JP4857050B2 - ジンバル機構を備えた転写装置 - Google Patents

Description

本発明は、ジンバル機構を備えた転写装置に係り、さらに詳細には、凹状の球面を備えた第１のジンバル部材と、上記凹状球面に揺動自在に係合した凸状の球面を備えた第２のジンバル部材とを組合せた構成のジンバル機構を備えた転写装置に関する。

近年、電子線描画法などで石英基板等に超微細なパターンを形成して型（テンプレート、スタンパ）を作成し、被成形品として被転写基板表面に形成されたレジスト膜に前記型を所定の圧力で押圧して、当該型に形成されたパターンを転写するナノインプリント技術が研究開発されている（非特許文献１参照）。

ところで、テンプレート、スタンパ等の型にリソグラフィ技術を用いて形成された超微細な凹凸のパターンを被成形品に押圧し転写するとき、前記パターンが形成された型の転写面と被成形品の表面とが密着しかつ均一に接触し、型に形成された微細な凹凸のパターンが被成形品に精確に転写されるように、被成形品の表面に対して前記型の姿勢を高精度に微調整する必要がある。

型の上記微調整を行う構成として、前記非特許文献１においては、型を保持する保持部をフレキシブルな素材によって構成し、型の転写面を被成形品の表面へ押圧したときに、被成形品の表面に倣って型の保持部を従動的に被成形品の表面に追従させる構成である。

このように、従動的に型の姿勢を微調整する構成の場合、型を被成形品の表面に押圧したとき、被成形品に損傷を与えないようにできるだけ小さな圧力で押圧する必要があり、型の保持部は姿勢制御用の小さな圧力をもとに構成されている。

したがって、被成形品の表面に対する型の姿勢の微調整を行った後に、型の転写面に形成されているパターンを被成形品の表面に転写するには大きな圧力を加える必要がある。ところが、前述したように型の保持部が姿勢制御用の小さな圧力に対応するように構成されている場合には、転写に必要な大きな圧力を印加することができないという難点・課題がある。また、被成形品には用途に応じて色々な素材があり、型に形成したパターンを被成形品に転写する際にも転写圧を種々変更する必要がある。

また、この種の転写装置は、型と被成形品の互いに接触する表面の平行度を厳密に保つと共に型の押し付け、及び型離し時に型と被成形品の相互の押圧方向に対して直交する方向の位置ずれ（横ずれ）を抑える必要がある。

このため、従来、特開２００４−３４３００号公報に記載の装置が提案されている。この装置は、図７に示すように、Ｌ字型のフレーム１０１の下部水平部１０１ＡにＸＹステージ１０２を設けてその上に被成形品（公報では被加工材と称している）支持部１０３を搭載し、フレーム１０１の垂直部１０１Ｂの上部に上下方向の移動機構１０４を介して型支持部１０５を設けている。

そして、上記被成形品支持部１０３は、支持部材（被加工材支持部材）１０６とその上に設けられた磁性体１０７とからなり、この磁性体１０７の上に被成形品１０８をセットする。また、上記型支持部１０５は、移動機構１０４によって上下動される支持部材１０９と、その下面に弾性体１１０を介在させて取り付けられた磁石１１１を有し、この磁石１１１の下面に型１１２をセットする。

この従来装置は、弾性体１１０を介在させて平行度のずれを吸収すると共に、型１１２と被成形品１０８とを互いに押し付ける際、型１１２を支持する支持部材１０９と被成形品１０８を支持する支持部材１０６との間に、磁石１１１と磁性体１０７により磁気吸引力を働かせて、押し付け方向と直交する方向への相対移動、すなわち位置ずれ（横ずれ）を防止するようにしたものである。

ところで、前記非成形品１０８に対して前記型１１２の姿勢を高精度に微調整するために、ジンバル機構を介して前記型１１２を支持することも可能である。

しかし、一般的なジンバル機構は、例えばＸ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持された第１の揺動部材に、第２の揺動部材をＹ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持された構成である。したがって、例えば第１の揺動部材がＸ軸方向の軸心回りに揺動されるとき、第２の揺動部材は一体的に揺動する傾向にあり、全体の動作がぎこちない動きとなる。そこで、ジンバル機構の全体的動作が円滑に行われるように、凹状の球面を備えた第１のジンバル部材と、上記凹状球面に揺動自在に係合した凸状の球面を備えた第２のジンバル部材とを組合せた構成のジンバル機構が開発されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００４−３４３００号公報 特許第３０９０５７３号公報 Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechonology

特許文献１に開示された装置は、磁石１１１と磁性体１０７による磁気吸引力により型１１２を被成形品１０８に押し付ける場合には、位置ずれ（横ずれ）を抑えることはできるが、磁気吸引力に加えて移動機構１０４により型１１２をより強く押し付けると、その反力によりフレーム１０１の垂直部１０１Ｂの上部が図７において左方へ反り、位置ずれ（横ずれ）を生じる。また、温度変化によりフレーム１０１が変形した場合にも、位置ずれ（横ずれ）を生じるという難点・課題がある。

