JP5088369B2 - インプリント方法 - Google Patents

Description

本発明は、型表面に形成された微細形状のパターンを被成形体に転写するインプリント方法に関し、詳しくは、パターンが転写された被成形体を容易に離型させることができるインプリント方法に関する。

近年、光ディスク等の量産技術に利用されているプレス加工技術を発展させ、その解像度をより高めたナノインプリント技術が注目を浴びている。ナノインプリント技術は、電子線描画装置等を用いてＳｉ等の基板の表面に所望の微細形状をパターニングし、それをエッチングすることによって型を作成し、その型表面の微細形状を被成形体に転写するものであり、１０ｎｍレベルのナノ構造体でも安価に生産でき、且つ高アスペクトパターンの転写も可能であることから、半導体素子や光素子あるいはナノ構造材料形成への応用展開が試みられている。

かかるナノインプリント技術には、被成形体として熱可塑性樹脂を用い、転写時に昇温することによって型表面のパターンを転写する熱式ナノインプリント、被成形体として光硬化樹脂を用い、型表面を光硬化樹脂に押し付けて変形させた後、紫外線を照射して樹脂を硬化させることによりパターンを転写させる光ナノインプリント等が提案されている。

ところで、ナノインプリント技術における課題の一つにスループットの向上がある。型表面の微細形状が転写された被成形体を速く大量に製造することが問われているためである。

しかし、転写完了後の離型工程において、微細形状が転写された被成形体を型表面から素早く離型させる動作を行うと、型と被成形体との間に働く摩擦力によって微細形状の破壊を招くおそれがある。この摩擦力は、転写される微細形状が深い溝状のパターンである場合に特に顕著となる。

このため、転写完了後の離型工程において、転写された微細形状を破損させることなく、被成形体を型表面から素早く離型させることが望まれている。

従来、特許文献１には、離型時に型に高周波や超音波等によって微振動を加えることにより、被成形体を離型させる際の容易化を図る技術が提案されている。

また、特許文献２には、ウエハ上の紫外線硬化樹脂をナノインプリントによってパターニングする半導体集積回路の製造において、型内部にアクチュエータを設け、離型時にアクチュエータを作動させることにより、離型開始点を意図的に形成することで離型動作を高速化させる技術が提案されている。
特開２００７−１９４５１号公報 特開２００７−８１０４８号公報

被成形体として例えば光学素子である構造性複屈性を利用した波長板のような薄板状の樹脂成形品を製造する場合、特許文献２に開示のようなウエハ上に被成形体樹脂をパターニングする半導体集積回路を製造する場合と異なり、被成形体を固定する手段を持たない場合がある。

この場合、離型時に型を被成形体から移動させても、被成形体は型表面に付着したままとなり、自然に離型できず、離型時の高速化が困難であるという問題がある。

特に、転写される微細形状が多数の深い溝状のパターンである場合、型と被成形体との間に働く大きな摩擦力及び凝着力によって被成形体の剥離が一層困難となり、特許文献１に開示のように、型に微振動を加える程度では被成形体を型表面から速やかに剥離することができない問題がある。

また、特許文献２に開示の技術では、離型時に離型開始点を形成することはできるが、型を被成形体から離すように上昇させても、被成形体が何ら固定されていない場合では、被成形体は依然として型表面に付着したままの状態であることに変わりはなく、型表面から被成形体を速やかに剥離できず、やはりスループットの向上を図ることができない問題がある。

そこで、本発明は、離型時に型表面に付着したままの状態にある薄板状の被成形体を容易且つ速やかに剥離することができ、スループットの向上を図ることのできるインプリント方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求の範囲第１項記載の発明は、表面にパターンが形成された型と樹脂製の薄板状の被成形体とを相対的に移動させることにより前記被成形体の表面に前記型を押し付け、前記型表面のパターンを前記被成形体の表面に転写した後、前記型表面に付着したままの状態の前記被成形体を離型させるインプリント方法であって、
前記被成形体の転写領域外を保持部材によって保持し、
前記保持部材が前記型表面から離間する方向へ前記型と前記保持部材とを相対的に移動させることにより、前記被成形体を前記型表面から剥離させるものであり、
前記保持部材の前記型に対する相対的な移動の軌跡は、前記型表面に付着している前記被成形体を保持した位置から、前記被成形体を前記型から剥離させる方向であり、且つ、前記被成形体に転写されたパターンを経由して前記被成形体を保持した位置の対向側に向かい、
前記保持部材は、前記被成形体との接触部に粘着材を備え、該粘着材の粘着力によって前記被成形体における前記型との当接面の反対面を保持することを特徴とするインプリント方法である。

