JP2017154273A - Method for manufacturing mold by electroforming - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a product containing a fine structure such as photonic crystal.SOLUTION: There is provided a method which includes: manufacturing a first resin mold (master) formed by transferring a fine structure by an imprint method using a UV curable resin from a first mold containing a fine structure (step 3); and manufacturing a metal mold (stamper) from the master by electroforming (step 10), where the step 10 includes: forming a conductive film on the surface of the master (step 12); electroforming the surface of the master using a conductive film (step 13); and surface-treating the surface of the master with radical water before the step 12 (step 11).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電鋳により金型を製造することを有する方法に関するものである。   The present invention relates to a method comprising producing a mold by electroforming.

特許文献1には、異なる屈折率を持つ2つの系(構造体)からなる周期構造であって、前記2つの系(構造体)の界面がブラッグ散乱の条件を満たし、かつ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶周期構造を、光取出し層に有することを特徴とする半導体発光素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses a periodic structure including two systems (structures) having different refractive indexes, the interface between the two systems (structures) satisfies the Bragg scattering condition, and a photonic band gap. There is disclosed a semiconductor light emitting device having a photonic crystal periodic structure with a light extraction layer.

特許文献2には、広い波長帯域において、高い光取出し効率あるいは波長変換効率を有する波長変換素子およびそれを用いた発光装置を提供することが記載されている。この文献に開示された波長変換素子は、光源からの光で励起される複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子の間に配置されたマトリックスとを有する蛍光体層と、蛍光体層に接しており、高さ及び太さの何れか少なくとも一方が異なる少なくとも2種類の複数の柱状体が周期的に配置された柱状構造体とを備え、少なくとも2種類の複数の柱状体が周期的に配置された柱状構造体はフォトニック結晶である。   Patent Document 2 describes providing a wavelength conversion element having high light extraction efficiency or wavelength conversion efficiency in a wide wavelength band and a light emitting device using the same. The wavelength conversion element disclosed in this document includes a phosphor layer having a plurality of phosphor particles excited by light from a light source, a matrix disposed between the plurality of phosphor particles, and a phosphor layer. A columnar structure in which at least two types of columnar bodies that are in contact with each other and have at least one of height and thickness are periodically arranged, and at least two types of columnar bodies are periodically The arranged columnar structure is a photonic crystal.

特許文献3には、長波長における光の吸収率を高めると共に、厚さを抑えた太陽電池を提供することが記載されている。この文献の太陽電池は、光の入射側の面に複数の凹部が規則的に形成された光電変換層と、上記凹部を少なくとも満たすことによって、複数の凸部が形成された第1透明導電膜との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成している。   Patent Document 3 describes providing a solar cell that increases the light absorption rate at a long wavelength and suppresses the thickness. The solar cell of this document includes a photoelectric conversion layer in which a plurality of concave portions are regularly formed on a light incident side surface, and a first transparent conductive film in which a plurality of convex portions are formed by filling at least the concave portions. A photonic crystal is formed by providing a periodicity to the difference in refractive index between the two.

特許文献4には、フォトリソグラフィー法により、一次凹凸と該一次凹凸の凸面に微細な二次凹凸を備えた階層構造面を有するスタンパ形成用マスタを作製し、該マスタを用いての電鋳法により、一次凹凸と該一次凹凸の凹部底面に微細な二次凹凸を有する階層構造面を賦形面とするスタンパを得ることが記載されている。   In Patent Document 4, a master for forming a stamper having a primary unevenness and a hierarchical structure surface having a fine secondary unevenness on the convex surface of the primary unevenness is produced by a photolithography method, and an electroforming method using the master Thus, it is described that a stamper having a primary unevenness and a hierarchical structure surface having fine secondary unevenness on the concave bottom surface of the primary unevenness as a shaping surface is obtained.

国際公開WO2013/008556International Publication WO2013 / 008556 特開2015−8278号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-8278 特開2015−28959号公報JP 2015-28959 A 特開2015−80931号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-80931

フォトニック結晶(フォトニッククリスタル)は、凹凸または屈折率などの構造が周期的に変化するナノサイズの構造体であり、半導体発光素子、太陽電池などの半導体および光学素子に多く用いられている。フォトニック結晶などナノサイズの構造体あるいはサブミクロンサイズの構造体を効率よく、また精度よく製造する方法が求められている。   A photonic crystal (photonic crystal) is a nano-sized structure whose structure such as unevenness or refractive index changes periodically, and is often used for semiconductors such as semiconductor light emitting elements and solar cells, and optical elements. There is a need for a method for efficiently and accurately producing nano-sized structures such as photonic crystals or sub-micron sized structures.

