CN1732075A - 图案形成装置、图案形成方法、图案形成系统 - Google Patents

Abstract

在图案形成装置(10)中，把用于在基板(200)上形成图案的模具(100)加热到基板(200)的表层部的玻化温度Tg以上的温度T1，在该状态下，把模具(100)按压到温度在玻化温度Tg以下的基板(200)上，并转印模具(100)的图案。然后，切断加热器，利用冷却单元将模具(100)冷却后，使模具(100)从基板(200)分离。并且，优选设置从料箱逐个取出基板(200)并依次供给该图案形成装置(10)的供给装置，构成图案形成系统。

Description

图案形成装置、图案形成方法、图案形成系统

技术领域

本发明涉及一种用于在基板等加工对象物上形成规定的图案的图案形成装置、图案形成方法、图案形成系统。

背景技术

以往，为了在半导体基板(以下略称为基板)上形成以LSI(大规模集成电路)为代表的细微电路图案，一般使用缩小投影曝光方式。该方法使用被称为步进曝光装置的曝光装置，通过缩小光学系统将在分划板(掩模)上描画的电路图案投影曝光于基板上的抗蚀剂表面上，在整个基板区域反复该曝光，由此在基板上形成规定的细微电路图案。

为了提高这样形成的基板的集成度，需要缩小电路图案的线宽度，预计今后将把线宽度从目前成为主流的线宽度130nm变更为小于100nm。

为了对应这一点，需要缩短投影曝光中使用的光源的波长，目前的现状是各种曝光装置生产商正在推进把紫外(UV)光、远外(DUV)光、极紫外(EUV)光等短波长的光作为光源的曝光装置的开发。

但是，在把紫外激光光源等短波长的光用作光源时，构成曝光装置的投影光学系统的透镜、反射镜和光源等由于微小的温度变化和外部振动而产生变形和光源噪声。因此，要求对曝光装置进行高精度的温度管理和采用抑振结构，结果，利用这种一系列设备构成的缩小投影式曝光装置具有装置价格非常昂贵(例如数十亿日元)的趋势。并且，由于曝光装置自身也变大型化，所以具有设置空间和消耗电力增大的趋势。

以防止装置大型化和工艺成本的高涨为目的，作为在基板上形成超细微图案的方法，介绍纳米标记工艺技术(例如，参照G.M.Whitesides，J.C.Love，“制作纳米结构的新技术”，“日经科技”，日本经济新闻社，2001年12月1日，31卷，12号，第30-41页。)。

该工艺方法使用表面刻有想要形成的图案的模具，把基板加热到超过设在基板上的抗蚀剂材料的玻化温度的温度，在该状态下把模具按压在基板表面上并转印模型。在该方法中，不需要高价的激光光源和光学系统，尽管是以加热用加热器和加压装置为基础的简易结构，但可以原样高精度地转印模具上刻有的形状，并且已经有利用该方法形成具有约20nm线宽度的细线的报告(例如，参照C.M.Sotomayor，et.al.，“Nanoimprint lithography：an alternativenenaofabrication approach”，“Materials Science & EngineeringC”，Elsevier Science，2002年，989卷，第1-9页。)。

但是，上述工艺存在以下问题。

在上述工艺中进行下述一系列工序，把基板加热到玻化温度以上，在该状态下把模具按压在基板上并转印图案，然后把基板冷却到玻化温度以下，使模具从基板上分离并脱膜。

在这种工序中，将基板加热并冷却，因此采用利用加热器将基板整体加热并冷却的方式。该加热器通常设在支撑基板的工作台上。在基板变大型化时，利用加热器加热并冷却的对象基板及工作台的热容量变大，结果，为了将基板加热并冷却，并且使基板整体处于均匀温度，需要数十秒～数分钟的时间。

因此，成为妨碍图案形成的高生产效率化的重要原因。

但是，集成电路的制作一般通过在面积较大的基板(晶片)上形成许多芯片来实现生产性和装置成本的降低。如果能够制作一并按压目前成为主流的6～12英寸的整个基板区域的模具，在一次按压工序中，可以在整个基板区域形成图案，所以非常高效。因此，为了一并成形6～12英寸大小的整面基板，模具需要变大型化。

但是，在上述工艺中，将模具形状转印形成于基板上，所以需要准确制作模具，这成为模具变大时的障碍。即，在需要大型模具时，难以确保模具和基板的平行度及温度的均匀性。并且，在模具变大时，由于伴随模具的温度变化形成的热膨涨、收缩造成的尺寸变动自然变大，所以用于确保精度的温度变化的尺寸管理也非常困难。另外，由于模具和基板的热收缩率不同，所以在冷却后将模具从基板上脱膜时，也存在模具容易切入基板的问题。此外，伴随模具的大面积化，在将模具按压在基板上并剥离时所需要的力也增大，需要输出较大的加压机构，这将牵涉到整个装置的大型化、高成本化。

发明内容

本发明就是鉴于上述技术课题而提出的，其目的在于，提供一种可以使图案的形成低成本化、高效率化的图案形成装置、图案形成方法等。

为了达到上述目的，本发明的图案形成装置的特征在于，具有：在成为加工对象物的大致平板状的基板上形成规定图案的模具；加热模具的加热部；保持基板的基板保持部；把模具按压在由基板保持部保持的基板上的加压机构。

