JP6693722B2 - 原盤、転写物および原盤の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原盤、転写物および原盤の製造方法に関する。

近年、微細加工技術の一つとして、表面に微細なパターンが形成された平板形状または円柱形状の原盤を樹脂シート等に押し当て、原盤上の微細なパターンを樹脂シート等に転写するナノインプリント技術の開発が進められている。また、このようなナノインプリント技術に用いられる原盤（モールドともいう）の開発も進められている。

例えば、下記の特許文献１には、レーザ光を照射することで熱反応型レジスト層に微細パターンを形成したスリーブ形状のモールドが開示されている。

下記の特許文献２には、外周に沿って２つ以上のパターン部が設けられたロール形状のモールドが開示されている。また、特許文献２には、モールドの外周に設けられた各パターン部の間には、さらに未パターン部を設けることが開示されている。

特許第４９７７２１２号公報 特開２０１３−８６３８８号公報

ここで、特許文献１および２に開示されたモールドでは、円柱または円筒形状の基材を軸中心に回転させながら、外周面にレーザ光を照射することでパターンを形成している。

このような円柱または円筒形状の原盤において、基材の外周面の広い領域を精度よくパターン形成する技術が求められていた。ただし、例えば、基材の軸方向にレーザ光源を移動させるスライダを長くした場合、スライダの位置決め精度が低下するため、パターン形状の精度が低下するという問題点があった。また、パターンを形成する露光時間を長くした場合、熱膨張等によりパターン形状の精度が低下するという問題点があった。すなわち、外周面の広い領域にパターン形成した原盤は、量産性が低かった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より高い量産性を有する、新規かつ改良された原盤、該原盤の転写物、該原盤の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
円筒または円柱形状の基材と、
前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、
を備え、
前記凹凸構造は、
前記基材の外周面の第１領域に所定のトラックピッチでスパイラル状に形成された第１の凹凸構造と、
前記基材の外周面において前記第１領域と前記基材の軸方向に隣接した第２領域に所定のトラックピッチでスパイラル状に形成された第２の凹凸構造と、
前記第１の凹凸構造と、前記第２の凹凸構造とが前記基材の軸方向に重畳されて、前記第１領域と前記第２領域との間の重畳領域に形成された重畳構造と、
を含み、
前記基材の軸方向における前記重畳領域の幅は、前記基材の軸方向における前記第２の凹凸構造の前記トラックピッチの５倍以下である、原盤が提供される。

前記基材の軸方向における前記重畳領域の幅は、１μｍ以下であってもよい。

前記第１の凹凸構造、および前記第２の凹凸構造は、同一のパターン形状であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
上記に記載の原盤を用いて製造された転写物であって、
前記原盤の外周面に形成された凹凸構造に対する反転構造が表面に形成された、転写物が提供される。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
円筒または円柱形状の基材の外周面に、第１のレーザ光を用いて第１の凹凸構造を形成すると共に、第２のレーザ光を用いて第２の凹凸構造を形成するステップと、
前記第１の凹凸構造が形成された領域の端部に、第２のレーザ光を用いて前記第２の凹凸構造を重畳形成するステップと、
を含み、
前記第１の凹凸構造と、前記第２の凹凸構造とが重畳形成された領域の前記基材の軸方向における幅は、前記基材の軸方向における前記第２のレーザ光の照射間隔の５倍以下である、原盤の製造方法が提供される。

前記基材からの反射光の変化に基づいて、前記第２の凹凸構造の重畳形成を停止させるステップをさらに含んでもよい。

前記第２の凹凸構造の重畳形成は、前記基材の外周一周分以上にわたって前記第２のレーザ光の反射光が変化した場合に停止されてもよい。

前記反射光の変化は、前記反射光の強度の変化であってもよい。

前記第１のレーザ光の照射位置と、前記第２のレーザ光の照射位置との距離は、前記基材の軸方向において前記第２の凹凸構造が形成された距離よりも小さくてもよい。

前記基材の外周面には、さらに第３のレーザ光を用いて第３の凹凸構造が形成されてもよい。

以上説明したように本発明によれば、高い量産性を有する原盤を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る原盤を模式的に示した斜視図である。 同実施形態に係る原盤の露光方法を示した模式図である。 重畳領域の形成の様態を示した説明図である。 同実施形態に係る原盤を露光する露光装置の光学系の一例を示した模式図である。 同実施形態に係る原盤を露光する露光装置の光学系の他の例を示した模式図である。 同実施形態に係る原盤を用いて転写物を製造する転写装置を説明する説明図である。 実施例１に係る原盤を用いて製造した転写物の重複領域を撮像したＳＥＭ画像である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．原盤の構成＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る原盤の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る原盤１を模式的に示した斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る原盤１は、例えば、外周面に凹凸構造１１が形成された基材１０からなる。

