JP3604985B2 - Pattern transfer device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、太陽電池、半導体などの半導体デバイスの製造に於ける回路や超小型部品の微細加工における、熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やSi基板などの脆性材料基板にインプリント法によるパターンの転写を行う装置に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、例えば各種半導体デバイスの製造に於ける回路のパターン転写方法としては、スピンコート法によって、感光剤、樹脂、化学溶媒からなるフォトレジストをガラス基板、Si基板表面に、或いはガラス基板、Si基板にSiO2膜、aーSi膜(非品質シリコン膜)、pーSi膜(多結晶シリコン膜)などを積層させた基板表面に塗布し、フォトマスクを介してパターン形状を露光によって転写し現像し、しかる後、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施し、その後、レジスト膜をアッシング(灰化)或いはレジスト膜を剥離することにより、前記基板または前記積層膜に凹凸パターンを形成するフォトリソグラフィー法によるパターン転写法が最も一般的である。
このフォトリソグラフィー法によるパターン転写装置としては、前述したようにスピン塗布装置、加熱装置、冷却装置、露光装置、現像液塗布装置、エッチング装置、アッシング装置などの多くの装置が必要となる。
中でも、露光装置は非常に高価なものとなっており、又露光工程で一般に使用されるステッパーでは、フォトマスクを逐次移動させながら露光するため生産性が悪く、露光工程によってスループットが律速してしまう。
又、半導体デバイスの製造では、高集積化のため配線パターンを何層にも積層することが多く、このようなパターン転写は一つの製品の製造において、何回も繰り返し行われる。従って、上記のような高額な装置や生産性の悪さは増幅され製品の価格に影響している。
【0003】
又、最近では凹凸にパターンを形成された型部材を、スピンコート法によって基板表面に成膜されたレジスト膜に押し付けることにより、レジスト膜に凹凸を付け、それをエッチングすることによって、基板にパターン形状を転写するインプリント法によるパターン転写法が研究されつつある(US005772905A参照)。
この場合、レジスト膜の材質としてはPMMAを使用し、レジスト膜へ型部材を押し付ける際、基板をPMMAのガラス転移温度以上である200℃以上に加熱し、型部材のレジスト膜への押圧力を約100kgf/cm2で行うことを特徴としている。
更に、インプリント法によるパターン転写法では、フォトリソグラフィー法によるパターン転写法のように感光剤を必要としないため、クリーンルーム内にて黄色灯のもとで作業を行なう必要もなく、作業性でも有利である。
このインプリント法によるパターン転写方法は、まだ実用化にいたっていないが、平板の片面に凹凸パターンを有する型部材を基板上に形成したレジスト膜に押し付けるといったパターン転写装置によってテストが行なわれている。
ただし、前述したように、型部材のレジスト膜への押圧力が100kgf/cm2と非常に大きいために、テストに使用される試験片は非常にサイズの小さいものでしか行なうことが不可能となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このインプリント法では、レジスト膜の凹凸パターンに十分な押し付け深さを得るためにはインプリント時に、前述したような非常に大きな押圧力を必要とする。一般に使用される基板は、ガラス基板やSi基板などの脆性材料であることが多く、大きな押圧力を負荷すると基板が破損する恐れがある。
又、基板が破損しなかったとしても、大きな圧力を負荷するためにはパターン転写装置自体が強固で大型となり、高額なものになってしまう。
又、前記平板形状の大型の型部材を基板に押し付ける場合、型全体の押圧力を均一にするのは非常に難しく、押圧力の不均一は偏荷重を招き、押し込み深さの不均一性や基板の破損が生じる可能性がある。
更に、液晶ディスプレイや太陽電池の製造のように大型の基板にパターン転写する場合、平板形状の型部材でのインプリントでは型部材に非常に高い平面度や面精度が要求されるため、加工が非常に困難なものとなることが予想される。
このように、非常に大きな押圧力を必要とするということが、インプリント法によるパターン転写装置の実現を困難にしている一つの問題点となっている。
【0005】
更に、前述したように、型部材を基板に押し付ける場合、レジスト膜のガラス転移温度以上に加熱する必要がある。これは加熱によりレジスト膜を軟化させ、型部材を押し込んだ時にパターン形成しやすくするためである。
又、型部材を押し付けた後、次工程のエッチング工程へ搬送するために基板を冷却する必要がある。
このような基板の加熱及び冷却といった温度変化を伴うために、高い生産性が望めず、インプリント法によるパターン転写におけるもう一つの問題点となっているのである。
【0006】
