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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-20
(45)【発行日】2024-06-28
(54)【発明の名称】成形装置及び物品の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/027 20060101AFI20240621BHJP
B29C 59/02 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
H01L21/30 502D
B29C59/02 Z
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020150738
(22)【出願日】2020-09-08
(65)【公開番号】P2022045186
(43)【公開日】2022-03-18
【審査請求日】2023-08-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】塩出 吉宏
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０６９３３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－００９８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２２１３７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８６４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１６３９６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｂ２９Ｃ ５９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記型の第１面と前記組成物とを接触させて前記第１面と前記基板との間に前記組成物の膜を形成する処理を制御する制御部と、
前記型の前記第１面とは反対側の第２面に圧力を与えて前記第１面を前記基板側に凸形状に変形させる変形部と、
を有し、
前記制御部は、前記処理において、前記第１面と前記組成物とを接触させた後に前記変形部が前記第２面に与える正の圧力が、前記第１面と前記組成物とを接触させる前に前記変形部が前記第２面に与えていた正の圧力よりも大きくなるように、前記変形部を制御することを特徴とする成形装置。
【請求項2】
前記変形部は、前記第２面に設けられている凹部の圧力を調整することによって前記第２面に正の圧力を与えて前記第１面を前記基板側に凸形状に変形させることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項3】
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、
前記型の第１面と前記組成物とを接触させて前記第１面と前記基板との間に前記組成物の膜を形成する処理を制御する制御部と、
前記型の前記第１面とは反対側の第２面に力を与えて前記第１面を前記基板側に凸形状に変形させる変形部と、
を有し、
前記変形部は、前記第２面に設けられている凹部の圧力を調整することによって前記第２面に力を与えて前記第１面を前記基板側に凸形状に変形させ、
前記制御部は、前記第１面と前記組成物とを接触させる前に前記第１面が前記基板側に凸形状となるように、前記変形部が調整すべき前記凹部の圧力を第１圧力値に設定し、前記第１面を前記組成物に接触させて押し付けている間に、前記変形部が調整すべき前記凹部の圧力を前記第１圧力値よりも大きい第２圧力値に設定することを特徴とする成形装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第１面と前記組成物とを接触させてから予め定められた時間内に、前記第１圧力値から前記第２圧力値に変更されるように、前記変形部が調整すべき前記凹部の圧力を設定することを特徴とする請求項３に記載の成形装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記第１面と前記組成物とが接触したタイミングで前記第１圧力値から前記第２圧力値に変更されるように、前記変形部が調整すべき前記凹部の圧力を設定することを特徴とする請求項３又は４に記載の成形装置。
【請求項6】
前記第１面を前記組成物に接触させて押し付ける押付部を更に有し、前記制御部は、前記処理において、前記押付部が前記第１面を前記組成物に押し付つける押付力と、前記変形部が前記第２面に与える圧力とが同期するように、前記押付部及び前記変形部を制御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。
【請求項7】
前記処理は、前記押付力を増加させる期間と、前記押付力を減少させる期間と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記押付力を増加させる期間において、前記第１面と前記組成物との接触面積が一定の速度で広がるように、前記押付部を制御することを特徴とする請求項７に記載の成形装置。
【請求項9】
前記第１面と前記組成物との接触面積の広がりに関する情報を取得する取得部を更に有し、前記制御部は、前記情報に基づいて、前記接触面積が一定の速度で広がるように、前記押付部を制御することを特徴とする請求項８に記載の成形装置。
【請求項10】
前記取得部は、前記処理のシミュレーションの結果、又は、前記処理を行った結果から、前記情報を取得することを特徴とする請求項９に記載の成形装置。
【請求項11】
前記制御部は、前記第１面と前記組成物とを接触させた後の各時刻において、前記変形部が前記第２面に与える圧力が、前記押付部が前記第１面を前記組成物に押し付ける押付力よりも小さくなるように、前記変形部を制御することを特徴とする請求項６乃至１０のうちいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項12】
前記第１面は、パターンを含み、前記成形装置は、前記第１面の前記パターンを前記組成物に接触させることにより前記基板上に前記組成物のパターンを形成することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項13】
前記第１面は、平面部を含み、前記成形装置は、前記第１面の前記平面部を前記組成物に接触させることにより前記基板上の前記組成物を平坦にすることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項14】
請求項１２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成形装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インプリント技術は、ナノスケールの微細なパターン（凹凸）の転写を可能にする技術であり、半導体デバイスや磁気記憶媒体などの量産用リソグラフィ技術の１つとして注目されている。インプリント技術とは、パターンが形成された型（モールド）を原版として、シリコンウエハやガラスプレートなどの基板にナノスケールの微細なパターン（凹凸）を転写する技術である。
【0003】
