JP2006326948A - 微細構造転写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ロールの回転速度を高くし生産性を高めても期待したパターンを転写することができる微細構造転写装置を提供することである。
【解決手段】
樹脂層に微細なパターンを有するスタンパを加熱加圧することにより、樹脂層に該スタンパの微細パターンを転写する微細構造転写装置であり、スタンパを有するべルト９をスタンパのパターン面が樹脂層２側となるようにして樹脂層２と対向させ、多段に設けたローラ１３によりベルト９を介してスタンパを樹脂層２に加熱加圧し、転写する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面にナノメートル又はマイクロメートル単位の微細な凹凸が形成されたスタンパを用い、樹脂層に微細構造体を形成する微細構造転写装置に関する。

近年、半導体集積回路は微細化，集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術として、下記特許文献１において開示された微細構造転写技術がある。

下記特許文献に開示された技術は、形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有する無端ベルト状のスタンパを基板表面に形成されたレジスト層（樹脂層）に対してヒータ内蔵のロールで型押しすることで、スタンパにおけるパターンを連続的に転写するものである。

特開２００３-２９１２１１号公報

上記微細構造転写方式では、レジスト層加熱のためのヒータを設けたロールの回転による線（１次元）加圧となるので、大面積への転写も比較的容易である。

しかしながら、加熱加圧を行うロールは単段であり、パターンのアスペクト比が高い場合、十分な加熱軟化転写ができないことがある。特に、スタンパ側が孔構造で柱状構造を生成しようとする場合、レジスト層が軟化してスタンパの孔に十分進入するようにするためには、ロールの回転速度を落とす必要があり、そうすると、タクトタイムは下がり、生産性が低下する。

それゆえ本発明の目的は、ロールの回転速度を高くし生産性を高めても期待したパターンを転写することができる微細構造転写装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明微細構造転写装置の特徴とするところは、樹脂層に微細なパターンを有するスタンパを加熱加圧することにより、該樹脂層に該スタンパの微細パターンを転写する微細構造転写装置において、スタンパを有するべルトをスタンパのパターン面が該樹脂層側となるようにして該樹脂層と対向させ、多段に設けたローラにより該ベルトを介して該スタンパを該樹脂層に加熱加圧することにある。

さらに、上記目的を達成する本発明微細構造転写装置の特徴とするところは、多段に設けた各ローラの円周部に上流側のものから下流側のものに向けて順次厚さが薄くなる弾性部材を設けてあることにある。

本発明装置によれば、多段のロールで次第に樹脂層の温度を高くしてスタンパのパターン面における微細構造へ樹脂の充分な充填を行うことができるので、各ロールの回転速度を高くしてもスタンパのパターンを確実に転写できる。

以下、図に示す実施形態について説明する。

図１において、１は被転写フィルム２の供給ロール、３は被転写フィルム２の巻取ロールである。供給ロール１から繰り出した被転写フィルム２は、水平状態になって図において左の上流側から右の下流側に向けて移動し、巻取ロール３で巻き取っている。

被転写フィルム２は微細な構造が転写されるもので、基材の上に樹脂薄層を設けた多層構造のものや樹脂膜よりなる単層構造のものである。それらの樹脂層としては熱可塑性樹脂に限定されないが、所望する加工精度に応じて材質が選択され、一例としてポリスチレンを用いている。

熱硬化性樹脂でもよく、それらを２種以上ブレンドした材料を用いることが可能である。これら樹脂層の厚さは数ｎｍから数十μｍであるが、これより厚くとも問題はない。

被転写フィルム２の各面はカバーフィルム４で保護してあり、供給ロール１から巻き出した直後に各カバーフィルム４を剥離してそれぞれ巻取ロール５で巻き取っている。巻取ロール３が被転写フィルム２を巻き取るとき、供給ロール６から供給される保護フィルム７を一緒に巻き取って層間に配送している。

９は供給ロール１から巻取ロール３の間の上下に設けたエンドレスベルトスタンパで、無端（エンドレス）のＳＵＳ製薄板の外周面上にＮｉ箔のスタンパを接着剤で固定したものである。

