JP2023148806A

JP2023148806A - 高さが異なる微細パターンを有する原盤及びインプリント素子

Info

Publication number: JP2023148806A
Application number: JP2022057044A
Authority: JP
Inventors: 未散黒宮; Michiru Kuromiya; 利昭高野; Toshiaki Takano; 主税田中; Chikara Tanaka
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-13

Abstract

【課題】光回折格子のための高さが異なる複数の微細構造を有する構造体形成において、インプリント離型時の平坦面とパターン部の境界部分における離型不良を低減し、転写欠陥を発生させないインプリント原盤及びそれを用いて作製したインプリント素子を提供することを目的とする。【解決手段】原盤１０１の側方視の縦断面形状において、パターン部１０４を平坦面１０５より低い位置に形成し、かつ平坦面とパターン部の境界面１０６が傾斜面を形成し、かつ平坦面と傾斜面との第１接合部１１１、及びパターン部と傾斜面との第２接合部１１２がそれぞれ曲線で接合する構造体を形成する。【選択図】図１

Description

本開示は、例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）又はヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）用途に用いられる、インプリント原盤及びインプリント素子に関する。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）及びヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、それぞれ、視認可能な画像を生成するための回折格子ユニットが用いられる。回折格子ユニットは、画像源からの画像を導波路に繋ぐインカップリング格子（ｉｎ－ｃｏｕｐｌｉｎｇｇｒａｔｉｎｇ）と、ユーザーが最終的に視認可能な画像を生成するアウトカップリング格子（ｏｕｔ－ｃｏｕｐｌｉｎｇｇｒａｔｉｎｇ）とで構成され、これら回折格子ユニットは、広い視野角で認識できるように設計され、瞳拡張素子として用いられる。

回折格子ユニットは、回折格子の形状精度及びその光学特性で、得られる画像の質が決定される。回折格子は一定のピッチ及び一定の深さであることが一般的であるが、より高効率に均一な強度を得るためには、格子の回折効率が局所的に変化していくことが望ましい。特にアウトカップリング格子では、外部に光が徐々に取り出されていくため、徐々に出力される強度が弱くなる。そのため、均一な強度を得るためには、回折格子の高さが異なる複数の微細構造を形成することが必要である。

従来の回折格子の高さが異なる複数の微細構造を形成するための方法としては、グレースケールリソグラフィが挙げられる。グレースケールリソグラフィは、グレースケールマスク、レーザービーム、電子ビーム等を用いて高さが異なるレジストマスクパターン形成後、格子層のドライエッチングを行う方法である。しかしながら、１μｍ以下の微細パターン寸法の加工が難しい、スループットが長いなどの課題がある。

前記の課題を解決する為の方法として、格子層の高さを異ならせて予め所望の高さに変化するように加工した後に、ドライエッチングにより格子層にパターンを形成する方法が挙げられる。さらに、大量の回折格子を生産する場合には、これを原盤として用いてインプリントにより中間モールドを作製し、さらにこの中間モールドを用いてインプリントにより回折格子であるインプリント素子を形成する。

例えば、特許文献１には、原盤及び回折格子の形成方法として、真空中においてドライエッチングのパワー及び時間を色々と変化させることにより予め原盤の格子層の高さが異なるように加工し、その後、ＥＢ描画によりレジストパターンを形成し、ドライエッチングによりハードマスク層のパターンを形成した後、格子層をドライエッチングする方法が提案されている。

ＷＯ２０２０／０１８２７０

しかしながら、従来の方法によって形成した原盤では、インプリントする際に、離型時に平坦面とパターン部との境界部分で離型不良が発生し易い。

本開示は、パターン部と平坦面との境界部分における離型抵抗の差を低減し、インプリント時の離型不良を抑制することのできる、インプリント原盤、及びそれを用いて作製した転写欠陥のないインプリント素子を提供することを目的とする。

前記目的を達成する為に、本開示の１つの態様にかかるインプリント原盤は、高さが異なる複数の微細構造を含むパターン部と、複数の平坦面とを備え、
側方視の縦断面形状において、前記パターン部は前記平坦面より低い位置に形成され、
かつ前記平坦面と前記パターン部との境界面が傾斜面であり、
かつ前記平坦面と前記傾斜面との第１接合部の断面形状、及び前記パターン部と前記傾斜面との第２接合部の断面形状が、それぞれ曲線である。

前記目的を達成する為に、本開示の別の態様にかかるインプリント素子は、高さが異なる複数の微細構造を含むパターン部と、複数の平坦面とを備え、
側方視の縦断面形状において、前記パターン部は前記平坦面より低い位置に形成され、
かつ前記平坦面と前記パターン部との境界面が傾斜面であり、
かつ前記平坦面と前記傾斜面との第１接合部の断面形状、及び前記パターン部と前記傾斜面との第２接合部の断面形状が、それぞれ曲線となるように接合される。

このような構成により、前記インプリント原盤を用いてインプリントにより中間モールドを作製し、さらにこの中間モールドを用いてインプリントにより回折格子であるインプリント素子を作製する際に、離型時のパターン部と平坦面の境界部における離型抵抗の差を低減し、離型不良を抑制することが可能になる。

