JP2009119695A - ナノプリント用樹脂スタンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 光転写方式の微細構造転写装置において使用されるスタンパであって、自動搬送及び自動位置決めが可能なスタンパを提供する。
【解決手段】 ＵＶナノインプリントに使用される樹脂スタンパであって、光透過性材料からなり、機械的強度を有する支持部材と、光透過性材料からなる中間層と、光透過性材料からなる樹脂パターン層とからなり、
前記支持部材のサイズが前記中間層及び樹脂パターン層のサイズよりも大きく、
前記中間層が前記樹脂パターン層よりも柔軟性が高く、
前記樹脂パターン層の表面には原盤の凹凸パターンと反対の凹凸パターンが形成されていることを特徴する樹脂スタンパ。
【選択図】 図２

Description

本発明はナノプリント用樹脂スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置に関する。更に詳細には、本発明は、自動搬送及び自動位置決めが可能な機械的強度を有し、かつ、高度な作業性を有するナノプリント用樹脂スタンパ、及び転写後に被転写基板から該スタンパを容易に剥離することができる機構を有する微細構造転写装置に関する。

コンピュータなどの各種情報機器の目覚ましい機能向上により、使用者が扱う情報量は増大の一途を辿り、ギガ単位領域に達している。このような環境下において、これまでよりも一層記録密度の高い情報記憶・再生装置やメモリーなどの半導体装置に対する需要が益々増大している。

記録密度を増大させるには、一層微細な加工技術が必要となる。露光プロセスを用いた従来の光リソグラフィー法は、一度に大面積を微細加工することができるが、光の波長以下の分解能を持たないため、自ずから光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微細構造の作製には適さない。光の波長以下の微細構造の加工技術として、電子線を用いた露光技術、Ｘ線を用いた露光技術及びイオン線を用いた露光技術などが存在する。しかし、電子線描画装置によるパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザ等の光源を使用した一括露光方式によるものと異なって、電子線で描画するパターンが多ければ多いほど、描画（露光）時間がかかる。従って、記録密度が増大するにつれて、微細パターンの形成に要する時間が長くなり、製造スループットが著しく低下する。一方、電子線描画装置によるパターン形成の高速化を図るために、各種形状のマスクを組み合わせてそれらに一括して電子線を照射する一括図形照射法の開発が進められているが、一括図形照射法を使用する電子線描画装置は大型化すると共に、マスクの位置を一層高精度に制御する機構が更に必要になり、描画装置自体のコストが高くなり、結果的に、媒体製造コストが高くなるなどの問題点がある。

光の波長以下の微細構造の加工技術として、従来のような露光技術に代えて、プリント技術による方法が提案されている。例えば、非特許文献１には、「ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術」に関する論文が掲載されている。ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術は、前もって電子線露光技術等の光の波長以下の微細構造の加工技術を用いて、所定の微細構造パターンを形成した原版をレジスト塗布被転写基板に加圧しながら押し当て、原版の微細構造パターンを被転写基板のレジスト層に転写する技術である。原版さえあれば、特別に高価な露光装置は必要無く、通常の印刷機レベルの装置でレプリカを量産できるので、電子線露光技術等に比較してスループットは飛躍的に向上し、製造コストも大幅に低減される。

ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術において、レジストとして熱可塑性樹脂を使用する場合、その材料のガラス転移温度(Tg)近傍又はそれ以上の温度に上げて加圧して転写する。この方式は熱転写方式と呼ばれ、非特許文献２に記載されている。熱転写方式は熱可塑性の樹脂であれば汎用の樹脂を広範に使用できる利点がある。これに対し、レジストとして感光性樹脂を使用する場合、紫外線などの光を曝露すると硬化する光硬化性樹脂により転写する。この方式は光転写方式と呼ばれ、非特許文献３に記載されている。

光転写方式のインプリント加工法では、特殊な光硬化型の樹脂を用いる必要があるが、熱転写方式と比較して、転写印刷版や被印刷部材の熱膨張による完成品の寸法誤差を小さくできる利点がある。また、装置上では、加熱機構の装備や、昇温、温度制御、冷却などの付属装置が不要であること、更に、インプリント装置全体としても、断熱などの熱歪み対策のための設計的な配慮が不要となるなどの利点がある。

光転写方式のインプリント装置の一例は前記非特許文献３に記載されている。この装置は、紫外線を透過できる石英又はサファイア製のモールド（原盤）を光硬化性樹脂の塗布された被転写基板に押し当て、上部から紫外線を照射するように構成されている。しかし、硬質な石英又はサファイア製のモールドを硬質な被転写基板に圧接させると、モールドのパターン構造が損傷し易いことが知られている。また、モールドを被転写基板から剥離させるには、モールドと基板との界面に楔を打ち込まなければならなかった。このため、モールドを損傷したり、異物が大量に発生するなどの問題点があった。石英又はサファイア製のモールドは非常に高価であるばかりか、万一損傷した場合、一般的に修復や再使用は不可能である。また、モールドと被転写基板との間に異物が入り込んだり、或いは被転写基板表面の不規則突起の存在により、モールドと被転写基板との間に隙間が発生し、光硬化型樹脂からパターンを形成したときに、隙間の分だけベース層の膜厚が厚くなる。厚いベース層はエッチングで取り除くことが不可能であり、結果的に製品のエッチング不良の主要な原因となる。

