JP2010036514A - ナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置 - Google Patents

ナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置 Download PDF

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Abstract

【課題】被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起(異物)の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる新規な構造を有するナノインプリント用スタンパを提供する。
【解決手段】ナノインプリント用スタンパ1であって、光透過性硬質基板7と、光透過性弾性体プレート9と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース11と、光透過性スタンパ緩衝層13と、光透過性スタンプパターン層15とから構成されており、前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパ。
【選択図】図1

Description

本発明はナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置(ナノインプリント装置)に関する。更に詳細には、本発明は、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反りと表面突起の双方に同時に追従することができるナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置(ナノインプリント装置)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。

光転写方式のナノ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、ナノ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。

光転写方式のナノ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。

均一で欠陥の無い転写を実現するためには、スタンパ表面に形成されている微細構造を、被転写基板表面に密着させる必要がある。しかし、被転写基板自体に反りがあったり、又は硬質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、硬質モールドと被転写基板との間に隙間が発生し、密着性が阻害されることがある。その結果、光硬化型樹脂に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ず、しかも、突起や異物が存在する箇所以外は、重合体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。また、原型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、スタンパを複数回使用してプリントコストを安価に抑えることもできるし、あるいは1回ないし数回程度使用するだけでスタンパを廃棄することもできる。

図13は前記特許文献1に提案されている重合体スタンプの一例を使用したナノインスタンパによるインプリント処理の概要説明図である。図10において、符号100は従来技術によるハードバックアップ型スタンパを示す。バックアッププレート102の材質は肉厚の透明ガラスである。パターン層104を表面に有する透明な重合体スタンプ106は透明な多層構造弾性体層108を介して透明なスタンパベース110に保持されている。被転写基板112は基板載置台114の上面に載置されている。説明の目的のために、被転写基板112の反り及び基板表面の突起116は誇張されている。

重合体スタンプ106は例えば、厚さが0.5〜5μmで、ヤング率が2〜3GPaの透明なポリエステル系樹脂などから形成されている。スタンパベース110は厚さが2mm程度の透明なガラス又はプラスチックである。多層構造弾性体層108は例えば、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、アクリルゴムなどから形成されており、積層数は一般的に、4層〜6層程度である。この多層構造弾性体からなる多層構造弾性体層108の存在により基板112の反りや突起又は基板表面に侵入する異物116に対して重合体スタンプ106を追従させるようにしていた。

しかし、スタンパ100を弾性体構造として、基板112の反りや突起・異物116に追従させる場合、例えば、波長の短い突起・異物116に追従させるため柔らかくすると波長の長い“うねり”が発生して基板の反りへの追従性が低下し、一方、基板の反りへの追従性を高めると異物・突起への追従性が低下するなど、形状の波長が大きく異なる反りと突起・異物の双方に同時に対応することが困難であった。
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、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起(異物を含む)の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる新規な構造を有するナノインプリント用スタンパを提供することである。

本発明の別の目的は前記ナノインプリント用スタンパを有する微細構造転写装置(ナノインプリント装置)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、ナノインプリント用スタンパであって、光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートと、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とから構成されており、前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパである。

この発明によれば、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと光透過性硬質基板との間に光透過性弾性体プレートが介在するので、基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形し、スタンパ全体が一体的に基板の反りに対応することができる。一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従することができる。斯くして、本発明のナノインプリント用スタンパは、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起・異物の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる。

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、前記光透過性硬質基板はガラス板、石英板及びプラスチック板からなる群から選択される材料からなり、前記光透過性弾性体プレートはウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースはガラス、石英、サファイア、アクリル樹脂及び硬質塩化ビニールからなる群から選択される材料からなり、厚さが0.1mm〜1.0mmの範囲内であり、前記光透過性スタンパ緩衝層はアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、厚さは10μm〜150μmの範囲内であり、ヤング率は1MPa〜100MPaの範囲内であり、前記光透過性スタンプパターン層は前記光透過性スタンプパターン層は、ポリエステル系樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される材料からなり、ヤング率は1GPa〜5GPaの範囲内であり、厚さは0.1μm〜10μmの範囲内であることを特徴とする請求項1記載のナノインプリント用スタンパである。

