KR20160007378A - 임프린트 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

임프린트 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 몰드와 기판과의 사이의 위치 어긋남의 신호를 증폭하도록 구성되는 증폭기, 및 증폭된 신호에 기초하여 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬을 행하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하는 임프린트 장치를 제공하며, 제어 유닛은 기판을 몰드에 대해 제 1 방향으로 이동시키는 제1 동작, 및 기판을 몰드에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동시키는 제2 동작을 통해 위치 정렬을 행하고, 제1 동작에서 제어 유닛은 증폭기의 게인을 제1 게인으로 설정하고 증폭기의 게인을 제1 게인으로부터 제2 게인으로 변경한다.

Description

임프린트 장치 및 물품 제조 방법{IMPRINT APPARATUS AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 임프린트 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스, MEMS 등의 미세화의 요구가 증가하고 있으며, 종래의 포토리소그래피 기술 외에, 기판 상의 미경화 수지를 몰드를 사용하여 성형해서 수지 패턴을 기판 상에 형성하는 미세가공 기술이 지금 주목받고 있다. 이러한 기술은 임프린트 기술이라고 불리며, 상기 임프린트 기술에 의해 기판 상에 수 나노미터 수준의 미세한 구조체(패턴)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 광경화법이 임프린트 기술 중 하나이다.
광경화법을 채용하는 임프린트 장치에서는, 먼저, 기판의 샷 영역(임프린트 영역)에 광경화성 수지(자외선 경화 수지)를 공급(도포)하고, 이러한 수지(미경화 수지)를 몰드를 사용하여 성형한다. 그리고, 광(자외선)을 조사해서 수지를 경화시키고, 기판 상의 경화된 수지로부터 몰드를 분리(이형)하며, 이에 의해 수지 패턴이 기판 상에 형성된다.
임프린트 처리가 실시되는 기판은, 디바이스의 제조 공정 동안, 예를 들어 스퍼터링 등의 성막 공정에서 가열 처리를 거치고, 따라서 기판 전체가 확대 또는 축소하고, 그 형상(사이즈)이 평면 내의 2개의 직교하는 축 방향에서 변하는 경우가 있다. 따라서, 임프린트 장치에서는, 기판 상의 수지와 몰드를 접촉시킬 때, 기판에 형성되어 있는 패턴(기판 패턴)의 형상과 몰드에 형성되어 있는 패턴(몰드 패턴)의 형상을 서로 정합시킬 필요가 있다. 임프린트 장치는, 예를 들어 몰드의 측면으로부터 외력을 가하거나 몰드 및 기판에 열을 가하여, 몰드 패턴 및 기판 패턴을 변형시키는 형상 보정 기구(배율 보정 기구)를 포함한다.
이제, 임프린트 장치를, 예를 들어 약 32nm 하프 피치를 갖는 반도체 디바이스의 제조 공정에 적용하는 경우를 생각한다. 이 경우, ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors:반도체를 위한 국제 기술 로드맵)에 의하면, 중첩 정밀도는 6.4nm이다. 따라서, 이것에 대응하기 위해서는, 형상 보정 또한 수 nm 이하의 정밀도로 실시할 필요가 있다.
기판 패턴의 형상과 몰드 패턴의 형상을 서로 정합시켜서 중첩 정밀도를 개선하기 위한 기술이 일본 특허 공개 제2010-080714호에 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제2010-080714호에 개시되어 있는 기술에서는, 몰드를 보유지지하는 몰드 척에 의해 몰드를 변형시켜 기판 패턴과 몰드 패턴을 서로 정합시키고 있다. 또한, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬을 행하기 위한 기술 또한 일본 특허 공개 제2007-137051호에 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제2007-137051호에 개시되어 있는 기술에서는, 몰드가 기판 상의 수지와 접촉하고 있는 상태에서 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬을 행할 때에, 수지에 대한 몰드의 가압력을 저하시킴으로써, 몰드와 기판과의 사이의 위치 관계의 조정을 용이하게 하고 있다.
임프린트 장치에서는, 기판 상에 형성되는 패턴의 미세화가 진행함에 따라서, 후속 공정인 에칭 프로세스를 위해서, 임프린트 처리 시의 수지(잔류 막)의 두께를 얇게 할 필요가 있다. 따라서, 수지의 성형 시에는, 몰드와 기판과의 사이에 몇십 nm 이하의 두께를 갖는 수지가 끼워지게 된다. 이러한 수준을 갖는 미소한 간극에 보유지지된 액체는 구조화하고, 큰 점탄성 특성을 얻게 되는 것이 알려져 있다.
몰드가 기판 상의 수지와 접촉하고 있는 상태(즉, 몰드와 기판과의 사이에 수지가 끼워져있는 상태)에서 위치 정렬을 위해서 몰드와 기판을 상대적으로 이동시키면, 수지의 점탄성에 의해 접촉면에 평행한 방향(전단 방향)으로 몰드와 기판에 힘이 가해진다. 또한, 몰드와 기판과의 사이에 이물 입자가 끼워져 있으면, 이러한 이물 입자에 의해 몰드와 기판이 서로 맞물리고, 몰드와 기판에, 상술한 경우에서와 같이, 접촉면에 평행한 방향의 힘이 가해진다.
