JP2008302519A - Nanoimprint apparatus and nanoimprint method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント装置及びナノインプリント方法に関する。 The present invention relates to a nanoimprint apparatus and a nanoimprint method.
近年、情報量の増加に伴いハードディスク等の大容量高記録密度媒体の需要が増えている。又、大容量高記録密度媒体は、信頼性、低コスト化についても求められている。光ディスクは、これらの期待に答えることの出来る信頼性を持っており、且つ低コストなためその需要エリアは幅広い。 In recent years, with the increase in the amount of information, the demand for large-capacity high-recording density media such as hard disks has increased. In addition, high capacity and high recording density media are also required for reliability and cost reduction. Optical discs have the reliability to meet these expectations and are low in cost, so the demand area is wide.
しかし、ハードディスク等に比べ、光ディスク1枚の記録容量は少ない為、更なる高記録密度化が現在の課題とも言える。HDDVD(登録商標)やBluray Disk(登録商標)の様に、記録再生に用いられるレーザーのスポット径を狭めた青色レーザーを使用する高密度な光メディアが登場している。これらは、ディスク形成においてディスクのパターン面におけるランドプリピット(溝形状)を現行のDVDよりも更に微細化させることにより光ディスクの高密度化を図ることが出来るが、更なる高密度化は現状では大変厳しい。 However, since the recording capacity of one optical disk is smaller than that of a hard disk or the like, further increase in recording density can be said to be a current problem. High-density optical media using a blue laser in which the spot diameter of a laser used for recording and reproduction is narrowed, such as HDDVD (registered trademark) and Bluray Disk (registered trademark), have appeared. These can increase the density of the optical disk by making the land prepits (groove shape) on the pattern surface of the disk finer than the current DVD in forming the disk. Very strict.
そこで、従来の技術を活かし、更なる高記録密度化のため、ディスク基板その物を薄くしたフレキシブル光ディスクの開発が広く行われている。ディスクの厚みを薄くしても、従来の記録容量をそのまま再現させることが出来れば、多数枚数充填させてもサイズは同等にも拘らず大容量化を実現させることが出来る。 Thus, a flexible optical disk in which the disk substrate itself is thinned has been widely developed to further increase the recording density by utilizing the conventional technology. Even if the disk thickness is reduced, if the conventional recording capacity can be reproduced as it is, a large capacity can be realized even if a large number of sheets are filled, although the size is the same.
主に、ディスク基板の成型には射出成型が用いられているが、基板厚みが0.3mm以下である場合、基板の平坦性を保つことが出来ず、成型が大変困難である。そこで、厚さ0.3mm以下のポリカーボネード等の熱可塑性プラスチック基板を表面に微細パターンを有したNiモールドと基板保持プレートで挟みこみ、加熱してプレスすることで、Niモールドの微細パターンを基板に熱転写させるナノインプリント技術を使用することにより、厚さ0.3mm以下の基板成型が可能となった。このようなナノインプリント技術の一例が、特許文献1に記載されている。
Mainly, injection molding is used for molding the disk substrate. However, when the substrate thickness is 0.3 mm or less, the flatness of the substrate cannot be maintained, and the molding is very difficult. Therefore, by sandwiching a thermoplastic substrate such as polycarbonate with a thickness of 0.3 mm or less between a Ni mold having a fine pattern on the surface and a substrate holding plate, and heating and pressing, the Ni mold fine pattern is applied to the substrate. Substrate molding with a thickness of 0.3 mm or less became possible by using nanoimprint technology for thermal transfer. An example of such a nanoimprint technique is described in
さらに、直径120mmの光ディスクなど、大面積を均一に転写させるためには前記Niモールドの裏側に荷重を均一に分散させるためのゴムシートを使用することが多い。 Further, in order to uniformly transfer a large area such as an optical disk having a diameter of 120 mm, a rubber sheet for uniformly distributing a load on the back side of the Ni mold is often used.
