JP2012143915A

JP2012143915A - インプリント用型

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Publication number: JP2012143915A
Application number: JP2011002614A
Authority: JP
Inventors: Hirosuke Kawaguchi; 宏輔河口; Satoru Tanaka; 覚田中
Original assignee: Scivax Corp
Current assignee: Scivax Corp
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】大面積のパターンでも熱膨張の影響を受けにくい型を提供すること。
【解決手段】樹脂、特に好ましくはインプリント技術により成型可能な樹脂からなり被成形物200に転写するための成型パターン１ａを有する成型層１と、樹脂の熱膨張係数より低い材料、例えば金属からなる基層２とを有し、被成形物200の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されるインプリント用型。基層２と成形層１の間に基層２及び成形層１の両方と結合する材料からなる中間層を有していても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な成型パターンを転写するためのインプリント用型に関するものである。

近年、樹脂等の被成型物に型を押し、マイクロメートルまたはナノメートルオーダーの微細な成型パターンを転写するナノインプリント技術が注目されている（例えば、特許文献１）。

このナノインプリント技術に用いられる型としては、シリコンや金属によって形成された型がある。シリコンからなる型は、シリコン基板等にフォトリソグラフィーやエッチング等の半導体微細加工技術によってパターンを形成している。また、金属からなる型は、シリコンからなる型の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法（例えばニッケルメッキ法）によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成している。

しかしながら、このような方法で作製した型は、非常に高価であると共に、作製に時間を要するという問題があった。

そこで、上記型によって樹脂にパターンを転写し、これを樹脂製の型として用いるもの（例えば、特許文献２）が考えられている。

国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６特開２００７−５５２３５号公報

しかしながら、転写面積が大きくなると型の成型面の温度むらの影響が大きくなり、熱膨張係数が大きい樹脂製の型では、成型面内における成型パターンの位置ずれが生じ易いという問題があった。

そこで本発明は、大面積のパターンでも熱膨張の影響を受けにくい型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、本発明のインプリント用型は、樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターンを有する成型層と、前記樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層とを有し、前記被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されることを特徴とする。

この場合、前記基層は、熱伝導率や靭性の観点から、金属からなる方が好ましい。また、基層と樹脂の接合力を高めたい場合には、前記基層と前記成形層の間に前記基層及び前記成形層の両方と結合する材料からなる中間層を設けても良い。また、前記樹脂として、インプリント技術により成型可能なものを用いれば、成型層の成型パターンをインプリント技術によって形成することができる。また、前記成型パターンに沿って前記成型層を被覆する被覆層を有していても良い。前記被覆層は、金属等の無機化合物を用いることができる。

また、本発明のインプリント用型の製造方法は、樹脂からなるフィルムを、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層の表面に配置し、前記樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターンを転写すると共に当該樹脂と基層を接合することを特徴とする。

この場合、基層と樹脂の接合力を高めたい場合には、前記フィルム又は前記基層の少なくともいずれか一方に、前記フィルムと前記基層の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を行った後に前記接合を行う方が好ましい。

本発明の型は、型の成型面内の熱膨張の差を極力小さくすることができるので、成型面内の成型パターンの位置ずれ等を起こし難く、被成形物に正確にパターンの転写を行うことができる。

本発明のインプリント用型を示す断面図である。

１成型層
１ａ成型パターン
２基層
100 インプリント用型

本発明のインプリント用型100は、図１に示すように、樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターン１ａを有する成型層１と、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層２とを有し、被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されるものである。

ここで、可撓性を有するフィルム状とは、空圧又は水圧等の流体圧によって被成形物の被成型面の形状に沿うように変形可能であり、これにより成型パターン１ａを有する成型面を被成形物に均一に加圧できる形状のものを意味する。

成型層１の成型パターン１ａは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものや、所定の曲面を有するレンズ等の光学素子を転写するためのものも含む。当該成型パターン１ａは、どのように形成しても良いが、例えば熱インプリントや光インプリントのようなインプリント技術やリソグラフィー技術を用いて形成することができる。

