KR20190120703A - 임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법 - Google Patents

임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

치환 가스의 소비의 감소의 관점에서 유리한 장치가 제공된다. 몰드를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 장치는 가스 공급 유닛, 위치결정 유닛 및 제어부를 포함한다. 제어부는, 가스 공급 유닛 및 위치결정 유닛을 제어하고, 복수의 샷 영역 중 재료가 공급된 제1 샷 영역과 몰드 사이의 제1 접촉 후에 제1 샷 영역과 상이한 제2 샷 영역과 몰드 사이의 제2 접촉을 행하며, 제1 샷 영역으로부터 제2 샷 영역으로의 표면 방향에서의 몰드와 기판 사이의 상대 위치의 변경 시의 거리인 제2 간극이 가스 공급 시의 거리인 제1 간극보다 작아지도록 위치결정 유닛을 제어한다.

Description

임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법{IMPRINT APPARATUS, IMPRINT METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은 임프린트 장치, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 요구가 진행되고, 종래의 포토리소그래피 기술에 추가하여, 기판 상의 임프린트재를 몰드로 성형(몰딩)하고 경화시켜, 기판 상에 패턴을 형성하는 미세 가공 기술이 주목받고 있다. 이러한 기술은, 임프린트 기술이라 지칭되고, 이에 의해 기판 상에 수 나노미터 오더의 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
임프린트의 1가지 종류로서, 광경화법이 있다. 광경화법을 채용한 임프린트 장치는, 기판 상에 공급된 광경화성 임프린트재에 몰드를 접촉(압인)시키고, 임프린트재에 광을 조사해서 임프린트재를 경화시키며, 경화된 임프린트재로부터 몰드를 분리(이형)함으로써 기판 상에 패턴을 형성한다.
압인 시, 몰드와 임프린트재 사이의 공기(잔류 가스)가 미경화 임프린트재에 기포로서 혼입되어서 일부 경우에는 미충전 결함(패턴 결함)이 발생한다. 따라서, PCT 국제 공보의 공개된 일본어 번역문 제2007-509769호에서는, 몰드와 기판의 사이의 공간을 임프린트재에 대하여 용해성만이 높거나, 확산성만이 높거나, 또는 이들 양자 모두가 높은 가스(이하, "치환 가스"라 칭함)로 충전함으로써 잔류 기포의 양을 최소화한다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제2016-54231호의 임프린트 장치는 가스 공급 유닛과 가스 회수 유닛을 포함한다. 가스 회수 유닛은 압인 후에 정지되고, 공급되는 치환 가스의 양이 이형 시에 증가하는 몰드와 기판 사이의 공간의 체적보다 많도록 설정된다. 이에 의해, 이형시에 외부 공간으로부터 공기가 침입하는 것에 의해 발생하는 치환 가스의 농도 저하를 최소화한다.
이러한 임프린트 장치에서, 치환 가스의 소비량이 크면, 임프린트 장치를 운용하기 위한 경제적 비용이 증가하는 문제가 있다. PCT 국제 공보의 공개된 일본어 번역문 제2007-509769호 및 일본 특허 공개 공보 제2016-54231호에 기재된 임프린트 장치에서는, 치환 가스의 소비량이 커질 수 있다.
본 발명의 예시적인 목적은 치환 가스의 소비량 저감의 관점에서 유리한 임프린트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 기판의 상에 형성된 복수의 샷 영역에 공급된 임프린트재에 몰드를 접촉시키고 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 장치이며, 상기 장치는 상기 몰드와 상기 기판 사이의 공간에 가스를 공급하도록 구성되는 가스 공급 유닛과; 상기 몰드와 상기 기판 사이의 간극을 변화시키도록 구성되는 위치결정 유닛과; 상기 가스 공급 유닛 및 상기 위치결정 유닛을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 복수의 샷 영역 중 상기 임프린트재가 공급된 제1 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제1 접촉 후에 상기 제1 샷 영역과 상이한 제2 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제2 접촉을 행하고, 상기 제1 샷 영역으로부터 상기 제2 샷 영역으로의 표면 방향에서 상기 몰드와 상기 기판 사이의 상대 위치를 변경할 때의 상기 몰드와 상기 기판의 제2 간극이 가스 공급 시의 상기 몰드와 상기 기판의 제1 간극보다 작아지도록 상기 위치결정 유닛을 제어한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 제1 실시형태에 따른 임프린트 장치의 임프린트 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 8은 가스 공급 경로를 도시하는 개략도이다.
도 9는 가스 흐름을 설명하는 도면이다.
도 10은 몰드와 기판 사이의 거리의 변화 상태를 설명하는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 제1 임프린트 처리의 가스 공급 단계에서의 제1 간극에 대해서 설명하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 제2 간극의 최대값을 결정하는 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 13은 제2 실시형태에 따른 임프린트 장치의 임프린트 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 14a 내지 도 14f는 물품의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 실시형태에 대해서 도면 등을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
본 명세서 및 첨부 도면에서는, 기판의 표면에 평행한 방향의 면을 XY 평면으로 하는 XYZ 좌표계에서 방향을 나타낸다. XYZ 좌표계에서의 X축, Y축, 및 Z축에 평행한 방향을 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향으로 설정하고, X축 둘레의 회전, Y축 둘레의 회전, 및 Z축 둘레의 회전을 θX, θY, 및 θZ로 설정한다. X축, Y축, 및 Z축에 관한 제어 또는 구동은 X축에 평행한 방향, Y축에 평행한 방향, 및 Z축에 평행한 방향의 제어 또는 구동을 의미한다. 위치결정은 위치, 자세 또는 기울기를 제어하는 것을 지칭한다. 얼라인먼트는, 기판 및 몰드 중 적어도 하나의 위치, 자세 및 기울기를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 임프린트 장치(10)의 구성을 도시하는 개략도이다. 임프린트 장치(10)는, 반도체 디바이스 등의 물품의 제조 공정에 사용되는 리소그래피 장치이다. 임프린트 장치(10)는, 기판 상에 공급된 임프린트재와 몰드의 패턴 영역을 접촉시키고(압인), 임프린트재에 경화용의 에너지를 부여함으로써 임프린트재를 경화시키며, 임프린트재로부터 몰드를 이형하는 임프린트 처리를 행한다. 이에 의해, 몰드의 패턴 영역의 오목 및 볼록 패턴이 전사된 경화물의 패턴이 기판의 상에 형성된다.
임프린트재로서는, 경화용의 에너지가 부여되는 것에 의해 경화하는 경화성 조성물(미경화 수지라 칭하는 경우도 있음)이 사용된다. 경화용의 에너지의 예는 전자기파, 열 등을 포함한다. 전자기파의 예는 그 파장이 10 nm 이상 1 mm 이하의 범위로부터 선택되는 적외선, 가시광선, 및 자외선 등의 광을 포함한다.
경화성 조성물은 광의 조사 혹은 가열에 의해 경화하는 조성물이다. 이 중, 광의 조사에 의해 경화하는 광경화성 조성물은, 적어도 중합성 화합물과 광중합 개시재를 함유하고, 필요에 따라 비중합성 화합물 또는 용제를 함유해도 된다. 비중합성 화합물은, 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면활성제, 산화방지제, 폴리머 성분 등의 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
임프린트재는 막의 형태로 기판 상에 부여되어도 된다. 또한, 임프린트재는 액체 토출 헤드를 통해 액적 형태 혹은 복수의 액적이 연결됨으로써 획득되는 섬 또는 막의 형태로 기판 상에 부여되어도 된다. 임프린트재의 점도(25℃에서의 점도)는, 예를 들어 1 mPa·s 이상 100 mPa·s 이하일 수 있다.
임프린트 장치(10)는, 예를 들어 몰드(1)를 보유지지하고 몰드(1)를 위치결정하도록 구성되는 몰드 위치결정 유닛(3)과, 기판(2)을 보유지지하고 기판(2)을 위치결정하도록 구성되는 기판 위치결정 유닛(4)과, 재료 공급 유닛(5)과, 경화 유닛(6)과, 가스 공급 유닛(7)과, 제어부(8)를 포함한다.
