JP4665608B2 - Microstructure transfer device - Google Patents
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Description
本発明は、表面にナノメートル又はマイクロメートル単位の微細な凹凸が形成されたスタンパを用い、樹脂層に微細構造体を形成する微細構造転写装置に関する。 The present invention relates to a microstructure transfer apparatus that uses a stamper having fine irregularities of nanometers or micrometers on the surface to form a microstructure on a resin layer.
近年、半導体集積回路は微細化,集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術として、下記特許文献1において開示された微細構造転写技術がある。
In recent years, semiconductor integrated circuits have been miniaturized and integrated. As a pattern transfer technique for realizing the fine processing, there is a fine structure transfer technique disclosed in
下記特許文献に開示された技術は、形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有する無端ベルト状のスタンパを基板表面に形成されたレジスト層(樹脂層)に対してヒータ内蔵のロールで型押しすることで、スタンパにおけるパターンを連続的に転写するものである。 In the technology disclosed in the following patent document, an endless belt-like stamper having the same pattern as the pattern to be formed is embossed on a resist layer (resin layer) formed on the substrate surface with a roll with a built-in heater. Thus, the pattern on the stamper is continuously transferred.
上記微細構造転写方式では、レジスト層加熱のためのヒータを設けたロールの回転による線(1次元)加圧となるので、大面積への転写も比較的容易である。 In the above-described fine structure transfer method, since the line (one-dimensional) pressurization is performed by rotating a roll provided with a heater for heating the resist layer, transfer to a large area is relatively easy.
しかしながら、加熱加圧を行うロールは単段であり、パターンのアスペクト比が高い場合、十分な加熱軟化転写ができないことがある。特に、スタンパ側が孔構造で柱状構造を生成しようとする場合、レジスト層が軟化してスタンパの孔に十分進入するようにするためには、ロールの回転速度を落とす必要があり、そうすると、タクトタイムは下がり、生産性が低下する。 However, the roll for heating and pressing is a single stage, and if the pattern aspect ratio is high, sufficient heat-softening transfer may not be possible. In particular, if the stamper side is to have a hole structure and a columnar structure is to be generated, it is necessary to reduce the rotation speed of the roll in order for the resist layer to soften and sufficiently enter the stamper hole. Falls and productivity decreases.
それゆえ本発明の目的は、ロールの回転速度を高くし生産性を高めても期待したパターンを転写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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fine structure transfer apparatus capable of transferring an expected pattern even when the rotation speed of a roll is increased to increase productivity.
上記目的を達成する本発明微細構造転写装置の特徴とするところは、樹脂層に微細なパターンを有するスタンパを加熱加圧することにより、該樹脂層に該スタンパの微細パターンを転写する微細構造転写装置において、スタンパを有するべルトをスタンパのパターン面が該樹脂層側となるようにして該樹脂層と対向させ、多段に設けたローラにより該ベルトを介して該スタンパを該樹脂層に加熱加圧することにある。 The fine structure transfer device of the present invention that achieves the above object is characterized in that a fine structure transfer device for transferring a fine pattern of the stamper to the resin layer by heating and pressing a stamper having a fine pattern on the resin layer In FIG. 2, a belt having a stamper is opposed to the resin layer so that the pattern surface of the stamper is on the resin layer side, and the stamper is heated and pressed to the resin layer through the belt by rollers provided in multiple stages. There is.
さらに、上記目的を達成する本発明微細構造転写装置の特徴とするところは、多段に設けた各ローラの円周部に上流側のものから下流側のものに向けて順次厚さが薄くなる弾性部材を設けてあることにある。 Further, the fine structure transfer device of the present invention that achieves the above object is characterized in that the thickness of the circumferential portion of each roller provided in multiple stages gradually decreases from the upstream one toward the downstream one. The member is provided.
本発明装置によれば、多段のロールで次第に樹脂層の温度を高くしてスタンパのパターン面における微細構造へ樹脂の充分な充填を行うことができるので、各ロールの回転速度を高くしてもスタンパのパターンを確実に転写できる。 According to the apparatus of the present invention, the temperature of the resin layer can be gradually increased with a multi-stage roll, and the resin can be sufficiently filled into the fine structure on the pattern surface of the stamper. Therefore, even if the rotation speed of each roll is increased. The stamper pattern can be transferred reliably.
以下、図に示す実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments shown in the drawings will be described.
