JP2008068612A - ナノインプリント用モールド及びその製造方法 - Google Patents

ナノインプリント用モールド及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ナノインプリント用モールド及びその製造方法、より詳しくは、高分子薄膜にナノスケールの構造を転写することに使われるナノインプリント用モールド及びその製造方法を提供するためのものである。
【解決手段】本発明の実施形態に係るナノインプリント用モールドは、基板、基板上に形成された凹凸パターンを有するパターン部、パターン部の表面の上にパターン部より硬度の高い材質で形成された硬質層、及び硬質層の表面の上に形成された離型層を含む。本発明によれば、屈曲がある基板にも元のパターンが均一に転写され、かつ、圧力による損傷及びレジンによる汚染が発生しなくて、パターンの精度が高くて、耐久性が向上する効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリント用モールド及びその製造方法に関し、より詳しくは、高分子薄膜にナノスケールの構造を転写することに使われるナノインプリント用モールド及びその製造方法に関する。
既存のナノインプリント用モールドは、硬質の石英（クォーツ）、ガラス、軟質のポリマーの中で、いずれかの１つのみを材質にしてパターンと共に一体型で製作されることが一般的である。しかしながら、石英（クォーツ）やガラスを用いるナノインプリント用モールドは、リソグラフィー工程後にドライエッチング工程を通じて製作されるので、製作が難しいという問題点がある。また、石英（クォーツ）やガラスで製作されたモールドは硬質となっているので、パターンが刻印される基板の表面に屈曲のある場合、不均一なモールド−基板間の接触のため、インプリントが均一にならないのみならず、インプリントに使われるモールドに損傷が発生する短所がある。
一方、軟質のポリマーで作られたインプリント用モールドは、予め製作されたマスターで転写工程により容易に製作できる長所を有し、モールドの柔軟性のため、大面積でパターンが刻印される基板との均一な接触を期待することができるが、軟性によりインプリント過程でモールドのナノパターンが容易に損傷または変形される問題点がある。
したがって、本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、屈曲のある基板にも元のパターンが均一に転写され、かつ損傷が発生しなくて、耐久性が向上するナノインプリント用モールドを提供することにある。
また、本発明の目的は、ナノインプリント用モールドが容易に製作できるナノインプリント用モールドの製造方法を提供することにある。
前述の目的を達成するための本発明の実施形態に係るナノインプリント用モールドは、基板と、基板の上に形成された凹凸パターンを有するパターン部と、パターン部の表面の上にパターン部より硬度の高い材質で形成された硬質層と、硬質層の表面上に形成された離型層と、を含む。
好ましい実施形態において、基板の材質は、紫外線に対して透過性があり、パターン部は、基板の全面を覆っている緩衝膜上に一体型で凹凸パターンが形成されたことを特徴とする。
好ましい実施形態において、パターン部の材質は、紫外線硬化ポリマーであり、硬質層の材質は、シリコン酸化膜、またはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような酸化膜であるか、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、またはＮｉのような金属であることを特徴とする。
好ましい実施形態において、離型層は、オルガノシリコン系列の有機単分子膜であるであることを特徴とする。
好ましい実施形態において、硬質層は、シリコン酸化膜であり、前記離型層は、オルガノシリコン系列の有機単分子膜であるであることを特徴とする。
好ましい実施形態において、有機単分子膜は、ＦＯＴＳ（tridecafluoro-1、1、2、2-tetrahydrooctyltrichlorosilane）、ＦＤＴＳ（perfluorodecyltrichlorosilane）、ＯＴＳ（octadecyl trichlorosilane）、またはＤＤＭＳ（dimethyldichlorosilane）であることを特徴とする
また、本発明の実施形態によるナノインプリント用モールドの製造方法は、基板の上にポリマー層が形成される段階と、基板の上に所定のマスターモールドを覆って、紫外線を照射して、ポリマー層の上部にナノスケールの凹凸パターンが形成される段階と、凹凸パターンの表面にポリマー層より硬度の高い物質で形成された硬質層が形成される段階と、硬質層の表面に離型層が形成される段階と、を含む。
好ましい実施形態において、凹凸パターンは、マスターモールドのナノパターンが転写されて形成されることを特徴とする。
好ましい実施形態において、硬質層の表面に離型層が形成される段階において、硬質層の表面が酸素プラズマ、紫外線、またはオゾンで処理されることを特徴とする。
好ましい実施形態において、基板の上にポリマー層が形成される前に、前記基板の表面処理を実施する段階を含むことを特徴とする。
