JP2000147229A - ナノメ―トルのスケ―ルのパタ―ンの複製 - Google Patents

ナノメ―トルのスケ―ルのパタ―ンの複製

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JP2000147229A
JP2000147229A JP11327186A JP32718699A JP2000147229A JP 2000147229 A JP2000147229 A JP 2000147229A JP 11327186 A JP11327186 A JP 11327186A JP 32718699 A JP32718699 A JP 32718699A JP 2000147229 A JP2000147229 A JP 2000147229A
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nanometer
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JP11327186A
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Nick John Visovsky
ジョン ヴィソフスキー ニック
Wong David
ウォング デイヴィッド
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Corning Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナノメートルのスケールのパターンを複製す
る方法において、そのパターンを大面積の表面に正確に
複製する。 【解決手段】 印刷ドラム30の表面を離型コーティング
31で被覆する。高分子レジスト32の薄層を、離型コーテ
ィング31上に施す。ドラム30を、パターン付き成形型33
にプレスし、全体に亘り転がして、高分子レジスト32内
に厚さコントラストパターン34を形成する。高分子フイ
ルム32のパターン付き層が、ガラス基板35に転写され
る。異方性イオンエッチングを用いて、高分子フイルム
32の薄い部分を除去して、ガラス基板35上に高分子格子
構造36を形成する。アルミニウム金属37を、存在する通
路38を充填するのに十分な量で付着させる。高分子格子
構造36、およびその頂部にあるアルミニウムを除去す
る。これにより、基板35の表面上に、適切な幅と間隔を
有する平行なアルミニウム線39が残される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、成形型から基板上
へのナノメートルのスケールのパターンの複製、並びに
そのように製造された紫外線および可視光用の偏光子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】成形型、例えば、金型中に凹部および／
または凸部を備えたパターンを製造することが慣行とな
っている。次いで、この成形型をプレスまたは印刷技術
にしたがって用いて、この成形型のパターンを再生して
いる。しかしながら、そのような方法により達成される
解像度は、一般的に、数ミクロンに制限されている。
【０００３】したがって、ミクロン未満の寸法を含むパ
ターンの形成においては、平板印刷技術に頼られてい
た。そのような方法は、集積回路および他の半導体素子
の製造に用いられている。しかしながら、その方法は、
複雑となる傾向にあり、高価な設備を必要とする。これ
らの問題は、ナノメートルの寸法を含むパターンを製造
すべき場合に悪化してしまう。
【０００４】このために、ナノメートルの寸法を有する
インプリント（imprint）パターンを製造する微小イン
プリント平板印刷の開発に至った。そのような方法に
は、ナノメートルのスケール（以下、ナノスケールと称
する）のパターンを成形型内に製造することが含まれ
る。この成形型は、金属または誘電体のような剛性材料
であってもよい。この成形型上のパターンは、電子ビー
ムまたはＸ線平板印刷により製造されてもよい。次い
で、その方法に依存して、ネガ、または所望のパターン
がエッチングにより作成される。
【０００５】この方法は、個々の印刷方法を使用できる
小さな表面を有する製品について良好に機能する。しか
しながら、より大きい、および／または繰り返しのパタ
ーンを大きな表面に正確に印刷することがしばしば望ま