請求の範囲第２項記載の発明は、前記パターンは、一方向に沿う方向性を有する溝状であり、前記保持部材は、前記被成形体に転写される前記パターンの転写領域外であって、前記一方向に沿う端部領域を保持することを特徴とする請求の範囲第１項記載のインプリント方法である。

請求の範囲第３項記載の発明は、前記保持部材は、前記被成形体に転写される前記パターンの転写領域外であって、前記一方向において前記パターンを挟んで両側に位置する端部領域の少なくとも一部を保持することを特徴とする請求の範囲第２項記載のインプリント方法である。

請求の範囲第４項記載の発明は、前記パターンの断面形状のアスペクト比が３以上であることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項記載のインプリント方法である。

請求の範囲第５項記載の発明は、前記粘着材は長尺テープの表面に備えられ、前記保持部材は、前記長尺テープの裏面を支持する支持部材を有することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のインプリント方法である。

請求の範囲第６項記載の発明は、前記保持部材を前記型表面から離間する方向へ相対的に移動させる移動速度が一定であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のインプリント方法である。

請求の範囲第７項記載の発明は、前記保持部材によって前記被成形体を前記型から剥離させる際の抵抗力を力センサにより測定し、
前記力センサの測定結果に基づいて前記保持部材を前記型表面から離間する方向へ相対的に移動させる移動速度を決定することを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のインプリント方法である。

請求の範囲第８項記載の発明は、前記被成形体の最大外径が、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のインプリント方法である。

本発明によれば、離型時に型表面に付着したままの状態にある薄板状の被成形体を容易且つ速やかに剥離することができ、スループットの向上を図ることのできるインプリント方法を提供することができる。

（ａ）（ｂ）は本発明に係るインプリント方法を示す工程図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図 本発明に係るインプリント方法を示す工程図 本発明に係るインプリント方法を示す工程図 本発明に係るインプリント方法を示す工程図 本発明に係るインプリント方法を示す工程図 被成形体が付着した金型を表面側から見た平面図 抵抗力と移動速度との関係を示すグラフ （ａ）（ｂ）は被成形体を剥離する方法の別の態様を示す図 保持部材の別の態様を示す図 被成形体のパターンを示す部分断面図

１：金型
１１：パターン
２：被成形体
２１：転写領域外
２１１：端部領域
２２：端部
２３：溝部
２４：壁部
３：基台
４：保持部材
５：力センサ
６：摘み片
７：保持部材
８：保持部材
８１：長尺テープ
８１１：テープロール
８２：繰り出しローラ
８３：支持部材
８３１：上端

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１〜図５は、本発明に係るインプリント方法を示す工程図であり、１は金型、２は被成形体、３は被成形体２を載置している基台である。

なお、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

金型１の表面（図示下面）には、被成形体２に転写すべきｎｍオーダーの微細形状のパターン１１が形成されている。金型１に用いられる材質としては、例えばＳｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｎｉ、ＮｉＰ、Ａｌ合金、ステンレス鋼等を用いることができる。中でも、半導体製造加工法や電鋳等の微細加工法の適用容易性の点で、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｎｉ、ＮｉＰが好ましい。

ここでは、被成形体２として熱可塑性樹脂を用い、転写時に昇温することによって金型１表面のパターン１１を転写する熱式ナノインプリント方法を例示している。

被成形体２は、金型１表面のパターン１１が形成されている領域よりも大きな面積を有する薄板状の熱可塑性樹脂からなり、基台３上に載置された状態で、金型１の下方まで移動して停止している（図１（ａ）、（ｂ））。

