JP4333274B2 - パターン形成装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷インキ等の流動体を用いて微細パターンを形成する場合に用いいて好適なパターン形成装置及び方法に関するものである。

従来、流動体のパターン形成はいわゆる印刷法として、凸版、凹版、平版等の方法が知られている。例えば新聞や雑誌などの印刷物は情報伝達のために、紙等の基材上に流動体である印刷インキをパターニングしている。また、電子部品においては、導体、抵抗体、コンデンサなどいわゆる厚膜部品製造のために機能材料をペースト状、すなわち流動体としたものをスクリーン印刷等の手法でパターン形成して製造しているのは周知の通りである。さらに、最近ではミクロンオーダ、ナノオーダの微細加工の分野においても印刷的手法がソフトリソグラフィと呼ばれ注目されている(非特許文献１）。

ソフトリソグラフィと呼ばれているものにはいくつかの手法があるが、その一つであるマイクロコンタクトプリンティングは、原理そのものはいわゆるゴムスタンプを用いた凸版印刷あるいはフレキソ印刷と呼ばれる方法である。
しかし、パターン形成材料として用いられているのは、アルカンチオールのような化合物そのものやＤＮＡといった、従来のインキとは化学的、物理的に性質の全く異なる材料である。また、有機トランジスタのように複数の機能性有機材料を高精度で積層する、あるいはＤＮＡチップのように数百から数十万種類の異なるＤＮＡをパターン上に高精度で配列することが求められている。

このため、現在用いられている凸版の印刷の手法をそのまま、マイクロコンタクトプリンティングに使用する場合、複数の印刷工程においてパターンの重ね合わせ精度及び版各々のパターン精度を含む印刷精度を向上させることが困難であるという問題点があり、以下にその説明を行う。
一般的に、凸版による印刷は、図９に示すように、凸版Ｔを円筒状のドラムＤに貼着して印刷する。
ここで、凸版は、必要な強度を保つため、パターンの凸部の高さに対応して一定の厚さが必要となる。

このため、円筒に固定した場合には、以下に示す式で示されるように、幅がＬの凸版Ｔにおいて、曲面の沿った凸版Ｔの外周面の幅が、内周面の幅に対してΔＬだけ長くなり、双方の幅が異なることとなる。
ΔＬ＝{２π・(ｄ＋Ｒ)−２π・Ｒ}・{(Ｌ／(２π・Ｒ)}
＝ｄ・Ｌ／Ｒ
上式において、Ｒは円筒の半径であり、ｄは凸版Ｔの面内における平均の厚さであり、Ｌは曲面方向に沿った長さである。
例えば、Ｒ＝１０cm，Ｌ＝１０cm，ｄ＝０.１cmとすると、ΔＬ＝０.１cmとなり、版寸法において外周面及び内周面の幅はこのΔＬだけ異なる。

したがって、凸版Ｔのパターンの形成されている部分が曲面方向に引き延ばされてしまい、この曲面方向の寸法が製版時より長くなり、凸版Ｔ上のパターンの一方のパターンの寸法が設計値に対してずれ、円筒の軸方向における他方のパターンの寸法が変化しないため、双方のパターン寸法を考慮して、設計時に版の延びを考慮に入れた設計を行うことが困難である。

また、現実的には、版全体が均一の延びとなるように、円筒に固定することは、困難であり、円筒の軸方向に歪んで固定されることが考えられ、円筒の曲面方向及び軸方向の製造時（または設計時）の寸法に対する誤差を防止することができず、パターン精度を向上させることが困難である。
さらに、重ね合わせた印刷を行うために、印刷するパターンの位置合わせを行う場合、位置合わせマークを合わせられたとしても、パターンの形状によって、上述したパターンの延びが面内で異なることと、版全体が歪んで固定されていることから、正確にパターンの重ね合わせを行うことができない。

上述した凸版による問題を解決する、マイクロコンタクトプリンティングの方法について図４を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、スタンプ４０をインキパッド３０上に固定されたパターン形成材料９０上に押し付ける。このスタンプ４０は、形成したいパターン形状の凸部４０aを有しており、通常はこの凸部４０aが複数配列されている。尚、形成するパターンによっては各凸部の形状が異なっていても良い。

次に、スタンプ４０をインキパッド３０から剥離して、図４（ｂ）のように、スタンプ４０の凸部４０aにパターン形成材料９０を付着させる。続いて図４（ｃ）のように、これを所定の基材２０に押し付けて、パターン形成材料９０を基材２０に付着させた後、図４（ｄ）のようにスタンプ４０を剥離してパターン形成材料９０を基材２０に転写する。
ホワイトサイズ他、日経サイエンス 2001年12月号 30〜41ページ