微細構造を持ったインプリントモールド(マザー)としては通常電子線描画装置にて石英やシリコンに直接加工されたものが使用されている。マザーは、高価な装置を使い、長時間掛けて加工するためコストは非常に高く、数百回のインプリントで目詰まりを起こし易い量産方法は経済的ではない。ミクロンサイズの構造体を製造する方法として、電鋳法によりスタンパーを作製する方法が知られているが、インプリントと組み合わせてサブミクロンあるいはナノサイズの微細構造を製造する方法は確立されていない。   As an imprint mold (mother) having a fine structure, one that is directly processed into quartz or silicon by an electron beam drawing apparatus is usually used. The mother uses an expensive device and processes it for a long time, so the cost is very high, and a mass production method that easily causes clogging after several hundred imprints is not economical. As a method for producing a micron-sized structure, a method for producing a stamper by electroforming is known, but a method for producing a submicron or nano-sized microstructure in combination with imprinting has not been established.

本発明の態様の1つは、以下のステップを有する方法である。
1.微細構造を含む第1のモールドからUV硬化樹脂を用いたインプリント法により微細構造が転写された第1の樹脂モールドを製造すること。
2.第1の樹脂モールドから電鋳により微細構造を含む金型を製造すること。
この金型を製造することは、以下のステップを含む。
・第1の樹脂モールドの表面にドライ方式またはウェット方式により導電膜を形成すること。
・導電膜を用いて電鋳めっきすること。
・導電膜を形成することの前に、第1の樹脂モールドの表面を、ヒドロキシルラジカルを含む水であるラジカル水により表面処理すること。表面処理することは、ラジカル水に第1の樹脂モールドを浸漬することを含んでもよい。
One aspect of the present invention is a method comprising the following steps.
1. Producing a first resin mold having a fine structure transferred from the first mold including the fine structure by an imprint method using a UV curable resin.
2. A mold including a fine structure is manufactured by electroforming from the first resin mold.
Manufacturing this mold includes the following steps.
A conductive film is formed on the surface of the first resin mold by a dry method or a wet method.
-Electroforming plating using a conductive film.
Before the conductive film is formed, the surface of the first resin mold is surface-treated with radical water that is water containing hydroxyl radicals. The surface treatment may include immersing the first resin mold in radical water.

プラスチックめっきの密着性を確保するために前処理として酸化被膜を取って濡れ性を出す処理が設けられる。従来、クロム酸処理が行われているが、UV硬化樹脂に対しては効果が認められていない。プラズマ処理やUV処理では、UV硬化樹脂の表面が荒れすぎて、転写対象とである微細構造の形状に変化が生じる。これに対し、本願の発明者らは、ヒドロキシルラジカルを含む水である、ラジカル水で処理することにより、微細構造に影響をほとんど与えずに、電鋳による金型を製造するために適した密着性が得られることを見出した。   In order to ensure the adhesion of the plastic plating, a treatment for removing the oxide film and providing wettability is provided as a pretreatment. Conventionally, chromic acid treatment has been performed, but no effect has been observed for UV curable resins. In the plasma treatment or the UV treatment, the surface of the UV curable resin is too rough, and the shape of the microstructure that is a transfer target changes. On the other hand, the inventors of the present application have a close contact suitable for producing a die by electroforming with little influence on the fine structure by treating with radical water, which is water containing hydroxyl radicals. It was found that sex can be obtained.

表面処理することは、ヒドロキシルラジカルの濃度Cr、温度Trのラジカル水に時間Hrだけ浸漬することを含んでもよい。ただし、濃度の単位は、μmol/リットル、温度の単位は℃、時間の単位は分である。
9 ≦ Cr ≦ 21 ・・・(1)
15≦ Tr ≦ 25 ・・・(2)
10≦ Hr ≦ 40 ・・・(3)
The surface treatment may include immersing in a radical water having a hydroxyl radical concentration Cr and a temperature Tr for a time Hr. However, the unit of concentration is μmol / liter, the unit of temperature is ° C., and the unit of time is minutes.
9 ≦ Cr ≦ 21 (1)
15 ≦ Tr ≦ 25 (2)
10 ≦ Hr ≦ 40 (3)

この範囲を下回ると、電鋳めっきの工程における第1の樹脂モールドと金型との密着性が不足し、電鋳めっきの工程で皮膜が破れ、めっき液が浸み込む可能性がある。この範囲を上回ると、密着性が強すぎて、第1の樹脂モールドから金型(電鋳金型)を剥離する際に、金型側に樹脂モールドの一部が付着してしまう可能性がある。   Below this range, the adhesion between the first resin mold and the mold in the electroforming plating process is insufficient, and the coating may be broken in the electroforming plating process, so that the plating solution may penetrate. If this range is exceeded, the adhesiveness is too strong, and when the mold (electroformed mold) is peeled from the first resin mold, there is a possibility that a part of the resin mold adheres to the mold side. .