図1において、1は被転写フィルム2の供給ロール、3は被転写フィルム2の巻取ロールである。供給ロール1から繰り出した被転写フィルム2は、水平状態になって図において左の上流側から右の下流側に向けて移動し、巻取ロール3で巻き取っている。
In FIG. 1,
被転写フィルム2は微細な構造が転写されるもので、基材の上に樹脂薄層を設けた多層構造のものや樹脂膜よりなる単層構造のものである。それらの樹脂層としては熱可塑性樹脂に限定されないが、所望する加工精度に応じて材質が選択され、一例としてポリスチレンを用いている。
The transferred
熱硬化性樹脂でもよく、それらを2種以上ブレンドした材料を用いることが可能である。これら樹脂層の厚さは数nmから数十μmであるが、これより厚くとも問題はない。 A thermosetting resin may be used, and a material obtained by blending two or more of them can be used. Although the thickness of these resin layers is several nm to several tens of μm, there is no problem even if it is thicker than this.
被転写フィルム2の各面はカバーフィルム4で保護してあり、供給ロール1から巻き出した直後に各カバーフィルム4を剥離してそれぞれ巻取ロール5で巻き取っている。巻取ロール3が被転写フィルム2を巻き取るとき、供給ロール6から供給される保護フィルム7を一緒に巻き取って層間に配送している。
Each surface of the transferred
9は供給ロール1から巻取ロール3の間の上下に設けたエンドレスベルトスタンパで、無端(エンドレス)のSUS製薄板の外周面上にNi箔のスタンパを接着剤で固定したものである。
9 is an endless belt stamper provided above and below between the
各エンドレスベルトスタンパ9は、駆動ローラ10,従動ローラ11,張力調整ローラ12の間を巡回する。順路(巡回方向)は、駆動ローラ10から張力調整ローラ12を経て従動ローラ11に至り、駆動ローラ10に戻るものである。なお、従動ローラ11にヒータを内蔵させて、各エンドレスベルトスタンパ9への予熱機能を持たせるようにしてもよい。
Each
従動ローラ11と駆動ローラ10の間、即ち、図において左の上流側から右の下流側に向けて複数の加熱加圧ローラ13を多段に配置してある。複数の加熱加圧ローラ13は上下に存在し、上下の各加熱加圧ローラ13間を上下のエンドレスベルトスタンパ9が被転写フィルム2を挟んだ状態で同じ速度で搬送・移動される。
A plurality of heating and pressing
各加熱加圧ローラ13にはバックアップローラ14を設けてあり、バックアップローラ14の加圧で各加熱加圧ローラ13間の被転写フィルム2にエンドレスベルトスタンパ9のパターンを転写する。バックアップローラ14は、被転写フィルム2の搬送方向に直交する幅方向において上下の各加熱加圧ローラ13による加圧力を均一化するものである。
Each heating and pressing
転写の微細構造はエンドレスベルトスタンパ9に存在し、加熱加圧ロール13は円筒状で外表面に微細構造が形成されていないことにより、バックアップロール14は加熱加圧ロール13と協働でエンドレスベルトスタンパ9に幅方向における加圧均一性を付与することができる。
The transfer fine structure exists in the
各加熱加圧ローラ13は電熱線,インダクティブヒータ,赤外線ヒータなどを内蔵しており、被転写フィルム2を加圧する際に加熱するが、その際の加熱温度は転写される樹脂のガラス転移温度Tg以上であることが好ましい。
Each heating and
上流側の各加熱加圧ローラ13から下流側の各加熱加圧ローラ13に掛けて被転写フィルム2を高速で搬送して、各加熱加圧ローラ13で各被転写フィルム2がガラス転移温度Tg以上になるように段階的に加熱していく。従って、エンドレスベルトスタンパ9の転写パターンが高アスペクト比のものであっても、被転写フィルム2の樹脂は十分に軟化してエンドレスベルトスタンパ9におけるスタンパの微細な凹凸(パターン面)に従った形に変形し充填されて、期待した転写を得ることができる。
Each of the film to be transferred 2 is conveyed at high speed from each of the heating and
なお、上流側の各加熱加圧ローラ13から下流側の各加熱加圧ローラ13に掛けて加熱温度を順次高く設定して、急激な加熱により被転写フィルム2からガスが発生しないようにし、発生ガスによるボイド発生を防ぐようにしてもよい。
In addition, the heating temperature is set sequentially higher from the upstream heating and pressing
張力調整ローラ12と各加熱加圧ローラ13と各バックアップローラ14は、同時にそれぞれ上下に移動できるようにしてあり、被転写フィルム2から離れる方向に移動させると、従動ローラ11と駆動ローラ10の間のエンドレスベルトスタンパ9は被転写フィルム2から離れるようになっている。
The
即ち、従動ローラ11と駆動ローラ10は供給ロール1と巻取ロール3を結ぶ被転写フィルム2の搬送位置から上下に若干離れた位置にあり、バックアップローラ14により各加熱加圧ローラ13を加圧すると、エンドレスベルトスタンパ9は従動ローラ11から上流の各加熱加圧ローラ13に向けて被転写フィルム2に対し微小角度で進入していき、上流側と下流側の各加熱加圧ローラ13の間では水平であるが、下流側の各加熱加圧ローラ13から駆動ローラ10に向けて被転写フィルム2に対し微小角度で乖離していく。
That is, the driven
