(57)【要約】【課題】  精度の高い傾き検知方法および傾き検知装置、この方法および装置に用いる金型、この方法および装置を用いた傾き調整方法を提供すること。【解決手段】  加工対象物２００の加工面２００ａと、加工面２００ａに所定のパターンを形成する金型１００のパターン面１００ａとの相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、総てが同一直線状に並ばないパターン面上の３以上の点と対向する静電容量型変位計８０を加工面２００ａを基準とする所定位置にそれぞれ配置し、金型１００と各静電容量型変位計８０とを近接させ、各静電容量型変位計によって金型との距離を測定し、加工面に対するパターン面の傾きを検知する。【選択図】        図３
2006098192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、
総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点と対向する静電容量型変位計を前記加工面の位置を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、
前記金型と前記各静電容量型変位計とを近接させ、
前記各静電容量型変位計によって前記金型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする傾き検知方法。
【請求項２】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、
前記加工面と平行な面内で総てが同一直線上に並ばない３以上の静電容量型変位計を前記加工面の位置を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、
前記金型と前記各静電容量型変位計とを近接させ、
前記各静電容量型変位計によって前記金型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする傾き検知方法。
【請求項３】
前記各静電容量型変位計を同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置することを特徴とする請求項２記載の傾き検知方法。
【請求項４】
３個の前記静電容量型変位計を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置することを特徴とする請求項２記載の傾き検知方法。
【請求項５】
前記静電容量型変位計と対向する位置に周辺よりも隆起した凸状の電極部を有する金型を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の傾き検知方法。
【請求項６】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを調整する傾き調整方法であって、
請求項１ないし５のいずれかに記載の傾き検知方法を用いて金型の傾きを検知し、その傾きが０となるように前記金型の傾きを調整することを特徴とする傾き調整方法。
【請求項７】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知装置であって、
前記加工面の位置を基準とし、前記パターン面上で総てが同一直線上に並ばない３以上の点と対向する所定位置にそれぞれ配置された３以上の静電容量型変位計と、
前記各静電容量型変位計が検出した前記パターン面と前記各静電容量型変位計との距離から、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを計算する演算手段と、
を具備することを特徴とする傾き検知装置。
【請求項８】
前記静電容量型変位計は、前記対象物保持手段に保持される検知用基板上に配置されていることを特徴とする請求項７記載の傾き検知装置。
【請求項９】
前記検知用基板は、前記各静電容量型変位計が前記検知用基板の中心から同心円周上の等しい角度にそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項８記載の傾き検知装置。
【請求項１０】
前記検知用基板は、前記各静電容量型変位計が直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項８記載の傾き検知装置。
【請求項１１】
前記検知用基板は、半導体および絶縁体の少なくともいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の傾き検知装置。
【請求項１２】
前記静電容量型変位計は、前記金型と平行に設けられる電極と、前記金型と前記電極との間の静電容量を検出する静電容量検出器と、前記検知用基板に形成された金属薄膜からなり前記電極と静電容量検出器を接続する電気配線と、からなることを特徴とする請求項１１記載の傾き検知装置。
【請求項１３】
加工対象物の加工面に転写するための所定のパターンが形成されているパターン面を有する型と、
前記加工対象物を保持するための対象物保持手段と、
前記型を保持する型保持手段と、
前記型保持手段を介して前記型を加工対象物に押圧する押圧手段と、
前記パターン面と前記加工対象物の加工面との相対的な傾きを調整する傾き調整手段と、
請求項７ないし１２のいずれかに記載の傾き検知装置が検知した傾きに基づいて、加工面とパターン面との相対的な傾きが０となるように前記傾き調整手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１４】
加工対象物の加工面に所定のパターンを形成するパターン面を有する金型であって、
前記加工面の位置を基準とし、前記パターン面側の総てが同一直線上に並ばない３以上の点と対向する所定位置にそれぞれ配置された３以上の静電容量型変位計を有する傾き検知装置の前記各静電容量型変位計と対向する前記パターン面上の位置に、凸状の測定部が形成されていることを特徴とする金型。
【請求項１５】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、
