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JP6418773B2 - インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法 - Google Patents

インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法および物品の製造方法に関する。
モールドに形成されたパターンを基板上のインプリント材に転写するインプリント技術が、磁気記憶媒体や半導体デバイスなどの量産用リソグラフィ技術の1つとして注目されている。このような技術を用いたインプリント装置では、パターンが形成されたモールドと基板上に供給されたインプリント材とを接触させ、その状態でインプリント材を硬化させる。そして、硬化したインプリント材からモールドを剥離することにより、基板上にパターンを形成することができる。
半導体デバイスなどの製造では、複数のパターンを1つの基板上に重ね合わせる工程が必要である。そのため、インプリント装置において、基板上に形成されたショット領域にモールドのパターン領域を精度よく重ね合わせて、転写することが重要である。そこで、基板およびモールドの温度を制御することにより、基板(ショット領域)とモールド(パターン領域)との熱膨張係数の違いを利用して基板とモールドとの間の倍率成分を補正するインプリント装置が提案されている(特許文献1参照)。
特許第4512167号公報
特許文献1に記載されたインプリント装置では、基板およびモールドの温度をそれら全体で制御しているため、基板とモールドとの間の倍率補正しか行うことができない。しかしながら、基板上のショット領域は、一連の半導体デバイスの製造工程などによって、台形成分や弓型成分などの成分を含むように変形している場合がある。このような変形がショット領域に生じている場合であっても、ショット領域にモールドのパターンを精度よく転写することが重要である。
そこで、本発明は、基板上に形成されたショット領域にモールドのパターンを精度よく転写する上で有利なインプリント装置を提供することを例示的目的とする。
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装置は、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前記インプリント材を硬化させることにより前記基板上のショット領域に前記モールドのパターンを転写するインプリント装置であって、前記ショット領域を加熱して変形させる加熱部と、前記ショット領域を区分けした複数の部分領域の各々について目標加熱量を個別に決定し、該目標加熱量に基づいて前記加熱部を制御する制御部と、を含み、前記複数の部分領域は、第1部分領域と第2部分領域とを含み、前記制御部は、前記第2部分領域に所定の加熱量を与えたときの前記第1部分領域の変形量を示す情報に基づいて、前記第1部分領域の形状が目標形状に近づくように前記第1部分領域の目標加熱量を決定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、例えば、基板上に形成されたショット領域にモールドのパターンを精度よく転写する上で有利なインプリント装置を提供することができる。
第1実施形態のインプリント装置を示す概略図である。 インプリント処理における動作シーケンスを示すフローチャートである。 加熱プロファイルの生成方法を示すフローチャートである。 基板上のショット領域を示す図である。 ショット領域の各部分に与えられる所定加熱量と、所定加熱量を各部分に与えた際のショット領域の変形量とを示す図である。 ショット領域の各部分における目標加熱量を決定する方法について説明するための図である。 加熱プロファイルを生成する方法の例を示す図である。 ショット領域の各部分における加熱プロファイルの一例を示す図である。 ショット領域の各部分における加熱プロファイルの一例を示す図である。 第2実施形態における加熱プロファイルを説明するための図である。 ショット領域の各部分における加熱プロファイルの一例を示す図である。 ショット領域の各部分における加熱プロファイルの一例を示す図である。 アライメント計測の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、各図において、基板面上で互いに直交する方向をそれぞれX方向およびY方向とし、基板面に垂直な方向をZ方向とする。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態のインプリント装置100について、図1を参照しながら説明する。インプリント装置100は、半導体デバイスなどの製造に使用され、パターンが形成されたモールド21を基板上のインプリント材(樹脂)に接触させた状態でインプリント材を硬化させる。そして、インプリント装置100は、基板11とモールド21との間隔を広げ、硬化したインプリント材からモールド21を剥離することによって基板上にパターンを転写することができる。インプリント材を硬化する方法には熱を用いる熱サイクル法と光を用いる光硬化法とがあり、第1実施形態のインプリント装置100は光硬化法を採用している。光硬化法とは、インプリント材として未硬化の紫外線硬化樹脂(以下、樹脂)を基板上に供給し、モールド21と樹脂とを接触させた状態で樹脂に紫外線を照射することにより当該樹脂を硬化させる方法である。紫外線の照射により樹脂が硬化した後、樹脂からモールド21を剥離することによって基板上にパターンを形成することができる。
図1は、第1実施形態のインプリント装置100を示す図である。インプリント装置100は、基板11を保持する基板ステージ2と、モールド21を保持するモールド保持部3と、アライメント計測部4と、照射部5と、樹脂供給部6とを含む。モールド保持部3は、ベース定盤41により支柱43を介して支持されたブリッジ定盤42に固定されており、基板ステージ2は、ベース定盤41に固定されている。また、インプリント装置100は、CPUやメモリを含み、インプリント処理を制御する(インプリント装置100の各部を制御する)制御部7を含む。
基板11は、例えば、単結晶シリコン基板やSOI(Silicon on Insulator)基板などが用いられる。基板11の上面(被処理面)には、後述する樹脂供給部6によって樹脂(紫外線硬化樹脂)が供給される。また、モールド21は、通常、石英など紫外線を通過させることが可能な材料で作製されており、基板側の面における一部の領域21a(パターン領域)には、基板11に転写する凹凸のパターンが形成されている。
