JP7280768B2 - 膜形成装置および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、膜形成装置および物品製造方法に関する。

基板の上の組成物に型を接触させ、組成物を硬化させた後に組成物と型とを分離することによって基板の上に組成物の硬化物からなる膜を形成する膜形成装置がある。特許文献１には、基板の上の加熱された樹脂にモールドを押し付け、樹脂の冷却後に樹脂からモールドを分離するナノインプリント装置が記載されている。このナノインプリント装置では、基板の下面の中央部に圧搾エアを供給しつつ基板の下面の外周部を吸引しながら樹脂からモールドを分離する。

特開２００７－８３６２６号公報

特許文献１に記載されたインプリント装置では、基板の下面の中央部に圧搾エアを供給しつつ基板の下面の外周部を吸引することによって基板の形状を制御するので、基板の形状の制御の自由度が低い。そのため、特許文献１に記載されたインプリント装置では、硬化した組成物と型とを分離する分離工程における基板の形状を自由に制御することが難しく、スループットあるいは歩留まりを向上させることが難しいかもしれない。

本発明は、スループットおよび／または歩留まりを向上させるために有利な膜形成装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、基板の上の組成物と型とを接触させる接触工程、前記組成物を硬化させる硬化工程、および、前記組成物の硬化物と前記型とを分離する分離工程を含む膜形成処理を実行する膜形成装置に係り、前記膜形成装置は、前記基板を保持する基板保持部と、前記分離工程の少なくとも初期段階において前記基板保持部を変形させることによって前記基板を変形させる変形機構と、前記基板および前記基板保持部の変形を検出するためのセンサと、を備え、前記センサの出力に基づいて前記分離工程が制御される。

本発明によれば、スループットおよび／または歩留まりを向上させるために有利な膜形成装置を提供することができる。

一実施形態の膜形成方法を示す図。 一実施形態の膜形成システムの構成を示す図。 第１実施形態の膜形成装置の構成を示す図。 第１実施形態の膜形成装置の構成を示す図。 分離開始点の付近の構造のモデルを示す図。 第２実施形態の膜形成装置の構成を示す図。 第３実施形態の膜形成装置の構成を示す図。 物品製造方法を例示する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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。

図１には、一実施形態の膜形成方法が模式的に示されている。一実施形態の膜形成方法は、基板Ｗの上に平坦化膜を形成する方法であり、図１（ａ）に示された組成物配置工程、図１（ｂ）に示された接触工程、図１（ｃ）に示された硬化工程、および、図１（ｄ）に示された分離工程を含みうる。図１（ａ）に示された組成物配置工程では、基板支持テーブルＷＴによって支持された基板Ｗの上にディスペンサＤＰによって平坦化材料としての組成物ＭＬが配置される。ここで、基板Ｗの表面に形成された凹凸パターンなどの配置に応じて、ディスペンサＤＰによって基板Ｗの上に配置される組成物ＭＬの分布が調整されうる。図１（ｂ）に示された接触工程では、基板Ｗと同一または基板Ｗよりも大きい寸法を有する型ＳＳ（例えば、スーパーストレート）が基板１の上の組成物ＭＬと接触させられる。これにより、組成物ＭＬが広がって膜状になる。

図１（ｃ）に示された硬化工程では、型ＳＳが基板Ｗの上の組成物ＭＬと接触した状態で、組成物ＭＬを硬化させるためのエネルギーが組成物ＭＬに照射され、組成物ＭＬが硬化される。硬化用のエネルギーは、例えば、光源ＩＬから放射される紫外線等の光でありうる。図１（ｄ）に示された分離工程では、基板Ｗの上の硬化した組成物ＭＬから型ＳＳが分離される。これにより、基板Ｗの上には、硬化した組成物ＭＬからなる膜が残る。型ＳＳとしてスーパーストレートを使用することによって、局所的に平坦化された表面を有する平坦化膜を組成物ＭＬの硬化物によって形成することができる。以上のような膜形成方法では、典型的には、基板Ｗの複数のショット領域の全域をカバーする面積を有する型ＳＳを用いて、基板Ｗの複数のショット領域の全域にわたる平坦化膜が一括で形成されうる。

