特許 6116937 パターン形成装置およびそれを用いたパターン形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6116937

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】パターン形成装置およびそれを用いたパターン形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20170410BHJP

   B29C 59/02 20060101ALI20170410BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 502D

   B29C59/02 ZZNM

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-39299(P2013-39299)

(22)【出願日】2013年2月28日

(65)【公開番号】特開2014-167980(P2014-167980A)

(43)【公開日】2014年9月11日

【審査請求日】2016年2月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】505127721

【氏名又は名称】公立大学法人大阪府立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】594192349

【氏名又は名称】リソテック ジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100065248

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100159385

【弁理士】

【氏名又は名称】甲斐 伸二

(74)【代理人】

【識別番号】100163407

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 裕輔

(74)【代理人】

【識別番号】100166936

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 潔

(72)【発明者】

【氏名】平井 義彦

(72)【発明者】

【氏名】西野 朋季

(72)【発明者】

【氏名】関口 淳

【審査官】 今井 彰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８７７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１８５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８１０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３７３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２７４２１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１００９５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、２１／３０

Ｂ２９Ｃ ５９／００−５９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に樹脂層を有する平板状の被加工物を保持する第１ホルダと、微細な凹凸パターンを有する金型と、前記第１ホルダにて保持された被加工物の前記樹脂層と対向するように前記金型を保持する第２ホルダと、前記被加工物と前記金型とを相対的に接近および離間させる方向である移動方向に前記第１または第２ホルダを移動させる移動機構とを備え、前記金型の凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを被加工物に転写するように構成され、
前記移動機構は、前記第１または第２ホルダの３点以上の複数の特定箇所と連結する３本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第１または第２ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されており、
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置し、
前記制御部は、離型時において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うように前記駆動部を制御するように構成されたことを特徴とするパターン形成装置。

【請求項2】

前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型の平面中心を中心とする円周上かつ等間隔の放射線上に位置している請求項１に記載のパターン形成装置。

【請求項3】

前記移動機構の前記複数の移動ロッドは、前記第２ホルダの前記複数の特定箇所と連結している請求項１または２に記載のパターン形成装置。

【請求項4】

請求項１に記載のパターン形成装置を用いたパターン形成方法であって、
前記被加工物と前記金型とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、前記金型の前記凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写する転写工程と、
前記被加工物と前記金型とを相対的に離間する離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うパターン形成方法。

【請求項5】

前記離型工程の初期において、１番目の移動ロッドを所定距離分移動させた後、前記円周方向の一方向に隣接する２番目の移動ロッドを１番目の移動ロッドの移動距離よりも長い距離分移動させ、これを３番目以降の移動ロッドについても繰り返して一周させ、
その後は、１番目の移動ロッドから順に一定距離で移動させる請求項４に記載のパターン形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材に凹凸パターンを転写成形するパターン形成装置およびそれを用いたパターン形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板やフィルム等の基材上に樹脂材料（インプリント材料）を塗布し、その樹脂層の表面に、ナノメートルレベル（数ｎｍ〜数百ｎｍ）の微細な凹凸パターンを有する金型を押し付け、樹脂層を硬化させた後、金型を樹脂層から離型することにより、樹脂層に微細な凹凸パターンを転写成形する方法として、ナノインプリント法がある。

【0003】

このナノインプリント法として、特許文献１にはパターンの欠陥を抑制するパターン形成方法および装置が提案されている。特許文献１のパターン形成方法では、離型時に金型全体を基材に対して垂直方向に均一に移動させる垂直離型モードが採用されている。

【0004】

また、特許文献２には、離型時に金型を基材に対して一方向に傾斜するように持ち上げた後、金型全体を上方に引き上げる傾斜離型モードが採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２１４８７４号公報

【特許文献2】特開２０１２−２５３３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ナノインプリント法は、一般的に、金型にてパターニングを繰り返し行うと、金型の凹凸パターンに塗布された離型剤の離型効果が徐々に低下していくため、基材上の樹脂層の一部が金型にくっつき易くなり、その結果、樹脂層に転写された凹凸パターンに欠陥が生じる傾向にある。

