JP2006237312A - 注型インプリント法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金型を傷めることが少なくナノオーダーの微細な構造のパターンを基材上に安定して形成することができる注型インプリント法を提供することを目的としている。
【解決手段】樹脂を溶媒で溶解させて得られる樹脂溶液を金型1の型面に沿うように展開するとともに、溶媒を揮発させて樹脂を固化させパターン転写層2を金型上に形成するパターン転写層形成工程と、前記パターン転写層に接着層31を介して基材4を接着したのち、パターン転写層を基材とともに金型から離型する工程とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図1
【解決手段】樹脂を溶媒で溶解させて得られる樹脂溶液を金型1の型面に沿うように展開するとともに、溶媒を揮発させて樹脂を固化させパターン転写層2を金型上に形成するパターン転写層形成工程と、前記パターン転写層に接着層31を介して基材4を接着したのち、パターン転写層を基材とともに金型から離型する工程とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、注型インプリント法に関する。
半導体集積回路の集積度の向上に伴って、複雑で微細なレジストパターンが求められるようになっているが、たとえば、このような微細なレジストパターンを高効率に得ることができる方法として、ナノ・インプリント法が既に提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
すなわち、ナノ・インプリント法は、図6(a)に示すように、シリコン、石英、ガラス等からなる基板100上に樹脂を塗布して樹脂層200を形成する。つぎに、図6(b)に示すように、基板100上の樹脂層200を樹脂のガラス転移温度以上に加熱した状態で、ナノサイズの微細パターンを型面310に有する金型300を用いてプレスしたのち、冷却して樹脂を硬化させる。最後に、図6(c)に示すように、金型300を分離させることによって、金型300の型面310の微細な凹凸パターンが転写されたパターン転写層400が基板100の表面に形成されるようになっている。
すなわち、ナノ・インプリント法は、図6(a)に示すように、シリコン、石英、ガラス等からなる基板100上に樹脂を塗布して樹脂層200を形成する。つぎに、図6(b)に示すように、基板100上の樹脂層200を樹脂のガラス転移温度以上に加熱した状態で、ナノサイズの微細パターンを型面310に有する金型300を用いてプレスしたのち、冷却して樹脂を硬化させる。最後に、図6(c)に示すように、金型300を分離させることによって、金型300の型面310の微細な凹凸パターンが転写されたパターン転写層400が基板100の表面に形成されるようになっている。
したがって、このナノ・プリント方を用いれば、通常の光リソグラフィーと異なり、熱(乾燥等)工程、現像工程が必要なく、工程の簡略化が可能なため、低コストな加工プロセス構築が可能となる。
しかし、このようなナノ・インプリント法の場合、プレスの際にモールドに高圧力(0.1MPa以上)を加えなければならないため、金型300の型面310の微細構造が破損しやすいとともに、熱膨張収縮による樹脂の損傷や、寸法精度の低下などの問題がある。
しかし、このようなナノ・インプリント法の場合、プレスの際にモールドに高圧力(0.1MPa以上)を加えなければならないため、金型300の型面310の微細構造が破損しやすいとともに、熱膨張収縮による樹脂の損傷や、寸法精度の低下などの問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みて、金型を傷めることが少なくナノオーダーの微細な構造のパターンを基材上に安定して形成することができる注型インプリント法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の注型インプリント法(以下、「請求項1の注型インプリント法」と記す)は、樹脂を溶媒で溶解させて得られる樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開したのち、溶媒を揮発させて樹脂を固化させパターン転写層を金型上に形成するパターン転写層形成工程と、前記パターン転写層に接着層を介して基材を接着したのち、パターン転写層を基材とともに金型から離型する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の請求項2に記載の注型インプリント法(以下、「請求項2の注型インプリント法」と記す)は、請求項1の注型インプリント法において、接着層が、電磁波硬化型樹脂接着剤をパターン転写層の表面に沿うように展開して電磁波硬化型樹脂接着剤層を形成するとともに、電磁波硬化型樹脂接着剤層をパターン転写層との間で挟み込むように基材を電磁波硬化型樹脂接着剤層に押し当てた状態で電磁波を金型および基材の少なくともいずれか一方を通して照射して電磁波硬化型樹脂接着剤を硬化させることによって形成されていることを特徴としている。
本発明の請求項3に記載の注型インプリント法(以下、「請求項3の注型インプリント法」と記す)は、請求項2の注型インプリント法において、電磁波硬化型樹脂接着剤が、光硬化性樹脂接着剤であって、金型および基材の少なくともいずれか一方が光透過性材料で形成されていることを特徴としている。
