JP3059473B2 - 微細パターンの転写方法および微細パターンの転写装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微細パターンの転写方法および微細パターン
の転写装置に関し、さらに詳しくは、たとえば薄膜トラ
ンジスター、薄膜ダイオード、太陽電池、薄膜センサ
ー、各種半導体素子、プリント基板等の機能性被加工物
に微細パターンを高い寸法精度および位置合わせ精度で
しかも効率良く転写することのできる微細パターンの転
写方法と、この方法において好適に使用することのでき
る微細パターンの転写装置とに関する。また、本発明の
微細パターンの転写方法および微細パターンの転写装置
は、たとえば圧力センサー等の各種センサー、カラーフ
ィルタ、サーマルヘッド、カラーフィルタ、圧力センサ
ー等の製造における微細パターンの転写にも好適に用い
ることができる。

［従来の技術］ たとえば薄膜トランジスターを用いたカラー液晶ディ
スプレー（TFT−LCD）はポケットTV、ポータブルTV等に
用いられている。そして、近年においては、20インチ、
40インチ、70インチ等の大型液晶フラットディスプレー
の開発が盛んである。

この薄膜トランジスターは、通常、４〜６回程度のフ
ォトリソグラフィー工程、つまりレジスト塗布、露光、
現像、エッチングの各処理を繰り返して行うことにより
製造されている。

また、微細パターンの形成には、レジストパターンの
印刷、エッチング処理を繰り返す印刷法を用いることも
可能である。そして、印刷配線や回路パターンの形成あ
るいは金属板のエッチング用レジストパターンの形成に
際しては、スクリーン印刷法やオフセット印刷法のよう
な印刷手段が広く採用されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記のフォトリソグラフィー工程を繰り返
して40インチ、70インチといった大型のTFT−LCDを製造
しようとすれば、フォトリソグラフィー工程で使用する
専用の装置を開発しなければならないので、莫大な費用
が必要となる。特に、大型露光装置の開発費は莫大なも
のとなる。

一方、微細パターンの形成に上記の印刷法を用いれ
ば、レジストパターンの印刷およびエッチング処理を繰
り返すことにより、40インチ、70インチといった大型の
TFT−LCDの製造にも比較的容易に対応することができ
る。

しかしながら、これらの印刷手段は比較的画線の大き
い（たとえば200μｍ以上）パターンの形成には適して
いるが、画線幅がたとえば200μｍ未満の微細パターン
の形成には必ずしも適するものではない。しかも、印刷
手段においては、インキの流動性、版の圧力などの影響
やインキの一部が転移しないで版上に残留してしまうこ
と等に起因してパターンが変形し易く、印刷パターンの
寸法精度および再現性に劣るという欠点がある。

例えば、スクリーン印刷法はメッシュ状スクリーンに
インキ遮蔽マスクを形成し、該遮蔽マスクの非マスク部
を所望のパターンとし、該非マスク部からインキを透過
させて被印刷体にインキを付着させることにより印刷を
行う方法である。この印刷法ではインキの厚刷り（一般
に数μｍ〜20μｍ厚）が容易なために耐蝕性の優れたレ
ジストパターンの印刷は可能であるが、実用印刷幅は最
少で200μｍ程度が限界であるために微細なパターンの
形成は困難である。また、オフセット印刷法は前もって
感光化されたプレートであるいわゆるPS版（presensiti
zed plate）に親油性部と親水性部とを形成し、親水性
部に水分を保持させて油性インキを反発させることによ
り親油性部のみに選択的にインキを付着させ、かかるイ
ンキパターンを被印刷体に印刷する方法である。そし
て、この方法においては、特に印刷適性の向上を図るた
めに版上のインキパターンを一旦ゴムブランケットに転
写した後に被印刷体に再転写するよう構成されている。
この印刷法によると、比較的微細な画線を容易に得るこ
とができる。しかしながら、この方法で採用される動的
なインキング方式やこの方法中で行われる通常２回の転
写操作等に起因して印刷されるインキ膜厚が１μｍ程度
の小さなものとなり、印刷画線にピンホールや断線が発
生し易いという欠点がある。また、この印刷法に関して
は、インキの膜厚を大きくして耐蝕性に優れた微細パタ
ーンを形成すべく種々の工夫がなされているが、膜厚を
大きくすると印刷画線が太くなり、100〜200μｍ程度の
線幅の印刷が限界である。

