JP5222471B2 - 微細構造転写装置および微細構造転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に微細な凹凸パターンが形成されたモールドを被転写体に押し付け、被転写体表面に微細な凹凸パターンを形成するための微細構造転写装置およびその形成方法に関する。

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フォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工方法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化，高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるようになった。

電子線を用いたパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザー等の光源を用いたパターン形成における一括露光方法とは異なり、マスクパターンを描画していく方法をとるため、描画するパターンが多ければ多いほど露光（描画）時間がかかり、パターン形成に時間がかかることが欠点とされている。そのため、２５６メガ、１ギガ、４ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、その分パターン形成時間も飛躍的に長くなることになり、スループットが著しく劣ることが懸念される。

そこで、電子ビーム描画装置の高速化のために、各種形状のマスクを組み合わせそれらに一括して電子ビームを照射して複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射法の開発が進められている。この結果、パターンの微細化が進められる一方で、電子線描画装置を大型化せざるを得ないほか、マスク位置をより高精度に制御する機構が必要になるなど、装置コストが高くなるという欠点があった。

これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うための技術が下記特許文献１などにおいて開示されている。これは、基材上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するモールドを、被転写基材表面に形成されたレジスト膜層に対して型押しすることで所定のパターンを転写するものである。特に特許文献１のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハをモールドとして用い、２５ナノメートル以下の微細構造を転写により形成可能であるとしている。

また、特許文献１に記載されている転写方法としては樹脂が塗布された基材上に金型を置いた後、これを平行平板タイプの加熱、加圧ができるプレス装置のステージ上に搭載し、樹脂のガラス転移温度以上に加熱後、加圧し、ガラス転移温度以下まで冷却後、金型と基材を剥離してパターン転写を行っている。

更に、非特許文献１には加圧方式がローラータイプの転写方法について開示されている。本文献によればロールに金型を巻き付け転写することで７００ｎｍ幅、６０ｎｍ高さのパターン転写が報告されている。また、本文献では平板金型をロールで加圧することで７０ｎｍ幅、４０ｎｍ高さのライン状パターンが形成されることも記載されている。

米国特許５，７７２，９０５号明細書 Ｈｕａ Ｔａｎ ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１６（６），ｐ．３９２６（１９９８）

しかしながら、特許文献１に記載の方法で基材上にパターンを転写するためには加熱、加圧、冷却、剥離のプロセスを逐次行うために１回の転写に多大な時間を要する。そのため微細構造体の量産化を実現することが困難である。また、非特許文献１に記載の方法ではパターンのアスペクト比（パターン幅／パターン高さ）が０．０８６（６０ｎｍ／７００ｎｍ）や０．５７（４０ｎｍ／７０ｎｍ）のように低い形状しか形成できない。そのため光学部品やバイオデバイスのようにアスペクト比の高い微細構造体の形成には適用できない。

以上の技術課題に鑑み、本発明では高速で高アスペクト比構造体を形成できる微細構造転写装置および微細構造転写方法の実現を目的とした。

本発明者は微細構造体の量産化を妨げている要因として、１つのステージ上で加熱、加圧、冷却、剥離を行っていることが原因と考え、また、高アスペクト構造形成を妨げている要因として樹脂流動を考慮した加圧、加熱機構が実現されていないことが原因と考え、本発明に至った。

即ち本発明は、高アスペクト比の微細構造体を短時間で形成するための微細構造転写装置およびその方法に関するものである。その手段は、微細な構造が形成された金型と、この金型を基材表面に加圧するための１組の円筒形加圧加熱ロールから構成された微細な構造を転写するための微細構造転写装置を用い、金型と基材表面の接触部の圧力が１ＭＰａ以上であり、且つ、基材の進行方向と平行な加圧部分の幅Ｗが数式１を満たす条件でパターン転写を行うことを特徴とする。

Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・ 数式１
上記数式１において、η：基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ），ａ：ロールの周速度（ｍｍ／ｓ），Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。

