JP5283647B2 - パターン転写方法及びパターン転写装置 - Google Patents

Description

本発明はパターン転写方法及びパターン転写装置に係り、特に、基板上に塗布された液体に対して、所望の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態で前記液体を硬化させることによりパターン転写を行うパターン転写方法及びパターン転写装置に関する。

近年、半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、基板上に微細構造を形成するための技術として、基板上に塗布したレジスト（ＵＶ硬化性樹脂）に対して、転写すべき所望の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態でＵＶ光照射によりレジストを硬化させ、スタンパを基板上のレジストから分離（離型）することで微細パターンを転写するナノインプリント法が知られている。

特許文献１に記載されたナノプリント法では、基板上にレジストを塗布する際にインクジェット技術が用いられている。この技術では、インクジェットヘッドのノズルから基板に対して液体（レジスト溶液）を液滴化して吐出する際、インプリント（パターン転写）後のレジスト層の膜厚（残留膜）が薄くて均一となるように、スタンパのパターン形状に応じて液滴のドットピッチや吐出量の調節が行われている。

特表２００８−５０２１５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載される技術では、基板上に着弾した後の液滴の形状については何ら検討されておらず、着弾後の液滴形状によっては基板上で液滴同士の合一による液体移動が生じ、インプリント後のレジスト層に膜厚ムラが発生する可能性がある。その一方で、着弾直後の液滴の濡れ広がりが十分でないと、スタンパの凹部を液滴で埋めるのに時間がかかり、インプリント時間の増加を招くという問題もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じる膜厚ムラを防止することができるパターン転写方法及びパターン転写装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るパターン転写方法は、基板上に塗布された液体に対して所定の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態で前記液体を硬化させることによりパターン転写を行うパターン転写方法において、複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと前記基板を相対的に移動させながら、前記ノズルから吐出された液滴を前記基板上に着弾させる際、着弾直後の液滴形状が１つの円形状とはならず、且つ、前記基板上で隣接する他の液滴とは合一しないようにすることを特徴とする。

本発明によれば、着弾直後の液滴形状が１つの円形状ではない形状（例えば楕円形状など）とすることにより、１つの円形状とする場合に比べて基板上に着弾した液滴の濡れ広がり時間を短縮することができ、しかも、基板上で液滴同士の合一による液体移動が生じないので、基板上の液体分布に偏りが生じることがない。その結果、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じる膜厚ムラを防止することができる。

本発明に係るパターン転写方法の一態様として、前記ノズルから略柱状の液滴が吐出され、前記液滴の体積をＶ、前記液滴の長さをｌ、前記液滴の吐出速度をＵ_d、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（１）を満たすことが好ましい。

上記態様において、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向のドットピッチをＰｘとしたとき、下記式（２）を満たすことが好ましい。

また、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向に直交する方向のドットピッチをＰｙとしたとき、下記式（３）を満たすことが好ましい。

本発明に係るパターン転写方法の別の態様として、前記ノズルから１回の吐出動作あたり少なくとも第１及び第２の液滴が順次吐出され、前記第１及び第２の液滴の合計体積をＶ、前記基板上に前記第１の液滴が着弾した際の前記第１の液滴と前記第２の液滴との距離をｌ、前記第２の液滴の吐出速度をＵ_s、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記第１及び第２の液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（４）を満たすことが好ましい。

上記態様において、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向のドットピッチをＰｘとしたとき、下記式（５）を満たすことが好ましい。

また、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向に直交する方向のドットピッチをＰｙとしたとき、下記式（６）及び（７）を満たすことが好ましい。

本発明に係るパターン転写方法において、前記基板上に塗布された液体に対して前記スタンパを押し当てる際、該スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向とは異なる方向（好ましくは、前記複数の液滴の配列方向に対して垂直な方向）の一端部から他端部にかけて押し当てられることが好ましい。

また、前記目的を達成するために、本発明に係るパターン転写装置は、基板上に塗布された液体に対して所定の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態で前記液体を硬化させることによりパターン転写を行うパターン転写装置において、複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドと前記基板を相対的に移動させる搬送手段と、前記ノズルから吐出された液滴を前記基板上に着弾させる際、着弾直後の液滴形状が１つの円形状とはならず、且つ、前記基板上で隣接する他の液滴とは合一しないようにする制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、着弾直後の液滴形状が１つの円形状ではない形状（例えば楕円形状など）とすることにより、１つの円形状とする場合に比べて基板上に着弾した液滴の濡れ広がり時間を短縮することができ、しかも、基板上で液滴同士の合一による液体移動が生じないので、基板上の液体分布に偏りが生じることがない。その結果、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じる膜厚ムラを防止することができる。

