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WO2018051851A1 - 原盤、転写物、および原盤の製造方法 - Google Patents

原盤、転写物、および原盤の製造方法 Download PDF

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WO2018051851A1
WO2018051851A1 PCT/JP2017/031991 JP2017031991W WO2018051851A1 WO 2018051851 A1 WO2018051851 A1 WO 2018051851A1 JP 2017031991 W JP2017031991 W JP 2017031991W WO 2018051851 A1 WO2018051851 A1 WO 2018051851A1
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WO
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master
substrate
base material
exposure
peripheral surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/031991
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English (en)
French (fr)
Inventor
穣 村本
正尚 菊池
Original Assignee
デクセリアルズ株式会社
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Publication date
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Priority to US16/332,464 priority patent/US11602878B2/en
Priority to CN201780056662.2A priority patent/CN109791873B/zh
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Priority to US18/106,749 priority patent/US12083713B2/en

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    • B29C2059/023Microembossing

Definitions

  • the master used in the imprint technique is manufactured by using, for example, a lithography technique using laser light. Specifically, the master disk rotates the cylindrical base material around the central axis, and irradiates the base material with laser light while scanning in the axial direction of the base material. It is manufactured by forming a pattern continuously.
  • Patent Document 1 discloses a nanoimprint mold exposure method for controlling an exposure start position using a start pulse of a rotation control signal as a reference when forming an exposure pattern on a roll-shaped member. Yes.
  • the start position of an exposure pattern is controlled for each round with reference to a start pulse that is generated at a constant timing each time the roll-shaped member makes one rotation. An exposure pattern is obtained.
  • an object of the present invention is to provide a new and improved concavo-convex structure in which the concave or convex arrangement is precisely controlled on the outer peripheral surface.
  • Another object of the present invention is to provide a master plate, a transcript using the master plate, and a method of manufacturing the master plate.
  • a cylindrical or columnar base material and a concavo-convex structure formed on an outer peripheral surface of the base material includes the base In the circumferential direction of the material, recesses or projections are continuously arranged at a predetermined cycle, and the recesses or projections have a predetermined phase difference between the circumferences adjacent to each other in the axial direction of the base material.
  • the master is arranged.
  • the concavo-convex structure does not include any blank region in which the concave portion or convex portion is not formed along the axial direction of the base material, and an error region in which the concave portion or convex portion having an arrangement different from the concave portion or convex portion is formed. It is preferable.
  • the concavo-convex structure may be a structure in which the concave portions or convex portions are arranged in a hexagonal lattice shape.
  • the average period of the recesses or protrusions may be less than 1 ⁇ m.
  • At least the outer peripheral surface of the base material may be made of a glass material.
  • a reference clock is shared by a plurality of signal generation circuits, and a rotation control signal and an exposure signal are shared by each of the plurality of signal generation circuits. And generating a cylindrical or columnar substrate based on the rotation control signal, rotating about the central axis of the substrate, and scanning in the axial direction of the substrate based on the exposure signal. And a step of irradiating the outer peripheral surface of the base material with laser light to form a pattern on the outer peripheral surface of the base material.
  • the frequency of the rotation control signal and the frequency of the exposure signal are not an integral multiple of each other.
  • the number of pulses generated by the rotation control signal when the substrate rotates once is an integer, and the number of pulses generated by the exposure signal is not an integer.
  • a resist layer on which a pattern is formed by the laser light irradiation is provided on the outer peripheral surface of the base material, and the base material is etched by using the resist layer on which the pattern is formed by the laser light irradiation as a mask.
  • the method may further include the step of forming a concavo-convex structure on the outer peripheral surface of the base material.
  • the pattern formation by the laser beam irradiation may be performed by thermal lithography.
  • a master disc manufactured by the manufacturing method according to any one of the above.
  • a transfer product obtained by transferring the concavo-convex structure formed on the outer peripheral surface of the master to the sheet-like base material using the master.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a master according to an embodiment of the present invention. It is a top view which shows an example of the uneven structure formed in the outer peripheral surface of the original disk which concerns on the same embodiment. It is a schematic diagram which shows schematically the exposure method used in the manufacturing method of the original disk which concerns on one Embodiment of this invention. In the same embodiment, it is explanatory drawing which shows the correspondence of an exposure signal and an exposure pattern. In the same embodiment, it is explanatory drawing which shows the correspondence of an exposure signal and a rotation control signal. In the same embodiment, it is a block diagram which shows the mechanism which produces
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration of an exposure apparatus used for exposure of a substrate in the embodiment.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the transfer apparatus which manufactures a transcription
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a master according to this embodiment.
  • the master 1 includes a base material 10 having an uneven structure 12 formed on the outer peripheral surface, for example.
  • the master 1 is a master used for, for example, a roll-to-roll type imprint technique.
  • a roll-to-roll imprint technique by rotating the master 1 and pressing the outer peripheral surface of the master 1 against the sheet-like substrate, the uneven structure formed on the outer peripheral surface is transferred to the sheet-like substrate. can do.
  • an imprint technique it is possible to efficiently produce a large-area transfer product onto which the concavo-convex structure 12 formed on the outer peripheral surface of the master 1 is transferred.
  • transferred by the original disk 1 can be used as optical members, such as a surface plasmon filter, a light-emitting device, or an antireflection film, for example.
  • the base material 10 is, for example, a cylindrical or columnar member.
  • the shape of the substrate 10 may be a hollow cylindrical shape having a cavity inside as shown in FIG. 1, or may be a solid columnar shape having no cavity inside.
  • the substrate 10 may be made of a glass material such as fused silica glass or synthetic quartz glass, or may be made of a metal such as stainless steel, or a metal whose outer peripheral surface is covered with SiO 2 or the like. Good.
  • the concavo-convex structure 12 is a structure that is formed on the outer peripheral surface of the substrate 10 and in which concave portions or convex portions are continuously arranged. Specifically, in the concavo-convex structure 12, the recesses or projections are continuously arranged in a predetermined cycle in the circumferential direction of the base material 10 and the recesses or projections are adjacent to each other in the axial direction of the base material 10. It is a structure arranged with a predetermined phase difference.
  • the concave portion or the convex portion is not aligned on a straight line parallel to the axial direction of the base material 10, They are arranged on a straight line oblique to the axial direction of the substrate 10.
  • the concave portion or convex portion 121 is either a convex portion protruding in a direction perpendicular to the outer peripheral surface of the base material 10 or a concave portion falling in a direction perpendicular to the outer peripheral surface of the base material 10. It does not mean that both are mixed in one master 1.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the concavo-convex structure 12 formed on the outer peripheral surface of the master according to the present embodiment.
  • the X direction corresponds to the circumferential direction of the base material 10
  • the Y direction corresponds to the axial direction of the base material 10
  • the Z direction corresponds to a direction perpendicular to the outer peripheral surface of the base material 10. .
  • the concavo-convex structure 12 may be a concavo-convex structure in which concave portions or convex portions 121 are arranged in a hexagonal lattice pattern.
  • concavo-convex structure 12 concave or convex portion 121 axially adjacent the substrate 10, the sequence of the concave or convex portion 121 in the circumferential direction of the base 10 (i.e., track) the center position for each only 1 / 2P D Shift. That is, in the concavo-convex structure 12, the phase of the concave portion or the convex portion 121 is shifted by 180 ° between adjacent circumferences.
  • Dot pitch size of P D and the track pitch P T of the concavo-convex structure 12 may be, for example, less than 1 [mu] m, preferably may be less than the wavelength of visible light band, more preferably 100nm or more 350nm or less There may be.
  • the concavo-convex structure 12 can function as a so-called moth-eye structure that suppresses reflection of incident light in a wide wavelength band.
  • any of the dot pitch P D or track pitch P T is less than 100 nm, it is not preferable because the formation of the concavo-convex structure 12 becomes difficult. Also, if any of the dot pitch P D or track pitch P T exceeds 350 nm, cause diffraction of the visible light is not preferable to lower the function of the moth-eye structure.
  • the size of the dot pitch P D and the track pitch P T if within the above range may be identical to each other, it may be different.
  • the concavo-convex structure 12 is not limited to the hexagonal lattice arrangement, but may be another arrangement.
  • the concavo-convex structure 12 may be a structure in which concave portions or convex portions 121 are arranged at the apex and center of a square.
  • the concavo-convex structure 12 may be a hexagonal lattice array in which the recesses or protrusions 121 are arranged at the vertices and centers of hexagons. preferable.
  • the concave portions or the convex portions are continuously arranged without interruption, the blank region in which the concave portions or the convex portions are not formed in the axial direction of the substrate 10, and the arrangement of the concave portions or the convex portions are disordered. Does not include any of the error areas. Specifically, a blank area where no concave or convex portion was formed for adjusting the start position of the exposure pattern and a different pattern during exposure were formed inside the area where the concavo-convex structure 12 was formed. There is no error region in which the arrangement of the recesses or projections is disturbed.
