JP2023155631A - 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

Abstract

【課題】 インプリント時の押印力およびその変化を精度よく計測し、より高い精度で押印力を制御できるインプリント装置を提供する。
【解決手段】 インプリントモールドを保持するモールド保持部と、インプリント材が配置される基板を保持する第一の基板保持部と、インプリント時の押印力を検出する検出手段と、制御部と、を有するインプリント装置であって、前記検出手段は、基板上に配置されたインプリント材とインプリントモールドとを接触させた際に、前記基板の裏面を介して押印力を検出する第二の基板保持部を有しており、前記制御部は、前記第二の基板保持部で検出された押印力の検出結果に基づいて、前記第一の基板保持部に保持した基板のインプリント処理を制御することを特徴とするインプリント装置。
【選択図】 図５

Description

本発明は、インプリント時の押印力を精度よく制御可能なインプリント装置、インプリント方法、および物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化が進むにつれて、基板上の樹脂とモールド（インプリントモールド）を互いに押し付けて、モールドに形成された微細な凹凸パターンに対応する樹脂のパターンを基板上に形成する微細加工技術としてインプリント技術があり、数ｎｍの微細なパターンを基板上に形成することができる。

インプリントのプロセスでは、塗布工程、充填工程、位置決め工程、露光工程、離型工程が順次実施される。塗布工程では基板上に硬化性組成物（未硬化樹脂）を塗布し、充填工程では基板上の硬化性組成物とモールドを接触させてモールドのパターン凹部に硬化性組成物を充填する。位置決め工程では、基板とモールドとの位置決めを行い、露光工程ではモールドを介して紫外線を照射し樹脂を硬化させる。離型工程ではモールドを硬化物（硬化樹脂）から離型（剥離）する。

従来のインプリント技術では、例えば特許文献１に記載されているように、モールドが押印する際の押印力を検出する検出センサをモールド保持部に配置して、押印力の検出を行い、押印位置の検出を行っている。

特開２０１１－７９２４９号公報

精度よくインプリントを行うためには、インプリント時の押印力の微小な力の変化を正確に測定する必要がある。しかし特許文献１の押印力検出センサは型保持体を支えた構造であるため、インプリント時の押印力だけでなく型保持体の自重分も押印力検出センサで計測することになる。そのため押印力検出センサは型保持体の自重とインプリント時の押印力を合わせた力の計測範囲を計測することになる。一般的に力検出センサは力の計測範囲が大きくなると分解能が大きくなってしまうので、特許文献１の押印力検出センサではインプリント時の微小な力の変化を計測することが困難になる。

そこで、本発明はインプリント時の押印力およびその変化を精度よく計測し、より高い精度で押印力を制御できるインプリント装置を提供することであり、これによりインプリント性能を向上させることを目的とする。

その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、
インプリントモールドを保持するモールド保持部と、
インプリント材が配置される基板を保持する第一の基板保持部と、
インプリント時の押印力を検出する検出手段と、
制御部と、
を有するインプリント装置であって、
前記検出手段は、基板上に配置されたインプリント材とインプリントモールドとを接触させた際に、前記基板の裏面を介して押印力を検出する第二の基板保持部を有しており、
前記制御部は、前記第二の基板保持部で検出された押印力の検出結果に基づいて、前記第一の基板保持部に保持した基板のインプリント処理を制御する
ことを特徴とする。

本発明によれば、インプリント性能を向上させたインプリント装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態のインプリント装置を示した図である。 本発明の第１実施形態の押印力検出トレイ３の上面図および断面図を示した図である。 本発明の第１実施形態のチャック２と押印力検出トレイ３の交換方法を示した図である。 本発明の第１実施形態のインプリント装置による押印力検出手順を示したフローチャートである。 本発明の第１実施形態のインプリント装置による押印力検出手順を示した図である。 本発明の第２実施形態のインプリント装置を示した図である。 本発明の第３実施形態のインプリント装置を示した図である。 本発明の第３実施形態のチャック２内部に配置された押印力検出部９０を示した図である。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態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をモールドパターンにより成形して基板上にパターンを形成するインプリント処理を行う。インプリント処理とは、具体的に基板上の複数のショット領域のそれぞれに供給されるインプリント材とモールドパターンとを接触させた状態でインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材からモールドパターンを剥離することでモールドパターンと同じパターンを基板上に転写する処理である。

図１を用いて説明を行う。基板１は第一の基板保持部としてのチャック２を介してＸＹ駆動部５に保持される。基板ステージ４はＸＹ方向に駆動可能なＸＹ駆動部５とＹ方向に駆動可能なＹ駆動部６とＸＹ駆動部５とＹ駆動部６を支持するステージ定盤７で構成され、基板１をチャック上に保持したまま移動することができる。ＸＹ駆動部５は上面にチャック２を支持し、ステージ定盤７の上面をガイド面としＸＹ駆動部底エアーガイド２１で浮上している。またＸＹ駆動部５はＹ駆動部６のガイド面３０に対してＸＹ駆動部横エアーガイド２４が浮上し、Ｘ方向リニアモータ可動部２９でＸ方向に駆動することが可能な構成になっている。Ｙ駆動部６は前述の通り、ＸＹ駆動部５をＸ方向に駆動するためのガイド面３０およびＸ方向リニアモータ固定部２８を構成している。また定盤に対してＹ駆動部底エアーガイド２２、Ｙ駆動部横エアーガイド２３、Ｙ方向リニアモータ可動部２６でＹ方向に駆動可能な構成になっている。ステージ定盤７は、ＸＹ駆動部底エアーガイド２１とＹ駆動部底エアーガイド２２を保持するためのステージ定盤上面を構成している。また、Ｙ駆動部６をＹ方向に駆動するためのガイド面２５およびＹ方向リニアモータ固定部２７を構成している。またインプリント装置１００は基板ステージ４のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を計測する不図示の位置センサを有する。

