JP2013021155A - インプリント装置、およびそれを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モールドと基板上の樹脂との接触位置の保持、かつ、位置決め精度の向上に有利なインプリント装置を提供する。
【解決手段】インプリント装置１は、型７を保持し、少なくともＺ軸に対して位置決め可能な型保持部１３と、基板１２を保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸、かつ、該軸をそれぞれ中心とした回転方向のθｘ、θｙ、θｚの３軸の計６軸に対して位置決め可能な基板保持部４と、型保持部１３および基板保持部４の位置を制御する制御部６とを備える。ここで、制御部６は、型保持部１３または基板保持部４の少なくともいずれか一方を駆動させて型７とインプリント材とを互いに接触させる際に、型保持部１３または基板保持部４の少なくともいずれか一方の状態情報を参照し、型保持部１３および基板保持部４の位置の制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インプリント装置、およびそれを用いた物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィー技術に加え、基板上の未硬化樹脂をモールド（型）で成形し、樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術が注目を集めている。この技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の１つとして、光硬化法がある。この光硬化法を採用したインプリント装置では、まず、基板（ウエハ）上のインプリント領域であるショットに紫外線硬化樹脂（インプリント材、光硬化性樹脂）を塗布する。次に、この樹脂（未硬化樹脂）をモールドにより成形する。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させたうえで離型することにより、樹脂のパターンが基板上に形成される。

このインプリント装置では、一体となったベースフレームに、モールドを保持して押し付け方向（接触方向）に駆動するインプリントヘッド、基板を保持する基板ステージ、および、この両者の位置を計測する計測系を有する構造を採用するのが一般的である。例えば、特許文献１は、この構造を採用するインプリント装置を開示している。特に、このようなインプリント装置では、モールドと基板上の樹脂とを押し付ける、または引き離すための駆動機構は、上記のようにインプリントヘッドに設置されるか、または基板ステージに設置される。この場合、基板ステージまたはインプリントヘッドの駆動しないどちらか一方は、その構造体の剛性により押し付け力または引き離し力に対抗して接触姿勢を維持している。

米国特許第７２８１９２１号明細書

しかしながら、上記のようなインプリント装置では、基板ステージまたはインプリントヘッドの駆動しないどちらか一方は、単に押し付け力または引き離し力を受けるのみで、その力に対向することができないため、正確な接触位置を保つことが難しい。また、例えば、押し付けの際には、基板側もしくはモールド側の接触方向の変動に起因して、樹脂の膜厚にばらつきが生じたり、一方、引き離しの際には、チルト方向への揺動に起因して、樹脂に形成されたパターンになぎ倒しが生じたりする可能性がある。

一方、インプリント装置によりパターンが形成された基板に対しては、その後の製造工程、例えばエッチング工程や酸化工程が施され、再度パターン形成工程に移行するという一連の処理を繰り返す。したがって、各製造工程にて正確にパターンを重ね合わせていくために、同一の基板に対して、その都度位置決めを実施することが不可欠である。この位置決め方法としては、例えば、オフアクシスアライメントスコープによるアドバンスドグローバルアライメント法（ＡＧＡ）の採用が考えられる。このアライメント方法では、まず、パターン形成に先立ち、ＸＹ方向（水平方向）の位置決め精度に優れた基板ステージに載置した基板を上記オフアクシスアライメントスコープに対してＸＹ移動させ、基板上のパターン群のＸＹ位置配列状態を読み取る。このとき、計測目標は、全ショットではなく、代表的な点のみで良い。次に、読み取った配列状態に基づき、全ショットのステージ座標位置を推定し、以後、ずれ量を読み取ることなく、次の基板に交換するまでステージ精度を信用し、基板上の全ショットに対してパターン形成を行う。

しかしながら、モールドと基板上の樹脂との接触時に基板ステージまたはインプリントヘッドの一方が駆動しない上記のようなインプリント装置に対して、そのままＡＧＡの採用を考慮すると不利な場合がある。まず、基板ステージは、重量が大きいものが一般的であるため、その移動荷重は、上記計測系を有する上記ベースフレームの変形を誘発させる可能性がある。したがって、予め取得した基板のアライメント情報に対して差分が生じてしまい、アライメント誤差が発生する。そこで、これに対処するために、ベースフレームをステージ定盤と計測定盤とに分ける構成が考えられる。例えば、床上に固定されたステージ定盤上にステージを設置し、一方、ある程度の高さを持つ支脚を床上に設置し、その支脚に振動減衰用のマウントを介して支持された計測定盤に、インプリントヘッドおよび計測系を設置する。しかしながら、基板ステージの接触方向およびチルト方向が固定されていると、計測定盤、さらに計測定盤に固定されているインプリントヘッドとの相対距離がマウントの偏差で変化する。したがって、接触姿勢の維持、またはアライメント時のギャップの維持が困難となる。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、モールドと基板上の樹脂との接触位置の保持、かつ、位置決め精度の向上に有利なインプリント装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基板上のインプリント材を型により成形して硬化させ、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、型を保持し、少なくともＺ軸に対して位置決め可能な型保持部と、基板を保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸、かつ、該軸をそれぞれ中心とした回転方向のθｘ、θｙ、θｚの３軸の計６軸に対して位置決め可能な基板保持部と、型保持部および基板保持部の位置を制御する制御部とを備え、制御部は、型保持部または基板保持部の少なくともいずれか一方を駆動させて型とインプリント材とを互いに接触させる際に、型保持部または基板保持部の少なくともいずれか一方の状態情報を参照し、型保持部および基板保持部の位置の制御を実行することを特徴とする。