インプリント技術を用いたインプリント装置は、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である。具体的には、インプリント装置は、基板上のインプリント材と型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型を引き離すことで、基板上にインプリント材のパターンを形成する。インプリント材の硬化法としては、光硬化法や熱硬化法などがある。光硬化法は、温度制御によるパターンの転写時間の増大や温度変化によるパターンの寸法精度の低下を抑えられることから、半導体デバイスや磁気記憶媒体の製造に適している。
【0004】
インプリント装置では、基板上のインプリント材と型とを接触させる際に、インプリント材に気泡が混入する場合がある。このように、気泡が混入した状態でインプリント材を硬化させると、気泡が存在する箇所にはパターンが形成されず、欠陥（未充填欠陥）となる。
【0005】
そこで、基板上のインプリント材と型とを接触させる際に、型（のパターン面）を基板に対して凸形状に変形させ（撓ませ）、その後、型を元の形状（平面形状）に戻す技術が提案されている（特許文献１乃至４参照）。かかる技術によれば、基板（基板上のインプリント材）と型との間に存在する気体を外側に押し出し、基板上のインプリント材に混入する気泡を低減することができる。
【0006】
また、基板上の硬化したインプリント材から型を引き離す際に、型を変形させたり、基板を吸着する吸着力（吸着圧）を変えて基板を変形させたりすることで、基板上に形成されるパターンの欠陥を低減させる技術も提案されている（特許文献５及び６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特表２００９－５３６５９１号公報
【文献】特表２００９－５１８２０７号公報
【文献】特許第４３９１４２０号公報
【文献】特許第５１３９４２１号公報
【文献】米国特許出願公開第２００６／１７２５５３号明細書
【文献】特表２００９－５１７８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年、インプリント装置では、生産性（スループット）の更なる向上が益々要求されている。例えば、従来技術のように、型を基板に対して凸形状に変形させた状態で基板上のインプリント材と接触させ、ショット領域の中央から周辺に向けてインプリント材を押し広げる場合を考える。この場合、インプリント材を押し広げる速度を速くして、基板上のインプリント材を型（の凹部）に充填する充填工程に移行する前の工程（ダイナミックスプレッド工程）や充填工程に要する時間を短縮することで、生産性を向上させることができる。但し、充填工程に要する時間は、通常、型と基板とをアライメント（位置合わせ）するアライメント工程に要する時間に依存するため、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を短縮することが求められている。しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、ダイナミックスプレッド工程に要する時間をみやみに短縮すると、未充填欠陥が増加して、生産性を低下させることにつながることを見出した。
【0009】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、生産性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、前記型の第１面と前記組成物とを接触させて前記第１面と前記基板との間に前記組成物の膜を形成する処理を制御する制御部と、前記型の前記第１面とは反対側の第２面に圧力を与えて前記第１面を前記基板側に凸形状に変形させる変形部と、を有し、前記制御部は、前記処理において、前記第１面と前記組成物とを接触させた後に前記変形部が前記第２面に与える正の圧力が、前記第１面と前記組成物とを接触させる前に前記変形部が前記第２面に与えていた正の圧力よりも大きくなるように、前記変形部を制御することを特徴とする。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、例えば、生産性を向上させるのに有利な成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】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。
【図2】インプリントヘッドの駆動部の構成の一例を示す図である。
【図3】型のメサ領域を基板側に凸形状に変形させた状態を示す図である。
【図4】一般的なインプリント処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】未充填欠陥の発生の様子を観察した実験結果を示す図である。
【図6】基板上のインプリント材と型との接触状態、及び、観察部で取得される画像を示す図である。
【図9】型チャックから型を落下させる力を計算した結果を示す図である。
【図10】型のコアアウトの厚さと最大応力との関係を計算した結果を示す図である。
【図11】型と基板とが接触した状態を模式的に示す図である。
【図12】型のコアアウトに加える圧力と、吸着力と落下力とを合算した合算力との関係を示す図である。
【図13】型のコアアウトに加える圧力と最大応力との関係を示す図である。
【図14】基本的な制御プロファイルを説明するための図である。
【図15】本実施形態における制御プロファイルを説明するための図である。
【図16】型のコアアウトに加える圧力と、型の最大変形量との関係を示す図である。
【図17】型の曲率を評価する評価方法を説明するための図である。
【図20】圧力制御プロファイルを示す図である。
【図22】圧力制御プロファイルを示す図である。
【図24】型と基板上のインプリント材との間にトラップされた気体の分子数を表すマップを示す図である。
【図25】型と基板上のインプリント材との間にトラップされた気体の分子数を表すマップを示す図である。
【図26】物品の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
図１は、本発明の一側面としてのインプリント装置ＩＭＰの構成を示す概略図である。インプリント装置ＩＭＰは、半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子など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ＩＭＰ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処理を行う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ＩＭＰは、基板上に供給された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。なお、型は、モールド、テンプレート、或いは、原版とも称される。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
インプリント材は、スピンコーターやスリットコーターによって基板上に膜状に付与されてもよい。また、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。
【0019】
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。
【0020】