基板ステージ2は、基板チャック12とステージ駆動部13とを含み、モールド21と基板上の樹脂とを接触させる際に、基板11をX方向およびY方向に移動させて基板11とモールド21との位置合わせを行う。基板チャック12は、例えば、真空吸着力や静電力などによって基板11を保持する。ステージ駆動部13は、基板チャック12を機械的に保持するとともに、基板チャック12をX方向およびY方向に駆動する。ここで、ステージ駆動部13は、例えば、リニアモータが用いられ、粗動駆動系や微動駆動系などの複数の駆動系によって構成されてもよい。また、ステージ駆動部13は、基板11をZ方向に駆動する駆動機能や、基板11をθ方向(Z軸周りの回転)に回転駆動して基板の位置を調整する位置調整機能、基板11の傾きを補正するためのチルト機能などを有していてもよい。
モールド保持部3は、例えば真空吸着力や静電力などによりモールド21を保持するモールドチャック22と、モールドチャック22をZ方向に駆動するモールド駆動部23とを含む。モールドチャック22およびモールド駆動部23は、それぞれの中心部(内側)に開口領域を有しており、照射部5から射出された光がモールド21を介して基板11に照射されるように構成されている。ここで、モールド21には、製造誤差や熱変形などにより、例えば、倍率成分や台形成分、弓型成分、樽型成分などの成分を含む変形が生じている場合がある。そのため、モールド保持部3は、モールド21の側面における複数の箇所に力を加えてモールド21を変形させる変形部24を備えている。このように当該複数の箇所の各々に変形部24によって力を加えることで、モールド上の領域21aにおける変形を補正することができる。
モールド駆動部23は、例えば、リニアモータやエアシリンダなどのアクチュエータを含み、モールド21と基板上の樹脂とを接触させたり剥離させたりするようにモールドチャック22(モールド21)をZ方向に駆動する。モールド駆動部23は、モールド21と基板上の樹脂とを接触させる際には高精度な位置決めが要求されるため、粗動駆動系と微動駆動系などの複数の駆動系によって構成されてもよい。また、モールド駆動部23は、Z方向の駆動だけではなく、XY方向およびθ方向にモールドの位置を調整する位置調整機能や、モールド21の傾きを補正するためのチルト機能などを有していてもよい。ここで、第1実施形態のインプリント装置100では、基板11とモールド21との間の距離を変える動作はモールド駆動部23で行っているが、基板ステージ2のステージ駆動部13で行ってもよいし、双方で相対的に行ってもよい。
アライメント計測部4は、基板上に形成されたショット領域8の形状とモールド上の領域21a(パターン領域)の形状との差異(以下、形状差)を計測する。例えば、形状差を計測する方法として、ショット領域8とモールド上の領域21aとに形成された複数のアライメントマークを検出する方法がある。ショット領域とパターン領域のそれぞれ対応した位置にアライメントマークが形成されている。アライメント計測部4が、ショット領域8のアライメントマークとモールド上の領域21aのアライメントマークとを重ねて観察する。これにより、アライメント計測部4は、ショット領域8のアライメントマークとモールド上の領域21aのアライメントマークとの位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量に基づいてショット領域8とモールド上の領域21aとの形状差を計測することができる。ここで、基板上のショット領域8には、例えば一連の半導体デバイスの製造工程などの影響により、倍率成分や台形成分、弓型成分、樽型成分などの成分を含む変形が生じている場合がある。そして、この場合、基板上のショット領域8にモールド21のパターンを精度よく転写するためには、変形部24によって変形されたモールド上の領域21aの形状(目標形状)に合わせてショット領域8を変形させる必要がある。そのため、第1実施形態のインプリント装置100は、後述するように、基板11(ショット領域8)に光を照射することによって基板11を加熱し、ショット領域8を変形させる加熱部32を含む。
照射部5は、基板上の樹脂を硬化させる光を射出する露光部31と、基板上のショット領域8を加熱する光を射出する加熱部32と、露光部31から射出された光と加熱部32から射出された光とを基板上に導く光学部材33とを含む。露光部31は、基板上の樹脂を硬化させる光(紫外線)を射出する光源と、当該光源から射出された光をインプリント処理において適切な光に調整する複数の光学素子とを含みうる。加熱部32は、基板上のショット領域8を加熱する光を射出する光源と、当該光源から射出された光をショット領域8を加熱する上で適切な光に調整する光学系とを含みうる。加熱部32の光源は、基板上に供給された樹脂を硬化させず、かつショット領域8の加熱に適した波長(例えば、400nm〜2000nm)を有する光を射出する。加熱部32の光学系は、加熱部32の光源から射出された光を、ショット領域8における温度分布が所望の温度分布となるように、即ち、ショット領域8の形状が目標形状となるように整形する複数の光学素子を含む。例えば、加熱部の光学系に含まれる光学素子としては、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)や液晶素子などが用いられる。また、光学部材33は、例えば、露光部31から射出された光(紫外線)を透過し、加熱部32から射出された光(波長400nm〜2000nm)を反射するビームスプリッタを含みうる。
樹脂供給部6は、基板上に樹脂(未硬化樹脂)を供給(塗布)する。上述したように、第1実施形態では、紫外線の照射によって硬化する性質を有する紫外線硬化樹脂(インプリント材)が用いられているが、樹脂供給部6から基板上に供給される樹脂は、半導体デバイスの製造工程における各種条件によって適宜選択されうる。また、樹脂供給部6の吐出ノズルから吐出される樹脂の量は、基板上の樹脂に形成されるパターンの厚さやパターンの密度などを考慮して適宜決定されうる。ここで、基板上に供給された樹脂を、モールド21に形成されたパターンに十分に充填させるために、モールドと樹脂とを接触させた状態で一定の時間を経過させてもよい。
このように構成された第1実施形態のインプリント装置100において、モールド21のパターンを基板上のショット領域8に転写するインプリント処理について図2を参照しながら説明する。図2は、モールド21のパターンを基板上のショット領域8に転写するインプリント処理における動作シーケンスを示すフローチャートである。
