JP2004146601A

JP2004146601A - アクティブダブルジョイント式加圧機構

Info

Publication number: JP2004146601A
Application number: JP2002309965A
Authority: JP
Inventors: Masanori Komuro; 古室　昌徳; Hiroshi Hiroshima; 廣島　洋
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP3783054B2

Abstract

【課題】インプリント装置のように、所定のパターンを形成したパターン部材を基板に対して押圧する加圧機構では、パターン部材と基板が相対的に傾斜していても互いに平行にする機構を用いる必要があるが、加圧力が小さい状態でも確実に作動し、且つ基板に対して均一な力で押圧する加圧機構がなかった。
【解決手段】基板３にモールド５を押圧するに際して、モールドを固定する押圧部材４の両端部を各々回転自在な回動ヒンジ６、９を介して左右のレバー７、１０の第１端部８、１１に接続する。左右のレバーは各々回転ジョイント１２、２０により回転自在に支持され、その第２端部１３、２１には各々押圧機構１７との間に左右のアクチュエータ１４、２２を固定している。各第２端部１３には力センサー２５、２６を備え、各力センサの信号をアクチュエータ制御装置３０に入力し、各アクチュエータの伸縮をフィードバック制御する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のパターンを形成したパターン部材を基板に押圧して、基板上にパターンを形成するための加圧機構に関し、特に半導体リソグラフィ、ＣＤ等のディスク製造、バイオナノデバイスなどの微細構造素子を生産するに際し、パターン部材と基板の相対的な傾斜に的確に対応することができるようにしたアクティブダブルジョイント式加圧機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度メモリやシステムＬＳＩに代表される超ＬＳＩデバイスのダウンサイジングが進展し、より微細化を行うことができる技術が要求されており、そのため半導体製造プロセスの中でリソグラフィー（転写）技術の重要性が増大している。その中でインプリントリソグラフィーは所定の回路パターンを形成したモールドを、表面にレジストが塗布された試料基板に対して押しつけ、パターンを転写する技術であって、種々の方式が提案されており、例えば図５に示されるように行われる。
【０００３】
図５において、最初同図（ａ）に示すようにモールド材料３０の表面に、転写すべきパターンの鏡像に対応する反転パターンを電子ビームリソグラフィー等により形成することによって、表面に所定の凹凸形状３１を有するモールド３２を作成する。一方、同図（ｂ）に示すように、パターンを形成しようとするシリコン基板３３上にＰＭＭＡなどのレジスト材料を塗布し硬化させて、レジスト層３４を形成する。
【０００４】
次いでこのレジスト層３４備えたシリコン基板３３全体を約１５０度Ｃ程度に加熱し、レジスト層３４を若干軟化させる。この状態で図５（ｃ）に示すように、前記モールド３２の凹凸形状３１を前記レジスト層３４の所定位置に配置し、凹凸形状３１をレジスト層３４に対して押しつける。このときレジスト層３４は軟化しているので、レジスト層３４は凹凸形状３１の凹部に入り込み、レジスト層３４は凹凸形状３１とほぼ同一形状となる。この状態で全体の温度を９０度Ｃ程度に降下させることによりレジスト層３４を硬化させ、その後モールド３２を取り去る。このようにしてレジスト層３４には、所定形状の凹凸パターンが形成される。
【０００５】
なお、インプリントリソグラフィー方式においては、上記のようなものの他、例えばモールドを石英基板等の透明材料で作成し、転写される基板上には液体状の光硬化性樹脂を塗布し、その上にモールドの凹凸を押しつけ、凹凸内に液体状の光硬化性樹脂を流入させ、この状態で透明なモールドの裏側から紫外線等を照射して樹脂を硬化させ、その後モールドを取り去ることにより所定形状の凹凸パターンを形成する方式も提案されている。
【０００６】
