JP2012006219A - ナノインプリント用モールド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ナノインプリント用モールド1を、基部3と該基部3の一方の面から突出する凸構造部4とを有する基材2と、凸構造部4の上面4aに位置する転写形状部5と、凸構造部4の側面4bの周囲方向全域に位置する傾斜部6と、を備えたものとする。
【選択図】 図2
Description
上記のナノインプリント技術の一つの方法として、光インプリント法が知られている。この光インプリント法では、例えば、基板表面に被加工物として光硬化性の樹脂層を形成し、この樹脂層に所望の凹凸構造を有するモールド(型部材)を押し当てる。そして、この状態でモールド側から樹脂層に光を照射して樹脂層を硬化させ、その後、モールドを樹脂層から引き離す。これにより、モールドが有する凹凸が反転した凹凸構造(凹凸パターン)を被加工物である樹脂層に形成することができる(特許文献2)。このような光インプリントは、従来のフォトリソグラフィ技術では形成が困難なナノメートルオーダーの微細パターンの形成が可能であり、次世代リソグラフィ技術として有望視されている。
しかし、光インプリント法では、図8に示されるように、基板61の表面に被加工物として配設された光硬化性の樹脂層62にモールド51を押し当てると、余剰となった樹脂が、モールド51と接触している領域よりも外側にはみ出し、モールドの側面52に付着する。この側面52に付着した光硬化性の樹脂は光照射によって、凹凸構造(凹凸パターン)を形成すべき部位の樹脂と同時に硬化する。そして、モールド51を離型する際に、硬化した樹脂層62とモールド51の側面52との間に摩擦力が発生し、離型に要する力(離型力)が一定せず変動を生じ、モールドや被加工物に損傷を与え、特に形成される凹凸構造(凹凸パターン)が微細な場合に損傷が発生し易いという問題があった。
このような問題を解消するために、パターン領域ではない部位(非パターン領域)に遮光部材を設けたモールドが提案されている(特許文献3)。
しかし、このようなモールドでは、ステップアンドリピート方式でパターン形成を行う場合に、加工前の領域の樹脂が露光され硬化することを防止することは可能であるが、以下のような問題が存在する。
まず、モールドの側面に設けた遮光部材による遮光が完全である場合、モールドの押し当て時に外側にはみ出した光硬化性の樹脂層は硬化されていないので、モールドが樹脂層から離間した後、未硬化の樹脂層が流動して、転写形成された凹凸構造の部位に流れ込んで欠陥を生じさせるという問題があった。また、モールドを離型する際に未硬化の樹脂層が異物としてモールドに付着し、この異物が次の加工領域に欠陥を生じるという問題もあった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、光インプリント後の被加工物との離型性に優れたナノインプリント用モールドを提供することを目的とする。
本発明の他の態様として、前記傾斜部と前記凸構造部の上面とがなす角度が10°〜60°の範囲内であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記傾斜部は前記凸構造部の上面に対する角度に変化を有するものであり、最大角度が10°〜60°の範囲内であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記傾斜部は凸構造部の側面の高さ方向の全面を占めるような構成、あるいは、前記傾斜部は前記凸構造部の側面の高さ方向の一部を占め、傾斜部の開始部位は前記凸構造部の上面と一致するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記転写形状部は凹部を有し、前記凸構造部の上面から傾斜部の終了部位までに要求される高さは、前記凹部の最大深さより大きいような構成とした。
本発明の他の態様として、前記転写形状部は凹部を有し、前記凸構造部の上面から傾斜部の終了部位までに要求される高さは、前記凸構造部の高さ方向で、傾斜部の終了部位と前記凹部の最深部とが10μm以上離間する位置であるような構成とした。
図1は本発明のナノインプリント用モールドの一実施形態を示す平面図であり、図2は図1に示されるナノインプリント用モールドのA−A線における断面図である。図1に示されるモールド1は、メサ構造のナノインプリント用モールドであり、基部3と、この基部3の一方の面から突出した凸構造部4とを有する透明な基材2と、凸構造部4の上面4aに位置する転写形状部5と、凸構造部4の側面4bの周囲方向全域に位置する傾斜部6(図1では斜線を付している)とを備えている。また、基材2は、パターン領域Xと、このパターン領域Xの周囲に位置する非パターン領域Yと、凸構造部領域Zに画定されている。この凸構造部領域Zは、凸構造部4が位置するとともに、ナノインプリント時にモールド1が被加工物に接触する可能性のある領域(最大領域)を示している。また、転写形状部5はパターン領域Xに位置し、傾斜部6はパターン領域Xの周囲の凸構造部領域Zに位置している。尚、図1では、凸構造部4の上面4aに位置する転写形状部5を構成する後述の凹部5bを省略している。
