JP2014086668A - ナノインプリント方法、その方法に使用されるモールドおよびその方法を利用したパターン化基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ナノインプリント方法において、離型終端Eがパターン領域10の最小外接円CCに内包される領域から外れるように、離型終了時のモールド1の撓み中心C1が、最小外接円CCの中心位置に相当するモールド1のパターン中心P1からずれた状態、および、離型終了時の基板2の撓み中心C2が、最小外接円CCの中心位置に対応する基板2のパターン中心P2からずれた状態の少なくとも一方の状態で、モールド1および基板2を撓ませながらモールド1をレジストから剥離する。
【選択図】図1
Description
基板上に塗布されたレジストに微細な凹凸パターンを転写するナノインプリント方法において、
微細な凹凸パターンが形成されたパターン領域を1つのみ有するモールドを使用し、
モールドの凹凸パターンをレジストに押し付ける押付工程と、
モールドおよび基板を撓ませながらモールドをレジストから剥離する剥離工程とを有し、
剥離工程の離型終了時において、下記式1が満たされる状態でモールドをレジストから剥離することを特徴とするものである。
ナノインプリント方法の実施形態について説明する。図1は実施形態のナノインプリント方法の工程を示す概略図であり、図2はそれに使用されるモールドの例を示す概略図である。
モールド1は、パターン領域を1つのみ有する。このようなモールド1は、同一の基板に対して場所を変えながらモールドの押付工程および剥離工程を繰り返すステップアンドリピート方式のナノインプリント方法に適したものとなる。モールド1の「パターン領域」とは、凹凸パターンが実際に形成されているモールド1表面上の領域をいう。なお、パターン領域の規定に際して、凹凸パターンが密に形成されていて連続しているとみなせる領域は、全体として1つのパターン領域と計数する。つまり、凹凸パターンが複数のセルによって区画されている場合であっても、その区画の態様によってはそのセル全体が1つのパターン領域となる場合もある。
本発明では、レジストとモールド1との離型性を向上させるためにモールド1の表面に離型処理を行うことが好ましい。離型処理に使用する離型剤としては、フッ素系のシランカップリング剤として、ダイキン工業株式会社製のオプツール(登録商標)DSXや、住友スリーエム株式会社製のNovec(登録商標) EGC-1720等、が挙げられる。
レジストが光硬化性のものであり、かつ、モールド1がシリコン(Si)など光透過性を有さない場合には、レジストへの露光を可能とするために石英基板が好ましい。石英基板は、光透過性を有し、厚さが0.3mm以上であれば、特に制限されることなく、目的に応じて適宜選択される。例えば、石英基板表面をシランカップリング剤などの密着層で被覆したものや、石英基板上にCr、W、Ti、Ni、Ag、Pt、Auなどからなる金属膜を積層したものや、石英基板上にCrO2、WO2、TiO2などからなる金属酸化膜を積層したものや、前記積層体の表面をシランカップリング剤などの密着層で被覆したもの、などが挙げられる。なお、本実施形態では、基板2が上記の金属膜や金属酸化膜などの金属含有膜を有さない場合について説明する。密着層はレジストと基板2の密着性を向上させるために適宜使用する。密着層は、少なくともパターンが形成される領域に形成されていれば良い。
レジストは、特に制限されるものではないが、本実施形態では例えば重合性化合物に、光重合開始剤(2質量%程度)、フッ素モノマー(0.1〜1質量%)を加えて調製された材料を用いることができる。
構造式1:
構造式2:
モールド1と硬化性樹脂を接触する前に、モールド1と基板2間の雰囲気を減圧または真空雰囲気にすることで残留気体を低減する。ただし、高真空雰囲気下では硬化前の硬化性樹脂が揮発し、均一な膜厚を維持することが困難となる可能性がある。そこで、好ましくはモールド1と基板2間の雰囲気を、He雰囲気または減圧He雰囲気にすることで残留気体を低減する。Heは石英基板を透過するため、取り込まれた残留気体(He)は徐々に減少する。Heの透過には時間を要すため減圧He雰囲気とすることがより好ましい。減圧雰囲気は、1〜90kPaであることが好ましく、1〜10kPaが特に好ましい。
