KR20050090070A

KR20050090070A - 패턴형성장치, 패턴형성방법, 패턴형성시스템

Info

Publication number: KR20050090070A
Application number: KR1020057012476A
Authority: KR
Inventors: 히로시 고토; 미츠루 후지이; 하루오 요시오카; 히데키 키시
Original assignee: 에스씨아이브이에이엑스 가부시키가이샤; 하쿠토 가부시키가이샤
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-09-12
Also published as: EP1593477A1; JPWO2004062886A1; CN1732075A; US20060266734A1; WO2004062886A1

Abstract

패턴형성장치(10)에 있어서, 기판(200)에 패턴을 형성하기 위한 금형(100)을, 기판(200)의 표층부의 유리전이온도 Tg 이상의 온도 T1으로 가열해 두고, 그 상태에서 금형(100)을 유리전이온도 Tg 이하의 온도의 기판(200)에 압박하여 금형(100)의 패턴을 전사하는 구성으로 하였다. 그 후, 히터를 끄고, 냉각블록으로 금형(100)을 냉각시킨 후, 금형(100)을 기판(200)으로부터 분리하도록 하였다. 또, 이와 같은 패턴형성장치(10)에 대하여 기판(200)을 매거진으로부터 1매씩 인출하여 차례로 공급하는 공급장치를 구비하여, 패턴형성시스템을 구성하는 것이 바람직하다.

Description

패턴형성장치, 패턴형성방법, 패턴형성시스템{DEVICE, METHOD, AND SYSTEM FOR PATTERN FORMING}

본 발명은 기판 등의 가공대상물상에 소정의 패턴을 형성하기 위한 패턴형성장치, 패턴형성방법, 패턴형성시스템에 관한 것이다.

종래부터, LSI(대규모 집적회로)로 대표되는 미세회로패턴을 반도체기판(이하, 간단히 기판이라 칭한다)상에 형성하기 위해서는, 축소투영노광방식이 일반적으로 사용되고 있다. 이 방법은 스테퍼(stepper:축차이동노광장치)라 불리는 노광장치를 사용하며, 레티클(마스크)상에 그려진 회로패턴을, 축소광학계를 통하여 기판상의 레지스트표면에 투영노광하며, 그 노광을 기판전역에 걸쳐 반복함으로써, 기판상에 소정의 미세회로패턴을 형성하고 있다.

이와 같이 하여 형성되는 기판의 집적도를 높이기 위해서는, 회로패턴의 선의 너비를 좁혀갈 필요가 있으며, 현재 주류를 이루는 선의 너비가 130nm에서 금후 100nm이하의 선너비로 이행할 것으로 예상되고 있다.

이에 대응하기 위해서는, 투영노광에 사용하는 광원의 파장을 짧게 할 필요가 있으며, 현재의 상황에서도 각 노광장치 제조회사에서는 자외(UV)광, 원자외(DUV)광, 극자외(EUV)광 등 단파장의 광을 광원으로 한 노광장치의 개발을 진행하고 있다.

그러나, 자외레이저광원 등의 단파장의 광을 광원으로서 사용하면, 노광장치의 투영광학계를 구성하는 렌즈나 미러, 광원 등에 약간의 온도변화나 외부진동에 의하여 일그러짐이나 광원노이즈가 발생한다. 이 때문에, 노광장치에는 정밀도가 높은 온도관리나 제진(除振)구조가 요구되며, 그 결과, 이와 같은 일련의 기기에 의하여 구성되는 축소투영식의 노광장치는, 장치가격이 매우 높아지는(예를 들면, 수십억엔) 경향이 있다. 또, 노광장치 자체도 대규모적인 것으로 되기 때문에, 설치스페이스나 소비전력이 증대하는 경향이 있다.

이와 같은 장치의 대형화나 공정비용의 상승을 방지하는 것을 목적으로 하여, 초미세의 패턴을 기판상에 형성하는 방법으로서, 나노임프린팅 프로세스 기술이 소개되었다(예를 들면, G.M.Whitesides,J.C.Love,「나노구조를 만드는 신기술」,“닛케이사이언스", 일본경제신문사, 2001. 12. 1. 31권, 12호, p.30-41 참조.).

상기 프로세스는, 형성하고자 하는 패턴이 표면에 작성된 금형을 사용하여 기판상에 설치된 레지스트재의 유리전이점을 넘는 온도로 기판을 가열하고, 그 상태로 금형을 기판면에 압박하여 형틀을 전사하는 방법이다. 이 방법에서는, 고가의 레이저광원이나 광학계를 필요로 하지 않으며, 가열용 히터와 프레스장치를 기본으로 한 간단한 구성임에도 불구하고, 금형에 작성된 형상을 그대로 정밀도가 좋게 전사하는 것이 가능하게 되었으며, 이미 이 방법에 의하여 약 20nm의 선너비를 갖는 세선이 형성되었다는 보고가 있다(예를 들면, C.M.Sotomayor,et.al.,“Nanoimprint lithography : an alternative nanofabrication approach",「Materials Science & Engineering C」, Elsevier Science, 2002년, 989권, p.1-9 참조.).

그러나, 상기한 바와 같은 프로세스에는 다음과 같은 문제가 존재한다.

상기의 프로세스에서는, 기판을 유리전이점 이상으로 가열하며, 그 상태로 금형을 기판에 압박하여 패턴을 전사하고, 그 후, 기판을 유리전이점 이하로 냉각 시킨 후에, 금형을 기판으로부터 분리시켜 탈 형틀한다는 일련의 공정을 실시하고 있다.

이와 같은 공정에서는, 기판을 가열·냉각하는 것으로 되지만, 이 때문에 기판 전체를 히터로 가열·냉각하는 방식을 사용하고 있다. 상기 히터는, 기판을 지지하는 테이블에 설치되어 있는 것이 일반적이다. 그리고, 기판이 대형화되면, 히터로 가열·냉각하는 대상의 기판 및 테이블의 열 용량이 커지며, 그 결과 기판을 가열·냉각시켜 기판전체를 균일한 온도로 하기 위해서는 수10초~수분의 시간을 필요로 한다.

따라서, 패턴형성의 단위시간당 처리율(throughput)의 고율화를 방해하는 큰 요인이 되고 있다.

그런데, 집적회로의 제작은 일반적으로 넓은 면적의 기판(웨에퍼)에 많은 칩을 형성함으로써 생산성이나 디바이스 제조비용의 저감을 꾀하고 있다. 현재 주류를 이루고 있는 6~12인치의 기판 전체 영역을 일괄적으로 압박하는 금형을 제작할 수 있다면, 한번의 압박공정으로 패턴을 기판 전역에 형성할 수 있기 때문에 매우 효율적이다. 이를 위해서는, 6~12인치 크기의 기판전면을 일괄적으로 형성하기 위하여, 금형을 대형화 할 필요가 있다.

그러나, 상기의 프로세스에서는 금형의 형상이 기판에 전사형성되는 것이기 때문에, 금형을 정확히 제작할 필요가 있으며, 이 점에 있어서, 금형을 대형화 하는데 있어서의 장해가 있다. 즉, 금형을 대형화하고자 하면, 금형과 기판의 평행도나 온도의 균일성 확보가 곤란해진다. 또, 금형의 온도변화에 따른 열팽창·수축에 의한 치수변동이 금형이 대형화되면 당연히 커지기 때문에, 정밀도 확보를 위해 온도변화에 따른 치수관리도 곤란해진다. 또한, 금형과 기판의 열수축율의 차이 때문에, 냉각 후에 금형을 기판으로부터 탈 형틀하고자 할 때에, 금형이 기판에 파고들기 쉬어진다는 문제도 있다. 이 밖에, 금형의 대면적화에 따라서, 금형을 기판에 압박하거나 박리시킬 때에 필요한 파워도 증대하여야 하며, 큰 출력의 프레스기구가 필요하게 되어 장치 전체의 대형화, 고비용화로 이어진다.

본 발명은, 이와 같은 기술적 과제에 기초하여 이루어진 것으로서, 패턴의 형성을 저비용화, 고효율화할 수 있는 패턴형성장치, 패턴형성방법 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은, 본 실시형태에 있어서의 패턴형성장치의 사시도.

도2는, 기판유지부와 금형유지부의 구성을 나타내는 도면.