薄型プラスチック基板に熱式ナノインプリント装置で微細パターンを熱転写する工程において、Niモールドの裏側に使用される荷重を均一に分散させるためのゴムシートは一般的に熱伝導率が低い為、モールド側から薄型プラスチック基板に熱が伝わるのに時間がかかり、成形タクトが長くなるといった問題がある。 In the process of thermally transferring a fine pattern to a thin plastic substrate with a thermal nanoimprinting device, the rubber sheet for uniformly dispersing the load used on the back side of the Ni mold is generally low in thermal conductivity. There is a problem that it takes time for heat to be transferred to the plastic substrate and the molding tact time becomes long.
上述したことを鑑み、本発明は、成形タクトを短くすることができるナノインプリント装置及び方法を提供することを目的とする。 In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a nanoimprint apparatus and method that can shorten the forming tact.
本発明者等は、従来のように熱伝導率が低いゴムシートがあるモールド側からではなく、熱可塑性プラスチック基板側から加熱を行うことで、ナノインプリントに必要な加熱をより早く行うことができることに想到した。 The present inventors are able to perform heating necessary for nanoimprinting more quickly by heating from the thermoplastic substrate side rather than from the mold side having a rubber sheet having low thermal conductivity as in the past. I came up with it.
本発明のナノインプリント装置は、モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有するモールドと、基板ホルダと、第1熱源金型と、第2熱源金型とを備え、前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層したものを、前記基板ホルダ側から前記第1熱源金型、前記モールドホルダ側から前記第2熱源金型によって挟み込んで加熱プレスすることによって、前記モールドの微細パターンを前記熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント装置であって、加熱プレス時に、前記第1熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より高温に加熱することを特徴とする。加熱時間が短くなることで、成形タクトを短くすることが可能になる。 The nanoimprint apparatus of the present invention includes a mold holder, a rubber sheet, a mold having a fine pattern on the surface, a substrate holder, a first heat source mold, and a second heat source mold, the mold holder, A rubber sheet, the mold, a thermoplastic substrate, and the substrate holder are laminated in this order so that the fine pattern of the mold faces the thermoplastic substrate from the substrate holder side. A nanoimprint apparatus for transferring a fine pattern of the mold to the thermoplastic substrate by sandwiching the first heat source mold from the mold holder with the second heat source mold and performing heat press, and during the heat press, The first heat source mold is formed from the glass point transfer temperature of the thermoplastic substrate. Wherein the heating to the temperature. By shortening the heating time, the molding tact can be shortened.
加熱プレス時、保温のために前記第2熱源金型が前記第1熱源金型より低い温度に発熱するようにしてもよい。 At the time of hot pressing, the second heat source mold may generate heat at a temperature lower than that of the first heat source mold for heat retention.
加熱プレス時、好適には、前記第1熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より10℃以上の温度に加熱する。 At the time of hot pressing, preferably, the first heat source mold heats the thermoplastic substrate to a temperature of 10 ° C. or more from its glass point transfer temperature.
本発明のナノインプリント方法は、モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有する前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層する工程と、積層された前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、前記基板ホルダ側から第1熱源金型、前記モールドホルダ側から第2熱源金型によって挟み込み、前記第1熱源金型が前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度以上に加熱して加熱プレスする工程と、前記加熱プレス後、前記熱可塑性プラスチック基板を所定の温度まで冷却する工程と、前記熱可塑性プラスチック基板が所定の温度まで冷却された後、前記熱可塑性プラスチック基板を前記モールドから剥離する工程とを含むことを特徴とする。 The nanoimprint method of the present invention includes a mold holder, a rubber sheet, the mold having a fine pattern on the surface, the thermoplastic substrate, and a substrate holder in this order, and the fine pattern of the mold is the thermoplastic. A step of laminating the plastic substrate to face each other, the laminated mold holder, the rubber sheet, the mold, the thermoplastic substrate, and the substrate holder from the substrate holder side to the first heat source metal A mold, sandwiched by a second heat source mold from the mold holder side, the first heat source mold heating and pressing the thermoplastic substrate above its glass point transfer temperature, and after the heating press, A step of cooling the thermoplastic substrate to a predetermined temperature, and the thermoplastic plastic After the plate is cooled to a predetermined temperature, characterized in that it comprises a step of removing the thermoplastic substrate from the mold.