以上のように、本開示において高さが異なる微細パターンを有するインプリント原盤及びインプリント素子によれば、パターン部を平坦面より低い位置に形成し、かつ平坦面とパターン部の境界面が傾斜面となり、かつ平坦面と傾斜面との第１接合部、及びパターン部と傾斜面との第２接合部が曲線で接合するようにしている。この結果、インプリント離型時の平坦面とパターン部との境界部分における離型不良を低減し、転写欠陥のない光回折格子を形成することができる。

本開示の実施形態におけるインプリント原盤の概略断面図（ａ）は本開示の実施形態における片面インプリント素子の概略断面図、（ｂ）は本開示の実施形態における片面インプリント素子の概略断面図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図本開示の実施形態における原盤及びインプリント素子の作製工程の概略図従来における原盤の概略断面図

（従来技術における課題）
従来技術における課題について、より詳細に述べる。

ドライエッチングのパワー及び時間を色々と変化させることにより予め原盤の格子層の高さが異なるように加工し、その後、ＥＢ描画によりレジストパターンを形成し、ドライエッチングによりハードマスク層のパターンを形成した後、格子層をドライエッチングする方法によって原盤を形成する。このようにして形成した原盤では、インプリントする際に、離型時に平坦面とパターン部との境界部分で離型不良が発生し易い。

これは、平坦面では離型抵抗が小さいのに対し、パターン部では離型抵抗が高い為、境界部分で離型速度が急激に変化し、境界付近のパターン部分に応力が集中するためである。予め原盤の格子層をドライエッチングのパワー及び時間を色々と変化させることにより加工すると、図４の従来の形態における原盤の断面図に示すように、側方視の縦断面形状において平坦面４０５と傾斜面４０６との第１接合部４１１が直角になり、側方視の縦断面形状においてパターン部４０４と傾斜面４０６との第２接合部４１２が直角になり、パターン部４０４の凹凸面の凸上部の表面粗さが大きいという特徴を持つ形状に加工される。そのため、パターン部４０４と平坦面４０５の境界部分において離型抵抗がより急激に変化しやすくなり、離型不良が発生する。

そこで、パターン部４０４と平坦面４０５の境界部分における離型抵抗の差を低減する為に、例えば、パターン部４０４に硬化後の離型力が相対的に低いレジストを配置し、平坦面４０５に硬化後の離型力が相対的に高いレジストを配置する例がある。しかしながら、光回折格子のように、レジストの屈折率の制御が必要な場合には、２種類以上のレジストを配置した場合、レジストが混合して屈折率が変化してしまう懸念がある。

さらには、パターン部４０４と平坦面４０５の境界部分における離型抵抗の差を低減する為に、原盤の平坦面４０５の中に離型力調節用のダミーパターンを設ける例がある。しかしながら、光回折格子において、離型抵抗調節用にパターン部４０４と同等のサイズの微細構造を追加で形成しようとすると、追加のＥＢ描画が必要になり、原盤の作製コストが高くなる。さらには、光回折格子では隣接するパターン部４０４との間の距離が短い場合が多く、ダミーパターンを形成するための十分な領域を必要な領域に確保することが難しい。

（実施形態）
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本開示の形態におけるインプリント原盤１０１の概略断面図、図２は本開示の形態におけるインプリント素子２０１の概略断面図を示す。図３Ａ～図３Ｋは本開示の形態における原盤１０１及びイオンプリント素子２０１の作製工程の概略図を示す。

まず初めに、本実施形態におけるインプリント原盤１０１の概略断面図を図１に示す。

インプリント原盤１０１は、格子層１０２、及びその下地となる基板１０３を含む。

格子層１０２は、パターン部１０４と、複数の平坦面１０５とを備えている。

パターン部１０４は、例えば、微細パターンとして縦断面形状が櫛歯状に配置された多数の矩形柱状の微細構造１０４ａで構成されている。一例として、図１のＸ軸方向において、微細構造１０４ａは、それらの高さが連続的に変化するように異なる高さをそれぞれ有している。

詳しくは、微細構造１０４ａは、図１のＸＹ平面である基板１０３の主面１０３ａ上に複数形成され、基板１０３の主面１０３ａから離れるように延びる柱状の構造である。各微細構造１０４ａは＋Ｚ方向に延びている。各微細構造１０４ａは、例えば、マイクロメートル又はナノメートルの寸法の高さＨを有する柱状の構造である。複数の微細構造１０４ａは、互いに対して間隔を有して、規則的に配置されてもよい。複数の微細構造１０４ａは、例えば、ＸＹ方向において等間隔に並んで配置されている。複数の微細構造１０４ａはまとめて格子層１０２のパターン部１０４を構成する。

微細構造１０４ａの高さＨは、基板１０３の主面１０３ａと微細構造１０４ａの上面１０４ｂ（すなわち、図１の微細構造１０４ａの上面１０４ｂ）との間のＺ方向の距離である。それぞれの微細構造１０４ａに着目すると、高さＨは異なっている。図１及び後続の図において示す高さＨは、微細構造１０４ａの高さＨの一例であり、微細構造１０４ａの上面１０４ｂはＸ方向に対して直線的に傾斜している。なお、本開示で、上面とは、鉛直方向の上面に限定されるものではなく、説明の便宜上、使用しているにすぎない。