このように円筒形加圧加熱ロールを用い、金型および基材を加熱、加圧することで連続的に基材表面上にパターン形成できるため微細構造を短時間で形成できるようになる。更に、加圧、加熱領域と基材と金型を剥離する領域を分離することで、金型中の加熱された樹脂が冷却された後剥離されるため転写性が向上する。また、数式１を満たす条件で転写することで、金型の微細パターン内部に樹脂が充填する時間を確保できるために、アスペクト比の高いパターン形成が可能になる。ここで、加圧部分の幅Ｗを確保するために前記ロールの表面には弾性体が形成されていることが好ましい。また、弾性体の代わりに１ＭＰａ以上の高圧流体が封入された層を設けることで同様に転写幅が１ＭＰａ以上の領域を所定の幅Ｗが確保できる。

また、弾性体又は高圧流体層を円筒形加圧加熱ロール外周に形成する代わりに、円筒形加圧加熱ロールと金型との間に弾性体や１ＭＰａ以上の高圧流体層からなる緩衝層を設けることで本発明の効果を得ることもできる。更に、加圧加熱体として円筒形加圧加熱ロールの代わりに幅Ｗを有する加圧加熱機構を用いても良い。

また、本発明に記載の金型形状としてはエンドレスベルト状であることが、連続的にパターン形成する上で好ましい。

本発明による円筒形加圧加熱ロールを用い、金型および基材を加熱、加圧することにより連続的に基材表面上にパターン形成できるため微細構造を短時間で形成できるようになる。また、転写の際の加圧幅Ｗが数式１を満たす条件で転写することで金型の微細パターン内部に樹脂が充填する時間を確保できるために、アスペクト比１以上のパターン形成が可能になる。

先ず、本発明の微細構造転装置および転写方法について説明する。図１に本発明の最良の形態を示す１実施例によるの微細構造転写装置の概略図を示す。

表面に微細な構造が形成されたエンドレスベルト状金型１を用意する。このエンドレスベルト状金型は３本の金型支持ロール２、金型予備加熱ロール３、加圧加熱ロール４を介して装置本体に装着される。基材５は基材巻き出しロール６から供給され、除電ブロア７で除電された後、一対の加圧加熱ロール４でエンドレスベルト状金型１とともに加熱、加圧される。そして、剥離温度調節機構８および冷却ブロア９にて冷却された後、エンドレスベルト状金型１から剥離され、パターン転写された後、基材巻取りロール１０に巻き取られる。

基材５に表面保護フィルム１１がある場合は基材から剥離した後、表面保護フィルム巻取りロール１２に巻き取られる。また、転写パターンを保護するためにパターン保護フィルム１３を用いる場合はパターン保護フィルム巻き出しロール１４よりパターン保護フィルム１３を供給し、基材５とともに基材巻取りロールに巻き取る。また本発明の微細構造転写装置には加圧加熱ロールのたわみによる圧力分布を抑制するためにバックアップロール１５が設けられている。

本発明において微細構造体とは数μｍから数ｎｍ程度の範囲の構造物を言う。本発明において、エンドレスベルト状金型とは表面に微細な構造が形成されており、上記のように複数のロールに掛渡して回転させることが可能な平帯状のものである。これは、所定の強度を有し、掛渡されたロール側面をスムーズに密着移動できる可とう性を有しているものが好ましい。材質は特に制限がないが、例えばＮｉ箔やポリイミドフィルムなどが強度、可とう性の点から好ましい。また、エンドレスのステンレスベルトや樹脂ベルト上に接着剤を介し微細な構造が形成された金型部材を貼付たものでもよい。

また、本発明の金型支持ロールはエンドレスベルト状金型の回転に伴って回転するが、それ自身がエンドレスベルト状金型を回転させる駆動機構を有していてもよく、更にエンドレスベルト状金型の張りを調整する張力調整機構を有していることがより好ましい。

本発明の金型予備加熱ロールもエンドレスベルト状金型の回転に伴って回転するが、それ自身がエンドレスベルト状金型を回転させる駆動機構を有していてもよい。また、エンドレスベルト状金型を予備加熱するために電熱線、インダクティブヒータ、赤外線ヒータ等による加熱機構を内蔵している。

