JP2009066773A - インプリント用モールドおよび微細パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント用モールドの凹凸パターンのうち、特に凸部の根元部に対する応力集中を緩和してインプリントモールドの寿命を向上させ、プロセスコストで低減したインプリント用モールドおよびそれを用いた微細パターン形成方法を提供する。
【解決手段】基板２０の上に加工材料である光硬化性樹脂２２を塗布し、その上面にインプリント用モールド３０を重ね、加熱しながら圧力を加え、紫外線を照射して硬化させた後、離型する。このインプリント用モールド３０に凹凸の微細構造を形成する際、凹部は、底部、側壁部、および底部と側壁部との間で傾きが連続的に変化するラウンド部を備えた形状とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、基板上に微細構造を形成する際に用いるインプリント用モールドおよび微細パターン形成方法に関するものである。

インプリント法を用いたパターン形成方法に関して特許文献１，特許文献２が開示されている。
ここで特許文献１，２に示されている従来のインプリント法によるパターン形成方法について図１を基に説明する。

まず図１（Ａ）に示すように、基板２０の上面に光硬化性樹脂２２を塗布し、（Ｂ）に示すように、凹凸を有するインプリント用モールド１０を必要に応じて加熱しながら光硬化性樹脂２２に対して押しつけ、光硬化性樹脂２２を硬化させる。その後、硬化した光硬化性樹脂２４からインプリント用モールド１０を離型する。
特開２０００−１９４１４２号公報 特表２００６−５２１６８２号公報

ところが前記従来のインプリント法によるパターン形成方法では、インプリント用モールドのプレス時または離型時にインプリント用モールドの凸部の根元部分（図１（Ｄ）のｘ部分）に応力が集中する。そのため、インプリント用モールドを繰り返し用いると、上記応力集中によりインプリント用モールドの凹凸パターンが、ある時点で破壊してしまうという問題があった。
図２はその応力集中により発生したクラックの様子を示している。図２は凸部を上方に向けた走査型電子顕微鏡写真である。このように凸部の根元部の左右にそれぞれクラックが生じている。

そのため、インプリント法により大量のパターンを形成する場合には、インプリント用モールドを予め大量に準備しておく必要があり、このことがプロセスコストの増大を招いていた。

そこで、この発明の目的は、インプリント用モールドの凹凸パターンのうち、特に凸部の根元部に対する応力集中を緩和してインプリントモールドの寿命を向上させ、前述の問題を解消したインプリント用モールドおよびそれを用いた微細パターン形成方法を提供することにある。

前記課題を解決するためにこの発明のインプリント用モールドは、
基板上に形成する微細構造に対応する位置に凹部を備えた基材からなり、
前記凹部は、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間で傾きが連続的に変化するラウンド部を備えた形状とする。

また、この発明の微細パターン形成方法は、基板に光硬化性樹脂を塗布して光硬化性樹脂膜を形成する工程と、
加熱しながら前記光硬化性樹脂膜にモールドの凹部形成面を圧着する工程と、
前記モールドの前記凹部とは反対面側から光を照射する工程と、
前記基板から前記モールドを引き離す工程と、
を備える微細パターン形成方法であって、
前記モールドの前記凹部は、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間で傾きが連続的に変化するラウンド部を備えた形状とする。

このように、底部から側壁部にかけてラウンド部を備えることにより、インプリント用モールドの底部から側壁部にかけての部位（すなわち凸部の根元部）に応力集中（ストレス）が掛かることがなくクラックの発生が防止できる。

また、前記ラウンド部は平面または複数の平面で構成してもよいが、このラウンド部を曲面で構成すれば、インプリント用モールドのパターン全体に応力集中が掛かることがなくパターンの破壊がより効果的に防止できる。

さらに、前記底部と前記側壁部との間のなす角度を９０°よりも大きくし、前記凹部の開口を前記底部よりも広くすれば、インプリント用モールドを基板から剥がしやすくなり、その分さらにインプリント用モールドに掛かる応力集中を軽減できる。

この発明によれば、プレスおよび離型の際の応力集中が緩和されて損傷を防止することができ、インプリント用モールドの凹凸パターンの長寿命化が図れる。そのためプロセスコストを増大させることなく微細パターンを形成することができる。

《第１の実施形態》
図３は第１の実施形態に係るインプリント用モールドの構成およびその製造手順を示す図である。製造手順の各段階を図３の（Ａ）〜（Ｇ）に合わせて説明する。

