JP2007030212A - プラスチック成形用スタンパの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易に低コストで所望の成形品を量産可能とするプラスチック成形用スタンパの製造方法を提供する。
【解決手段】 基板（１）上に、金属層（２）を形成し、該形成した金属層（２）の上に、２種類の層である、下層レジスト（３）と、上層レジスト（４）と、からなるフォトレジストを積層する。次に、微細パターンを有する型母材（５）を、上層レジスト（４）に押し当て、微細パターンを上層レジスト（４）に転写する。次に、型母材（５）により圧縮された部分に残留する上層レジスト（４）を除去し、選択的に下層レジスト（３）を除去し、Ｎｉ電鋳し、基板（１）と、金属層（２）と、を離型し、Ｎｉ電鋳プレート上の残留レジスト（３、４）を除去し、高アスペクト比スタンパを製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光回路、光導波路、バイオチップ、撥水膜、無反射構造体等の光学機能、物理機能を有する高アスペクト比の形状を有するプラスチック成形品を製造するプラスチック成形用スタンパの製造方法に関し、特に、高アスペクト比プラスチック形成品を量産可能とするプラスチック成形用スタンパの製造方法に関するものである。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）やナノ構造体等のマイクロ・ナノスケールの技術開発が盛んに行われている。今日では、このようなマイクロ・ナノスケールの技術を応用した半導体プロセスやＬＩＧＡ（Lithographie，Galvanoformung，Abformung）プロセス等を用いて微細な型を製造し、該製造した型を用いて射出成形やホットエンボス成形等を行うインプリント工法が実現されており、これらの成形工法によって成形品が作製されているのが現状である。

ＬＩＧＡプロセスでは、シンクロトロン放射光を用い、Ｘ線の高い指向性と低い光散乱とが特徴であり、微細な高アスペクト比を有するレジストパターンが形成可能となる。

なお、ＬＩＧＡプロセスで使用される装置は、非常に大がかりなものであり、装置の維持、メンテナンスにも莫大な費用が嵩み、国内にも数台しかないことから、ＬＩＧＡプロセスは、量産性に富むものではない。しかしながら、従来は、ＬＩＧＡプロセスにとって代わる代替工法がなかったのが現状である。

また、レジストパターンをドライエッチング用マスクとしてシリコンを深堀りエッチングする工法もあるが、シリコン自身を型として用いるには、その素材の強度不足、あるいは、自身の有する劈開性により、大量の成形品を得ることが不可能であるといえる。

さらにこのような型を成型する方法として、ナノインプリントリソグラフィーの中に、室温ナノインプリントと呼ばれる手法があり、たとえば、本発明の先行技術文献として、基板上にレジストを２層塗布形成し、上層レジストのみに型を押しつけ、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）に対する上層レジストと下層レジストとの選択比の違いを利用し、高アスペクト比のパターンを形成するプロセスが提案されているものがある（例えば、特許文献１〜４、非特許文献１〜３参照）。
特開２００２−１５８１９２号公報 特開２００４−３１９０７４号公報 特開２００４−３１９０７５号公報 特表２００３−５１７７２７号公報 Room Temperature Nanoimprint Technology Using Hydrogen Silsesquioxane(HSQ);Jpn.J.Appl.Phys. 41, pp. 4198-4202, (2002) Bilayer Resist Method for Room-Temperature Nanoimprint lithography; Japanese jounal of Apphed physics Vol 43,No6B,pp.4050-4053,(2004) Room-temperature Nanoimprint and nanotransfer printing using hydrogen silsesquioxane; J. Vac. Sci. Technol. B21, 688-692, (2003)

しかしながら、上記の技術文献は、高アスペクト比レジストパターンを形成することに主眼がおかれており、成形品の量産を考慮したものではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＬＩＧＡプロセス等のような高価で量産性に富まない工法ではなく、簡易に低コストで所望の成形品を量産可能とするプラスチック成形用スタンパの製造方法を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有することとする。

本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、基板上に金属層を形成する工程と、金属層上に、２層のレジスト層を積層する工程と、微細パターンを有する型母材を、２層のレジスト層上に押印し、微細パターンを上層のレジスト層に転写する工程と、上層のレジスト層に転写した微細パターンの凹部分の上層のレジスト層と、下層のレジスト層と、を除去する工程と、２層のレジスト層上にＮｉ電鋳し、Ｎｉ電鋳プレートを形成する工程と、Ｎｉ電鋳プレートから基板と金属層とを離型し、Ｎｉ電鋳プレートに残留する２層のレジスト層を除去する工程と、を有し、スタンパを作製することを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、押印を、室温にて行うことを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、微細パターンの凸部の高さが、上層のレジスト層の膜厚より低いことを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、下層のレジスト層は、ノボラック系樹脂であることを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、上層のレジスト層は、下記の式Ａに示す一種以上のシロキサン成分と、アルコール、エステル、ケトンの少なくとも１種から選ばれた溶剤と、からなる溶液を、下層のレジスト層上に塗布し、硬化処理することで、形成されることを特徴とするものである。
〔Ｒ_nＳｉ（ＯＨ）_4-n〕_m・・・（式Ａ）
（但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基であり、ｎは、０〜３の整数）

