TWI388418B

TWI388418B - Precision imprinting device and its embossing load control method

Info

Publication number: TWI388418B
Application number: TW098126368A
Authority: TW
Inventors: Daisuke Shimao; Katsuaki Inoue; Takashi Kurata
Original assignee: Hitachi Ind Equipment Sys
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2013-03-11
Also published as: KR101196923B1; US20100089255A1; US8387526B2; KR101212395B1; KR101139152B1; KR20110133464A; KR20110133463A; US20130078330A1; EP2174774A2; EP2174774A3; KR20100040243A; TW201020098A

Description

精密壓印裝置及其之壓印荷重控制方法

本發明關於可以高平坦度進行微細構造轉印的精密壓(press)印裝置，特別關於精密壓印裝置，其適用於使表面形成有微細凹凸圖案的轉印來源、亦即原板(微細構造轉印模版(MOULD))，被按壓於成為轉印對象之基板，於基板表面轉印、形成微細凹凸圖案用的微細構造轉印模版及微細構造轉印裝置，以及其之壓印荷重控制方法。另外，關於可以高平坦度進行微細構造轉印的精密壓印裝置，特別關於精密壓印裝置，其適用於使表面形成有微細凹凸圖案的轉印來源、亦即原板(微細構造轉印模版)，被按壓於成為轉印對象之基板，於基板表面轉印、形成微細凹凸圖案用的微細構造轉印模版及微細構造轉印裝置。

現在，上述微細構造轉印裝置已經有較便宜之奈米級印刷(Nano-imprint)裝置出現。微細構造轉印裝置已經可以進行奈米級轉印，通常稱彼等裝置為奈米印刷裝置。被轉印體之素材主要使用樹脂或玻璃等，奈米印刷方式依據彼等之素材特性而大致分類為利用紫外線的光奈米印刷裝置，與利用熱的熱奈米印刷裝置之2種。另外，轉印方式有利用通常之壓印原理的平行平板方式，與滾筒型(roller type)之片狀奈米(sheet nano)裝置。

於平行平板型之奈米印刷裝置，進行對被轉印體之轉印時，壓印平台部之平坦度及平行度之高精確度化成為特別重要之同時，被要求熱及壓力之均勻性。另外，於平面進行壓印加工有可能產生氣泡，於光奈米印刷裝置及熱奈米印刷裝置之雙方，為避免氣泡混入被轉印物通常於真空下進行轉印。目前可被接受之進行真空壓印之裝置，有如圖4所示，於真空箱(box)內進行壓印之方式，或如專利文獻1之揭示，於壓印平台部附近搭載利用彈簧或O環等之密封功能，僅設定壓印平台部或加壓部成為真空的方式，或如專利文獻2之揭示，使上下殼體接觸，設為真空狀態，於內部機構進行壓印的方式。

近年來，於平行平板型不僅要求裝置之小型化、低價格、高效率化，亦要求能對應小型(20mm見方)~大型(300mm)等各種尺寸及材料種類之轉印。

壓印方式亦有採用汽缸之裝置，但通常採用容易進行高度控制的伺服壓印(servo press)。奈米印刷裝置本身主要為半導體關連被使用之類別，通常使用於潔淨室內，因此考慮到微塵、污染而很少採用油壓汽缸。

大型(300mm)之轉印可能的奈米印刷裝置時，使用真空箱時會有大型化問題。因此，考慮小型化時可考慮於壓印板附近持有密封功能者。考慮真空時之腔室內產生之壓力變動。在可轉印300mm之大型尺寸之裝置中，將進行抽真空之室內大小設為300mm，大氣與真空之差壓設為約0.1MPa時，在壓印板接觸前對腔室施加荷重而產生約720kg之負壓。

於該大型轉印可能的裝置中進行小型(20mm見方)之轉印時僅產生約4kg之負壓。關於轉印物接觸之面積，雖未產生負壓，但對於真空腔室內被轉印物未接觸之面積，因為上述負壓之產生，而使約716kg之荷重施加於小型(20mm見方)之問題存在。使用真空箱時，滑動軸徑置為60mm時，產生約約20kg之負壓。於此，即使利用O環或彈簧之反彈力量來平衡負壓，亦因為被轉印物之扯寸或厚度差異導致無法使用。

於奈米印刷裝置，為進行壓力之回授控制而將壓力感測器安裝於真空腔室內部或外部。但是，腔室與可動軸之境界部未必存在，因此軸徑部分或腔室徑部分之真空狀態之抽壓於加壓軸上作為負壓而產生之問題存在。另外，在真空腔室內設置壓力感測器之方式，腔室部成為大型化、複雜化之問題存在。另外，隨壓印平台部及軸徑之變為越大負壓亦增大，另外，依據被轉印物之尺寸亦存在對壓印加工時之壓力帶來影響之問題。

現在，上述微細構造轉印裝置已經有較便宜之奈米級印刷(Nano-imprint)裝置被販售。微細構造轉印裝置已經可以進行奈米級轉印，通常稱彼等裝置為奈米印刷裝置。被轉印體之素材主要使用樹脂或玻璃等，奈米印刷方式依據彼等之素材特性而大致分類為利用紫外線的光奈米印刷裝置，與利用熱的熱奈米印刷裝置之2種。另外，轉印方式有利用通常之壓印裝置原理的平行平板方式，與滾筒型之片狀奈米裝置。

