JP4789039B2 - ナノインプリント装置 - Google Patents

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Description

本発明はナノインプリント技術に関し、好適にはナノインプリントプロセスの改良に用いられうる技術に関する。
近年、超微細３次元ナノ構造体の製造プロセスとしてナノインプリント技術が注目を集めている。ナノインプリント技術の１つである熱式ナノインプリントプロセスでは、精密加工された型（モールド）を被加工材料（樹脂やガラス）に加熱・押圧して、型の形状を被加工材料に転写する、図１に熱式ナノインプリントプロセスの工程図を示す。型を加熱して材料に押し付けるだけの極めて単純な工程でナノ構造体が形成できる技術である。
ＬＳＩリソグラフィーにおける３２ｎｍ以下の極細線バターン形成の有望技術の一つとして脚光を集めているこのナノインプリントプロセスは、ＬＳＩ以外への応用も広く展開が期待され、すでに表示装置用光素子（導光板やマイクロレンズアレイ）に適用され始めた。さらに、次世代ＤＶＤや高密度磁気記録ディスクなどパターンドメディアへの実用化検討も加速されてきている。しかしながら現状ではナノインプリントプロセスは、基礎的なプロセス技術が確立されたレベルであり、まだ実用化するためにはいくつかの重要な開発課題が残されており、その適用範囲は限られたものになっているのが実状である。
その課題の１つはプロセススループットの向上である。成形加工技術の一種であるナノインプリントは、大量に安価に素子を製造できてこそその価値が発揮される。そのための最重要課題であるプロセススループット（素子を製遣するために要する時間）向上が不可欠である。現状では、１回のプロセス（成形加工プロセス）に要する時間は、最短でも数分、通常は数１０分であり、量産性にすぐれたプロセスとは言い難く、この時間短縮化に取り組む必要がある。
別の課題として大面積化対応がある。生産性を向上させる方法の一つとして、大面積で一括して複数の素子を製造する手法がある。既に特開平２００４−２８８８１１号公報において、ウェーハ全面一括成形可能な装置が開示され、大面積化対応が図られてきた。しかしながらこの一括方式は、さらなる大面積化に伴いブレス荷重の増大（数１０トンレベル）、モールド面内の温度均一性、加圧力均一性、平面度管理など多くの課題が想定され、有効な方法とはいえない。
また、プリンストン大学Ｃｈｏｕ教授らによって、ローラーを用いた連続転写式のナノインプリントシステムが研究されている（Hua Tan, Andrew Gibertson, Stephen Y. Chou著、「Roller nanoimprint lithography」J. Vac. Sci. Technol. B16(6), 3926(1998)）。しかしこの論文では、１分間にｌ０ｍｍ程度の成形加工しか実現できておらず、実用化には程遠い成形性となっている。
近年、ナノインプリントプロセスは表示装置への適用も有望視されており（フィルタ構造や反射防止膜、バックライト先導板など）、これらの用途を想定した場合には、画面サイズ（液晶やプラズマ等の平面型表示装置）の大型化にともない、４０インチ、５０インチサイズの大型基板へ適用可能なナノインプリントプロセスを検討する必要がある。
以上のことから、現状２００ｍｍから３００ｍｍサイズが主流であるナノインプリントプロセスを、１ｍ級の大型基板への適用も可能にする一括転写方式ではない新プロセスの開発が必要である。
特開平２００４−２８８８１１号公報 Hua Tan, Andrew Gibertson,Stephen Y. Chou著、「Roller nanoimprintlithography」J. Vac. Sci.Technol. B16(6), 3926(1998)
本発明は、熱式ナノインプリントプロセスにおいて、プロセススループット向上と大面積化対応の両課題を同時に満足するプロセス技術の確立を目的とする。
本発明は、その一実施形態において、次のようなナノインプリントシステムを含む。このナノインプリントシステムは、モールドをヘッドによって被成形物へ押し付けることで前記被成形物にパターンの転写を行なうナノインプリントシステムであって、前記ヘッドが前記モールドを押し付ける際に平坦な押し付け面を有すると共に、前記ヘッドを前記モールド上で摺動させつつ前記ヘッドが前記モールドを押し付けるように構成されることを特徴とする。
上記のナノインプリントシステムでは、ナノインプリントヘッドが前記モールドを押し付ける際に平坦な押し付け面を有することから、ヘッドがモールド上を移動していっても、モールドを押し付ける時間を十分に確保することが出来る。従って上記のナノインプリントシステムは、ヘッドとモールドとの摺動速度を早めても、樹脂が十分変形するだけの時間、樹脂を加熱・押し付けすることができ、上記Ｃｈｏｕ教授提案のシステムに比べてプロセススループットを大幅に向上させることができる。また上記のナノインプリントシステムは、一度に押し付ける面積が小さいことから、特開平２００４−２８８８１１号公報に開示されているような一括プレス方式よりも、特に大面積のナノインプリントを行なう場合において、押し付け面の温度均一性、加圧力均一性、平面度管理の制御が容易である。さらに上記のナノインプリントシステムは、ヘッドをモールド上で摺動させる機構の稼動範囲を広げることで、大面積の基板やモールドへ容易に適用可能である。このように、上記のナノインプリントシステムは、大型基板へ適用可能なナノインプリント装置として非常に優れた特性を有する。
上記のナノインプリントシステムにおいて、ヘッドをモールド上で摺動させる機構は、ヘッドをモールドに対して移動可能に構成してもよいし、反対にモールドをヘッドに対して移動可能に構成してもよい。
上記のナノインプリントシステムは、好ましくは上記ヘッド内にヒータを、ヘッドの摺動方向に偏在するように設置することが好ましい。このように構成すると、押し付けの後段階において、ヒータが被成形部の上からなくなるため、押し付けを継続したまま被成型物の温度を下げることが可能となり、成形プロセスの高速化をもたらすことができる。また、前記ヘッドと前記モールドとを摺動させつつ、前記パターン転写が終わった前記モールドの部分を順次離型するように構成されることが好ましい。このように構成すると、特に大面積のモールドを離型する場合に、一度にモールド全体を被成型物から引き離すよりも、容易に離型を行なうことができる。またモールドを被成形物から離型する際に、モールドに微少振動を加えるように構成することが好ましい。微少振動を与える手段としては、超音波等を用いることができる。上記ヘッドの有効幅はナノインプリント幅と略同一になるように構成することが好ましい。
上記ヘッドがモールドを押し付ける際に、ヘッドの押し付け面は全くの平面でもよいし、なだらかな曲面であったり、多少の凹凸があったり、波打つような形状を有する面であったりしてもよい。ある実施態様において、上記ヘッドは、ヘッドの押し付け面に多数のローラーを並べることにより、全体として平坦な押し付け面を形成するヘッドであることができる。また別の実施態様において、上記ヘッドは摺動を容易にするための無限軌道構造を備え、前記無限軌道構造の無限軌道帯が前記押し付け面を形成するヘッドであることができる。またさらに別の実施態様において、上記ヘッドは、押し付けを行なっていない状態では平坦部分を有さないが、押し付け時にはヘッドとモールドとの接触部分が変形して平坦な押し付け面を形成するようなヘッドであることができる。要は、ヘッドがモールドを押し付ける際に、押し付け面が全体として平坦になり、一度にある程度の面積を押し付けることができるような構造に、上記ヘッドの押し付け面を形成することが重要である。
