(57)【要約】      （修正有）【課題】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形成装置およびそれを用いたパターン形成方法を提供する。【解決手段】表面に樹脂層を有する平板状の被加工物Ｗを保持する第１ホルダ１０と、微細な凹凸パターンを有する金型２０と、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金型を保持する第２ホルダ３０と、被加工物と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４０とを備え、金型の凹凸パターンを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、移動機構は、第１または第２ホルダと連結する昇降部材と、昇降部材を移動させる駆動部４２と、駆動部を制御する制御部７０とを備え、制御部は、昇降部材を移動方向に往復移動させるように駆動部を制御するよう構成される。【選択図】図１
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【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ホルダと連結する昇降部材と、前記昇降部材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、
前記制御部は、前記昇降部材を前記移動方向に往復移動させるように前記駆動部を制御するよう構成されていることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記昇降部材は、前記第１または第２ホルダの複数箇所と連結する複数の移動ロッドを含んでなり、
前記制御部は、前記複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に前記移動方向に往復移動させるように前記駆動部を制御するよう構成された請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記昇降部材は、前記第２ホルダ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】
前記昇降部材は、前記第１ホルダ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５】
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させる離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップにおける移動距離が前記接近ステップにおける移動距離より長くなるように、前記離間ステップと前記接近ステップを交互に繰り返し行うパターン形成方法。
【請求項６】
前記昇降部材は、前記第１または第２ホルダの複数箇所と連結する複数の移動ロッドを含んでなり、
前記離間ステップにおいて、前記複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に前記離間方向に所定距離移動させ、
前記接近ステップにおいて、前記複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に前記接近方向に所定距離移動させる請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
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させる離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップを１回行った後に前記接近ステップを１回行うことによる１サイクルを複数サイクル繰り返し行う工程であって、各サイクルにおける前記離間ステップの移動距離と前記接近ステップの移動距離が同じになるように、かつ先の１サイクルの移動距離に対して次の１サイクルの移動距離が長くなるように行うパターン形成方法。
【請求項８】
前記離間ステップと前記接近ステップの間に、前記昇降部材を停止させる停止ステップを含む請求項５〜７のいずれか１つ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ホルダと連結する昇降部材と、前記昇降部材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、
前記制御部は、前記昇降部材を前記移動方向に往復移動させるように前記駆動部を制御する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させる離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップにおける移動距離が前記接近ステップにおける移動距離より長くなるように、前記離間ステップと前記接近ステップを交互に繰り返し行うパターン形成方法、あるいは、
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させる離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップを１回行った後に前記接近ステップを１回行うことによる１サイクルを複数サイクル繰り返し行う工程であって、各サイクルにおける前記離間ステップの移動距離と前記接近ステップの移動距離が同じになるように、かつ先の１サイクルの移動距離に対して次の１サイクルの移動距離が長くなるように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させる離型工程において、離間ステップを１回行った後に接近ステップを１回行うことによる１サイクルを複数サイクル繰り返し行う昇降離型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】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における各移動ロッドの第１の移動制御方法を説明するグラフである。