総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点と対向するエアマイクロメータを前記加工面の位置を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、
前記型と前記各エアマイクロメータとを近接させ、
前記各エアマイクロメータによって前記型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする傾き検知方法。
【請求項１６】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、
総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点に圧縮気体を噴出するエアマイクロメータを前記加工面と平行な面内で前記加工面の位置を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、
前記型と前記各エアマイクロメータとを近接させ、
前記各エアマイクロメータによって前記型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする傾き検知方法。
【請求項１７】
前記各エアマイクロメータを同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置することを特徴とする請求項１６記載の傾き検知方法。
【請求項１８】
３個の前記エアマイクロメータを直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置することを特徴とする請求項１６記載の傾き検知方法。
【請求項１９】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを調整する傾き調整方法であって、
請求項１５ないし１８のいずれかに記載の傾き検知方法を用いて型の傾きを検知し、その傾きが０となるように前記型の傾きを調整することを特徴とする傾き調整方法。
【請求項２０】
対象物保持手段に保持される加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知装置であって、
前記加工面の位置を基準とし、前記パターン面上で総てが同一直線上に並ばない３以上の点と対向する所定位置にそれぞれ配置された３以上のエアマイクロメータと、
前記エアマイクロメータが検出した前記パターン面と前記各エアマイクロメータとの距離から、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを計算する演算手段と、
を具備することを特徴とする傾き検知装置。
【請求項２１】
前記エアマイクロメータは、前記対象物保持手段に保持される検知用基板上に配置されていることを特徴とする請求項２０記載の傾き検知装置。
【請求項２２】
前記検知用基板は、前記各エアマイクロメータが前記検知用基板の中心から同心円周上の等しい角度にそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項２０又は２１記載の傾き検知装置。
【請求項２３】
前記検知用基板は、前記各エアマイクロメータが直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項２０又は２１記載の傾き検知装置。
【請求項２４】
加工対象物の加工面に転写するための所定のパターンが形成されているパターン面を有する型と、
前記加工対象物を保持するための対象物保持手段と、
前記型を保持する型保持手段と、
前記型保持手段を介して前記型を加工対象物に押圧する押圧手段と、
前記パターン面と前記加工対象物の加工面との相対的な傾きを調整する傾き調整手段と、
請求項２０ないし２３のいずれかに記載の傾き検知装置が検知した傾きに基づいて、加工面とパターン面との相対的な傾きが０となるように前記傾き調整手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とするパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、傾き検知方法および傾き検知装置、この方法および装置に用いる金型、この方法および装置を用いたパターン形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ(大規模集積回路)に代表される微細回路パターンを半導体基板(以下、単に基板と称する)上に形成するには、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術が一般に用いられている。この方法は、ステッパと称される露光装置を用い、レチクル(マスク)上に描かれた回路パターンを、縮小光学系を通して基板上のレジスト表面に投影露光し、その露光を基板全域にわたって繰り返すことで、基板上に所定の微細回路パターンを形成するものである。
【０００３】
この方法により形成される基板の集積度を高めるには、回路パターンの線幅を狭めていく必要があり、現在主流の線幅１３０ｎｍから、今後１００ｎｍ以下の線幅に移行することが予想されている。
【０００４】
これに対応するには、投影露光に使用する光源の波長を短くする必要があり、現状でも、各露光装置メーカでは紫外(UV)光、遠紫外(DUV)光、極紫外光(EUV)光等、短波長の光を光源とした露光装置の開発を進めている。
【０００５】
しかし、紫外レーザ光源等の短波長の光を光源として用いると、露光装置の投影光学系を構成するレンズやミラー、光源等に、わずかな温度変化や外部振動によって歪みや光源ノイズが生じる。このため、露光装置には、精度の高い温度管理や除振構造が要求され、その結果、この様な一連の機器によって構成される縮小投影式の露光装置は、装置価格が非常に高価となる(例えば数十億円)傾向にある。また、露光装置自体も大掛かりなものとなるため、設置スペースや消費電力が増大する傾向にある。
【０００６】
この様な装置の大型化やプロセスコストの高騰に鑑み、超微細なパターンを基板上に形成する別の手法として、ナノインプリンティングプロセス技術が開発されている(例えば、非特許文献１参照)。
【０００７】
