JP4596981B2 - インプリント装置、及び微細構造転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に微細な凹凸を有するスタンパと被転写体を加圧し、前記被転写体表面に前記スタンパの凹凸形状を転写するインプリント装置および微細構造転写方法に関する。

近年、半導体集積回路は微細化，集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工方法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化，高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるようになった。

電子線を用いたパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザー等の光源を用いたパターン形成における一括露光方法とは異なり、マスクパターンを描画していく方法をとるため、描画するパターンが多ければ多いほど露光（描画）時間がかかり、パターン形成に時間がかかることが欠点とされている。そのため、２５６メガ、１ギガ、４ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、その分パターン形成時間も飛躍的に長くなることになり、スループットが著しく劣ることが懸念される。そこで、電子ビーム描画装置の高速化のために、各種形状のマスクを組み合わせそれらに一括して電子ビームを照射して複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射法の開発が進められている。この結果、パターンの微細化が進められる一方で、電子線描画装置を大型化せざるを得ないほか、マスク位置をより高精度に制御する機構が必要になるなど、装置コストが高くなるという欠点があった。

これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うためのインプリント技術がある。これは、基板上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するスタンパを、被転写基板表面に形成されたレジスト膜層に対して型押し、スタンパを剥離することで所定のパターンを転写する技術であり、シリコンウエハをスタンパとして用い、２５ナノメートル以下の微細構造を転写により形成可能であるとしている。そして、インプリント技術は大容量記録媒体の記録ビット形成、半導体集積回路パターン形成等への応用が検討されてきている。

インプリント技術で、大容量記録媒体基板や半導体集積回路基板上に微細パターンを高精度に転写するには、表面に微細なうねりを有する被転写基板表面上のパターン転写領域に均一に圧力が加わるよう、スタンパを押し付ける必要がある。例えば、下記特許文献１では、スタンパを被転写基板表面の一部に機械的に押し付けることで微細パターンを転写する技術が開示されている。しかしながら、スタンパ表面を被転写基板表面のうねりに追従させるためには、一回の加圧で可能とする転写領域が拡大するにつれてパターン転写が困難になる。

大面積への均一加圧を行うために、例えば、下記特許文献２では、スタンパ又は被転写基板とプレスヘッドとの間に応力緩衝材層を設置することで加圧力の均等にする技術が開示されている。また、下記特許文献３では、応力緩衝材層の変わりに流体を封入する室を、スタンパ又は被転写基板の背面に設ける技術が開示されている。更に、下記特許文献４では、スタンパ及び被転写基板を内部圧力の調整が可能な容器内に配置し、容器内圧力を減圧したのち、容器内にガス等の流体を封入し、スタンパ及び被転写基板全体に均一な圧力をかける技術が開示されており、最大２００ｍｍ直径のウエハ上に微細パターンを形成している。

米国特許第６６９６２２０号明細書 特開２００３−１５７５２０号公報 米国公開２００３年第０１８９２７３号公報 米国特許第６４８２７４２号明細書

しかし、従来の技術では、スタンパや被転写基板の表面状態や外観形状に合せた面内圧力分布制御が不可能であるうえ、スタンパが大きくなるにつれて加圧直後にスタンパを被転写基板から剥離するのが困難になるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、インプリント装置及び微細構造転写方法において、スタンパを被転写基板表面へ均一に加圧でき、スタンパや被転写基板の表面状態や外観形状に合せた面内圧力分布制御が可能であるうえ、加圧直後にスタンパを被転写基板から剥離可能にすることにある。

本発明は、インプリント装置及び微細構造転写方法において、スタンパと被転写体の加圧時にスタンパ又は被転写体の少なくとも一方の裏面から流体を噴出するようにしたことにある。

流体は、スタンパ又は被転写体の少なくとも一方の裏面に配置したステージに設けられた複数の孔から噴出される。さらに、スタンパを被転写体から剥離する際には、前記複数の孔又は溝から減圧してスタンパ又は被転写基板をステージに吸着する。

本発明により、インプリント装置及び微細構造転写方法において、スタンパを被転写基板表面へ均一に加圧でき、スタンパや被転写基板の表面状態や外観形状に合せた面内圧力分布制御が可能であるうえ、加圧直後にスタンパを被転写基板から剥離可能になった。

前記複数の孔は、複数の圧力調整系統に分割されているとよい。前記複数の孔又は前記複数の孔とつながったステージの表面に加工され多複数の溝をステージ中心部から外周に向かって放射状に配置し加圧時に中心部から外周に向かって順に流体を噴出するよう圧力調整系統を制御することができる。又、複数の孔又は溝と同心円状あるいはスパイラル状に配置することで同様に圧力系統を制御することができる。また、磁気記録媒体用基板のように中心孔を有する基板へ転写を行う場合、中心孔に相当する位置に流体を噴出せず、加圧しない。

