JP2018046241A - 原盤、転写物、および原盤の製造方法 - Google Patents

原盤、転写物、および原盤の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】凹部または凸部が高い配列精度で連続配列された凹凸構造を外周面に備える原盤を提供する。
【解決手段】円筒または円柱形状の基材と、前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、
を備え、前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される、原盤。
【選択図】図７

Description

本発明は、原盤、転写物、および原盤の製造方法に関する。
近年、微細加工技術の一つとして、表面に微細な凹凸構造が形成された円柱形状の原盤を樹脂シート等に押し当て、原盤の表面に形成された凹凸構造を樹脂シートに転写するインプリント技術の開発が進められている。
インプリント技術に用いられる原盤は、例えば、レーザ光によるリソグラフィ技術を用いることで製造される。具体的には、原盤は、中心軸を軸として円柱形状の基材を回転させ、基材の軸方向に走査しながらレーザ光を基材に照射することで、円柱形状の基材の外周面に連続的にパターンを形成することで製造される。
ここで、インプリント技術に対しても、他の微細加工技術と同様に、加工精度のさらなる向上が求められている。特に、凹凸構造が形成された転写物を反射防止フィルム等の光学部材として用いる場合、回折散乱の低減、および光学特性の向上のために、凹凸の充填密度を向上させ、かつ凹凸の配列を精密に制御することが求められている。また、表面プラズモンを用いたフィルタ、および発光デバイス向けの基材においても、転写物に設けられた凹凸構造の配列を精密に制御することが求められている。
そのため、インプリント技術に用いられる円柱形状の原盤の外周面に、より高い精度で露光パターンの配列を制御する技術が求められている。
例えば、下記の特許文献１には、ロール状部材に露光パターンを形成する際に、回転制御信号のスタートパルスを基準に用いて、露光開始位置を制御するナノインプリント用モールドの露光方法が開示されている。特許文献１に開示された技術では、ロール状部材が１回転するたびに一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、１周ごとに露光パターンの開始位置を制御することで、所望の配列の露光パターンを得ている。
特開２０１１−１１８０４９号公報
しかし、上記の特許文献１に開示された技術では、ロール状部材が１回転するごとに露光パターンの開始位置を制御するため、露光パターンの連続性が失われてしまう。その結果、ロール状部材に形成された露光パターンには、１周に１箇所、露光パターンが形成されない空白領域が生じてしまう。よって、特許文献１に開示された技術では、露光パターンの配列を制御しつつ、ロール状部材の外周面に途切れがない連続した露光パターンを形成することは困難であった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、凹部または凸部の配列が精密に制御された凹凸構造を外周面に備える、新規かつ改良された原盤、該原盤を用いた転写物、および該原盤の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、円筒または円柱形状の基材と、前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、を備え、前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される、原盤が提供される。
前記凹凸構造は、前記基材の軸方向に沿って前記凹部または凸部が形成されない空白領域、および前記凹部または凸部と異なる配列の凹部または凸部が形成されたエラー領域をいずれも含まないことが好ましい。
前記凹凸構造は、前記凹部または凸部が六方格子状に配列された構造であってもよい。
前記凹部または凸部の平均周期は、１μｍ未満であってもよい。
前記基材の少なくとも外周面は、ガラス材料で構成されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基準クロックを複数の信号生成回路で共有し、前記複数の信号生成回路の各々で回転制御信号と、露光信号とを生成するステップと、前記回転制御信号に基づいて、円筒または円柱形状の基材を、前記基材の中心軸を軸に回転させ、かつ前記露光信号に基づいて、前記基材の軸方向に走査しながら前記基材の外周面にレーザ光を照射し、前記基材の外周面にパターンを形成するステップと、を含む、原盤の製造方法が提供される。
前記回転制御信号の周波数と、前記露光信号の周波数とは、互いに整数倍ではないことが好ましい。
前記基材が１回転する際に、前記回転制御信号にて発せられるパルスの数は、整数であり、前記露光信号にて発せられるパルスの数は、整数ではないことが好ましい。
前記回転制御信号と、前記露光信号とは、互いに同期していてもよい。
前記基材の外周面には、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されるレジスト層が設けられ、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されたレジスト層をマスクとして前記基材をエッチングすることで、前記基材の外周面に凹凸構造を形成するステップをさらに含んでもよい。
前記レーザ光の照射によるパターン形成は、熱リソグラフィによって行われてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、原盤が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の原盤を用いて、シート状基材に前記原盤の外周面に形成された凹凸構造を転写した、転写物が提供される。
