JP5915696B2 - Manufacturing method of substrate with single particle film etching mask - Google Patents

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Description

本発明は、微細構造体(反射防止体、ナノインプリント用モールドの原版など)の製造に好適に使用される単粒子膜エッチングマスクとその製造方法、該単粒子膜エッチングマスクを用いた微細構造体の製造方法および該製造方法で得られた微細構造体、さらには、ナノインプリント用モールド、ナノインプリント装置、該装置で得られたナノインプリント物、および、射出成型用モールド、射出成型装置、該装置で得られた射出成型物に関する。 The present invention relates to a single particle film etching mask suitably used for the production of a fine structure (an antireflective body, a nanoimprint mold master, etc.), a method for producing the same, and a fine structure using the single particle film etching mask. Manufacturing method and fine structure obtained by the manufacturing method, as well as nanoimprint mold, nanoimprint apparatus, nanoimprint product obtained by the apparatus, and injection mold, injection molding apparatus, obtained by the apparatus It relates to injection molded products.

めがね、望遠鏡、顕微鏡、カメラ、ディスプレイの部材、分析用光学機器、産業用光学機器等に用いる光学レンズ表面に反射防止加工を直接行う技術は古くからあり、対物レンズに対する加工による光の取込み量増加や、接眼レンズに対する加工による視認性向上(反射防止)、或いはこれら以外の内部のレンズやレンズ群に対する加工で光学性能の向上を図ること等が行われてきた。 Glasses, telescopes, microscopes, cameras, display components, optical instruments for analysis, optical lenses used in industrial optical instruments, etc. have long been used for technology that directly applies anti-reflection processing, and the amount of light taken up by processing on the objective lens has increased. In addition, it has been attempted to improve visibility (antireflection) by processing on an eyepiece lens, or to improve optical performance by processing on other internal lenses and lens groups.

レンズ等の非平面に対する反射防止加工法として、従来ドライ法(真空成膜法)が行われてきた。ドライ法は、蒸着やスパッタリングを用いて、主として金属や金属酸化物などを対象物の表面に多層コートする方法である。この方法は、膜厚精度が高く、非常に高い反射防止効果を発揮する反射防止加工ができるが、生産性が低くコストが高いという欠点がある。 Conventionally, a dry method (vacuum film forming method) has been performed as an antireflection processing method for non-planar surfaces such as lenses. The dry method is a method in which a surface of an object is multilayer-coated mainly using metal or metal oxide by vapor deposition or sputtering. This method has high film thickness accuracy and can perform antireflection processing that exhibits a very high antireflection effect, but has a drawback of low productivity and high cost.

一方、ドライ法とは異なる反射防止技術として、表面に形成した微細突起で屈折率を制御する方法も知られている。具体的には、微細突起の配列ピッチを入射光の波長以下とすることにより光学散乱をなくし、かつ突起を形成する材質の屈折率を表面の深さ方向に連続的に変化させることで、フレネル反射を抑制するというものである。屈折率の変化が急激に起きないようにするため、微細突起の高さは対象とする波長の約0.4倍以上にするのが好ましい。この方法は前述のドライ法にくらべて波長依存性および角度依存性が改善される。(非特許文献1−5)。
Optica Acta, Vol.29, 993 (1982) Applied Optics, Vol.32, 2582 (1993) Journal of the Optical Society of America A, Vol.12, 333 (1995) Applied Optics, Vol.26, 1142 (1987) Applied Optics, Vol.36, 1556 (1997)
On the other hand, as an antireflection technique different from the dry method, a method of controlling the refractive index with fine protrusions formed on the surface is also known. Specifically, by setting the pitch of the fine protrusions to be equal to or smaller than the wavelength of the incident light, optical scattering is eliminated, and the refractive index of the material forming the protrusions is continuously changed in the depth direction of the surface, so that Fresnel This is to suppress reflection. In order to prevent the refractive index from changing rapidly, the height of the fine protrusion is preferably about 0.4 times or more the target wavelength. This method has improved wavelength dependency and angle dependency compared to the dry method described above. (Nonpatent literature 1-5).
Optica Acta, Vol. 29, 993 (1982) Applied Optics, Vol.32, 2582 (1993) Journal of the Optical Society of America A, Vol.12, 333 (1995) Applied Optics, Vol.26, 1142 (1987) Applied Optics, Vol. 36, 1556 (1997)

このような反射防止効果を与える微細構造を作成するには、X線リソグラフィ(特許文献1)、干渉露光法(非特許文献1、非特許文献4)、電子ビーム描画(特許文献2) 等でパターンを作成したのちエッチングなどを組み合わせる方法がある。特に、レンズや拡散フィルムなどの非平面上に微細構造を作成するには、特許文献3および特許文献4のように曲面上にX線リソグラフィを用いて高精度にパターンを描画し、それを元にサブミクロンの周期的な微細構造を作成するための方法が記載されている。
特開昭56−26438 特開2001−272505 特開2006−195289 特開2006−330085
In order to create such a fine structure that gives an antireflection effect, X-ray lithography (Patent Document 1), interference exposure method (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 4), electron beam lithography (Patent Document 2), etc. There is a method of combining the etching after creating the pattern. In particular, in order to create a fine structure on a non-planar surface such as a lens or a diffusion film, a pattern is drawn with high accuracy on a curved surface using X-ray lithography as in Patent Document 3 and Patent Document 4, Describes a method for producing submicron periodic microstructures.
JP 56-26438 JP 2001-272505 A JP 2006-195289 A JP 2006-330085 A

また、このような微細凹凸パターンの形成方法の1つとして、樹脂、金属などの粒子一層からなる単粒子膜をエッチングマスクとして基板上に配置し、基板表面をエッチングする方法がある。この方法によれば、単粒子膜はエッチングマスクとして作用しつつそれ自身もエッチングされて最終的には削り取られる。その結果、各粒子に対応する位置に円錐状微細突起が形成された基板を得ることができる。 Further, as one method for forming such a fine concavo-convex pattern, there is a method in which a single particle film composed of a single layer of resin, metal or the like is disposed on a substrate as an etching mask and the substrate surface is etched. According to this method, the single particle film itself is etched while acting as an etching mask, and is finally scraped off. As a result, it is possible to obtain a substrate on which conical fine protrusions are formed at positions corresponding to the respective particles.

このような単粒子膜エッチングマスクの形成方法として、特許文献5には、基板をコロイド粒子の懸濁液中に浸漬し、その後、基板と静電気的に結合した第1層目の粒子層のみを残し第2層目以上の粒子層を除去する(粒子吸着法)ことで、単粒子膜からなるエッチングマスクを基板上に設ける方法が提案されている。また特許文献6には、シート状基材に単粒子膜を形成し、この単粒子膜を基板に転写する方法が開示されている。この際、シート上基材への単粒子膜を形成する方法としては、シート上基材上にバインダー層を形成し、その上に粒子の分散液を塗布し、その後バインダー層を加熱により軟化させることで、第1層目の粒子層のみをバインダー層中に包埋させ、余分な粒子を洗い落とす方法が記載されている。
特開昭58−120255 特開2005−279807
As a method for forming such a single particle film etching mask, Patent Document 5 describes that only a first particle layer electrostatically bonded to a substrate is immersed in a suspension of colloidal particles after that. There has been proposed a method in which an etching mask made of a single particle film is provided on a substrate by removing the remaining second and higher particle layers (particle adsorption method). Patent Document 6 discloses a method of forming a single particle film on a sheet-like substrate and transferring the single particle film to a substrate. At this time, as a method of forming a single particle film on the substrate on the sheet, a binder layer is formed on the substrate on the sheet, a particle dispersion is applied thereon, and then the binder layer is softened by heating. Thus, a method is described in which only the first particle layer is embedded in the binder layer, and excess particles are washed away.
JP 58-120255 A JP-A-2005-279807

しかしながら、曲面状にパターンを作成する特許文献3や4に記載の方法では、X線源を用意する必要があり装置が大掛かりになる、X線の照射野に制限がある、および被爆の観点からX線の取り扱いを慎重に行う必要がある、等の問題がある。また、電子ビーム描画によるパターニングは、実用的面積の光学素子を得るには非常に時間がかかりかつ高価であるという問題がある。干渉露光法も装置や空気の振動による影響をなくすのは容易ではない。 However, in the methods described in Patent Documents 3 and 4 for creating a pattern in a curved surface, it is necessary to prepare an X-ray source, the apparatus becomes large, the X-ray irradiation field is limited, and from the viewpoint of exposure There are problems such as the need to handle X-rays carefully. Further, patterning by electron beam drawing has a problem that it takes a very long time and is expensive to obtain an optical element having a practical area. In the interference exposure method, it is not easy to eliminate the influence of vibration of the apparatus and air.

一方、単粒子膜エッチングマスクを用いる方法は、安全・安価かつ簡便に大面積のパターニングを行うことができる。しかしながら、特許文献5や6に記載の方法では、単粒子膜を構成する粒子が部分的にクラスター状に凝集して2層以上となったり、粒子が存在しない欠陥箇所が発生したりしやすく、各粒子が高精度で2次元に最密充填した単粒子膜を得ることは難しい。このように、単粒子膜をエッチングマスクとして使用する従来の方法では、各粒子に対応する位置に円錐状微細突起が形成されるため、マスクである粒子の配列精度が低いと作成される突起の配列精度を上げることはできず、高度な反射防止効果を得ることは困難である。 On the other hand, the method using a single particle film etching mask can pattern a large area safely, inexpensively and easily. However, in the methods described in Patent Documents 5 and 6, the particles constituting the single particle film are partially clustered to form two or more layers, or a defect portion where no particles exist is likely to occur. It is difficult to obtain a single particle film in which each particle is closely packed in two dimensions with high accuracy. In this way, in the conventional method using a single particle film as an etching mask, conical fine protrusions are formed at positions corresponding to the respective particles. The arrangement accuracy cannot be increased, and it is difficult to obtain a high antireflection effect.

また、干渉露光法やX線リソグラフィー等のレジスト樹脂を必要とする方法では、曲面や段差を有する凹凸表面に樹脂をコーティングする際に厚さムラが発生するという問題が起こる。厚さムラが発生すると、レジストの厚さが局所的に異なってしまうので、ドライエッチング後の微細構造の均一性が失われるため好ましくない。特に、マイクロレンズアレイや回折格子等の微細構造の表面にレジスト樹脂をコーティングすると、微細構造の凹の部分に樹脂が厚くついてしまい、凸の部分に樹脂が薄くつくという現象が起きる。このような状態では、マイクロレンズアレイや回折格子等の微細構造表面に円錐状微細突起を作成しようとしても、均一なものを得ることは困難となる。 In addition, in a method that requires a resist resin such as an interference exposure method or X-ray lithography, there arises a problem that thickness unevenness occurs when the resin is coated on an uneven surface having a curved surface or a step. If thickness unevenness occurs, the resist thickness varies locally, which is not preferable because the uniformity of the fine structure after dry etching is lost. In particular, when a resist resin is coated on the surface of a fine structure such as a microlens array or a diffraction grating, a phenomenon occurs in which the resin is thick on the concave portion of the fine structure and the resin is thin on the convex portion. In such a state, it is difficult to obtain a uniform one even if a conical fine protrusion is formed on the surface of a fine structure such as a microlens array or a diffraction grating.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単粒子膜を構成する各粒子が2次元に最密充填し、高精度に配列した曲面上の単粒子膜エッチングマスクとその製造方法、該単粒子膜エッチングマスクを用いた曲面上の微細構造体の製造方法および該製造方法で得られた高精度な曲面上の微細構造体の提供を課題とする。さらには、微細構造体を使用することによるナノインプリントまたは射出成型用モールド、該ナノインプリントまたは射出成型用モールドを具備するナノインプリントまたは射出成型用装置、該装置で得られた高精度なナノインプリントまたは射出成型物の提供を課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. A single particle film etching mask on a curved surface in which each particle constituting a single particle film is two-dimensionally closely packed and arranged with high accuracy, a method for manufacturing the same, It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of a fine structure on a curved surface using a particle film etching mask and a highly accurate fine structure on a curved surface obtained by the manufacturing method. Furthermore, a mold for nanoimprint or injection molding by using a fine structure, a nanoimprint or injection molding apparatus comprising the nanoimprint or injection mold, and a highly accurate nanoimprint or injection molded product obtained by the apparatus. Offering is an issue.

本発明者らは鋭意検討した結果、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下し、その後溶剤を揮発させることにより、粒子が精度よく2次元に最密充填した単粒子層を形成でき、ついで、この単粒子層を曲面や段差を含む基板上に移し取ることにより、非平面基板上に高精度に配列した非平面状の単粒子膜ならびに単粒子膜エッチングマスクを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have dripped a dispersion liquid in which particles are dispersed in a solvent onto the liquid surface in the water tank, and then volatilizes the solvent, whereby the particles are densely packed in a two-dimensional close-packed manner. A non-planar single particle film and a single particle film etching mask arranged on a non-planar substrate with high precision can be manufactured by transferring the single particle layer onto a substrate including a curved surface or a step. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.

本発明の非平面状の単粒子膜ならびに単粒子膜エッチングマスクの製造方法は、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下する滴下工程と、前記溶剤を揮発させることにより前記粒子からなる単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、前記単粒子膜を曲面や段差を含む非平面基板上に移し取る移行工程とを有することを特徴とする。
本発明の微細構造体の製造方法は、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下する滴下工程と、前記溶剤を揮発させることにより前記粒子からなる単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、前記単粒子膜を曲面や段差を含む非平面基板上に移し取る移行工程と、前記単粒子膜をエッチングマスクとして使用して、前記基板を気相エッチングするエッチング工程とを有することを特徴とする。
The manufacturing method of the non-planar single particle film and the single particle film etching mask of the present invention includes a dropping step of dropping a dispersion liquid in which particles are dispersed in a solvent onto a liquid surface in a water tank, and volatilizing the solvent. A single particle film forming step of forming a single particle film made of the particles, and a transition step of transferring the single particle film onto a non-planar substrate including a curved surface and a step.
The manufacturing method of the microstructure of the present invention includes a dropping step of dropping a dispersion liquid in which particles are dispersed in a solvent onto a liquid surface in a water tank, and forming a single particle film made of the particles by volatilizing the solvent. A single particle film forming step, a transition step of transferring the single particle film onto a non-planar substrate including a curved surface or a step, and an etching step of performing vapor phase etching of the substrate using the single particle film as an etching mask. It is characterized by having.

