JP4313109B2 - High precision press machine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
請求項に係る発明は、半導体基板など、両面間の平行度等につき精度が求められる部品を対象とする高精度プレス機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
重ね合わせた半導体基板等を加圧対象とするプレス機については、たとえば下記の特許文献1に記載がある。同文献1に記載の装置は図7のようなもので、その特徴はつぎのとおりである。すなわち、a)対向する上下一対のプレート(加圧部材)110・150のうち一方のプレート150の表面に半導体基板Yを取り付けるとともに、対向する他方のプレート110の表面に、上記基板Yの表面に転写する薄膜つきのシートフィルムXを取り付け、一方のプレート150を移動させることにより、両プレート110・150の対向面間で上記両部品を加圧する。b)上記のうち一方のプレート150は、基板Yの表面中央を中心とする球面をもつ軸受160(凸プレート161と凹プレート162との組)により回転(首振り)可能に保持されているので、上記一対のプレート110・150は加圧中に自動的に傾きを補正され、上記両部品を平行に加圧する。c)また、基板YとシートフィルムXとの接合面間に空気(気泡)が存在することを防止すべく、上下のプレート110・150の周囲を、真空排気の可能なチャンバー120にて覆うこととしている。
【0003】
一方、下記の特許文献2には、光情報記録媒体等の基板を対象として、その表面に微細な凹凸パターンを形成する技術が記載されている。その技術には、基板上にレジスト膜を形成し、その膜の表面に型部材を重ねて加圧することにより型部材の凹凸パターンをレジスト膜上に転写する過程が含まれている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−135634号公報
【特許文献2】
特開平1−196749号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載されたプレス機(図7参照)には、つぎの点で改善の余地がある。
【0006】
イ) 上下一対のうち一方のプレート150が、加圧時を含めてつねに回転自在な状態にあり、不安定である。したがって、そのプレート150等を使用して基板Yごとに行う加圧作業等を、毎回、極めて慎重にゆっくりとした速度で行う必要がある。
【0007】
ロ) 凸プレートと凹プレートとを含む上記の球面軸受160は、相対動作の開始時には大きめの静止摩擦力がはたらくという一般的特性に起因して、静止状態から極めて微小な角度変位を起こすことにおいて必ずしもスムーズではない。半導体基板Y等を対象物としてはさむ際、対象物の厚さが不均一であるがためにプレート110・150間に必要となる傾きの補正量はごくわずか(たとえば、数十mmの長さに対して厚さの差が数μmであるため、1万分の1ラジアン程度)であるから、加圧のときプレート110・150間の傾きがつねにスムーズに補正されるとは考えにくい。
【0008】
ハ) 加圧作業の終了後、2つの部品(シートフィルムXと基板Yとなど)を上下に分離して取り出すことは不可能である。特許文献1の装置の場合は基板YとシートフィルムX上の薄膜とを接合することが目的であるが、接合することを目的としない場合(たとえば特許文献2の例のように基板上にパターンを転写する場合等)でも、重ね合わせられた複数の部品は重なったまま取り出されるので、それらを分離するために別の作業が必要になる。
【0009】
一方、特許文献2には、レジスト膜を有する基板と型部材とを、平行度等の必要条件を設定したうえで加圧できる適切なプレス機について、具体的な開示がされていない。
【0010】
請求項に係る発明は、以上のような課題を解決するためになしたものである。すなわち、プレート等の取扱いが容易であるうえ、加圧対象物の厚さの不均一に対する追従性(補正性能)にすぐれていて、またはさらに加圧後の部品を分離して取り出すことを可能にするという、新規な高精度プレス機を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した高精度プレス機は、対向する2面により部品(1個または複数個の部品をいう)をはさんで加圧する装置であって、
a) 上記2面のうち一方の面を含む加圧部材(プレート等)を、その面の垂線上(好ましくは加圧力の合力の線上。さらに好ましくは当該面に近い位置)に中心をもつ球面軸受を介し回転(上記軸受中心に対し首を振るように角度変化すること)可能に支持させ、
b) 上記加圧部材の上記回転を止める固定手段を付設するとともに、上記2面のうち一方の面に着脱容易に弾性シート(ゴムや樹脂等にてなるもの)を取り付けたこと、および、
a') 上記球面軸受は、凸状の環状球体の外側に凹状の環状球体をはめ合わせたものとし、
b') 上記固定手段は、上記球面軸受の周囲にあって当該球面軸受に内向きの圧力をかけて上記両球体間の相対的な動きを停止させるものとしたこと----を特徴とする。
なお、上記a)には「一方の面を含む加圧部材」と記載したが、相手方の面を含む加圧部材についてもa)と同様に球面軸受を介し回転可能に支持させる例を除外する趣旨ではない。また上記b)で、「上記2面のうち一方の面」とした面は、a)において球面軸受を介して支持させた面に限るものではなく、相手方の面にもb)のとおり弾性シートを取り付ける例を除外するものでもない。
【0012】
この高精度プレス機は、つぎのようにして使用することができる。すなわち、 1) 装置を組み立てたのち使用を開始するときや、点検・整備等を行ったのち使用を再開するとき等に、上記a)の球面軸受がもつ自動調芯性を利用して、対向する2面の平行度を調整する。この調整は、上記b)の固定手段を使わない、したがって上記加圧部材の回転自在な状態で、対向する2面をゆっくりと重ね合わせ、そうした状態でb)の固定手段を利かせることにより行える。上記b)の弾性シートは取り付けずに、上記2面を直接に重ね合わせるのがよい。
【0013】
2) 上記1)で重ね合わせた2面間を開いたうえ、当該2面のうち一方の面に弾性シートを取り付ける。弾性シートとしては、加圧対象とする部品が有し得る厚さの分布を、加圧の際の圧力のもとで十分に吸収できる弾性と厚さのあるものを使用する。
【0014】
3) 上記1)による平行度調整と2)による弾性シートの装着とを終えたのち、加圧部材を適宜に開閉することにより、それらの対向する2面間で部品をはさみ加圧する作業を実施する。つまり、加圧部材(の2面間)を開いたうえその内側に部品を置き、そののち加圧部材を閉じ合わせ、適切な加圧力を加えたうえ、再び加圧部材を開いて加圧ずみ部品を取り出す、といった作業を繰り返す。
【0015】
このプレス機の長所はつぎの点にある。
・ 回転自在な球面軸受の調芯性を利用して加圧部材の対向する2面を高い平行度で配置することができるうえ、そのような加圧部材を、回転しない安定的な状態で使用することができる。上記1)のように、2面間の平行度を調整したのちは固定手段によって加圧部材の回転を止めるからである。回転しない安定的な状態で加圧部材を使用する以上、その部材を開閉して行う上記3)の作業を能率的に行うことができる。
【0016】
・ 上記のとおり固定手段により加圧部材の回転を止めた状態で部品の加圧等を行うとはいえ、その部品の厚さが不均一である場合にも、当該部品に対して均等に圧力を加えることが可能である。重ね合わせる2面のうち少なくとも一方に上記2)のとおり弾性シートを取り付け、部品の厚さの不均一を当該シートの弾性変位により実質上解消するからである。厚さが不均一であってもその偏差が10μm程度以内であれば、弾性シートの作用によって部品が適切に変位し、その部品に対して加圧力を均等にはたらかせることができる。弾性シートによるこのような作用は、静止摩擦力の影響で円滑性を妨げられやすい図7の例に比べ、厚さの偏差が小さいほどスムーズに発揮される。
【0017】
・ 弾性シートを着脱容易に取り付けることから、上記2)のように弾性シートを取り付けたり、それが劣化して弾性が低下等したとき交換したりするとき好都合である。
【0018】
請求項2に記載の高精度プレス機は、対向する2面により複数部品をはさんで加圧する装置であって、
c) 上記2面にはさまれる空間を低圧(真空に近い状態)にする空気排除手段を接続するとともに、
