JP5039145B2 - シートを基板に適用するための方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の第一表面とシートの第二表面との間の接触を構築するための方法に関する。本発明は、接触を構築するための方法を使用して、可撓性シートから基板にテンプレートパターンを移転するための方法にも関する。本発明は、さらに、それらの方法のいずれをも遂行するための装置に関する。
US4,699、303は、支持構造と、支持構造の反対側に配置された所定パターンを含むスタンピング表面を有する可撓性スタンプと、支持構造の上に配置された圧力制御された室と、可撓性スタンプに付着された機械的取付物とを含むミクロ接触プリンティングのための装置を開示している。さらに、US4,699、303は、ミクロ接触プリンティングのための方法を開示している。その方法では、可撓性スタンプの湿らされたスタンピング表面と物品の表面との間の接触は、接触が可撓性スタンプの中心で開始し且つ制御された方法で外向きに進行するよう、可撓性スタンプに亘る差圧を変更することによって得られる。
US4,699、303は、スタンプと基板との間の空気混入を回避するための、可撓性スタンプと基板との間の接触の漸進的構築に関する。しかしながら、既知の方法及び装置を用いるならば、スタンプは変形され且つ伸張された状態で基板と接触するので、パターンは変形されるようになる。
US4,699、303は、パターンの歪みの問題に対処している。具体的には、可撓性スタンプの弾性及び/又は局所的張りの故に、パターンの振れ(ランアウト)又は局所的変形が起こり得る。適切な場所で可撓性スタンプを圧縮し或いは伸張することに解決策が見出され、その場合には、所要時にこの矯正をもたらすよう、機械的取付物は適切な検出及び制御素子を備える。全体的に見れば、この解決策は複雑な矯正系を必要とし、実用性からは程遠い。
本発明に従った方法及び装置は、米国特許第4,699、303号に対して大きな相違を構成する。既知の方法及び装置では、可撓性シートは基板に対して押し付けられ、応力が外部押圧力によって可撓性シート内に含められるのに対し、これは本発明に従った方法及び装置では故意に行われない。
シートを変形せずに、それをもって、もしシート状に存在するならば、可能なパターンを変形せずに、シートと基板との間に接触を構築するための方法を提供することが本発明の目的である。
本発明は、独立項によって定められる。従属項は、有利な実施態様を定める。
第一の特徴において、本発明の目的は、基板の第一表面とシートの第二表面との間の接触を構築するための方法であって、
− 基板及びシートを提供するステップを含み、
− 基板とシートとの間の引力をもたらす力生成手段を提供するステップを含み、引力は、第一表面と第二表面との間の第一距離が、閾距離よりも小さいときに、第一表面の少なくとも一部と第二表面とを互いに向かわせることができ、
− 第一表面と第二表面の第一地域との間の初期接触を構築すると同時に、第一表面と第二表面の第二地域との間のさらなる接触の構築を防止し、それによって、第一地域と第二地域は、接触前線によって分離され、それによって、第一距離を創成するステップを含み、
− 接触前線が、第二地域の方向に、第一表面に沿って前進することを許容することによって、さらなる接触を構築し、前進は、引力によって決定されるステップを含む方法を提供することによって達成される。
シートという用語は、本発明の脈絡では、それが可撓であり或いは少なくともある程度まで変形可能であるよう、材料特性及び幾何学的寸法を有する物体として解釈されなければならない。可撓性は、本発明の脈絡では、実質的に損傷を与えずに、反復的に屈曲可能或いは変形可能であることを意味する。
基板という用語は、可撓である或いは堅いことが考えられ得る全ての基板を含むことが意図され物体が可撓であることと可撓でないこととの間を区別することは意図されない。
力生成手段は、結果として得られる引力が基板とシートとの間に作用する提供される。引力は、これらの表面の間の距離が閾距離よりも小さくなるとき、基板と第二表面の第二地域とをより近接して接合するのに十分な大きさである。よって、引力は、本方法の間の時間内の特定地点で動作し得るが、それは基板及びシートの一方又は両方を偏倚する効果を有さない地点であり得る。それにも拘わらず、少なくとも、第一表面と第二表面との間の距離が、閾距離よりも下に減少されると、その距離が測定される位置で作用する引力は、この距離を減少する。
力生成手段は、ファンデルワールス力、双極力、又は、イオン力のような分子力、(電)磁力、及び、類似物を含む、複数の源を有し得る。本発明の脈絡内で、力の強さは、変位される必要のある基板及び/又はシートの部分の質量に従って調節され或いは提供され得る。代替的に、力正勢力が、実質的に調節不能な引力をもたらすとき、質量は、本発明に従った要件を充足するために、力に適合され得る。
初期接触は、シートの第一地域と基板の第一表面との間でのみ構築され、同時に、第一地域に当接するシートの第二地域は、第一表面と接触しないようにされ或いは接触することが防止される。この段階では、「防止する」という用語は、第二地域第一表面と単に接触しないようにされるよう第一接触を構築することが本発明にとって十分であることを示すために使用される。そのステップの結果は、第一地域が、第一表面に沿って走る境界線によって第二地域から分離されることであり、その境界は接触前線を定める。この境界線又は接触前線の形状又は曲率は、第一接触地域が定められる方法に依存する。多数の接触前線が存在し得るし、或いは、ある接触前線が、例えば、閉塞ループを形成し得る。
その場合には、本発明は、接触前線の両側上の特定の小さい地域内に、所与の引力及び変位されるべき質量のための閾距離よりも小さい第一表面と第二表面との間の距離が存在するというさらなる洞察に基づいている。よって、本発明によれば、引力は、少なくとも、第一表面と第二表面との間の距離が極めて小さいときに、第一表面及び第二表面を共に近接して移動するのにちょうど十分なほど提供される、即ち、力は、少なくとも小さな閾距離を超えて、或いは、別の言い方をすれば、少なくとも接触前線の近傍において、それが第一表面及び第二表面を互いに向かって変位するのに有効であるように提供される。それによって、本発明は、小さな力を使用してシート及び基板の変位をもたらす。
接触前線付近の表面に沿って基板及び/又はシート内に応力を導入するのに関与する、これらの小さい力の剪断成分は、よって、小さい。それによって、接触前線の近傍での可撓性シートの歪みも最小限化される。故に、さらなる接触の構築中の接触前線の位置での接触の実際の構築の瞬間に、シートは、その均衡状態に対して実質的に歪みがない。
本方法によれば、さらなる接触の構築中、接触前線は、第二地域の方向に第一表面に沿って前進する。接触前線の背後で、接触前線の前に第一地域が第二地域を犠牲にして創成されるよう、付着は進行する。それによって、シート及び基板は、引力によって決定されるように互いに漸進的に付着し合うことを可能にする。
接触前線が前進し、第二地域と第一表面との間の接触が、前進方向に前進力を提供する必要なしに構築されることは、本発明の利点である。これは、接触前線を移動し、それによって、強い剪断力を導入するために、押圧部材が可撓性シートに沿って変位されるUS5,669,303及びUS2004/0197712内に開示されるような従来技術の方法と全く対照的である。
接触前線を前進することによるさらなる接触の構築が、第一表面と第二表面の第二地域との間の空気混入を減少することは、本方法のさらなる利点である。それによって、そのような空気混入に起因する応力及び変形は回避される。
第一表面及び第二表面が平坦である必要がないのは、本発明のさらなる他の利点である。無応力状態における接触の形状適合構築は、本発明によって可能とされる。シートは、湾曲した第一表面に取り付けられ得るし、或いは、シート(及び/又は、もし可撓であるならば基板)がシート及び/又は基板の可撓性(屈曲又は変形)の限界内で曲率又は不規則性に適合するよう、不規則性を含む。その利点は、例えば、半導体業界において、ウェーハが熱処理の故に完全に平坦でないときに、当業者に明らかであろう。非平坦性は、本発明に従った方法によって便利に対処される。
本方法が重力に依存しないことは、本方法の他の利点である。重力が減少される自由空間内で、並びに、第一表面及び第二表面が、さらなる接触の構築中に、互いに向かう第一表面及び第二表面の運動の方向が、重力の方向に対して垂直であるよう向けられる状況において、本発明の方法は依然として働く。その上、本方法は、重力がこの運動の方向に抗して働く状況においても働く。
ある実施態様において、引力は、第一表面と第二表面との間に作用する表面力である。引力は、物体(体積)力又は表面力として分類される成分を含み得る。例えば、重力及び特定の電磁力のような物体力は、付着される対象(物体)の間の距離の増大に伴ってゆっくりと減少するが、表面力は、強い減少を示す。表面力は、ファンデルワールス力又は双極力のような直接的な分子的起源のものを含む。それらは、物体間の距離が極めて小さいときに、即ち、閾距離が極めて小さいときに有意である。これらの力は小さいので、それらは、例えば、シート及び/又は基板の形状完全性をもたらす材料内で作用する原子間又は分子間力(ファンデルワールス力、双極力、又は、イオン力)と同等の強さである。故に、そのような力を使用した接触の構築は、力制御に関して有利である。
