KR102195515B1 - 임프린트 장치 및 물품의 제조 방법 - Google Patents

임프린트 장치 및 물품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 행하는 임프린트 장치이며, 상기 몰드를 보유 지지하는 보유 지지부와, 상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 측면에 힘을 부여하는 액추에이터와, 상기 액추에이터로부터 상기 몰드의 측면에 부여되는 힘을 계측하는 제1 계측부와, 상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 위치를 계측하는 제2 계측부와, 상기 액추에이터가 상기 몰드의 측면에 부여해야 할 힘에 대응하는 힘 목표값과, 상기 제1 계측부의 출력에 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하는 제어부와, 상기 보유 지지부에 있어서 상기 몰드가 위치해야 할 위치에 대응하는 위치 목표값과 상기 제2 계측부의 출력의 차분을 힘의 조작량으로 변환하여 상기 제어부에 입력하는 입력부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 입력부로부터 입력되는 조작량에도 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치를 제공한다.

Description

임프린트 장치 및 물품의 제조 방법{IMPRINT APPARATUS, AND METHOD OF FABRICATING ARTICLE}
본 발명은 임프린트 장치 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 요구가 진행되어, 종래의 포토리소그래피 기술에 더하여, 기판 상에 수나노미터 오더의 미세한 패턴(구조체)을 형성할 수 있는 임프린트 기술이 주목받고 있다. 임프린트 기술은, 기판 상에 미경화된 임프린트재를 공급(도포)하고, 이러한 임프린트재와 몰드(형)를 접촉시켜서, 몰드에 형성된 미세한 요철 패턴에 대응하는 임프린트재의 패턴을 기판 상에 형성하는 미세 가공 기술이다.
임프린트 기술에 있어서, 임프린트재의 경화법 중 하나로서 광경화법이 있다. 광경화법은, 기판 상의 샷 영역에 공급된 임프린트재와 몰드를 접촉시킨 상태에서 광을 조사하여 임프린트재를 경화시키고, 경화된 임프린트재로부터 몰드를 분리함으로써 임프린트재의 패턴을 기판 상에 형성하는 방법이다.
몰드의 패턴과 기판에 형성된 패턴(하지)을 중첩할 때에는, 몰드에 형성된 마크와 기판에 형성된 마크의 상대 위치에 기초하여, 몰드와 기판을 상대적으로 이동시킴으로써 시프트 및 회전 방향의 위치 어긋남을 보정하고 있다. 또한, 몰드(의 패턴)를 변형시킴으로써, 배율, 스큐, 사다리꼴, 궁 형상, 실패 등의 형상 오차를 보정하고 있다.
몰드의 패턴과 하지의 중첩의 고정밀도화를 위해서는, 수 나노미터 이하의 정밀도로 몰드를 변형시키는 장치가 필요해진다. 이러한 장치는, 몰드에 외력을 부여하여 패턴을 임의의 형상으로 변화시키기 위한 액추에이터 및 센서를 포함하고, 몰드의 외주를 둘러싸도록 복수 개소에 배치되어 있다. 예를 들어, 몰드의 측면과 지지 구조체의 사이에 액추에이터를 갖고, 액추에이터와 지지 구조체의 사이에 힘 센서를 갖는 임프린트 장치가 일본 특허 공개 제2009-141328호 공보나 일본 특허 제4573873호에 제안되어 있다. 이러한 임프린트 장치에서는, 액추에이터로부터 몰드의 측면에 가하는 압축력을, 힘 센서로 검출하여 피드백 제어하고 있다.
그러나, 임프린트 장치에서는, 몰드를 기판 상의 임프린트재에 접촉시키는 압인 공정이나 기판 상의 임프린트재로부터 몰드를 분리하는 이형 공정에 있어서 몰드에 가해지는 외력에 의해, 몰드에 시프트 및 회전 방향의 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우, 상술한 바와 같은 힘 센서를 사용한 피드백 제어에서는, 원리상, 몰드를 원래의 위치로 복귀시킬 수 없다.
몰드의 위치 어긋남은, 몰드와 몰드를 보유 지지하는 보유 지지부(척)와의 마찰에 의해, 몰드에 의도하지 않은 변형(왜곡)을 발생시켜, 중첩 정밀도를 저하시키는 요인이 된다. 또한, 압인 공정의 직후에 있어서의 몰드와 기판의 상대적인 위치 어긋남이 커짐으로써, 몰드와 기판의 위치 정렬(얼라인먼트)에 요하는 몰드나 기판의 이동량이 커지기 때문에, 얼라인먼트 시간에 영향을 주어 버린다. 또한, 몰드와 기판의 사이에는, 임프린트재에 의한 스프링 특성이 작용하기 때문에, 얼라인먼트에서 필요해지는 몰드나 기판의 이동량에 비례한 힘이 몰드에 가해져, 몰드에 변형(왜곡)을 발생시켜 버린다.
