JP2009248503A

JP2009248503A - 微細構造転写装置

Info

Publication number: JP2009248503A
Application number: JP2008101341A
Authority: JP
Inventors: Eisaku Ninomiya; 栄作二ノ宮; Kyoichi Mori; 恭一森; Noritake Shizawa; 礼健志澤; Takeshi Tsushima; 豪志都島
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP5193662B2

Abstract

【課題】本発明は、パターン形成において、高精度なパターニングを行う微細構造転写装置を提供することである。
【解決手段】本発明は、微細パターンが形成されたスタンパを被転写体に接触させ、被転写体に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、被転写体における微細パターンの転写領域で、前記の気泡を外部に導くような弾性力分布を持たせる機構とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細構造転写装置に関し、特に、ＵＶナノインプリント、熱ナノインプリント、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、ＬＥＤ基板等の製作に使用し、スタンパの微細な凹凸形状を転写する微細構造転写装置および微細構造転写方法に関する。

従来のパターンの形成技術として、所定のスタンパを型押ししてその表面形状を転写するインプリント技術が知られている。このインプリント技術は、形成しようとするパターンの凹凸に対応する凹凸（表面形状）が形成されたスタンパを、例えば所定の基板上に樹脂層を形成して得られる被転写体に型押しするものであり、凹凸幅が２５ｎｍ以下の微細構造を被転写体の樹脂層に形成することができる。ちなみに、このようなパターンが形成された樹脂層（以下、「パターン形成層」ということがある）は、基板上に形成される薄膜層と、この薄膜層上に形成される凸部からなるパターン層とで構成されている。そして、このインプリント技術は、大容量記録媒体における記録ビットのパターンの形成、半導体集積回路のパターンの形成やＬＥＤ基板等のパターン形成への応用が検討されている。例えば、大容量記録媒体用基板、半導体集積回路用基板やＬＥＤ基板等は、インプリント技術で形成したパターン形成層の凸部をマスクとして、パターン形成層の凹部で露出する薄膜層を製造することができる。薄膜層を所定の精度に維持しようとすれば、基板上に形成する薄膜層の厚さが均一である必要がある。つまり、このような均一な薄膜層を形成しようとすれば、基板上に形成される樹脂層は面方向にその厚さが薄く均一である必要がある。

しかし、この転写装置では、パターン転写領域が大きくなると一回の加圧で、均一な厚さのパターン形成層（薄膜層）を形成することが困難となる。また、この薄膜層に残留している気泡が存在すると、この気泡が要因となり、均一な薄膜層を形成することが困難である。さらに、スタンパと被転写基板との間に気泡が入り込み、高精度なパターン形成も困難になってしまう問題がある。

従来では、被転写基板は、曲面を持ったプレート上に設けられた緩衝層上にある。スタンパによる転写の際、プレートの曲面に基づき緩衝層が中心から順次周囲に向かってひずみ量が変化し、それに伴い被転写体に転写領域に生じる圧力の変化により上記問題を解決するものである。前記方法では曲面を持ったプレート上に被転写体があるため、前記曲面上にある被転写体の安定性は平面に比べ悪く、パターニングの際のズレが考えられる。
特開２００８−１２８４４号

従って本発明の目的は、パターン形成において、高精度なパターニングを行う微細構造転写装置を提供することである。

本発明の他の目的は、薄膜層中に発生した気泡叉はスタンパと被転写基板との間に気泡が入り込んでいる気泡を効率的に除去でき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本発明は、スタンパに形成されたパターンを被転写体に押付けて、前記被転写体に接触するパターン形成材料を介して前記被転写体の表面に前記パターンを転写する微細構造転写装置において、前記スタンパを保持するスタンパ保持部と、前記被転写体を保持する保持ステージと、前記スタンパ保持部と前記ステージの間に設けられ、転写時に前記被転写体表面に圧力分布を発生する弾性体を有する。

本発明の微細構造転写装置によれば、スタンパで被転写体に転写する力でスタンパと被転写体との間にパターン層形成材料を充分に押し広げることができるとともに、被転写体に均一な厚さのパターン形成層を形成することができる。また、パターン形成層内の気泡を除去できる微細構造転写装置を実現することができる。