도3은, 기판유지부의 구성을 나타내는 단면도.

도4는, 가공대상물이 되는 기판의 예를 나타내는 도면.

(a)는, 성형소재로부터 그대로 기판형상이 형성된 기판의 예를 나타내는 도면.

(b)는, 기판본체의 표면에 박막형상의 피복층이 형성된 기판의 예를 나타내는 도면.

도5는, 금형에 의한 기판에 대한 패턴공정의 흐름을 나타내는 도면.

(a)는, 금형이 기판으로부터 분리된 상태를 나타내는 도면.

(b)는, 금형을 기판에 접촉시킨 상태를 나타내는 도면.

(c)는, 금형을 기판에 파고들게 한 상태를 나타내는 도면.

(d)는, 금형을 기판으로부터 분리시킨 상태를 나타내는 도면.

도6은, 패턴형성시의 히터, 기판, 기판표층부의 온도변화를 나타내는 도면.

도7은, 패턴을 형성하는 기판의 하나의 예를 나타내는 도면.

도8은, 패턴을 형성하는 기판의 다른 예를 나타내는 도면.

도9는, 패턴을 형성하는 기판의 또 다른 예를 더 나타내는 도면.

(a)는, 평면도.

(b)는, (a)의 정단면도.

도10은, 패턴형성 시스템의 구성을 나타내는 평면도.

도11은, 위치를 맞추기 위하여 기판에 형성한 노치의 예를 나타내는 도면.

상기와 같은 목적하에, 본 발명의 패턴형성장치는, 가공대상물이 되는 대략 평판형상의 기판에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과, 금형을 가열하는 가열부와, 기판을 유지하는 기판유지부와, 기판유지부에 유지된 기판에 금형을 압박하는 프레스기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 가열된 금형을 프레스기구로 기판에 압박함으로써 기판을 표층부측으로부터 가열하며, 이 기판의 표층부에 상기 금형으로 소정의 패턴을 형성할 수가 있다.

기판의 표층부가 유리전이온도를 갖는 재료로 형성되어 있는 경우, 금형에 의하여 기판을 유리전이온도의 근방, 또는 그 이상으로 가열하면, 상기 기판의 표층부를 연화시킬 수가 있다. 기판의 표층부가 유리전이온도를 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 경우도, 그 재료가 연화되는 온도 근방, 또는 그 이상으로 금형을 가열함으로써, 기판의 표층부를 연화시킬 수가 있다.

이 때, 기판유지부에 구비한 온도유지부로, 기판유지부에 유지되는 기판을 유리전이온도 이하로 유지해 두는 것이 바람직하다.

이와 같은 장치는, 실리콘웨이퍼나 포토닉결정(photonic crystal), 반도체 전자회로기판 등의 기판에 있어서, 금형으로 기판의 표층부에만 패턴을 형성하는 경우에 특히 적합하며, 금형의 열은 패턴이 형성되는 기판의 표층부에 먼저 직접 전달되며, 가공대상부분만을 효율적으로 가열하여, 다른 가공대상부분 이외의 영역을 쓸데없이 가열하지 않고 열을 유효하게 이용할 수가 있다.

그런데, 프레스기구로 기판에 금형을 압박하게 되는바, 고정상태의 기판에 대하여 금형을 이동시켜도 좋고, 반대로 고정상태의 금형에 대하여 기판을 이동시키는 것에 의하여 이 기판에 금형을 압박하여도 좋다.

또, 가열부는, 금형의 온도를 제어하는 제어기를 구비하여, 이 제어기로 금형과 기판이 분리된 상태에서는 금형을 기판의 유리전이온도를 밑도는 온도로 하며, 금형이 기판에 압박되는 상태에서는 금형을 기판의 유리전이온도 근방, 또는 그 이상의 온도가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이 때, 금형이 기판에 압박되는 상태에서는, 금형을 미리 기판의 유리전이온도 근방, 또는 그 이상의 온도로 두는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 금형과 기판이 분리된 상태에서는, 금형을 기판의 유리전이온도를 밑도는 온도로부터 소정의 타이밍으로 기판의 유리전이온도 근방, 또는 그 이상의 온도가 되도록 가열을 개시한다. 본 발명은, 이와는 다르게, 금형을 기판에 압박하고 나서, 금형을 미리 기판의 유리전이온도 근방 또는 그 이상의 온도로 가열하기 시작하는 것과 같은 구성을 적극적으로 배제하는 것은 아니다.

이 때, 금형을 기판의 유리전이온도 근방 또는 그 이상의 온도로 하기 위하여, 가열부를 작동시키는 타이밍은 어떠한 것이라도 좋으며, 금형이 기판에 압박되어 패턴이 형성되는 상태에서, 금형이 기판의 유리전이온도 근방 또는 그 이상의 온도가 되도록 하면 좋다.

또, 일반적으로는, 기판에 패턴을 형성한 금형을 탈 형틀할 때에, 기판을 냉각시키는 것에 의하여 패턴의 정착을 꾀한다. 이 때, 금형을 냉각시키는 냉각부를 더 구비하면, 금형을 통해서 기판의 패턴부분을 신속하게 냉각시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 구성은, 특히 금형을 기판에 복수회 연속적으로 압박하는 것과 같은 경우에 특히 적합하다.

또, 금형을 가열부로 가열하는 것 뿐 아니라, 기판유지부에 유지된 기판을 기판가열부에서 가열하도록 하여도 좋다.

또, 프레스기구로는, 기판에 대한 금형의 압박량을 복수 단계로 전환할 수도 있다. 상기 프레스기구로는, 기판에 대한 금형의 압박량을 제1의 압박량으로 하였을 때에, 가열된 금형의 열을 기판으로 전달 시키며, 기판에 대한 금형의 압박량을 제1의 압박량과는 다른 제2의 압박량으로 하였을 때에, 금형으로 기판에 패턴을 형성하는 것이다.

여기서 말하는 기판에 대한 금형의 압박량이란, 기판표면을 기준으로 한 금형의 압박량(치수, 깊이)이며, 제1의 압박량은 금형의 열을 기판으로 전달할 수 있으면 좋기 때문에, 적어도 금형이 기판에 접촉하는 치수면 좋다(제로(0)를 포함할 수 있다.)

이와 같이 하기 위해서는, 프레스기구로 금형으로부터 기판에 부여하는 하중이나, 금형의 기판에 대한 이동 스트로크를 제어하면 된다.

또, 본 발명은 이하에 나타내는 바와 같은 패턴형성장치로서 파악할 수도 있다. 즉, 가공대상물에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과, 가공대상물을 유지하는 대상물 유지부와, 대상물 유지부에 유지된 가공대상물에 금형을 압박하는 프레스기구와, 가공대상물과 금형 중에서 열 용량이 작은 쪽을 가열하는 가열수단을 구비하는 것이다.

이와 같이, 가공대상물과 금형 중에서, 열 용량이 작은 쪽을 가열하는 것에 의하여, 그 가열을 단시간에 실시하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 대상물 유지부로 유지된 가공대상물의 복수의 영역에 대하여 금형이 대향하도록, 금형 및/또는 가공대상물을 이동시키는 이동기구를 더 구비하는 구성에 있어서는, 가공대상물보다도 금형이 작고, 열 용량도 작게 할 수 있기 때문에, 그와 같은 경우, 가열수단은 금형을 가열하는 것이다. 이와 같은 구성의 패턴형성장치에서는 금형을 이동기구로 이동시켜서 가공대상물의 복수의 영역에 대하여 금형을 대향시켜서, 각각의 영역에서 가공대상물에 금형을 압박하는 것에 의하여, 하나의 가공대상물에 대하여 금형에 의한 패턴전사를 복수회 실시한다.

여기서, 이동기구로는, 금형과 가공대상물을 상대이동시키는 것인바, 이것에는, 금형 및 가공대상물을 이동시켜도 좋고, 금형 또는 가공대상물의 한쪽만을 이동시키도록 하여도 좋다.

또, 가열수단으로는, 프레스기구로 금형을 가공대상물에 압박하는 타이밍에 기초하여, 금형의 온도를 가공대상물이 연화(軟化)하는 온도를 기준으로 한 영역에서 변동시킬 수가 있다.