  • the master 1 forms a pattern corresponding to the concavo-convex structure 12 on the outer peripheral surface of the base material 10 using thermal lithography using laser light, and then forms the concavo-convex structure 12 on the base material 10 by etching or the like. It is manufactured by doing.
  • a pattern corresponding to the concavo-convex structure 12 is formed using lithography with laser light capable of controlling the irradiation position with high accuracy, so that the concave or convex array of the concavo-convex structure 12 is precisely arranged. It is possible to control.
  • an anodic oxidation method is known as one of methods for forming an uneven structure such as a so-called moth-eye structure.
  • an aluminum substrate is used as an anode in an electrolytic solution to simultaneously dissolve and oxidize the aluminum substrate, and columnar pores are self-organized on the surface of the aluminum substrate. Can be formed.
  • the planar arrangement of the recesses or projections is determined by self-organization, it is difficult to form the recesses or projections in an arbitrary arrangement.
  • the arrangement accuracy of the concave portions or the convex portions is affected by the surface state of the aluminum base material and the uniformity of the crystal grains, and therefore the same arrangement as the concave-convex structure 12 of the master 1 according to the present embodiment. It is difficult to achieve accuracy.
  • the concavo-convex structure can be formed only on a metal such as aluminum that is easily dissolved and oxidized by energization in the electrolytic solution. That is, the master 1 according to the present embodiment can be manufactured only by using lithography with laser light, not the anodic oxidation method.
  • a latent image is formed by irradiating a laser beam on the resist layer, and a film forming step of forming a resist layer on the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • a resist layer is formed on the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • the resist layer includes an inorganic material or an organic material capable of forming a latent image with a laser beam.
  • the inorganic material for example, a metal oxide containing one or more transition metals such as tungsten or molybdenum can be used.
  • the resist layer containing an inorganic material can be formed by using, for example, a sputtering method.
  • the organic material for example, a novolac resist or a chemically amplified resist can be used.
  • the resist layer containing an organic material can be formed by using a spin coating method or the like.
  • the resist layer formed on the outer peripheral surface of the substrate 10 is irradiated with laser light, whereby a latent image having a pattern corresponding to the concavo-convex structure 12 is formed on the resist layer.
  • the wavelength of the laser light applied to the resist layer is not particularly limited, but may be a wavelength in the blue light band of 400 nm to 500 nm.
  • a pattern corresponding to the latent image is formed on the resist layer by developing the resist layer on which the latent image is formed by laser light irradiation.
  • an alkaline solution such as an aqueous solution of TMAH (TetramethylAmmonium Hydroxide) can be used for developing the resist layer.
  • TMAH TetramethylAmmonium Hydroxide
  • various organic solvents such as ester or alcohol can be used for developing the resist layer.
  • the substrate 10 is etched using the resist layer on which the pattern is formed as a mask, so that the concavo-convex structure 12 corresponding to the latent image is formed on the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • Etching of the substrate 10 may be performed by either dry etching or wet etching.
  • the substrate 10 is a glass material mainly composed of SiO 2 (for example, quartz glass)
  • the substrate 10 is etched by dry etching using a fluorocarbon gas or wet using hydrofluoric acid or the like. This can be done by etching.
  • FIG. 3 is a schematic view schematically showing an exposure method used in the method for manufacturing the master 1 according to the present embodiment.
  • the reference clock is shared between the exposure signal for controlling the emission of the laser beam and the rotation control signal for controlling the rotation of the substrate 10 in the exposure process.
  • an exposure apparatus 3 including a laser light source 31 that emits laser light 30 and a control mechanism 47 that controls emission of the laser light 30 is used. Then, the substrate 10 is irradiated with the laser beam 30 to form an exposure pattern 12 ⁇ / b> A on the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • the laser light source 31 is a light source that emits laser light 30.
  • the laser light source 31 may be, for example, a semiconductor laser light source.
  • the wavelength of the laser light 30 emitted from the laser light source 31 is not particularly limited, but may be, for example, a blue light band wavelength of 400 nm to 500 nm.
  • the control mechanism 47 generates an exposure signal that controls the emission of the laser beam 30.
  • the control mechanism 47 may be, for example, a function generator including a signal generation circuit that can generate a signal having an arbitrary waveform.
  • the exposure apparatus 3 scans the laser beam 30 along the axial direction of the substrate 10 (the direction of the arrow R in FIG. 3) with respect to the outer peripheral surface of the cylindrical or columnar substrate 10 that rotates about the central axis.
  • the exposure pattern 12 ⁇ / b> A is formed on the outer peripheral surface of the base material 10 by irradiation. According to this, since the exposure apparatus 3 can irradiate the outer peripheral surface of the base material 10 with a laser beam in a spiral shape, the exposure pattern 12 ⁇ / b> A is formed in a desired region of the outer peripheral surface of the base material 10. be able to.
  • the exposure pattern Since the length of one circumference of the outer periphery of the base material 10 can change for each circumference due to processing errors of the base material 10, when the exposure signal and the rotation control signal are not synchronized, the exposure pattern is arranged as the exposure proceeds. Will be disturbed. Further, since the spindle motor of the turntable that rotates the substrate 10 has fluctuations in the rotation speed, the arrangement of the exposure pattern is disturbed by the fluctuations in the rotation speed.
  • the frequency of the exposure signal is limited to the frequency division or multiplication of the rotation control signal. For this reason, when trying to form an exposure pattern having an array whose period is shifted every round, such as a hexagonal lattice array, it becomes difficult to synchronize the exposure signal and the rotation control signal.
  • the phase of the exposure signal is inverted every revolution by using a start pulse (also called a Z-phase signal) generated at a constant timing every revolution from the spindle motor of the turntable that rotates the substrate 10.
  • a start pulse also called a Z-phase signal
  • a blank area in which an exposure pattern is not formed every round or an error area in which the exposure pattern is disturbed from a desired pattern occurs, so that the continuity of the exposure pattern is lost.
  • the exposure signal and the rotation control signal are synchronized by sharing a reference clock that is a basis for signal generation between the exposure signal and the rotation control signal.
  • the frequency of the exposure signal is not limited to the frequency division or multiplication of the rotation control signal, and can be set to an arbitrary value. Therefore, according to the manufacturing method of the master 1 according to the present embodiment, it is possible to form a continuous exposure pattern in an arbitrary arrangement on the outer peripheral surface of the base material 10 while maintaining the continuity of the exposure signal. . Therefore, according to the manufacturing method of the master 1 according to the present embodiment, the concave and convex portions are arranged with high accuracy, and the continuous uneven structure 12 having no interruption or pattern disorder is formed on the outer peripheral surface of the master 1. Is possible.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the correspondence between the exposure signal and the exposure pattern.
  • the exposure apparatus 3 when forming an exposure pattern in which circular dots are arranged in a hexagonal lattice pattern on the outer peripheral surface of the substrate 10, the exposure apparatus 3 alternately switches between a high level and a low level at a predetermined cycle, for example.
  • a repeated pulse wave may be used as the exposure signal.
  • the exposure apparatus 3 may control the emission of the laser light 30 so as to form an exposure pattern on the outer peripheral surface of the substrate 10 when the exposure signal is at a high level.
  • the circular dots in a hexagonal lattice pattern in the exposure pattern it is important to precisely control the arrangement of the exposure pattern formed on the outer peripheral surface of the substrate 10. For example, by setting the frequency of the exposure signal and the rotation control signal so that the exposure signal for controlling the irradiation of the laser beam 30 is shifted by 1/2 pulse between the circumferences adjacent to each other in the axial direction of the base material 10, a circular shape is obtained. Dots can be arranged in a hexagonal lattice.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the correspondence between the exposure signal and the rotation control signal.
  • the rotation control signal In each of the exposure signal and the rotation control signal, in order to invert the phase of the exposure signal by 180 ° for each revolution while maintaining the continuity of the signal, the rotation control signal emits an integer number of pulses for one revolution. In addition, it is important that the exposure signal is not an integer but a pulse number including a fraction of 0.5. Since the spindle motor of the turntable is controlled to rotate once when a predetermined number of pulses is input by the rotation control signal, the number of pulses of the exposure signal includes a fraction of 0.5, so that n + 1 rounds With respect to the eyes, the phases of the nth and n + 2th cycles can be shifted by 180 °.
  • the phase of the exposure signal is 180 ° for each circumference.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a mechanism for generating an exposure signal and a rotation control signal.
  • a waveform generator 450 that generates a rotation control signal includes a reference clock generator 400, and the reference clock generated by the reference clock generator 400 is a formatter 48 that generates an exposure signal. To be supplied.
  • the exposure signal generated by the formatter 48 is input to the driver 49 and used for controlling the emission of the laser light 30 from the laser light source 31.
  • the rotation control signal generated by the waveform generator 450 is input to the spindle motor 45 and used for controlling the rotation of the spindle motor 45 of the turntable that rotates the substrate 10.
  • the reference clock generation unit 400 generates a pulse wave having a predetermined frequency serving as a reference clock.