前記特許文献２に記載されたジンバル機構は、凹状の球面（第１の凹状球面）を備えた第１のジンバル部材と、この凹状の球面に揺動自在に係合した凸状の球面（第１の凸状球面）を備えた第２のジンバル部材とを備え、かつ第２のジンバル部材に形成した第２の凹状球面に、第１のジンバル部材に備えた第２の凸状球面を係合した構成である。

そして、第１のジンバル部材に対して第２のジンバル部材が円滑に揺動し得るように、前記第１の凹状球面と第１の凸状球面との間の微小間隙及び第２の凹状球面と第２の凸状球面との間の微小間隙に、複数のエアー噴出孔からエアーを噴出する構成である。したがって、第１のジンバル部材に対して第２のジンバル部材を円滑に揺動することができ、望ましいものである。

しかし、前記各エアー噴出孔から噴出したエアーが互に干渉すると、前記微小間隙内の圧力分布にむらが生じることがあり、さらなる改善が求められていた。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、被成形層を被成形面に備えた被成形品を設置自在な支持台から離反した位置に、当該支持台に対して接近離反する方向へ可動体を移動自在に備え、前記被成形品に転写するための微細な凹凸パターンを転写面に形成した型を、前記可動体に備えた転写装置であって、前記型は、ジンバル機構を介して前記可動体に備えられており、前記ジンバル機構は、同中心の凹状球面及び凸状球面を備えた第１のジンバル部材と、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面に対向する凸状球面及び前記第１のジンバル部材の凸状球面に対向する凹状球面を備え、かつ前記第１のジンバル部材に対して相対的に揺動自在に係合した第２のジンバル部材とを備え、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凸状球面に複数のエアー噴出孔を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面に複数のエアー噴出孔を備え、上記各エアー噴出孔に近接した位置に排出孔を備えていることを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記エアー噴出孔から前記第１のジンバル部材における凹状球面と第２のジンバル部材における凸状球面との間の微細間隙、及び前記第１のジンバル部材における凸状球面と第２のジンバル部材における凹状球面との間の微細間隙にエアーを噴出し、前記両微細間隙に形成されたエアー層によって前記第１のジンバル部材に対して第２のジンバル部材を相対的に揺動自在に支持する構成であることを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記両微細間隙の一方に対するエアーの噴出を停止し、他方の微細間隙内のエアー圧によって前記一方の微細間隙における凹状球面と凸状球面とを圧接し、前記第１のジンバル部材と第２のジンバル部材とを固定する構成であることを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面及び凸状球面に、又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面及び凸状球面にエアー吸引孔を備え、このエアー吸引孔に対向した凸状球面又は凹状球面を吸着固定する構成であることを特徴とするものである。

また、被成形層を被成形面に備えた被成形品を設置自在な支持台から離反した位置に、当該支持台に対して接近離反する方向へ可動体を移動自在に備え、前記被成形品に転写するための微細な凹凸パターンを転写面に形成した型を、前記可動体に備えた転写装置であって、前記型は、ジンバル機構を介して前記可動体に備えられており、前記ジンバル機構は、同中心の凹状球面及び凸状球面を備えた第１のジンバル部材と、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面に対向する凸状球面及び前記第１のジンバル部材の凸状球面に対向する凹状球面を備え、かつ前記第１のジンバル部材に対して相対的に揺動自在に係合した第２のジンバル部材とを備え、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面又は第２のジンバル部材における凸状球面に対向するジンバル部材を支持する複数の当接支持部材を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は第２のジンバル部材における凹状球面に対向するジンバル部材を支持する当接支持部材を備え、前記各当接支持部材を、前記凹状球面及び凸状球面から突出する方向へ付勢してあることを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記第１のジンバル部材における前記凹状球面又は第２のジンバル部材における前記凸状球面に複数のエアー噴出孔を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面に複数のエアー噴出孔を備えていることを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記エアー噴出孔に連通した保圧チャンバーを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１のジンバル部材に備えた凹状球面，凸状球面と第２のジンバル部材に備えた凸状球面，凹状球面との間の微小間隙に噴出されたエアーの干渉を防止することができ、上記微小間隙内の圧力分布をほぼ均等にすることができ、被成形品の表面に対して型の姿勢を高精度に微調整することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るジンバル機構を用いた転写装置について説明するに、先ず、理解を容易にするために、転写装置の全体的構成について説明する。

