JP2008049544A - ナノインプリント方法及びナノインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張に起因する型の転写パターンと成型品に転写されるパターンとの間で生じる微小なずれを抑制するナノインプリント方法及びナノインプリント装置を提供する。
【解決手段】ナノインプリント装置１１は、第１加熱ヒータＨ１を備えた定置ステージ１３に第１緩衝シート１５に設けるとともに、第２加熱ヒータＨ２を備えた可動ステージ２１に第２緩衝シート２６を設ける。第１緩衝シート１５を介して被成型品１６を定置ステージ１３に保持するとともに、第２緩衝シート２６を介して型２７を可動ステージ２１に保持して、被成型品１６と型２７を定置ステージ１３と可動ステージ２１にて挟み込む。型２７を被成型品１６に形成された未硬化のレジスト膜１７に押し付けている状態で、レジスト膜１７を硬化させるべく、第１及び第２加熱ヒータＨ１，Ｈ２で加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリント方法及びナノインプリント装置に関する。

近年、微細加工技術において、微細なパターンを安価に製造できるナノインプリント法が注目されている。ナノインプリント法は、特許文献１又は特許文献２に示すように、転写すべきパターンを形成したモールド（型）を、未硬化又は熱可塑性の成形材料に押しつけた状態で硬化させることにより、硬化した基材にパターンを形成する方法である。そして、ナノインプリント法には、成型材料に熱可塑性材料を用いる熱ナノインプリント法と、光硬化性材料を用いる光ナノインプリント法が知られている。

通常、この種のナノインプリント装置では、未硬化の成型材料を塗布した基材を例えばステンレス製の定置ステージに固定載置し、上下動可能な可動ステージにモールド（型）を保持する。そして、モールド（型）を保持した可動ステージを、未硬化の成型材料を塗布した基材を固定載置した定置ステージに向かって移動させ、基材に塗布した未硬化の成型材料に対してモールド（型）を所定の圧力で押し付ける。この押し付けた状態で、両ステージに設けたヒータにて基材及びモールド（型）を加熱して未硬化の成型材料を硬化させることによって、モールド（型）が有している表面形状（転写パターン）を基材上に精密に転写して成型品を製造するようになっている。
特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００１−６８４１１号公報

ところで、モールド（型）と基材は、それぞれ加熱されて熱膨張するため、線膨張係数の差が小さいもの同士が選ばれていた。例えば、モールド（型）と基材とも石英よりも低い線膨張係数を有するいわゆるゼロ膨張ガラス（又はゼロ膨張結晶化ガラスとも言う）を採用し、線膨張係数を同じにする。これによって、線膨張係数の差による、成型品に転写される表面形状（転写パターン）のずれを抑えるようにしていた。

しかしながら、モールド（型）と基材について、線膨張係数の差が非常に小さいもの又は同じものを用いても、モールド（型）と成型品とでは、依然、微小な形状のずれが確認されている。

本出願人は、この原因を試験実験等から以下の理由であることを見出した。
モールド（型）と基材は、定置ステージと可動ステージの間で所定の圧力で挟み込まれ、この状態で加熱される。この時、基材及びモールド（型）は共に線膨張係数が小さいゼロ膨張ガラスであるものの、定置ステージ及び可動ステージは線膨張係数が大きいステンレス製であることから、定置ステージと基材、可動ステージとモールド（型）の線膨張係数はそれぞれ大きく相違する。その結果、所定の圧力で挟み込まれた状態で加熱されると、その膨張差によって、基材はその接触面で定置ステージから面方向に引っ張られる力を受けるとともに、モールド（型）もその接触面で可動ステージから面方向に引っ張られる力を受ける。この時、定置ステージと可動ステージとの間の温度差が生じるとともに、基材と定置ステージとの間の摩擦係数とモールド（型）と可動ステージとの間の摩擦係数とがそれぞれ相違すると、基材とモールド（型）はそれぞれ偏倚する量が相違し、この偏倚する量の相違がモールド（型）と成型品との間での微小な形状のずれの原因となっていた。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、熱膨張に起因する型の転写パターンと成型品に転写されるパターンとの間で生じる微小なずれを抑制することのできるナノインプリント方法及びナノインプリント装置を提供することにある。

請求項１の発明は、基材に塗布した成型材料に型に形成した転写パターンを押さえ付けて、その成型材料に前記型に形成した転写パターンを転写させるナノインプリント方法において、前記基材及び前記型を、それぞれ熱膨張を吸収する保持手段にて支持した状態で、予め定めた同じ所定の温度に加熱した後、その所定の温度を保持しながら、基材に塗布した成型材料に型に形成した転写パターンを押さえ付けて未硬化の成型材料を熱硬化させるようにした。