上記のようなインプリントリソグラフィー方式のように、微細な所定のパターンを備えた型を各種部材の基板に押しつけることによりそのパターンを基板に転写する技術は、前記のようなＬＳＩデバイスの製造以外に、例えばＣＤ等のディスク製造に際しても利用され、また、バイオテクノロジーの研究分野において例えば遺伝子の機能検査のように、大量の試料を所定の配置で付着させたパターン部材を基板上に押しつけて試料を付着させる技術にも同様に適用される。
【０００７】
このような技術分野において、表面にパターンを形成したパターン部材を基板に押しつける際には、押しつけ面内の圧力分布を一様にする必要がある。面内の圧力分布を一様にするにはモールドと試料基板の平行度を高める必要があるが、両者が平行ではない場合はパターン部材側もしくは基板側で相互の傾斜が調整されなければならない。
【０００８】
上記のようなパターン部材を基板に対して押しつけるに際して、面内の圧力分布を一様にするには、例えばインプリントリソグラフィーの分野においては、図６に模式的に示すような球面座４１を用いることがある。即ち、図６においては球面座４１上に台座４２を略水平に支持し、その上にパターンを転写する前記図５（ｂ）に示すようなシリコン層とレジスト層からなる基板４３を固定し、その上から球面座４１の略中心に向けて前記図５（ａ）に示すようなパターンを形成したモールド４４を押しつける。その際、図示するようにモールド４４が傾斜している場合には、基板４３が最初モールド４４の一部に押圧されて傾斜し、最終的に図６（ｂ）に示すように基板４３がモールド４４と平行になり、基板４３に対してほぼ均一な力でモールドを押圧することができるようになる。
【０００９】
しかしながら、このような球面座をＬＳＩ基板製造のような大がかりな装置に適用する際には、球面座部分に基板の重量とモールドの押圧力全体が作用するため、この負荷を充分に支持しなければならず、その際には１０ＭＰａ以上の力が作用しなければこの球面座が動作しなくなる。そのためモールドを基板に押しつける際にこのような大きな力を作用させると各部材に大きな歪みを生じ、パターン転写精度の劣化が避けられない。
【００１０】
このような各部材によるパターン劣化を防止するためには、１０ＭＰａ以下の低圧力でインプリントを行う必要がある。それに対応するため、例えば図７に示すようなダブルジョイント方式の加圧機構が提案されている（非特許文献１）。この装置においては、モールド４５を固定した押圧部材４６の図中右側に回動自在な右第１ジョイントＲ１を介して右リンク４９を接続し、また図中左側を回動自在な左第１ジョイントＬ１を介して左リンク５０を接続しており、右リンク４９は右第２ジョイントＲ２を介して上下に移動可能に設けた押圧機構４８によって支持し、左リンク５０は左第２ジョイントＬ２を介して同様に押圧機構４８によって支持している。
【００１１】
このダブルジョイント方式の加圧機構においては、図７に示すように基板４７が傾斜しているとき、同図（ａ）に示すようにほぼ水平に支持されたモールド４５を押圧機構４８の移動により降下させると、モールド４５の一部が基板４７に当接するとき、その力により押圧部材４６が右第１ジョイントＲ１と左第１ジョイントＬ１の部分で、基板４７の傾きに合うように回動し、同図（ｂ）に示すようにモールド４５が基板４７の面と平行になって押圧されることとなる。このとき、右第１ジョイントＲ１と左第１ジョイントＬ１の移動に対応して右リンク４９が右第２ジョイントＲ２を中心に回転し、また左リンク５０が左第２リンクＬ２を中心に回転してその移動に追従する。
【００１２】
【非特許文献１】
Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２５（２００１）　１９２−１９９　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅｓ　ｆｏｒ　ｓｔｅｐ　ａｎｄ　ｆｌａｓｈ　ｉｍｐｒｉｎｔ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｂ．ＪＣｈｏｉ，　Ｓ．Ｖ．Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ，　Ｓ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，　Ｍ．Ｃｏｌｂｕｒｎ，　Ｃ．Ｇ．Ｗｉｌｓｏｎ
