JP2020043173A - 成形装置および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ未充填欠陥を抑制するために有利な技術を提供する。【解決手段】モールド１１を用いて基板の上の硬化性組成物を成形する成形装置は、基板１を駆動する基板駆動機構、基板とモールドとの間隙を調整する調整機構、基板の上に気体１６を供給する気体供給部１５とを備え、基板駆動機構は、基板の少なくとも一部がモールドに対面しない第１位置から基板の全域が前記モールドに対面する第２位置に基板を移動させる駆動を行い、駆動がなされている期間の少なくとも一部において、気体が基板の一部を覆うように、気体供給部が基板の上に気体を供給し、調整機構は、基板が第２位置に移動した後に、気体が基板の全域を覆うように間隙の容積を縮小させる縮小動作を行い、気体が基板の全域を覆った後に、基板とモールドとの間隔を狭くすることで、基板の上の硬化性組成物とモールドとを接触させる接触動作を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、成形装置および物品製造方法に関する。

新たなリソグラフィー技術として、モールドを使って基板の上の硬化性組成物を成形することによって基板の上にパターンを形成する微細加工技術が注目を集めている。このような技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板の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。また、近年では、インプリント技術を応用して、基板の表面を平坦化する技術が提案されている（特許文献１参照）。平坦化技術としては、既存の塗布装置（スピンコーター）を用いて基板の上に塗布膜を形成することで基板の段差を平坦化する技術が一般的であるが、このような技術は、基板の段差をナノスケールで平坦化するには不十分である。一方、特許文献１に開示された技術は、基板の段差に基づいて未硬化樹脂（硬化性組成物）を滴下し、滴下した未硬化樹脂にテンプレート（モールド）を接触させた状態で未硬化樹脂を硬化させることで平坦化の精度向上を図るものである。

このような技術において、基板の上の硬化性組成物とモールドとを接触させて硬化性組成物を広げる際に硬化性組成物中に気泡が残留することによって、硬化性組成物によって形成される膜に不良が発生する場合がある。このような不良は、未充填欠陥と呼ばれる。そこで、基板とモールドとの間隙を特殊な気体で満たすことで、気泡の残留を抑止するインプリント装置が提案されている。特許文献２には、マスク（モールド）の下に基板が配置されるように基板ステージを移動させる際に生じるクエット流れを用いて、基板上の未硬化樹脂とマスクとの間に可溶性または拡散性の高い気体を移送するインプリント装置が開示されている。

特表２０１１−５２９６２６号公報 特許第５８２８６２６号公報

クエット流れを用いて気体を輸送する場合、輸送距離は、基板ステージの移動距離の半分程度である。例えば、基板の全域に一括して硬化性組成物の膜を形成する場合には、基板の全域を気体で覆う必要があり、クエット流れだけで気体を輸送する方法では、基板ステージの移動距離が長くなってしまう。また、そのような長距離のクエット流れを維持するにはモールドに対向する基板ステージも大型化する必要があり、装置のフットプリントの点で不利である。

本発明は、装置の大型化を抑制しつつ未充填欠陥を抑制するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、モールドを用いて基板の上の硬化性組成物を成形する成形装置に係り、前記成形装置は、前記基板を駆動する基板駆動機構と、前記基板と前記モールドとの間隙を調整する調整機構と、前記基板の上に気体を供給する気体供給部と、を備え、前記基板駆動機構は、前記基板の少なくとも一部が前記モールドに対面しない第１位置から前記基板の全域が前記モールドに対面する第２位置に前記基板を移動させる駆動を行い、前記駆動がなされている期間の少なくとも一部において、前記気体が前記基板の一部を覆うように、前記気体供給部が前記基板の上に前記気体を供給し、前記調整機構は、前記基板が前記第２位置に移動した後に、前記気体が前記基板の全域を覆うように前記間隙の容積を縮小させる縮小動作を行い、前記気体が前記基板の全域を覆った後に、前記基板と前記モールドとの間隔を狭くすることで、前記基板の上の前記硬化性組成物と前記モールドとを接触させる接触動作を行う。

本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ未充填欠陥を抑制するために有利な技術が提供される。

本発明の一実施形態のインプリント装置の構成を示す図。 形状制御部の構成を例示する図。 平坦化処理を例示する図。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置の動作手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置の動作を例示する図。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置の動作手順を示すフローチャート。 物品製造方法を例示する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の一実施形態の成形装置１００の構成が示されている。成形装置１００は、モールド１１を用いて基板１の上の硬化性組成物１７を成形する。一例において、成形装置１００は、基板１の上に硬化性組成物１７の硬化物からなる平坦化膜を形成する平坦化装置として構成あるいは使用されうる。他の例において、成形装置１００は、パターンを有するモールド１１を用いて、基板１の上に硬化性組成物１７の硬化物からなるパターンを形成するインプリント装置として構成あるいは使用されうる。