本発明に係るパターン転写装置の一態様として、前記ノズルから略柱状の液滴が吐出され、前記液滴の体積をＶ、前記液滴の長さをｌ、前記液滴の吐出速度をＵ_d、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（８）を満たすことが好ましい。

本発明に係るパターン転写装置の別の態様として、前記ノズルから１回の吐出動作あたり少なくとも第１及び第２の液滴が順次吐出され、前記第１及び第２の液滴の合計体積をＶ、前記基板上に前記第１の液滴が着弾した際の前記第１の液滴と前記第２の液滴との距離をｌ、前記第２の液滴の吐出速度をＵ_s、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記第１及び第２の液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（９）を満たすことが好ましい。

本発明に係るパターン転写装置において、前記基板上に塗布された液体に対して前記スタンパを押し当てる際、該スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向とは異なる方向（好ましくは、前記複数の液滴の配列方向に対して垂直な方向）の一端部から他端部にかけて押し当てられるように構成されることが好ましい。

本発明によれば、着弾直後の液滴形状が１つの円形状ではない形状（例えば楕円形状など）とすることにより、１つの円形状とする場合に比べて基板上に着弾した液滴の濡れ広がり時間を短縮することができ、しかも、基板上で液滴同士の合一による液体移動が生じないので、基板上の液体分布に偏りが生じることがない。その結果、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じる膜厚ムラを防止することができる。

第１の実施形態におけるパターン転写装置の概略構成図 ヘッドの構造例を示す平面透視図 液滴吐出素子の立体的構成を示す断面図 パターン転写装置の制御系を示す要部ブロック図 第１の実施形態におけるレジストパターンの一例を示した図 ノズルから吐出された液滴が基板上に着弾する前後の様子を示した概略図 着弾直後の液滴の形状を示した説明図 第２の実施形態におけるレジストパターンの一例を示した図 着弾直後の液滴形状を示した説明図 着弾直後の液滴形状を示した説明図 第３の実施形態に係るパターン転写装置の一例を示した概略構成図 第３の実施形態におけるインプリント方向の一例を示した説明図 第３の実施形態におけるインプリント方向の他の例を示した説明図 第３の実施形態の変形例を示した説明図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るパターン転写装置の概略構成図である。図１に示したパターン転写装置１０は、基板２０上にレジスト（ＵＶ硬化性樹脂）を塗布するレジスト塗布部１２と、基板２０上に塗布されたレジストに所望のパターンを転写するパターン転写部１４と、基板２０を搬送する搬送部２２と、を備えて構成される。

搬送部２２は、例えばベルトなどの搬送手段を含んで構成され、基板２０を搬送手段の表面に保持しつつ、該基板２０をレジスト塗布部１２からパターン転写部１４に向かう方向（以下、「基板搬送方向」又は「副走査方向」という。）に搬送を行う。なお、基板２０を移動させる代わりに、レジスト塗布部１２やパターン転写部１４を移動させるようにしてもよい。

レジスト塗布部１２は、複数のノズル（図１中不図示、図２に符号５１で図示）が形成される記録ヘッド（インクジェットヘッド）２４を備え、各ノズルから液体（レジスト溶液）を液滴として吐出することにより、基板２０の表面（レジスト塗布面）にレジスト塗布を行う。

記録ヘッド２４は、基板搬送方向と直交する方向（以下、「基板幅方向」又は「主走査方向」という。）の最大記録幅にわたって複数のノズルを配列した長尺のフルラインヘッドとして構成される。記録ヘッド２４を基板幅方向（主走査方向）に移動させることなく、基板搬送方向（副走査方向）について基板２０と記録ヘッド２４を相対的に移動させる動作を１回行うだけで基板２０上の所望位置に液滴を配置することができ、レジストの塗布速度の高速化を図ることができる。

パターン転写部１４は、基板２０上のレジストに転写すべき所望の凹凸パターンが形成されたスタンパ（型）２６と、ＵＶ光を照射するＵＶ照射装置２８と、を備え、レジストが塗布された基板２０の表面にスタンパ２６を押し当てた状態で、ＵＶ照射装置２８からＵＶ光照射を行い、基板２０上のレジストを硬化させることにより、基板２０上のレジストに対してパターン転写を行う。

スタンパ２６は、ＵＶ照射装置２８から照射されるＵＶ光を透過可能な光透過性材料から構成される。光透過性材料としては、例えば、ガラス、石英、サファイア、透明プラスチック（例えば、アクリル樹脂、硬質塩化ビニールなど）を使用することができる。これにより、スタンパ２６の上方（基板２０とは反対側）に配置されるＵＶ照射装置２８からＵＶ光照射が行われたとき、スタンパ２６で遮られることなく基板２０上のレジストにＵＶ光が照射され、該レジストを硬化させることができる。