이러한 접촉면에 평행한 방향의 힘은, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬 동안 외란력으로서 작용하고, 따라서 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬의 제어성을 저하시켜버린다. 즉, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬 동안, 몰드 및 기판에 접촉면에 평행한 방향의 힘이 발생하면, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬의 정밀도가 저하되고, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬에 걸리는 시간이 더 길어진다.
본 발명은, 몰드와 기판과의 사이의 위치 정렬에 유리한 임프린트 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 장치가 제공되며, 상기 임프린트 장치는, 기판의 표면에 평행한 방향에서의 몰드와 기판의 위치를 검출함으로써, 몰드와 기판 사이의 위치 어긋남의 신호를 출력하도록 구성된 검출 유닛과, 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기, 및 증폭기에 의해 증폭된 신호에 기초하여, 몰드와 기판 사이의 위치 정렬을 행하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고, 몰드가 임프린트재와 접촉한 상태에서 몰드와 기판을 상대적으로 그리고 연속적으로 일 방향으로 이동시키는 경우에 몰드 및 기판 중 하나 이상에 가해지는 상기 방향의 힘은, 상기 이동을 개시할 때의 기판의 위치인 시작점으로부터의 기판의 몰드에 대한 이동량이 임계값을 초과하지 않는 제1 영역에서는 제1 증가율로 증가하고, 이동량이 임계값을 초과하는 제2 영역에서는 제1 증가율보다 작은 제2 증가율로 증가하며, 제어 유닛은, 이동량이 임계값을 초과하도록 기판을 몰드에 대하여 제1 방향으로 이동시키는 제1 동작, 및 기판을 몰드에 대하여 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 임계값을 초과하지 않는 이동량만큼 이동시키는 제2 동작을 통해 위치 정렬을 행하고, 제1 동작에서는, 제어 유닛은, 증폭기의 게인을 제1 영역에서 제1 게인으로 설정하고, 증폭기의 게인을 제2 영역의 적어도 일부에서 제1 게인보다 작은 제2 게인으로 설정한다.
본 발명의 다른 양태는 첨부된 도면과 관련된 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태로서의 임프린트 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 임프린트 장치에서 몰드 및 기판에 발생하는 전단력을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 전단력과 상대 이동량과의 사이의 예시적인 관계를 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 증폭기에 대해 설정되는 게인 및 몰드와 기판과의 사이의 위치 어긋남의 일례를 도시하는 도면이다.
첨부의 도면을 참고하여 이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 도면 전체에서 동일한 도면 부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 박복적인 설명은 주어지지 않는다는 것을 유의하라.
도 1은, 본 발명의 일 양태로서의 임프린트 장치(1)의 구성을 도시하는 개략도이다. 임프린트 장치(1)는, 물품으로서의 반도체 디바이스 등의 디바이스의 제조에 사용되는 리소그래피 장치이다. 임프린트 장치(1)는, 기판 상의 임프린트재(미경화의 수지)를 몰드를 사용하여 성형해서 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 행한다. 본 실시형태에서는, 임프린트 장치(1)는 광경화법을 채용한다. 이하의 설명에서는, 기판 상의 수지에 대하여 자외선을 조사하는 방향에 평행한 방향이 Z축이고, Z축에 수직인 평면 내의 2개의 직교하는 방향이 X축 및 Y축이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 임프린트 장치(1)는, 조사 유닛(2), 몰드 보유지지 유닛(3), 기판 스테이지(4), 수지 공급 유닛(5)(디스펜서), 제어 유닛(6), 형상 보정 유닛(18), 위치 정렬 검출 유닛(22), 증폭기(27), 및 검출 유닛(50)을 포함한다. 또한, 임프린트 장치(1)는, 기판 스테이지(4)를 적재하는 베이스 정반(24), 몰드 보유지지 유닛(3)을 고정하는 브리지 정반(25), 및 베이스 정반(24)에 제공되고 브리지 정반(25)을 지지하기 위한 지주(26)를 포함한다. 또한, 임프린트 장치(1)는, 몰드(7)를 장치 외부로부터 임프린트 장치(1)[몰드 보유지지 유닛(3)]에 반송하는 몰드 반송 기구, 및 기판(11)을 장치 외부로부터 임프린트 장치(1)[기판 스테이지(4)]에 반송하는 기판 반송 기구를 포함한다.