インプリントモールド１０は、基板１に転写すべきモールドパターン１１（凹凸パターン）を表面に有し、モールドチャック１２に固定されている。モールドチャック１２はモールドステージ１３に搭載される。モールドステージ１３はモールド昇降用アクチュエータ１５に接続されており、モールドステージ１３をＺ方向に駆動してモールドチャック１２に保持されたモールドパターン１１を基板１に押し付けたり、基板１から引き離したりする機能を有するのと同時に、モールドパターン１１の傾きを基板面に合わせて補正する機能を有している。

モールドチャック１２およびモールドステージ１３のそれぞれは、光源（不図示）からコリメータレンズ１４を介して照射される紫外光を通過させる開口（不図示）を有する。またモールドステージ１３には基板ステージ４上に保持された基板１の高さを計測するためのギャップ計測センサ９が配置される。

モールドアライメント用のＴＴＭ（スルー・ザ・モールド）アライメント検出系１６はモールドステージ１３に配置される。ＴＴＭアライメント検出系１６は、モールドパターン１１に形成されたアライメントマークと基板ステージ４に配置された不図示の基準マーク、基板１に形成されたアライメントマークなどを検出するための光学系および撮像系を有する。ＴＴＭアライメント検出系１６は、基板１とモールドパターン１１、および、基準マークとモールドパターン１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれを検出する。

塗布部であるディスペンサ部１７は、インプリント材としての樹脂（本実施形態では光硬化性組成物）を滴下するノズルを含むディスペンスヘッドで構成され、基板１の上のショット領域のそれぞれインプリント材を供給（塗布）する機能を有する。ディスペンサ部１７は、例えばピエゾジェット方式やマイクロソレノイド方式などを採用し、基板１上に微小な容積のインプリント材を供給する。ディスペンサ部１７から樹脂を供給しながら基板ステージ４を移動させることで、基板１の上にインプリント材を塗布することが可能になる。

オフアクシス検出系１８は、支持天板２０に支持されたインプリントモールド１０を介さずに、ＸＹ駆動部５に配置された不図示の基準マーク、基板１に形成されたアライメントマークなどを検出するための光学系および撮像系を有する。オフアクシス検出系１８はＸＹ駆動部５の基準マークに対する基板１のＸＹ平面におけるアライメントマークの位置を検出する。インプリント装置１００において、ＴＴＭアライメント検出系１６によってインプリントモールド１０と基板ステージ４の位置関係を求めることができ、オフアクシス検出系１８によって基板ステージ４と基板１のアライメントマークの位置関係を求めることができ、両者をもちいることで、インプリントモールド１０と基板１の相対的な位置合わせを行うことができる。

制御部１９はＣＰＵやメモリを有し、インプリント装置全体動作を制御する。制御部１９は、複数のショット領域のそれぞれで、オフアクシス検出系１８による基板１上のマーク検出を行い、かかる検出結果に基づいて基板１とインプリントモールド１０との相対的な位置関係を調整してインプリント処理が行われるように、インプリント処理を制御する。

このようなインプリント装置において、インプリント装置内の収納スロット８中に第二の基板保持部としての押印力検出トレイ３を構成する。本実施例における押印力検出トレイ３の外形はチャック２と同一形状とする。

また押印力検出トレイ３の内部構造は図２に示す。押印力検出トレイ３（第一の基板保持部）は前述のとおりチャック２（第二の基板保持部）と外形は同一とする。押印力検出トレイ３の表面には外周土手３１を構成して、基板１を押印力検出トレイ上にのせた状態で吸引孔３３から真空引きすることにより基板１の裏面を真空吸着することができる。

また押印力検出トレイ３表面の外周土手３１内部エリアには等間隔で保持ピン３２を配置することで、真空引きを行った基板１を保持ピン３２上に保持することができる。また押印力検出トレイ３の中央部には押印力検出部３７を設ける。押印力検出部３７はモールドパターン部１１と同一の大きさ、または、モールドパターン部１１よりも少し大きいサイズの剛体エリアとして基板を保持することのできる厚肉の剛体保持エリア３４と、その周辺にインプリント力により変形することができる薄肉エリア３５とがある。また薄肉エリア３５には歪検出部３６を密着させて取り付けを行い、剛体保持エリア３４に力が加わった際の薄肉エリア３５が変形した際のひずみ量を歪検出部３６で検出することが可能になる。剛体保持エリア３４の剛性を薄肉エリア３５に対して剛性を十分大きくすることにより、剛体保持エリア３４に入力した力によって剛体保持エリア３４は変形せずに薄肉エリア３５が大きく変形するようにできる。このようにすることで基板の裏面を介して薄肉エリア３５の変形によるひずみ量を歪検出部３６で検出することで剛体保持エリア３４に入力した力を押印力として検出することが可能になる。