他の利点は、表面力が表面上だけで作用し、シート及び/又は基板の本体上では作用しないことである。物体力によって起こり得る、表面詳細の絞り及びそれらの結果的な変形は、それによって減少され或いは防止され、これは第一表面又は第二表面が浮出し特徴を含むときに特に重要である。
さらに、表面力の強さは、例えば、化学的又は物理的な表面修正によって有利に調整され得る。表面活性剤の単層のように薄い材料の層が、これを達成するために使用され得る。単層は、当該技術分野において既知な標準的な技法を使用して親水性から疎水性に表面特性を変更するために使用され得る。
ある実施態様では、さらなる接触を構築する前に、基板及びシートの少なくとも一方は、第一表面及び第二表面の少なくとも一方の一部が流体によって提供されるよう、流体を含む。この実施態様の結果は、さらなる接触の構築後、流体が第一表面の少なくとも一部と第二表面の第二地域との間に存在することである。力は、流体と第一表面との間及び/又は流体と第二表面との間の接着特性に起因する。流体は、さらなる接触の構築のプロセス中に蓄積される可能な剪断力、応力、又は、圧力差が、その水力学的特性の結果として減少され或いは除去されることを有利に可能にする。よって、接触が構築される間、流体流は、可能な不完全性を減少するのを助ける。
実施態様において、流体は、第一表面及び第二表面の少なくとも一方に対して最大で90度の接触角を形成する。もし流体が表面と90度よりも小さい接触角を形成するならば、それはその表面を湿らせ、故に、表面に亘って広がる傾向を有する。故に、流体は、さらなる接触の構築の直前又は間に第二地域全体に亘って存在する必要はない。さらに、作用する引力は、表面張力に起因する表面力の成分を含む。毛管作用が、引力として作用し得る。その場合には、第一表面及び/又は第二表面は、接触前線の前進を実現するために毛管浮出し表面を備え得る。流体の湿潤特性は、表面活性剤のような表面活性材料を使用して変更され得る。これらは流体に適用され得るが、第一表面及び/又は第二表面にも適用され得る。これは、第一表面、流体、及び、第二表面が本質的に適合性を有さず、所要の90度の接触角をもたらすときに、流体及び/又は第一表面及び/又は第二表面を全体的に変更することを必要とせずにこの接触角をもたらすために、修正が使用され得る点で有利である。それによって、本方法のより一層広範な適用性がもたらされる。
ある実施態様では、少なくとも2つの独立した接触前線が形成され、且つ、さらなる接触の構築中に、両方の接触前線が前進するよう、初期接触が構築される。独立して前進する多数の接触前線は、さらなる接触を構築するのに必要な時間を減少する。さらに、もしさらなる接触の構築中の不規則性が、さらなる接触が構築されるのに必要な距離に亘って蓄積するならば、距離を減少することは、そのような不規則性が現れる程度も減少する。少なくとも2つの独立した接触前線を有することは、少なくとも2つの独立した第二地域が存在することも暗示することに留意のこと。
ある実施態様では、第二地域が基板表面と接触することを防止することは、第二地域の少なくとも一部が第一表面と接触することを抑制することを含み、それによって、初期接触の構築後に接触前線が前進することを防止し、接触前線が前進することを可能にするために、第二地域の抑制部分の一部を解放する。この実施態様では、初期接触の構築後の接触前線の前進は、第一の例では、さらなる接触が構築され得ないよう、第二地域の少なくとも一部を抑制することによって防止される。接触前線が特定距離に亘って前進するのは、抑制される第二地域の一部の解放後だけである。前進は、それが第二地域の残余の抑制部分によって再び防止される地点まで継続し得る。次に、この抑制部分の次の部分が、さらなる接触を構築するプロセスを継続するために解放され得る。代替的に、前進が妨げられずに継続し得るよう、さらなる部分が解放される。このプロセスでは、さらなる接触の構築中に応力が導入されるように思われ得るが、これは当て嵌まらない。この理由は、前進する接触前線を通じたさらなる接触の構築前に、抑制されるシートの一部が解放され、この部分が弛緩することを可能にすることである。次いで、弛緩は、接触のさらなる構築、故に、無応力状態の下の接触前線の前進を可能にする。
この実施態様の1つの利点は、それが様々な部分(基板及びシート)の向き並びに重力がさもなければプロセスを妨げる状況において使用され得ることである。よって、例えば、もし第一表面及び第二表面の一方が粘着性であるならば、それは、好ましくは、粉塵が重力の故に頂部に落ちるよう方向付けらず、表面を粉塵吸収体とする。粘着性表面は、それが付着される必要のある表面の頂部に落ちずに、その表面が下向きに面する状態で、有利に位置付けられ得る。さらに、解放されるが第一表面に未だ付着されない第二地域の制約部分の一部、即ち、さらなる接触の構築中に実際に移動自由である部分は、任意に選択され得る。これは有利である。何故ならば、この自由部分の質量及び安定性を制御することは、例えば、振動又は空気対流のような外部環境に対する本発明の感受性を減少するからである。また、前述されたように、引力は、自由質量を変位し得なければならない。質量に対する制御は、設計の自由度、及び、引力に関する最適化をもたらし、それによって、本方法のための前進速度に関する最適化ももたらす。
代替的に、シートの制約部分は、付着されるべき表面の形状に対応する形状を有する固定位置において無応力状態に維持され得る。
ある実施態様において、接触前線は、ある前進速度で前進し、第二地域は、ある解放速度で解放され、解放速度は、前進速度よりも小さい。前進速度は、接触前線が、例えば、接触前線に対して実質的に垂直な方向に、単位時間当たり前進する距離として定められる。解放速度は、前進速度が測定されるのと同じ方向に、例えば、接触前線と実質的に垂直な方向に単位時間当たりに解放されるシートの第二地域の量(又は長さ)である。接触前線の前進速度は、シート及び基板の特性(例えば、第一表面及び第二表面並びに剛性のようなシート及び/又は表面のバルク特性)並びに力に依存する。故に、前進速度は、多くの場合には、手元のシステムによって与えられ、外部制御の影響を受けない。対照的に、解放速度は制御され得る。これは、例えば、前進速度が接触前線に沿って一定でないときに有利である。何故ならば、その場合には、接触前線はその形状を変更する、例えば、それが開始時に直線的であるならば、それは湾曲するようになる。結果的に、シートは、変形されるようになり得るし、それによって、さらなる接触の構築中に、応力がシート内に導入され得る。最高前進速度よりも小さい解放速度を使用することによって、湾曲は相殺され得るし、或いは、防止されさえする。実際には、接触前線の最速前進領域は、解放速度まで遅くされる。解放速度は制御可能であり、必要に応じて調節され得る。よって、接触前線の湾曲は、解放速度を最大で最小前進速度の値まで調節することによって防止され得る。故に、このようにして、さらなる接触を構築するプロセスは、それらが表面に亘って並びに接触前線に沿って変化する前進速度をもたらすよう、第一表面及び/又は第二表面の性質又は特性がこれらの表面に亘って一定でないときに応力を導入せずに接触をもたらすように、正確に制御され得る。
この実施態様は、シートの自由部分が、さらなる接触の構築の進展と共により大きくなることを防止する。それによって、第一表面と第二表面との間の時期尚早の接触に起因する空気混入の形成が防止される。
代替的に、接触前線は、同じ原理に従って解放速度を制御することによって指導され得る。
ある実施態様では、前進速度が測定され、その結果が、解放速度を設定するために使用される。前の実施態様のために記載されたように、前進速度は、多くの場合において、手元のシステムに依存する特性である。それはとりわけ接触されるべき第一表面及び第二表面の特性の設計又は選択によって影響され得る。そのような特性に基づく前進速度を予測することは一般的に困難である。現実施態様では、予測は、前進速度を測定することによって、有利に不要とされる。これは、例えば、試験運転によって行われ得る。前進速度が知られるや否や、解放速度は、前進速度を決定するシステムの全ての詳細を知る必要なしに、願望及び既知の前進速度に従って調節され或いは設定され得る。これは本発明の適用性並びに速度に柔軟性をもたらす。
ある実施態様では、さらなるの構築中、ある前進速度値が少なくとも一度測定され、測定された前進速度値は、解放速度を調節するために使用される。理論的には、前進速度は、手元のシステムの特性を制御することによって影響され得るが、実際的な観点からは、これは困難な作業である。前進速度が知られ、引き続き、接触されるべき表面に亘って実質的に一定であるようシステムを構成することは、より一層困難であり、時折、不可能である。現実施態様では、その作業は、さらなる接触の構築中の前進速度の実際の測定によって有利に不要とされる。故に、実際の前進速度は、さらなる接触の構築が最小の歪みを伴って進行するよう解放速度を調節するために使用される。それによって、この実施態様は、接触されるべき表面が表面に亘って非常に異なる特性を有するときに、或いは、シートの剛性が、例えば、厚さ又は他の寸法的な変動の故に均一でないときに特に有利である。
