(57)【要約】【課題】ナノインプリント法によるパターン転写を高速に行うことができる方法及び装置を提供する。【解決手段】表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写する方法であって、複数組の基板材料及びスタンパを加圧方向に重ねて配置し、温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法。【選択図】図１
2007268876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写する方法であって、
複数組の基板材料及びスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法。
【請求項２】
表面が軟質性を有する基板材料の両面に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の両表面にパターンを転写する方法であって、
複数組の基板材料及び１対のスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法。
【請求項３】
表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写する方法であって、
複数組の基板材料、スタンパ及び基板材料同士の接触を妨げる板状の離隔部材を加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法。
【請求項４】
温度調整手段を有する板状の温度調整部材を１つ以上前記１対の板状部材の間に挟み込んで、パターン転写工程における温度調整を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
【請求項５】
軟質性を有する基板材料表面にパターンを転写する装置であって、
表面にパターンが形成されたスタンパと、
前記スタンパ及び基板材料を複数組挟み込んで保持可能な１対の板状部材と、
前記１対の板状部材を互いに向けて押圧する手段と、
前記１対の板状部材の温度を調整する手段とを有するパターン転写装置。
【請求項６】
表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写して光ディスクを製造する方法であって、
複数組の基板材料及びスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含む光ディスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が軟質の材料からなる基板に対してスタンパにより圧力をかけて、スタンパに形成されたパターンを基板に転写させるパターン転写方法及びパターン転写装置に関するものである。本発明は、さらに光ディスクの製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク、回折格子、導光板及びマイクロレンズアレイなどの光学デバイスにおいては、その小型化・薄形化及び高性能化を図るため、ナノスケールの微細な凹凸パターンを表面に形成することが求められている。
【０００３】
従来、プラスチック成形体の表面に微細な凹凸パターンを形成する方法としては、成形品の表面に形成しようとする凹凸パターンの雌形を有する金型キャビティ内に溶融プラスチック材料を注入する射出成形法が用いられてきた。この方法は、成形品の形状や成形材料に関する制約が少ない優れた方法であるが、溶融プラスチック材料を冷えた金型キャビティ内に注入するので、溶融プラスチック材料が金型キャビティ内で流動不足になりやすく、転写される凹凸パターンの微細化や高精度化に限界があった。特に、光学デバイスのように薄形の成形品については、金型キャビティ内における溶融プラスチック材料の流動不足が顕著になり、かつ成形収縮も大きくなることから、成形品に大きな残留応力が発生しやすいという問題も生じていた。この成形品に生じる残留応力は、樹脂材料としてポリカーボネートやポリスチレン等の高屈折率材料を用いた場合には、特に大きな問題となるものである。
【０００４】
かかる問題に対処するため、近年、射出成形法に代わる光学デバイスの成形方法として、表面が軟質の材料からなる基板に対してスタンパにより圧力をかけて、スタンパに形成されたパターンを基板に転写させるナノインプリント法と呼ばれるプレス成型法の一種が用いられている。図１０は、ナノインプリント法による光学デバイスの成形方法を模式的に示す図である。図１０に示すように、ヒータ１０１が一体に備えられた上金型１０２とヒータ１０３が一体に備えられた下金型１０４との間に、熱可塑性プラスチックからなる素材シート１０５を挟み込み、素材シート１０５にヒータ１０１，１０３の熱を加えてその表面を軟化した後、素材シート１０５に押圧力を加えてその表面に上金型１０２及び下金型１０４の表面に形成された所要の凹凸パターン１０６，１０７を転写する。
【０００５】
