JP6674218B2 - インプリント装置、インプリント方法及び物品の製造方法 - Google Patents

インプリント装置、インプリント方法及び物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、インプリント装置、インプリント方法及び物品の製造方法に関する。
インプリント技術は、ナノスケールの微細なパターンの転写を可能にする技術であり、半導体デバイスや磁気記憶媒体の量産用ナノリソグラフィ技術の1つとして注目されている。インプリント技術を用いたインプリント装置は、パターンが形成されたモールドと基板上の樹脂(インプリント材)とを接触させた状態で樹脂を硬化させ、硬化した樹脂からモールドを引き離すことで基板上にパターンを形成する。
インプリント装置では、基板の上方に配置された撮像部からの撮像情報に基づいて、基板に形成されたパターンの良否、即ち、インプリント処理の良否を判定することが有効である(特許文献1参照)。特許文献1には、インプリント処理で基板上に形成されたパターンを撮像して得られる画像と、基板上に正常に形成されたパターンを予め撮像して用意した基準画像とを比較することで、インプリント処理の良否を判定する技術が開示されている。
特開2011−3616号公報
インプリント処理の良否の判定は、基板上にパターンを形成した後ではなく、インプリント処理の間、例えば、異常が発生した時点で行う方が、かかる異常の影響を抑制することが可能となり、生産性の向上につながる。しかしながら、インプリント処理の間の基板の状態は、インプリント処理の過程に応じて、樹脂が供給(塗布)された状態、モールドと樹脂とを接触させた状態、モールドを引き離してパターンが形成された状態などに変化する。従って、インプリント処理の良否の判定の基準が一定であると、基板の状態によっては不適切な基準となり、基板の状態を正しく把握できない、即ち、インプリント処理の良否を正しく判定できない場合がある。また、基板上の樹脂をモールドのパターンに充填している間などでは、基板の状態が物理現象(毛細管現象)によって逐次変化するため、インプリント処理の良否を判定するタイミングを特定することが難しい。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、インプリント処理の良否を判定するのに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、基板上のインプリント材にモールドを用いてパターンを形成するインプリント装置であって、前記モールド及び前記基板の少なくとも一方の画像を取得する撮像部と、インプリント処理の良否を判定する判定部と、を有し、前記インプリント処理は、前記基板上にインプリント材を供給する第1工程と、前記モールドと前記基板上のインプリント材とを接触させる第2工程と、を含み、前記判定部は、前記インプリント材が供給された前記基板を前記モールドに対して位置決めした後に前記撮像部によって前記モールドを介して取得された画像に基づいて、前記第1工程における前記インプリント処理の第1基準に関する良否を判定し、前記第2工程における前記インプリント処理の前記第1基準とは異なる第2基準に関する良否を判定し、前記インプリント処理の間の少なくとも、前記インプリント材に前記モールドを前記基板側に凸形状に変形させた状態で接触させている状態と、前記凸形状に変形させた前記モールドを元に戻した状態で前記インプリント材に接触させている状態とで、前記第1基準と前記第2基準とを切り替えながら良否の判定を行うことを特徴とする。
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、インプリント処理の良否を判定するのに有利なインプリント装置を提供することができる。
本発明の一側面としてのインプリント装置の構成を示す概略図である。 図1に示すインプリント装置の観察部で観察される干渉縞の一例を示す図である。 一般的なインプリント処理を説明するためのフローチャートである。 一般的なインプリント処理を説明するための図である。 本実施形態におけるインプリント処理を説明するためのフローチャートである。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S202)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S203)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S203)を行うタイミングを説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S204)を行うタイミングを説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S204)を行うタイミングを説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S206)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S206)を行うタイミングを説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S207)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S205)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S205)を説明するための図である。 図5に示すインプリント処理の良否の判定(S205)を説明するための図である。
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。
図1は、本発明の一側面としてのインプリント装置100の構成を示す概略図である。インプリント装置100は、基板上のインプリント材にモールドを用いてパターンを形成するリソグラフィ装置である。本実施形態では、インプリント材として紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化性の樹脂を用いる場合について説明するが、インプリント材は、熱可塑性又は熱硬化性の樹脂であってもよい。
インプリント装置100は、基板Wを保持する基板チャック1と、基板チャック1を支持して移動する基板ステージ2と、パターンPが形成されたモールドMを保持するモールドチャック3と、モールドチャック3を支持して移動するモールドステージ4とを有する。また、インプリント装置100は、基板上に樹脂Rを供給するディスペンサ11と、インプリント装置100の全体を制御する制御部12とを有する。また、インプリント装置100は、操作画面を生成するコンソール部13と、操作画面を表示する表示部14と、キーボードやマウスなどの入力デバイス15と、モールドMと基板上の樹脂Rとの接触によって生じる力を検出する力センサ16とを有する。なお、インプリント装置100とは異なる外部の装置で樹脂Rを供給した基板Wをインプリント装置100に搬入する場合には、インプリント装置100は、ディスペンサ11を有していなくてもよい。
