JP2010188580A - ナノインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで構成でき、能率的であるほか、小さなスペースにも設置しやすい、好ましいナノインプリント装置を提供する。
【解決手段】 ナノインプリント装置１は、ワークＷの表面にモールドの微細パターンを転写する装置である。同装置１には、複数の保持部１１にそれぞれワークＷを保持することができ一定の停止角度位置で各保持部１１を停止させながら回転する回転テーブル１０を設ける。また、ワークＷへの樹脂塗布手段３０、ワークの加熱手段４０、およびワークへの転写手段６０を、それらの順序が上記回転テーブル１０の回転向きに一致するよう当該回転テーブル１０の回りに配置する。そして、停止角度位置にある各保持部１１とそれら各手段との間で、直線動作機構を用いてワークの受け渡しが行えるよう構成する。
【選択図】 図１

Description

請求項に係る発明は、モールド（ナノ金型）に形成された微細パターンを、ワーク（基板等の被転写材）上の樹脂皮膜（樹脂層）に転写するためのナノインプリント装置に関するものである。

ナノインプリントとは、基板等の表面に設けた樹脂皮膜上にモールドの微細パターンを転写形成する技術である。半導体素子や光素子などに必要なパターンを形成する手段として利用されている。ナノインプリントについては、たとえば下記の特許文献１に記載されている。

ナノインプリントは、一般的に、
i) ＨＳＱ（水素化シルセスキオキサンポリマー）等の樹脂を基板等の表面に塗布し、
ii) ついでその樹脂の粘性を高めるために基板等をプリベーク（加熱処理）し、
iii) そのうえで樹脂上にモールドを押し付ける
――といった手順で行われる。特許文献１（の請求項７等）にも、そのような手順が示されている。

特開２００８−２４６９４４号公報

ナノインプリントの手順は上記のとおりすでに知られているが、そのような手順を能率的に実現する装置については、好ましいものがまだ見当たらない。特許文献１にも、手順が概念的に示されてはいるものの、それをどのような装置で行うかについては記載されていない。

装置としてはたとえば、上記1)〜3)の各プロセスを行うための機器を順に並べて配置し、各機器に沿ってベルトコンベヤ等の直線状の搬送手段を配置することも考えられる。しかし、そのような装置は一方向に長尺のものになり、設置スペースの確保が難しい場合が多いと予想される。

また、ベルトコンベヤ等ではなく、任意方向への動作が可能なロボットアーム等を使用して各機器間で基板等のワークを搬送するなら、機器配置が直線状である必要がないという点で好ましい。しかし、自由度の高い動作をするロボットアーム等を各機器間のそれぞれに配置するのは高コストとなり、１台のみのロボットアームにすべての機器間でのワークの搬送をさせるとしたら時間がかかって能率的でなくなる。

請求項に係る発明は、以上のような点を考慮し、低コストで構成でき、能率的であるほか、小さなスペースにも設置しやすい、好ましいナノインプリント装置を提供するものである。

請求項に係る発明は、ワークの表面にモールドの微細パターンを転写するナノインプリント装置について、
・ 複数の保持部にそれぞれワークを保持することができ一定の停止角度位置で各保持部を停止させながら回転する回転テーブルを設け、
・ ワークへの樹脂塗布手段（たとえばスピンコーター）、ワークの加熱（プリベーク）手段、およびワークへの転写手段を、それらの順序（位置の順序）が上記回転テーブルの回転向きに一致するよう当該回転テーブルの回りに配置し、停止角度位置にある各保持部とそれら各手段との間で、直線動作機構を用いてワークの受け渡しが行えるよう構成していることを特徴とする。
このようなナノインプリント装置では、基板等のワークは、上記回転テーブルの各保持部に保持され、回転テーブルの回転にともなって上記の各停止角度位置に順次搬送されるとともに、それら停止角度位置において各保持部と上記各手段との間で受け渡し（各保持部から各手段へ移され、その後に再度各保持部に戻されること）をされる。各手段はそれぞれ、ワークへの樹脂塗布（前記のi)）、ワークの加熱（前記のii)）、またはワークへの転写（前記のiii)）といった処理を行うので、上記によってワークはナノインプリントに必要な処理を順次に施され、つぎつぎと転写ずみ製品となる。
上記のナノインプリント装置には、つぎのような利点がある。すなわち、
・ ワークを搬送するために、ベルトコンベヤのような直線状の搬送手段ではなく回転テーブルを配置しているので、全体がコンパクトに構成され、設置スペースとして必要な長さが短くてすむ。なお、樹脂塗布、加熱、転写の各工程に要する時間が概ね等しいナノインプリントを行う場合には、回転テーブルの一定角度ずつの回転によってワークを搬送することがとくに適している。
・ 回転テーブルの各保持部と上記各手段との間でワークを移すために、ロボットアームのような自由度の高い手段ではなく直線動作機構を用いるので、迅速に動作させ得るうえ設備コストが低くなる。また、各保持部と上記各手段のそれぞれとの間にそのような機構を配置するので、動作待ちの時間が不要であり、能率的である。