微細構造は、1nmから10μmの凹凸構造を含むものである。微細構造のサイズは、10nm以上であることが望ましく、50nm以上であることがさらに好ましい。微細構造のサイズは、1μm以下であることがさらに好ましい。微細構造の典型的なものはフォトニック結晶構造である。   The fine structure includes an uneven structure of 1 nm to 10 μm. The size of the fine structure is desirably 10 nm or more, and more preferably 50 nm or more. The size of the fine structure is more preferably 1 μm or less. A typical fine structure is a photonic crystal structure.

導電膜を形成することは、樹脂モールドの表面にウェット方式により導電膜を形成することが望ましい。低コストで、微細構造に影響を与え難い。   In forming the conductive film, it is desirable to form the conductive film on the surface of the resin mold by a wet method. Low cost and difficult to affect the microstructure.

金型の一例はエッチング対象物のレジストに微細構造を転写する第2の樹脂モールドを生成するためのスタンパーであり、第1の樹脂モールドの一例はスタンパー用のマスターである。   An example of the mold is a stamper for generating a second resin mold that transfers the fine structure to the resist to be etched, and an example of the first resin mold is a master for the stamper.

この方法は、基板に微細構造を形成する方法であってもよい。すなわち、方法は、以下の工程を含んでいてもよい。
・金型からインプリント法により微細構造が転写された第2の樹脂モールドを製造すること。
・第2の樹脂モールドからインプリント法によりエッチング対象物である基板上に設けられたレジストに微細構造を転写すること。
・エッチングにより基板に微細構造を形成すること。
This method may be a method of forming a fine structure on the substrate. That is, the method may include the following steps.
-Producing a second resin mold having a fine structure transferred from the mold by imprinting.
Transfer the fine structure from the second resin mold to the resist provided on the substrate that is the object to be etched by the imprint method.
-Microstructure is formed on the substrate by etching.

この方法は、半導体発光素子を製造する方法であってもよい。すなわち、方法は、以下の工程を含んでいてもよい。
・基板上に半導体層を積層して半導体発光素子を製造すること。
This method may be a method of manufacturing a semiconductor light emitting device. That is, the method may include the following steps.
A semiconductor light emitting device is manufactured by stacking a semiconductor layer on a substrate.

電鋳を用いてスタンパーを作成する工程を含む、LEDの製造に関するプロセスを説明するフローチャート。The flowchart explaining the process regarding manufacture of LED including the process of creating a stamper using electroforming. マスターからスタンパーを作成する様子を示す図。The figure which shows a mode that a stamper is created from a master. ラジカル水により表面処理をするシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the system which performs surface treatment with radical water. 表面改質の方法を示す表。The table | surface which shows the method of surface modification. 導電膜形成方法を示す表。The table | surface which shows the electrically conductive film formation method. いくつかの実験例を示す表。A table showing some experimental examples.

図1に、フォトニッククリスタル(フォトニック結晶)が転写された基板(サファイア基板)を備えた半導体発光素子(LED)を製造するプロセスをフローチャートにより示している。   FIG. 1 is a flowchart showing a process for manufacturing a semiconductor light emitting device (LED) including a substrate (sapphire substrate) onto which a photonic crystal (photonic crystal) is transferred.

ステップ1において微細構造の形状を設計する。本例の微細構造はフォトニッククリスタルである。フォトニッククリスタルは、屈折率が周期的に変化するナノ構造体である。その中の光(波長が数百〜数千nmの電磁波)の伝わり方はナノ構造によって制御が可能である。すなわち、本例の微細構造体は、1μm以下の凹凸構造を含み、サブミクロン、たとえば、10μm以下の凹凸構造を含んでもよい。以下のプロセスにおいてスタンパーとなるニッケル電鋳は、一般に表面粗さが0.050μm(50nm)程度の面を精度よく複製可能である。したがって、微細構造体は、50nm以上の凹凸構造であることが適している。   In step 1, the shape of the microstructure is designed. The microstructure in this example is a photonic crystal. Photonic crystals are nanostructures whose refractive index changes periodically. The way in which light (electromagnetic wave having a wavelength of several hundred to several thousand nm) is transmitted can be controlled by the nanostructure. That is, the microstructure of this example includes a concavo-convex structure of 1 μm or less, and may include a concavo-convex structure of submicron, for example, 10 μm or less. Nickel electroforming, which becomes a stamper in the following processes, can generally reproduce a surface having a surface roughness of about 0.050 μm (50 nm) with high accuracy. Therefore, it is suitable that the fine structure has a concavo-convex structure of 50 nm or more.

