JP5246973B2

JP5246973B2 - 光インプリント用部材および光インプリント装置

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Publication number: JP5246973B2
Application number: JP2011500609A
Authority: JP
Inventors: 宏輔河口; 裕宜田村
Original assignee: Scivax Corp
Current assignee: Scivax Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: WO2010095614A1; JPWO2010095614A1

Description

この発明は、高い圧力を加えることが可能な光インプリント用部材および光インプリント装置に関するものである。

近年、マイクロオーダ、ナノオーダの超微細なパターンを形成する方法として、光インプリント技術が注目されている。これは、基板と型の間に光硬化性を有する液状の樹脂を充填し、紫外線等の光（電磁波）の照射を行って当該樹脂を硬化させ、型のパターンを樹脂に転写する技術である。

従来の光インプリント装置では、型を樹脂に押圧するための加圧手段が光源と独立して設けられている。そのため、型の転写領域に光を照射するためには、型の転写領域を避けた周囲の部分のみを加圧するしかなかった（例えば、特許文献１）。

特表２００５−５３３３９３（段落００２３、図５）

しかしながら、このような構造では、大きな加圧力を型及び被成型物に対して負荷することはできなかった。また、型や基板に歪みがあると型の転写領域において加圧力を十分に負荷することができないため、樹脂がパターンに充填されず、転写不良を生じるという問題があった。

そこで本発明は、型の転写領域を被成型物（樹脂等）に押圧しながら、当該被成型物に光を照射することができる光インプリント用部材および光インプリント装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光インプリント用部材は、型のパターンを被成型物に転写するためのものであって、前記被成型物に光を照射するための光源を有する光照射部と、前記光源の光を透過可能な材料で形成されると共に、前記型の転写領域を前記被成型物に押圧するための押圧面を有する押圧部と、を具備することを特徴とする。

この場合、前記光源は、型の転写領域に応じて複数設けられる。また、前記光源には、発光ダイオードを好適に用いることができる。

また、「前記加圧手段」又は「前記型及び前記被成型物を載置する載置手段」の少なくともいずれか一方と着脱可能な着脱手段を具備する方が好ましい。

また、前記光照射部は金属によって形成することができる。この場合、前記光照射部を電源と接続する接続手段を具備し、前記光源の電極の一方は前記光照射部に接続するように形成することができる。また、前記光源の電極のうち、前記光照射部と接続されていない電極に接続される導電手段と、前記導電手段と前記光照射部とを電気的に絶縁する絶縁層と、を具備するようにしても良い。

また、前記光照射部は、光を散乱する反射ドットが形成された導光板と、当該導光板の側部から光を照射する光源とを具備するようにしても良い。

また、前記押圧部は石英ガラスによって形成することができる。

また、前記光照射部と前記押圧部は石英ガラスで一体的に形成しても良い。この場合、前記光照射部は、複数の前記光源の各電極にそれぞれ接続される共通の導電手段を形成することができる。

前記押圧部は、前記光源からの光が少なくとも前記型の転写領域全体に照射される厚みを有するように形成される。

本発明の光インプリント装置は、型のパターンを被成型物に転写するための装置であって、前記型と被成型物とを加圧するための加圧手段と、上述した本発明の光インプリント用部材と、を具備することを特徴とする。

また、本発明のインプリント用部材が、光源を発光ダイオードを用いるものか、あるいは、前記光照射部に、光を散乱する反射ドットが形成された導光板と、当該導光板の側部から光を照射する光源とを具備するよう形成される場合には、少なくとも前記型及び前記被成型物並びに前記光インプリント用部材を内包する雰囲気を減圧する減圧チャンバを具備するようにしても良い。

本発明の光インプリント用部材および光インプリント装置は、型の転写領域を被成型物に押圧するための押圧面を有するので、大きな加圧力を型及び被成型物に対して負荷することができ、転写領域において型のパターンに被成型物を十分に充填することができる。したがって、転写不良が生じるのを防止することができる
また、型や被成型物を保持する基板に歪みがあっても、型の転写領域を被成型物に押圧しながら、当該被成型物に光を照射することができるので、型のパターンに被成型物を十分に充填することができ、転写不良が生じるのを防止することができる。

本発明の光インプリント用部材の実施形態を示す断面図である。本発明の光インプリント用部材を示す平面図である。本発明の光インプリント用部材を示す背面図である。本発明の光インプリント用部材の別の実施形態を示す断面図である。