これらの問題点を解決するため、硬質モールドのパターンを重合体材料に転写した重合体スタンプを二次レプリカとして硬質モールドの代わりに使用することが特許文献１に提案されている。重合体スタンプは柔軟で弾力性があるので、硬質な被転写基板に強く当接されてもスタンプのパターンが欠けるなどの事故は殆ど起こらない。また、スタンプと被転写基板との間に異物や突起が存在しても、スタンプ自体が柔軟かつ弾力性を有するため、曲げ変形を起こし、異物や突起に追従できる。更に、突起や異物が存在する箇所以外は、スタンプが被転写基板に密着するので、ベース膜厚が薄くなり、エッチング処理が可能となる。硬質モールドさえあれば、重合体スタンプは幾らでも生産できるため、重合体スタンプ自体の製造コストは非常に安価であり、１回ないし数回程度使用するだけで廃棄することもできる。しかし、重合体スタンプの厚さはせいぜい１ｍｍ程度しかないため、重合体スタンプの自動搬送及び／又は自動位置決めが難しく、作業性に難点があった。更に、重合体スタンプを被転写基板に圧接させ、光硬化処理を行った後、重合体スタンプを被転写基板から剥離又は引き離し処理を行わなければならないが、重合体スタンプの剥離性が不良なため、被転写基板上に残留することが度々あった。このような場合、重合体スタンプは溶解するが、被転写基板及び基板上の樹脂パターン層は溶解しないような適当な溶剤中で溶解処理して、重合体スタンプを剥離しなければならなかった。
特開２００７−５５２３５号公報 S. Y. Chou et al., Appl. Phys. Lett., vol.67 (1995), pp.3114 平井義彦、「ナノインプリント法によるナノ構造体」、精密工学会誌、70(10)(2004),pp.1223-1227 谷口他、「ナノインプリント技術の現状」、砥粒学会誌、46(6)(2002),pp.282-286

従って、本発明の目的は、光転写方式の微細構造転写装置において使用されるスタンパであって、自動搬送及び自動位置決めが可能なスタンパを提供することである。

本発明の別の目的は、光転写方式の微細構造転写装置において、スタンパと被転写基板とを自動剥離させることができる機構を有する微細構造転写装置を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、請求項１における発明は、ＵＶナノインプリントに使用される樹脂スタンパであって、光透過性材料からなり、機械的強度を有する支持部材と、光透過性材料からなる中間層と、光透過性材料からなる樹脂パターン層とからなり、
前記支持部材のサイズが前記中間層及び樹脂パターン層のサイズよりも大きく、
前記中間層が前記樹脂パターン層よりも柔軟性が高く、
前記樹脂パターン層の表面には原盤の凹凸パターンと反対の凹凸パターンが形成されていることを特徴する樹脂スタンパである。

この発明によれば、損傷されやすく、剥離し難い硬質原盤の代わりに、損傷されにくく、剥離しやすい軟質樹脂スタンパを使用することによりＵＶナノインプリントのスループットが飛躍的に向上される。原盤は高価であり、損傷されたら再使用できないが、樹脂スタンパは原盤さえあれば、幾つでも安価に複製することができる。また、支持部材のサイズが中間層及び樹脂パターン層のサイズよりも大きいので、機械的強度を有する支持部材を把持することにより、樹脂スタンパを自動搬送及び自動位置決めすることができる。更に、柔軟性の高い中間層が弾性変形可能なため、被転写基板上の異物や突起の影響を軽減することができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項２における発明は、前記中間層と樹脂パターン層との界面に光透過性材料からなる平坦化膜が更に存在することを特徴する請求項１記載の樹脂スタンパである。

この発明によれば、平坦化膜により中間層の平面精度が向上され、その結果、樹脂パターン層の平面精度も向上される。

前記課題を解決するための手段として、請求項３における発明は、前記樹脂パターン層の表面に光透過性材料からなる離型処理膜が更に存在することを特徴する請求項１記載の樹脂スタンパである。

この発明によれば、離型処理膜の存在により、樹脂スタンパを使用したときに、被転写基板との剥離性を飛躍的に高めることができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項４における発明は、前記支持部材はガラス、石英、サファイア及び透明プラスチックからなる群から選択される材料からなり、前記中間層はポリウレタンゴムシート、シリコンゴムシート及びアクリルゴムシートからなる群から選択される材料からなり、前記樹脂パターン層はＵＶ硬化型ポリエステル及びアクリルゴムからなる群から選択される材料からなる請求項１記載の樹脂スタンパである。

