(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やＳｉ基板である脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う装置であって、基板を載置固定するプレート上に、パターン形状である凹凸を円周面に有し、積極回転する円筒形状の型部材を昇降可能に設置すると共に、基板のレジスト膜への押し付け荷重の制御機構を設け、又プレート及び型部材に加熱手段を設け、更に型部材又はプレートのいずれかに平行移動手段を設け、プレート上の基板のレジスト膜に型部材を回転させながら押し付けることによりパターン転写を行うこと、及び基板のレジスト膜への型部材押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を、後工程に基板冷却部を設けたことを特徴とするパターン転写装置。
【請求項２】
熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やＳｉ基板である脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う装置であって、半導体デバイスの製造において、基板を載置固定するプレート上に、パターン形状である凹凸を円周面に有し、積極回転する円筒形状の型部材を昇降可能に設置すると共に、基板のレジスト膜への押し付け荷重の制御機構を設け、又プレート及び型部材に加熱手段を設け、更に型部材又はプレートのいずれかに平行移動手段を設け、プレート上の基板のレジスト膜に型部材を回転させながら押し付けることによりパターン転写を行うこと、及び基板のレジスト膜への型部材押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を、後工程に基板冷却部を設けたことを特徴とするパターン転写装置。
【請求項３】
加熱手段に温度制御機構を有することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン転写装置。
【請求項４】
基板から型部材の両側端の高さを検知するセンサーを設け、基板から型部材の高さの制御を行う制御機構を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のパターン転写装置。
【請求項５】
型部材の凹凸パターンと基板のレジスト膜上に形成された凹凸パターンとの位置補正機構を有し、型部材あるいは基板を位置補正することによりパターンの重ね合わせを行うことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のパターン転写装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、太陽電池、半導体などの半導体デバイスの製造に於ける回路や超小型部品の微細加工における、熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やＳｉ基板などの脆性材料基板にインプリント法によるパターンの転写を行う装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、例えば各種半導体デバイスの製造に於ける回路のパターン転写方法としては、スピンコート法によって、感光剤、樹脂、化学溶媒からなるフォトレジストをガラス基板、Ｓｉ基板表面に、或いはガラス基板、Ｓｉ基板にＳｉＯ２膜、ａーＳｉ膜（非品質シリコン膜）、ｐーＳｉ膜（多結晶シリコン膜）などを積層させた基板表面に塗布し、フォトマスクを介してパターン形状を露光によって転写し現像し、しかる後、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施し、その後、レジスト膜をアッシング（灰化）或いはレジスト膜を剥離することにより、前記基板または前記積層膜に凹凸パターンを形成するフォトリソグラフィー法によるパターン転写法が最も一般的である。
このフォトリソグラフィー法によるパターン転写装置としては、前述したようにスピン塗布装置、加熱装置、冷却装置、露光装置、現像液塗布装置、エッチング装置、アッシング装置などの多くの装置が必要となる。
中でも、露光装置は非常に高価なものとなっており、又露光工程で一般に使用されるステッパーでは、フォトマスクを逐次移動させながら露光するため生産性が悪く、露光工程によってスループットが律速してしまう。
又、半導体デバイスの製造では、高集積化のため配線パターンを何層にも積層することが多く、このようなパターン転写は一つの製品の製造において、何回も繰り返し行われる。従って、上記のような高額な装置や生産性の悪さは増幅され製品の価格に影響している。
【０００３】
又、最近では凹凸にパターンを形成された型部材を、スピンコート法によって基板表面に成膜されたレジスト膜に押し付けることにより、レジスト膜に凹凸を付け、それをエッチングすることによって、基板にパターン形状を転写するインプリント法によるパターン転写法が研究されつつある（ＵＳ００５７７２９０５Ａ参照）。
