JP2006331585A

JP2006331585A - パターニング装置、及び、パターニング方法

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Publication number: JP2006331585A
Application number: JP2005156154A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Suzuki; 信之鈴木; Shiro Sugawara; 司朗菅原; Nobuaki Kurihara; 伸晃栗原; Masayoshi Nakazono; 正義中園; Daisuke Fuda; 大輔附田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】基板製造上の工数を減らしコスト削減することができるパターニング装置を提供する。
【解決手段】所定の凹凸パターンがロール状物の周面４０ａに形成されたロール状スタンパ４０と、ロール状スタンパ４０に離型剤５３を塗布し乾燥させる離型剤塗布手段と、ロール状スタンパ４０を軸方向に回転駆動させる駆動部４２と、ロール状スタンパ４０の凹凸パターンが転写されるガラス基板１４が載置された駆動テーブル２０を駆動させる駆動部２４と、ロール状スタンパ４０に対向し、ロール状スタンパ４０の軸方向と平行な方向に沿って露光するスリット状の光源３０とを有し、光源３０は、ロール状スタンパ４０により所定の凹凸パターンが基板１４に転写される位置より後段側を露光する。
【選択図】図５

Description

本発明は、パターニング装置に関し、特に、ロール状スタンパを用いて基板へ所定のパターンを転写させるパターニング装置、及び、パターニング方法に関する。

従来、記録媒体において、微細な凹凸パターンを有する記録媒体用基板を製造するパターニング装置は、微細な凹凸パターンが形成されたスタンパを、成型基板上に塗布された樹脂に押圧することにより、スタンパの凹凸パターンを転写させ、スタンパを剥離させることにより、凹凸パターンが形成された基板を形成していた。具体的には、２Ｐ法と呼ばれる、成型基板上に紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射することによってスタンパに対応した凹凸パターンを形成する光重合（Photo Polymerization）を用いた方法が用いられていた。

また、紫外線硬化樹脂の代わりに、熱硬化樹脂を塗布し、スタンパや成型基板を所定温度に加熱することによって、凹凸パターンを転写するという方法も用いられていた。

ところで、この２Ｐ法では、平面上に凹凸パターンが形成された平面スタンパを用いて、成型基板上に凹凸パターンを転写させる方法が取られていたが、平面スタンパを作成する大きさに限界があり、長尺な基板を形成することは技術的に大変困難であった。

また、この平面スタンパは、成型基板であるガラス基板などに凹凸パターンを転写した後、ガラス基板から剥離させる必要があり、その際、平面スタンパのガラス基板からの剥離が、ガラス基板の一部が割れて平面スタンパ側に剥離する等、うまくいかないという問題があった。また、平面スタンパを用いる方法は、上述のように、所定凹凸パターンを転写後に、ガラス基板から剥離させるという工程が必要となり、基板製造上の工数が増え、量産には向かない技術であった。

また、ロール２Ｐ法と呼ばれる、ロール状物の周面に所定凹凸パターンが形成されたロール状スタンパを用いる方法もある。このロール２Ｐ法は、従来はフィルム上に紫外線硬化樹脂を塗布し、所定の凹凸パターンを形成しており、ガラス基板などの可撓性が少ないものへのパターン転写は行われていなかった。

特開平５−３２６３６９号公報

そこで、本発明は上述のような問題点に鑑みて提案されたものであり、ロール状スタンパを用いて、大きいサイズの成型基板にもパターニングを行うことができ、基板製造上の工数を減らしコストを削減することができるパターニング装置、及びそのパターニング方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明のパターニング装置は、所定の凹凸パターンが周面に形成され、軸方向に回転駆動するロール状スタンパと、上記ロール状スタンパに離型剤を塗布し乾燥させる離型剤塗布手段と、上記ロール状スタンパの上記凹凸パターンが転写される光硬化樹脂が塗布されたガラス基板が載置される駆動テーブルと、上記ロール状スタンパに対向配置され、上記ロール状スタンパの軸方向と平行な方向に沿ったスリット状の光を露光する光源とを有し、上記ロール状スタンパ及び上記駆動テーブルは、上記ロール状スタンパの軸方向に対し直交する方向に相対移動するとともに、上記周面上の上記凹凸パターンを上記光硬化樹脂に圧接、転写させ、上記光源は、上記ロール状スタンパによる上記凹凸パターンが上記ガラス基板上の上記光硬化樹脂に転写された直後を露光することを特徴とする。