図２には、一実施形態の膜形成システム１００の構成が示されている。本明細書および図面では、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系において方向が示される。膜形成システム１００は、１又は複数の膜形成装置（平坦化装置）Ｒを備えうる。膜形成装置Ｒは、基板Ｗの上の組成部ＭＬと型ＳＳとを接触させる接触工程、組成物ＭＬを硬化させる硬化工程、および、組成物ＭＬの硬化物と型ＳＳとを分離する分離工程を含む膜形成処理を実行しうる。

膜形成システム１００は、例えば、基板搬送機構２０４と、準備ステーション２２０と、熱処理部２０９と、制御部２１０とを備えうる。基板搬送機構２０４は、例えば、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）でありうる。基板搬送機構２０４には、基板搬送容器２０３、熱処理部２０９、準備ステーション２２０の間で基板Ｗを搬送しうる。基板搬送容器２０３は、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ－Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）でありうる。基板搬送容器２０３に格納された基板Ｗは、基板搬送機構２０４によって、準備ステーション２２０に搬送されうる。

準備ステーション２２０は、例えば、アライメント機構２０５と、ディスペンサ（供給部）ＤＰを含みうる。ディスペンサＤＰは、アライメント機構２０５の上方に配置されうる。アライメント機構２０５は、基板搬送機構２０４によって基板搬送容器２０３から搬送されてくる基板ＷのＺ軸周りの回転を計測し、その結果に基づいて基板ＷのＺ軸周りの回転を目標角度に調整しうる。基板ＷのＺ軸周りの回転は、例えば、基板Ｗのノッチを検出することによってなされうる。また、アライメント機構２０５は、基板Ｗの位置を計測しうる。アライメント機構２０５は、基板Ｗの位置の計測結果に基づいて、基板Ｗの位置を調整しうる。あるいは、アライメント機構２０５から基板搬送機構２０４の搬送ハンド２０２に基板Ｗを引き渡すときの搬送ハンド２０２の位置が基板Ｗの位置の計測結果に基づいて調整されてもよい。準備ステーション２２０は、基板Ｗの温度を調整する機能を有してもよい。

ディスペンサＤＰは、基板Ｗの上に組成物ＭＬを配置する。ディスペンサＤＰは、例えば、組成物ＭＬを循環させる循環部２１１と接続されうる。循環部２１１は、組成物ＭＬの物性を維持し、また、ディスペンサＤＰの吐出面の濡れ性およびディスペンサＤＰの内部圧力を一定に維持するために組成物ＭＬを循環させる。組成物ＭＬの循環経路は、循環部２１１に設けられた貯蔵タンクから供給部ＤＰの吐出面を通って該貯蔵タンクに戻る経路でありうる。

基板Ｗは、基板搬送機構２０４によって基板搬送容器２０３から準備ステーション２２０に搬送される。準備ステーション２２０では、基板ＷのＺ軸周りの回転および位置の調整のための処理の他、基板Ｗの上に組成物ＭＬを配置する処理が実行されうる。一つの例では、アライメント機構２０５によって保持された基板Ｗの位置が固定された状態で、ディスペンサＤＰがＸＹ平面に沿って移動しながら組成物ＭＬを吐出し、これによって基板Ｗの上に組成物ＭＬが配置されうる。他の例では、アライメント機構２０５が基板搬送部を有し、該基板搬送部によって基板ＷをＸＹ平面に沿って搬送しながらディスペンサＤＰから組成物ＭＬを吐出することによって基板Ｗの上に組成物ＭＬが配置されうる。あるいは、該基板搬送部によって基板ＷをＸＹ平面に沿って搬送するとともにディスペンサＤＰもＸＹ平面に沿って移動させながら基板Ｗの上に組成物ＭＬが配置されてもよい。あるいは、アライメント機構２０５によって基板ＷのＺ軸周りの回転および位置が計測された後、基板搬送機構２０４の搬送ハンド２０２が基板Ｗを保持した状態で基板Ｗの上にディスペンサＤＰによって組成物ＭＬが供給されてもよい。

熱処理部２０９は、基板Ｗをベーキング処理（加熱処理）したり、クーリング処理したりしうる。熱処理部２０９は、膜形成装置Ｒの一部として構成されてもよいし、膜形成装置Ｒとは異なる装置として構成されてもよい。制御部２１０は、膜形成装置Ｒ、基板搬送機構２０４、準備ステーション２２０および熱処理部２０９を制御しうる。制御部２１０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。

