(57)【要約】【課題】  微細成型技術を用いて、転写された面への投影が、二次元形状を複数の方向へ連続して構成した構造である微細構造物およびその製造方法を提供すること。【解決手段】  加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、型のパターンを転写する微細構造物の製造方法であって、パターンの成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となるパターンを有する型を、加工対象物に対し押圧することにより、型のパターンを転写する。これにより、転写されたパターンの成型面への投影が、線幅（線２０２の幅）が１μｍ以下の二次元形状２０１を連続して構成した形状となる構造を有する微細構造物を提供できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となる構造を有することを特徴とする微細構造物。
【請求項２】
加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の多角形を連続して構成した形状となる構造を有することを特徴とする微細構造物。
【請求項３】
前記二次元形状は、複数の方向に連続して構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の微細構造物。
【請求項４】
転写されたパターンはハニカム構造であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の微細構造物。
【請求項５】
前記パターンが転写された領域の面積が、９００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の微細構造物。
【請求項６】
前記加工対象物は、厚さが１ｍｍ以下のフィルムであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の微細構造物。
【請求項７】
前記パターンは、前記加工対象物に対し、前記型を４ＭＰａ以下の圧力で押圧して転写されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の微細構造物。
【請求項８】
前記パターンは、前記型および前記加工対象物の少なくともいずれか一方を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上に加熱して転写したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の微細構造物。
【請求項９】
加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンを転写する微細構造物の製造方法であって、
前記パターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となるパターンを有する型を、前記加工対象物に対し押圧することにより、前記型のパターンを転写することを特徴とする微細構造物の製造方法。
【請求項１０】
加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンを転写する微細構造物の製造方法であって、
前記パターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の多角形を連続して構成した形状となるパターンを有する型を、前記加工対象物に対し押圧することにより、前記型のパターンを転写することを特徴とする微細構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記二次元形状は、複数の方向に連続して構成されることを特徴とする請求項９又は１０記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記型のパターンはハニカム構造を反転させた構造であることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１３】
前記型のパターンが形成されている領域の面積は、９００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１４】
前記加工対象物は、厚さが１ｍｍ以下のフィルムであることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１５】
前記加工対象物に対し、前記型を４ＭＰａ以下の圧力で押圧することを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記パターンは、前記型および前記加工対象物の少なくともいずれか一方を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上に加熱して転写することを特徴とする請求項９ないし１５のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１７】
前記型と加工対象物とを押圧する際の雰囲気を真空にすることを特徴とする請求項９ないし１６のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【請求項１８】
前記型と加工対象物とを押圧した後、型と加工対象物を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）−５℃以下に冷却した後に前記型と加工対象物とを離型することを特徴とする請求項９ないし１７のいずれかに記載の微細構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となる構造を有する微細構造物およびその製造方法に関するものである。