（Ａ）石英基板３１を用意する。
（Ｂ）石英基板３１の上面に給電膜（Ｔｉ膜およびＣｕ膜）３２を、蒸着法によりＴｉ０．０１μｍ、Ｃｕ０．１μｍの順に成膜する。
（Ｃ）給電膜３２の上面にフォトリソグラフィによりレジスト膜３３をパターン化する。
（Ｄ）後にＲＩＥマスクとなるＮｉ膜３４を電解メッキ法により１μｍ成膜する。
（Ｅ）全体を有機溶剤に浸漬することによりレジスト膜３３を除去する。
（Ｆ）給電膜３２の露出している不要な部分をエッチングにより除去する。
（Ｇ）Ｎｉ膜３４をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により石英基板３１に所望の深さを有する凹部３５を形成する。

上記ＲＩＥの条件は次のとおりである。
［ステップ１］
ガス（流量）：Ｃ₄Ｆ₈（５０sccm）、Ｏ₂（５sccm）
背圧：０．６７Ｐａ
バイアス：４００Ｗ
処理温度：６０℃
処理時間：２０分
［ステップ２］
ガス（流量）：Ｃ₄Ｆ₈（５０sccm）
背圧 ：０．６７Ｐａ
バイアス ：４００Ｗ
処理温度 ：６０℃
処理時間 ：５分
ステップ１ではガスにＯ₂を混入することで、石英の側壁や底部への有機膜（Ｃ₄Ｆ₈プラズマ起因のフッ素系有機膜）形成が抑制される。すなわち、Ｏ₂の混入によりＯ₂プラズマが生じ、Ｏ₂プラズマにより上記フッ素系有機膜がアッシングされて、減少する。そのため基板面に対してほぼ垂直にエッチングされる。一方、ステップ２ではＯ₂を混入していないため、Ｃ₄Ｆ₈ガスにより石英の側壁や底部に有機膜が形成される。この有機膜が石英材料のエッチングを阻害する。石英の底部は、バイアスによって加速されたイオンソースにより物理的にエッチングされるが、側壁に近づくにつれ物理的なエッチングが低下するため、モールドの底部が丸くなる。すなわち凹部の底部から側壁にかけて、凹部内面の傾きが連続的に変化するラウンド部となる。

上記ＲＩＥ条件により、凹部内面の傾きが底部から側壁にかけて連続的に変化し、ラウンド部の曲率半径が５μｍのモールドパターンを形成できる。

その後、インプリント用モールド３０に対して離型剤処理を行う。
たとえば離型剤としてオプツールＤＳＸ（ダイキン工業製）を用い、この離型剤に１分間ディッピングする。

離型剤としてはこれ以外にもフッ素系樹脂やシリコーン系樹脂、シランカップリング剤等を用いることもできる。

このようにインプリント用モールドの凸部の根元部を丸くすることによって、プレス時や離型時の凸部の根元部への応力集中を緩和することができる。これにより、インプリントプロセスによるインプリント用モールドの破損を抑制できるため、プロセスコストを低減できる。

上記Ｒは３μｍ以上とすることによって離型性が向上し、パターン欠陥を抑制できる。

上述の例では石英基板３１を用いたが、基板は石英以外にも、ガラス、Ｓｉ、金属材料、セラミック、プラスチックなどでもよい。

また、ＲＩＥマスクとしてＮｉ以外にＣｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、レジストなどを用いることができる。

また、ＲＩＥマスクの成膜にはメッキ法以外にも、リフトオフ法、ドライエッチング法などを用いてもよい。

また、必要とする凹部３５の深さに応じて上記ステップ１の処理時間を変えてもよい。

また、パターンの開口率などパターンレイアウトによってＲＩＥの適正処理条件は異なる。ＲＩＥ条件はパターンレイアウトに応じた適正処理条件を選択して行う。

さらに、必要に応じて、ウエットエッチング等の方法でＮｉ膜（ＲＩＥマスク）を除去しても良い。

《第２の実施形態》
第２の実施形態ではインプリント法による微細パターン形成方法について示す。
（１）インプリント用モールドと加工材料は以下のとおりである。
［インプリント用モールド］
第１の実施形態で示した製造方法により、図４（Ａ）に示す寸法・形状に形成したインプリント用モールド３０を用いる。

図４（Ａ）において、各部の寸法は次のとおりである。
石英基板の厚みＴ：０．５ｍｍ
凸部の頂部の幅ｗ：５μｍ
凹部の深さｄ：７μｍ
凹部の底部と側壁部とのなす角度θ：１００°
凹部内面のラウンド部の曲率Ｒ：３μｍ以上
［加工材料］
熱可塑性の光硬化性樹脂（ガラス転移温度（Ｔｇ）＝４０℃）
ここで、離型を容易にするための、凹部底部と側壁部とのなす角度θは、約９５°以上であることが望ましいが、その限りではない。