임프린트 처리에서, 조사 유닛(2)은, 몰드(7)를 통해서 기판(11) 상의 수지(14)에 자외선[즉, 수지(14)를 경화시키기 위한 광](8)을 조사한다. 조사 유닛(2)은, 광원(9), 및 광원(9)로부터의 자외선(8)을 임프린트 처리에 적절한 광으로 조정하기 위한 광학 소자(10)를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 광경화법을 채용하고 있기 때문에, 임프린트 장치(1)가 조사 유닛(2)을 포함하고 있다. 그러나, 열경화법을 채용하는 경우에는, 임프린트 장치(1)는 조사 유닛(2) 대신에 수지(열경화성 수지)를 경화시키기 위한 열원을 포함할 것이다.
몰드(7)는 직사각형 외형을 가지며, 기판(11)에 대향하는 면(패턴면)에 3차원적으로 형성된 패턴[회로 패턴 등의 기판(11)에 전사해야 할 요철 패턴](7a)을 포함한다. 몰드(7)는, 자외선(8)을 투과시킬 수 있는 재료, 예를 들어 석영으로 구성된다.
몰드(7)는, 패턴면의 반대 측의 면[자외선(8)이 입사하는 입사면]에, 몰드(7)의 변형을 용이하게 하기 위한 캐비티(오목부)(7b)를 포함한다. 예를 들어, 캐비티(7b)는 원형 평면 형상을 갖는다. 캐비티(7b)의 두께(깊이)는 몰드(7)의 크기 및 재질에 따라서 설정된다.
캐비티(7b)는, 몰드 보유지지 유닛(3)이 제공된 개구(17)와 연통하고, 개구(17)에는, 개구(17)의 일부와 캐비티(7b)로 둘러싸이는 공간(12)을 밀폐 공간으로 만들기 위한 광투과 부재(13)가 배치된다. 공간(12)의 압력은 압력 조정 유닛(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 예를 들어, 몰드(7)를 기판(11) 상의 수지(14)에 가압할 때에, 압력 조정 유닛에 의해, 공간(12)의 압력을 외부 압력보다 더 높게 설정하여, 몰드(7)의 패턴(7a)을 기판(11)에 대하여 볼록 형상으로 휘게 한다. 이에 의해, 몰드(7)는 패턴(7a)의 중심부로부터 기판(11) 상의 수지(14)에 접촉하고, 따라서 패턴(7a)과 수지(14)와의 사이에 기체(공기)가 갇히는 것이 억제되고, 패턴(7a)에 수지(14)를 효율적으로 충전시킬 수 있다.
몰드 보유지지 유닛(3)은, 진공 흡착력 및 정전기력에 의해 몰드(7)를 끌어 당기고 보유지지하는 몰드 척(15), 및 몰드 척(15)을 보유지지하여 몰드(7)[몰드 척(15)]를 이동시키는 몰드 구동 유닛(16)을 포함한다. 몰드 척(15) 및 몰드 구동 유닛(16)은, 조사 유닛(2)으로부터의 자외선(8)이 기판(11) 상의 수지(14)에 조사되도록, 그 중심부(내측)에 개구(17)를 포함한다.
형상 보정 유닛(18)은, 몰드 척(15)에 배치되고, 몰드 척(15)에 보유지지된 몰드(7)의 측면에 힘(위치 어긋남)을 가하여 몰드(7)의 패턴(7a)의 형상을 보정한다[즉, 패턴(7a)을 변형시킨다]. 형상 보정 유닛(18)은, 예를 들어 전압이 가해지면 체적 변화에 의해 확대 및 축소하는 압전 소자를 포함하고, 몰드(7)의 각 측면의 복수 개소에 압력을 가하도록 구성된다. 형상 보정 유닛(18)은, 몰드(7)의 패턴(7a)을 변형시킴으로써, 기판(11)에 형성되어 있는 패턴[기판(11)의 샷 영역]의 형상에 대하여 몰드(7)의 패턴(7a)의 형상을 정합시킨다.
그러나, 형상 보정 유닛(18)을 사용하여 기판(11)에 형성되어 있는 패턴의 형상에 대하여 몰드(7)의 패턴(7a)의 형상을 정합시키는 것이 곤란할 경우도 생각된다. 이러한 경우에는, 기판(11)에 형성되어 있는 패턴도 변형시켜서, 몰드(7)의 패턴(7a)의 형상과 기판(11)에 형성되어 있는 패턴의 형상을 서로 근접(형상 차이를 저감)시켜도 된다. 기판(11)에 형성되어 있는 패턴을 변형시키기 위해서는, 예를 들어 기판(11)을 가열해서 열변형시키면 된다.
몰드 구동 유닛(16)은, 기판(11) 상의 수지(14)에의 몰드(7)의 가압(압인), 또는 기판(11) 상의 수지(14)로부터의 몰드(7)의 분리(이형)를 선택적으로 행하도록, 몰드(7)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 몰드 구동 유닛(16)에 적용가능한 액추에이터의 예는 리니어 모터 및 에어 실린더를 포함한다. 몰드 구동 유닛(16)은, 몰드(7)를 정밀하게 위치결정하기 위해서, 조동 구동계 및 미동 구동계 등의 복수의 구동계로 구성되어도 된다. 또한, 몰드 구동 유닛(16)은, Z축 방향뿐만 아니라, X축 방향 및 Y축 방향으로 몰드(7)를 이동시킬 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 몰드 구동 유닛(16)은, 몰드(7)의 θ(Z축 둘레의 회전) 방향의 위치 및 몰드(7)의 기울기를 조정하기 위한 틸트 기능을 갖도록 구성되어 있어도 된다.