この発明によれば、本発明の樹脂スタンパにとって最適な材料を選択して組み合わせることができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項５における発明は、モールドとして請求項１記載の樹脂スタンパを使用する微細構造転写装置であって、
昇降機構に支持されたステージと、該ステージ上に配設された表面が曲面状の載置テーブルとを有し、
前記載置テーブルは、その表面上に配設され、該載置テーブルの曲面に従うクッション層を有し、
前記載置テーブルのクッション層上に載置される被転写基板を載置テーブルに型締めするためクランプ機構を有し、
前記樹脂スタンパの樹脂パターン層のサイズが前記被転写基板のサイズよりも小さいことを特徴とする微細構造転写装置である。

この発明によれば、樹脂スタンパの樹脂パターン層のサイズが前記被転写基板のサイズよりも小さいので、クランプ機構で被転写基板を型締めしながら、樹脂スタンパで被転写基板に所定のＵＶナノインプリントを行うことが出来、プリント後には、クランプ機構で被転写基板を型締めしたままステージを下降させることにより、樹脂スタンパを被転写基板から自動的に剥離させることができる。

本発明によれば、損傷されやすく、剥離し難い硬質原盤の代わりに、損傷されにくく、剥離しやすい軟質樹脂スタンパを使用することによりＵＶナノインプリントのスループットが飛躍的に向上される。電子線描画装置で作製された硬質原盤は高価であり、損傷されたら再使用できないが、樹脂スタンパは原盤さえあれば、幾つでも安価に複製することができる。また、支持部材のサイズが中間層及び樹脂パターン層のサイズよりも大きいので、機械的強度を有する支持部材を把持することにより、樹脂スタンパを自動搬送及び自動位置決めすることができる。更に、柔軟性の高い中間層が弾性変形可能なため、被転写基板上の異物や突起の影響を軽減することができる。

また、本発明によれば、樹脂スタンパの樹脂パターン層のサイズが前記被転写基板のサイズよりも小さいので、クランプ機構で被転写基板を型締めしながら、樹脂スタンパで被転写基板に所定のＵＶナノインプリントを行うことが出来、プリント後には、クランプ機構で被転写基板を型締めしたままステージを下降させることにより、樹脂スタンパを被転写基板から自動的に剥離させることができる。その結果、従来の微細構造転写装置において屡々見られた硬質モールドの損傷や異物の発生などは皆無となる。

以下、図面を参照しながら本発明のナノプリント用樹脂スタンパ及び微細構造転写装置の好ましい実施態様について詳細に説明する。

図１Ａは、本発明のナノプリント用樹脂スタンパの平面図であり、図１Ｂは図１ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２は図１Ｂに示されたナノプリント用樹脂スタンパの構成を詳細に示す概要断面図である。本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１は、基本的に、光透過性材料からなる、機械的強度を有する板状の支持部材３と、その下面側に配設された光透過性材料からなる、柔軟性と弾力性を有する中間層５と、中間層５の下面側に配設された光透過性材料からなる、樹脂パターン層７から構成されている。

本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１は光転写方式の微細構造転写装置で使用されるため、支持部材３は光透過性材料から構成されていなければならない。例えば、ガラス、石英、サファイア、透明プラスチック（例えば、アクリル樹脂、硬質塩化ビニールなど）を使用できる。コスト面から、ガラス又はアクリル樹脂板が好ましい。機械による自動搬送及び自動位置決めを可能にするため、支持部材３は機械的強度を有しなければならない。従って、支持部材は０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みを有することが好ましい。支持部材３の厚さが０．５ｍｍ未満の場合、機械による自動搬送及び自動位置決めを可能にするための必要十分な強度を得ることが困難になる。一方、支持部材３の厚さが１０ｍｍ超の場合、必要十分な機械的強度が満たされ、不経済となるだけである。支持部材の形状は図示された矩形状に限定されない。被転写基板（図示されていない）の形状に対応した形状とすることもできる。例えば、被転写基板（図示されていない）が円盤状の場合、支持部材３の形状を円盤状とすることもできる。しかし、機械的なハンドリングの容易性を考慮すれば、支持部材３の形状は矩形であることが好ましい。

中間層５も光透過性材料から形成されていなければならない。また、中間層５は柔軟性と弾力性も有しなければならない。このような要件を満たすことができる材料は例えば、ポリウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴムなどである。ポリウレタンゴムが好ましい。中間層５に柔軟性と弾力性を有する材料を使用する理由は、スタンパ１と被転写基板（図示されていない）との間にパターン突起や異物が介在した場合であっても、中間層５が圧縮変形することによりパターン突起や異物に追従することができ、突起又は異物以外の領域のレジストベース膜厚を薄くできるばかりか、パターン突起自体も保護することができるからである。このような目的のため、中間層５の厚さは一般的に、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。中間層５の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、前記のような所期の効果を得ることが困難になる。一方、中間層５の厚さが１０ｍｍ超の場合、所期の効果が飽和し、不経済となるだけである。