S101では、制御部7は、モールド21をモールドチャック22の下に搬送するようにモールド搬送機構(不図示)を制御し、モールド21を保持するようにモールドチャック22を制御する。これにより、モールド21がインプリント装置100内に配置される。S102では、制御部7は、基板11を基板チャック12の上に搬送するように基板搬送機構(不図示)を制御し、基板11を保持するように基板チャック12を制御する。これにより、基板11がインプリント装置100内に配置される。S103では、制御部7は、基板上のショット領域8(インプリント処理が行われる対象のショット領域8)が樹脂供給部6の下に配置されるようにステージ駆動部13を制御して、基板11を移動させる。S104では、制御部7は、基板上のショット領域8に樹脂(未硬化樹脂)を供給するように樹脂供給部6を制御する。S105では、制御部7は、樹脂が供給された基板上のショット領域8がモールド上の領域21aの下に配置されるようにステージ駆動部13を制御して、基板11を移動させる。S106では、制御部7は、モールド21のパターンと基板上の樹脂とが接触するように、即ち、基板11とモールド21との距離が短くなるようにモールド駆動部23を制御する。
S107では、制御部7は、ショット領域8に形成されたアライメントマークとモールド21に形成されたアライメントマークとを計測するようにアライメント計測部4を制御する。これにより、アライメント計測部4は、基板上のショット領域8とモールド上の領域21aとの形状差を計測することができる。基板上のショット領域8とモールド上の領域21aとの形状差は、基板上のショット領域8およびモールド上の領域21aの形状を事前に計測しておき、それを取得してもよい。また、事前の計測値とアライメント計測部4による計測値を併用してもよい。S108では、制御部7は、アライメント計測部4により計測された形状差が許容範囲に収まるように変形部24と加熱部32とを制御し、モールド上の領域21aおよび基板上のショット領域8をそれぞれ変形させる。上述したように、変形部24は、モールド21の側面における複数の箇所に力を加えることにより、モールド上の領域21aにおける変形を補正する。そして、加熱部32は、例えば変形部24により補正されたモールド上の領域21aの形状を目標形状として、基板上のショット領域8の形状が目標形状になるようにショット領域8を変形する。これにより、モールド上の領域21aとショット領域8との形状差を許容範囲に収めて、モールド21のパターンをショット領域8に精度よく転写することができる。加熱部32によるショット領域8の変形については、後に詳細を説明する。ここで、S107におけるアライメント計測部4による計測工程と、S108におけるモールド21の変形工程は、モールド21と基板上の樹脂とを接触させる工程(S106)の前に行われてもよい。また、アライメント計測部4による計測は、S108におけるモールド21の変形工程とショット領域8の変形工程との間に行われてもよい。
S109では、制御部7は、モールド21を接触させた樹脂に対して紫外線を照射するように露光部31を制御し、当該樹脂を硬化させる。S110では、制御部7は、モールド21を基板上の樹脂から剥離する(離型する)ように、即ち、基板11とモールド21との距離が長くなるようにモールド駆動部23を制御する。S111では、制御部7は、基板上に引き続きモールド21のパターンを転写するショット領域8(次のショット領域8)があるか否かの判定を行う。次のショット領域8がある場合はS103に進み、次のショット領域8がない場合はS112に進む。S112では、制御部7は、基板11を基板チャック12から回収するように基板搬送機構(不図示)を制御する。S113では、制御部7は、引き続きインプリント処理を行う基板11(次の基板11)があるか否かの判定を行う。次の基板11がある場合はS102に進み、次の基板11がない場合はS114に進む。S114では、制御部7は、モールド21をモールドチャック22から回収するようにモールド搬送機構(不図示)を制御する。
ここで、加熱部32によるショット領域8の変形について説明する。上述したように、基板上のショット領域8には、例えば一連の半導体デバイスの製造工程などの影響により、倍率成分や台形成分、弓型成分、樽型成分などの成分を含む変形が生じている場合がある。そして、この場合、基板上のショット領域8にモールド21のパターンを精度よく転写するためには、ショット領域8の形状が目標形状になるようにショット領域8を変形させる必要がある。そのため、第1実施形態のインプリント装置100は、ショット領域8に含まれる複数の部分の各々に光を照射することにより熱を加え、各部分における熱膨張により当該ショット領域を変形させる加熱部32を含む。そして、加熱部32は、制御部7により決定された加熱プロファイルに基づいてショット領域8における各部分に熱を加える。これにより、ショット領域8において温度分布を得ることができ、ショット領域8の形状を目標形状にすることができる。ここで、加熱プロファイルとは、1つの部分に加える単位時間当たりの加熱量(以下、加熱流と称する)と時刻との関係を示すプロファイルである。加熱プロファイルの生成方法については後述する。また、第1実施形態において制御部7は、上述したように、ショット領域8の目標形状として、変形部24により変形されたモールド上の領域21aの形状を用いる。さらに、第1実施形態では、複数の部分は、全てショット領域8に含まれているが、それに限られるものではなく、ショット領域8の外側に配置された部分を含んでもよい。
例えば、ショット領域8に倍率成分のみを含む変形が生じている場合には、ショット領域内の温度が均一になるように、ショット領域8の部分ごとに加熱プロファイルが生成される。そして、生成された加熱プロファイルに従って加熱部32がショット領域8の各部分に熱を加えることにより、ショット領域8の形状が目標形状となるようにショット領域8を変形することができる。一方で、ショット領域8に台形成分のみを含む変形が生じている場合には、ショット領域8の温度が一方向に沿って線形に減少するように、ショット領域8の部分ごとに加熱プロファイルが生成される。そして、生成された加熱プロファイルに従って加熱部32が各部分に熱を加えることにより、ショット領域8の形状が目標形状となるようにショット領域8を変形することができる。また、ショット領域8に倍率成分と台形成分とを含む変形が生じている場合もある。この場合には、倍率成分の変形が補正されるような加熱プロファイルと台形成分の変形が補正されるような加熱プロファイルとが足し合わされた加熱プロファイルがショット領域8の部分ごとに生成される。そして、加熱部32は、双方が足し合わされた加熱プロファイルに従ってショット領域8の各部分に熱を加える。これにより、倍率成分と台形成分とを含むショット領域8の形状が目標形状となるように、ショット領域8を変形することができる。