本発明の加圧加熱ロールは円柱状の鋳造品または円筒形の成形品であり所定の強度を有し中心軸により回転可能なものである。材質に特に制限は無いが、例えば、ステンレスのような合金やセラミックス、エンジニアリングプラスチックなどが強度、成形性などの点より好ましい。この加圧加熱ロールは基材とエンドレスベルト状金型を挟み、加熱、加圧すると同時にこれらエンドレスベルト状金型および基材を移送させる。加圧のための推力はロールの回転軸両端にエアー圧又は油圧等の推力を加えることで実現される。この推力を調整することでロールが基材および金型に加える圧力を調整する。

更にこれら両端の圧力を独立で調整しロール全体が均一に金型および基材を加圧する均一加圧調整機構を有することが好ましい。また、本加圧加熱ロールはエンドレスベルト状金型および基材を加熱するために電熱線、インダクティブヒータ、赤外線ヒータ等による加熱機構を内蔵している。更に、本加圧加熱ロールはエンドレスベルト状金型の回転および基材移送のための駆動機構を有している。

本発明の微細な構造が転写される基材は特に限定されないが、所望する目的に応じて選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることも可能である。

これら樹脂は単体のフィルム状で供給されるか、支持基材表面上に数ｎｍから数十μｍ形成されている場合もある。ここで支持基材とはパターンが形成される部材を支持する基材であり、その材質は特に限定されないが、所定の強度を有するもので、微細構造体が形成される部材の表面が平坦なものであれば良い。更に好ましくはパターンを連続的に形成するために、連続的に供給できるよう屈曲性を有しロール状に巻きつけられるものが好ましい。具体的には、例えば、ステンレス等の各種金属材料やポリイミドフィルムのようなプラスチック等が好ましい。

本発明の基材巻き出しロールおよび巻取りロールは回転することにより帯状の転写前後基材を供給、回収するためのもので基材に所定の張力を与えるためのブレーキおよび駆動機構を有している。

本発明の除電ブロアはイオン化した気体を基材表面に吹き付け、基材の除電を行うものである。

本発明の剥離温度調節機構は加圧加熱ロールにより一体化した金型と基材を剥離する際の温度を調節するための機構であり、電熱線、インダクティブヒータ、赤外線ヒータと温度検出器を備えている。

本発明の冷却ブロアは気体を金型または基材に吹き付けることにより最終的な剥離温度まで冷却するものである。

本発明のバックアップロールは加圧加熱ロールの圧力バラツキを改善するためのロールで基材、金型と反対の方向より加圧加熱ロールを加圧する。ロールの形状はロール中央部が両端部より膨らんだ形状であることが好ましく、また、加圧加熱ロールと同様に回転軸両端に推力を加えることで加圧する。更に、電熱線、インダクティブヒータ、赤外線ヒータを内蔵しロール表面温度を調節する機構を有していることが好ましい。

基材の両面にパターンを転写する場合は図２のように基材５の下側にもエンドレスベルト状金型１を装着し基材両面にパターン転写を行う。

次に、発明を実施するための最良の形態となる加圧加熱機構およびパターン形成方法について詳細に説明する。図３に本発明の最良の形態を示す他の実施例の微細構造転写装置の弾性体を用いた加圧加熱ロール部の概略図を示す。図示されていない部分は図１の構成と同等である。加圧加熱ロール４の表面近傍には弾性体１６が形成されており、加圧時エンドレスベルト状金型１および基材５に接触した際変形することで幅Ｃを持った接触領域が形成される。さらにこの接触領域中で圧力が１ＭＰａ以上になる領域をＷ（基材の進行方向と平行な加圧部分の幅）と定義した。加圧領域の圧力分布は超低圧用プレスケール（富士フィルム社製）を用い発色の濃淡により評価することが出来る。