樹脂パターン層７も光透過性材料から形成されていなければならない。しかし、中間層５と異なり、樹脂パターン層７は中間層５ほどの柔軟性と弾力性を有する必要はない。スタンパ１と被転写基板（図示されていない）との間にパターン突起や異物が介在した場合に、その突起や異物に応じて曲げ変形が可能な程度の柔軟性と弾力性を有すればよい。樹脂パターン層７の形成材料は例えば、ポリエステル樹脂又はアクリルゴムなどである。特に、紫外線（ＵＶ）硬化型ポリエステル樹脂は離型性に優れているので好ましい。樹脂パターン層７の厚さは一般的に、０．００１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内である。樹脂パターン層７の厚さが０．００１ｍｍ未満の場合、樹脂パターン形成時に塗布した樹脂量が不足し、パターン欠陥が発生しやすい。一方、樹脂パターン層７の厚さが０．２ｍｍ超の場合、曲げ剛性が大きくなりすぎて突起又は異物への追従性が悪化する。

中間層５及び樹脂パターン層７の平面形状は支持部材３の形状と同一でも、異なっていても良い。中間層５及び樹脂パターン層７は互いに概ね同じ平面（縦横）サイズを有することが好ましいが、所望により、樹脂パターン層７の平面（縦横）サイズよりも中間層５の平面（縦横）サイズを大きくすることもできる。一般的に、中間層５及び樹脂パターン層７の平面（縦横）サイズよりも支持部材３の平面（縦横）サイズの方が大きい。これはスタンパ１全体を機械的に保持又は把持する必要があるからである。

図２を参照する。図２は、図１Ｂに示されたナノプリント用樹脂スタンパ１の構成を詳細に示す概要断面図である。中間層５は接着層９により支持基板３に接着されており、樹脂パターン層７は平坦化膜１１を介して中間層５に接着されている。接着層９の材料としては、ＵＶ硬化型ポリエステル樹脂又はアクリルゴム系光学接着剤などを使用できる。ＵＶ硬化型ポリエステル樹脂が好ましい。接着層９の膜厚は特に限定されない。中間層５を支持基板３に接着させるのに必要十分な厚さであればよい。平坦化膜１１を使用するのは、中間層５の表面が粗面のため、直接樹脂パターン層７を接着させられないからである。平坦化膜１１の材料としては、アクリルゴム系光学接着剤（例えば、米国ＮＯＲＬＡＮＤ社から市販されているＮＯＡ６５）又はＵＶ硬化型ポリエステル樹脂などを使用できる。平坦化膜１１の面精度は約１μｍであり、基準面はλ／４である。平坦化膜１１の膜厚は中間層５の表面の凹凸を平坦化するのに必要十分な膜厚であればよい。従って、平坦化膜１１の膜厚は中間層５の粗面度に応じて変化する。樹脂パターン層７のパターン形成面には離型処理膜１３が被着されている。離型処理膜１３はスタンパ１と被転写基板（図示されていない）との離型性を高める効果がある。しかし、離型処理膜１３の使用は本発明の必須要件ではない。離型処理膜１３の形成材料は例えば、弗素系又はシリコーン系材料などである。離型処理膜１３の形成方法は例えば、噴霧、蒸着、浸漬、刷毛塗りなどである。離型処理膜１３の膜厚は例えば、浸漬処理の場合、数ｎｍ程度である。

図３は、支持基板３に中間層５を接着させ、かつ、中間層５の下面に平坦化膜１１を形成する処理方法の一例を示す概要図である。下部平面板１５の上面には位置決め板１７が配設されている。下部平面板１５の上面に平坦化膜１１の形成用樹脂１９を適量塗布し、かつ、中間層５の上面に接着層９の形成用樹脂２１を適量塗布し、支持部材３を保持した上部平面板２３を静かに下降させる。上部平面板２３を加圧して圧接させることもできるが、上部平面板２３の自重だけで接着・平坦化処理することもできる。圧力を解除した後、ＵＶ光を適当な時間露光して樹脂を硬化させ、接着層９及び平坦化膜１１を完成させる。完了後、離型処理する。

