JP2012071464A - 微細加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物に対する高精度な微細加工を迅速に行う。
【解決手段】微細加工装置の加工ヘッド４は、基板４１１上に交互に配列された複数の可動リボン４１３ａおよび固定リボンを有する回折格子型の空間光変調デバイス４１、および、空間光変調デバイス４１の複数の可動リボン４１３ａから保持部３に向けて突出する複数の切削刃４２を備える。加工ヘッド４では、複数の可動リボン４１３ａの昇降により、複数の切削刃４２が対象物９の被切削面９１に対して個別に接触および離間し、切削刃４２が被切削面９１に接触した状態で、対象物９が移動されることにより微細切削加工が行われる。微細加工装置では、可動リボン４１３ａの昇降を高精度に制御することにより、対象物９に対する微細切削加工を迅速かつ高精度に行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細加工装置に関する。

近年、半導体製造等において、表面に微細凹凸パターンを有するモールドを対象物に向けて押圧することにより、対象物上に微細凹凸パターンを転写するナノインプリント技術が注目されている。

ナノインプリント用のモールドを製造する方法の１つとして、従来のフォトリソグラフィ法が考えられるが、露光用のマスクが非常に高価であり、また、マスク製造や露光、現像、エッチング等、多数の工程を必要とするため、モールドの製造コストを低減することが困難である。さらに、露光時の高解像度化に限界があるため、ナノスケールのパターンを形成することは難しい。

露光時の高解像度化を実現するための方法として、シンクロトロン放射光装置から発生するＸ線により、Ｘ線マスクを介してパターンを転写するＬＩＧＡ（Lithographie，Galvanoformung，Abformung）プロセスが知られているが、シンクロトロン放射光装置は日本国内に数台しか存在せず、装置の使用料も非常に高価である。また、従来のフォトリソグラフィ法と同様に、マスク製造や露光、現像、エッチング等、多数の工程を必要とするため、モールドの製造コストを低減することが困難である。

ナノインプリント用のモールドを製造する他の方法としては、特許文献１のように、先端にダイヤモンド砥粒が設けられた加工用のカンチレバーを利用し、ダイヤモンド砥粒により対象物の表面を摩擦することにより、対象物の表面に微細な切削加工を行う技術が知られている。特許文献１の装置では、カンチレバーの先端裏面にレーザダイオードからレーザ光を照射してフォトディテクタにより反射光を受光することにより、カンチレバーの撓みや捩れの状態が光てこ方式により検出され、対象物を保持するスキャナの動きが当該検出結果に基づいて制御される。また、特許文献１では、カンチレバーによる切削加工をエッチング液中にて行うことにより、切削加工とエッチングとを同時に行う技術が提案されている。

一方、特許文献２では、基板上に２層のレジスト層を積層し、微細パターンを有するシリコンモールドを上側のレジスト層に押圧した後、上側のレジスト層に形成された凹部の下側のレジスト層を除去することにより、高アスペクト比のエッチングパターンが形成される。そして、当該エッチングパターンにニッケル電鋳した後に、基板および残留レジスト層を除去することにより、ニッケル製のプラスチック成型用スタンパが形成される。

特開２００６−７３７６２号公報 特開２００７−３０２１２号公報

ところで、特許文献１の加工装置では、１つのカンチレバーにより加工を行うため、大きい加工領域に高分解能にて加工を行おうとすると多大な時間が必要となる。そこで、複数のカンチレバーによる加工により加工時間を短縮することが考えられるが、多数のカンチレバーを高密度に配置することは困難である。仮に、複数のカンチレバーを設けたとしても、各カンチレバーの撓みや捩れの状態を取得するための複数のレーザダイオードや複数のフォトディテクタ等を配置することはさらに困難である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、対象物に対する高精度な微細加工を迅速に行うことを目的としている。