本発明によれば、モールドと基板上の樹脂との接触位置の保持、かつ、位置決め精度の向上に有利なインプリント装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るインプリント装置の構成を示す図である。 位置制御ループを含む安定化制御系を示すブロック図である。 位置制御ループを含む他の安定化制御系を示すブロック図である。 インプリント処理工程の流れを示すフローチャートである。 Ｚ力を導出する制御系の第１例を示すブロック図である。 Ｚ力を導出する制御系の第２例を示すブロック図である。 インプリントヘッドのＺ位置とＺ力とを示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係るインプリント装置について説明する。図１は、本実施形態のインプリント装置の構成を示す図である。このインプリント装置は、半導体デバイスなどのデバイス製造に使用され、被処理体であるウエハ上（基板上）のインプリント材（典型的には未硬化樹脂）をモールド（型）で成形し、パターン（典型的には樹脂のパターン）を基板上に形成する装置である。なお、本実施形態のインプリント装置は、光硬化法を採用するものとする。また、以下の図においては、基板上の樹脂に対して紫外線を照射する各照射部の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。このインプリント装置１は、まず、光照射部２と、モールド保持機構３と、ウエハステージ４と、塗布部５と、制御部６とを備える。

光照射部２は、インプリント処理の際に、モールド７に対して紫外線８を照射する。この光照射部２は、光源９と、該光源９から出射された紫外線８をモールド７に向けて反射させるハーフミラー１０とを有し、不図示であるが、インプリントに適切な光に調整する複数の光学素子や照射及び非照射を調整するシャッターなどを含む場合もある。ここで、光源としては、例えば、高圧水銀ランプ、各種エキシマランプ、エキシマレーザーまたは発光ダイオードなどが採用可能である。なお、この光源は、被受光体である樹脂の特性に応じて適宜選択されるが、本発明は、光源の種類、数、または波長などにより限定されるものではない。また、インプリント装置１は、モールド７の状態を適宜確認するために、図１に示すようにハーフミラー１０の上方に撮影装置１１を設置してもよい。また、モールド７は、ウエハ１２に対向する面に所定のパターン（例えば、回路パターンに対応した凹凸パターン）が３次元状に形成された型である。なお、モールド７の材質は、紫外線を透過させることが可能な石英などである。

モールド保持機構３は、真空吸着力や静電力によりモールド７を引きつけて保持する。このモールド保持機構３は、直接モールド７を保持するモールドチャックを含むインプリントヘッド（型保持部）１３を備える。また、モールド保持機構３は、ウエハ１２上に塗布された紫外線硬化樹脂にモールド７を押し付けるために、インプリントヘッド１３をＺ軸方向に駆動するモールド駆動機構（駆動部）１４を備える。このモールド駆動機構１４は、Ｚ軸方向の推力と、Ｘ、Ｙ軸を中心としてθｘ、θｙ軸の回転方向のトルクとを与えることができるように、少なくとも３つ以上のモータからなり、モールド７を各軸の方向に位置制御可能とする。さらに、インプリントヘッド１３は、不図示であるが、モールド７を、ウエハ１２上の樹脂との接触方向に向かって凸状に形状変化させる変形機構を備える。この変形機構は、例えば、モールド７の光照射側の面に対して正圧を与える圧空系である。ここで、インプリントヘッド１３（モールドチャック）は、そのＸＹ平面の中心部に、紫外線を通過させるための中空穴を有し、その周囲のモールドチャックの保持領域にてモールド７を保持する。このとき、変形機構は、モールド７の中空穴に面する領域に正圧を与えることで、モールド７を上記のように変形させることができる。なお、インプリント装置１における押し付け、および引き離しの主動作は、モールド７をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、例えば、ウエハステージ４（ウエハ１２）をＺ軸方向に移動させることで実現してもよく、または、その両方を移動させてもよい。

ウエハステージ（基板保持部）４は、ウエハ１２を例えば真空吸着により保持し、特に本実施形態では、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの計６軸の方向の推力およびトルクを発生させることができるステージモータにより移動（駆動）可能とする。ここで、ウエハ１２は、例えば単結晶シリコンからなる被処理体であり、この被処理面には、モールド７により成形される紫外線硬化樹脂（以下、単に「樹脂」と表記する）が塗布される。