  • the generated reference clock is supplied to the first signal generation unit 410 of the formatter 48 and the second signal generation unit 420 of the waveform generation device 450.
  • the first signal generation unit 410 is provided in the formatter 48 and generates an exposure signal by performing signal processing on the supplied reference clock. Specifically, the first signal generation unit 410 changes the frequency so that a desired exposure pattern is formed with respect to the reference clock, and takes into account the output of the laser light source 31 and the characteristics of the resist layer, An exposure signal is generated by controlling the duty ratio of the wave.
  • the second signal generator 420 is provided in the waveform generator 450 and generates a rotation control signal by performing signal processing on the supplied reference clock. Specifically, the second signal generation unit 420 generates a rotation control signal by changing the frequency so that the spindle motor 45 of the turntable has a desired rotation speed with respect to the reference clock.
  • the frequency of the exposure signal generated by the first signal generation unit 410 and the rotation control signal generated by the second signal generation unit 420 is not an integral multiple of each other. This is because the frequency is set so that the exposure signal emits a fractional number of pulses while the rotation control signal emits an integer number of pulses. Therefore, they cannot be generated by the same signal generation circuit, and are generated by separate signal generation circuits as shown in FIG. Further, the frequency of the exposure signal and the rotation control signal are not integral multiples of each other, but are generated by a signal generation circuit sharing a reference clock, and thus are synchronized signals.
  • FIG. 6 illustrates the configuration in which the reference clock generation unit 400 is provided inside the waveform generation device 450, but the present invention is not limited to such an example.
  • a signal generation circuit is also incorporated in the spindle motor 45 of the turntable, an output signal synchronized with the rotation control signal can be taken out from the spindle motor 45, so that the output signal is used.
  • An exposure signal may be generated. Even in such a case, it is possible to obtain an exposure signal synchronized with the rotation control signal.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a specific configuration of the exposure apparatus 3 used for exposure of the substrate 10.
  • the exposure apparatus 3 includes a laser light source 31, a first mirror 33, a photodiode (PhotoDiode: PD) 34, a condensing lens 36, and an electro-optic deflector (Electro Optical Defector: EOD). 39, a collimator lens 38, a second mirror 41, a beam expander (BEX) 43, and an objective lens 44.
  • the laser light source 31 is controlled by an exposure signal generated by the control mechanism 47, and the laser light 30 emitted from the laser light source 31 is applied to the base material 10 placed on the turntable 46. Further, the turntable 46 on which the substrate 10 is placed is rotated by a spindle motor 45 controlled by a rotation control signal generated by the waveform generator 450.
  • the common reference clock is supplied to the formatter 48 and the waveform generator 450, the exposure signal and the rotation control signal are synchronized.
  • the laser light source 31 is a light source that emits the laser light 30 for exposing the resist layer formed on the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • the laser light source 31 may be, for example, a semiconductor laser light source that emits laser light having a wavelength in a blue light band of 400 nm to 500 nm.
  • the laser light 30 emitted from the laser light source 31 travels straight as a parallel beam and is reflected by the first mirror 33.
  • the laser beam 30 reflected by the first mirror 33 is condensed on the electro-optic deflection element 39 by the condenser lens 36 and then converted into a parallel beam again by the collimator lens 38.
  • the parallel laser beam 30 is reflected by the second mirror 41 and guided horizontally to the beam expander 43.
  • the first mirror 33 is composed of a polarization beam splitter and has a function of reflecting one of the polarization components and transmitting the other of the polarization components.
  • the polarization component transmitted through the first mirror 33 is photoelectrically converted by the photodiode 34, and the photoelectrically received light signal is input to the laser light source 31.
  • the laser light source 31 can adjust the output of the laser beam 30 based on the feedback by the received light reception signal.
  • the electro-optic deflection element 39 is an element capable of controlling the irradiation position of the laser beam 30 with a distance of about nanometers.
  • the exposure apparatus 3 can finely adjust the irradiation position of the laser beam 30 applied to the substrate 10 by the electro-optic deflection element 39.
  • the beam expander 43 shapes the laser beam 30 guided by the second mirror 41 into a desired beam shape, and the resist layer formed on the outer peripheral surface of the substrate 10 through the objective lens 44. Irradiate.
  • the turntable 46 supports the base material 10 and rotates the base material 10 by being rotated by the spindle motor 45. Since the turntable 46 can move the irradiation position of the laser beam 30 in the axial direction of the base material 10 (that is, the direction of the arrow R) while rotating the base material 10, the turntable 46 spirals on the outer peripheral surface of the base material 10. Can be exposed.
  • the irradiation position of the laser beam 30 may be moved by moving either the laser head including the laser light source 31 or the turntable 46 that supports the substrate 10 along the slider.
  • the control mechanism 47 includes a formatter 48 and a driver 49, and controls the irradiation time and irradiation position of the laser light 30 by controlling the emission of the laser light 30 from the laser light source 31.
  • the driver 49 controls the emission of the laser light 30 from the laser light source 31 based on the exposure signal generated by the formatter 48. Specifically, the driver 49 may control the laser light source 31 so that the laser light 30 is irradiated when the exposure signal is at a high level.
  • the spindle motor 45 rotates the turntable 46 based on the rotation control signal generated by the waveform generation device 450. Specifically, the spindle motor 45 may control the rotation so that the turntable 46 rotates once when a predetermined number of pulses are input by the rotation control signal.
  • the uneven structure 12 is formed in the outer peripheral surface of the base material 10 through an image development process and an etching process. Thereby, the master 1 according to the present embodiment is manufactured.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a transfer device 5 that manufactures a transfer product using the master 1 according to the present embodiment.
  • the transfer device 5 includes a master 1, a base material supply roll 51, a winding roll 52, guide rolls 53 and 54, a nip roll 55, a peeling roll 56, a coating apparatus 57, A light source 58. That is, the transfer device 5 shown in FIG. 8 is a roll-to-roll imprint transfer device.
  • the base material supply roll 51 is, for example, a roll in which a sheet-like base material 61 is wound in a roll shape
  • the winding roll 52 is a roll that winds up a transfer product in which a resin layer 62 to which the concavo-convex structure 12 is transferred is laminated.
  • the guide rolls 53 and 54 are rolls that convey the sheet-like substrate 61 before and after the transfer.
  • the nip roll 55 is a roll that presses the sheet-like base material 61 on which the resin layer 62 is laminated against the master 1, and the peeling roll 56 is obtained by transferring the concavo-convex structure 12 to the resin layer 62 and then laminating the resin layer 62. It is a roll for peeling the sheet-like base material 61 from the master 1.
  • the coating device 57 includes coating means such as a coater, and applies the photocurable resin composition to the sheet-like substrate 61 to form the resin layer 62.
  • the coating device 57 may be, for example, a gravure coater, a wire bar coater, or a die coater.
  • the light source 58 is a light source that emits light having a wavelength capable of curing the photocurable resin composition, and may be, for example, an ultraviolet lamp.
  • a photocurable resin composition is resin hardened
  • the photocurable resin composition may be an ultraviolet curable resin such as an acrylic resin acrylate or an epoxy acrylate.
  • the photocurable resin composition may contain an initiator, a filler, a functional additive, a solvent, an inorganic material, a pigment, a charge inhibitor, a sensitizing dye, or the like, if necessary.
  • the resin layer 62 may be formed of a thermosetting resin composition.
  • the transfer device 5 is provided with a heater instead of the light source 58, and the resin layer 62 is cured by heating the resin layer 62 with the heater, and the concavo-convex structure 12 is transferred.
  • the thermosetting resin composition may be, for example, a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, or a urea resin.
  • the sheet-like substrate 61 is continuously sent out from the substrate supply roll 51 through the guide roll 53.
  • the resin layer 62 is laminated on the sheet-like substrate 61 by applying the photocurable resin composition to the fed sheet-like substrate 61 by the coating device 57. Further, the sheet-like substrate 61 on which the resin layer 62 is laminated is pressed against the master 1 by the nip roll 55. Thereby, the concavo-convex structure 12 formed on the outer peripheral surface of the master 1 is transferred to the resin layer 62.
  • the resin layer 62 to which the concavo-convex structure 12 is transferred is cured by light irradiation from the light source 58.
  • the sheet-like base material 61 to which the concavo-convex structure 12 is transferred is peeled from the master 1 by the peeling roll 56, sent to the winding roll 52 through the guide roll 54, and wound.
  • the master according to this embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
  • the Example shown below is one example of conditions for showing the feasibility and effects of the master and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, and the master and the manufacturing method according to the invention are the following examples. It is not limited.
  • Example 1 A master according to Example 1 was manufactured by the following steps. First, a resist layer having a thickness of about 50 nm to 60 nm was formed on the outer peripheral surface of a base material made of cylindrical quartz glass (axial length: 480 mm ⁇ outer diameter: 140 mm) by a sputtering method using a material containing tungsten oxide. Next, using an exposure apparatus as shown in FIG. 7, thermal reaction lithography using laser light was performed to form a latent image on the resist layer. A pulse signal having a frequency of 10 MHz and a duty ratio of 50% was used as the reference clock, and an exposure signal and a rotation control signal were generated based on the reference clock.
