(57)【要約】所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、  前記型に対して傾きが固定された凸球面を有する凸球面座と、  前記凸球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凸球面と当接する凹球面を有する凹球面座と、  前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位手段と、を具備することを特徴とする傾き調整装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、
前記型に対して傾きが固定された凸球面を有する凸球面座と、
前記凸球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凸球面と当接する凹球面を有する凹球面座と、
を具備することを特徴とする傾き調整装置。
【請求項２】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、
前記型に対して傾きが固定された凹球面を有する凹球面座と、
前記凹球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凹球面と当接する凸球面を有する凸球面座と、
を具備することを特徴とする傾き調整装置。
【請求項３】
前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の傾き調整装置。
【請求項４】
前記変位手段は、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具と、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなることを特徴とする請求項３記載の傾き調整装置。
【請求項５】
前記凸球面および凹球面は、その球の中心が前記パターン面の中心と一致するように形成され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傾き調整装置。
【請求項６】
前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されてい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傾き調整装置。
【請求項７】
前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されてい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傾き調整装置。
【請求項８】
前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、
前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記変位手段を制御し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項３記載の傾き調整装置。
【請求項９】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、
前記型に対して傾きが固定された凸球面を有する凸球面座と、
前記凸球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凸球面と当接する凹球面を有する凹球面座と、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１０】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、
前記型に対して傾きが固定された凹球面を有する凹球面座と、
前記凹球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凹球面と当接する凸球面を有する凸球面座と、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１１】
前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位手段を具備することを特徴とする請求項９又は１０記載の傾き調整装置。
【請求項１２】
前記変位手段は、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具と、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなることを特徴とする請求項１１記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記凸球面および凹球面は、その球の中心が前記パターン面の中心と一致するように形成され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パターン形成装置。
【請求項１４】
前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されてい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パターン形成装置。
【請求項１５】
前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されてい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パターン形成装置。
【請求項１６】
前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、
前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記変位手段を制御し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１１記載のパターン形成装置。
【請求項１７】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、
前記型に対して傾きが固定された断面が凸円弧状の第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、
断面が前記第１凸円弧面と同径の凹円弧状であると共に、前記第１凸円弧面と当接する第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、
前記第１凹円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ前記第１凹円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凸円弧面を有する第２凸円弧面座と、
前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凸円弧面と同径かつ凹円弧状の第２凹円弧面を有し、前記第２凸円弧面と当接する第２凹円弧面座と、
を具備することを特徴とする傾き調整装置。
【請求項１８】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、
前記型に対して傾きが固定された断面が凹円弧状の第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、
断面が前記第１凹円弧面と同径の凸円弧状であると共に、前記第１凹円弧面と当接する第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、
前記第１凸円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凹円弧状でかつ前記第１凸円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凹円弧面を有する第２凹円弧面座と、
前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凹円弧面と同径かつ凸円弧状の第２凸円弧面を有し、前記第２凹円弧面と当接する第２凸円弧面座と、
を具備することを特徴とする傾き調整装置。
【請求項１９】
前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１変位手段と、
前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第２変位手段と、
を具備することを特徴とする請求項１７又は１８記載の傾き調整装置。
【請求項２０】
前記第１変位手段は、互いに対向する方向に前記第１凸円弧面座又は前記第１凹円弧面座を押圧し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具からなり、
前記第２変位手段は、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記第２凸円弧面座又は前記第２凹円弧面座を押圧し、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなることを特徴とする請求項１９記載の傾き調整装置。
【請求項２１】
前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の傾き調整装置。
【請求項２２】
前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の傾き調整装置。