また、複数の微細構造１０４ａに着目すると、一例として、高さＨはＸ方向に沿って連続的に変化するように高さＨが異なっている。ここで、「連続的に変化する」とは、微細構造１０４ａの上面１０４ｂと、隣接した微細構造１０４ａの上面１０４ｂとが傾斜する直線に沿って連続していることを意味する。それぞれの微細構造１０４ａが互いから離れており、隣接する微細構造１０４ａの上面１０４ｂと上面１０４ｂとが途切れている場合であっても、上面１０４ｂ、１０４ｂが同一平面上に沿っていれば、高さＨは連続的に変化しているという。言い換えれば、複数の微細構造１０４ａのうちの互いに隣接する微細構造１０４ａの上面１０４ｂと上面１０４ｂとは、加工誤差又は測定誤差等を考慮した上で、連続した１つの平面から切り出された部分的な平面である。

よって、側方視の縦断面形状において、互いに隣接する複数の微細構造１０４ａの上面１０４ｂと上面１０４ｂとは同一直線上に沿っており、即ち隣接する複数の微細構造１０４ａの各上面１０４ｂは一定の角度で傾斜している。

一方、複数の平坦面１０５は、例えば、側方視の縦断面形状でパターン部１０４のＸ軸方向の両端に前記１つの微細構造１０４ａよりも幅広な凸部１１５の上面として配置されている。一例として、パターン部１０４のＸ軸方向の両端部の微細構造１０４ａは、それらと隣接する凸部１１５と一体的に形成されている。

また、原盤１０１の側方視の縦断面形状において、パターン部１０４の微細構造１０４ａの上面１０４ｂは平坦面１０５より低い位置に形成されている。また、前記側方視において、凸部１１５の平坦面１０５と、凸部１１５と一体に形成されたパターン部１０４の端部の微細構造１０４ａとの境界面１０６が傾斜を有する傾斜面１０６として形成されている。また、前記側方視において、平坦面１０５と傾斜面１０６との第１接合部１１１の断面形状が、図１の斜め上向き凸の曲線であり、パターン部１０４と傾斜面１０６との第２接合部１１２の断面形状が、図１の斜め下向き凸の曲線である。傾斜面１０６の傾斜は、図１の縦断面において、基板側から遠ざかるに従い、凸部１１５のＸ軸方向の厚みが徐々に小さくなるような傾斜を有している。

原盤１０１の格子層１０２の材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯ、Ｓｕ_３Ｎ_４、又はＡｌ_２Ｏ_３などが挙げられるが、エッチング時の基板１０３との選択比などに応じて適宜選択すると良い。格子層１０２のパターン部１０４の形状としては、バイナリ形状、スラント形状、鋸歯形状、又は、正弦波形状などのＬ／Ｓパターン（すなわち、（ライン／スペース）パターン）が挙げられるが、商品に要求される光学特性に応じて適宜選択すると良い。また、Ｌ／Ｓパターンのピッチとしては、例えば２００～６００ｎｍが挙げられるが、商品に要求される光学特性に応じて適宜選択すると良い。一例として、格子層１０２の平坦面１０５を有する凸部１１５の膜厚（すなわち、Ｚ軸方向の寸法）は２５０－５００ｎｍの間であるように形成されているとともに、高さが異なる複数の微細構造１０４ａを含むパターン部１０４の膜厚（すなわち、Ｚ軸方向の寸法）は５０－２５０ｎｍの間で変化するように形成されているが、商品に要求される光学特性に応じて適宜選択すると良い。

原盤１０１の基板１０３の材料としては、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４，ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、又はＳｉＣなどが挙げられるが、エッチング時の格子層１０２との選択比などに応じて適宜選択すると良い。

このように、原盤１０１の形状としては、少なくとも、一例として高さＨが連続的に変化するように高さＨが異なる微細構造１０４ａを含むパターン部１０４と、複数の平坦面１０５とを備え、側方視の縦断面形状において、パターン部１０４の各微細構造１０４ａの上面１０４ｂは平坦面１０５より低い位置に形成され、かつ平坦面１０５とパターン部１０４の境界面が傾斜を有する傾斜面１０６とし、かつ平坦面１０５と傾斜面１０６との第１接合部１１１、及びパターン部１０４と傾斜面１０６との第２接合部１１２が、それぞれ曲線の断面形状である。

さらに、前記構成にかかる原盤１０１は、これを用いてインプリントにより中間モールドを作製し、さらにこの中間モールドを用いてインプリントにより回折格子であるインプリント素子２０１を作製することができる。

この際に、傾斜面１０６により、離型時のパターン部１０４と平坦面１０５の境界部における離型抵抗の差を低減し、離型不良を抑制することが可能になる。具体的には、原盤１０１が前記形状であることで、図３Ａ～図３Ｋにて後述するインプリント素子２０１の製作工程において、原盤１０１の形状がインプリント素子２０１に転写される。

