JP5077764B2 - インプリント方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント方法およびその装置に関する。インプリント方法は、モールドの成形面に形成された非常に微細な凹凸を基板に塗布された樹脂に押し付け、成形面の形状を樹脂に転写する方法である。

近年、ハードディスクドライブは大容量化の傾向にあり、磁気記録媒体の高記録密度化が進んでいる。記録密度の増加に伴うトラック密度の上昇に伴い、データ書き込み時、ヘッドギャップの側面から生じる漏れ磁界により、隣接するトラック間の領域にサイドフリンジと呼称される余計な記録がなされ、雑音の原因となって再生信号のＳ／Ｎを低下させることとなる。

このような不具合を回避するため、例えば特許文献１では隣接する記録トラックの間に溝を設けたディスクリートトラック方式の磁気記録媒体を提案している。このディスクリートトラック方式の磁気記録媒体は、隣接するトラック間を分離したものであり、上述したサイドフリンジの問題を回避することができる。一方、さらなる高記録密度を企図してディスク上にそれぞれが１bitとなるようなドットを形成するようなパターンドメディアも提案されている。

ディスクリートトラック媒体およびパターンドメディア共、ディスク上に微細パターンを形成するものであり、これらのパターニングはインプリント法によって行われることが多い。このインプリント法は、微細パターンが成形面に形成されたモールドを原型とし、樹脂を塗布した基板の表面に微細パターンの転写を行うものであり、熱可塑性樹脂を用いた熱インプリント法と、光硬化型樹脂を用いた光インプリント法とが知られている。特に、ナノメートル単位の微細パターンを形成するためのインプリントは、ナノインプリントとも呼称されている。

熱インプリント法においては、一般的に、次のようなプロセスでレジストパターンが形成される。まずステージ上に基板を載置し、その表面に熱可塑性樹脂や熱硬化型樹脂を塗布しておく。次に基板および成形パターンが形成されたモールドをガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱して、レジストを塗布した基板の表面にモールドを所定の荷重にて押し付け、この状態にて所定時間保持し、モールドのパターンを基板のレジストに転写する。その後、レジストのＴｇより低い温度までモールドおよび基板を冷却し、モールドを基板から離型する。このようにして、モールドの成形面に形成された凹形状に対応した凸形状が熱可塑性樹脂や熱硬化型樹脂に転写された基板をステージから取り出す。

特許文献３には、インプリント装置を基板設置ユニット、樹脂塗布ユニット、被転写体とスタンパの位置合わせ、加圧、剥離を行う加工ユニットの３つのユニットで構成する例を示している。この例では、搬送ロボットを中央に置き、前記３つのユニットは搬送ロボットを中心とした円周の位置に配置している。

特開２００５−５６５３５号公報 特開２００５−１０８３５１号公報 特開２００６−３２６９２７号公報 特開２００５−２８６２２２号公報

現在、一般的に知られたナノインプリントは、一つの装置内の同一個所で、モールドのパターンを基板に所定位置に合わせるアライメント工程、モールドおよび基板を加熱する加熱工程、モールドのパターン面を基板に塗工したレジスト面に押し付けるプレス工程、モールドおよび基板を冷却する冷却工程、モールドを基板から引き離す離型工程からなるナノインプリント工程の全てを行っている。

すなわち、これまでは、電子ビーム露光で作製した高価な原版からなるモールドを用いていたこともあり、１つのモールドを用いて、基板１枚ずつに一連のナノインプリント工程を施してきたともいえる。

しかしながら、ディスクリートトラック媒体およびパターンドメディアにおいては、１時間あたり３００枚以上のタクトタイムが要求されており、一つの装置内で一連のナノインプリント工程を全て行っていては間に合わない。

特許文献３のインプリント装置においても、基板設置ユニットで基板を設置し、基板を樹脂塗布ユニットに移して感光性樹脂を塗布し、これを加工ユニットに移して被転写体とスタンパの位置合わせ、加圧、剥離を行い、再度基板設置ユニットに移して加工済みの基板を取り出す装置となっているが、搬送ロボットを中心とした円周の位置に各ユニットが配置され、この搬送ロボットで各ユニット間を搬送しているため、このユニットのいずれかに基板がある間は他の基板を投入することができないものであり、一つの装置内で一連のナノインプリント工程を全て行っているのと同じである。

近年、我々は、非常に高価な原版となるモールドから、安価に多数の複製モールドを作製することができるようになってきた。（例えば、特許文献４参照。）その複製モールドを多数使うことで、モールドと基板を対にして工程ごとに流れ作業で行うことができるようになった。

