JP2011005773A - インプリント用スタンパおよびインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント時のスタンパの均一な撓みとその復元力を利用してインプリント後にスタンパから基板を速やかに分離できると同時に、基板およびスタンパのパターン面に欠陥が入りにくくすることで、量産化に対応できるインプリント用スタンパおよびインプリント装置を提供する。
【解決手段】ヤング率が５０ＧＰａ以上５００Ｇｐａ以下、厚さが２００μｍ以上１０００μｍ以下であって、曲率が２×10^-5以上２×10^-3以下である反りを有する板状体からなり、その一面に転写すべき微細構造パターンが設けられているスタンパ。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細構造パターンを基板に転写するためのインプリント用スタンパおよびそれを用いるインプリント装置に関する。

近年、情報記録装置の記録容量の増大は、磁気記録媒体の記録セルの微小化により行われてきた。これに伴い、記録セルの作製工程においては、約１００ｎｍ以下の微細加工技術が求められている。これらの微細加工技術として、電子線リソグラフィー、集束イオンビームリソグラフィー、ナノインプリントリソグラフィー（以後、ＮＩＬ）等が挙げられる。

中でも、ＮＩＬ技術は、予め電子線リソグラフィー等で所望の転写すべき微細構造パターンとしての凹凸パターンを形成したスタンパを基板のレジスト面に押し付けてパターン転写を行う技術（例えば特許文献１参照）であり、一回の処理で磁気記録媒体全面のパターン転写が可能なため高スループットを実現できる。

ＮＩＬ技術のインプリント方法としては、ＵＶインプリント法、ホットエンボス法、高圧プレス法等があり、加圧時に微細パターンが均一に転写できるようにするためのスタンパと基板の構成や転写に用いるレジストの材質または厚さに関して多くの提案がなされている（例えば特許文献２参照）が、インプリントにおいては、スタンパと被転写基板が接触し、インプリント後のスタンパと基板間には、密着力（真空吸着、レジスト・離型剤の粘性等により発生する力）が高く生じる。そのため、スタンパないし基板を固定してスタンパを基板から引き剥がす剥離装置とその工程が必要である。

例えば、特許文献３では、スタンパを吸着保持する水平基台と光硬化性樹脂が塗布された基板を吸着保持する剥離プレートとを備えている。また、水平基台の中心部には、剥離プレートに向けて上下動可能に取り付けられ、上動させられた際に基板における中心孔の口縁部に係合して水平基台上のスタンパから基板を剥離するセンターピンを備えている。

この装置では、剥離プレートと基板との間の空気を排出することによって基板を剥離プレート側に吸引しつつ、センターピンを上動させることにより、基板における中心孔の口縁部近傍を剥離プレートに向けて突き上げる。この際に基板の中心部がスタンパから剥離する。

別の方式として特許文献４では、スタンパのパターン面の他面側の所定の一部分を吸引することによって一部分をレジスト層から剥離可能に構成された吸引手段および絞り機構を備えて、スタンパの一部分を吸引手段によって剥離させた状態からスタンパの剥離完了範囲を徐々に拡大可能に構成されている装置が提案されている。

また、特許文献５では、スタンパが剥離機構を有することを特徴とするナノインプリント用のスタンパが提案されている。この方式では、スタンパの凹凸形成面側が曲率を有することにより、基板からスタンパを剥離する工程を高精度かつ容易に行うことが記載されている。

米国特許第５７７２９０５号明細書 特開２００５−１０８３５１号公報 特開平９−２１９０４１号公報 国際公開第２００４／１００１４２号 特開２００４−２８８８４５号公報

しかしながら、特許文献３の方法では、基板からスタンパを剥離するために、基板を突き上げるための力が必要で、基板の口縁部近傍を傷つけると同時に、パーティクルを発生して、装置内を汚染することが分かった。

装置が発生するパーティクルや基板からスタンパを剥離する際に発生するパーティクルがスタンパに形成した微細パターンに付着すると、インプリントした時にそのパーティクルがパターン欠陥を生じる。つまり、この方法では、高速で繰り返しインプリントを行うような量産はできない。

また、この構成では、基板をスタンパに押し付けて凹凸パターン形成を行うプレス機構と剥離機構が別になっているため、工数が多く、工程時間が掛かる問題がある。さらに、機構部が多く、装置機構部からのパーティクル発生による歩留まり悪化、装置価格が高価になる問題がある。これは、特許文献４の構成においても同様である。

そして、特許文献５の方法は、基板の復元力を利用して離型を促進するものであり、基板の厚みや弾性率の違いにより、基板を撓ませるのに要する力および基板の復元力が違い、一様にインプリントすることはできない。

