熱加工装置
【課題】 型および加工対象物を、高温かつ高速に加熱し、さらに、高速に冷却する。
【解決手段】型100によって超微細パターンを加工対象物200にナノインプリンティングする熱加熱装置は、前記型100を保持すると共に、熱を前記型100に伝熱可能な型保持部２と、前記型保持部２を加熱する型加熱用ＩＨヒータ３と、前記加工対象物200を保持すると共に、熱を前記加工対象物200に伝熱可能な加工対象物保持部７と、前記加工対象物保持部７を加熱する加工対象物加熱用ＩＨヒータ８と、前記型200と前記加工対象物100とを押圧する押圧手段50とを具備している。前記型保持部２の少なくとも一部および前記加工対象物保持部７の少なくとも一部は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されている。
【解決手段】型100によって超微細パターンを加工対象物200にナノインプリンティングする熱加熱装置は、前記型100を保持すると共に、熱を前記型100に伝熱可能な型保持部２と、前記型保持部２を加熱する型加熱用ＩＨヒータ３と、前記加工対象物200を保持すると共に、熱を前記加工対象物200に伝熱可能な加工対象物保持部７と、前記加工対象物保持部７を加熱する加工対象物加熱用ＩＨヒータ８と、前記型200と前記加工対象物100とを押圧する押圧手段50とを具備している。前記型保持部２の少なくとも一部および前記加工対象物保持部７の少なくとも一部は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、型によって超微細パターンを加工対象物にナノインプリンティングする熱加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術が一般に用いられている。しかしながら、この方法では、形成するパターンの微細化にともない、装置の大型化やプロセスコストの増大を招いていた。
【０００３】
近年、上記問題を解決するものとして、超微細なパターンを基板上に形成するナノインプリンティングプロセス技術が注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
このプロセスは、ガラス転移点を越える温度に加工対象物を加熱し、形成したいパターンが表面に作りこまれた型をこの加工対象物表面に押し付け、その後冷却、離型してパターン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装置によって、型に作り込まれた形状をそのまま精度良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の線幅をもつ細線が形成された報告がある（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
更に、このようなナノインプリンティングプロセス技術を用いることで、回折格子、フォトニック結晶、導波路等の光デバイス、マクロチャネル、リアクター等の流体デバイスのような、各種のマイクロチップ、マイクロデバイスの製作も可能な状況が実現しつつある。
【０００６】
このようなナノインプリンティングプロセス技術において、加工対象物の加熱や冷却は非常に重要な技術要素である。加工対象物に所定の加工を施すことができるか否かは、加工温度に大きく依存し、また、スループットは、加熱時間、冷却時間に大きく依存するからである。
【０００７】
従来、加熱手段としてＰＧ（pyrolitic grafite）ヒータやセラミックヒータを用いて基板や型を加熱していた。また、セラミックヒータを挟んで型と対向する位置に冷却手段を設け、型の冷却を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、ＰＧヒータには、２５０℃を超えるような高温加熱に使用すると酸化するという問題があった。また、単位面積あたりの発熱量を増大し高速に昇温するには、断面積を小さくして抵抗を大きくする必要があるが、ＰＧヒータは非常に脆いため、その製作が難しいという問題があった。
【０００９】
また、セラミックヒータには、高温加熱に使用しても酸化の問題はないが、熱衝撃に弱く発熱量を上げられないという問題があった。
【００１０】
更に、従来の冷却手段には、型との間に加熱手段を介していたため冷却効率が落ちるという問題があった。
【非特許文献１】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
【非特許文献２】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
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６（第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、型および加工対象物を、従来のものよりも高温かつ高速に加熱することができ、更に、従来のものよりも高速に冷却することが可能な熱加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の熱加工装置は、型および加工対象物をそれぞれ保持すると共に、熱を型および加対象物にそれぞれ伝熱可能な型保持部および加工対象物保持部と、型保持部および加工対象物保持部をそれぞれ加熱するＩＨヒータとを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、型および加工対象物をそれぞれ保持すると共に、熱を型および加対象物にそれぞれ伝熱可能な型保持部および加工対象物保持部をＩＨヒータによってそれぞれ加熱するので、型および加対象物を高温に加熱することができると共に、高速に加熱することができる。
【００１４】
この場合、型保持部および加工対象物保持部は、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、型保持部および加工対象物保持部は、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。また、型および加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されるほうが好ましい。
【００１５】
また、型保持部および加工対象物保持部を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、冷却手段は、型保持部および加工対象物保持部の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。また、冷却流路は、ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。そうすると、型を直接、高速に冷却することができる。
【００１６】
また、前記型保持部および加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていると、型保持部および加工対象物保持部を、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成するので、型および加工対象物の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができる。
【００１７】
また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を具備するので、型保持部または加工対象物保持部の材料に合わせて、発振周波数を変更し、加熱効率を向上することができる。
【００１８】
また、型および加工対象物は、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、型および加工対象物は、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。
【００１９】
また、型保持部および加工対象物保持部は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成される方が好ましい。
【００２０】
また、前記型保持部および加工対象物保持部は、前記ＩＨヒータの側に配された被加熱手段と、前記型の側に配された伝熱手段とに分けられていると、加熱効率を上げて、さらに、型を効率良く加熱することができる。
【００２１】
この場合、被加熱手段は、伝熱手段の比透磁率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、被加熱手段は、伝熱手段の電気抵抗率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。更には、フェライト系ステンレス鋼で形成される方が好ましい。また、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成される方が好ましい。
【００２２】
また、伝熱手段は、被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成される方が好ましい。更には、銅又はアルミニウムで形成される方が好ましい。
【００２３】