インプリント装置ＩＭＰは、図１に示すように、基板ステージ３と、基板チャック５と、インプリントヘッド６と、圧力調整部７と、型チャック９とを有する。また、インプリント装置ＩＭＰは、リレー光学系１２と、バンドパスフィルタ１３と、観察部１４と、第１計測部１５と、第２計測部１６と、制御部１８と、記憶部１９と、照射系３０とを有する。
【0021】
本明細書及び添付図面では、基板４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。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御及び駆動（移動）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又は駆動（移動）を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御又は駆動は、それぞれ、Ｘ軸に平行な軸周りの回転、Ｙ軸に平行な軸周りの回転、Ｚ軸に平行な軸周りの回転に関する制御又は駆動を意味する。
【0022】
型１は、矩形の外形形状を有し、石英基板で構成されている。型１は、基板側の第１面１ａの中央部に、基板４（の上のインプリント材）に転写すべきパターン（凹凸パターン）が形成されたメサ領域２を有する。メサ領域２は、基板上のインプリント材を形成する際に、メサ領域２を除く領域が基板４に接触することを防止するために、その周囲の領域よりも高くなるように、即ち、段差構造を有するように形成されている。また、型１は、メサ領域２を含む第１面１ａとは反対側の第２面１ｂに、円筒状の凹部であるコアアウト８（窪み構造）を有する。コアアウト８は、キャビティとも呼ばれ、一般的に、コアアウト８の中心がメサ領域２の中心と重なるように形成されている。
【0023】
インプリントヘッド６は、例えば、型１を真空吸着又は静電吸着する型チャック９を介して、型１を保持する。また、インプリントヘッド６は、型チャック９に吸着された型１を基板上のインプリント材に接触させて押し付ける押付部として機能する。インプリントヘッド６は、型チャック９を駆動する（移動させる）駆動部を含む。かかる駆動部は、図２に示すように、３軸の駆動系ＤＺ１、ＤＺ２及びＤＺ３を含む。図２は、インプリントヘッド６の駆動部の構成の一例を示す図である。駆動系ＤＺ１、ＤＺ２及びＤＺ３は、例えば、Ｚ方向に独立駆動可能なアクチュエータで構成されている。インプリントヘッド６の位置や姿勢（状態）は、インプリント装置ＩＭＰに設けられた各種のセンサ、例えば、インプリントヘッド６に内蔵された高さセンサ及び力センサ（不図示）によってリアルタイムに計測（観察）することが可能である。
【0024】
圧力調整部７は、型１に設けられたコアアウト８の圧力を調整する。コアアウト８は、型１を基板上のインプリント材に接触させる際に、型１、具体的には、メサ領域２を基板側に凸形状に変形させ、メサ領域２の中心部分から、インプリント材との接触領域を徐々に広げることを目的に設けられている。具体的には、圧力調整部７がコアアウト８の圧力を外部の圧力よりも高くすることで、型１のメサ領域２を基板側に凸形状に変形させることができる。このように、圧力調整部７は、型１の第１面１ａとは反対側の第２面１ｂに力を与えて第１面１ａを基板側に凸形状に変形させる変形部として機能する。本実施形態では、圧力調整部７は、型１のコアアウト８の圧力を調整することによって、コアアウト８（第２面１ｂ）に力を与えてメサ領域２（第１面１ａ）を基板側に凸形状に変形させる。型１のメサ領域２を基板側に凸形状に変形させることで、型１（メサ領域２）と基板４（インプリント材）との間に存在する気体を外側（外周）に押し出し、基板上のインプリント材に混入する気泡を低減させることができる。
【0025】
本実施形態では、リレー光学系１２は、インプリントヘッド６の内部に配置され、バンドパスフィルタ１３及び照射系３０は、インプリントヘッド６の上部に配置されている。照射系３０は、基板上のインプリント材と型１とが接触している状態において、バンドパスフィルタ１３及びリレー光学系１２を介して、光（例えば、紫外線）を基板上のインプリント材に照射してインプリント材を硬化させる。
【0026】
観察部１４は、インプリントヘッド６の上部に配置されている。観察部１４は、バンドパスフィルタ１３及びリレー光学系１２を介して、型１のメサ領域２や基板４のショット領域を観察する。具体的には、観察部１４は、基板上のインプリント材が型１によって押し広げられる様子や型１と基板４との間の狭ギャップによって形成される干渉縞を観察して画像を取得する。また、観察部１４は、型１（メサ領域２）と基板上のインプリント材との接触面積（接触領域）の広がりに関する情報を取得する取得部としても機能する。
【0027】
基板ステージ３は、例えば、基板４を真空吸着又は静電吸着する基板チャック５を介して、基板４を保持する。基板ステージ３は、基板チャック５をＸ方向及びＹ方向に駆動する（移動させる）ことで、基板４の全面（全てのショット領域）に対するインプリント処理を可能にする。
【0028】
基板ステージ３には、型１の基板側の第１面１ａの高さ、例えば、メサ領域２の高さを計測する第１計測部１５が設けられている。従って、第１計測部１５が型１の下を通過するように基板ステージ３を移動させることで、第１計測部１５は、型１のメサ領域２の形状（面形状）やチルト量を計測することができる。
【0029】
また、インプリント装置ＩＭＰには、基板ステージ３に対向するように、基板４の高さを計測する第２計測部１６が設けられている。従って、基板４が第２計測部１６の下を通過するように基板ステージ３を移動させることで、第２計測部１６は、基板４の形状（面形状）やチルト量を計測することができる。
【0030】
制御部１８は、ＣＰＵやメモリなどを含む情報処理装置（コンピュータ）で構成され、記憶部１９に記憶されたプログラムに従って、インプリント装置ＩＭＰの全体を制御する。制御部１８は、インプリント装置ＩＭＰの各部を制御して、型１のメサ領域２（第１面１ａ）と基板上のインプリント材（組成物）とを接触させてメサ領域２と基板４との間にインプリント材の膜を形成する処理を制御する。本実施形態において、インプリント材の膜を形成する処理とは、基板上の複数のショット領域のそれぞれにインプリント材のパターンを形成するインプリント処理である。制御部１８は、観察部１４で取得された画像を解析してインプリント処理を評価し、その結果をインプリント処理に反映させることが可能である。例えば、制御部１８は、第１計測部１５や第２計測部１６の計測結果（型１のメサ領域２の面形状及びチルト量や基板４の面形状及びチルト量）を取得して、型１と基板４とのレベリング状態を確認する。そして、制御部１８は、型１と基板４とのレベリング状態に基づいて、インプリントヘッド６や圧力調整部７を介して、インプリントヘッド６の状態（位置や姿勢）や型１の状態（形状）を制御する。
【0031】
ここで、図４を参照して、一般的なインプリント処理について具体的に説明する。図４は、一般的なインプリント処理を説明するためのフローチャートである。インプリント処理は、通常、型１と基板４とのレベリング状態を平行に維持した状態で行われる。詳細には、型１のメサ領域２と基板４のショット領域とのレベリングを平行にすることで、理想的なインプリント処理を実現しようとしている。そこで、型１のメサ領域２の面形状（高さ方向（Ｚ方向）の位置）及びチルト量を第１計測部１５（装置上）で予め計測し、更に、基板４の面形状及びチルト量を第２計測部１６で予めグローバルに計測することで、両者のレベリング状態を取得する。そして、Ｓ４０２において、型１又は基板４の目標とするチルト位置（目標チルト位置）を設定するとともに、型１のメサ領域２と基板４との間のギャップ量も設定する。
