KR20100106511A

KR20100106511A - 심리스 몰드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100106511A
Application number: KR1020107016436A
Authority: KR
Inventors: 마사루 스즈키; 요시미치 미타무라; 마사토시 마에다
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-10-01
Also published as: CN104076600A; EP2246170B1; JP4977212B2; JP2012158178A; WO2009093700A1; EP2246170A4; JPWO2009093700A1; CN104076600B; TW200946311A; US10399254B2; KR101220641B1; KR20120088868A; CN101952093A; JP5457487B2; TWI417181B; KR101316469B1; US20160114503A1; US20110027408A1; EP2246170A1

Abstract

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법은, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 열반응형 레지스트층을, 레이저를 이용하여 노광하고 현상하는 것에 의해 미세 몰드 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

심리스 몰드의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR SEAMLESS MOLD}

본 발명은 심리스 몰드의 제조방법에 관한 것이고, 특히 나노임프린트 또는 광학 필름용의 심리스 몰드의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 나노임프린트 또는 광학 소자 등에 미세 형상을 부형(賦形)하는 방법으로서, 미리 미세 형상이 형성된 몰드를 사용하여 유리 기판이나 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 등에 형상을 전사하는 방법이 취해졌다(특허문헌 1, 특허문헌 2).

이들 기술로서는, 미세한 홈이나 구멍 등의 패턴을 형성한, 원판이 되는 몰드(또는 금형, 템플릿이라고도 불림)를 피전사재에 세게 누름으로써 기계적으로 패턴을 전사하는 방법, 열가소성 수지를 이용하여 전사하는 방법, 또는 광 경화성 수지를 사용한 광 전사 방법 등을 들 수 있다(특허문헌 3). 이들 방법에서의 패턴의 해상도는, 몰드의 제작 정밀도에 의해 결정된다. 즉, 일단 몰드만 할 수 있으면, 저렴한 장치로 미세 구조를 형성할 수 있다. 상기 원판이 되는 몰드에는 그 형상으로부터 평행 평판형의 몰드(웨이퍼 또는 플레이트라고도 불림)와, 원통(롤러)형의 몰드가 일반적으로 알려져 있다(특허문헌 4, 비특허문헌 1).

평행 평판형의 몰드로서는, 반도체 리소그래피 기술을 이용하여, 자외광 레지스트, 전자선 레지스트, 또는 X선 레지스트 등을 기판 위에 도포하고, 그 후 자외광, 전자선, X선 등을 조사·노광함으로써, 원하는 패턴의 원판을 제작하는 방법이나, 미리 패턴이 묘화된 마스크(레티클) 등을 통해 원판을 제작하는 방법이 있다(특허문헌 5).

이들 방법은, 100 ㎚ 정도의 매우 미세한 패턴을 평면 위에 형성하기 위해서는 매우 유효한 방법이기는 하지만, 광 반응을 이용한 포토레지스트를 이용하기 때문에, 미세한 패턴을 형성하기 위해서는, 원리적으로 필요한 패턴보다 작은 스폿으로 노광해야 한다. 따라서, 노광 광원으로서 파장이 짧은 KrF나 ArF 레이저 등을 사용하기 위해, 노광 장치가 대형이며 복잡한 기구가 요구된다. 추가로 전자선, X선 등의 노광 광원을 이용하는 경우는, 노광 분위기를 진공 상태로 해야 하기 때문에, 진공 챔버 안에 원판을 넣어야 한다. 이 때문에 원판 사이즈를 크게 하는 것이 매우 어렵다. 한편, 이들 방법을 이용하여 대면적의 몰드를 제작하기 위해서는, 작은 노광 면적을 연결하는 스텝 & 리피트 기능을 사용하여 제작하는 방법을 생각할 수 있지만, 패턴과 패턴의 연결 정밀도의 문제가 있다(특허문헌 6).

한편, 원통(롤러)형 몰드의 제작방법에는, 종래 2종류의 방법이 취해져 왔다. 우선, 일단 평행 평판의 원판을 제작하고, 니켈 등의 박막으로 이루어지는 전기 주조법에 의해 형상을 전사하며, 박막을 롤러에 권취하는 방법이 있다(특허문헌 7). 다른 하나는, 롤러에 레이저 가공이나 기계 가공에 의해 몰드 패턴을 직접 묘사하는 방법(심리스 롤러 몰드)이 있다(비특허문헌 2). 전자의 방법에서는 제조하는 면적보다 큰 니켈 박막 몰드를 권취해야 하기 때문에, 권취부에 이음매가 발생하는 문제점이 있었다. 한편, 후자의 방법은 일단 몰드를 제작할 수 있으면, 생산성도 높고 양산성이 우수한 몰드가 되지만, 레이저 가공이나 기계 가공법을 사용하여 서브미크론(1 μm 이하) 사이즈의 패턴을 형성하는 것은 매우 어렵다.

또한 롤러 몰드의 문제점으로서, 미세 구조의 깊이의 제어가 어려운 문제가 있다. 종래 평행 평판형의 몰드에서는 폭과 깊이의 비, 즉 어스펙트비를 제어하기 위해, 에칭에 이방성이 있는 건식 에칭이 적용된다. 이 경우, 에칭 동안에 에칭 부분과 대향하는 대향 전극과의 거리가 항상 같아지도록, 평판 형상의 몰드와 대향 전극이 대향하도록 배치하여 에칭하는 방법이 채용되어 있기 때문에, 평판 몰드면 내에 동일 방향이며 균일하게 에칭이 진행된다. 이러한 장치 설계에 의한 건식 에칭 장치를 사용하여 에칭 깊이를 제어하고 있다. 그런데 심리스 롤러 몰드는, 곡면을 에칭해야 하기 때문에, 통상의 평판 형상의 대향 전극을 이용한 경우, 에칭층과 평판 형상 대향 전극과의 거리가 같지 않은 부분이 생겨 버리므로, 곡면 위에서 부분적으로 에칭 방향 및 에칭 속도가 상이하기 때문에, 이러한 방법을 이용하여 아스펙트비를 제어하는 것은, 이제까지 어려웠다.

지금까지 유일 서브미크론(1 ㎛ 이하)의 사이즈 패턴으로 심리스 롤러 몰드를 형성하는 방법으로서, 양극산화 다공성 알루미나를 이용한 방법이 있었다(특허문헌 8 및 특허문헌 9). 본 방법은 규칙적인 세공의 배열을 갖는 양극산화 다공성 알루미나층을 형성하고, 상기 세공의 배열에 대응하는 요철 형상을 롤형 몰드에 형성한다. 단 이 방법으로는, 형성할 수 있는 미세 형상이 동일한 사이즈의 규칙적인 세공 형상에 한정되고, 동일한 롤 위에 여러 가지의 크기를 갖는 세공 형상을 형성하거나, 또는 직사각형이나 V자의 요철을 갖는 홈 형상과 같은 것은 제작할 수 없다는 문제점을 갖고 있었다.