【0007】

この問題を踏まえ、特許文献１のパターン形成方法では、離型時において、金型に基材側の方向にかかる力をセンサにて検出し、所定の力に達すると金型に離型剤を塗布するようオペレーターに報知する。しかしながら、このパターン形成装置の構成は大がかりであるため、装置コストが高額になるという問題がある。

【0008】

また、本発明者等は、前記垂直離型モードと前記傾斜離型モードについて鋭意研究したところ、傾斜離型モードでは垂直離型モードよりも転写された凹凸パターンの欠陥率を低減することができるが、凹凸パターンの方向に対する傾斜方向（剥離方向）によって欠陥率にバラツキが生じるという知見を得た。

【0009】

本発明者等は、このような課題を解決すべくさらに鋭意研究を行った結果、簡素な装置構成でありながら転写された凹凸パターンの欠陥率を安定的に低減することができるパターン成形装置およびそれを用いたパターン形成方法を発明するに至った。

【課題を解決するための手段】

【0010】

かくして、本発明によれば、表面に樹脂層を有する平板状の被加工物を保持する第１ホルダと、微細な凹凸パターンを有する金型と、前記第１ホルダにて保持された被加工物の前記樹脂層と対向するように前記金型を保持する第２ホルダと、前記被加工物と前記金型とを相対的に接近および離間させる方向である移動方向に前記第１または第２ホルダを移動させる移動機構とを備え、前記金型の凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを被加工物に転写するように構成され、
前記移動機構は、前記第１または第２ホルダの３点以上の複数の特定箇所と連結する３本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第１または第２ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されており、
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置し、
前記制御部は、離型時において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うように前記駆動部を制御するように構成されたパターン形成装置が提供される。

【0011】

また、本発明の別の観点によれば、前記パターン形成装置を用いたパターン形成方法であって、
前記被加工物と前記金型とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、前記金型の前記凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写する転写工程と、
前記被加工物と前記金型とを相対的に離間する離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うパターン形成方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、被加工物と金型とを相対的に離間する離間方向に移動させて離型を行う際、被加工物を金型に対して傾斜移動させる、あるいは金型を被加工物に対して傾斜移動させることができ、かつ傾斜方向（剥離方向）を一方向とせずに少しずつ円周方向にずらしていくことができる。換言すると、金型に対して被加工物を徐々に螺旋方向に移動させる、あるいは被加工物に対して金型を徐々に螺旋方向に移動させることができる。すなわち、本発明は、螺旋離型モードを採用した離型工程を自動的かつ高精度に行うことができる。
この結果、基材に転写された微細な凹凸パターンの方向および形状に影響され難い離型を行うことができ、凹凸パターンの欠陥率を安定的に低減することができる。しかも、簡素なパターン形成装置で実施可能であるため、装置コストの大幅な上昇には繋がらない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のパターン形成装置の実施形態１を示しており、（Ａ）は部分的な概略平面図であり、（Ｂ）は内部構造を説明する概略正面図である。

【図2】実施形態１のパターン形成装置を用いたパターン形成方法の説明図であって、（Ａ）は転写工程前の離型状態を示し、（Ｂ）は転写工程を示している。

【図3】図２（Ｂ）に引き続く離型工程を説明する概念図である。

【図4】離型工程における複数の移動ロッドの移動状態を説明する概念図である。

【図5】離型工程における金型ホルダの上昇状態を説明する概念図である。

【図6】凹凸パターンの方向に対する傾斜離型モードの剥離方向を説明する図であって、（Ａ）は実施形態１を示し、（Ｂ）は比較例１を示し、（Ｃ）は比較例２を示し、（Ｄ）は比較例３を示している。

【図7】実施形態２のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。

【図8】実施形態３のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。

【図9】実施形態４のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。

【図10】実施例１で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【図11】比較例１で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【図12】比較例２で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【図13】比較例３で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【図14】比較例４で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のパターン形成装置は、表面に樹脂層を有する平板状の被加工物を保持する第１ホルダと、微細な凹凸パターンを有する金型と、前記第１ホルダにて保持された被加工物の前記樹脂層と対向するように前記金型を保持する第２ホルダと、前記被加工物と前記金型とを相対的に接近および離間させる方向である移動方向に前記第１または第２ホルダを移動させる移動機構とを備え、前記金型の凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを被加工物に転写するように構成されている。
前記移動機構は、前記第１または第２ホルダの３点以上の複数の特定箇所と連結する３本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第１または第２ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されている。
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置している。
前記制御部は、離型時において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うように前記駆動部を制御するように構成されている。