また、本発明に係るパターニング方法は、所定の凹凸パターンが周面に形成されたロール状スタンパを軸方向に回転駆動する回転駆動工程と、上記ロール状スタンパに離型剤を塗布し乾燥させる離型剤塗布工程と、上記ロール状スタンパに対向配置され、上記ロール状スタンパの軸方向と平行な方向に沿ったスリット状の光源から光を露光させる露光工程と、上記ロール状スタンパ及び上記ロール状スタンパの上記凹凸パターンが転写される光硬化樹脂が塗布されたガラス基板が載置される駆動テーブルは、上記ロール状スタンパの軸方向に対し直交する方向に相対移動させ、上記周面上の上記凹凸パターンを上記光硬化樹脂に圧接、転写させるとともに、上記露光工程により上記光硬化樹脂を硬化させるパターニング工程とを有し、上記露光工程は、上記ロール状スタンパによる上記凹凸パターンが上記ガラス基板上の上記光硬化樹脂に転写された直後を露光することを特徴とする。

本発明は、ロール状スタンパを回転駆動させ、駆動テーブルを移動させるとともに、光源で所定の位置を照射、露光させることにより、所定の凹凸パターンがガラス基板に転写され、転写後に光源からの光により、光硬化樹脂が硬化し、それとほぼ同時にロール状スタンパがガラス基板から剥離される。これは、パターニング装置は、離型剤をロール状スタンパに塗布しているので、ロール状スタンパと駆動テーブルの相対移動に伴い、ロール状スタンパがガラス基板から剥離される。そのため、ロール状スタンパをガラス基板から剥離させる工程を別途設ける必要がなく、ロール状スタンパと駆動テーブルの移動により自動的に剥離工程が行われ、製造上の工程数を減らすことができコスト削減につながるとともに、量産性に向いている。

また、パターニング装置は、ロール状スタンパを用いてパターニングを行っているので、平面状のスタンパを使用した際に生じる剥離の失敗による基板割れを減らすことができ、製造歩留りの向上につながる。また、パターニング装置は、平面状のスタンパでは実現が困難であった長尺のガラス基板上にパターニングを行うことが可能となる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るパターニング装置１の平面図を示しており、図２はパターニング装置１の側面図を示しており、図３はパターニング装置１の正面図を示している。なお、本発明は以下説明する実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

パターニング装置１は、図１〜図４に示すように、架台１１上に設けられ、架台１１上の一の直線方向（図１中ｘ方向）に駆動する駆動テーブル２０と、駆動テーブル２０が移動、通過する位置の下面から駆動テーブル２０を照射する光源３０と、光源３０と対向する位置で駆動テーブル２０の上面に配設されたロール状スタンパ４０と、ユーザによる各種操作が入力される入力部１２と、ユーザによる各種入力される情報、現在の状況等を表示させる表示部１３とから構成されている。パターニング装置１は、駆動テーブル２０上に載置されたガラス基板１４をｘ方向に駆動させ、後述する離型剤５３が周面に塗布されたロール状スタンパ４０をガラス基板１４の所定の位置において回動しながら圧接させることにより、ロール状スタンパ４０上に形成された凹凸パターンをガラス基板１４上に転写させている。また、その際、ガラス基板１４上には、紫外線硬化樹脂が塗布されており、この紫外線硬化樹脂上に所定の凹凸パターンを転写するとともに、光源３０により、紫外光を照射させ、紫外線硬化樹脂を硬化させている。