  • the length of one round of the outer periphery of the cylindrical base material having an outer diameter of 140 mm is about 440 mm, for example, when forming a hexagonal lattice-shaped exposure pattern in which circular dots are arranged at a pitch of about 270 nm, 1
  • the irradiation position of the laser beam is 3.51 ⁇ m / axis in the axial direction of the substrate. While moving in seconds, the outer peripheral surface of the substrate was irradiated with laser light to perform exposure.
  • the exposed substrate is developed with NMD3 (tetramethylammonium hydroxide 2.38 mass% aqueous solution) (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), so that the resist in the latent image portion is dissolved and dots are formed on the resist layer. An arrayed uneven structure was formed.
  • RIE reactive ion etching
  • a master having an uneven structure formed on the outer peripheral surface was manufactured. Furthermore, a transcript was produced using the produced master. Specifically, using the transfer device shown in FIG. 8, the concavo-convex structure formed on the outer peripheral surface of the master was transferred to an ultraviolet curable resin to produce a transfer product according to Example 1. Further, a polyethylene terephthalate film was used as the sheet-like substrate of the transfer material, and the ultraviolet curable resin was cured by irradiating with 1000 mJ / cm 2 of ultraviolet rays for 1 minute by a metal halide lamp.
  • Comparative Example 1 Except that the reference signal is not shared between the exposure signal and the rotation control signal, and the rotation control signal (61.44 kHz) is multiplied by 400 to generate a synchronized exposure signal of 24.576 MHz.
  • a master and a transcript were produced in the same manner as in Example 1.
  • the phase of the exposure signal was inverted by 180 ° for each circumference with reference to a start pulse generated at a fixed timing once per rotation.
  • Comparative Example 2 Except that the reference signal is not shared between the exposure signal and the rotation control signal, and the rotation control signal (61.44 kHz) is multiplied by 400 to generate a synchronized exposure signal of 24.576 MHz.
  • a master and a transcript were produced in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 2 in order to form an exposure pattern in a hexagonal lattice pattern, the number of pulses from the start pulse is measured for each circumference on the basis of the start pulse emitted at a fixed timing once per rotation. The output timing was controlled.
  • FIGS. 9 is an SEM image obtained by imaging the transfer product according to Example 1 at an enlargement magnification of 10,000 times
  • FIG. 10 is an SEM image obtained by imaging the transfer product according to Example 1 at an enlargement magnification of 60,000 times. is there.
  • FIG. 11 is an SEM image obtained by imaging the transfer product according to Comparative Example 1 at an enlargement magnification of 60,000 times.
  • FIG. 10 and FIG. 11 are images obtained by capturing the concavo-convex structure in the area where the exposure was performed when the start pulse was issued.
  • the SEM observation result of the transcript according to Comparative Example 2 was approximately the same as Comparative Example 1 although not shown. Specifically, in the transfer product according to Comparative Example 2, although the convex portions were arranged in a hexagonal lattice shape, a blank area where no pattern was formed was formed. This is because in Comparative Example 2, the exposure signal start position is controlled by measuring the number of pulses at the timing when the start pulse is issued, and therefore, no exposure pattern is formed in the area between them. is there.
  • both the blank area where no recesses or protrusions are formed in the axial direction of the base material and the error area formed where the arrangement of the recesses or protrusions is disturbed are provided. It is possible to provide a master plate that is not included and has a concavo-convex structure formed continuously. Therefore, according to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a master having higher mass productivity and a method for manufacturing the master. It is also possible to improve the mass productivity of the master transcript according to this embodiment.

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Abstract

【課題】凹部または凸部が高い配列精度で連続配列された凹凸構造を外周面に備える原盤と該原盤の製造方法を提供する。 【解決手段】原盤は、円筒または円柱形状の基材と、前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、を備え、前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される。 該原盤の製造方法は、基準クロックを複数の信号生成回路で共有し、前記複数の信号生成回路の各々で回転制御信号と、露光信号とを生成するステップと、前記回転制御信号に基づいて、円筒または円柱形状の基材を、前記基材の中心軸を軸に回転させ、かつ前記露光信号に基づいて、前記基材の軸方向に走査しながら前記基材の外周面にレーザ光を照射し、前記基材の外周面にパターンを形成するステップと、を含む。

Description

原盤、転写物、および原盤の製造方法
 本発明は、原盤、転写物、および原盤の製造方法に関する。
 近年、微細加工技術の一つとして、表面に微細な凹凸構造が形成された円柱形状の原盤を樹脂シート等に押し当て、原盤の表面に形成された凹凸構造を樹脂シートに転写するインプリント技術の開発が進められている。
