JP2011025587A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板と金型の搬入と搬出とを自動的に実行することができ、効率的に基板の表面にパターンを形成することが可能なパターン形成装置を提供する。
【解決手段】 パターン形成装置は、搬入搬出部１と、パターン形成部３と、これらの搬入搬出部１とパターン形成部３との間に配置された搬送部２と、第２搬送部５とを備える。パターン形成部３は、基板と金型とを位置決めして重ね合わせる位置決めユニット３１と、位置決めユニット３１において位置決め後の基板に対し位置決め後の金型を押し付けるパターン形成ユニット３３と、パターン形成ユニット３３においてパターンが形成された基板からパターン形成に使用された金型を剥離する剥離ユニット３２とを有する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、基板に対して金型を押し付けることにより、基板の表面にパターンを形成するパターン形成装置に関する。

ＬＳＩ等に使用される微細回路パターンを半導体ウエハ上に形成するためには、従来は、縮小投影露光法が使用されている。この縮小投影露光法は、フォトレジスト層が形成された半導体ウエハの表面に、ステッパー等の露光装置を利用してレチクルに形成された回路パターンを縮小投影し、しかる後、この半導体ウエハ表面のフォトレジストを現像処理することにより、半導体ウエハ上にフォトレジストのパターンを形成する方法である。

この縮小投影法を利用した場合には、ステッパーや、半導体ウエハへのフォトレジストの塗布装置、フォトレジストの現像処理装置等が必要となり、装置コストが増大するという問題がある。

これに対して、近年、ナノインプリントと呼ばれる技術が開発されている。このナノインプリント技術は、原版としての金型を半導体ウエハ等の基板に押し当てることで微細加工を実現する技術である。

また、特許文献１には、このナノインプリント技術を利用したパターン形成装置が開示されている。すなわち、この特許文献１には、基板を収納したマガジンがセットされるマガジンステーションと、このマガジンステーションからパターン形成装置に基板を搬送する供給装置とを備えたパターン形成装置が開示されている。

国際公開第２００４／０６２８８６号

このようなパターン形成装置においては、パターンを連続して形成するに伴って、金型のパターンが摩耗し、あるいは、耐久限度を超える場合がある。また、金型に汚れが発生し、その洗浄が必要となる場合がある。このような場合には、オペレータが新たな金型を準備した上で、パターン形成装置にセットする必要がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板と金型の搬入と搬出とを自動的に実行することができ、効率的に基板の表面にパターンを形成することが可能なパターン形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板に対して金型を押し付けることにより、基板の表面にパターンを形成するパターン形成装置であって、パターン形成前の基板およびパターン形成後の基板を収納するための基板用カセットと、パターン形成に使用する前の金型およびパターンの形成に使用した後の金型を収納するための金型用カセットとを載置する搬入搬出部と、前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる位置決めユニットと、前記位置決めユニットにおいて位置決め後の基板に対し位置決め後の金型を押し付けるパターン形成ユニットと、前記パターン形成ユニットにおいてパターンが形成された基板からパターン形成に使用された金型を剥離する剥離ユニットとを備えるパターン形成部と、前記搬入搬出部と前記パターン形成部との間に配置され、前記搬入搬出部に載置された基板用カセットおよび金型用カセットと、前記パターン形成部における位置決めユニット、パターン形成ユニットおよび剥離ユニットとの間で、前記基板および前記金型を搬送する搬送部とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記搬送部は、前記基板、前記金型、または、前記パターン形成ユニットにおいて一体化された基板および金型を搬送するための第１アームと、前記位置決めユニットにおいて互いに重ね合わされた基板および金型を搬送するための第２アームとを備えている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２アームは、前記位置決めユニットにおいて互いに重ね合わされた基板および金型の外周部に当接することにより、互いに重ね合わされた基板および金型の位置ずれを防止する当接部を備えている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第１アームは、前記基板、前記金型、または、前記パターン形成ユニットにおいて一体化された基板および金型を吸着保持する吸着保持機構を備えている。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記基板用カセットに収納されたパターン形成前の基板は、パターン形成面が上方を向く状態で前記基板用カセット内に収納されており、前記金型用カセットに収納されたパターン形成に使用する前の金型は、そのパターン面が上方を向く状態で前記金型用カセットに収納されているとともに、前記位置決めユニットにおいて前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる前に、前記基板または前記金型のいずれか一方の表裏を反転するための反転機構を備えている。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記位置決めユニットと前記剥離ユニットとの間で金型を搬送する第２搬送部を備えている。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第２搬送部は、前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる前に、前記金型の表裏を反転する。