また、被加熱手段を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、冷却手段は、被加熱手段の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。また、冷却流路は、ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。
【００２４】
また、伝熱手段を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、伝熱手段の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来のものよりも、型および加工対象物を高温かつ高速で加熱することができ、且つ高速で冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
本発明の熱加工装置に含まれる型加熱装置１は、図１に示すように、型１００を保持すると共に熱を型１００に伝熱可能な型保持部２と、型保持部２を加熱するＩＨ（電磁誘導加熱）ヒータ３と、型保持部２を冷却する冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。
【００２８】
型保持部２は、型１００を保持する保持面２ａに、ねじやクランプ金具等の締結具で型１００を固定可能に形成される。また、型保持部２は、少なくとも比透磁率が０．９９より大きい材料により形成される方が好ましく、また、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍより大きい材料により形成される方が好ましい。これにより、後述するＩＨヒータ３の加熱効率を上げることができ、型１００を急速に加熱することができる。
【００２９】
また、加熱温度が決まっている場合には、型保持部２の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。感温磁性材料とは、磁性材料特有のキュリー温度（キュリー点）付近で磁性が消失する特性を利用した材料である。この材料を用いることにより、型保持部２の温度がキュリー温度（キュリー点）を超えると、型保持部２の磁性が失われ、後述するＩＨヒータが発生する磁力線の影響を受けなくなる。すると、誘導電流（うず電流）は発生せず、型保持部２は発熱しないため、温度がキュリー温度（キュリー点）付近で一定に維持されるという効果が得られる。
【００３０】
なお、型１００の保持は、ネジやクランプ金具等の締結具で型保持部２に固定する構造の他、溶接等により型保持部２に接合する構造、真空吸着により型保持部２に吸着保持する構造、型保持部２に嵌着する構造、静電吸着により吸着させる方法等、種々の方法を用いることができる。
【００３１】
ＩＨヒータ３は、コイルに交流電流を流すことにより、その周辺に磁力線を発生させる。そして、この磁力線の影響により、金属等の電気的導体に誘導電流（うず電流）を発生させ、電気的導体の抵抗によるエネルギー損失から、熱を発生させるものである。交流電流の発振周波数としては、１０〜５００ｋＨｚ、更に好ましくは、１８０〜２２０ｋＨｚのものを用いることができる。また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を設けて、型保持部２の材料に合わせて、発振周波数を細かく設定する方が好ましい。これにより更に加熱効率を上げることができる。
【００３２】
このＩＨヒータ３を、型保持部２を挟んで型１００と対向する側に設けると共に、型保持部２を加熱し得る適当な位置に配置することにより、型保持部２を介して、型１００を高速に加熱することができる。なお、ＩＨヒータ３を型保持部２の側部あるいは側部外方に設けて外側から加熱することも可能である。
【００３３】
また、型保持部２は、型保持部２を冷却する冷却手段を具備するように形成することも可能である。冷却手段は、例えば型保持部２の内部に設けられた１以上の冷却流路として形成され、この冷却流路内に外部から冷却媒体を通すことにより、型保持部２を冷却することができる。この場合、冷却流路は、ＩＨヒータ３による加熱の妨げにならないよう、直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。特に、型保持部２は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも型１００側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。このように構成することにより、型１００を保持する型保持部２自体を直接冷却することができるので、型１００を急速に冷却することができる。なお、冷却手段としては冷却流路を用いるものに限定されるものではなく、種々のものを適用することが可能である。
【００３４】
ところで、上記ＩＨヒータ３によって、型１００を高速に加熱するために投入エネルギーを上げるには、電源を大きくする必要がありコスト高となる。これを避けるために型保持部２を加熱効率の良い材料によって形成することが考えられるが、加熱効率の良い材料は、抵抗が大きく、熱伝導が悪いため、型１００を高速で加熱する際に、コイル形状や型保持部２の形状に起因する温度むらが大きくなるという問題がある。一方、熱伝導の良い材料は抵抗が小さいため、加熱効率が悪いという問題がある。
【００３５】
これを解決するために、型保持部２は、図２に示すように、ＩＨヒータ３によって加熱される被加熱手段２１と、型１００を保持し被加熱手段２１の熱を型１００に伝熱する伝熱手段２２とに分けて形成することもできる。
【００３６】
被加熱手段２１は、ＩＨヒータ３による加熱効率が伝熱手段２２よりも大きい材料、すなわち電気抵抗率又は比透磁率が少なくとも伝熱手段２２より大きい材料によって形成される。この場合、被加熱手段２１の電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料を用いるほうが好ましい。また、被加熱手段２１の比透磁率が、０．９９以上の材料を用いる方が好ましい。例えば、電気抵抗率、比透磁率の高いフェライト系ステンレス鋼やカーボン等を用いることができる。
【００３７】
また、加熱温度が決まっている場合には、被加熱手段２１の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、被加熱手段２１の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００３８】
伝熱手段２２は、熱伝導率が少なくとも被加熱手段２１よりも高い材料によって形成される。この場合、伝熱手段２２の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いる方が好ましい。例えば、熱伝導率の大きい銅やアルミニウムを用いることができる。
【００３９】
このように、型保持部２をＩＨヒータ３で加熱する被加熱手段２１と、被加熱手段２１の熱を型１００に伝熱する伝熱手段２２とに分けることにより、型１００を高速に加熱することができると共に、型１００を均一に加熱することできる。
【００４０】
なお、被加熱手段２１と伝熱手段２２は、図示しないが、摩擦接合又はロウ付けにより接合する方が好ましい。これにより、被加熱手段２１と伝熱手段２２との間の熱伝導を向上することができる。
【００４１】
また、冷却手段は、被加熱手段２１と伝熱手段２２の少なくともいずれか一方に設ければよいが、両方に設けることも勿論可能である。冷却手段としては、どのようなものを用いても良いが、例えば、冷却流路により形成することができる。なお、冷却流路を被加熱手段２１に設ける場合には、ＩＨヒータ３によって直接加熱される部分とは異なる部分に形成する方が好ましい。特に、被加熱手段２１は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも伝熱手段２２側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。
【００４２】
なお、ＩＨヒータ３を、型１００を直接加熱し得る適当な位置に配置することも可能である。この場合、型保持部２を熱伝導率の大きい材料によって形成し、冷却手段として内部に冷却流路を設けるようにすることが好ましい。型保持部２の材料としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる方が好ましく、例えば、銅やアルミニウムを用いることができる。また、型１００は、電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。また、比透磁率が、０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。
【００４３】
このように構成することにより、型１００を直接加熱することができると共に、型保持部２の冷却手段によって型１００を急速に冷却することができる。
【００４４】
なお、型１００としては、種々のものを用いることができ、例えば、１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の所定のパターンが形成された型１００を用いることができる。
【００４５】
本発明の熱加工装置に含まれる加工対象物加熱装置６は、図３に示すように、加工対象物２００を保持すると共に熱を加工対象物２００に伝熱可能な加工対象物保持部７と、加工対象物保持部７を加熱するＩＨ（電磁誘導加熱）ヒータ８と、加工対象物保持部７を冷却する冷却手段と、で主に構成される。