【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、装置の大型化やコストの増大を招いていた。
【０００３】
また、微細な成型物を得るために、加熱されて溶融した樹脂を、この樹脂のガラス転移温度以下に加熱された型に高速・高圧で流し込み、圧力をコントロールしながら凝固させて成型する射出成型も用いられている。しかしながら、この方法では、供給された樹脂が型に熱を奪われながら凝固するため、型の微細なパターンの中に樹脂が侵入し難く、微細な形状を形成することは困難であった。また、型を加熱し、微細なパターン内に樹脂が侵入するのを待った後、型を冷却し成型することも考えられる。しかしながら、射出成型では、型に樹脂を高圧で流し込む必要があるため、高圧に耐えられる大きな型が必要であり、型の熱容量が大きくなる結果、加熱・冷却に時間がかかるという問題があった。
【０００４】
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微細成型技術が注目されている。この技術は、簡単に説明すると以下の手順で行われる。
【０００５】
まず、形成したいパターンが表面に作りこまれた型を準備し、ガラス転移温度以下の温度に保持された樹脂に、加工対象物のガラス転移温度以上に加熱された型を押圧する。すると、樹脂表面が溶融、流動されて、型のパターンが樹脂に転写される。次に、型を冷却して樹脂を凝固させ、型を離型する。これにより、樹脂に所定のパターンが形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この方法では、高価な電子ビーム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造を用いることができる。
【０００７】
また、この方法では、樹脂が型に熱を奪われて凝固するという問題もなく、樹脂を型の微細なパターン内に進入させることができる。また、射出成型のような高圧に耐える大型の型は不要であるため、高速に昇降温が可能であり、スループットの問題は生じない。
【０００８】
実際、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という報告がある。
【０００９】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０９３１７１（第１２頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、転写するパターンが微細になる程、転写面全体への均一な転写は困難であった。この原因の一部としては、型と加工対象物の熱収縮の差や、変位、圧力等の制御が非常に困難になることが考えられる。特に、ラインアンドスペースのように、転写された面への投影が、一次元形状を一方向へ連続して構成した構造のものに比較して、ハニカム構造のように、多角形等の二次元形状を複数の方向へ連続して構成した構造のものは、転写領域において十分均一に転写することができなかった。
【００１１】
この問題は、転写領域の面積が大きくなる程、パターンの幅（加工対象物の平面方向の寸法）が小さくなる程、パターンの深さ（加工対象物の垂直方向の寸法）が大きくなる程、アスペクト比が大きくなる程顕著になる。
【００１２】
そこで本発明は、微細成型技術を用いて、転写された面への投影が、二次元形状を複数の方向へ連続して構成した構造である微細構造物およびその製造方法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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の微細構造物は、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となる構造を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の微細構造物は、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の多角形を連続して構成した形状となる構造を有することを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記二次元形状は、複数の方向に連続して構成される方が好ましい。例えば、転写されたパターンがハニカム構造のものがある。また、前記パターンが転写された領域の面積が、９００ｍｍ２以上である方が好ましい。また、前記加工対象物は、厚さが１ｍｍ以下のフィルムである方が好ましい。また、前記パターンは、前記加工対象物に対し、前記型を４ＭＰａ以下の圧力で押圧して転写される方が好ましい。また、前記パターンは、前記型および前記加工対象物の少なくともいずれか一方を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上に加熱して転写したものである方が好ましい。
【００１６】
