JPWO2011111792A1 - 微細構造転写装置及び微細構造転写方法 - Google Patents

Abstract

各工程間の基板の移動に要する時間を短縮するとともに移動工程のためのスペースを縮小しフットプリントの面積が小さな装置を実現し、微細構造形成加工の生産性を向上させるために、基板上に樹脂薄膜を形成した後、微細なパターンが形成された金型を樹脂薄膜上に押付けた状態で樹脂薄膜を硬化させ、基板上に微細なパターンを形成する微細構造転写装置に、樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構を有するパターン転写機構を備え、加圧機構は上部ヘッド部と下部ステージ部とから構成され、更に、上部ヘッド部下面には微細パターンが形成された金型が固定されており、下部ステージ部は加圧転写後、金型に基板が密着された状態で基坂下部より退避し、次に、剥離機構が基坂下部に移動後、金型に密着された基板を剥離する機構を有するように構成した。

Description

本発明は微細構造転写装置及び微細構造転写方法に関する。更に詳細には、本発明は表面に微細なパターンが形成された金型を被転写体に押し付け、被転写体表面に微細なパターンを形成するための微細構造転写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、メモリ容量が２５６メガ、１ギガ、４ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、パターンが高密度化し、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、複雑化が必須となり、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技術が下記特許文献１及び特許文献２、非特許文献１などにおいて開示されている。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金型を、被転写基板表面に形成された樹脂膜層に対して型押しすることで所定のパターンを転写するものであり、特に特許文献２記載や非特許文献１記載のナノインプリント技術によれば、シリコンウェハを金型として用い、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。
また、特許文献３及び特許文献４にはアライメント工程、プレス工程、ＵＶ照射工程、離型工程を有し、金型と基板と対にしてユニット間を搬送する搬送工程を各ユニット間に設けてなるインプリント方法及び装置に関する技術が開示されている。

米国特許第５２５９９２６号公報 米国特許第５７７２９０５号公報 特開２００９−２６５１８７号公報 特開２００９−２６２３５０号公報

S.Y. Chou et al., Appl.Phys. Lett., Vol.67, p.3314 (1995)

ナノインプリントは基板に対し、樹脂塗布、位置合わせ、加圧、剥離等の複数の工程を経て、基板表面上に微細な構造が形成される。そのため微細構造形成加工の生産性を向上させるためには、各工程の時間短縮に加え、各工程間の移動に要する時間も短縮する必要がある。

また、ナノインプリントでは微小な異物等が不良発生の要因となるため通常クリーンルーム内での加工となる。そのため、装置のフットプリント面積が小さいほど、１つのクリーンルーム内に設置できる装置の台数を増やすことが可能となり、１つのクリーンルーム当りの生産性も向上する。しかるに、特許文献３及び特許文献４に記載のインプリント方法を用いた場合、すべてのユニット間に金型と基板とを搬送するための搬送工程を設置する必要があり、搬送工程を設置するためのスペースを要することによる装置全体のフットプリント面積の増大および搬送工程で基板の脱着に時間を要することによる微細構造形成加工の生産性向上の妨げになる。

以上の状況を踏まえ、本発明の目的は、各工程間の基板の移動に要する時間を短縮するとともに移動工程のためのスペースを縮小しフットプリントの面積が小さな装置を実現し、微細構造形成加工の生産性を向上させることである。

上記課題に対し、本発明では、基板上に樹脂薄膜を形成した後、微細なパターンが形成された金型を前記樹脂薄膜上に押付けた状態で前記樹脂薄膜を硬化させ、前記基板上に微細なパターンを形成する微細構造転写装置において、前記微細構造転写装置は樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構から構成されるパターン転写機構を有し、前記加圧機構は上部ヘッド部と下部ステージ部とから構成され、更に、前記上部ヘッド部下面には微細パターンが形成された金型が固定されており、前記下部ステージ部は加圧転写後、前記金型に基板が密着された状態で前記基板下部より退避し、次に、前記剥離機構が前記基板下部に移動後、前記金型に密着された基板を剥離する機構を有する微細構造転写装置とすることで課題を解決する。

本発明によれば樹脂塗布後、基板は下部ステージ上で位置合わせを行った後、下部ステージ上に設置され、下部ステージが上部ヘッド下まで移動する。このことにより下部ステージが搬送機構も兼ねることが可能となり、位置合わせステージと加圧ステージとの搬送機構が不要となる。更に、加圧機構により基板が金型に加圧され基板上の樹脂が硬化された後、金型に基板が密着された状態で、下部ステージが基板下から退避し、次に剥離機構が基坂下に移動、金型より基板を剥離し、金型下より退避することで加圧機構と剥離機構との間の搬送機構を省略することが可能になり、装置のフットプリント面積を縮小することが可能になり、搬送の際の基板の着脱時間も削減でき、生産性の高い装置を実現できる。また、上記の構成にすることにより樹脂塗布、基板ハンドリング、位置合わせ、加圧、剥離の各機構を直線状に配置することが可能となり、無駄なスペースが削減されフットプリント面積の縮小に貢献する。
また、微細構造転写装置はパターン転写機構に基板を搬入するための基板搬入機構と、パターン転写された基板を搬出するための、基板搬出機構を有し、基板搬入機構および基板搬出機構により基板が移動する方向と、パターン転写機構における基板の移動方向が直行するように基板搬入機構と複数のパターン転写機構と基板搬出機構とが配置されていることを特徴とする微細構造転写装置により課題を解決する。