 インプリント技術に用いられる原盤は、例えば、レーザ光によるリソグラフィ技術を用いることで製造される。具体的には、原盤は、中心軸を軸として円柱形状の基材を回転させ、基材の軸方向に走査しながらレーザ光を基材に照射することで、円柱形状の基材の外周面に連続的にパターンを形成することで製造される。
 ここで、インプリント技術に対しても、他の微細加工技術と同様に、加工精度のさらなる向上が求められている。特に、凹凸構造が形成された転写物を反射防止フィルム等の光学部材として用いる場合、回折散乱の低減、および光学特性の向上のために、凹凸の充填密度を向上させ、かつ凹凸の配列を精密に制御することが求められている。また、表面プラズモンを用いたフィルタ、および発光デバイス向けの基材においても、転写物に設けられた凹凸構造の配列を精密に制御することが求められている。
 そのため、インプリント技術に用いられる円柱形状の原盤の外周面に、より高い精度で露光パターンの配列を制御する技術が求められている。
 例えば、下記の特許文献1には、ロール状部材に露光パターンを形成する際に、回転制御信号のスタートパルスを基準に用いて、露光開始位置を制御するナノインプリント用モールドの露光方法が開示されている。特許文献1に開示された技術では、ロール状部材が1回転するたびに一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、1周ごとに露光パターンの開始位置を制御することで、所望の配列の露光パターンを得ている。
特開2011-118049号公報
 しかし、上記の特許文献1に開示された技術では、ロール状部材が1回転するごとに露光パターンの開始位置を制御するため、露光パターンの連続性が失われてしまう。その結果、ロール状部材に形成された露光パターンには、1周に1箇所、露光パターンが形成されない空白領域が生じてしまう。よって、特許文献1に開示された技術では、露光パターンの配列を制御しつつ、ロール状部材の外周面に途切れがない連続した露光パターンを形成することは困難であった。
 そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、凹部または凸部の配列が精密に制御された凹凸構造を外周面に備える、新規かつ改良された原盤、該原盤を用いた転写物、および該原盤の製造方法を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、円筒または円柱形状の基材と、前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、を備え、前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される、原盤が提供される。
 前記凹凸構造は、前記基材の軸方向に沿って前記凹部または凸部が形成されない空白領域、および前記凹部または凸部と異なる配列の凹部または凸部が形成されたエラー領域をいずれも含まないことが好ましい。
 前記凹凸構造は、前記凹部または凸部が六方格子状に配列された構造であってもよい。
 前記凹部または凸部の平均周期は、1μm未満であってもよい。
 前記基材の少なくとも外周面は、ガラス材料で構成されてもよい。
 また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基準クロックを複数の信号生成回路で共有し、前記複数の信号生成回路の各々で回転制御信号と、露光信号とを生成するステップと、前記回転制御信号に基づいて、円筒または円柱形状の基材を、前記基材の中心軸を軸に回転させ、かつ前記露光信号に基づいて、前記基材の軸方向に走査しながら前記基材の外周面にレーザ光を照射し、前記基材の外周面にパターンを形成するステップと、を含む、原盤の製造方法が提供される。
 前記回転制御信号の周波数と、前記露光信号の周波数とは、互いに整数倍ではないことが好ましい。
 前記基材が1回転する際に、前記回転制御信号にて発せられるパルスの数は、整数であり、前記露光信号にて発せられるパルスの数は、整数ではないことが好ましい。
 前記回転制御信号と、前記露光信号とは、互いに同期していてもよい。
 前記基材の外周面には、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されるレジスト層が設けられ、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されたレジスト層をマスクとして前記基材をエッチングすることで、前記基材の外周面に凹凸構造を形成するステップをさらに含んでもよい。
 前記レーザ光の照射によるパターン形成は、熱リソグラフィによって行われてもよい。
 また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、原盤が提供される。
 また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の原盤を用いて、シート状基材に前記原盤の外周面に形成された凹凸構造を転写した、転写物が提供される。
 以上説明したように本発明によれば、凹部または凸部の配列が精密に制御された凹凸構造を外周面に備える原盤を提供することが可能である。また、該原盤の外周面に形成された凹凸構造の反転構造が転写された転写物を提供することも可能である。
本発明の一実施形態に係る原盤を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る原盤の製造方法において使用される露光方法を概略的に示す模式図である。 同実施形態において、露光信号と、露光パターンとの対応関係を示す説明図である。 同実施形態において、露光信号と、回転制御信号との対応関係を示す説明図である。 同実施形態において、露光信号および回転制御信号を生成する機構を示すブロック図である。 同実施形態において、基材の露光に用いられる露光装置の具体的な構成を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る原盤を用いて転写物を製造する転写装置の構成を示す模式図である。 実施例1に係る転写物を拡大倍率1万倍にて撮像したSEM画像である。 実施例1に係る転写物を拡大倍率6万倍にて撮像したSEM画像である。 比較例1に係る転写物を拡大倍率6万倍にて撮像したSEM画像である。
 以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 <1.原盤>
 まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る原盤の概略について説明する。図1は、本実施形態に係る原盤を模式的に示す斜視図である。
 図1に示すように、本実施形態に係る原盤1は、例えば、外周面に凹凸構造12が形成された基材10からなる。
 原盤1は、例えば、ロールツーロール(roll-to-roll)方式のインプリント技術に用いられる原盤である。ロールツーロール方式のインプリント技術では、原盤1を回転させながら、原盤1の外周面をシート状基材等に押圧することによって、外周面に形成された凹凸構造をシート状基材等に転写することができる。このようなインプリント技術を用いることで、原盤1の外周面に形成された凹凸構造12が転写された大面積の転写物を効率良く製造することができる。
 なお、原盤1によって凹凸構造12が転写された転写物は、例えば、表面プラズモンフィルタ、発光デバイス、または反射防止フィルムなどの光学部材として使用され得る。
 基材10は、例えば、円筒または円柱形状の部材である。基材10の形状は、図1で示すように内部に空洞を有する中空の円筒形状であってもよく、内部に空洞を有さない中実の円柱形状であってもよい。基材10は、溶融石英ガラス、または合成石英ガラスなどのガラス材料で構成されてもよく、ステンレス鋼などの金属、またはこれら金属の外周面をSiO等で被覆したものなどで構成されてもよい。
 ただし、基材10は、好ましくは、少なくとも外周面がガラス材料で構成され、より好ましくは、全体が石英ガラスなどのガラス材料で構成される。これは、基材10がSiOを主とするガラス材料で構成される場合、フッ素化合物を用いたエッチングによって、基材10の外周面に容易に凹凸構造12を形成することができるためである。具体的には、レーザ光によるリソグラフィを用いて、基材10の外周面に設けられたレジスト層に対して凹凸構造12に対応したパターンを形成した後、レジスト層をマスクとしたドライエッチングを行うことによって、基材10に凹凸構造12を容易に形成することができる。
 基材10の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、軸方向の長さは100mm以上であってもよく、外径は50mm以上300mm以下であってもよい。また、基材10が円筒形状である場合、円筒の厚みは2mm以上50mm以下であってもよい。
 凹凸構造12は、基材10の外周面に形成され、凹部または凸部が連続配列された構造である。具体的には、凹凸構造12は、基材10の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列され、かつ基材10の軸方向に隣接する周同士で、凹部または凸部が所定の位相差にて配列された構造である。すなわち、凹凸構造12では、基材10の軸方向において、凹部または凸部が形成される位相が揃わないため、凹部または凸部は、基材10の軸方向と平行な直線上に並ばず、基材10の軸方向に対して斜めの直線上に並ぶことになる。
 なお、凹部または凸部121は、基材10の外周面に対して垂直な方向に突出した凸部、または基材10の外周面に対して垂直な方向に落ち窪んだ凹部のいずれか一方を意味し、一つの原盤1において両者が混在することを意味しない。
 ここで、図2を参照して、本実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造12の具体的な構造について説明する。図2は、本実施形態に係る原盤の外周面に形成された凹凸構造12の一例を示す平面図である。なお、図2では、X方向が基材10の周方向に相当し、Y方向が基材10の軸方向に相当し、Z方向が基材10の外周面に対して垂直な方向に相当する。
 図2に示すように、凹凸構造12は、凹部または凸部121が六方格子状に配列された凹凸構造であってもよい。このとき、基材10の周方向における凹部または凸部121の周期をドットピッチPとも称し、基材10の軸方向に隣接する周(トラックともいう)同士の間隔をトラックピッチPとも称する。
 凹凸構造12では、基材10の軸方向に隣接する凹部または凸部121は、基材10の周方向における凹部または凸部121の配列(すなわち、トラック)ごとに中心位置が1/2Pだけずれる。すなわち、凹凸構造12では、隣接する周同士で凹部または凸部121の位相が180°だけずれることになる。
 凹凸構造12のドットピッチPおよびトラックピッチPの大きさは、例えば、1μm未満であってもよく、好ましくは可視光帯域の波長以下であってもよく、より好ましくは100nm以上350nm以下であってもよい。凹凸構造12がこのような大きさの微細構造である場合、凹凸構造12は、広範な波長帯域の入射光の反射を抑制する、いわゆるモスアイ構造として機能することができる。