특허문헌 1: 미국 특허 제5,259,926호 공보 특허문헌 2: 미국 특허 제5,772,905호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2005-238719호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2006-5022호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2007-144995호 공보 특허문헌 6: 일본 특허 공개 제2007-258419호 공보 특허문헌 7: 일본 특허 공표 제2007-507725호 공보 특허문헌 8: WO2007-023960호 공보 특허문헌 9: 일본 특허 공개 제2008-229869호 공보

비특허문헌 1: Hua Tan, Andrew Gibertson, Stephen Y. Chou,「Roller nanoimprint lithography」 J. Vac. Sci. Technol. B16(6), 3926(1998) 비특허문헌 2: (주)정보기구 발간 「나노임프린트 응용 실예집」 P.611-P.612

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 서브미크론(1 ㎛ 이하) 사이즈의 패턴을 갖는 심리스 몰드를 높은 생산성·양산성으로 얻을 수 있는 심리스 몰드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법은, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법은, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서 미리 정해진 온도 이상으로 반응하는 영역을 포함하는 온도 분포를 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하기 전에, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성하는 공정과, 상기 미세 몰드 패턴을 마스크로서 상기 에칭층을 에칭하는 공정과, 상기 미세 몰드 패턴을 제거하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 열반응형 레지스트가 유기 레지스트 또는 무기 레지스트인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 열반응형 레지스트가 천이 금속 및 XII족∼XV족 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소의 불완전 산화물을 포함하고, 이 원소의 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이상인 무기 레지스트인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 무기 열반응형 레지스트에서의 천이 금속이 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Rh, Ag, Hf, Ta, 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 무기 열반응형 레지스트에서의 XII족∼XV족 원소가 Al, Zn, Ga, In, Sn, Sb, Pb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 무기 열반응형 레지스트에서의 천이 금속이 Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Ag, Ta, 및 Au으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소이고, 상기 XII족∼XV족 원소는 Sn, Pb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 에칭층이 Si와 Ta 및 이들의 산화물, 질화물, 및 탄화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 열반응형 레지스트층의 막 두께가, 막 두께의 슬리브 둘레 내의 변동폭 ±20 ㎚ 이하로 구성된 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 열반응형 레지스트층이 2층 이상으로 구성된 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 에칭층 위에 열반응형 레지스트층을 형성하기 전에, 상기 에칭층 위 및/또는 아래에 열흡수층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성하기 전에, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 상기 열 절연층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 열반응형 레지스트층, 에칭층, 열흡수층을 형성할 때의 적층 방법이, 스퍼터링법, 증착법, CVD법 중 어느 한 방법을 이용하여 행해지는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 상기 레이저를 이용한 노광시에, 상기 레이저의 빔 형상을 타원 형상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 있어서는, 진공조 안에, 슬리브 형상의 몰드와, 이 몰드 표면의 대향하는 위치에 대향 전극이 배치되어 있는 건식 에칭 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 건식 에칭 장치의 대향 전극의 형상이 원통 형상, 평행 평판 형상, 원호 형상으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에서는, 상기 건식 에칭 장치에 슬리브 형상의 몰드가 중심축을 중심으로 회전하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해, 1 ㎛ 이하의 미세한 패턴을 직접 슬리브 형상의 몰드에 제작할 수 있는 것에 의해, 대면적이며 생산성이 우수하고, 요철 형상의 자유도가 높으며, 미세 구조의 어스펙트비를 자유롭게 제어할 수 있는, 나노임프린트 또는 광학 필름용 마스터 몰드 제작 기술이 제공된다. 또한, 본 발명의 마스터 몰드의 작성 기술에 의해 작성된 마스터 몰드를 이용하여 제조된 나노임프린트, 광학 필름은 표면 위에 1 ㎛ 이하의 미세 형상 패턴을 갖는 이음매가 없는 연속된 필름으로 할 수 있기 때문에, 필름의 대면적화에 대하여 충분히 대응할 수 있다.

도 1은 레이저광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 2는 레이저광을 조사한 부분의 온도 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 광 디스크의 원판을 사용하여 완성되는 패턴을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 얻어진 몰드를 사용하여 완성되는 패턴을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에서의 슬리브 몰드를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에서의 슬리브 몰드의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법에서의 슬리브 몰드의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법에 이용하는 스퍼터링 장치의 1예를 도시하는 모식도이다.
도 9는 평행 평판의 건식 에칭 장치를 도시한 도면이다.
도 10은 습식 에칭의 에칭 프로필을 도시한 도면이다.
도 11은 건식 에칭의 에칭 프로필을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 의한 슬리브를 회전시키지 않는 건식 에칭 장치의 도면이다.
도 13은 본 발명에 의한 슬리브에 대한 이온의 입사 방향을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 의한 슬리브를 회전시킨 건식 에칭 장치의 도면이다.
도 15는 본 발명에 의한 대향 전극에 고주파를 인가한 경우의 건식 에칭 장치의 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 방법에 이용하는 노광 장치의 구성과 광학 시스템의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 17은 실시예에서의 슬리브 몰드의 형태를 도시한 도면이다.
도 18은 실시예 1에서의 슬리브 몰드를 도시하는 단면도이다.
도 19는 실시예 2에서의 슬리브 몰드를 도시하는 단면도이다.
도 20은 실시예 3에서의 슬리브 몰드를 도시하는 단면도이다.
도 21은 실시예 3에서 사용한 유기 레지스트를 슬리브 몰드에 도포하기 위한 장치의 1예를 도시하는 모식도이다.
도 22는 실시예 4에서의 슬리브 몰드의 형태를 도시한 도면이다.
도 23은 실시예 4의 무기 레지스트가 형성된 후의 슬리브의 단면도이다.
도 24는 비교예 1에서의 슬리브 몰드의 단면도를 도시한 도면이다.
도 25는 비교예 1에서의 노광 장치의 구성과 광학 시스템의 일례를 도시한 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

통상 렌즈로 집광된 레이저광의 강도는, 도 1에 도시하는 바와 같은 가우스 분포 형상을 도시한다. 이 때 스폿 직경은 1/e²로 정의된다. 일반적으로 포토레지스트의 반응은 E=hν(E: 에너지, h: 플랭크 상수, ν: 파장)로 나타나는 에너지를 흡수하는 것에 의해 반응이 시작된다. 따라서, 그 반응은, 광의 강도에는 강하게 의존하지 않고, 오히려 광의 파장에 의존하기 때문에, 광이 조사된 부분(노광 부분)은, 대략 모두 반응이 생기게 된다. 이 때문에 포토레지스트를 사용한 경우는, 스폿 직경에 대하여 충실히 노광된다. 이것은 노광 정밀도를 중시하는 반도체 등의 분야에서는 좋은 특성이라고 할 수 있다.

한편, 도 1에서 도시하는 바와 같은 분포를 갖는 레이저광을 물체에 조사하면, 물체의 온도도 레이저광의 강도 분포와 동일한 가우스 분포를 도시한다. 이 때 일정 온도 이상으로 반응하는 레지스트, 즉 열반응형 레지스트를 사용하면, 도 2에 도시하는 바와 같이 미리 정해진 온도(레지스트 반응 온도) 이상이 된 부분만 반응이 진행되기 때문에, 스폿 직경보다 작은 범위(노광 영역)를 노광할 수 있게 된다. 따라서, 노광 광원을 단파장화하지 않고, 스폿 직경보다 미세한 패턴을 형성할 수 있게 된다. 상기 열반응형 레지스트를 사용함으로써, 노광 광원 파장의 영향이 작아진다.

이와 같이, 상기 열반응형 레지스트는 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 갖거나, 또는 레이저의 스폿 직경에서 미리 정해진 온도 이상으로 반응하는 영역을 포함하는 온도 분포를 갖는 것이다.

미세 형상을 형성하기 위한 노광 광원으로서, 종래는 KrF나 ArF 등의 DUV(Deep Ultra Violet) 광원, 또는 전자선이나 X선 등이 이용되어 왔지만, 이들 광원은 광학 시스템이 복잡해지기 때문에, 매우 고가이며 대형인 설비이다. 또한 전자선이나 X선 등에서는 진공 배기 설비가 필요해지기 때문에, 조사 면적이 좁고 대형 몰드를 형성하는 것이 매우 어렵다. 또한 초점 심도가 얕기 때문에 노광 원판의 평행도가 요구되므로, 평행 평판형의 몰드를 노광할 수는 있지만, 원통형을 한 슬리브 형상의 몰드에 고분해능을 유지한 채, 노광하는 것은 원리적으로 어렵다.