본 발명은 몰드의 위치 어긋남을 억제하는 데 유리한 임프린트 장치를 제공한다.
본 발명의 일측면으로서의 임프린트 장치는, 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 행하는 임프린트 장치이며, 상기 몰드를 보유 지지하는 보유 지지부와, 상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 측면에 힘을 부여하는 액추에이터와, 상기 액추에이터로부터 상기 몰드의 측면에 부여되는 힘을 계측하는 제1 계측부와, 상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 위치를 계측하는 제2 계측부와, 상기 액추에이터가 상기 몰드의 측면에 부여해야 할 힘에 대응하는 힘 목표값과, 상기 제1 계측부의 출력에 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하는 제어부와, 상기 보유 지지부에 있어서 상기 몰드가 위치해야 할 위치에 대응하는 위치 목표값과 상기 제2 계측부의 출력의 차분을 힘의 조작량으로 변환하여 상기 제어부에 입력하는 입력부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 입력부로부터 입력되는 조작량에도 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가적인 목적 또는 기타의 측면은, 이하, 첨부 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 형태에 의해 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명의 일측면으로서의 임프린트 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 임프린트 장치의 몰드, 액추에이터, 제1 계측부 및 제2 계측부를 Z축 방향에서 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 임프린트 장치의 몰드 형상의 보정에 관한 제어계를 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 임프린트 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (f)는, 물품의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타내며, 이에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일측면으로서의 임프린트 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 임프린트 장치(100)는 반도체 디바이스의 제조 공정에 사용되며, 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 행하는 리소그래피 장치이다. 본 실시 형태에서는, 임프린트 장치(100)는 기판 상에 공급된 임프린트재와 몰드를 접촉시키고, 임프린트재에 경화용 에너지를 부여함으로써, 몰드의 요철 패턴이 전사된 경화물의 패턴을 형성한다.
임프린트재에는, 경화용 에너지가 부여됨으로써 경화되는 경화성 조성물(미경화 상태의 수지라고 부르는 경우도 있음)이 사용된다. 경화용 에너지로서는, 전자파, 열 등이 사용된다. 전자파로서는, 예를 들어 그 파장이 10㎚ 이상 1㎜ 이하의 범위로부터 선택되는, 적외선, 가시광선, 자외선 등의 광을 사용한다.
경화성 조성물은, 광의 조사에 의해, 혹은, 가열에 의해 경화되는 조성물이다. 광의 조사에 의해 경화되는 광경화성 조성물은, 중합성 화합물과 광중합 개시제를 적어도 함유하고, 필요에 따라, 비중합성 화합물 또는 용제를 함유해도 된다. 비중합성 화합물은, 증감제, 수소공여체, 내첨형 이형제, 계면 활성제, 산화 방지제, 중합체 성분 등의 군에서 선택되는 적어도 1종이다.
임프린트재는, 스핀 코터나 슬릿 코터에 의해 기판 상에 막 형상으로 부여되어도 된다. 또한, 임프린트재는, 액체 분사 헤드에 의해, 액적 형상, 혹은, 복수의 액적이 연결되어 형성된 섬 형상 또는 막 형상으로 기판 상에 부여되어도 된다. 임프린트재의 점도(25℃에 있어서의 점도)는, 예를 들어 1m㎩·s 이상 100m㎩·s 이하이다.
임프린트 장치(100)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 조사부(1)와, 몰드 보유 지지부(4)와, 액추에이터(5)와, 제1 계측부(6)와, 제2 계측부(7)와, 기판 스테이지(9)와, 공급부(10)와, 얼라인먼트 계측부(11)와, 제어부(15)를 갖는다.
조사부(1)는 몰드(2)를 개재하여, 기판 상의 임프린트재에 대하여 자외선을 조사한다. 조사부(1)는, 예를 들어 광원과, 광원으로부터의 자외선을 임프린트 처리에 적합한 상태로 조정하기 위한 복수의 광학 소자를 포함한다.
몰드(2)는 직사각형의 외형을 갖고, 기판(8)에 대향하는 면에, 기판 상의 임프린트재에 전사하는 패턴이 3차원 형상으로 형성된 형이다. 몰드(2)의 패턴의 표면은, 기판 상의 임프린트재(기판(8))와의 밀착성을 유지하기 위해, 고평면도로 가공되어 있다. 몰드(2)는 석영 등의 자외선을 투과시키는 재료로 구성되어 있다.