몰드(1)는, 예를 들어 직사각형 외형을 갖고, 석영 등 자외선을 투과시키는 재료로 구성된다. 기판(2)에 대향하는 몰드(1)의 표면은 패턴 영역(PR)을 갖는다. 패턴 영역(PR)에는, 기판(2)의 샷 영역 위에 공급된 임프린트재에 전사되는 오목 및 볼록 패턴이 3차원 형상으로 형성된다. 패턴 영역(PR)은, 메사라고도 지칭되고, 몰드(1)의 패턴 영역(PR) 이외의 영역이 기판(2)에 접촉하지 않도록 몇십 μm 내지 몇백 μm의 볼록부에 형성된다.
기판(2)은, 예를 들어 반도체(예를 들어, 실리콘 또는 화합물 반도체), 유리, 세라믹, 금속, 수지 등으로 구성된다. 기판(2)은, 모재 위에 1개 이상의 층을 가질 수 있다. 이 경우, 모재는 예를 들어 반도체, 유리, 세라믹, 금속, 수지 등으로 형성된다. 기판(2)에는, 필요에 따라, 임프린트재와 기판(2) 사이의 부착을 향상시키기 위해서 부착층이 제공될 수 있다. 기판(2) 상에는 복수의 샷 영역이 형성된다.
몰드 위치결정 유닛(3)은 몰드 보유지지 유닛(3a) 및 몰드 구동 기구(3b)를 포함할 수 있다. 몰드 보유지지 유닛(3a)은, 예를 들어 진공 흡인력, 정전기력 등을 사용하여 몰드(1)를 보유지지한다. 몰드 구동 기구(3b)는, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)(간극)을 변경하기 위한 구동계이다. 몰드 구동 기구(3b)는, 몰드 보유지지 유닛(3a)을 구동함으로써 몰드(1)를 Z축 방향으로 구동한다(이동시킨다). 몰드 구동 기구(3b)는, 예를 들어 리니어 모터 및 에어 실린더 등의 액추에이터를 포함하고, 몰드(1)가 내부에 보유지지된 몰드 보유지지 유닛(3a)을 구동한다. 몰드 구동 기구(3b)는, 몰드(1)(몰드 보유지지 유닛(3a))를 복수의 축(예를 들어, 3개의 축, 즉 Z축, θX축, 및 θY축)에 대해서 구동하도록 구성된다. 몰드(1)의 고정밀 위치결정을 실현하기 위해서, 몰드 구동 기구(3b)는, 조동 구동계 및 미동 구동계 등의 복수의 구동계를 포함해도 된다. 또한, 몰드 구동 기구(3b)는, Z축 방향뿐만 아니라, X축 방향, Y축 방향, 및 θZ 방향으로도 몰드(1)를 구동하는 기능 및 몰드(1)의 기울기를 보정하는 기능을 갖고 있어도 된다.
기판 위치결정 유닛(4)은, 기판(2)을 보유지지하도록 구성되는 기판 보유지지 유닛(4a)과 기판 구동 기구(4b)를 포함할 수 있다. 기판 보유지지 유닛(4a)은, 예를 들어 진공 흡인력, 정전기력 등을 사용하여 기판(2)을 보유지지한다. 기판 구동 기구(4b)는, 기판 보유지지 유닛(4a)을 구동함으로써 기판(2)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 구동한다(이동시킨다). 기판 구동 기구(4b)는, 리니어 모터 및 에어 실린더 등의 액추에이터를 포함하고, 기판(2)이 내부에 보유지지된 기판 보유지지 유닛(4a)을 구동한다. 기판 구동 기구(4b)는, 기판(2)(기판 보유지지 유닛(4a))을 복수의 축(예를 들어, 3개의 축, 즉 X축, Y축, 및 θZ축, 바람직하게는 6개의 축, 즉 X축, Y축, Z축, θX축, θY축, 및 θZ축)에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다. 기판 구동 기구(4b)는, 조동 구동계 및 미동 구동계 등 복수의 구동계를 포함하고 있어도 된다. 기판 구동 기구(4b)는, Z축 방향 및 θ(Z축 둘레의 회전) 방향으로 기판(2)을 구동하는 기능 및 기판(2)의 기울기를 보정하는 기능을 갖고 있어도 된다.
몰드 위치결정 유닛(3) 및 기판 위치결정 유닛(4)은, 몰드(1) 및 기판(2)의 표면 방향인, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 XY 평면 방향의 상대 위치, 상대 자세 및 상대 기울기가 변경되도록 몰드(1) 또는 기판(2)을 구동하고, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 상대 위치를 결정하도록 구성되는 기구이다. 몰드 위치결정 유닛(3) 및 기판 위치결정 유닛(4)은, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 기판(2)의 샷 영역 사이의 상대적인 시프트 및 회전에 관련한 오차 성분을 저감하기 위한 얼라인먼트를 행하기 위해서 사용될 수 있다. 몰드 위치결정 유닛(3) 및 기판 위치결정 유닛(4)은, 예를 들어 얼라인먼트 계측 유닛(도시되지 않음)을 사용하여 몰드(1) 및 기판(2)에 제공된 얼라인먼트 마크를 검출하고, 얼라인먼트를 행해도 된다.
또한, 몰드 위치결정 유닛(3) 및 기판 위치결정 유닛(4)은, 거리(d)(간극)를 변경하고, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 Z 방향의 상대 위치, 상대 자세 및 상대 기울기가 조정되도록 몰드(1) 또는 기판(2)을 구동하도록 구성되는 기구이다. 몰드 위치결정 유닛(3) 또는 기판 위치결정 유닛(4)을 사용한 Z 방향의 상대 위치의 조정은, 기판(2) 위의 임프린트재에 몰드(1)의 패턴 영역(PR)을 접촉(압인)시키고, 경화된 임프린트재(경화물의 패턴)로부터 몰드(1)의 패턴 영역(PR)을 분리(이형) 하는 구동을 실행하는 것을 포함한다. 거리(d)는, 예를 들어 몰드 위치결정 유닛(3) 또는 기판 위치결정 유닛(4)에 제공된, 레이저 간섭계, 인코더 등에 의해 검출될 수 있고, 따라서 이 검출 결과에 기초해서 변경될 수 있다. 거리(d)를 검출하는 방법은 이것으로 한정되지 않는 다는 것에 유의해야 한다.
재료 공급 유닛(5)(디스펜서)은, 기판(2) 상에 형성된 샷 영역 위에 미경화 재료로서 임프린트재를 공급(도포)한다. 재료 공급 유닛(5)은, 예를 들어 임프린트재를 토출하도록 구성되는 토출구를 포함하고, 이러한 토출구를 통해 기판(2) 상에 미경화 임프린트재를 적하한다. 기판(2) 위에 대한 임프린트재의 공급은, 예를 들어 기판 위치결정 유닛(4)을 사용하여 기판(2)을 이동시키면서 재료 공급 유닛(5)으로부터 임프린트재를 토출함으로써 행해질 수 있다. 재료 공급 유닛(5)은 임프린트 장치(10)의 외부에 제공되어도 된다. 본 실시형태에서, 재료 공급 유닛(5)은 한 번에 복수의 샷 영역에 임프린트재를 공급한다.
경화 유닛(6)은, 기판(2)의 샷 영역 위의 임프린트재가 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 접촉하는 상태에서, 몰드(1)를 통하여 임프린트재를 위한 경화용의 에너지(예를 들어, 자외선 등의 광)를 공급 혹은 조사함으로써 임프린트재를 경화시킨다. 이에 의해, 임프린트재로 이루어지는 경화물로 구성되는 패턴이 형성된다. 본 실시형태에서, 경화 유닛(6)은, 예를 들어 임프린트재를 경화시키는 광(자외선 등의 노광광)을 사출하도록 구성되는 광원을 갖는다. 또한, 경화 유닛(6)은, 광원으로부터 사출된 광을 임프린트 처리에서 적절한 광이 되도록 조정하기 위한 광학 소자를 포함하고 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 광경화법이 채용되기 때문에, 광원은 자외선을 사출하도록 구성되지만, 예를 들어 열 사이클법을 채용하는 경우에는, 임프린트재로서의 열경화성 수지를 경화시키기 위한 열원이 광원 대신에 사용될 수 있다.
