KR20180055709A - 임프린트 장치, 및 물품 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 임프린트 장치의 제공에 관한 것이다.
기판 상의 임프린트재에 대한 형의 접촉에 의해 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치(1a)는, 기판 및 형 중 한쪽을 보유 지지하는 보유 지지부(15)와, 보유 지지부를 이동시키는 구동부(12b)와, 보유 지지부의 위치를 계측하는 제1 계측부(20)와, 기판과 형 사이의 위치 어긋남량을 계측하는 제2 계측부(6)를 포함하는 제어계를 갖는다. 제어계는, 당해 접촉 중에 있어서 당해 위치 어긋남량이 임계값을 초과하는 제1 기간은, 제1 계측부의 출력과 제1 목표값에 기초하여 구동부를 제어하는 제1 제어와, 제2 계측부의 출력과 제2 목표값에 기초하여 제1 목표값에 추가하는 오프셋값을 제어하는 제2 제어를 행하고, 또한 당해 접촉 중에 있어서 당해 위치 어긋남량이 임계값 이하가 되는 제2 기간은, 제1 제어 및 제2 제어 대신에, 제2 계측부의 출력과 제2 목표값에 기초하여 구동부를 제어하는 제3 제어를 행한다.

Description

임프린트 장치, 및 물품 제조 방법{IMPRINT APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}

본 발명은 임프린트 장치, 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어 수 나노미터 오더의 미세한 패턴을 기판 상에 형성하는 임프린트 장치가 알려져 있다. 임프린트 장치는, 기판 상의 임프린트재에 형을 접촉시켜 패턴을 형성한다. 기판 상의 영역(임프린트 영역 또는 샷 영역)과 패턴 사이의 정확한 중첩을 위해, 임프린트 장치는, 당해 영역과 형의 정확한 얼라인먼트를 요한다. 특허문헌 1은, 스테이지의 위치를 검출하는 인코더와, 형과 기판 사이의 상대 위치를 얻기 위한 광학 시스템을 사용하여 형과 기판의 얼라인먼트를 행하는 임프린트 장치를 개시하고 있다.

일본 특허 공표 제2012-507173호 공보

임프린트 장치는, 인코더에 의한 기판 스테이지의 제어 주파수 대역에 비해, 형과 그것을 지지하는 부재를 포함하는 계의 고유 진동수가 비교적 또는 상대적으로 높은 경우, 바닥 진동과 같은 외란 진동에 의해 형과 기판 사이에 큰 상대 변위가 발생할 수 있다. 특허문헌 1은, 인코더를 사용하지 않고, 광학 시스템을 사용하여 형과 기판의 얼라인먼트를 행할 수 있음을 개시하고 있다. 그러한 얼라인먼트에 있어서 기판 스테이지의 광대역에서의 위치 결정 제어를 행하면, 상술한 바와 같이 외란 진동에 의한 형과 기판 사이의 큰 상대 변위를 저감시키는 데 유리해질 수 있다. 그러나, 임프린트재는, 접촉하고 있는 형과 기판 사이의 상대 위치의 변화에 따라 탄성이 변화하는 비선형 특성을 나타낼 수 있다. 그러한 특성을 나타낼 경우, 상술한 바와 같이 기판 스테이지의 광대역에서의 위치 결정 제어를 행하면, 당해 비선형성에 의해 기판 스테이지(의 제어계)가 발진할 수 있다.

본 발명은 예를 들어 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 임프린트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 측면은, 기판 상의 임프린트재에 대한 형의 접촉에 의해 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치이며,

상기 기판 및 상기 형 중 한쪽을 보유 지지하는 보유 지지부와,

상기 보유 지지부를 이동시키는 구동부와,

상기 보유 지지부의 위치를 계측하는 제1 계측부와,

상기 기판과 상기 형 사이의 위치 어긋남량을 계측하는 제2 계측부

를 포함하는 제어계를 갖고,

상기 제어계는, 상기 접촉 중에 있어서 상기 위치 어긋남량이 임계값을 초과하는 제1 기간은, 상기 제1 계측부의 출력과 제1 목표값에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제1 제어와, 상기 제2 계측부의 출력과 제2 목표값에 기초하여 상기 제1 목표값에 추가하는 오프셋값을 제어하는 제2 제어를 행하도록, 또한 상기 접촉 중에 있어서 상기 위치 어긋남량이 상기 임계값 이하가 되는 제2 기간은, 상기 제1 제어 및 상기 제2 제어를 행하는 대신에, 상기 제2 계측부의 출력과 상기 제2 목표값에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제3 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치이다.

본 발명의 다른 특징은, 첨부된 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다..

본 발명에 따르면, 예를 들어 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 임프린트 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 임프린트 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 실시 형태 1에 관한 임프린트 장치의 변형예를 나타내는 도면.
도 3은 실시 형태 2에 관한 임프린트 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 4는 실시 형태 2에 관한 임프린트 장치의 변형예를 나타내는 도면.
도 5는 물품 제조 방법에 관한 실시 형태를 예시하는 도면.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면을 통해, 원칙적으로(명시하지 않는 한), 동일한 부재 등에는 동일한 부호를 부여하고, 그의 반복 설명은 생략한다.