駆動テーブル２０は、略矩形状の主面２０ａを有しており、この主面２０ａ上の一対の端辺近傍に成型基板であるガラス基板１４が固定される固定治具２１、２１が設けられている。また、駆動テーブル２０は、主面２０ａの裏面において、架台１１上でｘ方向と平行な方向に延設された一対の駆動レール２２、２２上を移動する。駆動テーブル２０は、駆動レール２２と平行する方向に延設された駆動軸２３に設けられた駆動モータ２４と連結されており、この駆動モータ２４を駆動させることにより、駆動テーブル２０を駆動レール２２、２２に沿って所定の速度で所定の位置に移動させることができる。駆動テーブル２０の移動速度は、ロール状スタンパ４０の回転速度と同一の速度であり、かつ、光源３０によりパターニングが終了した紫外線硬化樹脂を硬化させるのに必要な時間露光させることができるだけの速度である。

なお、駆動テーブル２０は、上述に限らず、ｘ方向に所定速度、所定位置に移動させることができる駆動源であれば、いかなる構成のものであってもよく、例えば、駆動モータ２４の代わりに、アクチュエータ等を設けるようにしてもよい。

また、駆動テーブル２０は、その主面２０ａのガラス基板１４がセットされる位置である中央部２０ｂにおいて、光源３０からの紫外光を主面２０ａ裏面から照射させることができるように、例えば石英ガラスなどの光透過型の材料から形成されている。

駆動テーブル２０は、さらに、ガラス基板１４上に紫外線硬化樹脂５１を所定の厚みに塗布する樹脂塗布手段５０（図５参照）が設けられている。樹脂塗布手段５０は、例えば、スピンコートやダイコートにより、ガラス基板１４上に所定の厚みに紫外線硬化樹脂５１を塗布する。なお、駆動テーブル２０は、上述に限らず、ガラス基板１４に紫外線硬化樹脂５１を塗布させる樹脂塗布手段５０を設けず、予め紫外線硬化樹脂５１が塗布されたガラス基板１４を駆動テーブル２０に固定するようにしてもよい。

紫外線硬化樹脂５１としては、例えば、表１に示すような性状を有する紫外線硬化樹脂（Ｗ/ＲＮｏ．Ｘ−８７４０改３）が好適である。

光源３０は、ｙ方向に延伸されたスリット開口部３１から、スリット状に紫外光が照射される光源である。光源３０は、一対の駆動レール２２、２２の間で、駆動テーブル２０の主面２０ａの裏面から、主面２０ａの中央部２０ｂに紫外光をスリット状に照射する。光源３０は、シリンダ３２が設けられており、スリット開口部３１をｚ方向に移動させることができ、スリット開口部３１を主面２０ａの中央部２０ｂにセットされるガラス基板１４の所定の位置に、紫外光を照射させることができる。

ロール状スタンパ４０は、円柱状の部材からなり、その周面４０ａ上に所定の凹凸パターンが形成された薄膜の金型を貼り付けることにより形成されている。この金型は、例えばニッケルやニッケルリンから形成されており、ガラス基板１４に転写させる凹凸パターンが形成されている。ロール状スタンパ４０は、例えば直径６０〜３００ｍｍで、長さが最大６００ｍｍ程度の大きさからなる。なお、このロール状スタンパ４０は円柱状部材の周面４０ａ上に直接所定の凹凸パターンが形成されたものでもよい。

また、ロール状スタンパ４０は、ｙ方向と平行する方向に延設された回転軸４１に取り付けられ、ロール状スタンパ４０の周面４０ａが駆動テーブル２０の主面２０ａ上で光源３０と対向する位置に設けられている。

ロール状スタンパ４０は、図５及び図６（Ａ）に示すように、その周面４０ａと紫外線硬化樹脂５１が塗布されたガラス基板１４とが接する頂点４０ｂ（ｚ方向最下点）において、光源３０から照射される紫外光があたり始める位置に設けられている。具体的には、ロール状スタンパ４０は、図６（Ａ）の幅Ｓに示す範囲、つまり、光源３０による紫外光が、ロール状スタンパ４０によるガラス基板１４上に塗布された紫外線硬化樹脂５１への所定の凹凸パターンの転写が終了するとともに、ロール状スタンパ４０とガラス基板１４とが剥離し始める位置である頂点４０ｂから、ロール状スタンパ４０とガラス基板１４とが剥離し終わる範囲までを、光源３０により露光できるような位置に配置されている。これは、所定の凹凸パターンが転写されロール状スタンパ４０と紫外線硬化樹脂５１とが剥離し始める位置が頂点４０ｂからであり、この頂点４０ｂよりも前段において紫外光が照射、露光されると、紫外線硬化樹脂５１が所定の凹凸パターンが転写される前に硬化を始め、所定の凹凸パターンの転写がうまくいかないためである。