各エンドレスベルトスタンパ９は、駆動ローラ１０，従動ローラ１１，張力調整ローラ１２の間を巡回する。順路（巡回方向）は、駆動ローラ１０から張力調整ローラ１２を経て従動ローラ１１に至り、駆動ローラ１０に戻るものである。なお、従動ローラ１１にヒータを内蔵させて、各エンドレスベルトスタンパ９への予熱機能を持たせるようにしてもよい。

従動ローラ１１と駆動ローラ１０の間、即ち、図において左の上流側から右の下流側に向けて複数の加熱加圧ローラ１３を多段に配置してある。複数の加熱加圧ローラ１３は上下に存在し、上下の各加熱加圧ローラ１３間を上下のエンドレスベルトスタンパ９が被転写フィルム２を挟んだ状態で同じ速度で搬送・移動される。

各加熱加圧ローラ１３にはバックアップローラ１４を設けてあり、バックアップローラ１４の加圧で各加熱加圧ローラ１３間の被転写フィルム２にエンドレスベルトスタンパ９のパターンを転写する。バックアップローラ１４は、被転写フィルム２の搬送方向に直交する幅方向において上下の各加熱加圧ローラ１３による加圧力を均一化するものである。

転写の微細構造はエンドレスベルトスタンパ９に存在し、加熱加圧ロール１３は円筒状で外表面に微細構造が形成されていないことにより、バックアップロール１４は加熱加圧ロール１３と協働でエンドレスベルトスタンパ９に幅方向における加圧均一性を付与することができる。

各加熱加圧ローラ１３は電熱線，インダクティブヒータ，赤外線ヒータなどを内蔵しており、被転写フィルム２を加圧する際に加熱するが、その際の加熱温度は転写される樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以上であることが好ましい。

上流側の各加熱加圧ローラ１３から下流側の各加熱加圧ローラ１３に掛けて被転写フィルム２を高速で搬送して、各加熱加圧ローラ１３で各被転写フィルム２がガラス転移温度Ｔｇ以上になるように段階的に加熱していく。従って、エンドレスベルトスタンパ９の転写パターンが高アスペクト比のものであっても、被転写フィルム２の樹脂は十分に軟化してエンドレスベルトスタンパ９におけるスタンパの微細な凹凸（パターン面）に従った形に変形し充填されて、期待した転写を得ることができる。

なお、上流側の各加熱加圧ローラ１３から下流側の各加熱加圧ローラ１３に掛けて加熱温度を順次高く設定して、急激な加熱により被転写フィルム２からガスが発生しないようにし、発生ガスによるボイド発生を防ぐようにしてもよい。

張力調整ローラ１２と各加熱加圧ローラ１３と各バックアップローラ１４は、同時にそれぞれ上下に移動できるようにしてあり、被転写フィルム２から離れる方向に移動させると、従動ローラ１１と駆動ローラ１０の間のエンドレスベルトスタンパ９は被転写フィルム２から離れるようになっている。

即ち、従動ローラ１１と駆動ローラ１０は供給ロール１と巻取ロール３を結ぶ被転写フィルム２の搬送位置から上下に若干離れた位置にあり、バックアップローラ１４により各加熱加圧ローラ１３を加圧すると、エンドレスベルトスタンパ９は従動ローラ１１から上流の各加熱加圧ローラ１３に向けて被転写フィルム２に対し微小角度で進入していき、上流側と下流側の各加熱加圧ローラ１３の間では水平であるが、下流側の各加熱加圧ローラ１３から駆動ローラ１０に向けて被転写フィルム２に対し微小角度で乖離していく。

各エンドレスベルトスタンパ９は張力調整ローラ１２によってその張力を調整され、各加熱加圧ローラ１３が被転写フィルム２から離れた状態でも、その張力を維持することができる。

供給ロール１から巻き出された被転写フィルム２は、上下面の保護フィルム４，５が剥離されると除電器１６によって両面を除電され、上下のエンドレスベルトスタンパ９の間を通って、再度除電器１７によって両面を除電されてから、供給ロール６から巻き出された保護フィルム７と共に巻取ロール３に巻き取られる。