本発明の微細構造体が反射防止体である場合、前記製造方法により製造され、前記曲面や段差を含む非平面基板上の少なくとも片面に、高さが50nm以上でアスペクト比が0.4以上の円錐状微細突起が形成することを特徴とし、反射防止体、ナノインプリントまたは射出成型用モールドを製造するための原版として好適である。また、本発明の微細構造体が反射防止体でない場合、前記製造方法により製造され、前記曲面や段差を含む非平面基板上の少なくとも片面に円錐状、円柱状、半球状、あるいはこれらの形状を併せ持つ構造を形成することを特徴とし、反射防止構造以外の用途、すなわち超撥水構造、超親水構造、微細研磨表面構造、生体付着防止構造、防汚表面構造、MEMS用セパレーター構造、およびこれらの構造のナノインプリントまたは射出成型用モールドを製造するための原版として好適である。
本発明のナノインプリントまたは射出成型用モールドの製造方法は、前記微細構造体の前記微細突起を金属層に転写する転写工程を有することを特徴とする。
前記転写工程は、前記微細構造体の前記微細突起が形成された非平面に金属層を形成した後、前記金属層を剥離する工程であることが好ましい。
本発明のナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドは、前記製造方法で製造されたことを特徴とする。
本発明のナノインプリントまたは射出成型装置は、前記ナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドを具備することを特徴とする。
本発明のナノインプリントまたは射出成型物は、前記ナノインプリントまたは射出成型装置により製造されたことを特徴とする。
本発明の単粒子膜は、曲面、段差など非平面である部分で平面方向のピッチまたは大きさが0.1μm〜10000μmである表面が一部若しくは全部である基板上に形成する、粒子が2次元に最密充填した単粒子膜であって、
下記式(1)で定義される粒子の配列のずれD(%)が10%以下であることを特徴とする。
D(%)=|B−A|×100/A・・・(1)
(式(1)中、Aは前記粒子の平均粒径、Bは前記単粒子膜における前記粒子間の平均ピッチを示す。)
When the microstructure of the present invention is an antireflective body, the height is 50 nm or more and the aspect ratio is 0.4 or more on at least one surface on the non-planar substrate including the curved surface and the step, which is manufactured by the manufacturing method. Conical fine protrusions are formed, and it is suitable as an original plate for producing an antireflection body, nanoimprint or injection molding mold. In addition, when the microstructure of the present invention is not an antireflective body, it is manufactured by the above manufacturing method, and at least one surface on the non-planar substrate including the curved surface and the step is conical, cylindrical, hemispherical, or these shapes. It is characterized by forming a structure having both, and uses other than the antireflection structure, that is, a super water-repellent structure, a super hydrophilic structure, a fine polished surface structure, a bioadhesion prevention structure, an antifouling surface structure, a MEMS separator structure, and these It is suitable as a master for producing a mold for structure nanoimprint or injection molding.
The method for producing a mold for nanoimprinting or injection molding according to the present invention includes a transfer step of transferring the fine protrusions of the fine structure to a metal layer.
The transfer step is preferably a step of peeling the metal layer after forming a metal layer on a non-planar surface on which the fine protrusions of the microstructure are formed.
The non-planar mold for nanoimprinting or injection molding of the present invention is manufactured by the above manufacturing method.
The nanoimprint or injection molding apparatus of the present invention comprises the non-planar mold for nanoimprint or injection molding.
The nanoimprint or injection-molded product of the present invention is manufactured by the nanoimprint or injection-molding apparatus.
The single particle film of the present invention is formed on a substrate having a part or all of a surface having a pitch or size in a plane direction of 0.1 μm to 10000 μm in a non-planar part such as a curved surface or a step. A single-particle film closely packed in dimension,
The deviation D (%) in the arrangement of particles defined by the following formula (1) is 10% or less.
D (%) = | B−A | × 100 / A (1)
(In formula (1), A represents the average particle diameter of the particles, and B represents the average pitch between the particles in the single particle film.)

本発明の微細構造体は、前記単粒子膜エッチングマスクを用い、気相エッチングで作成することを特徴とする微細構造体であって、下記式(2)で定義される構造の配列のずれD’(%)が10%以下であることを特徴とする。
D’(%)=|C−A|×100/A・・・(2)
(式(2)中、Aは前記粒子の平均粒径、Cは前記微細構造体における前記構造配列の平均ピッチを示す。)
本発明のナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドは、前記微細構造体を用い、電鋳法で作成することを特徴とするナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドであって、下記式(3)で定義される構造の配列のずれD’ ’(%)が10%以下であることを特徴とする。
D’ ’(%)=|E−A|×100/A・・・(3)
(式(3)中、Aは前記粒子の平均粒径、Eは前記ナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドにおける前記構造配列の平均ピッチを示す。)
本発明のナノインプリントまたは射出成型物は、前記ナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドを用い、ナノインプリントまたは射出成型法で作成することを特徴とするナノインプリントまたは射出成型物であって、下記式(4)で定義される構造の配列のずれD’ ’ ’(%)が10%以下であることを特徴とする。
D’ ’ ’(%)=|F−A|×100/A・・・(4)
(式(4)中、Aは前記粒子の平均粒径、Fは前記ナノインプリントまたは射出成型物における前記構造配列の平均ピッチを示す。)
The fine structure of the present invention is a fine structure prepared by vapor phase etching using the single particle film etching mask, and has a structure displacement D defined by the following formula (2): '(%) Is 10% or less.
D ′ (%) = | C−A | × 100 / A (2)
(In the formula (2), A represents the average particle diameter of the particles, and C represents the average pitch of the structural arrangement in the fine structure.)
A non-planar mold for nanoimprinting or injection molding according to the present invention is a non-planar mold for nanoimprinting or injection molding characterized in that it is produced by electroforming using the fine structure, and is defined by the following formula (3): The arrangement deviation D ′ ′ (%) of the structure to be formed is 10% or less.
D ′ ′ (%) = | EA− × 100 / A (3)
(In Formula (3), A represents the average particle diameter of the particles, and E represents the average pitch of the structural arrangement in the non-planar mold for nanoimprint or injection molding.)
The nanoimprint or injection-molded product of the present invention is a nanoimprint or injection-molded product produced by the nanoimprint or injection molding method using the non-planar mold for nanoimprint or injection molding, and represented by the following formula (4): The arrangement deviation D ′ ′ ′ (%) of the defined structure is 10% or less.
D ′ ′ ′ (%) = | FA− × 100 / A (4)
(In formula (4), A represents the average particle diameter of the particles, and F represents the average pitch of the structural arrangement in the nanoimprint or injection-molded product.)

本発明によれば、単粒子膜を構成する各粒子が2次元に最密充填し、高精度に配列した単粒子膜エッチングマスクを曲面や段差を含む非平面上に形成でき、該単粒子膜エッチングマスクを用いた微細構造体の製造方法および該製造方法で得られた高精度な微細構造体を提供できる。さらには、微細構造体を使用することによる非平面に対応するナノインプリント用モールド、該ナノインプリント用モールドを具備するナノインプリント装置、該装置で得られた高精度かつ非平面に対応できるナノインプリント物を提供できる。 According to the present invention, each particle constituting a single particle film is two-dimensionally closely packed, and a single particle film etching mask arranged with high precision can be formed on a non-planar surface including a curved surface or a step, and the single particle film A manufacturing method of a fine structure using an etching mask and a highly accurate fine structure obtained by the manufacturing method can be provided. Furthermore, it is possible to provide a nanoimprint mold corresponding to a non-planar surface using a fine structure, a nanoimprint apparatus including the nanoimprint mold, and a nanoimprint object obtained by the apparatus and capable of corresponding to a non-planar surface.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明の非平面状の単粒子膜とそれを用いたエッチングマスクは同様の製法であり、以下エッチングマスクを例に説明する。
[単粒子膜エッチングマスク]
本発明の単粒子膜エッチングマスクは、図1に示すように、多数の粒子Pが2次元に最密充填した単粒子膜からなるエッチングマスクであって、下記式(1)で定義される粒子の配列のずれD(%)が10%以下のものである。
D[%]=|B−A|×100/A・・・(1)
ここで式(1)中、Aは単粒子膜を構成している粒子Pの平均粒径、Bは単粒子膜における粒子間の平均ピッチである。また、|B−A|はAとBとの差の絶対値を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the non-planar single particle film of the present invention and an etching mask using the same are the same manufacturing method.
[Single particle film etching mask]
As shown in FIG. 1, the single particle film etching mask of the present invention is an etching mask comprising a single particle film in which a large number of particles P are two-dimensionally closely packed, and is defined by the following formula (1). The deviation D (%) of the arrangement is 10% or less.
D [%] = | B−A | × 100 / A (1)
In the formula (1), A is the average particle diameter of the particles P constituting the single particle film, and B is the average pitch between particles in the single particle film. | B−A | indicates the absolute value of the difference between A and B.

ここで粒子の平均粒径Aとは、単粒子膜を構成している粒子の平均一次粒径のことであって、粒子動的光散乱法により求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから常法により求めることができる。 Here, the average particle diameter A of the particles is the average primary particle diameter of the particles constituting the single particle film, and is obtained by fitting the particle size distribution obtained by the particle dynamic light scattering method to a Gaussian curve. It can obtain | require by a conventional method from the peak obtained.

本発明の粒子の形状としては、真球状であることが好ましい。これは最密充填された2次元結晶を作成するためには、格子欠陥の発生を出来るだけ避ける必要があるからである。しかし、大きさがほぼ揃っている粒子であれば、多面体(立方体や星型などの形状)、非定型体(球でも多面体でもないもの)でも単粒子膜として作成し、本発明のプロセスに載せることは可能である。 The shape of the particles of the present invention is preferably a true sphere. This is because it is necessary to avoid the generation of lattice defects as much as possible in order to produce a close-packed two-dimensional crystal. However, if the particles are almost the same size, a polyhedron (a shape such as a cube or a star) or an atypical body (one that is neither a sphere nor a polyhedron) is prepared as a single particle film and placed in the process of the present invention. It is possible.

一方、粒子間のピッチとは、隣合う2つの粒子の頂点と頂点の距離であり、平均ピッチBとはこれらを平均したものである。なお、粒子が球形であれば、隣合う粒子の頂点と頂点との距離は、隣合う粒子の中心と中心の距離と等しい。
単粒子膜エッチングマスクにおける粒子間の平均ピッチBは、具体的には次のようにして求められる。
まず、単粒子膜エッチングマスクにおける無作為に選択された領域で、一辺が微細構造の繰り返し単位30〜40波長分の正方形の領域について、原子間力顕微鏡イメージまたは走査型電子顕微鏡イメージを得る。例えば粒径300nmの粒子を用いた単粒子膜の場合、9μm×9μm〜12μm×12μmの領域のイメージを得る。そして、このイメージをフーリエ変換により波形分離し、FFT像(高速フーリエ変換像)を得る。ついで、FFT像のプロファイルにおける0次ピークから1次ピークまでの距離を求める。こうして求められた距離の逆数がこの領域における平均ピッチB1である。このような処理を無作為に選択された合計25カ所以上の同面積の領域について同様に行い、各領域における平均ピッチB1〜B25を求める。こうして得られた25カ所以上の領域における平均ピッチB1〜B25の平均値が式(1)における平均ピッチBである。なお、この際、各領域同士は、少なくとも1mm離れて選択されることが好ましく、より好ましくは5mm〜1cm離れて選択される。
また、この際、FFT像のプロファイルにおける1次ピークの面積から、各イメージについて、その中の粒子間のピッチのばらつきを評価することもできる。
On the other hand, the pitch between particles is the distance between the vertices of two adjacent particles, and the average pitch B is an average of these. If the particles are spherical, the distance between the vertices of adjacent particles is equal to the distance between the centers of the adjacent particles.
Specifically, the average pitch B between particles in the single particle film etching mask is obtained as follows.
First, an atomic force microscope image or a scanning electron microscope image is obtained for a randomly selected region in a single particle film etching mask and a square region with a side having a fine structure of 30 to 40 wavelengths. For example, in the case of a single particle film using particles having a particle size of 300 nm, an image of a region of 9 μm × 9 μm to 12 μm × 12 μm is obtained. Then, this image is waveform-separated by Fourier transform to obtain an FFT image (fast Fourier transform image). Next, the distance from the zero-order peak to the primary peak in the profile of the FFT image is obtained. The reciprocal of the distance thus obtained is the average pitch B1 in this region. Such a process is similarly performed for a total of 25 or more regions having the same area selected at random, and average pitches B1 to B25 in each region are obtained. The average value of the average pitches B1 to B25 in the 25 or more regions thus obtained is the average pitch B in the equation (1). In this case, the regions are preferably selected at least 1 mm apart, more preferably 5 mm to 1 cm apart.
At this time, the variation in pitch between particles in each image can be evaluated from the area of the primary peak in the profile of the FFT image.

粒子の配列のずれDが10%以下である単粒子膜エッチングマスクは、各粒子が2次元に最密充填し、粒子の間隔が制御されていて、その配列の精度が高い。よって、このような単粒子膜エッチングマスクを使用して、基板上の各粒子に対応する位置に円錐状微細突起を形成することにより、高精度な微細凹凸パターンとすることができる。このような2次元最密充填は、後にも述べる自己組織化を原理とするため、多少の格子欠陥を含む。しかしながら、2次元最密充填におけるこのような格子欠陥は、充填方位の多様性をつくるため、特に反射防止用途の場合には、回折格子のような反射特性を減少させて一様な反射防止効果を与えるのに役立つ。
表面にこのような円錐状微細突起からなる微細凹凸パターンが形成された微細構造体は、これ自身が反射防止フィルムなどの高性能な反射防止体として好適に使用される他、詳しくは後述するが、ナノインプリントや射出成型用モールドを製造するための原版(マスター)などとしても好適に使用される。この原版を転写してナノインプリントや射出成型用モールドを得て、このモールドを使用することにより、高性能な反射防止体を低コストで安定に大量生産することができる。
In the single particle film etching mask in which the deviation D of the particle arrangement is 10% or less, each particle is two-dimensionally closely packed and the interval between the particles is controlled, and the arrangement accuracy is high. Therefore, by using such a single particle film etching mask and forming conical fine protrusions at positions corresponding to the respective particles on the substrate, a highly accurate fine uneven pattern can be obtained. Since such two-dimensional close-packing is based on the principle of self-organization described later, it includes some lattice defects. However, since such grating defects in two-dimensional close-packing create a variety of filling orientations, especially in the case of antireflection applications, the reflection characteristics such as diffraction gratings are reduced to provide a uniform antireflection effect. Help give.
The fine structure having a fine uneven pattern formed of such conical fine protrusions on the surface is suitably used as a high-performance anti-reflection body such as an anti-reflection film. It is also suitably used as an original plate (master) for producing a nanoimprint or injection molding mold. By transferring the original plate to obtain a mold for nanoimprint or injection molding, and using this mold, a high-performance antireflection body can be stably mass-produced at a low cost.

基板上に微細凹凸パターンを形成して、反射防止体や上述の原版を製造する場合には、単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子として、粒子動的光散乱法により求めた平均粒径Aが3〜380nmのものを使用する。粒子の平均粒径Aと形成される円錐状微細突起の各円形底面の直径とはほぼ同じ値となるため、平均粒径Aが可視光の下限波長より小さな380nm以下の粒子を使用することによって、形成される円錐状微細突起の円形底面の直径も380nm以下となり、光学的な散乱を抑制でき、反射防止用途に好適な微細凹凸パターンを形成することができる。また、平均粒径(A)が3nm以上のものを使用することによって、入射光が通過する屈折率の傾斜した空間の距離を十分に確保でき、いわゆるサブ波長格子による消光効果を良好に得ることができる。 When a fine uneven pattern is formed on a substrate to produce an antireflective body or the above-described original plate, the average particle diameter A obtained by the particle dynamic light scattering method is used as the particles constituting the single particle film etching mask. The one of 3 to 380 nm is used. Since the average particle diameter A of the particles and the diameter of each circular bottom surface of the conical microprotrusions formed are almost the same value, by using particles having an average particle diameter A of 380 nm or less smaller than the lower limit wavelength of visible light The diameter of the circular bottom surface of the formed conical fine protrusion is also 380 nm or less, so that optical scattering can be suppressed and a fine uneven pattern suitable for antireflection use can be formed. In addition, by using a particle having an average particle diameter (A) of 3 nm or more, a sufficient distance can be secured in a space where the refractive index is inclined through which incident light passes, and a quenching effect by a so-called sub-wavelength grating can be obtained satisfactorily. Can do.

また、単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子は、粒径の変動係数(標準偏差を平均値で除した値)が20%以下であるものが好ましく、10%以下であるものがより好ましく、5%以下のものがさらに好ましい。このように粒径の変動係数、すなわち、粒径のばらつきが小さい粒子を使用すると、後述する単粒子膜エッチングマスクの製造工程おいて、粒子が存在しない欠陥箇所が生じにくくなり、配列のずれDが10%以下である単粒子膜エッチングマスクが得られやすい。欠陥箇所のない単粒子膜エッチングマスクからは、入射光に対して均一な屈折率傾斜効果を与える反射防止フィルムが得られやすく好ましい。 The particles constituting the single particle film etching mask preferably have a particle size variation coefficient (standard deviation divided by average value) of 20% or less, more preferably 10% or less. % Or less is more preferable. If particles having a small variation coefficient of particle size, that is, particles having a small particle size variation are used in this way, in the manufacturing process of a single particle film etching mask, which will be described later, it becomes difficult to generate a defect portion where particles are not present, and an alignment shift D It is easy to obtain a single particle film etching mask having a thickness of 10% or less. From the single particle film etching mask having no defect portion, an antireflection film which gives a uniform refractive index gradient effect to incident light is easily obtained, which is preferable.