請求項１に記載の発明によれば、基板と金型の搬入と搬出とを自動的に実行することができ、効率的に基板の表面にパターンを形成することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、搬送部により、基板、金型、または、一体化された基板および金型と、互いに重ね合わされた基板および金型とを、効率的に搬送することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、互いに重ね合わされた基板および金型の外周部に当接する第２アームの当接部の作用により、基板と金型との位置ずれを効果的に防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、基板、金型、または、一体化された基板および金型を、第１アームの吸着保持機構の作用により、確実に吸着保持して搬送することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、反転機構の作用により、パターン形成面を保護するためにパターン形成面が上方を向く状態とされた基板と、パターン面を保護するためにパターン面が上方を向く状態とされた金型とを、そのパターン形成面とパターン面とを互いに当接する状態で重ね合わせることが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、位置決めユニットと剥離ユニットとの間で金型を搬送する第２搬送部の作用により、パターン形成に使用した金型を、剥離ユニットから位置決めユニットに搬送し、再度、パターンの形成に使用することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、第２搬送部を使用して金型の表裏を反転することが可能となる。

ナノインプリント技術を利用して基板１００にレジストのパターンを形成する様子を示す説明図である。 この発明に係るパターン形成装置の斜視図である。 この発明に係るパターン形成装置の平面概要図である。 搬送ユニット２０の概要図である。 搬送ユニット２０の概要図である。 第２アーム２４の平面図である。 この発明に係るパターン形成装置を他の処理装置９とともに示す平面概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

最初に、ナノインプリント技術の概要について説明する。図１は、ナノインプリント技術を利用して基板１０１にレジストのパターンを形成する様子を示す説明図である。

この図において、１０１は基板である。この基板１０１としては、シリコン製の半導体ウエハや、石英やサファイア製の基板が使用される。また、フィルム状の基板を使用してもよい。また、図１において１０２は、基板１０１上に薄膜状に形成されたレジストである。また、図１において１０３は、金型である。この金型１０３は、モールドとも呼ばれるものであり、金属または樹脂から構成される。すなわち、この金型１０３は、金属以外の材質であっても、一般的に金型と呼称される。

ナノインプリント技術を利用して基板１０１上にレジスト１０２のパターンを形成するときには、図１（ａ）に示すように、レジスト１０２の薄膜が形成された基板１０１と金型１０３とを、基板１０１のパターン形成面であるレジスト１０２と金型１０３のパターン面とが対向する状態で、基板１０１と金型１０３とを位置決めして重ね合わせる。この位置決めは、基板１０１と金型１０３とが略円形の場合、その外周部を一致させるとともに、その回転角度位置をオリフラやノッチを利用して位置決めすることにより行われる。この位置決め工程は、後述する位置決めユニット３１において実行される。

次に、図１（ｂ）に示すように、基板１０１に対して金型１０３を押し付けることによりパターンを形成する。このときには、基板１０１と金型１０３とは、予め加熱されている。レジスト１０２は、熱と圧力の作用により、金型１０３に対応した形状となり、パターン化される。このパターン形成工程は、後述するパターン形成ユニット３３において実行される。

そして、図１（ｃ）に示すように、パターンが形成された基板１０１からパターン形成に使用された金型１０３を剥離する。このときには、基板１０１と金型１０３とが冷却される。これにより、基板１０１の表面には、パターン化されたレジスト１０２が形成されることになる。この剥離工程は、後述する剥離ユニット３２において実行される。

次に、この発明に係るパターン形成装置の構成について説明する。図２はこの発明に係るパターン形成装置の斜視図であり、図３はその平面概要図である。

このパターン形成装置は、搬入搬出部１と、パターン形成部３と、これらの搬入搬出部１とパターン形成部３との間に配置された搬送部２と、第２搬送部５とを備える。なお、これらの図においては、基板１０１と、金型１０３と、基板１０１と金型１０３とを重ね合わせたものに対して、一括して符号１００を付している。

搬入搬出部１は、パターン形成前の基板１０１を収納するための基板用カセット１１と、パターン形成後の基板１０１を収納するための基板用カセット１２と、パターン形成に使用する前の金型１０３を収納するための金型用カセット１３と、パターンの形成に使用した後の金型１０３を収納するための金型用カセット１４を載置するためのものである。これらの基板用カセット１１、１２と金型用カセット１３、１４は、装置のフレーム６１に形成された開口部６２（図２参照）を介して搬入搬出部１に搬入され、また、この開口部６２を介して搬入搬出部１から搬出される。なお、フレーム６１における開口部６２の側方には、操作パネル６３が配設されている。