硬化性組成物は、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する組成物である。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱等が用いられうる。電磁波は、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される光、例えば、赤外線、可視光線、紫外線などでありうる。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りうる。これらのうち、光の照射により硬化する光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、必要に応じて非重合性化合物または溶剤を更に含有してもよい。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、ポリマー成分などの群から選択される少なくとも一種である。硬化性組成物は、液滴状、或いは複数の液滴が繋がってできた島状又は膜状となって基板上に配置されうる。硬化性組成物の粘度（２５℃における粘度）は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下でありうる。硬化性組成物は、例えば、アクリレートまたはメタクリレートのようなモノマーでありうる。

基板１は、母材単体であってよいし、母材の上に１又は複数の層を有してもよい。基板１の母材は、例えば、シリコンウエハでありうるが、これに限定されるものではない。基板１の母材は、例えば、アルミニウム、チタン−タングステン合金、アルミニウム−ケイ素合金、アルミニウム−銅−ケイ素合金、酸化ケイ素、チッ化ケイ素等の半導体デバイス用基板として知られているものの中からも任意に選択されうる。なお、基板１は、シランカップリング処理、シラザン処理、有機薄膜の成膜、等の表面処理により密着層が形成され、硬化性組成物との密着性を向上させた基板であってもよい。なお、基板１は、例えば、直径が３００ｍｍの円形形状を有しうるが、これに限定されるものではない。

モールド１１としては、硬化用のエネルギーが光エネルギーである場合、光透過性の材料で構成されうる。モールド１１は、例えば、ガラス、石英、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、または、金属膜等で構成されうる。なお、モールド１１は、例えば、３００ｍｍよりも大きく、５００ｍｍよりも小さい直径を有する円形形状を有しうるが、これに限らない。また、モールド１１の厚さは、好適には、０．２５ｍｍ以上２ｍｍ未満であるが、これに限られない。

本明細書および添付図面では、水平面に平行な方向をＸＹ平面とし、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系において方向を示す。ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ平行な方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転、Ｚ軸周りの回転をそれぞれθＸ、θＹ、θＺとする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向に関する制御または駆動を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御または駆動は、それぞれＸ軸に平行な軸の周りの回転、Ｙ軸に平行な軸の周りの回転、Ｚ軸に平行な軸の周りの回転に関する制御または駆動を意味する。また、位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標に基づいて特定されうる情報であり、姿勢は、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸の値で特定されうる情報である。位置決めは、位置および／または姿勢を制御することを意味する。位置合わせ（アライメント）は、基板およびモールドの少なくとも一方の位置および／または姿勢の制御を含みうる。また、位置合わせ（アライメント）は、基板およびモールドの少なくとも一方の形状を補正あるいは変更するための制御を含みうる。

成形装置１００は、基板チャック２、基板ステージ３、ベース定盤４、支柱５、天板６、ガイドバープレート７、ガイドバー８、モールド駆動部９、支柱１０、モールドチャック１２、ヘッド１３、アライメント棚１４および気体供給部１５を備えうる。また、成形装置１００は、ディスペンサ２０、オフアクシスアライメント（ＯＡ）スコープ２１、基板搬送部２２、アライメントスコープ２３、硬化部２４、基板駆動機構３１、モールド搬送部３２、形状制御部３３および制御部２００を備えうる。

基板１は、搬送ハンドなどを含む基板搬送部２２によって、成形装置１００の外部から成形装置１００の内部に搬入され、基板チャック２に渡され、基板チャック２によって保持される。基板ステージ３は、ベース定盤４によって支持され、基板チャック２によって保持された基板１を位置決めするために、基板駆動機構３１によってＸ方向およびＹ方向に駆動されうる。基板駆動機構３１は、例えば、リニアモータおよび／またはエアシリンダ等の直動機構、および、回転機構を含みうる。基板駆動機構３１は、基板ステージ３をＸ軸、Ｙ軸、および、θＺ軸に関して駆動するように構成されうるが、更に他の軸に関して基板ステージ３を駆動するように構成されてもよい。