スタンパ２６は、図１の上下方向に移動可能に構成されており、基板２０の表面に対してスタンパ２６のパターン形成面が略平行となる状態を維持しながら下方に移動して、基板２０の表面全体に略同時に接触するように押し当てられ、パターン転写が行われる。

次に、記録ヘッド２４の構造について説明する。図２（ａ）は、記録ヘッド２４の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）は、その一部の拡大図である。また、図２（ｃ）は、記録ヘッド２４の他の構造例を示す平面透視図である。図３は、液滴吐出素子の立体的構成を示す断面図（図２（ａ）、（ｂ）中、III−III線に沿う断面図）である。

基板２０上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、記録ヘッド２４におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の記録ヘッド２４は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、液滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数の液滴吐出素子５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（基板搬送方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

主走査方向（基板幅方向）に基板２０の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｃ）に示すように、複数のノズル５１が２次元に配列された短尺のヘッドモジュール（ヘッドチップ）２４’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで基板２０の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。各圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。

圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形して圧力室５２内の液体が加圧され、当該圧力室５２に連通するノズル５１から液滴が吐出される。液滴が吐出されると、共通流路５５から供給口５４を通って新しい液体が圧力室５２に供給される。

本例では、記録ヘッド２４に設けられたノズル５１から吐出させる液滴の吐出力発生手段として圧電素子５８を適用したが、圧力室５２内にヒータを備え、ヒータの加熱による膜沸騰の圧力を利用して液滴を吐出させるサーマル方式を適用することも可能である。

かかる構造を有する液滴吐出素子５３を図２（ｂ）に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿って液滴吐出素子５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。

また、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる記録方式に限定されず、主走査方向（基板幅方向）の長さに満たない短尺のヘッドを主走査方向に走査させて当該主走査方向の記録を行い、１回の主走査方向の記録が終わると主走査方向と直交する副走査方向（基板搬送方向）に所定量だけ移動させて、次の記録領域の主走査方向の記録を行い、この動作を繰り返して基板２０の記録領域の全面にわたって記録を行うシリアル方式を適用してもよい。

図４は、パターン転写装置１０の制御系を示すブロック図である。パターン転写装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、打滴制御部８０、バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる打滴データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０としては、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェース、或いは、セントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

メモリ７４は、データの一時記憶領域、及びシステムコントローラ７２が各種の演算を行うときの作業領域として使用される記憶手段である。通信インターフェース７０を介して入力された打滴データはパターン転写装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。メモリ７４としては、半導体素子からなるメモリの他、ハードディスクなどの磁気媒体を用いることができる。

プログラム格納部９０には、パターン転写装置１０の制御プログラムが格納される。システムコントローラ７２はプログラム格納部９０に格納されている制御プログラムを適宜読み出し、制御プログラムを実行する。プログラム格納部９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。モータ５０には、図１の搬送部２２を駆動するためのモータが含まれる。

ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従ってヒータ８９を駆動するドライバである。ヒータ８９には、パターン転写装置１０の各部に設けられた温度調節用のヒータが含まれる。

打滴制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の打滴データから吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（吐出データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。打滴制御部８０において所要の信号処理が施され、該打滴データに基づいてヘッドドライバ８４を介して記録ヘッド２４の液体の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

打滴制御部８０にはバッファメモリ８２が備えられており、打滴制御部８０における打滴データ処理時に打滴データやパラメータなどのデータがバッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図４では、バッファメモリ８２は打滴制御部８０に付随する態様で示されているが、メモリ７４と兼用することも可能である。また、打滴制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４は、打滴制御部８０から与えられる吐出データに基づいて記録ヘッド２４の圧電素子５８（図３参照）を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子５８に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ８４には記録ヘッド２４の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

かかる構成により、基板２０がレジスト塗布部１２に搬送されると、記録ヘッド２４の各ノズルから液体（レジスト溶液）が液滴として吐出され、基板２０上にレジストが塗布される。続いて、レジストが塗布された基板２０がパターン転写部１４に搬送されると、基板２０上のレジストにスタンパ２６が押し当てられ、ＵＶ照射装置２８からＵＶ光が照射される。これにより、基板２０上のレジストは硬化する。そして、基板２０上のレジストからスタンパ２６が分離（離型）されることにより、基板２０上のレジストには所定の微細パターンが転写される。

本実施形態のパターン転写装置１０では、レジスト塗布部１２において基板２０上にレジストを塗布する際、記録ヘッド２４の各ノズル５１から吐出された液滴が基板２０に着弾した後の液滴形状（基板２０上に着弾して安定状態となったときの液滴形状）が１つの円形状とはならず、且つ、基板２０上で隣接する他の液滴とも合一しないよういようにレジスト塗布が行われる。