しかし、図４（ｅ）のようにインキパッド３０とスタンプ４０との平行が得られていない場合は、図４（ｆ）のようにスタンプ４０には部分的にしかパターン形成材料９０が付着しない。また、インキパッド３０とスタンブ４０との平行が得られていたとしても、基材２０とスタンプ４０の平行が得られていないと、図４（ｇ）のように基材２０とスタンプ４０の一部としか接触せず、図４（ｈ）のようにパターン形成材料９０が基材上に転写されず、所望のパターンが得られないことがある。従って、スタンプ４０と基材２０間、スタンプ４０とインキパッド３０間の平行を調整することが必要である。

通常の印刷に用いられているスタンプでは、凸部の高さは数百ミクロンあり、かつスタンプは通常ゴム等の弾性体で形成されているため、スタンプが部分的に変形して平行のずれを緩和できる。
しかし、マイクロコンタクトプリンティングにおいては、パターン幅、ピッチ等が通常の印刷では行われていないミクロンオーダ、ナノオーダの微細加工レベルのパターン形成を目的としている。このためスタンプは、幅だけでなく高さ、ピッチも数十ミクロンあるいは数ミクロン以下のサイズとなり、通常のゴムスタンプより一桁から二桁以上小さくなる。従って、版（スタンプ４０）とインキパッド間の平行、及び版と基材間の平行度が従来の印刷機より高い精度で要求されている。

また、このソフトリソグラフィの分野においては、スタンプ４０の材料として、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が一般的に用いられている。
上記スタンプ４０の作成方法は、非特許文献１に記載されているが、図１０に示すように、例えば２液硬化性ＰＤＭＳを、表面にパターンの凹凸の型が形成された母型１３０に流し込む。
例えば、シリコンウェハ表面に、フォトグラフィ処理によってフォトレジストのパターンを形成して、このフォトレジストをマスクとしてエッチングして母型１３０を作成し、凹凸の型が形成された母型１０３表面に、２液硬化性ＰＤＭＳを流し込み（図１０（ａ））、上記２液硬化性ＰＤＭＳの硬化後に引き剥がす（図１０（ｂ））ことによりスタンプ４０を作成する。

しかしながら、上述のように作成されたスタンプ４０は、弾性体であるために変形し易く、この状態のままでは低い印刷精度を得ることができず、マイクロコンタクトプリンティングに使用することができない。
また、ガラス板やシリコンウェハにパターンを形成して、そのままスタンプとして用いることも不可能ではないが、パターンの剛性が高くなるため、被印刷物である基材の凹凸に追従できないため、実現は非常に困難であると考えられる。

従来より、マイクロコンタクトプリンテイングについての研究例が数多く発表されているが、その発表された結果は顕微鏡で観察される程度の狭い視野内のものである。また、パターン形成の条件や再現性、それが得られる装置等についてはほとんど言及されていないのが現状である。

従って、本発明は、スタンプとインキパッドおよびスタンプと基材間の平行を正確に保つことができるパターン形成装置及び方法を得ることを第１の目的とする。
また、例えば有機トランジスタのように複数の種類の膜を積層することが求められるような場合に、正確な位置合わせを行うことのできるパターン形成装置を得ることを第２の目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によるパターン形成装置は、スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置において、スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置されていることを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置を用いるパターン形成装置において、スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置し、前記スタンプとインキパッドとの間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように前記調整部を制御して両者を平行状態となし、及び/又は前記スタンプと基材との間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように、前記調整部を制御して両者を平行状態となすことを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記調整部が球面座であることを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記調整部がジンバル機構により構成され、前記基材及び／またはインキパッドの支持機構をｘ軸及びｙ軸周りに回転自在に調整することを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記スタンプの支持機構は、前記スタンプを取り付けた構成において、該スタンプの画線部に平面的に重なる部分が、非可撓性及び光透過性を有する材質で作成されていることを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記スタンプが、前記画線部を含む、光透過性を有する弾性体で作成されたスタンプ部と、該スタンプ部を裏打ちする、光透過性及び可撓性を有する材質で作成された裏打ち部とを有して構成されていることを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記球面座を固定する固定手段を設けたことを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記スタンプと基材との位置合わせ機構を有することを特徴とする。

本発明によるパターン形成装置は、前記スタンプとインキパッドとの位置合わせ機構を有することを特徴とする。

本発明によるパターン形成方法は、スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置を用いるパターン形成方法において、スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置し、前記スタンプとインキパッドとを接触させた状態で前記調整部により両者を平行状態となし、及び/又は前記スタンプと基材とを接触させた状態で前記調整部により両者を平行状態となすことを特徴とする。

