JP5150309B2 - 転写装置および転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、転写装置および転写方法に係り、特に、型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写するものに関する。

近年、電子線描画法などで石英基板等に超微細な転写パターンを形成して型（モールド）を作製し、被成型品として被転写基板表面に形成されたレジスト膜に前記型を所定の圧力で押圧して、当該型に形成された転写パターンを転写するナノインプリント技術が研究開発されている（たとえば、非特許文献１参照）。

ナノオーダーの微細なパターン（転写パターン）を低コストで成型する方法としてリソグラフィ技術を用いたインプリント法が考案されている。この成型法は大別して熱インプリント法とＵＶインプリント法とに分類される。

熱インプリント法では、型を基板に押圧し、熱可塑性ポリマからなる樹脂が十分に流動可能となる温度になるまで加熱して微細パターンに樹脂を流入させたのち、型と樹脂をガラス転移温度以下になるまで冷却し、基板に転写された微細パターンを固化したのち型を引き離す。

ＵＶインプリント法では、光を透過できる透明な型を使用し、ＵＶ硬化性液に型を押しつけてＵＶ放射光を加える。適当な時間放射光を加えて液を硬化させ微細パターンを転写したのち型を引き戻す。

ハードディスクやＣＤ、ＤＶＤなど回転式の記憶装置では、最近、高密度のデータをディスクに形成するための記憶媒体（記録媒体）を成型する手段として、こうしたナノインプリント技術を活用する方法への関心が高くなってきている。

図５にＵＶインプリント法を用いてハードディスク用の記憶媒体を作成するプロセスの一例を示す。ここでは型（石英ガラス型）Ｍに形成された微細パターン（たとえば、ハードディスクのドットパターン）を、ＵＶ硬化樹脂Ｗ２が塗布された基板Ｗ１にプレスし、ＵＶ光を照射して樹脂Ｗ２を硬化させている（図５（ａ）、（ｂ）参照）。このあと離型して残膜Ｗ３をＯ_２アッシング等によって除去し（図５（ｃ）、（ｄ）参照）、エッチング処理をして（図５（ｄ）参照）、樹脂Ｗ２にコピーされた型Ｍの微細形状（微細な転写パターン）を、基板Ｗ１に転写している（図５（ｅ）参照）。

一般的にインプリント法でアライメントの調整（高精度の位置決め）を行う場合は、従来、半導体関係で用いられてきた方法と同じような方法で型と基板とを位置合わせする方法が用いられている。この代表的な事例を図１２に示す（たとえば、特許文献１参照）。

図１２に示すように、この事例では、型２０１と基板（ウェハ）２０３にアライメント用のマーク２０５、２０６をつけておき、型２０１の上のほうからレーザ光などの参照光を照射し、２つのアライメントマーク２０５、２０６を透過してきた反射光を受光装置で受光して、この受光パターンの観測結果をもとに型２０１と基板２０３の位置合わせを行っている。
Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology 25(2001) 192-199 特開２０００−３２３４６１号公報

ところで、前記特許文献１に記載されている方法では、基板（被成型品）に対する型の回転アライメントを調整することができず、微細な転写パターンを正確な姿勢で被成型品に転写することができない場合があるという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写装置および転写方法において、被成型品に対する型の回転アライメントを調整することにより、型に形成されている細細な転写パターンを正確な姿勢で被成型品に転写することができる転写装置およびこの転写装置を用いた転写方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載に発明は、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写装置において、前記被成型品を保持する被成型品保持体と、前記型を保持し、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で相対的に移動すると共に、前記接近・離反する方向に延びた軸を回転中心にして前記被成型品保持体に対し相対的に回転位置決め自在な型保持体と、前記型の前記被成型品に対する回転位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段とを有し、前記被成型品保持体が、前記接近・離反する方向と直交する方向で、前記型保持体に対して相対的に移動位置決め自在に構成されており、前記位置ずれ量検出手段は、前記型の前記被成型品に対する前記直交方向の位置ずれ量を検出する手段であり、前記位置ずれ量検出手段で検出した回転位置ずれ量に基づいて、この回転位置ずれ量を無くすように前記型保持体を相対的に回転し、この回転後に前記型保持体を前記被成型品保持体側に移動し、前記転写を行う制御をする制御手段を有し、前記制御手段は、前記位置ずれ量検出手段で検出した前記直交方向の位置ずれ量に基づいて、この直交方向の位置ずれ量を無くすように前記被成型品保持体を相対的に前記直交方向に移動し、この移動後に前記型保持体を前記被成型品保持体側に移動し、前記転写を行う制御をする手段であり、ベースフレームと、前記ベースフレームに移動自在に設けられた移動部材とを有し、前記型保持体が１つのベアリングを介して前記移動部材に支持されていることによって、前記型保持体が、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で移動すると共に、前記接近・離反する方向に延びた軸を回転中心にして前記被成型品保持体に対し相対的に回転するようになっており、成型済みの被成型品と型との直交方向の位置ずれ量および回転方向の位置ずれ量を検出し、前記被成型品と前記型との各ずれ量を修正すると共に、前記被成型品と前記型とを任意の回転角度に設定して再度成型し、または、前記被成型品保持体に対して前記型保持体を直交方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、前記型による第１群の転写を行い、前記被成型品と前記型との各ずれ量を検出して修正すると共に、前記被成型品保持体に対して前記型保持体を直交方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、前記型による第２群の転写を行って微細な転写パターンを環状につなげて前記被成型品に転写する転写装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の転写装置において、前記回転中心軸に沿って延びている貫通孔が、前記型保持体に設けられており、前記貫通孔内に紫外線発生装置が設けられているか、もしくは、紫外線が前記貫通孔を通って被成型品に照射されるように構成されている転写装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の転写装置を用いて、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写方法である。

