JP2005153091A - 転写方法及び転写装置 - Google Patents

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Kosuke Kuwabara
Akihiro Miyauchi
Masahiko Ogino
Kazuo Takahashi
拓司 安藤
昭浩 宮内
孝介 桑原
雅彦 荻野
一雄 高橋
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Hitachi Industries Co Ltd
Hitachi Ltd
株式会社 日立インダストリイズ
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Abstract

【課題】 転写装置において、より高速で高精度な転写を行うことを目的とする。
【解決手段】 基板上に微細構造を形成するために、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写装置において、スタンパと基板を加圧する工程と基板からスタンパを剥離する工程が独立したユニットから構成され、加圧工程から剥離工程に移動する際、スタンパと基板が密着した状態で移動され、好ましくは、少なくとも2組のスタンパと基板が同時または時間的に重なるように異なる工程で処理される転写装置。
【選択図】 図1

Description

本発明は、表面にナノメートル又はマイクロメートル単位の微細な凹凸が形成されたスタンパを用い、基板上に微細構造体を形成する転写方法及びそれを実施するための転写装置に関する。

近年、半導体集積回路は微細化,集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工方法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化,高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるようになった。

電子線を用いたパターン形成は、i線、エキシマレーザ等の光源を用いたパターン形成における一括露光方法とは異なり、マスクパターンを描画していく方法をとる。従って、描画するパターンが多ければ多いほど露光(描画)時間がかかり、パターン形成に時間がかかることが欠点とされている。そのため、256メガ、1ギガ、4ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、その分パターン形成時間も飛躍的に長くなることになり、スループットが著しく劣ることが懸念される。そこで、電子ビーム描画装置の高速化のために、各種形状のマスクを組み合わせ、それらに一括して電子ビームを照射して複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射法の開発が進められている。この結果、パターンの微細化が進められる一方で、電子線描画装置を大型化せざるを得ないほか、マスク位置をより高精度に制御する機構が必要になるなど、装置コストが高くなるという欠点があった。

これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うための技術が下記特許文献1及び2、非特許文献1などにおいて開示されている。これは、基板上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するスタンパを、被転写基板表面に形成されたレジスト膜層に対して型押しすることで所定のパターンを転写するものである。特に特許文献2記載や非特許文献1のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハをスタンパとして用い、25ナノメートル以下の微細構造を転写により形成可能であるとしている。

また、加圧のためのプレス機械に関し、特許文献3などにネジ加圧装置と油圧加圧装置を併用して、ステージ位置決め精度と加圧力を両立させる技術が開示されている。更に特許文献4には、スタンパと基板との高度な平行関係を維持する技術が開示されている。

従来の微細構造物の転写装置においては、真空チャンバ内のヘッド側ヒートブロックに直接パターンが形成されたスタンパを固定し、例えば6inchφシリコンウエハ上に厚さ500nmのポリスチレン樹脂膜を形成した基板をステージ側ヒートブロック上に真空吸着する。次いで、スタンパと基板の位置合わせをする。次に、油圧プレスシリンダ内の圧力を上昇させ油圧プレスロットを上昇させることでスタンパと基板を密着させ、真空脱気した後、ステージ側ヒートブロック、ヘッド側ヒートブロックに通電して加圧を行う。引き続き剥離装置により基板とヒートブロック等に固定されているため、加圧後の工程、例えば冷却、引き剥がし、スタンパの検査、清掃などが全て規制され、スループットが極めて悪いという問題があった。

米国特許5,259,926号公報

米国特許5,772,905号公報 特開2000−254,799号公報 特表2003−527,248号公報 S.Y.Chou et al,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)

本発明は、微細パターンが形成可能とされるインプリント技術によって、より高速かつ高精度に転写する技術を提供するものである。また、本発明は、バイオデバイスや半導体デバイス、ストレージメディアなどの製造工程において、微細な形状の構造体を形成するためのパターン転写技術であるインプリント法において、転写をより高速かつ高精度に行うことを目的とする。

本発明者は、基板とスタンパとの加圧、剥離が同一ユニット内で行われていることが転写を高速に行うことのできない理由と考えた。即ち、本発明は、基板上に微細構造を形成するために、表面に微細凹凸構造が形成されたスタンパを、必要に応じ軟質性を保持し得る基板の表面上に接触、加圧し、該スタンパの微細凹凸構造を該基板表面に転写する工程、該スタンパと基板表面を剥離する工程等を、独立したユニットで実行できるようにし、それぞれの工程を他の処理に制約されないで実行できるようにしたものである。また転写工程から剥離工程に移動する際、上記スタンパと基板が一体として移動可能とすることにより、剥離工程における準備作業を不要とし、又は著しく簡略化し、スループットを著しく向上したものである。これにより、2組以上のスタンパと基板を異なるユニットでほぼ同時に処理できるようにすることにより、転写処理のスループットを著しく向上することができる。

本発明は、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、必要に応じ軟質性を保持し得る材料からなる表面を有する基板に接触・加圧して該表面に上記微細凹凸構造を転写する工程、及び該表面から該スタンパを剥離する工程を含み、上記スタンパと上記基板を一体として上記工程間を移動する微細構造転写方法を提供する。上記材料が基板面に保持されている。上記材料が光硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂、ガラス又は金属であることができる。

本発明は、前記転写工程に先立って、前記基板上に形成された熱可塑性樹脂又はガラスや金属などの材料のガラス転移温度又は軟化点以上に加熱して、前記材料の軟質性を保持する微細構造転写方法を提供する。

前記スタンパの少なくとも一部は光透過性を有し、前記基板上に形成された光硬化性樹脂組成物に前記スタンパを加圧後、光を前記スタンパの光透過部を介して照射し前記樹脂組成物を硬化させ、未硬化部分を除去して現像する微細構造転写方法を提供する。

本発明は又、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、必要に応じて軟質性を保持し得る材料を備えた基板表面に接触・保持する手段、上記スタンパと基板の接触面に圧力を与える加圧手段、該スタンパを基板表面から剥離する手段を備え、上記スタンパと基板とを上記加圧手段から剥離手段に移動する際、上記スタンパと基板を一体として移動することを特徴とする転写装置を提供する。

本発明は更に、基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニット、および金型、転写後の基板の検査ユニット及び各ユニット間のスタンパおよび基板を搬送するための搬送ユニットを有する転写装置を提供する。転写装置を構成する2つ以上特に全ての上記ユニットが搬送装置の周辺に配置されている野が好ましい。前記保管ユニットはパターンの異なるスタンパが複数個保管されている転写装置を提供することができる。

前記加圧ユニットは加熱機構を有しても良い。前記加圧ユニットは光照射機構を有することができる。前記スタンパは金属または無機材料からできていることができる。本発明は又、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写ユニット、基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、及び基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニットを有し、2組以上のスタンパと基板が異なるユニットで処理されるように制御する制御装置を有する転写装置を提供する。

本発明は、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写機構、スタンパまたは基板を搭載するステージ部をスライドさせるための昇降機構、基板とスタンパに加重を加える加圧機構を有し、上記昇降機構を駆動するモータ、及び上記加圧機構を駆動するエアシリンダを有することを特徴とする転写装置を提供する。前記昇降機構はスクリューネジ軸とこれと螺合するステージ部に取り付けられたナットから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせることができる。前記昇降機構は2本以上のスクリューネジ軸と、これと螺合するステージ部に取り付けられたナットとから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせることができる。前記加圧機構は、所定の圧力まで少なくとも2段階のステップにより加圧することができる。