本発明によるパターン形成方法は、スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置を用いるパターン形成方法において、スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置し、前記スタンプとインキパッドとの間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように前記調整部を制御して両者を平行状態となし、及び/又は前記スタンプと基材との間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように、前記調整部を制御して両者を平行状態となすことを特徴とするパターン形成方法。

本発明によるパターン形成方法は、前記調整部が球面座で構成されていることを特徴とする。

本発明によるパターン形成方法は、前記調整部がジンバル機構により構成され、前記基材及び／またはインキパッドの支持機構をｘ軸及びｙ軸周りに回転自在に調整することを特徴とする。

本発明によるパターン形成方法は、複数のスタンプを用いて、異なるパターンを重ね合わせて、所定のパターンを形成する場合、上記基材に形成されたパターンと、重ね合わすスタンプのパターンとの位置合わせを、光透過性を有する前記スタンプの位置合わせマークと基材上の位置合わせマークとにより、光学的に印刷の位置合わせを行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、基材及びインキパッドが球面座上に載配置されたステージ上に固定されるため、スタンプを用いた転写によるパターン形成において、スタンプとインキパッドの平行を容易に得ることができるため、スタンプの面内に均一にパターン形成材料を付着させることができる。同様に基材とスタンプの平行が容易に得られるため、面内に均一に所望のパターンを精度良く形成することができる。このため、特にマイクロコンタクトプリンテイング等の微細なパターン形成を行う場合に用いて効果が得られる。
また、スタンプとインキパッド間及び/又はスタンプと基材間の位置合わせ機構を設けているため、基材の所定の位置に精度良くパターン形成することができる。

本発明は、印字等のパターンが形成されたスタンプと、スタンプにインキ（パターン形成材料）を付着させるインキパッドと、スタンプの支持機構と、スタンプのパターンに付着したインキによりパターン形成される基材の支持機構とを有するパターン形成を行うパターン形成装置であり、上記スタンプの面に対して、インキパッドの面及び／又は基材の面とを平行に支持できるように調整可能な基材の支持機構を有することを特徴とするパターン形成装置である。また、そのパターン形成方法に関する。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態によるパターン形成装置を示す側面図である。
図１において、１０は基材２０を載置して固定するためのステージ、１１はインキパッド３０を載置して固定するためのステージである。ステージ１０は球面座５０上に載置され、ステージ１１は球面座５１上に載置されている。ステージ１０及び球面座５０は、移動装置６０により図の上下方向に移動可能になされている。ステージ１１及び球面座５１は、移動装置６１により図の上下方向に移動可能になされている。移動装置６０，６１は基台１００上に取り付けられている。

球面座５０は、ステージ１０の下面に一体的に設けた半球状体５２と、半球状凹部５３を有する載置台５４からなり、半球状凹部５３内に半球状体５２が回転可能に嵌合されている。これによって、ステージ１０は半球状体５２と共に任意の角度及び方向に回転可能（３次元的に可動自在）になされている。球面座５１もステージ１１の下面に一体的に設けた半球状体５５と、半球状凹部５６を有する載置台５７により上記球面座５０と同様に構成されており、ステージ１１が半球状体５５と共に任意の角度及び方向に回転可能になされている。

球面座５０には、半球状体５２を半球状凹部５３内で固定するための固定手段が設けられている。図２に固定手段の一例を示す。
図示のように、載置台５４の半球状凹部５３の底部には十字状の溝５８が設けられると共に、この溝５８と連通する穴５９が設けられている。この穴５９に真空ポンプ（図示せず）を接続して半球状体５２を真空吸着することにより、この半球状体５２をステージ１０と共に半球状凹部５３内で任意の傾いた姿勢で固定することができる。
また、球面座５１にも、半球状体５５をステージ１１と共に半球状凹部５６内で固定するための同様の構成を有する固定手段が設けられている。

図１において、基台１００に設けた２本の支柱１１０間にはガイドレール７０が懸架され、このガイドレール７０には凸部４０aを有するスタンプ４０が取り付けられている。このスタンプ４０は、図示しない移動装置によって図の左右方向に往復移動可能になされている。
ステージ１０の上方には位置合わせマーク観察装置８０が配置され、ステージ１１の上方には位置合わせマーク観察装置８１が配置されている。

尚、スタンプ４０には、ソフトリソグラフィの分野で良く知られているポリジメチルシロキサンを主体とするエラストマをはじめ、ウレタンゴム、プチルゴム、あるいはポリアクリルアミドを主体とするハイドロゲル等、種々の弾性体を使用できる。これらは用いるパターン形成材料により適宜選択する。また、用途によっては樹脂、金属等の硬質の材料もスタンプとして使用可能である。
また、インキパッド３０は、例えばガラス板等の表面にパターン形成材料を塗布したもの、あるいはスポンジ状の媒体にパターン形成材料を吸収させたものなどを用いることができる。