この発明によれば、本発明のナノインプリント用スタンパを構成するための好ましい材料、厚さ及びヤング率などが特定される。

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、前記光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第1の部材と、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第2の部材とに分離可能に構成され、前記第2の部材は前記第1の部材に対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求項1記載のナノインプリント用スタンパである。

この発明によれば、スタンパを、光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第1の部材と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第2の部材との2つの構成部材に分け、第2の部材を前記第1の部材に対して着脱可能に設けるので、転写作業において異なるスタンプパターン層が必要になったときに、所望のスタンプパターン層を有する別の第2の部材に簡単に交換することができ、作業性が飛躍的に向上する。また、第1の部材を共用できるので、スタンパ全体のコストも安価に抑えることができる。

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、真空吸着手段により前記第2の部材を前記前記第1の部材に対して着脱可能に設けることを特徴とする請求項3記載のナノインプリント用スタンパである。

この発明によれば、第2の部材を真空吸着により第1の部材に対して着脱可能にしているので、第2の部材の交換作業が極めて容易に実施できる。

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1〜4の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用する微細構造転写装置である。

この発明によれば、モールドとして請求項1〜4の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用することにより、基板の反りと基板表面の突起・異物の双方に対してそれぞれ同時に申し分のない追従性を発揮する微細構造転写装置が得られる。

本発明のナノインプリント用スタンパは、基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応し、一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従する。このように、被転写基板の反りと基板表面に存在する突起や異物に対する追従性を分離したことにより、それぞれ独立して機械的条件を設定することができる。その結果、これらの条件を最適化することにより、基板の反りと突起・異物の双方に対して均一な転写を行うことが可能になった。
また、本発明のナノインプリント用スタンパはスタンパ緩衝層も薄いので、従来の多層構造弾性体を使用するナノインプリント用スタンパに比べて、緩衝層内での平面方向変形が小さく抑えられる。その結果、スタンパ押し付け時のスタンプパターン層の微細構造の位置ずれや寸法変形が少なく、転写の高精度化が図れるばりか、スタンプパターン層の微細構造の寿命も長くなる。

図1は本発明のナノインプリント用スタンパの一実施態様の概要断面図である。本発明のナノインプリント用スタンパ1は基本的に、光透過性の硬質基板7と、光透過性の弾性体プレート9と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース11と、光透過性スタンパ緩衝層13と、光透過性スタンプパターン層15とから構成されている。光透過性の硬質基板7と光透過性の弾性体プレート9はいわゆるバックアッププレートである。図1に示された実施態様では、光透過性の硬質基板7、光透過性の弾性体プレート9、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース11、光透過性スタンパ緩衝層13及び光透過性スタンプパターン層15はそれぞれ一体構造体として構成されている。

本発明のナノインプリント用スタンパ1の特徴は、被転写基板(図示されていない)の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応し、一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従する。このように、基板の反りと突起・異物に対する追従性機構を分離することにより、それぞれ独立して機械的条件を設定できるために、この最適化により被転写基板の反りと基板表面の突起・異物との双方に対して同時に対応して、均一な転写を行うことが可能になることである。

ナノインプリントの種類に応じてスタンプパターン層15を変更する必要がある。そのため、図2に示される本発明の別の実施態様では、ナノインプリント用スタンパ1Aは、光透過性の硬質基板7と光透過性の弾性体プレート9とからなる第1の部材3と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース11と光透過性スタンパ緩衝層13及び光透過性スタンプパターン層15とからなる第2の部材5との2つの構成部材に分離できるように構成されている。この実施態様では、第2の部材5を第1の部材3に真空吸着させることにより、第2の部材5を交換可能にしている。この目的を達成するため、弾性体プレート9の下面側には第2の部材5を真空吸着するための吸着手段17が配設されており、この吸着手段11は適当な排気管19に連通している。図示されていないが、排気管19の端部は適当な排気手段(例えば、真空ポンプ)などに接続されている。

図3は、第2の部材5を第1の部材3に真空吸着させることにより結合させた状態の概要断面図である。真空吸着を中止することにより、必要に応じて何時でも第2の部材5と第1の部材3とを、図2に示されるように簡単に分離させることができる。このように、本発明のナノインプリント用スタンパ1においては、必要に応じて極めて容易に第2の部材5を交換することができ、結果的にスタンプパターン層15を簡単に変更することができる。すなわち、スタンプパターン層15の異なる多種類の第2の部材5を予め製作しておくことにより、その時々の要求に簡単に応じることができる。また、スタンプパターン層15が摩耗してしまったら新品へ容易に交換することもできる。第1の部材3自体は共用できるので、少なくとも1個だけ有れば良く、その結果、スタンパ全体のコストは安価に抑えられる。