ここで、一例として、ショット領域8に台形成分のみを含む変形が生じている場合における加熱プロファイルの生成方法について、図3を参照しながら説明する。図3は、制御部7における加熱プロファイルの生成方法を示すフローチャートである。また、ショット領域8は、加熱部32により個別に熱が加えられる複数の部分を含む。ここでは、説明を簡単化するため、ショット領域8は、図4に示すように、部分8A〜8Dの4つの部分を含むものとする。
S301では、制御部7は、ショット領域8の各部分8A〜8Dに所定の加熱量(以下、所定加熱量)を与え、その際のショット領域8の変形量をそれぞれ取得する。図5に、ショット領域8の各部分8A〜8Dに与えられる所定加熱量と、所定加熱量を各部分8A〜8Dに与えた際のショット領域8の変形量とを示す。図5において、横軸は、図4に示すショット領域8の右辺(線P1−P5)の位置P1〜P5を示す。図5(a)は、ショット領域8の部分8Aに与えられる所定加熱量(左図)とその際のショット領域8の変形量(右図)とを示し、図5(b)は、ショット領域8の部分8Bに与えられる所定加熱量(左図)とその際のショット領域8の変形量(右図)とを示す。同様に、図5(c)は、ショット領域8の部分8Cに与えられる所定加熱量(左図)とその際のショット領域8の変形量(右図)とを示す。そして、図5(d)は、ショット領域8の部分8Dに与えられる所定加熱量(左図)とその際のショット領域8の変形量(右図)とを示す。このようなショット領域8の変形量は、例えば、実験やシミュレーションなどによって求めることができ、データベースもしくは関数として制御部7によって取得されうる。ここで、ショット領域8の部分8A〜8Dに与えられる所定加熱量は、部分8A〜8Dにおいて同じにするとよく、その大きさは任意に設定することができる。
S302では、制御部7は、S301で取得したショット領域8の変形量を用いて、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける目標加熱量を決定する。例えば、図4に示すショット領域8の線P1−P5を、図6(a)に示すように、Y方向に進むにつれて変形量が線形的に大きくなるように変化させるとする。即ち、図6(a)に示す関数が、図4に示すショット領域8の線P1−P5における目標形状となる。このとき、制御部7は、S301で取得したショット領域8の変位量(図5(a)〜(d)の右図)のそれぞれに係数を乗じて合成することにより(線形結合)、図6(b)の太線で示すように、ショット領域8の線P1−P5の形状を近似する。そして、制御部7は、この近似されたショット領域8の線P1−P5の形状(近似形状)が目標形状に近づくように係数を決定し、決定した係数を所定加熱量に乗ずる。これにより、制御部7は、図6(c)に示すように、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける目標加熱量を決定することができる。
S303では、制御部7は、S302で決定されたショット領域8の各部分8A〜8Dにおける目標加熱量を用いて、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルをそれぞれ生成する。加熱プロファイルは、上述したように、各部分8A〜8Dに加えられる加熱流(単位時間当たりの加熱量)と時刻との関係を示している。そして、加熱部32がこの加熱プロファイルに従って各部分8A〜8Dに熱を加えることにより、各部分8A〜8Dにおける加熱量をそれぞれ目標加熱量に近づけることができる。即ち、ショット領域8の形状を目標形状に近づけることができる。ここで、加熱プロファイルを生成する方法の一例としては、例えば、加熱部32が熱を加えている時間を部分8A〜8Dで一定として生成する方法と、加熱部32が加える加熱流を部分8A〜8Dで一定として生成する方法とが挙げられる。以下に、両者の方法について説明する。
まず、加熱部32が熱を加えている時間を部分8A〜8Dで一定として加熱プロファイルを生成する方法について説明する。この方法は、図7(a)に示すように、加熱部32が加熱を開始する時刻t1と加熱量が目標加熱量に到達する時刻t2とを固定し、時刻t1と時刻t2との間において加熱部32が加える加熱流を変更して加熱プロファイルを生成する方法である。時刻t2は、例えば、基板上の樹脂の硬化を開始する時刻、即ち、当該樹脂への紫外線の照射を開始する時刻である。制御部7は、加熱部32が部分8Aに加える加熱流Q1を時刻t1から時刻t2で積分した値(部分8Aの加熱量)がS302で決定された目標加熱量になるように、加熱部32が部分8Aに加える加熱流Q1を決定する。これにより、制御部7は、図8(a)に示すように、ショット領域8の部分8Aにおける加熱プロファイルを生成することができる。また、制御部7は、加熱部32が部分8Bに加える加熱流Q2を時刻t1から時刻t2で積分した値(部分8Bの加熱量)がS302で決定された目標加熱量になるように、加熱部32が部分8Bに加える加熱流Q2を決定する。これにより、制御部7は、図8(b)に示すように、ショット領域8の部分8Bにおける加熱プロファイルを生成することができる。同様に、制御部7は、加熱部32が部分8Cに加える加熱流Q3と、加熱部32が部分8Dに加える加熱流Q4とを決定する。これにより、制御部7は、図8(c)および(d)に示すように、ショット領域8の部分8Cおよび8Dにおける加熱プロファイルをそれぞれ生成することができる。