図５は、本実施形態のパターン転写装置１０で基板２０上に塗布されるレジストパターンの一例を示した図である。ここでは、同図に示したレジストパターン１００を構成する複数の液滴（ドット）１０２は、左側に示した４つのノズル５１-1〜５１-4から吐出されるものとする。例えば、図５において最上段に並んでいる複数の液滴１０２-11、１０２-12、１０２-13、１０２-14からなる第１のドット列１０４-1はノズル５１-1から吐出されたものであり、以下同様に、第２〜第４のドット列１０４−2、１０４−3、１０４−4はそれぞれ第２〜第４のノズル５１-2、５１-3、５１-4から吐出されたものである。

図５に示したレジストパターン１００では、各ノズル５１-1〜５１-4から吐出されて基板２０に着弾した後の液滴１０２はいずれも基板搬送方向（副走査方向）に細長い楕円形状となっており、且つ、基板搬送方向及びそれに直交する基板幅方向（主走査方向）にそれぞれ隣接する他の液滴１０２とも合一していない。

このようにレジストを塗布することにより、着弾直後の液滴形状が１つの円形状となるように行われる場合に比べて基板２０上で濡れ広がる面積を大きくすることができ、しかも、基板２０上で他の液滴１０２との合一による液体移動も生じないため、基板２０上のレジスト分布を均一化することができる。これにより、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じるレジストの膜厚ムラを防止することができる。

次に、図５に示したレジストパターン１００を実現するための各種条件について説明する。

図６は、記録ヘッド２４のノズル５１から吐出された液滴が基板２０上に着弾する前後の様子を示した概略図であり、（ａ）は着弾前、（ｂ）は着弾後の状態をそれぞれ表している。

本実施形態では、図６（ａ）に示すように、記録ヘッド２４のノズル５１からは略柱状の液滴１０６が吐出されるようになっている。また、図６（ｂ）に示すように、略柱状の液滴１０６が基板２０上に着弾したときの基板搬送方向の長さは、基板２０上に着弾する前の略柱状の液滴１０６の長さ（液柱長さ）をｌ、液滴１０６の吐出速度（飛翔速度）をＵ_d、基板２０と記録ヘッド２４の相対速度をＵ_kとしたとき、ｌ・Ｕ_k／Ｕ_dで表される。

このように液滴を略柱状に吐出し、その長さを大きくするには、液体の粘度を高くする、液体にダイラタンシー性を持たせる、液体の動的表面張力を小さくする、液滴を吐出する際の吐出速度を著しく速くする（吐出するためのアクチュエータに非常に大きなエネルギーを与える）といった方法がある。なお、ダイラタンシー性とは、せん断速度の増加に対して粘度が増加する液体の性質をいう。また、動的表面張力とは、界面が不安定な流動・攪拌状況での表面張力のことである。

記録ヘッド２４のノズル５１から略柱状に吐出される液滴が基板２０上に着弾する際、記録ヘッド２４と基板２０との相対的な移動に伴い、図７（ｂ）に示すように１つの円形状とはならずに、図７（ａ）に示すように基板搬送方向（副走査方向）に細長い楕円形状に着弾する。このように略柱状を保ったまま液滴を着弾させることにより、同体積の液滴を球状に着弾させるよりも着弾直後の液滴の高さを小さくすることができ、濡れ広がりきるまでに要する時間を短縮して、レジストの塗布時間の短縮を図ることができる。

略柱状を保ったまま液滴を着弾させるにあたり、基板２０と液体（レジスト溶液）との後退接触角は１０度以下であることが好ましい。このようにすると、着弾直後の液滴の形状が非円形状となるようにした場合でも、着弾後時間が経過してもその形状が変化せずに着弾時の状態を維持することが可能となる。つまり、インプリント（パターン転写）が行われる前までは液滴の楕円形状が維持される。

また、略柱状を保ったまま液滴を着弾させるにあたり、着弾直後の液滴の形状が楕円形状となるようにするためには、液滴の体積をＶ、液滴の長さ（液柱長さ）をｌ、液滴の吐出速度（飛翔速度）をＵ_d、基板２０と記録ヘッド２４の相対速度をＵ_k、液滴と基板２０との接触角をθとして、下記式（１０）を満たすことが好ましい。

式（１０）における左辺は、着弾直後の液滴の基板搬送方向（副走査方向）の長さを示す。また、式（１０）における右辺は、液滴が基板２０上で円形状に濡れ広がったときの該液滴の直径Ｄを示す。着弾直後の液滴の基板搬送方向の長さが、円形状に濡れ広がったときの該液滴の直径Ｄよりも大きければ、液滴は円形状に戻ることなく濡れ広がる。これにより、濡れ広がりきるまでに要する時間を短縮して、塗布時間の短縮を図ることができる。