なお、幅Ｓは、図６（Ｂ）に示すように、ロール状スタンパ４０の半径がｒ（ｍｍ）、露光される幅Ｓにおける回転角をθとすると、Ｓ＝ｒ×ｓｉｎθで算出することができる。また、回転角θは、塗布される紫外線硬化樹脂５１の塗布厚をｈ（ｍｍ）とすると、θ＝ｃｏｓ^−１（（ｒ−ｈ）／ｒ）で算出することができる。

ここで、上述のような紫外線硬化樹脂５１を用いパターニングを行う場合、幅Ｓにあたる紫外線硬化樹脂を完全露光させるロール状スタンパ４０及び駆動テーブル２０の移動速度ｖは、ｖ＝Ｓ／ｔとして表され、例えば３０００ｍＪ／８ｓｅｃの紫外線露光量であれば、時間ｔは８（ｓｅｃ）となり、上述の幅Ｓを算出する式により、具体的な速度を求めることができる。ロール状スタンパ４０及び駆動テーブル２０の移動速度は、光源３０の紫外線の露光量、紫外線硬化樹脂５１の硬化条件、紫外線硬化樹脂５１の塗布厚等により変動するが、頂点４０ｂにおいて、紫外線硬化樹脂５１が硬化するだけの露光量を光源３０より得られるだけの速度であればよい。

また、ロール状スタンパ４０は、回転軸４１に取り付けられた駆動モータ４２を駆動させることにより、回転軸４１の軸方向（図４中矢印Ａ方向）に所定の回転速度で回転させることができる。具体的には、ロール状スタンパ４０の回転速度は、駆動テーブル２０の移動速度と同一の速度であり、光源３０から紫外線硬化樹脂５１が頂点４０ｂにおいて硬化するに足りるだけの紫外線が照射される速度である。さらに、ロール状スタンパ４０は、回転軸４１をｚ方向に移動させることができ、その周面４０ａが駆動テーブル２０上のガラス基板１４の紫外線硬化樹脂５１に密着し、所定の凹凸パターンを転写することができる垂直（ｚ方向）位置に移動できるように、回転軸４１にｚ方向駆動モータ４３が設けられている。

ロール状スタンパ４０は、さらに、周面４１ａ上の金型に、紫外線硬化樹脂５１の硬化後にロール状スタンパ４０と紫外線硬化樹脂５１とがきちんと剥離するための離型剤５３を塗布する離型剤塗布手段５２（図５参照）と、塗布された離型剤を硬化させるためのヒータ５４とが設けられている。

離型剤塗布手段５２は、ロール状スタンパ４０に形成された所定の凹凸パターンをガラス基板１４上の紫外線硬化樹脂５１に正確に転写させることができる程度の厚みに塗布する。離型剤塗布手段５２は、例えば、ナノオーダーの凹凸パターンを転写させるために、１〜１０ｎｍ程度の厚みの離型剤５３を塗布する。

離型剤５３は、紫外線硬化樹脂５１が光源３０の紫外光の照射により硬化した後、ロール状スタンパ４０と紫外線硬化樹脂５１が塗布されたガラス基板１４とをきちんと剥離させるためのコーティング剤である。離型剤５３は、ロール状スタンパ４０とガラス基板１４とが剥離するために、硬化後の紫外線硬化樹脂５１との密着力が、硬化後の紫外線硬化樹脂５１とガラス基板１４との密着力に劣る程度の密着力を有している。

離型剤５３としては、フッ素系の離型剤が好ましく、５０ｎｍ程度の凹凸パターンを転写させる際には、例えば、オプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製）が好適である。