本発明のモールド1を構成する基材2は、被加工物を硬化させるための照射光を透過可能な透明基材である。このような基材2の材料としては、例えば、石英ガラス、珪酸系ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、アクリルガラス等、あるいは、これらの任意の積層材を用いることができる。さらに、本発明のナノインプリント用モールドは、熱ナノインプリントにおいても同様の効果を奏するものであり、基材2の材料として、銅、ニッケル、鉄等の金属やその合金、または珪素を用いることができる。また、基材2の厚みは被加工物の材質、凸構造部4の形状、基材の強度、取り扱い適性等を考慮して設定することができ、例えば、300μm〜10mm程度の範囲で適宜設定することができる。
凸構造部4の側面4bに位置する傾斜部6は、ナノインプリント時に光照射が完了してモールド1を被加工物から離型する際に、硬化した被加工物とモールド1の側面との間に発生する摩擦力を低減し、離型に要する力(離型力)の変動を抑制して、モールドや被加工物に損傷が生じることを防止するためのものである。すなわち、モールド1を押し当てることで余剰となった被加工物は、パターン形成領域Xよりも外側(パターン領域Xの周囲の凸構造部領域Z)にはみ出し、凸構造部4の側面4bに付着する。そして、凸構造部4の側面4bに付着した被加工物は、パターン領域Xに位置する被加工物と同時に硬化する。このため、モールド1を離型する際に、硬化した被加工物と凸構造部4の側面4bとの間に摩擦力が発生するが、この摩擦力を傾斜部6により低減するものである。
まず、高さhの上限は、凸構造部4の高さHに等しい。これは被加工物が傾斜部6にのみ接触している場合に摩擦力の低減が見込めるからである。パターン領域Xからはみ出した被加工物の高さが、高さhの上限(高さH)を超えてしまうような場合には、摩擦力を制御できない。この考え方を言い換えれば、被加工物がパターン領域Xからはみ出しても、傾斜部6にのみ接触していれば良いことになる。
また、高さhは、凸構造部4の高さ方向で、傾斜部6の終了部位6bと凹部5bの最深部とが10μm以上、好ましくは15μm以上離間するように設定することができる。このような高さhが上記の範囲未満であると、モールド1を押し当てることで余剰となりパターン形成領域Xよりも外側(パターン領域Xの周囲の凸構造部領域Z)にはみ出した被加工物が傾斜部6を超え、凸構造部4の上面4aに対して垂直(θ=90°)となっている側面4b′に付着し、本発明の効果に支障を来すことがある。
上記のように凸構造部4の側面4bの周囲方向全域に位置する傾斜部6は、例えば、凸構造部4の周縁部をマスクエッチング、ラッピングやポリッシング、バフ研磨等により研磨することにより形成することができる。上記のように、傾斜部6が上面4aに対して一定の角度θをなしている場合、モールド1を被加工物から離型する際に、傾斜部6から被加工物が剥がれる動作中に傾斜部6と被加工物との間に作用する摩擦力が一定となるので、離型力のバラツキが低減される。
また、図4(B)に示されるように、傾斜部6が凹面形状であってもよい。この例では、凸構造部4の上面4aから傾斜部6が開始する部位6aにおける上面4aに対する角度がθ1であり、傾斜部6の終了部位6bにおける上面4aに対する角度がθ2であり、上面4aに対する角度は、角度θ1から角度θ2まで徐々に小さくなっている。このような態様においても、凸構造部4の上面4aに対する傾斜部6の角度は上記の例と同様に設定することがでる。例えば、(θ1+θ2)/2を60°以下、好ましくは45°以下とすることができ、より好ましくは、最も大きい角度θ1を45°以下とすることができる。
このように、凸構造部4の上面4aに対する角度に変化を有する傾斜部6は、例えば、ウェットエッチング、ラッピングやポリッシング、バフ研磨等により研磨することによって形成することができる。そして、図4(A)、図4(C)に示すように、傾斜部6が凸面形状である場合、モールド1と被加工物との離型において、両者の剥離が生じる箇所が傾斜部6を外側から内側へ移行して上面4aに近づくにしたがって角度θが小さくなり、応力発生を抑制することができ、被加工物の破損を抑えることができる。
図6に示されるように、基板21の表面に被加工物として配設された光硬化性の樹脂層22に、モールド1の凸構造部4を所定の深さまで押し込む。そして、この状態で照明光学系(図示せず)から遮光マスク31を介してモールド1の裏面2bに紫外線を照射し、モールド1を透過した紫外線により樹脂層22を硬化させる。このとき、パターン領域Xに位置する樹脂層22とともに、凸構造部領域Zに位置する樹脂層22も硬化される。