粒子の材質としては、Al、Au、Ti、Pt、Ag、Cu、Cr、Fe、Ni、Siなどの金属、SiO2、Al2O3、TiO2、MgO2、CaO2などの金属酸化物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子などの他、半導体材料、無機高分子などのうち1種以上を採用できる。 Particle materials include metals such as Al, Au, Ti, Pt, Ag, Cu, Cr, Fe, Ni, Si, metal oxides such as SiO2, Al2O3, TiO2, MgO2, and CaO2, polystyrene, polymethyl methacrylate, etc. In addition to these organic polymers, one or more of semiconductor materials, inorganic polymers, and the like can be employed.

[単粒子膜エッチングマスクの製造方法]
このような単粒子膜エッチングマスクは、エッチング対象物である曲面や段差を含む非平面基板上の少なくとも片面上に配置されるものであって、いわゆるLB法(ラングミュア−ブロジェット法)の考え方を利用した方法により基板上に形成できる。具体的には、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下する滴下工程と、溶剤を揮発させることにより粒子からなる単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、単粒子膜を曲面や段差を含む非平面基板上に移し取る移行工程とを有する方法により製造できる。
単粒子膜エッチングマスクを製造する好ましい方法について、一例を挙げて以下に具体的に説明する。
[Method of manufacturing single particle film etching mask]
Such a single particle film etching mask is disposed on at least one surface of a non-planar substrate including a curved surface or a step which is an object to be etched, and is based on the so-called LB method (Langmuir-Blodget method). It can be formed on the substrate by the method used. Specifically, a dropping step of dropping a dispersion in which particles are dispersed in a solvent onto the liquid surface in the water tank, a single particle film forming step of forming a single particle film made of particles by volatilizing the solvent, And a transfer step of transferring the particle film onto a non-planar substrate including a curved surface or a step.
A preferred method for producing a single particle film etching mask will be specifically described below with an example.

(滴下工程および単粒子膜形成工程)
まず、クロロホルム、メタノール、エタノール、メチルエチルケトンなどの揮発性の高い溶剤のうちの1種以上からなる疎水性の有機溶剤中に、表面が疎水性の粒子を加えて分散液を調製する。一方、水槽(トラフ)を用意し、これに、その液面上で粒子を展開させるための液体(以下、下層水という場合もある。)として水を入れる。
そして、分散液を下層水の液面に滴下する(滴下工程)。すると、分散媒である溶剤が揮発するとともに、粒子が下層水の液面上に単層で展開し、2次元的に最密充填した単粒子膜を形成することができる(単粒子膜形成工程)。
このように、粒子として疎水性のものを選択した場合には、溶剤としても疎水性のものを選択する必要がある。一方、その場合、下層水は親水性である必要があり、通常、上述したように水を使用する。このように組み合わせることによって、後述するように、粒子の自己組織化が進行し、2次元的に最密充填した単粒子膜が形成される。ただし、粒子および溶剤として親水性のものを選択してもよく、その場合には、下層水として、疎水性の液体を選択する。
(Drip process and single particle film formation process)
First, a dispersion liquid is prepared by adding particles having a hydrophobic surface to a hydrophobic organic solvent composed of one or more of volatile solvents such as chloroform, methanol, ethanol, and methyl ethyl ketone. On the other hand, a water tank (trough) is prepared, and water is added thereto as a liquid for developing particles on the liquid surface (hereinafter sometimes referred to as lower layer water).
And a dispersion liquid is dripped at the liquid level of lower layer water (drip process). Then, the solvent as the dispersion medium is volatilized, and the particles are developed in a single layer on the liquid surface of the lower layer water, so that a two-dimensional close-packed single particle film can be formed (single particle film forming step). ).
Thus, when a hydrophobic particle is selected as the particle, it is necessary to select a hydrophobic particle as the solvent. On the other hand, in that case, the lower layer water needs to be hydrophilic, and water is usually used as described above. By combining in this way, as will be described later, self-organization of particles proceeds and a two-dimensional close packed single particle film is formed. However, hydrophilic particles and solvents may be selected. In that case, a hydrophobic liquid is selected as the lower layer water.

下層水に滴下する分散液の粒子濃度は1〜10質量%とすることが好ましい。また、滴下速度を0.001〜0.01ml/秒とすることが好ましい。分散液中の粒子の濃度や滴下量がこのような範囲であると、粒子が部分的にクラスター状に凝集して2層以上となる、粒子が存在しない欠陥箇所が生じる、粒子間のピッチが広がるなどの傾向が抑制され、各粒子が高精度で2次元に最密充填した単粒子膜がより得られやすい。 The particle concentration of the dispersion dropped into the lower layer water is preferably 1 to 10% by mass. Further, the dropping rate is preferably 0.001 to 0.01 ml / second. If the concentration of the particles in the dispersion and the amount of dripping are in such a range, the particles are partially agglomerated in a cluster to form two or more layers, defective portions where no particles are present, and the pitch between particles is A tendency of spreading and the like is suppressed, and a single particle film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy is more easily obtained.

表面が疎水性の粒子としては、先に例示した粒子のうち、ポリスチレンなどの有機高分子からなり表面が元々疎水性を示すものを使用してもよいが、表面が親水性の粒子を疎水化剤で疎水性にして使用してもよい。疎水化剤としては、例えば界面活性剤、金属アルコキシシランなどが使用できる。 As the particles having hydrophobic surfaces, among the previously exemplified particles, particles made of organic polymers such as polystyrene and having a hydrophobic surface may be used. It may be used after making it hydrophobic with an agent. As the hydrophobizing agent, for example, a surfactant, a metal alkoxysilane, or the like can be used.

界面活性剤を疎水化剤として使用する方法は、幅広い材料の疎水化に有効であり、粒子が金属、金属酸化物などからなる場合に好適である。
界面活性剤としては、臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭素化デシルトリメチルアンモニウムなどのカチオン性界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、4−オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤が好適に使用できる。また、アルカンチオール、ジスルフィド化合物、テトラデカン酸、オクタデカン酸なども使用できる。
The method of using a surfactant as a hydrophobizing agent is effective for hydrophobizing a wide range of materials, and is suitable when the particles are made of metal, metal oxide, or the like.
As the surfactant, cationic surfactants such as brominated hexadecyltrimethylammonium and brominated decyltrimethylammonium, and anionic surfactants such as sodium dodecyl sulfate and sodium 4-octylbenzenesulfonate can be suitably used. Moreover, alkanethiol, a disulfide compound, tetradecanoic acid, octadecanoic acid, etc. can also be used.

このような界面活性剤を用いた疎水化処理は、有機溶剤や水などの液体に粒子を分散させて液中で行ってもよいし、乾燥状態にある粒子に対して行ってもよい。
液中で行う場合には、例えば、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの1種以上からなる揮発性有機溶剤中に、疎水化対象の粒子を加えて分散させ、その後、界面活性剤を混合してさらに分散を続ければよい。このようにあらかじめ粒子を分散させておき、それから界面活性剤を加えると、表面をより均一に疎水化することができる。このような疎水化処理後の分散液は、そのまま、滴下工程において下層水の液面に滴下するための分散液として使用できる。
Such a hydrophobizing treatment using a surfactant may be performed in a liquid by dispersing particles in a liquid such as an organic solvent or water, or may be performed on particles in a dry state.
When performed in a liquid, for example, in a volatile organic solvent composed of one or more of chloroform, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl ethyl ketone, toluene, hexane, cyclohexane, ethyl acetate, butyl acetate and the like. Then, the particles to be hydrophobized may be added and dispersed, and then the surfactant may be mixed and further dispersed. If the particles are dispersed in advance in this way and then a surfactant is added, the surface can be more uniformly hydrophobized. Such a hydrophobized dispersion can be used as it is as a dispersion for dripping onto the surface of the lower layer water in the dropping step.

疎水化対象の粒子が水分散体の状態である場合には、この水分散体に界面活性剤を加えて水相で粒子表面の疎水化処理を行った後、有機溶剤を加えて疎水化処理済みの粒子を油相抽出する方法も有効である。こうして得られた分散液(有機溶剤中に粒子が分散した分散液)は、そのまま、滴下工程において下層水の液面に滴下するための分散液として使用できる。なお、この分散液の粒子分散性を高めるためには、有機溶剤の種類と界面活性剤の種類とを適切に選択し、組み合わせることが好ましい。粒子分散性の高い分散液を使用することによって、粒子がクラスター状に凝集することを抑制でき、各粒子が高精度で2次元に最密充填した単粒子膜がより得られやすくなる。例えば、有機溶剤としてクロロホルムを選択する場合には、界面活性剤として臭素化デシルトリメチルアンモニウムを使用することが好ましい。その他にも、エタノールとドデシル硫酸ナトリウムとの組み合わせ、メタノールと4−オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウムとの組み合わせ、メチルエチルケトンとオクダデカン酸との組み合わせなどを好ましく例示できる。
疎水化対象の粒子と界面活性剤の比率は、疎水化対象の粒子の質量に対して、界面活性剤の質量が1/3〜1/15倍の範囲が好ましい。
また、こうした疎水化処理の際には、処理中の分散液を撹拌したり、分散液に超音波照射したりすることも粒子分散性向上の点で効果的である。
If the particles to be hydrophobized are in the form of an aqueous dispersion, a surfactant is added to the aqueous dispersion, the surface of the particles is hydrophobized with an aqueous phase, and then an organic solvent is added to make the hydrophobized treatment. An oil phase extraction method is also effective. The dispersion thus obtained (a dispersion in which particles are dispersed in an organic solvent) can be used as it is as a dispersion for dropping onto the liquid surface of the lower layer water in the dropping step. In order to improve the particle dispersibility of this dispersion, it is preferable to appropriately select and combine the type of organic solvent and the type of surfactant. By using a dispersion having a high particle dispersibility, the particles can be prevented from agglomerating in clusters, and a single particle film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy can be obtained more easily. For example, when chloroform is selected as the organic solvent, it is preferable to use brominated decyltrimethylammonium as the surfactant. In addition, a combination of ethanol and sodium dodecyl sulfate, a combination of methanol and sodium 4-octylbenzenesulfonate, a combination of methyl ethyl ketone and octadecanoic acid, and the like can be preferably exemplified.
The ratio of the particles to be hydrophobized and the surfactant is preferably such that the mass of the surfactant is 1/3 to 1/15 times the mass of the particles to be hydrophobized.
In addition, in such a hydrophobizing treatment, it is effective in terms of improving particle dispersibility to stir the dispersion during the treatment or to irradiate the dispersion with ultrasonic waves.

金属アルコキシシランを疎水化剤として使用する方法は、Si、Fe、Alなどの粒子や、AlO2、SiO2、TiO2などの酸化物粒子を疎水化する際に有効であるが、これら粒子に限らず、基本的には表面に水酸基を有する粒子に対して適用することができる。
金属アルコキシシランとしては、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
The method of using a metal alkoxysilane as a hydrophobizing agent is effective when hydrophobizing particles such as Si, Fe, and Al and oxide particles such as AlO2, SiO2, and TiO2, but is not limited to these particles. Basically, it can be applied to particles having a hydroxyl group on the surface.
As the metal alkoxysilane, monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxy Silane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3methacryloxy Propyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2 (amino Ethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, 3-chloropropyl Examples include trimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane.

疎水化剤として金属アルコキシシランを用いる場合には、金属アルコキシシラン中のアルコキシシリル基がシラノール基に加水分解し、このシラノール基が粒子表面の水酸基に脱水縮合することで疎水化が行われる。よって、金属アルコキシシランを用いた疎水化は、水中で実施することが好ましい。このように水中で疎水化を行う場合には、例えば界面活性剤などの分散剤を併用して、疎水化前の粒子の分散状態を安定化するのが好ましいが、分散剤の種類によっては金属アルコキシシランの疎水化効果が低減することもあるため、分散剤と金属アルコキシシランとの組み合わせは適切に選択する。 When using a metal alkoxysilane as a hydrophobizing agent, the alkoxysilyl group in the metal alkoxysilane is hydrolyzed to a silanol group, and the silanol group is dehydrated and condensed to a hydroxyl group on the particle surface to effect hydrophobicity. Therefore, the hydrophobization using metal alkoxysilane is preferably performed in water. Thus, when hydrophobizing in water, it is preferable to stabilize the dispersion state of the particles before hydrophobization by using a dispersant such as a surfactant, for example. Since the hydrophobizing effect of the alkoxysilane may be reduced, the combination of the dispersant and the metal alkoxysilane is appropriately selected.

金属アルコキシシランにより疎水化する具体的方法としては、まず、水中に粒子を分散させておき、これと金属アルコキシシラン含有水溶液(金属アルコキシシランの加水分解物を含む水溶液)とを混合し、室温から40℃の範囲で適宜攪拌しながら所定時間、好ましくは6〜12時間反応させる。このような条件で反応させることによって、反応が適度に進行し、十分に疎水化された粒子の分散液を得ることができる。反応が過度に進行すると、シラノール基同士が反応して粒子同士が結合してしまい、分散液の粒子分散性が低下し、得られる単粒子膜は、粒子が部分的にクラスター状に凝集した2層以上のものになりやすい。一方、反応が不十分であると、粒子表面の疎水化も不十分となり、得られる単粒子膜は粒子間のピッチが広がったものになりやすい。 As a specific method for hydrophobizing with a metal alkoxysilane, first, particles are dispersed in water, and this is mixed with a metal alkoxysilane-containing aqueous solution (an aqueous solution containing a hydrolyzate of metal alkoxysilane), and from room temperature. The reaction is carried out for a predetermined time, preferably 6 to 12 hours, with appropriate stirring in the range of 40 ° C. By carrying out the reaction under such conditions, the reaction proceeds moderately and a dispersion of sufficiently hydrophobized particles can be obtained. When the reaction proceeds excessively, the silanol groups react with each other to bond the particles, the particle dispersibility of the dispersion decreases, and the resulting single particle film has particles partially agglomerated in clusters 2 It tends to be more than a layer. On the other hand, when the reaction is insufficient, the surface of the particles is not sufficiently hydrophobized, and the resulting single particle film tends to have a wide pitch between the particles.

また、アミン系以外の金属アルコキシシランは、酸性またはアルカリ性の条件下で加水分解するため、反応時には分散液のpHを酸性またはアルカリ性に調整する必要がある。pHの調整法には制限はないが、0.1〜2.0質量%濃度の酢酸水溶液を添加する方法によれば、加水分解促進の他に、シラノール基安定化の効果も得られるため好ましい。
疎水化対象の粒子と金属アルコキシシランの比率は、疎水化対象の粒子の質量に対して、金属アルコキシシランの質量が1/10〜1/100倍の範囲が好ましい。
Moreover, since metal alkoxysilanes other than amines are hydrolyzed under acidic or alkaline conditions, it is necessary to adjust the pH of the dispersion to acidic or alkaline during the reaction. Although there is no restriction | limiting in the adjustment method of pH, Since the effect of silanol group stabilization is acquired besides the acceleration | stimulation of hydrolysis according to the method of adding 0.1-2.0 mass% concentration acetic acid aqueous solution, it is preferable. .
The ratio of the particles to be hydrophobized and the metal alkoxysilane is preferably in the range where the mass of the metal alkoxysilane is 1/10 to 1/100 times the mass of the particles to be hydrophobized.

