インプリント装置
【課題】熱によるスタンパの寸法変化が防止され、製造コストが削減されたインプリント装置を提供すること。
【解決手段】表面に凹凸パターンを有するスタンパ５６を、基板５２上に供給された紫外線硬化樹脂材料５４の上に配置し、該スタンパ５６の背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパ５６を押圧し、紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させ、前記基板５２の表面に凹凸パターンを形成するインプリント装置１０において、前記基板５２を保持する保持部材１４と、前記保持部材１４と対向する耐圧体１２と、を有し、前記耐圧体１２は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料５４に紫外線を照射するＬＥＤ１６を備え、且つ前記耐圧体１２の底部と前記保持部材１４とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置。
【解決手段】表面に凹凸パターンを有するスタンパ５６を、基板５２上に供給された紫外線硬化樹脂材料５４の上に配置し、該スタンパ５６の背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパ５６を押圧し、紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させ、前記基板５２の表面に凹凸パターンを形成するインプリント装置１０において、前記基板５２を保持する保持部材１４と、前記保持部材１４と対向する耐圧体１２と、を有し、前記耐圧体１２は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料５４に紫外線を照射するＬＥＤ１６を備え、且つ前記耐圧体１２の底部と前記保持部材１４とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインプリント装置に関し、特に、熱によるスタンパの寸法変化が防止され、製造コストが削減されたインプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイス、ディスプレイ、電子ペーパー、記録メディア、バイオチップ、光デバイスなどの製造工程における微細パターンの形成するための技術として、ナノインプリント技術が知られている。ナノインプリント技術は、従来のプレス技術と比較して、より微小な構造を実現するための微細加工の技術である。この技術自体には解像度に限界がなく、解像度はスタンパ（即ち金型）の作製精度によって決定される。したがって、高い精度のスタンパさえ作製できれば、従来のフォトリソグラフィーより容易に且つはるかに安価な装置を用いて、極微細構造を形成することが可能である。
【０００３】
インプリント技術には転写される材料により２種類に大別される。一方は、転写される材料を加熱し、スタンパ（金型）により塑性変形させた後、冷却してパターンを形成する熱インプリント技術である。もう一方は、基板上に室温で液状の光硬化性樹脂を塗布した後、光透過性のスタンパを樹脂に押し当て、光を照射させることで基板上の樹脂を硬化させパターンを形成するＵＶインプリント技術である。特にＵＶインプリント技術は室温にてパターン形成できるため熱による基板、スタンパ間の線膨張係数差による歪が発生しにくく、高精度のパターン形成が可能であり、半導体等のリソグラフィ技術の代替技術として注目を集めている。
【０００４】
ＵＶインプリントを行うための装置として、例えば図２に記載のインプリント装置が知られている。このインプリント装置１００は、紫外線硬化樹脂材料１５４が供給された基板１５２を保持する保持部材１１４と、支持体１１６に支持された石英ガラス１１８と、ＵＶランプ１２０とを主として有するものであり、紫外線硬化樹脂材料１５４上にスタンパ（金型）１５６を載置し、石英ガラス１１８、支持体１１６、支持体１１６の下部に設けられたシール材１２２及びシール材１２２に取り付けられた可撓性膜１２４からなるキャビティ１２６に、流体給排管１２８から空気等の流体を供給することによりスタンパ１５６の上面を押圧し、水銀ランプ等のＵＶランプ１２０から紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂材料１５４を硬化させることにより、基板１５２上に微細な凹凸パターンを形成するものである。流体を用いて押圧しているので、均一圧でスタンパ１５６を紫外線硬化樹脂材料１５４に押圧することができる。そのため、均一圧で押圧することが難しい大面積のインプリントに主に用いられている。
【０００５】
スタンパを均一に押圧する手段としては、熱インプリントに用いる装置であるが、可撓性膜を用いずに気体で直接スタンパを押圧するインプリント装置も知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５４３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図２に記載の装置は、ＵＶランプ（光源）１２０の影響により、ＵＶインプリント時にスタンパ１５６の温度が上昇してその寸法が変化し、精確な凹凸パターンを基板１５２上に形成することができない場合があった。これは長距離ピッチの場合や、熱の影響を受けやすい樹脂製のスタンパを使用した場合に特に問題となる。また、流体による加圧に耐え得る厚さの石英ガラス（通常、５ｃｍ以上）を用いることが必要であり、製造コストが高いという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インプリント時においてスタンパの寸法変化が防止され、製造コストが削減されたインプリント装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、表面に凹凸パターンを有するスタンパを、基板上に供給された紫外線硬化樹脂材料の上に、当該凹凸パターン表面が密着するように配置し、該スタンパの背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパを押圧し、該押圧状態で前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料を硬化させ、前記基板の表面に前記凹凸パターンの反転凹凸パターンを形成するインプリント装置において、前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材と対向する耐圧体と、を有し、前記耐圧体は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射するＬＥＤを備え、且つ前記耐圧体の底部と前記保持部材とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置により達成される。