本発明はこれらの状況に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、効率よくナノインプリント加工を行い得る方法およびその装置を提供することにある。

すなわち、本発明のインプリント方法は、転写面に凹凸パターンを形成したモールドを用いて、熱インプリント用のレジストを塗工した基板のレジスト面に所定のパターンを形成するインプリント方法であり、モールドのパターンを基板の所定位置に合わせるアライメント工程、モールドおよび基板を加熱する加熱工程、モールドのパターン面を基板に塗工したレジスト面に押し付けるプレス工程、モールドおよび基板を冷却する冷却工程、及びモールドを基板から引き離す離型工程を少なくとも有し、インプリント方法における各工程が、１つの工程をその中で実施する独立ユニット、複数の工程をその中で実施する複合ユニットあるいは独立ユニットと複合ユニットの組み合わせで実施され、前記加熱工程、プレス工程及び冷却工程の少なくとも１つの工程が、同じ工程を実施する２以上のユニットに分割された前記独立ユニット又は複合ユニットにより実施され、モールドと基板とを対にしてユニット間を搬送する搬送工程を各ユニット間に設けることを特徴とする。

また、本発明のインプリント装置は、前記インプリント方法を実施するための装置であって、インプリント方法における各工程を１つの工程をその中で実施する独立ユニット、複数の工程をその中で実施する複合ユニットあるいは独立ユニットと複合ユニットの組み合わせを備え、さらに、前記各ユニット間をモールドと基板とを対にして搬送する搬送手段を備えてなり、前記インプリント装置は、前記独立ユニットとして、ローダーユニット、アライメントユニット、加熱ユニット、プレスユニット、冷却ユニット、離型ユニットおよびアンローダーユニットを含み、前記複合ユニットが、ローダーユニット、アライメントユニット、加熱ユニット、プレスユニット、冷却ユニット、離型ユニットおよびアンローダーユニットから選択されるユニットの組み合わせであり、前記加熱ユニット、プレスユニット及び冷却ユニットの少なくとも１つが、２以上のユニットに分割されていることを特徴とする。

本発明によれば、ディスクリートトラック媒体およびパターンドメディアなどの作製において、一連のインプリント工程を流れ作業的に行ってゆくことにより、早いタクトタイムで効率よくインプリント加工を行うことができる。

まず、本発明のインプリント方法について説明する。本発明のインプリント方法においては、転写面に凹凸パターンを形成したモールドと、熱インプリント用のレジストを塗工した基板とを用い、基板のレジスト面に所定のパターンを形成する。このモールドは高価な原版となるモールドそのものを用いるのではなく、この原版から複製した多数の複製モールドを用いる。

本発明のインプリント方法は、モールドのパターンを基板の所定位置に合わせるアライメント工程、モールドおよび基板を加熱する加熱工程、モールドのパターン面を基板に塗工したレジスト面に押付けるプレス工程、モールドおよび基板を冷却する冷却工程、モールドを基板から引き離す離型工程を少なくとも有し、通常、モールドと前記熱インプリント用レジストを塗工した基板とをインプリント装置に設置する挿入工程をアライメント工程の前に有し、レジスト面に所定のパターンが形成され、離型工程によりモールドから離型された基板とモールドを取り出す搬出工程を離型工程の後に有する。

このインプリント方法においては、インプリント方法における各工程が、１つの工程をその中で実施する独立ユニット、複数の工程をその中で実施する複合ユニットあるいは独立ユニットと複合ユニットの組み合わせからなる複数のユニット内にて実施される。

図１は、上記各工程をすべて独立ユニット内にて実施した例である。まず、レジストを塗工した基板とモールドをローダーユニットに投入する。次いで、アライメントユニットに搬送し、アライメントユニットでモールドと基板との位置合せを行う。次いで、加熱ユニットに搬送し、レジストのＴｇ以上に加熱する。次いで、Ｔｇ以上の温度を保持したままプレスユニットに搬送し、プレスユニットでモールドを基板に押し付ける。次いで、モールドと基板を貼着させた状態で冷却ユニットに搬送し、レジストのＴｇ以下まで冷却する。次いで、離型ユニットに搬送し、離型ユニットでモールドを基板から引き離す。次いで、アンローダーユニットに搬送し、レジストにパターニングされた基板と、モールドを取り出す。