於平行平板型之奈米印刷裝置，壓印平台部之平坦度及平行度之高精確度化成為特別重要。目前可被接受之裝置之平行度調整機構，有例如於壓印機構之受壓側或加壓側之其中一方之壓印平台部正下方，設置球面形狀之軸承機構滑動於球面上而調整的方式，或將彈簧等彈性體安裝於壓印平台部正下方的方式。

近年來，於微細構造轉印裝置，大型化、高效率化之要求漸增。但是，於平行平板型奈米印刷裝置，隨著大型轉印可能的裝置，平坦度、平行度之精確度降低問題，或轉印對象物之尺寸、素材等導致必要之壓力、必要之溫度大幅差異，適用範圍廣，控制成為複雜化。

壓印方式亦有採用汽缸之裝置，但通常採用容易進行高度控制的伺服壓印。奈米印刷裝置本身主要為半導體關連被使用之類別，通常使用於潔淨室內，因此考慮到微塵、污染而很少採用油壓汽缸。

在藉由對向之2面挾持元件予以加壓的壓印機，使包含一方之面的模具保持板，於該面之垂直線上介由具有中心之球面軸承支撐成為可旋轉，而且附設使該模具保持板之旋轉停止的固定手段，同時，於該一方之面安裝容易裝拆的彈性片，對加壓對象物之厚度不均勻具備從動性(補正性能)，使加壓後之元件分離而可以取出的壓印機器被提案(專利文獻3)。

另外，專利文獻4提案：針對下成形模，使在素材上轉印形狀的光學面之相反側之面形成為凸球面，使下成形模之保持用母模形成為合下成形模之球面形狀對應之凹球面形狀，使凸球面與凹球面之曲率中心被設為，於成形模之中心軸上，自被壓印之成形品之佔有位置乃至成形品之中心軸上之端面起，位於成形品之中心軸上厚度以內之位置，壓印成形時，藉由身體模之觸接上成形模而搖動下成形模，使兩成形模之軸線彼此成為一致而自動調整傾斜的壓印成形裝置。

專利文獻5提案之轉印裝置及轉印方法，係於奈米印刷，具備：原盤保持手段，用於保持具有和資訊相當的圖案之原盤；基板保持手段，用於保持原盤之圖案被轉印的基板；固定手段，用於固定原盤與基板間；壓力施加手段，用於對原盤與基板間施加壓力；及固定解除手段，介由原盤保持手段與基板保持手段間，而且具有配置於原盤與基板之周圍的彈性體，對固定手段施加於原盤與基板間之固定進行解除、分離，可對原盤與基板施加均勻之壓力，而且轉印後容易剝離原盤與基板。

但是，高荷重為必要時，或被轉印物為大型化時，如專利文獻3或專利文獻4所示之奈米印刷技術，以球面承受之構造中，球面機構本身變為大型化，摩擦、損耗、咬住現象產生之可能性變高。另外，為使傾斜後之球面軸承回復原來水平狀態，非得使用彈簧等彈性體不可，特別是，壓印平台部附近之機構變為複雜化，而且伴隨大型化之高價位亦成為問題。於專利文獻5，必要介由彈簧承受荷重時，必要之荷重大時，彈簧變為極端大。另外，均熱化成為困難，升溫時間變長亦成為問題。特別是，熱式奈米印刷用之壓印中，受壓部與加壓部之面需要平行接觸。但是，高精確度進行受壓部或加壓部之加工，甚而高精確度進行受壓部或加壓部之導引加工、調整乃極大困難者。目前，為獲得高精確度之平行度，係採取於壓印平台部之正下方設置如下構成：於加壓部或受壓部正下方設置球面體構成之軸承，使用空氣或和其對應之流體、彈性體設為緩衝器，將受壓部設為連結機構以平行方式承受壓力之對策。但是，壓印平台部需要進行加熱器、冷卻路等各種細膩工夫，上述機構容易導致大型化、複雜化之問題。

專利文獻1：特開平10-156943號公報

專利文獻2：特開2003-181697號公報

專利文獻3：特開2005-52841號公報

專利文獻4：特開2003-54963號公報

專利文獻5：特開2002-100079號公報

本發明有鑑於上述問題，目的在於提供在形成微細之形狀構造用的圖案轉印技術(奈米印刷)中，構造容易、而且可實現高精確度之壓力控制的微細構造轉印裝置(奈米印刷裝置)。

另外，著眼於奈米級之元件加工或組裝困難性，或基於剛體彼此之壓印等之奈米級壓印之困難性，在原盤保持側與基板保持側之兩側，在和保持兩者或可滑動地與其卡和之導引部之間吸收傾斜或彎曲，而可對原盤與基板施加均勻壓力的技術上乃存在待解決之問題。

因此，本發明目的在於提供，在具有微細或極微細加工圖案的製品之製造工程，微細形狀之構造體之形成用的圖案轉印技術(奈米印刷法)中，壓印平台部之周圍構造簡單、平行度調整良好的微細構造轉印裝置。

本發明人著眼於小型、且可進行高精確度壓力控制的機構而完成本發明。本發明著眼於小型化，於壓印板部附近具有成為真空腔室的密封機構，為抵消真空時之負壓，而於上述腔室本體搭載汽缸功能，藉由控制對汽缸之流體供給壓力，來平衡真空時之負壓與汽缸之壓力，提供不受真空影響的裝置。另外，可利用汽缸之衝程，因此可提供不受被轉印物之厚度方向影響的精密真空壓印機構。