図１〜図３は本発明の実施形態に係る転写装置の全体的構成を例示するものであって、図１，図２において、符号１は転写装置、３は本体フレームである。本体フレーム３は、図１に示すように、側面視した場合の形状は概ねＬ字型をしており、下部側にベースフレームとしての四角形状の下部フレーム７が一体的に取り付けられている。下部フレーム７の４隅には、それぞれタイバ９が本体フレーム３の垂直部と平行に立設され、タイバ９の上端には、駆動手段を支持するための支持フレームとしての四角形状の上部フレーム５が取り付けられている。タイバ９には、前記上部フレーム５と下部フレーム７との間において、四角形状の可動体１９がタイバ９に沿う方向すなわち上下に移動自在に配置されている。

本体フレーム３の上部は、上部フレーム５及び可動体１９の左右両側面における前後方向のほぼ半分（中間）の位置に達するように前方（図１において右方）に突出し、その先端には上下に伸びるリニアガイド（案内手段）２１が取り付けられている。上部フレーム５と可動体１９の左右両側面には、リニアガイド２１に係合して、例えば零クリアランスの状態で上下に精密に案内移動されるスライダ２３，２４が取り付けられている。

上記説明より理解されるように、前記本体フレーム３は、前記下部フレーム（ベースフレーム）７を支持するフレーム支持部３Ａを一端側（下端側）に備えることにより、側面視したときに、図１に示すように概ねＬ字形を呈するものである。そして、前記本体フレーム３の他端側（上端側）の左右両側（図１において紙面に垂直な方向の両側）に、前記リニアガイド２１を備えたガイドフレーム３Ｂを前方に突出して備えることにより、上端側（他端側）に凹部を形成した構成である。

そして、前記上部フレーム５及び前記可動体１９は、図３に示すように、本体フレーム３における左右の前記ガイドフレーム３Ｂの間に配置してあり、前記上部フレーム５，可動体１９に備えた前記スライダ２３，２４は、上部フレーム５，可動体１９の前後方向（図１，図３において左右方向）及び左右方向（図１において紙面に垂直な方向、図３において上下方向）の中心を中心として対称的な位置において前記リニアガイド２１に移動可能に係合してある。なお、図１には、前記リニアガイド２１は、前記スライダ２３，２４に共通化してあるが、前記スライダ２３，２４にそれぞれ対応したリニアガイドを別個に設けることも可能である。しかし、加工の容易性、互いの平行度の加工精度を考慮すると、スライダ２３，２４に対してリニアガイド２１を共通に設けることが望ましいものである。

ここに、上部フレーム５は、タイバ９を介して下部フレーム７及び本体フレーム３に固定されているが、後述する型の押し付け力や温度変化等によりタイバ９が伸縮したとき、上部フレーム５の上下動を許すと共に、タイバ９の曲がりや伸縮によって生じるタイバ９と垂直な面内における上部フレーム５の位置ずれ（横ずれ）を防止するために、上記リニアガイド２１とスライダ２３が設けられている。これは、上部フレーム５の位置ずれ（横ずれ）をより確実に防止するためのものであり、上部フレーム５は、本体フレーム３から切り離し、タイバ９により下部フレーム７に連結固定するのみでもよい。

可動体１９は、上記のようにタイバ９には遊嵌されているため、リニアガイド２１とスライダ２４により上下方向への移動を精密に案内される。

上記リニアガイド２１及びスライダ２３，２４は、上部フレーム５及び可動体１９自体の温度変化による位置ずれ（横ずれ）を防止するため、上部フレーム５及び可動体１９の前後左右の中心に対して対称の位置に配置することが好ましい。

下部フレーム７の上面中央には、上に向かって垂直に伸びる固定台１０が取り付けられている。固定台１０の上には、図２に示すように、Ｘ，Ｙテーブル等のＸ，Ｙ方向（前後左右方向）へ移動可能かつ微調整して位置決め可能な可動テーブル１１が設けられ、この可動テーブル１１の上には、被成形品１３を支持する支持台１５が設けられている。なお、可動テーブル１１は、リニアガイドとスライダにより案内され、サーボモータにより駆動されるもので、公知の構成であるため、詳述を避ける。

被成形品１３は、例えば、シリコン、ガラス、セラミック等の適宜な材料よりなる基板の上面（被成形面）に紫外線硬化樹脂等からなる被成形層（図示せず）を数１０ｎｍ〜数μｍの厚さに塗布した薄膜を備えた構成である。なお、この上記被成形層は、熱可塑性樹脂よりなるレジストを用いる場合もあるため、支持台１５には、上記被成形層を加熱軟化させて成形を容易にするためのヒータのような加熱手段（図示せず）を内蔵させてもよい。

図２に示すように、可動体１９の下面中央（前記ベースフレームに対向した対向面の中央）には、ロードセル４６を介して旋回台４７が可動体１９の下面中央を中心として旋回可能かつ所定の角度位置に固定可能に取り付けられている。この旋回台４７には、ジンバル機構４５を介して型支持プレート４３が取り付けられ、この型支持プレート４３に型４１が着脱可能に装着される。

