JP2011096816A - インプリントモールド、インプリントモールドブランクおよびインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸パターンの変更を容易に行うことの出来るインプリントモールドを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のインプリントモールドによれば、上下に可動する複数のピンを配列していることから、各ピンの突出量を変更することで、インプリントモールド上に形成される凹凸パターンの形状を容易に変更することができる。このため、所望する３次元パターン構造体に応じて、適宜凹凸パターンを変更することが出来、所望する３次元パターン構造体の形成に必要なインプリントモールド個数を抑制することが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は、インプリントモールド、該インプリントモールドの製造に適したインプリントモールドブランクおよび該インプリントモールドを用いたインプリント装置に関する。

近年、種々の用途に応じて、特定の３次元形状パターン（以下、凹凸パターンと呼称）を有する３次元パターン構造体を形成する方法が求められている。

例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、フォトマスク、などの用途が挙げられる。

このような３次元パターン構造体を形成する方法として、インプリント方法と呼ばれる凹凸パターン転写技術が提案されている。
インプリント方法は、所望する３次元パターン構造体のネガポジ反転像に対応する凹凸パターンが形成されたインプリントモールドと呼ばれる原型を、転写材料に型押しし、その状態で転写材料を硬化させることで、凹凸パターンの転写を行うものである。

例えば、熱により転写材料を硬化させる熱インプリント法が提案されている（特許文献１参照）。

例えば、露光光により転写材料を硬化させる光インプリント法が提案されている（特許文献２参照）。

一般的に、上述したインプリントモールドは、フォトリソグラフィ法などの微細加工技術により凹凸パターンが形成され、製造されている。

例えば、電子線露光を用いてインプリントモールドを製造する方法が提案されている（特許文献３参照）。

インプリントモールドは最終目的である凹凸パターンが転写された３次元パターン構造体を大量生産するための中間体であるため、インプリントモールドの製造コストの削減、および３次元パターン構造体の形成に用いるインプリントモールドそのものの個数の削減が望まれている。

しかしながら、従来のインプリントモールドは該インプリントモールドに形成された凹凸パターンを後から変更することが出来ず、所望する３次元パターン構造体毎にそれに応じた凹凸パターンを有するインプリントモールドを製造する必要があった。

特開２００４−３３５０１２号公報 特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００９−２２６７６２号公報

そこで、本発明は、凹凸パターンの変更を容易に行うことの出来るインプリントモールドを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、凹凸パターンが形成されたインプリントモールドにおいて、上下に可動するピンと、前記ピンを保持するピン支えと、を備え、前記ピンは、複数のピンが配列されたピンであり、複数の前記ピンの一部は、ピンの先端が他のピンの高さとは異なる位置で保持されることにより前記凹凸パターンを形成していることを特徴とするインプリントモールドである。

また、前記インプリントモールドにあたり、更に、前記ピンの突出量を制御するピン突出量制御機構と、を備えていてもよい。

また、前記ピン突出量制御機構は、ピエゾ素子を用いていてもよい。

また、前記インプリントモールドにあたり、複数の前記ピンの配列は、各ピンが単一のライン上に整列配置された配列であってもよい。

また、前記インプリントモールドにあたり、複数の前記ピンは、高さが異なる位置が３種以上あってもよい。

また、前記インプリントモールドにあたり、複数の前記ピンの配列は、各ピンがマトリクス状に整列配置された配列であってもよい。

本発明の一実施形態は、上述のインプリントモールドを形成するためのインプリントモールドブランクであって、複数の前記ピンの突出量が各ピンとも同じであることを特徴とするインプリントモールドブランクである。

本発明の一実施形態は、上述のインプリントモールドを用いたインプリント装置であって、前記インプリントモールドと接する転写材料が積層された被転写材と、前記被転写材を固定する固定台と、前記インプリントモールドと接する前記転写材料を硬化する転写材料硬化機構と、所望する凹凸パターンの形状データを前記ピンの突出量の信号データに変換し、前記インプリントモールドに送信する凹凸パターンデータ変換機構と、を備えたことを特徴とするインプリント装置である。

