JP5224930B2 - 転写装置 - Google Patents

Description

本発明は転写装置に係り、特に、ジンバル機構を備えているものに関する。

近年、電子線描画法などで石英基板等に超微細な転写パターンを形成してモールド（テンプレート；スタンパ；型）を作製し、被成型品として被転写基板表面（基材の表面）に形成されたレジスト膜（たとえば、ＵＶ硬化樹脂や熱可塑性樹脂で構成されたレジスト膜）に前記モールドを所定の圧力で押圧して、当該モールドに形成された転写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）。

そして、ナノインプリント技術による転写を実行する転写装置として、転写むらを無くすべく被成型品に対する型の姿勢を調整するジンバル機構を備えたものが知られている(たとえば、特許文献１参照)。

図４は、上記従来の転写装置１００の概略構成を示す図である。

転写装置１００は、被成型品Ｗを保持する被成型品保持体１０２と、上下方向に移動自在な可動体１０４と、型Ｍを保持しジンバル機構１０６を介して可動体１０４に支持されている型保持体１０８とを備えて構成されている。
Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology 25(2001) 192-199 特開２００７−１６０５６５

ところで、従来の転写装置１００では、ジンバル機構１０６の他に、可動体１０４に対する型保持体１０８の回動(軸ＣＬ１１まわりの回動)を規制するためのキー１１０が設けられている。しかし、型Ｍに形成されている微細な転写パターンを被成型品Ｗに転写するときに、キー１１０とキーミゾ１１２との間に存在しているごく僅かな隙間によって、転写の位置がずれてしまう場合があるという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、ジンバル機構を構成する２つの部材間におけるまわり止めを的確に行うことができる転写装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、前記被成型品を保持する被成型品保持体と、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で前記被成型品保持体に対して相対的に移動位置決め自在な可動体と、前記型を保持し、ジンバル機構によって前記可動体に支持されている型保持体と、前記ジンバル機構によって支持されている前記型保持体の姿勢の調整をする一方で、前記型保持体の回り止めを行うように前記型保持体を支持する支持体とを有する転写装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の転写装置において、前記支持体は、ベローズを備えて構成されている転写装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の転写装置において、前記型に形成されている微細な転写パターンを前記被成型品に転写するときに、前記型と前記被成型品とが内側に入る真空成型室が形成されるように構成されており、前記支持体は、前記可動体と前記型保持体との間に設けられ、前記ジンバル機構と前記真空成型室とが前記支持体によって遮断されるように構成されている転写装置である。

請求項４に記載の発明は、型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、ベースフレームに支持され、前記被成型品を保持する被成型品保持体と、前記ベースフレームに支持され、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で移動位置決め自在な可動体と、前記型を保持し、ジンバル機構によって前記可動体に支持されている型保持体と、筒状に形成され、伸縮方向が前記可動体の移動方向と一致し前記型保持体の一部が内側に入り込み前記ジンバル機構が存在している空間と前記型保持体に保持される型が存在する空間とを分離するようにして、伸縮方向の一端部が前記可動体に一体的に設けられ、伸縮方向の他端部が前記型保持体に一体的に設けられているベローズとを有する転写装置である。

請求項５に記載の発明は、型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、前記被成型品を保持し、ジンバル機構によってベースフレームに支持されている被成型品保持体と、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で前記被成型品保持体に対して相対的に移動位置決め自在な型保持体と、前記ジンバル機構によって支持されている前記被成型品保持体の姿勢の調整をする一方で、前記被成型品保持体の回り止めを行うように前記被成型品保持体を支持する支持体とを有する転写装置である。

本発明によれば、ジンバル機構を構成する２つの部材間におけるまわり止めを的確に行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る転写装置１の概略構成を示す図である。

なお、説明の便宜のために、水平な一方向をＸ軸方向とし、水平な他の一方向であってＸ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とし、鉛直方向（上下方向）をＺ軸方向とする。

転写装置１は、石英ガラス等で構成されている薄い平板状の型Ｍに形成されている微細な転写パターンを、熱硬化性樹脂等で構成されている薄い平板状の被成型品Ｗに転写する転写装置であって、被成型品保持体３と可動体５と型保持体７と支持体９とを備えて構成されている。なお、被成型品Ｗとして、たとえば、液晶表示装置のバックライトの導光板を掲げることができる。

被成型品保持体３は、真空吸着やボルトやシリンダ等のアクチュエータを用いて被成型品Ｗを保持するように構成されている。

可動体５は、被成型品保持体３に対して接近・離反する方向（Ｚ軸方向）で、被成型品保持体３に対して移動位置決め自在になっている。なお、可動体５に代えてもしくは加えて被成型品保持体３がＺ軸方向で移動位置決め自在になっていてもよい。すなわち、可動体５が被成型品保持体３に対して相対的に移動位置決め自在になっていてもよい。