ジンバル機構４５は、型４１の型表面（図２において下面）中央を中心とする球面を有し、詳細な図示は省略するが、この球面を空気軸受で支持し、型４１を上記型表面の中央を中心として自在に傾動可能にすると共に、空気軸受を負圧にして型４１の姿勢を不動状態に固定可能な構成となっている。

型４１は、型表面（図２において下面、型の転写面）にリソグラフィ技術を用いて微細な凹凸のパターンが形成されており、この実施形態においては紫外線を透過し易い透明の石英ガラスからなっている。

上記型支持プレート４３、ジンバル機構４５、旋回台４７及びロードセル４６は、いずれも中央に貫通穴４３Ａ等を有し、可動体１９には、紫外線光源４２から光ファイバ４２Ａ及び反射ミラー４２Ｂを介して紫外線を上記貫通穴から型４１の背面へ導く貫通穴４２Ｃが設けられている。すなわち導光路が備えられている。

支持フレームとしての前記上部フレーム５には、前記可動体１９を移動するための駆動手段の一例としてのサーボモータ３３が装着支持されている。サーボモータ３３の出力軸３５は、軸受２９により上部フレーム５に回転のみ自在に取り付けられた中空軸３１に連結され、中空軸３１の下端には、ボールネジ機構２５を構成するボールネジナット２６が取り付けられている。このボールネジナット２６には、可動体１９の前後左右の中央部(中心)に垂直に取付固定されたボールネジ軸２７が係合し、可動体１９を所定の速度及びトルクで上下に移動させるようになっている。なお、参照符号３３Ａはサーボモータ３３の回転位置を検出するロータリーエンコーダである。

上部フレーム５には、バランス取り手段の一例としてのバランスシリンダ５０が、図３に示すように、可動体１９の中心を中心として対称な位置に複数設けられている。これらのバランスシリンダ５０のビストンロッド５２は、それぞれ可動体１９に連結され、重力による可動体１９の下向きの荷重を相殺するようになっている。

可動体１９の下面には、型支持プレート４３等を囲むリング状の上カバー５４が取り付けられている。他方、下部フレーム７側には、下端を固定台１０の周面に移動可能に係合され、上端を上記上カバー５４の下端に当接可能に形成されて可動テーブル１１等を囲む同じくリング状の下カバー５６が取り付けられている。この下カバー５６は、下部フレーム７に取り付けられた上下動用アクチュエータの一例としての複数のシリンダ５８により上下に移動され、上カバー５４とにより、型支持プレート４３及び可動テーブル１１の周囲に開閉可能な成形室６０を形成するようになっている。

次いでこの転写装置の作用について説明する。上下動用アクチュエータとしてのシリンダ５８により下カバー５６を下降させて成形室６０を開き、型４１を型支持プレート４３に取り付け、型４１の中央を中心とする水平な回転方向の取付角度（型の方向性）を旋回台４７により微調整する。なお、この型４１の取付角度調整は、型取付時のみでなく、マークを用いた公知の位置合わせ手段により、支持台１５上にセットされた被成形品１３に合わせてその都度、自動的に微調整するようにしてもよい。

上記のように型４１をセットした後、上面に紫外線硬化樹脂からなる被成形層を塗布した被成形品１３を支持台１５上にセットする。

次いでシリンダ５８により下カバー５６を上昇させて成形室６０を閉じ、サーボモータ３３のトルクを比較的小さな値に設定した状態で可動体１９を下降させて型４１を被成形品１３に接近移動し、型４１を被成形品１３の上面に比較的小さな押し付け力で押圧する。

このとき、可動体１９は、左右両側方に配置されたリニアガイド２１及びスライダ２４により、移動方向に対して直交する方向への位置ずれ（横ずれ）をより小さく抑えられて下降し、被成形品１３の所定位置に向けて押し付けられる。また、このとき、可動体１９は、バランスシリンダ５０により重力による下向きの荷重を相殺されているため、サーボモータ３３はより小さなトルクで作動可能であり、トルク及び速度をより正確に制御されて下降する。

型４１が被成形品１３に押し付けられる際、両者の当接面（接触面）の平行度にずれがあると、型４１はジンバル機構４５により傾動自在（揺動自在）に支持されているため、被成形品１３の上面に倣って型４１の全面が均一な面圧で押し付けられる。このとき、ジンバル機構４５は、型４１の型表面（図２において下面）中央を中心とする球面により、型表面の中央を中心として傾動するため、横方向（水平方向）の位置ずれを生じない。

上記押し付け力は、ロードセル４６により検出され、サーボモータ３３にフィードバックされて所定の値に保たれる。このときにも、可動体１９の荷重は、バランスシリンダ５０により相殺され、サーボモータ３３のトルクはより小さな値であるため、トルク制御がより正確に行われる。

