JP5559574B2 - 転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、シート状のモールドに形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写する転写方法に関する。

近年、電子線描画法などで石英基板等に超微細な転写パターンを形成して型（モールド）を作製し、このモールドを被成型品に所定の圧力で押圧して、モールドに形成された転写パターンを転写するナノインプリント技術が研究開発されている（たとえば、非特許文献１参照）。ハードディスクやＣＤ、ＤＶＤなど回転式の記憶装置では、最近、高密度のデータをディスクに形成するための記憶媒体（記録媒体）を成型する手段として、ナノインプリント技術を活用する方法への関心が高くなってきている。

ナノオーダーの微細な転写パターンを低コストで成型する方法としてリソグラフィ技術を用いたインプリント法が考案されている。この成型法は大別して熱インプリント法とＵＶインプリント法とに分類される。

熱インプリント法では、型を基板に押圧し、熱可塑性ポリマからなる樹脂（熱可塑性樹脂）が十分に流動可能となる温度になるまで加熱して微細パターンに樹脂を流入させたのち、型と樹脂とをガラス転移温度以下になるまで冷却し、基板に転写された微細パターンを固化したのち型を引き離す。

ＵＶインプリント法では、光を透過できる透明な型を使用し、紫外線硬化性樹脂に型を押し付けて紫外光を照射する。適当な時間、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させ微細パターンを転写したのち型を引き戻す。

図９〜図１１は、従来より行われているＵＶインプリント法の手順を示す。図９に示すように、平板状の基板１１０の上面に未硬化の紫外線硬化樹脂１２０が所定の厚さで塗布されており、この紫外線硬化樹脂１２０に対してモールド１３０が対向している。モールド１３０は透明なシート状となっており、その下面１３１には、微細な転写パターンが形成されている。モールド１３０は下面１３１が基板１１０上の紫外線硬化樹脂１２０に対向するように配置される。

又、押圧部材としてローラ１４０が用いられる。ローラ１４０は、モールド１３０の上面１３２に対向するように配置され、図示しない押圧源に連結されることによりモールド１３０を所定の圧力Ｐで紫外線硬化樹脂１２０に押圧する。押圧時の圧力Ｐは、モールド１３０の下面１３１における微細パターンの中に紫外線硬化樹脂１２０が入り込むように設定されるものである。パターン転写に際しては、ローラ１４０は矢印Ｒで示す時計方向に回転可能となっている。

図９に示すように、基板１１０上の紫外線硬化樹脂１２０にモールド１３０の下面１３１を対向させると共にローラ１４０でモールド１３０を押圧した状態とし、この状態で圧力Ｐでモールド１３０を押圧しながらローラ１４０を矢印Ｍで示す方向に直線的に移動させる。この移動と共に、ローラ１４０も矢印Ｒ方向に回転させる。さらに、ローラ１４０で押圧されている紫外線硬化樹脂１２０の部位に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂１２０を硬化させる。
ローラ１４０を移動する場合、ローラ１４０を固定し、基板１１０を矢印Ｍ方向との逆方向に直線的に移動させてもよい。これらの移動時には、モールド１３０は定位置に固定されている。

図９における二点鎖線は、ローラ１４０が移動始端側に位置している状態を示し、矢印Ｍ方向への移動によってローラ１４０は移動始端側から実線で示すように、モールド１３０の長さ方向に沿って移動する。ローラ１４０の矢印Ｍ方向への移動と共にローラ１４０の押圧力によりモールド１３０の下面１３１の微細なパターンに紫外線硬化樹脂１２０が入り込み、モールド１３０の転写パターンが紫外線硬化樹脂１２０に順に転写される（図１０参照）。このローラ１４０の移動の際において、未硬化の紫外線硬化樹脂１２０が低粘性のため、紫外線硬化樹脂１２０がローラ１４０の圧力により矢印Ｇで示すように、基板１１０の移動方向に向かって僅かに押し流される。

図１１は、ローラ１４０が基板１１の移動終端に達した状態を示している。なお、ローラ１４０の移動回転時には紫外線を照射せず、図１１に示した状態でモールド１３０上から紫外光Ｂを照射し、モールド１３０を通じて紫外線硬化樹脂１２０を硬化させてもよい。

