KR101642545B1

KR101642545B1 - 임프린트 장치 및 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101642545B1
Application number: KR1020127018833A
Authority: KR
Inventors: 히로히또 이또; 노부시게 고레나가; 마꼬또 미야자끼
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-12-26
Filing date: 2009-12-26
Publication date: 2016-07-25
Also published as: JPWO2011077584A1; TWI414419B; US8562323B2; WO2011077584A1; JP5409813B2; TW201139116A; KR20120091455A; KR20150008448A; US20110159189A1

Abstract

몰드와 기판의 접촉, 경화, 이형의 과정에 있어서, 요철 패턴 파손을 방지함과 함께, 기판 스테이지의 위치 결정 정밀도를 고정밀도로 유지할 수 있는 임프린트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 기판(21) 상에 도포된 수지(20)와 몰드(10)를 가압하여 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치로서, 기판을 유지하는 스테이지(2)와, 위치 계측 수단(25)에 의해 계측된 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 조작량을 출력하여 스테이지의 위치를 제어하는 제어 수단(41)을 구비하고, 제어 수단은 기판과 몰드의 접촉부터 이형의 사이에, 위치 편차에 대한 조작량의 비를 저하시킨다.

Description

임프린트 장치 및 물품의 제조 방법{IMPRINTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE}

본 발명은 기판 상의 수지에 대하여 몰드의 패턴을 전사하는 임프린트 장치에 관한 것이다.

요철 패턴이 형성된 몰드를 원판으로 하여 실리콘 웨이퍼나 유리 플레이트 등의 기판 상에 요철 패턴을 형성할 때에, 광경화법을 이용하는 임프린트 기술이 있다. 이 기술은 기판 상에 광경화형의 수지층을 형성하고, 이어서, 원하는 요철 패턴이 형성된 몰드와 수지층을 설치한 기판을 소정의 간격으로 위치 정렬을 한다. 위치 정렬 후, 몰드와 기판을 서로 가압함으로써 몰드에 형성된 요철 패턴의 오목부가 수지로 충만되도록 한다. 이어서, 자외선 등의 수지 경화용의 광을 조사함으로써 수지를 경화시킨다. 이에 의해 수지층에 상기 몰드의 요철 패턴이 전사된다. 이어서, 몰드와 기판을 분리한 후, 이 요철 패턴이 형성된 수지층을 마스크로 하여 에칭 등을 행함으로써, 상기 몰드에 형성된 요철 패턴의 미세 구조에 대응한 미세 구조가 기판에 형성된다. 이 기술은 작금과 같이 나노 오더의 고정밀의 미세 가공에 대한 요구가 높아지는 중, 주목받고 있는데, 그의 발전을 추진하기 위해서는, 전사 정밀도와 전사 속도의 더한층의 향상이 요구된다. 그의 요구에 따르기 위해서는, 기판을 탑재하는 스테이지에는 nm(나노 미터)의 오더에서의 위치 결정 정밀도와 높은 이동 속도를 양립할 필요가 있다.

이 양립이 가능한 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 반도체 노광 장치용의 웨이퍼 스테이지의 기술이 있다. 웨이퍼 스테이지는 비접촉으로 지지된 리니어 모터 구동의 6 자유도로 위치 결정 가능한 미동 스테이지를 탑재하고 있고, nm 이하의 분해능을 갖는 고정밀도의 레이저 간섭계에서 계측된 위치 정보에 기초하여, 고정밀도의 위치 결정을 가능하게 하고 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지는 대추력 리니어 모터를 갖는 조동 스테이지에 의해 고속 이동을 가능하게 하고 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-106344호 공보

그러나, 반도체 노광 장치용 웨이퍼 스테이지는, 고속 이동과 고정밀도 위치 결정을 달성하기 위해서, 매우 높은 제어 게인으로 제어하고 있기 때문에, 약간의 위치 편차에 대하여 큰 조작량이 발생하므로, 액추에이터는 큰 구동력을 필요로 한다. 그 결과, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은 반도체 노광 장치용 웨이퍼 스테이지 기술을 그대로 광경화법을 이용하는 임프린트 기술에 적용하면, 수지가 경화한 상태에서는, 구동력의 반력을 수지가 받고, 또한 몰드측에 전해진다. 그로 인해, 몰드나 기판의 고정이 어긋나거나, 나아가서는 수지에 과대한 힘이 가해져 요철 패턴이 파손된다는 문제가 발생한다.

한편, 접촉 전부터 제어 게인을 저하시키면, 기판 스테이지의 위치 결정 정밀도가 저하하여, 전사되는 요철 패턴의 위치가 어긋나는 문제가 있다.

본 발명은 몰드와 기판의 접촉, 경화, 이형의 과정에 있어서, 요철 패턴의 파손을 방지함과 함께, 기판 스테이지를 고정밀도로 위치 결정할 수 있고 또한 고속으로 이동할 수 있는 임프린트 장치 및 그 장치를 사용한 물품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 임프린트 장치는, 기판 상에 설치한 수지층과 몰드를 겹쳐서 가압하여, 상기 기판 상에 요철 패턴을 형성하는 임프린트 장치로서, 상기 기판을 유지하는 스테이지와, 위치 계측 수단에 의해 계측된 상기 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 조작량을 출력하여 상기 스테이지의 위치를 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 기판 상에 도포된 수지와 상기 몰드의 접촉부터 이형의 사이에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 몰드와 기판이 수지를 개재하여 접촉하고 있는 상태에서, 위치 편차에 대한 조작량의 비를 저하시키기 위해서, 수지에 대하여 과대한 힘이 가해지지 않아, 요철 패턴의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 개략 구성도
도 2는 임프린트 공정의 제3 스텝에 있어서의, 수지 강성의 시간 변화를 도시하는 도면
도 3은 임프린트 공정의 제3 스텝에 있어서의, 수지 강성의 영향을 도시하는 도면
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 미동 스테이지 제어 장치의 블록도
도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 게인 변경의 타이밍도
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 미동 스테이지 제어 장치의 블록도
도 7은 제2 실시 형태에 있어서의 게인 변경의 타이밍도

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부의 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명의 설명에 있어서는, 게인이란 각 제어기에 있어서의 입력과 출력의 비를 나타내고, 게인 파라미터란 게인을 직접 변경하는 설정값을 나타내는 것으로 한다.