〔실시 형태 1〕

본 실시 형태에 관한 임프린트 장치(1a)에 대해 설명한다. 도 1은, 실시 형태 1에 관한 임프린트 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 임프린트 장치(1a)는, 물품으로서의 반도체 디바이스 등의 제조에 사용되어, 기판(10) 위의 임프린트재(14)를 몰드(8)(형)로 성형하여 기판(10)에 패턴을 형성하는 장치이다. 여기에서는, 임프린트재(14)는, 광 경화 수지(자외선 경화 수지 등)로 하고, 광 경화법(자외선 경화법 등)을 적용한 임프린트 장치에 대해 설명하지만, 임프린트재의 경화법은, 그에 한정되지는 않는다. 또한, 임프린트재에 광을 조사하는 조사부(2)의 광축(7)에 평행으로 Z축을 취하고, Z축으로 수직인 평면 내에 서로 직교하는 X축 및 Y축을 취하는 것으로 한다. 임프린트 장치(1a)는, 본체 구조체(27)와, 광 조사부(2)와, 몰드 스테이지(15)(보유 지지부 또는 형 보유 지지부)와, 기판 스테이지(4)(기판 보유 지지부)와, 공급부(5)(디스펜서)와, 스코프(6)(제2 계측부)를 포함할 수 있다. 본체 구조체(27)는, 마운트(29)를 개입시켜 바닥(100)(또는 페데스탈)에 지지되어 있다. 여기서, 보유 지지부는, 몰드(형)를 보유 지지하는 것으로 했지만, 형 및 기판 중 한쪽을 보유 지지하는 것으로 할 수 있다. 또한, 기판을 보유 지지하는 보유 지지부(기판 보유 지지부)를 포함하는 제어계의 구성예(과제를 해결하기 위한 구성예)는, 실시 형태 2에서 설명한다.

광 조사부(2)는, 몰드(8)를 개입시켜 임프린트재(14)에 광(9)(자외선 등)을 조사한다. 광 조사부(2)는, 광원과, 당해 광원으로부터의 광(9)을 임프린트재(14)에 조사하기 위한 광학 소자를 포함한다. 몰드(8)는, 외형을 직사각형으로 할 수 있다. 몰드(8)는, 기판(10)에 대향하는 면에, 예를 들어 회로를 형성하기 위한 패턴 등의 기판에 형성해야 할 패턴에 대응한 패턴을 갖는 패턴부(8a)(메사부)를 포함한다. 몰드(8)는, 광(9)을 투과할 수 있는 재질로 구성되며, 예를 들어 석영으로 할 수 있다. 몰드(8)는, 후술하는 바와 같이 패턴부(8a)를 기판(10)을 향해 볼록하게 변형시키기 때문에, 기판(10)과는 반대측에 캐비티(오목부)가 형성된 형상으로 할 수 있다.

몰드 스테이지(15)는, 몰드(8)를 보유 지지하기 위한 몰드 척(11)을 갖고, 몰드 구동부(12)를 통해 본체 구조체(27)에 지지되어 있다. 몰드 구동부(12)는, 몰드 척(11)과 함께 몰드(8)를 이동시킬 수 있다. 몰드 구동부(12a)는, 기판(10) 위의 임프린트재(14)에 대한 몰드(8)의 접촉(압형) 또는 임프린트재(14)로부터의 몰드(8)의 분리(이형)를 선택적으로 행할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 몰드 구동부(12a)는, 예를 들어 몰드(8)의 Z축 방향의 이동, θx축 방향의 이동(X축 주위의 회전), θy축 방향의 이동(Y축 주위의 회전)을 행할 수 있다. 몰드 구동부(12a)에 채용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터 또는 에어 실린더이다. 또한, 몰드 구동부(12b)는, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 정렬을 행하기 위하여, 몰드 척(11)을, 예를 들어 X축 방향, Y축 방향 및 θz축 방향(Z축 주위)으로 이동할 수 있다. 이 몰드 구동부(12b)에 채용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터 또는 보이스 코일 모터이다. 몰드 구동부(12b)의 구성은, 후술한다. 몰드 척(11)은, 몰드(8)의 외주를 따른 영역을, 예를 들어 진공 흡착력이나 정전기의 힘에 의해, 끌어 당겨서 몰드(8)를 보유 지지한다. 몰드 척(11)이 진공 흡착력에 의해 몰드(8)를 보유 지지하는 경우, 몰드 척(11)은, 도시되지 않은 진공 펌프에 접속되고, 이 진공 펌프에 의한 진공 흡착력의 ON/OFF에 의해, 몰드(8)의 착탈(착/탈)을 전환할 수 있다. 또한, 몰드 척(11)은, 광 조사부(2)로부터의 광(9)으로 기판(10) 위의 임프린트재(14)를 조사할 수 있도록, 개구 영역(13)이 형성되어 있다. 개구 영역(13)에는, 개구 영역(13)의 적어도 일부와 몰드(8)로 둘러싸인 공간을 밀폐하기 위한 광 투과 부재(예를 들어 유리판)가 설치되고, 당해 공간 내의 압력은, 진공 펌프 등을 포함하는 도시되지 않은 압력 조정부에 의해 조정될 수 있다. 당해 압력 조정부는, 예를 들어 몰드(8)와 기판(10) 위의 임프린트재(14) 사이의 접촉을, 당해 공간 내의 압력을 그 외부의 압력보다 높게 한 상태에서 행할 수 있다. 즉, 패턴부(8a)를 기판(10)을 향하여 볼록한 형상으로 휘게 한 상태에서, 패턴부(8a)의 중심부에서 임프린트재(14)에 몰드(8)를 접촉시킬 수 있다. 그리고, 계속해서, 패턴부(8a)의 중심부로부터 서서히 주변부를 향하여, 임프린트재(14)에 몰드(8)를 접촉시킬 수 있다. 따라서, 패턴부(8a)와 임프린트재(14) 사이에 분위기의 기체가 잔류되기 어려워지고, 패턴부(8a)와 기판 사이에 대한 임프린트재(14)의 충전에 유리해질 수 있다.

