JP2002086462A - 基板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

基板の製造方法及び製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に「げた」のない樹脂パターンを形成
することを可能とする基板の製造方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 基板(50)と凹凸パターンが形成された原
盤(30)とを面一に合わせ、原盤の一方端側から基板と原
盤との該合わせ面に沿って樹脂(60)を浸透させると共
に、原盤の一方端側よりもその他方端側の気圧を相対的
に低く設定して原盤の凹凸パターン内に樹脂を引込み、
原盤の凹凸パターン内に広がった樹脂を硬化させ、基板
と原盤とを離間して基板上に原盤から転写された樹脂パ
ターンを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子等の光学
素子、液晶表示器、半導体等の微細加工技術に関し、特
に、基板上に微細な樹脂パターンを持つ基板の製造方法
及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板上に薄膜の樹脂パターンを形
成する方法として２Ｐ法などの方法がある。すなわち、
基板に樹脂を塗布し、表面に傾斜や段差等のあるパター
ンが形成された原盤を樹脂に押し当て、樹脂を硬化させ
る。その後、原盤を離間させることによって基板上に樹
脂パターンを形成する。
【０００３】しかし、基板に樹脂を塗布した後に原盤を
押し当てると、基板と原盤の凹凸パターン層間に樹脂を
挟むため、「げた」といわれる膜厚部分が存在する（図
８）。このため、図５や図６に示すような、基板表面か
ら直ちに傾斜が始るような形状を得ることが難しい。ま
た、この「げた」の存在によって原盤の基板表面からの
高さの制御も難しく、面内の樹脂厚さの均一性、収縮の
均一性、を確保することが難しい。そこで、「げた」の
ない樹脂パターンを形成する方法としてＭＩＭＩＣ法が
開発された（国際公開番号：Ｗ０９７／３３７３７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記ＭＩＭＩＣ
法では、基板上に樹脂の広がる範囲が狭くかつその広が
るスピードが遅いという問題がある。更に、原盤材料と
してゴムや樹脂等を使用するため高精度のパターン形成
が困難であるという問題もある。
【０００５】よって、本発明は、原盤の一方端側とその
他方端側に気圧差をつけることで基板上に広範囲かつ迅
速に樹脂を浸透させるとともに、原盤を金属原盤とする
ことで高精度の「げた」のない樹脂パターンを形成する
ことを可能とする基板の製造法を提供することを目的と
する。
【０００６】また、本発明は、基板上に上記「げた」の
ない樹脂パターンを形成することを可能とする製造装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の基板の製造法は、基板と凹凸パターンが形成さ
れた原盤とを面一に合わせ、上記原盤の一方端側から上
記基板と上記原盤との該合わせ面に沿って樹脂を浸透さ
せると共に、上記原盤の一方端側よりもその他方端側の
気圧を相対的に低く設定して上記原盤の凹凸パターン内
に上記樹脂を引込み、上記原盤の凹凸パターン内に広が
った樹脂を硬化させ、上記基板と上記原盤とを離間して
上記基板上に前記原盤から転写された樹脂パターンを得
る。
【０００８】かかる構成とすることにより、樹脂が基板
上で広がりやすくなるため、基板上での樹脂の広がる範
囲を拡大でき、塗布される樹脂の厚さの均一性を確保で
きると共に、基板上に「げた」のない樹脂パターンを得
ることができる。また、樹脂の浸透時間が短縮される。
【０００９】好ましくは、上記気圧の相対的設定は、上
記原盤の他方端側から吸引を行うことによって行う。
【００１０】好ましくは、上記気圧の相対的設定は、上
記原盤の一方端側を加圧し、上記原盤の他方端側を減圧
することによって行う。
【００１１】好ましくは、上記樹脂の浸透は毛細管現象
によって行われる。
【００１２】好ましくは、上記原盤は、例えば、１００
μｍ程度の薄膜の金属原盤であり、その非パターン面側
