JP5760412B2 - インプリント方法およびインプリント装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に所望のパターン（線、模様等の図形）を転写形成するインプリント方法とインプリント装置に関する。

微細加工技術として、インプリント方法に注目が集まっている。このインプリント方法は、基材の表面に微細な凹凸構造を形成した型部材（モールド）を用い、凹凸構造を被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である。
上記のインプリント方法として、例えば、光インプリント方法が知られている。この光インプリント方法では、例えば、基板表面に被加工物として光硬化性の樹脂層を配設し、この樹脂層に所望の凹凸構造を有するモールドを押し当てる。そして、この状態でモールド側から樹脂層に光を照射して硬化させ、その後、モールドを樹脂層から引き離すことにより、モールドが有する凹凸が反転した凹凸構造（凹凸パターン）を被加工物である樹脂層に形成することができる（特許文献１）。
このようにインプリント方法では、基板表面への被加工物である樹脂材料の供給工程、モールドの凹凸構造への樹脂の充填工程、樹脂層の硬化工程、モールドと樹脂層との離型工程とがあり、この中でスループットの点から充填工程の時間短縮が重要な課題となっている。すなわち、モールドに対する濡れ性の良い樹脂は、モールドの凹凸構造内部への充填が容易で充填工程の時間短縮が可能であるが、離型工程において、硬化した樹脂層がモールドに付着し易いという問題がある。逆に、モールドに対する濡れ性が悪い樹脂を使用することにより、離型工程において、硬化した樹脂層がモールドに付着するのを防止することができるが、モールドの凹凸構造内部への充填において空気（バブル）が入り込み易く、充填に要する時間を長くする必要があり、スループットの低下を来すことになる。

このため、モールドの凹凸構造内部への樹脂の充填に要する時間が短く、かつ、空気が入り込むことを防止するインプリント方法が提案されている。例えば、樹脂をインクジェット方式で微小液滴としてモールド側に供給し、硬化して樹脂膜とした後、接着層を介して樹脂基板に接着し、モールドから樹脂膜を離型する方法（特許文献２）、セットテーブルに載置したワークの下面の中央から周縁方向へ順次エアを送入し、ワークをモールドに押し付けるとともに、ワーク上の樹脂を広げることにより充填する方法（特許文献３）、モールドと基板側にそれぞれ樹脂を塗布しておき、それらをインプリント時に一体化して硬化し、その後、モールドを離型する方法（特許文献４）等がある。

特表２００２−５３９６０４号公報 特開２００７−２３０１６６号公報 特開２００７−３０５８９５号公報 特開２００９−２０８４０９号公報

しかし、特許文献２に記載のインプリント方法では、樹脂液滴の滴下ポイント数が少ないと従来と同様に空気の入り込みが生じ易く、これを防止するためには、充填に要する時間を長くする必要があり、樹脂液滴の滴下ポイント数を多くすれば、モールドへの充填が容易となるが、樹脂液滴の供給に時間を要し、いずれにしても、スループットの低下を阻止することができない。また、接着層を介して樹脂基板に接着するので、モールドからの離型に際して樹脂膜がモールドに付着することが防止できるが、樹脂基板上の樹脂膜が厚くなり、残膜（形成されたパターンの凹部に残る樹脂）の厚みが大きくなり易く、残膜を除去する間にパターン寸法の変動を起こすリスクが増え、リソグラフィーへの利用に支障を来すという問題もある。

また、特許文献３に記載のインプリント方法では、セットテーブルの駆動、エアを送入するタイミング等の制御が極めて煩雑であるとともに、高い機械精度が要求され、また、モールドへの充填の容易性（モールドへの親和性）が大きい程、モールドからの離型に際して硬化した樹脂がモールドに付着し易くなるという問題がある。
また、特許文献４に記載のインプリント方法では、基板上に形成される樹脂パターンが厚くなり、残膜（形成されたパターンの凹部に残る樹脂）の厚みが大きくなり易く、残膜を除去する間にパターン寸法の変動を起こすリスクが増え、リソグラフィーへの利用に支障を来すという問題がある。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、高精細なインプリント転写が安定して行えるインプリント方法とインプリント装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のインプリント方法は、モールドの凹凸構造領域を有する面と、充填用基材との少なくとも一方に樹脂材料を供給する供給工程と、前記モールドの凹凸構造領域を有する面と前記充填用基材との間に前記樹脂材料を充填する充填工程と、前記樹脂材料を未硬化状態あるいは不完全な硬化状態として前記充填用基材と前記モールドを引き離して、前記モールド側に前記樹脂材料を残す離間工程と、インプリント用の基板と前記樹脂材料とを接触させる押し当て工程と、前記樹脂材料から前記モールドを引き離す離型工程と、を有し、前記モールドに対する前記樹脂材料の接触角θｍと、前記充填用基材に対する前記樹脂材料の接触角θｊと、前記インプリント用の基板に対する前記樹脂材料の接触角θｋとの間に、θｋ＜θｍ＜θｊの関係が成立するような構成とした。

本発明の他の態様として、接触角θｊと接触角θｍとの差が３０°以上であり、接触角θｍと接触角θｋとの差が３０°以上であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記供給工程では、前記モールドに樹脂材料を滴下し、前記充填工程では、前記モールドと前記充填用基材とを接近させるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記充填用基材として、少なくとも１つの供給用孔部を前記モールドと対向する面に備えるものを使用し、該供給用孔部から前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に供給するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記充填用基材として、前記モールドと対向する面に溝部を備えるものを使用し、該溝部の毛管現象を利用して前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に充填するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記充填用基材として、複数の吸引孔を前記モールドと対向する面の周縁部に備えるものを使用し、該吸引孔から吸引しながら前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に充填するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記吸引孔から前記樹脂材料の余剰分を吸引して回収するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記離間工程では、前記樹脂材料を未硬化状態あるいは不完全な硬化状態として、前記充填用基材と前記モールドとを引き離すような構成とした。