また、本発明の微細構造物の製造方法は、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンを転写する微細構造物の製造方法であって、前記パターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となるパターンを有する型を、前記加工対象物に対し押圧することにより、前記型のパターンを転写することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の微細構造物の製造方法は、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、前記型のパターンを転写する微細構造物の製造方法であって、前記パターンの前記成型面への投影が、線幅１μｍ以下の多角形を連続して構成した形状となるパターンを有する型を、前記加工対象物に対し押圧することにより、前記型のパターンを転写することを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記二次元形状は、複数の方向に連続して構成される方が好ましい。例えば、前記型のパターンはハニカム構造を反転させた構造のものを用いることができる。また、前記型のパターンが形成されている領域の面積は、９００ｍｍ２以上である方が好ましい。また、前記加工対象物は、厚さが１ｍｍ以下のフィルムである方が好ましい。また、前記加工対象物に対し、前記型を４ＭＰａ以下の圧力で押圧する方が好ましい。また、前記パターンは、前記型および前記加工対象物の少なくともいずれか一方を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上に加熱して転写する方が好ましい。また、前記型と加工対象物とを押圧する際の雰囲気を真空にする方が好ましい。また、前記型と加工対象物とを押圧した後、型と加工対象物を前記加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）−５℃以下に冷却した後に前記型と加工対象物とを離型する方が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、加工対象物の成型面に対して型を押圧することにより、型のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの成型面への投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状を連続して構成した形状となる構造を有する微細構造物であるため、分光用フィルムや構造色（微細構造によって色を実現したもの）を利用したデバイス、電子ペーパー、細胞培養シート等の種々のアプリケーションに利用することができる。また、この微細構造物は、微細成型技術を用いるため、高スループットで、簡単かつ非常に安価に製造することができるという特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態を図１ないし図６に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
本発明の微細構造物は、加工対象物２００の成型面２００ａ（型のパターンを転写する面）に対して型１００を押圧することにより、型１００のパターンが転写された微細構造物であって、転写されたパターンの成型面２００ａへの投影（または、加工対象物に対する型の押圧方向への投影）が、線幅（線２０２の幅）１μｍ以下の二次元形状２０１を複数の方向へ連続して構成した形状となる構造を有するものである。
【００２２】
ここで、加工対象物２００としては、どのようなものでも良いが、例えば、シート状又はフィルム状のものや基板状のものを用いることができる。材質は、例えばポリカーボネート、ポリイミド、環状オレフィン系熱可塑性樹脂等の樹脂の他、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」等の被覆層が形成されたものを用いることもできる。
【００２３】
なお、シート又はフィルムの場合には、その厚さが、１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは、５０μｍ以下、更に好ましくは４０μｍ以下のものが良い。
【００２４】
また、二次元形状２０１とは、成型面２００ａへの投影（または、加工対象物２００に対する型１００の押圧方向への投影）が、０次元の点（すなわち、パターンの構造がピラーやホール状のもの）や、一次元の線（すなわち、パターンの構造がラインアンドスペースのもの）以外の形状を意味する。例えば図１（ａ）に示すように、四角形や六角形等の多角形、円（楕円等を含む）等の形状を言う。つまり、二次元形状２０１が正方形の場合には、パターンの構造は穴を有する直方体の箱状のものに該当し、二次元形状２０１が六角形の場合には、パターンの構造がハニカム構造であるものに該当し、二次元形状２０１が円の場合には、真ん中に穴を有するドーナツ型の円柱状のものに該当する。もちろん、これらのパターン構造を反転させた構造も含まれる。
【００２５】
なお、二次元形状２０１の線幅（線２０２の幅）は１μｍ以下が良く、好ましくは２５０ｎｍ以下が良く、更に好ましくは１００ｎｍ以下が良く、更に好ましくは１０ｎｍ以下が良い。更に、このパターンの深さ（加工対象物２００の垂直方向の寸法）は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。また、このパターンのアスペクト比としては、０．２以上、０．５以上、１以上、２以上等種々のものがある。また、図１（ｄ）に示すように、図１（ｂ）の隣り合う正方形（二次元形状２０１）同士の間に溝２０３が形成されているものも含まれる。
【００２６】
また、二次元形状２０１は、複数の方向へ連続して構成される。例えば、図１（ａ）、図１（ｃ）では、六角形や円（二次元形状２０１）が紙面上で左右や斜め方向に連続して構成されており、図１（ｂ）では、正方形（二次元形状２０１）が上下、左右に連続して構成されている。これにより、分光用フィルムや構造色（微細構造によって色を実現したもの）を利用したデバイス、電子ペーパー、細胞培養シート等の種々のアプリケーションに必要な機能を持たせることができる。
