JP7403325B2 - インプリント方法、インプリント装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント方法、インプリント装置、および物品の製造方法に関する。

半導体デバイスやＭＥＭＳなどを製造するためのリソグラフィ装置として、モールド（型）を用いて基板上のインプリント材を成形するインプリント装置が知られている。インプリント装置では、基板上に液状のインプリント材を供給し、モールドと基板上のインプリント材とを接触させた後、その状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材からモールドを剥離する。これにより、基板上にインプリント材のパターンを形成することができる。

インプリント技術では、インプリント材を硬化させる前に、モールドと基板上のインプリント材とを接触させた状態でモールドと基板との位置合わせが行われる。当該位置合わせでは、インプリント装置が設置されている床からの振動等の外乱の影響により、モールドと基板との位置合わせ精度が低下しうる。特許文献１には、モールドと基板上のインプリント材とを接触させた状態でのモールドと基板との位置合わせにおいて、インプリント材に光を照射してインプリント材の粘性を増加させることで位置合わせ精度を向上させる方法が提案されている。

特開２０１６－５８７３５号公報

モールドと基板との位置合わせにおいて、基板上のインプリント材の粘度を精度よく制御するためには、例えば、インプリント材の感度が低い波長の光を用いてインプリント材の粘度を徐々に増加させることが好ましい。しかしながら、このような光を用いると、基板上のインプリント材の粘度を増加させるのに長時間を要し、スループットの点で不利になりうる。

そこで、モールドと基板との位置合わせ精度およびスループットを両立させるために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのインプリント方法は、モールドを用いて基板上のインプリント材にパターンを形成するインプリント方法であって、前記モールドと前記基板上のインプリント材とが接触している状態で、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、前記位置合わせ工程と並行して又は前記位置合わせ工程の前において、前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程と、前記位置合わせ工程の後において、前記インプリント材に硬化光を照射して前記インプリント材を前記第１目標硬度より高い第２目標硬度に硬化させる本硬化工程と、を含み、前記予備硬化工程は、前記インプリント材が第１反応感度を示す第１光を前記インプリント材に照射する第１処理と、前記インプリント材が前記第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光を前記インプリント材に照射する第２処理とを含み、前記第２処理の終了タイミングが前記第１処理の終了タイミングより遅くなるように制御され、前記予備硬化工程において、前記第１処理は、前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化される前に終了するように制御され、前記第２処理は、前記第１処理の終了後、前記第２光を前記インプリント材に照射することで前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化されるように制御される、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、モールドと基板との位置合わせ精度およびスループットを両立させるために有利な技術を提供することができる。

インプリント装置の構成を示す概略図 インプリント処理を示すフローチャート モールドと基板との相対位置の制御例を示すブロック線図 位置合わせ工程における外乱の影響を説明するための図 光の波長とインプリント材の反応感度との関係を示す図 第１実施形態に係る硬化部の構成例を示す概略図 インプリント材における有効光量と粘度との関係を示す図 第１実施形態に係るインプリント処理中における予備硬化工程（第１処理、第２処理）のタイミングチャート 第２実施形態に係るインプリント処理中における予備硬化工程（第１処理、第２処理）のタイミングチャート 第３実施形態に係る硬化部の構成例を示す概略図 第３実施形態に係る硬化部の構成の変形例を示す概略図 物品の製造方法を示す図

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。以下の実施形態では、基板の面と平行な面方向（基板の面に沿った方向）において互いに直交する２つの方向をＸ方向およびＹ方向とし、基板の面に垂直な方向（基板に入射する光の光軸に沿った方向）をＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態について説明する。インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材と型とを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギを与えることにより、型の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンを形成する装置である。例えば、インプリント装置は、基板上に液状のインプリント材を供給し、凹凸のパターンが形成されたモールド（型）を基板上のインプリント材に接触させた状態で当該インプリント材を硬化させる。そして、モールドと基板との間隔を広げて、硬化したインプリント材からモールドを剥離（離型）することで、基板上のインプリント材にモールドのパターンを転写することができる。このような一連の処理は「インプリント処理」と呼ばれ、基板における複数のショット領域の各々について行われる。

インプリント材には、硬化用のエネルギが与えられることにより硬化する硬化性組成物（未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある）が用いられる。硬化用のエネルギとしては、電磁波、熱等が用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光である。

硬化性組成物は、光の照射により、あるいは、加熱により硬化する組成物である。このうち、光により硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始材とを少なくとも含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を含有してもよい。非重合性化合物は、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマ成分などの群から選択される少なくとも一種である。

インプリント材は、スピンコータやスリットコータにより基板上に膜状に付与される。あるいは、液体噴射ヘッドにより、液滴状、あるいは複数の液滴が繋がってできた島状または膜状となって基板上に付与されてもよい。インプリント材の粘度（２５℃における粘度）は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下である。

［インプリント装置の構成］
図１は、本実施形態のインプリント装置１００の構成を示す概略図である。本実施形態のインプリント装置１００は、例えば、インプリントヘッド１０（モールド保持部）と、基板ステージ２０と、供給部３０と、硬化部４０と、計測部５０と、検出部６０と、制御部７０とを含みうる。制御部７０は、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータによって構成されており、インプリント装置１００の各部に回線を介して接続され、プログラムなどに従ってインプリント装置１００の各部を制御する（インプリント処理を制御する）。ここで、インプリントヘッド１０は、除振器８１と支柱８２を介してベース定盤８３によって支持されたブリッジ定盤８４に固定されており、基板ステージ２０は、ベース定盤８３の上を移動可能に構成されている。除振器８１は、例えばインプリント装置１００が設置されている床からブリッジ定盤８４に伝わる振動を低減するための機構である。

