專利名稱：圖案形成裝置、圖案形成方法、圖案形成系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在基板等加工對象物上形成規(guī)定的圖案的圖案形成裝置、圖案形成方法、圖案形成系統(tǒng)。
背景技術：
以往，為了在半導體基板(以下略稱為基板)上形成以LSI(大規(guī)模集成電路)為代表的細微電路圖案，一般使用縮小投影曝光方式。該方法使用被稱為步進曝光裝置的曝光裝置，通過縮小光學系統(tǒng)將在分劃板(掩模)上描畫的電路圖案投影曝光于基板上的抗蝕劑表面上，在整個基板區(qū)域反復該曝光，由此在基板上形成規(guī)定的細微電路圖案。
為了提高這樣形成的基板的集成度，需要縮小電路圖案的線寬度，預計今后將把線寬度從目前成為主流的線寬度130nm變更為小于100nm。
為了對應這一點，需要縮短投影曝光中使用的光源的波長，目前的現(xiàn)狀是各種曝光裝置生產商正在推進把紫外(UV)光、遠外(DUV)光、極紫外(EUV)光等短波長的光作為光源的曝光裝置的開發(fā)。
但是，在把紫外激光光源等短波長的光用作光源時，構成曝光裝置的投影光學系統(tǒng)的透鏡、反射鏡和光源等由于微小的溫度變化和外部振動而產生變形和光源噪聲。因此，要求對曝光裝置進行高精度的溫度管理和采用抑振結構，結果，利用這種一系列設備構成的縮小投影式曝光裝置具有裝置價格非常昂貴(例如數(shù)十億日元)的趨勢。并且，由于曝光裝置自身也變大型化，所以具有設置空間和消耗電力增大的趨勢。
以防止裝置大型化和工藝成本的高漲為目的，作為在基板上形成超細微圖案的方法，介紹納米標記工藝技術(例如，參照G.M.Whitesides，J.C.Love，“制作納米結構的新技術”，“日經(jīng)科技”，日本經(jīng)濟新聞社，2001年12月1日，31卷，12號，第30-41頁。)。
該工藝方法使用表面刻有想要形成的圖案的模具，把基板加熱到超過設在基板上的抗蝕劑材料的玻化溫度的溫度，在該狀態(tài)下把模具按壓在基板表面上并轉印模型。在該方法中，不需要高價的激光光源和光學系統(tǒng)，盡管是以加熱用加熱器和加壓裝置為基礎的簡易結構，但可以原樣高精度地轉印模具上刻有的形狀，并且已經(jīng)有利用該方法形成具有約20nm線寬度的細線的報告(例如，參照C.M.Sotomayor，et.al.，“Nanoimprint lithographyan alternativenenaofabrication approach”，“Materials Science & EngineeringC”，Elsevier Science，2002年，989卷，第1-9頁。)。
但是，上述工藝存在以下問題。
在上述工藝中進行下述一系列工序，把基板加熱到玻化溫度以上，在該狀態(tài)下把模具按壓在基板上并轉印圖案，然后把基板冷卻到?；瘻囟纫韵拢鼓＞邚幕迳戏蛛x并脫膜。
在這種工序中，將基板加熱并冷卻，因此采用利用加熱器將基板整體加熱并冷卻的方式。該加熱器通常設在支撐基板的工作臺上。在基板變大型化時，利用加熱器加熱并冷卻的對象基板及工作臺的熱容量變大，結果，為了將基板加熱并冷卻，并且使基板整體處于均勻溫度，需要數(shù)十秒～數(shù)分鐘的時間。
因此，成為妨礙圖案形成的高生產效率化的重要原因。
但是，集成電路的制作一般通過在面積較大的基板(晶片)上形成許多芯片來實現(xiàn)生產性和裝置成本的降低。如果能夠制作一并按壓目前成為主流的6～12英寸的整個基板區(qū)域的模具，在一次按壓工序中，可以在整個基板區(qū)域形成圖案，所以非常高效。因此，為了一并成形6～12英寸大小的整面基板，模具需要變大型化。
但是，在上述工藝中，將模具形狀轉印形成于基板上，所以需要準確制作模具，這成為模具變大時的障礙。即，在需要大型模具時，難以確保模具和基板的平行度及溫度的均勻性。并且，在模具變大時，由于伴隨模具的溫度變化形成的熱膨漲、收縮造成的尺寸變動自然變大，所以用于確保精度的溫度變化的尺寸管理也非常困難。另外，由于模具和基板的熱收縮率不同，所以在冷卻后將模具從基板上脫膜時，也存在模具容易切入基板的問題。此外，伴隨模具的大面積化，在將模具按壓在基板上并剝離時所需要的力也增大，需要輸出較大的加壓機構，這將牽涉到整個裝置的大型化、高成本化。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述技術課題而提出的，其目的在于，提供一種可以使圖案的形成低成本化、高效率化的圖案形成裝置、圖案形成方法等。
為了達到上述目的，本發(fā)明的圖案形成裝置的特征在于，具有在成為加工對象物的大致平板狀的基板上形成規(guī)定圖案的模具；加熱模具的加熱部；保持基板的基板保持部；把模具按壓在由基板保持部保持的基板上的加壓機構。
這樣，利用加壓機構把被加熱的模具按壓在基板上，由此可以從表層部一側加熱基板，利用模具在該基板的表層部形成規(guī)定圖案。
在基板的表層部利用具有玻化溫度的材料形成的情況下，利用模具把基板加熱到?；瘻囟雀浇蛑?，可以使基板的表層部軟化。在基板的表層部利用不具有?；瘻囟鹊牟牧闲纬傻那闆r下，通過把模具加熱到該材料軟化的溫度附近或之上，也可以使基板的表層部軟化。
此時，優(yōu)選利用設在基板保持部的溫度保持部把由基板保持部保持的基板保持在玻化溫度以下。
