JP5438578B2 - 微細凹凸パターンの形成方法及び形成装置 - Google Patents

微細凹凸パターンの形成方法及び形成装置 Download PDF

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Description

本発明は微細凹凸パターンの形成方法及び形成装置並びに転写用基板に係り、特に転写後のレジスト層をモールドから微細凹凸パターンを損傷させることなく剥離するための剥離技術に関する。
近年、半導体製造におけるリソグラフィ工程においては、集積回路の高速、高集積化実現のため、露光工程で紫外線（ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２レーザ）を利用したものが開発されている。今後は、更に短波長のＥＵＶ光（極端紫外光）を利用した技術開発が進んでいるが、装置コストが高価である等の問題がある。
また、これまで微細パターニングに利用されてきた電子ビーム露光技術では露光に長時間必要なため、現状では特殊用途の少量試作に利用されるのみであり、大量生産が求められる半導体製造などには応用できないという問題がある。
これら両方の問題（装置コスト、スループット）を解決する方法として、ポリマーを材料としてナノサイズの微細凹凸パターンを基板上に形成し、半導体、記録メディア、光学素子などの高機能デバイスを製造するナノインプリント技術が注目を集めている。
ナノインプリント法とは、電子ビーム露光などで微細凹凸パターンを形成したモールド（型）に、レジスト（樹脂材料）を塗布した基板を押付け、モールドの微細凹凸パターンをレジスト層に転写する方法である。
ナノインプリント技術の特徴としては、微細化による装置コストがＥＵＶ方式などと比較して安価であり、数十ナノサイズの微細凹凸パターン形状が転写可能であることが確認されている。
しかし、ナノインプリント技術では、基板上のレジスト層に微細凹凸パターンを転写した後、レジスト層とモールドとを剥離する際にレジスト層に転写された微細凹凸パターンが損傷を受け易いという剥離不良の問題がある。これは、ナノインプリント技術は微細凹凸パターンを形成するために、モールドとレジスト層とを接触させる転写工程を取ることによって生じる避けがたい根本的な問題である。
この剥離不良問題を改善するための対策は今までも幾つか提案されている。例えば特許文献１には、凹凸パターンのライン方向とモールドの剥離方向とのなす角度を調整することで、剥離時の凹凸パターンの破損を防止するパターン形成方法が開示されている。
また、特許文献２には、インプリンティング材料とモールドとの間の接着力よりも大きな戻り力を生むのに十分な変形を、モールドに隣接して形成する方法が記載されている。これにより、コンタクト・リソグラフィ・プロセスで使用されるインプリンティングの方法を改善できるとされている。
また、特許文献３には、モールドと樹脂とが接触したままの状態で、モールドが樹脂から離れる方向に移動し始めてから剥離するまでを、第１の状態と第２の状態とに分け、モールドと樹脂との間に作用する荷重変化率が第１の状態よりも第２の状態が小さくなるようにするデバイス製造方法が開示されている。これにより、高速な離型工程を実現し、優れたスループットを有するとされている。
特開２００７−２９６６８３号公報 特表２００９−５１７８８２号公報 特開２００７−３２９３６７号公報
しかしながら、特許文献１〜３のいずれの剥離方法を採用しても、剥離不良問題を本質的に解決することができない。特に、モールドと転写用基板との剥離が終了する直前の剥離最終端での微細凹凸パターンの損傷や変形を解決することができない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、微細凹凸パターンを転写する側のモールドと、転写される側の転写用基板とを剥離する際に、転写用基板のレジスト層に転写された微細凹凸パターンが損傷を受けることを効果的に防止できるので、ナノサイズの微細凹凸パターンであっても高精度な微細凹凸パターンを形成することができる微細凹凸パターンの形成方法及び形成装置並びに転写用基板を提供することを目的とする。
本願の微細凹凸パターンの形成方法は前記目的を達成するために、基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、前記剥離工程は、前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、前記第１の剥離工程では、前記転写用基板の撓みに応じて前記モールドを前記転写用基板から離間する方向に移動させることを特徴とする。
そして、本願の微細凹凸パターンの形成方法は前記目的を達成するために、基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、前記剥離工程は、前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、前記第２の剥離工程では、前記モールドを動かないように固定した状態で、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させながら剥離することを特徴とする。
また、本願の微細凹凸パターンの形成方法は前記目的を達成するために、基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、前記剥離工程は、前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、前記第１及び第２の剥離工程では、前記転写用基板に加わる荷重を測定し、前記測定された荷重に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする。