この場合、レジスト膜の材質としてはＰＭＭＡを使用し、レジスト膜へ型部材を押し付ける際、基板をＰＭＭＡのガラス転移温度以上である２００℃以上に加熱し、型部材のレジスト膜への押圧力を約１００ｋｇｆ／ｃｍ２で行うことを特徴としている。
更に、インプリント法によるパターン転写法では、フォトリソグラフィー法によるパターン転写法のように感光剤を必要としないため、クリーンルーム内にて黄色灯のもとで作業を行なう必要もなく、作業性でも有利である。
このインプリント法によるパターン転写方法は、まだ実用化にいたっていないが、平板の片面に凹凸パターンを有する型部材を基板上に形成したレジスト膜に押し付けるといったパターン転写装置によってテストが行なわれている。
ただし、前述したように、型部材のレジスト膜への押圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ２と非常に大きいために、テストに使用される試験片は非常にサイズの小さいものでしか行なうことが不可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このインプリント法では、レジスト膜の凹凸パターンに十分な押し付け深さを得るためにはインプリント時に、前述したような非常に大きな押圧力を必要とする。一般に使用される基板は、ガラス基板やＳｉ基板などの脆性材料であることが多く、大きな押圧力を負荷すると基板が破損する恐れがある。
又、基板が破損しなかったとしても、大きな圧力を負荷するためにはパターン転写装置自体が強固で大型となり、高額なものになってしまう。
又、前記平板形状の大型の型部材を基板に押し付ける場合、型全体の押圧力を均一にするのは非常に難しく、押圧力の不均一は偏荷重を招き、押し込み深さの不均一性や基板の破損が生じる可能性がある。
更に、液晶ディスプレイや太陽電池の製造のように大型の基板にパターン転写する場合、平板形状の型部材でのインプリントでは型部材に非常に高い平面度や面精度が要求されるため、加工が非常に困難なものとなることが予想される。
このように、非常に大きな押圧力を必要とするということが、インプリント法によるパターン転写装置の実現を困難にしている一つの問題点となっている。
【０００５】
更に、前述したように、型部材を基板に押し付ける場合、レジスト膜のガラス転移温度以上に加熱する必要がある。これは加熱によりレジスト膜を軟化させ、型部材を押し込んだ時にパターン形成しやすくするためである。
又、型部材を押し付けた後、次工程のエッチング工程へ搬送するために基板を冷却する必要がある。
このような基板の加熱及び冷却といった温度変化を伴うために、高い生産性が望めず、インプリント法によるパターン転写におけるもう一つの問題点となっているのである。
【０００６】
本発明は、これらの問題点を解決し、インプリント法によるパターン転写を実現できる装置を安価に提供し、更に温度変化を伴うという生産上の欠点を克服し、生産性の高いパターン転写装置を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やＳｉ基板である脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う装置であって、基板を載置固定するプレート上に、パターン形状である凹凸を円周面に有し、積極回転する円筒形状の型部材を昇降可能に設置すると共に、基板のレジスト膜への押し付け荷重の制御機構を設け、又プレート及び型部材に加熱手段を設け、更に型部材又はプレートのいずれかに平行移動手段を設け、プレート上の基板のレジスト膜に型部材を回転させながら押し付けることによりパターン転写を行うこと、及び基板のレジスト膜への型部材押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を、後工程に基板冷却部を設けたことによりパターン転写装置である。
基板を載置固定するプレートと、円筒形状の型部材を使用することにより、押圧時の型部材と基板との接触面積を非常に小さくすることによって、押し付け全荷重を非常に小さくすることが可能となる。
このように、押し付け全荷重が小さくできることにより、押し付け荷重の偏荷重による基板の損傷を少なくすることができ、パターン転写装置も平板の型部材を使用するパターン転写装置よりも小型で安価に製作することが可能となる。
更に、液晶ディスプレイや太陽電池の製造のように大型の基板にパターン転写する場合には、高い平面度や面精度が必要とされるが、一般に平板形状よりも円筒形状の方が加工精度を出しやすいことから、型部材を円筒形状にすることにより、平板形状の型部材よりも加工精度を容易に出すことが可能となる。
【０００８】
又、本発明はプレートと型部材の両方に加熱手段を設け、更に温度制御機構を有するものであり、インプリント法によるパターン転写では、基板及びレジスト膜を加熱することによりレジスト膜を軟化させ、型部材を押し込んだ時のパターン形成が容易となる。
プレートで基板及びレジスト膜は全体を予備的に加熱されることになり、更にパターン形成時には型部材によって転写部分が更に加熱され、レジスト膜軟化温度となるため、効率の良い加熱となる。