モールド１１は、搬送ハンドなどを含むモールド搬送部３２によって、成形装置１００の外部から内部に搬入され、モールドチャック１２に渡されモールドチャック１２によって保持される。成形装置１００が平坦化装置として構成あるいは使用される場合、モールド１１は、例えば、円形又は四角形の外形を有し、基板１の上の硬化性組成物１７に接触して基板１の表面形状に倣う平坦部１１ａを含みうる。平坦部１１ａは、例えば、基板１と同じサイズ、又は、基板１よりも大きいサイズを有しうる。モールドチャック１２は、ヘッド１３によって支持されうる。ヘッド１３は、例えば、θＸ軸およびθＹ軸に関してモールド１１の傾きを調整する機能を有しうる。モールドチャック１２およびヘッド１３のそれぞれは、硬化部２４から照射される硬化用のエネルギー（例えば、紫外線等の光））を通過させる開口（不図示）を含みうる。また、モールドチャック１２又はヘッド１３には、基板１の上の硬化性組成物１７に対するモールド１１の押し付け力を計測するためのロードセルが組み込まれうる。

ベース定盤４には、天板６を支持する支柱５が配置されている。ガイドバー８は、天板６を貫通している。ガイドバー８の一端は、ガイドバープレート７に固定され、ガイドバー８の他端は、ヘッド１３に固定されている。モールド駆動部９は、ガイドバー８を介してヘッド１３をＺ方向に駆動することによってモールド１１をＺ方向に駆動する。モールド駆動部９は、例えば、モールドチャック１２によって保持されたモールド１１を基板１の上の硬化性組成物１７に接触させたり、基板１の上の硬化性組成物１７からモールド１１を分離したりする。また、モールド駆動部９は、基板１とモールド１１との間隙を調整する調整機構ＡＭを構成しうる。また、θＸ軸およびθＹ軸に関してモールド１１の傾きを調整するヘッド１３も、基板１とモールド１１との間隙を調整する調整機構ＡＭを構成しうる。

モールド駆動部９は、更に、ヘッド１３をＸ軸、Ｙ軸およびθＺ軸に関して駆動することによってモールド１１をＸ軸、Ｙ軸およびθＺ軸に関して駆動するように構成されてもよい。この例では、基板１とモールド１１との間隙を調整する調整機構ＡＭがモールド駆動部９および／またはヘッド１３によって構成されている。しかし、調整機構ＡＭは、基板１をＺ軸、更にはθＸ軸および／またはθＹ軸に関して駆動する基板駆動部を基板ステージ３等に組み込むことによって実現されてもよい。あるいは、調整機構ＡＭは、モールド駆動部９および該基板駆動部によって実現されてもよい。

アライメント棚１４は、支柱１０を介して天板６に架橋される。アライメント棚１４には、ガイドバー８が貫通している。また、アライメント棚１４には、例えば、基板チャック２によって保持された基板１の高さ（平坦度）を計測するための高さ計測系（不図示）が配置されうる。該高さ計測系は、例えば、斜入射像ずれ方式の計測系でありうる。アライメントスコープ２３は、基板ステージ３に設けられた基準マークと、モールド１１に設けられたアライメントマークとを観察するための光学系および撮像系を含みうる。ただし、モールド１１にアライメントマークが設けられていない場合には、アライメントスコープ２３がなくてもよい。アライメントスコープ２３は、基板ステージ３に設けられた基準マークと、モールド１１に設けられたアライメントマークとの相対的な位置を計測し、その位置ずれを補正するためのアライメントにおいて用いられうる。

ディスペンサ２０は、硬化性組成物１７を吐出する吐出口を有し、該吐出口から硬化性組成物１７を吐出することによって基板１の上に硬化性組成物１７を供給する。ディスペンサ２０は、例えば、ピエゾジェット方式またはマイクロソレノイド方式等の方式の吐出機構を有しうる。ディスペンサ２０は、例えば、基板１の上に１ｐＬ（ピコリットル）程度の微小な体積の硬化性組成物を供給可能に構成されうる。ディスペンサ２０における吐出口の数は、限定されるものではなく、１つ（シングルノズル）であってもよいし、複数（例えば１００以上）であってもよい。また、ディスペンサ２０における吐出口のアレイは、リニアノズルアレイであってもよいし、複数のリニアノズルアレイの組み合わせで構成されてもよい。

ＯＡスコープ２１は、アライメント棚１４によって支持されうる。成形装置１００がインプリント装置として構成あるいは使用される場合、ＯＡスコープ２１は、基板１の複数のショット領域に設けられたアライメントマークを検出し、複数のショット領域のそれぞれの位置を決定するグローバルアライメント処理に用いられうる。アライメントスコープ２３によってモールド１１と基板ステージ３との位置関係を求め、ＯＡスコープ２１によって基板ステージ３と基板１との位置関係を求めることによって、モールド１１と基板１とのアライメントを行うことができる。