本発明は、これらの問題点を解決し、インプリント法によるパターン転写を実現できる装置を安価に提供し、更に温度変化を伴うという生産上の欠点を克服し、生産性の高いパターン転写装置を提供せんとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱により軟化するレジスト膜を表面に成膜したガラス基板やSi基板である脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う装置であって、基板を載置固定するプレート上に、パターン形状である凹凸を円周面に有し、積極回転する円筒形状の型部材を昇降可能に設置すると共に、基板のレジスト膜への押し付け荷重の制御機構を設け、又プレート及び型部材に加熱手段を設け、更に型部材又はプレートのいずれかに平行移動手段を設け、プレート上の基板のレジスト膜に型部材を回転させながら押し付けることによりパターン転写を行うこと、及び基板のレジスト膜への型部材押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を、後工程に基板冷却部を設けたことによりパターン転写装置である。
基板を載置固定するプレートと、円筒形状の型部材を使用することにより、押圧時の型部材と基板との接触面積を非常に小さくすることによって、押し付け全荷重を非常に小さくすることが可能となる。
このように、押し付け全荷重が小さくできることにより、押し付け荷重の偏荷重による基板の損傷を少なくすることができ、パターン転写装置も平板の型部材を使用するパターン転写装置よりも小型で安価に製作することが可能となる。
更に、液晶ディスプレイや太陽電池の製造のように大型の基板にパターン転写する場合には、高い平面度や面精度が必要とされるが、一般に平板形状よりも円筒形状の方が加工精度を出しやすいことから、型部材を円筒形状にすることにより、平板形状の型部材よりも加工精度を容易に出すことが可能となる。
【0008】
又、本発明はプレートと型部材の両方に加熱手段を設け、更に温度制御機構を有するものであり、インプリント法によるパターン転写では、基板及びレジスト膜を加熱することによりレジスト膜を軟化させ、型部材を押し込んだ時のパターン形成が容易となる。
プレートで基板及びレジスト膜は全体を予備的に加熱されることになり、更にパターン形成時には型部材によって転写部分が更に加熱され、レジスト膜軟化温度となるため、効率の良い加熱となる。
そして、上記のプレート或いは型部材の温度制御機構によってパターン形成を容易に行うことができる。
【0009】
又、本発明は型部材の基板への押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を設置し、後工程に基板冷却部を設置するものである。
型部材の押し付け工程では、前述のようにレジスト膜を軟化させ、パターン形成しやすくするために基板或いは型部材を加熱する必要がある。
この基板予備加熱部にて予め基板を加熱しておくことにより、型部材押し込み工程での加熱時間を短縮することができる。
又、型部材の押し付け後、レジスト膜のエッチングを行なうが、エッチング装置に搬送するために基板を冷却する必要がある。前述のように、基板冷却部を設置することによって基板を速やかに冷却し、次工程へ搬送することができる。
以上のように、型部材の基板への押し付け工程の前工程に基板予備加熱部を設置し、後工程に基板冷却部を設置することによって基板の加熱、冷却といった温度変化に伴う時間を短縮することが可能となり、生産性を上げることができる。
【0010】
又、本発明は基板から型部材の両側端の高さを検知するセンサーを設け、基板から型部材の高さの制御を行う制御機構を有することを特徴とするパターン転写装置である。
型部材の高さ制御のための高さ検知センサーを設置し、基板からの高さが型部材の両側端で等しくなるようにすることで型部材を制御し、型部材を押し付け時の型部材のかたがりによって生じる偏荷重を防止することができる。更に型部材の押し込み深さを制御することが可能となる。
【0011】
又、本発明はパターンの重ね合わせ時に、型部材の凹凸パターンと基板上に形成された凹凸パターンとの位置補正機構を有し、型部材或いは基板を位置補正することによりパターンの重ね合わせを行うことを特徴とするパターン転写装置である。
前述のように、これらのパターン転写は一つの製品について数回繰り返し行われるため、上記のようなパターンの位置補正機構によってパターンの重ね合わせが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1乃至図3は本発明の一実施の形態を示す。
図1は本発明のパターン転写装置の構成を示し、図1に基づいて本発明であるパターン転写装置におけるパターン転写工程を説明する。
先ず、レジスト膜1が形成された基板2を基板予備加熱部のプレート3に載置する。液晶ディスプレイの製造におけるインプリント法によるパターン転写を仮定に、レジスト膜の材質をPMMAとし、基板をガラス基板とし、基板サイズを650×850mmとして説明する。
基板予備加熱部のプレート3内には電熱線等の熱源22を有し、レジスト膜の軟化温度、例えば200℃まで加熱されており、加熱によりレジスト膜を軟化させる。その後、型部材押し付け部へ基板を搬送する。
【0013】
型部材押し込み部Bのプレート5は、基板予備加熱部と同じく内部に熱源22を有し、レジスト膜1の軟化温度まで加熱されており、このプレート5上に基板2を載置し固定する。