請求項１に記載の発明は、微細加工装置であって、対象物を保持する保持部と、加工ヘッドと、前記保持部を前記加工ヘッドに対して相対的に移動する移動機構と、前記加工ヘッドを制御する制御部とを備え、前記加工ヘッドが、基板と、前記基板の主面に平行な所定の配列方向に配列され、それぞれが前記配列方向に垂直な方向に伸びる帯状であり、静電気力により前記主面に対して昇降する複数の可動リボンと、前記複数の可動リボンのそれぞれの前記基板とは反対側の面から前記保持部に向けて突出する、または、前記複数の可動リボンのそれぞれの前記基板側の面から前記基板を貫通して前記保持部に向けて突出する複数のスタイラスとを備え、前記複数の可動リボンの昇降により、前記複数のスタイラスが前記対象物の被加工面に対して個別に接触および離間する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微細加工装置であって、前記加工ヘッドが、カバー部をさらに備え、前記基板および前記カバー部により形成される空間内に前記複数の可動リボンが収容される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の微細加工装置であって、前記加工ヘッドと前記対象物との間の距離を測定する測定部をさらに備え、前記制御部が、前記測定部からの出力に基づいて、前記複数の可動リボンのそれぞれとと前記基板との間の距離を制御する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の微細加工装置であって、前記加工ヘッドが、前記配列方向において前記複数の可動リボンと交互に配置される複数の固定リボンと、前記複数の可動リボンおよび前記複数の固定リボンに光を照射する光照射部と、前記複数の可動リボンおよび前記複数の固定リボンからの光を受光する受光部とをさらに備え、前記制御部が、前記受光部からの出力に基づいて、それぞれが互いに隣接する１つの可撓リボンと１つの固定リボンとの対である複数のリボン対からの光の強度を求め、前記複数のリボン対からの光の強度に基づいて、前記複数の可動リボンのそれぞれと前記基板との間の距離を制御する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の微細加工装置であって、前記光照射部が、光源と、前記光源からの光の前記複数のリボン対上における照射位置を前記配列方向に走査する走査機構とを備え、前記受光部が、前記複数のリボン対からの光を順次受光する。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の微細加工装置であって、前記複数のスタイラスに個別に光を照射して加熱するスタイラス加熱部をさらに備える。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の微細加工装置であって、前記対象物が、ナノインプリント用のモールドである。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の微細加工装置であって、前記複数のスタイラスのそれぞれが、前記対象物の前記被加工面を切削する切削刃である。

本発明では、対象物に対する高精度な微細加工を迅速に行うことができる。また、リボン構造物を利用して複数のスタイラスを容易に配列することができる。

第１の実施の形態に係る微細加工装置の側面図である。 加工ヘッドの側面図である。 加工ヘッドの平面図である。 空間光変調デバイスの断面図である。 空間光変調デバイスの断面図である。 加工ヘッドの側面図である。 対象物の断面図である。 対象物の断面図である。 第２の実施の形態に係る微細加工装置の加工ヘッドの側面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細加工装置１を示す側面図である。本実施の形態に係る微細加工装置１は、対象物９の被加工面である（＋Ｚ）側の主面９１（以下、「被切削面９１」という。）に微細切削加工を行う装置である。本実施の形態では、ナノインプリント用のモールドとなる平板状の対象物９（例えば、石英やシリコン（Ｓｉ）、あるいは、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により形成された基板）上に微細な凹凸パターンが形成される。

図１に示すように、微細加工装置１は、対象物９を保持するステージ状の保持部３、保持部３の（＋Ｚ）側（すなわち、上方）に配置される加工ヘッド４、保持部３を加工ヘッド４に対して相対的に移動する移動機構２、対象物９と加工ヘッド４との間のＺ方向の距離を測定する測定部５、および、これらの構成を制御する制御部７を備える。加工ヘッド４および測定部５は、保持部３を跨いで基台１１上に設けられたフレーム１２に固定される。

移動機構２は、保持部３を水平方向にて回転する回転機構２１、回転機構２１を介して保持部３を支持する支持プレート２２、保持部３を支持プレート２２と共に水平方向であるＸ方向（以下、「副走査方向」という。）に移動する副走査機構２３、副走査機構２３を介して保持部３を支持するベースプレート２４、および、保持部３をベースプレート２４と共にＸ方向に垂直かつ水平なＹ方向（以下、「主走査方向」という。）に移動する主走査機構２５を備える。微細加工装置１では、移動機構２により、対象物９の被切削面９１に平行な主走査方向および副走査方向に保持部３が移動される。