ある実施態様において、前記ヘッドの押し付け面の前記摺動方向の端部に、前記被成形物に加えられる押し付け力を緩和させる緩和部を設けることができる。例えば前記緩和部を、前記押し付け面と前記モールドとの接触面から離れる方向に前記押し付け面を湾曲させたり角度をつけたりすることにより形成することができる。上記のように多数のローラーを並べた押し付け面を用いる場合は、ローラーの直径を小さくすることにより前記緩和部を設けてもよい。緩和部を設ける利点は次のようなことにある。すなわち、ヘッドによる押し付けが始まったばかりの被加工基板の部分は、まだヒータによって十分に熱せられていないため、十分な柔軟性を有せず、モールドを押し付けても変形しづらい。このため、このような部分を十分に熱せられ柔軟性を有する他の部分と同じ力で押し付けても、被加工基板を変形させることが難しいばかりか、モールドを痛める可能性もある。そこで押し付け力を緩和する構造をヘッド進行方向の端に設けることにより、被加工基板に最大の押し付け力が加わる前に、被加工基板を十分に熱し、柔らかくすることが可能となる。
モールドのパターンを被成型物に転写する際、転写するパターン形状によって、押し付け条件は大きく変動する。例えば、細かなパターンが密にある部分と、大きなパターンが祖に配置される部分とでは、成形に必要な押し付けエネルギー（力×押し付け時間）が異なってくる。そこで上記ナノインプリント装置の好ましい実施形態においては、前記ヘッドと前記モールドとの相対速度を前記モールドの位置に応じて可変自在とするように構成することが好ましい。また、前記ヘッドの押し付け力を、前記モールドの位置に応じて可変自在とするように構成したりすることが好ましい。パターンの形状に応じて上記相対速度や押し付け力を適切に調節することにより、パターン転写をより確実に行なうことができると共に、スループットの向上をもたらすことができる。
本発明は、その一実施態様において、モールドをヘッドによって被成形物へ押し付けることで前記被成形物にパターンの転写を行なうナノインプリント方法であって、押し付け面が平坦なヘッドを前記モールド上で摺動させつつ前記平坦ヘッドで前記モールドを押し付けることを特徴とするナノインプリント方法を含む。
本発明は、その一実施態様において、モールドを被成形物へ押し付けることで前記モールドに形成された微細パターンを前記被成形物に転写するナノインプリント方法又はシステムであって、前記モールドより押し付け面積の小さいヘッドを用いて前記モールドの前記被成形物への押し付けを行なうとともに、前記ヘッドに押し付けられる前記モールドの部位を徐々に移動し、さらに前記ヘッドによる押し付けが終わった前記モールドの部分を前記移動に合わせて離型していくことを特徴とする、ナノインプリント方法又はシステム含む。
特に熱式ナノインプリントにおいて、被成形体が冷えてから離型を行なうと、被成形体が熱収縮によってモールドに貼り付いてしまうため、離型に大きな力が必要となり、離型が困難になるという問題があった。また、固く結合した被成形体とモールドとを無理に引き離すことで、折角転写したパターンが離型の際に壊れてしまうこともあった。これらの問題は、ナノインプリント面積が大きくなればなるほど顕著なものとなり、大面積化対応のためには解決せねばならない課題であった。上記のナノインプリント方法及びシステムによれば、被成形領域より押し付け面積の小さいヘッドを用いて前記モールドの前記被成形物への押し付けを行なうとともに、前記ヘッドに押し付けられる前記モールドの部位を徐々に移動し、さらに前記ヘッドによる押し付けが終わった前記モールドの部分を前記移動に合わせて離型していくことで、被成形体の熱収縮の影響が少ないうちに離型を行なうことができ、被成形体からモールドをスムーズに引き離すことができる。また、離型の際にパターンが壊れるという事態を極力抑えることも可能となる。さらに、パターン転写と離型をほぼ同時に行なうので、プロセススループット向上に寄与することができる。ヘッドが離れてから離型を行なうまでの時間は、被成形体において転写されたパターンが固まることが可能なように調節されねばならないが、転写パターンが固まった後は、できるだけ早く離型されるように調整されることが好ましい。
上記のナノインプリント方法及びシステムは、被成形材料の樹脂の粘弾性特性や成型形状などを十分に把握して、モールド及び被成形物とヘッドとの相対移動速度や押し付け荷重、ヒータの温度等のパラメータを最適化することが好ましい。これらのパラメータを最適化することで、成型時間を大幅に短縮することができる。これらのパラメータは、ナノインプリント実行時に可変制御できるように構成されることが好ましい。また、押し付け回数を、一度ではなく二度以上行ってもよい。例えば、モールド及び被成形物をヘッドに対して一方向に移動しながら押し付けを行ったあと、移動方向を逆転させて再び押し付けを行うようにしても良い。移動方向を逆転させて同じ場所に対して二度押し付けを行うことで、移動方向による転写パターンの甘さを解消し、きれいなパターンを転写することができる。
上記のナノインプリント方法及びシステムにおいて、押し付け面が線状又は細長の形状を呈するヘッドを用い、一度にモールドの全体を押し付けるのではなく、一度に押し付けを行なう面積を小さなものとすることで、パワーの小さい加圧装置であっても、容易に高い圧力を得ることが可能となる。例えば１０ｃｍ×１０ｃｍの面積に、一括転写方式でナノインプリントを行なおうとすると、被成形体の材質にもよるものの、必要な荷重はおよそ５トンにも達する。しかしこれを、押し付け面が線状又は細長の形状を呈するヘッド、例えばローラー型のヘッドを用いて押し付け面積を小さくすることで、数百キログラムの荷重で同じ面積のナノインプリントを可能にすることができる。これによって加圧装置を小型化することができ、システムの小型化や低価格化に寄与することができる。さらに、細かな荷重制御が可能であるものの、力が弱くて大面積一括転写方式のナノインプリントでは用いることができなかった電気モータを、加圧の動力源として使用することも可能となる。
なお、押し付けヘッドとしてローラー型ヘッドを用いると、ヘッドに対するモールドの相対移動をスムーズに行なうことができる。さらにローラーヘッドをモータ等を用いて上記相対移動に合わせて回転させるように構成すると、さらに移動をスムーズにすることができる。
本発明による上記のナノインプリントシステムは、その一実施形態において、次のようなシステムを含む。このシステムは、押し付けヘッドを用いてモールドを被成形物へ押し付けることにより、前記モールドに形成された微細パターンを前記被成形物に転写するナノインプリント装置であって、該装置は、被成形領域より押し付け面積の小さいヘッドを用いて押し付けを行なうとともに、該押し付けを行なう位置を徐々に変えることで前記被成形領域全体のナノインプリントを行なう装置であり、さらに該装置は、
・ 前記被成形物における前記被成形領域を固定する被成形物固定具と、
・ 前記モールドをその一側部と他側部とにおいてモールド固定具を介して固定すると共に、前記一側部及び他側部を独立して昇降可能とするように構成されるモールド昇降機と、
・ ナノインプリント実行時に前記被成形物固定具及び前記モールド昇降機を前記ヘッドに対して相対的に移動させるステージ装置と、