請求項２の発明は、基材に塗布した成型材料に型の転写パターンを押さえ付けて、その成型材料に前記型に形成した転写パターンを転写させるナノインプリント方法において、被成型品と前記型が離間した状態で、第１のステージを介して前記被成型品を加熱するとともに、第２のステージを介して前記型を加熱する行程と、前記被成型品と前記型が、共に同じ所定の温度になったとき、前記第１のステージと前記第２のステージが近接する方向に相対移動させて、前記第１のステージと前記第２のステージにて前記基材に塗布した成型材料に前記型の転写パターンを押さえ付ける行程と、予め定めた時間経過後、前記第１のステージと前記第２のステージが離間する方向に相対移動させて、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けを解除する行程と、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けた状態が解除された時、第１のステージを介しての前記被成型品の加熱と、第２のステージを介しての前記型の加熱を停止する行程とからなる。

請求項３の発明は、基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を保持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を保持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、前記第１のステージ及び前記第２のステージに、緩衝部材をそれぞれ配設した。

請求項４の発明は、基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を保持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を保持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、前記第１のステージ及び前記第２のステージを、それぞれ前記基材及び前記型と同じ線膨張係数の材質で形成した。

請求項５の発明は、基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を、その熱膨張を吸収する保持手段を介して支持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を、その熱膨張を吸収する保持手段を介して支持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、前記第１のステージと前記第２のステージを、相対向する方向に相対移動させるステージ駆動手段と、前記第１のステージを介して前記被成型品を加熱する第１の加熱手段と、前記第２のステージを介して前記型を加熱する第２の加熱手段と、前記被成型品の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記型の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記被成型品と前記型が離間した状態で、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱動作を開始させる第１の制御手段と、前記被成型品と前記型が、共に同じ所定の温度になったとき、前記第１のステージと前記第２のステージが近接する方向に相対移動させて、前記第１のステージと前記第２のステージにて前記基材に塗布した成型材料に前記型の転写パターンを押さえ付けるように前記ステージ駆動手段を駆動制御する第２の制御手段と、予め定めた時間経過後、前記第１のステージと前記第２のステージが離間する方向に相対移動させて、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けを解除するように
前記ステージ駆動手段を駆動制御する第３の制御手段と、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けた状態が解除された時、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱動作を停止させる第４の制御手段とを備えた。

請求項１の発明によれば、所定の圧力で挟み込む前に、第１のステージ、第２のステージ、基材及び型を予め定めた同じ温度にまで加熱し、その温度を保持しながら押さえ付けた状態で未硬化の成型材料を熱硬化させることから、押さえ付けた状態で未硬化の成型材料を熱硬化させているときには、基材及び型にそれぞれのステージから加わる引っ張り力は発生しない。その結果、ステージの熱膨張による、型の転写パターンと基材に転写されたパターンとの間での微小なずれは抑制される。

請求項２及び５の発明によれば、基材に塗布した成型材料に型の転写パターンを押さえ付ける前に、第１のステージ、第２のステージ、基材及び型を予め定めた同じ温度にまで加熱し、その温度を保持しながら押さえ付けた状態で未硬化の成型材料を熱硬化させることから、押さえ付けた状態で未硬化の成型材料を熱硬化させているときには、基材及び型にそれぞれのステージから加わる引っ張り力は発生しない。その結果、ステージの熱膨張による、型の転写パターンと基材に転写されたパターンとの間での微小なずれは抑制される。

請求項３の発明によれば、基材及び型がそれぞれのステージに対して熱膨張差があるとき、基材及び型にそれぞれのステージから加わる引っ張り力が、緩衝部材にて吸収される。その結果、ステージの熱膨張による、型の転写パターンと基材に転写されたパターンとの間での微小なずれを緩衝部材にて抑制させることができる。

請求項４の発明によれば、未硬化の成型材料を硬化させるために、第１のステージ、第２のステージ、基材及び型が加熱されるとき、第１のステージ及び第２のステージが基材及び型と同じ線膨張係数の材質でできていることから、基材及び型にそれぞれのステージから加わる引っ張り力は発生しない。その結果、ステージの熱熱膨張による、型の転写パターンと基材に転写されたパターンとの間での微小なずれは抑制される。

（第１実施形態）
以下、本発明の具体化したナノインプリント装置の第１実施形態を図面に従って説明する。

図１は、ナノインプリント装置１１の構成を説明する概念図である。図１において、ナノインプリント装置１１には、直方体形状に形成されたベース１２が備えられるとともに、そのベース１２の上面に第１のステージとしての定置ステージ１３が設けられている。

定置ステージ１３は、本実施形態では、ステンレス製の定盤であって、その上面１３ａには、嵌合凹部１４が凹設され、その凹部１４には緩衝部材としての第１緩衝シート１５が嵌合配置されている。第１緩衝シート１５は、本実施形態では厚さが２．０ｍｍ、１５０℃までの耐熱性を有したシリコンゴム製のシートであって、平面方向に伸び縮みするようになっている。そして、第１緩衝シート１５上には、被成型品１６が載置され、第１緩衝シート１５上に設けた図示しない保持手段にて保持される。

被成型品１６は、図３に示すように、線膨張係数の絶対値が１．０×１０−７／℃以下のガラス基板であって、本実施形態ではゼロ膨張ガラスが基材１６ａとして用いられている。基材１６ａは、本実施形態では、長さＬが１５０ｍｍ、幅（紙面と直交する方向）が
５０ｍｍ、厚みＨが１．５ｍｍに成形されている。基材１６ａの上面に、未硬化の成型材料としてのレジスト膜１７が、例えば、スピンコート法にて形成されている。レジスト膜１７は、本実施形態では熱硬化性レジスト膜であって、膜厚は１．０μｍとしている。

