JP2010036514A - ナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置 - Google Patents

ナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置 Download PDF

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Abstract

【課題】被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起（異物）の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる新規な構造を有するナノインプリント用スタンパを提供する。
【解決手段】ナノインプリント用スタンパ１であって、光透過性硬質基板７と、光透過性弾性体プレート９と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース１１と、光透過性スタンパ緩衝層１３と、光透過性スタンプパターン層１５とから構成されており、前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパ。
【選択図】図１

Description

本発明はナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置（ナノインプリント装置）に関する。更に詳細には、本発明は、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反りと表面突起の双方に同時に追従することができるナノインプリント用スタンパ及び該スタンパを使用する微細構造転写装置（ナノインプリント装置）に関する。
コンピュータなどの各種情報機器の目覚ましい機能向上により、使用者が扱う情報量は増大の一途を辿り、ギガ単位領域に達している。このような環境下において、これまでよりも一層記録密度の高い情報記憶・再生装置やメモリーなどの半導体装置に対する需要が益々増大している。
記録密度を増大させるには、一層微細な加工技術が必要となる。露光プロセスを用いた従来の光リソグラフィー法は、一度に大面積を微細加工することができるが、光の波長以下の分解能を持たないため、自ずから光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微細構造の作製には適さない。光の波長以下の微細構造の加工技術として、電子線を用いた露光技術、Ｘ線を用いた露光技術及びイオン線を用いた露光技術などが存在する。しかし、電子線描画装置によるパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザ等の光源を使用した一括露光方式によるものと異なって、電子線で描画するパターンが多ければ多いほど、描画（露光）時間がかかる。従って、記録密度が増大するにつれて、微細パターンの形成に要する時間が長くなり、製造スループットが著しく低下する。一方、電子線描画装置によるパターン形成の高速化を図るために、各種形状のマスクを組み合わせてそれらに一括して電子線を照射する一括図形照射法の開発が進められているが、一括図形照射法を使用する電子線描画装置は大型化すると共に、マスクの位置を一層高精度に制御する機構が更に必要になり、描画装置自体のコストが高くなり、結果的に、媒体製造コストが高くなるなどの問題点がある。
光の波長以下の微細構造の加工技術として、従来のような露光技術に代えて、プリント技術による方法が提案されている。例えば、非特許文献１には、「ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術」に関する論文が掲載されている。ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術は、前もって電子線露光技術等の光の波長以下の微細構造の加工技術を用いて、所定の微細構造パターンを形成した原版をレジスト塗布被転写基板に加圧しながら押し当て、原版の微細構造パターンを被転写基板のレジスト層に転写する技術である。原版さえあれば、特別に高価な露光装置は必要無く、通常の印刷機レベルの装置でレプリカを量産できるので、電子線露光技術等に比較してスループットは飛躍的に向上し、製造コストも大幅に低減される。
ナノインプリントリソグラフィー(NIL)技術において、レジストとして熱可塑性樹脂を使用する場合、その材料のガラス転移温度(Tg)近傍又はそれ以上の温度に上げて加圧して転写する。この方式は熱転写方式と呼ばれ、非特許文献２に記載されている。熱転写方式は熱可塑性の樹脂であれば汎用の樹脂を広範に使用できる利点がある。これに対し、レジストとして感光性樹脂を使用する場合、紫外線などの光を曝露すると硬化する光硬化性樹脂により転写する。この方式は光転写方式と呼ばれ、非特許文献３に記載されている。
光転写方式のナノインプリント加工法では、特殊な光硬化型の樹脂を用いる必要があるが、熱転写方式と比較して、転写印刷版や被印刷部材の熱膨張による完成品の寸法誤差を小さくできる利点がある。また、装置上では、加熱機構の装備や、昇温、温度制御、冷却などの付属装置が不要であること、更に、ナノインプリント装置全体としても、断熱などの熱歪み対策のための設計的な配慮が不要となるなどの利点がある。
光転写方式のナノインプリント装置の一例は前記非特許文献３に記載されている。この装置は、紫外線を透過できる石英又はサファイア製のモールド（原盤）を光硬化性樹脂の塗布された被転写基板に押し当て、上部から紫外線を照射するように構成されている。しかし、硬質な石英又はサファイア製のモールドを硬質な被転写基板に圧接させると、モールドのパターン構造が損傷し易いことが知られている。