気体供給部１５は、例えば、モールド１１の側面の近傍に配置された気体供給口１５ａを含み、気体供給口１５ａから、基板チャック２あるいはベース定盤４の側に向かって、気体１６を吹き出す。気体供給部１５は、例えば、基板チャック２によって保持された基板１の上に気体１６が供給されるように構成あるいは制御されうる。気体供給部１５から基板１の上に供給された気体１６は、基板１とモールド１１との間隙に輸送されうる。気体１６は、基板１とモールド１１との間隙に対する硬化性組成物１７の充填を促進し、また、硬化性組成物１７に気泡が残留することを抑制するように作用する。気体１６としては、基板１とモールド１１との間隙への硬化性組成物の充填性の観点から、硬化性組成物に対する気体１６の溶解性および／または拡散性に優れる気体、例えば、ヘリウム、二酸化炭素、窒素、水素、キセノン、または凝縮性気体などが採用されうる。

制御部２００は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。制御部２００は、成形装置１００を構成する上記の各構成要素を制御し、成形装置１００の動作を特徴づける。

形状制御部３３は、図２に例示されるように、モールド１１の上面の側の空間ＵＳ（モールドの１１の両側の空間のうち基板１とは反対側の空間）の圧力を制御することによってＺ方向（鉛直方向）におけるモールド１１の形状を制御するように構成されうる。空間ＵＳを定義するために、例えば、モールドチャック１２は、硬化用エネルギーを透過させる窓部材３４を有しうる。形状制御部３３は、空間ＵＳの圧力を正圧にすることによってモールド１１を下方（基板１）に向かって凸形状にすることができる。正圧とは、モールド１１の下面（平坦部１１ａ）が面する空間（例えば、大気圧環境）の圧力より高い圧力を意味する。形状制御部３３は、空間ＵＳの圧力を調整することによって、モールド１１を平坦に維持することができる。ここで、空間ＵＳの圧力がモールド１１の下面（平坦部１１ａ）が面する空間（例えば、大気圧環境）の圧力と等しい場合、モールド１１は、その自重によって、若干ではあるが、下方に撓みうる。そこで、形状制御部３３は、空間ＵＳの圧力を若干の負圧に調整することによって、モールド１１の形状を平面形状に維持することができる。負圧とは、モールド１１の下面（平坦部１１ａ）が面する空間（例えば、大気圧環境）の圧力より低い圧力を意味する。

以下では、成形装置１００が平坦化装置として構成あるいは使用される例を説明する。平坦化装置は、基板１の上に硬化性組成物１７の硬化物からなる平坦化膜を形成する平坦化処理を実行する。図３を参照しながら平坦化処理を例示的に説明する。まず、図３（ａ）に模式的に示されるように、表面にパターン等の凹凸を有する基板１の上にディスペンサ２０によって硬化性組成物１７が配置され、その後、基板１がモールド１１の下に配置される。

次いで、図３（ｂ）に模式的に示されるように、基板１の上の硬化性組成物１７にモールド１１の平坦部１１ａが接触するように、調整機構ＡＭによって基板１とモールド１１との間隙が調整される。硬化性組成物１７とモールド１１とを接触させる工程は、接触工程と呼ばれうる。接触工程により、モールド１１の平坦部１１ａは、基板１の表面形状に倣った状態となる。次いで、図３（ｃ）に模式的に示されるように、硬化部２４から硬化性組成物１７に硬化用エネルギーＥが照射される。これによって、硬化性組成物１７が硬化され、硬化した硬化性組成物１７からなる平坦化膜ＰＭが形成される。硬化性組成物１７を硬化させる工程は、硬化工程と呼ばれうる。次いで、図３（ｄ）に模式的に示されるように、硬化した硬化性組成物１７からなる平坦化膜ＰＭからモールド１１が分離されるように、調整機構ＡＭによって基板１とモールド１１との間隙が調整される。硬化した硬化性組成物１７とモールド１１とを分離する工程は、分離工程と呼ばれうる。

図３（ｂ）に模式的に示される接触工程を経て、図３（ｃ）に示される硬化工程が実施される前までに、基板１とモールド１１との間隙に、気泡が残留することなく、硬化性組成物１７が充填される必要がある。気泡が残留した状態で硬化性組成物１７を硬化させると、空隙あるいは未充填欠陥を有する平坦化膜ＰＭが形成されることになる。これは、基板１の処理の繰り返しによって最終的に製造されうる半導体デバイス等の物品の品質に悪影響を及ぼしうる。そこで、接触工程は、基板１とモールド１１との間隙の空気が気体１６で置換された状態で実行されるべきである。