次に、上記構成によるパターン形成装置の動作について図１、図３を参照して説明する。
まず、スタンプ４０をステージ１０の上方に移動させた後、ステージ移動装置６０によりステージ１０を球面座５０と共に上方に移動させる。図３（a）のようにステージ１０と基材２０とが平行でない場合、図３（b）のようにスタンプ４０のパターン面とステージ１０の基材２０を乗せた面とが基材２０を介して押付けられた状態となる。この押し付ける力によって球面座５０の半球状体５２が半球状凹部５３内で回転することにより、スタンプ４０の全ての凸部４０aの先端面（パターン面）と基材２０の面（被印刷面）とが平行になる。
このとき、前記真空ポンプによる固定手段を動作させて球面座５０を吸着固定することにより、平行状態を保持することができる。

次に、スタンプ４０をステージ１１の上方まで移動させた後、ステージ移動装置６１によりステージ１１を球面座５１と共に上方に移動させ、スタンプ４０とインキパッド３０とを押し付けて、前記と同様にして球面座５１によりスタンプ４０のパターン面とインキパッド３０のパッド面とを平行状態にして球面座５１を固定する。この状態で図３（ｃ）のようにスタンプ４０を一旦インキパッド３０から離してインキパッド３０にインキ（パターン形成材料）を供給した後、再びスタンプ４０とインキパッド３０とを接触させることにより、スタンプ４０にインキを付着させる。

尚、スタンプ４０のパターン面とインキパッド３０のパッド面とが平行状態となるまではインキパッド３０にはインキは未だ供給されてなく、上記平行状態が得られ、球面座５１が固定されてからインキが供給される。このために、インキパッド３０にスポンジ状の材質を用いてインキを滴下するようにしてよい。スポンジ状の材質として例えばメンブレンフィルタなどの濾紙が用いられる。

次に、インキを付着されたスタンプ４０を再びステージ１０の上方に移動させた後、既に固定されている球面座５０によりスタンプ４０に対して平行になされている基材２０とスタンプ４０とを押し付けることにより、スタンプ４０のインキを基材２０に転写することができる。

次に、スタンプ４０とインキパッド３０及び基材２０との位置合わせについて説明する。
インキパッド３０及びスタンプ４０の互いに対応する位置にはそれぞれ位置合わせマークが設けられており、この位置合わせマークを位置合わせマーク観察装置８０で観察しながら、インキパッド３０とスタンプ４０とを正確に位置合わせした状態で、スタンプ４０にパターン形成材料を付着させることができる。

同様に、基材２０及びスタンプ４０の互いに対応する位置には位置合わせマークが設けられている。この位置合わせマークを位置合わせマーク観察装置８１で観察しながら、基材２０とスタンプ４０を正確に位置合わせした状態でパターン形成を行うことができる。
尚、位置合わせマーク観察装置８０，８１として、例えば光学顕微鏡、や半導体製造におけるステッパのレーザ光を用いた位置合わせの装置が用いられる。

以上のように、本実施の形態によれば、スタンプ４０のパターン面とインキパッド３０のインキ面と、及び、スタンプ４０のパターン面と基材２０の被印刷面とを常に正確に平行状態に保ちながら、インキのスタンプ４０への付着、及びスタンプ４０から基材２０への転写を行うことができる。従って、スタンプにパターン形成材料を均一に付着させることができると共に、そのスタンプを均一に基材に押し当てることができるので、パターン形成材料を安定にかつ基材２０の面内に均一に転写することができるので、再現性の良いパターン形成を行うことができる。
また、スタンプ４０とインキパッド３０及び基材２０との位置合わせを高い精度で行うことができるので、基材２０の所定の位置に所望のパターンを正確に形成することができ、さらに再現性の良いパターン形成を行うことができる。

尚、図１の実施の形態では、ステージ１０、１１が上下動すると共にスタンプ４０がガイドレール７０上を左右に移動可能に構成しているが、ステージ１０、球面座５０及びステージ移動装置６０と、ステージ１１、球面座５１及びステージ移動装置６１をそれぞれ一体的に左右移動可能とし、スタンプ４０を上下動させる構成でもよい。要するにスタンプ４０とインキパッド３０、スタンプ４０と基材２０を接触させるためには、少なくともどちらか一方が面に対して垂直方向に移動可能な機構を有していればよい。そのためにはスタンプ４０もしくはインキパッド３０、基材２０側のステージ１０又は１１がエアシリンダやポールねじ等の送り機構により移動できればよい。