均一で欠陥の無い転写を実現するためには、スタンパ表面に形成されている微細構造を、被転写基板表面に密着させる必要がある。しかし、被転写基板自体に反りがあったり、又は硬質モールドと被転写基板との間に異物が入り込んだり、或いは被転写基板表面の不規則突起の存在により、硬質モールドと被転写基板との間に隙間が発生し、密着性が阻害されることがある。その結果、光硬化型樹脂にパターンを形成したときに、隙間の分だけベース層の膜厚が厚くなる。厚いベース層はエッチングで取り除くことが不可能であり、結果的に製品のエッチング不良の主要な原因となる。
これらの問題点を解決するため、硬質モールドのパターンを重合体材料に転写した重合体スタンプを二次レプリカとして硬質モールドの代わりに使用することが特許文献１に提案されている。重合体スタンプは柔軟で弾力性があるので、硬質な被転写基板に強く当接されてもスタンプのパターンが欠けるなどの事故は殆ど起こらず、しかも、突起や異物が存在する箇所以外は、重合体スタンプが被転写基板に密着するので、ベース膜厚が薄くなり、エッチング処理が可能となる。また、原型となる硬質モールドさえあれば、重合体スタンプは幾らでも生産できるため、重合体スタンプ自体の製造コストは非常に安価であり、スタンパを複数回使用してプリントコストを安価に抑えることもできるし、あるいは１回ないし数回程度使用するだけでスタンパを廃棄することもできる。
図１３は前記特許文献１に提案されている重合体スタンプの一例を使用したナノインスタンパによるインプリント処理の概要説明図である。図１０において、符号１００は従来技術によるハードバックアップ型スタンパを示す。バックアッププレート１０２の材質は肉厚の透明ガラスである。パターン層１０４を表面に有する透明な重合体スタンプ１０６は透明な多層構造弾性体層１０８を介して透明なスタンパベース１１０に保持されている。被転写基板１１２は基板載置台１１４の上面に載置されている。説明の目的のために、被転写基板１１２の反り及び基板表面の突起１１６は誇張されている。
重合体スタンプ１０６は例えば、厚さが０．５〜５μｍで、ヤング率が２〜３ＧＰａの透明なポリエステル系樹脂などから形成されている。スタンパベース１１０は厚さが２ｍｍ程度の透明なガラス又はプラスチックである。多層構造弾性体層１０８は例えば、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、アクリルゴムなどから形成されており、積層数は一般的に、４層〜６層程度である。この多層構造弾性体からなる多層構造弾性体層１０８の存在により基板１１２の反りや突起又は基板表面に侵入する異物１１６に対して重合体スタンプ１０６を追従させるようにしていた。
しかし、スタンパ１００を弾性体構造として、基板１１２の反りや突起・異物１１６に追従させる場合、例えば、波長の短い突起・異物１１６に追従させるため柔らかくすると波長の長い“うねり”が発生して基板の反りへの追従性が低下し、一方、基板の反りへの追従性を高めると異物・突起への追従性が低下するなど、形状の波長が大きく異なる反りと突起・異物の双方に同時に対応することが困難であった。
特開２００７−５５２３５号公報 S. Y. Chou et al., Appl. Phys. Lett., vol.67 (1995), pp.3114 平井義彦、「ナノインプリント法によるナノ構造体」、精密工学会誌、70(10)(2004),pp.1223-1227 谷口他、「ナノインプリント技術の現状」、砥粒学会誌、46(6)(2002),pp.282-286
従って、本発明の目的は、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起（異物を含む）の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる新規な構造を有するナノインプリント用スタンパを提供することである。
本発明の別の目的は前記ナノインプリント用スタンパを有する微細構造転写装置（ナノインプリント装置）を提供することである。
前記課題を解決するための手段として、請求項１における発明は、ナノインプリント用スタンパであって、光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートと、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とから構成されており、前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパである。
この発明によれば、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと光透過性硬質基板との間に光透過性弾性体プレートが介在するので、基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形し、スタンパ全体が一体的に基板の反りに対応することができる。一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従することができる。斯くして、本発明のナノインプリント用スタンパは、被転写基板の形状の波長が大きく異なる反り及び表面突起・異物の双方に同時に追従し、欠陥が少なく均一な転写を行うことができる。
前記課題を解決するための手段として、請求項２における発明は、前記光透過性硬質基板はガラス板、石英板及びプラスチック板からなる群から選択される材料からなり、前記光透過性弾性体プレートはウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースはガラス、石英、サファイア、アクリル樹脂及び硬質塩化ビニールからなる群から選択される材料からなり、厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であり、前記光透過性スタンパ緩衝層はアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、厚さは１０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、ヤング率は１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内であり、前記光透過性スタンプパターン層は前記光透過性スタンプパターン層は、ポリエステル系樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される材料からなり、ヤング率は１ＧＰａ〜５ＧＰａの範囲内であり、厚さは０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用スタンパである。
