JP2007125799A

JP2007125799A - 微細構造転写方法、微細構造転写装置、光学素子製造方法及びモールド

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Publication number: JP2007125799A
Application number: JP2005320732A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Morikawa; 雅弘森川; Hiroshi Miyakoshi; 博史宮越; Kazumi Furuta; 和三古田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: JP4756339B2

Abstract

【課題】簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写可能な微細構造転写方法、微細構造転写装置、光学素子製造方法及びモールドを提供する。
【解決手段】この微細構造転写方法は、微細構造１２を有するモールド１１の表面１１ａに溶剤１４を適用する工程と、モールド上の溶剤に樹脂基材１３を接触させる工程と、モールドと樹脂基材とを剥離する工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、モールドの微細構造を樹脂基材に転写する微細構造転写方法、微細構造転写装置、光学素子製造方法及びモールドに関する。

微細パターンの転写のためモールドに樹脂をスピンコートし、溶剤を蒸発させた後、光硬化性樹脂からなる接着剤を塗布し、透明基板を押し当て紫外線を照射し接着剤を硬化してから、樹脂を基板とともにモールドから離型するようにしたナノ・キャステング・インプリント法による微細パターン転写方法が公知である（下記非特許文献１参照）。
２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会（２００４年９月１〜４日）講演予稿集６１２頁

上記微細パターン転写方法は、モールドに樹脂をコートし、接着剤を塗布し、基板を押し当て紫外線を照射し接着剤を硬化するので、工程数が多くなり、製造コストがかさんでしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写可能な微細構造転写方法、微細構造転写装置、光学素子製造方法及びモールドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による微細構造転写方法は、微細構造を有するモールドの表面に溶剤を適用する工程と、前記モールド上の前記溶剤に樹脂基材を接触させる工程と、前記モールドと前記樹脂基材とを剥離する工程と、を含むことを特徴とする。

この微細構造転写方法によれば、微細構造を有するモールドに溶剤を塗布・噴霧・滴下等により適用し、その溶剤の上に樹脂基材を載せるだけで、加熱や紫外線照射なしで樹脂基材に微細構造を転写することができる。このように、簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写することができる。

なお、溶剤と樹脂基材は、溶剤がその樹脂材料を溶かす特性を有する組み合わせで選択されることが好ましい。例えば、樹脂基材としてポリオレフィン系樹脂と溶剤としてシクロヘキサンであり、また、アクリル樹脂とシクロヘキサノンである。その他、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）とメチレンクロラド等の組み合わせでもよい。

上記微細構造転写方法において前記溶剤に前記樹脂基材を接触させた状態を所定時間保持することが好ましく、転写を確実に行うことができる。

また、前記モールドの微細構造が形成された構造部から周縁部を結ぶようにしてガス抜き路が形成されることが好ましく、上記各工程でガスが発生しても、そのガスをガス抜き路を通して逃がすことができ、ガスが残ることによる微細構造の転写への影響を回避できる。なお、ガス抜き路はモールドに形成することができるが、樹脂基材またはモールドと樹脂基材の両方に形成されるようにしてもよい。

また、前記樹脂基材の前記微細構造が転写される部分から離れた周縁部において前記樹脂基材と前記モールドとの間に隙間が形成されることが好ましく、その隙間を利用して剥離工程を容易かつ簡単に実行することができる。なお、隙間は、樹脂基材に形成することができるが、モールドまたはモールドと樹脂基材の両方に形成されるようにしてもよい。

本発明による微細構造転写装置は、上述の微細構造転写方法を実行するものである。この微細構造転写装置によれば、モールドに溶剤を塗布・噴霧・滴下等により適用し、その溶剤の上に樹脂基材を載せるだけで、加熱や紫外線照射なしで樹脂基材に微細構造を転写することができる。このように、簡単にモールドの微細構造を樹脂基材に転写することができる。

本発明による光学素子製造方法は、上述の微細構造転写方法によりモールドの微細構造を樹脂基材に転写することで光学素子を製造するものである。

この光学素子製造方法によれば、簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写できて、光学素子を得ることができるので、光学素子の製造コストを低減することができる。