【図５】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における各移動ロッドの第２の移動制御方法を説明するグラフである。
【図６】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における各移動ロッドの第３の移動制御方法を説明するグラフである。
【図７】本発明のパターン形成装置の実施形態２の内部構造を説明する概略正面図である。
【図８】（Ａ）は比較例１を示し、（Ｂ）は比較例２を示し、（Ｃ）は比較例３を示し、（Ｄ）は比較例４を示している。
【図９】実施例１および比較例１〜４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。
【図１０】実施例１および比較例１〜４の欠陥率を表すグラフである。
【図１１】実施例２および比較例５〜７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】実施例２および比較例５〜７の欠陥率を表すグラフである。
【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ホルダと連結する昇降部材と、前記昇降部材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、
前記制御部は、前記昇降部材を前記移動方向に往復移動させるように前記駆動部を制御するよう構成されている。
【００１５】
本発明において、移動機構は、第１ホルダと第２ホルダとを相対的に接近離間させることができるよう構成されていればよい。
例えば、第１ホルダと第２ホルダの一方を固定し他方を昇降部材にて移動方向に移動させるように移動機構を構成することができる。この場合、昇降部材は、第１ホルダまたは第２ホルダの１箇所または複数箇所に連結して被加工物と金型との平行状態を維持しながら相対的に垂直方向に移動させるよう構成されていればよく、昇降部材の構成（形状、数、材質等）は特に限定されるものではない。
【００１６】
昇降部材が第１または第２ホルダの１箇所と連結する場合、昇降部材を第１または第２ホルダの直下位置に連結することができる。
昇降部材が第１または第２ホルダの複数箇所と連結する複数の移動ロッドを含んでなる場合、前記制御部は複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に前記移動方向に往復移動させるように前記駆動部を制御するよう構成される。これは、被加工物と金型との平行状態を維持しながら相対的に垂直方向に移動させるためである。この場合、移動ロッドと第１または第２ホルダとの連結箇所は、被加工物または金型を包囲する円周上に位置していることが好ましい。
なお、本発明において、前記被加工物は、全体が樹脂層で形成された物および樹脂層が基材上に積層された物が含まれる。
【００１７】
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）前記移動機構の前記昇降部材は、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。
（２）前記移動機構の前記昇降部材は、前記第１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１ホルダと共に基材を金型に対して移動させることができる。
【００１８】
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させる離間方向に移動させる離型工程とを含む。
そして、離型工程では、次の(I)または(II)ように行われる。
【００１９】
（I）前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップにおける移動距離が前記接近ステップにおける移動距離より長くなるように、前記離間ステップと前記接近ステップを交互に繰り返し行う。
【００２０】
(II)前記離型工程は、前記昇降部材を前記離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、前記昇降部材を前記接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、前記離間ステップを１回行った後に前記接近ステップを１回行うことによる１サイクルを複数サイクル繰り返し行う工程であって、各サイクルにおける前記離間ステップの移動距離と前記接近ステップの移動距離が同じになるように、かつ先の１サイクルの移動距離に対して次の１サイクルの移動距離が長くなるように行う。
【００２１】
本発明のパターン形成方法は、次のようにしてもよい。
(III)前記(I)および(II)の場合、前記離間ステップと前記接近ステップの間に、前記複数の移動ロッドを同時に同一時間停止させる停止ステップを含んでもよい。
(IV)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。
【００２２】
（V）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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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を同一距離で同時に移動可能に構成されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４１の初期位置の検出のためのデータとして用いる。