原盤１は、例えば、ロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式のナノインプリントに用いられる原盤である。ロールツーロール方式のナノインプリントでは、原盤１を回転させながら、原盤１の外周面を樹脂基材等に押圧することによって、外周面に形成された凹凸構造を樹脂基材等に転写することができる。すなわち、原盤１は、外周面に形成された凹凸構造を転写した転写物を効率良く大面積にて製造することができる。なお、原盤１によって凹凸構造が転写された転写物は、例えば、反射防止フィルムなどの光学体として使用することができる。

基材１０は、例えば、円筒または円柱形状の部材である。基材１０の形状は、図１で示すように内部に空洞を有する中空の円筒形状であってもよく、内部に空洞を有さない中実の円柱形状であってもよい。基材１０の材料は、特に限定されず、溶融石英ガラスおよび合成石英ガラスなどの石英ガラス（ＳｉＯ_２）、ステンレス鋼などの金属、ならびにステンレス鋼などの金属の外周面をＳｉＯ_２等で被覆したものなどを用いることができる。

基材１０の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、軸方向の長さは１００ｍｍ以上であってもよく、外径は５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。また、基材１０が円筒形状である場合、円筒の厚みは２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。

凹凸構造１１は、基材１０の外周面に形成され、任意の凹凸を有する構造である。また、凹凸構造１１が形成された領域は、複数の領域と、各領域の間に設けられた重畳領域とを含む。例えば、図１に示すように、凹凸構造１１が形成された領域は、第１領域１２と、第２領域１３と、第１領域１２および第２領域１３の間に設けられた重畳領域１４とを含む。

第１領域１２は、第１の凹凸構造が形成された領域であり、第２領域１３は、第２の凹凸構造が形成された領域である。第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とは、同一のパターン形状であってもよく、異なるパターン形状であってもよい。例えば、第１の凹凸構造、および第２の凹凸構造は、凹凸の平均周期が可視光帯域の波長以下（より具体的には、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である凹凸構造（いわゆる、モスアイ構造）であってもよい。また、第１の凹凸構造、および第２の凹凸構造がモスアイ構造である場合、凹部または凸部の平面配置は、四方格子であってもよく、六方格子であってもよく、ランダム配置であってもよい。

重畳領域１４は、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを重畳した重畳構造が形成された領域である。重畳領域１４は、基材１０の外周に沿って第１領域１２と第２領域１３との間に設けられる。

重畳構造は、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを平面視した形状にて重畳した構造であってもよく、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを立体的に重畳した構造であってもよい。例えば、第１の凹凸構造、および第２の凹凸構造がフォトリソグラフィによって形成される場合、重畳領域１４は、第１の凹凸構造を形成するための露光と、第２の凹凸構造を形成するための露光とが重畳して行われた多重露光領域であってもよい。

また、原盤１の軸方向における重畳領域１４の幅は、１μｍ以下であってもよい。重畳領域１４の幅が１μｍ以下である場合、重畳領域１４を目視で視認することが困難になるため、第１領域１２と、第２領域１３との繋ぎ目を視認しにくくすることができる。そのため、原盤１を用いて凹凸構造１１を大面積に転写し、転写物を枚葉に切り分けた場合、枚葉物において重畳領域１４が視認されにくいため、枚葉物ごとの品質のばらつきを小さくすることができる。

上述したように、本実施形態に係る原盤１は、基材１０の外周に形成された凹凸構造１１において、第１の凹凸構造が形成された第１領域１２と、第２の凹凸構造が形成された第２領域１３との繋ぎ目を視認しにくくすることができる。したがって、本実施形態によれば、より広い領域に凹凸構造１１を形成した原盤１を作製することができるため、より大面積の転写物を製造することができる。

なお、図１では、原盤１において凹凸構造１１が形成された領域が、第１の凹凸構造が形成された第１領域１２と、第２の凹凸構造が形成された第２領域１３と、を含む例を示したが、本発明は上記例示に限定されない。

例えば、原盤１において凹凸構造１１が形成された領域は、第１の凹凸構造が形成された第１領域と、第２の凹凸構造が形成された第２領域と、第３の凹凸構造が形成された第３領域とを含んでもよい。このような場合、第１領域と第２領域との間には、第１の凹凸構造と第２の凹凸構造とが重畳された構造が形成された重畳領域が設けられ、第２領域と第３領域との間には、第２の凹凸構造と第３の凹凸構造とが重畳された構造が形成された重畳領域が設けられる。すなわち、凹凸構造１１が形成された領域は、複数の領域と、各領域の間に設けられた重畳領域とを含んでいればよく、複数の領域の数は特に限定されない。

＜２．原盤の製造方法＞
続いて、図２〜図５を参照して、本実施形態に係る原盤１の製造方法について説明する。図２は、本実施形態に係る原盤１の露光方法を示した模式図である。なお、図２（Ａ）は、露光開始時の原盤１の状態を示しており、図２（Ｂ）は、露光中の原盤１の状態を示している。

