JP2001198979A - パターン転写装置 - Google Patents
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Abstract
きる装置を安価に提供すると共に、インプリント法での
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とする。 【解決手段】 基板2を載置固定するプレート3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6を昇降可能に設置すると共に、プレ
ート3又は型部材6に加熱手段を設け、更にこの型部材
6には基板2への押し付け荷重の制御機構を設け、プレ
ート3上の基板2に型部材6を回転させながら押し付
け、型部材6又はプレート3のいずれかを平行移動させ
ることにより、パターン転写を行うことを特徴とする。
Description
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
るパターンの転写装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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、プレート又は型部材に加熱手段を設け、
更にこの型部材には基板への押し付け荷重の制御機構を
設け、プレート上の基板に型部材を回転させながら押し
付け、型部材又はプレートのいずれかを平行移動させる
ことにより、パターン転写を行うことを特徴とするパタ
ーン転写装置である。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。
の両方に加熱手段を設け、更に温度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。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。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。
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。
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。
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。
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6
50×850mm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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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2
0によって制御する。
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。
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。
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。
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。
置によれば、円筒形状の型形状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、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。型部材押し込
み部の前工程に基板予備加熱部を、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。
図である。
の一構成例を示した図である。
の平面図である。
み部の他の構成例を示した図である。
の他の構成例を示した図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 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、プレート又
は型部材に加熱手段を設け、更にこの型部材には基板へ
の押し付け荷重の制御機構を設け、プレート上の基板に
型部材を回転させながら押し付け、型部材又はプレート
のいずれかを平行移動させることにより、パターン転写
を行うことを特徴とするパターン転写装置。 - 【請求項2】 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、プレート又は型部材に加熱手段を
設け、更にこの型部材には基板への押し付け荷重の制御
機構を設け、プレート上の基板に型部材を回転させなが
ら押し付け、型部材又はプレートのいずれかを平行移動
させることにより、パターン転写を行うことを特徴とす
るパターン転写装置。 - 【請求項3】 プレート及び型部材の両方に加熱手段を
設けた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】 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、2又は3記載のパターン転写装
置。 - 【請求項5】 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、3又
は4記載のパターン転写装置。 - 【請求項6】 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、4又は5
記載のパターン転写装置。 - 【請求項7】 基板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
特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載のパタ
ーン転写装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000009090A JP3604985B2 (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | パターン転写装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000009090A JP3604985B2 (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | パターン転写装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001198979A true JP2001198979A (ja) | 2001-07-24 |
JP3604985B2 JP3604985B2 (ja) | 2004-12-22 |
Family
ID=18537282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000009090A Expired - Lifetime JP3604985B2 (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | パターン転写装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3604985B2 (ja) |
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