また押印力検出トレイ３の裏面には裏面吸着溝３８が構成されており、裏面吸着溝３８に対して真空圧を供給することにより、押印力検出トレイ３の吸着保持を行うことができる。裏面吸着溝３８は押印力検出部３７の剛体保持エリア３４と薄肉エリア３５との下方にある中空部分とは連通をしていない。そのため裏面吸着溝３８に対して真空圧を供給して吸着保持しても押印力検出部３７の中空部分には真空圧が供給されずに大気圧を維持することができる。そのため押印力検出トレイ３の裏面を裏面吸着溝３８で吸着保持した状態でも、押印力検出部３７部は大気圧を維持しているので押印力検出部３７に対して裏面吸着時の真空圧の力が加わることがない。また押印力検出トレイ３には内部連通管３９が内部に通っており、押印力検出トレイ３の基板吸着面である表面の吸引孔３３と裏面とを内部連通管３９でつなげている。内部連通管３９に対して真空圧を供給すると基板１を真空吸着することができる。また内部連通管３９と裏面吸着溝３８は連通していないので、それぞれ独立に真空引きを行うことができる。

本実施例における歪検出部３６は薄肉エリア３５に対してＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個取り付けているので、剛体保持エリア３４に対してＺ方向に平行に入った力だけでなく、モーメント方向に力の検出も行うことができる。例えば４つの歪検出部３６で検出したひずみ量が同一である場合は、Ｚ方向に平行に入った力により薄肉エリア３５が均一に変形したと考えることができる。またＸ軸方向の２個の歪検出部３６で検出したひずみ量が不均一である場合は、ひずみ量の平均値がＺ方向に平行に入った力によって発生したひずみ量を考えることができ、ひずみ量の差分値がＹ軸まわりの方向のモーメント力によって発生したひずみ量と考えることができる。またＹ軸方向の２個の歪検出部３６で検出したひずみ量が不均一である場合も、同様にＺ方向に平行に入った力によって発生したひずみ量と、Ｘ軸まわりの方向のモーメント力によって発生したひずみ量に分解することができる。本実施例では４つの歪検出部３６を設けているが、剛体保持エリア３４に入力されたＺ方向成分の力とモーメント力を検出可能であればよいので、歪検出部３６を３つ以上配置すれば３軸方向であるＺ方向成分の力とモーメント方向の力を検出することが可能になる。

このような押印力検出トレイ３によるインプリント時の押印力検出方法を以下に示す。

図３はチャック２と押印力検出トレイ３の交換方法を示す。図３―ａのように押印力検出トレイ３は収納スロット８の下トレイスロット４１上に戴置されている。次にステージ４のＸＹ駆動部５に搭載されていたチャック２は不図示のチャック搬送系によって、ＸＹ駆動部５上から収納スロット８の上トレイスロット４０上に搬送される。

次に図３―ｂのように押印力検出トレイ３は不図示のチャック搬送系によって、収納スロット８の下トレイスロット４１からＸＹ駆動部５上に搬送される。このようにしてステージ４のＸＹ駆動部５上のチャック２と押印力検出トレイ３の交換を行う。ＸＹ駆動部５には、チャック２または押印力検出トレイ３を吸着するための真空源ＶＡＣ１＿４３とチャック吸着用ＸＹ駆動部内連通配管４２が構成されている。ＸＹ駆動部５に対してチャック２と押印力検出トレイ３を吸着保持する際には、真空源ＶＡＣ１＿４３にて真空を供給することにより達成できる。このことによりＸＹ駆動部５がＸＹ駆動をおこなっても、チャック２または押印力検出トレイ３の吸着保持状態を維持することができる。

次にＸＹ駆動部５上に搬送された押印力検出トレイ３を用いて押印力を検出するフローチャートについて第４図に示し、その時の具体的な模式図を第５図に示す。

Ｓ３０１では、ＸＹ駆動部５上の押印力検出トレイ３が吸着保持されている。このフローチャートＳ３０１の装置状態を模式的に表した図を図５－ａに示す。不図示の基板搬送系を用いて、ＸＹ駆動部５の押印力検出トレイ３上に基板１を搬入する。この際真空源ＶＡＣ２＿４５で真空圧の供給を行うことで、ＸＹ駆動部５の基板吸着用ＸＹ駆動部内連通配管４４と押印力検出トレイ３の内部連通管３９とを介して、押印力検出トレイ３表面に基板１の吸着保持を行う。

Ｓ３０２では、オフアクシス検出系１８で基板１上の各ショットのマーク位置計測を行い、基板ステージ４に対する基板１の各マーク位置情報の取得を行う。この際にマークは全ショットのマーク計測を行ってもよいし、複数のサンプルショットのマーク計測を行って基板１の形状情報を算出してもよい。