副走査機構２３は、ピエゾアクチュエータ２６を介してベースプレート２４に固定され、主走査機構２５は、ピエゾアクチュエータ２７を介して基台１１に固定される。対象物９の被切削面９１のうねりや移動機構２の傾き等により被切削面９１が所定の高さからずれた場合には、ピエゾアクチュエータ２６およびピエゾアクチュエータ２７により、対象物９の被切削面９１が所定の高さに位置するように保持部３の高さや傾きが調整される。

副走査機構２３は、保持部３の下側（すなわち、（−Ｚ）側）において、副走査方向に伸びるリニアモータ２３１、並びに、リニアモータ２３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側において副走査方向に伸びる一対のリニアガイド２３２を備える。主走査機構２５は、ベースプレート２４の下側において、主走査方向に伸びるリニアモータ２５１、並びに、リニアモータ２５１の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側において主走査方向に伸びる一対のエアスライダ２５２を備える。

図２および図３はそれぞれ、加工ヘッド４の内部構造を示す側面図および平面図である。図２および図３では、加工ヘッド４のヘッド本体４０を破線にて示し、ヘッド本体４０の内部を実線にて示す。加工ヘッド４は、回折格子型の空間光変調デバイス４１を備え、空間光変調デバイス４１は、シリコンで形成された基板４１１、基板４１１の（−Ｚ）側の主面４１２（以下、「基板下面４１２」という。）上に設けられた複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂを備える。空間光変調デバイス４１は、半導体装置製造技術を利用して製造され、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂは、基板下面４１２に平行な所定の配列方向であるＸ方向に交互に配列される。各可動リボン４１３ａおよび各固定リボン４１３ｂは、配列方向に垂直なＹ方向に伸びる帯状であり、窒化ケイ素（シリコンナイトライド：Ｓｉ_３Ｎ_４）の表面にアルミニウムをコーティングしたものである。

各可動リボン４１３ａおよび各固定リボン４１３ｂは、基板下面４１２から所定の距離だけ（−Ｚ）側に配置され、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の両端にて基板４１１に接続される。空間光変調デバイス４１では、基板下面４１２に設けられた電極４１４と各可動リボン４１３ａとの間に電圧が付与されて静電気力が発生することにより、複数の可動リボン４１３ａが個別に撓んで基板下面４１２に近づく。すなわち、複数の可動リボン４１３ａは、静電気力により基板下面４１２に対して個別に昇降する。図３では、図の理解を容易にするために電極４１４の図示を省略している。また、複数の固定リボン４１３ｂは、基板下面４１２に対して固定される。空間光変調デバイス４１としては、例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）が利用される。

加工ヘッド４は、複数の可動リボン４１３ａのそれぞれの（−Ｚ）側の面（すなわち、基板４１１とは反対側の面）から対象物９および保持部３（図１参照）に向けて突出する複数のスタイラス４２、および、空間光変調デバイス４１の基板下面４１２上に設けられたカバー部４３をさらに備える。複数のスタイラス４２はそれぞれ、被切削面９１を切削する刃であり、以下の説明では、「切削刃４２」という。加工ヘッド４では、カバー部４３および空間光変調デバイス４１の基板４１１により形成される空間内に複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂが収容される。カバー部４３の（−Ｚ）側の面には、切削刃４２用の貫通孔が形成されており、複数の切削刃４２は当該貫通孔を介してカバー部４３の（−Ｚ）側の面よりも下方に突出している。

加工ヘッド４では、制御部７（図１参照）からの切削信号に基づく複数の可動リボン４１３ａの昇降により、複数の切削刃４２が対象物９の被切削面９１に対して個別に接触および離間する。また、可動リボン４１３ａの基板下面４１２からの高さが制御されることにより、切削刃４２の被切削面９１への接触の程度が制御される。具体的には、可動リボン４１３ａが撓んでいない状態（すなわち、固定リボン４１３ｂと同じ高さに位置する状態）では、切削刃４２が被切削面９１に接触しており、可動リボン４１３ａが撓んで基板４１１に近づくに従って切削刃４２の被切削面９１への接触の程度が低減されて切削刃４２が被切削面９１から離間する。そして、可動リボン４１３ａが基板４１１に最も近接した状態では、切削刃４２は被切削面９１から離間している。