レジスト膜1は基板予備加熱部Aですでに加熱されているので、型部材押し込み部Bではわずかの加熱時間で型部材押し込み時の温度に達する。
次に、円筒形状の型部材6をレジスト膜1に押し付ける。この円筒形状の型部材6の円周長は基板2の長さと合わせてもよく、同じパターンが繰り返し必要とするならばさらに短い円周長の型部材を用いてもよい。
この円筒形状の型部材6をレジスト膜1に押し付けながら回転させることにより、レジスト膜1に凹凸形状を形成する。
この場合、基板2をプレート5上に固定し、型部材6を平行移動させながら回転させてもよいし、基板2を固定したプレート5を平行移動させ、型部材6はその場で回転させてもよい。
【0014】
加熱手段をプレート5に代えて型部材6に設け、プレート5上の基板2のレジスト膜1を型部材6の押し込み時に軟化温度まで加熱することもできる。
図4は加熱手段22を型部材6に設けた他の構成例を示すもので、プレート5上の基板2のレジスト膜1を型部材押し込み時に軟化温度まで加熱するものである。
更に、図4のように、プレート5及び型部材6の両方に加熱手段22を設ければ、加熱効率は一層良くなるものである。
【0015】
又、型部材6を基板2に押し付ける際、基板2からの型部材6の高さを型部材6の両側端部に設置した高さ検知センサー7、もしくは基板側に設置した高さ検知センサーによって計測し、基板2からの型部材6の高さが両側端で等しくなるように調節する。このことにより、型部材6の押し付けが型部材6の両側端で等しくすることが可能となり、基板2への偏荷重を防ぐことができる。
更に、型部材6のレジスト膜1への押し込み深さが得られるように型部材6の基板2からの高さを上記高さ検知センサー7によって設定し、上記のように型部材6を回転させ基板2に押し付けることにより、パターン転写を行うことができる。
この高さ測定のための高さ検知センサー7は、半導体デバイスの製造におけるパターンの凹凸はμmオーダーであるので、レーザー変位計などのような分解能がμmオーダー以下である測定装置を使用する必要がある。
【0016】
又、型部材6の押し付け荷重は、型部材6に設置したロードセル8によって検知する。押し付け荷重は型部材6のパターン形状に大きく影響を受ける。
例えば、型部材6の凸部の面積が比較的広いものやパターンが密になったものは、押し付けた際のレジスト膜1の逃げ場が少ないために、大きい押し付け荷重を与えないと十分な押し付け深さが得られない。
インプリント法によるパターン転写において、凹凸パターンの形成後、凹部のエッチングを行なうため、押し込み深さは均等になることが望ましい。
従って、上記のように型部材6の基板2からの高さを型部材6のレジスト膜1への押し込み深さになるように予め設定することにより、押し込んだ凹部の押し込み深さが全て等しくなるようにする。
ただし、偏荷重や上記の例のように押し込んだ際のレジスト膜1の逃げ場がなくなったため、大きい集中荷重が加わったりした場合に、基板2の破損を防止するために前記ロードセル8によって荷重を検知し、ある荷重でインターロックがかかるようにする必要がある。
上記のような大きな集中荷重が生じる恐れがある場合は、条件だしの段階で型部材6の回転速度を遅くするか又は基板加熱温度を高くするなどの条件の設定によって改善することができる。
【0017】
型部材6の形状が平板の場合と円筒の場合とで押し付け荷重を比較する。前述の仮定のように、ガラス基板サイズを650×850mmとし、平板形状の型部材で基板全体を上記100kgf/cm2の押し付け荷重で押し付けるとすると552.5tもの押し付け荷重が必要となる。
しかし、円筒形状の型部材では、円の接点のみ基板と接する線接触となるが、仮に基板との接触面積を650×10mmとすると、押し付け荷重は平板の1/85である6.5tとなる。
このように、型部材を円筒形状にすることにより、押し付け荷重を非常に小さくすることが可能となるため、平板の型部材の場合よりはパターン転写装置をコンパクトで安価に製作することが可能となる。
又、平板形状の型部材では基板全体に均一に押し付ける必要があるため、型全体の平面度が非常に厳しいものとなるが、円筒形状の型部材では基板との接触面積が小さいために形状公差が出しやすく、又円筒形状であるので平板形状よりも加工しやすいといった利点がある。
【0018】
以上のようにして、レジスト膜1に凹凸パターンを形成する。その後、基板2を基板冷却部Cに搬送し、搬送に適した温度に冷却し、次工程のレジスト膜1のエッチング工程へ基板を搬送する。ちなみに、基板冷却部Cのクールプレート9の冷却源23には水循環の冷却装置を使用し、設定温度は室温程度、或いはエッチング工程に近い温度まで冷却してもよい。
工程によっては、生産性向上のためにペルチェ素子を内蔵した冷却装置を使用することにより、急速に冷却してもよい。
【0019】
本発明のパターン転写装置における各工程間の基板搬送は、基板は吸着載置又は側端面を把持するセラミックハンドのように耐熱性を有する素材を使用することが望ましい。
又、基板予備加熱部A、型部材押し付け部B、基板冷却部Cはそれぞれ基板搬送が容易になるようにリフトピン4のような基板の昇降機構を有している。
【0020】
又、本発明のように、型部材押し込み部Bの前工程に基板予備加熱部Aを、後工程に基板冷却部Cを設置することにより、順次ガラス基板を流すことが可能となり、生産性が大幅に向上させることができる。