本発明のインプリント装置は、モールドを保持するためのモールド保持装置と、インプリント用の基板を保持するための基板保持装置と、充填用基材を保持するための充填用基材保持装置と、を備え、該充填用基材保持装置は、保持する充填用基材を前記モールド保持装置に保持されているモールドに対して離接可能であり、前記モールド保持装置に保持されたモールドの凹凸構造領域を有する面と、前記充填用基材保持装置に保持された充填用基材との少なくとも一方に樹脂材料を供給するための供給機構と、前記モールドの凹凸構造領域を有する面と前記充填用基材との間に前記樹脂材料を充填し、前記樹脂材料が未硬化状態あるいは不完全な硬化状態であるときに前記充填用基材と前記モールドを引き離すための充填機構と、を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記モールド保持装置に保持され樹脂材料が充填されているモールドを、基板保持装置に保持されたインプリント用の基板の所望のインプリント部位に位置させる位置決め機構と、前記モールド保持装置と前記基板保持装置とを離接可能とする転写機構と、を備えるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記基板保持装置は、前記インプリント用の基板を保持する保持面内の直交する２軸方向に移動可能であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記供給機構は、前記モールドの凹凸構造領域を有する面に樹脂材料を供給するための手段を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記供給機構は、前記充填用基材保持装置に保持された充填用基材の供給用孔部に樹脂材料を供給するための手段を有するような構成とした。

本発明のインプリント方法では、モールドに対する樹脂材料の接触角θｍに対して、θｍ＜θｊとの関係が成立する樹脂材料の接触角θｊを具備する充填用基材を用いて、モールドと充填用基材との間に樹脂材料を充填するので、樹脂材料はモールドの凹凸構造領域の凹部に充填され易く、空気（バブル）が入り込むことが防止され、かつ、充填用基材をモールドから引き離す際に、モールド側に樹脂材料を確実に残すことができ、また、モールドに対する樹脂材料の接触角θｍは、インプリント用の基板に対する樹脂材料の接触角θｋとの間に、θｋ＜θｍの関係が成立するので、モールドを引き離す際に、樹脂材料はインプリント用の基板に確実に転写され、これにより、高精細なインプリント転写を安定して行うことができる。

本発明のインプリント装置は、充填用基材保持装置によって充填用基材とモールドとが離接可能であるため、モールドと充填用基材との間で樹脂材料を挟み込み、空気（バブル）が入り込むことを抑制しながらモールドの凹凸構造領域の凹部に樹脂材料を充填することができ、樹脂材料の接触角がθｍであるモールドと、この接触角θｍに対してθｍ＜θｊとの関係が成立する樹脂材料の接触角θｊを具備する充填用基材を、それぞれモールド保持部と充填用基材保持部に保持し、モールドに対する樹脂材料の接触角θｍに対してθｋ＜θｍの関係が成立する樹脂材料の接触角θｋを具備するインプリント用の基板を基板保持部に保持することにより、本発明のインプリント方法を確実に行うことができる。

本発明のインプリント方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明のインプリント方法に使用する充填用基材の他の例を説明するための図である。 本発明のインプリント方法に使用する充填用基材の他の例を説明するための図である。 本発明のインプリント方法の他の実施形態を示す工程図である。 本発明のインプリント方法に使用する充填用基材の他の例を説明するための図である。 本発明のインプリント方法に使用する充填用基材の他の例を説明するための図である。 本発明のインプリント装置の一実施形態を示す平面図である。 図７に示されるインプリント装置のＹ軸方向からの側面図である。 図７に示されるインプリント装置のＸ軸方向からの側面図である。 図８に示されるインプリント装置において鎖線で囲まれた部位Ｉの拡大図である。 図９に示されるインプリント装置において鎖線で囲まれた部位IIの拡大図である。 図８に示されるインプリント装置において鎖線で囲まれた部位IIIの拡大図である。 本発明のインプリント装置の他の実施形態を説明するための図１１対応の図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜インプリント方法＞
図１は、本発明のインプリント方法の一実施形態を説明するための工程図である。
本実施形態では、供給工程において、モールド１の凹凸構造領域Ａ１を有する面１ａに樹脂材料５を供給する（図１（Ａ））。モールド１の面１ａは、凹部２を有する凹凸構造領域Ａ１と、凹凸構造が形成されていない非凹凸構造領域Ａ２からなっている。モールド１の面１ａへ樹脂材料５を供給する手段としては、ディスペンサやインクジェット等を挙げることができる。また、図示例では、樹脂材料５の液滴が複数個示されているが、樹脂材料５の液滴の数、滴下位置は適宜設定することができる。
モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍは、後工程で使用する充填用基材１１に対する樹脂材料５の接触角θｊ、インプリント用の基板７に対する樹脂材料５の触角θｋとの間に、θｋ＜θｍ＜θｊの関係が成立するものであり、好ましくは接触角θｊと接触角θｍとの差は３０°以上であり、接触角θｍと接触角θｋとの差も３０°以上である。このような接触角θｍは、凹凸構造領域Ａ１の凹部２への充填性を考慮して、例えば、３０°〜７０°、好ましくは４０°〜６５°の範囲とすることができる。尚、本発明では、樹脂材料の接触角は、温度２５℃、湿度３０％、大気圧下でマイクロシリンジから対象物に樹脂材料を滴下して２０秒後に接触角測定器（協和界面科学（株）製 ＣＡ−Ｚ型）を用いて測定した値とする。

このようなモールド１の材質は適宜選択することができるが、樹脂材料５が光硬化性である場合には、樹脂材料５を硬化させるための照射光が透過可能な透明基材を用いて形成することができ、例えば、石英ガラス、珪酸系ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、アクリルガラス等、あるいは、これらの任意の積層材を用いることができる。また、モールド１は、面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍを所望の範囲に調整するための離型剤層を備えていてもよい。モールド１の厚みは凹凸構造の形状、基材の強度、取り扱い適性等を考慮して設定することができ、例えば、３００μｍ〜１０ｍｍ程度の範囲で適宜設定することができる。また、モールド１は、凹凸構造領域Ａ１が非凹凸構造領域Ａ２に対して凸構造となっている、いわゆるメサ構造であってもよい。
尚、供給工程において、モールド１と対向する充填用基材１１の面１１ａに樹脂材料５を供給してもよく、また、モールド１と充填用基材１１の双方に樹脂材料５を供給してもよい。