また、成型パターン１ａは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。また、アスペクト比としては、０．２以上、０．５以上、１以上、２以上等種々のものがある。

成型層１に用いられる材料は、成型パターン１ａを形成できるものであればどのようなものでも良いが、好ましくは、大面積で均一な凹凸構造11を再現性良く形成できるインプリント技術（熱インプリント、光インプリント等）を適用可能な材料が良い。例えば、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

また、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類、等の重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂を用いることもできる。熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて凹凸構造11を形成してもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。

なお、成型パターン１ａの寸法安定性の観点から、樹脂の吸水率は３％以下である方が好ましい。

基層２は、少なくとも成型層１に用いられる樹脂の熱膨張係数より低い材料が用いられる。これにより、成型層１が膨張するのを基層２が制限するので、加熱むらにより生じる成型面内の熱膨張の差を基層２単独で用いるよりも小さくすることができ、転写むらを抑えることができる。熱膨張係数が樹脂に比較して低い材料としては、例えば、金属やシリコン、酸化シリコン、石英等がある。特に金属は、熱伝導率が高い。したがって、成型面の加熱むらを小さくすることができ、面内の熱膨張の差を小さくできる点において有利である。また、金属は靭性が高く、基層２を薄くし可撓性を持たせる場合においても有利である。金属としては、例えばニッケル、ステンレス鋼、銅等を用いることができる。

また、基層２の厚さは、被成型物と押圧した際に、当該インプリント用型100又は被成型物のうねりや凹凸に対応して変形できる厚さ以下に形成される方が良い。また、この型は、インプリントプロセス中に加熱・冷却されるため、できる限り薄型化し、その熱容量を小さくする方が好ましい。ただし、基層２が成型層１に比較して薄すぎると、成型層１の熱膨張係数が支配的になるため、成型層１の厚さ以上に形成される方が好ましい。

また、基層２と樹脂の接合力を高めたい場合には、基層２と成形層の間に、基層２及び成形層の両方と結合する材料からなる中間層を設けても良い。例えば、基層２及び成型層１のいずれとも結合するカップリング剤を中間層にすることができる。

また、成型層１の表面には、成型パターンに沿って成型層１を被覆する被覆層を設けても良い。この場合、成型層１に用いられる樹脂の熱膨張係数より低い材料を被覆層に用いれば、成型層１が膨張するのを被覆層が制限するので、加熱むらにより生じる成型面内の熱膨張の差を更に小さくすることができ、転写むらを抑えることができる。また、被成形物との離型性を向上するための材料や、離型剤を塗布し易い材料を用いることもできる。

このような材料としては、例えば、無機化合物が該当する。具体的には、白金（Ｐｔ）やニッケル（Ｎｉ）、パラジウム、ルテニウム、金、銀、銅、ＺｎＯ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の金属又は金属化合物、シリコンや酸化シリコンなどが該当する。特に金属は、熱伝導率が高い。したがって、成型面の加熱むらを小さくすることができ、面内の熱膨張の差を小さくできる点において有利である。

なお、被覆層の膜厚は、厚すぎると成型パターン１ａが埋まってしまうため、強度を保持できる範囲で薄く形成される。

このような被覆層の形成方法としては、どのような方法でも良いが、例えば、当該材料を化学気相成長法（ＣＶＤ）や物理気相成長法（ＰＶＤ）、めっき法等を用いて堆積させる方法がある。例えば、白金（Ｐｔ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属をスパッタリングや蒸着により形成すれば良い。また、銀鏡反応を利用して形成しても良い。

次に、本発明のインプリント用型の製造方法について説明する。

まず、上述したインプリント用型100の成型層１に用いる樹脂より熱膨張係数の低い材料、例えば、金属やシリコン、酸化シリコン等からなる基層２を用意する。当該基層２は、可撓性を有するフィルム状のものが用いられる。