이 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 소형이고 저렴하며 특수한 부대 설비가 필요없는 반도체 레이저를 사용하여 노광한다. 예컨대 현재 시판되고 있는 단파장의 반도체 레이저의 파장은 405 ㎚ 정도이고, 그 스폿 직경은 400 ㎚ 정도이다. 따라서 400 ㎚ 이하의 미세 가공은 포토레지스트를 사용하는 한 원리적으로 불가능하지만, 열반응형 레지스트를 사용함으로써 이 한계를 초과할 수 있다. 본 발명의 특징은 열반응형 레지스트를, 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하도록, 또는 레이저의 스폿 직경에서 미리 정해진 온도 이상으로 반응하는 영역을 포함하는 온도 분포를 갖도록 함으로써, 스폿 직경보다 미세한 가공을 실현하는 것이다.

한편, 열반응형 레지스트를 사용하여, 반도체 레이저로 노광하는 기술은, 예컨대 광 기록의 분야에서 국제 공개 제2004-064057호 팜플렛 등으로 공지한다. 광 기록에서는, 디스크형의 평행 평판형 원판을 이용하고, 디스크(1)를 회전시켜 노광하기 때문에, 완성되는 패턴이 도 3에 도시하는 바와 같이 동심원 형상의 패턴(2)이 된다. 그런데, 이 기술은 나노임프린트나 광학 필름 등의 분야에는 사용되지 않았다. 이것은, 예컨대 광학 필름에서의 가장 전형적인 용도인 액정 모니터나 액정 TV 용도에서, 통상은 화면의 수직 또는 평행 방향으로 광을 제어해야 하기 때문에, 직선형의 패턴이 요구되고, 이 때문에 디스크형의 평행 평판의 원판으로부터 생기는 패턴이, 원리적으로 직선형은 없고 동심원 형상이기 때문에, 전사 후의 기판이나 필름에 직선형의 패턴이 요구되는 용도에는 전혀 맞지 않기 때문이다. 또한, 광 기록과 달리, 나노임프린트나 광학 소자와 같이, 평행 평판형의 원판이 아니라 롤로부터 피전사체인 필름 등을 조출 생산하는 공정에서는 현저히 생산성이 저하되기 때문이다. 그러나, 본 발명과 같이, 슬리브 형상의 몰드에 대하여 열반응형 레지스트를 전술한 바와 같이 이용하는 것에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같은 필름(3)이나 기판 위에 직선형의 패턴(4)을 형성할 수 있다. 또한 이 방법은 양산성이 우수한 특징을 갖는다.

한편, 반도체 레이저를 원통 형상에 조사하는 기술로서, 전자 사진 장치나 평판 인쇄판 장치나 화상 기록 장치 등을 들 수 있다. 우선, 전자 사진 장치 소위 카피기 또는 복사기에서는, 원통형의 실린더(드럼이라고 불림) 위에 감광성 재료를 설치하고, 레이저광을 조사(노광)하는 것에 의해, 조사의 유무에 의해 감광성 재료의 전하의 수송 또는 유지량을 변화시켜, 그 전하의 차를 이용하여 토너 등을 흡착하고 종이 등에 전사하는 원리를 이용한다(예컨대 일본 특허 공개 제2004-151519호 공보).

그런데, 이들 용도에서는, 이 실린더에 다음의 새로운 정보를 실어야 하기 때문에, 레이저광에 의해 실린더에 영구 변형을 수반하는 요철이 형성되는 것은, 이전 정보가 남게 되기 때문에 극력 피할 수 있다. 또한, 이들 용도에서 요구되는 분해능은 10 ㎛∼20 ㎛ 정도로, 본 발명이 의도하고 있는 1 ㎛ 이하의 분해능은 얻을 수 없다. 따라서, 종래 공지의 방법은 본 발명과는 전혀 상이한 원리를 사용한 것이고, 또한 그 목적도 전혀 상이한 것이다.

다음에, 평판 인쇄 기술은 평면 평판 또는 원통형의 롤러 또는 슬리브 위에, 감광성 수지 또는 열반응형 수지를 설치하고, 레이저광을 조사(노광)하는 것에 의해, 조사의 유무에 의해 감광성 재료의 친화성(친수성 또는 친유성)을 변화시키거나, 또는 감광성 재료를 승화시키고, 그 아래에 설치된 층을 노출시킴으로써 친화성을 변화시켜, 그 친화성의 차이로부터 전사하는 잉크의 부착량에 차이를 형성하는 방법이다(예컨대 일본 특허 공개 평7-214744호 공보, 일본 특허 공개 평10-858호 공보).

본 용도에서 중요한 것은 판과 잉크와의 부착으로서, 형상은 잉크를 통해 종이 등에 전사된다. 즉, 인쇄 기술은 판에 형성된 패턴의 유무, 즉 2차원 정보를 매체에 전사하는 기술인 데 대하여, 본 발명에 따른 나노임프린트나 광학 필름 등에 부형하는 기술은, 몰드에 형성된 패턴의 폭과 깊이의 양쪽 정보, 즉 3차원 정보를 매체에 전사하는 기술이다. 따라서, 평판 인쇄 기술은, 본 발명과는 전혀 상이한 원리이고, 또한 그 목적도 전혀 상이한 것이다. 또한 현상 평판 인쇄에서 실현할 수 있는 분해능은 20 ㎛∼100 ㎛ 정도로, 본 발명이 의도하고 있는 1 ㎛ 이하의 분해능은 얻을 수 없다.

또한 화상 기록 장치에서도, 드럼에 레이저광을 조사하는 형태를 볼 수 있다(예컨대 일본 특허 공개 제2000-310745호 공보, 일본 특허 공개 평11-28833호 공보). 이들의 기술은 인쇄용 인쇄판을 제작하기 위해 이용된다. 평판의 경우는 앞에서 진술한 바와 같다. 한편 오목판 또는 볼록판의 경우, 드럼 위에 형성된 요철 형상에 잉크를 얹어, 종이 등의 매체에 화상 또는 이미지를 전사하는 기술이다. 상기 특허문헌 등으로써 개시되어 있는 기술은, 레이저광의 빔 직경보다 좁은 영역에서 반응하는 열반응형 레지스트를 사용하지 않기 때문에, 그 해상도(분해능)는 10 ㎛∼50 ㎛ 정도이고 본 발명이 의도하고 있는 1 ㎛ 이하의 분해능은 달성할 수 없다.

또한, 이들 인쇄판에서, 전사에 의해 재생되는 정보는 전사 매체 표면에 도트의 크기나 농담으로 형성되기 때문에, 판의 해상도만이 중요하고 요철의 깊이는 무관하다. 한편, 나노임프린트나 광학 필름에 부형하는 기술은, 앞에서 진술한 바와 같이 몰드 위에 형성된 패턴의 해상도뿐만 아니라, 깊이 방향의 정보도 전사하는 기술이다. 즉, 인쇄 기술은 판의 2차원 정보를 매체에 전사하는데 대하여, 나노임프린트나 광학 필름에 부형하는 기술은, 몰드의 3차원 정보를 매체에 전사하는 기술이고, 전혀 다른 개념의 것이다.

본 발명에 따른 심리스 몰드의 제조 방법은, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하고, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 심리스 몰드의 제조 방법은, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하고, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서 미리 정해진 온도 이상으로 반응하는 영역을 포함하는 온도 분포를 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이들 방법에서는, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하기 전에, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성하고, 상기 미세 몰드 패턴을 마스크로서 상기 에칭층을 에칭하며, 상기 미세 몰드 패턴을 제거하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에서는, 예컨대 (1) 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하고, 반도체 레이저를 사용하여 노광하며, 노광 부분을 현상하는 것에 의해 몰드를 제작하는 방법; (2) 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층과 열반응형 레지스트층을 형성하고, 반도체 레이저를 사용하여 노광하며, 에칭하고, 열반응형 레지스트층을 제거하는 것에 의해 몰드를 제작하는 방법; (3) 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층과 열반응형 레지스트층을 형성하며, 반도체 레이저를 사용하여 노광하고, 노광 부분을 현상하며, 현상 후 에칭하고, 열반응형 레지스트층을 제거하는 것에 의해 몰드를 제작하는 방법을 들 수 있다.