这样，利用加压机构把被加热的模具按压在基板上，由此可以从表层部一侧加热基板，利用模具在该基板的表层部形成规定图案。

在基板的表层部利用具有玻化温度的材料形成的情况下，利用模具把基板加热到玻化温度附近或之上，可以使基板的表层部软化。在基板的表层部利用不具有玻化温度的材料形成的情况下，通过把模具加热到该材料软化的温度附近或之上，也可以使基板的表层部软化。

此时，优选利用设在基板保持部的温度保持部把由基板保持部保持的基板保持在玻化温度以下。

这种装置非常适合于利用模具仅对硅晶片或光结晶或半导体电子电路基板等的基板表层部形成图案的情况，模具的热量不直接传递给形成图案的基板的表层部，仅将加工对象部分有效加热，可以有效利用热量，并且不会无用地加热加工对象之外的其他部分区域。

另外，利用加压机构把模具按压在基板上，但也可以使模具相对固定状态下的基板移动，或反之使基板相对固定状态下的模具移动，由此把模具按压在该基板上。

并且，优选加热部具有控制模具温度的控制器，利用该控制器进行如下控制，在模具和基板分离的状态下，使模具温度低于基板的玻化温度，在模具被按压在基板上的状态下，使模具达到基板的玻化温度附近或之上的温度。此时，在模具被按压在基板上的状态下，优选预先使模具温度在基板的玻化温度附近或之上。该情况下，在模具和基板分离的状态下，在规定的时间开始加热模具，使其从低于基板的玻化温度的温度达到基板的玻化温度附近或之上的温度。本发明与此不同的结构，不主动排除在把模具按压到基板上后开始将基板预先加热到基板的玻化温度附近或之上的结构。

此时，为了使模具达到基板的玻化温度附近或之上的温度，使加热部动作的时间可以是任意时间，只要在模具被按压在基板上并形成图案的状态下，模具达到基板的玻化温度附近或之上的温度即可。

并且，一般将在基板上形成了图案的模具脱模时，通过冷却基板来实现图案的定影。此时，只要还具有冷却模具的冷却部，即可通过模具迅速冷却基板的图案部分。这种结构特别适合于在基板上连续多次按压模具的情况。

并且，不仅利用加热部加热模具，也可以利用基板加热部加热由基板保持部保持的基板。

另外，在加压机构中，也可以把相对基板的模具压入量切换成多个阶段。在该加压机构中，在使模具相对于基板为第一压入量时，使被加热的模具的热量传递给基板，在使模具相对于基板为与第一压入量不同的第二压入量时，利用模具在基板上形成图案。

此处所说相对基板的模具压入量指以基板表面为基准的模具的压入量(尺寸、深度)，第一压入量只要能够把模具的热量传递给基板即可，所以只要至少是模具接触基板的尺寸即可(可以包括零)。

这样，利用加压机构控制从模具赋予给基板的荷重、模具相对基板的移动行程即可。

并且，本发明可以实现为以下所示的图案形成装置。即，图案形成装置具有：在加工对象物上形成规定图案的模具；保持加工对象物的对象物保持部；把模具按压在由对象物保持部保持的加工对象物上的加压机构；加热加工对象物和模具中热容量较小的一方的加热单元。

这样，通过加热加工对象物和模具中热容量较小的一方，可以在短时间内进行该加热。

例如，在还具有为了使模具与由对象物保持部保持的加工对象物的多个区域相对，而使模具及/或加工对象物移动的移动机构的结构中，模具可以小于加工对象物，并且热容量也可以较小，所以这种情况下加热单元用于加热模具。在这种结构的图案形成装置中，利用移动机构使模具移动，使模具与加工对象物的多个区域相对，在各个区域把模具按压在加工对象物上，由此可以对一个加工对象物进行多次模具的图案转印。

此处，移动机构使模具和加工对象物相对移动，但也可以使模具和加工对象物移动，还可以仅使模具或加工对象物一方移动。

并且，加热单元根据利用加压机构把模具按压在加工对象物上的时间，可以在以加工对象物软化的温度为基准的区域改变模具的温度。

另外，加压机构还具有控制从模具赋予给加工对象物的荷重的荷重控制器，荷重控制器可以从模具对加工对象物依次施加第一荷重、和与该第一荷重不同的第二荷重。

作为加热单元，从响应性方面考虑优选使用陶瓷加热器。

在还具有保持模具并连接加压机构的模具保持部的情况下，优选模具保持部与模具面接触，并且利用静电力保持模具。

本发明也可以实现为利用模具在基板上形成规定图案的图案形成方法。该方法的特征在于，具有：把模具加热到以基板的玻化温度为基准的规定温度的加热工序；把模具按压在基板上并形成图案的图案形成工序。

另外，也可以具有：在把模具按压在基板上后，把模具冷却到基板的玻化温度以下的规定温度的冷却工序；把被冷却的模具从基板分离的脱模工序。特别是在对一个基板进行多次印戳的情况下，在基板的每个区域反复执行由加热工序、图案形成工序、冷却工序和脱膜工序构成的工序。