供給ロール１と巻取ロール３の回転トルクによって、被転写フィルム２は張力を保持される。被転写フィルム２はエンドレスベルトスタンパ９に挟まれた空間に置いて、必要に応じて予熱ヒータ１８で予熱された後、加熱加圧ロール１３によってエンドレスベルトスタンパ９と共に加熱・加圧・転写され、その後エンドレスベルトスタンパ９は次第に離れ剥離される。

また、剥離時の温度は剥離温度調整ヒータ１９により調整され、望ましい温度に保たれる。上下のエンドレスベルトスタンパ９を取り囲むように、上下に保温ケース２０が設けられ、加熱加圧ロール１３の各段間の温度差を小さく保つことにより、エンドレスベルトスタンパ９と被転写フィルム２の熱膨張量の差によって生じる位置ずれを防止する。

エンドレスベルトスタンパ９に挟まれた空間の進行方向長に充分な長さを取り、エンドレスベルトスタンパ９と被転写フィルム２の間隔を充分小さく保つようにしている。

図２に図１の３個の加熱加圧ロール１３がエンドレスベルトスタンパ９により被転写フィルム２にパターンを転写している状況を示しており、エンドレスベルトスタンパ９に形成されたパターンは垂直に近い角度で被転写フィルム２に押し付けられ、徐々に高い温度に加熱され、垂直に近い角度で被転写フィルム２から剥離されること（被転写フィルム２に向かうエンドレスベルトスタンパ９の微小角度による進入と乖離）によって、エンドレスベルトスタンパ９に形成されたパターンは被転写フィルム２に忠実に転写される。

なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視方向での被転写フィルム２に転写したパターンを示している。

エンドレスベルトスタンパ９がシームレスである場合は、加熱加圧ロール１３が駆動し駆動ロール１０はエンドレスベルトスタンパ９のガイドロールとして動作するのが望ましいが、エンドレスベルトスタンパ９の交換等のために途中に繋ぎ目を設けた場合は、エンドレスベルトスタンパ９の内面即ちパターンが形成されていない面に光学式マークを設けておき、マーク位置検知器２２で光学式マークを検出し、繋ぎ目が上流側の加熱加圧ロール１３に達したところで、各加熱加圧ロール１３をバックアップローラ１４とともにエンドレスベルトスタンパ９から引き離すことによって一時的に退避させ、エンドレスベルトスタンパ９は被転写フィルム２から離れている間に駆動ローラ１０で進行させることにより、エンドレスベルトスタンパ９の繋ぎ目を下流側の加熱加圧ロール１３を通過させ、ベルト繋ぎ目の凹凸が被転写フィルム２に転写しないようにすることができる。

また、上下のエンドレスベルトスタンパ９の搬送方向でのずれはエンドレスベルトスタンパ９に設けてある光学式マークをマーク位置検知器２２でそれぞれ検知することにより、位置ずれがあると確認できたときは、加熱加圧ロール１３をエンドレスベルトスタンパ９から引き離して一時的に退避させ、その間に上下のエンドレスベルトスタンパ９のいずれか一方を他方に対し駆動ロール１０で移動させることにより、上下のエンドレスベルトスタンパ９の位置ずれが所定の範囲内に留めて転写を継続することが出来る。繋ぎ目があるエンドレスベルトスタンパ９の場合には繋ぎ目を送る際に位置合わせを行えばよい。

また、加熱加圧ロール１３及びエンドレスベルトスタンパ９が被転写フィルム２から離れている間に、巻取ロール３の回転により被転写フィルム２を進行させ、転写パターンの重なりを防止することができる。

使用する加熱加圧ロール１３の段数は、転写パターンや被転写フィルム２の材質により任意に変えることができる。

図３により本発明の他の実施形態を説明する。

図３に示す実施形態では、各加熱加圧ロール１３について上流側の初段から下流側の終段に向かって搬送方向での被転写フィルム２と各加熱加圧ロール１３との接触幅が次第に狭くなるように表面の弾性材１３ａの厚さ及び有無を調整し、表面に微細構造を構成したエンドレスベルトスタンパ９と共に保温ケース２０に収めている。