【0021】
次に、図2及び図3は型部材の押し付け部の一構成例を示すものであり、型部材押し付け部Bの工程及びパターンの重ね合わせについて説明する。
図2において、前述の基板予備加熱部Aから搬送された基板2は、レジスト膜1の軟化温度に設定されたプレート5上に載置される。その際、型部材は基板の搬送の妨げにならない場所に待機する。
そして、基板2はプレート5に設置されたチャック10によって固定される。このチャック10の駆動にはエアシリンダやモータなどを使用することによって行うことができ、或いはプレート5上にエア(バキューム)チャック又は静電チャックを搭載することによってチャッキングを行ってもよい。
又、チャッキングの際の基板の破損を防ぐためにショックアブゾーバーを使用してもよい。そして、基板の有無を固定用のチャック又はプレート5にセンサー11を設置することにより確認し、プレート5の加熱温度は温度制御器20によって制御する。
【0022】
型部材6に加熱手段22を設ける場合は、同様に温度制御器20を設けて温度調節を行うものであり、図5はプレート5と型部材6の両方に加熱手段を設けた場合の構成例を示すものである。
【0023】
次に、図3のように、予め基板2の前部両端にはパターンの位置決め用のマーキング12をしておく。
更に、型部材6の軸受け部13からブラケット14を設置し、そのブラケット14に画像処理用カメラ15を設置する。画像処理用カメラ15は予め型部材6の軸心と平行に設置されている。
そして、X、Y軸位置制御機構16によって、画像処理用カメラ15が基板2の位置合わせマーキング12に合う位置まで型部材6を移動させる。ちなみに、X,Y軸位置制御機構16はサーボモーター、ボールねじ、直動案内のような構成によって実施でき、あるいは高精度の位置決めを行う場合、リニアモーターを使用してもよい。
そして、θ補正機構17及びX、Y軸位置制御機構16により、基板2及びプレート5を回転させることにより、画像処理用カメラ15の中心と基板2の位置合わせマーキング12の中心を合致させる。図中21は画像処理装置である。
以上のようにして、型部材6の軸心と位置合わせマーキング12の2点を結んだ直線を平行に設定する。
【0024】
次に、型部材6の軸心位置を基板2端部の位置まで、X、Y軸位置制御機構16によって移動させる。又初期パターンの位置が型部材6の最も下になるように型部材6を型部材回転モーター18によって回転させる。
この場合、予め型部材6の回転方向の原点位置を設定しておき、型部材回転モーター18によってパターンの位置制御を可能にしておく。
その後、型部材6をZ軸位置制御機構19によって型部材6の最下の凸部をレジスト膜1の押し込み深さと同じ位置まで押し下げる。
Z軸位置制御機構19は、X、Y軸制御機構16と同じようにサーボモーター、ボールねじ、直動案内のような構成によって実施できる。このZ軸の位置制御の場合、前述した高さ検知センサー7によって基板2からの型部材6の高さを検知することによって基板2からの正確な位置を制御する。
【0025】
次に、X軸位置制御機構16によって型部材6のX方向の移動と、型部材回転モーター18の回転とを同期させながら、型部材6を基板2に押し付けパターン転写を行う。その時、前述したようにロードセル8によって異常な荷重が加わっていないかを検知しながら行なう。
型部材6が基板2の端部に達すると、ロードセル8において押し付け荷重が減少する。それを検知し、Z軸位置制御機構19によって型部材6を基板搬送の妨げとならない位置まで上昇させる。
その後、前述の図1のように基板2を基板加熱部へ移載し、冷却後、次工程へ搬送するのである。
【0026】
【発明の効果】
以上のように、本発明のパターン転写装置によれば、平面状のプレートと円筒形状の型部材を使用することにより、押し付け荷重を非常に小さくできるため、ガラス基板やSi基板などの脆性材料基板にインプリント法によるパターン転写を行う際、押し付け荷重の偏荷重による基板の破損を少なくすることができ、転写装置をコンパクトでかつ安価に製作することが可能となる。
更に、大面積の基板でのパターン転写では、高い平面度や面精度が必要とされるが、一般に平板形状よりも円筒形状の方が加工精度を出しやすいことから、型部材のみを円筒形状にすることにより、平板形状の型部材よりも加工精度を容易に出すことが可能となる。
そして、プレートで基板及びレジスト膜は全体を予備的に加熱されることになり、更にパターン形成時には型部材によって転写部分が更に加熱され、レジスト膜軟化温度となるため、効率の良い加熱となる。
又、型部材押し込み部の前工程に基板予備加熱部を、基板予備加熱部で予め基板を加熱しておくことにより、型部材押し込み工程での加熱時間を更に短縮し、効率化を図ることができる。
加えて、後工程に基板冷却部を設置することにより、順次ガラス基板を流すことが可能となり、基板の熱変化によって伴うタイムロスを少なくできるため、生産性が大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパターン転写装置の一構成例を示した図である。
【図2】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の一構成例を示した図である。