 ただし、ドットピッチPまたはトラックピッチPのいずれかが100nm未満である場合、凹凸構造12の形成が困難になるため好ましくない。また、ドットピッチPまたはトラックピッチPのいずれかが350nmを超える場合、可視光の回折が生じ、モスアイ構造としての機能が低下するため好ましくない。なお、ドットピッチPおよびトラックピッチPの大きさは、上記の範囲内であれば、互いに同一であってもよく、相違していてもよい。
 また、凹凸構造12は、六方格子状の配列に限らず、他の配列であってもよい。例えば、凹凸構造12は、凹部または凸部121が正方形の頂点および中心に配列された構造であってもよい。ただし、凹部または凸部121を平面上に最密に充填するためには、凹凸構造12は、凹部または凸部121が六角形の頂点および中心に配列された六方格子状の配列であることが好ましい。
 また、凹凸構造12は、凹部または凸部が途切れなく連続配列されており、基材10の軸方向に凹部または凸部が形成されない空白領域、および凹部または凸部の配列が乱れて形成されたエラー領域のいずれも含まない。具体的には、凹凸構造12が形成された領域の内部には、露光パターンの開始位置の調整のために凹部または凸部が形成されなかった空白領域、および露光時に異なるパターンが形成されたために凹部または凸部の配列が乱れたエラー領域が存在しない。
 このような凹凸構造12を備える原盤1を用いて製造された転写物は、凹凸構造12が形成された領域を選別して使用する必要がなく、かつ、凹凸構造12が形成された領域以外の領域を廃棄する必要がない。したがって、本実施形態に係る原盤1によれば、より効率的に凹凸構造12が転写された転写物を量産することが可能である。
 <2.原盤の製造方法>
 (2.1.概略)
 続いて、上述した本実施形態に係る原盤1の製造方法について説明する。
 本実施形態に係る原盤1は、レーザ光による熱リソグラフィを用い、基材10の外周面に対して凹凸構造12に対応するパターンを形成した後、エッチング等によって基材10に凹凸構造12を形成することで製造される。本実施形態に係る原盤1では、高い精度で照射位置を制御可能なレーザ光によるリソグラフィを用いて凹凸構造12に対応するパターンを形成することで、凹凸構造12の凹部または凸部の配列を精密に制御することが可能である。
 ここで、いわゆるモスアイ構造などの凹凸構造を形成する方法の一つとして、陽極酸化法が知られている。陽極酸化法では、電解液中でアルミニウム基材を陽極として通電することで、アルミニウム基材の溶解および酸化を同時に進行させ、アルミニウム基材の表面に円柱状の細孔を自己組織化された配列で形成することができる。
 しかしながら、陽極酸化法では、凹部または凸部の平面配列は、自己組織化によって決まってしまうため、凹部または凸部を任意の配列で形成することは困難である。また、陽極酸化法では、凹部または凸部の配列精度は、アルミニウム基材の表面状態、および結晶粒の均一性に影響されるため、本実施形態に係る原盤1の凹凸構造12と同様の配列精度を達成することは困難である。さらに、陽極酸化法では、電解液中での通電によって溶解および酸化が容易に進行するアルミニウムなどの金属のみにしか凹凸構造を形成することができない。すなわち、本実施形態に係る原盤1は、陽極酸化法ではなく、レーザ光によるリソグラフィを用いることによってのみ、製造が可能である。
 具体的には、本実施形態に係る原盤1の製造方法は、基材10の外周面にレジスト層を成膜する成膜工程と、レジスト層にレーザ光を照射することで潜像を形成する露光工程と、潜像が形成されたレジスト層を現像し、レジスト層にパターンを形成する現像工程と、パターンが形成されたレジスト層をマスクとしてエッチングし、基材10の外周面に凹凸構造12を形成するエッチング工程と、を含む。
 成膜工程では、基材10の外周面にレジスト層が成膜される。レジスト層は、レーザ光によって潜像を形成することが可能な無機系材料または有機系材料を含む。無機系材料としては、例えば、タングステン、またはモリブデンなどの1種または2種以上の遷移金属を含む金属酸化物を用いることができる。また、無機系材料を含むレジスト層は、例えば、スパッタ法などを用いることで成膜することができる。一方、有機系材料としては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、有機系材料を含むレジスト層は、スピンコート法などを用いることで成膜することができる。
 露光工程では、基材10の外周面に形成されたレジスト層にレーザ光を照射することで、レジスト層に凹凸構造12に対応するパターンの潜像が形成される。レジスト層に照射されるレーザ光の波長は、特に限定されないが、400nm~500nmの青色光帯域の波長であってもよい。
 現像工程では、レーザ光の照射によって潜像が形成されたレジスト層を現像することで、潜像に対応するパターンがレジスト層に形成される。例えば、レジスト層が上述した無機系材料を含む場合、レジスト層の現像には、TMAH(TetraMethylAmmonium Hydroxide:水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液などのアルカリ系溶液を用いることができる。また、レジスト層が上述した有機系材料を含む場合、レジスト層の現像には、エステル、またはアルコールなどの各種有機溶剤を用いることができる。
 エッチング工程では、パターンが形成されたレジスト層をマスクとして基材10をエッチングすることで、基材10の外周面に潜像に対応する凹凸構造12が形成される。基材10のエッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれで行ってもよい。基材10がSiOを主とするガラス材料(例えば、石英ガラスなど)である場合、基材10のエッチングは、フッ化炭素ガスを用いたドライエッチング、またはフッ化水素酸等を用いたウェットエッチングによって行うことができる。
 (2.2.露光方法)
 次に、図3~図7を参照しながら、本実施形態に係る原盤1の製造方法において使用される露光方法について説明する。図3は、本実施形態に係る原盤1の製造方法において使用される露光方法を概略的に示す模式図である。
 本実施形態に係る原盤1の製造方法では、露光工程において、レーザ光の出射を制御する露光信号と、基材10の回転を制御する回転制御信号とを基準クロックを共有させる。これにより、基材10の外周面におけるレーザ光の照射位置を精密に制御することができるため、原盤1の外周面に形成される凹凸構造12の配列精度を向上させることができる。
 図3に示すように、本実施形態に係る原盤1の製造方法では、例えば、レーザ光30を発するレーザ光源31と、レーザ光30の出射を制御する制御機構47とを備える露光装置3を用いて、基材10にレーザ光30を照射し、基材10の外周面に露光パターン12Aを形成する。
 レーザ光源31は、レーザ光30を出射する光源である。レーザ光源31は、例えば、半導体レーザ光源などであってもよい。レーザ光源31が発するレーザ光30の波長は、特に限定されないが、例えば、400nm~500nmの青色光帯域の波長であってもよい。
 制御機構47は、レーザ光30の出射を制御する露光信号を生成する。制御機構47は、例えば、任意の波形の信号を生成可能な信号生成回路を含むファンクションジェネレータなどであってもよい。
 露光装置3は、中心軸を軸として回転する円筒または円柱形状の基材10の外周面に対して、レーザ光30を基材10の軸方向(図3では矢印Rの方向)に沿って走査しながら照射することで、基材10の外周面に露光パターン12Aを形成する。これによれば、露光装置3は、基材10の外周面に対して、スパイラル状にレーザ光を照射することができるため、基材10の外周面の所望の領域に露光パターン12Aを形成することができる。
 基材10の外周1周の長さは、基材10の加工誤差によって周ごとに変化し得るため、露光信号と回転制御信号とが同期しない場合、露光の進行に伴って、露光パターンの配列が乱れてしまう。また、基材10を回転させるターンテーブルのスピンドルモータは、回転速度に揺らぎをもっているため、回転速度の揺らぎにより、露光パターンの配列が乱れてしまう。
 そのため、従来、露光信号と、回転制御信号とを同期させることにより、1周毎の露光パターンの配列の乱れを抑制することが行われている。しかしながら、このような場合、露光信号の周波数は、回転制御信号の分周または逓倍に制限されてしまう。そのため、六方格子配列など1周毎に周期がずれた配列の露光パターンを形成しようとした場合、露光信号と回転制御信号とを同期させることが困難となってしまう。
 そこで、例えば、基材10を回転させるターンテーブルのスピンドルモータから1周ごとに一定のタイミングで発せられるスタートパルス(Z相信号ともいう)を用いて、1周毎に露光信号の位相を反転させたり、1周毎に露光開始のタイミングを調整したりすることで、六方格子配列の露光パターンを形成することが検討されている。しかしながら、このような場合、1周ごとに露光パターンが形成されない空白領域、または露光パターンが所望のパターンから乱れたエラー領域が発生してしまうため、露光パターンの連続性が失われてしまう。
 本実施形態に係る原盤1の製造方法では、露光信号と回転制御信号とで信号生成の基となる基準クロックを共有させることによって、露光信号と回転制御信号とを同期させる。これによれば、露光信号の周波数は、回転制御信号の分周または逓倍に制限されることがなくなり、任意の値に設定することが可能となる。したがって、本実施形態に係る原盤1の製造方法によれば、露光信号の連続性を維持したまま、基材10の外周面に連続的な露光パターンを任意の配列で形成することが可能になる。したがって、本実施形態に係る原盤1の製造方法によれば、凹部または凸部が高い精度で配列され、かつ途切れまたはパターンの乱れ等がない連続的な凹凸構造12を原盤1の外周面に形成することが可能である。
 ここで、図4を参照して、制御機構47が生成する露光信号と、基材10の外周面に形成される露光パターン12Aとの対応関係を具体的に説明する。図4は、露光信号と、露光パターンとの対応関係を示す説明図である。
 図4に示すように、円形のドットを六方格子状に配列した露光パターンを基材10の外周面に形成する場合、露光装置3は、例えば、所定の周期でハイレベルおよびローレベルを交互に繰り返すパルス波を露光信号として用いてもよい。このとき、露光装置3は、露光信号がハイレベルの時に基材10の外周面に露光パターンを形成するようにレーザ光30の出射を制御してもよい。
 また、露光パターンにおいて、円形のドットを六方格子状に配列させるためには、基材10の外周面に形成される露光パターンの配列を精密に制御することが重要である。例えば、基材10の軸方向に隣接する周同士で、レーザ光30の照射を制御する露光信号が1/2パルスずつずれるように、露光信号および回転制御信号の周波数を設定することで、円形のドットを六方格子状に配列させることができる。
 また、図5を参照して、図4で示す六方格子状の露光パターンを形成する場合の露光信号と、回転制御信号との対応関係を具体的に説明する。図5は、露光信号と、回転制御信号との対応関係を示す説明図である。
 露光信号および回転制御信号の各々において、信号の連続性を維持したまま、周ごとに露光信号の位相を180°ずつ反転させるためには、回転制御信号が1周分の整数のパルスを発する間に、露光信号は、整数ではなく、0.5の端数を含むパルス数を発することが重要である。ターンテーブルのスピンドルモータは、回転制御信号によって所定のパルス数が入力された場合に1回転するように制御されているため、露光信号のパルス数が0.5の端数を含むことによって、n+1周目に対して、n周目およびn+2周目の位相をそれぞれ180°ずらすことができる。