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような機構によって比較的低い押圧力でも基板の傾斜に対応してインプリントを行うことができるようになるが、この方式では単にモールド４５が基板の傾斜に対応するのみであり、図７（ｂ）に示すように傾斜に対応した状態でモールド４５を基板４７に押圧するとき、基板４５の傾斜の下側に対して、より強い力がかかり、全体として圧力勾配が発生する。そのため、インプリントされた基板上の樹脂の膜圧を不均一にしてしまう問題が発生する。
【００１４】
したがって本発明は、所定のパターンを備えたパターン部材を基板に押圧するに際して両者が相対的に傾斜している場合、上記のような従来の各種の押圧機構の問題点を解消し、比較的低い力でもその傾斜に対応して両者を平行の状態で押圧することができ、且つ基板の全体に対して均等な圧力で押圧することができるようにしたアクティブダブルジョイント式加圧機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によるアクティブダブルジョイント式加圧機構は、所定のパターンを備えたパターン部材を固定する押圧部材と、各々一端部において前記押圧部材の左右と回動自在に接続し、中間部を揺動自在に支持された左右レバーと、押圧部材の左右に加わる力を検出する力センサと、押圧部材の左右を独立に駆動可能な左右のアクチュエータとを備え、前記左右の各力センサに対応するアクチュエータに対して所定の信号を出力するアクチュエータ制御装置とを備えたものである。
【００１６】
また、本発明による他のアクティブダブルジョイント式加圧機構は、所定のパターンを備えたパターン部材を固定する押圧部材と、各々一端部において前記押圧部材の左右と回動自在に接続し、中間部を揺動自在に支持された左右のレバーと、前記左右のレバーの他端部と前記押圧部材を基板に対して押圧する押圧機構との間に設けた伸縮自在なアクチュエータと、押圧部材の左右に加わる力を検出する力センサと、前記左右の各力センサの信号を入力し、各力センサに対応するアクチュエータに対して所定の信号を出力するアクチュエータ制御装置とを備えたものである。
【００１７】
また、本発明による他のアクティブダブルジョイント式加圧機構は、前記アクティブダブルジョイント式加圧機構をインプリント、ディスクの製造、バイオデバイス、光機能デバイス、及び半導体デバイスに適用したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明によるアクティブダブルジョイント式加圧機構１を用いてインプリントを行う例を示しており、図示する例においては、このアクティダブルジョイント式加圧機構１がその機構の作動上必要とする部材を全て用いた機構例を示している。
【００１９】
図１に示す例においては、台座２上に固定した基板３に対して、押圧部材４の下面に固定したモールド５を押圧してインプリントを行う。この押圧部材４の図中右側上部には、右回動ヒンジ６を介して右レバー７の第１端部８と回動自在に接続している。同様に押圧部材４の左上部には、左回動ヒンジ９を介して左レバー１０の第１端部１１と回動自在に接続している。
【００２０】
右レバー７は回転ジョイント１２を中心に回動自在に支持されており、その第２端部１３には、伸縮自在に設けた右アクチュエータ１４の第１端部１５を回動自在に固定し、右アクチュエータ１４の第２端部１６は上下に移動自在に設けた押圧機構１７に対して回動自在に固定している。同様に左レバー１０は回転ジョイント２０を中心に回動自在に支持されており、その第２端部２１には、伸縮自在に設けた右アクチュエータ２２の第１端部２３を回動自在に固定し、右アクチュエータ２２の第２端部２４は上下に移動自在に設けた、前記押圧機構１７と一体的な押圧機構１７に対して回動自在に固定している。
【００２１】
図１に示す例においては、右レバー７の第２端部１３における右アクチュエータ１４との接続部分に右圧力センサー２５を設けており、この第２端部１３に作用する力を検出可能としている。同様に、左レバー１０の第２端部２１における左アクチュエータ２２との接続部分に左圧力センサー２６を設けており、この第２端部２１に作用する力を検出可能としている。
【００２２】
このアクティブダブルジョイント機構１を作動するため、アクチュエータ制御装置３０を備えており、前記右圧力センサ２５の圧力信号を入力し、その圧力に応じた制御信号を右アクチュエータ１４に出力する右側アクチュエータ制御部３１と、前記左圧力センサ２６の圧力信号を入力し、その圧力に応じた制御信号を左アクチュエータ２２に出力する左側アクチュエータ制御部３２とによりこの機構全体の制御を行っている。