【請求項２３】
前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、
前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記第１の変位手段および前記第２の変位手段を制御し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる変位量および前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１９記載の傾き調整装置。
【請求項２４】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、
前記型に対して傾きが固定された断面が凸円弧状の第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、
断面が前記第１凸円弧面と同径の凹円弧状であると共に、前記第１凸円弧面と当接する第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、
前記第１凹円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ前記第１凹円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凸円弧面を有する第２凸円弧面座と、
前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凸円弧面と同径かつ凹円弧状の第２凹円弧面を有し、前記第２凸円弧面と当接する第２凹円弧面座と、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２５】
所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、
前記型に対して傾きが固定された断面が凹円弧状の第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、
断面が前記第１凹円弧面と同径の凸円弧状であると共に、前記第１凹円弧面と当接する第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、
前記第１凸円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凹円弧状でかつ前記第１凸円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凹円弧面を有する第２凹円弧面座と、
前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凹円弧面と同径かつ凸円弧状の第２凸円弧面を有し、前記第２凹円弧面と当接する第２凸円弧面座と、
前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、
を具備することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２６】
前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１変位手段と、
前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第２変位手段と、
を具備することを特徴とする請求項２４又は２５記載のパターン形成装置。
【請求項２７】
前記第１変位手段は、互いに対向する方向に前記第１凸円弧面座又は前記第１凹円弧面座を押圧し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具からなり、
前記第２変位手段は、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記第２凸円弧面座又は前記第２凹円弧面座を押圧し、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなることを特徴とする請求項２６のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項２８】
前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項２４ないし２６のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項２９】
前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項２４ないし２６のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項３０】
前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、
前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記第１の変位手段および前記第２の変位手段を制御し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる変位量および前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項２６記載のパターン形成装置。
【請求項３１】
前記凸球面の法線方向に前記凸球面座と前記凹球面座とを固着する固定手段を具備することを特徴とする請求項３記載の傾き調整装置。
【請求項３２】
前記凸球面の法線方向に前記凸球面座と前記凹球面座とを固着する固定手段を具備することを特徴とする請求項１１記載のパターン形成装置。
【請求項３３】
前記第１凸円弧面の法線方向に前記第１凸円弧面座と前記第１凹円弧面座とを固着する第１の固定手段と、
前記第２凸円弧面の法線方向に前記第２凸円弧面座と前記第２凹円弧面座とを固着する第２の固定手段と、
を具備することを特徴とする請求項１９記載の傾き調整装置。
【請求項３４】
前記第１凸円弧面の法線方向に前記第１凸円弧面座と前記第１凹円弧面座とを固着する第１の固定手段と、
前記第２凸円弧面の法線方向に前記第２凸円弧面座と前記第２凹円弧面座とを固着する第２の固定手段と、
を具備することを特徴とする請求項２６記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、加工対象物と型の傾き調整装置およびこれを用いたパターン形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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。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するものである。【０００３】
この方法により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。【０００４】
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、極紫外光(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。【０００５】
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、この様な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価となる(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。【０００６】
この様な装置の大型化やプロセスコストの高騰に鑑み、超微細なパターンを基板上に形成する別の手法として、ナノインプリンティングプロセス技術が開発されている(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。)。【０００７】
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、基板等の加工対象物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、その状態で金型を加工対象物面に押し付けて型の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と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パターン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。)。【０００８】
更には、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。【０００９】
このようなナノインプリンティングプロセス技術による１００μｍ以下の微細加工においては、金型と加工対象物との傾き調整は非常に重要である。なぜなら、金型が加工対象物に対して傾いていると、均一な力で金型を加工対象物に押し付けても、傾きによって金型が片当たりし、加工対象物の表面に金型の形状を正確に転写することができないからである。光学素子や流体素子などのように、素子の深さ方向の加工精度が素子の性能を左右する場合、この傾きによる成形精度の低下は致命的である。【００１０】