こうして比較的小さな押し付け力による押し付けが完了したところで、ジンバル機構４５の空気軸受を負圧にして型４１の姿勢を不動状態に固定した後、サーボモータ３３のトルクを増加させる。このトルク増加により型４１は、被成形品１３の上面に塗布された紫外線硬化樹脂からなる被成形層に強く押し付けられ、型４１の表面に形成された微細な凹凸のパターンを被成形品１３の被成形層に転写する。

この型４１の強い押し付け力により、タイバ９は極くわずかではあるが伸び、上部フレーム５を上方向へ変位させる。この上部フレーム５の変位はリニアガイド２１とスライダ２３により吸収され、本体フレーム３の上部を図１において左方へ反らせるような不具合は生じない。そこで、型４１の押し付けに伴う型４１の移動方向に対して直交する方向の位置ずれ（横ずれ）が抑えられる。

また、上部フレーム５は、上記リニアガイド２１とスライダ２３により支持されているため、複数のタイバ９の伸びに差が生じるような場合にも、上部フレーム５の位置ずれ（横ずれ）は小さく抑えられ、型４１の位置ずれ（横ずれ）を小さく抑える。

なお、このタイバ９の伸びの差は、型４１の押し付け力が比較的小さい場合には、極めてわずかであるため、上記リニアガイド２１とスライダ２３による上部フレーム５の案内手段は省略してもよい。

上記転写の後、紫外線光源４２から光ファイバ４２Ａ及び反射ミラー４２Ｂ等よりなる導光路を通して紫外線を型４１の背面へ所定時間照射する。型４１の背面へ照射された紫外線は、型４１が透明の石英ガラスからなっているため、これを透過して被成形品１３の上面に塗布された紫外線硬化樹脂からなる被成形層に照射され、この被成形層を硬化させる。

こうして被成形層を硬化させた後、型４１の姿勢を固定したままサーボモータ３３により可動体１９を上昇させて型４１を被成形品１３から離す。次いでシリンダ５８により下カバー５６を下降させて成形室６０を開き、被成形品１３を取り出して一連の転写動作を終了する。

前記ジンバル機構４５は、次のように構成してある。すなわち、図４を参照するに、前記ジンバル機構４５は、凹状の球面（第１の凹状球面）６１を備えた環状の第１ジンバル部材６２を備えている。この第１ジンバル部材６２の中央部には、前記貫通穴４３Ａに相当する貫通穴６３が備えられている。また、ジンバル機構４５は、前記第１の凹状球面６１に揺動自在（傾動自在）に対向して係合した第１の凸状球面６４を備えた環状の第２ジンバル部材６５を備えている。

上記第２のジンバル部材６５は、前記貫通穴６３に連通した貫通穴６６を中央部に備えた環状に形成してあって、この第１のジンバル部材６５の外周面は、上側が大径になるテーパ面６７に形成してある。そして、前記第２ジンバル部材６５の落下を防止するために、前記第１ジンバル部材６２の下面には、リング状のカラー６８を介してボルトのごとき複数の固定具によって環状の支持部材６９が一体的に取付けてある。この支持部材６９が前記テーパ面６７に対向した面は対応したテーパ面７０に形成してある。

前記第２ジンバル部材６５の下面には、前記型支持プレート４３に相当する円筒形状の型支持部材７１がボルト等のごとき複数の固定具によって一体的に取付けてあり、この型支持部材７１の下部には前記型４１に相当する型７２が着脱交換可能に取付けてある。なお、型支持部材７１に対して型７２を取付ける構成としては種々の構成を採用することができるので、型支持部材７１に対する型７２の取付け構成についての詳細な図示、説明は省略する。

前記第２のジンバル部材６５の前記第１凸状球面６４の反対側の面、すなわち第２のジンバル部材６５の下面であって、前記型支持部材７１の外周面と前記テーパ面６７との間の環状部分は、第２の凹状球面７３に形成してある。そして、前記支持部材６９の下面に環状のカラー７４及びボルトなどのごとき複数の固定具を介して一体的に取付けた環状の支持部材７５が前記第２凹状球面７３に対向した面には第２の凸状球面７６が形成してある。

ところで、前記支持部材６９，７５は第１ジンバル部材６２と一体的に固定してあるので、前記支持部材６９，７５は第１ジンバル部材６２の一部と見做すことができるものである。前記第１凹状球面６１，第１凸状球面６４，第２凹状球面７３及び第２凸状球面７６は、前記貫通穴６３の軸心と前記型７２の下面との交差位置Ｏを中心とする半径の球面に形成してある。

前記ジンバル機構４５は、同中心の凹状球面６１及び凸状球面７６を備えた第１のジンバル部材６２と、前記第１のジンバル部材６２の前記凹状球面６１に対向する凸状球面６４及び前記第１のジンバル部材６２の凸状球面７６に対向する凹状球面７３を備え、かつ前記第１のジンバル部材６２に対して相対的に揺動自在に係合した第２のジンバル部材６５とを備えた構成である。