また、図４は冷却工程と離型工程とを１つの複合ユニット内で実施する例である。

例えば、加熱プレス時に熱硬化が進むようなレジスト材料などで加熱温度が低いため冷却に時間がかからない場合、冷却部のタクトタイムが短くなる。このような場合、冷却工程と離型工程を１つのユニットで行うことができる。複合ユニット内で実施する例は、この図４に示す例に限定されるものではなく、各ユニットのタクトタイムを合わせるような構成であれば良く、例えば、アライメント工程と加熱工程を１つの複合ユニット内で実施することもできる。

なお、離型工程においては、レジストパターンのピッチが１００ｎｍ程度のパターンの場合は、比較的急速に離型してもパターン欠損を起こすことが少ないが、パターンピッチが８０ｎｍ以下の場合や、パターン深さがパターンピッチに対して２倍以上に深い場合には、パターン欠損を起こさないために、密着強度がなくなるくらい完全に引き離れたところまで、０．０１ｍｍ／ｓｅｃなどの比較的ゆっくりした速度でモールドと基板を引き離す必要がある。

また、本発明においては、アラインメントユニット後の搬送手段が、モールドと基板を密着させた状態で搬送するものであることが好ましい。モールドと基板を密着させた状態で搬送することで、搬送時の相対位置のずれをより抑えることができる。

また、本発明において、プレス工程を減圧雰囲気で、好ましくはプレスを１０００Ｐａ以下の減圧下で実施してもよい。プレス工程を減圧下で実施すると、パターン内へのボイドの巻き込みを防止することができる。プレス工程を減圧雰囲気で実施するには、プレスユニットまたはその前に減圧手段を設け、プレスユニットまたはその後に大気開放手段を設ければよい。

また、本発明において、装置挿入投入から装置搬出での搬出までの一連の作業を減圧下で実施してもよい。全工程を減圧下で実施すると、大気中のパーティクルの混入を少なくすることができ、パーティクルに伴うパターンの欠陥、パーティクル噛み込みによるモールドの破損を防ぐことができる。パターン内へのボイドの巻き込みも防止することができる。装置挿入投入から装置搬出での搬出までの一連の作業を減圧下で実施するには、装置は大掛かりになるが、これらのすべてのユニットとユニット間を結ぶ搬送手段を一連の装置内に収納して減圧下でこれらの作業を行えばよい。

次に、図面を参照しながら本発明のインプリント装置につき説明する。

まず、本発明の装置構成が図１に示す構成である場合を例にとり、各ユニットの構成につき説明する。

図１は本発明の装置構成の一例を示す模式図である。

図１の装置構成では、モールドと熱インプリント用レジストを塗工した基板とをインプリント装置に設置する挿入工程を実施するためのローダーユニット、モールドのパターンを基板の所定位置に合わせるアライメント工程を実施するためのアライメントユニット、モールドおよび基板を加熱する加熱工程を実施するための加熱ユニット、基板のレジスト面に所定のパターン形状を形作るためのプレス工程を実施するためのプレスユニット、モールドおよび基板を冷却する冷却工程を実施するための冷却ユニット、モールドを基板から引き離す離型工程を実施する離型ユニットおよびモールドから離型された基板とモールドを取り出す搬出工程を実施するアンローダーユニットからなっている。ローダーユニットとアライメントユニットの間、アライメントユニットと加熱ユニットの間、加熱ユニットとプレスユニットの間、プレスユニットと冷却ユニットの間、冷却ユニットと離型ユニットの間、離型ユニットとアンローダーユニットの間にはそれぞれ搬送手段が設けられている。

ローダーユニットは基板またはモールド複数枚をセットしたカセットから一枚ずつ抜き出し、基板とモールドを一枚ずつ隙間をおいて重ねてセットするものであり、基板またはモールドを突き出す突き出しピンと、所定の基板またはモールドを突き出しピンの位置に移動させるためのカセット移動機構と、突き出しピンで突き出された基板またはモールドを受け取って内周で把持する内周受け具と、内周受け具を所定の位置に移動させる内周受け具移動機構と、所定の位置で基板またはモールドの外周を把持して基板とモールドを一枚ずつ隙間をおいて重ねてセットする外周把持具を備え、図６に示すように、突き出しピンでカセットから基板またはモールドを交互に突き出し、内周受け冶具で受け取って所定の位置に移動させ、そこで外周把持具で外周を把持し、内周受け冶具を抜き取り、その位置で基板とモールドを交互に横倒しすることにより基板とモールドを交互に重ねてセットする方式を採用することができる。