임프린트 장치(1)에서의 몰드(7)의 압인 및 이형은, 본 실시형태와 같이, 몰드(7)를 Z축 방향으로 이동시킴으로서 실현해도 되지만, 몰드(7)의 압인 및 이형은 기판(11)[기판 스테이지(4)]을 Z축 방향으로 이동시킴으로써 실현해도 된다. 또한, 몰드(7) 및 기판(11)의 양쪽을 상대적으로 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 몰드(7)의 압인 및 이형을 실현해도 된다.
기판(11)은, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 또는 SOI(Silicon on Insulator:실리콘 온 인슐레이터) 기판을 포함한다. 기판(11)에는, 몰드(7)의 패턴(7a)으로 성형되는 수지(14)가 공급(도포)된다.
기판 스테이지(4)는 기판(11)을 보유지지하면서 이동할 수 있다. 몰드(7)를 기판(11) 상의 수지(14)에 가압할 때, 기판 스테이지(4)를 이동시킴으로써 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 행한다. 기판 스테이지(4)는, 진공 흡착력 또는 정전기력에 의해 기판(11)을 끌어 당기고 보유지지하는 기판 척(19), 및 기판 척(19)을 기계적으로 보유지지하고 기판 척(19)을 XY 평면 내에서 이동가능하게 하는 기판 구동 유닛(20)을 포함한다. 기판 스테이지(4)에는, 기판 스테이지(4)의 위치결정에 사용되는 기준 마크(21)가 제공된다.
기판 구동 유닛(20)에 적용가능한 액추에이터의 예는 리니어 모터 및 에어 실린더를 포함한다. 기판 구동 유닛(20)은, 기판(11)을 정밀하게 위치결정하기 위해서, 조동 구동계 및 미동 구동계 등의 복수의 구동계로 구성되어 있어도 된다. 기판 구동 유닛(20)은, X축 방향 및 Y축 방향뿐만 아니라, Z축 방향으로 기판(11)을 이동할 수 있게 구성되어 있어도 된다. 또한, 기판 구동 유닛(20)은, 기판(11)의 θ(Z축 둘레의 회전) 방향의 위치 및 기판(11)의 기울기를 조정하기 위한 틸트 기능을 갖도록 구성되어 있어도 된다.
수지 공급 유닛(5)은 기판(11) 상에 미경화의 수지(14)를 공급(도포)한다. 본 실시형태에서는, 수지(14)는 자외선(8)이 조사되는 것에 의해 경화하는 성질을 갖는 자외선 경화성 수지이다. 수지(14)는 반도체 디바이스의 제조 공정 등의 각종 조건에 따라서 선택된다. 또한, 수지 공급 유닛(5)으로부터 공급되는 수지(14)의 양은, 예를 들어 기판(11)에 형성되는 수지(14)의 패턴 두께(즉, 잔류 막 두께), 수지(14)의 패턴 밀도 등에 따라 설정된다.
제어 유닛(6)은, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터로 구성되고, 메모리에 저장된 프로그램에 따라서 전체 임프린트 장치(1)를 제어한다. 제어 유닛(6)은, 임프린트 장치(1)의 각 부의 동작 및 조정 등을 제어함으로써 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 제어한다. 제어 유닛(6)은, 임프린트 장치(1)의 다른 부분과 일체로(즉, 공통 하우징 내에) 구성해도 되고, 임프린트 장치(1)의 다른 부분과 별도로(즉, 다른 하우징 내에) 구성해도 된다.
위치 정렬 검출 유닛(22)은, 몰드(7)에 형성된 위치 정렬 마크와 기판(11)에 형성된 위치 정렬 마크와의 사이의 X 방향 및 Y 방향의 각 방향으로의 위치 어긋남을 검출한다. 즉, 위치 정렬 검출 유닛(22)은, 기판(11)의 표면에 평행한 방향에서의 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남을 검출하고, 이러한 위치 어긋남의 신호를 출력한다.
증폭기(27)는, 제어 유닛(6)에 의해 설정되는 게인에 기초하여, 위치 정렬 검출 유닛(22)으로부터의 출력, 즉 몰드(7)와 기판(11)과의 위치 어긋남의 신호를 증폭한다. 제어 유닛(6)은, 증폭기(27)에 의해 증폭된 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남의 신호에 기초하여, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 위치를 서로 일치시키도록, 기판 스테이지(4)의 위치를 조정한다[즉, 기판 스테이지(4)를 이동시킨다].