従来、この傾きの補正をするために、シムを用いて手動で金型を加工対象物に対して平行にする方法がある。また、ピエゾ素子を用いて金型を加工対象物に対して平行にする方法もある。また、金型保持手段に多自由度リンク機構を設けて、押し付け時に自動的に金型を加工対象物に対して平行にする方法もある。更に、金型自体を自由に変形する薄板で構成し、それを静水圧で押し付け、加工対象物の形状に沿って均一な押圧力を発生させるものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、シムを用いる方法では、様々な厚みのシムを用意する必要がある他、現在の調整状態をひと目で把握することができないという問題があった。【００１２】
また、ピエゾ素子を用いる方法では、力が素子に直接加わるので、素子が壊れやすく耐久性が低いという問題があった。【００１３】
また、金型保持手段に多自由度リンク機構を設ける方法では、金型が基板から受ける力によって平行状態に保持するため、パターンが均一でない場合には、基板から受ける力が不均一になって金型と基板が平行にならず、結果として成形精度の低下を生じるという問題があった。【００１４】
また、金型自体を自由に変形する薄板で構成し、それを静水圧で押し付ける方法では、成形加工時に金型を成形基板に押し付けながら傾き調整を行うため、傾きを補正できる一定以上の押圧力が必要になり、その押圧力以下で成形する加工対象物には適用できないという問題があった。【００１５】
更に、従来の方法では、調整機構が押圧手段から力を受ける部分にあり、大きな力がかかると調整機構が変形したり破壊したりするため、精度や強度の点で問題があった。【００１６】
そこで本発明は、従来のものよりも精度が高く、強度の高い、傾き調整装置およびこれを用いたパターン形成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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の傾き調整装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、前記型に対して傾きが固定された凸球面を有する凸球面座と、前記凸球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凸球面と当接する凹球面を有する凹球面座と、を具備することを特徴とする。また、本発明の第１の傾き調整装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型と前記加工対象物との傾きを調整する傾き調整装置であって、前記型に対して傾きが固定された凹球面を有する凹球面座と、前記凹球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凹球面と当接する凸球面を有する凸球面座と、を具備するようにしても良い。【００１８】
この場合、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位手段を具備する方が好ましい。また、前記変位手段は、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具と、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなる方が好ましい。また、前記凸球面および凹球面は、その球の中心が前記パターン面の中心と一致するように形成される方が好ましい。また、前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより硬度の高い表面処理層か、または、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されている方が好ましい。また、前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記変位手段を制御し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を具備する方が好ましい。また、前記凸球面の法線方向に前記凸球面座と前記凹球面座とを固着する固定手段を具備する方が好ましい。【００１９】
本発明の第１のパターン形成装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、前記型に対して傾きが固定された凸球面を有する凸球面座と、前記凸球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凸球面と当接する凹球面を有する凹球面座と、前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、を具備することを特徴とするものである。また、本発明の第１ののパターン形成装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、前記型に対して傾きが固定された凹球面を有する凹球面座と、前記凹球面と同径で前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、前記凹球面と当接する凸球面を有する凸球面座と、前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、を具備するようにしても良い。【００２０】
この場合、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位手段を具備する方が好ましい。また、前記変位手段は、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具と、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記凸球面座又は前記凹球面座を押圧し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなる方が好ましい。また、前記凸球面および凹球面は、その球の中心が前記パターン面の中心と一致するように形成される方が好ましい。前記凸球面および凹球面の少なくとも一方は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されているか、または、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されている方が好ましい。また、前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記変位手段を制御し、前記凸球面と前記凹球面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を具備する方が好ましい。また、前記凸球面の法線方向に前記凸球面座と前記凹球面座とを固着する固定手段を具備する方が好ましい。【００２１】
本発明の第２の傾き調整装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型に対して傾きが固定された断面が凸円弧状の第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、断面が前記第１凸円弧面と同径の凹円弧状であると共に、前記第１凸円弧面と当接する第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、前記第１凹円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ前記第１凹円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凸円弧面を有する第２凸円弧面座と、前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凸円弧面と同径かつ凹円弧状の第２凹円弧面を有し、前記第２凸円弧面と当接する第２凹円弧面座と、を具備することを特徴とする。また、本発明の第２の傾き調整装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置において、前記型に対して傾きが固定された断面が凹円弧状の第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、断面が前記第１凹円弧面と同径の凸円弧状であると共に、前記第１凹円弧面と当接する第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、前記第１凸円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ前記第１凸円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凹円弧面を有する第２凹円弧面座と、前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凹円弧面と同径かつ凸円弧状の第２凸円弧面を有し、前記第２凹円弧面と当接する第２凸円弧面座と、を具備するようにしても良い。【００２２】