以上説明したように本発明によれば、凹部または凸部の配列が精密に制御された凹凸構造を外周面に備える原盤を提供することが可能である。また、該原盤の外周面に形成された凹凸構造の反転構造が転写された転写物を提供することも可能である。
本発明の一実施形態に係る原盤を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る原盤の製造方法において使用される露光方法を概略的に示す模式図である。 同実施形態において、露光信号と、露光パターンとの対応関係を示す説明図である。 同実施形態において、露光信号と、回転制御信号との対応関係を示す説明図である。 同実施形態において、露光信号および回転制御信号を生成する機構を示すブロック図である。 同実施形態において、基材の露光に用いられる露光装置の具体的な構成を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る原盤を用いて転写物を製造する転写装置の構成を示す模式図である。 実施例１に係る転写物を拡大倍率１万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。 実施例１に係る転写物を拡大倍率６万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。 比較例１に係る転写物を拡大倍率６万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜１．原盤＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る原盤の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る原盤を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る原盤１は、例えば、外周面に凹凸構造１２が形成された基材１０からなる。
原盤１は、例えば、ロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式のインプリント技術に用いられる原盤である。ロールツーロール方式のインプリント技術では、原盤１を回転させながら、原盤１の外周面をシート状基材等に押圧することによって、外周面に形成された凹凸構造をシート状基材等に転写することができる。このようなインプリント技術を用いることで、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１２が転写された大面積の転写物を効率良く製造することができる。
なお、原盤１によって凹凸構造１２が転写された転写物は、例えば、表面プラズモンフィルタ、発光デバイス、または反射防止フィルムなどの光学部材として使用され得る。
基材１０は、例えば、円筒または円柱形状の部材である。基材１０の形状は、図１で示すように内部に空洞を有する中空の円筒形状であってもよく、内部に空洞を有さない中実の円柱形状であってもよい。基材１０は、溶融石英ガラス、または合成石英ガラスなどのガラス材料で構成されてもよく、ステンレス鋼などの金属、またはこれら金属の外周面をＳｉＯ２等で被覆したものなどで構成されてもよい。
ただし、基材１０は、好ましくは、少なくとも外周面がガラス材料で構成され、より好ましくは、全体が石英ガラスなどのガラス材料で構成される。これは、基材１０がＳｉＯ２を主とするガラス材料で構成される場合、フッ素化合物を用いたエッチングによって、基材１０の外周面に容易に凹凸構造１２を形成することができるためである。具体的には、レーザ光によるリソグラフィを用いて、基材１０の外周面に設けられたレジスト層に対して凹凸構造１２に対応したパターンを形成した後、レジスト層をマスクとしたドライエッチングを行うことによって、基材１０に凹凸構造１２を容易に形成することができる。
基材１０の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、軸方向の長さは１００ｍｍ以上であってもよく、外径は５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。また、基材１０が円筒形状である場合、円筒の厚みは２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。
凹凸構造１２は、基材１０の外周面に形成され、凹部または凸部が連続配列された構造である。具体的には、凹凸構造１２は、基材１０の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列され、かつ基材１０の軸方向に隣接する周同士で、凹部または凸部が所定の位相差にて配列された構造である。すなわち、凹凸構造１２では、基材１０の軸方向において、凹部または凸部が形成される位相が揃わないため、凹部または凸部は、基材１０の軸方向と平行な直線上に並ばず、基材１０の軸方向に対して斜めの直線上に並ぶことになる。
なお、凹部または凸部１２１は、基材１０の外周面に対して垂直な方向に突出した凸部、または基材１０の外周面に対して垂直な方向に落ち窪んだ凹部のいずれか一方を意味し、一つの原盤１において両者が混在することを意味しない。
ここで、図２を参照して、本実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造１２の具体的な構造について説明する。図２は、本実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造１２の一例を示す平面図である。なお、図２では、Ｘ方向が基材１０の周方向に相当し、Ｙ方向が基材１０の軸方向に相当し、Ｚ方向が基材１０の外周面に対して垂直な方向に相当する。
図２に示すように、凹凸構造１２は、凹部または凸部１２１が六方格子状に配列された凹凸構造であってもよい。このとき、基材１０の周方向における凹部または凸部１２１の周期をドットピッチＰＤとも称し、基材１０の軸方向に隣接する周（トラックともいう）同士の間隔をトラックピッチＰＴとも称する。
