JP2021057393A - インプリントモールドおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細構造への成型材料の貼り付きが抑制されたインプリントモールドを提供する。【解決手段】インプリントモールド１は、複数の微細凹部２０が一方の面に開口する基板１０を備えており、微細凹部２０の開口縁２１に連なる内側面２２に、複数の凸条２３を有する。微細凹部２０の空間形状は、略円柱状であり、内側面２２は、微細凹部２０の内部空間に向かって突出する凸条（突起）２３を複数有し、各凸条２３は、概ね内側面２２の全周にわたって連続しており、基板１０の平面視において略円環状の形状を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、微細な３次元構造パターンを形成するために用いるインプリントモールド、およびその製造方法に関する。

基材（例えば、ガラス、樹脂、金属、シリコンなど）に特定の微細な３次元構造パターンを形成したインプリントモールドが知られている。インプリントモールドは、半導体デバイス、光学素子、配線回路、ハードディスクやＤＶＤ等の記録デバイス、ＤＮＡ分析等に用いる医療検査用チップ、ディスプレイパネル、マイクロ流路などに利用されている。

微細な３次元構造パターンを形成する方法として、マスクを用いたエッチングが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−７２９５６号公報

インプリントモールドの凹部に樹脂や金属等を充填することにより、微細構造を転写できるが、微細な凹部は容積あたりの表面積が大きいため、充填された材料が貼り付きを起こすことがある。貼り付きは、成型工程を煩雑にしたり、成型品の品質を低下させたりする。
対策として凹部の内面に離型剤を塗布することがあるが、十分な効果が得られないことも多い。

上記事情を踏まえ、本発明は、微細構造への成型材料の貼り付きが抑制されたインプリントモールドを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、複数の微細凹部が一方の面に開口する基板を備え、微細凹部の開口縁に連なる内側面に複数の突起を有するインプリントモールドである。
本発明の他のインプリントモールドは、複数の微細凸部が一方の面上に形成された基板を備え、微細凸部の外面に複数の突起を有する。

本発明の第二の態様は、インプリントモールドの製造方法である。
この製造方法では、基板の一方の面に、複数の開口を有するフォトレジストを配置し、開口内に露出する基板に等方性エッチングを施して一次凹部を形成し、一次凹部の内面を保護膜で覆い、少なくとも一部が保護膜に覆われた一次凹部に等方性エッチングを施して、一次凹部の下方に二次凹部を形成する。
本発明の他のインプリントモールドの製造方法では、上述したインプリントモールドの微細凹部内に成型材料を充填し、成型材料を硬化させて微細凹部の内面形状を成型材料に転写し、インプリントモールドを除去して成型材料からなる第二インプリントモールドを得る。

本発明によれば、微細構造への成型材料の貼り付きが抑制されたインプリントモールドを提供できる。

本発明の一実施形態に係るインプリントモールドを示す模式断面図である。 同インプリントモールドの製造時の一過程を示す図である。 同インプリントモールドの製造時の一過程を示す図である。 同インプリントモールドの製造時の一過程を示す図である。 同インプリントモールドの製造時の一過程を示す図である。 同インプリントモールドの製造時の一過程を示す図である。 同インプリントモールドを用いて製造した第二インプリントモールドを示す模式断面図である。 同インプリントモールドの変形例を示す模式断面図である。 同インプリントモールドの変形例を示す模式断面図である。 同インプリントモールドの変形例を示す模式平面図である。

本発明の一実施形態について、図１から図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るインプリントモールド１を示す模式断面図である。インプリントモールドは、基板１０の表面に開口する微細凹部２０を有する。
基板１０の材質としては、シリコン（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、樹脂等を例示できる。中でもシリコンは、ニッケル製および樹脂製のインプリントモールドを作製するためのインプリントモールドである、マスターモールド（原版）の材質として好適である。

基板１０の表面に開口する微細凹部２０の数、寸法、配置態様、ピッチ等は、作成する構造物の用途等に応じて適宜設定できる。一例を挙げると、微細凹部２０の開口径は、数μｍ〜数十μｍ程度である。
微細凹部２０は、基板１０を貫通してもよいし、有底であってもよい。

微細凹部２０の空間形状は、略円柱状である。したがって、微細凹部２０は、開口縁２１に連なって基板１０の厚さ方向に延びる内側面２２を有する。
内側面２２は、微細凹部２０の内部空間に向かって突出する凸条（突起）２３を複数有する。凸条２３は、基板１０の厚さ方向に概ね等間隔（ピッチ）で配置されている。凸条２３のピッチは、例えば５０ｎｍ〜２０μｍ程度とできる。
各凸条２３は、概ね内側面２２の全周にわたって連続しており、基板１０の平面視において略円環状の形状を有するが、完全に円環状となっていることは必須ではなく、切れ目がある等により一部不連続であってもよい。