上記構成にすることにより１組の基板搬入機構および基板搬出機構で複数のパターン転写機構に対し、基板を供給（ロード）及び搬出（アンロード）することが可能になる。また、基板搬入、搬出機構における基板の移動方向とパターン転写機構における基板の移動方向とを直行させることにより、直線状のパターン転写機構を複数ユニット配置した場合、デットスペースの少ない装置配置が実現できる。

本発明の微細構造転写装置を用いることにより、位置合わせ機構から、加圧機構、剥離機構への基板搬送機構が不要となり、基板搬送時の基板着脱に要する時間が短縮される。また、基板搬送機構に占めるスペースが不要となるとともに、樹脂塗布、位置合わせ、加圧、剥離の各機構が直線状に配置可能となり、さらに、１組の基板搬入機構及び基板搬出機構の間に複数の直線状のパターン転写機構が配置できることからフットプリント面積の小さな微細構造転写装置が実現できる。その結果、微細構造形成加工の生産性が向上する。

本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構の構成を示す概要側面図である。 本発明の微細構造転写装置の別の構成例の上面配置模式図である。 本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構の別の実施態様の部分概要断面図である。 図３に示されたパターン転写機構の別の移動状態を示す部分概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。 金型２０−３の自動交換機能付き微細構造転写装置２２Ｂの一例の部分概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第１段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第２段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第３段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第４段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第５段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第６段階を示す概要断面図である。 図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂにおいて金型２０−３を交換する作業の第７段階を示す概要断面図である。 本発明の微細構造転写装置の更に別の実施態様の部分概要断面図である。 図２３に示された微細構造転写装置における金型２０−３の交換作業の一工程を示す部分概要断面図である。 図２３に示された微細構造転写装置における金型２０−３の交換作業の一工程を示す部分概要断面図である。 図２３に示された微細構造転写装置における金型２０−３の交換作業の一工程を示す部分概要断面図である。 図２３に示された微細構造転写装置における金型２０−３の交換作業の一工程を示す部分概要断面図である。

図１は、本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構の一例の構成を示す概要側面図である。図示されているように、本発明の微細構造転写装置は、基本的に、樹脂塗布機構１７と、基板ハンドリング機構１８と、位置合わせ機構１９と、加圧機構２０と、剥離機構２１とから構成されるパターン転写機構２２を有する。本発明の微細構造転写装置のパターン転写機構２２によれば、樹脂塗布機構１７から剥離機構２１に向かって直線的に処理が行われる。
本発明における樹脂塗布機構１７は基板上に樹脂を塗布できる機構であれば特に制限はなくディスペンス法、インクジェット法、スプレー怯、スピンコート法等が例示される。特にスピンコート法は基板全面にわたり、薄膜を均一に形成できる点において好ましい。スピンコート法の場合、樹脂を滴下する際のタイミング、滴下位置、滴下量が制御可能でかつ、スピン回転数、スピン保持時間の他、所定の回転にいたるまでの時間も制御可能なものが塗布膜厚を制御する上で好ましい。図中、符号１７−１はスピンコートのための樹脂塗布ノズルを示し、１７−２は基板を回転させるためのスピンドルチャックを示す。符号３は基板を示す。
本発明が対象としている基板３は表面が平坦なものであれば特に制限はない。材質としてはシリコンウェハ、各種金属材料、ガラス、石英、セラミック、プラスチック等、強度と加工性を有するものであれば良い。また、基板表面には必要に応じて、金属層、樹脂層、酸化膜層などの常用の薄膜を形成し、多層構造体とすることもできる。形状は特に規制はないが、円形の板状のものは回転法により液状樹脂を塗布する上で好ましい。また、中心に同心円状の穴を有する円形基板も本発明の基板に含まれる。基板表面には必要に応じて、金属層、樹脂層、酸化膜層などの常用の薄膜を形成し、多層構造体とすることもできる。
本発明における液状樹脂膜は、反応性を有する複数の成分から構成され、室温における粘度が低いものであれば基本的に本発明に用いることができる。特に、光硬化性を有する材料は硬化の際の時間を短縮する上で好ましい。従って、例えば、合成樹脂材料に感光性物質を添加したものを使用することができる。合成樹脂材料としては例えば、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（ＰＭＭＡ）、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（ＰＬＡ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが使用できる。感光性物質は例えば、過酸化物、アゾ化合物類（例えば、アゾビスイソブチロニトリルなど）、ケトン類（例えば、ベンゾイン、アセトンなど）、ジアゾアミノベンゼン、金属系錯塩類、染料類などが挙げられる。液状樹脂膜はレジスト膜とも呼ばれることがある。