図２に示すように、本実施形態に係る原盤１の製造方法では、基材１０への露光は、複数のレーザヘッドを備えた露光装置２によって行われる。

例えば、露光装置２は、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４と、第１のレーザヘッド２３および第２のレーザヘッド２４が組み付けられたヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２を基材１０の軸方向に移動させるスライダ２１とを備える。なお、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との組み付け位置は、逆であってもよいことは言うまでもない。

また、基材１０への露光は、例えば、ヘッドステージ２２をスライダ２１に沿って動かし、軸中心に回転する基材１０に第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４からレーザ光を照射することで行われる。これにより、基材１０は、露光装置２によってスパイラル状に露光される。

基材１０は、上述したように、円筒または円柱形状の部材である。また、基材１０の外周面には、露光によるパターン形成のため、レジスト層（図示せず）が成膜される。

レジスト層は、ポジ型またはネガ型のいずれのレジストで形成されてもよい。また、レジスト層に用いられるレジストは、有機系レジストまたは無機系レジストのいずれであってもよい。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、タングステン、モリブデン、バナジウム、タンタル、鉄、ニッケル、銅、チタン、ルテニウム、銀、亜鉛、アルミニウム、タリウム、ホウ素、ゲルマニウム、ニオブ、ケイ素、ウラン、テルル、ビスマス、コバルト、クロム、スズ、ジルコニウム、およびマンガンなどの１種または２種以上の無機元素を含む金属酸化物を用いることができる。なお、詳しくは後述するが、レジスト層は、露光前後で反射率等の特性が変化するレジストで形成されることが好ましい。

有機系レジストにてレジスト層を成膜する場合、スピンコーティング、スリットコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、またはスクリーン印刷等を用いることができる。また、無機系レジストにてレジスト層を成膜する場合、スパッタ法等を用いることができる。

スライダ２１は、ヘッドステージ２２を基材１０の軸方向に精密に移動させる。具体的には、スライダ２１は、サーボ制御によって高い位置決め精度にて、第１のレーザヘッド２３および第２のレーザヘッド２４を組み付けたヘッドステージ２２を基材１０の軸方向に移動させる。これにより、露光装置２は、基材１０の一方の端部から他方の端部へ高い位置精度にてレーザ光を照射することができる。スライダ２１は、例えば、ナノメートル単位の位置決め精度を有する精密スライダであってもよい。

ヘッドステージ２２は、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４を基材１０の軸方向に所定の距離だけ離隔して組み付けるステージである。ヘッドステージ２２の形状は、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４を組み付けることができれば、どのような形状であってもよい。

ここで、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との距離は、スライダ２１が基材１０の軸方向に移動可能な距離よりも小さいことが好ましい。このような場合、露光装置２は、第１のレーザヘッド２３によって露光された第１領域１２と、第２のレーザヘッド２４によって露光された第２領域１３とが重畳するように基材１０を露光することができる。

すなわち、露光装置２は、第１領域１２と、第２領域１３との間に未露光領域（すなわち、パターンが形成されない領域）が生じないように露光を行う。これは、パターンが形成されていない領域は、基材１０の軸方向における幅がわずかであっても視認されやすいため、露光装置２は、パターンが形成されていない領域が生じないように露光することが好ましいためである。したがって、本実施形態に係る原盤１では、第１のレーザヘッド２３によって露光された第１領域１２と、第２のレーザヘッド２４によって露光された第２領域１３との間に、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４の各々によって多重露光された重畳領域が形成される。

第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４は、基材１０の外周面へ照射されるレーザ光の光源、およびレーザ光を基材１０の外周面へ導く各種光学系を含む。また、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４は、ヘッドステージ２２に基材１０に軸方向に所定の距離を離隔して組み付けられる。第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４に含まれるレーザ光源は、レーザ光を発するものであればどのようなものでも使用可能であるが、例えば、固体レーザ光源または半導体レーザ光源などを使用することができる。また、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４から照射されるレーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光帯域の波長であってもよい。

本実施形態に係る原盤１の製造に用いられる露光装置２は、２つのレーザ光源を用いて同時に基材１０への露光を行うことができるため、スライダ２１の移動量の２倍の長さの基材１０の外周面の領域を露光することができる。したがって、露光装置２は、より長軸の基材１０の外周面をより短時間で露光することができる。また、露光装置２は、ヘッドステージ２２にさらにレーザヘッド（すなわち、第３、第４のレーザヘッド）を組み付けることにより、さらに長軸の基材１０の外周面をさらに短時間で露光することも可能である。

なお、露光された基材１０は、有機溶媒、またはアルカリ溶液などによって現像され、露光されたパターンがレジスト層に形成されることで、原盤１が製造される。また、パターンが形成されたレジスト層をマスクにして、さらに基材１０をエッチングすることで、露光されたパターンが基材１０の表面に形成された原盤１を製造してもよい。

