JP2022187832A - 成形装置、成形方法及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に向けて吐出されるインプリント材の液滴の体積をフィードバック制御するのに有利な成形装置を提供する。【解決手段】型を用いて基板上の組成物を成形する成形装置であって、前記組成物の液滴を吐出して前記基板上に配置する吐出部と、前記基板上に配置された前記組成物の液滴を前記型で成形することで前記基板上に形成された前記組成物の膜の膜厚を計測する計測部と、前記計測部で計測された前記膜厚に基づいて前記吐出部から吐出された前記組成物の液滴の体積を求め、当該体積に基づいて前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように前記吐出部を制御する制御部と、を有することを特徴とする成形装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、成形装置、成形方法及び物品の製造方法に関する。

基板上のインプリント材（組成物）を型によって成形するインプリント処理によって、基板上にパターンを形成する微細加工技術が知られている。かかる技術は、インプリント技術とも呼ばれ、基板上にナノメートルオーダーのパターン（構造体）を形成することができる。

インプリント技術には、インプリント材の硬化法の１つとして光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置では、基板上にインプリント材を配置（供給）し、かかるインプリント材と型とを接触させた状態で光を照射してインプリント材を硬化させる。そして、基板上の硬化したインプリント材から型を引き離すことでインプリント材のパターンを基板上に形成する。なお、インプリント材の硬化法としては、例えば、熱によりインプリント材を硬化させる熱硬化法もある。

インプリント装置では、一般的に、ディスペンサを用いて、インプリント材を基板上に配置する。ディスペンサは、液体吐出装置の一構成要素として、例えば、インクジェット方式によりインプリント材の液滴を吐出する機構であって、その具体的な構成は、インクジェットプリンタに一般的に用いられているインクジェットヘッドと同様である。

インプリント装置において、基板上に正確にパターンを形成するためには、ディスペンサから吐出されるインプリント材の液滴の体積を一定にすることが必要となる。但し、ディスペンサでは、ディスペンサ内部の圧力の変化、ピエゾ素子などの駆動部の劣化、異物の付着などに起因して、インプリント材を吐出する部分の状態が変化し、ディスペンサから吐出されるインプリント材の液滴の体積が変動することがある。そこで、露光装置に関する技術ではあるが、インプリント装置に適用可能と考えられる技術として、基板上の感光剤の膜厚を計測する技術がある（特許文献１参照）。

特開２００２－３１８９５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、露光装置外の計測装置（外部装置）で感光剤の膜厚を計測しているため、その計測結果を、積算露光量などの露光条件にフィードバックする（反映させる）までに時間を要してしまう。このような問題は、特許文献１に開示された技術をインプリント装置に適用した場合、例えば、インプリント装置外の計測装置でインプリント材の膜厚を計測し、その計測結果を、ディスペンサの制御にフィードバックする場合にも同様に生じる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板に向けて吐出されるインプリント材の液滴の体積をフィードバック制御するのに有利な成形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成形装置は、型を用いて基板上の組成物を成形する成形装置であって、前記組成物の液滴を吐出して前記基板上に配置する吐出部と、前記基板上に配置された前記組成物の液滴を前記型で成形することで前記基板上に形成された前記組成物の膜の膜厚を計測する計測部と、前記計測部で計測された前記膜厚に基づいて前記吐出部から吐出された前記組成物の液滴の体積を求め、当該体積に基づいて前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように前記吐出部を制御する制御部と、を有す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、基板に向けて吐出されるインプリント材の液滴の体積をフィードバック制御するのに有利な成形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。 計測部の詳細な構成や機能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の一例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の一例を説明するためのフローチャートである。 物品の製造方法を説明するための図である。 図１に示すインプリント装置を平坦化装置として用いる場合を説明する図である。

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。更に、添付図面においては、同一も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。

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、物品としての半導体素子、液晶表示素子、磁気記憶媒体などのデバイスの製造工程であるリソグラフィ工程に採用され、基板にパターンを形成するリソグラフィ装置である。インプリント装置１００は、型を用いて基板上の組成物であるインプリント材を成形する成形装置として機能する。本実施形態では、インプリント装置１００は、基板上に配置（供給）された未硬化の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ーを与えることにより、型のパターンが転写された硬化物のパターンを形成する。

