JP5168815B2

JP5168815B2 - パターンの形成方法

Info

Publication number: JP5168815B2
Application number: JP2006125053A
Authority: JP
Inventors: 宏之長沼
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007296683A

Description

本発明は、ナノインプリントにおいて、欠け等の欠陥のないパターンを形成する方法に関するものである。

近年、数十ナノメートルの微細パターン転写が容易で、しかも低コストで量産加工できる技術としてナノインプリント技術が注目されている。ナノインプリントとは、ナノレベルの微細な凹凸のあるモールド（すなわち型）を、樹脂などの被加工基材に押し付けて型の形状を転写する微細成形加工技術である。

一般的なナノインプリントの工程を図５に示す。ナノインプリント工程とは、図５（ａ）に示すように基板１７表面上の樹脂層１５にモールド１３を密着させ、樹脂層１５表面にモールド１３の凹凸形状を転写させる工程を行い、その後、図５（ｂ）に示すように高温もしくは紫外線照射等により樹脂層１５を固化させる固化工程を行ってから、図５（ｃ）のようにモールド１３を樹脂層１５から引き離す剥離工程を行う（例えば、特許文献１及び２）。

剥離工程において、モールド１３と樹脂層１５の境界面に対して垂直方向に一度に全面を引き離すのではなく、モールドもしくは樹脂層の端から順次離すことが考えられる。基板１７もしくはモールド１３の少なくとも何れかが可撓性を有している場合このような方法がよいとされる。
特表２００４−５０４７１８号公報特表２０００−１９４１４２号公報

しかし、この方法では、幅が長さに比べてごく短く、幅に対して数倍の深さの凸部形状を有するモールドの場合、引き離す方向によりモールド凸部の歪みの状態が異なり、特に、凸部の幅方向に引き離そうとする場合、凸部に最も大きな歪みが生じ、パターンが欠けたり、湾曲するなどの問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、パターンに対してモールドの剥離方向を制御することにより、応力を低減し、欠けなどの欠陥のないパターン形成方法を提供することである。

前述した目的を達成するために本発明の第１の発明は、基板上に樹脂層を形成し、パターンを有するモールドで前記樹脂層を賦型し、前記モールドを剥離させて、前記基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、前記モールドの２つのラインパターンが交差するモールドを剥離する場合、角度θ＝９０°であり、前記２つのパターンが交わる角度をθとした場合、パターンに対する剥離方向のなす角αは４１°≦α≦４９°であることを特徴とするパターン形成方法である。

本発明により、パターンに対してモールドの剥離方向を制御することにより、応力を低減し、欠けなどの欠陥のないパターン形成方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係るパターン形成方法について説明する。

本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法において、パターン形成用モールド１の斜視図を図１に示す。モールド１は、一つの面にある凹凸状のパターン３がライン方向Ｃに平行に形成された構造を有している。

モールド１の材料として、特に限定されないが、一般に以下の材料が用いられる。半導体材料として、単結晶シリコン（Ｓｉ）、ポリシリコン（α−Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、および窒化シリコン（ＳｉＮ）等が挙げられる。金属材料として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、および銅（Ｃｕ）等がある。さらに、誘電体材料としてセラミックスが、またガラス及び光学材料として石英、ソーダガラス等が用いられる。また、パターンをレジストで形成してもよい。

モールド１を用いて、パターン３を基板７上の樹脂層５に押し付け転写する工程の断面図を図２（ａ）に、モールド１側から見たその平面図を図２（ｂ）にそれぞれ示す。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ１による断面図である。

基板７の材料は、特に限定されず、一般に上記のモールド１と同様な材料が使用される。

また、転写される樹脂層５として、熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂が使用される。ただし、光硬化性樹脂を使用する場合は、モールド１及び基板７の少なくとも一方は硬化に必要な光を透過する材料を使用する。

ライン方向Ｃに平行に凹凸状のパターン３が形成されたモールド１を使用した場合、転写・固化工程後にモールド１を樹脂層５から剥離する工程において、図２（ｂ）に示すように、ライン方向Ｃを剥離方向Ｄとすることが好ましい。より具体的には、モールド１のパターン３のライン方向Ｃと剥離方向Ｄとのなす角度をθとすると、−５°≦θ≦５°であることが好ましい。
以上のような剥離方法により、モールド１によって作製された転写パターンは欠けの生じることのない凹凸の形状を再現することができる。

本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法において、パターン形成用モールド９の斜視図を図３に示す。モールド９は、一つの面にある凹凸状のパターン１１ａ、パターン１１ｂが交差するようなパターン１１を有している。

モールド９の材料は、特に限定されず、一般に上記に示した材料が用いられる。

モールド９を用いて、パターン１１を基板７上の樹脂層５に押し付け転写する工程の断面図を図４（ａ）に、モールド９側から見たその平面図を図４（ｂ）にそれぞれ示す。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ１による断面図である。

基板７及び転写される樹脂層５の材料は上記に示したとおりである。

交差するような凹凸状のパターン１１が形成されたモールド９を使用した場合、転写・固化工程後にモールド９を樹脂層５から剥離する工程において、図４（ｂ）に示すように、パターン１１ａ、１１ｂそれぞれのラインが交わる角度をθとし、１つのパターン１１ａのライン方向Ｅと剥離方向Ｆのなす角をαとすると、０．９×θ／２≦α≦１．１×θ／２であることが好ましい。
以上のような剥離方法により、モールド９によって作製された転写パターンは欠けの生じることのない凹凸の形状を再現することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上述した作製工程に限定されるものではない。

