JP2016129263A - Nano-imprint method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント用モールドに形成された微細な凹凸パターンを、被転写基板上に形成された硬化性樹脂に転写するナノインプリント方法に関し、より詳しくは、モールドの微細な凹凸パターンに樹脂を充填させる技術に関するものである。 The present invention relates to a nanoimprint method for transferring a fine concavo-convex pattern formed on a nanoimprint mold to a curable resin formed on a substrate to be transferred, and more specifically, filling a resin into the fine concavo-convex pattern of a mold. It is about technology.
近年、特に半導体デバイスについては、微細化の一層の進展により高速動作、低消費電力動作が求められ、また、システムLSIという名で呼ばれる機能の統合化などの高い技術が求められている。このような中、半導体デバイスのパターンを作製する要となるリソグラフィ技術は、パターンの微細化が進むにつれ、露光装置などが極めて高価になってきており、また、それに用いるマスク価格も高価になっている。 In recent years, especially for semiconductor devices, high speed operation and low power consumption operation are required due to further progress in miniaturization, and high technology such as integration of functions called system LSIs is required. Under such circumstances, the lithography technology that is necessary for producing the pattern of the semiconductor device has become very expensive as the exposure apparatus and the like as the pattern becomes finer, and the price of the mask used therefor also becomes expensive. Yes.
これに対して、1995年Princeton大学のChouらによって提案されたナノインプリント法(インプリント法とも呼ばれる)は、装置価格や使用材料などが安価でありながら、10nm程度の高解像度を有する微細パターン形成技術として注目されている(特許文献1)。 On the other hand, the nanoimprint method (also called imprint method) proposed by Chou et al. In Princeton University in 1995 is a fine pattern formation technology having a high resolution of about 10 nm while the apparatus price and the materials used are low. (Patent Document 1).
ナノインプリント法は、予め表面にナノメートルサイズの凹凸パターンを形成したモールド(テンプレート、スタンパ、金型とも呼ばれる)を、半導体ウエハなどの被転写基板表面に塗布形成された樹脂に押し付けて、前記樹脂を力学的に変形させて前記凹凸パターンを転写し、このパターン転写された樹脂をレジストマスクとして被転写基板を加工する技術である。一度モールドを作製すれば、ナノ構造が簡単に繰り返して成型できるため高いスループットが得られて経済的であるとともに、有害な廃棄物が少ないナノ加工技術であるため、近年、半導体デバイスに限らず、さまざまな分野への応用が期待されている。 In the nanoimprint method, a mold (also referred to as a template, a stamper, or a mold) in which a nanometer-sized uneven pattern is formed on a surface in advance is pressed against a resin formed on the surface of a transfer substrate such as a semiconductor wafer, and the resin is In this technique, the concavo-convex pattern is transferred by being mechanically deformed, and the transferred substrate is processed using the resin having the pattern transferred as a resist mask. Once the mold is made, the nanostructure can be easily and repeatedly molded, resulting in high throughput and economics, and because it is a nano-processing technology with little harmful waste, not only semiconductor devices in recent years, Application to various fields is expected.
このようなナノインプリント法には、熱可塑性樹脂を用いて熱により凹凸パターンを転写する熱インプリント法や、光硬化性樹脂を用いて紫外線により凹凸パターンを転写する光インプリント法などが知られている(特許文献2)。 As such a nanoimprint method, a thermal imprint method in which a concavo-convex pattern is transferred by heat using a thermoplastic resin, a photoimprint method in which a concavo-convex pattern is transferred by ultraviolet rays using a photocurable resin, and the like are known. (Patent Document 2).
上記の光インプリント法は、室温でパターン転写でき、熱インプリント法のような加熱・冷却サイクルが不要でモールドや樹脂の熱による寸法変化が生じないために、解像性、アライメント精度、生産性などの点で優れていると言われている。 The above optical imprint method can transfer patterns at room temperature and does not require a heating / cooling cycle like the thermal imprint method and does not cause dimensional changes due to mold or resin heat. It is said that it is excellent in terms of sex.
