JP6031655B2 - 剛体ステージを備えた流体圧インプリント装置 - Google Patents

Description

本発明は、剛体ステージを備えた流体圧インプリント装置及び加圧ステージに関する。

近年、マイクロオーダ、ナノオーダの超微細なパターンを形成する方法として、ナノインプリント技術が注目されている。これは、樹脂等の被成形物に微細なパターンを有する型を加圧し、熱や光を利用して当該パターンを被成形物に転写するものである（例えば、特許文献１参照）。また、転写面積の拡大を図るために、可撓性のある型やステージを流体圧で加圧するインプリント装置も考えられている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６ 特開２００９−１５４３９３

ここで、レジスト等の樹脂を塗布した被成形物にパターンを成型する場合、被成形面における平面度は、エッチング等の後工程において非常に重要である。

しかし、可撓性のある型で加圧すると、パスカルの原理より流体圧は被成形物に均等にかかるため、被成型面の平面度は樹脂の塗布精度の影響を受ける。したがって、塗布精度を向上する以外に、被成形面の平面度を改善する方法はなかった。

そこで本発明では、被成形面の平面度を改善可能な流体圧インプリント装置及びそれに用いるステージを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のインプリント装置は、加圧室内の流体圧によって型の成型パターンを被成形物に転写するものであって、前記加圧室の一部を構成する加圧室用筐体と、前記型と前記被成形物を加圧するための剛体部材と、前記加圧室用筐体と前記剛体部材との間に配置され前記加圧室を密閉する密閉部材と、を有する加圧ステージと、前記加圧ステージの圧力を受けた前記型および前記被成形物を支持する受圧ステージと、前記加圧室内の流体の圧力を調節する加圧手段と、を具備することを特徴とする。

この場合、前記加圧ステージの加圧室側には、前記密閉部材の一部を係止する第１凹部が形成され、前記加圧室用筐体には、前記第１凹部と対向する部分に前記密閉部材の一部を係止する第２凹部が形成され、前記密閉部材は、前記第１凹部及び第２凹部に係合する樹脂製弾性部材からなるものを用いることができる。また、前記第１凹部及び第２凹部の内側には、前記密閉部材を加圧室の外側に押圧する補助弾性部材が配置される方が好ましい。

また、本発明の加圧ステージは、加圧室内の流体圧によって型の成型パターンを被成形物に転写するインプリント装置において、加圧室用筐体と共に前記加圧室の一部を構成するものであって、前記型又は前記被成形物を加圧するための剛体部材と、前記剛体部材と前記加圧室用筐体との間を密閉する密閉部材と、を具備することを特徴とする加圧ステージ。

この場合、前記密閉部材は、可撓性のある膜とすることができる。

本発明のインプリント装置は、被成形物を剛体部材で押圧することで、被成形物の一部を加圧力によって横方向に移動させ、厚さむらを平均化することができる。したがって、被成形面の平面度を改善することができる。

本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。 本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。 本発明に係る加圧ステージを示す分解断面図である。 本発明の加圧ステージを用いたインプリント装置を示す一部断面図である。 本発明の加圧ステージを示す断面図である。

本発明のインプリント装置は、図１又は図２に示すように、加圧部３における加圧室30内の流体圧によって型１の成型パターンを被成形物２に転写するものであって、加圧室30の一部を構成する加圧室用筐体33と、型１と被成形物２を加圧するための剛体部材311と加圧室用筐体33と剛体部材311との間に配置され加圧室30を密閉する密閉部材312を有する加圧ステージ31と、加圧ステージ31の圧力を受けた型１および被成形物２を支持する受圧ステージ32と、加圧室30内の流体の圧力を調節する加圧手段35と、で主に構成される。