도 1은 본 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 개략 구성도이다. 몰드 지지 기구(1)가 접속된 본체(31)는 기판 스테이지(2)가 탑재된 정반(33) 상에 탑재되어 있고, 진동 절연을 위한 마운트(32)를 갖는다.

몰드 지지 기구(1)는 몰드(10)를 지지하는 기구이며, 몰드 척(11), 교환 기구(12), 지지대(13), 상하 기구(14)를 구비하고 있다. 몰드 척(11)은 교환 기구(12)를 개재하여 지지대(13)에 접속되어 있고, 몰드(10)를 착탈 가능하게 고정하고 있다. 교환 기구(12)는 탄성 힌지에 의해 구성되어 있고, 기판(21)과 몰드(10)를 서로 가압하고, 몰드(10)에 대하여 하중이 가해졌을 때에, 탄성 힌지가 휨으로써 몰드(10)를 기판(21)의 면에 대하여 모방시킬 수 있다. 지지대(13)는 상하 기구(14)를 개재하여 본체(31)와 접속되어 있다. 상하 기구(14)는 몰드(10)를 기판(21)에 대하여 가압할 때의 대략적인 상하 방향의 위치를 정할 수 있다. 또한, 몰드(10)의 착탈 동작 시의 상하 동작, 또한, 이상 시에 있어서의 몰드(10)의 퇴피 등에 사용된다.

기판 스테이지(2)는 기판(21)을 유지하는 기구이며, 미동 스테이지(22)와 조동 스테이지(24)로 이루어진다. 제어 장치(4)에 의해 미동 스테이지(22)의 동작을 제어한다. 미동 스테이지(22)는 상면에 기판(21)을 탑재할 수 있다. 미동 스테이지(22)는 적어도 6개의 리니어 모터(23)를 구비하고 있고, 6 자유도로 위치 결정 가능하다. 리니어 모터(23)의 대신에 전자석 등의 액추에이터를 사용할 수도 있다. 미동 스테이지(22)는 리니어 모터(23)의 발생하는 구동력에 의해 비접촉으로 지지되어 있기 때문에, 정반(33)이나 조동 스테이지(24)로부터의 외란 전달이 없고, 매우 고정밀도로 위치 결정 가능하다. 미동 스테이지(22)의 위치는 본체(31)에 구비된 위치 계측 수단에 의해 계측된다. 위치 계측 수단으로서는, 간섭계(25) 이외에 인코더 등이 이용 가능하다. 이때, 몰드(10) 또는 몰드 척(11)의 위치도 동시에 위치 계측 수단에 의해 계측해 두고, 미동 스테이지(22)의 위치 계측값과의 차분을 취함으로써, 미동 스테이지(22)와 몰드(10)의 상대 변위를 구할 수도 있다. 이에 의해, 몰드(10)의 위치가 변화한 경우에도, 몰드에 대하여 정확하게 위치 결정할 수 있다. 조동 스테이지(24)는 미동 스테이지(22)를 탑재하여 XY 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 조동 스테이지(24)는 장거리의 구동이 가능한 다상형 리니어 모터를 X 방향과 Y 방향으로 조합하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 평면 모터를 사용하여, 조동 스테이지(24)를 XY 2 방향으로 이동 가능하게 할 수도 있다. 조동 스테이지(24)에 의해, 기판(21) 상에 설정된 요철 패턴 전사 위치를 몰드(10) 직하로 이동할 수 있다.

이어서, 기본적인 임프린트 공정을 설명한다.

제1 스텝(S1): 기판 스테이지(2)는 수지(20)가 도포된 기판(21)을 유지하고, 기판 상에 설정된 요철 패턴 전사 위치를 몰드(10) 직하에 위치 결정한다. 요철 패턴 전사 위치가 정확한 위치 좌표의 검출 방법에는, 다른 요철 패턴 전사 위치마다 기판 상의 마크를 계측하는 다이바이다이 얼라인먼트와, 미리 기판 상의 대표 위치의 마크를 계측해 두는 글로벌 얼라인먼트라고 하는 방법이 있다. 어느 하나의 방법으로 구해진 요철 패턴 전사 위치의 위치 좌표에 대하여 간섭계(25)의 계측값에 기초하여 기판 스테이지(2)는 위치 결정된다. 이때의 위치 결정 정밀도로서는, 요철 패턴의 선 폭에 의존하는데, 서브 나노미터부터 10 nm 정도가 필요해진다.

제2 스텝(S2): 기판 스테이지(2) 또는 상하 기구(14), 또는 그의 양쪽을 구동하고, 기판(21)과 몰드(10)를 소정의 간격(3 내지 10 nm 정도)까지 접근시킨다. 이에 의해, 기판 상에 도포된 수지(20)가 몰드(10)에 형성된 요철 패턴의 형상에 맞춰서 충전된다. 이와 같이, 요철 패턴의 형상에 수지(20)의 충전이 개시되었을 때부터, 수지와 몰드가 접촉한 상태라고 간주할 수 있다. 이때, 기판(21)과 몰드(10)의 간격이 균일해지도록 기판 스테이지(2)의 자세를 제어할 필요가 있다.