本発明によれば、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写装置および転写方法において、被成型品に対する型の回転アライメントを調整することにより、型に形成されている細細な転写パターンを正確な姿勢で被成型品に転写することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る転写装置１の概略構成を示す正面図であり、図２は、転写装置１の概略構成を示す側面図であり、図１におけるＩＩ矢視図である。

図３は、転写装置１に設けられている型保持体９の概略構成を示す断面図であり、図４は、転写装置１の制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。

以下、説明の便宜のために、水平方向の一方向をＸ軸方向とし、水平方向の他の一方向であってＸ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向（上下方向；鉛直方向）をＺ軸方向という場合がある。

転写装置１は、型（モールド）Ｍの面（たとえば平面状の下面）に形成されている微細な転写パターンを、被成型品Ｗの面（たとえば平面状の上面）に、型Ｍの面を被成型品Ｗの面に面接触させて押圧することにより転写する装置である。被成型品Ｗとして、情報記録用ディスク（たとえば、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク用の記録媒体）や液晶表示装置のバックライトの導光板等を考えることができる。

転写は、前述した熱インプリント法またはＵＶインプリント法等のためになされるものであり、転写装置１は、たとえば、図５（ａ）〜（ｃ）に示されている工程を担当するものである。なお、以下、ＵＶインプリント法を例に掲げて説明する。

転写装置１は、ベースフレーム３を備えており、このベースフレーム３には、被成型品保持体５と型保持体９とが設けられている。

被成型品保持体５は、ＸＹステージ７を介してベースフレーム３に支持されている。したがって、制御装置１０１（図４参照）の制御の下、ＸＹステージ７を構成するサーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）を駆動することによって、被成型品保持体５は、Ｘ軸やＹ軸方向で型保持体９に対して相対的に移動位置決め自在になっている。

型保持体９は、型Ｍを保持し、被成型品保持体５に対して接近・離反する方向（Ｚ軸方向）で移動すると共に、接近・離反する方向（Ｚ軸方向）に延びた軸（θ軸）ＣＬ１を回転中心にして被成型品保持体５に対し相対的に回転位置決め自在になっている。なお、軸ＣＬ１は、たとえば、型保持体９や型保持体９に保持されている型Ｍの中心を通っている。

被成型品Ｗは、矩形や円形等の薄い平板状に形成されている。被成型品Ｗの厚さ方向の一方の面（図１や図２では上面）に微細な転写パターンが形成されるようになっている。被成型品Ｗの厚さ方向の他方の面（図１や図２では下面）が、被成型品保持体５の平面状の保持部に接触し、たとえば、真空吸着によって被成型品保持体５で被成型品Ｗが保持されるようになっている。

型Ｍは、矩形や円形等の薄い平板状に形成されており、厚さ方向の一方の面（図１、図２や図３では下面）に微細な転写パターンが形成されている。型Ｍの厚さ方向の他方の面（図１、図２や図３では上面）が型保持体９のバックアップガラス１１の平面状の保持部（図３では下面）に接触し、型押さえ部材１３とバックアップガラス１１とで挟まれることにより、型Ｍが型保持体９に保持されるようになっている。

型保持体９は、被成型品保持体５のたとえば上方に設けられており、型保持体９はこの下側で型Ｍを保持し、被成型品保持体５はこの上側で被成型品Ｗを保持するようになっている。型保持体９が型Ｍを保持し被成型品保持体５が被成型品Ｗを保持した状態では、微細な転写パターンが形成されている型Ｍの面と、微細な転写パターンが転写される被成型品Ｗの面とが、お互いにほぼ平行になっており対向していると共に、Ｚ軸に対して垂直になっている。

そして、型保持体９が移動して（下降して）被成型品保持体５に近づくことにより、型Ｍが被成型品Ｗに接触して型Ｍで被成型品Ｗを押圧し転写がされるようになっている。

なお、上記説明では、被成型品保持体５がＸ軸方向およびＹ軸方向で移動位置決め自在になっており、型保持体９がＺ軸方向で移動位置決め自在になっており、型保持体９が軸ＣＬ１を回転中心にして回転位置決め自在になっているが、被成型品保持体５がＸ軸方向およびＹ軸方向で移動位置決め自在になっていることに代えてもしくは加えて型保持体９がＸ軸方向およびＹ軸方向で移動位置決め自在になっていてもよく、型保持体９がＺ軸方向で移動位置決め自在になっており、型保持体９が軸ＣＬ１を回転中心にして回転位置決め自在になっていることに代えてもしくは加えて、被成型品保持体５がＺ軸方向で移動位置決め自在になっており、被成型品保持体５が軸ＣＬ１を回転中心にして回転位置決め自在になっていてもよい。

また、転写装置１には、型（型保持体９に保持されている型）Ｍの被成型品（被成型品保持体５に保持されている被成型品）Ｗに対する回転位置ずれ量（型保持体９の回転中心軸である軸ＣＬ１まわりの回転位置ずれ量）を検出する位置ずれ量検出手段１５が設けられている。