【００２７】
なお、この場合、転写されたパターンが形成されている加工対象物上の領域は、大きい方が好ましく、例えば、９００ｍｍ２以上、更に好ましくは２５００ｍｍ２以上の大きさが良い。
【００２８】
次に、このような微細構造物の製造方法について説明する。微細構造物の製造には、図２に示す加工装置１を用いた。
【００２９】
加工装置１は、図２に示すように、所定のパターンを有する型１００と加工対象物２００とを押圧して、型のパターンを加工対象物２００に転写する微細加工装置であって、型１００を保持する型保持部２と、加工対象物２００を保持する加工対象物保持部１２と、加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置およびその位置を変化させる変位速度を調節可能な変位手段５と、加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置を検出する位置検出手段７と、型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出する圧力検出手段８と、型１００を加熱する型加熱手段３と、型１００を冷却する型冷却手段４と、型１００の温度を検出する型温度検出手段３１と、加工対象物２００を加熱する加工対象物加熱手段１３と、加工対象物２００を冷却する加工対象物冷却手段１４と、加工対象物２００の温度を検出する加工対象物温度検出手段１３１と、位置検出手段７、圧力検出手段８、型温度検出手段３１および加工対象物温度検出手段１３１の検出情報に基づいて、変位手段５、型加熱手段３、型冷却手段４、加工対象物加熱手段１３および加工対象物冷却手段１４の作動を制御する制御手段３００と、で主に構成される。
【００３０】
型１００の材料は「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などが用いられる。また、型１００は、加工対象物２００に押圧して加工対象物２００を加工し得るものであればどのようなものでもよいが、その一端面（パターン面１００ａ）に、凹凸からなる所定のパターンが形成されている。このパターンは、転写する面への投影（加工対象物に対する型の押圧方向への投影）が、線幅（加工対象物２００に転写された線２０２を反転させた線の幅）１μｍ以下の二次元形状（加工対象物２００に転写された二次元形状２０１を反転させた形状）を複数の方向へ連続して構成した形状となる構造である。また、このパターンは、そのパターン面１００ａに精密機械加工を施すことで形成することができる。また、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凹凸を形成した後、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法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、凹凸からなるパターンを形成することもできる。もちろん型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が特に限定されるものではない。このパターンの線幅（加工対象物２００の平面方向の寸法）は、用いられる加工対象物２００の種類にもよるが、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。更に、このパターンの深さ（加工対象物２００の垂直方向の寸法）は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。また、このパターンのアスペクト比としては、０．２以上、０．５以上、１以上、２以上等種々のものがある。更に、このパターンが占める領域は、９００ｍｍ２以上、更に好ましくは２５００ｍｍ２以上の大きさが良い。なお、この型は、成型中に加熱・冷却されるため、できる限り薄型化し、その熱容量を小さくする方が好ましい。
【００３１】
型保持部２は、図２に示すように、型１００を保持する型保持面２ａに、ねじやクランプ金具等の締結具で型１００を面接触するように固定可能に形成される。なお、型保持部２の構造は、型１００を型保持面２ａ上に保持するものであればどのようなものでも良く、例えば、型保持面２ａに静電吸着や真空吸着により吸着保持する構造とすることも可能である。
【００３２】
また、型保持部２には、型１００を加熱するための型加熱手段３、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータを備えている。カーボンヒータは、制御手段３００によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、型１００を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、ＩＨヒータ等を用いることも可能である。
【００３３】
また、型保持部２には、型１００を冷却する型冷却手段４が設けられている。型冷却手段４としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された型保持部２の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、型１００を冷却することができる冷却流路を用いることができる。
【００３４】
また、型保持部２には、型１００の温度を検出する型温度検出手段３１、例えば熱電対が設けられている。また、型温度検出手段３１は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した型１００の温度に関する情報を制御手段３００に伝達するように形成されている。