１光照射部
２押圧部
10 光インプリント用部材
11 光源
12 反射手段
21 押圧面
13Ａ電極
13Ｂ電極
14 導電手段
31 凹部
100 型
101 転写領域
101a パターン
200 被成型物
300 加圧手段
301 ヘッド
400 載置手段
401 ステージ

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の光インプリント用部材10は、図１に示すように、型100のパターン101aを被成型物200に転写する光インプリント技術に用いられるものであって、被成型物200に光を照射するための光源11を有する光照射部１と、光源11の光を透過可能な材料で形成されると共に、型100の転写領域101を被成型物200に押圧するための押圧面21を有する押圧部２と、で主に構成される。

ここで被成型物200とは、光によって硬化する液体状の材料を意味し、光インプリント技術に用いられるものであればどのようなものでも用いることができる。例えば、光硬化性樹脂等を用いれば良い。光硬化性樹脂は、様々な重合材料を用いることができる。一般に、光重合材料であればどのようなものでも使用できる。光重合樹脂としては、モノマーと光開始剤の混合物がある。このような材料としては、一つ又は複数のフォトレジストを用いれば良い。フォトレジストの粘度を下げるためには、フォトレジストを適当な溶剤で希釈すれば良い。また、被成型物200には、光硬化性の材料を保持する基板201等も含む。なお、基板201側から光硬化性材料に光を照射する場合には、当該基板201は光硬化性材料を硬化させることができる光を透過可能な材料で形成される。

型100としては、被成型物200に所定のパターン101aを転写するための転写領域101を有するものであればどのようなものでも良いが、型100を通して光源11の光を被成型物200に照射する場合には、石英ガラス、耐熱ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、アクリルガラス等の透明な材料が用いられる。

転写領域101のパターン101aの幅（成型面の平面方向の寸法）は、用いられる被成型物200の種類にもよるが、100μｍ以下、10μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、100ｎｍ以下、10ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。更に、このパターン101aの深さは、10以上、100ｎｍ以上、200ｎｍ以上、500ｎｍ以上、１μｍ以上、10μｍ以上、100μｍ以上等種々の大きさに形成される。また、このパターン101aのアスペクト比としては、0.2以上、0.5以上、１以上、２以上等種々のものがある。

光源11は、被成型物200を硬化させることができる波長の光を有するものであればどのようなものでも良いが、コンパクトかつ省エネルギーの観点からは、発光ダイオードが好ましい。また、光源11の光が被成型物200側に広がるように、所定の光広がり角を有する円錐状の反射手段12（図２参照）を形成する方が好ましい。

また、光源11は、型100の転写領域101に照射できれば単数でも複数でも良い。複数配置する場合には、照度分布が型100の転写領域101においてできる限り均一になるように配置するのが好ましい。照度分布は、光源11の数や配置、光源11から押圧部２までの空気層の厚みや押圧部２の厚み、押圧部２の屈折率、反射手段12の光広がり角等を変えることにより調節することができる。

光照射部１は、型100と被成型物200とが押圧される際に共に加圧される位置に配置されるので、光照射部１本体の材料は、型100を被成型物200に押圧する際に当該押圧力に耐える耐久性を有する必要がある。耐久性は、少なくとも１ＭＰａ以上の耐圧性を有する方が良く、更に好ましくは、１．２ＭＰａ以上の耐圧性を有する方が好ましい。具体的には、アルミニウムや鋼等の金属、石英等を用いることができる。

光照射部１を金属等の導体で形成する場合には、当該光照射部１の一部を電源に接続する接続手段（図示せず）を形成し、光源11の一方の電極13Ａを当該光照射部１本体と接続するようにしても良い。これにより、光源11に電力を供給する電源までの配線を簡易にすることができ、複数の光源11を設けても配線が複雑になることを防止することができる。また、光源11のもう一方の電極13Ｂ、すなわち光照射部１に接続されていない電極13Ｂは、導電性のある材料で形成される導電手段14（図３参照）と接続される。当該導電手段14と光照射部１本体との間には、これらを電気的に絶縁する絶縁層（図示せず）を形成すれば良い。光源11が複数ある場合には、当該導電手段14を共通に用いることができる。