具体的に、本例における微細構造は、直径が約260nm、ピッチが460nm、高さが200nmのピラー構造(円柱構造)である。発明者らがこの構造を備えたサファイア基板に半導体層、たとえば、窒化ガリウム(GaN)を積層した半導体発光素子(LED)の可視光領域の透過率をシミュレーションで評価したところ、微細構造がないサンプルと比較して透過率は向上しているという結果が得られた。   Specifically, the fine structure in this example is a pillar structure (cylindrical structure) having a diameter of about 260 nm, a pitch of 460 nm, and a height of 200 nm. When the inventors evaluated the transmittance in the visible light region of a semiconductor light emitting device (LED) in which a semiconductor layer, for example, gallium nitride (GaN), is stacked on a sapphire substrate having this structure, a sample without a fine structure As a result, the transmittance was improved.

ステップ2において、微細構造を含む母型(マザー)を製造する。マザーは、石英やシリコン基板に電子描画装置にて微細構造を加工することにより製造される。マザーは、高価な装置を使って長時間掛けて加工することにより製造される。このため、完成した母型(マザー)は非常に高価なものになる。このため、数百回あるいはそれ以上のインプリントを繰り返す量産に使用することは、目詰まりを起こし易く、マザーをそのまま使うことは現実的ではない。   In Step 2, a mother mold (mother) including a fine structure is manufactured. The mother is manufactured by processing a fine structure on a quartz or silicon substrate with an electronic drawing apparatus. The mother is manufactured by processing for a long time using an expensive apparatus. For this reason, the completed mother mold (mother) becomes very expensive. For this reason, if it is used for mass production in which imprints are repeated hundreds of times or more, clogging is likely to occur, and it is not practical to use the mother as it is.

したがって、本例では、高価なマザーの代替え品としてマザーをインプリント法にて微細構造を転写したマスターを作成し(ステップ3)、そのマスターから、ニッケル電鋳にて再度、微細構造を転写したスタンパーを作成する(ステップ10)。   Therefore, in this example, as a substitute for an expensive mother, a master was prepared by transferring the microstructure by imprinting the mother (Step 3), and the microstructure was transferred again from the master by nickel electroforming. A stamper is created (step 10).

図2に示すように、マスター20はPETフィルム21の上にUV硬化樹脂22を使って微細構造(フォトニッククリスタル)100を転写したものである。スタンパー30は、ニッケル電鋳にて微細構造100を再度転写した金型(ニッケルモールド)である。インプリント(インプリント法、UVインプリント)とは、微細な構造を持った金型からUV硬化樹脂を使って構造を反転させる技術であり、マイクロサイズおよびナノサイズの構造を転写させる技術である。   As shown in FIG. 2, the master 20 is obtained by transferring a fine structure (photonic crystal) 100 onto a PET film 21 using a UV curable resin 22. The stamper 30 is a mold (nickel mold) in which the microstructure 100 is transferred again by nickel electroforming. Imprint (imprint method, UV imprint) is a technology that reverses the structure using a UV curable resin from a mold having a fine structure, and is a technology that transfers micro-sized and nano-sized structures. .

VU硬化樹脂は、紫外光を照射することで硬化する樹脂であり、導電性はなく、絶縁体のマスター20が形成される。このため、電鋳にてスタンパー(金型)30を作成(製造)する工程10は、絶縁体のマスター(第1の樹脂モールド)20の表面にドライ方式またはウェット方式により導電膜を形成する工程12と、導電膜を用いて電鋳めっきする工程13とを含む。さらに、導電膜を形成する工程12の前に、マスター(第1の樹脂モールド)20の表面を、ヒドロキシルラジカル(ヒドロラジカル)を含む水であるラジカル水により表面処理する工程11を含む。   The VU curable resin is a resin that is cured by irradiating with ultraviolet light, has no electrical conductivity, and forms an insulating master 20. For this reason, the step 10 of producing (manufacturing) the stamper (mold) 30 by electroforming is a step of forming a conductive film on the surface of the insulator master (first resin mold) 20 by a dry method or a wet method. 12 and a step 13 of electroforming plating using a conductive film. Furthermore, before the step 12 of forming the conductive film, a step 11 of surface-treating the surface of the master (first resin mold) 20 with radical water which is water containing hydroxyl radicals (hydroradicals) is included.