【0032】
次いで、Ｓ４０４において、図３に示すように、圧力調整部７を介して型１のコアアウト８に圧力を加え（印加し）、型１のメサ領域２を基板側に膨らませて凸形状に変形させる。これは、上述したように、型１と基板上のインプリント材との接触を開始する際に、基板上のインプリント材に気泡が閉じ込められにくくするためである。なお、型１のメサ領域２の変形量、即ち、圧力調整部７から型１のコアアウト８に加える圧力の値は、予め設定されている。図３は、インプリント装置ＩＭＰにおいて、型１のメサ領域２を基板側に凸形状に変形させた状態を示す図である。
【0033】
次に、Ｓ４０６において、型１と基板上のインプリント材とを接触させる接触工程を開始する。具体的には、基板ステージ３によってＸ方向及びＹ方向に位置決めされた基板４に対して、インプリントヘッド６が、型１を吸着した型チャック９をＺ方向に降下させて、型１のメサ領域２の中心部分を基板上のインプリント材に接触させる。更に、その状態を維持しながら、力制御によって所定の力になるまで型チャック９をＺ方向に降下させ、型１のメサ領域２の全域まで基板上のインプリント材を押し広げる。この際、型１の高さ（Ｚ方向の位置）制御、チルト制御及び力制御は、インプリントヘッド６の駆動部を構成する駆動系ＤＺ１、ＤＺ２及びＤＺ３のそれぞれの駆動を制御することで実現される。
【0034】
次いで、型１のメサ領域２の全域まで基板上のインプリント材を押し広げたら、Ｓ４０８において、圧力調整部７を介して型１のコアアウト８の圧力を下げて（低下させ）、型１のメサ領域２の形状を元に戻す。Ｓ４０８では、最終的に、型１と基板４とのレベリング状態を平行にする。そして、Ｓ４１０において、基板上のインプリント材を型１に充填する充填工程に移行し、所定の期間（基板上のインプリント材が型１に充填されるまで）、型１と基板４とのレベリング状態を平行に維持する。なお、充填工程に移行する前の工程、具体的には、Ｓ４０６の工程とＳ４０８の工程とを含む工程は、ダイナミックスプレッド工程とも呼ばれる。
【0035】
次に、Ｓ４１２において、基板上のインプリント材が型１に充填されたら、照射系３０からインプリント材に光を照射してインプリント材を硬化させる（硬化工程）。その後、Ｓ４１４において、インプリントヘッド６によって型チャック９をＺ方向に上昇させて、基板上の硬化したインプリント材から型１を引き離す（離型工程）。
【0036】
図４では、インプリント処理の通常のシーケンスについて説明したが、装置校正を目的として、基板上にインプリント材が存在しない状態でも同様なシーケンスを行うことが可能である。また、圧力制御（型１を基板側に凸形状に変形させる制御）、型１の高さ（Ｚ方向の位置）制御、チルト制御及び力制御は、制御プロファイルとして記憶部１９に予め記憶され、制御部１８によって実行される。
【0037】
インプリント処理では、生産性（スループット）の更なる向上を実現するために、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を短縮することが求められている。ダイナミックスプレッド工程に要する時間を変化させて未充填欠陥の発生の様子を観察した実験結果を図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれ、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を、０．６秒、０．５秒、０．４秒とした場合の実験結果を示している。但し、充填工程が終了するまでの時間（ダイナミックスプレッド工程に要する時間と充填工程に要する時間との和）は、０．８秒で同じ条件としている。ここで、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照するに、ダイナミックスプレッド工程に要する時間が短くなるにつれて、未充填欠陥が発生しやすくなり、未充填欠陥（の発生数）が増加していることがわかる。従って、ダイナミックスプレッド工程に要する時間をみやみに短縮すると、未充填欠陥が増加して、生産性を低下させることにつながる。
【0038】
ここで、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を変化させた実験結果について考察する。図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、基板上のインプリント材と型１（メサ領域２）との接触状態、及び、かかる接触状態に対応して観察部１４で取得される画像４０を示す図であって、それぞれ、互いに異なる接触状態を示している。図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）では、互いに異なる接触状態を、型１の形状（変形量）を示す曲面５０、６０及び７０として表している。
【0039】
図６（ａ）は、基板上のインプリント材と型１とが接触していない状態を示し、かかる状態において観察部１４で取得される画像４０には、干渉パターンは含まれていない。
【0040】
図６（ｂ）は、基板上のインプリント材と型１とが、接触境界４３で規定される接触径（距離）で接触している状態を示し、かかる状態において観察部１４で取得される画像４０には、干渉パターンＩＦ４３が含まれている。干渉パターンＩＦ４３は、接触境界４３の近傍での干渉縞の間隔が狭いため、接触境界４３の近傍での型１の凸形状の傾き（曲面６０の曲率）が大きいことがわかる。
【0041】
図６（ｃ）は、基板上のインプリント材と型１とが、接触境界４４で規定される接触径（距離）で接触している状態を示し、かかる状態において観察部１４で取得される画像４０には、干渉パターンＩＦ４４が含まれている。詳細には、図６（ｃ）は、型１のコアアウト８に加える圧力を一定に維持しながら、型１を基板上のインプリント材に押し込み続けることで接触境界４３が接触境界４４になった状態を示している。干渉パターンＩＦ４４は、接触境界４４の近傍での干渉縞の間隔が広いため、型１の凸形状の傾き（曲面７０の曲率）が、図６（ｂ）に示す型１の凸形状の傾き（曲面６０の曲率）と比較して、より小さくなっていることがわかる。
【0042】
図７及び図８を参照して、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す各状態について詳細に説明する。図７では、基板上のインプリント材と型１とが接触していない状態（図６（ａ））での型１の形状（曲面５０）を高さカーブＣ５０で示している。また、基板上のインプリント材と型１とが、接触境界４３で規定される接触径で接触している状態（図６（ｂ））での型１の形状（曲面６０）を高さカーブＣ６０で示している。同様に、基板上のインプリント材と型１とが、接触境界４４で規定される接触径で接触している状態（図６（ｃ））での型１の形状（曲面７０）を高さカーブＣ７０で示している。
【0043】
図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す干渉パターンの観察から、接触境界の近傍での干渉縞の間隔は、基板上のインプリント材と型１との接触面積が大きくなるにつれて、大きくなることがわかる。図７を参照するに、干渉縞の半ピッチの高さを破線８０で示すと、干渉縞の間隔が広くなるとは、接触境界が大きくなることを意味する。換言すれば、干渉縞の間隔が広くなるにつれて、図８に示すように、型１の凸形状の傾き（曲面５０、６０及び７０の曲率）が小さくなることがわかる。