本発明の請求項4に記載の注型インプリント法(以下、「請求項4の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項3のいずれかの注型インプリント法において、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、溶剤の揮発温度以上に加熱して溶媒を揮発させることを特徴としている。
本発明の請求項5に記載の注型インプリント法(以下、「請求項4の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項3のいずれかの注型インプリント法において、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴としている。
本発明の請求項4に記載の注型インプリント法(以下、「請求項4の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項3のいずれかの注型インプリント法において、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、溶剤の揮発温度以上に加熱して溶媒を揮発させることを特徴としている。
本発明の請求項5に記載の注型インプリント法(以下、「請求項4の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項3のいずれかの注型インプリント法において、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴としている。
本発明の請求項6に記載の注型インプリント法(以下、「請求項6の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項5のいずれかの注型インプリント法において、スピンコート法によって樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開することを特徴としている。
本発明の請求項7に記載の注型インプリント法(以下、「請求項7の注型インプリント法」と記す)は、請求項1〜請求項6のいずれかの注型インプリント法において、金型の型面が1μm以下の微細構造を備えていることを特徴としている。
本発明において、金型は、特に限定されないが、従来のナノ・インプリント法に用いられるものと同様の手法で得られるものが使用できる。また、金型の型面は、特に限定されないが、離型性をよくするためにフッ素樹脂加工やプラズマ処理することが好ましい。
パターン転写層を形成する樹脂としては、溶剤などに溶かし込むことによって展開が容易な流動性を確保できるものであれば特に限定されないが、たとえば、ポリメチルメタクリレート(以下、「PMMA」と記す)、ポリ乳酸(以下、「PLA」と記す)、ポリカーボネート(以下、「PC」と記す)、ポリエチレンテレフラレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレン(PE)等が挙げられ、中でも、PMMA、PLA、PC等の紫外線透過性が高い有機高分子が好適に用いられる。また、無機系高分子材料でも構わない。さらに、溶かし込んだ樹脂等のなかに、微小粒子やカーボンナノ材料を分散してもよい。
パターン転写層を形成する樹脂としては、溶剤などに溶かし込むことによって展開が容易な流動性を確保できるものであれば特に限定されないが、たとえば、ポリメチルメタクリレート(以下、「PMMA」と記す)、ポリ乳酸(以下、「PLA」と記す)、ポリカーボネート(以下、「PC」と記す)、ポリエチレンテレフラレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレン(PE)等が挙げられ、中でも、PMMA、PLA、PC等の紫外線透過性が高い有機高分子が好適に用いられる。また、無機系高分子材料でも構わない。さらに、溶かし込んだ樹脂等のなかに、微小粒子やカーボンナノ材料を分散してもよい。
溶媒としては、樹脂を金型の型面に展開可能な粘度に溶解できれば、特に限定されないが、たとえば、クロロホルムやトルエン等のように、表面張力が小さいものが好ましい。
樹脂溶液の展開方法としては、樹脂溶液が金型型面の微細構造内にうまく入り込むように展開、すなわち、樹脂溶液を型面の凹凸形状に沿わせることができれば特に限定されず、はけ等によって樹脂溶液を型面に塗布する方法や、金型が枠状をしている場合、金型内に樹脂溶液を流し込むだけでも構わないが、パターン転写層の接着層側の面に平滑性を要求される場合は、スピンコーターに金型をセットし、スピンコート法を用いて展開することが好ましい。
また、樹脂を効率よく展開するために、スピンコート後に樹脂のガラス転移温度以上に加熱、すなわち、ベイクすることにより、粘度を低下させることが好ましい。因みに、重合度によっても異なるが、PMMAのガラス転移温度は105℃程度、PCのガラス転移温度は140℃程度である。
樹脂溶液の展開方法としては、樹脂溶液が金型型面の微細構造内にうまく入り込むように展開、すなわち、樹脂溶液を型面の凹凸形状に沿わせることができれば特に限定されず、はけ等によって樹脂溶液を型面に塗布する方法や、金型が枠状をしている場合、金型内に樹脂溶液を流し込むだけでも構わないが、パターン転写層の接着層側の面に平滑性を要求される場合は、スピンコーターに金型をセットし、スピンコート法を用いて展開することが好ましい。
また、樹脂を効率よく展開するために、スピンコート後に樹脂のガラス転移温度以上に加熱、すなわち、ベイクすることにより、粘度を低下させることが好ましい。因みに、重合度によっても異なるが、PMMAのガラス転移温度は105℃程度、PCのガラス転移温度は140℃程度である。