次に、充填工程において、充填用基材１１の面１１ａをモールド１の凹凸構造領域１Ａを有する面１ａに対向させ、モールド１と充填用基材１１とを接近させ、モールド１の面１ａと充填用基材１１の面１１ａとの間に樹脂材料５を充填する（図１（Ｂ））。充填用基材１１は、その面１１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊが、上記のように、モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍとの間に、θｍ＜θｊの関係が成立するものである。この接触角θｊは、モールド１の凹部２への充填性を考慮して、例えば、４０°以上、好ましくは６０°以上の範囲とすることができる。
このような充填用基材１１は、例えば、石英やシリコン基板等の剛性を有する材質からなるものであってよく、モールド１に対向する面１１ａの形状は平坦面とすることができる。また、面１１ａの形状を凸状の曲面として、樹脂材料５の充填、広がりを促進してもよい。また、充填用基材１１を、例えば、フッ素樹脂等の可撓性を有する材質からなるものとし、モールド１方向へ凸状となるように変形させて、樹脂材料５の充填、広がりを促進してもよい。このような充填用基材１１は、面１１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊを所望の範囲に調整するための離型剤層を備えていてもよい。

次に、離間工程において、充填用基材１１とモールド１を引き離す（図１（Ｃ））。モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍと、充填用基材１１の面１１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊとの間には、θｍ＜θｊの関係が成立するので、充填用基材１１とモールド１の引き離しでは、樹脂材料５は未硬化状態でモールド１に残ることになる。また、接触角θｊと接触角θｍとの差を３０°以上とすることにより、モールド１に樹脂材料５が残るようした充填用基材１１とモールド１の引き離しが更に確実なものとなる。
尚、本発明では、離間工程で充填用基材１１とモールド１を引き離す前に、樹脂材料５を不完全な硬化状態としてもよい。この場合の不完全な硬化状態は、後工程において樹脂材料５にインプリント用の基板を接触させ硬化させた際に、硬化した樹脂材料がインプリント用の基板に固着可能な範囲での硬化状態とする。

次いで、押し当て工程において、インプリント用の基板７と樹脂材料５とを接触させる（図１（Ｄ））。インプリント用の基板７は、例えば、石英やソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、シリコンやガリウム砒素、窒化ガリウム等の半導体、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂基板、金属基板、あるいは、これらの材料の任意の組み合わせからなる複合材料基板であってよい。また、例えば、半導体やディスプレイ等に用いられる微細配線や、フォトニック結晶構造、光導波路、ホログラフィのような光学的構造等の所望のパターン構造物が形成されたものであってもよい。このような基板７の面７ａに対する樹脂材料５の接触角θｋは、上記のように、モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍとの間に、θｋ＜θｍの関係が成立するものである。

次に、離型工程において、樹脂材料５を硬化させ、この樹脂材料５からモールド１を引き離すことにより、モールド１が有する凹凸構造が反転した凹凸構造が形成された樹脂層５′がインプリント用の基板７に転写される（図１（Ｅ））。モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍと、インプリント用の基板７の面７ａに対する樹脂材料５の接触角θｋとの間には、θｋ＜θｍの関係が成立するので、モールド１の引き離しでは、硬化した樹脂材料５（樹脂層５′）は基板７に確実に転写保持される。また、接触角θｍと接触角θｋとの差を３０°以上とすることにより、基板７に樹脂層５′を転写保持させることが更に確実なものとなる。樹脂材料５の硬化は、樹脂材料が光硬化性の場合には、モールド１側から光を照射することにより行い、樹脂材料が熱硬化性の場合には、加熱により行い、また、樹脂材料が熱可塑性の場合には、可塑状態の樹脂材料の温度を低下させることにより行うことができる。

また、上述の実施形態では、充填用基材１１として複数の吸引孔を備えるものを使用することができる。図２は、このような充填用基材１１を使用する状態を示す図１（Ｂ）に対応した図面であり、モールド１の面１ａと対向する充填用基材１１の面１１ａの周縁部に複数の吸引孔１３が設けられている。このような吸引孔１３から図示しない吸引装置を用いて吸引を行うことにより、モールド１の面１ａと充填用基材１１の面１１ａとの間に充填されるとともにモールド１の周囲にはみ出す樹脂材料５の余剰分を、吸引することができる。これにより、不要部位への樹脂材料５の付着を防止したり、回収した樹脂材料５の再利用を図ることができる。このような吸引孔１３の形状、大きさ、数、配設位置は適宜設定することができ、例えば、断面が円形の貫通孔とし、開口直径を１００〜１０００μｍの範囲とすることができる。
また、充填用基材１１は、溝部を面１１ａに備えていてもよい。この溝部は、毛管現象により樹脂材料５の充填、広がりを促進することを目的としたものであり、溝部の深さと幅は、毛管現象が発揮され、かつ、離間工程にて充填用基材１１を剥離した後の樹脂材料５の表面に溝部の形状が残らないように、樹脂材料５の粘度、充填用基材１１の面１１ａに対する接触角θｊ等を考慮して設定することができる。例えば、溝部の深さは１〜１００μｍ、溝部の幅は、１〜１００μｍの範囲で設定することができる。図３は、このような溝部１４と、上記の吸引孔１３を備えた充填用基材１１の面１１ａを示す図であり、図示例では、溝部１４は充填用基材１１の中心から放射状に複数設けられており、各溝部間に位置するように、面１１ａの周縁部に複数の吸引孔１３が設けられている。尚、吸引孔１３、溝部１４の形状、数、配設位置は図示例に限定されるものではない。