続いて、図３を参照して第１領域１２と、第２領域１３との間の重畳領域について説明する。図３は、重畳領域の形成の様態を示した説明図である。なお、図３において、Ｘ軸方向は、基材１０の周方向であり、Ｙ軸方向は、基材１０の軸方向である。

重畳領域は、第１のレーザヘッド２３、および第２のレーザヘッド２４の各々によって多重露光された領域である。具体的には、図３に示すように、基材１０は、軸方向にスパイラル状に露光されるため、スライダ２１の移動に伴い、第１のレーザヘッド２３による露光領域と、第２のレーザヘッド２４による露光領域とが重なることになる。

そのため、重畳領域１４では、第１のレーザヘッド２３からのレーザ光の照射によって形成された第１の潜像１２１に、さらに第２のレーザヘッド２４からのレーザ光の照射によって第２の潜像１３１が重畳形成される。これにより、現像後、第１の潜像１２１のみが形成された領域が第１領域１２となり、第２の潜像１３１のみが形成された領域が第２領域１３となる。また、第１の潜像１２１と第２の潜像１３１とが重畳形成された領域が重畳領域１４となる。

ここで、露光装置２は、第１の潜像１２１が形成された領域に、第２のレーザヘッド２４からのレーザ光の照射が行われ、重畳領域１４が形成された場合、露光を終了し、スライダ２１を停止させる。

例えば、露光装置２は、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との組み付け距離に基づいて、第１のレーザヘッド２３によってレーザ光が照射されたと想定される位置にスライダ２１が達した場合に、露光を終了し、スライダ２１を停止させてもよい。具体的には、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との基材１０の軸方向における距離が２６０ｍｍである場合、露光装置２は、基材１０の軸方向に２６０ｍｍの距離分、露光した場合に、露光を終了し、スライダ２１を停止させてもよい。

ただし、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との基材１０の軸方向における距離は、それぞれのレーザヘッド２３、２４の組み付け精度によって誤差を含む。また、スライダ２１、およびヘッドステージ２２などの熱膨張により、第１のレーザヘッド２３と、第２のレーザヘッド２４との基材１０の軸方向における距離は、露光中に変動する可能性がある。したがって、上記のようにスライダ２１等の移動距離に基づいて露光を終了させた場合、重畳領域１４の基材１０の軸方向における幅を視認されない程度に小さくすることは困難である。

そのため、露光装置２は、第２のレーザヘッド２４からレーザ光が照射される位置に潜像が形成されているか否かを判断し、該判断に基づいて、露光の停止を判断することが好ましい。

具体的には、露光装置２は、基材１０の外周面からの反射光の変化に基づいて、第２のレーザヘッド２４からレーザ光が照射される位置に、潜像が形成されているか否かを判断してもよい。例えば、露光されることで反射率が変化するレジストにてレジスト層を形成した場合、露光後のレジスト層からの反射光の強度は、未露光のレジスト層からの反射光の強度に対して変化することになる。そのため、露光装置２は、基材１０の外周面からの反射光の強度等の変化を検出することにより、基材１０の外周面のレジスト層に潜像が形成されているか否かを判断することができる。

また、露光装置２は、反射光の強度の変化ではなく、反射光の非点収差の変動幅を検出することにより、基材１０の外周面のレジスト層に潜像が形成されているか否かを判断してもよい。露光されることで膨張するレジストにてレジスト層を形成した場合、露光後のレジスト層の表面は平坦性が低下することになる。そのため、露光装置２は、基材１０の外周面とのフォーカスのずれ（すなわち、非点収差）の変動量を検出することにより、基材１０の外周面のレジスト層に潜像が形成されているか否かを判断することができる。

潜像が形成されているか否かの判断に用いられる反射光は、第２のレーザヘッド２４から照射したレーザ光の反射光であってもよく、レーザ光のフォーカスを制御するために、別途、照射している光の反射光であってもよい。ただし、フォーカス制御用の光の照射位置は、第２のレーザヘッド２４から照射されたレーザ光の照射位置と異なるため、第２のレーザヘッド２４から照射したレーザ光の反射光を用いて、レジスト層に潜像が形成されているか否かを判断することが好ましい。

例えば、露光されることで反射率が低下する金属酸化物をレジスト層に用いる場合、露光装置２は、レジスト層からの反射光の強度が閾値以下となったか否かに基づいて、基材１０の外周面のレジスト層に潜像が形成されているか否かを判断してもよい。なお、閾値は、反射されるレーザ光の強度、金属酸化物の種類、および潜像のパターン密度によって、適宜設定することが可能である。