この基層２にインプリント可能な樹脂を均一な所定の厚さに塗布し、インプリント技術を用いて当該樹脂に成型パターン１ａを転写して成型層１を形成すれば良い。例えば、熱インプリント技術を用いる場合には、熱可塑性樹脂を基層２の表面に塗布し、当該熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を樹脂に押し当てて加圧し、型のパターンを転写した後、冷却し離型すれば良い。また、光インプリント技術を用いる場合には、光硬化性樹脂を基層２の表面に塗布し、型を当該樹脂に押し当てて加圧し、光を樹脂に照射して硬化させ型のパターンを転写した後、離型すれば良い。これにより、成型層１を形成されたインプリント用型100を製造することができる。

また、別の方法としては、熱インプリント可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムを、当該熱可塑性樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層２の表面に配置し、加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターン１ａを転写すると共に熱可塑性樹脂と基層２を接合するようにしても良い。

なお、基層２と樹脂の接合力を高めたい場合には、基層２又は樹脂の少なくともいずれか一方に、樹脂と基層２の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を施しても良い。例えば、基層２の表面にカップリング剤を塗布したり、ＵＶオゾンを照射することで、基層２と熱可塑性樹脂との接合力を向上させることができる。

次に本発明の実施例を説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。

まず、厚さが100μｍの銅（JIS H-3100 C-1020）からなる基層にＵＶオゾン（GSユアサ製DEEP UV PROCESSOR）により表面処理を行った。次に、当該基層に環状オレフィン系樹脂フィルム（JSR株式会社製、製品名：ARTON film、ガラス転移温度：132℃、厚み100μｍ）を重ね、熱インプリント技術を用いてシリコン型に形成されたパターンを転写すると同時に、基層に当該環状オレフィン系樹脂フィルムを溶着により接合し、成型層を有するインプリント用型Ａを作製した。

また、比較例として、環状オレフィン系樹脂フィルム（JSR株式会社製、製品名：ARTON film：厚み100μｍ）に、熱インプリント技術を用いてシリコン型に形成されたパターンを転写し、インプリント用型Ａと同一の成型パターンを有するインプリント用型Ｂを作製した。

なお、インプリント用型Ａ及びインプリント用型Ｂの作製における熱インプリントは次の方法で行った。まず、前記樹脂フィルムに対し、予め180℃に加熱したシリコン型を圧力3MPaで180秒間押圧する。次に、ニッケル金型と樹脂フィルムを120℃まで冷却した後、この樹脂フィルムからニッケル金型を離型し、所定の凹凸構造を形成する。熱インプリントには、SCIVAX社のインプリント装置（X-300）を使用した。

シリコン型のパターンは、図１に示すように、対向する４か所の位置に配置された所定のアライメントマークＰ１〜Ｐ４を用いた。アライメントマークＰ１とＰ３、Ｐ２とＰ４の間隔は130ｍｍに形成されている。

転写されたパターンの比較は、インプリント用型Ａ及びＢのパターンを画像測定器を用いて測定し、シリコン型のアライメントマークＰ１とＰ３、Ｐ２とＰ４の間隔との誤差を計算することによって行った。その結果を表１に以下に示す。

表１より、本発明に係るインプリント用型Ａの方が誤差が小さいことがわかる。

Claims

樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターンを有する成型層と、前記樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層とを有し、前記被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されることを特徴とするインプリント用型。
前記基層は、金属からなることを特徴とする請求項１記載のインプリント用型。
前記基層と前記成形層の間に前記基層及び前記成形層の両方と結合する材料からなる中間層を有することを特徴とする請求項１又は２記載のインプリント用型。
前記樹脂はインプリント技術により成型可能な樹脂であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインプリント用型。
前記成型パターンに沿って前記成型層を被覆する被覆層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインプリント用型。
前記被覆層は、無機化合物からなることを特徴とする請求項５記載のインプリント用型。
前記被覆層は、金属からなることを特徴とする請求項６記載のインプリント用型。
樹脂からなるフィルムを、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層の表面に配置し、前記樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターンを転写すると共に当該樹脂と基層を接合することを特徴とするインプリント用型の製造方法。
前記フィルム又は前記基層の少なくともいずれか一方に、前記フィルムと前記基層の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を行った後に前記接合を行うことを特徴とする請求項７記載のインプリント用型の製造方法。