(57)【要約】ナノインプリントシステム（１）は、シェル処理部（２）、予備加熱部（３）、加熱部（４）、プレス装置（５）、および冷却部（６）を有する。シェル処理部（２）にて、ワークにスタンパを対向させてシェル内に封止し、シェルを予備加熱部（３）で予め加熱して、加熱部（４）で加熱して、プレス装置（５）へ送り込む。プレス装置（５）では、シェルを加圧することでスタンパをワークに押し付け微細な凹凸構造をワークに転写する。プレス装置（５）から取り出されたシェルが冷却部（６）にて冷却されてシェル処理部（２）で製品が取り出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹凸構造を有する型に媒体を対向させた組立体を収容し、該組立体を封止する密閉容器と、
この密閉容器を外側から加圧して上記媒体に上記型を押し付けて、上記凹凸構造を上記媒体に転写するプレス装置と、
を有することを特徴とするナノインプリントシステム。
【請求項２】
上記密閉容器を上記プレス装置に投入する前に加熱する加熱部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントシステム。
【請求項３】
上記プレス装置は、上記密閉容器を加圧すると同時に加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のナノインプリントシステム。
【請求項４】
上記プレス装置から取り出した上記密閉容器を冷却する冷却部をさらに有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のナノインプリントシステム。
【請求項５】
上記密閉容器内に封止する前の上記型および媒体を位置決めする位置決め機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントシステム。
【請求項６】
上記型および媒体を封止した後、上記密閉容器を真空引きする真空機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントシステム。
【請求項７】
上記シート材は、上記型の凹凸構造に接する面に、１方向に延びた複数の切れ目を有することを特徴とする請求項６に記載のナノインプリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、例えば、薄膜、シート材、板材などの媒体（以下、ワークと称する場合もある）に、マイクロメートルオーダー、さらにはナノメートルオーダーの凹凸をプリントするナノインプリントシステムに関する。
【背景技術】  近年、特殊且つ微細な多数のレンズ構造を有する光学フィルタ、ＤＮＡやたんぱく質を分離・解析するバイオチップ、記憶装置用のパターンド・メディアなどを製造する技術、或いは半導体や半導体用配線基板の回路を形成する技術として、ナノインプリント技術が注目されつつある。
例えば、ナノインプリント技術を用いた製造装置として、サイバックス社製のナノインプリント装置（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｖａｘ．ｃｏｍ）が知られている。この装置を用いて材料表面に微細な凹凸構造を印刷する場合、装置に材料をセットし、材料を加熱しながら微細な凹凸構造を有する金型を材料に押し付ける。そして、材料を十分に冷却した後、金型を材料から離型し、装置から製品を取り出す。
この装置では、１つの製品を製造する度に、装置内で材料を加熱および冷却する必要があるため、多くの製造時間を要し、製品価格が高くなる問題があった。
特に、ナノメートルオーダーの微細な凹凸構造を材料に転写する場合、金型と材料との間に存在するガスを除去するため、真空チャンバ内に材料をセットして凹凸構造を転写する必要があり、材料を真空チャンバ内に出し入れする度に真空引きする工程が必要となり、さらに多くの時間を要することになる。
【発明の開示】
この発明の目的は、製造時間を短縮でき、製品価格を低く抑えることができるナノインプリントシステムを提供することにある。
この発明のナノインプリントシステムは、微細な凹凸構造を有する型にシート材を対向させた組立体を収容し、該組立体を封止する密閉容器と、この密閉容器を外側から加圧して上記シート材に上記型を押し付けて、上記凹凸構造を上記シート材に転写するプレス装置と、を有する。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の実施の形態に係るナノインプリントシステムの概略構成を示すブロック図。
図２は、図１のシステムで使用するシェルの概略構造を示す断面図。
図３は、図１のシステムによる処理動作を制御する制御系のブロック図。