次に、スタンプ４０が支持されているスタンプの支持機構１２０及びスタンプ４０の構成にについて、詳細に説明する。以下、光透過性とは、光を透過させる意味で用いている。
図５に示すように、支持機構１２０は、光透過性及び非可撓性を有する材質、例えばガラス板等により作成されたブラケット１２０ｂと、このブラケット１２０ｂを図示しない移動装置に取り付け、固定させるブラケット１２０ａとから構成されている。
ここでブラケット１２０ａは、取り付け加工、及び上記移動装置へ固定し易いように、材質として金属、例えばアルミ合金などを用い、ブラケット１２０ｂの外縁部に沿った、所定の幅の枠形に加工され、ブラケット１２０ｂを介して、画線部４０ｂに、位置合わせのための光が透過されるよう形成されている。
そして、ブラケット１２０ａとブラケット１２０ｂとは、図示しないボルト等によって互いに固定されている。

また、スタンプ４０は、凸部４０ａにより凹凸のパターンが形成されている画線部４０ｂの領域を有するスタンプ部４０ｃと、スタンプ部４０Ｃを固定するために裏打ちする裏打ち部４０ｄから構成されている。
スタンプ部４０ｃは材質が光透過性を有する弾性体、例えば、硬化されたシリコーンゴムで形成されており、裏打ち部４０ｄは光透過性及び可撓性のある材質、例えばポリカーボネート板等により形成され、スタンプ部４０と、画線部４０ｂが形成されている反対の面を介して貼着されている。

上記スタンプ部４０ｃの作成方法は後述するが、被印刷物である基材における、印刷面の凹凸に対応するため弾性体を使用するので、スタンプ部４０ｃを固定する必要性から裏打ち部４０ｄにより固定する。
ここで、ブラケット１２０ｂの上記所定の幅は、位置合わせマーク観察装置８０（または８１）から出射される光Ｒが、スタンプ４０の画線部４０ｂの全体または位置合わせに必要な部分を、透過する空間を与える値とする。
すなわち、幅と定義したが、画線部４０ｂにおいて、位置合わせための光Ｒが透過する位置が固定されていれば、任意の大きさ及び形状の孔を形成して、この孔を前記光Ｒが通過し、画線部４０ｂを透過するようにしてもよい。

そして、スタンプ支持機構１２０は、ブラケット１２０ｂに対してスタンプ４０を固定する機能を有しているが、固定の方法として特に限定を行わないが、ねじによる固定や真空吸着による固定などが用いられる。
以下に、真空吸着による固定に付いて簡単に説明する。
ブラケット１２０ｂには、上記スタンプ４０を真空吸着により固定するための、溝１２０ｃが形成されている。

ここで、上記溝１２０ｃは図５においては、スタンプ４０が正方形状であるとして、「ロの字」の形状に形成してあるが、スタンプ４０の形状に合わせ、かつスタンプ部４０ｃの領域及び位置合わせ用の光Ｒの透過する領域を除いた部分に任意の形状で作成して良い。
また、ブラケット１２０ｂは、透過する位置合わせ用の光Ｒの散乱の割合が、位置合わせ精度を満足し、かつスタンプ４０を固定する吸着力が得られる面積及び数の孔が設けられた吸着面を有する構成としてもよい。

次に、スタンプ４０の作成方法を、図６を用いて説明する。
ガラス板表面に、すなわちスタンプ４０の画線部４０ｂの凹凸のパターンと逆の凹凸のパターンを作成するため、フォトリソグラフィの技術によりレジストパターンを形成して、このレジストパターンをマスクとして、エッチング処理を行い、画線部４０ｂの凹凸のパターンに対して、逆の凹凸を有する凹凸のパターンを形成し、このガラス板を母型１３０する。

そして、上記母型１３０に、スタンプ部４０となる液状シリコーンゴム（例えば、ＧＲ東芝製 ＴＳＥ３０３２）を流し込み、樹脂板（裏打ち部４０ｄ）である０.５mmのポリカーボネート板に重ね合わせる（図６（ａ））。
上記液状シリコーンゴムと樹脂板との間に、貼着の強度を増加させるため、光透過性を有する接着剤を介挿してもよい。
この状態を保持させたまま、室温において７２時間放置し、上記液状シリコーンゴムを硬化させ、スタンプ部４０ｃを形成する。
そして、母型１３０から、裏打ち部４０ｄで固定された状態において、スタンプ部４０ｃを引き剥がして、スタンプ４０を完成させる（図６（ｂ））。

