(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と凹凸パターンが形成された原盤とを密着させてその一部をチャンバで覆い、
前記原盤の一方端側から前記原盤の凹凸パターン内に樹脂を浸透させると共に、前記基板及び原盤の他の部分と前記チャンバの内部とに気圧差を設定して前記原盤の凹凸パターン内に前記樹脂を引込み、
前記原盤の凹凸パターン内に広がった樹脂を硬化させ、
前記基板と前記原盤とを離間して前記基板上に前記原盤から転写された樹脂パターンを得る、基板の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂の浸透は毛細管現象によって行われる、請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記気圧差の設定は、前記原盤の他方端側から前記チャンバ内の吸引を行うことによって行われる請求項１又は２に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記原盤は薄膜の金属原盤であり、その非パターン面側にクッション材が形成されて、前記基板と原盤との合せが均一になるようになされる、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂は熱硬化性若しくは光硬化性樹脂である、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項６】
基板に凹凸パターンが形成されたスタンパを押しつける加圧手段と、
前記基板及びスタンパの一部を覆うチャンバと、
前記チャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、
前記チャンバ外部のスタンパの周囲に樹脂を供給する樹脂供給手段と、
を備える製造装置。
【請求項７】
更に、前記チャンバ外部に気圧を増加する増圧手段を備える、請求項６に記載の製造装置。
【請求項８】
基板に凹凸パターンが形成されたスタンパを押しつける加圧手段と、
前記基板及びスタンパの一部を覆う第１のチャンバと、
前記第１のチャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、
前記基板及びスタンパの他の部分を覆う第２のチャンバと、
前記第２のチャンバ内の気圧を増圧する増圧手段と、
前記第２のチャンバ内のスタンパの側端部に樹脂を供給する樹脂供給手段と、
を備える製造装置。
【請求項９】
更に、前記前記スタンパと前記加圧手段間に介在して前記スタンパを前記基板に均等に押しつけるようにするクッション材を添えなる、請求項６乃至８のいずれかに記載の製造装置。
【請求項１０】
前記スタンパは薄膜の金属原盤である、請求項６乃至９のいずれかに記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子等の光学素子、液晶表示器、半導体等の微細加工技術に関し、特に、基板上に微細な樹脂パターンを持つ基板の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板上に薄膜の樹脂パターンを形成する方法として２Ｐ法などの方法がある。すなわち、基板に樹脂を塗布し、表面に傾斜や段差等のあるパターンが形成された原盤を樹脂に押し当て、樹脂を硬化させる。その後、原盤を離間させることによって基板上に樹脂パターンを形成する。
【０００３】
しかし、基板に樹脂を塗布した後に原盤を押し当てると、基板と原盤の凹凸パターン層間に樹脂を挟むため、「げた」といわれる膜厚部分が存在する（図８）。このため、図５や図６に示すような、基板表面から直ちに傾斜が始るような形状を得ることが難しい。また、この「げた」の存在によって原盤の基板表面からの高さの制御も難しく、面内の樹脂厚さの均一性、収縮の均一性、を確保することが難しい。そこで、「げた」のない樹脂パターンを形成する方法としてＭＩＭＩＣ法が開発された（国際公開番号：Ｗ０９７／３３７３７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記ＭＩＭＩＣ法では、基板上に樹脂の広がる範囲が狭くかつその広がるスピードが遅いという問題がある。更に、原盤材料としてゴムや樹脂等を使用するため高精度のパターン形成が困難であるという問題もある。
