（Ｚ方向）に関しては、樹脂２０の充填を促進するため、わずかな押しつけ力を掛けることが望ましい。Ｚ方向以外には、樹脂２０の破損や位置ずれを避けるため、力が掛からないことが望ましい。

図７は設定変更手段４４による設定変更のタイミングの一例を示す図である。本実施形態における設定変更手段４４は、位置制御手段４１の設定値を変更するのと並行して、力制御手段５１の設定値を変更する。力制御手段５１は、樹脂２０が硬化する前は無効となるように設定されている。これは、力制御手段５１のＰＩＤ制御器４１０のゲインをゼロに設定したり、リミット値をゼロとしたりすることで実現できる。硬化開始後は、リミット値を引き上げる、あるいはＰＩＤ制御器４１０のゲインを引き上げることにより、力制御手段５１が有効化される。また、樹脂の硬化開始後に力センサの計測値が所定の値に達した後に、位置偏差に対する位置制御手段の操作量の比を低下させ、力偏差に対しては力制御手段の操作量の比を増加させることができる。

力制御手段５１の設定値変更の開始タイミング、変更パターンの決定には、第１実施形態に述べた手法を同様に用いることができる。

第１実施形態においては、位置制御手段４１のＰＩＤ制御器４１０の各ゲイン、またはリミット値をゼロに落として、位置制御を無効にする必要はなかった。本実施形態においては、位置制御手段４１が有効であると正確な力制御が行えなくなるため、位置制御手段４１は、無効とする必要がある。

以上述べたように、本実施形態においては、樹脂２０の硬化後には、力制御に切り換えることによって、樹脂２０に掛かる荷重を直接制御することができるため、樹脂に対して必要な荷重のみを掛けることができ、より良好な状態を維持することができる。

また、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）上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。

モールド上の微細な構造を、樹脂や金属等の被加工部材に転写する微細加工技術に用いるのに適している。

１ モールド支持機構
１０ モールド
１５ 力センサ
１６ 露光量センサ
２ 基板ステージ
２０ 樹脂
２１ 基板
２２ 微動ステージ
４ 制御装置
４１ 位置制御手段

Claims (15)

1. 基板上に塗布された樹脂とモールドとを押しつけて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
   前記基板を保持するステージと、
   位置計測手段により計測された前記ステージの位置と目標位置との位置偏差に基づいて操作量を出力して前記ステージの位置を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   ことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記制御手段は前記樹脂と前記モールドが接触してから所定の時間が経過した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   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. 前記制御手段は前記ステージを駆動させるアクチュエータへ前記制御手段からの指令値が所定の値を超えた後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
4. 前記制御手段は前記モールドを支持するモールド支持機構のメカ共振周波数において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
5. 光の照射により前記樹脂を硬化させるインプリント装置であり、
   前記樹脂に対して照射された光の量を計測する露光量センサを有し、
   前記制御手段は前記露光量センサの計測値が所定の値に達した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
6. 前記モールドに対する荷重を計測する力センサを有し、
   前記制御手段は前記力センサの計測値が所定の値に達した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
7. 前記制御手段はＰＩＤ制御器を有し、該ＰＩＤ制御器の入力に対する出力の比を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインプリント装置。
8. 前記制御手段はフィルタを有し、該フィルタを通る振幅が所定の値を超えたときにフィルタの設定値を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のインプリント装置。
9. 前記制御手段は前記操作量の絶対値の上限値を決めるリミットを有し、
   前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記リミットの上限値を低下させる
   ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のインプリント装置。
10. 前記力センサにより計測された計測値と、モールドへの荷重の目標値との力偏差に基づいて操作量を出力する力制御手段を有し、
    該力制御手段は、前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記力偏差に対する前記操作量の比を増加させる
    ことを特徴とする、請求項６に記載のインプリント装置。
11. 前記制御手段は前記ステージの各軸毎に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    ことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のインプリント装置。
12. 前記制御手段は露光量に応じた、粘性、剛性、及び粘弾性の少なくとも一つの特性の変化を前記樹脂の種類毎に記録したデータベースを有し、
    該データベースを参照して、使用する前記樹脂に応じた、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させるタイミング、または前記操作量の比を低下させるために前記制御手段に設定される設定値を変更する変更パターンを選択する
    ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のインプリント装置。
13. 前記ステージの位置計測値もしくは前記ステージの操作量のログデータを記録するデータ記録手段を有し、
    前記制御手段は前記ログデータを参照して、前記位置偏差に対する前記操作量の比の変更を低下させるタイミング、または前記操作量の比を低下させるために前記制御手段に設定される設定値を変更する変更パターンを選択する
    ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のインプリント装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いて前記基板上に塗布された樹脂にパターンを形成する工程を含むことを特徴とする物品の製造方法。
15. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いて前記基板上にパターンを形成する工程と、
    前記工程で前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

Images