この発明によれば、本発明のナノインプリント用スタンパを構成するための好ましい材料、厚さ及びヤング率などが特定される。
前記課題を解決するための手段として、請求項３における発明は、前記光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第１の部材と、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第２の部材とに分離可能に構成され、前記第２の部材は前記第１の部材に対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用スタンパである。
この発明によれば、スタンパを、光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第１の部材と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第２の部材との２つの構成部材に分け、第２の部材を前記第１の部材に対して着脱可能に設けるので、転写作業において異なるスタンプパターン層が必要になったときに、所望のスタンプパターン層を有する別の第２の部材に簡単に交換することができ、作業性が飛躍的に向上する。また、第１の部材を共用できるので、スタンパ全体のコストも安価に抑えることができる。
前記課題を解決するための手段として、請求項４における発明は、真空吸着手段により前記第２の部材を前記前記第１の部材に対して着脱可能に設けることを特徴とする請求項３記載のナノインプリント用スタンパである。
この発明によれば、第２の部材を真空吸着により第１の部材に対して着脱可能にしているので、第２の部材の交換作業が極めて容易に実施できる。
前記課題を解決するための手段として、請求項５における発明は、モールドとして請求項１〜４の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用する微細構造転写装置である。
この発明によれば、モールドとして請求項１〜４の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用することにより、基板の反りと基板表面の突起・異物の双方に対してそれぞれ同時に申し分のない追従性を発揮する微細構造転写装置が得られる。
本発明のナノインプリント用スタンパは、基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応し、一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従する。このように、被転写基板の反りと基板表面に存在する突起や異物に対する追従性を分離したことにより、それぞれ独立して機械的条件を設定することができる。その結果、これらの条件を最適化することにより、基板の反りと突起・異物の双方に対して均一な転写を行うことが可能になった。
また、本発明のナノインプリント用スタンパはスタンパ緩衝層も薄いので、従来の多層構造弾性体を使用するナノインプリント用スタンパに比べて、緩衝層内での平面方向変形が小さく抑えられる。その結果、スタンパ押し付け時のスタンプパターン層の微細構造の位置ずれや寸法変形が少なく、転写の高精度化が図れるばりか、スタンプパターン層の微細構造の寿命も長くなる。
図１は本発明のナノインプリント用スタンパの一実施態様の概要断面図である。本発明のナノインプリント用スタンパ１は基本的に、光透過性の硬質基板７と、光透過性の弾性体プレート９と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース１１と、光透過性スタンパ緩衝層１３と、光透過性スタンプパターン層１５とから構成されている。光透過性の硬質基板７と光透過性の弾性体プレート９はいわゆるバックアッププレートである。図１に示された実施態様では、光透過性の硬質基板７、光透過性の弾性体プレート９、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース１１、光透過性スタンパ緩衝層１３及び光透過性スタンプパターン層１５はそれぞれ一体構造体として構成されている。
本発明のナノインプリント用スタンパ１の特徴は、被転写基板（図示されていない）の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応し、一方、基板表面の突起・異物に対してはスタンプパターン層よりも軟質なスタンパ緩衝層の変形により追従する。このように、基板の反りと突起・異物に対する追従性機構を分離することにより、それぞれ独立して機械的条件を設定できるために、この最適化により被転写基板の反りと基板表面の突起・異物との双方に対して同時に対応して、均一な転写を行うことが可能になることである。
ナノインプリントの種類に応じてスタンプパターン層１５を変更する必要がある。そのため、図２に示される本発明の別の実施態様では、ナノインプリント用スタンパ１Ａは、光透過性の硬質基板７と光透過性の弾性体プレート９とからなる第１の部材３と、光透過性で可撓性の硬質スタンパベース１１と光透過性スタンパ緩衝層１３及び光透過性スタンプパターン層１５とからなる第２の部材５との２つの構成部材に分離できるように構成されている。この実施態様では、第２の部材５を第１の部材３に真空吸着させることにより、第２の部材５を交換可能にしている。この目的を達成するため、弾性体プレート９の下面側には第２の部材５を真空吸着するための吸着手段１７が配設されており、この吸着手段１１は適当な排気管１９に連通している。図示されていないが、排気管１９の端部は適当な排気手段（例えば、真空ポンプ）などに接続されている。