가스 공급 유닛(7)은, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 치환 가스를 공급하고, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 기체를 치환 가스로 치환한다. 임프린트재를 경화시킬 때에 몰드(1)와 임프린트재 사이에 기포가 포함되면, 기포가 존재하는 부분은 임프린트재로 충전되지 않고, 경화물의 패턴에 결함이 발생할 수 있다. 가스 공급 유닛(7)은, 압인 시에, 몰드(1)와 임프린트재 사이의 공간의 기체를 몰드(1) 또는 임프린트재에 투과하기 쉬운 투과성 가스로 치환한다. 몰드(1)를 임프린트재에 접촉시킬 때의 압력 상승에 의해 응축하여 액화하는 응축성 가스 등으로 기체를 치환해도 된다는 것에 유의해야 한다. 투과성 가스의 예는 헬륨 가스(He)를 포함하며, 응축성 가스의 예는 펜타플루오로프로판(PFP)을 포함한다. 본 실시형태에서, 치환 가스는 투과성 가스, 응축성 가스 등이며, 이 후 "가스"라고 지칭하는 경우, 이는 이 치환 가스를 지칭한다.
치환 가스로서 투과성 가스를 사용하는 경우, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 기체를 치환함으로써, 압인 시에 몰드(1)와 임프린트재 사이에 가스가 잔존해도, 몰드 또는 임프린트재에 투과성 가스가 투과해서 몰드의 패턴 영역이 임프린트재로 충전된다. 이에 의해, 경화물의 패턴에서 발생하는 결함의 수를 저감하는 것이 가능하다. 또한, 치환 가스로서 응축성 가스를 사용하는 경우에도, 잔존 가스는 액화한다. 따라서, 패턴 결함의 수를 저감하는 것이 가능하다.
가스 공급 유닛(7)은 가스 공급원(7a), 가스 제어부(7b, 7c), 및 가스 공급로(7d)를 포함할 수 있다. 가스 공급원(7a)은, 치환 가스의 공급원이며, 가스가 충전된 탱크를 포함하거나 또는 외부의 가스 공급원에 접속된다. 가스 제어부(7b, 7c)는 가스의 유량을 제어한다. 가스 제어부(7b, 7c)는 예를 들어 질량 유량 제어기(MFC)로 구성된다. 가스 공급로(7d)는, 몰드 위치결정 유닛(3)에 보유지지된 몰드(1)의 주위에 제공된 복수의 공급구(7e)를 통해 가스를 방출할 수 있도록 구성된다. 가스 공급원(7a)으로부터 공급된 가스의 유량은 가스 제어부(7b, 7c)에 의해 제어되고, 가스 공급로(7d)를 통해 공급구(7e)로부터 가스가 방출된다. 이에 의해, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 치환 가스가 공급된다.
제어부(8)는, 몰드 위치결정 유닛(3), 기판 위치결정 유닛(4), 재료 공급 유닛(5), 경화 유닛(조사 유닛)(6), 가스 공급 유닛(7) 등을 제어하고, 임프린트 장치(10)의 전체(동작)를 제어한다. 또한, 제어부(8)는, 임프린트 장치(10)의 각 유닛을 제어하고 임프린트 처리를 행한다. 제어부(8)는, FPGA(field programmable gate array의 약어) 등의 PLD(programmable logic device의 약어), ASIC(application specific integrated circuit의 약어)와 프로그램이 내장된 범용 컴퓨터 또는 이들의 전부 혹은 일부의 조합에 의해 구성될 수 있다. 본 실시형태에서, 제어부(8)는, 제1 샷 영역으로부터 제2 샷 영역으로의 몰드(1)와 기판(2)의 표면 방향의 상대 위치의 변경 시에서의 거리(d)인 제2 간극이 가스 공급 시의 거리(d)인 제1 간극보다 작아지도록 몰드 위치결정 유닛(3)을 제어한다. 상세에 대해서는 후술하지만, 이때, 기판 위치결정 유닛(4)을 제어함으로써, 거리(d)를 변경해도 되고, 몰드 위치결정 유닛(3)과 기판 위치결정 유닛의 양쪽 모두를 제어함으로써 거리(d)를 변경해도 된다.
도 2a 및 도 2b는, 제1 실시형태에 따른 임프린트 장치(10)의 임프린트 처리를 설명하는 흐름도이다. 도 2a는, 기판(2)의 복수의 샷 영역에 패턴을 형성하는 처리를 도시한다. 도 2b는 이때의 몰드 위치결정 유닛(3)의 동작을 도시한다. 이들 처리는 제어부(8)에 의해 제어된다. 몰드 보유지지 유닛(3a)에의 몰드(1)의 반송(로드), 몰드 보유지지 유닛(3a)으로부터의 몰드(1)의 반송(언로드), 기판 보유지지 유닛(4a)에의 기판(2)의 반송(로드), 및 기판 보유지지 유닛(4a)으로부터의 기판(2)의 반송(언로드)에 대한 설명은 생략한다.
먼저, 도 2a의 플로우에 대해 설명한다. 단계 S11에서는, 복수의 대상 샷 영역에 임프린트재를 공급한다. 구체적으로는, 제어부(8)는, 기판(2) 상의 다음 임프린트 처리를 행하는 제1 샷 영역과, 제1 샷 영역의 다음에 임프린트 처리를 행하는 제2 샷 영역에 임프린트재가 공급되도록, 재료 공급 유닛(5)과 기판 위치결정 유닛(4)(기판 구동 기구(4b))를 제어한다. 제1 샷 영역과 제2 샷 영역은 다른 샷 영역이라는 것에 유의해야 한다. 복수의 상이한 샷 영역에 통합해서 임프린트재를 공급하고, 연속해서 몰드(1)를 기판(2)에 접촉시킴으로써, 각각의 샷 영역마다 임프린트재를 공급하는 경우와 비교하여, 재료 공급 유닛(5) 아래에서 기판(2)을 이동시키는 시간이 단축된다. 또한, 제1 샷 영역과 제2 샷 영역에서는, 기판(2)의 이동 시간을 단축하기 위해서, 복수의 인접하는 샷 영역이 선택되는 것이 바람직하다.
단계 S12에서는, 제어부(8)는, 몰드(1)의 패턴 영역(PR) 아래에 기판(2)의 제1 샷 영역이 배치되도록, 기판 위치결정 유닛(4)(기판 구동 기구(4b))을 제어한다. 동시에, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 가스가 충전되도록 가스 공급 유닛(7)을 제어한다. 즉, 가스 공급 유닛(7)은, 제1 샷 영역에의 접촉(제1 접촉) 전에 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 가스를 공급한다.
단계 S13에서는, 제어부(8)는, 기판(2)의 제1 샷 영역에 대하여, 압인 동작, 노광 동작, 및 이형 동작(제1 임프린트 처리)을 순차적으로 실행한다. 제어부(8)는, 기판(2)의 제1 샷 영역 상의 임프린트재가 패턴 영역(PR)과 접촉하도록 몰드 위치결정 유닛(3)을 제어하여, 몰드(1)를 -Z 방향으로 이동시킨다. 이것을 압인 동작으로 간주한다. 이어서, 제어부(8)는, 제1 샷 영역 상의 임프린트재를 경화시키도록 경화 유닛(6)을 제어한다. 즉, 경화 유닛(6)은, 임프린트재를 경화시키기 위한 자외선을 제1 샷 영역 상의 임프린트재에 조사한다. 이에 의해, 임프린트재로 이루어지는 경화물로 형성되는 패턴이 대상 샷 영역 상에 형성된다. 이것을 노광 동작으로 간주한다. 이어서, 제어부(8)는, 임프린트재로 이루어지는 경화물로 형성되는 패턴과 몰드(1)의 패턴 영역(PR)이 서로 분리되도록 몰드 위치결정 유닛(3)을 제어하여, 몰드(1)를 +Z 방향으로 이동시킨다. 이것을 이형 동작으로 간주한다. 압인 동작, 이형 동작 등의 거리(d)의 변경에서, 기판 위치결정 유닛(4)을 제어해서 기판(2)을 이동시켜도 되고, 몰드 위치결정 유닛(3) 및 기판 위치결정 유닛(4)의 양쪽 모두를 제어함으로써 몰드(1) 및 기판(2)의 양쪽 모두를 이동시켜도 된다는 것에 유의해야 한다. 이후의 설명에서도 마찬가지이다.