前記転写装置は、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニットに加え、基板とスタンパ間の相対位置を合わせるための位置合わせユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入、搬出を行う搬入搬出ユニットおよび、金型、転写後の基板の検査ユニットから構成されていることが好ましい。このような構成にすることで、各ユニットにおいて、複数対のスタンパと基板を同時に処理することが可能となり、転写効率が向上し転写を高速に行うことが可能になる。

また、金型、転写後の基板の検査ユニットがそれぞれの検査データを共有することが好ましい。このようにすることとで金型上の不良箇所を転写後の基板上の不良箇所として処理し、あるいは基板上の不良箇所より金型上の目詰まり、破損等の不良箇所として認識できるため転写形状管理の精度が向上する。また、これら各ユニットは搬送装置を中心に配置されていることが効率的に基板を加工する上で好ましい。更に、前記保管ユニットには、複数のスタンパが保管され、転写されるパターンにより適宜選択され使用される。また、上記加圧ユニットは、加熱機構を有することにより加圧の際、基板を加熱し基板表面の材料を軟化させることでスタンパの凹凸形状を基板に転写することができる。

更に、前記加圧ユニットは前記スタンパが石英などの光透過性の材質でできている場合、光照射機構を有する。基板表面に液状の光硬化性の樹脂を塗布した後、光透過性スタンパを基板に加圧し、光照射することで基板表面の樹脂を硬化させスタンパのパターン形状を転写することができる。

また、本発明者は、本発明に用いるスタンパの作製方法に関し、マスク作製に要する時間短縮を妨げている理由を、パターン形状の設計とマスクを作製するための工程の連携不備によるものと考えた。パターン形状設計にコンピュータを使用する工程と、原盤を作製する工程と原盤を保持する治具を取り付ける工程を含み、パターンの形状寸法、作製する数量に応じて自動的にスタンパを作製するためのプロセスを選択することを、課題の解決方法とした。ここで加工の方法はパターンがおおむね100nm以下の寸法のみの場合はレジストパターンの形成に電子線描画法を用いることが好ましい。また、100nm以上パターンのみの場合はフォトリソグラフィを用いることが生産性を向上させる上でも好ましい。さらに100nm以下のパターンからそれ以上のパターンが混在している場合は電子線描画法とフォトリソグラフィ法を組み合わせた方法でパターンを形成することが好ましい。また、同じ形状のスタンパを複数枚作成する場合はめっき法によりレジストパターンを形成した基板やレジストパターン形成後ドライエッチングにより作製した原盤より複製を作製することでスタンパの生産効率を向上させることができ好ましい。

また、本発明者は、基板とスタンパを加圧するためのプレス機械に関し、加圧する推進力を得るために油圧機構を使用することが転写を高精度に行うことを妨げている理由と考えた。即ち、基板上に微細構造を形成するために、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写装置において、前記転写装置はスタンパまたは基板を固定するためのステージ部をスライドさせるための昇降機構と基板とスタンパに加重を加える加圧機構から構成され、昇降機構はモータを動力源とし、加圧機構はエアシリンダを動力源としていることを特徴とする。加圧機構にエアシリンダを使用することにより、油圧機構のように加圧時にロット部分からの油が漏れ、大気中に飛散して基板やスタンパ表面を汚染することが回避される。その結果、転写の際にパターンの欠陥や不良が改善され高精度の転写が可能になる。

ここで、前記昇降機構はスクリューネジ軸とこれと螺合するナットから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせる。これにより加圧前にステージ位置を基板とスタンパが加圧される位置に高精度に合わせることが可能になり、加圧の際のスタンパ位置ずれが改善される。

更に前記昇降機構は少なくとも2本以上のスクリューネジ軸とこれと螺合するナットから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせることを特徴とする。これによりステージがより高精度に平行を保ったままスライドさせることが可能になる。

更に、前記加圧機構は、所定の圧力まで少なくとも2段階以上のステップにより加圧することを特徴とする。これにより基板とスタンパに発生する急激な圧力変化が抑制され基板やスタンパの破損が防止される。更に、2組以上のスタンパと基板が同時に異なる工程で処理されるため、基板の処理速度が向上する。更に、加圧ユニットとして、ステージ部をスライドさせるための昇降機構と基板とスタンパに加重を加える加圧機構から構成され、昇降機構はモータを動力源とし、加圧機構はエアシリンダを動力源とする。これにより、油圧機構のように加圧時にロット部分からの油が漏れによる基板やスタンパ表面を汚染することが改善される。その結果、転写の際にパターンの欠陥が改善され高精度の転写が可能になる。

本発明によれば、基板上に微細構造を形成するために、スタンパと基板を加圧する工程と基板からスタンパを剥離する工程が独立したユニットから構成され、又、加圧工程から剥離工程に移動する際、スタンパと基板を一体の状態で移動すれば、それぞれのユニットにおける処理を独立して実行できるので、処理効率が良い。

先ず、図14〜15を参照しながら、ナノプリント方法について説明する。シリコン基板等の表面に微小な凹凸パターン106を有するスタンパ100を作製する。これとは別の基板102上に樹脂膜、金、銀、銅、白金などの軟金属等の可塑性を有する材料又は必要に応じ可塑性を与えることができる材料(例えばガラス、金属など)104を設ける(図14(a)。図示しない加熱・加圧機構を有するプレス装置を用い、該可塑性材料の軟化点又はガラス転移温度(Tg)以上の温度で、所定の圧力でスタンパ100を可塑性材料104上にプレスする(図14(b)。これによって、可塑性材料がスタンパの微細凹部内に入り込んで、凸部108が転写される。可塑性材料を冷却又は硬化させた後、スタンパ100と基板の可塑性材料を剥離して、スタンパの微細なパターンを基板上の樹脂膜に転写する(図14(c)。図14(c)において、凹部に入り込んだ樹脂がスタンパと樹脂膜の剥離工程において、引き伸ばされてスタンパの凹凸のアスペクト比よりも大きなアスペクト比の微小突起群が形成されることがある。

また、加熱硬化する工程の代わりに、光硬化性の樹脂を用い、加圧成型後に、樹脂に光を照射し、樹脂を硬化させても良い。この際、ガラス等の光透過性のスタンパを用いることで、プレス後に、該光透過性のスタンパの上方より光を照射して、樹脂を光硬化させ、現像してスタンパの凹凸パターンを転写することができる。

この様にして形成されたナノピラー(微細突起群)の形状は、用いる可塑性材料、スタンパの凹凸の形状、加圧力、加圧時の温度、時間、可塑性材料とスタンパの切り離し速度等によって、影響を受ける。従って、どのような形状の微細構造物が必要かは、その用途によって変わりうる。図15に、いくつかの微細突起群又は微小構造物の斜視図を示した。図15(a)は可塑性材料として熱可塑性樹脂を用いたときに得られる典型的な形状で、スタンパに形成した凹凸のアスペクト比(凹凸の直径Dと高さHの比、H/D)に対し、スタンパの引き離しの際にスタンパの内部に入り込んだ樹脂は引き伸ばされて、図15(a)のように、微細構造物のアスペクト比(2h/(d+d))はスタンパに形成した凹凸のアスペクト比よりも大きくなる。勿論、樹脂を用いても必要に応じ、図15(b)または(c)に示すように、種々の条件の選択によって、スタンパの凹凸と同程度のアスペクト比(h/d)又は(2h/(l+l))の微細構造物にすることができる。