図３は、第２の部材５を第１の部材３に真空吸着させることにより結合させた状態の概要断面図である。真空吸着を中止することにより、必要に応じて何時でも第２の部材５と第１の部材３とを、図２に示されるように簡単に分離させることができる。このように、本発明のナノインプリント用スタンパ１においては、必要に応じて極めて容易に第２の部材５を交換することができ、結果的にスタンプパターン層１５を簡単に変更することができる。すなわち、スタンプパターン層１５の異なる多種類の第２の部材５を予め製作しておくことにより、その時々の要求に簡単に応じることができる。また、スタンプパターン層１５が摩耗してしまったら新品へ容易に交換することもできる。第１の部材３自体は共用できるので、少なくとも１個だけ有れば良く、その結果、スタンパ全体のコストは安価に抑えられる。
吸着手段１７は例えば、円環状の溝などであることができる。この場合、円環の内径は光透過性スタンプパターン層１５の外径よりも大きいことが好ましい。円環の内径が光透過性スタンプパターン層１５の外径よりも小さいと、第１の部材３で第２の部材５を押圧したときに、光透過性スタンプパターン層１５の外周縁寄り部分が不整変形する可能性がある。また、円環状の吸着手段１７の内径が光透過性スタンプパターン層１５の外径よりも大きいと、上部からの露光紫外線が円環状の吸着手段１７により干渉や散乱などを受け難く、レジスト硬化に悪影響が出ないという利点もある。
別法として、吸着手段１７は渦巻き状の溝であることもできる。この場合、上部からの露光紫外線が渦巻き状の吸着手段１７により干渉や散乱などを受けることも多少はあるが、渦巻き状の溝の場合、吸着面積を大きくとることができるばかりか、吸着力を均等に分散させることができ、第２の部材のスタンパベースに局部的な不整変形を生じさせること無く、第２の部材を真空吸着することができる。渦巻き状の溝の外径は光透過性スタンプパターン層１５の外径よりも大きいことが好ましい。言うまでもなく、その他の形状（例えば、皿状）の吸着手段も使用できる。
光透過性硬質基板７は厚さが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の比較的厚い透明なガラス板、石英板又はプラスチック板（例えば、アクリル樹脂板、硬質塩化ビニール板など）である。光透過性硬質基板７は厚さが１０ｍｍ未満では機械的強度が不十分となり、上部からスタンパ１又は１Ａを押圧したときに破損などの予期せぬ事故が起こりかねない。一方、光透過性硬質基板７の厚さが３０ｍｍ超の場合、必要十分な機械的強度が得られる反面、光透過率が低下し好ましくない。
弾性体プレート９は厚さが３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の比較的厚い透明なゴム部材である。本発明のナノインプリント用スタンパ１において使用可能な透明なゴム部材は、例えば、ウレタンゴム又はシリコンゴムなどである。弾性体プレート９の厚さが３ｍｍ未満の場合、スタンパベース１１を変形させることができない。一方、弾性体プレート９の厚さが１５ｍｍ超の場合、横方向のズレが大きくなり転写ズレを起こす恐れがある。
光透過性硬質基板７と弾性体プレート９とは接着剤で一体化させることもできるし、あるいは真空吸着などにより一体化させることもできる。接着剤としては、アクリルゴム系光学接着剤又はＵＶ硬化型ポリエステル樹脂などを使用できる。これらは何れも光透過性である。別法として、弾性体プレート９を光透過性硬質基板７に機械的に挟み込んで一体化させることもできる。例えば、弾性体プレート９と光透過性硬質基板７の外周をリング形状の押さえを使用して固定することができる。真空吸着と機械的固定手段とを併用することもできる。
スタンパベース１１は、被転写基板に反りが有る場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ１が、被転写基板の反りに追従できるようにするため使用されている。従って、スタンパベース１１は可撓性を有する硬質の薄板で、光透過性材料から形成されている。例えば、ガラス、石英、サファイア、透明プラスチック（例えば、アクリル樹脂、硬質塩化ビニールなど）を使用できる。光透過性とコスト面からガラス板が好ましい。スタンパベース１１が薄いほど変形が容易となり、被転写基板の反りへの追従が容易かつ確実になる。スタンパベース１１の厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内である。スタンパベース１１の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、可撓性が高く追従変形機能は十分であるが、薄すぎて取り扱いが困難になる。一方、スタンパベース１１の厚さが１．０ｍｍ超の場合、取り扱い性は申し分ないが、可撓性が無くなり追従変形機能が不十分となる。