また、加工材料は、熱可塑性であればよく、必ずしも光硬化性を有する必要はない。
加工材料としては、例えばアクリル系光硬化性樹脂、ＰＥＴ、ＰＭＭＡなどを使用できる。

加工材料のガラス転移温度Ｔｇについてもこの限りではない。
また、言うまでもなくインプリント用モールドの基板材質・厚み、凹部の深さ、凸部の幅はこの限りではなく、必要に応じて定めればよい。

（２）上記インプリント用モールドを準備した後、図４（Ｂ）に示すように、基板２０上に光硬化性樹脂２２をスクリーン印刷法で１０μｍの厚さに形成する。
塗布方法はこの限りではなく、例えばスピンコート法などによってもよい。

（３）次に、図４（Ｃ）に示すように、基板２０にインプリント用モールド３０を重ね合わせ、７０℃に加熱しながら１０ＭＰａの圧力で押し付ける。

このときの加熱温度は光硬化性樹脂のＴｇ以上であればよい。圧力は光硬化性樹脂２２に所望の凹凸を形成でき、かつ光硬化性樹脂２２が熱硬化しない範囲であればよい。

（４）その後、光硬化性樹脂２２とインプリント用モールド３０を冷却する。

（５）続いて、露光量１００ｍＪ／ｃｍ²で光硬化性樹脂２２を紫外線露光する。

照射量は、光硬化性材料の感度によって決まる。通常１０ｍＪ／ｃｍ²〜１０００ｍＪ／ｃｍ²が適当であるが、この限りではない。例えば冷却のみで樹脂パターンが充分な強度が得られる場合には、この露光工程は省略してもよい。
また、露光は前記冷却が完了する前に行ってもよい。

（６）最後に、図４（Ｄ）に示すように、インプリント用モールド３０を撓ませながら、硬化後の光硬化性樹脂２５から離型する。
このようにインプリント用モールドを撓ませることで、撓みによって生じる応力が利用でき、離型に必要な力を抑えることができる。そのため、インプリント用モールドの基板（石英基板）や加工材料（樹脂）に対する負荷を低減でき、歩留まりが向上する。

また、このようにインプリント用モールドを撓ませる離型方法によると、通常ならインプリント用モールドの凸部に対して横方向の負荷が加わるため、凸部の根元部への応力集中のためにインプリント用モールドの基板および微細パターンが破壊しやすいが、この発明のインプリント用モールドは、凹部内面の傾きが連続的に変化するラウンド部であり、凹部内面の傾きが底部から側壁にかけて連続的に変化する形状であるため、上記応力集中が緩和され、インプリント用モールドの微細パターンの破壊は抑制できる。そのため、インプリント用モールドの基板、微細パターン、および加工材料のパターンのそれぞれの破損を抑制でき、歩留まりが向上する。特にアスペクト１以上の高アスペクトパターンではこの効果が顕著である。

従来のインプリント法によるパターン形成方法を示す図である。 インプリント用モールドに生じたクラックの様子を示す図である。 第１の実施形態に係るインプリント用モールドの構成およびその製造手順を示す図である。 第２の実施形態に係るインプリント法による微細パターン形成方法を示す図である。

符号の説明

１０，３０−インプリント用モールド
２０−基板
２２−光硬化性樹脂（硬化前）
２４，２５−光硬化性樹脂（硬化後）
３１−石英基板
３２−給電膜（Ｃｕ膜）
３３−レジスト膜
３４−ニッケル膜
３５−凹部

Claims (6)

1. 基板上に形成する微細構造に対応する位置に凹部を備えた基材からなるインプリント用モールドであって、
   前記凹部は、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間で傾きが連続的に変化するラウンド部を備えた形状であることを特徴とするインプリント用モールド。
2. 前記ラウンド部は曲面からなる、請求項１に記載のインプリント用モールド。
3. 前記底部と前記側壁部との間のなす角度が９０°よりも大きく、前記凹部の開口が前記底部よりも広い、請求項１または２に記載のインプリント用モールド。
4. 基板に光硬化性樹脂を塗布して光硬化性樹脂膜を形成する工程と、
   加熱しながら前記光硬化性樹脂膜にモールドの凹部形成面を圧着する工程と、
   前記モールドの前記凹部とは反対面側から光を照射する工程と、
   前記基板から前記モールドを引き離す工程と、
   を備える微細パターン形成方法であって、
   前記モールドの前記凹部は、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間で傾きが連続的に変化するラウンド部を備えた形状であることを特徴とする微細パターン形成方法。
5. 前記ラウンド部は曲面からなる、請求項４に記載の微細パターン形成方法。
6. 前記底部と前記側壁部との間のなす角度が９０°よりも大きく、前記凹部の開口が前記底部よりも広い、請求項４または５に記載の微細パターン形成方法。

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