【００１０】
従来から一般的に使用されていた水銀ランプ等のＵＶランプは、ランプ自体からの発熱が大きく、また、副次的に赤外線が発生するため、スタンパの温度上昇の原因となっていた。ＬＥＤは他の紫外線光源と比較して、それ自体からの発熱が小さく、また副次的に赤外線が発生することがないため、光源としてＬＥＤを用いることにより、スタンパの温度上昇を防止することができる。また、ＬＥＤは水銀ランプ等のＵＶランプよりも耐圧面で優れており、耐圧体は、その底部にＬＥＤを収納する際には、石英ガラス等の透明板を設ける必要がなく、インプリント装置の製造コストを削減することが可能になる。
【００１１】
なお、透明板を設けてもよいが、この場合には、透明板に掛かる圧力をＬＥＤと共に耐圧体で受けることができるので、透明板は薄い厚さのもので足り、装置の製造コストを削減できるだけでなく、保持部材と耐圧体によって形成される空間内の流体の流れがより安定的になり、スタンパをより一定圧力で加圧可能となる。
【００１２】
本発明の好ましい態様は以下のとおりである。
【００１３】
（１）前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に冷却手段が設けられている。
温度が上昇したとしても、冷却手段によりスタンパの温度上昇を防止することができる。
（２）前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に温度計が設けられ、該温度計と前記冷却手段により温度制御を行う制御部が設けられている。
インプリント装置の温度変化を常時監視して一定温度を維持することができる。
（３）前記耐圧体に断熱手段が設けられている。
装置全体に熱が拡散することを防止することができる。
（４）前記スタンパが樹脂製のスタンパである。
【００１４】
本発明は、特に熱による寸法変化が比較的大きいとされている樹脂製のスタンパを使用するインプリントに好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインプリント装置によれば、熱によるスタンパの温度上昇を防止し、寸法変化を抑制することができるので、基板の所定の位置に精密に微細な凹凸パターンを形成することができ、また、透明板の設置が不要となることにより製造コストを削減することができる。したがって、高度な寸法精度が要求される用途に好適に使用することができ、生産性の向上したインプリント装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るインプリント装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のインプリント装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係るインプリント装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。本発明に係るインプリント装置１０は、主として、ＬＥＤ１６を底部に収容した耐圧体１２と、基板５２を保持可能な保持部材１４とから構成され、基板５２上にシート状に供給された紫外線硬化樹脂材料５４にスタンパ５６配置した後、スタンパ５６の背面（上面）を流体供給管３０から供給される流体により押圧し、そのままＬＥＤ１６から紫外線を照射することにより硬化させて基板５２上に凹凸パターンを形成するものである。以下、各構成についてそれぞれ詳細に説明する。
【００１８】
耐圧体１２は、後述する流体による加圧に耐え得るように剛性を有する部材、例えばＳＵＳ等から構成され、その形状は略直方体状に形成されている。耐圧体１２の底部１２ａには凹部１２ｃが形成されており、底部１２ａは加圧時に膜３４に接触しない高さになるように設定される。なお、その凹部１２ｃには紫外線を透過する透明板２０が設けられていてもよい。この透明板２０は、その下面２０ａが後述する膜３４を介して保持部材１４の上面（基板保持面）１４ａと対向するように設けられ、透明版２０は加圧時に膜３４に接触しない高さになるように設定される。
【００１９】
耐圧体１２の底部１２ａに形成された凹部１２ｃには、紫外線照射用のＬＥＤ（発光ダイオード）１６が備えられたＬＥＤ基板１８が設けられ、ＬＥＤ１６は下方を向くように配置されている。ＬＥＤ基板１８の下側の面１８ａは、凹部１９が一定間隔で形成されており、この凹部１９にＬＥＤ１６が備え付けられている。これにより、ＬＥＤ１６がＬＥＤ基板１８から断面視で突出しない構成とされている。なお、図示のように透明板２０を設ける場合、面１８ａの凹部１９以外の領域は、透明板２０の上面と接触対向しており、これにより、透明板２０にかかる圧力を耐圧体１２と共に受けることができる。そのため、用いる透明板２０の厚さは、例えば３〜５ｍｍと薄いものであればよく、従来のように分厚い透明板（石英ガラス）を設ける必要はない。透明板２０としては、紫外線を透過し、且つある程度の剛性を有するものであればよく、例えば石英ガラスが用いられる。ＬＥＤ１６から紫外線が出射すると、透明板２０を透過して紫外線硬化樹脂材料５４に照射される。
【００２０】
ＬＥＤ１６の数は、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させることができる数があればよく、例えば、１０ｃｍ２当たり少なくとも９〜８１個備えられ、紫外線照射量は例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上あればよい。また、ＬＥＤ１６は、紫外線硬化樹脂材料５４に均一に紫外線が照射できるように、一定間隔で配列されている。ＬＥＤ１６は、紫外線を照射可能なＬＥＤであり、例えば、２００〜４００ｎｍ、好ましくは３００〜４００ｎｍの波長を照射可能なＬＥＤを用いる。
【００２１】
保持部材１４は、剛性を有する材質、例えばＳＵＳ等から構成され、その形状は略直方体状に形成されている。そして、その上面１４ａで基板５２を水平に保持している。