【0015】

本発明のパターン形成装置は、次のように構成されてもよく、これらが適宜組み合わされてもよい。
（１）前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型の平面中心を中心とする円周上かつ等間隔の放射線上に位置してもよい。
このようにすれば、凹凸パターンの欠陥率をより安定的に低減することができる。

【0016】

（２）前記移動機構の前記複数の移動ロッドは、前記第２ホルダの前記複数の特定箇所と連結してもよい。
このようにすれば、第２ホルダと共に金型を基材に対して移動させることができる。そのため、硬化した樹脂層の凹凸パターンを歪ませることなく離型工程を行うことができるため、凹凸パターンの欠陥率低減に有利となる。

【0017】

また、これらのパターン形成装置を用いた本発明のパターン形成方法は、
前記被加工物と前記金型とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、前記金型の前記凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写する転写工程と、
前記被加工物と前記金型とを相対的に離間する離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行う。

【0018】

このパターン形成方法は、次のようにしてもよい。
（I）前記離型工程の初期において、１番目の移動ロッドを所定距離分移動させた後、前記円周方向の一方向に隣接する２番目の移動ロッドを１番目の移動ロッドの移動距離よりも長い距離分移動させ、これを３番目以降の移動ロッドについても繰り返して一周させ、
その後は、１番目の移動ロッドから順に一定距離で移動させてもよい。
このようにすれば、効率よく、しかも凹凸パターンの欠陥率をより低減しながら離型工程を行うことができる。

【0019】

（II）転写工程と離型工程との間に、樹脂層を硬化させる硬化工程を行ってもよい。
このようにすれば、離型工程において、樹脂層に対する金型の離型性が向上するため、凹凸パターンの欠陥率をより低減することができる。

【0020】

（III）転写工程の前に、樹脂層を加熱して軟化させてもよい。
このようにすれば、樹脂層中に存在するガスが脱気し、凹凸パターンの欠陥率をより低減することができる。また、樹脂層を軟化させることにより、金型へのダメージを低減することができ、金型の寿命を延ばすことができる。

【0021】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳説する。

【0022】

（実施形態１）
＜パターン形成装置＞
図１は本発明のパターン形成装置の実施形態１を示しており、（Ａ）は部分的な概略平面図であり、（Ｂ）は内部構造を説明する概略正面図である。
このパターン形成装置は、第１ホルダとしての基材ホルダ１０と、金型２０と、第２ホルダとしての金型ホルダ３０と、移動機構４０と、光照射部５０と、複数の変位センサ６０と、制御部７０と、これらを収納する筐体８０とを備え、ナノインプリント法により被加工物Ｗにナノメートルレベルの微細な凹凸パターンを転写成形する装置である。

【0023】

筐体８０は、周囲壁８１と、図示しない天板および底板と、周囲壁８１の内面に固定された上水平板８２、中水平板８３および下水平板８４とを有し、四角いボックス形に形成されている。これら上、中および下水平板８２、８３、８４は、基材ホルダ１０、金型ホルダ３０、移動機構４０、複数の変位センサ６０等を支持する構造材である。なお、上、中および下水平板８２、８３、８４を支持する構造物は、周囲壁８１の代わりに、筐体８０内に設けられた垂直な支柱であってもよい。

【0024】

基材ホルダ１０は取付板１１にネジ止めにて固定され、取付板１１は上水平板８２にネジ止めにて固定されている。この基材ホルダ１０の上面の中心位置には、平板状の被加工物Ｗを嵌め込んで位置決めするための図示しない浅い凹部が形成されている。
なお、離型時に被加工物Ｗが金型２０にくっついて持ち上げられないよう、被加工物Ｗを基材ホルダ１０に、例えば、接着剤、真空吸着、ネジ止め等で固定する。

