JP5395520B2 - 微細構造転写装置 - Google Patents

Description

本発明は、高平坦度で精密に転写可能な微細構造転写装置、特に、表面に微細な凹凸パターンが形成された転写元となる原板（微細構造転写モールド）を転写先となる基板（被転写体）に押し付けて当該基板表面に微細な凹凸パターンを転写・形成する微細構造転写装置に関する。

現在、微細構造転写を行う装置は、ナノレベルの転写が可能であり、一般的に、それらの装置は、ナノインプリント装置と呼ばれている。かかるナノインプリント装置のうち、特に、熱式ナノインプリント装置は、比較的安価なナノレベルのインプリント装置が実現され、かつ、発売されている。

熱式ナノインプリント装置では、その転写部には様々な機能が備わっており、その最たる能力としては、加熱、冷却機構が挙げられる。加えて、当該転写部には、サブミクロン単位の面精度が必要であることから、一般的に、上述した加熱、冷却機構を転写部と一体で製作する構造が広く採用されている。

かかる熱式ナノインプリント装置において、近年、特に、平行平板タイプにおいては、装置の小形化、低価格、高タスク化は勿論のこと、例えば、小形（□２０ｍｍ）から大形（φ３００ｍｍ）までの様々なサイズの基板や、様々な種類の材料からなる基板に対応し、転写できる装置が求められている。

ここで、熱式ナノインプリント装置においては、特に、微細構造の転写を行うに当たっては、転写面上に、例えば、金型、ウェハ、又はフィルム等を重ね合わせ、転写することが行われる。その際、転写面、及び、当該転写面上に設置した被転写物（即ち、金型、ウェハ、又はフィルム等）には、高熱と共に、高圧が印加されるが、同様に、転写面に対しても、その高熱、高圧が印加されており、そのため、その使用方法や使用回数にもよるが、数ヶ月レベルで、当該転写面が磨耗し、または、損傷してしまう。

そのため、上述した熱式ナノインプリント装置では、その転写部の定期的なメンテナンスが必須であった。加えて、加熱冷却時における過加熱や過冷却を防ぎ、転写面での均一な温度を実現させるためにも、ヒータの配置や冷却路の経路を改善することが必要となり、そのため、複雑なものとなっていた。

なお、上述した従来技術に関連し、以下の特許文献１には、外周壁に囲まれた吸引室を負圧にすることによって支持ピンに支持された半導体ウェハを吸着保持するウェハチャックにおいて、外周壁の上面に吸気溝が形成されており、外部の気体が当該吸気溝から吸引室内に吸引される構造が開示されている。これによれば、吸気溝によって外部からの気体が半導体ウェハの裏面に沿って流れることによりベンチュリー効果が発生することから、半導体ウェハの外周部に反りを防止しようとする方向の力が作用し、もって、半導体ウェハは平坦な状態で吸着保持されることとなる。

また、以下の特許文献２には、ウェハをその裏面で吸着保持する手段と、ウェハをその裏面で支持する複数の支持部と、ウェハの平坦度を検出する手段と、そして、検出された平坦度に基づいて前記支持部を、夫々、上下に制御する手段とを備えたウェハチャック、及び、半導体製造方法が開示されている。これによれば、その裏面の状態によらず、ウェハを平坦化することが可能となる。

特開平８−３７２２７号公報 特開２００７−１２３５６０号公報

ところで、上述した特許文献１及び２は、その何れも、ウェハの平坦化を目的するものであり、しかしながら、上述したような微細構造転写装置において、そのトッププレートと熱冷却機構とのメンテナンスを容易にするための構造については、何ら示唆するものではない。

即ち、具体的には、上述した従来技術になる微細構造転写装置では、転写面が加熱冷却機構と一体化されており、そのため、転写面のメンテナンスには時間と共に、コストが大きく掛かってしまうという課題があった。加えて、タクト（加工工数）を短縮させるためには、高精度でかつ急速な加熱・冷却性能が求められる。

そこで、本発明の目的は、転写面のメンテナンスに時間やコストが掛からず、タクト（加工工数）を低減すると共に、高精度でかつ急速な加熱・冷却性能を達成することが可能な微細構造転写装置を提供することである。