しい。これは、複数の小さな製品に再分すべき大きなシ
ート、または表示パネルのような一つの製品であっても
よい。潜在的な用途のある分野には、偏光子、特に、紫
外線および可視光用の回折格子偏光子がある。別の用途
には、生物化学分析方法に使用される構造物の製造があ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基本的な目的
は、成形型インプリント法によりナノスケールのパター
ンを製造する改良方法を提供することにある。
【０００７】別の目的は、表示パネルのような大きな表
面に精密なナノスケールのパターンを製造する方法を提
供することにある。
【０００８】さらなる目的は、大きな表面上に複数の同
一のナノスケールのパターンを製造することにある。
【０００９】さらに別の目的は、成形型インプリント法
によりナノスケールのパターンを製造する、簡素で安価
なロール機を提供することにある。
【００１０】特別な目的は、紫外線または可視光用の改
良格子偏光子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、一部には、ナ
ノスケールのパターンを複製する方法であって、そのナ
ノスケールのパターンを円筒形ローラの表面に形成し、
そのパターンを複製すべき基板表面を提供し、前記ナノ
スケールのパターンをその基板表面に転写して、複製を
提供する各工程を含む方法にある。
【００１２】本発明はさらに、ナノスケールのパターン
を基板上に複製する装置であって、そのナノスケールの
パターンを円筒表面に担持する円筒形ローラを含む装置
にある。
【００１３】本発明はまた、円筒形ローラから基板転写
されたナノスケールのパターンにある細長い平行な金属
線を有する基板を備えた回折格子偏光子にある。
【００１４】本発明は、改良された回折格子型偏光子を
製造するように設計された研究に関するものである。よ
り詳しくは、それらの研究は、紫外線および可視光用の
大面積偏光子の要求を満たすように設計されたものであ
る。制限するものではないが、本出願は、テレビジョン
投影に用いられるＬＣＤ装置におけるパネルに適合する
サイズの可視光偏光子を提供するのもであった。
【００１５】そのような投影に用いられる強烈な光源に
より、上記パネルに高エネルギー負荷が加えられる。こ
のことは、この偏光子が透明な無機材料、特に、ガラス
を用いるべきであることを指示した。この要求を満たす
ように開発された偏光子は、針金格子偏光子としても知
られている回折格子型偏光子であった。そのような偏光
子を製造するのに、様々な材料および方法が提案されて
いる。しかしながら、それらの偏光子は、製造コストが
高い。それら偏光子は、偏光子が効果的である波長帯域
幅のような特性が制限されてもいる。
【００１６】図１は、参照番号10により示された典型的
な回折格子偏光子の斜視図である。偏光子10は、適切な
ガラスから製造された基板12を含んでいる。基板12上に
は、細長く平行な反射金属線14が形成されている。線14
の特に適した金属は、アルミニウムである。
【００１７】入射光の平行および垂直な電場の透過に関
して偏光子の性能を決定するのに用いることのできる数
学的モデルおよび数式がいくつかある。それらの数式で
は、金属線の周期の変数（幅および間隔）、透明基板の
屈折率、および関心のある光の波長が用いられる。それ
らの数式を使用することにより、偏光子を、ある光の波
長帯域について適切な偏光子性能を与えるように設計す
ることができる。
【００１８】現在の研究は、400ｎｍから700ｎｍの可視
光の波長帯域において良好なコントラスト比および良好
な透過率を有する偏光子に向けられていた。特定の数式
を用いて計算を行って、そのような偏光子に必要とされ
る金属線の周期を決定していた。偏光子のコントラスト
比へのその線の周期の影響は、基板の屈折率が1.52のと
きに、400ｎｍおよび700ｎｍの波長で測定された。高コ
ントラスト比が、より短い線周期で得られる。例えば、
50ｎｍの線周期のときには、その偏光子は、400ｎｍの
波長で83：１の理論コントラスト比を有する。700ｎｍ
では、その理論コントラスト比は、256：１である。偏
光子の透過率対周期の比較により、最高の透過率がより
短い線周期でも得られることが示された。400ｎｍおよ
び700ｎｍでの理論透過率係数は、それぞれ、0.954およ
び0.966である。
