JP2021193714A - 成形装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型時における発塵の抑制に有利な成形装置を提供すること。【解決手段】基板の上の成形可能材料と型とを接触させて前記成形可能材料を成形し、前記成形可能材料を硬化させ、前記硬化した成形可能材料から前記型を分離する成形装置が提供される。成形装置は、前記硬化した成形可能材料と前記型とが接触した状態における前記型の周辺部下面に接触し、内部空間に流体が供給されることで膨張し前記内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の接触部材と、前記接触部材を上方に駆動することにより前記接触部材によって前記型を押し上げさせる駆動部とを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、成形装置、および物品製造方法に関する。

ナノメートルオーダーのデザインルールによる微細構造デバイスの生産が可能で、かつ大量生産向きである技術として、ナノインプリントリソグラフィ（以下、簡単に「インプリント」と呼ぶ）技術の実用化が進んでいる。インプリント技術は、電子線描画装置や半導体露光装置等を用いて製作されたナノメートルスケールの凹凸構造のパターンを持つ型（モールド、テンプレートとも呼ばれる）を、基板上のインプリント材に接触させてパターンを転写する技術である。インプリント技術の一つとして、例えば、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置は、基板上のショット領域に供給された光硬化性の樹脂を型で成形し、光を照射して樹脂を硬化させ、硬化した樹脂から型を引き離すことで、基板上にパターンを形成する。

従来、従来の露光装置と同様に、ステップアンドリピート方式でインプリントを繰り返すことで基板一枚分のパターンを形成するインプリントシーケンスが検討されてきた。しかし、スループットを向上させるため、基板と同サイズの型を用いて１回のインプリント処理で基板一枚分のパターンを形成する一括インプリント方式も検討されている。

また、近年では、インプリント技術を応用して、パターンのない平坦な型を用いて、基板の上の成形可能材料を平坦化する技術も提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１には、平坦化の精度向上をねらって、基板の段差に基づいて成形可能材料の滴下量を調整することが記載されている。

これらの一括インプリントや平坦化の技術においては、硬化した成形可能材料から型を引き離す離型を行う必要があるが、型と成形可能材料との接触面積が大きいため、非常に大きな離型力を必要とすることが課題となる。この課題に対しては、例えば、機械要素またはエアジェットによる外力を型に付加することで離型の起点を作り出し、離型を容易に進行させることが考えられる。

特表２０１１−５２９６２６号公報

しかし、機械的接触によって離型を行う場合、機械要素と型とを接触させた時、および、型に外力を付加して離型を進行させる間に、機械要素と型の摺動が生じる。機械的な接触や摺動によって、その箇所から発塵しうる。発生した塵埃は基板や型に付着しうる。基板や型に付着した塵埃はデバイス不良の原因となる。エアジェットによって離型を行う場合でも、エアジェットが引き起こす乱流によって周囲の構成部材から発塵し、それがデバイス不良の原因となる。

本発明は、例えば、離型時における発塵の抑制に有利な成形装置を提供する。

本発明の一側面によれば、基板の上の成形可能材料と型とを接触させて前記成形可能材料を成形し、前記成形可能材料を硬化させ、前記硬化した成形可能材料から前記型を分離する成形装置であって、前記硬化した成形可能材料と前記型とが接触した状態における前記型の周辺部下面に接触し、内部空間に流体が供給されることで膨張し前記内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の接触部材と、前記接触部材を上方に駆動することにより前記接触部材によって前記型を押し上げさせる駆動部と、を有することを特徴とする成形装置が提供される。

本発明によれば、例えば、離型時における発塵の抑制に有利な成形装置を提供することができる。

成形装置の構成を示す図。 離型アシスト機構の構成を示す図。 離型アシスト機構の構成および動作を説明する図。 離型アシスト機構の構成を示す図。 離型アシスト機構の構成を示す図。 物品製造方法を説明する図。

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。

＜第１実施形態＞
本発明は、基板の上に成形可能材料（硬化性組成物）を成形する成形処理を行う成形装置に関するものである。成形処理は、基板の上に供給された成形可能材料と型（原版、テンプレート）とを接触させる接触工程を含む。この接触によって成形可能材料が成形される。成形処理は更に、成形可能材料と型とが接触した状態で成形可能材料を硬化させる硬化工程と、硬化した成形可能材料と型とを分離する離型工程とを含む。

