JP2013022929A - 微細構造転写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂フィルムをマザースタンパに押圧した後、脱型する際に生じる樹脂フィルムの破損を防止することができる微細構造転写装置を提供すること。
【解決手段】表面１２ａに微細な凹凸パターンが形成されたマザースタンパ１２と、前記マザースタンパ１２の外周を着脱可能に固定する固定枠１４と、前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面１２ａ及び前記固定枠１４に対向するように樹脂フィルム１８を支持する支持体と、を有する微細構造転写装置において、前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面の、前記マザースタンパと前記固定枠が当接または近接する箇所の段差が、前記樹脂フィルムの厚さ未満であることを特徴とする微細構造転写装置。
【選択図】図１

Description

本発明は微細構造転写装置に関し、特に、スタンパに樹脂フィルムを押圧した後、脱型する際に生じる樹脂フィルムの破損を防止することができる微細構造転写装置に関する。

近年、半導体デバイス、ディスプレイ、電子ペーパー、記録メディア、バイオチップ、光デバイスなどの製造工程における微細な凹凸パターンを形成するための技術として、ナノインプリント技術が知られている。ナノインプリント技術は、従来のプレス技術と比較して、より微小な構造を実現するための微細加工の技術である。この技術自体には解像度に限界がなく、解像度はスタンパ（即ち金型）の作製精度によって決定される。したがって、高い精度のスタンパさえ作製できれば、従来のフォトリソグラフィーより容易に且つはるかに安価な装置を用いて、極微細構造を形成することが可能である。

インプリント技術には転写される材料により２種類に大別される。一方は、転写される材料を加熱し、スタンパ（金型）により塑性変形させた後、冷却して凹凸パターンを形成する熱インプリント技術である。もう一方は、基板上に室温で液状の光硬化性樹脂を塗布した後、光透過性のスタンパを樹脂に押し当て、光を照射させることで基板上の樹脂を硬化させ凹凸パターンを形成する光インプリント技術である。

インプリント技術では、パターン成形を安価に行うことができるが、マザースタンパである金型に樹脂が付着し易く、樹脂が付着した場合、そのスタンパを補修することは極めて困難である。金型が非常に高価なため、製造全体として安価とは言えない場合が多い。

その理由から、２工程によるインプリント法が用いられている（特許文献１）。このインプリント法は、図９（ａ）に示すように、第１工程でマザースタンパ（金型）８０の凹凸パターンが形成された表面に、加熱した熱可塑性樹脂フィルム８２を押圧した後、冷却して硬化させ、マザースタンパ８０の反転凹凸パターンが形成された樹脂スタンパ８２ａを得、次に、図９（ｂ）に示すように、第２工程でこの樹脂スタンパ８２ａを、基板８４上に塗布された光硬化性樹脂８６に押圧して紫外線等により硬化させ、基板８４上に凹凸パターン８６ａを得るというものである。

即ち、２工程によるインプリント法では、第１工程において熱インプリント法により樹脂スタンパ（中間スタンパ、ＩＰＳとも呼ばれる。）を作製し、第２工程においてこの樹脂スタンパを用いる光インプリント法により基板上に所定の凹凸パターンが形成される。

ここで、第１工程の熱インプリントに使用する微細構造転写装置として図１０に示す微細構造転写装置が従来から知られている。この微細構造転写装置６０は、スタンパベース７２上に載置されたマザースタンパ６２と、マザースタンパ６２の外周を固定する固定枠６４と、マザースタンパ６２の微細な凹凸パターンを有する面６２ａに対して垂直方向に可動な可動台６６と、Ｏリング７４を介して樹脂フィルム６８を支持する枠状の支持体７０とを有している。

マザースタンパ６２に形成された凹凸パターンを樹脂フィルム６８に転写して樹脂スタンパを得るには、まず、樹脂フィルム６８をマザースタンパ６２に接するように可動台６６により位置調整した後、樹脂フィルム６８をそのガラス転移温度以上に加熱すると共に、マザースタンパ６２に押圧する。その後、樹脂フィルム６８を冷却した後、可動台６６を上方にリフトアップさせて樹脂フィルム６８を脱型することにより行われる。