この場合、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１変位手段と、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第２変位手段とを具備する方が好ましい。また、前記第１変位手段は、互いに対向する方向に前記第１凸円弧面座又は前記第１凹円弧面座を押圧し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具からなり、前記第２変位手段は、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記第２凸円弧面座又は前記第２凹円弧面座を押圧し、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなる方が好ましい。また、前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されているか、または、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されている方が好ましい。また、前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記第１の変位手段および前記第２の変位手段を制御し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる変位量および前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を具備する方が好ましい。また、前記第１凸円弧面の法線方向に前記第１凸円弧面座と前記第１凹円弧面座とを固着する第１の固定手段と、前記第２凸円弧面の法線方向に前記第２凸円弧面座と前記第２凹円弧面座とを固着する第２の固定手段と、を具備する方が好ましい。【００２３】
本発明の第２のパターン形成装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、前記型に対して傾きが固定された断面が凸円弧状の第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、断面が前記第１凸円弧面と同径の凹円弧状であると共に、前記第１凸円弧面と当接する第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、前記第１凹円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ前記第１凹円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凸円弧面を有する第２凸円弧面座と、前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凸円弧面と同径かつ凹円弧状の第２凹円弧面を有し、前記第２凸円弧面と当接する第２凹円弧面座と、前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、を具備することを特徴とする。また、本発明の第２のパターン形成装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写するパターン形成装置であって、前記型に対して傾きが固定された断面が凹円弧状の第１凹円弧面を有する第１凹円弧面座と、断面が前記第１凹円弧面と同径の凸円弧状であると共に、前記第１凹円弧面と当接する第１凸円弧面を有する第１凸円弧面座と、前記第１凸円弧面に対して傾きが固定されると共に、断面が凹円弧状でかつ前記第１凸円弧面の軸方向と平行でない所定の方向に形成された第２凹円弧面を有する第２凹円弧面座と、前記加工対象物に対して傾きが固定されると共に、断面が第２凹円弧面と同径かつ凸円弧状の第２凸円弧面を有し、前記第２凹円弧面と当接する第２凸円弧面座と、前記型と前記加工対象物とを押圧する押圧手段と、を具備するようにしても良い。【００２４】
この場合、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１変位手段と、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第２変位手段とを具備する方が好ましい。また、前記第１変位手段は、互いに対向する方向に前記第１凸円弧面座又は前記第１凹円弧面座を押圧し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる第１の調整具及び第２の調整具からなり、前記第２変位手段は、前記第１の調整具及び第２の調整具の押圧方向と直交する方向であって、互いに対向する方向に前記第２凸円弧面座又は前記第２凹円弧面座を押圧し、前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる第３の調整具及び第４の調整具と、からなる方が好ましい。また、前記第１凸円弧面、前記第１凹円弧面、前記第２凸円弧面、前記第２凹円弧面の少なくとも１以上は、それらより硬度の高い表面処理層が形成されているか、または、それらより摩擦係数の低い表面処理層が形成されている方が好ましい。また、前記型と前記加工対象物との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、前記傾き検知手段が検知した傾きに基づいて前記第１の変位手段および前記第２の変位手段を制御し、前記第１凸円弧面と前記第１凹円弧面とを相対的に変位させる変位量および前記第２凸円弧面と前記第２凹円弧面とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を具備する方が好ましい。また、前記第１凸円弧面の法線方向に前記第１凸円弧面座と前記第１凹円弧面座とを固着する第１の固定手段と、前記第２凸円弧面の法線方向に前記第２凸円弧面座と前記第２凹円弧面座とを固着する第２の固定手段と、を具備する方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のパターン形成装置を示す概略正面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢印方向を見た断面側面図である。
【図３】本発明のパターン形成装置の要部を示す概略正面図である。
【図４】型保持手段の要部を示す概略断面図である。
【図５】本発明のパターン形成装置の要部を示す一部断面図である。
【図６】図３のII-II線矢印方向を見た断面図である。
【図７】本発明のパターン形成装置の第２実施例の要部を示す正面図である。
【図８】本発明のパターン形成装置の第２実施例の要部を示す側面図である。
【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。
【実施例１】
【００２７】
本発明のパターン形成装置１０は、装置本体１５と、加工対象物２００に転写するための所定のパターンが形成されている型１００と、加工対象物２００を保持するための対象物保持手段２０と、型１００を保持するための型保持手段４０と、型１００を加工対象物２００に押圧するための押圧手段５０と、型１００に対して傾きが固定された凸球面４６を有する凸球面座４７と、凸球面４６と同径で加工対象物２００に対して傾きが固定されると共に、凸球面４６と当接する凹球面５５を有する凹球面座５７と、凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させる変位手段６０と、で主に構成される。また、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、傾き検知手段が検知した傾きに基づいて変位手段６０の変位を制御する制御手段と、を更に加えて傾きの調整を自動で行うように構成する場合もある。なお、凸球面座４７と、凹球面座５７と、変位手段６０と、で傾き調整装置を構成する。【００２８】
装置本体１５は、図１、図２に示すように、上面側に対象物保持手段２０を支持する板状の基台１６と、基台１６の上面両端部に平行に固定される側壁１７と、この側壁１７と直行する方向であって、側壁１７の上面両端部に平行に固定されると共に、型保持手段４０を支持する上部ベース１８とで構成される。また、装置本体１５は、熱伝導性が低く、外力や周囲の温度等により変形し難い剛性の高い材料、例えばグラナイト等の石により形成されている。これにより、周囲の環境の変化によって対象物保持手段２０と型保持手段４０との位置関係の誤差の発生を可及的に防止することができる。【００２９】
また、装置本体１５は、基台１６の下部に形成される免震機構１６ａを介して地面等に設置される。これにより、人が歩く振動や他の装置によって生じる振動等、周辺環境から生じる微小な振動の装置本体１５への伝達を防止することができる。【００３０】
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、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、例えばフィルム等であっても勿論良い。【００３１】
型１００は、図４に示すように、その下面に、所定のパターンを形成するための凹凸１０１が形成されたパターン面１００ａを有している。この凹凸１０１は、型１００をニッケル等の金属やセラミックス、ガラス状カーボン等の炭素素材などで形成し、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を有した型１００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。この凹凸１０１の幅は、用いられる加工対象物２００の種類にもよるが、１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下に形成される。なお、この型１００は、後述する型保持手段４０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。【００３２】
対象物保持手段２０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あり、上面に保持面２１ａを有した保持ステージ２１を備えている。【００３３】