インプリント装置100は、ディスペンサ11から供給された基板上の樹脂Rとオールド40とを接触させた状態で樹脂Rを硬化させ、硬化した樹脂RからモールドMを引き離すことで基板上にパターンを形成するインプリント処理を行う。インプリント処理は、供給処理と、押印処理と、硬化処理と、離型処理とを含む。供給処理は、基板上に樹脂Rを供給する処理(第1工程)である。押印処理は、モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させる処理(第2工程)である。モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させる、即ち、モールドMを樹脂Rに押し付けることによって、樹脂RがモールドMのパターンPに充填される。硬化処理は、モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させた状態で樹脂Rを硬化させる処理である。離型処理は、基板上の硬化した樹脂RからモールドMを引き離す処理(第3工程)である。
モールドチャック3には、モールドMのパターン面と反対側の面に、パターンPの面積よりも大きな面積を有する凹部が形成されている。かかる凹部は、モールドMとシールガラス(不図示)によって密閉されて密閉空間(キャビティ)を規定する。キャビティには圧力制御部(不図示)が接続されており、キャビティの圧力を制御することが可能である。モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させる際には、キャビティの圧力を上げてモールドMを基板側に凸形状に変形させることで、モールドMと基板上の樹脂Rとの間に気泡が挟まれることを抑制する。そして、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触したら、キャビティの圧力を戻してモールドMが基板Wと平行になる(基板上の樹脂Rと完全に接触する)ようにする。
インプリント装置100は、基板Wに設けられたアライメントマーク(基板側マーク)6と、モールドMに設けられたアライメントマーク(モールド側マーク)7とを検出するアライメントスコープ5を更に有する。アライメントスコープ5は、基板Wのショット領域に形成されている基板側マーク6と、モールドMのパターンPに形成されているモールド側マーク7とを検出してアライメント信号を生成するアライメント検出部として機能する。基板側マーク6及びモールド側マーク7の検出方法としては、例えば、2つのマークの相対的な位置を反映したモアレ縞(干渉縞)を検出する方法を用いることができる。また、基板側マーク6及びモールド側マーク7のそれぞれの像を検出して2つのマークの相対的な位置を求めてもよい。
制御部12は、CPUやメモリなどを含み、インプリント装置100の各部を制御してインプリント処理を行う。例えば、制御部12は、アライメントスコープ5による基板側マーク6及びモールド側マーク7の検出結果に基づいて、モールドMと基板Wとの相対的な位置(位置ずれ)を求める。そして、制御部12は、モールドMと基板Wとの相対的な位置に基づいて、モールドMと基板Wとの位置ずれが補正されるように、基板ステージ2やモールドステージ4を移動させる。モールドMと基板Wとの位置ずれは、シフト成分、倍率成分、回転成分などを含む。更に、制御部12は、モールドMの周囲に配置された加圧フィンガ(不図示)などを用いて、基板Wのショット領域の形状に応じてモールドMのパターンPの形状を補正することも可能である。また、後述するように、制御部12は、本実施形態において、インプリント処理の良否を判定する判定部として機能する。
インプリント装置100は、紫外線を放射する光源8と、モールドM及び基板Wの少なくとも一方を観察する観察部9と、ミラー10とを更に有する。ミラー10は、ダイクロイックミラーを含み、光源8からの紫外線を反射し、観察部9からの光(観察光)を透過する特性を有する。光源8からの紫外線をミラー10で反射し、モールドMを介して基板上の樹脂Rに照射して樹脂Rを硬化させることで、基板上にモールドMのパターンPが形成される。
観察部9は、観察光源9aと、撮像素子9bとを含み、モールドM及び基板Wの少なくとも一方を撮像して画像を取得する撮像部として機能する。観察光源9aからの観察光は、ミラー10及びモールドMを透過して、基板W(ショット領域)を照明する。撮像素子9bは、基板Wの表面で反射された光及びモールドMのパターン面で反射された光を観察光として検出する。上述したように、モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させる際には、モールドMを基板側に凸形状に変形させているため、モールドMと基板Wとが接触した部分から、モールドMと基板Wとの間のギャップが連続的に変化する。従って、撮像素子9bでは、基板Wの表面で反射された光とモールドMのパターン面で反射された光との干渉縞、所謂、ニュートンリングが撮像される。図2は、観察部9で観察される干渉縞の一例を示す図であって、図2(a)は、モールドMと基板Wとの間のギャップを示し、図2(b)は、撮像素子9bで撮像される画像を示している。
図3及び図4(a)乃至図4(f)を参照して、一般的なインプリント処理について説明する。インプリント処理は、図3に示すように、供給処理(S101)と、押印処理(S102)と、硬化処理(S103)と、離型処理(S104)とを含む。図4(a)乃至図4(f)は、インプリント処理における基板Wの状態の変化を示す図である。
図4(a)は、インプリント処理を開始する前の基板Wの状態を示している。図4(a)に示すように、基板Wは未処理の状態である。
図4(b)は、供給処理が行われた基板Wの状態を示している。供給処理では、ディスペンサ11から基板上に樹脂Rの液滴を吐出することで基板Wに樹脂Rを供給する。図4(b)に示すように、予め決められた基板上の位置に樹脂Rの液滴が供給され、樹脂Rの液滴の配列が基板上に形成されている。
図4(c)は、押印処理における基板Wの状態を示している。押印処理では、図4(c)に示すように、モールドMを基板側に凸形状に変形させた状態でモールドMを基板Wに近づけることで、モールドMの中心部から周辺部に向けて徐々に基板上の樹脂Rと接触させる。従って、押印処理では、モールドMと基板Wとの間でギャップが生じ、図2(b)に示すような干渉縞が観察される。