【００４６】
加工対象物保持部７は、図３に示すように、加工対象物２００を略水平状態で保持するもので、上面に多数のバキューム孔(図示無し)が形成された保持面７ａを備えている。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、保持面７ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる。また、加工対象物保持部７は、少なくとも比透磁率が０．９９より大きい材料により形成される方が好ましく、また、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍより大きい材料により形成される方が好ましい。これにより、後述するＩＨヒータ８の加熱効率を上げることができ、加工対象物２００を急速に加熱することができる。
【００４７】
また、加熱温度が決まっている場合には、加工対象物保持部７の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、加工対象物保持部７の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００４８】
ＩＨヒータ８は、型加熱装置１で説明したのと同様、コイルに交流電流を流すことにより、その周辺に磁力線を発生させる。そして、この磁力線の影響により、金属等の電気的導体に誘導電流（うず電流）を発生させ、電気的導体の抵抗によるエネルギー損失から、熱を発生させるものである。交流電流の発振周波数としては、１０〜５００ｋＨｚ、更に好ましくは、１８０〜２２０ｋＨｚのものを用いることができる。また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を設けて、加工対象物保持部７の材料に合わせて、発振周波数を細かく設定する方が好ましい。これにより更に加熱効率を上げることができる。
【００４９】
このＩＨヒータ８を、加工対象物保持部７を挟んで加工対象物２００と対向する側に設けると共に、加工対象物保持部７を加熱し得る適当な位置に配置することにより、加工対象物保持部７を介して、加工対象物２００を高速に加熱することができる。なお、ＩＨヒータ８を加工対象物保持部７の側部あるいは側部外方に設けて外側から加熱することも可能である。
【００５０】
また、加工対象物保持部７は、加工対象物保持部７を冷却する冷却手段を具備するように形成することも可能である。冷却手段は、例えば加工対象物保持部７の内部に設けられた１以上の冷却流路として形成され、この冷却流路内に外部から冷却媒体を通すことにより、加工対象物保持部７を冷却することができる。この場合、冷却流路は、ＩＨヒータ８による加熱の妨げにならないよう、直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。特に、加工対象物保持部７は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも加工対象物２００側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。このように構成することにより、加工対象物２００を保持する加工対象物保持部７自体を直接冷却することができるので、加工対象物２００を急速に冷却することができる。なお、冷却手段としては冷却流路を用いるものに限定されるものではなく、種々のものを適用することが可能である。
【００５１】
また、加工対象物保持部７は、図４に示すように、ＩＨヒータ８によって加熱される被加熱手段７１と、加工対象物２００を保持し被加熱手段７１の熱を加工対象物２００に伝熱する伝熱手段７２とに分けて形成することもできる。
【００５２】
被加熱手段７１は、ＩＨヒータ８による加熱効率が伝熱手段７２よりも大きい材料、すなわち電気抵抗率又は比透磁率が少なくとも伝熱手段７２より大きい材料によって形成される。この場合、被加熱手段７１の電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料を用いるほうが好ましい。また、被加熱手段７１の比透磁率が、０．９９以上の材料を用いるほうが好ましい。例えば、電気抵抗率、比透磁率の高いフェライト系ステンレス鋼やカーボン等を用いることができる。
【００５３】
また、加熱温度が決まっている場合には、被加熱手段７１の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、被加熱手段７１の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００５４】
伝熱手段７２は、熱伝導率が少なくとも被加熱手段７１よりも高い材料によって形成される。この場合、伝熱手段７２の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いるほうが好ましい。例えば、熱伝導率の大きい銅やアルミニウムを用いることができる。
【００５５】
このように、加工対象物保持部７をＩＨヒータ８で加熱する被加熱手段７１と、被加熱手段７１の熱を加工対象物２００に伝熱する伝熱手段７２とに分けることにより、加工対象物２００を高速に加熱することができると共に、加工対象物２００を均一に加熱することできる。
【００５６】
なお、被加熱手段７１と伝熱手段７２は、図示しないが、摩擦接合又はロウ付けにより接合する方が好ましい。これにより、被加熱手段７１と伝熱手段７２との間の熱伝導を向上することができる。
【００５７】
また、冷却手段は、被加熱手段７１と伝熱手段７２の少なくともいずれか一方に設ければよいが、両方に設けることも勿論可能である。冷却手段としては、どのようなものを用いても良いが、例えば、冷却流路により形成することができる。なお、冷却流路を被加熱手段７１に設ける場合には、冷却流路をＩＨヒータ８によって加熱される部分とは異なる部分に形成する方が好ましい。特に、被加熱手段７１は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも伝熱手段７２側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。
【００５８】
なお、加工対象物２００としては、種々のものを用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂の他、ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料など、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、シリコンやガラス等からなる基板本体の表面に、樹脂、フォトレジスト、配線パターンを形成するためのアルミ、金、銀等の金属薄膜の被覆層等が形成されたものを用いることもできる。更に、加工対象物２００は、基板以外の形状であっても勿論良い。
【００５９】
本発明の熱加工装置１５は、加工対象物２００を加工するためのものであって、例えば、図５に示すように、上述した型加熱装置１および加工対象物加熱装置６と、型１００を加工対象物２００に押圧する押圧手段５０と、で主に構成される。
【００６０】
型加熱装置１は、図６に示すように、型１００を保持すると共に熱を型１００に伝熱可能な型保持部２と、型保持部２を加熱する第１のＩＨヒータ３１と、型保持部２を冷却する第１の冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。また、型保持部２は、第１のＩＨヒータ３によって加熱される第１の被加熱手段２３と、型１００を保持し第１の被加熱手段２３の熱を型１００に伝熱する第１の伝熱手段２４と、で構成しても良い。この場合、冷却手段を第１の被加熱手段２３と第１の伝熱手段２４のいずれか一方、あるいは両方に設けることも可能である。
【００６１】
加工対象物加熱装置６は、図６に示すように、加工対象物２００を保持すると共に熱を加工対象物２００に伝熱可能な加工対象物保持部７と、加工対象物保持部７を加熱する第２のＩＨヒータ８１と、加工対象物保持部７を冷却する第２の冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。また、加工対象物保持部７は、ＩＨヒータ８によって加熱される第２の被加熱手段７３と、加工対象物２００を保持し第２の被加熱手段７３の熱を加工対象物２００に伝熱する第２の伝熱手段７４と、で構成しても良い。この場合、冷却手段を第２の被加熱手段７３と第２の伝熱手段７４のいずれか一方、あるいは両方に設けることも可能である。
【００６２】
押圧手段５０は、図５に示すように、Ｚ方向に連結するボールネジ５１と、このボールネジを回転駆動させるモータ５２とから構成され、型加熱装置保持部５３を介して型加熱装置１と連結されている。また、ボールネジ５１の下端部と型加熱装置保持部５３の上面はベアリング機構５４を介して連結されている。押圧手段５０をこのように構成することによって、型１００を保持する型保持部２を上下し、加工対象物保持部７に保持される加工対象物２００に対し、型１００のパターン面１００ａを接近・押圧及び離間することができる。なお、ここでは、押圧手段を型加熱装置１側に設ける場合について説明したが、これに限られるものではなく、加工対象物加熱装置６側に設けることも可能である。
【００６３】