這種裝置非常適合于利用模具僅對硅晶片或光結晶或半導體電子電路基板等的基板表層部形成圖案的情況，模具的熱量不直接傳遞給形成圖案的基板的表層部，僅將加工對象部分有效加熱，可以有效利用熱量，并且不會無用地加熱加工對象之外的其他部分區(qū)域。
另外，利用加壓機構把模具按壓在基板上，但也可以使模具相對固定狀態(tài)下的基板移動，或反之使基板相對固定狀態(tài)下的模具移動，由此把模具按壓在該基板上。
并且，優(yōu)選加熱部具有控制模具溫度的控制器，利用該控制器進行如下控制，在模具和基板分離的狀態(tài)下，使模具溫度低于基板的?；瘻囟?，在模具被按壓在基板上的狀態(tài)下，使模具達到基板的?；瘻囟雀浇蛑系臏囟取４藭r，在模具被按壓在基板上的狀態(tài)下，優(yōu)選預先使模具溫度在基板的玻化溫度附近或之上。該情況下，在模具和基板分離的狀態(tài)下，在規(guī)定的時間開始加熱模具，使其從低于基板的?；瘻囟鹊臏囟冗_到基板的玻化溫度附近或之上的溫度。本發(fā)明與此不同的結構，不主動排除在把模具按壓到基板上后開始將基板預先加熱到基板的?；瘻囟雀浇蛑系慕Y構。
此時，為了使模具達到基板的?；瘻囟雀浇蛑系臏囟?，使加熱部動作的時間可以是任意時間，只要在模具被按壓在基板上并形成圖案的狀態(tài)下，模具達到基板的?；瘻囟雀浇蛑系臏囟燃纯?。
并且，一般將在基板上形成了圖案的模具脫模時，通過冷卻基板來實現(xiàn)圖案的定影。此時，只要還具有冷卻模具的冷卻部，即可通過模具迅速冷卻基板的圖案部分。這種結構特別適合于在基板上連續(xù)多次按壓模具的情況。
并且，不僅利用加熱部加熱模具，也可以利用基板加熱部加熱由基板保持部保持的基板。
另外，在加壓機構中，也可以把相對基板的模具壓入量切換成多個階段。在該加壓機構中，在使模具相對于基板為第一壓入量時，使被加熱的模具的熱量傳遞給基板，在使模具相對于基板為與第一壓入量不同的第二壓入量時，利用模具在基板上形成圖案。
此處所說相對基板的模具壓入量指以基板表面為基準的模具的壓入量(尺寸、深度)，第一壓入量只要能夠把模具的熱量傳遞給基板即可，所以只要至少是模具接觸基板的尺寸即可(可以包括零)。
這樣，利用加壓機構控制從模具賦予給基板的荷重、模具相對基板的移動行程即可。
并且，本發(fā)明可以實現(xiàn)為以下所示的圖案形成裝置。即，圖案形成裝置具有在加工對象物上形成規(guī)定圖案的模具；保持加工對象物的對象物保持部；把模具按壓在由對象物保持部保持的加工對象物上的加壓機構；加熱加工對象物和模具中熱容量較小的一方的加熱單元。
這樣，通過加熱加工對象物和模具中熱容量較小的一方，可以在短時間內進行該加熱。
例如，在還具有為了使模具與由對象物保持部保持的加工對象物的多個區(qū)域相對，而使模具及/或加工對象物移動的移動機構的結構中，模具可以小于加工對象物，并且熱容量也可以較小，所以這種情況下加熱單元用于加熱模具。在這種結構的圖案形成裝置中，利用移動機構使模具移動，使模具與加工對象物的多個區(qū)域相對，在各個區(qū)域把模具按壓在加工對象物上，由此可以對一個加工對象物進行多次模具的圖案轉印。
此處，移動機構使模具和加工對象物相對移動，但也可以使模具和加工對象物移動，還可以僅使模具或加工對象物一方移動。
并且，加熱單元根據(jù)利用加壓機構把模具按壓在加工對象物上的時間，可以在以加工對象物軟化的溫度為基準的區(qū)域改變模具的溫度。
另外，加壓機構還具有控制從模具賦予給加工對象物的荷重的荷重控制器，荷重控制器可以從模具對加工對象物依次施加第一荷重、和與該第一荷重不同的第二荷重。
作為加熱單元，從響應性方面考慮優(yōu)選使用陶瓷加熱器。
在還具有保持模具并連接加壓機構的模具保持部的情況下，優(yōu)選模具保持部與模具面接觸，并且利用靜電力保持模具。
本發(fā)明也可以實現(xiàn)為利用模具在基板上形成規(guī)定圖案的圖案形成方法。該方法的特征在于，具有把模具加熱到以基板的?；瘻囟葹榛鶞实囊?guī)定溫度的加熱工序；把模具按壓在基板上并形成圖案的圖案形成工序。
另外，也可以具有在把模具按壓在基板上后，把模具冷卻到基板的玻化溫度以下的規(guī)定溫度的冷卻工序；把被冷卻的模具從基板分離的脫模工序。特別是在對一個基板進行多次印戳的情況下，在基板的每個區(qū)域反復執(zhí)行由加熱工序、圖案形成工序、冷卻工序和脫膜工序構成的工序。
并且，還可以在圖案形成工序之前具有把模具的熱量傳遞給基板的熱傳遞工序。這樣，基板的表層部接受模具的熱量傳遞，被加熱到以?；瘻囟葹榛鶞实囊?guī)定溫度附近并軟化。在該狀態(tài)下，進行圖案形成工序。
本發(fā)明也可以實現(xiàn)為圖案形成系統(tǒng)，具有在成為加工對象物的大致平板狀的基板上形成規(guī)定圖案的圖案形成裝置；相對圖案形成裝置進行基板的供給和取出的供給裝置。該情況下，圖案形成裝置可以具有在基板上形成規(guī)定圖案的模具；加熱基板和模具中熱容量較小的一方的加熱部；保持基板的基板保持部；把模具按壓在由基板保持部保持的基板上的加壓機構。
這樣，通過利用供給裝置自動向圖案形成裝置提供基板，可以連續(xù)進行相對多個基板的圖案形成。
并且，基板可以利用輸送機等順序輸送多個基板，再利用供給裝置把其供給圖案形成裝置，但也可以采用使用收容了多個基板的料箱的輸送方式。該情況下，在圖案形成系統(tǒng)還設有保持料箱的料箱保持部，利用供給裝置從由料箱保持部保持的料箱中逐個取出基板并供給圖案形成裝置。另外，為了提高效率，優(yōu)選可以利用料箱保持部保持多個料箱。該情況下，也可以形成下述結構，即，在料箱保持部利用供給裝置從一個料箱向圖案形成裝置供給基板的期間，可以進行其他料箱的交換。