【００４０】
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。
【００４１】
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が等速度かつ同一距離で同時に上昇または下降するよう制御部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が等速度かつ同一距離で同時に上昇または下降するよう制御部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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
＜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。
【００４９】
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。
【００５０】
［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、各移動ロッド４１が等速度かつ同一距離で同時に移動する。なお、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
［離型工程］
離型工程では、被加工物Ｗと金型２０とを相対的に離間させる離間方向に移動させるが、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も移動させて戻し、離間方向に移動させる離間ステップと接近方向に移動させる接近ステップを交互に繰り返す。このとき、離間ステップにおいては複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に離間方向に所定距離移動させ、接近ステップにおいては複数の移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に接近方向に所定距離移動させる。
具体的な各移動ロッドの移動を制御する方法としては、次の３つの方法が挙げられる。
【００５６】
〔第１の移動制御方法〕
図４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における各移動ロッドの第１の移動制御方法を説明するグラフである。図４において、縦軸は各移動ロッドの移動距離を表し、横軸は離型工程の経過時間を表している。
この第１の移動制御方法は、前記離間ステップと前記接近ステップの間に、複数の移動ロッド（図１参照）を同時に同一時間停止させる停止ステップを含んでいる。すなわち、第１の移動制御方法では、離間ステップ、停止ステップ、接近ステップおよび停止ステップをこの順に行って１サイクルが完了し、これを複数サイクル行い、最後に離間ステップで終了する。
【００５７】
詳しく説明すると、図２（Ｂ）と図４に示すように、離型工程の開始時点（０秒）において、各移動ロッド４１は転写工程および硬化工程時のままであるため移動距離は０μｍである。
まず、離型工程の開始直後の離型ステップでは、各移動ロッド４１が等速度かつ同一距離で同時に離間方向に移動する。
【００５８】
離間ステップが終了すると、各移動ロッド４１は所定時間停止する（離間ステップ直後の停止ステップ）。
離間ステップ直後の停止ステップが終了すると、各移動ロッド４１は等速度かつ同一距離で同時に接近方向に移動する（接近ステップ）。このとき、接近方向の移動距離は離型工程の移動距離よりも短くなるように制御される。
接近ステップが終了すると、各移動ロッド４１は所定時間停止する（接近ステップ直後の停止ステップ）。
【００５９】
このように離型ステップ、停止ステップ、接近ステップおよび停止ステップがこの順に行われて１サイクルが終了し、離型工程中に複数サイクル繰り返され、最後に離間ステップで終了する。
図４では、離間方向への移動距離を５０μｍ、各停止ステップの時間を３０秒、接近方向への移動距離を１０μｍ、各移動ロッド４１の移動速度を１μｍ／ｓに制御した場合を例示している。なお、図４は第１の移動制御方法の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６０】
〔第２の移動制御方法〕
図５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における各移動ロッドの第２の移動制御方法を説明するグラフである。図５において、縦軸は各移動ロッドの移動距離を表し、横軸は離型工程の経過時間を表している。
この第２の移動制御方法は、図４で説明した第１の移動制御方法における停止ステップを省略した方法である。すなわち、第２の移動制御方法では、離間ステップおよび停止ステップをこの順に行って１サイクルが完了し、これを複数サイクル行い、最後に離間ステップで終了する。なお、この場合も、離間ステップにおける移動距離が接近ステップにおける移動距離より長くなるように制御する。
図５では、離間方向への移動距離を５０μｍ、接近方向への移動距離を１０μｍ、各移動ロッド４１の移動速度を１μｍ／ｓに制御した場合を例示しているが、図５は第２の移動制御方法の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
〔第３の移動制御方法〕
図６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における各移動ロッドの第３の移動制御方法を説明するグラフである。図６において、縦軸は各移動ロッドの移動距離を表し、横軸は離型工程の経過時間を表している。
この第３の移動制御方法は、各移動ロッド４１を等速度かつ同一距離で同時に離間方向に所定距離移動させる離間ステップと、各移動ロッドを等速度かつ同一距離で同時に接近方向に所定距離移動させる接近ステップとを含み、離間ステップを１回行った後に接近ステップを１回行うことによる１サイクルを複数サイクル繰り返し行い、最後に離間ステップで終了する。
