WO2011077584A1 - インプリント装置及び物品の製造方法 - Google Patents

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WO2011077584A1
WO2011077584A1 PCT/JP2009/071707 JP2009071707W WO2011077584A1 WO 2011077584 A1 WO2011077584 A1 WO 2011077584A1 JP 2009071707 W JP2009071707 W JP 2009071707W WO 2011077584 A1 WO2011077584 A1 WO 2011077584A1
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resin
mold
substrate
stage
value
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PCT/JP2009/071707
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博仁 伊藤
伸茂 是永
真 宮崎
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キヤノン株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to an imprint apparatus for transferring a mold pattern to a resin on a substrate.
  • a photocuring method when forming a concavo-convex pattern on a substrate such as a silicon wafer or a glass plate using a mold having a concavo-convex pattern as an original plate.
  • a photocurable resin layer is formed on a substrate, and then a mold provided with a desired uneven pattern and a substrate provided with the resin layer are aligned at a predetermined interval. After the alignment, the mold and the substrate are pressed against each other so that the concave portion of the concave-convex pattern formed on the mold is filled with the resin.
  • the resin is cured by irradiating light for resin curing such as ultraviolet rays.
  • the uneven pattern of the mold is transferred to the resin layer.
  • a fine structure corresponding to the fine structure of the uneven pattern formed on the mold is formed on the substrate by performing etching or the like using the resin layer on which the uneven pattern is formed as a mask. Is done.
  • This technology is attracting attention as demand for nano-order high-definition microfabrication is increasing as in recent years, but in order to promote its development, further improvements in transfer accuracy and transfer speed are required. In order to meet the demand, it is necessary for the stage on which the substrate is mounted to achieve both positioning accuracy in the order of nm (nanometer) and high moving speed.
  • the wafer stage is equipped with a fine movement stage that can be positioned in 6 degrees of freedom of linear motor drive supported in a non-contact manner, and based on position information measured by a high-precision laser interferometer with resolution of nm or less, Enables high-precision positioning. Further, the wafer stage can be moved at high speed by a coarse movement stage having a large thrust linear motor.
  • the wafer stage for a semiconductor exposure apparatus is controlled with a very high control gain in order to achieve high-speed movement and high-accuracy positioning, a large operation amount is generated for a slight positional deviation.
  • the actuator requires a large driving force.
  • the wafer stage technology for a semiconductor exposure apparatus as described in Patent Document 1 is applied as it is to an imprint technology using a photocuring method, the reaction force of the driving force is applied to the resin when the resin is cured. Received and further transmitted to the mold side. For this reason, there arises a problem that the fixing of the mold or the substrate is shifted, or an excessive force is applied to the resin and the uneven pattern is damaged.
  • the present invention relates to an imprint apparatus capable of positioning a substrate stage with high accuracy and moving at high speed while preventing damage to the concavo-convex pattern in the process of contact between the mold and the substrate, curing, and releasing, and an article using the device. It aims at providing the manufacturing method of.
  • the imprint apparatus of the present invention is an imprint apparatus that forms a concavo-convex pattern on the substrate by pressing a resin layer and a mold provided on the substrate in an overlapping manner, and a stage for holding the substrate, and position measurement.
  • the ratio of the operation amount to the position deviation is reduced, so that an excessive force is not applied to the resin and the breakage of the uneven pattern is prevented. can do.
  • FIG. 1st Embodiment Timing chart of gain change in the first embodiment The block diagram of the fine movement stage control apparatus of the imprint apparatus in 2nd Embodiment Timing chart of gain change in the second embodiment
  • the gain represents an input / output ratio in each controller
  • the gain parameter represents a set value for directly changing the gain
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an imprint apparatus according to this embodiment.
  • the main body 31 to which the mold support mechanism 1 is connected is mounted on a surface plate 33 on which the substrate stage 2 is mounted, and has a mount 32 for vibration isolation.
  • the mold support mechanism 1 is a mechanism that supports the mold 10, and includes a mold chuck 11, a dosing mechanism 12, a support base 13, and a vertical mechanism 14.
  • the mold chuck 11 is connected to a support base 13 via a dosing mechanism 12, and fixes the mold 10 so as to be detachable.
  • the dodging mechanism 12 is configured by an elastic hinge. When the substrate 21 and the mold 10 are pressed against each other and a load is applied to the mold 10, the elastic hinge bends to cause the mold 10 to move relative to the surface of the substrate 21. Can be imitated.
  • the support base 13 is connected to the main body 31 via the vertical mechanism 14.
  • the vertical mechanism 14 can determine a rough vertical position when pressing the mold 10 against the substrate 21. Further, it is used for up-and-down movement when the mold 10 is attached and detached, and for retraction of the mold 10 in the event of abnormality.
  • the substrate stage 2 is a mechanism for holding the substrate 21 and includes a fine movement stage 22 and a coarse movement stage 24.
  • the operation of fine movement stage 22 is controlled by control device 4.
  • the fine movement stage 22 can mount the substrate 21 on the upper surface.
  • the fine movement stage 22 includes at least six linear motors 23 and can be positioned with six degrees of freedom.
  • An actuator such as an electromagnet can be used instead of the linear motor 23. Since the fine movement stage 22 is supported in a non-contact manner by the driving force generated by the linear motor 23, there is no disturbance transmission from the surface plate 33 and the coarse movement stage 24, and the fine movement stage 22 can be positioned with high accuracy.
  • the position of fine movement stage 22 is measured by a position measuring means provided in main body 31.
  • the position measuring means an encoder or the like can be used in addition to the interferometer 25.
  • the position of the mold 10 or the mold chuck 11 is also simultaneously measured by the position measuring means, and the relative displacement between the fine movement stage 22 and the mold 10 can be obtained by taking a difference from the position measurement value of the fine movement stage 22. it can.
  • the coarse movement stage 24 is mounted with a fine movement stage 22 so as to be movable in the XY directions.
  • the coarse movement stage 24 can be configured to combine a multi-phase linear motor capable of long-distance driving in the X direction and the Y direction.
  • the coarse movement stage 24 can be moved in the XY2 direction by using a planar motor.
  • the rough movement stage 24 can move the concavo-convex pattern transfer position set on the substrate 21 directly below the mold 10.
  • the accurate position coordinate detection method for the concave / convex pattern transfer position includes die-by-die alignment that measures a mark on the substrate at each different concave / convex pattern transfer position and global alignment that measures a mark at a representative position on the substrate in advance. There is a technique.
  • the substrate stage 2 is positioned based on the measurement value of the interferometer 25 with respect to the position coordinates of the concave / convex pattern transfer position obtained by any method. As positioning accuracy at this time, depending on the line width of the concavo-convex pattern, about 10 nm to 10 nm is required.
  • Second step (S2) The substrate stage 2 and / or the vertical mechanism 14 or both are driven to bring the substrate 21 and the mold 10 closer to a predetermined distance (about 3 to 10 nm).
  • the resin 20 applied on the substrate is filled in accordance with the shape of the concavo-convex pattern formed on the mold 10.