好ましい実施形態において、基板の材質が石英（クォーツ）またはガラスである場合に、トリアルコキシシラン（Trialkoxy silane）系の接着促進剤またはＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane）を基板の上にコーティングすることを特徴とする。
好ましい実施形態において、表面処理は、基板の材質がＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）またはＰＣ（Polycarbonate）である場合、基板の表面を紫外線で照射することを特徴とする。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
本発明のナノインプリント用モールドは、緩衝層と一体型で形成された凹凸パターン上に硬質層が形成されているので、屈曲のある基板にも元のパターンが均一に転写され、かつ、圧力による損傷及びレジンによる汚染が発生しなくてパターンの精度が高く、耐久性が向上する効果がある。
また、本発明のナノインプリント用モールドの製造方法は、前述の構造を有するナノインプリント用モールドが容易に製作できる製造方法を提供する。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の一実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るナノインプリント用モールドの断面図である。
図１に示すように、本発明のナノインプリント用モールドは、基板１００と、基板１００の上に形成された凹凸パターン１１３を有するパターン部１１０と、パターン部１１０の表面の上に形成された硬質層１２０と、硬質層１２０の表面の上に形成された離型層１３０とを含む。
基板１００は、基板１００の上部に形成されたパターン部１１０を支持する役割をし、パターン部１１０を形成するために使われる紫外線が透過する硬質の材料である石英（クォーツ）またはガラスであるとか、紫外線が透過する軟質の材料であるＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）またはＰＣ（Polycarbonate）であることが好ましい。
パターン部１１０は、基板１００の上の全面に形成された緩衝層１１１とその上部に緩衝層１１１と一体型で突出してナノスケールを有するように形成された凹凸パターン１１３を含む。この際、パターン部１１０はナノスケールの構造が刻印されるポリマー薄膜と本発明のナノインプリント用モールドとの間に均一で、かつ安定した接触になるように弾性と柔軟性を有する材質、例えば、アクリレート、ウレタン、またはＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）などを基盤とする紫外線硬化ポリマーで形成されることが好ましい。
パターン部１１０の緩衝層１１１と一体型で形成された凹凸パターン１１３は、互いに同一な材質であって、上記に列挙した紫外線硬化ポリマーは基板１００を透過する紫外線を用いてマスターモールドのパターンがそのままパターン部１１０に形成され易い材質として長所がある。また、大面積に均一なナノパターンが転写されるためには、柔軟性がある材料で形成されたパターン部１１０がナノスケールの構造が刻印される基板の外形に沿って変形できることも好ましい。
パターン部１１０の下部に形成された緩衝層１１１の厚みは１ｍｍより薄くて、凹凸パターン１１３の厚みより２０倍以上厚いことが好ましい。これは、本発明のナノインプリント用モールドを使用したインプリンティング時に凹凸パターン１１３の変形を最小化しながら、大部分の変形はパターンが形成されていない緩衝層１１１部分で吸収されるようにするためである。
硬質層１２０はパターン部１１０の全ての表面の上に形成され、凹凸パターン１１３の凹凸をそのままフォローする。パターン部１１０より硬度の高い材質で形成された硬質層１２０は柔軟性ある材質を有する凹凸パターン１１３がインプリンティング中に変形されたり破損されることを防ぐ役割をし、これによって、本発明のナノインプリント用モールドの耐久性と転写パターンの精度を向上させる長所がある。
このような特性を有する硬質層１２０は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）またはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの紫外線透過性を有する酸化膜材料であることが好ましくて、熱硬化方式のモールドに使われる場合には、表面に自然酸化膜が形成される金属であるＡｌ、Ｃｒ、Ｔａ、またはＮｉなどの金属が硬質層１２０の材質として使われることができる。
離型層１３０は、硬質層１２０の全面に形成されてインプリンティング時に本発明のナノインプリント用モールドとナノスケールの構造が刻印されるポリマー薄膜間の分離を容易にする役割をする。