スタンパ緩衝層１３は被転写基板の表面に突起又は異物などが存在する場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ１がこれら突起又は異物などに追従して変形できるようにするために使用されている。スタンパ緩衝層１３は例えば、透明なアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどから形成できる。スタンパ緩衝層１３の厚さは１０μｍ〜１５０μｍの範囲内である。スタンパ緩衝層１３の厚さが１０μｍ未満の場合、被転写基板の表面の突起・異物の高さがこれ以上のときに変形対応できない恐れがある。一方、スタンパ緩衝層１３の厚さが１５０μｍ超の場合、突起・異物の高さに対して厚すぎて、スタンパ押し付け時にスタンプパターン層の微細構造パターンの位置ずれや寸法変形を起こす可能性がある。前記のように、スタンパ緩衝層１３は被転写基板の表面に突起又は異物などが存在する場合に、本発明のナノインプリント用スタンパ１がこれら突起又は異物などに追従して変形できるようにするために使用されているので、スタンパ緩衝層１３は下記で説明するスタンプパターン層１５よりも柔軟でなければならない。このため、スタンパ緩衝層１３のヤング率は１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内である。スタンパ緩衝層１３のヤング率が１ＭＰａ未満の場合、スタンパ緩衝層１３が軟質過ぎて突起又は異物に対して本発明のナノインプリント用スタンパ１は追従できない恐れがある。一方、スタンパ緩衝層１３のヤング率が１００ＭＰａ超の場合、スタンパ緩衝層１３が硬質過ぎて突起又は異物に対して本発明のナノインプリント樹脂スタンパ１は追従できない恐れがある。
スタンプパターン層１５は光透過性材料から形成されていなければならない。スタンプパターン層１５の形成材料は例えば、ポリエステル系樹脂又はアクリル樹脂などである。特に、紫外線（ＵＶ）硬化型ポリエステル樹脂は離型性に優れているので好ましい。しかし、スタンパ緩衝層１３と異なり、スタンプパターン層１５はスタンパ緩衝層１３ほどの柔軟性と弾力性を有する必要はない。ナノインプリント用スタンパ１と被転写基板（図示されていない）との間に突起や異物が介在した場合に、その突起や異物に応じて曲げ変形が可能な程度の柔軟性と弾力性を有すればよい。スタンプパターン層１５のヤング率は１ＧＰａ〜５ＧＰａの範囲内である。スタンプパターン層１５のヤング率が１ＧＰａ未満の場合、柔軟過ぎて、押し付け時の押圧力で微細構造パターンが座屈する可能性があり、ナノインプリント処理が困難になるなどの不都合が生じる。一方、スタンプパターン層１５のヤング率が５ＧＰａ超の場合、硬すぎて、基板表面の突起・異物に対して変形が困難になるなどの不都合が生じる。前記のように、スタンプパターン層１５よりもスタンパ緩衝層１３の方が軟質なので、スタンプパターン層１５の変形はスタンパ緩衝層１３の変形により吸収され、その結果、被転写基板表面の突起・異物に対して申し分のない追従性が得られる。また、スタンプパターン層１５の厚さは一般的に、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内である。スタンプパターン層１５の厚さが０．１μｍ未満の場合、樹脂パターン形成時に塗布した樹脂量が不足し、パターン欠陥が発生しやすい。一方、スタンプパターン層１５の厚さが１０μｍ超の場合、被転写基板表面の突起・異物に対して変形が困難になる。
スタンパベース１３とスタンパ緩衝層１５とスタンプパターン層１７は、それ自体が互いに接着性があるので、特別な手段を講じなくても容易に一体化させることができる。例えば、スタンパベース１３の表面にスタンパ緩衝層形成材料をスピンコートするか又はモールドすることによって一体的に形成することができる。しかし、所望により例えば、適当な接着剤などにより一体化させることもできる。接着剤としては、アクリルゴム系光学接着剤又はＵＶ硬化型ポリエステル樹脂などを使用できる。これらは何れも光透過性である。
図４は、スタンパ緩衝層１３の下面にスタンプパターン層１５を形成する処理方法の一例を示す概要図である。下部平面台２１の上面に原盤（マスター）２５を載置し、原盤２５の上面に位置決め板２７を配置する。原盤２５の上面に、スタンプパターン層１５の形成用光硬化型樹脂２９を適量塗布する。光硬化型樹脂２９の塗布はディスペンス法やスピンコート法など任意の慣用方法で実施できる。ディスペンス法では、光硬化型樹脂２９が原盤２５の表面に滴下する。塗布後、スタンパベース１１とスタンパ緩衝層１３とからなる積層体を保持した上部平面板３３を静かに下降させながら位置決めを行う。位置決めが済んだら、上部平面板３３に所定の圧力を加え、スタンパ緩衝層１３を原盤２５に圧接させる。滴下された光硬化型樹脂２９はスタンパ緩衝層１３が原盤２５に接触することで原盤２５及びスタンパ緩衝層１３の全面に渡って拡がる。加圧すると、形成されるスタンプパターン層１５の厚さを薄くすることができる。加圧しながら、ＵＶ光を適当な時間露光して樹脂を硬化させ、原盤２５のパターンが転写されたスタンプパターン層１５を形成する。原盤２５の形成は当業者に公知慣用の任意の方法により実施することができる。例えば、原盤２５は光リソグラフィー法、電子線を用いた露光技術、Ｘ線を用いた露光技術及びイオン線を用いた露光技術などにより作製することができる。
図５は、図４に示された処理により得られた本発明のナノインプリント用スタンパ１の部分拡大断面図である。原盤２５のパターンが凹パターンであれば、スタンプパターン層１５は反対の凸パターンを有する。従って、原盤２５のパターンが凸パターンであれば、スタンプパターン層１５は凹パターンとなる。この後、所望により、スタンプパターン層１５の外表面に離型処理膜３５を成膜することもできる。離型処理膜３５は本発明のナノプリント用樹脂スタンパ１と被転写基板（図示されていない）との離型性を高める効果が期待できる。離型処理膜３５の形成材料は例えば、弗素系又はシリコーン系材料などである。離型処理膜３５の形成方法は例えば、噴霧、蒸着、浸漬、刷毛塗りなどである。離型処理膜３５の膜厚は例えば、浸漬処理の場合、数ｎｍ程度である。
図６は本発明による微細構造転写装置の一例の概要構成図である。本発明による微細構造転写装置４０において、ナノインプリント用スタンパ１Ａはスタンパ保持治具４２により昇降可能に保持されている。所望により、スタンパ保持治具４２にはＸＹ移動機構を配設し、樹脂スタンパ１を位置決めすることもできる。スタンパ保持治具４２の上部には露光装置４４が配置されている。露光装置４４はスタンパ保持治具４２に保持させることもできるし、あるいは独立に配置することもできる。露光装置４４は、紫外線照射板（例えば、サファイア板）４６と、照射レンズ４８と、紫外光導光手段（例えば、光ファイバ）５０とからなる。