インプリント材としては、硬化用のエネルギーが与えられることにより硬化する材料（硬化性組成物）が使用される。硬化用のエネルギーとしては、電磁波や熱などが用いられる。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、具体的には、赤外線、可視光線、紫外線などを含む。

硬化性組成物は、光の照射、或いは、加熱により硬化する組成物である。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、非重合性化合物又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。

インプリント材は、液体噴射ヘッドによって、液滴状、或いは、複数の液滴が繋がって形成された島状又は膜状で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。

基板には、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂などが用いられ、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。具体的には、基板は、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどを含む。

インプリント装置１００は、本実施形態では、インプリント材の硬化法として光硬化法を採用する。なお、インプリント装置１００は、その他のエネルギー（例えば、熱）によってインプリント材を硬化させる硬化法も採用可能である。

本明細書及び添付図面では、基板の表面に平行な方向をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系で方向を示す。ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに平行な方向をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転及びＺ軸周りの回転のそれぞれをθＸ、θＹ及びθＺとする。

インプリント装置１００は、照射部７と、型保持部２と、基板ステージ６と、ディスペンサ１１と、計測部１３と、制御部２０とを有する。また、インプリント装置１００は、基板４を基板ステージ６に搬入する機能、及び、基板４を基板ステージ６から搬出する機能を有する搬送機構（不図示）を有する。

照射部７は、光源（不図示）から発せられた光９（例えば、紫外光）を、インプリント処理に適切な状態に調整し、型１を介して、基板上のインプリント材８に照射する。光源は、例えば、ｉ線、ｇ線を発する水銀ランプなどを含むが、これに限定されるものではなく、型１を透過し、且つ、インプリント材８を硬化させる波長の光を発する光源であればよい。なお、インプリント装置１００が熱硬化法を採用する場合には、照射部７の代わりに、例えば、基板ステージ６の近傍に、インプリント材８を硬化させるための加熱部を設ければよい。

型１は、モールドとも呼ばれ、矩形の平面形状を有する。型１は、基板４と対向する面の中央部に、３次元状に形成された微細な凹凸のパターンを有する。型１は、照射部７からの光９を透過させることが可能な材料、例えば、石英などで構成される。

型保持部２は、構造体３に支持される。型保持部２は、例えば、型１を保持する型チャックと、型チャックを支持して駆動する型駆動機構とを含む。型チャックは、照射部７からの光９が入射する型１の入射面の外周領域を、真空吸着力や静電力によって引き付けることで型１を保持する。型駆動機構は、基板上のインプリント材８と型１とを接触させたり、基板上のインプリント材８から型１を引き離したりするために、型１（を保持した型チャック）をＺ方向に駆動する。なお、基板上のインプリント材８と型１とを接触させる動作、及び、基板上のインプリント材８から型１を引き離す動作は、基板４（を保持する基板ステージ６）をＺ方向に駆動させることで実現してもよい。また、型１及び基板４の双方をＺ方向に相対的に駆動させることで、基板上のインプリント材８と型１とを接触させる動作、及び、基板上のインプリント材８から型１を引き離す動作を実現してもよい。

基板４は、本実施形態では、単結晶シリコンからなる基板である。なお、半導体デバイス以外の物品を製造する用途、例えば、光学素子であれば、基板４は、石英などの光学ガラスを採用し、発光素子であれば、ＧａＮやＳｉＣなどを採用する。

基板ステージ６は、基板４を保持して、ステージ定盤５の上をＸＹ平面内で駆動可能なステージである。基板ステージ６は、基板上のインプリント材８と型１とを接触させる際において、型１に対する基板４の位置決め、即ち、型１と基板４との位置合わせ（アライメント）に用いられる。

ディスペンサ１１は、構造体３に支持され、基板上にインプリント材８を供給する。ディスペンサ１１は、インプリント材８の液滴を吐出して、基板上のショット領域（パターンを形成すべき区画領域）に、インプリント材８の液滴を所望のドロップパターンで配置する吐出部としての機能を有する。インプリント材８は、型１と基板４との間に充填される際には流動性を有し、型１で成形された後には固体である（形状を維持する）ことが求められる。本実施形態では、インプリント材８は、光９の照射によって硬化する光硬化性を有するが、物品の製造工程などの各種条件に応じて、熱硬化性や熱可塑性を有する。

