パターン形成装置、パターン形成方法、パターン形成システム
パターン形成装置１０において、基板２００にパターンを形成するための金型１００を、基板２００の表層部のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に加熱しておき、その状態で、金型１００をガラス転移温度Ｔｇ以下の温度の基板２００に押し付け、金型１００のパターンを転写する構成とした。その後、ヒータを切り、冷却ブロックで金型１００を冷却した後、金型１００を基板２００から離すようにした。また、このようなパターン形成装置１０に対し、基板２００をマガジンから１枚ずつ取り出して順次供給する供給装置を備え、パターン形成システムを構成するのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、基板等の加工対象物上に所定のパターンを形成するためのパターン形成装置、パターン形成方法、パターン形成システムに関する。
【背景技術】
従来より、ＬＳＩ（大規模集積回路）に代表される微細回路パターンを半導体基板（以下、単に基板と称する）上に形成するには、縮小投影露光方式が一般に用いられている。この方法は、ステッパと称される露光装置を用い、レチクル（マスク）上に描かれた回路パターンを、縮小光学系を通して基板上のレジスト表面に投影露光し、その露光を基板全域にわたって繰り返すことで、基板上に所定の微細回路パターンを形成している。
このようにして形成される基板の集積度を高めるには、回路パターンの線幅を狭めていく必要があり、現在主流の線幅１３０ｎｍから、今後１００ｎｍ以下の線幅に移行することが予想されている。
これに対応するには、投影露光に使用する光源の波長を短くする必要があり、現状でも、各露光装置メーカでは紫外（ＵＶ）光、遠紫外（ＤＵＶ）光、極紫外（ＥＵＶ）光等、短波長の光を光源とした露光装置の開発を進めている。
しかし、紫外レーザ光源等の短波長の光を光源として用いると、露光装置の投影光学系を構成するレンズやミラー、光源等に、わずかな温度変化や外部振動によって歪みや光源ノイズが生じる。このため、露光装置には、精度の高い温度管理や除振構造が要求され、その結果、こうした一連の機器によって構成される縮小投影式の露光装置は、装置価格が非常に高くなる（例えば数十億円）傾向にある。また、露光装置自体も大掛かりなものとなるため、設置スペースや消費電力が増大する傾向にある。
こうした装置大型化やプロセスコストの高騰を防ぐことを目的として、超微細なパターンを基板上に形成する手法として、ナノインプリンティングプロセス技術が紹介された（例えば、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｊ．Ｃ．Ｌｏｖｅ、「ナノ構造を作る新技術」、“日経サイエンス”、日本経済新聞社、平成１３年（２００１年）１２月１日、３１巻、１２号、ｐ．３０−４１参照。）。
このプロセスは、形成したいパターンが表面に作り込まれた金型を用いて、基板上に設けられたレジスト材のガラス転移点を超える温度に基板を熱し、その状態で金型を基板面に押し付けて型を転写する方法である。この方法では、高価なレーザ光源や光学系を必要とせず、加熱用ヒータとプレス装置を基本とした簡易な構成であるにもかかわらず、金型に作り込まれた形状をそのまま精度よく転写することが可能となっており、すでにこの方法によって約２０ｎｍの線幅を持つ細線が形成された報告がある（例えば、Ｃ．Ｍ．Ｓｏｔｏｍａｙｏｒ，ｅｔ．ａｌ．、“Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ”、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、平成１４年（２００２年）、９８９巻、ｐ．１−９参照。）。
しかしながら、上記したようなプロセスには、以下のような問題が存在する。
上記のプロセスでは、基板をガラス転移点以上に加熱し、その状態で金型を基板に押し付けてパターンを転写し、その後、基板をガラス転移点以下に冷却した後に、金型を基板から引き離して脱型する、といった一連の工程を行っている。
このような工程では、基板を加熱・冷却するわけであるが、このために基板全体をヒータで加熱・冷却する方式を用いている。このヒータは、基板を支持するテーブルに設けられるのが通常である。そして、基板が大型化すると、ヒータで加熱・冷却する対象の、基板およびテーブルの熱容量が大きくなり、その結果、基板を加熱・冷却し、基板全体を均一な温度にするには数１０秒〜数分の時間が必要となる。
これにより、パターン形成の高スループット化を妨げる大きな要因となっている。
ところで、集積回路の製作は一般的に広い面積の基板（ウエハ）に数多くのチップを形成することで生産性やデバイスコストの低減を図っている。現在主流の６〜１２インチの基板全域を一括して押し付ける金型が製作できれば、一度の押し付け工程でパターンを基板全域に形成できるので非常に効率的である。これには、６〜１２インチの大きさの基板全面を一括で成形するために、金型を大型化する必要がある。
しかしながら、上記のプロセスでは、金型の形状が基板に転写形成されるものであるので、金型を正確に製作する必要があり、この点において、金型を大型化するにあたっての障害がある。すなわち、金型を大型化しようとすると、金型と基板の平行度や温度均一性確保が困難となる。また、金型の温度変化に伴なう熱膨張・収縮による寸法変動が、金型が大型化すれば当然大きくなるので、精度確保のための温度変化による寸法管理も困難となる。さらに、金型と基板の熱収縮率の違いにより、冷却後に金型を基板から脱型しようとしたときに、金型が基板に食い込みやすくなるという問題もある。この他、金型の大面積化に伴ない、金型を基板に押し付けたり剥離させるときに必要な力も増大し、大出力のプレス機構が必要となって装置全体の大型化、高コスト化に繋がる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、パターンの形成を低コスト化、高効率化することのできるパターン形成装置、パターン形成方法等を提供することを目的とする。
【発明の開示】
かかる目的のもと、本発明のパターン形成装置は、加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するための金型と、金型を加熱する加熱部と、基板を保持する基板保持部と、基板保持部に保持された基板に金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とする。
このように、加熱された金型をプレス機構で基板に押し付けることで、基板を表層部側から加熱し、この基板の表層部に金型で所定のパターンを形成することができる。
基板の表層部がガラス転移温度を有する材料で形成されている場合、金型により、基板をガラス転移温度近傍またはそれ以上に加熱すれば、基板の表層部を軟化させることができる。基板の表層部がガラス転移温度を有さない材料で形成されている場合も、その材料が軟化する温度近傍あるいはそれ以上に金型を加熱することで、基板の表層部を軟化させることができる。
このとき、基板保持部に備えた温度維持部にて、基板保持部に保持される基板をガラス転移温度以下に維持しておくのが好ましい。
このような装置は、シリコンウエハや、フォトニック結晶、半導体電子回路基板等の基板に対し、金型で基板の表層部にのみパターンを形成する場合に特に好適であり、金型の熱は、パターンが形成される基板の表層部にまず直接伝わり、加工対象部分のみを効率良く加熱し、他の加工対象部分以外の領域を無駄に加熱することが無く、熱を有効利用することができる。
ところで、プレス機構で基板に金型を押し付けるわけであるが、固定状態の基板に対し金型を移動させても良いし、逆に固定状態の金型に対し、基板を移動させることでこの基板に金型を押し付けてもよい。
また、加熱部は、金型の温度を制御するコントローラを備え、このコントローラで、金型と基板が離れた状態では金型を基板のガラス転移温度を下回る温度とし、金型が基板に押し付けられる状態では金型を基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度となるように制御するのが好ましい。このとき、金型が基板に押し付けられる状態では、金型を、予め基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度としておくのがより好ましい。この場合、金型と基板が離れた状態では、金型を基板のガラス転移温度を下回る温度から、所定のタイミングで、基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度への加熱を開始する。本発明は、これとは異なり、金型を基板に押し付けてから、金型を、予め基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度に加熱しはじめるような構成を積極的に排除するものではない。
このとき、金型を基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度とするために、加熱部を作動させるタイミングはいかなるものであっても良く、金型が基板に押し付けられ、パターンが形成される状態で、金型が基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度になるようにすれば良い。
また、一般には、基板にパターンを形成した金型を脱型するに際し、基板を冷却することでパターンの定着を図る。このとき、金型を冷却する冷却部をさらに備えれば、金型を介し、基板のパターン部分を迅速に冷却することが可能となる。このような構成は、特に金型を基板に複数回連続的に押し付けるような場合に特に好適である。
また、金型を加熱部で加熱するだけでなく、基板保持部に保持された基板を、基板加熱部で加熱するようにしても良い。
さらに、プレス機構では、基板に対する金型の押し込み量を複数段階に切り替えることもできる。このプレス機構では、基板に対し金型を第一の押し込み量としたときに、加熱された金型の熱を基板に伝達させ、基板に対し金型を第一の押し込み量とは異なる第二の押し込み量としたときに、金型で基板にパターンを形成するのである。
ここで言う、基板に対する金型の押し込み量とは、基板表面を基準とした、金型の押し込み量（寸法、深さ）であり、第一の押し込み量は、金型の熱を基板に伝達できれば良いので、少なくとも金型が基板に接触する寸法であればよい（ゼロを含むことができる）。
このようにするには、プレス機構で金型から基板に付与する荷重や、金型の基板に対する移動ストロークを制御すればよい。
また、本発明は以下に示すようなパターン形成装置として捉えることもできる。すなわち、加工対象物に所定のパターンを形成するための金型と、加工対象物を保持する対象物保持部と、対象物保持部に保持された加工対象物に金型を押し付けるプレス機構と、加工対象物と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱手段と、を備えるのである。
このように、加工対象物と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱することで、その加熱を短時間で行うことが可能となる。
例えば、対象物保持部で保持された加工対象物の複数の領域に対し金型が対向するように、金型および／または加工対象物を移動させる移動機構をさらに備える構成では、加工対象物よりも金型が小さく、熱容量も小さくできるので、そのような場合、加熱手段は金型を加熱するのである。このような構成のパターン形成装置では、金型を移動機構で移動させて加工対象物の複数の領域に対し金型を対向させ、それぞれの領域で加工対象物に金型を押し付けることにより、一つの加工対象物に対し、金型によるパターン転写を複数回行う。
ここで、移動機構では、金型と加工対象物を相対移動させるわけであるが、これには、金型および加工対象物を移動させてもよいし、金型または加工対象物の一方のみを移動させるようにしてもよい。
また、加熱手段では、プレス機構で金型を加工対象物に押し付けるタイミングに基づき、金型の温度を、加工対象物が軟化する温度を基準とした領域で変動させることができる。
さらに、プレス機構は、金型から加工対象物に与える荷重を制御する荷重コントローラをさらに備え、荷重コントローラは、金型から加工対象物に対し、第一の荷重と、この第一の荷重とは異なる第二の荷重を順次与えることもできる。
加熱手段としては、セラミックヒータを用いるのが応答性の面で好適である。
金型を保持し、プレス機構に連結する金型保持部をさらに有する場合、金型保持部は、金型に面接触させ、静電力により金型を保持するのが好ましい。
本発明は、金型で基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法として捉えることもできる。この方法では、金型を、基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱する加熱工程と、金型を基板に押し付けてパターンを形成するパターン形成工程と、を有することを特徴とする。
さらに、金型を基板に押し付けた後、金型を基板のガラス転移温度以下の所定温度に冷却する冷却工程と、冷却された金型を基板から引き離す脱型工程と、を有することもできる。特に、一枚の基板に対して複数回のスタンプを行う場合、加熱工程、パターン形成工程、冷却工程および脱型工程からなる工程を、基板の複数の領域ごとに繰り返す。
また、パターン形成工程に先立ち、金型の熱を基板に伝達させる熱伝達工程をさらに有することもできる。これにより、基板の表層部は、金型の熱の伝達を受け、ガラス転移温度を基準とした所定の温度近傍まで加熱されて軟化する。この状態で、パターン形成工程を行うのである。
本発明は、加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、パターン形成装置に対し、基板の供給および取り出しを行う供給装置と、を備えるパターン形成システムとすることもできる。この場合、パターン形成装置は、基板に所定のパターンを形成するための金型と、基板と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱部と、基板を保持する基板保持部と、基板保持部に保持された基板に金型を押し付けるプレス機構と、を備えることができる。