そして、前記第１ジンバル部材６２に対して前記第２ジンバル部材６５が円滑に揺動（傾動）し得るように、前記第１ジンバル部材６２の第１凹状球面６１の複数箇所には、第１凹状球面６１と第１凸状球面６４との間の微小間隙へエアーを噴出するためのエアー噴出孔７７が、前記貫通穴６６の中心を中心とする円上に周方向に等間隔に設けられている。

上記エアー噴出孔７７は、配管を介して圧縮ポンプなどのごとき圧力発生手段（図示省略）に接続してある。上記エアー噴出孔７７から噴出されるエアー圧を前記第１凸状球面６４へ効果的に付与するために、例えば座グリ、溝などのごとき適宜形状の凹部を第１凹状球面６１に形成して、前記エアー噴出孔７７から噴出されたエアー圧を保持する保圧チャンバーを構成することが望ましい。上述のように、適宜形状の保圧チャンバーを形成することにより、前記エアー噴出孔７７から噴出するエアーの圧力を前記第２ジンバル部材６５の第１凸状球面６４へ付与する受圧面積が広くなるものである。

また、前記第１の凹状球面６１には前記貫通穴６６の中心を中心とする円上に複数の吸引孔８０（排出孔）が周方向に等間隔に設けられており、かつ接続路８１に接続してある。この接続路８１は、例えばソレノイドバルブのごとき切換弁（図示省略）を介して、例えば真空ポンプ等のごとき負圧発生手段（図示省略）に接続自在かつ大気圧に解放自在に構成してある。したがって、前記排出孔８０を負圧状態又は大気圧に開放した状態に切換え自在である。よって、前記排出孔８０を負圧状態に切換えると、第２ジンバル部材６５における第１凸状球面６４を、第１凹状球面６１に吸着固定することができるものである。

なお、前記排出孔８０は前記エアー噴出孔７７に近接してあり、かつエアー噴出孔７７と排出孔８０は、前記貫通孔６６の中心から外径方向へ交互に配置してある。

前記第１ジンバル部材６２の一部をなす前記支持部材７５における前記第２の凸状球面７６には、当該第２の凸状球面７６と前記第２ジンバル部材６５に形成した前記第２凹状球面７３との間の微小間隙へエアーを噴出する複数個のエアー噴出孔８２が開口されている。このエアー噴出孔８２の開口に対応して、前記第２凸状球面７６には保圧チャンバーを構成する凹部を形成することが望ましい。なお、上記エアー噴出孔８２からのエアー噴出は、制御装置（図示省略）の制御の下に、前記エアー噴出孔７７とは別個に制御されるものである。

既に理解されるように、前記エアー噴出孔７７から第１の凹状球面６１と第１の凸状球面６４との間の微小間隙へエアーを噴出すると共に、第２の凹状球面７３と第２の凸状球面７６との間の微小間隙へエアー噴出孔８２からエアーを噴出すると、第２ジンバル部材６５は、前記微小間隙内のエアー圧によって、第１ジンバル部材６２に対して極く僅かに浮上した状態に支持されるものである。したがって、第２ジンバル部材６５は、第１ジンバル部材６２に対して円滑に揺動することができるものである。

前述したように、前記第１ジンバル部材６２に対して第１ジンバル部材６５を極く僅かに浮上した状態に支持したとき、第１ジンバル部材６２に対する第２ジンバル部材６５の垂直軸心回りの回動を規制するために、前記型支持部材７１には、前記支持部材７５に形成したキー溝８３に先端部が微少量移動可能に係合したキー８５がボルト等の固定具によって一体的に固定してある。

以上のごとき構成において、前述したように、サーボモータ３３を駆動して可動体１９を下降し、型４１（７２）の下面を被成形品１３の上面に当接して、型４１（７２）の下面に形成した微細な凹凸パターンを転写するに際しては、先ず、前述したように第１のジンバル部材６２に対して第２のジンバル部材６５が円滑に揺動自在な状態に保持する。このとき、第１のジンバル部材６２に形成したエアー噴出孔７７から第１の凹状球面６１と第１の凸状球面６４との間の微小間隙へエアーを噴出すると、エアーは前記微小間隙を経て前記排出孔８０から外部へ流出される。

この際、エアー噴出孔７７と排出孔８０とが外径方向へ交互に配置してあることにより、前記微小間隙へ流出したエアーが互いに干渉することなく外部へ排出されるものである。したがって、前記微小間隙内においての全体の圧力分布がほぼ均等的となり、前記微小間隙の間隔は全領域においてほぼ等しくなる。

その後、型７２が被成形品１３の上面に当接して、型７２の当接面が被成形品１３の上面に倣って全面が均等な面圧で押し付けられる。したがって、被成形品１３の表面（上面）に対する型７２の転写面の平行度が高精度に微調整されることとなり、所定の押圧力になると、ロードセル４６によって押圧力が検出される。そして、前記エアー噴出孔７７からのエアーの噴出が停止されると共に、接続路８１が負圧発生手段に接続されると、吸引孔８０に負圧が発生し、第２ジンバル部材６５の第１凸状球面６４が第１凹状球面６１に吸着固定される。