(1)∼(3)의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용할지는, 레지스트의 선택이나 요구되는 분해능이나 가공 깊이에 따라 변한다. (1)의 방법에서 레지스트는 노광에 의해 어블레이션하는 타입이 적합하고, 비교적 얕은 깊이가 요구되는 용도에 적합하다. 현상이나 에칭 공정이 없는 만큼, 심플하고 저렴한 공정이 된다. (2)의 방법에서 레지스트는 노광에 의해 어블레이션하는 타입으로, 비교적 깊은(높은 어스펙트비) 가공이 요구되는 용도에 적합하다. (3)의 방법에서 레지스트는 노광에 의해 상 변화하는 타입이나 화학 반응하는 타입이 적합하고, 높은 분해능이며 높은 어스펙트비의 가공이 요구되는 용도에 적합한 것이다. 단 그 만큼, 공정은 약간 복잡해진다.

본 발명에서 사용되는 열반응형 레지스트는 유기 레지스트 또는 무기 레지스트인 것이 바람직하다. 이들 레지스트에 의해 형성된 레지스트층은, 단층이어도 좋고, 몇개의 레지스트층을 조합시킨 다층 구조여도 좋다. 또한 어떠한 레지스트를 선택할지는, 공정이나 요구 가공 정밀도 등에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 예컨대 유기 레지스트는 슬리브 위에 형성할 때에 롤 코터 등으로 도포할 수 있기 때문에 공정은 간편하다. 단 슬리브 위에 도포하기 때문에 레지스트의 점성에 제한이 있고, 도포 두께 정밀도나 제어 또는 다층으로 코팅하는 것은 어려워진다.

상기 문제점은, 종래의 포토레지스트를 사용하여 슬리브 형상의 몰드를 제조할 때의 큰 과제로 되어 있었다. 포토레지스트에는, 포지티브형과 네거티브형의 2개의 타입이 있고, 집적 회로 제조에서 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로 포토레지스트는, 에폭시계 또는 아크릴레이트계의 유기 재료로 이루어지고, 액체 상태에서 기재에 도포하는 형태를 취한다. 통상 집적 회로 제조에서는 웨이퍼 위에 스핀코터로써 포토레지스트 적하하고, 포토레지스트의 점성 또는 웨이퍼의 회전수 등으로 레지스트막 두께를 제어한다. 그런데 동일하게 포토레지스트를 슬리브 형상의 몰드 표면에 형성하고자 하면, 포토레지스트가 어느 일정한 점성을 갖는 액체이기 때문에, 중력에 따라 레지스트막 두께가 둘레 내에 불균일하게 형성되는 문제점이 있었다(Japanese Journal of Applied Physics Vol.43 No.6B, 2004, pp.4031-4035 Yuuki Joshima et. al.).

상기 둘레 내의 불균일성을 피하기 위해, 레지스트를 채운 포트 안에 몰드를 침지하고, 회전시켜 끌어 올리는 방법을 취한 경우, 둘레 내 방향의 불균일성은 해소되지만, 반대로 몰드의 축방향에 불균일성이 발생하기 때문에, 축방향의 길이를 길게 하는 것이 매우 어려웠다.

상기 문제를 해소하기 위해, 일본 특허 공표 제2007-507725호 공보에서는, 투명한 필름 사이에 포토레지스트를 사이에 두고, 슬리브에 권취하는 방법을 적용하고 있다. 이 방법에서는 둘레 내 및 축방향의 막 두께의 불균일성은 해소되지만, 둘레 내에 반드시 필름의 이음매가 발생하기 때문에, 본 발명이 목표로 하는 심리스 몰드로는 되지 않는 문제가 있었다.

또한 포토레지스트를 사용할 때의 제조상의 문제점으로서, 노광 시간에 의한 영향이 있다. 몰드 사이즈에도 의하지만, 몰드의 노광에는 1시간 내지 긴 경우는 수일 정도 소요된다. 이 때문에 레지스트는 장기간 노광 시간 내에서 안정된 특성을 나타내어야 한다. 일반적으로 포토레지스트는, 그 점성을 제어하기 위해 유기 용매 등으로 희석되어 있다. 따라서, 레지스트를 실온에 장시간 방치하면 유기 용매가 휘발하여 노광 특성이 변화하는 문제가 있었다. 이 때문에 집적 회로 제조 등에서는 레지스트 도포 후, 조속히 노광을 완료시키도록 하고 있다.

상기 유기 용매의 휘발의 문제에 대해서는, 포토레지스트와 같이 광원이 광이 아니라, 원래 열로 용매가 휘발하는 것을 전제로 한 열로 노광하는 열반응형 레지스트가 유리하다. 단 막 두께의 균일성이라는 관점에서는, 뒤에 진술하는 무기 레지스트에 비해 뒤떨어진다.

본 발명에 적합한 유기 레지스트로서는, (주)정보기구 발간 「최신 레지스트 재료 핸드북」이나 (주)공업조사회 「포토폴리머 핸드북」에 있는 바와 같이, 노볼락 수지나 노볼락 수지와 디아조나프토퀴논과의 혼합물, 메타크릴레이트계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 페놀계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지, 실리콘수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지, 비닐계 수지 등을 들 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 금속이나 산화물 등의 무기 재료를 이용한 열반응형 레지스트 재료는, 상기 막 두께의 불균일성의 문제점도 해소할 수 있다. 레지스트 재료를 형성하는 방법으로서, 코팅이 아니라, 물리적 박막 형성 방법을 이용하여 슬리브 형상의 몰드 위에 레지스트를 형성하는 것에 의해, 레지스트가 액체 상태가 아니기 때문에 중력의 영향을 배제할 수 있고, 슬리브 위에 균일한 막 두께의 레지스트를 형성할 수 있게 되었다. 단 통상의 박막 형성 장치는 웨이퍼와 같은 평행 평판의 기재에 형성하는 것이 전제로 되어 있기 때문에, 슬리브 위에 박막을 형성할 수 없으므로, 본 발명자 등은 예컨대 본 발명에 개시한 바와 같은 스퍼터링 장치를 발명함으로써 문제를 해결하였다.

지금까지 진술해 온 막 두께의 균일성이지만, 어느 정도의 균일성이 필요할지는, 요구되는 미세 구조 사이즈에 의존한다. 예컨대 레지스트의 막 두께가 수십 ㎛ 변동된 상태에서는 노광 특성이 일정하지 않기 때문에, 100 ㎚ 사이즈의 미세 구조를 형성하는 것은 매우 어렵다. 통상 나노미터 사이즈의 미세 구조를 형성하기 위해서는, 레지스트막 두께에도 의하지만 허용되는 레지스트막 두께 정밀도는, 적어도 목적으로 하는 막 두께(이하, 「d」로 나타내는 경우가 있음)의 ±20 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 ±10 ㎚ 이하이고, 특히 바람직하게는 ±3 ㎚ 이하인 것이 필요하다. 또한, 본 발명에서는 목적으로 하는 막 두께(d)에 대한 막 두께의 변동의 폭, 구체적으로는, 상기 「±20 ㎚ 이하」, 「±10 ㎚ 이하」, 「±3 ㎚ 이하」와 같은 표기에 의해 나타내는 막 두께의 변동의 폭을 「변동폭」으로 지칭한다.

상기 막 두께 정밀도를 슬리브 위에서 달성하는 것은 여러 가지의 제약으로인해 매우 어렵다. 본 발명에서, 슬리브 1주 내의 막 두께 정밀도를 확보하기 위해, 성막 동안에 슬리브를 회전시키는 방법을 채용하고 있다. 단 슬리브를 회전시킨 케이스여도, 막 두께 정밀도를 확보하기 위해서는, 성막 속도와 슬리브의 회전 속도를 적절히 선택해야 한다. 예컨대 성막 속도가 빠른 경우, 슬리브의 회전 속도가 느리면 막 두께 불균일이 발생하기 쉽다. 또한 성막 속도가 느린 경우, 회전 속도는 느려도 상관없지만 성막 시간이 길어진다.