このナノインプリント法によれば、ポリカーボネートやポリスチレン等の高屈折率材料を用いて薄形の光学デバイスを成形した場合にも、樹脂の流動不足や成形収縮をほとんど生じないので、成形体中に発生する残留応力が緩和され、品質の高い光学デバイスを製造することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１０に示すような成形方法では、基板を一枚ずつパターン転写するため、従来の射出成形法のような高速化は困難であり、このパターン転写工程が光学デバイス製造におけるボトルネックとなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面が軟質の材料からなる基板に対してスタンパにより圧力をかけて、スタンパに形成されたパターンを基板に転写させるパターン転写を高速に行うことができる方法及び装置を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明は、さらに光ディスクの製造方法も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題に対して以下のような解決手段を提案する。
【００１１】
すなわち、本発明は、表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写する方法であって、複数組の基板材料及びスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法を提供するものである。
【００１２】
本発明は、また、表面が軟質性を有する基板材料の両面に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の両表面にパターンを転写する方法であって、複数組の基板材料及び１対のスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法を提供するものである。
【００１３】
本発明は、また、表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写する方法であって、複数組の基板材料、スタンパ及び基板材料同士の接触を妨げる板状の離隔部材を加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含むパターン転写方法を提供するものである。
【００１４】
本発明のパターン転写方法では、温度調整手段を有する板状の温度調整部材を１つ以上前記１対の板状部材の間に挟み込んで、パターン転写工程における温度調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、また、軟質性を有する基板材料表面にパターンを転写する装置であって、表面にパターンが形成されたスタンパと、前記スタンパ及び基板材料を複数組挟み込んで保持可能な１対の板状部材と、前記１対の板状部材を互いに向けて押圧する手段と、前記１対の板状部材の温度を調整する手段とを有するパターン転写装置を提供するものである。
【００１６】
本発明は、また、表面が軟質性を有する基板材料に対して、表面にパターンが形成されたスタンパを当接し、所定温度で加圧することにより、前記基板材料の表面にパターンを転写して光ディスクを製造する方法であって、複数組の基板材料及びスタンパを加圧方向に重ねて配置し、少なくとも片側に温度調整手段を有する１対の板状部材により挟み込んで加圧する工程を含む光ディスクの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上、説明したように、本発明のパターン転写方法、パターン転写装置及び光ディスク製造方法によれば、ナノインプリント法によるパターン転写を高速に行うことができる。例えば、基板材料を加圧方向にＮ組配置して同時に加圧すれば、１枚ずつパターン転写する場合に比べて、プレス時間を１／Ｎは短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のパターン転写方法、パターン転写装置及び光ディスク製造方法を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１〜図９は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。
【００１９】
[第１実施形態]
本発明のパターン転写方法及びパターン転写装置の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。図１に示すように、本パターン転写工程では、基板材料２とこれにパターン転写するためのスタンパ１とを複数組用意し、下ステージ３及び上ステージ４の間に挟んで、加熱しながら加圧することによりパターン転写を行う。
【００２０】
基板材料２には、例えば、ガラス転移温度が約１７０℃、厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートシートを用いることができる。スタンパ１の基板材料２に接する面には、スパイラル状に溝深さが１８０ｎｍ、溝幅が１μｍの案内溝が掘ってある。下ステージ３及び上ステージ４は、図示しないヒータ等を備えており、基板材料２及びスタンパ１に対して、約１８０℃の温度で５ｔの力を加えることができる。これにより、基板材料２のポリカーボネートは流動化し、スタンパ１のパターンに倣って変形する。