단계 S14에서는, 제어부(8)는, 몰드(1)의 패턴 영역(PR) 아래에 기판(2)의 제2 샷 영역이 배치되도록, 기판 위치결정 유닛(4)(기판 구동 기구(4b))을 제어하여, 몰드(1)와 기판(2)의 표면 방향의 상대 위치를 변경한다. 이것을 이동 동작으로 간주한다. 단계 S15에서는, 제어부(8)는, 기판(2)의 제2 샷 영역에 대하여, 압인 동작, 노광 동작, 및 이형 동작(제2 임프린트 처리)를 순차적으로 실행한다. 제어부(8)는, 기판(2)의 제2 샷 영역 상의 임프린트재가 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 접촉(제2 접촉)하도록 몰드 위치결정 유닛(3)을 제어한다. 이어서, 제어부(8)는, 경화 유닛(6)을 제어하여, 제2 샷 영역 상의 임프린트재를 경화시킨다. 이에 의해, 임프린트재로 이루어지는 경화물로 형성되는 패턴이 대상 샷 영역의 상 형성된다. 이어서, 제어부(8)는, 임프린트재로 이루어지는 경화물로 형성되는 패턴과 몰드(1)의 패턴 영역(PR)이 서로 분리되도록 몰드 위치결정 유닛(3)을 제어하여, 몰드(1)를 +Z 방향으로 이동시킨다.
단계 S16에서는, 제어부(8)는, 기판(2)에 다음에 패턴을 형성해야 할 샷 영역이 있는지를 판단한다. 다음에 패턴을 형성해야 할 샷 영역이 있다고 판단되는 경우에는, 처리는 단계 S11의 처리로 복귀하고, S11 내지 S15의 처리를 반복한다.
도 2b에 나타내는 몰드 위치결정 유닛(3)의 동작 플로우에 대해서 설명한다. 도 2b의 플로우는, 도 2a의 플로우의 실행 중의 몰드 위치결정 유닛(3)의 동작을 나타내고 있다. 단계 S21은, 단계 S12의 가스 공급이 개시되기 전에 실행된다. 단계 S21에서는, 몰드 위치결정 유닛(3)은, 거리(d)를 초기 간극으로부터 가스가 공급될 수 있는 간극으로 변경한다. 이 가스 공급 시의 거리(d)를 제1 간극이라 한다. 초기 간극은 단계 S11의 개시 시의 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)이다. 여기서, 거리(d)는, 몰드(1)의 패턴이 형성된 표면(XY 평면)과 기판(2)의 표면(XY 평면) 사이의 압인 방향(Z축을 따른 방향)에서의 간격을 나타내고 있다.
단계 S22는, 단계 S13에서의 압인 동작 동안에 실행된다. 단계 S22에서는, 몰드 위치결정 유닛(3)은, 몰드(1)를 기판(2)의 제1 샷 영역 상의 임프린트재에 접촉시키도록, 거리(d)를 저감한다. 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재 사이의 접촉시의 거리(d)는 접촉 간극이 되도록 설정하고, 몰드 위치결정 유닛(3)은 거리(d)가 최종적으로 접촉 간극에 도달하도록 거리(d)를 변경한다. 이때, 접촉은 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 임프린트재 사이에서만 일어난다. 패턴 영역(PR)은 몇십 μm 내지 몇백 μm의 볼록부에 형성되어 있기 때문에, 몰드(1)와 기판(2)은 서로 직접 접촉하지 않고, 거리(d)가 0이 되지 않는다. 따라서, 접촉 간극은, 패턴 영역(PR)의 볼록부의 두께(몇십 μm 내지 몇백 μm)와 임프린트재의 두께 사이의 합이다. 거리(d)는 패턴 영역(PR)을 둘러싸는 영역의 표면과 기판(2)의 표면 사이의 간격이지만, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 표면과 기판(2)의 표면 사이의 간격이 거리(d)로서 설정되어도 된다는 것에 유의해야 한다.
단계 S23은, 단계 S13에서의 제1 샷 영역의 이형 동작 동안에 실행된다. 단계 S23에서는, 몰드 위치결정 유닛(3)은, 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재가 서로 분리되도록 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)를 증가시킨다. 몰드 위치결정 유닛(3)은, 거리(d)가 최종적으로 제1 간극보다 작은(제1 간극 미만) 값에 도달하도록 거리(d)를 변경한다. 이때, 이형 동작을 행하기 위한, 몰드(1)를 +Z 방향으로 이동시키는 이형력에 의해, 거리(d)가 일시적으로 제1 간극을 초과해도 된다는 것에 유의해야 한다. 단계 S24는, 단계 S14에서의 제1 샷 영역으로부터 제2 샷 영역으로의 이동 동작 동안에 실행된다. 단계 S24에서는, 거리(d)가 제1 간극 미만으로 되도록 유지된다. 이때의 거리(d)의 최대값이 제1 간극보다 작게 되어 있으면 되고, 거리(d)가 이동 중에 일정한 값이 되도록 유지될 필요는 없다는 것에 유의해야 한다. 여기서, 이동 동작이 실행될 때의 거리(d)를 제2 간극이라 칭한다.
단계 S25는 단계 S15에서의 압인 동작 동안에 실행된다. 단계 S25에서는, 몰드 위치결정 유닛(3)은, 몰드(1)를 기판(2)의 제2 샷 영역 상의 임프린트재에 접촉시키도록, 거리(d)를 감소시킨다. 몰드 위치결정 유닛(3)은 거리(d)가 최종적으로 접촉 간극에 도달하도록 거리(d)를 변경한다.
단계 S26은, 단계 S15에서의 제2 샷 영역의 이형 동작 시에 실행된다. 단계 S26에서는, 몰드 위치결정 유닛(3)은, 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재가 서로 분리되도록, 거리(d)를 증가시킨다. 몰드 위치결정 유닛(3)은, 거리(d)가 최종적으로 제1 간극에 도달하도록 거리(d)를 변경한다. 거리(d)를 제1 간극으로 설정함으로써, 가스가 다시 공급된다. 단계 S27은 단계 S16과 동등하다.
도 3a 내지 도 8을 참고하여, 가스의 공급 관점에서 단계 S12 내지 S15를 이하에서 상세하게 설명한다. 도 3a 내지 도 8은 가스 공급 경로를 도시하는 개략도이다. 도 3a 내지 도 8은, 임프린트 장치(10)의 XZ 단면도이며, 몰드(1), 기판(2), 몰드 위치결정 유닛(3), 기판 위치결정 유닛(4), 재료 공급 유닛(5), 및 가스 공급로(7d)의 근방만을 도시한다.
도 3a는 단계 S12의 실행 동안의 임프린트 장치(10)의 상태를 나타내고 있다. 기판(2)의 중앙부에 위치하는 제1 샷 영역(S1)과 제2 샷 영역(S2) 상에는 임프린트재(R)가 이미 도포되어 있다. 기판(2)은, 기판 위치결정 유닛(4)을 사용하여, 제1 샷 영역(S1)이 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 하방에 배치되도록, 화살표 VW로 나타내는 방향으로 이동된다. 이와 동시에, 가스 공급로(7d)는 공급구(7e)로부터 가스방출 방향(VG1)으로 가스를 공급한다. 이때, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)를 가스가 몰드(1)와 기판(2) 사이에 용이하게 인입하도록 하는 제1 간극(d3)으로 설정할 필요가 있다. 음영 패턴으로 나타낸 가스 영역(GR)은 가스의 농도가 공기의 농도보다 높은 영역이다. 이때, 기판(2)은 화살표 VW 방향(+X 방향)으로 이동하고, 몰드(1)는 정지하고 있다. 몰드(1)와 기판(2) 사이에 공급된 가스는 기판(2)에 의해 드래그(drag)되어 몰드(1)의 하방을 향해 지향되는 화살표 VG 방향으로 흐른다.