本実施の形態では、切削刃４２はダイヤモンドにより形成され、可動リボン４１３ａの（−Ｚ）側の面に接着される。切削刃４２の高さは、約５μｍ〜１０μｍである。可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂのＹ方向の長さは約５００μｍであり、Ｘ方向の幅は約２０μｍである。また、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂのＺ方向の厚さは約１μｍ〜２μｍであり、可動リボン４１３ａのＺ方向の可動量は約２μｍ〜３μｍである。なお、実際の可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂの個数は、図３に示すものよりも多く、例えば、数千個である。

微細加工装置１では、切削刃４２が対象物９の被切削面９１に接触した状態で、移動機構２（図１参照）により対象物９が保持部３とともに主走査方向であるＹ方向に移動されることにより、対象物９の微細切削加工が行われる。

加工ヘッド４は、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂに光を照射する光照射部４４、および、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂからの光を受光する受光部４５をさらに備える。光照射部４４は、波長１．５５μｍのレーザ光を出射する光源４４１、光源４４１からの光を反射して走査する走査機構であるポリゴンミラー４４３、光源４４１とポリゴンミラー４４３との間に配置されるコリメータレンズ４４２、および、ポリゴンミラー４４３と空間光変調デバイス４１との間に配置されるｆθレンズ４４４を備える。光照射部４４からの光は、空間光変調デバイス４１の基板４１１を介して、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂの（＋Ｚ）側の面（すなわち、基板４１１側の面）に照射され、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂからの光も、基板４１１を介して受光部４５へと入射する。

受光部４５は、空間光変調デバイス４１からの光を受光するフォトダイオード４５２、および、空間光変調デバイス４１とフォトダイオード４５２との間に配置される集光レンズ４５１を備える。制御部７（図１参照）では、ポリゴンミラー４４３が図３中における反時計回りに回転することにより、光源４４１からの光の空間光変調デバイス４１上における照射位置が（−Ｘ）方向（すなわち、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂの配列方向）に走査される。加工ヘッド４では、電極４１４が透明電極であり、空間光変調デバイス４１への光の入出射を妨げることがないため、必要に応じて容易に電極４１４の面積を大きくすることができる。

図４．Ａおよび図４．Ｂは、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂに対して垂直な面における空間光変調デバイス４１の断面を示す図である。図４．Ａに示すように可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂが基準面である基板下面４１２に対して同じ高さに位置する（すなわち、可動リボン４１３ａが撓まない）場合には、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂの表面は面一となり、入射光Ｌ１の反射光が０次光Ｌ２として導出される。一方、図４．Ｂに示すように可動リボン４１３ａが固定リボン４１３ｂよりも基板下面４１２側に撓む場合には、固定リボン４１３ｂが回折格子の溝の底面となり、１次回折光Ｌ３（さらには、高次回折光）が空間光変調デバイス４１から導出され、０次光Ｌ２は消滅する。このように、空間光変調デバイス４１は回折格子を利用した光変調を行う。

光照射部４４から出射された光は、空間光変調デバイス４１において互いに隣接する１つの可動リボン４１３ａと１つの固定リボン４１３ｂとの対であるリボン対上に点状に照射される。上述のように、空間光変調デバイス４１では、制御部７からの切削信号に基づいて複数の可動リボン４１３ａがそれぞれ制御されて昇降する。これにより、複数のリボン対が０次光（正反射光）を出射する状態と、非０次回折光（主として１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））を出射する状態との間で遷移される。空間光変調デバイス４１から出射される１次回折光は、図２および図３に示すように、集光レンズ４５１を介してフォトダイオード４５２により受光される。また、０次光は、迷光となることを防止するために図示省略の遮光部により遮光される。

空間光変調デバイス４１では、図４．Ａに示すように、可動リボン４１３ａと固定リボン４１３ｂとの基板下面４１２からの高さが等しい場合、フォトダイオード４５２には光は入射しない。また、図４．Ｂに示すように、可動リボン４１３ａが基板下面４１２に最も近接した状態では、１次回折光がフォトダイオード４５２により受光される。以下の説明では、図４．Ｂに示す可動リボン４１３ａの位置を「最近接位置」といい、図４．Ａに示す可動リボン４１３ａの位置を「最離間位置」という。また、可動リボン４１３ａが、最近接位置と最離間位置との間に位置する場合、可動リボン４１３ａは「中間位置」に位置すると説明する。可動リボン４１３ａが中間位置に位置する状態では、フォトダイオード４５２にて受光される１次回折光の強度は、可動リボン４１３ａが最近接位置から離れるに従って（すなわち、可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が大きくなるに従って）低下する。

