JP6811695B2 - ソフトモールドおよびソフトモールドを用いたインプリント方法 - Google Patents
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Description
柱状の凹部もしくは柱状の凸部の中心を結ぶ線を含む、一面に直交する断面において、凸断面がアスペクト比2〜5であり、凸断面の先端5%〜20%の領域が断面幅方向中心に向かって先端先細り形状である。
ソフトモールドは、高分子弾性体材質からなる可撓性を有するインプリント用のモールドである。ソフトモールドは基本的に平板状であり、一方の面にインプリント用の微細凹凸パターンを備え、他方の面は平坦面を構成している。ソフトモールドは、ゴム硬度タイプA50〜100程度の硬さを有する。なお、ソフトモールドのゴム硬度は70〜80であることが特に好ましい。構成材料は問わないが、インプリントにおいて、光硬化性組成物レジストを用い、かつレジストを塗布する基板が透明でない場合には、ソフトモールドは透明であることを要する。透明かつ、上記ゴム硬度を満たす材料としては、例えば、硬化機構がヒドロシリル化反応である一般的なPDMSがあげられる。PDMSの硬化収縮率は2〜3%以下である。具体的には、信越化学工業社のKE−106、およびモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社のTSE3032などが挙げられるが、これらに限るものではない。特には、硬化機構がヒドロシル化反応であり、UV(ultra violet)照射および室温硬化で収縮率0.1%以下である信越化学工業のKER4690 A/Bが好ましい。
図1A〜図1Cに示すように、第1の実施形態のソフトモールド10は、複数の柱状の凹部11を備えた凹凸パターンを一方の面10aに有するインプリント用のソフトモールドである。以下において図中に座標軸を示すように、ソフトモールドの面をxy面とし、厚み方向をz方向として説明する。
図2A〜図2Cに示すように、第2の実施形態のソフトモールド20は、複数の柱状の凸部22を備えた凹凸パターンを一方の面に有するインプリント用のソフトモールドである。第1の実施形態の場合と同様に、以下において図中に座標軸を示すように、ソフトモールドの面をxy面とし、厚み方向をz方向として説明する。
シリコン基板上に電子ビームレジスト膜を形成し、所望のパターンに電子ビーム(EB:Electron Beam)照射を行い、現像することによりレジストに微細な凹凸パターンを形成する。この凹凸パターン状のレジストをマスクとしてシリコン基板表面をエッチングする。これにより、微細な凹凸パターンを表面に有するシリコン原盤を得る。そして、このシリコン原盤を用いたインプリントによりソフトモールドを作製する。なお、EB描画により作製する原盤は高価であるため、シリコン原盤は繰り返し利用したい。そのため、電鋳によりレプリカ金型を作製して、そのレプリカ金型を用いたインプリントによりソフトモールドを作製してもよい。レプリカ金型は、原盤の凹凸パターンに離型処理してNi電鋳することにより反転凹凸パターンの金型を得て、さらにこの反転凹凸パターンの金型を用いてNi電鋳を行うことにより作成することができる。
次に、本発明のソフトモールドを用いたインプリント方法の実施形態について説明する。ここでは、第1の実施形態のソフトモールド10を用いたインプリント方法を説明するが、第2の実施形態のソフトモールドを用いた場合についても、同様である。図8は、インプリント方法の工程を模式的に示す図である。
200nm高さの凸部(もしくは凹部)のモスアイ構造をインプリントして光硬化樹脂による凹凸パターンをサファイア基板の表面に成形するためには、モールドが直径2インチの基板の両端で1000nm(=1μm)撓むことが望まれる。この撓みを実現するために、ゴム硬度50〜100のソフトモールドが好適である。
図1A〜図1Cに示した第1の実施形態のソフトモールドと同様の凹型のソフトモールド作製した。
各実施例および比較例のソフトモールドは以下の手順で作製した。
シリコンウエハ上にEBレジストを塗布し、EB描画、現像してレジストの凹凸パターンを形成し、レジストをマスクとしてエッチングを行い、所望の隔壁形状に応じた凹部および柱状の凹部に応じた凸部を有する凹凸パターンをシリコンウエハ表面に形成した。この表面に凹凸パターンが形成されたシリコンウエハをマスター原盤として、これに離型剤(ダイキン工業製:オプツールHD−1100)をディップコートした後、光硬化型のPDMS組成物をマスター原盤に直接滴下し、UV硬化させたうえで離型してソフトモールドを作製した。塗布から硬化にあたってはマスター原盤からPDMS組成物が流れ出ないように、紙で作った枠により原盤を取り囲んだ。
各実施例および比較例について、それぞれシリコンウエハに形成する凹凸パターンの形状を表に示す先端部に応じた形状とした。また、ゴム硬度はPDMS組成物の成分調製により調整した。
−先端部の高さ−
液体窒素に漬けて固化させたソフトモールドを割って断面をつくり、株式会社真空デバイス製のオスミウムコーターHPC−20型を用いて、オスミウム製膜して導電処理した上で、断面をSEMで観察した。画像から凸部の高さTおよび先端部の高さtをnmの精度で測定した。表1において先端部の凸部高さに対する割合(t/T)×100[%]を記載した。
先端部面積S1の全面積Sに対する割合(S1/S)×100[%]は、凹凸パターン面を正面視したSEM画像(図7参照)から求めた既述の方法に沿って求めた。
ゴム硬度は、中硬さ用試験用のゴム硬度計タイプAを用いて測定した。各例のソフトモールドと同一の材料からなる厚さ1.0mmの試験片を用意して、6枚重ねたものに押針を試験片表面に押し付けた際の押込み深さを基に硬さを測定した。なお、数値は少なくとも3点についての硬度を測定して平均値(小数第一位を切り上げ)をとった。
インプリントは、既述のインプリント法に沿って行った。具体的には、直径2インチのサファイア基板上に光硬化性レジストを塗布してレジスト層を形成し、このレジストにモールドの凹凸パターン面を押し付け、モールドの平坦面にガラス板を載置して、ガラス板を介したモールドを押圧して、モールド厚み変形量を5%とした状態でUV照射を行い、レジストを硬化させ凹凸パターン樹脂層を形成した。