このプロセスは、形成したいパターンが表面に作り込まれた金型を用いて、基板等の加工対象物上に設けられたレジスト材のガラス転移点を超える温度に基板を熱し、その状態で金型を加工対象物面に押し付けて型のパターンを転写する方法である。この方法では、高価なレーザ光源や光学系を必要とせず、加熱用ヒータとプレス装置とを基本とした簡易な構成であるにもかかわらず、金型に作り込まれたパターンをそのまま精度よく転写することが可能となっており、すでにこの方法によって約２０ｎｍの線幅を持つ細線が形成された報告がある(例えば、非特許文献２参照。)。
【０００８】
このようなナノインプリンティングプロセス技術を用いることで、回折格子、フォトニック結晶、導波路、等の光デバイス、マクロチャネル、リアクター等の流体デバイスのような、各種のマイクロチップ、マイクロデバイスの製作も可能な状況が実現しつつある。
【０００９】
ここでナノインプリンティングプロセス技術に用いるパターン形成装置１０の構成について、図１および図２を用いて簡単に説明する。パターン形成装置１０は、加工対象物２００に転写するための所定のパターンが形成されている型１００と、加工対象物２００を保持するための対象物保持手段２０と、型１００を保持するための型保持手段４０と、型１００を加工対象物２００に押圧するための押圧手段５０と、で主に構成される。
【００１０】
加工対象物２００としては種々のものが用いられ、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂の他、ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料など、成形素材がそのまま基板形状をなしているものを用いることができる。また、シリコンやガラス等からなる基板本体の表面に、樹脂、フォトレジスト、配線パターンを形成するためのアルミ、金、銀等の金属薄膜の被覆層等が形成されたものを用いることもできる。更に、加工対象物２００は、基板以外の形状であっても勿論良い。
【００１１】
型１００は、その下面に、所定のパターンを形成するための凹凸が形成されたパターン面１００ａを有している。この凹凸は、型１００をニッケル等の金属やセラミックス、ガラス状カーボン等の炭素素材などで形成し、そのパターン面１００ａに精密機械加工を施すことで形成することができる。また、型１００の原盤となるシリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって所定のパターンを形成した後、このシリコン基板等の表面にニッケルメッキ法(電気鋳造(エレクトロフォーミング)法)等によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して、凹凸を有した型１００を形成することもできる。もちろん型１００は、微細パターンが形成できるものであれば材質やその製造法が特に限定されるものではない。この凹凸の幅は、用いられる加工対象物２００の種類にもよるが、１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下に形成される。
【００１２】
対象物保持手段２０は、加工対象物２００を略水平状態で保持するものであり、上面に保持面２１ａを有した保持ステージ２１を備えている。この保持ステージ２１には、保持面２１ａに多数のバキューム孔が形成されており、このバキューム孔に図示しない負圧源から負圧を作用させることで、保持面２１ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる構成となっている。
【００１３】
型保持手段４０は、型１００を保持するための型保持部４１を一端に有すると共に、型１００を加熱する型加熱手段、例えばヒータが内蔵されている。
【００１４】
押圧手段５０は、型保持手段４０を介して型保持手段４０に保持された型１００のパターン面１００ａを加工対象物２００の表面に押圧するものである。
【００１５】
このようなパターン形成装置１０による１００μｍ以下の微細加工においては、金型と加工対象物との傾き調整は非常に重要である。なぜなら、金型が加工対象物に対して傾いていると、均一な力で金型を加工対象物に押し付けても、傾きによって金型が片当たりを生じ、加工対象物の表面に金型の形状が正確に転写されないからである。光学素子や流体素子などのように、素子の深さ方向の加工精度が素子の性能を左右する場合、特にこの傾きによる成形精度の劣化は致命的になる。
【００１６】
従来、この傾きを検知する方法としては、ピエゾ素子を用いて金型を加工対象物に押圧した時の圧力差から傾きを検知するものがある。また、傾きを検知することなく、金型保持手段に多自由度リンク機構を設けて、押し付け時に自動的に金型を加工対象物に対して平行にする方法がある。更に、金型自体を自由に変形する薄板で構成し、それを静水圧で押し付け、加工対象物の形状に沿って均一な押圧力を発生させるものもある。
【００１７】
【非特許文献１】G. M. Whitesides, J. C. Love、「ナノ構造を作る新技術」、"日経サイエンス"、日本経済新聞社、平成１３年(２００１年)１２月１日、３１巻、１２号、ｐ．３０−４１
【非特許文献２】C. M. Sotomayor, et. al.、"Nanoimprint lithography: an alternative nanofabrication approach"、「Materials Science & Engineering C」、Elsevier Science、平成１４年(２００２年)、９８９巻、ｐ．１−９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながらピエゾ素子を用いるものは、金型を加工対象物等に押圧しなければ傾きを検知できないという問題があった。また、多自由度リンク機構を用いるものや静水圧を利用するものは、金型を加工対象物に押圧する瞬間に片当たりを生じるという問題があった。
【００１９】