加工ヘッド４では、光源４４１からの光の複数のリボン対上における照射位置が、ポリゴンミラー４４３によりＸ方向（すなわち、リボン対の配列方向）に走査され、受光部４５のフォトダイオード４５２により、複数のリボン対からの１次回折光（以下、「信号光」ともいう。）が順次受光される。制御部７では、フォトダイオード４５２からの出力に基づいて、空間光変調デバイス４１の複数のリボン対からの信号光の強度がそれぞれ求められ、複数のリボン対からの信号光の強度に基づいて、各可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が求められる。そして、当該距離が制御部７から可動リボン４１３ａに送られた切削信号に基づく目標距離と異なっている場合には、制御部７により切削信号が補正されて当該距離が制御される。微細加工装置１では、対象物９に対する切削加工が行われている間、ポリゴンミラー４４３による光の走査、受光部４５による信号光の受光、および、切削信号の補正（すなわち、各可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離の制御）が繰り返される。

図１に示す測定部５は、対象物９の（＋Ｚ）側に配置され、非接触にて測定部５と対象物９の被切削面９１との間の距離を測定する。測定部５としては、レーザセンサや静電容量センサ、トンネル電流を利用したＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscopy）等が利用される。測定部５は、加工ヘッド４の（−Ｙ）側に加工ヘッド４と共にフレーム１２に固定されており、保持部３が（＋Ｙ）側に移動して切削加工が行われる際に、被切削面９１の切削加工が行われる予定の領域と測定部５との間のＺ方向の距離を測定する。制御部７では、測定部５からの出力に基づいて、被切削面９１上の各領域において加工ヘッド４と被切削面９１との間の距離が求められ、当該距離と所定の距離との間に差がある場合は、各領域の切削加工が行われる際に、当該差を相殺するように切削信号が補正されて各可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が制御される。

以上に説明したように、微細加工装置１では、半導体装置製造技術により形成された空間光変調デバイス４１の複数の可動リボン４１３ａ上に複数の切削刃４２を設けることにより、個別に昇降する複数の切削刃４２を容易に緻密に配列することができる。そして、これらの切削刃４２により対象物９に対する切削を行うことにより、精密な微細切削加工を迅速に行うことができる。さらに、可動リボン４１３ａの昇降を高精度に制御することにより、対象物９に対する微細切削加工を高精度に行うことができる。

また、微細加工装置１では、従来のフォトリソグラフィ法のように高価なマスクやＬＩＧＡプロセスのように高価なシンクロトロン放射光装置を使用することなく、低コストにて微細加工を行うことができる。さらに、マスク製造や露光、現像等の工程も不要となるため、微細加工を迅速かつより低コストにて行うことができる。このように、高精度な微細切削加工を迅速かつ低コストにて行うことが可能な微細加工装置１は、ナノインプリント用のモールドの加工に特に適している。

加工ヘッド４では、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂが、基板４１１およびカバー部４３により形成される空間に収容されることにより、対象物９の切削により生じた切りくず等が可動リボン４１３ａや固定リボン４１３ｂに付着することが防止される。このため、切りくず等により可動リボン４１３ａの動作が妨げられることが防止され、微細加工装置１の誤作動が防止される。

微細加工装置１では、加工ヘッド４と対象物９との間の距離を測定する測定部５が設けられ、測定部５からの出力に基づいて可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が制御される。これにより、被切削面９１のうねりや変形等の形状変化や移動機構２の傾き等の影響を抑制し、より高精度な微細切削加工を実現することができる。

微細加工装置１では、回折型の空間光変調デバイス４１の各可動リボン４１３ａに切削刃４２が設けられ、空間光変調デバイス４１からの信号光に基づいて各可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が求められて当該距離が制御される。これにより、切削刃４２と被切削面９１との接触の程度が高精度に制御され、その結果、さらに高精度な微細切削加工を実現することができる。また、空間光変調デバイス４１からの信号光として、可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離により強度が大きく変化する１次回折光を利用することにより、可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離をより高精度に求めることができる。その結果、さらに高精度な微細切削加工を実現することができる。