所定時間反応後、この分散液に対して、前述の揮発性有機溶剤のうちの1種以上を加え、水中で疎水化された粒子を油相抽出する。この際、添加する有機溶剤の体積は、有機溶剤添加前の分散液に対して0.3〜3倍の範囲が好ましい。こうして得られた分散液(有機溶剤中に粒子が分散した分散液)は、そのまま、滴下工程において下層水の液面に滴下するための分散液として使用できる。なお、こうした疎水化処理においては、処理中の分散液の粒子分散性を高めるために、撹拌、超音波照射など実施することが好ましい。分散液の粒子分散性を高めることによって、粒子がクラスター状に凝集することを抑制でき、各粒子が高精度で2次元に最密充填した単粒子膜がより得られやすくなる。 After the reaction for a predetermined time, one or more of the above-mentioned volatile organic solvents are added to the dispersion, and the particles hydrophobized in water are subjected to oil phase extraction. At this time, the volume of the organic solvent to be added is preferably in the range of 0.3 to 3 times the dispersion before addition of the organic solvent. The dispersion thus obtained (a dispersion in which particles are dispersed in an organic solvent) can be used as it is as a dispersion for dropping onto the liquid surface of the lower layer water in the dropping step. In such a hydrophobizing treatment, it is preferable to carry out stirring, ultrasonic irradiation, etc. in order to improve the particle dispersibility of the dispersion during the treatment. By increasing the particle dispersibility of the dispersion, it is possible to suppress the aggregation of particles in a cluster shape, and it becomes easier to obtain a single particle film in which each particle is two-dimensionally closely packed with high accuracy.

また、形成する単粒子膜の精度をより高めるためには、液面に滴下する前の分散液をメンブランフィルターなどで精密ろ過して、分散液中に存在する凝集粒子(複数の1次粒子からなる2次粒子)を除去することが好ましい。このようにあらかじめ精密ろ過を行っておくと部分的に2層以上となった箇所や、粒子が存在しない欠陥箇所が生じにくく、精度の高い単粒子膜が得られやすい。仮に、形成された単粒子膜に、数〜数十μm程度の大きさの欠陥箇所が存在したとすると、詳しくは後述する移行工程において、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面方向に圧縮する可動バリアとを備えたLBトラフ装置を使用したとしても、このような欠陥箇所は表面圧の差として検知されず、高精度な単粒子膜エッチングマスクを得ることは難しくなる。 In order to further improve the accuracy of the formed single particle film, the dispersion before dropping onto the liquid surface is microfiltered with a membrane filter or the like, and aggregated particles (from a plurality of primary particles) present in the dispersion are used. Secondary particles) are preferably removed. If the microfiltration is performed in advance as described above, it is difficult to generate a portion where two or more layers are formed or a defective portion where particles are not present, and it is easy to obtain a single particle film with high accuracy. Assuming that a defect portion having a size of several to several tens of μm exists in the formed single particle film, a surface pressure sensor that measures the surface pressure of the single particle film in a transition step described later in detail, Even if an LB trough device having a movable barrier that compresses the single particle film in the liquid surface direction is used, such a defective portion is not detected as a difference in surface pressure, and a highly accurate single particle film etching mask is obtained. Things get harder.

さらに、このような単粒子膜形成工程は、超音波照射条件下で実施することが好ましい。下層水から水面に向けて超音波を照射しながら単粒子膜形成工程を行うと、粒子の最密充填が促進され、各粒子がより高精度で2次元に最密充填した単粒子膜が得られる。この際、超音波の出力は1〜1200Wが好ましく、50〜600Wがより好ましい。また、超音波の周波数には特に制限はないが、例えば28kHz〜5MHzが好ましく、より好ましくは700kHz〜2MHzである。一般的に振動数が高すぎると、水分子のエネルギー吸収が始まり、水面から水蒸気または水滴が立ち上る現象が起きるため、本発明のLB法にとって好ましくない。また、一般的に振動数が低すぎると、下層水中のキャビテーション半径が大きくなり、水中に泡が発生して水面に向かって浮上してくる。このような泡が単粒子膜の下に集積すると、水面の平坦性が失われるため本発明の実施に不都合となる。また、超音波照射によって水面に定常波が発生する。いずれの周波数でも出力が高すぎたり、超音波振動子と発信機のチューニング条件によって水面の波高が高くなりすぎたりすると、単粒子膜が水面波で破壊されるため気をつける必要がある。 Furthermore, such a single particle film forming step is preferably performed under ultrasonic irradiation conditions. When the single particle film formation process is performed while irradiating ultrasonic waves from the lower layer water to the water surface, the close packing of particles is promoted, and a single particle film in which each particle is two-dimensionally close packed with high accuracy is obtained. It is done. At this time, the ultrasonic output is preferably 1 to 1200 W, and more preferably 50 to 600 W. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the frequency of an ultrasonic wave, For example, 28 kHz-5 MHz are preferable, More preferably, they are 700 kHz-2 MHz. In general, when the vibration frequency is too high, energy absorption of water molecules starts and a phenomenon in which water vapor or water droplets rise from the surface of the water occurs, which is not preferable for the LB method of the present invention. In general, when the frequency is too low, the cavitation radius in the lower layer water is increased, bubbles are generated in the water, and rise toward the water surface. When such bubbles accumulate under the single particle film, the flatness of the water surface is lost, which is inconvenient for the implementation of the present invention. In addition, standing waves are generated on the water surface by ultrasonic irradiation. If the output is too high at any frequency, or if the wave height of the water surface becomes too high due to the tuning conditions of the ultrasonic transducer and transmitter, the single particle film will be destroyed by the water surface wave, so care must be taken.

以上のことに留意して超音波の周波数を適切に設定すると、形成されつつある単粒子膜を破壊することなく、効果的に粒子の最密充填を促進することができる。効果的な超音波照射を行うためには、粒子の粒径から計算される固有振動数を目安にするのが良い。しかし、粒径が例えば100nm以下など小さな粒子になると固有振動数は非常に高くなってしまうため、計算結果のとおりの超音波振動を与えるのは困難になる。このような場合は、粒子2量体、3量体、・・・20量体程度までの質量に対応する固有振動を与えると仮定して計算を行うと、必要な振動数を現実的な範囲まで低減させることが出来る。粒子の会合体の固有振動数に対応する超音波振動を与えた場合でも、粒子の充填率向上効果は発現する。超音波の照射時間は、粒子の再配列が完了するのに十分であればよく、粒径、超音波の周波数、水温などによって所要時間が変化する。しかし通常の作成条件では10秒間〜60分間で行うのが好ましく、より好ましくは3分間〜30分間である。
超音波照射によって得られる利点は粒子の最密充填化(ランダム配列を6方最密化する)の他に、ナノ粒子分散液調製時に発生しやすい粒子の軟凝集体を破壊する効果、一度発生した点欠陥、線欠陥、または結晶転移などもある程度修復する効果がある。
If the frequency of the ultrasonic wave is appropriately set in consideration of the above, close-packing of particles can be effectively promoted without destroying the single particle film being formed. In order to perform effective ultrasonic irradiation, the natural frequency calculated from the particle size of the particles should be used as a guide. However, when the particle diameter is small, for example, 100 nm or less, the natural frequency becomes very high, and it is difficult to apply ultrasonic vibration as calculated. In such a case, the calculation is performed assuming that the natural vibration corresponding to the mass of the particle dimer, trimer,... Can be reduced. Even when ultrasonic vibration corresponding to the natural frequency of the aggregate of particles is applied, the effect of improving the particle filling rate is exhibited. The ultrasonic irradiation time may be sufficient to complete the rearrangement of particles, and the required time varies depending on the particle size, ultrasonic frequency, water temperature, and the like. However, under normal production conditions, it is preferably performed for 10 seconds to 60 minutes, more preferably 3 minutes to 30 minutes.
Advantages obtained by ultrasonic irradiation include the effect of destroying the soft agglomerates of particles that tend to occur when preparing a nanoparticle dispersion, in addition to the closest packing of particles (to make the random array 6-way closest) This also has the effect of repairing some of the point defects, line defects, or crystal transitions.

以上説明した単粒子膜の形成は、粒子の自己組織化によるものである。その原理は、粒子が集結すると、その粒子間に存在する分散媒に起因して表面張力が作用し、その結果、粒子同士はランダムに存在するのではなく、2次元的最密充填構造を自動的に形成するというものである。このような表面張力による最密充填は、別の表現をすると横方向の毛細管力による配列化ともいえる。
特に、例えばコロイダルシリカのように、球形であって粒径の均一性も高い粒子が、水面上に浮いた状態で3つ集まり接触すると、粒子群の喫水線の合計長を最小にするように表面張力が作用し、図1に示すように、3つの粒子Pは図中Tで示す正三角形を基本とする配置で安定化する。仮に、喫水線が粒子群の頂点にくる場合、すなわち、粒子Pが液面下に潜ってしまう場合には、このような自己組織化は起こらず、単粒子膜は形成されない。よって、粒子と下層水は、一方が疎水性である場合には他方を親水性にして、粒子群が液面下に潜ってしまわないようにすることが重要である。
下層水としては、以上の説明のように水を使用することが好ましく、水を使用すると、比較的大きな表面自由エネルギーが作用して、一旦生成した粒子の最密充填配置が液面上に安定的に持続しやすくなる。
The formation of the single particle film described above is due to self-organization of particles. The principle is that when the particles are aggregated, surface tension acts due to the dispersion medium existing between the particles. As a result, the particles do not exist at random, but a two-dimensional close packed structure is automatically used. It is to form. In other words, the close-packing by surface tension can be said to be arrangement by lateral capillary force.
In particular, when three particles, such as colloidal silica, which are spherical and have a highly uniform particle size, come together and come into contact with each other in a floating state on the water surface, the surface of the particle group is minimized so as to minimize the total length of the waterline. Tension acts, and as shown in FIG. 1, the three particles P are stabilized in an arrangement based on an equilateral triangle indicated by T in the figure. If the water line is at the top of the particle group, that is, if the particles P are submerged below the liquid surface, such self-organization does not occur and a single particle film is not formed. Therefore, when one of the particles and the lower layer water is hydrophobic, it is important to make the other hydrophilic so that the particles do not dive under the liquid surface.
As the lower layer water, it is preferable to use water as described above. When water is used, relatively large surface free energy acts, and the close-packed arrangement of particles once generated is stable on the liquid surface. It becomes easy to sustain.

(移行工程)
単粒子膜形成工程により液面上に形成された単粒子膜を、ついで、単層状態のまま曲面または段差を含む非平面基板上に移し取る(移行工程)。非平面基板は曲面、傾斜、段差等の非平面形状を一部もしくは全部に含んでいる。また、前記非平面基板上には曲面や傾斜や段差など非平面である凹凸部分が存在するが、それらの凹凸の平面方向のピッチまたは大きさは0.1μm〜10000μmである。すなわち、この凹凸は周期構造でも非周期(ランダム)構造であってもよく、例として、マイクロレンズアレイ、回折格子、防眩性を有する表面(水平方向に数μm〜数十μmの凹凸が表面加工されたもの)などが挙げられる。共通の特徴として、レジスト樹脂等をスピンコーティング法などで塗工すると、凹凸の凹部分に樹脂が厚くつき凸部分に樹脂が薄くつく程度の大きさの非平面構造を有する点が挙げられる。例えば虫眼鏡等大きな凹凸構造に樹脂をコーティングする場合は、ほぼ平面に対する施工と考えることが出来るので、前述のように凹凸の形状によって局所的に発生する塗工厚さのムラは顕著ではない。本発明が対象とする非平面構造の凹凸の大きさは、その形状によって均一なコーティングが困難になる大きさを指すのである。
(Transition process)
Next, the single particle film formed on the liquid surface by the single particle film forming step is transferred to a non-planar substrate including a curved surface or a step in a single layer state (transfer step). The non-planar substrate partially or entirely includes a non-planar shape such as a curved surface, an inclination, and a step. In addition, there are uneven portions such as curved surfaces, slopes and steps on the non-planar substrate, and the pitch or size of these uneven portions in the planar direction is 0.1 μm to 10000 μm. That is, the unevenness may be a periodic structure or a non-periodic (random) structure. For example, a microlens array, a diffraction grating, an anti-glare surface (an uneven surface of several μm to several tens of μm in the horizontal direction is the surface) Processed)). A common feature is that when a resist resin or the like is applied by a spin coating method or the like, the resin has a non-planar structure with a size such that the resin is thick in the concave and convex portions and the resin is thin in the convex portions. For example, when a resin is coated on a large concavo-convex structure such as a magnifying glass, it can be considered that the construction is almost flat, and as described above, the uneven coating thickness locally generated by the concavo-convex shape is not significant. The size of the unevenness of the non-planar structure targeted by the present invention refers to the size that makes uniform coating difficult depending on the shape.

一方、微細粒子から見てもこのような凹凸構造は十分変化に富んでいるが、本発明の単粒子膜は見事に形状に追従しながら表面を単層で被覆することが出来る。本発明の単粒子膜は、基板が平面でなくても2次元的な最密充填状態を維持しつつ凹凸のある基板表面の形状に追従し、その面形状を変形させ、完全に被覆することが可能である。凹凸形状に追従する際、単粒子膜内では粒子結晶面での滑り現象が起き、その形状を2次元から3次元へ自在に変形させるものと考えられる。単粒子膜を基板上に移し取る具体的な方法には特に制限はなく、例えば、疎水性の非平面基板を単粒子膜に対して略平行な状態に保ちつつ、上方から降下させて単粒子膜に接触させ、ともに疎水性である単粒子膜と基板との親和力により、単粒子膜を基板に移行させ、移し取る方法;単粒子膜を形成する前にあらかじめ水槽の下層水内に非平面基板を略水平方向に配置しておき、単粒子膜を液面上に形成した後に液面を徐々に降下させることにより、基板上に単粒子膜を移し取る方法などがある。これらの方法によれば、特別な装置を使用せずに単粒子膜を非平面基板上に移し取ることができるが、より大面積の単粒子膜であっても、その2次的な最密充填状態を維持したまま非平面基板上に移し取りやすい点で、いわゆるLBトラフ法を採用することが好ましい。 On the other hand, even when viewed from the fine particles, such a concavo-convex structure is sufficiently varied, but the single particle film of the present invention can cover the surface with a single layer while following the shape. The single particle film of the present invention follows the shape of the uneven substrate surface while maintaining a two-dimensional close-packed state even if the substrate is not flat, and deforms the surface shape to completely cover it. Is possible. When following the concavo-convex shape, it is considered that a slip phenomenon occurs on the grain crystal plane in the single particle film, and the shape is freely deformed from two dimensions to three dimensions. The specific method for transferring the single particle film onto the substrate is not particularly limited. For example, the single particle film is lowered from above while keeping the hydrophobic non-planar substrate substantially parallel to the single particle film. A method in which the single particle film is transferred to the substrate by the affinity between the single particle film and the substrate, both of which are in contact with the membrane and transferred to the substrate, and transferred to the substrate; There is a method of transferring the single particle film onto the substrate by arranging the substrate in a substantially horizontal direction and gradually lowering the liquid surface after forming the single particle film on the liquid surface. According to these methods, a single particle film can be transferred onto a non-planar substrate without using a special apparatus. It is preferable to adopt a so-called LB trough method in that it can be easily transferred onto a non-planar substrate while maintaining the filled state.