上記発明はとくに、
・ 上記回転テーブルが、一つの定常位置で回転するとともに、回転の停止中に上記転写手段に対してのみ、ワークの受け渡しを行うため接近し離反するよう直線動作するものとし、
・ 上記の樹脂塗布手段および加熱手段（またはそれらの付属部分）は、上記定常位置で停止中の回転テーブルにおける各保持部に対し、ワークの受け渡しを行うため接近し離反するよう直線動作するものとする――のが好ましい。
このようにすると、さらにつぎのような利点がある。すなわち、
・ 回転テーブルにおける各保持部と転写手段との間でのワークの受け渡しのために、上記のとおり回転テーブルが直線動作するため、転写手段を移動させる必要がない。転写手段は、ワークに対し一定以上の力でモールドを押し付ける必要があって相当の重量物となっているうえ、押付け位置や押付け力等についての精度も要求される。そのため、転写手段ではなく回転テーブルを直線動作させる方が、小さな駆動源による僅かなエネルギーでワークの受け渡しができ、また転写に係る精度も向上させやすい。
・ 回転テーブルは転写手段に対してのみ上記のように直線動作し、樹脂塗布手段および加熱手段に対しては直線動作することがない（それら各手段の方が回転テーブルに対して直線動作する）ので、回転テーブルの動作機構が複雑化しない。また、樹脂塗布手段および加熱手段との間のワークの受け渡しを同時に並行して行うこともできるので、能率的な処理が行える。

さらに、上記転写手段に対する上記回転テーブルの直線動作は、上記の樹脂塗布手段および加熱手段を経たのちのワークのみが当該回転テーブル上にあるときに行うこととするのが好ましい。つまり、樹脂塗布および加熱の工程を終了した転写しようとするワークのみが回転テーブル上にあり、他のワークが、回転テーブル上ではなく上記の樹脂塗布手段や加熱手段にあるとき、回転テーブルを転写手段に接近させる。
そのようにすると、回転テーブルを転写手段に接近させて一つのワークに転写を施す間にも、上記の樹脂塗布手段や加熱手段において他のワークに対する樹脂塗布や加熱の工程を進めることができる。つまり、複数のワークに対して樹脂塗布、加熱、転写の各工程を同時に実施することも可能であるため、能率面での効果がある。

あるいは、上記回転テーブルに沿った上記加熱手段と上記転写手段との間の位置（テーブル停止位置）に、追加加熱手段または冷却手段を配置し、停止角度位置にある各保持部と当該追加加熱手段または冷却手段との間で、上記とは別の直線動作機構を用いてワークの受け渡しが行えるよう構成するのもよい。
ナノインプリントに用いる樹脂の種類等によっては、上記の加熱（プリベーク）に要する時間がとくに長い場合がある。そのような場合、加熱手段が一つであってそこでの加熱処理の時間を長くとるべく回転テーブルを長く停止させると、短時間で処理の終わる樹脂塗布手段等の処理時間も長くなり、全体の処理能率が低下する。そこで上記のように、加熱手段と転写手段との間の位置に追加加熱手段を配置すると、加熱の時間を長くとれる一方で樹脂塗布手段や転写手段に要する時間を増やすことがないので、適切かつ能率的なナノインプリントを行うことができる。
また、樹脂の種類等によっては、上記加熱の後に冷却をするのが好ましい場合がある。上記のように加熱手段と転写手段との間に冷却手段を配置すると、そのような場合にも適切かつ能率的なナノインプリントが可能になる。