【００２３】
上記のようなアクティブダブルジョイント機構１により、例えば図２に模式的に示すように、基板３が傾斜して支持されているとき、この基板３に対して同図（ａ）に示すように押圧部材４が力Ｆｍで押圧しようとするとき、基板３の傾斜によってモールド５の一端部が先に当接し、その当接点に偏った力が作用すると、押圧部材４はその当接点を中心に回転モーメントが作用し、右回動ヒンジ６部分には図中の矢印のように、また左回動ヒンジ９部分には図中矢印のように力が作用する。
【００２４】
右レバー７はこの力により回転ジョイント１２を中心に時計回り方向、即ち右回りの回転力を発生し、その第２端部１３に対して図中矢印で示す力を生じる。この力は右力センサー２５で検出して図１に示すアクチュエータ制御装置３０の右アクチュエータ制御部３１に入力し、この力が一定になるように右アクチュエータ１４が縮む作動信号をフィードバック出力する。
【００２５】
同様に、左レバー１０は前記の力により回転ジョイント２０を中心に時計回り方向、即ち右回りの回転力を発生し、その第２端部２１に対して図中矢印で示す力を生じる。この力は左力センサー２６で検出してアクチュエータ制御装置３０の左アクチュエータ制御部３２に入力し、この力が一定になるように左アクチュエータ２２が伸びる作動信号をフィードバック出力する。このように、左右のレバーの第２端部に作用する力に応じて左右のアクチュエータが伸縮することとなる。
【００２６】
上記作動の結果、最終的に図２（ｂ）に示すように、モールド５はＯ点を中心に左回転し、基板３に対して平行に、且つその全面において均一な力で基板３を押圧することができる。なお、上記実施例においては、右力センサー２５及び左力センサー２６を右レバー７及び左レバー１０における各アクチュエータの接続部に設けた例を示したが、押圧部材４の左右に作用する力を各々独立に検出することができる部分であるならば、任意の位置に配置することができる。また、押圧部材４の各端部と左右のレバーとの接続部は回転自在であれば種々の接続手段を適用することができ、各レバーの中間部は揺動自在に支持するものであれば種々の支持手段を採用することができる。
【００２７】
上記の例においては、その説明をわかりやすくするため基板が大きく傾いている状態で示したため、その傾きに追従するため左右のアクチュエータを両端部で回動自在に支持する必要があるが、インプリントを行う場合のようにナノメータオーダーの作業を行うときには、その基板の傾きは通常わずかであり、その傾きはプリント機能には大きな影響があっても、機構全体としては各部材の移動量は極めてわずかである。したがって左右のアクチュエータの両端部での回動量は機構上無視できる程度の、極めて微小な量となる。
【００２８】
したがって、その際には例えば図３に示すように、右アクチュエータ１４の第１端部１５を右レバー７の第２端部１３に直接固定し、また第２端部１６を押圧機構１７に直接固定し、同様に左アクチュエータ２２の第１端部２３を左レバー１０の第２端部２１に直接固定し、また第２端部２４を押圧機構１７に直接固定しても、その固定部の弾性により前記のような各アクチュエータの微小回動が生じ、図１に示すものと同様の作動を行うことができる。
【００２９】
本発明は前記のようなＬＳＩデバイスの製造におけるインプリント以外に、例えばＣＤ等のディスク製造に際しても利用され、また、バイオテクノロジーの研究分野において例えば遺伝子の機能検査のように、大量の試料を所定の配置で付着させたパターン部材を基板上に押しつけて試料を付着させる技術にも同様に有効に適用される。更に、光機能デバイス、その他種々の半導体デバイスに対しても有効に適用される。
【００３０】
このように本発明を種々の分野に適用するに際しては、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す方式によって実施することができる。即ち図４（ａ）に示す方式は半導体デバイスへ適用するＸ−Ｙステージ方式であり、シリコン或いは化合物半導体基板をＸ−Ｙステージ上に固定し、アクティブダブルジョイント方式加圧機構に固定されたモールド上のパターンをステップアンドリピートにより、基板全面の任意の位置に高精度で転写可能となる。