この保持ステージ２１には、保持面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、保持面２１ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる構成となっている。【００３４】
また、図３に示すように、保持ステージ２１の下部には保持した加工対象物２００を加熱するための対象物加熱手段、例えばヒータ２２を備えている。このヒータ２２は、図示しないコントローラにより、保持ステージ２１上の加工対象物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。【００３５】
また、対象物保持手段２０は、ヒータ２２の下部に断熱材２３（断熱手段）を介して冷却手段２４を有しており、ヒータ２２で発生した熱が後述するθステージ２５側に伝わるのを抑制することができる。したがって、移動機構３０や装置本体１５が熱により変形して、型１００のパターンと基板との間に誤差が生じるのを防止することができる。断熱材２３としては、熱伝導を妨げるものであればどのような材料でもよく、金属やセラミック等を用いることができるが、好ましくは熱伝導率が０．３Ｗ/ｍ・ｋ以下、更に好ましくは０．２５Ｗ/ｍ・ｋ以下の材料を用いるのが好ましい。冷却手段２４としては、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属の内部に流路を形成し、この流路内に冷却水等の冷媒を流すように構成したものを用いることができる。この冷却手段２４は、例えば図示しないコントローラに接続され、θステージ２５側の温度を検出する温度検出手段の検出信号に基づいて、θステージ２５側の温度が急激に上がるのを抑えるように制御する構成とすることもできる。なお、熱がθステージ２５側に伝わるのを防止することができるものであれば、ペルチェ素子等の他の手段を用いることも勿論可能である。【００３６】
更に、対象物保持手段２０は、対象物保持手段２０を加工対象物２００上面に平行な面内で所定の方向（以下、Ｙ方向と称する）に直線移動可能なＹ方向移動手段３２と、加工対象物２００上面に平行な面内で回転可能な回転手段３３と、によって２方向に変位可能に形成されている。【００３７】
Ｙ方向移動手段３２は、例えば、対象物保持手段２０および後述するθステージ３３ａを保持するＹステージ３２ａと、基台１６に固定されると共にＹステージ３２ａにＹ方向の駆動力を与えるリニアモータＬＭ２と、基台１６に固定されると共にＹステージ３２ａをＹ方向に移動可能に支持するリニアガイドＬＧ２とで構成されている。また、Ｙステージ３２ａ、リニアモータＬＭ２、リニアガイドＬＧ２は、剛性の高い材料が用いられており、型１００のパターンと加工対象物２００との間に誤差が生じるのを防止することができる。【００３８】
このようにＹ方向移動手段３２を構成することにより、リニアモータＬＭ２の駆動によって対象物保持手段２０に保持される加工対象物２００をＹ方向に任意の距離で正確に移動することができる。【００３９】
なお、Ｙ方向移動手段３２の駆動には、リニアモータＬＭ２を用いる場合について説明したが、加工対象物２００をＹ方向に移動することができるものであれば、これに限られるものではなく、例えばＹステージ３２ａを、基台１６に固定されたボールネジに連結し、ボールネジに連結された回転式モータの駆動によって移動するものを用いてもよい。【００４０】
回転手段３３は、Ｙステージ３２ａ上に設けられ、対象物保持手段２０を保持するθステージ３３ａと、このθステージ３３ａを回転方向（以下θ方向と称する）に回転可能なモータ（図示無し）、例えばステッピングモータと、ステッピングモータの回転角度を検出し、後述する制御手段にその検出情報を伝達可能なエンコーダ(図示無し)とで構成されている。また、θステージ３３ａは、剛性の高い材料が用いられており、型１００のパターンと加工対象物２００との間に誤差が生じるのを防止することができる。【００４１】
このように回転手段３３を構成することにより、エンコーダによる検出情報に基づいて制御手段がモータＭの駆動を制御し、対象物保持手段２０に保持される加工対象物２００を回転方向に任意の角度で正確に回転することができる。【００４２】
型保持手段４０は、図３に示すように、型１００を保持するための型保持部４１を一端に有すると共に、他端側に凸球面座４７が固定されている。【００４３】
凸球面座４７は、型１００に対して傾きが固定されると共に、型１００のパターン面１００ａの中心を中心点とする凸球面４６を有するものである。凸球面４６は、図３に示すように、型保持手段４０の側面から鍔状に張り出した凸球面座４７の上面に形成すれば良い。この凸球面座４７の材料としては、炭素鋼、金型鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、タングステン、モリブデンなどの種々の金属や合金を用いることができる。【００４４】
また、凸球面座４７には、図５に示すように、凸球面座４７と凹球面座５７とを固着する固定手段、例えばボルト５９と、このボルトを通す貫通孔４８が形成されている。この場合、ボルトによって、凸球面４６の法線方向に凸球面座４７と凹球面座５７とを締結（固着）すると、凸球面４６と凹球面５５とのずれを防止できる点で好ましい。【００４５】
なお、凸球面座４７を型保持手段４０の上端部に一体にして設けることも勿論可能である。【００４６】
型保持部４１は、図４に示すように、型１００を保持する保持面４１ａに、複数の吸着用電極４５が型１００に対して面接触するように設けられており、この吸着用電極４５に図示しない電源から電圧を印加することで静電力を発生する。そして、この吸着用電極４５の静電力によって型１００の上面を吸着保持することができる。ここで、吸着用電極４５と型１００の上面の平面度を高く形成することにより型１００と吸着用電極４５との密着度を高めることができるので、型１００を型保持部４１にねじやクランプ金具等で固定する構造に比較して、型保持部４１から型１００への熱伝導を効率よく行うことができる。なお、金具１００の保持は、ネジやクランプ金具等の締結具で型保持部４１に固定する構造、溶接等により型保持部４１に接合する構造、真空吸着により型保持部４１に吸着保持する構造、型保持部４１に嵌着する構造を用いることも、もちろん可能である。【００４７】
また、型保持手段４０には、型１００を加熱する型加熱手段、例えばヒータ４２が内蔵されている。このヒータ４２としては、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。そして、ヒータ電極に図示しない電源から電流を流すと、型保持部４１に保持された型１００の温度が上昇し、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１００℃／秒で温度が上昇する、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。【００４８】
また、型保持手段４０は、図３に示すように、ヒータ４２の上方側に、冷却ブロック(型冷却手段)４３を一体に備えることもできる。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が形成されている。そして、この流路４４に、冷却水等の冷媒を流すことで、型１００を冷却することができるようになっている。【００４９】
また、型保持手段４０は、図３に示すように、型保持部４１の他端側に、圧電素子７１と、圧電素子７１の下面に取り付けられた超音波ホーン７２とから構成される超音波振動部７０を備えている。ここで、圧電素子７１は図示しない駆動回路により交流電圧が加えられたときに、その交流電圧の周波数で、縦方向、つまり、Ｚステージ５４と型保持部４１を結ぶ方向(型１００が加工対象物２００から離間する方向)の振動を発生する。また、超音波ホーン７２は、圧電素子７１に接している上端７２ａが固定端、下端７２ｂが自由端となっている。これにより、圧電素子７１が振動すると、自由端となっている超音波ホーン７２の下端７２ｂにおいて振動が増幅され、超音波ホーン７２の下端７２ｂに取り付けられた型１００において、その振幅が最大となるように構成されている。このように、超音波ホーン７２は、固定端となっている上端７２ａに対し、自由端となっている下端７２ｂの振動が大きい(最大振幅となる)ため、上端７２ａについては、ボルト等の適宜の機械的締結部材で固定することが可能であるが、下端７２ｂは、機械的締結部材を用いるとこれが振動で折損してしまう可能性がある。このため、型保持部４１は、超音波ホーン７２の下端７２ｂに対し、機械的締結部材を用いず、接着、低融点金属等を用いた融着(はんだ付け、ろう付け等を含む)、あるいは一般的な溶接等により固定されるようになっている。【００５０】
ところで、型１００を型保持部４１に静電力で吸着させる構成とし、加工対象物２００を保持ステージ２１に静電力で吸着させる構成とすることも考えられる。しかし、そのような構成とすると、型１００で加工対象物２００を成形するときに、型保持部４１が保持ステージ２１に近接したときに型１００と加工対象物２００の間で電荷が移動してしまい、その後に型１００を加工対象物２００から離間させると、型１００または加工対象物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。したがって、型１００を型保持部４１に静電力で吸着させる場合には、加工対象物２００を静電力以外の方法で保持ステージ２１に保持する方が好ましく、また、加工対象物２００を保持ステージ２１に静電力で吸着させる場合には、型１００を静電力以外の方法で型保持部４１に保持する方が好ましい。【００５１】