剥離工程は、例えばモールド1または基板2のどちらかの外縁部を保持し、他方の基板2またはモールド1の裏面を吸引保持した状態で、外縁の保持部もしくは裏面の保持部を押圧と反対方向に相対移動させることで行う。
次に、本発明のパターン化基板の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態では、Siモールドを原盤として、前述したナノインプリント方法を用いてパターン化基板としてモールドの複版を作製する。
厚さ0.725mmのシリコン基板上に、スピンコートによりPHS(polyhydroxy styrene)系の化学増幅型レジストなどを主成分とするレジスト液を塗布し、レジスト層を形成した。その後、シリコン基板をXYステージ上で走査しながら、幅30nm、ピッチ60nmのライン&スペースパターンに対応して変調した電子ビームを照射し、11.3mm×11.3mmの範囲のレジスト層を露光した。このとき、パターン中心となる露光領域の中心が、モールド中心となるシリコン基板の中心と一致するように露光を行った。その後、レジスト層を現像処理し、露光部分を除去して、除去後のレジスト層のパターンをマスクにしてRIEにより溝深さが60nmになるように選択エッチングを行い、シリコンモールドを得た。これにより、11.3mm×11.3mmのパターン領域を有するマスターモールドAを得た。このとき、このパターン領域の最小外接円の半径は8mmである。テーパー角は85度であった。モールド外形を90mm角に加工し、モールド表面はディップコート法によりオプツール(登録商標)DSXで離型処理をした。
マスターモールドA:パターン中心がモールド中心に一致する。
マスターモールドB:パターン中心がモールド中心から10mmずれている。
マスターモールドC:パターン中心がモールド中心から20mmずれている。
加工用の基板には、6インチサイズ、厚さ0.525μmの石英基板を使用した。石英基板8の表面に、レジストとの密着性に優れるシランカップリング剤であるKBM−5103(信越化学工業株式会社製)により表面処理をした。KBM−5103をPGMEAで1質量%に希釈し、スピンコート法により基板表面に塗布した。続いて、塗布基板をホットプレート上で150℃、5分の条件でアニールし、シランカップリング剤を基板表面に結合させた。
化合物Aを48質量%、アロニックス(登録商標)M220を48質量%、IRGACURE(登録商標) 379を3質量%、化合物Bを1質量%含有するレジストを調整した。
ピエゾ方式のインクジェットプリンターであるFUJIFILM Dimatix社製DMP−2831を使用した。インクジェットヘッドには専用の10plヘッドであるDMC−11610を使用した。残膜の厚さが10nmとなるように、あらかじめ吐出条件を調整した。
マスターモールドと石英基板をギャップが0.1mm以下になる位置まで近接させ、石英基板の背面から基板上のアライメントマークとモールド上のアライメントマークが一致するように位置合わせをした。このときの位置合わせの詳細な内容は、表1の実施例1−8の通りである。なお表中のC1およびP1はそれぞれ、C1ベクトルおよびP1ベクトルの大きさである。また実施例では、モールド中心、パターン中心P、撓み中心C1・C2および離型終端Eが同一直線上になるように位置合わせを行った。そして、モールドと石英基板間の空間を99体積%以上のHeガスで置換し、He置換後に20kPa以下まで減圧した。減圧He条件下でモールドをレジストからなる液滴に接触させた。接触後、0.7MPaの押付け圧で1分間加圧し、360nmの波長を含む紫外光により、照射量が300mJ/cm2となるように露光し、レジストを硬化させ、レジスト膜9を形成した。
マスターモールド7および石英基板8を、機械的に保持しまたは吸引保持し、押圧方向と反対方向に引き離すことによりこれらを剥離した。実施例1−8および比較例1−3のそれぞれにおいて、保持する位置(固定端)を調整することにより、撓み中心の位置を表1のように調整した。離型終了時におけるマスターモールド7および石英基板8それぞれの撓み面の曲率半径は、実施例1から8においては押圧の調整によりそれぞれ2000mmとなるように制御した。また、実施例9では、マスターモールド7の撓み面の曲率半径が8000mm、石英基板8の撓み面の曲率半径が2000mmとなるように制御した。また、実施例10では、マスターモールド7の撓み面の曲率半径が6000mm、石英基板8の撓み面の曲率半径が4000mmとなるように制御した。離型終了時の曲率半径の値は事前にテストを行い、離型の様子を側面から計測して得た。