本発明において、被成形体２の厚み（転写前の厚み）は特に問わず、目的とする製品の厚みに応じて適宜決定される。

金型１は、内部に埋設されたヒーター（図示せず）によって、被成形体２を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上となる温度まで昇温した後、被成形体２の表面に向けて降下し、その表面のパターン１１を被成形体２に所定の荷重で押し付ける。この状態を所定時間維持することにより被成形体２を軟化溶融させ、金型１に形成されたパターン１１に合わせて変形させる。この後、押圧状態を維持したまま、ヒーターへの通電を停止することで被成形体２を冷却させて硬化させ、金型１のパターン１１を被成形体１に転写する（図２）。

この金型１と被成形体２の移動は相対的であればよく、被成形体２側が金型１に向けて移動するようにしてもよい。

転写後、金型１を上昇させると、被成形体２は基台３上に載置されているだけで何ら固定されていないため、金型１と被成形体２との間に働く摩擦力及び凝着力によって、金型１の表面に被成形体２が付着したままの状態となる（図３）。

金型１を上昇させた後、基台３を金型１の下方から退避させ、次いで、被成形体２の転写領域外２１の裏面（金型１との当接面の反対面）に保持部材４を当接させる（図４）。

被成形体２の転写領域外２１とは、金型１の表面に形成されたパターン１１が転写されない領域であり、転写時に、被成形体２における金型１のパターン１１の外側の、パターン１１が設けられていない領域に当接する領域である。この転写領域外２１は、被成形体２の外縁側に設けられる。

本実施形態では、図６に示すように、パターン１１が形成されている平面視円形状の領域に対し、該パターン１１の領域よりも大きな面積を有する円形状の被成形体２を用いており、転写領域外２１は被成形体２の外縁側に、パターン１１を囲むようにドーナツ状に有している。保持部材４は、この被成形体２の転写領域外２１の裏面における一部に当接する。

保持部材４は、合成樹脂、金属、ゴム等によって形成することができる。特に、被成形体２との当接時の衝撃を和らげるため、少なくとも先端側が軟質ゴム等の弾性体によって形成されていることが好ましい。

保持部材４は、被成形体２への接触部とされる先端面が、被成形体２の転写領域外２１の裏面に対してある程度の面積を持って接触することができる形状を有している。この先端面の形状は、後述する粘着層４１と被成形体２表面とが当接した際の角度誤差に起因する接触不均一を避けるために、曲面状であることが好ましい。例えば円筒面、Ｒ形状、かまぼこ形状等が挙げられる。

保持部材４の被成形体２への接触部とされる先端面には、粘着剤からなる粘着層４１を備えている。従って、保持部材４の先端面を被成形体２の転写領域外２１の裏面に当接させると、該保持部材４は、粘着層４１の粘着力によって被成形体２の裏面を保持することができる。

粘着層４１に用いられる粘着剤としては、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤等が挙げられる。中でも、粘着力に優れる点でアクリル系粘着剤が好ましい。

また、粘着層４１の粘着力は、被成形体２をその粘着力によって保持した後に被成形体２を金型１から剥離させる際、金型１と被成形体２との間に働く摩擦力及び凝着力よりも大きく、被成形体２を保持部材４に粘着させたまま金型１から剥離させることができ、金型１から剥離した後は被成形体２を保持部材４から容易に剥離できる程度の粘着力を有している必要がある。

また、保持部材４の先端は被成形体２の一部に当接すればよく、その当接面積は、保持部材４が有する粘着層４１の粘着力に応じて適宜決定される。

次いで、被成形体２の裏面を保持した保持部材４を、金型１の表面から離間する方向Ａへ移動させ、金型１に付着している被成形体２を金型１の表面から剥離させる（図５）。この剥離のための移動は相対的であればよく、金型１を固定させ、保持部材４を移動させることによって行ってもよいし、保持部材４を固定させ、金型１を移動させることによって行ってもよい。ここでは前者の態様を例示している。

この剥離のための移動は、図４及び図５に示す移動方向Ａであり、この移動の軌跡は、金型１の表面に付着している被成形体２を保持した位置（図４の位置）から、被成形体２を金型１から剥離させる方向(図示下方向)であり、且つ、被成形体２に転写されたパターン１１を跨ぐように経由して、被成形体２を保持した位置の対向側の端部に向かう方向である。

このため、図４に示す状態から、保持部材４を移動方向Ａに沿って徐々に移動させると、図５に示すように、保持部材４の移動に伴って、被成形体２の保持部材４によって保持されている側の端部２２から徐々に剥離し始め、やがて被成形体２は保持部材４によって保持されたまま金型１から完全に剥離される。