【００３５】
加工対象物保持部１２は、図２に示すように、加工対象物２００を略水平状態に保持するものであり、上面に加工対象物保持面１２ａを有した保持ステージを備えている。
【００３６】
この保持ステージには、加工対象物保持面１２ａに多数のバキューム孔(図示せず)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、加工対象物保持面１２ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる構成となっている。なお、加工対象物保持部１２の構造は、加工対象物２００を加工対象物保持面１２ａに保持するものであればどのようなものでも良く、例えば、クランプ金具等の締結具で加工対象物保持面１２ａに固定したり、静電吸着で吸着保持したりする構造とすることも勿論可能である。
【００３７】
また、保持ステージの下部には保持した加工対象物２００を加熱するための加工対象物加熱手段１３、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータを備えている。カーボンヒータは、制御手段３００によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、保持ステージ上の加工対象物２００を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、ＩＨヒータ等を用いることも可能である。
【００３８】
また、加工対象物保持部１２には、加工対象物２００を冷却する加工対象物冷却手段１４を設けることも可能である。加工対象物冷却手段１４としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された加工対象物保持部１２の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、加工対象物２００を冷却することができる冷却流路を用いることができる。
【００３９】
また、加工対象物保持部１２には、加工対象物２００の温度を検出する加工対象物温度検出手段１３１、例えば熱電対が設けられている。また、加工対象物温度検出手段１３１は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した加工対象物２００の温度に関する情報を制御手段３００に伝達するように形成されている。
【００４０】
変位手段５は、図２に示すように、例えば、垂直方向に配置されたボールネジ５１と、このボールネジ５１を回転駆動させる電気モータ５２とから構成されている。また、ボールネジ５１の下端部と型保持部２の上面は、押圧部５３、ベアリング機構５４を介して連結されている。そして、ボールネジ５１を電気モータ５２で回転駆動することで、基台５０と上部ベース５５との間に設けられた複数例えば４本の支柱５６に対し、押圧部５３を型１００と加工対象物２００の接離方向（以下、Ｚ方向と称する）に変位させることができる。なお、電気モータ５２としては、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータ等、種々のものを用いることができる。ここで、変位手段５は、加工対象物２００に対する型１００の位置を、型１００のパターンの深さ以下の変位量で調節できる方が好ましい。具体的には、変位量を１００μｍ以下で調節することができるものが良く、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下で調節できるものが好ましい。
【００４１】
また、変位手段５は、加工対象物２００に対する型１００の変位速度を調節できるものが好ましい。具体的には、１００μｍ／秒以下で調節できるものが良く、好ましくは１０μｍ／秒以下、更に好ましくは１μｍ／秒以下、更に好ましくは１００ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１０ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１ｎｍ／秒以下で調節できるものが良い。なぜなら、制御手段３００は、圧力検出手段８が検出した情報に基づいて変位手段５の作動を制御し、型１００と加工対象物２００との間の圧力を調節しているが、圧力検出手段８が検出した情報を変位手段５にフィードバックするには、多少の時間が掛かる。したがって、変位速度が大き過ぎると圧力検出手段８が検出した情報を変位手段５にフィードバックするのが遅れ、型１００と加工対象物２００との間の実際の圧力を正確に制御することができなくなるからである。
【００４２】
なお、ここでは、変位手段５を型保持部２側に設ける場合について説明したが、加工対象物保持部１２側に設けることも勿論可能である。また、変位手段５としては、型１００と加工対象物２００との相対的な変位量や変位速度を調節できるものであれば、ボールねじと電気モータにより構成されるものに限られず、例えば、電圧を調節して大きさ（寸法）を変化させることができる圧電素子や磁界を調節して大きさ（寸法）を変化させることができる磁歪素子を用いることもできる。また、ボールねじおよび電気モータと圧電素子又は磁歪素子の両方を用いることも勿論可能である。この場合には、型１００と加工対象物２００を大きく変位させる際に、ボールねじおよび電気モータを適用し、型１００と加工対象物２００を微小量変位させる際に、圧電素子又は磁歪素子を用いることができる。更に、油圧式のものや空圧式のもの等を用いることも勿論可能である。
【００４３】