・ 前記モールド昇降機の昇降及び前記ステージ装置の移動を制御する制御装置であって、前記ナノインプリント実行時に、前記ヘッドによる押し付けが終わった前記モールドの部分を前記被成形物から離型させるべく、前記モールドの前記一側部及び前記他側部のうちの一方を、前記ステージの移動に合わせて上昇又は下降させるように、前記モールド昇降機及び前記ステージ装置を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする。
前記制御装置は、前記ステージ装置の移動速度を、ナノインプリント実行中に可変制御できるように構成されることが好ましい。さらに前記ヘッドによる押し付け力が前記制御装置によって制御されるように構成され、前記制御装置は、前記押し付け力を、前記ステージ装置の移動に合わせて可変制御できるように構成されることが好ましい。さらに前記ヘッド・前記被成形物固定具・前記ステージのいずれか１つ以上に前記制御装置によって温度制御されるヒータを備え、前記制御装置は、前記ヒータの温度を、前記ステージ装置の移動に合わせて制御できるように構成されることが好ましい。
上記モールド固定具は、モールドを固定するモールド固定ジグと、該モールド固定ジグとモールド昇降機本体とを連結する弾性部材とから構成されることができる。モールド昇降機本体とモールドとの間に弾性部材を介在させることにより、離型の際にかかる力の変化を弾性部材に吸収させることができる。弾性部材は脱着可能とすることが好ましく、このように構成することで、被成形物の種類や形状・モールドの特性などによって、異なる弾性力を持つ部材を必要に応じて容易に交換して用いることができる。また、必要とされる弾性力に応じて弾性部材の数を調節することができるように、モールド固定ジグ及びモールド昇降機本体のそれぞれに、前記弾性部材を連結するための連結部を複数個設けるように構成することも好ましい。
前記被成形物が前記被成形物固定具よりも大きい場合、例えば連続的なフィルム状などである場合は、上記のナノインプリントシステムに、該被成形物を保持するガイド装置であって、前記ステージ装置の移動に合わせて及び前記ステージ装置の移動とは独立に該被成形物を移動させうるガイド装置を備えることが好ましい。そして前記制御装置が、被成形物固定具に固定されている前記被成形領域のナノインプリントを完了した後、前記ガイド装置によって被成形物の次の被成形領域を被成形物固定具上に給送すると共に該次の被成形領域を前記被成形物固定具に固定し、続いて該次の被成形領域のナノインプリントを行うように制御を順次繰り返すことで、１回の試行では成形できない大型の基板や連続体状の基板を成形することができる。
本発明により、プロセススループットの向上が図られると共に、大面積化に対応可能な熱式ナノインプリント技術が提供される。
以下、本発明の好適な実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
図２は本発明によるナノインプリント装置１００の概念図である。ナノインプリント装置１００は、被加工基板１０２を固定するステージ１０４、モールド１０６を保持するモールド保持部１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂ、モールド１０６をモールド保持部１０８や１０９ごと昇降させるモールド昇降機構１１０、及びモールド１０６を被加工基板１０２に押し付けるヘッド１１２を備える。
ナノインプリント装置１００は、本発明によって提供される新規な特徴により、大面積にナノインプリントを行なうことが可能である。本実施例において、被加工基板１０２のナノインプリント成形面積は３００×５００ｍｍである。そのため、モールド１０６も大面積の平板モールドが用いられる。離型のし易さを考慮するとモールドの厚みは薄い方がよいため、モールド１０６の薄さは２００〜３００μｍとする。ナノインプリント用のモールドは、まず通常半導体用露光装置や電子線描画装置を用いてシリコン基板上にパターンを形成し、それをエッチングによってマスターと呼ぶ原盤を製作し、さらにそれをニッケル電鋳によって３次元ナノ構造体が仕込まれたモールドに仕上げることによりを作製される。ところが半導体露光装置や電子電描画装置によって直接作製できる原盤は、３００ｍｍウェーハに対応できる大きさのものがせいぜいである。それ以上の大きさのモールドは、数ｌ０ｍｍの大きさのモールドを用いて基板に繰り返しパターンを転写していくステップ＆リピート方式によって作製する。
被加工基板１０２の材料に関しては、モールド１０６に使用するＮｉ電鋳型の耐久性、耐熱性を考慮し、成形温度２００度以下の樹脂材料が好ましい。このような樹脂材料としては、例えばレジスト用ＰＭＭＡ樹脂、光学素子用ポリカーボネート樹脂やＣＯＰ樹脂（たとえば日本ゼオン社のＺｅｏｎｅｘ樹脂）があり、これらはいずれも２００℃で以下の温度で成形可能な樹脂である。
ステージ１０４は、真空吸着又はメカクランプによって、被加工基板１０２を固定する。またステージ１０４はヒータ１１４を備え、これによって被加工基板１０２をガラス転移温度（Ｔｇ）以下に加熱することができるようになっている。またステージ１０４は、被加工基板１０２を固定したまま、装置１００本体に対して左方向１２０に水平に移動可能に構成される。
モールド保持部１０８と１０９は、モールド１０６を挟み込んで固定する。モールド保持部１０８と１０９はモールド昇降機構１１０に昇降可能に固定され、これによってモールド１０６を被加工基板１０２に接触させたり離型させたりすることが可能である。さらにモールド保持部１０８，１０９は、微少振動アシスト機能を備えており、離型時にモールド１０６に高周波の微少な振動を加えることにより、離型を容易とすることができる。微少振動アシストには超音波を利用しても良い。モールド昇降機構１１０は、モールド保持部１０８と１０９とを独立に昇降させることができ、モールドの１０６の片側だけを被加工基板１０２から離型するような動作が可能である。モールド昇降機構１１０はステージ１０４に固定されており、このため、ステージ１０４が移動すると、それに伴ってモールド昇降機構１１０、さらにモールド昇降機構１１０に固定されるモールド保持部１０８，１０９も同じ速度で移動する。従ってステージ１０４を移動させることによって、被加工基板１０２とモールド１０６をヘッド１１２に対して同じ速度で移動させることができる。
耐熱性の金属で作られるヘッド１１２は、ナノインプリント時にモールド１０６に接触し、モールド１０６を所定の荷重で被加工基板１０２に押し付ける。ヘッド１１２はモールド１０６に直接接触するように構成してもよいが、何か別の部材を介して押し付け力をモールド１０６に伝えるように構成してもよい。モールド１０６を押し付ける面は平面状に形成され、一度にある程度の大きさの面積を押し付けることができるようになっている。すなわちヘッド１１２は、モールド１０６と面接触状態で押し付けを行なう。本実施例においては、ナノインプリント成形幅を一度に押し付けることができるように、ヘッド１１２の有効サイズは３００ｍｍ×２０ｍｍとされた。別の実施例において、ヘッド１１２の押し付け面を、多少の凹凸がある平面状に形成したり、波打っていたり、多数のローラーが組み込まれた形状にしたりすることができる。要は全体として平坦であって、一度にある程度の面積を押し付けることができるような形状に、ヘッド１１２の押し付け面を形成することが重要である。