図４は、平坦化膜１１の下面に樹脂パターン層７を形成する処理方法の一例を示す概要図である。下部平面板１５の上面に原盤（マスター）２５を載置し、原盤２５の上面に位置決め板１７を配置する。原盤２５の上面に、樹脂パターン層７の形成用光硬化型樹脂２７を適量塗布する。光硬化型樹脂２７の塗布はディスペンス法やスピンコート法など任意の慣用方法で実施できる。ディスペンス法では、光硬化型樹脂２７が原盤２５の表面に滴下する。塗布後、接着層９と平坦化膜１１を有する支持部材３を保持した上部平面板２３を静かに下降させながら位置決めを行う。位置決めが済んだら、上部平面板２３に所定の圧力を加え、平坦化膜１１を原盤２５に圧接させる。滴下された光硬化型樹脂２７は平坦化膜１１が原盤２５に接触することで原盤２５及び平坦化膜１１の全面に渡って拡がる。
加圧すると、形成される樹脂パターン層７の厚さを薄くすることができる。加圧しながら、ＵＶ光を適当な時間露光して樹脂を硬化させ、原盤２５のパターンが転写された樹脂パターン層７を形成する。樹脂パターン層７と原盤２５との離型性が悪いため、この状態で離型させると樹脂パターン層７が破壊されてしまうことがある。そのため、水中で離型処理することが好ましい。なお、言うまでもなく、原盤２５の形成自体は本発明の構成には含まれない。原盤２５の形成は当業者に公知慣用の任意の方法により実施することができる。例えば、原盤２５は光リソグラフィー法、電子線を用いた露光技術、Ｘ線を用いた露光技術及びイオン線を用いた露光技術などにより作製することができる。

図５は、図４に示された処理により得られた本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１の部分拡大断面図である。原盤２５のパターンが凹パターンであれば、樹脂パターン層７は反対の凸パターンを有する。従って、原盤２５のパターンが凸パターンであれば、樹脂パターン層７は凹パターンとなる。この後、樹脂パターン層７の外表面に離型処理膜１３を成膜する。

図６は、本発明による微細構造転写装置の一例の概要構成図である。本発明による微細構造転写装置２７において、樹脂スタンパ１はスタンパ保持治具２９により着脱可能に保持されている。前記のように、樹脂スタンパ１は光透過性の剛性支持部材３を有するので、自動搬送が可能になるばかりか、この支持部材３によりスタンパ保持治具２９に着脱可能に保持させることができる。スタンパ保持治具２９の上部には露光装置３１が保持されている。露光装置３１は、紫外線照射板（例えば、サファイア板）３３と、照射レンズ３５と、紫外光導光手段（例えば、光ファイバ）３７とからなる。図示されていないが、スタンパ保持治具２９はＸＹＺ移動機構３９に結合されている。これにより、樹脂スタンパ１の自動位置決めが可能になる。

また、図６に示される本発明による微細構造転写装置２８において、ステージ４３の上面には、被転写基板４１を載置するための載置テーブル４５が配設されている。載置テーブル４５の上面にはクッション層４７が固着されている。載置テーブル４５は湾曲状の曲面を有する。この曲面状載置テーブル４５により、被転写基板４１を樹脂スタンパ１に圧接させる際、被転写基板４１の中央部から先に樹脂スタンパ１に密着されていくので、被転写基板４１と樹脂スタンパ１との界面に存在する空気が被転写基板４１の外周縁方向に向かって排除され、被転写基板４１と樹脂スタンパ１とを完全に密着させることが可能になる。その結果、ベース層の膜厚が均一に薄くなり最終製品の品質が飛躍的に向上される。また、従来の光転写方式の微細構造転写装置ではモールドと被転写基板との接触時に光硬化性樹脂内に空気の気泡が取り込まれパターンが劣化することを防ぐために、インプリント時には１０^−２Torr程度の真空雰囲気中で実施しなければならなかったが、曲面載置テーブル４５を使用することにより、樹脂内への気泡の取り込みは起こらず、真空雰囲気の使用は全く不要となった。載置テーブル４５の曲面の曲率は被転写基板のサイズにもよるが、一般的に、曲率半径が５ｍ〜２０ｍの範囲内であることが好ましい。載置テーブル４５の曲面の曲率がＲ２０ｍ以上では前記のような所期の効果が十分に得られない。一方、載置テーブル４５の曲面の曲率がＲ５ｍ未満では、全面を加圧するための荷重が大きくなりすぎて樹脂スタンパと被転写基板が損傷されてしまう可能性がある。

曲面状載置テーブル４５の形成材料は、石英、サファイア、ガラス、金属、プラスチック樹脂など任意の材料を使用できる。曲面状載置テーブル４５の形成材料の要件は、上部のクッション層４７よりも硬く、弾性率が大きいものであって、強度と所望の曲面加工が可能な材料であればよい。図示された実施態様では、曲面状載置テーブル４５の曲面は中央部が高く、外周縁に向かって低くなっているが、これに限定されることはない。例えば、曲面は、曲率が同じ同じ球面であってもよいし、微細パターンが転写される領域（以下「パターン転写領域」という）の外側部分での曲率よりも、パターン転写領域の曲率が大きくなった非球面（湾曲面）であってもよい。また、曲面状載置テーブル４５の最も高い位置は、パターン転写領域の中央部の１ヶ所に限定されるものではなく、例えば、パターン転写領域の中央部から外して設定してもよい。更に、曲面状載置テーブル４５の最も高い位置は、峰状に連なって冠状に閉領域を画成することもできる。