凹凸構造１２では、基材１０の軸方向に隣接する凹部または凸部１２１は、基材１０の周方向における凹部または凸部１２１の配列（すなわち、トラック）ごとに中心位置が１／２ＰＤだけずれる。すなわち、凹凸構造１２では、隣接する周同士で凹部または凸部１２１の位相が１８０°だけずれることになる。
凹凸構造１２のドットピッチＰＤおよびトラックピッチＰＴの大きさは、例えば、１μｍ未満であってもよく、好ましくは可視光帯域の波長以下であってもよく、より好ましくは１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であってもよい。凹凸構造１２がこのような大きさの微細構造である場合、凹凸構造１２は、広範な波長帯域の入射光の反射を抑制する、いわゆるモスアイ構造として機能することができる。
ただし、ドットピッチＰＤまたはトラックピッチＰＴのいずれかが１００ｎｍ未満である場合、凹凸構造１２の形成が困難になるため好ましくない。また、ドットピッチＰＤまたはトラックピッチＰＴのいずれかが３５０ｎｍを超える場合、可視光の回折が生じ、モスアイ構造としての機能が低下するため好ましくない。なお、ドットピッチＰＤおよびトラックピッチＰＴの大きさは、上記の範囲内であれば、互いに同一であってもよく、相違していてもよい。
また、凹凸構造１２は、六方格子状の配列に限らず、他の配列であってもよい。例えば、凹凸構造１２は、凹部または凸部１２１が正方形の頂点および中心に配列された構造であってもよい。ただし、凹部または凸部１２１を平面上に最密に充填するためには、凹凸構造１２は、凹部または凸部１２１が六角形の頂点および中心に配列された六方格子状の配列であることが好ましい。
また、凹凸構造１２は、凹部または凸部が途切れなく連続配列されており、基材１０の軸方向に凹部または凸部が形成されない空白領域、および凹部または凸部の配列が乱れて形成されたエラー領域のいずれも含まない。具体的には、凹凸構造１２が形成された領域の内部には、露光パターンの開始位置の調整のために凹部または凸部が形成されなかった空白領域、および露光時に異なるパターンが形成されたために凹部または凸部の配列が乱れたエラー領域が存在しない。
このような凹凸構造１２を備える原盤１を用いて製造された転写物は、凹凸構造１２が形成された領域を選別して使用する必要がなく、かつ、凹凸構造１２が形成された領域以外の領域を廃棄する必要がない。したがって、本実施形態に係る原盤１によれば、より効率的に凹凸構造１２が転写された転写物を量産することが可能である。
＜２．原盤の製造方法＞
［２．１．概略］
続いて、上述した本実施形態に係る原盤１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る原盤１は、レーザ光による熱リソグラフィを用い、基材１０の外周面に対して凹凸構造１２に対応するパターンを形成した後、エッチング等によって基材１０に凹凸構造１２を形成することで製造される。本実施形態に係る原盤１では、高い精度で照射位置を制御可能なレーザ光によるリソグラフィを用いて凹凸構造１２に対応するパターンを形成することで、凹凸構造１２の凹部または凸部の配列を精密に制御することが可能である。
ここで、いわゆるモスアイ構造などの凹凸構造を形成する方法の一つとして、陽極酸化法が知られている。陽極酸化法では、電解液中でアルミニウム基材を陽極として通電することで、アルミニウム基材の溶解および酸化を同時に進行させ、アルミニウム基材の表面に円柱状の細孔を自己組織化された配列で形成することができる。
しかしながら、陽極酸化法では、凹部または凸部の平面配列は、自己組織化によって決まってしまうため、凹部または凸部を任意の配列で形成することは困難である。また、陽極酸化法では、凹部または凸部の配列精度は、アルミニウム基材の表面状態、および結晶粒の均一性に影響されるため、本実施形態に係る原盤１の凹凸構造１２と同様の配列精度を達成することは困難である。さらに、陽極酸化法では、電解液中での通電によって溶解および酸化が容易に進行するアルミニウムなどの金属のみにしか凹凸構造を形成することができない。すなわち、本実施形態に係る原盤１は、陽極酸化法ではなく、レーザ光によるリソグラフィを用いることによってのみ、製造が可能である。
具体的には、本実施形態に係る原盤１の製造方法は、基材１０の外周面にレジスト層を成膜する成膜工程と、レジスト層にレーザ光を照射することで潜像を形成する露光工程と、潜像が形成されたレジスト層を現像し、レジスト層にパターンを形成する現像工程と、パターンが形成されたレジスト層をマスクとしてエッチングし、基材１０の外周面に凹凸構造１２を形成するエッチング工程と、を含む。
成膜工程では、基材１０の外周面にレジスト層が成膜される。レジスト層は、レーザ光によって潜像を形成することが可能な無機系材料または有機系材料を含む。無機系材料としては、例えば、タングステン、またはモリブデンなどの１種または２種以上の遷移金属を含む金属酸化物を用いることができる。また、無機系材料を含むレジスト層は、例えば、スパッタ法などを用いることで成膜することができる。一方、有機系材料としては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、有機系材料を含むレジスト層は、スピンコート法などを用いることで成膜することができる。
露光工程では、基材１０の外周面に形成されたレジスト層にレーザ光を照射することで、レジスト層に凹凸構造１２に対応するパターンの潜像が形成される。レジスト層に照射されるレーザ光の波長は、特に限定されないが、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光帯域の波長であってもよい。
現像工程では、レーザ光の照射によって潜像が形成されたレジスト層を現像することで、潜像に対応するパターンがレジスト層に形成される。例えば、レジスト層が上述した無機系材料を含む場合、レジスト層の現像には、ＴＭＡＨ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌＡｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液などのアルカリ系溶液を用いることができる。また、レジスト層が上述した有機系材料を含む場合、レジスト層の現像には、エステル、またはアルコールなどの各種有機溶剤を用いることができる。
