JP6688464B2 - ナノインプリント転写体の製造方法 - Google Patents
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Description
ミクロ相分離することが可能なブロックコポリマーと、該ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれている無機前駆体と、を基板上に成膜する工程と、
前記ブロックコポリマーをミクロ相分離させて、前記ブロックコポリマーと、前記ポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれる前記無機前駆体と、からなるミクロ相分離構造体を形成する工程と、
前記ミクロ相分離構造体から有機成分を除去し、前記無機前駆体を無機成分に変換して、前記無機成分のみからなるナノ構造体を形成する工程と、
前記ナノ構造体をマスターモールドとして用いてナノインプリント転写体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
ミクロ相分離することが可能なブロックコポリマーと、該ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれている無機前駆体と、を基板上に成膜する工程と、
前記ブロックコポリマーをミクロ相分離させて、前記ブロックコポリマーと、前記ポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれる前記無機前駆体と、からなるミクロ相分離構造体を形成する工程と、
前記ミクロ相分離構造体から有機成分を除去し、無機成分のナノ構造体を形成する工程と、
前記ナノ構造体をマスターモールドとして用いてナノインプリント転写体を形成する工程と、
を含む方法である。以下、各工程について説明する。
本発明にかかる成膜工程は、ミクロ相分離することが可能なブロックコポリマーと無機前駆体とを基板上に成膜する工程である。この工程で形成された膜中におけるブロックコポリマーと無機前駆体との状態としては、
(i)ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分の構造中に無機前駆体が含まれている状態、
(ii)ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分からなるポリマー相中に無機前駆体が含まれている状態、
が挙げられる。
(1)ポリマーブロック成分Bからなるマトリックス中に球状のポリマーブロック成分Aが存在。
(2)ポリマーブロック成分Bからなるマトリックス中にシリンダー状のポリマーブロック成分Aが存在。
(3)ポリマーブロック成分Aとポリマーブロック成分Bとが層構造を形成。
(4)ポリマーブロック成分Aからなるマトリックス中に球状のポリマーブロック成分Bが存在。
(5)ポリマーブロック成分Aからなるマトリックス中にシリンダー状のポリマーブロック成分Bが存在。
本発明にかかるミクロ相分離構造体形成工程は、前記ブロックコポリマーをミクロ相分離させて、前記ブロックコポリマーと前記無機前駆体とからなるミクロ相分離構造体を形成する工程である。この工程で形成されたミクロ相分離構造体中におけるブロックコポリマーと無機前駆体との状態としては、
(i)ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分の構造中に無機前駆体が含まれている状態、
(ii)ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分からなるポリマー相中に無機前駆体が含まれている状態、
が挙げられる。
溶解度パラメータδ[(cal/cm3)1/2]=(ΔE/V)1/2
(式中、ΔEはモル蒸発エネルギー[cal]、Vはモル体積[cm3]を示す。)
に基づいて求められる値である。
本発明にかかるナノ構造体形成工程は、前記ミクロ相分離構造体から有機成分を除去し、無機成分のナノ構造体(無機ナノ構造体)を形成する工程である。すなわち、この工程において、無機前駆体が無機成分に変換される。このようにして形成される無機成分の形状は、無機前駆体が含まれていたポリマーブロック成分又はポリマー相の形状(柱状、球状、層状、又はシリンダー状等)に対応する形状であり、得られるナノ構造体は、この無機成分の形状に対応した微細構造(微細凹凸構造)を表面に有している。
本発明にかかるナノインプリント転写体形成工程は、前記ナノ構造体をマスターモールドとして用いてナノインプリント転写体を形成する工程である。
<成膜工程>
先ず、構造中に無機前駆体であるSiを含有するブロックコポリマーとしてのポリスチレン−b−ポリジメチルシロキサン(PS−b−PDMS)を、濃度が3質量%となるようにテトラヒドロフラン(THF)5mlに溶解し、得られた原料溶液をシリコン基板上に塗布し、薄膜を形成した。なお、PS−b−PDMSのPSの分子量は31×103、PDMSの分子量は14.5×103であった。