【０００５】
よって、本発明は、原盤の一方端側とその他方端側に気圧差をつけることで基板上に広範囲かつ迅速に樹脂を浸透させるとともに、原盤を金属原盤とすることで高精度の「げた」のない樹脂パターンを形成することを可能とする基板の製造法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、基板上に上記「げた」のない樹脂パターンを形成することを可能とする製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の基板の製造方法は、基板と凹凸パターンが形成された原盤とを密着させてその一部をチャンバで覆い、上記原盤の一方端側から上記原盤の凹凸パターン内に樹脂を浸透させると共に、上記基板及び原盤の他の部分と上記チャンバの内部とに気圧差を設定して上記原盤の凹凸パターン内に上記樹脂を引込み、上記原盤の凹凸パターン内に広がった樹脂を硬化させ、上記基板と上記原盤とを離間して上記基板上に上記原盤から転写された樹脂パターンを得る。
【０００８】
かかる構成とすることにより、樹脂が基板上で広がりやすくなるため、基板上での樹脂の広がる範囲を拡大でき、塗布される樹脂の厚さの均一性を確保できると共に、基板上に「げた」のない樹脂パターンを得ることができる。また、樹脂の浸透時間が短縮される。
【０００９】
好ましくは、上記気圧差の設定は、上記原盤の他方端側から上記チャンバ内の吸引を行うことによって行われる。
【００１０】
好ましくは、上記樹脂の浸透は毛細管現象によって行われる。
【００１１】
好ましくは、上記原盤は、例えば、１００μｍ程度の薄膜の金属原盤であり、その非パターン面側にクッション材が形成されて、上記基板と原盤との合せが均一になるようになされる。原盤として金属原盤を使用することにより、高精度のパターン形成が可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記樹脂は熱硬化性若しくは光硬化性樹脂である。
【００１３】
本発明の製造装置は、基板に凹凸パターンが形成されたスタンパを押しつける加圧手段と、上記基板及びスタンパの一部を覆うチャンバと、上記チャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、上記チャンバ外部のスタンパの周囲に樹脂を供給する樹脂供給手段と、を備える。
【００１４】
好ましくは、上記製造装置は、更に、上記チャンバ外部に気圧を増加する増圧手段を備える。
【００１５】
かかる構成とすることにより、基板と原盤との合わせ面に沿って浸透する樹脂が基板と原盤の微細な隙間に引込まれ（あるいは押込まれ）易くなり、原盤の凹凸パターン内により十分に広がるようになる。また、浸透時間が短縮される。
【００１６】
本発明の製造装置は、基板に凹凸パターンが形成されたスタンパを押しつける加圧手段と、上記基板及びスタンパの一部を覆う第１のチャンバと、上記第１のチャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、上記基板及びスタンパの他の部分を覆う第２のチャンバと、上記第２のチャンバ内の気圧を増圧する増圧手段と、上記第２のチャンバ内のスタンパの側端部に樹脂を供給する樹脂供給手段と、を備える。
【００１７】
かかる構成とすることにより、基板と原盤との合わせ面に沿って浸透する樹脂が基板と原盤の微細な隙間に引込まれ（あるいは押込まれ）易くなり、原盤の凹凸パターン内により十分に広がるようになる。また、浸透時間が短縮される。
【００１８】
本発明の製造装置は、基板に凹凸パターンが形成されたスタンパを押しつける加圧手段と、上記基板及びスタンパの一部を覆う第１のチャンバと、上記第１のチャンバ内の気圧を減圧する減圧装置と、上記基板及びスタンパの他の部分を覆う第２のチャンバと、上記第２のチャンバ内の気圧を増圧する増圧手段と、上記第２のチャンバ内のスタンパの側端部に樹脂を供給する樹脂供給手段と、を備える。