図3に、ラジカル水によりマスター20の表面を処理するシステムの概要を示している。この処理は、マスター20の酸化被膜を取って濡れ性を出すことを主な目的としている。図4に、表面改質の主な方法を示している。クロム酸処理はUV硬化樹脂に対しては効果が認められておらず、環境負荷も大きい。プラズマ処理は効果が認められず、また、UV硬化樹脂の表面が荒れすぎて、転写対象である微細構造の形状に変化が生じる。UV処理はUV硬化樹脂の処理としては有効であるが、UV硬化樹脂の表面が荒れすぎて、転写対象である微細構造の形状に変化が生じる。オゾンナノバルブ水で処理したが、密着性の向上に至る結果は得られなかった。これに対し、ラジカル水による処理を行ったところ、所定の条件でマスター20に対する電鋳金型(スタンパー)30の密着性を向上できることが見いだされた。   In FIG. 3, the outline | summary of the system which processes the surface of the master 20 with radical water is shown. The main purpose of this treatment is to take out the oxide film of the master 20 to give wettability. FIG. 4 shows the main methods of surface modification. The chromic acid treatment has no effect on the UV curable resin and has a large environmental impact. The effect of the plasma treatment is not recognized, and the surface of the UV curable resin is too rough, and the shape of the fine structure to be transferred changes. Although the UV treatment is effective as a treatment for the UV curable resin, the surface of the UV curable resin is too rough, and the shape of the fine structure to be transferred changes. Although it processed with ozone nano valve water, the result which resulted in the improvement of adhesiveness was not obtained. On the other hand, when treatment with radical water was performed, it was found that the adhesion of the electroformed mold (stamper) 30 to the master 20 can be improved under predetermined conditions.

表面処理システム50は、ラジカル水供給装置51を含む。ヒドロキシラジカルを含む水(ラジカル水)を供給する装置(ラジカル水供給装置)51については、国際公開WO2010/140581およびWO2015/125739などに開示されている。ラジカル水供給装置51は、純水または水道水にオゾンを予め溶解させたオゾン水52に対し、添加物質水溶液53および過酸化水素水54を混合するミキサー55と、ヒドロキシルラジカル濃度計56とを含む。添加物質の一例は、ヒドラジン、無機酸の塩、無機酸、水溶性有機物である。ラジカル水供給装置51においては、オゾン出力によりオゾン水52のオゾン濃度、添加物質水溶液53の添加量、過酸化水素水54の添加量が定められ、ヒドロキシルラジカル濃度計56により、出力されるラジカル水57のラジカル濃度が測定される。   The surface treatment system 50 includes a radical water supply device 51. An apparatus (radical water supply apparatus) 51 for supplying water containing hydroxyl radicals (radical water) is disclosed in international publications WO2010 / 140581 and WO2015 / 125739. The radical water supply device 51 includes a mixer 55 for mixing an additive substance aqueous solution 53 and a hydrogen peroxide solution 54 with respect to ozone water 52 in which ozone is previously dissolved in pure water or tap water, and a hydroxyl radical concentration meter 56. . An example of the additive substance is hydrazine, a salt of an inorganic acid, an inorganic acid, or a water-soluble organic substance. In the radical water supply device 51, the ozone concentration of the ozone water 52, the addition amount of the additive substance aqueous solution 53, and the addition amount of the hydrogen peroxide solution 54 are determined by the ozone output, and the radical water output by the hydroxyl radical concentration meter 56. A radical concentration of 57 is measured.

表面処理システム50は、さらに、ラジカル水57の温度を制御するチラー58と、ラジカル水57を溜めるチャンバー59とを含み、チャンバー59にマスター20を浸漬してマスター20の表面を処理(改質)する。ラジカル水57は、ヒドロキシラジカル(・OH)を含む。このヒドロキシラジカルは樹脂表面に水酸基(-OH)を導入する。OH基は親水性を持つため、濡れ性が上がり且つ化学反応が起こり易くなると考えられる。   The surface treatment system 50 further includes a chiller 58 that controls the temperature of the radical water 57 and a chamber 59 in which the radical water 57 is stored, and the surface of the master 20 is treated (modified) by immersing the master 20 in the chamber 59. To do. The radical water 57 contains a hydroxy radical (.OH). This hydroxy radical introduces a hydroxyl group (—OH) into the resin surface. Since the OH group has hydrophilicity, it is considered that wettability is increased and a chemical reaction is likely to occur.