一方、比較的細線で印刷膜厚も大きくすることのでき
る印刷手段として凹版印刷法が知られている。この方法
においては、彫刻法や食刻法により画線凹部を形成し、
該凹部に粘稠性を有する硬めのインキを擦り込み、非画
線部のインキを拭き取った後に銅板上に印刷用紙を当て
た状態で強圧して印刷を行う。強圧する理由は、凹部に
擦り込まれたインキが版表面より窪んだ位置にあるた
め、紙のような柔軟性印刷物に強圧着することにより強
制的にインキ面と被印刷物面とを接触させてインキを被
印刷物面上に転移させるためである。したがって、この
凹版印刷法では、たとえば薄膜半導体素子の基板に用い
られるガラスに代表される剛性の高い被印刷物への印刷
は困難である。

また、従来のいずれの印刷方法においても、被印刷物
と転写パターンとの圧着を両者の全面にわたって同時に
行なうため、被印刷物と転写パターンとの間に空気が残
存する現象（いわゆる空気溜まり）によって局所的な密
着不良が生じ易く転写パターンが正確に転写されないこ
とが多い。

本発明は前記の事情に基づいてなされたものである．
すなわち、本発明は、従来の印刷法に比較して線幅が微
細で且つ膜厚の適度な微細パターンを前記のいわゆる空
気溜まりによる局所的な密着不良の発生を防止しつつ正
確且つ鮮明にしかも効率良く転写することのできる微細
パターンの転写方法と、この方法において特に好適に使
用することのできる微細パターンの転写装置とを提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の課題を解決するための本発明の要旨は、転写可
能な非粘着性転写パターンを可撓性を有する基板上に予
め形成し、その後、前記非粘着性転写パターン上に粘着
層を形成して転写基板を作製し、次いで、該転写基板の
外周部を減圧空間に接触させた状態で該転写基板と被加
工物とを所定の間隔で対向させて保持し、前記転写基板
と被加工物との位置合わせを行なってから前記転写基板
の中央部を前記被加工物と対向する面とは反対側の面か
ら加圧して該転写基板の中央部と前記被加工物とを密着
させ、その後、前記転写基板の全体を前記被加工物に圧
着し、しかる後、前記転写基板の外周部側から該転写基
板と前記被加工物とを引き離すことにより前記被加工物
に前記転写パターンを転写させることを特徴とする微細
パターンの転写方法であり、 被加工物を保持するワークホルダーと、転写パターン
を有する転写基板を保持する減圧チャック台と、前記被
加工物と前記転写基板との位置関係を光学的に観察する
観察光学系と、該観察光学系で得られた情報に基づいて
前記被加工物に設けたワーク側レジスターマークと前記
転写基板に設けたパターン側レジスターマークとが所定
のアライメントギャップを維持した状態で重なって観察
される位置まで前記ワークホルダーおよび前記減圧チャ
ック台の少なくとも一方を移動させる平板移動機構とを
有し、前記減圧チャック台は前記転写基板の外周部に接
する減圧空間部を備えると共に該転写基板における前記
被加工物との対向面を、その中央部から周端部に向けて
順次、前記被加工物に圧着可能な加圧機構を備えること
を特徴とする微細パターンの転写装置である。

［作用］ 本発明の微細パターンの転写方法においては、可撓性
を有する基板上に非粘着性転写パターンを予め形成する
と共に該非粘着性転写パターン上に粘着層を形成してな
る転写基板を使用し、転写パターン自体が有する粘性を
利用することなく静的に転写を行なう。したがって、た
とえば印刷インキの粘性を利用して被加工物への転写を
行なう動的な転写において問題となる圧着力、摺動力、
引っ張り力等の種々の物理的な力の複雑な作用による影
響が排除され、正確な転写が実現する。

また、可撓性を有する基板を用いてなる転写基板の外
周部を減圧空間に接触させた状態で該転写基板と被加工
物とを所定の間隔で対向させて保持し、転写基板と被加
工物との位置合わせを行なってから該転写基板の中央部
を被加工物と対向する面とは反対側の面から加圧して外
周部が前記減圧空間に接触したままの転写基板の中央部
と被加工物とを密着させ、その後、転写基板の全体を被
加工物に圧着し、しかる後、転写基板の外周部側から転
写基板と被加工物とを引き離すことにより、位置合わせ
精度が向上すると共に転写基板と被加工物との密着時に
両者間に空気が残存する現象（いわゆる空気溜まり）を
排除して局所的な密着不良の発生を防止する。