特に、磁気記録媒体のような厚さ０．５から０．８ｍｍの強化ガラス基板を用いるものでは、インプリントに必要な加圧力では撓ませることができない。ポリマー基板を用いた場合は、基板の復元力が小さく、離型を促進するものにはなりえない。

また、基板の形状については、円盤基板では成り立つが、基板が角形状の場合や、内周に穴が開いているような基板では、均一に撓ませることができず、加圧時の圧力むら、ひいては、残膜厚さのバラツキが生じてしまう。さらに、この方法では、基板側が一方向に撓むことで剥離を促進するので、両面を同時にインプリントすることはできない。

本発明は、上記実情に鑑みて、インプリント時のスタンパの均一な撓みとその復元力を利用してインプリント後にスタンパから基板を速やかに分離できると同時に、基板およびスタンパのパターン面に欠陥が入りにくくすることで、量産化に対応できるインプリント用スタンパおよびインプリント装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のインプリント用スタンパは、ヤング率が５０ＧＰａ以上５００Ｇｐａ以下、厚さが２００μｍ以上１０００μｍ以下であって、曲率が２×10^-5以上２×10^-3以下である反りを有する板状体からなり、その一面に転写すべき微細構造パターンが設けられていることを特徴とする。

また、本発明のインプリント装置は、本発明のインプリント用スタンパと被転写基板とを重ね合わせた状態で当該スタンパの反りを修正して微細構造パターンを転写すべく加圧する加圧手段を備えることを特徴とする。

ここで、加圧手段は、スタンパと被転写基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで加圧する上金型と下金型を含むことが好ましい。
また、スタンパと被転写基板の中心に孔が開いており、それらの孔を貫通する位置決め用のセンターピンを設け、スタンパのパターンエリア外においてスタンパを保持する保持冶具を設けていることが、磁気ディスクを被転写基板として転写するうえで好ましい。

本発明においては、被転写基板の好ましくはレジスト層が形成されてなる被転写面は平坦であり、そこにスタンパの一面に設けられている微細構造パターンを押し付けて転写する。

その際、スタンパの他面側を加圧手段の平坦面で押圧することにより、被転写基板の平坦な被転写面との間で加圧されるスタンパの反りが修正されると共に、そのスタンパの微細構造パターンが被転写基板の被転写面に転写される。

その後、加圧手段による押圧を解除すると、スタンパの弾性力により反りが復元し、その反りにより、スタンパは被転写基板の平坦な被転写面から剥離した状態となる。
ここで、平坦とはマクロ的に見て平坦な状態をいい、スタンパの反りとの関係で無視できる程度の反りやうねりないし凹凸（微細構造）のある状態を含む。

本発明によれば、インプリントのための加圧手段の加圧により密着したスタンパと基板は、加圧手段の開放動作により速やかに分離されるので、無理に引き剥がす剥離工程を必要としない。

そのため、パーティクル発生による歩留まりが悪化することなく、低価格の装置を実現できると共に量産化に対応できる。

本発明のスタンパの実施形態を被転写基板と共に示す断面模式図である。 本発明のスタンパの他の実施形態を被転写基板と共に示す断面模式図である。 本発明のインプリント装置の実施形態を断面模式図で示す動作説明図である。 本発明のインプリント装置の他の実施形態（両面転写）を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。なお、この実施形態に本発明が限定されるものではない。
＜スタンパの実施形態＞
本発明のスタンパの実施形態について、図１、図２を用いて説明する。

図１は、被転写基板と本発明の実施形態のスタンパとの相対位置を示す図である。
図１において、レジスト層２を形成した基板３の被転写面としてのレジスト面を、スタンパ１側に配置して、スタンパ１に押し付けることでパターンを形成する。図示していないが、図１のスタンパ１において、基板３上のレジスト層２と接する面（図１ではスタンパ１の下面）に転写すべき微細構造パターンがあり、スタンパ１のパターン面を基板１のレジスト面に押し付けるものである。この実施形態のスタンパ１は、基板３に対して凹レンズ型の凹の反りを持っている。

図２は、被転写基板と本発明の他の実施形態のスタンパとの相対位置を示す図である。
図２において、図１と同様に基板３上のレジスト層２と接する面（図２ではスタンパ１の下面）に転写すべき微細構造パターンがあり、スタンパ１のパターン面を基板３のレジスト面に押し付けるものである。この実施形態のスタンパ１は、基板３に対して凸レンズ型の凸の反りを持っている。