また、露光装置２は、上記の基材１０からの反射光の変化が基材１０の外周一周分以上にわたって検出された場合に、露光を停止することが好ましい。これは、露光装置２は、基材１０をスパイラル状に露光しているため、一部領域で第１の潜像１２１と第２の潜像１３１とが重畳形成されたとしても、基材１０の外周の他の領域（例えば、基材１０の外周の反対側の領域）では、第１の潜像１２１と第２の潜像１３１とが重畳形成されているとは限らないためである。そのため、露光装置２は、基材１０の外周一周分以上にわたって反射光が変化した場合に、露光を停止させることが好ましい。また、基材１０の外周に存在する欠陥等による誤検出を回避するためにも、基材１０の外周一周分以上にわたって反射光が変化した場合に、露光を停止させることが好ましい。

また、基材１０の軸方向における重畳領域１４の幅は、基材１０の軸方向における第２のレーザヘッド２４から照射されたレーザ光の照射間隔の５倍以下とすることが好ましく、２倍以下とすることがより好ましい。具体的には、露光装置２は、一周ごとに所定の間隔（トラックピッチともいう）を取りながら基材１０をスパイラル状に露光している。このとき、第２の潜像１３１が第１の潜像１２１に重畳形成される重畳領域１４は、第２のレーザヘッド２４による露光の五周分以下とすることが好ましく、二周分以下とすることがより好ましい。これによれば、基材１０の軸方向における重畳領域１４の幅が小さくなることで、重畳領域１４の視認性を低下させることができるため、第１領域１２と、第２領域１３との繋ぎ目を視認しにくくすることができる。

続いて、本実施形態に係る原盤１を露光するレーザヘッドの光学系について説明する。図４および図５は、第１および第２のレーザヘッド２３、２４の光学系を説明する説明図である。

まず、図４を参照して、第１および第２のレーザヘッド２３、２４の光学系の一例について説明する。図４で示す光学系２００Ａは、スライダ２１の移動位置によって、露光の終了を判断する場合の光学系である。また、図４で示す光学系２００Ａは、各レーザヘッド２３、２４に備えられる。ただし、露光するパターンが同じ場合、制御機構３１０は、レーザヘッド同士にて共有されても構わない。

図４に示すように、光学系２００Ａは、レーザ光源２０１と、第１ミラー２０２と、フォトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ：ＰＤ）２０３と、集光レンズ２０４と、電気光学偏向素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＥＯＤ）２０６と、コリメータレンズ２０５と、第２ミラー２０７と、ビームエキスパンダ（Ｂｅａｍ ｅｘｐａｎｄｅｒ：ＢＥＸ）２０８と、対物レンズ２０９と、を備える。また、レーザ光源２０１は、制御機構３１０によって制御され、レーザ光源２０１から発振されたレーザ光２１０は、スピンドルモータ３０１によって回転するターンテーブル３０２上に載置された基材１０に照射される。

レーザ光源２０１は、基材１０の外周面に成膜されたレジスト層を露光するためのレーザ光２１０を発振する光源であり、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光帯域の波長のレーザ光を発する半導体レーザである。レーザ光源２０１から出射されたレーザ光２１０は、平行ビームのまま直進し、第１ミラー２０２で反射される。また、第１ミラー２０２にて反射されたレーザ光２１０は、集光レンズ２０４によって電気光学偏向素子２０６に集光された後、コリメータレンズ２０５によって、再度、平行ビーム化される。平行ビーム化されたレーザ光２１０は、第２ミラー２０７によって反射され、ビームエキスパンダ２０８に水平に導かれる。

第１ミラー２０２は、偏光ビームスプリッタで構成され、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第１ミラー２０２を透過した偏光成分は、フォトダイオード２０３によって光電変換され、光電変換された受光信号は、レーザ光源２０１に入力される。これにより、レーザ光源２０１は、入力された受光信号によるフィードバックに基づいてレーザ光２１０の変調を行うことができる。

電気光学偏向素子２０６は、レーザ光２１０の照射位置をナノメートル程度の距離で制御することが可能な素子である。露光装置２は、電気光学偏向素子２０６により、基材１０に照射されるレーザ光２１０の照射位置を微調整することが可能である。

ビームエキスパンダ２０８は、第２ミラー２０７によって導かれたレーザ光２１０を所望のビーム形状に整形し、対物レンズ２０９を介して、レーザ光２１０を基材１０の外周面に成膜されたレジスト層に照射する。

ここで、ターンテーブル３０２により基材１０を回転させながら、レーザ光２１０を基材１０の軸方向に移動させ、レジスト層へレーザ光２１０を間欠的に照射することでレジスト層への露光が行われる。なお、レーザ光２１０の移動は、上述したように、スライダ２１を矢印Ｒ方向へ移動することによって行われる。

また、露光装置は、レーザ光２１０による照射位置を四方格子状や六方格子状などの２次元パターンにするための制御機構３１０を備える。制御機構３１０は、フォーマッタ３１１と、ドライバ３１２とを備え、レーザ光２１０の照射を制御する。ドライバ３１２は、フォーマッタが生成した制御信号に基づいてレーザ光源２０１の出力を制御する。また、ドライバ３１２は、２次元パターンがトラックごとに同期するように、１トラックごとにフォーマッタ３１１からの制御信号と、スピンドルモータ３０１のサーボ信号とを同期させている。これにより、基材１０のレジスト層へのレーザ光２１０の照射が制御される。

