KR20220085719A - 평탄화 장치, 평탄화 공정 및 물품 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

상판과 기판 사이의 실시간 레벨링 제어의 방법이 제공된다. 상판과 기판 사이의 성형가능 재료의 평탄화를 위한 총 접촉력과 복수의 주변 축 각각을 따른 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 접촉력 모델이 식별된다. 평탄화를 행하는 데 필요한 설정점 힘이 결정된다. 각각의 힘 성분은 접촉력 모델에 기초하여 계산된다. 평탄화는 복수의 축의 대응하는 축을 따라서 각각의 힘 성분을 인가함으로써 행해진다. 접촉력 모델은 상판을 보유하기 위한 상판 척과 상판, 기판, 및 상판과 기판 사이의 성형가능 재료의 스택의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별된다.

Description

평탄화 장치, 평탄화 공정 및 물품 제조 방법{PLANARIZATION APPARATUS, PLANARIZATION PROCESS, AND METHOD OF MANUFACTURING AN ARTICLE}
본 개시내용은 기판 처리에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반도체 제조에서의 표면의 평탄화 공정에 관한 것이다.
평탄화 기술은 반도체 디바이스를 제조하는 데 유용하다. 예를 들어, 반도체 디바이스를 생성하기 위한 공정은 기판으로 그리고 기판으로부터 재료를 반복적으로 추가 및 제거하는 것을 포함한다. 이러한 공정은 불규칙한 높이 변동(즉, 토포그래피)을 갖는 적층된 기판을 생산할 수 있고, 추가되는 층이 많을수록 기판 높이 변동이 증가될 수 있다. 높이 변동은 적층된 기판에 추가적인 층을 추가하는 능력에 대해 부정적인 영향을 준다. 별개로, 반도체 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 자체가 항상 완벽하게 평탄하지는 않고, 초기 표면 높이 변동(즉, 토포그래피)을 포함할 수 있다. 이러한 문제를 해결하는 하나의 방법은 적층 단계 사이에서 기판을 평탄화하는 것이다. 다양한 리소그래피 패터닝 방법은 평탄한 표면에 대한 패터닝으로부터 이익을 얻는다. ArF 레이저-기반 리소그래피에서, 평탄화는 초점 심도 DOF, 임계 치수(CD) 및 임계 치수 균일성을 향상시킨다. 극자외선 리소그래피(EUV)에서, 평탄화는 피처 배치(feature placement) 및 DOF를 향상시킨다. 나노임프린트 리소그래피(NIL)에서, 평탄화는 패턴 전사 후의 피처 충전 및 CD 제어를 향상시킨다.
때때로 잉크젯-기반 적응성 평탄화(IAP)로 지칭되는 평탄화 기술은 기판과 상판(superstrate) 사이에 중합성 재료의 가변적인 적하물 패턴(drop pattern)을 분배하는 것을 포함하고, 여기서 적하물 패턴은 기판 토포그래피에 따라 달라진다. 이어서, 상판이 중합성 재료와 접촉하고, 이후 재료는 기판 상에서 중합되며, 상판은 제거된다. 예를 들어, 전체 웨이퍼 처리 및 반도체 디바이스 제조를 개선하기 위해 IAP 기술을 포함하는 평탄화 기술의 개선이 요망된다.
상판과 기판 사이의 실시간 레벨링 제어(leveling control)의 방법이 제공된다. 상판과 기판 사이의 성형가능 재료의 평탄화를 위한 총 접촉력과 복수의 주변 축 각각을 따른 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 접촉력 모델이 식별된다. 평탄화를 행하는 데 필요한 설정점 힘이 결정된다. 각각의 힘 성분은 접촉력 모델에 기초하여 계산된다. 평탄화는 복수의 축의 대응하는 축을 따라서 각각의 힘 성분을 인가함으로써 행해진다. 접촉력 모델은 상판을 보유하기 위한 상판 척과 상판, 기판, 및 상판과 기판 사이의 성형가능 재료의 스택의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별된다. 복수의 주변 축 각각은 평탄화 헤드가 기준 평면에 직교하여 이동하는 축에 대해 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 주변 축 각각은 상판 척의 중심으로부터 등거리일 수 있고, 상판, 기판 및 성형가능 재료의 스택의 주변부의 주위에 균일하게 방위각으로 분포된다. 기준 평면은 기판 척의 상부 표면과 100 밀리라디안의 평행도 내에 있을 수 있다.
상기 방법은, 복수의 주변 축의 제1 축을 따른 복수의 위치 각각에서 복수의 주변 축 각각을 따라서 액추에이터에 의해서 생성되는 힘을 측정함으로써 총 접촉력의 힘 성분을 추정하는 단계; 및 기계적 순응력(mechanical compliance force) 및 평행 조건에 의해 야기되는 교정된 스프링 힘에 기초하여 추정된 접촉력을 얻기 위해서 측정된 힘을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 교정된 스프링 힘은 또한 평탄화를 행하기 전에 추정될 수 있다. 예를 들어, 상판 척을 포함하는 평탄화 헤드는 제1 위치로 이동되며, 평탄화가 수행될 때 스택이 제1 위치 위에 위치된다. 평탄화 헤드가 제1 위치에 정착된 후에 평탄화 헤드의 위치 및 인가 제어력의 정보가 수집된다. 평탄화 헤드는 제2 위치로 이동되며, 평탄화가 행해지고 있을 때 스택은 제2 위치 아래에 위치될 것이다. 평탄화 헤드가 제2 위치에 정착된 후에 평탄화 헤드의 위치 및 인가 힘 정보가 수집된다. 그 후, 스프링 힘은 평탄화 헤드의 상향 및 하향 이동으로부터 수집된 위치 및 인가 힘 정보에 기초하여 교정된다. 스프링 힘은 평탄화 헤드를 이동시키기 전에 평탄화 헤드 및 기판을 보유지지하기 위한 기판 척을 서로로부터 멀리 이동시킴으로써 교정될 수 있다. 복수의 주변 축의 교정된 스프링 힘은 미리결정된 기간에 걸쳐 추정된 접촉력의 복수의 측정치를 수집하고 평균화함으로써 리셋될 수 있다.
평탄화 공정 동안 상판을 기판과 레벨링하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 힘 제어기, 위치 제어기, 및 힘 추정기를 포함한다. 힘 제어기는 식별된 접촉 모델에 기초하여 설정점 힘을 조정하도록 그리고 피드백 제어 법칙 및 평탄화 공정을 행하는 데 필요한 설정점 힘과 추정된 힘 사이의 차이에 기초하여 위치 제어기의 설정점 위치를 조정하도록 구성된다. 위치 제어기는 힘 제어기의 출력에 의존하는 설정점 위치와 측정된 위치 사이의 차이에 대한 피드백 제어 법칙 및 2개의 접촉 표면들 사이의 평행 조건에 기초하여 평탄화 헤드에 인가되는 힘을 조정하도록 구성된다. 위치 제어기는 또한 복수의 주변 축을 따른 위치를 측정하기 위한 인코더로부터 정보를 수신하고, 복수의 주변 축을 따라 힘을 인가하고 평행 조건을 처리하기 위한 복수의 액추에이터에 제어 정보를 송신하도록 구성된다. 힘 추정기는 위치 제어기로부터 제어 작업 정보(control effort information)를 수신하고, 입력으로서 설정점 위치를 사용하여 접촉력을 추정하기 위해 교정된 스프링 힘을 제공하고, 접촉력 모델을 식별하기 위해 조정된 설정점 위치에 기초하여 평탄화 공정을 위한 총 접촉력과 좌표의 복수의 주변 축 각각을 따른 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 정보를 제공하도록 구성된 접촉력 모델을 제공하도록 구성된다. 접촉력 모델은 상판을 보유하기 위한 상판 척과 상판, 기판, 및 기판과 상판 사이의 성형가능 재료의 스택의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별된다.