また、さらに別の実施形態のスタンパとして、図１と図２の混合型の、中心から時計読みで０時と６時方向は凹であり、３時と９時方向は凸であるいわゆる馬の鞍型の反りを有するスタンパでも同様の結果を得ることができる。

そして、上述の実施形態のスタンパは、ヤング率が５０ＧＰａ以上５００Ｇｐａ以下、厚さが２００μｍ以上１０００μｍ以下であって、曲率が２×10^-5以上２×10^-3以下である反りを有する板状体からなり、その一面に転写すべき微細構造パターンが設けられている。

このようなスタンパは、微細構造パターンを有する原盤にＮｉやＮｉ合金を電鋳することなどで作製する公知のスタンパに反りを付与することで作製することができる。
スタンパに反りを付与する方法としては、スタンパの材質がＮｉやＮｉ合金の場合は、パターンの反対面（裏面）を機械的に擦る方法がある。例えば、パターン側をトライレイナー社製 シリテクト-II用いて、表面保護皮膜を形成する。次に、パターン側を下向き
にして定盤の上に置き、裏面側を例えば＃１５００の研磨紙で加圧しながらランダムに研磨する。研磨紙の粗さと押し付け力、時間で反り量をコントロールする。

また、スタンパの材質がガラスなどの場合も、同じようにパターン側を保護し、裏面側を例えば＃１５００の研磨紙で加圧しながらランダムに研磨する。研磨紙の粗さと押し付け力、時間で反り量をコントロールする。

なお、レジスト層２が形成された基板３としては、磁気ディスクなどを被転写基板とする公知のインプリントにおける被転写基板であってよい。
＜インプリント装置の実施形態＞
図３は、本発明のインプリント装置の実施形態の動作説明図である。

まず、図３（ａ）に示すように、上下に対向する円筒形で加圧面が平坦である上金型４、下金型５とセンターピン６、およびスタンパ保持冶具７のあるダイセット中に、レジスト層２を塗工した被転写面が平坦で中心孔を有するディスク状の基板３と、同じく中心孔を有して基板３よりも大きな外径を有するディスク状のスタンパ１を、位置決めないし位置合わせ用のセンターピン６に差し入れながらセットする。

次に、図３（ｂ）に示すように、平坦な加圧面を有する上下金型４，５でプレスすることで、レジスト層２を塗工した基板３とスタンパ１を加圧密着させる。これにより、スタンパ１の反りが修正されると共に、スタンパ１の微細構造パターンが基板３上のレジスト層２に転写される。

次に、図３（ｃ）に示すように、プレス圧力を抜き、上下金型４，５間を開く。この時、スタンパ１の弾性力により反りが復元し、その反りにより、スタンパ１は基板３から剥離した状態となり、スタンパ保持冶具７でスタンパ１のパターンエリア外である外周縁部を保持してスタンパ１を持ち上げても、基板３がくっついてくることはない。

図４は、本発明のインプリント装置の他の実施形態を示すものであり、この実施形態においては、図４に示すように、基板３の両面にレジスト層２ａ，２ｂを形成し、その表裏にスタンパ１ａ，１ｂを配置してインプリントを行うことで両面のインプリントが可能である。

以下に、上述の実施形態をより具体的にした本発明の実施例について説明する。なお、ハードディスク用磁気記録媒体を被転写基板とする実施例について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

この実施例では、外径Φ６５ｍｍ、内径Φ２０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍで表面に磁気記録層を持つガラス製の２．５インチのハードディスク用磁気記録媒体を基板３として用いた。

この基板３に、室温インプリント用のレジスト（東京応化工業製ＯＣＮＬ５０５）を１００ｎｍの厚さにスピンコートで塗布し、レジスト層２とした。
外径Φ９５ｍｍ、内径Φ２０ｍｍで、表１に示す各種厚さと反りを持ち、ヤング率が１７５ＧＰａであるＮｉ製のスタンパ１を準備した。スタンパ１には、内径Φ２５ｍｍから外径Φ６０ｍｍまでの範囲で、円周方向にトラックピッチ１００ｎｍで凹幅６７ｎｍ、凸幅３３ｎｍ、パターン高さ５０ｎｍでパターンを形成している。

図３（ａ）に示すように、上下に対向する円筒形の上金型４、下金型５とセンターピン６、およびスタンパ保持冶具７のあるダイセット中に、レジスト層２を塗工した基板３とスタンパ１をセンターピン６に差し入れながらセットする。