型保持体７は、真空吸着やボルトやシリンダ等のアクチュエータを用いて型Ｍを保持するように構成されている。また、型保持体７は、ジンバル機構１１によって可動体５に支持されており、Ｘ軸に平行な方向に延びた軸まわりにおける型保持体７の姿勢と、Ｙ軸に平行に延びた軸まわりにおける型保持体７の姿勢とを調節することができるようになっている。そして、転写のときに、微細な転写パターンが形成されている型Ｍの平面状の下面ＭＡと、被成型品Ｗの上面（平面状の被転写面）ＷＡとをお互いに平行にすることができるようになっている。

支持体９は、たとえば、円筒状等の筒状に形成されたベローズ（伸縮方向がＺ軸方向になるように設けられているベローズ）１３を備えて構成されている。これにより、ジンバル機構１１による型保持体７の姿勢の調整を容易ならしめる一方で、型保持体７の回り止めを行うようになっている。

すなわち、型保持体７においては、Ｘ軸に平行な方向に延びた軸まわりにおける型保持体７の姿勢と、Ｙ軸に平行に延びた軸まわりにおける型保持体７の姿勢を、型保持体７に僅かな回転モーメントを加わることによって容易に調整できる一方で、可動体５に接近・離反方向に延びている軸（Ｚ軸に平行な軸）であって型保持体７の中心を通る軸Ｉｚまわりにおける型保持体７の可動体５に対する回動を抑制するようになっている。

また、転写装置１では、真空成型室１５が形成されるようになっている。そして、型Ｍに形成されている微細な転写パターンを被成型品Ｗに転写するときに、被成型品Ｗへの微細な気泡の混入を防止すべく、型Ｍと被成型品Ｗとが真空成型室１５の内側に入るようになっている。

真空成型室１５として、たとえば、特開２００６−２９７７１６号公報や特願２００８−０３９２２６の明細書および図面に記載されているものを掲げることができる。すなわち、真空成型室１５は、たとえば、カバー部材１７と真空ポンプ１９とを備えて構成されており、可動体５（型保持体７）が下降してきて型Ｍが被成型品Ｗに接触する直前で、カバー部材１７と可動体５と被成型品保持体３と支持体９とで、閉空間ＳＰ１が形成されるように構成されている（図１参照）。そして閉空間ＳＰ１内の空気を真空ポンプ１９で吸引し大気圧よりも低い圧力に減圧して真空成型室１５が形成されるようになっている。なお、転写終了後に可動体５が上昇するときに、閉空間ＳＰ１（真空成型室１５）は無くなるようになっている。

また、支持体９は、可動体５と型保持体７との間に設けられており、ジンバル機構１１と真空成型室１５とが支持体９によって遮断されるように構成されている。

ここで、転写装置１についてさらに説明する。

被成型品保持体３はベースフレーム２１に一体的に支持されている。なお、被成型品保持体３にＸＹステージを設け、制御装置２３の制御の下、被成型品保持体３に載置された被成型品ＷをＸ軸方向、Ｙ軸方向で適宜移動位置決めしてもよい。

可動体５は、たとえば、図示しないリニアガイドベアリングを介してベースフレーム２１に支持されており、Ｚ軸方向で移動自在になっている。また、可動体５は、制御装置２３の制御の下、図示しないサーボモータ等のアクチュエータとボールネジにより、Ｚ軸方向で移動位置決めされるようになっている。

ジンバル機構１１は、可動体５の下部側に形成された凹面(球面の一部で形成された凹面)状の係合部２５と、型保持体７の上側に形成された凸面(球面の一部で形成された凸面)状の係合部２７と備えて構成されている。また、可動体５に対する型保持体７の姿勢を変更容易ならしめるために、各係合部２５，２７の間には、圧縮空気供給装置２９から圧縮空気が供給され、可動体５に対して型保持体７が離れる方向（下方向）に力を受けるようになっているが、ベローズ１３によって型保持体７が可動体５に近づく方向（上方向）に引っ張られて、力のバランスが取られ、型保持体７が可動体５から無制限に離れることが無いようになっている。なお、圧縮空気の代わりにスプリング３１で支持された球状のボール３３を用いてもよい。なお、圧縮空気が供給された場合、この供給された圧縮空気は、可動体５に形成されている貫通孔３０を通って外部に排出されるようになっている。