【図3】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の平面図である。
【図4】本発明のパターン転写装置の一部型部材押し込み部の他の構成例を示した図である。
【図5】本発明のパターン転写装置の型部材押し込み部の他の構成例を示した図である。
【符号の説明】
1 レジスト膜
2 基板
3 プレート
4 リフトピン
5 プレート
6 型部材
7 高さ検知センサー
8 ロードセル
9 クールプレート
10 チャック
11 基板有無確認センサー
12 位置合わせマーキング
13 軸受け部
14 ブラケット
15 画像処理用カメラ
16 X、Y位置制御機構
17 θ補正機構
18 型部材回転モーター
19 Z軸位置制御機構
20 温度制御器
21 画像処理装置
22 熱源
23 冷却源
A 基板予備加熱部
B 型部材押し込み部
C 基板冷却[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
In the present invention, a resist film which is softened by heat is formed on the surface in the fine processing of circuits and micro parts in the manufacture of semiconductor devices such as liquid crystal displays, field emission displays, plasma display panels, solar cells, and semiconductors. The present invention relates to an apparatus for transferring a pattern to a brittle material substrate such as a glass substrate or a Si substrate by an imprint method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as a pattern transfer method of a circuit in the manufacture of various semiconductor devices, a photoresist made of a photosensitive agent, a resin, and a chemical solvent is applied to a glass substrate, a Si substrate surface or a glass substrate, a Si substrate Is coated on the surface of a substrate on which a SiO 2 film, an a-Si film (non-quality silicon film), a p-Si film (polycrystalline silicon film), etc. are laminated, and the pattern shape is transferred by exposure through a photomask and developed. Thereafter, dry etching or wet etching is performed, and thereafter, the resist film is ashed (ashed) or the resist film is peeled off, so that a pattern transfer by a photolithography method of forming an uneven pattern on the substrate or the laminated film is performed. The law is the most common.
As described above, many devices such as a spin coating device, a heating device, a cooling device, an exposure device, a developing solution coating device, an etching device, and an ashing device are required as a pattern transfer device by the photolithography method.
Above all, the exposure apparatus is very expensive, and the stepper generally used in the exposure step has low productivity because the exposure is performed while sequentially moving the photomask, and the throughput is limited by the exposure step. .