本発明によればＷが数式１を満たす際にアスペクト比の高い微細構造体が実現できる。数式１中のηは加熱時の基材表面の溶融粘度であり、この値はあらかじめ対象となる材料の各温度における溶融粘度をフローテスターやレオメータなどにより測定する。その結果をもとに転写時の金型表面での転写温度における粘度を代入する。ロールの周速度はロール最外周における速度で加圧加熱ロールがエンドレスベルト状金型および基材を移送する速度に等しい。また、加圧部圧力ＰはＷにおける平均圧力とする。

本発明における弾性体として、フッ素ゴム，シリコーンゴム，フッ化シリコーンゴム，アクリルゴム，水素化ニトリルゴム，エチレンプロピレンゴム，クロロスルホン化ポリスチレン，エピクロルヒドリンゴム，ブチルゴム，ウレタンゴム等が挙げられる。また、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）／アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）アロイ，ポリシロキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）共重合ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）／ポリカーボネート（ＰＣ）アロイ，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），フロリネイテッドエチレンプロピレン（ＦＥＰ），ポリアリレート，ポリアミド（ＰＡ）／アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）アロイ，変性エポキシ，変性ポリオレフィン等が挙げられる。

この他にもエポキシ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシイソシアネート樹脂，マレイミド樹脂，マレイミドエポキシ樹脂，シアン酸エステル樹脂，シアン酸エステルエポキシ樹脂，シアン酸エステルマレイミド樹脂，フェノール樹脂，ジアリルフタレート樹脂，ウレタン樹脂，シアナミド樹脂，マレイミドシアナミド樹脂等の各種熱硬化性樹脂及びこれらを２種以上組み合わせた材料でもよい。本発明の目的を達する性質としては２００℃から３００℃程度までの耐熱性を有し、弾性率が１００ＭＰａから４０００ＭＰａ程度のものが好ましい。

本発明の効果を実現するに当り加圧加熱ロールの外周部に弾性体を形成する代わりに高圧流体層を形成してもよい。図４は高圧流体層を用いた加圧加熱ロール部外観図を示す。加圧加熱ロール４の最表面には高圧流体を封入するための被覆膜１７が形成されている。この被覆膜１７内部には高圧流体層１８が形成されている。本発明の被覆膜としては耐熱性、耐圧性と可とう性を有しているものであれば特に制限はない。具体的にはステンレス等の金属箔のほか、ポリイミドフィルム等のエンジニアリングプラスチックやワイヤーや繊維等により補強されたゴムシートのような複合材料等が挙げられる。また、本発明の高圧流体層としては１ＭＰａ以上の圧力で接触部分全体に均一な静水圧がかかるものが好ましく、具体的には、空気や窒素等の気体の他、シリコーンオイル等の液体の他、ポリジメチルシロキサン等のゲル状物質が挙げられる。この高圧流体層の圧力は調整できることが好ましい。

次に、本発明の効果を実現する別の形態について説明する。図５は本発明の更に他の実施例を示す基材および金型と加圧加熱ロールの間に緩衝層を介した加圧加熱ロール部外観模式図を示す。図示されていない部分は図１の構成と同等である。エンドレスベルト状金型１の裏面に緩衝層１９を形成し、加圧加熱ロール４でエンドレスベルト状金型１と基材５を加圧加熱する。ここで緩衝層としては弾性体と同様の材料を用いることができる。これによって、前記Ｗを稼ぐことができる。

また、図６に示すように緩衝層１９を基材５と加圧加熱ロール４の間に配しても本発明の効果は実現できる。金型、基材を挟むように緩衝層を配して加圧加熱することもできる。

更に、本発明の効果を実現する別の形態について説明する。図７は本発明の他の実施例を示す加圧加熱機構部を用いた転写時外観模式図を示す。図示されていない部分は図１の構成と同等である。加圧加熱機構は加圧部１９、加熱部２０、緩衝部２１から構成されており、緩衝部２１のエンドレスベルト状金型１および基材５と接触する部分には被覆部２２が形成されている。

本発明の加圧加熱機構のうち加圧部１９はプランジャーに空気や窒素などの気体やオイル等の液体を流動させピストンを稼動させて推力を発生するものなどが挙げられる。これらは適宜推力を制御できることが好ましい。