アライメントユニットは外周把持具で外周を把持された基板及びモールドを外周把持具部分で把持する外周把持ハンドと、アライメントピンを備える組み込み治具と、外周把持ハンドで把持された基板とモールドを組み込み冶具中の指定の位置にまで移動させるスライダーと、基板、モールドをアライメントピンに差し込むための上下稼動シリンダーと、基板、モールドがアライメントピンにセットされたことを確認するためのセンサーとを備える。アライメントユニットではカセットから取り出した基板を、外周把持ハンドで、スライダーを使って所定の位置に移動させ、上下稼動シリンダーで基板を下げてアライメントピンに差し込む。その後、基板をつかんでいるハンドを基板からはずして上に上げ、ハンドを戻す。次に反対側から同じようにしてモールドを組み込む。基板、モールドが、図７に示すようにアライメントピンにちゃんとセットされたかどうかは、例えば、光反射型のセンサーで確認する。

加熱ユニットは、熱風式のものであってもよく、熱ブロック式のものであってもよい。

図８に熱風式加熱ユニットの例を、図９に熱ブロック式加熱ユニットの例を示す。

熱風式は、ファンで発生させた風を、ヒーターを通過させて熱風とし、ワーク（基板、モールドを組み込んだ組み込み治具）の上下から熱風を吹き付けるものでる。熱風式は、比較的均熱がとりやすく、両面インプリントの時でも対応可能であるが、昇温速度は１〜１０℃／秒程度であり、急速な上昇はできないという問題を有する。

熱ブロック式は、銅ブロックにヒーターを埋め込み、予め指定温度に加熱した銅ブロックを上下面からワークに押し付けることにより加熱する。熱ブロック式は、１０〜５０℃/秒と、ワークを急速に加熱できる。ただし、両面インプリントの時には、熱ブロックが直に接触できない基板の温度上昇が遅く、均熱が取りにくい欠点がある。従って、目標温度の近くまで急激に温度上昇させるときに熱ブロック式加熱ユニットが用いられる。

プレスユニットは、図１０に示すように、プレス機と、プレス機の中にセットされる精密金型（ダイセット）とプレス後に精密金型をロックする固定アームを備えており、精密金型は斜めにプレスされることがないように、上下面のプレス台座にガイドピンとガイドブッシュが組み込まれている。金型に基板とモールドを組み込んだ部分の拡大図を図１１に示す。

また、上面のプレス台座およびガイドブッシュボードの間にはその中央部（基板、モールドの中心部の穴に対応する位置）にばねが設けられている。プレスユニットに導入されたモールドと基板のセットは基板とモールドの外周把持をつけたまま、精密金型の下面プレス台座上の金型下面板と金型上面板の間に装着され、プレス機により０．１〜１０ＭＰａ程度の圧力が加えられる。プレス機により圧力を加えた状態で精密金型に固定アームを取り付け、固定アームのねじを締め付けることで固定アームで精密金型をロックした後、ロックされた精密金型を取り出し、冷却ユニットに搬送する。精密金型の上下面のプレス台座にガイドピンとガイドブッシュを組み込むことによりパターン面に垂直に加圧するのでモールドの微細パターンを破壊することなく、レジストに微細パターンを正確に転写することができる。

冷却ユニットとしては、図１２に示すような冷却ブロックを金型の上下面に押し付ける方式のユニットを挙げることができる。この冷却ブロックとしては内部にお湯や水を流すことのできる冷却棒を埋め込んだ銅ブロックを挙げることができる。

銅ブロックが、予め指定温度になるように、銅ブロックに埋め込んだ冷却棒に指定温度の水またはお湯を流す。その上で、この銅ブロックを上下面からワークに押し付けて冷却する。

この冷却は１段で一気に冷却してもよいが、金型の熱容量が大きいため、冷却すべき金型が比較的高温の場合は、２工程（２ユニット）に分けて行うのが好ましい。１ユニット目では、ワークの目標温度のより低い温度の銅ブロックを押し付け、ワークを指定温度付近まで一気に冷却する。その上で２ユニット目で、ワークの目標温度と同じ温度の銅ブロックを押し付けることで、ワークを均一に指定温度まで冷却する。

離型ユニットでの離型の手順を図１３に示す。離型ユニットでは、（ａ）精密金型の固定アームのねじを緩め、（ｂ）固定アームを取り外す。次いで、（ｃ）モールドの外周把持を金型上面板に、基板の外周把持を金型下面板に取り付ける。次いで、（ｄ）金型の上面板を持ち上げて、モールドと基板を剥離する。金型上面板はその上面がガイドブッシュボードの下面に固定されており、ガイドブッシュボードがガイドピンにより上下方向にしか動けないため、モールドと基板はパターン面に垂直に離型する。次に（ｅ）モールドと基板の外周把持をそれぞれ精密金型から取り外し、外周把持から基板とモールドをそれぞれ取り外し、アンローダーユニットに搬送する。精密金型はプレスユニットに搬送される。