エッチング工程では、パターンが形成されたレジスト層をマスクとして基材１０をエッチングすることで、基材１０の外周面に潜像に対応する凹凸構造１２が形成される。基材１０のエッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれで行ってもよい。基材１０がＳｉＯ２を主とするガラス材料（例えば、石英ガラスなど）である場合、基材１０のエッチングは、フッ化炭素ガスを用いたドライエッチング、またはフッ化水素酸等を用いたウェットエッチングによって行うことができる。
［２．２．露光方法］
次に、図３〜図７を参照しながら、本実施形態に係る原盤１の製造方法において使用される露光方法について説明する。図３は、本実施形態に係る原盤１の製造方法において使用される露光方法を概略的に示す模式図である。
本実施形態に係る原盤１の製造方法では、露光工程において、レーザ光の発振を制御する露光信号と、基材１０の回転を制御する回転制御信号とを基準クロックを共有させる。これにより、基材１０の外周面におけるレーザ光の照射位置を精密に制御することができるため、原盤１の外周面に形成される凹凸構造１２の配列精度を向上させることができる。
図３に示すように、本実施形態に係る原盤１の製造方法では、例えば、レーザ光３０を発するレーザ光源３１と、レーザ光３０の発振を制御する制御機構４７とを備える露光装置３を用いて、基材１０にレーザ光３０を照射し、基材１０の外周面に露光パターン１２Ａを形成する。
レーザ光源３１は、レーザ光３０を発振する光源である。レーザ光源３１は、例えば、半導体レーザ光源などであってもよい。レーザ光源３１が発するレーザ光３０の波長は、特に限定されないが、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光帯域の波長であってもよい。
制御機構４７は、レーザ光３０の発振を制御する露光信号を生成する。制御機構４７は、例えば、任意の波形の信号を生成可能な信号生成回路を含むファンクションジェネレータなどであってもよい。
露光装置３は、中心軸を軸として回転する円筒または円柱形状の基材１０の外周面に対して、レーザ光３０を基材１０の軸方向（図３では矢印Ｒの方向）に沿って走査しながら照射することで、基材１０の外周面に露光パターン１２Ａを形成する。これによれば、露光装置３は、基材１０の外周面に対して、スパイラル状にレーザ光を照射することができるため、基材１０の外周面の所望の領域に露光パターン１２Ａを形成することができる。
基材１０の外周１周の長さは、基材１０の加工誤差によって周ごとに変化し得るため、露光信号と回転制御信号とが同期しない場合、露光の進行に伴って、露光パターンの配列が乱れてしまう。また、基材１０を回転させるターンテーブルのスピンドルモータは、回転速度に揺らぎをもっているため、回転速度の揺らぎにより、露光パターンの配列が乱れてしまう。
そのため、従来、露光信号と、回転制御信号とを同期させることにより、１周毎の露光パターンの配列の乱れを抑制することが行われている。しかしながら、このような場合、露光信号の周波数は、回転制御信号の分周または逓倍に制限されてしまう。そのため、六方格子配列など１周毎に周期がずれた配列の露光パターンを形成しようとした場合、露光信号と回転制御信号とを同期させることが困難となってしまう。
そこで、例えば、基材１０を回転させるターンテーブルのスピンドルモータから１周ごとに一定のタイミングで発せられるスタートパルス（Ｚ相信号ともいう）を用いて、１周毎に露光信号の位相を反転させたり、１周毎に露光開始のタイミングを調整したりすることで、六方格子配列の露光パターンを形成することが検討されている。しかしながら、このような場合、１周ごとに露光パターンが形成されない空白領域、または露光パターンが所望のパターンから乱れたエラー領域が発生してしまうため、露光パターンの連続性が失われてしまう。
本実施形態に係る原盤１の製造方法では、露光信号と回転制御信号とで信号生成の基となる基準クロックを共有させることによって、露光信号と回転制御信号とを同期させる。これによれば、露光信号の周波数は、回転制御信号の分周または逓倍に制限されることがなくなり、任意の値に設定することが可能となる。したがって、本実施形態に係る原盤１の製造方法によれば、露光信号の連続性を維持したまま、基材１０の外周面に連続的な露光パターンを任意の配列で形成することが可能になる。したがって、本実施形態に係る原盤１の製造方法によれば、凹部または凸部が高い精度で配列され、かつ途切れまたはパターンの乱れ等がない連続的な凹凸構造１２を原盤１の外周面に形成することが可能である。
ここで、図４を参照して、制御機構４７が生成する露光信号と、基材１０の外周面に形成される露光パターン１２Ａとの対応関係を具体的に説明する。図４は、露光信号と、露光パターンとの対応関係を示す説明図である。
図４に示すように、円形のドットを六方格子状に配列した露光パターンを基材１０の外周面に形成する場合、露光装置３は、例えば、所定の周期でハイレベルおよびローレベルを交互に繰り返すパルス波を露光信号として用いてもよい。このとき、露光装置３は、露光信号がハイレベルの時に基材１０の外周面に露光パターンを形成するようにレーザ光３０の発振を制御してもよい。
また、露光パターンにおいて、円形のドットを六方格子状に配列させるためには、基材１０の外周面に形成される露光パターンの配列を精密に制御することが重要である。例えば、基材１０の軸方向に隣接する周同士で、レーザ光３０の照射を制御する露光信号が１／２パルスずつずれるように、露光信号および回転制御信号の周波数を設定することで、円形のドットを六方格子状に配列させることができる。