よって、後述する図２の（ａ）に示すように、インプリント素子２０１の構造は、原盤１０１と同じ構造となり、インプリント素子２０１の微細パターンの形状は、図１の原盤１０１の形状が転写されたものであるため、原盤１０１と同形状になる。

このため、インプリント素子２０１は、少なくとも以下のように構成している。すなわち、インプリント素子２０１は、高さが異なる複数の微細構造２０４ａを含むパターン部２０４と、複数の平坦面２０５とを備えている。インプリント素子２０１の側方視の縦断面形状において、パターン部２０４は平坦面２０５より低い位置に形成され、かつ平坦面２０５とパターン部２０４との境界面が傾斜面２０６であり、かつ平坦面２０５と傾斜面２０６との第１接合部２１１の断面形状、及びパターン部２０４と傾斜面２０６との第２接合部２１２の断面形状が、それぞれ曲線となるように接合されている。このような構成のため、インプリント素子２０１の格子層２０２、基板２０３、主面２０３ａ、パターン部２０４、微細構造２０４ａ、上面２０４ｂ、平坦面２０５、傾斜面２０６、第１接合部２１１、第２接合部２１２、凸部２１５は、それぞれ、原盤１０１の格子層１０２、基板１０３、主面１０３ａ、パターン部１０４、微細構造１０４ａ、上面１０４ｂ、平坦面１０５、傾斜面１０６、第１接合部１１１、第２接合部１１２、凸部１１５に対応しており、材料を除き、構成の説明は同じであることから、詳細な説明を省略する。

前記構成において、原盤１０１及びインプリント素子２０１は、側方視の縦断面形状において、平坦面１０５，２０５と傾斜面１０６，２０６との第１接合部１１１，２１１における曲線箇所、パターン部１０４，２０４と傾斜面１０６，２０６との第２接合部１１２，２１２における曲線箇所、及び傾斜面１０６，２０６の傾斜箇所を合わせた距離が１～１０ｍｍであることが望ましい。前記の距離が１ｍｍよりも短いと、平坦面１０５，２０５とパターン部１０４，２０４の境界部分において離型抵抗が急激に変化し、離型不良が発生し易くなる。また、前記の距離が１０ｍｍよりも長くなると、商品の光学特性向上に寄与しない領域が増えるため、所望の光学特性を得ることが出来なくなる。さらには、平坦面１０５，２０５に隣接したパターン部１０４，２０４を配置し難くなり、所望の光学特性を得るための設計マージンが狭くなる。

さらに、原盤１０１及びインプリント素子２０１は、側方視の縦断面形状において、平坦面１０５，２０５と傾斜面１０６，２０６との第１接合部１１１，２１１のそれぞれの曲率半径Ｒが３００００ｍｍ以上１０００００ｍｍ以下であることが望ましい。前記の曲率半径Ｒは、傾斜面１０６，２０６を形成する際の磁性流体研磨加工のツールのサイズ、ツールの圧力、ツールの研磨速度、又は研磨時間などを色々と変化させることにより、変えることが出来る。前記の曲率半径Ｒが３００００ｍｍよりも小さくなると、パターン部１０４，２０４と平坦面１０５，２０５の境界部分において離型角度が急峻に変化することにより、離型抵抗が急激に変化し、離型不良が発生する。一方で、前記の曲率半径Ｒが１０００００ｍｍよりも大きくなると、離型不良の発生を抑制することが容易になるが、商品の光学特性向上に寄与しない領域が増えるため、所望の光学特性を得ることが出来なくなる。さらには、平坦面１０５，２０５に隣接したパターン部１０４，２０４を配置し難くなり、所望の光学特性を得るための設計マージンが狭くなる。

また、原盤１０１及びインプリント素子２０１は、側方視の縦断面形状において、パターン部１０４，２０４と傾斜面１０６，２０６との第２接合部１１２，２１２の曲率半径Ｒが１００００ｍｍ以上４００００ｍｍ以下であることが望ましい。前記の曲率半径Ｒは、傾斜面１０６，２０６を形成する際のツールのサイズ、ツールの圧力、ツールの研磨速度、又は研磨時間などを変化させることにより、変えることが出来る。前記の曲率半径Ｒが１００００ｍｍよりも小さくなると、パターン部１０４，２０４と平坦面１０５，２０５の境界部分において離型角度が急峻に変化することにより、離型抵抗が急激に変化し、離型不良が発生する。一方で、前記の曲率半径Ｒが４００００ｍｍよりも大きくなると、離型不良の発生を抑制することが容易になるが、商品の光学特性向上に寄与しない領域が増えるため、所望の光学特性を得ることが出来なくなる。なお、第１接合部１１１，２１１の曲率半径Ｒと第２接合部１１２，２１２の曲率半径Ｒとはほぼ同等の方が、より離型抵抗を制御し易いが、ガウシアン曲線の形状で加工されていく場合には、両者の曲率半径には差が出やすいことがある。