d) 上記2面の各面と当該各面に密着する部品との間を低圧(真空に近い状態)にする吸着手段を接続すること、および、
a") 球面軸受を介し回転可能にされている上記一方の面を含む加圧部材を中空の支軸に接続し、当該支軸を上記球面軸受を介して支持するものとし、
d') 当該支軸の中空部を、上記吸着手段の一部として真空排気ポンプに接続すること----を特徴とする。
【0019】
この高精度プレス機によれば、加圧する複数部品間に空気(気泡)が存在することを防止できるほか、上記2面間への当該複数部品の供給および加圧後の各部品の取り出しが極めて容易になる。それは、部品供給から加圧、さらにはその後の部品回収をたとえばつぎのように行えるからである。
【0020】
▲1▼ 複数部品を、同時に加圧するものを組にして重ね合わせた状態で、対向する2面間に供給する。
▲2▼ 対向する上記2面を接近させ、各面が上記複数部品の外側表面に軽く接触しまたは極めて接近したとき、上記d)の吸着手段を起動して上記2面の各面と部品の外側表面との間を低圧にする。これによって、複数部品はわずかな距離ながら引き離され、上記2面の各面に吸着される。
▲3▼ 上記c)の空気排除手段を起動して、上記2面にはさまれる空間を低圧にする。これにより、上記▲2▼により分離している複数部品の間にある空気が排除され、部品間に残存する空気(気泡)のために発生するトラブルを回避できる。
▲4▼ 対向する上記2面をさらに接近させ、上記の複数部品を当該2面間にはさんで加圧する。
▲5▼ 上記c)の空気排除手段の運転を停止して上記2面間を大気圧に戻すとともに、その2面間を引き離す。上記▲4▼の加圧によって複数部品を分離不能に接合したのでない場合、これによって複数部品は、上記2面の各面に吸着され分離した状態になる。
▲6▼ 上記d)の吸着手段による圧力を適宜に調節等することにより、上記2面の各面から各部品を容易に回収することができ、加圧後の部品を分離するための作業が別途必要になることはない。
【0021】
この請求項2に記載の高精度プレス機は、上記c)・d)の特徴とともに、請求項1の装置が備える前記a)・b)の特徴をも具備させたことを特徴とする。したがってこの高精度プレス機は、外側表面間の平行度等につき精度が求められる複数部品を対象にした加圧等の作業を、適切な精度で、迅速に、作業員等に手間をかけずに実施することを可能にする。
【0022】
請求項3に記載の高精度プレス機は、
b") 上記の弾性シートを通気性のある材料とするとともに、加圧部材に対して周囲を環状の止め金具で固定される通気性のあるプラスチックフィルムを重ねることによって取り付けることを特徴とする。
【0024】
請求項4に記載の高精度プレス機は、とくに、半導体基板を含む部品を加圧対象としたものであることを特徴とする。
【0025】
このようなプレス機では、以上に述べた作用的特徴がとくに有利に表れる。なぜなら、イ)半導体基板を含む部品を加圧する際には、外側表面の間に一定以上の平行度が求められるほか、ロ)通常は、多数の部品を能率的に加圧処理することが求められる、ハ)厚さが不均一になる場合にも、一般的には、弾性シートで解消するのに適したわずかな偏差のみが発生する、ニ)精密部品であるため、加圧する部品間に空気が介在することを防止する必要がある----といった半導体基板固有の事情に対し、上記した各プレス機の特徴が極めて適しているからである。したがって、この請求項のプレス機は、上記部品に対する加圧処理をとくに円滑かつ高精度に行うことができる。
【0026】
請求項5に記載の高精度プレス機は、さらに、表面にレジスト膜を有する半導体基板と、そのレジスト膜に対してパターン転写を行うモールド(型部材)とを組み合わせたものを加圧対象としたものであることを特徴とする。
【0027】
半導体基板のレジスト膜に対してモールドによりパターン転写をする場合、上記イ)〜ニ)に加え、ホ)転写パターンが精密・微細であるために、表面間に求められる平行度や部品間の空気の不介在について要求精度がとくに高い、ヘ)両部品を加圧したのちは、再使用をするモールドから半導体基板を分離して取り出す必要がある----といった特殊事情がある。上述の特徴を有する高精度プレス機は、このような要求にも極めて適切に、有利な作用効果を発揮する。つまり、上記部品に対する加圧処理を行うにはとくに適しているといえる。
【0028】
【発明の実施の形態】
発明の実施についての一形態を図1および図2に示す。図1は高精度プレス機1の全体を示す正面図(一部は断面図にて示す)であり、図2は、そのプレス機1のうち基板設置台10やモールド保持板50等を示す詳細図である。図示のプレス機1は、表面にレジスト膜を有する半導体基板(図2の符号A)とパターン形成のされたモールド(図2の符号B)とを重ね合わせて加圧する装置であり、そうした加圧によってレジスト膜にパターン転写を行うものである。
【0029】
プレス機1は、つぎのように構成している。
まず、図1のように、基板設置台10等を内蔵する下部フレーム2の上に上部フレーム3を一体化し、その上部フレーム3に対し、昇降可能なようにモールド保持板50等を取り付けている。モールド保持板50は昇降枠4の下部に取り付け、その昇降枠4は、上部フレーム3に設けた送りネジ5上のナット部材4aに連結している。上部フレーム3の上端部側方にはモータ6aや減速機6b、伝動ギヤ6c等を含む昇降駆動手段6を配置し、モータ6aの動力で送りネジ5を回転駆動することとしている。モータ6aを駆動することにより、送りネジ5とナット部材4aとを介して昇降枠4が上下に移動する。モールド保持板50はその昇降枠4とともに昇降するため、下部にある基板設置台10との距離を適宜に変更することができる。
【0030】
基板設置台10の上面10Aに半導体基板Aを置き、モールド保持板50の下面50AにモールドBを保持させたうえ、モールド保持板50を下降させて下向きに力をかければ、基板設置台10とモールド保持板50とを加圧部材として基板AおよびモールドBをはさみ、加圧することができる。
【0031】
基板設置台10には、それに関連するものとしてつぎのような構成部分を付設している。
【0032】
第一には、基板設置台10を囲むように空気排除手段20を設けている。同手段20は、図2のように、基板設置台10の下部支持板12の周囲を筒型のベローズ22で囲むとともに、支持板12を厚さ方向に貫通する通孔12aおよびその外側に取り付けた排気ポート21を真空排気ポンプ(図示省略)に接続(適宜にバルブを使用)したものである。ベローズ22は蛇腹状に形成した金属製のもので、下端部を支持板12に接合するとともに、上端部には、全周にOリング24をもつ環状のフランジ23を取り付けている。ベローズ22の中心線を鉛直に向けたことや、フランジ23の変位をスプリングつきの複数の鉛直ガイドロッド25にて案内するようにしたことから、フランジ23は接合面を水平にして上下に変位することができる。上述のようにモールド保持板50を下降させたとき、昇降枠4と一体に接続されてモールド保持板50の周囲にある昇降フランジ54が上記フランジ23にかぶさり、Oリング24の作用にてベローズ22の内側空間を密閉する。その状態で真空排気ポンプを起動すれば、当該空間、したがって基板設置台10の上面10Aとモールド保持板50の下面50Aとにはさまれる空間を低圧(たとえば10Torr以下)にすることができる。
【0033】
基板設置台10に関連する構成の第二は、同設置台10の上面10Aとそこに設置する基板Aとの間を低圧にする吸着手段30を設けたことである。吸着手段30は、基板設置台10の加圧面板11に対し上面から側面にかけて通気孔11aを形成し、この通気孔11aを真空排気ポンプ(図示省略)に接続(適宜にバルブを使用)したものである。ポンプとの接続経路には、下部支持板12を貫通する通孔12bの両端に排気ポート31と継手32とを設け、継手32と上記通気孔11aとの間に管33および継手34を連結している。基板設置台10(加圧面板11)の上面10Aに大気圧下で基板Aを置いたうえ真空排気ポンプを機能させれば、基板Aの上下面の圧力差を利用して、基板Aを上面10Aに吸着することができる。上面10Aと基板Aとの間は、たとえば10Torr以下程度の低圧にできればよい。空気排除手段20の真空排気ポンプと同じポンプを使用するのも好ましい。
【0034】