なお、本明細書中で、型１とは、主に被成形物２の被成形面に対して可撓性のあるフィルム状の型を意味し、その一端面又は両面（以下、成型面という）に所定のパターンを有するものを指す。例えば、インプリント技術を用いて成型面に所定のパターンを作製した樹脂製の型を用いることができる。ただし、被成形物２の被成形面に対して可撓性のない剛体からなる型を用いることも可能であり、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などから形成された型を適用することもできる。この場合のパターンは、その成型面に精密機械加工を施すことで形成することができる。また、シリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって形成したり、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成したりすることもできる。もちろん型１は、微細パターンが形成できるものであれば材料やその製造方法がこれらに限定されるものではない。

また、型１に形成される成型パターンは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものや、所定の曲面を有するレンズ等の光学素子を転写するためのものも含む。また、成型パターンは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。

また、被成形物２とは、樹脂、無機化合物又は金属等からなる基板又はフィルム上に被成形層21を形成したものを意味するが、単に基板状のものや可撓性のあるフィルム状のものであっても構わない。また、被成形面の形状は平面に限定されるものではない。例えば、レンズのように、被成形面が曲面等の立体形状のものであっても良い。更に、型の上に流動性のある被成形層を形成しておき、基板と型を加圧する際に基板側に被成形層を接合するものであっても良い。被成形物２の材質としては、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂あるいは無機ポリマーを用いれば良い。

熱可塑性樹脂としては、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等を用いることができる。

光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて成型パターンを形成できるものでもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。

無機ポリマーとしては、例えば、ポリシラザン化合物等を用いることができる。

また、図１又は図２においては、加圧ステージ31側に型１、受圧ステージ32側に被成形物２が配置されているが、受圧ステージ32側に被成形物２、加圧ステージ31側に型１を配置しても構わない。

加圧部３は、型１と被成形物２を流体によって加圧するための加圧室30と、加圧室30内の流体の圧力を調節する加圧手段35とで構成される。また、加圧室30は、例えば、加圧ステージ31と、加圧室用筐体33とで構成すれば良い。

加圧室用筐体33は、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部を加圧ステージ31によって閉じることにより、密閉された空間である加圧室30を構成するものである。この開口部は、被成形物２に転写されるパターン領域より大きく形成される方が好ましい。材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。

加圧ステージ31は、型１と被成形物２を加圧するための剛体部材311と、加圧室用筐体33と剛体部材311との間に配置され加圧室30を密閉する密閉部材312と、からなる。

剛体部材311は、被成形物２を加圧力によって横方向に移動させ、厚さむらを平均化するためのものである。したがって、剛体部材311の被成形物２と接触する側の面は、十分に広くて円滑に形成される。また、剛体部材311の形状は、被成形物２の形状に合わせて形成され、例えば、被成形物２が平面状の場合には平面状に、曲面状の場合には曲面状に形成される。

材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属、シリコン、ガラス等を用いることができる。また、被成形物２（又は型１）を加圧室30側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、被成形物２（又は型１）を受圧ステージ32側から加熱する場合には、加圧室30側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、剛体部材311の表面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源を被成形物２の加圧ステージ32側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。

密閉部材312は、加圧室用筐体33と剛体部材311との間に環状に配置され加圧室30を密閉するためのもので、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有する天然ゴムや合成ゴム等の樹脂製弾性部材を用いることができる。当該密閉部材312は、例えば、図３に示すように、断面凸状で、加圧室30の側面を円や四角等に囲う環状に形成される。この場合、密閉部材312は、密閉部材312の第１凸部312aと第２凸部312bが剛体部材311に形成された第１凹部311aと加圧室用筐体33に形成された第２凹部33bにそれぞれ係合して固定されるように配置される。第１凹部311aは、加圧ステージ31の加圧室30側に円や四角等の環状に形成されるもので、密閉部材312の第１凸部312aを係止する。また、第２凹部33bは、剛体部材311の第１凹部311aと対向する部分に環状に形成されるもので、密閉部材312の第２凸部312bを係止する。

また、図３に示すように、第１凹部311a及び第２凹部33bの内側には、密閉部材312を加圧室30の外側に押圧するばねやゴム等の補助弾性部材38を配置しても良い。この場合、補助弾性部材38を配置するために、第１凹部311aの内側に第３凹部39aを、第２凹部33bの内側に第４凹部39bを設けても良い。これにより、加圧室用筐体33と剛体部材311との間を確実に密閉することができる。