本発明の形成方法によれば、第１の剥離工程において、転写用基板の周縁部を固定した状態で基板裏面側を加圧して転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、モールド外周端において、モールドに対する剥離角を転写用基板に付与することができる。これにより、撓みを利用して転写用基板外周部の微細凹凸パターンが先ず剥離する。
次に、第２の剥離工程において、基板裏面側を加圧した圧力を徐々に減少させて転写用基板に撓みの戻り力を作用させる。これにより、湾曲状に撓んだ転写用基板が平板状になろうとして転写用基板の中央部に向かって剥離力が付与されていくので、第１の剥離工程で剥離されなかった転写用基板中央部の微細凹凸パターンが剥離される。
即ち、加圧により転写用基板が撓み始めた段階から撓みの戻り力が生じているが、この段階では加圧力が撓みの戻り力よりも大きいので撓みは増大する。この撓みを利用して転写用基板外周部の微細凹凸パターンを剥離する（第１の剥離工程）。そして、加圧力を徐々に減少させて、撓みの戻り力が加圧力よりも大きくなると撓みが減少して撓みが戻る方向に進む。この撓みの戻りを利用して第１の剥離工程で剥離されなかった転写用基板中央部の微細凹凸パターンを剥離する（第２の剥離工程）。
このときに、第２の剥離工程が終了する直前では、モールドには剥離最終端（転写用基板の中心部）の微細凹凸パターンみが結合している。したがって、剥離が完了する際に大きな撓みの戻り力（剥離力）が一気に付与されると、剥離最終端の微細凹凸パターンが破損したり変形したりしてしまう。
しかし、本発明では、転写用基板を加圧した圧力を徐々に減少させて転写用基板に撓みの戻り力（剥離力）を徐々に作用させることにより、小さな剥離力で且つ低剥離速度で剥離するようにした。これにより、第２の剥離工程において、転写用基板中央部の微細凹凸パターン、特に剥離最終端の微細凹凸パターンが破損したり変形したりすることがない。
これにより、転写用基板のレジスト層に転写された微細凹凸パターンが損傷を受けないように剥離することができる。したがって、ナノサイズの微細凹凸パターンであっても高精度な微細凹凸パターンを形成することができる。
本発明の形成方法において、前記第１の剥離工程では、前記転写用基板の撓みに応じて前記モールドを前記転写用基板から離間する方向に移動させることが好ましい。この場合、転写用基板が撓む力でモールドを従動的にスライドさせても、あるいはモールドを駆動手段で強制的に所定量移動させても何れでもよい。これにより、撓みによる剥離力を転写用基板に対して均等に付与することができるので、転写用基板外周部の微細凹凸パターンを均等に剥離することができる。特に、モールドを駆動手段で強制的に所定量移動させることにより、基板裏面側の加圧による転写用基板の撓みを補助することができるので、スムーズな撓みを実現できる。
本発明の形成方法において、前記第２の剥離工程では、前記モールドを動かないように固定した状態で、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させることが好ましい。これにより、撓みの戻り力のみが剥離力として作用するので、小さな剥離力で且つ剥離最終端で剥離速度が瞬間的に増大することなく剥離することができる。
本発明の形成方法において、前記第２の剥離工程で撓みの戻り力のみが剥離力として作用したのでは、剥離力を十分に得ることができない場合には、前記第１の剥離工程での移動に継続して転写用基板から離間する方向に移動させながら、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させることが好ましい。
この場合、モールドの移動は０．１ｍｍ／秒以下の極めてゆっくりとした移動であることが好ましい。
本発明の形成方法において、前記第１及び第２の剥離工程では、前記転写用基板に加わる荷重を測定し、前記測定された荷重に基づいて前記加圧力を制御することが好ましい。これにより、剥離力を正確に把握しながら剥離を行うことができる。
また、基板裏面側を加圧する圧力をロードセルを用いないで制御する方法としては、加圧開始からの経過時間に基づいて制御する場合、加圧開始からのモールドの移動量に基づいて制御する場合、加圧開始からの転写用基板の撓み量に基づいて制御する場合がある。
これらの場合には、予め予備試験等により、経過時間と加圧力の関係、モールドの移動量と加圧力の関係、転写用基板の撓み量と加圧量との関係を求めておく必要がある。
本願の微細凹凸パターンの形成装置は前記目的を達成するために、基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離装置を備えた微細凹凸パターンの形成装置において、前記剥離装置は、前記転写用基板の周縁部を固定する周縁部固定手段と、前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませる加圧手段と、前記転写用基板の撓みが戻るように、前記加圧した圧力を徐々に減少させる圧力制御手段と、を備え、前記転写用基板に加わる荷重を測定する荷重センサーを有することを特徴とする。
本発明の形成装置においては、前記モールドを前記転写用基板から離間する方向に移動させる移動駆動手段を備えることが好ましい。但し、本発明は、移動駆動手段による強制的な移動に限らず、転写用基板が撓む撓み力によってモールドが転写用基板から離間する方向に移動する、いわゆる移動駆動手段をもたない従動的な移動も可能である。
また、前記移動駆動手段は、前記モールドの移動をロックするロック機構を有することが好ましい。また、前記転写用基板に加わる荷重を測定する荷重センサを有することが好ましい。
これらは、モールドの移動駆動させる駆動手段を設けた場合であり、これによりモールドを精度良く移動することができる。
本発明の微細凹凸パターンの形成方法及び装置によれば、微細凹凸パターンを転写する側のモールドと、転写される側の転写用基板とを剥離する際に、転写用基板のレジスト層に転写された微細凹凸パターンが損傷を受けることを効果的に防止できる。したがって、ナノサイズの微細凹凸パターンであっても高精度な微細凹凸パターンを形成することができる。特に、モールドと転写用基板との剥離が終了する直前の剥離最終端での微細凹凸パターンの損傷や変形を防止することができる。
