(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンプ（１）から物体（２）へのパターン転写装置であって、前記スタンプ（１）のための受け面（１３）を有する第１の接触手段（１１）と、前記物体（２）のための受け面（２３）を有する第２の接触手段（２０）と、前記スタンプ（１）を前記物体（２）と接触させるために前記接触手段（１１，２０）の少なくとも一方を作動させるように構成された押圧手段（１０）とを具備した転写装置において、
前記第１および第２の接触手段（１１，２０）のうちの一方はベース（２１）とホルダ（２２）とを備え、そのホルダ（２２）は、前記受け面の一方（２３）を画成する第１の端部と、第２の反対側の端部とを有し、この反対側の端部は、前記スタンプ（１）と前記物体（２）とが相互に接触する際に自動的に互いに平行な位置に置かれるよう、前記ベース（２１）に対して、互いに協働する雄部分および雌部分（２８，２５；２８’，２５’）を介して回動自在に連結され、これらの雄および雌部分同士の間で、圧媒液を収容するための隔室（２９）が画成されている、ことを特徴とする物体へのパターン転写装置。
【請求項２】
前記雌部分（２５；２５’）内に配置された前記雄部分（２８；２８’）が前記隔室（２９）によって取り囲まれるように、前記雄部分（２８；２８’）が前記雌部分（２５；２５’）内に挿入されている、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記隔室（２９）は、前記ホルダ（２２）の前記反対側の端部において形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記雄部分および雌部分（２８，２５；２８’，２５’）の一方が、前記ホルダ（２２）上に、当該ホルダ（２２）の前記受け面（２３）と同心に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記雌部分（２５；２５’）は、前記雄部分（２８；２８’）の外周部分と密封接触する開口部分（３２）を画成している、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記開口部分（３２）は、可撓性材料で作られて前記雄部分（２８；２８’）の外周部分に対して当接するシール要素を備えている、ことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記外周部分は円形である、ことを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
【請求項８】
前記外周部分は、前記ホルダ（２２）における受け面（２３）の直径以下の直径を有している、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記雄部分（２８）は、前記ホルダ（２２）の前記反対側の端部に形成され、前記雌部分（２５）は前記ベース（２１）内に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記雌部分（２５’）は、前記ホルダ（２２）の前記反対側の端部に形成され、前記雄部分（２８’）は前記ベース（２１）に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
圧力センサ（３４）が前記隔室（２９）内に収容された液体の圧力を検出するように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記圧力センサ（３４）は前記ベース（２１）内に配置されている、ことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
制御ユニット（３６）が、前記圧力センサ（３４）によって検出される圧力に基づいて、前記押圧手段（１０）によって前記スタンプ（１）と前記物体（２）との間に所定の圧力を確立させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
【請求項１４】
前記ホルダ（２２）は、ベース板（２７）を含み、このベース板（２７）を貫通して冷媒を通す冷却ループ（Ｋ）が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記スタンプ（１）は、ミクロ構造ないしナノ構造のパターンを有している、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記物体（２）は、基板（２ａ）と、この基板上に被着された高分子材料の層（２ｂ）とを備えている、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概してスタンプから物体へのパターン転写装置に関する。この発明は、特にミクロ構造ないしナノ構造の製造に関する。
【０００２】
背景技術