なお、加圧室用筐体33への加圧ステージ31の取付けは、加圧ステージ31と加圧室用筐体33との間が自由に近接又は隔離可能であればどのような方法でも良い。例えば、図示しないが、剛体部材311と加圧室用筐体33にそれぞれ取付溝を形成し、当該取付溝にガイドシャフトを配置し、当該ガイドシャフトにばねを嵌挿して、ばねの弾性力を剛体部材311と加圧室用筐体33の間に付勢すれば良い。また、密閉部材を加圧室用筐体33と加圧ステージ31の両方に直接接着して連結することもできる。

受圧ステージ32は、加圧部３の圧力を受けた型１及び被成形物２を支持するためのものである。受圧ステージ32の型１（又は被成形物２）と接触する側の面は、十分に広くて円滑な平面状に形成すれば良い。ただしこれに限定されるものではなく、型１又は被成形物２の形状に合わせて適宜選択できる。材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。また、被成形物２（又は型１）を受圧ステージ32側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、被成形物２（又は型１）を加圧室30側から加熱する場合には、受圧ステージ32側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、ステージ表面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源を被成形物２の受圧ステージ32側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。また、被成形物２に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型１と受圧ステージ32を一体に形成しても良い。例えば、従来はパターンを電気鋳造によって形成した後、パターンの部分のみを切り出して用いているが、これを切り出さずにそのまま用いることができる。

加圧手段35は、型１のパターンを被成形物２に転写可能な圧力まで、加圧室30内の流体の圧力を調節可能であればどのようなものでも良い。例えば、図１又は図２に示すように、加圧室用筐体33に加圧室用気体給排流路351を接続し、加圧室用気体給排流路351を介して加圧室30へ空気や不活性ガス等の気体を給気又は排気すれば良い。当該気体の供給には、圧縮された気体を有するボンベやコンプレッサー等の気体供給源352を用いることができる。また、気体の排気には、図示しないが、脱気弁の開閉によって気体を排気するようにすれば良い。なお、適宜安全弁等を設けても良い。

開閉手段は、図示しないが、加圧部３と受圧ステージ32を相対的に移動するためのものである。例えば、電気モータとボールねじによって、加圧室用筐体33を受圧ステージ32に対して近接又離間すれば良い。また、加圧室用筐体33を油圧式又は空圧式のシリンダによって移動することもできる。もちろん受圧ステージ32を加圧室用筐体33側に移動することも可能である。

なお、本発明のインプリント装置は、型１と被成形物２の周りの雰囲気、特に型１と被成形物２の間の雰囲気を減圧するための減圧室を有する減圧部４を備えていても良い。これにより、型１と被成形物２の間に存在する気体を除去し、型１と被成形物２を均一に押圧することができる。

減圧部４としては、例えば図１又は図２に示すように、型１及び被成形物２のいずれか一方又は両方を内包する減圧室40と、減圧室40内の気体を排出する減圧手段とで構成すれば良い。

減圧室40は、減圧室用筐体と、減圧室用密閉手段44と、受圧ステージ32又は受圧ステージ32上に載置される被成形物２（又は型１）とで構成される。

減圧室用筐体は、例えば、加圧室用筐体33と、加圧室用筐体33の上部から水平に延伸するフランジ部431と、加圧室用筐体33を覆うようにフランジ部431から垂下する蛇腹432と、で構成することができる。この場合、加圧室30も減圧室40の一部となる。

減圧室用密閉手段44は、減圧室40を密閉するために、減圧室用筐体33と受圧ステージ32又は受圧ステージ32上に載置される被成形物２（又は型１）との間を密接させるものである。例えば、図１に示すように、減圧室用密閉手段44としてＯリングを用意すると共に、蛇腹432のステージ側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝432bを形成し、この溝432bにＯリングを配置すれば良い。これにより、減圧室40内を密閉することができる。また、減圧室用筐体と受圧ステージ32との間に傾きがあっても、その平行度がＯリングのつぶし代以内であれば、減圧室40を確実に密閉することができる。