また、図５を参照して、図４で示す六方格子状の露光パターンを形成する場合の露光信号と、回転制御信号との対応関係を具体的に説明する。図５は、露光信号と、回転制御信号との対応関係を示す説明図である。
露光信号および回転制御信号の各々において、信号の連続性を維持したまま、周ごとに露光信号の位相を１８０°ずつ反転させるためには、回転制御信号が１周分の整数のパルスを発する間に、露光信号は、整数ではなく、０．５の端数を含むパルス数を発することが重要である。ターンテーブルのスピンドルモータは、回転制御信号によって所定のパルス数が入力された場合に１回転するように制御されているため、露光信号のパルス数が０．５の端数を含むことによって、ｎ＋１周目に対して、ｎ周目およびｎ＋２周目の位相をそれぞれ１８０°ずらすことができる。
このように、１回転に対応する整数のパルスの回転制御信号に対して、露光信号のパルス数を０．５の端数を含むように制御することで、周ごとに露光信号の位相を１８０°反転させることができる。これにより、基材１０の軸方向に隣接する周ごとに円形のドットがそれぞれ互い違いとなる六方格子状の露光パターンを形成することが可能である。
［２．３．信号生成方法］
続いて、図６を参照して、上述した露光信号および回転制御信号の生成方法について説明する。図６は、露光信号および回転制御信号を生成する機構を示すブロック図である。
図６に示すように、回転制御信号を生成する波形生成装置４５０には、基準クロック生成部４００が内蔵され、基準クロック生成部４００にて生成された基準クロックは、露光信号を生成するフォーマッタ４８に供給される。フォーマッタ４８で生成された露光信号は、ドライバ４９に入力され、レーザ光源３１の発振の制御に用いられる。また、波形生成装置４５０で生成された回転制御信号は、スピンドルモータ４５に入力され、基材１０を回転させるターンテーブルのスピンドルモータ４５の回転の制御に用いられる。
基準クロック生成部４００は、基準クロックとなる所定の周波数のパルス波を生成する。生成された基準クロックは、フォーマッタ４８の第１信号生成部４１０、および波形生成装置４５０の第２信号生成部４２０に供給される。
第１信号生成部４１０は、フォーマッタ４８に備えられ、供給された基準クロックを信号処理することで、露光信号を生成する。具体的には、第１信号生成部４１０は、基準クロックに対して、所望の露光パターンが形成されるように周波数を変更し、レーザ光源３１の出力およびレジスト層の特性を考慮して、パルス波のデューティ比を制御することで、露光信号を生成する。
第２信号生成部４２０は、波形生成装置４５０に備えられ、供給された基準クロックを信号処理することで、回転制御信号を生成する。具体的には、第２信号生成部４２０は、基準クロックに対して、ターンテーブルのスピンドルモータ４５が所望の回転数となるように周波数を変更することで、回転制御信号を生成する。
ここで、六方格子の配列パターンを露光する場合、第１信号生成部４１０が生成する露光信号と、第２信号生成部４２０が生成する回転制御信号とは、周波数が互いに整数倍とはならない。これは、回転制御信号が整数のパルス数を発する間に、露光信号は、０．５の端数のパルス数を発するように周波数が設定されるためである。そのため、同一の信号生成回路で生成することができず、図６で示すように、それぞれ別個の信号生成回路で生成されることになる。また、露光信号と、回転制御信号とは、周波数が互いに整数倍にならないが、基準クロックを共有した信号生成回路で生成されているため、同期の取れた信号となる。
なお、図６では、波形生成装置４５０の内部に基準クロック生成部４００が設けられる構成を例示したが、本発明は、かかる例示に限定されない。例えば、ターンテーブルのスピンドルモータ４５にも信号生成回路が内蔵されているため、スピンドルモータ４５からも回転制御信号と同期が取れた出力信号を取り出すことが可能であるため、かかる出力信号を用いて露光信号を生成してもよい。このような場合でも、回転制御信号と同期が取れた露光信号を得ることが可能である。
［２．４．露光装置の構成］
次に、図７を参照して、図６で示した構成によって生成された露光信号および回転制御信号を用いて、円筒または円柱形状の基材１０への露光を行う露光装置３の具体的な構成について説明する。図７は、基材１０の露光に用いられる露光装置３の具体的な構成を説明するブロック図である。
図７に示すように、露光装置３は、レーザ光源３１と、第１ミラー３３と、フォトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ：ＰＤ）３４と、集光レンズ３６と、電気光学偏向素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＥＯＤ）３９と、コリメータレンズ３８と、第２ミラー４１と、ビームエキスパンダ（Ｂｅａｍ ｅｘｐａｎｄｅｒ：ＢＥＸ）４３と、対物レンズ４４と、を備える。
レーザ光源３１は、制御機構４７が生成した露光信号によって制御され、レーザ光源３１から発振されたレーザ光３０は、ターンテーブル４６上に載置された基材１０に照射される。また、基材１０が載置されたターンテーブル４６は、波形生成装置４５０が生成した回転制御信号によって制御されるスピンドルモータ４５によって回転する。ここで、フォーマッタ４８、および波形生成装置４５０には、共通の基準クロックが供給されているため、露光信号、および回転制御信号は、同期している。
レーザ光源３１は、上述したように、基材１０の外周面に成膜されたレジスト層を露光するレーザ光３０を発振する光源である。レーザ光源３１は、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光帯域の波長のレーザ光を発する半導体レーザ光源であってもよい。レーザ光源３１から出射されたレーザ光３０は、平行ビームのまま直進し、第１ミラー３３で反射される。
また、第１ミラー３３にて反射されたレーザ光３０は、集光レンズ３６によって電気光学偏向素子３９に集光された後、コリメータレンズ３８によって、再度、平行ビーム化される。平行ビーム化されたレーザ光３０は、第２ミラー４１によって反射され、ビームエキスパンダ４３に水平に導かれる。