【００２２】
耐圧体１２及び保持部材１４の内部には、冷却媒体が流動する冷却手段としての冷却媒体管２４が設けられている。冷却媒体管２４は、耐圧体１２にはＬＥＤ基板１８の近傍に、保持部材１４には基板保持面１４ａの近傍にそれぞれ設けられている。冷却媒体としては、水や油等の液体や空気や不活性ガス等の気体を用いることができる。これにより、ＬＥＤ基板１８から発熱が生じたとしても、スタンパ５６の寸法変化を確実に防止することが可能となる。
【００２３】
耐圧体１２及び保持部材１４には、それぞれの内部の温度を測定する温度計２８が設けられている。温度計２８は、耐圧体１２には、ＬＥＤ基板１８近傍の温度を測定するように設置することが好ましく、保持部材１４には、基板５２を保持する面１４ａの近傍の温度を測定するように設置することが好ましい。また、本発明に係るインプリント装置１０には、冷却手段２４及び温度計２８により耐圧体１２及び保持部材１４の温度制御を行う制御部（図示せず）が設けられている。これにより、インプリント装置１０の稼働時において、常時一定温度に維持することが可能となる。
【００２４】
また、耐圧体１２の内部には、ＬＥＤ基板１８の外側の位置に断熱手段としての断熱材２６が設けられている。断熱材２６を設けることにより、装置１０全体に熱が拡散することを防止することができる。断熱材２６としては、例えば、ポリウレタン、フェノール樹脂等の発泡体やグラスウール、ロックウール等の繊維系断熱材を使用することができる。断熱材は保持部材１４の内部にも設けてもよい。
【００２５】
耐圧体１２の下面１２ａの外周上にはＯリングシール材等のシール材２２が設けられている。シール材２２には、可撓性を有する膜３４が取り付けられており、これにより流体を供給するキャビティ３６が形成されている。
【００２６】
膜３４は、紫外線を透過する材料から構成されていることが必要であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、PMMA、ポリシクロオレフィン、フッ素系樹脂等のフィルムから構成され、厚さは例えば、５０μｍ〜５ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜３ｍｍの厚さに設定される。
【００２７】
キャビティ３６には、耐圧体１２に設けられた流体給排管３０から流体が供給され、キャビティ３６内が加圧される構成とされている。この流体としては、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン等を用いることができる。流体によりキャビティ３６内が加圧されることにより、スタンパ５６の背面を均一圧で押圧することができ、押圧状態で紫外線が紫外線硬化樹脂材料５４に照射される。
【００２８】
図示していないが、耐圧体１２と保持部材１４のうち少なくとも一方を上下移動させる上下移動手段が設けられており、押圧時において、耐圧体１２と保持部材１４との間隔が調整される。
【００２９】
本実施の形態では、スタンパ５６に押圧力を付与する手段は膜３４を介して流体により間接的に押圧する例を示しているが、これに限られるものではなく、特許文献１に記載のように膜を介さずに流体で直接押圧する構成としてもよい。この場合、流体には、空気や不活性ガス等の気体が用いられる。
【００３０】
本発明において、基板５２に所望のパターンを形成するためのスタンパ５６は、紫外線透過性を有する従来から公知のスタンパを使用することができる。具体的には、例えば、石英ガラス、樹脂等を使用することができる。樹脂製のスタンパとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリシクロオレフィン、フッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル等の離型性の良い樹脂で作製されたスタンパが用いられる。上述したように、本発明はインプリント装置全体の温度を一定に維持することができるので、本発明に係るインプリント装置は、熱による寸法変化が比較的大きい樹脂製のスタンパを用いるインプリントに好適である。
【００３１】
本発明において、紫外線硬化樹脂材料５４は、紫外線硬化性樹脂と光重合開始剤を含む。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、エポキシ樹脂、イミド系オリゴマー、ポリエン・チオール系オリゴマー等が挙げられる。
【００３２】
ウレタンアクリレートは、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等のジイソシアネート類とポリ（プロピレンオキサイド）ジオール、ポリ（プロピレンオキサイド）トリオール、ポリ（テトラメチレンオキサイド）ジオール、エトキシ化ビスフェノールＡ等のポリオール類と２−ヒドロキシエチルアクリレート２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、グリシドールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のヒドロキシアクリレート類とを反応させることによって得られ、分子中に官能基としてアクリロイル基とウレタン結合を有するものである。
【００３３】
ポリエステルアクリレートとしては、例えば、無水フタル酸とプロピレンオキサイドとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート、アジピン酸と１，６−ヘキサンジオールとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート、トリメリット酸とジエチレングリコールとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート等が挙げられる。
【００３４】
エポキシアクリレートは、エピクロルヒドリン等のエポキシ化合物とアクリル酸又はメタクリル酸との反応により合成されたものであり、例えば、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、ビスフェノールＳとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＳ型エポキシアクリレート、ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＦ型エポキシアクリレート、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるフェノールノボラック型エポキシアクリレート等が挙げられる。