従って、この被成形体２の離型動作は、保持部材４の被成形体２への当接、保持の後、移動方向Ａに沿う移動のみで済むため、極めて容易であり、しかも速やかに行うことができる。よって、離型工程にかかる時間を短縮することができてスループットの向上を図ることができる。

なお、被成形体２を金型１から剥離させる際の保持部材４の姿勢は、図４及び図５に示したように、剥離動作に伴って保持部材４を徐々に傾斜させるようにしてもよいし、剥離動作に関わらず、例えば図４のように被成形体２を保持したときの直立姿勢を維持したまま移動させるようにしてもよく、被成形体２の大きさ、厚み、パターン１１の形状等に応じて適宜選択される。

保持部材４を金型１の表面から移動方向Ａに沿って離間する方向へ相対的に移動させる時の移動速度は、一定であることが好ましい。薄板状の被成形体２では、剥離時に移動速度が乱れると、被成形体２にしわや歪みが生じるおそれがある。移動速度を一定にすることによってこのような問題を回避することができる。

また、図４及び図５に示すように、保持部材４に力センサ５を設けておき、保持部材４によって被成形体２を金型１から剥離させる際の抵抗力を測定することにより、この力センサ５の測定結果に基づいて、保持部材４を金型１の表面から移動方向Ａに沿って離間する方向へ相対的に移動させる時の移動速度を決定するように保持部材４の移動を自動制御することは更に好ましい。

すなわち、金型１と被成形体２との間の摩擦力及び凝着力が大きい場合、被成形体２を無理に引き剥がそうとすると、被成形体２に転写された微細形状のパターンが破損するおそれがある。一方、被成形体２を剥離し始めて後半段階になると、金型１と被成形体２との間の摩擦力及び凝着力は小さくなるため、離型工程の短縮化のためには素早く剥離することが望まれる。保持部材４の移動速度を、力センサ５の測定結果に基づいて、例えば図７に示すように、抵抗力が大きい場合は移動速度を遅くし、抵抗力が小さくなるにつれて移動速度を徐々に早く制御することにより、被成形体２の転写パターンの保護と離型工程の高速化との両立を図ることができる。

図８は、被成形体２を剥離する方法の別の態様を示している。

この態様では、被成形体２の金型１との当接面における転写領域外２１に、予め摘み片６を設けておき、転写時に、この摘み片６を被成形体２と金型１との間に挟持させ（図８（ａ））、離型時に、この摘み片６を保持部材７によって摘み、該保持部材７を金型１表面から離間する移動方向Ａへ相対的に移動させるようにしている（図８（ｂ））。

摘み片６としては、例えば舌片状の樹脂シートや金属箔等を用いることができる。この摘み片６は、転写前に被成形体２の表面（金型１との当接面）における転写領域外２１に、一部が被成形体２の外側にはみ出るように載置しておき、転写時に被成形体２が溶融することによって該被成形体２の表面に貼着される。

この場合の保持部材７としては、被成形体２の外側からはみ出た摘み片６を摘んで保持するクランプ等の挟持部材を用いることができる。

この保持部材７の移動速度も一定であることが好ましく、また、保持部材７に、図４及び図５と同様に力センサ５を設けておくことで、この力センサの測定結果に基づいて、保持部材７の移動速度を決定することも更に好ましい。

図９は、保持部材の更に別の態様を示している。

この保持部材８は、長尺テープ８１を有している。長尺テープ８１は表面（図示上面）に粘着材を備えた粘着テープからなり、ロール状に巻回されたテープロール８１１から一対の繰り出しローラ８２、８２によって図示右方向に繰り出し可能に設けられている。

テープロール８１１と繰り出しローラ８２、８２との間には、長尺テープ８１の裏面を支持する支持部材８３を有しており、長尺テープ８１を裏側から押し上げるようにして該長尺テープ８１に一定のテンションを付与している。

支持部材８３の上端８３１は、長尺テープ８１の繰り出し方向に沿う曲面状に形成されており、長尺テープ８１の被成形体２への当接面積を、被成形体２の転写領域外２１の裏面にのみ当接し得る程度の面積となるようにしている。