以上説明したように、インプリント法において、最も重要な要件の1つはスタンパの設計である。用いる可塑性材料、凹凸の寸法特に深さ、インプリント条件などにより、スタンパの適切な設計を行わなければならない。

ナノプリント方法によれば、(1)集積化された極微細パターンを効率良く転写できる、(2)装置コストが安い、(3)複雑な形状に対応できピラー形成なども可能である、等の特徴がある。上記のようなインプリント法の特徴を最大限にいかすためにも、スタンパの設計手法を検討する必要がある。

ナノプリント法の応用分野については、下記のようなものがある。
イ)各種バイオデバイス
ロ)DNAチップ等の免疫系分析装置、使い捨てのDNAチップ等
ハ)半導体多層配線
ニ)プリント基板やRF MEMS
ホ)光または磁気ストレージ
ホ)導波路、回折格子、マイクロレンズ、偏光素子等の光デバイス、フォトニック結晶
ヘ)カラーシート
ト)LCDディスプレイ
チ)FEDディスプレイ
本発明において、ナノプリントとは、転写されるスタンパの凹凸の断面積の大きさが数100μmから数nm程度、特にサブミクロン(1μmより小)の範囲の凹凸の転写を言う。また、本発明において、スタンパは、転写されるべき微細なパターンを有するものであり、スタンパに該パターンを形成する方法は特に制限されない。例えば、フォトリソグラフィや電子線描画法等、所望する加工精度に応じて、選択される。スタンパの材料としては、シリコンウエハ、各種金属材料、ガラス、石英、セラミック、プラスチック等、強度と要求される精度の加工性を有するものであれば良い。具体的には、Si、SiC、SiN、多結晶Si、ガラス、Ni、Cr、Cu、及びこれらを1種以上含むものが好ましく例示される。また、これらスタンパ表面には樹脂との接着を防止するための離型処理が施されていることがより好ましい。表面処理剤としてはシリコーン系の離型剤の他、フッ素系のカップリング剤が好ましい。

本発明において、基板となる材料は特に限定されないが、所定の強度を有するものであれば良い。具体的には、シリコン、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック、等が例示される。

本発明において、スタンパの微細凹凸を転写させる基板の材料又は基板に保持される材料は、常温常圧で又は加熱状態でスタンパの凹凸に追従して変形可能な軟質性のものである。基板自体がそのような材料でも良いし、基板の表面にそのような材料を保持させても良い。この材料は常温常圧において、又は転写工程において必要に応じて、加熱などにより軟質性が付与される。その材料としては、各種合成樹脂例えば熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、スタンパの材質よりも軟化点の低いガラスなどがある。これらの材料そのもので基板を作るか、別の基板例えば金、銀、銅、白金、アルミニウムなどの軟金属、ガラス、セラミックスなどの表面又は一部に上記材料を接着、圧着又嵌合等の方法により、基板に固定・保持する。基板に保持した材料を、転写後取り外すこともできる。

微細な構造が転写される熱可塑性樹脂は特に限定されないが、所望する加工精度に応じて、選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを2種以上ブレンドした材料を用いることが可能である。これら樹脂膜の厚さは数nmから数十μmであるが、これより厚くとも問題はない。

本発明において、スタンパと基板を加圧する工程では基板とスタンパを加圧する際に加熱するが、その方法としては電熱線やインダクティブヒータ、赤外線ヒータを用いることができる。その際、加熱温度は転写される樹脂のTg以上であることが好ましい。光硬化性樹脂と透明スタンパを用いた場合は超高圧水銀灯やキセノンランプ等の光照射装置により光を照射し樹脂を硬化させる。更に、このスタンパと基板を加圧する工程は真空中で行うと、転写時のボイド発生を抑制する上で、より好ましい。

本発明において、スタンパと基板を剥離する工程では、スタンパおよび基板の固定に真空吸着を用いることも可能である。更に、スタンパと基板の密着した界面に先端の鋭利な楔状の治具を挿入してスタンパと基板を剥離する。また、スタンパと基板を所定の角度を保持した状態で一方向より引張ることで、スタンパと基板の剥離を容易にすることができる。この際、基板とスタンパの剥離界面にエアや窒素等を吹き付ける機構がある場合もある。このほか、剥離ユニットには剥離の際の基板およびスタンパの温度コントロールを可能にするためのヒータや冷却装置および剥離速度コントロール機構がついていることが剥離制御する上で、より好ましい。

本発明において、昇降機構に使用されるモータはステップモータのように回転数、回転速度等が制御できるモータがステージの正確な位置制御を実現する上でより好ましい。

本発明において、加圧機構に用いられるエアシリンダはパスカルの原理により駆動し、元圧を制御することにより最終的な推力を制御するものである。

本発明において、各ユニット間のスタンパおよび基板の移動は、先端に基板およびスタンパを保持し、それらを3次元的に移動することが可能な機構を有することが好ましい。

本発明において、位置合わせユニットはレンズ等とCCDを組み合わせた顕微鏡により基板表面とスタンパ表面に形成された位置合わせマークを観察し、基板とスタンパの相対位置を合わせた後、接触させる。この際、位置合わせマーク等の認識にレーザを使用することもできる。

本発明において、洗浄ユニットはスタンパ表面に付着した樹脂や異物を除去するためのユニットであり、具体的には有機溶剤等が満たされた槽にスタンパを浸漬し、超音波等を印加して洗浄の後、リンス、乾燥機構がついているものが好ましい。または、酸素プラズマ中にスタンパを曝し樹脂や異物を除去することもできる。

本発明において、保管ユニットは複数のスタンパを効率よく保管するために、スタックされた状態で保管されていることが好ましい。また、スタンパの出し入れはロボットアーム等で自動的に行われる。更に出し入れや保管中にスタンパ表面に異物が付着するのを防止するためにスタンパ表面は重力方向に向けて保管しておくことが好ましい。また、この保管ユニットには複数の同一パターンのスタンパが複数組保管されている。これにより、複数のスタンパが同時に複数の工程で利用することが可能となる。

本発明において、金型および転写された基板の検査ユニットは、電子、電磁波、レーザ、赤外線、蛍光、可視光等を用いた検出機器や顕微鏡等を用いて不良箇所の検出を行う。これら検査ユニットはそれぞれで取得した検査データを共有することにより、あらかじめ不良のでる箇所や転写の際、金型に生じた破損や汚染を感知することにより、スタンパの廃棄や洗浄処理を警告できるとともに、品質管理の精度を向上させる上で好ましい。

本発明において、各ユニットの配置は搬送装置を中心に配置されていることが転写工程のスタンプおよび基板移動時間の短縮および装置スペースの節約上好ましい。しかし、これに限定されるものではない。設置する環境により直線状やL字型、コの字型などでもその状況により適宜変える場合もある。