몰드 보유 지지부(4)는 흡착력이나 정전기의 힘에 의해 몰드(2)를 끌어당기는 척 등을 포함하고, 몰드(2)를 보유 지지한다. 몰드 보유 지지부(4)는 몰드 구동부에 의해 구동된다. 몰드 구동부는, 기판 상의 임프린트재와 몰드(2)를 접촉시키기 위해, 또는, 기판 상의 임프린트재로부터 몰드(2)를 분리하기 위해, 몰드 보유 지지부(4)를 Z축 방향으로 구동한다.
액추에이터(5)(몰드 변형 기구)는 몰드 보유 지지부(4)에 보유 지지된 몰드(2)의 측면에 힘(압축력)을 부여하고, 몰드(2)의 패턴을 변형시킨다. 제1 계측부(6)는, 로드셀이나 변형 게이지 등의 힘 센서를 포함하고, 액추에이터(5)로부터 몰드(2)의 측면에 부여되는 힘을 계측한다. 제2 계측부(7)는 변위 센서를 포함하고, 몰드 보유 지지부(4)에 보유 지지된 몰드(2)의 측면의 위치(측면의 변위)를 계측한다.
공급부(10)(디스펜서)는 기판 상에 임프린트재를 공급(도포)한다. 임프린트재는, 본 실시 형태에서는, 자외선의 조사에 의해 경화되는 성질(광경화성)을 갖는다. 또한, 임프린트재는, 제조하는 반도체 디바이스의 종류에 따라 적절히 선택된다. 기판 스테이지(9)는 기판(8)을 진공 흡착에 의해 보유 지지하고, XY 평면 내를 자유롭게 이동 가능한 스테이지이다.
얼라인먼트 계측부(11)는 기판 상의 임프린트재를 경화시키지 않는 파장의 광을 발하는 He-Ne 레이저 등의 계측 광원(12)과, CCD 이미지 센서 등의 검출기(13)를 포함한다. 얼라인먼트 계측부(11)는 몰드(2)의 패턴과, 기판(8)에 형성된 패턴(하지)을 중첩할 때 사용된다. 얼라인먼트 계측부(11)는 몰드(2) 및 기판(8) 각각에 형성된 얼라인먼트 마크에 계측 광원(12)으로부터의 광을 조사하고, 이들 마크로부터의 광에 의해 형성되는 간섭 패턴을 검출기(13)로 검출함으로써, 서로의 마크의 상대 위치를 계측한다.
제어부(15)는 CPU나 메모리 등을 포함하고, 임프린트 장치(100)의 전체(동작)를 제어한다. 제어부(15)는 임프린트 장치(100)의 각 부를 통괄적으로 제어하여 임프린트 처리를 행한다. 또한, 제어부(15)는 몰드(2)와 기판(8)의 위치 정렬(얼라인먼트)에 관한 처리를 제어한다. 예를 들어, 얼라인먼트 계측부(11)의 계측 결과(얼라인먼트 마크의 상대 위치)로부터 몰드(2)와 기판(8)의 X축 방향, Y축 방향 및 회전 방향 각각에 관한 위치 어긋남을 구하고, 기판 스테이지(9)를 이동시킴으로써 몰드(2)와 기판(8)의 위치 어긋남을 보정한다. 또한, 몰드(2)와 기판(8)의 사이에 있어서의 배율, 스큐, 사다리꼴, 궁 형상, 실패 등의 형상 오차는, 액추에이터(5)에 의해 몰드(2)의 패턴을 변형시켜서 목표 형상으로 함으로써 보정한다. 액추에이터(5)에 의한 몰드(2) 형상의 보정에 관한 제어로서는, 오픈 제어와 피드백 제어를 생각할 수 있다. 오픈 제어는, 예를 들어 임프린트 처리에 의해 기판(8)에 형성된 패턴을 SEM 등의 계측 장치로 계측한 결과로부터 얻어지는 형상 보정량에 기초하여, 몰드(2)를 기판 상의 임프린트재에 접촉시키기 전에 변형시키는 제어이다. 피드백 제어는, 얼라인먼트 계측부(11)의 계측 결과에 기초하여, 몰드(2)를 실시간으로 변형시키는 제어이다.
도 2는 몰드(2), 액추에이터(5), 제1 계측부(6) 및 제2 계측부(7)를 Z축 방향에서 도시하는 개략도이며, 몰드(2)에 대한 액추에이터(5), 제1 계측부(6) 및 제2 계측부(7)의 배치의 일례를 도시하고 있다. 몰드(2)의 중앙에는, 기판 상의 임프린트재에 전사하는 패턴(20)이 형성되어 있다. 또한, 패턴(20)에는, 기판(8)에 형성된 얼라인먼트 마크와의 상대 위치를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크(21)가 포함되어 있다.