Ｓ３０３では、供給部１７を用いて基板１の剛体保持エリア３４上のショット領域にインプリント材を塗布する。このフローチャートＳ３０２の装置状態を模式的に表した図を図５－ｂに示す。ステージ３を移動させながら供給部１７から樹脂を供給することで、基板１の上にインプリント材を塗布することが可能になる。図５－ｂのように剛体保持エリア３４の中心とインプリント材塗布エリア５０の中心はあうように塗布を行うことが望ましい。このように剛体保持エリア３４の中心に合わせることにより、インプリントした際に押印力の中心と押印力検出トレイ３の押印力検出部３７の中心があっているので、正確なインプリント時の押印力の計測が可能になる。

Ｓ３０４では、モールド昇降用アクチュエータ１５でモールドステージ１３を下降させて、モールド昇降用アクチュエータ１５で下方向の矢印方向に力を加えてインプリントモールド１０を基板１と密着させることにより、基板１上に塗布されたインプリント材塗布エリア５０をインプリントモールド１０の転写すべきパターン部１１（凹凸パターン）の形状にする。このフローチャートＳ３０４の装置状態を模式的に表した図を図５－ｃに示す。この時に押印力検出トレイ３の剛体保持エリア３４の中心に対して、インプリントモールド１０を合わせてインプリントモールド１０と基板１を密着させる。この際のモールド昇降用アクチュエータ１５で下方向に加える力を、押印力検出トレイ３の押印力検出部３７によって、押印力の検出を行う。

例えば図５‐ｃではそれぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５から下方向に下方向力６１と下方向力６２が発生しており、下方向力６１と下方向力６２の合わせた力である下方向力６３の力でインプリントモールド１０はインプリント材塗布エリア５０に密着している。インプリントモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流により下方向に力を加えているが、実際にはモールドステージ１３に対して加わる他の力が加わることある場合に、モールド昇降用アクチュエータ１５で発生する力と押印力検出トレイ３の押印力検出部３７によって検出する力が一致しない可能性がある。そこで押印力検出トレイ３で検出された力が所定の値になるようにモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流を変更するように制御を行う。このことによりＳ３０４のインプリントモールド１０を基板１と密着させる際の下方向力６３を、所定の力が加わるようにすることができる。

また複数のモールド昇降用アクチュエータ１５で下方向に力を加える場合は、モールド昇降用アクチュエータ１５の特性の違いがあるので、それぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５に同一の電流を流しても、それぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５から生成される力が異なることがある。例えば下方向力６１のほうが下方向力６２よりも大きい場合は、インプリントモールド１０からインプリント材塗布エリア５０に対して矢印方向の回転力であるモーメント力６４が発生する。モールド昇降用アクチュエータ１５から生成される力が下方向力６１のほうが下方向力６２よりも大きい場合に発生するモーメント力６４は、押印力検出トレイ３の剛体保持エリア３４の四方向に配置された歪検出部３６の出力が異なるように検出されて、モーメント力６４を押印力検出部３７で正確に検出することができる。そこで、押印力検出トレイ３で検出されたモーメント力がゼロになるようにそれぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流の制御を行う。このことによりＳ３０４のインプリントモールド１０を基板１と密着させる際の力にモーメント力が発生しない、すなわち、インプリントモールド１０を基板１と密着した状態に対して垂直に力が加わるように力を制御することができるようになる。

このように押印力検出トレイ３を用いることで、フローチャートＳ３０４のインプリントモールド１０を基板１と密着させた状態でのインプリント時押印力検出１（押印力とモーメント力の計測および所定の力になるようにするためのモールド昇降用アクチュエータ１５の制御値の算出）を行うことが可能になる。

Ｓ３０５では、ＴＴＭアライメント検出系１６を用いて、基板１とインプリントモールド１０を密着した状態でインプリントモールド１０と基板１のアライメントマークの計測を行う。このフローチャートＳ３０５の装置状態を模式的に表した図を図５－ｄに示す。インプリントモールド１０と基板１のアライメントマークの計測位置ずれ分だけ基板ステージ４を矢印方向に移動させることで、インプリントモールド１０と基板１の位置合わせを行う。この際の基板ステージ４を矢印方向に移動させるときに、インプリントモールド１０からインプリント材塗布エリア５０に対してかかっている力を押印力検出トレイ３の押印力検出部３７によって押印力の検出を行う。本来ならばインプリントモールド１０とインプリント材塗布エリア５０はすでに密着しているので、インプリントモールド１０からかかる力はゼロ近傍もしくはごく小さな力でよいのだが、モールド昇降用アクチュエータ１５で発生する力が本当に所定の値になっているかの確認を押印力検出トレイ３で行う。もし押印力検出トレイ３で検出された力が所定の力になっていない場合は、モールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流を変更するように制御を行う。このことによりＳ３０５のインプリントモールド１０と基板１の位置合わせを行う際にインプリントモールド１０を基板１と密着させる力が、所定の力（ゼロ近傍もしくはごく小さな力）にすることができる。