また、光源11としては、光照射部１に反射ドットが形成された導光板を配置しても良い。この場合、ＬＥＤ等の光源11から出た光を導光板の側部から入射させて反射ドットで光を散乱し、被成型物200側に光を照射することができる。導光板では光源11近傍の反射ドットの数や面積を小さく、光源11から遠く離れるほど反射ドットの数や面積を大きくして導光板全体が均一に光るように調節する方が好ましい。

押圧部２は、被成型物に光源11の光を照射する際に、光源11と被成型物との間に位置するため、当該光源11の光を透過可能な材料で形成される必要がある。また、押圧部２は、型100と被成型物200とが押圧される際に共に加圧される位置に配置されるので、型100を被成型物200に押圧する際に当該押圧力に耐える耐久性を有する材料で形成される必要もある。光源11の光を透過可能な材料とは、光源11から照射された光のうち、少なくとも被成型物200を硬化させることができる波長の光を透過可能な材料を意味する。耐久性は、少なくとも１ＭＰａ以上の耐圧性を有する方が良く、更に好ましくは、１．２ＭＰａ以上の耐圧性を有する方が好ましい。このような材料としては、例えば、石英ガラス、耐熱ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、アクリルガラス等を用いることができる。

押圧部２は、型100を被成型物200に押圧する際に当該転写領域101を押圧するための押圧面21を有する。この押圧面21は、型100の転写領域101を被成型物200に均一に押圧できる形状に形成される。具体的には、型100の転写面が平面状であれば、当該押圧面は平面状に形成され、型100の転写面が曲面状であれば、当該押圧面も当該曲面に合わせて曲面状に形成されるのが好ましい。また、押圧部２を型100と一体に形成しても良い。この場合、押圧面に所定のパターン101aが形成されることになる。

このように形成される光インプリント用部材は、加圧装置の加圧手段と型100及び被成型物200との間に配置され、加圧手段によって型100の転写領域101を被成型物200に押圧しながら、あるいは押圧した後、光源11からの光を被成型物200に照射し、被成型物200を硬化させる。これによって、被成型物200に型100のパターン101aを転写することができる。なお、型100及び被成型物200を載置する載置手段と型100及び被成型物200との間に配置することも可能である。これにより、本発明の光インプリント用部材は、例えば通常のプレス機や万力等、型100を被成型物200に押圧することができるものであればどのようなものにも適用することができ、簡易に光インプリント装置を実現することができる。

光照射部１と押圧部２はどのように接合しても良いが、例えばボルト等のねじによって締結すれば良い。なお、光照射部１と押圧部２を接合しないで用いることも可能である。また、光照射部１と押圧部２は同一材料で一体に形成しても良い。この場合、光源11の光を透過可能でかつ、型100を被成型物200に押圧する際に当該押圧力に耐える耐久性を有する材料で形成される。例えば、石英等を用いることができる。また、光源11に電力を供給する配線として導電性のある材料で形成される導電層等の導電手段を形成すれば良い。光源11が複数ある場合には、当該導電手段を共通に用いることができる。

また、光インプリント用部材は、加圧手段300又は載置手段400の少なくともいずれか一方と着脱可能な着脱手段を備えるようにしても良い。例えば、光照射部１に加圧手段300のヘッド301部分（図１参照）又は載置手段400のステージ401部分（図４参照）を嵌めることができる凹部を形成し、ボルト等のねじによって締結することができる。なお、加圧手段300と載置手段400の両方に着脱できるようにすれば、適宜付け替えることができる点で好ましい。これにより、通常のプレス装置等を光インプリント装置として代用することができる。また、熱式のインプリント装置を光インプリント装置として簡易に代用することも可能となる。

本発明の光インプリント装置は、型100のパターン101aを被成型物200に転写するための装置であって、少なくとも型100と被成型物200とを加圧するための加圧手段300と、上述した本発明の光インプリント用部材と、を有することを特徴とする。

加圧手段300は、型100を被成型物200に押圧できるものであればどのようなものでも良く、一般的なプレス装置等に用いられる油圧式又は空圧式のものや、電気モータによってボールねじを回転駆動させて加圧力を生み出すもの等を用いることができる。なお、加圧手段300の加圧力を検出する検出手段や当該検出手段が検出した情報に基づいて加圧手段300の加圧力を制御する加圧力制御手段を具備するようにしても良い。