モールドＭは、通常、石英など紫外線を透過させることが可能な材料で作製されており、基板側の面において基板側に突出した一部の領域（パターン領域Ｍａ）には、基板上のインプリント材Ｒに転写されるべき凹凸のパターンが形成されている。また、基板Ｗとしては、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板Ｗとしては、具体的に、シリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、石英ガラスなどである。また、インプリント材の付与前に、必要に応じて、インプリント材と基板との密着性を向上させるために密着層を設けてもよい。

インプリントヘッド１０は、例えば真空力などによりモールドＭを保持するモールドチャック１１と、モールドＭと基板Ｗとの間隔を変更するようにモールドＭをＺ方向に駆動するモールド駆動部１２とを含みうる。インプリントヘッド１０によりモールドＭをＺ方向に駆動することで、モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとを接触させる接触処理、および、硬化したインプリント材ＲからモールドＭを剥離する離型処理を行うことができる。また、インプリントヘッド１０は、Ｚ方向に限られず、ＸＹ方向およびθ方向（Ｚ軸周りの回転方向）にモールドＭを駆動するように構成されてもよい。

本実施形態のインプリントヘッド１０には、硬化部４０から射出された光が通過する空間１３が設けられる。この空間１３は、光透過部材１４によって区切られており、モールドＭがインプリントヘッド１０（モールドチャック１１）によって保持されたときに略密閉された空間となる。そのため、接触処理や離型処理の際に、不図示の圧力調整部によって空間１３の内部圧力を調整することで、モールドＭ（パターン領域Ｍａ）を基板Ｗに向かって撓んだ凸形状に変形することができる。例えば、接触工程においてモールドＭを凸形状に変形することにより、パターン領域Ｍａをインプリント材Ｒに徐々に接触させ、モールドＭに形成されたパターンの凹部における気体の閉じ込めを低減することができる。

基板ステージ２０は、例えば真空力などにより基板を保持する基板チャック２１と、ベース定盤８３の上をＸＹ方向に移動可能な移動部２２とを含みうる。基板ステージ２０（移動部２２）をＸＹ方向に移動させることで基板ＷをＸＹ方向に駆動し、モールドＭと基板Ｗとの位置決め（相対的な位置）、および供給部３０と基板Ｗとの位置決めを行うことができる。また、基板ステージ２０は、ＸＹ方向に限られず、Ｚ方向やθ方向に基板Ｗを駆動するように構成されてもよい。

供給部３０（吐出部、ディスペンサ）は、基板ステージ２０によって下方に配置された基板上にインプリント材Ｒを供給する。本実施形態では、光の照射によって重合反応する樹脂がインプリント材Ｒとして用いられる。例えば、供給部３０は、基板ステージ２０により基板Ｗが供給部３０に対して相対的に移動している状態で、インプリント材Ｒを複数の液滴として吐出することにより、基板Ｗ（対象ショット領域Ｓ）上にインプリント材Ｒを供給することができる。

硬化部４０（光照射部）は、インプリント材を重合反応させるための光を基板Ｗ上のインプリント材Ｒに照射してインプリント材を硬化させる。本実施形態の硬化部４０は、例えば、予備硬化部４１と本硬化部４２とを含みうる。予備硬化部４１は、後述する予備硬化工程においてインプリント材Ｒを第１目標硬度に硬化させるための光（事前光Ｌｐ）を射出する。本実施形態の場合、予備硬化部４１から射出された事前光Ｌｐは、ハーフミラー４３を透過して基板上のインプリント材Ｒに照射される。また、本硬化部４２は、後述する本硬化工程においてインプリント材を第２目標硬度に硬化させる硬化光Ｌｃを射出する。本実施形態の場合、本硬化部４２から射出された硬化光Ｌｐは、ハーフミラー４３で反射されて基板上のインプリント材Ｒに照射される。ハーフミラー４３は、事前光Ｌｐを透過して硬化光Ｌｃを反射するダイクロイックミラーなどによって構成されうる。

ここで、インプリント材Ｒの第２目標硬度（本硬化）は、インプリント材Ｒを固化させることができる硬化の程度として定義されうる。例えば、第２目標硬度は、離型工程でモールドＭをインプリント材Ｒから剥離した後においても、モールドＭの凹凸パターンを転写することで得られたインプリント材Ｒのパターン形状を維持することができるインプリント材Ｒの硬化の程度として定義される。

また、インプリント材Ｒの第１目標硬度は、供給部３０から基板上への供給時におけるインプリント材Ｒより硬度（粘度）が高いが、第２目標硬度より硬度（粘度）が低いインプリント材Ｒの硬化の程度として定義されうる。つまり、第１目標硬度は、第２目標硬度より高い流動性を有しているが、供給部３０から基板上への供給時におけるインプリント材Ｒより低い流動性を有しているインプリント材Ｒの硬化の程度として定義されうる。第１目標硬度は、モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとを接触させた状態でモールドＭと基板Ｗとを相対駆動することができるのであれば、基板上への供給時におけるインプリント材Ｒの硬度より高く且つ第２目標硬度より低い範囲内で任意に設定される。例えば、第１目標硬度は、第２目標硬度の２０％～８０％の範囲内の所定値、好ましくは第２目標硬度の４０％～６０％の範囲内の所定値に設定されうる。