特開２００７−１６５８１２号公報

しかしながら、この脱型時に、樹脂スタンパとなる樹脂フィルム６８が破損することがあり、樹脂スタンパを効率的に生産することが難しかった。

したがって、本発明の目的は、マザースタンパに樹脂フィルムを押圧した後、脱型する際に生じる樹脂フィルムの破損を防止することができる微細構造転写装置を提供することにある。

本発明者らが検討した結果、上記破損の原因は、加熱加圧時の詳細断面図である図１１に示すように、マザースタンパ６２と固定枠６４との段差Ｂ部分に追従する樹脂フィルム６８の当該箇所に応力が生じ、脱型時における亀裂の開始点となっていることが分かった。

即ち、上記目的は、表面に微細な凹凸パターンが形成されたマザースタンパと、前記マザースタンパの外周を着脱可能に固定する固定枠と、前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面及び前記固定枠に対向するように樹脂フィルムを支持する支持体と、を有する微細構造転写装置において、前記マザースタンパの凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面の、前記マザースタンパと前記固定枠が当接または近接する箇所の段差が、前記樹脂フィルムの厚さ未満であることを特徴とする微細構造転写装置により達成される。

マザースタンパの凹凸パターンを有する面と固定枠の樹脂フィルムに対向する面との段差を樹脂フィルムの厚さ未満とすることにより、段差による影響を受けにくくなり、脱型時にその段差のある箇所に応力が集中することが阻止され、樹脂フィルムの破損を防止することが可能となる。

本発明の好ましい態様は以下の通りである。
（１）前記樹脂フィルムの厚さが、５０〜１０００μｍである。
（２）前記段差が、前記樹脂フィルムの厚さに対して６０％以下である。
（３）前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面が面一となるように構成されている。
（４）前記固定枠の上部は、前記マザースタンパの内方に向かって突出形成され、前記マザースタンパの周縁部は、前記固定枠の突出形状に対応するように、前記マザースタンパの外方に向かって突出形成されている。
（５）前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面との境界を覆う被覆シートが更に設けられ、前記被覆シートの厚さは、前記樹脂フィルムの厚さ未満である。
固定枠とマザースタンパの境界部に生じ得る溝を被覆シートで覆うことにより、軟化した樹脂フィルムが溝に入ることを防止でき、脱型の精度をより向上させることが可能となる。
（６）前記被覆シートの厚さが、前記樹脂フィルムの厚さに対して６０％以下である。

本発明によれば、熱インプリントにより樹脂スタンパを作製する際、脱型時の破損や変形を防止することができるので、樹脂スタンパの製造を高効率且つ高精度に行うことが可能となる。

本発明に係る微細構造転写装置の一例を示す概略断面図である。 マザースタンパと固定枠との当接部の一例を示す詳細断面図である。 マザースタンパと固定枠との当接部の他の例を示す詳細断面図である。 マザースタンパと固定枠との当接部の他の例を示す詳細断面図である。 マザースタンパと固定枠との当接部の他の例を示す詳細断面図である。 マザースタンパと固定枠との境界部に被覆シートを貼付した状態の詳細断面図である。 被覆シートを設けた状態の平面図である。 段差がある場合に被覆シートを設けた状態を示す詳細断面図である。 ２工程のインプリント法を示す説明図である。 従来のインプリント装置の概略断面図である。 課題の原因を示す詳細断面図である。

以下、本発明に係る微細構造転写装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る微細構造転写装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。この微細構造転写装置１０は、表面に微細な凹凸パターンが形成されたマザースタンパ１２と、マザースタンパ１２の外周を着脱可能に固定する固定枠１４と、マザースタンパ１２の凹凸パターンを有する面１２ａ（以下、「スタンパ面１２ａ」とも称する。）及び固定枠１４に対向するように樹脂フィルム１８を支持する枠状の支持体２０と、スタンパ面１２ａに対して垂直方向（矢印方向）に可動な可動台１６とを備えている。

樹脂フィルム１８はＯリング２４を介して支持体２０に支持されており、マザースタンパ１２はスタンパベース２２上に載置されている。また、樹脂フィルム１８の端部は可動台１６上に載置されており、可動台１６を上下方向に昇降させることにより、樹脂フィルム１８の位置設定が行われる。

本発明に係る微細構造転写装置１０において特徴的なことは、マザースタンパのスタンパ面１２ａと、固定枠１４の樹脂フィルムに対向する面１４ａ（以下、「上面」とも称する。）の、マザースタンパ１２と固定枠１４が当接または近接する箇所の段差を、樹脂フィルム１８の厚さ未満としていることである。この厚さ未満とすることにより、上記で説明したように、脱型時に段差による応力が生じることなく、樹脂フィルムの破損を防止することが可能となる。