そこで本発明は、金型に荷重をかけることなく、成形する前に簡単に傾きを検知する傾き検知方法および傾き検知装置を提供することを目的とする。また、この方法および装置に用いる金型、この方法および装置を用いた調整方法および調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の傾き検知方法は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点と対向する静電容量型変位計を、前記加工面を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、前記金型と前記各静電容量型変位計とを近接させ、前記各静電容量型変位計によって前記金型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の第１の傾き検知方法の別の方法は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、前記加工面と平行な面内で総てが同一直線上に並ばない３以上の静電容量型変位計を前記加工面を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、前記金型と前記各静電容量型変位計とを近接させ、前記各静電容量型変位計によって前記金型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする。この場合、前記各静電容量型変位計を同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置するか、または、３個の前記静電容量型変位計を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置する方が好ましい。
【００２２】
また、前記静電容量型変位計と対向する位置に周辺よりも隆起した凸状の電極部を有する金型を用いる方が好ましい。
【００２３】
また、本発明の第１の傾き調整方法は、第１の傾き検知方法を用いて型の傾きを検知し、その傾きが０となるように前記金型の傾きを調整することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第１の傾き検知装置は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知装置であって、前記加工面を基準とし、前記パターン面上で総てが同一直線上に並ばない３以上の点と対向する所定位置にそれぞれ配置された３以上の静電容量型変位計と、前記各静電容量型変位計が検出した前記パターン面と前記各静電容量型変位計との距離から、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを計算する演算手段と、を具備することを特徴とする。この場合、前記静電容量型変位計は、前記加工面と平行な検知用基板上に配置されている方が好ましい。また、前記検知用基板は、前記各静電容量型変位計が前記検知用基板の中心から同心円周上の等しい角度にそれぞれ配置されてなるか、または、直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されてなる方が好ましい。また、前記検知用基板は、半導体および絶縁体の少なくともいずれかによって形成されている方が好ましく、更に、前記静電容量型変位計は、前記金型と平行に設けられる電極と、前記金型と前記電極との間の静電容量を検出する静電容量検出器と、前記検知用基板に形成された金属薄膜からなり前記電極と静電容量検出器を接続する電気配線と、からなる方が好ましい。
【００２５】
また、本発明の第１のパターン形成装置は、加工対象物の加工面に転写するための所定のパターンが形成されているパターン面を有する型と、前記加工対象物を保持するための対象物保持手段と、前記型を保持する型保持手段と、前記型保持手段を介して前記型を加工対象物に押圧する押圧手段と、前記パターン面と前記加工対象物の加工面との相対的な傾きを調整する傾き調整手段と、本発明の第１の傾き検知装置が検知した傾きに基づいて前記傾き調整手段の変位を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第１の傾き検知装置に用いられる金型は、前記各静電容量型変位計と対向する前記パターン面上の位置に、凸状の測定部が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第２の傾き検知方法は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点と対向するエアマイクロメータを、前記加工面を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、前記型と前記各エアマイクロメータとを近接させ、前記各エアマイクロメータによって前記型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の第２の傾き検知方法の別の方法は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知方法であって、総てが同一直線状に並ばない前記パターン面上の３以上の点に圧縮気体を噴出するエアマイクロメータを前記加工面と平行な面内で前記加工面を基準とする所定位置にそれぞれ配置し、前記型と前記各エアマイクロメータとを近接させ、前記各エアマイクロメータによって前記型との距離を測定し、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを検知することを特徴とする。この場合、前記各エアマイクロメータを同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置するか、または、３個の前記エアマイクロメータを直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置する方が好ましい。
【００２９】
また、本発明の第２の傾き調整方法は、第２の傾き検知方法を用いて型の傾きを検知し、その傾きが０となるように前記金型の傾きを調整することを特徴とする。