この位置ずれ量検出手段１５は、型（型保持体９に保持されている型）Ｍの被成型品（被成型品保持体に保持されている被成型品）Ｗに対するＸ軸方向，Ｙ軸方向の位置ずれ量も検出することができるようになっている。

ここで、位置ずれ量検出手段１５について詳しく説明する。

位置ずれ量検出手段１５は、転写を行う前であって型Ｍと被成型品Ｗとが所定の距離（図１に示す距離Ｌ１）になったとき（たとえば、型Ｍと被成型品Ｗとがお互いにある程度近づいているとき）に、被成型品Ｗの位置（たとえば、被成型品Ｗに設けられているアライメントマークの位置）と型Ｍの位置（たとえば、型Ｍに設けられているアライメントマークの位置）とをほぼ同時に検出し、この検出した型Ｍの位置と検出した被成型品Ｗの位置とによって、位置ずれ量を検出するように構成されている。

なお、アライメントマークを用いる代わりに被成型品Ｗの縁や角部や被成型品Ｗにすでに形成されている微細なパターンの位置を検出することにより、被成型品Ｗの位置を検出する構成であってもよいし、また、アライメントマークを用いる代わりに型Ｍの縁や角部や型Ｍに形成されている微細な転写パターンの位置を検出することにより、型Ｍの位置を検出する構成であってもよい。

位置ずれ量検出手段１５についてより詳しく説明する。

位置ずれ量検出手段１５は、薄い板状の検出子１７を備えて構成されており、検出子１７の厚さ方向がＺ軸方向になっている。また、転写を行う前に検出子１７を型Ｍと被成型品Ｗとの間に挿入して、型Ｍに対する被成型品Ｗの位置ずれ量を検出するように構成されている。

位置ずれ量を検出するために検出子１７を型Ｍと被成型品Ｗとの間に挿入した場合においては、型Ｍと被成型品Ｗとが極力近づいており、寸法的な余裕がほとんど無い状態で、検出子１７が型Ｍと被成型品Ｗとの間に挿入されるようになっていることが望ましい。

たとえば、位置ずれ量を検出するために検出子１７を型Ｍと被成型品Ｗとの間に挿入した場合においては、図１に示すように、検出子１７と型Ｍとの間の距離Ｌ３は０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度になっており、検出子１７と被成型品Ｗとの間の距離Ｌ５も０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度になっていることが望ましい。また、少なくとも、型Ｍと被成型品Ｗとの間に位置する部位において、検出子１７の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）が、極力小さくなるように形成されていることが望ましい。

位置ずれ量検出手段１５の検出子１７は、型Ｍと被成型品Ｗとが所定の距離（図１に示す距離Ｌ１）だけ離れているときに型Ｍと被成型品Ｗとの間に挿入される第１の位置（図１に実線で示す検出子１７を参照）と、型Ｍと被成型品Ｗとがお互いに接触することができるような型Ｍと被成型品Ｗとから離れた第２の位置（図１に二点鎖線で示す検出子１７を参照）との間を移動自在になっている。

すなわち、検出子１７は、第１の検出子支持部材１９の先端部側で第１の検出子支持部材１９に一体的に設けられており、第１の検出子支持部材１９は、図示しないリニアガイドベアリング（図示せず）を介してＸ軸方向で第２の検出子支持部材２１に対して移動自在に設けられている。そして、制御装置１０１の制御の下、空気圧シリンダ等のアクチュエータ（図示せず）によって、前記挿入される第１の位置（図１に実線で示す位置）と前記離れた第２の位置（図１に二点鎖線で示す位置）と間を移動するようになっている。

第２の検出子支持部材２１は、図示しないリニアガイドベアリング（図示せず）を介してベースフレーム３に対してＺ軸方向で移動自在に設けられている。そして、制御装置１０１の制御の下、サーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）とボールネジ（図示せず）とによって、上下方向で移動位置決め自在になっている。したがって、型Ｍや被成型品Ｗの形態に応じて、検出子１７のＺ軸方向における位置を調整することができるようになっている。

ここで、位置ずれ量検出手段１５の検出子１７について詳しく説明する。

図６は、位置ずれ量検出手段１５の検出子等をＺ軸方向から見た図であり、図７は、位置ずれ量検出手段１５等をＸ軸方向から見た図である。

位置ずれ量検出手段１５のカメラ２３は、検出子１７から離れたところ（たとえば、第１の検出子支持部材１９）に設けられている。また、検出子１７には、プリズム２５が設けられており、プリズム２５を介しカメラ２３で被成型品Ｗや型Ｍの位置ずれを検出するように構成されている。すなわち、型Ｍや被成型品ＷからＺ軸方向に進んできた光を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に向かって進むように、プリズム２５で反射し、この反射した光を各カメラ２３が取り入れるようになっている。なお、前述した検出子１７の厚さは、図７に示す各プリズム２５を含めた厚さになる。また、各プリズム２５の代わりに、反射ミラー等を設けてあってもよい。

さらに、図６に示すように、第１の検出子支持部材１９には、たとえば、４台のカメラ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄが設けられており、検出子１７には、４つのプリズム２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄが設けられている。

図６に示す各カメラ２３Ａ，２３Ｂや各プリズム２５Ａ，２５Ｂは、型Ｍに付されているアライメントマークＡＭ（ＡＭ１，ＡＭ２）を撮影するものであり、図６に示すカメラ２３Ｃ，２３Ｄやプリズム２５Ｃ，２５Ｄは、被成型品Ｗに付されているアライメントマークＷＭ（ＷＭ１，ＷＭ２）を撮影するものである。なお、撮影する際の明るさを確保するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いた発光手段（図示せず）が検出子１７に設けられている。