并且，还可以在图案形成工序之前具有把模具的热量传递给基板的热传递工序。这样，基板的表层部接受模具的热量传递，被加热到以玻化温度为基准的规定温度附近并软化。在该状态下，进行图案形成工序。

本发明也可以实现为图案形成系统，具有：在成为加工对象物的大致平板状的基板上形成规定图案的图案形成装置；相对图案形成装置进行基板的供给和取出的供给装置。该情况下，图案形成装置可以具有：在基板上形成规定图案的模具；加热基板和模具中热容量较小的一方的加热部；保持基板的基板保持部；把模具按压在由基板保持部保持的基板上的加压机构。

这样，通过利用供给装置自动向图案形成装置提供基板，可以连续进行相对多个基板的图案形成。

并且，基板可以利用输送机等顺序输送多个基板，再利用供给装置把其供给图案形成装置，但也可以采用使用收容了多个基板的料箱的输送方式。该情况下，在图案形成系统还设有保持料箱的料箱保持部，利用供给装置从由料箱保持部保持的料箱中逐个取出基板并供给图案形成装置。另外，为了提高效率，优选可以利用料箱保持部保持多个料箱。该情况下，也可以形成下述结构，即，在料箱保持部利用供给装置从一个料箱向图案形成装置供给基板的期间，可以进行其他料箱的交换。

附图说明

图1是本实施方式的图案形成装置的立体图。

图2是表示基板保持部和模具保持部的结构的图。

图3是表示基板保持部的结构的剖面图。

图4是表示成为加工对象物的基板的示例图，(a)表示利用成形材料直接形成基板形状的基板示例，(b)表示在基板主体的表面形成薄膜状覆盖层的基板示例。

图5是表示相对基板的模具图案工序的流程的图，(a)表示模具从基板分离的状态，(b)表示使模具接触基板的状态，(c)表示使模具切入基板的状态，(d)表示使模具从基板分离后的状态。

图6是表示形成图案时的加热器、基板、基板表层部的温度变化的图。

图7是表示形成图案的基板的一例图。

图8是表示形成图案的基板的其他一例图。

图9是表示形成图案的基板的另外其他一例图，(a)是俯视图，(b)是(a)的正面剖视图。

图10是表示图案形成系统的结构的俯视图。

图11是表示为了定位而形成于基板的刻痕的示例图。

具体实施方式

以下，根据附图所示实施方式详细说明本发明。

图1是说明本实施方式的图案形成装置的整体结构的图。

如该图1所示，图案形成装置10通过把借助凹凸形成有规定图案的模具100转印在基板(加工对象物)200上，在基板200上形成图案。

该图案形成装置10具有：保持成为加工对象的基板200的基板保持部20；使基板保持部20在二维方向移动的移动机构30；保持用于在基板200上形成规定图案的模具100的模具保持部40；驱动由模具保持部40保持的模具100的模具驱动机构(加压机构)50；用于定位基板200和模具100的相对位置的校准机构60。

如图1和图2所示，基板保持部20用于把基板200保持成大致水平支撑的状态，在其上表面设有具有支撑面21a的工作台(对象物保持部)21。

在该工作台21的支撑面21a上形成多个真空孔(未图示)，通过从未图示的负压源使负压作用于该真空孔，可以在支撑面21a上吸附保持基板200。

并且，如图2所示，工作台21内置有用于加热所保持的基板200的加热器(基板加热部、温度保持部)22。该加热器22由未图示的控制器控制其动作，把工作台21上的基板200保持在规定的一定温度。作为该加热器22，例如可以适合使用传热加热器和后面详细叙述的陶瓷加热器。

如图1所示，移动机构30使保持上述基板200的工作台21在工作台21的支撑面21a即被保持的基板200的表面上，在平行面内的二维方向移动。该移动机构30具有：设在基台31上的下部基座32；设在下部基座32上，支撑工作台21的上部基座33。

下部基座32在一个方向(以下把其称为X方向)具有轴线，通过利用未图示的电机驱动旋转的滚珠丝杠34连接基台31。上部基座33在与滚珠丝杠34垂直的方向(以下把其称为Y方向)具有轴线，通过利用未图示的电机驱动着旋转的滚珠丝杠35连接下部基座32。另外，上部基座33具有调节X-Y平面内的角度的角度调节螺钉36。

这样，在移动机构30中，通过驱动滚珠丝杠34旋转，下部基座32在基台31上的X方向移动，通过驱动与其垂直的滚珠丝杠35旋转，上部基座33在下部基座32上沿Y方向移动。即，保持基板200的工作台21通过移动机构30在基板200的表面上，在平行的二维平面内，在X、Y这两个方向移动。

如图2、图3所示，模具保持部40的下表面具有支撑面41a，在该支撑面41a具有保持模具100的保持单元(基板保持部)41。

如图3所示，该保持单元41内置有加热模具100的加热器(加热部、加热单元)42。作为该加热器42，较佳的是例如利用氮化铝等陶瓷材料形成的、内部埋入了作为加热器电极的布线的所谓陶瓷加热器。在这种保持单元41中，在从未图示的电源向加热器电极流过电流时，温度上升，在切断电流时温度下降。陶瓷加热器是例如温度在10秒钟上升到1000度附近的响应非常快的加热器。从电源向这种加热器电极的电流供给由未图示的控制器控制。