型加熱装置１、加工対象物加熱装置６については、実施例１、実施例２において説明したものと同じものを適用することができるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６４】
なお、型１００としては、種々のものを用いることができ、例えば、１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の所定のパターンが形成された型１００を用いることができる。
【００６５】
また、加工対象物２００としても、種々のものを用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂の他、アルミニウム等の金属、ガラス、石英ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料など、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、シリコンやガラス等からなる基板本体の表面に、樹脂、フォトレジスト、配線パターンを形成するためのアルミニウム、金、銀などの金属薄膜の被覆層等が形成されたものを用いることもできる。更に、加工対象物２００は、基板以外の形状であっても勿論良い。なお、加工対象物２００が金属である場合には、ＩＨヒータによって加工対象物２００を直接加熱するように構成することも可能である。
【００６６】
次に、このような型加熱装置１、加工対象物加熱装置６、熱加工装置１５の使用態様について説明する。
【００６７】
まず、加工対象物加熱装置６の第２のＩＨヒータ８１を作動させると、第２の被加熱手段７３に誘導電流（うず電流）が発生し、第２の被加熱手段７３の抵抗によるエネルギー損失によって熱が発生する。この熱は、第２の伝熱手段７４を介して加工対象物２００に伝熱され、加工対象物２００がそのガラス転移温度以下近傍の温度に加熱保持される。
【００６８】
次に、型加熱装置１の第１のＩＨヒータ３１を作動させると、第１の被加熱手段２３に誘導電流（うず電流）が発生し、第１の被加熱手段２３の抵抗によるエネルギー損失によって熱が発生する。この熱は、第１の伝熱手段２４を介して型１００に伝熱され、型１００が加工対象物２００のガラス転移温度以上の温度に加熱される。
【００６９】
その後、押圧手段５０のモータ５２を作動させて、型１００を加工対象物２００に押圧することにより加工対象物２００に型１００のパターンを形成することができる。
【００７０】
最後に、冷却手段例えば第１の伝熱手段２４内に設けられた冷却流路に冷却水を通すことによって型１００をガラス転移温度以下に冷却した後、押圧手段５０を作動させて、型１００を加工対象物２００から離型する。
【００７１】
これにより、型１００および加工対象物２００を高温に加熱することができると共に、高速に加熱・冷却することができる。
【００７２】
なお、上記型加熱装置１、加工対象物加熱装置６、熱加工装置１５の使用態様は、一例であり、種々の使用態様で用いることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の熱加工装置に含まれる型加熱装置を示す概略正面図である。
【図２】別の型加熱装置を示す概略正面図である。
【図３】本発明の熱加工装置に含まれる加工対象物加熱装置を示す概略正面図である。
【図４】別の加工対象物加熱装置を示す概略正面図である。
【図５】本発明の熱加工装置を示す概略正面図である。
【図６】本発明の熱加工装置を示す要部正面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 型加熱装置
２ 型保持部
３ ＩＨヒータ
６ 加工対象物加熱装置
７ 加工対象物保持部
８ ＩＨヒータ
２１ 被加熱手段
２２ 伝熱手段
２３ 第１の被加熱手段（被加熱手段）
２４ 第１の伝熱手段（伝熱手段）
３１ 第１のＩＨヒータ（ＩＨヒータ）
５０ 押圧手段
７１ 被加熱手段
７２ 伝熱手段
７３ 第２の被加熱手段（被加熱手段）
７４ 第２の伝熱手段（伝熱手段）
８１ 第２のＩＨヒータ（ＩＨヒータ）
１００ 型
２００ 加工対象物
【技術分野】
【０００１】
この発明は、型によって超微細パターンを加工対象物にナノインプリンティングする熱加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術が一般に用いられている。しかしながら、この方法では、形成するパターンの微細化にともない、装置の大型化やプロセスコストの増大を招いていた。
【０００３】
近年、上記問題を解決するものとして、超微細なパターンを基板上に形成するナノインプリンティングプロセス技術が注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
このプロセスは、ガラス転移点を越える温度に加工対象物を加熱し、形成したいパターンが表面に作りこまれた型をこの加工対象物表面に押し付け、その後冷却、離型してパターン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装置によって、型に作り込まれた形状をそのまま精度良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の線幅をもつ細線が形成された報告がある（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
更に、このようなナノインプリンティングプロセス技術を用いることで、回折格子、フォトニック結晶、導波路等の光デバイス、マクロチャネル、リアクター等の流体デバイスのような、各種のマイクロチップ、マイクロデバイスの製作も可能な状況が実現しつつある。
【０００６】
このようなナノインプリンティングプロセス技術において、加工対象物の加熱や冷却は非常に重要な技術要素である。加工対象物に所定の加工を施すことができるか否かは、加工温度に大きく依存し、また、スループットは、加熱時間、冷却時間に大きく依存するからである。
【０００７】
従来、加熱手段としてＰＧ（pyrolitic grafite）ヒータやセラミックヒータを用いて基板や型を加熱していた。また、セラミックヒータを挟んで型と対向する位置に冷却手段を設け、型の冷却を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、ＰＧヒータには、２５０℃を超えるような高温加熱に使用すると酸化するという問題があった。また、単位面積あたりの発熱量を増大し高速に昇温するには、断面積を小さくして抵抗を大きくする必要があるが、ＰＧヒータは非常に脆いため、その製作が難しいという問題があった。
【０００９】
また、セラミックヒータには、高温加熱に使用しても酸化の問題はないが、熱衝撃に弱く発熱量を上げられないという問題があった。
【００１０】
更に、従来の冷却手段には、型との間に加熱手段を介していたため冷却効率が落ちるという問題があった。
【非特許文献１】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
【非特許文献２】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
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６（第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、型および加工対象物を、従来のものよりも高温かつ高速に加熱することができ、更に、従来のものよりも高速に冷却することが可能な熱加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の熱加工装置は、型および加工対象物をそれぞれ保持すると共に、熱を型および加対象物にそれぞれ伝熱可能な型保持部および加工対象物保持部と、型保持部および加工対象物保持部をそれぞれ加熱するＩＨヒータとを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、型および加工対象物をそれぞれ保持すると共に、熱を型および加対象物にそれぞれ伝熱可能な型保持部および加工対象物保持部をＩＨヒータによってそれぞれ加熱するので、型および加対象物を高温に加熱することができると共に、高速に加熱することができる。
【００１４】
この場合、型保持部および加工対象物保持部は、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、型保持部および加工対象物保持部は、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。また、型および加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されるほうが好ましい。
【００１５】
また、型保持部および加工対象物保持部を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、冷却手段は、型保持部および加工対象物保持部の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。また、冷却流路は、ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。そうすると、型を直接、高速に冷却することができる。