第１ミラー３３は、偏光ビームスプリッタで構成され、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第１ミラー３３を透過した偏光成分は、フォトダイオード３４によって光電変換され、光電変換された受光信号は、レーザ光源３１に入力される。これにより、レーザ光源３１は、入力された受光信号によるフィードバックに基づいてレーザ光３０の出力を調整等することができる。
電気光学偏向素子３９は、レーザ光３０の照射位置をナノメートル程度の距離で制御することが可能な素子である。露光装置３は、電気光学偏向素子３９により、基材１０に照射されるレーザ光３０の照射位置を微調整することが可能である。
ビームエキスパンダ４３は、第２ミラー４１によって導かれたレーザ光３０を所望のビーム形状に整形し、対物レンズ４４を介して、レーザ光３０を基材１０の外周面に成膜されたレジスト層に照射する。
ターンテーブル４６は、基材１０を支持し、スピンドルモータ４５によって回転されることで、基材１０を回転させる。ターンテーブル４６は、基材１０を回転させながら、基材１０の軸方向（すなわち、矢印Ｒ方向）にレーザ光３０の照射位置を移動させることができるため、基材１０の外周面にスパイラル状に露光を行うことができる。なお、レーザ光３０の照射位置の移動は、レーザ光源３１を含むレーザヘッド、または基材１０を支持するターンテーブル４６のいずれかをスライダに沿って移動させることで行ってもよい。
制御機構４７は、フォーマッタ４８と、ドライバ４９とを備え、レーザ光源３１の発振を制御することで、レーザ光３０の照射時間および照射位置を制御する。
ドライバ４９は、フォーマッタ４８が生成した露光信号に基づいてレーザ光源３１の発振を制御する。具体的には、ドライバ４９は、露光信号がハイレベルの場合に、レーザ光３０が照射されるようにレーザ光源３１を制御してもよい。また、スピンドルモータ４５は、波形生成装置４５０にて生成された回転制御信号に基づいて、ターンテーブル４６を回転させる。具体的には、スピンドルモータ４５は、回転制御信号によって所定の数のパルスが入力された場合にターンテーブル４６が１回転するように回転を制御してもよい。
以上のような露光装置３により、基材１０への露光パターンの形成を行うことができる。露光装置３によれば、基材１０の外周面に任意の配列の露光パターンを精密に形成することが可能である。
なお、露光装置３によって露光された基材１０は、上述したように、現像工程、およびエッチング工程を経ることで、基材１０の外周面に凹凸構造１２が形成される。これにより、本実施形態に係る原盤１が製造される。
＜３．原盤の使用例＞
続いて、図８を参照して、本実施形態に係る原盤１を用いて転写物を効率的に製造する方法について説明する。具体的には、図８で示す転写装置５を用いることで、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１２を転写した転写物を連続的に製造することができる。図８は、本実施形態に係る原盤１を用いて転写物を製造する転写装置５の構成を示す模式図である。
図８に示すように、転写装置５は、原盤１と、基材供給ロール５１と、巻取ロール５２と、ガイドロール５３、５４と、ニップロール５５と、剥離ロール５６と、塗布装置５７と、光源５８とを備える。すなわち、図８に示す転写装置５は、ロールツーロール方式のインプリント転写装置である。
基材供給ロール５１は、例えば、シート状基材６１がロール状に巻かれたロールであり、巻取ロール５２は、凹凸構造１２が転写された樹脂層６２を積層した転写物を巻き取るロールである。また、ガイドロール５３、５４は、転写前後で、シート状基材６１を搬送するロールである。ニップロール５５は、樹脂層６２が積層されたシート状基材６１を原盤１に押圧するロールであり、剥離ロール５６は、凹凸構造１２を樹脂層６２に転写した後、樹脂層６２が積層されたシート状基材６１を原盤１から剥離するロールである。
塗布装置５７は、コーターなどの塗布手段を備え、光硬化樹脂組成物をシート状基材６１に塗布し、樹脂層６２を形成する。塗布装置５７は、例えば、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター、またはダイコーターなどであってもよい。また、光源５８は、光硬化樹脂組成物を硬化可能な波長の光を発する光源であり、例えば、紫外線ランプなどであってもよい。
なお、光硬化性樹脂組成物は、所定の波長の光が照射されることによって硬化する樹脂である。具体的には、光硬化性樹脂組成物は、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレートなどの紫外線硬化樹脂であってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、開始剤、フィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電抑制剤、または増感色素などを含んでもよい。
なお、樹脂層６２は、熱硬化性樹脂組成物で形成されていてもよい。このような場合、転写装置５には、光源５８ではなく、ヒータが備えられ、ヒータによって樹脂層６２を加熱することで樹脂層６２を硬化させ、凹凸構造１２を転写する。熱硬化性樹脂組成物は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、または尿素樹脂等であってもよい。
転写装置５では、まず、基材供給ロール５１からガイドロール５３を介して、シート状基材６１が連続的に送出される。送出されたシート状基材６１に対して、塗布装置５７により光硬化樹脂組成物が塗布されることで、シート状基材６１に樹脂層６２が積層される。また、樹脂層６２が積層されたシート状基材６１は、ニップロール５５によって原盤１に押圧される。これにより、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１２が樹脂層６２に転写される。凹凸構造１２が転写された樹脂層６２は、光源５８からの光の照射により硬化される。これにより、凹凸構造１２の反転構造が樹脂層６２に形成される。凹凸構造１２が転写されたシート状基材６１は、剥離ロール５６により原盤１から剥離され、ガイドロール５４を介して巻取ロール５２に送出され、巻き取られる。