計測部１３は、インプリント装置１００の内部（以下、「装置内」と称する）に設けられている。計測部１３は、ディスペンサ１１から基板上に配置されたインプリント材８の液滴を型１で成形することで基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を計測する。本実施形態では、計測部１３は、装置内において、基板ステージ６に保持された基板上にインプリント材８の膜が形成された後、基板ステージ６から基板４を搬出する前の期間において、インプリント材８の膜の膜厚を計測する。計測部１３の構成や機能については、後で詳細に説明する。

制御部２０は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、メモリに格納されたプログラムに従ってインプリント装置１００の各部を制御する。制御部２０は、インプリント装置１００の各部の動作及び調整などを制御することで、型１を用いて基板上にインプリント材８のパターンを形成するインプリント処理を行う。また、制御部２０は、本実施形態では、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積（液滴１つあたりの体積）を算出する。そして、制御部２０は、算出したインプリント材８の液滴の体積に基づいて、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の変動が許容範囲に収まるように、ディスペンサ１１を制御（フィードバック制御）する。制御部２０は、インプリント装置１００の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、インプリント装置１００の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

インプリント装置１００の一般的な動作、即ち、インプリント処理について概略的に説明する。まず、制御部２０は、搬送機構を介して、基板４をインプリント装置１００に搬入し、かかる基板４を基板ステージ６に保持させる。次いで、制御部２０は、ディスペンサ１１に対向する位置に基板４のショット領域（インプリント処理の対象となるショット領域）が位置するように基板ステージ６を駆動する。ここで、制御部２０は、ディスペンサ１１の下方で基板ステージ６を駆動しながら、ディスペンサ１１から所定量のインプリント材８の液滴を吐出させることで、基板４のショット領域上にインプリント材８の液滴を配置する（配置工程）。

次に、制御部２０は、型１（のパターン）に対向する位置に基板４のショット領域（インプリント材８の液滴が配置されたショット領域）が位置するように基板ステージ６を駆動する。次いで、制御部２０は、型保持部２をＺ方向（下方向）に駆動して、型１と基板４とを近接させ、かかる状態で、型１及び基板４のそれぞれに設けられたマークをアライメントスコープ（不図示）で検出する。そして、制御部２０は、アライメントスコープの検出結果に基づいて、基板ステージ６をＸ方向及びＹ方向に駆動して、型１と基板４との相対位置を調整する（型１と基板４とをアライメントする）。

次に、制御部２０は、型１と基板４との間隔を狭めるように型保持部２をＺ方向に駆動して、基板上のインプリント材８（の液滴）と型１（のパターン）とを接触させる（接触工程）。次いで、制御部２０は、基板上のインプリント材８と型１とを接触させた状態で、インプリント材８に対して照射部７からの光９を照射して、インプリント材８を硬化させる（硬化工程）。そして、制御部２０は、型１と基板４との間隔が広がるように型保持部２をＺ方向（上方向）に駆動して、基板上の硬化したインプリント材８から型１を引き離す（離型工程）。これにより、基板上のインプリント材８に型１のパターンに対応したパターンが形成（転写）される。その後、制御部２０は、搬送機構を介して、基板４を、基板ステージ６（インプリント装置１００）から搬出し、インプリント処理が終了する。

図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、計測部１３の詳細な構成や機能を説明するための図である。計測部１３は、例えば、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、分光干渉計などの測距離センサで構成される。この場合、測距離センサ（計測部１３）の光源から基板４やインプリント材８に向けて発せられる光の波長は、インプリント材８を硬化させる波長ではないことが好ましい。

図２（ａ）乃至図２（ｃ）を参照して、測距離センサで構成された計測部１３が、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を計測する計測処理の一例について説明する。なお、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の吐出量は、ドロップパターンによって変化する。従って、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚は、ドロップパターンごとに計測する、或いは、基準となるドロップパターンを設定して計測するとよい。