并且，在保持单元41的上表面侧设置冷却单元(冷却部)43。该冷却部43利用铝或铜等导热性高的金属形成，在其内部形成有流道44，冷却水等制冷剂可以在该流道44中流动。

在这种冷却单元43中，具有通过使制冷剂流过流道44来冷却保持单元41和模具100的功能。

并且，保持单元41在其支撑面41a设有多个吸附用电极45，通过从未图示的电源向该吸附用电极45流过电流，使产生静电力。保持单元41使吸附用电极45面接触模具100，借助该吸附用电极45的静电引力吸附保持模具100的上表面。模具100由于本来加工精度就高，所以其上表面能够形成高精度的平面度。并且，使保持单元41侧的吸附用电极45也形成较高的平面度，利用所述静电引力支撑模具100，由此与利用螺钉和卡具等把模具固定在保持单元41上的结构相比，可以提高模具1000和吸附用电极45的紧密接触性，可以有效进行从保持单元41向模具100的热传导。

另外，关于加热器42的加热器电极，为了控制模具100的温度，形成利用控制器控制电流的供给的结构，但是，吸附用电极45在除模具100的模型交换之外的情况下，总是被施加电压，并发挥吸附力。

但是，相对利用静电力把模具100吸附在保持单元41上的结构，基板200形成为被真空吸附在工作台21上的结构。虽然也可以利用静电引力把基板200吸附在工作台21上，但如果形成这种结构，在利用模具100成形基板200时，在保持单元41接近工作台21时，电荷在模具100和基板200之间移动，然后使模具100从基板200离开时，模具100或基板200中一方有可能被另一方吸附，所以不是优选结构。

如图1所示，模具驱动机构50使按上面所述吸附保持模具100的保持单元41，通过移动机构30在与工作台21的移动方向(X、Y方向)垂直的方向(以下把其称为Z方向)移动。

该模具驱动机构50利用在上下方向具有轴线的滚珠丝杠51、和驱动该滚珠丝杠51旋转的电机52构成。滚珠丝杠51由电机52驱动着旋转，从而相对于在基台31上通过支柱53设置的上部基座54在Z方向上下移动。

在被固定于支柱53的下部基座55上设置支撑部件57，并使支撑部件57相对于与下部基座55一体设置的护套56，在其旋转被束缚的状态下只能在上下方向移动。在该支撑部件57的上部通过轴承机构58连接着滚珠丝杠51的下端部，由此只将滚珠丝杠51的上下移动传递给支撑部件57，而不传递其旋转。

并且，在该支撑部件57的下表面固定安装着保持单元41。

根据这种模具驱动机构50，利用电机52驱动滚珠丝杠51旋转时，滚珠丝杠51相对上部基座54、下部基座55在Z方向上下移动。伴随该滚珠丝杠51的上下移动，保持模具100的保持单元41上下移动。由此，模具100在Z方向上下移动，可以接近、离开被保持在工作台21上的基板200。

校准机构60用于在利用移动机构30使基板200在X、Y方向移动时，校正模具100和被保持在工作台21上的基板200的相对位置关系。作为这种校准机构60可以采用各种结构，如果列举一例，具有：摄像形成于基板200上的规定位置的校准标志的摄像机61；使该摄像机61在X、Y方向移动的摄像机移动机构62、63。

在这种结构的校准机构60中，根据由摄像机61摄像的校准标志的位置，利用控制器控制移动机构30，由此校正基板200相对模具100的位置。

另外，如图3所示，模具100在其下表面100a形成有用于形成规定图案的凹凸101。该凹凸101可以通过利用金属或陶瓷等所谓模具材料形成模具100，并对其下表面100a实施精密机械加工形成。或者利用蚀刻等半导体细微加工技术在成为模具100的基础的硅基板等上形成规定图案后，利用镀镍法(电气铸造(电铸)法)等对该硅基板等的表面实施金属电镀，将该金属镀层剥离，即可用作具有凹凸101的模具100。

该模具100如后面所述，利用保持单元41的加热器42和冷却单元43被加热、冷却，所以优选尽量薄，优选其热容量尽可能小。

另一方面，成为加工对象的基板200如图4(a)所示，例如，可以使用聚碳酸酯、聚酰亚胺等树脂材料；玻璃材料、硅、砷化镓、蓝宝石、氧化镁等成形材料直接形成基板形状的基板。并且，如图4(b)所示，作为基板200，可以使用在由硅晶片或玻璃晶片等构成的基板主体201的表面，使树脂膜、光致抗蚀剂、用于形成布线的铝、金、银等金属膜等形成为薄膜状的覆盖层202的基板。

在图4(a)所示情况下，借助图3所示模具100的凹凸101，将图案转印在基板200的表层部上，在图4(b)所示基板200的情况下，模具100的凹凸101的图案被转印在覆盖层202上，但是无论哪种情况都是把图案转印在基板200的表层部上，这一点没有变化，所以在以下说明中，把转印图案的部分略称为“基板200的表层部”，该描述包括图4(a)、(b)两种情况。