なお、減圧室用筐体、減圧室用密閉手段44は、減圧した際の外力に耐えられる強度を有するものであることは言うまでもない。

減圧手段は、減圧室40に接続される減圧室用気体給排流路451と、減圧室用気体給排流路451を介して減圧室40内の気体を排気する減圧用ポンプ452とで構成すれば良い。

減圧用ポンプ452は、型１に被成形物２を加圧した際に転写不良が生じない範囲まで減圧室40を減圧し、型１と被成形物２の間の気体を除去できるものであれば良い。

また、本発明のインプリント装置は、図示しないが、被成形物２を加熱又は冷却することにより被成形物２の温度を調節する温調手段を更に具備する場合がある。温調手段は、被成形物２を直接的又は間接的に加熱する加熱手段や冷却する冷却手段を用いることができる。

加熱手段は、型１と被成形物２のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物２のガラス転移温度以上又は溶融温度以上に加熱することができるものであればどのようなものでも良い。また、被成形物２を加圧ステージ31側から加熱するものでも、受圧ステージ32側から加熱するものでも良い。例えば、受圧ステージ32内にヒータを設けて受圧ステージ32側から型１や被成形物２を加熱するものを用いることができる。また、剛体部材311をガラス等の透明な材料で形成し、加圧室30にセラミックヒータやハロゲンヒータのような電磁波による放射によって加熱する放射熱源を設け、型１や被成形物２を加熱するものを用いることもできる。また、加圧室30に加熱した気体を供給することにより加熱することも可能である。

冷却手段は、型１と被成形物２のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物２のガラス転移温度未満又は溶融温度未満に冷却することができるものであればどのようなものでも良い。また、被成形物２を受圧ステージ32側から冷却するものでも、加圧室30側から冷却するものでも良い。例えば、受圧ステージ32内に冷却用の水路を設けて受圧ステージ32側から型１や被成形物２を冷却するものを用いることができる。

また、本発明のインプリント装置を光インプリントプロセスに用いる場合には、剛体部材311をガラス等の透明な材料で形成し、被成形物２に所定波長の電磁波を放射できる光源を加圧室30内に配置するか、受圧ステージ32をガラス等の透明な材料で形成し、被成形物２に所定波長の電磁波を放射できる光源を受圧ステージ32の裏側に配置すれば良い。

本発明のインプリント装置をこのように構成することにより、開閉手段を用いて型１と被成形物２を加圧ステージ31及び受圧ステージ32で挟んだ後、加圧室30内を加圧することによって、型１と被成形物２を剛体部材311で加圧することができる。また、これにより、被成形物の一部を加圧力によって横方向に移動させ、厚さむらを平均化することができる。すなわち、被成形面の平面度を改善することができる。

なお、上記説明では、加圧ステージ31がインプリント装置に組み込まれている場合について説明したが、以下では、従来のインプリント装置に組み込んで適用できる加圧ステージ31Aについて説明する。

ここで、従来のインプリント装置とは、加圧室30A内の流体圧によって型１の成型パターンを被成形物２に転写するものであって、図４に示すように、加圧室30Aがフィルム状の型１（又はフィルム状の被成形物２）と加圧室用筐体33Aとで構成されるように形成されたものである。ここで加圧室用筐体33Aは、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部を型１又は被成形物２によって閉じることにより、密閉された空間である加圧室30Aを構成するものである。また、加圧室用筐体33Aの型１（又は被成形物２）と接触する部分には、加圧室30Aを気密にするためにＯリング等の密閉部材313が配置されている。なお、加圧室30A内に流体を供給する加圧手段35等のその他の部分は、上述した本発明のインプリント装置と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