この際、エアー噴出孔８２からのエアーの噴出を継続することにより、上記第１凸状球面６４を前記第１凹状球面６１に対して効果的に押圧密着させることができ、第２ジンバル部材６５の第１凸状球面６４を、第１凹状球面６１により確実に密着固定することができるものである。上述のように、第２ジンバル部材６５の第１凸状球面６４を第１凹状球面６１に密着固定するとき、上記第１凹状球面６１と第１凸状球面６４との間の微小間隙は全領域において均等間隔に保持されているので、第１のジンバル部材６２に対して第２ジンバル部材６５が微少量の傾動をも生じることなく、高精度の位置関係を保持して固定される。

したがって、次の段階として、大きな押圧力（加圧力）でもって型７２を被成形品１３に加圧して、型７２の下面に形成された微細な凹凸パターンを被成形品１３の被成形層に転写するとき、精度のよい転写を行うことができるものである。

前記構成によれば、第１ジンバル部材６２に対して第２ジンバル部材６５の密着固定、固定解除を繰り返し行う場合、上記密着固定を確実に行うことができ、かつ転写精度の向上を図ることができると共に、生産性の向上を図ることができるものである。

ところで、前記説明においては、第１のジンバル部材６２における凹状球面６１及び凸状球面７６にそれぞれエアー噴出孔７７，８２を設けた場合について例示した。しかし、第１ジンバル部材６２と第２ジンバル部材６５との間の微小間隙内にエアーを噴出する構成としては、エアー噴出孔を第１ジンバル部材６１に設けるか、第２ジンバル部材６５に設けるかは相対的なものである。したがって、第２ジンバル部材６５における凹状球面７３及び凸状球面６４にエアー噴出孔を設けた構成とすることも可能である。

図５，図６は、ジンバル機構の第２の実施形態を示すものである。以下、第２の実施形態について説明するに、前述したジンバル機構の構成要素と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして、重複した説明は省略する。

この第２の実施形態においは、第１のジンバル部材６２における前記凹状球面６１に、前記第２のジンバル部材６５における前記凸状球面６４に当接する複数の当接支持部材８４を備えている。上記当接支持部材８４は、回転自在なボールによって構成してあって、前記凹状球面６１から僅かに突出してあり、かつ突出する方向に付勢してある。

より詳細には、前記第１ジンバル部材６２には、前記交差位置Ｏ方向を指向した複数の孔８５が穿設してあり、この孔８５内に螺入した螺子部材８６と前記ボール８４との間には、当該ボール８４を凹状球面６１から突出する方向へ付勢したコイルスプリング等のごとき弾性部材８７が弾装してある。

前記ボール８４は、図６に示すように、前記凹状球面６１の全面にはほぼ均等に配置してある。すなわち、前記複数のボール８４は、内側の同一円Ｓ１及び外側の同一円Ｓ２上に複数のボール８４がそれぞれ周方向に等間隔に配置してある。そして、前記内側の円Ｓ１上のボール８４と外側の円Ｓ２上のボール８４は、周方向に交互に配置してある。なお、ボール８４の配置は、上述のごとき配置に限ることなく、凹状球面６１の全領域に亘って均等的に配置してあればよいものである。

上記構成によれば、複数のボール８４は、第２のジンバル部材６５の凸状球面６４に常に当接した状態にあるので、第１のジンバル部材６２に対する第２のジンバル部材６５の微少量の揺動を円滑に行うことができるものである。すなわち、第２の実施形態においても、前述と同様の効果を奏し得るものである。

ところで前記ボール８４を、第１のジンバル部材６２における凹状球面６１側に設けるか、第２のジンバル部材６５における凸状球面６４側に設けるかは相対的なものであり、前記ボール８４を凸状球面６４側に設けてもよいものである。

また、図４に示した前記ジンバル機構４５において、前記エアー噴出孔７７，８２に代えて、図５に示した当接支持部材としてのボール８４を備えた構成とすることも可能である。さらには、前記エアー噴出孔８２のみを、図５に示したボール８４を備えた構成に代えて、エアー噴出孔７７及び排出孔８０はそのままとした構成とすることも可能である。

すなわち、ジンバル部材において、第１のジンバル部材６２に対して第２のジンバル部材６５を揺動自在かつ吸着固定自在に支持する構成としては、種々の構成を採用することができるものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく種々の変更を行うことによって、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、前記実施形態においては、被成形品に対して型が上方から相対的に下降する場合について例示したが、被成形品に対して型が下方から相対的に上昇する形式とすることも可能である。また、被成形品に対して型が相対的に上下動する形式としては垂直方向に限ることなく傾斜した方向に上下動する構成とすることも可能である。さらには、被成形品と型とが水平方向に対向する構成として、上記被成形品に対して型が接近離反する方向へ相対的に移動する構成とすることも可能である。