また、定置ステージ１３には、第１の加熱手段としての第１加熱ヒータＨ１が内蔵され、第１加熱ヒータＨ１にて定置ステージ１３、第１緩衝シート１５及び被成型品１６（基材１６ａ及びレジスト膜１７）が加熱されるようになっている。

定置ステージ１３の上方位置には、第２のステージとしての可動ステージ２１が配置されている。可動ステージ２１は、ベース１２から延びる支持フレーム２２に支持されたステージ駆動手段としての加圧機構２３の駆動ロッド２４の先端に連結されている。そして、加圧機構２３によって、可動ステージ２１は上下方向に移動するようになっている。

可動ステージ２１は、前記定置ステージ１３と同様に、本実施形態では、ステンレス製の定盤であって、その下面（定置ステージ１３側の面）２１ａには、嵌合凹部２５が凹設され、その凹部２５には緩衝部材としての第２緩衝シート２６が嵌合配置されている。第２緩衝シート２６は、前記第１緩衝シート１５と同様に、本実施形態では厚さが２．０ｍｍ、１５０℃までの耐熱性を有したシリコンゴム製のシートであって、平面方向に伸び縮みするようになっている。

また、可動ステージ２１には、凹部２５に嵌合した第２緩衝シート２６の面で型２７を保持するための、静電チャック又は吸引チャック等の図示しない保持機構を備えている。
型２７は、図４に示すように、ゼロ膨張ガラスであってその表面をフォトリソグラフィ技術及びエッチング処理を用いて多数の断面矩形状の凸条２９を有する回折格子形状にしたものである。各凸条２９は、本実施形態では、図４に示すように、それぞれ幅Ｌ２が２００ｎｍ、高さＤ２が１２０ｎｍの矩形形状であって、４００ｎｍのピッチＰ２で配列形成されている。そして、型２７において、各凸条２９が形成されている領域は、型２７の幅方向（紙面と直交する方向）と平行な方向に１０ｍｍ、型２７の長手方向に１００ｍｍである。

さらに、可動ステージ２１には、第２の加熱手段としての第２加熱ヒータＨ２が内蔵され、第２加熱ヒータＨ２にて可動ステージ２１、第２緩衝シート２６及び型２７が加熱されるようになっている。

次に、上記のように構成したナノインプリント装置１１の電気的構成を図５に従って説明する。
図５において、制御装置４１には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマ等が備えられている。そして、制御装置４１は、ＲＡＭやＲＯＭなどに格納された各種データ及び転写プログラム等、各種プログラムに従って、可動ステージ２１を上下動させたり、加熱ヒータＨ１，Ｈ２を発熱制御させるようになっている。第１制御手段、第２制御手段、第３制御手段及び第４制御手段としての制御装置４１には、入力装置４２、第１加熱ヒータ駆動回路４３、第２加熱ヒータ駆動回路４４、加圧機構駆動回路４５が電気的に接続されている。

入力装置４２は、起動スイッチ、停止スイッチなどの操作スイッチを有して各種操作信号を制御装置４１に入力するとともに、被成型品１６に型２７を押し付ける際の可動ステージ２１の移動量に関する移動情報、押し付け時間に関する保持情報、レジスト膜１７の加熱温度に関する温度情報を制御装置４１に入力するようになっている。そして、入力装置４２から各種情報を入力すると、制御装置４１は、各種情報とＲＯＭに記憶された転写プログラムに従って、型２７を用いて被成型品１６に形成されたレジスト膜１７に、型２７に形成した各凸条２９のパターンを転写するために各駆動回路４３〜４５をそれぞれ駆
動制御する。

第１加熱ヒータ駆動回路４３は、定置ステージ１３に内蔵した第１加熱ヒータＨ１を発熱させる回路であって、制御装置４１からの駆動制御信号に基づいて第１加熱ヒータＨ１を発熱制御させるようになっている。第２加熱ヒータ駆動回路４４は、可動ステージ２１に内蔵した第２加熱ヒータＨ２を発熱させる回路であって、制御装置４１からの駆動制御信号に基づいて第２加熱ヒータＨ２を発熱制御させるようになっている。加圧機構駆動回路４５は、加圧機構２３を作動させ駆動ロッド２４の先端に連結された可動ステージ２１を上下方向に移動させる回路であって、制御装置４１からの駆動制御信号に基づいて加圧機構２３を駆動制御させるようになっている。