これにより、パターン形成装置に対し、供給装置で基板を自動的に供給することで、複数枚の基板に対するパターン形成を連続的に行うことが可能となる。
また、基板は、コンベア等で複数枚の基板を次々を搬送し、これを供給装置でパターン形成装置に供給してもよいが、基板を複数枚収容したマガジンを用いた搬送形態とすることもできる。この場合、パターン形成システムには、マガジンを保持するマガジン保持部をさらに備え、供給装置では、マガジン保持部に保持されたマガジンから基板を１枚ずつ取り出し、パターン形成装置に供給する。さらに、効率を高めるために、マガジン保持部ではマガジンを複数保持可能とするのが好ましい。この場合、マガジン保持部では、一つのマガジンから供給装置でパターン形成装置に対する基板の供給を行っている間に、他のマガジンの交換が可能である構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本実施の形態におけるパターン形成装置の斜視図、第２図は基板保持部と金型保持部の構成を示す図、第３図は基板保持部の構成を示す断面図、第４図は加工対象物となる基板の例を示す図であり、（ａ）は成形素材からそのまま基板形状が形成された基板の例を示す図、（ｂ）は基板本体の表面に薄膜状の被覆層が形成された基板の例を示す図、第５図は金型による基板に対するパターン工程の流れを示す図であり、（ａ）は金型が基板から離れている状態を示す図、（ｂ）は金型を基板に接触させた状態を示す図、（ｃ）は金型を基板に食い込ませた状態を示す図、（ｄ）は金型を基板から離した状態を示す図、第６図はパターン形成時の、ヒータ、基板、基板表層部の温度変化を示す図、第７図はパターンを形成する基板の一例を示す図、第８図はパターンを形成する基板の他の一例を示す図、第９図はパターンを形成する基板のさらに他の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の正断面図、第１０図はパターン形成システムの構成を示す平面図、第１１図は位置合わせのために基板に形成したノッチの例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
第１図は、本実施の形態におけるパターン形成装置の全体構成を説明するための図である。
この第１図に示すように、パターン形成装置１０は、所定のパターンが凹凸により形成された金型１００を基板（加工対象物）２００に転写することで、基板２００にパターンを形成するものである。
このパターン形成装置１０は、加工対象となる基板２００を保持する基板保持部２０と、基板保持部２０を二次元方向に移動させる移動機構３０と、基板２００に所定のパターンを形成するための金型１００を保持する金型保持部４０と、金型保持部４０に保持された金型１００を駆動する金型駆動機構（プレス機構）５０と、基板２００と金型１００の相対位置を位置決めするためのアライメント機構６０と、を備えている。
第１図および第２図に示すように、基板保持部２０は、基板２００を略水平に支持した状態で保持するものであり、上面に支持面２１ａを有したテーブル（対象物保持部）２１を備えている。
このテーブル２１には、支持面２１ａに多数のバキューム孔（図示無し）が形成されており、このバキューム孔に図示しない負圧源から負圧を作用させることで、支持面２１ａ上に、基板２００を吸着保持できる構成となっている。
また、第２図に示すように、テーブル２１は、保持した基板２００を加熱するためのヒータ（基板加熱部、温度維持部）２２を内蔵している。このヒータ２２は、図示しないコントローラにより、テーブル２１上の基板２００を所定の一定温度に維持するよう、その作動が制御される。このヒータ２２としては、例えば、伝熱ヒータや、後に詳述するセラミックヒータを好適に用いることができる。
第１図に示したように、移動機構３０は、上記の基板２００を保持するテーブル２１を、テーブル２１の支持面２１ａ、つまり保持される基板２００の面に平行面内で二次元方向に移動させるものである。この移動機構３０は、基台３１上に設けられた下部ベース３２と、下部ベース３２上に設けられてテーブル２１を支持する上部ベース３３と、を有している。
下部ベース３２は、一方向（以下、これをＸ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３４を介し、基台３１に連結されている。また、上部ベース３３は、ボールネジ３４に直交する方向（以下、これをＹ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３５を介して下部ベース３２に連結されている。さらに、この上部ベース３３は、Ｘ−Ｙ平面内での角度を調節する角度調節ネジ３６を備えている。
これにより、移動機構３０では、ボールネジ３４を回転駆動させることで下部ベース３２が基台３１上でＸ方向に移動し、これに直交するボールネジ３５を回転駆動させることで上部ベース３３が下部ベース３２上でＹ方向に移動する。つまり、基板２００を保持するテーブル２１が、移動機構３０により、基板２００の面に平行二次元面内で、Ｘ、Ｙの二方向に移動される構成となっている。
第２図、第３図に示すように、金型保持部４０は、下面に支持面４１ａを有し、この支持面４１ａで金型１００を保持する保持ブロック（基板保持部）４１を備えている。
第３図に示すように、この保持ブロック４１は、金型１００を加熱するヒータ（加熱部、加熱手段）４２が内蔵されている。このヒータ４２には、例えば窒化アルミニウム等のセラミック素材で形成され、その内部にヒータ電極としての配線が埋め込まれた、いわゆるセラミックヒータが好適である。このような保持ブロック４１では、ヒータ電極に図示しない電源から電流を流すと温度が上昇し、電流を切ると温度が下降する。セラミックヒータは、例えば１０秒で１０００度近く温度が上昇する、非常に応答の速いヒータである。このようなヒータ電極に対する電源からの電流供給は、図示しないコントローラによって制御されるようになっている。
そして、保持ブロック４１の上面側には、冷却ブロック（冷却部）４３が設けられている。この冷却ブロック４３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成され、その内部に流路４４が形成され、この流路４４には、冷却水等の冷媒を流すことができるようになっている。
このような冷却ブロック４３では、流路４４に冷媒を流すことで、保持ブロック４１および金型１００を冷却する機能を有する。
また、保持ブロック４１は、支持面４１ａに、複数の吸着用電極４５が設けられており、この吸着用電極４５に図示しない電源から電流を流すことで静電力を発生する。保持ブロック４１は、吸着用電極４５が金型１００に対して面接触するようになっており、この吸着用電極４５の静電引力により金型１００の上面を吸着保持するようになっている。金型１００は、そもそも加工精度が高いものであるため、その上面の平面度も精度良く形成することができる。そして、保持ブロック４１側の吸着用電極４５も平面度を高く形成して、前記の静電引力を利用して金型１００を支持することで、金型１００をネジやクランプ金具等で保持ブロック４１に固定する構造に比較し、金型１００と吸着用電極４５との密着度を高めることができ、保持ブロック４１から金型１００への熱伝導を効率よく行うことができる。
なお、ヒータ４２のヒータ電極については、金型１００の温度を制御するため、コントローラによって電流の供給が制御される構成となっているが、吸着用電極４５については、金型１００の型交換時以外、常に電圧が印加されて吸着力を発揮するようになっている。
ところで、金型１００を保持ブロック４１に静電力で吸着させる構成としたのに対し、基板２００はテーブル２１にバキューム吸着させる構成とした。基板２００をテーブル２１に静電引力で吸着させることも考えられるが、そのような構成とすると、金型１００で基板２００を成形するときに、保持ブロック４１がテーブル２１に近接したときに金型１００と基板２００の間で電荷が移動してしまい、その後に金型１００を基板２００から離間させると、金型１００または基板２００の一方が他方に吸い付けられてしまう可能性があるため好ましくない。
第１図に示したように、金型駆動機構５０は、上記のように金型１００を吸着保持する保持ブロック４１を、移動機構３０によるテーブル２１の移動方向（Ｘ、Ｙ方向）に直交する方向（以下、これをＺ方向と称する）に移動させるものである。
この金型駆動機構５０は、上下方向に軸線を有したボールネジ５１と、このボールネジ５１を回転駆動させるモータ５２とから構成されている。ボールネジ５１は、モータ５２で回転駆動されることで、基台３１上に支柱５３を介して設けられた上部ベース５４に対し、Ｚ方向に上下動するようになっている。
支柱５３に固定された下部ベース５５には、下部ベース５５に一体に設けられたスリーブ５６に対し、支持部材５７が、その回転を拘束された状態で上下方向にのみ移動可能に設けられている。この支持部材５７の上部には、ボールネジ５１の下端部が、ベアリング機構５８を介して連結されており、これにより支持部材５７には、ボールネジ５１の上下動のみが伝達され、その回転は伝わらないようになっている。
そして、この支持部材５７の下面に、保持ブロック４１が固定状態で取り付けられているのである。
このような金型駆動機構５０によれば、モータ５２でボールネジ５１を回転駆動させると、これによってボールネジ５１は上部ベース５４、下部ベース５５に対してＺ方向に上下動する。このボールネジ５１の上下動に伴い、金型１００を保持する保持ブロック４１が上下動するのである。これにより、金型１００がＺ方向に上下動し、テーブル２１上に保持される基板２００に対し、接近・離間できるようになっている。
アライメント機構６０は、移動機構３０で基板２００をＸ、Ｙ方向に移動させるに際し、金型１００とテーブル２１上に保持される基板２００との相対位置関係を補正するためのものである。このようなアライメント機構６０としては様々な構成のものを用いることができるが、一例を挙げれば、基板２００上の所定位置に形成されたアライメントマークを撮像するカメラ６１と、このカメラ６１をＸ、Ｙ方向に移動させるためのカメラ移動機構６２、６３とを備える。
このような構成のアライメント機構６０では、カメラ６１で撮像したアライメントマークの位置に基づいてコントローラで移動機構３０を制御することで、金型１００に対する基板２００の位置を補正する。
さて、第３図に示したように、金型１００は、その下面１００ａに、所定のパターンを形成するための凹凸１０１が形成されている。この凹凸１０１は、金型１００を金属やセラミック等のいわゆる金型素材で形成し、その下面１００ａに精密機械加工を施すことで形成できる。あるいは金型１００の原盤となるシリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって所定のパターンを形成した後、このシリコン基板等の表面にニッケルメッキ法（電気鋳造（エレクトロフォーミング）法）等によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して、凹凸１０１を有した金型１００として用いることもできる。
この金型１００は、後述するように保持ブロック４１のヒータ４２および冷却ブロック４３によって加熱・冷却されるため、なるべく薄型化してその熱容量をできる限り小さくするのが好ましい。
一方、加工対象となる基板２００は、第４図（ａ）に示すように、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂材料、ガラス材料、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等、成形素材がそのまま基板形状をなしているものを用いることができる。また、第４図（ｂ）に示すように、基板２００として、シリコンウエハやガラスウエハ等からなる基板本体２０１の表面に、樹脂膜、フォトレジスト、配線パターンを形成するためアルミ、金、銀等の金属膜等を薄膜状の被覆層２０２が形成されたものを用いることができる。
第４図（ａ）の場合、第３図に示した金型１００の凹凸１０１により、基板２００の表層部にパターンが転写され、第４図（ｂ）の基板２００の場合、金型１００の凹凸１０１のパターンは、被覆層２０２に転写されるが、いずれの場合も、基板２００の表層部にパターンを転写することに変わりは無いため、以下の説明においては、パターンが転写される部分を「基板２００の表層部」と単に称し、この表現は第４図（ａ）、（ｂ）の双方の場合を含むものとする。
パターン形成装置１０では、金型１００の下面１００ａに形成された所定のパターンの凹凸１０１を上記の基板２００に所定圧力で押し付けることで、基板２００の表層部のみにパターンを転写して形成する。
以下に、上記のようなパターン形成装置１０におけるパターン形成工程について説明する。なお、以下に示すパターン形成装置１０の動作は、基本的に、図示しないコントローラによって自動的に制御されるものである。
パターン形成装置１０では、概略としては、第５図（ａ）に示すように、金型１００を、基板２００のガラス転移温度以上に加熱しておき、その状態で第５図（ｂ）に示すように金型１００を基板２００に押し付け、基板２００を加熱する。そして、第５図（ｃ）に示すように、金型１００を一定時間押し付けて荷重を保持した後、金型１００を冷却し、第５図（ｄ）に示すように、基板２００から引き離す。この一連の工程で、基板２００の表層部が、金型１００の凹凸１０１に対応した形状に成形加工されるようになっている。
より詳しくは、まず、保持ブロック４１に対し、所定の金型１００を吸着保持させておく。この状態で、金型駆動機構５０は、保持ブロック４１を所定のストローク領域の上昇端に位置させておき、保持ブロック４１に保持された金型１００とテーブル２１は、互いに離れて位置するようにしておく。
そして、テーブル２１上に、加工対象となる基板２００がセットされると、これをバキューム吸着する。
続いて、アライメント機構６０のカメラ６１をカメラ移動機構６２、６３で移動させ、このカメラ６１でテーブル２１上に吸着固定された基板２００上、および金型１００上に形成されたアライメントマークを撮像する。そして、撮像したアライメントマークの位置に基づき、コントローラで移動機構３０を制御することで、金型１００に対する基板２００の位置を補正するためのキャリブレーション（初期設定）を行う。