そのほか、基板設置台10やそれと一体の下部支持板12は、図1に示す下部フレーム2に対し、水平方向に移動可能なXテーブル41およびYテーブル42を介して配置している。Xテーブル41とYテーブル42とは互いに直交する方向の水平移動を可能にするものであるから、基板設置台10の位置は水平方向に自在に変更することが可能である。基板Aのレジスト膜の面積が広い場合に、基板Aの水平位置を順次変更してモールドBによるパターン転写を複数回行う必要があるとき、これらのテーブル41・42の機能を利用して基板Aの位置を変更するとよい。
【0035】
一方、上方にあるモールド保持板50には、それに関連してつぎの構成部分を付設している。
【0036】
第一に、図2のとおり、モールド保持板50の加圧面板51を、球面軸受60を介して支持している。すなわち、加圧面板51を中空の支軸52と一体に接続し、その支軸52を、凸状の環状球体61と凹状の環状球体62とをはめ合わせてなる球面軸受60を介して、昇降枠4の下部ケース53内に支持させている。球面の中心は、加圧面板51の下面50Aの中央を通る垂線上にあるので、加圧面板51はその中心回りに首を振るように回転(歳差運動)することが可能である。
【0037】
第二の構成部分は、上記の球面軸受60の周囲に、球面軸受60による上記の回転を止めるための固定手段70を設けたことである。固定手段70は、図2のように、角錐台(または円錐台)状の外周面をもつ筒形のウェッジ部材72・73をボルト71にはめ(ウェッジ部材72・73は細い側の端部が向かい合うように配置し、一方のウェッジ部材72はボルト71とネジ結合させる)、そのウェッジ部材72・73の周囲に拡張可能な筒形部材74を配置したもので、それらを複数組、球面軸受60とその外側のケース53との間に配置した。ボルト71を締め込むと、ウェッジ部材72・73が接近して筒形部材74の外径を拡張させるので、球面軸受60に内向きの圧力をかけて両球体61・62間の相対的な動きを停止させることができる。両球体61・62間が相対変位を起こさないようになれば、モールド保持板50(加圧面板51)は上記した回転運動ができなくなる。
【0038】
モールド保持板50に関連する構成部分の第三は、加圧面板51の下面50Aに弾性シート81を装着できるようにしたことである。弾性シート81としてはたとえば厚さ1mmの天然ゴムシートを用いる。弾性シート81は、下面50Aに対する着脱が容易なように、接着剤等を使用するのでなくつぎのようなシート装着手段80によって取り付けることとした。すなわち、下面50Aの周囲に環状の止め金具83をネジ止めできるようにしておき、弾性シート81の装着時には、下面50Aに弾性シート81を当て、シート81の下面に薄いプラスチックフィルム82(厚さ100μm程度のもの)を重ねたうえ、同フィルム82の周囲を上記の金具83にて固定する。ネジにてその金具83を取り外せば、弾性シート81やフィルム82を容易に交換することができる。
【0039】
さらに第四の構成部分として、モールド保持板50には、その下面50Aとそこに設置するモールドBとの間を低圧にする吸着手段90を設けてもいる。吸着手段90は、モールド保持板50の加圧面板51に対し上下面間に貫通する通気孔51aを形成し、この通気孔51aを、上部にある支軸52の中空部や、ケース53に設けた通孔92、およびその外側の排気ポート91を介して真空排気ポンプ(図示省略)に接続(適宜にバルブを使用)したものである。モールド保持板50(加圧面板51)の下面50Aに大気圧下でモールドBを重ねたうえ、真空排気ポンプを機能させれば、上下面間の圧力差を利用してモールドBを下面50Aに吸着することができる。上面10Aと基板Aとの間は、たとえば10Torr以下程度にできればよい。空気排除手段20の真空排気ポンプと同じポンプを使用するのも好ましい。なお、上述した弾性シート81とプラスチックフィルム82とには、通気性のある材料でなるものを使用するか、または中央部分(通気孔51aの延長線上)に穴のあいたものを使用する。
【0040】
このプレス機1は、組み立てや点検・整備等を行ったのち、使用に際し、基板設置台10の上面10Aとモールド保持板50の下面50Aとで基板AおよびモールドBを平行に加圧できるよう、つぎのような事前調整を行う。
【0041】
1) 固定手段70を、ボルト71を緩めることによって固定解除の状態にし、球面軸受60の自動調芯性(回転し得ること)を利用して、対向する2面10A・50A間の平行度を調整する。この調整は、弾性シート81やプラスチックフィルム82を取り外した状態でモールド保持板50をゆっくりと下降させ、上記2面10A・50Aを重ね合わせることにより行う。両者を重ねて加圧した状態で固定手段70のボルト71を締め込み、球面軸受60によるモールド保持板50の回転を停止させる。
2) モールド保持板50を上昇させて上記の2面10A・50A間を開いたうえ、モールド保持板50の下面50Aに弾性シート81を取り付ける。この取り付けは、シート装着手段80によって行う。
【0042】
上記のような事前調整をすませたうえでプレス機1の本格的な運転、すなわち基板AとモールドBとを重ねて加圧し、基板Aの表面のレジスト膜上にモールドBのパターンを転写するという作業を開始する。その作業は、基本的には下記の手順により行う。
【0043】
▲1▼ 同時に加圧する基板AとモールドBとを、モールドBを上にして重ね合わせた状態で、基板設置台10の加圧面板11のほぼ中央に載せる。
▲2▼ モールド保持板50を下降させて上記2面10A・50A間を接近させ、モールド保持板50の下面50AがモールドBの上面に接近した(間隔が100μm程度になった)とき、吸着手段30および90を機能させて、基板Aを基板設置台10の上面10Aに吸着させるとともにモールドBをモールド保持板50の下面50Aに吸着させる。これにより、基板Aから上方にモールドBが引き離され、両者間にわずかな隙間ができる。
▲3▼ モールド保持板50を上記▲2▼のように下降させた際、空気排除手段20のフランジ23が昇降フランジ54に密着してベローズ22の内部が密閉されていることから、同手段20の真空排気ポンプを用いてベローズ22内を10Torr以下の低圧にする。これにより、基板AとモールドBとの間にある空気を排除して、正確なパターン転写が可能な環境を形成する。圧力が十分に下がると、モールドBの上下面間の圧力差がなくなるためにモールドBが自重にてわずかな高さ(この例では100μm程度)を落下し基板Aの上に再び重なる。
▲4▼ モールド保持板50をさらに下降させ、基板AとモールドBとを上記の2面10A・50A間にはさんで加圧する。これにより、基板Aの表面のレジスト膜上にモールドBのパターンを転写するのである。
▲5▼ 空気排除手段20による排気を停止してベローズ22の内部を大気圧に戻すとともに、モールド保持板50を上昇させることにより2面10A・50A間を引き離す。この際、基板AとモールドBとは、2面10A・50Aの各面に吸着された状態で上下に分離する。
▲6▼ 吸着手段30・90の吸着力が強い場合にはその圧力(真空度)を適宜に調節したうえ、上記2面10A・50Aの各面から基板AとモールドBとを別々に回収する。ただし、上記▲1▼に戻って他の基板Aを加圧する際に同じモールドBを繰り返し使用するときは、そのモールドBをモールド保持板50(下面50A)に吸着させたまま、続く▲1▼において基板Aのみを基板設置台10(上面10A)に供給するとよい。
【0044】
【実施例】
上に紹介したプレス機1は、とくに精度が要求される微小パターンの転写をも適切に行えることから、発明者らは、半導体基板の製造に関し、最小線幅がナノメートル(nm)レベルであるナノインプリントリソグラフィー(室温ナノインプリント)の工程の一部にこのプレス機1を使用した。以下、その際の全工程と転写状況等を示す。
【0045】
(実施例1)
図3(a)〜(e)に示す工程にしたがい、HSQ(水素化シルセスキオキサンポリマー)を用いた室温ナノインプリントを行った。すなわち、
(a) Si(シリコン)基板Aa上にHSQの層Abをスピンコートする。回転数を4000rpmとし、膜厚は約1μmとする。つぎに、HSQの粘性を高めるため、50℃で10分間プリベークを行う。
(b) HSQ層Abを上面に有する基板Aを下にし、SiモールドマスクBを上にして、両者を図1のプレス機1に供給する。
(c) プレス機1を用いて、基板AのHSQ層Abに対しモールドマスクBを5〜11MPaにて押し付け、室温で1分間程度その加圧状態を保持する。