在图案形成装置10中，利用规定压力把形成于模具100的下表面100a的规定图案的凹凸101按压在上述基板200上，由此使图案只转印形成于基板200的表层部。

以下，说明上述图案形成装置10的图案形成工序。另外，以下所示的图案形成装置10的动作基本上由未图示的控制器自动控制。

在图案形成装置10中，概略地讲如图5(a)所示，把模具100加热到基板200的玻化温度以上，在该状态下如图5(b)所示把模具100按压在基板200上，将基板200加热。并且，如图5(c)所示，将模具100按压一定时间并保持荷重后，将模具100冷却，并如图5(d)所示从基板200分离。在这一系列工序中，基板200的表层部被加工成形为与模具100的凹凸101对应的形状。

具体讲，首先，使规定的模具100吸附保持在保持单元41上。在该状态下，模具驱动机构50使保持单元41位于规定行程区域的上升端，被保持在保持单元41上的模具100和工作台21处于相互离开的位置。

并且，在工作台21上设置成为加工对象的基板200，并真空吸附基板200。

然后，利用摄像机移动机构62、63使校准机构60的摄像机61移动，利用该摄像机61摄像形成于被吸附固定在工作台21上的基板200上以及模具100上的校准标志。并且，根据所摄像的校准标志的位置，利用控制器控制移动机构30，由此进行用于校正基板200相对模具100的位置的校准(初期设定)。

然后，相对基板200按压模具100并转印规定的图案，但是在此之前如图6所示，在规定的时间S1，预先利用控制器使内置于工作台21内的加热器22、设在保持单元41上的加热器42分别接通。并且，预先使冷却水等制冷剂在冷却单元43的流道44中流过。

在该状态即把模具100按压于基板200之前的状态下，利用来自保持单元41的加热器42和工作台21的加热器22的热传导，把模具100保持在所述玻化温度Tg以上的规定温度T1，把基板200保持在低于形成基板200的加工对象部分即表层部的材料的玻化温度Tg的规定温度T2。

然后，利用移动机构30使工作台21在X、Y方向移动，由此定位被吸附固定在工作台21上的基板200的规定区域，并使其与保持在保持单元41上的模具100相对。

然后，利用模具驱动机构50使保持在保持单元41上的模具100在Z方向移动，并接近保持在工作台21上的基板200。模具100的凹凸101在温度上升到规定温度T1后的规定时间S3，如图5(b)所示，在模具100接触基板200的表面时，利用模具驱动机构50使保持在保持单元41上的模具100停止移动(把该状态下模具100相对基板200的压入量设为第一压入量)。这样，在温度上升到玻化温度Tg以上的规定温度T1的状态下，从模具100向基板200的表层部传递热量，由此基板200的表层部温度上升到模具100的温度T1附近。此时，模具100的凹凸101直接接触的基板200的表层部之外的其他部分温度不怎么上升。

在基板200的表层部接近玻化温度Tg以上的温度T1、或者至少上升到玻化温度Tg附近的温度的时间S4，如图5(c)所示，利用模具驱动机构50使保持在保持单元41上的模具100继续在基板200侧移动。由此，模具100切入基板200的表面并且大于第一压入量(把该状态下模具100相对基板200的压入量设为第二压入量)，模具100的凹凸101的图案被转印在基板200的表层部上。

但是，在上述动作中，在时间S3和S4之间，在模具100接触基板200的表面的状态下，利用模具驱动机构50使模具100停止移动。即，在时间S3和S4之间，通过发挥荷重控制器作用的控制器的控制，形成从模具100向基板200赋予规定荷重F1的状态，该荷重F1在基板200的表层部温度低于玻化温度Tg的状态下使不会产生永久变形。

并且，在时间S4以后，利用模具驱动机构50使模具100在基板200侧移动，由此从模具100向基板200赋予和荷重F1不同的规定荷重F2，该荷重F2用于在基板200的表层部温度高于玻化温度Tg的状态下使产生永久变形并进行成形。

这样，使从模具100赋予给基板200的荷重以荷重F1和F2这两个阶段变动，在模具100和基板200呈接触状态的荷重F1时，把模具100的热量传递给基板200侧，使基板200的表层部软化，然后使荷重变为荷重F2，进行借助模具100的成形。

另外，利用模具驱动机构50把模具100按压在基板200上时的荷重控制是如下进行的，利用装配于保持单元41或工作台21中的荷重检测传感器(负载传感器、未图示)，检测作用于模具100和基板200之间的荷重，并反馈控制在电机52产生的扭矩，以使该荷重达到预先设定的规定荷重。

并且，也可以不采用基于荷重的反馈控制，而单纯地利用模具驱动机构50进行模具100的移动行程控制。

并且，在时间S4以后，在经过预先设定的规定时间t的时间S5，降低相对保持单元41的电机42的电流供给量。由此，保持单元41和模具100、基板200的温度降低，但此时在保持单元41的上表面侧设有玻化温度Tg以下的冷却单元43，所以模具100和基板200的温度迅速下降，例如下降到工作台21的温度T2附近。

在降低相对保持单元41的电机42的电流供给量的时间S5之后，在又经过规定时间的时间，如图5(d)所示，使模具驱动机构50动作，使模具100从保持在工作台21上的基板200分离并脱模。