離型層１３０は、有機単分子膜（ＳＡＭ、self assembled monolayer）でることが好ましくて、硬質層１２０がシリコン酸化物材質である場合にはシリコン酸化物の薄膜の表面が水酸基（ＯＨ−）となっているため、ＦＯＴＳ（tridecafluoro-1、1、2、2-tetrahydrooctyltrichlorosilane）、ＦＤＴＳ（perfluorodecyltrichlorosilane）、ＯＴＳ（octadecyl trichlorosilane）、ＤＤＭＳ（dimethyldichlorosilane）などのオルガノシリコン（organosilicon）系列の有機単分子膜であることがより好ましい。
前述した構造を有する本発明のナノインプリント用モールドは、例えば、基板１００の厚みは５００μｍ、緩衝層１１１の厚みは２０μｍ、凹凸パターン１１３の厚みは３００ｎｍ、凹凸パターン１１３のピッチは４００ｎｍ、硬質層１２０の厚みは５ｎｍ、そして離型層１３０の厚みは５ｎｍを有するように形成される。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るナノインプリント用モールドの製造方法に対して説明する。
図２乃至図４は、本発明によるナノインプリント用モールドの製造方法により順に基板上に形成される構造の断面図である。本発明に係る図面において、実質的に同一な構成と機能を有する構成要素に対しては同一な参照符号が与えられる。
図２に示すように、本発明のナノインプリント用モールドの製造方法により基板１００の上部にポリマー層１４０が形成される。ポリマー層１４０は、基板１００の上に紫外線硬化ポリマーをスピンコーティングなどの方式により塗布して形成される。この時に使われる紫外線硬化ポリマーは、硬化後にも柔軟性を有するアクリレート、ウレタン、またはＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）などを基盤にするポリマーを使用することが好ましい。
また、基板１００とポリマー層１４０との間に接着力を増加させるために、ポリマー層１４０が形成される前に基板１００の表面処理を実施することが好ましい。この時に実施される表面処理は、基板１００の材質によって変わるが、基板１００の材質が石英（クォーツ）またはガラスである場合に、トリアルコキシシラン（Trialkoxy silane）系の接着促進剤やＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane）などをコーティングし、基板１００の材質がＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）またはＰＣ（Polycarbonate）である場合、表面活性化のために基板１００の表面を紫外線で照射することが好ましい。
図３に示すように、ポリマー層１４０が形成された基板１００の上にナノパターンが予め形成されたマスターモールドを載せて紫外線を照射してポリマー層１４０を硬化させることにより、緩衝層１１１及び緩衝層１１１に一体型で形成された凹凸パターン１１３を含むパターン部１１０が形成される。凹凸パターン１１３のナノパターンが形成されたマスターモールドは、リソグラフィー工程などの方法で形成されることが可能である。
この際、マスターモールドのナノパターンがポリマー層１４０の上部に凹凸パターン１１３で転写されて、緩衝層１１１の厚みは１ｍｍより薄くて、凹凸パターン１１３の厚みよりは２０倍以上厚く形成されることが好ましい。
図４に示すように、パターン部１１０の表面の上に硬質層１２０と離型層１３０が順次に形成される。
パターン部１１０の表面に形成された硬質層１２０は、パターン部１１０の上部に形成された凹凸パターン１１３の凹凸がそのまま伝えられるように、例えば、プラズマ気相蒸着（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；以下、ＰＥＣＶＤと称する）方法によりシリコン酸化物（ＳｉＯ２）をパターン部１１０上に蒸着する。凹凸パターン１１３を保護するために、パターン部１１０より高い硬度を有するシリコン酸化物で形成された硬質層１２０の厚みは凹凸パターン１１３の大きさによって変わることが好ましいが、ナノスケールのパターンでは数ｎｍ位の厚みが適している。この際、ＰＥＣＶＤ方法の蒸着工程でポリマーからなるパターン部１１０の劣化が生じないように、パターン部１１０を形成するポリマーのガラス転移温度以下で硬質層１２０が形成されるようにすることが好ましい。
次に、硬質層１２０の表面の上に形成される離型層１３０は、疎水性を有するオルガノシリコン系列の有機単分子膜（self assembled monolayer、ＳＡＭ）を気相蒸着やディッピングなどの工程により形成する。この際、シリコン酸化物材質で形成された硬質層１２０の表面に水酸基（ＯＨ−）が分布しているので、その上にオルガノシリコン系列の有機単分子膜が形成される場合、硬質層１２０と離型層１３０との間に密着力を高めてくれる長所がある。特に、硬質層１２０の表面の水酸基（ＯＨ−）の分布を増加させて硬質層１２０の表面エネルギーを高めるために、離型層１３０が形成される前に酸素プラズマ、紫外線、またはオゾンなどで硬質層であるシリコン酸化物の表面を処理してくれれば、硬質層１２０と離型層１３０との間の密着力をより増加させる長所がある。