제3 스텝(S3): 제2 스텝에서 몰드(10)에 형성된 요철 패턴에 수지가 충전된 상태에서 UV광을 조사하여 수지(20)를 경화시킨다. 요철 패턴이 형성된 몰드(10)는 자외선 등의 광을 투과할 수 있는 재료로 만들어져 있어, 도시하지 않은 광원으로부터 자외선 등의 광을 조사함으로써, 기판(21)에 도포된 수지(20)를 경화시킬 수 있다.

제4 스텝(S4): 제3 스텝에서 수지(20)를 경화시킨 후, 기판 스테이지(2) 또는 상하 기구(14), 또는 그의 양쪽을 구동하고, 기판(21)과 몰드(10)의 간격을 넓히고, 경화한 수지(20)를 몰드(10)로부터 분리한다. 이 공정을 이형이라 칭한다.

이어서, 상기 제3 스텝에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2에 UV광의 조사 시간과 수지(20)의 강성의 관계를 나타낸다. 횡축은 UV광의 조사를 개시하고 나서의 경과 시간을 나타내고, T3은 UV광의 조사의 개시를 나타내고, T4는 UV광의 조사의 완료를 나타내고 있다. 종축은 수지(20)의 강성 변화를 나타낸다. 또한, 도 3은 수지(20)의 강성의 변화에 따른, 몰드(10)와 기판 스테이지(2) 사이의 상호 작용의 변화를 모식적으로 도시하는 도면이다. 이 도면에서는, 간단화를 위하여 1 축방향의 상호 작용만을 나타내고 있지만, 6축 전방향에 대하여 동일한 것이 성립한다. 또한, 도 2 중에 기재된 a, b, c의 단계는 도 3의 (a), (b), (c)의 각 도면의 상태에 대응한다. UV광을 조사하기 전의 수지(20)는 액상이며 유동성이 높고, 수평 방향(XY 방향)의 강성은 거의 제로라고 간주할 수 있다. 그로 인해, 기판 스테이지(2)와 몰드(10)의 사이에는 대부분 상호 작용을 발생시키지 않는다. 한편, 기판 스테이지(2)는 후술하는 위치 제어계에 의해 몰드(10)에 대하여 위치 결정되어 있다. 이때, 기판 스테이지(2)측으로부터 보면 몰드 지지 기구(1)는 위치 제어계의 서보 강성(300)에 의해 등가적으로 접속되어 있다고 간주할 수 있다(도 3의 (a)). 이때, 위치 결정 정밀도를 높이기 위해서, 기판 스테이지의 위치 제어 게인은 높게 설정되어 있다. UV광의 조사를 개시하면, 수지(20)가 경화를 시작한다. 그것에 수반하여, 도 2와 같이 수지(20)의 강성이 상승하고, 몰드(10)와 기판 스테이지(2)의 사이에 덤핑 요소(301)가 접속된 상태라고 간주할 수 있다(도 3의 (b)). 이 상태에서는, 아직 유동성을 가지고 있으므로, 몰드(10)와 기판 스테이지(2)는 상대적으로 이동가능하다. 그로 인해, 몰드(10)와 기판(21)의 위치가 어긋나서 굳어질 가능성이 있어서 높은 위치 결정 정밀도를 유지할 필요가 있다. 그 후 더욱 경화가 진행하고, UV광의 조사를 개시하여 ΔT가 경과하면, 수지(20)의 강성이 높아져 유동성이 저하하므로, 수지(20)는 등가적으로 스프링(302)이라고 간주할 수 있다. 즉, 기판 스테이지(2)의 위치 제어계의 서보 강성(300)과 병렬로 수지(20)의 강성에 의한 스프링(302)이 삽입된 상태로 된다(도 3의 (c)). 즉, 몰드(10)와 기판(21)의 위치가 어긋나도록 하는 힘이 가해져도, 스프링(302)의 힘에 의해 원래의 위치로 복귀되도록 하기 때문에, 높은 위치 결정 정밀도를 유지하지 않아도 된다. 수지의 강성이 포화하고 있지 않아도, 수지의 강성에 의한 스프링이 삽입된 상태라고 간주할 수 있다.

그로 인해, 기판 스테이지(2)의 전체적으로의 스프링 강성은, 경화 개시 전보다도 높아져 있다. 이것은, 위치 제어계의 게인을 높인 것과 등가이다. 원래, 높은 위치 결정 정밀도를 달성하기 위해서, 게인이 가능한 한 높게 설정되어 있는 상태에서, 더욱 게인을 높이면, 위치 제어계의 게인 여유가 없어져 불안정해지는 경우가 일어날 수 있다.

미동 스테이지(22)의 위치 결정 정밀도는 매우 높지만, 위치 결정 편차를 제로로 할 수는 없다. 그로 인해, 경화한 상태에서도, 약간이기는 하지만 위치 결정 편차가 남는다. 이때, 위치 제어계는 위치 결정 편차를 없애기 위해서, 조작량을 발생시켜, 리니어 모터(23)를 구동시키려고 한다. 그러나, 수지가 경화하고 있어서 스테이지가 움직이지 않기 때문에, 더욱 큰 조작량을 발생시켜서, 스테이지를 움직이려고 한다. 이 상태에서는, 리니어 모터(23)의 발생한 힘이 경화한 수지(20)에 가해지기 때문에, 수지(20)에 과대한 힘이 가해져, 수지의 요철 패턴을 파손해버린다.