상기 레지스트막 두께 정밀도를 확보하기 위해서는, 빨라도 슬리브 1회전당 성막 속도는 20 ㎚/회전 이하여야 한다. 보다 바람직하게는 10 ㎚/회전 이하여야 한다. 이 이상의 속도로 성막했을 때, 성막 시작시의 위치와 종료의 위치가 일치하지 않으면, 막 두께 불균일이 발생한다. 반대로 성막 속도는 0.00001 ㎚/회전 이상이 아니면 현실적인 시간으로 성막이 완료되지 않는다.

또한 슬리브의 회전 속도는, 성막 시간과의 곱인 총 회전수로 대략 결정된다. 성막 총 회전수가 적으면, 성막 시작, 종료의 셔터 개폐 시간이나 슬리브 회전축의 기계적 축 흔들림 또는 성막중의 온도 변동 등에 의한 성막 속도의 변동 영향에 의해, 둘레 내의 막 두께 균일성이 저하된다. 이 문제를 해결하기 위해, 성막시에서의 총 회전수를 많게 함으로써, 상기 성막 속도 변동을 평균화함으로써 변동을 작게 할 수 있다.

예컨대 레지스트 두께를 40 ㎚로 한 경우, 1회전당 성막 속도가 10 ㎚/회전이면, 성막시의 총 회전수는 4회전밖에 하지 않게 된다. 이 경우, 회전 속도를 25배 올림으로써, 성막 시작부터 종료까지의 총 회전수는 100 이다. 이 때문에 1회전당 막 두께 변동 요인은 1/100로 저감시킬 수 있기 때문에, 막 두께 정밀도에의 영향은 1%로 억제할 수 있다.

성막 시작부터 종료까지의 총 회전수는, 성막 장치의 셔터 구조나 개폐 시간 또는 슬리브 회전축 정밀도 등의 성막 속도 변동 요인에 의해서도 변하지만, 적어도 500회전 이상 확보할 수 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000 회전 이상인 것이 바람직하다. 한편, 총 회전수는 100만 회전 이하가 아니면, 예컨대 1000 rpm으로 슬리브를 회전시켜도 성막 시간에 16 시간 정도 필요로 되기 때문에 현실적이지 않다.

금속이나 산화물 등의 무기 재료를 이용한 열 레지스트는 실온 상태에서는 화학적·물리적 성질이 매우 안정되어 있고, 또한 물리적 박막 형성 방법을 이용하여 형성하므로 유기 용매 등을 사용하지 않기 때문에, 장기간의 노광에 대해서도 성질이 변화하지 않고 매우 안정된 특성을 나타낸다.

이들 발명에 의해, 둘레 내 및 축방향의 막 두께가 균일하고, 장기간의 노광에 대해서도 안정적인 열반응형 레지스트를 발명한 것에 의해, 포토레지스트를 이용한 경우보다 안정적으로 미세한 형상을 형성할 수 있고, 1 ㎛ 이하의 미세 구조를 갖는 심리스인 슬리브 형상의 몰드를 달성할 수 있었다.

상기 무기 열반응형 레지스트의 형성 방법으로서는, 저항 가열 증착법이나 마그네트론 고주파 스퍼터법, 전자빔 스퍼터법, CVD법 등의 물리적 박막 형성법에 의해 설치하는 것이 적합하다. 이들 방법은, 기본적으로 진공 프로세스가 되기 때문에, 슬리브 위에 형성하기 위해서는 도공 방법에 비해 공정수는 많지만, 전술한 바와 같이 막두께를 정밀도 좋게 제어할 수 있고, 더 나아가서는 레지스트층이나 에칭층을 다층으로 적층하는 것도 용이하다.

본 발명에 적합한 무기 열반응형 레지스트 재료는 반응시키는 온도에 따라 여러 가지를 선택할 수 있다. 예컨대 Al, Si, P, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, In, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, Ag, Au 및 이들 합금을 들 수 있다. 또한 Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Te, Ba, Hf, Ta, W, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Sm, Gd, Tb, Dy의 산화물, 질화물, 질산화물, 탄화물, 황화물, 황산화물, 플루오르화물, 염화물이나, 이들 혼합물이어도 좋다.

상기 재료 중에서도 특히 본 발명에 적합한 무기 열반응형 레지스트 재료는, 천이 금속 및 XII∼XV족 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소와의 불완전 산화물이 바람직하다.

여기서 말하는 「불완전 산화물」이란, 천이 금속 및 XII∼XV족 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소에 있어서, 그 원소를 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산화물로부터 산소 함유량이 부족한 상태를 말한다. Cr을 예로 들어 설명하면, 화학식 CrO₃의 산화 상태를 조성의 비율로 환산하면 Cr_1-xO_x로 나타낼 수 있고, x=0.75의 경우가 완전 산화물이다. 따라서, 불완전 산화물이란 0<x<0.75의 범위에서 나타나는 것을 나타낸다. 또한, 원소에 따라서는 하나의 원소가 상이한 가수의 산화물을 형성할 수 있다. 이 경우는, 가수에 따른 화학양론 조성의 산화물로부터 산소 함유량이 부족한 상태도 본 발명의 불완전 산화물로 한다. 또한, 원소의 가수 및 산소량은, 예컨대 형광 X선 분석 장치로 분석할 수 있다.

본 발명의 무기 열반응형 레지스트 재료는 불완전 산화물을 포함하고, 또한 프론계 가스를 이용한 건식 에칭 처리에 대하여, 높은 내성을 갖는다.

전술한 바와 같이, 미세 패턴 형상과 함께 홈의 깊이도 깊게 한 패턴을 형성하고자 하는 경우는, 열반응형 레지스트 재료를 단독으로 사용하는 것만으로는 곤란하고, 열반응형 레지스트 재료의 하층에 에칭층을 형성한 적층 구조가 필요해진다. 이 경우, 하층의 에칭층이 건식 에칭 처리되고 있는 동안, 마스크로서 기능하고 있는 열반응형 레지스트 재료에는, 높은 건식 에칭 내성을 구할 수 있게 된다. 바꿔 말하면, 본 발명의 열반응형 레지스트 재료는 프론계 가스에 의한 건식 에칭 처리에서, 열반응형 레지스트의 에칭 속도가 느리거나 또는 에칭되지 않는 것이 중요하게 된다.

여기서, 프론계 가스에 의한 건식 에칭의 메카니즘을 생각한 경우, 건식 에칭 장치의 진공 챔버 안에서 활성화한 불소는 레지스트에 이용되고 있는 원소와 결합하여, 플루오르화물을 형성한다. 그 플루오르화물의 증기압이 비교적 높은 경우(즉, 그 플루오르화물의 비점이 비교적 낮은 경우)에는, 그 플루오르화물은 기화되어 레지스트 재료 내에서 소실되기 때문에, 결과로서 에칭된 것이 된다. 한편, 플루오르화물의 증기압이 비교적 낮은 경우(즉, 그 플루오르화물의 비점이 비교적 높은 경우)는, 잘 기화되지 않기 때문에 에칭 속도가 늦어지거나 또는 에칭되지 않는다.

이번에 본 발명자 등은 실험을 거듭한 결과, 천이 금속 및 XII족∼XV족 원소 중에서, 그 원소의 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이상이 되는 원소를 열반응성 레지스트 재료로서 선택함으로써, 이 레지스트 재료가 프론계 가스를 이용한 건식 에칭 처리에 대하여 높은 내성을 나타내는 것을 발견하고, 그 효과를 확인하였다.

본 발명에 따른 열반응형 레지스트 재료를 구성하는 원소의 주요 플루오르화물의 비점은, 약 200℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 약 250℃ 이상, 더 바람직하게는 약 700℃ 이상, 가장 바람직하게는 약 950℃ 이상이다. 플루오르화물의 비점이 높아짐에 따라서 프론계 가스를 이용한 건식 에칭 내성이 보다 높아진다. 이하의 표 1에 본 발명에 따른 열반응형 레지스트 재료를 구성하는 원소의 주요 플루오르화물의 비점을 나타낸다.