なお、離型剤５３は、上述に限らず、所定の凹凸パターンを転写し、硬化後の紫外線硬化樹脂５１とロール状スタンパ４０とを剥離させることができる程度の密着力を有するものであれば、いかなるものを用いてもよい。

また、パターニング装置１は、紫外線硬化樹脂５１をガラス基板１４上に塗布し、光源３０から紫外光を露光させることにより紫外線硬化樹脂５１を硬化させることに限らず、光硬化型の樹脂を用いる場合には、その光硬化型の樹脂が適切に硬化する周波数の光を露光させる光源を用いるように、適切な樹脂と光源の組み合わせであればよい。

続いて、本発明に係るパターニング装置１によるパターニングの動作について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ユーザは、ステップＳＴ１において、ガラス基板１４を駆動テーブル２０上の所定の位置にセットする。

次に、パターニング装置１は、ユーザの入力部１２を介しての所定の操作入力により、ステップＳＴ２において、駆動テーブル２０を駆動させる。つまり、駆動テーブル２０を駆動レール２２、２２に沿って移動を開始させる。また、ステップＳＴ３においては、ロール状スタンパ４０の回転軸４１を所定速度で回転させる。

次に、パターニング装置１は、ステップＳＴ４において、樹脂塗布手段５０を駆動させ、ガラス基板１４上の所定の位置に、紫外線硬化樹脂５１を塗布させる。また、ステップＳＴ５において、離型剤塗布手段５２を駆動させ、ロール状スタンパ４０の周面４０ａ上に離型剤５３を塗布させる。次に、ステップＳＴ６において、ヒータ５４を駆動させ、塗布された離型剤５３を乾燥、硬化させる。

次に、パターニング装置１は、ステップＳＴ７において、駆動テーブル２０をパターニング開始位置まで移動させる。また、ステップＳＴ８において、回転軸４１をｚ方向駆動モータ４３を駆動させることにより、ロール状スタンパ４０を所定の位置まで降下させる。また、ステップＳＴ９において、光源３０のシリンダ３２を駆動させ、所定の照射位置まで移動するとともに、紫外光の照射を開始させる。

次に、パターニング装置１は、ステップＳＴ１０において、駆動テーブル２０を移動させ、紫外線硬化樹脂５１にロール状スタンパ４０上の凹凸パターンを転写させる。このとき、パターニング装置１は、ロール状スタンパ４０及び駆動テーブル２０の移動、並びに光源３０からの紫外光の照射により、パターニングと、パターニング後の紫外線硬化樹脂５１の硬化と、ロール状スタンパ４０と紫外線硬化樹脂５１との剥離が順次、自動的に行われている。

次に、パターニング装置１は、ステップＳＴ１１おいて、駆動テーブル２０をパターニング終了位置まで移動させる。また、ステップＳＴ１２において、ロール状スタンパ４０を駆動テーブル２０から離間させる方向（ｚ方向）に移動させ、ステップＳＴ１３において、回転軸４１の回転駆動を停止させる。さらに、ステップＳＴ１４において、光源３０の紫外光の照射をやめ、光源３０を元の位置に移動させる。

以上のように、動作するパターニング装置１は、ロール状スタンパ４０を回転駆動させ、駆動テーブル２０を移動させるとともに、光源３０で所定の位置を照射することにより、所定の凹凸パターンがガラス基板１４上の紫外線硬化樹脂５１に転写され、転写後にスリット３１を有する光源３０からの紫外光により、紫外線硬化樹脂５１が硬化し、それとほぼ同時にロール状スタンパ４０がガラス基板１４から剥離される。これは、パターニング装置１は、離型剤５３をロール状スタンパ４０の周面４０ａ上に塗布しているので、ロール状スタンパ４０と駆動テーブル２０の移動に伴い、ロール状スタンパ４０がガラス基板１４から剥離される。そのため、ロール状スタンパ４０をガラス基板１４から剥離させる工程を別途設ける必要がなく、ロール状スタンパ４０と駆動テーブル２０の移動により自動的に剥離工程が行われ、製造上の工程数を減らすことができコスト削減につながるとともに、量産性に向いている。