図4(d)は、硬化処理における基板Wの状態を示している。硬化工程では、モールドMと基板上の樹脂Rとを接触させた状態で光源8からの紫外線を樹脂Rに照射して、樹脂Rを硬化させる。図4(d)に示すように、硬化工程では、モールドMと基板上の樹脂Rとは完全に接触し、モールドMのパターンPに樹脂Rが充填されている。
図4(e)は、離型処理における基板Wの状態を示している。離型処理では、基板上の硬化した樹脂RからモールドMを引き離すための力である離型力を低減するために、図4(e)に示すように、モールドMを基板側に凸形状に変形させながらモールドMを基板Wから離している。従って、離型処理では、押印処理と同様に、モールドMと基板Wとの間でギャップが生じ、図2(b)に示すような干渉縞が観察される。
図4(f)は、インプリント処理の終了時における基板Wの状態を示している。図4(f)に示すように、基板Wには、モールドMのパターンPに対応する樹脂Rのパターンが形成されている。
このように、インプリント処理の間の基板Wの状態は、インプリント処理の各処理に応じて変化する。但し、従来技術では、モールドMのパターンPに対応する樹脂Rのパターンを基板Wに形成した後(図4(f)に示す基板Wの状態)でインプリント処理の良否を判定している。換言すれば、従来技術は、離型処理の後でインプリント処理の良否を判定するのに特化されており、インプリント処理における他の処理では、インプリント処理の良否を正しく判定することができない。
そこで、本実施形態では、インプリント処理の間、即ち、インプリント処理の各処理において、インプリント処理の良否を判定する。この際、後述するように、インプリント処理の各処理について、インプリント処理の良否の判定の基準を変更する。換言すれば、図3に示す供給処理(S101)、押印処理(S102)、硬化処理(S103)及び離型処理(S104)ごとに、即ち、基板Wの状態に応じて、それに適したインプリント処理の良否の判定に切り替える。
図5は、本実施形態におけるインプリント処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態におけるインプリント処理も同様に、供給処理(S101)と、押印処理(S102)と、硬化処理(S103)と、離型処理(S104)とを含む。これらの処理については、上述した通りであるので、ここでの詳細な説明は省略する。但し、図5では、押印処理(S102)を、モールドMと基板Wとを相対的に近づける動作を開始する押印処理の開始(S102−1)と、かかる動作を終了する押印処理の終了(S102−2)とに分けている。同様に、離型処理(S104)を、モールドMと基板Wとを相対的に遠ざける動作を開始する離型処理の開始(S104−1)と、かかる動作を終了する離型処理の終了(S104−2)とに分けている。
S201では、インプリント処理を開始する前の基板Wの状態を確認する。例えば、観察部9などを用いて、基板Wにパーティクル(異物、ごみ)などが付着していないかどうかを確認する。
S202では、供給処理(S101)において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。インプリント装置100では、基板Wに樹脂Rを供給するために要する時間を短縮するために、ディスペンサ11は、図6(a)及び図6(d)に示すように、樹脂Rの液滴を吐出する複数の吐出口61が一列に配列された構成を有する。供給処理(S101)では、図6(b)及び図6(e)に示すように、基板ステージ2をスキャン方向62に移動させながら、ディスペンサ11の複数の吐出口61から樹脂Rの液滴を吐出することで、基板Wに樹脂Rを供給する。
図6(b)は、基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われた場合に撮像素子9bで撮像された画像であって、ディスペンサ11によって、樹脂Rが供給された基板上における樹脂Rの液滴の配列を示している。図6(b)を参照するに、基板上において樹脂Rの液滴がむらなく形成されており、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがないことが確認できる。
一方、図6(e)は、基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われなかった場合、例えば、ディスペンサ11の複数の吐出口61のうちの一部の吐出口63にごみが付着するなどして樹脂Rの液滴を吐出できない場合に撮像素子9bで撮像された画像である。図6(e)を参照するに、ディスペンサ11の吐出口63に対応する基板上の領域64において、樹脂Rの液滴が抜けていることが確認できる。
そこで、S202におけるインプリント処理の良否の判定では、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがあるか否かを判定する。ここでは、インプリント処理の良否を判定するための基準として、ディスペンサ11から正常に吐出された樹脂Rの液滴の画像を用いる。この際、供給処理において撮像素子9bによって撮像された画像(での樹脂Rの液滴の配列)と、ディスペンサ11が樹脂Rの液滴を正常に吐出したときに得られる基準画像(での樹脂Rの液滴の基準配列)とを比較する。
S202におけるインプリント処理の良否の判定について、撮像素子9bで撮像された画像の輝度のばらつきを用いる場合を例として具体的に説明する。図6(c)は、図6(b)に示す画像の破線65に沿った輝度を表すグラフである。図6(c)では、縦軸に画像における輝度を採用し、横軸に画像の位置を採用している。基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われた場合には、図6(c)に示すように、撮像素子9bで撮像された画像における輝度のばらつきが少なくなっている。図6(f)は、図6(e)に示す画像(基準画像)の破線65に沿った輝度を表すグラフである。図6(f)では、縦軸に画像における輝度を採用し、横軸に画像の位置を採用している。基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われなかった場合には、図6(f)に示すように、ディスペンサ11の吐出口63に対応する箇所の輝度が他の箇所の輝度と異なっている。従って、供給処理において撮像素子9bによって撮像された画像と基準画像とを比較し、かかる画像の輝度のばらつきが予め定められた範囲を超えた場合には、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがある、即ち、インプリント処理の異常と判定することができる。
S202において、インプリント処理の良否を判定し、インプリント処理が異常であると判定された場合には、インプリント処理を停止することで、例えば、基板上の一部のパターンが欠けた不良品を生産することを防止することができる。また、S202において、インプリント処理の異常として、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴の抜けが検知された場合には、ディスペンサ11(吐出口)に付着しているごみの除去処理を自動的に行うことで、インプリント処理を継続することも可能である。