공급된 가스가 몰드(1)의 하방을 향해 흐르는 상태에 대해서 도 9를 참고하여 설명한다. 도 9는 가스 흐름을 설명하는 도면이다. 도 9는, XZ 단면에서 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간만을 나타내고, 몰드(1)와 기판(2)의 사이의 유체의 속도 분포를 나타낸다. 또한, 도 9는 몰드(1)의 저면(w1)(기판(2)에 대향하는 표면)과 기판(2)의 표면(w2)(몰드(1)에 대향하는 표면)을 나타낸다. 기판(2)이 이동중이기 때문에, 기판(2)의 표면(w2)의 속도는 기판(2)의 이동 속도와 동등하다. 몰드(1)가 정지되어 있으므로, 몰드(1)의 저면(w1)의 속도는 0이다. 따라서, 몰드(1)의 저면(w1)과 기판(2)의 표면(w2) 사이에 끼인 공간의 유체는 도 9의 속도 벡터(v1, v2, v3, v4, 및 v5)로 나타내는 바와 같이 기판(2)의 표면(w2)측으로부터 몰드(1)의 저면(w1)을 향해서 속도가 선형적으로 감소하는 쿠에터 흐름(Couetter flow)을 갖는다. 기판(2)의 표면(w2)과 몰드(1)의 저면(w1) 사이의 기체는, 평균에서 속도 벡터(v6)에 의해 나타내는 바와 같이 기판(2)의 이동 속도의 절반의 속도로 이동한다. 따라서, 몰드(1)와 기판(2) 사이에 공급된 가스는 기판 이동 속도의 절반인 속도로 몰드(1)의 하방측을 향해서 흐른다.
도 3b는 단계 S12가 완료된 상태를 나타낸다. 제1 샷 영역(S1)은 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 하방에 배치된다. 이때, 가스 영역(GR)은 몰드(1)와 기판(2)의 사이의 공간에 있고, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 제1 샷 영역(S1) 사이의 공간은 가스로 채워진다. 이때, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)는 여전히 제1 간극(d3)으로 유지된다.
도 4a는 단계 S13에서의 압인 동작 시의 모습을 나타내고 있다. 몰드 위치결정 유닛(3)을 사용하여, 몰드(1)는 기판(2)의 제1 샷 영역(S1)을 향해서 (화살표 VM 방향) 이동하고 있다. 기판(2)과 몰드(1) 사이의 공간의 기체는, 몰드(1)가 압하될 때 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 용적이 작아지기 때문에, 몰드(1)의 주위를 향해서 흐른다. 따라서, 가스 영역(GR)은 화살표 VG 방향으로 흐른다. XY 평면에서 보면, 가스 영역(GR)의 면적은 증가한다. 전술한 경화물의 손상을 발생시키지 않기 위해서는, 압인 시인 도 4a의 상태에서, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 임프린트재 사이의 가스 농도를 증가시키는 것이 중요하다.
도 4b는 단계 S13에서의 노광 동작 시의 상태를 나타낸다. 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 기판(2)의 제1 샷 영역(S1)이 임프린트재를 통해서 서로 접촉한 상태에서 노광광(UV)이 임프린트재에 조사된다. 노광광(UV)은 몰드(1)의 패턴 영역(PR) 부분에만 광이 조사되도록 구성된다. 이에 의해, 제1 샷 영역(S1) 상의 임프린트재(R)는 경화된다. 이때, 거리(d)는 접촉 간극(d1)이다.
도 5a는 단계 S13에서의 이형 동작 시의 상태를 나타내고 있다. 몰드(1)는, 몰드 위치결정 유닛(3)을 사용하여 몰드(1)가 기판(2)의 제1 샷 영역(S1)으로부터 멀어지는 방향(화살표 VM 방향)으로 이동한다. 이 동작을 통해 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 임프린트재(R)는 서로 분리된다. 몰드(1)가 당겨 올려질 때 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 용적은 증가하기 때문에, 기판(2)과 몰드(1) 사이의 공간의 기체는 몰드(1)의 주위로부터 몰드(1)의 중심부를 향해서 흐른다. 따라서, 가스 영역(GR)은 화살표 VG 방향으로 흐른다. 이에 의해, 몰드(1)가 당겨 올려질 때, XY 평면에서 보면 가스 영역(GR)의 면적은 작아진다.
도 5b는 단계 S13이 완료된 상태를 도시한다. 이때, 가스 영역(GR)은 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 있다. 이때의 XY 평면 방향에서 본 가스 영역(GR)의 크기는, 단계 S13의 이형 시에 몰드(1)가 당겨 올려지는 양에 따라 변화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이때, 이형 동작을 행하기 위한 이형력에 의해, 거리(d)가 일시적으로 제1 간극을 초과해도 된다는 것에 유의해야 한다.
도 6a는 단계 S14에서의 기판(2)의 이동 동작을 나타내고 있다. 기판(2)은, 기판 위치결정 유닛(4)을 사용하여, 제2 샷 영역(S2)이 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 하방에 배치되도록, 화살표 VW로 나타내는 방향(+X 방향)으로 이동한다. 이때, 기판(2)은 화살표 VW 방향(+X 방향)으로 이동하고, 몰드(1)는 정지되어 있다. 가스 영역(GR)은, 화살표 VG로 나타내는 바와 같이 기판(2)에 의해 드래그되고 이동한다. 몰드 위치결정 유닛(3)은, 이동 동작이 실행될 때의 거리(d)(제2 간극)의 최대값(d2)이 제1 간극(d3)보다 작은 간극이 되게 한다.
도 6b는 단계 S14(이동 동작)이 완료된 상태를 나타낸다. 패턴 영역(PR)의 하방에 제2 샷 영역(S2)이 배치된다. 이때, 가스 영역(GR)은 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간에 있고, 패턴 영역(PR)과 제2 샷 영역(S2) 사이의 공간은 가스로 채워진다. 이때에도, 거리(d)는 제1 간극(d3)보다 작다는 것에 유의해야 한다.
도 7a는 단계 S15에서의 압인 동작 시의 상태를 나타내고 있다. 몰드(1)는 몰드 위치결정 유닛(3)을 사용하여 기판(2)의 제2 샷 영역(S2)을 향해서(화살표 VM 방향) 이동한다. 몰드(1)가 압하될 때 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 용적이 작아지므로, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 기체는 몰드(1)의 주위를 향해서 흐른다. 따라서, 가스 영역(GR)의 흐름은 화살표 VG 방향을 향한다. 따라서, XY 평면에서 보면, 가스 영역(GR)의 면적은 증가한다.
도 7b는 단계 S15에서의 노광 동작 시의 상태를 나타내고 있다. 몰드(1)의 패턴 영역(PR)이 임프린트재를 통해 기판(2)의 제2 샷 영역(S2)에 접촉하는 상태에서 노광광(UV)이 임프린트재에 조사된다. 이에 의해, 제2 샷 영역(S2) 상의 임프린트재(R)는 경화한다. 이때, 거리(d)는 접촉 간극(d1)이다.
도 8은 단계 S15에서의 이형 시의 상태를 나타내고 있다. 몰드(1)는 몰드 위치결정 유닛(3)을 사용하여 몰드(1)가 기판(2)의 제2 샷 영역(S2)으로부터 멀어지는 방향(화살표 VM 방향)으로 이동한다. 이 동작을 통해 몰드(1)의 패턴 영역(PR)과 임프린트재(R)는 서로 분리된다. 기판(2)과 몰드(1) 사이의 공간의 기체는, 몰드(1)가 당겨 올려질 때 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 용적이 증가하므로, 몰드(1)의 주위로부터 몰드(1)의 중심부를 향해서 흐른다. 따라서, 가스 영역(GR)의 흐름은 화살표 VG 방향을 향한다. 이에 의해, 몰드(1)가 당겨 올려질 때, XY 평면 방향에서 보면, 가스 영역(GR)의 면적은 작아진다.