本發明之精密壓印裝置，係具備：受壓部；加壓部，和該受壓部呈對向、而且對上述受壓部以可進退的方式被配置；壓印平台部，被裝配於上述受壓部與上述加壓部之各對向面；驅動部，用於驅動上述加壓部；及腔室，具有在上述受壓部與上述加壓部之接近狀態下、於上述受壓部與上述加壓部之間以密封狀態包圍上述壓印平台部的筒壁；其特徵為具備：流體動作部，用於抵消基於上述腔室內之負壓而產生之將上述受壓部與上述加壓部互相吸引之力。

本發明之精密壓印裝置之壓印荷重控制方法，該精密壓印裝置係具備：受壓部；加壓部，和該受壓部呈對向、而且對上述受壓部以可進退的方式被配置；壓印平台部，被裝配於上述受壓部與上述加壓部之各對向面；驅動部，用於驅動上述加壓部；及腔室，具有在上述受壓部與上述加壓部之接近狀態下、於上述受壓部與上述加壓部之間以密封狀態包圍上述壓印平台部的筒壁；其特徵為：使上述筒壁構成為，依據形成於上述受壓部與上述加壓部之至少一方的汽缸內之流體壓力而朝向另一方可進退地被設置之筒狀柱塞；使基於上述腔室內之負壓而產生之將上述受壓部與上述加壓部互相吸引之力，與依據上述流體壓力而產生於上述筒狀柱塞的加壓力，平衡與予以抵消。

依據本發明之精密壓印裝置及其之壓印荷重控制方法，雖因為腔室內之負壓而產生將受壓部與加壓部互相吸引之力，但可依據汽缸內之流體壓力而於筒狀柱塞產生加壓力，而使吸引之力與加壓力平衡並予以抵消，因此，針對以壓印平台部被轉印之基板等之荷重，可依據驅動部之驅動力進行高精確度控制。

另外，為解決上述問題，本發明之精密壓印裝置，係具備：加壓部，係於導引柱部介由保持器被滑動導引；受壓部，被固定於上述導引柱部；壓印平台部，被裝配於上述加壓部與上述受壓部之各對向面；及驅動部，用於介由軸承構件驅動上述加壓部；其特徵為：於上述加壓部與上述保持器之間及/或上述受壓部與上述導引柱部之間存在彈性體，藉由上述彈性體之變形使上述兩壓印平台部之面彼此互相模仿而將施加於上述兩壓印平台部之荷重設為均勻。

依據該精密壓印裝置，進行平行度調整的機構未被配置於壓印平台部之附近，而是作為彈性體被設於導引柱部與加壓部及/或受壓部之間，因此，加壓部與受壓部間之相對傾斜或彎曲可由該彈性體予以吸收。

以下依據圖1、2說明本發明精密壓印裝置之實施形態。

本精密壓印裝置之實施形態，係利用作為微細構造轉印裝置(奈米印刷裝置)用於進行極微細圖案之壓印成形。圖1所示精密壓印裝置，基本上具備：受壓部2，被固定於複數個互相平行配置之導引柱部3a、3b(以下總稱使用符號3，其他構成要素亦同樣)之一端部；加壓部1，和受壓部2呈對向配置，而且滑動於該導引柱部3上對受壓部2以可進退的方式被配置；及驅動部11，介由活動軸承(free bearing)10來驅動加壓部1使朝向受壓部2。其中，活動軸承10，係藉由可撓式連結頭，組合壓力感測器而亦可測定壓力。藉由3個以上之導引柱部3之構成，可進行加壓部1之均勻之導引。只要能確保互相之平行性，導引柱部3可以構成2個。

加壓部1被配置成為可介由保持器4而對導引柱部3滑動。於加壓部1被形成滑動孔用於插通各導引柱部3。保持器4可使用例如直接式導引軸承等，直至成形模與轉印對象物接觸為止可以具備高對準性。保持器4，係被形成為在其之一端側設有凸緣部的筒狀形狀，該凸緣頂接於加壓部1而進行定位。保持器4之筒狀內部被插通導引柱部3，保持器4可滑動於導引柱部3上，結果，加壓部1可介由保持器4滑動於導引柱部3上。

在加壓部1與受壓部2之對向面側分別設置壓印平台部5a、5b。在壓印平台部5a、5b，於一方被配置表面形成有微細加工的原版，於另一方被配置基板，壓印時係藉由基板與原版之互相壓接而使原版之微細加工被轉印至基板。

驅動加壓部1的驅動部11，係介由活動軸承10按壓加壓部1。活動軸承10之前端部成為球面，於壓印動作時加壓部1與受壓部2係進行模仿、亦即後述說明之壓印平台部7a、7b模仿時亦可對加壓部1以單點施加荷重。因此，加壓部1與受壓部2之模仿被維持，均勻之荷重被作用於壓印平台部7，可以高平坦度之精確度進行壓印成形。

加壓部1與驅動部11未施予螺栓固定，而是被安裝成為如可移除螺栓(stripper bolt)、緩衝器(damper)或彈簧等可為某一程度搖動之狀態，被載置於活動軸承10。另外，作為進行驅動部11與加壓部1之頂接的仲介手段雖設為活動軸承10，但亦可取代其改為具備球體與球面組合而成之球面軸承的活動(free)連結頭。