ある実施態様において、シートは、基板への移転のためのテンプレートパターンを含む。本発明に従った方法は、例えば、マイクロ接触プリンティング、エンボス加工、又は、インプリントリソグラフィにおいて、並びに、リソグラフィプロセスプリンティングプロセスにおいて行われるように、基板へパターンを移転するために有利に使用され得る。本発明に従った接触を構築するための方法は、シート及び/又は表面が脆弱な特徴を含むときに特に有利である。脆弱な特性は、例えば、移転プロセス中に使用されるような小さい寸法を有するパターン内に存在する。その場合には、本発明に従った方法は、接触が構築されたときにそれらが十分に再現され得るように、これらの特徴が実質的に変形されないよう接触を構築する機会を提供する。好ましくは、その場合には、再現されるべきパターン又は特徴は、第二地域内に存在する。何故ならば、これはさらなる接触が構築される第二表面の部分だからである。加えて、そのような及び他の特徴は、1回のパターン化運転中に大きい地域に亘って移転されることができ、大きな地域は、例えば、4cmよりも大きい面積である。多数の隣接する順次的に適用される小さい地域パターンの縫合(stitching)は不要である。
ある実施態様では、テンプレートパターンは、フォトリソグラフィプロセスを使用して基板に移転される。例えば、半導体業界では、装置加工のためにフォトリソグラフィのようなリソグラフィを使用して基板の材料層をパターン化することが一般的に行われている。そのようなフォトリソグラフィプロセスでは、層をパターン化するためのマスクとしてテンプレートパターンが使用される。そのようなプロセスの詳細な記載は、例えば、Silicon processing for the VLSI Era volumes 1 (1990 Lattice Press, ISBN 0−961672−4−5 and 2 (2000 ISBN 0−9616721−6−1)のような多数の案内書中に見出され得る。本発明内で使用される用語の情報及び定義に関しては、例えば、リソグラフィに関する章を参照。リソグラフィのための普通のプロセスの流れにおいて、パターン化されるべき層は、マスクパターンに従った照明を通じて提供される放射線に感応的であり且つ照明後にテンプレートパターンを表すよう現像され得る所謂フォトレジストである。多数のそのようなプロセスでは、移相ずれマスキングが使用される。十分なパターン再現への影響の光学的要件に関して、マスクがパターン化されるべき層に近接することが好ましい。本発明は、層の直ぐ上に並びに層表面の形状に適合してシートの形態でマスクを提供することを有利に可能にする。故に、例えば、前のパターン化の結果として非平坦表面を有する基板もそのようなマスクと共に便利に提供されることができ、それによって、そのような表面上でのパターン再現を向上する。
パターン化されるべき層は、それ自体がフォトレジストであり得るが、装置層又はハードマスク層でもあり得る。
ある実施態様において、シートは、テンプレートパターンを表す浮出し表面を含む。基板の表面内でのテンプレートパターンの再現は、プリンティングプロセスにおいてスタンプとして利用される浮出し表面を使用して行われ得る。周知のプリンティングプロセスは、インプリントリソグラフィプロセス又はエンボス加工プロセスである。シート内のテンプレートパターンの浮出しは、例えば、前の実施態様において記載されたようなリソグラフィプロセスにおける使用のための浮出しによって表されるパターンに従って(マスキング)材料を提供するために使用される。本発明に従ったエンボス加工プロセスでは、シートは、テンプレートパターンが液体又は形成可能層内でエンボス加工されるよう基板と接触される。次に、液体は、例えば、露光又は硬化プロセスを使用して硬化されるので、テンプレートパターンの除去後、相補的なパターンが、基板の一部であるエンボス層内に残る。有利に、そのようなプロセスでは、エンボス加工される液体は、パターン化される層であること及び本発明に従った引力をもたらす層であることの目的の両方に働き得る。液体は、一方又は両方の機能のために最適化されるよう特別に構成され得る。加えて、液体層の水力学的特性は、テンプレート浮出しパターンが、さらなる接触が構築された後に、その無応力均衡構造に自己調節し得ることを可能にし、それによって、歪みをさらに減少する。故に、広範囲の浮出し形状(高いアスペクト比、小さいアスペクト比、又は、それらの間の中間)が、大きい地域に亘って正確に印刷され得る。シートの可撓性は、平坦でない表面をパターン化する機会を提供する。
ある実施態様では、基板へのテンプレートパターンの移転後、テンプレートパターンは、基板から取り外される。普通、マスク、即ち、シートは、次の層が、もし好ましければ異なるマスクを使用してパターン化され得るよう、パターン化の後に取り外される。
本発明は、さらに、請求項1の方法を実施するための装置に関し、装置は、
− 基板を保持するための第一ホルダと、
− 可撓性シートの第一地域の少なくとも第一部分を保持するための第二ホルダと、
− 初期接触を構築するための接触手段とを含む。
ある実施態様において、装置は、請求項7の方法を実施するためにさらに着想され、装置は、さらに、前進速度を制御するための制御手段を含む。
ここで前述されたように、前進速度は、手元のシステムの特性によって決定される。引力は、例えば、温度に依存する。温度制御手段を使用して温度を変更することによって、前進速度は所望の値に設定され得る。
ある実施態様において、制御手段は、第二表面の第二地域の少なくとも一部を抑制し且つ解放するための抑制及び解放手段を含む。解放手段及び抑制手段は、解放速度を制御することを有利に可能にする。次いで、これは、本発明に関してここで前述されたように、さらなる接触構築中に応力及び変形に対する正確な制御をもたらす。好ましくは、抑制及び解放手段の制御は、応力を誘引しないよう無接触状態で動作するアクチュエータを含む。適切なアクチュエータは、(電)磁石ユニットである。代替的に、真空及び超過気圧を提供するためのノズルが使用され得る。これはアクチュエータがその上で動作する必要のあるシート又は基板が、(電)磁石保持が使用されることを可能にする材料から作成される必要がないという利点を有する。アクチュエータは、第一地域に亘って分散されることができ、それらの各々は、少なくとも関連地域全体がさらなる接触の構築中に制御され得るよう、シート又は基板の異なる地域の上で作用する。
ある実施態様では、制御手段は、さらに、前進速度を測定するための測定手段を含む。前進速度を測定することは、システムの特性に基づく前進速度の優先決定を不要にする。簡単な試験が、必要とされるデータを提供する。測定手段は、機械的センサ(圧力)、(電)磁石センサ(容量性及び/又は誘導性)、電気機械的センサ(圧電)、又は、光学センサ(LED又は電荷結合デバイス)を含み得る。
ある実施態様では、制御手段は、規制ユニットをさらに含み、規制ユニットは、測定される前進速度に従って解放速度を調節し得る。自動化されたプロセス実行並びに応力及び変形制御に関する改良された精密性のために、接触前線の前進は、さらなる接触の構築中に測定され、得られる結果は、規制ユニットに直接的に送り込まれ、規制ユニットは、実際の前進速度に従って解放速度を適合し或いは調節する。好ましくは、プロセスのための境界値を設定する使用者入力選択肢も提供される。故に、(第一表面及び/又は第二表面の表面特性の不十分さのような)ある理由のための前進速度がさらなる接触の構築中に変更するとき、解放速度は、プロセス中の最適な制御を保証するために相応して変更される。
ある実施態様において、抑制及び解放手段は、複数の離間した装置を含み、各装置は、シートの第二地域の一部を抑制し且つ解放することができ、2つの隣接して離間する装置の間の最大距離は、最大でも5mmである。もしさらなる接触の構築中に動作されるアクチュエータ毎に解放されるシートの量が5mmよりも大きいならば、プロセスを制御するのは困難である。前進する接触前線の前の時期尚早の接触は、解放されるシートの比較的大きな自由部分の振動の故に起こりがちである。好ましくは、シートと基板との間の空気混入を避けるために、連続的な装置又はアクチュエータの間の距離は、2.5mmよりも長くさえある。これはアクチュエータが空圧アクチュエータである場合に特に当て嵌まる。
US2004/0197712は、支持材料の周りに形成される可撓性スタンプを有するプリンティングシステムを開示しており、そこでは、支持材料はバネに取り付けられ、スタンプ及び支持体の両者は、バネによって緊密に引き寄せられる。基板が、移行段階によってスタンプより下に位置付けられ、真空チャックによって保持される。スタンプを基板と接触させる目的のために、ローラがスタンプに沿って回転される。接触圧力を調節するために、ローラ上の詰込み材料が使用される。
マイクロ接触プリンティングのプロセスにおける複数のアクチュエータを含む装置が、WO2003/099463から既知である。しかしながら、既知の方法によれば、装置は、スタンプの部分を基板に向かって連続的に移動するためにスタンプの部分に対して押圧力を加える目的のために使用される。故に、スタンプ自体を基板に取り付けさせるためにスタンプを漸進的に解放することは問題ではない。
本発明は、図面を参照してより詳細に今や説明される。図面中、同等又は類似の部分は、同じ参照記号によって指し示される。図面は原寸では描写されておらず、概略的な状況を表している。