溶媒を揮発させる方法としては、特に限定されないが、たとえば、溶剤の揮発温度以上で樹脂の性質を阻害しない程度にベイク(加熱)する方法、減圧雰囲気下に置く方法、自然に揮発させる方法等が挙げられる。
なお、パターン転写層内に溶媒が残存していても構わないが、たとえば、バイオセンサ等に使用される場合、溶媒が残存していると、細胞等が死滅する恐れがあるので、用途によっては、パターン転写層内に溶媒が残らないように、十分な時間をかけてベイクし、溶剤を完全に揮発させることが好ましい。
なお、パターン転写層内に溶媒が残存していても構わないが、たとえば、バイオセンサ等に使用される場合、溶媒が残存していると、細胞等が死滅する恐れがあるので、用途によっては、パターン転写層内に溶媒が残らないように、十分な時間をかけてベイクし、溶剤を完全に揮発させることが好ましい。
基材としては、特に限定されないが、たとえば、石英、PMMA、PLA、PC等の板材や成形体が挙げられる。
接着層を形成する接着剤としては、特に限定されないが、たとえば、紫外線やX線等の電磁波の照射によって硬化する電磁波硬化性樹脂接着剤、熱硬化性樹脂接着剤、粘着テープ、両面粘着テープ等に用いられている粘着剤等が挙げられる。
電磁波硬化性樹脂接着剤や熱硬化性樹脂接着剤を用いた場合、特に限定されないが、たとえば、上記樹脂溶液と同様にスピンコート法を用いて展開することが好ましい。
電磁波硬化性樹脂接着剤や熱硬化性樹脂接着剤を用いた場合、特に限定されないが、たとえば、上記樹脂溶液と同様にスピンコート法を用いて展開することが好ましい。
本発明にかかる注型インプリント法は、以上のように、樹脂を溶媒で溶解させて得られる樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開したのち、溶媒を揮発させて樹脂を固化させパターン転写層を金型上に形成するパターン転写層形成工程と、前記パターン転写層に接着層を介して基材を接着したのち、パターン転写層を基材とともに金型から離型する工程とを備えているので、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開させることができれば、どのような樹脂でも適応可能であり,材料自由度がある。また、加熱冷却過程がなく,熱サイクルの影響がない。しかも、金型にほとんど圧力をかけないため,金型寿命が長い。
そして、スピンコート法を用いて樹脂溶液を展開するようにすれば、パターン転写層の接着層との境界面を平滑化することができ、パターン転写層を基材にしっかりと接着一体化できる。
また、請求項4の注型インプリント法のように、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、溶剤の揮発温度以上に加熱して溶媒を揮発させるようにすれば、揮発時間が速くなり、パターン転写層形成工程を短時間で終了させることができる。
さらに、請求項5の注型インプリント法のように、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、樹脂のガラス転移温度以上に加熱するようにすれば、溶媒が揮発しても樹脂が流動性を保っているため、注型が困難となる高アスペクト比のパターンや超微細パターンであっても効率よくかつより精密にパターン転写することができる。
また、請求項4の注型インプリント法のように、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、溶剤の揮発温度以上に加熱して溶媒を揮発させるようにすれば、揮発時間が速くなり、パターン転写層形成工程を短時間で終了させることができる。
さらに、請求項5の注型インプリント法のように、樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、樹脂のガラス転移温度以上に加熱するようにすれば、溶媒が揮発しても樹脂が流動性を保っているため、注型が困難となる高アスペクト比のパターンや超微細パターンであっても効率よくかつより精密にパターン転写することができる。
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1および図2は、本発明にかかる注型インプリント法の1つの実施の形態をあらわしている。
図1および図2は、本発明にかかる注型インプリント法の1つの実施の形態をあらわしている。
この注型インプリント法は、まず、図1(a)に示すように、予め公知の方法で所望のパターンの微細加工が施された金型1の型面11にスピンコーター(図示せず)で高分子樹脂溶液(図示せず)を塗布し、その後ベイクし、溶剤を揮発させて、金型1の型面11上にパターン転写層2を形成する。
つぎに、図1(b)に示すように、パターン転写層2の上に光硬化性樹脂接着剤3をスピンコーター(図示せず)で塗布したのち、基材となる透明樹脂板4を押し当てた状態で、図2に示すように、金型1内の空気を減圧し、透明樹脂板4をパターン転写層2に密着させ、図1(c)に示すように、紫外線5を透明樹脂板4越しに光硬化性樹脂接着剤3に照射して光硬化性樹脂接着剤3を硬化させて、硬化した接着層31を介して透明樹脂板4をパターン転写層2に接着一体化する。