これにより、モールド１３０の微細なパターンが紫外線硬化樹脂に転写され、この硬化した紫外線硬化樹脂１２０とモールド１３０とを剥がして作業が終了する。

なお、以上のナノインプリントにおいては、型に形成されている微細な転写パターンを紫外線硬化樹脂１２０等の被成型品に転写するとき、被成型品に気泡が発生することを防止するために、型と被成型品とをカバーで覆って真空成型室内で転写を行う構成の転写装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、シート状のモールドを使用した転写方式として、たとえば、特許文献２を掲げることができる。

特開２００６−３１８９７３号公報 特開２００７−１９４５１号公報

Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology 25(2001) 192-199

ところで、従来のＵＶインプリント法においては、ローラ１４０がモールド１３０を押圧しながら移動することからローラ１４０の移動に伴ってモールド１３０下の未硬化の紫外線硬化樹脂１２０が移動方向に向かって押し流される。このため、ローラ１４０が移動終端に達するまでに未硬化の紫外線硬化樹脂１２０がローラ１４０の移動方向に向かって基板１１０上で必要以上に広がる問題がある。すなわち、図１１に示すように、紫外線硬化樹脂１２０がローラ１４０の移動終端側で押し流された広がり部１５０が形成される。図１２は、この広がり部１５０を平面視で示している。

図１２において、内側の二点鎖線枠は転写パターンを転写する必要がある転写必要領域１６０であり、紫外線硬化樹脂１２０は、ローラ１４０の押圧によって転写必要領域１６０周囲の破線枠１７０のように広がる。一方、基板１１０には、外側の二点鎖線枠で示す臨界枠１８０が設定されており、臨界枠１８０よりも外側の領域は、転写不可領域１９０となっている。紫外線硬化樹脂１２０が臨界枠１８０を超えて転写不可領域１９０まで広がると、たとえば、硬化した紫外線硬化樹脂１２０と基板１１０との剥離が困難となる。

しかしながら、上述したように、ローラ１４０が押圧しながら移動するため、未硬化の紫外線硬化樹脂１２０には、移動方向に向かって広がる広がり部１５０が形成され、この広がり部１５０が転写不可領域１９０まで広がることがあり、これにより、転写不良が発生するおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、未硬化の紫外線硬化樹脂が転写不可領域まで広がることを防いで、転写不良の発生を防止することができる転写方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、微細な転写パターンが形成されたシート状のモールドのパターン形成面を基板上に設けられた紫外線硬化樹脂に対向させ、押圧部材によって前記モールドを紫外線硬化樹脂に押圧した状態で押圧部材又は基板の少なくとも一方を他方に対して相対的に直線的に移動させながら紫外線硬化樹脂を硬化させて前記転写パターンを紫外線硬化樹脂に転写する転写方法において、前記移動方向における移動終端側の紫外線硬化樹脂の量が移動始端側の紫外線硬化樹脂の量よりも少なくなるように紫外線硬化樹脂を基板上に設け、前記押圧部材の制御を、以下の（１）、（２）のいずれか又は両方によって行うことを特徴とする。
（１）前記押圧部材の移動速度を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では遅くし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では速くする。
（２）前記押圧部材で前記モールドにかける圧力を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では大きくし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では小さくする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の転写方法であって、前記紫外線硬化樹脂は、以下の（１）〜（４）のいずれか又は組み合わせによって基板上に設けられていることを特徴とする。

