JP2007073696A - パターン形成方法、パターン形成装置およびパターン形成ずみフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】 転写の前後の取扱いが容易であるうえ、広い面積であっても膜の均一性にすぐれる、といった利点のあるパターン形成方法等を提供する。
【解決手段】 感光性ドライフィルムに対して、モールドの押し付けと光照射とを含む光ナノインプリントを行う。感光性ドライフィルムにモールドを押し付け、同フィルムよりモールドを引き離す前、またはモールドを引き離した直後に同フィルムに光照射を行うとよい。
【選択図】 図１

Description

この出願の請求項に係る発明は、光ナノインプリントによるパターン形成技術に関するものである。

半導体素子や光素子などに必要なパターンを形成する技術として光ナノインプリントがある。光ナノインプリントとは、凹凸のパターンを形成したモールドを、基板上の光硬化樹脂に押し付けてパターンを転写する技術である。

従来の一般的な光ナノインプリントは、転写材料である光硬化樹脂として低粘性モノマー溶液を使用し、
1) スピンコートまたはスポイトなどで滴下することにより、モノマー溶液の薄膜を基板上に形成する、
2) 室温において、圧力およそ１ＭＰａ以下でモールド（金型。凹凸パターンを有するもの）を押し当てることにより、当該溶液にモールドのパターンを転写する、
3) 圧力を保持したまま紫外光を照射して、転写材料である上記モノマー溶液を硬化させる、
4) その後、モノマーから金型を剥離する
といったものである。

一方、配線基板等の製造に感光性ドライフィルムが使用されることがある。同フィルムは、光硬化樹脂の乾燥薄膜であって、配線基板製造上のレジストとして使用するものである。基板上に同フィルムをラミネートし、その表面にマスクを当てて全面露光したり、またはレーザ光で直接描画したりすることによりパターン形成を行っている。

なお、光ナノインプリント技術については、たとえば下記の文献に記載されている。
「表面技術」Vol.55, No.12, 2004, pp.805-810

従来の光ナノインプリントには、つぎのような課題がある。すなわち、
1) 基板への薄膜の形成を、上記のとおり低粘性モノマー溶液をスピンコートまたはスポイトなどで滴下することにより行うので、広い面積に形成しようとする場合、膜を全面的に均一にすることが困難である。またそのために、広い面積に及ぶ均一なパターン形成体を得ることも困難である。
2) 転写材料が液体であって流動等しやすいため、パターン形成作業に相当な注意を払う必要がある。たとえば、金型を転写したのち、紫外光を照射せずに金型を剥離すると、パターンが全く転写されず、転写材料が金型に付着してしまう。転写材料の付いた基板を傾けたり逆さにしたりすることも不適当である。
3) 液体のモノマーが硬化の際に収縮するため、転写終了後に金型から引き剥がすことが必ずしも容易でない。

請求項に係る発明は、このような課題を解決するため、広い面積にわたって均一なパターン形成を行うことができ、パターン形成の作業を容易に行える、といった利点のあるパターン形成方法等を提供するものである。

請求項に係るパターン形成方法は、感光性ドライフィルムに対して、モールドの押し付けと光照射とを含む光ナノインプリントを行うことを特徴とする。感光性ドライフィルムとは光硬化樹脂の乾燥薄膜であって、たとえば、当該薄膜層をベースフィルムの片面上に積層したものが、日立化成工業(株)・旭化成(株)・富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)等から販売されている。
この方法にはつぎのような利点がある。すなわち、
a) 感光性ドライフィルムとして膜厚等の均一性にすぐれる市販品を利用できるため、従来のように均一薄膜の形成に労力を要したり、膜厚の不均一のために広い面積の形成体が製造できなかったりする不都合がない。
b) ドライフィルムであって樹脂層が流動しないため、転写等の過程で移動・搬送を容易に行うことができ、パターン形成を能率的に行える。
c) 光硬化樹脂が液体ではないので、硬化の際にもほとんど収縮しないなどの理由により、転写後の金型の剥離を容易に行える。

発明のパターン形成方法はとくに、感光性ドライフィルムにモールドを押し付け、同フィルムよりモールドを引き離す前、またはモールドを引き離した直後に同フィルムに光照射を行うとよい。
同フィルムにモールドを押し付けてパターン形成をする際には、光照射をして同フィルムの光硬化樹脂を硬化させる。同フィルムよりモールドを引き離す（剥離する）前、つまりモールドを同フィルムに押し当てた状態で光照射を行うと、同フィルムには、モールドの凹凸パターンに正確にしたがったパターンが形成される。しかし、発明の方法では、モールドを引き離した直後（約１０分以内）に同フィルムに光照射するのもよい。感光性ドライフィルムは比較的高粘性のものであるため、金型を押し付けたのち光照射をしないでその金型を引き離しても、同フィルムに形成されたパターンが崩れず、しばらくの間維持されるからである。したがって、発明の方法では、パターン形成のプロセスに関する自由度が高いというメリットがあるといえる。この点から、ローラーインプリント方式へも適用できる。