本発明のインプリントモールドによれば、上下に可動する複数のピンを配列していることから、各ピンの突出量を変更することで、インプリントモールド上に形成される凹凸パターンの形状を容易に変更することができる。このため、所望する３次元パターン構造体に応じて、適宜凹凸パターンを変更することが出来、所望する３次元パターン構造体の形成に必要なインプリントモールド個数を抑制することが出来る。

本発明のインプリントモールドの一例を示す概略図である。 本発明のインプリントモールドの一例を示す概略図である。 本発明のインプリントモールドブランクの一例を示す概略図である。 本発明のインプリント装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明のインプリントモールドについて、具体的に説明を行なう。
本発明のインプリントモールドは、必要に応じて上下に可動するピンと、前記ピンを保持するピン支えと、を備える。

＜ピン＞
本発明のインプリントモールドでは、上下に可動する複数のピンが配列され、複数のピンの一部は、ピンの先端が他のピンの高さとは異なる位置で保持されることにより所望する凹凸パターンを形成する。

ピンの形状は、複数のピンが配列されることから、配列したときに隙間が生じないような構造、形状が望ましい。具体的には、ピンの断面形状は平面充填が可能な形状であることが好ましい。例えば、ピンの断面形状は、正三角形、正方形、正六角形、平行四辺形、平行六辺形、三角形、四角形、などであってもよい。また、平面充填が可能な、異なる形状同士の組み合わせであってもよい。
また、ピンの先端形状は、所望する凹凸パターンに応じて、適宜設計し、決定してよい。例えば、ピンの先端形状は、平坦形状、錐形状、などであってもよい。

また、複数のピンを配列するにあたり、各ピン同士の間の隙間を小さくすることが望ましい。各ピン同士の間の隙間が存在すると本発明のインプリントモールドを用いたインプリント法の実施にあって、該隙間に転写材料が充填され、所望する凹凸パターンを好適に転写することが出来ない。このため、各ピン同士の間の隙間は、インプリント法に用いる転写材料の粘度など、転写材料の物性に応じて適宜決定されることが好ましい。具体的には、転写材料の粘度が大きい場合、転写材料は各ピン同士の間の隙間に充填されにくいため、各ピン同士の間の隙間を大きくしても許容される傾向がある。

ピンを構成する材料は、耐久性が高く、且つ、所望するピンの形状に加工を行いやすい材料を選定するとよい。また、ピンを構成する材料は、単一の物質であってもよいし、複数の物質を組み合わせた材料であってもよい。例えば、（１）シリコンナノピラーにダイヤモンドコーティングを行ったもの、（２）シリコンナノピラーにフッ素樹脂をコーティングしたもの、などであってもよい。

上下に可動するピンの可動範囲（突出量）は、所望する凹凸パターンに応じて適宜決定してよい。

また、複数の前記ピンは、高さが異なる位置が３種以上あってもよい。高さが異なる位置が３種以上ある場合、形成される凹凸パターンは段差が３段以上ある階段形状の凹凸パターンとなる。従来のフォトリソグラフィ法によるインプリントモールドの製造方法では、階段状の凹凸パターンを形成するには、レジストコート、露光、現像を形成する段差の分だけ繰り返す必要があった。本発明のインプリントモールドによれば、関与するピンの高さをそれぞれ必要な位置に調整するだけで階段状のパターンを形成でき、好適に階段形状の凹凸パターンを形成することが出来る。

また、前記ピンの配列は、各ピンが単一のライン上に整列配置された配列であってもよい。ピンを単一のライン上に配列した場合、各ピンの突出量を変化させ、転写材料を連続的に移動させながらインプリント法の実施を繰り返すことで、連続的に処理を行うインライン方式のインプリント法の実施を行なうことが出来る。

また、前記ピンの配列は、各ピンがマトリクス状に整列配置された配列であってもよい。各ピンをマトリクス状に配列した場合、面単位で凹凸パターンの転写が出来、凹凸パターン転写のスループットを向上させることが出来る。なお、各ピンをマトリクス状に配列した場合であっても、ピンを単一のライン上に配列した場合と同様にインライン方式のインプリント法の実施を行うことが出来る。