【００６２】
このとき、各サイクルにおける離間ステップの移動距離と接近ステップの移動距離が同じになるように、かつ先の１サイクルの移動距離に対して次の１サイクルの移動距離が長くなるように行う点が、図５で説明した第２の移動制御方法とは異なる。
図６では、１サイクル目の離間方向および接近方向への移動距離を５０μｍ、２サイクル目以降の離間方向および接近方向への移動距離を前サイクルの移動距離より４０μｍずつ上回るように制御すると共に、各移動ロッド４１の移動速度を１μｍ／ｓに制御した場合を例示している。なお、図６は第３の移動制御方法の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
第１〜第３の移動制御方法において、離型ステップでは、図３に示すように、金型ホルダ３０の各特定箇所Ｐに各移動ロッド４１からの上昇圧力Ｆが加わることにより、金型ホルダ３０における各特定箇所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の外周側が基材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各特定箇所ｐの高さ位置を測定している（図１（Ａ）参照）。
【００６４】
また、接近ステップでは、上昇させた各移動ロッド４１を所定距離下降させるため、金型ホルダ３０の反りが緩和され、樹脂層ｗ２から僅かに浮き上がった金型２０の外周側が樹脂層ｗ２側に戻る。
離型ステップと接近ステップを繰り返しながら金型３０を樹脂層ｗ２から徐々に引き離すことにより、金型２０を樹脂層ｗ２から一気に引き離す場合よりも樹脂層ｗ２に与えるダメージを軽減することができ、凹凸パターンの欠陥率を大幅に低減することができる。
【００６５】
（実施形態２）
図７は本発明のパターン形成装置の実施形態２の内部構造を説明する概略正面図である。
実施形態２の場合、図１で説明したパターン形成装置における金型ホルダ３０の下面に被加工物Ｗを取り付け、基材ホルダ１０に金型２０を取り付けている。換言すると、図１で説明したパターン形成装置における金型ホルダ３０が被加工物Ｗを保持する第１ホルダ３０ｘとして使用され、基材ホルダ１０が金型２０を保持する第２ホルダ１０ｘとして使用される。
【００６６】
実施形態２は、このパターン形成装置を用いること以外は、実施形態１と同様である。
よって、実施形態２のパターン形成装置を用いて、実施形態１で説明したパターン形成方法が行われる。
【００６７】
実施形態２の場合、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。この離型ステップにおいて、第１ホルダ３０ｘの各特定箇所Ｐ（図３参照）に各移動ロッド４１からの上昇圧力Ｆが加わることにより、第１ホルダ３０ｘにおける各特定箇所Ｐと交差する前記放射線の近傍部分が反りを生じ、それによって被加工物Ｗの樹脂層ｗ２の外周側が金型２０から僅かに浮き上がる。
【００６８】
また、接近ステップでは、上昇させた各移動ロッド４１を所定距離下降させるため、第１ホルダ３０ｘの反りが緩和され、金型２０から僅かに浮き上がった樹脂層ｗ２の外周側が金型２０側に戻る。
離型ステップと接近ステップを繰り返しながら樹脂層ｗ２を金型２０から徐々に引き離すことにより、樹脂層ｗ２を金型２０から一気に引き離す場合よりも樹脂層ｗ２に与えるダメージを軽減することができ、凹凸パターンの欠陥率を大幅に低減することができる。
【００６９】
（実施形態３）
実施形態１および２における金型は溝状の凹凸パターンを樹脂層ｗ２に形成するライン・アンド・スペースモールドであるが、複数の円柱状または角柱状パターンを樹脂層に形成するホールモールドであってもよい。
この場合、例えば、金型に直径が０．０２〜１０００μｍ程度の円形ホールを複数個所定間隔で形成するか、あるいは１辺の長さが０．０２〜１０００μｍ程度の立方体形ホールを複数個所定間隔で形成することができる。なお、ホール同士の間隔としては、例えば、０．０１〜１０００μｍ程度とすることができる。
【００７０】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、前記実施形態では、第１または第２ホルダの３箇所に３本の移動ロッドを連結して移動方向に移動させる場合を例示したが、第１または第２ホルダの１箇所または２箇所に昇降部材を連結して移動方向に移動させてもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００７１】
（実施例１：昇降離型）
図１０で説明した実施形態５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（ライン・アンド・スペース）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、平板列である。
・金型２０（図２（Ａ）参照）としては、幅Ａ１を２μｍ、深さＡ２を２μｍ、繰返しピッチＡ３を４μｍとしたアスペクト比１の金型と、幅Ａ１を２μｍ、深さＡ２を４μｍ、繰返しピッチＡ３を４μｍとしたアスペクト比２の金型と、幅Ａ１を２μｍ、深さＡ２を１０μｍ、繰返しピッチＡ３を４μｍとしたアスペクト比５の金型とを用意した。
・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）。
・第１ホルダ３０ｘ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。すなわち、離間方向への移動距離を５０μｍ、各停止ステップの時間を３０秒、接近方向への移動距離を１０μｍ、各移動ロッド４１の移動速度を１μｍ／ｓに制御した。
【００７２】
（比較例１：垂直離型）