本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図である。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った装置を使用する本発明に従った方法の異なる段階を原寸ではなく概略的に示す断面図であり、装置はシートを抑制し且つ解放するための複数のアクチュエータ装置を含む。 本発明に従った無歪み接触を行うプロセスを示す概略図である。 本発明に従った無歪み接触を行うプロセスを示す概略図である。 本発明に従った無歪み接触を行うプロセスを示す概略図である。 接触前方前進の制御原理を示す概略図である。 接触前方前進の制御原理を示す概略図である。 接触前方前進の制御原理を示す概略図である。 多数の独立した接触前方前進の実施例を示す概略図である。 本発明に従った方法及び装置を使用して得られた結果を示すグラフである。 本発明に従った方法及び装置を使用して得られた結果を示すグラフである。 本発明に従った方法及び装置を使用して得られた結果を示すグラフである。 本発明に従った方法及び装置を使用して得られた結果を示すグラフである。 センサを含む本発明に従った装置の発展を示す概略図である。 センサを含む本発明に従った装置の発展を示す概略図である。
本発明に従った方法及び装置は、以下に記載される実施態様によって解明されよう。実施態様は本発明の個別の実施として解釈され得るが、1つの実施態様の有利な機能は、適切且つ可能な場合には、他の実施態様においても使用され得る。例えば、基板及び/又はシートを処理し或いは提供するための多数の機能が、実施態様の異なる装置において使用され得る。
本発明に従った装置及び方法の第一実施態様が、図1A乃至1Fを参照して記載される。装置は、基板102を保持するための第一ホルダ101を含み、例えば、第一ホルダと基板との間に減圧を創成するよう、第一ホルダ内に存在する真空ノズル(図示せず)を使用して、第一ホルダ1010と基板102との間に真空を創成することによって、第一ホルダ101は基板102を保持する。これは、例えば、半導体ウェーハを取り扱い且つ保持するための半導体業界における一般的慣行である。機械的クランピング又は電磁取付けを使用して基板を保持するための他の機構も代替的に使用され得る。
本装置は、第二ホルダ104をさらに含み、第二ホルダは、それが高さ105’を備える段部105を含むような形状を有する。第二ホルダ104は、シート106を支持し、それによって、この実施態様では、ホルダは、例えば、基板が第一ホルダによって保持されるのと同じ方法で、シートの第一地域108を堅固に保持する。シート106は、第二ホルダ104内の段部105の故に、僅かに屈曲されているので、この実施態様では、第一地域の外側では、シートは第二ホルダ104によって少なくとも部分的に支持される。この実施態様における段部から第二ホルダの下方部分への間隔に亘るシートの部分は、シートの自由部分に割り当てられる。
第一ホルダ及び第二ホルダは、図面中に全体的に図示されていない装置の一部である。装置は、適切な方法でここに以下に記載される方法を実施するようさらに適合される。この目的を達成するために、装置は、第一ホルダ101を第二ホルダ104及びシート106に対して3つのデカルト座標X,Y,Zによって表される三次元内で位置決めし且つ再位置決めするための手段をさらに含む。さらに、並進及び方向付けの両方を使用して横方向に(第一表面及び/又は第二表面が延在する方向に)、垂直方向に(横方向に対して垂直な方向に)相対位置を調節するための手段も提供され得る。この実施例では、装置は、手動変位のための手段を含む。しかしながら、例えば、以後に記載される実施態様に関して記載されるような自動変位が代替的に提供されてもよく、制御の精度及び速度の向上の観点、並びに、製造ライン内での自動化された使用の観点から好ましい。よって、自動変位は、例えば、相対的なXYZ位置及び第一表面110及び第二表面112の第一地域108の方向付けを精密に制御するための機械的又は電気的フィードバック機構を提供する機械的又は電気的ユニットのような制御手段を含み得る。これらの手段は、シート及び/又は基板の状態の観点から接触圧力(本方法の実行中のシート及び/又は基板の変形又は応力の量)を測定し且つ制御するための手段も含み得る。
基板102は、シート106の第二表面112に面する第一表面110を有する。この実施態様において、基板102及びシート106は、互いに実質的に平行に位置付けられている。他の相対的な方向付けも可能である。第二表面112は、第一表面110から第一距離で延在し、その第一距離は、破線116によって表される閾距離1114よりも大きい。閾距離は、以下に記載されるように、システム及び問題の吸引力によって決定される。
この実施態様において、基板表面は、例えば、コロナ吹付け又は複写機において一般的なカーボンブラシを用いた処理のような従来技術において既知の方法を使用して電荷を備える。電荷は、基板102とシート106との間の引力に関与する電場をもたらす。この実施態様内で使用され得る引力をもたらす他の方法は、この出願内で他の実施態様に関して記載される。
次のステップにおいて、シート106の第二表面112の第一地域108と基板102の第一表面110との間に初期接触が構築される。この目的を達成するために、この実施態様では、ここに前述された手段を使用して第一表面110に対する第二表面の横方向位置及び相対的向きを調節した後、第二ホルダ104は、Z方向に移動される。
即時の結果は図1B及び図1D内に示されている。図1Dは、第一表面110の平面図を表しており、そこでは、シート106の第一地域及び第二地域の突出が示されている。初期接触の構築の故に、シート106は、第一地域108が第一表面110と接触する付着部分118と、第一表面110と接触しない第二地域122を有する部分とに分割される。第一地域108と第二地域122との間の境界線は、X位置126に接触前線124を定める。接触前線124は、表面110に沿って走る。
初期接触は、第一距離が閾距離114よりも短い領域が存在するという状況を創成する。それによって、引力を提供するステップは、初期接触の構築と組み合わされて、さらなる接触を創成する状況を創成する。これは図1Fを参照してさらに詳説される。X位置126の右に、接触前線124の近傍には、シート106の第二地域122の第二表面112が、破線116によって指し示される閾距離114よりも基板102の第一表面110により近い領域が存在する。従って、この領域内では、引力は、シート106の自由部分120の一部が第一表面110に向かって変位され、それによって、X位置126の右に、接触前線124の直ぐ近くで、シート106の第二地域122の一部と基板102の第一地域110との間のさらなる接触を構築することを可能にする力均衡を創成する。これは接触前線124を位置126に対して右に効果的に移動させる。次に、プロセスは連続的な方法で反復し、それによって、接触前線124が第二地域122の方向に第一表面110に沿って前進させ、それによって、漸進的な方法でさらなる接触を創成する。
ある時間Δtのさらなる接触の構築の後、接触前線124は、図1C及び図1E中に描写されるように、新しいX位置126’に向かってX方向に、ある距離128に亘って前進し、Δtは、初期接触の構築の時間から測定される。第二地域122と基板との間のさらなる接触は、接触前線124の前の第二地域122を犠牲にして、第一地域108が前進する接触前線124の直ぐ背後に創成されるプロセス中に漸進的に構築される。
本発明に従った装置を用いて本方法を遂行することによって、シート106の第二地域122は、最小の応力及び変形を伴って第一表面110に適用される。これは第一表面110と第二地域122との間の接触が接触前線124の直ぐ近くで常に形成されるという状況の故であり、それはシート106が最小変形を有する場所にある。変形の程度は、この変形がその上でZ方向に発生する、X距離に対するZ距離の間の比率、即ち、曲率に依存する。類似の比率が他の方向に適用される。よって、例えば、マイクロメートル尺度よりも小さい小尺度に対して、湾曲がミリメートルX距離及びZ方向に数十ミクロンの距離に亘って起こるとき、変形は比較的小さい。故に、接触前線では、屈曲は、そのような小さな尺度で殆ど存在せず、シートは実質的に無応力状態で接触する。その上、さらなる接触は、引力が比較的小さい状況の下で構築される。適用される電荷は、力を所要の力均衡に対する適切な強度に調節するために注意深く規制される。力は、好ましくは、分子力、又は、イオン力、双極力、又は、ファンデルワールス力のような、シート材料に形状及び構造完全性をもたらす力の尺度である。もしこれが該当するならば、例えば、シート表面に沿う引力の突出に起因して生じる(シートの平面内で作用する)剪断力のような、局所的変形をもたらす力は、材料の構造的及び形状完全性をもたらすのに必要な力と同じ或いはより小さい尺度である。これは変形をかなり減少する。
ある実施態様において、第二ホルダ106は、地域並びに段部105の段部高さが独立的に変更され得るように設けられる。それによって、第一地域のサイズ及び形状、よって初期接触が所望に選択され得るのみならず、シートの可撓性によって決定される境界内で、第二ホルダの段部付近のシートの曲率又は変形も制御され得る。本出願内で、可撓性は、所望の尺度での不可逆的な損傷なく反復的に屈曲される能力として定められる。
さらなる接触の構築中、接触前線は、手元のシステムの条件に依存する前進速度で前進する。そのような条件は、接触前線での力均衡、それによって、引力の大きさ及び方向、接触を構築するために変位されるべきシート及び/又は基板の部分(その剛性によって部分的に決定されるようなシートの自由部分)の質量、及び、第一表面及び第二表面の材料特性を含む。