本発明の加熱部２０は電熱線、赤外線ヒータ、インダクティブヒータ等を内蔵し温調機構を有している。

本発明の緩衝部２１には前記弾性体や高圧流体を被覆部２２で被覆した構造であり、被覆部２２の材質としてはエンドレスベルト状金型１や基材５との摩擦係数が小さい材料で耐熱性材料が好ましい。具体的にはポリテトラフロロエチレンのようなフッ素系材料が好ましい。

また、エンドレスベルト状金型および基材の移動機構については図１の３本の金型支持ロール２、金型予備加熱ロール３、加圧加熱ロール４が主動的に回転することにより駆動し、それに伴い加圧加熱された基材が従動的に移動するものである。

以下、本発明の微細構造転写装置および転写方法について実施例により説明する。本実施例では図１および図３の概略図に示した装置を用いた。
（実施例１）
始めにエンドレスベルト状金型１の作製方法について説明する。８ｉｎｃｈウエハ上に熱酸化膜を４００ｎｍ形成後、この酸化膜にフォトリソプロセスにより直径２００ｎｍ、ピッチ４００ｎｍ、深さ４００ｎｍの穴パターンを形成した。次にこの８ｉｎｃｈウエハをマスター原版としてＮｉ電鋳技術を用い厚さ１０００μｍのレプリカ原版を作製した。さらにこのレプリカ原版よりＮｉ電鋳技術を用い厚さ１００μｍのＮｉレプリカシートを作製した。このＮｉレプリカシートより１５０ｍｍ×１００ｍｍの金型シートを切り出し、これを２０枚作製した。

次に幅１７０ｍｍ、周長２００ｍｍ、厚さ１００μｍのＳＵＳベルトを用意しエポキシ系接着シートを用い１５０ｍｍ×１００ｍｍの金型シートをＳＵＳベルト表面全周に貼り付けて直径２００ｎｍ、深さ４００ｎｍの微細孔が形成されたエンドレスベルト状金型１を作製した。

このエンドレスベルト状金型１を図１の装置に装着した。この装置の加圧加熱ロール４は直径１１０ｍｍで最表面に弾性体として耐熱シリコーンゴムが２ｍｍ厚で被覆されている。また、内部にインダクティブヒータが内蔵されており有効転写エリア２００ｍｍ幅における温度分布が±２℃、最高使用温度が１８０℃のものを用いた。また、この装置の加圧、加熱位置から剥離位置までの距離は５００ｍｍとした。

本実施例では基材として厚さ６００μｍ、幅１５０ｍｍの帯状ポリスチレンシートを用いた。このポリスチレンシートの温度と粘度の関係について粘弾性評価装置を用い測定したところ１３０℃で１７６７３Ｐａ・ｓ、１５０℃で６２０９Ｐａ・ｓ、１５５℃で４８８６Ｐａ・ｓ、１６０℃で３８７１Ｐａ・ｓであった。

次に加圧部分の圧力が１．５ＭＰａになるよう加圧加熱ロールおよびバックアップロールのエアー圧を調整した。その際、超低圧用プレスケール（富士フィルム社製）を用い加圧部分のうち１ＭＰａ以上となる部分の幅Ｗを発色の濃淡を基に測定したところ６．２ｍｍであった。次に加圧加熱部分における金型表面温度が１５０℃となるよう設定した。また、周速度は９．５ｍｍ／ｓとなるよう設定した。

以上の装置および条件でポリスチレンシートにパターン転写を行い、形成されたパターンについて原子間力顕微鏡を用い形状を評価した。その結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が１４．２５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例２）
実施例１と同様の装置および方法で周速度のみを５ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が７．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例３）
実施例１と同様の装置および方法で周速度のみを３ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が４．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例４）
実施例１と同様の装置および方法でパターン転写を行った。その際、図４のような加圧加熱ロールとして直径１１０ｍｍφで外周が高圧流体層で覆われたものを用いた。高圧流体層部分は１００μｍのステンレス箔が被覆膜として用いられ中に１．２ＭＰａのシリコーンオイルが封入されているものを用いた。この高圧流体部分の厚さは２ｍｍであった。この加圧加熱ロール両端に１ｋＮの荷重を加え、超低圧用プレスケール（富士フィルム社製）を用い加圧部分のうち１ＭＰａ以上となる部分の幅Ｗを発色の濃淡を基に測定したところ５．３ｍｍであった。

