JP7210162B2 - 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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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を第１の値から、前記第１の値よりも大きい第２の値に変更して、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、を有し、前記インプリント材が硬化した後に、前記制御ゲインを前記第２の値から、前記第２の値よりも小さい第３の値に変化させ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 (14)

  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を第１の値から、前記第１の値よりも大きい第２の値に変更して、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、を有し、
    前記インプリント材が硬化した後に、前記制御ゲインを前記第２の値から、前記第２の値よりも小さい第３の値に変化させることを特徴とするインプリント方法。
  2. 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、を有し、
    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インプリント方法。
  3. 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されることを特徴とする請求項３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、第１の値から、前記第１の値よりも大きい第２の値に変更し、前記基板と前記型の位置合わせを行い、
    前記インプリント材が硬化した後に、前記制御ゲインを前記第２の値から、前記第２の値よりも小さい第３の値に変化させることを特徴とするインプリント装置。
  11. 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い、
    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インプリント装置。
  12. 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を第１の値から、前記第１の値よりも大きい第２の値に変更して、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、を有し、
    前記インプリント材が硬化した後に、前記制御ゲインを前記第２の値から、前記第２の値よりも小さい第３の値に変化させることを特徴とするインプリント装置の制御方法。
  13. 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、を有し、
    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インプリント装置の制御方法。
  14. 請求項１乃至９のいずれか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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