この保持部材８によれば、長尺テープ８１によって被成形体２の裏面を保持して剥離した後、長尺テープ８１を所定長さ繰り出すことによって、被成形体２を長尺テープ８１に保持させたまま、次の被成形体２を長尺テープ８１の新しい面で保持して剥離することができ、離型工程の連続作業が容易となる。また、離型作業中は、転写終了後の被成形体２を長尺テープ８１に保持させたままとしておくことができ、被成形体２の保管、管理も容易化できる。

なお、長尺テープ８１の表面の粘着材は、テープ全面でなくてもよく、少なくとも一部に設けられていればよい。

また、この保持部材８の移動速度も一定であることが好ましく、また、保持部材８に、図４、図５及び図８と同様に力センサ５を設けておくことで、この力センサの測定結果に基づいて、保持部材７の移動速度を決定することも更に好ましい。

本発明において、被成形体２に転写される金型１のパターン１１は、一方向に沿う方向性を有する溝状のパターンであることが好ましい。図６では図示左右方向に沿う方向性を有する溝状パターン１１を示している。この場合、保持部材４、７、８は、被成形体２に転写されるパターン１１の転写領域外２１であって、図６に示すように、方向性を有するパターン１１の一方向に沿う端部領域２１１（本実施形態においては、前記一方向においてパターン１１を挟んで両側に位置する端部領域（図６における斜線部分の領域）に相当する。）の少なくとも一部を保持することが好ましい。 被成形体２の離型方向とパターン１１の方向とが一致するため、被成形体２に転写されたパターンを破損することなく、被成形体２を金型１から速やかに剥離することができる。

このような一方向に沿う溝状パターンは、図１０に示すように、断面形状が、多数の溝部２３と多数の壁部２４とが平行に並設されるパターンとなる。本発明においては、この断面形状のアスペクト比（ａ／ｂ）が３以上であるものを転写する場合に特に好ましい。溝が深くなるほど金型１と被成形体２との間の摩擦力及び凝着力が大きくなって被成形体２の剥離が困難となるため、本発明の効果が顕著に得られるようになるからである。

Claims (8)

1. 表面にパターンが形成された型と樹脂製の薄板状の被成形体とを相対的に移動させることにより前記被成形体の表面に前記型を押し付け、前記型表面のパターンを前記被成形体の表面に転写した後、前記型表面に付着したままの状態の前記被成形体を離型させるインプリント方法であって、
   前記被成形体の転写領域外を保持部材によって保持し、
   前記保持部材が前記型表面から離間する方向へ前記型と前記保持部材とを相対的に移動させることにより、前記被成形体を前記型表面から剥離させるものであり、
   前記保持部材の前記型に対する相対的な移動の軌跡は、前記型表面に付着している前記被成形体を保持した位置から、前記被成形体を前記型から剥離させる方向であり、且つ、前記被成形体に転写されたパターンを経由して前記被成形体を保持した位置の対向側に向かい、
   前記保持部材は、前記被成形体との接触部に粘着材を備え、該粘着材の粘着力によって前記被成形体における前記型との当接面の反対面を保持することを特徴とするインプリント方法。
2. 前記パターンは、一方向に沿う方向性を有する溝状であり、
   前記保持部材は、前記被成形体に転写される前記パターンの転写領域外であって、前記一方向に沿う端部領域を保持することを特徴とする請求の範囲第１項記載のインプリント方法。
3. 前記保持部材は、前記被成形体に転写される前記パターンの転写領域外であって、前記一方向において前記パターンを挟んで両側に位置する端部領域の少なくとも一部を保持することを特徴とする請求の範囲第２項記載のインプリント方法。
4. 前記パターンの断面形状のアスペクト比が３以上であることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項記載のインプリント方法。
5. 前記粘着材は長尺テープの表面に備えられ、前記保持部材は、前記長尺テープの裏面を支持する支持部材を有することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のインプリント方法。
6. 前記保持部材を前記型表面から離間する方向へ相対的に移動させる移動速度が一定であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のインプリント方法。
7. 前記保持部材によって前記被成形体を前記型から剥離させる際の抵抗力を力センサにより測定し、
   前記力センサの測定結果に基づいて前記保持部材を前記型表面から離間する方向へ相対的に移動させる移動速度を決定することを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のインプリント方法。
8. 前記被成形体の最大外径が、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のインプリント方法。