S203では、押印処理の開始(S102−1)の後において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。S203におけるインプリント処理の良否の判定では、基板Wにパーティクルが付着しているか否かを判定する。
S203におけるインプリント処理の良否の判定について具体的に説明する。ここでは、押印処理の開始(S102−1)の後に撮像素子9bによって撮像された画像と基準画像との間で、同一位置の画素ごとに輝度の差分を表した差分画像を用いて、基板Wにパーティクルが付着しているか否かを判定する。インプリント処理の良否を判定するための基準として、正常に押印処理が行われた場合の画像を用いる。基準画像とは、インプリント処理が正常である場合において押印処理の開始(S102−1)の後に撮像素子9bによって撮像された画像である。
図7(b)は、図7(a)に示すように基板Wにパーティクルが付着していない場合に得られる差分画像である。図7(b)に示す差分画像では、大きな変化がなく、低い輝度値のみを含む差分画像となっている。これは、正常な画像同士を比較しているためである。図7(d)は、図7(c)に示すように基板WにパーティクルGが付着している場合に得られる差分画像である。図7(d)に示す差分画像では、基板Wに付着したパーティクルGが存在する箇所G’において、基準画像との間で大きな差分が発生することで、高い輝度値も含む差分画像となっている。従って、押印処理の開始の後に撮像素子9bによって撮像された画像と基準画像との差分画像が予め定められた輝度値を超える輝度値を含んでいる場合には、基板WにパーティクルGが付着している、即ち、インプリント処理の異常と判定することができる。
基板WにパーティクルGが付着した状態で押印処理を継続してしまうと、モールドMとパーティクルGとが接触し、モールドMのパターンPが破損してしまう可能性がある。従って、基板WにパーティクルGが付着しているか否かの判定(S203)は、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触したタイミングで行うとよい。これにより、基板WにパーティクルGが付着していること(インプリント処理の異常)を早期に判定することが可能となり、基板WにパーティクルGが付着している場合には、押印処理を中断することで、モールドMの破損を回避することができる。また、基板上に付着したパーティクルGに限らず、モールドMに付着したパーティクルを判定することができる。このように、モールドMと基板Wとの間に存在するパーティクルの有無を判定(検出)することができる。
モールドMと基板上の樹脂Rとが接触したタイミングを検知するためには、力センサ16を用いればよい。図8は、インプリント処理の良否の判定(S203)を行うタイミングを説明するための図である。図8では、縦軸に基板チャック1に配置された力センサ16の出力(力センサ16で検出される力)を採用し、横軸に押印処理の開始から押印処理の終了までの時間を採用している。図8は、押印処理におけるモールドMと基板上の樹脂Rとの接触によって生じる力(押印力)の変化を表している。図8を参照するに、押印処理の開始時点では、モールドMと基板上の樹脂Rとが離れた状態であるため、力センサ16の出力はゼロである。押印処理が進み、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触し始めると、力センサ16の出力が次第に大きくなる。従って、力センサ16がモールドMと基板上の樹脂Rとの接触によって生じる力を検出したタイミングにおいて、基板WにパーティクルGが付着しているか否かの判定を行えばよい。また、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触してからモールドMと基板Wに付着したパーティクルGとが接触するまでに時間的な余裕がある場合もある。このような場合には、力センサ16の出力が閾値Thを超えたタイミングTにおいて、基板WにパーティクルGが付着しているか否かの判定を行ってもよい。なお、力センサ16ではなく、観察部9(撮像素子9b)で撮像される画像を用いて、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触したタイミングを検知することも可能である。例えば、撮像素子9bで撮像される干渉縞のサイズ(直径)が予め定められたサイズPSよりも大きくなったタイミングにおいて、モールドMと基板Wとの間に存在するパーティクルの有無を判定する。
S204では、S203と並行して、押印処理の開始(S102−1)の後において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。インプリント処理の良否を判定するための基準として、撮像素子9bによって撮像される干渉縞の画像を用いる。S204におけるインプリント処理の良否の判定では、図2(b)に示すような干渉縞に基づいて、モールドMと基板上の樹脂Rとの接触状態やモールドMと樹脂Rとの相互姿勢を判定する。例えば、図2(b)に示すような撮像された干渉縞の位置及び真円度の少なくとも一方に関する情報を求め、かかる情報に基づいて、モールドMが傾いた状態で基板上の樹脂Rに接触しているか否かを判定する。干渉縞の位置及び真円度の少なくとも一方に関する情報は、押印処理の開始の後に撮像素子9bによって撮像された干渉縞と、モールドMと基板上の樹脂Rとが正常に接触したときに得られる基準干渉縞とを比較することで求めることができる。なお、S204におけるインプリント処理の良否の判定は、後述する離型処理の開始(S104−1)の後に行われるインプリント処理の良否の判定(S206)と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
図9及び図10(a)乃至図10(c)を参照して、インプリント処理の良否の判定(S204)を行うタイミングについて説明する。図9は、アライメントスコープ5で生成されるアライメント信号を示している。図9では、縦軸にアライメント信号の強度を採用し、横軸に押印処理の開始から押印処理の終了までの時間を採用している。
図10(a)は、図9に示すタイミングTにおけるモールドM及び基板Wの状態を示している。アライメントスコープ5は、反射光RLを検出することでモールド側マーク7及び基板側マーク6を検出する。従って、図10(a)に示すように、モールド側マーク7と基板側マーク6とが離れている場合には、図9(a)に示すように、モールド側マーク7及び基板側マーク6を検出することができないため、アライメント信号が生成されない。