図１は、実施形態における成形装置の概略図である。本明細書および図面においては、水平面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向が示される。一般には、基板１はその表面が水平面（ＸＹ平面）と平行になるように基板ステージ３の上に置かれる。よって以下では、基板１の表面に沿う平面内で互いに直交する方向をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする。また、以下では、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方向という。

図１には、本実施形態における成形装置１００の構成が示されている。成形装置１００は、型１１を用いて、基板１上に供給、配置、または塗布された、光硬化性の成形可能材料１２を成形する。ここでは、紫外線の照射によって成形可能材料１２を硬化させる光硬化法を採用した装置の例を説明するが、これに限られない。例えば、成形装置１００は、熱硬化性の成形可能材料を基板１上に供給し、加熱によって成形可能材料を硬化させる熱硬化法を採用した装置であってよい。また、基板１として、半導体製造において使用されるシリコンウエハを用いる例を説明するが、これに限られない。典型的なウエハは、直径３００ｍｍあるいは２００ｍｍの円形の外周形状を有する。また、型１１が、ウエハと同サイズの円形の外周形状を有する例を説明するが、これに限られない。例えば、型１１が、例えば、直径３００ｍｍ以上５００ｍｍ未満の円形の外周形状を有するものとしてもよい。

基板１には、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、サファイア、チッ化ケイ素等の公知の基材が用いられうる。また、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って密着層が形成された基板であってもよい。

本実施形態では、型１１として、例えば、厚さ０．２５ｍｍ以上２ｍｍ未満の部材が用いられる。型１１は、紫外線を透過可能な材質で構成されている。本実施形態では、石英が用いられるが、これに限られない。型の材質として、ガラス、PMMA（Polymethyl methacrylate）、ポリカーボネート樹脂等が用いられてもよい。

本実施形態では、成形可能材料１２として、紫外線硬化性の組成物（例えば樹脂）が用いられる。紫外線硬化性の組成物は、アクリレートやメタクリレートのようなモノマーであってもよい。また、成形可能材料１２は、重合性化合物、光重合開始材、非重合性化合物、溶剤のいずれかを含んでもよく、非重合性化合物として、増感剤、水素供与体、内添型離型材、界面活性剤、酸化防止剤、ポリマー成分の少なくともいずれかを含んでもよい。本実施形態の成形可能材料１２は、例えば、波長２００〜３８０ｎｍの光（紫外線）の照射により硬化する。

成形装置１００は、基板１上に供給された成形可能材料１２を硬化させる光を照射する照射部２４を有する。照射部２４は光源を含み、さらに光源からの光を導光するレンズやミラーを含む光学系を有しうる。基板ステージ３は、基板１を保持するための基板チャック２（基板保持部）を支持する。インプリントヘッド１３は、型１１を保持するための型チャック４０（型保持部）を支持する。駆動部９は、インプリントヘッド１３を鉛直方向（Ｚ方向）に駆動し、ガイド８はインプリントヘッド１３の鉛直方向の移動を案内する。基板１上に供給された成形可能材料１２に型１１の表面１１ａを接触させ、この状態で成形可能材料１２に照射部２４から光を照射し、成形可能材料１２を硬化させる。硬化後に型１１を上方に移動させる（離型）と、基板１上には、型１１の接触面に応じた表面形状の硬化物が形成される。このようにして、成形装置１００は成形可能材料１２を成形する。

基板ステージ３は、基板１を基板チャック２に保持させた状態で、ベース４上を移動可能である。基板１を基板チャック２上に搬入する際または基板１を基板チャック２から搬出する際に、インプリントヘッド１３の下方から離れた位置に基板ステージ３を移動させることで、搬送ハンドとインプリントヘッド１３との干渉（物理的接触）の回避が容易となる。また、基板１上の成形可能材料１２と型１１とを接触させる前に基板ステージ３を微小量だけ移動させることで、型１１と基板１との相対位置を微調整することができる。基板ステージ３を駆動する駆動部３１として、本実施形態ではリニアモータが用いられる。ただし、これに限らず、ボールねじと回転モータを組み合わせた駆動機構など、公知の技術を適用しうる。本実施形態では、基板ステージ３の移動方向をＸ方向とＹ方向の２軸方向としているが、これに限らず６軸方向としてもよい。基板ステージ３は、天板と、天板に連結された板状部材とを有してもよい。また、基板ステージ３上には、離型アシスト機構１８が配置されており、後述のように離型を補助する。