（１）前記移動始端側から移動終端側に向かって紫外線硬化樹脂の厚さが連続して次第に薄くなるように設ける。

（２）前記移動始端側から移動終端側に向かって紫外線硬化樹脂の厚さが階段状に薄くなるように設ける。

（３）前記移動方向と交差する方向における紫外線硬化樹脂の幅が前記移動始端側から移動終端側に向かって連続して次第に小さくなるように設ける。

（４）前記移動方向と交差する方向における紫外線硬化樹脂の幅が前記移動始端側から移動終端側に向かって階段状に小さくなるように設ける。

本発明によれば、移動終端側の紫外線硬化樹脂の量が移動始端側の紫外線硬化樹脂の量よりも少なくなるように紫外線硬化樹脂を基板上に設け、押圧部材の移動速度を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では遅くし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では速くし、または／および、圧部材でモールドにかける圧力を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では大きくし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では小さくしているため、移動終端側で紫外線硬化樹脂が必要以上に広がることがなく、転写不良の発生を防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の転写方法を示す正面図である。 一実施形態の紫外線硬化樹脂の塗布形態を示す正面図である。 一実施形態の紫外線硬化樹脂の動作を示す平面図である。 本発明の他の実施形態における紫外線硬化樹脂の第１の塗布形態を示す正面図である。 本発明の他の実施形態における紫外線硬化樹脂の第２の塗布形態を示す正面図である。 本発明の他の実施形態における紫外線硬化樹脂の第３の塗布形態を示す正面図である。 本発明の他の実施形態における紫外線硬化樹脂の第４の塗布形態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態における紫外線硬化樹脂の第５の塗布形態を示す平面図である。 従来の転写方法を示す正面図である。 従来の転写方法における転写途中を示す正面図である。 従来の転写方法における転写終了を示す正面図である。 従来の転写方法における問題点を示す平面図である。

図１〜図３は、ナノインプリント（微細転写）を行うための本発明の一実施形態の転写方法を示し、図１は、転写状態の正面図、図２は、基板１に対して紫外線硬化樹脂２を塗布した状態の正面図、図３は、転写後の平面図である。

この実施形態の転写方法においては、基板1と、紫外線硬化樹脂２と、モールド３と、ローラ７とが用いられる。図１に示すように、基板1は平板状となっており、その上面に未硬化の紫外線硬化樹脂２が所定の厚さで塗布される。未硬化の紫外線硬化樹脂２は、低粘性のゾルとなっており、薄膜程度の厚さとなるように基板1に塗布される。この紫外線硬化樹脂２は、図３の符号２１で示す転写必要領域に対応するように基板1上に塗布される。

モールド３は、紫外光が透過可能な透明体であり、ある程度の弾性を備えてシート状となっており、その下面４にはナノインプリントを行うための微細な転写パターンが形成されている。転写パターンは、多数の微細な凹凸で形成されており、その高さやピッチが可視光線の波長程度か若しくは可視光線の波長よりもわずかに大きいか、わずかに小さいパターンとなっている。モールド３は、基板1上に塗布された紫外線硬化樹脂２に下面４が対向するように配置される。モールド３の上面は平面となっており、ローラ７が接触するように配置される。

ローラ７は、モールド３の転写パターンを紫外線硬化樹脂２に転写するためにモールド３を紫外線硬化樹脂２に押圧する押圧部材であり、所定の圧力Ｐでモールド３を押圧する。圧力Ｐは、モールド３の下面４における微細な転写パターンの中に紫外線硬化樹脂２が入り込むように設定される。パターン転写に際しては、ローラ７は矢印Ｒで示すように時計方向に回転するようになっている。

次に、モールド３の転写パターンを紫外線硬化樹脂２に転写する手順を説明する。

図１に示すように、基板1上に塗布された薄膜状の紫外線硬化樹脂２に対し、モールド３の下面４を対向させた状態とする。又、モールド３の上面５に接触してモールド３を押圧するようにローラ７を配置する。ローラ７は、移動始端８でモールド３と接触するように配置されるものであり、移動始端８から転写パターンの転写が開始される。

ローラ７が移動始端８に位置した状態で、所定の圧力Ｐでモールド３を押圧しながらローラ７を矢印Ｍで示す方向に直線的に移動させる。すなわち、この実施形態では、基板１、紫外線硬化樹脂２及びモールド３を固定した状態でローラ７を矢印Ｍ方向に移動させるものである。この移動と共にローラ７を矢印Ｒ方向に回転させる。

固定側のモールド３に対するローラ７の移動により、ローラ７がモールド３に線接触した状態でモールド３を押圧するため、線接触部分におけるモールド３の転写パターンを紫外線硬化樹脂に転写させることができる。この転写はローラ７の移動と共に移動終端９まで行われ、紫外線硬化樹脂２への転写パターンの転写が終了する。