(d) 加圧をやめ、プレス機1の機能を用いて基板A(のHSQ層Ab)からモールドマスクBを引き離す。
(e) 基板AのHSQ層Ab上に得られた転写パターンの残膜エッチング処理を、RIE(反応性イオンエッチング)により行う。その条件は、100Wの高周波中にCF4ガスを圧力2.0Pa・流量80sccmで流すこととし、エッチング時間は4分間とする。
使用したモールドマスクBとインプリント後(エッチング前)のHSQ層AbとのそれぞれについてのSEM画像を図4(a)・(b)に示す。最小線幅は50nmであるが、そのような微小なパターンが適切に転写されている。プレス機1がこのような微小パターンの転写に適した装置であることが、この結果により確認される。
【0046】
(実施例2)
図5(a)〜(f)に示す工程により、HSQを上層に用いた二層レジストの室温ナノインプリントを行った。すなわち、
(a) 段差つきSi基板Ac上に、下層レジストAdとしてフォトレジスト(ジップレー株式会社製のAZレジスト)を1.5μmの厚さで塗布し、200℃で30分間加熱する。つぎに、その下層レジストAdの上に上層レジストAeとしてHSQを0.3μm塗布し、50℃で10分間プリベークを行う。
(b) 上層レジストAeを上面に有する基板A’を下にし、SiモールドマスクB’を上にして、両者を図1のプレス機1に供給する。
(c) プレス機1を用い、基板A’の上層レジストAe(HSQ)に対しモールドマスクB’を5〜11MPaにて押し付け、室温で1分間程度保持する。
(d) 加圧をやめ、プレス機1の機能を用いて基板A’からモールドマスクB’を引き離す。
(e) 基板A’の上層レジストAe(HSQ)上に得られた転写パターンの残膜エッチング処理を、RIEにより行う。その条件は、100Wの高周波中にCF4ガスを圧力2.0Pa・流量20sccmで流すこととし、エッチング時間は4分間である。
(f) O2(酸素)によるRIEにより、上層レジストAe(HSQ)をマスクにして下層レジストAd(フォトレジスト)のエッチング処理をRIEで行う。条件は、100Wの高周波中にO2ガスを圧力2.0Pa・流量20sccmで流すこととし、エッチング時間は30分間である。
以上の(a)〜(f)により得た基板A’のSEM画像を図6に示す。溝の幅は約2μmである。このような結果は、図1・図2に示すプレス機1が、段差基板上においても、二層レジストプロセスを用いることにより高精度プレス(微小パターンの転写)が可能であることを示している。
【0047】
【発明の効果】
請求項1に記載した高精度プレスにはつぎのような効果がある。
・ 加圧部材の対向する2面を高い平行度に配置できるうえ、そのような加圧部材を、回転しない安定的な状態で使用することができ、加圧作業を能率的に行える。
・ 加圧対象である部品の厚さが不均一な場合にも、当該部品に対して均等に圧力を加えることができる。
・ 弾性シートを着脱容易に取り付けることができ、その交換も短時間で行える。
【0048】
請求項2に記載の高精度プレス機によれば、加圧する複数部品間に空気(気泡)が存在することを防止できるほか、加圧部材の対向する2面間への当該複数部品の供給および加圧後の各部品の取り出しを極めて容易に行える。
この請求項2に記載の高精度プレス機は、上記効果を兼ね備えるため、外側表面間の平行度等につき精度が求められる複数部品を対象にした加圧等の作業を、適切な精度で、迅速に、作業員等に手間をかけずに実施することを可能にする。
【0049】
請求項4に記載の高精度プレス機は、対象部品(半導体基板を含むもの)に対する加圧処理をとくに円滑かつ高精度に行うことができる。また、請求項5の高精度プレス機なら、半導体基板にパターン転写を行う処理を行ううえでとくに好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施についての一形態である高精度プレス機1に関し、全体を示す正面図(一部は断面図にて示す)である。
【図2】図1のプレス機1のうち基板設置台10やモールド保持板50等を示す詳細図である。
【図3】図3(a)〜(e)は、HSQ(水素化シルセスキオキサンポリマー)を用いた室温ナノインプリント工程を示す概念図である。
【図4】図4(a)・(b)は、図3の工程で使用したモールドマスクBとインプリント後(エッチング前)のHSQ層Abとのそれぞれについて示すSEM画像である。
【図5】図5(a)〜(f)は、HSQを上層に用いた二層レジストの室温ナノインプリント工程を示す概念図である。
【図6】図5の工程により得た基板A’を示すSEM画像である。
【図7】半導体基板を加圧対象とする従来のプレス機を示す正面図(断面図)である。
【符号の説明】
1 プレス機
10 基板設置台(加圧部材)
10A 面(上面)
20 空気排除手段
30・90 吸着手段
50 モールド保持板(加圧部材)
50A 面(下面)
60 球面軸受
70 固定手段
80 シート装着手段
81 弾性シート
A 基板
B モールド
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention according to the claims relates to a high-precision press for a part such as a semiconductor substrate that requires accuracy with respect to parallelism between both surfaces.
[0002]
[Prior art]
For example, the following Patent Document 1 describes a press machine that applies pressure to a stacked semiconductor substrate or the like. The apparatus described in the document 1 is as shown in FIG. 7, and its features are as follows. That is, a) The semiconductor substrate Y is attached to the surface of one plate 150 of a pair of upper and lower plates (pressing members) 110 and 150 facing each other, and the surface of the substrate Y is placed on the surface of the other opposing plate 110. A sheet film X with a thin film to be transferred is attached, and one plate 150 is moved to press both the parts between the opposing surfaces of both plates 110 and 150. b) One of the plates 150 is held rotatably (swinged) by a bearing 160 (a set of a convex plate 161 and a concave plate 162) having a spherical surface centered on the center of the surface of the substrate Y. The pair of plates 110 and 150 are automatically corrected in inclination during pressurization, and pressurize both parts in parallel. c) In addition, in order to prevent air (bubbles) from being present between the bonding surfaces of the substrate Y and the sheet film X, the upper and lower plates 110 and 150 are covered with a chamber 120 that can be evacuated. It is said.