このような転写装置５によれば、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１２を転写した転写物を効率良く連続的に製造することが可能である。
以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係る原盤について、さらに具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る原盤およびその製造方法の実施可能性および効果を示すための一条件例であり、本発明に係る原盤およびその製造方法が以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
以下の工程により、実施例１に係る原盤を作製した。まず、円筒形状の石英ガラスからなる基材（軸方向長さ４８０ｍｍ×外径直径１４０ｍｍ）の外周面に、酸化タングステンを含む材料にて、スパッタ法でレジスト層を約５０ｎｍ〜６０ｎｍ成膜した。次に、図７にて示したような露光装置を用いて、レーザ光による熱反応リソグラフィを行い、レジスト層に潜像を形成した。なお、基準クロックには、１０ＭＨｚおよびデューティ比５０％のパルス信号を用い、該基準クロックを基にして、露光信号および回転制御信号をそれぞれ生成した。
例えば、スピンドルモータの１周に相当するパルス数（スピンドルモータを制御するロータリエンコーダの１周分のカウント数に相当）が４０９６パルスであり、基材１０を９００ｒｐｍで回転させる場合、回転制御信号の周波数は、６１．４４ｋＨｚ（４０９６×９００÷６０＝６１４４０）となる。
また、外径直径１４０ｍｍの円筒形基材の外周１周の長さは、約４４０ｍｍであるため、例えば、約２７０ｎｍピッチで円形のドットを配列した六方格子状の露光パターンを形成する場合、１周のドット数は、１６２８９７３．５個となる。したがって、基材１０を９００ｒｐｍで回転させる場合、露光信号の周波数は、２４．４３４６０２５ＭＨｚ（１６２８９７３．５×９００÷６０＝２４４３４６０２．５）となる。
さらに、ドットピッチが２７０ｎｍである場合、円形のドットを六方格子状に配列させるためには、基材の軸方向に隣接する各周同士の間隔（トラックピッチ）は、約２３４ｎｍとなる。したがって、約２３４ｎｍの間隔でスパイラル状に露光するために、ターンテーブルと、レーザ光の照射位置とは、３．５１μｍ／ｓｅｃ（２３４×９００÷６０＝３５１０）の相対速度で移動させることになる。
上述した周波数が２４．４３４６０２５ＭＨｚの露光信号、および周波数が６１．４４ｋＨｚの回転制御信号を用い（デューティ比は共に５０％とした）、レーザ光の照射位置を基材の軸方向に３．５１μｍ／ｓｅｃで移動させながら、基材の外周面にレーザ光を照射し、露光を行った。
続いて、露光後の基材をＮＭＤ３（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド２．３８質量％水溶液）（東京応化工業製）にて現像処理することにより、潜像部分のレジストを溶解し、レジスト層にドットアレイ状の凹凸構造を形成した。次に、現像後のレジスト層をマスクにして、ＣＨＦ３ガス（３０ｓｃｃｍ）を用いて、ガス圧０．５Ｐａ、投入電力２００Ｗにて反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を行い、基材を６０〜１２０分間エッチングした。その後、残存したレジスト層を除去した。
以上の工程により、外周面に凹凸構造が形成された原盤を製造した。さらに、製造した原盤を用いて転写物を製造した。具体的には、図８で示した転写装置を用いて、原盤の外周面に形成された凹凸構造を紫外線硬化樹脂に転写することで、実施例１に係る転写物を製造した。また、転写物のシート状基材には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、紫外線硬化樹脂は、メタルハライドランプにより、１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を１分間照射することで硬化させた。
（比較例１）
露光信号と回転制御信号との間で基準クロックを共有させず、回転制御信号（６１．４４ｋＨｚ）を４００逓倍することで、２４．５７６ＭＨｚの同期の取れた露光信号を生成したことを除いては、実施例１と同様の方法で原盤および転写物を製造した。比較例１では、六方格子状の露光パターンを形成するために、１回転に一度、一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、露光信号の位相を周ごとに１８０°反転させた。
（比較例２）
露光信号と回転制御信号との間で基準クロックを共有させず、回転制御信号（６１．４４ｋＨｚ）を４００逓倍することで、２４．５７６ＭＨｚの同期の取れた露光信号を生成したことを除いては、実施例１と同様の方法で原盤および転写物を製造した。比較例２では、六方格子状の露光パターンを形成するために、１回転に一度、一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、周ごとにスタートパルスからのパルス数を計測して露光信号の出力タイミングを制御した。
（評価結果）
実施例１、比較例１に係る原盤を用いて製造した転写物を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）にて観察し、拡大倍率１万倍、または６万倍にて撮像した画像を図９〜図１１に示す。図９は、実施例１に係る転写物を拡大倍率１万倍にて撮像したＳＥＭ画像であり、図１０は、実施例１に係る転写物を拡大倍率６万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。また、図１１は、比較例１に係る転写物を拡大倍率６万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。