このように、パターン部１１０の上に硬質層１２０と離型層１３０が順次に形成されて本発明のナノインプリント用モールドが完成される。
以上、本発明の構成及び動作を前述した説明及び図面に基づいて図示したが、これは例として説明したことに過ぎないのであり、本発明の技術的思想及び特許請求の範囲から外れない範囲内で多様な変化及び変更が可能であることは勿論である。
本発明の一実施形態に係るナノインプリント用モールドの断面図である。 本発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法により順に基板上に形成される構造の断面図である。 本発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法により順に基板上に形成される構造の断面図である。 本発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法により順に基板上に形成される構造の断面図である。
符号の説明
１００ 基板
１１１ 緩衝層
１１３ 凹凸パターン
１１０ パターン部
１２０ 硬質層
１３０ 離型層
１４０ ポリマー層

Claims (15)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された凹凸パターンを有するパターン部と、
    前記パターン部の表面の上に前記パターン部より硬度の高い材質で形成された硬質層と、
    前記硬質層の表面の上に形成された離型層と、
    を含むことを特徴とするナノインプリント用モールド。
  2. 前記基板の材質は、紫外線に対して透過性があることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  3. 前記パターン部は、前記基板の全面を覆っている緩衝膜上に一体型で凹凸パターンが形成されたことを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  4. 前記パターン部の材質は、紫外線硬化ポリマーであることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  5. 前記硬質層の材質は、シリコン酸化膜、またはＩＴＯであることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  6. 前記硬質層の材質は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、またはＮｉであることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  7. 前記離型層は、オルガノシリコン系列の有機単分子膜であることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  8. 前記硬質層は、シリコン酸化膜であり、前記離型層は、オルガノシリコン系列の有機単分子膜であることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用モールド。
  9. 前記有機単分子膜は、ＦＯＴＳ、ＦＤＴＳ、ＯＴＳ、またはＤＤＭＳであることを特徴とする請求項８記載のナノインプリント用モールド。
  10. 基板の上にポリマー層が形成される段階と、
    前記基板の上に所定のマスターモールドを覆って、紫外線を照射して、前記ポリマー層の上部にナノスケールの凹凸パターンが形成される段階と、
    前記凹凸パターンの表面に前記ポリマー層より硬度の高い物質で形成された硬質層が形成される段階と、
    前記硬質層の表面に離型層が形成される段階と、
    を含むことを特徴とするナノインプリント用モールドの製造方法。
  11. 前記凹凸パターンは、マスターモールドのナノパターンが転写されて形成されることを特徴とする請求項１０記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
  12. 前記硬質層の表面に離型層が形成される段階において、前記硬質層の表面が酸素プラズマ、紫外線、またはオゾンで処理されることを特徴とする請求項１０記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
  13. 前記基板の上にポリマー層が形成される前に、前記基板の表面処理を実施する段階を含むことを特徴とする請求項１０記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
  14. 前記表面処理は、基板の材質が石英またはガラスである場合に、トリアルコキシシラン系の接着促進剤またはＨＭＤＳを基板の上にコーティングすることを特徴とする請求項１３記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
  15. 前記表面処理は、基板の材質がＰＥＴまたはＰＣである場合、基板の表面を紫外線で照射することを特徴とする請求項１３記載のナノインプリント用モールドの製造方法。
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