塗布部（ディスペンサ）５は、ウエハ１２上に樹脂（未硬化樹脂）を塗布する。この塗布部５は、例えば、液滴吐出方式により樹脂の液滴をウエハ１２の表面に向けて線状に吹き付けながら、ウエハステージ４によりウエハ１２を走査駆動させることで、ウエハ１２上の四角形状のショット領域に対して樹脂を塗布することができる。ここで、樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性樹脂であり、半導体デバイスの種類などにより適宜選択される。

制御部６は、インプリント装置１の各構成要素の動作および調整などを制御する。この制御部６は、例えば、コンピュータなどで構成され、インプリント装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。特に本実施形態では、制御部６は、モールド保持機構３に含まれるモールド駆動機構１４とウエハステージ４に含まれるステージモータとに対する指令値の演算処理、およびモータドライバへ指令値の出力などを少なくとも実行する。なお、制御部６は、インプリント装置１の他の部分と一体で構成してもよいし、またはインプリント装置１の他の部分とは別の場所に設置してもよい。

さらに、インプリント装置１は、床面（床部）に設置されるステージ定盤（第２の定盤）１５と、該ステージ定盤１５に支持された計測定盤（第１の定盤）１６とを備える。ステージ定盤１５は、その上面にウエハステージ４を設置する。さらに、このステージ定盤１５は、Ｚ軸方向の上部へ伸びる複数の脚部１７を備える。この脚部１７は、そのＺ軸方向上端部に設置された床面からの振動を抑制するための防振機構１８を介して計測定盤１６を支持する。この防振機構１８としては、例えば、アクティブ防振機能として半導体露光装置などで使用されるような空気ばねが採用可能である。ここで、脚部１７の上端部と計測定盤１６との間隔は、一定とすることが望ましい。そこで、防振機構１８は、不図示であるが、空気ばねの上下の部材に、ＸＹＺ相対位置測定センサおよびＸＹＺ方向駆動用リニアモータ、さらに空気ばねの内部に、エア容量制御用サーボバルブなどを構成する。一方、計測定盤１６は、モールド保持機構３を保持し、また、ホルダー１９を介して塗布部５を固定する。さらに、計測定盤１６は、ヘッド用位置センサ２０と、ステージ用位置センサ２１と、位置決め用顕微鏡２２と、ガス供給ノズル２３とを保持する。

ヘッド用位置センサ２０は、計測定盤１６の設置位置を基準としてインプリントヘッド１３（モールドチャック）のＺ方向の並進方向移動量、θｘ、θｙ軸の各回転量を計測する第１の計測器であり、少なくとも３つ以上のセンサにより構成されることが望ましい。なお、このヘッド用位置センサ２０は、本実施形態ではエンコーダを想定しているが、例えば干渉計または静電容量センサなどを採用してもよい。この場合、制御部６は、ヘッド用位置センサ２０の計測値を取り込み、モールドチャックがＺ、θｘ、θｙ方向の位置目標値、推力・トルク目標値に追従できるように演算を実行してモールド駆動機構１４への駆動指令値を生成し、モータドライバへ出力する。ステージ用位置センサ２１は、ウエハステージ４のＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの計６軸の位置を計測する第２の計測器である。なお、このステージ用位置センサ２１は、本実施形態では干渉計を想定しているが、例えばエンコーダなどを採用してもよい。この場合、制御部６は、ステージ用位置センサ２１の計測値を取り込み、ウエハステージ４が６軸方向の位置目標値、推力・トルク目標値に追従できるように演算を実行してステージモータへの駆動指令値を生成し、モータドライバに出力する。さらに、上記の各センサ２０、２１に加え、計測定盤１６は、インプリントヘッド１３のＸ、Ｙ、θｚ軸の位置を計測する干渉計２４を保持する。この場合、制御部６は、干渉計２４の計測値を取り込み、ウエハステージ４の位置補正の際に参照する。これにより、ウエハステージ４は、モールド７とウエハ１２上の樹脂との押し付け、引き離しの際に、力や熱による変形に起因したインプリントヘッド１３のＸＹ方向の位置ずれに追従するので、高いアライメント精度を確保することができる。

位置決め用顕微鏡（オフアクシスアライメントスコープ：ＯＡＳ）２２は、ウエハ１２やウエハステージ４上に形成された位置決め用マークの位置を計測する。具体的には、位置決め用顕微鏡２２は、ウエハ１２のグローバルアライメントを計測し、インプリント処理時のウエハステージ４の位置補正の際に参照することでアライメント精度を保証する。