ここで、上述のようなナノインプリント法を用いて凹凸パターンを被転写基板に転写する際には、被転写基板上に形成された硬化前の樹脂を、モールドの凹凸パターンの形状に忠実に充填し、樹脂を硬化した後は、硬化した樹脂がモールドから離型されずに付着残留することに起因するパターン欠陥が発生しないように離型する必要がある。硬化前の樹脂充填に必要な時間を短縮するには、モールドと被転写基板の間の押圧力を増大させる方法があり、また、モールドと硬化後の樹脂の離型性を向上させるためには、モールド表面に離型層を形成する方法がある。 Here, when transferring the concavo-convex pattern to the transferred substrate using the nanoimprint method as described above, the resin before curing formed on the transferred substrate is filled faithfully to the shape of the concavo-convex pattern of the mold. After the resin is cured, it is necessary to release the cured resin so as not to cause pattern defects caused by adhesion and remaining of the cured resin without being released from the mold. In order to shorten the time required for resin filling before curing, there is a method of increasing the pressing force between the mold and the substrate to be transferred, and in order to improve the mold releasability between the mold and the resin after curing. There is a method of forming a release layer on the mold surface.
しかしながら、高い押圧でモールドの微小な凹凸パターンに硬化前の流動性を有する樹脂を充填させる場合、樹脂が被転写基板の所望しない領域まで広がる恐れがある。また、モールドの変形を誘発してしまう恐れや、樹脂の広がりが不均一になるなどの恐れ、さらには、モールドもしくは被転写基板を破損してしまう恐れがあった。 However, when filling a resin having fluidity before curing into a minute uneven pattern of a mold with high pressure, the resin may spread to an undesired region of the substrate to be transferred. Further, there is a risk of inducing deformation of the mold, a risk that the spread of the resin becomes non-uniform, and a risk of damaging the mold or the transfer substrate.
一方、離型性を向上させるべく、表面自由エネルギーの小さい離型層をモールド表面に形成すると、離型する際の剥離力が小さくなるため、硬化後の樹脂がモールドに付着残留することに起因するパターン欠陥の低減には有効であるものの、硬化前における樹脂の充填を阻害してしまうという課題があった。 On the other hand, if a release layer with a small surface free energy is formed on the mold surface in order to improve the release property, the release force at the time of release becomes small, and thus the cured resin remains attached to the mold. Although effective in reducing pattern defects, there is a problem that the filling of the resin before curing is hindered.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高い押圧を要することなく、樹脂の充填を阻害することなく、モールドに形成された微小な凹凸パターンに、その形状に忠実に追従して樹脂を充填させることを可能とするナノインプリント方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not require high pressure, and does not hinder the filling of the resin, and faithfully follows the shape of the minute uneven pattern formed on the mold. An object of the present invention is to provide a nanoimprint method capable of filling a resin.
本発明者は、種々研究した結果、モールドに形成された微小な凹凸パターンへの樹脂の充填に関して、モールドの表面自由エネルギーと樹脂の表面自由エネルギーの関係や、樹脂の表面自由エネルギーの大きさ、および、モールドと樹脂との付着エネルギーと樹脂の表面自由エネルギーおよびその極性成分との関係等が、特定の条件を満たすものであれば、毛管力を効果的に利用することができ、これにより上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。 As a result of various studies, the inventor of the present invention has studied the relationship between the surface free energy of the mold and the surface free energy of the resin, the magnitude of the surface free energy of the resin, and the filling of the resin into the minute uneven pattern formed in the mold. And, if the relationship between the adhesion energy between the mold and the resin, the surface free energy of the resin and its polar component, etc. satisfy a specific condition, the capillary force can be effectively used, thereby The present invention has been completed by finding that the problems can be solved.
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、モールドに形成された凹凸の転写パターンを、被転写基板上に形成された硬化性樹脂に転写するナノインプリント方法であって、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、前記モールドの表面自由エネルギーよりも小さい値であり、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、10mJ/m2以上であることを特徴とするナノインプリント方法である。
That is, the invention according to
また、本発明の請求項2に係る発明は、前記モールドに対する前記硬化性樹脂の接触角が40度以下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方法である。
The invention according to
また、本発明の請求項3に係る発明は、モールドに形成された凹凸の転写パターンを、被転写基板上に形成された硬化性樹脂に転写するナノインプリント方法であって、前記モールドと硬化前の前記硬化性樹脂との付着エネルギーをWmold/resistとし、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーをγresistとした場合に、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)の値が、
Wmold/resist/γresist−1>0.996
の範囲を満たす値であることを特徴とするナノインプリント方法である。
The invention according to
W mold / resist / γ resist -1> 0.996
The nanoimprint method is characterized in that the value satisfies the above range.