ここで、裏打ち部４０ｄはスタンプ部４０ｃを母型１３０より引き剥がすときに画線部４０ｂが変形しないように、形状を保護している。
また、母型１３０より引き剥がすとき、図６（ｂ）に示すように、母型１３０またはスタンプ４０のいずれかが可撓性の材質、すなわちある剛性が高くなく、印加された力に対して変形する必要がある。
母型１３０は画線部４０ｂの凹凸パターンの原版であり、凹凸のパターンの寸法精度が要求されるため、裏打ち部４０ｄを可撓性の材質で作成することとなる。

さらに、裏打ち部４０ｄは、スタンプ部４０ｃにおける画線部４０ｂ及び位置合わせの領域に位置合わせ用の光Ｒを透過させる必要があるため、スタンプ部４０ｃと同様に光透過性の材質を用いる必要がある。
スタンプ４０をブラケット１２０ａに直接固定して、ステージ１１上の基材２０に対して印刷を行う構成も考えられるが、裏打ち部４０ｄが可撓性を有するため、図７に示すようにスタンプ４０全体が変形して十分な加圧ができす、インク（又は材料）の転写（転移）が不十分となる。
このため、スタンプ支持機構１２０のブラケット１２０ｂは、スタンプ４０の変形を防止する目的で、非可撓性の材質により作成されている。

上述したような構成により、従来例における低い印刷精度の問題を解決することができる。
すなわち、スタンプ４０に裏打ち部４０ｄを設けることにより、スタンプ部４０ｃを母型１３０から引き剥がすときに、スタンプ部４０ｃに直接印加される力を低減させ、形成された画線部４０ｂの凹凸パターンの変形を防止させることで、母型１３０の凹凸パターンに対する製造精度を向上させることができる。

また、スタンプ４０が平面形状に作成され、かつスタンプ４０が非可撓性を有するブラケット１２０ｂで固定されているため、画線部４０ｂの変形を防止することができ、同様に平面形状に形成されているステージ１０及び１１の表面に配置された基材２０，インキパッド３０各々に対して、画線部４０ｂの凹凸パターン面が平行に接触するため、インキパッド３０から画線部４０ｂの凹凸パターンへの、そして画線部４０ｂの凹凸パターンから基材２０の表面にインクが精度良く転写されることとなる。

さらに、図６の上部から入射される光Ｒが、ブラケット１２０ａ，ブラケット１２０ｂ，裏打ち部４０ｄ，スタンプ部４０ｃの順に透過させることができ、スタンプ部４０ｃの位置合わせマークと、先に転写されている基材２０の表面の位置合わせマークとを用いた光学的な位置合わせ、例えば、半導体製造時にステッパ等において用いられる、レーザを用いた光学的な位置合わせの機構を利用することができ、この位置合わせの機構を用いることで、複数種類のパターンを重ね合わせて、所定の構成のパターンを形成するとき、この複数種類のパターン間の位置合わせの精度（パターンの形成精度）を、半導体製造工程の精度と同程度まで向上させることが可能である。

すなわち、本発明のパターン形成装置は、複数スタンプを用いて、異なるパターンを、複数重ね合わせて所定のパターン構成を形成する場合、基材２０にすでに転写された位置合わせマーク（他のスタンプによるパターン形成時に、この他のスタンプにより形成された位置合わせマーク）と、スタンプ４０に設けられた位置合わせマークとの重なりがずれていないか（偏差がどの程度あるかを含めて）を、レーザ光等により光学的に測定し、この偏差の測定結果に基づき、制御装置が移動装置を制御し、基材２０上の位置合わせマークに対して、スタンプ４０の位置合わせマークの位置が一致するように、移動装置によりスタンプの支持機構の位置を偏差分だけ移動させ、位置合わせマークを合わせることにより、高精度の重ね合わせのパターンを形成する。

以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、他の実施形態として、図６に示すスタンプ支持機構１２０とスタンプ４０を、図７に示すスタンプ支持機構１４１，スタンプ４０'の構成としてもよい。
スタンプ４０'において、裏打ち部４０ｄにスタンプ部４０ｃを貼着するまではすでに述べた実施形態と同様である。

上記他の実施形態においては、ブラケット１２０ｃを裏打ち部４０ｄに貼着して、スタンプ支持機構１２０のブラケット１２０ｃを、スタンプ４０'の非可撓性（剛性）及び光の光透過性を有する支持体４０ｅとして用いている。
例えば、支持体４０ｅに厚さ３mmのガラス板を用いて、アクリル系接着剤により、ポリカーボネートの裏打ち部４０ｄに打擲する。
スタンプ支持機構１４１は、ブラケット１２ａと同様の構造に形成され、加えて、上記スタンプ４０'を真空吸着して、固定保持するための溝１４１ａが形成されている。

