JP2007313439A - 樹脂塗布装置及び樹脂塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノインプリントを行うために、基板表面に極めて薄く、均一な厚みの樹脂膜を効率的に形成する。
【解決手段】基板Ｓをスピンドル１にインクジェット手段１０を対向配設し、インクジェット手段１０は、軸部１１の下端部に装着され、水平方向に配設され、基板Ｓの直径以上の長さを有する杆状のノズル本体１２を有し、このノズル本体１２に多数の噴射口１３が形成され、各噴射口１３は樹脂液通路１４に通じており、スピンドル１により基板Ｓを回転させる間に、圧電素子１６をアクチュエータとして可撓膜部１５を押圧することによって樹脂液滴を表面に噴射させる。圧電素子１６は制御回路１７により樹脂液滴の噴射間隔が制御され、基板Ｓの内周側に位置する噴射口１３からの樹脂液滴の噴射間隔は長く、外周側に向かうに応じて噴射間隔を短くするように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上に微小凹凸パターンを形成するために、基板表面に光硬化樹脂等の樹脂液の薄膜を形成するための樹脂塗布装置及び樹脂塗布方法に関するものである。

所望の形状の基板の表面に直線状，円形，ドット形状等の微小パターンを形成するためのナノインプリント装置において、この微小パターンを形成する方式としては、熱エンボス法、モールディング法及びスタンピング法があるが、いずれにしろ予め基板の表面に樹脂の被膜を形成する。スタンピング法による場合、使用される樹脂は光硬化型の樹脂として、金型を樹脂膜に押し付けて、この金型の転写面に形成した凹凸形状を転写するようになし、この金型により加圧した状態で光を照射して樹脂を硬化させ、その後に離型することにより基板上に微小凹凸パターンが形成される。

ここで、基板上に樹脂膜を形成するに当って、基板が円形または円環状のものである場合には、例えば特許文献１に高速スピンによりレジスト膜を塗布する装置が開示されているように、高速スピン方式で塗布するのが一般的である。即ち、ガラス製の円板からなるワークをターンテーブル上に載置して、このターンテーブルを高速で回転駆動する間に、レジスト液を供給するノズルをワークに対面させて、このノズルからレジスト液をワーク表面に滴下する。レジスト液の供給はワークの回転中心から外周側に向けてノズルを移動させながら行うようになし、ワークはターンテーブルにより回転駆動されているので、レジスト液はワークに対しては渦巻き状となるように供給され、しかも滴下したレジスト液は遠心力の作用によって外周側に向けて流れるようになるので、ワークの表面全体にレジスト膜が形成されることになる。
特開平６−３３３８０７号公報

以上のように、特許文献１はスピンコートによる塗布方式であり、レジスト液の塗布をワークの高速回転による遠心力の作用で行うことから、ワークの全面にレジスト膜を形成することができるものの、ワークの回転中心部と外周部とで回転周速に差があり、遠心力の作用は内周側より外周側の方が大きくなるので、膜厚の均一化が図れないという問題点がある。また、このスピンコート方式では、ワーク表面に形成されるレジスト膜の薄膜化には限度がある。従って、特許文献１の塗布方式では、光ディスクの原盤を製作するためのレジスト膜を形成する場合に適してはいるが、極めて薄く、しかも均一な樹脂膜をワークに形成することはできない。

例えば、半導体集積回路や磁気ディスク、さらには光ディスクの大容量化，高密度化等のために、基板表面に微小凹凸パターンを形成したナノ構造デバイスが開発され、実用化も図られるようになってきている。前述した特許文献１に示されているように、光ディスクの原盤に適用されるホットエンボス技術においては、その基板に形成される微小凹凸のサイズに限界があり、数十ｎｍ乃至それ以下である場合、つまり熱エンボス法であれ、モールディング法やスタンピング法であれ、ナノインプリント技術に適用することはできない。その理由の一つとして、ナノプリントの場合には、基板表面に、ごく薄く、しかも均一な厚みの樹脂膜を形成しなければならず、要求される樹脂膜の精度は極めて高いものが要求されるが、少なくとも量産化の観点からは、前述したスピンコート方式ではこのような高い精度で膜厚管理が行われた樹脂被膜を形成した基板を製造することはできない。

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、ナノインプリントを行うために、基板表面に極めて薄く、均一な厚みの樹脂膜を効率的に形成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、本発明は、基板の表面に樹脂被膜を形成し、この樹脂被膜に金型を圧着してそのパターン形状を転写して硬化させるために、前記ワーク表面に樹脂被膜を塗布する樹脂塗布装置であって、前記基板表面に樹脂液滴を噴射する複数の噴射口が配列され、各々の噴射口に樹脂液滴が間欠的に噴射するように制御するアクチュエータを備えたインクジェット手段と、このインクジェット手段と基板とを少なくとも前記噴射口の配列方向と直交する方向または回転方向に相対的に移動させる移動手段とを備える構成としたことをその特徴とするものである。

