JP2008023868A - エネルギ線硬化型樹脂の転写方法、転写装置及びディスクまたは半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高アスペクト構造のナノプリントを樹脂に高精度に転写できるようにする。
【解決手段】樹脂層２を積層した基板１を載置した位置決め部材３を突き上げ、基板１の表面に積層されている樹脂層２を転写用型４の転写面４ａで加圧し、転写用型４の転写面４ａの凹凸形状を樹脂層２に転写し、加圧したままで、紫外線照射装置６をＯＮして、転写用型４を通して紫外線を樹脂層２に照射させて、樹脂層２の架橋反応が開始させるが半硬化状態になったときに、紫外線照射装置６からの紫外線の照射を中断し、かつ残留応力を開放するために、加圧機７による加圧力を一度解除して、内部応力がほぼ残存しないように開放された後に、再び紫外線照射装置６を作動させて、紫外線を樹脂層２に照射することによって、樹脂層２を完全に硬化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の表面に紫外線等のエネルギ線を照射すると硬化するエネルギ線硬化型樹脂を塗布し、この樹脂に微小凹凸パターンを形成するために、転写用型の転写面形状を樹脂に転写するエネルギ線硬化型樹脂の転写方法及び転写装置並びにパターン形状が転写されたディスクまたは半導体デバイスに関するものである。

半導体，ストレージメディア，光デバイスその他のエレクトロニクス，情報技術の分野や、細胞培養シート等のバイオ技術分野等、様々な分野でナノプリント技術が応用されるようになってきている。ナノプリントは、薄膜の樹脂層を形成した基板やシートに対して、微細なパターン形状を形成した転写用型を押し付けて、この転写用型のパターン形状を樹脂層に転写するものである。パターン形状としては、ライン構造，ピラー構造等が採られる。

転写用型のパターン形状が転写される樹脂層は熱硬化型樹脂，エネルギ線硬化型樹脂等が用いられる。このうち、エネルギ線硬化型樹脂の代表的なものとして、光硬化型樹脂としては、室温での使用が可能であり、高速硬化させることができる等の利点があることから、ウレタン系，エポキシ系等、各種の紫外線硬化樹脂が広く用いられる。軟化状態となっている樹脂を基板の表面に均一に塗布し、この樹脂層の表面に転写用型を所定の加圧力で押し付けて、その転写面形状を樹脂層に転写する。この転写用型または基板を通して紫外線を樹脂層に照射することによって、この樹脂層を紫外線硬化させる。転写用型の側から紫外線を照射する場合、転写用型の型素材としては、石英ガラス等のように、紫外線を透過させる特性を有する材質のものが用いられ、この転写用型の表面に形成される微小凹凸パターン形状はリソグラフィ等の方法で形成される。

紫外線硬化樹脂に微小な凹凸形状を転写する技術としては、ディスク上記録媒体としての光ディスク（ＤＶＤ）を製造する工程が広く知られている。例えば、特許文献１にあるように、凹凸パターンを有するスタンパを下型に装着しておき、透明支持体にハンドリング部材を介してフィルムを支持させるようになし、スタンパ上に紫外線硬化樹脂を供給して、フィルムとスタンパとの間で加圧力を作用させながら、紫外線を樹脂に照射することによって、この樹脂を硬化させるようにしている。
特開２００２−２５１８０１号公報

ここで、特許文献１のように、ＤＶＤの凹凸パターンというように、凹凸の高低差、つまりアスペクト比が低いものであれば、優れた転写性能を発揮することになる。しかしながら、ナノプリントにおいては、凹凸パターン自体がより微小であるだけでなく、高アスペクト構造の凹凸パターンとすることが要求される。例えば、円柱形状または円錐形状のピラーにおいて、直径が数十乃至数百ｎｍ程度の微細なパターンであって、この直径に対する高さの比が数十倍というように極めて高いアスペクト比を有するナノプリントパターン構造が望まれている。しかしながら、特許文献１に示されているＤＶＤの凹凸パターンを転写する技術の転用により、高いアスペクト比のナノプリントを形成するのは、転写精度の点や歩留まりの点等から、実質的に不可能であるといえる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高アスペクト構造のナノプリントを樹脂に高い精度に転写できるようにすることにある。