【0025】

被加工物Ｗは、板状の基材ｗ１と、基材ｗ１上に積層された樹脂層ｗ２とから構成される（図２（Ａ）参照）。
基材ｗ１は、ナノ構造体である微細な凹凸パターンを支持する基板となるものであり、その材質は目的に応じて最適なものが選択される。例えば、半導体装置への適用であれば、基材ｗ１としてシリコン基板を用いることができる。
樹脂層ｗ２の樹脂材料としては、熱可塑性樹脂材料、或いは光硬化性樹脂材料、或いは熱硬化性樹脂材料が挙げられる。
なお、被加工物Ｗについて詳しくは後述する。

【0026】

金型ホルダ３０は、基材ホルダ１０の上方に配置される板材からなる。この板材の材質としては、金型２０を保持できるものであれば特に限定されず、例えば、ガラス材料、樹脂材料、金属等が挙げられる。これらの中でも、金型２０に押し付けられた樹脂層ｗ２を光硬化させることを考慮すれば、透光性を有する石英ガラス、紫外線透過性ガラス、硬質ガラス、紫外線透過性樹脂が好ましく、特に、石英ガラスが好ましい。

【0027】

金型２０は、下面側にナノ構造体である微細な凹凸パターン２０ｐを有し、上面は平坦面となっている。そして、この上面が金型ホルダ３０の下面に固定される。金型２０の材質としては、例えば、ガラス材料、樹脂材料、金属等が挙げられる。これらの中でも、金型２０に押し付けられた樹脂層ｗ２を光硬化させることを考慮すれば、透光性を有する石英ガラス、紫外線透過性ガラス、硬質ガラス、紫外線透過性樹脂が好ましく、特に、石英ガラスが好ましい。
なお、金型２０は、例えば、接着剤、真空吸着、ネジ止め等にて金型ホルダ３０の下面に固定される。

【0028】

金型２０の微細な凹凸パターン２０ｐからなるナノ構造は、本方法により樹脂層ｗ２に転写成形しようとするナノ構造に相当する。ここで、「ナノ構造」とは、最小サイズ（例えば一辺、高さおよび直径）がマイクロ及びナノメートルスケール（１nm〜1000μm、例えば10nm〜1000μm、50nm〜1000μm、または100nm〜1000μm）である１または複数の任意の形状（例えば多角柱、円柱、平板、多角錘、円錐）を有する構造である。ナノ構造は、一種類の形状または二種以上の形状（サイズのみ異なるものを含む）が繰返し配置された構造であってもよい。一態様では、図２（Ａ）に示すように、ナノ構造は平板列（例えば幅Ａ１：50nm〜100nm、高さＡ２：500nm〜1000nm、繰返しピッチＡ３：50nm〜200nm）である。別の態様では、ナノ構造は円柱のアレイ状配列（例えば高さ100nm〜500nm、繰返しピッチ100nm〜300nm）である。

【0029】

ナノ構造は、（例えば半導体製造の分野で）微小加工に通常用いられている方法、例えば、リソグラフィー技術、特に電子線（EB）リソグラフィー技術、及び/又はエッチング技術、特に反応性イオンエッチング（RIE）やプラズマエッチングなどのドライエッチング技術、および/または電子線直接描画法などを用いて作製することができる。

【0030】

移動機構４０は、被加工物Ｗと金型２０とを相対的に接近および離間させる方向である移動方向に金型ホルダ３０を移動させるものであり、金型ホルダ３０の下面の３点以上の複数の特定箇所と連結する３本以上の複数の移動ロッド４１と、複数の移動ロッド４１を移動させる駆動部４２とを備え、金型ホルダ３０の前記複数の特定箇所に対して移動方向に複数の移動ロッド４１を移動させるよう構成されている。

【0031】

実施形態１の場合、前記複数の特定箇所は、前記金型２０を包囲する円周Ｃ₁上に位置している。より具体的には、この円周Ｃ₁の中心は、金型２０の上面（金型ホルダ３０との接触面）の平面中心Ｇ上にある。さらに、金型２０の平面中心Ｇを中心とする等間隔の３本の放射線Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃と円周Ｃ₁との３つの交点箇所が、前記特定箇所Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃とされている。

【0032】

一方、移動機構４０は３本の移動ロッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃを有しており、各移動ロッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃの上端が、金型ホルダ３０の下面の３つの特定箇所Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃に連結している。以下、「１番目の移動ロッド４１ａ」、「２番目の移動ロッド４１ｂ」、「３番目の移動ロッド４１ｃ」と言う場合と、これらをまとめて「移動ロッド４１」という場合がある。