図5に、絶縁体のマスター20に導電膜を形成する工程(ステップ12)における処理を示している。導電膜を形成する方法としてはドライ方式(ドライコーティング)と、ウェット方式(ウェットコーティング)とを挙げることができる。ドライコーティングは、スパッタ法や蒸着法にて絶縁体の上に導電膜を形成する方法であり、コストが高いことと、マスター20を傷つけたり、微細構造のアスペクト比によっては導電膜を形成し難いという欠点がある。ウェットコーティングは、無電解めっきにより導電膜を形成する方法であり、低コストで安定した導電膜を絶縁体のマスター20の表面に形成できる。本例では、無電解ニッケルリンめっきを採用した。   FIG. 5 shows a process in the step of forming a conductive film on the master 20 of the insulator (step 12). Examples of the method for forming the conductive film include a dry method (dry coating) and a wet method (wet coating). Dry coating is a method of forming a conductive film on an insulator by a sputtering method or a vapor deposition method. The cost is high, the master 20 is damaged, and it is difficult to form a conductive film depending on the aspect ratio of the fine structure. There is a drawback. The wet coating is a method of forming a conductive film by electroless plating, and can form a stable conductive film at a low cost on the surface of the insulator master 20. In this example, electroless nickel phosphorus plating was adopted.

具体的には、ラジカル水でマスター20を処理した後に、水酸化カリウムおよびエタノールを含む水によりアルカリ脱脂を行い、コンディショナーで処理した後、塩化スズの水溶液および塩化パラジウムの水溶液に交互に浸漬し、その後、無電解ニッケルリンめっきにより導電膜を形成した。その後、導電膜を用いてニッケル電鋳めっきを行い、スタンパー30となるニッケル電鋳モールド(金型)を作成(製造)した。   Specifically, after treating the master 20 with radical water, alkaline degreasing with water containing potassium hydroxide and ethanol, treating with a conditioner, and then alternately dipping in an aqueous solution of tin chloride and an aqueous solution of palladium chloride, Thereafter, a conductive film was formed by electroless nickel phosphorus plating. Thereafter, nickel electroforming plating was performed using the conductive film, and a nickel electroforming mold (mold) to be the stamper 30 was created (manufactured).

図1に戻って、電鋳モールドのスタンパー30を用いて、ステップ4において、PDMS(ポリジメチルシロキサン)を用いて常温インプリントによりエッチング用のマスター(PDMSモールド)を作成する。ステップ5において、PDMSモールドを用いてサファイア基板上に塗布されたレジストに微細構造100をインプリントする。そして、ステップ6において、エッチングを行い、フォトニッククリスタル(微細構造)を備えたサファイア基板を作成する。ステップ7において、サファイア基板に窒化ガリウムなどの半導体層を積層し、LEDを製造する。   Returning to FIG. 1, an etching master (PDMS mold) is formed by room temperature imprinting using PDMS (polydimethylsiloxane) in step 4 using a stamper 30 of an electroforming mold. In step 5, the microstructure 100 is imprinted on the resist applied on the sapphire substrate using a PDMS mold. In step 6, etching is performed to produce a sapphire substrate having a photonic crystal (fine structure). In step 7, a semiconductor layer such as gallium nitride is stacked on a sapphire substrate to manufacture an LED.

図6に、ステップ11においてラジカル水により表面処理する際の条件を変えたいくつかのケースにおいて、電鋳めっきによりスタンパー30を作成したときの密着性の評価を示している。実験は、ラジカル水供給装置51のオゾン出力を変えてラジカル水中のラジカル濃度(μmol/リットル)を変えるとともに、ラジカル水の温度(℃)をチラー58で制御した。また、マスター20の浸漬時間を制御した。また、浸漬前と後とで、マスター20の表面粗さを、レーザー顕微鏡(オリンパス社製LESXTOLS4000)を用いて0.001μm(nm)単位で測定した。   FIG. 6 shows the evaluation of adhesion when the stamper 30 is formed by electroforming plating in several cases where the conditions for surface treatment with radical water in Step 11 are changed. In the experiment, the ozone output of the radical water supply device 51 was changed to change the radical concentration (μmol / liter) in the radical water, and the temperature (° C.) of the radical water was controlled by the chiller 58. Moreover, the immersion time of the master 20 was controlled. The surface roughness of the master 20 was measured in units of 0.001 μm (nm) before and after immersion using a laser microscope (LESXTOLS 4000 manufactured by Olympus).