パターン形成部３は、基板１０１と金型１０３とを位置決めして重ね合わせる位置決めユニット３１と、位置決めユニット３１において位置決め後の基板１０１に対し位置決め後の金型１０３を押し付けるパターン形成ユニット３３と、パターン形成ユニット３３においてパターンが形成された基板１０１からパターン形成に使用された金型１０３を剥離する剥離ユニット３２とを備える。

搬送部２は、図３において矢印方向に往復移動する搬送ユニット２０を備える。この搬送ユニット２０は、搬入搬出部１に載置された基板用カセット１１、１２および金型用カセット１３、１４と、パターン形成部３における位置決めユニット３１、パターン形成ユニット３３および剥離ユニット３２との間で、基板１０１および金型１０３を搬送する。この搬送ユニット２０は、図２に示すフレーム６１に穿設されたアクセス用開口部３４、３５、３６を介して、パターン形成部３における位置決めユニット３１、パターン形成ユニット３３および剥離ユニット３２にアクセスする。

第２搬送部５は、図３に示すように、位置決めユニット３１と剥離ユニット３２との間で金型１０３を搬送するものであり、案内機構５１に沿って位置決めユニット３１と剥離ユニット３２間を往復移動する吸着保持アーム５２を備える。この吸着保持アーム５２は、剥離ユニット３２で剥離された金型１０３を再度位置決めユニット３１に搬送する搬送機構として機能する。また、この吸着保持アーム５２は、水平方向を向く軸を中心に回転可能となっており、そこに吸着保持した金型１０３の表裏を反転するための反転機構としても機能する。

図４および図５は、上述した搬送ユニット２０の概要図である。また、図６は、第２アーム２４の平面図である。なお、図４は第１アーム２１および第２アーム２４が延びた状態を、また、図５は第１アーム２１および第２アーム２４が縮んだ状態を各々示している。

この搬送ユニット２０は、基板１０１、金型１０３、または、パターン形成ユニット３３において一体化された基板１０１および金型１０３を一括して搬送するための第１アーム２１と、位置決めユニット３１において互いに重ね合わされた基板１０１および金型１０３を搬送するための第２アーム２４とを備える。

第１アーム２１は、その先端部に、基板１０１、金型１０３、または、パターン形成ユニット３３において一体化された基板１０１および金型１０３を吸着保持するための吸着孔４３を備える。この第１アーム２１は、基台２７の上方において、第１連結部材２２および第２連結部材２３を備え、これらの第１、第２連結部材２２、２３が屈伸動作を行うことにより、第１アーム２１を水平方向に直進させる構成を有する。

第２アーム２４は、その先端部に、位置決めユニット３１において互いに重ね合わされた基板１０１および金型１０３の外周部に当接することにより、互いに重ね合わされた基板１０１および金型１０３の位置ずれを防止するための一対の当接部４１および当接部４２（図６参照）を備える。この第２アーム２４は、基台２７の上方において、第１連結部材２５および第２連結部材２６を備え、これらの第１、第２連結部材２５、２６が屈伸動作を行うことにより、第２アーム２４を水平方向に直進させる構成を有する。

これらの第１アーム２１および第２アーム２４は、互いに重畳された状態で、基台２７の上部に配設されている。この基台２７は、図３において矢印で示すように、搬入搬出部１とパターン形成部３との間の領域を往復移動する。また、基台２７は、鉛直方向を向く軸を中心に回転可能となっている。このため、第１アーム２１および第２アーム２４は、各々、搬入搬出部１に載置された基板用カセット１１、１２および金型用カセット１３、１４と、パターン形成部３における位置決めユニット３１、パターン形成ユニット３３および剥離ユニット３２に対して、アクセス可能となっている。

次に、上述したこの発明に係るパターン形成装置によるパターンの形成動作について説明する。

最初に、パターン形成前の基板１０１を収納した基板用カセット１１と、パターン形成に使用する前の金型１０３を収納した金型用カセット１３とが、搬入搬出部１に載置される。このとき、基板用カセット１１内には、パターン形成面を保護するため、基板１０１はそのパターン形成面が上方を向く状態で収納されている。また、金型用カセット１３内には、パターン面を保護するため、金型１０３がそのパターン面が上方を向く状態で収納されている。

これらの基板用カセット１１および金型用カセット１３は、オペレータにより、あるいは、専用の搬送装置により、搬入搬出部１にセットされる。また、同様に、パターン形成後の基板１０１を収納するための基板用カセット１２と、パターンの形成に使用した後の金型１０３を収納するための金型用カセット１４とが、搬入搬出部１にセットされる。