前記圧力調整系統は、加圧機構のみならず減圧機構も有するとよい。さらに、スタンパの剥離時に外周から中心部に向かって順に減圧するように圧力調整系統を制御することで、スタンパをスタンパ外周からステージに吸着させ、剥離を促進させることができる。また、磁気記録媒体用基板のように中心孔を有する基板から剥離する場合、中心孔に相当する位置にのみ加圧し、基板側から中心孔を通してスタンパに流体を噴出し、剥離を促進させるとよい。

スタンパと被転写体の加圧、前記スタンパの剥離は、圧力調整機能を有する同一チャンバ内で行うとよい。前記チャンバ内はスタンパ被転写体の加圧前に減圧、スタンパの剥離前に加圧するとよい。

スタンパを被転写体から剥離する際、前記スタンパと前記被転写体との界面に流体を加圧して剥離を促進させてもよい。

スタンパを被転写体から剥離する際、前記スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面より冷却した流体を噴出させ、スタンパと被転写体の線膨張係数差を利用して剥離を促進させてもよい。

スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面には流体を噴出するステージを設置し、前記ステージを設置しないスタンパ又は被転写体の裏面にはバックアッププレートを設置して前記バックアッププレートに密着固定することで、前記バックアッププレートに密着固定したスタンパ又は被転写体の加圧転写時の変形を抑制できる。前記バックアッププレートへ固定方法として、真空吸着、接着等が挙げられる。

前記バックアッププレートに固定されたスタンパ又は前記被転写体の裏面には応力緩衝層を介在させてバックアッププレートに固定してもよい。

前記バックアッププレートの厚みは、前記バックアッププレートに密着固定したスタンパ又は前記被転写体の厚みよりも厚くすることで、前記バックアッププレートに密着固定したスタンパ又は被転写体の加圧転写時の変形を防ぐことができる。また本発明ではスタンパの厚みを予め厚くしておき、バックアッププレート一体型スタンパを用いてもよい。

スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面に設置した流体を噴出するステージ裏側に、球面座と球面座受けを備えることで、スタンパと前記被転写基板の平行出しを行える。

スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面に設置した流体を噴出するステージ裏側に、被転写面内方向への移動機構を備えることで、前記スタンパと前記被転写基板の相対位置を合せることができる。

スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面に設置した流体を噴出するステージ裏側に、被転写面に対して垂直方向へ移動させるための弾性円板ガイドを備えることで、垂直方向への移動の際に水平方向へのずれを最小限に抑えることができる。さらに、前記ステージ裏側に圧力容器室を設け、圧力容器室に圧力を加えることで前記ステージを被転写面に対して垂直方向へ移動させる機能を持たせることで、ステージ移動時の振動を最小限に抑えることができる。また、前記ステージの被転写面に対する垂直方向の位置検出器を設けて、検出器の計測結果をもちいて前記圧力容器室内の圧力を制御することで、スタンパと被転写体との間隔を微調整できる。

本発明で使用されるスタンパは転写されるべき微細な凹凸パターンを有するものであり、凹凸パターンを形成する方法は特に制限されない。例えばフォトリソグラフィ、集束イオンビームリソグラフィ或いは電子ビーム描画法、メッキ法等が所望する加工精度に応じて選択される。スタンパの材料にはシリコン、ガラス、ニッケル、樹脂等が使用可能であり、強度と要求される加工性を有するものであればよい。

本発明で使用される被転写体は、基板上に塗布された樹脂薄膜、樹脂製基板、樹脂製シート等、基板表面の所望する微細加工精度が得られるものが好ましい。好適な樹脂材料として、主成分がシクロオレフィンポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等であり、これらの材料に感光性物質を添加した合成材料もある。また、樹脂薄膜を塗布する際の基板として、シリコン、ガラス、アルミニウム合金、樹脂等の各種材料を加工して使用することができる。

以下に発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明の、微細な凹凸を有するスタンパと被転写体を加圧した後前記スタンパを剥離する機構を有するチャンバ１００の断面を概略的に示している。チャンバ１００内には気圧の減圧及び加圧が可能になるよう設定されている。前記チャンバの下部ステージ１０１には複数の孔１０３と溝１０４が加工されており、前記孔１０３は図示しない圧力調整系統に接続されている。前記圧力調整系統は減圧及び加圧機能を有し、前記孔１０３で真空吸着及び流体の噴出を可能とする。またステージ１０１の下部には、ステージ１０１が水平及び垂直方向に移動できる機能を備えている。前記ステージ１０１の上面にはバックアッププレート１０２が設置されている。バックアッププレート１０２表面には後述するスタンパ１０７を真空吸着固定するための溝１０５が加工されている。

図２（ａ）〜（ｅ）を用いて、本発明のインプリント方法を説明する。
あらかじめ、石英基板表面に微細な凹凸を加工したスタンパ１０７と、シリコン基板上に感光性物質を添加した樹脂薄膜層を形成した被転写体１０６を準備する。前記スタンパ１０７は、バックアッププレート１０２に真空吸着で固定されている。前記被転写体１０６は、図示しない搬送機構でステージ１０１上に配置され、真空吸着で固定さている（図２（ａ））。

