JPWO2020194817A1 - 凹凸構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<1> 凹凸パターンを有する第1のパターン原盤の凹部に第1の硬化性樹脂が充填され、上記凹部に充填された上記第1の硬化性樹脂のメニスカスが上記第1のパターン原盤の表面から突出し、かつ上記メニスカスが互いに孤立した状態で存在している第1の樹脂充填パターン原盤、凹凸パターンを有する第2のパターン原盤の凹部に第2の硬化性樹脂が充填され、上記凹部に充填された上記第2の硬化性樹脂のメニスカスが上記第2のパターン原盤の表面から突出し、かつ上記メニスカスが互いに孤立した状態で存在している第2の樹脂充填パターン原盤、及び、基材を準備し、
上記第1の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記基材の一方の面とを接触させた状態で上記第1の硬化性樹脂を硬化させ、上記第1の硬化性樹脂の硬化後に上記第1のパターン原盤を離型し、上記第2の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記基材の他方の面とを接触させた状態で上記第2の硬化性樹脂を硬化させ、上記第2の硬化性樹脂の硬化後に上記第2のパターン原盤を離型することにより、上記一方の面に上記第1のパターン原盤の上記凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第1の硬化樹脂が形成され、かつ上記他方の面に上記第2のパターン原盤の上記凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第2の硬化樹脂が形成された凹凸構造体を製造する凹凸構造体の製造方法。
<2> 上記第1の硬化性樹脂及び上記第2の硬化性樹脂は、光硬化性樹脂である上記<1>に記載の凹凸構造体の製造方法。
<3> 上記第1のパターン原盤の表面における上記凹部の幅L1に対し、上記第1のパターン原盤の凹部の深さD1が、D1>L1/2を満たし、
上記第2のパターン原盤の表面における上記凹部の幅L2に対し、上記第2のパターン原盤の凹部の深さD2が、D2>L2/2を満たす上記<1>又は<2>に記載の凹凸構造体の製造方法。
<4> 上記第1のパターン原盤の表面における上記凹部の幅L1に対し、上記第1のパターン原盤における上記メニスカスの高さH1が、L1/100≦H1≦L1/10を満たし、
上記第2のパターン原盤の表面における上記凹部の幅L2に対し、上記第2のパターン原盤における上記メニスカスの高さH2が、L2/100≦H2≦L2/10を満たす上記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<5> 上記第1の樹脂充填パターン原盤における上記第1のパターン原盤と上記一方の面とを接触させずに、上記第1の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記一方の面とを接触させ、
上記第2の樹脂充填パターン原盤における上記第2のパターン原盤と上記他方の面とを接触させずに、上記第2の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記他方の面とを接触させる上記<1>〜<4>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<6> 上記第1の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記一方の面とを接触させ、上記第2の樹脂充填パターン原盤における上記メニスカスと上記他方の面とを接触させた状態で上記第1のパターン原盤に充填された上記第1の硬化性樹脂及び上記第2のパターン原盤に充填された上記第2の硬化性樹脂を硬化させた後に、上記第1のパターン原盤及び上記第2のパターン原盤を離型することにより、上記凹凸構造体を製造する上記<1>〜<5>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<7> 上記第1の硬化性樹脂及び上記第2の硬化性樹脂の20℃における表面張力は、それぞれ独立に30mN/m〜40mN/mである上記<1>〜<6>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<8> 上記第1の硬化性樹脂及び上記第2の硬化性樹脂の20℃における粘度は、それぞれ独立に0.4Pa・s〜1.2Pa・sである上記<1>〜<7>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