にクッション材が形成されて、上記基板と原盤との合せ
が均一になるようになされる。原盤として金属原盤を使
用することにより、高精度のパターン形成が可能とな
る。
【００１３】好ましくは、上記樹脂は熱硬化性若しくは
光硬化性樹脂である。
【００１４】本発明の製造装置は、基板にスタンパを押
しつける加圧手段と、上記基板及びスタンパの両側に気
圧差を与える気圧差形成手段と、上記スタンパの両側の
うち相対的に気圧の高い側に樹脂を供給する樹脂供給手
段と、を備える。
【００１５】本発明の製造装置は、基板にスタンパを押
しつける加圧手段と、上記基板及びスタンパの少なくと
も一部を覆うチャンバと、上記チャンバ内の気圧を減圧
する減圧装置と、上記チャンバ外部のスタンパの周囲に
樹脂を供給する樹脂供給手段と、を備える。
【００１６】好ましくは、上記製造装置は、上記チャン
バ外部の気圧を増加する増圧手段を更に備える。
【００１７】かかる構成とすることにより、基板と原盤
との合わせ面に沿って浸透する樹脂が基板と原盤の微細
な隙間に引込まれ（あるいは押込まれ）易くなり、原盤
の凹凸パターン内により十分に広がるようになる。ま
た、浸透時間が短縮される。
【００１８】好ましくは、上記製造装置は、スタンパ
を、例えば、１００μｍ程度の膜厚の金属薄膜で形成
し、背面（非パターン面）にクッション層を形成する。
【００１９】かかる構成とすることによって、基板表面
の全面にわたりスタンパと基板との密着性が向上する。
光学素子等として形成される樹脂の厚みの均一性確保が
容易となる。更に、金属原盤を使用するのでパターンの
加工精度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２１】図１及び図２は、本発明の基板の製造方法
の工程を説明する説明図である。まず、スタンパを製造
するために、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０
の表面処理を行う。この処理では、ガラス基板１０の表
面を精密研磨し平滑な記録面を形成する。
【００２２】次に、フォトレジスト膜形成工程を行う。
図１（ｂ）に示すように、スピンコート法等により、ガ
ラス基板１０上にフォトレジスト膜２０を所定の膜厚に
形成する。
【００２３】このフォトレジスト膜２０に光学素子等の
パターンを露光する露光工程を行う。図１（ｃ）に示す
ように、例えば、パターン情報で変調されたレーザビー
ム２を対物（集光用）レンズ１によりフォトレジスト膜
２０上に収束し、フォトレジスト膜２０上を走査するこ
とによってフォトレジストを露光し、素子パターンを記
録する。なお、ステッパ等による露光であっても良い。
【００２４】次に、フォトレジストの現像工程を行う。
図１（ｄ）に示すように、前工程により露光された部分
のフォトレジスト膜２０を現像液によって溶解し、凹凸
パターン２０を形成する。
【００２５】この凹凸パターン表面に導電膜を形成する
導体化工程を行う。この導電膜は、ニッケル（Ｎｉ）等
の金属をスパッタ法、無電解法等により凹凸パターンの
表面に堆積することによって形成される（図示せず）。
【００２６】この導電膜を電極として、図１（ｅ）に示
すように、電鋳法によってニッケルなどを堆積して金属
層３０を形成し、鋳型を作成する。このようにして作成
されるスタンパ（金属原盤）３０は、通常、３００μｍ
程度の膜厚に形成するのが一般的であるが、より好まし
くは、後述の基板との密着性及び均一性を高めるために
スタンパ３０の膜厚を１００μｍ程度の薄膜に形成し、
更に、スタンパ裏面にクッション材４０を形成する。
【００２７】すなわち、スタンパ３０の裏面研磨工程を
行う。スタンパ３０の裏面（非パターン形成面）をテー
プ研磨等の手法で研磨して平らにする。所定の型でスタ
ンパ３０の抜き金型を作成する。図１（ｆ）に示すよう
に、スタンパ３０の裏面にクッション材を形成する。ク
ッション材は適当な弾力性を有する樹脂層４０を塗布す
ることによって形成することができる。スタンパ３０の
薄膜化とクッション膜４０によって後述の基板とスタン
パの密着が図られ、毛細管現象がより確保される。
【００２８】次に、上記スタンパ（金属原盤）を用いた
基板の複製工程について説明する。図２（ａ）に示すよ
うに、光学素子などを形成しようとする、ガラス板、樹