計測部５０は、例えば、モールドＭに設けられたマークと基板Ｗに設けられたマークとを検出するＴＴＭ（Through The Mold）スコープを含み、モールドＭのマークと基板Ｗのマークとの位置関係を計測する。これにより、制御部７０は、計測部５０で計測されたモールドＭのマークと基板Ｗのマークとの位置関係に基づいて、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）を行うことができる。

検出部６０は、ＸＹ方向におけるモールドＭと基板Ｗとの相対位置を検出する。例えば、検出部６０は、レーザ干渉計を含み、基板ステージ２０に設けられた反射板２３にレーザ光を照射し、反射板２３で反射されたレーザ光によって基板ステージ２０の位置を検出する。本実施形態の場合、検出部６０は、インプリントヘッド１０（モールドＭ）が固定されているブリッジ定盤８４に固定されている。そのため、検出部６０は、基板ステージ２０（基板Ｗ）の位置に基づいて、インプリントヘッド１０（モールドＭ）と基板ステージ２０（基板Ｗ）の相対位置を検出することができる。また、計測部５０は、インプリント装置に設けられたリレー光学系を介して、モールドに形成されたマークと基板に形成されたマークとを検出することによって位置関係を計測するように構成されていてもよい。これにより、制御部７０は、検出部６０の検出結果に基づいて、インプリントヘッド１０（モールドＭ）と基板ステージ２０（基板Ｗ）との相対位置を制御することができる。

［インプリント処理］
次に、本実施形態のインプリント装置１００で行われるインプリント処理について説明する。図２は、本実施形態のインプリント装置１００で行われるインプリント処理を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの各工程は、制御部７０によって制御されうる。また、図２に示すフローチャートは、モールドＭがインプリントヘッド１０によって保持され、且つ、基板Ｗが基板ステージ２０によって保持された状態において開始される。

Ｓ１１では、制御部７０は、基板ステージ２０により供給部３０と基板Ｗとを相対的に移動させながら供給部３０にインプリント材Ｒを吐出させることにより、基板Ｗの対象ショット領域Ｓ上にインプリント材Ｒを供給する（供給工程）。供給工程が終了したら、制御部７０は、モールドＭ（パターン領域Ｍａ）の下方に対象ショット領域Ｓが配置されるように、基板ステージ２０により基板Ｗを駆動する。Ｓ１２では、制御部７０は、インプリントヘッド１０によりモールドＭを－Ｚ方向に駆動してモールドＭと基板Ｗとの間隔を狭めることで、モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとを接触させる（接触工程）。Ｓ１３では、制御部７０は、モールドＭのパターン凹部にインプリント材Ｒが充填されるように、所定の時間が経過するまで待機する（充填工程）。

Ｓ１４では、制御部７０は、モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとが接触している状態で、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせを行う（位置合わせ工程）。位置合わせ工程では、モールドＭのマークと基板Ｗのマークとの位置関係を計測部５０に計測させ、その計測結果に基づいて、モールドＭのマークと基板Ｗのマークとが目標位置関係になるように、モールドＭと基板Ｗとの相対位置が制御されうる。

図３（ａ）は、位置合わせ工程におけるモールドＭと基板Ｗとの相対位置の制御例を示すブロック線図である。図３（ａ）において、減算器７１および補償器７２は制御部７０の構成要素である。減算器７１は、計測部５０で計測されたモールドＭのマークと基板Ｗのマークとの位置関係の情報を取得し、当該位置関係と目標位置関係との偏差ｅ_１を算出して補償器７２に出力する。補償器７２は、例えばＰＩＤ補償器を含み、減算器７１で算出された偏差ｅ_１が低減されるように（例えば零になるように）基板ステージ２０を駆動するための操作指令値（操作量）を決定し、決定した操作指令値を基板ステージ２０に与える。これにより、モールドＭのマークと基板Ｗのマークとが目標位置関係になるように、モールドＭと基板Ｗとの相対位置を制御することができる。

Ｓ１５では、制御部７０は、モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとが接触している状態で、硬化部４０（本硬化部４２）によりインプリント材Ｒに硬化光Ｌｃを照射することにより、当該インプリント材Ｒを第２目標硬度に硬化させる（本硬化工程）。本硬化工程では、位置合わせ工程で最終的に得られたモールドＭと基板Ｗとの相対位置が目標相対位置として設定され、当該目標相対位置が維持されるようにモールドＭと基板Ｗとの相対位置が制御されうる。相対位置の制御は、モールドＭおよび基板Ｗの少なくとも一方の位置を制御することによって行われてもよい。例えば、基板Ｗを保持する基板ステージ２０の位置を一定にすることによって、モールドＭと基板Ｗとの目標相対位置を維持してもよい。即ち、モールドＭと基板Ｗとの相対位置の制御モードが、位置合わせ工程と本硬化工程とで切り替えられる。