なお、本開示において、数値範囲を示す「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本開示において、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの両方を包含する概念で用いられる語である。
特に限定しない限りにおいて、本開示において硬化性樹脂中の各成分は、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上を併用してもよいものとする。
更に、本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係は図面の内容に限定されない。
本開示の凹凸構造体の製造方法では、凹凸パターンを有する第1のパターン原盤及び凹凸パターンを有する第2のパターン原盤を用いる。第1のパターン原盤を用い、凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第1の硬化樹脂を基材の一方の面上に形成し、第2のパターン原盤を用い、凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第2の硬化樹脂を基材の他方の面上に形成することにより、凹凸構造体を製造する。以下、図1A〜図1Gを用いて第1のパターン原盤の好ましい形態について説明する。なお、第2のパターン原盤の好ましい形態については、第1のパターン原盤の好ましい形態と同様であるため、その説明を省略する。例えば、第1のパターン原盤における、凹部の幅L1、凹部の深さD1、及びメニスカスの高さH1は、それぞれ第2のパターン原盤における、凹部の幅L2、凹部の深さD2、及びメニスカスの高さH2と読み替えてもよい。また、第1のパターン原盤及び第2のパターン原盤のとる形態は、それぞれ独立であり、同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、離型剤は、1種類のみを使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本開示の凹凸構造体の製造方法にて用いられる第1の硬化性樹脂としては、インプリント技術で用いられる硬化性樹脂であれば特に限定されない。以下、第1の硬化性樹脂の好ましい形態について説明する。なお、第2の硬化性樹脂の好ましい形態については、第1の硬化性樹脂の好ましい形態と同様であるため、その説明を省略する。また、第1の硬化性樹脂及び第2の硬化性樹脂のとる形態は、それぞれ独立であり、同じであってもよく、異なっていてもよい。
活性エネルギー線としては、α線、γ線、X線、紫外線、可視光線、赤外光線、電子線等が挙げられる。
また、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、紫外線、可視光線、赤外光線等の光で硬化する光硬化性樹脂が好ましく、中でも紫外線で硬化する光硬化性樹脂が好ましい。
本開示の凹凸構造体の製造方法にて用いられる基材10としては、インプリント技術で用いられる基材であれば特に限定されない。基材の材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ガラス等が挙げられる。
光透過性を有するとは、第1の硬化性樹脂5が吸収する波長域の光を基材10及び第1のパターン原盤1の少なくとも一方が透過することを意味する。
図1Bに示す第1の樹脂充填パターン原盤1Aを準備する方法について説明する。まず、方法1では、第1のパターン原盤1の表面に第1の硬化性樹脂5を付与し、付与した第1の硬化性樹脂5を凹部2に充填させ、凹部2に充填されずに第1のパターン原盤1の凹凸パターンを有する面に残存する第1の硬化性樹脂5を除去することにより、第1の樹脂充填パターン原盤1Aを得ることができる。以下、図2を用いて説明する。
凹凸パターンを有する面上に付着した第1の硬化性樹脂5を好適に除去することにより、メニスカス6の高さHよりも厚さの大きい第1の硬化性樹脂5がメニスカス6と孤立して凹凸パターンを有する面上に残存することが抑制できる。これにより、メニスカス6と基材10とを接触させようとする際に、メニスカス6よりも先にメニスカス6と孤立して存在する第1の硬化性樹脂5が基材10と接触してしまうことが抑制できるため、好適に凹凸構造体30を製造することができる。
図1Bに示す樹脂充填パターン原盤1Aを準備する別の方法について説明する。方法2では、第1のパターン原盤1を第1の硬化性樹脂5に浸漬させて第1の硬化性樹脂5を凹部2に充填させ、水平方向と交差する方向に第1のパターン原盤1を第1の硬化性樹脂5から引き上げることにより、第1の樹脂充填パターン原盤1Aを得る。以下、図3を用いて説明する。