검출 유닛(50)은, 몰드(7)가 기판(11) 상의 수지(14)와 접촉하고 있는 상태에서 몰드(7)와 기판(11)을 상대 이동시켰을 때에 수지(14)의 점탄성에 의해 몰드(7) 및 기판(11) 중 적어도 하나에 가해지는 전단력을 검출한다. 전단력이란, 몰드(7)와 수지(14)의 접촉면, 즉 기판(11)의 표면에 평행한 방향(전단 방향)의 힘이다.
이제 임프린트 장치(1)에서의 임프린트 처리에 대해서 설명한다. 먼저, 기판 반송 기구에 의해 반송된 기판(11)을 기판 스테이지(4)[기판 척(19)]에 보유지지(고정)시키고, 기판(11)이 수지 공급 유닛(5) 아래(수지 공급 위치)에 위치하도록 기판 스테이지(4)를 이동시킨다. 그리고, 수지 공급 유닛(5)에 의해, 기판(11)의 소정의 샷 영역(임프린트 영역)에 수지(14)를 공급(도포)한다(도포 단계).
이어서, 수지(14)를 도포한 기판(11)(소정의 샷 영역)이 몰드(7) 밑에 위치하도록 기판 스테이지(4)를 이동시킨다. 그리고, 몰드 구동 유닛(16)에 의해, 몰드(7)를 기판(11)에 가까워지는 방향으로 이동시키고, 몰드(7)를 기판(11) 상의 수지(14)에 가압한다(압인 단계). 이에 의해, 몰드(7)가 기판(11) 상의 수지(14)와 접촉하고, 몰드(7)의 패턴(7a)에 수지(14)가 충전된다.
계속해서, 몰드(7)가 기판(11) 상의 수지(14)와 접촉되어 있는 상태에서, 조사 유닛(2)으로부터의 자외선(8)을, 몰드(7)를 통해서 수지(14)에 조사하고, 기판(11) 상의 수지(14)를 경화시킨다(경화 단계).
이어서, 몰드 구동 유닛(16)에 의해, 몰드(7)를 기판(11)으로부터 이격되는 방향으로 이동시키고, 기판(11) 상의 경화된 수지(14)로부터 몰드(7)를 분리한다(이형 단계). 이에 의해, 기판(11)의 샷 영역에, 몰드(7)의 패턴(7a)에 대응하는 3차원 형상의 수지(14)의 패턴(층)이 형성된다.
이 단계(임프린트 처리)를, 기판 스테이지(4)의 이동에 의해 샷 영역을 변경하면서 반복함으로써, 기판(11)의 전체면, 즉 기판(11)의 모든 샷 영역에 수지(14)의 패턴을 형성할 수 있다.
이제, 임프린트 처리 동안, 압인 단계 후, 즉 몰드(7)가 기판(11) 상의 수지(14)와 접촉하고 있는 상태에서 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 행하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 몰드(7) 및 기판(11) 중 적어도 하나에, 전단력이 가해질 가능성이 있다. 예를 들어, 압인 단계 후, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이에 끼워진 수지(14)의 두께가 소정 값보다 더 얇아지면, 수지(14)는 성분 중의 분자의 구조화에 의해 높은 점탄성을 얻는다. 이러한 두께는 성분의 분자 사이즈 및 분자 구조에 따라 상이하지만, 수지(14)의 구조화는, 일반적으로는, 몇십 nm 이하의 두께에서 발생한다. 예를 들어, 수지 공급 유닛(5)이 기판(11)에 공급된 수지(14)의 양을 제어해도, 몰드(7) 및 기판(11)의 약간의 표면 거칠기에 의해 압인 단계 후의 수지(14)의 두께가 구조화를 일으키는 두께 이하로 되는 경우가 있다.
도 2를 참조하면, 기판 스테이지(4)가 +X 방향으로 이동하는 경우를 생각한다. 이 경우, 구조화된 수지(14)의 탄성 변형에 의해, 기판(11)에 형성되어 있는 패턴(11a)은, 패턴(11a)과 구조화된 수지(14)와의 사이의 접촉면에서, -X 방향으로 전단력을 받는다. 마찬가지로, 몰드(7)의 패턴(7a)은, 패턴(7a)과 구조화된 수지(14)와의 사이의 접촉면에서, +X 방향으로 전단력을 받는다. 따라서, 기판(11) 상의 패턴(샷 영역)(11a) 및 몰드(7)의 패턴(7a)이 변형되고, 따라서 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬의 제어성이 저하된다. 이로 인해, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬 정밀도가 저하되고, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬에 걸리는 시간이 길어진다.
이와 같이, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 위치를 서로 일치시키려고 하면, 수지(14)의 점탄성에 의해 몰드(7) 및 기판(11)에는 전단력이 가해진다. 전단력은, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 따라 이하와 같이 변화한다. 여기에서는, 몰드(7)가 기판 상의 수지(14)와 접촉한 상태에서 몰드(7)와 기판(11)을 상대적으로 그리고 연속적으로 일 방향으로 이동시키는 것으로 한다. 또한, 연속적인 이동을 개시할 때의 기판(11)의 위치를 시작점으로서, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량을 상대 이동량으로 한다.