도 2를 참조하건대, 몰드(2)를 둘러싸도록, 즉, 몰드(2)의 4개의 측면(2a, 2b, 2c 및 2d)의 각각에 대향하도록, 복수의 액추에이터(5)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 몰드(2)의 하나의 측면(측면(2a 내지 2d) 각각)에 대하여 4개의 액추에이터(5)가 배치되어 있다. 액추에이터(5) 각각은, 몰드(2)를 보유 지지하는 몰드 보유 지지부(4)에 지지되어 있다. 액추에이터(5)에는, 일반적으로, 발열량이 작고, 응답성이 우수한 피에조 액추에이터가 사용된다. 또한, 액추에이터(5) 각각에는, 액추에이터(5)로부터 몰드(2)의 측면에 부여되는 힘을 계측하는 제1 계측부(6)가 배치되어 있다.
몰드(2)의 측면의 위치를 계측하는 제2 계측부(7)는 몰드 보유 지지부(4)에 지지되어 있다. 몰드(2)의 4개의 측면(2a 내지 2d) 중 서로 직교하는 2개의 측면에 대하여, 적어도 3개 이상의 제2 계측부(7)가 배치되어 있다. 환언하면, 제2 계측부(7)는 몰드(2)의 측면(제1 측면)에 있어서의 2개소의 위치 및 이러한 측면에 직교하는 측면(제2 측면)에 있어서의 1개소의 위치를 계측하기 위한 적어도 3개의 계측 축을 포함한다. 이에 의해, 제2 계측부(7)는 몰드(2)의 X축 방향의 위치 어긋남 X, 몰드(2)의 Y축 방향의 위치 어긋남 Y, 몰드(2)의 회전 방향의 위치 어긋남 Qz를 계측할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 몰드(2)의 Y축 방향을 따른 측면(2b)에 대하여 2개의 제2 계측부(7a 및 7b)가 배치되고, 몰드(2)의 X축 방향을 따른 측면(2a)에 대하여 하나의 제2 계측부(7c)가 배치되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 몰드(2)의 측면(2b)에 대하여 하나의 제2 계측부(7)를 배치하고, 몰드(2)의 측면(2a)에 대하여 2개의 제2 계측부(7)를 배치해도 되고, 몰드(2)의 측면(2a 및 2a) 각각에 대하여 2개의 제2 계측부(7)를 배치해도 된다.
도 3은 제어부(15)에 있어서, 몰드(2) 형상의 보정에 관한 제어계를 도시하는 블록도이다. 이러한 제어계는, 힘 제어를 행하기 위한 힘 제어 루프(마이너 루프)와, 위치 제어를 행하기 위한 위치 제어 루프(메이저 루프)로 구성되어 있다.
후술하는 바와 같이, 힘 제어 루프는, 액추에이터(5)가 몰드(2)의 측면에 부여해야 할 힘에 대응하는 힘 목표값과, 제1 계측부(6)의 출력에 기초하여, 액추에이터(5)에 입력하는 조작량을 제어한다(제어부로서 기능함). 또한, 위치 제어 루프는, 몰드 보유 지지부(4)에 있어서 몰드(2)가 위치해야 할 위치에 대응하는 위치 목표값과 제2 계측부(7)의 출력의 차를 힘의 조작량으로 변환하여 힘 제어 루프에 입력한다(입력부로서 기능함). 그리고, 힘 제어 루프는, 위치 제어 루프로부터 입력되는 조작량에도 기초하여, 액추에이터(5)에 입력하는 조작량을 제어한다.
먼저, 힘 제어 루프에 대하여 설명한다. 힘 제어 루프는, 액추에이터(5) 각각(본 실시 형태에서는, 16축)에 대하여 독립적으로 구성된다. 몰드(2)를 원하는 형상으로 하기 위한 형상 목표값은, 배율, 스큐, 사다리꼴, 실패 등의 형상 성분마다의 보정량(변형량)으로서 힘 목표값 생성부(301)에 입력된다. 형상 목표값은, 예를 들어 임프린트 처리에 의해 기판(8)에 형성된 패턴을 SEM 등의 계측 장치로 계측한 결과로부터 얻어진 형상 오차를 보정하기 위한 보정량이어도 된다. 또한, 형상 목표값은, 얼라인먼트 계측부(11)에 의해 계측된 몰드(2)와 기판(8)의 상대 오차를 보정하기 위한 보정량이어도 된다. 또한, 형상 목표값은, 형상 오차와 상대 오차의 양쪽을 합한 보정량이어도 된다.