ヘッド１１２の水平位置は装置１００の本体に対して固定されるが、鉛直方向には上下移動が可能に構成される。そしてヘッド１１２は、ナノインプリント実行時において、図示しない加圧機構によってモールド１０６を荷重Ｆで押し付けるように構成される。荷重Ｆの大きさは、被加工基板の性質によって、適宜調節されねばならない。ヘッド１１２は内部にヒータ１１６を備え、モールド１０６をＴｇ以上に加熱することができる。最適の加熱温度は被加工基板の性質によって適宜定められねばならないが、通常はＴｇ＋１０％程度の温度が適当である。ヒータ１１６は、ヘッド１１２の中で、ヘッド１１２の相対的な進行方向に偏った位置に設置される。図２においては、図示されるように、ヒータ１１６は、ヘッド１１２の中の位置が、図の右方向に偏るように設置される。
ナノインプリント実行時は、ステージ１０４が水平方向１２０にゆっくりと移動し、これに伴ってモールド昇降機構１１０やモールド保持部１０８，１０９も同じ方向に同じ速度で移動する。しかしヘッド１１２は固定されているため、ステージ１０４やモールド保持部１０８，１０９の移動に伴って、ヘッド１１２はモールド１０６上をスライドすることとなる。すなわちナノインプリント実行時において、ヘッド１１２は、図示しない加圧機構によってモールド１０６を荷重Ｆで押し付けながらモールド１０６上をスライドしていくことにより、ナノインプリント面積の全体の押し付けを行なう。この様子はちょうどアイロン掛けに似ている。図３も参照のこと。また、ヒータ１１６はヘッド１１２のスライド方向に偏在するように設置されていることが分かる。ヘッド１１２とモールド１０６との間には、ヘッド１１２の摺動を容易とするために、潤滑油を使用することが好ましい。
図３を参照してナノインプリント装置１００の動作を説明する。図３（ａ）は、ナノインプリント装置１００に被加工基板１０２とモールド１０６がセットされた状態である。まだ被加工基板１０２とモールド１０６は接触していない。図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態へ移行すると、モールド昇降機構１１０がモールド保持部１０８，１０９を降下させ、モールド１０６を被加工基板１０２に接触させる。また、図示しない加圧機構によって、ヘッド１１２がモールド１０６を荷重Ｆで押し付ける。さらに、ヒータ１１４が被加工基板１０２をＴｇ以下の温度に加熱し、ヒータ１１６がモールド１０６をＴｇ以上の温度に加熱する。
次の段階では、ステージ１０４が、被加工基板１０２を固定したまま図の左方向にゆっくりと移動する。すると、モールド保持部１０８，１０９もモールド昇降機構１１０を介してステージ１０４に固定されているため、モールド保持部１０８，１０９もモールド１０６を固定したままステージ１０４と同じ速度、同じ方向で移動する。このためヘッド１１２は、モールド１０６を荷重Ｆで押し付けながらモールド１０６上をスライドしていくことになる。この様子が図３（ｂ）から図３（ｅ）に示されている。ステージ１０４の移動速度は、ヘッド１１２に押し付けられている被加工基板１０２の部分が十分変形するだけの時間加熱・押し付けされるように、被加工基板１０２の特性に応じて調節される。ヘッド１１２の押し付け面が平坦に形成されていることから、１つの部分が押し付けられている時間を増すことができ、上記Ｃｈｏｕ教授提案のシステムよりも、ヘッド１１２とモールド１０６との相対速度を速めることができる。
図３（ｂ）〜（ｅ）に示されるように、ヒータ１１６の設置位置は、ヘッド１１２のモールド１０６に対する相対的な進行方向に偏っている。従って、ヘッド１１２のスライドに伴ってこれから新たに押し付けられる被加工基板の部分は、ヒータ１１６によってまず十分に熱せられることができる。ヘッド１１２がさらにスライドすると、当該部分の上にはヒータがなくなるため、当該部分はなおヘッド１１２によって押し付けられながら、離型の準備のために少しずつ冷やされることができる。従って、ヘッド１１２がさらにスライドし、当該部分の上からヘッド１１２がなくなると、当該部分はパターンが転写されていると共に、離型が可能な程度の温度に冷やされている。このようにナノインプリント装置１００は、パターン転写を非常に効率的に行なうことができる。
さらにモールド昇降機構１１０は、モールド保持部１０８を徐々に上昇させることにより、ヘッド１１２によるパターン転写が終わった部分から、モールド１０６を順次離型していく。図３（ｃ）から（ｅ）にその様子が示されている。このようにモールドを少しずつ被加工基板から引き離すことで、大面積のモールドであっても、比較的容易に離型が可能である。（大面積のモールドを一度に離型することは、面積が大きくなればなるほど困難となる。）モールド１０６の厚さは上記のように２００〜３００μｍ程度であり、モールド保持部１０８とヘッド１１２との間で曲げられることに対し、十分な柔軟性を有する。モールド保持部１０８は離型に際し、離型を容易とするため、モールド１０６に高周波の微少な振動を加える。
上に説明したように、大面積のモールドを一度に離型することは、面積が大きくなればなるほど困難となる。このため、パターン転写のために柔軟性のある薄いモールドを使用し、成形後にそのモールドを被成形物からめくるように離型するナノインプリント装置１００の特徴は、大面積のモールドを用いるナノインプリントプロセスにおいて、離型を容易とする大変有用な特徴である。
ヘッド１１２が被成形領域の全体をスライドし、被成形領域全体の押し付けが終わると、ステージ１０４は移動を止める（図３（ｅ））。ヒータ１１４及び１１６も加熱を止める。そしてヘッド１１２及びモールド保持部１０９が上昇し、モールド１０６を被加工基板１０２から完全に引き離す（図３（ｆ））。
このようにナノインプリント装置１００は、ヘッド１１２の押し付け面が平坦に形成されていることから、ヘッドとモールドとの摺動速度を早めても、樹脂が十分変形するだけの加熱・押し付け時間を確保することができ、上記Ｃｈｏｕ教授提案のシステムに比べてプロセススループットを大幅に向上させることができる。さらに、ナノインプリントヘッド１１２の中にヒータ１１６を片側に偏在させて設置していることから、加熱・押し付け・冷却のプロセスを非常に効率的に行なうことができ、加えてパターン転写が完了した部分からどんどん離型を行なっていくため、離型プロセスも容易化・高速化させることができる。このような特徴も、ナノインプリント装置１００によるプロセススループットの向上に大きく貢献する。
大面積のナノインプリントを行なう場合、ナノインプリント装置１００は一度に押し付ける面積が小さいことから、特開平２００４−２８８８１１号公報に開示されているような一括プレス方式よりも、押し付け面の温度均一性、加圧力均一性、平面度管理の制御が容易である。このようにナノインプリント装置１００は、大型基板へ適用可能なナノインプリント装置として非常に優れた特性を有する。本実施例では被加工基板１０２のナノインプリント成形面積は３００×５００ｍｍとしたが、ここで説明したナノインプリント技術をメートル級の被加工基板へ応用することも可能である。このためナノインプリント装置１００を応用したナノインプリントプロセスを多くの用途へ展開することが可能であり、例えばノートＰＣ用液晶ディスプレイ（Ａ４サイズやＡ３サイズ）へ組み込まれるバックライト導光板、反射防止膜、マイクロレンズアレイ、光素子、バイオ素子、パターンドメディア等の低コストナノ加工技術へナノインプリントプロセスを適用する道が開けることとなる。