本発明における基板ハドリング機構１８は、公知慣用のハンドリング機構を使用することができる。基板の保持方法としては基板端部をメカニカルにホールドする方式や基板表面又は裏面を真空吸着する方式が例示される。図中、符号１８−１は昇降可能で、かつ、回転可能な垂直ハンドリングアームを示し、１８−２は基板を真空吸着するためのチャックヘッドを示し、１８−３は伸縮可能な水平ハンドリングアームを示す。伸縮可能な水平ハンドリングアーム１８−３により、樹脂塗布機構１７の上部を移動して基板ロード位置１６に載置されている基板３をホールドし、その後、樹脂塗布機構１７のスピンドルチャック１７−２に移送することができる。
本発明における位置合わせ機構１９とは、基板上の特定の位置にパターン転写するための機構であり、具体的には金型の位置合わせパターンと基板上の位置合わせパターンや基板短部のような特定の部分との相対位置をＣＣＤ等の光学的なデバイスを用い認識した後、所定のアルゴリズムにより金型か基板側のいずれかを移動させ位置合わせを行う。このほか、基板の形状が常に同じ場合には基板の所定の端部を機械的に保持することで簡易的に位置合わせをする機構でもよい。
本発明における加圧機構２０は樹脂が塗布された基板に対し金型を押し当て、樹脂を硬化させる機構を有している。本発明の加圧機構２０は上部ヘッド部２０−１と下部ステージ部２０−２を有しており、この上部ヘッド部２０−１には、転写すべき微細パターンが形成された金型２０−３を固定する。例えば、金型２０−３は加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面に真空吸着させることにより、加圧機構２０に着脱可能に保持させることもできる。上部ヘッド部２０は例えば、支持アーム２０−７などにより支持させることができる。また、加圧に際しては上部ヘッド部２０−１または下部ステージ部２０−２のいずれかが上下に移動することにより基板と金型とが加圧される。上部ヘッド部２０−１を昇降可能に構成することにより加圧を実施することが好ましい。この場合、支持アーム２０−７を適当な昇降機構（図示されていない）に接続させることができる。

加圧のための推力としてはボールネジとモータの組み合わせによるものの他、空気圧や油圧等を用いることもできる。本発明の加圧機構２０の加圧推力は適宜制御可能であり、１０Ｎから１ＫＮ程度の推力を有する。また、制御の方法としてはロードセルによるフィードバック制御が好ましく例示される。このほか加圧速度、加圧保持時間等も適宜制御可能である。更に、本発明の加圧機構２０の下部ステージ部２０−２は、微細構造転写装置１における基板移動方向と平行な方向に移動可能な構造である。また、本発明の加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１は樹脂を硬化させるための紫外線照射機構２０−４を内蔵している。別法として、紫外線照射機構２０−４は下部ステージ部２０−２側に配設することもできる。

紫外線照射機構２０−４は具体的には、超高圧水銀灯やＬＥＤ光源が例示される。特にＬＥＤ光源は超高圧水銀灯に比べ取り付けに要するスペースが少なく、また、照射光中に熱線を含まない点において特に好ましい。また、本加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１と金型２０−３との間に、透明な弾性体からなる緩衝層２０−５を配設したり、更に、下部ステージ部２０−２の上面に弾性体からなる緩衝層２０−６を配設することができる。このような緩衝層の使用は、基板や金型のうねりを吸収し均一な加圧を実現する上で好ましい。この他、図示されていないが、本発明の加圧機構２０には上部ヘッド部２０−１と下部ステージ部２０−２の平行度を確保するための平行度調整機構を配設することもできる。

本発明の微細なパターンが形成された金型２０−３はその表面に転写されるべき微細なパターンを有するものであり、微細な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や電子線描画法、ナノインプリント法等、所望する加工精度に応じて選択される。金型の材料としては、シリコンウェハ、各種金属材料、ガラス、石英、セラミック、樹脂材料等、強度と要求される精度の加工性を有するものであれば良い。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、光硬化性樹脂材料及びこれらを１種以上含むものが好ましく例示される。特に、石英は透明性が高く光硬化の際、樹脂に光が効率的に照射されるため好ましい。また、弾性変形可能な樹脂材料は基板表面に異物等が存在した場合、異物周辺の不良領域を最小限にとどめることができる点において好ましい。特にガラス等の透明な基板上にナノインプリント技術を用い、弾性変形可能な樹脂材料を塗布し、転写により形成された金型は簡便に作製できる点において好ましく例示される。
これら金型表面には硬化した液状樹脂膜との接着を防止するための離型処理が施されていることがより好ましい。表面処理の方法としてはシリコーン系の離型剤の他、フッ素系化合物が表面上に数ｎｍ厚で形成されていることが好ましい。
本発明における剥離機構２１とは、加圧機構２０において加圧、および樹脂を硬化した後、金型２０−３に密着されている基板を金型から剥離するためのものである。剥離に際しては本剥離機構２１が金型２０−３に密着された基板の下部に移動した後、剥離機構２１または上部ヘッド部２０−１のいずれかが上下方向に移動し、基板と剥離機構が接触、剥離機構に基板が固定された後、再度、上部ヘッド部２０−１または剥離機構２０のいずれかが上下方向に移動することで、基板を金型より剥離する機構を有する。剥離機構２０の基板の固定方式としては基板の短部を機械的に保持する方法の他、真空吸着や静電的な吸着等が例示される。また、基板の固定に際しては転写部に対し、ダメージを与えない方法が好ましい。図示された実施態様では、剥離機構２１の剥離チャック２１−１には基板の端部のみを接触させ、吸着させるためのＯリング２１−２と吸着キャビティ２１−３が形成されている。