シートが、例えば、部分120のように、自由度であるようにされるとき、さらなる接触が、接触前線が延びる方向に対して実質的に垂直な前進方向に並びに接触前線が単位時間毎にこの前進方向に前進する距離と等しい速度で構築される。ここで前に説明されたように、前進速度は、とりわけ、シート106及び/又は基板102の浮出し(relief)及び接着特性を含む表面特性に起因し得る。これらの特性が表面に亘って均一であるとき、前進速度は表面に亘って異ならない。しかしながら、この条件は実際には満足されないことが多い。
第二実施態様において使用されるような、さらなる接触を構築するための方法及び装置は、互いに接触されるべき第一表面及び第二表面に亘って異なる前進速度の影響を相殺するために有利に使用され得る。
第二実施態様は、図2に関して記載される。この実施態様は、初期接触の構築後、シートの一部を第二ホルダに付着することによって第二地域がさらなる接触を行うことが抑制される点で、第一実施態様と異なる。
図2Aは、基板202を保持する第一ホルダ201を示しており、基板は、第一表面210を有する。さらに図示されているのは、第二ホルダ204によって保持されるシート206を抑制(保持)し且つ解放するためのアクチュエータと呼ばれる装置を有する第二ホルダ204である。この目的を達成するために、第二ホルダ204は、この実施例では、複数の離間した空圧アクチュエータ207を含む。装置は、アクチュエータにシートを抑制させ且つ/或いは解放させるためにアクチュエータを制御するための手段も含む。そのような手段は、以下にさらに詳細に説明される、アクチュエータの駆動のための気体取扱い機器、並びに、1つ又はそれよりも多くのマイクロプロセッサ、使用者制御可能な入力及びディスプレイ装置、及び、ソフトウェアを含み得る。
図示されていないのは、例えば、本出願の第一実施態様中に記載されたような手段を使用して第一ホルダ及び第二ホルダを位置決めするための装置の部分である。
シート206は可撓であり、それに取り付けられたスタンピング層232を有する背板230を含み、それによって、スタンピング層は、背板によって支持されている(図2B及び2C)。シート206は、可撓性スタンプ206として機能する。可撓性スタンプ206の一部が、図2B及び2C中により詳細に示され、スタンピング層232が、スタンピング表面234を含むという事実を例証している。それによって、スタンピング表面は、シート206の第二表面212を表している。この実施態様において、スタンピング層232は、そのスタンピング表面234が特徴パターン(feature pattern)を表す浮出し表面であるような浮出し構造を含む。パターン236の特徴は、ミクロン及びサブミクロン範囲内であり得るし、ナノメートル範囲内でさえあり得る。例えば、特徴の寸法は、15nm〜1mmよりも大きさに異なり得るし、特徴のアスペクト比(横方向寸法によって除算された垂直方向寸法)は、8よりも大きくあり得る。この実施態様におけるスタンピング層232は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)ゴムのような可撓な軟材料から製造される。所望であれば、他の材料又はエラストマ材料が使用され得る。例示的な材料は、US2004/0261981A1、WO2005/101466A2、又は、この出願の前文中で述べられた公報中に提供されている。異なるシート材料又は基板材料が、接触前線の前進のために必要な力均衡に影響を与えるために要望に従って選択され得る異なる表面特性を有することを留意のこと。
背板230は、ガラス、又は、プラスチック、アルミニウム、若しくは、ステンレス鋼のような他の適切な材料を含み得るし、背板230がスタンピング層2332を支持し得るが可撓でもあるよう、比較的薄い。例えば、背板230の厚さは、150μmであり得るのに対し、スタンピング層232の厚さは、600μmであり得る。
図2において、基板202、スタンプ206、及び、第二ホルダ204は、液体エンボス加工において適用されるよう示されている。このプロセスを遂行する目的のために、基板202は、被膜(コーティング)238を備えることで、被膜が基板の一部を形成し、第一表面210がこの被膜によって形成される。スタンプ206は、エンボス加工によって被膜238内にインプリント(imprint)を作成する目的のために使用される。エンボス加工プロセスは、被膜238内に浮出しパターン236の鏡像236’をもたらす。
この実施態様における湿式被膜238又はインプリンティング層(imprinting layer)は、未公開欧州特許出願第06123325.0号に従ったソルゲル材料を含む。しかしながら、多種多様なインプリンティング層材料が本方法及び装置において有利に使用され得る。実際には、スタンピング表面によって形成可能な如何なる材料も使用され得る。これらは硬化性材料、即ち、エンボス加工後又はエンボス加工中に、熱処理することによって、或いは、放射線を用いて硬化され得る、或いは、化学反応を通じて、或いは、成分の損失を通じて硬化する材料であり得る。有利に使用される材料は、半導体業界において広範に使用されるような商業的に入手可能なフォトレジストを含む。例示的な材料は、US2004/0261981A1、WO2005/010466A2、US2005/0230882A1、US2004/0264019、Advanced Materials 1998 10(8) 571内に見出される。
インプリント材料の観点から適切であるならば、装置は、好ましくは、硬化作用をもたらすための手段を含む。よって、装置は、インプリンティング層238にUV放射線をもたらすための機器を含み得る。好ましくは、シート又は基板のいずれかは、硬化放射線のために少なくとも部分的に透過性である。
現実施態様において、被膜は、従来的なスピンコーティング手続き使用して装置の外側で基板に適用される。しかしながら、被膜は、プリンティング、インクジェットプリンティング、ドクタブレードのようなラミネート加工、又は、LB膜蒸着を含む他の従来的な技法を使用しても適用され得る。被膜は、現実施態様におけるような基板によって構成されるように塗布され得るが、それはシートの或いは基板及びシートの両方の一部であるようにも塗布され得る。被膜は、装置内への基板及び/又はシートの取付け前に或いは後に提供され得る。もし被膜が取付け後に塗布されるならば、装置が、例えば、ジェットプリンティング装置又はスピンコーティング機器のような被膜を塗布するための手段を含むのが有利である。よって、装置は、外部被膜塗布装置の使用を排除し、それによって、増大された自動処理をもたらす。
被膜は、好ましくは、20nm〜20μmの間の範囲内の厚さを有する。しかしながら、必要であれば、他の厚さの層も使用され得る。当業者は、被膜の塗布のための異なる方法を使用してどのように異なる厚さの層を塗布するかを知っている。
現実施態様のプロセスにおいて、スタンプ206は、被膜238内のパターンの空気混入及びそれに関連付けられる変形を避けるために、基板表面210の一端から開始して反対端に進行して基板206に漸進的に塗布される。得られるパターンは、スタンプ206が基板表面210に対して位置付けられる間に被膜238が硬化する或いは凝固するのを可能にすることによって固定される。硬化プロセスが行われた後、スタンプ206は基板202から剥離され、基板206上に浮出し層が残る。
現実施態様では、硬化はインプリンティング層からの溶剤の除去の故に進行し、それによって、層内の凝固プロセスが、層が固体におけるように実用的に硬化される程度まで進行することを可能にする。さらなる詳細は以下に提供される。
スタンプ206を基板表面上に漸進的に敷き詰めるプロセスは、アクチュエータ207を使用して行われる。好適実施態様において、各アクチュエータ207は、第二ホルダ204内に延在する溝207を含み、溝207内で優勢な気体圧力は、真空と超過気圧との間で可変である。溝207の幅に関して、一方では、溝207は、その流れにおいて気体を制約しないために十分な広さである必要があり、他方では、溝207は、溝207が真空状態にあるときに、大気圧の影響の下で、スタンプ206が溝207内に引き込まれる状況を避けるために広すぎ得ないことが付記される。溝207の幅の適切な値は、1mmである。
初期的には、図2Aに示されるように、全ての溝207は、基板202の第一表面に対して特定距離で、スタンプ206を第二ホルダ204に対して保持する目的のために真空状態にある。これは溝内に文字Vによって表示されている。基板204にスタンプ206を塗布するプロセスは、スタンプ206の1つの側で、1つ又はそれよりも多くの溝207pを超過気圧状態(文字Pによって示されている)に置くことによって初期接触を構築することによって開始される。結果的に、活性化された溝207を用いて第二ホルダによって先ず保持されるスタンプ206の一部は、第二ホルダから解放され、第一表面210とスタンプ206第二表面212の第一地域208との間の接触が構築されるまで基板202に向かって変位される。その結果は、図2Dに示されている。
第一実施態様のために記載されたものに類似して、初期接触は、第一表面212に沿って走る接触前線224を創成し、第一地域208と第二地域222との間に境界を形成する。しかしながら、第一実施態様と対照的に、この地域内の第二地域は、依然として真空状態を有する溝207vによってさらなる接触を行うことが阻止され或いは抑制される。さらに、第一実施態様におけると同様に、接触前線224に近接する領域が存在し、そこでは、スタンプ206の第二表面212と基板202の第一表面210との間の第一距離は、さらなる接触の構築のための条件が充足されるよう、閾距離214よりも小さい。現実施態様では、その場合には、引力は、スタンプ表面234と被膜238の第一表面210との間の表面接着力によってもたらされる。