密着性の評価は目視にて行い、スタンパー30に膨れや割れが発生したケースは密着性が不足していると判断した(評価は×)。また、スタンパー30をマスター20から剥離した際に、スタンパー30に樹脂が付着しているか、マスター20の側の樹脂が脱落していると認められたケースは密着性が強すぎると判断した(評価は×)。いずれの現象も見られないケースは適当な密着性が得られたとして評価は○とした。なお、目視では膨れが見られないが、浸漬前と後とでマスター20の表面粗さに差が見られないケースは、表面改質効果が十分ではない可能性があるとして評価は△とした。   The evaluation of adhesion was performed visually, and it was determined that the case in which the stamper 30 was swollen or cracked had insufficient adhesion (evaluation was x). Further, when the stamper 30 was peeled off from the master 20, it was determined that the case in which the resin was adhered to the stamper 30 or the resin on the master 20 side was removed was too strong (evaluation) Is x). Cases in which neither phenomenon was observed were evaluated as “good” because appropriate adhesion was obtained. In addition, although the swelling is not seen visually, the case where there is no difference in the surface roughness of the master 20 before and after the immersion is evaluated as △ because the surface modification effect may not be sufficient. .

これらの評価より、浸漬時間が40分を超えると、密着性が強くなりすぎて剥離し難くなる傾向があり、浸漬時間が10分を下回ると密着性が不足する傾向があることが分かった。また、ラジカル濃度が21μmol/リットルを超えると、マスター20の表面が荒れてしまい密着性が強くなりすぎて密着性の制御が難しくなり、9μmol/リットル以下になると洗浄効果が不十分で密着性が不足する可能性があることが分かった。ラジカル水温度については、図6に示した以外のケースで温度が低いほど反応が強くなり、温度が高いと処理時間が長くなる傾向があることが分かった。このため、ラジカル水温度は25℃を超えると処理時間が長くなりすぎて、15℃を下回ると反応が強すぎて処理時間の調整が難しいことが分かった。このため、ラジカル水の処理は以下の条件(1)〜(3)を満たすことが望ましいことが分かった。この範囲内であれば、表面粗さも適切であり微細構造の転写も良好に行える。   From these evaluations, it was found that when the immersion time exceeds 40 minutes, the adhesion tends to be too strong to peel off, and when the immersion time is less than 10 minutes, the adhesion tends to be insufficient. On the other hand, if the radical concentration exceeds 21 μmol / liter, the surface of the master 20 becomes rough and the adhesiveness becomes too strong, making it difficult to control the adhesiveness. It turns out that there is a possibility of shortage. Regarding the radical water temperature, it was found that the lower the temperature, the stronger the reaction, and the higher the temperature, the longer the treatment time. For this reason, when radical water temperature exceeded 25 degreeC, processing time became long too much, and when it fell below 15 degreeC, it turned out that reaction is too strong and adjustment of processing time is difficult. For this reason, it turned out that it is desirable for the treatment of radical water to satisfy the following conditions (1) to (3). Within this range, the surface roughness is also appropriate and the fine structure can be transferred well.

9 ≦ Cr ≦ 21 ・・・(1)
15≦ Tr ≦ 25 ・・・(2)
10≦ Hr ≦ 40 ・・・(3)
ただし、ヒドロキシルラジカルの濃度Cr、濃度の単位は、μmol/リットル、温度Tr、温度の単位は℃、ラジカル水の浸漬時間(処理時間)Hr、時間の単位は分である。
9 ≦ Cr ≦ 21 (1)
15 ≦ Tr ≦ 25 (2)
10 ≦ Hr ≦ 40 (3)
However, the concentration Cr of the hydroxyl radical, the unit of concentration is μmol / liter, the temperature Tr, the unit of temperature is ° C., the radical water immersion time (treatment time) Hr, and the unit of time is minutes.

密着性の制御の容易さを考えると、条件(1)の下限は14μmol/リットルであることが好ましく、上限は19μmol/リットルであることが好ましい。また、条件(2)の下限は18℃であることが好ましく、上限は23℃であることが好ましく、19〜22℃であることがさらに好ましく、20〜21℃であることがさらに好ましい。条件(3)の下限は15分であることが好ましく、上限は30分であることが好ましい。   Considering the ease of controlling adhesion, the lower limit of condition (1) is preferably 14 μmol / liter, and the upper limit is preferably 19 μmol / liter. Moreover, it is preferable that the minimum of condition (2) is 18 degreeC, and it is preferable that an upper limit is 23 degreeC, It is more preferable that it is 19-22 degreeC, It is more preferable that it is 20-21 degreeC. The lower limit of condition (3) is preferably 15 minutes, and the upper limit is preferably 30 minutes.

また、ラジカル水供給装置51については、チャンバー59からの排水を循環させる方式よりもかけ流しの方が、ラジカル濃度が高くなりやすく、蒸留水よりも水道水の方が密着性が向上しやすいという結果が得られた。   In addition, with respect to the radical water supply device 51, it is more likely that the concentration of radicals is higher than the method of circulating the waste water from the chamber 59, and the adhesion of tap water is more likely to improve than distilled water. Results were obtained.