まず、計測部１３は、図２（ａ）に示すように、インプリント処理前の基板４の表面４ａ、即ち、インプリント材８の液滴が配置される前の基板４の表面４ａと計測部１３との間の距離（第１距離）を計測する。次いで、計測部１３は、図２（ｂ）に示すように、インプリント処理後の基板上のインプリント材８の表面８ａ、即ち、基板上に形成されたインプリント材８の膜の表面８ａと計測部１３との間の距離（第２距離）を計測する。そして、インプリント処理前の基板４の表面４ａに対する計測結果とインプリント処理後の基板上のインプリント材８の表面８ａに対する計測結果との差分、即ち、第１距離と第２距離との差分を、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚とする。

また、図２（ｃ）に示すように、計測部１３は、インプリント処理後の基板上のインプリント材８の表面８ａ及び裏面８ｂのそれぞれからの反射光を同時に検出することで、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を計測することも可能である。具体的には、まず、計測部１３は、基板上に形成されたインプリント材８の膜の基板側の面である裏面８ｂ（第１面）と計測部１３との間の距離（第１距離）を計測する。次いで、計測部１３は、基板上に形成されたインプリント材８の膜の基板側の面とは反対側の面である表面８ａ（第２面）と計測部１３との間の距離（第２距離）を計測する。ここで、インプリント材８の膜の裏面８ｂに対する計測結果とインプリント材８の膜の表面８ａに対する計測結果との差分、即ち、第１距離と第２距離との差分をインプリント材８の膜の膜厚としてもよい。但し、インプリント材８の表面８ａ及び裏面８ｂのそれぞれからの反射光を同時に検出する場合、インプリント材８の屈折率によって、光路長が空気中よりも長くなるため、インプリント材８の屈折率を考慮してインプリント材８の膜の膜厚を補正するとよい。従って、インプリント材８の膜の裏面８ｂと計測部１３との間の距離である第１距離と、インプリント材８の膜の表面８ａと計測部１３との間の距離である第２距離と、インプリント材８の屈折率とに基づいて、インプリント材８の膜の膜厚を求めるとよい。なお、インプリント材８の屈折率については、例えば、インプリント材８の種類ごとに、インプリント材８の種類とインプリント材８の屈折率との関係を示す屈折率情報として、予め取得しておく必要がある。

また、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚は、基板４やインプリント材８の複数箇所（２点以上）に対する計測部１３の計測結果から求めてもよい。例えば、まず、計測部１３は、基板４の表面上の複数箇所（第１複数箇所）に対して、基板４の表面４ａと計測部１３との間の第１距離を計測する。次いで、計測部１３は、基板４の表面４ａの第１複数箇所上のインプリント材８の膜の複数箇所（第２複数箇所）に対して、インプリント材８の膜の表面８ａと計測部１３との間の第２距離を計測する。そして、基板４の表面４ａの第１複数箇所における第１距離の平均値とインプリント材８の膜の第２複数箇所における第２距離の平均値との差分を、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚としてもよい。これにより、基板４に凹凸（下地パターンなど）が存在する場合であっても、場所による距離のばらつきを抑えて（均して）、第１距離や第２距離を計測することができる。なお、基板４の表面４ａの第１複数箇所としては、例えば、ショット領域の中心箇所と、ショット領域の外周上の外周箇所と、中心箇所と外周箇所との間の箇所とを含む。

一方、インプリント材８の表面８ａ及び裏面８ｂのそれぞれからの反射光を同時に検出する場合も同様である。まず、計測部１３は、基板上に形成されたインプリント材８の膜の裏面８ｂの複数箇所（第１複数箇所）に対して、インプリント材８の膜の裏面８ｂと計測部１３との間の第１距離を計測する。次いで、計測部１３は、インプリント材８の膜の裏面８ｂの第１複数箇所上の表面８ａの複数箇所（第２複数箇所）に対して、インプリント材８の膜の表面８ａと計測部１３との間の第２距離を計測する。そして、インプリント材８の膜の裏面８ｂの第１複数箇所における第１距離の平均値と、インプリント材８の膜の表面８ａの第２複数箇所における第２距離の平均値と、インプリント材８の屈折率とに基づいて、インプリント材８の膜の膜厚を求める。