図8(e)は、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルの合計、即ち、加熱部32がショット領域8の全体に加える加熱流と時刻との関係を表す加熱プロファイルを示す。図8(e)におけるQtotalは、各部分8A〜8Dに加える加熱流Q1〜Q4の合計値である。図8(e)に示す加熱プロファイルに従って加熱部32がショット領域8に熱を加える場合、ショット領域8における温度の平均値(以下、平均温度)は、図8(f)に示すように、時刻t1から上昇し始める。そして、ショット領域8の平均温度は、平均温度の変化の時定数よりも加熱時間(時刻t1から時刻t2までの間)が短ければ、線形に変化する。図8(f)に示すようにショット領域8の平均温度が上昇する場合、ショット領域8(線P1−P5)は、図8(g)に示すように、時刻t1から変形し始める。時刻t1の直後では、図8(g)に示すように、ショット領域8の温度変化に応じて生じる熱応力が基板11と基板チャック12との間に発生する摩擦力より小さいため、ショット領域8は緩やかに変形することとなる。そして、時刻t3の後になると、ショット領域8に生じる熱応力が摩擦力より大きくなるため、ショット領域8は大きく変形し始める。即ち、時刻t3はショット領域8に生じる熱応力と摩擦力とが同じになる時刻であり、時刻t3の前と後とでは、ショット領域8の変形量の変化率が異なる。第1実施形態のインプリント装置100では、S301において取得されたショット領域8の変形量を用いて各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルが決定されており、当該変形量は実験などによって求められる。そのため、制御部7は、時刻t3の前後においてショット領域の変形量の変化率が異なっている場合であっても、ショット領域8の形状が目標形状Aになるように各部分8A〜8Dの加熱プロファイルを決定することができる。
次に、加熱部32が加える加熱流を部分8A〜8Dで一定として加熱プロファイルを生成する方法について説明する。この方法は、図7(b)に示すように、加熱部32が加える加熱流Qを固定し、加熱部32が加熱を開始する時刻t1を変更して加熱プロファイルを生成する方法である。時刻t2は、上述したように、例えば、基板上の樹脂の硬化を開始する(紫外線の照射を開始する)時刻である。制御部7は、加熱部32が部分8Aに加える加熱流Q1を設定し、加熱流Q1を時刻t1Aから時刻t2で積分した値(部分8Aの加熱量)がS302で決定された目標加熱量になるように時刻t1Aを決定する。これにより、制御部7は、図9(a)に示すように、ショット領域8の部分8Aにおける加熱プロファイルを生成することができる。また、制御部7は、加熱部32が部分8Bに加える加熱流Q2を設定し、加熱流Q2を時刻t1Bから時刻t2で積分した値(部分8Bの加熱量)がS302で決定された目標加熱量になるように時刻t1Bを決定する。これにより、制御部7は、図9(b)に示すように、ショット領域8の部分8Bにおける加熱プロファイルを生成することができる。同様に、制御部7は、加熱部32が部分8Cに加える加熱流Q3と部分8Dに加える加熱流Q4をそれぞれ設定し、時刻t1Cと時刻t1Dとを決定する。これにより、制御部7は、図9(c)および(d)に示すように、ショット領域8の部分8Cおよび8Dにおける加熱プロファイルをそれぞれ生成することができる。図9(e)は、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルの合計、即ち、加熱部32がショット領域8の全体に加える加熱流と時刻との関係を表す加熱プロファイルを示す。図9(e)におけるQtotalは、各部分8A〜8Dに加える加熱流Q1〜Q4の合計値である。そして、図8(e)に示す加熱プロファイルでは、ショット領域8に加える加熱流が時刻t1A〜t1Dにおいて階段状に変わる。ここで、加熱部32が部分8A〜8Dに加える加熱流Q1〜Q4は、それらが互いに異なる大きさになるように設定されてもよいし、それらが同じ大きさになるように設定されてもよい。
上述したように、第1実施形態のインプリント装置100は、ショット領域8に含まれる複数の部分の各々に熱を加えることによってショット領域8を変形させる加熱部32を含む。そして、制御部7が各部分における加熱プロファイルを生成し、生成された加熱プロファイルに従って加熱部32がショット領域8の各部分に熱を加えることで、ショット領域8の形状を目標形状に近づけることができる。したがって、第1実施形態のインプリント装置100は、ショット領域8の形状とモールド上の領域21aの形状との差を許容範囲に収めることができ、ショット領域8にモールドのパターンを精度よく転写することができる。ここで、加熱プロファイルは、例えば、図7(c)に示すように、加熱部32による各部分への加熱がPWM(Pulse Width Modulation)制御されるように生成されてもよい。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態のインプリント装置について説明する。第1実施形態のインプリント装置100では、基板上の樹脂の硬化を開始する時刻t2までに加熱部32によるショット領域8の変形が行われるように、加熱プロファイルが制御部7によって生成されている。一方で、第2実施形態のインプリント装置では、加熱部32によるショット領域8の変形が時刻t2の前までに完了し、変形したショット領域8の形状が時刻t2まで維持されるように加熱プロファイルが制御部7によって生成される。即ち、第2実施形態のインプリント装置において、制御部7により生成される加熱プロファイルには、変形したショット領域8の形状と目標形状との差が許容範囲内に収まっている状態を維持するようにショット領域8に熱を加えている範囲が含まれている。このように、ショット領域8の変形を維持することにより、モールド21のパターンと基板上の樹脂との接触状態が安定したときに、基板上の樹脂を硬化させることができる。以下では、加熱部32によるショット領域8の変形が完了する時刻を時刻t4とし、時刻t1から時刻t4まで範囲ではショット領域8の変形が行われており、時刻t4から時刻t2までの範囲ではショット領域8の形状が維持されているものとする。ここで、第2実施形態のインプリント装置は、第1実施形態のインプリント装置100と装置構成が同じであるため、ここでは装置構成に関する説明を省略する。
例えば、図10(a)に示すように、時刻t4から時刻t2までの範囲において加熱部32がショット領域8に加える加熱流(単位時間当たりの加熱量)が一定になるように、加熱プロファイルが生成されたとする。そして、加熱部32が、図10(a)に示す加熱プロファイルに従ってショット領域8に熱を加えたとすると、ショット領域8の温度(平均温度)は、図10(b)に示すように、時刻t4から時刻t2までの範囲において一定になる。ここで、時刻t4から時刻t2までの範囲において加熱部32がショット領域8に加える加熱流は、例えば、ショット領域8から流出される熱の大きさと同じになるように設定されうる。ショット領域8から流出される熱は、例えば、基板11内での熱拡散、基板11から空気などの流体に伝達される熱、基板11から樹脂を介してモールド21に伝達される熱、基板11から基板チャック12に伝達される熱などを含む。したがって、ショット領域8から流出される熱は、これらの熱やショット領域8の温度(時刻t4までの加熱量)などを考慮して算出される。