クッション層４７は、被転写基板４１に樹脂スタンパ１が加圧圧接される際に、テーブル４５の曲率に応じた圧力分布で被転写基板４１を加圧できる。クッション層４７の形成材料は例えば、シリコーンゴム、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂又はポリカーボネート樹脂などである。クッション層４７の厚さは一般的に、０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内である。クッション層４７の厚さが０．５ｍｍ未満の場合、圧力分布が急激に変化し、全面が加圧できない。一方、クッション層４７の厚さが２０ｍｍ超の場合、圧力分布の変化が小さくなり気泡除去の効果が得られない。言うまでもなく、クッション層４７の上面は、載置テーブル４５の曲面に沿う曲面となっている。

ステージ４３は金属（例えば、ステンレス、アルミニウム等）、セラミック又はプラスチック（例えば、シリコーンゴム）などから形成されている。ステージ４３は、昇降機構４９により上下に昇降することができる。昇降機構４９は例えば、ボールネジ５１をステッピングモータ５３でステッピング駆動させ、ロードセル５５で圧力（加重）を検出する方式のものを使用できる。言うまでもなく、その他の方式の昇降機構も使用できる。例えば、水圧式又は油圧式昇降機構なども使用できる。

被転写基板４１は、スタンパ１の樹脂パターン層７に形成された微細パターンが転写されるものである。被転写基板４１の材料としては、シリコン、ガラス、金属（例えば、アルミニウム等）、合成樹脂（例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等）などが使用できる。必要に応じて、被転写基板４１の表面には金属層、樹脂層又は酸化膜層などを予め形成しておくこともできる。被転写基板４１の形状は円形、楕円形、矩形、多角形などの任意の形状を採用できる。また、ドーナツ状のディスク基板も使用できる。

被転写基板４１の上面には、後記するナノインプリントパターン層７２（図７Ｂ参照）の形成材料となる光硬化型樹脂５７が塗布される。光硬化型樹脂５７の塗布方法としては、インクジェット法、ディスペンス法、スピンコート法などの方法を使用できる。光硬化型樹脂５７の塗布量を簡単に厳密に制御でき、しかも、樹脂パターン層７に合わせて必要な箇所だけに塗布できるインクジェット法が好ましい。インクジェット法はインクジェットプリンタを用いて行われる。被転写基板４１に光硬化型樹脂５７を塗布するタイミングは、曲面状載置テーブル４５への載置前又は載置後の何れの時点でもよい。光硬化型樹脂５７としては、樹脂材料に光増感剤を添加した組成物を使用できる。樹脂材料としては、例えば、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレンポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。また、光増感剤としては、例えば、過酸化物、アゾ化合物、ケトン類、ジアゾアミノベンゼン、金属系錯塩などが挙げられる。樹脂と光増感剤との配合割合は当業者が適宜決定できる。

本発明による微細構造転写装置２８における特徴は、曲面状載置テーブル４５に載置された被転写基板４１をホールドするためのクランプ機構６０を有することである。クランプ機構６０は、被転写基板４１が曲面状載置テーブル４５に載置された後、被転写基板４１の外周縁側から被転写基板４１をクランプして曲面状載置テーブル４５のクッション層４７に密着するように型締めする。クランプ機構６０は被転写基板４１をクランプするためのクランプ爪６２を有する。クランプ爪６２は被転写基板４１の外周縁寄りの上面に接触するように、半径方向内方に延びている。クランプアーム６４は軸６６で半径方向外方へ回転可能に軸支されている。これにより、クランプ爪６２を被転写基板４１の上面に係止させたり、解除させたりすることができる。図示された以外のクランプ機構も使用できる。従来技術では、スタンパ１と被転写基板４１とを圧接させ、光硬化処理を行うと、スタンパ１と被転写基板４１とが密着して、引き離しが極めて困難になる。ところが、本発明によれば、クランプ爪６２を被転写基板４１の上面に係止させ、被転写基板４１を型締めすることにより、光硬化処理完了後に、昇降機構４９によりステージ４３を下降させるだけで、スタンパ１と被転写基板４１とを簡単に引き離すことができる。その結果、従来の楔打ち込みによる剥離に比べて、スタンパ１の損傷発生や、異物の発生も完全に抑えられ、更に、ナノインプリントのスループットが飛躍的に向上する。