図４は、本発明のインプリント方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
本実施形態では、まず、充填用基材２１の面２１ａをモールド１の凹凸構造領域Ａ１を有する面１ａに所望の間隙を介して対向させる（図４（Ａ））。その後、充填用基材２１の供給用孔部２２から樹脂材料５を供給する。そして、モールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間に樹脂材料５を充填する（図４（Ｂ））。
モールド１は、上記の実施形態におけるモールド１と同様であり、モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍは、使用する充填用基材２１に対する樹脂材料５の接触角θｊ、インプリント用の基板７に対する樹脂材料５の接触角θｋとの間に、θｋ＜θｍ＜θｊの関係が成立するものであり、好ましくは接触角θｊと接触角θｍとの差が３０°以上となり、接触角θｍと接触角θｋとの差が３０°以上となるものである。このような接触角θｍは、凹凸構造領域Ａ１の凹部２への充填性を考慮して、例えば、３０°〜７０°、好ましくは４０°〜６５°の範囲とすることができる。

充填用基材２１は、モールド１と対向する面２１ａに供給用孔部２２の一方の開口端が位置し、供給用孔部２２の他方の開口端には樹脂材料供給装置（図示せず）が移送パイプ等を介して接続されている。供給用孔部２２の位置、数は、モールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間への樹脂材料５の充填性を考慮して適宜設定するこができ、例えば、充填用基材２１の面２１ａの略中央部に１個の供給用孔部２２を設けることができる。また、充填用基材２１は、その面２１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊが、上記のように、モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍとの間に、θｍ＜θｊの関係が成立するものである。この接触角θｊは、モールド１の凹部２への充填性を考慮して、例えば、４０°以上、好ましくは６０°以上の範囲とすることができる。
このような充填用基材２１は、例えば、石英やシリコン基板等の剛性を有する材質からなるものであってよく、モールド１に対向する面２１ａの形状は平坦面とすることができる。また、面２１ａの形状を凸状の曲面として、樹脂材料５の充填、広がりを促進してもよい。また、充填用基材２１は、面２１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊを所望の範囲に調整するための離型剤層を備えていてもよい。

上記のモールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間への樹脂材料５の充填工程では、充填用基材２１の面２１ａとモールド１の面１ａとの間隙を、予め設定した間隙に維持し、充填用基材２１の供給用孔部２２から樹脂材料５を供給することにより行うことができる。また、樹脂材料５を充填する前の充填用基材２１の面２１ａとモールド１の面１ａとの間隙を、予め設定した間隙よりも大きくしておき、充填用基材２１の供給用孔部２２から樹脂材料５を供給しながら、あるいは、モールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間に樹脂材料５を充填した後に、予め設定した間隙となるようにモールド１と充填用基材２１とを接近させてもよい。

次に、離間工程において、充填用基材２１とモールド１を引き離す（図４（Ｃ））。モールド１の面１ａに対する樹脂材料５の接触角θｍと、充填用基材２１の面２１ａに対する樹脂材料５の接触角θｊとの間には、θｍ＜θｊの関係が成立するので、充填用基材２１とモールド１の引き離しに際し、樹脂材料５は未硬化状態でモールド１に残ることになる。また、接触角θｊと接触角θｍとの差を３０°以上とすることにより、モールド１に樹脂材料５が残るように充填用基材２１とモールド１を引き離すことが、更に確実なものとなる。
尚、本発明では、離間工程で充填用基材１１とモールド１を引き離す前に、樹脂材料５を不完全な硬化状態としてもよい。この場合の不完全な硬化状態は、後工程において樹脂材料５にインプリント用の基板を接触させ硬化させた際に、硬化した樹脂材料がインプリント用の基板に固着可能な範囲での硬化状態とする。

次いで、上述の実施形態と同様に、押し当て工程にて、インプリント用の基板７と樹脂材料５とを接触させ（図４（Ｄ））、その後、離型工程にて、樹脂材料５を硬化させ、この樹脂材料５からモールド１を引き離すことにより、モールド１が有する凹凸構造が反転した凹凸構造が形成された樹脂層５′がインプリント用の基板７に転写される（図４（Ｅ））。
また、上述の実施形態では、充填用基材２１として複数の吸引孔を備えるものを使用することができる。図５は、このような充填用基材２１を使用する状態を示す図４（Ｂ）に対応した図面であり、モールド１の面１ａと対向する充填用基材２１の面２１ａの周縁部に複数の吸引孔２３が設けられている。このような吸引孔２３から図示しない吸引装置を用いて吸引を行うことにより、充填用基材２１の供給用孔部２２から供給されてモールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間に充填されるとともにモールド１の周囲にはみ出す樹脂材料５の余剰分を、吸引除去することができる。これにより、不要部位への樹脂材料５の付着を防止したり、回収した樹脂材料５の再利用を図ることができる。このような吸引孔２３の形状、大きさ、数、配設位置は適宜設定することができ、例えば、断面が円形の貫通孔とし、開口直径を１００〜１０００μｍの範囲とすることができる。

また、充填用基材２１は、溝部を面２１ａに備えていてもよい。この溝部は、毛管現象により樹脂材料５の充填、広がりを促進することを目的としたものであり、溝部の深さと幅は、毛管現象が発揮され、かつ、離間工程にて充填用基材２１を剥離した後の樹脂材料５の表面に溝部の形状が残らないように、樹脂材料５の粘度、充填用基材２１の面２１ａに対する接触角θｊ等を考慮して設定することができる。例えば、溝部の深さは１〜１００μｍ、溝部の幅は、１〜１００μｍの範囲で設定することができる。図６は、このような溝部２４と、上記の吸引孔２３を備えた充填用基材２１の面２１ａを示す図であり、図示例では、充填用基材２１の中央に位置する供給用孔部２２から放射状に溝部２４が複数設けられており、各溝部間に位置するように、面２１ａの周縁部に複数の吸引孔２３が設けられている。尚、吸引孔２３、溝部２４の形状、数、配設位置は図示例に限定されるものではない。