また、図６に示される本発明による微細構造転写（ナノインプリント）装置４０において、ステージ５２の上面には、被転写基板１１２が載置されている。被転写基板１１２は図１３に示した従来技術で使用されていた基板と同一である。従って、基板１１２は反り及び突起１１６が存在するものとして図示されている。ステージ５２の形成材料は、石英、サファイア、ガラス、金属（例えば、ステンレス、アルミニウム等）、セラミック又はプラスチック樹脂（例えば、シリコーンゴム）など任意の材料を使用できる。ステージの上面は平面状であってもよく、又は曲面状であることもできる。上面が曲面状のステージは本願出願人により出願された特願２００７−２９５４５８号明細書に記載されている。図示されていないが、ステージ５２には基板１１２をチャックするための機構及び基板をステージから脱着させる機構を配設することもできる。基板チャック機構としては例えば、真空吸着機構などを、また、基板脱着機構としてはピン突き上げ機構又はリフトアップ機構など当業者に公知慣用の機構を使用できる。スタンパ保持治具４２にＸＹ移動機構を配設せずに、ステージ５２にＸＹ移動機構を配設して被転写基板１１２の位置決めを行うこともできる。
被転写基板１１２は、ナノインプリント用スタンパ１のスタンプパターン層１５に形成された微細パターンが転写されるものである。被転写基板１１２の材料としては、シリコン、ガラス、金属（例えば、アルミニウム等）、合成樹脂（例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等）などが使用できる。必要に応じて、被転写基板１１２の表面には金属層、樹脂層又は酸化膜層などを予め形成しておくこともできる。被転写基板１１２の形状は円形、楕円形、矩形、多角形などの任意の形状を採用できる。また、ドーナツ状のディスク基板も使用できる。
図７は図６に示された微細構造転写（ナノインプリント）装置４０において、スタンパ１Ａがステージ５２上の被転写基板１１２に押圧された状態の模式的断面図である。本発明のナノプリント用スタンパ１Ａが基板１１２に押圧されても、スタンパ１Ａ自体は基板１１２の反りを平坦化することは無い。基板１１２を無理に平坦化させようとすると、基板１１２に亀裂などが生じるからである。本発明のナノプリント用スタンパ１Ａは基板１１２に押圧されると、基板の反りに従って、可撓性を有する硬質のスタンパベース１１が曲り、このスタンパベース１１の曲がり変形は上部の弾性体プレート９の変形により吸収される。弾性体プレート９の上部は硬質基板７なので弾性体プレート９の変形は硬質基板７により止められる。このように、本発明のナノプリント用スタンパでは、被転写基板の反りに対しては、光透過性で可撓性の硬質薄板からなるスタンパベースが変形して追従すると共に、弾性体プレートも変形してスタンパ全体が一体的に基板の反りに対応する。そのため、本発明のナノプリント用スタンパ１Ａを使用する微細構造転写（ナノインプリント）装置４０は非常に優れた転写寸法精度が得られる。また、前記のような構造のため、本発明のスタンパ１Ａは低い押圧力で転写作業を実施することができ、スタンプパターン層１５の寿命が長くなるという利点もある。
これに対して、図１３に示されるような従来のスタンパでは、図８に示されるように、基板１１２にスタンパ１００が押圧されると、重合体スタンプ１０６が優先的に変形して基板１１２の突起１１６に追従するが、多層構造弾性体層１０８は基板１１２の反りに追従しない。従って、重合体スタンプ１０６の中央部付近が強く圧縮され、その結果、パターン層１０４が不整変形し、転写寸法精度が低下する。また、多層構造弾性体層１０８を基板１１２の反りに追従させようとすると、本発明のスタンパ１又は１Ａの押圧力の２倍以上の押圧力が必要となり、重合体スタンプ１０６のパターン層１０４の寿命が短くなるという欠点もある。
被転写基板１１２の上面には、後記するナノインプリントパターン層５６（図１０参照）の形成材料となる光硬化型樹脂５４が塗布される。光硬化型樹脂５４の塗布方法としては、インクジェット法、ディスペンス法、スピンコート法などの方法を使用できる。光硬化型樹脂５４の塗布量を簡単に厳密に制御でき、しかも、スタンプパターン層１５に合わせて必要な箇所だけに塗布できるインクジェット法が好ましい。インクジェット法はインクジェットプリンタを用いて行われる。被転写基板１１２に光硬化型樹脂５４を塗布するタイミングは、ステージ５２への載置前又は載置後の何れの時点でもよい。光硬化型樹脂５４としては、樹脂材料に光増感剤を添加した組成物を使用できる。樹脂材料としては、例えば、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレンポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。また、光増感剤としては、例えば、過酸化物、アゾ化合物、ケトン類、ジアゾアミノベンゼン、金属系錯塩などが挙げられる。樹脂と光増感剤との配合割合は当業者が適宜決定できる。
図９は、図６に示された本発明の微細構造転写装置４０による転写状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。被転写基板１１２の表面に塗布された光硬化型樹脂５４にスタンパ１のスタンプパターン層１５が押し付けられている。被転写基板１１２の表面に突起１１６が存在すると、スタンプパターン層１５はこの突起１１６の外周面に沿って変形するが、その変形は上部の低ヤング率のスタンパ緩衝層１３の変形により吸収される。従って、スタンプパターン層１５の変形幅は突起周辺だけに限局される。突起１１６の形状は説明の便宜上、台形にされているが、このような形状に限られないことは言うまでもない。特に、異物の場合、その形状、大きさ、高さなどは全く不定形である。