また、本発明の第２の傾き検知装置は、加工対象物の加工面と、前記加工面に所定のパターンを形成する金型のパターン面との相対的な傾きを検知する傾き検知装置であって、前記加工面を基準とし、前記パターン面上で総てが同一直線上に並ばない３以上の点と対向する所定位置にそれぞれ配置された３以上のエアマイクロメータと、前記エアマイクロメータが検出した前記パターン面と前記各エアマイクロメータとの距離から、前記加工面に対する前記パターン面の傾きを計算する演算手段と、を具備することを特徴とする。この場合、前記エアマイクロメータは、前記加工面と平行な検知用基板上に配置されている方が好ましい。また、前記検知用基板は、前記各エアマイクロメータが前記検知用基板の中心から同心円周上の等しい角度にそれぞれ配置されてなるか、または、直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されてなる方が好ましい。
【００３０】
また、本発明の第２のパターン形成装置は、加工対象物の加工面に転写するための所定のパターンが形成されているパターン面を有する型と、前記加工対象物を保持するための対象物保持手段と、前記型を保持する型保持手段と、前記型保持手段を介して前記型を加工対象物に押圧する押圧手段と、前記パターン面と前記加工対象物の加工面との相対的な傾きを調整する傾き調整手段と、本発明の第２の傾き検知装置が検知した傾きに基づいて、加工面とパターン面との相対的な傾きが０となるように前記傾き調整手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１，７，１５，２０記載の発明によれば、静電容量型変位計又はエアマイクロメータによって非常に微小な距離を測定することができ、加工面とパターン面の微小な傾きを正確に検知することができる。
【００３２】
請求項２，１６記載の発明によれば、加工面と平行な面内で総てが同一直線上に並ばない３以上の静電容量型変位計又はエアマイクロメータを、加工面を基準とする所定位置にそれぞれ配置するので、総ての静電容量型変位計又はエアマイクロメータとパターン面の距離が等しくなったときを傾き０であると容易に判断することができる。
【００３３】
請求項３，９，１７，２２記載の発明によれば、各静電容量型変位計又は各エアマイクロメータを同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置するので、より正確に傾きを検知することができる。
【００３４】
請求項４，１０，１８，２３記載の発明によれば、３個の静電容量型変位計又はエアマイクロメータを直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置するので、傾きを互いに相手の傾きに干渉しない２方向の傾きに分解して検知することができる。したがって、傾きを調整する際に容易にその傾き情報を利用できる。
【００３５】
請求項５記載の発明によれば、静電容量型変位計と対向する位置に周辺よりも隆起した凸状の電極部を有する金型を用いるので、静電容量が金型のパターンに影響されずに正確な距離を測定することができる。したがって、より正確に傾きを検知することができる。
【００３６】
請求項６，１３，１９，２４記載の発明によれば、静電容量型変位計又はエアマイクロメータを用いて型の傾き検知し、その傾きが０となるように金型又は型の傾きを調整するので、確実にパターン面と加工面とを平行にすることができ、加工面に正確にパターン面のパターンを転写することができる。
【００３７】
請求項８，２１記載の発明によれば、静電容量型変位計又はエアマイクロメータは、加工面と平行な検知用基板上に配置されているので、検知用基板を用いて、加工面とパターン面との傾きを容易に検知することができる。
【００３８】
請求項１１記載の発明によれば、検知用基板は、半導体および絶縁体の少なくともいずれかによって形成されているので、金型と静電容量型変位計との間の静電容量が、検知用基板の材料によって影響を受けるのを防止することができる。したがって、正確に傾きを検知することができる。
【００３９】
請求項１２記載の発明によれば、各静電容量型変位計は、検知用基板に形成された金属薄膜によって電極と静電容量検出器とが接続されているので検知用基板の取り扱いを容易にすることができる。
【００４０】
請求項１４記載の発明によれば、パターン面に、凸状の測定部が形成されている金型を用いるので、静電容量が金型のパターンによって影響を受けるのを防止することができる。したがって、正確な傾きを検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
第１実施例
本発明の第１の傾き検知方法および検知装置は、金型１００の同一直線上にない３以上の点と加工面２００ａとの距離を静電容量型変位計８０により検出し、計算により金型１００のパターン面１００ａと加工対象物２００の加工面２００ａとの平行度を検知するものである。
【００４２】
傾き検知装置は、金型１００との距離を測定する複数の静電容量型変位計８０と、各静電容量型変位計８０が検出したパターン面１００ａと各静電容量型変位計８０との距離から、前記加工面２００ａに対する前記パターン面１００ａの傾きを計算する演算手段３００と、で主に構成される。
【００４３】
静電容量型変位計８０は、２枚の並行平板の間の静電容量の変化によって２極間の距離を測定するもので、片方の平板を金型１００、もう一方の平板を静電容量型変位計８０の電極８１として測定する。より詳しく述べると、静電容量Ｃと電圧Ｖ、電流Ｑとの間には、
【００４４】
Ｑ＝ＣＶ
【００４５】
の関係があり、また、静電容量Ｃと誘電率ε、センサの面積Ｓ、センサと金型１００との距離ｄとの間には、
【００４６】
Ｃ＝εＳ／ｄ
【００４７】
の関係があることから、
【００４８】
ｄ＝εＳＶ／Ｑ
【００４９】
の関係式が成り立つ。したがって、電圧を一定にして電流の変化を検出するか、電流を一定にして電圧の変化を検出することにより、センサと金型１００との間の距離を測定することができる。
【００５０】
この静電容量型変位計８０は、加工対象物２００が対象物保持手段２０に保持された際の加工面２００ａの位置を基準とする所定位置、例えば対象物保持手段２０に保持可能に形成される検知用基板８５の所定位置に配置される。この場合、パターン面１００ａと加工面２００ａとの傾きの計算を容易にするため、各静電容量型変位計８０は、検知用基板８５が対象物保持手段２０に保持される際に、加工面２００ａと平行になるように配置される。