【００３５】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物や臭素化物等が挙げられる。
【００３６】
光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤及び光カチオン重合開始剤が好ましく、光ラジカル重合開始剤としては、例えば、４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン、α−ヒドロキシ−α−α’−ジメチルアセトフェノン、メトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン誘導体；ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル等のベンゾインエーテル系化合物；ベンジルジメチルケタール等のケタール誘導体；ハロゲン化ケトン、アシルフォスフィンオキシド、アシルフォスフォナート、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン等が挙げられる。光カチオン重合開始剤としては、例えば、鉄−アレン錯体化合物、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、オニウム塩、ピリジニウム塩、アルミニウム錯体／シラノール塩、トリクロロメチルトリアジン誘導体等が挙げられる。上記オニウム塩やピリジニウム塩の対アニオンとしては、例えば、ＳｂＦ６−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＢＦ４−、テトラキス（ペンタフルオロ）ボレート、トリフルオロメタンスルフォネート、メタンスルフォネート、トリフルオロアセテート、アセテート、スルフォネート、トシレート、ナイトレート等が挙げられる。
【００３７】
光重合開始剤の添加量は、一般に紫外線硬化性樹脂１００重量部に対して、０．１〜１５重量部であり、好ましくは、０．５〜１０重量部である。
【００３８】
以下、本発明のインプリント装置１０によりインプリントを行う過程について説明する。
【００３９】
まず、基板５２に紫外線硬化樹脂５４をシート状に塗布し、次いで紫外線硬化樹脂５４上にスタンパ（テンプレート）５６を配置する。この際、精確な位置合わせが必要な場合には、適宜アライメントを行う。
【００４０】
次に、この積層体を保持部材１４の所定の位置に配置した後、耐圧体１２と保持部材１４との間隔を上下移動手段で調節し、シール材２２が可撓性膜２２を介して保持部材１４の上面（基板保持面）１４ａと密着した状態とする。その後、流体給排管３０から流体を供給し、キャビティ３６内を加圧（例えば、１〜５０ｂａｒ）することにより、スタンパ５６を紫外線硬化樹脂材料５４に押圧する。この押圧状態で、紫外線をＬＥＤ１６から照射して紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させた後、耐圧体１２と保持部材１４を引き離す。これにより、基板５２上に微細な凹凸パターンを形成することができるが、この動作中に、上述した温度計２８、冷却媒体管２４及び制御部（図示せず）により、耐圧体１２及び保持部材１４の温度制御を行うことが好ましい。温度制御により設定する温度は、スタンパ５６の寸法が変化しない温度、特に、スタンパの設定温度の±５℃、好ましくは±１℃、特に好ましくは±０．５℃の範囲で設定することが好ましい。これにより、寸法変化を確実に防止することができ、所望とする凹凸パターンを高精度で形成することが可能となる。ここで、スタンパの設定温度とは、スタンパの作製において設定される、所望の寸法を示す温度のことをいい、例えば、設定温度が２３℃のスタンパを使用する場合は、２２〜２４℃、好ましくは２２．５〜２３．５℃の温度となるように温度制御を行う。スタンパの設定温度は、通常１〜３０℃、特に２０〜２５℃の範囲内の温度に設定される。
【００４１】
本発明は上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のインプリント装置を用いれば、高品質な電子ディスプレイ、電子ペーパー等の情報表示用パネルの隔壁や電子デバイス（リソグラフィ、トランジスタ）、光学部品（マイクロレンズアレイ、導波路、光学フィルタ、フォトニックス結晶）、バイオ関連材料（ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ）、記録媒体（パターンドメディア、ＤＶＤ）等を有利に得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ インプリント装置
１２ 耐圧体
１４ 保持部材
１６ ＬＥＤ
１８ ＬＥＤ基板
２０ 透明板
２２ シール材
２４ 冷却媒体管
２６ 断熱材
２８ 温度計
３０ 流体給排管
３４ 膜
３６ キャビティ
５２ 基板
５４ 紫外線硬化樹脂材料
５６ スタンパ
【技術分野】
【０００１】
本発明はインプリント装置に関し、特に、熱によるスタンパの寸法変化が防止され、製造コストが削減されたインプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイス、ディスプレイ、電子ペーパー、記録メディア、バイオチップ、光デバイスなどの製造工程における微細パターンの形成するための技術として、ナノインプリント技術が知られている。ナノインプリント技術は、従来のプレス技術と比較して、より微小な構造を実現するための微細加工の技術である。この技術自体には解像度に限界がなく、解像度はスタンパ（即ち金型）の作製精度によって決定される。したがって、高い精度のスタンパさえ作製できれば、従来のフォトリソグラフィーより容易に且つはるかに安価な装置を用いて、極微細構造を形成することが可能である。
【０００３】
インプリント技術には転写される材料により２種類に大別される。一方は、転写される材料を加熱し、スタンパ（金型）により塑性変形させた後、冷却してパターンを形成する熱インプリント技術である。もう一方は、基板上に室温で液状の光硬化性樹脂を塗布した後、光透過性のスタンパを樹脂に押し当て、光を照射させることで基板上の樹脂を硬化させパターンを形成するＵＶインプリント技術である。特にＵＶインプリント技術は室温にてパターン形成できるため熱による基板、スタンパ間の線膨張係数差による歪が発生しにくく、高精度のパターン形成が可能であり、半導体等のリソグラフィ技術の代替技術として注目を集めている。