図2は、LBトラフ法の概略を模式的に示すものである。この方法では、水槽内の下層水12に基板11をあらかじめ略鉛直方向に浸漬しておき、その状態で上述の滴下工程と単粒子膜形成工程とを行い、単粒子膜Fを形成する(図2(a))。そして、単粒子膜形成工程後に、非平面基板11を上方に引き上げることによって、単粒子膜Fを非平面基板11の形状に追従させながら移し取ることができる(図2(b))。ここで単粒子膜Fは、単粒子膜形成工程により液面上ですでに単層の状態に形成されているため、移行工程の温度条件(下層水の温度)や非平面基板11の引き上げ速度などが多少変動しても、移行工程において単粒子膜Fが崩壊して多層化するなどのおそれはない。なお、下層水の温度は、通常、季節や天気により変動する環境温度に依存し、ほぼ10〜30℃程度である。 FIG. 2 schematically shows an outline of the LB trough method. In this method, the substrate 11 is preliminarily immersed in the lower layer water 12 in the water tank, and the above-described dropping step and single particle film forming step are performed in this state to form the single particle film F (see FIG. 2 (a)). Then, after the step of forming the single particle film, the non-planar substrate 11 is pulled upward, so that the single particle film F can be transferred while following the shape of the non-planar substrate 11 (FIG. 2B). Here, since the single particle film F is already formed in a single layer state on the liquid surface by the single particle film forming step, the temperature condition (temperature of the lower layer water) of the transition step and the pulling speed of the non-planar substrate 11 are increased. Even if there are some fluctuations, there is no fear that the single particle film F will collapse and become multi-layered in the transfer step. In addition, the temperature of lower layer water is normally about 10-30 degreeC depending on the environmental temperature which fluctuates with a season or weather.

また、この際、水槽として、単粒子膜Fの表面圧を計測する図示略のウィルヘルミープレート等を原理とする表面圧力センサーと、単粒子膜Fを液面に沿う方向に圧縮する図示略の可動バリアとを具備するLBトラフ装置を使用すると、より大面積の単粒子膜Fをより安定に非平面基板11上に移し取ることができる。このような装置によれば、単粒子膜Fの表面圧を計測しながら、単粒子膜Fを好ましい拡散圧(密度)に圧縮でき、また、非平面基板11の方に向けて一定の速度で移動させることができる。そのため、単粒子膜Fの液面から非平面基板11上への移行が円滑に進行し、小面積の単粒子膜Fしか非平面基板上に移行できないなどのトラブルが生じにくい。好ましい拡散圧は、5〜80mNm−1であり、より好ましくは10〜40mNm−1である。このような拡散圧であると、各粒子がより高精度で2次元に最密充填した単粒子膜Fが得られやすい。また、非平面基板11を引き上げる速度は、0.5〜20mm/分が好ましい。下層水の温度は、上述したように、通常10〜30℃である。なお、LBトラフ装置は、市販品として入手することができる。 At this time, as a water tank, a surface pressure sensor based on a Wilhelmy plate (not shown) for measuring the surface pressure of the single particle film F and a single particle film F are compressed in a direction along the liquid surface. When the LB trough device having the movable barrier is used, the single-particle film F having a larger area can be transferred onto the non-planar substrate 11 more stably. According to such an apparatus, the single particle film F can be compressed to a preferable diffusion pressure (density) while measuring the surface pressure of the single particle film F, and at a constant speed toward the non-planar substrate 11. Can be moved. Therefore, the transition from the liquid surface of the single particle film F to the non-planar substrate 11 proceeds smoothly, and troubles such as the fact that only the single particle film F having a small area can be transferred onto the non-planar substrate are less likely to occur. A preferable diffusion pressure is 5 to 80 mNm-1, more preferably 10 to 40 mNm-1. With such a diffusion pressure, it is easy to obtain a single particle film F in which each particle is two-dimensionally closely packed with higher accuracy. Further, the speed for pulling up the non-planar substrate 11 is preferably 0.5 to 20 mm / min. The temperature of lower layer water is 10-30 degreeC normally as above-mentioned. Note that the LB trough device can be obtained as a commercial product.

曲面や段差を含む非平面基板の材質としては、その用途などに応じて適宜選択できるが、例えば、シリコン、ガリウム砒素などの半導体、アルミニウム、鉄、銅などの金属、ガラス、石英ガラス、マイカ、サファイア(Al2O3)等の金属酸化物、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース等の高分子材料などが挙げられる。また、非平面基板の表面を他の材質でコーティングしてもよいし、化学的に変質させてもよい。例えば、後のエッチング工程により得られた微細構造体をそのまま反射防止体として使用する場合には、基板の材質としてガラス、石英ガラス、透明性を備えた高分子材料などの透明体が好ましく、反射防止体を製造するためのナノインプリント用モールドの原版として使用する場合には、非平面基板の材質として石英ガラス、シリコンなど、エッチング対象物として広く使用されているものが好ましい。 The material of the non-planar substrate including the curved surface and the step can be appropriately selected according to the application, for example, semiconductors such as silicon and gallium arsenide, metals such as aluminum, iron and copper, glass, quartz glass, mica, Examples thereof include metal oxides such as sapphire (Al2O3), polymer materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, and triacetyl cellulose. In addition, the surface of the non-planar substrate may be coated with another material or chemically altered. For example, when the microstructure obtained by the subsequent etching process is used as an antireflection body as it is, a transparent body such as glass, quartz glass, or a polymer material having transparency is preferable as the substrate material. In the case of using it as an original plate of a nanoimprint mold for producing a prevention body, a material that is widely used as an etching object, such as quartz glass and silicon, is preferable as the material of the non-planar substrate.

このような移行工程により、非平面基板上に単粒子膜エッチングマスクを形成することができるが、移行工程の後には、形成された単粒子膜エッチングマスクを非平面基板上に固定するための固定工程を行ってもよい。単粒子膜を非平面基板上に固定することによって、後述のエッチング工程中に粒子が非平面基板上を移動してしまう可能性が抑えられ、より安定かつ高精度にエッチングすることができる。特に、各粒子の直径が徐々に小さくなるエッチング工程の最終段階になると、このような可能性が大きくなる。 A single particle film etching mask can be formed on a non-planar substrate by such a transition process, but after the transition process, fixing for fixing the formed single particle film etching mask on the non-planar substrate is performed. You may perform a process. By fixing the single particle film on the non-planar substrate, it is possible to suppress the possibility that particles move on the non-planar substrate during an etching process described later, and it is possible to perform etching more stably and with high accuracy. In particular, such a possibility increases when the final stage of the etching process in which the diameter of each particle gradually decreases.

固定工程の方法としては、バインダーを使用する方法や焼結法がある。
バインダーを使用する方法では、単粒子膜エッチングマスクが形成された非平面基板の該単粒子膜側にバインダー溶液を供給して単粒子膜エッチングマスクと非平面基板との間にこれを浸透させる。
バインダーの使用量は、単粒子膜エッチングマスクの質量の0.001〜0.02倍が好ましい。このような範囲であれば、バインダーが多すぎて粒子間にバインダーが詰まってしまい、単粒子膜エッチングマスクの精度に悪影響を与えるという問題を生じることなく、十分に粒子を固定することができる。バインダー溶液を多く供給してしまった場合には、バインダー溶液が浸透した後に、スピンコーターを使用したり、非平面基板を傾けたりして、バインダー溶液の余剰分を除去すればよい。
バインダーとしては、先に疎水化剤として例示した金属アルコキシシランや一般の有機バインダー、無機バインダーなどを使用でき、バインダー溶液が浸透した後には、バインダーの種類に応じて、適宜加熱処理を行えばよい。金属アルコキシシランをバインダーとして使用する場合には、40〜80℃で3〜60分間の条件で加熱処理することが好ましい。
As a method of the fixing step, there are a method using a binder and a sintering method.
In the method using a binder, a binder solution is supplied to the single particle film side of the non-planar substrate on which the single particle film etching mask is formed, and this is infiltrated between the single particle film etching mask and the non-planar substrate.
The amount of the binder used is preferably 0.001 to 0.02 times the mass of the single particle film etching mask. In such a range, the particles can be sufficiently fixed without causing the problem that the binder is too much and the binder is clogged between the particles, and the accuracy of the single particle film etching mask is adversely affected. When a large amount of the binder solution has been supplied, after the binder solution has permeated, the excess of the binder solution may be removed by using a spin coater or tilting the non-planar substrate.
As the binder, metal alkoxysilanes, general organic binders, inorganic binders and the like exemplified above as the hydrophobizing agent can be used. After the binder solution has permeated, heat treatment may be appropriately performed depending on the type of the binder. . When using a metal alkoxysilane as a binder, it is preferable to heat-process at 40-80 degreeC on the conditions for 3 to 60 minutes.

焼結法を採用する場合には、単粒子膜エッチングマスクが形成された非平面基板を加熱して、単粒子膜エッチングマスクを構成している各粒子を非平面基板に融着させればよい。加熱温度は粒子の材質と非平面基板の材質に応じて決定すればよいが、粒径が1μmφ以下の粒子はその物質本来の融点よりも低い温度で界面反応を開始するため、比較的低温側で焼結は完了する。加熱温度が高すぎると、粒子の融着面積が大きくなり、その結果、単粒子膜エッチングマスクとしての形状が変化するなど、精度に影響を与える可能性がある。また、加熱を空気中で行うと、基板や各粒子が酸化する可能性があるため、後述のエッチング工程では、このような酸化の可能性を考慮して、エッチング条件を設定することが必要となる。 When the sintering method is employed, the non-planar substrate on which the single particle film etching mask is formed may be heated to fuse each particle constituting the single particle film etching mask to the non-planar substrate. . The heating temperature may be determined according to the material of the particle and the material of the non-planar substrate, but particles having a particle size of 1 μmφ or less start an interfacial reaction at a temperature lower than the original melting point of the material, so the relatively low temperature side The sintering is complete. If the heating temperature is too high, the fusion area of the particles increases, and as a result, the shape as a single particle film etching mask may change, which may affect the accuracy. In addition, if heating is performed in air, the substrate and each particle may be oxidized. Therefore, in the etching process described later, it is necessary to set etching conditions in consideration of the possibility of such oxidation. Become.

このように、単粒子膜エッチングマスクを製造する方法は、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下する滴下工程と、溶剤を揮発させることにより粒子からなる単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、形成された単粒子膜を非平面基板上に移し取る移行工程とを有するものであるので、単層化の精度、操作の簡便性、大面積化への対応、再現性などを兼ね備え、例えばNature, Vol.361, 7 January, 26(1993)などに記載されている液体薄膜法や特許文献1などに記載されているいわゆる粒子吸着法に比べて非常に優れ、工業生産レベルにも対応できる。 Thus, the method for producing a single particle film etching mask includes a dropping step of dropping a dispersion liquid in which particles are dispersed in a solvent onto a liquid surface in a water tank, and a single particle film made of particles by volatilizing the solvent. Since it has a single particle film formation process to be formed and a transfer process to transfer the formed single particle film onto a non-planar substrate, it can handle single layer accuracy, ease of operation, and large area. Furthermore, it has excellent reproducibility and is superior to the so-called particle adsorption method described in, for example, the liquid thin film method described in Nature, Vol. 361, 7 January, 26 (1993) or the patent document 1 Can also handle industrial production levels.

[微細構造体とその製造方法]
このように単粒子膜エッチングマスクが片面に設けられた基板を気相エッチングして表面加工する(エッチング工程)ことにより、基板の片面に円錐状微細突起を多数形成することができる。具体的には、気相エッチングを開始すると、まず図3(a)に示すように、単粒子膜Fを構成している各粒子Pの隙間をエッチングガスが通り抜けて基板11の表面に到達し、その部分に溝が形成され、各粒子Pに対応する位置にそれぞれ円柱11'が現れる。引き続き気相エッチングを続けると、各円柱11'上の粒子Pも徐々にエッチングされて小さくなり、同時に、基板11の溝もさらに深くなっていく(図3(b))。そして、最終的には各粒子Pはエッチングにより消失し、それとともに基板11の片面に多数の円錐状微細突起が形成される(図3(c))。
[Microstructure and its manufacturing method]
Thus, by subjecting the substrate provided with the single particle film etching mask on one side to vapor phase etching and surface processing (etching process), a large number of conical fine protrusions can be formed on one side of the substrate. Specifically, when the vapor phase etching is started, first, as shown in FIG. 3A, the etching gas passes through the gaps between the particles P constituting the single particle film F and reaches the surface of the substrate 11. A groove is formed in the portion, and a cylinder 11 'appears at a position corresponding to each particle P. When the gas phase etching is continued, the particles P on each cylinder 11 ′ are gradually etched to become smaller, and at the same time, the groove of the substrate 11 becomes deeper (FIG. 3B). Finally, each particle P disappears by etching, and at the same time, many conical fine protrusions are formed on one surface of the substrate 11 (FIG. 3C).

こうして得られた微細構造体Cは、そのまま、光学レンズ、マイクロレンズアレイ、回折格子、凹凸のあるプラスチックボディ、凹凸のある照明器具、光拡散フィルム表面や光拡散板表面、各種表示窓、凹凸のある道路・交通標識や看板を構成する光学材料などの表面に適用する反射防止体として使用できるし、このような反射防止体を製造するためのナノインプリント用モールドの原版として使用することもできる。
反射防止用途の微細構造体においては、光学的な散乱を抑制し、反射防止効果を十分に発揮する観点から、各円錐状微細突起の円形底面の直径を3〜380nmに形成することが好ましく、そのためには、先に述べたとおり、単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子として、平均粒径Aが3〜380nmのものを使用すればよい。また、各円錐状微細突起の高さは好ましくは100nm以上であり、アスペクト比(高さ/円形底面の直径)は好ましくは0.5以上である。このような高さ、アスペクト比であれば、円錐状微細突起が形成された部分において十分な屈折率傾斜効果が得られ、円錐状微細突起側から入射しようとする入射光のフレネル反射を効果的に抑制できる。
好ましい円錐状微細突起の高さは少なくとも50nm以上、好ましくは152nm以上、さらに好ましくは500nm以上、である。先に述べたように、微細突起物の高さは対象とする波長の0.4倍以上に設定すると優れた反射防止効果が得られるので、可視光の波長下限380nmの0.4倍である152nm以上の高さを有することが好ましい。一方、微細構造体がそのまま反射防止体用途で使用される場合には、好ましいアスペクト比の上限は10であり、ナノインプリントまたは射出成型用モールドの原版として使用される場合には、好ましいアスペクト比の上限は5.0である。
The fine structure C thus obtained is an optical lens, a microlens array, a diffraction grating, an uneven plastic body, an uneven lighting fixture, a light diffusion film surface or a light diffusion plate surface, various display windows, uneven surfaces. It can be used as an antireflection body applied to the surface of a certain road / traffic sign or an optical material constituting a signboard, and can also be used as a master plate for a nanoimprint mold for producing such an antireflection body.
In the microstructure for antireflection use, it is preferable to form the diameter of the circular bottom surface of each conical microprojection to 3 to 380 nm from the viewpoint of suppressing optical scattering and sufficiently exhibiting the antireflection effect. For that purpose, as described above, particles having an average particle diameter A of 3 to 380 nm may be used as the particles constituting the single particle film etching mask. Further, the height of each conical fine protrusion is preferably 100 nm or more, and the aspect ratio (height / diameter of the circular bottom) is preferably 0.5 or more. With such a height and aspect ratio, a sufficient refractive index gradient effect is obtained at the portion where the conical microprojections are formed, and effective Fresnel reflection of incident light entering from the conical microprojections side is effective. Can be suppressed.
The height of the preferable conical fine protrusion is at least 50 nm or more, preferably 152 nm or more, more preferably 500 nm or more. As described above, when the height of the fine protrusion is set to 0.4 times or more of the target wavelength, an excellent antireflection effect can be obtained, so that it is 0.4 times the wavelength lower limit of 380 nm of visible light. It preferably has a height of 152 nm or more. On the other hand, when the microstructure is used as it is for an antireflective body, the upper limit of the preferred aspect ratio is 10, and when it is used as a master for a nanoimprint or injection mold, the upper limit of the preferred aspect ratio is Is 5.0.