本発明によれば、毛管力を効果的に利用することにより、高い押圧を要することなく、モールドに形成された微小な凹凸パターンに、その形状に忠実に追従して硬化前の樹脂を充填させることができる。 According to the present invention, by utilizing the capillary force effectively, the resin before curing is filled in the minute uneven pattern formed on the mold faithfully following the shape without requiring high pressure. be able to.
まず、本発明に係る樹脂の凹パターンにおける浸透到達高さについて説明する。 First, the penetration penetration height in the concave pattern of the resin according to the present invention will be described.
数式(1)は、円管内定常流の理論式(Hagen−Poiseulleの式)であり、半径r、長さhの円管の定常流の流量Qを、長さh端間の圧力差P、液体の粘性係数ηで記述するものである(非特許文献1)。図12は、そのモデルを示す説明図である。 Formula (1) is a theoretical formula of the steady flow in the circular pipe (Hagen-Poiseule formula), and the flow rate Q of the steady flow of the circular pipe having the radius r and the length h is expressed as the pressure difference P between the length h ends. It is described by the viscosity coefficient η of the liquid (Non-Patent Document 1). FIG. 12 is an explanatory diagram showing the model.
次に、図1に、ホール状の凹パターン(円柱状の孔パターン)を有するモールド1における毛管浸透のモデルを示す。図1に示す凹パターンは円管の上部が閉じられた系に相当し、流体である硬化前の樹脂2がこの凹パターンに毛管浸透し、凹パターンの底部(閉じられた円管の上部に相当)に気体3が閉じ込められている。図1に示すモデルにおいては、樹脂2と接するモールド1の表面とホール状の凹パターン内に浸透した樹脂表面との圧力差Pは、数式(2)のように表される。ここで、第1項は、ラプラス圧力に起因する成分であり、rはホール状の凹パターンの半径、γは樹脂の表面自由エネルギー、θは樹脂の凹パターン内壁での接触角、ηは樹脂の粘性係数を表す。第2項は、重力に起因する成分であり、ρは樹脂の密度、gは重力加速度、hは樹脂の浸透高さを示す。第3項は、モールドの押圧力の成分である。第4項は、閉じ込められた気体の圧力の成分であり、hは浸透高さ、hmは凹パターンの深さ、pairは大気圧を示す。
Next, FIG. 1 shows a model of capillary penetration in a
上記の数式(1)に、数式(2)を代入したものを数式(3)に示す。
Formula (3) is obtained by substituting Formula (2) into Formula (1) above.
図2は、X軸を時間(t)、Y軸を浸透高さ(h)として上記数式(5)をプロットした図である。図2に示すように、浸透高さ(h)は、時間(t)の経過に伴って高くなるが、一定の時間を経過すると、変化の小さい安定した値となる。それゆえ、以降、この安定した値を浸透到達高さ(hC)とする。
FIG. 2 is a diagram in which the above equation (5) is plotted with the X axis as time (t) and the Y axis as penetration height (h). As shown in FIG. 2, the penetration height (h) increases with the passage of time (t), but after a certain amount of time has passed, it becomes a stable value with little change. Therefore, hereinafter, this stable value is referred to as the penetration penetration height (h C ).
次に、図1に示すホール状の凹パターンを有するモールドの毛管浸透のモデルにおける、凹パターンの開口サイズ(直径=2×r)と浸透到達高さ(hC)の関係について、以下説明する。なお、凹パターンの深さ(hm)は100nmとして説明する。 Next, the relationship between the opening size (diameter = 2 × r) of the concave pattern and the penetration penetration height (h C ) in the capillary penetration model of the mold having the hole-shaped concave pattern shown in FIG. 1 will be described below. . The depth of the concave pattern (h m) is described as 100 nm.
図3は、X軸が凹パターンの開口サイズ(直径=2×r)、Y軸が浸透到達高さ(hC)として、接触角(θ)を変化させた場合の上記数式(5)をプロットした図である。 FIG. 3 shows the above formula (5) when the contact angle (θ) is changed, with the X axis as the opening size (diameter = 2 × r) of the concave pattern and the Y axis as the penetration penetration height (h C ). FIG.
なお、表面自由エネルギー(γ)は25mJ/m2、圧力(p)は3500Paとした。この圧力(p)の値は、モールド裏面側から押圧せずに、モールドを樹脂の上に静置しているだけの状態を想定したものである。 The surface free energy (γ) was 25 mJ / m 2 and the pressure (p) was 3500 Pa. The value of this pressure (p) assumes a state in which the mold is left still on the resin without being pressed from the back side of the mold.