更に、型保持手段４０は、加工対象物２００上面に平行な面内で型保持手段４０をＹ方向と交差する方向（以下、Ｘ方向と称する）に相対的に直線移動可能なＸ方向移動手段３１によって変位可能に形成されている。なお、Ｘ方向移動手段３１とＹ方向移動手段とは、直交する方が好ましい。【００５２】
Ｘ方向移動手段３１は、例えば、２つの上部ベース１８を囲む略方形筒状に形成され、型保持手段４０を保持するＸステージ３１ａと、各上部ベース１８に平行に固定され、Ｘステージ３１ａにＸ方向の駆動力を与えるリニアモータＬＭ１と、各上部ベース１８に平行に固定され、Ｘステージ３１ａをＸ方向に移動可能に支持するリニアガイドＬＧ１とで構成されている。また、Ｘステージ３１ａの下面には、型保持手段４０を通すことができる穴が形成されている。これらＸステージ３１ａ、リニアモータＬＭ１、リニアガイドＬＧ１は、剛性の高い材料が用いられており、型１００のパターンと加工対象物２００との間に誤差が生じるのを防止することができる。【００５３】
Ｘ方向移動手段３１をこのように構成することにより、リニアモータＬＭ１の駆動によって型保持部４１に保持される型１００をＸ方向に任意の距離で正確に移動することができる。【００５４】
なお、Ｘ方向移動手段３１の駆動には、リニアモータＬＭ１を用いる場合について説明したが、型１００をＸ方向に移動することができるものであれば、これに限られるものではなく、例えばＸステージ３１ａを、上部ベース１８に固定されたボールネジに連結し、ボールねじに連結された回転式モータの駆動によって移動するものを用いてもよい。【００５５】
また、Ｘステージ３１aには、移動機構冷却手段、例えば図示しないファンが設けられており、これにより、Ｘステージ３１ａ内に空気の流れを起こして装置１０内の熱を外部に逃がすことができる。したがって、装置１０を構成する部材が熱膨張等を起こすのを抑えて、型１００のパターンと加工対象物２００との間の正確な位置を制御することができる。【００５６】
また、型保持手段４０側にＸ方向移動手段を形成し、対象物保持手段２０側にＹ方向移動手段および回転手段３３を形成したのは、移動機構３０の構成を簡単にして、Ｘ方向移動手段、Ｙ方向移動手段、θ方向移動手段の精度を高めるためである。しかし、各移動手段を設ける場所は、型１００及び加工対象物２００を相対的に精度よく移動させることができるものであれば、型保持手段４０と対象物保持手段２０のどちら側に設けてもよく、例えば、型保持手段４０側、あるいは、対象物保持手段２０側に、Ｘ方向移動手段、Ｙ方向移動手段、θ方向移動手段の全てを一体的に設けることも可能である。【００５７】
押圧手段５０は、図２に示すように、凸球面座４７に当接する凹球面座５７に接続されており、凹球面座５７を押圧することにより、凸球面座４７および型保持手段４０を介して型１００のパターン面１００ａを加工対象物２００の表面に押圧するものである。【００５８】
この押圧手段５０は、図２に示すように、Ｘステージ３１ａ内部の上面と下面とに連結される複数本（ここでは４本）の支柱５３と、これら支柱５３に嵌合されてＸ方向及びＹ方向と直交する方向（以下Ｚ方向と称する）に上下動可能であると共に、型保持手段４０を通すことができる穴を有するＺステージ５４と、このＺステージ５４上に設けられた複数の支柱に支持され、型保持手段４０を跨ぐブラケット５６と、Ｘステージ３１ａとブラケット５６の上面とをＺ方向に連結するボールネジ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。また、ボールネジ５１の下端部とブラケット５６の上面はベアリング機構５８を介して連結されている。このように構成することにより、Ｚステージ５４は、回転することなく上下方向にのみ移動することができる。そして、これにともない型１００を保持する型保持部４１が上下し、保持ステージ２１上に保持される加工対象物２００に対し、接近・押圧及び離間することができる。【００５９】
更に、Ｚステージ５４の下面には、型保持手段４０の凸球面４６と同径の凹球面５５を有する凹球面座５７が設けられている。この凹球面座５７は、例えば図２に示すように、Ｚステージ５４と別体として設け、ボルトや溶接によって固定しても良いし、図示しないがＺステージ５４と一体に設けても良い。【００６０】
凹球面座５７は、凸球面４６に当接する凸球面４６と同径の凹球面５５を有する。また、凹球面５５は、押圧手段５０、装置本体１５、対象物保持手段２０を介して加工対象物に対して傾きが固定されている。この凹球面座５７の材料としては、炭素鋼、金型鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、タングステン、モリブデンなどの種々の金属や合金を用いることができる。また、凹球面５５は、固定手段例えばボルト５９によって凸球面４６と当接した状態で固定されている。このボルト５９は、凸球面４６側に設けられたボルト５９の直径よりもわずかに大きい径、より詳しくは、後述する変位手段６０によって型１００の傾きを調整する際に凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させる最大幅よりも大きい径の貫通孔４８を通して、凹球面５５側に設けられた雌ねじ４９と締結する。これにより、傾き調整時に凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させても、ボルト５９が型保持手段４０と干渉することがない。なお、ボルト５９を油圧又はサーボモータを利用したクランプ機構に置き換えれば、傾き調整を自動化することも可能である。【００６１】
凸球面座４７の凸球面４６及び凹球面座５７の凹球面５５には、摩耗防止のために凸球面４６又は凹球面５５の母材より硬度の高い表面処理層又は摩擦係数の低い表面処理層を形成する方が好ましい。この場合、硬度の向上を図る表面処理には、侵炭処理、窒化処理、クロムメッキ、ニッケルメッキの他、窒化クロム被膜、窒化チタン被膜、ダイヤモンドライクカーボン被膜等を形成する方法がある。また、摩擦係数の低減を図る表面処理には、テフロンコーティングやダイヤモンドライクカーボン被膜を形成する方法がある。更に、凸球面４６と凹球面５５との間に潤滑剤としてグリスを塗布する方が好ましい。特に、摺動抵抗を低減するため、テフロン系添加剤入りのグリスを使用するのが好ましい。【００６２】
変位手段６０は、図５、図６に示すように、例えば凹球面座５７に固定されたマイクロゲージ等の調整具によって構成される。この場合、互いに対向する方向に凸球面座４７の側面を押圧する第１のマイクロゲージ６１ａ（第１の調整具）及び第２のマイクロゲージ６１ｂ（第２の調整具）と、第１のマイクロゲージ６１ａ及び第２のマイクロゲージ６１ｂの押圧方向（以下Ａ方向と称する）と直交する方向（以下Ｂ方向と称する）であって、互いに対向する方向に凸球面座４７の側面を押圧する第３のマイクロゲージ６１ｃ（第３の調整具）及び第４のマイクロゲージ６１ｄ（第４の調整具）と、で構成すればよい。これにより、凸球面座４７の凸球面４６を凹球面座５７の凹球面５５に対して自由な方向に変位させることができ、それによって、型保持手段４０に保持される型１００と対象物保持手段２０に保持される加工対象物２００との相対的な傾きを調整することができる。なお、調整具の数や配置は種々変更が可能であり、３以上の調整具で少なくとも異なる３方向に凸球面座４７の側面を押圧するように構成すれば良い。また、調整具は、凸球面座４７の凸球面４６を凹球面座５７の凹球面５５に対して自由な方向に変位させることができるものであればどのようなものでもよく、例えばアクチュエータ等を用いることも可能である。【００６３】
なお、凸球面４６と凹球面５５とを固定手段で固着することなく自由に変位させることができる状態にすると共に、凸球面４６と凹球面５５に上述した摩擦係数の低い表面処理層を形成すれば、型１００と加工対象物２００とを押圧した際に凸球面４６と凹球面５５とが滑って変位し、型１００と加工対象物２００との傾きを受動的に変位させることができる。この場合、上述した変位手段６０は不要である。例えば、凹球面座の上に凸球面座を載置し、この凸球面座の上に加工対象物２００を保持する対象物保持手段２０を固定すれば良い。【００６４】
以下に、このようなパターン形成装置における型１００の傾き調整方法について説明する。【００６５】
まず、後述する傾き検知手段により型１００の傾きを検知する。そして、検知した傾き情報からＡ方向における型１００と加工対象物２００とのＺ方向に対する誤差である傾き調整幅ａ１を計算して求める。次に、この調整幅ａ１から第１又は第２のマイクロゲージが型保持手段４０の側面を押圧して調整する幅ａ２を計算して求める。例えば、調整幅ａ１がパターン面１００ａ上であってパターン面１００ａの中心からｒ離れた場所で計算されたものである場合には、
ａ２＝ａ１・Ｒ／ｒ
として計算すればよい。なお、式中、Ｒは型１００のパターン面１００ａの中心点から凸球面４６までの距離（凸球面４６の半径）を表す。Ｂ方向の傾き調整幅ｂ２もＢ方向における型１００と加工対象物２００との傾き調整幅ｂ１から同様に計算すればよい。【００６６】
そして、この調整幅ａ２、ｂ２に基づいて第１〜第４のマイクロゲージを調整し、凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させることにより型１００のパターン面１００ａと加工対象物２００との傾きを正確に調整することができる。【００６７】
なお、傾きを調整できる分解能は、マイクロゲージの分解能と、Ｒとｒの比により決まる。例えば、マイクロゲージの分解能が０．５μｍで、Ｒとｒの比が１０である場合には、型１００の傾きを調整できる最小分解能が５０ｎｍとなる。したがって、型１００の中心点から凸球面４６までの距離をより大きくするか、あるいは、より小さい分解能をもつマイクロゲージ（調整具）を用いることにより、傾き調整できる分解能を更に小さくできる。【００６８】