そして、上記のプレート或いは型部材の温度制御機構によってパターン形成を容易に行うことができる。
【０００９】
又、本発明は型部材の基板への押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を設置し、後工程に基板冷却部を設置するものである。
型部材の押し付け工程では、前述のようにレジスト膜を軟化させ、パターン形成しやすくするために基板或いは型部材を加熱する必要がある。
この基板予備加熱部にて予め基板を加熱しておくことにより、型部材押し込み工程での加熱時間を短縮することができる。
又、型部材の押し付け後、レジスト膜のエッチングを行なうが、エッチング装置に搬送するために基板を冷却する必要がある。前述のように、基板冷却部を設置することによって基板を速やかに冷却し、次工程へ搬送することができる。
以上のように、型部材の基板への押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を設置し、後工程に基板冷却部を設置することによって基板の加熱、冷却といった温度変化に伴う時間を短縮することが可能となり、生産性を上げることができる。
【００１０】
又、本発明は基板から型部材の両側端の高さを検知するセンサーを設け、基板から型部材の高さの制御を行う制御機構を有することを特徴とするパターン転写装置である。
型部材の高さ制御のための高さ検知センサーを設置し、基板からの高さが型部材の両側端で等しくなるようにすることで型部材を制御し、型部材を押し付け時の型部材のかたがりによって生じる偏荷重を防止することができる。更に型部材の押し込み深さを制御することが可能となる。
【００１１】
又、本発明はパターンの重ね合わせ時に、型部材の凹凸パターンと基板上に形成された凹凸パターンとの位置補正機構を有し、型部材或いは基板を位置補正することによりパターンの重ね合わせを行うことを特徴とするパターン転写装置である。
前述のように、これらのパターン転写は一つの製品について数回繰り返し行われるため、上記のようなパターンの位置補正機構によってパターンの重ね合わせが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は本発明の一実施の形態を示す。
図１は本発明のパターン転写装置の構成を示し、図１に基づいて本発明であるパターン転写装置におけるパターン転写工程を説明する。
先ず、レジスト膜１が形成された基板２を基板予備加熱部のプレート３に載置する。液晶ディスプレイの製造におけるインプリント法によるパターン転写を仮定に、レジスト膜の材質をＰＭＭＡとし、基板をガラス基板とし、基板サイズを６５０×８５０ｍｍとして説明する。
基板予備加熱部のプレート３内には電熱線等の熱源２２を有し、レジスト膜の軟化温度、例えば２００℃まで加熱されており、加熱によりレジスト膜を軟化させる。その後、型部材押し付け部へ基板を搬送する。
【００１３】
型部材押し込み部Ｂのプレート５は、基板予備加熱部と同じく内部に熱源２２を有し、レジスト膜１の軟化温度まで加熱されており、このプレート５上に基板２を載置し固定する。
レジスト膜１は基板予備加熱部Ａですでに加熱されているので、型部材押し込み部Ｂではわずかの加熱時間で型部材押し込み時の温度に達する。
次に、円筒形状の型部材６をレジスト膜１に押し付ける。この円筒形状の型部材６の円周長は基板２の長さと合わせてもよく、同じパターンが繰り返し必要とするならばさらに短い円周長の型部材を用いてもよい。
この円筒形状の型部材６をレジスト膜１に押し付けながら回転させることにより、レジスト膜１に凹凸形状を形成する。
この場合、基板２をプレート５上に固定し、型部材６を平行移動させながら回転させてもよいし、基板２を固定したプレート５を平行移動させ、型部材６はその場で回転させてもよい。
【００１４】
加熱手段をプレート５に代えて型部材６に設け、プレート５上の基板２のレジスト膜１を型部材６の押し込み時に軟化温度まで加熱することもできる。
図４は加熱手段２２を型部材６に設けた他の構成例を示すもので、プレート５上の基板２のレジスト膜１を型部材押し込み時に軟化温度まで加熱するものである。
更に、図４のように、プレート５及び型部材６の両方に加熱手段２２を設ければ、加熱効率は一層良くなるものである。
【００１５】
又、型部材６を基板２に押し付ける際、基板２からの型部材６の高さを型部材６の両側端部に設置した高さ検知センサー７、もしくは基板側に設置した高さ検知センサーによって計測し、基板２からの型部材６の高さが両側端で等しくなるように調節する。このことにより、型部材６の押し付けが型部材６の両側端で等しくすることが可能となり、基板２への偏荷重を防ぐことができる。
更に、型部材６のレジスト膜１への押し込み深さが得られるように型部材６の基板２からの高さを上記高さ検知センサー７によって設定し、上記のように型部材６を回転させ基板２に押し付けることにより、パターン転写を行うことができる。