アンローダーユニットではパターンインプリント後の基板とモールドを複数枚入るカセットに１枚ずつ挿入する。基板を所定枚数収納したカセットは磁気記録媒体製造の次の工程に搬送され、モールドを所定枚数収納したカセットは洗浄など必要な工程を経てローダーユニットへ送られる。

搬送手段としてはコンベアベルト、台車など種々の方式の手段を用いることができる。搬送は、先に述べた説明から明らかなように外周把持具あるいは精密金型により固定された状態でおこなわれる。

この装置構成を用いたインプリントは、以下のようにして行われる。まず、レジストを塗工した基板とモールドをローダーに投入する。次いで、アライメントユニットに搬送し、アライメントユニットでモールドと基板との位置合せを行う。次いで、加熱ユニットに搬送し、レジストのＴｇ以上に加熱する。次いで、Ｔｇ以上の温度を保持したままプレスユニットに搬送し、プレスでモールドを基板に押し付ける。次いで、プレスでモールドを基板に押し付けてモールドと基板を貼着させた状態で冷却ユニットに搬送し、レジストのＴｇ以下まで冷却する。次いで、プレスをはずしてモールドと基板を貼着させた状態で離型ユニットに搬送し、離型ユニットでモールドを基板から引き離す。次いで、アンローダーユニットに搬送し、レジストにパターニングされた基板と、モールドを取り出す。

ローダーユニットからアライメントユニットに基板とモールドを搬送した後のローダーユニットには、それぞれのユニットでの工程処理の所要時間を考慮した適切なタイミングで次の基板とモールドが投入される。以下、基板とモールドが次の工程に進むにつれ、あいたユニットには同様にして次の基板とモールドは搬送されてゆき、モールドと基板を対にして工程ごとに流れ作業で行われる。

本発明のインプリント装置においては、加熱ユニットを最高到達温度が互いに異なる２段以上の加熱ユニットに分割していてもよい。図２はそのような装置構成の一例を示したものであり、ここでは、加熱ユニットが加熱ユニット１と加熱ユニット２の２段に分割された例を示している。いわば、加熱ユニットを２つ直列に並べた例といえる。

前記した図１に示す例に比べて、加熱ユニットを低温から高温に２段以上のユニットに分けることで、温度の部分的な不均一化を避け、さらに、温度上昇に必要なタクトタイムを分割し、ユニット毎のタクトタイムを揃えて無駄時間を作らなくすることができる。この例は、加熱に時間がかかる場合に有効である。

本発明のインプリント装置においては、冷却ユニットを最低到達温度が互いに異なる２段以上の冷却ユニットに分割していてもよい。図３はそのような装置構成の一例を示したものであり、ここでは、冷却ユニットが冷却ユニット１と冷却ユニット２の２段に分割された例を示している。

前記した図１に示す例に比べて、冷却ユニットを高温から低温に２段以上のユニットに分けることで、温度の部分的な不均一化を避け、さらに、温度低下に必要なタクトタイムを分割し、ユニット毎のタクトタイムを揃えて無駄時間を作らなくすることができる。この例は、冷却に時間がかかる場合に有効である。

もちろん、加熱ユニットを低温から高温に２段以上のユニットに分け、同時に冷却ユニットを高温から低温に２段以上のユニットに分けてもよい。

また、図１に示す装置ではすべてのユニットが１つの工程をその中で実施する独立ユニットからなっているのに対し、図４に示す装置では、冷却工程と離型工程を１つのユニットで実施する複合ユニットが設けられた例である。これは例えばプレス時の温度が比較的低く、冷却に要するタクトタイムが短い場合に上述のような複合ユニットとすることができる。また、アライメントと加熱に要するタクトタイムが短い場合にはアライメント工程と加熱工程を１つの複合ユニット内で実施することもできる。

また、本発明のインプリント装置は、各ユニットのタクトタイムに応じて、タクトタイムの長いユニットを２つ以上並列して設けてもよい。このような装置構成の１例を図５に示す。ここでは、プレスユニットを２つ並列に並べたものを示したが、これに限定されるものではなく、タクトタイムに応じて３つ並列に並べてもよく、加熱ユニットや冷却ユニットを２つ以上並列に並べてもよい。また、上述のように加熱ユニットや冷却ユニットなど、１つの工程を直列に並べた２つ以上のユニットで実施する直列型のユニットと、上述の並列に並べた並列型ユニットを併用してもよい。