[표 1]

일반적으로, 광학 재료나 필름 등에서는 미세 패턴의 어스펙트비(홈의 깊이를 홈의 개구폭으로 나눈 값)가 적어도 1 이상, 바람직하게는 2 이상, 더 바람직하게는 3 이상인 것이 요구된다. 어스펙트비를 자유롭게 선택할 수 있음으로써, 광학 설계의 자유도가 넓어진다. 따라서, 본 발명에 따른 열반응형 레지스트 재료는, 건식 에칭의 내성이 높은 것이 필수가 된다.

상기 표 1에 나타내는 바와 같은 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이상인 원소를 열반응형 레지스트 재료로 이용함으로써, 열반응형 레지스트 재료는 에칭층의 에칭 내성의 약 3배 이상의 에칭 내성을 가질 수 있다. 약 3배 이상의 건식 에칭 내성을 갖는 열반응형 레지스트 재료를 이용함으로써, 열반응형 레지스트 재료가, 깊은 홈을 형성하는 마스크로서 기능하고, 에칭층을 에칭 처리할 수 있어, 홈이 깊은 패턴 형상을 형성할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 열반응형 레지스트 재료에 이용되는 원소는, 천이 금속 및 XII족∼XV족 원소 중에서, 그 원소의 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이상인 원소로부터 선택되는 1종류 이상의 원소이고, 구체적으로는 천이 금속에서는 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Rh, Ag, Hf, Ta, Au이며, XII∼XV족 원소로서는 Al, Zn, Ga, In, Sn, Sb, Pb, Bi이다. 보다 바람직하게는 천이 금속으로서, Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Ag, Ta, Au을 들 수 있고, XII∼XV족 원소로서, Sn, Pb, Bi를 들 수 있다. 이들 원소는, 그 원소의 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이상이기 때문에, 열반응형 레지스트 재료로 이용함으로써, 프론계 가스로 건식 에칭 처리된 에칭층에 비해 같은 처리가 된 레지스트층이 약 3배 이상의 건식 에칭 내성을 갖는다. 그 중에서도 특히 바람직한 원소로서, Ti, Cr, Nb, Ta, Sn을 들 수 있다.

한편, 지금까지 보고되어 있는 열반응형 레지스트 재료를 구성하는 원소 W, Mo, As, S의 주요 플루오르화물의 비점은, 각각 17℃, 35℃, 63℃, -64℃로 낮고, 건식 에칭 내성이 높은 본 발명에 따른 열반응형 레지스트 재료의 원소로서는 기능할 수 없다(국제 공개 제2004-064057호 팜플렛, The 19th Symposium on Phase Change Optical Information Storage (2007) p77).

본 발명의 방법에서의 반도체 레이저의 슬리브 형상의 피조사체로서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 원주 형상의 몰드(5) 위에 에칭층(6)이 형성되고, 에칭층(6) 위에 레지스트층(7)이 형성되어 이루어지는 것, 도 6에 도시하는 바와 같이, 원주 형상의 몰드(5) 위에 에칭층(6)이 형성되며, 에칭층(6) 위에 열흡수층(8)이 형성되고, 열흡수층(8) 위에 레지스트층(7)이 형성되어 이루어지는 것, 도 7에 도시하는 바와 같이, 원주 형상의 몰드(5) 위에 열 절연층(9)이 형성되며, 열 절연층(9) 위에 에칭층(6)이 형성되고, 에칭층(6) 위에 레지스트층(7)이 형성되어 이루어지는 것 등을 들 수 있다. 또한 도 6의 열흡수층(8)은 에칭층(6) 아래에 배치되어도 좋다.

도 5에 도시하는 피조사체에서는, 에칭층을 설치함으로써 패턴의 가공 깊이를 자유롭게 제어할 수 있고, 열반응형 레지스트층의 두께를 가공에 최적인 막 두께로 선택할 수 있게 된다. 즉 에칭층의 두께를 제어함으로써, 가공 깊이를 자유롭게 제어할 수 있다. 또한 가공 깊이는 에칭층으로 제어할 수 있기 때문에, 열반응형 레지스트층은 노광이나 현상이 용이한 막 두께를 선택하면 좋다.

본 발명에서, 에칭층에 이용하는 재료로서는, 에칭 이방성을 얻기 위해, Si나 폴리실리콘, GaAs나 InP 등의 반도체 재료, Al, Cu, W, Ti, Ta 등의 금속이나 이들의 산화물, 질화물, 탄화물, 그 합금, SiO₂, Si₃N₄, 유리 등의 절연 재료, WSi₂, TiS₂, CoSi₂등의 실리사이드 재료, 폴리플루오르에틸렌이나 PMMA, PC 등의 유기 재료가 적합하다. 그 중에서도 Si, Ta 및 이들 산화물, 질화물, 탄화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료가 바람직하고, 특히 SiO₂, Si, Si₃N₄및 Ta₂O₅와 같은 반도체나 절연 재료가 보다 적합하다.

도 6에 도시하는 피조사체에서, 에칭층 및 열반응형 레지스트의 역할은 도 5의 경우와 동일하다. 한편, 열흡수층의 역할은, 열반응형 레지스트에서의 광의 흡수 특성의 선택 범위를 넓히는 것에 있다. 통상, 열반응 레지스트는 넓은 파장 영역에서 흡수를 갖는 재료가 많지만, 재료에 따라서는 반도체 레이저의 파장, 예컨대 405 ㎚ 근방에 광학적으로 흡수를 갖지 않는 재료도 있다. 그 경우, 열흡수층으로서 반도체 레이저의 에너지를 흡수하여 열로 변환함으로써, 그 열에 의해 열반응형 레지스트를 반응시킬 수 있다. 본 발명에서의 열흡수층에 이용하는 재료로서는, 반도체 레이저의 파장 영역에서 광 흡수성을 갖는 재료가 적합하고, 예컨대 C, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Pt, Au, Pb, Bi 및 그 합금 등을 들 수 있으며, 이들 원소로 이루어지는 산화물, 질화물, 황화물, 탄화물 또는 그 혼합물이어도 좋다.

도 7에 도시하는 피조사체는, 반도체 레이저의 조사에 의해 승온된 부분의 열에너지의 산일(散逸)을 방지하는 효과가 있다. 통상, 슬리브 재료는 가공성이 풍부한 금속이나 유리 등으로 제작된다. 그런데 금속이나 유리는 플라스틱과 같은 재료에 비해 열전도율이 높기 때문에, 반도체 레이저의 조사에 의해 승온된 부분의 열에너지가 슬리브측으로 피하는 현상이 발생한다. 따라서, 노광 부분을 열반응형 레지스트의 반응 온도로 승온하기 위해서는, 보다 큰 출력의 반도체 레이저가 필요해진다. 반도체 레이저의 고출력화는 광학 부품의 대형화나 레이저 수명의 저하로 이어져 바람직하지 않다. 그래서 도 7에 도시하는 구성과 같이, 슬리브에 열 절연층을 설치함으로써 열의 산일을 막고, 반도체 레이저의 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 된다. 또한, 열 절연층에 이용하는 재료로서는 아크릴과 같은 재료가 바람직하다.

본 발명에서, 무기 열반응형 레지스트층을 형성할 때에는, 스퍼터링법이나 증착법이나 CVD법을 이용한 성막이 바람직하다. 특히, 무기 열반응형 레지스트층과 에칭층을 스퍼터링법으로 형성하는 것이 바람직하다. 무기 열반응형 레지스트층을 형성하는 방법으로서는, 전술한 바와 같이 여러 가지의 방법이 생각되지만, 막 조성의 균일성, 막 두께 제어, 생산성 등을 고려하면 스퍼터링법이 가장 적합하다. 특히 대형 몰드를 형성하는 경우에는 넓은 면적으로 균일한 막을 형성해야 한다. 이러한 관점에서, 기상 성막 중에서도 스퍼터링법이 적합하다.