膜形成装置Ｒは、図１（ｂ）～図１（ｄ）に示された膜形成処理を実行しうる。なお、図１（ａ）に示された組成物配置工程についても、膜形成装置Ｒにおいて実行されてもよい。その場合、準備ステーション２２０に設けられたディスペンサＤＰは不要である。複数の膜形成装置Ｒが配置される場合、それらはＸＹ平面に沿って配置されてもよいし、Ｚ軸に沿って積み重ねて配置されてもよい。膜形成装置Ｒは、接触工程を実行する装置、硬化工程を実行する装置、および、分離工程を実行する装置に分割して構成されてもよい。

組成物ＭＬは、硬化用のエネルギーが与えられることによって硬化する硬化性組成物（未硬化状態の樹脂と呼ぶこともある）である。硬化用のエネルギーとしては、電磁波、熱などが用いられる。電磁波としては、例えば、その波長が１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲から選択される、赤外線、可視光線、紫外線などの光を用いることができる。硬化性組成物は、光の照射によって、或いは、加熱によって硬化する組成物である。光の照射によって硬化する光硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを少なくとも含有し、必要に応じて、非重合性化合物又は溶剤を含有してもよい。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。組成物ＭＬ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の形態で基板Ｗの上に配置されてもよい。基板Ｗの上に組成物ＭＬを配置するディスペンサＤＰは、スピンコーターまたはスリットコーターとして構成されてもよい。組成物ＭＬ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Ｗ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Ｗは、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハまたは石英ガラスでありうるが、これらに限定されるものではない。

１枚の基板Ｗに対して、図１（ａ）～図１（ｄ）に示された膜形成方法が複数回にわたって実施されてもよい。半導体デバイスの製造工程は、プラズマエッチング、コーティング、洗浄、イオン注入等において基板Ｗに高熱が加わるプロセスが多い。基板Ｗを一旦平坦化した後も組成物ＭＬが後工程で加えられた熱によって収縮したり歪が解放されたりして、再び基板Ｗの平坦度が低下する可能性がある。基板Ｗの平坦度が低下する度に、基板Ｗを平坦化処理するのは効率がよくない。そこで、平坦化膜の形成の直後にヒートサイクルを行って予め基板Ｗの組成物ＭＬを収縮させ、歪を開放してから速やかに後の工程へ送ることが有利な場合がある。前述の熱処理部２０９は、このような用途に有用である。熱処理部２０９は、複数の基板を一度に処理可能に構成されうる。例えば、熱処理部２０９は、基板Ｗを一定間隔で鉛直方向に積み上げ、一定数量を単位としてバッチ方式でベーキングおよびクーリングを実行しうる。例えば、基板搬送機構２０４に戻ってきた基板Ｗを熱処理部２０９に送り、複数の基板Ｗに対して約２５０度から４００度のベーキングと急速クーリングを行うことができる。

図３には、第１実施形態の膜形成装置Ｒの構成が示されている。第１実施形態では、膜形成装置Ｒは、平坦化装置として構成されている。膜形成装置Ｒは、基板Ｗの上方に配置される構成要素として、ヘッド（型駆動機構）３０１と、ヘッド３０１によって支持され駆動される型保持部３０２とを備えうる。ヘッド３０１は、型保持部３０２を駆動することによって型ＳＳを駆動しうる。型保持部３０２は、型ＳＳを保持する。型保持部３０２は、例えば、真空吸引力または静電力吸引力によって型ＳＳを保持しうる。型保持部３０２は、例えば、ガラス、セラミックス、金属または樹脂で構成されうる。より具体的には、型保持部３０２は、例えば、石英ガラス、サファイア、ＳｉＣセラミックス、アルミナセラミックス、アルミニウム合金またはコージライトで構成されうる。型ＳＳの下面（基板Ｗに対向する面）に沿った方向において、型保持部３０２の寸法は、典型的には型ＳＳの寸法より大きい。型保持部３０２は、その外周部分においてヘッド３０１に結合されうる。

硬化用のエネルギーとしての紫外線は、ヘッド３０１の内部を通過し、更に型保持部３０２および型ＳＳを通過して、基板Ｗの上の組成物ＭＬに照射されうる。型保持部３０２の材料および／または構造は、硬化用の紫外線を十分に通過させるように決定されうる。型保持部３０２が硬化用の紫外線の光路に配置される部分を有する場合には、その部分は、硬化用の紫外線に関して、例えば６０％以上の透過率を有する材料で構成されうる。型保持部３０２は、型ＳＳを保持した状態で、密閉された空間３００が形成されるように構成されうる。空間３００の圧力ＰＨを不図示の圧力制御器によって制御することによって、型ＳＳの形状を制御することができる。例えば、空間３００の圧力を制御することによって、型ＳＳが基板Ｗに向かって凸形状になるように型ＳＳを撓ませることができる。