また、上述のとおり吐出されて基板２０に着弾した液滴を、インプリントする前までは基板搬送方向及びそれに直交する基板幅方向にそれぞれ隣り合う他の液滴と合一しないようにするため、基板搬送方向のドットピッチをＰ_x、基板幅方向のドットピッチをＰ_ｙとしたとき（図５参照）、下記式（１１）、（１２）を満たすようにすることが好ましい。

なお、式（１２）は、以下のようにして導出される。図７（ａ）に示すように、基板搬送方向に細長い楕円形状の液滴の面積Ｓ１は、πｂ・ｌＵ_k／Ｕ_d・１／４となる。ここで、ｌＵ_k／Ｕ_dは基板搬送方向（長軸方向）の長さであり、ｂは基板幅方向（短軸方向）の長さである。一方、図７（ｂ）に示すように、同じ体積を有する液滴が基板２０上で円形状に濡れ広がりきったときの面積Ｓ２は、π・Ｄ²／４となる。これらの面積が同一であるとすると（即ち、Ｓ１＝Ｓ２）、ｂ＝Ｄ²・Ｕ_d／ｌＵ_kとなる。よって、ｂ＜Ｐ_ｙ、即ち、上記式（１２）とすることにより、基板幅方向に隣り合う他の液滴とは合一しない。

基板２０と液体（レジスト溶液）との後退接触角は、上記式（１１）、（１２）のドットピッチＰ_x、Ｐ_ｙを満たす範囲であればできるだけ小さい方が望ましい。

より均一に塗布するためには、液滴の着弾径の縦横比とドットピッチとが略等しい比率（より好ましくは同一比率）であることが望ましい。即ち、下記式（１３）を満たすようにレジスト塗布を行うとよい。

以上説明した条件に従って基板２０上にレジストを塗布することにより、図５に示したレジストパターン１００を実現することができる。

本実施形態のパターン転写装置１０によれば、レジスト塗布部１２において基板２０上にレジストを塗布する際、記録ヘッド２４の各ノズル５１から吐出された液滴が基板２０に着弾した後の液滴形状が基板搬送方向に細長い楕円形状となり、且つ、基板２０上で隣接する他の液滴とも合一しないよういようにレジスト塗布が行われる。これにより、着弾直後の液滴形状が１つの円形状となるように行われる場合に比べて、基板２０上に着弾した液滴の濡れ広がり時間の短縮することができ、しかも、基板２０上で液滴同士の合一による液体移動が生じないので、基板２０上のレジスト分布に偏りが生じることがない。その結果、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じるレジストの膜厚ムラを防止することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

第２の実施形態では、記録ヘッド２４のノズル５１から液滴が吐出される際、１回の吐出動作あたりメイン滴の他に少なくとも１つ以上のサテライト滴が発生するように構成されている。即ち、圧電素子５８に対して１つの吐出用駆動パルス信号が与えられると、それに対応するノズル５１からメイン滴だけでなくサテライト滴が発生するようになっている。ここで、メイン滴とは１回の吐出動作で最初に発生する液滴をいい、その後に生じる液滴はサテライト滴という。

図８は、第２の実施形態のパターン転写装置１０で基板２０上に塗布されるレジストパターンの一例を示した図である。ここでは、同図に示したレジストパターン２００を構成する複数の液滴（ドット）２０２はいずれもメイン滴２１０及びサテライト滴２１２からなり、左側に示した３つのノズル５１-1〜５１-3から吐出されるものとする。例えば、図８において最上段に並んでいる複数の液滴２０２-11、２０２-12、２０２-13からなる第１のドット列２０４-1はノズル５１-1から吐出されたものであり、以下同様に、第２〜第４のドット列１０４−2、１０４−3はそれぞれ第２〜第３のノズル５１-2、５１-3から吐出されたものである。また、図８では、メイン滴２１０及びサテライト滴２１２は便宜的に同じ大きさで表示しているが、これらの大きさは異なっていてもよく、メイン滴２１０がサテライト滴２１２よりも大きくてもよいし、その逆であってもよい。

図８に示したレジストパターン２００では、同一ノズル５１から１回の吐出動作で生じるメイン滴２１０及びサテライト滴２１２は合一せずに基板搬送方向に並んだ状態で配置され、且つ、基板搬送方向及びそれに直交する基板幅方向にそれぞれ隣接する他の液滴２０２とも合一していない。なお、メイン滴２１０及びサテライト滴２１２は合一していても１つの円形状となっていなければよく、例えばメイン滴２１０及びサテライト滴２１２が合一して、第１の実施形態のように基板搬送方向に細長い楕円形状となっていてもよい。