つぎに、図1(b)に示すように、パターン転写層2の上に光硬化性樹脂接着剤3をスピンコーター(図示せず)で塗布したのち、基材となる透明樹脂板4を押し当てた状態で、図2に示すように、金型1内の空気を減圧し、透明樹脂板4をパターン転写層2に密着させ、図1(c)に示すように、紫外線5を透明樹脂板4越しに光硬化性樹脂接着剤3に照射して光硬化性樹脂接着剤3を硬化させて、硬化した接着層31を介して透明樹脂板4をパターン転写層2に接着一体化する。
光硬化性樹脂接着剤3が硬化後、金型1内を大気圧に戻し、図1(d)に示すように、パターン転写層2を透明樹脂板4とともに金型1から離型するようになっている。
本発明にかかる注型インプリント法は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、接着層を形成する接着剤として、光硬化性樹脂接着剤が用いられていたが、エポキシ樹脂等の紫外線を照射する必要のない接着剤も使用可能である。
以下に、本発明の具体的な実験例を詳しく説明する。
〔実験例1〕
ポリメタクリル酸メチル(以下、「PMMA」と記す,数平均分子量:120,000)と、溶媒としてのトルエンとを質量比1:10(=PMMA:トルエン)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、トルエンが揮発しないようにビーカーに蓋をして、加熱して約60℃に保ちながら1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液1」と記す)を得た。
ポリメタクリル酸メチル(以下、「PMMA」と記す,数平均分子量:120,000)と、溶媒としてのトルエンとを質量比1:10(=PMMA:トルエン)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、トルエンが揮発しないようにビーカーに蓋をして、加熱して約60℃に保ちながら1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液1」と記す)を得た。
つぎに、金型としてのラインアンドスペースモールド(縦10mm、横10mm、パターン部分の線幅:360nm、溝深さ約400nm),モールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成したもの)に、上記樹脂溶液1をスピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布したのち、115℃以上で5分間以上ホットプレートでベイクして溶媒を揮発させて、PMMA製のパターン転写層を形成した。得られたパターン転写層の膜厚は、1.2μmであった。
続いて、パターン転写層の上にスピンコーターを用いて回転速度3000rpmで光硬化性樹脂接着剤(東亞合成株式会社製LCR0631)を約3μmの厚さに塗布したのち、光硬化性樹脂接着剤に大気圧で基材としての石英板(厚み2mm)をそれぞれ密着させた状態で、マスクアライナー(共和理研社製 K−307PS95)を用いて15分間紫外線(光源:超高圧水銀灯、 照度:11mW/cm2)を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤を硬
化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、360nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、360nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
〔実験例2〕
ポリカーボネート(以下、「PC」と記す, 三菱エンジニアリングプラスチックス社製 ユーピロン)と、溶媒としてのクロロホルムとを質量比1:20(=PC:クロロホルム)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、クロロホルムが揮発しないようにビーカーに蓋をして、室温で1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液2」と記す)を得た。
ポリカーボネート(以下、「PC」と記す, 三菱エンジニアリングプラスチックス社製 ユーピロン)と、溶媒としてのクロロホルムとを質量比1:20(=PC:クロロホルム)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、クロロホルムが揮発しないようにビーカーに蓋をして、室温で1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液2」と記す)を得た。
つぎに、金型としての(縦10mm、横10mm、パターン部分の線幅:230nm、溝深さ1.9μm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成)に、上記樹脂溶液2をスピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布したのち、80℃以上で5分間以上ホットプレートでベイクして溶媒を揮発させて、PC製のパターン転写層を形成した。得られたパターン転写層の膜厚は、1.9μmであった。
続いて、パターン転写層の上にスピンコーターを用いて回転速度3000rpmで光硬化性樹脂接着剤(東亞合成株式会社製LCR0631)を約3μmの厚さに塗布したのち、光硬化性樹脂接着剤に大気圧で基材としてのPC板(厚み0.5mm)をそれぞれ密着させた状態で、マスクアライナー(共和理研社製 K−307PS95)を用いて15分間紫外線(光源:超高圧水銀灯、 照度:11mW/cm2)を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤を
硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、300nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、300nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
〔実験例3〕
ポリ乳酸(以下、「PLA」と記す, 島津製作所製 )と、溶媒としてのクロロホルムとを質量比1:50(=PLA:クロロホルム)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、クロロホルムが揮発しないようにビーカーに蓋をして、室温で1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液3」と記す)を得た。
ポリ乳酸(以下、「PLA」と記す, 島津製作所製 )と、溶媒としてのクロロホルムとを質量比1:50(=PLA:クロロホルム)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、クロロホルムが揮発しないようにビーカーに蓋をして、室温で1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液3」と記す)を得た。
つぎに、金型としての(縦10mm、横10mm、線幅:200nm、溝深さ約0.4μm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成)に、上記樹脂溶液3をスピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布したのち、80℃以上で5分間以上ホットプレートでベイクして溶媒を揮発させて、PLA製のパターン転写層を形成した。得られたパターン転写層の膜厚は、約0.6μmであった。
続いて、パターン転写層の上にスピンコーターを用いて回転速度3000rpmで光硬化性樹脂接着剤(東亞合成株式会社製LCR0631)を約3μmの厚さに塗布したのち、光硬化性樹脂接着剤に大気圧で基材としてのPLA板(厚み2 mm)をそれぞれ密着させた状態で、マスクアライナー(共和理研社製 K−307PS95)を用いて15分間紫外線(光源:超高圧水銀灯、 照度:11mW/cm2)を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤
を硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、200nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
を硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、200nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
〔実験例4〕
直径8インチの円盤を1/4の扇形にしたような形状の線幅(200nm)のラインアンドスペースモールド(モールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成)に上記樹脂溶液2をスピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布し80℃以上でそれぞれ5分間以上ホットプレートでベイクでして溶媒を揮発させてPC製パターン転写層を形成した。
直径8インチの円盤を1/4の扇形にしたような形状の線幅(200nm)のラインアンドスペースモールド(モールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成)に上記樹脂溶液2をスピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布し80℃以上でそれぞれ5分間以上ホットプレートでベイクでして溶媒を揮発させてPC製パターン転写層を形成した。
続いて、光硬化性樹脂接着剤(東洋合成工業株式会社製PAK01)を約0.2cc注射器にて滴下させることによってパターン転写層上に塗布したのち、塗布された光硬化性樹脂接着剤に基材としてのPC板(厚さ0.5mm)を大気圧にて密着させ、(共和理研社製 K−307PS95)を用いて15分間紫外線(光源:超高圧水銀灯、 照度:11mW/cm2)
を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤を硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤を硬化させてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、扇形の中心部付近1箇所、扇形の円弧側3箇所の計4箇所でパターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、いずれの場所においても、200nmの線幅でラインアンドスペースパターンが問題なく転写されていた。
〔実験例5〕
PMMA(数平均分子量:350,000)と、溶媒としてのトルエンとを質量比1:40(=PMMA:トルエン)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、トルエンが揮発しないようにビーカーに蓋をして、加熱して約60℃に保ちながら1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液4」と記す)を得た。