インプリントモールド１の凸条２３の先端部は、図１に示す断面図において尖っており、基板１０の厚さ方向に隣接する凸条２３間には、曲面状の凹条２４が形成されている。凹条２４も、概ね内側面２２の全周にわたって連続している。

本実施形態に係るインプリントモールド１の製造方法について説明する。
まず、所望の材料からなる基板１０を準備する。以下では、シリコン製の基板１０を使用する場合について説明する。

次に、図２に示すように、基板１０の表面に、微細凹部２０に対応する開口１０１ａを有するフォトレジスト１０１を形成する（ステップＡ）。フォトレジスト１０１の開口１０１ａの開口径は、形成する微細凹部２０において、凸条２３の頂点により規定される有効領域Ｒ１（図１参照）の径Ｄ１と概ね同一とする。

次に、フォトレジスト１０１上から等方性のドライエッチングを行い、開口１０１ａ内に露出する基板１０をエッチングする（ステップＢ）。等方性エッチングにより形成された一次凹部２００は、図３に示すように、フォトレジスト１０１の下方に広がり、底面２０１と側壁２０２との接続部位２０３が曲面状に形成される。
等方性ドライエッチングは公知の方法で行うことができる。

次に、図４に示すように、一次凹部２００の内面を保護膜１０２で覆う（ステップＣ）。ステップＣにおいて、フォトレジスト１０１が保護膜１０２で覆われてもよい。
続いて、基板１０の上方から異方性のドライエッチングを行い、保護膜１０２の一部を除去する（ステップＤ）。異方性エッチングであるため、フォトレジスト１０１の下方に位置する保護膜１０２は、図５に示すように、除去されずに残存する。

続いて、等方性のドライエッチングを行い、基板１０をさらに掘り進める（ステップＥ）。ステップＥにより、図６に示すように、一次凹部２００の下方に二次凹部２１０が形成されるとともに、一次凹部２００と二次凹部２１０との境界部に、凸条２３が形成される。

その後、設定した微細凹部の深さに達するまで、ステップＣないしＥを繰り返す。ステップＣないしＥは、公知のボッシュプロセスの１サイクルに相当する。
最後に、洗浄等によりフォトレジスト１０１および保護膜１０２を除去すると、凸条２３を有する微細凹部２０が形成された、図１に示すインプリントモールド１が完成する。

完成したインプリントモールド１の微細凹部２０においては、複数の凸条２３により内面がロータス効果を生じて撥液性が高まる。したがって、微細凹部２０内に充填された樹脂等の成型材料は、有効領域Ｒ１内に留まり、凹条２４には接触しない。
その結果、微細凹部２０内に充填された成型材料は、有効領域Ｒ１に対応する略円柱状に成型される。さらに、成型後の成型材料と微細凹部２０の内面とは、概ね凸条２３の先端部のみにおいて接触しているため、両者の接触面積は、従来のインプリントモールドに比して著しく少ない。したがって、成型材料が微細凹部２０の内面に貼り付きにくく、形状を損なわずに簡便に離型することができる。

従来のインプリントモールドにおいては、離型性を向上する目的で、微細凹部の内面を平滑化する加工が行われていた。発明者は、このような従来の慣行を疑問視し、微細凹部の形成過程で生じる内面の凹凸を敢えて残存させることにより却って離形性が向上することを見出して本発明を完成させた。

上述したインプリントモールド１をマスターモールドとして、微細凹部２０の形状に対応する微細凸部を有するインプリントモールド（第二インプリントモールド）を製造できる。
この場合は、微細凹部２０の内面に濡れ性を高める親液材料を塗布してから、微細凹部内２０に所望の材料を充填する。充填する際は、必要に応じて成型材料を高温にして粘度を低下させたり、真空引きをしたり、圧力を加えたりして、微細凹部２０内に十分成型材料を充填する。成型材料を硬化させた後、マスターモールドを破壊して除去すると、図７に示すように、成型材料からなる基板５０上に微細凸部６０を有するインプリントモールド５１が完成する。成型材料としては、樹脂や金属を例示できる。成型材料が樹脂の場合、硬化方法は熱硬化や電子線硬化等とできる。