ナノ構造、即ち１００ｎｍ以下のオーダーの構造を製造する有望な技術は、いわゆるナノインプリント・リソグラフィである。この技術は、ＵＡ−Ａ−５，７７２，９０５明細書に記述されており、それを参照することにより本明細書に組み込まれる。そのようなリソグラフィ技術（図１ａ〜図１ｄに主要な行程を示す）においては、ナノ構造のパターンがスタンプ１から物体２へ転写される。物体２は、基板２ａと、これに被着された高分子材料（レジスト）のフィルム２ｂとからなる。
【０００３】
フィルム２ｂを適当な温度まで加熱した後、このフィルム２ｂにスタンプ１が押し込まれる（図１ｂ）。そして層（フィルム）２ｂ内に所望の深さの溝３が形成されたら、スタンプ１が物体２から離される（図１ｃ）。それに続いて、溝３内に残ったフィルムが、例えばエッチングによって全て除去され、これにより基板２ａが露出される。これに続く行程（図示せず）では、基板の内部、ないしは基板に被着された何らかの他の材料の内部において、フィルム内のパターンが再生される。
【０００４】
上記のリソグラフィ方法を実施するための上述した米国特許による装置は、スタンプのための受け面を有する第１の接触手段と、物体のための受け面を有する第２の接触手段と、第１および第２の接触手段は互いに接触ないし結合させるための押圧手段とを備えている。
【０００５】
基板に被着されるフィルムは極めて薄く、一般的には５０〜２００ｎｍの厚さである。物体を均一に構造化するためには、スタンプと物体とが数ナノメートルの精度で互いに平行になっていなければならない。工業的な適用においては、物体は約１５〜３０ｃｍの直径を有することができ、これは、互いに接触する表面同士が約１０−７ｒａｄ（ラジアン）の最大傾斜角を有し得ることを意味する。スタンプと物体との間の傾斜がもっと大きくなると、物体を不均一に構造化してしまうことに加えて、物体の破壊という結果にもつながり得る。実際に物体は通常、脆い材料、例えばＳｉ／ＳｉＯ２、ＧａＡｓないしＩｎＰで出来ており、接触中に基板に加わる圧力は高い値、一般的には４〜１０ＭＰａである。
【０００６】
上記の問題に対して考え得る解決策は、最終的に、装置の受け面どうしを互いに完全に平行な関係に固定する事であろう。しかし、このことは、全ての物体が完全に面平行で平坦な面を有することを要求する。これは製造上の理由から不可能であり、従って、装置は個々の物体に合わせて調節されなければならない。
【０００７】
この問題に対して先に示唆された解決策によれば、スタンプないし物体の受け面内に、複数の外力ないし圧力センサが取り付けられる。それらにより計測された圧力分布に基づいて、制御ユニットが接触手段どうしの角度位置を能動的に制御する。しかし、これは高価で複雑な解決手段であり、大型の物体を構造化するためにスケールアップすることが困難でもある。
【０００８】
発明の概要
本発明の目的は、従来技術における上記の問題を全体的に、ないしは部分的に克服することである。より具体的には、スタンプと物体との間での高度な相互平行関係をもたらすような、シンプルな、スタンプから物体へのパターン転写装置を提供することが目的である。
【０００９】
そのような装置において、高圧力下でのスタンプと物体との接触を許容するようなものを提供することも本発明の目的である。
【００１０】
ミクロ構造ないしナノ構造を物体に転写するのに適した装置を提供することも本発明の具体的な目的である。
【００１１】
以下の説明で明らかとなるであろうこれらの目的および他の目的は、請求項１記載の発明によって達成される。好適な実施形態は、他の請求項に記述されている。
【００１２】
本発明の装置においては、各受け面と、それらの面に受けられるスタンプおよび物体とは、互いに平行でない位置に置かれ得る。スタンプが物体と接触すると、それらの間に作用して一方の受け面に対して他方の受け面を回動させるような力によって、それらは自動的に相互に平行な位置にもって行かれる。この装置は、シンプルな設計であって、物体に対してスタンプが高圧下で接触することを許容するように構成されている。この装置は又、より大きな直径や厚さを有する物体の構造化のために容易にスケールアップすることが可能である。
【００１３】
好適な実施形態では、ホルダは、本体に対して、互いに協働する雄部分および雌部分を介して回動自在に連結され、これらの雄および雌部分同士の間で、液体、好ましくは圧媒液を受け入れるための隔室が画成される。そのような装置により、液体がホルダの回動に一定量の慣性を与えるという事実のおかげで、スタンプと物体との間の穏やかで漸進的な接触が可能となる。雄部分と雌部分との間の隔室内にある液体は、接触中に生じ得る急激な圧力変化を吸収することもでき、これもまた穏やかで漸進的な接触を促す。
【００１４】
この実施形態の更なる利点は、チャンバ（隔室）内に生ずる圧力を圧力センサを介して検出することの実現性という点に存する。検出される圧力は、スタンプと物体との間の殆ど正確な実接触圧力に変換することができる。それ故、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、押圧手段が、スタンプと物体との間に、正しく規定された圧力を生じさせることが可能となる。
【００１５】