ところで、モールドのパターンを被成型物に転写する際、転写するパターン形状によって、押し付け条件は大きく変動する。例えば、細かなパターンが密にある部分と、大きなパターンが祖に配置される部分とでは、成形に必要な押し付けエネルギー（力×押し付け時間）が異なってくる。そこでナノインプリント装置１００は、ステージ１０４の移動速度を、モールド１０６とヘッド１１２との位置関係に応じて可変自在とするように構成することが好ましい。このように構成することで、細かなパターンが密にある部分では、ステージ１０４の移動速度を遅くすることにより、パターン転写を確実に行なうことができると共に、大きなパターンが祖に配置される部分では、ステージ１０４の移動速度を速めることにより、転写プロセスを早く完了することが可能となる。さらに、ヘッド１１２がモールド１０６を押し付ける力も、前記モールドの位置に応じて可変自在とするように構成したりすることが好ましい。このように構成することで、細かなパターンが密にある部分で押し付け力を強くすることにより、ステージ１０４の移動速度をあまり低下させずにナノインプリントを継続することができ、スループットの向上に寄与することができる。ヘッド加圧機構の押し付け力調節やステージ移動機構の速度調節は、コンピュータ制御によって行なうことができる。
本発明によるナノインプリントシステムに使用するナノインプリントヘッドの実施態様は、様々なものを用いることが可能である。図４に本発明によるナノインプリントヘッドの別の実施態様を示す。図４（ａ）は、押し付け面を多数のローラーを一列に並べた構造とすることで、押し付け面２０２を全体として平坦に形成したものである。図４（ａ）のヘッドはヘッド１１２に比して押し付け面の平坦の度合いが減少するものの、押し付け面２０２とモールドとはなお面接触的な状態になるともに、ローラーのおかげでヘッドとモールドがスライドし易くなるという利点を有する。更に別の実施態様では、図４（ａ）のローラーの周りに帯状の構造を巻きつけ、ローラーと帯構造により無限軌道構造を形成しても良い。この場合、無限軌道帯がヘッドの押し付け面を形成することとなる。図４（ｂ）はヘッドを扁平ロール状に形成した実施態様である。この実施態様においても、平坦な押し付け面２０４が実現されている。
図５は、本発明によるナノインプリントヘッドの別の実施態様を示す。図５（ａ）は、新しい実施例に係るナノインプリントヘッド３００の側面図である。ナノインプリントヘッド３００は、ヒータを内蔵した円柱状の金属コア３０２と、ゴム状の物質で形成された表層部３０４とを有する。表層部３０４がゴム状の物質でできていることから、ナノインプリントヘッド３００をモールドに押し付けると、表層部３０４とモールドとの接触部分が圧力により変形し、結果として平坦な押し付け面を実現することができる。この様子を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）は、ナノインプリント時におけるナノインプリントヘッド３００の様子を示す、ナノインプリントヘッド３００の側面図である。ナノインプリントヘッド３００は図示しない加圧機構によってモールド３１０を荷重Ｆで押し付ける。すると表層部３０４とモールド３１０との接触部分が圧力により変形し、平坦な押し付け面３０８が実現されている。モールド３１０が左方向３２０に水平移動すると、ヘッド３００は３２２の方向に回転するため、ヘッドとモールドとの摺動はスムーズに行なうことができる。
図６に、本発明によるナノインプリントヘッドのさらに別の実施態様を示す。図６（ａ）は、新しい実施例に係るナノインプリントヘッド４００の側面図である。ナノインプリントヘッド４００は、ヒータを内蔵した円柱状の金属コア４０２と、薄い金属箔で形成された表層部４０４とを有し、さらにコア４０２と表層部４０４との間にオイル４０６が封入された構造を有している。ナノインプリントヘッド４００をモールドに押し付けると、表層部４０４とモールドとの接触部分の圧力によってオイル４０６が移動し、結果として表層部４０４が変形して平坦な押し付け面を実現することができる。この様子を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は、ナノインプリント時におけるナノインプリントヘッド４００の様子を示す、ナノインプリントヘッド４００の側面図である。ナノインプリントヘッド４００は図示しない加圧機構によってモールド４１０を荷重Ｆで押し付ける。すると表層部４０４とモールド３１０との接触部分の圧力により、オイル４０６が移動し、結果として接触面の表層部は符号４０８で示すように平坦になる。モールド４１０が左方向４２０に水平移動すると、ヘッド４００は４２２の方向に回転するため、ヘッドとモールドとの摺動はスムーズに行なうことができる。
図７に、本発明によるナノインプリントヘッドのさらに別の実施態様を示す。図７（ａ）は、新しい実施例に係るナノインプリントヘッド５００の側面図である。ナノインプリントヘッド５００は、スライド方向の端部において、押し付け面とモールドとの接触面から離れる方向に押し付け面が湾曲している。この特徴の他は、最初の実施例に用いたナノインプリントヘッド１１２と同じであり、平坦な押し付け面５０１を有し、ヒータ５０２がスライド方向に偏って設置されている。
ヘッドによる押し付けが始まった直後の被加工基板の部分は、まだヒータによって十分に熱せられていないため、モールドを押し付けても変形しづらい。このため、このような部分を十分に熱せられた他の部分と同じ圧力で押し付けても、被加工基板を変形させることが難しいばかりか、モールドを痛める可能性がある。そこでナノインプリントヘッド５００は、スライド方向の端部の押し付け面を、図５（ａ）に示すように湾曲させることで、被加工基板に加えられる押し付け力を緩和させる緩和部５０４を設けた。緩和部の形状は、図５（ｂ）に示すように、湾曲させずに平面状５０４’に形成してもよい。なお、緩和部５０４の湾曲の度合いや緩和部５０４’の角度は、説明のためにかなり強調して描かれており、実際の湾曲の度合いや角度はずっと小さなものでありうることを注意しておく。
図８を用いてナノインプリントヘッド５００を用いたナノインプリント動作を説明する。図８では、ナノインプリントヘッド５００によって、モールド５１０が被加工基板５１２に押し付けられている様子が示されている。モールド５１０と被加工基板５１２は、図３における実施態様と同じように、図示しない移動機構によって図の左側へゆっくりと移動し、ヘッド５００は水平位置が固定された状態で、荷重Ｆでモールドを押し付ける。
図８（ａ）では、ヘッド５００のスライドに伴って、被加工基板５１２の位置Ａの部分が、ヘッド５００によって、モールド５１０に押し付けられはじめた時点を描いている。しかし、緩衝部５０４が押し付け面とモールドとの接触面から離れるように湾曲しているために、位置Ａに伝わるヘッド５００の荷重は、押し付けられている他の位置に比べて小さくなっている。しかし位置Ａの基板はヒータ５０２によって熱せられ、徐々に柔軟性を増していく。ヘッド５００がさらにスライドし、位置Ａが平坦部５０１によって押し付けられるころには、位置Ａの基板は十分に熱せられて、パターン転写のために十分な柔軟性を有している（図８（ｂ）参照）。ヘッド５００がさらにスライドすると、位置Ａの基板は未だ平坦部５０１によって強くモールド５１０に押し付けられているものの、位置Ａの上にはもはやヒータ５０２がないため、徐々に温度が下がっていく（図８（ｃ））。温度が十分に下がれば基板のパターンも固まり、離型が可能となる。なお、図８（ａ）〜（ｃ）において、緩衝部５０４はモールド５１０と全く接触していないように描かれているが、これは緩衝部５０４が湾曲構造を有していることを明確にするためにそのように描いたものであり、実際は緩衝部５０４もモールド５１０と接触しているように構成されることができる。