又、本発明の微細構造転写装置によれば、平坦な面の上に被転写体があるため、スタンパと被転写体との間でパターンズレが無く高精度なパターン形成をすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の微細構造転写装置の実施形態ついて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す微細構造転写装置の概要構成図である。図１に示す微細構造転写装置において、スタンパ１はスタンパ保持治具２により着脱可能に保持されている。前記スタンパ保持具２は昇降機構３に結合されている。そして、ステージ４側のプレート５上には平板上の弾性体６があり、その上に被転写体７が配置されている。被転写体７のスタンパ１側の面には、パターン形成層９（図２）を形成するパターン形成材料９が塗布されるとともに、スタンパ１の被転写体７側の面には、凹凸形状からなる微細パターンが形成されている。ちなみに、昇降機構３がスタンパ保持具２を下降させることによって、被転写体７に向かってスタンパ１が押し当てられるようになっている。

ステージ４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４はＸＹ移動機構８により、２次元方向への移動ができる。また、プレート５は、光学ガラス、金属、樹脂等が使用可能であり、強度がある材料であればよい。

本発明では、この弾性体６によって被転写体７の転写領域（スタンパ１と被転写体との間）に圧力分布を持たせるようになっている。まず、全体的な動作を説明し、その後、本実施例における弾性体６による圧力形成の原理を図３を用いて説明する。

まず動作を説明する。本実施例による微細構造転写装置において、ステージ４は、ＸＹ移動機構8によって位置決めされる。その後、スタンパ１は、昇降機構3によって被転写体７に押し付けられる。この時、に、被転写体７上には、パターン形成材料内９が塗布されているので、スタンパ１と被転写体７の間で押し広げられると共に、スタンパ１に形成された転写パターンが転写され、パターン形成層１０が形成される。パターン形成層９、被転写体7の面上に形成される薄膜層９１と薄膜層上に凸状に刑されるパターン層９２からなる。

被転写体７にパターンを最終的に形成するには、例えば、パターン形成層の凸部をマスクとして、パターン形成層９の凹部で露出する薄膜層９１、およびこの薄膜層部分に接する被転写体７をエッチングすることで製造することができる。
この場合、被転写体７へのエッチング加工の精度は、薄膜層の面方向における厚さの分布の影響を受ける。従って、パターン形成層９が所望の均等厚になるようにすることが重要である。

また、パターン形成時に薄膜層中叉スタンパと被転写基板との間に気泡ができる場場合がある。その場合は、その気泡を効率的に除去する必要がある。

そのために、本実施例では、弾性体６によって、パターン形成時に、スタンパ１と被転写体との間で、弾性体の中心から周囲に向かって、中心の圧力が最も高く外側にいくに従って圧力が低くなるようにする。図３において、弾性体６は、平板構造で中心に周囲に向かって幾つかの領域に分けディスクリート状に、中心の領域に最も硬い（弾性係数の高い）素材で構成し、徐々に周囲の領域に向かって軟らかい（弾性係数の低い）素材で構成する。この結果、被転写体７が弾性係数の一定の材料で構成されているスタンパ１からの押圧を受けると、弾性係数に比例した反発力が発生し、被転写体７の表面の圧力分布は図３の下図のようなり、それに伴いパターン形成層内の圧力分布も図３の下図の形状となる。即ち、中心から外側にいく程圧力の低い圧力分布が形成される。

言い換えれば、被転写体７の中央部で圧力が最大となり、周囲に向かうほど圧力が徐々に小さくなって、被転写体７の外周端部で圧力が最小となる。つまり、被転写体７には、圧力等高線が形成されることとなる。この場合の圧力等高線は、弾性係数層が上から見て円形に形成すれば円状になるし、丸みの持った四角形に形成すれば丸の持った四角形状になる。
この圧力等高線は、スタンパ１の押付け圧が徐々に高まるにつれ、圧力勾配が大きくなる。即ち、スタンパ１の押付け圧１の時間的に変化に伴って、圧力分布も変化する。

その結果、パターン形成材料９は、前記圧力勾配によって、外側に押し広げられ、所望の均一膜の薄膜層９１を得ることができる。更に、パターン層も同一の原理で余分なパテーン形成材料９が外側においやられるので、パターン層９２も均一化も図ることができる。この効果は、圧力勾配が大きいほど顕著である。

また、パターン形成時に薄膜層中叉スタンパと被転写基板との間に気泡が発生しても、その気泡は前記圧力勾配によって、圧力の低い方に、即ち外側に追いやれるので効率的に除去することができる。