このようなレジストパターン２００によれば、同体積の液滴を球状に着弾させるよりも着弾直後の液滴の高さを小さくすることができ、濡れ広がりきるまでに要する時間を短縮して、塗布時間の短縮を図ることができる。

なお、同一の液滴２０２を構成するメイン滴２１０とサテライト滴２１２は少なくとも基板２０上の異なる位置に配置されていればよく、メイン滴２１０及びサテライト滴２１２の一部が重なっていてもよいし、完全に離れた状態で配置されていてもよい。

次に、図８に示したレジストパターン２００を実現するための各種条件について説明する。

記録ヘッド２４のノズル５１から１回の吐出動作あたり、メイン滴の他に少なくともサテライト滴を発生させる方法としては、ノズル５１から液滴が吐出される際の吐出速度を速くする、液体の粘度を高くするといった方法がある。

ノズル５１が１回の吐出動作（即ち、同一吐出タイミング）を行うときに生じるメイン滴及びサテライト滴が基板２０上で１つの円形状とならないように着弾させるためには、１回の吐出動作でノズル５１から吐出される液滴（メイン滴及びサテライト滴）の合計体積をＶ、メイン滴が着弾した際のメイン滴とサテライト滴の距離をｌ、サテライト滴の吐出速度（飛翔速度）をＵ_s、基板２０の搬送速度をＵ_k、液体と基板２０との接触角をθとして、下記式（１４）を満たすことが好ましい。

式（１４）における左辺は、図９に示すように、着弾直後のメイン滴及びサテライト滴の基板搬送方向の合計長さを示す。また、式（１４）における右辺は、同一ノズル５１から同一吐出タイミングで生じたメイン滴及びサテライト滴が合一して１つの液滴となった場合に基板２０上で円形状に濡れ広がったときの該液滴の直径Ｄを示す（図７（ａ）参照）。着弾直後のメイン滴及びサテライト滴の基板搬送方向の合計長さが、円形状に濡れ広がったときの該液滴の直径Ｄよりも大きければ、液滴は円形状に戻ることなく濡れ広がる。それにより、濡れ広がりきるまでに要する時間を短縮して、塗布時間の短縮を図ることができる。

また、基板２０と液体（レジスト溶液）との後退接触角は１０度以下であることが好ましい。このようにすると、着弾直後の液滴（メイン滴及びサテライト滴）の形状が１つの円形状とならないようにした場合でも、着弾後時間が経過してもその形状が変化せずに着弾時の状態が維持することができる。

上述のとおり吐出されて基板２０に着弾した液滴（メイン滴及びサテライト滴）を、インプリントする前までは基板搬送方向及びそれに直交する基板幅方向にそれぞれ隣り合う他の液滴（同一ノズルから異なる吐出タイミングで吐出された液滴や異なるノズルから吐出された液滴）と合一しないようにするため、基板搬送方向のドットピッチをＰ_x、基板幅方向のドットピッチをＰ_ｙ、メイン滴及びサテライト滴のうち体積の大きい方の体積をＶ_lとしたとき、下記式（１５）〜（１７）を満たすようにすることが好ましい。

なお、式（１６）における左辺は、図１０（ａ）に示すように、メイン滴及びサテライト滴が合一して基板搬送方向に細長い楕円形状となる場合の基板幅方向の長さｂ₁を表している。ｂ₁の導出方法としては、メイン滴及びサテライト滴が合一して楕円形状となったときの面積Ｓ１は、πｂ₁・２ｌＵ_k／Ｕ_d・１／４となる。ここで、２ｌＵ_k／Ｕ_dは基板搬送方向（長軸方向）の長さである。一方、同じ体積を有する液滴が円形状に濡れ広がりきったときの面積Ｓ２は、π・Ｄ²／４となる（図７（ａ）参照）。これらの面積が同一であるとすると（即ち、Ｓ１＝Ｓ２）、Ｓ１＝Ｓ２とすると、ｂ₁＝Ｄ²・Ｕ_d／２ｌＵ_kとなる。よって、ｂ₁＜Ｐ_ｙ、即ち、上記式（１６）とすることにより、基板幅方向に隣り合う他の液滴とは合一しない。

また、式（１７）における左辺は、図１０（ｂ）に示すように、メイン滴及びサテライト滴が合一しない場合の基板搬送方向の長さ（メイン滴及びサテライト滴のうち体積の大きい方の液滴径に相当）ｂ₂を表している。