本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、微細構造の熱転写を行う微細構造転写装置であって、受圧部と、前記受圧部に対して加圧される加圧部と、前記受圧部と前記加圧部との対向する面の少なくとも一方の面に取り付けられた転写部とを備えており、前記転写部は、断熱部材と、当該断熱部材の表面に取り付けられた加熱冷却部材と、当該加熱冷却部材の表面に取り付けられたトッププレートを備えており、かつ、前記トッププレートは、前記加熱冷却部材に対して分離可能である微細構造転写装置が提供される。

また、本発明では、前記に記載した微細構造転写装置において、更に、前記トッププレートを前記加熱冷却部材の表面上に保持するための保持部材を備えており、かつ、前記トッププレートは、前記保持部材によって前記加熱冷却部材の表面に取り付けられた平坦補償用のウェハ又は表面に微細なパターンが形成した金型であることが好ましく、更には、前記保持部材は、前記加熱冷却部材の表面において前記ウェハ又は前記金型を取り囲むように形成され、かつ、その端部に爪部を形成することが好ましい。加えて、前記保持部材は、更に、複数の部材に分割された構造となっていることが好ましい。

また、本発明では、前記に記載した微細構造転写装置において、前記保持部材は、更に、複数の部材が互いに分離された構造となっていることが好ましく、更には、前記トッププレートの表面の一部に、被転写基材を吸着保持するための吸着溝を形成することが好ましい。加えて、前記保持部材の表面の一部に、被転写基材を吸着保持するための吸着溝を形成することが好ましい。

加えて、本発明では、前記保持部材は、耐熱性樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）、シリコンゴム樹脂を含む樹脂、または、金属、または、断熱素材で加工がされていることが、前記保持部材は、更に、当該保持部材を前記ウェハ又は前記金型の外周端に向かって押し付けるための弾性部材を備えたことが好ましく、そして、前記トッププレートの形状は、円形、楕円形、四角形、多角形の何れかであってもよい。

上述した本発明によれば、容易に転写面が脱着可能な構造とすることで、メンテナンス性の向上を図ることの可能な微細構造転写装置を提供することができる。また、転写面の材質、板厚を変更することによれば、均熱性や加熱冷却能力が調整可能である微細構造転写装置を提供することができる。更には、加熱冷却時において、転写面が加熱冷却機構から脱着することにより、高精度、且つ急速な加熱冷却の温度制御が可能である微細構造転写装置を提供することができる。加えて、特に、その保持機構によれば、ベアウェハを保持することにより、転写面の加工工数を大幅に低減することが可能であり、かつ、前記保持機構により金型を保持することも可能であり、容易な金型脱着性を有する微細構造転写装置を提供することができる。

本発明の一実施形態になる微細構造転写装置の全体構成を示す斜視図である。 上記微細構造転写装置における転写部の全体構成を示す斜視図である。 上記図２の構造において、トッププレートとしてウェハや金型を使用するための構造の転写部の全体構成を示す斜視図である。 上記図３の転写部におけるウェハ又は金型の保持構造を示すため、保持部材を含む一部拡大断面図である。 上記保持部材を含むウェハ又は金型の保持構造の他の例を示す一部拡大断面図である。 上記保持部材を含むウェハ又は金型の保持構造の更に他の例を示す一部拡大断面図である。 上記図３のウェハ又は金型の保持部材の変形例を示す斜視図である。 上記ウェハ又は金型の保持部材の他の変形例を示す斜視図である。 上ウェハ又は金型の保持部材の更に他の変形例を示す斜視図である。 上ウェハ又は金型の保持部材の更に他の変形例を示す斜視図である。 本発明の他の実施例になる転写部の全体構成を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明を微細構造転写装置の一つである、熱式ナノインプリント装置に適用した例について述べる。