かかる構成とすることにより、供給される樹脂自体を加圧する必要がなくなり、基板とスタンパの密着を保ちつつ、樹脂の浸透速度を加速させることができる。
【００１９】
好ましくは、上述した製造装置は、更に、上記スタンパと上記加圧手段間に介在して上記スタンパを上記基板に均等に押しつけるようにするクッション材を備え、好ましくは、上記スタンパは薄膜の金属原盤である。スタンパを、例えば、１００μｍ程度の膜厚の金属薄膜で形成し、背面（非パターン面）にクッション層を形成する。
かかる構成とすることによって、基板表面の全面にわたりスタンパと基板との密着性が向上する。光学素子等として形成される樹脂の厚みの均一性確保が容易となる。更に、金属原盤を使用するのでパターンの加工精度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２は、本発明の基板の製造方法の工程を説明する説明図である。まず、スタンパを製造するために、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０の表面処理を行う。この処理では、ガラス基板１０の表面を精密研磨し平滑な記録面を形成する。
【００２２】
次に、フォトレジスト膜形成工程を行う。図１（ｂ）に示すように、スピンコート法等により、ガラス基板１０上にフォトレジスト膜２０を所定の膜厚に形成する。
【００２３】
このフォトレジスト膜２０に光学素子等のパターンを露光する露光工程を行う。図１（ｃ）に示すように、例えば、パターン情報で変調されたレーザビーム２を対物（集光用）レンズ１によりフォトレジスト膜２０上に収束し、フォトレジスト膜２０上を走査することによってフォトレジストを露光し、素子パターンを記録する。なお、ステッパ等による露光であっても良い。
【００２４】
次に、フォトレジストの現像工程を行う。図１（ｄ）に示すように、前工程により露光された部分のフォトレジスト膜２０を現像液によって溶解し、凹凸パターン２０を形成する。
【００２５】
この凹凸パターン表面に導電膜を形成する導体化工程を行う。この導電膜は、ニッケル（Ｎｉ）等の金属をスパッタ法、無電解法等により凹凸パターンの表面に堆積することによって形成される（図示せず）。
【００２６】
この導電膜を電極として、図１（ｅ）に示すように、電鋳法によってニッケルなどを堆積して金属層３０を形成し、鋳型を作成する。このようにして作成されるスタンパ（金属原盤）３０は、通常、３００μｍ程度の膜厚に形成するのが一般的であるが、より好ましくは、後述の基板との密着性及び均一性を高めるためにスタンパ３０の膜厚を１００μｍ程度の薄膜に形成し、更に、スタンパ裏面にクッション材４０を形成する。
【００２７】
すなわち、スタンパ３０の裏面研磨工程を行う。スタンパ３０の裏面（非パターン形成面）をテープ研磨等の手法で研磨して平らにする。所定の型でスタンパ３０の抜き金型を作成する。図１（ｆ）に示すように、スタンパ３０の裏面にクッション材を形成する。クッション材は適当な弾力性を有する樹脂層４０を塗布することによって形成することができる。スタンパ３０の薄膜化とクッション膜４０によって後述の基板とスタンパの密着が図られ、毛細管現象がより確保される。
【００２８】
次に、上記スタンパ（金属原盤）を用いた基板の複製工程について説明する。図２（ａ）に示すように、光学素子などを形成しようとする、ガラス板、樹脂板、回路基板などの基板５０にスタンパ３０（あるいはスタンパ３０を組込んだ金属金型）を押し付ける。押付け力は、後述の図３に示す適当な重量のプレス板８０などの載置によって行うことが可能である。スタンパ３０の凹凸パターンは、例えば、図４に示すように、スタンパ３０の一端から他端に向って延在する格子状のパターンとなっている。
【００２９】
図２（ｂ）あるいは図３に示すように、スタンパ３０の一端部に光硬化性の樹脂６０を塗布し、毛細管現象によって基板５０とスタンパ３０と間の凹凸パターンの隙間内に浸透させる。塗布した樹脂をスタンパ３０の反対側から真空引きすることによりパターン全体に広げる。更に、供給された樹脂（塗布樹脂）は、必要により、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスによっても加圧され、塗布側からの押込みと反対側からの真空引きされることにより基板上に凹凸パターンに沿って広がる。