図４に示す光学系を含むレーザヘッドを備える露光装置は、スライダ２１の移動位置が他のレーザヘッドによって露光された領域に達した場合に、ドライバ３１２によってレーザ光源２０１からのレーザ光２１０の出力を停止させる。これにより、露光装置は、第１の潜像１２１と、第２の潜像１３１とが重畳形成された重畳領域１４を含む原盤１を製造することができる。

続いて、図５を参照して、第１および第２のレーザヘッド２３、２４の光学系の他の例について説明する。図５で示す光学系２００Ｂは、基材１０の外周面からの反射光の変化に基づいて、露光の終了を判断する場合の光学系である。また、図５で示す光学系２００Ｂは、各レーザヘッド２３、２４に備えられる。ただし、露光するパターンが同じ場合、制御機構３１０は、レーザヘッド同士にて共有されても構わない。

図５に示すように、光学系２００Ｂは、レーザ光源２０１と、第１ミラー２０２と、フォトダイオード２０３と、集光レンズ２０４と、電気光学偏向素子２０６と、コリメータレンズ２０５と、制御機構３１０と、第２ミラー２０７と、ビームエキスパンダ（Ｂｅａｍ ｅｘｐａｎｄｅｒ：ＢＥＸ）２０８と、対物レンズ２０９と、偏光変換素子２２２と、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：ＰＢＳ）２２１と、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）２２３とを備える。また、レーザ光源２０１は、制御機構３１０によって制御され、レーザ光源２０１から発振されたレーザ光２１０は、スピンドルモータ３０１によって回転するターンテーブル３０２上に載置された基材１０に照射される。

ここで、レーザ光源２０１、第１ミラー２０２、フォトダイオード２０３、集光レンズ２０４、電気光学偏向素子２０６、コリメータレンズ２０５、第２ミラー２０７、制御機構３１０、スピンドルモータ３０１、およびターンテーブル３０２については、図４で説明した構成と実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。

偏光変換素子２２２は、偏光の位相を９０°回転させる１／４波長板で構成され、偏光ビームスプリッタ２２１と組み合わせることで、基材１０からの反射光のみをフォトダイオード２２３に導く。具体的には、基材１０に照射されるレーザ光２１０に対して、基材１０から反射されたレーザ光２１０は、偏光変換素子２２２を２回通り抜けることで１８０°の位相差を有するようになる。該位相差を利用することで、偏光ビームスプリッタ２２１は、基材１０へ照射されるレーザ光２１０を透過させ、基材１０から反射したレーザ光２１０をフォトダイオード２２３に導くことができる。

基材１０から反射したレーザ光２１０は、フォトダイオード２２３によって光電変換され、光電変換された受光信号は、ドライバ３１２に入力される。ドライバ３１２は、光電変換された受光信号の強度等を検出し、基材１０の外周一周分以上にわたって受光信号の強度等が変化した場合、レーザ光源２０１からのレーザ光２１０の出力を停止させる。これにより、露光装置は、第１の潜像１２１と、第２の潜像１３１とが重畳形成された重畳領域１４を含む原盤１を製造することができる。

図４および図５にて説明した光学系を備えるレーザヘッドによって、外周面にレジスト層が形成された基材１０を露光し、露光した基材１０を現像することで、露光されたパターンがレジスト層に形成された原盤１を製造することができる。また、パターンが形成されたレジスト層をマスクにして、さらに基材１０をエッチングすることで、基材１０の表面に露光されたパターンが形成された原盤１を製造してもよい。

＜３．原盤の使用例＞
次に、図６を参照して、上記にて説明した原盤１の使用例について説明する。本実施形態に係る原盤１は、例えば、ロールツーロール方式のナノインプリントに用いられる原盤である。本実施形態に係る原盤１は、図６を参照して転写装置を用いることで、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１１を転写した転写物を連続的に製造することができる。図６は、本実施形態に係る原盤１を用いて転写物を製造する転写装置を説明する説明図である。

図６に示すように、転写装置は、原盤１と、基材供給ロール５１と、巻取ロール５２と、ガイドロール５３、５４と、ニップロール５５と、剥離ロール５６と、塗布装置５７と、光源５８とを備える。

基材供給ロール５１は、シート形態のシート基材６１がロール状に巻かれたロールであり、巻取ロール５２は、凹凸構造１１を転写した樹脂層が積層されたシート基材６１を巻き取るロールである。また、ガイドロール５３、５４は、シート形態のシート基材６１を搬送するロールである。ニップロール５５は、樹脂層が積層されたシート基材６１を原盤１に押圧するロールであり、剥離ロール５６は、凹凸構造１１を樹脂層に転写した後、樹脂層が積層されたシート基材６１を原盤１から剥離するロールである。