また、制御装置４１は、第１の温度検出手段としての第１温度検出センサ４６及び第２の温度検出手段としての第２温度検出センサ４７と接続されている。第１温度検出センサ４６は、定置ステージ１３に載置された被成型品１６の温度を検出する検出センサである。第２温度検出センサ４７は、可動ステージ２１に保持された型２７の温度を検出する検出センサである。第１温度検出センサ４６及び第２温度検出センサ４７は、それぞれ検出した温度検出信号を制御装置４１に出力するようになっている。そして、制御装置４１は、第１温度検出センサ４６及び第２温度検出センサ４７からの検出信号に基づいて被成型品１６及び型２７の温度を検出し、前記第１加熱ヒータ駆動回路４３及び第２加熱ヒータ駆動回路４４を介してそれぞれ第１及び第２加熱ヒータＨ１，Ｈ２を前記温度情報から求められる温度になるように発熱制御するようになっている。

さらに、制御装置４１は、可動ステージ位置検出センサ４８と接続されている。可動ステージ位置検出センサ４８は、定置ステージ１３に対する可動ステージ２１の相対位置を検出する検出センサである。可動ステージ位置検出センサ４８は、検出した相対位置検出信号を制御装置４１に出力するようになっている。そして、制御装置４１は、可動ステージ位置検出センサ４８からの検出信号に基づいて被成型品１６に対する型２７の位置を検出し、型２７が移動情報から求められる押し付け位置になるように加圧機構駆動回路４５を介してそれぞれ加圧機構２３を駆動制御するようになっている。

次に、上記したナノインプリント装置の作用を図６に示すフローチャートに従って説明する。
いま、未硬化のレジスト膜１７が形成された被成型品１６を定置ステージ１３の第１緩衝シート１５上に載置固定し、型２７を可動ステージ２１の第２緩衝シート２６に支持固定する。

そして、起動スイッチを操作すると、入力装置４２から起動信号が制御装置４１に出力され、制御装置４１は起動信号に応答して転写プログラムを実行する。
制御装置４１は、加圧機構２３を駆動させて可動ステージ２１を定置ステージ１３に向かって所定の位置まで下動させる（ステップＳ１−１）。そして、制御装置４１は、可動ステージ位置検出センサ４８からの検出信号に基づいて、予め定めた所定の位置まで可動ステージ２１を下動させる（ステップＳ１−２、ステップＳ１−３）。所定の位置まで可動ステージ２１が下動すると、図２（ａ）に示すように、被成型品１６に形成された未硬化のレジスト膜１７は型２７に押し付けられる。すると、レジスト膜１７は未硬化な膜であることから、被成型品１６に形成されたレジスト膜１７は、型２７の各凸条２９の形状にそって変形する。

この型２７を押しつけた状態で、制御装置４１は、第１及び第２加熱ヒータ駆動回路４３，４４を介して定置ステージ１３に設けた第１加熱ヒータＨ１及び可動ステージ２１に設けた第２加熱ヒータＨ２をそれぞれ発熱させるとともに（ステップＳ１−４）、制御装
置４１に内蔵したタイマを作動させる（ステップＳ１−５）。そして、制御装置４１は、レジスト膜１７を所定の温度（本実施形態では１２０℃）で所定の時間（本実施形態では約６０分）加熱し保持する（ステップＳ１−６，ステップＳ２−７）。１２０℃で加熱保持されることによって、レジスト膜１７は硬化する。

ところで、このレジスト膜１７を硬化させている時において、各ステージ１３，２１、被成型品１６及び型２７は、それぞれの線膨張係数で膨張する。この時、ステンレス製の定置ステージ１３の線膨張係数がゼロ膨張ガラス製の被成型品１６の線膨張係数より大きい。従って、両ステージ１３，２１にて挟み込まれ、かつ、その膨張差によって、被成型品１６は面方向であって伸張する方向に引っ張られる力を受ける。この時、定置ステージ１３と被成型品１６との間にある第１緩衝シート１５の弾性変形によってこの引っ張る力が吸収される。その結果、被成型品１６は伸張する方向の引っ張り力を受けない。さらにこの時、第１緩衝シート１５は摩擦係数の高いシリコンゴムで形成されているので、第１緩衝シート１５は、引っ張り力を吸収するために弾性変形をする時、スリップすることなく被成型品１６を密着した状態に保持している。

同様に、ステンレス製の可動ステージ２１の線膨張係数もゼロ膨張ガラス基板製の型２７の線膨張係数より大きい。従って、両ステージ１３，２１にて挟みこまれ、かつ、その膨張差によって、型２７は面方向であって伸張する方向に引っ張られる力を受ける。さらにこの時、可動ステージ２１と型２７との間にある第２緩衝シート２６の弾性変形によってこの引っ張る力が吸収される。その結果、型２７は伸張する方向の引っ張り力を受けない。さらにこの時、第２緩衝シート２６は摩擦係数の高いシリコンゴムで形成されているので、第２緩衝シート２６は、引っ張り力を吸収するために弾性変形をする時、スリップすることなく型２７を密着した状態に保持している。

レジスト膜１７が硬化すると（即ち所定時間経過すると）、制御装置４１は、第１及び第２加熱ヒータＨ１，Ｈ２の発熱を停止させて（ステップＳ１−８）、レジスト膜１７を室温まで自然冷却させる（ステップＳ１−９）。このとき、前記と同様に、被成型品１６は、定置ステージ１３によって面方向であって縮む方向に引っ張られる力を受ける。この時、定置ステージ１３と被成型品１６との間にある第１緩衝シート１５の弾性変形によってこの引っ張る力が吸収される。その結果、被成型品１６は縮む方向の引っ張り力を受けない。さらにこの時、前記と同様に、第１緩衝シート１５は、引っ張り力を吸収するために弾性変形をする時、スリップすることなく被成型品１６を密着した状態に保持している。