そして、この後に、基板２００に対し、金型１００を押し付けて所定のパターンを転写するわけであるが、これに先立ち、第６図に示すように、コントローラにより、テーブル２１に内蔵されたヒータ２２と、保持ブロック４１に備えられたヒータ４２は、所定のタイミングＳ１で、予めそれぞれオンにしておく。また、冷却ブロック４３の流路４４には、冷却水等の冷媒を流しておく。
この状態、つまり金型１００を基板２００に押し付ける前の状態で、保持ブロック４１のヒータ４２およびテーブル２１のヒータ２２からの熱伝導により、金型１００を、前記のガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に維持し、基板２００を、基板２００の加工対象部分となる表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低い所定の温度Ｔ２に維持している。
この後、移動機構３０でテーブル２１をＸ、Ｙ方向に移動させることで、テーブル２１に吸着固定された基板２００の所定の領域を、保持ブロック４１に保持された金型１００に対向させて位置決めする。
この後、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００をＺ方向に移動させ、テーブル２１に保持された基板２００に接近させる。金型１００の凹凸１０１が所定温度Ｔ１に温度上昇した後の所定のタイミングＳ３で、第５図（ｂ）に示すように、金型１００が基板２００の表面に接触すると、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００の移動を停止させる（この状態の基板２００の表面に対する金型１００の押し付け量を第一の押し付け量とする）。すると、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に温度上昇した状態の金型１００から基板２００の表層部に対し、熱が伝導され、これによって基板２００の表層部の温度が、金型１００の温度Ｔ１近くまで上昇する。このとき、金型１００の凹凸１０１が直接接触する基板２００の表層部以外の他の部分は、さほど温度上昇しない。
基板２００の表層部が、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１近く、あるいは少なくともガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度まで上昇したタイミングＳ４で、第５図（ｃ）に示したように、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００を基板２００側にさらに移動させる。これにより、金型１００は、基板２００の表面に対し、第一の押し付け量よりも大きく食い込むことになり（この状態の基板２００の表面に対する金型１００の押し付け量が第二の押し付け量である）、基板２００の表層部に、金型１００の凹凸１０１のパターンが転写される。
ところで、上記のような動作において、タイミングＳ３とＳ４の間では、金型１００が基板２００の表面に接触した状態で、金型駆動機構５０による金型１００の移動が停止している。つまり、タイミングＳ３とＳ４の間では、荷重コントローラとして機能するコントローラの制御により、基板２００に対し、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも低い状態で永久歪みを与えない所定の荷重Ｆ１が金型１００から付与された状態となっている。
そして、タイミングＳ４以降で、金型駆動機構５０によって金型１００が基板２００側に移動され、これによって基板２００に対し、金型１００から、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも高い状態で永久歪みを与えて成形を行うための、荷重Ｆ１とは異なる所定の荷重Ｆ２が付与されるようになっている。
このようにして、金型１００から基板２００に対して付与する荷重を、荷重Ｆ１とＦ２とで２段階に変動させて、金型１００と基板２００が接触した状態の荷重Ｆ１のときに、金型１００の熱を基板２００側に伝導させて基板２００の表層部を軟化させ、その後、荷重を荷重Ｆ２に移行させて金型１００による成形を行うのである。
なお、金型駆動機構５０で金型１００を基板２００に押し付けるときの荷重制御は、保持ブロック４１あるいはテーブル２１の中に組み込まれた荷重検出センサ（ロードセル、図示無し）によって金型１００と基板２００の間に作用する荷重を検出し、その荷重が予め設定した所定の荷重となるように、モータ５２で発生するトルクをフィードバック制御することによって行うことができる。
また、荷重によるフィードバック制御ではなく、単に金型駆動機構５０における金型１００の移動ストロークによる制御を行うことも可能である。
さて、タイミングＳ４以降、予め設定した所定時間ｔが経過したタイミングＳ５で、保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げる。これにより、保持ブロック４１および金型１００、基板２００の温度は低下するわけであるが、このとき、保持ブロック４１の上面側には、ガラス転移温度Ｔｇ以下の冷却ブロック４３が設けられているので、金型１００および基板２００の温度は、例えばテーブル２１の温度Ｔ２近傍まで速やかに下降する。
保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げたタイミングＳ５以降、さらに所定時間が経過したタイミングで、第５図（ｄ）に示すように、金型駆動機構５０を作動させ、金型１００をテーブル２１に保持された基板２００から離し、脱型させる。
これにより、基板２００の表層部には、金型１００の凹凸１０１によって構成される所定のパターンが転写形成されるようになっている。
上記のようにして、金型１００で基板２００に対し、１回のパターン転写を行った後は、所定のタイミングＳ２で保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やし、これによって保持ブロック４１に保持された金型１００を、再びガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定しながら、移動機構３０で、基板２００を、次のパターン形成位置まで移動させる。
この、保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やすタイミングＳ２は、次のパターン形成位置において金型１００の凹凸１０１が基板２００の表面に接触する（押し付けられる）よりも前に、金型１００がガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に上昇するのであれば、いかなるタイミングでも良い。
この後は、前記した金型１００の押し付け、冷却、脱型といった工程を同様に行うことで、他の位置にパターンを形成することができる。
そして、上記一連の工程を順次繰り返すことで、基板２００の複数箇所に対し、金型１００のパターンを順次転写していくことができる。
ところで、上記のようにして金型１００を基板２００に押し付ける際、基板２００の温度を、その加工対象となる表層部の素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低く一定に設定しておき、一方、金型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇよりも高く設定した。例えば、基板２００をポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）とする場合、ポリカーボネイト樹脂においてガラス転移温度Ｔｇは約１５０℃であるので、基板２００（テーブル２１）の温度Ｔ２をガラス転移温度Ｔｇ以下の約１４０℃に、金型１００の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上の約１６０〜１７０℃に設定しておく。この状態で金型１００を基板２００に押し付けると、金型１００の温度が基板２００の表層部に伝わり、基板２００の表層部から温度上昇し、徐々にその全体に伝わる。
例えば、基板２００の表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇに対し、温度Ｔ１は約２０℃高く、温度Ｔ２は約３０〜５０℃低く設定するのが好ましい。もちろん、素材の種類によってその設定温度は変化するものであり、一義的にその値に決まっているものではない。
基板２００を構成する樹脂やガラス材料において、ガラス転移温度Ｔｇを超えた状態は、外部応力によって非常に変形しやすい、つまり成形加工しやすい状態になっているので、このガラス転移温度Ｔｇを超えた状態を保持したまま、金型１００に荷重を増大させ、基板２００に押し付ける。そうすると、基板２００は金型１００の形状に沿って変形していき、凹凸１０１の形状を反転転写した状態で安定する。
その後、金型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇ以下に低下させ、金型１００と接触している基板２００の温度を低下させた。ガラス転移温度Ｔｇ以下の状態では、基板２００は初期状態と同様、変形しにくい状態であり、つまり金型１００の凹凸１０１形状に沿って硬化し、パターンが定着した状況である。この基板２００がガラス転移温度Ｔｇ以下になった状態で、金型１００を基板２００から引き離すと、基板２００の表層部は金型１００の凹凸１０１の形状を反転転写した状態となり、すなわち金型１００の凹凸１０１の反転形状のパターンが成形されるのである。
上述した構成によれば、基板２００の表層部のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定した金型１００を基板２００に押し付け、金型１００のパターンを転写した後、金型１００をガラス転移温度Ｔｇ以下の温度Ｔ２まで冷却した後、金型１００を基板２００から引き離す構成とした。
特に、金型１００を加熱するヒータ４２としてセラミックヒータを適用しているので、金型１００の温度上昇に要する時間は数秒程度で済む。また、金型１００の冷却についても、冷媒を用いた冷却ブロック４３で行っているので、ヒータ４２への電流投入量を低下させると即座に冷却効果が現れて、短時間で温度を降下させることができる。
このようにして、基板２００に対し一つの金型１００で複数回パターンを順次転写するような場合、言い換えれば基板２００よりも金型１００が小さく、熱容量が小さい場合、保持ブロック４１のヒータ４２による金型１００の加熱や冷却を短時間で行うことができる。
また、パターンが形成される基板２００の表層部に接する金型１００から、基板２００の全体ではなく、加工対象部分となる表層部に対してのみ熱を直接与えるので、これによって基板２００側の加熱・冷却時間も短縮することができる。
さらには、基板２００よりも金型１００が小さい場合、基板２００の面積全体ではなく、金型１００が当たる局所的な部分のみを加熱するので、この点においても加熱を短時間で行うことに寄与することができる。
このようにして、金型１００による基板２００に対するパターン形成に際し、加える熱サイクルの効率を高めることが可能となり、スループットを高めるとともに、使用するエネルギーを省力化することができる。
また、基板２００に対し一つの金型１００で複数回パターンを順次転写する金型１００は、小型で済み、精度確保や温度管理等も、大型のものに比較すれば容易であり、金型１００のコストを大幅に削減できる。
しかも、このように基板２００は金型１００が当たる局所的な部分のみが加熱され、基板２００の残りの部分全体はガラス転移温度Ｔｇ以下に保たれるので、基板全体の加熱・冷却を繰り返しながらパターン転写を行う従来のプロセスのように、基板２００の全体に繰り返しの熱履歴は付与されることがなく、いったん成形されたパターン形状を、それ以降のプロセスにおいても安定に保つことができる。
しかも、このようなパターン形成装置１０は、光学系や光源を用いることのない、メカニカルな構造で実現できるので、従来のステッパ等に比較し、遥かに低コストで製作することができ、また装置の小型化を図ることもできる。
このようにして、基板２００に対するパターン転写を、高効率、しかも低コストで行うことが可能となるのである。
このようなパターン形成装置１０では、加工対象となる基板２００として、例えば、第７図に示すようなウエハ２００Ａを適用することができる。このようなウエハ２００Ａ上に複数のパターンＰを転写することができるのである。これにより、ウエハ２００Ａの大面積化が可能となり、ウエハ２００Ａのテーブル２１に対する乗せ代え等のハンドリング時間を節約することができるので、１個の成形品の生産コストを低減することができる。
また、基板２００としては、他に、第８図に示す微小なドット形状が一定の周期で配列しているフォトニック結晶２００Ｂや、所定の配線パターンを有した半導体電子回路基板、さらに第９図に示すような微小な流路２０３を有した基板２００Ｃ等が適用できる。
さて、上述したようなパターン形成装置１０を用い、複数の基板２００に順次パターン形成を行う、いわゆる連続生産を行う場合、例えば第１０図に示すようなパターン形成システム７０を構成するのが好ましい。
この第１０図に示すように、パターン形成システム７０は、パターン形成装置１０と、このパターン形成装置１０に供給する基板２００を搬送してくるマガジン８１が所定の位置にセットされるマガジンステーション（マガジン保持部）８０と、パターン形成装置１０に対して基板２００を供給する供給装置９０と、から構成される。
マガジン８１は、所定枚数の基板２００を収容し、これをパターン形成装置１０やその前後の他の工程間で搬送するために用いられるものである。このマガジン８１には、複数枚の基板２００が、上下方向に間隔を隔てて積層状態に保持されるようになっている。
マガジンステーション８０は、前工程から送られてきた１以上のマガジン８１を、それぞれ所定の位置に停止させた状態で保持する。