[0003]
On the other hand, Patent Document 2 described below describes a technique for forming a fine concavo-convex pattern on the surface of a substrate such as an optical information recording medium. The technique includes a process in which a resist film is formed on a substrate, and a pattern member is transferred onto the resist film by pressing the mold member over the surface of the film.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-135634 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-196749
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The press machine described in Patent Document 1 (see FIG. 7) has room for improvement in the following points.
[0006]
B) One of the upper and lower plates 150 is always in a freely rotatable state, including when pressurized, and is unstable. Therefore, it is necessary to perform the pressurizing operation performed for each substrate Y using the plate 150 or the like at a very carefully and slow speed every time.
[0007]
B) The spherical bearing 160 including the convex plate and the concave plate causes a very small angular displacement from a stationary state due to a general characteristic that a large static frictional force works at the start of relative motion. Not necessarily smooth. When the semiconductor substrate Y or the like is sandwiched between objects, the thickness of the object is not uniform, so that the amount of tilt correction required between the plates 110 and 150 is very small (for example, a length of several tens of millimeters). On the other hand, since the difference in thickness is several μm, it is about 1 / 10,000 radians. Therefore, it is unlikely that the inclination between the plates 110 and 150 is always corrected smoothly during pressurization.
[0008]
C) After the pressurization operation is completed, it is impossible to separate the two parts (sheet film X and substrate Y, etc.) vertically and take them out. In the case of the apparatus of Patent Document 1, the purpose is to join the substrate Y and the thin film on the sheet film X, but when the purpose is not to join (for example, a pattern on the substrate as in the example of Patent Document 2). However, since the plurality of superposed parts are taken out while being overlapped, another work is required to separate them.
[0009]
On the other hand, Patent Document 2 does not specifically disclose an appropriate pressing machine that can press a substrate having a resist film and a mold member after setting necessary conditions such as parallelism.
[0010]
The invention according to the claims is made to solve the above-described problems. In other words, it is easy to handle plates, etc., and has excellent followability (correction performance) against uneven thickness of the object to be pressed, or it is possible to separate and take out the parts after pressing. This is to provide a new high-precision press machine.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The high-precision press machine according to claim 1 is a device that pressurizes a part (referred to as one or a plurality of parts) between two opposing surfaces,
  a) A spherical surface centered on a pressure member (such as a plate) including one of the two surfaces, preferably on the normal of the surface (preferably on the line of the resultant force of the applied pressure, more preferably on a position close to the surface). Rotate through the bearing (change the angle so that the head swings with respect to the bearing center).
  b) A fixing means for stopping the rotation of the pressure member is provided, and an elastic sheet (made of rubber, resin, or the like) is attached to one of the two surfaces easily.And
  a ')The spherical bearing is formed by fitting a concave annular sphere to the outside of a convex annular sphere,
  b ') The fixing means is located around the spherical bearing and applies an inward pressure to the spherical bearing to stop the relative movement between the two spheres ----It is characterized by.
  In addition, although a) “a pressure member including one surface” is described in the above a), an example in which a pressure member including the other surface is rotatably supported via a spherical bearing is excluded as in a). Not the purpose. In addition, the surface designated as “one of the two surfaces” in b) above is not limited to the surface supported through the spherical bearing in a), and the other surface is also an elastic sheet as in b). It does not exclude the example of attaching.
[0012]
This high-precision press can be used as follows. That is, 1) Use the self-alignment feature of the spherical bearing of a) above when starting to use after assembling the equipment, or when resuming use after inspection and maintenance. Adjust the parallelism of the two surfaces. This adjustment can be performed by using the fixing means of b) without using the fixing means of b), so that the two opposing surfaces are slowly overlapped while the pressure member is rotatable, and in this state, the fixing means of b) is used. . It is preferable to directly superimpose the two surfaces without attaching the elastic sheet of b).
[0013]
2) Open the two surfaces overlapped in 1) above, and attach an elastic sheet to one of the two surfaces. As the elastic sheet, a sheet having elasticity and thickness that can sufficiently absorb the distribution of thickness that can be possessed by the component to be pressed under the pressure at the time of pressing is used.
[0014]
3) After completing the parallelism adjustment in 1) above and attaching the elastic sheet in 2), by opening and closing the pressure member as appropriate, the parts are sandwiched between the two opposing surfaces and pressed. To do. In other words, open the pressure member (between the two surfaces), place the parts inside it, close the pressure member, apply appropriate pressure, open the pressure member again, and pressurize Repeat the process of removing the parts.
[0015]
The advantages of this press are as follows.
・ The two opposing surfaces of the pressure member can be arranged with a high degree of parallelism by utilizing the alignment of the rotatable spherical bearing, and such a pressure member can be used in a stable state that does not rotate. can do. This is because the rotation of the pressure member is stopped by the fixing means after adjusting the parallelism between the two surfaces as in 1) above. As long as the pressure member is used in a stable state where it does not rotate, the operation of 3) performed by opening and closing the member can be performed efficiently.
[0016]
・ Even if the part is pressurized with the fixing member stopped rotating as described above, even if the part thickness is non-uniform, the pressure is evenly applied to the part. Can be added. This is because the elastic sheet is attached to at least one of the two surfaces to be overlapped as described in 2) above, and the uneven thickness of the parts is substantially eliminated by the elastic displacement of the sheet. Even if the thickness is not uniform, if the deviation is within about 10 μm, the part is appropriately displaced by the action of the elastic sheet, and the applied pressure can be applied uniformly to the part. Such an action by the elastic sheet is more smoothly exhibited as the thickness deviation is smaller than in the example of FIG. 7 in which smoothness is likely to be hindered by the influence of static frictional force.
[0017]
-Since the elastic sheet can be easily attached and detached, it is convenient to attach the elastic sheet as in 2) above, or to replace it when it deteriorates and its elasticity decreases.
[0018]
  The high-precision press according to claim 2 is a device that pressurizes a plurality of parts with two opposing surfaces,
  c) Connect an air evacuation means to make the space sandwiched between the two surfaces low pressure (close to vacuum), and
  d) Connect the suction means that makes the low pressure (close to vacuum) between each of the two surfaces and the parts that are in close contact with the surfaces.And
  a ") a pressure member including the one surface which is rotatable via a spherical bearing is connected to a hollow spindle, and the spindle is supported via the spherical bearing;
  d ') Connect the hollow part of the spindle to the vacuum pump as part of the adsorption means ----It is characterized by.
[0019]
According to this high-precision press, air (bubbles) can be prevented from being present between a plurality of parts to be pressurized, and the supply of the plurality of parts between the two surfaces and the removal of each part after pressurization are extremely difficult. It becomes easy. This is because the pressure can be supplied from the parts supply, and further the parts can be recovered as follows.
[0020]
(1) A plurality of parts are supplied between two facing surfaces in a state where a plurality of parts to be pressurized simultaneously are overlapped.
(2) When the two facing surfaces are brought close to each other and each surface is lightly touching or very close to the outer surface of the plurality of parts, the adsorbing means of d) is activated to Make a low pressure between the outer surface. As a result, the plurality of parts are separated with a small distance and are attracted to the two surfaces.
{Circle around (3)} The air exclusion means of c) above is activated to lower the space between the two surfaces to a low pressure. As a result, the air between the plurality of parts separated by the above (2) is eliminated, and troubles caused by air (bubbles) remaining between the parts can be avoided.
(4) The two surfaces facing each other are further brought closer together, and the plurality of parts are pressed between the two surfaces.
(5) Stop the operation of the air excluding means in c) above to return the pressure between the two surfaces to atmospheric pressure, and pull the two surfaces apart. In the case where the plurality of parts are not joined in an inseparable manner by the pressure of (4) above, the plurality of parts are thereby attracted to and separated from the two surfaces.
(6) By appropriately adjusting the pressure by the adsorbing means in d) above, each part can be easily recovered from each of the two surfaces, and the work for separating the parts after pressurization is possible. It is not necessary separately.