微細凹凸パターンを転写するナノインプリントのステップを示す工程図 転写工程でモールドと転写用基板とが合体した合体物（ワーク）の説明図 本発明の微細凹凸パターンの形成装置の一例を説明する全体構成図 微細凹凸パターンのワークホルダー部分を示す断面図 微細凹凸パターンの形成装置の制御系を説明する説明図 本発明における剥離方法と一般的な剥離方法の工程フローを説明する説明図 最大撓み量を説明する説明図 実施例で使用したモールドの微細凹凸パターンを説明する説明図 従来の一般的な剥離方法（アシスト圧無し）での荷重変化の説明図 本発明における剥離方法（アシスト加圧有り）での剥離力波形解析図 本発明における剥離方法（アシスト圧有り）での荷重変化の説明図 本発明における剥離方法（アシスト圧有り）での剥離最終過程での荷重挙動を説明する説明図 従来の一般的な剥離方法で剥離された転写用基板の微細凹凸パターンの状態を説明する説明図。 本発明における剥離方法で剥離された転写用基板の微細凹凸パターンの状態を説明する説明図。
添付図面に従って本発明の微細凹凸パターンの形成方法及び形成装置の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
本発明の微細凹凸パターンの形成方法を適用したナノインプリントの各工程を説明しながら、本発明の特徴部分である剥離工程及び剥離装置について説明する。
〈モールドの製作〉
金属材料に、半導体微細加工技術を用いて三次元立体加工を行って、図１（Ａ）に示すように、微細凹凸パターン１０Ａを備えたモールド（型）１０を成形する。この場合、金属材料で原版を成形加工し、原版を樹脂材料に転写加工して樹脂スタンパを作製し、この樹脂スタンパをモールド１０として使用してもよい。モールド１０の材料としては、目的に応じて適宜選択できるが、金属、石英、樹脂等を好適に使用できる。金属材料としては、Ｎｉ、Ｓｉ又はＳｉＯ２、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔなどを使用でき、樹脂材料としてはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、フッソ樹脂等を使用できる。
そして、作製したモールド１０の微細凹凸パターン１０Ａの表面に剥離層を被覆することが好ましい。剥離剤は後記する転写・硬化工程後にモールド１０とレジスト層１２の転写界面で剥離時の応力による不良が作用せずに剥離できるように、微細凹凸パターン１０Ａの表面に形成することが好ましい。剥離剤材料としては、モールド側に付着、結合しやすく、レジスト層側に吸着しにくいという目的に合う材料がよく、適宜選択できる。中でもレジスト層側に吸着しにくいと言う点で、電気陰性度の低いフッ素系樹脂が好ましい。
剥離層の厚みとしては、厚過ぎると微細凹凸パターン１０Ａが変化するため、可能な限り薄層化することが好ましく、具体的には５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下がより好ましい。
剥離層の形成方法としては、剥離剤の塗布又は蒸着を用いることができる。さらに、剥離層を形成した後、ベーキング等の手段によりモールド１０への密着性を高め、剥離層自体の強度を向上することが好ましい。
上記の如く製作したモールド１０を使用して、塗布工程、転写工程、剥離工程を行うことで転写用基板１４のレジスト層１２に微細凹凸パターン１２Ａを形成する。
［塗布工程］
図１（Ａ）に示すように、レジスト層１２を形成する樹脂素材を溶媒に溶解したレジスト液を基板１６に塗布して、基板１６上にレジスト層１２が形成された転写用基板１４を形成する。レジスト層１２を形成する樹脂素材としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及び光硬化性樹脂を好ましく使用できる。また、基板１６の材料としては、例えばガラス基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。
レジスト液を基板１６上に塗布する方法としては、下記の方法を好適に使用できる。
（１）インクジェットなどの液滴装置で基板上の適切な場所に滴下し、レジスト液自体の流動性により広げて基板１６上に均一に塗布する。
（２）スピン塗布により、基板１６を回転させることにより基板１６上に滴下したレジスト液を広げて均一に塗布する。
（３）バーコータなどを用いて基板１６上に均一に塗布する。
基板１６上に塗布されるレジスト層１２の厚さは、例えば、エリプソメーター等を用いた光学的な測定法、又は触針式段差計、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の接触測定法等により計測できる。
［転写工程］
次に、図１（Ｂ）に示すように、転写用基板１４のレジスト層１２に、モールド１０の微細凹凸パターン１０Ａを転写する。一般的に、モールド１０を転写用基板１４のレジスト層１２に載せた重みだけでは、モールド１０に形成された微細凹凸パターン１０Ａの凹部にレジスト層１２のレジスト液が充填されないので、転写されない。そこで、モールド１０の微細凹凸パターン１０Ａを転写用基板１４のレジスト層１２に転写するには、周囲の圧力条件を変化させて、強制的に充填することが必要となる。例えば次の充填方法を好適に使用できる。
（１）モールド１０をレジスト層１２に向けてプレス機などで加圧する。この場合、レジスト層１２を加圧や加熱することでレジスト液を微細凹凸パターン１０Ａの凹部に一層充填し易くなる。
（２）レジスト液を基板１６上に塗布後、レジスト層１２の上にモールド１０を載せて加熱・減圧の条件下に置く。これにより、微細凹凸パターン１０Ａの凹部に残った空気や気泡が除去されるので、レジスト液が凹部に充填される。