【００１９】これらのコントラスト比は、一つの偏光子
ユニットにとって非常に高いものではない。しかしなが
ら、二つの同様の偏光子を連続して配置することによ
り、それらのコントラスト比は増大し、400ｎｍおよび7
00ｎｍでの理論コントラスト比は、それぞれ、6889：１
および65,536：１となる。連続した二つの偏光子の理論
透過率係数は、約0.912である。そのような性能を有す
る可視光偏光子は、非常に良好であると考えられてい
る。この性能は、より低い屈折率を有するガラスを用い
るか、または金属線を基板上に配置する前により低い屈
折率のコーティング（例えば、フッ化マグネシウム）で
そのガラスを被覆することにより改良することができ
る。
【００２０】50ｎｍの周期を有する回折格子偏光子を製
造する上での課題は、金属ワイヤ、すなわち、「線」、
およびナノスケールの寸法にあるそれら線の間の間隔の
形成である。50ｎｍの周期を有する偏光子に関して、線
の幅および間隔は、各々25ｎｍである。慣習的に、写真
平板技術は、現在、500ｎｍほど小さい構造の特徴製造
に限られている。電子ビーム平板法は、数十ナノメート
ルの範囲の特徴構造を形成することができる。しかしな
がら、この方法は、極めて高価であり、非常にゆっくり
としたものである。
【００２１】その称するところによれば、10ｎｍほど小
さい特徴構造を形成できる、ナノスケールの特徴構造を
形成する新たな方法が開発された。この方法は、インプ
リント平板法と呼ばれている。このインプリント平板技
術では、ナノスケールのパターンが設計された成形型を
用いる。この成形型は、金属または誘電体から製造する
ことができる。成形型上のパターン構造は、一連の平行
な線または通路をエッチングで形成する、電子ビーム平
板法、またはＸ線平板法により製造することができる。
【００２２】このように製造したナノスケールのパター
ンを有する成形型を、変形可能な材料と組み合わせて、
様々な様式で用いて、その成形型のナノスケールのパタ
ーンを複製することができる。この変形可能な材料は、
平らな基板、またはパターンの形成された成形型のいず
れかに、コーティングまたはフイルムとして施される有
機高分子であってもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態を参
照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２４】図２は、成形型から金属のナノスケールパ
ターンを複製するために典型的な過程を示す段階的な図
である。
【００２５】図２の段階（Ａ）に示されているように、
平らなガラス基板20を最初に、スピンコーティングまた
はディップコーティングのいずれかにより高分子薄膜で
被覆する。次いで、前述したように調製したナノスケー
ルの成形型22を高分子フイルム21上にプレスして、段階
（Ｂ）に示したような厚さコントラストを有するパター
ン付き高分子23を形成する。成形中、フイルム21の流動
を補助して、成形型22の通路を完全に充填するのに加熱
が必要であるかもしれない。高分子フイルム21は、好ま
しくは、低ガラス転移温度を有する熱可塑性材料であ
る。成形型22は、最初に、その上に低表面エネルギーコ
ーティング（図示せず）が施されて、その離型性を改良
しても差し支えない。
【００２６】成形型22が高分子パターン23の表面から剥
離された後、その表面に、段階（Ｃ）に示したように、
異方性イオンエッチングを施す。高分子パターン23のト
ラフにあるガラス基板は、高分子コーティングがこれら
の区域においてはより薄いので、エッチングに露出され
る。これにより、間隔のおかれた高分子格子24が形成さ
れる。
【００２７】エッチング後、段階（Ｄ）に示したよう
に、スパッタリング、または蒸着により、アルミニウム
金属を高分子格子24の間の間隔通路内に施す。アルミニ
ウムの薄層は、高分子格子の頂部にある程度付着させて
もよい。これは、リフトオフと通常称される方法により
除去される。最終段階（Ｅ）は、アルミニウム金属のリ
フトオフおよび高分子格子24の除去を含む。高分子格子
24は、化学溶剤により除去される。これにより、ガラス
基板20上に、適切な幅と間隔で、平行なアルミニウム線
26が残される。
【００２８】図２に示した方法は、一つのパターンを形
成するだけで十分な小面積偏光子にとって効果的であ
る。しかしながら、そのパターンを繰り返さなければな