供給装置９０は、マガジンステーション８０に保持されたマガジン８１から、基板２００を１枚ずつ取り出し、これをパターン形成装置１０のテーブル２１上に搬送してセットする。このため、供給装置９０は、基板２００を把持する基板チャック部９１と、マガジンステーション８０に保持された各マガジン８１と、パターン形成装置１０のテーブル２１との間で、基板チャック部９１を移動させるアーム部９２とを備える。ここで、マガジン８１には、複数枚の基板２００が、上下方向に間隔を隔てて積層状態に保持されているため、アーム部９２は、基板チャック部９１を、上下方向に移動できるようになっている。また、これに代えて、マガジンステーション８０側に、マガジン８１を上下動させる機構を備え、基板チャック部９１が常に一定の高さでマガジン８１から基板２００を取り出せるようにしても良い。
また、供給装置９０で基板２００をパターン形成装置１０のテーブル２１上にセットする際、基板２００を高い位置精度でセットするための位置合わせ機構（図示無し）が、マガジン８１あるいはパターン形成装置１０のいずれかに備えられている。このため、基板２００には、その外周部に、ノッチ２１０（あるいはオリエンテーションフラット（通称オリフラ））が形成されている。
位置合わせ機構では、基板２００を回転させる回転機構と、回転する基板２００の外周縁部２００ｇの位置およびノッチ２１０の位置を検出する検出機構と、を備えている。第１１図に示すように、回転機構で基板２００を１回転させ、このときに検出機構にて、外周縁部２００ｇの位置を検出することで、基板２００の回転機構に対する偏心量を検出することができ、これに基づいて基板２００の表面に沿ったＸ−Ｙ方向の位置ずれを検出できる。また回転時のノッチ２１０の位置を検出することで、基板２００の向きを検出することができる。
そして、供給装置９０では、位置合わせ機構で検出した基板２００の位置および向きに基づき、パターン形成装置１０の基板２００の位置および向きを補正して、テーブル２１にセットするようになっている。
さて、このようなパターン形成システム７０では、基板２００は、マガジン８１に所定枚数が収容されて前工程から搬送されてくる。そして、マガジン８１がマガジンステーション８０に到着すると、マガジンステーション８０では、マガジン８１を所定の位置に保持する。
そして、供給装置９０では、アーム部９２により、基板チャック部９１を、マガジン８１から取り出すべき基板２００の位置に移動させる。続いて、基板チャック部９１でマガジン８１内の基板２００を、真空吸着あるいは機械的動作によってチャックし、アーム部９２を作動させ、基板２００をマガジン８１から取り出す。
取り出した基板２００は、基板チャック部９１でチャックしたまま、アーム部９２を作動させることで、パターン形成装置１０のテーブル２１上に所定位置に移動させる。この後、基板チャック部９１によるチャックを解放することで、基板２００をテーブル２１上にセットするのである。
なお、上記の一連の動作の過程で、前記位置合わせ機構による基板２００の位置および向きの補正を行う。
基板２００をテーブル２１上にセットした後は、上記したようなプロセスにより、パターン形成装置１０で基板２００へのパターン形成を行う。
パターン形成後は、供給装置９０で上記とは逆の手順で、テーブル２１上の基板２００を取り外し、マガジン８１に戻して収容したり、あるいは他の搬送手段で後工程に搬送することができる。
この後は、マガジン８１から、次にパターン形成すべき基板２００を供給装置９０で取り出し、上記と同様の動作を繰り返すことで基板２００のパターン形成装置１０への供給、パターン形成、基板２００の取り出しを行う。
このようにして、パターン形成装置１０において、複数枚の基板２００に対し、連続的にパターン形成を行うことができる。
そして、マガジンステーション８０に複数のマガジン８１をセットしている場合、マガジン８１内の全ての基板２００に対するパターン形成が完了した時点で、供給装置９０は、基板２００を取り出すマガジン８１を、マガジンステーション８０に位置する他のマガジン８１に切り替える。
これにより、一つのマガジン８１から取り出した基板２００に対するパターン形成を行っている間に、収容していた全ての基板２００に対するパターン形成が完了したマガジン８１のマガジンステーション８０からの搬出と、前工程から送られてきた未加工の基板２００を収容したマガジン８１のマガジンステーション８０への搬入を行うことができ、より効率的な連続加工を行うことができる。
このようにして、パターン形成装置１０で基板２００に対する連続的な加工を可能とするパターン形成システム７０により、基板２００の生産効率を向上させることができる。また、作業者がパターン形成装置１０に基板２００を手でセットすることなく、その作業を供給装置９０で自動的に行うことができるので、パーティクル（異物）の混入等を防止でき、不良品の発生を低減し、スループットを向上させることができる。また、供給装置９０で機械的に基板２００をテーブル２１上にセットすることで、手作業でこれを行う場合に比較し、テーブル２１に対する基板２００の位置精度を大幅に向上させることができ、さらに、位置合わせ機構を備えることで、一層高精度な位置合わせが可能となる。
なお、上記実施の形態では、金型１００は、微細パターンが形成できるものであれば材質やその製造法は特に限定されるものではない。例えば、金型１００の材質として一般的な金属材料の他、セラミック材料や、カーボン系材料、特にガラス状カーボン等を用いることができる。これらの材料で金型１００を形成する場合は、レーザ加工により微細パターンを形成してもよいし、予め微細パターンのマスターパターンが形成されたマスター型に前記したような材料を充填し、これを硬化させる等、他の手法で微細パターンを形成しても良い。
一方、基板２００は、その表層部の成形素材と基板が一体のもの、例えば樹脂基板やガラス基板、あるいは成形素材が基板上に薄く形成されたもの、例えばシリコン基板やガラス基板上に形成された樹脂膜、等、その組み合わせは特に限定されるのもではない。
また、保持ブロック４１のヒータ４２をセラミックヒータとし、冷却ブロック４３を、冷媒を用いた冷却構造としたが、高速に加熱冷却できるものであれば、特にそれらに限定されることはなく、レーザや超音波による加熱、またペルチェ素子による冷却等を用いてもよい。
移動機構３０や金型駆動機構５０についても、ボールネジ３４、３５、５１を用いた機構に限定されるものではなく、油圧機構や空圧機構を用いてもよい。
また、移動機構３０における位置制御は、所望の位置決めが実現できるものであれば、その方式はいかなるものであっても良い。
さらに、パターン形成システム７０を構成するマガジンステーション８０、供給装置９０等は、上記したような所要の機能を果たすことができるのであれば、その詳細な構造や動作などは、適宜変更することが可能であり、このようなことは言うまでも無く設計的事項である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、予め加熱した金型を、加工対象物となる基板に押し付け、金型の熱を基板の表層部に伝達させた後、金型で基板の表層部にパターンを形成するようにした。これにより、基板の全体ではなく、熱容量が小さい金型を加熱してパターン形成することができ、基板に対するパターン転写を、高効率で行うことが可能となる。また、このような装置では、コストのかかる光学系等を用いる必要が無いので、低コスト化を図ることもできる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【技術分野】
本発明は、基板等の加工対象物上に所定のパターンを形成するためのパターン形成装置、パターン形成方法、パターン形成システムに関する。
【背景技術】
従来より、ＬＳＩ（大規模集積回路）に代表される微細回路パターンを半導体基板（以下、単に基板と称する）上に形成するには、縮小投影露光方式が一般に用いられている。この方法は、ステッパと称される露光装置を用い、レチクル（マスク）上に描かれた回路パターンを、縮小光学系を通して基板上のレジスト表面に投影露光し、その露光を基板全域にわたって繰り返すことで、基板上に所定の微細回路パターンを形成している。
このようにして形成される基板の集積度を高めるには、回路パターンの線幅を狭めていく必要があり、現在主流の線幅１３０ｎｍから、今後１００ｎｍ以下の線幅に移行することが予想されている。
これに対応するには、投影露光に使用する光源の波長を短くする必要があり、現状でも、各露光装置メーカでは紫外（ＵＶ）光、遠紫外（ＤＵＶ）光、極紫外（ＥＵＶ）光等、短波長の光を光源とした露光装置の開発を進めている。
しかし、紫外レーザ光源等の短波長の光を光源として用いると、露光装置の投影光学系を構成するレンズやミラー、光源等に、わずかな温度変化や外部振動によって歪みや光源ノイズが生じる。このため、露光装置には、精度の高い温度管理や除振構造が要求され、その結果、こうした一連の機器によって構成される縮小投影式の露光装置は、装置価格が非常に高くなる（例えば数十億円）傾向にある。また、露光装置自体も大掛かりなものとなるため、設置スペースや消費電力が増大する傾向にある。
こうした装置大型化やプロセスコストの高騰を防ぐことを目的として、超微細なパターンを基板上に形成する手法として、ナノインプリンティングプロセス技術が紹介された（例えば、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｊ．Ｃ．Ｌｏｖｅ、「ナノ構造を作る新技術」、“日経サイエンス”、日本経済新聞社、平成１３年（２００１年）１２月１日、３１巻、１２号、ｐ．３０−４１参照。）。
このプロセスは、形成したいパターンが表面に作り込まれた金型を用いて、基板上に設けられたレジスト材のガラス転移点を超える温度に基板を熱し、その状態で金型を基板面に押し付けて型を転写する方法である。この方法では、高価なレーザ光源や光学系を必要とせず、加熱用ヒータとプレス装置を基本とした簡易な構成であるにもかかわらず、金型に作り込まれた形状をそのまま精度よく転写することが可能となっており、すでにこの方法によって約２０ｎｍの線幅を持つ細線が形成された報告がある（例えば、Ｃ．Ｍ．Ｓｏｔｏｍａｙｏｒ，ｅｔ．ａｌ．、“Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ”、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、平成１４年（２００２年）、９８９巻、ｐ．１−９参照。）。
しかしながら、上記したようなプロセスには、以下のような問題が存在する。
上記のプロセスでは、基板をガラス転移点以上に加熱し、その状態で金型を基板に押し付けてパターンを転写し、その後、基板をガラス転移点以下に冷却した後に、金型を基板から引き離して脱型する、といった一連の工程を行っている。
このような工程では、基板を加熱・冷却するわけであるが、このために基板全体をヒータで加熱・冷却する方式を用いている。このヒータは、基板を支持するテーブルに設けられるのが通常である。そして、基板が大型化すると、ヒータで加熱・冷却する対象の、基板およびテーブルの熱容量が大きくなり、その結果、基板を加熱・冷却し、基板全体を均一な温度にするには数１０秒〜数分の時間が必要となる。
これにより、パターン形成の高スループット化を妨げる大きな要因となっている。
ところで、集積回路の製作は一般的に広い面積の基板（ウエハ）に数多くのチップを形成することで生産性やデバイスコストの低減を図っている。現在主流の６〜１２インチの基板全域を一括して押し付ける金型が製作できれば、一度の押し付け工程でパターンを基板全域に形成できるので非常に効率的である。これには、６〜１２インチの大きさの基板全面を一括で成形するために、金型を大型化する必要がある。
しかしながら、上記のプロセスでは、金型の形状が基板に転写形成されるものであるので、金型を正確に製作する必要があり、この点において、金型を大型化するにあたっての障害がある。すなわち、金型を大型化しようとすると、金型と基板の平行度や温度均一性確保が困難となる。また、金型の温度変化に伴なう熱膨張・収縮による寸法変動が、金型が大型化すれば当然大きくなるので、精度確保のための温度変化による寸法管理も困難となる。さらに、金型と基板の熱収縮率の違いにより、冷却後に金型を基板から脱型しようとしたときに、金型が基板に食い込みやすくなるという問題もある。この他、金型の大面積化に伴ない、金型を基板に押し付けたり剥離させるときに必要な力も増大し、大出力のプレス機構が必要となって装置全体の大型化、高コスト化に繋がる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、パターンの形成を低コスト化、高効率化することのできるパターン形成装置、パターン形成方法等を提供することを目的とする。
【発明の開示】
かかる目的のもと、本発明のパターン形成装置は、加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するための金型と、金型を加熱する加熱部と、基板を保持する基板保持部と、基板保持部に保持された基板に金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とする。
このように、加熱された金型をプレス機構で基板に押し付けることで、基板を表層部側から加熱し、この基板の表層部に金型で所定のパターンを形成することができる。
基板の表層部がガラス転移温度を有する材料で形成されている場合、金型により、基板をガラス転移温度近傍またはそれ以上に加熱すれば、基板の表層部を軟化させることができる。基板の表層部がガラス転移温度を有さない材料で形成されている場合も、その材料が軟化する温度近傍あるいはそれ以上に金型を加熱することで、基板の表層部を軟化させることができる。
このとき、基板保持部に備えた温度維持部にて、基板保持部に保持される基板をガラス転移温度以下に維持しておくのが好ましい。
このような装置は、シリコンウエハや、フォトニック結晶、半導体電子回路基板等の基板に対し、金型で基板の表層部にのみパターンを形成する場合に特に好適であり、金型の熱は、パターンが形成される基板の表層部にまず直接伝わり、加工対象部分のみを効率良く加熱し、他の加工対象部分以外の領域を無駄に加熱することが無く、熱を有効利用することができる。