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示す方式は、ディスク、バイオデバイス、光機能デバイスに適用する１押圧方式であり、ここでは、バイオデバイス、光機能デバイスへの適用に際しては基板と同程度の大きさのモールドを使用し、ディスクへの適用に際しては樹脂の形状を決めるための円盤状の鋳型と同程度の大きさのモールドを使用することで実施可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、所定のパターンを備えたパターン部材を基板に押圧するに際して、両者が相対的に傾斜している場合に、比較的低い力でもその傾斜に対応して両者を平行の状態で押圧することができ、且つ基板の全体に対して均等な圧力で押圧することが可能となる。また、この機構を利用することにより、インプリント、ディスクの製造、バイオデバイス、光機能デバイス、或いは各種半導体デバイス等、広範な分野に同様の効果をもって利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の模式図である。
【図２】同実施例の作動を示す模式図である。
【図３】本発明の構成を簡略した模式図である。
【図４】本発明を各種の態様で実施する方式を示し、（ａ）は半導体デバイスへ適用するＸ−Ｙステージ方式、（ｂ）はディスクの製造や、バイオデバイス、光機能デバイス等に適用する１押圧方式を示す。
【図５】インプリントの作動を順に示した説明図である。
【図６】従来の球面座を用いたインプリント装置とその作動を示す模式図である。
【図７】従来のダブルジョント機構とその作動を示す模式図である。
【符号の説明】
１　アクティブダブルジョイント式加圧機構
２　台座
３　基板
４　押圧部材
５　モールド
６　右回動ヒンジ
７　右レバー
８　第１端部
９　左回動ヒンジ
１０　左レバー
１１　第１端部
１２　回転ジョイント
１３　第２端部
１４　右アクチュエータ
１５　第１端部
１６　第２端部
１７　押圧機構
２０　回転ジョイント
２１　第２端部
２２　右アクチュエータ
２３　第１端部
２４　第２端部
２５　右圧力センサー
２６　左圧力センサー
３０　アクチュエータ制御装置
３１　右側アクチュエータ制御部
３２　左側アクチュエータ制御部

Claims

所定のパターンを備えたパターン部材を固定する押圧部材と、
各々一端部において前記押圧部材の左右と回動自在に接続し、中間部を揺動自在に支持された左右レバーと、
押圧部材の左右に加わる力を検出する力センサと、
押圧部材の左右を独立に駆動可能な左右のアクチュエータとを備え、
前記左右の各力センサに対応するアクチュエータに対して所定の信号を出力するアクチュエータ制御装置とを備えたことを特徴とするアクティブダブルジョイント式加圧機構。
所定のパターンを備えたパターン部材を固定する押圧部材と、
各々一端部において前記押圧部材の左右と回動自在に接続し、中間部を揺動自在に支持された左右のレバーと、
前記左右のレバーの他端部と前記押圧部材を基板に対して押圧する押圧機構との間に設けた伸縮自在なアクチュエータと、
押圧部材の左右に加わる力を検出する力センサと、
前記左右の各力センサの信号を入力し、各力センサに対応するアクチュエータに対して所定の信号を出力するアクチュエータ制御装置とを備えたことを特徴とするアクティブダブルジョイント式加圧機構。
前記アクティブダブルジョイント式加圧機構をインプリントに適用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブダブルジョイント式加圧機構。
前記アクティブダブルジョイント式加圧機構をディスクの製造に適用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブダブルジョイント式加圧機構。
前記アクティブダブルジョイント式加圧機構をバイオデバイスに適用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブダブルジョイント式加圧機構。
前記アクティブダブルジョイント式加圧機構を光機能デバイスに適用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブダブルジョイント式加圧機構。
前記アクティブダブルジョイント式加圧機構を半導体デバイスに適用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブダブルジョイント式加圧機構。