また同様に、型２７は、可動ステージ２１によって面方向であって縮む方向に引っ張られる力を受ける。この時、可動ステージ２１と型２７との間にある第２緩衝シート２６の弾性変形によってこの引っ張る力が吸収される。その結果、型２７は縮む方向の引っ張り力を受けない。さらにこの時、前記と同様に、第２緩衝シート２６は、引っ張り力を吸収するために弾性変形をする時、スリップすることなく型２７を密着した状態に保持している。

被成型品１６の熱硬化したレジスト膜１７が室温まで冷却されると、制御装置４１は可動ステージ２１を上動させて（ステップＳ１−１０）、図２（ｂ）に示すように、押しつけていた型２７を硬化したレジスト膜１７から引き剥がす。このとき、被成型品１６上で硬化したレジスト膜１７には、型２７の形状が転写、即ち各凸条２９による溝（格子溝）が転写形成されて成型品が完成する。

上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、第１緩衝シート１５を介して被成型品１６を定置ステージ
１３に保持した。そのため、ステンレス製の定置ステージ１３の線膨張係数とゼロ膨張ガラス基板製の被成型品１６（基材１６ａ）の線膨張係数の差による定置ステージ１３の被成型品１６（基材１６ａ）に対する引っ張る力が第１緩衝シート１５の弾性変形にて吸収され、被成型品１６に伝わらない。

また、第２緩衝シート２６を介して型２７を可動ステージ２１に保持した。そのため、ステンレス製の可動ステージ２１の線膨張係数とゼロ膨張ガラス製の型２７の線膨張係数の差による可動ステージ２１の型２７に対する引っ張る力が第２緩衝シート２６の弾性変形にて吸収され、型２７に伝わらない。

従って、被成型品１６と型２７を、定置ステージ１３と可動ステージ２１にて挟み込み、型２７を被成型品１６に形成された未硬化のレジスト膜１７に押し付けている状態で、レジスト膜１７を硬化させるべく、定置ステージ１３と可動ステージ２１、被成型品１６及び型２７を所定の温度まで加熱させても、被成型品１６（レジスト膜１７）と型２７との間での引っ張る力は生じない。

その結果、レジスト膜１７の硬化時において、型２７とレジスト膜１７との間での微小な形状のずれが抑制され、型２７の転写パターンとレジスト膜１７に転写されるパターンとの間での微小なずれが抑制される。

また、被成型品１６と型２７を、定置ステージ１３と可動ステージ２１にて挟み込み、型２７を被成型品１６に形成された硬化したレジスト膜１７に押し付けている状態で、型２７及び被成型品１６を自然冷却させても、同様に、被成型品１６と型２７との間での引っ張る力は生じない。

その結果、型２７及び被成型品１６の冷却時において、型２７とレジスト膜１７との間での微小な形状のずれが抑制され、型２７の転写パターンとレジスト膜１７に転写されるパターンとの間での微小なずれが抑制される。

（２）本実施形態によれば、第１緩衝シート１５を摩擦係数の高いシリコンゴムで形成したので、第１緩衝シート１５は、前記引っ張り力を吸収する弾性変形する時、スリップすることなく被成型品１６を密着した状態に保持することができる。従って、第１緩衝シート１５に対してスリップすることによる生じる被成型品１６の振動はない。

また、第２緩衝シート２６を摩擦係数の高いシリコンゴムで形成したので、第２緩衝シート２６は、前記引っ張り力を吸収する弾性変形する時、スリップすることなく型２７を密着した状態に保持することができる。従って、第２緩衝シート２６に対してスリップすることによる生じる型２７の振動はない。

その結果、スリップによる型２７とレジスト膜１７との間での微小な形状のずれが抑制され、型２７の転写パターンとレジスト膜１７に転写されるパターンとの間での微小なずれが抑制される。
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態とは、ナノインプリント装置１１の定置ステージ１３と可動ステージ２１の構成が相違する点と、定置ステージ１３と可動ステージ２１に設けた加熱ヒータＨ１，Ｈ２の駆動制御が相違する。従って、本実施形態では、説明の便宜上、その相違する点を詳細に説明する。

図７に示すように、本実施形態の定置ステージ１３は、第１緩衝シート１５が設けられていないステージであって、ステンレスで形成されている。そして、被成型品１６は定置
ステージ１３に直接載置され、同ステージ１３上に設けた図示しない保持手段にて保持される。また、本実施形態の可動ステージ２１は、第２緩衝シート２６が設けられていないステージであって、ステンレスで形成されている。そして、型２７は可動ステージ２１に直接当接し、同ステージ２１上に設けた図示しない保持手段にて保持される。