図２は本発明の微細構造転写装置の別の例の上面配置模式図である。図１に示された、樹脂塗布機構１７、基板ハンドリング機構１８、位置合わせ機構１９，加圧機構２０及び及び剥離機構２１からなるパターン転写機構２２を複数基（図では４基）並行に配列し、この配列ライン２２と直交するように、基板搬入機構２３と基板搬出機構２４を更に配設する。この実施態様によれば、１組の基板搬入機構２３及び基板搬出機構２４により、複数基のパターン転写機構に基板を供給（ロード）及び搬出（アンロード）することが可能となり、４基のパターン転写機構２２のそれぞれが何らかの工程のパターン転写作業を実施することにより生産性が飛躍的に向上すると共に、直線状のパターン転写機構２２を直交方向に配置することにより、デッドスペースが少なくなり、フットプリント面積が小さく、生産性の高い微細構造転写装置が実現する。パターン転写機構では、少なくとも２つ以上の基板が、樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構のいずれかの機構において樹脂塗布、基板ハンドリング、位置合わせ、加圧、剥離のいずれかの工程が同時に実施できるように統括的に制御するための制御機構２５を有することが好ましい。この制御機構２５は、パターン転写機構２２に加えて、基板搬入機構２３及び基板搬出機構２４も併せて制御するように構成することもできる。
本発明の基板搬入機構２３は複数の基板が格納された基板ケース（図示されていない）より基板を取り出した後、パターン転写機構２２の基板ロード位置１６（図１参照）まで基板を搬送するものである。基板搬入機構２３はローダ（図示されていない）を装備することができる。ローダによる基板の保持方法としては基板端部をメカニカルにホールドする方式や基板裏面を吸着する方式が例示される。また、基板の搬送方向としては、パターン転写機構２２における基板移動方法と直行していることが装置の効率的な配置を可能にする上で好ましい。基板搬入機構の駆動推力としてはモータとボールネジによる駆動の他、リニアモータによる駆動や圧縮空気による駆動が例示される。また、基板搬送機構２４の基板保持部（アンローダ）はロボットアームを介し、駆動機構に接続されており、３次元的に可動する。本発明の基板搬出機構２４も剥離後の基板を剥離機構より回収し、基板回収ケース（図示されていない）まで基板を移動させる機構であり、基本的な構成は基板搬入機構２３と同様である。

本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構の重要な点は、加圧機構２０を構成する下部ステージ部２０−２及び剥離機構２１が転写作業の工程に応じて、その位置を変更するために移動可能に構成されていることである。下部ステージ部２０−２及び剥離機構２１を移動可能にする移動駆動機構自体は当業者に公知の常用手段を使用することができる。従って、加圧機構２０を構成する上部ヘッド部２０−１の位置を一定にしておくことが好ましい。下部ステージ部２０−２及び剥離機構２１は別々に移動することもできるし、あるいは揃って一体的に移動することもできる。

図３は本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構２２Ａの別の実施態様の部分概要断面図である。この実施態様では、加圧機構２０の下部ステージ部２０−２及び剥離機構２１は移動台車３０のプラットフォーム３１の上面に所定の間隔で固設されている。従って、下部ステージ部２０−２及び剥離機構２１は揃って一体的に移動する。台車３０は台座３２の上面に設けられたガイドレール３３に沿って移動する。台車３０は当業者に公知慣用の移動駆動機構（図示されていない）により駆動させることができる。例えば、ステッピングモータ、ボールスクリューなどを適宜選択して使用することができる。プラットフォーム３１には位置合わせ機構１９も配設することができる。この場合、下部ステージ部２０−２をＸ−Ｙテーブル３４上に載置させる。位置合わせ機構１９の検出信号に基づき、Ｘ−Ｙテーブル３４をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させることにより基板３又は金型２０−３の位置合わせを実施することができる。

図３に示された状態は、基板ハンドリング機構１８から樹脂塗布済み基板３を、加圧機構２０の下部ステージ部２０−２の緩衝層２０−６の上面に載置する時、あるいは、剥離機構２１により、加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の金型２０−３からパターン転写済み基板を剥離する時の、下部ステージ部２０−２と剥離機構２１の位置関係を示す。従って、この実施態様の装置によれば、基板載置と基板剥離を同時に実施することもできる。即ち、基板ハンドリング機構１８から樹脂塗布済み基板３を、加圧機構２０の下部ステージ部２０−２の緩衝層２０−６の上面に載置しながら、剥離機構２１により金型２０−３からパターン転写済み基板を剥離することができる。

図４は図３に示された実施態様の微細構造転写装置におけるパターン転写機構２２Ａの別の移動状態を示す部分概要断面図である。図４に示された状態は、加圧機構２０の下部ステージ部２０−２の緩衝層２０−６の上面に基板が載置され、加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１が下降してきて基板を上部ヘッド部２０−１と下部ステージ部２０−２で挟み込む時、あるいは、剥離機構２１により金型２０−３からパターン転写済み基板を剥離した後で、基板搬出機構２４（図２参照）のアンローダ２４−１にパターン転写済み基板を受け渡す時の、下部ステージ部２０−２と剥離機構２１の位置関係を示す。従って、この実施態様の装置によれば、基板パターン転写と転写済み基板搬出を同時に実施することもできる。即ち、上部ヘッド部２０−１の金型２０−３を下部ステージ部２０−２の基板に押圧してパターン転写作業を実施しながら、剥離機構２１が保持するパターン転写済み基板をアンローダ２４−１に受け渡すことにより、パターン転写機構２２（図２参照）から基板搬出機構２４にパターン転写済み基板を搬出することができる。