図１０は光硬化型樹脂５４が露光され硬化した後の転写後の被転写基板１１２の表面の状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。基板表面にはナノインプリントパターン層５６が整然と形成されているが、突起１１６の周辺にはナノインプリントパターン層５６は形成されていない。本発明のスタンパ１を使用すると、基板１１２の突起１１６周辺の転写不良領域を最小化することができる。また、基板１１２の上面から突起１１６までの高さ（ｈ）で、突起１１６の上端部から最初のナノインプリントパターン層５６までの間隔（未追従域：Ｌ）を割って得られた値をスタンパの基板上の突起への追従性として説明することもできる。この値が小さいほどスタンパの基板突起への追従性が優れている。
図１１は図１３に示されるような多層構造弾性体層１０８を有する従来のナノインスタンパ１００による転写状態を示す模式的部分拡大概要断面図である。基板１１２の突起１１６により重合体スタンプ１０６が変形するが、この変形は多層構造弾性体層１０８の変形では吸収されないので、突起１１６周辺には大きな隙間が発生してしまう。その結果、図１２に示されるように、転写不良領域が大きくなり、ナノインプリントの歩留まりが低下することとなる。また、Ｌ／ｈの値も大きくなり、スタンパの基板突起への追従性も劣ることとなる。
以下、実施例により本発明のナノインプリント用スタンパ及び微細構造転写装置について具体的に例証する。本実施例では、図２及び図３に示す真空吸着型ナノインプリント用スタンパ１Ａを使用し、図６に示す微細構造転写装置で、被転写基板１１２へスタンプパターン層１５の微細パターンを転写する作業について説明する。
ナノインプリント用スタンパ１Ａにおいて、第１の部材の光透過性の硬質基板７としては厚さ２０ｍｍのガラス板を使用し、弾性体プレート９としては厚さ１０ｍｍのウレタンゴムを使用した。弾性体プレート９の下面側には円環状の真空吸着用の溝が配設されており、この溝は排気管により外部の真空ポンプに接続されていた。ガラス製硬質基板７を昇降機構４２に保持させた。
第２の部材のスタンパベース１１には厚さ０．７ｍｍのガラス板を使用し、このガラス板の下面側に、アクリル樹脂を塗布し、厚さ約１００μｍのスタンパ緩衝層１３を形成させ、スタンパ緩衝層１３の下面側には厚さ約５μｍの光硬化性ポリエステル樹脂からなるスタンプパターン層１５を形成させた。スタンパ緩衝層１３のヤング率は３０ＭＰａであり、スタンプパターン層１５のヤング率は１ＧＰａであった。第２の部材を第１の部材に真空吸着させた。スタンプパターン層１５パターン面には弗素系離型剤を塗布した。スタンプパターン層１５には、幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍ、深さ１５０ｎｍの溝パターンが形成されていた。
微細構造転写装置４０において、ＸＹ移動機構付きのステンレス製のステージ５２上に、厚さ０．７ｍｍ、直径１００ｍｍのエピタキシャル膜付きサファイア基板１１２を載置した。このサファイア基板は水平面に対して中心部で高さ１００μｍの反りを有しており、突起は高さ１０μｍ以下のものが１００個程度存在していた。サファイア基板１１２の上面に市販のインクジェットプリンタで、スタンプパターン層１５のパターンに対応させて、光硬化性アクリレート樹脂５４をインクジェット塗布した。
昇降機構４２を下降させ、ナノインプリント用スタンパ１をシリコン基板１１２に０．３ＭＰａの押し付け力で圧接させた。その後、露光装置４４からＵＶ光を照射し、光透過性のナノインプリント用スタンパ１を通してサファイア基板１１２上の光硬化性アクリレート樹脂５４を硬化させた。露光時間は４０秒間であった。前記樹脂が硬化した後、昇降機構４２を上昇させ、ナノインプリント用スタンパ１Ａからサファイア基板１１２を分離させた。サファイア基板１１２の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍ、深さ１５０ｎｍのナノインプリントパターン層５６が平行に形成されていた。ナノインプリント用スタンパ１Ａの基板上の突起への追従性（Ｌ／ｈ）は３〜８であった。また、パターン層の寸法変化は５ｐｐｍ以下であった。
比較例１
比較例として、図１３に示す従来技術のナノインスタンパ１００を用いて同じ基板にナノインプリント処理を施した。ナノインスタンパ１００において、部材１０２は厚さ２０ｍｍのガラス板であり、１１０は厚さ１ｍｍのガラス板であり、中間層の部材１０８はは厚さ１ｍｍのポリウレタンゴムとポリエステル樹脂からなる多層構造体であり、部材１０６は本発明のナノインスタンパ１で使用したスタンプパターン層１５と同じものを使用した。ナノインスタンパ１００をサファイア基板１１２に０．６ＭＰａの押し付け力で圧接させた。その後、露光装置４４からＵＶ光を照射し、光透過性のナノインスタンパ１００を通してサファイア基板１１２上の光硬化性アクリレート樹脂５４を硬化させた。露光時間は４０秒間であった。前記樹脂が硬化した後、昇降機構４２を上昇させ、ナノインスタンパ１００からサファイア基板１１２を分離させた。サファイア基板１１２の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、幅１００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍ、深さ１５０ｎｍのナノインプリントパターン層５６が平行に形成されていたが、スタンパ１００の基板上の突起への追従性（Ｌ／ｈ）は１５〜３０であり、押し付け力と基板の反りに追従する中間層１０８の変形によりパターン層５６の寸法変化は１０〜３０ｐｐｍであった。