本発明によるインプリント装置をハードディスクの製造に応用した実施形態について詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の形態にも応用することができる。

＜実施例１＞
本実施例におけるインプリント装置は、図１に示すように、ローダーユニット、アライメントユニット、加熱ユニット、プレスユニット、冷却ユニット、離型ユニット、アンローダーユニットの７ゾーンに分かれており、それぞれのユニット間をモールドと基板を対にさせた状態で搬送させてインプリントプロセスを行うものである。

まず、転写面に凹凸パターンを形成したモールドと、表面に熱可塑型レジストを塗工した基板をローダーユニットに投入した。このユニット内において、モールドおよび基板の外径を保持する支え冶具にモールドおよび基板をセットした。ここでは、モールドとして、φ７５ｍｍで０．３ｍｍ厚さのＮｉ電鋳製モールドを用いた。モールドには、外径φ４７ｍｍ、内径φ１７ｍｍの範囲に、表面にピッチ１００ｎｍ、パターン深さ１５０ｎｍの同心円パターンを形成したものを用いた。また、レジストを塗工した基板としては、中心にφ１６ｍｍの穴を有し、外径φ４８ｍｍ磁気記録媒体の表面に１００ｎｍ厚さの熱可塑型レジストｍｒ−Ｉ−８０１０Ｅ（マイクロレジストテクノロジー製）をスピンコーターで塗工したものを用いた。

次に、投入されたモールドと基板を、対にしてアライメントユニットへ搬送した。
アライメントユニットにおいて、図７に示すように、基板およびモールドの内径をピン形状のアライメント冶具（アライメントピン）に差し込むことで、基板とモールドの内径中心を合わせた。この時、支え冶具は、モールドおよび基板が拘束されて内径中心を合わせることができなくならないようにクリアランスを持って平行に支える状態にしておいた。支え冶具を上下左右に移動させてピン形状のアライメント冶具に差し込むことにより、１０秒以内で内径中心合わせを行うことができた。

モールドと基板との位置合せを行った後、モールドと基板の相対位置がずれないように固定し、かつ、モールドと基板を密着させた状態で加熱ユニットへ搬送した。加熱ユニットとしては、図９に示すような、銅ブロックを用いた熱ブロック方式のものを用いた。

加熱ユニット内にて、モールドと基板を１６０℃になるように加熱した。１６０℃の銅ブロックをモールドおよび基板の裏面に接触させることにより加熱を行い、１０秒以内でモールドおよび基板を均一に１６０℃に加熱することができた。

１６０℃に加熱したモールドと基板をプレスユニットに搬送し、図１０に示すように精密金型内にセットして、プレス板で、モールドのパターン面を基板に塗工したレジスト面に所定圧力で所定時間押し付けた。プレス板押圧により、レジストをモールドのパターンへ流動させながら、基板表面のうねりをモールド表面のうねりに倣わせ、面内で均一なレジストパターンを得るようにした。また、プレスした状態で精密金型を固定アームで固定した。なお、プレス圧力４ＭＰａでプレスした状態で５秒間保持した。搬送されてからプレス板を押し付けて４ＭＰａに加圧するまでの一連の工程は１０秒以内で行うことができた。

次に、精密金型を固定アームで固定することにより密着させたモールドと基板を精密金型ごとプレスから取り出し、冷却ユニットへ搬送した。

冷却ユニットで、モールドと基板を１００℃になるまで冷却した。ここでは、水冷ジャケットにより１００℃以下に制御された銅ブロックをモールドおよび基板の裏面に接触させることで、１０秒以内でモールドおよび基板を１００℃に冷却することができた。

次に、１００℃に冷却した密着させたままのモールドと基板を、モールドと基板のモールドと基板が剥離しないように保持した状態で離型ユニットへ搬送し、図１３に示す手順で離型した。

離型ユニットにおいて、基板とモールドの支え冶具をそれぞれパターン形成面に垂直に引き離すことでモールドを基板から引き離した後、基板とモールドを４ｍｍの間隔まで、急速に移動させた。形成されたレジストのパターンが１００ｎｍピッチのパターンであったこともあって、この工程は離型ユニット内に基板とモールドがセットされてから３秒以内でおこなうことができた。

次に、モールドと、レジストにパターンが形成された基板を、それぞれ、アンローダーユニットへ搬送し、アンローダーユニットで、レジストにパターニングされた基板とモールドをそれぞれ取り出した。