【０００４】
ＵＶインプリントを行うための装置として、例えば図２に記載のインプリント装置が知られている。このインプリント装置１００は、紫外線硬化樹脂材料１５４が供給された基板１５２を保持する保持部材１１４と、支持体１１６に支持された石英ガラス１１８と、ＵＶランプ１２０とを主として有するものであり、紫外線硬化樹脂材料１５４上にスタンパ（金型）１５６を載置し、石英ガラス１１８、支持体１１６、支持体１１６の下部に設けられたシール材１２２及びシール材１２２に取り付けられた可撓性膜１２４からなるキャビティ１２６に、流体給排管１２８から空気等の流体を供給することによりスタンパ１５６の上面を押圧し、水銀ランプ等のＵＶランプ１２０から紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂材料１５４を硬化させることにより、基板１５２上に微細な凹凸パターンを形成するものである。流体を用いて押圧しているので、均一圧でスタンパ１５６を紫外線硬化樹脂材料１５４に押圧することができる。そのため、均一圧で押圧することが難しい大面積のインプリントに主に用いられている。
【０００５】
スタンパを均一に押圧する手段としては、熱インプリントに用いる装置であるが、可撓性膜を用いずに気体で直接スタンパを押圧するインプリント装置も知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５４３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図２に記載の装置は、ＵＶランプ（光源）１２０の影響により、ＵＶインプリント時にスタンパ１５６の温度が上昇してその寸法が変化し、精確な凹凸パターンを基板１５２上に形成することができない場合があった。これは長距離ピッチの場合や、熱の影響を受けやすい樹脂製のスタンパを使用した場合に特に問題となる。また、流体による加圧に耐え得る厚さの石英ガラス（通常、５ｃｍ以上）を用いることが必要であり、製造コストが高いという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インプリント時においてスタンパの寸法変化が防止され、製造コストが削減されたインプリント装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、表面に凹凸パターンを有するスタンパを、基板上に供給された紫外線硬化樹脂材料の上に、当該凹凸パターン表面が密着するように配置し、該スタンパの背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパを押圧し、該押圧状態で前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料を硬化させ、前記基板の表面に前記凹凸パターンの反転凹凸パターンを形成するインプリント装置において、前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材と対向する耐圧体と、を有し、前記耐圧体は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射するＬＥＤを備え、且つ前記耐圧体の底部と前記保持部材とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置により達成される。
【００１０】
従来から一般的に使用されていた水銀ランプ等のＵＶランプは、ランプ自体からの発熱が大きく、また、副次的に赤外線が発生するため、スタンパの温度上昇の原因となっていた。ＬＥＤは他の紫外線光源と比較して、それ自体からの発熱が小さく、また副次的に赤外線が発生することがないため、光源としてＬＥＤを用いることにより、スタンパの温度上昇を防止することができる。また、ＬＥＤは水銀ランプ等のＵＶランプよりも耐圧面で優れており、耐圧体は、その底部にＬＥＤを収納する際には、石英ガラス等の透明板を設ける必要がなく、インプリント装置の製造コストを削減することが可能になる。
【００１１】
なお、透明板を設けてもよいが、この場合には、透明板に掛かる圧力をＬＥＤと共に耐圧体で受けることができるので、透明板は薄い厚さのもので足り、装置の製造コストを削減できるだけでなく、保持部材と耐圧体によって形成される空間内の流体の流れがより安定的になり、スタンパをより一定圧力で加圧可能となる。
【００１２】
本発明の好ましい態様は以下のとおりである。
【００１３】
（１）前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に冷却手段が設けられている。
温度が上昇したとしても、冷却手段によりスタンパの温度上昇を防止することができる。
（２）前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に温度計が設けられ、該温度計と前記冷却手段により温度制御を行う制御部が設けられている。
インプリント装置の温度変化を常時監視して一定温度を維持することができる。
（３）前記耐圧体に断熱手段が設けられている。
装置全体に熱が拡散することを防止することができる。
（４）前記スタンパが樹脂製のスタンパである。
【００１４】
本発明は、特に熱による寸法変化が比較的大きいとされている樹脂製のスタンパを使用するインプリントに好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインプリント装置によれば、熱によるスタンパの温度上昇を防止し、寸法変化を抑制することができるので、基板の所定の位置に精密に微細な凹凸パターンを形成することができ、また、透明板の設置が不要となることにより製造コストを削減することができる。したがって、高度な寸法精度が要求される用途に好適に使用することができ、生産性の向上したインプリント装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るインプリント装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のインプリント装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係るインプリント装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。本発明に係るインプリント装置１０は、主として、ＬＥＤ１６を底部に収容した耐圧体１２と、基板５２を保持可能な保持部材１４とから構成され、基板５２上にシート状に供給された紫外線硬化樹脂材料５４にスタンパ５６配置した後、スタンパ５６の背面（上面）を流体供給管３０から供給される流体により押圧し、そのままＬＥＤ１６から紫外線を照射することにより硬化させて基板５２上に凹凸パターンを形成するものである。以下、各構成についてそれぞれ詳細に説明する。