図４は、シェル処理部の位置決め部を示す概略図。
図５は、シェル処理部の取付・取出・冷却部を示す概略図
図６は、プレス装置の概略図。
図７は、図６のプレス装置でワークにスタンパが押圧された状態を示す部分拡大断面図。
図８は、ワーク表面に切れ目を形成した例を示す斜視図。
図９は、スタンパの凹凸構造の深さを説明するための図。
図１０は、スタンパのワークに対する押し込み量を説明するための図。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１には、この発明の実施の形態に係るナノインプリントシステム１（以下、単に、システム１と称する）の概略構成をブロック図にして示してある。このシステム１は、例えば、特殊且つ微細な多数のレンズ構造を有する光学フィルタ、ＤＮＡやたんぱく質を分離・解析するバイオチップ、記憶装置用のパターンド・メディアなどの製造に用いられ、或いは半導体や半導体用配線基板の回路形成に用いられる。
図１に示すように、システム１は、この発明の密閉容器としてのシェル１０（図２）をハンドリングするシェル処理部２、シェル処理部２から送り出されたシェル１０を加熱する複数の予備加熱部３、予備加熱部３で加熱されたシェル１０を更に加熱して所定温度に保持する加熱部４、加熱部４から取り出されたシェル１０を加熱または冷却しつつ加圧するプレス装置５、プレス装置５から送り出されたシェル１０を積極的に冷却する冷却部６、および、シェル処理部２、予備加熱部３、加熱部４、プレス装置５、冷却部６を通してシェル１０を搬送する搬送機構７を有する。
図２には、上述したシェル１０の概略構造を断面図にして示してある。シェル１０は、薄いシート状の熱可塑性の樹脂材料１１（媒体）（以下、ワーク１１と称する）を内面１２ａに取り付けた矩形金属板からなる下板１２、および表面に微細な凹凸構造（図示せず）を有するスタンパ１３（型）を内面１４ａに取り付けた矩形金属板からなる上板１４を有する。本実施の形態では、下板１２および上板１４は、低熱膨張性金属により形成した。また、ワーク１１として、ポリカーボネートを用いた。
下板１２の周縁部には、矩形枠状の側壁１５が内面１２ａから立設されている。一方、上板１４の周縁対応部位には、側壁１５の上面に接触配置されるＯリング１６が取り付けられている。本実施の形態では、側壁１５も低熱膨張性金属により下板１２と一体化して形成し、Ｏリング１６をシリコン系樹脂により形成した。また、下板１２には、側壁１５とＯリング１６により封止されるシェル内部の空間を真空引きするためのパイプ１７を埋設した。
つまり、シェル１０を組み立てると、スタンパ１３にワーク１１を対向させた組立体が、下板１２、上板１４、側壁１５、およびＯリング１６によって封止された密閉空間内に収容配置されることになる。シェル１０内部は、必要に応じて、パイプ１７を介して後述する真空ポンプ３０（真空機構）によって真空引きされても良い。
図３には、システム１による処理動作を制御する制御系のブロック図を示してある。システム１の全体動作を制御するシステム制御部２０には、上述したシェル処理部２、複数の予備加熱部３、加熱部４、プレス装置５、冷却部６、および搬送機構７が接続されている。各処理部２、３、４、５、６の台数は、ワーク１１の種類などに応じて適宜設計変更可能である。
シェル処理部２には、図４に示すような位置決め部２１、および図５に示すような取出・取付部２２が設けられている。
図４に示すように、位置決め部２１は、後述する取出・取付部２２で下板１２の内面１２ａにワーク１１を取り付けた構造体をセットする下ステージ２３、および上板１４の内面１４ａにスタンパ１３を取り付けた構造体をセットする上ステージ２４を有する。スタンパ１３の凹凸構造がナノメートルオーダーの微細構造を有するため、下ステージ２３のワーク取付面、および上ステージ２４のスタンパ取付面は、極めて平面度の高い面に形成されている。
上ステージ２４は、ＸＹ駆動機構２５、θ駆動機構２６、およびＺ駆動機構２７により、下ステージ２３に対して相対的に移動される。より具体的には、ＸＹ駆動機構２５は、ワーク１１の面方向と平行に上ステージ２４を移動させ、Ｚ駆動機構２７は、ワーク１１に対してスタンパ１３を離接させる方向に上ステージ２４を移動させ、θ駆動機構２６は、上ステージ２４をＺ軸を中心に回転させる。
また、位置決め部２１は、ワーク１１とスタンパ１３を位置決めするための図示しないマークを撮像するためのカメラ２８を有する。つまり、位置決め部２１では、カメラ２８でマークを監視しつつ上述した駆動機構２５〜２７を動作させ、ワーク１１とスタンパ１３を高精度に位置決めする。
図５に示すように、取出・取付部２２は、シェル１０をハンドリングするための作業台２９を有する。取出・取付部２２では、シェル１０の下板１２の内面１２ａにワーク１１をセットし、上板１４の内面１４ａにスタンパ１３をセットする。シェル１０の下板１２および上板１４も、極めて平面度の高い内面１２ａ、１４ａを有する。