まず、添付の図１には、熱式ナノインプリント装置の全体構成が示されており、この図において、当該装置は、基本的には、受圧部２と加圧部１とから構成されている。より詳細には、上記受圧部２の各隅部には、下面から下に向かって伸びた４本のガイド２２、２２…が植立されている。一方、加圧部１には、当該ガイドの位置に対応する部分にガイド保持器２１、２１…が取り付けられて、かつ、当該ガイドがガイド保持器を貫通している。そして、ここでは図示しない駆動部からの駆動力により、加圧部２が移動する（図の矢印を参照）。そして、上記受圧部２と加圧部１には、それぞれ、転写部１０が対向する面（受圧部では下側、加圧部では上側）に取り付けられている。なお、ここでは、一方の転写部１０だけが示されているが、他方の転写部は、受圧部２の下面に取り付けられている。

即ち、上記の構成によれば、駆動部からの駆動力によって加圧部１がガイド２２、２２…に沿って上方に移動し、受圧部２との間の一対の転写部１０、１０の間に挿入された被転写物に対して転写が行われる。また、図中の符号１８は、加圧部１側に設けられた真空チャンバを示しており、ここでは図示しないが、同様に、受圧部２にも真空チャンバが設けられており、必要に応じて、転写の際の真空状態を作り出すことが可能となっている。

続いて、以下には、上述した熱式ナノインプリント装置において、被被転写物に対して極微細なパターンのプレス成形を行うための転写部１０を、即ち、転写面であるトッププレートを含む構成について説明する。なお、この転写部は、ナノインプリント装置の転写機構として、極微細なパターンのプレス成形を行う。

＜実施例１＞
まず、添付の図２を参照して、実施例１になる転写部について説明する。この実施例１では、転写部１０は、転写面であり、例えば、銅、銅合金、アルミ等、熱伝導率が高い材質で形成されたトッププレート１０１と、やはり熱伝導率が高い材質で形成された板状部材からなる加熱冷却（機構）部材１０２と、断熱材１０５とを積層すると共に、これらの各要素は、それぞれ分離可能となるように構成されている。なお、図中の符号１０３は、その内部に、例えば、ヒータなどの加熱手段を挿入するため、当該加熱冷却部材１０２を構成する板状部材の内部に予め設けられた挿入孔（加熱孔）を、そして、１０４は、やはり当該加熱冷却部材１０２を構成する板状部材の内部に予め設けられ、その内部に、例えば、水などの冷媒を通すための孔（冷却孔）を示している。なお、これらの加熱孔１０３及び冷却孔１０４は交互に配置されており、この加熱冷却部材１０２において、その全体の温度を均一に加熱又は冷却することが出来るようになっており、また、加熱冷却部材１０２の面精度は良好である。

かかる転写部によれば、加熱部（孔）１０３内に配置された加熱手段であるヒータは、熱伝導率が高い材質でできたトッププレート１０１、及び、加熱冷却部材１０２を伝達して、非転写物との接合面である転写面に熱を加える。また、冷却部（孔）１０４を流れる冷媒である水は、熱伝導率が高い材質で形成されたトッププレート１０１、及び、加熱冷却部材１０２を伝達して、転写面の熱を吸収、即ち、冷却を加える。このように、加熱孔１０３及び冷却孔１０４を交互に配置することにより、加熱冷却部材１０２を、均一に、加熱又は冷却することが可能となる。

このように、転写部は、上面からトッププレート１０１、加熱冷却部材１０２、そして、断熱材１０５から構成されており、そのため、加熱冷却部材１０２からの熱（冷却を含む）は、その下面側では断熱材５で補熱されているが、しかしながら、その側面など、転写面以外からも熱が発散されるため、上記図１に示した真空チャンバ１０８をも併せて利用し、即ち、転写部周辺の雰囲気を真空にすることによれば、放射熱を極力抑えることが可能となり、良好な転写を行うことが可能となる。

ここで、本実施形態の微細構造転写装置は、転写面であるトッププレート１０１と加熱冷却部材１０２とは、例えば、真空吸着などを利用することにより、互いに分離可能となっており、トッププレート１０１は加熱冷却部材１０２から容易に脱着可能となっている。

そして、上述したように、トッププレート１０１と、加熱冷却部材１０２とを、それぞれ、分離して形成し、これらを積層することによって転写部を構成する構造としている。これによれば、必要に応じ、これらを分離することによって、トッププレート１０１のメンテナンスを、更には、その熱冷却部材１０２のメンテナンスをも、容易に行うことが可能となる。