기판(10)은, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 또는 SOI(Silicon on Insulator) 기판으로 할 수 있다. 기판(10)의 표면에는, 몰드(8)의 패턴부(8a)에 의해 패턴을 형성하기 위한 임프린트재(14)가 공급(디스펜스)된다. 기판 스테이지(4)는, 기판(10)을 보유 지지하고, 몰드(8)와 기판(10) 위의 임프린트재(14) 사이의 접촉 중(압형 중)에, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 얼라인먼트(위치 정렬)를 위한 이동이 제어된다. 기판 스테이지(4)는, 예를 들어 진공 흡착력이나 정전기의 힘에 의해, 기판(10)을 끌어 당겨서 보유 지지하는 기판 척(16)을 포함하여, 기판 척(16)을 보유 지지한다. 기판 스테이지 구동부(17)는, 기판 스테이지(4)를 X축 방향, Y축 방향 및 θz 축방향(Z축 주위)으로 이동할 수 있다. 기판 스테이지 구동부(17)에 채용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터 또는 평면 모터이다.

스코프(6)는, 몰드(8)(의 패턴부(8a) 등)에 형성된 얼라인먼트 마크와 기판(의 샷 영역 또는 임프린트 영역)에 형성된 얼라인먼트 마크 사이의 위치 어긋남량을 계측한다. 즉, 스코프(6)는, 몰드(8)와 기판 사이의 X축 및 Y축 방향에 있어서의 위치 어긋남량을 계측하는 계측부(제2 계측부)를 구성한다.

공급부(5)는, 몰드 스테이지(15)의 근방에 설치되어, 기판(10) 위(의 샷 영역 또는 임프린트 영역)에 임프린트재(14)를 공급 또는 디스펜스한다. 여기서, 임프린트재(14)는, 반도체 디바이스 제조 공정에 있어서의 각종 처리 조건(예를 들어 에칭 조건)에 의해 적절히 선택될 수 있다. 또한, 공급부(5)의 노즐(5a)로부터 기판(10) 위(의 샷 영역 또는 임프린트 영역)에 공급(토출)되는 임프린트재(14)의 양 또는 분포는, 기판(10) 위에 형성되어야 할 패턴의 특징(예를 들어, 잔막 두께 또는 밀도 등)에 의해 적절히 설정될 수 있다.

여기서, 몰드 구동부(12b)를 포함하는 몰드 스테이지(15)의 제어계에 대해 설명한다. 몰드 스테이지(15)의 제어계는, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량에 따라, 후술하는 제1 제어 및 제2 제어와 제3 제어 사이에서 전환되도록 구성되어 있다. 제1 제어는, 몰드 스테이지 센서(20)(제1 계측부)의 출력 신호(201a)(몰드 스테이지(15)의 위치)와 제1 목표값(21a) 사이의 차분을 제1 보상기(22a)로 증폭하여 얻어진 신호(202a)(조작량)를 몰드 구동부(12b)의 조작량(205a)으로 하고 있다. 이에 의해, 몰드 스테이지(15)를 본체 구조체(27)에 대해 위치 결정할 수 있다. 제1 보상기(22a)는, 예를 들어 PI 제어(PID 제어를 포함함)를 위한 PI 보상기(PID 보상기를 포함함)로 할 수 있다. 또한, 제2 제어는, 스코프(6)(제2 계측부)의 출력 신호(301)(몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량)와 제2 목표값(61) 사이의 차분을 제2 보상기(62a)로 증폭하여 얻어진 신호 (302a)(오프셋값)를 제1 목표값(21a)에 추가한다. 이에 따라, 몰드(8)와 기판(20) 사이의 위치 어긋남을 저감시킬 수 있다. 제2 보상기(62a)는, 예를 들어 PI 제어를 위한 PI 보상기로 할 수 있다. 제1 제어 및 제2 제어는, 제1 제어를 마이너 루프로 하고, 제2 제어를 메이저 루프로 하는 소위 캐스케이드 제어를 구성하고 있다.