凹凸パターンを有する面上に付着した第1の硬化性樹脂5を好適に除去することにより、メニスカス6の高さHよりも厚さの大きい第1の硬化性樹脂5がメニスカス6と孤立して凹凸パターンを有する面上に残存することが抑制できる。これにより、メニスカス6と基材10とを接触させようとする際に、メニスカス6よりも先にメニスカス6と孤立して存在する第1の硬化性樹脂5が基材10と接触してしまうことが抑制できるため、好適に凹凸構造体30を製造することができる。
<パターン原盤>
材質及び大きさ:6インチシリコンウエハ
凹凸パターンの加工方法:レーザー直接描画及び反応性イオンエッチング
凹凸パターンの形成領域:30mm×30mm
凹凸パターン:ピッチ 20μm、凹部の幅L(L1及びL2) 10μm、凹部の深さD(D1及びD2) 16μm
パターン原盤の凹凸パターン側の離型処理:離型剤(商品名:オプツール HD−1100、ダイキン工業株式会社)の付与
<硬化性樹脂塗布液>
塗布液A:商品名:PAK−01(東洋合成株式会社、20℃での表面張力:29mN/m、20℃での粘度:0.056Pa・s)
塗布液B:商品名:PAK−WCL101(東洋合成株式会社、20℃での表面張力:38mN/m、20℃での粘度:1.105Pa・s)
塗布液A及び塗布液Bを用い、以下の表1に示す粘度及び表面張力を示す硬化性樹脂塗布液を準備した。硬化性樹脂塗布液の粘度及び表面張力は、前述のようにして20℃にて測定した値である。比較例2及び比較例3では、塗布液A及び塗布液Bの混合比率を変更した硬化性樹脂塗布液を準備した。
実施例1及び比較例1〜3では、図2に示す手順に従い、パターン原盤の凹部への硬化性樹脂塗布液の充填を20℃で行った。用いたブレード、ブレードの使用条件(凹凸パターン上の硬化性樹脂塗布液を掻きとるときのブレードの使用条件)、及び減圧条件としては以下の通りである。また、実施例及び各比較例において、ブレードを用いて硬化性樹脂塗布液を掻きとる前にて、全ての凹部に硬化性樹脂塗布液が充填され、さらに、凹凸パターンの形成領域上の全体に凹部に充填されなかった硬化性樹脂塗布液が付着する程度の量である1mL〜2mLの硬化性樹脂塗布液を使用した。
<ブレード>
セラミックドクターブレード(富士商興株式会社製)
<ブレードの使用条件>
印加荷重:1N
凹凸パターンを有する面に対するブレード角度:45°
掻きとり速度:0.1mm/秒(硬化性樹脂塗布液の凝集速度>ブレードの掻きとり速度)又は1.0mm/秒(硬化性樹脂塗布液の凝集速度<ブレードの掻きとり速度)
<減圧条件>
0.1Paの雰囲気
ブレードを用いて硬化性樹脂塗布液を掻きとった後にプラスのメニスカス(パターン原盤の表面から突出するメニスカス)の有無及びメニスカスの高さを3D表面粗さ/形状測定機NewView(Zygo社製)を用いて確認した。
結果を表1に示す。なお、メニスカスの有無については、互いに孤立したプラスのメニスカス(パターン原盤の表面から突出するメニスカス)ができた場合を「有り」とし、互いに孤立したプラスのメニスカスができなかった場合を「無し」とした。
実施例1では、パターン原盤上の硬化性樹脂塗布液を除去することができ、互いに孤立したプラスのメニスカスが確認できた。
比較例1及び2では、パターン原盤上の硬化性樹脂塗布液を除去することはできたが、互いに孤立したプラスのメニスカスができていなかった。
比較例3では、ブレードを用いて硬化性樹脂塗布液を掻きとった後においても凹凸パターンを有する面上に付着した硬化性樹脂塗布液を十分に除去できず、凹部に充填された硬化性樹脂塗布液と、凹凸パターンを有する面上に付着した硬化性樹脂塗布液とがつながっていた。そのため、比較例3では、互いに孤立したプラスのメニスカスを形成することができなかった。
実施例1における樹脂充填パターン原盤である凹部に硬化性樹脂塗布液を充填したパターン原盤を2つ準備し、さらに縦30mm×横30mm×厚さ725mmの基材(シリコンウエハ、コバレントマテリアル社製)を用い、凹凸構造体を以下のようにして製造した。
まず、凹部に硬化性樹脂塗布液を充填したパターン原盤の凹部が形成された面と基材の一方の面とを対面させた状態で位置あわせをした。実施例1では、基材の一方の面とパターン原盤のメニスカスが形成された側の面とを接触させずに基材の一方の面とメニスカスとを接触させた状態で、基材におけるパターン原盤側の面とは反対側から紫外線を照射量2000mJ/cm2の条件でパターン原盤に充填された硬化性樹脂塗布液に照射して硬化性樹脂塗布液を硬化させた。その後、パターン原盤を離型することにより、パターン原盤の凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する硬化樹脂が基材の一方の面上に形成された凹凸形状を有する基材を得た。