次に、得られた薄膜をクロロホルムの飽和蒸気中で1.5時間保持してPS−b−PDMSのミクロ相分離を促進させ、PSからなるマトリックス中にPDMSが配置しているミクロ相分離構造体をシリコン基板全面に形成させた。
次に、得られたミクロ相分離構造体にCF4とO2との混合ガスを用いて反応性イオンエッチング(RIE)処理を施してPSを除去するとともに、PDMSを酸化して、SiO2ナノ構造体を形成した。具体的には、パワー:100W、チャンバー内圧力:16Paの条件で、CF4とO2との混合ガスをCF4/O2=59/10sccmの流量でチャンバーに導入し、前記ミクロ相分離構造体に40秒間のRIE処理を施した。次に、パワー:100W、チャンバー内圧力:10Paの条件で、O2を10cm3/分の流量でチャンバーに導入し、前記RIE処理後の構造体に20秒間の酸化処理を施した。その後、紫外線オゾン発生装置内にO2を7cm3/分の流量で導入し、前記酸化処理後の構造体に70℃で90分間の紫外線オゾン処理を施し、シリコン基板上にSiO2ナノ構造体を形成させた。
次に、マスターモールドとしての前記SiO2ナノ構造体上にUV硬化型樹脂を滴下し、その上にアクリル樹脂を密着接合してUV硬化型樹脂を前記SiO2ナノ構造体表面の微細構造(ヘキサゴナル状のナノドット構造)に十分に浸透させた。その後、アクリル樹脂側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、樹脂モールドを得た。この樹脂モールドをマスターモールド(前記SiO2ナノ構造体)から離型し、樹脂モールドのホール構造を有する面上にスパッタリングによりNiのシード層を形成した。このNiシード層上に電鋳(電解メッキ)により更にNi層を積層させた後、Ni層を樹脂モールドから離型し、Niナノ配列体を得た。
実施例1と同様にして、PSからなるマトリックス中にPDMSが配置しているミクロ相分離構造体をシリコン基板全面に形成させた。次に、パワー:100W、チャンバー内圧力:16Paの条件で、CF4とO2との混合ガスをCF4/O2=59/10sccmの流量でチャンバーに導入し、前記ミクロ相分離構造体に40秒間のRIE処理を施した。次いで、パワー:50W、チャンバー内圧力:10Paの条件で、O2を10cm3/分の流量でチャンバーに導入し、前記RIE処理後の構造体に10秒間の酸化処理を施した。
Claims (7)
- ミクロ相分離することが可能なブロックコポリマーと、該ブロックコポリマーを構成する一方のポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれている無機前駆体と、を基板上に成膜する工程と、
前記ブロックコポリマーをミクロ相分離させて、前記ブロックコポリマーと、前記ポリマーブロック成分又は該ポリマーブロック成分からなるポリマー相に含まれる前記無機前駆体と、からなるミクロ相分離構造体を形成する工程と、
前記ミクロ相分離構造体から有機成分を除去し、前記無機前駆体を無機成分に変換して、前記無機成分のみからなるナノ構造体を形成する工程と、
前記ナノ構造体をマスターモールドとして用いてナノインプリント転写体を形成する工程と、
を含むことを特徴とするナノインプリント転写体の製造方法。 - 前記ブロックコポリマーが、前記ポリマーブロック成分中に前記無機前駆体を含むものであり、
該無機前駆体を変換して前記無機成分のみからなるナノ構造体を形成する、
ことを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント転写体の製造方法。 - 前記無機前駆体がSiであり、前記ナノ構造体を構成する無機成分がSiO2である、ことを特徴とする請求項2に記載のナノインプリント転写体の製造方法。
- 前記無機前駆体を含むポリマーブロック成分がポリジメチルシロキサンである、ことを特徴とする請求項3に記載のナノインプリント転写体の製造方法。
- 前記ブロックコポリマーがポリスチレンとポリジメチルシロキサンとのブロックコポリマーである、ことを特徴とする請求項4に記載のナノインプリント転写体の製造方法。
- 前記ナノ構造体をマスターモールドとして用いて該ナノ構造体の表面構造が表面に転写された樹脂モールドを形成した後、前記樹脂モールドを用いて該樹脂モールドの表面構造が表面に転写された金属ナノ配列体を形成することを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載のナノインプリント転写体の製造方法。
- 前記金属ナノ配列体がNiナノ配列体である、ことを特徴とする請求項6に記載のナノインプリント転写体の製造方法。
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