【0033】

また、３本の移動ロッド４１は、上および中水平板８２、８３に形成された貫通孔に上下垂直方向にスライド可能に挿通されている。なお、金型ホルダ３０は移動ロッド４１の上に載置されている。すなわち、金型ホルダ３０の下面が移動ロッド４１の上端に当接することにより、金型ホルダ３０と移動ロッド４１が連結されている。

【0034】

移動機構４０の駆動部４２は、各移動ロッド４１を上下垂直方向に高精度に往復移動させるアクチュエータであり、モータ４２ａと、ボールネジ機構部４２ｂとを備えている。
ボールネジ機構部４２ｂは、モータ４２ａにて回転するスクリューシャフト４２ｂ₁と、スクリューシャフト４２ｂ₁に螺着した移動板４２ｂ₂とを有する。

【0035】

モータ４２ａは下水平板８４の下面に固定されている。また、スクリューシャフト４２ｂ₁は、中および下水平板８３、８４に形成された貫通孔に回転可能に挿通されており、その上端は中水平板８３から抜け落ちないようフランジ４２ｂ₁₁が設けられている。

【0036】

また、移動機構４０は、離型時に各移動ロッド４１にかかる力を検出する前記荷重検出器４３をさらに備えている。この荷重検出器４３は、移動ロッド４１の下端面に当接する筒形の圧力センサであり、かつ荷重検出器４３の下端面が移動板４２ｂ₂の上面に当接している。これにより、荷重検出器４３に移動ロッド４１からの荷重がかかるようになっている。

【0037】

３個の荷重検出器４３は、金型２０、金型ホルダ３０および３本の移動ロッド４１の合計重量の約１／３ずつを支持しており、それらにかかる荷重を随時検出し、荷重データとして制御部７０へ送信する。
なお、荷重データは、移動ロッドの初期位置の検出のためのデータとして用いる。

【0038】

このように構成された移動機構４０によれば、モータ４２ａによりスクリューシャフト４２ｂ₁が所定回転角度で回転することにより移動板４２ｂ₂が上下方向に所定距離だけ移動し、それによって荷重検出器４３および移動ロッド４１が上下方向に所定距離だけ移動する。

【0039】

ここで、移動機構４０におけるモータ４２ａとしては、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等のサーボモータを用いることができる。
ＡＣまたはＤＣサーボモータを用いる場合は、後述する変位センサ６０にて金型ホルダ３０における変位センサ６０の直上位置までの距離を検出し、その距離データを制御部７０へフィードバックし、各移動ロッド４１が順番に所定距離だけ上昇するよう制御部７０にて個別に各モータ４２ａの駆動を制御することができる。
ステッピングモータを用いる場合は、変位センサ６０から制御部７０へフィードバックされる距離データに基づくことなく、各移動ロッド４１が順番に所定距離だけ上昇するよう制御部７０にて個別に各モータ４２ａの駆動を制御することができる。

【0040】

複数の変位センサ６０は、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁の内側に同心円として存在する円周Ｃ₂上で、かつ前記３本の放射線Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃との３つの交点箇所ｐ₁、ｐ₂、ｐ₃と各変位センサ６０との間の距離を検出するよう、前記取付板１１上に固定されている。各変位センサ６０は、それらとそれらの直上の金型ホルダ３０との間の距離を随時検出し、距離データとして制御部７０に送信する。なお、変位センサ６０としては、ミクロンメータレベルでの変位を検出できるものが好ましく、光学センサが好適である。なお、円周Ｃ₁の中心および円周Ｃ₂の中心は、金型２０の平面中心Ｇから多少ずれてもよい。

【0041】

光照射部５０は、上限まで上昇した金型ホルダ３０よりも上方位置であって、金型２０の直上に図示しない支持体によって吊り下げられている。光照射部５０は、被加工物Ｗにおける基材ｗ１上の光硬化性樹脂層ｗ２を硬化させる波長の光を被加工物Ｗに向けて照射する。

【0042】

ここで、光硬化性樹脂層ｗ２に使用される光硬化性樹脂は、任意の公知の樹脂である。
光硬化性樹脂は、商品名「PAK-01」（東洋合成株式会社から入手可能）、NICT（ダイセル化学工業株式会社から入手可能）等である。