図３（ｂ）は、本硬化工程におけるモールドＭと基板Ｗとの相対位置の制御例を示すブロック線図である。図３（ｂ）において、減算器７３および補償器７４は制御部７０の構成要素である。まず、制御部７０は、位置合わせ工程で最終的に得られたモールドＭと基板Ｗとの相対位置の情報を取得し、その相対位置を目標相対位置として設定する。減算器７３は、検出部６０で検出されたモールドＭと基板Ｗとの相対位置の情報を取得し、当該相対位置と目標相対位置との偏差ｅ_２を算出して補償器７４に出力する。補償器７４は、例えばＰＩＤ補償器を含み、減算器７３で算出された偏差ｅ_２が低減されるように（例えば零になるように）基板ステージ２０を駆動するための操作指令値（操作量）を決定し、決定した走査指令値を基板ステージ２０に与える。これにより、位置合わせ工程で最終的に得られたモールドＭと基板Ｗとの相対位置が維持するように、モールドＭと基板Ｗとの相対位置を制御することができる。

Ｓ１６では、制御部７０は、インプリントヘッド１０によりモールドＭを＋Ｚ方向に駆動してモールドＭと基板Ｗとの間隔を広げることで、第２目標硬度に硬化したインプリント材ＲからモールドＭを剥離する（離型工程）。Ｓ１７では、制御部７０は、次にインプリント処理を行うべきショット領域（次のショット領域）が基板上にあるか否かを判断する。次のショット領域がある場合にはＳ１１に進み、次のショット領域がない場合には終了する。

［予備硬化工程について］
モールドＭと基板上のインプリント材Ｒとの接触工程（Ｓ１２）では、基板上でインプリント材Ｒを拡がり易い方がよいため、インプリント材Ｒの粘度が低い（即ち、流動性が高い）方が好ましい。一方、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせ工程（Ｓ１４）では、床からの振動等の外乱の影響によりモールドＭと基板Ｗとの位置合わせ精度が低下しうるため、インプリント材Ｒの粘度を高めて、当該外乱の影響を低減させることが好ましい。本実施形態のインプリント装置１００では、位置合わせ工程と並行して又は位置合わせ工程の前において、基板上のインプリント材Ｒに事前光Ｌｐを照射することで、当該インプリント材Ｒを第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程を行う。これにより、位置合わせ工程におけるモールドＭと基板Ｗとの相対位置を変動しづらくし、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせ精度を向上させることができる。

しかしながら、予備硬化工程において、硬化光Ｌｃのようにインプリント材Ｒの反応感度が比較的高い光のみを用いると、インプリント材Ｒの硬化速度が高く、インプリント材Ｒの硬度を精度よく制御することが困難になりうる。この場合、例えば図４（ａ）に示すように、外乱（振動等）の影響により、モールドＭと基板Ｗとの相対位置にオフセット（位置ずれ、定常偏差と呼ぶこともある）が生じた状態でインプリント材Ｒが第１目標硬度に硬化することがある。このように第１目標硬度にインプリント材Ｒを硬化した状態では、モールドＭと基板Ｗとの相対位置を変動しづらいため、当該オフセットを低減することが困難になりうる。一方、予備硬化工程において、インプリント材Ｒの反応感度が比較的低い光のみを用いると、インプリント材Ｒの硬度を精度よく制御することはできるが、図４（ｂ）に示すように、インプリント材Ｒの硬化速度が遅く、スループットの点で不利になりうる。

そこで、本実施形態の予備硬化工程は、事前光Ｌｐとして第１光Ｌ_１をインプリント材Ｒに照射する第１処理と、事前光Ｌｐとして第２光Ｌ_２をインプリント材に照射する第２処理とを含む。そして、予備硬化工程は、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように制御される。図５に示すように、第１光Ｌ_１は、インプリント材Ｒが第１反応感度を示す第１波長（例えば３６０ｎｍ）を有する光であり、第２光Ｌ_２は、インプリント材Ｒが第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２波長（例えば４０５ｎｍ）を有する光である。図５は、光の波長とインプリント材Ｒの反応感度との関係を示す図である。このように第１光Ｌ_１および第２光Ｌ_２を用いて予備硬化工程を制御することにより、図４（ｃ）に示すように、モールドＭと基板との位置合わせ精度およびスループットを両立させることができる。ここで、第１光Ｌ_１は、インプリント材Ｒの反応感度が硬化光Ｌｃと同じ光であってもよいし、当該反応感度が硬化光Ｌｃより低い光であってもよい。また、第１光Ｌ_１は、硬化光Ｌｃと同じ波長であってもよい。

次に、予備硬化部４１の構成について説明する。図６は、硬化部４０（予備硬化部４１、本硬化部４２）の構成例を示す概略図である。本実施形態の予備硬化部４１は、第１光Ｌ_１を射出する第１光源４１ａと、第２光Ｌ_２を射出する第２光源４１ｂと、ミラー４１ｃと、ハーフミラー４１ｄとを含みうる。第１光源４１ａおよび第２光源４１ｂはそれぞれ、水銀ランプやＬＥＤなどによって構成されうる。ハーフミラー４１ｄは、例えば、第１光Ｌ_１を反射して第２光Ｌ_２を透過するダイクロイックミラーなどによって構成されうる。第１光源４１ａから射出された第１光Ｌ_１は、ハーフミラー４１ｄで反射されて、事前光Ｌｐとして予備硬化部４１から射出される。一方、第２光源４１ｂから射出された第２光Ｌ_２は、ミラー４１ｃで反射された後、ハーフミラー４１ｄを透過して、事前光Ｌｐとして予備硬化部４１から射出される。