以下、本発明の実施例を説明する。

(実施例1)
図1は、本発明による転写装置の各ユニットの配置の模式平面図を示す。本実施例の転写装置を用い、以下の微細パターンの転写実験を行った。

本転写装置は、搬送ユニット1を中心に基板搬入取し出しユニット3、スタンパ保管ユニット4、位置合わせユニット5、加圧ユニット6、剥離ユニット7、スタンパ洗浄ユニット8が配置されている。また、各ユニットは接続ケーブル91によりコントロールユニット9に接続されている。基板搬入取り出しユニット3には6inchφのシリコンウエハ上に厚さ500nmのポリスチレン樹脂膜が形成された基板(図示せず)が複数枚セットされている。この基板は、搬送ユニットの3軸ロボットアーム2で各工程順に各ユニットに移動される。

以下、本発明の転写装置による転写方法について説明する。図2は基板搬出取出しユニット3の主要部の側断面模式図を示す。未処理基板12が複数枚セットされた基板用ラック10と既に基板表面上に微細パターンが転写された加工済み基板13が格納された加工品搬出用ラック11が配置されている。これらラックはこのユニットから取り外すことが可能で、ラック単位での基板の搬入、加工品の搬出を行う。ラック内の基板および加工品の数は常時コントロールユニット9により管理され適宜補充および搬出される。

図3はスタンパ保管ユニット4の主要部の断面模式図を示す。スタンパ用ラック14にはパターンの異なる第1スタンパ15と第2スタンパ16がそれぞれ複数枚パターン形成面を下向きにして保管されている。スタンパ表面の微細凹凸パターンは6inchのシリコンウエハ上に熱酸化膜を500nm形成し、EB描画法を利用してレジストパターンを形成したのちドライエッチング法により作成した。パターン寸法は深さ500nm、最小L/S:100nm/100nm、最小ビア径100nmで、加工エリアはスタンパ表面の5inchφ内に形成した。上記の方法で加工した6inchウエハに搬送用のガイドリングを取り付けてスタンパとした。スタンパ保管ユニット内のスタンパの種類、枚数等は常時コントロールユニットにてモニター管理されている。また、スタンパ用ラック14がとりはずし可能であるため、スタンパの入れ替え時にはラック毎交換する。

図4は位置合わせユニット5の主要部の側断面模式図を示す。図1における搬送ユニット1のロボットアーム2により基板搬入取出しユニット3から6inchシリコンウエハ上に500nmのポリスチレン膜が形成された基板21がステージ22上にセットされる。その際、突上げピン24が上昇し基板21を支持し、ロボットアームが退却した後、突上げピンが下降し、ステージ上に真空吸着される。次にスタンパ保管ユニット4よりスタンパが搬送されスタンパホルダ17に真空吸着によりセットされる。

次に、CCDカメラ固定用アーム20の先端に取り付けられた250倍と3300倍の倍率切り替え可能な顕微鏡付CCDカメラ19によりスタンパ18と基板21上の位置合わせマークを認識する。そして、XYZΘ移動機構23によりステージ22を移動させてスタンパ18と基板21の位置合せを行う。XYZΘ移動機構23は粗動用ステッピングモータと微調整用の6軸ピエゾ素子から構成されている。

位置合わせが完了した時点でステージ22を上昇させスタンパ18と基板21を密着させた後、スタンパホルダ17からスタンパ18を開放する。そして、突上げピン24を上昇させ基板とステージの間に隙間を形成して、ロボットアーム2により基板/スタンパを保持した後、次の加圧ユニットに移動させる。

図5は加圧ユニット6の主要部の側断面模式図を示す。位置合わせが終了したスタンパと基板は一体としてロボットアーム2により、加圧ユニット6に移動される。加圧ユニット6では真空チャンバ25の基板およびスタンプを出し入れするための真空チャンバゲート251を開放した後、位置合わせの完了した基板/スタンパをステージ側ヒートブロック29上のステージ側アダプタ28上にセットする。次に真空チャンバゲート251を閉鎖した後、ステージ昇降用駆動モータ36を駆動させ、スクリューネジ34を回転させる。

次いで、ステージ昇降用プレートを上昇させ、ステージ支柱32を介し基板/スタンパがヘッド側ヒートブロック26に取り付けられたヘッド側アダプタ27に接触するまで上昇させる。ここで、ステージ側ヒートブロック29はボールジョイント30と平行度保持用スプリング31により保持されているため、ヘッド側アダプタ27とステージ側アダプタ28間の平行度が自動的に調整される。次に、真空チャンバ25内を1Pa以下まで真空脱気する。

次に、インダクティブヒータを用いた、ヘッド側ヒートブロック26とステージ側ヒートブロック27に通電し200℃まで加熱した後、エアプレスシリンダ38内に圧力が調整された窒素を導入し、加圧用ロッド32を上昇させ、基板/スタンパを加圧する。この際、最初に600kgfを印加し、次に3500kgfを印加し、3分間保持する。次に、ヘッド側ヒートブロック26とステージ側ヒートブロック27に冷却水を流し、サンプルが60℃になるまで冷却する。次に圧力を開放した後、真空チャンバ25をリークし、真空チャンバゲート251を開放してロボットアームにより基板/スタンパを取り出す。

以上説明した実施例は、モータ36により駆動されるスクリューネジ34による一段加圧と、引き続いてのエアシリンダ38による第2段加圧の2段階加圧方式を用いたもので、それにより正確な基板面とスタンパとの間の平行度を保って加圧することができる。

図6は剥離ユニット7の主要部の側断面模式図を示す。加圧ユニットを経た基板/スタンパは剥離ユニット7にロボットアームにより移動される。基板/スタンパは吸着ステージ46に真空吸着固定される。次にステージ上に同心円状に120度の位置に配置された剥離用楔45の先端を基板/スタンパ界面に挿入する。ヘッド支持板39に固定された吸着ヘッド40を下降させスタンパ43をヘッド支持板39に固定する。次にヘッド側の剥離楔45の先端を同様に基板/スタンプ界面に挿入する。

次に3本のヘッド昇降用ロッド42をステージ昇降用ナットおよびナット回転用ギアを介しステージ昇降用モータを独立駆動させ、ヘッド支持板39を1〜10度程傾けてスタンパ43を基板44から剥離する。剥離の際、剥離速度、剥離温度等はコントロールユニット9により監視、制御する。剥離後、基板44はロボットアーム2によって基板搬入取り出しユニット3の加工品搬出用ラック11に移動される。

また、スタンパ43はロボットアーム2によりスタンパ保管ユニット4のスタンパ用ラック14に格納される。スタンパの連続使用回数はコントロールユニットにてカウントされ、使用回数が所定の回数に達したスタンパは剥離ユニット7からスタンパ洗浄ユニット8に移動し、洗浄される。

図7はスタンパ洗浄ユニットの主要部の側断面模式図を示す。所定回数使用された使用済みスタンパ53は有機洗浄槽54内のN−メチルピロリドン中に浸漬され、超音波振動子55により5分間超音波有機洗浄される。次にイソプロピルアルコールが満たされた第1有機リンス槽56で2分間浸漬され、さらにイソプロピルアルコールが満たされた第2有機リンス槽で超音波振動子55により液を振動させながら2分間のリンス洗浄を行う。