また、原盤１０１及びインプリント素子２０１は、側方視の縦断面形状において、パターン部１０４，２０４に対する（すなわち、基板１０３，２０３の主面、言い換えれば、パターン部１０４，２０４が形成された形成面に対する）傾斜面１０６，２０６の傾斜角度θが０．００１～０．１００°であることが望ましい。前記の傾斜角度θが０．００１°より小さくなると、商品の光学特性向上に寄与しない領域が増えるため、所望の光学特性を得ることが出来なくなる。さらには、隣接したパターン部１０４，２０４を配置し難くなり、所望の光学特性を得るための設計マージンが狭くなる。また、前記の傾斜角度θが０．１００°より大きくなると、パターン部１０４，２０４と平坦面１０５，２０５の境界部分において離型抵抗が急激に変化することにより、離型不良が発生する。

最後に、原盤１０１及びインプリント素子２０１は、側方視の縦断面形状において、パターン部１０４，２０４の凹凸面の凸上部（すなわち、微細構造１０４ａ，２０４ａの上面１０４ｂ，２０４ｂ）の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１０ｎｍ以下であることが望ましい。従来例の真空中のドライエッチングで格子層１０２，２０２を斜めに加工する場合は、微細な階段状に形成される。その結果、前記の表面粗さＲａが１０ｎｍより大きくなり、接触面積が増加することにより、パターン部１０４，２０４を離型する際の離型抵抗が増加する。その結果、平坦面１０５，２０５との離型抵抗の差が増加し、離型不良が発生する。

次に、本実施形態におけるインプリント素子２０１，２０１Ｂの概略断面図を図２に示す。図２（ａ）は基板２０３の片面に高さが異なる複数の微細構造２０４ａの微細パターンを形成したインプリント素子２０１、図２（ｂ）は基板２０３の両面に高さが異なる複数の微細構造２０４ａの微細パターンを形成したインプリント素子２０１Ｂである。両面に高さが異なる微細パターンを形成する場合には、図２（ａ）の片面インプリント素子２０１を複数枚重ねて貼り合わせるよりも、図２（ｂ）の基板２０３の両面それぞれにインプリントにより高さが異なる微細パターンを形成した両面インプリント素子２０１Ｂの方が商品の薄型軽量化及び低コスト化に有利であるため、図２（ｂ）の形態がより望ましい。ここでは、２つのインプリント素子２０１が１つの基板２０３を共用している。

さらに、インプリント素子２０１の格子層２０２の材料としては、ラジカル硬化系のメタアクリルタイプ、カチオン硬化系のグリシジル型エポキシ群、脂環式エポキシ群、オキセタン群、又はビニルエーテル群など、様々な光硬化性樹脂が挙げられるが、商品の光学特性を得るために必要な屈折率、及び被転写体の形状確保に必要な硬化収縮率、硬化させるのに必要なＵＶ光量、又は被転写体の粘弾性確保に必要な分子量又は分子構造などに応じて適宜選択すると良い。

また、インプリント素子２０１の基板２０３の材料としては、透明物質であるＳｉＯ_２などが挙げられるが、商品に要求される光学特性に応じて適宜選択すると良い。

ここで、図２（ｂ）の両面インプリント素子２０１Ｂを形成する際に、原盤１０１及びインプリント素子２０１において、高さが異なる複数の微細構造を含むパターン部１０４，２０４を平坦面１０５，２０５より低い位置に形成することにより、原盤１０１を用いて（ａ）の片面インプリント素子２０１Ｂの裏側にインプリントにより高さが異なる微細パターンを形成する際に、押圧により図２（ａ）のパターン部２０４に荷重がかかることを抑制することができ、パターン部２０４が破壊することを回避することが出来る。さらには、両面インプリント素子２０１Ｂを形成後の搬送・組立工程においても、パターン部２０４に荷重がかかることを抑制することができ、パターンが破壊することを回避することが出来る。

次に、本実施形態における原盤１０１及びインプリント素子２０１の作製工程の一例の概略図を図３Ａ～図３Ｋに示す。

まず、図３Ａにおいて、Ｓｉ基板３０１上へのＳｉＯ_２膜３０２の形成を行う。Ｓｉ基板３０１を硫酸と過酸化水素水との混合溶液などを用いて洗浄後、熱酸化などにより一様なＳｉＯ_２膜３０２を形成する。成膜の方法は、手段を問わず、ＣＶＤ、又はスパッタリングによる形成方法でも問題ない。

次に、図３Ｂにおいて、局所エッチングにより、例えば一様な厚み３００ｎｍを持つＳｉＯ_２膜３０２に対して、微小構造高さを変化させるように高さを異ならせたＳｉＯ_２膜３０２’を形成する。

ＳｉＯ_２膜３０２’の斜面３０３は、従来の真空下のドライエッチングプロセスではなく、大気圧下のプロセス、例えば回折格子層の平坦面側からの磁性流体研磨により形成される。磁性流体研磨ツール３０４はＳｉＯ_２膜３０２上をある速度で走査しながら研磨が進む。磁性流体研磨加工において研磨量は、プレストンの法則からツール３０４の圧力、ツール３０４の研磨速度、又は研磨時間に依存する。本実施形態において、ツール３０４の圧力及び研磨速度は一定とし、ツール３０４そのもののＳｉＯ_２膜上の走査速度は研磨速度と比較して充分に小さいものとする。