マスターモールドAを使用して、マスターモールドAおよび加工用の石英基板の外縁を保持した状態で、剥離工程を行った。つまり、比較例1は、マスターモールドAおよび石英基板の撓む領域を特に制御しない、一般的なナノインプリント方法である。
6025(縦6インチ×横6インチ×厚さ0.25インチ)規格の石英基板を基材にして上記マスターモールドAの作製工程と同様の工程によって石英モールドを作製した。この石英モールドにおいて、パターン中心はモールド中心に一致ししている。この石英モールドを使用して、石英モールドおよび加工用のSi基板の固定端を調整してこれらが局所的に撓むように制限しながら、剥離工程を行った。
マスターモールドBを使用して、マスターモールドBおよび加工用の石英基板の固定端を調整してこれらが局所的に撓むように制限しながら、剥離工程を行った。
マスターモールドAを使用して、マスターモールドAおよび加工用の石英基板の固定端を調整してこれらが局所的に撓むように制限しながら、剥離工程を行った。本比較例において、マスターモールドの撓み面の曲率半径が8000mm、石英基板の撓み面の曲率半径が2000mmとなるように制御した。
加工用基板上に形成されたパターン領域中の凹凸パターンを電子顕微鏡で観察して、凹凸パターンの欠陥や倒れの有無を判断した。
表1は、実施例1から10および比較例1から4における主な条件をまとめたものである。なお、PE値は、(R2X1+R1X2)÷(R1+R2)の式に基づいて算出したパターン中心と離型終端との距離である。表1の結果から、本発明の実施例1−10であれば、離型終端がパターン領域上に来ることを回避でき、離型欠陥なくパターンの成形性に優れていることがわかる。
2 基板
10 モールドのパターン領域
20 基板のパターン領域
C1 モールドの撓み中心
C2 基板の撓み中心
CC モールド上におけるパターン領域の最小外接円
E 離型終端
P1 モールドのパターン中心
P2 基板のパターン中心
S1 モールドの撓み面
S2 基板の撓み面
Claims (6)
- 基板上に塗布されたレジストに微細な凹凸パターンを転写するナノインプリント方法において、
微細な凹凸パターンが形成されたパターン領域を1つのみ有するモールドを使用し、
前記モールドの前記凹凸パターンをレジストに押し付ける押付工程と、
前記モールドおよび前記基板を撓ませながら前記モールドを前記レジストから剥離する剥離工程とを有し、
前記剥離工程の離型終了時において、下記式1が満たされる状態で前記モールドを前記レジストから剥離することを特徴とするナノインプリント方法。
R2は、前記基板の撓み面の曲率半径を表し、
X1ベクトルは、前記モールドのパターン中心からの前記モールドの撓み中心のずれの大きさと向きを表すベクトルを表し、
X2ベクトルは、前記基板のパターン中心からの前記基板の撓み中心のずれの大きさと向きを表すベクトルを表し、
aは前記パターン領域の最小外接円の半径を表す。) - 前記押付工程後前記剥離工程前に、前記X1ベクトルおよび/または前記X2ベクトルの向きを前記押付工程終了時の当該向きから変更す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方法。
- 前記モールドの曲率半径および前記基板の曲率半径を個別に制御することを特徴とする請求項1または2に記載のナノインプリント方法。
- 前記基板の複数の転写位置に対して前記押付工程および前記剥離工程を繰り返し行い、
前記モールドおよび/または前記基板の曲率半径、前記モールドの撓み中心の位置、並びに、前記基板の撓み中心の位置のうち少なくとも1つを各転写位置ごとに変更することを特徴とする請求項1から3いずれかに記載のナノインプリント方法。 - 前記モールドおよび前記基板の少なくとも一方がその裏面に掘り込みを有し、
前記掘り込みの中心がその前記モールドおよび/または前記基板の外形的な中心からずれていることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載のナノインプリント方法。 - 請求項1から5いずれかに記載のナノインプリント方法により基板上に形成されたレジストパターンをマスクとして、前記基板をエッチングすることを特徴とするパターン化基板の製造方法。
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