塗布装置５７は、コーターなどの塗布手段を備え、光硬化樹脂組成物をシート基材６１に塗布し、樹脂層を形成する。塗布装置５７は、例えば、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター、またはダイコーターなどであってもよい。また、光源５８は、光硬化樹脂組成物を硬化可能な波長の光を発する光源であり、例えば、紫外線ランプなどであってもよい。

なお、光硬化性樹脂組成物は、所定の波長の光が照射されることによって硬化する樹脂である。具体的には、光硬化性樹脂組成物は、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレートなどの紫外線硬化樹脂であってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、開始剤、フィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電防止剤、または増感色素などを含んでもよい。

転写装置では、まず、基材供給ロール５１からガイドロール５３を介して、シート基材６１が連続的に送出される。送出されたシート基材６１に対して、塗布装置５７により光硬化樹脂組成物が塗布され、シート基材６１に樹脂層が積層される。また、樹脂層が積層されたシート基材６１は、ニップロール５５によって原盤１に押圧される。これにより、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１１が樹脂層に転写される。凹凸構造１１が転写された樹脂層は、光源５８からの光の照射により硬化される。続いて、硬化した樹脂層が積層されたシート基材６１は、剥離ロール５６により原盤１から剥離され、ガイドロール５４を介して巻取ロール５２に送出され、巻き取られる。

このような転写装置によれば、本実施形態に係る原盤１の外周面に形成された凹凸構造１１が転写された転写物を連続的に製造することが可能である。

以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係る原盤について、さらに具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る原盤、および原盤の製造方法の実施可能性および効果を示すための一条件例であり、本発明に係る原盤、および原盤の製造方法が以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
４．５ｍｍ厚、直径１５０ｍｍ、軸方向の長さ５５０ｍｍの円筒形状の石英ガラス製基材の外周面にスパッタ法によって金属酸化物からなるレジスト層を膜厚６０ｎｍにて成膜した。

続いて、２つのレーザヘッドを基材の軸方向に２５０ｍｍ離隔して組み付けたスライダを備える露光装置を用いて熱リソグラフィを行い、レジスト層に潜像を形成した。レーザ光の光源には、それぞれ波長４０５ｎｍのレーザ光を発する青色半導体レーザを用いた。また、レーザヘッドは、それぞれ別途のレーザ光を用いて、非点収差法によるオートフォーカス制御を施した。

露光するパターン形状としては、ドットを千鳥状に配列した六方格子配列を用いた。ドットの基材の周方向のピッチは、２３０ｎｍとし、基材の軸方向のピッチは１６０ｎｍとした。基材を９００ｒｐｍで回転させ、レーザ光源を組み付けたスライドを基材の軸方向に２．４μｍ／秒にて走査しながら３６時間露光したところ、基材の軸方向に約５００ｍｍの領域にわたって露光を行うことができた。

さらに、露光済みの基材をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）の２．３８質量％水溶液を用いて現像し、露光した部分のレジスト層を溶解させることで、外周面に露光パターンが形成された原盤を製造した。

なお、露光は、露光するレーザ光の反射光の強度が閾値以下となったことを検出することで自動的に停止させた。具体的には、反射光の強度が基材の外周２周分にわたって閾値以下となった場合、レーザ光の出力を停止させた。なお、レジスト層の未露光部からの反射光の強度が３４０ｍＶであり、露光済み部からの反射光の強度が２７０ｍＶであるため、閾値は、３００ｍＶに設定した。

（実施例２）
４．５ｍｍ厚、直径１５０ｍｍ、軸方向の長さ８００ｍｍの円筒形状の石英ガラス製基材を用い、３つのレーザヘッドを基材の軸方向に２５０ｍｍずつ離隔して組み付けたスライダを備える露光装置を用いて熱リソグラフィを行った以外は、実施例１と同様にして原盤を製造した。なお、実施例２では、３６時間にて基材の軸方向に約７５０ｍｍの領域にわたって露光を行うことができた。

（実施例３）
レーザヘッドを組み付けたスライダの位置座標が２５０ｍｍに達したことを検出することで露光を自動的に停止させたこと以外は、実施例１と同様にして原盤を製造した。なお、実施例２では、３６時間にて基材の軸方向に約５００ｍｍの領域にわたって露光を行うことができた。

（比較例１）
１つのレーザヘッドを組み付けたスライダを備える露光装置を用いて熱リソグラフィを行った以外は、実施例１と同様にして原盤を製造した。なお、比較例１では、３６時間にて基材の軸方向に約２５０ｍｍの領域にわたって露光を行うことができた。