この段差は、使用する樹脂フィルム１８の厚さに対して６０％以下であることが好ましく、特に、固定枠１４の上面１４ａとマザースタンパ１２の凹凸パターンを有する面１２ａが面一に形成されていること、即ち、段差が実質的にないことが好ましい。

このような構成とするため、固定枠１４の上部は、マザースタンパ１２の内方（中央方向）に向かって突出形成され、マザースタンパ１２の周縁部は、固定枠１４の上部の突出形状に対応するように、マザースタンパ１２の外方に向かって突出形成されていることが好ましい。このような形状とすることにより、マザースタンパ１２を強固に固定することができ、転写及び脱型の精度が向上する。

図２は、マザースタンパ１２と固定枠１４との当接部の好ましい例の部分断面図である。図示のように、固定枠１４の上部は、マザースタンパ１２の内方に向かって突出形成された断面矩形状の突出部１４ｂを有している。一方、マザースタンパ１２の周縁部の下部は、マザースタンパ１２の外方に向かって突出形成された断面矩形状の突出部１２ｂを有している。このように、両者を対応した形状とすることにより、固定枠１４の上面１４ａとスタンパ１２のスタンパ面１２ａが面一に構成されると共に、マザースタンパ１２が強固に固定される。

図３は、固定枠とマザースタンパとの当接部の他の好ましい例を示す部分断面図である。固定枠１４の上部は、マザースタンパ１２の内方に向かって突出形成された断面三角形状の突出部１４ｂを有している。一方、マザースタンパ１２の周縁部の下部は、マザースタンパ１２の外方に向かって突出形成された断面台形状の突出部１２ｂを有している。これにより、固定枠１４の上面１４ａとスタンパ１２のスタンパ面１２ａが面一に構成されている。

固定枠１４の上面１４ａとスタンパ１２のスタンパ面１２ａとの段差は樹脂フィルム１８の厚さ未満であればよく、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように段差があってもよい。

また、上述したように、本発明に係る微細構造転写装置は、スタンパ面１２ａと、固定枠上面１４ａの、少なくともマザースタンパ１２と固定枠１４が当接または近接する箇所の段差が、フィルム厚未満であればよい。したがって、例えば、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、破線円で示したマザースタンパ１２と固定枠１４とが当接または近接する箇所以外の領域において、スタンパ面１２ａ及び固定枠上面１４ａの縁部は傾斜した形状とされていてもよい。

固定枠１４の形状及びマザースタンパ１２の周縁部の形状は、上述した例に限定されることはなく、上述した段差が樹脂フィルムの厚さ未満であれば、あらゆる形状を取ることが可能である。

ここで、マザースタンパ１２としては一般に、ニッケル、石英等からなるスタンパを使用することができる。耐久性の点からニッケル製のスタンパを用いることが好ましい。マザースタンパ１２に形成される微細な凹凸パターンは一般に、ナノ〜マイクロメートルオーダーの凹凸パターンである。マザースタンパ１２の厚さは特に限定されないが、一般に０．１〜２．０ｍｍである。本実施の形態においてマザースタンパ１２は平板状に形成されている。平面形状は用途に応じて適宜選択され、例えば矩形や円形の平面形状を有するスタンパを用いることができる。なお、マザースタンパ１２のスタンパ面１２ａは凹凸パターンが形成されている中央領域とその周縁に位置する凹凸パターンが形成されていない周縁領域からなり、上記段差の基準となる領域はその周縁領域である。

固定枠１４は上述したようにマザースタンパ１２の外周を固定するために設けられる部材であり、マザースタンパ１２の交換時等必要に応じて着脱可能である。固定枠１４により、転写時にマザースタンパ１２が不要に移動することが防止される。固定枠１４は、剛性を有する部材（例えば、ＳＵＳ）等から構成される。

樹脂フィルム１８としては、熱可塑性の樹脂であればどのようなフィルムでもよく、好ましくは離型性の高いフィルムを用いることが有利である。また、作製した樹脂スタンパを光インプリントに使用する場合には、透明性に優れる樹脂を使用することが好ましい。

具体的には、樹脂フィルムの樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフィン、ポリシクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、フッ素系樹脂等が挙げられる。

フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等を使用することができる。

樹脂フィルム１８の厚さは、一般に５０〜１０００μｍ、好ましくは８０〜５００μｍ、特に好ましくは１００〜２００μｍである。また、樹脂フィルムの平面形状は特に限定されず、マザースタンパ１２の形状に対応するように選択すればよい。平面の大きさはマザースタンパ１２の微細な凹凸パターンが形成された領域より少なくとも大きければよい。

本発明に係る微細構造転写装置は、図６の部分断面図に示すように、固定枠１４の上面１４ａとマザースタンパ１２のスタンパ面１２ａとの境界を覆う被覆シート３０が設けられていることが好ましい。これにより、固定枠１４とマザースタンパ１２との境界部に溝３２が生じる場合、即ち、固定枠１４とマザースタンパ１２が近接する状態の場合に、その溝３２に、軟化した樹脂フィルム１８が入り込むことによって起こり得る脱型時の破損を防止することができる。

被覆シート３０としては、耐熱性を有するシート、即ち、熱インプリントでの加熱温度に対して安定なシートを用いることができる。その例としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等からなるシートが挙げられる。この中でも、機械的特性及び耐熱性に優れる点からポリイミドシートを用いることが好ましい。また、貼付して境界部を被覆できる点で、上記シートにシリコーン系粘着剤等の粘着剤を施したテープを用いることが好ましい。

また、被覆シート３０の厚さは、使用する樹脂フィルム１８の厚さよりも薄いことが必要であり、好ましくは樹脂フィルム１８の厚さに対して６０％以下である。具体的には、２００μｍの厚さの樹脂フィルムを用いる場合には、１２０μｍ以下、特に１〜５０μｍの被覆シートを用いることが好ましい。樹脂フィルム１８の厚さより厚いと脱型時に樹脂スタンパ１２の破損が生じることがある。また、被覆シート３０の幅は、溝３２の幅よりも少なくとも長ければよい。

図７は、マザースタンパ１２と固定枠１４との境界部に被覆シートを設けた状態を示す平面図である。本図において、マザースタンパ１２と固定枠１４の境界部は点線で示している。その境界部を覆うように被覆シート３０が設けられる。

図８は、固定枠の上面１４ａとマザースタンパのスタンパ面１２ａが面一ではなく、樹脂フィルムの厚さ未満の段差を有する場合に、被覆シート３０が設けられた例を示している。この場合、固定枠の上面１４ａとスタンパ面１２ａとの段差だけでなく、スタンパ面１２ａと被覆シート３０の端部との段差も存在し、段差が複数点存在することになるが、別の箇所の段差であるので、脱型時にこれらの段差が樹脂フィルムに重複して影響することはない。そのため、段差のある箇所に応力が集中することはなく、樹脂フィルム１８の破損を防止することができる。

本実施の形態の微細構造転写装置１０は、図示しない加熱手段を有している。加熱手段は、熱インプリント法で従来から用いられている方法であればよく、例えば、図１に示すスタンパベース２２内にヒータを設置して、マザースタンパ１２を介して加熱する方法や、熱風を送風して加熱する方法が挙げられる。加熱温度は、樹脂フィルム１８のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度であればよい。具体的には、使用する樹脂フィルムによって異なるが、一般に１００〜２００℃である。

本実施の形態の微細構造転写装置１０は、軟化した樹脂フィルムを硬化させるための冷却手段を備えていてもよい。自然に冷却させてもよいが、冷却手段によって冷却することにより、冷却に要する時間が短縮され、樹脂スタンパの生産性が向上する。冷却手段としては、冷風を送風して冷却する方法や、スタンパベース２２内に冷却媒体を流す管を設ける方法等がある。

本実施の形態の微細構造転写装置１０は、上記加熱手段によって加熱した後又は加熱と共に、樹脂フィルム１８をマザースタンパ１２に押圧するための押圧手段（図示せず）を備えている。押圧手段は、従来から用いられている方法であればよく、例えば、樹脂フィルム１８上の空間を密閉した後、その密閉空間に、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴン等の不活性ガス等の流体を供給することによって押圧する方法や、あるいは平板を用いて機械的に押圧する方法が挙げられる。流体により押圧することが、樹脂フィルム１８を均一に押圧することができる点で好ましい。押圧は、一般に、０．５〜５．０ＭＰａ、０．５〜１０分で行われる。