この状態において、搬送部２における搬送ユニット２０の第１アーム２１により、金型用カセット１３内の金型１０３を吸着保持して、位置決めユニット３１に搬送する。引き続き、搬送ユニット２０の第１アーム２１により、基板用カセット１１内の基板１０１を吸着保持して、位置決めユニット３１に搬送する。この第１アーム２１による基板１０１の搬送中に、位置決めユニット３１に搬送された金型１０３が、第２搬送部５における吸着保持アーム５２に吸着保持され、この吸着保持アーム５２が水平方向を向く軸を中心に回転することにより、そこに吸着保持した金型１０３の表裏が反転される。

位置決めユニット３１に搬送された金型１０３と基板１０１とは、図１（ａ）に示すように、基板１０１のパターン形成面であるレジスト１０２と金型１０３のパターン面とが対向する状態で、基板１０１と金型１０３とを位置決めして重ね合わせられる。この位置決めは、上述したように、基板１０１と金型１０３とが略円形の場合、その外周部を一致させるとともに、その回転角度位置をオリフラやノッチを利用して位置決めすることにより行われる。

次に、互いに位置決めして重ね合わされた基板１０１と金型１０３が、位置決めユニット３１からパターン形成ユニット３３に搬送される。このときには、搬送部２における搬送ユニット２０の第２アーム２４が使用される。互いに位置決めして重ね合わされた基板１０１と金型１０３の外周部は、第２アーム２４に形成された一対の当接部４１および当接部４２（図６参照）の作用により、その位置ずれが防止される。

互いに位置決めして重ね合わされた基板１０１と金型１０３に対しては、パターン形成ユニット３３において、図１（ｂ）に示すように、基板１０１に対して金型１０３を押し付けることによるパターンの形成が実行される。このパターン形成工程後においては、基板１０１と金型１０３とは、一体化する。

パターン形成後の基板１０１と金型１０３は、第１アーム２１により、パターン形成ユニット３３から剥離ユニット３２に搬送される。このとき、パターン形成後の基板１０１と金型１０３とは、互いに密着して一体化していることから、第１アーム２１により基板１０１を吸着保持して搬送したとしても、基板１０１と金型１０３との間に位置ずれが生ずることはない。

剥離ユニット３２に搬送されたパターン形成後の基板１０１と金型１０３は、剥離ユニット３２において剥離される。このときには、基板１０１が第１アーム２１に吸着保持されたままの状態で、金型１０３を第２搬送部５における吸着保持アーム５２に吸着保持し、両者を分離することにより、金型１０３が基板１０１から分離される。

金型１０３が剥離された基板１０１は、第１アーム２１に吸着保持された状態で、剥離ユニット３２から搬入搬出部１に載置された基板用カセット１２に搬送される。一方、基板１０１から剥離された金型１０３は、引き続きパターン形成に使用される場合には、第２搬送部５における吸着保持アーム５２に吸着保持されたままの状態で、剥離ユニット３２から位置決めユニット３１に搬送される。一方、基板１０１から剥離された金型１０３が、例えば汚れていた場合等において、次のパターン形成に使用されない場合には、この金型１０３は、第２搬送部５における吸着保持アーム５２に吸着保持されたままの状態で、その表裏を反転される。そして、この金型１０３は、剥離ユニット３２から搬入搬出部１に載置された金型用カセット１４に搬送される。

次に、この発明の変形例について説明する。図７は、この発明に係るパターン形成装置を他の処理装置９とともに示す平面概要図である。

この実施形態においては、図３に示すパターン形成装置における搬送部２の側方に、他の処理装置９を列設した構成を有する。この実施形態においては、搬送部２における搬送ユニット２０が、パターン形成装置と他の処理装置９との間で基板１０１または金型１０３を受け渡しする。

上述した実施形態においては、基板１０１から剥離された金型１０３が汚れていた場合等においては、この金型１０３は、剥離ユニット３２から搬入搬出部１に載置された金型用カセット１４に搬送される。これに対して、パターン形成装置の側方に、他の処理装置９としてスピンスクラバ等の洗浄装置を設置し、この洗浄装置に基板１０１から剥離された金型１０３を搬送して洗浄することにより、この金型１０３を再度使用するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、レジスト１０２の薄膜が予め形成された基板１０１を基板用カセット１１に収納して搬入している。しかしながら、パターン形成装置の側方に、他の処理装置９としてスピンコータ等のレジストの塗布装置を設置し、レジスト１０２の薄膜が形成されていない基板１０１を基板用カセット１１に収納して搬入するとともに、この基板１０１をレジストの塗布装置に搬送してその表面にレジストの薄膜を形成するようにしてもよい。