於本精密壓印裝置中，作為驅動部11之驅動源可使用伺服馬達、氣壓缸、油壓缸等。

於本精密壓印裝置中，驅動部11按壓加壓部1時活動軸承10頂接於加壓部1之頂接部雖設為單點，但亦可構成為複數點被均等配列。複數點配列時各點被均等配置，因此於加壓部1及壓印平台部5b被施加均勻之荷重。

於本精密壓印裝置中，腔室16設為以最小範圍包圍壓印平台部5之形狀。腔室16，係於加壓部1側與受壓部2側分別(亦即上下2個)或至少一方之側被配設。圖示之例，腔室16，係於受壓部2側，以可出沒的方式具備藉由流體滑動的筒狀柱塞7之筒狀汽缸方式之腔室，於另一側之加壓部1側，則以固定高度之環8構成。於加壓部1側，亦可取代環8，改為和腔室16同樣之筒狀汽缸方式之腔室。於腔室16之表面，亦即，在和加壓部1與受壓部2之對向面頂接的端面，設置之至少一個環狀彈性體9，用於在腔室16被抽成真空時保持其真空。

進入汽缸室17之流體之壓力19可被控制。壓印時腔室16內被抽成所謂真空狀態。藉由腔室16內產生之負壓22，而於加壓部1與受壓部2產生外部之壓力所引起之互相吸引之力。藉由流體之由加壓口12流入汽缸室17，使筒狀柱塞7被下壓，而產生使加壓部1與受壓部2朝分離方向之加壓力20，可以抵消負壓22所引起之上述互相吸引之力。

作為進行壓力調整之時序可為如圖7所示步驟A、B、C之3個，可對應於各個狀況進行壓力控制。該精密壓印裝置之控制方塊圖及壓力控制之各步驟之流程圖圖示於圖8-11。

依據圖8所示精密壓印裝置之控制方塊圖，精密壓印裝置係由控制部30，感測器部40，及機構部50構成。感測器部40具備：檢測壓印荷重的荷重壓計41；及半導體裝置用複合配線構件腔室16內之壓力的真空壓計42。控制部30具備：PLC(可程式化控制器)31，其被輸入來自感測器部40之上述各壓力計之檢測輸出；控制部32，接受PLC31之輸出，對構成驅動部11的傳動器等控制機器進行控制；及控制部33，對控制腔室16內之流體壓力的空壓控制機器進行控制。於PLC31被寫入各步驟A、B、C之控制內容之程式。另外，PLC31對變更、控制腔室16內之壓力的真空泵53進行控制。機構部50具備：驅動部11等之動力源51；流體動作部(真空腔室)52，其具備進行腔室16之筒狀柱塞7之出沒控制的汽缸室17等；及真空泵53。

於步驟A，係如圖7之上段圖所示，加壓部1藉由驅動部11之驅動介由活動軸承10被按壓而移動至可抽成真空之位置，之後進行抽真空21時為抵消腔室16內產生之負壓22，由加壓口12朝汽缸室17導入流體之壓力19使產生加壓力20。圖9為步驟A之控制內容之流程圖。於圖9表示加壓部1之移動至可抽成真空之位置，及其後之抽真空21之步驟。亦即，藉由驅動部11之驅動使加壓部1移動至受壓部2之方向之同時，推出柱塞7(步驟1，略稱為「S1」，以下相同)，於加壓部1與受壓部2之間，藉由汽缸與柱塞7、環8形成包圍壓印平台部5之腔室16。在到達可抽成真空之位置(S2)時，藉由汽缸之傳動器作用而停止柱塞7之移動，設定真空泵53之作動成為ON開始進行抽真空(S3)。於步驟7，荷重為0而且真空度為設定值以下時結束步驟A而移至次段之步驟B，非如此時回至步驟4，對應於荷重為正或負而進行減壓(S5)或增壓(S6)。

之後，於步驟B，如圖7之中段圖所示，抽真空完了後為抵消加壓部1移動至被轉印物18之轉印位置時產生之柱塞7之滑動阻抗23而調整加壓力20。圖10為步驟B之控制內容之流程圖。於圖10表示為抵消柱塞7之滑動阻抗23而調整加壓力20之步驟。亦即，加壓部1朝受壓部2之方向移動(S11)，判斷滑動摩擦阻抗是否為固有值以下(S12)，判斷結果為是時，藉由空壓控制來減少壓力(S14)，判斷荷重是否為0(S15)，判斷結果為是時結束步驟B，移至次段之步驟C，否時回至步驟14，重複空壓控制。S12之判斷結果為否時進行錯誤處理(S13)。此時，柱塞7移動移動時之摩擦力之故，由移動速度、接觸面積、摩擦係數求出之固有之值，超出該數值之外力產生時應對應之錯誤處理(S13)被取入。該步驟係於被轉印物18接觸壓印板5面之前被進行，為在極短使煙內被進行者。另外，如上述說明，滑動阻抗23為固有值，因此將該值由步驟C之步驟22中之荷重+之檢測值予以除外，則可省略步驟B，可由步驟A移至步驟C。

最後，於步驟C，如圖7之下段圖所示，被轉印物18接觸壓印板5面時，被抽真空之面積會變化(面積減少)，因此產生壓力變動(吸引之力減少)。為抵消該負壓22之變化而進行調整加壓力20之控制。圖11為步驟C之控制內容之流程圖。於圖11表示為抵消抽真空之面積變化引起之吸引之力之變動而調整加壓力20之步驟。亦即，加壓部1朝受壓部2之方向移動(S21)，如上述說明，被轉印物18接觸壓印板5面時，負壓22會減少，但加壓力20乃維持原來狀態，力之平衡崩潰，檢測出之壓力(荷重)急速增大(S22)。在檢測出該力之時點，加壓部1停止移動，減少加壓力20(S23)，與負壓22間達成均衡而使荷重成為0，如此而進行控制(S24)。在荷重成為0之時點結束步驟C。