基板チャック２は、基板ステージ３に締結あるいは吸着により固定される。基板チャック２は、基板１を保持する保持面を有する。基板チャック２による基板１の保持方式として、真空吸着方式、静電吸着方式などの公知の技術が適用されうる。真空吸着方式の場合には、基板チャック２の表面に形成された凹部（溝）と負圧発生装置とが連通される。基板１を保持面に載置した状態で凹部の内側を負圧にすることで基板１を保持することができる。

型チャック４０は、型１１を保持する保持面を有し、真空吸着方式または静電吸着方式などの公知の技術により型１１を保持する。

ベース４には複数の支柱５が配置され、支柱５により構造体６が支持される。構造体６は天板であってもよい。支柱５は、本実施形態では４本配置されている（図１では２本のみ図示）が、これに限られない。台（棚）１４は、支柱１０を介して構造体６によって支持（懸架）される。台１４には、オフアクシススコープ２１と、ＴＴＭ（Through the Mold）スコープ２３と、ディスペンサ（液滴供給部）２０が取り付けられている。台１４には、更に、基板１の表面の高さを計測するためのセンサ（不図示）が取り付けられていてもよい。構造体６と台１４には、上述のガイド８を貫通させるための開口が設けられている。

オフアクシススコープ２１は、基板ステージ３に配置された基準マークと、基板ステージ３に搭載されている基板１に形成されたマークとを検出することができる。ＴＴＭスコープ２３は、基板ステージ３に配置された基準マークと、型チャック４０によって保持されている型１１に形成されたマークとを検出することができる。本実施形態では、ＴＴＭスコープ２３を用いて、基板ステージ３の基準マークと型１１に形成されたマークとの相対位置を計測し、オフアクシススコープ２１を用いて、基板ステージ３の基準マークと基板１との相対位置を計測する。計測された相対位置を用いて、型１１または基板１の位置を調整することによって、型１１と基板１とを所望の相対位置にして接触させることができる。これらのスコープは、光源と、撮像素子と、検出用の光を被検物または撮像素子に導く光学系を含みうる。

ディスペンサ２０は、基板１上に成形可能材料１２の液滴を吐出するノズル（吐出部）を有する。吐出方式として、ピエゾジェット方式やマイクロソレノイド方式を用いることができる。ノズルの数は特に限定されず、１列のノズルアレイとしてもよく、複数列のノズルアレイとしてもよい。

基板搬送部２２は、搬送ハンドを有する。搬送ハンドは、複数の基板を格納する容器（不図示）から、これからインプリント処理されるべき基板を取り出し、基板チャック２に搬送する。また、搬送ハンドは、すでにインプリント処理がされた基板を基板チャック２から受け取り、容器（不図示）に搬送する。型搬送部３２は、搬送ハンドを含む。搬送ハンドは、複数の型を格納する容器（不図示）から、これからインプリント処理に使うべき型を取り出し、型チャック４０に搬送する。また、搬送ハンドは、すぐに使用しない型を型チャック４０から受け取り、容器（不図示）に搬送する。

制御部２００は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶部と、外部デバイスとプロセッサとを接続するためのインタフェース部と、を含みうる。インタフェース部には、ホストコンピュータとの通信を行う通信インタフェースも含まれる。ホストコンピュータは、例えば、成形装置１００が配置された工場全体または工場の一領域を制御するコンピュータでありうる。プロセッサは、記憶部に記憶されたプログラムを実行し、成形装置の動作を制御する。制御部２００は、複数の回路基板を有していてもよい。また、制御部２００の全部あるいは一部は、成形装置１００のチャンバ（筐体）の内部にあるラックに配置されていてもよく、チャンバの外部に配置されていてもよい。

制御部２００は、成形装置１００の動作を制御する。ここで、成形装置１００の動作は、各ユニットの動作を含む。制御部２００は、離型アシスト機構１８による離型アシスト動作、基板ステージ３の動作、駆動部９の動作を制御する。