【0044】
図８を参照するに、接触境界での型１の凸形状の傾きは、接触径が大きくなるショット領域の周辺部で小さくなることになる。従って、ショット領域の周辺部では、接触境界での型１と基板４との相対的な傾き（曲率）が小さくなる。これは、型１を凸形状に変形させることで型１と基板４との間に存在する気体をインプリント材の広がりよりも早く外側に押し出し、基板上のインプリント材に混入する気泡を低減させるという効果がショット領域の周辺部では小さくなることを意味する。
【0045】
ここで、上述した実験結果に戻ると、ダイナミックスプレッド工程に要する時間にかかわらず、接触境界での型１と基板４との相対的な傾きが、特に、メサ領域２（ショット領域）の周辺部で小さくなることは、図５（ｃ）に示す未充填欠陥の分布から理解できる。但し、このような傾向は、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を短くしたことで顕著になることも示唆している。これは、基板上のインプリント材を押し広げる速度を速くしたことで型１と基板４との間に存在する気体の圧力が高まり、型１と基板４との間（基板上のインプリント材）にトラップされた気体の分子数が増加したことが主要因と考えられる。
【0046】
このような課題を解決するために、気体の透過性の高い材料を型１や基板４に積層することが考えられるが、気体の透過性の高い材料を積層する工程が増えることに加えて、型１や基板４のコスト増加につながる。
【0047】
一方、インプリント装置ＩＭＰにおいて、接触境界での型１の凸形状の傾き（曲面の曲率）を大きくすることで、基板上のインプリント材を押し広げる速度を速くすることに起因する、トラップされる気体の分子数の増加を抑制することが考えられる。例えば、特許文献４に開示されているように、型１のコアアウト８の厚さ、寸法（サイズ）、形状などを変更することで、型１の変形量、即ち、接触境界での型１の凸形状の傾きを変えることが可能である。但し、型１のコアアウト１の厚さ、寸法、形状などの変更は、型１の落下や破損の危険性を伴うため、設計値の再検討（見直し）が必要となる。このような設計値の再検討には、多くの時間やリソースを要することになるため、インプリント装置ＩＭＰの生産性（スループット）の向上の妨げとなる。
【0048】
従って、本実施形態では、接触境界での型１の凸形状の傾きを大きくするために、型１のコアアウト８（第２面１ｂ）に加える圧力を大きくして、型１（メサ領域２）の変形量を大きくする。但し、型１の変形量を大きくすることで、型１が型チャック９から落下して破損する可能性も高まる。そこで、本発明者は、圧力調整部７から型１のコアアウト８に適当に圧力を加え、型１に対して、型チャック９から型１を落下させる力がどの程度作用するかを計算により求めた。かかる計算における装置条件を以下の表１に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
表１に示す装置条件で計算した結果を図９に示す。図９において、ＭＶａｃは、型チャック９による型１の吸着力（保持力）を示し、ＢＰＦは、型１が落下しようとする力（落下力）を示し、ＴｏｔａｌＶａｃは、吸着力ＭＶａｃと落下力ＢＰＦとを合算した力（合算力）を示している。ここでの符号は、型チャック９から型１を落下させる方向をプラスとしている。
【0051】
図９を参照するに、型１のコアアウト８に加える圧力が大きくなると、それに比例して型１が落下しようとする落下力（ＢＰＦ）は大きくなる。一方、型チャック９による型１の吸着力（ＭＶａｃ）は、型１のコアアウト８に加える圧力に影響されず、一定である。従って、吸着力（ＭＶａｃ）と落下力（ＢＰＦ）とを合算した合算力（ＴｏｔａｌＶａｃ）は、型１のコアアウト８に加える圧力に比例して大きくなり、ゼロを超えると、型チャック９から型１が落下することになる。このため、型１のコアアウト８に加える圧力を安易に大きくすることは、設計上簡単ではない。
【0052】
また、本発明者は、型１のコアアウト８の厚さと、型１のコアアウト８に圧力を加えた際にコアアウト８の周辺部（へり部）にかかる最大応力との関係を計算により求めた。図１０は、型１のコアアウト８の厚さとコアアウト８の周辺部にかかる最大応力との関係を計算した結果を示す図である。図１０において、曲線ＰＡは、型１のコアアウト８に加える圧力を基準圧力値とした場合の関係を示している。また、曲線ＰＢは、型１のコアアウト８に加える圧力を基準圧力値よりも小さい圧力値とした場合の関係を示し、曲線ＰＣは、型１のコアアウト８に加える圧力を基準圧力値よりも大きい圧力値とした場合の関係を示している。
【0053】
図１０を参照するに、型１のコアアウト８の厚さを現状の１．１ｍｍよりも薄くすると、コアアウト８の周辺部（へり部）にかかる最大応力（σｍａｘ）が大きくなることがわかる。また、型１のコアアウト８に加える圧力を大きくすると、曲線（曲線ＰＣ）が上昇し、即ち、最大応力が大きくなる。型１のコアアウト８の周辺部にかかる最大応力が大きくなると、型１が破損する可能性が高くなるため、型１のコアアウト８の厚さや型１のコアアウト８に加える圧力は、安全上簡単には変えられない。
【0054】
上述したように、型１のコアアウト８に加える圧力を変更するには、安全性を担保する必要がある。ここでは、安全性を担保し、且つ、型１へのインプリント材の充填性能を向上させる具体的な手法について説明する。
【0055】
図１１は、型１と基板４（基板上のインプリント材）とが接触した状態を模式的に示す図である。まず、型側の状態、具体的には、型２のコアアウト８の直径を２Ｒとし、コアアウト８に加える圧力の圧力値をＰとし、基板４からの反力がない状態について計算する。この場合、型１のコアアウト８の周辺部にかかる最大応力σｍａｘ及び型１の最大変形量（撓み量）Ｗｍａｘは、以下の式（１）から求めることができる。
【0056】
【数1】
【0057】
式（１）において、ｔは、型１のコアアウト８の厚さを表し、ｖは、型１のポアソン比を表し、Ｅは、型１の縦弾性係数を表している。
【0058】
また、型１が基板４に力Ｆで保持されている状態に関しての最大応力σｍａｘ及び最大変形量Ｗｍａｘは、型１と基板４との接触領域の径をａとすると、以下の式（２）から求めることができる。
【0059】
【数2】
【0060】
型１と基板４とが接触した最終的な状態は、式（１）と式（２）との合算で表される。型１のコアアウト８に加える圧力の圧力値Ｐ、及び、型１と基板４との接触時の力Ｆを変更しながら計算を行って、設計値と照らし合わせた結果を図１２及び図１３に示す。なお、その他の条件、例えば、コアアウト８の厚さｔ、コアアウト８の直径２Ｒ、接触領域の径ａ、型１の材料の係数などは標準値を用いて計算を行った。
【0061】
図１２は、型１のコアアウト８に加える圧力と、型チャック９による型１の吸着力と型１が落下しようとする落下力とを合算した合算力（ＴｏｔａｌＶａｃ）との関係を示す図であって、型１が型チャック９から落下する可能性がある落下領域１００を示している。図１２を参照するに、型チャック９が型１を吸着する吸着力が－５０Ｎを下回らない条件であれば、型１が型チャック９から落下することはなく、安全性が担保されているといえる。
【0062】
また、図１３は、型１のコアアウト８に加える圧力と、コアアウト８の周辺部にかかる最大応力（σｍａｘ）との関係を示す図であって、型１が破損する可能性がある破損領域１０１を示している。図１３を参照するに、最大応力が設計値である１８Ｎ／ｍｍ２を超えない条件であれば、型１が破損することはなく、安全性が担保されているといえる。