本発明によれば、ナノインプリント技術において成形タクトを短くすることができる。 According to the present invention, the molding tact time can be shortened in the nanoimprint technology.
本発明のナノインプリント装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明のナノインプリント装置の構成の一例を示す概略図である。先ず、図1(a)に示すように、センターピンを有するモールドホルダ1上に、円板状でセンターホールを有するゴムシート2を重ね、その上に、表面に微細パターンを有し、円板状でセンターホールを有するモールド3を、前記微細パターンが上になるように重ね、縁の部分をモールド押さえ4で押さえ、その上に、厚さ0.3mm以下の円板状でセンターホールを有する熱可塑性プラスチック基板5を重ね、その上に、円板状でセンターホールを有する基板ホルダ6を重ねる。
An embodiment of a nanoimprint apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the nanoimprint apparatus of the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), a
熱可塑性プラスチック基板5には、メタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等を用いる。光ディスクとして使用する場合は、その複屈折特性からPCを用いるのが望ましい。 As the thermoplastic substrate 5, methyl methacrylate resin (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), or the like is used. When using as an optical disk, it is desirable to use PC from the birefringence characteristic.
ゴムシート2は、荷重を均一に分散させるためのものであり、一般的にはシリコーンゴムシート、もしくはフッ素ゴムシート等を用いる。厚みとしては1〜3mmが望ましい。
モールド3は、好適には、Ni、NiP等によって成る。
The
The
基板ホルダ6には熱伝導性の高い金属を用いる。平面度が要求される場合は通常、SUS系金属、ニッケルリン、アルミ合金等を用いる。さらに熱伝導性を高める場合は、ベリリウム銅を用いることがある。好適には、熱伝導率を15〜400(W/m・K)とする。熱可塑性プラスチック基板5に面する側は、表面粗さRa=10nm以下の鏡面加工がされていることが望ましい。 The substrate holder 6 is made of a metal having high thermal conductivity. When flatness is required, SUS metal, nickel phosphorus, aluminum alloy or the like is usually used. Further, beryllium copper may be used to increase thermal conductivity. Preferably, the thermal conductivity is 15 to 400 (W / m · K). The side facing the thermoplastic substrate 5 is preferably mirror-finished with a surface roughness Ra = 10 nm or less.
図1(a)に示すようにモールドホルダ1、ゴムシート2、モールド3、モールド押さえ4、熱可塑性プラスチック基板5及び基板ホルダ6を重ねた積層体を、図1(b)に示すように、第1熱源金型7と第2熱源金型8とによって積層方向に挟み込む。第1熱源金型7及び第2熱源金型8は、それぞれヒータを内蔵しており、間に挟んだ積層体を加熱しながら加重印加することによってナノインプリントを行うようになっている。
As shown in FIG. 1B, a laminated body in which the
ナノインプリントによってモールド3の微細パターンを熱可塑性プラスチック基板5に転写するためには、熱可塑性プラスチック基板5とモールド3が接する面を、熱可塑性プラスチック基板5のガラス転移温度Tg以上に加熱する必要があり、好適にはTg+10℃程度に加熱する。本発明のナノインプリント装置では、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3を、主に熱可塑性プラスチック基板5側から加熱する、すなわち、第1熱源金型8によって加熱する。
In order to transfer the fine pattern of the
熱伝導率の低いゴムシート2があるモールド3側からではなく、熱伝導率の高い基板ホルダ6がある熱可塑性プラスチック基板5側から加熱するため、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3を素早くTg以上に加熱することができ、ナノインプリントのタクトを短縮させることが可能となる。
The thermoplastic substrate 5 and the
ナノインプリントにおいては、荷重印加中だけ熱を印加したいので、通常、加重印加前後は、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3がTg以下、もしくはTg+10℃以下になるように第1熱源金型7を発熱させる。加重印加中にのみ、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3がTg+10℃程度となるように第1熱源金型7を発熱させる。
In the nanoimprint, since it is desired to apply heat only during the application of a load, the first