らないより大きい面積にとってはそれほど効果的ではな
い。繰返し加工は、時間がかかることがある。また、大
面積に亘り精密な構成が必要とされる場合には、その工
程は、満足なものとはならないかもしれない。
【００２９】このような状況を避けるために、本発明
は、パターン付き円筒形ローラ、すなわち、ドラムの使
用に基づく複製方法を発明した。
【００３０】図３は、概して30により示される円筒形印
刷ドラムを用いた複製方法を段階的に示す図である。印
刷ドラム30の表面を、最初に、離型コーティング31で被
覆する。次いで、高分子レジスト32の薄層を、段階
（Ａ）に示したように、離型コーティング31上に施す。
次いで、ドラム30を、パターン付き成形型33にプレス
し、全体に亘り転がして、図３の段階（Ｂ）に示したよ
うに、高分子レジスト32内に厚さコントラストパターン
34を形成する。この厚さコントラストパターン34は、印
刷ドラム30上の高分子フイルム32内に形成されている。
その後、高分子フイルム32のパターン付き層が、段階
（Ｃ）に示したように、ガラス基板35に転写される。成
形型33および印刷ドラム30両方の離型コーティングの表
面エネルギーを適切に設計することにより、異なる表面
間のパターン付き高分子フイルム32を容易に転写するこ
とができる。
【００３１】次いで、異方性イオンエッチングを用い
て、高分子フイルム32の薄い部分を除去して、段階
（Ｄ）に示したように、ガラス基板35上に高分子格子構
造36を形成する。次いで、アルミニウム金属37を、段階
（Ｅ）に示したように、存在する通路38を充填するのに
十分な量で付着させる。高分子格子構造36、およびその
頂部にあるアルミニウムを図２の段階（Ｅ）を参照して
上述したように除去する。これにより、段階（Ｆ）に示
したように、基板35の表面上に、適切な幅と間隔を有す
る平行なアルミニウム線39が残される。
【００３２】図４は、円筒形印刷ドラム40を用いた別の
複製方法を段階的に示す図である。この方法は、段階
（Ａ）に示したように、剛性のガラス製成形型42に紫外
線硬化性高分子41の層を施して、その高分子にパターン
を形成する工程を含んでいる。次いで、ドラム40を、段
階（Ｂ）に示したように、成形型42にプレスし、全体に
亘り転がす。それと同時に、紫外線43を成形型42の背面
44から施して、パターン付き高分子41を固化させ、硬化
させる。印刷ドラム40の表面が成形型42から離れるとき
に、エンボスの付いた高分子パターン41が印刷ドラム40
上に転写されて、ドラム40の外部に成形型45を効果的に
形成する。このパターン付き成形型高分子45は、直接使
用しても、またはその上に離型コーティングを付着させ
ることにより変更しても差し支えない。この後に、ガラ
ス基板46を高分子で被覆する。エンボス付き高分子成形
型45を有する印刷ドラム40は、次いで、前記ガラス基板
にプレスされ、全体に亘り転がされて、段階（Ｃ）に示
したように、ガラス基板46上にパターンの付いた高分子
層47を形成する。次いで、パターン付き高分子層47は、
そのパターン通路内にある薄い高分子部分を除去するの
に十分にエッチングされ、段階（Ｄ）に示したように高
分子格子48を残す。ここで、図３を参照して記載され、
段階（Ｅ）に示したように、アルミニウムを付着させ
る。次いで、上述したように、高分子の頂部にあるアル
ミニウム、およびその高分子を除去する。これにより、
段階（Ｆ）に示したように、ガラス基板45上に平行なア
ルミニウム線49が残される。
【００３３】円筒形印刷ロールを用いた、ナノスケール
のパターンを複製する別の方法が、図５に段階的に示さ
れている。
【００３４】この方法では、図４に示したように形成さ
れたパターン付き印刷ドラム40、45を用いている。最初
に、高分子レジスト50（約100ｎｍの厚さを有する）の
薄層をガラス基板51に施す。次いで、ドラム40、45をそ
の高分子レジストと接触させ、全体に亘り転がす。ドラ
ム40、45上の隆起先端が高分子レジスト50の一部を拾い
上げ、それによって、高分子パターン52を形成する。次
いで、ドラム40、45を第二のガラス基板を全体に亘り転
がして、段階（Ｂ）に示したように、高分子パターン52
をガラス基板53に転写させる。次いで、段階（Ｃ）に示
したように、アルミニウム金属を、高分子パターン52を
覆い、存在する通路を充填するのに十分な量で、上述し
たように付着させる。次いで、高分子パターン52の頂部