本発明の加圧ステージ31Aは、上述した従来のインプリント装置において、フィルム状の型１又はフィルム状の被成形物２の代わりに、加圧室用筐体33Aと共に加圧室30Aの一部を構成するものであって、型１又は被成形物２を加圧するための剛体部材311Aと、剛体部材311Aと加圧室用筐体33Aとの間を密閉する密閉部材312Aと、で主に構成される。

剛体部材311Aは、被成形物２を加圧力によって横方向に移動させ、厚さむらを平均化するためのものである。したがって、剛体部材311Aの被成形物２と接触する側の面は、十分に広くて円滑に形成される。また、剛体部材311Aの形状は、被成形物２の形状に合わせて形成され、例えば、被成形物２が平面状の場合には平面状に、曲面状の場合には曲面状に形成される。

材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属、シリコン、ガラス等を用いることができる。また、被成形物２（又は型１）を加圧室30A側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、被成形物２（又は型１）を受圧ステージ32側から加熱する場合には、加圧室30A側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、剛体部材311Aの表面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源を被成形物２の加圧ステージ32A側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。

密閉部材312Aは、剛体部材311Aの周囲に配置され、加圧室用筺体33Aの密閉部材313が当接することにより、加圧室30Aを密閉するためのものである。密閉部材312Aの材質は、加圧室30A内の流体圧に対して可撓性を有し、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば樹脂製のフィルムを用いることができる。

剛体部材311Aと密閉部材312Aの接合は、例えば、剛体部材311Aの加圧室30A側の面に接着剤を塗布し、ここに密閉部材312Aを貼り付ければ良い。ここで、密閉部材は、図５（Ａ）の加圧ステージ31Aのように、剛体部材311Aの加圧室30A側全面に接着できる形状のもの（密閉部材312A）や、図５（Ｂ）の加圧ステージ31Bのように、剛体部材311Bの加圧室側の面の周囲のみに接着できる中心部に穴が空いている形状のもの（密閉部材312B）を用いることもできる。また、図５（Ｃ）の加圧ステージ31Cのように、加圧室30A側に剛体部材311C、受圧ステージ側に密閉部材312Cを配置しても良い。

なお、図５（Ａ）の加圧ステージ31Aのように、密閉部材312Aのみで加圧室用筐体33Aの開口部を閉じ、加圧室30Aを密閉できる形状の場合、剛体部材311Aと密閉部材312Aは独立していても構わない。

１ 型
２ 被成形物
３ 加圧部
30 加圧室
30A 加圧室
31 加圧ステージ
31A 加圧ステージ
31B 加圧ステージ
31C 加圧ステージ
32 受圧ステージ
33 加圧室用筐体
33A 加圧室用筐体
33b 第２凹部
35 加圧手段
38 補助弾性部材
311 剛体部材
311A 剛体部材
311B 剛体部材
311C 剛体部材
311a 第１凹部
312 密閉部材
312A 密閉部材
312B 密閉部材
312C 密閉部材
312a 第１凸部
312b 第２凸部

Claims (2)

1. 加圧室内の流体圧によって型の成型パターンを被成形物に転写するインプリント装置であって、
   前記加圧室の一部を構成する加圧室用筐体と、
   前記型と前記被成形物を加圧するための剛体部材と、前記加圧室用筐体と前記剛体部材との間に配置され前記加圧室を密閉する密閉部材と、を有する加圧ステージと、
   前記加圧ステージの圧力を受けた前記型および前記被成形物を支持する受圧ステージと、
   前記加圧室内の流体の圧力を調節する加圧手段と、
   を具備し、
   前記加圧ステージの加圧室側には、前記密閉部材の一部を係止する第１凹部が形成され、
   前記加圧室用筐体には、前記第１凹部と対向する部分に前記密閉部材の一部を係止する第２凹部が形成され、
   前記密閉部材は、前記第１凹部及び第２凹部に係合する樹脂製弾性部材からなることを特徴とするインプリント装置。
2. 前記第１凹部及び第２凹部の内側には、前記密閉部材を加圧室の外側に押圧する補助弾性部材が配置されることを特徴とする請求項１記載のインプリント装置。

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