次に、周速度を９．５ｍｍ／ｓ、金型表面温度が１６０℃になるよう調整し転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が１４．２５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例５）
実施例４と同様の装置および方法で周速度のみを５ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が７．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例６）
実施例４と同様の装置および方法で周速度のみを３ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が４．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例７）
実施例１と同様の装置および方法でパターン転写を行った。その際、図５に示すような加圧加熱ロールとして直径１１０ｍｍφのステンレス製ロールを用い、エンドレスベルト状金型としてベルト内周面に２ｍｍ厚の耐熱性シリコーンゴム緩衝層が形成されたものを用いた。この組み合わせでの荷重を加え、加圧部分の圧力が１．５ＭＰａになるよう加圧加熱ロールおよびバックアップロールのエアー圧を調整した。その際、超低圧用プレスケール（富士フィルム社製）を用い加圧部分のうち１ＭＰａ以上となる部分の幅Ｗを発色の濃淡を基に測定したところ６．２ｍｍであった。次に、周速度を９．５ｍｍ／ｓ、金型表面温度が１５５℃になるよう調整し転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が１４．２５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例８）
実施例７と同様の装置および方法で周速度のみを５ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が７．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例９）
実施例７と同様の装置および方法で周速度のみを３ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が４．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例１０）
実施例１と同様の装置および方法でパターン転写を行った。その際、図７のような加圧加熱機構を用いた。加圧加熱機構は幅６ｍｍのインダクティブヒータ先端に２ｍｍ厚の耐熱性シリコーンゴムが形成され金型および基材との接触部分には１ｍｍ厚のポリテトラフロロエチレン製の被覆部が形成されているものを用いた。この加圧加熱機構に荷重を加え、加圧部分の圧力が１．５ＭＰａになるよう荷重を調整した。その際、超低圧用プレスケール（富士フィルム社製）を用い加圧部分のうち１ＭＰａ以上となる部分の幅Ｗを発色の濃淡を基に測定したところ４．１ｍｍであった。次に、周速度を５ｍｍ／ｓ、金型表面温度が１６０℃になるよう調整し転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が７．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例１１）
実施例１０と同様の装置および方法で周速度のみを３ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が４．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（実施例１２）
実施例１０と同様の装置および方法で周速度のみを１ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以上の形状が１．５ｃｍ^２／ｓの速さで形成できた。
（比較例１）
実施例１と同様の装置および方法で周速度のみを１９ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以下の形状であった。
（比較例２）
実施例４と同様の装置および方法で金型表面温度のみを１３０℃としてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以下の形状であった。
（比較例３）
実施例１０と同様の装置および方法で周速度のみを１９ｍｍ／ｓとしてパターン転写を行い、形状を評価した。結果を表１に示す。アスペクト比１以下の形状であった。
（比較例４）
図８に平行平板方式での転写方法模式図を示す。図８のａのように加圧加熱できるプレス装置の下側ステージ２３上に１５０ｘ１５０ｍｍ^２に切断した実施例１と同様の基材をセット後、１５０ｍｍ×１００ｍｍに切断した実施例１と同様の方法で作製したＮｉ金型を基材上に置いた。次に、真空脱気の後、下側ステージ２３および上側ステージ２４を１３５℃まで加熱した後、図８のｂのように４ＭＰａで１８０秒間加圧加熱した。

次に、加圧状態のまま３５℃まで冷却しサンプルを取り出し金型を基材より剥離してパターンを形成し、後形状を評価した。結果を表１に示す。１５０ｍｍ×１００ｍｍのパターン転写に、室温から１３５℃までの加熱に４２０ｓ、加圧加熱状態で１８０ｓ、１３５℃から３５℃まで冷却に６００ｓの計１２００ｓを要した。スループットは０．１２５ｃｍ^２／ｓであった。