なお、定置ステージ１３に直接載置される被成型品１６及び可動ステージ２１に直接当接される型２７は、それぞれ保持手段にて保持されるが、これら保持手段は、本実施形態では、被成型品１６及び型２７が対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないように、被成型品１６及び型２７をそれぞれ保持するものである。保持手段として、例えば、ステージ１３，２１から延び、対応する被成型品１６及び型２７の側面を最小限の固定力で保持する板バネが考えられる。

本実施形態のナノインプリント装置１１の電気的構成は、図５に示す第１実施形態と同じであって、制御装置４１に設けられたＲＯＭに格納された転写プログラムが相違する。従って、本実施形態の転写プログラムに基づくナノインプリント装置１１の作用を図８に示すフローチャートに従って説明する。

いま、未硬化のレジスト膜１７が形成された被成型品１６を定置ステージ１３上に直接載置固定し、型２７を可動ステージ２１に直接支持固定する。このとき、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないようにそれぞれの保持手段にて保持されている。そして、起動スイッチを操作すると、入力装置４２から起動信号が制御装置４１に出力され、制御装置４１は起動信号に応答して転写プログラムを実行する。

まず、制御装置４１は、定置ステージ１３に設けた第１加熱ヒータＨ１及び可動ステージ２１に設けた第２加熱ヒータＨ２を発熱させ、被成型品１６及び型２７を所定の温度（本実施形態では１２０℃）になるまで加熱する（ステップＳ２−１、ステップＳ２−２）。

所定の温度になるまでの過程において、各ステージ１３，２１、被成型品１６及び型２７は、それぞれの線膨張係数で膨張する。この時、ステンレス製の定置ステージ１３の線膨張係数が被成型品１６の線膨張係数より大きいため、その膨張差によって、定置ステージ１３に保持されている被成型品１６は定置ステージ１３にて面方向であって伸張する方向に引っ張られる力を受ける。同様に、型２７も可動ステージ２１にて面方向であって伸張する方向に引っ張られる力を受ける。しかし、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないように保持手段にて保持されているため、その引っ張り力の影響が非常に小さい。

被成型品１６及び型２７が所定の温度（本実施形態では１２０℃）になると、制御装置４１は、温度定温保持モードとなり、以後、被成型品１６及び型２７の温度を所定の温度に保持されるように、第１加熱ヒータＨ１及び第２加熱ヒータＨ２を制御する（ステップＳ２−３）。従って、以後、定置ステージ１３、可動ステージ２１、被成型品１６及び型２７は、共に同じ所定の温度に保持されるため、膨張は止まる。その結果、両ステージ１３，２１にそれぞれ保持されて被成型品１６及び型２７に対する面方向であって伸張する方向に引っ張る力は発生しない。また、被成型品１６に形成されたレジスト膜１７は、加熱時間がこの時点では短いので、未硬化の状態にある。

温度定温保持モードになると、制御装置４１は、加圧機構２３を駆動させて可動ステージ２１を定置ステージ１３に向かって所定の位置まで下動させる（ステップＳ２−４）。そして、制御装置４１は、可動ステージ位置検出センサ４８からの検出信号に基づいて、
予め定めた所定の位置まで可動ステージ２１を下動させる（ステップＳ２−５）。

所定の位置まで可動ステージ２１が下動すると（ステップＳ２−５でＹＥＳ）、制御装置４１は、加圧機構２３を停止させる（ステップＳ２−６）。この時、型２７が被成型品１６に形成された未硬化のレジスト膜１７を押し付けた状態に保持される。すると、レジスト膜１７は未硬化な膜であることから、被成型品１６に形成されたレジスト膜１７は、型２７の各凸条２９の形状に沿って変形する。

押さえ付けられた状態が開始されると、制御装置４１は、内蔵したタイマを計時動作させ、レジスト膜１７を所定の温度（本実施形態では１２０℃）で所定の時間（本実施形態では約６０分）加熱し保持する（ステップＳ２−７，ステップＳ２−８）。所定時間（約６０分）、１２０℃で加熱保持されることによって、レジスト膜１７は硬化する。

タイマが所定時間を計時（即ちレジスト膜１７が硬化）すると（ステップＳ２−８でＹＥＳ）、制御装置４１は可動ステージ２１を上動させて、押し付けていた型２７を硬化したレジスト膜１７から引き剥がす（ステップＳ２−９）。続いて、制御装置４１は、第１及び第２加熱ヒータＨ１，Ｈ２の発熱を停止させて、レジスト膜１７を室温まで自然冷却させる（ステップＳ２−１０）。このとき、第１実施形態と同様に、被成型品１６は定置ステージ１３によって面方向であって縮む方向に引っ張られる力を受けるとともに、型２７は可動ステージ２１によって面方向であって縮む方向に引っ張られる力を受ける。しかし、型２７は被成型品１６の硬化したレジスト膜１７から離型しているため、レジスト膜１７は型２７から引っ張り力を受けず、変形することはない。しかも、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないように保持手段にて保持されているため、その引っ張り力の影響が非常に小さい。