また、パターニング装置１は、ロール状スタンパ４０を用いてパターニングを行っているので、平面状のスタンパを使用した際に生じる剥離の失敗による基板割れを減らすことができ、製造歩留りの向上につながる。また、パターニング装置１は、平面状のスタンパでは実現が困難であった長尺のガラス基板上にパターニングを行うことが可能となる。

なお、光源３０は、紫外光を照射させることにより、紫外線硬化樹脂５１を完全に硬化させる必要はなく、例えば、光源３０による露光は、頂点４０ｂにおいて紫外線硬化樹脂５１がやや硬化した状態にとどめ、後段に別途第２の光源を設け、その時点において仕上げの硬化を行わせるようにしてもよい。

また、パターニング装置１は、上述のように、駆動テーブル２０をｘ方向に移動させることについて述べたが、これに限らず、駆動テーブル２０上のガラス基板１４にロール状スタンパ４０の凹凸パターンを転写させるように、それぞれ駆動テーブル２０及びロール状スタンパ４０が相対移動するものであればよい。

本発明に係るパターニング装置の平面図である。本発明に係るパターニング装置の側面図である。本発明に係るパターニング装置の正面図である。本発明に係るパターニング装置の要部斜視図である。本発明に係るパターニング装置のパターニングの様子を示した模式図である。本発明に係るパターニング装置のパターニング速度を説明するための模式図である。パターニングを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１パターニング装置、１１架台、１２入力部、１３表示部、１４ガラス基板、２０駆動テーブル、２０ａ主面、２０ｂ中央部、２１固定治具、２２駆動レール、２３駆動軸、２４駆動モータ、３０光源、３１スリット、３２シリンダ、４０ロール状スタンパ、４１回転軸、４２駆動モータ、４３ｚ方向駆動モータ、５０樹脂塗布手段、５１紫外線硬化樹脂、５２離型剤塗布手段、５３離型剤、５４ヒータ

Claims

所定の凹凸パターンが周面に形成され、軸方向に回転駆動するロール状スタンパと、
上記ロール状スタンパに離型剤を塗布し乾燥させる離型剤塗布手段と、
上記ロール状スタンパの上記凹凸パターンが転写される光硬化樹脂が塗布されたガラス基板が載置される駆動テーブルと、
上記ロール状スタンパに対向配置され、上記ロール状スタンパの軸方向と平行な方向に沿ったスリット状の光を露光する光源とを有し、
上記ロール状スタンパ及び上記駆動テーブルは、上記ロール状スタンパの軸方向に対し直交する方向に相対移動するとともに、上記周面上の上記凹凸パターンを上記光硬化樹脂に圧接、転写させ、
上記光源は、上記ロール状スタンパによる上記凹凸パターンが上記ガラス基板上の上記光硬化樹脂に転写された直後を露光すること
を特徴とするパターニング装置。
上記光硬化樹脂は、紫外光により硬化する紫外線硬化樹脂であり、
上記光源は、紫外光をスリット状に露光させる光源である
ことを特徴とする請求項１記載のパターニング装置。
所定の凹凸パターンが周面に形成されたロール状スタンパを軸方向に回転駆動する回転駆動工程と、
上記ロール状スタンパに離型剤を塗布し乾燥させる離型剤塗布工程と、
上記ロール状スタンパに対向配置され、上記ロール状スタンパの軸方向と平行な方向に沿ったスリット状の光源から光を露光させる露光工程と、
上記ロール状スタンパ及び上記ロール状スタンパの上記凹凸パターンが転写される光硬化樹脂が塗布されたガラス基板が載置される駆動テーブルは、上記ロール状スタンパの軸方向に対し直交する方向に相対移動させ、上記周面上の上記凹凸パターンを上記光硬化樹脂に圧接、転写させるとともに、上記露光工程により上記光硬化樹脂を硬化させるパターニング工程とを有し、
上記露光工程は、上記ロール状スタンパによる上記凹凸パターンが上記ガラス基板上の上記光硬化樹脂に転写された直後を露光すること
を特徴とするパターニング方法。