膜形成装置Ｒは、基板Ｗを操作するための構成要素として、基板Ｗを保持する基板保持部１と、分離工程の少なくとも初期段階において基板保持部１を変形させることによって基板Ｗを変形させる変形機構３４０とを備えうる。基板保持部１は、例えば、静電チャック、真空チャック、または、それらの組み合わせを含みうる。該静電チャックは、電極３０７を含み、電源３０８から電力の供給を受けて基板Ｗを保持する静電吸引力を発生しうる。基板保持部１は、第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１の反対側の第２面Ｓ２とを有し、第１面Ｓ１は、基板Ｗを保持する面であり、基板Ｗを保持する基板保持領域を含む。変形機構３４０は、例えば、基板保持部１の第２面Ｓ２に圧力分布を与えるために、１又は複数の圧力印加溝３４１と、１又は複数の圧力印加溝３４２とを含みうる。また、変形機構３４０は、圧力印加溝３４１、２４２にそれぞれ接続された圧力制御器３４３、３４４を含みうる。圧力印加溝３４２は、圧力印加溝３４１の内側に配置されている。

膜形成装置Ｒは、一例において、基板保持部１を保持する保持部支持体３０４と、保持部支持体３０４を支持する基板ステージ３０５とを備えうる。保持部支持体３０４および基板ステージ３０５は、基板Ｗを保持する保持構造を構成する。一例において、圧力印加溝３４１、２４２は、保持部支持体３０４の上面（第２面Ｓ２に対向する面）に配置され、圧力制御器３４３、３４４は、基板ステージ３０５に配置されうる。圧力印加溝３４１、２４２は、例えば、複数の同心円状の溝で構成されうる。圧力制御器３４３は、圧力印加溝３４１に正圧または負圧を与えることができ、また、圧力制御器３４４は、圧力印加溝３４２に正圧または負圧を与えることができる。

基板保持部１を変形させることによって基板Ｗを変形させる変形機構３４０は、基板Ｗの下面に作用する圧力分布を制御することによって基板Ｗを変形させる機構よりも、基板Ｗの形状制御の自由度が高い。これは、基板Ｗの下面に作用する圧力分布を制御することによって基板Ｗを変形させる機構においては、基板Ｗが存在する領域内の圧力分布を制御することによってしか基板Ｗの形状を制御することができないことに起因する。基板保持部１を変形させることによって基板Ｗを変形させる変形機構３４０には、そのような制限がなく、基板Ｗを保持する基板保持部１の構造および材料等の選択によっても基板保持部１の上面の形状を制御することができる。基板Ｗは、変形機構３４０によって制御された基板保持部１の形状にならった形状になる。基板Ｗの形状制御の自由度を向上させる観点において、基板保持部１の基板保持領域（第１面Ｓ１）に沿った方向において、基板保持部１の寸法は、基板Ｗの寸法より大きいことが望ましい。例えば、当該方向において、基板保持部１の外周端と基板Ｗの外周端との距離は、３０ｍｍ以上、４０ｍｍ以上または５０ｍｍ以上であることが望ましい。上記の観点において、基板保持部１の外周端と基板Ｗの外周端との距離の上限に制限ないが、膜形成装置Ｒの大型化を避けるためには、基板保持部１の外周端と基板Ｗの外周端との距離は、２００ｍｍ以下、１５０ｍｍ以下または１００ｍｍ以下であることが望ましい。あるいは、基板保持領域（第１面Ｓ１）に沿った方向において、基板保持部１の寸法は、基板Ｗの１．５倍以上かつ２．０倍以下の範囲内の寸法に設定されることが好ましい。

一例において、基板保持部１および基板Ｗは、円形であり、基板Ｗの直径が３００ｍｍである場合、基板保持部１の直径は、４００ｍｍ～４５０ｍｍの範囲内でありうる。基板保持部１および保持部支持体３０４は、例えば、ガラス、セラミックス、金属または樹脂で構成されうる。より具体的には、基板保持部１および保持部支持体３０４は、例えば、石英ガラス、サファイア、ＳｉＣセラミックス、アルミナセラミックス、アルミニウム合金またはコージライトで構成されうる。