以上に加えて、モールド３の上方から紫外光Ａを照射する。照射された紫外光Ａは透明なモールド３を透過して紫外線硬化樹脂２に達して紫外線硬化樹脂２を硬化させる。この場合、ローラ７の移動と同期して線状の紫外線の光源を移動し、ローラ７で押圧している紫外線硬化樹脂２の線状の部位に紫外線を照射する。そして、紫外線硬化樹脂２をローラ７の移動に同期させて硬化している。

なお、ローラ７の移動による押圧が終了した直後に紫外光Ａを紫外線硬化樹脂２の全体へ照射してもよい。

紫外光の照射終了の後、紫外線硬化樹脂２の全体を基板１から剥離する。これにより、転写が終了する。

この実施形態において、基板１上への紫外線硬化樹脂２の塗布は、ローラ７の移動方向（矢印Ｍ方向）における移動始端８側の量に比べて移動終端９側の量が少なくなるように調整するものである。図２は、この状態を示し、ローラ７の移動方向（矢印Ｍ方向）における移動始端８側における紫外線硬化樹脂２の膜厚が厚く、移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の膜厚が薄くなるように膜厚が連続的に薄くなっている。このように紫外線硬化樹脂２の膜厚を調整することにより、ローラ７の移動によって紫外線硬化樹脂２が移動方向に押し流されても、押し流しによって広がる紫外線硬化樹脂２の広がり部１０が基板１の転写不可領域２４まで広がることを防止することができる。そして、転写不良の発生を抑制することができる。

すなわち、図３に示すように、基板１における二点鎖線で示す臨界枠２３の外側の領域は転写不可領域２４となっているが、上述したように、ローラ７の移動方向（矢印Ｍ方向）の移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の膜厚が移動始端８側の膜厚よりも薄くなっていることから移動終端９側の紫外線硬化樹脂２の量が少なくなっている。このため、ローラ７の押圧によって移動終端９側に押し流されても、その量が移動終端９側に向かって多くなることはない。これにより、二点鎖線枠で示すローラ７の移動当初における紫外線硬化樹脂２の転写必要領域２１の状態からローラ７の移動に伴って広がる紫外線硬化樹脂２の広がり部１０は、破線枠２２（紫外線硬化樹脂広がり領域）で示すように、臨界枠２３を超えて転写不可領域２４にまで達することがなくなる。これにより、硬化した紫外線硬化樹脂２を基板１から容易に剥離することができる。

図４〜図８は、本発明の別の実施形態における紫外線硬化樹脂２の塗布形態をそれぞれ示している。

図４においては、ローラ７の移動始端８側における紫外線硬化樹脂２の厚さ（膜厚）が最も厚くなっており、この移動始端８側からローラ７の移動終端９側に向かって紫外線硬化樹脂２の厚さ（膜厚）が階段状に薄くなっている。これにより、ローラ７の移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の量が移動始端８側における量よりも少なくなっており、上述した実施形態と同様に、基板１の転写不可領域２４への紫外線硬化樹脂２の広がりを防止することができる。

図５及び図６においては、図２と同様に、ローラ７の移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の厚さ（膜厚）が移動始端８側の厚さ（膜厚）よりも薄くなるように厚さが連続的に小さくなっている。これに加えて、図５においては、紫外線硬化樹脂２が湾曲した凸状となっており（紫外線硬化樹脂２の膜厚が薄くなる割合が次第に大きくなっており）、図６においては、湾曲した凹状となっている（紫外線硬化樹脂２の膜厚が薄くなる割合が次第に小さくなっている）。いずれの場合にも、ローラ７の移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の量が移動始端８側における量よりも少なくなっており、基板１の転写不可領域２４への紫外線硬化樹脂２の広がりを防止することができる。