図３及び図４に示されたパターン転写機構２２Ａによれば、上部ヘッド部２０−１の位置を一定にして、下部ステージ部２０−２と剥離機構２１とが一体的に往復移動することができる。その結果、下部ステージ部２０−２と剥離機構２１とが個別的に往復移動する図１の実施態様に比べて、フットプリント面積が更に小さい微細構造転写装置を実現できる。
本発明による微細構造転写装置をハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する実施形態について詳細に説明する。本発明はこのような実施形態にのみに限らず、任意の基板上への微細構造形成にも応用することができる。

以下、図１に示される微細構造転写装置におけるパターン転写機構２２を用いた一連の微細構造転写作業について図面を参照しながら具体的に説明する。

図５は、図１に示された本発明の微細構造転写装置におけるパターン転写機構２２によるハードディスクのディスク基板表面上に微細構造を形成する一工程を示す概要断面図である。２．５インチのディスク基板３は、基板ハンドリング機構１８のディスク搬送チャックヘッド１８−２により、ディスクの内周開口端部を機械的に保持され、基板ロード位置１６（図１参照）より、樹脂塗布機構１７のスピンドルチャック１７−２に搬送された後、スピンドルチャック１７−２によりディスク内周開口端部を保持される。次に７００ｒｐｍで回転ディスクを回転させながら、樹脂塗布ノズル１７−１から、アクリル系のモノマーおよびポリマー成分とラジカル系光反応開始剤から構成される低粘度の液状樹脂材料を１ｍＬ吐出させた後、５０００ｒｐｍで６０秒間回転させ、ディスク基板３表面に樹脂薄膜５を形成する。
図６は、図５に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。樹脂薄膜５が形成されたディスク基板３は再びディスク搬送チャックヘッド１８−２により、位置合わせ機構１９まで移送される。位置合わせ機構１９には加圧機構２０から下部ステージ部２０−２があらかじめ移動してきている。下部ステージ部２０−２の内部は位置合わせ機構１９を収容可能な構造になっている。下部ステージ部２０−２上にはシリコーン製で５ｍｍ厚さの下部緩衝層２０−６が形成されている。次に、位置合わせ機構１９の位置合わせＣＣＤカメラによりディスク基板内周端部と下部ステージ部２０−２の位置合わせマークとを光学的に認識した後、下部ステージ部２０−２に搭載されているＸ−Ｙ微小移動機構を用い、ディスク基板３と下部ステージ部２０−２との位置合わせを行う。
図７は、図６に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。位置合わせが完了した時点で樹脂薄膜５が形成されたディスク基板３は下部ステージ部２０−２上の下部緩衝層２０−６上に設置される。その後、例えば、真空吸着により下部ステージ部２０−２に固定される。真空吸着の代わりに、クランプ機構を用いて基板３を下部ステージ部２０−２に固定することもできる。
図８は、図７に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。基板３を下部ステージ部２０−２に固定したら、樹脂薄膜付ディスク基板３を搭載した下部ステージ部２０−２は、加圧機構２０の金型２０−３がシリコーン製で厚さ５ｍｍの上部緩衝層２０−５を介し搭載された上部ヘッド部２０−１の下に移動する。
図９は、図８に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。下部ステージ部２０−２が上部ヘッド部２０−１の下に移動したら、あらかじめ決められたオフセット量だけＸ−Ｙ微小移動機構により下部ステージ部２０−２を移動させ、金型２０−３との相対位置合わせを行った後、上部ヘッド部２０−１がステッピングモータ制御によりボールネジを介し、樹脂薄膜が形成されたディスク基板３上に下降し、９０Ｎの推力で１０秒間加圧の後、上部ヘッド部内部に搭載されたＬＥＤ−ＵＶ光源２０−４により６０ｍＷ／ｃｍ^２で４秒間ＵＶ照射を行い、樹脂薄膜を硬化させた。