脂板、回路基板などの基板５０にスタンパ３０（あるい
はスタンパ３０を組込んだ金属金型）を押し付ける。押
付け力は、後述の図３に示す適当な重量のプレス板８０
などの載置によって行うことが可能である。スタンパ３
０の凹凸パターンは、例えば、図４に示すように、スタ
ンパ３０の一端から他端に向って延在する格子状のパタ
ーンとなっている。
【００２９】図２（ｂ）あるいは図３に示すように、ス
タンパ３０の一端部に光硬化性の樹脂６０を塗布し、毛
細管現象によって基板５０とスタンパ３０と間の凹凸パ
ターンの隙間内に浸透させる。塗布した樹脂をスタンパ
３０の反対側から真空引きすることによりパターン全体
に広げる。更に、供給された樹脂（塗布樹脂）は、必要
により、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスによっても加
圧され、塗布側からの押込みと反対側からの真空引きさ
れることにより基板上に凹凸パターンに沿って広がる。
【００３０】凹凸パターン内の樹脂６０を紫外線照射等
の方法により露光して樹脂を硬化させた後、基板５０か
らスタンパ３０を剥離（あるいは離間）して、図２
（ｃ）に示すように、樹脂パターンが形成された基板を
作成する。剥離は、例えば、スタンパと基板の合わせ面
に周囲からエアを吹付けることにより行うことが可能で
ある。なお、樹脂は熱硬化性の樹脂等であってもよく、
その場合には加熱によって硬化させる。
【００３１】図３は、上記製造工程に用いられる基板製
造装置の例を説明する説明図である。同図において、下
部ホルダに２１０は基板５０を載置し、また、スタンパ
３０（金属金型）を保持している。スタンパ３０の一部
を第１のチャンバ７０が覆っており、チャンバ７０はホ
ルダ２１０と共に閉空間を形成する。この閉空間のガス
を真空ポンプ９０によって排気し、チャンバ７０内部の
気圧をその外部よりも相対的に下げている。これによ
り、基板５０とスタンパ３０間の隙間に吸入圧（負圧）
を形成する。スタンパ３０はクッション材４０を介して
平坦なプレス板８０の重量によって基板に均一な力で押
さえつけられる。これは基板にスタンパを押しつける加
圧手段として機能するが、スプリング、シリンダ等の他
の加圧手段であっても良い。スタンパ３０の薄膜化とク
ッション膜４０によって基板５０とスタンパ３０は均一
に密着する。チャンバ７０外部のスタンパ３０の側部に
は、スタンパ３０の周囲に樹脂を滴下供給する樹脂供給
手段１００が設けられる。
【００３２】更に、第２のチャンバ１１０を設けること
が出来る。第２のチャンバ１１０は、第１のチャンバ７
０が覆っているスタンパ３０の他の部分及び樹脂供給手
段１００を覆っており、ホルダ２１０と共に第２の閉空
間を形成する。第２のチャンバ１１０内には、図示しな
い窒素ガス等の不活性ガス供給源から、例えば、窒素ガ
スを加圧するポンプやガスの圧力を調整する調整弁等の
加圧手段９２を介して加圧ガスが供給される。これによ
り、スタンパ３０の側端部に滴下された樹脂６０は加圧
されてスタンパ３０と基板５０間に押込まれる。
【００３３】真空ポンプ９０による排気と加圧手段９２
によって、第１及び第２のチャンバ間に気圧差を形成
し、基板５０及びスタンパ３０両側部間に気圧差を与え
る。スタンパ３０の左側部に供給された樹脂は毛細管現
象に加えてこの気圧差によって左から右方向に移動し、
凹凸パターン内に広がる。
【００３４】なお、気圧差によって樹脂の広がりが期待
できるので、上述した減圧及び加圧のうちいずれれか一
方のみを行うこととしても良い。また、樹脂供給手段１
００全体を、チャンバ１１０内部に設ける構成であって
もよい。
【００３５】図４は、図３に示した基板製造装置の動作
を説明する説明図である。同図は、上部より概観した概
念図である。スタンパ５０には左右方向に延在する格子
状の凹凸パターンが形成されている。スタンパ３０の一
方の端部（左端部）に供給された樹脂６０は、毛細管現
象及び気圧差によってスタンパ３０及び基板５０間の隙
間を他方端部（右端部）方向に向って移動する。樹脂は
パターン内に十分に広がる。樹脂の粘性、気圧差、引込
み時間などを適切に設定して凹凸パターン内に樹脂を充
填する。
【００３６】このように、チャンバ７０は、その一端面
より減圧のため真空に引かれ、必要により更に、他の端
面より窒素ガスにより加圧される。これにより生じるス