次に、図３（ｂ）に示すように、上下金型４，５を３００ｋＮでプレスすることで、レジスト層２を塗工した基板３とスタンパ１を加圧密着させた。
次に、図３（ｃ）に示すように、プレス圧力を抜き、上下金型４，５間を開いた。この時、所定の反りのあるものは、図３（ｃ）に示すように、基板３からスタンパ１が剥離した状態となっており、スタンパ保持冶具７でスタンパ１を持ち上げても、基板３がくっついてくることはなかった。

しかしながら、この時、元々のスタンパの反りが小さいものでは、基板からスタンパが剥離されておらず、スタンパ保持冶具７でスタンパを持ち上げた時に、スタンパに基板がくっついてきてしまった。

また、レジスト層２に形成されたパターンの形成状況をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）およびＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で確認した。その結果、所定範囲の反りを持つスタンパ１では、ＳＥＭ観察でパターン欠陥は確認されず、内周から外周にわたってパターン高さが３０ｎｍ以上であった。

それに対して、元々のスタンパの反りが大きいものでは、ＳＥＭ観察で外周付近にパターンの細い部分が見られ、その部分ではＡＦＭでパターン高さが３０ｎｍに満たなかった。この部分では、加工後のパターンでパターンの線幅が狭く、パターン媒体として良好な信号特性が取れなかった。

スタンパの厚さおよび反りと、金型を開いたときの基板とスタンパの剥離状態、およびパターンの形成状態の結果を表１に示す。
なお、表１において、
※１ 金型を開いた後に、スタンパ保持冶具でスタンパを持ち上げても、スタンパに基板がくっついてこなかったものを○、くっついてくるものを×とした。
※２ ＳＥＭ観察で外周付近にパターンの細い部分が見られ、その部分ではＡＦＭでパターン高さが３０ｎｍに満たないものを×とした。

表１に示すように、基板とスタンパが剥離可能であり、パターンの形成が良好なものは、ヤング率が１７５ＧＰａであるＮｉ製のスタンパの場合は、スタンパの厚さが２００μｍ以上１０００μｍ以下であり、反りの曲率が2×10^-5以上、2×10^-3以下であることが分かった。

また、同様のパターンを形成したヤング率の違う材料をスタンパとして用いた時の結果を表２に示す。スタンパの厚みは、全て３００μｍで反りは凹型のものとした。
なお、表２において、
※１ 金型を開いた後に、スタンパ保持冶具でスタンパを持ち上げても、スタンパに基板がくっついてこなかったものを○、くっついてくるものを×とした。
※２ ＳＥＭ観察で外周付近にパターンの細い部分が見られ、その部分ではＡＦＭでパターン高さが３０ｎｍに満たないものを×とした。

表２に示すように、ヤング率が５０ＧＰａ以下のスタンパを用いた場合、インプリント加圧後のスタンパの復元力が弱くうまく剥離できなかった。また、ヤング率が５００ＧＰａ以上のものでは、外周付近のパターンにおいてパターンの細い部分が見られ、その部分ではＡＦＭでパターン高さが３０ｎｍに満たなかった。スタンパのヤング率が大きすぎることで、インプリント加圧時におけるスタンパ外周付近の加圧が弱くなったためと考えられる。

以上のように、ヤング率が５０ＧＰａ以上のもので基板とスタンパが剥離可能であり、ヤング率が５００Ｇｐａ以下のものでパターンの形成が良好であることが分かった。

本発明のインプリント用スタンパおよびインプリント装置は、ディスクリートトラックメディアやビットパターンドメディアなどの磁気記録媒体や半導体装置などを製造するための微細構造パターンの形成に利用可能である。

１，１ａ，１ｂ スタンパ
２，２ａ，２ｂ レジスト層
３ 基板
４ 上金型
５ 下金型
６ センターピン
７，７ａ，７ｂ スタンパ保持冶具

Claims (4)

1. ヤング率が５０ＧＰａ以上５００Ｇｐａ以下、厚さが２００μｍ以上１０００μｍ以下であって、曲率が２×10^-5以上２×10^-3以下である反りを有する板状体からなり、その一面に転写すべき微細構造パターンが設けられていることを特徴とするインプリント用スタンパ。
2. 請求項１に記載のインプリント用スタンパと被転写基板とを重ね合わせた状態で当該スタンパの反りを修正して微細構造パターンを転写すべく加圧する加圧手段を備えることを特徴とするインプリント装置。
3. 前記加圧手段は、スタンパと被転写基板とを重ね合わせた状態で挟み込んで加圧する上金型と下金型を含むことを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
4. スタンパと被転写基板の中心に孔が開いており、それらの孔を貫通する位置決め用のセンターピンを設け、スタンパのパターンエリア外においてスタンパを保持する保持冶具を設けていることを特徴とする請求項２又は３に記載のインプリント装置。