【００３０】
凹凸パターン内の樹脂６０を紫外線照射等の方法により露光して樹脂を硬化させた後、基板５０からスタンパ３０を剥離（あるいは離間）して、図２（ｃ）に示すように、樹脂パターンが形成された基板を作成する。剥離は、例えば、スタンパと基板の合わせ面に周囲からエアを吹付けることにより行うことが可能である。なお、樹脂は熱硬化性の樹脂等であってもよく、その場合には加熱によって硬化させる。
【００３１】
図３は、上記製造工程に用いられる基板製造装置の例を説明する説明図である。同図において、下部ホルダ２１０は基板５０を載置し、また、スタンパ３０（金属金型）を保持している。スタンパ３０の一部を第１のチャンバ７０が覆っており、チャンバ７０はホルダ２１０と共に閉空間を形成する。この閉空間のガスを真空ポンプ９０によって排気し、チャンバ７０内部の気圧をその外部よりも相対的に下げている。これにより、基板５０とスタンパ３０間の隙間に吸入圧（負圧）を形成する。スタンパ３０はクッション材４０を介して平坦なプレス板８０の重量によって基板に均一な力で押さえつけられる。これは基板にスタンパを押しつける加圧手段として機能するが、スプリング、シリンダ等の他の加圧手段であっても良い。スタンパ３０の薄膜化とクッション膜４０によって基板５０とスタンパ３０は均一に密着する。チャンバ７０外部のスタンパ３０の側部には、スタンパ３０の周囲に樹脂を滴下供給する樹脂供給手段１００が設けられる。
【００３２】
更に、第２のチャンバ１１０を設けることが出来る。第２のチャンバ１１０は、第１のチャンバ７０が覆っているスタンパ３０の他の部分及び樹脂供給手段１００を覆っており、ホルダ２１０と共に第２の閉空間を形成する。第２のチャンバ１１０内には、図示しない窒素ガス等の不活性ガス供給源から、例えば、窒素ガスを加圧するポンプやガスの圧力を調整する調整弁等の加圧手段９２を介して加圧ガスが供給される。これにより、スタンパ３０の側端部に滴下された樹脂６０は加圧されてスタンパ３０と基板５０間に押込まれる。
【００３３】
真空ポンプ９０による排気と加圧手段９２によって、第１及び第２のチャンバ間に気圧差を形成し、基板５０及びスタンパ３０両側部間に気圧差を与える。スタンパ３０の左側部に供給された樹脂は毛細管現象に加えてこの気圧差によって左から右方向に移動し、凹凸パターン内に広がる。
【００３４】
なお、気圧差によって樹脂の広がりが期待できるので、上述した減圧及び加圧のうちいずれれか一方のみを行うこととしても良い。また、樹脂供給手段１００全体を、チャンバ１１０内部に設ける構成であってもよい。
【００３５】
図４は、図３に示した基板製造装置の動作を説明する説明図である。同図は、上部より概観した概念図である。スタンパ５０には左右方向に延在する格子状の凹凸パターンが形成されている。スタンパ３０の一方の端部（左端部）に供給された樹脂６０は、毛細管現象及び気圧差によってスタンパ３０及び基板５０間の隙間を他方端部（右端部）方向に向って移動する。樹脂はパターン内に十分に広がる。樹脂の粘性、気圧差、引込み時間などを適切に設定して凹凸パターン内に樹脂を充填する。
【００３６】
このように、チャンバ７０は、その一端面より減圧のため真空に引かれ、必要により更に、他の端面より窒素ガスにより加圧される。これにより生じるスタンパ３０の両端間での気圧差により、塗布された樹脂６０はスタンパ３０と基板５０との間の凹凸パターンに沿って容易に浸透し、基板全面に均一に広がり、基板に樹脂パターンを形成する。
【００３７】
図５乃至図７は、本願発明により製造したブレーズ効果を有する回折格子の例である。いずれの例においても、形成されたパターンには「げた」が存在しない。
【００３８】
図５は、基板５０上に鋸状のパターンを構成する樹脂層６１が形成されており、各々の鋸形状の低部は基板５０の表面から立上がっている。
【００３９】