  • the resin and the mold are in contact with each other since the filling of the resin 20 into the shape of the concavo-convex pattern is started.
  • it is necessary to control the posture of the substrate stage 2 so that the distance between the substrate 21 and the mold 10 is uniform.
  • the mold 10 on which the concavo-convex pattern is formed is made of a material that can transmit light such as ultraviolet rays, and the resin 20 applied to the substrate 21 is cured by irradiating light such as ultraviolet rays from a light source (not shown). Can do.
  • FIG. 2 shows the relationship between the irradiation time of UV light and the rigidity of the resin 20.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time from the start of UV light irradiation
  • T3 indicates the start of UV light irradiation
  • T4 indicates the completion of UV light irradiation.
  • the vertical axis represents the change in rigidity of the resin 20.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a change in interaction between the mold 10 and the substrate stage 2 due to a change in the rigidity of the resin 20. In this figure, for the sake of simplicity, only the interaction in one axis direction is shown, but the same is true for all six axis directions.
  • the steps a, b, and c described in FIG. 2 correspond to the states of the respective drawings in FIGS. 3A, 3B, and 3C.
  • the resin 20 before being irradiated with UV light is liquid and has high fluidity, and the rigidity in the horizontal direction (XY direction) can be regarded as almost zero. Therefore, almost no interaction occurs between the substrate stage 2 and the mold 10.
  • the substrate stage 2 is positioned with respect to the mold 10 by a position control system described later. At this time, when viewed from the substrate stage 2 side, the mold support mechanism 1 can be regarded as equivalently connected by the servo rigidity 300 of the position control system (FIG. 3a).
  • the position control gain of the substrate stage is set high in order to increase the positioning accuracy.
  • the resin 20 starts to be cured. Accordingly, the rigidity of the resin 20 increases as shown in FIG. 2, and it can be regarded that the damping element 301 is connected between the mold 10 and the substrate stage 2 (FIG. 3b). In this state, since it still has fluidity, the mold 10 and the substrate stage 2 are relatively movable. Therefore, there is a possibility that the positions of the mold 10 and the substrate 21 are shifted and hardened, so it is necessary to maintain high positioning accuracy.
  • the resin 20 can be regarded as the spring 302 equivalently. That is, the spring 302 is inserted by the rigidity of the resin 20 in parallel with the servo rigidity 300 of the position control system of the substrate stage 2 (FIG. 3c). In other words, even if a force that shifts the positions of the mold 10 and the substrate 21 is applied, it is not necessary to maintain high positioning accuracy in order to return to the original position by the force of the spring 302. Even if the rigidity of the resin is not saturated, it can be considered that the spring is inserted due to the rigidity of the resin.
  • the spring stiffness as a whole of the substrate stage 2 is higher than before the start of curing. This is equivalent to increasing the gain of the position control system.
  • the gain margin of the position control system may be lost and become unstable.
  • the positioning accuracy of fine movement stage 22 is very high, but the positioning deviation cannot be made zero. Therefore, even in the cured state, a slight positioning deviation remains.
  • the position control system in order to eliminate the positioning deviation, the position control system generates an operation amount and tries to drive the linear motor 23. However, since the resin is cured and the stage does not move, an even greater amount of operation is generated to attempt to move the stage. In this state, since the force generated by the linear motor 23 is applied to the cured resin 20, an excessive force is applied to the resin 20, and the uneven pattern of the resin is damaged.
  • the force for driving the substrate stage 2 is not transmitted to the mold 10 side.
  • the substrate stage 2 and the mold support mechanism 1 are connected by the resin rigidity, so that vibration when driving the substrate stage is transmitted to the mold support mechanism 1.
  • the spring due to the mechanical rigidity of the mold support mechanism 1 is excited and may oscillate.
  • FIG. 4 is a block diagram of a position control system including the control device 4 that controls the operation of the fine movement stage 22 of the imprint apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4A shows the overall configuration of the position control system.
  • FIG. 4B is a detailed configuration example of the position control means 41.
  • FIG. 4C is a detailed configuration example showing data referred to by the setting change unit 44.
  • the position of the fine movement stage 22 is measured by an interferometer 25 installed on the main body 31.
  • the position measurement value is converted into a coordinate system of X, Y, ⁇ z, Z, ⁇ x, and ⁇ y by the coordinate conversion 42.
  • the position control means 41 Based on the difference between the target position and the position measurement value obtained by die-by-die or global alignment, the position control means 41 generates an operation amount for each axis.
  • the operation amount is converted into a command value for each linear motor 23 by the thrust distribution 43.
  • the command value is converted into a driving force by each linear motor 23, and the fine movement stage 22 is driven in accordance therewith.
  • the position control means 41 will be described in detail with reference to FIG. In this block diagram, only one axis is shown, but actually, there are control systems corresponding to the number of control axes. Further, the following description is similarly applied to all control axes (X, Y, ⁇ z, Z, ⁇ x, ⁇ y) of fine movement stage 22 unless otherwise specified.
  • the position control means 41 has a PID controller 410 including a proportional controller 411, an integrator 412, and a differentiator 413. Further, a filter 414 such as a low-pass filter or a notch filter for stabilizing the control system may be provided.
  • the low-pass filter and the notch filter have the effect of stabilizing the control system by reducing the gain and increasing the gain margin at the resonance frequency of the mechanical system. Furthermore, you may have the limit 415 which restrict
  • the limit 415 has an effect of preventing an excessive command from being input to the linear motor 23 by reducing the upper limit value of the absolute value of the operation amount.
  • the setting changing unit 44 changes the set value of the position control unit 41 according to a predetermined condition.
  • the set values to be changed include the gain parameters of the proportional controller 411, the integrator 412, and the differentiator 413, the cutoff frequency of the low-pass filter, the cutoff frequency of the notch filter, the cutoff gain, the cutoff frequency width, and the limit value of the limit 415. . Any one of these may be changed depending on the state of the substrate stage 2, the rigidity of the mold support mechanism 1, and the resin rigidity, or a plurality of set values may be changed.
  • the PID controller 410 can reduce the ratio of the operation amount to the deviation between the position of the substrate stage 2 measured by the position measuring means and the target position by lowering each gain parameter.
  • each gain parameter can be made equivalent to that before curing as a whole. This can usually be dealt with by lowering each gain parameter uniformly. Except for the case where the rigidity of the resin 20 is higher than the servo rigidity, each gain parameter after the change does not become zero. Further, it is not always necessary to uniformly reduce each gain parameter, and the integral gain and the differential gain can be individually adjusted. Thereby, a phase margin can be ensured in response to a change in phase characteristics caused by adjustment of the filter 414 described later.
  • the filter 414 is set to lower the ratio of the manipulated variable to the position deviation in a specific frequency band so that the position control system does not become unstable due to the mechanical resonance of the substrate stage 2 and the mold support mechanism 1.