圖1是本實施方式的圖案形成裝置的立體圖。
圖2是表示基板保持部和模具保持部的結構的圖。
圖3是表示基板保持部的結構的剖面圖。
圖4是表示成為加工對象物的基板的示例圖，(a)表示利用成形材料直接形成基板形狀的基板示例，(b)表示在基板主體的表面形成薄膜狀覆蓋層的基板示例。
圖5是表示相對基板的模具圖案工序的流程的圖，(a)表示模具從基板分離的狀態(tài)，(b)表示使模具接觸基板的狀態(tài)，(c)表示使模具切入基板的狀態(tài)，(d)表示使模具從基板分離后的狀態(tài)。
圖6是表示形成圖案時的加熱器、基板、基板表層部的溫度變化的圖。
圖7是表示形成圖案的基板的一例圖。
圖8是表示形成圖案的基板的其他一例圖。
圖9是表示形成圖案的基板的另外其他一例圖，(a)是俯視圖，(b)是(a)的正面剖視圖。
圖10是表示圖案形成系統(tǒng)的結構的俯視圖。
圖11是表示為了定位而形成于基板的刻痕的示例圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖所示實施方式詳細說明本發(fā)明。
圖1是說明本實施方式的圖案形成裝置的整體結構的圖。
如該圖1所示，圖案形成裝置10通過把借助凹凸形成有規(guī)定圖案的模具100轉印在基板(加工對象物)200上，在基板200上形成圖案。
該圖案形成裝置10具有保持成為加工對象的基板200的基板保持部20；使基板保持部20在二維方向移動的移動機構30；保持用于在基板200上形成規(guī)定圖案的模具100的模具保持部40；驅動由模具保持部40保持的模具100的模具驅動機構(加壓機構)50；用于定位基板200和模具100的相對位置的校準機構60。
如圖1和圖2所示，基板保持部20用于把基板200保持成大致水平支撐的狀態(tài)，在其上表面設有具有支撐面21a的工作臺(對象物保持部)21。
在該工作臺21的支撐面21a上形成多個真空孔(未圖示)，通過從未圖示的負壓源使負壓作用于該真空孔，可以在支撐面21a上吸附保持基板200。
并且，如圖2所示，工作臺21內置有用于加熱所保持的基板200的加熱器(基板加熱部、溫度保持部)22。該加熱器22由未圖示的控制器控制其動作，把工作臺21上的基板200保持在規(guī)定的一定溫度。作為該加熱器22，例如可以適合使用傳熱加熱器和后面詳細敘述的陶瓷加熱器。
如圖1所示，移動機構30使保持上述基板200的工作臺21在工作臺21的支撐面21a即被保持的基板200的表面上，在平行面內的二維方向移動。該移動機構30具有設在基臺31上的下部基座32；設在下部基座32上，支撐工作臺21的上部基座33。
下部基座32在一個方向(以下把其稱為X方向)具有軸線，通過利用未圖示的電機驅動旋轉的滾珠絲杠34連接基臺31。上部基座33在與滾珠絲杠34垂直的方向(以下把其稱為Y方向)具有軸線，通過利用未圖示的電機驅動著旋轉的滾珠絲杠35連接下部基座32。另外，上部基座33具有調節(jié)X-Y平面內的角度的角度調節(jié)螺釘36。
這樣，在移動機構30中，通過驅動滾珠絲杠34旋轉，下部基座32在基臺31上的X方向移動，通過驅動與其垂直的滾珠絲杠35旋轉，上部基座33在下部基座32上沿Y方向移動。即，保持基板200的工作臺21通過移動機構30在基板200的表面上，在平行的二維平面內，在X、Y這兩個方向移動。
如圖2、圖3所示，模具保持部40的下表面具有支撐面41a，在該支撐面41a具有保持模具100的保持單元(基板保持部)41。
如圖3所示，該保持單元41內置有加熱模具100的加熱器(加熱部、加熱單元)42。作為該加熱器42，較佳的是例如利用氮化鋁等陶瓷材料形成的、內部埋入了作為加熱器電極的布線的所謂陶瓷加熱器。在這種保持單元41中，在從未圖示的電源向加熱器電極流過電流時，溫度上升，在切斷電流時溫度下降。陶瓷加熱器是例如溫度在10秒鐘上升到1000度附近的響應非?？斓募訜崞鳌碾娫聪蜻@種加熱器電極的電流供給由未圖示的控制器控制。
并且，在保持單元41的上表面?zhèn)仍O置冷卻單元(冷卻部)43。該冷卻部43利用鋁或銅等導熱性高的金屬形成，在其內部形成有流道44，冷卻水等制冷劑可以在該流道44中流動。
在這種冷卻單元43中，具有通過使制冷劑流過流道44來冷卻保持單元41和模具100的功能。
并且，保持單元41在其支撐面41a設有多個吸附用電極45，通過從未圖示的電源向該吸附用電極45流過電流，使產生靜電力。保持單元41使吸附用電極45面接觸模具100，借助該吸附用電極45的靜電引力吸附保持模具100的上表面。模具100由于本來加工精度就高，所以其上表面能夠形成高精度的平面度。并且，使保持單元41側的吸附用電極45也形成較高的平面度，利用所述靜電引力支撐模具100，由此與利用螺釘和卡具等把模具固定在保持單元41上的結構相比，可以提高模具1000和吸附用電極45的緊密接觸性，可以有效進行從保持單元41向模具100的熱傳導。
另外，關于加熱器42的加熱器電極，為了控制模具100的溫度，形成利用控制器控制電流的供給的結構，但是，吸附用電極45在除模具100的模型交換之外的情況下，總是被施加電壓，并發(fā)揮吸附力。