このようにして、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚が計測されたら、制御部２０は、計測部１３で計測されたインプリント材８の膜の膜厚に基づいて、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積を求める。インプリント材８の液滴の体積は、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の数、計測部１３で計測されたインプリント材８の膜の膜厚、及び、ショット領域の面積（インプリント材８の膜を形成する領域の面積）から算出することが可能である。例えば、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の数をＮ［ｐｃｓ］、計測部１３で計測されたインプリント材８の膜の膜厚をｔ［ｍ］、ショット領域の面積をＳ［ｍ^２］とする。この場合、インプリント材８の液滴の体積は、ｔ［ｍ］×Ｓ［ｍ^２］／Ｎ［ｐｃｓ］の計算式から算出される。

制御部２０は、計測部１３で計測されたインプリント材８の膜の膜厚から算出したインプリント材８の液滴の体積を記憶して、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の変動（の推移）を把握する。そして、制御部２０は、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように、ディスペンサ１１を制御（フィードバック制御）する。例えば、インプリント材８の液滴の最適な体積に対して、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の変動量が±５％を超えたら、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御（調整）する。具体的には、インプリント材８の液滴の最適な体積に対して、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積が５％以上減少したら、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を減少した分だけ増加させる。一方、インプリント材８の液滴の最適な体積に対して、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積が５％以上増加したら、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を増加した分だけ減少させる。なお、５％という数字は一例であり、インプリント装置１００の運用状況に応じて、任意の数字を設定することが可能である。ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御する手法としては、例えば、ディスペンサ１１からインプリント材８の液滴を吐出する際に駆動させるピエゾ素子（不図示）に印加する電圧を変更する手法などがある。

本実施形態では、装置内に設けられた計測部１３で基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を計測し、かかる膜厚に基づいてディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積を求めて、ディスペンサ１１をフィードバック制御する。従って、インプリント材８の膜が形成された基板４をインプリント装置１００から搬出し、インプリント装置外の計測装置（外部装置）でインプリント材８の膜の膜厚を計測する必要がなくなる。これにより、計測部１３の計測結果を、短時間で、ディスペンサ１１（から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の制御）にフィードバックすることができる。換言すれば、本実施形態では、従来技術と比較して、ディスペンサ１１のフィードバック制御に要する時間を大幅に短縮することができる。また、ディスペンサ１１にから吐出されるインプリント材８の液滴の体積を一定に維持することが可能となり、インプリント材８の液滴の体積の変動による基板４への良好なパターンの形成が阻害されることを抑制（防止）することができる。

なお、ディスペンサ１１から基板４に配置されたインプリント材８の液滴は、時間が経過するにつれて、その一部が揮発して体積が減少する。従って、基板上にインプリント材８の液滴を配置してからインプリント材８の膜を形成するまでのインプリント材８の揮発量にも基づいて、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるようにするとよい。特に、基板上にインプリント材８の液滴を配置してからインプリント材８の膜を形成するまでの時間の変化は、基板上に形成されるインプリント材８の膜厚の変化との相関性が高い。そのため、インプリント材８の揮発量を考慮して、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御（補正）することが有効となる。具体的には、例えば、ディスペンサ１１から基板上にインプリント材８の液滴を配置してからインプリント材８の膜を形成するまでの時間と、基板上に形成されるインプリント材８の膜の膜厚との関係を示すデータを予め取得する。そして、ディスペンサ１１をフィードバック制御する際に、かかるデータにも基づいて、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の体積を制御する。なお、基板上にインプリント材８の液滴を配置してからインプリント材８の膜を形成するまでの時間以外の要因も考慮してもよい。

以下、図３を参照して、本実施形態におけるディスペンサ１１のフィードバック制御を含むインプリント処理の一例について説明する。ここでは、インプリント処理前の基板４の表面４ａと計測部１３との間の第１距離、及び、インプリント処理後の基板上のインプリント材８の表面８ａと計測部１３との間の第２距離を計測して、インプリント材８の膜の膜厚を求めるシーケンスを例に説明する。

Ｓ１では、基板４を基板ステージ６に搬送して、かかる基板４を基板ステージ６で保持する。Ｓ２では、基板ステージ６に保持された基板４について、インプリント材８の液滴を配置する前の基板４の表面４ａと計測部１３との間の第１距離を計測部１３で計測する。