PMMA(数平均分子量:350,000)と、溶媒としてのトルエンとを質量比1:40(=PMMA:トルエン)の割合で撹拌子とともにビーカーに入れ、トルエンが揮発しないようにビーカーに蓋をして、加熱して約60℃に保ちながら1〜2時間撹拌子によって撹拌を行い、パターン転写層形成用の樹脂溶液(以下、「樹脂溶液4」と記す)を得た。
つぎに、金型としての(縦10mm、横10mm、パターン部分の線幅:230nm、溝深さ1.9μm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成)に、上記樹脂溶液4を、スピンコーターを用いて回転速度1000rpmで塗布したのち、115℃以上で5分間以上ホットプレートを用いてベイクし、溶媒を揮発させることにより、PMMA製のパターン転写層を形成した。
続いて、パターン転写層の上にスピンコーターを用いて回転速度3000rpmで光硬化性樹脂接着剤(東亞合成株式会社製LCR0631)を約3μmの厚さに塗布したのち、光硬化性樹脂接着剤に大気圧で基材としてのPC板(厚み0.5mm)を密着させた状態で、マスクアライナー(共和理研社製 K−307PS95)を用いて15分間紫外線(光源:超高圧水銀灯、 照度:11mW/cm2)を基材越しに照射して光硬化性樹脂接着剤を硬化さ
せてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図3に示すように、離型不良によりパターンの根元からの破断が見られた。
せてパターン転写層と基材とを接着した。
そして、パターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図3に示すように、離型不良によりパターンの根元からの破断が見られた。
〔実験例6〕
パターン転写層を形成する樹脂溶液としてPMMA(数平均分子量:350,000)に代えて、PMMA(数平均分子量:996,000)を用いた樹脂溶液5を用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図4に示すように、パターンの根元からの破断は見られなかったが、パターンの伸びによる欠陥が多く見られた。
パターン転写層を形成する樹脂溶液としてPMMA(数平均分子量:350,000)に代えて、PMMA(数平均分子量:996,000)を用いた樹脂溶液5を用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図4に示すように、パターンの根元からの破断は見られなかったが、パターンの伸びによる欠陥が多く見られた。
〔実験例7〕
上記樹脂溶液4に代えて、上記樹脂溶液2を用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図5に示すように、大きな欠陥は見られず、良好な高アスペクト比パターンが広い領域で転写出来ていた。また、パターン寸法を計測すると図5に示すように、線幅230nm、高さ1.9μmであり,アスペクト比8.3のモールドの形状そのままにパターンが転写できていることがわかった。
上記樹脂溶液4に代えて、上記樹脂溶液2を用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、図5に示すように、大きな欠陥は見られず、良好な高アスペクト比パターンが広い領域で転写出来ていた。また、パターン寸法を計測すると図5に示すように、線幅230nm、高さ1.9μmであり,アスペクト比8.3のモールドの形状そのままにパターンが転写できていることがわかった。
〔実験例8〕
金型として、ラインアンドスペースモールドA(縦10mm、横10mm、パターン部分の線幅:50nm、溝深さ170nm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成したもの)およびラインアンドスペースモールドB(縦10mm、横10mm、線幅:65nm、溝深さ170nm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成したもの)をそれぞれ用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、それぞれのモールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、いずれも超微細パターンの成型ができていることが確かめられたが、ラインアンドスペースモールドAのものについては、パターン上部には、塗布する際に樹脂がモールド溝に入り込んでいない、又はモールド自体に欠陥がある等の原因が考えられる欠陥部分が一部に見られた。
金型として、ラインアンドスペースモールドA(縦10mm、横10mm、パターン部分の線幅:50nm、溝深さ170nm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成したもの)およびラインアンドスペースモールドB(縦10mm、横10mm、線幅:65nm、溝深さ170nm)のモールド表面に、フッ素樹脂含有シランカップリング剤を用いてフッ素系単分子膜を形成したもの)をそれぞれ用いた以外は、上記実験例5と同様にして得たパターン転写層を基材とともに、それぞれのモールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、いずれも超微細パターンの成型ができていることが確かめられたが、ラインアンドスペースモールドAのものについては、パターン上部には、塗布する際に樹脂がモールド溝に入り込んでいない、又はモールド自体に欠陥がある等の原因が考えられる欠陥部分が一部に見られた。