各エンドレスベルトスタンパ9は張力調整ローラ12によってその張力を調整され、各加熱加圧ローラ13が被転写フィルム2から離れた状態でも、その張力を維持することができる。
The tension of each
供給ロール1から巻き出された被転写フィルム2は、上下面の保護フィルム4,5が剥離されると除電器16によって両面を除電され、上下のエンドレスベルトスタンパ9の間を通って、再度除電器17によって両面を除電されてから、供給ロール6から巻き出された保護フィルム7と共に巻取ロール3に巻き取られる。
When the
供給ロール1と巻取ロール3の回転トルクによって、被転写フィルム2は張力を保持される。被転写フィルム2はエンドレスベルトスタンパ9に挟まれた空間に置いて、必要に応じて予熱ヒータ18で予熱された後、加熱加圧ロール13によってエンドレスベルトスタンパ9と共に加熱・加圧・転写され、その後エンドレスベルトスタンパ9は次第に離れ剥離される。
The
また、剥離時の温度は剥離温度調整ヒータ19により調整され、望ましい温度に保たれる。上下のエンドレスベルトスタンパ9を取り囲むように、上下に保温ケース20が設けられ、加熱加圧ロール13の各段間の温度差を小さく保つことにより、エンドレスベルトスタンパ9と被転写フィルム2の熱膨張量の差によって生じる位置ずれを防止する。
Moreover, the temperature at the time of peeling is adjusted by the peeling
エンドレスベルトスタンパ9に挟まれた空間の進行方向長に充分な長さを取り、エンドレスベルトスタンパ9と被転写フィルム2の間隔を充分小さく保つようにしている。
The space between the
図2に図1の3個の加熱加圧ロール13がエンドレスベルトスタンパ9により被転写フィルム2にパターンを転写している状況を示しており、エンドレスベルトスタンパ9に形成されたパターンは垂直に近い角度で被転写フィルム2に押し付けられ、徐々に高い温度に加熱され、垂直に近い角度で被転写フィルム2から剥離されること(被転写フィルム2に向かうエンドレスベルトスタンパ9の微小角度による進入と乖離)によって、エンドレスベルトスタンパ9に形成されたパターンは被転写フィルム2に忠実に転写される。
FIG. 2 shows a state where the three heating and pressing
なお、図2(b)は、図2(a)のA−A矢視方向での被転写フィルム2に転写したパターンを示している。
In addition, FIG.2 (b) has shown the pattern transcribe | transferred to the to-
エンドレスベルトスタンパ9がシームレスである場合は、加熱加圧ロール13が駆動し駆動ロール10はエンドレスベルトスタンパ9のガイドロールとして動作するのが望ましいが、エンドレスベルトスタンパ9の交換等のために途中に繋ぎ目を設けた場合は、エンドレスベルトスタンパ9の内面即ちパターンが形成されていない面に光学式マークを設けておき、マーク位置検知器22で光学式マークを検出し、繋ぎ目が上流側の加熱加圧ロール13に達したところで、各加熱加圧ロール13をバックアップローラ14とともにエンドレスベルトスタンパ9から引き離すことによって一時的に退避させ、エンドレスベルトスタンパ9は被転写フィルム2から離れている間に駆動ローラ10で進行させることにより、エンドレスベルトスタンパ9の繋ぎ目を下流側の加熱加圧ロール13を通過させ、ベルト繋ぎ目の凹凸が被転写フィルム2に転写しないようにすることができる。
When the
また、上下のエンドレスベルトスタンパ9の搬送方向でのずれはエンドレスベルトスタンパ9に設けてある光学式マークをマーク位置検知器22でそれぞれ検知することにより、位置ずれがあると確認できたときは、加熱加圧ロール13をエンドレスベルトスタンパ9から引き離して一時的に退避させ、その間に上下のエンドレスベルトスタンパ9のいずれか一方を他方に対し駆動ロール10で移動させることにより、上下のエンドレスベルトスタンパ9の位置ずれが所定の範囲内に留めて転写を継続することが出来る。繋ぎ目があるエンドレスベルトスタンパ9の場合には繋ぎ目を送る際に位置合わせを行えばよい。
Further, when the upper and lower
また、加熱加圧ロール13及びエンドレスベルトスタンパ9が被転写フィルム2から離れている間に、巻取ロール3の回転により被転写フィルム2を進行させ、転写パターンの重なりを防止することができる。
Further, while the heating / pressurizing
使用する加熱加圧ロール13の段数は、転写パターンや被転写フィルム2の材質により任意に変えることができる。
The number of stages of the heating and
図3により本発明の他の実施形態を説明する。 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3に示す実施形態では、各加熱加圧ロール13について上流側の初段から下流側の終段に向かって搬送方向での被転写フィルム2と各加熱加圧ロール13との接触幅が次第に狭くなるように表面の弾性材13aの厚さ及び有無を調整し、表面に微細構造を構成したエンドレスベルトスタンパ9と共に保温ケース20に収めている。
In the embodiment shown in FIG. 3, the contact width between the film to be transferred 2 and each heating and
1段目と2段目の各加熱加圧ロール13はゴムロールであるが、その弾性材13aとしてのゴムの巻き厚は1段目の方が厚い。これは、各段ごとに被転写フィルム2との加圧接触幅を最初は大きくして充分な伝熱を行い、次第に加圧接触幅を少なくし、接触圧力を次第に高め、スタンパの微細構造への被転写フィルム2の充填率が充分に高まるようにしている。