基板１とモールド１１との間隙の空気を気体１６で置換する方法としては、基板１の移動によって起こるクエット流れを利用する方法がある。この方法では、モールド１１の下に位置しない基板１をモールド１１の下に移動させる際に、気体供給部１５から基板１の上に気体１６を供給し、基板１の移動によって気体１６に生じるクエット流れによって気体１６が基板１とモールド１１との間隙に輸送される。例えば、ディスペンサ２０によって基板１の全域の上に硬化性組成物１７が供給された後、基板１をモールド１１の下に移動させる際に気体供給部１５から基板１の上に気体１６を供給し、クエット流れによって気体１６を基板１とモールド１１との間隙に輸送しうる。しかし、クエット流れによって気体１６が気体供給部１５からモールド１１の下に引き込まれる距離は、基板１（基板ステージ３）の移動距離の半分程度の距離しかない。したがって、クエット流れだけで、基板１の全域とモールド１１の平坦部１１ａ（下面）の全域との間隙の空気を気体１６で置換するためには、基板１（基板ステージ３）の移動距離を基板１の径あるいはサイズの２倍程度にする必要がある。また、そのような長距離のクエット流れを維持するには、モールド１１に対向して間隙を形成する基板ステージ３を大型化する必要があり、これは、成形装置１００を大型化させうる。

そこで、以下で詳述されるように、本実施形態では、クエット流れを利用して基板１とモールド１１との間隙に気体１６を引き込みながら基板１をモールド１１の下まで移動させた後、基板１とモールド１１との間隙を小さくする。これにより、基板１の全域とモールド１１の平坦部１１ａ（下面）の全域との間隙に気体１６が広がる。つまり、基板１の全域が気体１６で覆われる。

図４〜図８を参照しながら本発明の第１実施形態の成形装置１００の動作を例示的に説明する。図４〜図７は、第１実施形態の成形装置１００の動作を示す模式図である。なお、図４〜図７において、硬化性組成物１７は、図示が省略されている。図８は、第１実施形態の成形装置１００の動作手順を示すフローチャートである。図４〜図８に示された動作は、制御部２００によって制御される。

工程Ｓ１０１では、ディスペンサ２０によって、基板１の膜形成領域（硬化性組成物１７による膜を形成すべき領域）に硬化性組成物１７が配置あるいは供給される。工程Ｓ１０２では、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との間隙が第１距離ｈ１に調整される。ここで、工程Ｓ１０２は、工程Ｓ１０３の開始前に実行されればよく、例えば、工程Ｓ１０１の前に実行されてもよい。工程Ｓ１０３では、図４に模式的に示されているように、基板駆動機構３１によって、基板１の少なくとも一部がモールド１１に対面しない第１位置から基板１の全域がモールド１１に対面する第２位置に基板１を移動させる駆動が開示される。

工程Ｓ１０４では、気体供給部１５から気体１６が供給される。気体供給部１５は、基板駆動機構３１による基板１（基板ステージ３）の駆動がなされている期間の少なくとも一部において、気体１６が基板１の一部を覆うように、基板１の上に気体１６を供給する。気体供給部１５からの気体１６の供給は、例えば、気体供給部１５の気体供給口１５ａに基板１または基板ステージ３が対面する状態で開始されうる。あるいは、気体供給部１５からの気体１６の供給は、気体供給部１５の気体供給口１５ａに基板１または基板ステージ３が対面する前に開始されてもよい。あるいは、気体供給部１５からの気体１６の供給は、工程Ｓ１０３の前に開始されてもよい。気体供給部１５にからの気体１６は、基板１の上に供給される。基板１の上に供給された気体１６は、基板１あるいは基板ステージ３の移動によるクエット流れを形成し、基板１あるいは基板ステージ３の移動方向に輸送される。これにより、気体１６は、基板１とモールド１１との間隙に輸送される。気体供給部１５からの気体１６の供給（例えば、供給時間）は、例えば、気体１６がクエット流れによってモールド１１の中心を通過する輸送されるように制御されうる。