【0043】

光硬化性樹脂層は、適切な基材ｗ１上に、流体の薄膜形成に通常用いられている方法、例えばスピンコート、スプレーコート、蒸着により形成されてもよい。このとき、膜厚は、マイクロ構造の高さに対応してもよい。
基板ｗ１は、所望の構造の反転構造が転写され硬化された樹脂層が破壊したり変形することを防止するための支持体として機能するに十分な強度を有しさえすれば任意の材質であり得る。基板ｗ１の例としては、石英ガラス基板、金属（銅、ニッケル、ステンレス鋼など）基板、シリコン基板、使用する光硬化性樹脂と混ざらない樹脂基板（例えば、エポキシ基板や高分子量のアクリル基板）が挙げられる。
なお、被加工物Ｗは、全体が樹脂層ｗ２からなるものであってもよい。

【0044】

光照射部５０の光源は、紫外線露光の場合、例えば水銀ランプ（ｇ線、ｈ線、ｉ線）であり得る。
露光線量は、使用する光硬化性樹脂層に応じて適切に選択される。光源として紫外線ランプを使用する場合、露光線量は10mJ/cm²以上であり得る。

【0045】

露光は一般には押付け面に対して垂直な方向から行うが、垂直方向から傾斜した角度で露光してもよい。傾斜角度で二方向から露光を行うことで、マイクロ構造の凸部または凹部を例えばテーパ状とすることができる。

【0046】

＜パターン形成方法＞
次に、このように構成された本発明のパターン形成装置を用いたパターン形成方法について図１〜図５を参照しながら説明する。
図２は実施形態１のパターン形成装置を用いたパターン形成方法の説明図であって、（Ａ）は転写工程前の離型状態を示し、（Ｂ）は転写工程を示している。図３は図２（Ｂ）に引き続く離型工程を説明する概念図である。図４は離型工程における複数の移動ロッドの移動状態を説明する概念図である。図５は離型工程における金型ホルダの上昇状態を説明する概念図である。

【0047】

このパターン形成装置を用いたパターン形成方法は、転写工程（押付け工程）と、離型工程とを含む。

【0048】

［転写工程］
転写工程では、図２（Ａ）に示す離型状態から、図２（Ｂ）に示すように、被加工物Ｗと金型２０とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、金型２０の凹凸パターン２０ｐを樹脂層ｗ２に押し付けて凹凸パターンを転写する。このとき、離型性向上のために、金型２０の凹凸パターン２０ｐの表面に離型剤を塗布する表面処理を行ってもよい。

【0049】

金型２０の凹凸パターン２０ｐは、「光ナノインプリンティング」と呼ばれる技術を利用する。よって、本工程（および関連する工程）で使用する技法、条件、装置などは、一般には、光ナノインプリンティングで通常に使用されるものと同様であるが、以下に簡潔に説明する。

【0050】

この押付け工程の１つの好適な条件は、使用する光硬化性樹脂によって異なるが、下記の実施例の記載に従って、又はR.Suzuki,N.Sakai,A.Sekiguti,Y.Matsumoto,R.Tanaka,Y.Hirai:Journal of Photopolymer Science and Technology 23 2010) 51.に記載の方法に従って容易に決定できる。

【0051】

押付け時の圧力は、使用する光硬化性樹脂およびその膜厚に応じて変化するが、一般に0.1MPa〜10MPaである。

【0052】

硬化工程（露光工程）では、転写工程にて金型２０が樹脂層ｗ２を押し付けた状態のまま光照射部５０から樹脂層ｗ２に向かって光Ｌを照射する。（図２（Ｂ）参照）。
露光の手段および方法は、一般に、（例えば半導体製造の分野で）微小加工に通常用いられているリソグラフィー技術における露光の手段および方法と同様である。
本発明における露光には、リソグラフィー技術に使用できるエネルギー線、例えば可視光、又は紫外線を使用することができる。よって、本発明において、「光」とは、通常の意味での光（すなわち赤外線、可視光、紫外線）とする。露光は好ましくは紫外線露光である。