加工ヘッド４では、光源４４１からの光の複数のリボン対上における照射位置が配列方向に走査され、受光部４５にて複数のリボン対からの信号光が順次受光される。これにより、複数のリボン対に線状光を照射して複数のリボン対からの信号光を同時に受光する場合に比べて、各可動リボン４１３ａの基板４１１からの距離をさらに高精度に求めることができる。その結果、より一層高精度な微細切削加工を実現することができる。

図５に示すように、微細加工装置１では、複数のスタイラスである切削刃４２に個別に光を照射して加熱するスタイラス加熱部６が設けられてもよい。スタイラス加熱部６は、複数のレーザダイオード６１を有し、各レーザダイオード６１からミラー６２を介して切削刃４２に光が照射されることにより、各切削刃４２が加熱される。これにより、対象物９に対する微細切削加工を、より迅速に行うことができる。スタイラス加熱部６による各切削刃４２の加熱は、好ましくは、各切削刃４２の対象物９への接触時のみ（あるいは、各切削刃４２が対象物９に接触する直前から離間するまでの間のみ）行われる。これにより、切削刃４２の不要な加熱を防止することができる。なお、図５では、切削刃４２への光の照射は側方から行われるが、例えば、切削刃４２が可動リボン４１３ａを貫通するように可動リボン４１３ａに取り付けられている場合、切削刃４２の上端部にスタイラス加熱部６から光が照射されてもよい。

ところで、切削刃４２は通常、刃先から根本に向かうに従って断面積が大きくなる。このため、深いパターンを形成しようとするとパターン幅が大きくなる。そこで、図６．Ａに示すように、ナノインプリンタのモールドとなる予定のベース基板９２の表面にレジスト膜９３が形成された対象物９ａに対して微細切削加工を行い、レジスト膜９３およびベース基板９２に細いパターン９４ａを形成した上で、異方性エッチングを行うことにより、図６．Ｂに示すように、高アスペクト比のパターン９４ｂ（すなわち、幅が細く、かつ、深いパターン）を対象物９ａに形成することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る微細加工装置について説明する。図７は、第２の実施の形態に係る微細加工装置の加工ヘッド４ａの内部構造を示す側面図である。第２の実施の形態に係る微細加工装置は、加工ヘッドの構造が異なる点を除き、図１に示す微細加工装置１と同様の構成を備え、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。

図７に示すように、加工ヘッド４ａは、第１の実施の形態と同様の空間光変調デバイス４１、光照射部４４および受光部４５を備える。加工ヘッド４ａでは、空間光変調デバイス４１の複数の可動リボン４１３ａ、複数の固定リボン４１３ｂ（図３参照）および電極４１４が、基板４１１の（＋Ｚ）側の主面４１５（以下、「基板上面４１５」という。）上に設けられる。複数の切削刃４２ａは、複数の可動リボン４１３ａのそれぞれの（−Ｚ）側の面（すなわち、基板４１１側の面）から、電極４１４および基板４１１を貫通して対象物９および保持部３（図１参照）に向けて突出する。

加工ヘッド４ａでは、基板４１１の基板上面４１５を覆うカバー部４３ａが設けられ、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂは、カバー部４３ａおよび基板４１１により形成される空間内に収容される。カバー部４３ａの（＋Ｚ）側の面にはカバーガラス４３１が設けられ、光照射部４４からの光はカバーガラス４３１を介して、複数の可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂの（＋Ｚ）側の面（すなわち、基板４１１とは反対側の面）に照射され、複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂからの１次回折光もカバーガラス４３１を介して受光部４５へと入射する。

加工ヘッド４ａでは、加工ヘッド４と同様に、制御部７（図１参照）からの切削信号に基づく複数の可動リボン４１３ａの昇降により、複数の切削刃４２が対象物９の被切削面９１に対して個別に接触および離間する。また、可動リボン４１３ａの基板上面４１５からの高さが制御されることにより、切削刃切削刃切削刃切削刃切削刃切削刃４２ａの被切削面９１への接触の程度が制御される。具体的には、可動リボン４１３ａが撓んでいない状態（すなわち、固定リボン４１３ｂと同じ高さに位置する状態）では、切削刃４２ａが被切削面９１から離間しており、可動リボン４１３ａが撓んで基板４１１に近づくに従って切削刃４２ａが被切削面９１に近づいて接触する。そして、切削刃４２ａが基板４１１に接触した後は、可動リボン４１３ａが基板４１１に近づくに従って、切削刃４２ａの被切削面９１との接触の程度が増大する。