なお、本実施例に使用した金型２０−３は以下の方法で作製した。初めに、基材部となる９０ｍｍ×１２０ｍｍ×０．７ｍｍの合成石英表面を３００Ｗの酸素プラズマで１分間表面処理した後、シランカップリング剤ＫＢＭ６０３を用い密着処理した。次に、カチオン重合性のシロキサン系光硬化樹脂を上記基材表面に滴下した。次に、表面に同心円状のラインパターンが９０ｎｍピッチで２．５インチφまで形成されているＮｉ製のマスター原版を上記カチオン重合性シロキサン系光硬化樹脂を押し広げるように基材部に対し押し付けた後、照度１００ｍＷ／ｃｍ^２の超高圧水銀灯により４８０秒間ＵＶ照射し、上記カチオン重合性シロキサン系光硬化樹脂を硬化させ、上記Ｎｉ製のマスター原版を剥離し、樹脂製のレプリカ金型を作製し、金型２０−３として用いた。
図１０は、図９に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。樹脂薄膜を硬化させた後、下部ステージ部２０−２による基板３の吸着を開放した後、ディスク基板３が、金型２０−３に密着した状態で上部ステージ部２０−１を上昇させる。
図１１は、図１０に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。下部ステージ部２０−２を位置合わせ機構１９側に退避させると同時に剥離機構２１の剥離チャック２１−１を加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１に固定された金型２０−３に密着されているディスク基板３直下に移動させる。この、剥離チャック２１−１にはディスク基板３の端部のみを接触させ、吸着させるためのＯリング２１−２と吸着キャビティ２１−３が形成されている。
図１２は、図１１に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１を下降させ、剥離機構２１の剥離チャック２１−１と接触させ、剥離チャック２１−１に真空吸着させる。Ｏリング２１−４が存在するため、真空は破られない。
図１３は、図１２に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。剥離チャック２１−１にディスク基板３を確実に真空吸着させた後、再度上部ヘッド部２０−１を上昇させることにより、金型２０−３からディスク基板３を剥離させることができる。
図１４は、図１３に示された工程の次の工程を示す概要断面図である。表面に硬化樹脂の微細パターン６が形成されたディスク基板３を保持した状態で剥離機構２１の剥離チャック２１−１は、加圧機構２０直下より剥離機構２１の定位置まで移動し転写が完了する。図示されていないが、剥離チャック２１−１に保持されているパターン転写済みディスク基板３は、その後、例えば、基板搬出機構２４（図２参照）のアンローダ２４−１（図４参照）に受け渡され一連の作業が終了する。
本発明の実施例によれば、位置合わせ機構１９から剥離機構２１までの基板搬送を加圧機構２０の下部ステージ部２０−２および剥離機構２１の剥離チャック２１−１が兼用しており、専用の基板搬送機構を不要としている。その結果、位置合わせ機構１９から基板搬送機構２４（図２参照）に至る各機構間の搬送機構スペースを省略でき、フットプリント面積を縮小している。また、これら機構間におけるディスク基板の脱着に要する時間も短縮するため生産性の向上に寄与する。更に、加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の金型２０−３に基板３を密着させ、その下部を加圧機構２０の下部ステージ部２０−２および剥離機構２１の剥離チャック２１−１が移動できる構成とすることで、ディスク基板が直線状に移動できるとともにすべてのユニットを直線上に配置できるためデットスペースが発生せずフットプリント面積の縮小に貢献する。

金型２０−３は転写作業の進行に伴い、その下部のパターン面に損傷及び／又は損耗などが発生する。従って、正確なパターン転写を確保するために一定時間毎又は不定期に交換する必要がある。転写作業ラインを停止させて加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１から古い金型２０−３を手作業で剥離し、新品の金型に交換することもできるが、これでは作業効率が低下し、好ましくない。

従って、本発明の別の実施態様として、金型２０−３を自動交換することができる微細構造転写装置を提供する。図１５はこのような金型２０−３自動交換機能付き微細構造転写装置２２Ｂの一例の部分概要断面図である。図１５に示された微細構造転写装置２２Ｂは金型ストッカー３６を有する。金型ストッカー３６は新品の金型を一枚以上、好ましくは複数枚収容する。金型ストッカー３６に収容されている新品の金型及び下記で詳細に説明する損傷又は損耗した古い金型は、基板搬出機構２４（図２参照）のアンローダ２４−１（図４参照）によりハンドリングすることが好ましい。しかし、金型交換用の専用のハンドリング機構を設けることもできる。

以下、図面を参照しながら金型の交換作業の手順について説明する。図１６は金型を交換する作業の第１段階を示す概要断面図である。先ず、剥離機構２１が金型２０−３と対峙するように加圧機構２０の直下に移動させる。

図１７は金型を交換する作業の第２段階を示す概要断面図である。剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１を上昇させ、金型２０−３の下面に当接させる。例えば、金型２０−３は加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面に真空吸着させることにより、加圧機構２０に保持されている。従って、真空吸着を停止させれば、古い金型２０−３は加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面から剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に簡単に載置させることができる。剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に載置された古い金型２０−３は必要に応じて剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に真空吸着させることもできる。

図１８は金型を交換する作業の第３段階を示す概要断面図である。古い金型２０−３が加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面から剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に載置されたら、剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１を下降させ、次いで、剥離機構２１を右方向に移動させる。これにより、古い金型２０−３も剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に載置されたまま右方向に移動される。

図１９は金型を交換する作業の第４段階を示す概要断面図である。アンローダ２４−１が剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に載置された古い金型２０−３を真空吸着によりチャックする。この際、剥離機構２１が古い金型２０−３を真空吸着している場合には真空吸着を停止させておくことが必要である。

図２０は金型を交換する作業の第５段階を示す概要断面図である。アンローダ２４−１が剥離機構２１の上部ヘッド部２１−１の上面に載置された古い金型２０−３を真空吸着によりチャックしたら、アンローダ２４−１は古い金型２０−３を適当な廃棄箇所（図示されていない）まで移送し、当該箇所で真空吸着を停止し、古い金型２０−３を廃棄する。古い金型２０−３の廃棄箇所としては、金型ストッカー３６を使用することもできる。例えば、金型ストッカー３６に新品の金型を収容する区画と古い金型を収容する区画を設けることにより、金型ストッカー３６を新しい金型の収容容器及び古い金型の廃棄容器として兼用することができる。

図２１は金型を交換する作業の第６段階を示す概要断面図である。アンローダ２４−１が古い金型２０−３を適当な廃棄箇所に移送後、アンローダ２４−１は金型ストッカー３６に移動し、新しい金型２０−３を真空吸着によりチャックし、受け取る。