【００１８】
耐圧体１２は、後述する流体による加圧に耐え得るように剛性を有する部材、例えばＳＵＳ等から構成され、その形状は略直方体状に形成されている。耐圧体１２の底部１２ａには凹部１２ｃが形成されており、底部１２ａは加圧時に膜３４に接触しない高さになるように設定される。なお、その凹部１２ｃには紫外線を透過する透明板２０が設けられていてもよい。この透明板２０は、その下面２０ａが後述する膜３４を介して保持部材１４の上面（基板保持面）１４ａと対向するように設けられ、透明版２０は加圧時に膜３４に接触しない高さになるように設定される。
【００１９】
耐圧体１２の底部１２ａに形成された凹部１２ｃには、紫外線照射用のＬＥＤ（発光ダイオード）１６が備えられたＬＥＤ基板１８が設けられ、ＬＥＤ１６は下方を向くように配置されている。ＬＥＤ基板１８の下側の面１８ａは、凹部１９が一定間隔で形成されており、この凹部１９にＬＥＤ１６が備え付けられている。これにより、ＬＥＤ１６がＬＥＤ基板１８から断面視で突出しない構成とされている。なお、図示のように透明板２０を設ける場合、面１８ａの凹部１９以外の領域は、透明板２０の上面と接触対向しており、これにより、透明板２０にかかる圧力を耐圧体１２と共に受けることができる。そのため、用いる透明板２０の厚さは、例えば３〜５ｍｍと薄いものであればよく、従来のように分厚い透明板（石英ガラス）を設ける必要はない。透明板２０としては、紫外線を透過し、且つある程度の剛性を有するものであればよく、例えば石英ガラスが用いられる。ＬＥＤ１６から紫外線が出射すると、透明板２０を透過して紫外線硬化樹脂材料５４に照射される。
【００２０】
ＬＥＤ１６の数は、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させることができる数があればよく、例えば、１０ｃｍ２当たり少なくとも９〜８１個備えられ、紫外線照射量は例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上あればよい。また、ＬＥＤ１６は、紫外線硬化樹脂材料５４に均一に紫外線が照射できるように、一定間隔で配列されている。ＬＥＤ１６は、紫外線を照射可能なＬＥＤであり、例えば、２００〜４００ｎｍ、好ましくは３００〜４００ｎｍの波長を照射可能なＬＥＤを用いる。
【００２１】
保持部材１４は、剛性を有する材質、例えばＳＵＳ等から構成され、その形状は略直方体状に形成されている。そして、その上面１４ａで基板５２を水平に保持している。
【００２２】
耐圧体１２及び保持部材１４の内部には、冷却媒体が流動する冷却手段としての冷却媒体管２４が設けられている。冷却媒体管２４は、耐圧体１２にはＬＥＤ基板１８の近傍に、保持部材１４には基板保持面１４ａの近傍にそれぞれ設けられている。冷却媒体としては、水や油等の液体や空気や不活性ガス等の気体を用いることができる。これにより、ＬＥＤ基板１８から発熱が生じたとしても、スタンパ５６の寸法変化を確実に防止することが可能となる。
【００２３】
耐圧体１２及び保持部材１４には、それぞれの内部の温度を測定する温度計２８が設けられている。温度計２８は、耐圧体１２には、ＬＥＤ基板１８近傍の温度を測定するように設置することが好ましく、保持部材１４には、基板５２を保持する面１４ａの近傍の温度を測定するように設置することが好ましい。また、本発明に係るインプリント装置１０には、冷却手段２４及び温度計２８により耐圧体１２及び保持部材１４の温度制御を行う制御部（図示せず）が設けられている。これにより、インプリント装置１０の稼働時において、常時一定温度に維持することが可能となる。
【００２４】
また、耐圧体１２の内部には、ＬＥＤ基板１８の外側の位置に断熱手段としての断熱材２６が設けられている。断熱材２６を設けることにより、装置１０全体に熱が拡散することを防止することができる。断熱材２６としては、例えば、ポリウレタン、フェノール樹脂等の発泡体やグラスウール、ロックウール等の繊維系断熱材を使用することができる。断熱材は保持部材１４の内部にも設けてもよい。
【００２５】
耐圧体１２の下面１２ａの外周上にはＯリングシール材等のシール材２２が設けられている。シール材２２には、可撓性を有する膜３４が取り付けられており、これにより流体を供給するキャビティ３６が形成されている。
【００２６】
膜３４は、紫外線を透過する材料から構成されていることが必要であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、PMMA、ポリシクロオレフィン、フッ素系樹脂等のフィルムから構成され、厚さは例えば、５０μｍ〜５ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜３ｍｍの厚さに設定される。
【００２７】
キャビティ３６には、耐圧体１２に設けられた流体給排管３０から流体が供給され、キャビティ３６内が加圧される構成とされている。この流体としては、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン等を用いることができる。流体によりキャビティ３６内が加圧されることにより、スタンパ５６の背面を均一圧で押圧することができ、押圧状態で紫外線が紫外線硬化樹脂材料５４に照射される。
【００２８】
図示していないが、耐圧体１２と保持部材１４のうち少なくとも一方を上下移動させる上下移動手段が設けられており、押圧時において、耐圧体１２と保持部材１４との間隔が調整される。
【００２９】
本実施の形態では、スタンパ５６に押圧力を付与する手段は膜３４を介して流体により間接的に押圧する例を示しているが、これに限られるものではなく、特許文献１に記載のように膜を介さずに流体で直接押圧する構成としてもよい。この場合、流体には、空気や不活性ガス等の気体が用いられる。