図3に示すように、凹パターンの開口サイズが20nm近傍では毛管力が強く、接触角(θ)が40度以下の樹脂であれば、浸透到達高さ(hC)は95nm以上、すなわち凹パターンの深さ(hm)の95%に達する。 As shown in FIG. 3, when the opening size of the concave pattern is near 20 nm, the capillary force is strong, and if the contact angle (θ) is 40 degrees or less, the penetration penetration height (h C ) is 95 nm or more, that is, the concave it reaches 95% of the depth of the pattern (h m).
ただし、モールドを押圧しない状態で、被転写基板上の樹脂をモールドの転写領域全体に広げるためには、接触角(θ)は可能な限り小さくする必要がある。モールドの転写領域全体の大きさは、例えば、40mm角程度である。 However, in order to spread the resin on the transfer substrate over the entire transfer area of the mold without pressing the mold, the contact angle (θ) needs to be as small as possible. The size of the entire transfer area of the mold is, for example, about 40 mm square.
表1に転写面に各種離型層を設けた石英モールドにおける、純水と硬化性樹脂(東洋合成工業社製、PAK−01)の接触角の測定結果を示す。前記PAK−01は、ナノインプリントに一般的に用いられる硬化性樹脂である。 Table 1 shows the measurement results of the contact angle between pure water and a curable resin (manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd., PAK-01) in a quartz mold having various release layers on the transfer surface. The PAK-01 is a curable resin generally used for nanoimprint.
接触角測定装置としては、協和界面科学社製Drop Masterを用いた。 As the contact angle measuring device, Drop Master manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. was used.
なお、表1において、Optool(登録商標)とは、フッ素系シラン化合物を主成分とする離型層(ダイキン工業社製、Optool−DSX)を、ODSとは、オクタデシルトリメトキシシラン(CH3(CH2)17Si(OCH3)3)をモールド上に気相成長法により形成した離型層を、HMDSとは、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)雰囲気に、モールドを曝して、モールド上に形成したHMDSからなる離型層を、それぞれ示す。 In Table 1, Optool (registered trademark) is a release layer (Optool-DSX, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) mainly composed of a fluorine-based silane compound, and ODS is octadecyltrimethoxysilane (CH 3 (CH 3 ( HMDS is formed on the mold by exposing the mold to a release layer in which CH 2 ) 17 Si (OCH 3 ) 3 ) is formed on the mold by a vapor phase growth method and HMDS is in a hexamethyldisilazane (HMDS) atmosphere Each of the release layers made of HMDS is shown.
表1に示すように、離型層HMDSと樹脂PAK−01の系において接触角(θ)が最も小さい結果となった。しかしながら、このHMDSとPAK−01の系であっても、押圧しない状態では、樹脂はモールドの転写領域全体に広がりきらない場合がある。
As shown in Table 1, the contact angle (θ) was the smallest in the system of release layer HMDS and resin PAK-01. However, even in the HMDS and PAK-01 system, the resin may not be able to spread over the entire transfer area of the mold when not pressed.
それゆえ、樹脂の接触角(θ)は出来るだけ小さい値、例えば5度以下にすることが好ましい。 Therefore, the contact angle (θ) of the resin is preferably as small as possible, for example, 5 degrees or less.
次に、図1に示すホール状の凹パターンを有するモールドの毛管浸透のモデルにおける、樹脂の表面自由エネルギー(γ)と浸透到達高さ(hC)の関係について、以下説明する。 Next, the relationship between the resin surface free energy (γ) and the penetration penetration height (h C ) in the capillary penetration model of the mold having the hole-shaped concave pattern shown in FIG. 1 will be described below.
図4は、X軸が樹脂の硬化前の表面自由エネルギー(γ)、Y軸が浸透到達高さ(hC)として、凹パターンの開口サイズ(直径=2×r)を変化させた場合の上記数式(5)をプロットした図である。なお、接触角(θ)は5度、凹パターンの深さ(hm)は100nm、圧力(p)は3500Paである。 FIG. 4 shows a case where the opening size (diameter = 2 × r) of the concave pattern is changed with the X-axis being the surface free energy (γ) before curing of the resin and the Y-axis being the penetration penetration height (h C ). It is the figure which plotted the said Numerical formula (5). The contact angle (theta) is 5 degrees, the depth of the concave pattern (h m) is 100 nm, the pressure (p) is 3500Pa.