【００１６】
また、前記型保持部および加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていると、型保持部および加工対象物保持部を、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成するので、型および加工対象物の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができる。
【００１７】
また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を具備するので、型保持部または加工対象物保持部の材料に合わせて、発振周波数を変更し、加熱効率を向上することができる。
【００１８】
また、型および加工対象物は、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、型および加工対象物は、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。
【００１９】
また、型保持部および加工対象物保持部は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成される方が好ましい。
【００２０】
また、前記型保持部および加工対象物保持部は、前記ＩＨヒータの側に配された被加熱手段と、前記型の側に配された伝熱手段とに分けられていると、加熱効率を上げて、さらに、型を効率良く加熱することができる。
【００２１】
この場合、被加熱手段は、伝熱手段の比透磁率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、比透磁率が０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。また、被加熱手段は、伝熱手段の電気抵抗率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。更には、フェライト系ステンレス鋼で形成される方が好ましい。また、型または加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成される方が好ましい。
【００２２】
また、伝熱手段は、被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成される方が好ましく、更に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成される方が好ましい。更には、銅又はアルミニウムで形成される方が好ましい。
【００２３】
また、被加熱手段を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、冷却手段は、被加熱手段の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。また、冷却流路は、ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。
【００２４】
また、伝熱手段を冷却する冷却手段を具備する方が好ましく、更に、伝熱手段の内部に設けられた冷却流路により形成される方が好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来のものよりも、型および加工対象物を高温かつ高速で加熱することができ、且つ高速で冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
本発明の熱加工装置に含まれる型加熱装置１は、図１に示すように、型１００を保持すると共に熱を型１００に伝熱可能な型保持部２と、型保持部２を加熱するＩＨ（電磁誘導加熱）ヒータ３と、型保持部２を冷却する冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。
【００２８】
型保持部２は、型１００を保持する保持面２ａに、ねじやクランプ金具等の締結具で型１００を固定可能に形成される。また、型保持部２は、少なくとも比透磁率が０．９９より大きい材料により形成される方が好ましく、また、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍより大きい材料により形成される方が好ましい。これにより、後述するＩＨヒータ３の加熱効率を上げることができ、型１００を急速に加熱することができる。
【００２９】
また、加熱温度が決まっている場合には、型保持部２の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。感温磁性材料とは、磁性材料特有のキュリー温度（キュリー点）付近で磁性が消失する特性を利用した材料である。この材料を用いることにより、型保持部２の温度がキュリー温度（キュリー点）を超えると、型保持部２の磁性が失われ、後述するＩＨヒータが発生する磁力線の影響を受けなくなる。すると、誘導電流（うず電流）は発生せず、型保持部２は発熱しないため、温度がキュリー温度（キュリー点）付近で一定に維持されるという効果が得られる。
【００３０】
なお、型１００の保持は、ネジやクランプ金具等の締結具で型保持部２に固定する構造の他、溶接等により型保持部２に接合する構造、真空吸着により型保持部２に吸着保持する構造、型保持部２に嵌着する構造、静電吸着により吸着させる方法等、種々の方法を用いることができる。
【００３１】
ＩＨヒータ３は、コイルに交流電流を流すことにより、その周辺に磁力線を発生させる。そして、この磁力線の影響により、金属等の電気的導体に誘導電流（うず電流）を発生させ、電気的導体の抵抗によるエネルギー損失から、熱を発生させるものである。交流電流の発振周波数としては、１０〜５００ｋＨｚ、更に好ましくは、１８０〜２２０ｋＨｚのものを用いることができる。また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を設けて、型保持部２の材料に合わせて、発振周波数を細かく設定する方が好ましい。これにより更に加熱効率を上げることができる。
【００３２】
このＩＨヒータ３を、型保持部２を挟んで型１００と対向する側に設けると共に、型保持部２を加熱し得る適当な位置に配置することにより、型保持部２を介して、型１００を高速に加熱することができる。なお、ＩＨヒータ３を型保持部２の側部あるいは側部外方に設けて外側から加熱することも可能である。
【００３３】
また、型保持部２は、型保持部２を冷却する冷却手段を具備するように形成することも可能である。冷却手段は、例えば型保持部２の内部に設けられた１以上の冷却流路として形成され、この冷却流路内に外部から冷却媒体を通すことにより、型保持部２を冷却することができる。この場合、冷却流路は、ＩＨヒータ３による加熱の妨げにならないよう、直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。特に、型保持部２は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも型１００側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。このように構成することにより、型１００を保持する型保持部２自体を直接冷却することができるので、型１００を急速に冷却することができる。なお、冷却手段としては冷却流路を用いるものに限定されるものではなく、種々のものを適用することが可能である。
【００３４】
ところで、上記ＩＨヒータ３によって、型１００を高速に加熱するために投入エネルギーを上げるには、電源を大きくする必要がありコスト高となる。これを避けるために型保持部２を加熱効率の良い材料によって形成することが考えられるが、加熱効率の良い材料は、抵抗が大きく、熱伝導が悪いため、型１００を高速で加熱する際に、コイル形状や型保持部２の形状に起因する温度むらが大きくなるという問題がある。一方、熱伝導の良い材料は抵抗が小さいため、加熱効率が悪いという問題がある。
【００３５】
これを解決するために、型保持部２は、図２に示すように、ＩＨヒータ３によって加熱される被加熱手段２１と、型１００を保持し被加熱手段２１の熱を型１００に伝熱する伝熱手段２２とに分けて形成することもできる。
【００３６】
被加熱手段２１は、ＩＨヒータ３による加熱効率が伝熱手段２２よりも大きい材料、すなわち電気抵抗率又は比透磁率が少なくとも伝熱手段２２より大きい材料によって形成される。この場合、被加熱手段２１の電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料を用いるほうが好ましい。また、被加熱手段２１の比透磁率が、０．９９以上の材料を用いる方が好ましい。例えば、電気抵抗率、比透磁率の高いフェライト系ステンレス鋼やカーボン等を用いることができる。
【００３７】
また、加熱温度が決まっている場合には、被加熱手段２１の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、被加熱手段２１の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００３８】