そして、画像処理ユニット１０５（図４参照）を用いて、各カメラ２３で撮影した画像を画像処理し、たとえば、アライメントマークＡＭ，ＷＭの位置を求めることにより、検出子（第１の位置；図１に実線で示す位置の存在している検出子）１７に対する型Ｍや被成型品Ｗの位置ずれ量（Ｘ軸方向やＹ軸方向の位置ずれ量や軸ＣＬ１まわりの回転位置ずれ量）を求めるようになっている。そして、この求めた結果に基づいて、被成型品保持体５に保持されている被成型品Ｗに対する、型保持体９に保持されている型Ｍの、相対的な位置ずれ量を求めることができるようになっている。

なお、このようにして求められた位置ずれ量は、出力手段の例であるタッチパネル（表示操作ユニット）１０７（図４参照）によって表示されるようになっている。

また、転写装置１には、転写装置１全体の動作を制御する制御装置１０１が設けられている。そして、制御装置１０１の制御の下、位置ずれ量検出手段１５で検出した回転位置ずれ量に基づいて、この回転位置ずれ量を無くすように型保持体９を軸ＣＬ１まわりに適宜回転位置決めし、また、必要な場合には、位置ずれ量検出手段１５で検出したＸ軸方向，Ｙ軸方向の位置ずれ量に基づいて、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向の位置ずれ量を無くすように被成型品保持体５をＸ軸方向，Ｙ軸方向に適宜移動位置決めするようになっている。続いて、これらの位置決め後に、型保持体９を被成型品保持体５側に移動し、転写を行うようになっている。

ここで、転写装置１の制御システムについて図４を参照しつつ詳しく説明する。

制御システム１００は、転写装置１の動作プログラムを記憶しているメモリやＣＰＵを具備する制御装置１０１を備えて構成されている。また、制御システム１００には、シーケンサ１０３が設けられており、このシーケンサ１０３を介して、θ軸サーボアンプ１１３でθ軸回転駆動モータ１１１を回転駆動し、型保持体９を軸ＣＬ１まわりで回転位置決めするようになっている。なお、この場合、回転スケール１１５によって、クローズドループのフィードバック制御がなされるようになっている。

また、制御システム１００には、ＸＹ軸制御ユニット１０９、Ｚ軸制御ユニット１１７が設けられている。ＸＹ軸制御ユニット１０９は、ＸＹステージ７のアクチュエータ等を制御するものであり、制御装置１０１の制御の下、ＸＹ軸制御ユニット１０９を介して、被成型品保持体５がＸ軸，Ｙ軸方向で移動位置決めされるようになっている。Ｚ軸制御ユニット１１７は、型保持体９をＺ軸方向で移動位置決めするアクチュエータ等を制御するものであり、制御装置１０１の制御の下、Ｚ軸制御ユニット１１７を介して、型保持体９がＺ軸方向で移動位置決めされるようになっている。

さらに、制御システム１００には、画像処理ユニット１０５が設けられている。そして、カメラ２３で撮影された映像が画像処理ユニット１０５で画像処理され、被成型品保持体５に保持されている被成型品Ｗに対する、型保持体９に保持されている型Ｍの相対的な位置ずれ量（Ｘ軸Ｙ軸方向の位置ずれ量、軸ＣＬ１まわりの回転位置ずれ量）が計算され、この計算結果がシーケンサ１０３を介して制御装置１０１に送られるようになっている。

そして、制御装置１０１の制御の下、ＸＹ軸制御ユニット１０９やθ軸サーボアンプ１１３を介して、ＸＹステージ７やθ軸回転駆動モータ１１１を制御し、被成型品保持体５を適宜移動し、型保持体９を適宜移動して、前記位置ずれ量を無くすようにしている。

ところで、転写装置１には、移動部材２７が設けられている（図３参照）。移動部材２７は、ベースフレーム３にＺ軸方向で移動自在に設けられている。そして、型保持体９が１つのクロスローラベアリング２９を介して移動部材２７に支持されていることによって、型保持体９が、被成型品保持体５に対して接近・離反する方向（Ｚ軸方向）で移動すると共に、Ｚ軸方向に延びた軸ＣＬ１（θ軸）を回転中心にして被成型品保持体５に対し回転するようになっている。

被成型品保持体５は、Ｚ軸方向でベースフレーム３の一方の側（下側）に設けられている。移動部材２７は、Ｚ軸方向でベースフレーム３の他方の側（上側）に設けられている。移動部材２７は、被成型品保持体５側（下側）で開口している円柱状の孔３１を備えている。孔３１の開口部の箇所には、クロスローラベアリング２９が設けられている。このクロスローラベアリング２９の中心軸と孔３１の中心軸と型保持体９の回転中心軸ＣＬ１とはお互いがほぼ一致している。

クロスローラベアリング２９は、この外輪３３が孔３１の開口部の外周の箇所に位置するようにして移動部材２７に一体的に設けられている。また、クロスローラベアリング２９の内輪３５は、型保持体９に一体的に設けられている。

型保持体９におけるＺ軸方向の一端部側（下側）の部位３７は、クロスローラベアリング２９から被成型品保持体５側（下側）に向かって延びている。また、型保持体９におけるＺ軸方向の他端部側（上側）の部位３９は、孔３１の内周よりも外径が小さい円柱状に形成されており、クロスローラベアリング２９から孔３１内に延びている。これにより、型保持体９は、この回転中心軸ＣＬ１の延伸方向の中間部で、クロスローラベアリング２９を介して移動部材２７に回転自在に支持されていることになる。