図２は、離型アシスト機構１８の構成を示す図である。図２は、硬化工程によって基板１と型１１との間に挟まれた成形可能材料１２が硬化された後の状態を、Ｚ方向上方から見た平面視図である。

基板１は、基板周辺部に形成された基板位置決めマーク１ｂを有する。基板位置決めマーク１ｂは、例えば、基板１の周方向の位置決めに用いられる切り欠き部である。切り欠き部の典型例として、ノッチあるいはオリエンテーションフラットがある。図２の例では、基板位置決めマーク１ｂは、Ｖ字状の切り欠きであるノッチであるが、オリエンテーションフラット等の他のマークを用いてもよい。型１１も型位置決めマーク１１ｂを有する。図２の例では、型位置決めマーク１１ｂは、基板位置決めマーク１ｂと同様なノッチであるが、その他のマークであってもよい。なお、型１１には型位置決めマークは無くてもよい。図２において、型位置決めマーク１１ｂは、基板位置決めマーク１ｂから９０°回転した位置にあるが、型位置決めマーク１１ｂが基板位置決めマーク１ｂと重なる位置になければよく、その位置関係は９０°に限らなくてもよい。

離型アシスト機構１８には、接触部材１９が接続されている。接触部材１９と離型アシスト機構１８とは、接着、融着、締結等の公知の方法で接続される。接触部材１９は、硬化した成形可能材料１２と型１１とが接触した状態における型１１の周辺部下面に接触して型１１を押し上げるための部材である。離型アシスト機構１８は、この接触部材１９を上方（＋Ｚ方向）に駆動することにより接触部材１９によって型１１を押し上げさせる駆動部として機能する。

ここで、基板１に形成されている基板位置決めマーク１ｂがノッチである場合を想定する。Ｚ方向下方から見た場合（すなわち、基板裏面側からの平面視で）、基板１に形成されている切り欠き部であるノッチから、型１１の周辺部下面が露出する。接触部材１９は、このノッチから露出している型１１の周辺部下面に接触することができる。接触部材１９は、初期状態において、接触部材１９は、Ｚ方向上方から見た平面視において基板位置決めマーク１ｂであるノッチより小さい形状を有する。図２に示されるように、初期状態の接触部材１９の形状は、ノッチと概略相似形でありうる。接触部材１９は最初、基板位置決めマーク１ｂに入り込むように配置される。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、離型アシスト機構１８の構成および動作を説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）には、図２のＡ−Ａ線付近の拡大図と、Ａ−Ａ線に沿う断面図が示されている。

図３（ａ）は、離型開始前の離型アシスト機構１８を示している。基板１と型１１によって成形可能材料１２が挟まれている。ここでは、型１１の外周部の下面（基板１側の面）には凹部１１ｃが形成されている。凹部１１ｃは、成形可能材料１２の基板の外側へのはみ出しを防止する目的で形成されている。型１１と接触して広げられた成形可能材料１２は、凹部１１ｃの端で止まりそれ以上外側までには広がらない。ただし、成形可能材料１２の滴下量と滴下位置を厳密に調整することで、凹部１１ｃが無くても成形可能材料１２の広がり量を制御することは可能であるため、凹部１１ｃは必ずしも必要ではない。

離型アシスト機構１８がＺ方向上方に駆動されることにより、接触部材１９が型１１に接触して型１１を押し上げる。型１１が押し上げられることにより型１１は弾性変形するが、接触部材１９は、型１１のそのような変形に追従可能な材料で構成される。接触部材１９は、型１１の変形に追従可能であるため、型１１と接触部材１９との間の摺動による発塵がない。型１１の変形に追従可能な材料は、例えばゴム材料でありうる。ゴム材料の材質は、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等でありうる。型１１の変形に追従可能な材料は、ゴム材料以外の高分子材料であってもよい。

実施形態において、接触部材１９は、内部空間に流体が供給されることで膨張し内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の部材からなる。離型アシスト機構１８は、内部に流体を流すことができる流路３９を有しうる。流路３９は、接触部材１９の内部空間と流体供給部（不図示）とを連通する。流路３９に流す流体としては、例えば、空気、窒素、アルゴン等の気体や、純水、フッ素系不活性液体等の液体でありうる。