ガス供給ノズル２３は、モールド７とウエハ１２上の樹脂とを押し付ける際に、モールド７とウエハ１２との隙間に気体を供給する。一般に、上記押し付けの際にモールド７に形成されたパターンとウエハ１２上の樹脂との間に気泡が残留すると、樹脂に形成されるパターンが歪み、欠陥が発生する可能性がある。そこで、不図示の気体供給装置は、ガス供給ノズル２３を介して溶解性が高いヘリウムなどの不活性ガスを供給することで、気泡の発生を抑える。このガス供給ノズル２３は、その底面の吹き出し部が、予め押し付けの際にウエハ１２が載置されていると想定される位置に可能な限り近くなるように、計測定盤１６に保持される。一方で、供給されるガスは、モールド７に形成されたパターンの面下に効率良く充填される必要があるため、ガスの供給時には、モールド７とウエハ１２とが可能な限り離れていることが望ましい。これに対して、本実施形態のガス供給ノズル２３は、計測定盤１６に保持されているので、インプリントヘッド１３のＺ位置を適宜調整すれば対応可能である。

次に、インプリント装置１によるインプリント処理について説明する。まず、制御部６は、不図示の基板搬送部によりウエハ１２をウエハステージ４に搬送し、このウエハ１２を載置および固定させた後、以下で詳述するアライメント計測を実施させる。なお、本実施形態のアライメント計測では、アドバンスドグローバルアライメント法（以下、「ＡＧＡ」と表記する）を採用するものとする。次に、制御部６は、ウエハステージ４を塗布部５の塗布位置へ移動させ、その後、塗布部５は、塗布工程としてウエハ１２の所定のショット領域（インプリント領域）に樹脂（未硬化樹脂）を塗布する。次に、制御部６は、ウエハ１２上の当該ショットがモールド７の直下に位置するように、ウエハステージ４を移動させる。次に、制御部６は、モールド７とウエハ１２上の当該ショットとの位置合わせ、および不図示の倍率補正機構によるモールド７の倍率補正などを実施した後、モールド駆動機構１４を駆動させ、ウエハ１２上の樹脂にモールド７を押し付ける（押型工程）。このとき、樹脂は、押し付けによりモールド７に形成されたパターンの凹部に充填される。この状態で、光照射部２は、モールド７の背面（上面）から紫外線８を照射して、モールド７を透過した紫外線８により樹脂を硬化させる。そして、制御部６は、モールド駆動機構１４を再駆動させ、モールド７をウエハ１２上に樹脂から引き離す（離型工程）。

特に、本実施形態の計測定盤１６は、防振機構１８を介して脚部１７に支持されているので、脚部１７の下部の構造体変形から分離している。構造体変形は、例えば、ウエハステージ４のＸＹ方向の駆動における移動荷重により引き起こされる。これに対して、計測定盤１６は、構造体変形から分離され、防振機構１８により計測定盤１６自体の変形が抑えられているため、計測定盤１６に設置された各位置センサ２０、２１や位置ずれ補正用干渉計２４の位置基準が変化しない。したがって、制御部６は、ＡＧＡを採用したアライメント計測にて、計測結果からのそのままのアライメント情報に基づく正確な位置に位置決めすることができる。

ここで、押型工程では、モールド７にはＺ軸の上方向の、一方、ウエハ１２には、Ｚ軸の下方向の押し付け力（押型力）が加わる。この押し付け力は、モールド７やウエハ１２の姿勢の変化や、また、Ｚ位置を変動させてしまうことにより、ウエハ１２上の樹脂の膜厚にばらつきを生じさせたり、そのばらつきを大きくさせたりする要因となる。特に、樹脂の膜厚は、可能な限り薄く、かつ、ばらつきがないことが望ましい。したがって、モールド７とウエハ１２、すなわち、これを保持するインプリントヘッド１３（モールドチャック）とウエハステージ４との姿勢は、押し付け力を受けても変化しないように保たれる必要がある。そこで、本実施形態では、制御部６に、インプリントヘッド１３とウエハステージ４とに関して、押し付け力を受ける方向に位置サーボ制御ループを付加し、押し付け力を受けても対向する力を即座に発生させ、同じ姿勢を保持するよう制御させる。

一方、離型工程では、モールド７にはＺ軸の下方向の、一方、ウエハ１２には、Ｚ軸の上方向の引き離し力（離型力）が加わる。この引き離し力は、一般に数十〜百数十Ｎ程度と非常に大きいため、インプリントヘッド１３およびウエハステージ４に与えられると、両者の姿勢の変動、または構造体の振動の要因となる。これは、引き離しの瞬間、ＸＹ方向にモールド７とウエハ１２との相対位置がずれた場合に、モールド７に形成されたパターンの凹凸により、樹脂に形成（転写）したパターンのなぎ倒しが発生する可能性があることを意味する。一般に、インプリント装置では、回路パターンの線幅は、１０〜３０ｎｍ程度を目標としているため、線幅と同程度の相対位置ずれがＸＹ方向に生じると、容易にパターン崩壊を発生させる。そこで、本実施形態では、制御部６に、ウエハステージ４のＸＹ方向の位置サーボ制御ループや、インプリントヘッド１３のθｘ、θｙ方向の位置サーボ制御ループに、両者の揺動を低減させるような制御方法を付加する。このような制御方法としては、例えば、以下のような方法がある。第１に、ウエハステージ４およびインプリントヘッド１３の両駆動系におけるアクチュエータ電流などに基づいて導出した引き離し力をフィードフォワードし、サーボループに加わる外乱（力）を推定して相殺する方法がある。第２に、制御ゲインを高くし、それぞれのサーボ剛性を上げて揺動を小さくする方法がある。第３に、ウエハステージ４の駆動系におけるアクチュエータ電流に基づいて、引き離しの際にＸＹ方向に加わる外乱を推定し、外乱がある一定以下となるようにウエハステージ４の位置を変化させる方法（ネガティブコンプライアンス制御）がある。