장치는 평행 조건을 측정하기 위해 복수의 초기 접촉 위치를 검출하도록 구성되는 증폭 위치 스케일을 갖는 디지털 필터에 의해 평활화된 접촉 곡선을 회전시키도록 구성된 증폭기를 더 포함할 수 있다. 위치 제어기는 또한 스택의 회전에 기초하여 평행 조건을 측정하도록 구성될 수 있다.
물품 제조 방법이 제공된다. 이 방법에서, 성형가능 재료가 기판에 도포된다. 평탄화 헤드는 상판과 상판 및 기판의 스택의 접촉 표면들 사이에 접촉 표면들이 가깝게 근접하도록 이동된다. 힘 오프셋은 상판과 기판 사이의 접촉 전에 리셋된다. 상판과 기판 사이의 성형가능 재료의 평탄화를 위한 총 접촉력과 복수의 주변 축 각각을 따른 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 접촉력 모델이 식별된다. 평탄화를 행하는 데 필요한 설정점 힘이 결정된다. 각각의 힘 성분은 접촉력 모델에 기초하여 계산된다. 복수의 축의 대응하는 축을 따라서 각각의 힘 성분을 인가하는 것에 의해서 평탄화가 행해진다. 접촉력 모델은 상판을 보유하기 위한 상판 척과 상판 및 기판의 스택의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별될 수 있다. 복수의 주변 축 각각은 평탄화 헤드가 기준 평면에 직교하여 이동하는 축에 대해 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 주변 축 각각은 상판 척의 중심으로부터 등거리일 수 있고, 상판, 기판 및 성형가능 재료의 스택의 주변부의 주위에 균일하게 방위각으로 분포된다. 기준 평면은 기판 척의 상부 표면과 100 밀리라디안의 평행도 내에 있을 수 있다.
총 접촉력은 복수의 축의 제1 축을 따른 복수의 위치 각각에서 복수의 축 각각을 따라 액추에이터에 의해 발생되는 힘을 측정하고; 기계적 순응력 및 평행 조건에 의해 야기되는 교정된 스프링 힘에 기초하여 추정된 접촉력을 얻도록 측정된 힘을 조정함으로써 추정될 수 있다. 기계적 순응력은 스프링 힘을 포함할 수 있다. 스프링 힘은 또한 이하의 단계에 의해 평탄화를 행하기 전에 교정될 수 있다. 상판 척을 포함하는 평탄화 헤드가 제1 위치로 이동되며, 평탄화가 행해지고 있을 때 스택은 제1 위치 위에 위치될 것이다. 평탄화 헤드가 제1 위치에 정착된 후에 평탄화 헤드의 위치 및 인가 힘 정보가 수집된다. 평탄화 헤드는 제2 위치로 이동되며, 평탄화가 행해지고 있을 때 스택은 제2 위치 아래에 위치될 것이다. 평탄화 헤드가 제2 위치에 정착된 후에 평탄화 헤드의 위치 및 인가 힘 정보가 수집된다. 위치 및 인가 힘 정보에 기초한 스프링 힘은 평탄화 헤드의 상향 및 하향 이동으로부터 수집된다. 복수의 축의 교정 힘 오프셋은 미리결정된 기간에 걸친 추정된 접촉력의 복수의 측정치를 수집 및 평균화함으로써 리셋될 수 있다. 2개의 접촉된 표면 사이의 평행 조건은 평탄화 헤드의 변위 축에 직교하는 축에 대한 스택의 회전에 기초하여 측정될 수 있다.
본 개시내용의 이들 목적, 특징 및 장점과 다른 목적, 특징 및 장점은, 첨부된 도면 및 제공된 청구항과 함께 고려될 때, 본 개시내용의 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명의 판독으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 특징 및 장점이 상세하게 이해될 수 있도록, 첨부 도면에 도시되는 실시예를 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 더 상세한 설명이 이루어질 수 있다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시예를 예시하기 위한 것일 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등한 효과의 실시예를 허용할 수 있으므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것에 유의해야 한다.
도 1은 장치를 도시하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 평탄화 공정을 도시하고;
도 3은 상판과 기판 사이의 평행 조건을 측정 및 제어하기 위한 평탄화 제어 시스템의 예를 도시한다.
도4는 도3에 도시되는 바와 같은 평탄화 헤드 제어 시스템의 분해도이다.
도 5는 하이브리드 힘-위치 제어 체계를 이용하여 추정된 힘에 기초하여 레벨링 조건을 측정 및 제어하기 위한 제어 시스템의 개략도이다.
도 6은 접촉력에 기초하여 레벨링 조건을 제어하기 위한 레이아웃을 도시한다.
도 7은 스프링 힘 교정 결과의 그래프의 예를 도시한다.
도 8은 평탄화를 위한 실시간 레벨링 제어를 위한 접촉 모델을 식별하는 방법을 도시한다.
도 9는 평행 조건을 측정하고 접촉력 모델을 식별하기 위해 사용되는 접촉력 곡선을 도시한다.
도 10은 주어진 Z 위치에서 3개의 축을 따라 평활화 및 변환된 접촉력 곡선의 그래프를 도시한다.
도 11은 레벨링 조건을 측정하기 위한 방법을 도시한다.
도 12는 평활화 및 변환된 접촉력 곡선을 갖는 검출된 초기 접촉 위치의 그래프를 도시한다.
도 13은 평탄화를 위한 실시간 레벨링 제어의 방법을 도시한다.
도면에 걸쳐, 동일한 참조 번호 및 문자는 다르게 언급되지 않는 한 도시되는 실시예의 유사한 특징, 요소, 구성요소 또는 부분을 지시하도록 사용된다. 또한, 본 개시내용은 이제 도면을 참조하여 상세히 설명되지만, 이는 예시된 예시적인 실시예와 관련하여 이루어진다. 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 개시내용의 진정한 범위 및 사상을 벗어나지 않고 설명된 예시적인 실시예에 변경 및 수정이 이루어질 수 있는 것으로 의도된다.
평탄화 시스템
도 1은 특히 기판(102), 예를 들어 웨이퍼 상의 막을 평탄화 또는 성형하는 데 사용될 수 있는 장치(100)를 도시하고 있다. 기판(102)은 기판 척(104)에 결합될 수 있다. 기판 척(104)은 진공 척, 핀-타입 척, 홈-타입 척, 정전식 척, 전자기식 척, 기타 등등일 수 있지만 이것으로 한정되지 않는다.
기판(102) 및 기판 척(104)은 기판 위치결정 스테이지(106)에 의해 더 지지될 수 있다. 기판 위치결정 스테이지(106)는 x, y, z, θ, Ψ, 및 φ축 중 하나 이상을 따라 병진 및/또는 회전 운동을 제공할 수 있다. 기판 위치결정 스테이지(106), 기판(102), 및 기판 척(104)은 또한 기부(도시되지 않음) 상에 위치결정될 수 있다. 기판 위치결정 스테이지는 위치결정 시스템의 일부일 수 있다.