本発明はバイオデバイスやエネルギーデバイス、光学部品等、表面にアスペクト比の高い微細構造を形成する分野に利用される。

本発明の実施例による微細構造転写装置の概略図。 本発明の他の実施例による微細構造転写装置の概略図。 弾性体を用いた加圧加熱ロール部の概略断面図。 高圧流体層を用いた加圧加熱ロール部の外観断面図。 実施例による緩衝層を介した加圧加熱ロール部の外観模式断面図。 他の実施例による緩衝層を介した加圧加熱ロール部の外観模式断面図。 加圧加熱機構部を用いた転写時の外観模式断面図。 平行平板方式での転写方法を示す模式断面図。

符号の説明

１…エンドレスベルト状金型、２…金型支持ロール、３…金型予備加熱ロール、４…加圧加熱ロール、５…基材、６…基材巻き出しロール、７…除電ブロア、８…剥離温度調節機構、９…冷却ブロア、１０…基材巻取りロール、１１…表面保護フィルム、１２…表面保護フィルム巻取りロール、１３…パターン保護フィルム、１４…パターン保護フィルム巻き出しロール、１５…バックアップロール、１６…弾性体、１７…被覆膜、１８…高圧流体層、１９…緩衝層、２０…加熱部、２１…緩衝部、２２…被覆部、２３…下側ステージ、２４…上側ステージ。

Claims (19)