［硬化工程］
次に、モールド１０の微細凹凸パターン１０Ａが転写されたレジスト層１２を硬化する。これにより、図２に示すように、モールド１０と転写用基板１４とが合体した合体物２０（以下、「ワーク２０」と称する）が形成される。図２（Ａ）はワーク２０の縦断面図であり、図２（Ｂ）は上面図である。なお、本実施の形態では、ワーク２０が円形状のもので説明するが、これに限定されるものではなく、例えば四角形状でもよい。
レジスト層１２の硬化方法としては次の方法を好適に使用できる。
（１）光硬化性樹脂の場合は硬化開始剤の反応する波長帯域の硬化光をレジスト層１２に照射することで硬化する。図１（Ｂ）は、光を通す透明なモールド１０の裏面から硬化光を照射してレジスト層１２を硬化する例である。
（２）溶剤に可溶なレジスト素材の場合は溶媒に溶解し、転写後に乾燥することで硬化する。
（３）熱可塑性の天然高分子の場合は、転写後にレジスト層１２を冷却することで硬化する。
［剥離工程］
次に、図１（Ｃ）に示すように、転写用基板１４とモールド１０とを互いに剥離する。図１（Ｃ）は、転写用基板１４を固定してモールド１０を垂直方向上向きに引っ張ることによりモールド１０と転写用基板１４とを剥離する一般的な引っ張り剥離方法の例である。
かかる、剥離工程において、従来はレジスト層１２に転写された微細凹凸パターン１２Ａが、モールド１０を転写用基板１４から剥離する際の剥離不良によって損傷したり変形したりするという問題があった。特に、転写される微細凹凸パターンがナノサイズの極めて細かい凹凸形状では、モールド１０と転写用基板１４とが剥離完了する直前の剥離最終端において損傷の度合いが大きかった。
そこで、本発明では、剥離工程として、転写用基板１４の周縁部を固定した状態で転写用基板１４の基板裏面側を加圧して転写用基板１４を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって転写用基板１４とモールド１０との剥離を開始する第１の剥離工程と、基板裏面側を加圧した圧力を徐々に減少させて転写用基板１４に撓みの戻り力を作用させることにより、転写用基板１４の微細凹凸パターン１２Ａのうちの第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターン１２Ａを剥離する第２の剥離工程と、を行うことで解決した。
以下、上記の第１及び第２の剥離工程で転写用基板１４の基板裏面側を加圧する圧力をアシスト圧と称することにする。
この場合、第１の剥離工程では、転写用基板１４が湾曲状に撓むことによってモールド１０が、撓む前の転写用基板１４の基板面に対して垂直方向に移動する。このモールド１０の移動は、移動のための移動駆動手段を用いずに転写用基板１４が撓む撓み力で従動的に移動させるようにしてもよく、あるいは移動駆動手段によって強制的に移動させるようにしてもよい。
図３Ａは本発明の実施の形態における移動駆動手段を備えた剥離装置２１の一例を示す全体構成図であり、図３Ｂはワークホルダー２２にワーク２０をセットした状態の断面図である。
これらの図に示すように、剥離装置２１は、ワークホルダー２２、加圧手段２４、移動駆動手段２６が装置フレーム３０に組み付けられて構成される。
装置フレーム３０は、矩形状の基台３１の４角にそれぞれ支柱３２，３２…が立設され、支柱３２の上にワークホルダー２２を支持する支持板３４が設けられる。支持板３４の中央部には丸孔３４Ａ（図４参照）が形成され、丸孔を跨ぐようにワークホルダー２２が支持板３４上に支持される。
ワークホルダー２２は、主として、円板状の上板３６と、中央部に丸孔３８Ａが形成されたドーナツ状の下板３８とが合わさった構造を有すると共に、下板３４Ｂの丸孔３８Ａ周囲には、ワーク２０の転写用基板１４を受ける基板受け面３８Ｂが形成される。そして、剥離工程を行うには、モールド１０と転写用基板１４とが合体したワーク２０をワークホルダー２２にセットする。この場合、モールド１０を下側にして転写用基板１４を基板受け面３８Ｂに載置した後、転写用基板１４の上面周縁部に設けたオーリング４０を潰すようにして上板３６を被せ、図示しない固定手段で上板３６と下板３８とを固定する。これにより、転写用基板１４の周縁部が固定されると共に、転写用基板１４の上面と、上板３６の下面と、オーリング４０とで囲まれた気密構造の加圧用空間４２が形成される。
この加圧用空間４２に、加圧手段２４により圧縮空気が吹き込まれる。加圧手段２４は、上板３６の内部に、加圧用空間４２に圧縮空気を流す流路２４Ａが形成され、流路２４Ａ先端の吹出口２４Ｂが加圧用空間４２を臨んで開口される。また、流路２４Ａは、配管４４により、圧力制御機構４５（図４参照）を介してコンプレッサ４７に接続される。
圧力制御機構４５は、コンプレッサ４７から加圧手段２４に供給する圧縮空気量を調整して、加圧用空間４２の圧力を調整すると共に、加圧用空間４２から圧縮空気を抜いて、加圧用空間４２の圧力を減少させる２つの機能を有する。そして、加圧用空間４２に圧縮空気を供給すると、転写用基板１４の基板裏面側が加圧されて、転写用基板１４が湾曲状（下に凸に湾曲）に撓む。なお、本実施の形態では、加圧用空間４２に圧縮空気を供給して転写用基板１４を撓ませるようにしたが、加圧用空間４２に液体を供給することも可能である。また、加圧用空間４２に気体や液体の流体を供給する構造以外の方法も適用できる。例えば、転写用基板１４の基板裏面側に、所定曲率の当接面を有すると共に、当接面に多数の吸引孔を有する固体物（図示せず）を設ける。そして、この固体物の当接面を転写用基板１４に当接させて吸引することにより転写用基板１４を湾曲させるようにしてもよい。
上記のように、ワークホルダー２２にワーク２０をセットすることにより、モールド１０の下面は、下板３８の丸孔３８Ａ及び支持板３４の丸孔を介して支持板３４の下面側に突出される。このモールド１０の下面を、次に説明する移動駆動手段２６の吸着ヘッド５０が吸着する。