また、スタンプ支持機構１４１に対するスタンプ４０'の固定保持方法は、真空吸着でなく、ボルトなどを用いる固定方法を使用しても良い。
上述した構成により、他の実施形態も、既に述べた実施形態と同様の効果を得ることができる。
従って、本発明によれば、スタンプのパターン面とインキパッドのパッド面（ステージ１０の上面）との平行及び/又はスタンプのパターン面と基材の被印刷面（ステージ１１の上面）との平行を容易に得ることができるため、スタンプの面内に均一にパターン形成材料を付着させることができ、あるいは基材の面内に均一に所望のパターンを精度良く形成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図を参照して説明する。
また、第２の実施形態については、実施例１に記載した図１の構成と異なる点のみを説明する。同様の構成については、同一の符号を用いる。
第２の実施形態においては、図１に示す球面座５０，５１の代わりに、球面座５０，５１と同様に、ステージ１０及び１１を各々可動自在（３次元的に）とするジンバル機構を用いた可動面座９１，９２を用いている点である。可動面座９１に基材２０が固定され、可動面座９２にインキパッド３０が固定されている。

ステージ１０は可動面座９１に設けられ、基材２０を載置して（載せて）固定するためのステージ（上面が滑らかな台）である。ステージ１１は、可動面座９２に設けられ、インキパッド３０を載置して（載せて）固定するためのステージである。
このステージ１０（支持機構）は、ジンバル機構からなる上記可動面座９１に設けられて（載置されて）おり、移動装置６０により、可動面座９１とともに上下方向に移動可能になされている。また、ステージ１１（支持機構）は、ジンバル機構からなる可動面座９２に設けられて（載置されて）おり、移動装置６１により可動面座９２とともに上下方向に移動可能になされている。

図１１を用いて、可動面座９１の説明を行うが可動面座９２についても同様の構成である。この図１１は、可動面座９１を上方より見た、ステージ１０を含む上面の概念図を示している。可動面座９１は、固定軸９３に設けられた、ｘ軸周りに回転自在な第１の台９４と、この第１の台９４の上部に設けられた、ｙ軸周りに回転自在な第２の台９５で構成されている。そして、ステージ１０は上記第２の台９５の上面に固定して設けられている。また、可動面座９０の第１の台９４を固定軸９３周りに回転自在として、より位置制御の自由度を向上させることもできる。

これにより、可動面座９１は実施例１に記載した球面座５０と同様に、スタンプ４０のパターン面と、基材２０の被印刷面とを平行の状態に制御することができる。
また同様に、可動面座９２は実施例１に記載した球面座５１と同様に、スタンプ４０のパターン面と、インキパッド３０のパッド面とを平行の状態に制御することができる。
他の構成，動作及び製造方法は実施例に記載した実施形態と同様のため、説明を省略する。上記構成により、実施例１の第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、基材２０の被印刷面とスタンプ４０のパターン面との平行制御を非接触で行う構成について説明する。
図１２に示すように、図示しない制御部がスタンプ支持機構１２０に対する、ステージ移動装置６０によるステージ１０の上昇を、あらかじめ設定された位置で一旦停止させる。そして、上記制御部がスタンプ支持機構１２０と、ステージ１０との間隔を側面からレーザ変位計等を利用することで測定し、少なくとも２カ所の間隔Ｄ１及びＤ２が同様となるように、すでに述べたジンバル機構において、第１の台９４及び第２の台９５をおのおのの軸周りに図示しないサーボモータ等により回転させる。

また望ましくは、制御部が図１３に示すように複数箇所、例えば４カ所において、間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４として測定する。すなわち、間隔Ｄ１をレーザ光源Ｌ１及び受光器Ｒ１からなるレーザ変位計により測定し、間隔Ｄ２をレーザ光源Ｌ２及び受光器Ｒ２からなるレーザ変位計により測定し、間隔Ｄ３をレーザ光源Ｌ３及び受光器Ｒ３からなるレーザ変位計により測定し、間隔Ｄ４をレーザ光源Ｌ４及び受光器Ｒ４からなるレーザ変位計により測定する。

そして、制御部が間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４各々の差を演算により求め、これらの各々の差が最小となるようにし、すなわち、制御部は、スタンプ支持機構１２０と、ステージ１０とにおける間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４各々が等しくなるように、可動面座９１において、第１の台９４及び第２の台９５をおのおのｘ軸及びｙ軸軸周りに、図示しないサーボモータ等により回転させて制御し、スタンプ支持機構１２０の面（すなわちスタンプ４０のパターン面）と、ステージ１０との面（すなわち基材２０の被印刷面）とが平行となるよう調節する。