또한, 도 3의 (a)의 상태에서는, 기판 스테이지(2)를 구동하기 위한 힘은, 몰드(10)측에는 전해지지 않는다. 수지가 경화하면 기판 스테이지(2)와 몰드 지지 기구(1)가 수지 강성에 의해 연결되기 때문에, 기판 스테이지를 구동할 때의 진동이 몰드 지지 기구(1)에 전해지게 된다. 그로 인해, 몰드 지지 기구(1)가 갖는 메카니컬 강성에 의한 스프링을 여진해 버려, 발진할 가능성도 발생한다.

한편, 연직(Z) 방향에 대해서는, 수지의 두께가 수nm 정도로 매우 얇기 때문에, 충전(제2 스텝)된 상태에 있어서, 표면 장력이나 모세관 현상에 의한 점성·강성이 발생하고 있다. 그로 인해, 지금까지 설명해 온 상태가 제2 스텝으로부터 일어날 수 있다.

(제1 실시 형태)

도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 미동 스테이지(22)의 동작을 제어하는 제어 장치(4)를 포함하는 위치 제어계의 블록도이다. 도 4의 (a)는 위치 제어계의 전체 구성이다. 도 4의 (b)는 위치 제어 수단(41)의 상세 구성예이다. 도 4의 (c)는 설정 변경 수단(44)이 참조하는 데이터를 나타낸 상세 구성예이다.

미동 스테이지(22)의 위치는, 본체(31) 상에 설치된 간섭계(25)에 의해 계측된다. 위치 계측값은 좌표 변환(42)에 의해, X, Y, θz, Z, θx, θy의 좌표계로 변환된다. 다이바이다이 또는 글로벌 얼라인먼트에 의해 구해진 목표 위치와 위치 계측값의 차분에 기초하여, 위치 제어 수단(41)은 각 축의 조작량을 생성한다. 조작량은 추력 분배(43)에 의해, 각 리니어 모터(23)에 대한 명령값으로 변환된다. 명령값은 각 리니어 모터(23)에 의해 구동력으로 변환되고, 이것에 따라서 미동 스테이지(22)를 구동시킨다.

위치 제어 수단(41)을 도 4의 (b)를 사용하여 상세하게 설명한다. 본 블록도에는 1축분만을 나타내고 있지만, 실제로는 제어축의 수 분의 제어계를 갖는다. 또한, 이하의 설명은 특히 기재하지 않는 한, 미동 스테이지(22)의 전체 제어축(X, Y, θz, Z, θx, θy)에 대하여 마찬가지로 성립된다. 위치 제어 수단(41)은 비례 제어기(411), 적분기(412), 미분기(413)로 이루어지는 PID 제어기(410)를 갖고 있다. 또한, 제어계를 안정시키기 위한, 저역 통과 필터나 노치 필터 등의 필터(414)를 가져도 된다. 저역 통과 필터나 노치 필터는, 메카니컬계의 공진 주파수에 있어서, 게인을 저하시키고, 게인 여유를 증가시킴으로써, 제어계를 안정시키는 작용을 갖는다. 또한, 제어계의 출력을 제한하는 리미트(415)를 가져도 된다. 리미트(415)는 조작량의 절대값의 상한값을 저하시킴으로써 과잉 명령이 리니어 모터(23)에 입력되는 것을 방지하는 작용을 갖고 있다.

설정 변경 수단(44)은 소정의 조건에 따라, 위치 제어 수단(41)의 설정값을 변경한다. 변경하는 설정값은 비례 제어기(411), 적분기(412), 미분기(413)의 각 게인 파라미터, 저역 통과 필터의 컷오프 주파수, 노치 필터의 차단 주파수, 차단 게인, 차단 주파수폭, 리미트(415)의 리미트값이 있다. 기판 스테이지(2)의 상태나, 몰드 지지 기구(1)의 강성, 수지 강성의 조건에 따라, 이들 중 어느 하나를 변경해도 되고, 복수의 설정값을 변경해도 된다.

이어서, 각 설정값의 변경시키는 방법과, 각 설정값에서 얻어지는 그의 효과를 설명한다.

PID 제어기(410)는 각 게인 파라미터를 저하시킴으로써, 위치 계측 수단에 의해 계측된 기판 스테이지(2)의 위치와 목표 위치와의 편차에 대한 조작량의 비를 낮출 수 있다. 이에 의해, 수지(20)의 경화에 따라 기판 스테이지(2)에 수지(20)의 강성이 더해졌을 때에, 전체적으로 경화 전과 등가의 강성이 되도록 할 수 있다. 이것은, 통상은 각 게인 파라미터를 일률적으로 저하시킴으로써 대응할 수 있다. 수지(20)의 강성이 서보 강성보다도 높은 경우를 제외하고, 변경 후의 각 게인 파라미터는 제로는 되지 않는다. 또한, 각 게인 파라미터는 반드시 일률적으로 내릴 필요는 없고, 적분 게인, 미분 게인을 개별로 조정할 수도 있다. 이에 의해, 후술하는 필터(414)의 조정에 의한 위상 특성의 변화에 대응하여, 위상 여유(phasemargin)를 확보할 수도 있다.