伝熱手段２２は、熱伝導率が少なくとも被加熱手段２１よりも高い材料によって形成される。この場合、伝熱手段２２の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いる方が好ましい。例えば、熱伝導率の大きい銅やアルミニウムを用いることができる。
【００３９】
このように、型保持部２をＩＨヒータ３で加熱する被加熱手段２１と、被加熱手段２１の熱を型１００に伝熱する伝熱手段２２とに分けることにより、型１００を高速に加熱することができると共に、型１００を均一に加熱することできる。
【００４０】
なお、被加熱手段２１と伝熱手段２２は、図示しないが、摩擦接合又はロウ付けにより接合する方が好ましい。これにより、被加熱手段２１と伝熱手段２２との間の熱伝導を向上することができる。
【００４１】
また、冷却手段は、被加熱手段２１と伝熱手段２２の少なくともいずれか一方に設ければよいが、両方に設けることも勿論可能である。冷却手段としては、どのようなものを用いても良いが、例えば、冷却流路により形成することができる。なお、冷却流路を被加熱手段２１に設ける場合には、ＩＨヒータ３によって直接加熱される部分とは異なる部分に形成する方が好ましい。特に、被加熱手段２１は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも伝熱手段２２側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。
【００４２】
なお、ＩＨヒータ３を、型１００を直接加熱し得る適当な位置に配置することも可能である。この場合、型保持部２を熱伝導率の大きい材料によって形成し、冷却手段として内部に冷却流路を設けるようにすることが好ましい。型保持部２の材料としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる方が好ましく、例えば、銅やアルミニウムを用いることができる。また、型１００は、電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成される方が好ましい。また、比透磁率が、０．９９以上の材料により形成される方が好ましい。
【００４３】
このように構成することにより、型１００を直接加熱することができると共に、型保持部２の冷却手段によって型１００を急速に冷却することができる。
【００４４】
なお、型１００としては、種々のものを用いることができ、例えば、１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の所定のパターンが形成された型１００を用いることができる。
【００４５】
本発明の熱加工装置に含まれる加工対象物加熱装置６は、図３に示すように、加工対象物２００を保持すると共に熱を加工対象物２００に伝熱可能な加工対象物保持部７と、加工対象物保持部７を加熱するＩＨ（電磁誘導加熱）ヒータ８と、加工対象物保持部７を冷却する冷却手段と、で主に構成される。
【００４６】
加工対象物保持部７は、図３に示すように、加工対象物２００を略水平状態で保持するもので、上面に多数のバキューム孔(図示無し)が形成された保持面７ａを備えている。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、保持面７ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる。また、加工対象物保持部７は、少なくとも比透磁率が０．９９より大きい材料により形成される方が好ましく、また、電気抵抗率が１μΩ・ｃｍより大きい材料により形成される方が好ましい。これにより、後述するＩＨヒータ８の加熱効率を上げることができ、加工対象物２００を急速に加熱することができる。
【００４７】
また、加熱温度が決まっている場合には、加工対象物保持部７の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、加工対象物保持部７の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００４８】
ＩＨヒータ８は、型加熱装置１で説明したのと同様、コイルに交流電流を流すことにより、その周辺に磁力線を発生させる。そして、この磁力線の影響により、金属等の電気的導体に誘導電流（うず電流）を発生させ、電気的導体の抵抗によるエネルギー損失から、熱を発生させるものである。交流電流の発振周波数としては、１０〜５００ｋＨｚ、更に好ましくは、１８０〜２２０ｋＨｚのものを用いることができる。また、ＩＨヒータの発振周波数を変更する可変手段を設けて、加工対象物保持部７の材料に合わせて、発振周波数を細かく設定する方が好ましい。これにより更に加熱効率を上げることができる。
【００４９】
このＩＨヒータ８を、加工対象物保持部７を挟んで加工対象物２００と対向する側に設けると共に、加工対象物保持部７を加熱し得る適当な位置に配置することにより、加工対象物保持部７を介して、加工対象物２００を高速に加熱することができる。なお、ＩＨヒータ８を加工対象物保持部７の側部あるいは側部外方に設けて外側から加熱することも可能である。
【００５０】
また、加工対象物保持部７は、加工対象物保持部７を冷却する冷却手段を具備するように形成することも可能である。冷却手段は、例えば加工対象物保持部７の内部に設けられた１以上の冷却流路として形成され、この冷却流路内に外部から冷却媒体を通すことにより、加工対象物保持部７を冷却することができる。この場合、冷却流路は、ＩＨヒータ８による加熱の妨げにならないよう、直接加熱される部分とは異なる部分に形成される方が好ましい。特に、加工対象物保持部７は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも加工対象物２００側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。このように構成することにより、加工対象物２００を保持する加工対象物保持部７自体を直接冷却することができるので、加工対象物２００を急速に冷却することができる。なお、冷却手段としては冷却流路を用いるものに限定されるものではなく、種々のものを適用することが可能である。
【００５１】
また、加工対象物保持部７は、図４に示すように、ＩＨヒータ８によって加熱される被加熱手段７１と、加工対象物２００を保持し被加熱手段７１の熱を加工対象物２００に伝熱する伝熱手段７２とに分けて形成することもできる。
【００５２】
被加熱手段７１は、ＩＨヒータ８による加熱効率が伝熱手段７２よりも大きい材料、すなわち電気抵抗率又は比透磁率が少なくとも伝熱手段７２より大きい材料によって形成される。この場合、被加熱手段７１の電気抵抗率が、１μΩ・ｃｍ以上の材料を用いるほうが好ましい。また、被加熱手段７１の比透磁率が、０．９９以上の材料を用いるほうが好ましい。例えば、電気抵抗率、比透磁率の高いフェライト系ステンレス鋼やカーボン等を用いることができる。
【００５３】
また、加熱温度が決まっている場合には、被加熱手段７１の材料として、加熱温度付近にキュリー温度（キュリー点）を有する感温磁性材料を用いることもできる。これにより、キュリー温度（キュリー点）以上ではＩＨヒータの磁力線の影響を受けることがなく、被加熱手段７１の温度をキュリー温度（キュリー点）付近に維持することができるという効果が得られる。
【００５４】
伝熱手段７２は、熱伝導率が少なくとも被加熱手段７１よりも高い材料によって形成される。この場合、伝熱手段７２の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いるほうが好ましい。例えば、熱伝導率の大きい銅やアルミニウムを用いることができる。
【００５５】
このように、加工対象物保持部７をＩＨヒータ８で加熱する被加熱手段７１と、被加熱手段７１の熱を加工対象物２００に伝熱する伝熱手段７２とに分けることにより、加工対象物２００を高速に加熱することができると共に、加工対象物２００を均一に加熱することできる。
【００５６】
なお、被加熱手段７１と伝熱手段７２は、図示しないが、摩擦接合又はロウ付けにより接合する方が好ましい。これにより、被加熱手段７１と伝熱手段７２との間の熱伝導を向上することができる。
【００５７】
また、冷却手段は、被加熱手段７１と伝熱手段７２の少なくともいずれか一方に設ければよいが、両方に設けることも勿論可能である。冷却手段としては、どのようなものを用いても良いが、例えば、冷却流路により形成することができる。なお、冷却流路を被加熱手段７１に設ける場合には、冷却流路をＩＨヒータ８によって加熱される部分とは異なる部分に形成する方が好ましい。特に、被加熱手段７１は、ＩＨヒータ側の表面から加熱されるので、冷却流路を少なくとも伝熱手段７２側寄りに設ける方が好ましい。冷却媒体としては、水や油等の冷却液や、空気や不活性ガス等の冷却気体を用いれば良い。
【００５８】
なお、加工対象物２００としては、種々のものを用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂の他、ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料など、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、シリコンやガラス等からなる基板本体の表面に、樹脂、フォトレジスト、配線パターンを形成するためのアルミ、金、銀等の金属薄膜の被覆層等が形成されたものを用いることもできる。更に、加工対象物２００は、基板以外の形状であっても勿論良い。