힘 목표값 생성부(301)는 입력된 형상 목표값에 기초하여, 액추에이터(5) 각각이 몰드(2)의 측면에 부여해야 할 힘에 대응하는 힘 목표값을 생성한다. 힘 목표값은, 힘의 단위계이며, 이하의 식 (1)에 따라, 액추에이터(5) 각각(본 실시 형태에서는 16축)에 대하여 생성된다.
Figure 112017092119048-pat00001
식 (1)에 있어서, 행렬 [r]은, 배율, 스큐, 사다리꼴, 실패 등으로 분해된 n개의 변형 성분의 요소로 이루어지는 행렬이다. 행렬 [f]은, 액추에이터(5)의 피드백 제어계에 대한 힘 목표값(압축력)의 요소이며, 액추에이터(5)의 수에 대응하는 m개의 요소로 이루어지는 행렬이다. 행렬 [A]는, 변형 성분 [r]로부터 힘 목표값 [f]를 정하기 위한 m×n개의 요소로 이루어지는 행렬이며, 몰드(2)의 형상, 영률 및 포와송비나 몰드 보유 지지부(4)가 몰드(2)를 보유 지지하는 것에 의한 마찰력 등에 의해 결정되는 파라미터이다. 행렬 [A]는, 시뮬레이션에 의해 미리 구해져 있다. 구체적으로는, 몰드(2)의 측면에 힘 목표값 [f]에 대응하는 힘을 부여했을 때의 몰드(2)의 패턴(20)의 변형량을 유한 요소법(FEA) 등의 기지의 수법으로 구하여, 각 변형 성분 [r]을 산출한다. 이 처리를, 힘 목표값 [f]를 바꾸면서 행하고, 힘 목표값 [f](행렬의 요소)와, 그 변형 성분 [r](행렬의 요소)로부터, 최소 제곱법 등을 사용하여 행렬 [A]를 결정한다. 또한, 식 (1)은 1차의 연립 방정식에 상당하지만, 몰드(2) 형상의 보정을 고정밀도로 행하기 위해, 식 (1)을 발전시켜서 차수를 증가시켜도 된다.
힘 목표값 생성부(301)에 의해 생성된 힘 목표값은, 제1 계측부(6)의 출력(액추에이터(5)로부터 몰드(2)의 측면에 부여되는 힘)과의 차(편차)로서, 보상기(302)에 입력된다. 보상기(302)는 일반적인 피드백 제어에서 사용되는 PID 제어기나 필터(저역 통과 필터, 노치 필터) 등을 포함한다. 보상기(302)로부터 출력된 조작량은, 전류 증폭기 등의 드라이버(303)를 개재하여 증폭되고, 액추에이터(5)에 입력된다. 액추에이터(5)는 보상기(302)로부터의 조작량에 따른 힘(몰드(2)를 변형시키기 위한 힘)을 몰드(2)의 측면에 부여한다. 액추에이터(5)로부터 몰드(2)의 측면에 부여된 힘은, 제1 계측부(6)에 의해 계측되고, 상술한 바와 같이, 보상기(302)에 입력하는 편차를 구하기 위해 사용된다.
이어서, 위치 제어 루프에 대하여 설명한다. 제2 계측부(7)는 몰드(2)의 측면의 X축 방향의 위치 X1 및 X2, 및 몰드(2)의 측면의 Y축 방향의 위치 Y를 계측하고, 그것들을 좌표 변환부(305)에 출력한다. 좌표 변환부(305)는 제2 계측부(7)의 출력(위치 X1 및 X2, 위치 Y)을, 몰드(2)의 X축 방향의 위치 어긋남 X, 몰드(2)의 Y축 방향의 위치 어긋남 Y, 몰드(2)의 회전 방향의 위치 어긋남 Qz로 변환한다. 예를 들어, 몰드(2)의 X축 방향의 위치 어긋남 X는, 제2 계측부(7)에 의해 계측된 위치 X1 및 X2의 평균값으로 하고, 몰드(2)의 Y축 방향의 위치 어긋남 Y는, 제2 계측부(7)에 의해 계측된 위치 Y로 한다. 또한, 몰드(2)의 회전 방향의 위치 어긋남 Qz는, 위치 X1과 위치 X2의 차분을, 이것들을 계측한 제2 계측부(7)의 설치 피치(Y축 방향의 거리)로 제산함으로써 구한다.