また、通常のインプリント装置では、モールド７とウエハ１２とは十分に固い部材であり、接触時に相互の位置制御系が干渉する。したがって、モールド駆動機構１４とステージモータとに係る２つの位置サーボ制御系では、互いが特にＺ、θｘ、θｙ方向に自由に位置決めすることを妨げられることに起因して、両者共に発振状態となるサーボ共振が発生する可能性が高い。一方、上記２つの位置サーボ制御系のサーボ制御帯域は、可能な限り高いことが望ましい。これは、押型、離型工程時の外乱に対抗するため、また、インプリント時間を極力短くし、その時間内で正確なインプリント処理を実施することでスループットとインプリント精度との両立を図るためである。しかしながら、両者のサーボ共振点が高い周波数帯域で近くなることから、この周波数ではサーボ共振が発生しやすくなる。そこで、本実施形態では、これらの可能性を考慮し、位置サーボ制御系に対して押型、離型工程時のサーボ共振を抑制する構成を付加する。

以下、本実施形態に係るサーボ共振を抑制するための、押型、離型工程時のＺ方向の安定化制御系について説明する。図２は、インプリントヘッド１３（モールドチャック）側の第１位置制御ループ３０と、ウエハステージ４側の第２位置制御ループ３１とを含む安定化制御系を示すブロック図である。まず、第１位置制御ループ３０では、制御部６は、ヘッド用位置センサ２０より取得したインプリントヘッド１３の状態情報であるＺ位置（位置情報）Ｚ１と、インプリントヘッド１３の位置目標値３２との差分３３を算出する。次に、制御部６は、制御演算ブロック（伝達関数Ｇ_Ｃ）３４にて、上記差分３３に基づいてモールド駆動機構１４のモータドライバに対する指令値３５を生成する。同様に、第２位置制御ループ３１では、制御部６は、ステージ用位置センサ２１より取得したウエハステージ４の状態情報であるＺ位置Ｚ２と、ウエハステージ４の位置目標値３６との差分３７を算出する。次に、制御部６は、制御演算ブロック（伝達関数Ｇ_Ｃ）３８にて、上記差分３７に基づいてステージモータのモータドライバに対する指令値３９を生成する。

ここで、上記のようなサーボ共振は、押型、離型時のモールド７とウエハ１２上の樹脂とが接触した部分のばね力に起因して引き起こされる可能性が高く、特に、石英製であるモールド７のばね特性が影響しやすい。そこで、本実施形態の安定化制御系では、ヘッド用位置センサ２０とステージ用位置センサ２１との計測値からモールド７とウエハ１２との間に作用する力を導出し、各モータドライバに対する指令値３５、３９に反映させる。この力は、例えば、制御部６が両者の位置の差分を導出し、モールド７とウエハ１２上の樹脂とが接触した部分のばねをどの程度変位させたか計算することで導出可能である。

この場合、まず、制御部６は、加え合わせ点４０にて、上記のインプリントヘッド１３のＺ位置Ｚ１とウエハステージ４のＺ位置Ｚ２との差分Ｚｅを算出する。次に、制御部６は、安定化制御ブロック４１にて、差分Ｚｅとモールド７のＺ軸方向のばね定数推定量Ｐとの積（Ｋ´）と、差分Ｚｅの１次微分（時間微分）とモールド７のＺ軸方向の粘性係数推定量Ｃとの積（Ｃ´（ｄ／ｄｔ））とを加算する。ここで、ばね定数推定量Ｐは、比例ゲインに相当し、また、粘性係数推定量Ｃは、微分ゲインに相当する。この安定化制御ブロック４１にて導出される値は、インプリントヘッド１３とウエハステージ４とがモールド７を互いにＺ軸方向に押し引きする力と等しい。次に、制御部６は、安定化制御ブロック４１にて導出された値をそれぞれ加え合わせ点４２、４３にて各制御演算ブロック３４、３８からの出力４４、４５から減算し、各位置制御ループ３０、３１におけるモールド７に加えられる互いを励振する力を相殺する。

ここで、この安定化制御系において、ばね定数推定量Ｐにある程度の誤差が生じることは、結果的に発振につながり好ましくない。また、この発振に至るばね定数推定量Ｐの許容誤差は、上限および下限ともに押型、離型工程時の状態によりばらつく場合が多い。そこで、本実施形態の安定化制御系では、ロバスト性を向上させるために、ばね定数推定量Ｐを許容誤差範囲の中間付近に設定する。