したがって、基板幅方向のドットピッチＰyをｂ₁及びｂ₂よりも大きくすることにより、基板幅方向に隣接する他の液滴（メイン滴及びサテライト滴）とは合一しない。

なお、メイン滴及びサテライト滴が合一しても、これらの距離が離れている場合には、図１０（ｃ）に示すような形状となることもあるが、そのときの基板搬送方向の長さｂ₃はｂ₂よりも小さくなるため、少なくとも式（８）の条件を満たしていれば十分である。

基板２０と液体（レジスト溶液）との後退接触角は、上記式（１５）〜（１７）のドットピッチＰ_x、Ｐ_ｙを満たす範囲であればできるだけ小さい方が望ましい。

より均一に塗布するためには、液滴の着弾径の縦横比とドットピッチとが略等しい比率（より好ましくは同一比率）であることが望ましい。即ち、下記式（１８）又は（１９）を満たすようにレジスト塗布を行うとよい。

なお、下記式（２０）が成立する場合には式（１８）を採用し、成立しない場合には式（１９）を採用するものとする。

以上説明した条件に従って基板２０上にレジストを塗布することにより、図８に示したレジストパターン２００を実現することができる。

第２の実施形態のパターン転写装置１０によれば、レジスト塗布部１２において基板２０上にレジストを塗布する際、記録ヘッド２４の各ノズル５１からメイン滴の他に少なくとも１つのサテライト滴が生じるように構成されている。そして、同一ノズル５１から同一吐出タイミングで生じるメイン滴及びサテライト滴は１つの円形状とならず（例えば、メイン滴及びサテライト滴は合一せずに基板搬送方向に隣接した位置に配置され）、且つ、基板搬送方向及びそれに直交する基板幅方向に隣接する他の液滴（同一ノズルから異なる吐出タイミングで吐出されたメイン滴及びサテライト滴、或いは、異なるノズルから吐出されたメイン滴及びサテライト滴）とは合一しないようにレジスト塗布が行われる。これにより、同一ノズルから同一吐出タイミングで生じたメイン滴及びサテライト滴が着弾直後に１つの円形状となる場合に比べて、基板２０上に着弾した液滴（メイン滴及びサテライト滴）の濡れ広がり時間を短縮することができ、しかも、基板２０上で隣接する液滴同士の合一による液体移動が生じないので、基板２０上のレジスト分布に偏りが生じることがない。その結果、インプリント時間の短縮化を図りつつ、インプリント時に生じるレジストの膜厚ムラを防止することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。なお、ここでは、一例として第１の実施形態をベースにした適用例を代表して説明するが、第２の実施形態についても同様に適用することが可能である。

第３の実施形態では、レジストが塗布された基板２０の表面にスタンパ２６を押し当てるときの形態が第１の実施形態とは異なっている。

図１１は、第３の実施形態に係るパターン転写装置の一例を示した概略構成図であり、基板搬送方向から見たときのパターン転写部の構成を示している。同図に示すように、第３の実施形態のパターン転写装置１０では、パターン転写部１４において基板２０上のレジストにパターン転写を行う際、スタンパ２６は基板搬送方向（図１１において紙面表裏方向）を中心に回転しながら、スタンパ２６のパターン形成面が基板幅方向の一端部（図１１の左端部）から他端部（図１１の右端部）にかけて基板２０の表面に徐々に押し当てられるように構成されている。即ち、図１２に示すように、スタンパ２６が徐々に押し当てられる方向（以下、インプリント方向という。）は、同一ノズル５１から吐出された複数の液滴（ドット）１０２が配列される方向（基板搬送方向）とは異なる方向となっている。

第３の実施形態によれば、同一ノズル５１から吐出された複数の液滴１０２が配列される方向（基板搬送方向）と同一方向に沿ってスタンパ２６が徐々に押し当てられる場合に比べて、各ノズル５１の吐出ばらつきによって生じるレジストの膜厚ムラを効果的に防止することができる。また、本実施形態のようにスタンパ２６を徐々に押し当てることによって、スタンパ２６のパターン形成面に形成される凹部に気泡が入り込むのが防止され、レジストのフィル性改善により、パターン転写の精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態ではインプリント方向が基板幅方向となっている態様を示したが、本発明はこれに限定されず、少なくとも同一ノズル５１から吐出された複数の液滴（ドット）１０２が配列される方向とは異なる方向であればよい。例えば、図１３に示すように、基板搬送方向に対して斜めの方向に沿ってスタンパ２６を徐々に押し当てるようにしてもよい。但し、各ノズル５１の吐出ばらつきによって生じるレジストの膜厚ムラをより効果的に防止する観点からは、本実施形態のように同一ノズル５１から吐出された複数の液滴１０２が配列される方向に直交する方向がインプリント方向となっている態様がより好ましい。