型保持体９の一端部（下端部）で型Ｍが保持されるようになっている。孔３１内に延びている型保持体９における他端部側の部位３９の外周には、モータ１１１のロータ４１が一体的に設けられており、孔３１の内周には、モータ１１１のステータ４３が一体的に設けられている。そして、モータ１１１を駆動することによって、移動部材２７に対して型保持体９が回転するようになっている。

型保持体９の他端部（上部）には、回転スケール（微細なパターンのアライメントを調整するための高い分解能を有する回転スケール）１１５の本体４５が一体的に設けられている。リング状の回転スケール１１５の本体４５の中心軸と型保持体９の回転中心軸ＣＬ１とは、お互いに一致している。また、読み取りヘッド４７が、図示しないブラケットを介して移動部材２７に一体的に設けられている。なお、読み取りヘッド４７は、回転スケール１１５の本体４５の回転角度を読み取るためのものである。

そして、回転スケール１１５で読み取った型保持体９の回転角度を、シーケンサ１０３を介して制御装置１０１に入力することにより、表示操作ユニット１０７で前記回転角度を表示し、また、モータ１１１をクローズドループでフィードバック制御して、型保持体９を高い精度で目標値に回転位置決めし、回転位置ずれ量を修正することができるようになっている。

移動部材２７は、たとえば、図示しないリニアガイドベアリング等のリニアガイド部材を介してガイドされ、モータ等のアクチュエータとボールねじ等の機構とを用いて、ベースフレーム３に対して移動位置決めされるようになっている。

なお、移動部材２７の被成型品保持体５側の部位に、モータ１１１を冷却するための冷却手段が設けられていてもよい。具体的には、移動部材２７の被成型品保持体５側の部位４９に、冷却水等の冷却媒体が流れる流路を設け、転写装置１の外部に設けられた冷却ユニットで冷却した冷却水が、前記流路を循環するようになっていてもよい。このように冷却手段を設けることにより、熱インプリント法においてヒータから発生する熱による型保持体の温度上昇をも抑制することができる。

型保持体９は、平板状のバックアップガラス（紫外線が通過する部材）１１と、型押さえ部材１３と、バックアップガラス１１を保持するバックアップガラス保持部材５１と、クロスローラベアリング２９の内輪３５に係合しているクロスローラベアリング係合部材５３と、モータ１１１のロータ４１を支持しているロータ支持部材５５とを備えて構成されている。

そして、前述したように、押さえ部材１３で型Ｍを押えることにより、型保持体９の一端部側（下側）でバックアップガラス１１の平面（下面）に、型Ｍの面（微細な転写パターンが形成されている面とは反対側の面；上面）が接触し、型保持体９で型Ｍを保持することができるようになっている。

また、Ｚ軸方向で下から上に向かって、型Ｍと型押さえ部材１３、バックアップガラス保持部材５１とバックアップガラス１１、クロスローラベアリング係合部材５３、ロータ支持部材５５の順に配置されている。

バックアップガラス保持部材５１とクロスローラベアリング係合部材５３とは円環状に形成されており、バックアップガラス１１は、バックアップガラス保持部材５１の内部の下側で、バックアップガラス保持部材５１に一体的に設けられている。また、バックアップガラス保持部材５１の内部の上側には、紫外線発生装置５７が設けられている。クロスローラベアリング係合部材５３の内側には、紫外線発生装置５７を冷却するための冷却装置（たとえば、ペルチェ素子）５９が設けられている。紫外線発生装置５７がバックアップガラス保持部材５１の内部に設けられていることにより、転写の際に被成型品Ｗに型Ｍの上方から紫外線を照射することができるようになっている。また、紫外線発生装置５７を被成型品Ｗの近くに位置させることができ、紫外線を被成型品Ｗに効率良く照射することができるようになっている。

なお、熱インブリント法を採用する場合には、たとえば、バックアップガラス保持部材５１にバックアップガラスの代わりにヒータを組み込んで型Ｍを加熱するようになっている。この場合、クロスローラベアリング係合部材５３やバックアップガラス保持部材５１が、熱伝導率の低い材料を用いて構成されており、ヒータの熱が、上方に存在しているクロスローラベアリング２９やモータ１１１等の回転機構には、伝搬しにくいようになっている。

ここで、転写装置１の動作について説明する。

まず、初期状態として、型保持体９が上昇端に位置し、型保持体９が型Ｍを保持し、被成型品保持体５が転写がされる前の被成型品Ｗを保持し、検出子１７が第２の位置（図１に二点鎖線で示す位置）に位置しているものとする。

この初期状態において、制御装置１０１の制御の下、型Ｍと被成型品Ｗとの間の距離が「Ｌ１」なるまで型保持体９を下降し、検出子１７を第１の位置（図１に実線で示す位置）に位置させる。

続いて、カメラ２３や画像処理ユニット１０５を用いて、被成型品Ｗに対する型Ｍの位置ずれ量を求め、この求めた位置ずれ量に基づいて、前記位置ずれが無くなるように（たとえば、型Ｍに形成されている微細な転写パターンと被成型品Ｗにすでに形成されている微細なパターンのなす角が一定の関係になるように）、モータ１１１を回転駆動し型保持体９を回転位置決めし、必要に応じて、ＸＹステージ７を駆動し、被成型品保持体５をＸ軸方向，Ｙ軸方向で位置決めし、検出子１７を第２の位置に退避させる。