なお、感光性ドライフィルムとして、ＰｈｏｔｅｃＲＹ−３３００（商標。日立化成工業株式会社製）などを使用できる。かかる感光性ドライフィルムは、発明者らの転写実験において良好なパターン形成特性を示すことが確認された。

請求項に係るパターン形成装置は、帯状の感光性ドライフィルムを巻き出す巻出し機の下流側（つまり巻き出し先の側）に、同フィルムにモールドを押し付けるためのプレス機と、光照射を行うための紫外光照射機とを配置し、それらの下流側に、同フィルムを巻き取る巻取機を配置することを特徴とする。
こうした装置によれば、ロール状に巻かれた長尺の感光性ドライフィルムを転写材料として、能率的にパターン形成を行うことができる。巻出し機から同フィルムを順次に送り出し、送り出されるごとにプレス機および紫外光照射機を用いてパターンの転写および硬化を繰り返すことによって、長尺のそのフィルム上の多数箇所および連続する箇所にパターン形成を行えるからである。パターン形成されたドライフィルムは、ロール状に巻き取るため、その後の取扱いも容易になる。また、一定幅の帯状フィルムを使用するなら、その位置決め（幅方向の位置決め）も行いやすい。
この装置では、a)感光性ドライフィルムとして面積の広いものを利用できる（それにより同様に大面積のパターン形成品を得られる）、b)樹脂層が流動しないためフィルムの移動等が容易である、c)モールドの剥離を容易に行える、という上記発明の方法による利点を有効に活用して高効率な生産を実現できることになる。

この形成装置において、紫外光照射機をプレス機の下流側隣接位置に設けるのも好ましい。
紫外光照射機をプレス機と重なる位置に設けて、感光性ドライフィルムにモールドを押し付けている間に光照射を行うのもよいが、紫外光照射機をプレス機の下流側隣接位置に設け、モールドを引き離した直後に同フィルムに光照射を行うことによっても、上述のとおり崩れのないパターン形成が可能である。紫外光照射機をプレス機とは別にして、ここに記載したとおりプレス機の下流側隣接位置に設けこととするなら、パターン形成装置の設備的な構成は相当にシンプルになる。プレス機のフレーム等に囲まれた狭い空間内に照射機を組み込む必要がないうえ、モールドやその相手側の押付け板を透明材質のものにする必要も無くなるからである。

請求項に係るパターン形成ずみフィルムは、感光性ドライフィルムに、モールドの押し付けにて転写され光硬化処理を施された凹凸パターンを形成してなるものである。
凹凸パターンを形成されたこのようなフィルムは、従来の光ナノインプリントによって基板上にパターン形成された製品と同様、半導体素子や光素子の製造、またはＤＶＤパターンドメディアやブルーレイのパターニングに利用することができる。ただし、従来の光ナノインプリントで転写材料を逐一製作してパターン形成するものとは異なり、このフィルムは、上述のような方法・装置を利用して能率的に製造できるため、面積の広い低コストの製品にし得るという利点がある。

請求項に係るパターン形成方法は、a)広い面積に及ぶ均一なパターン形成品の製造も困難なく行える、b)転写材料であるフィルムの取扱いが容易である、c)硬化の際にもほとんど収縮しないので金型の剥離を容易に行える、といった利点がある。

請求項に係るパターン形成装置によれば、長尺の感光性ドライフィルムを転写材料として能率的にパターン形成を行うことができる。紫外光照射機をプレス機の下流側隣接位置に設けて設備構成を簡単化することも可能である。

請求項に係るパターン形成ずみフィルムは、半導体素子や光素子の製造のための低コスト製品となり得るものである。

まず、発明者が行ったパターン形成の実験について説明する。
モールド（金型）については、ＥＢリソグラフィーとドライエッチングプロセスにより作製した。具体的には、表１の条件でパターン高さが２００ｎｍのＳｉＯ₂／Ｓｉモールドを作製している。できあがったモールド表面のＳＥＭ画像を図２に示す。

ドライフィルムとしては日立化成工業株式会社製の感光性ドライフィルム「ＰｈｏｔｅｃＲＹ−３３００」（商標）シリーズ（ＲＹ−３３１０およびＲＹ−３３１５Ｆ）を使用した。これは、ベースフィルム上に感光層（光硬化樹脂フィルム）がラミネートされ、さらにその感光層上に保護フィルム（この保護フィルムは剥がして使用する）が重ねられてロール状に巻かれたものである。感光層の膜厚は１０μｍ（ＲＹ−３３１０）または１５μｍ（ＲＹ−３３１５Ｆ）である。ドライフィルムは、適当な大きさ（たとえば直径１００ｍｍ程度の円形）にはさみで切ったうえ、保護フィルムをピンセットで剥がして実験に用いた。