タンパ３０の両端間での気圧差により、塗布された樹脂
６０はスタンパ３０と基板５０との間の凹凸パターンに
沿って容易に浸透し、基板全面に均一に広がり、基板に
樹脂パターンを形成する。
【００３７】図５乃至図７は、本願発明により製造した
ブレーズ効果を有する回折格子の例である。いずれの例
においても、形成されたパターンには「げた」が存在し
ない。
【００３８】図５は、基板５０上に鋸状のパターンを構
成する樹脂層６１が形成されており、各々の鋸形状の低
部は基板５０の表面から立上がっている。
【００３９】図６は、基板５０上に階段状のパターンを
構成する樹脂層６２が形成されており、各々の階段形状
は基板５０の表面から立上がっている。また、樹脂層６
０のない領域も形成できる。
【００４０】図７は、基板５０上に作成した導電性膜５
１の上にパターンを作成した例である。パターンを構成
する樹脂層６３は、「げた」がないため、導電体膜５１
をパターン間に露出することが出来、導電性膜５１に直
接配線接続を行うことが可能である。
【００４１】このように本発明の実施の形態によれば、
原盤の片側に樹脂を供給し、原盤の反対側から真空引す
ることによって原盤のパターン内に広範囲に樹脂を引込
む（広げる）ことが可能となる。
【００４２】また、原盤の片側から樹脂に圧力を加える
ことによって原盤のパターンに樹脂を広げることが可能
となる。
【００４３】また、上記真空引と加圧とを組合わせるこ
とによって原盤のパターンに樹脂を広範囲に広げること
が可能となる。
【００４４】また、積極的に樹脂を吸引（又は加圧）す
るので、樹脂の毛細管現象のみによる原盤パターン内へ
の充填よりも、短時間で充填が終了する。
【００４５】更に、原盤として金属原盤を使用するの
で、パターンくずれしにくい。
【００４６】また、原盤の厚みを薄くし、裏面にクッシ
ョン材を配置することにより、基板と原盤とが均等な圧
力で密着し、密着性や膜厚の均一性が向上する。
【００４７】「げた」のない素子を形成することが可能
であるので、回折格子やＬＣＤパネルの反射（照射）板
等の光を特定の方向に反射する素子やパネルの製造に好
適である。
【００４８】また、「げた」のないパターンを形成する
ことが可能であるので、図７に示すように、導電性膜上
に開口する、該導電膜にコンタクト可能なパターン膜を
形成することが可能である。
【００４９】なお、前記実施例ではフォトレジスト工程
をポジ型のものとして説明したが、ネガ型のプロセスに
よっても同等の効果を得ることができる。
【００５０】また、実施例では、一方向に樹脂を浸透さ
せたが、スタンパの一部にガス抜きを設け、スタンパの
周囲に樹脂を塗布し、周囲から不活性ガスなどを吹付
け、樹脂がスタンパの中央に向うようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板の製
造方法及び製造装置においては、原盤のパターンを基板
上に複製するに際して、基板と原盤間の隙間に樹脂を広
範囲に引込むことが可能となり、比較的に大きいパター
ン内にも樹脂を十分に広げることが可能となり、樹脂の
浸透時間も短縮される。また、基板上に「げた」のない
樹脂パターンを高精度で得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の基板の製造工程を説明する工
程図である。
【図２】図２は、本発明の基板の製造工程を説明する工
程図である。
【図３】図３は、本発明の基板の製造装置を説明する説
明図である。
【図４】図４は、毛細管現象と気圧差による、基板と原
盤間の凹凸パターン内への樹脂の引込みを説明する説明
図である。
【図５】図５は、本発明により基板上に製造される「げ
た」のない回折格子の例（断面鋸歯状）を説明する説明
図である。
【図６】図６は、本発明により製造される「げた」のな
い回折格子の例（断面階段状）を説明する説明図であ
る。
【図７】図７は、基板表面を露出するパターンを形成し
た例を説明する説明図である。
【図８】図８は、従来の製造方法による基板の製造を説
明する説明図である。
【符号の説明】