【００２１】
[第２実施形態]
本発明のパターン転写方法及びパターン転写装置の第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。図２に示すように、本パターン転写工程では、基板材料２とこれの両面にパターン転写するための１対のスタンパ１とを複数組用意し、下ステージ３及び上ステージ４の間に挟んで、加熱しながら加圧することによりパターン転写を行う。その他の条件は、第１実施形態と同様である。これにより、基板両面へのパターン転写を一度に行うことができる。
【００２２】
[第３実施形態]
本発明のパターン転写方法及びパターン転写装置の第３実施形態について説明する。図３は、本実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。図３に示すように、本パターン転写工程では、基板材料２とこれにパターン転写するためのスタンパ１とステンレス板５とを複数組用意し、下ステージ３及び上ステージ４の間に挟んで、加熱しながら加圧することによりパターン転写を行う。本実施形態では、円形のスタンパ１と方形の基板材料２を用いるが、基板材料２の隅角部分がスタンパ１に覆われないこととなる。そこで、スタンパ１からはみ出た基板材料２の隅角部分同士の融着を防止するために、基板材料２全体を覆うことができる寸法の厚さ０．５ｍｍ程度のステンレス板５を用いることとしている。その他の条件は、第１実施形態と同様である。これにより、任意の寸法形状のスタンパを利用することが可能となる。
【００２３】
[第４実施形態]
本発明のパターン転写方法及びパターン転写装置の第４実施形態について説明する。図４は、本実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。図４に示すように、本パターン転写工程では、基板材料２とこれにパターン転写するためのスタンパ１とヒータ内蔵ステンレス板７とを複数組用意し、下ステージ３及び上ステージ４の間に挟んで、加熱しながら加圧することによりパターン転写を行う。その他の条件は、第１実施形態と同様である。これにより、多数の基板材料２を同時に処理する場合にも、なるべく均等に加熱することができる。また、加熱にかかる時間も短縮化される。
【実施例１】
【００２４】
深さが１８０ｎｍ、幅が１μｍの案内溝が半径２２ｍｍから半径５８ｍｍまでスパイラル状に掘ってある内径１５ｍｍ、外径１３５ｍｍ、厚さ３００μｍのニッケルスタンパを以下のように作製した。まず、ガラスの上にシランカップリング剤、その上にレジスト剤をスピンコート法により塗布した。次いで、波長４０５ｎｍ、NAが０．６でレジストを感光させた後、感光部を除去した。次いで、ニッケルを蒸着した後、メッキで３００μｍ積層し、ガラスからニッケルを剥離した。
【００２５】
表面に軟質性を保持し得る材料からなる基板として厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートを押し出し成型法にて作製した。次いで、内径が１５ｍｍ、外形は１辺１３０ｍｍの正方形に裁断した。このポリカーボネート基板のガラス転移温度は１７０℃であった。
【００２６】
プレス機は、図５に示すように、温度を上昇させるための加熱部と、加圧するための上下動機構部と、スタンパを複数配置するための設置部で構成される。加熱部は、３００℃まで加熱することができ、温度モニタによって温度が検出され、制御部によって温度制御が行なわれる。上下動機構によって、上下加熱部の間に最大１０ｔの加重をかけることができる。上ステージと下ステージには加熱部として、電熱ヒータを内蔵する構造とした。スタンパを設置する設置部は、図６に示すように、中心に直径１５ｍｍの支柱があり、その支柱にスタンパとシートを交互に配置することができる構造となっている。上ステージの上部にはこの支柱に加重がかからないように凹部が設けてある。
【００２７】
本実施例では、２組のスタンパと基板を使用して、２枚同時にパターン転写を行なう例を示す。その支柱に各スタンパと基板を図７に示すように、下ステージ、ポリカーボネート基板、スタンパ、シリコンゴムシート、スタンパ、ポリカーボネート基板、上ステージの順で配置した。このとき、スタンパのパターン面がポリカーボネートシートの側になるように配置し、シート同士が接触しないようにスタンパの間に厚さ１ｍｍのシリコンゴムシートを挿入した。スタンパの厚さが３００μｍ、基板の厚さが０．１ｍｍ、シリコンゴムシートの厚さが１ｍｍであるから、設置部の支柱の高さを２ｍｍとした。
【００２８】
次いで、上下動機構によって、１０ｔの圧力を加えた。この圧力を保持した状態で、加熱部のヒータによって１８０℃まで上昇させた。ポリカーボネートのガラス転移温度は１７０℃であるので、１８０℃の温度においては、ポリカーボネートは流動性を有しているので、スタンパの形状に倣って変形する。室温まで温度を下げた後、各スタンパと基板を剥離したところ、スタンパのパターンを各基板に転写させることができた。このように、１回のプレスで複数枚の基板に転写を行なうことが可能である。
【００２９】