ところで、プレス機構で基板に金型を押し付けるわけであるが、固定状態の基板に対し金型を移動させても良いし、逆に固定状態の金型に対し、基板を移動させることでこの基板に金型を押し付けてもよい。
また、加熱部は、金型の温度を制御するコントローラを備え、このコントローラで、金型と基板が離れた状態では金型を基板のガラス転移温度を下回る温度とし、金型が基板に押し付けられる状態では金型を基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度となるように制御するのが好ましい。このとき、金型が基板に押し付けられる状態では、金型を、予め基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度としておくのがより好ましい。この場合、金型と基板が離れた状態では、金型を基板のガラス転移温度を下回る温度から、所定のタイミングで、基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度への加熱を開始する。本発明は、これとは異なり、金型を基板に押し付けてから、金型を、予め基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度に加熱しはじめるような構成を積極的に排除するものではない。
このとき、金型を基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度とするために、加熱部を作動させるタイミングはいかなるものであっても良く、金型が基板に押し付けられ、パターンが形成される状態で、金型が基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度になるようにすれば良い。
また、一般には、基板にパターンを形成した金型を脱型するに際し、基板を冷却することでパターンの定着を図る。このとき、金型を冷却する冷却部をさらに備えれば、金型を介し、基板のパターン部分を迅速に冷却することが可能となる。このような構成は、特に金型を基板に複数回連続的に押し付けるような場合に特に好適である。
また、金型を加熱部で加熱するだけでなく、基板保持部に保持された基板を、基板加熱部で加熱するようにしても良い。
さらに、プレス機構では、基板に対する金型の押し込み量を複数段階に切り替えることもできる。このプレス機構では、基板に対し金型を第一の押し込み量としたときに、加熱された金型の熱を基板に伝達させ、基板に対し金型を第一の押し込み量とは異なる第二の押し込み量としたときに、金型で基板にパターンを形成するのである。
ここで言う、基板に対する金型の押し込み量とは、基板表面を基準とした、金型の押し込み量（寸法、深さ）であり、第一の押し込み量は、金型の熱を基板に伝達できれば良いので、少なくとも金型が基板に接触する寸法であればよい（ゼロを含むことができる）。
このようにするには、プレス機構で金型から基板に付与する荷重や、金型の基板に対する移動ストロークを制御すればよい。
また、本発明は以下に示すようなパターン形成装置として捉えることもできる。すなわち、加工対象物に所定のパターンを形成するための金型と、加工対象物を保持する対象物保持部と、対象物保持部に保持された加工対象物に金型を押し付けるプレス機構と、加工対象物と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱手段と、を備えるのである。
このように、加工対象物と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱することで、その加熱を短時間で行うことが可能となる。
例えば、対象物保持部で保持された加工対象物の複数の領域に対し金型が対向するように、金型および／または加工対象物を移動させる移動機構をさらに備える構成では、加工対象物よりも金型が小さく、熱容量も小さくできるので、そのような場合、加熱手段は金型を加熱するのである。このような構成のパターン形成装置では、金型を移動機構で移動させて加工対象物の複数の領域に対し金型を対向させ、それぞれの領域で加工対象物に金型を押し付けることにより、一つの加工対象物に対し、金型によるパターン転写を複数回行う。
ここで、移動機構では、金型と加工対象物を相対移動させるわけであるが、これには、金型および加工対象物を移動させてもよいし、金型または加工対象物の一方のみを移動させるようにしてもよい。
また、加熱手段では、プレス機構で金型を加工対象物に押し付けるタイミングに基づき、金型の温度を、加工対象物が軟化する温度を基準とした領域で変動させることができる。
さらに、プレス機構は、金型から加工対象物に与える荷重を制御する荷重コントローラをさらに備え、荷重コントローラは、金型から加工対象物に対し、第一の荷重と、この第一の荷重とは異なる第二の荷重を順次与えることもできる。
加熱手段としては、セラミックヒータを用いるのが応答性の面で好適である。
金型を保持し、プレス機構に連結する金型保持部をさらに有する場合、金型保持部は、金型に面接触させ、静電力により金型を保持するのが好ましい。
本発明は、金型で基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法として捉えることもできる。この方法では、金型を、基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱する加熱工程と、金型を基板に押し付けてパターンを形成するパターン形成工程と、を有することを特徴とする。
さらに、金型を基板に押し付けた後、金型を基板のガラス転移温度以下の所定温度に冷却する冷却工程と、冷却された金型を基板から引き離す脱型工程と、を有することもできる。特に、一枚の基板に対して複数回のスタンプを行う場合、加熱工程、パターン形成工程、冷却工程および脱型工程からなる工程を、基板の複数の領域ごとに繰り返す。
また、パターン形成工程に先立ち、金型の熱を基板に伝達させる熱伝達工程をさらに有することもできる。これにより、基板の表層部は、金型の熱の伝達を受け、ガラス転移温度を基準とした所定の温度近傍まで加熱されて軟化する。この状態で、パターン形成工程を行うのである。
本発明は、加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、パターン形成装置に対し、基板の供給および取り出しを行う供給装置と、を備えるパターン形成システムとすることもできる。この場合、パターン形成装置は、基板に所定のパターンを形成するための金型と、基板と金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱部と、基板を保持する基板保持部と、基板保持部に保持された基板に金型を押し付けるプレス機構と、を備えることができる。
これにより、パターン形成装置に対し、供給装置で基板を自動的に供給することで、複数枚の基板に対するパターン形成を連続的に行うことが可能となる。
また、基板は、コンベア等で複数枚の基板を次々を搬送し、これを供給装置でパターン形成装置に供給してもよいが、基板を複数枚収容したマガジンを用いた搬送形態とすることもできる。この場合、パターン形成システムには、マガジンを保持するマガジン保持部をさらに備え、供給装置では、マガジン保持部に保持されたマガジンから基板を１枚ずつ取り出し、パターン形成装置に供給する。さらに、効率を高めるために、マガジン保持部ではマガジンを複数保持可能とするのが好ましい。この場合、マガジン保持部では、一つのマガジンから供給装置でパターン形成装置に対する基板の供給を行っている間に、他のマガジンの交換が可能である構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本実施の形態におけるパターン形成装置の斜視図、第２図は基板保持部と金型保持部の構成を示す図、第３図は基板保持部の構成を示す断面図、第４図は加工対象物となる基板の例を示す図であり、（ａ）は成形素材からそのまま基板形状が形成された基板の例を示す図、（ｂ）は基板本体の表面に薄膜状の被覆層が形成された基板の例を示す図、第５図は金型による基板に対するパターン工程の流れを示す図であり、（ａ）は金型が基板から離れている状態を示す図、（ｂ）は金型を基板に接触させた状態を示す図、（ｃ）は金型を基板に食い込ませた状態を示す図、（ｄ）は金型を基板から離した状態を示す図、第６図はパターン形成時の、ヒータ、基板、基板表層部の温度変化を示す図、第７図はパターンを形成する基板の一例を示す図、第８図はパターンを形成する基板の他の一例を示す図、第９図はパターンを形成する基板のさらに他の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の正断面図、第１０図はパターン形成システムの構成を示す平面図、第１１図は位置合わせのために基板に形成したノッチの例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
第１図は、本実施の形態におけるパターン形成装置の全体構成を説明するための図である。
この第１図に示すように、パターン形成装置１０は、所定のパターンが凹凸により形成された金型１００を基板（加工対象物）２００に転写することで、基板２００にパターンを形成するものである。
このパターン形成装置１０は、加工対象となる基板２００を保持する基板保持部２０と、基板保持部２０を二次元方向に移動させる移動機構３０と、基板２００に所定のパターンを形成するための金型１００を保持する金型保持部４０と、金型保持部４０に保持された金型１００を駆動する金型駆動機構（プレス機構）５０と、基板２００と金型１００の相対位置を位置決めするためのアライメント機構６０と、を備えている。
第１図および第２図に示すように、基板保持部２０は、基板２００を略水平に支持した状態で保持するものであり、上面に支持面２１ａを有したテーブル（対象物保持部）２１を備えている。
このテーブル２１には、支持面２１ａに多数のバキューム孔（図示無し）が形成されており、このバキューム孔に図示しない負圧源から負圧を作用させることで、支持面２１ａ上に、基板２００を吸着保持できる構成となっている。
また、第２図に示すように、テーブル２１は、保持した基板２００を加熱するためのヒータ（基板加熱部、温度維持部）２２を内蔵している。このヒータ２２は、図示しないコントローラにより、テーブル２１上の基板２００を所定の一定温度に維持するよう、その作動が制御される。このヒータ２２としては、例えば、伝熱ヒータや、後に詳述するセラミックヒータを好適に用いることができる。
第１図に示したように、移動機構３０は、上記の基板２００を保持するテーブル２１を、テーブル２１の支持面２１ａ、つまり保持される基板２００の面に平行面内で二次元方向に移動させるものである。この移動機構３０は、基台３１上に設けられた下部ベース３２と、下部ベース３２上に設けられてテーブル２１を支持する上部ベース３３と、を有している。
下部ベース３２は、一方向（以下、これをＸ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３４を介し、基台３１に連結されている。また、上部ベース３３は、ボールネジ３４に直交する方向（以下、これをＹ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３５を介して下部ベース３２に連結されている。さらに、この上部ベース３３は、Ｘ−Ｙ平面内での角度を調節する角度調節ネジ３６を備えている。
これにより、移動機構３０では、ボールネジ３４を回転駆動させることで下部ベース３２が基台３１上でＸ方向に移動し、これに直交するボールネジ３５を回転駆動させることで上部ベース３３が下部ベース３２上でＹ方向に移動する。つまり、基板２００を保持するテーブル２１が、移動機構３０により、基板２００の面に平行二次元面内で、Ｘ、Ｙの二方向に移動される構成となっている。
第２図、第３図に示すように、金型保持部４０は、下面に支持面４１ａを有し、この支持面４１ａで金型１００を保持する保持ブロック（基板保持部）４１を備えている。
第３図に示すように、この保持ブロック４１は、金型１００を加熱するヒータ（加熱部、加熱手段）４２が内蔵されている。このヒータ４２には、例えば窒化アルミニウム等のセラミック素材で形成され、その内部にヒータ電極としての配線が埋め込まれた、いわゆるセラミックヒータが好適である。このような保持ブロック４１では、ヒータ電極に図示しない電源から電流を流すと温度が上昇し、電流を切ると温度が下降する。セラミックヒータは、例えば１０秒で１０００度近く温度が上昇する、非常に応答の速いヒータである。このようなヒータ電極に対する電源からの電流供給は、図示しないコントローラによって制御されるようになっている。
そして、保持ブロック４１の上面側には、冷却ブロック（冷却部）４３が設けられている。この冷却ブロック４３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成され、その内部に流路４４が形成され、この流路４４には、冷却水等の冷媒を流すことができるようになっている。
このような冷却ブロック４３では、流路４４に冷媒を流すことで、保持ブロック４１および金型１００を冷却する機能を有する。
また、保持ブロック４１は、支持面４１ａに、複数の吸着用電極４５が設けられており、この吸着用電極４５に図示しない電源から電流を流すことで静電力を発生する。保持ブロック４１は、吸着用電極４５が金型１００に対して面接触するようになっており、この吸着用電極４５の静電引力により金型１００の上面を吸着保持するようになっている。金型１００は、そもそも加工精度が高いものであるため、その上面の平面度も精度良く形成することができる。そして、保持ブロック４１側の吸着用電極４５も平面度を高く形成して、前記の静電引力を利用して金型１００を支持することで、金型１００をネジやクランプ金具等で保持ブロック４１に固定する構造に比較し、金型１００と吸着用電極４５との密着度を高めることができ、保持ブロック４１から金型１００への熱伝導を効率よく行うことができる。
なお、ヒータ４２のヒータ電極については、金型１００の温度を制御するため、コントローラによって電流の供給が制御される構成となっているが、吸着用電極４５については、金型１００の型交換時以外、常に電圧が印加されて吸着力を発揮するようになっている。