한편, 몰드(2)의 패턴(20)의 형상이 목표 형상이 되도록, 액추에이터(5)에 의해 몰드(2)를 변형시키면, 그 변형 성분의 변위가 위치 오차로서 제2 계측부(7)의 출력에 포함되어 버린다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 액추에이터(5)가 몰드(2)의 측면에 힘 목표값에 대응하는 힘을 부여하고 있는 상태에 있어서의 몰드(2)의 측면의 위치를, 위치 어긋남 X, Y 및 Qz의 단위계로서, 메모리 등의 기억부(306)에 기억시키고 있다. 예를 들어, 도 3에 도시하는 제어계에 있어서, 액추에이터(5)에 의해 몰드(2)를 변형시킨 상태에 있어서의 몰드(2)의 측면의 위치(변위)를 연산하는 연산부를 마련하고, 연산부에서 연산된 몰드(2)의 측면의 위치를 위치 목표값으로서 기억부(306)에 기억시킨다. 또한, 액추에이터(5)에 의해 몰드(2)를 변형시킨 상태에 있어서 제2 계측부(7)로 계측된 몰드(2)의 측면의 위치를 위치 목표값으로서 기억부(306)에 기억시켜도 된다. 위치 목표값은, 몰드 보유 지지부(4)에 있어서 몰드(2)가 위치해야 할 위치에 대응하고 있다.
좌표 변환부(305)로부터 출력된 위치 어긋남 X, Y 및 Qz는, 위치 목표값과의 차(위치 편차)로서, 보상기(307)에 입력된다. 이러한 위치 편차는, 몰드 보유 지지부(4)에 있어서 몰드(2)가 위치해야 할 위치에 대응하는 위치 목표값과 제2 계측부(7)의 출력의 차분에 상당한다. 보상기(307)는 보상기(302)와 마찬가지로, PID 제어기나 필터(저역 통과 필터, 노치 필터) 등을 포함한다.
보상기(307)로부터 출력된 위치 조작량은, 힘 변환부(308)에 입력된다. 힘 변환부(308)는 보상기(307)로부터의 위치 조작량을 힘의 조작량으로 변환하고, 힘의 단위계인 힘 보정량으로서, 힘 제어 루프에 입력한다. 힘 변환부(308)는 각 힘 제어 루프에 있어서의 힘 목표값 또는 제1 계측부(6)의 출력에 가산되도록, 힘 보정량을 힘 제어 루프에 입력(분배)한다.
몰드(2) 위치의 보정은, 중첩의 원리가 성립되기 때문에, 이하의 식 (2)로 힘 보정량의 분배를 나타낼 수 있다. 식 (2)에 있어서, 행렬 [B]는, m×3개의 요소로 이루어지는 행렬이다. m은, 힘 제어 루프의 수(액추에이터(5)의 수)에 대응한다. 행렬 [cf]는, 힘 제어 루프에 입력하는 힘 보정량이며, m개의 요소로 이루어진다.
Figure 112017092119048-pat00002
본 실시 형태에서는, 힘 변환부(308)로부터의 힘 보정량을, 각 힘 제어 루프에 있어서의 힘 목표값 또는 제1 계측부(6)의 출력에 가산함으로써, 위치 제어 루프를 메이저 루프로 하고, 힘 제어 루프를 마이너 루프로 하고 있다. 단, 위치 제어 루프의 힘 보정량을, 힘 제어 루프에 있어서의 보상기(302)로부터의 조작량에 가산하는 루프를 구성함으로써, 힘 제어 루프를 메이저 루프로 하고, 위치 제어 루프를 마이너 루프로 해도 된다.
도 4를 참조하여, 임프린트 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 임프린트 장치(100)에 있어서는, 힘 제어 루프와 위치 제어 루프를, 항상 유효하게 해도 되고, 위치 제어 루프를 필요에 따라서 유효하게 해도 된다. 이하에서는, 위치 제어 루프를 필요에 따라서 유효로 하는 경우에 대하여 설명한다.
S401에서는, 몰드(2)의 변형량의 초기화를 행한다. 구체적으로는, 임프린트 장치(100)에 반입된 몰드(2)를 몰드 보유 지지부(4)로 보유 지지시키고, 이러한 몰드(2)의 측면에, 액추에이터(5)로부터 초기값에 대응하는 힘을 부여한다. 이때, 힘 제어 루프를 유효로 하여 몰드(2)를 변형시키고, 위치 제어 루프는 무효로 해 둔다.
S402에서는, 몰드(2)의 패턴(20)의 형상이 목표 형상이 되도록, 액추에이터(5)로부터 몰드(2)의 측면에 힘을 부여하여 몰드(2)를 변형시킨다.
S403에서는, 위치 제어 루프를 유효로 한다. 구체적으로는, 액추에이터(5)가 몰드(2)의 측면에 힘을 부여하고 있는 상태(S403)에 있어서, 몰드(2)의 위치를 제2 계측부(7)에 의해 계측한다. 그리고, 제2 계측부(7)의 계측 결과로부터 몰드(2)의 위치 어긋남 X, Y 및 Qz를 구하고, 위치 목표값으로서 기억부(306)에 기억한다. 이에 의해, 외란 등에 의해 발생하는 몰드(2)의 위치 어긋남(변위)은 위치 목표값을 기준으로 하는 위치 어긋남으로서 계측되고, 그 위치 어긋남이 보정된다.