また、予備硬化部４１は、制御部７０の指示に従って第１光源４１ａを駆動する第１駆動部４１ｅと、制御部７０の指示に従って第２光源４１ｂを駆動する第２駆動部４１ｆとを含みうる。制御部７０は、第１駆動部４１ｅおよび第２駆動部４１ｆに対し、各光源の駆動電流値を指令値として入力してもよいし、各光源から射出される光の目標強度を指令値として入力してもよい。駆動電流値を指令値として入力する場合では、第１駆動部４１ｅおよび第２駆動部４１ｆのそれぞれに、各光源の駆動電流を指令値どおりに調整するための定電流回路を設けるとよい。一方、光の目標強度を指令値として入力する場合、第１駆動部４１ｅおよび第２駆動部４１ｆのそれぞれは、各光源から射出された光の強度をセンサ（例えばフォトダイオード）で検知し、その検知結果に基づいて各光源の駆動電流を調整するとよい。本実施形態の構成により、第１光源４１ａおよび第２光源４１ｂを独立して制御する（動作させる）ことができるため、それらの光源を同時点灯させたり同時消灯させたりすることや、どちらか一方の光源のみを点灯させることができる。

次に、予備硬化工程における事前光Ｌｐの制御方法について説明する。図７は、インプリント材Ｒにおける有効光量と粘度との関係（インプリント材Ｒの特性）を示す図である。有効光量Doseとは、インプリント材Ｒの反応に寄与する光の積算露光量のことである。インプリント材Ｒの特性は、図７に示すように、有効光量の増加に応じて３つの段階を有する。第１段階は、「不感領域」とも呼ばれ、有効光量に対して粘度が殆ど変化しない段階であり、有効光量が閾値Ｔｈに達したときに第２段階に移行する。第２段階は、有効光量の増加に応じて粘度が増加する段階であり、第１段階に比べて、有効光量の変化に対する粘度の変化率が５倍以上（インプリント材によっては１０倍以上）になる段階である。本実施形態の場合、第２段階では、有効光量の増加に応じてインプリント材Ｒの粘度が線形的に増加しうる。また、第３段階は、インプリント材Ｒが第２目標硬度に到達して本硬化した段階である。ここで、有効光量Doseは、以下の式に示すように、インプリント材Ｒに照射される光の強度ｉと、当該光に対するインプリント材Ｒの反応感度ｒと、インプリント材Ｒへの当該光の照射時間ｔとによって求められうる。
有効光量Dose ＝ 光強度ｉ × 反応感度ｒ × 照射時間ｔ

このようなインプリント材Ｒの特性における第１段階では、インプリント材Ｒの感度が比較的高い第１光Ｌ_１を用いて、光の照射時間をできるだけ短くしてスループットを向上させることが好ましい。一方、第２段階において第１光Ｌ１を用いると、インプリント材Ｒの粘度の増加速度が速く、インプリント材Ｒの硬度を第１目標硬度に精度よく制御することが困難になる。そのため、第２段階では、インプリント材Ｒの感度が比較的低い第２光Ｌ_２を用いて、インプリント材Ｒの硬度を制御（調整）することが好ましい。

したがって、本実施形態の予備硬化工程では、第１光Ｌ１の照射前（例えば供給工程）におけるインプリント材Ｒの粘度を基準として、第１光Ｌ_１の照射によるインプリント材Ｒの粘度の増加が３％～２０％の範囲内に収まるように第１処理を制御しうる。例えば、第１光Ｌ_１による有効光量が閾値Ｔｈに達したときに第１処理が終了するように、第１処理を制御してもよい。そして、第１処理の終了後では、第２光Ｌ_２のみを用いて、インプリント材Ｒの硬度を第１目標硬度に制御する。このように予備硬化工程を制御することにより、モールドＭと基板との位置合わせ精度およびスループットを両立させることができる。

［第１処理および第２処理の制御例］
予備硬化工程における第１処理および第２処理の制御例について説明する。図８は、インプリント処理中における予備硬化工程（第１処理、第２処理）の実施タイミングを示すタイミングチャートであり、図２に示すフローチャートにおける一部の工程の実施タイミングが示されている。また、図４に示す例では、充填工程と位置合わせ工程とが「充填＆位置合わせ工程」として示されており、その「充填＆位置合わせ工程」の時間が、インプリント材Ｒの硬度を第１目標硬度にするための有効光量を得る時間に対して十分に長い場合を表している。

図８（ａ）～（ｂ）は、第１処理を終了した後に、第２処理を開始する制御例を示している。図８（ａ）では、第１処理を終了した後に、所定の時間間隔をあけて第２処理を開始している。第１処理が終了してから第２処理が開始するまでの期間においては、インプリント材Ｒに事前光Ｌｐが照射されないが、インプリント材Ｒの反応が進み、インプリント材Ｒの粘度が過渡応答的に増加することがある。また、図８（ｂ）では、第１処理を終了した後、時間間隔をあけずに第２処理を開始している。この場合、図８（ａ）の制御例と比べて、予備硬化工程に要するトータル時間を短縮することができるとともに、過渡応答によるインプリント材Ｒの粘度の増加を回避することができるため、インプリント材Ｒの粘度（硬度）を精度よく制御することができる。図８（ａ）および図８（ｂ）のいずれの場合においても、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように予備硬化工程が制御されうる。