Ｓ３では、ディスペンサ１１からインプリント材８の液滴を吐出して、基板上にインプリント材８の液滴を配置する（配置工程）。Ｓ４では、基板上のインプリント材８と型１とを接触させ（接触工程）、その状態で基板上のインプリント材８を硬化させ（硬化工程）、基板上の硬化したインプリント材８から型１を引き離す（離型工程）。これにより、基板上にインプリント材８のパターン（膜）が形成される。配置工程、接触工程、硬化工程及び離型工程を含むインプリント処理は、基板上の予め設定されたショット領域に対して実施され、かかるショット領域の全てにインプリント材８のパターンが形成される。

Ｓ５では、インプリント材８のパターンが形成された基板４について、基板上に形成されたインプリント材８の膜の表面８ａと計測部１３との間の第２距離を計測部１３で計測する。

Ｓ６では、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を算出する。具体的には、Ｓ２で計測された第１距離とＳ５で計測された第２距離との差分を、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚として算出する。

Ｓ７では、Ｓ６で算出されたインプリント材８の膜の膜厚に基づいて、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積を算出する。具体的には、Ｓ３でディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の数、Ｓ６で算出されたインプリント材８の膜の膜厚、及び、Ｓ４でインプリント材８のパターンが形成されたショット領域の面積から、インプリント材８の液滴の体積を算出する。

Ｓ８では、Ｓ７で算出されたインプリント材８の液滴の体積に基づいて、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まっているかどうかを判定する。ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まっている場合には、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を変更せずに、処理を終了する。一方、ディスペンサ１１から吐出されたインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まっていない場合には、Ｓ９に移行する。

Ｓ９では、Ｓ７で算出されたインプリント材８の液滴の体積に基づいて、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御（変更）する。例えば、ディスペンサ１１がピエゾ式である場合、ピエゾ素子に印加する電圧を変更することによって、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御することができる。なお、ディスペンサ１１から吐出されるインプリント材８の液滴の体積を制御するタイミングは、ロット単位であってもよいし、基板単位であってもよい。

なお、基板上に形成されたインプリント材８の膜厚は、図２（ｃ）で説明したように、インプリント材８の表面８ａ及び裏面８ｂのそれぞれからの反射光を同時に検出することによって求めてもよい。この場合、図４に示すように、図３に示すＳ２、Ｓ５及びＳ６の代わりに、Ｓ１０及びＳ１１を行う。Ｓ１０では、基板ステージ６に保持され、インプリント材８の膜が形成された基板４について、インプリント材８の膜の裏面８ｂと計測部１３との間の第１距離、及び、インプリント材８の表面８ａと計測部１３との間の第２距離を計測部１３で計測する。Ｓ１１では、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を算出する。具体的には、Ｓ１０で計測された第１距離と第２距離との差分と、インプリント材８の屈折率とから、基板上に形成されたインプリント材８の膜の膜厚を算出する。

このように、本実施形態によれば、装置内に設けられた計測部１３の計測結果を短時間でディスペンサ１１にフィードバックすることで、ディスペンサ１１のフィードバック制御に要する時間を大幅に短縮することができる。また、インプリント処理において、ディスペンサ１１にから吐出されるインプリント材８の液滴の体積を一定に維持し、インプリント材８の液滴の体積の変動による基板４への良好なパターンの形成が阻害されることを抑制することができる。

インプリント装置１００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、型などである。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭなどの揮発性又は不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡなどの半導体素子などが挙げられる。型としては、インプリント用のモールドなどが挙げられる。

硬化物のパターンは、上述の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などが行われた後、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５（ａ）に示すように、絶縁体などの被加工材が表面に形成されたシリコンウエハなどの基板を用意し、続いて、インクジェット法などにより、被加工材の表面にインプリント材を付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材が基板上に付与された様子を示している。

図５（ｂ）に示すように、インプリント用の型を、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に向け、対向させる。図５（ｃ）に示すように、インプリント材が付与された基板と型とを接触させ、圧力を加える。インプリント材は、型と被加工材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を介して照射すると、インプリント材は硬化する。

図５（ｄ）に示すように、インプリント材を硬化させた後、型と基板を引き離すと、基板上にインプリント材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、インプリント材に型の凹凸のパターンが転写されたことになる。