このような本発明では、モールド１に対する樹脂材料５の接触角θｍに対して、θｍ＜θｊとの関係が成立する樹脂材料５の接触角θｊを具備する充填用基材１１，２１を用いて、モールド１と充填用基材１１，２１との間に樹脂材料５を充填するので、樹脂材料５はモールド１の凹凸構造領域１Ａの凹部２に充填され易く、空気（バブル）が入り込むことが防止される。また、充填用基材１１，２１をモールド１から引き離す際に、モールド１側に樹脂材料５を確実に残すことができる。さらに、モールド１の接触角θｍと、インプリント用の基板７の接触角θｋとの間に、θｋ＜θｍの関係が成立するので、モールド１を引き離す際に、硬化された樹脂材料（樹脂層５′）はインプリント用の基板７に確実に転写される。これにより、高精細なインプリント転写を安定して行うことができる。
上述のインプリント方法の実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

＜インプリント装置＞
本発明のインプリント装置は、モールドを保持するためのモールド保持装置と、インプリント用の基板を保持するための基板保持装置と、充填用基材を保持するための充填用基材保持装置と、を備えている。そして、充填用基材保持装置は、保持する充填用基材をモールド保持装置に保持されているモールドに対して離接可能とされている。
図７は、このような本発明のインプリント装置の一実施形態を示す平面図であり、図８は図７のＹ軸方向からの側面図であり、図９は図７のＸ軸方向からの側面図である。また、図１０は図８において鎖線で囲まれた部位Ｉの拡大図であり、図１１は図９において鎖線で囲まれた部位IIの拡大図であり、図１２は図８において鎖線で囲まれた部位IIIの拡大図である。尚、図７〜図１２では、インプリント装置を、図１で説明した本発明のインプリント方法を実施するためのモールド１、インプリント用の基板７、充填用基材１１を使用した例として示している。

図７〜図１２において、インプリント装置５１は、基板保持装置５２と、この基板保持装置５２の周囲に複数配置された充填用基材保持装置５５（図示例では基板保持装置５２の三方に配置された３個の充填用基材保持装置５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ）と、駆動アーム７５（図示例では各充填用基材保持装置５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃに対応して配設されている３本の駆動アーム７５）に着脱可能に配置されたモールド保持装置５８を備えている。
インプリント装置５１を構成する基板保持装置５２は、インプリント用の基板７を保持するための保持部材５３を有している。この保持部材５３は、例えば、吸引による保持機構、機械挟持による保持機構等により基板７を保持可能とされている。また、基板保持装置５２は、図示しない駆動装置により、基板７を保持する保持部材５３の面内の直交する２軸方向（図７に示すＸ軸方向とＹ軸方向）に移動可能とされている。
インプリント装置５１を構成する充填用基材保持装置５５は、充填用基材１１を保持するための保持部材５６を有している。この保持部材５６は、例えば、吸引による保持機構、機械挟持による保持機構等により充填用基材１１を保持可能とされている。また、充填用基材保持装置５５は、図示しない駆動装置により、基板保持装置５２の保持部材５３の保持面に垂直な方向（図８および図９に示すＺ軸方向）に移動可能とされている。

インプリント装置５１を構成するモールド保持装置５８は、凹凸構造領域を有する面１ａが上方を向くようにモールド１を保持するものである。このモールド保持装置５８は、図示例では機械的チャック５９を有し、モールド１を挟持して保持するものであるが、これに限定されるものではない。
モールド保持装置５８が着脱可能に配設されている駆動アーム７５は、各充填用基材保持装置５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの下方に配設されており、基板保持装置５２と各充填用基材保持装置５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃとを結ぶ経路上でモールド保持装置５８を往復移動可能とするものである。また、駆動アーム７５のモールド保持装置５８が着脱可能に配設されている部位には、貫通開口部７６（図１２参照）が設けられている。この貫通開口部７６は、駆動アーム７５が駆動してモールド保持装置５８が後述する昇降装置９２の上方に位置したときに、昇降装置９２の昇降部材９４を挿入するための開口部である。そして、モールド保持装置５８の底面は、貫通開口部７６よりも大きく、駆動アーム７５にモールド保持装置５８が載置されているときは、モールド保持装置５８によって貫通開口部７６が閉塞されている。尚、駆動アーム７５上でモールド保持装置５８が不要な位置ズレを生じないように、例えば、モールド保持装置５８の底面の周縁部位と、これに当接する駆動アーム７５の貫通開口部７６の近傍部位には、着脱可能に係合する凹部と凸部、あるいは、チャック機構等が設けられていてもよい。

また、本発明のインプリント装置５１は、供給機構６１を有している。この供給機構６１は、モールド保持装置５８に保持されたモールド１の凹凸構造領域１Ａを有する１ａ面に樹脂材料を供給するものである。図示例では、供給機構６１はインクジェット装置６２を備えている。そして、図７および図８に示されるように、駆動アーム７５がモールド保持装置５８を供給機構６１の下方に位置させたときに、インクジェット装置６２から樹脂材料５をモールド１上に供給する（図１０参照）。また、インプリント装置５１の供給機構６１は、充填用基材保持装置５５に保持された充填用基材１１に樹脂材料を供給するものであってもよい。この場合、供給機構６１は、図８に二点鎖線で示すように、上下移動可能なインクジェット装置６２を充填用基材保持装置５５の下方に備えるものとすることができる。そして、図８に示されるように、充填用基材保持装置５５Ａの下方よりも外側に駆動アーム７５が位置したときに、インクジェット装置６２が上方に移動して、充填用基材保持装置５５Ａに保持されている充填用基材１１に樹脂材料を供給し、その後、駆動アーム７５の駆動を妨げないように、下方の待機位置に戻る。このような供給機構６１は、インクジェット装置６２に代えて、ディスペンサ装置等を備えるものであってもよい。尚、本発明では、供給機構６１がモールド１と充填用基材１１の双方に樹脂材料を供給するものであってもよい。