移動駆動手段２６は、主として、モールド１０の下面を吸着する吸着ヘッド５０と、吸着ヘッド５０を昇降させる昇降装置５２とで構成される。図３（Ａ）には、昇降装置５２の詳細な構造を図示していないが、ナノサイズの微細凹凸パターンの剥離では、吸着ヘッド５０の昇降ストロークは通常１０ｍｍ程度あればよく、この程度の昇降ストロークを精密に昇降制御できる装置であればどのようなものでもよい。
また、移動駆動手段２６には、加圧用空間４２に圧縮空気を供給したときに転写用基板１４に加わる荷重を測定するロードセル５４（図４参照）が設けられる。即ち、加圧用空間４２に圧縮空気を供給して転写用基板１４が湾曲状（下に凸に湾曲）に撓むと、撓み力がロードセル５４を押圧し、この押圧力がロードセル５４によって荷重として測定される。
図４は、加圧手段２４の圧力制御機構４５、吸着ヘッド５０の吸着制御機構５３、吸着ヘッド５０の温度制御機構５６、及び移動駆動手段２６の移動制御機構５７の一例を示す概略図である。
図４に示すように、圧力制御機構４５は、上記したコンプレッサ４７とワークホルダー２２内に設けた吹出口２４Ｂとを繋ぐ配管４４に、電磁弁４８及び電空変換レギュレータ４６が設けられ、これらの機器はロードセル５４で測定された荷重に基づいてシーケンサ５５により制御される。
温度制御機構５６は、吸着ヘッド５０に内蔵されたヒータ（図示せず）と、ヒータ温度を調整する温調器５６Ａとが設けられ、温調器５６Ａはシーケンサ５５に温度状態をフィードバックする。
吸着制御機構５３は、吸着ヘッド５０と真空ポンプ５８とを繋ぐ真空流路に電磁弁６０と圧力センサ６２とが設けられ、電磁弁６０はシーケンサ５５により制御される。圧力センサ６２では真空到達度を監視しており、吸着の有り無しの信号をシーケンサ５５に出力し、シーケンサ５５で吸着異常検知、及び剥離動作開始の制御を行う。
移動制御機構５７は、上記した昇降装置５２を駆動するドライバ６４が設けられ、ドライバ６４はロードセル５４で測定された荷重に基づいてシーケンサ５５により制御される。
また、タッチパネル６６はシーケンサ５５に接続され、各種の剥離条件パラメータ（吸着ヘッド駆動速度、駆動ストローク、アシスト圧設定値等）の入力や、装置の起動・停止、異常表示等を行う。また、ロードセル５４はロードセルコントローラ６８を介してシーケンサ５５に接続される。
次に、上記の如く構成された本発明における微細凹凸パターンの剥離装置２１を用いて剥離方法を説明する。
図５は、剥離方法のステップを示したフロー図である。なお、図５の剥離ステップは、本発明における剥離方法を適用した剥離ステップと、一般的な引っ張り剥離による剥離ステップを選択できるようになっている。
図５に示すように、ワーク２０をワークホルダー２２にセットする（ステップ１）。即ち、モールド１０を下側にして転写用基板１４を基板受け面３８Ｂに載置した後、転写用基板１４の上面周縁部に設けたオーリング４０（周縁部固定手段）を潰すようにして上板３６を被せ、図示しない固定手段（例えばボルトとナット）で上板３６と下板３８とを固定する。これにより、転写用基板１４はワークホルダー２２を介して装置フレーム３０の支持板３４に固定支持される。
次に、タッチパネル６６上で、モールド吸着を命令する「手動ＳＷ」をＯＮ（ステップ２）し、モールド１０を吸着ヘッド５０で保持する。剥離の開始は起動スイッチをＯＮすることで自動シーケンス制御が開始し、起動警報音が３秒間鳴った後、順次剥離ステップを開始する（ステップ３）。
次に、吸着ヘッド５０の温度が設定範囲内であるかがチェックされ（ステップ４）、設定温度外（ＮＯ）であれば異常停止のステップ５に進んで剥離装置２１が停止する。そして、設定温度内（ＹＥＳ）であれば、次のステップ６に進む。吸着ヘッド５０の設定温度は、室温（例えば２０℃）〜６０℃の範囲が好ましい。室温（例えば２０℃）〜６０℃の範囲であれば、転写用基板１４の弾力性が大きくなるので、転写用基板１４を湾曲状に撓ませたときに転写用基板１４の微細凹凸パターン１２Ａが破損しにくい。また、６０℃を超えると転写用基板１４の粘着性が高くなって剥離しにくくなる。
ステップ６では、予めタッチパネル６６上で設定した条件に基づいて、アシスト加圧が有る方法（ＹＥＳ）で剥離するか、アシスト加圧が無い方法（ＮＯ）で剥離するかを選択する。本発明における剥離方法を行うには、ＹＥＳを選択して、次のステップ７に進む。
ステップ７では、ワークホルダー２２の加圧用空間４２に圧縮空気を送る動作がＯＮになり、転写用基板１４の基板裏面側を加圧する。これにより、転写用基板１４は下に凸な湾曲状の撓みを生じようとする圧力が生じる。しかし、この時点では吸着ヘッド５０は未だ移動していないので、ロードセル５４に圧縮荷重が加わる。そして、配管４４上にある圧力センサ（図示せず）でアシスト圧が所定圧に到達したか否かを判断する（ステップ８）。
ここで最大撓み量Ｌについて説明すると、転写用基板担体の状態でアシスト圧Ｐをかけたときの転写用基板の撓み量Ｌを言う。第１の剥離工程のストローク設定は、次の２つの条件を満足する必要がある。
即ち、１つ目は、図６（Ａ）に示すように、アシスト圧Ｐによる転写用基板１４の撓みにより転写用基板１４の外周部に形成された微細凹凸パターン１２Ａがモールド１０から剥離可能であること。
２つ目は、図６（Ｂ）に示すように、アシスト圧Ｐを減少させて転写用基板１４に撓みの戻り力ＢＦを作用させたときに、未だ剥離されていない転写用基板１４の中央部に形成された全ての微細凹凸パターン１２Ａが撓みの戻り力ＢＦによりモールド１０から剥離可能であること。