図２２は金型を交換する作業の第７段階を示す概要断面図である。アンローダ２４−１が金型ストッカー３６から新しい金型２０−３を受け取った後、剥離機構２１の上部ヘッド２１−１に向かって移動する。その後、図１９〜図１６に示された金型交換作業の手順の逆手順に従って、新しい金型２０−３を加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面に真空吸着させて金型交換作業を完了する。

図１６〜図２２に示される金型交換作業は図４に示される実施態様の微細構造転写装置２２Ａについても当然実施することができる。

図２３は本発明の微細構造転写装置２２Ｃの更に別の実施態様の部分概要断面図である。この実施態様の微細構造転写装置２２Ｃでは加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面に金型２０−３を保持するために、開口径を可変可能なクランプ機構３８を使用する。この実施態様の微細構造転写装置２２Ｃでは新旧の金型２０−３を交換するために、金型受渡プレート４０を具備する。金型受渡プレート４０の略中央部には円錐台形状の突起４２が配設されている。円錐台形状突起４２の最上部の直径は金型２０−３の中央部の開口内径よりも小さく、円錐台形状突起４２の最下部の直径は金型２０−３の中央部の開口内径よりも大きい。従って、金型２０−３は円錐台形状突起４２の外壁面の途中に係止される。金型受渡プレート４０は昇降可能かつ旋回可能な支柱４４により保持されている。支柱４４はプラットフォーム３１上に配設されている。この実施態様の微細構造転写装置２２Ｃにおける新旧金型の交換作業手順について説明する。図１５に示されるような金型ストッカーからアンローダ２４−１が新しい金型２０−３を受け取り、搬送してくる。

図２３の金型受渡プレート４０は、中央部に円錐台形状の突起４２が配設しているが、突起４２を使用せずに金型を受けることもできる。金型受渡プレート４０´のように、金型外形よりも若干大きいサイズで上面よりも１段下がった凹部を設ける。その上面と凹部の底面との間には斜面を設けて、その斜面に金型外形を位置決めするようにさせてもよい。

図２４に示されるように、アンローダ２４−１は新しい金型２０−３を金型受渡プレート４０の円錐台形４２に挿入し、退避する。

図２５に示されるように、プラットフォーム３１が移動台車により左方向に移動され、金型２０−３を加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の直下に移送して停止する。

図２６に示されるように、金型受渡プレート４０の支柱４４が上昇するか又は加圧機構２０が下降することにより、金型受渡プレート４０の円錐台形状突起４２に係止されている新しい金型２０−３を加圧機構２０の上部ヘッド部２０−１の下面の緩衝層２０−５に密着させ、その後、クランプ機構３８の開口径を縮小させることにより、金型２０−３をクランプ機構３８にしっかりと把持させる。そして、新しい金型２０−３が加圧機構に取設されたら、支柱４４が下降する。金型受渡プレート４０を剥離機構２１の上面から退避させて、金型受渡プレート４０が転写作業の妨げにならない位置に安置させる。

なお、図２７に示されるように、新しい金型２０−３が加圧機構２０に取設されたら、支柱４４が旋回して金型受渡プレート４０を剥離機構２１の上面から退避させ、かつ、支柱４４は下降して金型受渡プレート４０が転写作業の妨げにならない位置に安置させるようにしてもよい。

微細構造転写装置２２Ｃにおいて、加圧機構２０から古い金型２０−３を取り外すには前記手順と逆の手順で行うことができる。

以上、本発明の微細構造転写装置の好ましい実施態様について説明してきたが、本発明は例示された実施態様に限定されず、様々な変更を為すことが可能である。例えば、未硬化樹脂塗布ディスク３と金型２０−３との間に気泡が内包されないようにするため、下部ステージ部２０−２の上面を湾曲させたり、あるいは微細構造転写装置全体を脱気室に収納するなどの変更を為し得る。

３…基板 ５…樹脂薄膜 ６…硬化樹脂微細パターン １６…基板ロード位置 １７…塗布機構 １７−１…樹脂塗布ノズル １７−２…スピンドルチャック １８…基板ハンドリング機構 １８−１…垂直ハンドリングアーム １８−２…チャックヘッド １８−３…水平ハンドリングアーム １９…位置合わせ機構 ２０… 加圧機構 ２０−１…上部ヘッド部 ２０−２…下部ステージ部 ２０−３…金型 ２０−４…紫外線照射機構 ２０−５…緩衝層 ２０−６…緩衝層 ２０−７…支持アーム ２１…剥離機構 ２１−１…剥離チャック ２１−２…Ｏリング ２１−３…吸着キャビティ ２２…パターン転写機構 ２３…基板搬入機構 ２４…基板搬出機構 ２５…制御機構 ３０…移動台車 ３１…プラットフォーム ３２…台座 ３３…ガイドレール ３４…Ｘ−Ｙテーブル ３６…金型ストッカー ３８…クランプ機構 ４０…金型受渡プレート ４２…円錐台形状突起 ４４…支柱

Claims (15)