ベローズ１３は、前述したように、円筒状等の筒状に形成されている。そして、前述したように、伸縮方向が可動体５の移動方向（Ｚ軸方向）と一致するようにして設けられている。また、ベローズ１３は、型保持体７の一部(ジンバル機構１１と型Ｍを保持する部位との間に位置している中間部位)が内側に入り込むようにして設けられている。さらに、ベローズ１３は、ジンバル機構１１が存在している空間と型保持体７に保持される型Ｍが存在する空間（真空成型室１５の空間ＳＰ１）とを分離するようにして、伸縮方向の一端部が可動体５に一体的に設けられ、伸縮方向の他端部が型保持体７に一体的に設けられている。これにより、ジンバル機構１１が真空成型室１５の外部に存在することになる。

さらに詳細には、ベローズ１３の上端部は、リング状の上側支持部材３５に一体的に設けられており、ベローズ１３の下端部は、リング状の下側支持部材３７に一体的に設けられている。上側支持部材３５が可動体５に一体的に設けられており、下側支持部材３７が型保持体７に一体的に設けられている。

なお、気密性を確保するために、下側支持部材３７にはＯリング３９等のシール部材が設けられている。同様にして上側支持部材３５にもシール部材（図示せず）が設けられている。

また、被成型品Ｗとして、熱硬化性樹脂を採用している場合には、被成型品保持体３や型保持体７に、熱硬化性樹脂を硬化させるためのヒータが設けられているものとする。

一方、被成型品Ｗとして、紫外線硬化樹脂を採用している場合には、図１に破線で示すような貫通孔４１を設け、図示しない紫外線発生装置が発生した紫外線を、貫通孔４１と紫外線を透過可能な型Ｍとを通して、被成型品Ｗに照射するようになっている。

次に、転写装置１の動作について説明する。

まず、初期状態として、図１に示すように、被成型品保持体３に転写前の被成型品Ｗが載置されており、型保持体７に型Ｍが設置されており、ジンバル機構１１が作動しており、可動体５が上昇しているものとする。

この初期状態において、制御装置２３の制御の下、可動体５を下降させ、型Ｍが被成型品Ｗに接触する前までに真空ポンプ１９を可動して真空成型室１５を形成する。このように真空成型室１５を形成したままで、型Ｍで被成型品Ｗを押圧し、被成型品Ｗを硬化させて、微細な転写パターンを被成型品Ｗに転写する。

この転写後に、真空成型室１５を無くすと共に、可動体５を上昇させて、型Ｍを被成型品Ｗから引き離し、次の転写の準備をする。

転写装置１によれば、支持体９がベローズ１３を備えて構成されているので、Ｉｚ軸(Ｚ軸に平行な軸)まわりにおける型保持体７の回動が規制される一方で、他の軸(Ｘ軸に平行な軸やＹ軸に平行な軸)まわりの型保持体７の回動が容易になっている。したがって、ジンバル機構１１による型保持体７の姿勢の調整を容易ならしめる一方で、型保持体７の回り止めを行うことができる。そして、正確な転写を行うことができる。

また、転写装置１によれば、ベローズ１３によって、ジンバル機構１１と真空成型室１５とが遮断されるように構成されているので、ジンバル機構１１の作動を容易ならしめるためにジンバル機構１１の各係合部２５，２７に圧縮空気を供給しても、この供給された圧縮空気が真空成型室１５に流れ込むことを確実に防止することができる。

ところで、転写装置１の動作として、前記初期状態において被成型品Ｗが設置されていない状態で、可動体５を下降させて、型Ｍの下面ＭＡを被成型品保持体３の平面状の上面に接触させて型Ｍの下面ＭＡと被成型品保持体３の上面とを平行にし、ジンバル機構１１への空気の供給を停止し、空気の供給に代えてたとえば係合部(面)２７が係合部(面)２５に密着して型保持体７が揺動しないように、型保持体５を真空吸着し(図示しない真空ポンプで真空吸着し)、この後、可動体５を上昇させて、被成型品Ｗを設置し、可動体５を下降させて、転写を行うようにしてもよい。

さらには、前記初期状態において、型Ｍの姿勢をタッチセンサ等の検出手段で検出し、この検出結果に基づいて、ピエゾハンマー等のアクチュエータで型保持体７を揺動させて、型Ｍの下面ＭＡと被成型品Ｗの上面ＷＡとを平行にし、可動体５を下降させて、転写を行うようにしてもよい。

なお、ベローズ１３に変えて、図２に示すような筒状の部材を採用してもよい。

図２に示す部材は、図２（ａ）に示すような金属製の薄板４３を円筒状に曲げて、両端４５，４７を溶接等で固定して、図２（ｂ）に示すような円筒状にしたものである。なお、薄板４３には、薄板４３が曲げられる方向（図２（ａ）の左右方向）に長く延びた長円４９が複数形成されている。また、長円４９が図２（ａ）の上下方向で並んでいるが、１段毎に長円４９の位相（左右方向の位置）が、長円４９の長さの約半分程度（円筒の周の半分程度）ずれている。