また基板ステージ４に対して横方向力６５を加えてステージを矢印方向に移動させる。このステージを矢印方向に移動させるための横方向力６５は、インプリントモールド１０とインプリント材塗布エリア５０とが密着したことによる粘弾性力６６があるために発生する。インプリントモールド１０に対して粘弾性力６６がかかると、モールドステージ１３の重心６７を中心に回転方向のモーメント力６８が発生してしまう。そのためインプリントモールド１０とインプリント材塗布エリア５０とが密着したエリアには同様のモーメント力が発生してしまう。このステージを矢印方向に移動させる際に発生するモーメント力は、押印力検出トレイ３の剛体保持エリア３４の四方向に配置された歪検出部３６によって検出することが可能になる。そこでこのモーメント力を打ち消すように、それぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５に対して上方向力６９と下方向力７０を発生させる。このように押印力検出トレイ３で検出したモーメント力を打ち消すようにモールド昇降用アクチュエータ１５で力を発生させることにより、ステージ移動時もインプリントモールド１０とインプリント材塗布エリア５０にモーメント力を発生させることなくインプリントモールド１０と基板１の位置合わせを行うことが可能になる。

このように押印力検出トレイ３を用いることで、フローチャートＳ３０５のインプリントモールド１０と基板１の位置合わせ時のインプリント時押印力検出２（押印力とモーメント力の計測および所定の力になるようにするためのモールド昇降用アクチュエータ１５の制御値の算出）を行うことが可能になる。

Ｓ３０６では、光源（不図示）からコリメータレンズ１４を介して照射される紫外光がインプリントモールド１０を介してインプリント材に照射されることで、インプリント材を硬化させる。インプリントモールド１０を基板１と密着した状態でインプリント材を硬化させるので、インプリント材をインプリントモールド１０の転写すべきパターン部１１（凹凸パターン）の形状のまま硬化させることが可能になる。

Ｓ３０７では、モールド昇降用アクチュエータ１５でモールドステージ１３を上昇させることで基板１からインプリントモールド１０を離型する。インプリント材は紫外光により硬化した状態であるので、転写すべきパターン部１１（凹凸パターン）を基板１上に転写することができる。このフローチャートＳ３０７の装置状態を模式的に表した図を図５－ｅに示す。この際のモールド昇降用アクチュエータ１５で上方向に加える力を、押印力検出トレイ３の押印力検出部３７によって、この離型力の検出を行う。例えば図５‐ｅではそれぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５から上方向に上方向力７１と上方向力７２が発生しており、インプリントモールド１０では上方向力７１と上方向力７２の合わせた力である上方向力７３の力でインプリント材塗布エリア５０から離型しようとしている。インプリントモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流により上方向に力を加えているが、実際にはモールドステージ１３に対して加わる他の力がある場合にモールド昇降用アクチュエータ１５で発生する力と押印力検出トレイ３の押印力検出部３７によって検出する力が一致しない可能性がある。そこで押印力検出トレイ３で検出された力が所定の値になるようにモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流を変更するように制御を行う。このことによりＳ３０７のインプリントモールド１０を基板１から離型させる際の上方向力７３を、所定の力になるようにすることができる。

また複数のモールド昇降用アクチュエータ１５で上方向に力を加える場合は、モールド昇降用アクチュエータ１５の特性の違いがあるので、それぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５に同一の電流を流しても、それぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５から生成される力が異なることがある。例えば上方向力７１のほうが上方向力７２よりも大きい場合は、インプリントモールド１０からインプリント材塗布エリア５０に対して矢印方向の回転力であるモーメント力７４が発生する。モールド昇降用アクチュエータ１５から生成される力が上方向力７１のほうが上方向力７２よりも大きい場合に発生するモーメント力７４は、押印力検出トレイ３の剛体保持エリア３４の四方向に配置された歪検出部３６の出力が異なるように検出されて、モーメント力７４を押印力検出部３７で正確に検出することができる。そこで、押印力検出トレイ３で検出されたモーメント力７４がゼロになるようにそれぞれのモールド昇降用アクチュエータ１５に与える電流の制御を行う。このことによりＳ３０４のインプリントモールド１０を基板１から離型させる際の力にモーメント力７４が発生しない、すなわち、インプリントモールド１０を基板１から離型する際に基板１とインプリントモールド１０に対して垂直に力が加わるようにすることができるようになる。

このように押印力検出トレイ３を用いることで、フローチャートＳ３０７の基板１からインプリントモールド１０を離型する時のインプリント時押印力検出３（押印力とモーメント力の計測および所定の力になるようにするためのモールド昇降用アクチュエータ１５の制御値の算出）を行うことが可能になる。

Ｓ３０８では、不図示の基板搬送系を用いて、ＸＹ駆動部５の押印力検出トレイ３に吸着保持された基板１を装置外に搬出を行う。再度インプリント時の押印力を測定する場合は、新しい基板１を再度ＸＹ駆動部５の押印力検出トレイ３上に搬入を行い、Ｓ３０１からＳ３０８のフローチャートを再度実行する。インプリント時の押印力測定を完了する際には不図示のチャック搬送系によって押印力検出トレイ３を収納スロット８の下トレイスロット４１に戻し、収納スロット８の上トレイスロット４０に収納されたチャック２をＸＹ駆動部５に戻す。このことにより通常のインプリント処理を継続することができる。

このようにチャック２上の基板１に対して通常のインプリント処理を実施する際は、押印力検出トレイ３を用いて押印力を検出するフローチャートのＳ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０７で検出した押印力・離型力に基づきモールド昇降用アクチュエータ１５の制御を行うことで、所定のインプリント時押印力・離型力でのインプリント処理を行うことができる。また上記に示したように押印力だけでなくインプリントモールド１０とインプリント材塗布エリア５０に発生してしまうモーメント力もなくすことができる。このように押印力検出トレイ３を用いて検出した押印力を用いてモールド昇降用アクチュエータ１５を制御することにより、精度の良い押印力制御を行うことができ、このことによりインプリント時に発生するパターンの歪や欠陥を最小限に抑えることができ精度の高いインプリント処理を実現することができる。