しかしながら、ショット領域8の温度を一定にすることができても、ショット領域8から流出される熱によって、基板11内におけるショット領域8の周辺の温度が上昇してしまう。このようにショット領域8の周辺の温度が上昇してしまうと、ショット領域8の周辺における熱応力が変化し、図10(c)に示すように、ショット領域8の形状が時刻の経過につれて変化してしまいうる。そこで、第2実施形態のインプリント装置では、図10(d)に示すように、時刻t4から時刻t2までの範囲において、加熱部32がショット領域8に加える加熱流Qが時刻の経過につれて減少するように、加熱プロファイルが制御部7によって生成される。このように生成された加熱プロファイル(図10(d))に従って、加熱部32がショット領域8に熱を加えると、ショット領域8の温度(平均温度)は、図10(e)に示すように、時刻t4から時刻t2までの範囲において時刻の経過につれて低下する。一方で、ショット領域8の形状は、図10(f)に示すように、時刻t4から時刻t2までの範囲において一定とすることができる。即ち、ショット領域8の形状を維持することができる。時刻t4から時刻t2までの範囲における加熱流Qの減少率は、例えば、実験やシミュレーションなどによって取得されうる。
ここで、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルを生成する方法の一例について説明する。第2実施形態のインプリント装置では、第1実施形態のインプリント装置100と同様に、制御部7が図3に示すフローチャートに従って各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルを生成する。第2実施形態では、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルを生成する方法(図4のS303)が第1実施形態と異なるため、ここでは当該方法について説明する。また、ここでは、加熱部32が加える加熱流を部分8A〜8Dで一定として加熱プロファイルを生成する方法について説明する。
制御部7は、加熱部32が加える加熱流Qを固定し、加熱部32が加熱を開始する時刻t1を変更することにより加熱プロファイルを生成する。時刻t4は、上述したように、加熱部32によるショット領域8の変形が完了する時刻であり、任意に設定することができる。制御部7は、加熱部32が部分8Aに加える加熱流Q1を設定し、加熱流Q1を時刻t1Aから時刻t4で積分した値がS302で決定された目標加熱量になるように時刻t1Aを決定する。そして、制御部7は、時刻t4から時刻t2までの範囲におけるプロファイルを決定する。当該プロファイルは、例えば、時刻t4において加熱部32が加える加熱流Q1mとしてショット領域8から流出される加熱流を算出し、予め取得された減少率で加熱流Q1mを減少させることにより決定されうる。これにより、制御部7は、図11(a)に示すように、ショット領域8の部分8Aにおける加熱プロファイルを生成することができる。また、制御部7は、加熱部32が部分8Bに加える加熱流Q1を設定し、加熱流Q1を時刻t1Bから時刻t4で積分した値がS302d決定された目標加熱量になるように時刻t1Bを決定する。そして、制御部7は、時刻t4から時刻t2までの範囲におけるプロファイルを決定する。これにより、制御部7は、図11(b)に示すように、ショット領域8の部分8Bにおける加熱プロファイルを生成することができる。同様に、制御部7は、加熱部32が部分8Cに加える加熱流Q3と部分8Dに加える加熱流Q4をそれぞれ設定し、時刻t1Cと時刻t1Dとを決定する。そして、制御部7は、時刻t4から時刻t2までの範囲におけるプロファイルを決定する。これにより、制御部7は、図11(c)および(d)に示すように、ショット領域8の部分8Cおよび8Dにおける加熱プロファイルをそれぞれ生成することができる。図11(e)は、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルの合計、即ち、加熱プロファイルがショット領域8の全体に加える加熱流と時刻との関係を表す加熱プロファイルを示す。図11(e)におけるQtotalは、各部分8A〜8Dに加える加熱流Q1〜Q4の合計値である。そして、図8(e)に示す加熱プロファイルでは、ショット領域8に加える加熱流が時刻t1A〜t1Dにおいて階段状に変わる。ここで、加熱部32が部分8A〜8Dに加える加熱流Q1〜Q4は、それらが互いに異なる大きさになるように設定されてもよいし、それらが同じ大きさになるように設定されてもよい。
また、制御部7は、加熱部32が加える加熱流Qを固定し、加熱部32によるショット領域8の変形が完了する時刻t4を変更することにより加熱プロファイルを生成してもよい。この場合、制御部7は、図12(a)〜(d)に示すように、ショット領域8の部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルをそれぞれ生成することができる。また、図11(e)は、ショット領域8の各部分8A〜8Dにおける加熱プロファイルの合計、即ち、加熱プロファイルがショット領域8の全体に加える加熱流と時刻との関係を示す加熱プロファイルを示す。
上述したように、第2実施形態のインプリント装置では、制御部7によって生成された加熱プロファイルに、変形したショット領域の形状を維持するようにショット領域8に熱を加えている範囲が含まれている。そして、加熱プロファイルは、当該範囲おいてショット領域8に加える加熱流が時刻の経過につれて減少するよう生成されている。このように生成された加熱プロファイルに従って加熱部32がショット領域8に熱を加えることで、ショット領域8の形状と目形状との差が許容範囲に収まっている状態を維持することができる。これにより、モールド21のパターンと基板上の樹脂との接触状態が安定したときに基板上の樹脂を硬化させることができる。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態のインプリント装置について説明する。第1実施形態のインプリント装置100では、加熱部32によって変形されたショット領域8の形状がモールド上の領域21aの形状(目標形状)に一致するように加熱プロファイルが生成される。一方で、第3実施形態のインプリント装置では、加熱部32および変形部24を併用してモールド21と基板11との位置合わせが行われる。ここで、第3実施形態のインプリント装置は、第1実施形態のインプリント装置100と装置構成が同じであるため、ここでは装置構成に関する説明を省略する。