【００５９】
本発明の熱加工装置１５は、加工対象物２００を加工するためのものであって、例えば、図５に示すように、上述した型加熱装置１および加工対象物加熱装置６と、型１００を加工対象物２００に押圧する押圧手段５０と、で主に構成される。
【００６０】
型加熱装置１は、図６に示すように、型１００を保持すると共に熱を型１００に伝熱可能な型保持部２と、型保持部２を加熱する第１のＩＨヒータ３１と、型保持部２を冷却する第１の冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。また、型保持部２は、第１のＩＨヒータ３によって加熱される第１の被加熱手段２３と、型１００を保持し第１の被加熱手段２３の熱を型１００に伝熱する第１の伝熱手段２４と、で構成しても良い。この場合、冷却手段を第１の被加熱手段２３と第１の伝熱手段２４のいずれか一方、あるいは両方に設けることも可能である。
【００６１】
加工対象物加熱装置６は、図６に示すように、加工対象物２００を保持すると共に熱を加工対象物２００に伝熱可能な加工対象物保持部７と、加工対象物保持部７を加熱する第２のＩＨヒータ８１と、加工対象物保持部７を冷却する第２の冷却手段（図示せず）と、で主に構成される。また、加工対象物保持部７は、ＩＨヒータ８によって加熱される第２の被加熱手段７３と、加工対象物２００を保持し第２の被加熱手段７３の熱を加工対象物２００に伝熱する第２の伝熱手段７４と、で構成しても良い。この場合、冷却手段を第２の被加熱手段７３と第２の伝熱手段７４のいずれか一方、あるいは両方に設けることも可能である。
【００６２】
押圧手段５０は、図５に示すように、Ｚ方向に連結するボールネジ５１と、このボールネジを回転駆動させるモータ５２とから構成され、型加熱装置保持部５３を介して型加熱装置１と連結されている。また、ボールネジ５１の下端部と型加熱装置保持部５３の上面はベアリング機構５４を介して連結されている。押圧手段５０をこのように構成することによって、型１００を保持する型保持部２を上下し、加工対象物保持部７に保持される加工対象物２００に対し、型１００のパターン面１００ａを接近・押圧及び離間することができる。なお、ここでは、押圧手段を型加熱装置１側に設ける場合について説明したが、これに限られるものではなく、加工対象物加熱装置６側に設けることも可能である。
【００６３】
型加熱装置１、加工対象物加熱装置６については、実施例１、実施例２において説明したものと同じものを適用することができるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６４】
なお、型１００としては、種々のものを用いることができ、例えば、１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の所定のパターンが形成された型１００を用いることができる。
【００６５】
また、加工対象物２００としても、種々のものを用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂の他、アルミニウム等の金属、ガラス、石英ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料など、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、シリコンやガラス等からなる基板本体の表面に、樹脂、フォトレジスト、配線パターンを形成するためのアルミニウム、金、銀などの金属薄膜の被覆層等が形成されたものを用いることもできる。更に、加工対象物２００は、基板以外の形状であっても勿論良い。なお、加工対象物２００が金属である場合には、ＩＨヒータによって加工対象物２００を直接加熱するように構成することも可能である。
【００６６】
次に、このような型加熱装置１、加工対象物加熱装置６、熱加工装置１５の使用態様について説明する。
【００６７】
まず、加工対象物加熱装置６の第２のＩＨヒータ８１を作動させると、第２の被加熱手段７３に誘導電流（うず電流）が発生し、第２の被加熱手段７３の抵抗によるエネルギー損失によって熱が発生する。この熱は、第２の伝熱手段７４を介して加工対象物２００に伝熱され、加工対象物２００がそのガラス転移温度以下近傍の温度に加熱保持される。
【００６８】
次に、型加熱装置１の第１のＩＨヒータ３１を作動させると、第１の被加熱手段２３に誘導電流（うず電流）が発生し、第１の被加熱手段２３の抵抗によるエネルギー損失によって熱が発生する。この熱は、第１の伝熱手段２４を介して型１００に伝熱され、型１００が加工対象物２００のガラス転移温度以上の温度に加熱される。
【００６９】
その後、押圧手段５０のモータ５２を作動させて、型１００を加工対象物２００に押圧することにより加工対象物２００に型１００のパターンを形成することができる。
【００７０】
最後に、冷却手段例えば第１の伝熱手段２４内に設けられた冷却流路に冷却水を通すことによって型１００をガラス転移温度以下に冷却した後、押圧手段５０を作動させて、型１００を加工対象物２００から離型する。
【００７１】
これにより、型１００および加工対象物２００を高温に加熱することができると共に、高速に加熱・冷却することができる。
【００７２】
なお、上記型加熱装置１、加工対象物加熱装置６、熱加工装置１５の使用態様は、一例であり、種々の使用態様で用いることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の熱加工装置に含まれる型加熱装置を示す概略正面図である。
【図２】別の型加熱装置を示す概略正面図である。
【図３】本発明の熱加工装置に含まれる加工対象物加熱装置を示す概略正面図である。
【図４】別の加工対象物加熱装置を示す概略正面図である。
【図５】本発明の熱加工装置を示す概略正面図である。
【図６】本発明の熱加工装置を示す要部正面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 型加熱装置
２ 型保持部
３ ＩＨヒータ
６ 加工対象物加熱装置
７ 加工対象物保持部
８ ＩＨヒータ
２１ 被加熱手段
２２ 伝熱手段
２３ 第１の被加熱手段（被加熱手段）
２４ 第１の伝熱手段（伝熱手段）
３１ 第１のＩＨヒータ（ＩＨヒータ）
５０ 押圧手段
７１ 被加熱手段
７２ 伝熱手段
７３ 第２の被加熱手段（被加熱手段）
７４ 第２の伝熱手段（伝熱手段）
８１ 第２のＩＨヒータ（ＩＨヒータ）
１００ 型
２００ 加工対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型によって超微細パターンを加工対象物にナノインプリンティングするための熱加熱装置であって、
前記型を保持すると共に、熱を前記型に伝熱可能な型保持部と、
前記型保持部を加熱する型加熱用ＩＨヒータと、
前記加工対象物を保持すると共に、熱を前記加工対象物に伝熱可能な加工対象物保持部と、
前記加工対象物保持部を加熱する加工対象物加熱用ＩＨヒータと、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備しており、
前記型保持部の少なくとも一部および前記加工対象物保持部の少なくとも一部は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されていることを特徴とする熱加熱装置。
【請求項２】
前記型保持部を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物保持部を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型保持部の内部に設けられた型用冷却流路により形成されており、
前記型用冷却流路は、前記型用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されており、
前記加工対象物用冷却手段は、前記加工対象物保持部の内部に設けられた加工対象物用冷却流路により形成されており、
前記加工対象物冷却流路は、前記加工対象物用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項３】
前記型保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、型の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されており、
前記加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項４】
前記型用ＩＨヒータの発振周波数を変更する型用可変手段と、
前記加工対象物用ＩＨヒータの発振周波数を変更する加工対象物用可変手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項５】
前記型および前記加工対象物は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記型保持部および前記加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項６】
前記型保持部は、前記型用ＩＨヒータの側に配された型用被加熱手段と、前記型の側に配された型用伝熱手段とに分けられており、