次に、さらなる接触を構築するために、溝207pに隣接する溝207vが、シート206の抑制部の部分を解放するために順次的に加圧される。順次的解放は、図2E中に描写された5段階中に詳説されている。描写されている各次の段階は、溝207vを切り換えることによって実現され、溝207vは、真空状態から超過気圧状態に、同様に真空状態から超過気圧状態に切り換えられたばかりの溝207pの隣に配置される。順次解放の結果として、接触前線218は、第二地域222の方向に第一表面210に沿って、この場合には、正X方向に変位する。最終的な状況は、図2Fに描写された状態であり、そこでは、接触前線は、その新しいX位置226’に向かってX方向に沿ってある距離228に亘って前進する。
図2では、溝207の真空状態は、文字Vによって表示され、溝207pの超過気圧状態は、文字Pによって表示されている。超過気圧状態では、例えば、5〜100mbarの範囲内の圧力がスタンプ206に対して加えられ得る。
超過気圧は、基板202の表面210に対してスタンプ206を押し付けるために使用されない。逆に、さらなる接触を構築するのは引力である。圧力は、スタンプ206の解放部分又は自由部分の運動に影響を与える圧力変動なく第二ホルダからの便利な解放をもたらすために使用される。これは図3A乃至3Bを参照して以下にさらに解明される。
図3Aは、図3Aから図3Bの状況へ進行する基板302に対するシート306のさらなる接触を構築するプロセス中の時間t内のある地点での図2Fの詳細部分を示しており、シート306の一部は、1つのアクチュエータノズル又は溝を真空から超過気圧に置くことによって第二ホルダから解放されている。この作用の直後、シート306の自由部分(基板302から第二ホルダ304への距離に及ぶ部分)は、ある程度まで弛緩する。超過気圧がない或いは低いとき、この自由部分の形状は、図3B中の破線に従う。例えば、重力がそのような懸架を引き起こす。基板302と第二ホルダ304との間の距離に亘る連続的な真空ノズルのピッチ340の比率は、概ね10以上の係数であるので、振動による、或いは、ノズルの気体圧力切換えによって誘引される空洞342内の圧力変動による、自由部分の時期尚早の付着の危険性がある。これは解放直後のシート306の自由部分の形状が図3B中の実線に従うよう増大された超過気圧を使用することによって相殺される。この再構成はシートの弛緩状態の故にさらなる接触の構築を達成しないことに留意のこと。代わりに、有利に、接触前線318付近で、シートの屈曲又は変形が減少される。シートの弛緩直後のある瞬間の後、図3C中に描写されるような状況をもたらすために、引力がここで前述されたようにさらなる接触を構築する。接触前線はX位置326から326’に変位する。
図3A中の状況の代わりに、既述の懸架が僅かな超過気圧を加える必要なしに弛緩状態においてシートの所望の形状をもたらすよう、配置を逆さまに回転し得る。しかしながら、以下にさらに記載されるように、この代替的な向きにおいてもシートの自由部分の振動を防止するために超過気圧を加えることは有利であることは有利であると代わり得る。
図3A乃至3Cに関して説明されたプロセスの故に、これらの部分を基板上の特定位置に固定するためにスタンプの解放部分に対して作用する張力は実質的になく、スタンプはその自然の進路に従うことが可能とされる。従って、スタンプが無応力状態で基板に適用されることが達成される。第二ホルダ204又は304と基板202又は203との間の距離を架橋しているスタンプ206又は306の一部が、例えば、図2A又は3Aにおけるように引っ張られ得るが、接触前線が前進すると、対応する基板と接触するようになるスタンプ206又は306の如何なる自由部分も弛緩され、基板と既に接触しているスタンプの部分に対してそれ自体を定着させることを可能にし、応力はこの部分から解放される。湿式被膜の存在の故にスタンプに対して作用している毛管力が、スタンプと基板との間の接触を漸進的に構築するプロセスの円滑な展開に寄与する。
湿式被膜238が硬化を通じて硬化されるや否や、アクチュエータ207は、基板202の制御された方法でスタンプ206を剥離するためにも使用され、スタンプ206が除去されるときに変形される被膜238内に刻印される特徴の危険性がない。アクチュエータ31が溝207のように成形される空圧アクチュエータである、アクチュエータの上記の実施態様において、スタンプ206は、溝207を超過気圧状態から真空状態に連続的に切り換えることによって剥離される。そのプロセスにおいて、スタンプ206は、第二ホルダ204に向かって漸進的に移動する。実際には、基板202のスタンプ20を剥離するプロセスは、少なくとも0.25cm/sの速度で遂行され得る。
本方法の代替的な実施態様では、装置を使用してであれ或いは異なる工具を使用して装置の外側であれ、剥離のための他の方法が使用され得る。
好ましくは、溝207のピッチは、5mmよりも小さく、或いは、2.5mmよりも一層小さい。本発明に関して遂行された試験は、もしピッチがより大きいように選択されるならば、スタンプ206と基板202との間に空気混入が形成されることを示した。この空気混入の形成は、以下の通り説明され得ることが分かった。溝207が真空状態から超過気圧状態に切り換えられるとき、溝207と関連付けられるスタンプ206の一部の解放は、基板202と既に接触しているスタンプ206の部分の下で優勢な圧力よりも低い圧力で起こる。結果的に、圧力変動が得られ、その影響の下で、第二ホルダ204と基板202との間の距離を架橋しているスタンプ206の自由部分は振動し始める。スタンプ206と基板202との間の実用的な値は極めて小さく、例えば、約100μmであるのに対し、スタンプ206の架橋自由部分はミリメートルのオーダの幅を有する。
従って、極めて低いアスペクト比が適用可能であり、スタンプ206は、振動の結果として、着実に前進する接触前線の前に基板202と接触しがちである。そのような意図されない接触が行われるや否や、引力がスタンプ206を湿式塗膜内にさらに引き寄せ、空気混入が得られる。
スタンプ206が次の溝207から解放される度毎に、接触前線はさらに移動する。引力の影響の下で接触前線224によって覆われる距離は約1〜2mmである。接触が接触前線224の前に得られる状況が回避されるとき、混入の形成も回避される。何故ならば、前進する接触前線224がその前に空気を押すからである。故に、溝ピッチが1〜2mmのオーダであるよう選択されるとき、空気の閉込みは起こらない。
接触前線224は、溝207が真空状態から超過気圧状態に切り換えられる度毎に前進するので、基板202へのスタンプ206の接触は、不連続的な段階状に構築される。スタンプ206と基板202との間のさらなる接触を構築するプロセスにおける1つの段階の距離は、溝ピッチと等しい。一方では、空気混入は、接触が毛管力の影響の下で自然に前進するときに覆われる距離に対応するよう溝ピッチを選択することによって回避され得る。他方では、空気混入は、スタンプ206が解放される速度と毛管接触線が前進する速度とを一致させることによって回避され得る。このようにして、接触線が決して停止しないこと、並びに、スタンプ206が基板202上に滑らかに配置されることが達成される。スタンプ206が解放される速度は、溝ピッチと連続的な溝307が真空状態から超過気圧状態に切り換えられる時間間隔とによって決定される。空気混入を避けるために、溝ピッチと毛管線が前進する速度との商(quotient)と少なくとも等しい時間間隔を有することが好ましい。比較的湿った被膜の場合には、スタンプ206が解放される速度の実用的な値は、約1cm/sであり得る。
液体エンボス加工のプロセスが第二実施態様の条件の下で、即ち、真空状態と超過気圧状態との間で切り換え可能であり且つ1〜2mmの範囲内の相互距離で延在する溝207を有する第二ホルダ204を使用することによって、スタンピングPDMSゴムスタンピング層232及びその厚さが100μmのオーダにあるガラス背板230とを有するスタンプ206を使用することによって(スタンプ206のスタンピング表面234の特徴の寸法は、15nm〜1mmよりも大きい)、スタンプ206を基板202に対して約100μmのオーダの距離に位置付けることによって、未公開欧州特許出願第06123325.0号に従ったソルゲルを含む湿式被膜238を使用し且つ刻印することによって、並びに、5〜100mbarの範囲内の圧力を真空のずるに加えながら、スタンプ206を0.25〜1cm/sの範囲内の速度で解放することによって遂行されるとき、基板202としての6インチウェーハのようなウェーハ、及び、ウェーハを覆うのに十分な大きさのスタンプ206を使用することが可能であるので、プロセスが、商業的に、例えば、半導体産業において適用可能であるのに十分な高さのスループットを達成することが可能である。既述の手順を使用して得られる結果は、150nmピッチにある16nm幅の隆起シリコン酸化膜線の格子(図6A)、200nmのピッチにある80nm幅の高いシリコン酸化膜線の格子(図6B)、配列ピッチが200nmである、シリコン酸化膜層内の60nm幅及び100nmの深さの配列(図6C)、及び、高さ:幅=930nm:178nmを有するシリコン酸化膜スパイクの配列(図6D)のSEM画像を示す図6A乃至6D中に提供されている。シートの解放速度を定めるために、解放されるシートンの後続部分を解放するための時間が使用され得る。ここで前に説明されたように、解放速度に対する制御は、空気混入を防止する点において有利である。しかしながら、他の利点は図4A乃至4C及びここの以下の記載から明らかである。