膜形成装置Ｒは、基板ステージ３０５を駆動することによって基板Ｗを駆動する基板駆動機構３３０を備えうる。基板駆動機構３３０は、例えば、基板ステージ３０５をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に駆動するように構成されうる。基板駆動機構３３０およびヘッド（型駆動機構）３０１は、基板Ｗと型ＳＳとの相対位置が変更されるように基板保持部１（保持部支持体３０４）と型保持部３０２との相対位置を変更する相対駆動機構を構成する。該相対駆動機構は、少なくともＺ方向に関して基板Ｗと型ＳＳとの相対位置が変更することができるように構成される。該相対駆動機構は、接触工程において基板Ｗの上の組成物ＭＬと型ＳＳとを接触させ、分離工程において基板Ｗの上の硬化した組成物ＭＬと型ＳＳとを分離させるように基板Ｗと型ＳＳとの相対位置が変更する。

基板駆動機構３３０は、基板駆動機構３３０と基板搬送機構２０４との間で基板Ｗを受け渡しする受け渡し位置とヘッド３０１の下方位置との間で、ＸＹ平面に沿って基板ステージ３０５を駆動するように構成されてもよい。また、基板駆動機構３３０は、基板保持部１が基板Ｗの代わりに型ＳＳを保持した状態で基板ステージ３０５を駆動することによって型ＳＳを搬送してもよい。

以下、再び図１を参照しながら膜形成システム１００における膜形成方法を具体的に説明する。まず、図１（ａ）に示された組成物配置工程では、準備ステーション２２０において、アライメント機構２０５の基板支持テーブルＷＴによって支持された基板Ｗの上にディスペンサＤＰによって平坦化材料としての組成物ＭＬが配置される。その後、基板搬送機構２０４によって基板Ｗが膜形成装置Ｒの基板保持部１の上に載置される。次いで、図１（ｂ）に示された接触工程では、型保持部３０２によって保持された型ＳＳが下降するようにヘッド３０１が型保持部３０２を下降させ、基板Ｗの上の組成物ＭＬと型ＳＳとが接触する。ここで、型ＳＳは、その自重、および空間３００の圧力ＰＨの制御によって下方に凸形状になるように撓んでいて、型ＳＳの中央部が最初に基板Ｗの上の組成物ＭＬに接触しうる。ここで、組成物ＭＬと型ＳＳとが接触している接触領域とその外側の非接触領域との境界における型ＳＳの角度（ＸＹ平面に平行な面に対する型ＳＳの角度）が一定に維持されながら接触領域が拡大するように空間３００の圧力ＰＨが制御されうる。型ＳＳの中央部から接触領域を拡大させることによって、組成物ＭＬの厚さを一定に維持しながら組成物ＭＬを膜状に広げることができる。接触領域が基板Ｗの外縁付近まで到達した時点で、型保持部３０２による型ＳＳの保持が解除され、型ＳＳが基板Ｗの上に組成物ＭＬを介して載置されうる。これにより、型ＳＳが基板Ｗのグローバルな凹凸にならい、組成物ＭＬからなる膜は、基板Ｗの全域において均一になる。その後、型保持部３０２によって型ＳＳを再び保持し、接触工程が終了しうる。

次いで、図１（ｃ）に示された硬化工程では、型ＳＳが基板Ｗの上の組成物ＭＬと接触した状態で、硬化用のエネルギーが組成物ＭＬに照射され、組成物ＭＬが硬化される。硬化エネルギーは、例えば、光源ＩＬから放射される紫外線でありうる。硬化用のエネルギーの照射時間は、例えば、数十秒である。ここで、組成物ＭＬは高い揮発性を有しうる。接触工程における組成物ＭＬの揮発は、組成物ＭＬによって形成される膜の平坦性に影響を及ぼしうる。したがって、基板Ｗの上に組成物ＭＬを供給した後、膜形成装置Ｒにおいて未処理のままで基板Ｗを待機させる状況、つまり、組成物ＭＬの揮発が大きくなる状況は望ましくない。そこで、接触工程から速やかに硬化工程へ移行することが望ましい。そのため、接触領域が型ＳＳの中央部から外縁に向かって拡大する動作に合わせて、硬化用のエネルギーを照射する領域を該中央部から外周に向かって拡大または移動させてもよい。