ところで、金型１００を保持ブロック４１に静電力で吸着させる構成としたのに対し、基板２００はテーブル２１にバキューム吸着させる構成とした。基板２００をテーブル２１に静電引力で吸着させることも考えられるが、そのような構成とすると、金型１００で基板２００を成形するときに、保持ブロック４１がテーブル２１に近接したときに金型１００と基板２００の間で電荷が移動してしまい、その後に金型１００を基板２００から離間させると、金型１００または基板２００の一方が他方に吸い付けられてしまう可能性があるため好ましくない。
第１図に示したように、金型駆動機構５０は、上記のように金型１００を吸着保持する保持ブロック４１を、移動機構３０によるテーブル２１の移動方向（Ｘ、Ｙ方向）に直交する方向（以下、これをＺ方向と称する）に移動させるものである。
この金型駆動機構５０は、上下方向に軸線を有したボールネジ５１と、このボールネジ５１を回転駆動させるモータ５２とから構成されている。ボールネジ５１は、モータ５２で回転駆動されることで、基台３１上に支柱５３を介して設けられた上部ベース５４に対し、Ｚ方向に上下動するようになっている。
支柱５３に固定された下部ベース５５には、下部ベース５５に一体に設けられたスリーブ５６に対し、支持部材５７が、その回転を拘束された状態で上下方向にのみ移動可能に設けられている。この支持部材５７の上部には、ボールネジ５１の下端部が、ベアリング機構５８を介して連結されており、これにより支持部材５７には、ボールネジ５１の上下動のみが伝達され、その回転は伝わらないようになっている。
そして、この支持部材５７の下面に、保持ブロック４１が固定状態で取り付けられているのである。
このような金型駆動機構５０によれば、モータ５２でボールネジ５１を回転駆動させると、これによってボールネジ５１は上部ベース５４、下部ベース５５に対してＺ方向に上下動する。このボールネジ５１の上下動に伴い、金型１００を保持する保持ブロック４１が上下動するのである。これにより、金型１００がＺ方向に上下動し、テーブル２１上に保持される基板２００に対し、接近・離間できるようになっている。
アライメント機構６０は、移動機構３０で基板２００をＸ、Ｙ方向に移動させるに際し、金型１００とテーブル２１上に保持される基板２００との相対位置関係を補正するためのものである。このようなアライメント機構６０としては様々な構成のものを用いることができるが、一例を挙げれば、基板２００上の所定位置に形成されたアライメントマークを撮像するカメラ６１と、このカメラ６１をＸ、Ｙ方向に移動させるためのカメラ移動機構６２、６３とを備える。
このような構成のアライメント機構６０では、カメラ６１で撮像したアライメントマークの位置に基づいてコントローラで移動機構３０を制御することで、金型１００に対する基板２００の位置を補正する。
さて、第３図に示したように、金型１００は、その下面１００ａに、所定のパターンを形成するための凹凸１０１が形成されている。この凹凸１０１は、金型１００を金属やセラミック等のいわゆる金型素材で形成し、その下面１００ａに精密機械加工を施すことで形成できる。あるいは金型１００の原盤となるシリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって所定のパターンを形成した後、このシリコン基板等の表面にニッケルメッキ法（電気鋳造（エレクトロフォーミング）法）等によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して、凹凸１０１を有した金型１００として用いることもできる。
この金型１００は、後述するように保持ブロック４１のヒータ４２および冷却ブロック４３によって加熱・冷却されるため、なるべく薄型化してその熱容量をできる限り小さくするのが好ましい。
一方、加工対象となる基板２００は、第４図（ａ）に示すように、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂材料、ガラス材料、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等、成形素材がそのまま基板形状をなしているものを用いることができる。また、第４図（ｂ）に示すように、基板２００として、シリコンウエハやガラスウエハ等からなる基板本体２０１の表面に、樹脂膜、フォトレジスト、配線パターンを形成するためアルミ、金、銀等の金属膜等を薄膜状の被覆層２０２が形成されたものを用いることができる。
第４図（ａ）の場合、第３図に示した金型１００の凹凸１０１により、基板２００の表層部にパターンが転写され、第４図（ｂ）の基板２００の場合、金型１００の凹凸１０１のパターンは、被覆層２０２に転写されるが、いずれの場合も、基板２００の表層部にパターンを転写することに変わりは無いため、以下の説明においては、パターンが転写される部分を「基板２００の表層部」と単に称し、この表現は第４図（ａ）、（ｂ）の双方の場合を含むものとする。
パターン形成装置１０では、金型１００の下面１００ａに形成された所定のパターンの凹凸１０１を上記の基板２００に所定圧力で押し付けることで、基板２００の表層部のみにパターンを転写して形成する。
以下に、上記のようなパターン形成装置１０におけるパターン形成工程について説明する。なお、以下に示すパターン形成装置１０の動作は、基本的に、図示しないコントローラによって自動的に制御されるものである。
パターン形成装置１０では、概略としては、第５図（ａ）に示すように、金型１００を、基板２００のガラス転移温度以上に加熱しておき、その状態で第５図（ｂ）に示すように金型１００を基板２００に押し付け、基板２００を加熱する。そして、第５図（ｃ）に示すように、金型１００を一定時間押し付けて荷重を保持した後、金型１００を冷却し、第５図（ｄ）に示すように、基板２００から引き離す。この一連の工程で、基板２００の表層部が、金型１００の凹凸１０１に対応した形状に成形加工されるようになっている。
より詳しくは、まず、保持ブロック４１に対し、所定の金型１００を吸着保持させておく。この状態で、金型駆動機構５０は、保持ブロック４１を所定のストローク領域の上昇端に位置させておき、保持ブロック４１に保持された金型１００とテーブル２１は、互いに離れて位置するようにしておく。
そして、テーブル２１上に、加工対象となる基板２００がセットされると、これをバキューム吸着する。
続いて、アライメント機構６０のカメラ６１をカメラ移動機構６２、６３で移動させ、このカメラ６１でテーブル２１上に吸着固定された基板２００上、および金型１００上に形成されたアライメントマークを撮像する。そして、撮像したアライメントマークの位置に基づき、コントローラで移動機構３０を制御することで、金型１００に対する基板２００の位置を補正するためのキャリブレーション（初期設定）を行う。
そして、この後に、基板２００に対し、金型１００を押し付けて所定のパターンを転写するわけであるが、これに先立ち、第６図に示すように、コントローラにより、テーブル２１に内蔵されたヒータ２２と、保持ブロック４１に備えられたヒータ４２は、所定のタイミングＳ１で、予めそれぞれオンにしておく。また、冷却ブロック４３の流路４４には、冷却水等の冷媒を流しておく。
この状態、つまり金型１００を基板２００に押し付ける前の状態で、保持ブロック４１のヒータ４２およびテーブル２１のヒータ２２からの熱伝導により、金型１００を、前記のガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に維持し、基板２００を、基板２００の加工対象部分となる表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低い所定の温度Ｔ２に維持している。
この後、移動機構３０でテーブル２１をＸ、Ｙ方向に移動させることで、テーブル２１に吸着固定された基板２００の所定の領域を、保持ブロック４１に保持された金型１００に対向させて位置決めする。
この後、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００をＺ方向に移動させ、テーブル２１に保持された基板２００に接近させる。金型１００の凹凸１０１が所定温度Ｔ１に温度上昇した後の所定のタイミングＳ３で、第５図（ｂ）に示すように、金型１００が基板２００の表面に接触すると、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００の移動を停止させる（この状態の基板２００の表面に対する金型１００の押し付け量を第一の押し付け量とする）。すると、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に温度上昇した状態の金型１００から基板２００の表層部に対し、熱が伝導され、これによって基板２００の表層部の温度が、金型１００の温度Ｔ１近くまで上昇する。このとき、金型１００の凹凸１０１が直接接触する基板２００の表層部以外の他の部分は、さほど温度上昇しない。
基板２００の表層部が、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１近く、あるいは少なくともガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度まで上昇したタイミングＳ４で、第５図（ｃ）に示したように、金型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持された金型１００を基板２００側にさらに移動させる。これにより、金型１００は、基板２００の表面に対し、第一の押し付け量よりも大きく食い込むことになり（この状態の基板２００の表面に対する金型１００の押し付け量が第二の押し付け量である）、基板２００の表層部に、金型１００の凹凸１０１のパターンが転写される。
ところで、上記のような動作において、タイミングＳ３とＳ４の間では、金型１００が基板２００の表面に接触した状態で、金型駆動機構５０による金型１００の移動が停止している。つまり、タイミングＳ３とＳ４の間では、荷重コントローラとして機能するコントローラの制御により、基板２００に対し、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも低い状態で永久歪みを与えない所定の荷重Ｆ１が金型１００から付与された状態となっている。
そして、タイミングＳ４以降で、金型駆動機構５０によって金型１００が基板２００側に移動され、これによって基板２００に対し、金型１００から、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも高い状態で永久歪みを与えて成形を行うための、荷重Ｆ１とは異なる所定の荷重Ｆ２が付与されるようになっている。
このようにして、金型１００から基板２００に対して付与する荷重を、荷重Ｆ１とＦ２とで２段階に変動させて、金型１００と基板２００が接触した状態の荷重Ｆ１のときに、金型１００の熱を基板２００側に伝導させて基板２００の表層部を軟化させ、その後、荷重を荷重Ｆ２に移行させて金型１００による成形を行うのである。
なお、金型駆動機構５０で金型１００を基板２００に押し付けるときの荷重制御は、保持ブロック４１あるいはテーブル２１の中に組み込まれた荷重検出センサ（ロードセル、図示無し）によって金型１００と基板２００の間に作用する荷重を検出し、その荷重が予め設定した所定の荷重となるように、モータ５２で発生するトルクをフィードバック制御することによって行うことができる。
また、荷重によるフィードバック制御ではなく、単に金型駆動機構５０における金型１００の移動ストロークによる制御を行うことも可能である。
さて、タイミングＳ４以降、予め設定した所定時間ｔが経過したタイミングＳ５で、保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げる。これにより、保持ブロック４１および金型１００、基板２００の温度は低下するわけであるが、このとき、保持ブロック４１の上面側には、ガラス転移温度Ｔｇ以下の冷却ブロック４３が設けられているので、金型１００および基板２００の温度は、例えばテーブル２１の温度Ｔ２近傍まで速やかに下降する。
保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げたタイミングＳ５以降、さらに所定時間が経過したタイミングで、第５図（ｄ）に示すように、金型駆動機構５０を作動させ、金型１００をテーブル２１に保持された基板２００から離し、脱型させる。
これにより、基板２００の表層部には、金型１００の凹凸１０１によって構成される所定のパターンが転写形成されるようになっている。
上記のようにして、金型１００で基板２００に対し、１回のパターン転写を行った後は、所定のタイミングＳ２で保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やし、これによって保持ブロック４１に保持された金型１００を、再びガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定しながら、移動機構３０で、基板２００を、次のパターン形成位置まで移動させる。
この、保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やすタイミングＳ２は、次のパターン形成位置において金型１００の凹凸１０１が基板２００の表面に接触する（押し付けられる）よりも前に、金型１００がガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に上昇するのであれば、いかなるタイミングでも良い。
この後は、前記した金型１００の押し付け、冷却、脱型といった工程を同様に行うことで、他の位置にパターンを形成することができる。
そして、上記一連の工程を順次繰り返すことで、基板２００の複数箇所に対し、金型１００のパターンを順次転写していくことができる。