続いて、型保持体９をさらに下降し、型Ｍで被成型品Ｗを押圧し、紫外線発生装置５７から被成型品Ｗに紫外線を照射して、被成型品Ｗの紫外線硬化樹脂Ｗ２を硬化させる。

紫外線硬化樹脂Ｗ２が硬化した後、型保持体９を上昇して被成型品Ｗから型Ｍを離し、転写がされた被成型品Ｗを次の被成型品Ｗに交換すれば、前記初期状態に戻る。

なお、転写の際には、Ｚ軸駆動用のサーボモータで型Ｍ（型保持体９）を被成型品Ｗ（被成型品保持体５）のほうに移動して両者の距離が特定の値になるまで近づいてから、サーボシステムを位置制御モードから力制御モードに切換えて、型Ｍを被成型品Ｗに押圧し転写している。

転写装置１によれば、型保持体９がＺ軸方向に延びた回転中心軸ＣＬ１を中心にして回転位置決め自在になっているので、被成型品Ｗに対する型Ｍの回転アライメントを調整することができ、型Ｍに形成されている微細な転写パターンを正確な姿勢で被成型品Ｗに転写することができる。

また、型保持体９がＺ軸方向に延びた回転中心軸ＣＬ１を中心にして回転位置決め自在になっているので、すでに被成型品Ｗに転写されている微細なパターンと、これから転写する微細なパターン（型Ｍに形成されている微細な転写パターン）とのなす角度を正確な角度にすることができる。

すなわち、図８（ａ）（図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面である。）に示すように、被成型品Ｗに微細な転写パターンをつなげて転写する場合であって、１回目の転写で形成された微細なパターンＩＭ１が傾いている場合、２回目の転写ＩＭ２も１回目と同様に傾かせて行うことができ、１回目の転写に対して回転方向でずれがない転写を行うことができる。そして、微細なパターンＩＭ１，ＩＭ２同士を正確に接合して被成型品Ｗの広い領域に微細パターンを転写することができる。なおこの場合、被成型品Ｗを保持している被成型品保持体５が、Ｘ軸方向やＹ軸方向に適宜移動位置決めされるものとする。

また、型保持体９がＺ軸方向に延びた回転中心軸ＣＬ１を中心にして回転位置決め自在になっているので、二次元フォトニック結晶用の微細なパターン等の、重ね合わせの転写（微細なパターンがすでに転写がされている被成型品Ｗの領域に微細な転写パターンを角度を変えて重ねて転写すること）を行うことができる。

ここで、図９と図５とを用いて、フォトニック結晶用の微細なパターンの転写プロセスについて説明する。

まず、フォトニック結晶とは、原子の配列が光の波長程度の周期性を待った構造体のことを指し、可視光領域の光に対して散乱波の位相が揃ったブラッグ反射を起こすものである。この結果、ある特定の周波数帯域の光に対して絶縁体として機能するので、光素子を光の波長の数倍のサイズにまで小型化することができ、将来の光集積回路のプラットフォームとして期待されているものである。

まず、ラインとスペース（Ｌ＆Ｓ）とからなら微細な転写パターンが形成されている型Ｍにより、図５に示すようにして、基材Ｗ１に、ライン（細長い凸部）Ｌとスペース（細長い凹部）Ｓとが交互に現れる微細なパターンを形成する（図９（ａ）参照）。

続いて、図９（ａ）に示されている基材Ｗ１に、紫外線硬化樹脂Ｗ２の薄膜を設け、型Ｍの微細なラインＬとスペースＳとが、図９（ａ）に示す基材Ｗ１に形成されている微細なラインＬとスペースＳとに対してたとえば直交するように（必ずしも直交でなくてもよく、９０°以外の角度で交差するようにしてもよい。）、型Ｍを９０°回転する。そして、図５に示す場合と同様にして、型Ｍで被成型品Ｗを押圧し（図９（ｂ）参照）紫外線を照射して紫外線硬化樹脂Ｗ２を硬化させる。この後、型Ｍを被成型品Ｗから離すと、図９（ｃ）に示すような被成型品（図９（ａ）に示すラインＬとスペースＳと直交する方向に、紫外線硬化樹脂Ｗ２に転写されたラインＬとスペースＳとが延びている被成型品）Ｗを得ることができる。

この後、紫外線硬化樹脂Ｗ２をマスキング部材としてエッチング処理行い、紫外線硬化樹脂Ｗ２を除去することにより、図９（ｄ）に示すような二次元フォトニック結晶の微細なパターンが基材Ｗ１に転写される。

ところで、微細な形状（微細なパターン）のついた型Ｍまたは被成型品Ｗを回転させる場合は、角度を精密に制御することが必要とされる。微細なパターンは数１０〜１００ｎｍ（ナノメータ）のサイズからなるので、回転の精度としては１μｒａｄ（約５．７×１０^−６度）程度の割り出し精度が必要とされる。また、ＵＶインプリント法の場合には光が型Ｍを透過しなければならないので、型Ｍやバックアップガラス１１は、光の通路を妨げるものであってはならない。さらに、熱インプリント法の場合には、ある圧力で型Ｍを被成型品Ｗに押し付け、被成型品Ｗや型Ｍを加熱して転写するので、型保持体９を回転可能に支持している部位が、型Ｍをプレスするときの加圧に耐えられる十分高い剛性を備えたもので、かつ、耐熱性を備えていることも必要とされる。また、転写装置では、数１０〜１００ｎｍサイズの微細なパターンを転写する必要があり、こうした要求を総て満足する精密な回転機構を転写用のヘッド（型保持体９や移動部材２７）に組み込むためには格別の配慮が必要となる。