形成後、斜面３０３の傾斜角度θ３は例えば０．０００３８°、パターン部３０５の斜面３０３の加工開始点から加工終了点までのＳｉＯ_２膜３０２’上に沿った直線距離は例えば３０ｍｍ、ＳｉＯ_２膜平坦面３０６の表面から加工開始点までの深さは例えば２００～３００ｎｍ、ＳｉＯ_２膜平坦面３０６の表面から加工終点までの深さは例えば５０～１５０ｎｍで、加工開始点から加工終点にかけてＳｉＯ_２膜３０２’の斜面３０３が形成される。これにより、側方視の縦断面形状において、形成される原盤１０１のパターン部１０４は平坦面１０５より低い位置に形成可能となる。

なお、本実施形態では、磁性流体研磨による非接触のポリッシング加工を行ったが、加工手段は大気圧下のプロセスであれば手段は問わず、例えば、数値制御ポリッシング加工、又は数値制御プラズマＣＶＭ加工などの非接触加工によって、斜面３０３の形成を行っても良い。

また、ＳｉＯ_２膜３０２’の斜面３０３と平坦面１０５との間の、傾斜面１０６に対応する傾斜面は、
ポリッシング加工又はプラズマＣＶＭ加工などを行うことにより、傾斜面と曲線とが形成される。加工部先端の寸法形状により、加工されるガウシアン曲線の寸法形状（すなわち、断面方向から見た時の形状）が異なる。ガウシアン曲線の左右端部が曲線のＲと紐づき、加工部先端の滞留（加工）時間により、傾斜面の角度が変化する。そのため、傾斜面と曲線との寸法形状を制御する為には、加工部先端の寸法形状と滞留（加工）時間とを制御することが必要になる。

次に、図３Ｃにおいて、ハードマスク層のＣｒ膜３０７、及びレジスト膜３０８を形成する。Ｃｒ膜３０７は、例えばスパッタにより形成される。スパッタは例えば圧力を０．３Ｐａ、電力を２．０ｋＷ、スパッタ時間を２２０ｓかけることで膜厚を約５０～７０ｎｍを得ることができる。

レジスト膜３０８は、例えば、ポジ型レジストをアニソールなどの溶剤で希釈し、Ｃｒ膜３０７上にスピンコータを用いて２０００－３０００ｒｐｍで７０－９０ｓ処理することにより、膜厚２００～４００ｎｍの一様なレジスト膜が形成される。その後、１８０℃で３～５ｍｉｎ加熱する。

ハードマスク層３０７の材料は、Ｃｒ以外にはＣｕ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＭｏＳｉＯＮなどが挙げられるが、エッチング時の格子層との選択比などに応じて適宜選択すると良い。

次に、図３Ｄにおいて、電子ビーム描画によりレジスト膜３０８のパターンを形成する。電子ビーム描画は例えばＤｏｚｅ量を８０－１１０μＣ／ｃｍ^２とする。その後、現像を行い、任意形状のレジスト膜３０８のパターンを形成する。

次に、図３Ｅにおいて、図３Ｃで形成したハードマスク層であるＣｒ膜３０７に、レジスト膜３０８のパターンをマスクとしてドライエッチングによってパターンを形成する。ドライエッチングの条件は、例えば、基板温度を－２０℃、ガスはＯ_２、又はＣｌ_２を用い、エッチング時間は６０～４００ｓとする。

次に、図３Ｆにおいて、図３Ｅで形成したＣｒ膜３０７のパターンを使用して、図３Ｂで形成したＳｉＯ_２膜３０２’にドライエッチングによってパターンを形成する。エッチングの条件は、電力２００Ｗ、基板温度－２０℃、ガスはＣＨＦ_３、又はＣ_４Ｆ_８を用い、エッチング時間は５０～２００ｓｅｃとする。

ここで、本実施形態のように、場所によってＳｉＯ_２膜３０２’の高さが不均一である場合、加工箇所によりエッチング量が異なる。そこで、ＳｉＯ_２膜３０２’とＳｉ基板３０１のエッチングレートの違いによりＳｉ基板３０１がストップ層の役割を果たすために、ＳｉＯ_２膜３０２’とＳｉ基板３０１の選択比が６以上あることが望ましい。

最後に、図３Ｇにおいて、Ｃｒ膜３０７上に残存しているレジスト膜３０８を除去する。

レジスト膜の除去は、Ｏ_２アッシングとその後の硫酸―過酸化水素水を用いたＷｅｔ洗浄で行える。Ｃｒ膜の除去は、佐々木化学薬品株式会社の「エスクリーン２４」を用いたＷｅｔ洗浄で行える。レジスト膜はＣｒエッチング後に先に除去しても問題はないが、前記説明したようにＳｉＯ_２エッチング後にＣｒと同じタイミングで除去してもよい。各工程の実施時間は、Ｏ_２アッシングは実施２０－４０ｓ、Ｗｅｔ洗浄は３０－６０ｓとする。

以上、ステップ図３Ａ～図３Ｇによって、図３Ｇに示すように、高さが異なる複数の微細構造１０４ａを含む微細パターンを有する原盤１０１に対応する原盤３０９が形成される。