この場合、ばね定数推定量Ｐは、ウエハ１２上の樹脂との接触方向に向かうモールド７の真のばね定数（剛性値）をＫとし、変数α、βを用いると、以下の式（１）のように表される。
Ｐ＝α（Ｋ＋β） （１）
このばね定数推定量Ｐの許容誤差について、そのばらつきの原因となり得る条件が存在する。まず、第１の条件は、インプリント位置（接触位置）とウエハステージ４のθｘ、θｙ方向のモーメント中心との距離に関する。これを式（１）で考慮すると、変数αの値を０．８５〜１．１５とし、一方、変数βの値を真のばね定数Ｋの７０％以内の値でＸＹ方向のインプリント位置に応じて変化させることが望ましい。第２の条件は、モールド７に形成されたパターンの範囲内における樹脂の充填率に関する。すなわち、変数αおよびβの値を、上記充填率に基づいて変化させることもあり得る。この充填率は、例えば、制御部６が撮影装置（状態計測器）１１を用いて予め樹脂の充填の進行具合（状態）と時間との関係を取得し、その関係性に沿うように変数αおよびβの値を変化させることで導出可能である。または、充填率は、制御部６が撮影装置１１を用いてリアルタイムに充填範囲の面積測定を実施させ、変数αおよびβの設定にフィードバックさせることでも導出可能である。さらに、第３の条件は、モールド７を凸状に形状変化させるために加える変形力の指令値や計測値に関する。このモールド７の形状変化は、上記充填率に影響する。したがって、制御部６は、変数αおよびβの値を、上記変形力の指令値や計測値に基づいて変化させることもあり得る。

なお、安定化制御ブロック４１にて導出された出力は、フィルター（Ｑ）４６を通過させることが望ましい。このフィルター４６としては、予めサーボ共振が発生しやすい特定の周波数帯域を割り出し、その周波数帯域近傍以外を減衰させるバンドパスフィルターなどが採用可能である。一方、例えば、図３に示すような上記フィルター以外の構成をとる安定化制御系もあり得る。この安定化制御系では、インプリントヘッド１３がＺ軸方向の押し付け動作を実施する場合には、制御演算ブロック３４の出力４４は、押し付け力指令値となる。したがって、制御部６は、加え合わせ点４７にて、安定化制御ブロック４１の出力から制御演算ブロック３４の出力４４を差し引く。これにより、押型、離型時に必要な力の成分を除いた、モールド７のばね成分に起因する外乱要因のみを相殺するフィードフォワード量のみを導出可能となる。

以上、押型、離型工程時のＺ軸方向のみの安定化制御系について説明したが、それ以外の方向、特にθｘ、θｙ方向などにおいても同様の制御系とする。

次に、インプリント装置１によるインプリント処理工程において、上記安定化制御系によるループを有効とするタイミングについて説明する。図４は、安定化制御ループを含むインプリント処理工程の流れを示すフローチャートである。まず、制御部６は、インプリント処理工程を開始すると、押型工程としてインプリントヘッド１３をウエハ１２に向けてＺ軸方向に駆動させる（ステップＳ１００）。次に、制御部６は、モールド７がウエハ１２上の樹脂に互いに接触したら、モールド駆動機構１４への駆動電流をモニタリングし、Ｚ力が一定以上となったら駆動電流の供給を停止させる（ステップＳ１０１）。

ここで、「Ｚ力」とは、例えば、モールド駆動機構１４およびウエハステージ４のステージモータのモータ電流や加速度などの制御状態量に基づいて算出した、インプリントヘッド１３が樹脂を介してウエハ１２に対して与えるＺ軸方向の力（状態量）をいう。以下、このＺ力の導出方法について説明する。図５および図６は、インプリントヘッド１３の制御量に基づいてＺ力を導出する制御系の第１および第２例をそれぞれ示すブロック図である。なお、図５および図６において、図２に示す安定化制御系と同一の構成のものには同一の符号を付し、説明は省略する。図５に示す制御系において、まず、制御部６は、微分器５０にて、ヘッド用位置センサ２０より取得したインプリントヘッド１３のＺ位置Ｚ１を２次微分して可動重量Ｍをかけることで、インプリントヘッド１３の加速力（減速力）を導出する。次に、制御部６は、加え合わせ点５１にて、制御演算ブロック３４の出力４４からインプリントヘッド１３の加減速力を減算し、インプリントヘッド１３が樹脂を介してウエハ１２を押す力の反作用力を導出する。さらに、微分器５０の出力にはノイズが多く乗る可能性が高いため、制御部６は、フィルター５２を介して加え合わせ点５１の出力からノイズを除去し、該ノイズが除去された出力５３をＺ力として以下の制御に使用する。一方、図６に示す制御系は、上記微分器５０を分割した２つの微分器６０、６１と、該微分器６０、６１の後段にそれぞれ配置されるフィルター６２、６３とを有する。この場合、制御部６は、まず、加え合わせ点６４にて、制御演算ブロック３４の出力４４から微分器６１の出力であるインプリントヘッド１３の加速、減速力を減算する。そして、制御部６は、フィルター６３を介して加え合わせ点６４の出力からノイズを除去し、該ノイズが除去された出力６５をＺ力として以下の制御に使用する。この第２例によれば、第１例よりも大きくノイズが除去されたＺ力を得ることができる。なお、上記導出方法では、Ｚ力は、インプリントヘッド１３の制御量に基づいて導出するものであるが、ウエハステージ４の制御量からも同様に導出可能である。