[0021]
  This claim 2The high-precision press described in 2) is characterized by the above c) and d)WithThe apparatus of claim 1 is also provided with the features a) and b).Therefore, this high-precision press can perform operations such as pressurization for multiple parts that require accuracy with respect to the parallelism between outer surfaces, etc., with appropriate accuracy, quickly, and without the hassle of workers. Make it possible to implement.
[0022]
  The high precision press according to claim 3 is:
  b ") The elastic sheet is made of a breathable material, and is attached by overlapping a breathable plastic film whose periphery is fixed with an annular stopper on the pressure member.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high-precision press machine that is particularly intended for pressurizing a component including a semiconductor substrate.
[0025]
In such a press machine, the above-mentioned operational characteristics are particularly advantageous. Because, a) When pressing parts including a semiconductor substrate, a parallelism of a certain level or more is required between the outer surfaces. B) Normally, it is required to efficiently pressurize a large number of parts. C) In general, even if the thickness becomes non-uniform, only a slight deviation suitable to be solved by an elastic sheet is generated. This is because the characteristics of each of the press machines described above are extremely suitable for the circumstances specific to the semiconductor substrate, such as the need to prevent the presence of air. Therefore, the press machine of this claim can perform the pressurization process with respect to the said components especially smoothly and with high precision.
[0026]
The high-precision press machine according to claim 5 is a pressurizing object that is a combination of a semiconductor substrate having a resist film on the surface and a mold (mold member) that performs pattern transfer on the resist film. It is characterized by being.
[0027]
When pattern transfer is performed on a resist film on a semiconductor substrate using a mold, in addition to the above a) to d), the parallel pattern required between the surfaces and the air between the parts because the transfer pattern is precise and fine. There is a special situation that the required accuracy of the non-intervening is particularly high. F) After pressurizing both parts, it is necessary to separate and remove the semiconductor substrate from the mold to be reused. The high-precision press having the above-described features exhibits advantageous effects very appropriately in response to such demands. That is, it can be said that it is particularly suitable for performing the pressurizing process on the component.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the invention is shown in FIGS. FIG. 1 is a front view showing an entire high-precision press machine 1 (partially shown in a sectional view), and FIG. 2 shows details of the press machine 1 showing a substrate mounting table 10, a mold holding plate 50, and the like. FIG. The illustrated press 1 is a device that presses a semiconductor substrate having a resist film on its surface (reference numeral A in FIG. 2) and a patterned mold (reference numeral B in FIG. 2). Thus, pattern transfer is performed on the resist film.
[0029]
The press machine 1 is configured as follows.
First, as shown in FIG. 1, an upper frame 3 is integrated on a lower frame 2 containing a substrate mounting table 10 and the like, and a mold holding plate 50 and the like are attached to the upper frame 3 so as to be movable up and down. . The mold holding plate 50 is attached to the lower part of the elevating frame 4, and the elevating frame 4 is connected to a nut member 4 a on the feed screw 5 provided in the upper frame 3. An elevating drive means 6 including a motor 6a, a speed reducer 6b, a transmission gear 6c, and the like is disposed on the side of the upper end portion of the upper frame 3, and the feed screw 5 is rotationally driven by the power of the motor 6a. By driving the motor 6a, the elevating frame 4 moves up and down via the feed screw 5 and the nut member 4a. Since the mold holding plate 50 moves up and down together with the lifting frame 4, the distance from the lower substrate mounting base 10 can be changed as appropriate.
[0030]
If the semiconductor substrate A is placed on the upper surface 10A of the substrate mounting table 10, the mold B is held on the lower surface 50A of the mold holding plate 50, and the mold holding plate 50 is lowered to apply a downward force, the substrate mounting table 10 and The substrate A and the mold B can be sandwiched and pressed using the mold holding plate 50 as a pressing member.
[0031]
The substrate mounting table 10 is provided with the following components as related to it.
[0032]
First, air exclusion means 20 is provided so as to surround the substrate mounting base 10. As shown in FIG. 2, the means 20 surrounds the lower support plate 12 of the substrate mounting base 10 with a cylindrical bellows 22, and is attached to the through hole 12a penetrating the support plate 12 in the thickness direction and the outside thereof. The exhaust port 21 is connected to a vacuum exhaust pump (not shown) (a valve is appropriately used). The bellows 22 is made of a metal having a bellows shape, and a lower end portion is joined to the support plate 12, and an annular flange 23 having an O-ring 24 around the entire periphery is attached to the upper end portion. Since the center line of the bellows 22 is oriented vertically and the displacement of the flange 23 is guided by a plurality of vertical guide rods 25 with springs, the flange 23 is displaced up and down with the joint surface horizontal. Can do. When the mold holding plate 50 is lowered as described above, the elevating flange 54 that is integrally connected to the elevating frame 4 and surrounds the mold holding plate 50 covers the flange 23, and the bellows 22 is operated by the O-ring 24. Seal the inside space. If the evacuation pump is started in this state, the space, that is, the space sandwiched between the upper surface 10A of the substrate mounting base 10 and the lower surface 50A of the mold holding plate 50 can be reduced to a low pressure (for example, 10 Torr or less).
[0033]
The second of the configurations related to the substrate mounting table 10 is that the suction means 30 for lowering the pressure between the upper surface 10A of the mounting table 10 and the substrate A installed there is provided. The suction means 30 is formed by forming a vent hole 11a from the upper surface to the side surface with respect to the pressurizing face plate 11 of the substrate mounting table 10, and connecting the vent hole 11a to a vacuum exhaust pump (not shown) (using a valve as appropriate). It is. In the connection path to the pump, an exhaust port 31 and a joint 32 are provided at both ends of a through hole 12b that penetrates the lower support plate 12, and a pipe 33 and a joint 34 are connected between the joint 32 and the vent hole 11a. ing. If the substrate A is placed on the upper surface 10A of the substrate mounting table 10 (pressurizing face plate 11) under atmospheric pressure and the vacuum pump is operated, the substrate A is placed on the upper surface using the pressure difference between the upper and lower surfaces of the substrate A. 10A can be adsorbed. The low pressure between the upper surface 10A and the substrate A may be, for example, about 10 Torr or less. It is also preferable to use the same pump as the vacuum exhaust pump of the air exclusion means 20.
[0034]
In addition, the substrate mounting base 10 and the lower support plate 12 integrated therewith are arranged via an X table 41 and a Y table 42 that are movable in the horizontal direction with respect to the lower frame 2 shown in FIG. Since the X table 41 and the Y table 42 enable horizontal movement in directions orthogonal to each other, the position of the substrate mounting base 10 can be freely changed in the horizontal direction. When the area of the resist film of the substrate A is large, the horizontal position of the substrate A is sequentially changed and the pattern transfer by the mold B needs to be performed a plurality of times. It is good to change the position of.
[0035]
On the other hand, the upper mold holding plate 50 is provided with the following components in relation thereto.
[0036]
First, as shown in FIG. 2, the pressing face plate 51 of the mold holding plate 50 is supported via a spherical bearing 60. That is, the pressing face plate 51 is integrally connected to the hollow support shaft 52, and the support shaft 52 is moved up and down via a spherical bearing 60 formed by fitting the convex annular sphere 61 and the concave annular sphere 62 together. It is supported in the lower case 53 of the frame 4. Since the center of the spherical surface is on a perpendicular line passing through the center of the lower surface 50A of the pressing face plate 51, the pressing face plate 51 can rotate (precession) so as to swing its neck around the center.