なお、転写用基板１４の撓み量が大きくなり過ぎると、モールド１０に形成された３次元の微細凹凸パターン１０Ａと、転写用基板１４に転写された３次元の微細凹凸パターン１２Ａとが剥離時に干渉し合う度合いが大きくなる。これにより、剥離時に転写用基板１４の微細凹凸パターン１２Ａを破壊したり、変形させたりし易くなる。したがって、第１の剥離工程のストローク設定は、上記条件を満足する範囲内で、できるだけ小さくすることが好ましい。例えば、６インチの転写用基板１４の場合には、アシスト圧は０．０２〜０．０３ＭＰａの範囲であることが好ましい。アシスト圧が０．０２ＭＰａ未満では、撓みの戻り力ＢＦを受け止めることができない。これにより、転写用基板１４が湾曲状から平面状に一気に変形して、剥離動作を一気に完了してしまうので、微細凹凸パターン１２Ａの破損や変形が生じ易い。また、アシスト圧が０．０３ＭＰａを超えて大きいと、転写用基板１４を過度に撓ませることになり、微細凹凸パターン１２Ａの破損や変形が生じ易いだけでなく、最悪な場合には転写用基板１４自体が破損してしまう。
次に、図５に戻って、アシスト圧Ｐが所定圧に到達したら、ロードセル５４による荷重測定が開始される（ステップ９）と共に吸着ヘッド５０が下降移動を開始する（ステップ１０）。これにより、加圧用空間４２に溜まっていたアシスト圧により転写用基板１４が撓むので、転写用基板１４の外周部に形成された微細凹凸パターン１２Ａは、転写用基板１４の撓みによってモールド１０から剥離される。これにより第１の剥離工程が終了する（図６（Ａ）参照）。この場合、吸着ヘッド５０の移動速度は、０．１ｍｍ／秒以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ／秒以下であることがより好ましい。吸着ヘッド５０の下降移動速度が０．１ｍｍ／秒を超えて速くなると、転写用基板１４が急激に撓むので、剥離される転写用基板１４外周部の微細凹凸パターン１２Ａが破損したり変形したりし易い。
なお、図５のステップでは、アシスト圧が所定圧に到達したら、吸着ヘッド５０が下降するが、上述したように、吸着ヘッド５０を移動させるための移動駆動手段２６をもたずに、転写用基板１４が撓む撓み力によって吸着ヘッド５０が従動的に移動するようにしてもよい。
次に、吸着ヘッド５０の下降移動ストロークが第１の剥離工程のストロークに達したら下降移動が停止し（ステップ１１）、次のステップ１２に進む。この場合、吸着ヘッド５０の下降移動が停止した後、直ちにステップ１２に進んでもよく、あるいは停止した後、所定時間の停止状態で維持してからステップ１２に進んでもよい。所定時間停止させることで、第１の剥離工程で剥離可能な微細凹凸パターン１２Ａを確実に剥離することができる。また、吸着ヘッド５０の下降移動を停止させる機構としては、機械的なロック機構でも、駆動系のもつ保持機構のいずれでもよい。
ステップ１２では、加圧用空間４２からエアが徐々に抜かれ、転写用基板１４の基板裏面側を加圧するアシスト圧Ｐの減圧が開始される。そして、アシスト圧Ｐを徐々に小さくすると、撓みの戻り力ＢＦがアシスト圧Ｐよりも大きくなった時に、第１の剥離工程では剥離されなかった転写用基板１４中央部の微細凹凸パターン１２Ａがモールド１０から剥離される（図６（Ｂ）参照）。アシスト圧の減圧は、加圧用空間４２の圧力が大気圧に戻った時点で終了する（ステップ１３）。これにより、第２の剥離工程が終了し、モールド１０と転写用基板１４との剥離が完了し、モールド１０と転写用基板１４とが分離される。
最後に、吸着ヘッド５０は機械原点に退避し（ステップ１４）、剥離停止完了ブザーが鳴って剥離自動運転が停止する（ステップ１５）。
この第２の剥離工程において、加圧用空間４２を加圧していたアシスト圧Ｐは徐々に減少されるので、転写用基板１４中央部の微細凹凸パターン１２Ａが一気に剥離されることはなく、小さな剥離力により低剥離速度で徐々に剥離されることになる。特に、第２の剥離工程が終了する直前では、モールド１０には剥離最終端（転写用基板の中心部）の微細凹凸パターン１２Ａのみが結合している。したがって、剥離が完了する際に大きな撓みの戻り力（剥離力）が一気に付与されると、剥離最終端の微細凹凸パターン１２Ａが破損してしまう。しかし、小さな剥離力により低剥離速度で徐々に剥離されることにより、剥離最終端の微細凹凸パターン１２Ａが破損されたり変形されたりするのを確実に防止できる。
したがって、剥離最終端の微細凹凸パターン１２Ａの剥離のように、モールド１０に対して接触する部分が少なく、微細凹凸パターン１２Ａに剥離荷重が集中し易い場合であっても、微細凹凸パターン１２Ａが破損したり、変形したりしないように剥離できる。
なお、本実施の形態では、モールド１０を停止した状態で、第２の剥離工程を行うようにしたが、アシスト圧Ｐを徐々に減少させて撓みの戻り力ＢＦを転写用基板１４に作用させながら、吸着ヘッドを引き続き下降させるようにしてもよい。これにより、撓みの戻り力ＢＦに加えてモールド１０と転写用基板１４とを互いに引き剥がす方向に剥離力Ｆが付与される。この場合も、吸着ヘッドの移動速度は、０．１ｍｍ／秒以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ／秒以下であることがより好ましい。
また、本実施の形態では、転写用基板１４の基板裏側面の圧力を、ロードセル５４の測定値に基づいて制御するようにしたが、加圧開始からの経過時間に基づいて加圧力を制御してもよい。また、加圧開始からのモールド１０の移動量に基づいて制御したり、加圧開始からの転写用基板１４の撓み量に基づいて制御したりしてもよい。これらの場合には、予め予備試験により相関関係を把握して条件を設定する必要がある。
一方、ステップ６において、一般の引っ張り剥離の工程（ＮＯ）を選択した場合には、ロードセル５４による荷重測定が開始される（ステップ１６）と共に、吸着ヘッド５０が下降移動し（ステップ１７）し、モールド１０と転写用基板１４とが互いに引っ張り合う。そして、モールド１０と転写用基板１４とが一気に剥離される。剥離が終了したら、吸着ヘッド５０の下降移動が停止する（ステップ１８）。
次に、本発明の実施例を説明するが、この実施例に限定されるものではない。
剥離試験は、ナノインプリントにおいて、ナノサイズの微細凹凸パターンを有するナノインプリント用のモールド１０を、レジスト層１２を予め塗布した転写用基板１４に密着させて微細凹凸パターンを転写用基板１４のレジスト層１２に転写した。そして転写後の剥離工程に本発明を適用した場合と、適用しない場合とを行って、剥離後の微細凹凸パターン１２Ａの状態を観察した。