第２の実施の形態に係る微細加工装置では、第１の実施の形態と同様に、空間光変調デバイス４１の複数の可動リボン４１３ａ上に複数の切削刃４２ａを設けることにより、個別に昇降する複数の切削刃４２ａを容易に緻密に配列することができる。そして、これらの切削刃４２ａにより対象物９に対する切削を行うことにより、精密な微細切削加工を迅速に行うことができる。さらに、可動リボン４１３ａの昇降を高精度に制御することにより、対象物９に対する微細切削加工を高精度に行うことができる。

加工ヘッド４ａでは、特に、可動リボン４１３ａおよび固定リボン４１３ｂの基板４１１とは反対側の面に向けて光照射部４４から光が照射されるため、空間光変調デバイス４１の基板４１１を、光照射部４４からの光が透過する材料で形成する必要がない。このため、基板４１１の材料選択の自由度を向上することができる。また、基板４１１上の電極４１４が、光照射部４４から受光部４５へと至る光路上に位置しないため、電極４１４の大きさや材料の選択の自由度も向上される。

一方、第１の実施の形態に係る加工ヘッド４では、切削刃４２ａが可動リボン４１３ａの基板４１１とは反対側の面に設けられることにより、切削刃４２ａの可動リボン４１３ａからの高さを低くすることができる。これにより、切削刃４２ａの製造に係るコストを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、切削刃４２，４２ａは、可動リボン４１３ａ上にダイヤモンド粉末を載置して焼結加工することにより形成されてもよい。また、切削刃４２，４２ａは、対象物９よりも硬い材料であれば、ダイヤモンド以外の材料により形成されてもよい。例えば、切削刃４２，４２ａは、超硬合金やカーボン等により形成されてもよく、可動リボン４１３ａ上にてカーボンナノチューブを成長させることにより形成されてもよい。さらには、可動リボン４１３ａが窒化ケイ素のように硬い材料にて形成されている場合、可動リボン４１３ａの表面をエッチング等により加工することにより切削刃４２が形成されてもよい。

上記実施の形態に係る微細加工装置では、各可動リボン４１３ａと基板４１１との間の距離が十分に精度良く取得できるのであれば、受光部４５にて受光される信号光として空間光変調デバイス４１からの０次光が利用されてもよい。また、空間光変調デバイス４１の複数の可動リボン４１３ａおよび複数の固定リボン４１３ｂに、配列方向に伸びる線状光が光照射部４４から照射され、空間光変調デバイス４１からの線状光が、受光部４５に設けられた１次元ＣＣＤ等により受光されることにより、複数の可動リボン４１３ａのそれぞれと基板４１１との間の距離がほぼ同時に取得されてもよい。

測定部５による測定は、対象物９の切削加工と必ずしも並行して行われる必要はない。例えば、測定部５と加工ヘッド４，４ａとが個別に移動可能とされ、切削加工が行われるよりも前に、加工ヘッド４，４ａが対象物９上から退避した状態で、測定部５による測定が被切削面９１の全面に亘って行われてもよい。

上記実施の形態では、ナノインプリント用のモールドとなる予定の対象物９の被切削面９１に対して切削刃４２，４２ａを用いて切削加工を行う微細加工装置について説明したが、当該微細加工装置では、切削刃４２，４２ａに代えて他の種類のスタイラスを用いて対象物の被加工面に対する様々な微細加工が行われてもよい。例えば、スタイラスにレーザを照射して対象物の融点や沸点以上に加熱し、当該スタイラスを対象物の被加工面に接触させることにより、被加工面を切削することなく、被加工面に対する除去加工が行われてもよい。