接触部材１９が収縮した状態で離型が開始される。離型が開始されると、制御部２００は、離型アシスト機構１８をＺ方向上方に駆動させる。これにより、接触部材１９は、基板１に形成されているノッチ（基板位置合わせマーク１ｂ）によって形成された開口から、型１１の下面と接触する。その後、制御部２００は、離型アシスト機構１８をＺ方向上方に駆動させながら、接触部材１９を膨張させる。このように、接触部材１９は、最初、収縮した状態でノッチによって形成された開口の内部に入り、その後、膨張する。この膨張により、型１１は押し上げられ、また、接触部材１９は型１１の変形に追従する。接触部材１９が更に膨張し、基板位置決めマーク１ｂよりもＸＹ平面方向に大きくなると、接触部材１９は、基板１と型１１に挟まれながら膨張することになり、型１１に大きな力が働くようになる。この様子が、図３（ｂ）に示されている。このとき、型１１は成形可能材料１２から引き剥がされるのに必要な離型力を得ることができるようになる。成形可能材料１２からの離型においては、このように、離型の起点となる部分を作ることが重要であり、本実施形態の方法で離型の起点を形成することで、その後の離型を進めることが容易となる。

ここで、接触部材１９が成形可能材料１２に接触すると新たな発塵を引き起こす可能性があるため、接触部材１９が成形可能材料１２に接触しないようにすることが重要である。そのために、例えば、接触部材１９は、収縮した状態でノッチによって形成された開口の内部を通過した後、成形可能材料１２と接触しないよう型１１の周方向に膨張し、径方向にはなるべく膨張しないように形成される。また、制御部２００は、接触部材１９が成形可能材料１２と接触しないように接触部材１９の膨張量を制御する。例えば、膨張に必要な流体の圧力と膨張量との関係をあらかじめ取得しておき、制御部２００は、この関係に基づいて流体の圧力を制御してもよい。これにより、接触部材１９が成形可能材料１２に接触することなく、離型工程を進行させることが可能となる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態における離型アシスト機構を示す図である。図４は、図２と同様、基板１の上に供給された成形可能材料１２と型１１とを接触させた状態で成形可能材料１２を硬化させた後の状態を、Ｚ方向上方から見た平面視図である。本実施形態における離型アシスト機構は、第１離型アシスト機構１８と第２離型アシスト機構２８とを含む。第１離型アシスト機構１８は、図２の離型アシスト機構１８に対応する。

基板１は、基板周辺部に形成された基板位置決めマーク１ｂを有する。基板位置決めマーク１ｂは、例えば、基板１の周方向の位置決めに用いられる切り欠き部である。切り欠き部の典型例として、ノッチあるいはオリエンテーションフラットがある。図４の例では、基板位置決めマーク１ｂは、Ｖ字状の切り欠きであるノッチであるが、オリエンテーションフラット等の他のマークを用いてもよい。型１１も型位置決めマーク１１ｂを有する。図４の例では、型位置決めマーク１１ｂは、基板位置決めマーク１ｂと同様なノッチであるが、その他のマークであってもよい。なお、型１１には型位置決めマークは無くてもよい。図４において、型位置決めマーク１１ｂは、基板位置決めマーク１ｂから９０°回転した位置にあるが、型位置決めマーク１１ｂが基板位置決めマーク１ｂと重なる位置になければよく、その位置関係は９０°に限らなくてもよい。

第１離型アシスト機構１８には、第１接触部材１９が接続されている。これは第１実施形態における接触部材１９に相当するものである。また、第１離型アシスト機構１８には更に、第２接触部材２９が接続されている。第２接触部材２９と離型アシスト機構１８とは、接着、融着、締結等の公知の方法で接続される。第２接触部材２９は、初期状態において、基板１の外周および型１１の外周から距離を隔てて配置される。第２接触部材２９と基板１の外周および型１１の外周との距離は、互いの接触を避けるため、例えば、少なくとも０．３ｍｍは離れており、かつ、効果的に離型アシストを行うために、例えば、２．０ｍｍ以内である。