기판(102)에 대면하는 작업 표면(112)을 갖는 상판(108)이 기판(102)으로부터 이격되어 있다. 상판(108)은 용융 실리카, 석영, 실리콘, 유기 중합체, 실록산 중합체, 붕규산 유리, 플루오로카본 중합체, 금속, 경화 사파이어, 기타 등등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상판은 UV 광을 쉽게 투과시킨다. 표면(112)은 일반적으로 기판(102)의 표면과 동일한 면적 크기이거나 또는 그보다 약간 더 작다. 상판(108)의 표면(112)은 평면 접촉 표면을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 접촉 표면(112)은 기판(102) 상에 형성될 패턴의 기초를 형성하는 임의의 원본 패턴을 정의하는 피처를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상판(108)은 기판(102)보다 작을 수 있고, 평탄화 공정은 스텝 앤드 리피트 방식으로 행해진다.
상판(108)은 상판 척(118)에 의해 결합 또는 보유될 수 있다. 상판 척(118)은 진공 척, 핀-타입 척, 홈-타입 척, 정전식 척, 전자기식 척, 및/또는 다른 유사한 척 타입일 수 있지만 이것으로 한정되지 않는다. 상판 척(118)은 상판(108)에 걸쳐 달라지는 응력, 압력 및/또는 변형을 상판(108)에 적용하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 상판 척은 마찬가지로 UV 광을 쉽게 투과시킬 수 있다. 상판 척(118)은 상판(108)의 배면에 압력차를 인가하여 상판이 굽혀지고 변형되게 할 수 있는 구역 기반 진공 척, 액추에이터 어레이, 압력 블래더 등과 같은 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상판 척(118)은 본원에서 더 상세화되는 바와 같이 상판의 배면에 압력차를 인가하여 상판이 굽혀지고 변형되게 할 수 있는 구역 기반 진공 척을 포함한다.
상판 척(118)은 위치결정 시스템의 일부인 헤드(120)(평탄화 헤드, 임프린트 헤드, 또는 성형 헤드로도 알려짐)에 결합될 수 있다. 헤드(120)는 브리지(도시되지 않음)에 이동가능하게 결합될 수 있다. 헤드(120)는, 적어도 z축 방향 및 잠재적으로는 다른 방향(예를 들어, x, y, θ, Ψ, 및 φ축)으로 기판(102)에 대해 상판 척(118)을 이동시키도록 구성되는 보이스 코일 모터, 압전형 모터, 리니어 모터, 너트 및 스크류 모터 등과 같은 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 헤드(120)는 제1 z축(z1)을 따라 이동하는 제1 액추에이터; 제2 z축(z2)을 따라 이동하는 제2 액추에이터; 및 제3 z축(z3)을 따라 이동하는 제3 액추에이터를 포함할 수 있다. 모든 액추에이터가 상판을 복수의 축을 따라 동일한 거리로 변위시키면, 상판은 경사지거나 기울어지지 않는다. 액추에이터가 각각의 축을 따라 불균일한 양의 변위를 야기할 때, 상판의 경사 및 기울기는 조정될 수 있다. 각각의 액추에이터의 종점과 교차하는 이동 본체 평면이 있고, 이것의 경사 및 기울기는 복수의 주변 축을 따른 액추에이터의 위치에 따라 달라진다. 복수의 주변 축은 상판 척(118)의 중심으로부터 등거리에 있을 수 있다. 복수의 주변 축은 헤드(120)와 상판(108), 기판(102) 및 성형가능 재료(124)의 스택의 주변부의 주위에 균일하게 방위각으로 분포될 수 있다. 이동 본체 평면은 상판 척(118)의 척킹 표면에 평행할 수 있다. 작업 표면(112)은 또한 이동 본체 평면에 평행하다. 복수의 주변 축 각각이 기준 평면에 직교하는 축에 대해서 평행하게 또는 방위각 방향으로 연장될 수 있다.
장치(100)는 유체 분배기(122)를 더 포함할 수 있다. 유체 분배기(122)는 또한 브리지에 이동가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 유체 분배기(122) 및 헤드(120)는 모든 위치결정 구성요소 중 하나 이상을 공유한다. 대안적인 실시예에서, 유체 분배기(122) 및 헤드는 서로 독립적으로 이동한다. 유체 분배기(122)는 기판(102) 상에 액체 성형가능 재료(124)(예를 들어, 광경화성 중합성 재료)의 액적(droplet)을 퇴적시키는 데 사용될 수 있고, 퇴적되는 재료의 체적은 그 토포그래피 프로파일에 적어도 부분적으로 기초하여 기판(102)의 영역에 걸쳐 달라진다. 다양한 유체 분배기(122)가 성형가능 재료(124)를 분배하기 위해 다양한 기술을 사용할 수 있다. 성형가능 재료(124)가 분사가능할 때, 잉크 젯 타입 분배기가 성형가능 재료를 분배하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 잉크 분사, 마이크로전기기계 시스템(MEMS) 기반 잉크 분사, 밸브 분사 및 압전식 잉크 분사가 분사가능 액체를 분배하기 위한 일반적인 기술이다.
장치(100)는 화학 에너지, 예를 들어 UV 방사선을 노광 경로(128)를 따라 지향시키는 방사선 소스(126)를 포함하는 경화 시스템을 더 포함한다. 헤드(120) 및 기판 위치결정 스테이지(106)는 상판(108) 및 기판(102)을 노광 경로(128)와 중첩하는 상태로 위치결정하도록 구성될 수 있다. 방사선 소스(126)는 상판(108)이 성형가능 재료(128)와 접촉한 후에 노광 경로(128)를 따라 화학 에너지를 전송한다. 도 1은 상판(108)이 성형가능 재료(124)와 접촉하지 않을 때의 노광 경로(128)를 도시한다. 이는 개별 구성요소의 상대 위치가 쉽게 식별될 수 있도록 설명 목적을 위한 것이다. 통상의 기술자는 상판(108)이 성형가능 재료(124)와 접촉될 때 노광 경로(128)가 실질적으로 변화하지 않을 것임을 이해할 것이다.
장치(100)는, 상판(108)이 평탄화 공정 중에 성형가능 재료(124)와 접촉할 때 성형가능 재료(124)의 확산을 관찰하도록 위치결정되는 카메라(136)를 더 포함할 수 있다. 도 1은 필드 카메라의 촬상 필드의 광축(138)을 도시한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 장치(100)는 카메라(136)에 의해 검출될 광과 화학 방사선을 결합하는 하나 이상의 광학 구성요소(다이크로익 미러, 빔 결합기, 프리즘, 렌즈, 미러 등)를 포함할 수 있다. 카메라(136)는 상판(108) 아래에 있으며 성형가능 재료(124)와 접촉하는 영역과 상판(108) 아래에 있지만 성형가능 재료(124)와 접촉하지 않는 영역 사이의 대비를 나타내는 파장의 광을 모으도록 구성되는 CCD, 센서 어레이, 라인 카메라 및 광검출기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 카메라(136)는 상판(108) 아래의 성형가능 재료(124)의 확산 및/또는 경화된 성형가능 재료(124)로부터의 상판(108)의 분리의 화상을 제공하도록 구성될 수 있다. 카메라(136)는 또한 성형가능 재료(124)가 표면(112)과 기판 표면 사이의 간극 사이에서 확산될 때 변화되는 간섭 줄무늬를 측정하도록 구성될 수 있다.