パターン形成装置は、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、傾き検知手段が検知した傾きに基づいて変位手段６０を制御し、凸球面４６と凹球面５５とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を更に加えて傾きの調整を自動で行うように構成することも可能である。【００６９】
傾き検知手段は、例えば型１００と加工対象物２００との間の距離を静電容量の変化によって測定可能な容量形電気マイクロメータによって構成される。この容量形電気マイクロメータによって、型１００のパターン面１００ａの同一直線上にない任意の３点と加工対象物２００の距離を測定することにより、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知することができる。なお、傾き検知手段は、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知することができるものであればどのようなものでもよく、例えば、エアマイクロメータ等を用いることも可能である。【００７０】
制御手段は、例えばＣＰＵ等を用いて、傾き検知手段が検知した傾きの情報に基づいて、第１のマイクロゲージ及び第２のマイクロゲージが凸球面座４７の側面をＡ方向に変位させる幅ａ２と、第３のマイクロゲージ及び第４のマイクロゲージが凸球面座４７の側面をＢ方向に変位させる幅ｂ２とを計算し、第１〜第４のマイクロゲージを制御して、凸球面４６と凹球面５５との相対的な変位を調整するように構成されている。【００７１】
具体的には、上述したように、Ａ方向における型１００と加工対象物２００の傾き調整幅がａ１である場合には、第１又は第２のマイクロゲージが調整する幅ａ２を、
ａ２＝ａ１・Ｒ／ｒ
として計算する。また、Ｂ方向における第３又は第４のマイクロゲージが調整する幅ｂ２もＢ方向における型１００と加工対象物２００の傾き調整幅ｂ１から同様に計算すればよい。このようにすることにより、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを自動で調整することができる。なお、凸球面４６と凹球面５５とを締結する締結手段はクランプ機構を用い、傾き調整する際に、制御手段の制御により凸球面４６と凹球面５５とを離隔するように構成することも可能である。【００７２】
なお、上記実施例では、型保持手段４０側に凸球面座４７を設け、押圧手段５０側に凹球面座５７を設ける構成について説明したが、型保持手段４０側に凹球面座を設け、押圧手段５０側に凸球面座を設ける構成とすることも可能である。【００７３】
また、上記実施例では、凸球面座４７と凹球面座５７とを型保持手段４０側に設ける場合について説明したが、これに限らず、凸球面座と凹球面座とを対象物保持手段２０側に設けることも勿論可能である。
【実施例２】
【００７４】
この発明の別の実施形態のパターン形成装置は、図７、図８に示すように、第１実施例のパターン形成装置における凸球面座４７、凹球面座５７、変位手段６０の代わりに、第１凸円弧面座１４２、第１凹円弧面座１４３、第２凸円弧面座１４４、第２凹円弧面座１５７、第１の変位手段１６０、第２の変位手段１７０を用いたものである。ここで、第１凸円弧面座１４２と、第１凹円弧面座（第２凸円弧面座）１４３と、第２凹円弧面座１５７と、第１の変位手段１６０と、第２の変位手段１７０とで傾き調整装置を構成する。なお、その他の部分については第１実施例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、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。【００７５】
型保持手段１４０は、型１００を保持するための型保持部４１を一端に有すると共に、他端側に第１凹円弧面座１４３と当接する第１凸円弧面座１４２が固定されている。【００７６】
第１凸円弧面座１４２は、型１００に対して傾きが固定されると共に、型１００のパターン面１００ａの中心を通る第１中心線を中心とする断面が凸円弧状の第１凸円弧面１１１を有するものである。また、第１凸円弧面座１４２は、図７、図８に示すように、型保持手段１４０の側面から鍔状に形成し、ボルトや溶接等によって締結すればよい。勿論型保持手段１４０と一体に設けることも可能である。また、第１凸円弧面座１４２を型保持手段１４０の上端部に設けることも勿論可能である。この第１凸円弧面座１４２の材料としては、炭素鋼、金型鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、タングステン、モリブデンなどの種々の金属や合金を用いることができる。【００７７】
第１凹円弧面座１４３は、断面が第１凸円弧面１１１と同径の凹円弧状であると共に、第１凸円弧面と当接する第１凹円弧面１１２を有する。また、第１凹円弧面座１４３は、第２凸円弧面座１４４と一体に設けられ、第１凹円弧面１１２と第２凸円弧面１１３との傾きが固定されている。なお、第１凹円弧面座１４３と第２凸円弧面座１４４とは必ずしも一体に設ける必要はなく、第１凹円弧面１１２と第２凸円弧面１１３との傾きが固定されるものであれば、ボルトや溶接等によって固定してもよい。【００７８】
第２凸円弧面座１４４は、第１凹円弧面１１２に対して傾きが固定されると共に、断面が凸円弧状でかつ第１凹円弧面１１２の軸方向（第１の中心線の方向）と平行でない所定の方向に形成された第２凸円弧面１１３を有する。ここで、第１凸円弧面１１１と第２凸円弧面１１３は、円弧の軸方向が直交するように設ける方が好ましい。また、第２凸円弧面１１３の軸は、型１００のパターン面１００ａの中心を通る方が好ましい。また、第１凸円弧面１１１と第２凸円弧面１１３の径を同一になるように形成しても良い。【００７９】
また、第２凸円弧面座１４４は、第１凸円弧面座１４２とは独立して形成され、中央に型保持手段１４０のヘッドを通すことができる穴を有している。ただし、第１凸円弧面座１４２を型保持手段１４０の上端部に設ける場合には、この穴は不要である。この第１凸円弧面座１４２と第１凹円弧面座１４３とは、第１の固定手段例えばボルト１５８によって第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２とが当接した状態で固定されている。このボルト１５８は、第１凸円弧面座１４２側に設けられたボルト１５８の直径よりもわずかに大きい径、より詳しくは、後述する第１の変位手段１６０によって型１００の傾きを調整する際に第１の凸円弧面１１１と第１の凹円弧面１１２とを相対的に変位させる最大幅よりも大きい径の貫通孔１４７を通して、第１凹円弧面座１４３側に設けられた雌ねじと締結する。【００８０】
これら第１凹円弧面座１４３、第２凸円弧面座１４４の材料としては、炭素鋼、金型鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、タングステン、モリブデンなどの種々の金属や合金を用いることができる。【００８１】
第２凹円弧面座１５７は、断面が第２凸円弧面１１３と同径かつ凹円弧状の第２凹円弧面１１４を有し、第２凸円弧面１１３と当接するように形成されている。また、第２凹円弧面１１４は、押圧手段５０、装置本体１５、対象物保持手段２０を介して加工対象物２００に対して傾きが固定されている。この第２凹円弧面座１５７の材料も第１凸円弧面座１４２、第１凹円弧面座１４３、第２凸円弧面座１４４と同様に、炭素鋼、金型鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、タングステン、モリブデンなどの種々の金属や合金を用いることができる。【００８２】
押圧手段１５０は、第２凹円弧面座１５７に接続されており、第２凹円弧面座１５７を押圧することにより、第２凸円弧面座１４４、第１凹円弧面座１４３、第１凸円弧面座１４２、型保持手段１４０を介して型１００のパターン面１００ａを加工対象物２００の表面に押圧するものである。例えば、第１実施例と同様に、第２凹円弧面座１５７をＺステージ５４の下面に形成すればよい。【００８３】
また、この第２凹円弧面１１４は、第２の固定手段例えばボルト１５９によって第２凸円弧面座１４４の第２凸円弧面１１３と当接した状態で固定されている。このボルト１５９は、第２凹円弧面座１５７側に設けられたボルト１５９の直径よりもわずかに大きい径、より詳しくは、後述する第２の変位手段１７０によって型１００の傾きを調整する際に第２の凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４とを相対的に変位させる最大幅よりも大きい径の貫通孔１４８を通して、第２凸円弧面座１４４側に設けられた雌ねじと締結する。【００８４】
第１の変位手段１６０は、図７に示すように、例えば互いに対向する方向に第１凸円弧面座１４２の側面を押圧する第１のマイクロゲージ１６１ａ（第１の調整具）及び第２のマイクロゲージ１６１ｂ（第２の調整具）とによって構成される。また、第１のマイクロゲージ１６１ａ及び第２のマイクロゲージ１６１ｂは、それぞれ第１凹円弧面座１４３の側面に固定され、第１凸円弧面座１４２の側面を押圧することにより、第１凸円弧面１１１を第１凹円弧面１１２に対して所定の第１の方向に変位させることができる。【００８５】
なお、調整具は、第１凸円弧面座１４２の第１凸円弧面１１１を第１凹円弧面座１４３の第１凹円弧面１１２に対して所定の第１の方向に変位させることができるものであればどのようなものでもよく、例えばアクチュエータ等を用いることも可能である。【００８６】