微細加工措置では、対象物の被加工面の除去を伴わない微細加工が行われてもよく、例えば、上記実施の形態と同様の切削刃４２，４２ａを用い、対象物の被加工面に切削刃４２，４２ａの先端を接触させつつ上滑りさせ（すなわち、切削刃４２，４２ａの先端を被加工面に切り込ませることなく移動し）、被加工面の表層部に一定の深さでアモルファス層を形成する表面改質が行われてもよい。また、先端を半球形に成形したスタイラスにより対象物の被加工面を押圧して塑性変形させることにより、ナノレンズのモールドが形成されてもよい。いずれの場合も、上記と同様に、対象物に対する高精度な微細加工を迅速に行うことができる。

上記実施の形態に係る微細加工装置は、ナノインプリント用のモールドの製造以外にも、例えば、半導体やフラットパネルディスプレイ用の基板、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造に利用されてもよく、マイクロ電子部品の印刷や対象物のエンボス加工に利用されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。

１ 微細加工装置
２ 移動機構
３ 保持部
４，４ａ 加工ヘッド
５ 測定部
６ スタイラス加熱部
７ 制御部
９，９ａ 対象物
４２，４２ａ 切削刃
４３，４３ａ カバー部
４４ 光照射部
４５ 受光部
９１ 被切削面
４１１ 基板
４１３ａ 可動リボン
４１３ｂ 固定リボン
４４１ 光源
４４３ ポリゴンミラー

Claims (8)

1. 微細加工装置であって、
   対象物を保持する保持部と、
   加工ヘッドと、
   前記保持部を前記加工ヘッドに対して相対的に移動する移動機構と、
   前記加工ヘッドを制御する制御部と、
   を備え、
   前記加工ヘッドが、
   基板と、
   前記基板の主面に平行な所定の配列方向に配列され、それぞれが前記配列方向に垂直な方向に伸びる帯状であり、静電気力により前記主面に対して昇降する複数の可動リボンと、
   前記複数の可動リボンのそれぞれの前記基板とは反対側の面から前記保持部に向けて突出する、または、前記複数の可動リボンのそれぞれの前記基板側の面から前記基板を貫通して前記保持部に向けて突出する複数のスタイラスと、
   を備え、
   前記複数の可動リボンの昇降により、前記複数のスタイラスが前記対象物の被加工面に対して個別に接触および離間することを特徴とする微細加工装置。
2. 請求項１に記載の微細加工装置であって、
   前記加工ヘッドが、カバー部をさらに備え、
   前記基板および前記カバー部により形成される空間内に前記複数の可動リボンが収容されることを特徴とする微細加工装置。
3. 請求項１または２に記載の微細加工装置であって、
   前記加工ヘッドと前記対象物との間の距離を測定する測定部をさらに備え、
   前記制御部が、前記測定部からの出力に基づいて、前記複数の可動リボンのそれぞれとと前記基板との間の距離を制御することを特徴とする微細加工装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の微細加工装置であって、
   前記加工ヘッドが、
   前記配列方向において前記複数の可動リボンと交互に配置される複数の固定リボンと、
   前記複数の可動リボンおよび前記複数の固定リボンに光を照射する光照射部と、
   前記複数の可動リボンおよび前記複数の固定リボンからの光を受光する受光部と、
   をさらに備え、
   前記制御部が、
   前記受光部からの出力に基づいて、それぞれが互いに隣接する１つの可撓リボンと１つの固定リボンとの対である複数のリボン対からの光の強度を求め、
   前記複数のリボン対からの光の強度に基づいて、前記複数の可動リボンのそれぞれと前記基板との間の距離を制御することを特徴とする微細加工装置。
5. 請求項４に記載の微細加工装置であって、
   前記光照射部が、
   光源と、
   前記光源からの光の前記複数のリボン対上における照射位置を前記配列方向に走査する走査機構と、
   を備え、
   前記受光部が、前記複数のリボン対からの光を順次受光することを特徴とする微細加工装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の微細加工装置であって、
   前記複数のスタイラスに個別に光を照射して加熱するスタイラス加熱部をさらに備えることを特徴とする微細加工装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の微細加工装置であって、
   前記対象物が、ナノインプリント用のモールドであることを特徴とする微細加工装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の微細加工装置であって、
   前記複数のスタイラスのそれぞれが、前記対象物の前記被加工面を切削する切削刃であることを特徴とする微細加工装置。

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