しかし、転写装置１によれば、クロスローラベアリング２９を用いて型保持体９が高剛性・高精度で移動部材２７に支持されており、また、高精度回転スケール１１５と直動モータ１１１とを用いて高い精度で型保持体９の回転角度を調整するので、型Ｍから被成型品Ｗに高い精度で微細なパターンを転写することができる。

また、転写装置１によれば、位置ずれ量検出手段１５によって、型Ｍの被成型品Ｗに対する回転位置ずれ量を検出し、表示操作ユニット１０７で表示するので、型Ｍの被成型品Ｗに対する回転位置ずれ量が転写前に明らかになり、試し転写等をすることなく、正確な転写を行うことができる。

また、転写装置１によれば、被成型品保持体５が、Ｘ軸方向やＹ軸方で移動位置決め自在になっているので、被成型品保持体５に保持されている被成型品Ｗと型保持体９に保持されている型Ｍとの間において、Ｘ軸方向やＹ軸方向の位置ずれがあった場合であっても、この位置ずれを修正して正確な転写を行うことができる。

さらに、転写装置１によれば、型Ｍに形成されている微細な転写パターンをたとえば環状につなげて被成型品Ｗに転写することが可能になる。すなわち、図１０に示すように、被成型品保持体５に対して型保持体９をＸ軸方向およびＹ軸方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、型Ｍによる第１群の転写ＴＲ１を行い、次に、被成型品保持体５に対して型保持体９をＸ軸方向およびＹ軸方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、型Ｍによる第２群の転写ＴＲ２を行えば、微細な転写パターンをたとえば環状につなげて被成型品Ｗに転写することができる。

また、転写装置１によれば、制御装置１０１の制御の下、位置ずれ量検出手段１５で検出した回転位置ずれ量に基づいて、この回転位置ずれ量を無くすように型保持体９を回転するので、回転位置ずれを修正しつつ転写をする工程を自動化することができる。

また、転写装置１によれば、型保持体９が１つのクロスローラベアリング２９を介して移動部材２７に支持されていることによって、型保持体９が被成型品保持体５に対してＺ軸方向で移動すると共に、Ｚ軸方向に延びた軸ＣＬ１を回転中心にして被成型品保持体５に対し回転するようになっているので、型保持体９の支持構造が簡素化されている。

また、型保持体９が高い剛性をもつクロスローラベアリング２９によって保持されているので、型保持体９が下降し、型Ｍが被成型品Ｗに押し付けられても、型Ｍが押し付けられたときのスラスト方向の荷重を高い剛性で保持することができる。

さらに、型保持体９がクロスローラベアリング２９によりＺ軸方向の中間部で移動部材２７に支持されているので、型保持体９に回転モーメント（Ｘ軸やＹ軸を中心にした回転モーメント）が加わった場合であっても、型保持体９の姿勢（特に、上下の端部における位置ずれ量）が変化することを極力抑制することができ、たとえば、モータ１１１のロータ４１とステータ４３との接触を防止することができ、また、回転スケール本体４５と読み取りヘッド４７とのギャップが変化することを極力防止することができる。

さらに、１つのクロスローラベアリング２９を用いて型保持体９が支持されているので、適切な剛性で型保持体９が支持されていることになり、たとえば、型保持体９に保持されている型Ｍの微細な転写パターンが形成されている領域（面）と、被成型品保持体５に保持されている被成型品Ｗの転写がなされる面とが、完全に平行になっておらず、ごく僅かに傾いていても、転写の際に被成型品Ｗから受ける力によって型Ｍがごく僅かに揺動（Ｘ軸やＹ軸まわりに揺動）して被成型品Ｗに倣うようになっている。したがって、シンバル機構を用いることなく、微細な転写パターンが形成されている領域の全面において、被成型品Ｗへの均一な転写をすることができる。

ここで、転写装置１の変形例について説明する。

図１１は、転写装置１の変形例を示す図であり、図３に対応した図である。

図１１に示す転写装置１ａは、型保持体９（ロータ支持部材５５）に、Ｚ軸方向に貫通した孔６１が設けられている点が、図３に示す転写装置１とは異なり、その他の点は、図３に示す転写装置１とほぼ同様に構成され、ほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、図１１に示す転写装置１ａの型保持体９には、回転中心軸ＣＬ１に沿って延びている貫通孔６１が設けられており、これにより、型保持体９は、ほぼ円筒状に形成されている。そして、貫通孔６１内部の上部側（高さ方向でモータ１１１のロータ４１が設けられている箇所）には、紫外線発生装置５７が設けられており、この紫外線発生装置５７が発生した紫外線が、貫通孔６１の下側やバックアップガラス１１や型Ｍを通り、転写のときに被成型品Ｗに照射されるようになっている。

なお、紫外線発生装置５７は、移動部材２７に一体的に設けられており、図１１に示す転写装置１ａでは、図３に示すクロスローラベアリング係合部材５３と図３に示すロータ支持部材５５とが一体で構成されている。