〔実験例9〕
金型として上記ラインアンドスペースモールドAを用いた以外は、上記実験例7と同様にして、得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、超微細パターンの成型が問題なくできていることが確かめられた。
金型として上記ラインアンドスペースモールドAを用いた以外は、上記実験例7と同様にして、得たパターン転写層を基材とともに、モールドから離型させて、パターン転写層表面を走査型電子顕微鏡で確認したところ、超微細パターンの成型が問題なくできていることが確かめられた。
上記実験例1〜9から、本発明の注型インプリント法によれば、ナノオーダー以下の良好なラインアンドスペースパターンの成形が可能で金型に回転塗布できるものであれば、どのような材料にも適応できることがわかった。また、スピンコーターとマスクアライナーなどの汎用装置のみで、特別なインプリント装置が不要で低コスト化を図ることができることがわかる。
また、実験例4から、ナノ・インプリント法では、近年その技術が確立され実用化されるようになり、微細加工の大面積化が必要となってきており、プレス面の大面積化や繰り返し転写法(ステップ アンド リピート法)での大面積加工が行われているが、本発明の注型インプリント法を用いても大面積化に対応できることがわかる。
また、実験例4から、ナノ・インプリント法では、近年その技術が確立され実用化されるようになり、微細加工の大面積化が必要となってきており、プレス面の大面積化や繰り返し転写法(ステップ アンド リピート法)での大面積加工が行われているが、本発明の注型インプリント法を用いても大面積化に対応できることがわかる。
さらに、実験例5、6の結果から、同じ樹脂であっても分子量が大きく機械的な強度が優れたものを使用する方が良いと思われる。
実験例8、9の結果から、50nm以下の超微細パターンまで転写でき、高スループットな電子回路の形成も十分期待できることがわかる。
実験例8、9の結果から、50nm以下の超微細パターンまで転写でき、高スループットな電子回路の形成も十分期待できることがわかる。
本発明にかかる注型インプリント法は、特に限定されないが、たとえば、ナノ構造が要求される波長板や反射防止構造などの光学素子や、ピラーや突起による反応の促進や検出感度の向上を図ったバイオチップの作製に用いることができる。さらに、大面積化も可能であり、大型ディスプレイ用の各種フィルムの表面微細構造の作製等に用いることができる。
1 金型
11 型面
2 パターン転写層
4 透明樹脂板(基材)
31 接着層
11 型面
2 パターン転写層
4 透明樹脂板(基材)
31 接着層
Claims (7)
- 樹脂を溶媒で溶解させて得られる樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開するとともに、溶媒を揮発させて樹脂を固化させパターン転写層を金型上に形成するパターン転写層形成工程と、前記パターン転写層に接着層を介して基材を接着したのち、パターン転写層を基材とともに金型から離型する工程とを備えることを特徴とする注型インプリント法。
- 接着層が、電磁波硬化型樹脂接着剤をパターン転写層の表面に沿うように展開して電磁波硬化型樹脂接着剤層を形成するとともに、電磁波硬化型樹脂接着剤層をパターン転写層との間で挟み込むように基材を電磁波硬化型樹脂接着剤層に押し当てた状態で電磁波を金型および基材の少なくともいずれか一方を通して照射して電磁波硬化型樹脂接着剤を硬化させることによって形成される請求項1に記載の注型インプリント法。
- 電磁波硬化型樹脂接着剤が、光硬化性樹脂接着剤であって、金型および基材の少なくともいずれか一方が光透過性材料で形成されている請求項3に記載の注型インプリント法。
- 樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、溶剤の揮発温度以上に加熱して溶媒を揮発させる請求項1〜請求項3のいずれかに記載の注型インプリント法。
- 樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開後、樹脂溶液を樹脂のガラス転移温度以上に加熱する請求項1〜請求項3のいずれかに記載の注型インプリント法。
- スピンコート法によって樹脂溶液を金型の型面に沿うように展開する請求項1〜請求項5のいずれかに記載の注型インプリント法。
- 金型の型面が1μm以下の微細構造を備えている請求項1〜請求項6のいずれかに記載の注型インプリント法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005050402A JP2006237312A (ja) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | 注型インプリント法 |
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- 2005-02-25 JP JP2005050402A patent/JP2006237312A/ja active Pending
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