【００３０】
本発明において、基板５２に所望のパターンを形成するためのスタンパ５６は、紫外線透過性を有する従来から公知のスタンパを使用することができる。具体的には、例えば、石英ガラス、樹脂等を使用することができる。樹脂製のスタンパとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリシクロオレフィン、フッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル等の離型性の良い樹脂で作製されたスタンパが用いられる。上述したように、本発明はインプリント装置全体の温度を一定に維持することができるので、本発明に係るインプリント装置は、熱による寸法変化が比較的大きい樹脂製のスタンパを用いるインプリントに好適である。
【００３１】
本発明において、紫外線硬化樹脂材料５４は、紫外線硬化性樹脂と光重合開始剤を含む。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、エポキシ樹脂、イミド系オリゴマー、ポリエン・チオール系オリゴマー等が挙げられる。
【００３２】
ウレタンアクリレートは、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等のジイソシアネート類とポリ（プロピレンオキサイド）ジオール、ポリ（プロピレンオキサイド）トリオール、ポリ（テトラメチレンオキサイド）ジオール、エトキシ化ビスフェノールＡ等のポリオール類と２−ヒドロキシエチルアクリレート２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、グリシドールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のヒドロキシアクリレート類とを反応させることによって得られ、分子中に官能基としてアクリロイル基とウレタン結合を有するものである。
【００３３】
ポリエステルアクリレートとしては、例えば、無水フタル酸とプロピレンオキサイドとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート、アジピン酸と１，６−ヘキサンジオールとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート、トリメリット酸とジエチレングリコールとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート等が挙げられる。
【００３４】
エポキシアクリレートは、エピクロルヒドリン等のエポキシ化合物とアクリル酸又はメタクリル酸との反応により合成されたものであり、例えば、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、ビスフェノールＳとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＳ型エポキシアクリレート、ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールＦ型エポキシアクリレート、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるフェノールノボラック型エポキシアクリレート等が挙げられる。
【００３５】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物や臭素化物等が挙げられる。
【００３６】
光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤及び光カチオン重合開始剤が好ましく、光ラジカル重合開始剤としては、例えば、４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン、α−ヒドロキシ−α−α’−ジメチルアセトフェノン、メトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン誘導体；ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル等のベンゾインエーテル系化合物；ベンジルジメチルケタール等のケタール誘導体；ハロゲン化ケトン、アシルフォスフィンオキシド、アシルフォスフォナート、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン等が挙げられる。光カチオン重合開始剤としては、例えば、鉄−アレン錯体化合物、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、オニウム塩、ピリジニウム塩、アルミニウム錯体／シラノール塩、トリクロロメチルトリアジン誘導体等が挙げられる。上記オニウム塩やピリジニウム塩の対アニオンとしては、例えば、ＳｂＦ６−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＢＦ４−、テトラキス（ペンタフルオロ）ボレート、トリフルオロメタンスルフォネート、メタンスルフォネート、トリフルオロアセテート、アセテート、スルフォネート、トシレート、ナイトレート等が挙げられる。
【００３７】
光重合開始剤の添加量は、一般に紫外線硬化性樹脂１００重量部に対して、０．１〜１５重量部であり、好ましくは、０．５〜１０重量部である。
【００３８】
以下、本発明のインプリント装置１０によりインプリントを行う過程について説明する。
【００３９】
まず、基板５２に紫外線硬化樹脂５４をシート状に塗布し、次いで紫外線硬化樹脂５４上にスタンパ（テンプレート）５６を配置する。この際、精確な位置合わせが必要な場合には、適宜アライメントを行う。
【００４０】