一方、本発明の微細パターンの転写装置においては、
転写基板と被加工物との位置関係を光学的に観察する観
察光学系と転写基板および被加工物の少なくとも一方を
所望の位置まで移動させる平板移動部とにより、被加工
物に設けたワーク側レジスターマークと転写基板に設け
たパターン側レジスターマークとが重なって観察される
位置まで転写基板および被加工物の少なくとも一方を移
動させ、その状態で転写基板および被加工物とを圧着す
るため、被加工物に転写される転写パターンの位置合わ
せ精度が向上する。

しかも、転写基板と被加工物との圧着を、転写基板の
外周部を減圧空間に接触させることによって該転写基板
を保持する減圧チャック台上に載置保持された転写基板
における被加工物との対向面を、その中央部から周端部
に向けて順次、ワークホルダーに保持された被加工物に
圧着可能な加圧機構で加圧して行なうことにより、いわ
ゆる空気溜まりを排除して局所的な密着不良の発生を防
止する。

［実施例］ 以下、本発明の微細パターンの転写方法および微細パ
ターンの転写装置について、図面を参照して説明する。

第１図に転写基板１と被加工物２との関係を示す。

第１図（ａ）に示すように、非粘着性転写パターン３
および粘着層４を設けた転写基板１と被加工物２とを10
μｍのアライメントギャップｇを設けた状態で対向させ
て配置した。

ここで、転写基板１は厚さ0.15mmのステンレス基板に
ポリビニルアルコール（PVA）および重クロム酸アンモ
ニウムを主成分とする水溶性の感光液を塗布し、次いで
所定状状のマスクを用いて露光および現像処理を行なっ
て厚さ0.5μｍ、線幅５μｍのマスキング層５を形成し
た。このマスキング層５についてバーニング処理を施し
て耐水性および電気絶縁性を強化した。

非粘着性転写パターン３は、ニッケル（Ni）板を陽極
とし、ステンレス基板を陰極とする以下の浴組成および
条件の電解メッキ法を採用して膜厚0.7μｍのニッケル
（Ni）メッキ層により形成した。

浴組成 硫酸ニッケル 250g/ 塩化ニッケル 45g/ ほう酸 30g/ 条件 pH 4.5 温度 50℃ 電流密度 5A/dm² なお、非粘着性転写パターン３の形成材料としては本
実施例で用いたニッケル（Ni）の他に例えばCr、Fe、A
g、Au、Cu、Zn、Snまたはこれらの化合物、合金類ある
いはエポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系
等の有機高分子材料からなる各種電着レジストを用いる
ことも可能である。

また、粘着層４は酢酸ビニル系の粘着溶液を非粘着性
転写パターン３の全面に厚さ0.3μｍで塗布して形成し
た。

ここで、本実施例においては、粘着層４を非粘着性転
写パターン３上に塗設したが、粘着層４を被加工物２上
に形成することも可能である。

本実施例においては前述のようにして作製した転写基
板１を第１図（ａ）に示すように本発明の転写装置にお
ける減圧チャック台に載置して保持させた。

ここで、本発明の微細パターンの転写装置は、たとえ
ば第２図に示すように、ワークホルダー10と、減圧チャ
ック台20と、観察光学系30と、平板移動機構40とを備え
ている。

減圧チャック台20は、たとえば第３図に示すように、
定盤21を用いて構成され、転写基板１を載置する面とは
反対側の面に、例えば真空ポンプにより減圧可能な減圧
空間部22を備えている。そして、この減圧空間部22には
転写基板１を載置する面に臨む減圧空間連通孔23が形成
されている。すなわち、減圧空間部22の圧力を調節して
減圧状態、望ましくは真空状態もしくはそれに近い状態
に減圧すれば、外周部が減圧空間連通孔23に当接する状
態で定盤21上に載置された転写基板１は大気圧により減
圧空間部22の方向へ加圧されて保持される。また、減圧
チャック台20は、加圧機構50を備えている。この加圧機
構50は、たとえば第３図に示すように、定盤21上に載置
された転写基板１の中央部に当接するように設けられた
圧縮空気吹き出し孔51とこれに接続される圧縮ポンプ52
とを用いて構成される。すなわち、減圧空間部22を減圧
状態にすることによって保持されている転写基板１の中
央部に圧縮空気吹き出し孔51から圧縮空気を当てれば、
第１図（ｂ）に示すように転写基板１の中央部が加圧さ
れて転写基板１の中央部は、所定のアライメントギヤッ
プを隔ててワークホルダー10に保持されている被加工物
２の被加工面に密着する。