更に、弾力体６は平板構造になっており、被転写体７は、弾力体６のとの間に隙間を形成することなく、プレート５に安定して接触しているので、パターンずれを起すことなく、構成度のパターン転写を実施することができる。

次に、第２の実施例を図４を用いて説明する。図４に示す弾性体６は、二つの異なった弾性係数の持つ材料で連続的に構成されている。即ち、中心に弾性係数の高い材料Aを厚く配分し、外側に行くほど弾性係数の低い材料Gで形成する。図４では、二つの弾性係数の材料の厚さを直線的に変化させているが、曲線的に変化させてもよい。
また、図５に示すように弾性係数の高い材料Aの部分を弾性体６よりも弾性係数の高いプレート５で兼用させてもよい。

これによって、実施例２においても、実施例１と同様に圧力勾配分布を得ることができるので、実施例１と同様な効果を奏することができる。本実施例では、２つの異なるもので構成したが３つ以上の異なる材料で構成してもよい。

更に、第３の実施例を図６を用いて説明する。図６における弾性体６は、実施例１では中心から周囲に向かって弾性係数を変化させたのに対し、弾性体６の端部から反対側の端部に向かって弾性係数を連続的に変化させて構成したものである。この結果、本実施例では、弾性体６の端部から反対側の端部にかけて圧力勾配が発生し、スタンパ１の押付け圧の変化に伴って、時間に依存して変化する。即ち、被転写体７の端部で圧力が最大となり、反対側の端部に向かうほど圧力が徐々に小さくなって、圧力が最小となる。つまり、被転写体７には、圧力等高線が形成されることとなる。また、上記同様スタンパ１が被転写体７に接触することによってパターン形成材料はスタンパ１と被転写体７との間に押し広げられる。

図６は、弾性体６の弾性係数を実施例１と同様にディスクリート状に変化させたが、図７に示すように実施例２と同様に連続的に変化させてもよい。

これによって、実施例３においても、実施例１と同様に圧力勾配を得ることができるので、実施例１と同様な効果を奏することができる。

第４の実施例は、微細構造転写装置における転写対象である被転写体７の中心に空洞がある場合の弾性体６の実施例を示す。
図８は、図３と同様に弾性体６のその中心を通る断面図を示している。本実施例では、弾性体６は図８に示すように、被転写体７に合せてその中心に空洞を設ける。また、弾性体６は、中心空洞（内周側）と被転写体７の外周側との間の位置aに最も弾性係数の高い材料Aで形成し、外周側及び空洞側にいくほど弾性係数の低い材料で形成し、外周側及び空洞側では最も弾性係数の低い材料Zで形成する。

本実施例では、スタンパ１による転写時に、弾性係数が高いほど被転写体７は弾性体６から反力を受けるので、外周側及び空洞側に向かって徐々に圧力が低くなる勾配を持つ圧力分布が形成される。その圧力分布の形状は、スタンパ１の押付け圧の時間変化のと共に、圧力勾配が大きくなり、外周側と内周側にかけて圧力分布が時間に依存して変化する。その結果、被転写体７には、圧力等高線が形成されることとなる。

その結果、スタンパ１が被転写体７に接触することによってパターン形成材料はスタンパ１と被転写体７との間に押し広げられ、高精度なパターン形成を行うことができる。また、パターン形成時に薄膜層中叉スタンパと被転写基板との間に気泡が発生しても、その気泡は前記圧力勾配によって、圧力の低い方に、即ち外周側叉は内周側に追いやれるので効率的に除去することができる。

本実施例では、外周側及び内周側に対するパターン形成材料の押し広げ効果が叉は気泡に除去が効果が粗同じであるとして、点aの位置を粗中心に配置し左右対称的に弾性材料を配置したが、空洞部における構造などのより内側の方がこれらの効果が小さい場合には、弾性係数が最も高い位置、夫々の弾性材料の幅の変化叉は左右対称でない弾性材料の配置等の調整することもよい。

図９に、図８に関連した第５の実施例であるに示す。図９では、実施例２に示すように弾性材料をディスクリート状に変化させるのではなく、複数の異なった材料により連続的に点aの位置が最も弾性係数が高く、外周側及び内周側に向かって低くなるように形成し、前記実施例と同様な効果をもたらす実施例である。