この際、第2熱源金型8を、第1熱源金型7と同じ、又はそれよりは低い温度で発熱させて保温するようにすれば、モールド3側から熱が逃げるのを防ぐことができ、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3をより速く加熱することが可能になる。しかしながら、モールド3側からも加熱すると、冷却に必要な時間が長くなるため、あまり高い温度にしないようにすることが望ましい。
At this time, heat can be prevented from escaping from the
例えば、熱可塑性プラスチック基板5の材料をポリカーボネートとした場合、Tgは約150℃であるため、160℃程度以上に加熱する必要がある。このため、第1熱源金型7を200℃に、第2熱源金型を150℃に設定すれば、熱可塑性プラスチック基板5及びモールド3をTg(150℃)+10℃以上に加熱することができる。
For example, when the material of the thermoplastic substrate 5 is polycarbonate, since Tg is about 150 ° C., it is necessary to heat it to about 160 ° C. or more. Therefore, if the first
第1熱源金型7及び第2熱源金型8によって前記積層体を加熱プレスした後、熱源金型7及び第2熱源金型8を取り外し、図1(c)に示すように、熱可塑性プラスチック基板5をモールド3から剥離すれば、モールド3の微細パターンが転写された熱可塑性プラスチック基板5が得られる。
After the laminate is heated and pressed by the first
このように加熱プレス後に熱可塑性プラスチック基板5を取り出す際、第1熱源金型7及び第2熱源金型8を取り外し、積層体を冷却させる必要があるが、冷却時も、熱伝導性が低いゴムシート2があるため、モールド3側の放熱が熱可塑性プラスチック基板5側よりも悪くなる。したがって、モールド3側からの加熱温度が熱可塑性プラスチック基板5側の加熱温度より低い本発明のナノインプリント装置は、モールド3側から加熱する従来のナノインプリント装置より冷却時の時間も短くすることができるといった効果を奏する。
As described above, when the thermoplastic substrate 5 is taken out after the heating press, it is necessary to remove the first
<実施例>
上記で説明したような本発明のナノインプリント装置を使用し、実際に熱可塑性プラスチック基板にモールドの微細パターンを熱転写する際の加熱時及び冷却時の時間を測定した。ナノインプリント装置の構成は図1に示したものと同様のものを使用した。熱可塑性プラスチック基板としては、厚さ0.1mmのポリカーボネートシート基板を使用した。ゴムシートとしては、シリコンゴムシートを使用した。基板ホルダとしては、ステンレス鋼製の鏡面板を使用した。
<Example>
Using the nanoimprint apparatus of the present invention as described above, the time for heating and cooling when actually transferring the fine pattern of the mold to the thermoplastic substrate was measured. The configuration of the nanoimprint apparatus was the same as that shown in FIG. A polycarbonate sheet substrate having a thickness of 0.1 mm was used as the thermoplastic substrate. A silicon rubber sheet was used as the rubber sheet. As the substrate holder, a stainless steel mirror plate was used.
本発明の実施例として、熱可塑性プラスチック基板側の第1熱源金型の加熱プレス時の温度を200℃に設定し、モールド側の第2熱源金型の加熱プレス時の温度を150℃に設定した。 As an example of the present invention, the temperature at the time of the heat press of the first heat source mold on the thermoplastic substrate side is set to 200 ° C., and the temperature at the time of the heat press of the second heat source mold on the mold side is set to 150 ° C. did.
比較例として、モールド側の第2熱源金型の加熱時の温度を200℃に設定し、従来のようにモールド側からのみ加熱した。 As a comparative example, the temperature at the time of heating the second heat source mold on the mold side was set to 200 ° C., and heating was performed only from the mold side as in the past.
実施例、比較例共に、加熱プレス後、冷却を行い、100℃に達した時点で熱可塑性プラスチック基板をモールドから剥離した。 In both the examples and comparative examples, after heat pressing, cooling was performed, and when the temperature reached 100 ° C., the thermoplastic substrate was peeled from the mold.