なお、上記では、トッププレート１０１、及び、加熱冷却部材１０２の材質として、熱伝導率の高い、銅、銅合金、アルミ等を使用することが好ましいと説明したが、しかしながら、その熱伝導率が良好であれば、その他金属類についても同様に使用可能であろう。また、その形状についても、図示した四角形だけではなく、その他、円形、楕円形、多角形など、様々な形状とすることも可能である。

＜実施例２＞
続いて、添付の図３及び図４を参照して、実施例２になる転写部について説明する。なお、この実施例２では、転写面であるトッププレート１０１として、例えば、その外形が円盤状の平坦補償用のウェハや、表面に微細なパターンを形成した金型を使用するための構造を示している。

図からも明らかなように、この実施例２では、転写面であるトッププレート１０１は、平坦補償部として用いられる円盤状のウェハ６、又、その表面に微細なパターンが形成された金型７と共に、予め加熱冷却部材１０２の上面に取り付けられた保持（機構）部材１０８を有している。

また、加熱冷却部材１０２では、加熱孔１０３及び冷却孔１０４が交互に配置され、そして、その面精度が良好であることは、上記実施例１と同様である。

添付の図４には、保持部材１０８によって加熱冷却部材１０２の上面周辺部に保持された状態のウェハ１０６又は金型１０７の一部拡大断面が示されている。この保持部材１０８は、例えばこの図にも示すように、爪形状の保持具（以下、「爪」と言う）１０８１となっており、ウェハ６又は金型７の外周に形成された傾斜部（又は、湾曲部分）に引っ掛けて保持する。なお、図における符号１０９は、上記ウェハ１０６又は金型１０７と加熱冷却部材１０２との間に挿入して配置された、やはり熱伝導率が高い材質で形成された高さ調整用の板状部材を示している。なお、上記の保持部材１０８は、耐熱性の樹脂であり、例えば、ポリイミド、テフロン（登録商標）、シリコンゴム樹脂を含む樹脂、金属、又は、断熱性の素材により加工されている。

上述した、実施例２になる転写部によれば、上記実施例１のトッププレート１０１に代え、上述した保持部材１０８により、平坦補償部としてのウェハ１０６、又は、金型１０７などを、加熱冷却部材１０２の上面に、交換可能かつ容易に、変更・保持することが可能となる。なお、この保持部材１０８は、例えば、添付の図５に示すように、加熱冷却部材１０２の上面ではなく、上記高さ調整用の板状部材１０９の上面に設けてもよく、更には、添付の図６にも示すように、保持部材１０８の爪１０８１のみから構成され、もって、ウェハ１０６又は金型７をはめ込む形状とすることも可能である。即ち、転写面として、上記保持部材１０８により、市販のベアウェハ（即ち、鏡面加工されたシリコンウェハ)を保持させることによれば、高精度の転写面を得ることが可能となると共に、安価で、且つ、メンテナンス性に優れた転写部を得ることが出来る。

なお、上述した実施例では、トッププレートに代えて用いられる平坦補償部として、外形が略円形のウェハ１０６について述べたが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、その形状としては、その他、例えば、楕円形、小判型、四角形、多角形等、様々な形状で製作、使用することも可能であることは言うまでもなかろう。また、金型１０７についても、ニッケル（Ｎｉ）、樹脂等、様々な材質により形成することができ、また、その形状も、例えば、円形、楕円形、小判型、四角形、多角形等、様々のものが可能であり、そして、上記の保持部材１０８は、それらの形状に合わせて対応可能に製作されることとなる。

加えて、上記の実施例で使用されるシリコンウェハ（即ち、ウェハ１０６）については、製造メーカによってはその端部形状が若干異なるが、しかしながら、上記保持部材１０８の爪１０８１の形状を、適宜、変更することにより、容易に、対応可能である。また、ベベルカットされている端部についても同等である。