観察光学系30は、転写基板１と被加工物２との位置関
係を光学的に観察可能であり、たとえば第２図に示すよ
うに、CCDカメラ31、顕微鏡32、落射照明装置33、CCU
（電子ライン発生装置）34、TVモニター35を用いて構成
することができる。この観察光学系30は２系統以上設け
ることが好ましい。観察光学系30を２系統以上設けるこ
とにより、同時に複数箇所での観察が可能である。ただ
し、観察光学系30を１系統しか設けない場合であって
も、該観察光学系が移動可能であれば複数箇所での観察
は可能である。

第４図に示すように観察光学系30にはアライメント量
算出部36が接続されている。

アライメント量算出部36は、観察光学系30で得られた
情報により、転写基板１に設けたパターン側レジスター
マークと被加工物２に設けたワーク側レジスターマーク
との位置ずれを算出する機能を有する。

このアライメント量算出部36は、第４図に示すよう
に、たとえば、入出力インターフェース（I/O）とコン
トロールプロセシングユニット（CPU）とランダムアク
セスメモリー（RAM）とを用いて構成することができ
る。

アライメント量算出部36での算出結果は、ステージ制
御部37を介して制御信号として平板移動機構40へ出力さ
れる。

すなわち、ステージ制御部37においては、２次座標系
（ｘ−ｙ座標系）におけるパターン側レジスターマーク
とワーク側レジスターマークとの位置関係に関し、所定
のアライメントギャップを維持しつつパターン側レジス
ターマークとワーク側レジスターマークとが重なり合っ
て観察される位置までワークホルダー10および減圧チャ
ック台20の少なくとも一方が移動するのに必要な制御信
号が平板移動機構40へ出力される。

ワークホルダー10および減圧チャック台20の少なくと
も一方に設けられる平板移動機構40は、たとえばリニア
モーターや精密パルスモーターなどの各種モーターを用
いて構成することができる。

本実施例においては、以上の構成の転写装置を使用し
て前述のように転写基板１を減圧チャック台20上に載置
し、減圧空間部22を減圧状態にして転写基板１を保持し
た。

一方、被加工物２はワークホルダー10に取り付けて保
持させた。

この被加工物２はガラス基板上にｐ−Si（ポリシリコ
ン）膜を厚さ0.1μｍで成膜してなるものを使用した。

次に、転写基板１と被加工物２との位置関係を観察光
学系30のTVモニター35で光学的に観察しながら第５図に
示すように転写基板１に設けたパターン側レジスターマ
ーク11と被加工物２に設けたワーク側レジスターマーク
12とが重なって見える位置まで減圧チャック台20を平板
移動機構40により移動させた。

その後、減圧空間部22を減圧状態にして転写基板１を
保持した状態のままで減圧チャック20の圧縮空気吹き出
し口51から圧縮空気を送り、バックプレッシャーにより
転写基板１の中央部を加圧し、第１図（ｂ）に示すよう
に転写基板１の中央部の粘着層４を被加工物２に密着さ
せた。

次に、圧縮空気吹き出し口51からの圧縮空気の吹き出
しを止め、減圧チャック台20をワークホルダー10に保持
された被加工物２の方向へ移動させて第１図（ｃ）に示
すように転写基板１の粘着層４の全面を被加工物２に圧
着した。なお、この圧着を真空状態にしたエアーチャン
バー内で行なうことも可能である。真空状態にしたエア
ーチャンバー内で圧着すれば前記のいわゆる空気溜まり
による局所的な密着不良が生じる可能性をさらに減少さ
せることができる。

続いて減圧チャック台20をワークホルダー10に保持さ
れた被加工物２と対向する方向とは反対側の方向へ移動
させて第１図（ｄ）に示すように転写基板１の外周側か
ら非粘着性転写パターン３を被加工物２に転写し、転写
終了後、以上の工程を繰り返すことにより被加工物２に
複数のパターンを転写させた。