図７は、ステップＳ１０１におけるインプリントヘッド１３の駆動時間に対するＺ位置と、このＺ位置に対応したモールド７とウエハ１２上の樹脂との間に発生するＺ力とをそれぞれ示すグラフである。インプリントヘッド１３がウエハ１２に向けて駆動を開始すると、図７に示すように、Ｚ位置の曲線は、点７０より徐々に下降し、点７１（Ｚ力が所望の量Ｆｐとなる点）になったら止まる。なお、Ｚ力を示すグラフにて、符号がマイナスとなる場合は、Ｚ力は、インプリントヘッド１３がモールド７をウエハ１２（樹脂）に押し付けている方向に作用することを示す。また、Ｚ位置を示すグラフにて、点７２は、前回のインプリント処理工程における安定したＺ位置（＝ＺＯｎ−１）であり、前回の硬化工程および離型工程は、このＺ位置にて実施している。

図４に戻り、次に、制御部６は、ステップＳ１０１にて一定のＺ力Ｆｐを検知し（ＹＥＳ）、インプリントヘッド１３の駆動を停止したと同時に、上記安定化制御系による安定化制御ループをオンとする（ステップＳ１０２）。ここで、インプリントヘッド１３の位置情報Ｚ１´は、ヘッド用位置センサ２０によるインプリントヘッド１３のＺ位置Ｚ１と、上記安定したＺ位置（ＺＯｎ−１）との差分値としている。すなわち、ここでは、安定したＺ位置を基準として、その位置からモールド７をさらに押し込んでいる量を計算していることになる。なお、例えば、制御部６が、図２に示すインプリントヘッド１３とウエハステージ４とのＺ位置の差分Ｚｅ（相対位置）が所定の量、すなわちＺＯｎ−１となった時点でインプリントヘッド１３の駆動を停止させ、安定化制御ループをオンとする構成もあり得る。

次に、制御部６は、Ｚ力を低下させ、そして、Ｚ力が予め導出したその後の押型、離型工程を安定的に実施できる力の目標値Ｆｉに到達するまで、インプリントヘッド１３を引き離し方向に移動させる（ステップＳ１０３）。この工程は、図７に示す点７１から点７３までの曲線に対応している。この目標値Ｆｉと、該目標値Ｆｉとなる点７３におけるＺ位置（ＺＯｎ）とは、以後の工程で参照する。なお、ステップＳ１０３の後、例えば、モールド７の凸形状の高さを変動させたりすることで、Ｚ位置ＺＯｎの値がさらに変動する工程が含まれるとしても、本実施形態の有用性は変わらない。また、制御部６は、安定化制御ループを有効（オン）とした状態でＺ力を変動させているが、これは、安定化制御系内で計算したフィードフォワード量に影響を及ぼすものではない。なぜなら、本実施形態では、図２の安定化制御系では、フィルター４６により力の指令値の追従分をカットし、一方、図３の安定化制御系では、力の指令値分を差し引くため、モールド７のばね特性の成分のみを抽出しているからである。

次に、制御部６は、Ｚ力が目標値Ｆｉとなった後（Ｚ位置ＺＯｎとなった後）、インプリントヘッド１３の駆動を停止させる（ステップＳ１０４）。次に、制御部６は、インプリントヘッド１３の位置情報Ｚ１´を、ヘッド用位置センサ２０によるインプリントヘッド１３のＺ位置Ｚ１と、上記Ｚ位置ＺＯｎとの差分値とする計算に変更する（ステップＳ１０５）。次に、制御部６は、樹脂がモールド７に形成されたパターンの凹部に充填するまで待機させる。その後、制御部６は、硬化工程（ステップＳ１０７）に移行し、ウエハ１２上の樹脂が硬化した後、離型工程（ステップＳ１０８）を実行し、そして安定化制御ループをオフとして（ステップＳ１０９）、一連の工程を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、モールド７とウエハ１２上の樹脂との接触位置を正確に保つことができ、かつ、例えばＡＧＡによるアライメント計測時の精度の向上に有利となるインプリント装置を提供することができる。