由此，在基板200的表层部转印形成利用模具100的凹凸101构成的规定图案。

如上所述，在利用模具100对基板200进行一次图案转印后，在规定时间S2增加流向保持单元41的加热器42的电流，由此把保持在保持单元41上的模具100再次设定为玻化温度Tg以上的温度T1，并且利用移动机构30使基板200移动到下一图案形成位置。

增加流向保持单元41的加热器42的电流的时间S2，只要在下一图案形成位置模具100的凹凸101接触(按压)基板200的表面之前，模具100上升到玻化温度Tg以上的温度T1，则该时间S2可以是任意时间。

然后，同样进行前面所述的模具100的按压、冷却、脱模工序，从而可以在其他位置形成图案。

并且，通过依次反复上述一系列工序，可以对基板200的多个部位顺序转印模具100的图案。

但是，在如上面所述把模具100按压在基板200上时，把基板200的温度设定为低于成为其加工对象的表层部的材料的玻化温度Tg的一定温度，另一方面，把模具100的温度设定为高于玻化温度Tg。例如，在基板200为聚碳酸酯树脂(PC)时，由于聚碳酸酯树脂的玻化温度Tg约为150℃，所以把基板200(工作台21)的温度T2设定为低于玻化温度Tg的约140℃，把模具100的温度T1设定为玻化温度Tg以上的约160～170℃。在该状态下，把模具100按压在基板200上时，模具100的温度传递到基板200的表层部，温度从基板200的表层部上升并逐渐传递到整个基板。

例如，相对形成基板200的表层部的材料的玻化温度Tg，优选温度T1设定得约高出20℃，温度T2约低出30～50℃。当然，该设定温度也因材料种类而变化，不能唯一地确定为该值。

在构成基板200的树脂和玻璃材料中，超过玻化温度Tg的状态指根据外部应力非常容易变形、即容易成形加工的状态，所以在保持超过该玻化温度Tg的状态下，直接对模具100增大荷重并按压在基板200上。这样，基板200沿着模具100的形状而变形，并且在反转转印了凹凸101的形状的状态下稳定。

然后，使模具100的温度降低到玻化温度Tg以下，降低与模具100接触的基板200的温度。在玻化温度Tg以下的状态下，基板200处于和初始状态相同的不易变形的状态，即处于沿着模具100的凹凸101形状固化，并且图案已定影的状态。在该基板200处于玻化温度Tg以下的状态下，使模具100从基板200分离，基板200的表层部处于反转转印了模具100的凹凸101的形状的状态，即成形了模具100的凹凸101的反转形状的图案。

根据上述结构，把设定为基板200的表层部的玻化温度Tg以上的温度T1的模具100按压在基板200上，并转印模具100的图案，然后把模具100冷却到玻化温度Tg以下的温度T2，之后使模具100从基板200分离。

特别是由于作为加热模具100的加热器42使用了陶瓷加热器，所以模具100的温度上升所需要的时间在数秒左右即可完成。并且，模具100的冷却是利用使用了制冷剂的冷却单元43进行，所以呈现在降低供给加热器42的电流值时马上冷却的效果，能够在短时间内降低温度。

这样，在利用一个模具100依次对基板200转印多个图案的情况下，换言之，在模具100小于基板200并且热容量小的情况下，能够在短时间内使用保持单元41的加热器42进行模具100的加热和冷却。

并且，从与将要形成图案的基板200的表层部接触的模具100，不是对整个基板200提供热量，而是仅对成为加工对象部分的表层部直接提供热量，由此可以缩短基板200侧的加热冷却时间。

另外，在模具100小于基板200的情况下，不是对基板200的整体面积加热，而是仅加热模具100接触的局部部分，从这一点讲，也有助于在短时间内进行加热。

这样，在使用模具100对基板200形成图案时，可以提高施加的热循环的效率，提高生产率，并且能够节省能源。

并且，利用一个模具100依次对基板200转印多个图案的模具100，体积小，且与大型模具相比容易确保精度并进行温度管理等，能够大幅削减模具100的成本。

而且，这样基板200只有模具100接触的局部被加热，基板200的剩余部分整体被保持在玻化温度Tg以下，所以不会象一面反复基板整体的加热冷却一面进行图案转印的现有工艺那样对整个基板200赋予反复的热循环，使暂且成形的图案形状在此后的工艺中也能够稳定保持。

而且，这种图案形成装置10可以利用不使用光学系统和光源的机械结构实现，所以与以往的步进曝光装置相比，可以利用极低的成本制造，能够实现装置的小型化。

这样，可以高效率、低成本地进行对基板200的图案转印。

在这种图案形成装置10中，作为成为加工对象的基板200，例如可以适用图7所示的晶片200A。在这种晶片200A上可以转印多个图案P。由此，可以实现晶片200A的大面积化，能够节约晶片200A在工作台21上的交换放置等搬运时间，可以降低一个成形品的生产成本。

并且，作为基板200，还可以使用其他如图8所示的以一定周期排列微小的点形状的光结晶200B、具有规定的布线图案的半导体电子电路基板，还可以适用具有图9所示的微小流道203的基板200C等。

另外，在使用上述的图案形成装置10进行依次在多个基板200上形成图案的所谓连续生产时，优选构成例如图10所示的图案形成系统70。

如该图10所示，图案形成系统70由以下部分构成：图案形成装置10；料箱载物台(料箱保持部)80，将用于输送供给该图案形成装置10的基板200的料箱81设定在规定位置；向图案形成装置10供给基板200的供给装置90。