  • a plurality of filters 414 can be used as necessary. Since the substrate stage 2 only needs to be stable before the resin 20 is cured, the cutoff frequency of the notch filter is set to coincide with the resonance frequency of the fine movement stage 22. After curing, the fine support stage 22 is also affected by mechanical resonance of the mold support mechanism 1 because it is connected to the mold support mechanism 1 via the resin 20.
  • a notch filter having a cutoff frequency matched with the mechanical resonance frequency of the mold support mechanism 1 is separately prepared, and the cutoff gain is set to be hardened. Lower as you progress. Thereby, the control characteristics of fine movement stage 22 are not deteriorated before curing.
  • the ratio of the manipulated variable at the cut-off frequency is reduced after curing, it is not affected by the mechanical resonance of the mold support mechanism 1.
  • the phase lag increases and the stability may be impaired. This can be dealt with by individually changing the adjustment ratio of the PID controller 410 described above. Specifically, the phase lag can be recovered by lowering the gain of the integrator 412 more than that of the proportional controller 411 and the differentiator 413.
  • the position control means 41 may have a limit 415 for stabilizing the control system.
  • the limit 415 can be provided immediately before output to the linear motor 23 which is the final stage of the position control means 41 or in the integrator 412 of the PID controller 410.
  • the limit provided in the integrator 412 has a function of preventing further integration when the limit value is exceeded.
  • a command exceeding the limit value is not output to the linear motor 23.
  • the upper limit of the absolute value of the manipulated variable can be reduced.
  • a command with a large absolute value of the manipulated variable is given to the linear motor 23 to move the substrate stage 2 and to be positioned at the concavo-convex pattern transfer position at a high speed. It is necessary to keep.
  • the limit value is changed so that the maximum output value is at least equal to or less than the breaking strength of the resin 20.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the timing of setting change by the setting changing means 44, and in each case, the horizontal axis shows the passage of time.
  • T3 indicates the start of UV light irradiation
  • T4 indicates the completion of UV light irradiation.
  • the setting change means 44 holds a change pattern for changing the above-described setting values to reduce the gain of the PID controller 410 in accordance with the progress of curing, and changes each setting value for each control means. Instruct.
  • the setting changing unit 44 starts changing the set value after a predetermined time ⁇ T has elapsed from the start of UV light irradiation, and decreases the gain of the PID controller 410.
  • ⁇ T substantially coincides with the timing of transition from (b) to (c) in FIG.
  • the change pattern for reducing the gain is preferably the reverse characteristic of the change in rigidity over time, but may be changed in a straight line for simplicity. If the progress of resin curing over time is reproducible, sufficient performance can be achieved with this method.
  • the setting change means 44 can start changing the set value when the predetermined exposure amount is reached based on the measurement value of the exposure amount sensor 16 that measures the exposure amount of UV light.
  • the exposure amount at this time substantially coincides with the timing of transition from the state (b) to the state (c) in FIG. Since it is based on the measurement value of the exposure amount sensor 16, the set value can be changed at an appropriate timing even when the intensity of the UV light source varies.
  • the exposure amount sensor 16 can be provided in an arbitrary place such as the mold chuck 11 where the amount of light irradiated to the resin can be measured.
  • the setting change unit 44 monitors the operation amount output by the position control unit 41 provided on each axis of the fine movement stage 22, and when the operation amount changes by a predetermined amount from the value before the start of curing. In addition, the change of the set value can be started. At this time, the set value can be changed only when the position control means 41 generates an excessive output and an excessive force is applied to the mold 10 or the resin 20. Therefore, as long as the position control means 41 is kept stable, the set value is not changed. Moreover, based on the measurement value of the force sensor 15 provided in the mold support mechanism 1 instead of the operation amount, when the force sensor measurement value changes by a predetermined amount from the value before the start of curing, the setting value change is started. You can also.
  • the set value can be changed only when an excessive force is applied to the mold 10 or the resin 20 and the measured value of the force sensor 15 becomes large.
  • a command value from the control means can be used for an actuator for driving the stage. That is, the set value is changed when the command value exceeds a predetermined value.
  • the set value can be changed when the vibration amplitude of a specific frequency exceeds a predetermined value in any one of the operation amount, the force sensor measurement value, and the command value. Specifically, any one of the operation amount, the force sensor measurement value, and the command value is monitored through a band-pass filter that passes the resonance frequency when the mechanical rigidity of the mold support mechanism 1 is connected to the stage by the resin rigidity, The set value is changed when the amplitude exceeds a predetermined value.
  • the setting change means 44 can be used by combining the above conditions. For example, both the exposure sensor 16 and the force sensor 15 are measured, and the setting value can be changed when one of them reaches a predetermined value first.
  • changing the set value includes lowering each gain of the PID controller 410, lowering the cutoff frequency of the filter 414, and lowering the limit value of the limit 415.
  • a database 45 in which a change in resin rigidity corresponding to the UV light exposure amount is recorded in advance for each type of resin that is supposed to be used. Since the progress of curing with respect to the exposure amount of UV light differs depending on the type of resin, the timing for starting the change of the set value and the optimum value of the change pattern differ for each resin.
  • the setting change means 44 can select the timing and change pattern for starting the change of the set value, which is optimal for the resin to be used, with reference to the database 45.
  • a change in viscosity and a change in viscoelasticity can be recorded in the database 45 and used instead of a change in resin rigidity.
  • data recording means 46 for recording at least one log data of the position measurement value of the substrate stage 2, the operation amount of each axis, the measurement value of the force sensor 15, and the measurement value of the exposure amount sensor 16 in the resin curing process. May be provided. Even if the same type of resin 20 is used, the degree of progress of curing differs depending on the concave / convex pattern of the mold 10, and as a result, the optimum value of the timing for starting the change of the set value may be different. Therefore, the recorded log data can be referred to and changed to a more optimal change start timing and change pattern. Furthermore, by recording the optimized change start timing and change pattern in the database 45, the optimum value can be used from the next time onward.
  • the set value to be changed, the change start timing, and the change pattern may be different for each axis of fine movement stage 22. Since the required positional accuracy is low with respect to the contact direction (Z direction) between the mold 10 and the substrate 21, it is desirable to emphasize the stability and lower the gain earlier than other control axes. In addition, regarding the contact direction, since the resin thickness is very thin, it is considered that a certain degree of rigidity has occurred from the filling stage (second step). Therefore, the setting change may be performed from the resin filling stage of the second step (a state where the resin and the mold are in contact).
  • reducing the position control gain means lowering the ratio of the output to the input of the position control means 41 with respect to the deviation between the stage position and the target position measured by the position measurement means.
  • the UV curable imprint apparatus has been described.
  • the present invention is not limited to UV light, and a light source other than UV light may be used.
  • the present invention can be similarly applied to a thermosetting imprint apparatus apparatus.
  • the resin 20 After the resin 20 is cured, the resin 20 can be limited so that an excessive load is not applied by measures such as a decrease in gain and a decrease in limit described in the first embodiment.
  • measures such as a decrease in gain and a decrease in limit described in the first embodiment.
  • force control is made effective in parallel with lowering the position control gain as the resin 20 is cured. Thereby, it becomes possible to control the force applied to the resin 20 after curing to a predetermined force target value.