より具体的には、下板１２の内面１２ａにワーク１１の背面（凹凸構造を形成する面と反対の面）を面接させ、上板１４の内面１４ａにスタンパ１３の背面（凹凸構造を有する面と反対の面）を面接させる。これにより、下板１２と上板１４を対向させたとき、スタンパ１３の凹凸構造がワーク１１に対向するようになる。
また、取出・取付部２２では、後述する冷却部６から搬送機構７を介して送り出されたシェル１０をハンドリングする。つまり、シェル１０の真空を解除してＯリング１６のシールを剥がし、スタンパ１３をワーク１１から離型させ、製品であるワーク１１を取り出す。この後、シェル１０の下板１２および上板１４は、次のワーク１１をセットするため再利用に供される。
また、シェル処理部２には、シェル１０内部を真空引きするための真空ポンプ３０が設けられている。真空ポンプ３０は、シェル１０の下板１２から導出されたパイプ１７に取り付けられる。しかして、位置決め部２１でワーク１１を保持した下板１２とスタンパ１３を保持した上板１４を位置決めし且つ側壁１５の上端にＯリングを接触させた状態で、真空ポンプ３０を動作させ、シェル内部を真空引きする。
予備加熱部３および加熱部４には、それぞれヒータ３１、３２が設けられている。予備加熱部３は、搬送機構７のコンベア４０を介してシェル処理部２から送り込まれたシェル１０をヒータ３１で予備加熱し、ワーク１１およびスタンパ１３を所定温度まで加熱する。本実施の形態では、ワーク１１の材料としてポリカーボネートを用い、予備加熱部３では、ワーク１１の温度を１５０［℃］まで昇温させるようにした。
加熱部４は、搬送機構７を介して、予備加熱部３で加熱処理されたシェル１０を受け入れて、ワーク１１の温度を所定温度まで加熱して保持するようにヒータ３２を動作させる。本実施の形態では、加熱部４ではワーク１１の温度を１８５［℃］に加熱して保持するようにした。
図６に示すように、プレス装置５は、加熱部４から送り込まれたシェル１０を載置する載置台３３、冷却機構またはヒータとして機能する加熱・冷却機構３４を内蔵した押圧板３５、および載置台３３上にセットしたシェル１０に押圧板３５を押し付けるための駆動機構３６を有する。このプレス装置５は、例えば、特願２００２−２７５３６９に開示された装置である。
このプレス装置５は、載置台３３上にセットしたシェル１０を押圧板３５により押圧するとともに加熱・冷却機構３４によって冷却し、Ｏリング１６の弾性変形によって下板１２と上板１４との間のギャップを狭め、スタンパ１３をワーク１１に押圧する。これにより、図７に示すように、ワーク１１の対向面にスタンパ１３の凹凸構造が転写される。
このとき、図８に示すように、ワーク１１の表面に１方向に延びた複数本の切れ目１１ａを形成しておくと、凹凸構造を良好にワーク１１に転写できる。切れ目１１ａは、スタンパ１３の凹凸構造の深さＤ１（図９）からプレス時のスタンパ１３のワーク１１への押し込み深さＤ２（図１０）程度の深さを有し、スタンパ１３の凹凸構造の平均ピッチの１／２倍から数倍のピッチでワーク１１の全面に形成され、両端がワーク１１の端部までそれぞれ延びていることを特徴としている。
つまり、ワーク１１に上述したような切れ目１１ａを形成することで、ワーク表面にスタンパ１３の凹凸構造を押し付けたとき、ワーク１１の樹脂材料に含まれる水、低分子物質、空気あるいはその他のガスが押圧によるスタンパ１３の表面とワーク１１の端部での圧力差によって切れ目の中を流れる。これにより、転写時にワーク１１から生じるガスを逃がして脱泡することができ、転写がより良好となる。特に、ワーク１１が大きくなった場合、ワーク１１の中心部が先にスタンパ１３に密着してしまって中心部近くにガスが残ることを防止できる。
さらに、切れ目１１ａを形成することで、上述した真空工程を不要とすることができる。つまり、ワーク１１の表面に切れ目１１ａを設けることで、スタンパ１３を押圧したときに両者の間に介在された空気が切れ目１１ａに沿って逃げるため、シェル１０内を真空引きしなくてもワーク１１とスタンパ１３との間に空気が残ることを防止できる。但し切れ目１１ａは、あくまでもスタンパ１３の凹凸構造の微細度、ワークの樹脂材料の純度や特性、転写率への要求度など要因で作成されるもので必ずしも必要な訳ではない。
冷却部６は、プレス装置５から送り出されたシェル１０を受け入れて所定温度まで冷却する冷却機構３７を有する。本実施の形態では、シェル１０の温度を４０［℃］まで降温させるようにした。なお、冷却機構３７として、例えば、チラーにより冷却した２枚の金属板でシェル１０を上下から挟み込む機構などがある。