次に、この積層体を保持部材１４の所定の位置に配置した後、耐圧体１２と保持部材１４との間隔を上下移動手段で調節し、シール材２２が可撓性膜２２を介して保持部材１４の上面（基板保持面）１４ａと密着した状態とする。その後、流体給排管３０から流体を供給し、キャビティ３６内を加圧（例えば、１〜５０ｂａｒ）することにより、スタンパ５６を紫外線硬化樹脂材料５４に押圧する。この押圧状態で、紫外線をＬＥＤ１６から照射して紫外線硬化樹脂材料５４を硬化させた後、耐圧体１２と保持部材１４を引き離す。これにより、基板５２上に微細な凹凸パターンを形成することができるが、この動作中に、上述した温度計２８、冷却媒体管２４及び制御部（図示せず）により、耐圧体１２及び保持部材１４の温度制御を行うことが好ましい。温度制御により設定する温度は、スタンパ５６の寸法が変化しない温度、特に、スタンパの設定温度の±５℃、好ましくは±１℃、特に好ましくは±０．５℃の範囲で設定することが好ましい。これにより、寸法変化を確実に防止することができ、所望とする凹凸パターンを高精度で形成することが可能となる。ここで、スタンパの設定温度とは、スタンパの作製において設定される、所望の寸法を示す温度のことをいい、例えば、設定温度が２３℃のスタンパを使用する場合は、２２〜２４℃、好ましくは２２．５〜２３．５℃の温度となるように温度制御を行う。スタンパの設定温度は、通常１〜３０℃、特に２０〜２５℃の範囲内の温度に設定される。
【００４１】
本発明は上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のインプリント装置を用いれば、高品質な電子ディスプレイ、電子ペーパー等の情報表示用パネルの隔壁や電子デバイス（リソグラフィ、トランジスタ）、光学部品（マイクロレンズアレイ、導波路、光学フィルタ、フォトニックス結晶）、バイオ関連材料（ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ）、記録媒体（パターンドメディア、ＤＶＤ）等を有利に得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ インプリント装置
１２ 耐圧体
１４ 保持部材
１６ ＬＥＤ
１８ ＬＥＤ基板
２０ 透明板
２２ シール材
２４ 冷却媒体管
２６ 断熱材
２８ 温度計
３０ 流体給排管
３４ 膜
３６ キャビティ
５２ 基板
５４ 紫外線硬化樹脂材料
５６ スタンパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸パターンを有するスタンパを、基板上に供給された紫外線硬化樹脂材料の上に、当該凹凸パターン表面が密着するように配置し、該スタンパの背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパを押圧し、該押圧状態で前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料を硬化させ、前記基板の表面に前記凹凸パターンの反転凹凸パターンを形成するインプリント装置において、
前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材と対向する耐圧体と、を有し、
前記耐圧体は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射するＬＥＤを備え、且つ前記耐圧体の底部と前記保持部材とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置。
【請求項２】
前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に冷却手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
【請求項３】
前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に温度計が設けられ、
該温度計と前記冷却手段により温度制御を行う制御部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
【請求項４】
前記耐圧体に断熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインプリント装置。
【請求項５】
前記スタンパが樹脂製のスタンパであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のインプリント装置。
【請求項１】
表面に凹凸パターンを有するスタンパを、基板上に供給された紫外線硬化樹脂材料の上に、当該凹凸パターン表面が密着するように配置し、該スタンパの背面を流体を用いて加圧することにより該スタンパを押圧し、該押圧状態で前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射することにより、前記紫外線硬化樹脂材料を硬化させ、前記基板の表面に前記凹凸パターンの反転凹凸パターンを形成するインプリント装置において、
前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材と対向する耐圧体と、を有し、
前記耐圧体は、その底部に前記紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射するＬＥＤを備え、且つ前記耐圧体の底部と前記保持部材とが対向するように配置されていることを特徴とするインプリント装置。
【請求項２】
前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に冷却手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
【請求項３】
前記耐圧体と前記保持部材の少なくとも一方に温度計が設けられ、
該温度計と前記冷却手段により温度制御を行う制御部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のインプリント装置。
【請求項４】
前記耐圧体に断熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインプリント装置。
【請求項５】
前記スタンパが樹脂製のスタンパであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のインプリント装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１６９５０３（Ｐ２０１２−１６９５０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０２４６（Ｐ２０１１−３０２４６）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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