＜ピン支え＞
ピン支えは、前記ピンを保持するために設けられる。ピン支えは、保持するピンの形状、材質、配列などに応じて適宜設計してよい。

図１に具体的に、本発明のインプリントモールド１００の一例を示す。図１では、断面形状が四角形であり、先端形状が平坦であり、格子配列で配列された、複数のピン１０１を囲うようにピン支え１０２を設けている。

また、更に、前記ピンの突出量を制御するピン突出量制御機構と、を備えていてもよい。ピンの突出量を任意の位置に制御できるピン突出量制御機構を設けることにより、形成する凹凸パターンの形状を、高さ方向に自由に制御することができる。

ピン突出量制御機構に用いる、ピンを突出及び収納させる方法としては、各ピンを上下に動作させることの出来る方法であればよく、電気的方法、熱的方法、磁気的方法、などを用いてよい。例えば、（１）電気的な方法としてピエゾ素子を用いた機構、（２）熱的な方法として熱電対を用いた機構、（３）磁気的な方法として電磁石を用いた機構、などであってもよい。

また、本発明のインプリントモールドにおいて、ピン突出量制御機構にはピエゾ素子を用いることが好ましい。ピエゾ素子とは、圧電体に加えられた電圧を力に変換する素子である。電圧は定量的に制御・操作することが出来ることが知られており、ピンの突出量の制御を精度良く行なうことが出来る。また、多数の圧電素子を重ねて棒状にした積層型のピエゾ素子は、厚み方向の変位を充分に利用することが出来ることから、特に、本発明のインプリントモールドに用いるのに好ましい。

また、ピンの突出量の制御は、突出量を無段階で増減できるように設計することが望ましい。このような構成にすることで、転写材料が残るか残らないかの二者択一的なパターンのみならず、残る場合にどの程度の厚さで残るかを制御することができ、３次元の起伏に富む凹凸パターン形状をインプリントモールドに形成することができる。

図２に、具体的に、本発明のピン突出量制御機構を有するインプリントモールド１００の一例を示す。図２では、断面形状が四角形であり、先端形状が平坦であり、格子配列で配列された、複数のピン１０１を囲うようにピン支え１０２を設け、ピン１０１の突出量を制御するピン突出量制御機構１０３をピン１０１下部に設けている。

また、本発明のインプリントモールドは、各ピンの突出量を同じにしたインプリントモールドブランクの状態で待機、保管、輸送、など行っても良い。

図３に、具体的に、本発明のインプリントモールドブランク２００の一例を示す。図３では、ピン１０１の先端部の高さは各ピンで同じとなっている。

以下、本発明のインプリント装置について、具体的に説明を行なう。
本発明のインプリント装置は、インプリントモールドと接する転写材料が積層された被転写材と、被転写材を固定する固定台と、インプリントモールドと接する前記転写材料を硬化する転写材料硬化機構と、所望する凹凸パターンの形状データを前記ピンの突出量の信号データに変換し、前記インプリントモールドに送信する凹凸パターンデータ変換機構と、を備える。

被転写材は、インプリントモールドと接する転写材料が積層された部材であり、所望する凹凸パターンが転写された３次元パターン構造体の用途などに応じて適宜選択してよい。例えば、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、などの基板に転写材料を積層しても良い。

転写材料は、所望する凹凸パターン、凹凸パターンが転写された３次元パターン構造体の用途などに応じて適宜選択してよい。例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ゾルゲル材料などを用いても良い。

固定台は、被転写材を保持するために設けられる。被転写材を順に送るインライン方式のインプリント法の実施を行う場合、水平に移動することが可能な固定台であっても良い。

転写材料硬化機構は、選択した転写材料に応じて適宜設計し、設けて良い。例えば、熱硬化させるための過熱機構、光硬化させるための露光機構、などであってもよい。

凹凸パターンデータ変換機構は、所望する凹凸パターンの形状データを前記ピンの突出量の信号データに変換し、前記インプリントモールドに送信するために設けられる。凹凸パターンデータ変換機構は、凹凸パターンの形状データについて、水平面を各ピンの配列に沿って分割し、各ピン毎に分割された部位ついて凹凸パターンの形状データの深さから各ピン毎の突出量を決定し、インプリントモールド側へ送信する。