필터(414)는 기판 스테이지(2) 및 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 공진의 영향에 의해, 위치 제어계가 불안정해지지 않도록, 특정한 주파수 대역에 있어서의 위치 편차에 대한 조작량의 비를 낮추도록 설정된다. 또한, 필터(414)는 필요에 따라 복수 사용할 수 있다. 수지(20)의 경화 전에는, 기판 스테이지(2)가 단독으로 안정이 되어 있으면 되므로, 노치 필터의 차단 주파수는 미동 스테이지(22)의 공진 주파수와 일치하도록 설정되어 있다. 경화 후에는 수지(20)를 개재하여 몰드 지지 기구(1)와 연결되게 되므로, 미동 스테이지(22)는 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 공진의 영향도 받게 된다. 그로 인해, 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 공진에 대하여 조작량을 발생하지 않도록 하기 위해서, 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 공진 주파수에 차단 주파수를 맞춘 노치 필터를 별도 준비해 두고, 차단 게인을 경화의 진행에 맞춰서 낮추어 간다. 이에 의해, 경화 전에는 미동 스테이지(22)의 제어 특성을 저하시키는 경우가 없다. 한편, 경화 후에는 차단 주파수에 있어서의 조작량의 비가 저하하고 있으므로, 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 공진의 영향을 받는 경우가 없어진다. 그러나, 노치 필터가 유효하게 됨으로써 위상 지연이 커져서, 안정성이 손상될 경우가 있다. 이때는, 전술한 PID 제어기(410)의 조정 비율을 개별로 변화시킴으로써 대응할 수 있다. 구체적으로는, 적분기(412)의 게인을 비례 제어기(411) 및 미분기(413)보다도 크게 저하시킴으로써, 위상 지연을 회복할 수 있다.

노치 필터와 마찬가지로 저역 통과 필터로 조정할 수도 있다. 저역 통과 필터의 경우에는, 컷오프 주파수를 저하시킴으로써, 컷오프 주파수 이상의 대역의 게인을 낮출 수 있고, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 제어계를 안정시키기 위한 리미트(415)를 위치 제어 수단(41)이 가져도 된다. 리미트(415)는 위치 제어 수단(41)의 최종단인 리니어 모터(23)에의 출력의 직전이나, PID 제어기(410)의 적분기(412)에 설치할 수 있다. 적분기(412)에 설치된 리미트는, 리미트값을 초과하면 그 이상 적분이 행하여지지 않도록 하는 기능을 갖는다. 리미트(415)를 설치함으로써, 리미트값 이상의 명령이 리니어 모터(23)에 대하여 출력되는 경우가 없어진다. 이에 의해, 조작량의 절대값의 상한값을 저하시킬 수 있다. 제1 스텝에 있어서는, 조작량의 절대값이 큰 명령을 리니어 모터(23)에 대하여 부여하여 기판 스테이지(2)를 이동시키고, 고속으로 요철 패턴 전사 위치에 위치 결정할 필요가 있기 때문에, 리미트값은 크게 하여 둘 필요가 있다. 한편, 경화 후에는, 수지(20) 및 몰드 지지 기구(1)에 과대한 힘을 가하지 않도록 할 필요가 있기 때문에, 최대 출력값이 적어도 수지(20)의 파괴 강도 이하로 되도록 리미트값을 변경한다.

이어서, 설정 변경 수단(44)에 의해, 시간 경과와 함께 설정값이 어떻게 변경될지에 대하여 설명한다. 도 5는 설정 변경 수단(44)에 의한 설정 변경의 타이밍의 일례를 나타내는 도면으로서, 모두 횡축은 시간의 경과를 나타낸다. 또한, T3은 UV광의 조사의 개시를 나타내고, T4는 UV광의 조사의 완료를 나타내고 있다. UV광의 조사가 개시되어서, 조사 시간이 경과함에 따라서, 수지(20)의 경화가 진행하고, 수지 강성이 증가한다. 설정 변경 수단(44)은 경화의 진행에 맞춘, 전술한 각 설정값을 변경하여 PID 제어기(410)의 게인을 저하시키는 변경 패턴을 유지하고 있고, 각 제어 수단에 대하여 각 설정값의 변경을 지시한다.

도 5의 (a)에서는, 설정 변경 수단(44)은 UV광의 조사 개시부터 소정의 시간ΔT가 경과한 후에 설정값의 변경을 개시하고, PID 제어기(410)의 게인을 저하시킨다. ΔT는 도 2에 있어서의 (b)로부터 (c)의 상태로 이행하는 타이밍과 거의 일치하고 있다. 게인을 저하시키는 변경 패턴은, 강성의 시간 변화의 반대 특성인 것이 바람직한데, 간이적으로는 직선으로 변화시켜도 된다. 시간 경과에 따른 수지 경화의 진척에 재현성이 있으면, 본 방식으로 충분한 성능을 달성할 수 있다.

도 5의 (b)에서는, 설정 변경 수단(44)은 UV광의 노광량을 계측하는 노광량 센서(16)의 계측값에 기초하여, 소정의 노광량에 도달하면, 설정값의 변경을 개시할 수 있다. 이때의 노광량은 도 2에 있어서의 (b)로부터 (c)의 상태로 이행하는 타이밍과 거의 일치하고 있다. 노광량 센서(16)의 계측값에 기초하므로, UV 광원의 강도에 변동이 있었던 경우에도, 적절한 타이밍에서 설정값의 변경을 행할 수 있다. 노광량 센서(16)는 몰드 척(11) 등 수지에 대하여 조사된 광의 양을 계측 가능한 임의의 장소에 설치할 수 있다.