【0053】

［離型工程］
離型工程では、被加工物Ｗと金型２０とを相対的に離間する離間方向に移動させる。この際、複数の移動ロッド４１のうち、一の移動ロッド４１を所定距離分上昇させた後、円周Ｃ₁の一方向に隣接する他の移動ロッド４１を所定距離分上昇させ、これを繰り返し行う。

【0054】

このとき、図３に示すように、金型ホルダ３０の特定箇所Ｐに移動ロッド４１からの上昇圧力Ｆが加わることにより、金型ホルダ３０における特定箇所Ｐと交差する前記放射線の近傍部分が反りを生じ、それによって金型２０の一部が基材ｗ１上の樹脂層ｗ２から僅かに浮き上がる。このとき、変位センサ６０にて前記放射線上の特定箇所ｐの高さ位置を測定している（図１（Ａ）参照）。

【0055】

具体的に説明すると、図４に示すように、離型工程の初期において、１番目の移動ロッド４１ａ（図４のグラフ○）を所定距離分移動させた後、円周Ｃ₁の一方向に隣接する２番目の移動ロッド４１ｂ（図４のグラフ△）を１番目の移動ロッド４１ａの移動距離よりも長い距離分移動させ、これを３番目以降の移動ロッド４１ｃ（図４のグラフ□）についても繰り返して一周させ、その後は、１番目の移動ロッド４１ａから順に一定距離で移動させる。

【0056】

実施形態１の場合、離型工程の初期において、まず、１番目の移動ロッド４１ａを例えば１０μｍ上昇させ、次に、２番目の移動ロッド４１ｂを例えば２０μｍ上昇させ、次に、３番目の移動ロッド４１ｃを例えば３０μｍ上昇させ、その後、１番目〜３番目の移動ロッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃを３０μｍずつ順に上昇させ、これを繰り返す場合を例示している。このときの移動機構４０の駆動制御は制御部７０にて行われる。なお、移動ロッド４１を１回上昇させる距離はこれに限定されるものではない。

【0057】

図４で説明したように、実施形態１では３本の移動ロッド４１を前記のように１本ずつ所定距離で上昇させるため、金型ホルダ３０の３つの特定箇所Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃の高さ位置は図５に示すように上昇する螺旋方向に推移していく。

【0058】

図６は凹凸パターンの方向に対する傾斜離型モードの剥離方向を説明する図であって、（Ａ）は実施形態１を示し、（Ｂ）は比較例１を示し、（Ｃ）は比較例２を示し、（Ｄ）は比較例３を示している。
例えば、図６（Ａ）に示すように、金型２０の凹凸パターン２０ｐが一方向に延びるストライプ状である場合、金型ホルダ３０の３つの特定箇所Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃の高さ位置が上昇する螺旋方向に推移する実施形態１によれば、前記一方向に対して第１の剥離方向Ｄ１が垂直方向（９０°）となり、前記一方向に対して第２の剥離方向Ｄ２が斜め方向（３０°）となり、前記一方向に対して第３の剥離方向Ｄ３が斜め方向（３０°）となることができる。

【0059】

すなわち、１番目の移動ロッド４１ａが上昇することにより第１の剥離方向Ｄ１が生じ、２番目の移動ロッド４１ｂが上昇することにより第２の剥離方向Ｄ２が生じ、３番目の移動ロッド４１ｃが上昇することにより第３の剥離方向Ｄ３が生じるよう、金型２０の凹凸パターン２０ｐの向きが定められている。なお、金型２０の凹凸パターン２０ｐの向きはこれに限定されず、例えば、第１の剥離方向Ｄ１はストライプが延びる方向と平行でもよい。

【0060】

（実施形態２）
図７は実施形態２のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図７において、図１（Ａ）中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態２のパターン形成装置は、４本の移動ロッド４１を有し、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁上かつ中心角度９０°で等間隔の４本の放射線上の位置に、各移動ロッド４１が連結している。これと同様に、４個の変位センサ６０が、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁と４本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は４本の移動ロッド４１をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態２において、その他の構成は実施形態１と概ね同様である。

【0061】

（実施形態３）
図８は実施形態３のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図８において、図１（Ａ）中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態３のパターン形成装置は、５本の移動ロッド４１を有し、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁上かつ中心角度７２°で等間隔の５本の放射線上の位置に、各移動ロッド４１が連結している。これと同様に、５個の変位センサ６０が、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁と５本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は５本の移動ロッド４１をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態３において、その他の構成は実施形態１と概ね同様である。