次に、この原盤３０９を使用してインプリント素子２０１を作製する。

まず、図３Ｈにおいて、前記原盤３０９とフィルム３１０との間に光硬化性樹脂又はフッ素化合物が添加された光硬化性樹脂の光硬化性樹脂部３１１を挟み、ＵＶ照射して光硬化性樹脂部３１１を硬化させる。

光硬化性樹脂部３１１の材料としては、ラジカル硬化系のメタアクリルタイプ、カチオン硬化系のグリシジル型エポキシ群、脂環式エポキシ群、オキセタン群、又はビニルエーテル群など、様々な光硬化性樹脂が挙げられるが、被転写体の形状確保に必要な硬化収縮率、硬化させるのに必要なＵＶ光量、又は被転写体の粘弾性確保に必要な分子量又は分子構造などに応じて適宜選択すると良い。

次に、図３Ｉにおいて、原盤３０９から、フィルム３１０と光硬化性樹脂部３１１を離型する。

以上、図３Ｈ～図３Ｉによって、図３Ｉに示すように、インプリントにより原盤３０９のパターンが転写された中間フィルムモールド３１２が形成される。

次に、図３Ｊにおいて、ガラス基板３１３と中間フィルムモールド３１２との間に光硬化性樹脂３１４を挟み、ＵＶ照射して硬化させる。光硬化性樹脂３１４の材料としては、ラジカル硬化系のメタアクリルタイプ、カチオン硬化系のグリシジル型エポキシ群、脂環式エポキシ群、オキセタン群、又はビニルエーテル群など、様々な光硬化性樹脂が挙げられるが、被転写体の形状確保に必要な硬化収縮率、硬化させるのに必要なＵＶ光量、又は被転写体の粘弾性確保に必要な分子量又は分子構造などに応じて適宜選択すると良い。

次に、図３Ｋにおいて、ガラス基板３１３と光硬化性樹脂３１４から、中間フィルムモールド３１２を離型する。

以上、ステップ図３Ｊ～図３Ｋによって、図３Ｊに示すように、インプリントにより中間モールド３１２のパターンが転写されたインプリント素子２０１が形成される。

（実験例）
実際に、本開示の原盤を用いてインプリント素子の形成を行った。

原盤は、高さが異なる複数の微細構造を含むＳｉＯ_２のパターン部と、複数のＳｉＯ_２の平坦面とを備えている。側方視の縦断面形状において、ＳｉＯ_２平坦部（言い換えれば、平坦面１０５を有する凸部１１５）の厚みは３００ｎｍで、ＳｉＯ_２パターン部の右端の突起は平坦部に比べて２７０ｎｍ低く、ＳｉＯ_２パターン部の左端の微細構造は平坦部に比べて１２０ｎｍ低くなるように傾斜加工されている。ＳｉＯ_２のパターンは、ピッチ３００ｎｍのバイナリ形状のＬ／Ｓパターンが形成されている。また、パターン部の左右端間の距離は１５～２０ｍｍである。

また、側方視の縦断面形状において、平坦面と傾斜面との第１接合部における曲線箇所、パターン部と傾斜面との第２接合部における曲線箇所、及び傾斜面の傾斜箇所を合わせた距離は４ｍｍである。また、平坦面と傾斜面との接合部の曲率半径Ｒは左側が５００００ｍｍ、右側が７５０００ｍｍ、パターン部と傾斜面との接合部の曲率半径Ｒは左側が２８０００ｍｍ、右側が１５０００ｍｍである。さらに、パターン部に対する傾斜面の傾斜角度θは右側が０．０４５８°、左側が０．００６８７°である。さらに、パターン部の微細構造の上面の表面粗さＲａは５ｎｍである。

次に、厚み１８８μｍのＰＥＴフィルム上に、フッ素化合物が添加された光硬化性樹脂の約３μｍの塗膜を形成後、原盤上に押圧して貼り合わせ、波長３６５ｎｍの紫外線を用いて照度２７ｍＷ／ｃｍ^２で１．５Ｊの照射を行い硬化させた後、離型を行い、中間フィルムモールドを作製した。その後、離型後の中間フィルムモールドについてＳＥＭ観察を行い、パターン部と平坦面との境界領域においてパターンの欠け、折れなどの転写欠陥が発生していないことを確認した。

次に、厚み０．８ｍｍ、屈折率２．００のガラス基板上に、光硬化性樹脂（ＰＡＫ－０２、東洋合成工業）の約３μｍの塗膜を形成後、上部から前記中間モールドを押圧して貼り合わせ、波長３６５ｎｍの紫外線を用いて照度２７ｍＷ／ｃｍ^２で１．０Ｊの照射を行い硬化させた後、離型を行い、インプリント素子を作製した。その後、離型後のインプリント素子についてＳＥＭ観察を行い、パターン部と平坦面との境界領域においてパターンの欠け、折れなどの転写欠陥が発生していないことを確認した。