前述した目的を達成するために、本発明において、基板表面にエネルギ線硬化型樹脂からなる樹脂層を積層させて、この樹脂層に転写用型を当接させて、エネルギ線を照射することにより転写用型の転写面の凹凸パターンを樹脂層に転写するようにして硬化させる方法の発明としては、前記転写用型を前記樹脂層に対して加圧力を作用させて、この樹脂層の表面に前記転写面の凹凸パターン形状を転写させる樹脂加圧工程と、この加圧力を保ったままで、前記樹脂層に前記エネルギ線を照射させる第１段階硬化工程と、前記樹脂層の硬化途中段階で前記エネルギ線の照射を中断し、この樹脂層への前記転写用型による加圧力を解除することにより応力を開放する硬化中断応力開放工程と、前記樹脂層への前記エネルギ線の照射を再開して、前記樹脂層に対して前記転写用型を接触させるが、非加圧状態にして硬化させる第２段階硬化工程とからなることを特徴としている。

ナノプリントの代表的なものとしては光ナノプリントであり、この場合樹脂を硬化させるためのエネルギ線として紫外線を用いるのが一般的である。従って、エネルギ線硬化型樹脂としては、各種の紫外線硬化樹脂が用いられる。光ナノプリントにおいて、樹脂加圧工程では、基板に積層され、粘性状態となっている樹脂層には、転写用型による加圧力を作用させて、転写面の凹凸パターン形状に倣う凹凸部が樹脂層に転写・形成される。この状態で、エネルギ線としての紫外線を樹脂層に照射することによって、樹脂層に架橋反応が生じて硬化が開始する。このときには、樹脂層が反応による発熱が生じることになり、加圧力を作用させたままでいると、内部応力が残留して歪が生じることになり、また型離れを行ったときに、破損が生じる等の不都合がある。そこで、この残留応力を開放するために、硬化の途中段階で一度エネルギ線の照射を中断し、かつ樹脂層に対する加圧力を解除する。ただし、樹脂層による転写用型の転写形状を維持するために、転写用型は樹脂層に当接させた状態に保ったままとする。これによって、転写用型の転写性能が失われることなく、残留応力が開放されることになる。従って、第１段階硬化工程によって、樹脂がある程度まで硬化して、格別大きな外力が作用しない限りは樹脂層の凹凸形状が安定し、しかもなお硬化途中の状態、つまり半硬化状態に保持される。そして、この第１段階硬化工程で、樹脂の凹凸形状がほぼ安定することから、硬化中断工程以後は、転写用型による樹脂層への加圧力は作用させず、樹脂の外形形状が崩れないように規制するだけに止める。この硬化中断工程を経た後に、再度光エネルギの照射を開始して、樹脂の硬化を進める。樹脂層が完全に硬化した後に、転写用型を離型させるが、この離型を円滑に行うことができ、高いアスペクト比のナノプリントを形成する場合であっても、離型時に無理な力が作用して凸部が破損したりすることがなく、優れた転写精度を維持することになる。

