JP2014167980A - パターン形成装置およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
【解決手段】表面に樹脂層を有する平板状の被加工物を保持する第1ホルダと、微細な凹凸パターンを有する金型と、被加工物の樹脂層と対向するように金型を保持する第2ホルダと、被加工物と金型とを相対的に接近および離間させる方向に第2ホルダを移動させる移動機構とを備える。金型の凹凸パターンを樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写するように構成され、移動機構は第1又は第2ホルダの3点以上の特定箇所と連結する3本以上の移動ロッドと、複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え、第1または第2ホルダの複数の特定箇所は、被加工物又は金型を包囲する円周上に位置し、制御部は複数の移動ロッドを円周方向の一方向に向かう順に1本ずつ所定距離分移動させるように駆動部を制御することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記移動機構は、前記第1または第2ホルダの3点以上の複数の特定箇所と連結する3本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第1または第2ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されており、
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置し、
前記制御部は、前記複数の移動ロッドを円周方向の一方向に向かう順に1本ずつ所定距離分移動させるように前記駆動部を制御するパターン形成装置が提供される。
この結果、基材に転写された微細な凹凸パターンの方向および形状に影響され難い離型を行うことができ、凹凸パターンの欠陥率を安定的に低減することができる。しかも、簡素なパターン形成装置で実施可能であるため、装置コストの大幅な上昇には繋がらない。
前記移動機構は、前記第1または第2ホルダの3点以上の複数の特定箇所と連結する3本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第1または第2ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されている。
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置している。
前記制御部は、前記複数の移動ロッドを円周方向の一方向に向かう順に1本ずつ所定距離分移動させるように前記駆動部を制御する。
(1)前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型の平面中心を中心とする円周上かつ等間隔の放射線上に位置している請求項1に記載のパターン形成装置。
このようにすれば、凹凸パターンの欠陥率をより安定的に低減することができる。
このようにすれば、第2ホルダと共に金型を基材に対して移動させることができる。そのため、硬化した樹脂層の凹凸パターンを歪ませることなく離型工程を行うことができるため、凹凸パターンの欠陥率低減に有利となる。
前記被加工物と前記金型とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、前記金型の前記凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写する転写工程と、
前記被加工物と前記金型とを相対的に離間する離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行う。
(I)前記離型工程の初期において、1番目の移動ロッドを所定距離分移動させた後、前記円周方向の一方向に隣接する2番目の移動ロッドを1番目の移動ロッドの移動距離よりも長い距離分移動させ、これを3番目以降の移動ロッドについても繰り返して一周させ、
その後は、1番目の移動ロッドから順に一定距離で移動させてもよい。
このようにすれば、効率よく、しかも凹凸パターンの欠陥率をより低減しながら離型工程を行うことができる。
このようにすれば、離型工程において、樹脂層に対する金型の離型性が向上するため、凹凸パターンの欠陥率をより低減することができる。
このようにすれば、樹脂層中に存在するガスが脱気し、凹凸パターンの欠陥率をより低減することができる。また、樹脂層を軟化させることにより、金型へのダメージを低減することができ、金型の寿命を延ばすことができる。
<パターン形成装置>
図1は本発明のパターン形成装置の実施形態1を示しており、(A)は部分的な概略平面図であり、(B)は内部構造を説明する概略正面図である。
このパターン形成装置は、第1ホルダとしての基材ホルダ10と、金型20と、第2ホルダとしての金型ホルダ30と、移動機構40と、光照射部50と、複数の変位センサ60と、制御部70と、これらを収納する筐体80とを備え、ナノインプリント法により被加工物Wにナノメートルレベルの微細な凹凸パターンを転写成形する装置である。
なお、離型時に被加工物Wが金型20にくっついて持ち上げられないよう、被加工物Wを基材ホルダ10に、例えば、接着剤、真空吸着、ネジ止め等で固定する。
基材w1は、ナノ構造体である微細な凹凸パターンを支持する基板となるものであり、その材質は目的に応じて最適なものが選択される。例えば、半導体装置への適用であれば、基材w1としてシリコン基板を用いることができる。
樹脂層w2の樹脂材料としては、熱可塑性樹脂材料、或いは光硬化性樹脂材料、或いは熱硬化性樹脂材料が挙げられる。
なお、被加工物Wについて詳しくは後述する。
なお、金型20は、例えば、接着剤、真空吸着、ネジ止め等にて金型ホルダ30の下面に固定される。