本実施の形態の微細構造転写装置１０において、マザースタンパ１２の微細な凹凸パターンを樹脂フィルム１８に転写して樹脂スタンパを得るには、まず、可動台１６を上下に移動させて樹脂フィルム１８をマザースタンパ１２のスタンパ面１２ａに接するように位置設定した後、樹脂フィルム１８を加熱手段により加熱しつつ樹脂フィルム１８をマザースタンパ１２に押圧する。次いで冷却することにより樹脂フィルム１８を硬化させ、可動台１６をリフトアップさせることにより樹脂フィルム１８をマザースタンパ１２から脱型することにより行われる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

表１に示すように設定した微細構造転写装置を用いて樹脂スタンパを作製した。

まず、格子状の凹凸パターン（線幅２０μｍ、高さ４０μｍ、線幅間隔３００μｍ）を有するニッケル製マザースタンパ（２００ｍｍ×２００ｍｍ×０．５ｍｍの(パタン領域部)）の凹凸パターン上に、樹脂フィルム（ポリシクロオレフィンフィルム：ＺＥＯＮＯＲＺＦ１４（日本ゼオン製）：厚さ１８８μｍ）を、１６０℃に加熱して２．０ＭＰａで３分加圧した後、５０℃に冷却した。冷却後、マザースタンパから樹脂フィルムを脱型し、脱型による樹脂フィルムの破損の有無を確認した。なお、実施例１、実施例２及び比較例１では、被覆シート（ポリイミドテープ（商品名：カプトンテープ））を固定枠とマザースタンパとの境界に貼付して転写を行った。樹脂フィルムの厚さに対する被覆シートの厚さの百分率は、それぞれ２６％、５３％、１０６％である。

＜評価結果＞
固定枠とスタンパの段差が０であり、使用した被覆シートの厚さが樹脂フィルムの厚さよりも薄い実施例１及び２では、脱型時の破損は認められなかった。樹脂フィルムの厚さより厚い被覆シートを使用した比較例１は、脱型時の破損が認められた。また、固定枠とスタンパの段差が樹脂フィルムの厚さよりも大きい比較例２は、脱型時の破損が認められた。

なお、本発明は上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

本発明によれば樹脂スタンパの生産効率を向上させることができ、この樹脂スタンパを用いてインプリントを行うことにより、電子ディスプレイ、電子ペーパー等の情報表示用パネルの隔壁や電子デバイス（リソグラフィ、トランジスタ）、光学部品（マイクロレンズアレイ、導波路、光学フィルタ、フォトニックス結晶）、バイオ関連材料（ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ）、記録媒体（凹凸パターンドメディア、ＤＶＤ）等を有利に得ることができる。

１０ 微細構造転写装置
１２ マザースタンパ
１４ 固定枠
１６ 可動台
１８ 樹脂フィルム
２０ 支持体
２２ スタンパベース
２４ Ｏリング
３０ 被覆シート
３２ 溝

Claims (7)

1. 表面に微細な凹凸パターンが形成されたマザースタンパと、
   前記マザースタンパの外周を着脱可能に固定する固定枠と、
   前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面及び前記固定枠に対向するように樹脂フィルムを支持する支持体と、
   を有する微細構造転写装置において、
   前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面の、前記マザースタンパと前記固定枠が当接または近接する箇所の段差が、前記樹脂フィルムの厚さ未満であることを特徴とする微細構造転写装置。
2. 前記樹脂フィルムの厚さが、５０〜１０００μｍであ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。
3. 前記段差が、前記樹脂フィルムの厚さに対して６０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細構造転写装置。
4. 前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面が面一となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の微細構造転写装置。
5. 前記固定枠の上部は、前記マザースタンパの内方に向かって突出形成され、
   前記マザースタンパの周縁部は、前記固定枠の突出形状に対応するように、前記マザースタンパの外方に向かって突出形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の微細構造転写装置。
6. 前記マザースタンパの微細な凹凸パターンを有する面と、前記固定枠の前記樹脂フィルムに対向する面との境界を覆う被覆シートが更に設けられ、
   前記被覆シートの厚さは、前記樹脂フィルムの厚さ未満であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の微細構造転写装置。
7. 前記被覆シートの厚さが、前記樹脂フィルムの厚さに対して６０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の微細構造転写装置。

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