なお、ローダーユニットへの基板とモールドの投入からアンローダーユニットでの搬出までの一連の作業を、一連の装置内で減圧下で行った。

このようにして、各工程に割り振られたユニットで一連のプロセスを流れ作業で行うことにより、１０秒／枚のスループットでパターニングされた基板を生産することができた。

＜実施例２＞
基板両面にパターンを形成する場合、裏面から加熱された銅ブロックを基板の裏面に接触させることができない。この場合、基板を熱風で加熱することになる。しかし、熱風加熱では室温から１６０℃まで１０秒以内で均一に加熱することができない。

本実施例はこのような状況を想定して、加熱工程における加熱手段として熱風加熱を採用した例である。

本実施例では、加熱ユニット以外は図２に示すように実施例１と同様にし、加熱ユニットを加熱ユニット１と加熱ユニット２の２段に分割し、直列に並べた直列型のユニットとした。加熱ユニット１では、モールドの裏面を１６０℃の銅ブロックで加熱し、基板は熱風で１０秒間加熱した。次いでモールドと基板のセットを加熱ユニット２に搬送し、加熱ユニット２で、１６０℃の熱風中に１０秒間保持した。加熱ユニット１での加熱の結果、モールドは全面１６０℃に達していたものの、基板は、面内で１２０〜１６０℃と不均一であった。加熱ユニット２で、１６０℃の熱風中に１０秒以内保持することで、モールドおよび基板を均一に１６０℃に加熱することができた。

こうすることで、各工程に割り振られたユニットで一連のプロセスを流れ作業で行うことにより、１０秒／枚のスループットでパターニングされた基板を生産することができた。

＜実施例３＞
本実施例では、熱インプリント用レジストとしてｍｒ−Ｉ ７０１０Ｅ（micro resist technology社製）（Ｔｇ：６０℃、このレジストはインプリント温度１６０℃、離型温度６０℃が適している。）を用いた。このレジストを用いる場合、１段の冷却ユニットでは１６０℃に熱せられた基板とモールドのセットを例えば１０秒で６０℃まで冷却するのは困難である。そこで、本実施例では冷却ユニットを冷却ユニット１と冷却ユニット２の２段に分割し、直列に並べた直列型のユニットとした。本実施例では、冷却ユニット以外は図３に示すように実施例１と同様にした。

冷却ユニット１で、モールドの裏面に６０℃以下の銅ブロックを押し付け、１０秒間保持することで冷却した。これにより、モールド表面において、面内で６０〜８０℃になった。さらに、２段目の冷却部で、６０℃の銅ブロックで冷却した。これにより、モールドおよび基板を均一に６０℃に冷却することができた。

こうすることで、両面においても、各工程に割り振られたユニットで一連のプロセスを流れ作業で行うことにより、１０秒／枚のスループットでパターニングされた基板を生産することができた。

＜実施例４＞
本実施例では、熱インプリント用レジストとしてｍｒ−Ｉ ９０１０Ｅ（micro resist technology社製）（加熱で硬化を伴うタイプで、明確なＴｇは見られない。このレジストはインプリント温度１２０℃、離型温度１００℃が適している。）を用いた。このレジストを用いると、インプリント温度から離型温度まで数秒で均一に冷却することができた。そこで、本実施例では図４に示すように、冷却工程と離型工程とを１つの複合ユニット内で実施するようにした。本実施例では、ローダーユニットへの基板とモールドの投入から複合ユニットへの搬送までと複合ユニットから取り出し後は実施例１と同様にした。

図４に示すように、冷却後に同じユニット内で直ちに離型を行っても、１０秒／枚のスループットでパターニングされた基板を生産することができた。

＜実施例５＞
本実施例ではモールドとして、パターンのピッチを６０ｎｍ、パターン深さが４０ｎｍのモールドを用いた。このモールドを用いて実施例１と同様に図１に示す装置構成でインプリントを実施すると、パターンへのレジストの充填に時間がかかるため、プレス時間を長く取る必要があり、パターンを完全に転写させるには、１５秒以上必要となり、他の工程が１０秒以内で流せるのに対して、ワークが滞ってしまい全体のタクトを落とせざるを得なくなった。そこで、本実施例では、図５に示すように、プレスユニットを並列に２箇所設けて、順次振り分けて作業を行うことで、全体の効率を高め１０秒／枚のスループットでパターニングされた基板を生産することができた。