第２離型アシスト機構２８は、第１離型アシスト機構１８の近傍で、基板１と型１１の外周に沿って構成される。第２離型アシスト機構２８を複数有していてもよい。図４の例では、型の周方向に沿って、第１離型アシスト機構１８の両隣に配置された２つの第２離型アシスト機構２８を有する例が記載されている。第２離型アシスト機構２８は、第３接触部材３０を有する。第３接触部材３０の構成は第２接触部材２９と同じものでありうるが、ここでは第２接触部材２９と区別するため、第３接触部材３０と称呼する。第３接触部材３０は、初期状態において、基板１の外周および型１１の外周から距離を隔てて配置される。第３接触部材３０も、第２離型アシスト機構２８に、接着、融着、締結等の公知の方法で結合される。第３接触部材３０と基板１の外周および型１１の外周との距離は、互いの接触を避けるため、例えば、少なくとも０．３ｍｍは離れており、かつ、効果的に離型アシストを行うために、例えば、２．０ｍｍ以内である。

図５（ａ）は、離型開始後の第１の離型段階を示す図である。第１離型アシスト機構１８は、内部に流体を流すことができる流路３９を有しうる。第１接触部材１９の構成も第１実施形態の接触部材１９と同様である。離型が開始されると、制御部２００は、第１離型アシスト機構１８をＺ方向上方に駆動させる。これにより、第１接触部材１９が型１１に接触する。その後、制御部２００は、第１離型アシスト機構１８をＺ方向上方に駆動させながら、第１接触部材１９を膨張させる。この膨張により、型１１は押し上げられ、また、第１接触部材１９は型１１の変形に追従する。第１接触部材１９が更に膨張し、基板位置決めマーク１ｂよりもＸＹ平面方向に大きくなると、第１接触部材１９は、基板１と型１１に挟まれながら膨張することになり、型１１に大きな力が働くようになる。このとき、型１１は成形可能材料１２から引き剥がされるのに必要な離型力を得ることができるようになる。成形可能材料１２からの離型においては、この離型の起点を形成することで、その後の離型を進めることが容易となる。

第１接触部材１９が成形可能材料１２に接触すると、新たな発塵を引き起こす可能性があるため、成形可能材料１２に接触しないように第１接触部材１９の膨張量を制御することが重要である。そのため、第１接触部材１９の膨張が基板１や型１１の周方向に進み、径方向には進まないように、第１接触部材１９が構成される。また、膨張に必要な流体の圧力と膨張量との関係をあらかじめ取得しておき、制御部２００は、この関係に基づいて流体の圧力を制御してもよい。これにより、第１接触部材１９が成形可能材料１２に接触することなく、離型を進行させることが可能となる。

本実施形態では、離型をさらに容易に進行させるために、第２接触部材２９が使用される。第２接触部材２９も、第１接触部材１９と同様、内部空間に流体が供給されることで膨張し内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の部材からなる。第１離型アシスト機構１８は、第１接触部材１９に連通する流路３９とは別に、第２接触部材２９に連通する流路（不図示）を有する。流路に流す流体は、例えば、空気、窒素、アルゴン等の気体や、純水、フッ素系不活性液体等の液体でありうる。また、第２接触部材２９は、第１接触部材１９と同じく、型１１の変形に追従可能な材料で構成される。第２接触部材２９は、型１１の変形に追従可能であるため、型１１と第２接触部材２９との間の摺動による発塵がない。

第２接触部材２９は、不図示の流路と連通する内部空間を有する。流路を通って内部空間に導入された流体により、第２接触部材２９は膨張することができる。内部空間における流体の量を調整することにより、第２接触部材２９の膨張／収縮を制御することができる。

図５（ｂ）に、第２接触部材２９による第２の離型段階を示す。第１の離型段階で第１接触部材１９によって形成された離型の起点により、基板１と型１１との間に隙間Ｓが生じる。制御部２００は、この隙間Ｓに第２接触部材２９が入り込むように、第２接触部材２９を膨張させる。第２接触部材２９は、ＸＹ平面方向により大きく膨張するように構成されうる。第２接触部材２９が膨張することにより第２接触部材２９は隙間Ｓに入り込み、第２接触部材２９が更に膨張することで、隙間Ｓが隙間Ｓ’へと拡大し、これによって型１１の離型範囲が広がり、離型が促進される。