  • FIG. 6 is a block diagram of a position control system including a control device 4 that controls the operation of the substrate stage 2 of the imprint apparatus according to the second embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the position control means 41 and the force control means 51 are provided.
  • the force control means 51 is composed of a PID controller, a filter, and a limit, and the input is not a position deviation but a force deviation. Is different.
  • the force control means 51 is a fine movement stage so that a predetermined force target value is applied to the mold 10 based on a force deviation between a measured value of the force sensor 15 provided in the mold support mechanism 1 and a predetermined force target value.
  • the amount of force operation to 22 is determined.
  • As the force sensor 15, a load cell, a strain gauge, a piezoelectric element, or the like can be used.
  • it can be used as a force sensor by attaching a strain gauge to the dosing mechanism 12 and detecting the deflection of the dosing mechanism. At this time, it is necessary to use at least six force sensors in order to detect the forces in the six axial directions.
  • the second step and the third step it is desirable to apply a slight pressing force with respect to the contact direction (Z direction) between the mold 10 and the substrate 21 in order to promote the filling of the resin 20. Except in the Z direction, it is desirable that no force be applied to avoid breakage and displacement of the resin 20.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the timing of setting change by the setting changing means 44.
  • the setting changing unit 44 changes the setting value of the force control unit 51 in parallel with changing the setting value of the position control unit 41.
  • the force control means 51 is set to be invalid before the resin 20 is cured. This can be realized by setting the gain of the PID controller 410 of the force control means 51 to zero or setting the limit value to zero. After the start of curing, the force control means 51 is validated by raising the limit value or raising the gain of the PID controller 410.
  • the ratio of the operation amount of the position control unit to the position deviation is reduced, and the ratio of the operation amount of the force control unit to the force deviation is reduced. Can be increased.
  • the method described in the first embodiment can be similarly used to determine the start timing and change pattern of the set value change of the force control means 51.
  • the position control means 41 it is not necessary to invalidate the position control by reducing each gain or limit value of the PID controller 410 of the position control means 41 to zero. In the present embodiment, if the position control means 41 is valid, accurate force control cannot be performed, so the position control means 41 needs to be disabled.
  • the load applied to the resin 20 can be directly controlled by switching to force control, so that only a necessary load is applied to the resin. And a better state can be maintained.
  • ⁇ Suitable for use in microfabrication technology that transfers the fine structure on the mold to a workpiece such as resin or metal.

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Abstract

　モールドと基板の接触、硬化、離型の過程において、凹凸パターン破損を防止するとともに、基板ステージの位置決め精度を高精度に維持することができるインプリント装置を提供することを目的とする。　基板２１上に塗布された樹脂２０とモールド１０とを押しつけて基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、基板を保持するステージ２と、位置計測手段２５により計測されたステージの位置と目標位置との位置偏差に基づいて操作量を出力してステージの位置を制御する制御手段４１とを備え、制御手段は、基板とモールドの接触から離型の間において、位置偏差に対する操作量の比を低下させる。

Description

インプリント装置及び物品の製造方法
　本発明は、基板上の樹脂に対してモールドのパターンを転写するインプリント装置に関する。