実施例１は各工程のタクトタイムがほぼ同様の長さである場合の装置構成例であり、実施例２、３は特定の工程のタクトタイムが他の工程より長い例であり、その工程を実施するユニットを直列に２つ並べた例であり、タクトタイムの状況如何では３つ以上並べることも可能である。また、実施例４は特定の工程のタクトタイムが短い例であり、隣接する工程を合わせて複合ユニットにした例であり、タクトタイムの状況如何では他の隣接する工程を合わせて複合ユニットにしてもよい。また、実施例５はタクトタイムの長いプレス工程のため、プレスユニットを並列に２つ並べた例であり、タクトタイムの状況如何では３つ以上並列に並べることも可能である。

また、実施例２（図２）では基板の片面にレジストを塗布した基板を用いた例を示しているが、熱風による加熱であるので、基板の両面にレジストを塗布した基板をインプリントすることができることは明らかである。

各工程をすべて独立ユニット内にて実施した実施例１の装置構成を示す図である。 実施例２の装置構成を示す図である。 実施例３の装置構成を示す図である。 実施例４の装置構成を示す図である。 実施例５の装置構成を示す図である。 ローダーユニットにおける基板とモールドの交互重ね合わせを説明する図である。 アライメントピンに基板とモールドをセットした状態を示す図である。 熱風式加熱ユニットの一例を示す図である。 熱ブロック式加熱ユニットの一例を示す図である。 プレス機の中に設置された精密金型（（ａ）プレス前の状態および（ｂ）プレス後、固定アームでロックされた状態）を示す側面図である。 精密金型に基板とモールドを組み込んだ部分の拡大側面図である。 冷却ユニットの一例を示す図である。 離型ユニットにおける離型の手順を示す図である。 基板／モールドの外周把持具を金型上下面板に取り付けた状態を示す図である。

Claims (11)

1. 転写面に凹凸パターンを形成したモールドを用いて、熱インプリント用のレジストを塗工した基板のレジスト面に所定のパターンを形成するインプリント方法であり、
   モールドのパターンを基板の所定位置に合わせるアライメント工程、
   モールドおよび基板を加熱する加熱工程、
   モールドのパターン面を基板に塗工したレジスト面に押し付けるプレス工程、
   モールドおよび基板を冷却する冷却工程、及び、
   モールドを基板から引き離す離型工程
   を少なくとも有し、
   インプリント方法における各工程が、１つの工程をその中で実施する独立ユニット、複数の工程をその中で実施する複合ユニット、あるいは独立ユニットと複合ユニットの組み合わせで実施され、
   前記加熱工程、プレス工程及び冷却工程の少なくとも１つの工程が、同じ工程を実施する２以上のユニットに分割された前記独立ユニット又は複合ユニットにより実施され、
   モールドと基板とを対にしてユニット間を搬送する搬送工程を各ユニット間に設けることを特徴とするインプリント方法。
2. アラインメントユニット後の搬送手段が、モールドと基板を密着させた状態で搬送するものであることを特徴とする請求項１記載のインプリント方法。
3. プレス工程を減圧雰囲気で実施することを特徴とする請求項１または２に記載のインプリント方法。
4. 全工程を減圧雰囲気で実施することを特徴とする請求項１または２に記載のインプリント方法。
5. 請求項１に記載のインプリント方法を実施するための装置であって、インプリント方法における各工程の１つの工程をその中で実施する独立ユニット、複数の工程をその中で実施する複合ユニットあるいは独立ユニットと複合ユニットの組み合わせを備え、さらに、前記各ユニット間をモールドと基板とを対にして搬送する搬送手段を備えてなり、
   前記インプリント装置は、前記独立ユニットとして、ローダーユニット、アライメントユニット、加熱ユニット、プレスユニット、冷却ユニット、離型ユニットおよびアンローダーユニットを含み、前記複合ユニットが、ローダーユニット、アライメントユニット、加熱ユニット、プレスユニット、冷却ユニット、離型ユニットおよびアンローダーユニットから選択されるユニットの組み合わせであり、
   前記加熱ユニット、プレスユニット及び冷却ユニットの少なくとも１つが、２以上のユニットに分割されていることを特徴とするインプリント装置。
6. 前記加熱ユニットが、最高到達温度が互いに異なる２以上の直列ユニットに分割されていることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
7. 前記冷却ユニットが、最低到達温度が互いに異なる２以上の直列ユニットに分割されていることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
8. 前記複合ユニットが、２つ以上の並列したユニットとして設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。
9. 前記加熱工程が、最高到達温度が互いに異なる２以上の直列ユニットに分割されたユニットにより実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記冷却工程が、最低到達温度が互いに異なる２以上の直列ユニットに分割されたユニットにより実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記２以上のユニットが、２つ以上の並列したユニットとして設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインプリント装置。

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