気相エッチングに使用するエッチングガスとしては、例えば、Ar、SF6、F2、CF4、C4F8、C5F8、C2F6、C3F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C3F8、Cl2、CCl4、SiCl4、BCl2、BCl3、BC2、Br2、Br3、HBr、CBrF3、HCl、CH4、NH3、O2、H2、N2、CO、CO2などが挙げられるが、本発明の趣旨を実行するためであればこれらに限定されることは無い。単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子や基板の材質などに応じて、これらのうちの1種以上を使用できる。 Etching gases used for vapor phase etching include, for example, Ar, SF6, F2, CF4, C4F8, C5F8, C2F6, C3F6, C4F6, CHF3, CH2F2, CH3F, C3F8, Cl2, CCl4, SiCl4, BCl2, BCl3, BC2 , Br2, Br3, HBr, CBrF3, HCl, CH4, NH3, O2, H2, N2, CO, CO2 and the like, but are not limited to these in order to carry out the gist of the present invention. One or more of these can be used depending on the particles constituting the single particle film etching mask, the material of the substrate, and the like.

気相エッチングは、基板の水平方向よりも垂直方向のエッチング速度が大きくなる異方性エッチングで行う。使用可能なエッチング装置としては、反応性イオンエッチング装置、イオンビームエッチング装置などの異方性エッチングが可能なものであって、最小で20W程度のバイアス電場を発生できるものであれば、プラズマ発生の方式、電極の構造、チャンバーの構造、高周波電源の周波数等の仕様には特に制限ない。 The vapor phase etching is performed by anisotropic etching in which the etching rate in the vertical direction is larger than the horizontal direction of the substrate. As an etching apparatus that can be used, a reactive ion etching apparatus, an ion beam etching apparatus, or the like that can perform anisotropic etching and can generate a bias electric field of about 20 W at the minimum can generate plasma. There are no particular restrictions on specifications such as system, electrode structure, chamber structure, and frequency of the high-frequency power source.

異方性エッチングをするためには、単粒子膜エッチングマスクと基板のエッチング速度が異なる必要があり、エッチング選択比(基板のエッチング速度/単粒子膜エッチングのエッチング速度)が好ましくは1以上、より好ましくは2以上、さらに好ましくは3以上となるようにエッチングの各条件(単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子の材質、基板の材質、エッチングガスの種類、バイアスパワー、アンテナパワー、ガスの流量と圧力、エッチング時間など)を設定することが好適である。 In order to perform anisotropic etching, the etching rate of the single particle film etching mask and the substrate must be different, and the etching selectivity (etching rate of the substrate / etching rate of the single particle film etching) is preferably 1 or more. Etching conditions (particle material constituting the single particle film etching mask, substrate material, etching gas type, bias power, antenna power, gas flow rate, etc. are preferably 2 or more, more preferably 3 or more. It is preferable to set pressure, etching time, and the like.

例えば、単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子として金粒子を選択し、基板としてガラス基板を選択してこれらを組み合わせた場合、エッチングガスにCF4、CHF3などのガラスと反応性のあるものを用いると、金粒子のエッチング速度が相対的に遅くなり、ガラス基板のほうが選択的にエッチングされる。
単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子としてコロイダルシリカ粒子を選択し、基板としてPET基板を選択してこれらを組み合わせた場合、エッチングガスにArなどの不活性ガスを用いることで、比較的柔らかいPET基板を選択的に物理エッチングすることができる。
また、電場のバイアスを数十から数百Wに設定すると、プラズマ状態にあるエッチングガス中の正電荷粒子は、加速されて高速でほぼ垂直に基板に入射する。よって、基板に対して反応性を有する気体を用いた場合は、垂直方向の物理化学エッチングの反応速度を高めることができる。
基板の材質とエッチングガスの種類の組み合わせによるが、気相エッチングでは、プラズマによって生成したラジカルによる等方性エッチングも並行して起こる。ラジカルによるエッチングは化学エッチングであり、エッチング対象物のどの方向にも等方的にエッチングを行う。ラジカルは電荷を持たないためバイアスパワーの設定でエッチング速度をコントロールすることはできず、エッチングガスのチャンバー内濃度(流量)で操作することができる。荷電粒子による異方性エッチングを行うためにはある程度のガス圧を維持しなければならないので、反応性ガスを用いる限りラジカルの影響はゼロに出来ない。しかし、基材を冷却することでラジカルの反応速度を遅くする手法は広く用いられており、その機構を備えた装置も多いので、利用することが好ましい。
For example, when gold particles are selected as the particles constituting the single particle film etching mask, a glass substrate is selected as the substrate, and these are combined, if an etching gas that is reactive with glass such as CF4 or CHF3 is used. The etching rate of the gold particles becomes relatively slow, and the glass substrate is selectively etched.
When colloidal silica particles are selected as the particles constituting the single particle film etching mask, a PET substrate is selected as a substrate, and these are combined, a relatively soft PET substrate is obtained by using an inert gas such as Ar as an etching gas. Can be selectively physically etched.
When the electric field bias is set to several tens to several hundreds W, the positively charged particles in the etching gas in the plasma state are accelerated and incident on the substrate at a high speed almost vertically. Therefore, when a gas having reactivity with the substrate is used, the reaction rate of the physicochemical etching in the vertical direction can be increased.
Depending on the combination of the material of the substrate and the type of etching gas, isotropic etching by radicals generated by plasma also occurs in parallel in gas phase etching. Etching with radicals is chemical etching, and isotropically etches in any direction of the object to be etched. Since radicals have no electric charge, the etching rate cannot be controlled by setting the bias power, and the operation can be performed with the concentration (flow rate) of the etching gas in the chamber. In order to carry out anisotropic etching with charged particles, a certain level of gas pressure must be maintained, so as long as a reactive gas is used, the influence of radicals cannot be made zero. However, a method of slowing the reaction rate of radicals by cooling the substrate is widely used, and since there are many devices equipped with the mechanism, it is preferable to use them.

また、得られた微細構造体を反射防止体として使用したり、反射防止体を製造するためのナノインプリントまたは射出成型用モールドの原版として使用したりする場合には、形成される突起の形状は円錐状である必要がある。ところが、実際のエッチング工程においては、図3に示したように突起の形状が円柱状から円錐状に変化していく過程で、円錐の側面(側壁)がエッチングされてしまい、その結果、形成される円錐状微細突起は、側壁の傾斜が大きく、かつ、隣り合う円錐間の溝の縦断面形状がV字ではなくU字となってしまう傾向がある。このような形状になると、十分な屈折率傾斜効果を発揮できず、入射光のフレネル反射の抑制が不十分となる可能性がある。よって、本エッチング工程においては、いわゆるボッシュ法を採用するなどして、エッチングによって形成した側壁を保護しながらアスペクト比を向上させ、突起の形状を理想的な円錐状に近づけることが好ましい。 In addition, when the obtained fine structure is used as an antireflection body, or used as a master of a nanoimprint or injection molding mold for producing the antireflection body, the shape of the formed protrusion is a cone. It needs to be in the shape. However, in the actual etching process, as shown in FIG. 3, the side surface (side wall) of the cone is etched in the process of changing the shape of the protrusion from the columnar shape to the conical shape. The conical microprotrusion has a large side wall inclination, and the vertical cross-sectional shape of the groove between adjacent cones tends to be U-shaped instead of V-shaped. If it becomes such a shape, sufficient refractive index gradient effect cannot be exhibited, and suppression of Fresnel reflection of incident light may be insufficient. Therefore, in this etching step, it is preferable to improve the aspect ratio while protecting the side wall formed by etching, such as by using a so-called Bosch method, so that the shape of the protrusions approaches an ideal conical shape.

すなわち、C4F8、C5F8、C2F6、C3F6、C4F6、CHF3、CH2F2、CH3F、C3F8をはじめとするフロン系のエッチングガスは、プラズマ状態で分解された後、分解物同士が結合することで高分子化し、テフロン(登録商標)のような物質からなる堆積膜をエッチング対象物の表面に形成することが知られている。このような堆積膜はエッチング耐性があるため、エッチング保護膜として作用する。また、基板がシリコン基板であって、かつ、使用するエッチングガスがシリコンに対してエッチング選択比が高いものである場合には、O2をエッチングガスの一部として導入することで、エッチングによって形成された側壁をSiO2の保護膜に変性することができる。また、エッチングガスとしてCH4とH2の混合ガスを用いることで、炭化水素系のエッチング保護膜が得られる条件も設定できる。
よって、このようにエッチングガスの種類を適宜選択するなどして、エッチング保護膜を形成しながらエッチング工程を行うことが、より理想的な形状の円錐状微細突起を形成できる点で好ましい。
That is, C4F8, C5F8, C2F6, C3F6, C4F6, CHF3, CH2F2, CH3F, C3F8 and other chlorofluorocarbon-based etching gases are decomposed in a plasma state and then polymerized by combining the decomposition products. It is known to form a deposited film made of a material such as Teflon (registered trademark) on the surface of an object to be etched. Since such a deposited film has etching resistance, it acts as an etching protective film. Further, when the substrate is a silicon substrate and the etching gas used has a high etching selectivity with respect to silicon, it is formed by etching by introducing O2 as part of the etching gas. The sidewalls can be modified to a protective film of SiO2. Further, by using a mixed gas of CH4 and H2 as an etching gas, conditions for obtaining a hydrocarbon-based etching protective film can be set.
Therefore, it is preferable to perform the etching process while forming an etching protective film by appropriately selecting the type of etching gas as described above in terms of forming a more ideal conical fine protrusion.

こうして得られた微細構造体について、先に述べた単粒子膜エッチングマスクにおける粒子間の平均ピッチBを求める方法と同様にして、その円錐状微細突起の配列の平均ピッチCを求めると、この平均ピッチCは、使用した単粒子膜エッチングマスクの平均ピッチBとほぼ同じ値となる。また、配列の平均ピッチCは、円錐状微細突起の円形底面の直径dの平均値に相当する。さらに、この微細構造体について、下記式(2)で定義される配列のずれD'(%)を求めると、その値も10%以下となる。
D'[%]=|C−A|×100/A・・・(2)
ただし、式(2)中、Aは使用した単粒子膜エッチングマスクを構成する粒子の平均粒径である。
When the average pitch C of the arrangement of the conical microprotrusions is obtained in the same manner as the method for obtaining the average pitch B between the particles in the single particle film etching mask described above, The pitch C is substantially the same value as the average pitch B of the used single particle film etching mask. Further, the average pitch C of the array corresponds to the average value of the diameters d of the circular bottom surfaces of the conical fine protrusions. Further, when an alignment shift D ′ (%) defined by the following formula (2) is obtained for this fine structure, the value is also 10% or less.
D ′ [%] = | C−A | × 100 / A (2)
However, in Formula (2), A is an average particle diameter of the particle | grains which comprise the used single particle film etching mask.

[ナノインプリントまたは射出成型用モールドとその製造方法]
微細構造体をナノインプリントまたは射出成型用モールドの原版とし、ナノインプリントまたは射出成型用モールドを製造する場合には、例えば、微細構造体の円錐状微細突起が表面に形成された曲面や段差を含む非平面に金属層を形成した後、この金属層を剥離することにより、微細構造体の円錐状微細突起を金属層に転写する(転写工程)。その結果、表面に円錐状微細突起を備えた非平面の金属層が得られ、これをナノインプリントまたは射出成型用モールドとして使用することができる。
[Nanoimprint or injection mold and its manufacturing method]
When manufacturing a nanoimprint or injection mold by using the microstructure as a master for a nanoimprint or injection mold, for example, a non-planar surface including a curved surface or a step formed by conical microprojections of the microstructure is formed on the surface. After forming the metal layer, the metal layer is peeled to transfer the conical fine protrusions of the fine structure to the metal layer (transfer process). As a result, a non-planar metal layer having conical fine protrusions on the surface is obtained, which can be used as a mold for nanoimprinting or injection molding.

微細構造体の円錐状微細突起が形成された非平面に金属層を形成する方法としては、めっき法が好ましく、具体的には、まず、ニッケル、銅、金、銀、白金、チタン、コバルト、錫、亜鉛、クロム、金・コバルト合金、金ニッケル合金、はんだ、銅・ニッケル・クロム合金、錫ニッケル合金、ニッケル・パラジウム合金、ニッケル・コバルト・りん合金などから選ばれる1種以上の金属により無電解めっきまたは蒸着を行い、ついで、これらの金属から選ばれる1種以上の金属により電解めっきを行って、金属層の厚さを増加させる方法が好ましい。 As a method of forming a metal layer on a non-planar surface on which a conical fine protrusion of a fine structure is formed, a plating method is preferable. Specifically, first, nickel, copper, gold, silver, platinum, titanium, cobalt, Not required by one or more metals selected from tin, zinc, chromium, gold / cobalt alloy, gold / nickel alloy, solder, copper / nickel / chromium alloy, tin / nickel alloy, nickel / palladium alloy, nickel / cobalt / phosphorus alloy, etc. A method of increasing the thickness of the metal layer by performing electrolytic plating or vapor deposition and then performing electrolytic plating with one or more metals selected from these metals is preferable.

無電解めっきまたは蒸着により形成する金属層の厚みは、10nm以上が好ましく、より好ましくは100nm以上である。ただし、導電層には、一般的には50nmの厚さが必要とされる。膜厚をこのようにすると、次に行われる電解めっきの工程で、被めっき面内電流密度の偏りを抑制でき、均一な厚さのナノインプリントまたは射出成型用モールドが得られやすくなる。
次に行う電解めっきでは、金属層の厚さを最終的に10〜3000μmまで厚くし、その後、金属層を原版から剥がし取ることが好ましい。電解めっきにおける電流密度には特に制限はないが、ブリッジの発生を抑制して均一な金属層を形成でき、かつ、このような金属層を比較的短時間で形成できることから、0.03〜10A/m2が好ましい。
また、ナノインプリントまたは射出成型用モールドとしての耐摩耗性、剥離・貼合時のリワーク性などの観点からは、金属層の材質はニッケルが好ましく、最初に行う無電解めっきまたは蒸着、その後に行う電解めっきの両方について、ニッケルを採用することが好ましい。
The thickness of the metal layer formed by electroless plating or vapor deposition is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more. However, the conductive layer generally requires a thickness of 50 nm. When the film thickness is set in this way, the unevenness of the current density in the surface to be plated can be suppressed in the subsequent electrolytic plating process, and a nanoimprint or injection molding mold having a uniform thickness can be easily obtained.
In the subsequent electrolytic plating, it is preferable that the thickness of the metal layer is finally increased to 10 to 3000 μm, and then the metal layer is peeled off from the original plate. Although there is no restriction | limiting in particular in the current density in electroplating, Since generation | occurrence | production of a bridge | bridging can be suppressed and a uniform metal layer can be formed, and such a metal layer can be formed in a comparatively short time, it is 0.03-10A. / M 2 is preferred.
Moreover, from the viewpoint of wear resistance as a mold for nanoimprint or injection molding and reworkability at the time of peeling / bonding, the material of the metal layer is preferably nickel, and electroless plating or vapor deposition performed first, followed by electrolysis performed It is preferable to employ nickel for both plating.