モールド１０は、厚みが０．５ｍｍで、４インチ（１００ｍｍ）径の円板状の石英を使用し、図７の模式図に示すように、ライン状の微細凹凸パターンが平行するパターン形状を形成した。微細凹凸パターン１０Ａの断面サイズは、Ｌ／Ｓ幅２μｍ・高さ２μｍ（アスペクト比１）の微細凹凸である。そして、微細凹凸パターン１０Ａを形成した面には、離型液を塗布した。なお、図７ではライン状の微細凹凸パターンが複数本しか描かれていないが、実際には多数本ある。
また、転写用基板１４は、厚みが０．５ｍｍで、６インチ（１５０ｍｍ）径の円板状の石英を使用し、レジスト層１２としてＵＶ（紫外線）硬化樹脂を塗布した。なお、上記したモールド１０及び転写用基板１４の条件は、比較例及び実施例ともに同じである。
この転写後のモールド１０と転写用基板１４とが合体した合体物であるワーク２０を、図３のワークホルダー２２にセットした。そして、図５の一般的な剥離ステップ１〜６、及びステップ１６〜１８（比較例）と、本発明を適用した剥離ステップ１〜ステップ１５（実施例）とをそれぞれ行った。
［比較例］
図８は、一般的な引っ張り剥離方法のステップを行ったときにロードセル５４に加わる経時的な荷重変化を示したものである。横軸が剥離開始から終了までの経時時間を示し、縦軸にロードセル５４で測定される剥離荷重を示す。
図８に示すように、吸着ヘッド５０の駆動がスタートし、下降移動を開始する。これにより、剥離力が徐々に増加するが、この段階ではモールド１０と転写用基板１４との結合力が剥離力よりも大きいので、剥離は開始しない。そして、剥離力が結合力よりも大きくなると、剥離が徐々に開始され、剥離力が結合力よりも大きくなったときに急激に剥離速度が増加し、モールド１０と転写用基板１４とが一気に剥離される。これにより、剥離が完了し、荷重は徐々に低下してゼロになる。また、剥離が終了する直前の最終剥離過程における荷重は、図８から分かるように２０Ｎであった。
［実施例］
次に、本発明を適用した剥離ステップについて説明する。
実施例では、吸着ヘッド５０の下降移動速度を０．０５ｍｍ／秒とし、吸着ヘッド５０の加熱条件を４６℃に設定した。
また、アシスト圧（圧縮空気の供給圧力）を０．０２５ＭＰａに設定すると共に最大撓み量Ｌを１ｍｍとした。アシスト圧の減圧操作は、実際には再現性の観点から電空変換レギュレータを使用する方がよいが、本実施例ではレギュレータバルブを手動で一定速度になるように回して行った。
図９は、アシスト加圧有りでの剥離力波形解析図であり、図１０は実際にロードセル５４で測定された荷重変化を示す図である。横軸が剥離開始から終了までの経時時間を示し、縦軸にロードセル５４で測定される剥離荷重を示す。
図９及び図１０に示すように、アシスト圧を付与した後、荷重が急激に低下したのは、ワークホルダー２２の加圧用空間４２が加圧されてワーク２０がロードセル５４を押圧し、ロードセル５４に圧縮荷重（図１０の下向きな荷重）が加わったためである。アシスト圧が所定圧（最大撓み量を達成する圧力）に到達した後、吸着ヘッド５０を下降移動させると、転写用基板１４が湾曲状に撓み、この撓みによって第１の剥離工程が開始する。即ち、転写用基板１４の撓みによって、転写用基板１４外周部における微細凹凸パターン１２Ａが剥離される。このとき、転写用基板１４外周部がモールド１０から剥がれようとする力がロードセル５４に加わるので、ロードセル５４には引っ張り荷重（図１０の上向きな荷重）が付与される。転写用基板１４の撓み量が最大撓み量Ｌになった時点で吸着ヘッド５０の下降移動が停止する。図９及び図１０で示すように、上向きの荷重が一旦平坦になった部分が最大撓み量Ｌのポイントである。
次に、アシスト圧を徐々に減少させると、転写用基板１４には撓みの戻り力ＢＦが付与される。これにより、第２の剥離工程が開始され、第１の剥離工程で剥離されなかった転写用基板１４中央部の微細凹凸パターン１２Ａがモールド１０から小さな剥離力で且つ低剥離速度で剥離される。これにより、モールド１０と転写用基板１４とを剥離する際に、転写用基板１４のレジスト層１２に転写された微細凹凸パターン１２Ａが損傷を受けることを効果的に防止できる。
図１１は、図１０において第２の剥離工程が完了する直前の剥離最終過程での荷重挙動を拡大したものであり、図１０の丸で囲んだ部分を拡大した。図１１から分かるように、剥離最終過程において剥離される剥離最終端（転写用基板の中心部）の微細凹凸パターン１２Ａに加わる引っ張り荷重は２Ｎであった。このように、本発明を適用した剥離方法は、図８で示した一般的な引っ張り剥離方法での剥離最終過程での引っ張り荷重（２０Ｎ）の１／１０まで減少していている。
［剥離後の微細凹凸パターンの破損比較］
図１２は、上記の一般的な剥離方法で剥離した転写用基板１４の微細凹凸パターン１２Ａを、電子顕微鏡で撮像したＳＥＭ写真である。
図１２（Ａ）から分かるように、微細凹凸パターン１２Ａは、ライン状に形成された凸状ラインが髭Ｓのように部分的に剥ぎ取られている。垂れ下がった髭Ｓを除去して更に倍率を上げて観察すると、図１２（Ｂ）のように、凸状ラインがある部分（白い部分）と、剥ぎ取られて無くなった部分（黒い部分）とが存在していることが分かる
これに対して、図１３は、本発明の剥離方法で剥離した転写用基板１４の微細凹凸パターン１２Ａであり、図１２（Ａ）と対比することができる。図１３から分かるように、ライン状の凸状ラインが全く剥ぎ取られておらず、微細凹凸パターン１２Ａが精密に転写されていることが分かる。
１０…モールド、１２…レジスト層、１４…転写用基板、１６…基板、２０…合体物（ワーク）、２１…剥離装置、２２…ワークホルダー、２４…加圧手段、２６…移動駆動手段、３０…装置フレーム、３２…支柱、３４…支持板、３６…上板、３８…下板、４０…オーリング、４２…加圧用空間、４４…配管、４５…圧力制御機構、４６…電空変換レギュレータ、４７…コンプレッサ、４８…電磁弁、５０…吸着ヘッド、５２…昇降装置、５３…吸着制御機構、５６…温度制御機構、５７…移動制御機構、５８…真空ポンプ、６０…電磁弁、６２…圧力センサ、６４…ドライバ、６６…タッチパネル、６８…ロードセルコントローラ