장치(100)는 기판 척(104), 기판 위치결정 스테이지(106), 상판 척(118), 헤드(120), 유체 분배기(122), 방사선 소스(126), 및/또는 카메라(136) 같은 하나 이상의 구성요소 및/또는 서브시스템과 통신하는 하나 이상의 프로세서(140)(제어기)에 의해 조절, 제어 및/또는 지시될 수 있다. 프로세서(140)는 비일시적 컴퓨터 메모리(142)에 저장된 컴퓨터 판독가능 프로그램 내의 명령어에 기초하여 동작될 수 있다. 프로세서(140)는 CPU, MPU, GPU, ASIC, FPGA, DSP, 및 범용 컴퓨터 중 하나 이상이거나 이를 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 특별히 만들어진 제어기일 수 있거나 또는 제어기가 되도록 개조된 범용 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리의 예는 RAM, ROM, CD, DVD, Blu-Ray, 하드 드라이브, 네트워크 결합 스토리지(networked attached storage)NAS), 인트라넷 접속 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스, 및 인터넷 접속 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
동작 시에, 평탄화 헤드(120), 기판 위치결정 스테이지(106), 또는 양자 모두는 성형가능 재료(124)로 충전되는 원하는 공간(3차원의 한정된 물리적 범위)을 형성하기 위해 상판(108)과 기판(102) 사이의 거리를 변화시킨다. 예를 들어, 헤드(120)는, 본 명세서에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 상판이 성형가능 재료(124)의 액적과 접촉하여 이를 확산시키도록, 기판을 향해 이동될 수 있고 상판(108)에 힘을 인가할 수 있다.
평탄화 공정
평탄화 공정은 도 2a 내지 도 2c에 개략적으로 도시되는 단계를 포함한다. 도 2a에 도시되는 바와 같이, 성형가능 재료(124)는 기판(102) 상으로 액적 형태로 분배된다. 앞서 설명된 바와 같이, 기판 표면은 이전의 처리 동작에 기초하여 알 수 있거나 Zygo NewView 8200 같은 광학 간섭 효과에 기초한 프로파일로미터, AFM, SEM, 또는 광학 표면 프로파일러를 사용하여 측정될 수 있는 어떤 토포그래피를 갖는다. 퇴적된 성형가능 재료(124)의 국소 체적 밀도는 기판 토포그래피에 따라 달라진다. 이어서, 상판(108)은 성형가능 재료(124)와 접촉하는 상태로 위치결정된다. 다른 실시예에서, 상판(108)은 또한 토포그래피를 가지며, 평탄화 공정은 또한 성형가능 재료에 피처를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2b는 상판(108)이 성형가능 재료(124)와 완전히 접촉하였지만 중합 공정이 시작되기 전의 접촉 단계 후를 도시한다. 상판(108)이 성형가능 재료(124)와 접촉함에 따라, 액적은 병합되어 상판(108)과 기판(102) 사이의 공간을 충전하는 성형가능 재료 막(144)을 형성한다. 바람직하게는, 충전 공정은 미충전 결함을 최소화하기 위해 상판(108)과 기판(102) 사이에 임의의 공기 또는 가스 기포가 포획되지 않는 균일한 방식으로 일어난다. 성형가능 재료(124)의 중합 공정 또는 경화는 화학 방사선(예를 들어, UV 방사선)으로 개시될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 방사선 소스(126)는 성형가능 재료 막(144)이 경화, 응고, 및/또는 교차-결합되게 하여 기판(102) 상에 경화된 평탄화된 층(146)을 형성하게 하는 화학 방사선을 제공할 수 있다. 대안적으로, 성형가능 재료 막(144)의 경화는 또한 열, 압력, 화학 반응, 다른 유형의 방사선 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 개시될 수 있다. 일단 경화되면, 평탄화된 층(146)이 형성되고, 상판(108)은 그로부터 분리될 수 있다. 도 2c는 상판(108)의 분리 후의 기판(102) 상의 경화된 평탄화된 층(146)을 도시한다.
상판(108)의 접촉 표면이 패턴 피처를 포함하는 대안적인 실시예에서, 상술한 것과 유사한 공정이 기판(102) 상에 패터닝된 층을 형성하기 위해 행해질 수 있다(예를 들어, "전체 웨이퍼" 패터닝). 전체 웨이퍼 처리는 생물학적 또는 광학적 디바이스 제조뿐만 아니라 반도체 디바이스 생산에도 유용하다. 이러한 전체 웨이퍼 처리는 국소적인 막 두께가 바람직한 국소적인 막 두께의 함수로서 조정될 수 있도록 추가로 개조될 수 있다.
평탄화 확산 동안, 상판의 굽힘 곡률은 평탄화 처리량에 영향을 줄 수 있고, 성형가능 재료의 접촉 라인 이동 속도는 잔류 층 두께(RLT) 균일성에 영향을 줄 수 있다. 평탄화 확산은 성형가능 재료(124)가 모세관 작용 및 상판(108)의 곡률에 의해 확산되어 경화되지 않은 평탄화 막을 형성하는 기간이다. 상판(108)이 기판(102) 상의 성형가능 재료(124)와 접촉하기 전에, 상판(108)을 굽혀지게 하기 위해 중간 구역(118M)에 압력이 인가될 수 있으며, 그 후 작업 표면(112)은 기판(102)을 향해 이동될 수 있다. 상판은 기판의 중심으로부터 기판(102) 상의 성형가능 재료(124)와 접촉하기 시작할 수 있으며, 그 후 접촉 라인은 중간 구역(118M)에 인가되는 압력 및 접촉력을 제어하는 것 같은 다변수 제어를 사용함으로써 기판의 에지까지 매끄럽게 이동할 수 있다. 평탄화 확산의 종료 시에, 상판(108)은 전체 기판에 걸쳐 성형가능 재료(124)와 접촉하고, 상판은 기판의 형상에 일치된다.
기판에 의해 상판을 척킹 및 재척킹하는 동안, 상판과 기판 사이의 레벨링은 평탄화 공정을 위한 중요한 요건 중 하나이다. 평행 조건은 종종 확산 처리량에 영향을 준다. 상판, 기판 및 상판과 기판 사이에 개재된 경화된 성형가능 재료의 스택을 재척킹하는 동안, 진공 압력은 상판을 굽혀지게 해서 상판의 에지를 따라 분리 균열을 생성하거나 푸시 핀(push pin)에 의해 생성된 초기 균열을 상판의 에지까지 전파시킬 수 있다. 굽힘 모멘트는 상판과 기판의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 민감한, 상판 척과 스택 사이의 간극에 의해 야기되는 누설에 의해 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 척킹 접촉 조건은 주로 스택의 척킹 표면과 상판 척 사이의 간극에 의존하며, 간극은 특히 척킹 표면의 에지에서의 척킹 표면 사이의 상대적 위치 및 방향, 즉 레벨링 오프셋에 의해 결정될 수 있다.