１ 対物（集光）レンズ ２ レーザビーム １０ ガラス基板 ２０ フォトレジスト ３０ 電鋳層（スタンパ） ４０ クッション材（樹脂層） ５０ 基板 ５１ 導電性膜 ６０，６１，６２，６３ 樹脂層（樹脂パターン） ６４ 従来法による樹脂パターン ７０ 第１のチャンバ（減圧室） ８０ 加圧手段 ９０ 真空ポンプ １００ 樹脂供給手段 １１０ 第２のチャンバ（加圧室）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 101:10 Ｂ２９Ｋ 101:10 Ｆターム(参考） 4F202 AA36 AA44 AG01 AG05 AJ09 CA01 CB01 CB29 CD30 CK11 4F204 AA36 AA44 AG01 AG05 AJ09 EA03 EB29 EF01 EF30 EK09 EK10 EK13 EK17 EK18 EK24 5D121 AA02 DD02 DD17

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板と凹凸パターンが形成された原盤とを
    面一に合わせ、 前記原盤の一方端側から前記基板と前記原盤との該合わ
    せ面に沿って樹脂を浸透させると共に、前記原盤の一方
    端側よりもその他方端側の気圧を相対的に低く設定して
    前記原盤の凹凸パターン内に前記樹脂を引込み、 前記原盤の凹凸パターン内に広がった樹脂を硬化させ、 前記基板と前記原盤とを離間して前記基板上に前記原盤
    から転写された樹脂パターンを得る、 基板の製造方法。
  2. 【請求項２】前記気圧の相対的設定は、前記原盤の他方
    端側から吸引を行うことによって行う請求項１記載の基
    板の製造方法。
  3. 【請求項３】前記気圧の相対的設定は、前記原盤の一方
    端側を加圧し、前記原盤の他方端側を減圧することによ
    って行う、請求項１記載の基板の製造方法。
  4. 【請求項４】前記樹脂の浸透は毛細管現象によって行わ
    れる、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板の製造方
    法。
  5. 【請求項５】前記原盤は薄膜の金属原盤であり、その非
    パターン面側にクッション材が形成されて、前記基板と
    原盤との合せが均一になるようになされる、請求項１乃
    至４のいずれかに記載の基板の製造方法。
  6. 【請求項６】基板と、パターン面には凹凸パターンが形
    成され非パターン面にはクッション材が形成された原盤
    とを加圧して面一に合わせ、 前記原盤の一方端側から前記基板と前記原盤との該合わ
    せ面に沿って樹脂を浸透させ、 前記原盤の凹凸パターンに広がった樹脂を硬化させ、 前記基板と前記原盤とを離間して前記基板上に前記原盤
    から転写された樹脂パターンを得る、 基板の製造方法。
  7. 【請求項７】前記樹脂は熱硬化性若しくは光硬化性樹脂
    である、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板の製造
    方法。
  8. 【請求項８】基板に凹凸パターンが形成されたスタンパ
    を押しつける加圧手段と、 前記基板及びスタンパの両側に気圧差を与える気圧差形
    成手段と、 前記スタンパの両側のうち相対的に気圧の高い側に樹脂
    を供給する樹脂供給手段と、 を備える製造装置。
  9. 【請求項９】基板に凹凸パターンが形成されたスタンパ
    を押しつける加圧手段と、 前記基板及びスタンパの少なくとも一部を覆うチャンバ
    と、 前記チャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、 前記チャンバ外部のスタンパの周囲に樹脂を供給する樹
    脂供給手段と、 を備える製造装置。
  10. 【請求項１０】更に、前記チャンバ外部に気圧を増加す
    る増圧手段を備える、請求項９記載の製造装置。
  11. 【請求項１１】更に、前記スタンパと前記加圧手段間に
    介在して前記前記スタンパを前記基板に均等に押しつけ
    るようにするクッション材を備える、請求項９又は１０
    記載の製造装置。
  12. 【請求項１２】前記スタンパは薄膜の金属原盤である、
    請求項８乃至１１のいずれかに記載の製造装置。
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