吸着手段17は例えば、円環状の溝などであることができる。この場合、円環の内径は光透過性スタンプパターン層15の外径よりも大きいことが好ましい。円環の内径が光透過性スタンプパターン層15の外径よりも小さいと、第1の部材3で第2の部材5を押圧したときに、光透過性スタンプパターン層15の外周縁寄り部分が不整変形する可能性がある。また、円環状の吸着手段17の内径が光透過性スタンプパターン層15の外径よりも大きいと、上部からの露光紫外線が円環状の吸着手段17により干渉や散乱などを受け難く、レジスト硬化に悪影響が出ないという利点もある。

別法として、吸着手段17は渦巻き状の溝であることもできる。この場合、上部からの露光紫外線が渦巻き状の吸着手段17により干渉や散乱などを受けることも多少はあるが、渦巻き状の溝の場合、吸着面積を大きくとることができるばかりか、吸着力を均等に分散させることができ、第2の部材のスタンパベースに局部的な不整変形を生じさせること無く、第2の部材を真空吸着することができる。渦巻き状の溝の外径は光透過性スタンプパターン層15の外径よりも大きいことが好ましい。言うまでもなく、その他の形状(例えば、皿状)の吸着手段も使用できる。

光透過性硬質基板7は厚さが10mm〜30mm程度の比較的厚い透明なガラス板、石英板又はプラスチック板(例えば、アクリル樹脂板、硬質塩化ビニール板など)である。光透過性硬質基板7は厚さが10mm未満では機械的強度が不十分となり、上部からスタンパ1又は1Aを押圧したときに破損などの予期せぬ事故が起こりかねない。一方、光透過性硬質基板7の厚さが30mm超の場合、必要十分な機械的強度が得られる反面、光透過率が低下し好ましくない。

弾性体プレート9は厚さが3mm〜15mm程度の比較的厚い透明なゴム部材である。本発明のナノインプリント用スタンパ1において使用可能な透明なゴム部材は、例えば、ウレタンゴム又はシリコンゴムなどである。弾性体プレート9の厚さが3mm未満の場合、スタンパベース11を変形させることができない。一方、弾性体プレート9の厚さが15mm超の場合、横方向のズレが大きくなり転写ズレを起こす恐れがある。

光透過性硬質基板7と弾性体プレート9とは接着剤で一体化させることもできるし、あるいは真空吸着などにより一体化させることもできる。接着剤としては、アクリルゴム系光学接着剤又はUV硬化型ポリエステル樹脂などを使用できる。これらは何れも光透過性である。別法として、弾性体プレート9を光透過性硬質基板7に機械的に挟み込んで一体化させることもできる。例えば、弾性体プレート9と光透過性硬質基板7の外周をリング形状の押さえを使用して固定することができる。真空吸着と機械的固定手段とを併用することもできる。

スタンパベース11は、被転写基板に反りが有る場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ1が、被転写基板の反りに追従できるようにするため使用されている。従って、スタンパベース11は可撓性を有する硬質の薄板で、光透過性材料から形成されている。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。光透過性とコスト面からガラス板が好ましい。スタンパベース11が薄いほど変形が容易となり、被転写基板の反りへの追従が容易かつ確実になる。スタンパベース11の厚さは0.1mm〜1.0mmの範囲内である。スタンパベース11の厚さが0.1mm未満の場合、可撓性が高く追従変形機能は十分であるが、薄すぎて取り扱いが困難になる。一方、スタンパベース11の厚さが1.0mm超の場合、取り扱い性は申し分ないが、可撓性が無くなり追従変形機能が不十分となる。