도 10은, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)의 변화의 상태를 설명하는 도면이다. 도 10은, 횡축이 시간을 나타내고, 종축이 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)를 나타내는 그래프이다. 시간 t0은 도 2의 단계 S12의 개시 시간이다. 시간 t1은 단계 S13의 개시 시간이다. 시간 t2는 단계 S13의 압인 동작이 완료된 시간이고, 시간 t3는 단계 S13의 노광 동작이 종료된 시간이다. 시간 t4는 단계 S13의 이형이 완료된 시간이며, 단계 S14의 개시 시간이기도 하다. 시간 t5는 단계 S15의 개시 시간이다. 시간 t6은 단계 S15의 압인 동작이 완료된 시간이고, 시간 t7은 단계 S15의 노광 동작이 종료된 시간이며, 시간 t8은 단계 S15의 이형 동작이 완료된 시간이다. 이하에서 설명하는, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)는 제어부(8)를 사용하여 몰드 위치결정 유닛(3) 또는 기판 위치결정 유닛(4)을 제어함으로써 변경된다는 것에 유의해야 한다.
단계 S12에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(2)을 이동시키면서, 가스를 몰드(1)와 기판(2) 사이에 공급한다. 이때(시간 t0으로부터 t1), 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)는, 가스가 몰드(1)와 기판(2) 사이에 용이하게 인입하는 거리일 필요가 있다. 따라서, 거리(d)는 제1 간극(d3)으로서 설정된다.
이어서, 몰드(1)는 압인 동작(시간 t1 내지 시간 t2)에서는 기판(2) 상의 임프린트재에 접촉된다. 따라서, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리가 작아지고 결국 접촉 간극(d1)에 도달한다. 이어서, 노광 동작(시간 t2 내지 t3)에서는, 몰드(1)와 기판(2)의 양쪽 모두가 정지 상태에 있다. 따라서, 거리는 접촉 간극(d1)으로 유지된다.
이어서, 이형 동작(시간 t3 내지 t4)에서는, 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재가 서로 분리된다. 따라서, 거리(d)는, 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재가 서로 멀어지는 방향으로 변화하고, 제2 간극의 최대값(d2)까지 증가한다. 이때, 제2 간극의 최대값(d2)은 제1 간극(d3) 미만이다. 상술한 도 5a에 도시된 바와 같이, 몰드(1)가 당겨 올려짐에 따라, 공기는 몰드(1) 주위로부터 제2 간극 내로 흐른다. 이 유입량을 최소화할 필요가 있다. 그 때문에, 상술한 바와 같이, 이때에 이형 동작을 행하기 위한 이형력에 의해 거리(d)가 일시적으로 제1 간극을 초과하지만, 이형 동작 완료시의 거리(d)는 작게 하는 것이 바람직하고, 이형 동작 완료시의 거리(d)가 제2 간극의 최대값(d2)을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
이어서, 제1 샷 영역으로부터 제2 샷 영역으로 기판을 이동시키는 이동 동작(시간 t4 내지 t5)에서는, 제2 간극은 최대값(d2)인 채로 일정하다. 이때, 제2 간극의 최대값(d2)은 제1 간극(d3) 미만이다. 시간 t4 내지 t5의 기간에서 제2 간극이 최대값(d2)을 초과하는 것으로 상정하면, 도 6a의 가스 영역(GR)은 XY 평면 방향에서 볼 때 더 작아진다. 그 결과, 도 6a의 상태에서, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)이 가스 영역(GR)으로 채워지지 않고, 가스의 농도 부족에 의해 결함품이 발생할 수 있다. 본 공정에서 제2 간극은 최대값(d2)을 초과하지 않는 것이 필요하기 때문에, 제2 간극은 일정하게 유지되지 않아도 된다는 것에 유의해야 한다. 즉, 제2 간극은 최대값(d2) 이하로 유지되면 된다.
다음 압인 동작(시간 t5 내지 t6)에서는, 몰드(1)가 기판(2) 상의 임프린트재에 접촉하기 때문에, 거리(d)가 감소하고 최종적으로 접촉 간극(d1)에 도달한다. 이어서, 노광 동작(시간 t6 내지 t7)에서는, 몰드(1)와 기판(2) 양쪽 모두는 정지 상태에 있다. 따라서, 거리(d)는 접촉 간극(d1)으로 유지된다. 이어서, 이형 동작(시간 t7 내지 t8)에서는, 몰드(1)와 기판(2) 상의 임프린트재가 서로 분리된다. 따라서, 거리는 몰드(1)가 기판(2) 상의 임프린트재로부터 멀어지는 방향으로 변화하고, 제1 간극(d3)까지 증가한다. 제2 샷 영역에 대해 다음 임프린트 처리가 행해질 때, 임프린트재 도포 및 가스 공급이 다시 행해진다. 따라서, 거리를 제1 간극(d3)까지 증가시킬 필요가 있다.
도 11a 및 도 11b는 제1 임프린트 처리의 가스 공급 단계에서의 제1 간극(d3)에 대해서 설명하는 도면이다. 도 11a는 임프린트 장치(10)의 XZ 단면도이며, 몰드(1), 기판(2), 몰드 위치결정 유닛(3), 기판 위치결정 유닛(4), 재료 공급 유닛(5), 및 가스 공급로(7d)의 근방만을 나타내는 개략도이다. 도 11b는 도 11a의 점선부의 확대도이지만, 임프린트재(R)와 가스 영역(GR)은 생략된다. 가스 공급로(7d)의 공급구부(7f)와 몰드(1)의 측면 사이의 거리는 간극(d4)으로서 정의한다. 가스 공급 시에, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)는 제1 간극(d3)이다. 이때, 간극(d4)보다 제1 간극(d3)이 크면, 가스 공급로(7d)를 통해 공급된 가스가 화살표 VO 방향으로 유출하는 양이 줄어들고, 가스 공급로(7d)를 통해 공급된 가스가 화살표 VI 방향으로 유출하는 양은 증가한다. 따라서, 몰드(1)와 기판(2) 사이에 효율적으로 가스를 공급하기 위해서는, 제1 간극(d3)은 간극(d4)보다 큰 것이 바람직하다.
이하에서 제어부(8)에서의 제2 간극의 최대값(d2)을 결정하는 방법에 대해서 설명한다. 도 12는, 제2 간극의 최대값(d2)을 결정하는 방법의 일례를 설명하는 도면이다. 도 12a 내지 도 12c는 몰드(1), 기판(2) 및 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간을 나타내는 개략도이며, 상위 도면은 XY 평면의 단면도이며, 하위 도면은 XZ 평면의 단면도이다.
도 12a는 단계 S13에서의 압인 동작의 완료시의 상태를 나타내고 있다. 전술한 설명과 같이, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간은 가스 영역(GR)이다. XY 평면도에서, 몰드(1)의 패턴 영역(PR)부에는 임프린트재(R)가 있고, 다른 영역은 가스 영역(GR)이다. 이때의 가스 영역(GR)의 용적을 VGR으로 하면, 도 12a에 도시된 바와 같이, 가스 영역(GR)의 용적은 이하의 식으로 표현된다.
[수식 1]
Figure pat00001
A1는 몰드(1)의 패턴 영역(PR)을 제외하는 면적이며, 접촉 간극(d1)은 압인 후의 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)이다. 접촉 간극(d1)은, 상술한 바와 같이, 패턴 영역(PR)의 볼록부의 두께(몇십 μm 내지 몇백 μm)와 임프린트재의 두께의 합이다. 접촉 간극(d1)은 몰드(1)의 패턴 영역(PR)부에 제공된 볼록부의 높이와 실질적으로 동일하기 때문에, 접촉 간극(d1)을 높이로 치환해서 계산을 행해도 된다는 것에 유의해야 한다.