ステージ１０１とバックアッププレート１０２は、予めスタンパ１０７と被転写体１０６の接触面が平行になるよう傾きが調整されている。スタンパ２０１と被転写体２０２との水平方向の相対位置を合せるため設けられたバックアッププレート上部に配置される光学カメラ１０８で、予め設けられたスタンパ１０７と被転写体１０６それぞれのアライメント用マークを同時に認識できる高さにまでステージ１０１を上昇させた後、前記アライメントマークが合うようステージ１０１を水平に移動させてアライメントを行う（図２（ｂ））。

アライメント後、チャンパ１００内を、スタンパ１０７と被転写体１０６の吸着固定がはずれない程度に減圧する。そして、ステージ１０１に加工された孔１０３から窒素等の流体を噴出させて、被転写体１０６をスタンパ１０７へ加圧密着させる。このとき、被転写体の裏面はステージ１０１とは非接触状態にある。加圧密着後バックアッププレート上部に配置した紫外（ＵＶ）光照射系２１５からＵＶ光を発光し、バックアッププレート１０２とスタンパ１０７を通して、被転写体表面の感光性物質を添加した樹脂薄膜層に照射し、樹脂薄膜層を硬化する（図２（ｃ））。

前記樹脂薄膜層を硬化後にＵＶ光の発光を止め、チャンバ１００内を加圧する。ステージ１０１を被転写体１０６に近づけ、ステージ１０１に加工された孔１０３で被転写体１０６をステージ１０１に真空吸着し、ステージ１０１を下降させて被転写体１０６をスタンパ１０７から剥離する（図２（ｄ））。

結果として、スタンパ１０７の表面に形成した微細な凹凸パターンが転写された、被転写体１０６が得られる（図２（ｅ））。

次にチャンバ内気圧の減圧及び加圧機構の一例を説明する。図３はチャンバ３００の断面を示している。スタンパ１０７と被転写体１０６の接触面に触れる空間の圧力を可変とするために、バックアッププレート１０２とバックアッププレート固定ブロック３０１でチャンバ３００を構成する。固定ブロック３０１の一部に、図示しない圧力調整機構と接続されている貫通孔３０２を設ける。そして前記圧力調整機構により貫通孔３０２を通して、チャンバ３００内の減圧及び加圧を行う。

続いてスタンパと被転写体の水平方向の相対位置を調整するために、ステージを水平方向へ移動する機構の一例を、図３を用いて説明する。簡単のため、１次元方向（図３において左右）への移動を説明する。ステージ１０１と連結しているアーム３０３は、固定ブロック３０１のガイド溝３０４に挿入されている。そして図示しない圧力調整機構と接続されている貫通孔３０５を介して、左右どちらかのガイド溝３０４に圧力を加えることで、ステージ１０１が圧力を加えた側とは反対の方向へ移動するいわゆるエアーベアリングシール機構３０６である。その際、アーム３０３とガイド溝３０４との間には２〜３μｍの隙間が生じるよう、高精度に加工しておくことで、滑らかなステージ１０１の移動が可能になる。

次にスタンパと被転写体の接触面を平行にするための平行調整機構の一例を説明する。図４は平行調整機構の断面を示している。ステージ１０１下部には球面座４０１が取り付けられており、球面座４０１は球面座受け４０２で支持されている。最初、前記球面座４０１と球面座受け４０２の隙間４０３は大気圧下にあり、ステージ１０１は球面座受け上で傾斜する。このとき、ステージ１０１が極端に傾きすぎないよう、高さ制御ピン４０４でステージ１０１の傾き限度を制御している。例えば図３に示すチャンバ３００内にステージ４１０上に被転写体と同じ基板を設置し、ステージ４１０球面座受け４０２と共に上昇させてスタンパに軽く押し当てることで、基板とスタンパの表面が平行になる。基板をスタンパに軽く押し当てた状態で、隙間４０３を真空状態にすることで、球面座４０１が球面座受け４０２に密着固定される。ステージ１０１と球面座受け４０２と共に下げることで、スタンパと被転写体の接触面を平行に保つことが可能になる。

続いてステージの上昇下降機構の一例を説明する。図５は上昇下降機構の断面を示している。ステージ５０１と前記ステージ下部に接続されているステージ上昇機構５０３は圧力調整を可能とするチャンバ５００内に設置されている。ステージ上昇機構５０３は、２枚の平行弾性円板５０４、５０５を用いたガイド機構を設け、ステージの上昇下降時の水平方向への位置ずれを最小限に抑える。そして、前記平行弾性円板５０４、５０５はチャンバ内５０３を３つの空間に分離しており、上部平行弾性円板５０４で区切られた空間５０６と、下部平行弾性円板５０５で区切られた空間５０７の圧力を独立で変化できるよう、それぞれ独立の圧力調整機構が接続されている。また垂直方向の位置を認識するために、垂直方向位置検出器５０８を設置している。