次に、第1流水水洗槽58中で純水中により2分間洗浄した後、第2流水水洗槽59中で超音波振動を加えながら2分間水洗洗浄を行う。最後に乾燥機60内で赤外線ランプによる加熱乾燥を行い、終了後スタンパ保管ユニット4のスタンパ用ラック内に保管される。これらの工程はスタンパ53が保持されたスタンパ搬送アームが自動的にスタンパ搬送ガイドに沿って移動し処理される。

図8に本実施例に示す基板92とスタンパ93に着目したフロー図を示す。本フロー図は説明のため基板とスタンパ1組のみが移動しているように記載しているが、実際には複数組の基板/スタンパを同時に移動し加工することができる。

始めに基板搬入搬出ユニット3より樹脂膜が形成された基板92を搬送ロボットアーム2により位置合わせユニット5に移動する。(a)→(b)
次にスタンパ保管ユニット4よりスタンパ93をロボットアーム2により位置合わせユニット5に移動する。(b)→(c)
位置合わせを行った後、基板92にスタンパ93を乗せた状態で加圧ユニット6に移動し加圧加熱する。(c)→(d)
冷却後、圧力を開放しスタンパ93と基板92が一体化して重ね合わさった状態で剥離ユニット7に移動する。(d)→(e)
剥離ユニット7で基板92とスタンパ93を剥離した後、加工済み基板94は基板搬入搬出ユニット3へ、スタンパはスタンパ洗浄ユニット8へ移動される。ここでは剥離の後スタンパがスタンパ洗浄ユニットに移動したが、汚染が少ない場合は直接スタンパ保管ユニット4に移動される場合もある。

以上の工程により本発明の転写装置を用いシリコン基板上へ微細なパターンの転写を行った。本転写装置は位置合わせ、加圧、剥離の各工程を複数枚のスタンパおよび基板を用い同時に連続的に加工処理を行っている。

本発明の転写装置により基板表面の加工を行ったところ1時間に12枚の基板を作成した。また、転写したパターンの1枚についてSEM観察により評価したところパターンの不良箇所は10%以下であった。

(実施例2)
図9に示す光硬化タイプの加圧ユニットを用いた転写装置により、実施例1と同様の転写実験を行った。なお、基板には6inchφのシリコンウエハ上に液状の光硬化樹脂であるPKA01(東洋合成製)をスピンコート法により500nm基板に塗布したものを基板として使用した。

位置合わせユニットにて位置合わせした石英スタンパ64と基板65をステージ側アダプタ28に移動、吸着させた。次にフレーム35に固定されたスタンパ固定治具62に石英スタンパ64が接触するまでステージ全体をステージ昇降用駆動モータにより上昇させて基板65と石英スタンパ64を加圧密着させた。

次に超高圧水銀灯が搭載された紫外線ランプ61により1000mJ/cm2の紫外線を照射した。次にステージを下降させ基板と石英スタンパが密着したサンプルを剥離ユニットに移動し、実施例1と同様の工程により剥離した。

本発明の転写装置により基板表面の加工を行ったところ1時間に30枚の基板を作成した。また、転写した基板の1枚について形状についてSEM観察により評価したところパターンの不良箇所は10%以下であった。
(実施例3)
図10に示す実施例1の転写装置にスタンパ検査ユニット95と基板検査ユニット96が増設された転写装置を用い実施例1と同様の転写実験を行った。図10及び図11において、図1、図8と同じ符号は同じ要素を示す。図11はその際の金型基盤92とスタンパ93の動きに着目したフロー図を示す。本フロー図は説明のため基板とスタンパ1組のみが移動しているように記載しているが、実際には複数組の基板/スタンパが同時に移動し加工されている。

始めに基板搬入搬出ユニット3より樹脂膜が形成された基板92を搬送ロボットアーム2により位置合わせユニット5に移動する。(a)→(b)
次にスタンパ保管ユニット4よりスタンパ93をロボットアーム2により位置合わせユニット5に移動する。(a)→(b)
位置合わせを行った後、基板92にスタンパ93を乗せた状態で加圧ユニット6に移動し加圧加熱する。(b)→(c)
冷却後、圧力を開放しスタンパ93と基板92が合わさった状態で剥離ユニット7に移動する。(c)→(d)
剥離ユニット7で基板92とスタンパ93を剥離した後、加工済み基板97は基板検査ユニット96へ、スタンパはスタンパ検査ユニット95へ移動される。これら検査ユニットではブルーレーザ顕微鏡を用いスタンパおよび加工済み基板表面のパターン形状を検査する。(d)→(e)
検査の結果、スタンパおよび加工済み基板に欠陥等が無かった場合は、加工済み基板94は基板搬入搬出ユニット3へ、スタンパはスタンパ保管ユニット4へ移動する。(e)→(f)
以上の工程により本発明の転写装置を用いシリコン基板上へ微細なパターンの転写を行った。本転写装置は位置合わせ、加圧、剥離の各工程を複数枚のスタンパおよび基板を用い同時に連続的に加工処理を行っている。

本発明の転写装置により基板表面の加工を行ったところ1時間に12枚の基板を作成した。また、転写したパターンの1枚についてSEM観察により評価したところパターンの不良箇所は10%以下であった。
(実施例4)
図12は本転写装置のスタンパ、基板、検査データの流れを模式的に示したフローチャートである。実施例3(図10、図11)と同様の転写装置を用い以下の方法でパターン転写実験を行った。

入荷したSi製の6インチφ625μm厚のスタンパ198をブルーレーザ検査201によりパターン形状の確認を行ったところ、一部に加工不良があり、500nm幅の溝加工がなされていなかったため、収束イオンビームを用い同様の溝加工を行いスタンパの修復200を行った。同様に200nm×500nmのパターン欠損があったため、炭素含有ガスを導入しながらガリウムの収束イオンビームを照射し欠損部分を修復した。また、他の2箇所に修復不可能な欠陥が見つかったためそれら欠陥を含むユニットの位置データを本転写装置全体のコントロールユニットに登録した。また、この検査工程にて入荷したスタンパにID番号を刻印するとともにそのID番号も同時に登録した。

次に1%に希釈したフッ素系離型剤アクアフォーブCF(ゲレスト社製)に浸漬の後、乾燥し、このスタンパの離型処理202を施した。このスタンパをスタンパ保管ユニットのラック内に格納206した。

次に、6インチφのSiウエハ上に100nm厚のポリスチレン樹脂が塗布された樹脂膜つき基板210上にパターンを転写するため、実施例1と同様の条件で位置合わせ212、転写214、剥離処理216を行った。

次に、樹脂膜付基板から剥離されたスタンパについて検査を行った。検査はブルーレーザ顕微鏡で行った。この際、あらかじめ入荷の際の検査で欠陥を含むユニットのデータを参照し、そのユニットは検査対象領域より外した。

スタンパの検査と平行して転写された基板の検査218もブルーレーザ顕微鏡により同時に行った。その際、スタンパ入荷時の検査データを参照して、欠陥ユニットはあらかじめ不良ユニットとして検査領域よりはずした。検査の結果転写パターンの一部に樹脂膜の欠損が見つけられたためにそのユニットを不良ユニットとするとともに、不良ユニットの位置データをコントロールユニットに登録した。歩数や修復作業によって所定のスタンパが得られない場合は、廃棄228した。