＜保持機構の変形例＞
続いて、以下には、上述した転写部、特に、その保持部材１０８の変形例について、添付の図７〜１０を参照しながら、説明を加える。

図７は、断熱材１０５上の加熱冷却部材１０２の上面に取り付けられた保持部材１０８によってウェハ１０６又は金型１０７を保持し、もって、転写面であるトッププレートとする転写部を示している。なお、加熱冷却部材１０２の内部には、ウェハ１０６又は金型１０７を均一に加熱又は冷却することができるように配列された加熱孔１０３及び冷却孔１０４が設けられている。そして、この変形例では、図からも明らかなように、上記保持部材１０８を、上記図３に示した一体型ではなく、複数に分割した、より具体的には、外形略「□」形状の部材を縦方向及び横方向に２分割し、合計４個の「Ｌ」字状の部材からなる構成としている。

更に、図８に示す他の変形例では、上記図７に示した合計４個の「Ｌ」字状の保持部材１０８のうち、隣接する２個の部材を取り除いて加熱冷却部材１０２の上面に取り付けられている。即ち、この変形例では、トッププレートとなるウェハ１０６又は金型１０７を保持するための保持部材１０８を、上記図３に示す一体型ではなく、歯抜け（即ち、互いに分離した）構造として構成している。

また、上記に説明した４個又は２個に分割された保持部材１０８については、これらを、単純に、加熱冷却部材１０２又は高さ調整用の板状部材１０９の上面に固定するだけではなく、添付の図９にも示すように、バネ１１０、又は、その他の弾性体１１１等を組み合わせることによれば、保持方向（図では、右方向）へのスライドが可能となる。即ち、この弾性体１１１は、保持部材１０８をウェハ１０６又は金型１０７の外周端に向けて押し付けることにより、当該保持部材による保持力の低下を防止し、もって、より安定した保持機能を達成することを可能にする。

加えて、添付の図１０にも示すように、上記高さ調整用の板状部材１０９の上面と共に、保持部材１０８の上面、即ち、被転写物との接触面の一部に、真空吸着を可能とするための吸着溝１１２を加工することも可能である。また、これに代えて、上記図１に示した構成では、かかる吸着溝１１２をトッププレート１０１の表面に形成することにより、同様の効果を得ることができる。

上述した構成の転写部によれば、トッププレートとなるウェハ１０６又は金型１０７の板厚に応じ、板状部材１０９の材質や厚さを変更することにより、均熱の度合いを調整することが可能である。また、上記保持部材１０８を弾性体により形成すること、又は、上記吸着溝１１２を利用することによれば、ウェハ１０６や金型１０７だけではなく、さらに、被転写物である成形品をも同時に押えることも可能となり、その場合、当該成形品の自動剥離を可能とするという効果が得られることとなる。加えて、上述した保持部材１０８は、その材質として、前記トッププレート１と同じ材質でも良いが、更に、セラミック、シリコン等、熱膨張率の低い材質を使用することも可能である。そして、本実施例になる転写部によるトッププレートの真空吸着機能によれば、ベアウェハ６を保持することにより、上記と同等の転写精度を得ることが可能となる。

＜実施例３＞
続いて、添付の図１１を参照して、本発明の実施例３になる転写部について説明する。なお、この実施例３では、上述した実施例１と同様に、トッププレート１０１が加熱冷却部材部１０２から脱着が可能であると共に、トッププレート１にも、別途、冷却媒体を通すための冷却孔１０４を形成している。

本実施例では、加熱冷却部材１０２が均熱化を達成するためには、ある程度以上の材料厚が必要であることに着目したものであり、同時に、転写面の容易なメンテナンスをも考慮して達成されたものである。そして、上述した構成によれば、加熱時、又は冷却時において、加熱冷却部材１０２とは別に、転写面となるトッププレート１０１に形成した冷却孔１０４に冷却媒体を通すことにより、過加熱を抑制することが出来る。更には、その分の熱容量が減少するため、急速冷却を行うことも可能となる。

即ち、本実施例では、加熱冷却部材１０２のみで均熱性を図るのではなく、上記トッププレート１０１の板厚や材質、更には、その形状を変更することにより、プレートの均熱化が可能となる。なお、この時、加熱冷却部材１０２については、その加熱性及び冷却性を向上させるため、極力、小形に製作することが望ましい。