但是，相對利用靜電力把模具100吸附在保持單元41上的結構，基板200形成為被真空吸附在工作臺21上的結構。雖然也可以利用靜電引力把基板200吸附在工作臺21上，但如果形成這種結構，在利用模具100成形基板200時，在保持單元41接近工作臺21時，電荷在模具100和基板200之間移動，然后使模具100從基板200離開時，模具100或基板200中一方有可能被另一方吸附，所以不是優(yōu)選結構。
如圖1所示，模具驅動機構50使按上面所述吸附保持模具100的保持單元41，通過移動機構30在與工作臺21的移動方向(X、Y方向)垂直的方向(以下把其稱為Z方向)移動。
該模具驅動機構50利用在上下方向具有軸線的滾珠絲杠51、和驅動該滾珠絲杠51旋轉的電機52構成。滾珠絲杠51由電機52驅動著旋轉，從而相對于在基臺31上通過支柱53設置的上部基座54在Z方向上下移動。
在被固定于支柱53的下部基座55上設置支撐部件57，并使支撐部件57相對于與下部基座55一體設置的護套56，在其旋轉被束縛的狀態(tài)下只能在上下方向移動。在該支撐部件57的上部通過軸承機構58連接著滾珠絲杠51的下端部，由此只將滾珠絲杠51的上下移動傳遞給支撐部件57，而不傳遞其旋轉。
并且，在該支撐部件57的下表面固定安裝著保持單元41。
根據(jù)這種模具驅動機構50，利用電機52驅動滾珠絲杠51旋轉時，滾珠絲杠51相對上部基座54、下部基座55在Z方向上下移動。伴隨該滾珠絲杠51的上下移動，保持模具100的保持單元41上下移動。由此，模具100在Z方向上下移動，可以接近、離開被保持在工作臺21上的基板200。
校準機構60用于在利用移動機構30使基板200在X、Y方向移動時，校正模具100和被保持在工作臺21上的基板200的相對位置關系。作為這種校準機構60可以采用各種結構，如果列舉一例，具有攝像形成于基板200上的規(guī)定位置的校準標志的攝像機61；使該攝像機61在X、Y方向移動的攝像機移動機構62、63。
在這種結構的校準機構60中，根據(jù)由攝像機61攝像的校準標志的位置，利用控制器控制移動機構30，由此校正基板200相對模具100的位置。
另外，如圖3所示，模具100在其下表面100a形成有用于形成規(guī)定圖案的凹凸101。該凹凸101可以通過利用金屬或陶瓷等所謂模具材料形成模具100，并對其下表面100a實施精密機械加工形成。或者利用蝕刻等半導體細微加工技術在成為模具100的基礎的硅基板等上形成規(guī)定圖案后，利用鍍鎳法(電氣鑄造(電鑄)法)等對該硅基板等的表面實施金屬電鍍，將該金屬鍍層剝離，即可用作具有凹凸101的模具100。
該模具100如后面所述，利用保持單元41的加熱器42和冷卻單元43被加熱、冷卻，所以優(yōu)選盡量薄，優(yōu)選其熱容量盡可能小。
另一方面，成為加工對象的基板200如圖4(a)所示，例如，可以使用聚碳酸酯、聚酰亞胺等樹脂材料；玻璃材料、硅、砷化鎵、藍寶石、氧化鎂等成形材料直接形成基板形狀的基板。并且，如圖4(b)所示，作為基板200，可以使用在由硅晶片或玻璃晶片等構成的基板主體201的表面，使樹脂膜、光致抗蝕劑、用于形成布線的鋁、金、銀等金屬膜等形成為薄膜狀的覆蓋層202的基板。
在圖4(a)所示情況下，借助圖3所示模具100的凹凸101，將圖案轉印在基板200的表層部上，在圖4(b)所示基板200的情況下，模具100的凹凸101的圖案被轉印在覆蓋層202上，但是無論哪種情況都是把圖案轉印在基板200的表層部上，這一點沒有變化，所以在以下說明中，把轉印圖案的部分略稱為“基板200的表層部”，該描述包括圖4(a)、(b)兩種情況。
在圖案形成裝置10中，利用規(guī)定壓力把形成于模具100的下表面100a的規(guī)定圖案的凹凸101按壓在上述基板200上，由此使圖案只轉印形成于基板200的表層部。
以下，說明上述圖案形成裝置10的圖案形成工序。另外，以下所示的圖案形成裝置10的動作基本上由未圖示的控制器自動控制。
在圖案形成裝置10中，概略地講如圖5(a)所示，把模具100加熱到基板200的?；瘻囟纫陨希谠摖顟B(tài)下如圖5(b)所示把模具100按壓在基板200上，將基板200加熱。并且，如圖5(c)所示，將模具100按壓一定時間并保持荷重后，將模具100冷卻，并如圖5(d)所示從基板200分離。在這一系列工序中，基板200的表層部被加工成形為與模具100的凹凸101對應的形狀。
具體講，首先，使規(guī)定的模具100吸附保持在保持單元41上。在該狀態(tài)下，模具驅動機構50使保持單元41位于規(guī)定行程區(qū)域的上升端，被保持在保持單元41上的模具100和工作臺21處于相互離開的位置。
并且，在工作臺21上設置成為加工對象的基板200，并真空吸附基板200。
然后，利用攝像機移動機構62、63使校準機構60的攝像機61移動，利用該攝像機61攝像形成于被吸附固定在工作臺21上的基板200上以及模具100上的校準標志。并且，根據(jù)所攝像的校準標志的位置，利用控制器控制移動機構30，由此進行用于校正基板200相對模具100的位置的校準(初期設定)。
然后，相對基板200按壓模具100并轉印規(guī)定的圖案，但是在此之前如圖6所示，在規(guī)定的時間S1，預先利用控制器使內置于工作臺21內的加熱器22、設在保持單元41上的加熱器42分別接通。并且，預先使冷卻水等制冷劑在冷卻單元43的流道44中流過。
在該狀態(tài)即把模具100按壓于基板200之前的狀態(tài)下，利用來自保持單元41的加熱器42和工作臺21的加熱器22的熱傳導，把模具100保持在所述玻化溫度Tg以上的規(guī)定溫度T1，把基板200保持在低于形成基板200的加工對象部分即表層部的材料的玻化溫度Tg的規(guī)定溫度T2。