この高さ測定のための高さ検知センサー７は、半導体デバイスの製造におけるパターンの凹凸はμｍオーダーであるので、レーザー変位計などのような分解能がμｍオーダー以下である測定装置を使用する必要がある。
【００１６】
又、型部材６の押し付け荷重は、型部材６に設置したロードセル８によって検知する。押し付け荷重は型部材６のパターン形状に大きく影響を受ける。
例えば、型部材６の凸部の面積が比較的広いものやパターンが密になったものは、押し付けた際のレジスト膜１の逃げ場が少ないために、大きい押し付け荷重を与えないと十分な押し付け深さが得られない。
インプリント法によるパターン転写において、凹凸パターンの形成後、凹部のエッチングを行なうため、押し込み深さは均等になることが望ましい。
従って、上記のように型部材６の基板２からの高さを型部材６のレジスト膜１への押し込み深さになるように予め設定することにより、押し込んだ凹部の押し込み深さが全て等しくなるようにする。
ただし、偏荷重や上記の例のように押し込んだ際のレジスト膜１の逃げ場がなくなったため、大きい集中荷重が加わったりした場合に、基板２の破損を防止するために前記ロードセル８によって荷重を検知し、ある荷重でインターロックがかかるようにする必要がある。
上記のような大きな集中荷重が生じる恐れがある場合は、条件だしの段階で型部材６の回転速度を遅くするか又は基板加熱温度を高くするなどの条件の設定によって改善することができる。
【００１７】
型部材６の形状が平板の場合と円筒の場合とで押し付け荷重を比較する。前述の仮定のように、ガラス基板サイズを６５０×８５０ｍｍとし、平板形状の型部材で基板全体を上記１００ｋｇｆ／ｃｍ２の押し付け荷重で押し付けるとすると５５２．５ｔもの押し付け荷重が必要となる。
しかし、円筒形状の型部材では、円の接点のみ基板と接する線接触となるが、仮に基板との接触面積を６５０×１０ｍｍとすると、押し付け荷重は平板の１／８５である６．５ｔとなる。
このように、型部材を円筒形状にすることにより、押し付け荷重を非常に小さくすることが可能となるため、平板の型部材の場合よりはパターン転写装置をコンパクトで安価に製作することが可能となる。
又、平板形状の型部材では基板全体に均一に押し付ける必要があるため、型全体の平面度が非常に厳しいものとなるが、円筒形状の型部材では基板との接触面積が小さいために形状公差が出しやすく、又円筒形状であるので平板形状よりも加工しやすいといった利点がある。
【００１８】
以上のようにして、レジスト膜１に凹凸パターンを形成する。その後、基板２を基板冷却部Ｃに搬送し、搬送に適した温度に冷却し、次工程のレジスト膜１のエッチング工程へ基板を搬送する。ちなみに、基板冷却部Ｃのクールプレート９の冷却源２３には水循環の冷却装置を使用し、設定温度は室温程度、或いはエッチング工程に近い温度まで冷却してもよい。
工程によっては、生産性向上のためにペルチェ素子を内蔵した冷却装置を使用することにより、急速に冷却してもよい。
【００１９】
本発明のパターン転写装置における各工程間の基板搬送は、基板は吸着載置又は側端面を把持するセラミックハンドのように耐熱性を有する素材を使用することが望ましい。
又、基板予備加熱部Ａ、型部材押し付け部Ｂ、基板冷却部Ｃはそれぞれ基板搬送が容易になるようにリフトピン４のような基板の昇降機構を有している。
【００２０】
又、本発明のように、型部材押し込み部Ｂの前工程に基板予備加熱部Ａを、後工程に基板冷却部Ｃを設置することにより、順次ガラス基板を流すことが可能となり、生産性が大幅に向上させることができる。
【００２１】
次に、図２及び図３は型部材の押し付け部の一構成例を示すものであり、型部材押し付け部Ｂの工程及びパターンの重ね合わせについて説明する。
図２において、前述の基板予備加熱部Ａから搬送された基板２は、レジスト膜１の軟化温度に設定されたプレート５上に載置される。その際、型部材は基板の搬送の妨げにならない場所に待機する。
そして、基板２はプレート５に設置されたチャック１０によって固定される。このチャック１０の駆動にはエアシリンダやモータなどを使用することによって行うことができ、或いはプレート５上にエア（バキューム）チャック又は静電チャックを搭載することによってチャッキングを行ってもよい。
又、チャッキングの際の基板の破損を防ぐためにショックアブゾーバーを使用してもよい。そして、基板の有無を固定用のチャック又はプレート５にセンサー１１を設置することにより確認し、プレート５の加熱温度は温度制御器２０によって制御する。
【００２２】
型部材６に加熱手段２２を設ける場合は、同様に温度制御器２０を設けて温度調節を行うものであり、図５はプレート５と型部材６の両方に加熱手段を設けた場合の構成例を示すものである。
【００２３】
次に、図３のように、予め基板２の前部両端にはパターンの位置決め用のマーキング１２をしておく。
更に、型部材６の軸受け部１３からブラケット１４を設置し、そのブラケット１４に画像処理用カメラ１５を設置する。画像処理用カメラ１５は予め型部材６の軸心と平行に設置されている。
そして、Ｘ、Ｙ軸位置制御機構１６によって、画像処理用カメラ１５が基板２の位置合わせマーキング１２に合う位置まで型部材６を移動させる。ちなみに、Ｘ，Ｙ軸位置制御機構１６はサーボモーター、ボールねじ、直動案内のような構成によって実施でき、あるいは高精度の位置決めを行う場合、リニアモーターを使用してもよい。