図８（ｃ）～（ｄ）は、第２処理の少なくとも一部の期間が第１処理に重なるように第２処理を開始する制御例を示している。図８（ｃ）では、第１処理の途中で第２処理を開始しており、図８（ｄ）では、第１処理を開始する前に第２処理を開始している。これらの制御例は、予備硬化部４１において、第１光Ｌ_１を射出する第１光源４１ａと第２光Ｌ_２を射出する第２光源４１ｂとを独立に設けたために行うことができるものであり、予備硬化工程に要するトータル時間の短縮に有利となる。これらの制御例では、制御部７０は、図７に示すようなインプリント材Ｒの特性情報と第１光Ｌ_１による有効光量とに基づいて、第１処理によるインプリント材Ｒの粘度の変化を推定し、その推定結果に基づいて第２処理を制御することが好ましい。図８（ｃ）～（ｄ）のいずれの制御例においても、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように予備硬化工程が制御されうる。

図８（ｅ）は、第１処理においてインプリント材Ｒへの第１光Ｌ_１の照射を断続的に行うとともに、第２処理においてもインプリント材Ｒへの第２光Ｌ_２の照射を断続的に行う制御例を示している。この制御例では、第１処理および第２処理のそれぞれについての開始タイミングは制限されないが、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように予備硬化工程が制御されうる。また、この制御例では、第１光Ｌ_１の照射と第２光の照射Ｌ_２とが交互に行われてもよく、一例として、第１光Ｌ_１の照射と第２光Ｌ_２の照射とを１サイクルとして繰り返し行ってもよい。この場合において、インプリント材Ｒの粘度をサイクルごとに計測し、その計測結果に基づいて第１光Ｌ_１の照射および第２光Ｌ_２の照射を制御してもよい。インプリント材Ｒの粘度の計測は、例えば、基板ステージ２０でモールドＭと基板Ｗとを相対的に変動させたときの力を検出したり、基板ステージ２０を所定の力で駆動したときのモールドＭと基板Ｗとの相対的な変動量を検出したりすることにより行われうる。

上述したように、本実施形態のインプリント装置１００は、位置合わせ工程と並行して又は位置合わせ工程の前において、インプリント材Ｒを第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程を行う。予備硬化工程は、インプリント材Ｒが第１反応感度を示す第１光Ｌ_１をインプリント材Ｒに照射する第１処理と、インプリント材Ｒが第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光Ｌ_２をインプリント材Ｒに照射する第２処理とを含む。そして、予備硬化工程は、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように制御される。このように第１光Ｌ_１および第２光Ｌ_２を用いて予備硬化工程を制御することにより、モールドＭと基板との位置合わせ精度およびスループットを両立させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について説明する。充填工程（Ｓ１３）では、モールドＭのパターン凹部にインプリント材Ｒを迅速に充填するため、インプリント材Ｒの粘度はできるだけ低いことが好ましい。そのため、インプリント材Ｒの粘度を増加させる予備硬化工程は、充填工程の後に行われることが好ましい。そこで、本実施形態では、予備硬化工程が、充填工程（Ｓ１３）の後において、位置合わせ工程（Ｓ１４）と並行して又は位置合わせ工程（Ｓ１４）の前に行われる。なお、本実施形態は、第１実施形態を基本的に引き継ぐものであり、インプリント装置１００の構成やインプリント処理の基本的な内容については第１実施形態で説明したとおりである。

図９は、インプリント処理中における予備硬化工程（第１処理、第２処理）の実施タイミングを示すタイミングチャートである。図９に示す例では、予備硬化工程（第１処理、第２処理）が、充填工程（Ｓ１３）の後において、位置合わせ工程（Ｓ１４）と並行して行われている。また、図９に示す例では、第１処理が終了した後に第２処理が行われているが、それに限られず、図８（ａ）～（ｅ）に示す例のように第１処理および第２処理を制御してもよい。例えば、予備硬化工程に要するトータル時間を短縮するため、充填工程が終了したタイミングで第１処理および第２処理の双方を開始してもよい。この場合においても、第２処理の終了タイミングが第１処理の終了タイミングより遅くなるように予備硬化工程が制御されうる。

ここで、充填工程に必要な時間は、実験やシミュレーションなどによって事前に決定されうる。例えば、充填工程の時間が互いに異なる複数の条件の各々について、本硬化されたインプリント材Ｒに生じる欠陥数を計測し、当該欠陥数が閾値以下となる（好ましくは最も少なくなる）条件に基づいて「充填工程に必要な時間」を決定してもよい。また、モールドＭのパターン凹部にインプリント材Ｒが充填している様子を観察するためのカメラ（スプレッドカメラ）を設け、そのカメラで得られた画像に基づいて充填工程を終了してもよい。

上述した本実施形態によれば、事前光Ｌｐが照射される前においてインプリント材Ｒの粘度が低い状態で充填工程（Ｓ１３）が行われる。そのため、モールドＭのパターン凹部へのインプリント材Ｒの充填を迅速に行うことができ、スループット点で更に有利になりうる。

＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態について説明する。本実施形態では、事前光Ｌｐとして第１光Ｌ_１をインプリント材Ｒに照射する第１処理を、予備硬化部４１の第１光源４１ａの代わりに本硬化部４２を用いて行う例について説明する。つまり、本実施形態では、第１光Ｌ_１と硬化光Ｌｃとで同じ光源、即ち同じ波長の光が使用される。なお、本実施形態は、第１～第２実施形態を基本的に引き継ぐものであり、インプリント装置１００の構成やインプリント処理の基本的な内容については上述したとおりである。

図１０は、硬化部４０の構成例を示す概略図である。本実施形態の予備硬化部４１には、第１光源４１ａ、第１駆動部４１ｅおよびハーフミラー４１ｄが設けられておらず、第１光Ｌ_１の射出は本硬化部４２によって行われうる。例えば、本硬化部４２から射出される光の強度が高すぎる場合には、ＮＤフィルタなど光強度を調整（減衰）するフィルタ４２ａを本硬化部４２に設け、当該フィルタ４２ａにより第１光Ｌ_１を生成してもよい。具体的には、予備硬化工程の第１処理を行う際には、駆動機構４２ｂによりフィルタ４２ａを光路上に配置することで、事前光Ｌｐとしての第１光Ｌ_１を本硬化部４２から射出させることができる。一方、本硬化工程（Ｓ１５）を行う際には、駆動機構４２ｂによりフィルタ４２ａを光路上から外すことで、硬化光Ｌｃを本硬化部４２から射出させることができる。

また、第２光源４１ｂから射出された第２光Ｌ_２に対し、基板上での照度分布を空間的かつ時間的に制御する分布制御機構４４（空間光変調器）を予備硬化部４１に設けてもよい。分布制御機構４４としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの光学素子が用いられうる。分布制御機構４４としてＤＭＤを用いる場合、図１１に示すように、分布制御機構４４（ＤＭＤ）がミラー４１ｃの代わりに配置される。分布制御機構４４（ＤＭＤ）を用いて第２光源４１ｂからの第２光Ｌ_２の時間的・空間的な制御を行う場合、第２駆動部４１ｆで第２光源４１ｂの電流制御を行う場合と比較して、第２光Ｌ_２のＯＮ／ＯＦＦ制御を高速に行うことができる。一例として、第２光源４１ｂの過渡応答速度は数１００μ秒であるのに対し、ＤＭＤでのパターン切り替え制御は第２光源４１ｂの過渡応答に対して十分早く、数１０μ秒で切り替えが終了するため、スループットの点で有利になりうる。

また、分布制御機構４４（ＤＭＤ）を用いた第２処理は、第２光Ｌ_２の照度分布を時間的・空間的に制御することができるため、インプリント材Ｒの粘度を増加させたい箇所に対して部分的に第２光Ｌ_２を照射することができる。また、インプリント材Ｒの粘度を増加させたい箇所とそれ以外の箇所とで第２光Ｌ_２の照度を異ならせることもできる。一例として、モールドＭのパターン領域Ｍａのうち、インプリント材Ｒの充填が容易な箇所と困難な箇所とで第２光Ｌ_２の照度を異ならせることができる。また、モールドＭと基板Ｗとの位置合わせに影響する振動の低減に大きく寄与可能な領域に対して、効率よく第２光Ｌ_２を照射することができる。さらに、対象ショット領域Ｓの周縁部に対して部分的に第２光Ｌ_２を照射することで、対象ショット領域Ｓからのインプリント材Ｒのはみ出し（浸み出し）を低減することができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に供給（塗布）されたインプリント材に上記のインプリント装置（インプリント方法）を用いてパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンが形成された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。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。

インプリント装置を用いて成形した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。

硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。

次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図１２（ａ）に示すように、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコンウェハ等の基板１ｚを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材２ｚの表面にインプリント材３ｚを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材３ｚが基板上に付与された様子を示している。

図１２（ｂ）に示すように、インプリント用の型４ｚを、その凹凸パターンが形成された側を基板上のインプリント材３ｚに向け、対向させる。図１２（ｃ）に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１ｚと型４ｚとを接触させ、圧力を加える。インプリント材３ｚは型４ｚと被加工材２ｚとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギとして光を型４ｚを通して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

図１２（ｄ）に示すように、インプリント材３ｚを硬化させた後、型４ｚと基板１ｚを引き離すと、基板１ｚ上にインプリント材３ｚの硬化物のパターンが形成される。この硬化物のパターンは、型の凹部が硬化物の凸部に、型の凸部が硬化物の凹部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材３ｚに型４ｚの凹凸パターンが転写されたことになる。

図１２（ｅ）に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材２ｚの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝５ｚとなる。図１２（ｆ）に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材２ｚの表面に溝５ｚが形成された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０：インプリントヘッド、２０：基板ステージ、３０：供給部、４０：硬化部、４１：予備硬化部、４２：本硬化部、５０：計測部、６０：検出部、７０：制御部、１００：インプリント装置

Claims (12)