図７においては、ローラ７の移動始端８側の紫外線硬化樹脂２の幅Ｗ１に対し、移動終端９側の幅Ｗ２が連続的に小さくなっている。図８においては、ローラ７の移動始端８側の紫外線硬化樹脂２の幅Ｗ１に対し、移動終端９側の幅Ｗ２が階段状に小さくなっている。このような図７及び図８の場合においても、ローラ７の移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の量が移動始端８側における量よりも少なくなっており、基板１の転写不可領域２４への紫外線硬化樹脂２の広がりを防止することができる。

以上の実施形態では、ローラ７が基板１に対して矢印Ｍ方向に沿って直線的に移動することによりモールド３の転写パターンを紫外線硬化樹脂２に転写しているが、ローラ７を固定し、基板１を直線的に移動させてもよい。この場合においても、モールド３の転写パターンを紫外線硬化樹脂２に転写することができる。又、押圧部材としてローラ７を用いているが、断面円形や断面多角形のロッドを押圧部材として用いてもよい。この場合には、ロッドを紫外線硬化樹脂２の幅方向に沿って配置することにより可能となる。さらに、移動終端９側における紫外線硬化樹脂２の量が移動始端８側の量よりも少なくする形態として、図２、図４〜図８を組み合わせてもよい。

さらに、以上の実施形態における転写方式を実行するための装置として、たとえば、特許文献２（特開２００７−１９４５１号公報）に記載されている装置と同様なものを使用し、転写後に上部から透明モールド３を介して紫外線（ＵＶ光）を照射し紫外線硬化樹脂２を硬化させればよい。

また、ローラ７の移動速度を可変できるようにし、紫外線硬化樹脂２の量に応じてローラ７の移動速度を変えてもよい。たとえば、紫外線硬化樹脂２の膜厚が厚くなる等、紫外線硬化樹脂２の量が多くなるにしたがって、ローラ７の移動速度を遅くしてもよい。

また、ローラ７でモールド３にかける圧力Ｐを可変できるようにし、紫外線硬化樹脂２の量に応じてローラ７の圧力Ｐを変えてもよい。たとえば、紫外線硬化樹脂２の膜厚が厚くなる等、紫外線硬化樹脂２の量が多くなるにしたがって、ローラ７の圧力Ｐを大きくしてもよい。

さらに、ローラ７の移動速度の変更と圧力Ｐの変更との両方の変更をするようにしてもよい。

１ 基板
２ 紫外線硬化樹脂
３ モールド
７ ローラ
８ 移動始端
９ 移動終端

Claims (2)

1. 微細な転写パターンが形成されたシート状のモールドのパターン形成面を基板上に設けられた紫外線硬化樹脂に対向させ、押圧部材によって前記モールドを紫外線硬化樹脂に押圧した状態で押圧部材又は基板の少なくとも一方を他方に対して相対的に直線的に移動させながら紫外線硬化樹脂を硬化させて前記転写パターンを紫外線硬化樹脂に転写する転写方法において、
   前記移動方向における移動終端側の紫外線硬化樹脂の量が移動始端側の紫外線硬化樹脂の量よりも少なくなるように紫外線硬化樹脂を基板上に設け、
   前記押圧部材の制御を、以下の（１）、（２）のいずれか又は両方によって行うことを特徴とする転写方法。
   （１）前記押圧部材の移動速度を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では遅くし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では速くする。
   （２）前記押圧部材で前記モールドにかける圧力を、紫外線硬化樹脂の量が多い所では大きくし、紫外線硬化樹脂の量が少ない所では小さくする。
2. 請求項１記載の転写方法であって、
   前記紫外線硬化樹脂は、以下の（１）〜（４）のいずれか又は組み合わせによって基板上に設けられていることを特徴とする転写方法。
   （１）前記移動始端側から移動終端側に向かって紫外線硬化樹脂の厚さが連続して次第に薄くなるように設ける。
   （２）前記移動始端側から移動終端側に向かって紫外線硬化樹脂の厚さが階段状に薄くなるように設ける。
   （３）前記移動方向と交差する方向における紫外線硬化樹脂の幅が前記移動始端側から移動終端側に向かって連続して次第に小さくなるように設ける。
   （４）前記移動方向と交差する方向における紫外線硬化樹脂の幅が前記移動始端側から移動終端側に向かって階段状に小さくなるように設ける。

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