変位手段５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１２に保持される加工対象物２００に対し、型１００のパターン面１００ａを精密に近接・押圧及び離間することができる。
【００４４】
位置検出手段７は、例えば、型保持部２に配置されたリニアスケールにより形成される。このリニアスケールを用いて、加工対象物２００と型保持部２との距離を測定し、その値から加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置や変位速度を計算して検出することができる。また、位置検出手段７は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した型１００の位置や変位速度に関する情報を伝達するように形成されている。なお、位置検出手段７としては、リニアスケールに限らず種々のものを用いることができ、例えば、型保持部２側に設けられたレーザー測長機を用いて、加工対象物２００の位置を測定するか、加工対象物保持部１２側に設けられたレーザー測長機を用いて、型１００の位置を測定すればよい。また、電気モータに設けられたエンコーダを用いて、変位手段５の変位量から計算により測定するものでもよい。なお、位置検出手段７の分解能は、少なくとも型１００のパターンの深さ方向（Ｚ方向）の大きさ以下、あるいは、変位手段５が調節できる変位量以下の値で検出できるものが好ましい。具体的には、１００μｍ以下で検出することができるものが良く、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下で検出することができるものが好ましい。
【００４５】
位置検出手段７をこのように構成することによって、パターンの大きさや型１００と加工対象物２００との間の圧力に応じて、加工対象物２００に対する型１００のパターン面１００ａの位置を精密に調節することができるので、パターンの転写性および離型性を向上することができる。
【００４６】
圧力検出手段８は、型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出するもので、例えば、型１００と加工対象物２００との間の荷重を測定するロードセルを用いることができる。これにより、荷重を測定し、型１００のパターン面１００ａの面積で割れば型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出することができる。また、圧力検出手段８は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した圧力に関する情報を伝達するように形成されている。
【００４７】
制御手段３００は、位置検出手段７、圧力検出手段８、型温度検出手段３１および加工対象物温度検出手段１３１の検出情報に基づいて、変位手段５、押圧手段６、型加熱手段３、型冷却手段４、加工対象物加熱手段１３および加工対象物冷却手段１４の作動を制御するもので、例えばコンピュータを用いることができる。
【００４８】
ここで、調節する変位速度は、加工対象物２００の材料や温度等にもよるが、例えば、１００μｍ／秒以下で調節するのが良く、好ましくは１０μｍ／秒以下、更に好ましくは１μｍ／秒以下、更に好ましくは１００ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１０ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１ｎｍ／秒以下で調節するのが良い。これにより、型１００と加工対象物２００の間の実際の圧力を確実に予め設定した所定値以下に調節することができる。なお、圧力検出手段８の情報に基づいて型加熱手段３および加工対象物加熱手段１３の少なくともいずれか一方を制御し、加工対象物２００の成型面２００ａの温度を変化させて、型１００と加工対象物２００との間の圧力を調節することも可能である。
【００４９】
この加工装置１を用いた微細構造物の製造方法は以下の通りである。
【００５０】
まず、型１００と加工対象物２００は、成型するための所定の温度に加熱される。ここで、加工対象物２００が基板等の比較的厚みのあるものの場合には、型１００は加工対象物２００より高い温度に加熱される方が好ましく、更に好ましくは、型１００を加工対象物２００が軟化する軟化温度（ガラス転移点や融点の温度）より高い温度に加熱し、加工対象物２００はその軟化温度（ガラス転移点や融点の温度）より低い温度に加熱する方が好ましい。これにより、型１００と加工対象物２００とを押圧した際に、型１００から加工対象物２００に熱が伝達し、加工対象物２００の表面近傍のみを軟化させることができるので、成型時に加工対象物２００が潰れる等の問題を回避することができる。一方、加工対象物２００がフィルムやシートのように比較的薄いものの場合には、型１００と加工対象物２００の温度を同じか同程度の温度に加熱する。これは、熱が伝わり易く結局型１００と加工対象物２００が同じ温度になるためである。加熱する温度は、加工対象物２００の材質や型１００の材質に寄るが、例えば、加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上、軟化温度（Ｔｇ）＋２５℃以上、軟化温度（Ｔｇ）＋３０℃以上等にすれば良い。勿論、この温度に限定されるものではない。
【００５１】