次いで、この基板のパターン転写面に、ＤＶＤ−Ｒで一般的に使用されているアゾ色素をスピンコート法により塗布した後、マグネトロンスパッタ法により銀を１６０ｎｍ積層させ、基板の厚さが０．１ｍｍでＤＶＤ−Ｒと同様の光記録媒体を作製した。このようにして作製した光情報記録媒体を０．５ｍｍのガラス基板に載せて、DVDと同様のレーザー波長６４０ｎｍ、対物レンズ０．６の光ヘッドにおいて、レーザー光を０．５ｍｍのガラス側から入射させて記録再生を行なったところ、記録再生することができた。
【実施例２】
【００３０】
深さが１８０ｎｍ、幅が１μｍの案内溝が半径２２ｍｍから半径５８ｍｍまでスパイラル状に掘ってある内径１５ｍｍ、外径１３５ｍｍ、厚さ３００μｍのニッケルスタンパを以下のように作製した。まず、ガラスの上にシランカップリング剤、その上にレジスト剤をスピンコート法により塗布した。次いで、波長４０５ｎｍ、NAが０．６でレジストを感光させた後、感光部を除去した。次いで、ニッケルを蒸着した後、メッキで３００μｍ積層し、ガラスからニッケルを剥離した。
【００３１】
表面に軟質性を保持し得る材料からなる基板として厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートを押し出し成型法にて作製した。次いで、内径が１５ｍｍ、外形は１辺１３０ｍｍの正方形に裁断した。このポリカーボネート基板のガラス転移温度は１７０℃であった。
プレス機は、図５に示すように、温度を上昇させるための加熱部と、加圧するための上下動機構部と、スタンパを複数配置するための設置部で構成される。加熱部は、３００℃まで加熱することができ、温度モニタによって温度が検出され、制御部によって温度制御が行なわれる。上下動機構によって、ホットプレート間に最大１０ｔの加重をかけることができる。上ステージと下ステージには加熱部として、電熱ヒータを内蔵する構造とした。
【００３２】
スタンパを設置する設置部に、図８に示すように１０組のスタンパ、ポリカーボネート基板を配置した。次いで、上下動機構によって、１０ｔの圧力を加えた。この圧力を保持した状態で、加熱部のヒータによって１８０℃まで上昇させた。この際、加熱部から最も離れたスタンパと基板の温度が１８０℃に達するのに９０秒の時間を要した。次いで、次いで室温まで温度を下げた後、各スタンパと基板を剥離したところ、スタンパのパターンを各基板に転写させることができた。加熱部を８０秒にした場合は温度が均一でなかったために、ポリカーボネート基板の一部にパターンの転写していない箇所があった。このように、１０枚のポリカーボネート基板に１回のプレスでパターン転写する場合、９０秒以上加熱しなければならない。
【実施例３】
【００３３】
上記した本発明の第４実施形態に従い、図９に示すように、スタンパの間に加熱部として、電熱器を内蔵したステンレス板を設け、１０組のスタンパ、ポリカーボネート基板を配置した。次いで、上下動機構によって、１０ｔの圧力を加えた。この圧力を保持した状態で、加熱部のヒータによって１８０℃まで上昇させた。この際、加熱部から最も離れたスタンパと基板の温度が１８０℃に達するのに１０秒の時間を要した。次いで、次いで室温まで温度を下げた後、各スタンパと基板を剥離したところ、スタンパのパターンを各基板に転写させることができた。このように、スタンパ間に加熱部を配置することによって、加熱速度を早めることができるため、パターン転写の時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
以上、本発明のパターン転写方法及びパターン転写装置について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態におけるパターン転写工程を模式的に示す図である。
【図５】実施例において用いたプレス機の構成を概略的に示す図である。
【図６】実施例において用いたプレス機の設置部の構造を示す図である。
【図７】実施例１におけるパターン転写工程を示す図である。
【図８】実施例２におけるパターン転写工程を示す図である。
【図９】実施例３におけるパターン転写工程を示す図である。
【図１０】ナノインプリント法による光学デバイスの成形方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  スタンパ
２  基板材料
３  下ステージ
４  上ステージ
５  ステンレス板
６  シリコンゴムシート
７  ヒータ内蔵ステンレス板
１０１，１０３  ヒータ
１０２  上金型
１０４  下金型
１０５  素材シート
１０６，１０７  凹凸パターン
【図１】
2007268876.tif 000003
【図２】
2007268876.tif 000004
【図３】
2007268876.tif 000005
【図４】
2007268876.tif 000006
【図５】
2007268876.tif 000007
【図６】
2007268876.tif 000008
【図７】
2007268876.tif 000009
【図８】
2007268876.tif 000010
【図９】
2007268876.tif 000011
【図１０】
2007268876.tif 000012