まず、凹部に硬化性樹脂塗布液を充填したパターン原盤の凹部が形成された面と基材の一方の面とを対面させた状態で位置あわせをした。比較例1及び2では、互いに孤立したプラスのメニスカスができていなかったため、凹部に充填された硬化性樹脂塗布液と基材とを十分に密着させることができなかった。さらに、比較例1及び2では、パターン原盤と基材とを接触させた状態で実施例1と同様にして硬化性樹脂塗布液を硬化させた後にパターン原盤を離型したが、硬化樹脂が基材上に十分に密着しなかったため、凹凸形状を有する基材が得られなかった。凹凸形状を有する基材が得られなかったため、凹凸構造体の製造を断念した。
まず、凹部に硬化性樹脂塗布液を充填したパターン原盤の凹部が形成された面と基材の一方の面とを対面させた状態で位置あわせをした。比較例3では、凹凸パターンを有する面上に付着した硬化性樹脂塗布液と基材の一方の面とを接触させた状態で実施例1と同様にして硬化性樹脂塗布液を硬化させた後にパターン原盤を離型することにより、パターン原盤の凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する硬化樹脂が基材の一方の面上に形成された凹凸形状を有する基材を得た。
凹凸構造体が得られた実施例1及び比較例3について、凹凸構造体での残膜の有無を3D表面粗さ/形状測定機NewView(Zygo社製)を用いて確認した。
なお、残膜有り及び残膜無しの基準は以下の通りである。
−評価基準−
残膜あり・・・隣接する凸形状の硬化樹脂の間をつなぐ硬化樹脂の薄膜が基材の面上に一部でも付着している。
残膜なし・・・隣接する凸形状の硬化樹脂の間をつなぐ硬化樹脂の薄膜が基材の面上に付着していない。
結果を表1に示す。
塗布液A及び塗布液Bを用い、以下の表2に示す粘度及び表面張力を示す硬化性樹脂塗布液を準備した。硬化性樹脂塗布液の粘度及び表面張力は、前述のようにして20℃にて測定した値である。実施例2〜4並びに比較例5及び比較例6では、塗布液A及び塗布液Bの混合比率を変更した硬化性樹脂塗布液を準備した。
実施例2〜5及び比較例4〜6では、図3に示すようにパターン原盤の凹凸パターンの形成領域全面が硬化性樹脂塗布液と接触するように、パターン原盤を硬化性樹脂塗布液に浸漬させてパターン原盤の凹部への硬化性樹脂塗布液の充填を20℃で行った。パターン原盤の引き上げ条件としては、以下の通りである。
<パターン原盤の引き上げ条件>
引き上げ方向:鉛直方向上側
引き上げ速度:0.1mm/秒(硬化性樹脂塗布液の凝集速度>パターン原盤の引き上げ速度)又は1.0mm/秒(硬化性樹脂塗布液の凝集速度<パターン原盤の引き上げ速度)
結果を表2に示す。なお、メニスカスの有無の評価方法については、前述の実施例1及び比較例1〜比較例3と同様である。
実施例2〜5では、パターン原盤上の硬化性樹脂塗布液を除去することができ、互いに孤立したプラスのメニスカスが確認できた。
比較例4及び5では、パターン原盤上の硬化性樹脂塗布液を除去することはできたが、互いに孤立したプラスのメニスカスができていなかった。
比較例6では、凹部に充填された硬化性樹脂塗布液と、凹凸パターンを有する面上に付着した硬化性樹脂塗布液とがつながっていた。そのため、比較例6では、互いに孤立したプラスのメニスカスを形成することができなかった。
実施例2〜5では、実施例1と同様の方法により凹凸構造体を得た。
比較例4及び5では、実施例1と同様の方法により凹凸構造体を製造しようと試みたが、比較例1及び2と同様に硬化樹脂が基材の一方の面上に十分に密着しなかったため、凹凸形状を有する基材が得られず、凹凸構造体の製造を断念した。
比較例6では、比較例3と同様の方法により凹凸構造体を得た。
凹凸構造体が得られた実施例2〜5及び比較例6について、実施例1及び比較例3と同様、凹凸構造体での残膜の有無を3D表面粗さ/形状測定機NewView(Zygo社製)を用いて確認した。
結果を表2に示す。
一方、比較例1、2、4及び5では、凹凸構造体を製造することができなかった。
比較例3及び6では、凹凸構造体を製造することはできたが、隣接する凸形状の硬化樹脂の間をつなぐ硬化樹脂の薄膜が基材の両面上に付着しており、残膜を抑制することができなかった。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
1A 第1の樹脂充填パターン原盤
2 凹部
3 滴下手段
4 ブレード
5 第1の硬化性樹脂
6、16 メニスカス
7 吸着手段
8 第1の硬化樹脂
10 基材
11 第2のパターン原盤
11A 第1の樹脂充填パターン原盤
15 第2の硬化性樹脂
18 第2の硬化樹脂
20 凹凸形状を有する基材
21 治具