表１のモールドを用い、上記のドライフィルムに対して、図１（１）〜（４）の手順にしたがい表２の条件において光ナノインプリントを行った。すなわち、ベースフィルム１ｂ上の感光層１ａに対し、圧力２．５ＭＰａ、室温にて転写を行い、最後に紫外光を１Ｊ照射して感光層１ａを硬化させて、パターン形成ずみフィルムを得た。感光層１ａへの紫外光の照射は、透明なモールド２を通して転写中に行う例と、転写してモールド２を剥離したのちに行う例、さらには全く行わなかった例を設けて比較した。

以上の実験により、紫外光の照射を転写中に行うか転写後１０分以内に行うかした場合には、感光層上に、線幅や線間隔がナノメートル（ｎｍ）レベルの微細なパターンを形成することができた。転写後に紫外光照射をしなかったサンプルは、パターンが消滅した。
図３は、パターン形成されたドライフィルムの表面上にＰｔコート（膜厚約３ｎｍ）を行ったうえ観察したＳＥＭ画像である。これにより、通常の光ナノインプリントの方式でフィルム上に微細パターンの形成ができることが確認された。

こうした実験結果をふまえ、発明者は、パターン形成ずみフィルムの量産を可能にするパターン形成装置を図４のとおり構成した。装置はロール・ツー・ロールのナノインプリント方式のものとし、ドライフィルム１の巻出し機１１とパターン形成ずみフィルムの巻取機１７を両端部に配置し、それらの間にプレス機１４と紫外光照射機１５などを配置する。また、巻出し機１１の近傍には、ドライフィルムの感光層上に重ねられていた保護フィルム１ｃを連続的に剥がして巻き取る保護フィルム回収機１２を設ける。そのほか、巻出し機１１のすぐ下流側には、ドライフィルム１の送り出し長さを検知する測長ローラー１３を、巻取機１７の上流側には、ドライフィルムの張力を検知するテンション検知ローラー１６をそれぞれ配置する。プレス機１４としては、送られるフィルム（感光層１ａとベースフィルム１ｂの積層体）の下に昇降可能に押付け板１４ａを置き、フィルムの上方に、モールド２の支持・移動のためのフレーム１４ｂ、および、モールドからの剥離を円滑に行うためのフィルム押さえ１４ｃを設ける。紫外光照射機１５は、プレス機１４の下流側隣接位置に配置する。

帯状の感光性ドライフィルム１は、巻出し機１１から連続的に送り出し、回収ロール１２で保護フィルム１ｃを剥がし取ったうえ、プレス機１４の位置と照射機１５の位置とをこの順に経由して巻取機１７に巻き取られる。プレス機１４においては、ベースフィルム１ｂの下方を押付け板１４ａに当てるとともに感光層１ａにモールド２を押し付けることによりモールドパターンの転写を行う。転写中された部位が照射機１５の位置に達したとき、そこで紫外光を照射して感光層１ａを硬化させる。

図１（１）〜（４）は、発明の方法による光ナノインプリントの手順を示す模式図である。 図２（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、転写に用いたモールド表面のＳＥＭ画像である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、ドライフィルムに形成されたパターンのＳＥＭ画像である。 光ナノインプリントを連続的に実施するための装置の概要を示す側面図である。

符号の説明

１ 感光性ドライフィルム
１ａ 感光層
２ モールド
１１ 巻出し機
１４ プレス機
１５ 紫外光照射器
１７ 巻取機

Claims (5)

1. 感光性ドライフィルムに対して、モールドの押し付けと光照射とを含む光ナノインプリントを行うことを特徴とするパターン形成方法。
2. 感光性ドライフィルムにモールドを押し付け、同フィルムよりモールドを引き離す前、またはモールドを引き離した直後に、同フィルムに光照射をすることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 帯状の感光性ドライフィルムを巻き出す巻出し機の下流側に、同フィルムにモールドを押し付けるためのプレス機と、光照射を行うための紫外光照射機とを配置し、それらの下流側に、同フィルムを巻き取る巻取機が配置されていることを特徴とするパターン形成装置。
4. 紫外光照射機が、プレス機の下流側隣接位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成装置。
5. 感光性ドライフィルムにてなり、モールドの押し付けにて転写され光硬化処理を施された凹凸パターンが形成されていることを特徴とするパターン形成ずみフィルム。