本実施例では押印力検出トレイ３とチャック２が同一形状にすることで、押印力検出トレイ３とチャック２を交換することで、すぐにインプリント時の押印力を計測することが可能になる。このことにより、装置を停止することなく、定期的にインプリント時の押印力確認を押印力検出トレイ３で実施できるので、長期的に安定した押印力でのインプリント処理を実施することが可能になる。また押印力検出トレイ３に基板１を吸着保持した状態でインプリント材を塗布した状態で押印力計測を行っているので、インプリント材の粘弾性によって発生してしまうモーメント力の計測まで可能になっている。また基板１に対してインプリント材の塗布を行って押印力計測を行っているので、押印力検出トレイ３にインプリント材が付着することがないので、インプリント材を取り除くために押印力検出トレイ３を装置外に取り出して洗浄するといった作業が不要になる。

本実施例のようにチャック２は押印力検出部３７がないため、中実の剛体形状であるためインプリント時の押印力によるチャックの変形がなくすことができる。このことによりチャック変形によるパターンの歪や欠陥の発生を防止することができる。一方押印力検出トレイ３は押印力検出部３７があるため、インプリント時にあえて薄肉エリア３５を変形させて発生する歪を歪検出部３６で検出する。インプリント時の押印力による押印力検出部３７の変形があるため、精度の高いインプリントを行うことができないが、インプリント時の押印力やモーメント力を正確に計測することができる。すなわち押印力検出トレイ３でインプリント時の押印力やモーメント力の計測値を用いてインプリント力の制御値の算出を行い、中実な剛体のチャック２を用いて基板１のインプリント処理を行う。この２つを用いることにより、正確な力制御でのインプリント制御と、チャック変形を抑えてインプリント処理を両立することが可能になる。

本実施例では、押印力検出トレイ３に押印力検出部３７を設けることでインプリントモールド１０と基板１に発生する押印力とモーメント力をそのまま測定することができている。それは押印力検出トレイ３表面で基板１を吸着保持しているため、基板１と押印力検出トレイ３の剛体エリア３４が一体の剛体と考えることができるためである。吸着保持により一体となった基板１と剛体エリア３４にかかる力を周辺の薄肉エリア３５に配置した歪検出部３６で検出しているので、インプリントモールド１０から基板１に入力する力のすべてが歪検出部３６で検出することができている。もしインプリントモールド１０と歪薄肉エリア３５の間に柔軟な箇所があり、その柔軟な箇所が変形すると歪検出部３６で検出する力が減ってしまうが、本実施例の構成ではインプリントモールド１０と薄肉エリア３５の間には剛体と考えることができる基板１と剛体エリア３４しかないので、歪検出部３６での正確な計測が可能になる。またインプリントモールド１０のモールドパターン部１１周辺に薄肉な柔軟な箇所がある場合は、薄肉エリア３５の柔軟性をインプリントモールド１０よりも十分小さくすることでインプリントモールド１０から基板１に入力する力のほとんどを歪検出部３６で検出することができる。例えばインプリントモールド１０の柔軟性（ばね定数）よりも薄肉エリア３５の柔軟性（ばね定数）を1/10にすることができれば、インプリントモールド１０から基板１に入力する力の9割近くを歪検出部３６で計測することが可能になる。このように薄肉エリア３５により柔軟性を持たせるために、薄肉エリア３５の材質を剛体エリア３４や押印力検出トレイ３と別の材質で作ってもよい。例えばばね性の高い金属で薄肉エリア３５を製作し、剛体エリア３４や押印力検出トレイ３をセラミックで製作することで、薄肉エリア３５の柔軟性を向上させることができる。また薄肉エリア３５とインプリントモールド１０の柔軟性（ばね性）の比率が事前にわかっていれば、歪検出部３６で検出した力からインプリントモールド１０での変形を予測することができるので、インプリントモールド１０から基板１に入力する力のすべてを予測することができるようになる。

本実施例では押印力検出トレイ３に対して基板１の全面に吸着保持を行っているが、押印力検出トレイ３の剛体保持エリア３４にのみ吸着エリアを設けてもよい。このようにすることにより基板１と剛体保持エリア３４にのみ吸着エリアのみが吸着されており、その他エリアである薄肉エリア３５と基板１は吸着されていない状態になる。このようにすることにより基板１と薄肉エリア３５は吸着保持により一体の状態にならないので、薄肉エリア３５の剛性が基板１により上がることはない。そのため剛体エリア３４にかかる力を薄肉エリア３５で正確に測定することが可能になる。

本実施例の押印力検出トレイ３には押印力検出部３７を一つだけ設けたが、押印力検出トレイ３に押印力検出部３７を複数個設けてもよい。複数個の押印力検出部３７を設けることにより、一枚の基板１で複数回の押印力検出を行うことができるので、押印力検出結果の平均化効果により、より精度の高い押印力の検出及び制御値の算出を行うことができる。