他の好適な実施形態では、雌部分内に配置された雄部分が隔室によって取り囲まれるように、雄部分が雌部分内に挿入される。その結果、雄部分と雌部分との間の機械的な接触が最小限となる。
【００１６】
接触中にスタンプと物体とが互いに平行な位置に回動するときに、物体の周縁部に最も大きな力が加わる。好適な実施形態においては、雌部分が、雄部分の外周部分と密封接触する開口部分を画成すること、また当該外周部分が、ホルダにおける受け面の直径以下の直径を有していることによって、その力が最小限とされる。
【００１７】
物体に対するスタンプの最も望ましい均一な接触を達成するためには、雄部分または雌部分がホルダ上に、当該ホルダの受け面と同心となるように配置されていることが好ましい。
【００１８】
好適な実施形態の説明
図２は、本発明の第１実施形態に係る装置の模式図である。この装置は、スタンプ１から物体２へパターンを転写することを意図されたものであり、プレス１０と、このプレスに接触する取付部２０とを備えている。プレス１０は、液圧作動式プレスのような従来技術の形式のものとすることができ、固定配置されたプレス本体１２に対して正しく定められた方向に往復移動可能なピストン要素１１を有している。このピストン要素１１は、その本体１２から離れた方に面する側に、スタンプ１を受けるための受け面１３を有している。
【００１９】
この装置は、固定配置されたベース２１と、ホルダ２２とを有する取付部２０をさらに備えている。ホルダ２２は、そのベース２１から離れた方に面する側に、物体２を受けるための受け面２３を有している。この受け面２３は、その上に受けられる物体２と本質的には同じ範囲にある。受け面２３には、物体２を締結するためのロック手段（図示せず）が配置されている。このロック手段は、任意の種類のものとすることができるが、自動化された製造のためには、物体の締結に部分真空を利用することが好ましい。以下に図３ａおよび図３ｂを参照してより詳細に説明するように、ホルダ２２はベース２１に対して回動自在となっている。
【００２０】
図３ａおよび図３ｂの実施形態において、ベース２１は、垂直支持板２４と、突出部２５の形態の雌部分とを備えている。突出部２５は、スリーブの形状を有し、空洞２６を画成している。ホルダ２２はベース板２７を備え、このベース板２７は、一側において受け面２３を画成すると共に、他側においては、突出した軸部２８の形態の雄部分を有している。軸部２８は、受け面２３と同心に配置されている。軸部２８の先端は、空洞２６内に挿入され、この空洞と共に閉鎖隔室２９を形成している。軸部２８と空洞２６は両者とも、円形の横断面を有している。空洞２６の開口部領域３２にある円周溝３１内に、Ｏリング３０の形態のシールが配置されている。このＯリング３０は、軸部２８の外周面に対して当接し、周囲の空気に対して隔室２９を密封する。隔室２９は、乗り物用のブレーキフルードのような低圧縮性の適当な圧媒液によって満たされている。
【００２１】
物体２に対してスタンプ１が押し付けられると、隔室２９内に増大した圧力が発生し、これがＯリング３０を溝３１から押し出させようとする。これに対抗するために、開口部領域３２は、溝３１に繋がる円周状の案内ラグ３３を有している。
【００２２】
Ｏリング３０を通じた隔室２９からの液漏れを最小限にするためには、図７に示す他の実施形態のように、例えばゴム材料の柔軟なクロス３８を隔室内壁に対して密封的に固定することで、隔室２９内に液体制限メンブレン３８を形成することができる。液体は、メンブレン３８と隔室２９の内壁との間の空間に拘束され、物体２に対してスタンプ１が押し付けられる際にメンブレンに接する軸部２８の先端から受ける力を吸収する。
【００２３】
図３ａおよび図３ｂに示すようにＯリング３０が存在すると、軸部２８が大きく傾いた場合に、Ｏリングが軸部２８の先端に影響するであろう。図７に示す実施形態のようにＯリングを有しない場合、物体に対してスタンプを押し付ける際の圧力分布がスタンプの全面に渡ってより均一になるであろう。
【００２４】
圧力センサ３４が、支持板２４の貫通孔３５を通じて、隔室２９内の液体と直接、ないしは隔壁（図示せず）を介して接するように延びている。図２に示すように、圧力センサ３４は、コンピュータのような制御ユニット３６に対して接続されている。この制御ユニット３６は、プレス１０に対して接続され、圧力制御手段３７を介して、プレス１０によるスタンプ１の物体２に対する接触を制御する。その圧力制御手段３７は、例えばピストン要素１１に作用する液圧を制御するポンプやバルブである。
【００２５】
好適な実施形態においては、ホルダ２２は、物体２を加熱するための加熱手段（図示せず）を備えている。さらに、ホルダ２２は、冷媒を通す冷却ループＫ（図３ａ）の形態の冷却手段を有するのが適切である。これにより、物体２の冷却に加えて、軸部２８の温度安定性を確保して、当該軸部の形状変化を防止することができる。
【００２６】