また、従来の光インプリント装置においては、光源11として高圧水銀ランプ等を用いていたが、この場合、高圧水銀ランプを含む雰囲気を減圧することは困難であった。しかしながら、本発明の光インプリント装置では、光インプリント用部材の光源11に発光ダイオードや、反射ドットが形成された導光板からなる光照射部１を用いることにより、少なくとも型100及び被成型物200並びに光インプリント用部材を内包する雰囲気を減圧する減圧チャンバを具備するように形成することができる。

以下に本発明の光インプリント用部材の実施例を記載するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施例では、光照射部１をアルミニウムで、押圧部２を石英ガラスで形成した。光源11には、発光ダイオードを使用した。着脱手段としては、光照射部１の光照射方向と逆側に、加圧手段300のヘッド301に嵌合する凹部31を形成し、ボルトによって当該ステージに螺合可能に形成した。

また、照度分布が型100の転写領域101においてできる限り均一になるようにするため、図２に示すように、発光ダイオードは19.6mmのピッチで６行６列の36個配置し、発光ダイオードの下には光広がり角120度で円錐状の反射手段12を形成した。この際、発光ダイオードと石英ガラスの間の空気層の厚さは4.5mmとした。また、石英ガラスの厚さは23mmに形成した。この場合、転写領域101上の平均光量は、４０ｍＷ/ｃｍ^２であった。

なお、この光インプリント用部材は、少なくとも３ＭＰａの押圧力にも耐える耐圧性を有していた。

この光インプリント用部材10を加圧手段300のヘッド301に着脱手段により固定した。

次に、型100を基板上の被成型物上に配置し、加圧手段300によって1.2ＭＰａの押圧力で加圧した。なお、被成型物としては、東洋合成工業株式会社製の光硬化性樹脂（ＰＡＫ−０１）を使用した。

次に、発光ダイオードの光を被成型物に60秒間照射し（照射エネルギーは2400ｍＪ/ｃｍ^２）硬化させた後、離型した。これにより、基板上の被成型物に、型の反転パターンを正確に転写することができた。

Claims

型のパターンを被成型物に転写するための光インプリント用部材であって、
前記被成型物に光を照射するための光源を有し、前記型と前記被成形物とが押圧される際に共に加圧される位置に配置される光照射部と、
前記光源の光を透過可能な材料で形成されると共に、前記型の転写領域を前記被成型物に押圧するための押圧面を有する押圧部と、
を具備することを特徴とする光インプリント用部材。
前記光源は、複数設けられることを特徴とする請求項１記載の光インプリント用部材。
前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は２記載の光インプリント用部材。
前記型及び前記被成型物を加圧する加圧手段又は前記型及び前記被成型物を載置する載置手段の少なくともいずれか一方と着脱可能な着脱手段を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光インプリント用部材。
前記光照射部は金属からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光インプリント用部材。
前記光照射部を電源と接続する接続手段を具備し、前記光源の電極の一方は前記光照射部に接続されることを特徴とする請求項５記載の光インプリント用部材。
前記光源の電極のうち、前記光照射部と接続されていない電極に接続される導電手段と、前記導電手段と前記光照射部とを電気的に絶縁する絶縁層と、を具備することを特徴とする請求項６記載の光インプリント用部材。
前記光照射部は、光を散乱する反射ドットが形成された導光板と、当該導光板の側部から光を照射する光源とを具備することを特徴とする請求項１記載の光インプリント用部材。
前記押圧部は石英ガラスからなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光インプリント用部材。
前記光照射部と前記押圧部は石英ガラスで一体的に形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光インプリント用部材。
前記光照射部は、複数の前記光源の各電極に接続される共通の導電手段を有することを特徴とする請求項１０記載の光インプリント用部材。
前記押圧部は、前記光源からの光が少なくとも前記型の転写領域全体に照射される厚みを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の光インプリント用部材。
型のパターンを被成型物に転写するためのインプリント装置であって、
前記型と被成型物とを加圧するための加圧手段と、
請求項１ないし１２のいずれかに記載の光インプリント用部材と、
を具備することを特徴とする光インプリント装置。
型のパターンを被成型物に転写するためのインプリント装置であって、
前記型と被成型物とを加圧するための加圧手段と、
請求項３又は８に記載の光インプリント用部材と、
少なくとも前記型及び前記被成型物並びに前記光インプリント用部材を内包する雰囲気を減圧する減圧チャンバと、
を具備することを特徴とする光インプリント装置。