にあるアルミニウムおよびその高分子パターンを、前述
したように、それぞれ、リフトオフおよび化学的に除去
する。これにより、段階（Ｄ）に示したように、平行に
間隔のおかれた線54が残される。
【００３５】円筒形印刷ロールを用いた、さらなるナノ
スケールのパターンの複製方法が、図６に段階的に示さ
れている。
【００３６】この方法では、上述したように形成したパ
ターン付き印刷ドラム40、45を用いている。最初に、ガ
ラス基板60を、段階（Ａ）で示したようにアルミニウム
の薄層で被覆する。ゾニル(Zonyl)ＲＰ（デュポン社の
製品）のような、フルオロ界面活性剤62またはアルカン
チオレート（ＨＳ（ＣＨ２）ｎＲ）の薄層を印刷ドラム
40上のパターンに施す。この印刷ドラム40をアルミニウ
ム層61にプレスして、段階（Ｂ）に示したように、有機
コーティングパターン62をそのアルミニウム表面に転写
させる。次いで、このようにパターンが被覆された表面
を活性イオン、塩素、エッチングガスに露出して、その
有機コーティングにより保護されていないアルミニウム
をエッチングにより除去する。これによって、下にある
ガラス基板60を露出させる。前記有機コーティングによ
り保護されたアルミニウムは保存されて、段階（Ｃ）に
示したように、有機物により被覆された金属格子構造を
形成する。最終段階（Ｄ）には、酸素プラズマを用い
て、有機コーティングを除去することが含まれる。これ
により、ガラス基板60の表面上に平行で間隔のおかれた
アルミニウム線64が残される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造した回折格子偏光子の斜視図
【図２】ナノスケールのパターンを複製して図１の偏光
子を製造する方法を段階的に示した断面図
【図３】ローラすなわちドラムのような円筒形部材を用
いた別の複製方法を段階的に示した断面図
【図４】ドラムのような円筒形部材を用いた別の複製方
法を段階的に示した断面図
【図５】ドラムのような円筒形部材を用いた別の複製方
法を段階的に示した断面図
【図６】ドラムのような円筒形部材を用いた別の複製方
法を段階的に示した断面図
【符号の説明】
10 偏光子 12，20，35，46，51，53，60 基板 14 要素 22，33，42 成形型 30，40 印刷ドラム 24，36，48 高分子格子 26，39，49，54，64 アルミニウム線 32，50 高分子レジスト

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ナノメートルのスケールのパターンを複
    製する方法であって、該パターンを円筒形ローラの外面
    に形成し、該パターンを複製すべき表面を提供し、前記
    ナノメートルのスケールのパターンを前記円筒形ローラ
    から前記表面上に転写して、その表面に該パターンの少
    なくとも一つの複製を提供する各工程を含むことを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 円筒形ローラ、ナノメートルのスケール
    の成形型、または平らな基板の表面上に変形可能なコー
    ティングを施す工程を含むことを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 変形可能な材料からナノメートルのスケ
    ールのパターンを形成し、該パターンが基板上に形成さ
    れるかまたはそこに転写されるものであり、該パターン
    上に金属を、該パターンの間隔のおかれた通路を充填
    し、それらパターン要素の上に薄い透過性フイルムを形
    成するのに十分な量で付着させる各工程を含むことを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 基板上にナノメートルのスケールのパタ
    ーンを複製するための円筒形ローラであって、該ローラ
    が、その外面に前記パターンを担持し、該パターンを前
    記基板に転写するように適合されていることを特徴とす
    る円筒形ローラ。
  5. 【請求項５】 ナノメートルのスケールのパターンで金
    属の細長く平行な間隔のおかれた線を有する基板を備え
    た回折格子偏光子。
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