본 발명에서, 종래의 스퍼터링 장치는 Si 웨이퍼나 유리 기판과 같은 평행 평판에 성막하는 것을 전제로 제작되어 있기 때문에, 본 발명에서의 슬리브 형상의 몰드에 그대로는 적용할 수 없다. 그래서, 본 발명을 적합하게 사용하기 위해, 새롭게 슬리브 형상의 몰드에 열반응형 레지스트를 도포하는 데 적합한, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 개발하였다.

도 8에 도시하는 스퍼터링 장치는, 피처리체를 로드하는 로드록 챔버(11)와, 로드록 챔버(11)와 밸브(12)를 통해 연결하는 챔버(13)로 주로 구성되어 있다. 챔버(13) 안에는 타깃(14)이 배치되어 있고, 이 타깃(14)에 대면하도록 슬리브 몰드(15)가 설치된다. 여기서는, 슬리브 몰드(15)가 세워져 설치되어 있고, 화살표 방향으로 회전하도록 되어 있다. 또한, 챔버(13)에는 밸브(16)를 통해 진공 펌프(기압 양수기)(17)가 접속되어 있고, 챔버(13) 안을 감압시키도록 되어 있다. 또한 챔버(13)에는 Ar 가스와 같은 방전 가스를 공급하는 방전 가스 공급부(18) 및 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(19)가 접속되어 있다. 또한 타깃(14)에는, 매칭 회로(20)를 통해 전원(21)이 접속되어 있다.

이러한 장치에서는, 진공 펌프(기압 양수기)(17)로 챔버(13) 안을 감압하여, 슬리브 몰드(15)를 회전시킨다. 그리고, 방전 가스 공급부(18)로부터 방전 가스를 공급하고, 반응 가스 공급부(19)로부터 반응 가스를 공급하여, 전원을 투입하면, 슬리브 몰드(15)에 대하여 스퍼터링이 행해진다. 또한 스퍼터링 장치에서는, 타깃을 복수의 챔버 안에 각각 설치하고, 연속하여 다층에 레지스트층을 형성하여도 좋다. 이것에 의해, 피처리체가 대기에 노출되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서, 종래의 건식 에칭 장치는 Si 웨이퍼나 유리 기판과 같은 평행 평판에 성막 또는 에칭하는 것을 전제로 제작되어 있기 때문에, 본 발명에서의 슬리브 형상의 몰드에 그대로는 적용할 수 없다.

통상 건식 에칭 장치는, 도 9에 도시하는 바와 같이 진공조 안(13)을 감압 상태로 하여 에칭 가스(25)를 도입하고, 스테이지(26) 위에 놓인 기판(10)에 고주파(21)를 인가함으로써 플라즈마를 발생시키는 형태를 취한다. 건식 에칭의 원리는 플라즈마에 의해 에칭 가스 분자가 이온화 또는 래디컬화되고, 기재와 화학 또는 물리 반응함으로써 에칭된다.

건식 에칭의 특징으로서, 습식 에칭에 비해 에칭의 이방성을 쉽게 얻을 수 있는 것에 있다. 습식 에칭은, 에칭액에 기판을 침지시키는 것으로 에칭이 진행된다. 이 때문에 도 10에 도시하는 바와 같이 레지스트층(7) 아래에 설치된 에칭층(6)에 대하여, 에칭에 방향성이 나오지 않기 때문에 기판은 등방적으로 에칭되게 된다. 한편 건식 에칭은 도 9와 같이, 기판(10)과 대향 전극(22) 사이에 인가된 전계에 의해 이온을 가속하는 것에 의해, 이온이 기재와 수직 방향으로 표면과 충돌함으로써 기재와 반응하여 에칭이 진행한다. 이 때문에, 도 11에 도시하는 바와 같이 에칭층(6)은, 기판 표면에 대하여 수직 방향으로 에칭된다.

본 발명에서는, 곡면을 갖는 기재, 예컨대 롤이나 원호형의 몰드를, 몰드 표면으로부터 중심축 방향을 향해, 몰드 표면의 접선에 대하여 수직인 방향으로 에칭해야 한다. 전술한 바와 같이, 몰드 표면으로부터 중심축 방향을 향해, 몰드 표면의 접선에 대하여 수직 방향으로 에칭시키기 위해 본 발명에서는, 진공조 안에, 슬리브 형상의 몰드(15)와, 이 몰드 표면의 대향하는 위치에 원통 형상의 대향 전극(22)을 배치한 구성으로 이루어지는 건식 에칭 장치로 하고 있다. 장치의 개요는 도 12에 도시한다.

이 장치에 의하면, 예컨대 몰드에 접속된 고주파 전원(21)에 의해 고주파를 인가시키고, 대향 전극(22)을 접지한 경우, 몰드와 전극 사이에는, 몰드 표면으로부터 중심축 방향을 향해, 몰드 표면의 접선 방향에 대하여 수직 방향으로 균일한 전계가 형성된다. 따라서 몰드 표면을 따라 안정된 플라즈마가 형성된다. 한편 플라즈마와 몰드 사이에는, 몰드를 감싸도록 시스 전위라고 불리는 전위가 발생하고, 몰드에 대하여 수직 방향의 전계가 생긴다. 도 12를 위쪽에서 본 도 13에 도시하는 바와 같이, 이 전계를 따라 에칭 가스 이온이 가속되고, 몰드 표면으로부터 중심축 방향을 향해 몰드 표면의 접선에 대하여 수직 방향으로 에칭이 진행한다.

이 도 12의 장치 중 다른 하나의 특징은, 에칭 처리시, 몰드를 회전시킬 필요가 없는 것이다. 회전하는 몰드에 고주파를 인가하기 위해서는, 회전 기구와 동시에 전기가 흐르는 방법을 취해야 하기 때문에 커플러(23)의 구조가 복잡해지지만, 이 방법에서는 몰드를 회전시킬 필요가 없기 때문에, 장치의 설계가 용이해진다.

한편, 몰드에 흐르는 가스의 불균일이나, 몰드와 전극간 거리의 변동에 의해, 에칭 속도에 불균일이 생길 가능성이 있다. 이들 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 에칭 처리중에 모터(24)와 커플러(23)를 통해, 슬리브 형상의 몰드(15)를, 그 중심축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이와 같이 몰드를 회전시킴으로써, 몰드와 전극간 거리의 변동을 억제할 수 있고, 이러한 기능을 갖게 하는 것에 의해, 대향 전극의 형상도 원통 형상 이외에, 원호 형상, 평행 평판 형상도 이용할 수 있게 되었다. 예로서 대향 전극이 원통 형상인 경우의 장치를 도 14에 도시한다.

이 방법에서는, 몰드를 회전시키기 위해 몰드에 에칭 속도의 불균일이 있었다고 해도, 회전중에 균일화됨으로써 에칭 속도의 불균일 영향은 배제할 수 있다.

단 전술한 바와 같이, 몰드를 유지하는 커플러(23)에서, 회전 기구와 고주파 전달 기구 양쪽 모두를 겸비한 설계가 필요하지만, 고주파를 전극측에 인가하여 몰드측을 접지한 회로 구성을 취함으로써 커플러(23)의 설계는 복잡해지지 않는다(도 15).

본 발명의 에칭 장치는 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성한 만큼의 것을 에칭하는 것은 물론 가능하고, 몰드 표면에 에칭층, 레지스트층을 형성시켜 에칭할 수도 있다.