本発明によるモールドは、上述のガス抜き路または隙間を形成するようにした微細構造転写方法に用いられるものである。

このモールドによれば、各工程でガスが発生しても、そのガスをガス抜き路を通して逃がすことができ、ガスが残ることによる微細構造の転写への影響を回避できる。また、隙間を利用して剥離工程を容易かつ簡単に実行することができる。

本発明の微細構造転写方法及び微細構造転写装置によれば、簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写可能になる。また、本発明の光学素子製造方法によれば、簡単な工程でモールドの微細構造を樹脂基材に転写できるので、光学素子の製造コストを低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による微細構造転写方法の各工程（ａ）〜（ｃ）を説明するためにモールド及び樹脂基材を模式的に示す側断面図である。

本実施の形態による微細構造転写方法は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、凹凸の微細構造１２を表面１１ａ上に有するモールド１１の表面１１ａに対し溶剤１４を塗布・噴霧・滴下等により適用する工程と、溶剤１４を適用したモールド１１に対し板状の樹脂基材１３を方向ａから近づけてその被転写面１３ａを溶剤１４に接触させてモールド１１の表面１１ａに覆うように載せる工程と、モールド１１から樹脂基材１３を方向ｂに剥離する工程と、を含む。

上記工程において、溶剤１４は、例えばシクロヘキサンを使用し、樹脂基材１３は、例えば透光性のポリオレフィン系樹脂を用いた射出成形品とすることができる。

また、モールド１１はシリコン（Ｓｉ）から構成でき、凹凸微細構造１２は、例えば、電子ビーム描画・現像により所定の微細パターンが形成されたエッチングマスクを有するシリコン基板にプラズマエッチングを行うことで形成できる。なお、上記電子ビーム描画は、本発明者が、他の発明者とともに、例えば、特開２００４−１０７７９３号公報や特開２００４−５４２１８号公報等で提案した電子ビーム描画装置により行うことができる。これにより、所望の描画パターンを電子ビームによる３次元描画でサブミクロンオーダーの高精度でレジスト膜上に形成できる。

図１（ａ）〜（ｃ）の微細構造転写方法によれば、樹脂基材１３の被転写面１３ａの一部が溶剤１４に溶け微細構造１２中で硬化することで、剥離後の樹脂基材１３には、図１（ｃ）のように、モールド１１の凹凸微細構造１２が転写された凹凸微細構造部１５が形成される。これにより、凹凸微細構造部１５を有する回折格子板や波長板を得ることができる。

また、図１（ｂ）の接触工程の状態は硬化に必要な時間だけ保持することが望ましい。この接触時間は、溶剤１４に対し樹脂基材１３の樹脂が溶け出す時間及び溶け出した樹脂が硬化する時間を考慮して決めることが好ましい。

以上のように、図１（ａ）〜（ｃ）の微細構造転写方法によれば、モールド１１に溶剤１４を適用し、その溶剤１４の上に樹脂基材１３を載せるだけで、樹脂基材１３にモールド１１の凹凸微細構造１２を転写することができる。このように、加熱や紫外線照射の特別な工程が必要のない簡単な工程でモールド１１の微細構造１２を樹脂基材１３に転写できる。そして、微細構造１２を転写した樹脂基材１３をそのまま回折格子板や波長板等の光学素子とすることができるので、凹凸微細構造部１５を有する回折格子板や波長板等の光学素子を製造する際の製造コストを低減できる。

図２は図１のモールド１１の表面１１ａを模式的に示す平面図（ａ）及び図２（ａ）のＢ−Ｂ線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。

図２（ａ）、（ｂ）のように、モールド１１の凹凸微細構造１２が形成された表面１１ａに凹状の溝部１６を凹凸微細構造１２の近傍から端部まで直線状に延びるようにして設けている。この溝部１６をガス抜き路として用いて図１（ｂ）の工程でガスが発生したとき、そのガスをモールド１１の外部に逃がすことができるので、ガスが残ることにより転写後の微細構造に欠陥が生じる等の影響を回避できる。