図10(b)は、図9に示すタイミングTにおけるモールドM及び基板Wの状態を示している。図10(b)に示すように、タイミングTでは、モールドMと基板上の樹脂Rとが接触し、樹脂RがモールドMのパターンPに充填し始めている。モールド側マーク7と基板側マーク6とが近づくにつれて、モールド側マーク7及び基板側マーク6が検出され始めるが、モールドMのパターンPへの樹脂Rの充填が進行している間では、樹脂Rの動きによって反射光RLが揺らぐ。従って、図9に示すように、アライメントスコープ5で生成されるアライメント信号にばらつきが生じる。
図10(c)は、図9に示すタイミングTにおけるモールドM及び基板Wの状態を示している。図10(c)に示すように、タイミングTでは、基板上の樹脂RがモールドMのパターンPに十分に充填されているため、樹脂Rが動くこともなく、反射光RLが安定する。従って、図9に示すように、アライメントスコープ5で生成されるアライメント信号も安定する。
そこで、図9に示すように、アライメントスコープ5で生成されるアライメント信号が予め設定された期間内PPで安定したタイミングTにおいて、モールドMが傾いた状態で基板上の樹脂Rに接触しているか否かの判定を行えばよい。このように、アライメントスコープ5を用いることで、インプリント処理の良否の判定(S204)を行うタイミングを特定することができる。但し、これに限定されるものではなく、アライメントスコープ5の代わりに、上述したように、力センサ16を用いて、インプリント処理の良否の判定(S204)を行うタイミングを特定してもよい。この場合、力センサ16の出力が閾値を超えたタイミングや力センサ16がモールドMと基板上の樹脂Rとの接触によって生じる力を検出したタイミングにおいて、モールドMが傾いた状態で基板上の樹脂Rに接触しているか否かの判定を行う。
押印工程では、図9に示す期間内APに、アライメントスコープ5の検出結果に基づいて、モールドMと基板Wとのアライメントが行われる。タイミングTにおいてインプリント処理の良否を判定し、インプリント処理が異常であると判定された場合には、インプリント処理を停止することで、モールドMと基板Wとのアライメントが無駄に行われることを防止することができる。
S205では、S203やS204と並行して、押印処理の開始(S102−1)の後において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。S205におけるインプリント処理の良否の判定では、ディスペンサ11から基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがあるか否かを判定する。
インプリント装置100では、基板Wに樹脂Rを供給するために要する時間を短縮するために、ディスペンサ11は、図14(a)及び図14(c)に示すように、樹脂Rの液滴を吐出する複数の吐出口61が一列に配列された構成を有する。供給処理(S101)では、図14(b)及び図14(d)に示すように、基板ステージ2をスキャン方向62に移動させながら、ディスペンサ11の複数の吐出口61から樹脂Rの液滴を吐出することで、基板Wに樹脂Rを供給する。
図14(b)は、基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われた場合に、押印処理の間に撮像素子9bで撮像された画像であって、押印処理によって樹脂RがモールドMのパターンPに充填されている様子を示している。図14(b)は、押印処理で観察される干渉縞(図2)において、押印処理が進むことで干渉縞の中心の円が、モールドM(パターンP)の全面に広がった後のタイミングにおける干渉縞を示している。図14(b)を参照するに、モールドM(パターンP)に対応する領域において画素の輝度のばらつきがなく、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがないことが確認できる。
一方、図14(d)は、基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われなかった場合に、押印処理の間に撮像素子9bで撮像された画像である。なお、基板Wへの樹脂Rの供給が正常に行われなかった場合とは、例えば、ディスペンサ11の複数の吐出口61のうちの一部の吐出口63にごみが付着するなどして樹脂Rの液滴を吐出できない場合である。図14(d)を参照するに、ディスペンサ11の吐出口63に対応する基板上の領域64において、その他の領域と比較して、画素の輝度が異なることが確認できる。
図15(a)及び図15(b)は、図14(d)で観察される干渉縞を説明するための図である。図15(a)は、押印処理を行っている間におけるモールドMと基板Wとの間のギャップと、モールドMのパターンPへの樹脂Rの充填の様子を示している。図15(b)は、撮像素子9bで撮像される画像の一部を示している。図15(b)を参照するに、樹脂Rの液滴に抜けがない領域121では、屈折率が近いモールドMと樹脂Rとが接触しているため、モールドMと樹脂Rとの境界での反射率が非常に小さくなる。このため、樹脂Rの液滴に抜けがない領域121での反射光は弱くなり、その結果として撮像素子9bでは暗い画像が得られる。
一方、樹脂Rの液滴に抜けがある領域122では、モールドMと樹脂Rとの間に隙間が存在する。このため、モールドMからの反射光と樹脂Rからの反射光とが干渉し、結果として撮像素子9bでは明るい画像が得られる。換言すれば、モールドMと樹脂Rとの間に隙間が存在する領域が明るい画像となる。従って、実際の樹脂Rの1つの液滴のサイズよりも大きな領域で樹脂Rの液滴の抜けを検出することができるため、樹脂Rの1つの液滴を検出するのに必要な解像度よりも低い解像度を有する観察部9(撮像素子9b)で樹脂Rの液滴の抜けを検出することができる。
このように、ディスペンサ11から基板上に供給すべき樹脂Rの液滴の抜けがあるか否かを、撮像素子9bで得られる図14(d)から判定することができる。なお、干渉縞は、図14(d)に示すように、一箇所の液滴が抜けていることで明るい線が一筋(1本)ある場合、及び、複数箇所の液滴が抜けていることで濃淡の複数の筋(複数本)が繰り返す場合を含む。
上述したように、S205におけるインプリント処理の良否の判定では、ディスペンサ11から基板上に供給すべき樹脂Rの液滴に抜けがあるか否かを判定する。この際、押印処理において撮像素子9bによって撮像された画像(干渉縞)と、ディスペンサ11が樹脂Rの液滴を正常に吐出したときに得られる基準画像(基準干渉縞)とを比較する。S205におけるインプリント処理の良否の判定について、撮像素子9bで撮像された画像におけるスキャン方向(移動方向)での縦筋(明暗線)の有無を用いる場合を例として具体的に説明する。