モールドを作製し、各モールドを用いたナノインプリント工程の中の剥離工程において、パターン凹部のライン（長さ）方向と剥離方向のなす角度を変えてモールドを剥離し、パターン形成時の状態を調べた。以下に、実施例及び比較例を示す。

モールドの作製
１５０ｍｍ×１５０ｍｍで、厚さが６ｍｍの合成石英の片面に、パターンエリアが１０ｍｍ×１０ｍｍ、幅０．１μｍ、深さ０．５μｍ、ピッチ０．２μｍの凹部をドライエッチングにより形成し、モールドを作製した。

上記モールドの型面に、次段階に示す組成の紫外線硬化型樹脂組成物を滴下し、その上に厚さ１ｍｍのポリカーボネートを重ね合わせた後、紫外線光源（フュージョンＵＶシステムズ社製、Ｈバルブ）を用い、１７０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の条件で紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂組成物を硬化させた。モールドの型面の凹部を基準として、凹部と剥離方向の角度θが５°の方向に剥離すると、硬化した紫外線硬化型樹脂組成物の表面にモールドの型面の凹凸が再現され、ポリカーボネートで裏打ちされた転写パターンを得た。

紫外線硬化型樹脂組成物
・ウレタンアクリレート３５部
（日本合成イヒ学工業（株）製、ゴーセラックＵＶ−７５００Ｂ）
・１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（日本化薬（株）製）３５部
・ペンタエリスリトールトリアクリレート（東亜合成（株）製）１０部
・ビニルピロリドン（東亜合成（株）製）１５部
・１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン２部
（チパ・スペシャルテイ・ケミカルズ（株）製、「イルガキュア１８４」を使用）
・ベンゾフェノン（日本化薬（株）製）２部
・ポリエーテル変性シリコーン１部
（ＧＥ東芝シリコーン（株）製、ＴＳＦ４４４０）
［比較例１］

上記モールドの型面に、実施例１で用いた紫外線硬化型樹脂組成物を滴下し、その上に厚さ１ｍｍのポリカーボネートを重ね合わせた後、紫外線光源（フュージョンＵＶシステムズ社製、Ｈバルブ）を用い、１７０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の条件で紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂組成物を硬化させた。モールドの型面の凹部を基準として、凹部と剥離方向の角度θが１０°の方向に剥離すると、ポリカーボネートで裏打ちされた転写パターンは型面の凹部に相当する部分が湾曲および欠損し、型面の凹凸が再現されなかった。但し、欠損した部分は転写パターンと繋がっており、モールドに硬化した紫外線硬化型樹脂組成物は残存していなかった。

モールドの作製
１５０ｍｍ×１５０ｍｍで、厚さが６ｍｍの合成石英の片面に、パターンエリアが１０ｍｍ×１０ｍｍ、幅０．２μｍ、深さ０．５μｍ、ピッチ１．０μｍ、９０°で交差する凹部をドライエッチング法により形成し、モールドを作製した。
また、１５０ｍｍ×１５０ｍｍで、厚さが６ｍｍの合成石英の片面に、パターンエリアが１０ｍｍ×１０ｍｍ、幅０．２μｍ、深さ０．５μｍ、ピッチ１．０μｍ、９０°で接する凹部をドライエッチング法により形成し、モールドを作製した。

上記のモールドの型面に、実施例１に示した組成の紫外線硬化型樹脂組成物を滴下し、その上に厚さ１ｍｍのポリカーボネートを重ね合わせた後、紫外線光源（フュージョンＵＶシステムズ社製、Ｈバルブ）を用い、１７０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の条件で紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂組成物を硬化させた。モールドの型面のひとつの凹部を基準として、凹部と剥離方向の角度αが４１°の方向に剥離すると、硬化した紫外線硬化型樹脂組成物の表面にモールドの型面の凹凸が再現され、ポリカーボネートで裏打ちされた転写パターンを得た。
［比較例２］

上記のモールドの型面に、実施例１に示した組成の紫外線硬化型樹脂組成物を滴下し、その上に厚さが１ｍｍのポリカーボネートを重ね合わせた後、紫外線光源（フュージョンＵＶシステムズ社製、Ｈバルブ）を用い、１７０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の条件で紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂組成物を硬化させた。
モールドの型面のひとつの凹部を基準として、凹部と剥離方向の角度αが３５°の方向に剥離すると、凹部が交差する部分、凹部が接する部分はモールドに硬化した紫外線硬化型樹脂組成物が残存し、ポリカーボネートで裏打ちされた転写パターンはモールドの型面の凹凸が再現されなかった。

ナノインプリントの剥離工程において、パターンに対してモールドの剥離方向を制御することにより、応力を低減し、欠けなどの欠陥のないパターン形成方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパターン形成用モールド１の斜視図を示した説明図である。本発明の第１の実施形態に係るモールド１を用いて、押し付け転写する工程の断面図（ａ）と、モールド側から見たその平面図（ｂ）を示した説明図である。本発明の第２の実施形態に係るパターン形成用モールド９の斜視図を示した説明図である。本発明の第２の実施形態に係るモールド９を用いて、押し付け転写する工程の断面図（ａ）と、モールド側から見たその平面図（ｂ）を示した説明図である。一般的なナノインプリントの工程図を示した説明図である。

符号の説明

１、９、１３………モールド
３、１１……パターン
５、１５………樹脂層
７、１７………基板

Claims

基板上に樹脂層を形成し、パターンを有するモールドで前記樹脂層を賦型し、前記モールドを剥離させて、前記基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記モールドの２つのラインパターンが交差するモールドを剥離する場合、前記２つのパターンが交わる角度をθとした場合、角度θ＝９０°であり、パターンに対する剥離方向のなす角αは４１°≦α≦４９°であることを特徴とするパターン形成方法。