[ナノインプリントまたは射出成型装置とナノインプリントまたは射出成型物]
こうして製造されたナノインプリントまたは射出成型用の非平面モールドを具備するナノインプリントまたは射出成型装置によれば、高精度に円錐状微細突起が形成され、反射防止体に好適なナノインプリントまたは射出成型物(微細構造体)を再現性よく安定に大量生産することができる。
ナノインプリントまたは射出成型装置の方式には特に制限はなく、加熱され軟化した熱可塑性樹脂製の基材に対してナノインプリント用非平面モールドを押圧し、その後、基材を冷却してからナノインプリン用非平面モールドを基材から離すことによって、ナノインプリント用非平面モールドに形成されている微細パターンを基材に転写する熱インプリント方式、未硬化の光硬化性樹脂の基材に対してナノインプリント用非平面モールドを押圧し、その後、紫外線を照射して光硬化性樹脂を硬化してからナノインプリン用非平面モールドを基材から離すことによって、ナノインプリント用非平面モールドに形成されている微細パターンを基材に転写する光(UV)インプリント方式、溶融した樹脂を非平面モールドに高圧で射出流入し、その後非平面モールドごと冷却する工程を経て非平面モールドを離型し、射出成型用非平面モールドに形成されている微細パターンを成型物表面に転写する射出成型方式、など公知の方式を採用できる。
熱インプリント方式のナノインプリント装置は、プレス手段を具備したナノインプリント用非平面モールドと、基材の温度を制御する温度制御手段とを備えて概略構成され、光インプリント方式のナノインプリント装置は、プレス手段を具備したナノインプリント用非平面モールドと、基材に紫外線を照射する紫外線照射手段とを備えて概略構成される。また、射出成型装置は密閉型金型を射出成形機にセットし、射出成形機により、型締め、プラスチック材料の溶融、閉じた金型の空洞部に対しての加圧注入、冷却工程を行う機構を備えることにより概略構成される。
[Nanoimprint or injection molding equipment and nanoimprint or injection molding]
According to the nanoimprint or injection molding apparatus provided with the non-planar mold for nanoimprint or injection molding thus manufactured, the conical microprojections are formed with high accuracy, and the nanoimprint or injection molded product (microstructure) suitable for the antireflection body. Body) can be mass-produced stably with good reproducibility.
There is no particular limitation on the method of the nanoimprint or injection molding apparatus. The nanoimprint non-planar mold is pressed against a heated and softened thermoplastic resin base material, and then the base material is cooled before being used for nanoimprinting. A thermal imprint system that transfers a fine pattern formed on a non-planar mold for nanoimprinting onto the substrate by separating the non-planar mold from the substrate. The fine pattern formed on the non-planar mold for nanoimprinting is released by pressing the planar mold and then irradiating ultraviolet rays to cure the photocurable resin and then separating the non-planar mold for nanoimprinting from the substrate. Light (UV) imprint method to transfer to the substrate, molten resin is injected and injected into the non-planar mold at high pressure, A non-planar mold was released through the step of cooling each nonplanar molds, injection molding method for transferring a fine pattern formed on the non-planar mold for injection molding the molding material surface, it can be adopted a known method such as.
A thermal imprinting nanoimprinting apparatus is schematically configured to include a non-planar mold for nanoimprinting provided with pressing means, and a temperature control means for controlling the temperature of the substrate, and the optical imprinting nanoimprinting apparatus includes pressing means. And a non-planar mold for nanoimprinting, and an ultraviolet irradiation means for irradiating the substrate with ultraviolet rays. In addition, the injection molding apparatus sets a closed mold in the injection molding machine, and performs the mold clamping, the melting of the plastic material, the pressure injection into the cavity of the closed mold, and the cooling process by the injection molding machine. It is comprised roughly by providing a mechanism.

以上説明したように、上述の単粒子膜エッチングマスクは、単粒子膜を構成する各粒子が2次元に最密充填し、高精度に配列したものであるので、これを使用することによって、高精度な反射防止体やナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドの原版などの微細構造体を製造することができる。特にナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドの原版を製造した場合には、これを用いてナノインプリントまたは射出成型用非平面モールドを製造し、これを備えたナノインプリントまたは射出成型装置を使用することによって、反射防止体などのナノインプリントまたは射出成型物(微細構造体)を再現性よく安定に大量生産でき、工業的にも好適である。 As described above, since the above-described single particle film etching mask is one in which the particles constituting the single particle film are two-dimensionally closely packed and arranged with high precision, It is possible to manufacture a fine structure such as an accurate antireflection body, a nanoimprint, or a non-planar mold for injection molding. In particular, when a master of a non-planar mold for nanoimprint or injection molding is manufactured, a non-planar mold for nanoimprint or injection molding is manufactured using this, and a nanoimprint or injection molding apparatus equipped with the same is used for reflection. Nanoimprints such as prevention bodies or injection-molded products (microstructures) can be stably mass-produced with good reproducibility, which is industrially suitable.

[実施例1]
平均粒径が298.2nmで、粒径の変動係数が6.7%である球形コロイダルシリカの5.0質量%水分散体(分散液)を用意した。なお、平均粒径および粒径の変動係数は、Malvern Instruments Ltd 社製 Zetasizer Nano-ZSによる粒子動的光散乱法で求めた粒度分布をガウス曲線にフィッティングさせて得られるピークから求めた。
ついで、この分散液を孔径1.2μmφのメンブランフィルターでろ過し、メンブランフィルターを通過した分散液に濃度1.0質量%のフェニルトリエトキシシランの加水分解物水溶液を加え、約40℃で3時間反応させた。この際、フェニルトリエトキシシランの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の0.02倍となるように分散液と加水分解水溶液とを混合した。
ついで、反応終了後の分散液に、この分散液の体積の4倍の体積のメチルエチルケトンを加えて十分に攪拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。
[Example 1]
A 5.0% by mass aqueous dispersion (dispersion) of spherical colloidal silica having an average particle size of 298.2 nm and a particle size variation coefficient of 6.7% was prepared. The average particle size and the coefficient of variation of the particle size were determined from the peak obtained by fitting the particle size distribution obtained by the particle dynamic light scattering method using Zetasizer Nano-ZS manufactured by Malvern Instruments Ltd to a Gaussian curve.
Next, this dispersion was filtered through a membrane filter having a pore size of 1.2 μmφ, and an aqueous solution of a hydrolyzate of phenyltriethoxysilane having a concentration of 1.0 mass% was added to the dispersion that passed through the membrane filter, and the mixture was heated at about 40 ° C. for 3 hours. Reacted. At this time, the dispersion and the aqueous hydrolysis solution were mixed so that the mass of phenyltriethoxysilane was 0.02 times the mass of the colloidal silica particles.
Next, methyl ethyl ketone having a volume 4 times the volume of the dispersion was added to the dispersion after completion of the reaction and stirred sufficiently to extract the hydrophobized colloidal silica in the oil phase.

こうして得られた濃度0.91質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中の液面(下層水として水を使用、水温25℃)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽の下層水には、あらかじめ非平面基板としてマイクロレンズアレイ(シリコン製、レンズピッチ4.2μm、レンズ高1.0μm、基板厚さ0.5mm、チップサイズ10×10mm)を略鉛直方向に浸漬しておいた。
その後、超音波(出力100W、周波数1500kHz)を下層水中から水面に向けて10分間照射して粒子が2次元的に最密充填するのを促しつつ、分散液の溶剤であるメチルエチルケトンを揮発させ、単粒子膜を形成させた。
ついで、この単粒子膜を可動バリアにより拡散圧が25mNm−1になるまで圧縮し、マイクロレンズアレイを3mm/分の速度で引き上げ、基板の片面上に移し取った。
ついで、単粒子膜が形成されたマイクロレンズアレイ上にバインダーとして1質量%モノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、加水分解液の余剰分をスピンコーター(3000rpm)で1分間処理して除去した。その後、これを100℃で10分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカからなる単粒子膜エッチングマスク付きのシリコン基板を得た。
図4に示すように、本発明による方法ではマイクロレンズアレイの凹部においても単粒子膜を良好に作製することが可能であった。
The thus obtained hydrophobized colloidal silica dispersion having a concentration of 0.91% by mass includes a surface pressure sensor for measuring the surface pressure of the single particle film and a movable barrier for compressing the single particle film in the direction along the liquid surface. Was added dropwise at a dropping rate of 0.01 ml / sec to the liquid surface (water used as the lower layer water, water temperature 25 ° C.) in the water tank (LB trough device). In addition, a microlens array (made of silicon, lens pitch of 4.2 μm, lens height of 1.0 μm, substrate thickness of 0.5 mm, chip size of 10 × 10 mm) as a non-planar substrate in advance in the lower layer water of the aquarium. Soaked in.
Thereafter, ultrasonic waves (output 100 W, frequency 1500 kHz) are irradiated from the lower layer water toward the water surface for 10 minutes to promote the two-dimensional closest packing of the particles, while volatilizing methyl ethyl ketone, which is the solvent of the dispersion, A single particle film was formed.
Next, this single particle film was compressed by a movable barrier until the diffusion pressure became 25 mNm-1, the microlens array was pulled up at a speed of 3 mm / min, and transferred onto one side of the substrate.
Next, a 1% by mass monomethyltrimethoxysilane hydrolyzate as a binder is infiltrated onto the microlens array on which the single particle film is formed, and then the surplus hydrolyzate is treated with a spin coater (3000 rpm) for 1 minute. Removed. Then, this was heated at 100 degreeC for 10 minute (s), the binder was made to react, and the silicon substrate with the single particle film | membrane etching mask which consists of colloidal silica was obtained.
As shown in FIG. 4, the method according to the present invention was able to satisfactorily produce a single particle film even in the concave portion of the microlens array.

一方、この単粒子膜エッチングマスクについて、10μm×10μmの領域を無作為に1カ所選択して、その部分の原子間力顕微鏡イメージを得て、ついで、このイメージをフーリエ変換により波形分離し、FFT像を得た。ついで、FFT像のプロファイルにおける0次ピークから1次ピークまでの距離を求め、さらにその逆数を求めた。この逆数がこの領域における粒子間の平均ピッチB1である。
このような処理を合計25カ所の10μm×10μmの領域について同様に行い、各領域における平均ピッチB1〜B25を求め、これらの平均値を算出し、式(1)における平均ピッチBとした。なお、この際、隣り合う各領域同士が5mm〜1cm程度離れるように各領域を設定した。
算出された平均ピッチBは、表1に示すように、302.3nmであった。
そこで、粒子の平均粒径A=298.2nmと、平均ピッチB=302.3nmとを式(1)に代入したところ、この例の単粒子膜エッチングマスクにおける粒子の配列のずれDは表1に示すように1.37%であった。
On the other hand, for this single particle film etching mask, a region of 10 μm × 10 μm is selected at random, and an atomic force microscope image of that portion is obtained. Then, this image is subjected to waveform separation by Fourier transform, and FFT is performed. I got a statue. Next, the distance from the 0th order peak to the 1st order peak in the profile of the FFT image was obtained, and the reciprocal thereof was also obtained. This reciprocal is the average pitch B1 between particles in this region.
Such a process was similarly performed for a total of 25 10 μm × 10 μm regions, and average pitches B1 to B25 in each region were obtained, and an average value thereof was calculated to obtain an average pitch B in Equation (1). At this time, each region was set so that adjacent regions were separated from each other by about 5 mm to 1 cm.
As shown in Table 1, the calculated average pitch B was 302.3 nm.
Therefore, when the average particle diameter A = 298.2 nm and the average pitch B = 302.3 nm are substituted into the equation (1), the deviation D of the particle arrangement in the single particle film etching mask of this example is shown in Table 1. As shown in the figure, it was 1.37%.

ついで、単粒子膜エッチングマスク付き基板に対して、SF6:CH2F2=25:75〜75:25の混合ガスにより気相エッチングを行った。エッチング条件は、アンテナパワー1500W、バイアスパワー50〜300W、ガス流量30〜50sccmとした。得られた微細構造体は、図8に模式的に示すような縦断面形状を備え、原子間力顕微鏡イメージから実測した円錐状微細突起の平均高さhは380nmで、単粒子膜エッチングマスクについて実施した方法と同じ方法で求めた円錐状微細突起の配列の平均ピッチC(円形底面の平均直径d)は301.5nmで、これらから算出されるアスペクト比は1.26であった。
なお、円錐状微細突起の平均高さhは次のように求めた。まず、微細構造体において無作為に選択された5μm×5μmの領域1カ所について原子間力顕微鏡イメージを得て、ついで、イメージの対角線方向に沿うプロファイルを作製した。そして、そこに現れた凹凸の平均値を求めた。このような処理を無作為に選択された合計25カ所の5μm×5μmの領域について同様に行い、各領域における平均値を求めた。こうして得られた25カ所の領域における平均値をさらに平均したものを平均高さhとした。各対角線上には、23±2個の突起が含まれる。
そして、この微細構造体に対して、式(2)による円錐状微細突起の配列のずれD'を求めたところ、1.11%であった。
図5に示すように、本発明による方法ではマイクロレンズアレイの凹部においても微細突起構造を良好に作製することが可能であった。
Next, vapor phase etching was performed on the substrate with a single particle film etching mask using a mixed gas of SF6: CH2F2 = 25: 75 to 75:25. Etching conditions were an antenna power of 1500 W, a bias power of 50 to 300 W, and a gas flow rate of 30 to 50 sccm. The obtained fine structure has a vertical cross-sectional shape as schematically shown in FIG. 8, and the average height h of the conical fine protrusions measured from the atomic force microscope image is 380 nm. The average pitch C (average diameter d of the circular bottom surface) of the array of conical microprojections obtained by the same method as that performed was 301.5 nm, and the aspect ratio calculated from these was 1.26.
The average height h of the conical fine protrusions was determined as follows. First, an atomic force microscope image was obtained for one 5 μm × 5 μm region randomly selected in the microstructure, and then a profile along the diagonal direction of the image was prepared. And the average value of the unevenness which appeared there was calculated | required. Such a process was similarly performed on a total of 25 randomly selected 5 μm × 5 μm regions, and an average value in each region was obtained. An average height h was obtained by further averaging the average values in the 25 regions thus obtained. On each diagonal line, 23 ± 2 protrusions are included.
The deviation D ′ of the arrangement of the conical microprojections according to the expression (2) was determined for this microstructure, and it was 1.11%.
As shown in FIG. 5, the method according to the present invention was able to satisfactorily produce a fine protrusion structure even in the concave portion of the microlens array.

得られた微細構造体をナノインプリント用モールドの原版とし、円錐状微細突起が形成された表面に対して、Ni無電解めっきを行い、厚さ50nmのNi層を形成し、次いで電極治具を取り付けて8A/m3の電流密度において電解Niめっき(スルファミン酸ニッケル浴使用)を行った。最終的なNi層の厚さは約250μmになるように調節した。めっき後、微細構造体からNi層をゆるやかに剥離し、Niからなるナノインプリント用モールドを得た。 The obtained microstructure is used as a master for a mold for nanoimprinting, Ni electroless plating is performed on the surface on which conical fine protrusions are formed, a Ni layer having a thickness of 50 nm is formed, and then an electrode jig is attached. Electrolytic Ni plating (using nickel sulfamate bath) was performed at a current density of 8 A / m3. The final Ni layer thickness was adjusted to about 250 μm. After plating, the Ni layer was gently peeled from the microstructure to obtain a nanoimprint mold made of Ni.

[実施例2]
非平面基板として回折格子(シリコン製、凹凸ピッチとしてライン/スペース=2.4μm/1.2um、凹凸高さ2.2um、基板厚さ0.5mm、チップサイズ10x10mm)を用いること以外は、実施例と全く同じ操作で、コロイダルシリカの単粒子膜を基板上に作成し、粒子の配列のずれDを求めたところ、3.68%であった。図7に示すように、本発明による方法では回折格子の凹部においても単粒子膜を良好に作成することが可能であった。続くドライエッチング工程で円錐状微細突起を作成し、円錐状微細突起の配列のずれD'を求めたところ、3.50%であった。図8に示すように、本発明による方法では回折格子の凹部においても微細突起構造を良好に作成することが可能であった。
[Example 2]
Except for using a diffraction grating as a non-planar substrate (made of silicon, line / space = 2.4 μm / 1.2 μm, uneven height 2.2 μm, substrate thickness 0.5 mm, chip size 10 × 10 mm) A colloidal silica single particle film was formed on the substrate by exactly the same operation as in the example, and the deviation D of the particle arrangement was determined to be 3.68%. As shown in FIG. 7, the method according to the present invention was able to satisfactorily produce a single particle film even in the concave portion of the diffraction grating. Conical microprotrusions were created in the subsequent dry etching step, and the deviation D ′ in the arrangement of conical microprotrusions was determined to be 3.50%. As shown in FIG. 8, the method according to the present invention was able to satisfactorily create a fine protrusion structure even in the concave portion of the diffraction grating.