그리고, 제3 제어는, 스코프(6)의 출력 신호(301)와 제2 목표값(61) 사이의 차분을 제3 보상기(63a)에서 증폭하여 얻어진 신호(303a)(조작량)를 몰드 구동부(12b)의 조작량(205a)으로 하고 있다. 이에 의해, 몰드(8)를 기판(10)에 대해 직접 위치 결정할 수 있다. 제3 보상기(63a)는, 예를 들어 PI 제어를 위한 PI 보상기로 할 수 있다.

여기서, 기판 스테이지(4)를 위치 결정하는 제어계(제2 제어계)에 대해 설명한다. 당해 제어계는, 기판 스테이지(4), 기판 스테이지 센서(18), 제4 보상기(42a), 기판 스테이지 구동부(17a) 및 제4 목표값(41a)을 포함하여 구성되어 있다. 이에 의해, 기판 스테이지(4)를 본체 구조체(27)에 대해 위치 결정할 수 있다. 제4 보상기(42a)는, 기판 스테이지 센서(18)의 신호(101a)(기판 스테이지(4)의 위치)에 기초하여, 기판 스테이지 구동부(17)에 대한 조작량(102a)을 얻는다. 제4 보상기(42a)는, 예를 들어 PID 제어를 위한 PID 보상기로 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 몰드 스테이지(15)의 제어계 서보 대역(제어의 주파수 대역)은, 기판 스테이지(4)의 제어계 서보 대역보다 높은 주파수를 포함하는 것으로 한다.

몰드 스테이지(15)에 관한 캐스케이드 제어(제1 제어 및 제2 제어)는, 제1 제어를 마이너 루프로 하기 때문에, 상술한 임프린트재(14)의 비선형 특성의 영향을 받기 어렵고, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 얼라인먼트를 안정적으로 행할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 제1 제어는, 바닥 진동과 같은 외란 진동이 임프린트 장치에 전해졌을 경우, 불리한 점이 있다. 즉, 인코더에 의한 기판 스테이지의 제어(제2 제어계)의 주파수 대역에 비해, 제1 제어의 주파수 대역이 비교적 또는 상대적으로 높은(보다 높은 주파수를 포함함) 경우, 바닥 진동과 같은 외란 진동에 의해 형과 기판 사이에 큰 상대 변위가 발생할 수 있다.

한편, 몰드 스테이지(15)에 관한 제3 제어는, 기판(10)에 대해 몰드(8)를 직접 위치 결정하기 때문에, 비교적 높은 서보 대역에서 제어를 행함으로써, 상술한 바와 같이 외란 진동에 의한 상대 변위를 저감시킬 수 있다는 이점이 있다. 그런데, 캐스케이드 제어의 경우와는 달리, 마이너 루프(제1 제어)가 없기 때문에, 임프린트재(14)의 비선형 특성의 영향은 받기 쉽다. 따라서, 당해 영향 하에서는, 제어계가 발진하기 쉬워져서 불리하다.

그래서, 본 실시 형태는, 제1 제어 및 제2 제어의 장점과 제3 제어의 장점을 살리기 위하여, 당해 2개의 제어(형태) 사이에 전환을 행하기 위한 전환 수단(25)을 갖고 있다. 그리고, 형과 경화 개시 전의 임프린트재가 접촉하고 있는 기간(접촉 중 또는 경화 개시 전 접촉 기간)에 있어서, 형과 기판 사이의 위치 어긋남량이 임계값(미리 정해진 소량)을 초과하는(초과할 수 있는) 처음 기간(제1 기간)은, 제1 제어 및 제2 제어를 행한다. 이에 따라, 임프린트재의 비선형 특성의 영향 하에서도, 형과 기판의 얼라인먼트를 안정적으로 행할 수 있도록 한다. 그리고, 형과 기판 사이의 위치 어긋남량이 임계값 이하가 되고 나서의 기간(제2 기간)은, 제1 제어 및 제2 제어를 행하는 대신에, 제3 제어를 행함으로써, 외란 진동의 영향 하에서도, 기판에 대해 형을 고정밀도로 위치 결정할 수 있다. 또한, 제1 기간 및 제2 기간은, 임프린트재의 경화를 개시하기 전의 기간이다. 그리고, 임프린트재(14)의 특성(탄성 등)은, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량에 의존하여 변화하는 비선형성을 나타낼 수 있는 바, 당해 위치 어긋남량이 임계값 이하가 되고 나서 제3 제어를 행하기 때문에, 제어계의 발진도 생기기 어렵다. 여기서, 제1 제어 및 제2 제어(캐스케이드 제어)로부터 제3 제어에 대한 제어의 전환은, 얼라인먼트 개시로부터의 경과 시간에 기초한 것으로 할 수 있다. 도 1에서, 전환 수단(25)은, 타이머(27)의 계시에 의해 얻어지는 당해 경과 시간에 기초하여, 상기와 같은 제어의 전환을 행하는 구성으로 되어 있다. 당해 전환의 타이밍은, 예를 들어 몰드와 기판 사이의 위치 어긋남량이 50㎚ 이하, 더 바람직하게는 10㎚ 이하가 되는 경과 시간의 임계값을 실험 등에 의해 미리 얻어서 전환 수단(25)(에 포함되는 비교기 등)으로 설정해 두면 된다. 전환 수단(25)은, 그를 위한 설정부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 경화 개시 전 접촉 기간에 있어서의 이상에서 설명한 3개의 제어, 즉, 캐스케이드 제어(제1 제어 및 제2 제어)만, 제3 제어만, 그들 사이에서 전환을 행하는 본 실시 형태에 관한 제어의 우열을 통합하면, 하기 표와 같다. ○는, 비선형성에 대한 내성 및 외란에 대한 내성의 각 항목에 관해서, △보다 상대적으로 유리한 것을 나타낸다. 본 표는, 본 실시 형태에 관한 제어가 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리하다는 것을 단적으로 나타내는 것이다.