其中壓力計算值如下。

加壓力20=柱塞7面積(或另外安裝之汽缸內徑)×流體之壓力19

步驟A時之負壓22=汽缸內面積×外氣壓間之差(約0.1MPa)

步驟B時之負壓22=負壓22a-柱塞7之滑動阻抗23

步驟C時之負壓22=(汽缸內面積-被轉印物18之接觸面積)×外氣壓間之差(約0.1MPa)

於該精密壓印裝置，加壓汽缸室17的流體可使用空氣、氣體、油、水或其他流體。

於該精密壓印裝置，形成密封部的彈性體9，可使用O環或代替其之樹脂(尿烷、矽、聚醯亞胺、氟、聚乙烯等)。

於該精密壓印裝置，真空時之負壓22不以附加於腔室16之汽缸機構(對汽缸室17之壓力導入)予以抵消，而是如圖5所示，於受壓部2與加壓部1之間另外設置汽缸24a、24b，藉由汽缸24a、24b之加壓力20來抵消腔室16內之負壓22亦可。或者，如圖6所示，於加壓部1之背側設置汽缸25a、25b，藉由吸引之力20來抵消負壓22亦可。

於該精密壓印裝置，腔室16之汽缸狀筒壁，其形狀除圓筒形以外，可以是斷面為四角、多角、橢圓等具有能具備汽缸機構之形狀。

於該精密壓印裝置，加壓部1與受壓部2被上下相反配置亦可構成裝置。

於該精密壓印裝置，如圖3所示，可於受壓部2或加壓部1之對向面加工環狀溝成形為環狀汽缸室，於環狀汽缸室填埋筒狀柱塞7而構成汽缸機構。

於該精密壓印裝置，如圖3所示可以構成為：加壓部1與受壓部2之至少一方採用汽缸形狀，但亦可於另一方(此例中為加壓部1側)拆除腔室16及環8，作為對向面本身而可進行壓印。

於該精密壓印裝置，如圖2所示可以構成為：柱塞7不由腔室16脫離，而於腔室16之汽缸側設置至少一個以上之端板26而作為可扣合於柱塞7的止動器。又，此情況下，於柱塞7，考慮容許基本等之厚度之故，可以形成不干涉端板26之區域的溝。另外，連通於汽缸室17的加壓口12，可開設於汽缸外側。另外，為防止真空洩漏，可將收容O環9、9a之溝形成於筒狀柱塞7之前端面、及汽缸之上端面。另外，為防止汽缸室17內之流體洩漏，可在筒狀柱塞7之內外各筒面被形成之周溝，收容藉由和汽缸室17間進行密封的O環。

圖12為本發明之精密壓印裝置適用的奈米印刷裝置之正面圖。

於圖12，101為固定於導引柱部104的受壓部，102為於導引柱部104介由保持器被滑動導引的加壓部，103為調整螺帽，對導引柱部104被固定為可調整高度。105為保持器，116為操作面板，用於進行腔室內之加壓部或受壓部之壓力升壓、降壓，溫度之升溫、降溫，或腔室之真空控制，以及清單、處理程序(recipe)之設置，壓力或溫度之自動控制設定等。117為受壓部與加壓部之加熱調溫器，118為加壓部之壓力顯示用的壓力顯示器，119為腔室內之真空度顯示用的顯示器。120為真空腔室，內部被設為真空而進行由原版至基板之轉印的室。121為框架或蓋部，可防止塵埃侵入裝置內。122為腳輪，裝置全體之移動時被使用。123為調整器，本裝置之設置時為獲得水平度而進行高度調整者。124為固定座，藉由調整器之高度調整獲得水平度之後，被固定於底座者。125為操作鈕，具有電源之ON/OFF功能。

圖13、14為本發明之裝置之壓印平台部之構造，圖13表示壓印平台部之斷面圖，圖14表示斜視圖。

於圖13，110為頂板，11為冷卻加熱板，於冷卻加熱板11內部設置加熱器115及冷卻用通路。112為連接於冷卻加熱板111的隔熱材，用於使加熱器115加熱之熱不至於散熱。另外，於隔熱材112設置冷卻用孔，經由冷卻加熱板111再度由設於隔熱材112之另一孔使冷卻用冷媒回收。於圖13，113為冷卻媒體入口，114為冷卻媒體出口，冷卻媒體可使用空氣、氣體、水、油等。

加熱器115係於冷卻加熱板111以大略等間隔被配置，冷卻用通路(管)亦於加熱器間以大略等間隔被配置。如上述說明，藉由等間隔配置，可達成頂板上之熱分布均勻之效果，亦即具有消除溫度變動之效果。另外，如圖14所示，加熱器115係使用直線狀加熱器，由單側連接於電源線，藉由設定電源為ON/OFF來控制溫度上升或下降。