前記ステージ上昇下降機構の動作原理を以下に説明する。前記弾性円板５０４、５０５には、下部空間５０７内の圧力Ｐｄと上部空間５０６内の圧力Ｐｃの圧力差圧に比例した力Ｐｔ（＝Ａ×（ＰｄーＰｃ）： Ａ空間水平面の面積）が加わる。つまり弾性円板５０４、５０５には垂直方向の変位量に比例した前記力Ｐｔが加わる。例えば、下部空間５０７の圧力を上げて上方向への変位力を加えるとステージ５０１は上昇し、力Ｐｔは上昇量に比例して大きくなる。ところがステージ５０１がバックアッププレート５０２に接触した際、弾性円板５０４、５０５はステージがバックアッププレートとの接触によって生じた反力を受け、力Ｐｔと上昇量の比例関係が変化することから、ステージ５０１とバックアッププレート５０２の垂直方向接触位置を認識することが可能になる。垂直方向位置の検出は検出器５０８で検出され、圧力調整機構の制御へフィードバックされる。

次にスタンパと被転写体の水平方向の相対位置を調整するアライメント機能及び、感光性物質を添加した樹脂薄膜層を硬化させるＵＶ光照射機能を一体化した光学設備の一例を説明する。図６は光学設備６００の断面及び、断面方向から見た動作方法を示している。光学設備６００の先端部には、アライメント用光学系６０１及びＵＶ光照射系６０２が一体となったヘッド６０３が装備されており、回転軸６０４を中心にしてアライメント用光学系６０１及とＵＶ光照射系６０２が切り換る機構になっている。本実施例ではアライメント用光学系６０１に最大倍率１０００倍のＣＣＤカメラを採用し、被転写体とスタンパそれぞれに設けられたアライメントマーク同士を合わせる。ＵＶ光照射系６０２には最大照射領域が１２０ｍｍ直径になるよう光学系が設計されている。アライメント及びＵＶ光照射は以下に示す工程で行われる。
（１）被転写体１０６及びスタンパ１０７を加圧チャンバ３００内にセットする。この際、光学設備は所定の位置に待避しておく（図６（ａ））。
（２）光学設備をアライメント可能な位置に移動し、前述した水平方向へ移動する機構を利用して被転写体１０６及びスタンパ１０７の相対位置を合せる（図６（ｂ））。
（３）光学設備６００のヘッド６０３をＵＶ光照射系６０２に切り換え、スタンパ１０７を通してＵＶ光を被転写体表面に照射する（図６（ｃ））。
（４）ＵＶ照射後、光学設備６００を所定に位置に待避する。
（５）被転写体を加圧チャンバ３００より取り出す。

本説明では、被転写体として感光性物質を添加した樹脂薄膜層を取り上げたが、熱可塑性樹脂の薄膜層でもよい。この場合、前記ＵＶ光照射系６０２を必要としない。

次に被転写体のステージへの吸着固定、及びスタンパと被転写体の加圧を行うための流体を噴出、そしてスタンパの剥離を行えるステージ機構の一例を説明する。図７はステージ断面と表面を示す。ステージ７０１下部には、前述したように球面座７０２と球面座受け７０３が設けられており、スタンパと被転写体の平行度調整が容易に行える構造となっている。また球面座７０２と球面座受け７０３との空間７０４は気圧の可変が可能となっており、平行度調整時は加圧状態であり、平行度調整後減圧することでステージの傾きが固定される。またステージ７０１の３方向に、高さ制限ピンとバネで構成される傾き制限機構７０５が設けられており、ステージ７０１の過度傾きを制限すると共に、球面座７０２と球面座受け７０３の分離を防止している。ステージ７０１表面に加工された孔７０６、７０７、７０８はそれぞれセンター部７０６、外周Ａ部７０７、外周Ｂ部７０８の独立した３つの圧力制御機構に分離されている。そして、前記流体噴出孔と連続した溝７０９がステージ７０１の表面に中心から外周に向かって放射状に配置されている。

被転写体とスタンパの加圧時には以下の手順で圧力制御を行うことで、レジスト層の流れ及びレジストから発生する微量ガスを、被転写体の中心部から周辺部へと押し出すことが可能になる。本発明では加圧時の噴出ガスに窒素を使用する。
（１）センターの孔７０６、外周Ａ部の孔７０７、外周Ｂ部の孔７０８を減圧し、被転写体の裏面をステージ７０１上に吸着固定する。
（２）センターの孔７０６より加圧して窒素ガスを噴出することで、被転写体中央部を加圧する。
（３）外周Ａ部の孔７０７より加圧し窒素ガスを噴出することで、外周Ａ部周辺を加圧する。
（４）外周Ｂ部の孔７０８より加圧し窒素ガスを噴出することで、外周Ｂ部周辺を加圧する。