冷却部６で冷却されたシェル１０は、シェル処理部２に送り込まれる。ここで、シェル１０の真空が解除されてスタンパ１３からワーク１１が離型され、製品が取り出される。
以上のように、本実施の形態によると、偏平なシェル１０内の限られた空間にワーク１１およびスタンパ１３を収容配置し、シェル１０ごと搬送機構７によって各処理部間を移動するようにしたため、従来装置のようにシェルを用いない装置と比較して、処理時間を短縮でき、製品コストを低減できる。
つまり、シェル処理部２の位置決め部２１でワーク１１とスタンパ１３を位置決めでき、ワーク１１およびスタンパ１３を位置決めして封止したシェル１０を予備加熱部３で予め加熱でき、加熱部４で加熱・保持したシェル１０をプレス装置５へ所望するタイミングで供給でき、プレス装置５と別体の冷却部６にてシェル１０を冷却できるため、全ての工程を平行処理できる。特に、本発明によると、予備加熱部３、加熱部４、プレス装置５、および冷却部６の温度をそれぞれ一定温度に制御でき、従来装置のように加熱および冷却を交互に行なう必要がない。又、各工程の所要時間や運転自由度への要求から各工程の装置の数を最適に決めてシステムを構成することができる。
また、本発明によると、従来のナノインプリントシステムに比較して、システムを極めて自由に且つ最適化して構成することができる。また、各工程の温度、時間などの変数を自由に設定、或いは制御することができる。
また、シェルの容量が小さいため、真空引きに要する時間を極めて短くでき、加熱や冷却時間を決定する熱容量も小さいため、加熱や冷却に要する処理時間も短くできる。
また、本発明によると、複数のスタンパ１３を使用することができるため、システムの稼働率に影響を及ぼすことがなく、本システムで最も重要な管理項目であるスタンパ１３のチェック、管理、清掃、保守、交換を容易にできる。
また、本発明によると、異なるスタンパ１３を収容配置した異なるシェル１０を複数個同時にシステムに投入して処理することができるため、異なる製品を同時に生産できる。
また、シェル１０をハンドリングする際に、上板と下板を大きく開放できるため、ワーク１１の取り出しや取り付けを極めて容易にできる。
また、本発明のようにシェル１０を使うシステムでは、運転やシステムの上の効果だけではない、例えば、スタンパ１３の凹凸構造の裏面の仕上げについて、複数のスタンパ１３の鏡面仕上げにばらつきがある場合、その仕上げのばらつきが、転写に影響を与えて特に光学部品などの場合大きな問題となる。この場合、上板１４とスタンパ１３の間に仕上げのばらつきの凹凸などを吸収する弾性体の耐熱性樹脂フィルムを挿入することによってこのようなばらつきを簡単に処理することができる。
また、一度、正確に位置決めをして、真空に引いてシェル１０をクランプすると、スタンパ１３とワーク１１のずれ等は極めて起こり難く、搬送機構７の機構や速度を自由に設計できる。従来のナノインプリントシステムでは、搬送部分がある場合でも低速度で且つ平滑な動作をしなければならず、生産設備として大きな制約であった。
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、ワーク１１の材料として、熱可塑性の樹脂を用いた場合について説明したが、これに限らず、熱硬化性樹脂を用いても良い。この場合、プレス装置５では、加熱・冷却機構３４をヒータとして機能させてワーク１１を加熱する。
また、ワーク１１の材料として、紫外光により硬化する光硬化性樹脂を用いても良い。この場合、ワーク１１を収容するシェル１０の下板１２および上板１４のうち少なくとも一方をガラス、石英、樹脂などの透明な材料により形成し、シェル１０の外側から紫外光を照射する。
また、上述した実施の形態では、ワーク１１にスタンパ１３を対向させてシェル１０内に収容配置した場合について説明したが、これに限らず、例えばシェル１０の上板１４の内面１４ａにスタンパ１３の凹凸構造を直接形成しても良い。
【産業上の利用可能性】  この発明によると、製造時間を短縮でき、製品価格を低く抑えることができる
【図１】
2005120810.tif 000002
【図２】
2005120810.tif 000003
【図４】
2005120810.tif 000004
【図５】
2005120810.tif 000005
【図３】
2005120810.tif 000006
【図６】
2005120810.tif 000007
【図７】
2005120810.tif 000008
【図８】
2005120810.tif 000009
【図９】
2005120810.tif 000010
【図１０】
2005120810.tif 000011
【国際調査報告】
2005120810.tif 000012
2005120810.tif 000013
2005120810.tif 000014