또한, 제어의 전환에 있어서, 몰드 구동부(12b)에 대한 조작량(205a)이 제로로부터 스텝적으로 변화하면, 제어계가 발진할 수 있다. 그래서, 제어의 전환에 있어서는, 그 직전의 조작량(202a)을 홀드하고, 당해 홀드된 조작량(202a)을 초기값으로 하여 제3 제어를 개시하는 것이 좋다.

제3 제어에 의한 얼라인먼트 상태가 허용 범위 내에 있는 것을 조건으로 광(9)의 조사가 이루어지고, 임프린트재(14)가 경화된다. 그 후, 경화에 의해 얻어진 패턴으로 몰드(8)를 분리한다(이형함). 또한, 경화에 수반하여, 임프린트재(14)의 광학적인 특성이 변화하여 스코프(6)에서의 얼라인먼트 계측을 할 수 없게 되거나, 얼라인먼트 자체를 할 수 없게 되거나 할 수 있다. 그 때문에, 임프린트재(14)의 경화 개시 후의 적당한 시점으로부터 조작량(205a)을 소정값으로 홀드하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 2는, 실시 형태 1에 관한 임프린트 장치의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 1의 구성예에 있어서는, 전환 수단(25)은, 타이머(27)의 계시에 의해 얻어지는 얼라인먼트 개시로부터의 경과 시간에 기초하여, 제어의 전환을 행하는 구성이었다. 본 변형예에 있어서는, 전환 수단(25)은, 스코프(6)의 출력 신호(301)에 기초하여, 제어의 전환을 행하는 구성으로 하고 있다. 즉, 당해 전환의 타이밍(제1 기간으로부터 제2 기간으로 전환되는 타이밍)은, 예를 들어 출력 신호(301)(몰드와 기판 사이의 위치 어긋남량)가 50㎚ 이하, 더 바람직하게는 10㎚ 이하가 된 타이밍으로 할 수 있다. 그러기 위해서는, 미리 정해진 위치 어긋남량의 임계값을 전환 수단(25)(에 포함되는 비교기 등)에 설정해 두면 된다. 전환 수단(25)은, 그것을 위한 설정부를 포함할 수 있다.

이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 임프린트 장치를 제공할 수 있다.

〔실시 형태 2〕

실시 형태 2에 관한 임프린트 장치(1b)에 대해 설명한다. 도 2는, 실시 형태 2에 관한 임프린트 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 실시 형태 1에서는, 몰드 스테이지(15)가 X축 방향, Y축 방향 및 θz축 방향(Z축 주위)으로 이동 가능하며 얼라인먼트의 기능을 담당하고 있었지만, 그것에 대신해서 본 실시 형태에서는, 기판 스테이지(4)가 그의 기능을 담당하고 있다. 본 실시 형태에서는, 기판 스테이지(4)는, 미동 스테이지(50)와 조동 스테이지(53)를 포함하고 있다. 조동 스테이지(53)는, 미동 스테이지(50)를 탑재하여, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 거친(조대한) 얼라인먼트의 기능에 사용된다. 그 때문에, 조동 스테이지(53)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 조동 스테이지 구동부(55)와, 본체 구조체(27)에 대한 조동 스테이지(53)의 위치를 계측하는 조동 스테이지 센서(54)를 갖고 있다. 조동 스테이지 구동부(55)에 채용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터 또는 평면 모터이다. 조동 스테이지(53)는, 조동 스테이지 센서(54), 제4 보상기(42b), 조동 스테이지 구동부(55) 및 제4 목표값(41b)을 포함하는 제어계에 의해, 본체 구조체(27)에 대해 위치 결정된다. 제4 보상기(42b)는, 예를 들어 PID 제어를 위한 PID 보상기로 할 수 있다. 미동 스테이지(50)는, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 세세한(미세한) 얼라인먼트의 기능에 사용된다. 그 때문에, 조동 스테이지(53)에 대해 미동 스테이지(50)를 위치 결정하는 미동 스테이지 구동부(52)와, 본체 구조체(27)에 대한 미동 스테이지(53)의 위치를 계측하는 미동 스테이지 센서(51)(제1 계측부를 구성)를 갖고 있다. 미동 스테이지 구동부(52)에 채용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터 또는 평면 모터이다.