図16は、図14(b)に示す画像と図14(d)に示す画像との差分画像を示している。図16を参照するに、差分画像において、差分がある画素は白くなり、差分のない画素は暗くなる。差分画像において、画素の明るさが変化する境界線131を抽出し、境界線131がスキャン方向62と平行であるか、即ち、スキャン方向62を示す直線に境界線131が近似しているか否かに基づいて、スキャン方向での縦筋の有無を判定する。
本実施形態では、樹脂Rの液滴に抜けがあるか否かの判定をS202でも行っている。S202では、基板上の樹脂Rの液滴を直接観察しているため、図6(b)に示すように、撮像素子9bで得られる画像では、液滴の有無により、画素ごとの輝度が異なっている。一方、S205では、押印処理が開始され、モールドMのパターンPに樹脂Rが充填されたときの干渉縞を観察しているため、図14(b)及び図14(d)に示すように、画素ごとの輝度の変化が少ない。従って、S202と比較して、S205では、撮像素子9bが低解像度であることを許容し、且つ、樹脂Rの液滴の抜けを、より鮮明な縦筋として検出することができる。
なお、インプリント処理の良否の判定(S205)を行うタイミングは、図9に示すタイミングTのように、モールドMのパターンPに樹脂Rが充填されたタイミングでもよい。また、樹脂Rの液滴に抜けがある場合に検出される領域64(縦筋)は、図2に示す干渉縞が得られるような樹脂Rの充填途中でも検出可能である。従って、インプリント処理の良否の判定(S205)を行うタイミングは、図9に示すタイミングTに限定されず、図14(d)に示す領域64が検出可能な任意のタイミングでよい。
S205において、インプリント処理の良否を判定し、インプリント処理が異常であると判定された場合には、インプリント処理を停止することで、例えば、基板上の一部のパターンが欠けた不良品を生産することを防止することができる。
また、S205において、インプリント処理の異常として、基板上に供給すべき樹脂Rの液滴の抜けが検知された場合には、ディスペンサ11(吐出口)に付着しているごみの除去処理を自動的に行うことで、インプリント処理を継続することも可能である。
S206では、離型処理の開始(S104−1)の後において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。離型工程では、図11(a)に示すように、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されると、基板上に形成された樹脂Rのパターンが倒れたり、損傷したりする。
そこで、S206におけるインプリント処理の良否の判定では、図2(b)や図11(b)に示すような干渉縞に基づいて、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されているか否かを判定する。インプリント処理の良否を判定するための基準として、撮像素子9bによって撮像される干渉縞の画像を用いる。具体的には、図11(b)に示すように、まず、干渉縞の位置(Pos X,Pos Y)及び真円度(WidthとHeightとの比率)を求める。干渉縞の位置や真円度は、離型処理の開始の後に撮像素子9bによって撮像された干渉縞と、モールドMと基板上の樹脂Rとが正常に引き離されたときに得られる基準干渉縞とを比較することで求めることができる。そして、干渉縞の位置や真円度が閾値を超えている場合には、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されている、即ち、インプリント処理の異常と判定する。このように、基板Wの状態が短期間で大きく変化する場合であっても、撮像素子9bで撮像される干渉縞を用いることで、インプリント処理の良否を高い精度で判定することができる。
図12(a)乃至図12(c)を参照して、インプリント処理の良否の判定(S206)を行うタイミングについて説明する。図12(a)乃至図12(c)は、離型処理の時間経過に応じて、撮像素子9bで撮像される画像(干渉縞)を示している。離型処理では、上述したように、基板上の硬化した樹脂RからモールドMを引き離すための力である離型力を低減するために、モールドMを基板側に凸形状に変形させている。これにより、基板上の硬化した樹脂Rに対して、モールドMの外周部から引き離され、基板Wからの樹脂Rの剥がれを防止することができる。従って、離型処理では、押印処理と同様に、モールドMと基板Wとの間でギャップが生じ、図12(a)乃至図12(c)に示すような干渉縞が観察される。図12(a)乃至図12(c)を参照するに、モールドMと基板上の硬化した樹脂Rとの接触面積が小さくなるにつれて、干渉縞のサイズは次第に小さくなる。そこで、干渉縞のサイズ(直径)が予め定められたサイズPSよりも小さくなったタイミングにおいて、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されているか否かを判定する。
一般的に、離型処理は短時間で行われるため、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されているか否かを判定するタイミングを特定することは困難である。一方、本実施形態では、撮像素子9bで撮像される干渉縞(のサイズ)を用いることで、基板上の硬化した樹脂RからモールドMが傾いた状態で引き離されているか否かを判定するタイミングを特定することを可能としている。
S207では、離型処理の後において、観察部9(撮像素子9b)によって撮像された画像に基づいて、インプリント処理の良否を判定する。インプリント処理の良否を判定するための基準として、撮像素子9bによって撮像される干渉縞の画像を用いる。S207におけるインプリント処理の良否の判定では、基板Wにパターンが正常に形成されているか否か、例えば、基板Wから樹脂Rが剥がれているか否かを判定する。
基板上の硬化した樹脂RからモールドMを引き離すことで、基板Wには、モールドMのパターンPに対応するパターンの樹脂Rが形成される。図13(a)は、離型工程が正常に行われた場合に撮像素子9bで撮像される画像を示している。モールドMのパターンPが周期的なライン・アンド・スペースパターンであれば、図13(a)に示すように、基板Wに形成された樹脂Rの箇所で輝度が低く、他の箇所で輝度が高い画像が得られる。図13(c)は、離型工程が正常に行われなかった場合、例えば、樹脂Rが基板Wから剥がれてモールドMに付着した場合に撮像素子9bで撮像される画像を示している。この場合、図13(c)に示すように、樹脂Rの剥がれが発生した箇所71での輝度が高い画像が得られる。
そこで、離型処理の後に撮像素子9bによって撮像された画像と基準画像との間で、同一位置の画素ごとに輝度の差分を表した差分画像を用いて、基板Wから樹脂Rが剥がれているか否かを判定する。基準画像とは、インプリント処理が正常である場合において離型処理の後に撮像素子9bによって撮像された画像である。