あるいは、
・ 上記回転テーブルの回転向きとして上記樹脂塗布手段の上流側にあたる位置に、停止状態にある各保持部にワークを供給する供給手段を配置し、
・ 上記回転テーブルの回転向きとして上記転写手段の下流側にあたる位置に、停止状態にある各保持部からワークを回収する回収手段を配置するのも好ましい。
供給手段より各保持部へ、また各保持部より回収手段へ、たとえば直線動作機構を用いてワークの移動が行えるようにすると、上記の場合、回転テーブルの各保持部に対するワークの供給と、各保持部からのワークの回収を作業員の手によらず自動的に行うことが可能になる。上記樹脂塗布手段の上流側でワークを供給し、上記転写手段の下流側でワークを回収するので、供給したワークは、樹脂塗布手段と加熱手段および転写手段を経由してナノインプリントされたうえ回収される。

発明のナノインプリント装置は、全体がコンパクトに構成されて小さなスペース内にも設置されやすいうえ、低コストで構成され、また必要な処理を能率的に行えるという効果を有する。
発明の装置についてはさらに、小さな駆動源による僅かなエネルギーでワークの受け渡しを行うとともに転写精度が向上するように構成することもできる。複数のワークに対して樹脂塗布、加熱、転写の各工程を同時に実施して能率を向上させることも可能である。加熱に要する時間が長い場合や、加熱後に冷却をすべき場合に適した構成を採用することもできる。また、ワークの供給および回収を自動化することも可能である。

発明のナノインプリント装置１を示す全体図であって、図１（ａ）は平面図、同（ｂ）は正面図、同（ｃ）は側面図である。 ワークＷの供給手段２０（または回収手段７０）と回転テーブル１０とを示す図であって、図（ａ）（ｂ）によって両者間でのワークＷの受け渡し要領を示している。 樹脂塗布手段３０と回転テーブル１０とを示す図であって、図３（ａ１）（ａ２）は平面図および側面図、同（ｂ１）（ｂ２）も平面図および側面図であり、同（ａ１）（ａ２）と同（ｂ１）（ｂ２）とによって樹脂塗布手段３０と回転テーブル１０との間でのワークＷの受け渡し要領を示している。 図１におけるIV−IV矢視として樹脂塗布手段３０の全体を示す側面図であり、図（ａ）（ｂ）によって樹脂塗布手段３０の各機能状態を示している。 回転テーブル１０と転写手段６０とを示す図であって、図５（ａ１）（ａ２）は平面図および側面図、同（ｂ１）（ｂ２）も平面図および側面図であり、同（ａ１）（ａ２）と同（ｂ１）（ｂ２）とによって回転テーブル１０と転写手段６０との間でのワークＷの受け渡し要領を示している。

図１〜図５に発明の一実施形態を紹介する。図示のナノインプリント装置１は、直径１５０ｍｍのウエハをワークＷとし、その表面上に形成する樹脂皮膜に微細なモールドパターンを転写するもので、樹脂の塗布やプリベーク、転写といった一連の工程を自動的に行う装置である。多種類の樹脂に対応できるよう、転写手段６０にはワークＷの加熱部（図示省略）や紫外線照射部６４等を付設しており、したがってこの装置１では、モールド６３の押し付けの際に樹脂等を加熱する熱ナノインプリントのほか、紫外線等を照射するUVナノインプリント、樹脂の粘性を利用して室温で行う室温ナノインプリントのいずれをも実施することができる。

このナノインプリント装置１は、形鋼等で形成した幅１．５ｍ、奥行き１．２ｍ、高さ１．６ｍのフレーム２の中に、回転テーブル１０を配置するとともに、その回りに、ナノインプリントの各工程の実施手段を配置したものである。各工程の実施手段としては、ワークＷの供給手段２０、ワークＷへの樹脂塗布手段（スピンコーター）３０、ワークＷの加熱手段４０、ワークＷの冷却手段５０、ワークＷへの転写手段６０、およびワークＷの回収手段７０を、この順に反時計回りに配置している。