図７Ａは、本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１で被転写基板４１にナノインプリントパターンが形成されるまでの作業工程の概要説明図である。ステップ（ａ）において、所定の箇所に光硬化型樹脂が塗布された被転写基板４１をクランプ機構６０で型締めして、樹脂スタンパ１に向かって上昇させる。被転写基板４１への光硬化型樹脂の塗布は例えば、インクジェットプリンタを用いて実施することができる。その他、ディスペンス法やスピンコート法で光硬化型樹脂を塗布することもできる。ステップ（ｂ）において、樹脂スタンパ１と被転写基板４１とを加圧密着させる。図示されているように、樹脂パターン層７の寸法（Ｍ）は被転写基板４１の寸法（Ｓ）よりも小さくなければならない。これにより、クランプ機構６０で被転写基板４１をクランプし、かつ、樹脂スタンパ１を被転写基板４１に密着させることができる。また、これにより、樹脂スタンパ１と被転写基板４１とを自動剥離させることが可能となる。ステップ（ｃ）において、樹脂スタンパ１の上部からＵＶ光を露光し、光硬化型樹脂５７を硬化させる。ステップ（ｄ）において、硬化処理終了後、クランプ機構６０で被転写基板４１を型締めしたままの状態で下降させ、樹脂スタンパ１と引き離す。

図７Ｂは、本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１で被転写基板４１にナノインプリントパターンが形成されるまでの作業工程の概要説明図である。ステップ（e）において、クランプ機構６０を解除し、上面にナノインプリントパターンを有する被転写基板４１を回収する。被転写基板４１の表面から厚さＴ１のベース層７０と、厚さＴ２のナノインプリントパターン層７２が形成されている。本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１を使用すると、スタンパ１と被転写基板４１との間に異物や基板表面に突起が存在しても、ベース層７０の厚さＴ１を、従来の硬質モールドでナノインプリントする場合に比べて、極めて小さな値にすることができる。その結果、ベース層７０を除去するためのドライエッチング処理も軽くて済む。ステップ（ｆ）において、ステップ（e）で得られた被転写基板４１をエッチング装置内で酸素存在下でドライエッチング処理し、ベース層７０をエッチング処理して除き、最終製品のナノインプリント製品７４を得る。必要に応じて、ステップ（ｆ）の前に、リンス処理工程を配置し、未硬化の光硬化型樹脂を洗浄除去することもできる。

以下、実施例により本発明のナノプリント用樹脂スタンパ及び微細構造転写装置について具体的に例証する。本実施例では、図５に示すナノプリント用樹脂スタンパ１を使用し、図６に示す微細構造転写装置で、被転写基板４１へ樹脂パターン層７の微細パターンを転写する作業について説明する。

微細構造転写装置２８において、上下に可動するステンレス製のステージ４３上に、片面に曲面を有する載置テーブル４５が配置されている。載置テーブル４５は直径１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、曲面曲率Ｒ１０．３８ｍの光学ガラスから形成されていた。位置決めマーク付きの直径１００ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを介して縦横４０ｍｍ、厚さ８ｍｍのシリコーンゴムからなるクッション層４７を載置テーブル４５の曲面上に配設した。クッション層４７のシリコーンゴムは載置テーブル４５の光学ガラスよりも軟質のものを使用した。

樹脂スタンパ１は、縦横６２ｍｍ、厚さ１ｍｍの透明アクリル板からなる支持部材３、縦横４２ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリウレタンゴムからなる中間層５と、厚さ０．００１ｍｍ〜０．０１ｍｍの光硬化性ポリエチレン樹脂からなる樹脂パターン層７から構成されていた。支持部材３と中間層５との接着層９には、アクリルゴムを使用し、中間層５の平坦化層１１にはＮＯＡ６５（Norland社から市販されているＵＶ硬化型接着剤）を使用した。樹脂パターン層７のパターン面には弗素系離型剤のオプツールＤＳＸ（ダイキン工業（株）から市販されている）を塗布した。樹脂パターン層７には、幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍ、深さ１５０ｎｍの溝パターンが平行に形成されていた。樹脂スタンパ１をスタンパ保持治具２９に固定した。

被転写基板４１には直径５０ｍｍのシリコン基板を使用した。被転写基板４１の上面に市販のインクジェットプリンタで、樹脂パターン層７のパターンに対応させて、粘度４ｃＰ（４ｍＰａｓ）に調合された光硬化性アクリレート樹脂５７をインクジェット塗布した。塗布率は３７．５％、駆動電圧は１３．３Ｖであった。この被転写基板４１を載置テーブル４５のクッション層４７上に載置し、クランプ機構６０で型締めした。その後、スタンパ保持治具２９をＸＹＺ移動機構３９で微調整することにより樹脂スタンパ１を位置決めした。

ステージ４３を樹脂スタンパ１に向かって上昇させ、被転写基板４１と樹脂スタンパ１とを推力０．１５ｋＮｘ３の圧力で圧接させた。その後、露光装置３１からＵＶ光を照射し、光透過性の樹脂スタンパ１を通して被転写基板４１上の光硬化性アクリレート樹脂５７を硬化させた。露光時間は２４０秒間であった。前記樹脂が硬化した後、ステージ４３を下降させた。被転写基板４１がクランプ機構６０でステージ４３に型締めされているので、ステージ４３の下降により、被転写基板４１は樹脂スタンパ１から自動的に剥離された。被転写基板４１の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍ、深さ１５０ｎｍのナノインプリントパターン層７２が平行に形成されていた。ベース層７０の平均膜厚は１．３ｎｍであった。このナノインプリントパターン層７２は原盤２５の突起パターンと同一であった。