結果として被転写体全面が加圧される。なお、センターの孔７０６の加圧力を他の孔より大きく設定しておくとよい。また、流体を噴出する孔及び溝近傍は溝の無い領域と比較して圧力は高くないが、総合的には中心から周辺に向かう放射状の圧力分布が形成されており、レジスト層の流れ及びレジストから発生する微量ガスを、被転写体の中心部から周辺部へと押し出すことができ、理想的な加圧を行える。加圧された状態で前記のＵＶ光を被転写体に照射し硬化することで、スタンパの微細な凹凸が被転写体表面に形成される。

他方、被転写体とスタンパの加圧後に行うスタンパの剥離は以下の手順で圧力制御を行う。
（１）加圧されたスタンパ及び被転写体の周囲の気圧を加圧する。
（２）外周Ｂ部の孔７０８を減圧し、被転写体の外周Ｂ部近傍をステージ７０１側へ引き付ける。
（３）外周Ａ部の孔７０７を減圧し、被転写体の外周Ｂ部及びＡ部近傍をステージ７０１側へ引き付ける。
（４）センターの孔７０６を減圧し、被転写体全面をステージ７０１側へ引き付けることで、スタンパの剥離が終了する。

スタンパを被転写体から剥離する際、スタンパと被転写体との界面に流体を流し込むことで剥離を促進させてもよい。

スタンパを被転写体から剥離する際、スタンパ又は被転写体のいずれか一方の裏面より冷却した流体を流し込むことで、スタンパと被転写体の線膨張係数差を利用して剥離を促進させてもよい。

本形態の説明では、被転写体の裏面より流体を噴出させてスタンパに加圧したが、スタンパの裏面より流体を噴出させて被転写体に加圧してもよい。また、被転写体とスタンパの両裏面から流体を噴出させてもよい。

以下に本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図８に示すインプリント装置８００の平面レイアウト図を用いて、本実施形体を説明する。発明の装置は３つのユニット８０１、８０２、８０３で構成した。１）被転写体を構成する基板を投入、及びインプリント加工された被転写体を取り出す基板設置ユニット８０１、２）前記基板上に感光性物質を添加した樹脂を塗布し、被転写体を作製する樹脂塗布ユニット８０２、３）前記被転写体とスタンパの相対位置合せ、加圧、剥離を行う加工ユニット８０３とした。被転写体は各ユニット間を搬送ロボット８０４で搬送した。前記３つのユニットとは別にス、タンパと被転写体の水平方向の相対位置を調整するアライメント機能及び、感光性物質を添加した樹脂薄膜層を硬化させるＵＶ光照射機能を一体化した光学設備の待避部８０５を設定した。

次に図９を用いて、前記加圧ユニット８０２に設置した被転写体とスタンパを加圧・剥離するチャンバ９００の機構を説明する。なおステージ９０１には、先に説明した水平方向への移動機構（図３）、平行調整機構（図４）、上昇下降機構（図５）、被転写体吸着機構及び流体噴出機構（図６）を備えており、ここでは詳細な原理説明を行わないものとする。

被転写体９０６はステージ９０１に真空吸着固定した。ここで被転写体とは、直径１００ミリメートル、厚さ０．６ミリメートルのシリコン基板表面に、厚さ５００ナノメートルの感光性物質を添加した樹脂層を形成した物とした。スタンパ９０７は厚さ１５ミリメートルの石英製バックアッププレート９０２に真空吸着固定した。ここでスタンパとは直径１００ミリメートル、厚さ１ミリメートルの石英基板表面に微細凹凸パターンを形成した物とした。石英製被転写体９０６とスタンパ９０７を設置後、チャンバーベース上下駆動部９０８でチャンバーベース９０９を下降させて、チェンバーベース９０９を吸着ベース９１０に真空吸着固定した。この状態で被転写体９０６及びスタンパ９０７の加圧面周辺をチャンバ９００内に密閉した。

チャンバ９００には水平（Ｘ、Ｙ、θ）方向に移動可能なエアーベアリングシール９１１を設置した。後述するアライメントＸステージ、Ｙステージ、θステージと連動させた高精度アライメント用移動機構を形成した。

チャンバ９００のベース９０９の上にはＹ方向スキャンステージ９１２を、被転写体９０６とスタンパ９０７を一体でアライメント用光学系の測定可能範囲に移動させるために設置した。Ｙ方向スキャンステージ９１２はニードルローラと鋼球を用いたガイド機構９１３と図示しないパルス制御の駆動機構で構成した。稼動範囲は１００ミリメートルであり、０．５ミリメートルステップでの移動制御を可能とした。前記スキャンＹステージ上には同様のスキャンＸステージ９１３を設置した。