ところで、図１１に示す転写装置１ａにおいて、型保持体９の上部（たとえば、移動部材２７）に紫外線発生装置５７を設け、この紫外線発生装置５７が発した紫外線が型保持体９の貫通孔６１等を通って被成型品Ｗに照射されるように構成されていてもよい。

また、上述した転写装置１，１ａでは、制御装置１０１によって、被成型品Ｗに対する型Ｍの位置ずれの修正を自動的に行っているが、位置ずれの修正を手動で行ってもよい。

すなわち、検出子１７や画像処理ユニット１０５によって求めた位置ずれ量（被成型品保持体５に保持されている被成型品Ｗに対する、型保持体９に保持されている型Ｍの、Ｘ軸、Ｙ軸方向位置ずれ量、軸ＣＬ１まわりに回転位置ずれ量）を、表示操作ユニット１０７で表示し、この表示に基づいて、転写装置１，１ａのオペレータが修正値を、入力手段の例である表示操作ユニット１０７を介して入力するようにしてもよい。

そして、前記入力した修正値に基づいて、制御装置１０１の制御の下、型保持体９の位置ずれ量を調整し、この調整後に型保持体９を被成型品Ｗ側に移動し、転写を行うようにしてもよい。

なお、上記説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向を水平方向とし、Ｚ軸方向を上下方向としたが、Ｚ軸方向を水平方向としてもよい。さらには、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向がお互いに直交していれば、前記各方向が斜めな方向であってもよい。

また、転写装置１，１ａは、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写装置であって、前記被成型品に対する型の回転アライメントを調整する回転アライメント調整手段を有する転写装置の例である。

本発明の実施形態に係る転写装置１の概略構成を示す正面図である。 転写装置１の概略構成を示す側面図であり、図１におけるＩＩ矢視図である。 転写装置１に設けられている型保持体９の概略構成を示す断面図である。 転写装置１の制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。 ＵＶインプリント法を用いたハードディスク用の記憶媒体を作成するプロセスの一例を示す図である。 位置ずれ量検出手段１５等をＺ軸方向から見た図である。 位置ずれ量検出手段１５等をＸ軸方向から見た図である。 被成型品Ｗに斜めの微細なパターンを形成した状態を示す図である。 フォトニック結晶用の微細なパターンの転写プロセスについての概要を示す図である。 被成型品Ｗに、微細なパターンを環状に形成する場合を示す図である。 転写装置１ａに設けられている型保持体の変形例を示す断面図である。 従来の型と基板とを位置合わせする事例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 転写装置
３ ベースフレーム
５ 被成形品保持体
７ ＸＹステージ
９ 型保持体
１５ 位置ずれ量検出手段
２７ 移動部材
２９ クロスローラベアリング
４５ 回転スケール本体
５７ 紫外線発生装置
１０１ 制御装置
１０５ 画像処理ユニット
１１１ θ軸回転駆動モータ
１１５ 回転スケール

Claims (3)

1. 型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写する転写装置において、
   前記被成型品を保持する被成型品保持体と；
   前記型を保持し、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で相対的に移動すると共に、前記接近・離反する方向に延びた軸を回転中心にして前記被成型品保持体に対し相対的に回転位置決め自在な型保持体と；
   前記型の前記被成型品に対する回転位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と；
   を有し、前記被成型品保持体が、前記接近・離反する方向と直交する方向で、前記型保持体に対して相対的に移動位置決め自在に構成されており、
   前記位置ずれ量検出手段は、前記型の前記被成型品に対する前記直交方向の位置ずれ量を検出する手段であり、
   前記位置ずれ量検出手段で検出した回転位置ずれ量に基づいて、この回転位置ずれ量を無くすように前記型保持体を相対的に回転し、この回転後に前記型保持体を前記被成型品保持体側に移動し、前記転写を行う制御をする制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記位置ずれ量検出手段で検出した前記直交方向の位置ずれ量に基づいて、この直交方向の位置ずれ量を無くすように前記被成型品保持体を相対的に前記直交方向に移動し、この移動後に前記型保持体を前記被成型品保持体側に移動し、前記転写を行う制御をする手段であり、
   ベースフレームと、前記ベースフレームに移動自在に設けられた移動部材とを有し、
   前記型保持体が１つのベアリングを介して前記移動部材に支持されていることによって、前記型保持体が、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で移動すると共に、前記接近・離反する方向に延びた軸を回転中心にして前記被成型品保持体に対し相対的に回転するようになっており、
   成型済みの被成型品と型との直交方向の位置ずれ量および回転方向の位置ずれ量を検出し、前記被成型品と前記型との各ずれ量を修正すると共に、前記被成型品と前記型とを任意の回転角度に設定して再度成型し、または、前記被成型品保持体に対して前記型保持体を直交方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、前記型による第１群の転写を行い、前記被成型品と前記型との各ずれ量を検出して修正すると共に、前記被成型品保持体に対して前記型保持体を直交方向で移動すると共に回転させて相対的に位置決めし、前記型による第２群の転写を行って微細な転写パターンを環状につなげて前記被成型品に転写することを特徴とする転写装置。
2. 請求項１に記載の転写装置において、
   前記回転中心軸に沿って延びている貫通孔が、前記型保持体に設けられており、
   前記貫通孔内に紫外線発生装置が設けられているか、もしくは、紫外線が前記貫通孔を通って被成型品に照射されるように構成されていることを特徴とする転写装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の転写装置を用いて、型に形成されている微細な転写パターンを、被成型品に転写することを特徴とする転写方法。

Images