然后，利用移動機構30使工作臺21在X、Y方向移動，由此定位被吸附固定在工作臺21上的基板200的規(guī)定區(qū)域，并使其與保持在保持單元41上的模具100相對。
然后，利用模具驅動機構50使保持在保持單元41上的模具100在Z方向移動，并接近保持在工作臺21上的基板200。模具100的凹凸101在溫度上升到規(guī)定溫度T1后的規(guī)定時間S3，如圖5(b)所示，在模具100接觸基板200的表面時，利用模具驅動機構50使保持在保持單元41上的模具100停止移動(把該狀態(tài)下模具100相對基板200的壓入量設為第一壓入量)。這樣，在溫度上升到?；瘻囟萒g以上的規(guī)定溫度T1的狀態(tài)下，從模具100向基板200的表層部傳遞熱量，由此基板200的表層部溫度上升到模具100的溫度T1附近。此時，模具100的凹凸101直接接觸的基板200的表層部之外的其他部分溫度不怎么上升。
在基板200的表層部接近?；瘻囟萒g以上的溫度T1、或者至少上升到玻化溫度Tg附近的溫度的時間S4，如圖5(c)所示，利用模具驅動機構50使保持在保持單元41上的模具100繼續(xù)在基板200側移動。由此，模具100切入基板200的表面并且大于第一壓入量(把該狀態(tài)下模具100相對基板200的壓入量設為第二壓入量)，模具100的凹凸101的圖案被轉印在基板200的表層部上。
但是，在上述動作中，在時間S3和S4之間，在模具100接觸基板200的表面的狀態(tài)下，利用模具驅動機構50使模具100停止移動。即，在時間S3和S4之間，通過發(fā)揮荷重控制器作用的控制器的控制，形成從模具100向基板200賦予規(guī)定荷重F1的狀態(tài)，該荷重F1在基板200的表層部溫度低于玻化溫度Tg的狀態(tài)下使不會產生永久變形。
并且，在時間S4以后，利用模具驅動機構50使模具100在基板200側移動，由此從模具100向基板200賦予和荷重F1不同的規(guī)定荷重F2，該荷重F2用于在基板200的表層部溫度高于?；瘻囟萒g的狀態(tài)下使產生永久變形并進行成形。
這樣，使從模具100賦予給基板200的荷重以荷重F1和F2這兩個階段變動，在模具100和基板200呈接觸狀態(tài)的荷重F1時，把模具100的熱量傳遞給基板200側，使基板200的表層部軟化，然后使荷重變?yōu)楹芍谾2，進行借助模具100的成形。
另外，利用模具驅動機構50把模具100按壓在基板200上時的荷重控制是如下進行的，利用裝配于保持單元41或工作臺21中的荷重檢測傳感器(負載傳感器、未圖示)，檢測作用于模具100和基板200之間的荷重，并反饋控制在電機52產生的扭矩，以使該荷重達到預先設定的規(guī)定荷重。
并且，也可以不采用基于荷重的反饋控制，而單純地利用模具驅動機構50進行模具100的移動行程控制。
并且，在時間S4以后，在經(jīng)過預先設定的規(guī)定時間t的時間S5，降低相對保持單元41的電機42的電流供給量。由此，保持單元41和模具100、基板200的溫度降低，但此時在保持單元41的上表面?zhèn)仍O有?；瘻囟萒g以下的冷卻單元43，所以模具100和基板200的溫度迅速下降，例如下降到工作臺21的溫度T2附近。
在降低相對保持單元41的電機42的電流供給量的時間S5之后，在又經(jīng)過規(guī)定時間的時間，如圖5(d)所示，使模具驅動機構50動作，使模具100從保持在工作臺21上的基板200分離并脫模。
由此，在基板200的表層部轉印形成利用模具100的凹凸101構成的規(guī)定圖案。
如上所述，在利用模具100對基板200進行一次圖案轉印后，在規(guī)定時間S2增加流向保持單元41的加熱器42的電流，由此把保持在保持單元41上的模具100再次設定為玻化溫度Tg以上的溫度T1，并且利用移動機構30使基板200移動到下一圖案形成位置。
增加流向保持單元41的加熱器42的電流的時間S2，只要在下一圖案形成位置模具100的凹凸101接觸(按壓)基板200的表面之前，模具100上升到玻化溫度Tg以上的溫度T1，則該時間S2可以是任意時間。
然后，同樣進行前面所述的模具100的按壓、冷卻、脫模工序，從而可以在其他位置形成圖案。
并且，通過依次反復上述一系列工序，可以對基板200的多個部位順序轉印模具100的圖案。
但是，在如上面所述把模具100按壓在基板200上時，把基板200的溫度設定為低于成為其加工對象的表層部的材料的?；瘻囟萒g的一定溫度，另一方面，把模具100的溫度設定為高于玻化溫度Tg。例如，在基板200為聚碳酸酯樹脂(PC)時，由于聚碳酸酯樹脂的?；瘻囟萒g約為150℃，所以把基板200(工作臺21)的溫度T2設定為低于?；瘻囟萒g的約140℃，把模具100的溫度T1設定為?；瘻囟萒g以上的約160～170℃。在該狀態(tài)下，把模具100按壓在基板200上時，模具100的溫度傳遞到基板200的表層部，溫度從基板200的表層部上升并逐漸傳遞到整個基板。
例如，相對形成基板200的表層部的材料的?；瘻囟萒g，優(yōu)選溫度T1設定得約高出20℃，溫度T2約低出30～50℃。當然，該設定溫度也因材料種類而變化，不能唯一地確定為該值。