１段目と２段目の各加熱加圧ロール１３はゴムロールであるが、その弾性材１３ａとしてのゴムの巻き厚は１段目の方が厚い。これは、各段ごとに被転写フィルム２との加圧接触幅を最初は大きくして充分な伝熱を行い、次第に加圧接触幅を少なくし、接触圧力を次第に高め、スタンパの微細構造への被転写フィルム２の充填率が充分に高まるようにしている。

上流側の２段の加熱加圧ロール１３はゴムロールであり加圧力均一化の効果が薄いので、全加熱加圧ロール１３についてバックアップローラは省略している。被転写フィルム２の搬送などは、図１の実施形態のものと同様であるので、それらの動作説明は省略する。

この実施形態に代えて、各加熱加圧ロール１３の口径を下流に進む程小さなものとし、下流側の各加熱加圧ロール１３の加圧力が高まるようにしてもよい。

図４により本発明の他の実施形態を説明する。

図４に示す実施形態では、装置全体を上下に２分割できる分割型真空チャンバ２５に納め、内部を真空化できるようにしている。真空チャンバ２５は図１に示す保温ケース２０の効果を持つので、この実施形態では保温ケースは用いていない。

真空チャンバ２５は供給ロール１や巻取ロール３の交換などにおいて開放し、転写処理中は閉じて内部を真空化する。

真空チャンバ２５の内部を真空ポンプなどにより真空引きすることにより、真空環境での転写が行えるようになり、転写時に被転写フィルム２とエンドレスベルトスタンパ９の間の微小空間も真空にし、加熱することにより被転写フィルム２から発生するガスでボイドが発生することを防止することができる。

真空チャンバ２５を貫通するのは電力や信号の配線やガス供給や排気のための配管などのみであり、原料も製品も真空チャンバ２５内部にあることから、供給ロール１に巻かれた原料が無くなるまで連続して真空中で加工できる。貫通部での摺動がないので容易に真空を維持できる。真空チャンバ２５は２分割に限らず、３分割できるものでも良い。

図５により本発明の他の実施形態を説明する。

図５に示す実施形態では、被転写フィルム２の片面（上面）に微細構造のパターンを転写するようにしており、また、各加熱加圧ロール１３は上流側から下流側に向けて口径が小さいものを使用し、加圧力が下流側に進む程高くなるようにしてある。バックアップローラ１４は下流側のもの程口径を大きいものとし、幅方向での加圧力均一化を図っている。

以上の実施形態における内容は、適宜に組み合わせて実施することができる。

本発明の一実施形態になる微細構造転写装置の概略図である。 図１の微細構造転写装置が微細構造を転写する状況を説明する図である。 本発明の他の実施形態になる微細構造転写装置の概略図である。 本発明の他の実施形態になる微細構造転写装置の概略図である。 本発明の他の実施形態になる微細構造転写装置の概略図である。

符号の説明

１，６‥供給ロール
２‥被転写フィルム
３，５‥巻取ロール
４，７‥保護フィルム
９‥エンドレスベルトスタンパ
１０‥駆動ローラ
１１‥従動ローラ
１２‥張力調整ローラ
１３‥加熱加圧ローラ
１４‥バックアップローラ

Claims (5)

1. 樹脂層に微細なパターンを有するスタンパを加熱加圧することにより、該樹脂層に該スタンパの微細パターンを転写する微細構造転写装置において、
   スタンパを有するべルトをスタンパのパターン面が該樹脂層側となるようにして該樹脂層と対向させ、多段に設けたローラにより該ベルトを介して該スタンパを該樹脂層に加熱加圧することを特徴とする微細構造転写装置。
2. 上記請求項１において、多段に設けた該各ローラの円周部に上流側のものから下流側のものに向けて順次厚さが薄くなる弾性部材を設けてあることを特徴とする微細構造転写装置。
3. 上記請求項１において、該各ローラは上流側のものから下流側のものに向けて順次加熱温度が高くなるようにしてあることを特徴とする微細構造転写装置。
4. 上記請求項１において、装置全体を真空チャンバに納めてあることを特徴とする微細構造転写装置。
5. 上記請求項１において、該各ローラはバックアップローラで加圧するようになっていることを特徴とする微細構造転写装置。
   

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