図９は、本発明の別の実施例に係るナノインプリント装置６００の外観図である。ナノインプリント装置６００は、ローラー型のヘッド６０９により、モールド６１９を被加工基板６６０（図１１参照）に押し付けることによってパターン転写を行なうナノインプリント装置である。ローラーヘッド６０９の押圧面は線状又は湾曲した細長の長方形を呈し、一度に押し付けることのできる面積はごく小さい。そこでナノインプリント装置６００は、ローラーヘッド６０９によるプレスを行ないながら、モールド６１９及び被加工基板６６０をステージ６０２を用いてヘッド６０９に対して移動させることでヘッドにプレスされる部分を徐々に変え、最終的に被加工基板６６０における被成形領域全ての部分にプレスを行うことで、被成形領域全体へのパターン転写を行なうように構成される。
ナノインプリント装置６００は、ベース板６０１の上に、ステージ６０２とローラーヘッド用支柱６０５とを有する。ステージ６０２の上には、モールド６１９を保持する装置群６２１〜６３３や、被加工基板６６０を保持する装置群６３５〜６３９などが設置されている。ステージ６０２は、ベース板６０１の下部に設置されるステッピングモータ６０３により、ベース板６０１上で、水平方向６０４ａ及び方向６０４ａに対して水平逆方向となる方向６０４ｂへ移動することができる。
ローラーヘッド用支柱６０５はベース板６０１に固定されている。ローラーヘッド６０９は、その中心軸がベアリング６１１に回転自在に支持されており、ベアリング６１１はベアリング取付板６１３に固定され、ベアリング取付板６１３は柱６０５に取り付けられている。ベアリング取付板６１３は支柱６０５に昇降自在に取り付けられており、このため、ローラーヘッド６０９はモールド６１９の上で昇降が可能となっている。そこで、モールド６１９や被加工基板６６０を交換する際は、ローラーヘッド６０９を上げて交換作業を容易にすることが可能である。
ベアリング取付板６１３の昇降は電気モータ６１４の駆動力によって行なわれる。電気モータ６１４は、ローラーヘッド６０９がモールド６１９を押し付けるための押し付け力を生成するモータでもある。一般的に、電気モータは細かな加圧制御が可能であるという特長を持つ反面、大きな力を生成することは苦手である。このため少なくとも現時点においては、一括転写方式のナノインプリント装置においては電気モータを用いることは難しく、特に大面積（といっても１０ｃｍ×１０ｃｍ程度であるが）を一括転写しようとすると、電気モータでは大変に困難である。しかしナノインプリント装置６００においては、ローラーヘッド６０９を用いるため、一度に押し付ける面積が小さくなるなり、小さな駆動力でも大きな圧力を生成することが可能である。このためナノインプリント装置６００は、小型で細かな加圧制御が可能な電気モータを加圧に用いることを可能としている。
ローラーヘッド６０９の中心軸はプーリー６１５に接続されており、プーリー６１５には、ベース板６０１の下部に設置されたモータの動力を伝えるタイミングベルト６１７が掛けられている。このモータの動力をタイミングベルト６１７及びプーリー６１５を介してローラーヘッド６０９に伝えることで、ローラーヘッド６０９をステージ６０２の動きに合わせてモールド６１９上で回転させることができる。このため、モールド６１９及び被加工基板６６０は、ローラーヘッド６０９によって押し付けられている最中においても、ステージ６０２によってスムーズに移動できるようになっている。
被加工基板６６０（図１１参照）の保持・固定は、多孔質吸着ホットプレート６３７及び６３９による真空チャックによって行なわれる。また多孔質吸着ホットプレート６３７及び６３９はヒータを内蔵しており、被加工基板６６０をパターン転写に必要な温度まで加熱することができる。多孔質吸着ホットプレート６３７及び６３９は、断熱材６３５を介してステージ６０２に固定される。
モールド６１９保持用の装置は、支柱６２１及び６２９，ステッピングモータ６２３，プーラー６２５及び６２７，スプリングフック６２８，リニアベアリング６３１及び６３３などから成る。これらのモールド６１９保持装置は図９及び１０に示されるように２組用意され、それぞれモールド６１９の端部を固定することにより、モールド６１９を保持する。プーラー６２５及び６２７はステッピングモータ６２３の駆動力によって支柱６２１に昇降可能に取り付けられている。プーラー６２７は、支柱６２１の反対側で支柱６２１に貫通されており、さらに、やはり支柱６２１に貫通されるリニアベアリング６３１及び６３３によって支持されている。これらの構造のため、プーラー６２７はステッピングモータ６２３によって昇降している間も水平を保ち続けることができる。これらモールド昇降用の装置も図９に描かれるように２組用意されており、これらは独立に制御されることができる。すなわち、片側のみ昇降させることが可能であり、実際、後に図１１を用いて説明するように、ナノインプリント遂行中は、片側のモールド昇降機がステージ６０２の動きに連動して徐々に上昇するように制御される。
図１０は、ナノインプリント装置６００におけるモールド６１９の固定構造の要部を拡大して描いた図である。図１０に描かれるように、モールド６１９は、その両端をモールド固定ジグ６５１によって挟み込まれるように固定される。モールド固定ジグ６５１にはそれぞれ５つの孔６５３が設けられており、それぞれの孔にスプリング６５７の一方の端が掛けられる。スプリング６５７の他方の端は、プーラー６２７に接合されたスプリングフック６２８が有する孔６５５にそれぞれ掛けられる。このように、モールド６１９はモールド固定ジグ６５１及びスプリング６５７を介してモールド昇降機に連結される。スプリング６５７を設けることにより、離型の際にかかる力の変化をスプリングの弾性力で吸収することが可能となる。図１０に描かれるように、スプリングは孔６５３と６５５に掛けられているだけであるので簡単に取り外しが可能である。このため、モールドや被成形体、及び転写パターンに応じて、バネ定数の異なるスプリングを交換して用いることが容易にできる。また図１０に描かれるように、スプリングを掛ける孔を複数個設けることにより、モールドや被成形体及び転写パターンに応じてスプリングの数を変えて弾性力を調節することができる。
次に、図１１を用いてナノインプリント装置６００の動作を説明する。図１１（ａ）は、ナノインプリント動作開始直後の様子を描いたものである。図１１において、図９や図１０と同じ符号が振られているものは、図９や図１０に描かれた構造物と同じものであるが、図９や図１０におけるものよりも簡略化して描かれていることに注意して欲しい。また、説明の都合上、図の左側に描かれた支柱６２１及びプーラー６２７をそれぞれ６２１ａ，６２７ａ、図の右側に描かれた支柱６２１及びプーラー６２７をそれぞれ６２１ｂ，６２７ｂと、記載したが、これらは図９や図１０に描かれた２組の支柱６２１及びプーラー６２７と同じものであり、同じ機能を有する。
図１１（ａ）において、被加工基板６６０は、多孔質吸着ホットプレート６３７及び６３９に真空吸着によって固定され、モールド６１９はスプリング６５７を介してプーラー６２７に連結される。ステッピングモータ６２３は、モールド６１９と被加工基板６６０とが接触するように、プーラー６２７の位置を下げる。ローラーヘッド６０９もモールド６１９に接するまで電気モータ６１４によってその位置を下げられ、さらに電気モータ６１４によってモールド６１９を被加工基板６６０に加重Fで押し付ける。被加工基板６６０は、ローラーヘッド６０９とプレート６３７及び６３９に組み込まれるヒータによって、パターン転写が可能な温度まで熱せられる。