第２の変位手段１７０は、図８に示すように、第１の変位手段１６０が押圧する第１の方向と直交する第２の方向であって、互いに対向する方向に第２凸円弧面座１４４の側面を押圧する第３のマイクロゲージ１７１ｃ（第３の調整具）及び第４のマイクロゲージ１７１ｄ（第４の調整具）とによって構成される。また、第３のマイクロゲージ１７１ｃ及び第４のマイクロゲージ１７１ｄは、それぞれ第２凹円弧面座１５７に固定され、第２凸円弧面座１４４の側面を押圧することにより、第２凸円弧面１１３を第２凹円弧面１１４に対して第２の方向に変位させることができる。【００８７】
なお、調整具は、第２凸円弧面座１４４の第２凸円弧面１１３を第２凹円弧面座１５７の第２凹円弧面１１４に対して所定の第１の方向に変位させることができるものであればどのようなものでもよく、例えばアクチュエータ等を用いることも可能である。【００８８】
このように第２実施例では、互いに直交する方向の傾き調整を第１凸円弧面座１４２および第１凹円弧面座１４３と第２凸円弧面座１４４および第２凹円弧面座１５７とに分離することにより、製作誤差等によって生じる一方の傾き調整による他方の傾きへの干渉を排除することができ、より高精度な傾き調整を行うことができる。また、円弧面の加工の方が球面の加工より容易であるという利点もある。【００８９】
また、型保持手段１４０の第１凸円弧面１１１、第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３、第２凹円弧面１１４には、摩耗防止のためにそれぞれの母材より硬度の高い表面処理層又は摩擦係数の低い表面処理層を形成する方が好ましい。この場合、硬度の向上を図る表面処理には、侵炭処理、窒化処理、クロムメッキ、ニッケルメッキの他、窒化クロム被膜、窒化チタン被膜、ダイヤモンドライクカーボン被膜等を形成する方法がある。また、摩擦係数の低減を図る表面処理には、テフロンコーティングやダイヤモンドライクカーボン被膜を形成する方法がある。更に、第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２との間および第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４との間に潤滑剤としてグリスを塗布する方が好ましい。特に、摺動抵抗を低減するため、テフロン系添加剤入りのグリスを使用するのが好ましい。【００９０】
なお、第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４とを第１の固定手段、第２の固定手段で固定することなく自由に変位させることができる状態にし、更に、第１凸円弧面１１１、第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３、第２凹円弧面１１４に上述した摩擦係数の低い表面処理層を形成すれば、型１００と加工対象物２００とを押圧した際に第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４が滑って変位し、型１００と加工対象物２００との傾きを受動的に変位させることができる。この場合、上述した第１の変位手段１６０、第２の変位手段１７０は不要である。例えば、第２凹円弧面座の上に第２凸円弧面座を載置し、この第２凸円弧面座の上に第１凹円弧面座を固定し、更にこの第１凹円弧面座の上に第１凸円弧面座を載置し、この第１凸円弧面座の上に加工対象物２００を保持する対象物保持手段２０を固定すれば良い。【００９１】
なお、パターン形成装置は、第１実施例と同様に、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、傾き検知手段が検知した傾きに基づいて変位手段６０の変位を制御する制御手段と、を更に加えて傾きの調整を自動で行うように構成することも勿論可能である。【００９２】
次に、このようなパターン形成装置における型１００の傾き調整方法について説明する。【００９３】
まず、傾き検知手段により型１００の傾きを検知する。そして、検知した傾き情報から第１の方向における型１００と加工対象物２００とのＺ方向に対する誤差である傾き調整幅ｃ１を計算して求める。次に、この調整幅ｃ１から第１又は第２のマイクロゲージが型保持手段１４０の第１凸円弧面座１４２の側面を押圧して調整する幅ｃ２を計算して求める。例えば、調整幅ｃ１がパターン面１００ａ上であってパターン面１００ａの第１中心線からｒ１離れた場所で計算されたものである場合には、
ｃ２＝ｃ１・Ｒ１／ｒ１
として計算すればよい。なお、式中、Ｒ１は型１００のパターン面１００ａの中心線から第１凸円弧面１１１までの距離（第１凸円弧面１１１の半径）を表す。また、第３又は第４のマイクロゲージが第２凸円弧面座１４４の側面を押圧して調整する幅ｄ２は、第２の方向における型１００と加工対象物２００との傾き調整幅をｄ１、型１００のパターン面１００ａの中心線から第２凸円弧面１１３までの距離（第２凸円弧面１１３の半径）をＲ２とすると、調整幅ｄ１がパターン面１００ａ上であってパターン面１００ａの第２中心線からｒ２離れた場所で計算されたものである場合には、
ｄ２＝ｄ１・Ｒ２／ｒ２
として計算すればよい。【００９４】
そして、この調整幅ｃ２、ｄ２に基づいて第１〜第４のマイクロゲージ１６１ａ〜１６１ｄを調整し、第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４を相対的に変位させることにより型１００のパターン面１００ａと加工対象物２００との傾きを正確に調整することができる。【００９５】
なお、第２実施例のパターン形成装置は、第１実施例と同様に、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを検知する傾き検知手段と、傾き検知手段が検知した傾きに基づいて第１の変位手段１６０および第２の変位手段１７０を制御し、第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２とを相対的に変位させる変位量および第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４とを相対的に変位させる変位量を調節する制御手段と、を更に加えて傾きの調整を自動で行うように構成することも勿論可能である。【００９６】
この場合、制御手段は、例えばＣＰＵ等を用いて、傾き検知手段が検知した傾きの情報に基づいて、第１のマイクロゲージ及び第２のマイクロゲージが第１凸円弧面座１４２の側面を第１の方向に変位させる幅ｃ２と、第３のマイクロゲージ及び第４のマイクロゲージが第２凸円弧面座１４４の側面を第２の方向に変位させる幅ｄ２とを計算し、第１〜第４のマイクロゲージを制御して、第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２、第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４との相対的な変位を調整するように構成すればよい。【００９７】
具体的には、上述したように、第１の方向における型１００と加工対象物２００の傾き調整幅がｃ１である場合には、型１００のパターン面１００ａの中心線から第１凸円弧面１１１までの距離（第１凸円弧面１１１の半径）をＲ１として、第１又は第２のマイクロゲージが調整する幅ｃ２を、
ｃ２＝ｃ１・Ｒ１／ｒ１
として計算する。また、第２の方向における第３又は第４のマイクロゲージが調整する幅ｄ２も第２の方向における型１００と加工対象物２００の傾き調整幅ｄ１と、型１００のパターン面１００ａの中心線から第２凸円弧面１１３までの距離（第１凸円弧面１１１の半径）Ｒ２とから、
ｄ２＝ｄ１・Ｒ２／ｒ２
として計算すればよい。【００９８】
このようにすることにより、型１００と加工対象物２００との相対的な傾きを自動で調整することができる。なお、第１凸円弧面座１４２と第１凹円弧面座１４３、および第２凸円弧面座１４４と第２凹円弧面座１５７とを締結する締結手段はクランプ機構を用い、傾き調整する際に、制御手段の制御により第１凸円弧面１１１と第１凹円弧面１１２、および第２凸円弧面１１３と第２凹円弧面１１４とを離隔するように構成することも可能である。【００９９】
なお、上記実施例では、型保持手段４０側から順に、第１凸円弧面座１４２、第１凹円弧面座１４３、第２凸円弧面座１４４、第２凹円弧面座１５７を設ける構成について説明したが、型保持手段４０側から順に、第１凹円弧面座、第１凸円弧面座、第２凹円弧面座、第２凸円弧面座を設ける構成とすることも可能である。【０１００】
また、上記実施例では、第１凸円弧面座１４２、第１凹円弧面座１４３、第２凸円弧面座１４４、第２凹円弧面座１５７を型保持手段４０側に設ける場合について説明したが、これに限らず、第１凸円弧面座、第１凹円弧面座、第２凸円弧面座、第２凹円弧面座を対象物保持手段２０側に設けることも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明により、簡単な操作で型と加工対象物との傾きを高精度に調整することができる。また、型と加工対象物との間に働く押圧力の影響がない位置に変位手段（第１の調整具、第２の調整具、第３の調整具、第４の調整具）を配置することができるので、変位手段が変形することがなく、長期間使用しても高精度に傾きの調整を行うことができる。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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