また、基板表面にエネルギ線硬化型樹脂からなる樹脂層を積層させて、この樹脂層に転写用型を当接させて、エネルギ線を照射することにより転写用型の転写面の凹凸パターンを樹脂層に転写する装置の発明は、前記樹脂層を積層させた前記基板を位置決め保持する位置決め部材と、この基板の前記樹脂層に前記転写面を当接させる前記転写用型を保持する型保持部材と、これら位置決め部材と型保持部材とを相対移動させて、これら基板と転写用型との間で加圧を行う加圧手段とを備える転写ステージと、前記樹脂層に向けて硬化用のエネルギ線を照射する照射手段と、前記加圧手段を作動させて、前記転写用型を前記樹脂層に対して加圧力を作用させることによって、この樹脂層の表面に前記転写面の凹凸パターン形状を転写させ、この加圧力を保った状態で、前記照射手段により前記樹脂層に前記エネルギ線を照射させ、このエネルギ線により前記樹脂層の硬化の途中段階でこのエネルギ線の照射を一度中断し、かつ前記加圧手段による加圧力を解除し、この加圧力を解除した状態で、再び前記エネルギ線を照射するように、前記転写ステージ及び照射手段の作動を制御するための制御手段とを備える構成としたことを特徴としている。

高いアスペクト比のナノプリントを、破損等を来たすことなく、正確な転写精度で成形することができる等の効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に転写用型を用いたエネルギ線硬化型樹脂の転写プロセスとして、光ナノプリントプロセスの概略構成を示す。図１における（ａ）に示したように、例えばガラス等からなる基板Ｓの表面に紫外線硬化型の樹脂層Ｒが積層されている。ここで、樹脂層Ｒを構成する樹脂は所定の粘度を有し、しかも液状を保持している。そして、同図（ｂ）に示したように、転写用型Ｍにより加圧力をこの樹脂層Ｒに作用させることによって、樹脂層Ｒに転写用型Ｍの転写面の凹凸形状が転写される。そして、この加圧状態に保持して、同図（ｃ）にあるように、紫外線ＵＶを照射することにより、樹脂層Ｒを硬化させる。樹脂層Ｒの硬化が完了すると、同図（ｄ）にあるように、転写用型Ｍを離型させる。これによって、基板Ｓの表面には微小な突起Ｐが形成される。ただし、この状態では、基板Ｓの表面にはベース層Ｂが残存しており、従って所定の溶液に浸漬させることによって、同図（ｅ）に示したように、このベース層Ｂが除去される。

ここで、樹脂層Ｒに形成される突起Ｐはピラー状若しくはライン状のものであって、そのアスペクト比、つまり幅寸法と高さ寸法との比が高いものであり、例えば１：１０乃至それより高いアスペクト比を持たせるようにしている。しかも、幅寸法は数十〜数百ｎｍというように微小なものである。このように、細く、丈高の突起Ｐを転写用型Ｍにより高精度に、しかも損傷することなく形成するために、以下に示す方法を採用している。

そこで、まず図２に本発明の方法を実施するための光転写ナノプリント装置の概略構成を示す。同図において、１は基板を示し、この基板１は例えばガラス基板である。この基板１の表面には紫外線硬化樹脂の樹脂層２が積層されており、この樹脂層２は全面にわたって均一な厚みを有するものである。この基板１は位置決め部材３の所定の位置に位置決めされ、真空吸着等により固定的に保持されている。基板１の上部位置には、転写用型４が設けられている。転写用型４は石英ガラス等のように、高い透明性を有し、特に紫外線の透過率が高いものとなっている。転写用型４における基板１との対向面が転写面４ａとなっている。転写面４ａは、例えばリソグラフィ等の手法で形成した微小凹凸構造であり、この凹凸形状が樹脂層２に転写されるようになっている。なお、樹脂層Ｒに照射されるエネルギ線として電子線を用いる場合には、転写用型の材質としては、電子線を効率良く透過させるものを用いる。