여기서, 미동 스테이지 구동부(52)를 포함하는 미동 스테이지(50)의 제어계에 대해 설명한다. 미동 스테이지(50)의 제어계는, 실시 형태 1에 있어서의 몰드 스테이지(15)의 제어계와 마찬가지로, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량에 따라, 후술하는 제1 제어 및 제2 제어와 제3 제어 사이에서 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 제1 제어는, 미동 스테이지 센서(51)(제1 계측부)의 출력 신호(201b)(미동 스테이지(15)의 위치)와 제1 목표값(21b) 사이의 차분을 제1 보상기(22b)로 증폭하여 얻어진 신호(202b)(조작량)를 미동 스테이지 구동부(52)의 조작량(205b)으로 하고 있다. 이에 의해, 미동 스테이지(15)를 본체 구조체(27)(조동 스테이지(53))에 대해 위치 결정할 수 있다. 제1 보상기(22b)는, 예를 들어 PI 제어(PID 제어를 포함함)를 위한 PI 보상기(PID 보상기를 포함함)로 할 수 있다. 조동 스테이지 구동부(55)를 포함하는 조동 스테이지(53)의 제어계의 구성은, 상술한 바와 같이, 실시 형태 1에서의 기판 스테이지 구동부(17)를 포함하는 기판 스테이지(4)의 제어계의 구성과 마찬가지로 할 수 있다. 미동 스테이지(50)를 포함하는 제어계의 제어 대역(서보 대역)은, 조동 스테이지(53)를 포함하는 제어계의 그것보다 높은 주파수를 포함하는 것으로 한다.

제2 제어는, 스코프(6)(제2 계측부)의 출력 신호(301)(몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량)와 제2 목표값(61) 사이의 차분을 제2 보상기(62b)로 증폭하여 얻어진 신호(302b)(오프셋값)를 제1 목표값(21b)에 추가한다. 이에 따라, 몰드(8)와 기판(20) 사이의 위치 어긋남을 저감시킬 수 있다. 제2 보상기(62b)는, 예를 들어 PI 제어를 위한 PI 보상기로 할 수 있다. 제1 제어 및 제2 제어는, 제1 제어를 마이너 루프로 하고, 제2 제어를 메이저 루프로 하는 소위 캐스케이드 제어를 구성하고 있다.

그리고, 제3 제어는, 스코프(6)의 출력 신호(301)와 제2 목표값(61) 사이의 차분을 제3 보상기(63b)로 증폭하여 얻어진 신호(303b)(조작량)를 미동 스테이지 구동부(52)의 조작량(205b)으로 하고 있다. 이에 의해, 몰드(8)에 대해 기판(10)을 직접 위치 결정할 수 있다. 제3 보상기(63b)는, 예를 들어 PI 제어를 위한 PI 보상기로 할 수 있다.

미동 스테이지(50)에 관한 캐스케이드 제어(제1 제어 및 제2 제어)는, 제1 제어를 마이너 루프로 하고 있기 때문에, 상술한 임프린트재(14)의 비선형 특성의 영향을 받기 어렵고, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 얼라인먼트를 안정적으로 행할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 제1 제어는, 바닥 진동과 같은 외란 진동이 임프린트 장치에 전해졌을 경우, 불리한 점이 있다. 즉, 미동 스테이지 센서에 의한 미동 스테이지의 제어(제1 제어)의 주파수 대역에 대해, 형과 형 보유 지지부를 포함하는 계의 고유 진동수가 비교적 또는 상대적으로 높을(당해 주파수 대역의 상한 주파수를 초과하고 있음) 경우, 형과 기판 사이에 큰 상대 변위가 생길 수 있다.

한편, 미동 스테이지(50)에 관한 제3 제어는, 몰드(8)에 대해 기판(10)을 직접 위치 결정하기 때문에, 비교적 높은 서보 대역에서 제어를 행함으로써, 상술한 바와 같이 외란 진동에 의한 상대 변위를 저감시킬 수 있는 이점이 있다. 그런데, 캐스케이드 제어의 경우와는 달리, 마이너 루프(제1 제어)가 없기 때문에, 임프린트재(14)의 비선형 특성의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 당해 영향 하에서는, 제어계가 발진하기 쉬워져서 불리하다.