1. 基板上に樹脂薄膜を形成した後、微細なパターンが形成された金型を前記樹脂薄膜上に押付けた状態で前記樹脂薄膜を硬化させ、前記基板上に微細なパターンを形成する微細構造転写装置において、前記微細構造転写装置は樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構から構成されるパターン転写機構を有し、前記加圧機構は上部ヘッド部と下部ステージ部とから構成され、更に、前記上部ヘッド部下面には微細パターンが形成された金型が固定されており、前記下部ステージ部は加圧転写後、前記金型に基板が密着された状態で前記基坂下部より退避し、次に、前記剥離機構が前記基坂下部に移動後、前記金型に密着された基板を剥離する機構を有する微細構造転写装置。
2. 請求項１に記載の微細構造転写装置において、前記加圧機構の上部ヘッド部は昇降機構に支持されており、前記加圧機構の下部ステージ部及び剥離機構は、ガイドレール上に乗せられた台車のプラットフォーム上面に配設されており、前記位置合わせ機構はプラットフォームに配設された下部ステージ部の下側に配設されており、前記台車は移動駆動機構により前記ガイドレール上を往復動することができ、これにより、前記加圧機構の上部ヘッド部の位置を中心として、前記下部ステージ部と剥離機構とが前記加圧機構の上部ヘッド部に対峙する位置に交互に一体的に往復移動することができる微細構造転写装置。
3. 請求項１に記載の微細構造転写装置において、前記微細構造転写装置は前記パターン転写機構に基板を搬入するための基板搬入機構と、前記パターン転写機構によりパターン転写された基板を搬出するための、基板搬出機構を更に有し、前記基板搬入機構および基板搬出機構により基板が移動する方向と、前記パターン転写機構における基板の移動方向が直行するように前記基板搬入機構と前期パターン転写機構と前期基板搬出機構とが配置されていることを特徴とする微細構造転写装置。
4. 請求項３に記載された微細構造転写装置において前記パターン転写機構は１組の基板搬入機構および基板搬出機構の間に２組以上のパターン転写機構を有することを特徴とする微細構造転写装置。
5. 請求項１に記載の微細構造転写装置において、前記加圧機構には加圧後に基板に対し光を照射する露光機構を有することを特徴とする微細構造転写装置。
6. 請求項１に記載の微細構造転写装置において、前記パターン転写機構の樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構は直線状に配置されていることを特徴とする微細構造転写装置。
7. 請求項１に記載の微細構造転写装置において、前記パターン転写機構では、少なくとも２つ以上の基板が、樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構のいずれかの機構において樹脂塗布、基板ハンドリング、位置合わせ、加圧、剥離のいずれかの工程が同時に実施できる制御機構を有することを特徴とする微細構造転写装置。
8. 金型は加圧機構の上部ヘッド部の下面に真空吸着させることにより、加圧機構に着脱可能に保持されている請求項１に記載の微細構造転写装置。
9. 金型は加圧機構の上部ヘッド部の下面に開口径を可変可能なクランプ機構により、加圧機構に着脱可能に保持されている請求項１に記載の微細構造転写装置。
10. 昇降可能でかつ旋回可能な支柱に固設された、略中央部に円錐台形状の突起を有する金型受渡プレートまたは昇降可能な支柱に固設された外形の内側に凹部を設けた金型受渡プレートを更に有する請求項９記載の微細構造転写装置。
11. 金型ストッカーを更に有する請求項１に記載の微細構造転写装置。
12. 前記基板搬出機構はアンローダを有し、前記アンローダは前記加圧機構から取り外されて剥離機構の上面に載置された古い金型を搬送し、かつ、前記金型ストッカーから新しい金型を受取り、これを前記剥離機構の上面に載置することができる請求項８に記載の微細構造転写装置。
13. 前記基板搬出機構はアンローダを有し、前記アンローダは前記加圧機構から取り外されて前記金型受渡プレートの円錐台形状突起に挿入された古い金型若しくは加圧機構から取り外されて前記金型受渡プレートの凹部に配置された古い金型を搬送し、かつ、前記金型ストッカーから新しい金型を受取り、これを前記前記金型受渡プレートの円錐台形状突起に挿入する若しくはこれを金型受渡プレートの凹部に配置することができる請求項９に記載の微細構造転写装置。
14. 基板上に樹脂薄膜を形成した後、微細なパターンが形成された金型を前記樹脂薄膜上に押付けた状態で前記樹脂薄膜を硬化させ、前記基板上に微細なパターンを形成する微細構造転写方法において、前記微細構造転写方法は樹脂塗布機構、基板ハンドリング機構、位置合わせ機構、加圧機構、剥離機構から構成されるパターン転写機構を用い、前記加圧機構は上部ヘッド部と下部ステージ部とから構成され、更に、前記上部ヘッド部下面には微細パターンが形成された金型が固定されており、前記下部ステージ部は加圧転写後、前記金型に基板が密着された状態で前記基坂下部より退避し、次に、前記剥離機構が前記基板下部に移動後、前記金型に密着された基板を剥離することを特徴とする微細構造転写方法。
15. 請求項１４に記載の微細構造転写方法において、前記加圧機構の上部ヘッド部は昇降機構に支持されており、前記加圧機構の下部ステージ部及び剥離機構は、ガイドレール上に乗せられた台車のプラットフォーム上面に配設されており、前記位置合わせ機構はプラットフォームに配設された下部ステージ部の下側に配設されており、前記台車は移動駆動機構により前記ガイドレール上を往復動することができ、これにより、前記加圧機構の上部ヘッド部の位置を中心として、前記下部ステージ部と剥離機構とが前記加圧機構の上部ヘッド部に対峙する位置に交互に一体的に往復移動することができることを特徴とする微細構造転写方法。

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