1. 微細な構造が形成された金型と、前記金型と微細な構造が転写される基材とを挟んで前記基材表面に前記金型を加圧加熱するための円筒形加圧加熱ロールを用い、前記基材表面上に微細な構造を転写する微細構造転写方法において、前記金型と前記基材表面の接触部圧力が１ＭＰａ以上であり、前記基材の進行方向と平行な加圧部分の幅Ｗが数式１を満たすように加圧力を調整し、転写によって得られるパターンのアスペクト比を１以上とし、数式１の１２８・η・ａ／Ｐの値が、０．４〜５．０（ｍｍ）であり、Ｗが４．１〜６．２（ｍｍ）であることすることを特徴とする微細構造転写方法。
   Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・数式１
   上記数式１において、η：転写時の基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ）、ａ：ロールの周速度（ｍｍ／ｓ）、Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。
2. 請求項１に記載の微細構造転写方法において、前記金型を前記基材に加圧する領域と、前記金型を前記基材から剥離する領域が異なることを特徴とする微細構造転写方法。
3. 微細な構造が形成された金型と、前記微細な構造が転写される基材表面に前記金型を加圧加熱するための円筒形加圧加熱ロールと、前記基材または前記金型と前記加圧加熱ロールの間に介在する緩衝層とから構成され、前記基材表面上に微細な構造を転写するための微細構造転写装置において、前記金型はエンドレスベルト状であり、前記金型と前記基材表面の接触部圧力が１ＭＰａ以上であり、前記基材の進行方向と平行な加圧部分の幅Ｗが数式１を満たすように加圧力を調整できる加圧加熱機構を有し、アスペクト比が１以上のパターンを形成することを特徴とする微細構造転写装置。
   Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・ 数式１
   上記数式１において、η：転写時の基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ）、ａ：ロールの周速度（ｍｍ／ｓ）、Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。
4. 請求項３に記載の微細構造転写装置において、前記金型を前記基材に加圧する領域と、前記金型を基材から剥離する領域が異なることを特徴とする微細構造転写装置。
5. 前記緩衝層は弾性体フィルムであることを特徴とする請求項３に記載の微細構造転写装置。
6. 前記緩衝層は１ＭＰａ以上の高圧流体を封入したシートであることを特徴とする請求項３に記載の微細構造転写装置。
7. 微細な構造が形成された金型と、微細な構造が転写される基材表面に前記金型を加圧加熱するための円筒形加圧加熱ロールと、前記基材または金型と前記加圧加熱ロールの間に介在する緩衝層を有し、前記基材表面上に前記金型を加圧加熱することにより、微細な構造を転写する微細構造転写方法において、前記金型と前記基材表面の接触部圧力が１ＭＰａ以上であり、前記基材の進行方向と平行な加圧部分の幅Ｗが数式１を満たすように加圧力を調整し、転写によって得られるパターンのアスペクト比を１以上とすることを特徴とする微細構造転写方法。
   Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・ 数式１
   上記数式１において、η：転写時の基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ）、ａ：ロールの周速度（ｍｍ／ｓ）、Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。
8. 請求項７に記載の微細構造転写方法において、前記金型を前記基材に加圧する領域と前記金型を前記基材から剥離する領域が異なることを特徴とする微細構造転写方法。
9. 微細構造が形成された金型と、基材表面に前記金型を加圧加熱するための、加圧加熱機構と、前記基材及び前記金型を移動する移動機構を有し、前記金型を前記基材に加圧加熱することにより微細構造を前記基材に転写する微細構造転写装置において、前記加圧加熱機構は加圧部、加熱部、緩衝部を有し、加圧面が平面で構成され、所定の加圧領域を加圧し、加圧領域の進行方向と平行な幅Ｗが式１を満たすように加圧力を調整できる加圧加熱機構を有し、前記基材及び前記金型を移動させることにより連続的に加圧領域が移動し前記基材面にアスペクト比が１以上のパターンを形成することを特徴とする微細構造転写装置。
   Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・ 数式１
   上記数式１において、η：転写時の基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ）、ａ：金型及び基材の移送速度（ｍｍ／ｓ）、Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。
10. 請求項９に記載の微細構造転写装置において、加圧領域と、前記基材から前記金型を剥離する領域が異なることを特徴とする微細構造転写装置。
11. 請求項９に記載の加圧加熱機構において、緩衝部表面はフッ素系樹脂により被覆されていることを特徴とする微細構造転写装置。
12. 前記金型はエンドレスベルト状であることを特徴とする請求項９に記載の微細構造転写装置。
13. 前記加圧加熱機構の緩衝部が弾性体から構成されていることを特徴とする請求項９に記載の微細構造転写装置。
14. 前記加圧加熱機構の緩衝部が１ＭＰａ以上の高圧流体部封入部を有していることを特徴とする請求項９に記載の微細構造転写装置。
15. 微細構造が形成された金型と、基材表面に前記金型を加圧加熱するための加圧加熱機構と前記基材及び前記金型を移動する移動機構から構成された微細構造転写装置を用いて、前記金型を前記基材に加圧加熱することにより前記微細構造を前記基材に転写する微細構造転写方法において、前記加圧加熱機構は加圧部、加熱部、緩衝部を有し、加圧面が平面で構成され、所定の加圧領域を加圧し、かつ加圧領域の進行方向と平行な幅Ｗ移動機構が式１を満たすように加圧力を調整し、転写によって得られるパターンのアスペクト比を１以上とし、前記基材及び前記金型を移動させることにより連続的に加圧領域が移動しパターンを形成することを特徴とする微細構造転写方法。
    Ｗ≧１２８・η・ａ／Ｐ ・・・・ 数式１
    上記数式１において、η：転写時の基材表面の粘度（Ｐａ・ｓ）、ａ：金型及び基材の移送速度（ｍｍ／ｓ）、Ｐ：加圧部圧力（Ｐａ）である。
16. 請求項１５に記載の微細構造転写方法において、前記加圧領域と、前記基材から前記金型を剥離する領域が異なることを特徴とする微細構造転写方法。
17. 前記円筒形加圧加熱ロールの周速度が１〜９．５ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項３に記載の微細構造転写装置。
    
18. 前記１２８・η・ａ／Ｐの値が、０．４〜５．０（ｍｍ）であり、Ｗが４．１〜６．２（ｍｍ）であることを特徴とする請求項３又は９に記載の微細構造転写装置。
19. 前記１２８・η・ａ／Ｐの値が、０．４〜５．０（ｍｍ）であり、Ｗが４．１〜６．２（ｍｍ）であることを特徴とする請求項７又は１５に記載の微細構造転写方法。

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