另外，頂板110及冷卻加熱板111，其材質為不鏽鋼，但藉由採用Cu合金可提升熱傳導率，壓印平台部之升降溫控制可於短時間完成，可縮短轉印時間，具有提升效率之效果。

圖15為本發明裝置之壓印平台部之冷卻加熱板111之平面圖。於圖15，115為加熱器，空白部分之113、114表示冷卻用通路，113為冷卻媒體入口，114為冷卻媒體出口。使冷卻媒體由左上之冷卻媒體入口進入，使由右上之冷卻媒體出口流出之媒體由第2段之冷卻用通路右側進入，使由第2段之冷卻用通路左側流出之媒體進入第3段之冷卻用通路，該構成係將冷卻媒體依冷卻用通路順序予以傳送之構成。藉由此構成，可達成使頂板之溫度均勻、而且於短時間冷卻之效果。

圖16為冷卻媒體流動之變化之另一實施形態。圖16之構成，係由左側起使冷媒流入第1段冷卻用通路(圖之空白部分)、第3段冷卻用通路(圖之空白部分)、及第5段冷卻用通路(圖之空白部分)，由右側起使冷卻媒體流入第2段冷卻用通路(圖之空白部分)、第4段冷卻用通路(圖之空白部分)、及第6段冷卻用通路(圖之空白部分)。如此則，藉由由左右流入冷卻媒體，可提升壓印平台部之冷卻效果。另外，具有縮小頂板之溫度變動效果。

本發明之裝置，目前作為奈米級(奈米為10億分之1米)凹凸圖案之成形技術、亦即熱奈米印刷及光奈米印刷之技術而被研究開發。此次開發之相關之熱奈米印刷裝置，係藉由改良加熱/冷卻機構，來抑制轉印平台部面內之溫度變動之同時，將120度之升降溫時間大幅降低為4分之同時，實現裝置構造與元件之改良，如此而可實現同水準之奈米印刷裝置之小型化與低價格化。藉由使用本裝置，針對Φ150mm為止之工件尺寸可於10分以內成形奈米級構造體。此次隻奈米印刷裝置之規格如下。

作為次世代之微細加工技術之一被注目的奈米印刷技術，係以日美歐為中心邁向實用化而施予各種研究開發。奈米印刷係指，使奈米級凹凸圖案成形用之模版(mould，亦稱模具、印模(stamper)、模板(template))，壓接於聚合物等被轉印材，而成形凹凸圖案的加工技術。藉由使用本技術進行半導體或光裝置、次世代儲存裝置、生物裝置等之開發，在實用化上如何提升生產性為其之一課題。特別是，熱奈米印刷之中，係在被加熱至玻璃轉移溫度以上而呈軟化的被轉印材進行模版(mould)之壓印，其之升溫時間成為高作業效率化之瓶頸。

由於此一背景，以高作業效率化為目標而進行新的熱奈米印刷裝置之開發。藉由基於熱解析之加熱器構造及構件之大幅改良，來抑制加熱時之溫度變動之同時，實現加熱時間之縮短。另外，藉由射出成形光碟用模具培育出來的冷卻控制技術之活用，大幅縮短冷卻時間。此外，針對習知機器之真空腔室構造進行再度設計，來縮小腔室內容積，可實現裝置之小型化與脫氣時間之大幅縮短。

另外，使用本申請人持有之塑膠成形模具之精密加工技術，成為轉印平台部表面為平面度數μm，面精確度數nm之高精確度平台部。另外，考慮模版之設定作業或轉印平台部交換等之作業，藉由使工件取出部較習知機器為大，可提升保養性。

本發明裝置之特徵在於，改良加熱/冷卻機構，實現業界頂及之升降溫時間4(60度→180度→60度)。另外，重新元件評價裝置構造與元件，作為同一水準(Φ6英吋)之裝置，而達成小型化且低價格化。關於轉印尺寸(寬度、長度、片(sheet)厚度)，本裝置可對應於max6英吋Φ。片厚度則不受限制。另外，兩面之轉印為可能。轉印材質可轉印至PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲基)等之熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂。

加熱最大溫度為300℃。冷卻方法，為進行高精確度之溫度調整，而採用水冷(急冷)與N₂ (氮)氣體冷卻(除冷)之2種方法。真空度設為1.33kPa(Torr)以下。苯裝置之最大荷重為98kN(10t)。轉印速度，雖受轉印圖案之形狀之影響，基本製程可於10分鐘以下轉印。藉由製程條件之最佳化可以更縮短。

作為加壓方法，為以高精確度轉印微細之奈米構造，而採用2階段壓力控制方法。所謂2段加壓係指，伴隨平台部上升之伺服馬達之轉矩控制來進行第1加壓之後，進行本質加壓的加壓方法。

大面積之轉印，本裝置可對應於最大Φ6英吋，但本申請人之裝置開發最大為Φ12英吋之轉印實績。高深寬比之轉印通常設為深寬比2以下之轉印。關於最小轉印尺寸，最小轉印尺寸有轉印Φ70nm、H110nm之點圖案之實績。貫穿孔之轉印，通常使用奈米印刷技術之貫穿孔加工被視為部可能。因為被轉印材料之溫度分布、對於模版形狀凹圖案之氣泡滯留之影響，而有轉印精確度降低之可能性，因此，本裝置中設為真空環境。另外，可以彈性選擇對應，藉由設置自動剝離機構可以對應於自動剝離。

關於被轉印材料，可對應於熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂，針對結晶性樹脂之難以轉印者亦為可能。關於對基板上塗敷之樹脂之轉印，可對矽基板或玻璃基板塗敷熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂而進行轉印。關於模版之材料，模版之材料可為矽、鎳、石英等。關於模版之製造，可使用半導體製造技術之微影成像技術或電子線直接描繪法予以製作。