[0037]
The second component is that a fixing means 70 for stopping the rotation by the spherical bearing 60 is provided around the spherical bearing 60. As shown in FIG. 2, the fixing means 70 is formed by fitting cylindrical wedge members 72 and 73 having a truncated pyramid (or frustum) -like outer peripheral surface onto bolts 71 (the wedge members 72 and 73 have end portions on the narrow side). The one wedge member 72 is screwed to the bolt 71, and an expandable cylindrical member 74 is arranged around the wedge members 72 and 73. And the outer case 53. When the bolt 71 is tightened, the wedge members 72 and 73 approach to expand the outer diameter of the cylindrical member 74, so that an inward pressure is applied to the spherical bearing 60 and the relative movement between the spheres 61 and 62 is applied. Can be stopped. If relative displacement does not occur between the two spheres 61 and 62, the mold holding plate 50 (pressing face plate 51) cannot perform the above-described rotational movement.
[0038]
A third component related to the mold holding plate 50 is that the elastic sheet 81 can be attached to the lower surface 50 </ b> A of the pressing face plate 51. As the elastic sheet 81, for example, a natural rubber sheet having a thickness of 1 mm is used. The elastic sheet 81 is attached not by using an adhesive or the like but by the following sheet mounting means 80 so that it can be easily attached to and detached from the lower surface 50A. That is, an annular stopper 83 can be screwed around the lower surface 50A. When the elastic sheet 81 is mounted, the elastic sheet 81 is applied to the lower surface 50A, and a thin plastic film 82 (thickness 100 μm) is formed on the lower surface of the sheet 81. The periphery of the film 82 is fixed by the metal fitting 83. If the metal fitting 83 is removed with a screw, the elastic sheet 81 and the film 82 can be easily replaced.
[0039]
Further, as a fourth component part, the mold holding plate 50 is also provided with a suction means 90 for lowering the pressure between the lower surface 50A and the mold B installed therein. The suction means 90 forms a vent hole 51 a penetrating between the upper and lower surfaces with respect to the pressurizing face plate 51 of the mold holding plate 50, and the vent hole 51 a is provided in the hollow portion of the support shaft 52 in the upper part or the case 53. In addition, a vacuum exhaust pump (not shown) is connected (a valve is used as appropriate) through a through hole 92 and an exhaust port 91 outside the through hole 92. If the mold B is stacked on the lower surface 50A of the mold holding plate 50 (pressurizing face plate 51) under atmospheric pressure and the vacuum pump is operated, the mold B is moved to the lower surface 50A using the pressure difference between the upper and lower surfaces. Can be adsorbed. The space between the upper surface 10A and the substrate A may be, for example, about 10 Torr or less. It is also preferable to use the same pump as the vacuum exhaust pump of the air exclusion means 20. The elastic sheet 81 and the plastic film 82 described above are made of a material having air permeability, or the center portion (on the extension line of the air hole 51a) is used.
[0040]
After performing assembly, inspection, maintenance, etc., the press machine 1 can press the substrate A and the mold B in parallel with the upper surface 10A of the substrate mounting table 10 and the lower surface 50A of the mold holding plate 50 in use. Make the following pre-adjustments.
[0041]
1) The fixing means 70 is released from the fixed state by loosening the bolts 71, and the parallelism between the two opposing surfaces 10A and 50A is obtained by utilizing the self-alignment property (that it can rotate) of the spherical bearing 60. adjust. This adjustment is performed by slowly lowering the mold holding plate 50 with the elastic sheet 81 and the plastic film 82 removed, and overlapping the two surfaces 10A and 50A. The bolts 71 of the fixing means 70 are tightened in a state where both are superposed and pressurized, and the rotation of the mold holding plate 50 by the spherical bearing 60 is stopped.
2) Raise the mold holding plate 50 to open the two surfaces 10A and 50A, and attach the elastic sheet 81 to the lower surface 50A of the mold holding plate 50. This attachment is performed by the sheet mounting means 80.
[0042]
After the above-mentioned pre-adjustment, the full operation of the press machine 1, that is, the substrate A and the mold B are overlapped and pressed, and the pattern of the mold B is transferred onto the resist film on the surface of the substrate A. Start work. The work is basically performed according to the following procedure.
[0043]
{Circle around (1)} The substrate A and the mold B to be simultaneously pressed are placed on the substantially center of the pressing face plate 11 of the substrate mounting base 10 with the mold B facing up.
(2) When the mold holding plate 50 is lowered to bring the two surfaces 10A and 50A closer to each other, and the lower surface 50A of the mold holding plate 50 approaches the upper surface of the mold B (the interval is about 100 μm), the suction means 30 and 90 are caused to function so that the substrate A is attracted to the upper surface 10A of the substrate mounting table 10 and the mold B is attracted to the lower surface 50A of the mold holding plate 50. Thereby, the mold B is separated upward from the substrate A, and a slight gap is formed between them.
(3) When the mold holding plate 50 is lowered as described in (2) above, the flange 23 of the air exclusion means 20 is in close contact with the elevating flange 54 and the inside of the bellows 22 is sealed. The inside of the bellows 22 is set to a low pressure of 10 Torr or less using a vacuum exhaust pump. As a result, the air between the substrate A and the mold B is excluded, and an environment capable of accurate pattern transfer is formed. When the pressure is sufficiently lowered, the pressure difference between the upper and lower surfaces of the mold B disappears, so that the mold B drops a small height (about 100 μm in this example) by its own weight and overlaps the substrate A again.
(4) The mold holding plate 50 is further lowered, and the substrate A and the mold B are pressed between the two surfaces 10A and 50A. As a result, the pattern of the mold B is transferred onto the resist film on the surface of the substrate A.
{Circle around (5)} The exhaust by the air exclusion means 20 is stopped to return the inside of the bellows 22 to atmospheric pressure, and the mold holding plate 50 is raised to separate the two surfaces 10A and 50A. At this time, the substrate A and the mold B are separated from each other up and down while being adsorbed on the two surfaces 10A and 50A.
(6) If the suction force of the suction means 30/90 is strong, the pressure (degree of vacuum) is adjusted appropriately, and the substrate A and the mold B are separately collected from each of the two surfaces 10A, 50A. . However, when the same mold B is repeatedly used when returning to the above (1) and pressurizing the other substrate A, the mold B continues to be adsorbed on the mold holding plate 50 (lower surface 50A). In this case, only the substrate A may be supplied to the substrate mounting base 10 (upper surface 10A).
[0044]
【Example】
Since the press machine 1 introduced above can appropriately transfer a minute pattern that requires particularly high precision, the inventors have a minimum line width of a nanometer (nm) level for manufacturing a semiconductor substrate. This press 1 was used for a part of the process of nanoimprint lithography (room temperature nanoimprint). The entire process and the transfer status will be shown below.
[0045]
Example 1
According to the steps shown in FIGS. 3A to 3E, room temperature nanoimprinting using HSQ (hydrogenated silsesquioxane polymer) was performed. That is,
(A) An HSQ layer Ab is spin-coated on a Si (silicon) substrate Aa. The rotation speed is 4000 rpm, and the film thickness is about 1 μm. Next, in order to increase the viscosity of HSQ, pre-baking is performed at 50 ° C. for 10 minutes.
(B) The substrate A having the HSQ layer Ab on its upper surface is faced down, the Si mold mask B is faced up, and both are supplied to the press 1 in FIG.
(C) Using the press machine 1, the mold mask B is pressed against the HSQ layer Ab of the substrate A at 5 to 11 MPa, and the pressure state is maintained at room temperature for about 1 minute.
(D) The pressurization is stopped, and the mold mask B is pulled away from the substrate A (the HSQ layer Ab) using the function of the press 1.
(E) The residual film etching process of the transfer pattern obtained on the HSQ layer Ab of the substrate A is performed by RIE (reactive ion etching). The condition is CF in a high frequency of 100W.FourThe gas is allowed to flow at a pressure of 2.0 Pa and a flow rate of 80 sccm, and the etching time is 4 minutes.