【００５１】
また、静電容量型変位計８０で傾きを検知するためには、少なくともパターン面１００ａ上の同一直線上にない３点と加工面２００ａとの距離を測定する必要がある。したがって、静電容量型変位計８０は、少なくとも３以上が用いられ、その総てが同一直線状に並ばないように配置される。なお、静電容量型変位計８０を移動するための移動手段を用いて、パターン面１００ａ上の同一直線上にない３点以上を測定可能にすれば、静電容量型変位計８０の数を１又は２個とすることも可能である。移動手段としては、例えば対象物保持手段２０を直交する２方向（以下、Ｘ方向およびＹ方向という）に移動するＸ方向移動手段およびＹ方向移動手段や、対象物保持手段２０を回転する回転手段を用いればよい。
【００５２】
静電容量型変位計８０の電極８１を配置する位置としては、上述したように、同一直線上に並ばないように配置すればよいが、図３に示すように、加工面２００ａと平行な面内で、同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置すれば、正確に傾きを検知することができる点で好ましい。また、図４に示すように、加工面２００ａと平行な面内で３個の静電容量型変位計８０を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置すれば、傾きを互いに直交する２方向例えばＸ方向およびＹ方向に分解して検知することができる点で好ましい。
【００５３】
なお、上記説明では、複数の静電容量型変位計８０を加工面２００ａと平行になるように配置する場合について説明したが、加工面２００ａを基準とする所定位置が正確に把握できる場合には、各静電容量型変位計８０の位置は加工面２００ａと平行である必要はなく、ばらばらであっても構わない。
【００５４】
検知用基板８５の材料としては、金型１００と静電容量型変位計８０との間の静電容量が、検知用基板８５の材料によって影響を受けるのを防止するため、シリコン等の半導体や、ガラス等の絶縁体、あるいはこれらの両方によって形成されている方が好ましい。
【００５５】
また、各電極８１は、それぞれ金型１００と電気的に接続されている静電容量検出器８２に電気配線８３によって接続されており、これにより各電極８１と金型１００との間の静電容量が検出される。この場合、電気配線８３は、検知用基板８５に形成された金属薄膜によって形成する方が好ましい。
【００５６】
なお、静電容量型変位計８０は、加工面２００ａを基準とする所定位置に配置できるものであれば必ずしも検知用基板８５に設ける必要はなく、例えば、対象物保持手段２０に形成することも可能である。
【００５７】
また、静電容量検出器８２は、演算手段３００に電気的に接続されている。演算手段３００は、例えばＣＰＵ等を用いることができ、加工面２００ａを基準とする静電容量型変位計８０の位置および静電容量型変位計８０が測定したパターン面１００ａと静電容量型変位計８０の距離とから、加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを計算する。この場合、傾きは、加工面２００ａとパターン面１００ａとの角度θを計算してもよいし、互いに加工面２００ａ上で直交する２方向、例えばＸ方向とＹ方向の所定位置におけるＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向の誤差ｄを計算してもよい（図５参照）。これにより、高精度に加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを検知することができる。
【００５８】
また、金型１００は、静電容量型変位計８０の電極８１と対向するパターン面１００ａ側の表面の位置に、電極８１と同形の凸状の測定部が形成されている方が好ましい。これにより、静電容量が金型１００のパターンに影響されることがなく正確な距離を測定できる。
【００５９】
次に、傾き検知方法について説明する。
まず、総てが同一直線状に並ばないパターン面１００ａ上の３点と対向する静電容量型変位計８０を加工面２００ａを基準とする所定位置に配置する。例えば検知用基板８５の所定位置に３個の静電容量型変位計８０を同一直線上に並ばないように配置し、これを対象物保持手段２０に保持すればよい。この際、検知用基板８５の表面は、対象物保持手段２０に加工対象物２００を保持した時の加工面２００ａと平行になるように保持する。
【００６０】
静電容量型変位計８０は、同一直線上に並ばなければどのように配置してもよいが、加工面２００ａと平行な面内で、同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置すれば、正確に傾きを検知することができる点で好ましい。また、加工面２００ａと平行な面内で３個の静電容量型変位計８０を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置すれば、傾きを互いに直交する２方向例えばＸ方向およびＹ方向に分解して検知することができる点で好ましい。
【００６１】
次に、パターン形成装置の押圧手段５０を作動させて、金型１００を検知用基板８５の表面に接近させ、３個の静電容量型変位計８０により、各電極８１とパターン面１００ａとの距離を測定する。
【００６２】
そして、加工面２００ａを基準とする静電容量型変位計８０の位置および静電容量型変位計８０が測定した各電極８１とパターン面１００ａとの距離から、加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを計算する。この場合、傾きは、加工面２００ａとパターン面１００ａとの角度θを計算してもよいし、互いに加工面２００ａ上で直交する２方向、例えばＸ方向とＹ方向の所定位置におけるＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向の誤差（図５参照）を計算してもよい。これにより、高精度に加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを検知することができる。