以下說明高精確度進行平行度模仿之精密壓印裝置。

以下依據圖17、18說明本發明精密壓印裝置之實施形態。本精密壓印裝置之實施形態，係作為進行極微細圖案之壓印成形的微細構造轉印裝置(奈米印刷裝置)予以適用。

圖17之精密壓印裝置基本上具備：受壓部2，被固定於複數個(3個、較好是如圖所示之4個)互為平行配置之導引柱部3a、3b、3c、3d(以下總稱而使用符號3，其他構成要素亦同樣)之一端部，加壓部1，和受壓部2呈對向配置、而且可滑動於導引柱部3上對受壓部2呈可接近/分離而被配置；及驅動部11，用於介由軸承構件驅動上述加壓部。

受壓部2，係藉由調整螺帽53而對於導引柱部3被固定。於調整螺帽53可使用細紋螺栓或其以外之螺栓。藉由調整螺帽53，於組裝時，受壓部2對於導引柱部3之安裝高度可以1/100mm等級進行調整，於組裝後，對於受壓部2之平坦度亦可以奈米級進行調整。藉由設置3個以上、較好是如圖所示之4個之導引柱部3之構成，可進行受壓部2之均勻之導引。只要能確保互相之平行性，導引柱部亦可以構成2個。

加壓部1被配置成為可介由保持器70及彈性體60而對導引柱部3滑動。於加壓部1被形成滑動孔用於插通各導引柱部3，彈性體60被嵌入該滑動孔而被固定。保持器70可使用例如直接式導引軸承等，直至成形模與轉印對象物接觸為止可以具備高對準性。彈性體60，係具有例如尿烷樹脂構成之筒狀形狀，於一端側被設置凸緣部，頂接於加壓部1之上面而進行定位。於彈性體60，係以嵌入其之筒狀內部的態樣被安裝保持器70。保持器70，亦被形成為在其之一端側設有凸緣部的筒狀形狀，該凸緣部頂接於彈性體60之凸緣部而進行定位。保持器70之筒狀內部被插通導引柱部3，保持器70可滑動於導引柱部3上，結果，加壓部1可介由保持器70與彈性體60滑動於導引柱部3上。

在加壓部1與受壓部2之對向面側分別設置壓印平台部50a、50b。在壓印平台部50a、50b，於一方被配置表面形成有微細加工的原版，於另一方被配置基板，壓印時係藉由原版之頂接於基板而使原版之微細加工被轉印至基板。

彈性體60，係為能以奈米級調整壓印時之平坦度而被設於導引柱部3。彈性體60，係使加壓部1之壓頭(ram)全體保持於彈性體60，而使壓印平台部50b或加壓部1之全體保持於彈性體60，吸收加壓部1之傾斜及彎曲，對受壓部2進行模仿者。

關於本精密壓印裝置之動作，加壓部1係被保持器70及彈性體60導引至導引柱部3，在加壓前之搖動時，彈性體60不致於產生彎曲，而具有高精確度之對準性。驅動加壓部1的驅動部11，係介由活動軸承10按壓加壓部1。活動軸承10之前端部成為球面，於壓印動作時加壓部1與受壓部2係進行模仿，亦即即使在後述說明之壓印平台部50a、50b基於彈性體60之彈性變形而模擬時，亦可對加壓部1以單點施加荷重。在加壓時，藉由彈性體60之彈性變形而使受壓部2與加壓部1之相對傾斜或彎曲被吸收。因此，受壓部2與加壓部1之模擬被維持，均勻之荷重被作用於壓印平台部50，可以高平坦度之精確度進行壓印成形。

加壓部1與驅動部11未施予螺栓固定，而是被安裝成為如可移除螺栓、緩衝器或彈簧等可為某一程度搖動之狀態，被載置於活動軸承10。另外，作為進行驅動部11與加壓部1之頂接的仲介手段雖設為活動軸承10，但亦可取代其改為具備球體與球面組合而成之球面軸承的活動連結頭。

本精密壓印裝置中，彈性體60，可使用一種或同時使用不同彈性率的複數種類之彈性體。圖19表示，作為彈性體60同時使用不同彈性率的2種類之彈性體60a、60a’之精密壓印裝置之重要部分斷面圖。此例中，彈性體60a、60a’構成為內置式之內外2重筒體。藉由使用複數種類之彈性體，可對應於壓印成形之素材種類之必要壓力之變化，亦可從動於成形模之傾斜。另外，彈性體60亦可使用尿烷以外之樹脂(矽、聚醯亞胺、氟、聚苯乙烯)、彈簧、或緩衝器。

於本精密壓印裝置中，彈性體60之形狀雖說明在一端形成有凸緣部的附加凸緣部之筒狀體，但不限定於此，亦可構成為筒狀、圓狀、四角狀等之筒體，亦可構成為可獲得受壓部2與加壓部1之模擬的彈性體之形狀。

於本精密壓印裝置中，驅動部11按壓加壓部1時活動軸承10頂接於加壓部1之頂接部雖設為單點，但亦可構成為複數點被均等配列。複數點配列時各點被均等配置，因此於加壓部1及壓印平台部50b被施加均勻之荷重。