 このように、1回転に対応する整数のパルスの回転制御信号に対して、露光信号のパルス数を0.5の端数を含むように制御することで、周ごとに露光信号の位相を180°反転させることができる。これにより、基材10の軸方向に隣接する周ごとに円形のドットがそれぞれ互い違いとなる六方格子状の露光パターンを形成することが可能である。
 (2.3.信号生成方法)
 続いて、図6を参照して、上述した露光信号および回転制御信号の生成方法について説明する。図6は、露光信号および回転制御信号を生成する機構を示すブロック図である。
 図6に示すように、回転制御信号を生成する波形生成装置450には、基準クロック生成部400が内蔵され、基準クロック生成部400にて生成された基準クロックは、露光信号を生成するフォーマッタ48に供給される。フォーマッタ48で生成された露光信号は、ドライバ49に入力され、レーザ光源31からのレーザ光30の出射の制御に用いられる。また、波形生成装置450で生成された回転制御信号は、スピンドルモータ45に入力され、基材10を回転させるターンテーブルのスピンドルモータ45の回転の制御に用いられる。
 基準クロック生成部400は、基準クロックとなる所定の周波数のパルス波を生成する。生成された基準クロックは、フォーマッタ48の第1信号生成部410、および波形生成装置450の第2信号生成部420に供給される。
 第1信号生成部410は、フォーマッタ48に備えられ、供給された基準クロックを信号処理することで、露光信号を生成する。具体的には、第1信号生成部410は、基準クロックに対して、所望の露光パターンが形成されるように周波数を変更し、レーザ光源31の出力およびレジスト層の特性を考慮して、パルス波のデューティ比を制御することで、露光信号を生成する。
 第2信号生成部420は、波形生成装置450に備えられ、供給された基準クロックを信号処理することで、回転制御信号を生成する。具体的には、第2信号生成部420は、基準クロックに対して、ターンテーブルのスピンドルモータ45が所望の回転数となるように周波数を変更することで、回転制御信号を生成する。
 ここで、六方格子の配列パターンを露光する場合、第1信号生成部410が生成する露光信号と、第2信号生成部420が生成する回転制御信号とは、周波数が互いに整数倍とはならない。これは、回転制御信号が整数のパルス数を発する間に、露光信号は、0.5の端数のパルス数を発するように周波数が設定されるためである。そのため、同一の信号生成回路で生成することができず、図6で示すように、それぞれ別個の信号生成回路で生成されることになる。また、露光信号と、回転制御信号とは、周波数が互いに整数倍にならないが、基準クロックを共有した信号生成回路で生成されているため、同期の取れた信号となる。
 なお、図6では、波形生成装置450の内部に基準クロック生成部400が設けられる構成を例示したが、本発明は、かかる例示に限定されない。例えば、ターンテーブルのスピンドルモータ45にも信号生成回路が内蔵されているため、スピンドルモータ45からも回転制御信号と同期が取れた出力信号を取り出すことが可能であるため、かかる出力信号を用いて露光信号を生成してもよい。このような場合でも、回転制御信号と同期が取れた露光信号を得ることが可能である。
 (2.4.露光装置の構成)
 次に、図7を参照して、図6で示した構成によって生成された露光信号および回転制御信号を用いて、円筒または円柱形状の基材10への露光を行う露光装置3の具体的な構成について説明する。図7は、基材10の露光に用いられる露光装置3の具体的な構成を説明するブロック図である。
 図7に示すように、露光装置3は、レーザ光源31と、第1ミラー33と、フォトダイオード(PhotoDiode:PD)34と、集光レンズ36と、電気光学偏向素子(Electro Optic Deflector:EOD)39と、コリメータレンズ38と、第2ミラー41と、ビームエキスパンダ(Beam expander:BEX)43と、対物レンズ44と、を備える。
 レーザ光源31は、制御機構47が生成した露光信号によって制御され、レーザ光源31から出射されたレーザ光30は、ターンテーブル46上に載置された基材10に照射される。また、基材10が載置されたターンテーブル46は、波形生成装置450が生成した回転制御信号によって制御されるスピンドルモータ45によって回転する。ここで、フォーマッタ48、および波形生成装置450には、共通の基準クロックが供給されているため、露光信号、および回転制御信号は、同期している。
 レーザ光源31は、上述したように、基材10の外周面に成膜されたレジスト層を露光するレーザ光30を出射する光源である。レーザ光源31は、例えば、400nm~500nmの青色光帯域の波長のレーザ光を発する半導体レーザ光源であってもよい。レーザ光源31から出射されたレーザ光30は、平行ビームのまま直進し、第1ミラー33で反射される。
 また、第1ミラー33にて反射されたレーザ光30は、集光レンズ36によって電気光学偏向素子39に集光された後、コリメータレンズ38によって、再度、平行ビーム化される。平行ビーム化されたレーザ光30は、第2ミラー41によって反射され、ビームエキスパンダ43に水平に導かれる。
 第1ミラー33は、偏光ビームスプリッタで構成され、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第1ミラー33を透過した偏光成分は、フォトダイオード34によって光電変換され、光電変換された受光信号は、レーザ光源31に入力される。これにより、レーザ光源31は、入力された受光信号によるフィードバックに基づいてレーザ光30の出力を調整等することができる。
 電気光学偏向素子39は、レーザ光30の照射位置をナノメートル程度の距離で制御することが可能な素子である。露光装置3は、電気光学偏向素子39により、基材10に照射されるレーザ光30の照射位置を微調整することが可能である。
 ビームエキスパンダ43は、第2ミラー41によって導かれたレーザ光30を所望のビーム形状に整形し、対物レンズ44を介して、レーザ光30を基材10の外周面に成膜されたレジスト層に照射する。
 ターンテーブル46は、基材10を支持し、スピンドルモータ45によって回転されることで、基材10を回転させる。ターンテーブル46は、基材10を回転させながら、基材10の軸方向(すなわち、矢印R方向)にレーザ光30の照射位置を移動させることができるため、基材10の外周面にスパイラル状に露光を行うことができる。なお、レーザ光30の照射位置の移動は、レーザ光源31を含むレーザヘッド、または基材10を支持するターンテーブル46のいずれかをスライダに沿って移動させることで行ってもよい。
 制御機構47は、フォーマッタ48と、ドライバ49とを備え、レーザ光源31からのレーザ光30の出射を制御することで、レーザ光30の照射時間および照射位置を制御する。
 ドライバ49は、フォーマッタ48が生成した露光信号に基づいてレーザ光源31からのレーザ光30の出射を制御する。具体的には、ドライバ49は、露光信号がハイレベルの場合に、レーザ光30が照射されるようにレーザ光源31を制御してもよい。また、スピンドルモータ45は、波形生成装置450にて生成された回転制御信号に基づいて、ターンテーブル46を回転させる。具体的には、スピンドルモータ45は、回転制御信号によって所定の数のパルスが入力された場合にターンテーブル46が1回転するように回転を制御してもよい。
 以上のような露光装置3により、基材10への露光パターンの形成を行うことができる。露光装置3によれば、基材10の外周面に任意の配列の露光パターンを精密に形成することが可能である。
 なお、露光装置3によって露光された基材10は、上述したように、現像工程、およびエッチング工程を経ることで、基材10の外周面に凹凸構造12が形成される。これにより、本実施形態に係る原盤1が製造される。
 <3.原盤の使用例>
 続いて、図8を参照して、本実施形態に係る原盤1を用いて転写物を効率的に製造する方法について説明する。具体的には、図8で示す転写装置5を用いることで、原盤1の外周面に形成された凹凸構造12を転写した転写物を連続的に製造することができる。図8は、本実施形態に係る原盤1を用いて転写物を製造する転写装置5の構成を示す模式図である。
 図8に示すように、転写装置5は、原盤1と、基材供給ロール51と、巻取ロール52と、ガイドロール53、54と、ニップロール55と、剥離ロール56と、塗布装置57と、光源58とを備える。すなわち、図8に示す転写装置5は、ロールツーロール方式のインプリント転写装置である。
 基材供給ロール51は、例えば、シート状基材61がロール状に巻かれたロールであり、巻取ロール52は、凹凸構造12が転写された樹脂層62を積層した転写物を巻き取るロールである。また、ガイドロール53、54は、転写前後で、シート状基材61を搬送するロールである。ニップロール55は、樹脂層62が積層されたシート状基材61を原盤1に押圧するロールであり、剥離ロール56は、凹凸構造12を樹脂層62に転写した後、樹脂層62が積層されたシート状基材61を原盤1から剥離するロールである。
 塗布装置57は、コーターなどの塗布手段を備え、光硬化樹脂組成物をシート状基材61に塗布し、樹脂層62を形成する。塗布装置57は、例えば、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター、またはダイコーターなどであってもよい。また、光源58は、光硬化樹脂組成物を硬化可能な波長の光を発する光源であり、例えば、紫外線ランプなどであってもよい。
 なお、光硬化性樹脂組成物は、所定の波長の光が照射されることによって硬化する樹脂である。具体的には、光硬化性樹脂組成物は、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレートなどの紫外線硬化樹脂であってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、開始剤、フィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電抑制剤、または増感色素などを含んでもよい。
 なお、樹脂層62は、熱硬化性樹脂組成物で形成されていてもよい。このような場合、転写装置5には、光源58ではなく、ヒータが備えられ、ヒータによって樹脂層62を加熱することで樹脂層62を硬化させ、凹凸構造12を転写する。熱硬化性樹脂組成物は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、または尿素樹脂等であってもよい。
 転写装置5では、まず、基材供給ロール51からガイドロール53を介して、シート状基材61が連続的に送出される。送出されたシート状基材61に対して、塗布装置57により光硬化樹脂組成物が塗布されることで、シート状基材61に樹脂層62が積層される。また、樹脂層62が積層されたシート状基材61は、ニップロール55によって原盤1に押圧される。これにより、原盤1の外周面に形成された凹凸構造12が樹脂層62に転写される。凹凸構造12が転写された樹脂層62は、光源58からの光の照射により硬化される。これにより、凹凸構造12の反転構造が樹脂層62に形成される。凹凸構造12が転写されたシート状基材61は、剥離ロール56により原盤1から剥離され、ガイドロール54を介して巻取ロール52に送出され、巻き取られる。