S404에서는, 압인 처리를 행한다. 구체적으로는, 몰드(2)와 기판(8)을 상대적으로 접근시키고, 몰드(2)와 기판 상에 공급된 임프린트재를 접촉시킨다. 그리고, 기판 스테이지(9)를 이동시켜, 몰드(2)와 기판(8)의 얼라인먼트를 행한다. S405에서는, 경화 처리를 행한다. 구체적으로는, 몰드(2)와 기판 상의 임프린트재가 접촉된 상태에 있어서, 조사부(1)로부터 자외선을 조사하여 기판 상의 임프린트재를 경화시킨다. S406에서는, 이형 처리를 행한다. 구체적으로는, 몰드(2)와 기판(8)을 상대적으로 이격하여, 기판 상의 경화된 임프린트재로부터 몰드(2)를 분리한다.
S404부터 S406에서는, 몰드(2)가 기판 상의 임프린트재와 접촉되어 있는 상태가 되기 때문에, 압인 처리나 이형 처리에서 발생하는 힘이나 얼라인먼트에 있어서 기판 스테이지(9)를 이동시킴으로써 발생하는 힘이 몰드(2)에 대한 외란이 된다. 단, 본 실시 형태에서는, 위치 제어 루프를 유효로 함으로써 이러한 외란에 의한 몰드(2)의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
S407에서는, 기판(8)의 모든 샷 영역에 임프린트 처리가 행해졌는지 판정한다. 기판(8)의 모든 샷 영역에 임프린트 처리가 행해진 경우에는, 임프린트 장치(100)의 동작을 종료한다. 한편, 기판(8)의 모든 샷 영역에 임프린트 처리가 행해지지 않았을 경우에는, S408로 이행한다. S408에서는, 위치 제어 루프를 무효로 하고, 다음 샷 영역에 임프린트 처리를 행하기 위해, S402로 이행한다.
도 4에 있어서, S403에서 위치 제어 루프를 유효로 하지 않고, 힘 제어 루프만으로 S404, S405 및 S406을 행해도 된다. 단, S403의 타이밍에는, 액추에이터(5)가 몰드(2)의 측면에 힘을 부여하고 있는 상태에 있어서 몰드(2)의 위치를 계측하여 몰드(2)의 위치 어긋남 X, Y 및 Qz를 구하고, 위치 목표값으로서 기억부(306)에 기억한다. 환언하면, 기판(8)의 하나의 샷 영역에 대한 임프린트 처리가 종료될 때마다, 액추에이터(5)가 몰드(2)의 측면에 힘을 부여하고 있는 상태에 있어서 제2 계측부(7)에서 계측된 몰드(2)의 위치를 위치 목표값으로서 기억한다. 이 경우, S404, S405 및 S406에서 발생한 몰드(2)의 위치 어긋남을 보정할 수는 없지만, S403에서 위치 목표값을 기억하고 있기 때문에, S407의 타이밍에 위치 제어 루프를 유효로 함으로써 몰드(2)를 원래의 위치로 복귀시킬 수 있다. 그 후, 위치 제어 루프를 무효로 하고, 기판(8)의 각 샷 영역에 대한 임프린트 처리를 반복한다.
예를 들어, 몰드 보유 지지부(4)에 대한 몰드(2)의 위치 어긋남은, 임프린트 처리를 반복함으로써, 일방향으로 발생하는 경향이 있음이 확인되었다. 몰드(2)의 위치 어긋남이 발생하는 방향을 미리 알고 있으면, 기판 스테이지(9)의 초기 위치(다이빙 위치)를 보정해 둠으로써, 얼라인먼트에 있어서의 위치 오차를 경감할 수 있다. 단, 몰드(2)와 몰드 보유 지지부(4)의 위치 오차는, 임프린트 처리를 반복해서 행할 때마다 적산되어, 몰드(2)와 몰드 보유 지지부(4) 사이의 마찰력에 의해, 몰드(2)에 의도하지 않은 변형(왜곡)을 발생시켜 버린다. 이러한 몰드(2)의 왜곡은 중첩 정밀도를 저하시키는 요인이 된다. 본 실시 형태에서는, 하나의 샷 영역에 임프린트 처리를 행할 때마다 몰드(2)의 위치 어긋남을 보정할 수 있기 때문에, 상술한 바와 같은 몰드(2)의 의도하지 않은 변형을 저감시킬 수 있다.