基板１が第２位置に到達したら、工程Ｓ１０５において、図６に模式的に示されうるように、基板駆動機構３１による基板１（基板ステージ３）の駆動が終了される。基板１が第２位置に移動した後、工程Ｓ１０６では、気体１６が基板１の全域を覆うように、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との間隙の容積を縮小させる縮小動作が行われる。第１実施形態では、基板１とモールド１１との間隙の容積を縮小させる縮小動作は、調整機構ＡＭによって、図７に模式的に示されるように、基板１とモールド１１との間隙が第１距離ｈ１から第２距離ｈ２に調整することによってなされる。第２距離ｈ２は、第１距離ｈ１より小さい距離である。第１距離ｈ１および第２距離ｈ２は、第１距離ｈ１で基板１とモールド１１との間隙に引き込まれた気体１６が、該間隙が第２距離ｈ２にされたときに基板１の全域を覆うように広がるように設定されうる。

基板１とモールド１１との間隙を第２距離ｈ２に変更する際に、モールド１１の平面度が維持されることが好ましい（換言すると、モールド１１の形状が平面形状に維持されることが好ましい）。基板１の全域に膜を形成するためのモールド１１は、大型であるので、その自重によって撓みやすい。特に、平坦化工程に使用されるモールド１１は、基板１の表面形状にならわせるために、厚さが薄く形成されるので、撓み量が大きくなりやすい。モールド１１が撓んだ状態で基板１とモールド１１との間隙を小さくすると、気体１６が押し広げられる際に、局所的に間隙が小さい箇所では流体抵抗が大きいため流れにくく、局所的に間隙が大きい箇所では流体抵抗が小さいため流れやすくなる。そのため、基板１の全域に対して気体１６を広げることが難しいかもしれない。

そこで、間隙を第２距離ｈ２に変更する間は、形状制御部３３によって、モールド１１の平面度を維持し、又は、平面度を向上させることが好ましい。例えば、間隙を第２距離ｈ２に変更する間は、形状制御部３３は、空間ＵＳの圧力を若干の負圧に調整することによって、モールド１１の平面度を維持し、又は、平面度を向上させる。これにより、基板１の全域に対して気体１６を均等に広げることできる。

工程Ｓ１０６において気体１６が基板１の全域を覆った後、工程Ｓ１０７において、接触工程が実行される。接触工程では、基板１の上の硬化性組成物１７にモールド１１の平坦部１１ａが接触するように、調整機構ＡＭによって基板１とモールド１１との間隙が調整される。接触工程では、モールド１１の一部のみを基板１の上の硬化性組成物１７に接触させた後に、硬化性組成物１７とモールド１１との接触領域を徐々に拡大させることが、気泡の混入あるいは残留を抑制するために効果的である。例えば、モールド１１の中央部のみを基板１の上の硬化性組成物１７に最初に接触させた後に、硬化性組成物１７とモールド１１との接触領域を徐々に拡大させる方法が有利である。そこで、形状制御部３３によって、接触工程の初期段階では空間ＵＳの圧力を正圧にすることによってモールド１１を下方（基板１）に向かって凸形状にする。その後、基板１とモールド１１との間隔を狭くすることで、基板１の上の硬化性組成物１７とモールド１１とを接触させる接触動作を行う。このとき、形状制御部３３によって、接触領域の拡大のために徐々に空間ＵＳの圧力を低下させることが好ましい。

以上の動作を整理すると、調整機構ＡＭは、基板１が第２位置に移動した後に、基板１とモールド１１の間隙の容積を縮小させる縮小動作を行い、その後、基板１の上の硬化性組成物１７とモールド１１とを接触させる接触動作を行いうる。形状制御部３３は、縮小動作において空間ＵＳの圧力を負圧に維持し、縮小動作の後であって接触動作の開始前に、空間ＵＳの圧力を負圧から正圧に変更しうる。一例において、第１距離ｈ１と第２距離ｈ２との差は、接触動作において基板１とモールド１１との間隙が変更される量より大きい。

次いで、工程Ｓ１０８では、硬化工程が実行される。硬化工程では、硬化部２４によって、基板１とモールド１１との間隙の硬化性組成物１７に対して硬化用エネルギーが照射され、硬化性組成物１７が硬化する。これにより、硬化した硬化性組成物１７からなる平坦化膜が形成される。次いで、工程１０９では、分離工程が実行される。分離工程では、硬化した硬化性組成物１７とモールド１１とが分離するように、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との間隙が大きくされる。この際に、基板１とモールド１１との間隙は、第１距離ｈ１にされてもよい。