回転テーブル１０は、一平面上に６０°間隔で配置した６組のワーク保持部１１を、一体的にサーボモータ１２によって一方向に回転させるものである。その回転は、６０°おきに停止させながら行い、停止させたとき、各保持部１１が上記の供給手段２０、樹脂塗布手段３０、加熱手段４０、冷却手段５０、転写手段６０および回収手段７０に近い位置（停止角度位置）で停止する。各６０°の回転に要する時間は３〜５秒である。保持部１１は、図３のように左右に設けた支持片にワークＷ（ウエハ）の挿入される溝を形成したもので、支持片の先の方からその溝の中にワークＷを挿入されるとそのワークＷを保持することができる。
回転テーブル１０は、図１（ｂ）に示す定常位置で上記の回転を行うが、回転を停止したとき、案内盤１３に沿って図示右方に直線状に移動し、図５（b1）（b2）のように転写手段６０に接近することができる。そしてそれとは逆に、転写手段６０から離反する向きにも直線状に移動することができる。転写手段６０に接近したとき、ワークＷを転写手段６０の支持ステージ６１上に預けることができ、また再び受け取ることができる。なお、回転テーブル１０のこうした直線移動の間にも樹脂塗布や加熱、冷却等の処理が進められるよう、回転テーブル１０の移動は、転写工程以外のワークＷが回転テーブル１０上にないときに行うのが好ましい。

ワークＷの供給手段２０および回収手段７０は、図２（ａ）（ｂ）のような構成のものである。すなわち、２０枚程度以上のワークＷを収容できるカセット２１（または７１）と、その高さ調整部２２（または７２）を有するほか、カセット２１（または７１）と回転テーブル１０の保持部１１との間でワークＷを運んで受け渡しをする運搬部２３（または７３）、およびその運搬用の案内盤２４（または７４）を付属部分として有している。供給手段２０においては、カセット２１内のワークＷを、運搬部２３が一枚ずつ受け取って運搬し、回転テーブル１０の保持部１１に供給し保持させる。また回収手段７０については、回転テーブル１０の保持部１１から、運搬部７３がワークＷを一枚ずつ受け取って運搬し、カセット７１内に収容することができる。

ワークＷへの樹脂塗布手段３０は、図３・図４のように構成したもので、回転盤３１上にワークＷを載せ、真空チャック（空気吸引によって固定）したうえで回転させ、回転中のワークＷの表面にシリンジ３３によって樹脂をスピンコートする。図４（ａ）（ｂ）に示すカバーホルダー３４によって、塗布ずみのワークＷにカバー３５をかぶせることもできる。
この樹脂塗布手段３０も、図３のように、案内盤３２に沿って回転テーブル１０の保持部１１寄りに直線的に移動し、また元の位置まで直線的に戻ることができる。そうして直線的に移動するとともに、上記真空チャックの機能を用いること等により、樹脂塗布手段３０の回転盤３１と回転テーブル１０の保持部１１との間で、ワークＷを受け渡しすることができる。

図１の加熱手段４０は、ワークＷをプリベークするためのホットプレートであって、カートリッジヒーターと熱電対を使用し、載置したワークＷを約２００℃に加熱する。また冷却手段５０は、加熱後のワークＷを冷却する冷却プレートであって、プレートの内部に冷却水を循環させる構造のものである。使用する樹脂の種類等によっては冷却の必要がない場合や追加加熱をすべき場合があるので、冷却手段５０は、冷却・加熱・常温保持の各機能を選択できるように構成してある。加熱手段４０・冷却手段５０とも、回転テーブル１０と離れた位置から、停止中の回転テーブル１０の保持部１１の下にまで直線的に移動することができ、保持部１１の下にあるとき、やはり真空チャックの機能等により、保持部１１との間でワークＷを受け渡しすることができる。