임프린트 장치(100)를 사용하여 형성한 경화물의 패턴은, 각종 물품의 적어도 일부에 항구적으로, 혹은, 각종 물품을 제조할 때 일시적으로 사용된다. 물품이란, 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 혹은, 형 등이다. 전기 회로 소자로서는, DRAM, SRAM, 플래시 메모리, MRAM 등의 휘발성 또는 불휘발성의 반도체 메모리나, LSI, CCD, 이미지 센서, FPGA 등의 반도체 소자 등을 들 수 있다. 형으로서는, 임프린트용 몰드 등을 들 수 있다.
경화물의 패턴은, 상술한 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서, 그대로 사용되거나, 혹은, 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판의 가공 공정에 있어서 에칭 또는 이온 주입 등이 행해진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.
이어서, 물품의 구체적인 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 절연체 등의 피가공재가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(8)을 준비하고, 계속해서, 잉크젯법 등에 의해, 피가공재의 표면에 임프린트재를 부여한다. 여기에서는, 복수의 액적 형상이 된 임프린트재가 기판 상에 부여된 모습을 나타내고 있다.
도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 임프린트용 몰드(2)를, 그 요철 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재를 향하여 대향시킨다. 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 임프린트재가 부여된 기판(8)과 몰드(2)를 접촉시켜, 압력을 가한다. 임프린트재는, 몰드(2)와 피가공재의 간극에 충전된다. 이 상태에서 경화용 에너지로서 광을, 몰드(2)를 통해 조사하면, 임프린트재는 경화된다.
도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 임프린트재를 경화시킨 후, 몰드(2)와 기판(8)을 분리하면, 기판 상에 임프린트재의 경화물 패턴이 형성된다. 이 경화물의 패턴은, 몰드(2)의 오목부가 경화물의 볼록부에, 몰드(2)의 볼록부가 경화물의 오목부에 대응한 형상으로 되어 있고, 즉, 임프린트재에 몰드 M의 요철 패턴이 전사되게 된다.
도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴을 내(耐) 에칭마스크로 해서 에칭을 행하면, 피가공재의 표면 중, 경화물이 없거나, 혹은, 얇게 잔존한 부분이 제거되어, 홈이 된다. 도 5의 (f)에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재의 표면에 홈이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거했지만, 가공 후에도 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연용의 막, 즉, 물품의 구성 부재로서 이용해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지 않는 것은 물론이고, 그 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 장치이며,
    상기 몰드를 보유 지지하는 보유 지지부와,
    상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 측면에 힘을 부여하는 액추에이터와,
    상기 액추에이터로부터 상기 몰드의 측면에 부여되는 힘을 계측하는 제1 계측부와,
    상기 보유 지지부에 보유 지지된 상기 몰드의 위치를 계측하는 제2 계측부와,
    상기 액추에이터가 상기 몰드의 측면에 부여해야 할 힘에 대응하는 힘 목표값과, 상기 제1 계측부의 출력에 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하는 제어부와,
    상기 보유 지지부에 있어서 상기 몰드가 위치해야 할 위치에 대응하는 위치 목표값과 상기 제2 계측부의 출력의 차분을 힘의 조작량으로 변환하여 상기 제어부에 입력하는 입력부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 입력부로부터 입력되는 조작량에도 기초하여, 상기 액추에이터에 입력하는 조작량을 제어하고,
    상기 위치 목표값은, 상기 액추에이터가 상기 몰드의 측면에 상기 힘 목표값에 대응하는 힘을 부여하고 있는 상태에서의 상기 몰드의 위치에 대응하고 있는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는, 상기 위치 목표값을 기억하는 기억부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력부는, 상기 상태에 있어서의 상기 몰드의 위치를 연산하는 연산부를 포함하고,
    상기 기억부는, 상기 연산부에서 연산된 상기 몰드의 측면의 위치를 상기 위치 목표값으로서 기억하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 상태에 있어서 상기 제2 계측부에서 계측된 상기 몰드의 위치를 상기 위치 목표값으로서 기억하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 상에는, 복수의 샷 영역이 형성되고,
    상기 기억부는, 상기 기판의 하나의 샷 영역에 대하여 상기 임프린트재의 패턴을 형성할 때마다, 상기 상태에 있어서 상기 제2 계측부에서 계측된 상기 몰드의 위치를 상기 위치 목표값으로서 기억하는, 임프린트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 계측부는, 상기 몰드의 제1 측면에 있어서의 2개소의 위치 및 상기 몰드의 상기 제1 측면에 직교하는 제2 측면에 있어서의 1개소의 위치를 계측하기 위한 적어도 3개의 계측 축을 포함하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
  7. 제1항의 임프린트 장치를 사용하여 패턴을 기판에 형성하는 공정과,
    상기 공정에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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