料箱81用于收容规定数量的基板200，并在图案形成装置10和其前后的其他工序之间搬运基板200。在该料箱81中，在上下方向隔开间隔地码放保持多个基板200。

料箱载物台80把从前面工序输送来的一个以上的料箱81保持成使分别停止在规定位置的状态。

供给装置90从保持在料箱载物台80中的料箱81逐个取出基板200，再将其输送到图案形成装置10的工作台21上并设置。因此，供给装置90具有：把持基板200的基板卡持部91；被保持在料箱载物台80上的料箱81；使基板卡持部91在与图案形成装置10的工作台21之间移动的臂部92。料箱81在上下方向隔开间隔地码放保持多个基板200，臂部92使基板卡持部91可以在上下方向移动。并且，也可以用下述方式代替，即，在料箱载物台80侧设置使料箱81上下移动的机构，基板卡持部91经常以一定高度从料箱81取出基板200。

并且，在利用供给装置90把基板200设置在图案形成装置10的工作台21上时，用于以较高的位置精度设置基板200的定位机构(未图示)设在料箱81或图案形成装置10的任一方。因此，在基板200的外周部形成开槽210(或定位板)。

定位机构具有：使基板200旋转的旋转机构；检测旋转的基板200的外周缘部200g的位置和开槽210的位置的检测机构。如图11所示，利用旋转机构使基板200旋转一周，此时利用检测机构检测外周缘部200g的位置，由此可以检测基板200相对旋转机构的偏心量，据此可以检测沿着基板200的表面的X-Y方向的位置偏移。并且，通过检测旋转时的开槽210的位置，可以检测基板200的朝向。

并且，供给装置90根据由定位机构检测的基板200的位置和朝向，校正图案形成装置10的基板200的位置和朝向，并设置在工作台21上。

在这种图案形成系统70中，基板200在料箱81中被收容了规定数量，并且从前面工序输送过来。在料箱81到达料箱载物台80时，在料箱载物台80把料箱81保持在规定位置。

并且，供给装置90利用臂部92使基板卡持部91移动到应该从料箱81取出的基板200的位置。然后，在基板卡持部91借助真空吸附或机械动作卡持料箱81内的基板200，并使臂部92动作，由此从料箱81取出基板200。

所取出的基板200在由基板卡持部91卡持的状态下，通过使臂部92动作，移动到图案形成装置10的工作台21上的规定位置。然后，通过解除基板卡持部91的卡持，把基板200设置在工作台21上。

另外，在上述一系列动作的过程中，使用所述定位机构进行基板200的位置和朝向的校正。

把基板200设置在工作台21上后，按照上述工艺，利用图案形成装置10进行基板200上的图案形成。

在形成图案后，在供给装置90进行与上述相反的工序，取下工作台21上的基板200，并送回料箱81进行收容，或者利用其他输送单元输送到后面工序。

然后，利用供给装置90从料箱81取出下一应该形成图案的基板200，通过重复与上述相同的动作，进行把基板200供给图案形成装置10、图案形成以及基板200的取出。

这样，在图案形成装置10中，可以对多个基板200连续进行图案形成。

并且，在料箱载物台80上设置多个料箱81的情况下，在完成相对料箱81内的所有基板200的图案形成时，供给装置90把取出基板200的料箱81切换成位于料箱载物台80的其他料箱81。

这样，在进行针对从一个料箱81取出的基板200的图案形成的期间，可以从料箱载物台80中搬出已经完成对所收容的所有基板200的图案形成的料箱81、以及向料箱载物台80搬入从前面工序输送来的收容有未加工的基板200的料箱81，能够进行更高效的连续加工。

这样，利用可以在图案形成装置10对基板200进行连续加工的图案形成系统70，可以提高基板200的生产效率。并且，不需要作业者把基板200手动设置在图案形成装置10上，可以利用供给装置90自动进行该作业，所以能够防止混入异物等，减少不良品的产生，提高生产效率。并且，通过利用供给装置90把基板200机械地设置在工作台21上，与通过手工作业进行该设置时相比，可以大大提高基板200相对工作台21的位置精度，另外通过设置定位机构，可以实现更高精度的定位。

另外，在上述实施方式中，模具100只要能够形成细微图案，对其材质和制造方法没有特别限定。例如，作为模具100的材质，除普通的金属材料外，还可以使用陶瓷材料、碳材料、特别是玻璃状碳等。在利用这些材料形成模具100的情况下，可以通过激光加工形成细微图案，也可以利用向预先形成有细微图案的掩模图案的掩模模型中填充前述材料并使其固化等的其他方法来形成细微图案。

另一方面，基板200的表层部的成形材料与基板成为一体，例如在基板上形成薄薄的树脂基板和玻璃基板或成形材料，例如在硅基板和玻璃基板上形成的树脂膜等，对其组合没有特别限定。

并且，保持单元41的加热器42为陶瓷加热器，冷却单元43为使用制冷剂的冷却结构，但是只要能够快速加热冷却，则不限于这些，也可以使用激光或超声波加热，玻尔帖元件制冷等。