　凹凸パターンが形成されたモールドを原版としてシリコンウエハやガラスプレート等の基板上に凹凸パターンを形成する際に、光硬化法を利用するインプリント技術がある。この技術は基板上に光硬化型の樹脂層を形成し、次に、所望の凹凸パターンが形成されたモールドと樹脂層を設けた基板を所定の間隔で位置合わせをする。位置合わせ後、モールドと基板とを互いに押しつけることで、モールドに形成された凹凸パターンの凹部が樹脂で充満されるようにする。次に、紫外線等の樹脂硬化用の光を照射することで樹脂を硬化させる。これにより樹脂層に上記モールドの凹凸パターンが転写される。次に、モールドと基板を分離した後、この凹凸パターンが形成された樹脂層をマスクとしてエッチング等を行うことにより、前記モールドに形成された凹凸パターンの微細構造に対応した微細構造が基板に形成される。この技術は、昨今のようにナノオーダーの高精細な微細加工に対する要求が高まる中、注目されているが、その発展を推進するには、転写精度と転写速度のより一層の向上が求められる。その求めに応じるには、基板を搭載するステージには、ｎｍ（ナノメーター）のオーダーでの位置決め精度と高い移動速度を両立する必要がある。
　この両立が可能な技術として、例えば、特許文献１に記載されている半導体露光装置用のウエハステージの技術がある。ウエハステージは非接触に支持されたリニアモータ駆動の６自由度に位置決め可能な微動ステージを搭載しており、ｎｍ以下の分解能を持つ高精度なレーザ干渉計で計測された位置情報に基づいて、高精度な位置決めを可能にしている。また、ウエハステージは大推力リニアモータを有する粗動ステージにより、高速移動を可能にしている。
特開２０００－１０６３４４号公報
　しかし、半導体露光装置用ウエハステージは、高速移動と高精度位置決めを達成するために、非常に高い制御ゲインで制御しているために、わずかな位置偏差に対して大きな操作量が発生するので、アクチュエータは大きな駆動力を必要とする。その結果、特許文献１に記載されているような半導体露光装置用ウエハステージ技術をそのまま光硬化法を利用するインプリント技術に適用すると、樹脂が硬化した状態では、駆動力の反力を樹脂が受けて、さらにモールド側に伝わる。そのため、モールドや基板の固定がずれたり、ひいては樹脂に過大な力が掛かり凹凸パターンが破損するという問題が生じる。
　一方で、接触前から制御ゲインを低下させると、基板ステージの位置決め精度が低下し、転写される凹凸パターンの位置がずれる問題がある。
　本発明は、モールドと基板の接触、硬化、離型の過程において、凹凸パターンの破損を防止するとともに、基板ステージを高精度で位置決めでき且つ高速で移動できるインプリント装置及びその装置を用いた物品の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明のインプリント装置は、基板上に設けた樹脂層とモールドとを重ねて押圧し、前記基板上に凹凸パターンを形成するインプリント装置であって、前記基板を保持するステージと、位置計測手段により計測された前記ステージの位置と目標位置との位置偏差に基づいて操作量を出力して前記ステージの位置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記基板上に塗布された樹脂と前記モールドの接触から離型の間において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる、ことを特徴とする。
　本発明によれば、モールドと基板が樹脂を介して接触している状態で、位置偏差に対する操作量の比を低下させるため、樹脂に対して過大な力が掛からず、凹凸パターンの破損を防止することができる。
本実施形態におけるインプリント装置の概略構成図 インプリント工程の第３ステップにおける、樹脂剛性の時間変化を示す図 インプリント工程の第３ステップにおける、樹脂剛性の影響を示す図 第１の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ制御装置のブロック図 第１の実施形態におけるゲイン変更のタイミング図 第２の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ制御装置のブロック図 第２の実施形態におけるゲイン変更のタイミング図
　以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明の説明においては、ゲインとは各制御器における入力と出力の比を表し、ゲインパラメータとはゲインを直接変更する設定値を表すこととする。
　図１は本実施形態におけるインプリント装置の概略構成図である。モールド支持機構１が接続された本体３１は、基板ステージ２が搭載された定盤３３上に搭載されており、振動絶縁のためのマウント３２を有する。
　モールド支持機構１はモールド１０を支持する機構であり、モールドチャック１１、かわし機構１２、支持台１３、上下機構１４を備えている。モールドチャック１１はかわし機構１２を介して支持台１３に接続されており、モールド１０を着脱可能に固定している。かわし機構１２は弾性ヒンジによって構成されており、基板２１とモールド１０とを互いに押しつけ、モールド１０に対して荷重が掛かったときに、弾性ヒンジがたわむことでモールド１０を基板２１の面に対して倣わせることができる。支持台１３は、上下機構１４を介して本体３１と接続されている。上下機構１４は、モールド１０を基板２１に対して押しつける際の大まかな上下方向の位置を決めることができる。また、モールド１０の着脱動作の際の上下動作、さらに、異常時におけるモールド１０の退避などに使用される。
　基板ステージ２は基板２１を保持する機構であり、微動ステージ２２と粗動ステージ２４からなる。制御装置４により微動ステージ２２の動作を制御する。微動ステージ２２は上面に基板２１を搭載することができる。微動ステージ２２は少なくとも６個のリニアモータ２３を備えており、６自由度に位置決め可能である。リニアモータ２３の替わりに電磁石等のアクチュエータを用いることもできる。微動ステージ２２はリニアモータ２３の発生する駆動力によって非接触で支持されているため、定盤３３や粗動ステージ２４からの外乱伝達がなく、非常に精度よく位置決め可能である。微動ステージ２２の位置は、本体３１に備えられた位置計測手段によって計測される。位置計測手段としては、干渉計２５の他にエンコーダなどが利用可能である。このとき、モールド１０またはモールドチャック１１の位置も同時に位置計測手段によって計測しておき、微動ステージ２２の位置計測値との差分を取ることにより、微動ステージ２２とモールド１０の相対変位を求めることもできる。これにより、モールド１０の位置が変化した場合でも、モールドに対して正確に位置決めすることができる。粗動ステージ２４は微動ステージ２２を搭載してＸＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、粗動ステージ２４は長距離の駆動が可能な多相型リニアモータをＸ方向とＹ方向に組み合わせる構成とすることができる。また、平面モータを用いて、粗動ステージ２４をＸＹ２方向に移動可能にすることもできる。粗動ステージ２４により、基板２１上に設定された、凹凸パターン転写位置をモールド１０直下に移動することができる。
　次に、基本的なインプリント工程を説明する。
　第１ステップ（Ｓ１）：基板ステージ２は、樹脂２０が塗布された基板２１を保持し、基板上に設定された凹凸パターン転写位置をモールド１０直下に位置決めする。凹凸パターン転写位置の正確な位置座標の検出方法には、異なる凹凸パターン転写位置毎に基板上のマークを計測するダイバイダイアライメントと、予め基板上の代表位置のマークを計測しておくグローバルアライメントという手法がある。いずれかの方法で求められた凹凸パターン転写位置の位置座標に対して、干渉計２５の計測値に基づき、基板ステージ２は位置決めされる。このときの位置決め精度としては、凹凸パターンの線幅によるが、サブナノメートルから１０ｎｍ程度が必要とされる。
　第２ステップ（Ｓ２）：基板ステージ２または上下機構１４、もしくはその両方を駆動して、基板２１とモールド１０を所定の間隔（３～１０ｎｍ程度）まで接近させる。これにより、基板上に塗布された樹脂２０がモールド１０に形成された凹凸パターンの形状に合わせて充填される。このように、凹凸パターンの形状に樹脂２０の充填が開始された時から、樹脂とモールドが接触した状態と見なすことができる。このとき、基板２１とモールド１０の間隔が均一となるように、基板ステージ２の姿勢を制御する必要がある。
　第３ステップ（Ｓ３）：第２のステップでモールド１０に形成された凹凸パターンに樹脂が充填された状態でＵＶ光を照射して、樹脂２０を硬化させる。凹凸パターンが形成されたモールド１０は紫外線等の光が透過できる材料で作られており、不図示の光源から紫外線等の光を照射することで、基板２１に塗布された樹脂２０を硬化させることができる。