상판 기판 레벨링 시스템
도 3은 레벨링 오프셋을 측정 및 제어하기 위한 시스템을 도시한다. 시스템은 상향 및 하향 비접촉 센서를 사용한 템플릿(상판)과 기판의 접촉 표면의 기울기의 측정 결과에 기초하여 레벨링 오프셋을 계산 및 조정할 수 있으며 레벨링 오프셋을 조정하기 위해 표면 기울기를 일치시킬 수 있다. 그러나, 레벨링 정밀도는 여전히 템플릿 및 기판의 표면의 평탄도, 스테이지 수직 에러 이동, 샘플링 지점, 센서 정밀도, 및 다른 특징에 의해서 제한될 수 있다. 또한, 측정 시간은 샘플링 지점의 수 및 표면적이 증가함에 따라 빠르게 증가하며, 이는 처리량에 상당한 영향을 줄 수 있다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 실시간 레벨링 측정 및 제어 시스템은 고정 본체(1)와 이동 본체(3)를 포함하는 평탄화 헤드를 포함한다. 고정 본체(1)와 이동 본체(3)는 중량 보상 스프링 및 굴곡부(flexure)(16)에 의해 서로 연결된다. 평탄화 헤드의 이동 본체(3)의 이동은 위치 센서(2)에 의해 검출 및 측정될 수 있고, 이동 본체(3)의 이동은 복수의 z축(z1, z2, 및 z3)을 따라 상판을 이동시키는 액추에이터를 통해 제어될 수 있으며, 중량 보상된 스프링 및 굴곡부(16)는 위치 센서(2)의 측정 결과에 기초한다. 평탄화 헤드는 평면형일 수 있거나 기판(14) 상에 형성된 성형가능 재료에 전사될 패턴을 포함할 수 있는 상판(5)을 보유하기 위한 상판 척(17)을 더 포함한다. 기판(14)은 XYθ 스테이지 상에 장착될 수 있는 기판 척(7)에 의해 보유된다. XYθ 스테이지는 기계적 순응 부재(8)를 통해 기판(14)을 지지 및 제어하는 쎄타 스테이지(theta stage)(9), 기계적 순응 부재(8) 및 공기 베어링 부재(10) 양자 모두를 통해 쎄타 스테이지(9)에 연결되는 Y 스테이지(13), 및 공기 베어링 부재(10)를 통해 X 스테이지(11)에 연결되는 Y 스테이지(13)를 포함한다. X 스테이지(11) 및 Y 스테이지(13) 양자 모두는 공기 베어링 부재(10)를 통해서 화강암 테이블(12) 상에 배치된다. 상판(5)의 본체는 30 마이크로미터 내지 2000 마이크로미터의 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판(14) 및 상판(5)은 300 mm 직경을 가질 수 있다. 기판(5) 및 상판(14) 각각은 300 mm 내지 600 mm의 직경을 가질 수 있다. 대안적으로, 기판(5) 및 상판(14)의 직경은 300 mm 내지 450 mm일 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(5) 및 상판(14)의 직경은 450 mm 내지 600 mm일 수 있다.
척킹 및 척킹해제 동안, 상판 척(17)은 상하로 이동될 수 있고 기준 평면, 예를 들어 X축 및 Y축에 의해 형성되는 평면에 대해 스윙될 수 있다. 상판 척(17)의 이동은 평탄화 헤드의 이동 본체(3)의 접촉 표면 상에 장착된 하향 관찰 변위 센서(4) 및 기판 척(7)의 리세스된 주변 영역 상에 장착된 상향 관찰 변위 센서(6)에 의해 검출 및 측정될 수 있다. 도 4는 도 3에 도시되는 실시간 레벨링 측정 및 제어 시스템의 분해도를 도시한다. 다수의 평행 축을 따라 평탄화 헤드 이동 본체(3)의 위치를 감지하기 위한 다수의 인코더(15)가 평탄화 헤드의 주변부에 설치된다. 인코더(15) 각각은 이동 본체(3)의 주변부에 부착된 인코더 스케일(18) 및 고정 본체(1)의 주변부의 인코더 센서 헤드(19)를 포함할 수 있다. 시스템은 평탄화를 행하기 위해 다수의 평행축을 따라 힘을 발생시키기 위한 다수의 액추에이터를 포함한다. 각각의 액추에이터는 자석(20) 및 보이스 코일(21)을 포함할 수 있다. 액추에이터에 의해 발생되는 접촉력은 보이스 코일(21)을 통한 전류 흐름에 기초하여 측정될 수 있거나 프로세서(140) 또는 위치 제어기에 의해 액추에이터에 송신되는 제어 작업 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 고정 본체(1)와 이동 본체(3) 사이에 순응성을 제공하고 운동을 안내하기 위해 고정 본체(1) 및 이동 본체(3)의 표면 상에 굴곡부(16)가 설치될 수 있다. 복수의 주변 축은 평탄화 헤드가 기준 평면에 직교하여 이동하는 축에 대해 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 기준 평면은 각각의 액추에이터와 연관된 각각의 굴곡부(16)의 베어링 지점에 의해 형성될 수 있다. 기준 평면은 기판 척의 상부 표면에 실질적으로 평행할 수 있다. 실질적으로 평행은 100 밀리라디안의 평행도 내에 있을 수 있다.
접촉력 추정
적어도 상판과 기판을 포함하는 전체 스택의 순응성은 기계적 순응성과 공기 베어링을 포함하기 때문에, 상판(5)과 기판(14) 사이의 추정된 접촉력은 상판(5)과 기판(14) 사이의 레벨링(평행 조건) 및 순응성에 의존한다. 하이브리드 힘-위치 제어 체계를 이용하여 추정된 힘에 기초하여 레벨링 오프셋을 측정하고 제어하는 힘 기반 레벨링 제어 시스템이 도 5에 도시되어 있다. 하이브리드 제어 시스템은 힘 제어기(41)와 위치 제어기(42)를 포함한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 기판 상의 성형가능 재료의 확산을 행하기 위해서 필요한 설정점 힘(Fsept(s))이 힘 제어기(41)에 입력되고, 여기서 s는 복소 변수이고 Fsept(s)는 설정점 힘 값의 시계열의 라플라스 변환을 나타낸다. 설정점 힘(Fsept(s))은 도 4에 도시되는 바와 같이 보이스 코일(21)을 통해 흐르는 전류의 함수(선형 함수, 비선형 함수, 또는 보정 테이블을 거침)일 수 있다. FFB(s)는 피드백 제어 법칙 및 설정점 힘과 위치 제어기(42)의 설정점 위치 입력인 추정된 접촉력 사이의 차이에 기초하여 위치 제어기(42)로의 출력을 발생시킨다. 피드백 제어 법칙은 하나 이상의 입력에 기초하여 출력을 결정하기 위해 위치 제어기에 의해 사용되는 수학식 또는 룩업 테이블이다. 제어 법칙은 현재 입력, 과거 입력 및 예측된 미래 입력을 고려할 수 있다. PFB(s)는 피드백 제어 법칙 및 인코더에 의해 측정된 위치와 힘 제어기(41)로부터 얻어진 설정점 위치(Psept(들)) 사이의 차이에 기초하여 평탄화 헤드에 인가되는 힘을 발생시킨다. 설정점 위치(Psept(s))는 또한 인코더(44), 예를 들어 도 4에 도시되는 바와 같은 인코더 센서 헤드(19)와 인코더 스케일(18)을 포함하는 인코더로부터 피드백되는 (예를 들어, 상판 척, 및 상판과 기판의 스택의) 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건을 복원 및/또는 유지하는 위치 오프셋에 의해 조정될 수 있다. 재척킹 동안, 2개의 접촉 표면은 상판의 배면과 접촉하는 상판 척의 척킹 표면; 및 상판(108), 경화된 평탄화된 층(146), 및 기판(102)을 포함하는 스택 상의 작업 표면에 대향하는 상판의 배면을 포함할 수 있다. 성형가능 재료를 경화시키기 전에, 2개의 접촉 표면은 상판(108)의 작업 표면(112), 및 성형가능 재료(124)가 퇴적된 기판(102)의 표면을 포함할 수 있다. 힘 추정기(43)의 출력은 또한 실시간 레벨링 제어 및 측정을 행하기 위해 각각의 축을 따른 접촉력의 실시간 조정을 허용하는 접촉 모델(46)을 식별하는 데 사용된다. 설정점 힘(FFB(s))은 접촉 모델(46)로부터의 정보 및 힘 추정기(43)로부터의 피드백 양자 모두에 기초하여 조정된다.