図３は、本実施の形態のモールドの表面と樹脂基材との間に形成される隙間を模式的に示す側面図である。

図３のように、樹脂基材１３の外周部１３ｂがモールド１１の表面１１ａに接近する被転写面１３ａよりも凹むように形成されている。外周部１３ｂとモールド１１の表面１１ａとの間には隙間１８が形成される。

図１（ｂ）のように樹脂基材１３をモールド１１に載せ、図１１（ｃ）のように樹脂基材１３をモールド１１から剥離するとき、図３の隙間１８に剥離のための爪部材等を差し込んで樹脂基材１３を引き離すことが容易かつ簡単となる。

また、本実施の形態による微細構造転写装置は、図１，図２のようなモールド１１と、図１，図３のような樹脂基材１３と、樹脂基材１３を剥離する剥離手段と、を備え、上述の微細構造転写方法を実行できるものである。

上述のように、本実施の形態では、凹凸微細構造を持つ部材として回折格子板や波長板等の光学素子を例にして説明したが、本発明により製造可能なものは、これらに限定されずに、他の微細構造を有する部材や光学素子であってよく、例えば、多数の微少な三角錐を形成した無反射構造等を有する部材、鋸歯状に形成された回折格子部材、サインカーブ状の表面構造を有する部材、マイクロレンズアレイ状構造を有する部材、階段状格子を有する回折格子部材等も簡単かつ容易に製造可能である。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

樹脂基材としてポリオレフィン系樹脂である商品名アペル（三井化学株式会社製）を使用し、溶剤としてシクロヘキサンを使用し、繰り返し凹凸微細構造を有するシリコンモールドを用いて、樹脂基材に深さ１２００ｎｍ、ピッチ４００ｎｍの繰り返し凹凸微細構造を転写した。転写後の樹脂基材を観察したところ、凹凸微細構造が精度よく転写できたことを確認できた。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図２（ａ）のガス抜き路として、同図の破線のように、溝部１６の凹凸微細構造１２を挟んだ反対側に別の溝部１７を設けてもよく、また、樹脂基材側に同様の溝部を設けてもよい。また、凹状ではなく凸状部を設けてガス抜き路を形成するようにしてもよい。

また、図３では樹脂基材１３の外周部とモールド１１の表面１１ａとの間の隙間を樹脂基材１３側に設けたが、本発明はこれに限定されず、モールド１１の表面１１ａに凹部を設けるようにしてもよく、また、モールド１１及び樹脂基材１３の両方に凹部を設けるようにしてもよい。

本実施の形態による微細構造転写方法の各工程（ａ）〜（ｃ）を説明するためにモールド及び樹脂基材を模式的に示す側断面図である。図１のモールド１１の表面１１ａを模式的に示す平面図（ａ）及び図２（ａ）のＢ−Ｂ線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。本実施の形態のモールドの表面と樹脂基材との間に形成される隙間を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１１モールド
１１ａモールドの表面
１２凹凸微細構造
１３樹脂基材
１３ａ被転写面
１３ｂ外周部
１４溶剤
１５凹凸微細構造部
１６，１７溝部
１８隙間

Claims

微細構造を有するモールドの表面に溶剤を適用する工程と、
前記モールド上の前記溶剤に樹脂基材を接触させる工程と、
前記モールドと前記樹脂基材とを剥離する工程と、を含むことを特徴とする微細構造転写方法。
前記溶剤に前記樹脂基材を接触させた状態を所定時間保持する請求項１に記載の微細構造転写方法。
前記モールドの微細構造が形成された構造部から周縁部を結ぶようにしてガス抜き路が形成される請求項１または２に記載の微細構造転写方法。
前記樹脂基材の前記微細構造が転写される部分から離れた周縁部において前記樹脂基材と前記モールドとの間に隙間が形成される請求項１，２または３に記載の微細構造転写方法。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微細構造転写方法を実行する微細構造転写装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微細構造転写方法によりモールドの微細構造を樹脂基材に転写することで光学素子を製造する光学素子製造方法。
請求項３または４に記載の微細構造転写方法に用いられるモールド。