In the manufacture of semiconductor devices, wiring patterns are often stacked in layers for high integration, and such pattern transfer is repeated many times in the manufacture of one product. Therefore, the expensive apparatus and the low productivity described above are amplified and affect the price of the product.
[0003]
Also, recently, a pattern member having an uneven pattern is pressed against a resist film formed on a substrate surface by a spin coating method, whereby the resist film is made uneven, and the resist film is etched to form a pattern on the substrate. A pattern transfer method by an imprint method for transferring a shape is being studied (see US005772905A).
In this case, PMMA is used as the material of the resist film, and when pressing the mold member against the resist film, the substrate is heated to 200 ° C. or higher, which is higher than the glass transition temperature of PMMA, and the pressing force of the mold member against the resist film is reduced. It is characterized in that it is performed at about 100 kgf / cm 2 .
Further, the pattern transfer method by the imprint method does not require a photosensitive agent unlike the pattern transfer method by the photolithography method, so that it is not necessary to work under a yellow light in a clean room, which is advantageous in workability. It is.
Although the pattern transfer method by the imprint method has not yet been put to practical use, a test is performed by a pattern transfer apparatus such as pressing a mold member having an uneven pattern on one side of a flat plate against a resist film formed on a substrate. .
However, as described above, since the pressing force of the mold member against the resist film is as large as 100 kgf / cm 2 , the test piece used for the test can be performed only with a very small size. Has become.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this imprint method, in order to obtain a sufficient pressing depth on the concave / convex pattern of the resist film, an extremely large pressing force as described above is required at the time of imprinting. A commonly used substrate is often a brittle material such as a glass substrate or a Si substrate, and the substrate may be damaged when a large pressing force is applied.
Further, even if the substrate is not damaged, in order to apply a large pressure, the pattern transfer apparatus itself becomes strong, large, and expensive.
Further, when pressing the large plate-shaped mold member against the substrate, it is extremely difficult to make the pressing force of the entire mold uniform, and the uneven pressing force causes an uneven load, and the pressing depth becomes nonuniform. The substrate may be damaged.
Furthermore, when transferring a pattern to a large substrate as in the case of manufacturing a liquid crystal display or a solar cell, imprinting with a flat-shaped mold member requires extremely high flatness and surface accuracy in the mold member. It is expected to be very difficult.
As described above, the need for a very large pressing force is one of the problems that makes it difficult to realize a pattern transfer device by the imprint method.
[0005]
Further, as described above, when the mold member is pressed against the substrate, it is necessary to heat the resist member to a temperature higher than the glass transition temperature of the resist film. This is because the resist film is softened by heating so that a pattern can be easily formed when the mold member is pushed.
Further, after pressing the mold member, it is necessary to cool the substrate in order to carry it to the next etching step.
Due to such temperature changes such as heating and cooling of the substrate, high productivity cannot be expected, which is another problem in pattern transfer by the imprint method.
[0006]
The present invention solves these problems, provides an apparatus capable of realizing pattern transfer by the imprint method at a low cost, and further overcomes a production defect that involves a temperature change, and provides a highly productive pattern transfer apparatus. It will not be provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an apparatus for performing pattern transfer by an imprint method on a brittle material substrate such as a glass substrate or a Si substrate on which a resist film softened by heat is formed on a surface, and on a plate for mounting and fixing the substrate, It has a pattern-shaped concavo-convex pattern on its circumferential surface, and a positively rotating cylindrical mold member is installed so as to be able to move up and down.A control mechanism is also provided for controlling the load applied to the resist film on the substrate. Means for transferring a pattern by rotating and pressing the mold member against the resist film of the substrate on the plate, and providing a mold for transferring the pattern onto the resist film of the substrate. A pattern transfer apparatus is provided by providing a substrate pre-heating unit in a process preceding the member pressing process and a substrate cooling unit in a process subsequent to the member pressing process.
By using a plate for mounting and fixing the substrate and a cylindrical mold member, the contact area between the mold member and the substrate at the time of pressing can be made very small, so that the total pressing load can be made very small. It becomes.
As described above, since the total pressing load can be reduced, damage to the substrate due to the uneven load of the pressing load can be reduced, and the pattern transfer device can be manufactured smaller and less expensively than the pattern transfer device using a flat mold member. It becomes possible.
Furthermore, when transferring a pattern to a large substrate as in the case of manufacturing a liquid crystal display or a solar cell, high flatness and surface accuracy are required, but in general, a cylindrical shape provides a higher processing accuracy than a flat plate shape. Since the mold member has a cylindrical shape, processing accuracy can be more easily obtained than a mold member having a flat plate shape.