또한, 프레스기구는, 금형으로부터 가공대상물에 부가하는 하중을 제어하는 하중 제어기를 더 구비하며, 하중 제어기는, 금형으로부터 가공대상물에 대하여 제1의 하중과, 상기 제1의 하중과는 다른 제2의 하중을 차례로 부가할 수도 있다.

가열수단으로서는, 세라믹히터를 사용하는 것이 응답성의 면에서 적합하다. 금형을 유지하고 프레스기구에 연결하는 금형유지부를 더 갖는 경우, 금형유지부는 금형에 면 접촉시키며, 정전력에 의하여 금형을 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 금형으로 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성방법으로서 파악할 수도 있다. 이 방법에서는, 금형을 상기 기판의 유리전이온도를 기준으로 한 소정의 온도로 가열하는 가열공정과, 금형을 기판에 압박하여 패턴을 형성하는 패턴형성공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 금형을 기판에 압박한 후, 금형을 기판의 유리전이온도 이하의 소정의 온도로 냉각시키는 냉각공정과, 냉각된 금형을 기판으로부터 분리시키는 탈 형틀공정을 가질 수도 있다. 특히, 1매의 기판에 대하여 복수회의 스탬프를 실시하는 경우, 가열공정, 패턴형성공정, 냉각공정 및 탈 형틀공정으로 이루어지는 공정을, 기판의 복수의 영역마다 반복한다.

또, 패턴형성공정에 앞서, 금형의 열을 기판에 전달시키는 열전달공정을 더 가질 수도 있다. 이에 의하여, 기판의 표층부는 금형의 열의 전달을 받아, 유리전이온도를 기준으로 한 소정 온도의 근방까지 가열되어 연화한다. 이 상태로 패턴형성공정을 실시하는 것이다.

본 발명은, 가공대상물이 되는 대략 평판형상의 기판에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성장치와, 패턴형성장치에 대하여, 기판의 공급 및 인출을 실시하는 공급장치를 구비하는 패턴형성시스템으로 할 수도 있다. 이 경우, 패턴형성장치는, 기판에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과, 기판과 금형 중에서 열 용량이 작은 쪽을 가열하는 가열부와, 기판을 유지하는 기판유지부와, 기판유지부로 유지된 기판에 금형을 압박하는 프레스기구를 구비할 수가 있다.

이에 의해, 패턴형성장치에 대하여 공급장치로 기판을 자동적으로 공급하는 것에 의하여, 복수매의 기판에 대한 패턴형성을 연속적으로 실시하는 것이 가능해진다.

또, 기판은 컨베어 등으로 복수매의 기판을 계속적으로 반송(搬送)하며, 이것을 공급장치로 패턴형성장치에 공급하여도 좋으나, 기판을 복수매 수용한 매거진을 사용하는 반송형태로 할 수도 있다. 이 경우, 패턴형성 시스템에는, 매거진을 유지하는 매거진 유지부를 더 구비하며, 공급장치에서는, 매거진 유지부에 유지된 매거진으로부터 기판을 1매씩 인출하여 패턴형성장치에 공급한다. 또, 효율을 높이기 위하여, 매거진 유지부에서는 매거진을 복수개 유지가능하게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 매거진 유지부에서는, 하나의 매거진으로부터 공급장치에 의해 패턴형성장치에 대한 기판의 공급을 실시하고 있는 동안에, 다른 매거진의 교환이 가능하게 하는 구성으로 할 수도 있다.

이하, 첨부도면에 나타내는 실시예에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1은, 본 실시예에 있어서의 패턴형성장치의 전체구성을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도1에 나타내는 바와 같이, 패턴형성장치(10)는 소정의 패턴이 요철에 의해 형성된 금형(100)을 기판(가공대상물)(200)에 전사하는 것에 의하여, 기판(200)에 패턴을 형성하는 것이다.

상기 패턴형성장치(10)는, 가공대상이 되는 기판(200)을 유지하는 기판유지부(20)와, 기판유지부(20)를 이차원방향으로 이동시키는 이동기구(30)와, 기판(200)에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형(100)을 유지하는 금형유지부(40)와, 금형유지부(40)에 유지된 금형(100)을 구동시키는 금형구동기구(프레스기구)(50)와, 기판(200)과 금형(100)의 상대위치를 위치결정하기 위한 얼라이먼트기구(60)를 구비하고 있다.

도1 및 도2에 나타내는 바와 같이, 기판유지부(20)는 기판(200)을 대략 수평으로 지지한 상태로 유지하는 것이며, 상면에 지지면(21a)을 갖는 테이블(대상물 유지부)(21)을 구비하고 있다.

상기 테이블(21)에는 지지면(21a)에 다수의 진공홀(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 상기 진공홀에 도시하지 않는 부압원으로부터 부압을 작용시킴으로써, 지지면(21a)상에 기판(200)을 흡착유지할 수 있는 구성으로 되어 있다.

또, 도2에 나타내는 바와 같이, 테이블(21)은 유지한 기판(200)을 가열하기 위한 히터(기판가열부, 온도유지부)(22)를 내장하고 있다. 상기 히터(22)는, 도시하지 않은 제어기에 의하여 테이블(21)상의 기판(200)을 소정의 일정온도로 유지하도록 그 작동이 제어된다. 상기 히터(22)로서는, 예를 들면, 전열히터나 후술하는 세라믹히터를 적절히 사용할 수가 있다.

도1에 나타낸 바와 같이, 이동기구(30)는 상기의 기판(200)을 유지하는 테이블(21)을, 테이블(21)의 지지면(21a), 즉 유지되는 기판(200)의 면에 평행면내에서 이차원 방향으로 이동시키는 것이다. 상기 이동기구(30)는, 기대(基台)(31)상에 설치된 하부베이스(32)와, 하부베이스(32)상에 설치되어 테이블(21)을 지지하는 상부베이스(33)를 가지고 있다.

하부베이스(32)는 일방향(이하, 이를 X방향이라 칭한다)으로 축선을 가지며, 도시하지 않은 모터에 의하여 회전구동되는 볼나사(34)에 의하여 상기 기대(31)에 연결되어 있다. 또, 상부베이스(33)는 볼나사(34)에 직교하는 방향(이하, 이를 Y방향이라 칭한다)으로 축선을 가지며, 도시하지 않은 모터에 의해 회전구동되는 볼나사(35)에 의하여 상기 하부베이스(32)에 연결되어 있다. 또, 상기 상부베이스(33)는 X-Y평면내에서의 각도를 조절하는 각도조절나사(36)를 구비하고 있다.

이에 의하여, 이동기구(30)에서는 볼나사(34)를 회전구동시키는 것에 의하여 하부베이스(32)가 기대(31)상에서 X방향으로 이동하며, 이에 직교하는 볼나사(35)를 회전구동시키는 것에 의하여 상부베이스(33)가 하부베이스(32)상에서 Y방향으로 이동한다. 즉, 기판(200)을 유지하는 테이블(21)이 이동기구(30)에 의하여 기판(200)의 면에 평행 이차원 면내에서 X, Y의 두방향으로 이동되는 구성으로 되어 있다.

도2, 도3에 나타내는 바와 같이, 금형유지부(40)는, 하면에 지지면(41a)을 가지며, 상기 지지면(41a)에서 금형(100)을 유지하는 유지블록(기판유지부)(41)을 구비하고 있다.

도3에 나타내는 바와 같이, 상기 유지블록(41)은 금형(100)을 가열하는 히터(가열부, 가열수단)(42)가 내장되어 있다. 상기 히터(42)에는, 예를 들면, 질화알루미늄 등의 세라믹소재로 형성되며, 그 내부에 히터전극으로서의 배선이 매설된, 이른바 세라믹히터가 적합하다. 이와 같은 유지블록(41)에서는, 히터전극에 도시하지 않은 전원으로부터 전류를 흐르게 하면 온도가 상승하며, 전류를 차단하면 온도가 하강한다. 세라믹히터는, 예를 들면, 10초에 1000도 가깝게 온도가 상승하는 매우 반응이 빠른 히터이다. 이와 같은 히터전극에 대한 전원으로부터의 전류공급은 도시하지 않은 제어기에 의하여 제어되도록 되어 있다.