먼저, 전단력은, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여, 실질적으로 선형적으로 증가하지만, 상대 이동량이 커지면, 수지(14)의 점탄성이 변화하고, 전단력의 증가율이 감소한다. 또한, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동의 방향이 반전되어 반대가 되면, 수지(14)의 점탄성이 다시 증가하고, 전단력은 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여 실질적으로 선형적으로 증가한다.
도 3은, 몰드(7) 및 기판(11)에 가해지는 전단력과, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량과의 사이의 예시적인 관계를 나타내는 도면이다. 도 3은, 기판 스테이지(4)를 구동하고, 몰드(7)에 대하여 기판(11)을 상대적으로 이동시킬 때의 전단력 변화를 나타내고 있다. 기판 스테이지(4)는, 점 A에서 제1 방향으로 이동을 개시하고, 점 B를 통과한 후에, 점 C에서 반전하여 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동하고, 점 D에서 이동을 종료하는 것으로 한다. 점 A로부터 점 B까지는, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여, 전단력은 선형적으로 증가하고 있다. 또한, 점 B로부터 점 C까지는, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여, 전단력은 비선형적으로 증가하고 있다. 점 C로부터 점 D까지는, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여, 전단력은 선형적으로 증가하고 있다. 그러나, 점 C로부터 점 D까지의 이동 방향은, 점 A로부터 점 B까지의 이동 방향과 반대 방향이므로, 점 A로부터 점 B까지의 몰드(7)와 기판(11)의 이동에 대하여 발생한 전단력의 방향과 반대 방향으로 전단력이 발생한다. 도 3에서, 전단력의 변화를 나타내는 선의 기울기는, 수지(14)의 점탄성을 나타내고, 그 기울기가 클수록, 수지(14)의 점탄성이 커진다. 점 A로부터 점 B로 기판 스테이지(4)가 이동할 때의 수지(14)의 점탄성은, 점 C로부터 점 D로 기판 스테이지(4)가 이동할 때의 수지(14)의 점탄성과 동일해진다(즉, 점 A로부터 점 B까지의 선은 점 C로부터 점 D까지의 선과 평행하다). 수지(14)의 점탄성의 특성 중 탄성 특성이 지배적인 이유는, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 행할 때는, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동 속도가 매우 낮고, 수지(14)의 점탄성에 의한 점성 저항이 거의 발생하지 않기 때문이다.
이와 같이, 몰드(7)가 수지(14)와 접촉한 상태에서 몰드(7)와 기판(11)을 상대적으로 그리고 연속적으로 일 방향으로 이동시키면, 몰드(7)와 수지(14)와의 사이에 작용하는 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력은, 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량에 대하여 변화한다. 구체적으로는, 전단력은, 이동을 개시할 때의 기판(11)의 위치를 시작점으로서, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량이 임계값(d1)을 초과하지 않는 제1 영역(점 A로부터 점 B까지의 구간 및 점 C로부터 점 D까지의 구간)에서는, 선형적으로 제1 증가율로 증가한다. 한편, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량이 임계값(d1)을 초과하는 제2 영역(점 B로부터 점 C까지의 구간)에서는, 전단력은 제1 증가율보다 더 낮은 제2 증가율로 증가한다. 이러한 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 변화는, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬에서 부하 조건의 변화를 의미하고, 위치 정렬 정밀도를 저하시키고 위치 정렬에 걸리는 시간의 장기화를 초래한다.
본 실시형태에서는, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬의 제어성을 개선하기 위해서, 제어 유닛(6)은, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 변화에 따라서 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인을 제어하면서 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 행한다.
제어 유닛(6)은, 기판 스테이지(4)를 후방 및 전방으로 이동시키기 위한 제1 동작 및 제2 동작을 통해 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 행한다. 제1 동작은, 이동량이 임계값(d1)을 초과하도록, 몰드(7)에 대하여 기판(11)을 제1 방향으로 연속적으로 이동시키는 동작이다. 제2 동작은, 이동량이 임계값(d1)을 초과하지 않도록, 몰드(7)에 대하여 기판(11)을 제1 방향과 반대 인 제2 방향으로 연속적으로 이동시키는 동작이다.