また、ベローズ１３に変えて、図３に示すようなエキスパンドメタル５１を採用して筒状の部材を構成してもよい。

すなわち、エキスパンドメタル５１の一方の両端に帯状の補強材５３，５５を一体に設け、エキスパンドメタル５１の他方の両端５７，５９を溶接等で接合して、筒状に形成してもよい。なお、図３に示す矢印は、エキスパンドメタル５１を成型するときの素材の延伸方向であり、上記矢印の方向においてエキスパンドメタル５１が外力に対して変形しやすくなっている。

さらに、図２や図３に示す部材を、ゴムの薄板で筒状に形成されたもので覆い、ベローズ１３と同様に気密性を確保してもよい。

さらに、図２や図３に示すものにおいて、予め円筒状の素材を用意し、この素材に長円４９等を設けるようにしてもよい。

また、転写装置１において、被成型品保持体３をジンバル機構１１で支持するようにしてもよい。すなわち、転写装置を、被成型品を保持しジンバル機構によってベースフレームに支持されている被成型品保持体と、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で前記被成型品保持体に対して相対的に移動位置決め自在な型保持体と、前記ジンバル機構によって支持されている前記被成型品保持体の姿勢の調整を容易ならしめる一方で、前記被成型品保持体の回り止めを行うように前記被成型品保持体を支持する支持体とを有する転写装置としてもよい。

さらに、転写装置１は、第１の部材と、ジンバル機構を介して前記第１の部材に支持されている第２の部材と、前記ジンバル機構による前記第２の部材の回動中心軸（Ｘ軸方向に延びた軸、Ｙ軸方向に延びた軸）に対してほぼ直交する軸の延伸方向（Ｚ軸方向）に、伸縮方向がほぼ一致するようにして、伸縮方向の一端部が前記第１の部材に一体的に設けられ、伸縮方向の他端部が前記第２の部材に一体的に設けられたベローズとを有する部材支持機構を備えた装置の例である。

本発明の実施形態に係る転写装置の概略構成を示す図である。 支持体の変形例を示す図である。 支持体の変形例を示す図である。 従来の転写装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 転写装置
３ 被成型品保持体
５ 可動体
７ 型保持体
９ 支持体
１１ ジンバル機構
１３ ベローズ
１５ 真空成型室
Ｍ 型
Ｗ 被成型品

Claims (5)

1. 型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、
   前記被成型品を保持する被成型品保持体と；
   前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で前記被成型品保持体に対して相対的に移動位置決め自在な可動体と；
   前記型を保持し、ジンバル機構によって前記可動体に支持されている型保持体と；
   前記ジンバル機構によって支持されている前記型保持体の姿勢の調整をする一方で、前記型保持体の回り止めを行うように前記型保持体を支持する支持体と；
   を有す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、
   前記支持体は、ベローズを備えて構成されていることを特徴とする転写装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の転写装置において、
   前記型に形成されている微細な転写パターンを前記被成型品に転写するときに、前記型と前記被成型品とが内側に入る真空成型室が形成されるように構成されており、
   前記支持体は、前記可動体と前記型保持体との間に設けられ、前記ジンバル機構と前記真空成型室とが前記支持体によって遮断されるように構成されていることを特徴とする転写装置。
4. 型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、
   ベースフレームに支持され、前記被成型品を保持する被成型品保持体と；
   前記ベースフレームに支持され、前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で移動位置決め自在な可動体と；
   前記型を保持し、ジンバル機構によって前記可動体に支持されている型保持体と；
   筒状に形成され、伸縮方向が前記可動体の移動方向と一致し前記型保持体の一部が内側に入り込み前記ジンバル機構が存在している空間と前記型保持体に保持される型が存在する空間とを分離するようにして、伸縮方向の一端部が前記可動体に一体的に設けられ、伸縮方向の他端部が前記型保持体に一体的に設けられているベローズと；
   を有することを特徴とする転写装置。
5. 型に形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写装置において、
   前記被成型品を保持し、ジンバル機構によってベースフレームに支持されている被成型品保持体と；
   前記被成型品保持体に対して接近・離反する方向で前記被成型品保持体に対して相対的に移動位置決め自在な型保持体と；
   前記ジンバル機構によって支持されている前記被成型品保持体の姿勢の調整をする一方で、前記被成型品保持体の回り止めを行うように前記被成型品保持体を支持する支持体と；
   を有することを特徴とする転写装置。

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