図13(b)は、図13(a)に示すように基板Wから樹脂Rが剥がれていない場合に得られる差分画像である。図13(b)に示す差分画像では、大きな変化がなく、低い輝度値のみを含む差分画像となっている。これは、正常な画像同士を比較しているためである。図13(d)は、図13(a)に示すように基板Wから樹脂Rが剥がれている場合に得られる差分画像である。図13(d)に示す差分画像では、樹脂Rの剥がれが発生した箇所72において、基準画像との間で大きな差分が発生することで、高い輝度値も含む差分画像となっている。従って、離型処理の開始の後に撮像素子9bによって撮像された画像と基準画像との差分画像が予め定められた輝度値を超える輝度値を含んでいる場合には、基板Wから樹脂Rの剥がれている、即ち、インプリント処理の異常と判定することができる。
このような差分画像を用いたインプリント処理の良否の判定は、パターンが既に形成された下地を有する基板に対して、インプリント処理の良否を判定する際にも有効である。この場合には、下地ごとに基準画像を用意する必要がある。
本実施形態のインプリント装置100では、インプリント処理の各処理において、基板Wの状態を高精度に把握することでインプリント処理の良否を正しく判定することができる。これにより、インプリント装置100では、インプリント処理の異常の影響を抑制することが可能となり、生産性を向上させることができる。
また、本実施形態のインプリント装置100では、インプリント処理の良否を判定するタイミングを、アライメントスコープ5、力センサ16、観察部9からの情報を用いて特定している。これにより、インプリント処理の各処理を切り替えるタイミングではなく、インプリント処理の良否の判定に適したタイミングを特定することができる。また、押印処理などでは、基板Wの状態に応じた異なるタイミングでインプリント処理の良否を判定することが可能となる。
本実施形態では、供給処理、押印処理、離型処理において、インプリント処理の良否を判定しているが、これに限定されるものではない。例えば、供給処理、押印処理及び離型処理のうちの少なくとも2つの処理においてインプリント処理の良否の判定を行ってもよいし、供給工程及び押印工程の少なくとも一方においてインプリント処理の良否の判定を行ってもよい。また、押印工程と硬化工程の間や硬化工程と離型工程との間においてもインプリント処理の良否の判定を行ってもよい。
なお、インプリント処理が異常であると判定された場合には、その異常に応じたエラー処理が行われる。例えば、S203において、基板WにパーティクルGが付着していると判定された場合には、パーティクルGを除去する処理を行ったり、パーティクルGが付着した基板上の位置を記憶する処理を行ったりすることができる。また、パーティクルGを除去することができない場合には、インプリント処理を中止してもよいし、パーティクルGにモールドMを接触させない(パターンを形成しない)ようにしてもよい。
また、本実施形態では、樹脂硬化法として、紫外線(光)を照射することで樹脂を硬化させる光硬化法を例に説明した。但し、樹脂硬化法は、光硬化法に限定されるものではなく、熱サイクル法であってもよい。熱サイクル法では、熱可塑性の樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱して流動性を高めた状態でモールドと樹脂とを接触させ、かかる樹脂を冷却することで樹脂を硬化させる。そして、基板上の硬化した樹脂からモールドを引き離すことで基板にパターンを形成する。
物品としてのデバイス(半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等)の製造方法について説明する。かかる製造方法は、インプリント装置100を用いてパターンを基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等)に形成する工程を含む。かかる製造方法は、パターンを形成された基板を処理する工程を更に含む。当該処理ステップは、当該パターンの残膜を除去するステップを含みうる。また、当該パターンをマスクとして基板をエッチングするステップなどの周知の他のステップを含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び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及び変更が可能である。
100:インプリント装置 9:観察部 9b:撮像素子 12:制御部 M:モールド W:基板

Claims (18)

  1. 基板上のインプリント材にモールドを用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記モールド及び前記基板の少なくとも一方の画像を取得する撮像部と、
    インプリント処理の良否を判定する判定部と、を有し、
    前記インプリント処理は、前記基板上にインプリント材を供給する第1工程と、前記モールドと前記基板上のインプリント材とを接触させる第2工程と、を含み、
    前記判定部は、前記インプリント材が供給された前記基板を前記モールドに対して位置決めした後に前記撮像部によって前記モールドを介して取得された画像に基づいて、前記第1工程における前記インプリント処理の第1基準に関する良否を判定し、前記第2工程における前記インプリント処理の前記第1基準とは異なる第2基準に関する良否を判定し、前記インプリント処理の間の少なくとも、前記インプリント材に前記モールドを前記基板側に凸形状に変形させた状態で接触させている状態と、前記凸形状に変形させた前記モールドを元に戻した状態で前記インプリント材に接触させている状態とで、前記第1基準と前記第2基準とを切り替えながら良否の判定を行うことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記インプリント処理は、前記基板上の硬化したインプリント材から前記モールドを引き離す第3工程を含み、
    前記判定部は、前記第3工程において前記撮像部によって撮像された画像に基づいて、前記インプリント処理の前記第1基準及び前記第2基準とは異なる第3基準に関する良否を判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. 前記撮像部は、前記モールドで反射された光と前記基板で反射された光との干渉縞を含む画像を取得し、
    前記判定部は、前記第2工程において、前記干渉縞に基づいて、前記インプリント処理の良否を判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. 前記判定部は、前記第2工程において、前記干渉縞に基づいて、前記モールドと前記基板との間に存在する異物の有無を判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  5. 前記判定部は、前記撮像部によって取得された前記画像に含まれる前記干渉縞の位置及び真円度の少なくとも一方に関する情報に基づいて、前記モールドが傾いた状態で前記基板上のインプリント材に接触しているか否かを判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  6. 前記基板上に前記インプリント材の液滴を吐出するディスペンサを更に有し、