ところで、上記のようにして金型１００を基板２００に押し付ける際、基板２００の温度を、その加工対象となる表層部の素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低く一定に設定しておき、一方、金型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇよりも高く設定した。例えば、基板２００をポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）とする場合、ポリカーボネイト樹脂においてガラス転移温度Ｔｇは約１５０℃であるので、基板２００（テーブル２１）の温度Ｔ２をガラス転移温度Ｔｇ以下の約１４０℃に、金型１００の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上の約１６０〜１７０℃に設定しておく。この状態で金型１００を基板２００に押し付けると、金型１００の温度が基板２００の表層部に伝わり、基板２００の表層部から温度上昇し、徐々にその全体に伝わる。
例えば、基板２００の表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇに対し、温度Ｔ１は約２０℃高く、温度Ｔ２は約３０〜５０℃低く設定するのが好ましい。もちろん、素材の種類によってその設定温度は変化するものであり、一義的にその値に決まっているものではない。
基板２００を構成する樹脂やガラス材料において、ガラス転移温度Ｔｇを超えた状態は、外部応力によって非常に変形しやすい、つまり成形加工しやすい状態になっているので、このガラス転移温度Ｔｇを超えた状態を保持したまま、金型１００に荷重を増大させ、基板２００に押し付ける。そうすると、基板２００は金型１００の形状に沿って変形していき、凹凸１０１の形状を反転転写した状態で安定する。
その後、金型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇ以下に低下させ、金型１００と接触している基板２００の温度を低下させた。ガラス転移温度Ｔｇ以下の状態では、基板２００は初期状態と同様、変形しにくい状態であり、つまり金型１００の凹凸１０１形状に沿って硬化し、パターンが定着した状況である。この基板２００がガラス転移温度Ｔｇ以下になった状態で、金型１００を基板２００から引き離すと、基板２００の表層部は金型１００の凹凸１０１の形状を反転転写した状態となり、すなわち金型１００の凹凸１０１の反転形状のパターンが成形されるのである。
上述した構成によれば、基板２００の表層部のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定した金型１００を基板２００に押し付け、金型１００のパターンを転写した後、金型１００をガラス転移温度Ｔｇ以下の温度Ｔ２まで冷却した後、金型１００を基板２００から引き離す構成とした。
特に、金型１００を加熱するヒータ４２としてセラミックヒータを適用しているので、金型１００の温度上昇に要する時間は数秒程度で済む。また、金型１００の冷却についても、冷媒を用いた冷却ブロック４３で行っているので、ヒータ４２への電流投入量を低下させると即座に冷却効果が現れて、短時間で温度を降下させることができる。
このようにして、基板２００に対し一つの金型１００で複数回パターンを順次転写するような場合、言い換えれば基板２００よりも金型１００が小さく、熱容量が小さい場合、保持ブロック４１のヒータ４２による金型１００の加熱や冷却を短時間で行うことができる。
また、パターンが形成される基板２００の表層部に接する金型１００から、基板２００の全体ではなく、加工対象部分となる表層部に対してのみ熱を直接与えるので、これによって基板２００側の加熱・冷却時間も短縮することができる。
さらには、基板２００よりも金型１００が小さい場合、基板２００の面積全体ではなく、金型１００が当たる局所的な部分のみを加熱するので、この点においても加熱を短時間で行うことに寄与することができる。
このようにして、金型１００による基板２００に対するパターン形成に際し、加える熱サイクルの効率を高めることが可能となり、スループットを高めるとともに、使用するエネルギーを省力化することができる。
また、基板２００に対し一つの金型１００で複数回パターンを順次転写する金型１００は、小型で済み、精度確保や温度管理等も、大型のものに比較すれば容易であり、金型１００のコストを大幅に削減できる。
しかも、このように基板２００は金型１００が当たる局所的な部分のみが加熱され、基板２００の残りの部分全体はガラス転移温度Ｔｇ以下に保たれるので、基板全体の加熱・冷却を繰り返しながらパターン転写を行う従来のプロセスのように、基板２００の全体に繰り返しの熱履歴は付与されることがなく、いったん成形されたパターン形状を、それ以降のプロセスにおいても安定に保つことができる。
しかも、このようなパターン形成装置１０は、光学系や光源を用いることのない、メカニカルな構造で実現できるので、従来のステッパ等に比較し、遥かに低コストで製作することができ、また装置の小型化を図ることもできる。
このようにして、基板２００に対するパターン転写を、高効率、しかも低コストで行うことが可能となるのである。
このようなパターン形成装置１０では、加工対象となる基板２００として、例えば、第７図に示すようなウエハ２００Ａを適用することができる。このようなウエハ２００Ａ上に複数のパターンＰを転写することができるのである。これにより、ウエハ２００Ａの大面積化が可能となり、ウエハ２００Ａのテーブル２１に対する乗せ代え等のハンドリング時間を節約することができるので、１個の成形品の生産コストを低減することができる。
また、基板２００としては、他に、第８図に示す微小なドット形状が一定の周期で配列しているフォトニック結晶２００Ｂや、所定の配線パターンを有した半導体電子回路基板、さらに第９図に示すような微小な流路２０３を有した基板２００Ｃ等が適用できる。
さて、上述したようなパターン形成装置１０を用い、複数の基板２００に順次パターン形成を行う、いわゆる連続生産を行う場合、例えば第１０図に示すようなパターン形成システム７０を構成するのが好ましい。
この第１０図に示すように、パターン形成システム７０は、パターン形成装置１０と、このパターン形成装置１０に供給する基板２００を搬送してくるマガジン８１が所定の位置にセットされるマガジンステーション（マガジン保持部）８０と、パターン形成装置１０に対して基板２００を供給する供給装置９０と、から構成される。
マガジン８１は、所定枚数の基板２００を収容し、これをパターン形成装置１０やその前後の他の工程間で搬送するために用いられるものである。このマガジン８１には、複数枚の基板２００が、上下方向に間隔を隔てて積層状態に保持されるようになっている。
マガジンステーション８０は、前工程から送られてきた１以上のマガジン８１を、それぞれ所定の位置に停止させた状態で保持する。
供給装置９０は、マガジンステーション８０に保持されたマガジン８１から、基板２００を１枚ずつ取り出し、これをパターン形成装置１０のテーブル２１上に搬送してセットする。このため、供給装置９０は、基板２００を把持する基板チャック部９１と、マガジンステーション８０に保持された各マガジン８１と、パターン形成装置１０のテーブル２１との間で、基板チャック部９１を移動させるアーム部９２とを備える。ここで、マガジン８１には、複数枚の基板２００が、上下方向に間隔を隔てて積層状態に保持されているため、アーム部９２は、基板チャック部９１を、上下方向に移動できるようになっている。また、これに代えて、マガジンステーション８０側に、マガジン８１を上下動させる機構を備え、基板チャック部９１が常に一定の高さでマガジン８１から基板２００を取り出せるようにしても良い。
また、供給装置９０で基板２００をパターン形成装置１０のテーブル２１上にセットする際、基板２００を高い位置精度でセットするための位置合わせ機構（図示無し）が、マガジン８１あるいはパターン形成装置１０のいずれかに備えられている。このため、基板２００には、その外周部に、ノッチ２１０（あるいはオリエンテーションフラット（通称オリフラ））が形成されている。
位置合わせ機構では、基板２００を回転させる回転機構と、回転する基板２００の外周縁部２００ｇの位置およびノッチ２１０の位置を検出する検出機構と、を備えている。第１１図に示すように、回転機構で基板２００を１回転させ、このときに検出機構にて、外周縁部２００ｇの位置を検出することで、基板２００の回転機構に対する偏心量を検出することができ、これに基づいて基板２００の表面に沿ったＸ−Ｙ方向の位置ずれを検出できる。また回転時のノッチ２１０の位置を検出することで、基板２００の向きを検出することができる。
そして、供給装置９０では、位置合わせ機構で検出した基板２００の位置および向きに基づき、パターン形成装置１０の基板２００の位置および向きを補正して、テーブル２１にセットするようになっている。
さて、このようなパターン形成システム７０では、基板２００は、マガジン８１に所定枚数が収容されて前工程から搬送されてくる。そして、マガジン８１がマガジンステーション８０に到着すると、マガジンステーション８０では、マガジン８１を所定の位置に保持する。
そして、供給装置９０では、アーム部９２により、基板チャック部９１を、マガジン８１から取り出すべき基板２００の位置に移動させる。続いて、基板チャック部９１でマガジン８１内の基板２００を、真空吸着あるいは機械的動作によってチャックし、アーム部９２を作動させ、基板２００をマガジン８１から取り出す。
取り出した基板２００は、基板チャック部９１でチャックしたまま、アーム部９２を作動させることで、パターン形成装置１０のテーブル２１上に所定位置に移動させる。この後、基板チャック部９１によるチャックを解放することで、基板２００をテーブル２１上にセットするのである。
なお、上記の一連の動作の過程で、前記位置合わせ機構による基板２００の位置および向きの補正を行う。
基板２００をテーブル２１上にセットした後は、上記したようなプロセスにより、パターン形成装置１０で基板２００へのパターン形成を行う。
パターン形成後は、供給装置９０で上記とは逆の手順で、テーブル２１上の基板２００を取り外し、マガジン８１に戻して収容したり、あるいは他の搬送手段で後工程に搬送することができる。
この後は、マガジン８１から、次にパターン形成すべき基板２００を供給装置９０で取り出し、上記と同様の動作を繰り返すことで基板２００のパターン形成装置１０への供給、パターン形成、基板２００の取り出しを行う。
このようにして、パターン形成装置１０において、複数枚の基板２００に対し、連続的にパターン形成を行うことができる。
そして、マガジンステーション８０に複数のマガジン８１をセットしている場合、マガジン８１内の全ての基板２００に対するパターン形成が完了した時点で、供給装置９０は、基板２００を取り出すマガジン８１を、マガジンステーション８０に位置する他のマガジン８１に切り替える。
これにより、一つのマガジン８１から取り出した基板２００に対するパターン形成を行っている間に、収容していた全ての基板２００に対するパターン形成が完了したマガジン８１のマガジンステーション８０からの搬出と、前工程から送られてきた未加工の基板２００を収容したマガジン８１のマガジンステーション８０への搬入を行うことができ、より効率的な連続加工を行うことができる。
このようにして、パターン形成装置１０で基板２００に対する連続的な加工を可能とするパターン形成システム７０により、基板２００の生産効率を向上させることができる。また、作業者がパターン形成装置１０に基板２００を手でセットすることなく、その作業を供給装置９０で自動的に行うことができるので、パーティクル（異物）の混入等を防止でき、不良品の発生を低減し、スループットを向上させることができる。また、供給装置９０で機械的に基板２００をテーブル２１上にセットすることで、手作業でこれを行う場合に比較し、テーブル２１に対する基板２００の位置精度を大幅に向上させることができ、さらに、位置合わせ機構を備えることで、一層高精度な位置合わせが可能となる。
なお、上記実施の形態では、金型１００は、微細パターンが形成できるものであれば材質やその製造法は特に限定されるものではない。例えば、金型１００の材質として一般的な金属材料の他、セラミック材料や、カーボン系材料、特にガラス状カーボン等を用いることができる。これらの材料で金型１００を形成する場合は、レーザ加工により微細パターンを形成してもよいし、予め微細パターンのマスターパターンが形成されたマスター型に前記したような材料を充填し、これを硬化させる等、他の手法で微細パターンを形成しても良い。
一方、基板２００は、その表層部の成形素材と基板が一体のもの、例えば樹脂基板やガラス基板、あるいは成形素材が基板上に薄く形成されたもの、例えばシリコン基板やガラス基板上に形成された樹脂膜、等、その組み合わせは特に限定されるのもではない。
また、保持ブロック４１のヒータ４２をセラミックヒータとし、冷却ブロック４３を、冷媒を用いた冷却構造としたが、高速に加熱冷却できるものであれば、特にそれらに限定されることはなく、レーザや超音波による加熱、またペルチェ素子による冷却等を用いてもよい。
移動機構３０や金型駆動機構５０についても、ボールネジ３４、３５、５１を用いた機構に限定されるものではなく、油圧機構や空圧機構を用いてもよい。
また、移動機構３０における位置制御は、所望の位置決めが実現できるものであれば、その方式はいかなるものであっても良い。
さらに、パターン形成システム７０を構成するマガジンステーション８０、供給装置９０等は、上記したような所要の機能を果たすことができるのであれば、その詳細な構造や動作などは、適宜変更することが可能であり、このようなことは言うまでも無く設計的事項である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、予め加熱した金型を、加工対象物となる基板に押し付け、金型の熱を基板の表層部に伝達させた後、金型で基板の表層部にパターンを形成するようにした。これにより、基板の全体ではなく、熱容量が小さい金型を加熱してパターン形成することができ、基板に対するパターン転写を、高効率で行うことが可能となる。また、このような装置では、コストのかかる光学系等を用いる必要が無いので、低コスト化を図ることもできる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するための金型と、