図５（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、被加工材の表面のうち、硬化物がない、或いは、薄く残存した部分が除去され、溝となる。図５（ｆ）に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材の表面に溝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、半導体素子などに含まれる層間絶縁用の膜、即ち、物品の構成部材として利用してもよい。

なお、本実施形態では、型１として、凹凸パターンが形成された回路パターン転写用の型について説明したが、型１は、凹凸パターンが形成されていない平面部を有する型（平面テンプレート）であってもよい。平面テンプレートは、平面部によって基板上の組成物を平坦化するように成形する平坦化処理（成形処理）を行う平坦化装置（成形装置）に用いられる。平坦化処理は、基板上に供給された硬化性の組成物に平面テンプレートの平面部を接触させた状態で、光の照射によって、或いは、加熱によって硬化性の組成物を硬化させる工程を含む。このように、本実施形態は、平面テンプレートを用いて基板上の組成物を成形する成形装置に適用することができる。

基板上の下地パターンは、前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、特に、近年のメモリ素子の多層構造化に伴い、基板（プロセスウエハ）は、１００ｎｍ前後の段差を有することもある。基板全体の緩やかなうねりに起因する段差は、フォトリソグラフィ工程で用いられている露光装置（スキャナー）のフォーカス追従機能によって補正可能である。但し、露光装置の露光スリット面積内に収まるピッチの細かい凹凸は、そのまま露光装置の焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）を消費してしまう。基板の下地パターンを平坦化する従来技術として、ＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）やＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの平坦化層を形成する技術が用いられている。しかしながら、従来技術では、図６（ａ）に示すように、孤立パターン領域Ａと繰り返しＤｅｎｓｅ（ライン＆スペースパターンの密集）パターン領域Ｂとの境界部分において、４０％～７０％の凹凸抑制率しか得られず、十分な平坦化性能が得られない。また、今後、多層化による下地パターンの凹凸差は更に増加する傾向にある。

この問題に対する解決策として、米国特許第９４１５４１８号には、平坦化層となるレジストのインクジェットディスペンサによる塗布と平面テンプレートによる押印で連続膜を形成する技術が提案されている。また、米国特許第８３９４２８２号には、基板側のトポグラフィ計測結果をインクジェットディスペンサによって塗布指示する位置ごとの濃淡情報に反映する技術が提案されている。インプリント装置ＩＭＰは、特に、予め塗布された未硬化のレジストに対して、型１の代わりに平面テンプレートを押し当てて基板面内の局所平面化を行う平坦加工（平坦化）装置として適用することができる。

図６（ａ）は、平坦加工を行う前の基板を示している。孤立パターン領域Ａは、パターン凸部分の面積が少ない。繰り返しＤｅｎｓｅパターン領域Ｂにおいて、パターン凸部分の占める面積と、パターン凹部分の占める面積とは、１：１である。孤立パターン領域Ａと繰り返しＤｅｎｓｅパターン領域Ｂの平均の高さは、パターン凸部分の占める割合で異なった値となる。

図６（ｂ）は、基板に対して平坦化層を形成するレジストを塗布した状態を示している。図６（ｂ）には、米国特許第９４１５４１８号に提案された技術に基づいてインクジェットディスペンサによってレジストを塗布した状態を示しているが、レジストの塗布には、スピンコーターを用いてもよい。換言すれば、予め塗布された未硬化のレジストに対して平面テンプレートを押し付けて平坦化する工程を含んでいれば、インプリント装置１００が適用可能である。

図６（ｃ）に示すように、平面テンプレートは、紫外線を透過するガラス又は石英で構成され、光源からの紫外線の照射によってレジストが硬化する。平面テンプレートは、基板全体のなだらかな凹凸に対しては基板表面のプロファイルに倣う。そして、レジストが硬化した後、図６（ｄ）に示すように、レジストから平面テンプレートを引き離す。

なお、本発明は、インプリント装置や平坦化装置を含む成形装置に限定されるものではなく、半導体素子や液晶表示素子などを製造する製造装置などの産業機器、プリンターなどのコンシューマ製品を含む、液滴を吐出する機構を有する装置に広く適用可能である。

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。

１００：インプリント装置 １：型 ４：基板 ８：インプリント材 １１：ディスペンサ ２０：制御部

Claims (14)