    前記判定部は、前記撮像部によって取得された前記画像に含まれる前記干渉縞に基づいて、前記ディスペンサから前記基板上に供給すべき前記液滴に抜けがあるか否かを判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  7. 前記判定部は、前記撮像部によって取得された前記画像に含まれる前記干渉縞と、前記ディスペンサから前記基板上に供給すべき前記液滴に抜けがないときに得られる基準干渉縞とを比較し、前記ディスペンサが前記液滴を供給する間に前記基板の移動方向に生じる明暗線の有無を検出し、前記基板上に供給すべき前記液滴に抜けがあるか否かを判定す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. 前記判定部は、前記撮像部によって取得された前記画像に含まれる干渉縞において、前記干渉縞の境界線が前記移動方向と平行な直線に近似しているか否かによって、当該干渉縞における前記明暗線の有無を検出することを特徴とする請求項7に記載のインプリント装置。
  9. 前記モールドと前記基板上のインプリント材との接触によって生じる力を検出する力センサを更に有し、
    前記判定部は、前記力センサで検出される力が閾値を超えたタイミングにおいて、前記インプリント処理の良否を判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  10. 前記モールドと前記基板上のインプリント材との接触によって生じる力を検出する力センサを更に有し、
    前記判定部は、前記力センサが前記力を検出したタイミングにおいて、前記インプリント処理の良否を判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  11. 前記モールドに形成されたマークと前記基板に形成されたマークとを検出してアライメント信号を生成するアライメント検出部を更に有し、
    前記判定部は、前記アライメント検出部で生成されるアライメント信号が予め設定された期間内で安定したタイミングにおいて、前記インプリント処理の良否を判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  12. 前記判定部は、前記撮像部によって取得された前記画像に含まれる前記干渉縞のサイズが予め定められたサイズよりも大きくなったタイミングにおいて、前記インプリント処理の良否を判定することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  13. 前記撮像部は、前記モールドで反射された光と前記基板で反射された光との干渉縞を含む画像を取得し、
    前記判定部は、前記第3工程において、前記干渉縞に基づいて、前記インプリント処理の良否を判定す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。
  14. 前記判定部は、前記干渉縞のサイズが予め定められたサイズよりも小さくなったタイミングにおいて、前記インプリント処理の良否を判定することを特徴とする請求項13に記載のインプリント装置。
  15. 前記第1基準又は前記第2基準は、前記基板上に前記インプリント材を供給する供給部に設けられた吐出口から吐出された前記インプリント材の液滴の良否を判定するための基準を含むことを特徴とする請求項1に記載のインプリント装置。
  16. 基板上のインプリント材にモールドを用いてパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記モールド及び前記基板の少なくとも一方の画像を取得する撮像部と、
    インプリント処理の良否を判定する判定部と、を有し、
    前記インプリント処理は、前記基板上にインプリント材を供給する第1工程と、前記モールドと前記基板上のインプリント材とを接触させる第2工程と、前記基板上の硬化したインプリント材から前記モールドを引き離す第3工程とを含み、
    前記判定部は、前記インプリント材が供給された前記基板を前記モールドに対して位置決めした後に前記撮像部によって前記モールドを介して取得された画像に基づいて、前記第1工程における前記インプリント処理の第1基準に関する良否を判定し、前記第2工程における前記インプリント処理の前記第1基準とは異なる第2基準に関する良否を判定し、前記第3工程における前記インプリント処理の前記第1基準及び前記第2基準とは異なる第3基準に関する良否を判定し、前記インプリント処理の間の少なくとも、前記インプリント材に前記モールドを前記基板側に凸形状に変形させた状態で接触させている状態と、前記凸形状に変形させた前記モールドを元に戻した状態で前記インプリント材に接触させている状態とで、前記第1基準と前記第2基準と前記第3基準とを切り替えながら良否の判定を行うことを特徴とするインプリント装置。
  17. 基板上のインプリント材にモールドを用いて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方法であって、
    前記インプリント処理は、前記基板上にインプリント材を供給する第1工程と、前記モールドと前記基板上のインプリント材とを接触させる第2工程と、を含み、
    前記インプリント方法は、前記インプリント材が供給された前記基板を前記モールドに対して位置決めした後に前記モールド及び前記基板の少なくとも一方を撮像して取得される画像に基づいて、前記第1工程における前記インプリント処理の第1基準に関する良否を判定し、前記第2工程における前記インプリント処理の前記第1基準とは異なる第2基準に関する良否を判定し、前記インプリント処理の間の少なくとも、前記インプリント材に前記モールドを前記基板側に凸形状に変形させた状態で接触させている状態と、前記凸形状に変形させた前記モールドを元に戻した状態で前記インプリント材に接触させている状態とで、前記第1基準と前記第2基準とを切り替えながら良否の判定を行うことを特徴とするインプリント方法。
  18. 請求項1乃至16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パターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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