关于移动机构30和模具驱动机构50，不限于使用滚珠丝杠34、35、51的机构，也可以使用液压机构和气压机构。

并且，移动机构30的位置控制只要能够实现所期望的定位，可以是任意方式。

另外，构成图案形成系统70的料箱载物台80、供给装置90等，只要能够发挥上述所需要的功能，其具体结构和动作等可以适当变更，这些自然是属于设计内容。

除此以外，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以取舍选择上述实施方式中列举的构成要素，可以适当变更为其他构成要素。

根据本发明，将预先加热的模具按压在成为加工对象物的基板上，使模具的热量传递到基板的表层部，然后利用模具在基板的表层部形成图案。由此，可以不加热整个基板，而只加热热容量较小的模具即可形成图案，可以高效地进行基板的图案转印。并且，在这种装置中，不需要使用花费成本的光学系统等，所以能够实现低成本。

Claims (20)

1.一种图案形成装置，其特征在于，具有：

在成为加工对象物的大致平板状的基板上形成规定图案的模具；

加热所述模具的加热部；

保持所述基板的基板保持部；

把所述模具按压在由所述基板保持部保持的所述基板上的加压机构。

2.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，利用所述加压机构把由所述加热部加热的所述模具按压在所述基板上，由此把该基板加热到玻化温度附近或之上，利用所述模具在该基板上形成规定图案。

3.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，所述基板保持部具有温度保持部，把由该基板保持部保持的所述基板保持在所述玻化温度以下。

4.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，

所述加热部具有控制所述模具的温度的控制器，

所述控制器对所述模具进行如下控制，在所述模具和所述基板分离的状态下，使其温度低于所述基板的玻化温度，在所述模具被按压在所述基板上的状态下，使其达到所述基板的玻化温度附近或之上的温度。

5.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，还具有冷却所述模具的冷却部。

6.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，还具有加热由所述基板保持部保持的所述基板的基板加热部。

7.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，

所述加压机构把相对所述基板的所述模具的压入量切换成多个阶段，

在使所述基板相对于所述模具的压入量为第一压入量时，使由所述加热部加热的所述模具的热量传递给所述基板，

在使所述模具相对于所述基板的压入量为与所述第一压入量不同的第二压入量时，利用所述模具在所述基板上形成图案。

8.根据权利要求1所述的图案形成装置，其特征在于，所述模具仅在所述基板的表层部形成图案。

9.一种图案形成装置，其特征在于，具有：

在所述加工对象物上形成规定图案的模具；

保持所述加工对象物的对象物保持部；

把所述模具按压在由所述对象物保持部保持的所述加工对象物上的加压机构；

加热所述加工对象物和所述模具中热容量较小的一方的加热单元。

10.根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于，还具有移动机构，使该模具及/或所述加工对象物移动，以使所述模具与由所述对象物保持部保持的所述加工对象物的多个区域相对，

所述加热单元加热所述模具。

11.根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于，在所述加热单元中，根据利用所述加压机构把所述模具按压在所述加工对象物上的时间，使所述模具的温度在以所述加工对象物软化的温度为基准的区域变动。

12.根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于，

所述加压机构还具有控制从所述模具施加给所述加工对象物的荷重的荷重控制器，

所述荷重控制器从所述模具对所述加工对象物依次施加第一荷重、与该第一荷重不同的第二荷重。

13.根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于，所述加热单元使用陶瓷加热器。

14.根据权利要求9所述的图案形成装置，其特征在于，还具有保持所述模具并连接所述加压机构的模具保持部，

所述模具保持部与所述模具面接触，并且利用静电力保持该模具。

15.一种利用模具在基板上形成规定图案的图案形成方法，其特征在于，具有：

把所述模具加热到以所述基板的玻化温度为基准的规定温度的加热工序；

把所述模具按压在所述基板上并形成所述图案的图案形成工序。

16.根据权利要求15所述的图案形成方法，其特征在于，还具有：

在把所述模具按压在所述基板上后，把所述模具冷却到所述基板的玻化温度以下的规定温度的冷却工序；

把被冷却的所述模具从所述基板分离的脱模工序，

在所述基板的每个区域反复执行由所述加热工序、所述图案形成工序、所述冷却工序和所述脱膜工序构成的工序。

17.根据权利要求15所述的图案形成方法，其特征在于，在所述图案形成工序之前，还具有把所述模具的热量传递给所述基板的热传递工序。

18.一种图案形成系统，其特征在于，具有：

在成为加工对象物的大致平板状的基板上形成规定图案的图案形成装置；

相对所述图案形成装置进行所述基板的供给和取出的供给装置，

所述图案形成装置具有：

在所述基板上形成规定图案的模具；

加热所述基板和所述模具中热容量较小的一方的加热部；

保持所述基板的基板保持部；

把所述模具按压在由所述基板保持部保持的所述基板上的加压机构。

19.根据权利要求18所述的图案形成系统，其特征在于，还具有保持收容了多个所述基板的料箱的料箱保持部，

所述供给装置从由所述料箱保持部保持的所述料箱中逐个取出所述基板，供给所述图案形成装置。

20.根据权利要求19所述的图案形成系统，其特征在于，所述料箱保持部可以保持多个所述料箱。

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