그리고, 유지블록(41)의 상면측에는, 냉각블록(냉각부)(43)이 설치되어 있다. 이 냉각블록(34)은 알루미늄이나 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되며, 그 내부에 유로(流路)(44)가 형성되며, 이 유로(44)에는 냉각수 등의 냉매를 흐르게 할 수가 있도록 되어 있다.

이와 같은 냉각블록(43)에서는, 유로(44)에 냉매를 흐르게 하는 것에 의하여, 유지블록(41) 및 금형(100)을 냉각시키는 기능을 갖는다.

또, 유지블록(41)은 지지면(41a)에 복수의 흡착용 전극(45)이 설치되어 있으며, 이 흡착용 전극(45)에 도시하지 않은 전원으로부터 전류를 흐르게 하는 것에 의하여 정전력을 발생시킨다. 유지블록(41)은 흡착용 전극(45)이 금형(100)에 대하여 면 접촉하도록 되어 있으며, 상기 흡착용 전극(45)의 정전인력에 의하여 금형(100)의 상면을 흡착유지하도록 되어 있다. 금형(100)은 원래 가공정밀도가 높은 것이기 때문에, 그 상면의 평면도도 정밀도가 높게 형성할 수가 있다. 그리고, 유지블록(41)측의 흡착용전극(45)도 평면도를 높게 형성하며, 상기의 정전인력을 이용하여 금형(100)을 지지하는 것에 의하여, 금형(100)을 나사나 클램프금구 등으로 유지블록(41)에 고정하는 구조와 비교하여, 금형(100)과 흡착용 전극(45)과의 밀착도를 높일 수가 있으며, 유지블록(41)으로부터 금형(100)으로의 열전도를 효율적으로 실시할 수가 있다.

또한, 히터(42)의 히터전극에 대해서는 금형(100)의 온도를 제어하기 위하여, 제어기에 의하여 전류의 공급이 제어되는 구성으로 되어 있으나, 흡착용 전극(45)에 대해서는 금형(100)의 형틀교환시 이외에는, 항상 전압이 인가되어 흡착력을 발휘하도록 되어 있다.

그런데, 금형(100)을 유지블록(41)에 정전력으로 흡착시키는 구성으로 한 것에 대하여, 기판(200)은 테이블(21)에 진공흡착시키는 구성으로 하였다. 기판(200)을 테이블(21)에 정전인력으로 흡착시키는 것도 고려할 수 있으나, 그와 같은 구성으로 하면 금형(100)으로 기판(200)을 성형할 때에, 유지블록(41)이 테이블(21)에 근접하였을 때에 금형(100)과 기판(200)의 사이에서 전하가 이동해 버려, 그 후에 금형(100)을 기판(200)으로부터 이간시키면, 금형(100) 또는 기판(200)의 한쪽이 다른 쪽으로 흡인되어 버릴 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.

도1에 나타내는 바와 같이, 금형구동기구(50)는 상기와 같이 금형(100)을 흡착유지하는 유지블록(41)을, 이동기구(30)에 의한 테이블(21)의 이동방향(X, Y방향)으로 직교하는 방향(이하, 이를 Z방향이라 칭한다)으로 이동시키는 것이다.

상기 금형구동기구(50)는, 상하방향으로 축선을 가진 볼나사(51)와, 이 볼나사(51)를 회전구동시키는 모터(52)로 구성되어 있다. 볼나사(51)는 모터(52)로 회전구동되는 것에 의하여, 기대(31)상에 지지기둥(53)에 의하여 설치된 상부베이스(54)에 대하여 Z방향으로 상·하운동하게 되어 있다.

상기 지지기둥(53)에 고정된 하부베이스(55)에는, 하부베이스(55)에 일체로 설치된 슬리브(56)에 대하여, 지지부재(57)가 그 회전이 구속된 상태로 상·하방향으로만 이동가능하게 설치되어 있다. 상기 지지부재(57)의 상부에는, 볼나사(51)의 하단부가 베어링기구(58)에 의하여 연결되어 있으며, 이에 의하여 지지부재(57)에는 볼나사(51)의 상하운동만이 전달되며, 그 회전은 전달되지 않도록 되어 있다.

그래서, 상기 지지부재(57)의 하면에, 유지블록(41)이 고정상태로 설치되어 있는 것이다.

이와 같은 금형구동기구(50)에 의하면, 모터(52)로 볼나사(51)를 회전구동시키면, 이에 의하여 볼나사(51)는 상부베이스(54), 하부베이스(55)에 대하여 Z방향으로 상하운동한다. 상기 볼나사(51)의 상하운동에 따라서 금형(100)을 유지하는 유지블록(41)이 상하운동하는 것이며, 이에 의하여, 금형(100)이 Z방향으로 상하운동하여, 테이블(21)상에 유지되는 기판(200)에 대하여 접근·이간할 수가 있게 되어있다.

얼라이먼트기구(60)는, 이간기구(30)로 기판(200)을 X, Y방향으로 이동시킬 때에, 금형(100)과 테이블(21)상에 유지되는 기판(200)과의 상대위치관계를 보정하기 위한 것이다. 이와 같은 얼라이먼트기구(60)로서는, 여러가지 구성의 것을 사용할 수가 있으나, 하나의 예를 들면, 기판(200)상의 소정의 위치에 형성된 얼라이먼트마크를 촬영하는 카메라(61)와, 이 카메라(61)를 X, Y방향으로 이동시키기 위한 카메라 이동기구(62, 63)를 구비하고 있다.

이와 같은 구성의 얼라이먼트기구(60)에서는, 카메라(61)로 촬영한 얼라이먼트마크의 위치에 기초하여 제어기로 이동기구(30)를 제어하는 것에 의하여, 금형(100)에 대한 기판(200)의 위치를 보정한다.

그런데, 도3에 나타낸 바와 같이, 금형(100)은 그 하면(100a)에 소정의 패턴을 형성하기 위한 요철(101)이 형성되어 있다. 이 요철(101)은, 금형(100)을 금속이나 세라믹 등의 이른바 금형소재로 형성하며, 그 하면(100a)에 정밀 기계가공을 실시하는 것에 의하여 형성할 수가 있다. 또는, 금형(100)의 원반이 되는 실리콘기판 등에 에칭 등의 반도체 미세가공기술에 의하여 소정의 패턴을 형성한 후, 상기 실리콘기판 등의 표면에 니켈도금법(전기주조(일렉트로포밍)법) 등에 의하여 금속도금을 실시하며, 이 금속도금층을 박리하여 요철(101)을 가진 금형(100)으로서 사용할 수도 있다.

상기 금형(100)은, 후술하는 바와 같이 유지블록(41)의 히터(42) 및 냉각블록(43)에 의하여 가열·냉각되기 때문에, 가능한 한 박형화하여 그 열 용량을 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다.

한편, 가공대상이 되는 기판(200)은, 도4(a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등의 수지재료, 유리재료, 실리콘, 갈륨비소, 사파이어, 산화마그네슘 등, 성형소재가 그대로 기판형상을 이루고 있는 것을 사용할 수가 있다. 또, 도4(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(200)으로서 실리콘웨이퍼나 유리웨이퍼 등으로 이루어지는 기판본체(201)의 표면에, 수지막, 포토레지스트, 배선패턴을 형성하기 위하여, 알루미, 금, 은 등의 금속막 등을 박막형상의 피복층(202)이 형성된 것을 사용할 수가 있다.

도4(a)의 경우, 도3에 나타낸 금형(100)의 요철(101)에 의하여, 기판(200)의 표층부에 패턴이 전사되며, 도4(b)의 기판(200)의 경우, 금형(100)의 요철(101)의 패턴은 피복층(202)에 전사되는바, 어떤 경우에도, 기판(200)의 표층부에 패턴을 전사하는 것에는 다를바가 없기 때문에, 이하의 설명에 있어서는, 패턴이 전사되는 부분을「기판(200)의 표층부」라고 간단히 칭하며, 이 표현은, 도4(a), (b)의 쌍방의 경우를 포함하는 것으로 한다.

패턴형성장치(10)에서는, 금형(100)의 하면(100a)에 형성된 소정의 패턴의 요철(101)을 상기의 기판(200)에 소정압력으로 압박하는 것에 의하여, 기판(200)의 표층부에만 패턴을 전사하여 형성한다.