圖20為本發明精密壓印裝置之另一實施形態之縱斷面圖。圖20之實施形態，其和圖17之實施形態比較，對於導引柱部3可以從動於壓印平台部50a、50b之成形模之傾斜的彈性體60A、60B，係取代設於加壓部1，而改為設於受壓部2。彈性體60A、60B，係構成為凸緣形之筒狀體，被調整螺帽53a、53a’挾持而固定於受壓部2。於該實施形態中，受壓部2與加壓部1之相對傾斜及彎曲，係被僅設於受壓部2側的彈性體60A、60B吸收。加壓部1，係介由保持器70設為可對導引柱部3滑動。其他構成則和圖17、18之實施形態同樣，因此省略重複說明。

圖21為本發明精密壓印裝置之再另一實施形態之縱斷面圖。圖21之實施形態，其和圖17之實施形態比較，對於導引柱部3可以從動於壓印平台部50a、50b之成形模之傾斜的彈性體60，係除了設於加壓部1以外，亦設於受壓部2。於受壓部2側，彈性體60A、60B，係構成為凸緣形之筒狀體，被調整螺帽53a、53a’挾持而固定於受壓部2。於該實施形態中，於加壓部1側亦設置彈性體60a、60b設於受壓部2。因此，受壓部2與加壓部1之相對傾斜及彎曲，可藉由在受壓部2與加壓部1分別設置的彈性體60A、60B、彈性體60a、60b吸收。加壓部1，係介由保持器70設為可對導引柱部3滑動。其他構成則和圖17、18之實施形態同樣，因此省略重複說明。

圖22為本發明精密壓印裝置之再另一實施形態之縱斷面圖。圖22之實施形態，係於圖19之實施形態中，使圖19之例中被設於加壓部1側的驅動部11及活動軸承10，移設於受壓部2側。因此，圖22之實施形態中，符號2表示作為可動部的加壓部，符號1表示作為固定部的受壓部。另外，被驅動部11移動的可動部，亦可設於上下左右之任一方向，任一之情況下均可實現壓印成形。

(發明效果)

依據本發明，可以簡單、且便宜之構造，實現良好真空狀態，可進行高精確度之壓力控制的精密壓印裝置，及精密壓印裝置中之壓印荷重控制。另外，本發明之精密壓印裝置適用於微細構造轉印裝置時，可以容易對應於轉印材料之厚度變化。

另外，依據本發明之精密壓印裝置，可以簡單構造、且便宜地，實現可獲得高精確度之平行度的微細構造轉印裝置。另外，進行平行度調整的機構本身之構造不僅簡單，壓印平台部周圍之構造亦可以構成簡單化。可於壓印平台部之周圍，配置檢測壓印狀態之感測器，或進行加熱器或冷卻路等之熱管理的手段，溫度管理成為容易，不受制於升降溫影響，無關低壓至高壓、或被轉印物之尺寸之大小，可進行平行度之從動。

1．．．加壓部

2．．．受壓部

3．．．導引柱部

4．．．保持器

50．．．壓印平台部

6．．．汽缸

7．．．柱塞

8．．．環

9．．．O環(密封構件)

10．．．活動軸承

11．．．驅動部

12．．．加壓口

13．．．抽真空用口

14．．．真空箱

15．．．把手及門

16．．．腔室

17．．．汽缸室

18．．．被轉印物及模版

19．．．流體之壓力

20．．．加壓力

21．．．抽真空

22．．．負壓(抽真空所引起)

23．．．柱塞之滑動阻抗

24．．．按壓用汽缸

25．．．吸壓用汽缸

26．．．端板

101．．．受壓部

102．．．加壓部

103．．．調整螺帽

104．．．導引柱部

105．．．保持器

110．．．頂板

111．．．冷卻加熱板

112．．．隔熱材

113．．．冷卻媒體入口

114．．．冷卻媒體出口

115．．．加熱器

116．．．操作面板

117．．．加熱調溫器

118．．．壓力顯示器

119．．．真空度顯示器

120．．．真空腔室

121．．．框架

122．．．腳輪

123．．．調整器

124．．．固定座

125．．．操作鈕

53．．．調整螺帽

70．．．保持器

60．．．彈性體

圖1為本發明精密壓印裝置之一實施形態之斷面概要圖。

圖2為圖1之精密壓印裝置之腔室之鳥瞰圖及斷面圖。

圖3為形狀變更時之精密壓印用真空保持機構之斷面概要圖。

圖4為習知真空箱使用時之裝置概略圖。

圖5為另外設置汽缸24時之裝置概略圖。

圖6為另外設置汽缸25時之裝置概略圖。

圖7為真空壓印時之各步驟動作之概略圖。

圖8為本發明之精密壓印裝置之控制方塊圖。

圖9為步驟A時之流程圖。

圖10為步驟B時之流程圖。

圖11為步驟C時之流程圖。

圖12為本發明之奈米印刷裝置之本體概略圖。

圖13為本發明之精密壓印裝置之壓印平台部之概略圖。

圖14為本發明之精密壓印裝置之壓印平台部之鳥瞰圖。

圖15為本發明之壓印平台部之平面圖。

圖16為本發明另一壓印平台部之平面圖。

圖17為本發明之精密壓印裝置之一實施形態之概略斷面圖。

圖18為圖1之精密壓印裝置之概要斜視圖。

圖19為圖1之精密壓印裝置之彈性體設置與另一彈性體設置之一部分圖。

圖20為本發明精密壓印裝置之另一實施形態之斷面概要圖。

圖21為本發明精密壓印裝置之再另一實施形態之斷面概要圖。

圖22為本發明精密壓印裝置之再另一實施形態之斷面概要圖。