スタンパ緩衝層13は被転写基板の表面に突起又は異物などが存在する場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ1がこれら突起又は異物などに追従して変形できるようにするために使用されている。スタンパ緩衝層13は例えば、透明なアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどから形成できる。スタンパ緩衝層13の厚さは10μm〜150μmの範囲内である。スタンパ緩衝層13の厚さが10μm未満の場合、被転写基板の表面の突起・異物の高さがこれ以上のときに変形対応できない恐れがある。一方、スタンパ緩衝層13の厚さが150μm超の場合、突起・異物の高さに対して厚すぎて、スタンパ押し付け時にスタンプパターン層の微細構造パターンの位置ずれや寸法変形を起こす可能性がある。前記のように、スタンパ緩衝層13は被転写基板の表面に突起又は異物などが存在する場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ1がこれら突起又は異物などに追従して変形できるようにするために使用されているので、スタンパ緩衝層13は下記で説明するスタンプパターン層15よりも柔軟でなければならない。このため、スタンパ緩衝層13のヤング率は1MPa〜100MPaの範囲内である。スタンパ緩衝層13のヤング率が1MPa未満の場合、スタンパ緩衝層13が軟質過ぎて突起又は異物に対して本発明のナノインプリント用スタンパ1は追従できない恐れがある。一方、スタンパ緩衝層13のヤング率が100MPa超の場合、スタンパ緩衝層13が硬質過ぎて突起又は異物に対して本発明のナノインプリント樹脂スタンパ1は追従できない恐れがある。

スタンプパターン層15は光透過性材料から形成されていなければならない。スタンプパターン層15の形成材料は例えば、ポリエステル系樹脂又はアクリル樹脂などである。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。しかし、スタンパ緩衝層13と異なり、スタンプパターン層15はスタンパ緩衝層13ほどの柔軟性と弾力性を有する必要はない。ナノインプリント用スタンパ1と被転写基板(図示されていない)との間に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。スタンプパターン層15のヤング率は1GPa〜5GPaの範囲内である。スタンプパターン層15のヤング率が1GPa未満の場合、柔軟過ぎて、押し付け時の押圧力で微細構造パターンが座屈する可能性があり、ナノインプリント処理が困難になるなどの不都合が生じる。一方、スタンプパターン層15のヤング率が5GPa超の場合、硬すぎて、基板表面の突起・異物に対して変形が困難になるなどの不都合が生じる。前記のように、スタンプパターン層15よりもスタンパ緩衝層13の方が軟質なので、スタンプパターン層15の変形はスタンパ緩衝層13の変形により吸収され、その結果、被転写基板表面の突起・異物に対して申し分のない追従性が得られる。また、スタンプパターン層15の厚さは一般的に、0.1μm〜10μmの範囲内である。スタンプパターン層15の厚さが0.1μm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、スタンプパターン層15の厚さが10μm超の場合、被転写基板表面の突起・異物に対して変形が困難になる。

スタンパベース13とスタンパ緩衝層15とスタンプパターン層17は、それ自体が互いに接着性があるので、特別な手段を講じなくても容易に一体化させることができる。例えば、スタンパベース13の表面にスタンパ緩衝層形成材料をスピンコートするか又はモールドすることによって一体的に形成することができる。しかし、所望により例えば、適当な接着剤などにより一体化させることもできる。接着剤としては、アクリルゴム系光学接着剤又はUV硬化型ポリエステル樹脂などを使用できる。これらは何れも光透過性である。

図4は、スタンパ緩衝層13の下面にスタンプパターン層15を形成する処理方法の一例を示す概要図である。下部平面台21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27を配置する。原盤25の上面に、スタンプパターン層15の形成用光硬化型樹脂29を適量塗布する。光硬化型樹脂29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29が原盤25の表面に滴下する。塗布後、スタンパベース11とスタンパ緩衝層13とからなる積層体を保持した上部平面板33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33に所定の圧力を加え、スタンパ緩衝層13を原盤25に圧接させる。滴下された光硬化型樹脂29はスタンパ緩衝層13が原盤25に接触することで原盤25及びスタンパ緩衝層13の全面に渡って拡がる。加圧すると、形成されるスタンプパターン層15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スタンプパターン層15を形成する。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インプリント用スタンパ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、スタンプパターン層15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、スタンプパターン層15は凹パターンとなる。この後、所望により、スタンプパターン層15の外表面に離型処理膜35を成膜することもできる。離型処理膜35は本発明のナノプリント用樹脂スタンパ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期待できる。離型処理膜35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35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35の膜厚は例えば、浸漬処理の場合、数nm程度である。