이하에, 상기와 같은 패턴형성장치(10)에 있어서의 패턴형성공정에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 패턴형성장치(10)의 동작은, 기본적으로 도시하지 않은 제어기에 의하여 자동적으로 제어되는 것이다.

패턴형성장치(10)에서는, 개략적으로 도5(a)에 나타내는 바와 같이, 금형(100)을 기판(200)의 유리전이온도 이상으로 가열해 놓고, 그 상태에서 도5(b)에 나타내는 바와 같이 금형(100)을 기판(200)에 압박하며, 기판(200)을 가열한다. 그리고, 도5(c)에 나타내는 바와 같이, 금형(100)을 일정시간 압박해서 하중을 유지한 후, 금형(100)을 냉각시키고, 도5(d)에 나타내는 바와 같이, 기판(200)으로부터 떼어놓는다. 상기 일련의 공정으로 기판(200)의 표층부가 금형(100)의 요철(101)에 대응한 형상으로 성형가공되도록 되어 있다.

보다 상세하게는, 우선, 유지블록(41)에 대하여, 소정의 금형(100)을 흡착유지시켜 놓는다. 이 상태에서 금형구동기구(50)는 유지블록(41)을 소정의 스트로크영역의 상승단에 위치시켜 놓고, 유지블록(41)에 유지된 금형(100)과 테이블(21)은 서로 이간하여 위치하도록 해 놓는다.

그리고, 테이블(21)상에 가공대상이 되는 기판(200)이 위치하게 되면, 이것을 진공흡착한다.

이어서, 얼라이먼트기구(60)의 카메라(61)를 카메라이동기구(62, 63)로 이동시키며, 상기 카메라(61)로 테이블(21)상에 흡착고정된 기판(200)상, 및 금형(100)상에 형성된 얼라이먼트마크를 촬영한다. 그리고, 촬영한 얼라이먼트마크의 위치에 기초하여, 제어기로 이동기구(30)를 제어하는 것에 의하여, 금형(100)에 대한 기판(200)의 위치를 보정하기 위한 캐리브레이션(초기설정)을 실시한다.

그리고, 그 후에, 기판(200)에 대하여 금형(100)을 압박해서 소정의 패턴을 전사하게 되는바, 이에 앞서, 도6에 나타내는 바와 같이 제어기에 의하여 테이블(21)에 내장된 히터(22)와 유지블록(41)에 구비된 히터(42)는, 소정의 타이밍S1으로 미리 각각 온(ON)으로 해 놓는다. 또, 냉각블록(43)의 유로(44)에는 냉각수 등의 냉매를 흐르게 해 놓는다.

이 상태, 즉 금형(100)을 기판(200)에 압박하기 전의 상태에서, 유지블록(41)의 히터(42) 및 테이블(21)의 히터(22)로부터의 열전도에 의하여, 금형(100)을 상기의 유리전이온도Tg 이상의 소정온도T1으로 유지하고, 기판(200)을 기판(200)의 가공대상부분이 되는 표층부를 형성하는 소재의 유리전이온도Tg보다도 낮은 소정의 온도T2로 유지하고 있다.

그 다음에, 이동기구(30)로 테이블(21)을 X, Y방향으로 이동시키는 것에 의하여, 테이블(21)에 흡착고정된 기판(200)의 소정의 영역을, 유지블록(41)에 유지된 금형(100)에 대향시켜서 위치결정한다.

그 다음, 금형구동기구(50)로 유지블록(41)에 유지된 금형(100)을 Z방향으로 이동시켜, 테이블(21)에 유지된 기판(200)에 접근시킨다. 금형(100)의 요철(101)이 소정온도T1으로 온도상승한 후의 소정의 타이밍S3에서, 도5(b)에 나타내는 바와같이, 금형(100)이 기판(200)의 표면에 접촉하면, 금형구동기구(50)로 유지블록(41)에 유지된 금형(100)의 이동을 정지시킨다(이 상태의 기판(200)의 표면에 대한 금형(100)의 압박량을 제1의 압박량으로 한다). 그러면, 유리전이온도Tg 이상의 온도T1로 온도가 상승한 상태의 금형(100)으로부터 기판(200)의 표층부에 대하여 열이 전도되며, 이에 의하여 기판(200)의 표층부의 온도가 금형(100)의 온도T1 가까이 까지 상승한다. 이 때, 금형(100)의 요철(101)이 직접 접촉하는 기판(200)의 표층부 이외의 다른 부분은 그다지 온도가 상승하지 않는다.

기판(200)의 표층부가 유리전이온도 Tg 이상의 온도T1 가까이, 또는 적어도 유리전이온도 Tg 근방의 온도까지 상승한 타이밍 S4에서, 도5(c)에 나타낸 바와 같이, 금형구동기구(50)로 유지블록(41)에 유지된 금형(100)을 기판(200)측으로 다시 이동시킨다. 이에 의하여, 금형(100)은 기판(200)의 표면에 대하여 제1의 압박량보다도 크게 파고들게 되어(이 상태의 기판(200)의 표면에 대한 금형(100)의 압박량이 제2의 압박량이다), 기판(200)의 표층부에 금형(100)의 요철(101)의 패턴이 전사된다.

그런데, 상기와 같은 동작에 있어서, 타이밍S3과 S4의 사이에서는, 금형(100)이 기판(200)의 표면에 접촉한 상태로 금형구동기구(50)에 의한 금형(100)의 이동이 정지되어 있다. 즉, 타이밍S3과 S4의 사이에서는, 하중 제어기로서 기능하는 제어기의 제어에 의하여, 기판(200)에 대하여, 기판(200)의 표층부의 온도가 유리전이온도 Tg보다도 낮은 상태에서 영구적인 일그러짐을 가하지않는 소정의 하중F1이 금형(100)으로부터 부가된 상태로 되어 있다.

그리고, 타이밍S4 이후에, 금형구동기구(50)에 의하여 금형(100)이 기판(200) 측으로 이동되며, 이에 의하여 기판(200)에 대하여, 금형(100)으로부터 기판(200)의 표층부의 온도가 유리전이온도 Tg보다도 높은 상태에서 영구적인 일그러짐을 가하여 성형을 실시하기 위한, 하중F1과는 다른 소정의 하중 F2가 부가되도록 되어 있다.

이와 같이 하여, 금형(100)으로부터 기판(200)에 대하여 부가하는 하중을 하중 F1과 F2로, 2단계로 변동시켜서, 금형(100)과 기판(200)이 접촉한 상태의 하중 F1일 때에, 금형(100)의 열을 기판(200)측에 전도시켜서 기판(200)의 표층부를 연화시키고, 그 다음, 하중을 하중 F2로 이행시켜서 금형(100)에 의한 성형을 실시하는 것이다.

또한, 금형구동기구(50)로 금형(100)을 기판(200)에 압박할 때의 하중제어는, 유지블록(41) 또는 테이블(21) 중에 설치된 하중검출센서(로드셀, 도시하지 않음)에 의하여 금형(100)과 기판(200)의 사이에 작용하는 하중을 검출하며, 그 하중이 미리 설정한 소정의 하중이 되도록, 모터(52)에서 발생하는 토크를 피드백 제어하는 것에 의하여 실시할 수가 있다.

또, 하중에 의한 피드백 제어가 아닌, 단순히 금형구동기구(50)에 있어서의 금형(100)의 이동 스트로크에 의한 제어를 실시할 수도 있다.

그런데, 타이밍 S4 이후, 미리 설정한 소정시간 t가 경과한 타이밍 S5에서 유지블록(41)의 히터(42)에 대한 전류공급량을 낮춘다. 이에 의하여, 유지블록(41) 및 금형(100), 기판(200)의 온도는 저하하게 되나, 이 때 유지블록(41)의 상면측에는 유리전이온도 Tg 이하의 냉각블록(43)이 설치되어 있기 때문에, 금형(100) 및 기판(200)의 온도는, 예를 들면, 테이블(21)의 온도 T2의 근방까지 빠르게 하강한다.

유지블록(41)의 히터(42)에 대한 전류공급량을 낮춘 타이밍 S5 이후, 다시 소정 시간이 경과한 타이밍에서, 도5(d)에 나타내는 바와 같이, 금형구동기구(50)를 작동시켜서 금형(100)을 테이블(21)에 유지된 기판(200)으로부터 분리시켜 탈 형틀한다.