図4に示すように、樹脂の表面自由エネルギー(γ)が小さくなると、浸透到達高さ(hC)も小さくなり、この変化は、樹脂の表面自由エネルギー(γ)が10mJ/m2より小さくなると顕著になる。それゆえ、樹脂の表面自由エネルギー(γ)は10mJ/m2以上であることが好ましい。 As shown in FIG. 4, when the surface free energy (γ) of the resin decreases, the penetration penetration height (h C ) also decreases, and this change indicates that the surface free energy (γ) of the resin is less than 10 mJ / m 2. When it becomes, it becomes remarkable. Therefore, the surface free energy (γ) of the resin is preferably 10 mJ / m 2 or more.
次に、樹脂の表面自由エネルギー(γ)とモールドの付着エネルギー(Wmold/resist)の関係について、以下説明する。 Next, the relationship between the surface free energy (γ) of the resin and the adhesion energy (W mold / resist ) of the mold will be described below.
図5は、モールドと樹脂との付着エネルギーを説明する図である。図面上の凹凸パターンは省略してある。なお、図5において、21はモールド、22は樹脂を示す。 FIG. 5 is a diagram illustrating the adhesion energy between the mold and the resin. The uneven pattern on the drawing is omitted. In FIG. 5, 21 indicates a mold and 22 indicates a resin.
ここで、図5(a)に示すように、接触している2つの媒質であるモールド21と樹脂22の単位面積を、図5(b)に示すように、引き離すのに必要な自由エネルギーの変化を示す付着エネルギーは、樹脂表面からモールドを引き離す付着エネルギーをWmold/resistとし、モールドの表面自由エネルギーをγmold、樹脂の表面自由エネルギーをγresist、モールドとレジスト間の界面エネルギーをγmold/resistとすると、次の数式(6)で表される。
Here, as shown in FIG. 5 (a), the unit areas of the mold 21 and the
一方、樹脂とモールドの固体表面との間の現象は、簡単には樹脂の固体表面への濡れの程度で表される。本発明において、表面自由エネルギーを求めるのに用いる接触角は、固体表面上におかれた液滴の表面と固体表面との交点において、液滴に引いた接線と固体表面とのなす角度で、液滴を含む側の角度を示す。
On the other hand, the phenomenon between the resin and the solid surface of the mold is simply expressed by the degree of wetting of the resin on the solid surface. In the present invention, the contact angle used to determine the surface free energy is the angle formed between the tangent line drawn on the droplet and the solid surface at the intersection of the surface of the droplet placed on the solid surface and the solid surface. The angle on the side containing the droplet is shown.
図6は、モールド表面の樹脂に働く力を説明する模式図である。図6に示すように、モールド31の表面に樹脂32が形成されたとき、濡れ性すなわち親水性、疎水性の程度を表す接触角に関して、モールドの表面自由エネルギーをγmold、モールドと樹脂間の界面エネルギーをγmold/resist、樹脂の表面自由エネルギーをγresist、接触角をθとすると、3つの矢印で示す力関係が釣り合い、数式(7)に示すヤング−デュプレ(Young−Dupre)の式(非特許文献2)が成り立つ。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the force acting on the resin on the mold surface. As shown in FIG. 6, when the
それゆえ、数式(8)から、次の数式(9)が導き出される。
Therefore, the following equation (9) is derived from the equation (8).
そして、数式(9)から、次の数式(10)に示す範囲において5度以下の接触角(θ)が得られることになる。
From the formula (9), a contact angle (θ) of 5 degrees or less is obtained in the range shown in the following formula (10).
一方、数式(11)に示すように、表面自由エネルギーγを分散相互作用による表面自由エネルギーγdと極性相互作用による表面自由エネルギーγpとの和とすると、オーエンス(Owens)の式(非特許文献3)から、下記の数式(12)、(13)が成り立つ。なお、γd resistおよびγp resistは、それぞれレジストの表面自由エネルギーの分散成分と極性成分であり、γd moldおよびγp moldは、それぞれモールド(モールド表面に離型層が設けられている場合は、その離型層)の表面自由エネルギーの分散成分と極性成分である。
On the other hand, as shown in Equation (11), when the surface free energy γ is the sum of the surface free energy γ d due to the dispersion interaction and the surface free energy γ p due to the polar interaction, the Owens equation (non-patent) From the literature 3), the following formulas (12) and (13) hold. Γ d resist and γ p resist are the dispersion component and polar component of the resist surface free energy, respectively. Γ d mold and γ p mold are molds (when a mold release layer is provided on the mold surface), respectively. Are the dispersion component and the polar component of the surface free energy of the release layer).