転写された基板からのデータはスタンパ検査ユニットにも転送され、樹脂膜が欠損したユニットに相当するスタンパ内のユニットを精緻に再検査208した結果、微量な樹脂付着物が検出された為、そのスタンパはスタンパ洗浄ユニット204に送られ洗浄された。

以上のようにスタンパ検査ユニットおよび基板検査ユニット、入荷スタンパ検査ユニット間の検査データを共有活用することで検査領域を限定でき、検査時間が短縮され、転写時のスタンパ表面に付着した樹脂による繰り返し不良が改善された。
(実施例5)
図13は本発明の転写装置に用いるスタンパ作製受注のためのシステムスキームを示す。最初に顧客より、転写により形成したい転写物パターン形状、転写物材質、転写物パターンサイズ、作製数量等の要求仕様を入手する。要求仕様の入手方法としては顧客と直接面接するか、インターネット300等のホームページにおけるテンプレートに入力する方法で行う。

次に、最終転写物の形状が指定された場合は、最終転写物形状のCAD図面302を作成し、このデータをもとにこの最終転写物形状を実現する為のスタンパ形状のシミュレーションをコンピュータ上で行う。その際、最終転写物形状がナノスケールのため、ナノスケール特有の転写時に生ずる現象であるパターンの延伸(図14(c))や、ミクロンスケールでは無視できるスタンパ作製時に生ずるスタンパ端部の粗さ、ナノスケールスタンパパターン内への樹脂充填性を、コンピュータにより有限要素法等の計算を行い、最終転写物形状を具現化するためのスタンパの凹凸形状を算出するとともに要求仕様も併せて考慮し、スタンパ加工プロセスの選択をシミュレーションする。スタンパの加工法はその材料、寸法精度、加工費などとのマッチングを考慮してあらかじめ準備したデータベースからコンピュータにより選択する。

プロセス選択の際の判定基準は以下のとおりとする。パターンの最小寸法がおよそ200nm以下のパターンから構成されるスタンパは電子線を用いたレジストパターンを形成した後、作製するスタンパが単品の場合は直接スタンパ原盤をドライエッチングにより加工し、複数の場合はレジストパターンまたはドライエッチングしたスタンパマスターからNiめっきによりレプリカを複数枚作製する。スタンパの最小寸法がおよそ200nm以上の場合はSi基板上にフォトリソプロセスによりレジストパターンを作製し、以下は最小パターン寸法が200nm以下の場合と同様の基準でスタンパ原盤を作成する。

パターン寸法が200nm以上の部分と200nm以下の部分が混在している場合はフォトリソプロセスにより200nm以上の部分を加工した後、200nm以下の部分を電子線直接描画法320によりレジスト加工の後ドライエッチングし、それを原盤とするか、複数必要な場合はそれをスタンパマスターとしNiめっきによりレプリカを作製する。パターン寸法形成エリアが数mm以下で必要スタンパ枚数が1枚程度の場合は収束イオンビームによりSiを直接加工しスタンパ原盤とした。以上はSi基板を加工する際にドライエッチングを適用したが、ウエットプロセスによる異方性エッチングを適用すると加工端部の粗さが抑制され非常に精度の高い加工が可能になるため、要求仕様にあわせてエッチングの方法も考慮する。最後に上記シミュレーションを元にスタンパ納期および費用を算出し顧客に提示する。

以上のスキームで超微細形状転写用のスタンパ作製の見積もりを行うことにより、非常に確度の高い納期および価格提示が出来るようになる。また、納期見積もりを算出するに当たってはスタンパ作成ラインの作業量も算出データに組み込まれており、ライン上での作業量の平均化が図れ、ライン稼動効率の上昇にも寄与する。

以上は顧客より被転写物形状を提示された場合についてのスキームを表わしたが、本システムを使用すればダイレクトに金型形状を指定された場合においても金型の形状、寸法精度、必要枚数等を考慮し、プロセスを選択するとともに納期、価格の見積もりを算出することも可能となる。

本発明の転写装置を用いるナノプリントが適用される分野の例として、免疫診断当に使用されるバイオチップがある。これは、ガラス製の基板深さ3マイクロメーター,幅20マイクロメーターの流路が形成されている。DNA(デオキシリボ核酸),血液,蛋白質などが含まれる検体を導入孔から導入し、流路902を流した後、排出孔へ流す構造になっている。分子フィルターには直径250nmから300nm,高さ3μmの突起物集合体が形成されている。本発明のその他の適用例は、多層配線基板、磁気ディスク、光導波路等である。いずれもサブミクロン級の寸法の微細構造物を使用するナノテクノロジーに属するものである。