なお、上記実施形態では、モールド駆動機構１４のサーボ制御は、Ｚ、θｘ、θｙ方向の３軸、また、位置および力制御についてのみ説明したが、本発明は、これに限定するものではない。本発明は、例えば、上記安定化制御系に対して、ＸＹ方向などの３軸以外についての位置サーボ制御や、速度制御などの他のサーボ制御が加えられても有効である。

また、上記実施形態では、インプリント装置１は、モールド保持機構とウエハステージとをそれぞれ１つ備えるものとしているが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、本発明のインプリント装置では、１つの計測定盤やステージ定盤上に、２つのモールド保持機構、塗布部、およびウエハステージなどを備える構成としてもよい。さらに、本発明のインプリント装置では、それぞれ１つずつのモールド保持機構および塗布部に対して、２つのウエハステージを備える構成としてもよい。この場合、制御部は、まず、一方のウエハステージに載置されたウエハに対してインプリント処理を実施させ、他方のウエハステージでは、その間にＡＧＡを実施し、両者の各処理の終了後、処理位置を入れ替える。次に、制御部は、一方のインプリント処理が施されたウエハを回収し、新たなウエハをウエハステージに載置してＡＧＡを行い、他方のＡＧＡを実施していたウエハステージ上のウエハに対しては、その計測結果に基づいてインプリント処理を実施させる。

（物品の製造方法）
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）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得る。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得る。本実施形態の物品の製造方法は、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１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ インプリント装置
４ ウエハステージ
６ 制御部
７ モールド
１２ 基板
１３ インプリントヘッド

Claims (15)

1. 基板上のインプリント材を型により成形して硬化させ、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、
   前記型を保持し、少なくともＺ軸に対して位置決め可能な型保持部と、
   前記基板を保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸、かつ、該軸をそれぞれ中心とした回転方向のθｘ、θｙ、θｚの３軸の計６軸に対して位置決め可能な基板保持部と、
   前記型保持部および前記基板保持部の位置を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記型保持部または前記基板保持部の少なくともいずれか一方を駆動させて前記型と前記インプリント材とを互いに接触させる際に、前記型保持部または前記基板保持部の少なくともいずれか一方の状態情報を参照し、前記型保持部および前記基板保持部の位置の制御を実行することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記型保持部を設置する第１の定盤と、
   前記基板保持部を設置する第２の定盤と、を備え、
   前記第１の定盤は、前記第２の定盤に設置された脚部に防振機構を介して支持され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. 前記基板保持部の各軸の位置を計測する第１の計測器と、
   前記型保持部の各軸の位置を計測する第２の計測器と、を備え、
   前記第１の計測器、および前記第２の計測器は、前記第１の定盤に設置されることを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. 前記状態情報は、駆動により変化した位置情報であり、
   前記制御部は、前記Ｚ、θｘ、θｙの少なくとも１つの方向に対する前記型保持部と前記基板保持部との前記位置情報の差分を導出する演算処理を実行した後、前記位置情報の差分を前記基板保持部または前記型保持部の少なくともいずれか一方の駆動部に対する駆動指令値に加算す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. 前記演算処理は、前記位置情報の差分と比例ゲインとの積に、前記位置情報の差分を時間微分した成分と微分ゲインとの積を加算する処理を含むことを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
6. 前記比例ゲインをＰとし、前記インプリント材との接触方向に対する前記型の剛性値をＫとし、かつ、変数α、βをとると、
   前記比例ゲインは、
   Ｐ＝α（Ｋ＋β）
   の式で表されることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
7. 前記変数αは、０．８５から１．１５までの値であり、かつ、
   前記変数βは、前記剛性値の７０％以内の値である、ことを特徴とする請求項６に記載のインプリント装置。
8. 前記制御部は、前記変数αおよび前記変数βの値を、前記型と前記インプリント材との接触の際の前記基板保持部の前記Ｘ、Ｙの各軸方向の位置に基づいて変化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。
9. 前記型と前記インプリント材との接触の際に、前記型に形成されたパターンに対する前記インプリント材の充填の状態を計測する状態計測器を備え、
   前記制御部は、前記変数αおよび前記変数βの値を、前記状態計測器が計測した前記状態に基づいて変化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。
10. 前記型を、前記インプリント材との接触方向に向かい凸形状に変形させる変形機構を備え、
    前記制御部は、前記変数αおよび前記変数βを、前記変形機構が前記型に対して加える変形力に基づいて変化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. 前記演算処理は、特定の周波数帯域を減衰させるフィルターを含むことを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載のインプリント装置。
12. 前記演算処理は、前記型保持部または前記基板保持部の状態量に応じて開始することを特徴とする請求項４に記載のインプリント装置。
13. 前記状態量は、前記型保持部または前記基板保持部の一方もしくは両方が、他方に対して与える力であることを特徴とする請求項１２に記載のインプリント装置。
14. 前記状態量は、前記型保持部と前記基板保持部との相対位置であることを特徴とする請求項１２に記載のインプリント装置。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のインプリント装置を用いて基板上に樹脂のパターンを形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを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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