そして、θ補正機構１７及びＸ、Ｙ軸位置制御機構１６により、基板２及びプレート５を回転させることにより、画像処理用カメラ１５の中心と基板２の位置合わせマーキング１２の中心を合致させる。図中２１は画像処理装置である。
以上のようにして、型部材６の軸心と位置合わせマーキング１２の２点を結んだ直線を平行に設定する。
【００２４】
次に、型部材６の軸心位置を基板２端部の位置まで、Ｘ、Ｙ軸位置制御機構１６によって移動させる。又初期パターンの位置が型部材６の最も下になるように型部材６を型部材回転モーター１８によって回転させる。
この場合、予め型部材６の回転方向の原点位置を設定しておき、型部材回転モーター１８によってパターンの位置制御を可能にしておく。
その後、型部材６をＺ軸位置制御機構１９によって型部材６の最下の凸部をレジスト膜１の押し込み深さと同じ位置まで押し下げる。
Ｚ軸位置制御機構１９は、Ｘ、Ｙ軸制御機構１６と同じようにサーボモーター、ボールねじ、直動案内のような構成によって実施できる。このＺ軸の位置制御の場合、前述した高さ検知センサー７によって基板２からの型部材６の高さを検知することによって基板２からの正確な位置を制御する。
【００２５】
次に、Ｘ軸位置制御機構１６によって型部材６のＸ方向の移動と、型部材回転モーター１８の回転とを同期させながら、型部材６を基板２に押し付けパターン転写を行う。その時、前述したようにロードセル８によって異常な荷重が加わっていないかを検知しながら行なう。
型部材６が基板２の端部に達すると、ロードセル８において押し付け荷重が減少する。それを検知し、Ｚ軸位置制御機構１９によって型部材６を基板搬送の妨げとならない位置まで上昇させる。
その後、前述の図１のように基板２を基板加熱部へ移載し、冷却後、次工程へ搬送するのである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のパターン転写装置によれば、平面状のプレートと円筒形状の型部材を使用することにより、押し付け荷重を非常に小さくできるため、ガラス基板やＳｉ基板などの脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う際、押し付け荷重の偏荷重による基板の破損を少なくすることができ、転写装置をコンパクトでかつ安価に製作することが可能となる。
更に、大面積の基板でのパターン転写では、高い平面度や面精度が必要とされるが、一般に平板形状よりも円筒形状の方が加工精度を出しやすいことから、型部材のみを円筒形状にすることにより、平板形状の型部材よりも加工精度を容易に出すことが可能となる。
そして、プレートで基板及びレジスト膜は全体を予備的に加熱されることになり、更にパターン形成時には型部材によって転写部分が更に加熱され、レジスト膜軟化温度となるため、効率の良い加熱となる。
又、型部材押し込み部の前工程に基板予備加熱部を、基板予備加熱部で予め基板を加熱しておくことにより、型部材押し込み工程での加熱時間を更に短縮し、効率化を図ることができる。
加えて、後工程に基板冷却部を設置することにより、順次ガラス基板を流すことが可能となり、基板の熱変化によって伴うタイムロスを少なくできるため、生産性が大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン転写装置の一構成例を示した図である。
【図２】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の一構成例を示した図である。
【図３】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の平面図である。
【図４】本発明のパターン転写装置の一部型部材押し込み部の他の構成例を示した図である。
【図５】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の他の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１  レジスト膜
２  基板
３  プレート
４  リフトピン
５  プレート
６  型部材
７  高さ検知センサー
８  ロードセル
９  クールプレート
１０  チャック
１１  基板有無確認センサー
１２  位置合わせマーキング
１３  軸受け部
１４  ブラケット
１５  画像処理用カメラ
１６  Ｘ、Ｙ位置制御機構
１７  θ補正機構
１８  型部材回転モーター
１９  Ｚ軸位置制御機構
２０  温度制御器
２１  画像処理装置
２２  熱源
２３  冷却源
Ａ  基板予備加熱部
Ｂ  型部材押し込み部
Ｃ  基板冷却
【図１】
0003604985.tif 000002
【図２】
0003604985.tif 000003
【図３】
0003604985.tif 000004
【図４】
0003604985.tif 000005
【図５】
0003604985.tif 000006