이에 의하여, 기판(200)의 표층부에는, 금형(100)의 요철(101)에 의하여 구성되는 소정의 패턴이 전사형성되도록 되어 있다.

상기와 같이 하여, 금형(100)으로 기판(200)에 대하여, 1회의 패턴전사를 실시한 후에는, 소정의 타이밍 S2에서 유지블록(41)의 히터(42)에 흘리는 전류를 증가 시켜, 이에 의하여 유지블록(41)에 유지된 금형(100)을, 다시 유리전이온도 Tg 이상의 온도 T1으로 설정하면서, 이동기구(30)로 기판(200)을 다음 패턴형성위치까지 이동시킨다.

상기 유지블록(41)의 히터(42)에 흘리는 전류를 증가시키는 타이밍 S2는, 다음 차례의 패턴형성위치에 있어서, 금형(100)의 요철(101)이 기판(200)의 표면에 접촉하기(압박되기)도 전에, 금형(100)이 유리전이온도 Tg 이상의 소정온도 T1으로 상승하는 것이라면 어떠한 타이밍 설정이라도 좋다.

이 다음은, 상기한 금형(100)의 압박, 냉각, 탈 형틀이라는 공정을 동일하게 실시하는 것으로서, 다른 위치에 패턴을 형성할 수가 있다.

그리고, 상기 일련의 공정을 차례대로 반복하는 것에 의하여, 기판(200)의 복수의 곳에 대하여 금형(100)의 패턴을 차례로 전사할 수가 있다.

그런데, 상기와 같이 하여 금형(100)을 기판(200)에 압박할 때에, 기판(200)의 온도를, 그 가공대상이 되는 표층부의 소재의 유리전이온도 Tg보다도 낮게 일정하게 설정해 두며, 한편, 금형(100)의 온도를 유리전이온도 Tg보다도 높게 설정하였다. 예를 들면, 기판(200)을 폴리카보네이트수지(PC)로 하는 경우, 폴리카보네이트수지에 있어서의 유리전이온도 Tg는, 약 150℃이기 때문에, 기판(200)(테이블21)의 온도 T2를 유리전이온도 Tg이하의 약 140℃로, 금형(100)의 온도 T1을 유리전이온도 Tg이상의 약 160~170℃로 설정해 놓는다. 이 상태에서 금형(100)을 기판(200)에 압박하면, 금형(100)의 온도가 기판(200)의 표층부에 전달되어, 기판(200)의 표층부로부터 온도가 상승하고 서서히 그 전체에 전달된다.

예를 들면, 기판(200)의 표층부를 형성하는 소재의 유리전이온도 Tg에 대하여, 온도 T1은 약 20℃ 높게, 온도 T2는 약 30~50℃ 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 물론, 소재의 종류에 따라서 그 설정온도는 변화하는 것이며, 일률적으로 그 값으로 정해져 있는 것은 아니다.

기판(200)을 구성하는 수지나 유리재료에 있어서, 유리전이온도 Tg를 초과하는 상태는, 외부응력에 의하여 변형하기가 매우 쉬운, 즉 성형가공하기 쉬운 상태로 되어 있기 때문에, 상기 유리전이온도 Tg를 초과하는 상태를 유지한 채로 금형(100)에 하중을 증대시켜 기판(200)에 압박한다. 그렇게 하면, 기판(200)은 금형(100)의 형상을 따라서 변형해 가며, 요철(101)의 형상을 반전전사한 상태로 안정된다.

그 후, 금형(100)의 온도를 유리전이온도 Tg이하로 저하시켜, 금형(100)과 접촉하고 있는 기판(200)의 온도를 저하시켰다. 유리전이온도 Tg이하의 상태에서는, 기판(200)은 초기상태와 마찬가지로 변형하기 어려운 상태이며, 즉 금형(100)의 요철(101)형상을 따라서 경화하여 패턴이 정착한 상황이 된다. 상기 기판(200)이 유리전이온도 Tg이하로 된 상태에서, 금형(100)을 기판(200)으로부터 분리시키면, 기판(200)의 표층부는 금형(100)의 요철(101) 형상을 반전전사한 상태가 되며, 즉 금형(100)의 요철(101) 반전형상의 패턴이 성형되는 것이다.

상술한 구성에 의하면, 기판(200) 표층부의 유리전이온도 Tg이상의 온도 T1으로 설정된 금형(100)을, 기판(200)에 압박하여 금형(100)의 패턴을 전사한 후, 금형(100)을 유리전이온도 Tg이하의 온도 T2까지 냉각시킨 후, 금형(100)을 기판(200)으로부터 떼어내는 구성으로 하였다.

특히, 금형(100)을 가열하는 히터(42)로서 세라믹히터를 적용하고 있기 때문에, 금형(100)의 온도상승에 요하는 시간은 수초 정도로 충분하다. 또, 금형(100)의 냉각에 있어서도, 냉매를 사용한 냉각블록(43)으로 실시하고 있기 때문에, 히터(42)에로의 전류투입량을 저하시키면, 곧바로 냉각효과가 나타나서 단시간에 온도를 강하시킬 수가 있다.

상기와 같이 하여, 기판(200)에 대하여 하나의 금형(100)으로 복수회 패턴을 차례로 전사하는 경우, 바꾸어 말하면, 기판(200)보다도 금형(100)이 작고, 열 용량이 작은 경우, 유지블록(41)의 히터(42)에 의한 금형(100)의 가열이나 냉각을 단시간으로 실시할 수가 있다.

또, 패턴이 형성되는 기판(200)의 표층부에 접촉하는 금형(100)으로부터, 기판(200)의 전체가 아닌, 가공대상부분이 되는 표층부에 대해서만 열을 직접 가하기 때문에, 이에 의하여 기판(200)측의 가열·냉각시간도 단축할 수가 있다.

또, 기판(200)보다도 금형(100)이 작은 경우, 기판(200)의 면적 전체가 아닌, 금형(100)이 접하는 국소적인 부분만을 가열하기 때문에, 이 점에 있어서도 가열을 단시간에 실시하는 것에 기여할 수가 있다.

이와 같이 하여, 금형(100)에 의한 기판(200)에 대한 패턴형성시에 있어서, 가하는 열사이클의 효율을 높일 수가 있으며, 스루풋(through put)을 높임과 동시에 사용하는 에너지를 절감할 수가 있다.

또, 기판(200)에 대하여 하나의 금형(100)으로 복수회 패턴을 차례로 전사하는 금형(100)은, 소형으로 충분하며, 정밀도 확보나 온도관리 등도 대형의 것과 비교하면 용이하고, 금형(100)의 제조비용을 대폭적으로 삭감할 수가 있다.

또한, 이와 같이 기판(200)은 금형(100)이 접촉하는 국소적인 부분만이 가열되며, 기판(200)의 나머지 부분 전체는 유리전이온도 Tg이하로 유지되기 때문에, 기판전체의 가열·냉각을 반복하면서 패턴전사를 실시하는 종래의 프로세스와 같이, 기판(200)의 전체에 반복되는 열 이력이 부여되는 일이 없으며, 일단 성형된 패턴형상을 그 이후의 프로세스에 있어서도 안정적으로 유지할 수가 있다.

게다가, 이와 같은 패턴형성장치(10)는, 광학계나 광원을 사용하는 일 없이, 기계적인 구조로 실현할 수 있기 때문에, 종래의 스테퍼 등과 비교하여 훨씬 낮은 제조비용으로 제작할 수가 있으며, 또 장치의 소형화를 꾀할 수도 있다.

이와 같이 하여, 기판(200)에 대한 패턴의 전사를 고효율, 그리고 낮은 제조비용으로 실시하는 것이 가능해지는 것이다.

이와 같은 패턴형성장치(10)에서는, 가공대상이 되는 기판(200)으로서, 예를 들면, 도7에 나타내는 바와 같은 웨이퍼(200A)를 적용할 수가 있다. 이와 같은 웨이퍼(200A)상에 복수의 패턴P를 전사할 수가 있기 때문이다. 이에 의하여, 웨이퍼(200A)의 대면적화가 가능해지며, 웨이퍼(200A)의 테이블(21)에 대한 환승 등의 취급시간을 절약할 수가 있기 때문에, 단위개당 성형품의 생산비용을 저감시킬 수가 있다.