数式(13)が示す通り、付着エネルギー(Wmold/resist)は、樹脂とモールドの表面自由エネルギーの分散成分(γd resistおよびγd mold)と極性成分(γp resistおよびγp mold)で決まるが、付着エネルギーの最大値(Wmold/resistmax)は、数式(11)の関係から、分散成分と極性成分に依存せずに、数式(14)のように表される。
As shown in Equation (13), the adhesion energy (W mold / resist ) is the dispersion component (γ d resist and γ d mold ) and polar component (γ p resist and γ p mold ) of the surface free energy of the resin and the mold. Although it is determined, the maximum value (W mold / resist max) of the adhesion energy is expressed by the equation (14) without depending on the dispersion component and the polar component from the relationship of the equation (11).
図7は、X軸を樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)、Y軸を接触角(θ)として、上記数式(11)、(13)に基づき、上記数式(9)をプロットした図である。接触角は、液体と固体の表面自由エネルギーの分散成分、極性成分によって変わるため、極性成分の関数として示してある。なお、図7においては、樹脂の表面自由エネルギー(γresist)を25mJ/m2、モールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)をモールドの表面自由エネルギー(γmold)の1/2としている。
FIG. 7 plots the above equation (9) based on the above equations (11) and (13), where the X axis is the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin and the Y axis is the contact angle (θ). FIG. The contact angle is shown as a function of the polar component because it varies depending on the dispersion component and polar component of the surface free energy of the liquid and solid. In FIG. 7, the surface free energy (γ resist ) of the resin is 25 mJ / m 2 , and the polar component (γ p mold ) of the mold surface free energy is ½ of the mold surface free energy (γ mold ). Yes.
図7に示すように、樹脂の表面自由エネルギー(γresist)が、モールドの表面自由エネルギー(γmold)よりも小さい場合に、接触角(θ)が5度以下になる領域が現れる。 As shown in FIG. 7, when the surface free energy (γ resist ) of the resin is smaller than the surface free energy (γ mold ) of the mold , a region where the contact angle (θ) is 5 degrees or less appears.
具体的には、図7において、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が20mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が如何なる値であっても、接触角(θ)は30度以上であるが、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が25mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね11〜14mJ/m2の範囲で、接触角(θ)は5度以下になり、さらに、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が30mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね4〜21mJ/m2の範囲で、接触角(θ)は5度以下になる。 Specifically, in FIG. 7, when the surface free energy of the mold (γ mold ) is 20 mJ / m 2 , the contact component can be obtained regardless of the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin. The angle (θ) is 30 degrees or more, but when the mold surface free energy (γ mold ) is 25 mJ / m 2 , the polar component (γ p resist ) of the resin surface free energy is approximately 11 to 14 mJ / In the range of m 2 , the contact angle (θ) is 5 degrees or less, and when the mold surface free energy (γ mold ) is 30 mJ / m 2 , the polar component of the resin surface free energy (γ p In the range of 4 to 21 mJ / m 2 , the contact angle (θ) is 5 degrees or less.
図8は、図7におけるモールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)を、モールドの表面自由エネルギー(γmold)の1/5にして、図7と同様にプロットした例である。 FIG. 8 is an example in which the polar component (γ p mold ) of the surface free energy of the mold in FIG. 7 is set to 1/5 of the surface free energy (γ mold ) of the mold as in FIG.
図8に示すように、モールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)が変化すると、接触角(θ)が5度以下になる樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)の範囲も変化する。 As shown in FIG. 8, when the polar component (γ p mold ) of the surface free energy of the mold changes, the range of the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin that the contact angle (θ) becomes 5 degrees or less. Also changes.
具体的には、図7において、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が25mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね11〜14mJ/m2の範囲で、接触角(θ)は5度以下になっていたが、図8においては、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね4〜6mJ/m2の範囲で、接触角(θ)が5度以下になる。 Specifically, in FIG. 7, when the mold surface free energy (γ mold ) is 25 mJ / m 2 , the polar component (γ p resist ) of the resin surface free energy is approximately 11 to 14 mJ / m 2 . In the range, the contact angle (θ) was 5 degrees or less, but in FIG. 8, the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin is in the range of approximately 4 to 6 mJ / m 2. (Θ) is 5 degrees or less.