さらに、転写用型４は型保持部材としてのホルダ５により固定的に保持されており、このようにホルダ５に支持されている転写用型４の上部位置には、この転写用型４を透過させて樹脂層２に向けて紫外線を照射する紫外線照射装置６が配置されている。そして、転写用型４は固定的に保持されているのに対して、樹脂層２を積層させた基板１は位置決め部材３により突き上げられるようになっており、これによって樹脂層２には転写用型４の転写面４ａの形状が転写されることになる。位置決め部材３を昇降駆動するために、この位置決め部材３には加圧手段としての加圧機７が接続されている。ここで、加圧機７は、例えばジャッキ，シリンダ，送りねじ等から構成され、加圧力の調整が可能になっている。従って、基板１が設置される位置決め部材３と、転写用型４及びそれを保持するホルダ５と、加圧機７とで転写ステージが構成され、この転写ステージにおける上方位置にエネルギ線を照射する照射手段としての紫外線照射装置６が設けられる。

以上のように構成される光転写ナノプリント装置はさらに制御回路８を備えており、この制御回路８によって、転写ステージを構成する各部、特に加圧機７及び紫外線照射装置６の作動が制御されて、基板１の表面に積層した樹脂層２に転写用型４の転写面４ａの微小凹凸パターン形状が転写される。そこで、以下においては、この制御回路８による制御による転写用型４の転写面４ａの樹脂層２への微小凹凸パターンの転写方法について、図３のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、位置決め部材３を下降させた状態で、予め所定の厚みを有する樹脂層２の被膜が形成された基板１は、適宜のハンドリング手段によって、この位置決め部材３の上に載置されて、所定の位置に位置決め保持される。その後、加圧機７を作動させて、位置決め部材３を突き上げ、基板１の表面に積層されている樹脂層２を転写用型４の転写面４ａに加圧力ｗｔで加圧する。ここで、このときの加圧力ｗｔは、樹脂層２の粘度との関係によって、転写用型４の転写面４ａの凹凸形状と正確に転写される状態になるように設定する。これが樹脂加圧工程である。

樹脂加圧工程において、転写用型４の転写面４ａの形状が正確に転写された後に、前述した加圧力ｗｔを維持したままで、紫外線照射装置６をＯＮさせて、転写用型４を通して紫外線を凹凸形状となっている樹脂層２に照射する。これによって、樹脂層２の架橋反応が開始して、樹脂が硬化する。これが第１段階硬化工程である。この樹脂の硬化時には、熱が発生して、熱膨張する結果、転写用型４により封じ込められた樹脂に内部応力Ｐａが発生し、硬化の度合いが高くなると、その分だけ応力が増大する。そこで、この第１段階硬化工程では、樹脂をそのままで完全に硬化させるまで紫外線の照射を継続するのではなく、半硬化状態になったときに、紫外線照射装置６をＯＦＦして、紫外線の照射を中断し、かつ残留応力を開放するために、加圧機７による加圧力を解除する。ただし、樹脂層２と転写用型４との間に作用する加圧力を解除するが、樹脂層２が転写用型４の転写面４ａに接触して、この樹脂層２の凹凸形状を規制する状態を保たせる。これが硬化中断応力開放工程である。

ここで、樹脂層２の硬化中断のタイミングは、硬化の度合いがほぼ４０％〜６０％程度となったときとするのが望ましい。そして、紫外線照射装置６からの紫外線の照射が停止しても、反応はそのまま多少進行する。また、樹脂層２に対する加圧力の解除によって、内部応力は開放されることになる。そして、内部応力がほぼ残存しないように開放された後に、再び紫外線照射装置６を作動させて、紫外線を樹脂層２に照射することによって、第２段階硬化工程を実行して、樹脂の架橋反応が進行して樹脂層２を１００％となるように、完全に硬化させる。このときに、樹脂層２に対して加圧力が作用していないので、内部応力が作用することがなく、しかも転写用型４により樹脂層２に対する規制は失われていないので、この転写用型４による転写精度が維持される。

このようにして基板１にナノプリントが形成されると、転写用型４を樹脂層２から剥離することになるが、既に樹脂層２の応力が開放されて、残留応力が存在しない状態となっているので、高いアスペクト比を有する突起を形成しても、型離れ時に基板１に形成した突起が破損したり、ダメージを受けたりすることはない。従って、以上の方法を採用することによって、高アスペクト比のナノプリントを極めて高い精度で形成することができ、しかも歩留まりの向上が図られる。