なお、上述した実施形態においては、搬入搬出部１において、パターン形成前の基板１０１を収納するための基板用カセット１１と、パターン形成後の基板１０１を収納するための基板用カセット１２とを別々に準備しているが、これらの基板用カセット１１、１２を共通化し、パターン形成前の基板１０１を収納した基板用カセットに、再度、パターン形成後の基板１０１を収納するようにしてもよい。同様に、パターン形成に使用する前の金型１０３を収納するための金型用カセット１３と、パターンの形成に使用した後の金型１０３を収納するための金型用カセット１４とを別々に準備するかわりに、これらの金型用カセット１３、１４を共通化し、パターン形成に使用する前の金型１０３を収納した金型用カセットに、再度、パターンの形成に使用した後の金型１０３を収納するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、位置決めユニット３１と剥離ユニット３２との間で金型１０３を搬送する第２搬送部５を利用して、基板１０１と金型１０３とを位置決めして重ね合わせる前に金型１０３の表裏を反転しているが、第２搬送部５とは別の、金型１０３の反転専用のユニットを付設してもよい。また、金型１０３の表裏反転を行う代わりに、基板１０１の表裏反転を行うようにしてもよい。

１ 搬入搬出部
２ 搬送部
３ パターン形成部
５ 第２搬送部
１１ 基板用カセット
１２ 基板用カセット
１３ 金型用カセット
１４ 金型用カセット
２０ 搬送ユニット
２１ 第１アーム
２４ 第２アーム
３１ 位置決めユニット
３２ 剥離ユニット
３３ パターン形成ユニット
５１ 案内機構
５２ 吸着保持アーム
６１ フレーム
６２ 開口部
１０１ 基板
１０２ レジスト
１０３ 金型

Claims (7)

1. 基板に対して金型を押し付けることにより、基板の表面にパターンを形成するパターン形成装置であって、
   パターン形成前の基板およびパターン形成後の基板を収納するための基板用カセットと、パターン形成に使用する前の金型およびパターンの形成に使用した後の金型を収納するための金型用カセットとを載置する搬入搬出部と、
   前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる位置決めユニットと、前記位置決めユニットにおいて位置決め後の基板に対し位置決め後の金型を押し付けるパターン形成ユニットと、前記パターン形成ユニットにおいてパターンが形成された基板からパターン形成に使用された金型を剥離する剥離ユニットとを備えるパターン形成部と、
   前記搬入搬出部と前記パターン形成部との間に配置され、前記搬入搬出部に載置された基板用カセットおよび金型用カセットと、前記パターン形成部における位置決めユニット、パターン形成ユニットおよび剥離ユニットとの間で、前記基板および前記金型を搬送する搬送部と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成装置。
2. 請求項１に記載のパターン形成装置において、
   前記搬送部は、
   前記基板、前記金型、または、前記パターン形成ユニットにおいて一体化された基板および金型を搬送するための第１アームと、
   前記位置決めユニットにおいて互いに重ね合わされた基板および金型を搬送するための第２アームと、
   を備えたパターン形成装置。
3. 請求項２に記載のパターン形成装置において、
   前記第２アームは、前記位置決めユニットにおいて互いに重ね合わされた基板および金型の外周部に当接することにより、互いに重ね合わされた基板および金型の位置ずれを防止する当接部を備えたパターン形成装置。
4. 請求項３に記載のパターン形成装置において、
   前記第１アームは、前記基板、前記金型、または、前記パターン形成ユニットにおいて一体化された基板および金型を吸着保持する吸着保持機構を備えたパターン形成装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパターン形成装置において、
   前記基板用カセットに収納されたパターン形成前の基板は、パターン形成面が上方を向く状態で前記基板用カセット内に収納されており、前記金型用カセットに収納されたパターン形成に使用する前の金型は、そのパターン面が上方を向く状態で前記金型用カセットに収納されているとともに、
   前記位置決めユニットにおいて前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる前に、前記基板または前記金型のいずれか一方の表裏を反転するための反転機構を備えたパターン形成装置。
6. 請求項５に記載のパターン形成装置において、
   前記位置決めユニットと前記剥離ユニットとの間で金型を搬送する第２搬送部を備えたパターン形成装置。
7. 請求項６に記載のパターン形成装置において、
   前記第２搬送部は、前記基板と前記金型とを位置決めして重ね合わせる前に、前記金型の表裏を反転するパターン形成装置。

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