在構成基板200的樹脂和玻璃材料中，超過玻化溫度Tg的狀態(tài)指根據(jù)外部應力非常容易變形、即容易成形加工的狀態(tài)，所以在保持超過該?；瘻囟萒g的狀態(tài)下，直接對模具100增大荷重并按壓在基板200上。這樣，基板200沿著模具100的形狀而變形，并且在反轉轉印了凹凸101的形狀的狀態(tài)下穩(wěn)定。
然后，使模具100的溫度降低到?；瘻囟萒g以下，降低與模具100接觸的基板200的溫度。在?；瘻囟萒g以下的狀態(tài)下，基板200處于和初始狀態(tài)相同的不易變形的狀態(tài)，即處于沿著模具100的凹凸101形狀固化，并且圖案已定影的狀態(tài)。在該基板200處于?；瘻囟萒g以下的狀態(tài)下，使模具100從基板200分離，基板200的表層部處于反轉轉印了模具100的凹凸101的形狀的狀態(tài)，即成形了模具100的凹凸101的反轉形狀的圖案。
根據(jù)上述結構，把設定為基板200的表層部的?；瘻囟萒g以上的溫度T1的模具100按壓在基板200上，并轉印模具100的圖案，然后把模具100冷卻到?；瘻囟萒g以下的溫度T2，之后使模具100從基板200分離。
特別是由于作為加熱模具100的加熱器42使用了陶瓷加熱器，所以模具100的溫度上升所需要的時間在數(shù)秒左右即可完成。并且，模具100的冷卻是利用使用了制冷劑的冷卻單元43進行，所以呈現(xiàn)在降低供給加熱器42的電流值時馬上冷卻的效果，能夠在短時間內降低溫度。
這樣，在利用一個模具100依次對基板200轉印多個圖案的情況下，換言之，在模具100小于基板200并且熱容量小的情況下，能夠在短時間內使用保持單元41的加熱器42進行模具100的加熱和冷卻。
并且，從與將要形成圖案的基板200的表層部接觸的模具100，不是對整個基板200提供熱量，而是僅對成為加工對象部分的表層部直接提供熱量，由此可以縮短基板200側的加熱冷卻時間。
另外，在模具100小于基板200的情況下，不是對基板200的整體面積加熱，而是僅加熱模具100接觸的局部部分，從這一點講，也有助于在短時間內進行加熱。
這樣，在使用模具100對基板200形成圖案時，可以提高施加的熱循環(huán)的效率，提高生產率，并且能夠節(jié)省能源。
并且，利用一個模具100依次對基板200轉印多個圖案的模具100，體積小，且與大型模具相比容易確保精度并進行溫度管理等，能夠大幅削減模具100的成本。
而且，這樣基板200只有模具100接觸的局部被加熱，基板200的剩余部分整體被保持在?；瘻囟萒g以下，所以不會象一面反復基板整體的加熱冷卻一面進行圖案轉印的現(xiàn)有工藝那樣對整個基板200賦予反復的熱循環(huán)，使暫且成形的圖案形狀在此后的工藝中也能夠穩(wěn)定保持。
而且，這種圖案形成裝置10可以利用不使用光學系統(tǒng)和光源的機械結構實現(xiàn)，所以與以往的步進曝光裝置相比，可以利用極低的成本制造，能夠實現(xiàn)裝置的小型化。
這樣，可以高效率、低成本地進行對基板200的圖案轉印。
在這種圖案形成裝置10中，作為成為加工對象的基板200，例如可以適用圖7所示的晶片200A。在這種晶片200A上可以轉印多個圖案P。由此，可以實現(xiàn)晶片200A的大面積化，能夠節(jié)約晶片200A在工作臺21上的交換放置等搬運時間，可以降低一個成形品的生產成本。
并且，作為基板200，還可以使用其他如圖8所示的以一定周期排列微小的點形狀的光結晶200B、具有規(guī)定的布線圖案的半導體電子電路基板，還可以適用具有圖9所示的微小流道203的基板200C等。
另外，在使用上述的圖案形成裝置10進行依次在多個基板200上形成圖案的所謂連續(xù)生產時，優(yōu)選構成例如圖10所示的圖案形成系統(tǒng)70。
如該圖10所示，圖案形成系統(tǒng)70由以下部分構成圖案形成裝置10；料箱載物臺(料箱保持部)80，將用于輸送供給該圖案形成裝置10的基板200的料箱81設定在規(guī)定位置；向圖案形成裝置10供給基板200的供給裝置90。
料箱81用于收容規(guī)定數(shù)量的基板200，并在圖案形成裝置10和其前后的其他工序之間搬運基板200。在該料箱81中，在上下方向隔開間隔地碼放保持多個基板200。
料箱載物臺80把從前面工序輸送來的一個以上的料箱81保持成使分別停止在規(guī)定位置的狀態(tài)。
供給裝置90從保持在料箱載物臺80中的料箱81逐個取出基板200，再將其輸送到圖案形成裝置10的工作臺21上并設置。因此，供給裝置90具有把持基板200的基板卡持部91；被保持在料箱載物臺80上的料箱81；使基板卡持部91在與圖案形成裝置10的工作臺21之間移動的臂部92。料箱81在上下方向隔開間隔地碼放保持多個基板200，臂部92使基板卡持部91可以在上下方向移動。并且，也可以用下述方式代替，即，在料箱載物臺80側設置使料箱81上下移動的機構，基板卡持部91經(jīng)常以一定高度從料箱81取出基板200。
并且，在利用供給裝置90把基板200設置在圖案形成裝置10的工作臺21上時，用于以較高的位置精度設置基板200的定位機構(未圖示)設在料箱81或圖案形成裝置10的任一方。因此，在基板200的外周部形成開槽210(或定位板)。