ボールネジ機構部42bは、モータ42aにて回転するスクリューシャフト42b1と、スクリューシャフト42b1に螺着した移動板42b2とを有する。
なお、荷重データは、移動ロッドの初期位置の検出のためのデータとして用いる。
ACまたはDCサーボモータを用いる場合は、後述する変位センサ60にて金型ホルダ30における変位センサ60の直上位置までの距離を検出し、その距離データを制御部70へフィードバックし、各移動ロッド41が順番に所定距離だけ上昇するよう制御部70にて個別に各モータ42aの駆動を制御することができる。
ステッピングモータを用いる場合は、変位センサ60から制御部70へフィードバックされる距離データに基づくことなく、各移動ロッド41が順番に所定距離だけ上昇するよう制御部70にて個別に各モータ42aの駆動を制御することができる。
光硬化性樹脂は、商品名「PAK-01」(東洋合成株式会社から入手可能)、NICT(ダイセル化学工業株式会社から入手可能)等である。
基板w1は、所望の構造の反転構造が転写され硬化された樹脂層が破壊したり変形することを防止するための支持体として機能するに十分な強度を有しさえすれば任意の材質であり得る。基板w1の例としては、石英ガラス基板、金属(銅、ニッケル、ステンレス鋼など)基板、シリコン基板、使用する光硬化性樹脂と混ざらない樹脂基板(例えば、エポキシ基板や高分子量のアクリル基板)が挙げられる。
なお、被加工物Wは、全体が樹脂層w2からなるものであってもよい。
露光線量は、使用する光硬化性樹脂層に応じて適切に選択される。光源として紫外線ランプを使用する場合、露光線量は10mJ/cm2以上であり得る。
次に、このように構成された本発明のパターン形成装置を用いたパターン形成方法について図1〜図5を参照しながら説明する。
図2は実施形態1のパターン形成装置を用いたパターン形成方法の説明図であって、(A)は転写工程前の離型状態を示し、(B)は転写工程を示している。図3は図2(B)に引き続く離型工程を説明する概念図である。図4は離型工程における複数の移動ロッドの移動状態を説明する概念図である。図5は離型工程における金型ホルダの上昇状態を説明する概念図である。
転写工程では、図2(A)に示す離型状態から、図2(B)に示すように、被加工物Wと金型20とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、金型20の凹凸パターン20pを樹脂層w2に押し付けて凹凸パターンを転写する。このとき、離型性向上のために、金型20の凹凸パターン20pの表面に離型剤を塗布する表面処理を行ってもよい。
露光の手段および方法は、一般に、(例えば半導体製造の分野で)微小加工に通常用いられているリソグラフィー技術における露光の手段および方法と同様である。
本発明における露光には、リソグラフィー技術に使用できるエネルギー線、例えば可視光、又は紫外線を使用することができる。よって、本発明において、「光」とは、通常の意味での光(すなわち赤外線、可視光、紫外線)とする。露光は好ましくは紫外線露光である。
離型工程では、被加工物Wと金型20とを相対的に離間する離間方向に移動させる。この際、複数の移動ロッド41のうち、一の移動ロッド41を所定距離分上昇させた後、円周C1の一方向に隣接する他の移動ロッド41を所定距離分上昇させ、これを繰り返し行う。
例えば、図6(A)に示すように、金型20の凹凸パターン20pが一方向に延びるストライプ状である場合、金型ホルダ30の3つの特定箇所P1、P2、P3の高さ位置が上昇する螺旋方向に推移する実施形態1によれば、前記一方向に対して第1の剥離方向D1が垂直方向(90°)となり、前記一方向に対して第2の剥離方向D2が斜め方向(30°)となり、前記一方向に対して第3の剥離方向D3が斜め方向(30°)となることができる。
図7は実施形態2のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図7において、図1(A)中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態2のパターン形成装置は、4本の移動ロッド41を有し、金型ホルダ30の下面における前記円周C1上かつ中心角度90°で等間隔の4本の放射線上の位置に、各移動ロッド41が連結している。これと同様に、4個の変位センサ60が、金型ホルダ30の下面における前記円周C1と4本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は4本の移動ロッド41をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態2において、その他の構成は実施形態1と概ね同様である。
図8は実施形態3のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図8において、図1(A)中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態3のパターン形成装置は、5本の移動ロッド41を有し、金型ホルダ30の下面における前記円周C1上かつ中心角度72°で等間隔の5本の放射線上の位置に、各移動ロッド41が連結している。これと同様に、5個の変位センサ60が、金型ホルダ30の下面における前記円周C1と5本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は5本の移動ロッド41をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態3において、その他の構成は実施形態1と概ね同様である。
図9は実施形態4のパターン形成装置の部分的な概略平面図である。なお、図9において、図1(A)中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態4のパターン形成装置は、6本の移動ロッド41を有し、金型ホルダ30の下面における前記円周C1上かつ中心角度60°で等間隔の6本の放射線上の位置に、各移動ロッド41が連結している。これと同様に、6個の変位センサ60が、金型ホルダ30の下面における前記円周C1と6本の放射線との交点位置の高さを測定するようそれらの直下に設けられている。なお、図示しない移動機構は6本の移動ロッド41をそれぞれ個別に昇降させるよう構成されている。