また、インプリント装置５１は、充填機構７１を有している。この充填機構７１は、モールド１の凹凸構造領域１Ａを有する１ａ面と充填用基材１１との間に樹脂材料５を充填し、その後、充填用基材１１とモールド１を引き離すものであり、図示例では、充填機構７１として充填用基材保持装置５５が機能する。すなわち、図９および図１１に示されるように、駆動アーム７５がモールド保持装置５８を充填用基材保持装置５５Ｂの下方に位置させたときに、充填用基材保持装置５５Ｂは、図示しない駆動装置によりＺ軸方向（図９および図１１参照）に降下し、所定の間隙を設けるようにモールド１に接近する。これにより、モールド１に供給された樹脂材料は、モールド１の面１ａと充填用基材１１の面１１ａとの間に充填される（図１１参照）。その後、充填用基材保持装置５５Ｂは、図示しない駆動装置によりＺ軸方向（図９および図１１参照）に上昇し、充填用基材１１はモールド１から引き離され、樹脂材料５はモールド１に残る。尚、駆動アーム７５をその軸方向を維持したまま、Ｚ軸方向（図９および図１１参照）に上下移動可能とし、保持したモールド保持装置８５を充填用基材保持装置５５方向に上昇させて、モールド１を充填用基材１１の面１１ａに接近させてもよい。

また、インプリント装置５１は、位置決め機構８１を有している。この位置決め機構８１は、モールド保持装置５８に保持され樹脂材料５が充填されているモールド１を、基板保持装置５２に保持されたインプリント用の基板７の所望のインプリント部位に位置させるものである。図示例では、位置決め機構８１として基板保持装置５２が機能する。すなわち、図８および図１２に示されるように、駆動アーム７５がモールド保持装置５８を基板保持装置５２の下方であり、かつ、後述する転写機構９１の上方に位置させたときに、基板保持装置５２は、図示しない駆動装置により、基板７を保持する保持部材５３の面内の直交する２軸方向（図７に示すＸ軸方向とＹ軸方向）に移動し、モールド１に対してインプリント用の基板７の所望のインプリント部位を位置させることができる。モールド１と基板７との位置決めは、モールド１（後述する転写機構９１）のＸＹ座標位置に対する基板保持装置５２のインプリント部位毎のＸＹ座標位置との整合を用いる方法、モールド１の位置合わせマークと基板７のインプリント部位毎の位置合わせマークとを合わせる方法等により行うことができる。

さらに、インプリント装置５１は、転写機構９１を有している。この転写機構９１は、モールド保持装置５８と基板保持装置５２とを離接可能とするものである。図示例では、転写機構９１として昇降装置９２が機能し、昇降装置９２は、駆動装置９３により昇降部材９４をＺ軸方向（図８および図１２参照）に昇降可能としたものである。すなわち、上述の位置決め機構８１によりモールド１をインプリント用の基板７の所望のインプリント部位に位置させた後、昇降装置９２の昇降部材９４が上昇し、その先端面９４ａは駆動アーム７５の貫通開口部７６に挿入され、その後、駆動アーム７５に着脱可能に配置されているモールド保持装置５８の底面に当接する。昇降装置９２の昇降部材９４は、さらに上昇し、これにより、モールド保持装置５８は駆動アーム７５から離間して基板保持装置５２に接近する。そして、モールド保持装置５８に保持されているモールド１に充填された樹脂材料５がインプリント用の基板７に接触する状態で、昇降装置９２は昇降部材９４を停止する。モールド保持装置５８が昇降部材９４の先端面９４ａ上で位置ズレを生じないように、例えば、モールド保持装置５８の底面と昇降部材９４の先端面９４ａには、着脱可能なように凹部と凸部、あるいは、チャック機構等が設けられていてもよい。
このようにして樹脂材料５がインプリント用の基板７に接触した状態で、樹脂材料５を硬化させる。その後、昇降装置９２の昇降部材９４を降下させ、硬化した樹脂材料５からモールド１を引き離し、さらに昇降部材９４を降下させてモールド保持装置５８を駆動アーム７５の所定位置に配置し、駆動アーム７５の貫通開口部７６から昇降部材９４を引き出すことにより、インプリント用の基板７への転写が終了する。

このようなインプリント装置５１では、本発明のインプリント方法を実施するためのモールド、インプリント用の基板、充填用基材を使用（樹脂材料５の接触角がθｍであるモールドと、この接触角θｍに対してθｍ＜θｊとの関係が成立する樹脂材料５の接触角θｊを具備する充填用基材を、それぞれモールド保持部５８と充填用基材保持部５５に保持し、モールドに対する樹脂材料５の接触角θｍに対してθｋ＜θｍの関係が成立する樹脂材料５の接触角θｋを具備するインプリント用の基板を基板保持部５２に保持）することにより、高い機械精度を要求されることなく高精細なインプリント転写を安定して行うことができる。また、基板保持装置５２の三方に配置された３個の充填用基材保持装置５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃに対応した供給機構６１および充填機構７１を、例えば、５５Ａ→５５Ｂ→５５Ｃの順に時間差を設けて循環作動させることにより、基板７へのインプリント転写を高い効率で行うことができる。