以下、図２を参照して、この装置の運転モードについて簡単に説明する。制御ユニット３６が圧力制御手段３７を作動させて、ピストン要素１１を不動の取付部２０と接触させるために、これに向かって移動させる。通常は、ピストン要素１１に取り付けられたスタンプ１は、取付部２０に取り付けられた物体２と完全に平行ではない。物体２と接触すると、スタンプ１と物体２との間の傾きは、それらの間に作用する力の作用によって自動的に取り除かれるであろう。すなわち、その力の作用は、ホルダ２２をベース２１に対して、開口部領域３２の中心に位置した転心（pivot point）周りに回動させる。
【００２７】
隔室２９内の液体は、平行化動作中においてホルダ２２の動きを減衰させ、これにより接触を穏やかに行わせる。続いて、圧力センサ３４が所望の接触圧力を記録するまで、平行な受け面１３，２３同士が互いに押し付けられる。その後、制御ユニット３６が、ピストン要素１１を所定時間だけ固定させる。その後、制御ユニット３６は、ピストン要素１１を取付部２０から遠ざけるよう圧力制御手段３７を制御し、これにより、構造化された物体２が受け面２３から取り除かれ得るようにする。
【００２８】
図２および図３に示す装置によって、ミクロ構造およびナノ構造の製造における最も十分な結果が得られている。Ｓｉ／ＳｉＯ２の基板に、３００ｎｍの厚さの９５０Ｋ ＰＭＭＡ層が設けられた。この物体が、１８０℃で２４時間焼かれた。そして、この物体が、装置内に取り付けられた後、ＰＭＭＡ層が約１７０℃まで加熱された。この温度で加熱が終了され、深さ３００ｎｍの構造のパターンを有したスタンプが物体に対して、約６０バールの圧力で１分間、押し付けられた。同時に、物体が約８０℃まで冷却された。このようにして構造化された物体は、基板全体に渡って良好な均一性を伴った、深さ約２００ｎｍのパターンを有し、この場合の基板の直径は約５ｃｍであった。
【００２９】
図４〜図６は、他の異なる取付部２０の実施形態を示す模式図であり、図２および図３に示すのと同様の部分には同じ符号を付している。
【００３０】
図４においては、ベース２１およびホルダ２２の互いに協働する雌部分２５および雄部分２８が、相補的な形状、具体的には部分球面形状をなしている。この実施形態はおそらく、スタンプ１と物体２との、ある程度より柔軟な接触を得ることができるであろう。
【００３１】
図５においては、ホルダ２２の受け面２３が、（ベース２１の）開口部領域内にある雄部分２８の外周面と本質的に同じ直径を有している。
【００３２】
図６においては、ホルダ２２に雌部分２５’が形成され、この雌部分２５’と協働する突出した雄部分２８’がベース２１に設けられている。
【００３３】
しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の範囲内においていくつもの変形が実現可能である、ということが強調されるべきである。例えば、添付図面においてスタンプ１と物体２とを入れ換えることができる。もう１つの変形例では、ホルダ２２が、取付部２０のベース２１上に配置される代わりに、ピストン要素１１上に回動自在に配置される。更にもう１つの変形例では、取付部２０の方がピストン要素１１に向かって移動するように設計される。考え得る実施形態におけるホルダ２２は、上記のハイドロメカニカル（液圧機械式）カップリングに代えて、機械式カップリングを介してベース２１に回動自在に連結される、ということも認められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  公知の方法によるナノインプリント・リソグラフィを用いた、スタンプから基板へのパターン転写を示す図。
【図１ｂ】  公知の方法によるナノインプリント・リソグラフィを用いた、スタンプから基板へのパターン転写を示す図。
【図１ｃ】  公知の方法によるナノインプリント・リソグラフィを用いた、スタンプから基板へのパターン転写を示す図。
【図１ｄ】  公知の方法によるナノインプリント・リソグラフィを用いた、スタンプから基板へのパターン転写を示す図。
【図２】  本発明の第１実施形態による装置の基本的な略図。
【図３ａ】  図２に示した装置における取付部の拡大側面図であって、いくつかの内部部品を破線で示す図。
【図３ｂ】  図３ａに示した取付部の中央断面図。
【図４】  本発明の他の実施形態による取付部の中央断面図。
【図５】  本発明の他の実施形態による取付部の中央断面図。
【図６】  本発明の他の実施形態による取付部の中央断面図。
【図７】  本発明の他の実施形態による取付部の中央断面図。
【図１ａ】
0003833537.tif 000002
【図１ｂ】
0003833537.tif 000003
【図１ｃ】
0003833537.tif 000004
【図１ｄ】
0003833537.tif 000005
【図２】
0003833537.tif 000006
【図３ａ】
0003833537.tif 000007
【図３ｂ】
0003833537.tif 000008
【図４】
0003833537.tif 000009
【図５】
0003833537.tif 000010
【図６】
0003833537.tif 000011
【図７】
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