ヘッド６０９による押し付けが始まると、ステージ６０２は図の左方向６７１へゆっくりと移動する。これによって、ヘッド６０９に押し付けられるモールドの部位が徐々に移動する。このとき、ステージ６０２の動きに連動して、ヘッド６０９も、プーリー６１５及びタイミングベルト６１７を介して伝えられる動力により、６７３の方向に回転するので、モールド６１９及び被加工基板６６０の移動をスムーズに行なうことができる。ステージ６０２の移動速度は、ヘッド６０９によって押し付けられる部分のパターン転写が十分に行なわれうる速度に制御されねばならない。
図１１（ｂ）は、ナノインプリント進行中の様子を描いた図である。プーラー６２７のうち、ステージ６０２の移動方向の前方となるプーラー６２７ａは、ステージ６０２の移動に連動して徐々に上昇するように制御される。このため、ステージ６０２が移動することに伴ってヘッド６０９が離れたモールド６１９の部分は、ヘッド６０９が離れた直後に被加工基板６６０から引き離される。ヘッド６０９が離れた直後の被加工基板６６０はまだ十分に熱く、熱収縮の影響が大きくないため、離型をスムーズに行なうことができる。もちろん、被加工基板６６０上で、転写されたパターンが固まる程度に冷やされた後に離型が行なわれるよう、プーラー６２７ａの上昇速度を調節する必要がある。プーラー６２７ａの上昇に伴いプーラー６２７ａとヘッド６０９との間でモールド６１９がたわむこととなるが、モールドの材質を選んだりモールドの厚みを薄くすることにより、モールド６１９に十分な柔軟性を持たせることができる。転写されるパターンの構造によって、離型に必要な力は被加工基板６６０の部分部分で若干異なってくる。が、スプリング６５７がこの力の変化を吸収する役目を担う。
図１１（ｃ）は、ナノインプリント動作がさらに進行した時点の様子を描いた図である。ステージ６０２の移動に伴ってプーラー６２７ａが上昇することにより、押し付けが終了したモールド６１９の部分が順次被加工基板６６０から引き離される様子が理解できる。
図１１（ｄ）は、ナノインプリント動作の完了時の様子を描いた図である。被加工基板６６０における必要な全ての部分にプレスが行なわれると、電磁モータ６１４がヘッド６０９を引き上げると共に、プーラー６２７ｂも引き上げられ、モールド６１９が被加工基板６６０から完全に引き離される。
なお、離型を行なわずにステージ６０２を６７１の方向に動かして、まず一度被加工基板６６０の全面にプレスを行なった後、ステージ６０２を６７１とは逆の方向に動かして、図１１（ａ）〜（ｄ）とは逆の方向からプレスを行ないつつモールド６１９の離型を行なうように、ナノインプリント装置６００を制御してもよい。転写するパターンによっては、このように両側からプレスを行なうことにより、パターンをより鮮明に転写することができる場合がある。この場合にステージ６０２に連動して上昇するプーラー６２７は、プーラー６２７ｂとなる。従って、プーラー６２７ａとプーラー６２７ｂは独立に昇降制御が可能なように構成されることが望ましい。
熱式ナノインプリントにおいて、被成形体が冷えてから離型を行なうと、被成形体が熱収縮によってモールドに貼り付いてしまうため、離型に大きな力が必要となり、離型が困難になるという問題があった。また、被成形体とモールドを無理に引き離すことで、折角転写したパターンが、離型の際に壊れてしまうこともあった。これらの問題は、ナノインプリント面積が大きくなればなるほど顕著なものとなる。ところがナノインプリント装置６００は、被成形体がまだ十分に熱く、熱収縮の影響が少ないうちに離型を行なうことができるため、離型をスムーズに行なうことができるのみならず、離型の際にパターンが壊れるという事態を極力抑えることが可能となる。
図１２に、ナノインプリント装置６００の制御経路図を示しておく。ナノインプリント装置の動作制御は制御装置６９０によって行われる。制御装置６９０は、ステージ６０２の駆動用ステッピングモータ６０３，２つのモールド昇降機のステッピングモータ６２３ａ及び６２３ｂ，ローラーヘッド６０９昇降・プレス用の電気モータ６１４，ローラーヘッド６０９に設けられたヒータ６０９ａ，多孔質吸着ホットプレート６３７及び６３９の真空吸着器６３７ａやホットプレート内に設けられたヒータ６３７ｂに接続され、これらの制御を行う。制御装置は６９０は、ナノインプリント装置６００の本体内に設けられても、本体外に設けられてもよく、内蔵されるＣＰＵとソフトウエアの働きによって、被制御機器の制御を行う。制御装置は６９０は、被成形材料の樹脂の粘弾性特性や成型形状などを十分に把握して、モールド及び被成形物とヘッドとの相対移動速度や押し付け荷重、ヒータの温度等のパラメータを最適化することが好ましい。これらのパラメータを最適化することで、成型時間を大幅に短縮することができる。
図１３に、長尺の被加工基板にナノインプリントを行うためのナノインプリント装置６００の変形例である、ナノインプリント装置７００を説明する。ナノインプリント装置７００は、ナノインプリント装置６００のベース板６０１よりも大きなベース板６０１’を有し、長尺の被加工基板７０２を保持するためのガイドローラ７１０ａ，７１０ｂ，７１０ｃ，７１０ｄを、ベース板６０１’上に設置しているところがナノインプリント装置６００と異なる。ガイドローラ７１０ａ〜ｄは、被加工基板７０２を保持すると共に、被加工基板７０２を挟み込んだまま回転することで、被加工基板７０２を給送することができる。一度に成形可能な部分のナノインプリントを行ったあと、次に成形されるべき被加工基板７０２の部分を順次成形領域へ給送することで、被加工基板７０２がナノインプリント装置７００より長い場合であっても、これをナノインプリント成形することができる。
そのほか、ナノインプリント装置７００においてナノインプリント装置６００と同様の構成要素は同じ符号を付し、説明を省略する。
図１３を用いてナノインプリント装置７００の動作を説明する。図１３（ａ）は、ナノインプリント動作の準備段階を示す。長尺の被加工基板７０２がガイドローラ７１０ａ〜ｄによって保持されると共に、多孔質吸着ホットプレート６３７上に真空チャックで吸着される。モールド６１９もモールド昇降機に固定される。図１３（ｂ）では、プーラー６２７ａ及び６２７ｂを介してモールド６１９が被加工基板７０２上に降ろされ、さらにローラーヘッド６０９が電気モータ６１４の力によってモールド６１９上にセットされる。図１３（ｃ）〜（ｆ）は、ナノインプリント実行時の様子を示したものであり、ナノインプリント装置６００と同じように、電気モータ６１４の力によってローラーヘッド６０９がモールド６１９を被加工基板７０２へ押し付けると共に、ステージ６０２がモールド及び被加工基板７０２を図左方向へと移動させ、さらにステージ６０２の移動に合わせてプーラー６２７ａが上昇し、ローラーヘッド６０９による押し付けが終了したモールド６１９の部分を直ちに被加工基板７０２から引き離す。ナノインプリント装置７００がナノインプリント装置６００と異なるところは、図１３（ｃ）〜（ｆ）に示す段階において、ガイドローラ７１０ａ〜ｄもステージ６０２の移動に合わせて回転することで、これによって被加工基板７０２とモールドとの位置がずれないように保たれる。ステージが始点から終点まで動くことにより、一度に成形可能な範囲のナノインプリントが終了したら、図１３（ｆ）に示されるように、ローラーヘッド６０９及びプーラー６２７ｂが上昇して、モールド６１９が被加工基板７０２から完全に分離させられる。