【0062】

（実施形態４）
図９は実施形態４のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図９において、図１（Ａ）中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態４のパターン形成装置は、６本の移動ロッド４１を有し、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁上かつ中心角度６０°で等間隔の６本の放射線上の位置に、各移動ロッド４１が連結している。これと同様に、６個の変位センサ６０が、金型ホルダ３０の下面における前記円周Ｃ₁と６本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は６本の移動ロッド４１をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態４において、その他の構成は実施形態１と概ね同様である。

【0063】

（他の実施形態）
被加工物Ｗを金型ホルダ３０の下面に取り付け、金型２０を基材ホルダ１０に取り付けてもよい。すなわち、転写工程後、金型２０に対して被加工物Ｗを上昇させて離型するようにしてもよい。

【実施例】

【0064】

（実施例１）
図１〜図６（Ａ）で説明した実施形態１のパターン形成装置を用いて被加工物Ｗに微細な凹凸パターンを転写成形した。このときの条件は下記の通りである。
・金型２０は10mm角のサイズであり、その凹凸パターン２０ｐは、平板列であり、幅Ａ１を2μｍ、高さＡ２を2μｍ、繰返しピッチＡ３を4μｍとした（図２（Ａ）参照）。
・金型２０の平面中心Ｇを中心とする円周Ｃ₁の半径を60mmとし、円周Ｃ₂の半径を30mmとした（図１（Ａ）参照）。
・10mm角の基材ｗ１上に光硬化性樹脂を塗布し、転写工程、露光工程、および離型工程を行った。離型工程は、図４で説明した要領で行った。
図１０は、実施例１で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【0065】

（比較例１）
比較例１では、図６（Ｂ）に示すように、金型２０の凹凸パターン２０ｐが延びる方向に対して垂直な第１の剥離方向Ｄ１のみで離型を行った。
図１１は、比較例１で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【0066】

（比較例２）
比較例２では、図６（Ｃ）に示すように、金型２０の凹凸パターン２０ｐが延びる方向が第１の剥離方向Ｄ１に対して平行になるように、金型２０を金型ホルダ３０に取り付け、離型工程において第１の剥離方向Ｄ１のみで離型を行った。
図１２は、比較例２で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【0067】

（比較例３）
比較例３では、図６（Ｄ）に示すように、金型２０の凹凸パターン２０ｐが延びる方向が第１の剥離方向Ｄ１に対して４５°になるように、金型２０を金型ホルダ３０に取り付け、離型工程において第１の剥離方向Ｄ１のみで離型を行った。
図１３は、比較例３で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【0068】

（比較例４）
３本の移動ロッドを同時に同じ上昇速度で上昇させて離型した。すなわち、比較例４では垂直離型モードを採用した。
図１４は比較例４で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。

【0069】

図１０〜図１４から分かるように、被加工物に転写形成された微細な凹凸パターンの欠陥率は、実施例１（図６（Ａ）、図１０）が最も少なく、次いで比較例１（図６（Ｂ）、図１１）が少なく、次いで比較例２（図６（Ｃ）、図１２）が少なく、次いで比較例３（図６（Ｄ）、図１３）が少なく、比較例４（図１４）が最も欠陥率が多かった。
すなわち、被加工物の加工面積に対する欠陥部分の面積の割合で求めた欠陥率は、実施例１（最大２％）＜比較例１（１６％）＜比較例２（３５％）＜比較例３（３９％）＜比較例４（６０％）という結果であった。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明のパターン形成装置および成形方法は、ナノインプリント法による半導体装置、記録媒体、光学素子、バイオ素子、マイクロマシン等の製造に利用可能である。

【符号の説明】

【0071】

１０ 基材ホルダ（第１ホルダ）
２０ｐ 微細な凹凸パターン
２０ 金型
３０ 金型ホルダ（第２ホルダ）
４０ 移動機構
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 移動ロッド
４２ 駆動部
５０ 光照射部
７０ 制御部
Ｗ 被加工物
ｗ１ 基材
ｗ２ 樹脂層
Ｃ₁、Ｃ₂ 円周
Ｇ 平面中心
Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃ 特定箇所
Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃ 放射線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】