도 12b는 단계 S13에서의 이형 동작의 완료시의 상태를 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 몰드(1)를 인상하는 동작에 따라 몰드(1)의 주위로부터 몰드(1)와 기판(2) 사이로 기체가 인입하면, 가스 영역(GR)은 XY 평면 방향에서 보았을 때에 작은 면적을 갖는다. 이때의 가스 영역의 용적(VGR)은, 가스 영역(GR)의 XY 평면 방향의 면적(A2)과 제2 간극의 최대값(d2)의 곱이다. 기체가 유입해도 가스 영역(GR)의 용적(VGR)이 이형 동작의 전 후에 변화하지 않는 것으로 상정하면, 이때의 가스 영역(GR)의 면적(A2)은 도 12b의 하기 식에 의해 도시하는 바와 같이 이하의 수식에 의해 표현된다.
[수식 2]
Figure pat00002
도 12b는 단계 S13에서의 압인 동작을 행하기 전의 상태를 나타낸다. 제1 샷 영역으로부터 제2 샷 영역까지의 몰드(1)와 기판(2) 사이의 표면 방향에서의 상대적인 이동 거리를 L로서 설정한다. L은 패턴 영역(PR)의 폭이어도 된다는 것에 유의해야 한다. 전술한 바와 같이, 기판(2)은 제2 샷 영역(S2)이 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 하방에 배치되도록 이동한다. 가스 영역(GR)도 기판(2)의 이동에 수반하여 이동한다. 가스 영역(GR)은 기판(2)의 이동 속도의 절반인 속도에서 이동하기 때문에, 이동 거리는 절반이 된다. 따라서, 가스 영역은 L/2 이동한다. 이때, 패턴 영역(PR)의 하측이 가스 영역(GR)으로 채워지는 것이 바람직하다. 가스 영역(GR)의 폭(a)을 가스 영역(GR)의 면적(A1, A2)과, 접촉 간극(d1) 및 제2 간극의 최대값(d2)으로 표현할 때의 수식은 도 12c에 나타내는 바와 같으며, 이하의 수식에 의해 표현될 수 있다.
[수식 3]
Figure pat00003
Figure pat00004
이때, 가스 영역(GR)의 폭(a)이 만족해야 할 조건은 a/2>L이다. 제어부(8)는 이 조건을 만족시키는 제2 간극의 최대값(d2)을 계산함으로써 최대값(d2)을 결정한다. 제2 간극을 산출된 최대값(d) 이하로 유지함으로써, 제1 접촉 후에 가스를 공급하지 않는 상태에서, 제2 접촉 시에 패턴 영역(PR)과 임프린트재 사이의 가스 농도의 저하를 최소화하는 것이 가능해진다. 그 결과, 제1 접촉 후에 가스를 공급하지 않는 상태에서 제2 접촉을 행해도, 가스의 농도 부족에 의한 결함의 발생을 최소화할 수 있다.
이상 재료 공급 유닛(5)을 포함하는 임프린트 장치에 대해서 설명했지만, 본 발명은 재료 공급 유닛의 유무에 관계없이 채용될 수 있다. 예를 들어, 외부의 도포 장치를 사용하여 기판의 하나의 표면에 임프린트재를 도포하고 나서 임프린트 장치 내로 반입해도 된다. 이 경우, 도 2의 단계 S11을 생략할 수 있다. 단, 이 경우에도, 가스를 공급할 필요가 있고, 상술한 방법과 장치를 사용하여 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)를 조정함으로써 복수의 접촉이 이루어질 때마다 가스를 공급한다. 이때, 미리 가스 공급을 위한 접촉 횟수를 설정해도 된다. 이 경우, 샷 영역의 크기 및 가스의 공급량에 따라 접촉 횟수는 상이하지만, 미리 설정되는 접촉 횟수는 3회 이하인 것이 바람직하다. 가스의 공급 시에는, 도 9를 사용해서 설명한 쿠에터 흐름을 사용하여 가스를 공급하는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우에도, 마찬가지로, 기판(2)을 가스 공급로(7d)의 공급구(7e)의 위치로 이동시키고, 다시 몰드(1)의 패턴 영역(PR)의 하방에 대상 샷 영역을 배치하도록 이동시키면서 가스를 공급한다.
또한, 본 실시형태에서는 이형 동작과 이동 동작이 다른 단계로서 행해지지만, 이형 동작과 이동 동작을 동시에 행해도 된다. 이 경우, 제어부(8)는, 제1 접촉 후 제2 접촉까지의 기간에서의 거리(d)가 제1 간극보다 작아지도록(제1 간극 이상이 안되도록), 몰드 위치결정 유닛(3) 또는 기판 위치결정 유닛(4)을 제어한다.
상술한 바와 같이, 제1 실시형태의 임프린트 장치는, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 거리(d)를 제어함으로써, 몰드(1)와 기판(2)의 사이에 효율적으로 가스를 공급할 수 있고, 각 접촉마다 가스 공급을 행할 필요가 없다. 이에 의해, 가스의 소비량을 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 가스 공급 시간이 저감되기 때문에, 생산성을 향상시키는 것도 가능하다.
(제2 실시형태)
이하, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 임프린트 장치(10)에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서 언급하지 않는 사항은 제1 실시형태와 동일하다. 제2 실시형태에서는, 제어부(8)는, 이형 동작 동안에 어떠한 원인에 의해 거리(d)가 설정된 임계치를 초과한 경우 등, 미리정해진 조건을 충족한 경우에는, 가스를 다시 공급한다.
도 13은, 제2 실시형태에 따른 임프린트 장치(10)의 임프린트 처리를 설명하는 흐름도이다. 도 13의 단계 S11 내지 단계 S13은 제1 실시형태와 동일하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
단계 S31에서는, 이형 동작의 완료 후에, 거리(d)를 미리결정된 임계치와 비교한다. 미리결정된 임계치는, 예를 들어 제1 실시형태에서의 제2 간극의 최대값(d2)에 상당하며, 이것은 제1 실시형태에 기재된 산출 방법에 의해 미리 설정될 수 있다. 몰드가 제1 샷 영역에 접촉한 후에 거리(d)가 임계치를 초과하는 경우, 제2 샷 영역의 압인 동작 시에 가스 농도 부족에 관한 우려가 있다. 몰드가 제1 샷 영역에 접촉한 후에 거리(d)가 임계치를 초과하는 경우, 처리는 단계 S32의 처리로 진행하고, 거리(d)가 임계치를 초과하지 않는 경우, 처리는 단계 S14의 처리로 진행된다.
단계 S32에서는, 가스가 공급된다. 단계 S32는, 몰드가 제1 샷 영역에 접촉된 후에 거리(d)가 임계치를 초과하는 경우에만 행해지는 단계이다. 몰드가 제1 샷 영역에 접촉한 후에 거리(d)가 설정된 임계치를 초과하는 경우, 제2 샷 영역의 압인 시의 몰드(1)의 패턴 영역(PR)부의 가스 농도 부족에 관한 우려가 있다. 따라서, 가스 공급로(7d)를 통해 가스를 다시 공급하여, 몰드(1)의 패턴 영역 하방의 가스 농도를 증가시킨다. 가스를 다시 공급하므로, 가스의 소비량이 증가할 가능성이 있고 시간당 생산성이 저하될 가능성이 있지만, 가스 농도 부족에 의한 결함품의 발생률을 저감하는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는 몰드가 제1 샷 영역에 접촉한 후에 거리(d)가 임계치를 초과하는 경우에 가스를 다시 공급하지만, 제2 영역으로의 이동 동작 동안에 미리 결정된 임계치와 제2 간극을 비교해도 된다는 것에 유의해야 한다. 이 경우, 제2 간극이 임계치를 초과하는 경우, 가스가 다시 공급된다.