続いて図１３（ｇ）では、ステージ６０２が図右方向へ移動することにより、モールド及び被加工基板７０２を、図１３（ａ）の位置まで戻す。また、必要であれば、多孔質吸着ホットプレート６３７の真空チャックを止め、被加工基板７０２の固定を解除すると共に、ガイドローラ７１０ａ〜ｄを回転させて被加工基板７０２を図左方向へと送り、次に成形されるべき被加工基板７０２上の部分を多孔質吸着ホットプレート６３７上へと移送する。図１３（ｈ）では、次の被成形部分が多孔質吸着ホットプレート６３７上にセットされ、図１３（ａ）の状態へと戻る。図１３（ａ）〜（ｈ）を繰り返すことにより、長尺の被加工基板であってもナノインプリントによって成形を行うことが可能となる。
以上、本発明の好適な実施形態を例を挙げて説明してきたが、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく様々な実施形態が可能であることは理解されねばならない。例えば上記の実施例では、モールドや被加工基板をヘッドに対して移動していたが、ヘッドをモールドや被加工基板に対して摺動させるような実施態様も可能である。また実施例のナノインプリント装置は、モールドを被成形物の上面に乗せてパターン転写を行ったが、そのほかにも、モールドを被成形物の下面にセットしてパターン転写を行ったり、被成形物の上面と下面の両方にモールドをセットし、両面同時にパターン転写を行ったりする実施態様も考えられる。なお、実施例で用いられた各種の数値は単なる例示であって、本発明を限定するものではないことはもちろんである。
熱式ナノインプリントプロセスの工程を説明するための概念図である。 本発明によるナノインプリント装置１００の概念図である。 ナノインプリント装置１００の動作を説明するための図である。 本発明によるナノインプリントヘッドの別の実施態様を示す概念図である。 本発明によるナノインプリントヘッドのさらに別の実施態様を示す概念図である。 本発明によるナノインプリントヘッドのさらに別の実施態様を示す概念図である。 本発明によるナノインプリントヘッドのさらに別の実施態様を示す概念図である。 図７に係るナノインプリントヘッドを用いたナノインプリントシステムの動作を説明するための図である。 本発明の別の実施例に係るナノインプリント装置６００の外観図である。 ナノインプリント装置６００におけるモールド固定構造の拡大図である。 ナノインプリント装置６００の動作を説明するための図である。 ナノインプリント装置６００の制御系統図である。 本発明の別の実施例に係るナノインプリント装置７００を説明するための図である。
符号の説明
１００ ナノインプリント装置
１０２ 被加工基板
１０４ ステージ
１０６ モールド
１０８ａ，１０８ｂ モールド保持部
１１０ モールド昇降機構
１１２ ヘッド
１１４ ヒータ
１１６ ヒータ
６００ ナノインプリント装置
６０１ ベース板
６０３ ステッピングモータ
６０５ ローラーヘッド用支柱
６０９ ローラーヘッド
６１３ ベアリング取付板
６１４ 電気モータ
６１５ プーリー
６１７ タイミングベルト
６１９ モールド
６２１ 支柱
６２３ ステッピングモータ
６２７ プーラー
６２９ 支柱
６５１ モールド固定ジグ
６５５ 孔
６５７ スプリング
６６０ 被成形体

Claims (13)

  1. 押し付けヘッドを用いてモールドを被成形物へ押し付けることにより、前記モールドに形成された微細パターンを前記被成形物に転写するナノインプリント装置であって、該装置は、被成形領域より押し付け面積の小さいヘッドを用いて押し付けを行なうとともに、該押し付けを行なう位置を徐々に変えることで前記被成形領域全体のナノインプリントを行なう装置であり、さらに該装置は、
    ・ 前記被成形物における前記被成形領域を固定する被成形物固定具と、
    ・ 前記モールドをその一側部と他側部とにおいてモールド固定具を介して固定すると共に、前記一側部及び他側部を独立して昇降可能とするように構成されるモールド昇降機と、
    ・ ナノインプリント実行時に前記被成形物固定具及び前記モールド昇降機を前記ヘッドに対して相対的に移動させるステージ装置と、
    ・ 前記モールド昇降機の昇降及び前記ステージ装置の移動を制御する制御装置であって、前記ナノインプリント実行時に、前記ヘッドによる押し付けが終わった前記モールドの部分を前記被成形物から離型させるべく、前記モールドの前記一側部及び前記他側部のうちの一方を、前記ステージの移動に合わせて上昇又は下降させるように、前記モールド昇降機及び前記ステージ装置を制御する制御装置と、
    を備えるナノインプリントシステム。
  2. 前記制御装置は、前記ステージ装置の移動速度を、ナノインプリント実行中に可変制御できるように構成される、請求項１のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  3. 前記ヘッドによる押し付け力が前記制御装置によって制御されるように構成され、さらに前記制御装置は、前記押し付け力を、前記ステージ装置の移動に合わせて可変制御できるように構成される、請求項１又は２に記載のナノインプリントシステム。
  4. 前記ヘッド・前記被成形物固定具・前記ステージのいずれか１つ以上に前記制御装置によって温度制御されるヒータを備え、さらに前記制御装置は、前記ヒータの温度を、前記ステージ装置の移動に合わせて制御できるように構成される、請求項１から３のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  5. 前記ヘッドは、押し付け面が線状又は細長の形状を呈することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  6. 電気モータによって前記ヘッドの押し付け力を生成する、請求項１から５のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  7. 前記ヘッドは前記モールド上で転動可能に支持されるローラー型のヘッドである、請求項１から６のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  8. 前記ローラーヘッドを前記ステージの移動に連動して回転させるためのモータを備える請求項７に記載のナノインプリントシステム。
  9. 前記モールド固定具は、前記モールドを固定するモールド固定ジグと、該モールド固定ジグと前記モールド昇降機本体とを連結する弾性部材とを備える、請求項１から８のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  10. 前記弾性部材が脱着可能に構成される、請求項９に記載のナノインプリントシステム。
  11. 前記モールド固定ジグ及び前記モールド昇降機本体のそれぞれに、前記弾性部材を連結するための連結部を複数個設けたことを特徴とする、請求項１０に記載のナノインプリントシステム。
  12. 前記被成形物が前記被成形物固定具よりも大きい場合に該被成形物を保持すると共に、前記ステージ装置の移動に合わせて及び前記ステージ装置の移動とは独立に、該被成形物を移動させうるガイド装置をさらに備える、請求項１から１１のいずれかに記載のナノインプリントシステム。
  13. 前記制御装置が、前記被成形物固定具に固定されている前記被成形領域のナノインプリントを完了した後、前記ガイド装置によって前記被成形物の次の被成形領域を前記被成形物固定具上に給送すると共に該次の被成形領域を前記被成形物固定具に固定し、続いて該次の被成形領域のナノインプリントを行うように構成される、請求項１２に記載のナノインプリントシステム。
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