加えて、本実施例の転写部では、転写面としてトッププレート１０１だけを脱着可能としているが、しかしながら、当該トッププレートだけではなく、更には、当該トッププレートに代わるウェハ１０６や金型１０７、そして、その保持のための保持部材をも含め、上記トッププレートと同様に脱着可能とすることにより、容易なメンテナンス性や作業性を提供することが可能となる。即ち、市販のベアウェハを保持させることにより、転写面に高精度の面精度を容易に得ることができる。その際、保持部材には、上述したように、ウェハ又は金型を保持するための爪加工がなされ、当該爪によって保持対象物であるウェハ又は金型の端部を保持する。そして、保持部材が保持方向へスライドすることにより、熱膨張の影響を受けることがなく、保持対象物を保持することが可能となる。

以上に詳述したように、本発明の微細構造転写装置では、その転写部を、加熱冷却時に、加熱冷却機構から脱着可能とすることにより、装置のメンテナンス性の向上を図ると共に、それにより温度制御をも行うことも可能である。即ち、転写部は、トッププレートを容易に交換可能な機構となっており、更には、これに代え、ウェハや金型をも保持することが可能である。そして、これらの容易な脱着性により、メンテナンス性や作業性に優れた微細構造転写装置を実現している。更には、トッププレートを加熱冷却機構から脱着することによって加熱冷却を行うことも可能である。そして、本発明になる微細構造転写装置は、特に、光学デバイス、ディスプレイデバイス、バイオデバイスやストレージメディア等の分野において、微細又は超微細なパターンを基板に転写するために利用することができる。

１…加圧部、２…受圧部、１０…転写部、１０１…トッププレート、１０２…加熱冷却部材、１０３…加熱部（孔）、１０４…冷却部（孔）、１０５…断熱材、１０６…ウェハ、１０７…金型、１０８…保持部材、１０９…高さ調整用板状部材、１０８１…爪、１１１…弾性体、１１２…吸着溝。

Claims (7)

1. 微細構造の熱転写を行う微細構造転写装置であって、
   受圧部と、
   前記受圧部に対して加圧される加圧部と、
   前記受圧部と前記加圧部との対向する面の少なくとも一方の面に取り付けられた転写部とを備えており、
   前記転写部は、断熱部材と、当該断熱部材の表面に取り付けられた加熱冷却部材と、当該加熱冷却部材の表面に取り付けられ前記加熱冷却部材に対して分離可能なトッププレートである平坦補償用のウェハ又は表面に微細なパターンが形成された金型と、前記ウェハ又は前記金型を前記加熱冷却部材の表面上に取り付け保持するための保持部材と、前記ウェハ又は前記金型と前記加熱冷却部材との間に配置された高さ調整用の板状部材とを備えており、
   前記保持部材は、前記加熱冷却部材の表面において前記ウェハ又は前記金型と前記高さ調整用の板状部材とを取り囲むように形成され、かつ、その端部に爪部が形成され、複数の部材に分割された構造となっており、
   前記高さ調整用の板状部材の厚さを変更することにより、前記ウェハ又は前記金型の均熱の度合いを調整可能であることを特徴とする微細構造転写装置。
2. 前記請求項１に記載した微細構造転写装置において、
   前記保持部材は、更に、前記複数の部材が互いに分離された構造となっていることを特徴とする微細構造転写装置。
3. 請求項１に記載した微細構造転写装置において、
   前記高さ調整用の板状部材の表面の一部に、前記ウェハ又は前記金型を吸着保持するための吸着溝を形成したことを特徴とする微細構造転写装置。
4. 前記請求項１に記載した微細構造転写装置において、
   前記保持部材の表面の一部に、被転写基材を吸着保持するための吸着溝を形成したことを特徴とする微細構造転写装置。
5. 前記請求項１に記載した微細構造転写装置において、
   前記保持部材は、耐熱性樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）、シリコンゴム樹脂を含む樹脂、または、金属、または、断熱素材で加工がされていることを特徴とする微細構造転写装置。
6. 前記請求項１に記載した微細構造転写装置において、
   前記保持部材は、更に、当該保持部材を前記ウェハ又は前記金型の外周端に向かって押し付けるための弾性部材を備えたことを特徴とする微細構造転写装置。
7. 前記請求項１に記載の微細構造転写装置において、
   前記トッププレートの形状は、円形、楕円形、四角形、多角形の何れかであることを特徴とする微細構造転写装置。

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