比較例１では、図１１（Ａ）に示すように、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こと以外は、実施例１と同様である。すなわち、比較例１では垂直離型モードを採用した。このときの上昇速度は１μｍ／ｓとした。
【００７３】
（比較例２：剥離離型（平行方向））
比較例２では、図１１（Ｂ）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を第２ホルダ１０ｘ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。比較例２において、その他は実施例１と同様である。このときの上昇速度は１μｍ／ｓとした。
【００７４】
（比較例３：剥離離型（垂直方向））
比較例３では、図１１（Ｃ）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。比較例３において、その他は実施例１と同様である。このときの上昇速度は１μｍ／ｓとした。
【００７５】
（比較例４：螺旋離型）
比較例４では、図１１（Ｄ）に示すように、３本の移動ロッドを１本ずつ順番に、具体的には、剥離方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の順に上昇させ、これを繰り返して離型を行った。このとき、先に移動した移動ロッドの移動距離よりも後に移動した移動ロッドの移動距離が所定距離上回るように制御した。具体的には、最初の移動ロッドは１０μｍ上昇し、次の移動ロッド以降は移動距離が１０μｍ上回るように制御した。比較例４において、その他は実施例１と同様である。このときの上昇速度は１μｍ／ｓとした。
【００７６】
図１２は実施例１および比較例１〜４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。
【００７７】
（欠陥率の測定）
アスペクト比１、２、５の実施例１および比較例１〜４について、図１２の顕微鏡写真を用い、１０ｍｍ角のパターン領域における中央および四隅の合計５箇所の４００μｍ角のサンプル領域での欠陥率を下記の式に基づいて算出し、その結果を図１３に示した。
【００７８】
【数１】
2015056598.tif 000003
【００７９】
図１３から、アスペクト比１の場合、実施例１と比較例１〜４との間に大きな差は見られず、いずれも欠陥率は低いことがわかった。
また、アスペクト比２の場合、昇降離型（実施例１）が最も欠陥率が低く、次いで剥離離型（平行方向）（比較例２）、螺旋離型（比較例４）、垂直離型（比較例１）の順で欠陥率が高くなり、剥離離型（垂直方向）（比較例３）は最も欠陥率が高いことがわかった。
また、アスペクト比５の場合、昇降離型（実施例１）が最も欠陥率が低く、次いで剥離離型（平行方向）（比較例２）、垂直離型（比較例１）、螺旋離型（比較例４）の順で欠陥率が高くなり、剥離離型（垂直方向）（比較例３）は最も欠陥率が高いことがわかった。
【００８０】
（実施例２：昇降離型）
金型をホールモールドに変えたこと以外は、実施例１と同様にして、被加工物Ｗに微細な凹凸パターン（ピラー群）を転写成形した。このときの条件は下記の通りである。
金型としては、直径を５μｍ、深さを５μｍ、繰返しピッチを１０μｍとしたアスペクト比１の金型、直径を２μｍ、深さを４μｍ、繰返しピッチを４μｍとしたアスペクト比２の金型、直径を１μｍ、深さを５μｍ、繰返しピッチを２μｍとしたアスペクト比５の金型を用意した。
【００８１】
（比較例５：垂直離型）
実施例２と同様の金型を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、被加工物Ｗに微細な凹凸パターン（ピラー群）を転写成形した。
【００８２】
（比較例６：剥離離型）
実施例２と同様の金型を用いたこと以外は、比較例２と同様にして、被加工物Ｗに微細な凹凸パターン（ピラー群）を転写成形した。
【００８３】
（比較例７：螺旋離型）
実施例２と同様の金型を用いたこと以外は、比較例４と同様にして、被加工物Ｗに微細な凹凸パターン（ピラー群）を転写成形した。
【００８４】
図１４は実施例２および比較例５〜７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。
【００８５】
（欠陥率の測定）
アスペクト比１、２、５の実施例２および比較例５〜７について、図１４の顕微鏡写真を用い、１０ｍｍ角のパターン領域における中央および四隅の合計５箇所の４００μｍ角のサンプル領域での欠陥率を下記の式に基づいて算出し、その結果を図１５に示した。
【００８６】
【数２】
2015056598.tif 000004
【００８７】
図１５から、アスペクト比１、２、５の場合、いずれも実施例２が最も欠陥率が低いことと、アスペクト比が大きくなるほど実施例２の欠陥率と比較例５〜７の欠陥率との差が大きくなっていくことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
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】
【００８９】
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】
2015056598.tif 000005
【図２】
2015056598.tif 000006
【図３】
2015056598.tif 000007
【図４】
2015056598.tif 000008
【図５】
2015056598.tif 000009
【図６】
2015056598.tif 000010
【図７】
2015056598.tif 000011
【図８】
2015056598.tif 000012
【図９】
2015056598.tif 000013
【図１０】
2015056598.tif 000014
【図１１】
2015056598.tif 000015
【図１２】
2015056598.tif 000016