図１（ｄ）に示された分離工程では、基板Ｗの上の硬化した組成物ＭＬから型ＳＳが分離される。単純にヘッド３０１を鉛直方向に上昇させて組成物ＭＬから型ＳＳを分離しようとすると、例えば、数百Ｎ（ニュートン）もの大きな力が必要である。型ＳＳおよび基板Ｗに大きな力が加わると、基板Ｗが有するパターンの破損、組成物ＭＬの剥離、型ＳＳの破損等を引き起こしうる。そこで、組成物ＭＬと型ＳＳとの界面に対して局所的に数Ｎ程度の力を加えることによって組成物ＭＬと型ＳＳとの分離開始点を形成することが好ましい。その後に、ヘッド３０１を上昇あるいは傾斜させることによって、分離開始点を起点として、組成物ＭＬと型ＳＳとが分離された領域を拡大させてから、組成物ＭＬと型ＳＳとを完全に分離することによって、分離に要する力を小さくすることができる。

図４に模式的に示されるように、分離開始点Ｑは、分離工程の初期段階において変形機構３４０によって基板保持部１を変形させることによって形成されうる。この際に、基板Ｗと型ＳＳとの距離が、ヘッド３０１および／または基板駆動機構３３０によって大きくされてもよい。変形機構３４０による基板保持部１の変形は、例えば、圧力印加溝３４１に負圧（吸引圧）を与え、圧力印加溝３４１の内側に配置された圧力印加溝３４２に正圧を与えるように圧力制御器３４３、３４４を制御することによって達成されうる。基板保持部１の変形の程度は、圧力印加溝３４２に与えられる圧力によって制御部２１０によって制御されうる。このような制御によって、基板保持部１は、型ＳＳに向かって凸形状になるように変形し、基板保持部１によって吸引によって保持されている基板Ｗが基板保持部１の第１面Ｓ１（基板保持領域）の形状に応じた凸形状になるように変形する。これにより、硬化した組成物ＭＬと型ＳＳとの界面の最も外側の位置に応力が集中し、組成物ＭＬと型ＳＳとの分離開始点Ｑが形成される。

ここで、基板保持部１の変形域Ｌ（基板Ｗの外縁の直下位置と基板保持部１における変形した部分の外縁との距離）を、分離開始点Ｑの直下位置Ｑ’を固定端とする片持ち梁に置き換えることで、分離開始点の付近の構造を図５のようにモデル化することができる。図５は、基板保持部１の変形域Ｌから基板保持部１の分離開始範囲ω×フリースパンＬ_１の面領域を抽出した片持ち梁を示している。以下、図５に示されたモデルに基づいて、基板保持部１と保持部支持体３０４との間の内部圧力Ｐと基板保持部１のフリースパンＬ_１との関係を示す関係式を導出する。

ここで、フリースパンＬ_１は、基板保持部１の変形域Ｌにおける分離開始点Ｑの直下位置Ｑ’からの距離である。分離開始範囲ωは、基板保持部１の変形域Ｌの幅、すなわち、分離開始点Ｑから初期の亀裂（組成物ＭＬと型ＳＳとが分離された部分）が生じる範囲である。

基板保持部１の剛性をＥＩ、位置Ｘでの撓み角度をθ、自由端での力をＦとすると、式（１）が成り立つ。

θ＝（ＦＸ／２ＥＩ）・（２Ｌ_１－Ｘ） ・・・式（１）
式（１）は、Ｘを０の近づけると、式（２）のように近似される。

θ＝ＦＸＬ_１／ＥＩ ・・・式（２）
一方、基板保持部１の変形域Ｌに分布荷重である内部圧力Ｐがかかる場合、式（３）が成り立つ。

θ＝（ＰωＸ／６ＥＩ）・（３Ｌ_１ ^２－３Ｌ_１Ｘ＋Ｘ^２） ・・・式（３）
式（３）は、Ｘを０の近づけると、式（４）のように近似される。

θ＝ＰωＸＬ_１ ^２／２ＥＩ ・・・式（４）
式（２）＝式（４）より、内部圧力ＰとフリースパンＬ_１との関係は、式（５）で表される。

Ｐ＝２Ｆ／ωＬ_１ ・・・式（５）
式（５）における各変数は、実際に基板保持部１の変形域Ｌを模擬した引張り試験を行うことによって実験的に決定されうる。例えば、組成物ＭＬを配置した領域の幅ω、長さＬの２枚の試験片を準備して、フリースパンＬ_１分がはみ出すように互いに接着した状態から、２枚の試験片が剥離される方向へ引張り力を与えて、組成物ＭＬの剥離に要する力Ｆを計測する。ω＝１０ｍｍ、Ｌ_１＝７５ｍｍの２枚の試験片で引張り試験を行い、剥離に要する力Ｆが２０Ｎであった場合、式（５）より、内部圧力Ｐは約５０ｋＰａと決定される。