Claims (13)

  1. 基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、
    前記剥離工程は、
    前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、
    前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、
    前記第１の剥離工程では、前記転写用基板の撓みに応じて前記モールドを前記転写用基板から離間する方向に移動させることを特徴とする微細凹凸パターンの形成方法。
  2. 基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、
    前記剥離工程は、
    前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、
    前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、
    前記第２の剥離工程では、前記モールドを動かないように固定した状態で、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させながら剥離することを特徴とする微細凹凸パターンの形成方法。
  3. 前記第２の剥離工程では、前記モールドを動かないように固定した状態で、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させながら剥離することを特徴とする請求項１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  4. 前記第２の剥離工程では、前記モールドを前記第１の剥離工程での移動に継続して転写用基板から離間する方向に移動させながら、前記基板裏面側の加圧力を徐々に減少させながら剥離することを特徴とする請求項１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  5. 前記第２の剥離工程では、前記基板裏面側の加圧力を保持した状態で、前記モールドを前記第１の剥離工程での移動に継続して転写用基板から離間する方向に移動させながら剥離することを特徴とする請求項１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  6. 前記第１及び第２の剥離工程では、前記転写用基板に加わる荷重を測定し、
    前記測定された荷重に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  7. 基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離工程を備えた微細凹凸パターンの形成方法において、
    前記剥離工程は、
    前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませることにより、該撓みによって前記転写用基板と前記モールドとの剥離を開始する第１の剥離工程と、
    前記転写用基板の撓みが戻るように前記加圧した圧力を徐々に減少させることにより、前記転写用基板の微細凹凸パターンのうちの前記第１の剥離工程で剥離されなかった微細凹凸パターンを剥離する第２の剥離工程と、を備え、
    前記第１及び第２の剥離工程では、前記転写用基板に加わる荷重を測定し、
    前記測定された荷重に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする微細凹凸パターンの形成方法。
  8. 前記転写用基板の基板裏面側への加圧開始からの経過時間に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  9. 前記転写用基板の基板裏面側への加圧開始からの前記モールドの移動量に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  10. 前記転写用基板の基板裏面側への加圧開始からの前記転写用基板の撓み量に基づいて前記基板裏面側の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の微細凹凸パターンの形成方法。
  11. 基板上にレジスト層が形成された転写用基板のレジスト層に、モールドの微細凹凸パターンを転写して硬化した後、前記転写用基板と前記モールドとを剥離する剥離装置を備えた微細凹凸パターンの形成装置において、
    前記剥離装置は、
    前記転写用基板の周縁部を固定する周縁部固定手段と、
    前記転写用基板の周縁部を固定した状態で前記転写用基板の基板裏面側を加圧して前記転写用基板を湾曲状に撓ませる加圧手段と、
    前記転写用基板の撓みが戻るように、前記加圧した圧力を徐々に減少させる圧力制御手段と、を備え、
    前記転写用基板に加わる荷重を測定する荷重センサーを有することを特徴とする微細凹凸パターンの形成装置。
  12. 前記モールドを前記転写用基板から離間する方向に移動させる移動駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の微細凹凸パターンの形成装置。
  13. 前記移動駆動手段は、前記モールドの移動をロックするロック機構を有することを特徴とする請求項１２に記載の微細凹凸パターンの形成装置。
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