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40において、ナノインプリント用スタンパ1Aはスタンパ保持治具42により昇降可能に保持されている。所望により、スタンパ保持治具42にはXY移動機構を配設し、樹脂スタンパ1を位置決めすることもできる。スタンパ保持治具42の上部には露光装置44が配置されている。露光装置44はスタンパ保持治具42に保持させることもできるし、あるいは独立に配置することもできる。露光装置44は、紫外線照射板(例えば、サファイア板)46と、照射レンズ48と、紫外光導光手段(例えば、光ファイバ)50とからなる。

また、図6に示される本発明による微細構造転写(ナノインプリント)装置40において、ステージ52の上面には、被転写基板112が載置されている。被転写基板112は図13に示した従来技術で使用されていた基板と同一である。従って、基板112は反り及び突起116が存在するものとして図示されている。ステージ52の形成材料は、石英、サファイア、ガラス、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樹脂(例えば、シリコーンゴム)など任意の材料を使用できる。ステージの上面は平面状であってもよく、又は曲面状であることもできる。上面が曲面状のステージは本願出願人により出願された特願2007−295458号明細書に記載されている。図示されていないが、ステージ52には基板112をチャックするための機構及び基板をステージから脱着させる機構を配設することもできる。基板チャック機構としては例えば、真空吸着機構などを、また、基板脱着機構としてはピン突き上げ機構又はリフトアップ機構など当業者に公知慣用の機構を使用できる。スタンパ保持治具42にXY移動機構を配設せずに、ステージ52にXY移動機構を配設して被転写基板112の位置決めを行うこともできる。

被転写基板112は、ナノインプリント用スタンパ1のスタンプパターン層15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112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112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112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。

図7は図6に示された微細構造転写(ナノインプリント)装置40において、スタンパ1Aがステージ52上の被転写基板112に押圧された状態の模式的断面図である。本発明のナノプリント用スタンパ1Aが基板112に押圧されても、スタンパ1A自体は基板112の反りを平坦化することは無い。基板112を無理に平坦化させようとすると、基板112に亀裂などが生じるからである。本発明のナノプリント用スタンパ1Aは基板112に押圧されると、基板の反りに従って、可撓性を有する硬質のスタンパベース11が曲り、このスタンパベース11の曲がり変形は上部の弾性体プレート9の変形により吸収される。弾性体プレート9の上部は硬質基板7なので弾性体プレート9の変形は硬質基板7により止められる。このように、本発明のナノプリント用スタンパでは、被転写基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応する。そのため、本発明のナノプリント用スタンパ1Aを使用する微細構造転写(ナノインプリント)装置40は非常に優れた転写寸法精度が得られる。また、前記のような構造のため、本発明のスタンパ1Aは低い押圧力で転写作業を実施することができ、スタンプパターン層15の寿命が長くなるという利点もある。

これに対して、図13に示されるような従来のスタンパでは、図8に示されるように、基板112にスタンパ100が押圧されると、重合体スタンプ106が優先的に変形して基板112の突起116に追従するが、多層構造弾性体層108は基板112の反りに追従しない。従って、重合体スタンプ106の中央部付近が強く圧縮され、その結果、パターン層104が不整変形し、転写寸法精度が低下する。また、多層構造弾性体層108を基板112の反りに追従させようとすると、本発明のスタンパ1又は1Aの押圧力の2倍以上の押圧力が必要となり、重合体スタンプ106のパターン層104の寿命が短くなるという欠点もある。

被転写基板112の上面には、後記するナノインプリントパターン層56(図10参照)の形成材料となる光硬化型樹脂54が塗布される。光硬化型樹脂54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54の塗布量を簡単に厳密に制御でき、しかも、スタンプパターン層15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112に光硬化型樹脂54を塗布するタイミングは、ステージ52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54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。

図9は、図6に示された本発明の微細構造転写装置40による転写状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。被転写基板112の表面に塗布された光硬化型樹脂54にスタンパ1のスタンプパターン層15が押し付けられている。被転写基板112の表面に突起116が存在すると、スタンプパターン層15はこの突起116の外周面に沿って変形するが、その変形は上部の低ヤング率のスタンパ緩衝層13の変形により吸収される。従って、スタンプパターン層15の変形幅は突起周辺だけに限局される。突起116の形状は説明の便宜上、台形にされているが、このような形状に限られないことは言うまでもない。特に、異物の場合、その形状、大きさ、高さなどは全く不定形である。