　第４ステップ（Ｓ４）：第３ステップで樹脂２０を硬化させた後、基板ステージ２または上下機構１４、もしくはその両方を駆動して、基板２１とモールド１０の間隔を広げて、硬化した樹脂２０をモールド１０から分離する。この工程を離型と呼ぶ。
　次に、前記第３ステップについて詳しく説明する。図２に、ＵＶ光の照射時間と樹脂２０の剛性の関係を示す。横軸はＵＶ光の照射を開始してからの経過時間を示し、Ｔ３はＵＶ光の照射の開始を示し、Ｔ４はＵＶ光の照射の完了を示している。縦軸は樹脂２０の剛性変化を示す。また、図３は、樹脂２０の剛性の変化による、モールド１０と基板ステージ２間の相互作用の変化を模式的に表す図である。この図では、簡単のため１軸方向の相互作用のみを示してあるが、６軸全方向に対して同じことが成り立つ。また、図２中に記載のａ、ｂ、ｃの段階は、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図の状態に対応する。ＵＶ光を照射する前の樹脂２０は、液状であり流動性が高く、水平方向（ＸＹ方向）の剛性はほぼゼロと見なすことができる。そのため、基板ステージ２とモールド１０の間にはほとんど相互作用を発生させない。一方、基板ステージ２は後述の位置制御系によってモールド１０に対して位置決めされている。この時、基板ステージ２側から見るとモールド支持機構１は位置制御系のサーボ剛性３００によって、等価的に接続されていると見なすことができる（図３ａ）。この時、位置決め精度を上げるために、基板ステージの位置制御ゲインは高く設定されている。ＵＶ光の照射を開始すると、樹脂２０が硬化を始める。それに伴って、図２のように樹脂２０の剛性が上昇し、モールド１０と基板ステージ２の間にダンピング要素３０１が接続された状態と見なせる（図３ｂ）。この状態では、まだ流動性を持っているので、モールド１０と基板ステージ２は相対的に移動可能である。そのため、モールド１０と基板２１の位置がずれて固まる可能性があるので高い位置決め精度を保つ必要がある。その後さらに硬化が進み、ＵＶ光の照射を開始してΔＴが経過すると、樹脂２０の剛性が高まり流動性が低下するので、樹脂２０は等価的にバネ３０２と見なせる。すなわち、基板ステージ２の位置制御系のサーボ剛性３００と並列に樹脂２０の剛性によるバネ３０２が挿入された状態となる（図３ｃ）。つまり、モールド１０と基板２１の位置がずれようとする力が加わっても、バネ３０２の力によって元の位置に戻ろうとするために、高い位置決め精度を保たなくても良い。樹脂の剛性が飽和していなくても、樹脂の剛性によるバネが挿入された状態と見なせる。
　そのため、基板ステージ２の全体としてのバネ剛性は、硬化開始前よりも高くなっている。これは、位置制御系のゲインを上げたことと等価である。元々、高い位置決め精度を達成するために、ゲインができるだけ高く設定されている状態で、さらにゲインを上げると、位置制御系のゲイン余裕がなくなり不安定となることが起こりうる。
　微動ステージ２２の位置決め精度は非常に高いが、位置決め偏差をゼロにすることはできない。そのため、硬化した状態でも、わずかではあるが位置決め偏差が残る。このとき、位置制御系は位置決め偏差をなくすために、操作量を発生させ、リニアモータ２３を駆動させようとする。しかし、樹脂が硬化していてステージが動かないため、さらに大きな操作量を発生させて、ステージを動かそうととする。この状態では、リニアモータ２３の発生した力が硬化した樹脂２０に掛かるため、樹脂２０に過大な力が加わり、樹脂の凹凸パターンを破損してしまう。
　また、図３（ａ）の状態では、基板ステージ２を駆動するための力は、モールド１０側には伝わらない。樹脂が硬化すると基板ステージ２とモールド支持機構１が樹脂剛性により連結されるため、基板ステージを駆動する際の振動がモールド支持機構１に伝わるようになる。そのため、モールド支持機構１の持つメカ剛性によるバネを励振してしまい、発振する可能性も生じる。
　一方、鉛直（Ｚ）方向については、樹脂の厚みが数ｎｍ程度と非常に薄いため、充填（第２ステップ）された状態において、表面張力や毛細管現象による粘性・剛性が発生している。そのため、これまで述べてきた状態が、第２ステップから起こりうる。
　（第１実施形態）
　図４は第１の実施形態におけるインプリント装置の微動ステージ２２の動作を制御する制御装置４を含む位置制御系のブロック図である。図４（ａ）は、位置制御系の全体構成である。図４（ｂ）は、位置制御手段４１の詳細構成例である。図４（ｃ）は、設定変更手段４４が参照するデータを示した詳細構成例である。
　微動ステージ２２の位置は、本体３１上に設置された干渉計２５によって計測される。位置計測値は座標変換４２によって、Ｘ，Ｙ，θｚ，Ｚ，θｘ，θｙの座標系に変換される。ダイバイダイあるいはグローバルアライメントによって求められた目標位置と位置計測値の差分に基づいて、位置制御手段４１は各軸の操作量を生成する。操作量は推力分配４３によって、各リニアモータ２３に対する指令値に変換される。指令値は各リニアモータ２３によって駆動力に変換され、これに従って微動ステージ２２を駆動させる。
　位置制御手段４１を図４（ｂ）を用いて詳細に説明する。本ブロック図には、１軸分のみを示してあるが、実際には制御軸の数分の制御系を有する。また、以下の説明は、特に記載しない限り、微動ステージ２２の全制御軸（Ｘ，Ｙ，θｚ，Ｚ，θｘ，θｙ）に対して同様に成り立つ。位置制御手段４１は比例制御器４１１、積分器４１２、微分器４１３からなるＰＩＤ制御器４１０を有している。さらに、制御系を安定させるための、ローパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタ４１４を有していてもよい。ローパスフィルタやノッチフィルタは、メカ系の共振周波数において、ゲインを低下させ、ゲイン余裕を増加させることで、制御系を安定させる作用を有する。さらに、制御系の出力を制限するリミット４１５を有していてもよい。リミット４１５は、操作量の絶対値の上限値を低下させることで過剰な指令がリニアモータ２３に入力されることを防ぐ作用を有している。
　設定変更手段４４は、所定の条件によって、位置制御手段４１の設定値を変更する。変更する設定値は、比例制御器４１１、積分器４１２、微分器４１３の各ゲインパラメータ、ローパスフィルタのカットオフ周波数、ノッチフィルタの遮断周波数、遮断ゲイン、遮断周波数幅、リミット４１５のリミット値がある。基板ステージ２の状態や、モールド支持機構１の剛性、樹脂剛性の条件により、これらのいずれかを変更してもよいし、複数の設定値を変更してもよい。
　次に、各設定値の変更のさせ方と、各設定値で得られるその効果を説明する。
　ＰＩＤ制御器４１０は、各ゲインパラメータを下げることで、位置計測手段により計測された基板ステージ２の位置と目標位置との偏差に対する操作量の比を下げることができる。これにより、樹脂２０の硬化に伴って基板ステージ２に樹脂２０の剛性が加わったときに、全体として硬化前と等価な剛性となるようにすることができる。これは、通常は各ゲインパラメータを一律に下げることで対応できる。樹脂２０の剛性がサーボ剛性よりも高い場合を除き、変更後の各ゲインパラメータはゼロにはならない。また、各ゲインパラメータは必ずしも一律に下げる必要はなく、積分ゲイン、微分ゲインを個別に調整することもできる。これにより、後述するフィルタ４１４の調整による位相特性の変化に対応して、位相余裕を確保することもできる。
　フィルタ４１４は基板ステージ２およびモールド支持機構１のメカ共振の影響によって、位置制御系が不安定とならないように、特定の周波数帯域における位置偏差に対する操作量の比を下げるように設定される。また、フィルタ４１４は必要に応じて、複数用いることができる。樹脂２０の硬化前は、基板ステージ２が単独で安定となっていればよいので、ノッチフィルタの遮断周波数は微動ステージ２２の共振周波数と一致するように設定されている。硬化後は、樹脂２０を介してモールド支持機構１と連結されることになるので、微動ステージ２２はモールド支持機構１のメカ共振の影響も受けることになる。そのため、モールド支持機構１のメカ共振に対して操作量を発生しないようにするため、モールド支持機構１のメカ共振周波数に遮断周波数を合わせたノッチフィルタを別途用意しておき、遮断ゲインを硬化の進行に合わせて下げていく。これにより、硬化前は微動ステージ２２の制御特性を低下させることがない。一方、硬化後は遮断周波数における操作量の比が低下しているので、モールド支持機構１のメカ共振の影響を受けることがなくなる。しかし、ノッチフィルタが有効となることで、位相遅れが大きくなり、安定性が損なわれる場合がある。この時は、前述したＰＩＤ制御器４１０の調整割合を個別に変化させることで対応できる。具体的には、積分器４１２のゲインを比例制御器４１１および微分器４１３よりも大きく低下させることで、位相遅れを回復することができる。