The first and second heating / pressurizing rolls 13 are rubber rolls, but the thickness of the rubber as the elastic material 13a is thicker in the first stage. This is because the pressure contact width with the transferred
上流側の2段の加熱加圧ロール13はゴムロールであり加圧力均一化の効果が薄いので、全加熱加圧ロール13についてバックアップローラは省略している。被転写フィルム2の搬送などは、図1の実施形態のものと同様であるので、それらの動作説明は省略する。
The upstream two-stage heating / pressurizing
この実施形態に代えて、各加熱加圧ロール13の口径を下流に進む程小さなものとし、下流側の各加熱加圧ロール13の加圧力が高まるようにしてもよい。
Instead of this embodiment, the diameter of each heating and
図4により本発明の他の実施形態を説明する。 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図4に示す実施形態では、装置全体を上下に2分割できる分割型真空チャンバ25に納め、内部を真空化できるようにしている。真空チャンバ25は図1に示す保温ケース20の効果を持つので、この実施形態では保温ケースは用いていない。
In the embodiment shown in FIG. 4, the entire apparatus is housed in a divided
真空チャンバ25は供給ロール1や巻取ロール3の交換などにおいて開放し、転写処理中は閉じて内部を真空化する。
The
真空チャンバ25の内部を真空ポンプなどにより真空引きすることにより、真空環境での転写が行えるようになり、転写時に被転写フィルム2とエンドレスベルトスタンパ9の間の微小空間も真空にし、加熱することにより被転写フィルム2から発生するガスでボイドが発生することを防止することができる。
By evacuating the inside of the
真空チャンバ25を貫通するのは電力や信号の配線やガス供給や排気のための配管などのみであり、原料も製品も真空チャンバ25内部にあることから、供給ロール1に巻かれた原料が無くなるまで連続して真空中で加工できる。貫通部での摺動がないので容易に真空を維持できる。真空チャンバ25は2分割に限らず、3分割できるものでも良い。
Only the power and signal wiring, the gas supply and exhaust pipes, etc. pass through the
図5により本発明の他の実施形態を説明する。 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図5に示す実施形態では、被転写フィルム2の片面(上面)に微細構造のパターンを転写するようにしており、また、各加熱加圧ロール13は上流側から下流側に向けて口径が小さいものを使用し、加圧力が下流側に進む程高くなるようにしてある。バックアップローラ14は下流側のもの程口径を大きいものとし、幅方向での加圧力均一化を図っている。
In the embodiment shown in FIG. 5, a fine pattern is transferred to one surface (upper surface) of the
以上の実施形態における内容は、適宜に組み合わせて実施することができる。 The contents in the above embodiments can be implemented in combination as appropriate.
1,6‥供給ロール
2‥被転写フィルム
3,5‥巻取ロール
4,7‥保護フィルム
9‥エンドレスベルトスタンパ
10‥駆動ローラ
11‥従動ローラ
12‥張力調整ローラ
13‥加熱加圧ローラ
14‥バックアップローラ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
スタンパを有するべルトをスタンパのパターン面が該樹脂層側となるようにして該樹脂層と対向させ、多段に設けたローラにより該ベルトを介して該スタンパを該樹脂層に加熱加圧すると共に、前記多段に設けた該各ローラの円周部が上流側のものから下流側のものに向けて順次厚さが薄くなる弾性部材を設けてあることを特徴とする微細構造転写装置。 In a fine structure transfer apparatus for transferring a fine pattern of the stamper to the resin layer by heating and pressing a stamper having a fine pattern on the resin layer.
The belt having a stamper as the pattern surface of the stamper is the resin layer side to face the said resin layer, the rollers provided in multiple stages with pressurized heating the stamper to the resin layer through the belt, A fine structure transfer device, wherein an elastic member is provided in which the circumferential portion of each of the rollers provided in multiple stages is gradually reduced from the upstream side toward the downstream side .
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