定位機構具有使基板200旋轉的旋轉機構；檢測旋轉的基板200的外周緣部200g的位置和開槽210的位置的檢測機構。如圖11所示，利用旋轉機構使基板200旋轉一周，此時利用檢測機構檢測外周緣部200g的位置，由此可以檢測基板200相對旋轉機構的偏心量，據(jù)此可以檢測沿著基板200的表面的X-Y方向的位置偏移。并且，通過檢測旋轉時的開槽210的位置，可以檢測基板200的朝向。
并且，供給裝置90根據(jù)由定位機構檢測的基板200的位置和朝向，校正圖案形成裝置10的基板200的位置和朝向，并設置在工作臺21上。
在這種圖案形成系統(tǒng)70中，基板200在料箱81中被收容了規(guī)定數(shù)量，并且從前面工序輸送過來。在料箱81到達料箱載物臺80時，在料箱載物臺80把料箱81保持在規(guī)定位置。
并且，供給裝置90利用臂部92使基板卡持部91移動到應該從料箱81取出的基板200的位置。然后，在基板卡持部91借助真空吸附或機械動作卡持料箱81內的基板200，并使臂部92動作，由此從料箱81取出基板200。
所取出的基板200在由基板卡持部91卡持的狀態(tài)下，通過使臂部92動作，移動到圖案形成裝置10的工作臺21上的規(guī)定位置。然后，通過解除基板卡持部91的卡持，把基板200設置在工作臺21上。
另外，在上述一系列動作的過程中，使用所述定位機構進行基板200的位置和朝向的校正。
把基板200設置在工作臺21上后，按照上述工藝，利用圖案形成裝置10進行基板200上的圖案形成。
在形成圖案后，在供給裝置90進行與上述相反的工序，取下工作臺21上的基板200，并送回料箱81進行收容，或者利用其他輸送單元輸送到后面工序。
然后，利用供給裝置90從料箱81取出下一應該形成圖案的基板200，通過重復與上述相同的動作，進行把基板200供給圖案形成裝置10、圖案形成以及基板200的取出。
這樣，在圖案形成裝置10中，可以對多個基板200連續(xù)進行圖案形成。
并且，在料箱載物臺80上設置多個料箱81的情況下，在完成相對料箱81內的所有基板200的圖案形成時，供給裝置90把取出基板200的料箱81切換成位于料箱載物臺80的其他料箱81。
這樣，在進行針對從一個料箱81取出的基板200的圖案形成的期間，可以從料箱載物臺80中搬出已經(jīng)完成對所收容的所有基板200的圖案形成的料箱81、以及向料箱載物臺80搬入從前面工序輸送來的收容有未加工的基板200的料箱81，能夠進行更高效的連續(xù)加工。
這樣，利用可以在圖案形成裝置10對基板200進行連續(xù)加工的圖案形成系統(tǒng)70，可以提高基板200的生產效率。并且，不需要作業(yè)者把基板200手動設置在圖案形成裝置10上，可以利用供給裝置90自動進行該作業(yè)，所以能夠防止混入異物等，減少不良品的產生，提高生產效率。并且，通過利用供給裝置90把基板200機械地設置在工作臺21上，與通過手工作業(yè)進行該設置時相比，可以大大提高基板200相對工作臺21的位置精度，另外通過設置定位機構，可以實現(xiàn)更高精度的定位。
另外，在上述實施方式中，模具100只要能夠形成細微圖案，對其材質和制造方法沒有特別限定。例如，作為模具100的材質，除普通的金屬材料外，還可以使用陶瓷材料、碳材料、特別是玻璃狀碳等。在利用這些材料形成模具100的情況下，可以通過激光加工形成細微圖案，也可以利用向預先形成有細微圖案的掩模圖案的掩模模型中填充前述材料并使其固化等的其他方法來形成細微圖案。
另一方面，基板200的表層部的成形材料與基板成為一體，例如在基板上形成薄薄的樹脂基板和玻璃基板或成形材料，例如在硅基板和玻璃基板上形成的樹脂膜等，對其組合沒有特別限定。
并且，保持單元41的加熱器42為陶瓷加熱器，冷卻單元43為使用制冷劑的冷卻結構，但是只要能夠快速加熱冷卻，則不限于這些，也可以使用激光或超聲波加熱，玻爾帖元件制冷等。
關于移動機構30和模具驅動機構50，不限于使用滾珠絲杠34、35、51的機構，也可以使用液壓機構和氣壓機構。
并且，移動機構30的位置控制只要能夠實現(xiàn)所期望的定位，可以是任意方式。
另外，構成圖案形成系統(tǒng)70的料箱載物臺80、供給裝置90等，只要能夠發(fā)揮上述所需要的功能，其具體結構和動作等可以適當變更，這些自然是屬于設計內容。
除此以外，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內，可以取舍選擇上述實施方式中列舉的構成要素，可以適當變更為其他構成要素。
根據(jù)本發(fā)明，將預先加熱的模具按壓在成為加工對象物的基板上，使模具的熱量傳遞到基板的表層部，然后利用模具在基板的表層部形成圖案。由此，可以不加熱整個基板，而只加熱熱容量較小的模具即可形成圖案，可以高效地進行基板的圖案轉印。并且，在這種裝置中，不需要使用花費成本的光學系統(tǒng)等，所以能夠實現(xiàn)低成本。
權利要求
1.一種圖案形成裝置，其特征在于，具有在成為加工對象物的大致平板狀的基板上形成規(guī)定圖案的模具；加熱所述模具的加熱部；保持所述基板的基板保持部；把所述模具按壓在由所述基板保持部保持的所述基板上的加壓機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，利用所述加壓機構把由所述加熱部加熱的所述模具按壓在所述基板上，由此把該基板加熱到玻化溫度附近或之上，利用所述模具在該基板上形成規(guī)定圖案。
3.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述基板保持部具有溫度保持部，把由該基板保持部保持的所述基板保持在所述玻化溫度以下。