図５（ｃ）に、第３接触部材３０による第３の離型段階を示す。第２離型アシスト機構２８は、第３接触部材３０に連通する流路（不図示）を有する。流路に流す流体は、例えば、空気、窒素、アルゴン等の気体や、純水、フッ素系不活性液体等の液体でありうる。また、第３接触部材３０は、第２接触部材２９と同じく、型１１の変形に追従可能な材料で構成される。第３接触部材３０は、型１１の変形に追従可能であるため、型１１と第３接触部材３０との間の摺動による発塵がない。

第３接触部材３０は、不図示の流路と連通する内部空間を有する。流路を通って内部空間に導入された流体により、第３接触部材３０は膨張することができる。内部空間における流体の量を調整することにより、第３接触部材３０の膨張／収縮を制御することができる。

第２の離型段階までに形成された隙間Ｓ’に、第３接触部材３０が入り込むように、第３接触部材３０を膨張させる。第３接触部材３０は、ＸＹ平面方向により大きく膨張するように構成されうる。第３接触部材３０が膨張することにより第３接触部材３０は隙間Ｓ’に入り込み、第３接触部材３０が更に膨張することで、隙間Ｓ’が隙間Ｓ”へと更に拡大し、これによって型１１の離型範囲が更に広がり、離型が促進される。

他の実施形態において、第２接触部材２９および／または第３接触部材３０の内部空間は、隔壁（不図示）によって複数の空間に区画されている。各空間は、別々の流路と連通し、個別に膨張／収縮が制御されうる。これにより、制御部２００は、基板位置決めマーク１ｂに近い側の空間から順に膨張するように第３接触部材３０を制御することができる。これにより、基板１と型１１の隙間を広げながら離型をアシストする接触部材を順次に挿入していくことが可能となる。かかる構成を用いて、第３接触部材３０は、例えば、第１離型アシスト機構１８を除いて、基板１と型１１の外周すべてをカバーできるような連続した部材とすることも可能である。

基板１と型１１の隙間に第３接触部材３０を挿入するために、基板１と型１１の隙間を算出する具体的な１つの方法として、第１接触部材１９の膨張量および第１接触部材１９の内部空間に導入された流体の圧力に基づいて算出する方法がある。また、他の方法として、第２接触部材２９の膨張量と第２接触部材２９の内部空間に導入された流体の圧力とに基づいて、基板１と型１１の隙間を算出する方法がある。さらに他の方法として、高さを計測可能なセンサを用いて型１１の位置変化を計測し、その計測結果から、基板１と型１１の隙間を算出する方法がある。高さ計測センサとしては、光学式の反射型センサ、分光センサ、超音波センサ、接触式変位センサ、磁気式センサ等の公知のセンサを適用しうる。

以上説明した実施形態によれば、型１１を低発塵で効率よく離型することが可能な構成が実現される。

＜成形装置の具体的応用例＞
成形装置１００は、基板の上の成形可能材料であるインプリント材と型との接触を行うことによって型のパターンをインプリント材に転写するインプリント装置として使用することができる。インプリント装置においては、基板に形成された複数のショット領域のそれぞれごとにインプリントを行うことができる。あるいは、インプリント装置においては、基板の複数のショット領域について一括して（基板全面、または、１または２以上の列のショット領域の単位で）インプリント（すなわち、接触）を行うことができる。このような一括インプリントの場合には大きな離型力が必要になるため、上述した各実施形態は特に好適である。

＜成形装置の具体的応用例＞
成形装置１００は、基板の上の成形可能材料と平坦面を有する部材（型の平坦面）とを接触させることによって基板の上に成形可能材料による平坦化膜を形成する平坦化装置として使用することもできる。

基板上の下地パターンは、前の工程で形成されたパターンに起因する凹凸プロファイルを有しており、特に近年のメモリ素子の多層構造化に伴いプロセス基板は１００ｎｍ前後の段差を持つものも出てきている。基板全体の緩やかなうねりに起因する段差は、フォト工程で使われているスキャン露光装置のフォーカス追従機能によって補正可能である。しかし、露光装置の露光スリット面積内に収まってしまうピッチの細かい凹凸は、露光装置のＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）から外れるおそれがある。従来、基板の下地パターンを平滑化する手法として、ＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような平坦化層を形成する手法が用いられている。しかし、従来技術では十分な平坦化性能が得られない問題があり、今後多層化による下地の凹凸差は更に増加する傾向にある。