受光部Ｒ１〜Ｒ２は、複数の受光器が直接に接合されたものである。そして、受光部に対してレーザ光源をスキャンさせて、測定物の間（スタンプ支持機構１２０とステージ１０との間）を通過するレーザ光を検知した受光器の数により、間隔の測定を行うものである。
上述した非接触によって、可動面座９１において、スタンプ４０のパターン面と基材２０の被印刷面とを平行にする制御（平行制御）、また可動面座９２においても同様にスタンプ４０のパターン面とインキパッド３０のパッド面との平行制御とを行うため、一度接触させて行う行程が必要無くなり、印刷工程を簡略化することができる。

本発明の実施の形態によるパターン形成装置の構成を示す側面図である 球面座の固定手段の一例を示す要部側面図及び平面図である。 本発明の実施の形態によるパターン形成装置の動作を示す要部側面図である。 従来のマイクロコンタクトプリンティングの手順を示す側面図である。 本発明の実施の形態によるスタンプ支持機構１２０とスタンプ４０との構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態によるスタンプ４０の製造工程を示す概念図である。 スタンプ支持機構におけるブラケット１２０ｂの必要性を説明する印刷の概念図である。 本発明の他の実施の形態によるスタンプ支持機構１２０とスタンプ４０との構成を示す断面図である。 従来の凸版の印刷を説明する概念図である。 従来のスタンプ４０の作成方法を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態による可動面座９０（９１）の構成を示す概念図である。 非接触において、スタンプ４０のパターン面と基材２０の被印刷面とのの平行制御を説明する概念図である。 非接触において、スタンプ４０のパターン面と基材２０の被印刷面とのの平行制御を説明する概念図である。

符号の説明

１０、１１…ステージ
２０…基材
３０…インキパッド
４０…スタンプ
４０ａ…パターン形状の凸部
４０ｂ…画線部
４０ｃ…スタンプ部
４０ｄ…裏打ち部
４０ｅ…支持体
５０、５１…球面座
６０、６１…ステージ移動装置
７０…ガイドレール
８０、８１…位置合わせマーク観察装置
９０…パターン形成材料（インキ）
９１…可動面座
９３…固定軸
９４…第１の台
９５…第２の台
１２０、１４１…スタンプ支持機構
１３０…母型
１２０ａ、１２０ｂ…ブラケット
１２０ｃ、１４１ａ…溝
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…レーザ光源
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…受光部

Claims (12)

1. スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置を用いるパターン形成装置において、
   スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置し、前記スタンプとインキパッドとの間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように前記調整部を制御して両者を平行状態となし、及び/又は前記スタンプと基材との間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように、前記調整部を制御して両者を平行状態となすことを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記調整部が球面座であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記調整部がジンバル機構により構成され、前記基材及び／またはインキパッドの支持機構をｘ軸及びｙ軸周りに回転自在に調整することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
4. 前記スタンプの支持機構は、前記スタンプを取り付けた構成において、該スタンプの画線部に平面的に重なる部分が、非可撓性及び光透過性を有する材質で作成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のパターン形成装置。
5. 前記スタンプが、
   前記画線部を含む、光透過性を有する弾性体で作成されたスタンプ部と、
   該スタンプ部を裏打ちする、光透過性及び可撓性を有する材質で作成された裏打ち部と
   を有して構成されていることを特徴とする請求項４記載のパターン形成装置。
6. 前記球面座を固定する固定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のパターン形成装置。
7. 前記スタンプと基材との位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のパターン形成装置。
8. 前記スタンプとインキパッドとの位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のパターン形成装置。
9. スタンプ、インキパッド、スタンプの支持機構、インキパッドの支持機構、パターン形成される基材の支持機構、スタンプをインキパッドに接触させる機構及びスタンプを基材に接触させる機構、から構成されるパターン形成装置を用いるパターン形成方法において、
   スタンプのパターン面と、基材の被印刷面及び／またはインキパッドのパッド面とを平行に支持するため、基材及び／またはインキパッドの支持機構が可動自在の調整部上に載置し、前記スタンプとインキパッドとの間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように前記調整部を制御して両者を平行状態となし、及び/又は前記スタンプと基材との間隔を複数箇所にて測定し、この間隔が等しくなるように、前記調整部を制御して両者を平行状態となすことを特徴とするパターン形成方法。
10. 前記調整部が球面座で構成されていることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成方法。
11. 前記調整部がジンバル機構により構成され、前記基材及び／またはインキパッドの支持機構をｘ軸及びｙ軸周りに回転自在に調整することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成方法。
12. 複数のスタンプを用いて、異なるパターンを重ね合わせて、所定のパターンを形成する場合、上記基材に形成されたパターンと、重ね合わすスタンプのパターンとの位置合わせを、光透過性を有する前記スタンプの位置合わせマークと基材上の位置合わせマークとにより、光学的に印刷の位置合わせを行うことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載のパターン形成方法。

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