그래서, 본 실시 형태는, 제1 제어 및 제2 제어의 장점과 제3 제어의 장점을 살리기 위하여, 당해 2개의 제어(형태) 사이로 전환을 행하기 위한 전환 수단(25)을 갖고 있다. 그리고, 형과 경화 개시 전의 임프린트재가 접촉하고 있는 기간(접촉중 또는 경화 개시 전 접촉 기간)에 있어서, 형과 기판 사이의 위치 어긋남량이 임계값(미리 정해진 소량)을 초과하는(초과할 수 있는) 처음 기간(제1 기간)은, 제1 제어 및 제2 제어를 행한다. 이에 의해, 임프린트재의 비선형 특성의 영향 하에서도, 형과 기판 사이의 얼라인먼트를 안정적으로 행할 수 있도록 한다. 그리고, 형과 기판 사이의 위치 어긋남량이 임계값 이하가 되고 나서의 기간(제2 기간)은, 제1 제어 및 제2 제어를 행하는 대신에, 제3 제어를 행함으로써, 외란 진동의 영향 하에서도, 기판에 대해 형을 고정밀도로 위치 결정할 수 있다. 또한, 제1 기간 및 제2 기간은, 임프린트재의 경화를 개시하기 전의 기간이다. 그리고, 임프린트재(14)의 특성(탄성 등)은, 몰드(8)와 기판(10) 사이의 위치 어긋남량에 의존하여 변화하는 비선형성을 나타낼 수 있는 바, 당해 위치 어긋남량이 임계값 이하가 되고 나서 제3 제어를 행하기 때문에, 제어계의 발진도 생기기 어렵다. 여기서, 제1 제어 및 제2 제어(캐스케이드 제어)로부터 제3 제어에 대한 제어의 전환은, 얼라인먼트 개시로부터의 경과 시간에 기초함으로써 할 수 있다. 도 3에 있어서, 전환 수단(25)은, 타이머(27)의 계시에 의해 얻어지는 당해 경과 시간에 기초하여, 상기와 같은 제어의 전환을 행하는 구성으로 되어 있다. 당해 전환의 타이밍은, 예를 들어 몰드와 기판 사이의 위치 어긋남량이 50㎚ 이하, 더 바람직하게는 10㎚ 이하가 되는 경과 시간의 임계값을 실험 등에 의해 미리 얻어서 전환 수단(25)(에 포함되는 비교기 등)으로 설정해 두면 된다. 전환 수단(25)은, 그를 위한 설정부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 경화 개시 전 접촉 기간에 있어서의 이상에서 설명한 3개의 제어, 즉, 캐스케이드 제어(제1 제어 및 제2 제어)에만, 제3 제어에만, 그들 사이에서 전환을 행하는 본 실시 형태에 관한 제어의 우열을 정리하면, 하기 표와 같다. ○는, 비선형성에 대한 내성 및 외란에 대한 내성의 각 항목에 관해서, △보다 상대적으로 유리한 것을 나타낸다. 본 표는, 본 실시 형태에 관한 제어가 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 것을 단적으로 나타내는 것이다.

또한, 제어의 전환에 있어서, 미동 스테이지 구동부(52)에 대한 조작량(205b)이 제로로부터 스텝적으로 변화하면, 제어계가 발진할 수 있다. 그래서, 제어의 전환에 있어서는, 그 직전의 조작량(202b)을 홀드하고, 당해 홀드된 조작량(202b)을 초기값으로서 제3 제어를 개시하는 것이 좋다.

제3 제어에 의한 얼라인먼트 상태가 허용 범위 내에 있는 것을 조건으로 광(9)의 조사가 이루어지고, 임프린트재(14)가 경화된다. 그 후, 경화에 의해 얻어진 패턴으로 몰드(8)를 분리한다(이형함). 또한, 경화에 수반하여, 임프린트재(14)의 광학적인 특성이 변화하여 스코프(6)에서의 얼라인먼트 계측을 할 수 없게 되거나, 얼라인먼트 자체가 되지 않거나 할 수 있다. 그 때문에, 임프린트재(14)의 경화 개시 후의 적당한 시점에서 조작량(205b)을 소정값으로 홀드하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 4는, 실시 형태 2에 관한 임프린트 장치의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 3의 구성예에 있어서는, 전환 수단(25)은, 타이머(27)의 계시에 의해 얻어지는 얼라인먼트 개시로부터의 경과 시간에 기초하여, 제어의 전환을 행하는 구성이었다. 본 변형예에 있어서는, 전환 수단(25)은, 스코프(6)의 출력 신호(301)에 기초하여, 제어의 전환을 행하는 구성으로 하고 있다. 즉, 당해 전환의 타이밍(제1 기간으로부터 제2 기간으로 전환되는 타이밍)은, 예를 들어 출력 신호(301)(몰드와 기판 사이의 위치 어긋남량)가 50㎚ 이하, 더 바람직하게는 10㎚ 이하가 된 타이밍으로 할 수 있다. 그를 위해서는, 미리 정해진 위치 어긋남량의 임계값을 전환 수단(25)(에 포함되는 비교기 등)으로 설정해 두면 된다. 전환 수단(25)은, 그를 위한 설정부를 포함할 수 있다.

이상의 설명에서 이해되는 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 형과 기판 사이의 얼라인먼트의 완강성의 관점에서 유리한 임프린트 장치를 제공할 수 있다.

〔물품 제조 방법에 관한 실시 형태〕

임프린트 장치(1)(1a, 1b)를 사용하여 형성된 경화물의 패턴은, 각종 물품의 적어도 일부에 항구적으로, 혹은, 각종 물품을 제조할 때에 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 물품 중 적어도 일부의 구성 부재로서, 그대로 사용되거나, 혹은, 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판의 가공(처리) 공정에 있어서 에칭 또는 이온 주입 등의 처리가 행하여진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.