이러한 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬에서, 제어 유닛(6)은, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 감소하는 구간(점 B로부터 점 C까지의 구간)의 적어도 일부에서 증폭기(27)의 게인을 감소시킨다. 예를 들어, 제어 유닛(6)은, 증폭기(27)의 게인을, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량이 임계값(d1)을 초과하지 않는 제1 영역(점 A로부터 점 B까지의 구간)에서 제1 게인으로 설정한다. 임계값(d1)은, 더미 웨이퍼를 사용한 테스트 임프린트 처리 또는 시뮬레이션으로부터 구할 수 있다는 것을 유의하라. 계속해서, 제어 유닛(6)은, 증폭기(27)의 게인을, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량이 임계값(d1)을 초과하는 제2 영역(점 B로부터 점 C까지의 구간)의 적어도 일부에서 제1 게인보다 작은 제2 게인으로 설정(변경)한다. 이에 의해, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬 동안, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 변화에 추종할 수 없는 것에 의한 몰드(7)에 대한 기판(11)의 과도한 오버슈트를 억제할 수 있다. 또한, 오버슈트의 억제 관점에서는, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 시작점으로부터의 이동량이 임계값(d1)을 초과하는 제2 영역 중 임계값(d1)에 가까운 타이밍에서 증폭기(27)의 게인을 제1 게인으로부터 제2 게인으로 변경하는 것이 바람직하다. 특히, 몰드(7)에 대한 기판(11)의 이동량이 임계값(d1)을 초과하는 타이밍(점 B)에서 증폭기(27)의 게인을 제1 게인으로부터 제2 게인에 변경함으로써, 오버슈트 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제어 유닛(6)은, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 다시 증가하는 구간(점 C로부터 점 D까지의 구간)에서 증폭기(27)의 게인을 다시 증가시킨다. 예를 들어, 제어 유닛(6)은, 기판 스테이지(4)의 이동 방향을 제1 방향으로부터 제2 방향으로 반전 시킬 때, 증폭기(27)의 게인을, 제2 게인보다 큰 제3 게인으로 설정한다. 이에 의해, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가에 대한 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬의 속도의 저하를 억제할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제3 게인을 제1 게인과 동일하게 하고, 제2 게인을 제1 게인으로 되돌리도록 하고 있지만, 제3 게인은 제1 게인과 상이해도 된다는 것을 유의하라.
제어 유닛(6)에 의해 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인은, 더미 웨이퍼를 사용한 테스트 임프린트 처리로부터 구해도 되거나, 전단력과 증폭기(27)에 대해 설정해야 할 게인과의 사이의 관계를 나타내는 정보(테이블, 맵 등)에 기초하여 결정해도 된다. 이러한 정보는, 기판(11)의 샷 영역에 행하여진 임프린트 처리의 결과에 따라서 갱신해도 된다. 몰드(7) 및 기판(11)에 가해지는 전단력은, 상술한 바와 같이, 검출 유닛(50)에 의해 검출될 수 있다는 것을 유의하라. 또한, 몰드(7) 및 기판(11)에 가해지는 전단력의 변화로부터, 수지(14)의 점탄성을 식별하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 몰드(7) 및 기판(11)에 가해지는 전단력의 변화에 따라서 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인을 제어함으로써, 전단력의 변화 영향을 저감시키고 있다. 따라서, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬 정밀도의 저하, 및 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬에 걸리는 시간의 장기화를 억제하고, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬에 유리한 임프린트 장치(1)를 제공할 수 있다.
증폭기(27)의 게인을, 제2 게인으로부터 제3 게인으로 변경하는, 본 실시 형태에서는, 게인을 제2 게인으로부터 제1 게인으로 되돌리는 타이밍은, 몰드(7)에 대하여 기판(11)이 오버슈트하여 기판 스테이지(4)의 이동을 반전시킬 때이다. 이때, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 저하되기 시작하는 몰드(7)와 기판(11)의 상대 이동량, 즉 임계값(d1)과 이동량을 비교한다. 위치 정렬 검출 유닛(22)에 의해 검출된 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남이 작은 경우에, 증폭기(27)의 게인을 증가시킨다.
도 4a는 증폭기(27)에 대해 설정되는 예시적인 게인을 나타내는 도면이다. 도 4a에서는, 종축은 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다. 도 4b는 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 예시적인 위치 어긋남을 나타내는 도면이다. 도 4b에서는, 종축은 몰드(7)와 기판(11)의 위치 어긋남을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다. 도 4a 및 도 4b에서, 실선은 본 실시 형태에서 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인을 나타내고, 점선은 종래 기술에서 증폭기(27)에 대해 설정되는 게인(즉, 게인이 일정한 경우)을 나타내고 있다. 그러나, 도 4a 및 도 4b에 도시된 본 실시형태에서는, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 다시 증가하는 구간(점 C로부터 점 D까지의 구간)에서만 증폭기(27)의 게인이 변화된다. 이는, 몰드(7)에 대하여 기판(11)이 오버슈트하여 기판 스테이지(4)의 이동을 반전시킬 때에 증폭기(27)의 게인을 복귀시키는 것의 의미를 설명하기 위해서이다.