本発明のインプリント装置５１では、図４で説明した本発明のインプリント方法を実施するための充填用基材２１を使用することもできる。図１３は、このようなインプリント装置の充填用基材保持装置５５を説明するための図であり、図１１に対応したものである。この場合、充填用基材保持装置５５を構成する保持部材５６は、充填用基材２１が有する供給用口部２２に接続可能な供給流路５７ａを備えたものであり、この供給流路５７ａには移送パイプ５７ｂを介して樹脂材料の供給装置（図示せず）が接続されている。
そして、このようなインプリント装置では、充填用基材保持装置５５が充填機構７１として機能するとともに供給機構６１としても機能する。すなわち、図１３に示されるように、駆動アーム７５がモールド保持装置５８を充填用基材保持装置５５（５５Ｂ）の下方に位置させたときに、充填用基材保持装置５５Ｂは、図示しない駆動装置によりＺ軸方向に降下し、所定の間隙を設けるようにモールド１に接近する。次いで、図示しない供給装置から移送パイプ５７ｂ、供給流路５７ａ、および、充填用基材２１の供給用口部２２を介して樹脂が供給され、供給された樹脂材料は、モールド１の面１ａと充填用基材２１の面２１ａとの間に充填される。その後、充填用基材保持装置５５（５５Ｂ）は、図示しない駆動装置によりＺ軸方向に上昇し、充填用基材２１はモールド１から引き離され、樹脂材料５はモールド１に残る。尚、駆動アーム７５をその軸方向を維持したまま、Ｚ軸方向に上下移動可能とし、駆動アーム７５に保持したモールド保持装置８５を充填用基材保持装置５５（５５Ｂ）方向に上昇させて、モールド１を充填用基材２１の面２１ａに接近させてもよい。

上述のインプリント装置の実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、基板保持装置５２に対する充填用基材保持装置の配設位置、配設数は図示例に限定されるものではない。
また、基板保持装置５２を固定とし、駆動アーム７５と昇降装置９２をＸＹ方向に移動可能とすることにより、駆動アーム７５と昇降装置９２が位置決め機構８１として機能するようにしてもよい。また、インプリント用の基板へのインプリントが、１枚の基板に１回のインプリントである場合には、予め基板保持装置５２と駆動アーム７５および昇降装置９２との位置を設定しておき、位置決め機構８１を備えないものであってもよい。

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
まず、厚み６．３５ｍｍの石英ガラスを用いてモールドを作製した。このモールドは、大きさが２５ｍｍ×２５ｍｍであり、深さ１００ｎｍ、ライン／スペースが５０ｎｍ／５０ｎｍの凹凸構造のパターンを備えるものであった。
次に、モールドの凹凸構造のパターンを備える面に離型剤（関東化学（株）製 ＨＭＤＳ）を塗布して、離型剤層を形成した。このように離型剤層を形成したモールドに対する後述の樹脂材料の接触角θｍは６０°であった。尚、接触角の測定は、温度２５℃、湿度３０％、大気圧下でマイクロシリンジから対象物に樹脂材料を滴下して２０秒後に接触角測定器（協和界面科学（株）製 ＣＡ−Ｚ型）を用いて測定した。

（供給工程）
上記のように作製したモールドの凹凸構造のパターンを備える面に、１滴の滴下量が５ｐＬとなるように下記組成の光硬化性の樹脂材料を５００列×５００列（計２５００００箇所）に５０μｍピッチで滴下した。この樹脂材料の滴下はインクジェット装置を用いて行った。
（光硬化性樹脂材料の組成）
・イソボルニルアクリレート … ３８重量％
・エチレングリコールジアクリレート … ２０重量％
・ブチルアクリレート … ３８重量％
・２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン
… ２重量％
・２−ペルフルオロデシルエチルアクリレート … １重量％
・メチルペルフルオロオクタノレート … １重量％

（充填工程）
充填用基材として、厚み１ｍｍの石英板を準備し、一方の面に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布して、離型剤層を形成した。この充填用基材の離型剤層を有する面に対する樹脂材料の接触角θｊを上記と同様に測定した結果、１００°であり、上記の接触角θｍよりも３０°以上大きいものであった。
上記のように樹脂材料を供給したモールドに、充填用基材の離型剤層を形成した面を接近させた。ここでは、モールドの非凹凸構造領域（凹凸構造が形成されていない部位）での充填用基材との間隙を０．０５μｍとした。

（離間工程）
次いで、その後、充填用基材とモールドを引き離し、モールド側に樹脂材料を残した。

（押し当て工程）
インプリント用の基板として、厚み０．８ｍｍのシリコン基板を準備した。この基板に対する樹脂材料の接触角θｋを上記と同様に測定した結果、２０°であり、上記の接触角θｍよりも３０°以上小さいものであった。
上記のインプリント用の基板をモールドに接近させ、モールドに充填された樹脂材料に押し当てた。

（離型工程）
モールドに充填された樹脂材料と基板を上記のように接触させた状態で、インプリント装置の照明光学系から平行光（ピーク波長が３６５ｎｍの紫外線）をモールド側に１００ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射した。これにより、光硬化性の樹脂材料を硬化させて樹脂層とした。その後、硬化した樹脂層からモールドを引き離してインプリント転写を完了した。

このようにして形成されたサンプルについて、欠陥率を下記のように測定し、その結果を下記の表１に示した。
（欠陥率の測定）
形成されたパターン領域内を光学顕微鏡で５箇所観察し、一つの観察箇所（１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）内で、樹脂層の剥がれや、パターン欠損が確認できた面積の割合を測定した。したがって、この欠陥率が大きい程、欠陥が多いことを意味し、本発明では、欠陥率が０．１未満を実用レベルと判定する。

［実施例２］
離型剤（関東化学（株）製 ＨＭＤＳ）を希釈し塗布して、モールドに対する樹脂材料の接触角θｍを４０°とし、また、離型剤（関東化学（株）製 ＨＭＤＳ）を塗布して、充填用基材に対する樹脂材料の接触角θｊを６０°とした他は、実施例１と同様にして、インプリント転写を行った。
このようにして形成されたサンプルについて、実施例１と同様に欠陥率を測定し、その結果を下記の表１に示した。

［実施例３］
離型剤（関東化学（株）製 ＨＭＤＳ）を希釈し塗布した後、ＳＰＭ洗浄を実施して、モールドに対する樹脂材料の接触角θｍを３０°とし、また、離型剤（関東化学（株）製 ＨＭＤＳ）を希釈し塗布して、充填用基材に対する樹脂材料の接触角θｊを４０°とした他は、実施例１と同様にして、インプリント転写を行った。
このようにして形成されたサンプルについて、実施例１と同様に欠陥率を測定し、その結果を下記の表１に示した。