このような方法で基板保持部１と保持部支持体３０４との間の内部圧力Ｐと基板保持部１のフリースパンＬ_１との関係を予め求めて、変形域Ｌを含む基板保持部１の形状を決定することができる。

フリースパンＬ_１が小さ過ぎ、内部圧力Ｐが大き過ぎると、基板保持部１の破損および塑性変形を招く可能性がある。そこで、内部圧力Ｐは１００ｋＰａ以下であることが好ましく、第１面Ｓ１に沿った方向における基板保持部１は、基板Ｗの１．５倍以上かつ２．０倍以下の範囲内の寸法に設定されることが好ましい。決定されたフリースパンＬ_１に応じて基板保持部１と保持部支持体３０４との間の内部圧力Ｐを変化させ、基板保持部１と基板Ｗを同時に型ＳＳに向かって凸形状に変形させることで、基板Ｗの上の組成物ＭＬから型ＳＳを容易に分離することができる。

あるいは、内部圧力Ｐと分離に要する力Ｆとの関係を予め求めておき、力Ｆに応じた内部圧力Ｐの下で撓み角度θが式（４）で与えられるθになるように基板保持部１と基板Ｗを変形させることで、基板Ｗの上の組成物ＭＬから型ＳＳを容易に分離することができる。一例において、組成物ＭＬと型２２との分離に要する時間は、内部圧力Ｐの制御の応答速度と基板保持部１の変形敏感度に依存するものであり、数秒程度である。以上より、本実施形態によれば、スループットおよび／または歩留まりを向上させるために有利な膜形成装置Ｒが提供される。

図６には、第２実施形態の膜形成装置Ｒの構成が示されている。第２実施形態の膜形成装置Ｒも、平坦化装置として構成されている。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。分離工程を精密に制御するためには、ヘッド３０１と基板Ｗとの距離、および／または、基板Ｗの変形を検出し、その検出結果に基づいてヘッド３０１と基板Ｗとの距離、および／または、基板Ｗの変形を制御することが有利である。第２実施形態の膜形成装置Ｒは、変位センサ５０１、５０３、５０４を備えている。変位センサ５０１は、例えば、ヘッド３０１に固定された参照部５０２の変位を検出することによってヘッド３０１の変位を検出しうる。変位センサ５０３、５０４は、基板Ｗの下面または基板保持部１の検出対象部の変位を検出しうる。該検出対象部は、例えば、基板保持部１の下面または上面でありうる。変位センサ５０１、５０３、５０４の出力に基づいて、ヘッド３０１と基板Ｗとの距離、および／または、基板Ｗの変形を検出することができる。

例えば、変位センサ５０３、５０４を使って基板Ｗの２箇所以上の検出対象部の位置を検出することによって、基板Ｗの変形を検出することができ、その検出結果に基づいて内部圧力Ｐを制御することができる。また、変位センサ５０１と変位センサ５０３、５０４の少なくとも一方を使って、ヘッド３０１と基板Ｗとの距離を検出し、その検出結果に基づいてヘッド３０１および基板駆動機構３３０を制御することができる。変位センサ５０１と変位センサ５０３、５０４の少なくとも一方を使って、組成物ＭＬの膜の厚さを推定し、その結果をヘッド３０１および基板駆動機構３３０の制御に反映させることができる。

図７には、第３実施形態の膜形成装置Ｒの構成が示されている。第３実施形態の膜形成装置Ｒも、平坦化装置として構成されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１および／または第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、変形機構３４０は、第２面Ｓ２における周辺部を保持しつつ第２面Ｓ２における中央部に固体部材７０２を押し付けることによって基板保持部１を変形させる。変形機構３４０は、例えば、基板保持部１の第２面Ｓ２における周辺部を真空吸引するための圧力印加溝３４１と、圧力印加溝３４１に接続された圧力制御器３４３とを含みうる。また、変形機構３４０は、例えば、第２面Ｓ２における中央部に固体部材７０２を押し付けるアクチュエータ７０１を含みうる。図１（ｄ）に示された分離工程の少なくとも初期段階において、変形機構３４０によって基板保持部１を変形させることによって分離開始点を形成することができる。