図９〜図１３を参照しながら本発明の第２実施形態の成形装置１００の動作を例示的に説明する。図９〜図１２は、第２実施形態の成形装置１００の動作を示す模式図である。なお、図９〜図１２において、硬化性組成物１７は、図示が省略されている。図１３は、第２実施形態の成形装置１００の動作手順を示すフローチャートである。図９〜図１３に示された動作は、制御部２００によって制御される。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、気体供給部１５の気体供給口１５ａが配置された領域のＹ方向の長さは、例えば、基板１の直径あるいはサイズの８０％以上、９０％以上、または、１００%の長さを有しうる。また、第２実施形態では、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との間隙の容積を縮小させる縮小動作は、基板１とモールド１１との相対姿勢を調整する動作を含む。ここで、第１位置から第２位置への基板１の駆動は、基板１の一端ＳＥがモールド１１の一端ＭＥ１の下を通過するようになされ、縮小動作における基板１とモールド１１との相対姿勢の調整は、モールド１１の一端ＭＥ１と基板Ｓとが近づくようになされうる。

工程Ｓ２０１〜Ｓ２０５は、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０５と同様であり、図９、図１０、図１１に模式的に示された状態は、図４、図５、図６に模式的に示された状態に対応する。工程Ｓ２０６、Ｓ２０７では、気体１６が基板１の全域を覆うように、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との間隙の容積を縮小させる縮小動作が行われる。ここで、工程Ｓ２０６では、モールド１１の一端ＭＥ１と基板Ｓとが近づくように、基板１とモールド１１との相対姿勢が調整される。工程Ｓ２０７では、調整機構ＡＭによって、基板１とモールド１１との最小間隙（基板１とモールドの一端ＭＥ１との間隙）が第２距離ｈ２に調整される。図１２には、縮小動作によって、気体１６が基板１の全域を覆うように、調整機構ＡＭによって基板１とモールド１１との相対姿勢および基板１とモールド１１との間隙（距離）が調整された状態が模式的に示されている。このとき、形状制御部３３によって、空間ＵＳの圧力を若干の負圧に調整することによって、モールド１１の平面度を維持し、又は、平面度を向上させてもよい。第２実施形態では、気体１６がモールド１１の一端ＭＥ１の側からその反対側の他端ＭＥ２に向かって広がるように、基板１とモールド１１との相対姿勢（基板１に対するモールド１１の相対的な傾き）が調整される。

第２実施形態では、相対姿勢の調整によって基板１とモールド１１との間隙が小さくなる領域までクエット流れによって気体１６を基板１とモールド１１との間隙に引き込めばよい。これは、クエット流れによって気体１６を基板１とモールド１１との間隙に気体１６を引き込むために基板１（基板ステージ３）を移動させる距離を短くすることに寄与しうる。

工程Ｓ２０８では、接触工程が実行される。接触工程は、基板１とモールド１１との相対姿勢を、両者が平行な状態に戻した上で、基板１とモールド１１との近づけてもよい。この場合は、形状制御部３３によって、接触工程の初期段階では空間ＵＳの圧力を正圧にすることによってモールド１１を下方（基板１）に向かって凸形状にし、その後、接触領域の拡大のために徐々に空間ＵＳの圧力を低下させることが好ましい。この場合、形状制御部３３は、縮小動作において空間ＵＳの圧力を負圧に維持し、縮小動作の後であって接触動作の開始前に、空間ＵＳの圧力を負圧から正圧に変更しうる。あるいは、接触工程は、基板１に対してモールド１１が相対的に傾いた状態を維持しながら、基板１とモールド１１との近づけるように実行されてもよい。この場合、基板１の上の硬化性組成物１７に対するモールド１１の接触は、モールド１１の一端ＭＥ１の側から開始することになる。工程Ｓ２０９、Ｓ２１０は、工程Ｓ１０８、Ｓ１０９と同様である。

以上のように、成形装置１００を使って基板１の上の硬化性組成物を成形することができる。本発明の１つの実施形態としての物品製造方法は、成形装置１００を使って基板１の上の硬化性組成物１７を成形する工程と、硬化性組成物１７の成形がなされた基板１を処理する工程と、を含み、基板１から物品を製造する。

次に、成形装置１００をインプリント装置として利用して基板１の上の硬化性組成物１７にモールド１１のパターンを転写し、その後に基板１を処理することによって物品を製造する物品製造方法を例示的に説明する。図１４（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エハ等の基板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１４（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１４（ｃ）に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１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ーとして光を型４ｚを介して照射すると、インプリント材３ｚは硬化する。

図１４（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１４（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１４（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。