ここで、基板の形状は限定されない。例えば、半導体ウエハや光学部品等のように概略円板形状のもの、磁気ディスクや光ディスクのように円環状部材や、また四角形の板体等を含む任意の形状の基板を対象とすることができる。基板の表面に塗布される樹脂は、紫外線を含む光を照射することにより、また加熱または冷却することにより硬化するものが用いられる。

インクジェット手段は、所定の方向に配列した複数の噴射口を有するものであって、噴射口からの樹脂液の噴射は圧電素子等からなるアクチュエータにより制御されるものであり、間欠的に樹脂液を噴射させることによって、基板に対しては液滴の状態で付着することになる。インクジェット手段または基板の少なくとも一方を移動手段によって相手方に対して相対移動させる。移動方向は直進方向または回転方向とする。直進方向に移動させる場合には、噴射口の配列方向は、この直進方向と直交する方向であり、この方向に１列または複数列設ける。移動方向が回転方向である場合には、噴射口は直径方向または半径方向に向けて１列または複数列配列する。そして、噴射口から基板に向けて噴射される樹脂液は微小液滴とする。樹脂膜の厚みは、噴射口による１回の噴射時に吐出される樹脂の量と、単位面積当たりの着弾数とにより任意に制御することができる。

従って、円環状の基板の表面に樹脂液滴を供給する場合には、インクジェット手段はこの基板の少なくとも直径または半径分の長さを有するノズル本体に一列または複数列の噴射口を形成する構成したものを用いることができる。基板を回転駆動するか、またはインクジェット手段のノズル本体を回転駆動する。基板を回転駆動する場合、供給された液滴に遠心力が作用しない程度の低速回転とする。基板の半径方向に並んでいる複数の噴射口は、この基板の内周側、つまり回転中心に近い側では噴射間隔を長くして低速で噴射するようになし、外周側に向かうに応じて噴射間隔を短縮して高速で噴射するように制御する。これによって、基板の内周縁部から外周縁部に至るまで極めて均等に樹脂の塗布を行うことができる。

また、ワークの表面に樹脂被膜を形成し、この樹脂被膜に金型を圧着してそのパターン形状を転写して硬化させる装置において、このワークの表面に樹脂被膜を塗布する方法としては、ワークに複数の噴射口を有するインクジェット手段を対面させて、ワークとインクジェット手段とを相対移動させる間に、各噴射口から樹脂液滴をワークに向けて噴射することを特徴とする。

微小液滴を供給できるインクジェット方式で基板の表面に樹脂を塗布することによって、所望の厚みの樹脂を全面にわたって均一に塗布することができる。

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に光ナノプリントプロセスの概略構成を示す。図中の（ａ）に示したように、例えば情報記録媒体として用いられるガラス等からなる基板Ｓの表面に紫外線硬化型の樹脂Ｒが塗布形成されている。ここで、樹脂Ｒは液状のものであって、同図（ｂ）に示したように、この樹脂Ｒに金型Ｍが押圧されて、上下から加圧することによって、樹脂Ｒに金型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、紫外線ＵＶを照射することによって、樹脂Ｒを硬化させる。その後に、同図（ｃ）にあるように、金型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（ｄ）に示したように、このベース層Ｂが除去される。

以上のプロセスにおいて、基板Ｓに樹脂Ｒを塗布するに当っては、塗布むらがなく、均一な膜厚となっていなければならない。膜厚にばらつきがあると、金型Ｍで押圧したときに正確に転写が行われなくなる。しかも、ベース層Ｂの剥離が必要となることから、樹脂Ｒは必要以上の膜厚を持たせないようにする。以上の工程により、図２に示したように、基板Ｓの表面に同心円状に多数の突起Ｐが形成される。ここで、情報記録媒体として用いることから、各々の突起Ｐは極めて微小なものであり、かつその形状にばらつきがないようにする必要がある。例えば、突起Ｐの高さが１００ｎｍで、直径が３０ｎｍ、間隔が１００ｎｍとし、ベース層Ｂの厚みが概略５ｎｍ±２ｎｍ程度とするには、基板Ｓに塗布される樹脂Ｒの膜厚は概略１００〜１２０ｎｍとしなければならない。

このような薄膜の樹脂Ｒを塗布するために、図３及び図４に示したように、インクジェット手段を用いて、基板Ｓの表面に樹脂Ｒの液滴を供給することにより塗布する。これらの図に示したように、基板Ｓはスピンドル１に回転可能に装着する。そして、基板Ｓにはインクジェット手段１０が対向配設される。インクジェット手段１０は軸部１１の下端部に装着した杆状のノズル本体１２を有し、このノズル本体１２には、その軸線方向に微小間隔をもって多数の噴射口１３が形成されている。軸部１１はスピンドル１の回転中心の延長位置において鉛直方向に配設され、その下端部に設けたノズル本体１２は水平方向に設けられ、基板Ｓの直径以上の長さを有するものである。そして、ノズル本体１２は、図示したインクジェット手段１０には、そのノズル本体１２に噴射口１３は２列配列されている。なお、インクジェット手段１０における軸部１１は、少なくとも昇降駆動されるようになっている。また、必要に応じて軸部１１と直交する方向に移動可能な構成とすることもできる。