光ナノプリントプロセスの概略構成を示す説明図である。 本発明による光ナノプリントプロセスを実行するための光転写ナノプリント装置の構成説明図である。 図２の光転写ナノプリント装置を用いて、基板の表面に積層した樹脂層に転写用型の転写面形状の転写を行う方法におけるタイミングチャート図である。

符号の説明

１ 基板
２ 樹脂層
３ 突き上げステージ
４ 転写用型
４ａ 転写面
６ 紫外線照射装置
７ 加圧機
８ 制御回路

Claims (9)

1. 基板表面にエネルギ線硬化型樹脂からなる樹脂層を積層させて、この樹脂層に転写用型を当接させて、エネルギ線を照射することにより転写用型の転写面の凹凸パターンを樹脂層に転写するようにして硬化させる方法において、
   前記転写用型を前記樹脂層に対して加圧力を作用させて、この樹脂層の表面に前記転写面の凹凸パターン形状を転写させる樹脂加圧工程と、
   この加圧力を保ったままで、前記樹脂層に前記エネルギ線を照射させる第１段階硬化工程と、
   前記樹脂層の硬化途中段階で前記エネルギ線の照射を中断し、この樹脂層への前記転写用型による加圧力を解除することにより応力を開放する硬化中断応力開放工程と、
   前記樹脂層への前記エネルギ線の照射を再開して、前記樹脂層に対して前記転写用型を接触させるが、非加圧状態にして硬化させる第２段階硬化工程と
   からなるエネルギ線硬化型樹脂の転写方法。
2. 前記エネルギ線硬化型樹脂は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写方法。
3. 前記エネルギ線硬化型樹脂は電子線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写方法。
4. 基板表面にエネルギ線硬化型樹脂からなる樹脂層を積層させて、この樹脂層に転写用型を当接させて、エネルギ線を照射することにより転写用型の転写面の凹凸パターンを樹脂層に転写する装置において、
   前記樹脂層を積層させた前記基板を位置決め保持する位置決め部材と、この基板の前記樹脂層に前記転写面を当接させる前記転写用型を保持する型保持部材と、これら位置決め部材と型保持部材とを相対移動させて、これら基板と転写用型との間で加圧を行う加圧手段とを備える転写ステージと、
   前記樹脂層に向けて硬化用のエネルギ線を照射する照射手段と、
   前記加圧手段を作動させて、前記転写用型を前記樹脂層に対して加圧力を作用させることによって、この樹脂層の表面に前記転写面の凹凸パターン形状を転写させ、この加圧力を保った状態で、前記照射手段により前記樹脂層に前記エネルギ線を照射させ、このエネルギ線により前記樹脂層の硬化の途中段階でこのエネルギ線の照射を一度中断し、かつ前記加圧手段による加圧力を解除し、この加圧力を解除した状態で、再び前記エネルギ線を照射するように、前記転写ステージ及び照射手段の作動を制御するための制御手段と
   を備える構成としたことを特徴とするエネルギ線硬化型樹脂の転写装置。
5. 前記制御手段は、前記加圧力を解除したときに、前記樹脂層と前記転写用型の転写面とを接触状態に保持するように前記加圧手段の動作制御を行うものであることを特徴とする請求項４記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写装置。
6. 前記エネルギ線硬化型樹脂は紫外線硬化樹脂であり、前記エネルギ線は紫外線であることを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写装置。
7. 前記エネルギ線硬化型樹脂は電子線硬化樹脂であり、前記エネルギ線は電子線であることを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写装置。
8. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写方法を用いて製造したことを特徴とするディスクまたは半導体デバイス。
9. 請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のエネルギ線硬化型樹脂の転写装置を用いて製造したことを特徴とするディスクまたは半導体デバイス。
   
   
   

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