型１００と加工対象物２００とを所定温度に加熱した後、型１００と加工対象物２００とを予め設定した圧力で押圧する。この際、型１００と加工対象物２００との間の圧力は、型１００のパターンを加工対象物２００に転写できる大きさの範囲で、できる限り小さい圧力を用いる方が良い。具体的には、４ＭＰａ以下、好ましくは２ＭＰａ以下、更に好ましくは１．５ＭＰａ以下、更に好ましくは１ＭＰａ以下、更に好ましくは、０．５ＭＰａ以下、更に好ましくは０．２５ＭＰａ以下にするのが良い。これにより、従来よりも比較的小さい圧力で押圧するため、型１００と加工対象物２００との間の密着力を増加させることがなく、型崩れ等を防止して離型を容易にすることができる。
【００５２】
この場合、加工対象物２００に対する型１００の変位速度は、型１００と加工対象物２００との間の圧力が予め設定した圧力、例えば４ＭＰａを常に超えないように調節できる速度にする方が良い。なお、更に好ましくは、加工対象物２００に対する型１００の変位量を制御して押圧する方が好ましい。
【００５３】
また、型１００と加工対象物２００とを押圧し、型１００のパターンを加工対象物に転写する際には、型１００と加工対象物２００の雰囲気を真空にする方が好ましい。この場合、パターンの転写前に真空雰囲気にすれば良いが、加工対象物２００の酸化等を考慮すれば、加工対象物２００の加熱前に真空雰囲気にする方が好ましい。真空度としては、例えば４０Ｐａ以下にすれば良い。
【００５４】
次に、型１００と加工対象物２００とを接触させたまま、型１００と加工対象物２００を冷却し、加工対象物２００の温度をガラス転移温度（または軟化温度）以下にする。例えば、冷却温度を軟化温度（Ｔｇ）−５℃以下、軟化温度（Ｔｇ）−４５℃以下、軟化温度（Ｔｇ）−９０℃以下等にすれば良い。勿論、この温度に限定されるものではない。また、型１００と加工対象物２００との間の圧力を保持したままで冷却しても良いし、ゼロ近傍まで減圧した後に冷却しても良い。
【００５５】
最後に、型１００と加工対象物２００とを離型して、微細加工方法のプロセスを終了する。
【００５６】
これにより、非常に安価で、大量生産に向く微細構造物、すなわち、転写されたパターンの成型面２００ａへの投影が、線幅１μｍ以下の二次元形状２０１を複数の方向へ連続して構成した形状となる構造を有する微細構造物を製造することができる。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００５８】
なお、加工対象物としては、ガラス転移温度｛軟化温度（Ｔｇ）｝が１３６℃のシクロオレフィンポリマーからなる膜厚４０μｍおよび１００μｍの透明なフィルム（日本ゼオン株式会社製：ＺＦ１４）を用いた。
【００５９】
なお、微細成型の評価には、SCIVAX社製の微細成型装置（VX-2000N-US）を使用した。金型は、加工対象物に転写した際に、加工対象物にハニカム構造を転写可能なパターン（ハニカム構造を反転させたパターン）を有するニッケル製のもので、転写可能領域が５０ｍｍ×５０ｍｍ（金型の外形は５５ｍｍ×５５ｍｍ）：面積が２５００ｍｍ２の正方形である金型を用いた。ハニカム構造は、線幅が２５０ｎｍでこの線の高さが３８０ｎｍ（アスペクト比が約１．５）、一つのセル（六角形）の最大内径が２μｍ（すなわち、線幅も含めた最大外径が２．５μｍ）とした。
【００６０】
加工対象物をシリコン基板上に載置した後、ガラス転移温度｛軟化温度（Ｔｇ）｝＋２５℃（１６１℃）に加熱し、ガラス転移温度｛軟化温度（Ｔｇ）｝＋２５℃（１６１℃）に加熱した金型を５μｍ／秒の速度で該フィルム表面に押し付け、金型上部に取り付けた荷重センサーが４５００Ｎ（圧力が約１．５Ｍｐａ）に達したところで、その荷重で６００秒間保持した。
【００６１】
その後、膜厚４０μｍのフィルムに対しては、金型の圧力を一定に保持しながら、ガラス転移温度｛軟化温度（Ｔｇ）｝−４６℃（９０℃）まで冷却し、冷却完了後、金型を１０μｍ／秒の速度でフィルムから離型した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、転写領域全面に伸びや剥離の無い均一で良好なハニカム構造のパターンが転写されていた。転写後の平面写真（倍率：１万倍）を図３に、斜視方向からの写真（倍率：５千倍）を図４に示す。
【００６２】
また、膜厚が１００μｍのフィルムに対しては、金型の圧力を一定に保持しながら、ガラス転移温度｛軟化温度（Ｔｇ）｝−５℃（１３１℃）まで冷却し、冷却完了後、金型を１０μｍ／秒の速度でフィルムから離型した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、転写領域全面に伸びや剥離の無い均一で良好なハニカム構造のパターンが転写されていた。転写後の平面写真（倍率：１万倍）を図５に、斜視方向からの写真（倍率：２万倍）を図６に示す。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の二次元形状を示す説明図である。
【図２】本発明の微細加工装置を示す概略正面図である。
【図３】膜厚４０μｍのフィルムに形成した本発明のハニカム構造を有する微細構造物のＳＥＭ写真である。
【図４】膜厚４０μｍのフィルムに形成した本発明のハニカム構造を有する微細構造物のＳＥＭ写真である。
【図５】膜厚１００μｍのフィルムに形成した本発明のハニカム構造を有する微細構造物のＳＥＭ写真である。
【図６】膜厚１００μｍのフィルムに形成した本発明のハニカム構造を有する微細構造物のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  型
２００  加工対象物
２００ａ  成型面
２０１  二次元構造
２０２  線
２０３  溝
【図１】
2009050919.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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