図10は光硬化型樹脂54が露光され硬化した後の転写後の被転写基板112の表面の状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。基板表面にはナノインプリントパターン層56が整然と形成されているが、突起116の周辺にはナノインプリントパターン層56は形成されていない。本発明のスタンパ1を使用すると、基板112の突起116周辺の転写不良領域を最小化することができる。また、基板112の上面から突起116までの高さ(h)で、突起116の上端部から最初のナノインプリントパターン層56までの間隔(未追従域:L)を割って得られた値をスタンパの基板上の突起への追従性として説明することもできる。この値が小さいほどスタンパの基板突起への追従性が優れている。

図11は図13に示されるような多層構造弾性体層108を有する従来のナノインスタンパ100による転写状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。基板112の突起116により重合体スタンプ106が変形するが、この変形は多層構造弾性体層108の変形では吸収されないので、突起116周辺には大きな隙間が発生してしまう。その結果、図12に示されるように、転写不良領域が大きくなり、ナノインプリントの歩留まりが低下することとなる。また、L/hの値も大きくなり、スタンパの基板突起への追従性も劣ることとなる。

以下、実施例により本発明のナノインプリント用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2及び図3に示す真空吸着型ナノインプリント用スタンパ1Aを使用し、図6に示す微細構造転写装置で、被転写基板112へスタンプパターン層15の微細パターンを転写する作業について説明する。

ナノインプリント用スタンパ1Aにおいて、第1の部材の光透過性の硬質基板7としては厚さ20mmのガラス板を使用し、弾性体プレート9としては厚さ10mmのウレタンゴムを使用した。弾性体プレート9の下面側には円環状の真空吸着用の溝が配設されており、この溝は排気管により外部の真空ポンプに接続されていた。ガラス製硬質基板7を昇降機構42に保持させた。

第2の部材のスタンパベース11には厚さ0.7mmのガラス板を使用し、このガラス板の下面側に、アクリル樹脂を塗布し、厚さ約100μmのスタンパ緩衝層13を形成させ、スタンパ緩衝層13の下面側には厚さ約5μmの光硬化性ポリエステル樹脂からなるスタンプパターン層15を形成させた。スタンパ緩衝層13のヤング率は30MPaであり、スタンプパターン層15のヤング率は1GPaであった。第2の部材を第1の部材に真空吸着させた。スタンプパターン層15パターン面には弗素系離型剤を塗布した。スタンプパターン層15には、幅100nm、ピッチ200nm、深さ150nmの溝パターンが形成されていた。

微細構造転写装置40において、XY移動機構付きのステンレス製のステージ52上に、厚さ0.7mm、直径100mmのエピタキシャル膜付きサファイア基板112を載置した。このサファイア基板は水平面に対して中心部で高さ100μmの反りを有しており、突起は高さ10μm以下のものが100個程度存在していた。サファイア基板112の上面に市販のインクジェットプリンタで、スタンプパターン層15のパターンに対応させて、光硬化性アクリレート樹脂54をインクジェット塗布した。

昇降機構42を下降させ、ナノインプリント用スタンパ1をシリコン基板112に0.3MPaの押し付け力で圧接させた。その後、露光装置44からUV光を照射し、光透過性のナノインプリント用スタンパ1を通してサファイア基板112上の光硬化性アクリレート樹脂54を硬化させた。露光時間は40秒間であった。前記樹脂が硬化した後、昇降機構42を上昇させ、ナノインプリント用スタンパ1Aからサファイア基板112を分離させた。サファイア基板112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56が平行に形成されていた。ナノインプリント用スタンパ1Aの基板上の突起への追従性(L/h)は3〜8であった。また、パターン層の寸法変化は5ppm以下であった。