この被加工物２に転写された転写パターンは、線幅が
10μｍ程度以下の微細な部分においても、正確かつ鮮明
であると共に膜厚が適度であり、また位置合わせ精度に
も優れていた。

なお、本実施例においてはいわゆる平行平板型の印刷
方式を採用して転写を行なったが、本発明の転写方法お
よび転写装置はいわゆる垂直平板型の印刷方式において
も利用可能である。

［発明の効果］ 本発明によると、転写基板と被加工物との密着時に両
者間に残存する空気を排除することができるので、いわ
ゆる空気溜まりにより生じる局所的な密着不良を防止す
ることができるとともに、転写基板と被加工物との正確
な位置合わせを行なってからそれ自体は粘着性のない非
粘着性転写パターンを粘着層を介して被加工物へ転写す
るので、微細な転写パターンの転写を高い寸法精度およ
び再現性で正確に行うことが可能であり、たとえば印刷
法を採用して薄膜半導体素子を製造する場合に好適に採
用することのできる微細パターンの転写方法を提供する
ことができる。

また、本発明によれば、観察光学系と減圧チャック台
と平板移動機構と加圧装置とを備えるので、転写基板と
被加工物との整合を正確かつ容易に行なうことができる
とともに被加工物と転写基板との圧着を両者間に残存す
る空気を排除した状態で行なうことが可能であり、高い
位置合わせ精度および寸法精度で正確に、且つ高い再現
性で効率良く鮮明な微細パターンを被加工物に転写させ
ることのできる微細パターンの転写装置を提供すること
がきる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の微細パターンの転写方
法における転写基板と被加工物との関係を工程順に示す
説明図、第２図は本発明の微細パターンの転写装置の構
成の一例を示す説明図、第３図は本発明の微細パターン
の転写装置における減圧チャックの構成を模式的に示す
説明図、第４図は本発明の微細パターンの転写装置のお
ける観察光学系と平板移動機構との関係の一例を示す説
明図、第５図は本発明の微細パターンの転写装置におけ
る観察光学系により画像として得られる情報の一例を示
す説明図である。 １……転写基板、２……被加工物、３……非粘着性転写
パターン、４……粘着層、10……ワークホルダー、11…
…パターン側レジスターマーク、12……ワーク側レジス
ターマーク、20……減圧チャック台、22……空間空間
部、30……観察光学系、40……平板移動機構、50……加
圧機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65C 9/26 B41F 16/00 B44C 1/165

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転写可能な非粘着性転写パターンを可撓性
   を有する基板上に予め形成し、その後、前記非粘着性転
   写パターン上に粘着層を形成して転写基板を作製し、次
   いで、該転写基板の外周部を減圧空間に接触させた状態
   で該転写基板と被加工物とを所定の間隔で対向させて保
   持し、前記転写基板と被加工物との位置合わせを行なっ
   てから前記転写基板の中央部を前記被加工物と対向する
   面とは反対側の面から加圧して該転写基板の中央部と前
   記被加工物とを密着させ、その後、前記転写基板の全体
   を前記被加工物に圧着し、しかる後、前記転写基板の外
   周部側から該転写基板と前記被加工物とを引き離すこと
   により前記被加工物に前記転写パターンを転写させるこ
   とを特徴とする微細パターンの転写方法。
2. 【請求項２】被加工物を保持するワークホルダーと、転
   写パターンを有する転写基板を保持する減圧チャック台
   と、前記被加工物と前記転写基板との位置関係を光学的
   に観察する観察光学系と、該観察光学系で得られた情報
   に基づいて前記被加工物に設けたワーク側レジスターマ
   ークと前記転写基板に設けたパターン側レジスターマー
   クとが所定のアライメントギャップを維持した状態で重
   なって観察される位置まで前記ワークホルダーおよび前
   記減圧チャック台の少なくとも一方を移動させる平板移
   動機構とを有し、前記減圧チャック台は前記転写基板の
   外周部に接する減圧空間部を備えると共に該転写基板に
   おける前記被加工物との対向面を、その中央部から周端
   部に向けて順次、前記被加工物に圧着可能な加圧機構を
   備えることを特徴とする微細パターンの転写装置。