一方、図9は、X軸をモールドの表面自由エネルギー(γmold)、Y軸を付着エネルギーの最大値(Wmold/resistmax)とし、樹脂の表面自由エネルギー(γresist)をパラメータとして、上記数式(14)をプロットしたものである。図9に示すように、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が小さいほど、及び/又は樹脂の表面自由エネルギー(γresist)が小さいほど、付着エネルギーの最大値(Wmold/resistmax)は小さくなる。したがって、モールドと樹脂の離型性を考えると、各々の表面自由エネルギーを小さくすることが望ましい。 On the other hand, in FIG. 9, the X-axis is the mold surface free energy (γ mold ), the Y-axis is the maximum adhesion energy (W mold / resist max), and the resin surface free energy (γ resist ) is the parameter. The expression (14) is plotted. As shown in FIG. 9, the smaller the surface free energy (γ mold ) of the mold and / or the smaller the surface free energy (γ resist ) of the resin, the smaller the maximum value (W mold / resist max) of the adhesion energy. Become. Therefore, considering the mold releasability between the mold and the resin, it is desirable to reduce each surface free energy.
さらに、表面自由エネルギーの極性成分、分散成分に着目して、付着エネルギーの増減を示す。図10は、X軸が樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)、Y軸が付着エネルギー(Wmold/resist)として、上記数式(13)をプロットした図である。なお、図10においては、図7と同様に、樹脂の表面自由エネルギー(γresist)を25mJ/m2、モールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)をモールドの表面自由エネルギー(γmold)の1/2としている。 Furthermore, focusing on the polar component and the dispersion component of the surface free energy, the increase and decrease of the adhesion energy will be shown. FIG. 10 is a diagram in which the above equation (13) is plotted with the X axis as the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin and the Y axis as the adhesion energy (W mold / resist ). In FIG. 10, as in FIG. 7, the resin surface free energy (γ resist ) is 25 mJ / m 2 , and the mold surface free energy polar component (γ p mold ) is the mold surface free energy (γ mold). ).
図7、および図10に示すように、接触角(θ)が最小(若しくは、接触角が5度以下となる領域の中心)となる樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)において、付着エネルギー(Wmold/resist)は最大になる。 As shown in FIG. 7 and FIG. 10, in the polar component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin where the contact angle (θ) is minimum (or the center of the region where the contact angle is 5 degrees or less), The adhesion energy (W mold / resist ) is maximized.
具体的には、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が25mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね12mJ/m2の近傍で、接触角(θ)は最小になっており(図7)、付着エネルギー(Wmold/resist)は最大になっている(図10)。 Specifically, when the surface free energy of the mold (γ mold ) is 25 mJ / m 2 , the contact angle (γ p resist ) is approximately 12 mJ / m 2 in the vicinity of the polar component (γ p resist ) of the resin surface free energy. θ) is minimized (FIG. 7), and the adhesion energy (W mold / resist ) is maximized (FIG. 10).
次に、図11は、図10におけるモールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)を、モールドの表面自由エネルギー(γmold)の1/5にして、図10と同様にプロットした例である。 Next, FIG. 11 is an example in which the polar component (γ p mold ) of the mold surface free energy in FIG. 10 is set to 1/5 of the mold surface free energy (γ mold ) and plotted in the same manner as FIG. is there.
図11に示すように、モールドの表面自由エネルギーの極性成分(γp mold)が変化すると、付着エネルギー(Wmold/resist)が最大になる樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)の値も変化する。 As shown in FIG. 11, when the polar component (γ p mold ) of the surface free energy of the mold changes, the polarity component (γ p resist ) of the surface free energy of the resin that maximizes the adhesion energy (W mold / resist ). The value also changes.
そして、上述の図7と図10の関係と同様に、接触角(θ)が最小(若しくは、接触角が5度以下となる領域の中心)となる樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)において、付着エネルギー(Wmold/resist)は最大になる。 Similarly to the relationship between FIG. 7 and FIG. 10 described above, the polar component (γ p of the surface free energy of the resin having the minimum contact angle (θ) (or the center of the region where the contact angle is 5 degrees or less). In resist ), the adhesion energy (W mold / resist ) is maximized.
具体的には、モールドの表面自由エネルギー(γmold)が25mJ/m2の場合には、樹脂の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)が概ね5mJ/m2の近傍で、接触角(θ)は最小になっており(図8)、付着エネルギー(Wmold/resist)は最大になっている(図11)。 Specifically, when the surface free energy of the mold (γ mold ) is 25 mJ / m 2 , the contact angle (γ p resist ) is approximately 5 mJ / m 2 in the vicinity of the polar component (γ p resist ) of the resin. θ) is minimized (FIG. 8), and the adhesion energy (W mold / resist ) is maximized (FIG. 11).