또, 기판(200)으로서는, 이 밖에, 도8에 나타내는 미소한 점 형상이 일정한 주기로 배열되어 있는 포토닉결정(200B)이나, 소정의 배선패턴을 가진 반도체전자회로기판, 또 도9에 나타내는 바와 같은, 미소한 유로(203)를 가진 기판(200C) 등을 적용할 수가 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 패턴형성장치(10)를 사용하여, 복수의 기판(200)에 차례로 패턴형성을 실시하는, 이른바, 연속생산을 실시하는 경우, 예를 들면, 도10에 나타내는 바와 같은 패턴형성시스템(70)을 구성하는 것이 바람직하다.

상기 도10에 나타내는 바와 같이, 패턴형성시스템(70)은, 패턴형성장치(10)와, 상기 패턴형성장치(10)에 공급하는 기판(200)을 반송해 오는 매거진(81)이 소정의 위치에 배치되는 매거진스테이션(매거진 유지부)(80)과, 패턴형성장치(10)에 대하여 기판(200)을 공급하는 공급장치(90)로 구성된다.

상기 매거진(81)은, 소정 매수(枚數)의 기판(200)을 수용하며, 이를 패턴형성장치(10)나 그 전·후의 다른 공정간에 반송하기 위하여 사용되는 것이다. 상기 매거진(81)에는 복수매의 기판(200)이 상하방향으로 간격을 두고 적층상태로 유지되도록 되어 있다.

매거진스테이션(80)은, 전(前)공정으로부터 반송되어 온 1이상의 매거진(81)을 각각 소정의 위치에 정지시킨 상태로 유지한다.

공급장치(90)는 매거진스테이션(80)에 유지된 매거진(81)으로부터 기판(200)을 1매씩 인출하여 이를 패턴형성장치(10)의 테이블(21)상으로 반송하여 배치한다. 이 때문에, 공급장치(90)는, 기판(200)을 파지하는 기판척부(91)와, 매거진스테이션(80)에 유지된 각각의 매거진(81)과, 패턴형성장치(10)의 테이블(21)과의 사이에서 기판척부(91)를 이동시키는 암부(92)를 구비한다. 여기서, 매거진(81)에는 복수매의 기판(200)이, 상하방향으로 간격을 두고 적층상태로 유지되어 있기 때문에, 암부(92)는, 기판척부(91)를 상하방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 또, 이를 대신하여 매거진스테이션(80)측에 매거진(81)을 상하운동시키는 기구를 구비하여, 기판척부(91)가 항상 일정한 높이로 매거진(81)으로부터 기판(200)을 인출시킬 수 있도록 하여도 좋다.

또, 공급장치(90)로 기판(200)을 패턴형성장치(10)의 테이블(21)상에 배치할 때에, 기판(200)을 높은 위치정밀도로 배치하기 위한 위치정합기구(도시없음)가, 매거진(81) 또는 패턴형성장치(10)의 어느 곳인가에 구비되어 있다. 이 때문에, 기판(200)에는 그 외주부에 노치(210)(또는 오리엔테이션 플랫(통칭 오리플래))가 형성되어 있다.

위치정합기구에서는, 기판(200)을 회전시키는 회전기구와, 회전하는 기판(200)의 외주연부(200g)의 위치 및 노치(210)의 위치를 검출하는 검출기구를 구비하고 있다. 도11에 나타내는 바와 같이, 회전기구로 기판(200)을 1회전시켜, 이 때에 검출기구로 외주연부(200g)의 위치를 검출하는 것에 의하여, 기판(200)의 회전기구에 대한 편심량을 검출할 수가 있으며, 이에 의거하여 기판(200)의 표면을 따라서 X-Y방향의 위치오차를 검출할 수가 있다. 또, 회전시의 노치(210)의 위치를 검출하는 것에 의하여, 기판(200)의 방향을 검출할 수 있다.

그리고, 공급장치(90)에서는, 위치정합장치로 검출한 기판(200)의 위치 및 방향에 의거하여, 패턴형성장치(10)의 기판(200)의 위치 및 방향을 보정하여 테이블(21)에 배치하도록 되어 있다.

그런데, 이와 같은 패턴형성시스템(70)에서는, 기판(200)은 매거진(81)에 소정 매수가 수용되어 전 공정으로부터 반송되어 온다. 그리고, 매거진(81)이 매거진스테이션(80)에 도착하면, 매거진스테이션(80)에서는 매거진(81)을 소정의 위치로 유지한다.

그리고, 공급장치(90)에서는 암부(92)에 의하여 기판척부(91)를 매거진(81)으로부터 인출해야 할 기판(200)의 위치로 이동시킨다. 이어서, 기판척부(91)에서 매거진(81) 내의 기판(200)을, 진공흡착 또는 기계적 동작에 의하여 고정시키고, 암부(92)를 작동시켜서 기판(200)을 매거진(81)으로부터 인출한다.

인출한 기판(200)은, 기판척부(91)에 고정된 채로 암부(92)를 작동시키는 것에 의하여, 패턴형성장치(10)의 테이블(21)상에 소정의 위치로 이동시킨다. 그 후, 기판척부(91)에 의한 척킹을 해방시켜 기판(200)을 테이블(21)상에 배치하는 것이다.

또한, 상기 일련의 동작의 과정에서 상기 위치정합기구에 의한 기판(200)의 위치 및 방향의 보정을 실시한다.

기판(200)을 테이블(21)상에 배치한 후에는, 상기한 바와 같은 프로세스에 의하여 패턴형성장치(10)로 기판(200)으로의 패턴형성을 실시한다.

패턴형성 후에는, 공급장치(90)에서 상기와는 반대의 순서로 테이블(21)상의 기판(200)을 떼어 내어 매거진(81)으로 되돌려서 수용하거나, 또는 다른 반송수단에 의해 다음 공정으로 반송할 수가 있다.

그 다음은, 매거진(81)으로부터 다음 차례 패턴형성을 해야하는 기판(200)을 공급장치(90)에서 인출하고, 상기와 동일한 동작을 반복하는 것에 의하여, 기판(200)의 패턴형성장치(10)에로의 공급, 패턴형성, 기판(200)의 인출을 실시한다.

이와 같이 하여, 패턴형성장치(10)에 있어서, 복수매의 기판(200)에 대하여 연속적으로 패턴형성을 실시할 수가 있다.

그리고, 매거진스테이션(80)에 복수의 매거진(81)을 배치하고 있는 경우, 매거진(81)내의 모든 기판(200)에 대한 패턴형성이 완료되는 시점에서, 공급장치(90)는 기판(200)을 인출하는 매거진(81)을, 매거진스테이션(80)에 위치하는 다른 매거진(81)으로 교체한다.

이에 의하여, 하나의 매거진(81)으로부터 인출한 기판(200)에 대한 패턴형성을 실시하고 있는 동안에, 수용하고 있던 모든 기판(200)에 대한 패턴형성이 완료된 매거진(81)의 매거진스테이션(80)으로부터의 반출과, 앞의 공정으로부터 반송되어 온 미(未)가공의 기판(200)을 수용한 매거진(81)의 매거진스테이션(80)으로의 반입을 실시할 수가 있으며, 보다 효율적인 연속가공을 실시할 수가 있다.

이와 같이 하여, 패턴형성장치(10)로 기판(200)에 대한 연속적인 가공을 가능하게 하는 패턴형성시스템(70)에 의하여, 기판(200)의 생산효율을 향상시킬 수가 있다. 또, 작업자가 패턴형성장치(10)에 기판(200)을 수작업으로 배치하지 않고, 그 작업을 공급장치(90)에서 자동적으로 실시할 수가 있기 때문에, 파티클(이물)의 혼입 등을 방지할 수가 있으며, 불량품의 발생을 저감시켜서 스루풋을 향상시킬 수가 있다. 또, 공급장치(90)로 기계적으로 기판(200)을 테이블(21)상에 배치하는 것에 의하여, 수작업으로 이를 실시하는 경우와 비교하여, 테이블(21)에 대한 기판(200)의 위치정밀도를 큰 폭으로 향상시킬 수가 있으며, 다시 위치정합기구를 구비하는 것에 의하여, 한층 고정밀도 위치정합이 가능해진다.