＜第２実施形態＞
つぎに、図６に基づいて本発明の第２実施形態のパターン形成装置について説明する。

図６－ａは本発明の第２実施形態のパターン形成装置を示した図である。本実施形態のパターン形成装置は、図１に示すように実施例１の基板ステージ４は同一の構成であるが、チャック２上に押印力検出中間トレイ８０を構成している点が異なる。押印力検出中間トレイ８０には押印力検出部８１が構成されており、実施例１と同様にインプリント時の押印力を検出することが可能になる。

第２実施例でインプリント時の押印力を検出する方法は、以下のようになっている。通常のインプリントは実施例１と同様にチャック２上に基板１を吸着保持することにより実施している。押印力検出する時は装置内の保管部で保管されていた押印力検出中間トレイ８０をチャック２上に搬送して、かつ、基板１を押印力検出中間トレイ８０に搬送した状態で、それぞれの吸着保持を行って、実施例１と同様に基板１に対してインプリント処理を実施する。実施例１と同様に基板１に対してインプリント処理を実施することにより、押印力検出中間トレイ８０の押印力検出部８１でインプリント時の押印力とモーメント力の検出、及び、モールド昇降用アクチュエータ１５を制御値の算出を行うことが可能になる。

このように実施例２においてはチャック２上に押印力検出中間トレイ８０を搬入してインプリント時の押印力の検出を行うことができるので、ＸＹ駆動部５からチャック２を取り外す必要がなくなる。また実施例１では不図示のチャック搬送系でのチャック２および押印力検出トレイ３の交換が必要であったが、実施例２の押印力検出中間トレイ８０は基板１とほぼ同じ形状であるため、不図示の基板搬送系での押印力検出中間トレイ８０の搬送が可能になる。また押印力検出中間トレイ８０は基板搬送経路のいずれかの箇所に配置された基板１と共有できる保管部（収納スロット）に保管することが可能になる。押印力検出中間トレイ８０を用いた実施例２では、基板搬送系で押印力検出中間トレイ８０の搬送と保管を行うことができるので、装置構成をよりシンプルにすることができる。

本実施例の押印力検出中間トレイ８０をチャック２に対して吸着保持する際には、押印力検出部８１には吸着力がかからないようにするのが望ましい。押印力検出部８１に吸着力がかからない構造にするためには、基板１または押印力検出中間トレイ８０をチャック２で吸着圧を行うための真空源を中央部吸着用真空源ＶＡＣ３＿８２と外周部吸着用真空源ＶＡＣ４＿８３の二つに分ける必要がある。チャック２で基板１を吸着する際は中央部吸着用真空源ＶＡＣ３＿８２と外周部吸着用真空源ＶＡＣ４＿８３で吸着することにより、基板１全面をチャック２に対して吸着保持することができる。またチャック２で押印力検出中間トレイ８０を吸着する際は外周部吸着用真空源ＶＡＣ４＿８３で吸着保持を行う。外周部吸着用真空源ＶＡＣ４＿８３で押印力検出中間トレイ８０の外周部の吸着保持することができ、中央部吸着用真空源ＶＡＣ３＿８２では吸着保持していないので押印力検出部８１がある押印力検出中間トレイ８０中央部には真空圧がかからない。この構造により、を行い、押印力検出中間トレイ８０をチャック２に対して吸着保持する際には、押印力検出部８１には吸着力がかからないようすることができる。

＜第３実施形態＞
つぎに、図７に基づいて本発明の第３実施形態のパターン形成装置について説明する。

図７－ａは本発明の第３実施形態のパターン形成装置を示した図である。本実施形態のパターン形成装置は、図１に示すように実施例１の基板ステージ４は同一の構成であるが、チャック２内部に押印力検出部９０を構成している点が異なる。

第３実施例でのチャック２の内部に配置された押印力検出部９０の構造を図９に示す。第１実施例と第２実施例と同様に、押印力検出部９０には剛体保持エリア９１と薄肉エリア９２と歪検出部９３がある。第１実施例と第２実施例と異なる点は、剛体保持エリア９１の下方に可変構造体９４を構成している点である。可変構造体９４は押印力検出部９０の中空エリア９５の圧力により変形可能な剛性になっており、中空エリア９５が大気圧の状態では、図８‐ａのように剛体保持エリア９１と可変構造体９４は接触しており、剛体保持エリア９１を支持する構造になっている。また中空エリア９５に対して中空エリア部吸着用真空源ＶＡＣ５＿９６により真空圧が供給された状態では図８‐ｂのように剛体保持エリア９１から離間するように可変構造体９４が変形しており、剛体保持エリア９１は薄肉エリア９２で支持された状態になる。

このような第３実施例のチャック２を用いてインプリント及び押印力検出を行う方法を以下に示す。通常のインプリントを実施する際は中空エリア９５が大気圧の状態とする。この状態では剛体保持エリア９１は可変構造体９４で支持されているので、インプリント時の押印力検出が行われない、すなわち吸着保持エリアにおいて剛体保持エリア９１と可変構造体９４の変形をなくすことができる。よって中空エリア９５が大気圧の状態に保った状態では、チャック２の変形によるパターンの歪や欠陥の発生を防止することができる。