インプリントモールド５１において、微細凸部６０は、側面６２に複数の凸条６３を有する。凸条６３の突端部は、凹条２４の内面形状に対応した曲面状となっている。微細凸部６０の表面は、複数の凸条６３によりロータス効果を発現し、撥液性が向上されている。インプリントモールド５１の微細凸部６０を、液状樹脂等に浸した状態で成型すると、微細凸部６０に対応する形状、すなわち微細凹部２０と同様の形状の空間を有する微細凹部が形成された成型体を得ることができる。この成型体において、微細凹部の内面は撥液性に優れるため、例えばインクジェットプリンターのノズルの吐出口等に好適に使用できる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。以下にいくつか変更を例示するが、これらはすべてではなく、それ以外の変更も可能である。これらの変更が２以上適宜組み合わされてもよい。

・本発明において、微細凹部、および微細凹部を転写して形成された微細凸部の表面形状は、様々に変更できる。
図８に示す変形例の微細凹部２０Ａは、凸条２３Ａの先端が平坦になっている。このような形状は、例えばステップＤを長く行う等により形成できる。凸条２３Ａは成型材料の充填時等において破損しにくく、形状が安定して保持され撥液効果が持続しやすい。
図９に示す変形例の微細凹部２０Ｂは、底部に近づくにつれて径が小さくなっている。このような形状は、例えば、ステップＣないしＥを繰り返す際に、各ステップの時間を徐々に短くしていく等により形成できる。この形状の場合、底部から開口縁までを直線で結び、その直線が凹部内で底部となす角度が大きくなるほど離型性が向上するため、角度の設定によりマスターモールドを破壊せずに除去することが容易となる。

・微細凹部の開口形状も変更できる。図１０は、変形例の微細凹部２０Ｃを平面視した状態を示している。微細凹部２０Ｃの開口縁は、平面視における微細凹部２０Ｃの中心に向かって延びる複数の凸部２７を有する。このような開口形状は、ステップＡにおけるフォトレジスト１０１の形状により容易に形成できる。また、微細凹部２０Ｃを上述した製造方法で形成すると、内側面に形成される凸条は、凸部２７の配置態様に応じた不連続な略環状の形状となる。その結果、上述した微細凹部２０よりも成型材料との接触面積が減少し、さらに撥液効果が高められる。

・微細凹部や微細凸部の内面に離型剤を塗布することにより、本発明のインプリントモールドの離形性をさらに高めてもよい。
・本発明の製造方法において、ステップＤが省略されてもよい。すなわち、ステップＣの後にステップＥを行い、等方性ドライエッチングによって保護膜を除去してもよい。

１ インプリントモールド
１０ 基板
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 微細凹部
２１ 開口縁
２２ 内側面
２３、２３Ａ、６３ 凸条（突起）
５１ インプリントモールド（第二インプリントモールド）
６０ 微細凸部
１０１ フォトレジスト
１０２ 保護膜
２００ 一次凹部
２１０ 二次凹部

Claims (8)

1. 複数の微細凹部が一方の面に開口する基板を備え、
   前記微細凹部の開口縁に連なる内側面に、複数の突起を有する、
   インプリントモールド。
2. 前記突起は、前記内側面の周方向に延びる凸条であり、前記基板の厚さ方向に間隔を空けて複数配置されている、
   請求項１に記載のインプリントモールド。
3. 前記微細凹部は、前記開口から離れるにつれて径が減少している、
   請求項１に記載のインプリントモールド。
4. 基板の一方の面に、複数の開口を有するフォトレジストを配置し、
   前記開口内に露出する前記基板に等方性エッチングを施して一次凹部を形成し、
   前記一次凹部の内面を保護膜で覆い、
   少なくとも一部が前記保護膜に覆われた前記一次凹部に等方性エッチングを施して、前記一次凹部の下方に二次凹部を形成する、
   インプリントモールドの製造方法。
5. 複数の微細凸部が一方の面上に形成された基板を備え、
   前記微細凸部の側面に、複数の突起を有する、
   インプリントモールド。
6. 前記突起は、微細凸部の周方向に延びる凸条であり、前記基板の厚さ方向に間隔を空けて複数配置されている、
   請求項５に記載のインプリントモールド。
7. 前記微細凸部は、前記基板から離れるにつれて径が減少している、
   請求項５に記載のインプリントモールド。
8. 請求項１に記載のインプリントモールドの前記微細凹部内に成型材料を充填し、
   前記成型材料を硬化させて前記微細凹部の内面形状を前記成型材料に転写し、
   前記インプリントモールドを除去して前記成型材料からなる第二インプリントモールドを得る、
   第二インプリントモールドの製造方法。

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