접촉력을 추정하고 및 힘 오프셋 체계를 리셋하기 위해, 복수의 주변 축(zi)을 따른 평탄화 헤드의 주어진 높이 위치(Z)에서의 접촉력은 다음과 같이 추정될 수 있다.
F m (z i ) = F I (z i ) - F cal (z i ) - F offset (z i ) (1),
여기서, Z는 상판, 경화된 성형가능 재료 및 기판의 스택에 대한 평탄화 헤드의 변위 방향 또는 변위 축(Z축)을 따른 평탄화 헤드의 높이이고;
zi는 Z축에 대해서 실질적으로 평행하게 연장되고 스택의 주변 위치와 교차하는 축이고;
i는 주변 z축 각각의 인덱스를 나타내고;
Fm(zi)은 평탄화 헤드의 주어진 위치(zi) 및 높이(Z)에서의 추정된 힘을 나타내고;
FI(zi)는 교란을 받는 각각의 z축의 주어진 위치에서의 보이스 코일 중 하나를 통한 전류 흐름의(전류 흐름에 비례하는) 함수인 각각의 보이스 코일로부터 생성된 힘을 나타내고;
Fcal(zi)은 각각의 z축의 주어진 위치(zi)에서의 스프링 힘을 나타내고; 그리고
Foffset(zi)는 정상 상태에서의 교란을 보상하기 위한 각각의 z축의 힘 오프셋을 나타낸다. 스프링 힘(Fcal(zi)) 및 오프셋 힘(Foffset(zi))은 상판과 기판 사이에 접촉이 없을 때 0인 접촉력의 정의에 기초하여 교정 및 리셋된다. 힘 오프셋은 도구 제어 시스템의 시작 시에 0으로 설정되는 준정적 교란을 핸들링하기 위해 컴퓨터 메모리에 저장된다. 각각의 힘은 각각의 z축에 대해 하나의 요소를 갖는 세트이다. 예를 들어, 3개의 주변 z축이 존재하는 경우, 3개의 주변 z축 각각에 대해서 하나씩, 각각의 힘과 연관된 3개의 요소가 존재한다.
스프링 힘(Fcal(zi))은 정적으로 또는 동적으로 교정될 수 있다. 스프링 힘을 정적으로 교정하기 위해, 평탄화 헤드, 즉 평탄화 헤드는 예를 들어 평탄화 위 평면(planarization up plane) 위의 약 0.3 mm 위치로 이동될 수 있다. 평탄화 위 평면은 평탄화 평면 위의 0.1 내지 10 mm 위치이며, 예를 들어 분배 또는 기판 로딩 중에 다른 동작의 안전을 위해서 평탄화 전에 작업 표면(112)이 보유지지되는 위치이다. 3개의 주변 축을 따르는 위치 정보 및 제어 정보(제어를 위해 인가되는 힘의 정보)는 평탄화 헤드가 정착될 때까지 수집된다. 제어 정보는 FI(zi)를 나타낸다. 제어 정보는 각각의 보이스 코일에 공급되는(측정되는 또는 지시되는) 전류와 동일하거나, 그에 비례하거나, 그 함수일 수 있다. 평탄화 헤드의 운동 감쇠 조건에 따라, 정착 시간은 작업 표면이 더 이상 가속 또는 감속되지 않는 한 평탄화 헤드가 정착될 때까지 0.001 내지 10 초일 수 있다. 그 후 평탄화 헤드는 구성된 단차, 예를 들어 0.025 mm로 측정 위치로 하향으로 이동된다. 그 후 제어 정보는 평탄화 헤드가 인코더(44)에 의해 지시되는 바와 같이 측정 위치에서 평행 조건으로 정착된 후에 수집된다. 이동 및 제어 정보의 수집은 평탄화 평면 아래의 약 0.3 mm 위치에 도달할 때까지 반복된다. 스프링 힘(Fcal(zi))의 교정 샘플 결과는 도 7에 도시되는 바와 같다. 스프링 힘을 동적으로 교정하기 위해, 평탄화 헤드는 평탄화 위 평면 위의 0.3 mm 위치로 이동되고, 그 후 측정에 대한 가속도의 영향을 최소화하기 위해 일정한 느린 속도, 예를 들어 0.1 mm/sec로 평탄화 평면 아래의 약 0.3 mm 위치로 이동된다. 3개의 주변 축을 따른 평탄화 헤드의 위치 정보 및 제어 정보는 이동 중에 수집되고 스프링 힘을 동적으로 교정하는 데 사용된다. 스프링 힘(Fcal(zi))은 작업 표면(112)이 다른 표면과 결코 접촉하지 않는 방식으로 교정된다. 접촉은 예를 들어 작업 표면(112)에 대해 기판 척(104)을 하강시키거나 작업 표면(112)으로부터 멀어지게 기판 척(104)을 병진시킴으로써 방지될 수 있다.
동적 또는 준정적 교란이 존재하고 상판과 기판이 서로 접촉하지 않을 때, 위치(zi)에서의 추정된 힘(Fm(zi))은 더 이상 0이 아니다. 힘 오프셋은 힘(Fm(zi))이 0이 되는 것을 보증하도록 갱신된다.
F offset_update (z i )=F m (z i )+F offset (z i ) (2),
여기서, 갱신된 힘 오프셋(Foffset_update(zi))은 이전 힘 오프셋(Foffset(zi))을 갱신한다. 측정 노이즈를 평활화하기 위해서, 약 100개의 측정된 힘 값(Fm(zi))이 몇 밀리초에 걸쳐 수집되어 측정 노이즈를 평활화할 수 있다.
상판과 기판 사이의 레벨링 조건(평행 조건)을 결정하기 위해서는, Rx 및 Ry에 의해 설명되는 바와 같은 이동 본체(3) 및 작업 표면(112)의 팁 틸트(tip tilt)가 도 4에 도시되는 바와 같은 위치 제어기(42)에 의해 사용된다는 것을 이해하는 것이 또한 유용하며, Z 위치에서의 각각 X축 및 Y축에 대한 이동 본체(3) 및 작업 표면(112)의 팁-틸트(Rx 및 Ry)는 도 6에 도시되는 바와 같이 3개의 주변 z축 위치 제어 시스템에 의해 측정되고 제어된다. 도 4 및 도 6을 모두 참조하면, 센서 위치(z1, z2, 및 z3)에 가까운 위치의 3개의 액추에이터는 평탄화 동안 작업 표면(112)으로 전달되고 재척킹 동안 상판, 성형가능 재료 및 웨이퍼(기판)의 스택으로 전달되는 이동 본체 상에 가해지는 힘(F1, F2, 및 F3)을 발생시킨다. 접촉력은 스프링 힘을 감산하고 평탄화 모듈 환경으로부터 발생된 준정적 힘 교란을 리셋한 후에 검출될 수도 있다. xy 평면에서의 상판 척의 중심에서의 Z 위치 및 이동 본체(3) 및 고정 본체(1)의 상대 회전(Rx 및 Ry)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
(3),
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
이며,
여기서, zi는 위치 센서에 의해 측정되는 z축을 따른 위치를 나타내고,
rs는 센서로부터 기판의 중심까지의 반경방향 거리를 나타낸다.