インプリント装置を用いて形成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。光学素子としては、マイクロレンズ、導光体、導波路、反射防止膜、回折格子、偏光素子、カラーフィルタ、発光素子、ディスプレイ、太陽電池等が挙げられる。ＭＥＭＳとしては、ＤＭＤ、マイクロ流路、電気機械変換素子等が挙げられる。記録素子としては、ＣＤ、ＤＶＤのような光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、磁気ヘッド等が挙げられる。センサとしては、磁気センサ、光センサ、ジャイロセンサ等が挙げられる。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。

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：基板、１１：モールド、１５：気体供給部、１６：気体、１７：硬化性組成物、１００：インプリント装置

Claims (11)

1. モールドを用いて基板の上の硬化性組成物を成形する成形装置であって、
   前記基板を駆動する基板駆動機構と、
   前記基板と前記モールドとの間隙を調整する調整機構と、
   前記基板の上に気体を供給する気体供給部と、を備え、
   前記基板駆動機構は、前記基板の少なくとも一部が前記モールドに対面しない第１位置から前記基板の全域が前記モールドに対面する第２位置に前記基板を移動させる駆動を行い、
   前記駆動がなされている期間の少なくとも一部において、前記気体が前記基板の一部を覆うように、前記気体供給部が前記基板の上に前記気体を供給し、
   前記調整機構は、前記基板が前記第２位置に移動した後に、前記気体が前記基板の全域を覆うように前記間隙の容積を縮小させる縮小動作を行い、前記気体が前記基板の全域を覆った後に、前記基板と前記モールドとの間隔を狭くすることで、前記基板の上の前記硬化性組成物と前記モールドとを接触させる接触動作を行う、
   ことを特徴とする成形装置。
2. 前記縮小動作において前記間隙が第１距離から前記第１距離より小さい第２距離に変更され、前記第１距離と前記第２距離との差は、前記接触動作において前記間隙が変更される量より大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記モールドの上面の側の空間の圧力を制御することによって前記モールドの形状を制御する形状制御部を更に備え、
   前記形状制御部は、前記縮小動作において前記圧力を負圧に維持する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形装置。
4. 前記形状制御部は、前記縮小動作の後であって前記接触動作の開始前に、前記圧力を負圧から正圧に変更する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の成形装置。
5. 前記圧力が前記正圧に変更されることによって、前記モールドが前記基板に向かって凸形状に変形し、
   前記接触動作では、前記モールドの中央部が前記基板の上に前記硬化性組成物に最初に接触する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
6. 前記調整機構は、前記縮小動作において、前記間隙の容積が小さくなるように、前記基板と前記モールドとの相対姿勢を調整する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成形装置。
7. 前記駆動は、前記基板の一端が前記モールドの一端の下を通過するようになされ、
   前記相対姿勢の調整は、前記モールドの前記一端と前記基板とが近づくようになされる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
8. モールドを用いて基板の上の硬化性組成物を成形する成形装置であって、
   前記基板を駆動する基板駆動機構と、
   前記基板と前記モールドとの間隙を調整する調整機構と、
   前記基板の上に気体を供給する気体供給部と、
   前記モールドの両側の空間のうち前記基板とは反対側の空間の圧力を制御することによって前記モールドの形状を制御する形状制御部と、を備え、
   前記基板駆動機構は、前記基板の少なくとも一部が前記モールドに対面しない第１位置から前記基板の全域が前記モールドに対面する第２位置に前記基板を移動させる駆動を行い、
   前記駆動がなされている期間の少なくとも一部において、前記気体供給部が前記基板の上に前記気体を供給し、
   前記調整機構は、前記基板が前記第２位置に移動した後に、前記間隙の容積を縮小させる縮小動作を行い、その後、前記基板と前記モールドとの間隔を狭くすることで、前記基板の上の前記硬化性組成物と前記モールドとを接触させる接触動作を行い、
   前記形状制御部は、前記縮小動作において前記圧力を負圧に維持し、前記縮小動作の後であって前記接触動作の開始前に、前記圧力を負圧から正圧に変更する、
   ことを特徴とする成形装置。
9. 前記圧力が前記正圧に変更されることによって、前記モールドが前記基板に向かって凸形状に変形し、
   前記接触動作では、前記モールドの中央部が前記基板の上の前記硬化性組成物に最初に接触する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の成形装置。
10. 前記硬化性組成物によって前記基板の上に平坦化膜を形成するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の成形装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の成形装置を使って基板の上の硬化性組成物を成形する工程と、
    前記硬化性組成物の成形がなされた前記基板を処理する工程と、
    を含み、前記基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

Images