[0008]
Further, the present invention provides heating means for both the plate and the mold member, and further has a temperature control mechanism.In pattern transfer by the imprint method, the resist film is softened by heating the substrate and the resist film, The pattern formation when the mold member is pushed in becomes easy.
The entire substrate and the resist film on the plate are preliminarily heated, and the transferred portion is further heated by the mold member at the time of pattern formation, and the resist film softening temperature, so that efficient heating is achieved.
Then, the pattern can be easily formed by the temperature control mechanism of the plate or the mold member.
[0009]
Further, in the present invention, a substrate pre-heating unit is installed in a step before the step of pressing the mold member against the substrate, and a substrate cooling unit is installed in a post-step.
In the step of pressing the mold member, it is necessary to heat the substrate or the mold member in order to soften the resist film and facilitate pattern formation as described above.
By heating the substrate in advance in the substrate preheating section, the heating time in the mold member pressing step can be shortened.
After the pressing of the mold member, the resist film is etched. However, it is necessary to cool the substrate in order to transfer the resist film to the etching apparatus. As described above, the substrate can be cooled quickly by installing the substrate cooling unit, and the substrate can be transferred to the next step.
As described above, the time required for temperature changes such as heating and cooling of the substrate is reduced by installing the substrate pre-heating unit in the process before the process of pressing the mold member against the substrate and installing the substrate cooling unit in the process after the process. And increase productivity.
[0010]
Further, the present invention is a pattern transfer device comprising a sensor for detecting the height of both sides of a mold member from a substrate, and a control mechanism for controlling the height of the mold member from the substrate.
A height detection sensor for controlling the height of the mold member is installed, and the height of the mold member is controlled by making the height from the substrate equal on both sides of the mold member. It is possible to prevent the unbalanced load caused by the backlash. Further, it is possible to control the depth of pushing of the mold member.
[0011]
In addition, the present invention has a position correcting mechanism of the concave and convex pattern of the mold member and the concave and convex pattern formed on the substrate at the time of pattern superposition, and performs the pattern superposition by correcting the position of the mold member or the substrate. This is a pattern transfer device characterized by the following.
As described above, since these pattern transfer operations are repeated several times for one product, the patterns can be superimposed by the pattern position correcting mechanism as described above.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show an embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows the configuration of the pattern transfer device of the present invention, and the pattern transfer process in the pattern transfer device of the present invention will be described with reference to FIG.
First, the
A
[0013]
The
Since the resist film 1 is already heated in the substrate preheating section A, the temperature at the time when the mold member is pushed is reached in the mold member pushing section B in a short heating time.
Next, the cylindrical mold member 6 is pressed against the resist film 1. The circumferential length of the cylindrical mold member 6 may be the same as the length of the
By rotating the cylindrical mold member 6 while pressing it against the resist film 1, an uneven shape is formed on the resist film 1.
In this case, the
[0014]
A heating means may be provided on the mold member 6 instead of the
FIG. 4 shows another configuration example in which the heating means 22 is provided on the mold member 6, in which the resist film 1 of the
Further, as shown in FIG. 4, if the heating means 22 is provided on both the
[0015]
When the mold member 6 is pressed against the
Further, the height of the mold member 6 from the
The
[0016]
The pressing load of the mold member 6 is detected by a
For example, in the case of the mold member 6 having a relatively large convex area or a dense pattern, there is little escape of the resist film 1 when pressed, so that a sufficient pressing depth is not applied unless a large pressing load is applied. Cannot be obtained.
In pattern transfer by the imprint method, since the concave portion is etched after the formation of the concave / convex pattern, it is desirable that the indentation depth is uniform.
Therefore, as described above, by setting the height of the mold member 6 from the
However, since there is no relief place of the resist film 1 when the resist film 1 is pushed in as in the case of the uneven load or the above-mentioned example, when a large concentrated load is applied, the load is detected by the
When there is a possibility that a large concentrated load as described above may occur, it can be improved by setting the conditions such as lowering the rotation speed of the mold member 6 or increasing the substrate heating temperature in the condition setting stage.
[0017]
The pressing load is compared between the case where the shape of the mold member 6 is a flat plate and the case where the shape is a cylinder. As described above, if the size of the glass substrate is 650 × 850 mm, and the entire substrate is pressed with the above-described pressing load of 100 kgf / cm 2 by a flat plate-shaped mold member, a pressing load of 552.5 t is required.