前記スキャンＸステージ９１３上には、被転写体９０６とスタンパ９０７の相対位置を合せるためにステージ９０１のみを移動するアライメントＹステージ９１４を設置した。アライメントＹステージ９１４はニードルローラと鋼球を用いたガイド機構と図示しないパルス制御の駆動機構で構成した。稼動範囲はＸ及びＹ方向に対して５ミリメートルであり、０．１マイクロメートルステップでの移動制御を可能とした高精度アライメント用移動機構とした。前記アライメントＹステージ９１４上には同様のアライメントＸステージ９１６を設置した。アライメントＸステージの上にはアライメントθステージ９１７を設置した。これにより３点ベアリングと鋼球を用いたガイド機構と図示しないパルス制御の駆動機構によりθ方向へのステージ９０１回転移動を行った。

前記アライメントθステージ９１７には、ステージ９０１を垂直（Ｚ）方向へ移動させる上昇下降機構９１８を接続した。図５で説明した通り上昇下降機構には、弾性円板ガイド９１９、９２０を取り付け、Ｚ位置検出器９２１によりＺ位置のフィードバック制御を行った。上部弾性円板ガイド９１９で区切られた上部空間９２２と、下部弾性円板ガイド９２０で区切られた下部空間９２３には独立した圧力調整機構を接続した。本機構の稼動範囲は１０ミリメートルとした。

前記のスキャンＸステージ９１３、スキャンＹステージ９１２、アライメントＸステージ９１６、アライメントＹステージ９１４、アライメントθステージ９１７、そして上昇下降機構９１８が浮き上がってチャンバ９００が崩壊するのを防止するため、ステージガイド与圧機構９２４を設置した。本機構は上昇下降機構９１８と接続しており、弾性体によって下方向に一定の力で引きつることでチャンバ９００の崩壊を防止した。

被転写体９０６とスタンパ９０７をチャンバ９００内で以下に示す手順で加圧し剥離した。
（１）被転写体９０６とスタンパ９０７を設置後チャンバーベース上下駆動部９０８でチャンバーベース９０９を下降させて、チェンバーベース９０９を吸着ベース９１０に真空吸着固定した。
（２）アライメント機能及び感光性物質を添加した樹脂薄膜層を硬化させるＵＶ光照射機能を一体化した光学設備９３０を待避部８０５より加圧ユニット８０３上に移動した。
（３）前記アライメント機能の光学系中心とスタンパ９０７に設けた位置合わせ用基準マークの中心が一致するようにスキャンＸステージ９１３とスキャンＹステージ９１２位置を調整した。

（４）上部弾性円板ガイド９１９で区切られた上部空間９２２と、下部弾性円板ガイド９２０で区切られた下部空間９２３を減圧した。
（５）被転写体９０６とスタンパ９０７それぞれに予め加工しておいたアライメント用マークを同時に、前記光学設備に組み込まれたアライメント用光学系で観察できる位置になるよう、下部弾性円板ガイド９２０で区切られた下部空間９２３内の圧力を上げ、上昇下降機構９１８でステージ９０１上の被転写体９０６を、スタンパ９０７側へ上昇させた。
（６）前記光学設備に組み込まれたアライメント用光学系と図示しない画像信号処理装置で被転写体９０６とスタンパ９０７との相対位置を検出し、前記相対位置の検出結果に基づいて、アライメントＸステージ９１６、アライメントＹステージ９１４、アライメントθステージ９１７を駆動して被転写体９０６とスタンパ９０７の位置合わせを行った。

（７）下部弾性円板ガイド９２０で区切られた下部空間９２３内の圧力をさらに上げ、上昇下降機構９１８でステージ９０１上の被転写体９０６をスタンパ９０７側へ上昇させて、予め決めておいた被転写体９０６の転写面とスタンパ９０７が近接する位置へ上昇させた。その際、ステージ９０１の上昇に伴い、被転写体９０６とスタンパ９０７の水平方向の相対位置がずれないよう、前記アライメント用光学系で検出し位置補正を行った。
（８）先に図６で説明した被転写体吸着機構及び流体噴出機構を利用した加圧方法で、被転写体９０６をスタンパ９０７に５ｋｇ／ｃｍ２の加重で加圧した。
（９）前記光学設備のアライメント用光学系をＵＶ光照射系に切り換えた。ＵＶ光をバックアッププレートとスタンパ９０７を通して、被転写体９０６表面の樹脂層に照射し、前記樹脂層を硬化した。

（１０）上部弾性円板ガイド９１９で区切られた上部空間９２２内を大気圧に戻し、先に図６で説明した被転写体吸着機構及び流体噴出機構を利用した剥離方法で、被転写体９０６をスタンパ９０７から剥離した。
（１１）チャンバーベース９０９を吸着ベース９１０に固定していた真空吸着を外し、チャンバーベース９０９を上昇させ、チャンバ９００を開放した。
（１２）搬送ロボット８０４で被転写体９０６を基板設置ユニット８０１へ移動し、前記被転写体表面に前記スタンパの凹凸形状を転写した被転写体が得られた。