接触前線の前進速度は、時間単位当たりの前進の距離として定められ、ここに前述されたような手元のシステムの特性によって決定される。解放速度は、単位時間当たりに解放される抑制されるシートの特定の長さとして定められ、ここで、長さは、接触前線に対して実質的に垂直な方向で測定される。例えば、第二実施態様では、解放速度は、図3A中の連続的なノズル307の動作間の時間Δtによって定められるピッチ340である。
あらゆるシステムの特性によって決定されるような前進が連続的なプロセスであることは明らかであろう。理論的には、これはシートの解放にも当て嵌まるが、第二実施態様では、解放は、順次的に動作される複数のアクチュエータを有する第二ホルダの設計によってもたらされるような不連続的なプロセスである。それにも拘わらず、装置の適切な設計は、シートの連続的な解放をもたらし得ることは明らかであろう。シートを解放するために、例えば、連続的に変位される(電)磁石が使用され得る。
よって、第二実施態様では、さらなる接触が構築される速度は、解放速度が前進速度よりも低いように選択することを通じて、解放速度によって制御される。この前進速度の制御は、前進速度が接触前線に沿って同じでないときに有利である。図4Aは、時間tでのさらなる接触の構築の頂面図を表しており、そこには、第一地域408から第二地域422を分割する接触前線418を有する基板402の表面410が示されている。接触前線の一端の上での前進速度444は、他端の上での第二前進速度444’よりも低い(速度は矢印の長さによって表されている)。その状況の後に、前進期間Δtは、前進速度が解放速度によって制御されないとき、即ち、解放速度が最高前進速度よりも高いとき、図4Bによって表されるものに進化する(可能な空気混入はここでは考慮されていない)。接触前線は、時間tで開始X位置426から非均等距離446’及び446”前進し、接触前線424を時間tでの開始状況に対して傾斜させる。これはシート内に応力及び変形を引き起こし得る。
解放速度を前進速度以下の値に調節することによって、これらの効果は解消される。例えば、全Y位置にある解放速度が、最低前進速度444と等しくされ、444の速度を伴うよりも速い前進を防止する。その結果は、同じ前進期間Δtにおいて、接触前線424は位置426’にだけ前進され、斜めではない。その上、接触前線は、さらなる接触を構築するプロセス全体を通じて決して斜めではない。代替的に、前進速度は、解放速度に最高と最低前進速度との間の、即ち、値444と444’との間の値を与えることによって制御される。その場合には、前進期間Δtの後、接触前線は曲げられ、接触前線の傾斜部分は、解放に追い付き得ない。
不連続的な開放プロセスは、この観点において追加的な利点をもたらし得る。不連続的なプロセスにおいて、人は前進する接触前線がシートの一部の解放の後に追い付くことを可能にする機会を有する。それによって、接触前線の傾斜性は、応力又は変形に関して許容され得る限定的な量に減少される。その結果は、さらなる接触の構築中、斜めで屈曲された接触前線が発生するが、長い十分な追い付き期間の後、接触前線は再び直線的になる。もし解放部分が十分に小さいならば、応力に関して接触前線の変形の許容量が起こる状況が創成され得る。詳細には、接触前線の最速部分が時間Δt内に前進する距離の半分の長さである、長さ450を備えるシートの部分の解放の後、後続の前進期間1/2Δtの間、接触前線418は、図4C中に描写されるように前進する。傾斜は図4B中に描写されるものの反部であることに留意のこと。追い付き期間である後続期間1/2Δtにおいて、接触前線のより遅い部分は、位置426’で直線的な接触前線を形成するよう追い付く。次に、この周期はシートの他の部分を解放することによって反復され、最終的には、2Δtの時間期間内に位置426まで前進する接触前線をもたらす。よって、同じ時間期間内に、接触前線は同じ距離前進するが、非制約的前進と比べより少ない傾斜性を伴う。
解放を制御するための代替的なプロセスにおいて、さらなる接触の間、横方向解放地域の形状は制御され得る。よって、解放部分は、接触前線224と平行な教会を有するように選択され得る。従って、もしアクチュエータがホルダ地域に亘って分配されるならば、活性化スキームは変更され得る。
接触前線に沿う前進速度の他の分配が起こるとき、それは前進中に屈曲された或いは湾曲された接触前線をもたらし、その効果を減少するために、制約の類似の戦略が解放速度制御との組み合わせで有利に使用され得ることが理解されよう。
使用されるシステムから前進速度を計算することは非実用的であることが分かり得る。本発明の如何なる実現の実用的な実施態様においても、前進速度(分配)を決定するために試験運転が使用される。その結果は、解放速度を設定し或いは制御するために使用され得る。図6の結果を得るに際して、例えば、試験運転が遂行され、前進速度が測定される。後続の運転中、前進速度は、その結果を得るための運転中に制御される。
好適実施態様において、本発明に従った装置及び方法は、現実の製造運転中のさらなる接触の構築中に前進速度が実際に測定され或いは決定されることを可能にする。得られる値は、フィードバック機構を使用して前進速度を制御するために引き続き使用され、それによって、ここで前述された手続を使用して接触前線形状に関する正確な制御をもたらす。それによって、応力及び変形に関する正確な実時間制御が得られる。これは自動化処理を有利に可能にする。
よって、図7に例証されるようなそのような実施態様に従った装置は、基板702を保持する第一ホルダ701及びシート706を保持する第二ホルダ704の他に、さらなる接触の構築する間の時間内に1つ又はそれよりも多くの地点で接触前線に沿う1つ又はそれよりも多くの位置での前進速度を決定するための手段を含む。そのような手段は、例えば、時間内に接触前線の異なる部分の位置を決定するためのセンサ760を含み得る。センサは、圧力センサのような機械的センサ、コンデンサ、抵抗器、若しくは、コイルのようなインダクタンス又はリアクタンス変化に対して反応する(電)磁石センサ、又は、圧電センサのような電気機械的センサ、又は、光学センサを含み得る。好ましくは、複数のセンサ760が使用され、複数のセンサは、それらが第一地域710、第二地域、又は、両方の異なる部分を覆うよう分配される。共に、それらはさらなる接触の構築のプロセスを制御するための関連地域を少なくとも感知する。センサは、使用者調節可能であり得るし、或いは、表面に亘って再位置決め可能であり得る。センサは、第一ホルダ及び第二ホルダの一部であり得る。よって、接触前線724がX方向に前進するとき、センサ760’は接触前線の通過を示すのに対し、センサ760”は示さない。そこから、接触前線724の第一形状及び位置が決定され得る。ある時間の後に測定を反復することによって、異なるセンサが、接触前線724の第二位置及び形状を示す。接触前線の並進位置を測定間の通過時間に関連付けることは、接触前線の前進速度が知られることをもたらす。
装置は、好ましくは、アクチュエータ707を駆動するために、感知信号をアクチュエータ信号に処理するための手段をさらに含む。好ましくは、使用者所定入力も、入力端子、ユーザーインターフェース、又は、類似物を介して考慮される。処理及び装置全体は、データ支持装置内に記憶されるソフトウェアによって制御される。本発明に従った方法のために制御を提供し得るソフトウェアは、問題の装置によって遂行される。例えば、ソフトウェアは、使用者が、例えば、接触前線の許容可能な歪みの最大量に関する入力を提供する許容されようであり、或いは、最大前進速度を可能にするためである。代替的に、システムは、ユーザーインターフェースなしに、実際の測定値に従ってその解放を調節し得る。
その場合には、システムは、好ましくは、前進速度を表すセンサ信号が、前進速度及び使用者入力に従った解放及び解放速度を定めるための適切なタイミング及び位置を備えるアクチュエータ信号に変換されるよう設定される。
ある実施態様では、接触前線は、要望に従った形状を有し得る。よって、図3では、接触前線は、例えば、直線的であり、X方向に沿って左から右に移動する。他の実施態様では、異なる方向に前進する2つの接触前線が存在するよう、初期接触が構築される。それによって、さらなる接触の構築中の時間の節約が得られ、それは前進速度が低いときに特に有利であり得る。そのような実施態様の実施例が図5に示されている。2つの接触前線524,524’が、反対のX方向に前進する。さらなる接触は、第一地域508が、両方の第二地域522及び522’を犠牲にして2つの側で成長するよう構築される。各接触前線での状況に依存して、前進速度は等しくても異なってもよい。ここに記載されたような前進速度制御機構は、ありとあらゆる前進する接触前線のために提供され得ることが当業者によって理解されよう。他の実施態様では、接触前線は閉塞前線である。それは、例えば、円形の接触前線であり得る。
本発明の方法は、基板及びシートの空間内での向きに関して多角的である。よって、向きは、可撓性シートが重力に抗して変位されるよう、図1及び2中に示されるように選択され得る。シートが基板上に横たえられるよう方法が遂行されるように装置を構築することが可能であることが分かった。そのような実施態様では、シートを制約することは、シートが基板表面の頂部上に落ちるのを防止するために必要である。本発明は、シートを抑制し或いは保持する、並びに、さらなる接触を構築するための極めて便利な方法を提供する。引力は、接触を構築するための力を提供する。基板上にシートを横たえる間にシートに沿って摺動し、それによって、シート内に応力を引き起こす望ましくない剪断力を引き起こす押圧部材のような外部装置は不要である。シートの自由部分である移動部材は最小に減少される。