そして、図５に示したように、各噴射口１３は樹脂液通路１４に接続されており、この樹脂液通路１４は軸部１１を介して樹脂液タンク（図示せず）に接続されている。また、ノズル本体１２には、各々の噴射口１３の開口部とは反対側の面が可撓膜部１５となっており、この可撓膜部１５には樹脂液滴の噴射を制御するためのアクチュエータとしての圧電素子１６（図３及び図４には、噴射口１３との圧電素子１６を設けた圧電素子ユニット１６Ｕとして示す）が装着されている。従って、この圧電素子１６を駆動すると、可撓膜部１５が押圧されて、樹脂液通路１４の内部の樹脂液を加圧して、噴射口１３から噴射させることができるようになっている。このようにして、各噴射口１３からの樹脂液滴の噴射の制御を個別的に行うことができるようになる。そして、これら各圧電素子１６の駆動制御を行うために、制御回路１７が設けられている。

ここで、各々の噴射口１３からは１回の噴射により数〜十数ｐｌ（ピコリットル）の樹脂液滴を基板Ｓの表面に向けて噴射させるようにしている。そして、噴射口１３から噴射された樹脂液滴が基板Ｓに供給されたときに、液滴がこの基板Ｓから跳ね返らないようにするために、ノズル本体１２は基板Ｓに対して微小間隔、具体的には１〜２ｍｍ程度の間隔をもって対面するようになし、かつ圧電素子１６に供給される電圧を制御するようにしている。

以上のように構成することによって、基板Ｓには、インクジェット手段１０により微小な厚みで、しかも全面にわたってほぼ均一な膜厚となるように樹脂が塗布される。即ち、基板Ｓをスピンドル１に装着して、インクジェット手段１０をこの基板Ｓに対面させるようにする。そして、スピンドル１によって基板Ｓを回転駆動する間に、インクジェット手段１０のノズル本体１２に設けた各噴射口１３から樹脂液滴を噴射させて、基板Ｓの表面に付着させる。ここで、基板Ｓの半径方向において、内周側に位置する噴射口１３からの樹脂液滴の噴射間隔は長く、外周側に向かうに応じて液滴が滴下される円周が大きくなるので、それに応じて噴射間隔を短くしていき、最外周部に対面する噴射口１３からは最も短い間隔で樹脂液滴を噴射するように制御する。各噴射口１２にはそれぞれ独立の圧電素子１６が設けられており、これら各圧電素子１６の駆動は制御回路１７により制御されるようになっているので、前述したように、噴射口１２の基板Ｓの半径方向の位置に応じて噴射タイミングを変化させることができる。

以上のように、インクジェット手段１０で基板Ｓに樹脂液滴を噴射させることによって、例えば１００ｎｍ程度の極めて薄い膜厚の樹脂Ｒを基板Ｓの表面全体にほぼ均一に塗布することができる。従って、その後に金型Ｍを押圧することによって、この金型Ｍに設けた転写面の形状を正確に樹脂Ｒに転写することができ、高精度なナノインプリントを行うことができるようになる。

ナノインプリントプロセスを示す工程説明図である。 基板に形成される凹凸形状を示す説明図である。 樹脂塗布装置の構成を示す正面図である。 図３の平面図である。 インクジェット手段における噴射口の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ スピンドル １０ インクジェット手段
１２ ノズル本体 １３ 噴射口
１４ 樹脂液通路 １６ 圧電素子
１７ 制御回路 Ｓ 基板
Ｒ 樹脂 Ｍ 金型

Claims (3)

1. 基板の表面に樹脂被膜を形成し、この樹脂被膜に金型を圧着してそのパターン形状を転写して硬化させるために、前記ワーク表面に樹脂被膜を塗布する樹脂塗布装置において、
   前記基板表面に樹脂液滴を噴射する複数の噴射口が配列され、各々の噴射口に樹脂液滴が間欠的に噴射するように制御するアクチュエータを備えたインクジェット手段と、
   このインクジェット手段と基板とを少なくとも前記噴射口の配列方向と直交する方向または回転方向に相対的に移動させる移動手段と
   を備える構成としたことを特徴とする樹脂塗布装置。
2. 前記基板は円環状に形成されており、前記インクジェット手段はこの基板の少なくとも直径分の長さを有するノズル本体に、一列または複数列の噴射口を形成し、前記移動手段は前記基板または前記ノズル本体のうちのいずれか一方を回転駆動するものであり、前記各噴射口から前記基板に向けて樹脂液滴の噴射間隔は、前記基板の内周側が低速で、外周側に向かうに応じて高速となるように制御する制御手段を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載の樹脂塗布装置。
3. ワークの表面に樹脂被膜を形成し、この樹脂被膜に金型を圧着してそのパターン形状を転写して硬化させるために、前記ワークの表面に樹脂被膜を塗布する方法であって、
   前記ワークに複数の噴射口を有するインクジェット手段を対面させて、ワークとインクジェット手段とを相対移動させる間に、前記各噴射口から樹脂液滴をワークに向けて噴射する
   ことを特徴とする樹脂塗布方法。
   

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