이론적으로, 기판 및 상판의 2개의 접촉 표면이 서로 완벽하게 평행할 때, 액추에이터 각각에 의해 생성된 힘으로부터 추정된 3개의 접촉력은 동일해야 한다. 접촉력 차이에 기초한 평행 조건에 대한 측정 감도는 기판 반경에 비례한다. 따라서, 감도는 공간 제한으로 인해 기판 에지로부터 각각의 액추에이터의 중심까지의 반경방향 거리를, 예를 들어 약 70 mm로 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 평탄화 도구 상에서, 2개의 접촉 표면이 정확하게 평행하더라도 도 7에 도시되는 바와 같이 3개의 힘은 상이하다. 접촉력은 액추에이터의 위치, 위치 센서 또는 인코더의 위치, 2개의 접촉 표면의 평탄도, 및 전체 평탄화 모듈의 순응성에 의존한다. 정확한 접촉력 모델은 힘 제어에 기초하여 레벨링 제어 정밀도를 개선할 수 있다. 상판 척의 상부 표면 및 기판 척 상에 척킹된 상판 및 기판의 스택은 상판 및 기판의 평탄도, 및 자유 상태에서의 기판 및 상판의 형상에 의해 야기되는 영향을 최소화하기 위해 접촉 모델을 식별하는 데 사용될 수 있다. 상판 및 기판 양자 모두는 이들 사이에 개재된 성형가능 재료(124)와 접촉하여 상판 및 기판의 접촉된 표면의 평탄도로부터의 영향을 최소화하는데, 이는 평탄화 공정에 대해 동일한 조건이다.
도 8은 도 4에 도시되는 바와 같은 하이브리드 제어 시스템을 사용하여 접촉 모델을 식별하는 공정을 도시한다. 단계 S801에서, 평탄화 헤드는 접촉 없이 상판 척과 상판(108), 성형가능 재료(124) 및 기판(102)의 스택 사이에 접촉 표면들이 가깝게 근접하도록 이동된다. 단계 S802에서, 상판 척은 스택과 접촉하도록 약 0.01 내지 0.1 mm/sec의 속도로 매끄럽게 이동된다. 단계 S802에서의 이동 중에, Fi(zi)(i=1, 2, 3)의 접촉력 곡선이 측정된다(단계 S803). 단계 S803에서, 기판과 상판의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건은 3개의 축 각각의 초기 접촉 위치에 기초하여 측정된다. 접촉력 곡선(Fi(zi)), 예를 들어 도 9에 도시되는 바와 같은 곡선에 따르면, 각각의 축을 따른 접촉력(Fi(zi))은 접촉 표면들 사이에 접촉이 없을 때 0이다. 접촉력은 평탄화 헤드가 스택을 향해 연속적으로 이동될 때 점진적으로 증가한다. 접촉력 분포는 접촉 표면 사이의 평행 조건 및 접촉 후의 순응성에 의존한다. 2개의 접촉 표면이 서로 평행할 때, 3개의 축을 따른 초기 접촉 위치는 동일해야 하고 순응성 차이로부터의 영향은 없다. 따라서, 초기 접촉 위치는 예를 들어, 도 4에 도시되는 바와 같이 위치 제어기(42)에 의해 평행 조건을 측정하는 데 사용될 수 있다. 측정 정밀도는 후술하는 도 10에 도시되는 바와 같은 단계들에 의해 식별될 수 있는 초기 접촉 위치 검출의 정밀도에 의존한다. 측정된 평행 조건이 접촉 위치 차이가 미리결정된 레벨 이내, 예를 들어 0.0001 mm 미만 내지 0.001 mm에 있는 것을 포함하는 경우, 단계 S805가 행해진다. 그렇지 않으면, 단계 S806 및 S807이 행해진다. 단계 S806에서, 레벨링 오프셋(Rx 및 Ry)은 전술된 식 (3)을 사용하여 접촉 위치 차이에 기초하여 조정된다. 그 후 평탄화 헤드는 단계 S807에서 근접 평면으로 다시 이동되고, 공정은 단계 S801로 복귀된다.
단계 S804에서 접촉 위치 차이가 미리결정된 레벨을 벗어나는 경우, 주변 z축 각각과 연관된 각각의 접촉력에 대해 측정된 노이즈로부터의 영향을 최소화하기 위해 최소 제곱법에 의해 풀리는 구분적 3차 다항식 계수(αi,j, bi,j, ci,j, di,j)를 갖는 모델 접촉력에 평행한 2개의 접촉 표면 후의 단계 S802 및 S303에서 얻어진 접촉력 곡선을 이용하여 단계 S805가 행해진다. 구분적 3차 다항식은 z 좌표축에 대한 1차 및 2차 도함수에 걸쳐 연속적이어야 한다.
Figure pat00005
이것은
Figure pat00006
를 충족한다.
위치 zi,j는 구분적 함수의 단편들이 연결되는 제i z축을 따른 제j 위치를 지칭한다. 그 후, 접촉력 곡선(Fi(z)), 예를 들어 도 10에 도시되는 바와 같은 곡선은 입력으로서 원하는 총 접촉력, 즉 각각의 축을 따른 힘의 합에 따라 야기되는 각각의 축을 따른 힘 분포를 모델링하기 위해 사용된다.
도 11은 도 8에 도시되는 바와 같은 단계 S804에서 초기 접촉 위치를 측정하기 위한 공정을 도시한다. 단계 S1101에서, 접촉력 곡선은 디지털 필터에 의해 평활화된다. 일 실시예에서, 선형 최소 자승법의 방법에 의해서 저차 다항식으로 인접한 데이터 지점들의 연속적인 하위-세트들을 피팅(fitting)함으로써 필터 계수가 얻어질 수 있다. 단계 S1102에서, 위치 스케일이 계수(Sc)로 확대 또는 증폭되고, 접촉력 곡선이 다음과 같이 좌표 변환에 의해서 각도(θ)로 반시계방향으로 회전된다:
Figure pat00007
Figure pat00008
단계 S1103에서, 초기 위치는 도 12에 도시되는 바와 같이 변환된 접촉력 곡선의 최대 힘의 위치에 의해 구해질 수 있다. 그 후 초기 접촉 위치는 단계 S1104에서 좌표 변환을 역전시킴으로써 얻어질 수 있다.
도 10에 도시되는 바와 같은 접촉력 모델은 설정점 힘(Fsept)이 3개의 축을 따라 어떻게 분배되는지에 대한 정보를 제공한다. 각각의 축을 따라 분포되는 힘을 조정함으로써, 성형가능 재료의 확산 동안 실시간 레벨링 제어가 달성될 수 있다. 도 13은 확산 동안의 실시간 레벨링 제어를 위한 방법의 공정을 도시한다. 단계 S1301에서, 평탄화 헤드(120)는 상판 척과 상판 및 기판의 스택 사이에 접촉 표면들이 가깝게 근접하도록 이동된다. 단계 S1202에서, 힘 오프셋은 상판과 기판 사이에 접촉이 없을 때 리셋된다. 단계 S1203에서, 설정점 힘(Fsept)은 도 10에 도시되는 바와 같이 식별된 접촉 모델에 기초하여 동적으로 조정된다. 더 구체적으로, 필요한 총 설정점 힘에 기초하여, 3개의 축 각각을 따르는 설정점 힘이 스플라인 보간으로 계산될 수 있다. 단계 S1304에서, 상판은 힘 추적 피드백 제어 하에서 기판과 매끄럽게 접촉한다. 작업 표면(122)이 성형가능 재료(124)와 접촉된 후, 기판(102)에 대한 작업 표면(122)의 평행 조건 상태로부터의 편차가 접촉 모델에 기초하여 결정될 수 있다. 그 후, 이 정보는 성형가능 재료가 경화될 때 평행 조건이 달성되도록 성형가능 재료가 상판(108) 아래에서 확산되는 동안 기판(102)에 대한 작업 표면(122)의 평행 조건 상태를 개선하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 양태의 추가의 변형예 및 대안적인 실시예가 이 설명의 견지에서 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이 설명은 단지 예시로서 해석되어야 한다. 본 명세서에 도시되고 설명된 형태는 실시예의 예로서 간주되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 요소 및 재료는 본원에 도시되고 설명된 것에 대해 대체될 수 있고, 부품 및 공정은 반대로 될 수 있으며, 일부 특징은 독립적으로 이용될 수 있으며, 이들 모두는 본 설명의 도움을 받은 후에 통상의 기술자에게 명확할 것이다.