図2(a)は、実施例及び比較例の加熱プレス時における熱可塑性プラスチックシートの温度変化を示すグラフであり、図2(b)は冷却時の温度変化を示すグラフである。縦軸は熱可塑性プラスチック基板の温度[℃]を表し、横軸は時間[min]を表す。実施例を実線で示し、比較例を点線で示す。 Fig.2 (a) is a graph which shows the temperature change of the thermoplastic sheet at the time of the hot press of an Example and a comparative example, FIG.2 (b) is a graph which shows the temperature change at the time of cooling. The vertical axis represents the temperature [° C.] of the thermoplastic substrate, and the horizontal axis represents time [min]. Examples are indicated by solid lines, and comparative examples are indicated by dotted lines.
これらのグラフからわかるように、加熱時、冷却時共に、比較例より実施例の方が早く所定の温度に達し、実施例の方が比較例より2分程度早くナノインプリント処理を終えることができた。この測定結果から、本発明のナノインプリント装置は、従来のナノインプリント装置より短い成形タクトを実現できることが実証された。 As can be seen from these graphs, both the heating and the cooling time, the example reached the predetermined temperature earlier than the comparative example, and the example could finish the nanoimprint process about 2 minutes earlier than the comparative example. . From this measurement result, it was demonstrated that the nanoimprint apparatus of the present invention can realize a shorter tact time than the conventional nanoimprint apparatus.
本発明は、ナノインプリント装置に利用可能である。 The present invention is applicable to a nanoimprint apparatus.
1 モールドホルダ
2 ゴムシート
3 モールド
4 モールド押さえ
5 熱可塑性プラスチック基板
6 基板ホルダ
7 第1熱源金型
8 第2熱源金型
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層したものを、前記基板ホルダ側から前記第1熱源金型、前記モールドホルダ側から前記第2熱源金型によって挟み込んで加熱プレスすることによって、前記モールドの微細パターンを前記熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント装置であって、
加熱プレス時に、前記第1熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より高温に加熱することを特徴とするナノインプリント装置。 A mold holder, a rubber sheet, a mold having a fine pattern on the surface, a substrate holder, a first heat source mold, and a second heat source mold;
The mold holder, the rubber sheet, the mold, the thermoplastic substrate, and the substrate holder are laminated in this order so that the fine pattern of the mold faces the thermoplastic substrate. The nanoimprinting apparatus transfers the fine pattern of the mold to the thermoplastic substrate by sandwiching and pressing the first heat source mold from the substrate holder side and the second heat source mold from the mold holder side. And
The nanoimprint apparatus, wherein the first heat source mold heats the thermoplastic substrate to a temperature higher than a glass point transfer temperature during the heating press.
モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有する前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層する工程と、
積層された前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、前記基板ホルダ側から第1熱源金型、前記モールドホルダ側から第2熱源金型によって挟み込み、前記第1熱源金型が前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度以上に加熱して加熱プレスする工程と、
前記加熱プレス後、前記熱可塑性プラスチック基板を所定の温度まで冷却する工程と、
前記熱可塑性プラスチック基板が所定の温度まで冷却された後、前記熱可塑性プラスチック基板を前記モールドから剥離する工程とを含むことを特徴とするナノインプリント方法。 A nanoimprint method for transferring a fine pattern of a mold to a thermoplastic substrate,
A mold holder, a rubber sheet, the mold having a fine pattern on the surface, the thermoplastic substrate, and a substrate holder are laminated in this order so that the fine pattern of the mold faces the thermoplastic substrate. And a process of
The mold holder, the rubber sheet, the mold, the thermoplastic substrate, and the substrate holder that are laminated are a first heat source mold from the substrate holder side and a second heat source metal from the mold holder side. Sandwiching by a mold, the first heat source mold heating and pressing the thermoplastic substrate above its glass point transfer temperature; and
After the heating press, cooling the thermoplastic substrate to a predetermined temperature;
And a step of peeling the thermoplastic substrate from the mold after the thermoplastic substrate is cooled to a predetermined temperature.
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US20110198769A1 (en) * | 2010-02-17 | 2011-08-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Imprint apparatus and article manufacturing method |
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2007
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Cited By (2)
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