도 4b에서, e1은 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남의 허용값을 나타내고, e3은 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 정렬을 개시할 때의 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남을 나타내고 있다. 여기에서는, d1 <e3로 하고, 시각 t1로부터 시각 t2까지의 기간에서는, 제2 게인(g2)이 설정되어 있는 것으로 한다. 시각 t1로부터 시각 t2까지의 기간에서는, d1<e3이기 때문에, 이동량이 임계값(d1)을 초과하도록 몰드(7)에 대하여 기판(11)이 상대적으로 이동하면, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 저하된다. 이러한 전단력의 변화에 대하여 제어 유닛(6)에 지연이 발생하고, 따라서 통상 몰드(7)에 대하여 기판(11)이 오버슈트한다. e2는 오버슈트에 의한 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남을 나타내며, d1>e2인 것으로 한다. d1>e2이기 때문에, 수지(14)의 점탄성에 기인하는 전단력의 증가율이 저하되지 않는 영역에서, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남은 보정될 필요가 있다. 이때, 증폭기(27)에 대해 제2 게인(g2)이 설정된 채로 유지되어 있으면, 기판 스테이지(4)의 구동력이 작기 때문에, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남을 허용값(e1) 이하로 설정하는데 시간이 걸린다. 따라서, 증폭기(27)의 게인을, 제2 게인(g2)보다 큰 제1 게인(제3 게인)(g1)으로 설정함으로써, 몰드(7)와 기판(11)과의 사이의 위치 어긋남을 허용값(e1) 이하로 설정하기 위한 설정 시간을 단축할 수 있다.
이제 물품으로서의 디바이스(반도체 디바이스, 자기 기억 매체, 액정 표시 소자 등)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 이러한 제조 방법은, 임프린트 장치(1)를 사용해서 패턴을 기판(웨이퍼, 유리 플레이트, 필름 형상 기판 등)에 형성하는 공정을 포함한다. 상기 제조 방법은 패턴이 형성된 기판을 처리하는 공정을 더 포함한다. 이러한 처리 단계는, 패턴의 잔류 막을 제거하는 단계를 포함한다. 또한, 처리 단계는 패턴을 마스크로 해서 기판을 에칭하는 단계 등의 주지의 다른 단계를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서의 물품 제조 방법은, 종래 기술에 비하여, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 비용 중 적어도 1개에서 유리하다.
예시적인 실시형태를 참고하여 본 발며을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형 및 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 몰드를 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 장치이며,
    상기 기판의 표면에 평행한 방향에서의 상기 몰드와 상기 기판의 위치를 검출함으로써, 상기 몰드와 상기 기판 사이의 위치 어긋남의 신호를 출력하도록 구성된 검출 유닛과,
    상기 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기, 및
    상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 신호에 기초하여, 상기 몰드와 상기 기판 사이의 위치 정렬을 행하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고,
    상기 몰드가 상기 임프린트재와 접촉한 상태에서 상기 몰드와 상기 기판을 상대적으로 그리고 연속적으로 일 방향으로 이동시키는 경우에 상기 몰드 및 상기 기판 중 하나 이상에 가해지는 상기 방향의 힘은, 상기 이동을 개시할 때의 상기 기판의 위치인 시작점으로부터의 상기 기판의 상기 몰드에 대한 이동량이 임계값을 초과하지 않는 제1 영역에서는 제1 증가율로 증가하고, 상기 이동량이 상기 임계값을 초과하는 제2 영역에서는 상기 제1 증가율보다 작은 제2 증가율로 증가하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 이동량이 상기 임계값을 초과하도록 상기 기판을 상기 몰드에 대하여 제1 방향으로 이동시키는 제1 동작, 및 상기 기판을 상기 몰드에 대하여 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 임계값을 초과하지 않는 이동량만큼 이동시키는 제2 동작을 통해 상기 위치 정렬을 행하고,
    상기 제1 동작에서는, 상기 제어 유닛은, 상기 증폭기의 게인을 상기 제1 영역에서 제1 게인으로 설정하고, 상기 증폭기의 게인을 상기 제2 영역의 적어도 일부에서 상기 제1 게인보다 작은 제2 게인으로 설정하는, 임프린트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 동작에서는, 상기 제어 유닛은 상기 증폭기의 게인을 상기 제2 게인보다 큰 제3 게인으로 설정하는, 임프린트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 게인은 상기 제1 게인과 동일한, 임프린트 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동작에서는, 상기 제어 유닛은, 상기 몰드에 대한 상기 기판의 이동량이 상기 임계값을 초과하는 타이밍에서, 상기 증폭기의 게인을 상기 제1 게인으로부터 상기 제2 게인으로 변경하는, 임프린트 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 방향의 힘과 상기 증폭기에 대해 설정되야 할 게인 사이의 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 제1 게인, 상기 제2 게인 및 상기 제3 게인을 결정하는, 임프린트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방향의 힘을 검출하도록 구성된 검출 유닛을 더 포함하는, 임프린트 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방향의 힘은, 상기 제1 영역에서는 선형적으로 증가하고, 상기 제2 영역에서는 비선형적으로 변화하는, 임프린트 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 임프린트 장치를 사용하여 기판에 패턴을 형성하는 단계, 및
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
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