도 5의 (c)에서는, 설정 변경 수단(44)은 미동 스테이지(22)의 각 축에 설치된 위치 제어 수단(41)이 출력하는 조작량을 모니터하고, 조작량이 경화 개시 전의 값으로부터 소정량 변화했을 때에, 설정값의 변경을 개시할 수 있다. 이때는 위치 제어 수단(41)이 과대한 출력을 발생하고, 몰드(10)나 수지(20)에 대하여 과대한 힘이 가해졌을 때만 설정값을 변경할 수 있다. 그로 인해, 위치 제어 수단(41)이 안정을 유지하고 있는 한에 있어서는, 설정값이 변경될 일은 없다. 또한, 조작량 대신에 몰드 지지 기구(1)에 구비된 힘 센서(15)의 계측값에 기초하여, 힘 센서 계측값이 경화 개시 전의 값으로부터 소정량 변화했을 때에, 설정값의 변경을 개시할 수도 있다. 이 경우에도, 몰드(10)나 수지(20)에 대하여 과대한 힘이 가해져서 힘 센서(15)의 계측값이 커졌을 때에 한하여 설정값을 변경하도록 할 수 있다. 또한 조작량 대신에 스테이지를 구동시키는 액추에이터에 제어 수단으로부터의 명령값을 사용할 수 있다. 즉, 명령값이 소정의 값을 초과했을 때에, 설정값을 변경한다.

또한, 조작량, 힘 센서 계측값, 명령값 중 어느 하나에 있어서, 특정한 주파수의 진동 진폭이 소정의 값을 초과했을 때에 설정값을 변경하도록 할 수도 있다. 구체적으로는, 조작량, 힘 센서 계측값, 명령값 중 어느 하나를, 몰드 지지 기구(1)의 메카니컬 강성이 수지 강성에 의해 스테이지와 연결되었을 때의 공진 주파수를 통과시키는 대역 통과 필터를 통하여 감시하고, 진폭이 소정의 값을 초과했을 때에 설정값을 변경한다.

또한, 설정 변경 수단(44)은 상기의 각 조건을 조합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 노광량 센서(16)와 힘 센서(15)의 양쪽을 계측하고, 어느 하나가 먼저 소정값에 도달했을 때부터, 설정값을 변경하도록 구성할 수도 있다. 여기서 설정값을 변경한다란 PID 제어기(410)의 각 게인을 저하시키는 것, 필터(414)의 차단 주파수를 저하시키는 것, 리미트(415)의 리미트값을 저하시키는 것을 포함한다.

또한, UV광의 노광량에 따른 수지 강성의 변화를, 사용하기로 생각되는 수지의 종류마다, 미리 UV광의 노광량과 수지 강성의 변화의 관계를 기록한 데이터베이스(45)를 구비할 수도 있다. 수지의 종류에 따라, UV광의 노광량에 대한 경화의 진척이 상이하기 때문에, 수지마다 설정값의 변경을 개시하는 타이밍, 변경 패턴의 최적값은 상이하다. 설정 변경 수단(44)은 데이터베이스(45)를 참조하여, 사용하는 수지에 최적의, 설정값의 변경을 개시하는 타이밍, 변경 패턴을 선택할 수 있다. 데이터베이스(45)에는 점성의 변화, 점탄성의 변화를 기록시켜, 수지 강성의 변화의 대신에 사용할 수도 있다.

또한, 수지 경화 과정에 있어서의, 기판 스테이지(2)의 위치 계측값, 각 축의 조작량, 힘 센서(15)의 계측값, 노광량 센서(16)의 계측값 중 적어도 하나 이상의 로그 데이터를 기록하는 데이터 기록 수단(46)을 구비하고 있어도 된다. 동일한 타입의 수지(20)를 사용하고 있어도, 몰드(10)에 갖는 요철 패턴에 따라서는, 경화의 진행 정도가 상이하고, 나아가서는 설정값의 변경을 개시하는 타이밍의 최적값이 상이한 경우도 있을 수 있다. 따라서, 기록된 로그 데이터를 참조하여, 보다 최적의 변경 개시 타이밍, 변경 패턴으로 변경할 수 있다. 또한, 최적화된 변경 개시 타이밍, 변경 패턴을 데이터베이스(45)에 기록함으로써, 다음번 이후는 최적값을 사용할 수 있다.

지금까지의 설명은, 미동 스테이지(22)의 모든 제어축(X, Y, θz, Z, θx, θy)에 대하여 행하여진다. 단, 미동 스테이지(22)의 각 축마다 변경하는 설정값, 변경 개시 타이밍, 변경 패턴은 상이해도 된다. 몰드(10)와 기판(21)의 접촉 방향(Z 방향)에 대해서는 필요한 위치 정밀도가 낮기 때문에, 안정성을 중시하여 다른 제어축보다도 빨리 게인을 낮추도록 한 편이 바람직하다. 또한, 접촉 방향에 대해서는, 수지 두께가 매우 얇기 때문에, 충전 단계(제2 스텝)로부터 어느 정도 강성이 발생하고 있다고 생각된다. 따라서, 제2 스텝의 수지 충전 단계(수지와 몰드가 접촉한 상태)로부터 설정 변경을 행해도 된다. 한편, 수평 방향(X, Y, θz)에 대해서는, 몰드(10)와 기판(21)의 위치 정렬을 위해서 높은 위치 결정 정밀도가 필요하고, 게인을 빨리 낮춰버리면, 위치 어긋남이 발생해버릴 가능성이 있기 때문에, 충분히 경화가 진행할 때까지 게인을 유지하는 편이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 위치 제어 게인을 저하시킴으로써, 수지(20)에 전사된 요철 패턴의 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 수지의 강성에 의해 제어계를 불안정하게 하지 않고, 양호한 기판 스테이지(2)의 위치 정밀도를 유지할 수 있다. 여기서 위치 제어 게인을 저하시킨다란 위치 계측 수단에 의해 계측된 스테이지의 위치와 목표 위치와의 편차에 대한 위치 제어 수단(41)의 입력에 대한 출력의 비를 낮추는 것이다.