4.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述加熱部具有控制所述模具的溫度的控制器，所述控制器對所述模具進行如下控制，在所述模具和所述基板分離的狀態(tài)下，使其溫度低于所述基板的?；瘻囟龋谒瞿＞弑话磯涸谒龌迳系臓顟B(tài)下，使其達到所述基板的玻化溫度附近或之上的溫度。
5.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，還具有冷卻所述模具的冷卻部。
6.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，還具有加熱由所述基板保持部保持的所述基板的基板加熱部。
7.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述加壓機構把相對所述基板的所述模具的壓入量切換成多個階段，在使所述基板相對于所述模具的壓入量為第一壓入量時，使由所述加熱部加熱的所述模具的熱量傳遞給所述基板，在使所述模具相對于所述基板的壓入量為與所述第一壓入量不同的第二壓入量時，利用所述模具在所述基板上形成圖案。
8.根據(jù)權利要求1所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述模具僅在所述基板的表層部形成圖案。
9.一種圖案形成裝置，其特征在于，具有在所述加工對象物上形成規(guī)定圖案的模具；保持所述加工對象物的對象物保持部；把所述模具按壓在由所述對象物保持部保持的所述加工對象物上的加壓機構；加熱所述加工對象物和所述模具中熱容量較小的一方的加熱單元。
10.根據(jù)權利要求9所述的圖案形成裝置，其特征在于，還具有移動機構，使該模具及/或所述加工對象物移動，以使所述模具與由所述對象物保持部保持的所述加工對象物的多個區(qū)域相對，所述加熱單元加熱所述模具。
11.根據(jù)權利要求9所述的圖案形成裝置，其特征在于，在所述加熱單元中，根據(jù)利用所述加壓機構把所述模具按壓在所述加工對象物上的時間，使所述模具的溫度在以所述加工對象物軟化的溫度為基準的區(qū)域變動。
12.根據(jù)權利要求9所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述加壓機構還具有控制從所述模具施加給所述加工對象物的荷重的荷重控制器，所述荷重控制器從所述模具對所述加工對象物依次施加第一荷重、與該第一荷重不同的第二荷重。
13.根據(jù)權利要求9所述的圖案形成裝置，其特征在于，所述加熱單元使用陶瓷加熱器。
14.根據(jù)權利要求9所述的圖案形成裝置，其特征在于，還具有保持所述模具并連接所述加壓機構的模具保持部，所述模具保持部與所述模具面接觸，并且利用靜電力保持該模具。
15.一種利用模具在基板上形成規(guī)定圖案的圖案形成方法，其特征在于，具有把所述模具加熱到以所述基板的?；瘻囟葹榛鶞实囊?guī)定溫度的加熱工序；把所述模具按壓在所述基板上并形成所述圖案的圖案形成工序。
16.根據(jù)權利要求15所述的圖案形成方法，其特征在于，還具有在把所述模具按壓在所述基板上后，把所述模具冷卻到所述基板的?；瘻囟纫韵碌囊?guī)定溫度的冷卻工序；把被冷卻的所述模具從所述基板分離的脫模工序，在所述基板的每個區(qū)域反復執(zhí)行由所述加熱工序、所述圖案形成工序、所述冷卻工序和所述脫膜工序構成的工序。
17.根據(jù)權利要求15所述的圖案形成方法，其特征在于，在所述圖案形成工序之前，還具有把所述模具的熱量傳遞給所述基板的熱傳遞工序。
18.一種圖案形成系統(tǒng)，其特征在于，具有在成為加工對象物的大致平板狀的基板上形成規(guī)定圖案的圖案形成裝置；相對所述圖案形成裝置進行所述基板的供給和取出的供給裝置，所述圖案形成裝置具有在所述基板上形成規(guī)定圖案的模具；加熱所述基板和所述模具中熱容量較小的一方的加熱部；保持所述基板的基板保持部；把所述模具按壓在由所述基板保持部保持的所述基板上的加壓機構。
19.根據(jù)權利要求18所述的圖案形成系統(tǒng)，其特征在于，還具有保持收容了多個所述基板的料箱的料箱保持部，所述供給裝置從由所述料箱保持部保持的所述料箱中逐個取出所述基板，供給所述圖案形成裝置。
20.根據(jù)權利要求19所述的圖案形成系統(tǒng)，其特征在于，所述料箱保持部可以保持多個所述料箱。
全文摘要
在圖案形成裝置(10)中，把用于在基板(200)上形成圖案的模具(100)加熱到基板(200)的表層部的?；瘻囟萒g以上的溫度T1，在該狀態(tài)下，把模具(100)按壓到溫度在?；瘻囟萒g以下的基板(200)上，并轉印模具(100)的圖案。然后，切斷加熱器，利用冷卻單元將模具(100)冷卻后，使模具(100)從基板(200)分離。并且，優(yōu)選設置從料箱逐個取出基板(200)并依次供給該圖案形成裝置(10)的供給裝置，構成圖案形成系統(tǒng)。
文檔編號B29C31/00GK1732075SQ20038010803
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月9日 優(yōu)先權日2003年1月15日
發(fā)明者后藤博史, 藤井充, 吉岡治男, 岸英樹 申請人:天成科威有限公司, 伯東株式會社