前記金型を加熱する加熱部と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板に前記金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記加熱部で加熱された前記金型を前記プレス機構で前記基板に押し付けることで、当該基板をガラス転移温度近傍またはそれ以上に加熱して、当該基板に前記金型で所定のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記基板保持部は、当該基板保持部に保持される前記基板をガラス転移温度以下に維持する温度維持部を備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記金型の温度を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記金型を、当該金型と前記基板が離れた状態では前記基板のガラス転移温度を下回る温度とし、前記金型が前記基板に押し付けられる状態では前記基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度となるように制御することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記金型を冷却する冷却部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記基板保持部に保持された前記基板を加熱する基板加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記プレス機構は、前記基板に対する前記金型の押し込み量を複数段階に切り替え、
前記基板に対し前記金型の押し込み量を第一の押し込み量としたときに、前記加熱部で加熱された前記金型の熱を前記基板に伝達させ、
前記基板に対し前記金型の押し込み量を前記第一の押し込み量とは異なる第二の押し込み量としたときに、前記金型で前記基板にパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記金型は、前記基板の表層部のみにパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
加工対象物に所定のパターンを形成するための金型と、
前記加工対象物を保持する対象物保持部と、
前記対象物保持部に保持された前記加工対象物に前記金型を押し付けるプレス機構と、
前記加工対象物と前記金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１０】
前記対象物保持部で保持された前記加工対象物の複数の領域に対し前記金型が対向するように、当該金型および／または前記加工対象物を移動させる移動機構をさらに備え、
前記加熱手段は前記金型を加熱することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
前記加熱手段では、前記プレス機構で前記金型を前記加工対象物に押し付けるタイミングに基づき、前記金型の温度を、前記加工対象物が軟化する温度を基準とした領域で変動させることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１２】
前記プレス機構は、前記金型から前記加工対象物に与える荷重を制御する荷重コントローラをさらに備え、
前記荷重コントローラは、前記金型から前記加工対象物に対し、第一の荷重と、当該第一の荷重とは異なる第二の荷重を順次与えることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、セラミックヒータを用いることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１４】
前記金型を保持し、前記プレス機構に連結する金型保持部をさらに有し、
前記金型保持部は、前記金型に面接触し、静電力により当該金型を保持することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１５】
金型で基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記金型を、前記基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱する加熱工程と、
前記金型を前記基板に押し付けて前記パターンを形成するパターン形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１６】
前記金型を前記基板に押し付けた後、前記金型を前記基板のガラス転移温度以下の所定温度に冷却する冷却工程と、
冷却された前記金型を前記基板から引き離す脱型工程と、
をさらに有し、
前記加熱工程、前記パターン形成工程、前記冷却工程および前記脱型工程からなる工程を、前記基板の複数の領域ごとに繰り返すことを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記パターン形成工程に先立ち、前記金型の熱を前記基板に伝達させる熱伝達工程をさらに有することを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、
前記パターン形成装置に対し、前記基板の供給および取り出しを行う供給装置と、
を備え、
前記パターン形成装置は、
前記基板に所定のパターンを形成するための金型と、
前記基板と前記金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱部と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板に前記金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とするパターン形成システム。
【請求項１９】
前記基板を複数枚収容したマガジンを保持するマガジン保持部をさらに備え、
前記供給装置は、前記マガジン保持部に保持された前記マガジンから前記基板を１枚ずつ取り出し、前記パターン形成装置に供給することを特徴とする請求項１８に記載のパターン形成システム。
【請求項２０】
前記マガジン保持部は、前記マガジンを複数保持可能であることを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成システム。
【請求項１】
加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するための金型と、
前記金型を加熱する加熱部と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板に前記金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記加熱部で加熱された前記金型を前記プレス機構で前記基板に押し付けることで、当該基板をガラス転移温度近傍またはそれ以上に加熱して、当該基板に前記金型で所定のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記基板保持部は、当該基板保持部に保持される前記基板をガラス転移温度以下に維持する温度維持部を備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記金型の温度を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記金型を、当該金型と前記基板が離れた状態では前記基板のガラス転移温度を下回る温度とし、前記金型が前記基板に押し付けられる状態では前記基板のガラス転移温度近傍またはそれ以上の温度となるように制御することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記金型を冷却する冷却部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記基板保持部に保持された前記基板を加熱する基板加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記プレス機構は、前記基板に対する前記金型の押し込み量を複数段階に切り替え、
前記基板に対し前記金型の押し込み量を第一の押し込み量としたときに、前記加熱部で加熱された前記金型の熱を前記基板に伝達させ、
前記基板に対し前記金型の押し込み量を前記第一の押し込み量とは異なる第二の押し込み量としたときに、前記金型で前記基板にパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記金型は、前記基板の表層部のみにパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
加工対象物に所定のパターンを形成するための金型と、
前記加工対象物を保持する対象物保持部と、
前記対象物保持部に保持された前記加工対象物に前記金型を押し付けるプレス機構と、
前記加工対象物と前記金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１０】
前記対象物保持部で保持された前記加工対象物の複数の領域に対し前記金型が対向するように、当該金型および／または前記加工対象物を移動させる移動機構をさらに備え、
前記加熱手段は前記金型を加熱することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
前記加熱手段では、前記プレス機構で前記金型を前記加工対象物に押し付けるタイミングに基づき、前記金型の温度を、前記加工対象物が軟化する温度を基準とした領域で変動させることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１２】
前記プレス機構は、前記金型から前記加工対象物に与える荷重を制御する荷重コントローラをさらに備え、
前記荷重コントローラは、前記金型から前記加工対象物に対し、第一の荷重と、当該第一の荷重とは異なる第二の荷重を順次与えることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、セラミックヒータを用いることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１４】
前記金型を保持し、前記プレス機構に連結する金型保持部をさらに有し、
前記金型保持部は、前記金型に面接触し、静電力により当該金型を保持することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【請求項１５】
金型で基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記金型を、前記基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱する加熱工程と、
前記金型を前記基板に押し付けて前記パターンを形成するパターン形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１６】
前記金型を前記基板に押し付けた後、前記金型を前記基板のガラス転移温度以下の所定温度に冷却する冷却工程と、
冷却された前記金型を前記基板から引き離す脱型工程と、
をさらに有し、
前記加熱工程、前記パターン形成工程、前記冷却工程および前記脱型工程からなる工程を、前記基板の複数の領域ごとに繰り返すことを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記パターン形成工程に先立ち、前記金型の熱を前記基板に伝達させる熱伝達工程をさらに有することを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
加工対象物となる略平板状の基板に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、
前記パターン形成装置に対し、前記基板の供給および取り出しを行う供給装置と、
を備え、
前記パターン形成装置は、
前記基板に所定のパターンを形成するための金型と、
前記基板と前記金型のうち、熱容量の小さい方を加熱する加熱部と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板に前記金型を押し付けるプレス機構と、を備えることを特徴とするパターン形成システム。
【請求項１９】
前記基板を複数枚収容したマガジンを保持するマガジン保持部をさらに備え、
前記供給装置は、前記マガジン保持部に保持された前記マガジンから前記基板を１枚ずつ取り出し、前記パターン形成装置に供給することを特徴とする請求項１８に記載のパターン形成システム。
【請求項２０】
前記マガジン保持部は、前記マガジンを複数保持可能であることを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成システム。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６２８８６
【国際公開日】平成１６年７月２９日（２００４．７．２９）
【発行日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６６２８８（Ｐ２００４−５６６２８８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１５７３１
【国際出願日】平成１５年１２月９日（２００３．１２．９）
【出願人】（５０４０９７８２３）ＳＣＩＶＡＸ株式会社 (31)
【出願人】（０００２３４１６６）伯東株式会社 (135)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年７月２９日（２００４．７．２９）
【発行日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１５７３１
【国際出願日】平成１５年１２月９日（２００３．１２．９）
【出願人】（５０４０９７８２３）ＳＣＩＶＡＸ株式会社 (31)
【出願人】（０００２３４１６６）伯東株式会社 (135)
【Ｆターム（参考）】
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