1. モールドを用いて基板上のインプリント材にパターンを形成するインプリント方法であって、
   前記モールドと前記基板上のインプリント材とが接触している状態で、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程と並行して又は前記位置合わせ工程の前において、前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程と、
   前記位置合わせ工程の後において、前記インプリント材に硬化光を照射して前記インプリント材を前記第１目標硬度より高い第２目標硬度に硬化させる本硬化工程と、
   を含み、
   前記予備硬化工程は、前記インプリント材が第１反応感度を示す第１光を前記インプリント材に照射する第１処理と、前記インプリント材が前記第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光を前記インプリント材に照射する第２処理とを含み、前記第２処理の終了タイミングが前記第１処理の終了タイミングより遅くなるように制御され、
   前記予備硬化工程において、
   前記第１処理は、前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化される前に終了するように制御され、
   前記第２処理は、前記第１処理の終了後、前記第２光を前記インプリント材に照射することで前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化されるように制御される、
   ことを特徴とするインプリント方法。
2. 前記位置合わせ工程では、前記モールドのマークと前記基板のマークとが目標位置関係になるように、前記モールドと前記基板との相対位置が制御され、
   前記本硬化工程では、前記位置合わせ工程で得られた前記モールドと前記基板との相対位置が目標相対位置として設定され、当該目標相対位置が維持されるように、前記モールドと前記基板との相対位置が制御される、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記モールドのパターンに前記インプリント材が充填されるまで待機する充填工程を更に含み、
   前記予備硬化工程は、前記充填工程の後に行われる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリント方法。
4. 前記第２処理は、前記第１処理の終了後に開始される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント方法。
5. 前記第２処理は、前記第２処理の少なくとも一部が前記第１処理と重なるように開始される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインプリント方法。
6. 前記第１処理では、前記インプリント材への前記第１光の照射が断続的に行われ、前記第２処理では、前記インプリント材への前記第２光の照射が断続的に行われる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインプリント方法。
7. 前記第１光および前記第２光は、互いに異なる光源から射出される、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインプリント方法。
8. 前記第１光は、前記硬化光を射出する光源から射出される、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインプリント方法。
9. モールドを用いて基板上のインプリント材にパターンを形成するインプリント方法であって、
   前記モールドと前記基板上のインプリント材とが接触している状態で、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程と並行して又は前記位置合わせ工程の前において、前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程と、
   前記位置合わせ工程の後において、前記インプリント材に硬化光を照射して前記インプリント材を前記第１目標硬度より高い第２目標硬度に硬化させる本硬化工程と、
   を含み、
   前記予備硬化工程は、前記インプリント材が第１反応感度を示す第１光を前記インプリント材に照射する第１処理と、前記インプリント材が前記第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光を前記インプリント材に照射する第２処理とを含み、前記第２処理の終了タイミングが前記第１処理の終了タイミングより遅くなるように制御され、
   前記第１処理では、前記インプリント材への前記第１光の照射が断続的に行われ、前記第２処理では、前記インプリント材への前記第２光の照射が断続的に行われる、ことを特徴とするインプリント方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインプリント方法を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
    前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、を含み、
    前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
11. モールドを用いて基板上のインプリント材にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
    光を照射して前記インプリント材を硬化させる硬化部と、
    前記インプリント処理を制御する制御部と、を含み
    前記インプリント処理は、
    前記モールドと前記基板上のインプリント材とが接触している状態で、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
    前記位置合わせ工程と並行して又は前記位置合わせ工程の前において、前記硬化部により前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程と、
    前記位置合わせ工程の後において、前記硬化部により前記インプリント材に硬化光を照射して前記インプリント材を前記第１目標硬度より高い第２目標硬度に硬化させる本硬化工程と、を含み、
    前記予備硬化工程は、前記インプリント材が第１反応感度を示す第１光を前記インプリント材に照射する第１処理と、前記インプリント材が前記第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光を前記インプリント材に照射する第２処理とを含み、
    前記制御部は、前記第２処理の終了タイミングが前記第１処理の終了タイミングより遅くなるように前記予備硬化工程を制御するとともに、前記予備硬化工程において、前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化される前に終了するように前記第１処理を制御し、前記第１処理の終了後、前記第２光を前記インプリント材に照射することで前記インプリント材が前記第１目標硬度に硬化されるように前記第２処理を制御する、ことを特徴とするインプリント装置。
12. モールドを用いて基板上のインプリント材にパターンを形成するインプリント処理を行うインプリント装置であって、
    光を照射して前記インプリント材を硬化させる硬化部と、
    前記インプリント処理を制御する制御部と、を含み
    前記インプリント処理は、
    前記モールドと前記基板上のインプリント材とが接触している状態で、前記モールドと前記基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
    前記位置合わせ工程と並行して又は前記位置合わせ工程の前において、前記硬化部により前記インプリント材に光を照射して前記インプリント材を第１目標硬度に硬化させる予備硬化工程と、
    前記位置合わせ工程の後において、前記硬化部により前記インプリント材に硬化光を照射して前記インプリント材を前記第１目標硬度より高い第２目標硬度に硬化させる本硬化工程と、を含み、
    前記予備硬化工程は、前記インプリント材が第１反応感度を示す第１光を前記インプリント材に照射する第１処理と、前記インプリント材が前記第１反応感度より低い第２反応感度を示す第２光を前記インプリント材に照射する第２処理とを含み、
    前記制御部は、前記第２処理の終了タイミングが前記第１処理の終了タイミングより遅くなるように前記予備硬化工程を制御し、
    前記第１処理では、前記インプリント材への前記第１光の照射が断続的に行われ、前記第２処理では、前記インプリント材への前記第２光の照射が断続的に行われる、ことを特徴とするインプリント装置。

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