制御部7は、S102における基板の搭載と同時、もしくはそれよりも前に、基板11における各ショット領域とモールド上の領域21aとの形状差に関する基板内のパターン形状情報(低次の成分および可能な限り高次の成分を含む)を取得する。例えば、パターン形状情報は、実際にパターンを形成する基板とは異なるテスト基板に対してインプリント装置でインプリント処理を行い、重ね合わせ検査を行った結果を含みうる。テスト基板のショット領域上に、モールド上の領域21aがインプリント(転写)されるので、重ね合わせ検査の結果を用いれば、テスト基板のショット領域とモールド上の領域21aの形状差を取得できるからである。また、パターン形状情報は、複数の基板に対して同一としてもよい。例えば、1ロットを25枚の基板で管理する場合、1ロット分の基板に対して共通のパターン形状情報を使用してもよい。すべての基板において重ね合わせ検査を行うことは、コストや生産性の観点で好ましくないからである。
制御部7は、取得したパターン形状情報に基づいて、加熱部32の加熱プロファイルと変形部24の制御量を生成する。変形部24の制御量は、例えば、変形部24にピエゾ素子が用いられる場合には、駆動量や駆動力、電圧、電流などを含みうる。加熱プロファイルの生成方法は、第1実施形態の方法とほぼ同じであるが、第3実施形態では加熱部32の加熱プロファイルと変形部24の制御量とが同時に生成される。そのため、制御部7は、図5に示した各加熱領域の加熱によるショット領域8の変形量に加えて、変形部24に含まれる各変形機構の単位制御量に対するモールド上の領域21aの変形量を示すデータベースもしくは関数を更に取得する。制御部7は、パターン形状情報を目標形状として、形状差が低減されるように、各加熱領域の目標加熱量および変形部24の各変形機構の制御量を決定する。目標加熱量が決定された後の加熱プロファイルの生成方法は、第1実施形態と同様である。例えば、図7(a)に示すように、加熱部32による基板の加熱量が目標加熱量となるように、加熱部32が基板を加熱する加熱流Qの大きさを決定する。制御部7は、生成された加熱プロファイルに基づいて、加熱部32によって基板を加熱する。また、制御部7は、決定された制御量に基づいて変形部24を制御する。変形部24を駆動するタイミングは、モールド21と基板11上の樹脂が接触する前でもよいし、接触した後でもよいし、加熱部32による加熱中であってもよい。
アライメント計測部4は、ショット領域8とモールド上の領域21aとの形状差を取得する。以下、アライメント計測部4によって計測されたショット領域8とモールド上の領域21aとの形状差をアライメント計測結果と呼ぶ。ただし、アライメント計測部4による計測は、ショット領域の2点〜9点程度である。例えば、図13に示すように、アライメント計測を行う箇所(アライメント計測点)は、ショット領域8の角の4点である。そのため、実線で示される実際のショット領域8の形状に対し、アライメント計測部4によって計測されたショット領域8の形状は、一点鎖線で示されるように、シフト、ローテーションなどの低次の成分しか含まない。即ち、アライメント計測部4では、ショット領域8における高次の成分を計測することが困難である。
加熱部32の加熱プロファイルおよび変形部24の制御量は、すでにパターン形状情報に基づいて決定されているが、制御部7は、アライメント計測結果を用いて変形部24の制御量を修正する。また、制御部7は、アライメント計測結果に基づいて加熱部32の加熱プロファイルも修正してもよいが、アライメント計測結果は低次の形状のみを含むため、変形部24のみでモールド上の領域21aを補正することが好ましい。変形部24による機械的な変形の方が加熱部32による熱的な変形よりも応答性がよく、変形部24による補正の方がアライメント計測結果に追従させやすいからである。
パターン形状情報を複数枚の基板で同一とした場合には、各基板間のショット領域の形状の差(誤差)によって転写制度が低下しうる。アライメント計測部4によるアライメント計測は全ショット領域で行われるため、各基板間のショット領域の形状の差を補正することが可能である。ただし、前述したように、アライメント計測結果は低次の変形のみを含むので、高次の情報を含むパターン形状情報よりも形状の情報が少ない。パターン形状情報は、重ね合わせ検査に基づくため、一般的に、計測点数が10点以上あり、アライメント計測部4による計測よりも計測点数を多くすることができる。つまり、パターン形状情報を用いて、複数枚の基板で共通している高次成分を含む大まかな形状を補正し、それに加えて、アライメント計測結果を用いて、各ショット領域の低次のばらつき成分を補正している。以上により、重ね合わせ精度および生産性のうち少なくとも一方を向上させることができる。
<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、基板に塗布された樹脂に上記のインプリント装置を用いてパターンを形成する工程(基板にインプリント処理を行う工程)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。
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ないことはいうまでもなく、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。
100:インプリント装置、7:制御部、11:基板、21:モールド、24:変形部、32:加熱部

Claims (17)

  1. 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前記インプリント材を硬化させることにより前記基板上のショット領域に前記モールドのパターンを転写するインプリント装置であって、
    前記ショット領域を加熱して変形させる加熱部と、
    前記ショット領域を区分けした複数の部分領域の各々について目標加熱量を個別に決定し、該目標加熱量に基づいて前記加熱部を制御する制御部と、
    を含み、
    前記複数の部分領域は、第1部分領域と第2部分領域とを含み、