また第３実施例において押印力検出を実施する際は中空エリア９５を中空エリア部吸着用真空源ＶＡＣ５＿９６により真空圧の状態とする。この状態では剛体保持エリア９１が可変構造体９４と離間して、剛体保持エリア９１は薄肉エリア９２で支持されている。中空エリア９５を真空圧の状態では剛体保持エリア９１は薄肉エリア９２で支持されているので、実施例１と実施例２と同様にインプリント時の押印力を正確に計測することが可能になる。

このように第３実施例のチャック２を用いることで、中空エリア９５に対して中空エリア部吸着用真空源ＶＡＣ５＿９６より供給する真空圧を制御することにより、インプリント処理を行う場合と押印力を計測する場合を切り替えることができる。第３実施例では同一のチャック２でインプリント処理と押印力の両方の処理を行うことができるので、装置構成をさらにシンプルにすることができる。

本実施例における可変構造体９４は真空圧を用いて、剛体保持エリア９１の支持と離間を行っているが、真空圧以外の駆動源を用いてもよい。例えば、直動運動機構であるボールねじやリンク機構、また電磁石の力を用いて可変構造体９４の駆動の制御を行ってもよい。

＜第４実施形態＞
（インプリント装置を用いた物品製造方法の例）
次に、前述のインプリント装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述のインプリント装置を使用して、インプリント材が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）をインプリント処理する工程と、パターンが形成された基板を他の周知の工程で加工処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

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及び変更が可能である。

１ 基板
２ チャック
３ 押印力検出トレイ
４ 基板ステージ
７ ステージ定盤
８ 収納スロット
９ ギャップ計測センサ
１０ モールド
１１ モールドパターン
１２ モールドチャック
１３ モールドステージ
１４ コリメータレンズ
３０ ガイド面
３１ 外周土手
３２ 保持ピン
３３ 吸引孔
３４ 剛体保持エリア
３５ 薄肉エリア
３６ 歪検出部
３７ 押印力検出部
３８ 裏面吸着溝
３９ 内部連通管
４０ 上トレイスロット
４１ 下トレイスロット
８０ 押印力検出中間トレイ
８１、９０ 押印力検出部
９１ 剛体保持エリア
９２ 薄肉エリア
９３ 歪検出部
９４ 可変構造体
９５ 中空エリア
１００ インプリント装置

Claims (15)

1. インプリントモールドを保持するモールド保持部と、
   インプリント材が配置される基板を保持する第一の基板保持部と、
   インプリント時の押印力を検出する検出手段と、
   制御部と、
   を有するインプリント装置であって、
   前記検出手段は、基板上に配置されたインプリント材とインプリントモールドとを接触させた際に、前記基板の裏面を介して押印力を検出する第二の基板保持部を有しており、
   前記制御部は、前記第二の基板保持部で検出された押印力の検出結果に基づいて、前記第一の基板保持部に保持した基板のインプリント処理を制御することを特徴とするインプリント装置。
2. 前記第一の基板保持部は、基板を吸着保持可能なチャックからなり、
   前記第二の基板保持部は、基板を吸着保持可能な押印力検出トレイからなり、
   前記チャックおよび前記押印力検出トレイを交換して配置可能な基板ステージを更に有する請求項１に記載のインプリント装置。
3. 前記制御部は、前記第二の基板保持部で検出された押印力に基づきインプリントを行う際の力の制御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。
4. 前記第二の基板保持部は剛体保持エリアと薄肉エリアを構成しており、剛体保持エリアの剛性は薄肉エリアよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
5. 前記薄肉エリアに歪検出部が３つ以上配置されており、前記剛体保持エリアに入力される前記押印力のＺ方向成分とモーメント方向の力を検出する請求項４に記載のインプリント装置。
6. 前記インプリント装置は、インプリント材を塗布する塗布部を有し、
   前記押印力検出トレイ上に保持された基板上にインプリント材の塗布を行い、当該基板にインプリントしたときの押印力を検出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。
7. 前記検出手段は、モールドを基板に対して押し付けるときの押印力を検出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。
8. 前記検出手段は、モールドと基板の位置合わせを行うときの押印力を検出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。
9. 前記検出手段は、基板からモールドを離型するときの力を検出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。
10. 前記検出手段で検出した前記押印力のＺ方向成分とモーメント方向の成分の力検出結果に基づき、複数のモールド昇降用アクチュエータの制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
11. 前記押印力検出トレイを装置内に保管する保管部を有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。
12. 前記押印力検出トレイは、チャック上に保持され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。
13. 前記押印力検出トレイは、前記チャックの内部に配置され、インプリント時は押印力検出が行われないように可変構造体により支持され、押印力検出時は可変構造体から離間され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. インプリント装置を用いたインプリント方法であって、
    第一の基板保持部にインプリント材が配置された基板を保持し、該基板にインプリントを行う工程と、
    第二の基板保持部にインプリント材が配置された基板を保持し、該基板に配置されたインプリント材とインプリントモールドとを接触させた際の押印力を前記基板の裏面を介して検出する工程と、を有し、
    前記第二の基板保持部で検出された押印力の検出結果に基づいて、前記第一の基板保持部に保持した基板にインプリントを行う
    ことを特徴とするインプリント方法。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、
    基板上のパターンを用いて前記基板を加工する工程と、
    を有する物品の製造方法。

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