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、シロキサン成分は、水素化シルセスキオキサンポリマーであることを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、硬化処理時に、酸またはアンモニアを使用することを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、シロキサン成分は、水素化シルセスキオキサンポリマーであり、当該ポリマーによる塗布膜を、下層のレジスト層表面に形成し、常温より上の温度〜１５０℃以下の温度でプリべークし、微細パターンを有する型母材を押印することを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、上層のレジスト層の除去は、テトラフルオロメタンを用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、下層のレジスト層の除去は、酸素ガスを用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とするものである。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法において、２層のレジスト層の除去は、ＣＦ₄を用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とするものである。

本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法により、簡易に低コストで所望の高アスペクト比成形品を量産することが可能となる。

まず、図１、図２を参照しながら、本実施形態におけるプラスチック成形用スタンパの製造方法の特徴について説明する。

本実施形態におけるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、基板（１）上に金属層（２）を形成する工程と、金属層（２）上に、２層のレジスト層（３、４）を積層する工程と、微細パターンを有する型母材（５）を、２層のレジスト層（３、４）上に押印し、微細パターンを上層のレジスト層（４）に転写する工程と、上層のレジスト層（４）に転写した微細パターンの凹部分の上層のレジスト層（４）と、下層のレジスト層（３）と、を除去する工程と、２層のレジスト層（３、４）上にＮｉ電鋳し、Ｎｉ電鋳プレート（６）を形成する工程と、Ｎｉ電鋳プレート（６）から基板（１）と金属層（２）とを離型し、Ｎｉ電鋳プレート（６）に残留する２層のレジスト層（３、４）を除去する工程と、を有し、スタンパ（６）を作製することを特徴とするものである。

このように、本実施形態におけるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、室温ナノインプリント工法に電鋳を組み合わせてスタンパ（６）を作製することで、簡易的に高アスペクト比のスタンパ（６）を作製することが可能となり、電鋳ニッケルスタンパ（６）を作製することで、プラスチック（７）成形時の耐性も強くなり、高アスペクト比成形品を量産することが可能となる。また、本実施形態におけるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、量子デバイスの作製、すなわち、単電子トランジスター、量子磁気ディスク（１０ｎｍ以下のサイズ）等の作製にも有用な製造方法となる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態におけるプラスチック成形用スタンパの製造方法について詳細に説明する。

まず、図１、図２を参照しながら、本実施形態における高アスペクト比プラスチック成形用スタンパの製造方法を説明する。

本実施形態における高アスペクト比プラスチック成形用スタンパの製造方法は、基板（１）上に、金属層（２）を形成し、該形成した金属層（２）の上に、２種類の層である、下層レジスト（３）と、上層レジスト（４）と、からなるフォトレジストを積層する『図１（ａ）〜（ｂ）』。次に、微細パターンを有する型母材（５）を、上層レジスト（４）に押し当て『図１（ｃ）』、微細パターンを上層レジスト（４）に転写する『図１（ｄ）』。次に、型母材（５）により圧縮された部分に残留する上層レジスト（４）を除去し『図１（ｅ）』、選択的に下層レジスト（３）を除去し『図１（ｆ）』、Ｎｉ電鋳し、Ｎｉ電鋳プレート（６）を形成する『図２（ｇ）』。そして、Ｎｉ電鋳プレート（６）から、基板（１）と金属層（２）とを離型し『図２（ｈ）』、Ｎｉ電鋳プレート（６）に残留する残留レジスト（３、４）を除去し、高アスペクト比スタンパ（６）を製造する『図２（ｉ）』。次に、上記形成した高アスペクト比スタンパ（６）を用いて、ナノインプリント材料（７）を塗布し『図２（ｊ）』、ナノインプリント構造体（７）を作製することになる『図２（ｋ）』。

このように、本実施形態における高アスペクト比プラスチック成形用スタンパの製造方法は、簡易的に高アスペクト比スタンパ（６）を作製することが可能となり、ナノインプリント構造体（７）成形時の耐性も強くなり、高アスペクト比成形品を量産することが可能となる。