この問題を解決するために、上記したようなインプリント技術を用いて基板の平坦化を行う平坦化装置が検討されている。平坦化装置は、基板に予め供給された未硬化状態の組成物（平坦化材）に、部材の平坦面、あるいは、パターンが形成されていない部材（平面テンプレート）を接触させて基板面内の局所的な平面化を行う。その後、組成物と平面テンプレートとが接触した状態で組成物を硬化させ、硬化した組成物から平面テンプレートを分離させる。これにより基板上に平坦化層が形成される。インプリント技術を用いた平坦化装置は、基板の段差に応じた量の組成物を滴下するため、既存の方法よりも平坦化の精度が向上することが期待される。

平坦化装置の場合、基板全面に対して平坦化膜が一括して形成される。
＜物品製造方法の実施形態＞
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。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、物品製造方法について説明する。図６の工程ＳＡでは、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に形成されたシリコン基板等の基板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６の工程ＳＢでは、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６の工程ＳＣでは、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６の工程ＳＤでは、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６の工程ＳＥでは、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６の工程ＳＦでは、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。

１：基板、１ｂ：基板位置決めマーク、１１：型、１１ｂ：型位置決めマーク、１２：インプリント材、１８：離型アシスト機構、１９：接触部材

Claims (15)

1. 基板の上の成形可能材料と型とを接触させて前記成形可能材料を成形し、前記成形可能材料を硬化させ、前記硬化した成形可能材料から前記型を分離する成形装置であって、
   前記硬化した成形可能材料と前記型とが接触した状態における前記型の周辺部下面に接触し、内部空間に流体が供給されることで膨張し前記内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の接触部材と、
   前記接触部材を上方に駆動することにより前記接触部材によって前記型を押し上げさせる駆動部と、
   を有することを特徴とする成形装置。
2. 前記接触部材は、前記基板の裏面側からの平面視において、前記基板に形成されている切り欠き部から露出した前記型の前記周辺部下面と接触する、ことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記切り欠き部は、オリエンテーションフラットであること特徴とする請求項２に記載の成形装置。
4. 前記切り欠き部は、ノッチであることを特徴とする請求項２に記載の成形装置。
5. 前記接触部材は、収縮した状態で前記ノッチによって形成された開口の内部に入り、その後、膨張する、ことを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
6. 前記接触部材は、収縮した状態で前記ノッチによって形成された開口の内部を通過した後、前記成形可能材料と接触しないよう前記型の周方向に膨張するように形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の成形装置。
7. 前記成形可能材料と接触しないように前記接触部材の膨張量が制御されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成形装置。
8. 前記型の前記周辺部下面に接触し、内部空間に流体が供給されることで膨張し前記内部空間から流体が排出されることで収縮するバルーン状の第２接触部材を更に有し、
   前記第２接触部材は、前記接触部材が膨張することで形成された前記型と前記成形可能材料との隙間の中で膨張して前記隙間を拡大させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の成形装置。
9. 前記第２接触部材を複数有する、ことを特徴とする請求項８に記載の成形装置。
10. 前記複数の第２接触部材のうちのいずれか２つは、前記型の周方向に沿って、前記接触部材の両隣に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の成形装置。
11. 前記第２接触部材の内部空間は、隔壁によって複数の空間に区画されており、各空間の膨張／収縮が個別に制御される、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の成形装置。
12. 前記成形装置は、前記基板の上の前記成形可能材料であるインプリント材と前記型との接触を行うことによって前記型のパターンを前記インプリント材に転写するインプリント装置であって、前記基板の複数のショット領域について一括して前記接触を行うインプリント装置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の成形装置。
13. 前記成形装置は、前記基板の上の前記成形可能材料と前記型の平坦面とを接触させることによって前記基板の上に前記成形可能材料による平坦化膜を形成する平坦化装置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の成形装置。
14. 請求項１２に記載の成形装置である前記インプリント装置を用いて基板の上にパターンを形成する形成工程と、
    前記形成工程で前記パターンが形成された前記基板を処理する処理工程と、
    を有し、前記処理工程で処理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製造方法。
15. 請求項１３に記載の成形装置である前記平坦化装置を用いて基板の上に平坦化膜を形成する形成工程と、
    前記形成工程で形成された前記平坦化膜を処理する処理工程と、
    を有し、前記処理工程で処理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製造方法。

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