［実施例２］
実施例１と同様の方法で微小な凹凸形状を形成した被転写体を作製した。その際、スタンパにはスタンパとは直径１００ミリメートル、厚さ１ミリメートルの石英基板全面に周知の電子線直接描画（ＥＢ）法で幅５０ナノメートル、深さ１００ナノメートル、ピッチ１００ナノメートルの溝を形成した物を使用した。被転写体には直径１００ミリメートル、厚さ０．６ミリメートルのシリコン基板表面に、厚さ１００ナノメートルの感光性物質を添加した樹脂層を形成した物を使用した。このスタンパと被転写体を用いることで、被転写体表面には幅５０ナノメートル、高さ１００ナノメートル、ピッチ１００ナノメートルのライン構造が形成された被転写体が得られた。本実施例で形成された凹凸形状のＳＥＭ写真を図１０に示す。

［実施例３］
実施例２と同様の方法で微小な凹凸形状を形成した被転写体を作製した。その際、スタンパにはスタンパとは直径１００ミリメートル、厚さ１ミリメートルの石英基板全面に周知のフォトリソグラフィ法で直径０．１８マイクロメートル、深さ１マイクロメートル、ピッチ３６０ナノメートルのピットを形成した物を使用した。被転写体には直径１００ミリメートル、厚さ０．６ミリメートルのシリコン基板表面に、厚さ５００ナノメートルの感光性物質を添加した樹脂層を形成した物を使用した。このスタンパと被転写体を用いることで、被転写体表面には直径０．１８マイクロメートル、高さ１マイクロメートル、ピッチ３６０ナノメートルの柱状構造が形成された被転写体が得られた。本実施例で形成された凹凸形状のＳＥＭ写真を図１１に示す。

［実施例４］
実施例３と同様の方法で微小な凹凸形状を形成した被転写体を作製した。その際、スタンパにはスタンパとは直径１００ミリメートル、厚さ１ミリメートルの石英基板全面に周知の電子線直接描画（ＥＢ）法で幅５０ナノメートル、深さ１００ナノメートル、ピッチ１００ナノメートルの溝を同心円状に形成した物を使用した。被転写体には外直径６５ミリメートル、中心穴直径２０ミリメートル、厚さ０．６３５ミリメートルのガラス基板表面に、厚さ１００ナノメートルの感光性物質を添加した樹脂層を形成した物を使用した。前記被転写体の裏面のみに流体を噴出するよう、ステージ表面の孔と溝の配置及び噴出加圧機構の制御を行った。前記スタンパと被転写体を用いることで、被転写体表面には幅５０ナノメートル、高さ１００ナノメートル、ピッチ１００ナノメートルのライン構造が同心円状に形成された被転写体が得られた。

本発明よるインプリント装置及び微細構造形成方法は、大容量記録媒体の記録ビット、半導体集積回路パターン等の超微細構造体を必要とする高機能デバイスの製造装置及び方法として極めて有効である。

本発明の被転写体とスタンパを加圧するインプリント装置のチャンバ断面を示す図。 本発明のインプリント装置を使用した工程を説明する図。 本発明のインプリント装置のチャンバ内加圧・減圧機構を説明する図。 本発明のインプリント装置の平行度調整機構を説明する図。 本発明のインプリント装置のステージ上昇下降機構を説明する図。 本発明のインプリント装置の光学設備を説明する図。 本発明のインプリント装置のステージ機構を説明する図。 本発明のインプリント装置の平面レイアウトを説明する図。 本発明のインプリント装置の機構を説明する図。 本発明のインプリント装置で形成された構造体を示す図。 本発明のインプリント装置で形成された構造体を示す図。

符号の説明

１００…チャンバ、１０１…ステージ、１０２…バックアッププレート、１０３…孔、１０４…溝、１０５…吸着溝、１０６…被転写体、１０７…スタンパ、１０８…光学カメラ。

Claims (27)