【0063】
ここで、安全性が担保されている条件（型１のコアアウト８に加える圧力の圧力値Ｐと、型１と基板４との接触時の力Ｆとの組み合わせ条件）を満足し、且つ、型１へのインプリント材の充填性を向上させるための制御プロファイルについて考える。型１と基板４（基板上のインプリント材）とが接触した状態、即ち、接触中における型１の凸形状の傾き（以下、「曲率」と称する）は、型１と基板４とが接触していない状態における型１の曲率よりも小さくなる。従って、型１の曲率が最も小さくなる箇所において、かかる箇所の手前から型１の曲率を現状よりも徐々に大きくしていければ、かかる箇所でのインプリント材の充填性を向上させることができる。型１の曲率が最も小さくなる箇所は、型１のメサ領域２の周辺部、特に、コーナー部の近傍であるため、メサ領域２のコーナー部までの制御プロファイルを、安全性が担保されている条件の範囲内で調整すればよいことになる。
【0064】
まず、図１４を参照して、基本的な制御プロファイルについて説明する。圧力制御プロファイル１０２は、型１のコアアウト８に加える圧力の圧力値を示すプロファイルであって、動的な接触工程から静的な充填工程に移行するまでのプロファイルを示している。圧力制御プロファイル１０２には、初期値として、通常、型チャック９から型１が落下せず、且つ、型１を破損しないような圧力値が設定されている。また、圧力制御プロファイル１０２には、所定の期間の経過後に、圧力値を初期値から０まで急峻に減少させるような圧力値が設定されている。力制御プロファイル１０３は、インプリントヘッド６が型１を基板上のインプリント材に押し付ける押付力の値を示すプロファイルであって、動的な接触工程から静的な充填工程に移行するまでのプロファイルを示している。力制御プロファイル１０３には、初期値として、型１と基板上のインプリント材とが接触した初期状態から力を増大させ、型１と基板上のインプリント材との接触面積を広くするような押付力の値が設定されている。また、力制御プロファイル１０３には、所定の期間の経過後に、押付力の値を初期値から０まで急峻に減少させるような押付力の値が設定されている。
【0065】
次いで、図１５を参照して、本実施形態における制御プロファイルについて説明する。圧力制御プロファイル１０４は、型１のコアアウト８に加える圧力の圧力値を示すプロファイルであって、動的な接触工程から静的な充填工程に移行するまでのプロファイルを示している。圧力制御プロファイル１０４には、初期値として、圧力制御プロファイル１０２と同様な圧力値が設定されている。また、圧力制御プロファイル１０４には、型１と基板上のインプリント材とが接触した後、インプリントヘッド６が基板上のインプリント材に押付力を加えている間に、圧力値を初期値から上昇させるような圧力値が設定されている。但し、圧力制御プロファイル１０４に設定される圧力値は（即ち、圧力値を初期値から上昇させるような圧力値であっても）、上述したように、安全性が担保されている条件の範囲内で設定されている。具体的には、以下の式（３）に示す関係を満たすように、圧力制御プロファイル１０４（型１のコアアウト８に加える圧力の圧力値）を設定する。
【0066】
【数3】
【0067】
式（３）において、ＢＰ（０）は、型１のコアアウト８に加える圧力の初期値を表し、ＢＰ（ｔ）は、型１と基板上のインプリント材とが接触してからｔ秒後の圧力値を表している。また、ａは、型１のコアアウト８に加える圧力の力－圧力換算係数［Ｎ／ｋｐａ］を表し、ＩＨＦ（０）は、インプリントヘッド６の押付力の初期値を表し、ＩＨＦ（ｔ）は、型１と基板上のインプリント材とが接触してからｔ秒後の押付力を表している。なお、型１のコアアウト８に加える圧力を大きくする方向を力のプラスとし、押付力を加える力の方向はマイナスとする。
【0068】
式（３）は、接触工程を開始してから型１と基板上のインプリント材とが接触した後、式（３）に示す関係式を満たしていれば、いつでも、型１のコアアウト８に加える圧力の増加を開始する圧力制御プロファイルを作成することができることを意味している。
【0069】
また、力制御プロファイル１０５は、インプリントヘッド６が型１を基板上のインプリント材に押し付ける押付力の値を示すプロファイルであって、動的な接触工程から静的な充填工程に移行するまでのプロファイルを示している。力制御プロファイル１０５には、初期値として、型１と基板上のインプリント材とが接触した初期状態から力を増大させ、型１と基板上のインプリント材との接触面積を広くするような押付力の値が設定されている。また、力制御プロファイル１０５には、所定の期間の経過後に、押付力の値を初期値から０まで急峻に減少させるような押付力の値が設定されている。なお、図１５を参照するに、型１と基板上のインプリント材とを接触させた後の各時刻において、型１のコアアウト８に加える圧力（力）は、インプリントヘッド６の押付力よりも小さい。
【0070】
力制御プロファイル１０５には、力制御プロファイル１０３に設定されている押付力の値よりも大きい押付力の値が設定されている。これは、力制御プロファイル１０５は、圧力制御プロファイル１０４と同期（連動）させる必要があり、型１のコアアウト８に加える圧力を大きくすれば、それに同期させて、インプリントヘッド６の押付力も大きくする必要があるからである。
【0071】
図１６は、型１のコアアウト８に加える圧力と、型１の最大変形量（Ｗｍａｘ）との関係を示す図である。図１６を参照するに、例えば、インプリントヘッド６の押付力を４０Ｎとすると、型１のコアアウト８に加える圧力を圧力値ＢＰＡから圧力値ＢＰＣにしても、型１の変形量を同等にするためには、６０Ｎに近い押付力が必要であることがわかる。従って、力制御プロファイル１０５を圧力制御プロファイル１０４に同期させて、インプリントヘッド６が基板上のインプリント材を押し広げる速度を一定に維持するように、力制御プロファイル１０５を作成する必要がある。
【0072】
このように、本実施形態では、制御部１８は、インプリント処理、具体的には、ダイナミックスプレッド工程において、圧力調整部７を介して、型１のコアアウト８に加える圧力を制御する。具体的には、型１のメサ領域２とインプリント材とを接触させた後に圧力調整部７がコアアウト８に与える力（圧力）が、メサ領域２とインプリント材とを接触させる前に圧力調整部７がコアアウト８に与えていた力よりも大きくなるようにする。例えば、型１とインプリント材を接触させる前にメサ領域２が基板側に凸形状となるように、圧力調整部７が調整すべきコアアウト８の圧力を第１圧力値（初期値）に設定する。そして、型１をインプリント材に接触させて押し付けている間に、圧力調整部７が調整すべきコアアウト８の圧力を第１圧力値よりも大きい第２圧力値に設定する。これにより、図１５に圧力制御プロファイル１０４として示すような圧力制御を実現することができる。なお、本実施形態では、型１とインプリント材を接触させてから予め定められた時間内に、圧力調整部７が調整すべきコアアウト８の圧力を、第１圧力値から第１圧力値よりも大きい第２圧力値に変更する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、型１とインプリント材とが接触したタイミングで、圧力調整部７が調整すべきコアアウト８の圧力を、第１圧力値から第１圧力値よりも大きい第２圧力値に変更してもよい。
【0073】