以上、本発明のナノインスタンパ及び微細構造転写装置についてＵＶナノインプリントを中心にして説明してきたが、本発明のナノインスタンパ及び微細構造転写装置はＵＶナノインプリントに限定されることなく、所望により、熱ナノインプリント又はソフトリソグラフィーにも使用することができる。熱ナノインプリント又はソフトリソグラフィーに使用する場合には、それぞれ必要な変更を施すことができる。このような変更（例えば、加熱冷却手段の配設等）は当業者に公知である。
本発明のナノインスタンパ及び微細構造転写装置は大容量メディアディスク（磁気及び光の両方）、半導体、超高密度プリント配線基板などの製作に使用できるばかりか、バイオセンサー、ＤＮＡチップ、マイクロ流路デバイス、ＦＥＤ／ＳＥＤ、有機ＥＬ、高機能光学部材、太陽電池表面部材、ナノレンズアレイ、光集積回路、光デバイス、光配線及び有機半導体などの製作にも使用することができる。
本発明のナノインプリント用スタンパであって、分離不可能な一体型スタンパの一実施態様の概要断面図である。 本発明のナノインプリント用スタンパであって、２つの部材に分離させることができる分離型スタンパの一実施態様の概要断面図である。 図２における２つの部材に分離された分離型スタンパを真空吸着により結合させた状態を示す概要断面図である。 スタンパ緩衝層１３の下面にスタンプパターン層１５を形成する処理方法の一例を示す概要図である。 図４に示された処理により得られた本発明のナノインプリント用スタンパ１の部分拡大断面図である。 本発明による微細構造転写装置の一例の概要構成図である。 図６に示された微細構造転写装置４０において、スタンパ１Ａがステージ５２上の被転写基板１１２に押圧された状態の模式的概要断面図である。 図１３に示された従来技術のスタンパ１００がステージ１１４上の被転写基板１１２に押圧された状態の模式的概要断面図である。 図５に示された本発明の微細構造転写装置４０による転写状態を示す部分拡大概要断面図である。 光硬化型樹脂５４が露光され硬化した後の転写後の被転写基板１１２の表面の状態を示す部分拡大概要断面図である。 図１３に示される従来技術のナノインスタンパによる転写状態を示す部分拡大概要断面図である。 図１１において光硬化型樹脂５４が露光され硬化した後の転写後の被転写基板１１２の表面の状態を示す部分拡大概要断面図である。 従来技術のナノインスタンパによるインプリント処理の概要説明図である。
符号の説明
１，１Ａ 本発明のナノインプリント用スタンパ
３ 第１の部材
５ 第２の部材
７ 光透過性硬質基板
９ 弾性体プレート
１１ スタンパベース
１３ スタンパ緩衝層
１５ スタンプパターン層
１７ 吸着手段
１９ 排気管
２１ 下部平面台
２５ 原盤（マスター）
２７ 位置決め板
２９ 光硬化型樹脂
３３ 上部平面板
３５ 離型処理膜
４２ 昇降機構
４４ 露光装置
４６ 紫外線照射板
４８ 照射レンズ
５０ 紫外光導光手段
５２ ステージ
５４ 光硬化型樹脂
５６ ナノインプリントパターン層
１００ 従来技術のハードバックアップ型ナノインスタンパ
１０２ バックアッププレート
１０４ パターン層
１０６ 重合体スタンプ
１０８ 多層構造弾性体層
１１０ スタンパベース
１１２ 被転写基板
１１４ 基板載置台
１１６ 突起

Claims (5)

  1. ナノインプリント用スタンパであって、
    光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートと、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とから構成されており、
    前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパ。
  2. 前記光透過性硬質基板はガラス板、石英板及びプラスチック板からなる群から選択される材料からなり、
    前記光透過性弾性体プレートはウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、
    前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースはガラス、石英、サファイア、アクリル樹脂及び硬質塩化ビニールからなる群から選択される材料からなり、厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であり、
    前記光透過性スタンパ緩衝層はアクリル系樹脂、ポリウレタンゴム及びシリコンゴムからなる群から選択される材料からなり、厚さは１０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、ヤング率は１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内であり、
    前記光透過性スタンプパターン層は前記光透過性スタンプパターン層は、ポリエステル系樹脂及びアクリル樹脂からなる群から選択される材料からなり、ヤング率は１ＧＰａ〜５ＧＰａの範囲内であり、厚さは０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用スタンパ。
  3. 前記光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートとからなる第１の部材と、前記光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とからなる第２の部材とに分離可能に構成され、前記第２の部材は前記第１の部材に対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用スタンパ。
  4. 真空吸着手段により前記第２の部材を前記前記第１の部材に対して着脱可能に設けることを特徴とする請求項３記載のナノインプリント用スタンパ。
  5. モールドとして請求項１〜４の何れかに記載のナノインプリント用スタンパを使用することを特徴とする微細構造転写装置。
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