本発明のインプリント装置は、所望する凹凸パターンの形状データを前記ピンの突出量の信号データに変換し、前記インプリントモールドに送信する凹凸パターンデータ変換機構を備える。本発明のインプリント装置によれば、凹凸パターン変更を信号を送信するだけで容易に行えることから、従来のインプリント装置に必要であった、所望する３次元パターン構造体ごとのインプリントモールドの交換コストを省力化することが出来る。

図４に、具体的に、本発明のインプリント装置３００の一例を示す。図４では、固定台３０２に被転写材３０１が保持され、被転写材３０１を挟むようにインプリントモールド１００と転写材料硬化機構３０３が設けられ、インプリントモールド１００は凹凸パターンデータ変換機構と接続され、適宜インプリントモールド１００の凹凸パターンを変更することが出来る。なお、図４において、転写材料硬化機構３０３は、光硬化させるための露光機構を想定しており、被転写材３０１に用いた基板は露光光を透過する基板であり、被転写材３０１の裏面から露光光を照射することで、露光光が照射された部分の転写材料を硬化させる。

以下、本発明のインプリントモールドを用いたインプリント法について説明を行う。

まず、基板に転写材料を積層し、被転写材を用意する。
次に、所望する凹凸パターンの形状データの情報を各ピンの突出量の信号に変換し、インプリントモールドの各ピンを各々凹凸パターンの形状に応じた高さに突出させる。
次に、被転写材の転写材料の部位に所望する凹凸パターンが形成されたインプリントモールドを接触させ、転写材料に応じた転写材料硬化機構を用いて転写材料を硬化させる。
次に、被転写材とインプリントモールドとを離型し、被転写材の転写材料に凹凸パターンを転写させる。

また、凹凸パターン形状の変更が必要になった場合、適宜転写する凹凸パターンの形状データをピンの突出量の信号に変換する。このため、インプリント装置に設置したインプリントモールドを交換することなく、インプリントモールドの凹凸パターン形状を変更することができる。

本発明のインプリントモールドは、３次元パターン構造体の形成に有用に用いることが出来る。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイスなどの製造方法において用いられる３次元パターン構造体の形成に有用に用いることが期待される。なお、上記の用途に本発明のインプリントモールドの利用は限定されるものではない。

１００……インプリントモールド
１０１……ピン
１０２……ピン支え
１０３……ピン突出量制御機構
２００……インプリントモールドブランク
３００……インプリント装置
３０１……転写材料
３０２……固定台
３０３……転写材料硬化機構
３０４……凹凸パターンデータ変換機構

Claims (8)

1. 凹凸パターンが形成されたインプリントモールドにおいて、
   上下に可動するピンと、
   前記ピンを保持するピン支えと、を備え、
   前記ピンは、複数のピンが配列されたピンであり、
   複数の前記ピンの一部は、ピンの先端が他のピンの高さとは異なる位置で保持されることにより前記凹凸パターンを形成していること
   を特徴とするインプリントモールド。
2. 更に、前記ピンの突出量を制御するピン突出量制御機構と、を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載のインプリントモールド。
3. 前記ピン突出量制御機構は、ピエゾ素子を用いていること
   を特徴とする請求項２に記載のインプリントモールド。
4. 複数の前記ピンは、高さが異なる位置が３種以上あること
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールド。
5. 複数の前記ピンの配列は、各ピンが単一のライン上に整列配置された配列であること
   を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインプリントモールド。
6. 複数の前記ピンの配列は、各ピンがマトリクス状に整列配置された配列であること
   を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインプリントモールド。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のインプリントモールドを形成するためのインプリントモールドブランクであって、
   複数の前記ピンの突出量が各ピンとも同じであること
   を特徴とするインプリントモールドブランク。
8. 請求項１から６のいずれかに記載のインプリントモールドを用いたインプリント装置であって、
   前記インプリントモールドと接する転写材料が積層された被転写材と、
   前記被転写材を固定する固定台と、
   前記インプリントモールドと接する前記転写材料を硬化する転写材料硬化機構と、
   所望する凹凸パターンの形状データを前記ピンの突出量の信号データに変換し、前記インプリントモールドに送信する凹凸パターンデータ変換機構と、
   を備えたことを特徴とするインプリント装置。