또한, 본 실시 형태는 UV 경화형의 임프린트 장치에 대하여 설명했지만, UV광에 한정되는 것은 아니라, UV광 이외의 광원을 사용해도 된다. 또한, 광경화형의 임프린트 장치 이외에도 열경화형의 임프린트 장치 장치에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

(제2 실시 형태)

수지(20)의 경화 후에 있어서, 제1 실시 형태에서 설명한 게인의 저하나 리미트 저하 등의 조치에 의해, 수지(20)에 대하여 과대한 하중이 가해지지 않도록 제한할 수는 있다. 그러나, 위치 제어에서는, 힘이 직접적인 제어는 할 수 없기 때문에, 수지(20)에 대하여 하중이 가해지지 않도록 제어할 수는 없다. 본 실시 형태에 있어서는, 수지(20)의 경화에 따라, 위치 제어 게인을 낮춰 가는 것과 병행하여, 힘 제어를 유효로 해 간다. 이에 의해, 경화 후에는 수지(20)에 가해지는 힘이 소정의 힘 목표값이 되도록 제어할 수 있게 된다.

도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 임프린트 장치의 기판 스테이지(2)의 동작을 제어하는 제어 장치(4)를 포함하는 위치 제어계의 블록도이다.

본 실시 형태에 있어서는, 위치 제어 수단(41)과 함께 힘 제어 수단(51)을 구비하는 점이 제1 실시 형태와 상이하다. 힘 제어 수단(51)은 도 4의 (b)에 나타낸 위치 제어 수단(41)과 마찬가지로, PID 제어기, 필터, 리미트로 구성되어 있고, 입력이 위치 편차가 아니라, 힘 편차가 되어 있는 점이 상이하다. 힘 제어 수단(51)은 몰드 지지 기구(1)에 구비된 힘 센서(15)의 계측값과 소정의 힘 목표값의 힘 편차에 기초하여, 몰드(10)에 대하여 소정의 힘 목표값이 가해지도록 미동 스테이지(22)에의 힘 조작량을 결정한다. 힘 센서(15)로서는, 로드셀, 스트레인 게이지, 압전 소자 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스트레인 게이지를 교환 기구(12)에 부착하고, 교환 기구의 휨을 검출함으로써, 힘 센서로서 사용할 수 있다. 이때, 6 축방향의 힘을 검출하기 위해서는, 적어도 6개의 힘 센서를 사용할 필요가 있다.

제2 스텝 및 제3 스텝에 있어서는, 몰드(10)와 기판(21)의 접촉 방향(Z 방향)에 대해서는, 수지(20)의 충전을 촉진하기 위해서, 약간의 압박력을 가하는 것이 바람직하다. Z 방향 이외에는, 수지(20)의 파손이나 위치 어긋남을 피하기 위해서, 힘이 가해지지 않는 것이 바람직하다.

도 7은 설정 변경 수단(44)에 의한 설정 변경의 타이밍의 일례를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 있어서의 설정 변경 수단(44)은 위치 제어 수단(41)의 설정값을 변경하는 것과 병행하여, 힘 제어 수단(51)의 설정값을 변경한다. 힘 제어 수단(51)은 수지(20)가 경화하기 전에는 무효가 되도록 설정되어 있다. 이것은, 힘 제어 수단(51)의 PID 제어기(410)의 게인을 제로로 설정하거나, 리미트값을 제로로 하거나 함으로써 실현할 수 있다. 경화 개시 후에는 리미트값을 인상하거나, 또는 PID 제어기(410)의 게인을 인상함으로써, 힘 제어 수단(51)이 유효화된다. 또한, 수지의 경화 개시 후에 힘 센서의 계측값이 소정의 값에 도달한 후에, 위치 편차에 대한 위치 제어 수단의 조작량의 비를 저하시키고, 힘 편차에 대해서는 힘 제어 수단의 조작량의 비를 증가시킬 수 있다.

힘 제어 수단(51)의 설정값 변경의 개시 타이밍, 변경 패턴의 결정에는, 제1 실시 형태에 설명한 방법을 마찬가지로 사용할 수 있다.

제1 실시 형태에 있어서는, 위치 제어 수단(41)의 PID 제어기(410)의 각 게인, 또는 리미트값을 제로로 떨어뜨려서, 위치 제어를 무효로 할 필요는 없었다. 본 실시 형태에 있어서는, 위치 제어 수단(41)이 유효하다면 정확한 힘 제어를 행할 수 없게 되기 때문에, 위치 제어 수단(41)은 무효로 할 필요가 있다.

이상 서술한 바와 같이 본 실시 형태에 있어서는, 수지(20)의 경화 후에는, 힘 제어로 전환함으로써, 수지(20)에 가해지는 하중을 직접 제어할 수 있기 때문에, 수지에 대하여 필요한 하중만을 가할 수 있어, 보다 양호한 상태를 유지할 수 있다.

또한, 물품으로서의 디바이스(반도체 집적 회로 소자, 액정 표시 소자 등)의 제조 방법은, 상술한 임프린트 장치를 사용하여 기판(웨이퍼, 유리 플레이트, 필름 형상 기판) 상에 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 또한, 상기 제조 방법은, 패턴이 형성된 기판을 에칭하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 패턴드 미디어(기록 매체)나 광학 소자 등의 다른 물품을 제조하는 경우에는, 상기 제조 방법은, 에칭 대신에 패턴이 형성된 기판을 가공하는 다른 처리를 포함할 수 있다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비하여 물품의 성능·품질·생산성·생산 비용 중 적어도 하나에 있어서 유리하다.

[산업상 이용가능성]

몰드 상의 미세한 구조를 수지나 금속 등의 피가공 부재에 전사하는 미세 가공 기술에 사용하는데에도 적합하다.