[比較例1;粒子吸着法]
平均粒径と粒径の変動係数が実施例1と同じ球形コロイダルシリカの2.5質量%水分散体(分散液)を用意した。
ついで、この分散液を実施例1と同様に孔径1.2μmφのメンブランフィルターでろ過し、メンブランフィルターを通過した分散液に濃度3.5質量%の2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの加水分解物水溶液を加え、約30℃で24時間反応させてコロイダル粒子の表面を改質した(分散液(1))。
一方、濃度1.0質量%の3−アミノプロピルトリエトキシシランの加水分解物水溶液をマイクロレンズアレイ(シリコン製、レンズピッチ4μm、レンズ高2μm、基板厚さ0.5mm、チップサイズ10×10mm)上に2000rpmでスピンコートした後、80℃で20分加熱して、シランカップリング剤を基板表面と反応させた。
ついで、反応後のガラス基板上に上記分散液(1)を滴下速度0.01ml/秒で滴下し、2000rpmでスピンコートし、乾燥することにより、粒子を基板表面に配置した。
ついで、粒子が表面に載った基板を120℃で4時間加熱し、基板表面から1層目の粒子を選択的に基板と反応させ、2層目以上の余剰分の粒子を超音波洗浄装置により除去し、コロイダルシリカからなる単粒子膜エッチングマスク付きのマイクロレンズアレイを得た。
[Comparative Example 1; particle adsorption method]
A 2.5% by mass aqueous dispersion (dispersion) of spherical colloidal silica having the same average particle size and coefficient of variation in particle size as in Example 1 was prepared.
Subsequently, this dispersion was filtered through a membrane filter having a pore size of 1.2 μmφ in the same manner as in Example 1, and the dispersion that passed through the membrane filter had a concentration of 3.5% by mass of 2- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxy. An aqueous solution of silane hydrolyzate was added and reacted at about 30 ° C. for 24 hours to modify the surface of the colloidal particles (dispersion (1)).
On the other hand, an aqueous solution of hydrolyzate of 3-aminopropyltriethoxysilane having a concentration of 1.0% by mass is a microlens array (made of silicon, lens pitch 4 μm, lens height 2 μm, substrate thickness 0.5 mm, chip size 10 × 10 mm). After spin coating at 2000 rpm on the top, the substrate was heated at 80 ° C. for 20 minutes to react the silane coupling agent with the substrate surface.
Subsequently, the dispersion liquid (1) was dropped on the glass substrate after the reaction at a dropping rate of 0.01 ml / second, spin-coated at 2000 rpm, and dried to place the particles on the substrate surface.
Next, the substrate on which the particles are placed is heated at 120 ° C. for 4 hours, and the first layer particles are selectively reacted with the substrate from the substrate surface, and the excess particles of the second layer or more are removed by an ultrasonic cleaning device. The microlens array with a single particle film etching mask made of colloidal silica was removed.

こうして形成された単粒子膜エッチングマスクについて、実施例1と同様にして平均ピッチBを求め、さらに粒子の配列のずれDを求めた。また、FFT像のプロファイルにおける1次ピーク面積(相対値)も求めた。結果を表1に示す。さらに、この単粒子膜エッチングマスク付き基板に対して、実施例1と同様にして気相エッチングを行い、基板の片面に多数の円錐状微細突起が形成された微細構造体を得た。 With respect to the single particle film etching mask thus formed, the average pitch B was obtained in the same manner as in Example 1, and the deviation D of the particle arrangement was further obtained. Further, the primary peak area (relative value) in the profile of the FFT image was also obtained. The results are shown in Table 1. Further, the substrate with this single particle film etching mask was subjected to vapor phase etching in the same manner as in Example 1 to obtain a microstructure having a large number of conical microprojections formed on one side of the substrate.

こうして得られた微細構造体について、実施例1と同様にして求めた円錐状微細突起の平均高さhは397nmで、円錐状微細突起の配列の平均ピッチC(円形底面の平均直径d)は375.4nmで、これらから算出されるアスペクト比は1.06であった。
また、この微細構造体に対して、式(2)による円錐状微細突起の配列のずれD'を求めたところ、25.8%であった。
For the microstructure thus obtained, the average height h of the conical microprojections obtained in the same manner as in Example 1 was 397 nm, and the average pitch C of the array of conical microprojections (the average diameter d of the circular bottom surface) was At 375.4 nm, the aspect ratio calculated from these was 1.06.
Further, the displacement D ′ of the arrangement of the conical fine protrusions according to the expression (2) was determined for this fine structure, and it was 25.8%.

[比較例2;液体薄膜法]
平均粒径と粒径の変動係数が実施例1と同じ球形コロイダルシリカの水分散体(分散液)を用意し、この分散液を実施例2と同様に孔径1.2μmφのメンブランフィルターでろ過した。ついで、コロイダルシリカの濃度を5.5%に調整した後、この分散液をギャップ(間隔)が約1mmとなるように略水平方向に配置された一対の平行平板(面積1×1cm)の間に注入した。そして、上側の平板(ガラス製)を毎分5〜50mmのスピードで平行移動(スライド)させ、下側の平板(上記マイクロレンズアレイ)上に単粒子膜を形成した。なお、この際、マイクロレンズアレイは、ヒーターにより約60℃に加温し、外部雰囲気(実験環境)は23℃、湿度50%の恒温恒湿にコントロールした。
ついで、単粒子膜が形成されたマイクロレンズアレイ上にバインダーとして1質量%モノメチルトリメトキシシランの加水分解液を浸透させ、その後、加水分解液の余剰分をスピンコーター(3000rpm)で1分間処理して除去した。その後、これを100℃で10分間加熱してバインダーを反応させ、コロイダルシリカからなる単粒子膜エッチングマスク付きのマイクロレンズアレイ基板を得た。
[Comparative Example 2: Liquid thin film method]
An aqueous dispersion (dispersion liquid) of spherical colloidal silica having the same average particle diameter and coefficient of variation of the particle diameter as that of Example 1 was prepared, and this dispersion liquid was filtered through a membrane filter having a pore diameter of 1.2 μmφ as in Example 2. . Next, after adjusting the concentration of colloidal silica to 5.5%, this dispersion is placed between a pair of parallel flat plates (area 1 × 1 cm) arranged in a substantially horizontal direction so that the gap (interval) is about 1 mm. Injected into. Then, the upper flat plate (made of glass) was translated (slided) at a speed of 5 to 50 mm per minute to form a single particle film on the lower flat plate (the microlens array). At this time, the microlens array was heated to about 60 ° C. by a heater, and the external atmosphere (experimental environment) was controlled at a constant temperature and humidity of 23 ° C. and a humidity of 50%.
Next, a 1% by mass monomethyltrimethoxysilane hydrolyzate as a binder is infiltrated onto the microlens array on which the single particle film is formed, and then the surplus hydrolyzate is treated with a spin coater (3000 rpm) for 1 minute. Removed. Then, this was heated at 100 degreeC for 10 minute (s), the binder was made to react, and the microlens array board | substrate with a single particle film etching mask which consists of colloidal silica was obtained.

こうして形成された単粒子膜エッチングマスクについて、実施例2と同様にして平均ピッチBを求め、さらに粒子の配列のずれDを求めた。また、この単粒子膜エッチングマスク付き基板に対して、実施例1と同様にして気相エッチングを行い、基板の片面に多数の円錐状微細突起が形成された微細構造体を得た。 For the single particle film etching mask thus formed, the average pitch B was determined in the same manner as in Example 2, and the deviation D of the particle arrangement was determined. Further, the substrate with this single particle film etching mask was subjected to vapor phase etching in the same manner as in Example 1 to obtain a fine structure having a large number of conical fine protrusions formed on one side of the substrate.

こうして得られた微細構造体について、実施例2と同様にして求めた円錐状微細突起の平均高さhは431nmで、円錐状微細突起の配列の平均ピッチC(円形底面の平均直径d)は407.1nmで、これらから算出されるアスペクト比は1.06であった。また、この微細構造体に対して、式(2)による配列のずれD'を求めたところ、36.5%であった。 For the microstructure thus obtained, the average height h of the conical microprojections obtained in the same manner as in Example 2 was 431 nm, and the average pitch C of the array of conical microprojections (the average diameter d of the circular bottom surface) was At 407.1 nm, the aspect ratio calculated from these was 1.06. Further, the displacement D ′ of the alignment according to the expression (2) was determined for this microstructure, and it was 36.5%.

[比較例3;電子線描画法]
公知文献 大阪府立産業技術総合研究所報告 第20号 別冊 (2006年)「反射防止構造の作成」 に紹介されている回折格子上の反射防止微細構造加工処理。回折格子上にレジスト(日本ゼオン製ZEP520 ポジ型電子線レジスト)を厚さ300nmで塗工し、電子ビーム描画装置で周期0.35μmで正方形パターンを描画(加速電圧50kV、電流値750pA)、現像によって描画箇所のレジストを溶解除去後、電子ビーム蒸着装置でクロムを25nm厚さで蒸着、レジストを剥離液で除去(リフト・オフ)することによりクロムによる逆パターンを作成する。こうして得られたクロム・パターンをマスクとして石英のドライエッチングを行い、微細突起からなる反射防止構造を作成する。
本公知文献によると、回折格子の深さが0.5μm、1.0μmでは問題なく全面にクロム・パターンが形成できたが、2.0μm以上の深さになると、回折格子の凸部の端でリフト・オフ不良が発生する。リフト・オフを行うにはレジスト膜厚がクロム膜厚より大きいことが必要であるが、凸部端はレジスト膜厚が薄くなるため回折格子の深さが2.0μm以上ではこの条件を満たさなくなるためである(図9参照)。エッチング後の反射防止構造についても、2.0μm以上の深さを持つ回折格子では凸部の端で作成不良が生じることが確認されている。
[Comparative Example 3; Electron beam drawing method]
Known Documents Report of Osaka Prefectural Industrial Technology Research Institute Report No. 20 (2006) “Preparation of antireflection structure” Antireflection microstructure processing on diffraction grating. A resist (ZEP520 positive electron beam resist made by Nippon Zeon Co., Ltd.) is applied on the diffraction grating to a thickness of 300 nm, and a square pattern is drawn with an electron beam drawing device with a period of 0.35 μm (acceleration voltage 50 kV, current value 750 pA), development After dissolving and removing the resist at the drawing portion, chromium is deposited with a thickness of 25 nm by an electron beam deposition apparatus, and the resist is removed (lifted off) with a stripping solution to create a reverse pattern of chromium. The quartz pattern thus obtained is used as a mask for dry etching of quartz to produce an antireflection structure composed of fine protrusions.
According to this known document, a chrome pattern could be formed on the entire surface without any problem when the depth of the diffraction grating was 0.5 μm or 1.0 μm, but when the depth was 2.0 μm or more, the end of the convex portion of the diffraction grating Causes lift-off failure. In order to perform lift-off, it is necessary that the resist film thickness is larger than the chromium film thickness. However, since the resist film thickness is reduced at the end of the convex portion, this condition is not satisfied when the depth of the diffraction grating is 2.0 μm or more. (See FIG. 9). As for the antireflection structure after etching, it has been confirmed that a production failure occurs at the end of the convex portion in a diffraction grating having a depth of 2.0 μm or more.

[比較例4]
公知文献 大阪府立産業技術総合研究所報告 第20号 別冊 (2006年)「反射防止構造の作成」 に紹介されている方法で、実施例1に記載のマイクロレンズアレイ上にレジストを塗工した。その結果、図6のような塗工厚さ分布が発生し、マイクロレンズアレイ凸部では厚さ約220nm、凹部では厚さ約450nmであった。比較例3と同じ操作で微細突起構造を作成したところ、凹部で突起物の作成不良が生じた。
[Comparative Example 4]
Publicly-known literature Osaka Prefectural Industrial Technology Research Institute report No. 20 separate volume (2006) “Preparation of antireflection structure” The resist was coated on the microlens array described in Example 1. As a result, a coating thickness distribution as shown in FIG. 6 was generated. The thickness of the microlens array convex portion was about 220 nm, and the thickness of the concave portion was about 450 nm. When a fine protrusion structure was prepared by the same operation as in Comparative Example 3, a defective formation of a protrusion occurred in the recess.

単粒子膜エッチングマスクを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a single particle film etching mask. 単粒子膜エッチングマスクの製造方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing method of a single particle film etching mask. 微細構造体の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of a microstructure. 実施例1で得られた単粒子膜を模式的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a single particle film obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた微細構造体を模式的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a fine structure obtained in Example 1. FIG. 比較例4で得られたレジスト層を模式的に示す縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view schematically showing a resist layer obtained in Comparative Example 4. FIG. 実施例2で得られた単粒子膜を模式的に示す縦断面図である。3 is a longitudinal sectional view schematically showing a single particle film obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られた微細構造体を模式的に示す縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view schematically showing a microstructure obtained in Example 2. FIG. 比較例3で得られたレジスト層を模式的に示す縦断面図である。10 is a longitudinal sectional view schematically showing a resist layer obtained in Comparative Example 3. FIG.

P 粒子
F 単粒子膜
C 微細構造体
11 基板
P particle F single particle film C microstructure 11 substrate

Claims (4)

非平面である基板と、該基板上に固定されたエッチングマスクを備えた単粒子膜エッチングマスク付基板の製造方法であって、
前記エッチングマスクは、粒子が2次元に最密充填した単粒子膜からなり、前記基板上にLB法により単粒子膜を形成後、前記基板の該単粒子膜側にバインダー溶液を供給することにより、前記基板と前記粒子が固定され、
前記バインダーの質量は、前記エッチングマスクの質量の0.001〜0.02倍であることを特徴とする単粒子膜エッチングマスク付基板の製造方法。
A method of manufacturing a substrate with a single particle film etching mask comprising a non-planar substrate and an etching mask fixed on the substrate,
The etching mask is composed of a single particle film in which particles are two-dimensionally closely packed, and after a single particle film is formed on the substrate by the LB method , a binder solution is supplied to the single particle film side of the substrate. The substrate and the particles are fixed;
The method for manufacturing a substrate with a single particle film etching mask, wherein the mass of the binder is 0.001 to 0.02 times the mass of the etching mask.
前記バインダーは、金属アルコキシシランである請求項に記載の単粒子膜エッチングマスク付基板の製造方法The binder is a single particle film production method of the substrate with an etching mask according to claim 1 is a metal alkoxysilanes. 前記単粒子膜は、下記式(1)で定義される粒子の配列のずれD(%)が10%以下である単粒子膜である請求項1〜のいずれかに記載の単粒子膜エッチングマスク付基板の製造方法
D(%)=|B−A|×100/A・・・(1)。
(式(1)中、Aは前記粒子の平均粒径、Bは前記単粒子膜における前記粒子間の平均ピ
ッチを示す。)
3. The single particle film etching according to claim 1, wherein the single particle film is a single particle film having a deviation D (%) of the particle arrangement defined by the following formula (1) of 10% or less. Manufacturing method of substrate with mask.
D (%) = | B−A | × 100 / A (1).
(In formula (1), A represents the average particle diameter of the particles, and B represents the average pitch between the particles in the single particle film.)
前記粒子の配列は、最密充填の充填方位の多様性をもたらす格子欠陥を備える請求項1〜のいずれか1項に記載の単粒子膜エッチングマスク付基板の製造方法The method for manufacturing a substrate with a single particle film etching mask according to any one of claims 1 to 3 , wherein the particle arrangement includes lattice defects that provide a variety of packing orientations in close-packing.
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