なお、図９〜図１１において、Ｘ方向が基材の周方向に相当し、Ｙ方向が基材の軸方向に相当し、Ｚ方向が基材の外周面に対して垂直な方向に相当する。また、図１０および図１１は、スタートパルスが発せられた際に露光が行われた領域の凹凸構造を撮像した画像である。
図９を参照すると、実施例１に係る原盤および転写物では、凹凸構造が形成されていない空白領域、またはパターンが乱れたエラー領域等が形成されておらず、凸部が六方格子状に連続的に配列した凹凸構造が形成されていることがわかる。
また、図１０および図１１を比較すると、比較例１に係る転写物では、凸部が六方格子状に配列されているものの、パターンの配列が乱れたエラー領域が形成されていることがわかる。比較例１では、スタートパルスが発せられたタイミングで露光信号をリセットし、位相を反転させているため、その間に露光された領域では、露光パターンが所望のパターンから乱れてしまう。一方、実施例１に係る転写物では、スタートパルスが発せられたタイミングで露光信号のリセット等が行われないため、パターンが乱れたエラー領域は形成されず、連続的なパターンが形成されていることがわかる。
なお、比較例２に係る転写物のＳＥＭ観察結果は、図示しないが、おおよそ比較例１と同様であった。具体的には、比較例２に係る転写物では、凸部が六方格子状に配列されているものの、パターンが形成されない空白領域が形成されていた。これは、比較例２では、スタートパルスが発せられたタイミングでパルス数を計測して露光信号の開始位置を制御しているため、その間の領域では、露光パターンが形成されることがないためである。
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、基材の軸方向に凹部または凸部が形成されない空白領域、および凹部または凸部の配列が乱れて形成されたエラー領域のいずれも含まず、凹凸構造が連続的に形成された原盤を提供することが可能である。したがって、本発明の一実施形態によれば、より高い量産性を有する原盤、および該原盤の製造方法を提供することができる。また、本実施形態に係る原盤の転写物の量産性も向上させることが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１ 原盤
３ 露光装置
５ 転写装置
１０ 基材
１２ 凹凸構造
３０ レーザ光
３１ レーザ光源
４５ スピンドルモータ
４７ 制御機構
４８ フォーマッタ
４９ ドライバ
１２１ 凹部または凸部
４００ 基準クロック生成部
４１０ 第１信号生成部
４２０ 第２信号生成部
４５０ 波形生成装置

Claims (13)

  1. 円筒または円柱形状の基材と、
    前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、
    を備え、
    前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、
    前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される、原盤。
  2. 前記凹凸構造は、前記基材の軸方向に沿って前記凹部または凸部が形成されない空白領域、および前記凹部または凸部と異なる配列の凹部または凸部が形成されたエラー領域をいずれも含まない、請求項１に記載の原盤。
  3. 前記凹凸構造は、前記凹部または凸部が六方格子状に配列された構造である、請求項１または２に記載の原盤。
  4. 前記凹部または凸部の平均周期は、１μｍ未満である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の原盤。
  5. 前記基材の少なくとも外周面は、ガラス材料で構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の原盤。
  6. 基準クロックを複数の信号生成回路で共有し、前記複数の信号生成回路の各々で回転制御信号と、露光信号とを生成するステップと、
    前記回転制御信号に基づいて、円筒または円柱形状の基材を、前記基材の中心軸を軸に回転させ、かつ前記露光信号に基づいて、前記基材の軸方向に走査しながら前記基材の外周面にレーザ光を照射し、前記基材の外周面にパターンを形成するステップと、
    を含む、原盤の製造方法。
  7. 前記回転制御信号の周波数と、前記露光信号の周波数とは、互いに整数倍ではない、請求項６に記載の原盤の製造方法。
  8. 前記基材が１回転する際に、前記回転制御信号にて発せられるパルスの数は、整数であり、前記露光信号にて発せられるパルスの数は、整数ではない、請求項６または７に記載の原盤の製造方法。
  9. 前記回転制御信号と、前記露光信号とは、互いに同期している、請求項６〜８のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  10. 前記基材の外周面には、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されるレジスト層が設けられ、
    前記レーザ光の照射によってパターンが形成されたレジスト層をマスクとして前記基材をエッチングすることで、前記基材の外周面に凹凸構造を形成するステップをさらに含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  11. 前記レーザ光の照射によるパターン形成は、熱リソグラフィによって行われる、請求項１０に記載の原盤の製造方法。
  12. 請求項６〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、原盤。
  13. 請求項１２に記載の原盤を用いて、シート状基材に前記原盤の外周面に形成された凹凸構造を転写した、転写物。
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