（原盤の評価）
実施例１〜３、比較例１にて製造した原盤において、原盤の外周面の凹凸構造を転写物に転写し、重複領域の基材の軸方向の幅を光学顕微鏡によって測定した。さらに、重複領域の視認性を目視によって評価した。その結果を表１に示す。なお、「−」は、重複領域が存在しない場合、および評価できない場合を表す。また、「Ａ」は、重複領域が視認できなかったことを表し、「Ｂ」は、重複領域が視認できたことを表す。

表１に示すように、実施例１〜３は、比較例１に対して、同じ露光時間で、より広い領域にパターン形成することができることがわかる。また、重複領域が存在する場合でも、実施例１および２は、実施例３に対して、重複領域の幅を小さくすることができ、かつ目視にて視認されないことがわかる。

また、実施例１に係る原盤を用いて製造した転写物の重複領域を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）にて観察し、拡大倍率３万倍、または６万倍にて撮像した画像を図７に示す。図７の（Ａ）は、転写物の重複領域を拡大倍率３万倍にて撮像したＳＥＭ画像であり、図７の（Ｂ）は、転写物の重複領域を拡大倍率６万倍にて撮像したＳＥＭ画像である。また、図７の画像に正対した場合の縦方向が基材の軸方向であり、横方向が基材の周方向である。

図７の（Ａ）を参照すると、画像の中央部に重複領域が存在するものの、重複領域を挟んで画像の上下に存在する第１領域、および第２領域とほぼ見分けがつかない程度とすることができることがわかる。また、図７の（Ｂ）を参照すると、多重露光されているため、第１領域、および第２領域よりもパターンが大きくなっている重複領域の幅は、ほぼ３００ｎｍ程度であることがわかる。すなわち、実施例１に係る原盤の重複領域は、基材の軸方向の幅が１μｍ以下であり、かつ基材の軸方向における露光ピッチの２倍以下であることがわかる。

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、より広い領域に凹凸構造が形成され、かつ凹凸構造のパターン間の繋ぎ目である重複領域が視認しにくい原盤を提供することができる。したがって、本発明の一実施形態によれば、より高い量産性を有する原盤、および該原盤の製造方法を提供することができる。また、本実施系に係る原盤の転写物の量産性も向上させることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

原盤 １
基材 １０
凹凸構造 １１
第１領域 １２
第２領域 １３
重複領域 １４
露光装置 ２
スライダ ２１
ヘッドステージ ２２
第１のレーザヘッド ２３
第２のレーザヘッド ２４

Claims (10)

1. 円筒または円柱形状の基材と、
   前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、
   を備え、
   前記凹凸構造は、
   前記基材の外周面の第１領域に所定のトラックピッチでスパイラル状に形成された第１の凹凸構造と、
   前記基材の外周面において前記第１領域と前記基材の軸方向に隣接した第２領域に所定のトラックピッチでスパイラル状に形成された第２の凹凸構造と、
   前記第１の凹凸構造と、前記第２の凹凸構造とが前記基材の軸方向に重畳されて、前記第１領域と前記第２領域との間の重畳領域に形成された重畳構造と、
   を含み、
   前記基材の軸方向における前記重畳領域の幅は、前記基材の軸方向における前記第２の凹凸構造の前記トラックピッチの５倍以下である、原盤。
2. 前記基材の軸方向における前記重畳領域の幅は、１μｍ以下である、請求項１に記載の原盤。
3. 前記第１の凹凸構造、および前記第２の凹凸構造は、同一のパターン形状である、請求項１または２に記載の原盤。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の原盤を用いて製造された転写物であって、
   前記原盤の外周面に形成された凹凸構造に対する反転構造が表面に形成された、転写物。
5. 円筒または円柱形状の基材の外周面に、第１のレーザ光を用いて第１の凹凸構造を形成すると共に、第２のレーザ光を用いて第２の凹凸構造を形成するステップと、
   前記第１の凹凸構造が形成された領域の端部に、第２のレーザ光を用いて前記第２の凹凸構造を重畳形成するステップと、
   を含み、
   前記第１の凹凸構造と、前記第２の凹凸構造とが重畳形成された領域の前記基材の軸方向における幅は、前記基材の軸方向における前記第２のレーザ光の照射間隔の５倍以下である、原盤の製造方法。
6. 前記基材からの反射光の変化に基づいて、前記第２の凹凸構造の重畳形成を停止させるステップをさらに含む、請求項５に記載の原盤の製造方法。
7. 前記第２の凹凸構造の重畳形成は、前記基材の外周一周分以上にわたって前記第２のレーザ光の反射光が変化した場合に停止される、請求項６に記載の原盤の製造方法。
8. 前記反射光の変化は、前記反射光の強度の変化である、請求項７に記載の原盤の製造方法。
9. 前記第１のレーザ光の照射位置と、前記第２のレーザ光の照射位置との距離は、前記基材の軸方向において前記第２の凹凸構造が形成された距離よりも小さい、請求項５〜８のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
10. 前記基材の外周面には、さらに第３のレーザ光を用いて第３の凹凸構造が形成される、請求項５〜９のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。