FIGS. 4A and 4B show SEM images of the mold mask B used and the HSQ layer Ab after imprinting (before etching). Although the minimum line width is 50 nm, such a minute pattern is appropriately transferred. This result confirms that the press machine 1 is an apparatus suitable for transferring such a micropattern.
[0046]
(Example 2)
Room temperature nanoimprinting of a two-layer resist using HSQ as an upper layer was performed by the steps shown in FIGS. That is,
(A) On the Si substrate Ac with a step, a photoresist (AZ resist manufactured by Zipley Co., Ltd.) is applied as a lower layer resist Ad with a thickness of 1.5 μm and heated at 200 ° C. for 30 minutes. Next, 0.3 μm of HSQ is applied as an upper layer resist Ae on the lower layer resist Ad and prebaked at 50 ° C. for 10 minutes.
(B) Both are supplied to the press 1 of FIG. 1 with the substrate A ′ having the upper layer resist Ae on the upper surface and the Si mold mask B ′ facing upward.
(C) Using the press machine 1, the mold mask B ′ is pressed against the upper layer resist Ae (HSQ) of the substrate A ′ at 5 to 11 MPa and held at room temperature for about 1 minute.
(D) The pressurization is stopped and the mold mask B ′ is pulled away from the substrate A ′ using the function of the press 1.
(E) The residual film etching process of the transfer pattern obtained on the upper layer resist Ae (HSQ) of the substrate A ′ is performed by RIE. The condition is CF in a high frequency of 100W.FourThe gas is allowed to flow at a pressure of 2.0 Pa and a flow rate of 20 sccm, and the etching time is 4 minutes.
(F) O2By RIE using (oxygen), etching of the lower layer resist Ad (photoresist) is performed by RIE using the upper layer resist Ae (HSQ) as a mask. The condition is that O in a high frequency of 100 W.2The gas is allowed to flow at a pressure of 2.0 Pa and a flow rate of 20 sccm, and the etching time is 30 minutes.
FIG. 6 shows SEM images of the substrate A ′ obtained by the above (a) to (f). The width of the groove is about 2 μm. These results show that the press 1 shown in FIGS. 1 and 2 can perform high-precision pressing (transfer of minute patterns) even on a stepped substrate by using a two-layer resist process. .
[0047]
【The invention's effect】
The high precision press according to claim 1 has the following effects.
-Two opposing surfaces of the pressure member can be arranged with high parallelism, and such a pressure member can be used in a stable state where it does not rotate, and the pressure work can be performed efficiently.
-Even when the thickness of a part to be pressurized is not uniform, it is possible to apply pressure evenly to the part.
-The elastic sheet can be easily attached and removed, and can be replaced in a short time.
[0048]
  According to the high precision press according to claim 2, in addition to preventing the presence of air (bubbles) between a plurality of parts to be pressurized, the supply of the plurality of parts between two opposing surfaces of the pressure member and Each part after pressurization can be taken out very easily.
  This claim 2The high precision press machine described in,the aboveIn order to combine the effects, press work for multiple parts that require accuracy with respect to parallelism between outer surfaces, etc. should be carried out quickly and appropriately without any hassle to workers. Enable.
[0049]
The high-precision press according to claim 4 can perform the pressure treatment on the target component (including the semiconductor substrate) particularly smoothly and with high accuracy. Further, the high-precision press of claim 5 is particularly advantageous for performing a process of transferring a pattern to a semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a front view (partially shown in a cross-sectional view) showing an overall structure of a high-precision press machine 1 according to an embodiment of the invention.
2 is a detailed view showing a substrate mounting base 10, a mold holding plate 50, and the like in the press 1 of FIG.
FIGS. 3A to 3E are conceptual diagrams showing a room temperature nanoimprint process using HSQ (hydrogenated silsesquioxane polymer).
4A and 4B are SEM images showing the mold mask B used in the step of FIG. 3 and the HSQ layer Ab after imprinting (before etching), respectively.
FIGS. 5A to 5F are conceptual diagrams showing a room temperature nanoimprint process of a two-layer resist using HSQ as an upper layer.
6 is an SEM image showing a substrate A ′ obtained by the process of FIG. 5;
FIG. 7 is a front view (cross-sectional view) showing a conventional press machine that applies pressure to a semiconductor substrate.
[Explanation of symbols]
1 Press machine
10 Substrate installation table (pressure member)
10A surface (upper surface)
20 Air exclusion means
30.90 Adsorption means
50 Mold holding plate (pressure member)
50A surface (bottom surface)
60 Spherical bearing
70 Fixing means
80 Seat mounting means
81 Elastic sheet
A substrate
B mold

Claims (5)

対向する2面により部品をはさんで加圧する高精度プレス機であって、
上記2面のうち一方の面を含む加圧部材が、その面の垂線上に中心をもつ球面軸受を介し回転可能に支持されており、上記加圧部材の上記回転を止める固定手段が付設されるとともに、上記2面のうち一方の面に着脱容易に弾性シートが取り付けられていること
および、上記球面軸受が凸状の環状球体の外側に凹状の環状球体をはめ合わせたものであり、上記固定手段が、上記球面軸受の周囲にあって当該球面軸受に内向きの圧力をかけて上記両球体間の相対的な動きを停止させるものであること
を特徴とする高精度プレス機。
It is a high-precision press that presses parts with two opposing surfaces,
A pressure member including one of the two surfaces is rotatably supported via a spherical bearing having a center on a perpendicular to the surface, and a fixing means for stopping the rotation of the pressure member is provided. And an elastic sheet is easily attached to and detached from one of the two surfaces .
And the spherical bearing is formed by fitting a concave annular sphere to the outside of the convex annular sphere, and the fixing means is disposed around the spherical bearing and applies inward pressure to the spherical bearing. A high-precision press machine for stopping relative movement between the two spheres .
対向する上記2面にはさまれる空間を低圧にする空気排除手段を備えるとともに、上記2面の各面と当該各面に密着する部品との間を低圧にする吸着手段を備えていること
および、球面軸受を介し回転可能にされている上記一方の面を含む加圧部材は中空の支軸に接続され、当該支軸が上記球面軸受を介して支持されており、当該支軸の中空部が上記吸着手段の一部として真空排気ポンプに接続されていること
を特徴とする請求項1に記載の高精度プレス機。
The space sandwiched between opposite said second surface with an air removing means for the low pressure, that it comprises a suction means for between components in close contact with the surfaces and the surfaces of the two faces to the low pressure,
The pressure member including the one surface that is rotatable via a spherical bearing is connected to a hollow spindle, and the spindle is supported via the spherical bearing. The high precision press according to claim 1, wherein the portion is connected to a vacuum exhaust pump as a part of the suction means .
上記の弾性シートが通気性のある材料でなるとともに、加圧部材に対して周囲を環状の止め金具で固定される通気性のあるプラスチックフィルムを重ねることによって取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の高精度プレス機。The elastic sheet is made of a breathable material, and is attached by overlapping a breathable plastic film that is fixed around the pressure member with an annular stopper. Item 3. The high precision press according to Item 2. 加圧対象とする上記の部品が、半導体基板を含むものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高精度プレス機。  The high precision press according to any one of claims 1 to 3, wherein the component to be pressurized includes a semiconductor substrate. 加圧対象とする上記の部品が、表面にレジスト膜を有する半導体基板と、そのレジスト膜に対してパターン転写を行うモールドとを組み合わせたものであることを特徴とする請求項4に記載の高精度プレス機。  The high-pressure component according to claim 4, wherein the component to be pressurized is a combination of a semiconductor substrate having a resist film on a surface thereof and a mold for performing pattern transfer on the resist film. Precision press machine.
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