　ノッチフィルタと同様にローパスフィルタで調整することもできる。ローパスフィルタの場合は、カットオフ周波数を下げることで、カットオフ周波数以上の帯域のゲインを下げることができ、同様の効果が得られる。
　さらに、制御系を安定させるためのリミット４１５を位置制御手段４１が有していてもよい。リミット４１５は位置制御手段４１の最終段であるリニアモータ２３への出力の直前や、ＰＩＤ制御器４１０の積分器４１２に設けることができる。積分器４１２に設けられたリミットは、リミット値を越えるとそれ以上積分が行なわれないようにする機能を有する。リミット４１５を設けることにより、リミット値以上の指令がリニアモータ２３に対して出力されることがなくなる。これにより、操作量の絶対値の上限値を低下させることができる。第１ステップにおいては、操作量の絶対値が大きな指令をリニアモータ２３に対して与えて基板ステージ２を移動させ、高速で凹凸パターン転写位置に位置決めする必要があるため、リミット値は大きくしておく必要がある。一方、硬化後には、樹脂２０およびモールド支持機構１に過大な力を掛けないようにする必要があるため、最大出力値が少なくとも樹脂２０の破壊強度以下となるように、リミット値を変更する。
　次に、設定変更手段４４によって、時間経過とともに設定値がどのように変更されるかについて説明する。図５は設定変更手段４４による設定変更のタイミングの一例を示す図であり、いずれも横軸は時間の経過を示す。また、Ｔ３はＵＶ光の照射の開始を示し、Ｔ４はＵＶ光の照射の完了を示している。ＵＶ光の照射が開始されて、照射時間が経過するのに従って、樹脂２０の硬化が進み、樹脂剛性が増加する。設定変更手段４４は、硬化の進行に合わせた、前述の各設定値を変更してＰＩＤ制御器４１０のゲインを低下させる変更パターンを保持しており、各制御手段に対して各設定値の変更を指示する。
　図５（ａ）では、設定変更手段４４は、ＵＶ光の照射開始から所定の時間ΔＴが経過した後に設定値の変更を開始し、ＰＩＤ制御器４１０のゲインを低下させる。ΔＴは、図２における（ｂ）から（ｃ）の状態に移行するタイミングとほぼ一致している。ゲインを低下させる変更パターンは、剛性の時間変化の逆特性であることが望ましいが、簡易的には直線で変化させてもよい。時間経過による樹脂硬化の進捗に再現性があれば、本方式で十分な性能が達成できる。
　図５（ｂ）では、設定変更手段４４は、ＵＶ光の露光量を計測する露光量センサ１６の計測値に基づき、所定の露光量に達したら、設定値の変更を開始することができる。この時の露光量は、図２における（ｂ）から（ｃ）の状態に移行するタイミングとほぼ一致している。露光量センサ１６の計測値に基づくので、ＵＶ光源の強度に変動があった場合でも、適切なタイミングで設定値の変更を行うことができる。露光量センサ１６はモールドチャック１１など樹脂に対して照射された光の量を計測可能な任意の場所に設けることができる。
　図５（ｃ）では、設定変更手段４４は、微動ステージ２２の各軸に設けられた位置制御手段４１が出力する操作量をモニターし、操作量が硬化開始前の値から所定量変化したときに、設定値の変更を開始することができる。この時は、位置制御手段４１が過大な出力を発生して、モールド１０や樹脂２０に対して過大な力が掛かったときのみ、設定値を変更することができる。そのため、位置制御手段４１が、安定を保っている限りにおいては、設定値が変更されることはない。また、操作量の代わりに、モールド支持機構１に備えられた力センサ１５の計測値に基づき、力センサ計測値が硬化開始前の値から所定量変化したときに、設定値の変更を開始することもできる。この場合も、モールド１０や樹脂２０に対して過大な力が掛かって力センサ１５の計測値が大きくなったときに限り、設定値を変更するようにすることができる。さらに操作量の代わりに、ステージを駆動させるアクチュエータへ制御手段からの指令値を用いることができる。つまり、指令値が所定の値を超えたときに、設定値を変更する。
　また、操作量、力センサ計測値、指令値のいずれかにおいて、特定の周波数の振動振幅が所定の値を超えたときに設定値を変更するようにすることもできる。具体的には、操作量、力センサ計測値、指令値のいずれかを、モールド支持機構１のメカ剛性が樹脂剛性によりステージと連結された時の共振周波数を通過するバンドパスフィルタを通して監視し、振幅が所定の値を超えたときに設定値を変更する。
　また、設定変更手段４４は、上記の各条件を組み合わせて用いることもできる。例えば、露光量センサ１６と力センサ１５の両方を計測し、いずれかが先に所定値に達した時から、設定値を変更するように構成することもできる。ここで設定値を変更するとは、ＰＩＤ制御器４１０の各ゲインを低下させること、フィルタ４１４の遮断周波数を低下させること、リミット４１５のリミット値を低下させることを含む。
　さらに、ＵＶ光の露光量に応じた樹脂剛性の変化を、使用すると思われる樹脂の種類毎に、予めＵＶ光の露光量と樹脂剛性の変化の関係を記録したデータベース４５を備えることもできる。樹脂の種類によって、ＵＶ光の露光量に対する硬化の進捗が異なるため、樹脂毎に設定値の変更を開始するタイミング、変更パターンの最適値は異なる。設定変更手段４４はデータベース４５を参照して、使用する樹脂に最適な、設定値の変更を開始するタイミング、変更パターンを選択することができる。データベース４５には粘性の変化、粘弾性の変化を記録させ、樹脂剛性の変化の代わりに用いることもできる。
　さらに、樹脂硬化過程における、基板ステージ２の位置計測値、各軸の操作量、力センサ１５の計測値、露光量センサ１６の計測値の少なくとも一つ以上のログデータを記録するデータ記録手段４６を備えていてもよい。同じタイプの樹脂２０を使用していても、モールド１０に有する凹凸パターンによっては、硬化の進行度合いが異なり、ひいては設定値の変更を開始するタイミングの最適値が異なることもあり得る。そこで、記録されたログデータを参照して、より最適な変更開始タイミング、変更パターンに変更することができる。さらに、最適化された変更開始タイミング、変更パターンをデータベース４５に記録することで、次回以降は最適値を使うことができる。
　これまでの説明は、微動ステージ２２のすべての制御軸（Ｘ、Ｙ、θｚ、Ｚ、θｘ、θｙ）について行なわれる。ただし、微動ステージ２２の各軸毎に、変更する設定値、変更開始タイミング、変更パターンは異なっていてもよい。モールド１０と基板２１の接触方向（Ｚ方向）に関しては必要な位置精度が低いため、安定性を重視して他の制御軸よりも早めにゲインを下げるようにした方が望ましい。また、接触方向については、樹脂厚みが非常に薄いため、充填段階（第２ステップ）から、ある程度剛性が発生していると考えられる。従って、第２ステップの樹脂充填段階（樹脂とモールドが接触した状態）から、設定変更を行ってもよい。一方、水平方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）については、モールド１０と基板２１の位置合わせのために、高い位置決め精度が必要であり、ゲインを早く下げてしまうと、位置ずれが生じてしまう可能性があるため、十分硬化が進むまでゲインを維持する方が望ましい。
　以上説明したように、位置制御ゲインを低下させることにより、樹脂２０に転写された凹凸パターンの破壊を防ぐことができる。さらに、樹脂の剛性によって制御系を不安定とすることなく、良好な基板ステージ２の位置精度を維持することができる。ここで位置制御ゲインを低下させるとは、位置計測手段により計測されたステージの位置と目標位置との偏差に対する位置制御手段４１の入力に対する出力の比を下げることである。
　また、本実施形態はＵＶ硬化型のインプリント装置について説明したが、ＵＶ光に限定されるものではなく、ＵＶ光以外の光源を用いてもよい。また、光硬化型のインプリント装置以外にも熱硬化型のインプリント装置装置についても同様に適用できる。
　（第２実施形態）
　樹脂２０の硬化後において、第１実施形態で述べたゲインの低下やリミット低下等の措置により、樹脂２０に対して過大な荷重が掛からないように制限することはできる。しかし、位置制御では、力の直接的な制御はできないため、樹脂２０に対して荷重が掛からないように制御することはできない。本実施形態においては、樹脂２０の硬化に従って、位置制御ゲインを下げていくことと並行して、力制御を有効にしていく。これにより、硬化後には樹脂２０に掛かる力が所定の力目標値になるように制御できるようになる。
　図６は第２の実施形態におけるインプリント装置の基板ステージ２の動作を制御する制御装置４を含む位置制御系のブロック図である。