比較例1
比較例として、図13に示す従来技術のナノインスタンパ100を用いて同じ基板にナノインプリント処理を施した。ナノインスタンパ100において、部材102は厚さ20mmのガラス板であり、110は厚さ1mmのガラス板であり、中間層の部材108はは厚さ1mmのポリウレタンゴムとポリエステル樹脂からなる多層構造体であり、部材106は本発明のナノインスタンパ1で使用したスタンプパターン層15と同じものを使用した。ナノインスタンパ100をサファイア基板112に0.6MPaの押し付け力で圧接させた。その後、露光装置44からUV光を照射し、光透過性のナノインスタンパ100を通してサファイア基板112上の光硬化性アクリレート樹脂54を硬化させた。露光時間は40秒間であった。前記樹脂が硬化した後、昇降機構42を上昇させ、ナノインスタンパ100からサファイア基板112を分離させた。サファイア基板112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56が平行に形成されていたが、スタンパ100の基板上の突起への追従性(L/h)は15〜30であり、押し付け力と基板の反りに追従する中間層108の変形によりパターン層56の寸法変化は10〜30ppmであった。

以上、本発明のナノイン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、本発明のナノイン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。

本発明のナノイン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、太陽電池表面部材、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。

本発明のナノインプリント用スタンパであって、分離不可能な一体型スタンパの一実施態様の概要断面図である。 本発明のナノインプリント用スタンパであって、2つの部材に分離させることができる分離型スタンパの一実施態様の概要断面図である。 図2における2つの部材に分離された分離型スタンパを真空吸着により結合させた状態を示す概要断面図である。 スタンパ緩衝層13の下面にスタンプパターン層15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インプリント用スタンパ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。 図6に示された微細構造転写装置40において、スタンパ1Aがステージ52上の被転写基板112に押圧された状態の模式的概要断面図である。 図13に示された従来技術のスタンパ100がステージ114上の被転写基板112に押圧された状態の模式的概要断面図である。 図5に示された本発明の微細構造転写装置40による転写状態を示す部分拡大概要断面図である。 光硬化型樹脂54が露光され硬化した後の転写後の被転写基板112の表面の状態を示す部分拡大概要断面図である。 図13に示される従来技術のナノインスタンパによる転写状態を示す部分拡大概要断面図である。 図11において光硬化型樹脂54が露光され硬化した後の転写後の被転写基板112の表面の状態を示す部分拡大概要断面図である。 従来技術のナノインスタンパによるインプリント処理の概要説明図である。

符号の説明

1,1A 本発明のナノインプリント用スタンパ
3 第1の部材
5 第2の部材
7 光透過性硬質基板
9 弾性体プレート
11 スタンパベース
13 スタンパ緩衝層
15 スタンプパターン層
17 吸着手段
19 排気管
21 下部平面台
25 原盤(マスター)
27 位置決め板
29 光硬化型樹脂
33 上部平面板
35 離型処理膜
42 昇降機構
44 露光装置
46 紫外線照射板
48 照射レンズ
50 紫外光導光手段
52 ステージ
54 光硬化型樹脂
56 ナノインプリントパターン層
100 従来技術のハードバックアップ型ナノインスタンパ
102 バックアッププレート
104 パターン層
106 重合体スタンプ
108 多層構造弾性体層
110 スタンパベース
112 被転写基板
114 基板載置台
116 突起

Claims (5)

  1. ナノインプリント用スタンパであって、
    光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートと、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とから構成されており、
    前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパ。
  2. 前記光透過性硬質基板はガラス板、石英板及びプラスチック板からなる群から選択される材料からなり、
    前記光透過性弾性体プレートはウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、
    前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースはガラス、石英、サファイア、アクリル樹脂及び硬質塩化ビニールからなる群から選択される材料からなり、厚さが0.1mm〜1.0mmの範囲内であり、
    前記光透過性スタンパ緩衝層はアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、厚さは10μm〜150μmの範囲内であり、ヤング率は1MPa〜100MPaの範囲内であり、
    前記光透過性スタンプパターン層は前記光透過性スタンプパターン層は、ポリエステル系樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される材料からなり、ヤング率は1GPa〜5GPaの範囲内であり、厚さは0.1μm〜10μmの範囲内であることを特徴とする請求項1記載のナノインプリント用スタンパ。
  3. 前記光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第1の部材と、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第2の部材とに分離可能に構成され、前記第2の部材は前記第1の部材に対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求項1記載のナノインプリント用スタンパ。
  4. 真空吸着手段により前記第2の部材を前記前記第1の部材に対して着脱可能に設けることを特徴とする請求項3記載のナノインプリント用スタンパ。
  5. モールドとして請求項1〜4の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用することを特徴とする微細構造転写装置。
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