以上のように、本実施形態によれば、微細構造１０４ａ，２０４ａの高さが異なる微細パターンを有するインプリント原盤１０１及びインプリント素子２０１によれば、パターン部１０４，２０４を平坦面１０５，２０５より低い位置に形成し、かつ平坦面１０５，２０５とパターン部１０４，２０４の境界面が傾斜面１０６，２０６となり、かつ平坦面１０５，２０５と傾斜面１０６，２０６との第１接合部１１１，２１１、及びパターン部１０４，２０４と傾斜面１０６，２０６との第２接合部１１２，２１２が曲線で接合するようにしている。この結果、インプリント離型時の平坦面１０５，２０５とパターン部１０４，２０４との境界部分における離型不良を低減し、転写欠陥のない光回折格子を形成することができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本開示の前記態様にかかるインプリント原盤及びインプリント素子は、パターン部と平坦面との境界部分における離型抵抗の差を低減し、インプリント時の離型不良を抑制することのできる、インプリント原盤、及びそれを用いて作製した転写欠陥のないインプリント素子であり、例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）又はヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などとして有用である。

１０１原盤
１０２格子層
１０３基板
１０３ａ主面
１０４格子層のパターン部
１０４ａ微細構造
１０４ｂ上面
１０５格子層の平坦面
１０６格子層の傾斜面
１１１第１接合部
１１２第２接合部
１１５凸部
２０１、２０１Ｂインプリント素子
２０２インプリント素子の格子層
２０３インプリント素子の基板
２０３ａインプリント素子の主面
２０４インプリント素子のパターン部
２０４ａインプリント素子の微細構造
２０４ｂインプリント素子の微細構造の上面
２０５インプリント素子の平坦面
２０６インプリント素子の傾斜面
２１１インプリント素子の第１接合部
２１２インプリント素子の第２接合部
２１５インプリント素子の凸部
３０１基板
３０２、３０２’ ＳｉＯ_２膜
３０３ＳｉＯ_２膜の斜面
３０４磁性流体研磨ツール
３０５格子層のパターン部
３０６格子層の平坦面
３０７ハードマスク層
３０８レジスト膜
３０９原盤
３１０フィルム
３１１光硬化性樹脂又はフッ素化合物が添加された光硬化性樹脂
３１２中間フィルムモールド
３１３ガラス基板
３１４光硬化性樹脂
４０１原盤
４０２格子層
４０３基板
４０４格子層のパターン部
４０５格子層の平坦面
４０６傾斜面
４１１第１接合部
４１２第２接合部

Claims

高さが異なる複数の微細構造を含むパターン部と、複数の平坦面とを備え、
側方視の縦断面形状において、前記パターン部は前記平坦面より低い位置に形成され、
かつ前記平坦面と前記パターン部との境界面が傾斜面であり、
かつ前記平坦面と前記傾斜面との第１接合部の断面形状、及び前記パターン部と前記傾斜面との第２接合部の断面形状が、それぞれ曲線である、
インプリント原盤。
前記側方視において、前記平坦面と前記傾斜面との前記第１接合部における曲線箇所、前記パターン部と前記傾斜面との前記第２接合部における曲線箇所、及び前記傾斜面を合わせた距離が１～１０ｍｍである、
請求項１に記載のインプリント原盤。
前記側方視において、前記平坦面と前記傾斜面との前記第１接合部の曲率半径が３００００～１０００００ｍｍである、
請求項１～２のいずれか１項に記載のインプリント原盤。
前記側方視において、前記パターン部と前記傾斜面との前記第２接合部の曲率半径が１００００～４００００ｍｍである、
請求項１～３のいずれか１項に記載のインプリント原盤。
前記側方視において、前記パターン部が形成された形成面に対する前記傾斜面の傾斜角度θが０．００１～０．１００°である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のインプリント原盤。
前記パターン部の前記微細構造の上面の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である、
請求項１～５のいずれか１項に記載のインプリント原盤。
高さが異なる複数の微細構造を含むパターン部と、複数の平坦面とを備え、
側方視の縦断面形状において、前記パターン部は前記平坦面より低い位置に形成され、
かつ前記平坦面と前記パターン部との境界面が傾斜面であり、
かつ前記平坦面と前記傾斜面との第１接合部の断面形状、及び前記パターン部と前記傾斜面との第２接合部の断面形状が、それぞれ曲線となるように接合される、
インプリント素子。
前記側方視において、前記平坦面と前記傾斜面との前記第１接合部における曲線箇所、前記パターン部と前記傾斜面との前記第２接合部における曲線箇所、及び前記傾斜面を合わせた距離が１～１０ｍｍである、
請求項７に記載のインプリント素子。
前記側方視において、前記平坦面と前記傾斜面との前記第１接合部の曲率半径が３００００～１０００００ｍｍである、
請求項７～８のいずれか１項に記載のインプリント素子。
前記側方視において、前記パターン部と前記傾斜面との前記第２接合部の曲率半径が１００００～４００００ｍｍである、
請求項７～９のいずれか１項に記載のインプリント素子。
前記側方視において、前記パターン部が形成された形成面に対する前記傾斜面の傾斜角度θが０．００１～０．１００°である、
請求項７～１０のいずれか１項に記載のインプリント素子。
前記パターン部の前記微細構造の上面の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である、
請求項７～１１のいずれか１つに記載のインプリント素子。