【００６３】
第２実施例
本発明の第２の傾き検知方法および検知装置は、型１００の同一直線上にない３以上の点と加工面２００ａとの距離をエアマイクロメータ９０を用いて検出し、計算により型１００のパターン面１００ａと加工対象物２００の加工面２００ａとの平行度を検知するものである。
【００６４】
傾き検知装置は、型１００との距離を測定する複数のエアマイクロメータ９０と、各エアマイクロメータ９０が検出したパターン面１００ａと各エアマイクロメータ９０との距離から、加工面２００ａに対するパターン面１００ａの傾きを計算する演算手段と、で主に構成される。
【００６５】
エアマイクロメータ９０は、近接させた対象物に空気噴出口９１から圧縮空気を噴出し、空気噴出口９１の空気の背圧や流量を検出することで空気噴出口９１と対象物との距離を測定するものである。したがって、距離を測定する対象物が、第１実施例のような金属の型１００（金型）に限られず種々の材料で形成された型１００に用いることができるという利点がある。なお、エアマイクロメータ９０が噴出する気体は空気に限られず、アルゴンガス等種々の気体を用いることができる。
【００６６】
このエアマイクロメータ９０は、加工対象物２００の加工面２００ａを基準とする所定位置、例えば対象物保持手段２０に保持可能に形成される検知用基板９５の所定位置に配置される。この場合、各エアマイクロメータ９０は、パターン面１００ａと加工面２００ａとの傾きの計算を容易にするため、検知用基板９５が対象物保持手段２０に保持される際に、加工面２００ａと平行になるように配置される。また、空気噴出口９１は、例えば検知用基板９５内に形成された流路９２（図６参照）を介して、空気供給手段や圧力計又は流量計（図示せず）と接続されている。これにより、空気噴出口９１と型１００との距離を測定することができる。
【００６７】
また、エアマイクロメータ９０で傾きを検知するためには、少なくともパターン面１００ａ上の同一直線上にない３点と加工面２００ａとの距離を測定する必要がある。したがって、エアマイクロメータ９０は、少なくとも３以上が用いられ、その総てが同一直線状に並ばないように配置される。なお、エアマイクロメータ９０を移動するための移動手段を用いて、パターン面１００ａ上の同一直線上にない３点以上を測定可能にすれば、エアマイクロメータ９０の数を１又は２個とすることも可能である。移動手段としては、例えば対象物保持手段２０を直交する２方向（以下、Ｘ方向およびＹ方向という）に移動するＸ方向移動手段およびＹ方向移動手段や、対象物保持手段２０を回転する回転手段を用いればよい。
【００６８】
エアマイクロメータ９０を配置する位置としては、上述したように、同一直線上に並ばないように配置すればよいが、加工面２００ａと平行な面内で、同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置すれば、正確に傾きを検知することができる点で好ましい。また、加工面２００ａと平行な面内で３個のエアマイクロメータ９０を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置すれば、傾きを互いに直交する２方向例えばＸ方向およびＹ方向に分解して検知することができる点で好ましい。
【００６９】
なお、上記説明では、複数のエアマイクロメータ９０を加工面２００ａと平行になるように配置する場合について説明したが、加工面２００ａを基準とする所定位置が正確に把握できる場合には、各エアマイクロメータ９０の位置は加工面２００ａと平行である必要はなく、ばらばらであっても構わない。
【００７０】
なお、エアマイクロメータ９０は、加工面２００ａを基準とする所定位置に配置できるものであれば必ずしも検知用基板９５に設ける必要はなく、例えば、対象物保持手段２０に形成することも可能である。
【００７１】
演算手段は、例えばＣＰＵを用いることができ、加工面２００ａを基準とするエアマイクロメータ９０の位置およびエアマイクロメータ９０が測定したパターン面１００ａとエアマイクロメータ９０の空気噴出口９１との距離から、加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを計算する。この場合、傾きは、加工面２００ａとパターン面１００ａとの角度θを計算してもよいし、互いに加工面２００ａ上で直交する２方向、例えばＸ方向とＹ方向の所定位置におけるＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向の誤差ｄ（図５参照）を計算してもよい。これにより、高精度に加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを検知することができる。
【００７２】
次に、傾き検知方法について説明する。
まず、総てが同一直線状に並ばないパターン面１００ａ上の３点と対向するエアマイクロメータ９０の空気噴出口９１を加工面２００ａを基準とする所定位置に配置する。例えば検知用基板９５の所定位置に３個のエアマイクロメータ９０の空気噴出口９１を同一直線上に並ばないように配置し、これを対象物保持手段２０に保持すればよい。この際、検知用基板９５の表面は、対象物保持手段２０に加工対象物２００を保持した時の加工面２００ａと平行になるように保持する。
【００７３】
エアマイクロメータ９０の空気噴出口９１は、同一直線上に並ばなければどのように配置してもよいが、加工面２００ａと平行な面内で、同一円周上の中心から等しい角度にそれぞれ配置すれば、正確に傾きを検知することができる点で好ましい。また、加工面２００ａと平行な面内で３個のエアマイクロメータ９０を直角三角形の頂点の位置にそれぞれ配置すれば、傾きを互いに直交する２方向例えばＸ方向およびＹ方向に分解して検知することができる点で好ましい。
【００７４】
次に、パターン形成装置の押圧手段５０を作動させて、型１００を検知用基板９５の表面に接近させ、３個のエアマイクロメータ９０により、各噴出口とパターン面１００ａとの距離を測定する。
【００７５】