1: 몰드 지지 기구
10: 몰드
15: 힘 센서
16: 노광량 센서
2: 기판 스테이지
20: 수지
21: 기판
22: 미동 스테이지
4: 제어 장치
41: 위치 제어 수단

Claims

기판 상에 도포된 수지와 몰드를 가압하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하고, 상기 수지를 경화시키는 임프린트 장치로서,
상기 기판을 유지하는 스테이지와,
위치 계측 수단에 의해 계측된 상기 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 상기 스테이지에 관한 조작량을 출력하여 상기 스테이지를 제어하는 제어 유닛
을 구비하고,
상기 제어 유닛은, 상기 수지가 경화되는 동안 상기 수지의 강성 증가에 따라 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비가 저하되도록 상기 스테이지를 제어하는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 수지와 상기 몰드가 접촉하고 나서 미리 정해진 시간이 경과한 후에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 스테이지를 구동시키는 액추에이터에 상기 제어 유닛으로부터 제공된 명령값이 미리 정해진 값을 초과한 후에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비로부터 상기 몰드를 지지하는 몰드 지지 기구의 메카니컬 공진 주파수에 해당하는 성분을 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 임프린트 장치는 광의 조사에 의해 상기 수지를 경화시키고,
상기 수지에 대하여 조사된 광의 양을 계측하는 노광량 센서를 더 갖고,
상기 제어 유닛은 상기 노광량 센서의 계측값이 미리 정해진 값에 도달한 후에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 몰드에 대한 하중을 계측하는 힘 센서를 더 갖고,
상기 제어 유닛은 상기 힘 센서의 계측값이 미리 정해진 값에 도달한 후에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 PID(Propotional Integral Derivative) 제어기를 갖고, 상기 PID 제어기의 입력에 대한 출력의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 필터를 갖고, 상기 필터를 통한 진폭이 미리 정해진 값을 초과했을 때에 필터의 설정값을 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 조작량의 절대값의 상한값을 정하는 리미트를 갖고,
상기 수지와 상기 몰드가 접촉하고 있는 동안에, 상기 리미트의 상한값을 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제6항에 있어서, 상기 힘 센서에 의해 계측된 계측값과, 상기 몰드에 대한 하중의 목표값과의 힘 편차에 기초하여 조작량을 출력하는 힘 제어 유닛을 더 갖고,
상기 힘 제어 유닛은 상기 수지와 상기 몰드가 접촉하고 있는 동안에, 상기 힘 편차에 대한 상기 조작량의 비를 증가시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 스테이지의 각 축마다 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 노광량에 따른, 점성(viscosity), 강성(stiffness), 및 점탄성(viscoelasticity) 중 하나 이상의 특성의 변화를 상기 수지의 종류마다 기록한 데이터베이스를 갖고,
상기 데이터베이스를 참조하여, 사용하는 상기 수지에 따른, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는 타이밍, 또는 상기 조작량의 비를 저하시키기 위하여 상기 제어 유닛에 설정되는 설정값을 변경하는 변경 패턴을 선택하는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항에 있어서, 상기 스테이지의 위치 계측값 또는 상기 스테이지의 조작량의 로그 데이터를 기록하는 데이터 기록 유닛을 더 갖고,
상기 제어 유닛은 상기 로그 데이터를 참조하여, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는 타이밍, 또는 상기 조작량의 비를 저하하도록 상기 제어 유닛에 설정되는 설정값을 변경하는 변경 패턴을 선택하는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 임프린트 장치로 상기 스테이지의 위치를 제어하여 상기 기판 상에 도포된 수지에 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품의 제조 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 임프린트 장치로 위치가 제어되는 상기 스테이지에 의해 유지되는 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 공정과,
상기 공정에서 상기 패턴이 형성된 기판을 가공하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품의 제조 방법.
기판 상에 도포된 수지와 몰드를 가압하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하고, 광의 조사에 의해 상기 수지를 경화시키는 임프린트 장치로서,
상기 기판을 유지하는 스테이지와,
상기 수지에 대하여 조사된 광의 양을 계측하는 노광량 센서와,
위치 계측 수단에 의해 계측된 상기 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 상기 스테이지에 관한 조작량을 출력하여 상기 스테이지를 제어하는 제어 유닛
을 구비하고,
상기 제어 유닛은, 상기 수지가 경화되는 동안 상기 노광량 센서에 의해 계측된 광의 양에 따라서, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비가 저하되도록 상기 스테이지를 제어하는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
제16항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 노광량 센서의 계측값이 미리 정해진 값에 도달한 후에, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
기판 상에 도포된 수지와 몰드를 가압하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하고, 상기 수지를 경화시키는 임프린트 장치로서,
상기 기판을 유지하는 스테이지와,
상기 몰드에 대한 하중을 계측하는 힘 센서와,
위치 계측 수단에 의해 계측된 상기 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 상기 스테이지에 관한 조작량을 출력하여 상기 스테이지를 제어하는 제어 유닛
을 구비하고,
상기 제어 유닛은, 상기 수지가 경화되는 동안 상기 힘 센서에 의해 계측된 값에 따라서, 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비가 저하되도록 상기 스테이지를 제어하는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
기판 상에 도포된 수지와 몰드를 가압하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하고, 상기 수지를 경화시키는 임프린트 장치로서,
상기 기판을 유지하는 스테이지와,
위치 계측 수단에 의해 계측된 상기 스테이지의 위치와 목표 위치의 위치 편차에 기초하여 상기 스테이지에 관한 조작량을 출력하여 상기 스테이지를 제어하는 제어 유닛
을 구비하고,
상기 제어 유닛은, 상기 수지와 상기 몰드가 접촉하고 있는 동안에, 상기 수지가 경화됨에 따라 상기 위치 편차에 대한 상기 조작량의 비를 저하시키는
것을 특징으로 하는 임프린트 장치.