도13의 단계 S14 내지 S16은 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 대한 설명은 생략한다. 상술한 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 임프린트 장치에서는, 제2 간극이 임계치를 초과하는 경우, 가스 공급을 다시 행하여 가스의 농도 부족을 방지하고, 결함의 발생률을 저감하는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는 제2 간극이 최대값(d2)을 초과하는 경우에 가스를 다시 공급하지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 몰드(1)와 기판(2) 사이의 공간의 가스 농도가 미리결정된 임계치를 하회하는 것으로 판단되는 경우 등에서, 가스를 다시 공급해도 된다.
(물품 제조 방법의 실시형태)
본 발명의 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 예를 들어 반도체 장치 등의 마이크로 장치 및 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 기판에 도포된 임프린트재에 상기의 임프린트 장치를 사용해서 패턴을 형성하는 단계(기판을 임프린트하는 단계)와 이러한 단계에서 패턴이 형성된 기판을 가공하는 단계를 포함한다. 또한, 이러한 제조 방법은, 다른 주지의 단계(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)를 포함한다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비하여 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산 비용 중 적어도 하나에서 유리하다.
임프린트 장치(10)를 사용해서 형성한 경화물의 패턴은 각종 물품의 적어도 일부에 영구적으로 혹은 각종 물품을 제조할 때에 일시적으로 사용된다. 물품은 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 몰드 등이다. 전기 회로 소자의 예는 DRAM, SRAM, 플래시 메모리, 및 MRAM과 같은 휘발성 혹은 불휘발성 반도체 메모리와, LSI, CCD, 이미지 센서, 및 FPGA와 같은 반도체 소자를 포함한다. 몰드의 예는 임프린트용 몰드 등을 포함한다.
경화물의 패턴은, 상술한 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서, 그대로 사용되거나 혹은 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판의 가공 단계에서 에칭, 이온 주입 등이 행해진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.
이하 물품을 제조하기 위한 구체적인 방법에 대해서 설명한다. 도 14a에 도시하는 바와 같이, 절연체 등의 피가공재(2z)가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1z)을 준비하고, 그다음 잉크젯법 등을 사용하여 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)를 부여한다. 여기서, 복수의 액적 형상으로 된 임프린트재(3z)가 기판 상에 부여된 상태를 나타내고 있다.
도 14b에 도시하는 바와 같이, 임프린트용 몰드(4z)를, 오목 및 볼록 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재(3z)를 향해서 대향시킨다. 도 14c에 도시하는 바와 같이, 임프린트재(3z)가 부여된 기판(1z)을 몰드(4z)에 접촉시켜, 압력을 가한다. 몰드(4z)와 피가공재(2z) 사이의 간극에 임프린트재(3z)가 충전된다. 이 상태에서, 경화용 에너지로서 광을 몰드(4z)를 통해서 조사하면, 임프린트재(3z)는 경화된다.
도 14d에 도시하는 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 몰드(4z)와 기판(1z)을 분리하면, 기판(1z) 위에 임프린트재(3z)의 경화물의 패턴이 형성된다. 이 경화물의 패턴은, 몰드의 오목부가 경화물의 볼록부에 대응하고, 몰드의 오목부가 경화물의 볼록부에 대응하도록, 즉 몰드(4z)의 오목-볼록 패턴이 임프린트재(3z)에 전사되도록 구성된다.
도 14e에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴을 내에칭 마스크로서 사용하여 에칭을 행하면, 경화물이 없거나 얇게 잔존하는 피가공재(2z)의 표면의 부분이 제거되고, 홈(5z)이 형성된다. 도 14f에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴이 제거되면, 피가공재(2z)의 표면에 형성된 홈(5z)을 갖는 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는, 경화물의 패턴을 제거했지만, 경화물의 패턴을 가공 후도 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자에 포함되는 층간 절연 막, 즉 물품의 구성 부재로서 이용해도 된다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명했지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.
본 출원은 전문에 참조로 본원에 통합되는 2018년 4월 16일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-078578호의 이익을 주장한다.

Claims (14)

  1. 기판 상에 형성된 복수의 샷 영역 각각에 대해 상기 복수의 샷 영역에 공급된 재료에 몰드를 접촉시키고, 상기 재료를 경화시키는 장치이며,
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 공간에 가스를 공급하도록 구성되는 가스 공급 유닛과;
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 간극을 변화시키도록 구성되는 위치결정 유닛과;
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 위치결정 유닛을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 샷 영역 중 상기 재료가 공급된 제1 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제1 접촉 후에 상기 제1 샷 영역과 상이한 제2 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제2 접촉을 행하며, 상기 제1 샷 영역으로부터 상기 제2 샷 영역으로의 표면 방향에서 상기 몰드와 상기 기판 사이의 상대 위치를 변경할 때의 상기 몰드와 상기 기판의 제2 간극이 가스 공급 시의 상기 몰드와 상기 기판 사이의 제1 간극보다 작아지도록 상기 위치결정 유닛을 제어하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 접촉 후에 상기 제2 접촉까지의 기간에서의 상기 간극이 상기 제1 간극보다 작아지도록 상기 위치결정 유닛을 제어하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 접촉 전에 상기 공간에 가스가 공급되도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 간극의 최대값을 결정하고, 상기 제2 간극을 상기 최대값 이하로 유지하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 재료가 상기 몰드와 접촉할 때의 상기 공간의 용적 및 상기 변경 시의 상기 표면 방향에서의 상기 몰드 또는 상기 기판의 이동 거리에 기초해서 상기 최대값을 결정하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 간극은 상기 몰드와 상기 가스 공급 유닛 사이의 간극보다 큰 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 접촉과 상기 제2 접촉을 포함하는 상기 복수의 접촉마다 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는, 미리정해진 조건이 충족된 경우에는, 상기 제2 접촉 전, 또는 상기 복수의 접촉 중 상기 제1 및 제2 샷 영역과 상이한 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제3 접촉 전에도 상기 공간에 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 간극이 상기 최대값을 초과하는 경우에는, 상기 제2 접촉 전, 또는 상기 제3 접촉 전에도 상기 공간에 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 접촉 후 상기 제2 접촉까지의 기간에서,
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 간극이 상기 최대값을 초과하는 경우에는, 상기 제어부는 상기 제2 접촉 전, 또는 상기 제3 접촉 전에도 상기 공간에 상기 가스를 공급하도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복수의 접촉의 횟수는 3회 이하인 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 복수의 접촉은 이웃하는 샷 영역에 대해 행해지는 장치.
  13. 기판 상에 형성된 복수의 샷 영역 각각에 대해 상기 복수의 샷 영역에 공급된 재료에 몰드를 접촉시키고 상기 재료를 경화시키는 방법이며,
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 공간에 가스를 공급하는 단계와;
    상기 복수의 샷 영역 중 상기 재료가 공급된 제1 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제1 접촉 후에 상기 제1 샷 영역과 상이한 제2 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제2 접촉을 행하고, 상기 제1 샷 영역으로부터 상기 제2 샷 영역으로의 표면 방향에서 상기 몰드와 상기 기판 사이의 상대 위치를 변경할 때의 상기 몰드와 상기 기판 사이의 제2 간극을 가스 공급 시의 상기 몰드와 상기 기판 사이의 제1 간극보다 작게 하는 방법.
  14. 물품 제조 방법이며,
    기판 상에 형성된 복수의 샷 영역에 공급된 재료에 몰드를 접촉시키고, 장치를 사용하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 단계에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 장치는,
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 공간에 가스를 공급하도록 구성되는 가스 공급 유닛과;
    상기 몰드와 상기 기판 사이의 간극을 변화시키도록 구성되는 위치결정 유닛과;
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 위치결정 유닛을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 샷 영역 중 상기 재료가 공급된 제1 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제1 접촉 후에 상기 제1 샷 영역과 상이한 제2 샷 영역과 상기 몰드 사이의 제2 접촉을 행하고, 상기 제1 샷 영역으로부터 상기 제2 샷 영역으로의 표면 방향에서 상기 몰드와 상기 기판 사이의 상대 위치를 변경할 때의 상기 몰드와 상기 기판 사이의 제2 간극이 가스 공급 시의 상기 몰드와 상기 기판 사이의 제1 간극보다 작아지도록 상기 위치결정 유닛을 제어하는 물품 제조 방법.
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