本発明の主な実施形態を整理すると以下のとおりである。
(1)表面に微細凹凸構造が形成されたスタンパを、必要に応じ軟質性を保持し得る材料からなる表面を有する基板に接触・加圧して該表面に上記微細凹凸構造を転写する工程、及び該表面から該スタンパを剥離する工程を含み、上記スタンパと上記基板を一体として、好ましくはロボットにより上記工程間を移動する微細構造転写方法。
(2)上記材料が基板面に保持されている方法。
(3)上記材料が光硬化性樹脂組成物である方法。
(4)上記材料が熱可塑性樹脂である方法。
(5)前記転写工程に先立って、前記基板上に形成された材料をその軟化点又はガラス転移温度以上に加熱して、前記材料の軟質性を与える微細構造転写方法。
(6)前記スタンパの少なくとも一部は光透過性を有し、前記基板上に保持された光硬化性樹脂組成物に前記スタンパを加圧し、前記スタンパを介して光照射し前記樹脂組成物を硬化させた後、上記スタンパを上記組成物から引き剥がす微細構造転写方法。
(7)前記スタンパの少なくとも一部は光透過性を有し、前記基板上に保持された光硬化性樹脂組成物に前記スタンパを加圧し、光を前記スタンパの光透過部を介して照射し前記樹脂組成物を硬化させた後、上記スタンパを上記組成物から引き剥がし、未硬化部分を除去して現像する微細構造転写方法。
(8)表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、必要に応じて軟質性を保持し得る材料を備えた基板表面に接触・保持する手段、上記スタンパと基板の接触面に圧力を与える加圧手段、該スタンパを基板表面から剥離する手段を備え、上記スタンパと基板とを上記加圧手段から剥離手段に移動する際、上記スタンパと基板を一体として上記接触・保持手段、加圧手段及び剥離手段から切り離すことが可能である転写装置。
(9)基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニット、及び上記スタンパと基板とを各ユニット間を搬送するためのロボットを有する転写装置。
(10)転写装置を構成する2つ以上のユニットが搬送装置の周辺に配置されている装置。
(11)前記保管ユニットにはパターンの異なるスタンパを複数個保管することが可能である装置。
(12)前記加圧ユニットは加熱機構を有する装置。
(13)前記加圧ユニットは光照射機構を有する装置。
(14)前記スタンパは金属または無機材料からできている装置。
(15)前記スタンパの微小凹凸の最小寸法が数nm以上であり、最大寸法が100μm以下である装置。
(16)表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写ユニット、基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニット、及び使用前及び使用後ならびに洗浄後あるいはそのいずれかのスタンパを検査する検査ユニットを有する転写装置。
(17)2組以上のスタンパと基板との対を異なるユニットで同時又は時間的に重なるように処理されるように制御する制御装置を有する装置。
(18)表面に微細な凹凸が形成されたスタンパと基板間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、及び基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニットおよび基板を検査するユニット、スタンパを検査するユニットを有し、2組以上のスタンパと基板が異なるユニットで同時又は時間的に重なるように、あるいは重ならないように処理されるように制御する制御装置を有する転写装置。
(19)前記表面に微細な凹凸が形成されたスタンパに識別のための表示またはデータが表記または刻印されている装置。
(20)表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、軟質性を保持し得る基板表面上に接触、加圧する転写ユニット、スタンパまたは基板を搭載するステージ部をスライドさせるための昇降ユニット、基板とスタンパに加重を加える加圧ユニットを有し、上記昇降ユニットを駆動するモータ、及び上記加圧機構を駆動するエアシリンダを有する転写装置。
(21)前記基板を検査するユニット、スタンパを検査するユニットはそれぞれの検査結果を共有する装置。
(22)表面に微細な凹凸が形成された透明スタンパを、光硬化性樹脂組成物のフィルムを保持する基板のフィルム表面に接触、加圧する転写ユニット、スタンパまたは基板を搭載するステージ部をスライドさせるための昇降ユニット、基板とスタンパに加重を加える加圧ユニットを有し、上記昇降ユニットを駆動するモータ、及び上記加圧ユニットを駆動するエアシリンダ、及び上記透明スタンパを介してスタンパと上記フィルムが接触・加圧された状態で所定の光を露光する光照射装置を有する転写装置。
(23)前記昇降ユニットはスクリューネジ軸とこれと螺合するステージ部に取り付けられたナットから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせる装置。
(24)前記昇降ユニットは2本以上のスクリューネジ軸と、これと螺合するステージ部に取り付けられたナットとから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせる装置。
(25)前記加圧ユニットは、所定の圧力まで少なくとも2段階のステップにより加圧する装置。
(26)スタンパに形成された凹凸の位置をCCDラメラにより撮像し、その画像により可塑性を有する材料面を有する基板との位置合わせを行うユニットを有する装置。
(27)スタンパを、可塑性を有する材料面を有する基板から引き剥がすために両者の界面に楔を挿入する機構を有する装置。
(28)更に複数の洗浄液を収容するように複数の洗浄容器を備える装置。
(29)微細な凹凸を有し、透明材料からなるスタンパを光硬化性樹脂組成物のフィルムを貼り付けた基板に加圧し、その状態で光源から光を照射して上記フィルムを露光する手段を備える装置。
(30)入荷したスタンパ、可塑性を有する表面を有する基板から引き剥がしたスタンパ、洗浄したスタンパ及び補修・修復したスタンパを検査する装置を有する装置。
(31)表面に微細凹凸構造が形成されたスタンパを、可塑性を維持しうる表面を有する基板に接触・加圧して該微細凹凸構造を転写するに際し、該スタンパに形成する微細凹凸の形状、及び該スタンパの使用環境に基づいて、予め集積されたデータベースから少なくとも該スタンパの製造方法及び材質を選択し、その結果に基づいてスタンパの製造費用及びそのスタンパによって製造される微細柱状突起群の形状をコンピュータにより演算し、それらの演算結果を出力して、目的のスタンパを製造するかどうかを決定する方法。
(32)少なくとも、表面の微細な凹凸の寸法および作成する数量により、スタンパの加工方法が選択され、加工される方法。
(33)前記転写工程は、スタンパの原盤にレジストパターンを形成する工程と、エッチングにより原盤にパターンを形成する工程と、レジストパターンを剥離する工程を含む方法。
(34)前記レジストパターンを形成する工程は、電子線による直接描画法、フォトリソ法、または、これらを組み合わせた工程を含む微小柱状突起群を製造する方法。
(35)前記転写工程は、スタンパの原盤を直接、フォーカストイオンビーム法により加工する工程を含む方法。
(36)前記転写工程は、レジストパターンまたは、ドライエッチングにより形成された原盤またはフォーカストイオンビームにより形成された原盤をもとにめっき法により複製を作製する工程を含む方法。

本発明による微細構造物転写装置の構成を示す概略平断面図。 本発明による転写装置における基板搬入取出しユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置におけるスタンパ保管ユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置における位置合わせユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置における加熱タイプ加圧ユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置における剥離ユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置におけるスタンパ洗浄ユニットの主要部を示す側断面模式図。 本発明による転写装置における光硬化タイプ加圧ユニットの主要部を示す側断面模式図。 図1に示した本発明による転写装置における各ユニットとスタンパおよび基板の移動状態との関係を示すプロセス展開図。 本発明の他の実施例による転写装置の各ユニット配置を示す平面模式図。 図10に示した本発明による転写装置における各ユニットとスタンパおよび基板との移動関係を示すプロセス展開図。 本発明による転写装置におけるスタンパ、基板、検査データの流れを示すフローチャート。 本発明のインプリント法に用いられるスタンパの製造受注の形態を示すフロー図。 本発明が適用されるインプリント法の概略を説明するフロー図。 インプリント法によって得られるナノピラーの外観形状を示す斜視図。

符号の説明

1…搬送ユニット、2…ロボットアーム、3…基板搬入取出ユニット、4…スタンパ保管ユニット、5…位置合せユニット、6…加圧ユニット、7…剥離ユニット、8…基板洗浄ユニット、9…コントロールユニット、91…接続ケーブル、10…基板用ラック、11…加工品搬出用ラック、12…基板、13…加工済基板、14…スタンパ用ラック、15…第1スタンパ、16…第2スタンパ、17…スタンパホルダ、18…スタンパ、19…顕微鏡付CCDカメラ、20…CCD固定用アーム、21…基板、22…ステージ、23…XYZΘ移動機構、24…突上げピン、25…真空チャンバ、251…真空チャンバゲート、26…ヘッド側ヒートブロック、27…ヘッド側アダプタ、28…ステージ側アダプタ、29…ステージ側ヒートブロック、30…ボールジョイント、31…平行度保持用スプリング、32…ステージ支柱、33…ステージ昇降用プレート、34…スクリューネジ、35…フレーム、36…ステージ昇降駆動用モータ、37…加圧用ロッド、38…エアプレスシリンダ、39…ヘッド支持板、40…吸着ヘッド、41…ヘッド側ベアリング、42…ヘッド昇降用スクリューロッド、43…スタンパ、44…基板、45…剥離用楔、46…吸着ステージ、47…軸受けベアリング、48…ステージ昇降用ナット、49…ナット回転用ギア、50…ステージ昇降用モータ、51…スタンパ搬送ガイド、52…スタンパ搬送アーム、53…スタンパ、54…有機洗浄槽、55…超音波振動子、56…第1有機リンス槽、57…第2有機リンス槽、58…第1流水水洗層、59…第2流水水洗層、60…乾燥機、61…紫外線ランプ、62…石英スタンパ固定治具、63…真空吸着用パッキン、64…石英スタンパ、65…基板、66…XYZステージ移動機構、67…油圧プレスロッド、68…油圧プレスシリンダ。