図１４は、第３の実施形態の変形例を示した説明図であり、（ａ）はパターン転写が行われるときの様子を示した側面図、（ｂ）はその平面図である。図１４に示すように、基板２０上のレジストにパターン転写を行う際、スタンパのパターン形成面１２６の中心部が下側（基板２０側）に凸状となるように撓ませた状態で基板２０の表面に押し当て、図４（ｂ）に点線で示したように、基板２０の中心部から周辺部に向かって放射状にスタンパのパターン形成面１２６が徐々に接触させる。この場合におけるインプリント方向（但し、基板２０の中心部から基板搬送方向に平行な方向を除く）は、同一ノズル５１から吐出された液滴（ドット）１０２が配列される方向（基板搬送方向）とは異なり、各ノズル５１の吐出ばらつきによって生じるレジストの膜厚ムラを効果的に防止することができる。

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詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…パターン転写装置、１２…レジスト塗布部、１４…パターン転写部、２０…基板、２２…搬送部、２４…記録ヘッド、２６…スタンパ、２８…ＵＶ照射装置、５１…ノズル、７２…システムコントローラ

Claims (14)

1. 基板上に塗布された液体に対して所定の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態で前記液体を硬化させることによりパターン転写を行うパターン転写方法において、
   複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと前記基板を相対的に移動させながら、前記ノズルから吐出された液滴を前記基板上に着弾させる際、着弾直後の液滴形状が１つの円形状とはならず、且つ、前記基板上で隣接する他の液滴とは合一しないようにすることを特徴とするパターン転写方法。
2. 前記ノズルから略柱状の液滴が吐出され、
   前記液滴の体積をＶ、前記液滴の長さをｌ、前記液滴の吐出速度をＵ_d、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のパターン転写方法。
   

   
3. 前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向のドットピッチをＰｘとしたとき、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項２に記載のパターン転写方法。
   

   
4. 前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向に直交する方向のドットピッチをＰｙとしたとき、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン転写方法。
   

   
5. 前記ノズルから１回の吐出動作あたり少なくとも第１及び第２の液滴が順次吐出され、
   前記第１及び第２の液滴の合計体積をＶ、前記基板上に前記第１の液滴が着弾した際の前記第１の液滴と前記第２の液滴との距離をｌ、前記第２の液滴の吐出速度をＵ_s、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記第１及び第２の液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のパターン転写方法。
   

   
6. 前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向のドットピッチをＰｘとしたとき、下記式（５）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のパターン転写方法。
   

   
7. 前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対的な移動方向に直交する方向のドットピッチをＰｙとしたとき、下記式（６）及び（７）を満たすことを特徴とする請求項５又は６に記載のパターン転写方法。
   

   

   
8. 前記基板上に塗布された液体に対して前記スタンパを押し当てる際、該スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向とは異なる方向の一端部から他端部にかけて押し当てられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターン転写方法。
9. 前記スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向に対して垂直な方向の一端部から他端部にかけて押し当てられることを特徴とする請求項８に記載のパターン転写方法。
10. 基板上に塗布された液体に対して所定の凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てた状態で前記液体を硬化させることによりパターン転写を行うパターン転写装置において、
    複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドと前記基板を相対的に移動させる搬送手段と、
    前記ノズルから吐出された液滴を前記基板上に着弾させる際、着弾直後の液滴形状が１つの円形状とはならず、且つ、前記基板上で隣接する他の液滴とは合一しないようにする制御手段と、
    を備えたことを特徴とするパターン転写装置。
11. 前記ノズルから略柱状の液滴が吐出され、
    前記液滴の体積をＶ、前記液滴の長さをｌ、前記液滴の吐出速度をＵ_d、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（８）を満たすことを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写装置。
    

    
12. 前記ノズルから１回の吐出動作あたり少なくとも２つの液滴が吐出され、
    前記少なくとも２つの液滴の合計体積をＶ、前記少なくとも２つの液滴のうち前記基板に最初に液滴が着弾した際の該液滴とそれ以外のある液滴との距離をｌ、前記最初の液滴以外のある液滴の吐出速度をＵ_s、前記液体吐出ヘッドと前記基板との相対速度をＵ_k、前記第１及び第２の液滴と前記基板との接触角をθとして、下記式（９）を満たすことを特徴とする請求項１０に記載のパターン転写装置。
    

    
13. 前記基板上に塗布された液体に対して前記スタンパを押し当てる際、該スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向とは異なる方向の一端部から他端部にかけて押し当てられるように構成されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
14. 前記スタンパのパターン形成面が前記液体吐出ヘッドの同一ノズルから吐出された複数の液滴の配列方向に対して垂直な方向の一端部から他端部にかけて押し当てられるように構成されることを特徴とする請求項１３に記載のパターン転写装置。

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