また、上述したように、ダイナミックスプレッド工程では、インプリントヘッド６が型１をインプリント材に押し付ける押付力と、圧力調整部７が型１のコアアウト８に加える圧力（力）とが同期するように、インプリントヘッド６及び圧力調整部７を制御する。また、インプリント材を押し広げる速度が一定となるように（即ち、型１とインプリント材との接触面積が一定の速度で広がるように）、例えば、観察部１４で取得される接触面積の広がりに関する情報に基づいて、インプリントヘッド６を制御する。このような制御は、ダイナミックスプレッド工程に含まれる押付力を増加させる期間及び押付力を減少させる期間のうち、特に、押付力を増加させる期間で行うことが有用である。
【0074】
以下、本実施形態における制御プロファイルを用いてシミュレーションを行った結果について説明する。シミュレーションには、本出願人が開発したシミュレータ（Ｎｉｌｕｓ：Ｎａｎｏ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）を用いた。かかるシミュレータは、制御プロファイルから型１と基板４との間に存在する気体の圧力（ガス圧）を計算し、ガス圧に応じた型１の変形を計算することができる。これにより、型１と基板上のインプリント材との接触境界での型１の曲率を評価することができる。更に、型１と基板上のインプリント材との間に閉じ込められる気体の分子数を計算することで、インプリント材の充填の速度（充填速度）を評価することができる。
【0075】
まず、接触境界での型１の曲率として、型１のメサ領域２のコーナー部の曲率を評価した。評価条件としては、型１の寸法を１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、メサ領域２の寸法を２６ｍｍ×３３ｍｍ、メサ領域２の高さを３０μｍ、メサ領域２に形成されているパターンを数十ｎｍの異なる寸法のピラーパターンとした。また、基板上のインプリント材のドロップパターンを、千鳥状配列の標準的な繰り返しグリッドパターンとした。
【0076】
図１７を参照して、型１の曲率を評価する評価方法について説明する。図１７に示すように、型１のメサ領域２を規定する外形１０６に対して、メサ領域２の左下のコーナーからメサ領域２の中心に向かう矢印１０７に沿った断面をプロットすることで、型１の曲率を評価した。
【0077】
図１８は、図１４に示す基本的な制御プロファイルを用いて型１の曲率を評価した結果を示す図である。図１８には、基本的な制御プロファイルとして互いに異なる２種類の制御プロファイルを用いて型１の曲率を評価した結果を、プロット１０８及び１０９として示している。また、図１９は、図１５に示す本実施形態における制御プロファイルを用いて型１の曲率を評価した結果を示す図である。図１９には、本実施形態における制御プロファイルとして互いに異なる２種類の制御プロファイルを用いて型１の曲率を評価した結果を、プロット１１０及び１１１として示している。上述した４つの互いに異なる制御プロファイルに対する評価において、プロット１０８乃至１１１は、同時刻（具体的には、ダイナミックスプレッド工程に要する時間の設定値である０．２秒）における型１の曲率を表している。
【0078】
図１４に示す基本的な制御プロファイルに対応するプロット１０８とプロット１０９とを比較する。プロット１０８で示される接触境界での型１の曲率は、プロット１０９で示される接触境界での型１の曲率よりも高い。但し、プロット１０８では、接触境界の距離がメサ領域２のコーナー（０ｍｍ）から遠く、ダイナミックスプレッド工程に要する時間内に、メサ領域２のコーナー部が基板上のインプリント材に押し付けられていない。一方、プロット１０９では、接触境界の距離がメサ領域２のコーナーに近接しているようだが、実際には、プロット１０８と大差がなく、型１の曲率が非常に小さい状態でメサ領域２のコーナー部の近傍まで続いていると考えられる。従って、プロット１０９でも、プロット１０８と同様に、メサ領域２のコーナー部が基板上のインプリント材に十分に押し付けられていない。
【0079】
このように、図１４に示す基本的な制御プロファイルでは、０．２秒の時間内に、ダイナミックスプレッド工程（基板上のインプリント材に対する型１の押し付け）を完了することができない。また、基板上のインプリント材を押し広げる速度を速くしても、型１の曲率が著しく小さくなることで、型１と基板上のインプリント材との間に気体が閉じ込めやすくなるため、インプリント材の充填性を向上させることが困難となる。なお、気体の閉じ込めに関しては、具体例を挙げて後で補足的に説明する。
【0080】
一方、図１５に示す本実施形態における制御プロファイルに対応するプロット１１０及び１１１を参照するに、プロット１０８及び１０９に比べて、接触境界の距離がメサ領域２のコーナーに近い。また、プロット１１０及び１１１では、型１の曲率が非常に高い状態を維持しており、メサ領域２のコーナー部が基板上のインプリント材に十分に押し付けられていることがわかる。
【0081】
このように、本実施形態における制御プロファイルは、ダイナミックスプレッド工程に要する時間を短縮したとしても、メサ領域２のコーナー部の近傍での型１の曲率を高く維持することを可能にしている。
【0082】
ここで、接触境界での型１の曲率の違いについて具体的に説明する。型１のコアアウト８に加える圧力を３種類の圧力値とし、それぞれでインプリント処理を行い、接触境界のメサ領域２の中心からの距離がほぼ同じ状態で型１の曲率をシミュレーションから計算して評価した。図２０に示すように、接触工程を０．５秒とし、圧力値を２８ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＡ、圧力値を３４ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＢ、圧力値を４０ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＣを作成した。図２１は、図２０に示す３つの圧力制御プロファイルＰＣＰＡ、ＰＣＰＢ及びＰＣＰＣのそれぞれに対するシミュレーションの結果を示す図である。図２１を参照するに、型１のコアアウト８に加える圧力が２８ｋＰａ以上であれば、型１の曲率の違いはほぼないことがわかる。
【0083】
次に、図２２に示すように、接触工程を０．２秒とし、圧力値を２８ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＡ’、圧力値を３４ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＢ’、圧力値を４０ｋＰａとする圧力制御プロファイルＰＣＰＣ’を作成した。そして、圧力制御プロファイルＰＣＰＡ’、ＰＣＰＢ’及びＰＣＰＣ’のそれぞれでインプリント処理を行い、接触境界のメサ領域２の中心からの距離がほぼ同じ状態で型１の曲率をシミュレーションから計算して評価した。図２３は、図２２に示す３つの圧力制御プロファイルＰＣＰＡ’、ＰＣＰＢ’及びＰＣＰＣ’のそれぞれに対するシミュレーションの結果を示す図である。図２３を参照するに、図２１に示す結果とは大きく異なり、型１のコアアウト８に加える圧力を大きくすることで型１の曲率が大きくなり、圧力制御プロファイルＰＣＰＡに対するシミュレーションの結果に近づくことがわかる。
【0084】