転写手段６０は、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、下方部分に支持ステージ６１とプレス機６２とを有し、上方部分にモールドステージ６３とその圧下部および紫外線照射部６４を有している。樹脂塗布（スピンコート）と加熱（プリベーク）および冷却を終えたワークＷを、前記のように回転テーブル１０が１枚ずつ、前記の直線移動によって支持ステージ６１の上にまで運ぶと、転写手段６０は、真空チャック等によってその支持ステージ６１上にワークＷを載せ、その後、モールドステージ６３を押し下げてそのワークＷの表面（樹脂皮膜）にモールドを押し付け、一定時間保持する（さらに必要に応じて紫外線照射をする）。その後にモールドステージ６３を引き上げてワークＷからモールドを分離することにより、モールドの微細パターンをワークＷに転写する工程が完了する。

転写が完了したワークＷは、回転テーブル１０が保持部１１に引き取ったうえ、上記と逆向きに直線移動して元の定常位置へ戻す。その後、回転テーブル１０を６０°だけさらに回転させて当該ワークＷを回収手段７０の近くへ移すと、回収手段７０がその保持部１１に接近してワークＷをカセット７１内に回収する。

以上のようなナノインプリント装置１では、ワークＷはつぎのように取り扱われ、必要な処理を自動的に受けたうえ回収されることになる。すなわち、
1) 供給手段２０により回転テーブル１０の各保持部１１に供給されて保持され、その後、回転テーブル１０の回転によって搬送されながら、６０°おきの停止角度位置に順次停止する。
2) 各停止角度位置では、ワークＷは、各保持部１１と各処理手段３０・４０・５０・６０との間で順次に受け渡しされ、それぞれの手段において樹脂塗布、加熱、冷却、転写の各処理を施される。回転テーブル１０の各停止時間（つまり各工程での処理時間）は、使用する樹脂の種類によって異なるが、一般的には３０秒〜３分である。
3) 転写手段６０で転写工程を完了したワークＷは、回収手段７０によって回転テーブル１０から回収され、カセット７１に収容される。

１ ナノインプリント装置
１０ 回転テーブル
１１ 保持部
２０ 供給手段
３０ 樹脂塗布手段
４０ 加熱手段
５０ 冷却手段
６０ 転写手段
７０ 回収手段
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. ワークの表面にモールドの微細パターンを転写するナノインプリント装置であって、
   複数の保持部にそれぞれワークを保持することができ一定の停止角度位置で各保持部を停止させながら回転する回転テーブルを有し、
   ワークへの樹脂塗布手段、ワークの加熱手段、ワークへの転写手段が、それらの順序が上記回転テーブルの回転向きに一致するよう当該回転テーブルの回りに配置され、停止角度位置にある各保持部とそれら各手段との間で、直線動作機構を用いてワークの受け渡しが行えるよう構成されていることを特徴とするナノインプリント装置。
2. 上記回転テーブルは、一つの定常位置で回転するとともに、回転の停止中に上記転写手段に対してのみ、ワークの受け渡しを行うため接近し離反するよう直線動作し、
   上記の樹脂塗布手段および加熱手段は、上記定常位置で停止中の回転テーブルにおける各保持部に対し、ワークの受け渡しを行うため接近し離反するよう直線動作する
   ことを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント装置。
3. 上記転写手段に対する上記回転テーブルの直線動作は、上記の樹脂塗布手段および加熱手段を経たのちのワークのみが当該回転テーブル上にあるときに行うことを特徴とする請求項２に記載のナノインプリント装置。
4. 上記回転テーブルに沿った上記加熱手段と上記転写手段との間の位置に、追加加熱手段または冷却手段が配置され、停止角度位置にある各保持部と当該追加加熱手段または冷却手段との間で、直線動作機構を用いてワークの受け渡しが行えるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリント装置。
5. 上記回転テーブルの回転向きとして上記樹脂塗布手段の上流側にあたる位置に、停止状態にある各保持部にワークを供給する供給手段が配置され、上記回転テーブルの回転向きとして上記転写手段の下流側にあたる位置に、停止状態にある各保持部からワークを回収する回収手段が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリント装置。

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