本発明の実施形態に係る転写装置の構成を概念的、概略的に示した側面説明図である。 本発明の実施形態に係る転写装置の構成を概念的、概略的に示した正面説明図である。 本発明の実施形態に係る転写装置の構成を概念的、概略的に示した平面説明図である。 本発明の実施形態に係るジンバル機構の構成を概念的、概略的に示した断面説明図である。 第２の実施形態に係るジンバル機構の構成を示す概念的、概略的な断面説明図である。 第２の実施形態に係るジンバル機構の主要部分の構成を示す底面説明図である。 従来の転写装置の構成を概念的、概略的に示した側面説明図である。

符号の説明

１ 転写装置
３ 本体フレーム
１３ 被成形品
１５ 支持台
１９ 可動体
４１，７２ 型
４５ ジンバル機構
６１ 第１の凹状球面
６２ 第１ジンバル部材
６３ 貫通穴
６４ 第１の凸状球面
６５ 第２ジンバル部材
７３ 第２の凹状球面
７６ 第２の凸状球面
７７，８２ エアー噴出孔
７８ 周溝（正圧用）
７９ 周溝（負圧用）
８０ 吸引孔（排出孔）
８４ 当接支持部材（ボール）
８７ 弾性部材

Claims (7)

1. 被成形層を被成形面に備えた被成形品を設置自在な支持台から離反した位置に、当該支持台に対して接近離反する方向へ可動体を移動自在に備え、前記被成形品に転写するための微細な凹凸パターンを転写面に形成した型を、前記可動体に備えた転写装置であって、前記型は、ジンバル機構を介して前記可動体に備えられており、前記ジンバル機構は、同中心の凹状球面及び凸状球面を備えた第１のジンバル部材と、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面に対向する凸状球面及び前記第１のジンバル部材の凸状球面に対向する凹状球面を備え、かつ前記第１のジンバル部材に対して相対的に揺動自在に係合した第２のジンバル部材とを備え、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凸状球面に複数のエアー噴出孔を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面に複数のエアー噴出孔を備え、上記各エアー噴出孔に近接した位置に排出孔を備えていることを特徴とする転写装置。
2. 請求項１に記載の転写装置において、前記エアー噴出孔から前記第１のジンバル部材における凹状球面と第２のジンバル部材における凸状球面との間の微細間隙、及び前記第１のジンバル部材における凸状球面と第２のジンバル部材における凹状球面との間の微細間隙にエアーを噴出し、前記両微細間隙に形成されたエアー層によって前記第１のジンバル部材に対して第２のジンバル部材を相対的に揺動自在に支持する構成であることを特徴とする転写装置。
3. 請求項２に記載の転写装置において、前記両微細間隙の一方に対するエアーの噴出を停止し、他方の微細間隙内のエアー圧によって前記一方の微細間隙における凹状球面と凸状球面とを圧接し、前記第１のジンバル部材と第２のジンバル部材とを固定する構成であることを特徴とする転写装置。
4. 請求項１，２又は３に記載の転写装置において、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面及び凸状球面に、又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面及び凸状球面にエアー吸引孔を備え、このエアー吸引孔に対向した凸状球面又は凹状球面を吸着固定する構成であることを特徴とする転写装置。
5. 被成形層を被成形面に備えた被成形品を設置自在な支持台から離反した位置に、当該支持台に対して接近離反する方向へ可動体を移動自在に備え、前記被成形品に転写するための微細な凹凸パターンを転写面に形成した型を、前記可動体に備えた転写装置であって、前記型は、ジンバル機構を介して前記可動体に備えられており、前記ジンバル機構は、同中心の凹状球面及び凸状球面を備えた第１のジンバル部材と、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面に対向する凸状球面及び前記第１のジンバル部材の凸状球面に対向する凹状球面を備え、かつ前記第１のジンバル部材に対して相対的に揺動自在に係合した第２のジンバル部材とを備え、前記第１のジンバル部材の前記凹状球面又は第２のジンバル部材における凸状球面に対向するジンバル部材を支持する複数の当接支持部材を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は第２のジンバル部材における凹状球面に対向するジンバル部材を支持する当接支持部材を備え、前記各当接支持部材を、前記凹状球面及び凸状球面から突出する方向へ付勢してあることを特徴とする転写装置。
6. 請求項５に記載の転写装置において、前記第１のジンバル部材における前記凹状球面又は第２のジンバル部材における前記凸状球面に複数のエアー噴出孔を備え、かつ前記第１のジンバル部材の前記凸状球面又は前記第２のジンバル部材の前記凹状球面に複数のエアー噴出孔を備えていることを特徴とする転写装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の転写装置において、前記エアー噴出孔に連通した保圧チャンバーを備えていることを特徴とする転写装置。

Images