또한, 상기 실시예에서는, 금형(100)은, 미세패턴을 형성할 수 있는 것이면 재료나 그 제조방법은 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 금형(100)의 재질로서 일반적인 금속재료의 외에, 세라믹재료나 카본계 재료, 특히 유리상(狀)의 카본 등을 사용할 수가 있다. 이들 재료로 금형(100)을 형성하는 경우는, 레이저가공에 의하여 미세패턴을 형성하여도 좋으며, 미리 미세패턴의 마스터패턴이 형성된 마스터형틀에 상기한 바와 같은 재료를 충전하여 이를 경화시키는 등, 다른 수법으로 미세패턴을 형성하여도 좋다.

한편, 기판(200)은 그 표층부의 성형소재와 기판이 일체적인 것, 예를 들면, 수지기판이나 유리기판, 또는 성형소재가 기판상에 얇게 형성된 것, 예를 들면, 실리콘기판이나 유리기판상에 형성된 수지막 등, 그 조합은 특별히 한정되는 것이 아니다.

또, 유지블록(41)의 히터(42)를 세라믹히터로 하고, 냉각블록(43)을 냉매를 사용한 냉각구조로 하였으나, 고속으로 가열·냉각할 수 있는 것이면 특별히 그들에 한정되는 것은 아니며, 레이저나 초음파에 의한 가열, 또 펠티에소자에 의한 냉각 등을 사용하여도 좋다.

이동기구(30)나 금형구동기구(50)에 대해서도, 볼나사(34, 35, 51)를 사용한 기구로 한정되는 것이 아니며, 유압기구나 공압기구를 사용하여도 좋다.

또, 이동기구(30)에 있어서의 위치제어는, 소망하는 위치결정이 실현될 수 있는 것이면 그 방식은 어떠한 것이라도 좋다.

또, 패턴형성시스템(70)을 구성하는 매거진스테이션(80), 공급장치(90) 등은 상기한 바와 같은 소요의 기능을 달성할 수 있는 것이면 그 상세한 구조나 동작 등은 적당히 변경할 수가 있으며, 이와 같은 것은 당연히 설계적 사항이다.

이 이외에도 본 발명의 주지를 벗어나지 않는 한, 상기 실시예에서 기술한 구성을 취사선택하거나 다른 구성으로 적당히 변경할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 미리 가열한 금형을 가공대상물이 되는 기판에 압박하고, 금형의 열을 기판의 표층부에 전달시킨 후, 금형으로 기판의 표층부에 패턴을 형성하도록 하였다. 이에 의하여, 기판의 전체가 아닌 열 용량이 작은 금형을 가열하여 패턴형성을 할 수가 있으며, 기판에 대한 패턴전사를 고효율적으로 실시하는 것이 가능해 진다. 또, 이와 같은 장치에서는 제조 비용이 많이 드는 광학계 등을 사용할 필요가 없기 때문에, 저코스트화를 꾀할 수도 있다.

Claims

가공대상물이 되는 대략 평판형상의 기판에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과,

상기 금형을 가열하는 가열부와,

상기 기판을 유지하는 기판유지부와,

상기 기판유지부에 유지된 상기 기판에, 상기 금형을 압박하는 프레스기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 가열부에서 가열된 상기 금형을, 상기 프레스기구로 상기 기판에 압박하는 것에 의하여, 상기 기판을 유리전이온도의 근방 또는 그 이상으로 가열하여, 상기 기판에 상기 금형으로 소정의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 기판유지부는, 상기 기판유지부에 유지되는 상기 기판을, 유리전이온도 이하로 유지하는 온도유지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 가열부는, 상기 금형의 온도를 제어하는 제어기를 구비하며,

상기 제어기는, 상기 금형을 상기 금형과 상기 기판이 분리된 상태에서는, 상기 기판의 유리전이온도를 밑도는 온도로 하고, 상기 금형이 상기 기판에 압박되는 상태에서는, 상기 기판의 유리전이온도의 근방 또는 그 이상의 온도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 금형을 냉각시키는 냉각부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 기판유지부에 유지된 상기 기판을 가열하는 기판가열부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 프레스기구는, 상기 기판에 대한 상기 금형의 압박량을 복수 단계로 전환하고,

상기 기판에 대한 상기 금형의 압박량을 제1의 압박량으로 하였을 때에, 상기 가열부에서 가열된 상기 금형의 열을 상기 기판에 전달시키고,

상기 기판에 대한 상기 금형의 압박량을 상기 제1의 압박량과는 다른 제2의 압박량으로 하였을 때에, 상기 금형으로 상기 기판에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제1항에 있어서,

상기 금형은, 상기 기판의 표층부에만 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
가공대상물에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과,

상기 가공대상물을 유지하는 대상물 유지부와,

상기 대상물 유지부에 유지된 상기 가공대상물에, 상기 금형을 압박하는 프레스기구와,

상기 가공대상물과 상기 금형 중, 열 용량이 작은 쪽을 가열하는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제9항에 있어서,

상기 대상물 유지부로 유지된 상기 가공대상물의 복수의 영역에 대하여 상기 금형이 대향하도록, 상기 금형 및/또는 상기 가공대상물을 이동시키는 이동기구를 더 구비하며,

상기 가열수단은, 상기 금형을 가열하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제9항에 있어서,

상기 가열수단으로는, 상기 프레스기구로 상기 금형을 상기 가공대상물에 압박하는 타이밍에 의거하여, 상기 금형의 온도를, 상기 가공대상물이 연화(軟化)하는 온도를 기준으로 한 영역에서 변동시키는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
상기 프레스기구는, 상기 금형으로부터 상기 가공대상물에 부가하는 하중을 제어하는 하중제어기를 더 구비하고,

상기 하중제어기는, 상기 금형으로부터 상기 가공대상물에 대하여, 제1의 하중과, 상기 제1의 하중과는 다른 제2의 하중을 차례로 부가하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제9항에 있어서,

상기 가열수단은, 세라믹히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
제9항에 있어서,

상기 금형을 유지하고, 상기 프레스기구에 연결하는 금형유지부를 더 구비하며,

상기 금형유지부는, 상기 금형에 면 접촉하여 정전력(靜電力)에 의하여 상기 금형을 유지하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
금형으로 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성방법에 있어서,

상기 금형을, 상기 기판의 유리전이온도를 기준으로 한 소정의 온도로 가열하는 가열공정과,

상기 금형을, 상기 기판에 압박하여 상기 패턴을 형성하는 패턴형성공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
제15항에 있어서,

상기 금형을 상기 기판에 압박한 후, 상기 금형을 상기 기판의 유리전이온도 이하의 소정온도로 냉각시키는 냉각공정과,

냉각된 상기 금형을, 상기 기판으로부터 분리시키는 탈 형틀공정을 더 가지며,

상기 가열공정, 상기 패턴형성공정, 상기 냉각공정 및 상기 탈 형틀공정으로 이루어지는 공정을, 상기 기판의 복수의 영역마다 반복하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
제15항에 있어서,

상기 패턴형성공정에 앞서서, 상기 금형의 열을 상기 기판으로 전달시키는 열전달공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
가공대상물이 되는 대략 평판형상의 기판에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성장치와,

상기 패턴형성장치에 대하여, 상기 기판의 공급 및 인출을 실시하는 공급장치를 구비하며,

상기 패턴형성장치는,

상기 기판에 소정의 패턴을 형성하기 위한 금형과,

상기 기판과 상기 금형 중, 열 용량이 작은 쪽을 가열하는 가열부와,

상기 기판을 유지하는 기판유지부와,

상기 기판유지부에 유지된 상기 기판에, 상기 금형을 압박하는 프레스기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성시스템.
제18항에 있어서,

상기 기판을 복수매 수용한 매거진을 유지하는 매거진유지부를 더 구비하며,

상기 공급장치는, 상기 매거진유지부에 유지된 상기 매거진으로부터 상기 기판을 1매씩 인출하여 상기 패턴형성장치에 공급하는 것을 특징으로 하는 패턴형성시스템.
제19항에 있어서,

상기 매거진유지부는, 상기 매거진을 복수 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성시스템.