そして、加工面２００ａを基準とするエアマイクロメータ９０の空気噴出口９１の位置およびエアマイクロメータ９０が測定した各空気噴出口９１とパターン面１００ａとの距離から、加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを計算する。この場合、傾きは、加工面２００ａとパターン面１００ａとの角度θを計算してもよいし、互いに加工面２００ａ上で直交する２方向、例えばＸ方向とＹ方向の所定位置におけるＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向の誤差（図５参照）を計算してもよい。これにより、高精度に加工面２００ａとパターン面１００ａとの傾きを検知することができる。
【００７６】
第３実施例
次に、第１実施例、第２実施例で検知した傾きの情報に基づいて、この傾きを調整する方法およびパターン形成装置について説明する。
【００７７】
加工面２００ａとパターン面１００ａとを平行に調整するには、第１実施例又は第２実施例で検知した加工面２００ａとパターン面１００ａの傾きの情報に基づいて型１００の傾きを調整し、加工面２００ａとパターン面１００ａとの角度を０とするか、あるいは互いに加工面２００ａ上で直交する２方向、例えばＸ方向とＹ方向の所定位置におけるＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向の誤差を０とすればよい。
【００７８】
例えば、図１，２に示すように、加工対象物２００に転写するための所定のパターンが形成されているパターン面１００ａを有する型１００と、加工対象物２００を保持するための対象物保持手段２０と、型１００を保持するための型保持手段４０と、型保持手段４０を介して型１００を加工対象物２００に押圧する押圧手段５０と、パターン面１００ａと加工面２００ａの相対的な傾きを調整する傾き調整手段６０と、を具備するパターン形成装置の場合について説明する。ここで、パターン調整手段６０は、例えば図７に示すように、型保持手段４０に設けられたパターン面１００ａの中心を中心点とする凸球面４６と、押圧手段５０に設けられた凸球面４６と当接する凸球面４６と同径の凹球面５５と、凸球面４６を凹球面５５に対して自由な方向に変位させるための傾き調整具６１と、で構成される。また、傾き調整具６１は、図８に示すように、互いに対向するＸ方向に型保持手段４０の凸球面近傍側面を押圧する第１のマイクロゲージ６１ａ（第１の調整具）および第２のマイクロゲージ６１ｂ（第２の調整具）と、第１のマイクロゲージ６１ａおよび第２のマイクロゲージ６１ｂの押圧方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）であって、互いに対向する方向に型保持手段４０の凸球面近傍側面を押圧する第３のマイクロゲージ６１ｃ（第３の調整具）および第４のマイクロゲージ６１ｄ（第４の調整具）と、で構成される。
【００７９】
まず、検知した傾き情報からＸ方向における型１００と加工対象物２００とのＺ方向に対する誤差である傾き調整幅ａ１を計算して求める。次に、この調整幅ａ１から第１又は第２のマイクロゲージが型保持手段４０の側面を押圧して調整する幅ａ２を計算して求める。例えば、調整幅ａ１がパターン面１００ａ上であってパターン面１００ａの中心からｒ離れた場所で計算されたものである場合には、
【００８０】
ａ２＝ａ１・Ｒ／ｒ
【００８１】
として計算すればよい。なお、式中、Ｒは型１００のパターン面１００ａの中心点から凸球面４６までの距離（凸球面４６の半径）を表す。Ｙ方向の傾き調整幅ｂ２もＹ方向における型１００と加工対象物２００との傾き調整幅ｂ１から同様に計算すればよい。
【００８２】
そして、この調整幅ａ２、ｂ２に基づいて第１〜第４のマイクロゲージを調整し、凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させることにより型１００のパターン面１００ａと加工対象物２００との傾きを正確に調整することができる。
【００８３】
また、演算手段の傾きの情報を元に傾き調整手段６０を制御してパターン面１００ａと加工面２００ａとの傾きを自動で０にするＣＰＵ等の制御手段を設けても良い。
【００８４】
なお、傾き調整手段６０は、型１００（金型）と加工対象物２００との相対的な傾きを調整することができるものであれば種々のものを用いることができる。
【００８５】
また、パターン形成装置についても種々のものを用いることができ、実施例に限られないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】パターン形成装置を示す概略正面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢印方向を見た断面側面図である。
【図３】本発明の第１実施例の検知装置を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施例の別の検知装置を示す平面図である。
【図５】本発明の傾き検知方法を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例の検知装置を示す平面図である。
【図７】本発明の傾き調整手段を示す概略正面図である。
【図８】図７のII−II線矢印方向を見た断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０    対象物保持手段
４０    型保持手段
５０    押圧手段
６０    傾き調整手段
８０    静電容量型変位計
８１    電極
８５    検知用基板
９０    エアマイクロメータ
９５    検知用基板
１００    型（金型）
１００ａ  パターン面
２００    基板（加工対象物）
２００ａ  加工面
３００    演算手段
【図１】
2006098192.tif 000003
【図２】
2006098192.tif 000004
【図３】
2006098192.tif 000005
【図４】
2006098192.tif 000006
【図５】
2006098192.tif 000007
【図６】
2006098192.tif 000008
【図７】
2006098192.tif 000009
【図８】
2006098192.tif 000010