    前記制御部は、前記第2部分領域に所定の加熱量を与えたときの前記第1部分領域の変形量を示す情報に基づいて、前記第1部分領域の形状が目標形状に近づくように前記第1部分領域の目標加熱量を決定する、ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記制御部は、前記第1部分領域に前記所定の加熱量を与えたときの前記第1部分領域の変形量を示す情報に更に基づいて、前記第1部分領域の目標加熱量を決定する、ことを特徴とする請求項1に記載のインプリント装置。
  3. 前記制御部は、前記第1部分領域に前記所定の加熱量を与えたときの前記第2部分領域の変形量を示す情報に基づいて、前記第2部分領域の形状が目標形状に近づくように前記第2部分領域の目標加熱量を決定する、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装置。
  4. 前記制御部は、前記複数の部分領域の各々について決定した目標加熱量に基づいて、単位時間当たりの加熱量と加熱時間との関係を示す加熱プロファイルを部分領域ごとに生成し、前記加熱プロファイルに基づいて前記加熱部を制御する、ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  5. 前記制御部は、前記複数の部分領域の各々について、加熱時間を一定として単位時間当たりの加熱量を部分領域ごとに調整することにより、前記加熱プロファイルを生成する、ことを特徴とする請求項4に記載のインプリント装置。
  6. 前記制御部は、前記複数の部分領域の各々について、前記単位時間当たりの加熱量を一定として加熱時間を部分領域ごとに調整することにより、前記加熱プロファイルを生成する、ことを特徴とする請求項4に記載のインプリント装置。
  7. 前記モールドのパターン領域の形状を変形する変形部を更に含み、
    前記制御部は、前記変形部により変形された前記パターン領域の形状を目標形状として目標加熱量を決定する、ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  8. 前記制御部は、前記ショット領域の目標形状に関する形状情報を取得し、前記形状情報に基づいて各部分領域の目標形状を決定する、ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  9. 前記制御部は、取得した前記形状情報を複数の基板において共通に使用する、ことを特徴とする請求項8に記載のインプリント装置。
  10. 前記モールドのパターン領域の形状を変形する変形部を更に含み、
    前記制御部は、決定した各部分領域の目標形状に基づいて前記変形部の制御量および各部分領域の目標加熱量を決定する、ことを特徴とする請求項8又は9に記載のインプリント装置。
  11. 前記ショット領域と前記モールドのパターン領域との形状差を計測する計測部を含み、
    前記制御部は、前記計測部の計測結果に更に基づいて各部分領域の目標加熱量を決定する、ことを特徴とする請求項10に記載のインプリント装置。
  12. 前記ショット領域と前記モールドのパターン領域との形状差を計測する計測部を含み、
    前記制御部は、前記形状情報に基づいて決定された各部分領域の目標形状に基づいて前記変形部の制御量および各部分領域の目標加熱量を決定し、前記計測部の計測結果に基づいて前記変形部の制御量を修正する、ことを特徴とする請求項10に記載のインプリント装置。
  13. 前記加熱部は、光源と、該光源から射出された光を整形する機構とを含み、光を前記基板に照射することにより前記ショット領域を加熱して変形させ、
    前記制御部は、前記複数の部分領域の各々を個別に加熱するように前記機構を制御する、ことを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  14. 前記加熱部は、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複数の部分領域の各々を加熱する、ことを特徴とする請求項1乃至13のうちいずれか1項に記載のインプリント装置。
  15. 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前記インプリント材を硬化させることにより前記基板上のショット領域に前記モールドのパターンを転写するインプリント装置であって、
    前記基板における複数の部分の各々を加熱することにより当該ショット領域の形状を変形させる加熱部と、
    制御部と、
    を含み、
    前記制御部は、前記ショット領域の形状が目標形状に近づくように前記複数の部分の各々における加熱プロファイルを生成し、生成した前記加熱プロファイルに従って前記複数の部分の各々を加熱するように前記加熱部を制御し、
    前記加熱プロファイルは、前記ショット領域の形状が前記目標形状に近づいた後、当該ショット領域の形状と当該目標形状との差が許容範囲に収まっている状態が維持されるように、前記加熱部が各部分に加える単位時間当たりの加熱量を時間の経過につれて減少させる範囲を含む、ことを特徴とするインプリント装置。
  16. 請求項1乃至15のうちいずれか1項に記載のインプリント装置を用いてモールドのパターンを基板に形成するステップと、
    前記ステップでパターンが形成された前記基板を加工するステップと、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
  17. 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前記インプリント材を硬化させることにより前記基板上のショット領域に前記モールドのパターンを転写するインプリント方法であって、
    前記ショット領域を区分けした複数の部分領域の各々について目標加熱量を個別に決定する決定工程と、
    前記決定工程で決定された各部分領域の目標加熱量に基づいて、前記複数の部分領域の各々を加熱して前記ショット領域を変形させる変形工程と、
    を含み、
    前記複数の部分領域は、第1部分領域と第2部分領域とを含み、
    前記決定工程は、前記第2部分領域に所定の加熱量を与えたときの前記第1部分領域の変形量を示す情報に基づいて、前記第1部分領域の形状が目標形状に近づくように前記第1部分領域の目標加熱量を決定する工程を含む、ことを特徴とするインプリント方法。
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