その後、ナノインプリント用のモールド1を樹脂層22から離型することにより、モールド1が有する凹部5bが反転した凹凸構造(凹凸パターン)23が被加工物である樹脂層22に転写形成される。この離型の際、パターン領域Xの外側に位置する硬化された樹脂層22は、モールド1の傾斜部6に接触しているので、硬化した樹脂層22とモールド1との間に発生するモールド側面の傾斜に対して平行に働く力(摩擦力)が低減され、離型に要する力(離型力)の変動が抑制される。これにより、ナノインプリント用モールド1や被加工物22への損傷が防止され、微細な凹凸構造(凹凸パターン)23を安定して形成することができる。
[実施例1]
厚み6.35mmの石英ガラス(65mm角)をナノインプリント用モールド用基材として準備した。
次に、この基材の周縁部(端部から12.5mmの幅)をバフ研磨することにより、図5(B)に示されるような傾斜部を形成した。この傾斜部が凸構造部の上面(40mm角)となす角度は60°(一定)であり、凸構造部の上面から傾斜部の終了部位までの高さh(図5(B)参照)は4mmであった。
(ドライエッチング条件)
・エッチングガス : CF4
・ガス流量 : 40sccm
・チャンバー圧力 : 4Pa
・投入RF電力 : 400W
これにより、図5(B)に示されるようなナノインプリント用モールドを得た。
ナノインプリント用モールド用基材の周縁部(端部から12.5mmの幅)に対してドライエッチングによるメサ加工を行い、高さ15μmの凸構造部(40mm角)を形成し、この凸構造部の外周部には傾斜部を形成しない以外は、実施例1と同様にして、図8に示されるようなナノインプリント用モールドを作製した。
このように作製したナノインプリント用モールド(実施例、比較例)を用いて、下記のように、ナノインプリントを行った。
すなわち、厚み625μmの石英ウエハ上に光硬化性樹脂(東洋合成工業(株)製 PAK−01)を塗布して被加工物とし、石英ウエハ側が当接するようにインプリント装置の基板ステージに載置した。次いで、光硬化性樹脂層にモールドを押し込んだ。このときの光硬化性樹脂層へのモールドのプレス力は1kNであり、比較例のモールドにおける凸構造部の高さ(15μm)よりも小さいものとした。この状態でインプリント装置の照明光学系から平行光(ピーク波長が365nmの紫外線)を100mJ/cm2照射した。これにより、光硬化性樹脂層を硬化させ、その後、モールドを引き離してパターンを形成した。
(欠陥率の測定)
光学顕微鏡で各パターンについて5箇所観察し、一つの観察箇所(1.0mm×1.0mm)内で、パターン欠損が確認できた面積の割合を測定し、100個のパターン、計500箇所の平均を算出した。したがって、この欠陥率が大きい程、欠陥が多いことを意味し、本発明では、欠陥率が0.1未満を実用レベルと判定する。
2…基材
3…基部
4…凸構造部
4a…上面
4b…側面
5…転写形状部
6…傾斜部
X…パターン領域
Y…非パターン領域
Z…凸構造部領域
Claims (7)
- 基部と該基部の一方の面から突出する凸構造部とを有する基材と、前記凸構造部の上面に位置する転写形状部と、前記凸構造部の側面の周囲方向全域に位置する傾斜部と、を備えることを特徴とするナノインプリント用モールド。
- 前記傾斜部と前記凸構造部の上面とがなす角度が10°〜60°の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント用モールド。
- 前記傾斜部は前記凸構造部の上面に対する角度に変化を有するものであり、最大角度が10°〜60°の範囲内であることを特徴とする請求項2に記載のナノインプリント用モールド。
- 前記傾斜部は凸構造部の側面の高さ方向の全面を占めることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
- 前記傾斜部は前記凸構造部の側面の高さ方向の一部を占め、傾斜部の開始部位は前記凸構造部の上面と一致することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
- 前記転写形状部は凹部を有し、前記凸構造部の上面から傾斜部の終了部位までに要求される高さは、前記凹部の最大深さより大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
- 前記転写形状部は凹部を有し、前記凸構造部の上面から傾斜部の終了部位までに要求される高さは、前記凸構造部の高さ方向で、傾斜部の終了部位と前記凹部の最深部とが10μm以上離間する位置であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
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