これによって、被成型品１６上で硬化したレジスト膜１７には、型２７の形状が転写、即ち各凸条２９による溝（格子溝）が形成されて成型品が完成する。
上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、定置ステージ１３、可動ステージ２１、被成型品１６及び型２７は、共に同じ所定の温度に加熱保持してそれぞれの膨張が止まった後に、被成型品１６と型２７を、定置ステージ１３と可動ステージ２１にて挟み込み、型２７を被成型品１６に形成された未硬化のレジスト膜１７に押し付けてレジスト膜１７を硬化させるようにした。

従って、両ステージ１３，２１にて挟み込まれている被成型品１６及び型２７に対する面方向であって伸張する方向に引っ張る力は発生しない状態で、転写が行われる。その結果、レジスト膜１７の硬化時において、型２７とレジスト膜１７との間で熱膨張による微小な形状のずれがなく、型２７の転写パターンとレジスト膜１７に転写されるパターンとの間での微小なずれはない。

（２）本実施形態によれば、レジスト膜１７を硬化させた後、型２７を被成型品１６（レジスト膜１７）から離間させ、その後に型２７を被成型品１６（レジスト膜１７）を自然冷却させたので、レジスト膜１７は型２７から引っ張り力を受けず、変形することはない。その結果、型２７及び被成型品１６の冷却時において、型２７とレジスト膜１７との間で、収縮による微小な形状のずれがなく、型２７の転写パターンとレジスト膜１７に転写されるパターンとの間での微小なずれはない。

（３）本実施形態によれば、第１実施形態の第１緩衝シート１５及び第２緩衝シート２６を使用しないので、その分だけ第１実施形態に比べて本実施形態のナノインプリント装
置１１はコストダウンを図ることができる。

（４）本実施形態によれば、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないように保持手段にて保持した。従って、ステージ１３，２１、被成型品１６及び型２７を、加熱したり冷却する時、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による引っ張り力の影響が非常に小さく抑えられる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・前記第１及び第２実施形態では、定置ステージ１３及び可動ステージ２１をステンレス製の定盤で構成した。つまり、被成型品１６、型２７と相違する線膨張係数の材質でステージ１３，２１を形成した。これを、ステージ１３，２１を被成型品１６、型２７と同じ線膨張係数の材質（例えば、ゼロ膨張ガラス）で形成してもよい。

この場合、第１実施形態で採用された第１緩衝シート１５と第２緩衝シート２６を用いることなく、型２７の転写パターンがずれることなくレジスト膜１７に転写させることができる。また、第２実施形態で採用された加熱のタイミングと冷却するタイミングを考慮することなく、簡単な制御で型２７の転写パターンがずれることなくレジスト膜１７に転写させることができる。

勿論、第１実施形態及び第２実施形態に採用したナノインプリント装置１１の定置ステージ１３及び可動ステージ２１に応用してもよい。この場合、よりずれのない転写ができる。

・前記第１実施形態では、第１緩衝シート１５及び第２緩衝シート２６をシリコンゴムで形成したが、これに限定されるものではなく、要は弾性変形可能な物であってレジスト膜１７を硬化させる際の温度に耐えうる材質のものであればよい。さらに、加えて被成型品１６、型２７に対して摩擦係数が大きい材質のものであればさらによい。

・前記第１実施形態では、第１緩衝シート１５及び第２緩衝シート２６は、それぞれ定置ステージ１３及び可動ステージ２１に形成した嵌合凹部１４，２５に嵌合させた。これを、定置ステージ１３の上面１３ａ及び可動ステージ２１の下面２１ａに直接接着させて実施してもよい。この場合、定置ステージ１３及び可動ステージ２１に嵌合凹部１４，２５を形成しなくてもよくなるとともに、既存のステージに加工を施すことなく応用することができる。

・前記第２実施形態では、第１緩衝シート１５と第２緩衝シート２６を省略したナノインプリント装置１１であったが、第１実施形態の第１緩衝シート１５と第２緩衝シート２６を備えたナノインプリント装置１１を使って実施してもよい。

・前記第各実施形態では、成型品を特に限定していなかったが、例えば、回折格子、特に相対位置を検出する光エンコーダに用いられる回折格子を形成するのに応用してもよい。この場合、ガラス基板（基材１６ａ）に金属アルコキシドを含有するゾル液を塗布し、ガラス基板（基材１６ａ）上にゾル膜を形成する。続いて、そのゾル膜を脱水処理してゲル化させゲル膜（レジスト膜１７）を形成する。そして、そのゲル膜（レジスト膜１７）に型に形成した転写パターン（格子パターン）を転写するようにしてもよい。

・前記第２実施形態では、被成型品１６及び型２７は、それぞれ対応するステージ１３，２１の熱膨張による影響を受けないように保持手段にて保持された状態で、ステージ１３，２１とともに加熱されるようにした。これを定置ステージ１３、可動ステージ２１、
被成型品１６及び型２７を、それぞれ独立に所定の温度まで加熱する。そして、所定の温度にまで加熱して定置ステージ１３、可動ステージ２１、被成型品１６及び型２７の膨張が止まった時点で、被成型品１６を定置ステージ１３に、型２７を可動ステージ２１に直接支持固定する。その後、型２７を被成型品１６に押し付けるようにして実施してもよい。