 このような転写装置5によれば、原盤1の外周面に形成された凹凸構造12を転写した転写物を効率良く連続的に製造することが可能である。
 以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係る原盤について、さらに具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る原盤およびその製造方法の実施可能性および効果を示すための一条件例であり、本発明に係る原盤およびその製造方法が以下の実施例に限定されるものではない。
 (実施例1)
 以下の工程により、実施例1に係る原盤を作製した。まず、円筒形状の石英ガラスからなる基材(軸方向長さ480mm×外径直径140mm)の外周面に、酸化タングステンを含む材料にて、スパッタ法でレジスト層を約50nm~60nm成膜した。次に、図7にて示したような露光装置を用いて、レーザ光による熱反応リソグラフィを行い、レジスト層に潜像を形成した。なお、基準クロックには、10MHzおよびデューティ比50%のパルス信号を用い、該基準クロックを基にして、露光信号および回転制御信号をそれぞれ生成した。
 例えば、スピンドルモータの1周に相当するパルス数(スピンドルモータを制御するロータリエンコーダの1周分のカウント数に相当)が4096パルスであり、基材10を900rpmで回転させる場合、回転制御信号の周波数は、61.44kHz(4096×900÷60=61440)となる。
 また、外径直径140mmの円筒形基材の外周1周の長さは、約440mmであるため、例えば、約270nmピッチで円形のドットを配列した六方格子状の露光パターンを形成する場合、1周のドット数は、1628973.5個となる。したがって、基材10を900rpmで回転させる場合、露光信号の周波数は、24.4346025MHz(1628973.5×900÷60=24434602.5)となる。
 さらに、ドットピッチが270nmである場合、円形のドットを六方格子状に配列させるためには、基材の軸方向に隣接する各周同士の間隔(トラックピッチ)は、約234nmとなる。したがって、約234nmの間隔でスパイラル状に露光するために、ターンテーブルと、レーザ光の照射位置とは、3.51μm/sec(234×900÷60=3510)の相対速度で移動させることになる。
 上述した周波数が24.4346025MHzの露光信号、および周波数が61.44kHzの回転制御信号を用い(デューティ比は共に50%とした)、レーザ光の照射位置を基材の軸方向に3.51μm/secで移動させながら、基材の外周面にレーザ光を照射し、露光を行った。
 続いて、露光後の基材をNMD3(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド2.38質量%水溶液)(東京応化工業製)にて現像処理することにより、潜像部分のレジストを溶解し、レジスト層にドットアレイ状の凹凸構造を形成した。次に、現像後のレジスト層をマスクにして、CHFガス(30sccm)を用いて、ガス圧0.5Pa、投入電力200Wにて反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)を行い、基材を60~120分間エッチングした。その後、残存したレジスト層を除去した。
 以上の工程により、外周面に凹凸構造が形成された原盤を製造した。さらに、製造した原盤を用いて転写物を製造した。具体的には、図8で示した転写装置を用いて、原盤の外周面に形成された凹凸構造を紫外線硬化樹脂に転写することで、実施例1に係る転写物を製造した。また、転写物のシート状基材には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、紫外線硬化樹脂は、メタルハライドランプにより、1000mJ/cmの紫外線を1分間照射することで硬化させた。
 (比較例1)
 露光信号と回転制御信号との間で基準クロックを共有させず、回転制御信号(61.44kHz)を400逓倍することで、24.576MHzの同期の取れた露光信号を生成したことを除いては、実施例1と同様の方法で原盤および転写物を製造した。比較例1では、六方格子状の露光パターンを形成するために、1回転に一度、一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、露光信号の位相を周ごとに180°反転させた。
 (比較例2)
 露光信号と回転制御信号との間で基準クロックを共有させず、回転制御信号(61.44kHz)を400逓倍することで、24.576MHzの同期の取れた露光信号を生成したことを除いては、実施例1と同様の方法で原盤および転写物を製造した。比較例2では、六方格子状の露光パターンを形成するために、1回転に一度、一定のタイミングで発せられるスタートパルスを基準として、周ごとにスタートパルスからのパルス数を計測して露光信号の出力タイミングを制御した。
 (評価結果)
 実施例1、比較例1に係る原盤を用いて製造した転写物を走査型電子顕微鏡(Scanning Electoron Microscope:SEM)にて観察し、拡大倍率1万倍、または6万倍にて撮像した画像を図9~図11に示す。図9は、実施例1に係る転写物を拡大倍率1万倍にて撮像したSEM画像であり、図10は、実施例1に係る転写物を拡大倍率6万倍にて撮像したSEM画像である。また、図11は、比較例1に係る転写物を拡大倍率6万倍にて撮像したSEM画像である。
 なお、図9~図11において、X方向が基材の周方向に相当し、Y方向が基材の軸方向に相当し、Z方向が基材の外周面に対して垂直な方向に相当する。また、図10および図11は、スタートパルスが発せられた際に露光が行われた領域の凹凸構造を撮像した画像である。
 図9を参照すると、実施例1に係る原盤および転写物では、凹凸構造が形成されていない空白領域、またはパターンが乱れたエラー領域等が形成されておらず、凸部が六方格子状に連続的に配列した凹凸構造が形成されていることがわかる。
 また、図10および図11を比較すると、比較例1に係る転写物では、凸部が六方格子状に配列されているものの、パターンの配列が乱れたエラー領域が形成されていることがわかる。比較例1では、スタートパルスが発せられたタイミングで露光信号をリセットし、位相を反転させているため、その間に露光された領域では、露光パターンが所望のパターンから乱れてしまう。一方、実施例1に係る転写物では、スタートパルスが発せられたタイミングで露光信号のリセット等が行われないため、パターンが乱れたエラー領域は形成されず、連続的なパターンが形成されていることがわかる。
 なお、比較例2に係る転写物のSEM観察結果は、図示しないが、おおよそ比較例1と同様であった。具体的には、比較例2に係る転写物では、凸部が六方格子状に配列されているものの、パターンが形成されない空白領域が形成されていた。これは、比較例2では、スタートパルスが発せられたタイミングでパルス数を計測して露光信号の開始位置を制御しているため、その間の領域では、露光パターンが形成されることがないためである。
 以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、基材の軸方向に凹部または凸部が形成されない空白領域、および凹部または凸部の配列が乱れて形成されたエラー領域のいずれも含まず、凹凸構造が連続的に形成された原盤を提供することが可能である。したがって、本発明の一実施形態によれば、より高い量産性を有する原盤、および該原盤の製造方法を提供することができる。また、本実施形態に係る原盤の転写物の量産性も向上させることが可能である。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 1    原盤
 3    露光装置
 5    転写装置
 10   基材
 12   凹凸構造
 30   レーザ光
 31   レーザ光源
 45   スピンドルモータ
 47   制御機構
 48   フォーマッタ
 49   ドライバ
 121  凹部または凸部
 400  基準クロック生成部
 410  第1信号生成部
 420  第2信号生成部
 450  波形生成装置
 
 

Claims (13)

  1.  円筒または円柱形状の基材と、
     前記基材の外周面に形成された凹凸構造と、
    を備え、
     前記凹凸構造は、前記基材の周方向に、凹部または凸部が所定の周期で連続配列された構造であり、
     前記凹部または凸部は、前記基材の軸方向に隣接する周同士で、互いに所定の位相差を持って配列される、原盤。
  2.  前記凹凸構造は、前記基材の軸方向に沿って前記凹部または凸部が形成されない空白領域、および前記凹部または凸部と異なる配列の凹部または凸部が形成されたエラー領域をいずれも含まない、請求項1に記載の原盤。
  3.  前記凹凸構造は、前記凹部または凸部が六方格子状に配列された構造である、請求項1または2に記載の原盤。
  4.  前記凹部または凸部の平均周期は、1μm未満である、請求項1~3のいずれか一項に記載の原盤。
  5.  前記基材の少なくとも外周面は、ガラス材料で構成される、請求項1~4のいずれか一項に記載の原盤。
  6.  基準クロックを複数の信号生成回路で共有し、前記複数の信号生成回路の各々で回転制御信号と、露光信号とを生成するステップと、
     前記回転制御信号に基づいて、円筒または円柱形状の基材を、前記基材の中心軸を軸に回転させ、かつ前記露光信号に基づいて、前記基材の軸方向に走査しながら前記基材の外周面にレーザ光を照射し、前記基材の外周面にパターンを形成するステップと、
    を含む、原盤の製造方法。
  7.  前記回転制御信号の周波数と、前記露光信号の周波数とは、互いに整数倍ではない、請求項6に記載の原盤の製造方法。
  8.  前記基材が1回転する際に、前記回転制御信号にて発せられるパルスの数は、整数であり、前記露光信号にて発せられるパルスの数は、整数ではない、請求項6または7に記載の原盤の製造方法。
  9.  前記回転制御信号と、前記露光信号とは、互いに同期している、請求項6~8のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  10.  前記基材の外周面には、前記レーザ光の照射によってパターンが形成されるレジスト層が設けられ、
     前記レーザ光の照射によってパターンが形成されたレジスト層をマスクとして前記基材をエッチングすることで、前記基材の外周面に凹凸構造を形成するステップをさらに含む、請求項6~9のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  11.  前記レーザ光の照射によるパターン形成は、熱リソグラフィによって行われる、請求項10に記載の原盤の製造方法。
  12.  請求項6~11のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、原盤。
  13.  請求項12に記載の原盤を用いて、シート状基材に前記原盤の外周面に形成された凹凸構造を転写した、転写物。
     
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