次に、本実施形態における高アスペクト比プラスチック形成用スタンパの製造方法に関する実施例について説明する。

（第１の実施例）
まず、第１の実施例の高アスペクト比プラスチック成形用スタンパについて説明する。

基板（ガラス）（１）上に、金属層（ニッケル）（２）を形成し、金属層（２）上に下層レジスト（３）として、クラリアント社の商品名ＡＺレジストを塗布し、２５０℃で１時間ホットプレート上でプリベークし、２μｍの膜厚の下層レジスト（３）を形成する『図１（ａ）』。

次に、上層レジスト（４）として、ＳＯＧ（spin-on-glass）組成：オルガノシリカ〔Ｓｉ（ＯＨ）₄＋Ｒ₁ＣＯＯＲ₂〕（Ｒ₁、Ｒ₂はアルキル基である。）の５．９％アルコール溶液（東京応化（株）製、ＯＣＤ５９００）を、下層レジスト（３）上に塗布し、５０℃で２分プリベークし、０．３μｍの膜厚の上層レジスト（４）を形成する『図１（ｂ）』。

次に、電子線（ＥＢ）ドライエッチングで作製した線幅０．２μｍ、深さ０．２μｍのシリコンモールド（５）を、上層レジスト（４）に対し、５ＭＰａで３分間押し当て『図１（ｃ）』、その後、シリコンモールド（５）を引きはがす『図１（ｄ）』。

次に、シリコンモールド（５）により圧縮された部分に残留している上層レジスト（４）をＣＦ₄を用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により除去する『図１（ｅ）』。

また、Ｏ₂ガスＲＩＥにより、上層レジスト（４）をエッチングマスクし、下層レジスト（３）を除去する『図１（ｆ）』。

その結果、線幅０．２μｍ、ピッチ０．４μｍ、深さ２．２μｍ（アスペクト比１１）のエッチングパターンを得ることが可能となる。これをスルファミン酸Ｎｉ電鋳浴においてＮｉ電鋳し、Ｎｉ電鋳製のスタンパ（６）付基板を形成する『図２（ｇ）』。

そして、Ｎｉ電鋳製のスタンパ（６）付基板から、基板（１）と金属層（２）とを剥離し、残留レジスト（３、４）を、Ｏ₂ＲＩＥにより除去することで『図２（ｈ）』、スタンパ（６）が完成することになる『図２（ｉ）』。

次に、上記形成したスタンパ（６）を用いて、東洋合成製光ナノインプリント材料であるＰＡＫ０１を塗布し、上からガラス基板を宛い、紫外線を照射することで『図２（ｊ）』、アスペクト比１１である光ナノインプリント構造体（７）を大量に作製することが可能となる『図２（ｋ）』。なお、上記作製した光ナノインプリント構造体（７）は、半導体レーザー反射鏡用のグレーティングパターンとして機能することになる。

（第２の実施例）
次に、第２の実施例の高アスペクト比プラスチック成形用スタンパについて説明する。

なお、第２の実施例は、第１の実施例と同様の方法で成形品を得ることになる。ただし、上層レジスト（４）として、ダウコーニング社製のＳＯＧであるＨＳＱ（商品名ＦＯＸ）を用い、膜厚として、０．２μｍの上層レジスト（４）を形成する。

シリコンモールド（５）は、ＥＢ、ドライエッチングで作製し、直径０．１５μｍ、ピッチ０．３、深さ０．１５μｍの孔を形成する。

これにより完成したスタンパ（６）は、直径０．１５μｍ、ピッチ０．３、高さ２．１５μｍ（アスペクト比１４）の突起を有する構造となる。

次に、スタンパ（６）をＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）のＴｇより高い温度に加熱し、ＰＭＭＡを熱ナノインプリントすることで、アスペクト比１４の熱ナノインプリント構造体（７）を大量に作製することが可能となる。なお、上記作製した熱ナノインプリント構造体（７）は、ディスプレーのカバーガラスにおける無反射構造体として機能し、反射防止効果が得られ、高精細な映像が視聴可能となる。

（第３の実施例）
次に、第３の実施例の高アスペクト比プラスチック成形用スタンパについて説明する。

なお、第３の実施例は、第１の実施例と同様の方法で成形品を得ることになる。ただし、上層レジスト（４）として、ハネウエル社製のシリカガラスを用い、膜厚として、０．５５μｍの上層レジスト（４）を形成する。