前記加工対象物保持部は、前記加工対象物用ＩＨヒータの側に配された加工対象物用被加熱手段と、前記加工対象物の側に配された加工対象物用伝熱手段とに分けられており、
前記型用被加熱手段は、前記型用伝熱手段の比透磁率および電気抵抗率より大きく、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記加工対象物用被加熱手段は、前記加工対象物用伝熱手段の比透磁率および電気抵抗率より大きく、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記型用伝熱手段は、前記型用被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成されており、
前記加工対象物用伝熱手段は、前記加工対象物用被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項７】
前記型用伝熱手段および前記加工対象物用伝熱手段は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項８】
前記型用被加熱手段および前記加工対象物用被加熱手段は、フェライト系ステンレス鋼で形成され、
前記型用伝熱手段および前記加工対象物用伝熱手段は、銅又はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項９】
前記型用被加熱手段を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物用被加熱手段を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型用被加熱手段の内部に設けられた型用冷却流路により形成され、
前記型用冷却流路は、前記型用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されおり、
前記加工対象物用冷却流路は、前記加工対象物用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項１０】
前記型用伝熱手段を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物用伝熱手段を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型用伝熱手段の内部に設けられた型用冷却流路により形成されており、
前記加工対象物用冷却手段は、前記加工対象物用伝熱手段の内部に設けられた加工対象物用冷却流路により形成されいることを特徴とする請求項６に記載の熱加工装置。
【請求項１１】
前記型用被加熱手段は、型の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されており、
前記加工対象物用被加熱手段は、加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項１】
型によって超微細パターンを加工対象物にナノインプリンティングするための熱加熱装置であって、
前記型を保持すると共に、熱を前記型に伝熱可能な型保持部と、
前記型保持部を加熱する型加熱用ＩＨヒータと、
前記加工対象物を保持すると共に、熱を前記加工対象物に伝熱可能な加工対象物保持部と、
前記加工対象物保持部を加熱する加工対象物加熱用ＩＨヒータと、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備しており、
前記型保持部の少なくとも一部および前記加工対象物保持部の少なくとも一部は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されていることを特徴とする熱加熱装置。
【請求項２】
前記型保持部を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物保持部を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型保持部の内部に設けられた型用冷却流路により形成されており、
前記型用冷却流路は、前記型用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されており、
前記加工対象物用冷却手段は、前記加工対象物保持部の内部に設けられた加工対象物用冷却流路により形成されており、
前記加工対象物冷却流路は、前記加工対象物用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項３】
前記型保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、型の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されており、
前記加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項４】
前記型用ＩＨヒータの発振周波数を変更する型用可変手段と、
前記加工対象物用ＩＨヒータの発振周波数を変更する加工対象物用可変手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項５】
前記型および前記加工対象物は、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記型保持部および前記加工対象物保持部の、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成された部分は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項６】
前記型保持部は、前記型用ＩＨヒータの側に配された型用被加熱手段と、前記型の側に配された型用伝熱手段とに分けられており、
前記加工対象物保持部は、前記加工対象物用ＩＨヒータの側に配された加工対象物用被加熱手段と、前記加工対象物の側に配された加工対象物用伝熱手段とに分けられており、
前記型用被加熱手段は、前記型用伝熱手段の比透磁率および電気抵抗率より大きく、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記加工対象物用被加熱手段は、前記加工対象物用伝熱手段の比透磁率および電気抵抗率より大きく、比透磁率が０．９９以上でありかつ電気抵抗率が１μΩ・ｃｍ以上の材料により形成されており、
前記型用伝熱手段は、前記型用被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成されており、
前記加工対象物用伝熱手段は、前記加工対象物用被加熱手段の熱伝導率より大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱加熱装置。
【請求項７】
前記型用伝熱手段および前記加工対象物用伝熱手段は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項８】
前記型用被加熱手段および前記加工対象物用被加熱手段は、フェライト系ステンレス鋼で形成され、
前記型用伝熱手段および前記加工対象物用伝熱手段は、銅又はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項９】
前記型用被加熱手段を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物用被加熱手段を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型用被加熱手段の内部に設けられた型用冷却流路により形成され、
前記型用冷却流路は、前記型用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されおり、
前記加工対象物用冷却流路は、前記加工対象物用ＩＨヒータによって直接加熱される部分とは異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【請求項１０】
前記型用伝熱手段を冷却する型用冷却手段と、
前記加工対象物用伝熱手段を冷却する加工対象物用冷却手段と、
を具備しており、
前記型用冷却手段は、前記型用伝熱手段の内部に設けられた型用冷却流路により形成されており、
前記加工対象物用冷却手段は、前記加工対象物用伝熱手段の内部に設けられた加工対象物用冷却流路により形成されいることを特徴とする請求項６に記載の熱加工装置。
【請求項１１】
前記型用被加熱手段は、型の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されており、
前記加工対象物用被加熱手段は、加工対象物の加熱温度近傍にキュリー温度を有する感温磁性材料により形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２２４６５７（Ｐ２００６−２２４６５７Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６９５５０（Ｐ２００５−３６９５５０）
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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