Claims (26)

  1. 表面に微細凹凸構造が形成されたスタンパを、必要に応じ軟質性を保持し得る材料からなる表面を有する基板に接触・加圧して該表面に上記微細凹凸構造を転写する工程、及び該表面から該スタンパを剥離する工程を含み、上記スタンパと上記基板を一体として上記工程間を移動することを特徴とする微細構造転写方法。
  2. 前記転写工程に先立って、前記基板上に形成された材料をそのガラス転移温度以上に加熱して、前記材料の軟質性を保持することを特徴とする請求項1に記載の微細構造転写方法。
  3. 前記スタンパは光透過性を有し、前記基板上に保持された光硬化性樹脂組成物に前記スタンパを加圧し、前記スタンパを介して光照射し前記樹脂組成物を硬化させた後、上記スタンパを上記組成物から引き剥がすことを特徴とする請求項1に記載の微細構造転写方法。
  4. 前記スタンパの少なくとも一部は光透過性を有し、前記基板上に保持された光硬化性樹脂組成物に前記スタンパを加圧し、光を前記スタンパの光透過部を介して照射し前記樹脂組成物を硬化させた後、上記スタンパを上記組成物から引き剥がし、未硬化部分を除去して現像することを特徴とする請求項1に記載の微細構造転写方法。
  5. 表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、必要に応じて軟質性を保持し得る材料を備えた基板表面に接触・保持する手段、上記スタンパと基板の接触面に圧力を与える加圧手段、該スタンパを基板表面から剥離する手段を備え、上記スタンパと基板とを上記加圧手段から剥離手段に移動する際、上記スタンパと基板を一体として上記接触・保持手段、加圧手段及び剥離手段から切り離すことが可能であることを特徴とする転写装置。
  6. 基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニット、及び上記スタンパと基板とを各ユニット間を搬送するための搬送ユニットを有することを特徴とする転写装置。
  7. 前記スタンパの微小凹凸の最小寸法が数nm以上であり、最大寸法が100μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の転写装置。
  8. 表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、基板表面上に接触、加圧する転写ユニット、基板とスタンパ間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニット、及び使用前及び使用後ならびに洗浄後のスタンパを検査する検査ユニットを有することを特徴とする転写装置。
  9. 2組以上のスタンパと基板を異なるユニットで同時に処理されるように制御する制御装置を有することを特徴とする請求項8記載の転写装置。
  10. 表面に微細な凹凸が形成されたスタンパと基板間の相対位置を決めるための位置合わせユニット、基板とスタンパを加圧するための加圧ユニット、基板からスタンパを剥離するための剥離ユニット、使用したスタンパを洗浄するための洗浄ユニット、スタンパを保管するための保管ユニット、及び基板の搬入・搬出を行う搬入搬出ユニットおよび基板を検査するユニット、スタンパを検査するユニットを有し、2組以上のスタンパと基板が異なるユニットで処理されるように制御する制御装置を有することを特徴とする転写装置。
  11. 前記表面に微細な凹凸が形成されたスタンパに識別のための表示またはデータが表記または刻印されている請求項10に記載の転写装置。
  12. 表面に微細な凹凸が形成されたスタンパを、軟質性を保持し得る基板表面上に接触、加圧する転写ユニット、スタンパまたは基板を搭載するステージ部をスライドさせるための昇降ユニット、基板とスタンパに加重を加える加圧ユニットを有し、上記昇降ユニットを駆動するモータ、及び上記加圧機構を駆動するエアシリンダを有することを特徴とする転写装置。
  13. 表面に微細な凹凸が形成された透明スタンパを、光硬化性樹脂組成物のフィルムを保持する基板のフィルム表面に接触、加圧する転写ユニット、スタンパまたは基板を搭載するステージ部をスライドさせるための昇降ユニット、基板とスタンパに加重を加える加圧ユニットを有し、上記昇降ユニットを駆動するモータ、及び上記加圧ユニットを駆動するエアシリンダ、及び上記透明スタンパを介してスタンパと上記フィルムが接触・加圧された状態で所定の光を露光する光照射装置を有することを特徴とする転写装置。
  14. 前記昇降ユニットはスクリューネジ軸とこれと螺合するステージ部に取り付けられたナットから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせることを特徴とする請求項13記載の転写装置。
  15. 前記昇降ユニットは2本以上のスクリューネジ軸と、これと螺合するステージ部に取り付けられたナットとから構成され、電動モータによりスクリューネジ軸を回転させ、ステージ部をスライドさせることを特徴とする請求項13に記載の転写装置。
  16. 前記加圧ユニットは、所定の圧力まで少なくとも2段階のステップにより加圧することを特徴とする請求項13に記載の転写装置。
  17. スタンパに形成された凹凸の位置をCCDラメラにより撮像し、その画像により可塑性を有する材料面を有する基板との位置あわせを行うユニットを有する請求項13記載の転写装置。
  18. スタンパを、可塑性を有する材料面を有する基板から引き剥がすために両者の界面に楔を挿入する機構を有することを特徴とする請求項13に記載の転写装置。
  19. 更に複数の洗浄液を収容するように複数の洗浄容器を備えたことを特徴とする請求項13に記載の転写装置。
  20. 微細な凹凸を有し、透明材料からなるスタンパを光硬化性樹脂組成物のフィルムを貼り付けた基板に加圧し、その状態で光源から光を照射して上記フィルムを露光する手段を備えることを特徴とする請求項13に記載の転写装置。
  21. 入荷したスタンパ、可塑性を有する表面を有する基板から引き剥がしたスタンパ、洗浄したスタンパ及び補修・修復したスタンパの少なくとも1種類を検査する装置を有することを特徴とする請求項13記載の転写装置。
  22. 表面に微細凹凸構造が形成されたスタンパを、可塑性を維持しうる表面を有する基板に接触・加圧して該微細凹凸構造を転写するに際し、該スタンパに形成する微細凹凸の形状、及び該スタンパの使用環境に基づいて、予め集積されたデータベースから少なくとも該スタンパの製造方法、材質、寸法を選択し、その結果に基づいてスタンパの製造費用及びそのスタンパによって製造される微細柱状突起群の形状をコンピュータにより演算し、それらの演算結果を出力して、目的のスタンパを製造するかどうかを決定することを特徴とする方法。
  23. 前記転写工程は、スタンパの原盤にレジストパターンを形成する工程と、エッチングにより原盤にパターンを形成する工程と、レジストパターンを剥離する工程を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
  24. 前記レジストパターンを形成する工程は、電子線による直接描画法、フォトリソ法、または、これらを組み合わせた工程からなることを特徴とする請求項22に記載の方法。
  25. 前記転写工程は、スタンパの原盤を直接、フォーカストイオンビーム法により加工する工程からなることを特徴とする請求項22に記載の方法。
  26. 前記転写工程は、レジストパターンまたは、ドライエッチングにより形成された原盤またはフォーカストイオンビームにより形成された原盤をもとにめっき法により複製を作製する工程からなることを特徴とする請求項22に記載の方法。
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