図２３に示す型１の曲率を示すカーブを比較すると、圧力制御プロファイルＰＣＰＡでは、メサ領域２のコーナー部から遠い１０ｍｍ付近でのメサ領域２の高さが約３５ｎｍとなっている。これは、基板上のインプリント材の量やドロップ数から決まるインプリント材の高さに相当する。また、メサ領域２のコーナー部に近づくと、例えば、６ｍｍ位から急激にメサ領域２の高さが大きくなっている。一方、圧力制御プロファイルＰＣＰＣ’、ＰＣＰＢ’、ＰＣＰＡ’の順に、１０ｍｍ付近から徐々にメサ領域２の高さが大きくなり、６ｍｍを過ぎても大きく変化せず、緩やかに小さくなっている。このことから、定性的には、型１のコアアウト８に加える圧力及びインプリントヘッド６の押付力を大きくすることで、接触工程を０．２秒とする場合における型１の曲率を、接触工程を０．５秒とする場合における型１の曲率に近づけることが可能である。但し、実際には、インプリント装置ＩＭＰにおける制御仕様によって上限が決まるはずである。
【0085】
一般的には、接触工程に要する時間を短縮することで、接触境界での型１の曲率が型１と基板上のインプリント材との間の気体の圧力に大きく影響されるため、型１の曲率を高く維持することが困難になると考えられる。但し、本実施形態の制御プロファイルによれば、接触工程に要する時間を短縮したとしても、接触工程に要する時間を短縮する前と同等に、型１の曲率を高く維持することができる。
【0086】
次いで、インプリント処理における型１の曲率の違いから、型１と基板上のインプリント材との間にトラップされる気体の分子数の違いを評価した。図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、型１と基板上のインプリント材との間にトラップされた気体の分子数を表すマップを示す図である。図２４（ａ）及び図２４（ｂ）では、黒い領域が気体の分子数が多い状態を表し、白い領域が気体の分子数が少ない状態を表している。図２４（ａ）は、図１８に示すプロット１０８に対応するマップ１１２を示し、図２４（ｂ）は、図１８に示すプロット１０９に対応するマップ１１３を示している。
【0087】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）を参照するに、マップ１１２及び１１３は、気体の分子数に関して同様な分布を有し、メサ領域２のコーナー部の近傍で気体の分子数が多くなっていることがわかる。マップ１１３は、マップ１１２と比べて、黒い領域が広いことから、上述したように、型１の曲率がより小さくなるプロット１０９の影響を受けていると考えられる。また、型１の曲率がそれほど小さくないプロット１０８においても、メサ領域２のコーナー部が基板上のインプリント材に押し付けられていないため、多くの気体がトラップされ、気体の分子数が多くなったと考えられる。
【0088】
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、型１と基板上のインプリント材との間にトラップされた気体の分子数を表すマップを示す図である。図２５（ａ）及び図２５（ｂ）では、黒い領域が気体の分子数が多い状態を表し、白い領域が気体の分子数が少ない状態を表している。図２５（ａ）は、図１９に示すプロット１１０に対応するマップ１１４を示し、図２５（ｂ）は、図１９に示すプロット１１１に対応するマップ１１５を示している。
【0089】
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）を参照するに、マップ１１４及び１１５は、マップ１１２及び１１３とは異なり、メサ領域２のコーナー部の近傍における黒い領域が消え、トラップされる気体の分子数が改善されている。但し、マップ１１４及び１１５には、メサ領域２に内接するような帯状の領域が存在している。これらについては、接触距離の時間変化や型１の高さの時間変化の挙動を観察し、気体の圧力の抵抗に対して、基板上のインプリント材が広がる速度を一定にすることで改善することができる。これにより、型１と基板上のインプリント材との間にトラップされる気体を一定にして、トラップされる気体の分子数を最小化させることが可能となる。換言すれば、基板上のインプリント材の広がる速度が一定となる制御プロファイル（圧力制御プロファイル及び力制御プロファイル）を作成すればよい。また、これらの制御プロファイルは、接触工程だけではなく、その後のコアアウト８の圧力を低下させる工程にかけて連続した制御プロファイルとして作成することで、より効果的な改善が可能となる。なお、接触距離の時間変化や型１の高さの時間変化の挙動は、具体的には、シミュレーションの結果、或いは、インプリント装置ＩＭＰを用いた実験（インプリント処理を行った結果）から得ることができる。
【0090】
このように、本実施形態よれば、型１の曲率を高く維持することで、型１と基板上のインプリント材との間にトラップされる気体の分子量を減少させることが可能であり、生産性を向上させるのに有利なインプリント装置ＩＭＰを提供することができる。
【0091】
インプリント装置ＩＭＰ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。
【0092】
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。
【0093】
次に、物品の具体的な製造方法について説明する。図２６（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。
【0094】
図２６（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２６（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。
【0095】
図２６（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。
【0096】
図２６（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２６（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。
【0097】
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。
【0098】
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２７（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。
【0099】
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。
【0100】
図２７（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。
【0101】
図２７（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２７（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ＩＭＰが適用可能である。
【0102】
図２７（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２７（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。
【0103】
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。
【符号の説明】
【0104】
ＩＭＰ：インプリント装置 １：型 ２：メサ領域 ４：基板 ６：インプリントヘッド ７：圧力調整部 ８：コアアウト １８：制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】