以上のように、高価なマザーの代替え品としてマザーをインプリント法にて転写したマスターから、ニッケル電鋳にて再度転写したスタンパーを作製するためにマスターをラジカル水処理することは適度な密着性を得るために有効であることが分かった。   As mentioned above, radical water treatment of a master to produce a stamper that has been transferred again by nickel electroforming from a master that has been transferred by imprinting as an alternative to expensive mothers has adequate adhesion. It was found to be effective to obtain

20 マスター(樹脂モールド)、 30 スタンパー(電鋳金型) 20 master (resin mold), 30 stamper (electroformed mold)

Claims (9)

微細構造を含む第1のモールドからUV硬化樹脂を用いたインプリント法により前記微細構造が転写された第1の樹脂モールドを製造することと、
前記第1の樹脂モールドから電鋳により前記微細構造を含む金型を製造することとを有する方法であって、
前記金型を製造することは、前記第1の樹脂モールドの表面にドライ方式またはウェット方式により導電膜を形成することと、
前記導電膜を用いて電鋳めっきすることと、
前記導電膜を形成することの前に、前記第1の樹脂モールドの表面を、ヒドロキシルラジカルを含む水であるラジカル水により表面処理することとを含む、方法。
Producing a first resin mold in which the microstructure is transferred from the first mold including the microstructure by an imprint method using a UV curable resin;
Producing a mold including the microstructure by electroforming from the first resin mold,
Manufacturing the mold includes forming a conductive film on the surface of the first resin mold by a dry method or a wet method;
Electroforming plating using the conductive film;
Before forming the conductive film, surface-treating the surface of the first resin mold with radical water which is water containing hydroxyl radicals.
請求項1において、
前記表面処理することは、前記ラジカル水に前記第1の樹脂モールドを浸漬することを含む、方法。
In claim 1,
The surface treatment includes immersing the first resin mold in the radical water.
請求項2において、
前記表面処理することは、前記ヒドロキシルラジカルの濃度Cr、温度Trの前記ラジカル水に時間Hrだけ浸漬することを含む、方法。ただし、濃度の単位は、μmol/リットル、温度の単位は℃、時間の単位は分である。
9 ≦ Cr ≦ 21
15≦ Tr ≦ 25
10≦ Hr ≦ 40
In claim 2,
The surface treatment includes immersing the radical water at a concentration Cr of the hydroxyl radicals and the radical water at a temperature Tr for a time Hr. However, the unit of concentration is μmol / liter, the unit of temperature is ° C., and the unit of time is minutes.
9 ≦ Cr ≦ 21
15 ≦ Tr ≦ 25
10 ≦ Hr ≦ 40
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記微細構造は、1nmから10μmの凹凸構造を含む、方法。
In any of claims 1 to 3,
The method wherein the microstructure comprises a concavo-convex structure of 1 nm to 10 μm.
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記微細構造はフォトニック結晶構造を含む、方法。
In any of claims 1 to 4,
The method wherein the microstructure comprises a photonic crystal structure.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記導電膜を形成することは、前記第1の樹脂モールドの表面にウェット方式により導電膜を形成することを含む、方法。
In any of claims 1 to 5,
Forming the conductive film includes forming a conductive film on a surface of the first resin mold by a wet method.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記金型はエッチング対象物のレジストに前記微細構造を転写する第2の樹脂モールドを生成するためのスタンパーであり、前記第1の樹脂モールドは前記スタンパー用のマスターである、方法。
In any of claims 1 to 5,
The mold is a stamper for generating a second resin mold for transferring the fine structure to a resist to be etched, and the first resin mold is a master for the stamper.
請求項7において、
前記金型からインプリント法により前記微細構造が転写された前記第2の樹脂モールドを製造することと、
前記第2の樹脂モールドからインプリント法により前記エッチング対象物である基板上に設けられた前記レジストに前記微細構造を転写することと、
エッチングにより前記基板に前記微細構造を形成することとを有する方法。
In claim 7,
Producing the second resin mold having the microstructure transferred from the mold by an imprint method;
Transferring the fine structure from the second resin mold to the resist provided on the substrate which is the etching object by an imprint method;
Forming the microstructure on the substrate by etching.
請求項8において、
前記基板上に半導体層を積層して半導体発光素子を製造することを有する方法。
In claim 8,
A method comprising fabricating a semiconductor light emitting device by laminating a semiconductor layer on the substrate.
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