However, in the case of a cylindrical mold member, only circular contacts are in line contact with the substrate, but if the contact area with the substrate is 650 × 10 mm, the pressing load is 6.5t, which is 1/85 of the flat plate. .
As described above, since the pressing force can be made extremely small by making the mold member a cylindrical shape, it is possible to manufacture a pattern transfer device more compactly and inexpensively than in the case of a flat mold member. Become.
In addition, the flatness of the flat mold member must be uniformly pressed on the entire substrate, so that the flatness of the entire mold is extremely severe. However, the cylindrical mold member has a small shape contact tolerance due to a small contact area with the substrate. There is an advantage that the shape is easy to produce and that the shape is easier than the flat shape because of the cylindrical shape.
[0018]
As described above, the concavo-convex pattern is formed on the resist film 1. Thereafter, the
Depending on the process, cooling may be performed rapidly by using a cooling device having a built-in Peltier element to improve productivity.
[0019]
In the transfer of the substrate between the steps in the pattern transfer apparatus of the present invention, it is desirable that the substrate be made of a material having heat resistance, such as a ceramic hand that holds the suction end or a side end surface.
Further, the substrate preheating unit A, the mold member pressing unit B, and the substrate cooling unit C each have a substrate elevating mechanism such as a lift pin 4 so that the substrate can be easily transported.
[0020]
Further, as in the present invention, by installing the substrate pre-heating unit A in the process preceding the mold member pushing unit B and the substrate cooling unit C in the subsequent process, it becomes possible to flow the glass substrate sequentially, thereby improving productivity. It can be greatly improved.
[0021]
Next, FIG. 2 and FIG. 3 show an example of the configuration of the pressing portion of the mold member, and the process of the die member pressing portion B and the overlapping of the patterns will be described.
In FIG. 2, the
Then, the
Further, a shock absorber may be used to prevent the substrate from being damaged during chucking. The presence or absence of the substrate is confirmed by installing the sensor 11 on the fixing chuck or the
[0022]
When the heating means 22 is provided on the mold member 6, the
[0023]
Next, as shown in FIG. 3,
Further, a
Then, the mold member 6 is moved by the X and Y axis position control mechanism 16 to a position where the
Then, the
As described above, the straight line connecting the axis of the mold member 6 and the two points of the alignment marking 12 is set in parallel.
[0024]
Next, the X / Y-axis position control mechanism 16 moves the axial center position of the mold member 6 to the position of the end of the
In this case, the origin position in the rotation direction of the mold member 6 is set in advance, and the pattern position can be controlled by the mold
Thereafter, the lowermost convex portion of the mold member 6 is pushed down by the Z-axis
The Z-axis
[0025]
Next, the X-axis position control mechanism 16 synchronizes the movement of the mold member 6 in the X direction with the rotation of the mold
When the mold member 6 reaches the end of the
Thereafter, as shown in FIG. 1 described above, the
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the pattern transfer apparatus of the present invention, the use of a flat plate and a cylindrical mold member allows the pressing load to be extremely reduced, so that a brittle material substrate such as a glass substrate or a Si substrate is used. When performing pattern transfer by the imprint method, it is possible to reduce the damage to the substrate due to the uneven load of the pressing load, and it is possible to manufacture the transfer device compactly and inexpensively.
Furthermore, pattern transfer on a large-area substrate requires high flatness and surface accuracy, but in general, a cylindrical shape is easier to achieve processing accuracy than a flat plate shape. By doing so, it is possible to more easily achieve processing accuracy than a plate-shaped mold member.
Then, the entire substrate and resist film are preliminarily heated by the plate, and further, the transferred portion is further heated by the mold member at the time of pattern formation.
In addition, by heating the substrate pre-heating unit in the process preceding the mold member pushing unit and the substrate in advance in the substrate pre-heating unit, the heating time in the mold member pushing process can be further shortened and efficiency can be improved. it can.
In addition, by installing a substrate cooling unit in a post-process, it becomes possible to flow glass substrates sequentially, and a time loss caused by a change in heat of the substrate can be reduced, so that productivity can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing one configuration example of a pattern transfer device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a mold member pushing section of the pattern transfer apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a mold member pushing portion of the pattern transfer device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the partial mold member pushing portion of the pattern transfer device of the present invention.
FIG. 5 is a view showing another configuration example of the mold member pushing section of the pattern transfer apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resist
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