　本実施形態においては、位置制御手段４１とともに力制御手段５１を備える点が、第１実施形態と異なる。力制御手段５１は、図４（ｂ）に示した位置制御手段４１と同様に、ＰＩＤ制御器、フィルタ、リミットから構成されており、入力が位置偏差ではなく、力偏差となっている点が異なっている。力制御手段５１は、モールド支持機構１に備えられた力センサ１５の計測値と所定の力目標値との力偏差に基づき、モールド１０に対して所定の力目標値が掛かるように、微動ステージ２２への力操作量を決定する。力センサ１５としては、ロードセル、ひずみゲージ、圧電素子等を用いることができる。例えば、ひずみゲージをかわし機構１２に貼付けて、かわし機構のたわみを検出することで、力センサとして使用することができる。このとき、６軸方向の力を検出するためには、少なくとも６個の力センサを用いる必要がある。
　第２ステップおよび第３ステップにおいては、モールド１０と基板２１の接触方向（Ｚ方向）に関しては、樹脂２０の充填を促進するため、わずかな押しつけ力を掛けることが望ましい。Ｚ方向以外には、樹脂２０の破損や位置ずれを避けるため、力が掛からないことが望ましい。
　図７は設定変更手段４４による設定変更のタイミングの一例を示す図である。本実施形態における設定変更手段４４は、位置制御手段４１の設定値を変更するのと並行して、力制御手段５１の設定値を変更する。力制御手段５１は、樹脂２０が硬化する前は無効となるように設定されている。これは、力制御手段５１のＰＩＤ制御器４１０のゲインをゼロに設定したり、リミット値をゼロとしたりすることで実現できる。硬化開始後は、リミット値を引き上げる、あるいはＰＩＤ制御器４１０のゲインを引き上げることにより、力制御手段５１が有効化される。また、樹脂の硬化開始後に力センサの計測値が所定の値に達した後に、位置偏差に対する位置制御手段の操作量の比を低下させ、力偏差に対しては力制御手段の操作量の比を増加させることができる。
　力制御手段５１の設定値変更の開始タイミング、変更パターンの決定には、第１実施形態に述べた手法を同様に用いることができる。
　第１実施形態においては、位置制御手段４１のＰＩＤ制御器４１０の各ゲイン、またはリミット値をゼロに落として、位置制御を無効にする必要はなかった。本実施形態においては、位置制御手段４１が有効であると正確な力制御が行えなくなるため、位置制御手段４１は、無効とする必要がある。
　以上述べたように、本実施形態においては、樹脂２０の硬化後には、力制御に切り換えることによって、樹脂２０に掛かる荷重を直接制御することができるため、樹脂に対して必要な荷重のみを掛けることができ、より良好な状態を維持することができる。
　また、物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板）上にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンを形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンを形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも一つにおいて有利である。
　モールド上の微細な構造を、樹脂や金属等の被加工部材に転写する微細加工技術に用いるのに適している。
　１　モールド支持機構
　１０　モールド
　１５　力センサ
　１６　露光量センサ
　２　基板ステージ
　２０　樹脂
　２１　基板
　２２　微動ステージ
　４　制御装置
　４１　位置制御手段

Claims (15)

  1. 基板上に塗布された樹脂とモールドとを押しつけて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
    　前記基板を保持するステージと、
    　位置計測手段により計測された前記ステージの位置と目標位置との位置偏差に基づいて操作量を出力して前記ステージの位置を制御する制御手段と、
    を備え、
    　前記制御手段は、前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記制御手段は前記樹脂と前記モールドが接触してから所定の時間が経過した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
  3. 前記制御手段は前記ステージを駆動させるアクチュエータへ前記制御手段からの指令値が所定の値を超えた後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
  4. 前記制御手段は前記モールドを支持するモールド支持機構のメカ共振周波数において、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
  5. 光の照射により前記樹脂を硬化させるインプリント装置であり、
    　前記樹脂に対して照射された光の量を計測する露光量センサを有し、
    　前記制御手段は前記露光量センサの計測値が所定の値に達した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
  6. 前記モールドに対する荷重を計測する力センサを有し、
    　前記制御手段は前記力センサの計測値が所定の値に達した後に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のインプリント装置。
  7. 前記制御手段はＰＩＤ制御器を有し、該ＰＩＤ制御器の入力に対する出力の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  8. 前記制御手段はフィルタを有し、該フィルタを通る振幅が所定の値を超えたときにフィルタの設定値を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  9. 前記制御手段は前記操作量の絶対値の上限値を決めるリミットを有し、
    　前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記リミットの上限値を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  10. 前記力センサにより計測された計測値と、モールドへの荷重の目標値との力偏差に基づいて操作量を出力する力制御手段を有し、
    　該力制御手段は、前記樹脂と前記モールドが接触している間において、前記力偏差に対する前記操作量の比を増加させる
    　ことを特徴とする、請求項６に記載のインプリント装置。
  11. 前記制御手段は前記ステージの各軸毎に、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させる
    　ことを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  12. 前記制御手段は露光量に応じた、粘性、剛性、及び粘弾性の少なくとも一つの特性の変化を前記樹脂の種類毎に記録したデータベースを有し、
    　該データベースを参照して、使用する前記樹脂に応じた、前記位置偏差に対する前記操作量の比を低下させるタイミング、または前記操作量の比を低下させるために前記制御手段に設定される設定値を変更する変更パターンを選択する
    　ことを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  13. 前記ステージの位置計測値もしくは前記ステージの操作量のログデータを記録するデータ記録手段を有し、
    　前記制御手段は前記ログデータを参照して、前記位置偏差に対する前記操作量の比の変更を低下させるタイミング、または前記操作量の比を低下させるために前記制御手段に設定される設定値を変更する変更パターンを選択する
    　ことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のインプリント装置。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いて前記基板上に塗布された樹脂にパターンを形成する工程を含むことを特徴とする物品の製造方法。
  15. 請求項１～１３のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いて前記基板上にパターンを形成する工程と、
    　前記工程で前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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