다음에, 물품의 구체적인 제조 방법에 대해 설명한다. 여기서, 도 5는, 물품 제조 방법에 관한 실시 형태를 예시하는 도면이다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 절연체 등의 피가공재가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(10)을 준비하고, 계속해서, 잉크젯법 등에 의해, 피가공재의 표면에 임프린트재를 부여한다. 여기에서는, 복수의 액적 형상으로 된 임프린트재가 기판 상에 부여된 모습을 나타내고 있다.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 임프린트용 몰드(8)를, 그의 요철 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재를 향해, 대향시킨다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 임프린트재가 부여된 기판(10)과 몰드(8)를 접촉시켜, 압력을 가한다. 임프린트재는, 몰드(8)와 피가공재의 간극에 충전된다. 이 상태에서 경화용 에너지로서 광을, 몰드(8)를 투과하여 조사하면, 임프린트재는 경화된다.

도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 임프린트재를 경화시킨 후, 몰드(8)와 기판(10)을 분리하면, 기판 상에 임프린트재의 경화물 패턴이 형성된다. 이 경화물의 패턴은, 몰드(8)의 오목부가 경화물의 볼록부에, 몰드(8)의 볼록부가 경화물의 오목부에 대응되는 형상으로 되어 있고, 즉, 임프린트재의 경화물에 몰드(8)의 요철 패턴이 전사되게 된다.

도 5의 (e)에 도시된 바와 같이, 경화물의 패턴을 내에칭 마스크로 하여 에칭 처리를 행하면, 피가공재의 표면 중 경화물이 없거나, 혹은, 얇게 잔존한 부분이 제거되어, 홈이 된다. 또한, 당해 에칭 처리와는 이종의 에칭 처리에 의해 당해 잔존한 부분을 미리 제거해 두는 것도 바람직하다. 도 5의 (f)에 도시된 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재의 표면에 홈이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거했지만, 가공 후도 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연용 막, 즉, 물품의 구성 부재로서 이용해도 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지 않는 것은 물론, 그 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

이제까지 본 발명을 예시적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구 범위는 이러한 변형 및 등가의 구조 및 기능을 모두 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

본 출원은 2016년 11월 17일자 일본 특허 출원 제2016-224473호의 우선권의 이익을 청구하며, 그 전체적 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다.

1a: 임프린트 장치
6: 제2 계측부
12b: 구동부(형 보유 지지부용)
15: (형) 보유 지지부
20: 제1 계측부(형 보유 지지부용)

Claims (12)

1. 기판 상의 임프린트재에 대한 형의 접촉에 의해 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치이며,
   상기 기판 및 상기 형 중 한쪽을 보유 지지하는 보유 지지부와,
   상기 보유 지지부를 이동시키는 구동부와,
   상기 보유 지지부의 위치를 계측하는 제1 계측부와,
   상기 기판과 상기 형 사이의 위치 어긋남량을 계측하는 제2 계측부
   를 포함하는 제어계를 갖고,
   상기 제어계는, 상기 접촉 중에 있어서 상기 위치 어긋남량이 임계값을 초과하는 제1 기간은, 상기 제1 계측부의 출력과 제1 목표값에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제1 제어와, 상기 제2 계측부의 출력과 제2 목표값에 기초하여 상기 제1 목표값에 추가하는 오프셋값을 제어하는 제2 제어를 행하도록, 또한 상기 접촉 중에 있어서 상기 위치 어긋남량이 상기 임계값 이하가 되는 제2 기간은, 상기 제1 제어 및 상기 제2 제어를 행하는 대신에, 상기 제2 계측부의 출력과 상기 제2 목표값에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제3 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어계는, 상기 제2 계측부의 출력에 기초하여 상기 제1 기간으로부터 상기 제2 기간으로 전환하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 임계값을 설정하는 설정부를 갖는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어계는, 미리 정해진 시간 만큼 상기 제1 기간으로 한 후에 상기 제2 기간으로 하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 제어는, PI 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 기간으로부터 상기 제2 기간으로의 전환은, 상기 제1 기간에 있어서의 상기 구동부에의 조작량을 보유 지지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보유 지지부는, 상기 형을 보유 지지하고,
   상기 보유 지지부와는 다른, 상기 기판을 보유 지지하는 제2 보유 지지부와, 상기 제2 보유 지지부를 이동시키는 제2 구동부와, 상기 제2 보유 지지부의 위치를 계측하는 제3 계측부를 포함하고, 상기 제3 계측부의 출력에 기초하여 상기 제2 구동부를 제어하는 제2 제어계를 갖는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 제어의 주파수 대역은, 상기 제2 제어계의 제어 주파수 대역보다 높은 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보유 지지부는, 상기 기판을 보유 지지하고,
   상기 보유 지지부와는 다른, 상기 형을 보유 지지하는 제2 보유 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 보유 지지부와 상기 형을 포함하는 계의 고유 진동수가 상기 제1 제어의 주파수 대역의 상한 주파수를 초과하고 있는 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기간 및 상기 제2 기간은, 상기 임프린트재의 경화를 개시하기 전의 기간인 것을 특징으로 하는, 임프린트 장치.
12. 제1항 또는 제2항에 기재된 임프린트 장치를 사용하여 패턴을 기판 상에 형성하는 공정과,
    상기 공정에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품 제조 방법.

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