本発明は、液体エンボス加工のプロセスの脈絡で記載されたが、それは本発明が他のプロセスの脈絡にも提供され得るという事実を変更しない。例えば、スタンプ206が第二ホルダ204から漸進的に解放され、基板202に適用される方法は、マイクロ接触プリンティングの脈絡において有利な結果ももたらすことができ、そのような場合には、スタンプ206内への応力の導入を回避することによってパターンの歪みが移転されることを回避することも重要である。マイクロ接触プリンティングの場合には、湿式被膜238の不存在にも拘わらず、スタンプ206が、基板202に適用されながら、その自然な進路に従うことを許容することが依然として可能である。何故ならば、スタンプ206と基板202との間の流体の存在は、必要を構成しないからである。
マイクロ接触プリンティングのプロセスでは、流体の不存在の故に、空気は移転されるべきパターンの特徴の間で漏れ出し得るので、空気混入の形成の危険性は相当により小さい。
本発明が適用され得る分野の他の実施例は、移相偏位マスク技術の分野である。その場合には、シートは、表面浮出し適合マスクとして直接的に使用され得る。代替的に、基板の層は、本発明に従った方法を使用してパターン化され、それによって、パターン化された層を基板に提供し、それはリソグラフ処理中にマスクとして働き得る。
一般的には、材料がスタンプに適用されること、並びに、スタンプ及びその上に存在する材料が基板と接触するとき、この材料がスタンプから基板に移転されることも可能である。
ある実施態様において、本方法は、基板にシートを積層化するために使用される。例えば、シートは、他の半導体基板に積層化されるシリコンウェーハのような薄められた半導体基板であり得る。このプロセスの目標は、例えば、ウェーハ結合である。無応力薄層化は、相互電気接触が十分に構築されるよう基板上の特徴及びシート上に存在する特徴の正しいオーバーレイ及び/又は整列に関してとりわけ重要である。
要約すれば、本発明は、無応力及び無歪みで基板にシートを積層するための方法及び装置を提供する。本方法は、シートと基板との間に引力が存在し、引力は、少なくともそれらの距離が臨界距離よりも短いときにシートと表面とを接合させ得るよう、シート及び基板を提供することを含む。本方法は、基板とシートが接触する地域とそれらが接触しない地域との間の境界である接触前線でこれらの状況が存在するよう、シートと基板との間の初期接触を局所的に作成することによって、これらの状況を創成する。さらなるステップにおいて、シート及び基板は、接触前線が基板又はシート表面のいずれかに沿って前進し、それによって、基板とシートとの間の接触地域を増大するよう、漸進的に接触を行うことが可能にされる。本方法は、インプリントリソグラフィ又はエンボス加工プロセス、又は、基板から表面に或いはその逆に特徴パターンが移転される必要がある他のプロセスの間に使用されるときに有利である。
本発明の範囲が前記に議論された実施例に限定されず、それらの幾つかの補正及び修正が、付属の請求項中に定められる本発明の範囲から逸脱せずに可能であることは、当業者に明らかであろう。本発明は、図面及び本記載中に詳細に例証され且つ記載されたが、そのような例証及び記載は例証的或いは例示的であるに過ぎないと考えられるべきであり、制限的ではない。本発明は、開示される実施態様に限定されない。よって、第一実施態様におけるように第二ホルダにアクチュエータが提供されてもよく、それは第一実施態様のために記載された方法で第一接触を構築することを可能にするが、第二実施態様に関して記載されたような抑制する利点を使用することを可能にする。
開示された実施態様に対する他の変形は、図面、本記載、及び、付属の請求項の研究から、請求項の発明を実施する際に当業者によって理解され且つ行われ得る。請求項中、「含む」という用語は、他のステップ又は阻止を排除せず、不定冠詞は、複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属項中で引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。請求項中の如何なる参照記号も、本発明の範囲を制限するよう解釈されてはならない。

Claims (19)

  1. 基板の第一表面とシートの第二表面との間の接触を構築するための方法であって、
    前記基板及び前記シートを提供するステップを含み、
    前記基板と前記シートとの間の引力をもたらす力生成手段を提供するステップを含み、前記引力は、前記第一表面と前記第二表面との間の第一距離が、閾距離よりも小さいときに、前記第一表面の少なくとも一部と前記第二表面とを互いに向かわせることができ、
    前記第一表面と前記第二表面の第一地域との間の初期接触を構築すると同時に、前記第一表面と前記第二表面の第二地域との間のさらなる接触の構築を防止し、それによって、前記第一地域と前記第二地域は、接触前線によって分離され、それによって、前記第一距離を創成するステップを含み、
    前記接触前線が、前記第二地域の方向に、前記第一表面に沿って前進することを許容することによって、さらなる接触を構築し、前記前進は、前記引力によって決定されるステップを含む、
    方法。
  2. 前記引力は、前記第一表面と前記第二表面との間に動作する表面力である、請求項1に記載の方法。
  3. さらなる接触を構築する前に、前記基板及び前記可撓性シートの少なくとも一方は、流体を含み、前記第一表面及び前記第二表面の少なくとも一方の一部は、前記流体によって提供される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記流体は、前記第一表面及び前記第二表面の少なくとも一方と最大で90度の接触角を形成する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記初期接触は、少なくとも2つの独立した接触前線が形成されて、少なくとも2つの独立した第二地域を定めるよう、並びに、前記さらなる接触の構築中、前記少なくとも2つの接触前線は、対応する前記第二地域の方向に前進するよう構築される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記第二地域が前記基板表面と接触することを防止することは、前記第二地域の少なくとも一部が、前記第二表面と接触を行うことを抑制し、それによって、前記接触前線が、初期接触の構築後に前進するのを防止し、
    前記接触前線が前進するのを許容するよう、前記第二地域の前記抑制される部分を解放する、
    請求項1に記載の方法。
  7. 前記接触前線は、ある前進速度で前進し、前記第二地域は、ある解放速度で解放され、該解放速度は、前記前進速度よりも小さい、請求項6に記載の方法。
  8. 前記前進速度は測定され、その結果は、前記解放速度を設定するために使用される、請求項7に記載の方法。
  9. さらなる接触の構築中、前記前進速度は、少なくとも一度測定され、該測定される前進速度値は、前記解放速度を調節するために使用される、請求項6に記載の方法。
  10. 前記シートは、前記基板への移転のためのテンプレートパターンを含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記テンプレートパターンは、フォトリソグラフィプロセスを使用して前記基板に移転される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記テンプレートパターンは、浮出し表面を含み、前記テンプレートパターンは、エンボス加工プロセスを使用して前記基板に移転される、請求項10に記載の方法。
  13. 前記基板への前記テンプレートパターンの移転の後、前記テンプレートパターンは、前記基板から取り外される、請求項10、11、又は、12に記載の方法。
  14. 請求項1に記載の方法を遂行するための装置であって、
    前記基板を保持するための第一ホルダと、
    前記可撓性シートの前記第一地域の少なくとも第一部分を保持するための第二ホルダと、
    前記初期接触を構築するための接触手段とを含む、
    装置。
  15. 前記前進速度を制御するための手段をさらに含む、請求項7に記載の方法を遂行するためにさらに着想される請求項14に記載の装置。
  16. 前記制御手段は、前記第二表面の前記第二地域の少なくとも一部を抑制し且つ解放するための抑制及び解放手段を含む、請求項15に記載の装置。
  17. 前記制御手段は、前記前進速度を測定するための測定手段をさらに含む、請求項16に記載の装置。
  18. 前記制御手段は、規制ユニットをさらに含み、該規制ユニットは、測定される前進速度に従って前記解放速度を調節し得る、請求項17に記載の装置。
  19. 前記抑制及び解放手段は、複数の離間した装置を含み、各装置は、前記シートの前記第二地域の一部を抑制し且つ解放することができ、2つの隣接して離間する装置の間の最大距離は、最大でも5mmである、請求項16、17、又は、18に記載の装置。
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