平坦化装置として構成された膜形成装置Ｒを使用して物品が製造されうる。そのような物品製造方法は、膜形成装置Ｒを使って基板の上に組成物の硬化物からなる膜（平坦化膜）を形成する膜形成工程と、該膜形成工程を経た該基板を処理する処理工程とを含み、該処理工程を経た該基板から物品を製造する。

上記の膜形成装置Ｒは、平坦化装置として構成されているが、膜形成装置Ｒは、基板Ｗ（例えば、基板Ｗの１又は複数のショット領域あるいは基板Ｗの全ショット領域）に組成物ＭＬ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されてもよい。インプリント装置において使用される型ＳＳは、基板Ｗに転写されるパターンが配置されたパターン領域、および、アライメントマークを有する。

組成物ＭＬを硬化させるためのエネルギーは、紫外線等の光であってもよいし、熱であってもよい。硬化用のエネルギーとして熱を用いる方法では、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上の温度に加熱し、該樹脂の流動性を高めた状態で該樹脂を介して基板に型を押し付け、冷却した後に該樹脂から型が分離される。

平坦化装置として構成された膜形成装置Ｒによって図１（ｄ）に示すように表面が平坦化された基板Ｗの上にインプリント装置を用いて組成物の硬化物のパターンを形成してもよい。以下、インプリント装置を用いて基板上に硬化物のパターンを形成する方法について説明する。

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、インプリント装置によって基板にパターンを形成し、該パターンが形成された基板を処理し、該処理が行われた基板から物品を製造する物品製造方法について説明する。図８（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８（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８（ｃ）に示すように、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８（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８（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８（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。

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。

Ｒ：膜形成装置、Ｗ：基板、ＳＳ：型、１：基板保持部、３４０：変形機構

Claims (14)

1. 基板の上の組成物と型とを接触させる接触工程、前記組成物を硬化させる硬化工程、および、前記組成物の硬化物と前記型とを分離する分離工程を含む膜形成処理を実行する膜形成装置であって、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記分離工程の少なくとも初期段階において前記基板保持部を変形させることによって前記基板を変形させる変形機構と、
   前記基板および前記基板保持部の変形を検出するためのセンサと、を備え、
   前記センサの出力に基づいて前記分離工程が制御されることを特徴とする膜形成装置。
2. 前記基板保持部の基板保持領域に沿った方向において、前記基板保持部の寸法が前記基板の寸法より大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の膜形成装置。
3. 前記方向において、前記基板保持部の外周端と前記基板の外周端との距離が３０ｍｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の膜形成装置。
4. 前記方向において、前記基板保持部の寸法が前記基板の寸法の１．５倍以上かつ２．０倍以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の膜形成装置。
5. 前記基板保持部の形状に前記基板をならわせるように前記基板を保持する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膜形成装置。
6. 前記変形機構は、前記基板保持部を前記型に向かって凸形状になるように変形させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の膜形成装置。
7. 前記基板保持部は、前記基板を保持する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有し、
   前記変形機構は、前記第２面における周辺部を保持しつつ前記第２面における中央部に正圧を加えることによって前記基板保持部を変形させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の膜形成装置。
8. 前記基板保持部は、前記基板を保持する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有し、
   前記変形機構は、前記第２面における周辺部を保持しつつ前記第２面における中央部に固体部材を押し付けることによって前記基板保持部を変形させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の膜形成装置。
9. 前記基板保持部は、前記基板を保持する静電チャックを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の膜形成装置。
10. 前記基板保持部は、前記基板を保持する真空チャックを含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の膜形成装置。
11. 前記基板は、複数のショット領域を有し、前記型は、前記複数のショット領域の全域をカバーする面積を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の膜形成装置。
12. 前記複数のショット領域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１１に記載の膜形成装置。
13. 前記基板にパターン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１２のいずれか１項に記載の膜形成装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の膜形成装置を使って基板の上に組成物の硬化物からなる膜を形成する膜形成工程と、
    前記膜形成工程を経た前記基板を処理する処理工程と、
    を含み、前記処理工程を経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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