［比較例１］
実施例１と同様にモールドに樹脂材料を供給した後、実施例１の充填工程と離間工程を行わず、実施例１の押し当て工程と離型工程を行って、インプリント転写を完了した。
このようにして形成されたサンプルについて、実施例１と同様に欠陥率を測定し、その結果を下記の表１に示した。

［比較例２］
充填用基材に離型剤層を形成せず、樹脂材料の接触角θｊが３０°である充填用基材を使用した他は、実施例１と同様にして、インプリント転写を行った。
このようにして形成されたサンプルについて、実施例１と同様に欠陥率を測定し、その結果を下記の表１に示した。

［比較例３］
モールドに離型剤層を形成せず、樹脂材料の接触角θｍが１５°であるモールドを使用した他は、実施例１と同様にして、インプリント転写を行った。
このようにして形成されたサンプルについて、実施例１と同様に欠陥率を測定し、その結果を下記の表１に示した。

表１に示されるように、実施例１〜３におけるインプリント方法では、欠陥率が低く、良好なインプリント転写が行われたことが確認された。
これに対して、比較例１におけるインプリント方法では、モールドへの樹脂材料の充填における空気（バブル）の入り込みが原因と思われる欠陥がみられ、実用レベルを満足していないことが確認された。
また、比較例２におけるインプリント方法では、充填工程後の離間工程において、樹脂材料の一部が充填用基材に取られることが原因と思われる欠陥がみられ、実用レベルを満足していないことが確認された。
また、比較例３におけるインプリント方法では、離型工程において、樹脂層の一部がモールドに取られることが原因と思われる欠陥がみられ、実用レベルを満足していないことが確認された。

ナノインプリント技術を用いた微細加工に利用可能である。

１…モールド
２…凹部
５…樹脂材料
７…インプリント用の基板
１１，２１…充填用基材
２２…供給孔
１３，２３…吸引孔
１４，２４…溝部
５１…インプリント装置
５２…モールド保持装置
５５…充填用基材保持装置
５８…基板保持装置
６１…供給機構
７１…充填機構
８１…位置決め機構
９１…転写機構

Claims (13)

1. モールドの凹凸構造領域を有する面と、充填用基材との少なくとも一方に樹脂材料を供給する供給工程と、
   前記モールドの凹凸構造領域を有する面と前記充填用基材との間に前記樹脂材料を充填する充填工程と、
   前記樹脂材料を未硬化状態あるいは不完全な硬化状態として前記充填用基材と前記モールドを引き離して、前記モールド側に前記樹脂材料を残す離間工程と、
   インプリント用の基板と前記樹脂材料とを接触させる押し当て工程と、
   前記樹脂材料から前記モールドを引き離す離型工程と、を有し、
   前記モールドに対する前記樹脂材料の接触角θｍと、前記充填用基材に対する前記樹脂材料の接触角θｊと、前記インプリント用の基板に対する前記樹脂材料の接触角θｋとの間に、θｋ＜θｍ＜θｊの関係が成立することを特徴とするインプリント方法。
2. 接触角θｊと接触角θｍとの差が３０°以上であり、接触角θｍと接触角θｋとの差が３０°以上であることを特徴とする請求項１に記載のインプリント方法。
3. 前記供給工程では、前記モールドに樹脂材料を滴下し、前記充填工程では、前記モールドと前記充填用基材とを接近させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインプリント方法。
4. 前記充填用基材として、少なくとも１つの供給用孔部を前記モールドと対向する面に備えるものを使用し、該供給用孔部から前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインプリント方法。
5. 前記充填用基材として、前記モールドと対向する面に溝部を備えるものを使用し、該溝部の毛管現象を利用して前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に充填することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインプリント方法。
6. 前記充填用基材として、複数の吸引孔を前記モールドと対向する面の周縁部に備えるものを使用し、該吸引孔から吸引しながら前記樹脂材料を前記モールドと前記充填用基材の間に充填することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインプリント方法。
7. 前記吸引孔から前記樹脂材料の余剰分を吸引して回収することを特徴とする請求項６に記載のインプリント方法。
8. 前記離間工程では、前記樹脂材料を未硬化状態あるいは不完全な硬化状態として、前記充填用基材と前記モールドとを引き離すことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のインプリント方法。
9. モールドを保持するためのモールド保持装置と、インプリント用の基板を保持するための基板保持装置と、充填用基材を保持するための充填用基材保持装置と、を備え、該充填用基材保持装置は、保持する充填用基材を前記モールド保持装置に保持されているモールドに対して離接可能であり、
   前記モールド保持装置に保持されたモールドの凹凸構造領域を有する面と、前記充填用基材保持装置に保持された充填用基材との少なくとも一方に樹脂材料を供給するための供給機構と、
   前記モールドの凹凸構造領域を有する面と前記充填用基材との間に前記樹脂材料を充填し、前記樹脂材料が未硬化状態あるいは不完全な硬化状態であるときに前記充填用基材と前記モールドを引き離すための充填機構と、を備えることを特徴とするインプリント装置。
10. 前記モールド保持装置に保持され樹脂材料が充填されているモールドを、基板保持装置に保持されたインプリント用の基板の所望のインプリント部位に位置させる位置決め機構と、
    前記モールド保持装置と前記基板保持装置とを離接可能とする転写機構と、を備えることを特徴とする請求項９に記載のインプリント装置。
11. 前記基板保持装置は、前記インプリント用の基板を保持する保持面内の直交する２軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のインプリント装置。
12. 前記供給機構は、前記モールドの凹凸構造領域を有する面に樹脂材料を供給するための手段を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のインプリント装置。
13. 前記供給機構は、前記充填用基材保持装置に保持された充填用基材の供給用孔部に樹脂材料を供給するための手段を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のインプリント装置。

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