各実施例および比較例のソフトモールドについて、基板追従性、残膜厚みおよび転写性を評価した。
凹凸パターン樹脂層のムラの程度を評価した。
上記の通り、実施例、比較例の各モールドを用いてサファイア基板にインプリント法によって作製した凹凸パターン樹脂層を、蛍光灯下で目視にて観察し、以下のように評価した。
A:ムラが全く目視できない
B:ムラがごくわずか認識できる
C:明らかにムラが認識できる
サファイア基板上の凹凸パターン樹脂層を形成し、ソフトモールドを剥離しない段階で、サファイア基板のインプリント面とは反対の面側にダイヤ刃ガラスカッターでケガキ線を入れて、そこからサファイア基板を割る。その後、SEMで観察するための導電処理を施し、断面をSEMで観察して、レジスト厚みが最も薄い部分の、基板からの厚みをSEM画像からnmの精度で測定した。
各例について、以下の基準で評価した。
A:残膜厚みが5nm以下である。
B:残膜厚みが5nm超、20nm以下である。
C:残膜厚みが20nm超である。
インプリントして得られた凹凸パターン樹脂層の凸部高さを測定し、各ソフトモールドの作製に用いたマスター原盤のモスアイ高さ(凸部高さ)280nmに対する転写率に基づき測定値を以下の基準で評価した。
A:250nm(転写率89%)以上である。
B:250nm未満200nm(転写率71%)以上である。
C:200nm未満である。
実施例1のモールドを用い、実施例1のインプリント方法において、ソフトモールドの全体厚みが5%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
実施例1のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが3%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
実施例1のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが10%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
比較例2のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが5%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
比較例2のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが5%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
実施例1のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが変化しない変形量0%でインプリントを行った。
実施例1のモールドを用い、ソフトモールドの全体厚みが20%圧縮される変形量で押圧した状態でインプリントを行った。
圧縮していない状態のソフトモールドの厚み1mmからの変形量を求めた。インプリント時におけるガラス板のモールド接触面とサファイア基板までの距離を接触式変異計で1μmの精度で計測した。測定値[μm]/1000[μm]の百分率を変形量として求めた。接触式変位計としては、Panasonic社製の高機能接触式変位センサTR−155を用いた。
10a ソフトモールドの一方の面
11 凹部
11a 凹部中心
12 凸部領域(隔壁)
13 凸断面
14 凸本体部
16 先端部
18 稜線
19 傾斜面
20 ソフトモールド
22 凸部
22a 凸部中心
23 凸断面
24 凸本体部
26 先端部
26a 断面
28 頂点
50 サファイア基板
60 レジスト層
62 凹凸パターンレジスト層
64 樹脂層
70 ガラス板
Claims (7)
- 凹凸パターンを一方の面側に有するインプリント用の、JIS K 6243に準拠してゴム硬度計タイプAを用いて測定したゴム硬度タイプAが50〜100であるソフトモールドであって、
前記凹凸パターンが複数の柱状の凹部と、前記柱状の凹部を囲む隔壁を構成し前記柱状の凹部間を占める連続的に連なった凸部領域とからなり、
前記柱状の凹部同士の中心を結ぶ線を含む、前記面に直交する断面において、前記凸部領域の凸断面がアスペクト比2〜5であり、
前記凸部領域は、前記凸断面において、断面幅方向の中心に対称な先端先細り形状を有する先端部と、前記先端部の根元から前記凹部の底面までの凸本体部とを備え、
前記一方の面に対して垂直な方向に対する前記先端部の側面の傾きが、前記垂直な方向に対する前記凸本体部の側面の傾きよりも大きく、
前記凸部領域には、前記先端先細り形状の頂点により、前記凹部間の中心に沿って高さが一定の稜線が構成されており、
前記先端部が、前記凸断面における高さの5%から20%である、ソフトモールド。 - 前記凹凸パターンを正面視した場合に、前記凸断面における前記先端先細り形状の根元の面積がパターン全体の面積の30%〜70%である請求項1に記載のソフトモールド。
- 前記凹凸パターンを正面視した場合に、前記柱状の凹部もしくは前記柱状の凸部が周期的に配置されている請求項1または2に記載のソフトモールド。
- 硬度がゴム硬度タイプAで70〜80である材料から構成されている請求項1から3いずれか1項に記載のソフトモールド。
- ジメチルポリシロキサンから構成されている請求項1から4いずれか1項に記載のソフトモールド。
- 前記ソフトモールドの一方の面に対して垂直な方向に対する、前記凸本体部の側面の傾きが5°以下であり、前記垂直な方向に対する、前記先端部の側面の傾きが10°以上、45°以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載のソフトモールド。
- 基板上に塗布されたレジスト層に請求項1から6いずれか1項記載のソフトモールドを押し付け、前記ソフトモールドの厚み変形量を3%〜10%とした状態で前記レジスト層を硬化させるインプリント方法。
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