シリコンモールド（５）は、ＥＢ、ドライエッチングで作製し、直径０．５μｍ、ピッチ１μｍ、深さ０．５μｍの孔を形成する。

これにより完成したスタンパ（６）は、直径０．５μｍ、ピッチ１μｍ、高さ２．５５μｍ（アスペクト比５．１）の突起を有する構造となる。

次に、スタンパ（６）をＰＭＭＡのＴｇより高い温度に加熱し、ＰＭＭＡを熱ナノインプリントすることで、アスペクト比５．１の熱ナノインプリント構造体（７）を大量に作製することが可能となる。なお、上記作製した熱ナノインプリント構造体（７）は、撥水性があり、傘、衣類、壁などの表面に適用することで、十分な撥水効果を得ることが可能となる。

（比較例１）
次に、比較例１について説明する。

シリコンモールド（５）をＥＢ、ドライエッチングで作製し、直径０．５μｍ、ピッチ１μｍ、深さ１０μｍの孔を形成する。そして、シリコンモールド（５）に対し、ＰＭＭＡの熱ナノインプリントを実施する。これにより、アスペクト比１（直径０．５μｍに対し、充填深さ０．５μｍ）程度の転写を達成することが可能となる。しかしながら、アスペクト比２以上（直径０．５μｍに対し充填深さ１μｍ以上）を充填させると、離型時にＰＭＭＡが離型しにくくなったり、シリコンが劈開面で破損してしまったりすることになる。

なお、上述する実施例は、本発明の好適な実施例であり、上記実施例のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、高アスペクト比のスタンパを容易に量産することが可能となる。しかも、電鋳ニッケルスタンパとすることで、プラスチック成形時の耐性も強くなり、高アスペクト比成形品の量産が可能となる。

また、本発明にかかるプラスチック成形用スタンパの製造方法は、量子デバイス（例えば、単電子トランジスター、量子磁気ディスク（例えば、１０ｎｍ以下のサイズ））等の作製に適用可能である。

本実施形態における高アスペクト比プラスチック成形用スタンパの製造方法の下層レジスト除去までの工程を示す工程図である。 本実施形態における高アスペクト比プラスチック成形用スタンパの製造方法のニッケル電鋳から光学製品形成までの工程を示す工程図である。

符号の説明

１ 基板
２ 金属層
３ 下層レジスト
４ 上層レジスト
５ 型母材（シリコンモールド）
６ スタンパ（Ｎｉ電鋳スタンパ）
７ ナノインプリント構造体

Claims (11)

1. 基板上に金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に、２層のレジスト層を積層する工程と、
   微細パターンを有する型母材を、前記２層のレジスト層上に押印し、微細パターンを上層のレジスト層に転写する工程と、
   前記上層のレジスト層に転写した前記微細パターンの凹部分の上層のレジスト層と、下層のレジスト層と、を除去する工程と、
   前記２層のレジスト層上にＮｉ電鋳し、Ｎｉ電鋳プレートを形成する工程と、
   前記Ｎｉ電鋳プレートから前記基板と前記金属層とを離型し、前記Ｎｉ電鋳プレートに残留する前記２層のレジスト層を除去する工程と、
   を有し、スタンパを作製することを特徴とするプラスチック成形用スタンパの製造方法。
2. 前記押印を、室温にて行うことを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
3. 前記微細パターンの凸部の高さが、前記上層のレジスト層の膜厚より低いことを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
4. 前記下層のレジスト層は、ノボラック系樹脂であることを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
5. 前記上層のレジスト層は、
   下記の式Ａに示す一種以上のシロキサン成分と、アルコール、エステル、ケトンの少なくとも１種から選ばれた溶剤と、からなる溶液を、前記下層のレジスト層上に塗布し、硬化処理することで、形成されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
   〔Ｒ_nＳｉ（ＯＨ）_4-n〕_m・・・（式Ａ）
   （但し、Ｒは、Ｈまたはアルキル基であり、ｎは、０〜３の整数）
6. 前記シロキサン成分は、水素化シルセスキオキサンポリマーであることを特徴とする請求項５記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
7. 前記硬化処理時に、酸またはアンモニアを使用することを特徴とする請求項５記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
8. 前記シロキサン成分は、水素化シルセスキオキサンポリマーであり、当該ポリマーによる塗布膜を、前記下層のレジスト層表面に形成し、常温より上の温度〜１５０℃以下の温度でプリべークし、前記微細パターンを有する型母材を押印することを特徴とする請求項５記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
9. 前記上層のレジスト層の除去は、テトラフルオロメタンを用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
10. 前記下層のレジスト層の除去は、酸素ガスを用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。
11. 前記２層のレジスト層の除去は、ＣＦ₄を用いて反応性イオンエッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形用スタンパの製造方法。

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