図１０は、今までに実施例とは異なり、弾性体６をスタンパ保持治具２とスタンパ１の間に配置した第６の実施例を示す。図１０における弾性体６の構造は実施例１と同様に、平板構造で中心に周囲に向かって幾つかの領域に分けディスクリート状に、中心の領域に最も硬い素材（弾性係数の高い）で構成し、徐々に周囲の領域に向かって軟らかいもの（弾性係数の低い）へ素材で構成する。

その状態で、昇降機構３によりスタンパ保持治具２を押し下げると、弾性体６には中心の弾性係数の高いところには大きな反力が発生し、周囲の弾性係数の低いところは小さな反力が発生し、その結果、弾性体６には、その中心から周囲に向かって圧力勾配を持つ圧力分布が生じる。弾性体６の圧力分布がスタンパ１に伝えられ、最終的には、パターン形成材料９によるパターン形成時には、パターン材料及び被転写体７に同様な圧力分布が形成される。弾性体６はスタンパ１よりも軟質の材料が望ましい。

その結果、実施例６においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。実施例６においても、微細構造転写装置の構造等によって、弾性体６の構成を実施例２から実施例５に用いたものを採用することができる。

また、以上の実施例では、スタンパ１をステージ４に向かって下降させ被転写体７にパターニングを実施したが、ステージ４をスタンパ１に向かって上昇させた微細構造転写装置においても同様である。

以上説明したように、本発明によれば、パターン形成において、高精度なパターニングを行う微細構造転写装置を提供することができる。或いは、本発明によれば、薄膜層中に発生した気泡叉はスタンパと被転写基板との間に入り込んでいる気泡を効率的に除去できる微細構造転写装置を提供することができる。

本発明による微細構造転写装置の一例の概要構成図。弾性体６中の気泡が除去される原理を説明するための概要説明図。硬い素材のものから軟らかいものへ素材を代えて並べ、圧力分布を持たせた弾性体６の概要断面図。二つの異なる弾性係数の材料により圧力分布を連続的に持たせた弾性体６の概要図。一つの弾性係数を持つ材料で図２のような圧力分布を持たせた弾性体６の概要図。硬い素材のものから軟らかいものへ素材を端部から連続的に並べ、圧力分布を持たせた弾性体６の概要断面図。一つの弾性係数を持つ材料で図６のような圧力分布を持たせた弾性体６の概要図。硬い素材のものから軟らかいものへ素材を円周上いずれかの位置から外周側と内周側に連続的に並べ、圧力分布を持たせた弾性体６の概要断面図。一つの弾性係数を持つ材料で図８のような圧力分布を持たせた弾性体６の概要図。本発明による微細構造転写装置の他の例の概要構成図。

符号の説明

１スタンパ
２スタンパ保持具
３昇降機構
４ステージ
５プレート
６弾性体
７被転写体
８ＸＹ移動機構
９パターン形成層
91 パターン薄膜層
92 パターン層
10 パターン形成材料
A〜Z 弾性係数の異なる材料。

Claims

スタンパに形成されたパターンを被転写体に押付けて、前記被転写体の表面に前記パターンを転写する微細構造転写装置において、
前記スタンパを保持するスタンパ保持部と、前記被転写体を保持する保持ステージと、前記スタンパ保持部と前記ステージの間に設けられ、転写時に前記被転写体表面に圧力分布を発生する弾性体を有すること特徴と微細構造転写装置。
前記弾性体は、複数の異なった弾性係数を持つ材料により構成されることを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写装置
前記弾性体は、前記被転写体と前記保持ステージの間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、前記スタンパと前記スタンパ保持部ステージの間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、前記被転写体の端面に向けて圧力が低下するように前記複数の異なった弾性係数を持つ材料で構成されることを特徴とする請求項２に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、平板であることを特徴とする請求項２に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、前記複数の異なった弾性係数を持つ材料により前記被転写体の端面に向けて圧力が低下するように厚さ分布を持つことを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、前記複数の異なった弾性係数を持つ材料を前記被転写体の端面に向けて圧力が低下するように連続的に変化させた構成を特徴とする請求項２に記載の微細構造転写装置。
前記弾性体は、前記複数の異なった弾性係数を持つ材料を前記被転写体の端面に向けて圧力が低下するようにディスクリート状に変化させた構成を特徴とする請求項２に記載の微細構造転写装置。