1. 型を用いて基板上の組成物を成形する成形装置であって、
   前記組成物の液滴を吐出して前記基板上に配置する吐出部と、
   前記基板上に配置された前記組成物の液滴を前記型で成形することで前記基板上に形成された前記組成物の膜の膜厚を計測する計測部と、
   前記計測部で計測された前記膜厚に基づいて前記吐出部から吐出された前記組成物の液滴の体積を求め、当該体積に基づいて前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように前記吐出部を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする成形装置。
2. 前記計測部は、前記組成物の液滴が配置される前の前記基板の表面と前記計測部との間の第１距離と、前記基板上に形成された前記組成物の膜の表面と前記計測部との間の第２距離とを計測し、前記第１距離と前記第２距離との差分を前記膜厚とすることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記計測部は、
   前記基板の表面上の第１複数箇所に対して前記第１距離を計測し、
   前記第１複数箇所上の前記組成物の膜の第２複数箇所に対して前記第２距離を計測し、
   前記第１複数箇所における前記第１距離の平均値と前記第２複数箇所における前記第２距離の平均値との差分を前記膜厚とすることを特徴とする請求項２に記載の成形装置。
4. 前記計測部は、前記基板上に形成された前記組成物の膜の前記基板側の第１面と前記計測部との間の第１距離と、前記組成物の膜の前記第１面とは反対側の第２面と前記計測部との間の第２距離とを計測し、前記第１距離と、前記第２距離と、前記組成物の屈折率とに基づいて、前記膜厚を求めることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
5. 前記計測部は、
   前記第１面の第１複数箇所に対して前記第１距離を計測し、
   前記第１複数箇所上の前記第２面の第２複数箇所に対して前記第２距離を計測し、
   前記第１複数箇所における前記第１距離の平均値と、前記第２複数箇所における前記第２距離の平均値と、前記組成物の屈折率とに基づいて、前記膜厚を求めることを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
6. 前記制御部は、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積を制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の成形装置。
7. 前記制御部は、前記基板上に前記組成物の液滴を配置してから前記基板上に前記組成物の膜を形成するまでの前記組成物の揮発量にも基づいて、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積を制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の成形装置。
8. 前記制御部は、前記基板上に前記組成物の液滴を配置してから前記基板上に前記組成物の膜を形成するまでの時間と、前記基板上に形成される前記組成物の膜の膜厚との関係を示すデータを予め取得し、前記データにも基づいて、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように、前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積を制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の成形装置。
9. 前記基板を保持し、前記型に対して前記基板を位置決めするためのステージを更に有し、
   前記計測部は、前記ステージに前記基板が保持された状態で、当該基板上に形成された前記組成物の膜の膜厚を計測することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の成形装置。
10. 前記計測部は、前記ステージに保持された前記基板上に前記組成物の膜が形成された後、前記ステージから前記基板を搬出する前の期間において、前記組成物の膜の膜厚を計測することを特徴とする請求項９に記載の成形装置。
11. 前記型は、パターンを含み、
    前記成形装置は、前記型の前記パターンを前記基板上の前記組成物の液滴に接触させることにより前記基板上の前記組成物の膜にパターンを形成することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の成形装置。
12. 前記型は、平面部を含み、
    前記成形装置は、前記型の前記平面部を前記基板上の前記組成物の液滴に接触させることにより前記基板上の前記組成物の膜を平坦にすることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の成形装置。
13. 型を用いて基板上の組成物を成形する成形方法であって、
    前記組成物の液滴を吐出部から吐出して前記基板上に配置する第１工程と、
    前記基板上に配置された前記組成物の液滴を前記型で成形することで前記基板上に形成された前記組成物の膜の膜厚を計測する第２工程と、
    前記第２工程で計測された前記膜厚に基づいて、前記第１工程において前記吐出部から吐出された前記組成物の液滴の体積を求め、当該体積に基づいて前記吐出部から吐出される前記組成物の液滴の体積の変動が許容範囲に収まるように前記吐出部を制御する第３工程と、
    を有することを特徴とする成形方法。
14. 請求項１１に記載の成形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が形成された前記基板を処理する工程と、
    処理された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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