30 凹凸構造体
L1 凹部の幅
D1 凹部の深さ
H1 メニスカスの高さ
Claims (8)
- 凹凸パターンを有する第1のパターン原盤の凹部に第1の硬化性樹脂が充填され、前記凹部に充填された前記第1の硬化性樹脂のメニスカスが前記第1のパターン原盤の表面から突出し、かつ前記メニスカスが互いに孤立した状態で存在している第1の樹脂充填パターン原盤、凹凸パターンを有する第2のパターン原盤の凹部に第2の硬化性樹脂が充填され、前記凹部に充填された前記第2の硬化性樹脂のメニスカスが前記第2のパターン原盤の表面から突出し、かつ前記メニスカスが互いに孤立した状態で存在している第2の樹脂充填パターン原盤、及び、基材を準備し、
前記第1の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記基材の一方の面とを接触させた状態で前記第1の硬化性樹脂を硬化させ、前記第1の硬化性樹脂の硬化後に前記第1のパターン原盤を離型し、前記第2の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記基材の他方の面とを接触させた状態で前記第2の硬化性樹脂を硬化させ、前記第2の硬化性樹脂の硬化後に前記第2のパターン原盤を離型することにより、前記一方の面に前記第1のパターン原盤の前記凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第1の硬化樹脂が形成され、かつ前記他方の面に前記第2のパターン原盤の前記凹凸パターンに対応する凹凸形状を有する第2の硬化樹脂が形成された凹凸構造体を製造する凹凸構造体の製造方法。 - 前記第1の硬化性樹脂及び前記第2の硬化性樹脂は、光硬化性樹脂である請求項1に記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記第1のパターン原盤の表面における前記凹部の幅L1に対し、前記第1のパターン原盤の凹部の深さD1が、D1>L1/2を満たし、
前記第2のパターン原盤の表面における前記凹部の幅L2に対し、前記第2のパターン原盤の凹部の深さD2が、D2>L2/2を満たす請求項1又は請求項2に記載の凹凸構造体の製造方法。 - 前記第1のパターン原盤の表面における前記凹部の幅L1に対し、前記第1のパターン原盤における前記メニスカスの高さH1が、L1/100≦H1≦L1/10を満たし、
前記第2のパターン原盤の表面における前記凹部の幅L2に対し、前記第2のパターン原盤における前記メニスカスの高さH2が、L2/100≦H2≦L2/10を満たす請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の凹凸構造体の製造方法。 - 前記第1の樹脂充填パターン原盤における前記第1のパターン原盤と前記一方の面とを接触させずに、前記第1の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記一方の面とを接触させ、
前記第2の樹脂充填パターン原盤における前記第2のパターン原盤と前記他方の面とを接触させずに、前記第2の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記他方の面とを接触させる請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の凹凸構造体の製造方法。 - 前記第1の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記一方の面とを接触させ、前記第2の樹脂充填パターン原盤における前記メニスカスと前記他方の面とを接触させた状態で前記第1のパターン原盤に充填された前記第1の硬化性樹脂及び前記第2のパターン原盤に充填された前記第2の硬化性樹脂を硬化させた後に、前記第1のパターン原盤及び前記第2のパターン原盤を離型することにより、前記凹凸構造体を製造する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記第1の硬化性樹脂及び前記第2の硬化性樹脂の20℃における表面張力は、それぞれ独立に30mN/m〜40mN/mである請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記第1の硬化性樹脂及び前記第2の硬化性樹脂の20℃における粘度は、それぞれ独立に0.4Pa・s〜1.2Pa・sである請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の凹凸構造体の製造方法。
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