1. 微細な凹凸を有するスタンパと被転写体を加圧し、前記被転写体表面に前記スタンパの凹凸形状を転写する機構を有するチャンバを備えたインプリント装置において、
   前記スタンパ又は前記被転写体のうち一方の裏面に配置したステージと、前記スタンパ又は前記被転写体のうち他方の裏面に配置したバックアッププレートとを備え、前記ステージに設けられた複数の孔から流体を噴出させて、前記スタンパ又は前記被転写体の少なくとも一方の裏面を加圧する加圧機構を有することを特徴とするインプリント装置。
2. 請求項１のインプリント装置において、前記複数の孔は複数の圧力調整系統に接続されており、前記複数の圧力調整系統はそれぞれの圧力を個別に設定できることを特徴とするインプリント装置。
3. 請求項１のインプリント装置において、前記チャンバ内に、前記複数の孔から減圧して前記スタンパを剥離する減圧機構を有することを特徴とするインプリント装置。
4. 請求項２のインプリント装置において、前記複数の圧力調整系統は、加圧及び減圧機構を有しており、前記圧力調整系統は前記スタンパと前記被転写体とを加圧する際に流体を噴出させ、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際には減圧して前記スタンパ又は前記被転写体をステージに吸着することを特徴とするインプリント装置。
5. 請求項１のインプリント装置において、前記複数の孔は前記ステージ表面に加工された複数の溝とつながっており、前記複数の溝をステージ中心部から外周に向かって放射状、同心円状又はスパイラル状に配置したことを特徴とするインプリント装置。
6. 請求項２のインプリント装置において、前記スタンパと前記被転写体との加圧時に中心部から外周に向かって順に加圧する圧力調整系統を有することを特徴としたインプリント装置。
7. 請求項２のインプリント装置において、前記スタンパの前記被転写体からの剥離時に外周から中心部に向かって順に減圧し、前記スタンパ又は前記被転写体を吸着する圧力調整系統を有することを特徴としたインプリント装置。
8. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際、前記スタンパと前記被転写体との界面に流体を噴出して剥離を促進させることを特徴とするインプリント装置。
9. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方の裏面より冷却した流体を噴出させ、前記スタンパと前記被転写体の線膨張係数差を利用して剥離を促進させることを特徴とするインプリント装置。
10. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方がバックアッププレートに固定されていることを特徴とするインプリント装置。
11. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方が応力緩衝層を介在させてバックアッププレートに固定されていることを特徴とするインプリント装置。
12. 請求項１０のインプリント装置において、前記バックアッププレートは、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方を真空吸着するための溝を有することを特徴とするインプリント装置。
13. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方がバックアッププレートに固定されており、前記バックアッププレートの厚みは、前記バックアッププレートに密着した前記スタンパ又は前記被転写体の厚みよりも厚いことを特徴とするインプリント装置。
14. 請求項１のインプリント装置において、前記ステージの裏側には、前記スタンパと前記被転写体を加圧する前に、前記スタンパと前記被転写体の平行出しを行うために、球面座と球面座受けが設けられていることを特徴とするインプリント装置。
15. 請求項１のインプリント装置において、前記スタンパと前記被転写体の相対位置を合せるために、前記ステージを被転写面に対して面内方向へ移動させる移動機構を備えることを特徴とするインプリント装置。
16. 請求項１のインプリント装置において、前記ステージを被転写面に対して垂直方向へ移動させるために、前記ステージの裏側に弾性円板ガイドを備えていることを特徴とするインプリント装置。
17. 請求項１６のインプリント装置において、前記ステージの裏側に圧力容器室を設け、前記圧力容器室に圧力を加えることで前記ステージを被転写面に対して垂直方向へ移動させることを特徴とするインプリント装置。
18. 請求項１７のインプリント装置において、さらに前記ステージの被転写面に対して垂直方向の位置を検出する位置検出器を備え、前記位置検出器の計測結果をもちいて前記圧力容器室内の圧力を制御することを特徴とするインプリント装置。
19. 微細な凹凸を有するスタンパと被転写体を加圧し、前記被転写体表面に前記スタンパの凹凸形状を転写する機構を有するチャンバを備えたインプリント装置内における前記スタンパを剥離する微細構造転写方法において、
    前記スタンパ又は前記被転写体のうち一方の裏面に配置したステージと、前記スタンパ又は前記被転写体のうち他方の裏面に配置したバックアッププレートとを備え、前記ステージに設けられた複数の孔から流体を噴出させて、前記スタンパと前記被転写体を加圧することを特徴とする微細構造転写方法。
20. 請求項１９の微細構造転写方法において、前記複数の孔を複数の圧力調整系統に分割し、それぞれの圧力を個別に設定することを特徴とする微細構造転写方法。
21. 請求項２０の微細構造転写方法において、前記複数の圧力調整系統は、加圧及び減圧機構を有しており、前記圧力調整系統は前記スタンパと前記被転写体とを加圧する際に流体を噴出させ、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際には減圧して前記スタンパ又は前記被転写体をステージに吸着することを特徴とする微細構造転写方法。
22. 請求項２０の微細構造転写方法において、前記スタンパと前記被転写体との加圧時に中心部から外周に向かって順に加圧することを特徴とする微細構造転写方法。
23. 請求項２０の微細構造転写方法において、前記スタンパの前記被転写体からの剥離時に外周から中心部に向かって順に減圧し、前記スタンパ又は前記被転写体を吸着することを特徴とする微細構造転写方法。
24. 請求項１９の微細構造転写方法において、前記チャンバ内を減圧した後、前記スタンパと前記被転写体を密着することを特徴とする微細構造転写方法。
25. 請求項１９の微細構造転写方法において、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際、前記スタンパと前記被転写体との界面に流体を噴出して剥離を促進させることを特徴とする微細構造転写方法。
26. 請求項１９の微細構造転写方法において、前記スタンパを前記被転写体から剥離する際、前記スタンパ又は前記被転写体のいずれか一方の裏面より冷却した流体を噴出させ、前記スタンパと前記被転写体の線膨張係数差を利用して剥離を促進させることを特徴とする微細構造転写方法。
27. 請求項１９の微細構造転写方法において、前記被転写体表面に形成された凹凸形状は、光硬化性樹脂からなることを特徴とする微細構造転写方法。

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