実施形態4において、その他の構成は実施形態1と概ね同様である。
被加工物Wを金型ホルダ30の下面に取り付け、金型20を基材ホルダ10に取り付けてもよい。すなわち、転写工程後、金型20に対して被加工物Wを上昇させて離型するようにしてもよい。
図1〜図6(A)で説明した実施形態1のパターン形成装置を用いて被加工物Wに微細な凹凸パターンを転写成形した。このときの条件は下記の通りである。
・金型20は10mm角のサイズであり、その凹凸パターン20pは、平板列であり、幅A1を2μm、高さA2を2μm、繰返しピッチA3を4μmとした(図2(A)参照)。
・金型20の平面中心Gを中心とする円周C1の半径を60mmとし、円周C2の半径を30mmとした(図1(A)参照)。
・10mm角の基材w1上に光硬化性樹脂を塗布し、転写工程、露光工程、および離型工程を行った。離型工程は、図4で説明した要領で行った。
図10は、実施例1で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。
比較例1では、図6(B)に示すように、金型20の凹凸パターン20pが延びる方向に対して垂直な第1の剥離方向D1のみで離型を行った。
図11は、比較例1で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。
比較例2では、図6(C)に示すように、金型20の凹凸パターン20pが延びる方向が第1の剥離方向D1に対して平行になるように、金型20を金型ホルダ30に取り付け、離型工程において第1の剥離方向D1のみで離型を行った。
図12は、比較例2で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。
比較例3では、図6(D)に示すように、金型20の凹凸パターン20pが延びる方向が第1の剥離方向D1に対して45°になるように、金型20を金型ホルダ30に取り付け、離型工程において第1の剥離方向D1のみで離型を行った。
図13は、比較例3で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。
3本の移動ロッドを同時に同じ上昇速度で上昇させて離型した。すなわち、比較例4では垂直離型モードを採用した。
図14は比較例4で得られた転写成形後の被加工物の凹凸パターンの状態を光学顕微鏡にて撮影した写真である。
すなわち、被加工物の加工面積に対する欠陥部分の面積の割合で求めた欠陥率は、実施例1(最大2%)<比較例1(16%)<比較例2(35%)<比較例3(39%)<比較例4(60%)という結果であった。
20p 微細な凹凸パターン
20 金型
30 金型ホルダ(第2ホルダ)
40 移動機構
41、41a、41b、41c 移動ロッド
42 駆動部
50 光照射部
70 制御部
W 被加工物
w1 基材
w2 樹脂層
C1、C2 円周
G 平面中心
P1、P2、P3 特定箇所
R1、R2、R3 放射線
Claims (5)
- 表面に樹脂層を有する平板状の被加工物を保持する第1ホルダと、微細な凹凸パターンを有する金型と、前記第1ホルダにて保持された被加工物の前記樹脂層と対向するように前記金型を保持する第2ホルダと、前記被加工物と前記金型とを相対的に接近および離間させる方向である移動方向に前記第1または第2ホルダを移動させる移動機構とを備え、前記金型の凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを被加工物に転写するように構成され、
前記移動機構は、前記第1または第2ホルダの3点以上の複数の特定箇所と連結する3本以上の複数の移動ロッドと、前記複数の移動ロッドを移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記第1または第2ホルダの前記複数の特定箇所に対して前記移動方向に前記複数の移動ロッドを移動させるよう構成されており、
前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型を包囲する円周上に位置し、
前記制御部は、前記複数の移動ロッドを円周方向の一方向に向かう順に1本ずつ所定距離分移動させるように前記駆動部を制御することを特徴とするパターン形成装置。 - 前記複数の特定箇所は、前記被加工物または前記金型の平面中心を中心とする円周上かつ等間隔の放射線上に位置している請求項1に記載のパターン形成装置。
- 前記移動機構の前記複数の移動ロッドは、前記第2ホルダの前記複数の特定箇所と連結している請求項1または2に記載のパターン形成装置。
- 請求項1に記載のパターン形成装置を用いたパターン形成方法であって、
前記被加工物と前記金型とを相対的に接近させる接近方向に移動させることにより、前記金型の前記凹凸パターンを前記樹脂層に押し付けて凹凸パターンを転写する転写工程と、
前記被加工物と前記金型とを相対的に離間する離間方向に移動させる離型工程とを含み、
前記離型工程において、前記複数の移動ロッドのうち、一の移動ロッドを所定距離分移動させた後、円周方向の一方向に隣接する他の移動ロッドを所定距離分移動させ、これを繰り返し行うパターン形成方法。 - 前記離型工程の初期において、1番目の移動ロッドを所定距離分移動させた後、前記円周方向の一方向に隣接する2番目の移動ロッドを1番目の移動ロッドの移動距離よりも長い距離分移動させ、これを3番目以降の移動ロッドについても繰り返して一周させ、
その後は、1番目の移動ロッドから順に一定距離で移動させる請求項4に記載のパターン形成方法。
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