図６は、基板５０上に階段状のパターンを構成する樹脂層６２が形成されており、各々の階段形状は基板５０の表面から立上がっている。また、樹脂層６２のない領域も形成できる。
【００４０】
図７は、基板５０上に作成した導電性膜５１の上にパターンを作成した例である。パターンを構成する樹脂層６３は、「げた」がないため、導電体膜５１をパターン間に露出することが出来、導電性膜５１に直接配線接続を行うことが可能である。
【００４１】
このように本発明の実施の形態によれば、原盤の片側に樹脂を供給し、原盤の反対側から真空引することによって原盤のパターン内に広範囲に樹脂を引込む（広げる）ことが可能となる。
【００４２】
また、原盤の片側から樹脂に圧力を加えることによって原盤のパターンに樹脂を広げることが可能となる。
【００４３】
また、上記真空引と加圧とを組合わせることによって原盤のパターンに樹脂を広範囲に広げることが可能となる。
【００４４】
また、積極的に樹脂を吸引（又は加圧）するので、樹脂の毛細管現象のみによる原盤パターン内への充填よりも、短時間で充填が終了する。
【００４５】
更に、原盤として金属原盤を使用するので、パターンくずれしにくい。
【００４６】
また、原盤の厚みを薄くし、裏面にクッション材を配置することにより、基板と原盤とが均等な圧力で密着し、密着性や膜厚の均一性が向上する。
【００４７】
「げた」のない素子を形成することが可能であるので、回折格子やＬＣＤパネルの反射（照射）板等の光を特定の方向に反射する素子やパネルの製造に好適である。
【００４８】
また、「げた」のないパターンを形成することが可能であるので、図７に示すように、導電性膜上に開口する、該導電膜にコンタクト可能なパターン膜を形成することが可能である。
【００４９】
なお、前記実施例ではフォトレジスト工程をポジ型のものとして説明したが、ネガ型のプロセスによっても同等の効果を得ることができる。
【００５０】
また、実施例では、一方向に樹脂を浸透させたが、スタンパの一部にガス抜きを設け、スタンパの周囲に樹脂を塗布し、周囲から不活性ガスなどを吹付け、樹脂がスタンパの中央に向うようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板の製造方法及び製造装置においては、原盤のパターンを基板上に複製するに際して、基板と原盤間の隙間に樹脂を広範囲に引込むことが可能となり、比較的に大きいパターン内にも樹脂を十分に広げることが可能となり、樹脂の浸透時間も短縮される。また、基板上に「げた」のない樹脂パターンを高精度で得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の基板の製造工程を説明する工程図である。
【図２】図２は、本発明の基板の製造工程を説明する工程図である。
【図３】図３は、本発明の基板の製造装置を説明する説明図である。
【図４】図４は、毛細管現象と気圧差による、基板と原盤間の凹凸パターン内への樹脂の引込みを説明する説明図である。
【図５】図５は、本発明により基板上に製造される「げた」のない回折格子の例（断面鋸歯状）を説明する説明図である。
【図６】図６は、本発明により製造される「げた」のない回折格子の例（断面階段状）を説明する説明図である。
【図７】図７は、基板表面を露出するパターンを形成した例を説明する説明図である。
【図８】図８は、従来の製造方法による基板の製造を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  対物（集光）レンズ、２  レーザビーム、１０  ガラス基板、２０  フォトレジスト、３０  電鋳層（スタンパ）、４０  クッション材（樹脂層）、５０  基板、５１  導電性膜、６０，６１，６２，６３  樹脂層（樹脂パターン）、６４  従来法による樹脂パターン、７０  第１のチャンバ（減圧室）、８０  加圧手段、９０  真空ポンプ、１００  樹脂供給手段、１１０  第２のチャンバ（加圧室）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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