以上、本発明の樹脂スタンパ及び微細構造転写装置についてＵＶナノインプリントを中心にして説明してきたが、本発明の樹脂スタンパ及び微細構造転写装置はＵＶナノインプリントに限定されることなく、所望により、熱ナノインプリント又はソフトリソグラフィーにも使用することができる。熱ナノインプリント又はソフトリソグラフィーに使用する場合には、それぞれ必要な変更を施すことができる。このような変更（例えば、加熱冷却手段の配設等）は当業者に公知である。

本発明の樹脂スタンパ及び微細構造転写装置は大容量メディアディスク（磁気及び光の両方）、半導体、超高密度プリント配線基板などの製作に使用できるばかりか、バイオセンサー、ＤＮＡチップ、マイクロ流路デバイス、ＦＥＤ／ＳＥＤ、有機ＥＬ、高機能光学部材、ナノレンズアレイ、光集積回路、光デバイス、光配線及び有機半導体などの製作にも使用することができる。

本発明のナノプリント用樹脂スタンパの平面図である。 図１ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１Ｂに示されたナノプリント用樹脂スタンパの構成を詳細に示す概要断面図である。 支持基板３に中間層５を接着させ、かつ、中間層５の下面に平坦化膜１１を形成する処理方法の一例を示す概要図である。 平坦化膜１１の下面に樹脂パターン層７を形成する処理方法の一例を示す概要図である。 図４に示された処理により得られた本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１の部分拡大断面図である。 本発明による微細構造転写装置の一例の概要構成図である。 本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１で被転写基板４１にナノインプリントパターンが形成されるまでの作業工程の概要説明図である。 本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１で被転写基板４１にナノインプリントパターンが形成されるまでの作業工程の概要説明図である。

符号の説明

１ 本発明の樹脂スタンパ
３ 支持部材
５ 中間層
７ 樹脂パターン層
９ 接着層
１１ 平坦化膜
１３ 離型処理膜
１５ 下部平面板
１７ 位置決め板
１９ 平坦化膜形成用樹脂
２１ 接着層形成用樹脂
２３ 上部平面板
２５ 原盤
２７ 光硬化型樹脂
２８ 微細構造転写装置
２９ スタンパ保持治具
３１ 露光装置
３３ 紫外線照射板
３５ 照射レンズ
３７ 紫外光導光手段
３９ ＸＹＺ移動機構
４１ 被転写基板
４３ ステージ
４５ 載置テーブル
４７ クッション層
４９ 昇降機構
５１ ボールネジ
５３ ステッピングモータ
５５ ロードセル
５７ 光硬化型樹脂
６０ クランプ機構
６２ クランプ爪
６４ クランプアーム
６６ 軸
７０ ベース層
７２ ナノインプリントパターン層

Claims (5)

1. ＵＶナノインプリントに使用される樹脂スタンパであって、光透過性材料からなり、機械的強度を有する支持部材と、光透過性材料からなる中間層と、光透過性材料からなる樹脂パターン層とからなり、
   前記支持部材のサイズが前記中間層及び樹脂パターン層のサイズよりも大きく、
   前記中間層が前記樹脂パターン層よりも柔軟性が高く、
   前記樹脂パターン層の表面には原盤の凹凸パターンと反対の凹凸パターンが形成されていることを特徴する樹脂スタンパ。
2. 前記中間層と樹脂パターン層との界面に光透過性材料からなる平坦化膜が更に存在することを特徴する請求項１記載の樹脂スタンパ。
3. 前記樹脂パターン層の表面に光透過性材料からなる離型処理膜が更に存在することを特徴する請求項１記載の樹脂スタンパ。
4. 前記支持部材はガラス、石英、サファイア及び透明プラスチックからなる群から選択される材料からなり、前記中間層はポリウレタンゴムシート、シリコンゴムシート及びアクリルゴムシートからなる群から選択される材料からなり、前記樹脂パターン層はＵＶ硬化型ポリエステル及びアクリルゴムからなる群から選択される材料からなる請求項１記載の樹脂スタンパ。
5. モールドとして請求項１記載の樹脂スタンパを使用する微細構造転写装置であって、
   昇降機構に支持されたステージと、該ステージ上に配設された表面が曲面状の載置テーブルとを有し、
   前記載置テーブルは、その表面上に配設され、該載置テーブルの曲面に従うクッション層を有し、
   前記載置テーブルのクッション層上に載置される被転写基板を載置テーブルに型締めするためクランプ機構を有し、
   前記樹脂スタンパの樹脂パターン層のサイズが前記被転写基板のサイズよりも小さいことを特徴とする微細構造転写装置。

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