ここで、モールドと樹脂の離型性を考えると、付着エネルギーが最大となる領域は避けるべきである。したがって、硬化前の状態である樹脂の表面自由エネルギーの極性成分の値は、硬化後の樹脂とモールドとの付着エネルギーが最大となる樹脂の表面自由エネルギーの極性成分の値から、離れた値である樹脂であることが望ましいと思われる。 Here, considering the mold releasability between the mold and the resin, the region where the adhesion energy is maximized should be avoided. Therefore, the value of the polar component of the surface free energy of the resin in a state before curing is a value far from the value of the polar component of the surface free energy of the resin that maximizes the adhesion energy between the resin after curing and the mold. A resin may be desirable.
以上、説明したように、モールドに形成された微小な凹凸パターンへの樹脂の充填に関して、モールドの表面自由エネルギーと樹脂の表面自由エネルギーの関係や、樹脂の表面自由エネルギーの大きさ、および、モールドと樹脂との付着エネルギーと樹脂の表面自由エネルギーおよびその極性成分との関係等が、本発明において特定した範囲を満たすものであれば、転写領域の全てに樹脂が広がり、かつ、毛管力を効果的に利用することができるため、高い押圧を要することなく、モールドに形成された微小な凹凸パターン形状に、忠実に追従して樹脂を充填させることができる。 As described above, regarding the filling of the resin into the minute uneven pattern formed in the mold, the relationship between the surface free energy of the mold and the surface free energy of the resin, the magnitude of the surface free energy of the resin, and the mold If the relationship between the adhesion energy between the resin and the resin, the surface free energy of the resin and its polar component, etc. satisfy the range specified in the present invention, the resin spreads over the entire transfer area, and the capillary force is effective. Therefore, the resin can be filled by faithfully following the minute uneven pattern shape formed in the mold without requiring high pressure.
1、21、31・・・モールド
2、22、32・・・樹脂
3・・・気体
42・・・液体
1, 21, 31 ...
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、モールドに形成された凹凸の転写パターンを、被転写基板上に形成された硬化性樹脂に転写するナノインプリント方法であって、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、前記モールドの表面自由エネルギーよりも小さい値であり、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、13mJ/m2以上であり、前記モールドに対する前記硬化性樹脂の接触角が40度以下であることを特徴とするナノインプリント方法である。
That is, the invention according to
また、本発明の請求項2に係る発明は、前記転写パターンには、開口サイズが100nm以下の凹パターンが含まれてい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である。本発明の請求項3に係る発明は、前記凹パターンは、ホール状の凹パターン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方法である。
The invention according to
また、本発明の請求項4に係る発明は、モールドに形成された凹凸の転写パターンを、被転写基板上に形成された硬化性樹脂に転写するナノインプリント方法であって、前記モールドと硬化前の前記硬化性樹脂との付着エネルギーをWmold/resistとし、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーをγresistとした場合に、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)の値が、
Wmold/resist/γresist−1>0.766
の範囲を満たす値であることを特徴とするナノインプリント方法である。
Further, the invention according to
W mold / resist / γ resist −1> 0.766
The nanoimprint method is characterized in that the value satisfies the above range.
Claims (3)
前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、前記モールドの表面自由エネルギーよりも小さい値であり、
前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーが、10mJ/m2以上であることを特徴とするナノインプリント方法。 A nanoimprint method for transferring an uneven transfer pattern formed on a mold to a curable resin formed on a transfer substrate,
The surface free energy before curing of the curable resin is a value smaller than the surface free energy of the mold,
The nanoimprint method, wherein the surface free energy before curing of the curable resin is 10 mJ / m 2 or more.
前記モールドと硬化前の前記硬化性樹脂との付着エネルギーをWmold/resistとし、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーをγresistとした場合に、前記硬化性樹脂の硬化前の表面自由エネルギーの極性成分(γp resist)の値が、
Wmold/resist/γresist−1>0.996
の範囲を満たす値であることを特徴とするナノインプリント方法。 A nanoimprint method for transferring an uneven transfer pattern formed on a mold to a curable resin formed on a transfer substrate,
When the adhesive energy between the mold and the curable resin before curing is W mold / resist, and the surface free energy before the curable resin is cured is γ resist , the surface freeness before the curable resin is cured. The value of the polar component of energy (γ p resist ) is
W mold / resist / γ resist -1> 0.996
A nanoimprint method characterized in that the value satisfies the above range.
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