Claims (12)

  1. 상판과 기판 사이의 레벨링 제어의 방법이며,
    상기 상판과 상기 기판 사이의 성형가능 재료의 평탄화를 위한 총 접촉력과 복수의 주변 축 각각을 따른 상기 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 접촉력 모델을 식별하는 단계; 및
    상기 평탄화를 행하는 데 필요한 설정점 힘을 결정하는 단계;
    상기 접촉력 모델에 기초하여 각각의 힘 성분을 계산하는 단계; 및
    상기 복수의 주변 축의 대응하는 축을 따라 각각의 힘 성분을 인가함으로써 평탄화를 행하는 단계를 포함하고,
    상기 접촉력 모델은,
    상기 상판을 보유하기 위한 상판 척과;
    상기 상판, 상기 기판, 및 상기 상판과 상기 기판 사이의 성형가능 재료의 스택
    의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 주변 축 각각은, 평탄화 헤드가 기준 평면에 직교하여 이동하는 축에 대해 평행한 방향으로 연장되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주변 축 각각은, 상판 척의 중심으로부터 등거리에 있으며, 상기 상판, 상기 기판 및 상기 성형가능 재료의 상기 스택의 주변부 주위에 균일하게 방위각으로 분포되는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기준 평면은 기판 척의 상부 표면과 100 밀리라디안의 평행도 내에 있는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 주변 축의 제1 축을 따른 복수의 위치 각각에서 상기 복수의 주변 축 각각을 따라 액추에이터에 의해 발생된 힘을 측정하고;
    기계적 순응력과 상기 평행 조건에 의해 야기되는 교정된 스프링 힘에 기초하여 상기 측정된 힘을 조정하여 추정된 접촉력을 얻음으로써
    상기 총 접촉력의 힘 성분을 추정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기계적 순응력은 스프링 힘을 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 평탄화를 행하기 전에,
    상기 상판 척을 포함하는 평탄화 헤드를 제1 위치로 이동시키고 - 평탄화가 행해지고 있을 때 상기 스택은 상기 제1 위치 위에 위치됨 - ;
    상기 평탄화 헤드가 상기 제1 위치에 정착된 후에 상기 평탄화 헤드의 위치 및 인가 제어력의 정보를 수집하고;
    상기 평탄화 헤드를 제2 위치로 이동시키고 - 평탄화가 행해지고 있을 때 상기 스택은 상기 제2 위치 아래에 위치됨 - ;
    상기 평탄화 헤드가 상기 제2 위치에 정착된 후에 상기 평탄화 헤드의 위치 및 인가 힘 정보를 수집하며;
    상기 평탄화 헤드의 상향 및 하향 이동으로부터 수집된 상기 위치 및 인가 힘 정보에 기초하여 상기 스프링 힘을 교정함으로써
    상기 교정된 스프링 힘을 추정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스프링 힘을 교정하는 단계는, 상기 평탄화 헤드를 이동시키기 전에 상기 평탄화 헤드 및 상기 기판을 보유지지하기 위한 기판 척을 서로로부터 멀리 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제5항에 있어서, 미리결정된 기간에 걸쳐 상기 추정된 접촉력의 복수의 측정치를 수집 및 평균화함으로써 상기 복수의 주변 축의 상기 교정된 스프링 힘을 리셋하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 평탄화 공정 동안 상판을 기판과 레벨링하기 위한 장치이며,
    식별된 접촉 모델에 기초하여 설정점 힘을 조정하고 피드백 제어 법칙 및 상기 평탄화 공정을 행하기 위해 필요한 설정점 힘과 추정된 힘 사이의 차이에 기초하여 위치 제어기의 설정점 위치를 조정하도록 구성되는 힘 제어기;
    상기 힘 제어기의 출력에 의존하는 설정점 위치와 측정된 위치 사이의 차이에 대한 피드백 제어 법칙 및 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 평탄화 헤드에 인가되는 힘을 조정하도록 구성되는 위치 제어기로서, 상기 위치 제어기는 복수의 주변 축을 따른 위치를 측정하기 위한 인코더로부터 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 위치 제어기는 상기 복수의 주변 축을 따라 힘을 인가하고 상기 평행 조건을 처리하기 위한 복수의 액추에이터에 제어 정보를 송신하도록 구성되는, 위치 제어기; 및
    상기 위치 제어기로부터 제어 작업 정보를 수신하도록 구성되는 힘 추정기를 포함하고,
    상기 힘 추정기는,
    설정점 위치를 입력으로서 사용하여 접촉력을 추정하기 위해 교정된 스프링 힘; 및
    접촉력 모델을 식별하기 위해 상기 조정된 설정점 위치에 기초하여 상기 평탄화 공정을 위한 총 접촉력과 좌표의 복수의 주변 축 각각을 따른 상기 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 정보를 제공하도록 구성되는 접촉력 모델
    을 제공하도록 구성되고;
    상기 접촉력 모델은,
    상기 상판을 보유하기 위한 상판 척과;
    상기 상판, 상기 기판, 및 상기 기판과 상기 상판 사이의 성형가능 재료의 스택
    의 2개의 접촉 표면 사이의 평행 조건에 기초하여 식별되는, 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 평행 조건을 측정하기 위한 복수의 초기 접촉 위치를 검출하도록 구성되는 증폭 위치 스케일로 디지털 필터에 의해 평활화된 접촉 곡선을 회전시키도록 구성되는 증폭기를 더 포함하는, 장치.
  12. 물품 제조 방법이며,
    성형가능 재료를 기판 상에 도포하는 단계;
    상판과 상기 상판 및 상기 기판의 스택의 접촉 표면들 사이에 접촉 표면들이 가깝게 근접하도록 평탄화 헤드를 이동시키는 단계;
    상기 상판과 상기 기판 사이의 접촉 전에 힘 오프셋을 리셋하는 단계;
    상기 상판과 상기 기판 사이의 성형가능 재료의 평탄화를 위한 총 접촉력과 복수의 주변 축 각각을 따른 상기 총 접촉력의 힘 성분 사이의 관계를 나타내는 접촉력 모델을 식별하는 단계; 및
    상기 평탄화를 행하는 데 필요한 설정점 힘을 결정하는 단계;
    상기 접촉력 모델에 기초하여 각각의 힘 성분을 계산하는 단계; 및
    상기 복수의 축의 대응하는 축을 따라 각각의 힘 성분을 인가함으로써 평탄화를 행하는 단계를 포함하고;
    상기 접촉력 모델은,
    상기 상판을 보유하기 위한 상판 척과;
    상기 상판 및 상기 기판의 스택
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