なお、この場合の加熱方法としては、定置ステージ１３と可動ステージ２１は、第１及び第２実施形態で用いた第１及び第２加熱ヒータＨ１、Ｈ２で加熱し、被成型品１６及び型２７は、別の場所に設けたヒータ（例えば、オーブン）を用いて短時間で加熱することが考えられる。

ナノインプリント装置の構成を説明するための概念図。 （ａ）はレジスト膜に型を押し付けた状態を示す図、（ｂ）レジスト膜から型を離型した状態を示す図。 レジスト膜を形成した被成型品を説明するための説明図。 型を説明するための説明図。 ナノインプリント装置の電気的構成を説明するブロック回路図。 第１実施形態のナノインプリント装置の作用を説明するためのフローチャート。 第２実施形態のナノインプリント装置の構成を説明するための概念図。 第２実施形態のナノインプリント装置の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１…ナノインプリント装置、１３…第１のステージとしての定置ステージ、１５…第１緩衝シート、１６…被成型品、１６ａ…基材、１７…成型材料としてのレジスト膜、２１…第２のステージとしての可動ステージ、２３…加圧機構、２６…第２緩衝シート、２７…型、４１…第１〜第４の制御手段としての制御装置、４３…第１加熱ヒータ駆動回路、４４…第２加熱ヒータ駆動回路、４５…加圧機構駆動回路、４６…第１の温度検出手段としての第１温度検出センサ、４７…第２の温度検出手段としての第２温度検出センサ、４８…可動ステージ位置検出センサ、Ｈ１…第１の加熱手段としての第１加熱ヒータ、Ｈ２…第２の加熱手段としての第２加熱ヒータ。

Claims (5)

1. 基材に塗布した成型材料に、型に形成した転写パターンを押さえ付けて、その成型材料に前記型に形成した転写パターンを転写させるナノインプリント方法において、
   前記基材及び前記型を、それぞれ熱膨張を吸収する保持手段にて支持した状態で、予め定めた同じ所定の温度に加熱した後、その所定の温度を保持しながら、基材に塗布した成型材料に型に形成した転写パターンを押さえ付けて未硬化の成型材料を熱硬化させるようにしたことを特徴とするナノインプリント方法。
2. 基材に塗布した成型材料に、型に形成した転写パターンを押さえ付けて、その成型材料に前記型に形成した転写パターンを転写させるナノインプリント方法において、
   被成型品と前記型が離間した状態で、第１のステージを介して前記被成型品を加熱するとともに、第２のステージを介して前記型を加熱する行程と、
   前記被成型品と前記型が、共に同じ所定の温度になったとき、前記第１のステージと前記第２のステージが近接する方向に相対移動させて、前記第１のステージと前記第２のステージにて前記基材に塗布した成型材料に前記型の転写パターンを押さえ付ける行程と、
   予め定めた時間経過後、前記第１のステージと前記第２のステージが離間する方向に相対移動させて、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けを解除する行程と、
   前記成型材料に対する前記型の押さえ付けた状態が解除された時、第１のステージを介しての前記被成型品の加熱と、第２のステージを介しての前記型の加熱を停止する行程とからなるナノインプリント方法。
3. 基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を保持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を保持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、
   前記第１のステージ及び前記第２のステージに、緩衝部材をそれぞれ配設したことを特徴とするナノインプリント装置。
4. 基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を保持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を保持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、
   前記第１のステージ及び前記第２のステージを、それぞれ前記基材及び前記型と同じ線膨張係数の材質で形成したことを特徴とするナノインプリント装置。
5. 基材に未硬化の成型材料を塗布してなる被成型品を、その熱膨張を吸収する保持手段を介して支持する第１のステージと、転写パターンを形成した型を、その熱膨張を吸収する保持手段を介して支持する第２のステージとを備えたナノインプリント装置において、
   前記第１のステージと前記第２のステージを、相対向する方向に相対移動させるステージ駆動手段と、
   前記第１のステージを介して前記被成型品を加熱する第１の加熱手段と、
   前記第２のステージを介して前記型を加熱する第２の加熱手段と、
   前記被成型品の温度を検出する第１の温度検出手段と、
   前記型の温度を検出する第２の温度検出手段と、
   前記被成型品と前記型が離間した状態で、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱動作を開始させる第１の制御手段と、
   前記被成型品と前記型が、共に同じ所定の温度になったとき、前記第１のステージと前記第２のステージが近接する方向に相対移動させて、前記第１のステージと前記第２のステージにて前記基材に塗布した成型材料に前記型の転写パターンを押さえ付けるように前記ステージ駆動手段を駆動制御する第２の制御手段と、
   予め定めた時間経過後、前記第１のステージと前記第２のステージが離間する方向に相対移動させて、前記成型材料に対する前記型の押さえ付けを解除するように前記ステージ駆動手段を駆動制御する第３の制御手段と、
   前記成型材料に対する前記型の押さえ付けた状態が解除された時、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱動作を停止させる第４の制御手段と
   を備えたことを特徴とするナノインプリント装置。

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