본 발명에 적합한 에칭 가스에 대해서는, 레지스트나 에칭되는 재료에 따라 여러 가지를 선택하면 좋고, 전혀 제한받는 것이 아니지만, 예컨대 CF₄, CHF₃, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₈, C₅F₈, CH₂F₂, CCl₂F₂등의 플루오로 카본이나 이들 가스에 Ar, O₂, H₂, N₂, CO 등의 가스를 혼합한 것, 또한 HBr, NF₃, SF₆, CF₃Br, HBr, Cl₂, HCl, HI, BBr₃, BCI₃, CI₂, SiCl₄의 혼합 가스나 이들에 Ar, O₂, H₂, N₂, CO 등의 가스를 혼합한 것이어도 좋다.

본 발명에서는, 전술한 에칭 가스의 종류, 조성, 및 에칭 온도라는 조건을 최적화하는 것에 의해 에칭 방향을 제어할 수도 있다. 구체적으로는, 몰드의 중심축 방향을 향해 폭이 같은 홈을 제조할 수도 있고, 폭이 중심축 방향을 향함에 따라 좁아지는 V자 형상의 홈을 제조할 수도 있다.

도 16은, 본 발명에 따른 방법에서, 슬리브 몰드에 형성한 레지스트층에 대하여 노광하는 노광 장치를 도시하는 도면이다. 이 노광 장치는 스핀들 모터(31)에 의해 회전한 슬리브 몰드(32)에 대하여 광학 시스템(33)을 통해 광을 조사하는 구성을 채용한다. 이 광학 시스템(33)에서는, 노광용 반도체 레이저(331)로부터 출사된 레이저광이 콜리메이터(332)로 평행광으로서 미러(334)를 통해 대물 렌즈(333)에 보내진다. 한편, 포커스용 반도체 레이저(335)로부터 출사된 레이저광이 콜리메이터(336)로 평행광으로서 다이크로익 미러(337)를 통해 대물 렌즈(333)에 보내진다. 그리고 대물 렌즈(333)로 집광된 광이 슬리브 몰드(32)에 조사된다. 광학 시스템(33)에서는, 포커스용 반도체 레이저(335)로부터 출사된 레이저광이 다이크로익 미러(337)로 광로가 바뀌어 집광렌즈(338)로 집광되어 광검출기(339)로 검출되도록 되어 있다.

이 노광 장치에서는, 슬리브 몰드(32)의 장축 방향으로 광학 시스템(33)이 이동하도록 구성되어 있고, 슬리브 몰드(32)의 단부로부터 단부에 노광할 수 있게 된다. 또한, 슬리브 몰드(32)의 회전에 따라 광학 시스템(33)의 헤드 위치를 어긋나게 하는 것에 의해, 이음매가 없는 심리스 몰드를 제작할 수 있다. 또한, 반도체 레이저의 대물 렌즈(333)가 슬리브 몰드(32)의 변동에 대하여 추종하는 포커스 서보를 갖기 때문에, 반도체 레이저의 출사 광량을 일정하게 제어할 수 있다. 이 포커스 서보는, 상하 이동에 대하여 추종하는 것이어도 좋고, 좌우 방향의 변동에 추종하는 것이어도 좋으며, 양쪽 기구를 겸비한 것이어도 좋다. 또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 서보를 안정시키기 위해, 노광용 반도체 레이저(331)와는 다른 파장을 갖는 포커스용 반도체 레이저(335)를 이용하는 것에 의해, 서보 특성에 노광용 반도체 레이저(331)의 변동을 잘 받지 않게 할 수도 있다.

또한, 반도체 레이저가 온도나 열화에 의해 출력이 변동하는 것을 억제하기 위해, 광검출기(339)에 의해 반도체 레이저의 출사광량을 모니터하여 피드백 제어를 하기 때문에, 출사광량에 따라 출력을 안정시킬 수 있다. 또한, 노광 장치에서는, 노광 속도를 향상시키기 위해, 노광용 반도체 레이저(331)를 복수개 사용하여도 좋고, 광학 시스템(33)을 복수개 설치하여도 좋다.

이 노광 장치에서, 반도체 레이저의 빔 형상은, 몰드 위에 형성하는 형상에 의해 여러 가지를 선택할 수 있다. 예컨대 몰드 위에 원형의 형상을 형성하는 경우는, 반도체 레이저의 빔 형상도 원형인 것이 바람직하다. 한편, 몰드 위에 회전 방향으로 연장된 타원 형상이나 홈 형상을 좁은 피치로 형성하는 경우는, 인접하는 노광시의 열간섭을 피하기 위해, 반도체 레이저의 빔 형상을 타원으로 하고, 타원의 장축을 슬리브의 장축과 직각 방향으로 배치하는 것이 좋다. 또한 슬리브의 장축에 대하여 평행하게 긴 형상이나 회전 방향에 대하여 짧은 피치로 몰드 위에 형성하고자 하는 경우는, 타원형의 반도체 레이저 빔의 장축을, 슬리브의 장축과 평행하게 배치하는 것이 바람직하다.

지금까지 진술한 노광 원리 및 노광 장치로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서의 몰드 위에 형성되는 미세 형상로는, 여러 가지의 형상을 형성할 수 있다. 예컨대 반도체 레이저의 출사광량을 변조시킴으로써, 동일한 롤 형상의 슬리브 몰드 위에 대소 여러 가지 크기의 구멍 형상의 요철 패턴을 제작할 수 있게 된다. 또한 반도체 레이저의 발광 시간이나 발광 패턴을 제어함으로써, 초승달 형상으로부터 긴 타원 형상의 미세 구조도 제작할 수 있다. 반도체 레이저를 어느 일정 시간 연속하여 더 발광시킴으로써, 연속 또는 불연속 홈 형상도 제작할 수 있다. 열반응형 레지스트 재료 또는 건식 에칭 조건을 적절하게 선택하는 것에 의해, 직사각형으로부터 V자의 홈 형상까지 더 제작할 수 있다. 본 발명에 따른 미세 형상 제작 방법은, 종래법에 비해 몰드에 형성할 수 있는 미세 형상의 자유도가 각별히 높은 방법이다.

이전보다, 미세하고 요철 형상의 자유도가 높은 긴 형상의 필름이 요구되어 왔다. 그런데 예컨대, 표면에 요철을 갖는 반사 방지 필름의 경우, 완전히 규칙 배열한 구조에서는, 광이 입사하는 방향에 따라서는 반사 방지 특성이 저하되는 시야각 의존성의 발생이나, 액정 또는 플라즈마 텔레비전과 같이, 규칙적인 셀 구조를 갖는 것과 접합시키면 모아레 모양이 발생하는 케이스가 있었다. 이 때문에 규칙 배열을 약간 무너뜨린 구조 또는 여러 가지의 미세 구조의 사이즈를 갖는 랜덤성이 필요해진다. 또한 연속 생산하는 경우, 구멍 형상이 수직에 가까운 구조이면 몰드에 전사한 수지의 누락이 저하되는 문제가 발생하기 때문에, 구멍의 형상은 어느 일정 각도의 테이퍼 형상인 것도 필요하다. 또한 예컨대 광학 필름의 분야에서는, 미세 형상이 홈 형상인 그리드 구조를 갖는 필름이 필요해지는 경우가 있다.

따라서, 상기 요청으로부터 전사 몰드에는, 적어도 미세하고 요철 형상의 자유도가 높은 패턴을 형성할 수 있는 방법으로부터 형성되는 것이어야 한다.

상기 과제에 대해서는, 종래의 원판에 평행 평판의 몰드를 이용한 방법에서는, 미리 패턴이 묘화된 마스크를 이용하기 때문에 해결할 수 있었다. 그런데, 평행 평판의 몰드를 이용한 방법이나, 박막 몰드를 권취하여 슬리브 몰드로 하는 방법에서는, 반드시 필름 어딘가에서 이음매가 발생하기 때문에, 연속한 제품으로는 되지 않고 현저히 생산성이 저하되어 있었다.

이러한 미세하고 요철 형상의 자유도가 높으며, 이음매가 없는 필름을 제작하기 위해서는, 몰드 자신이 자유도가 높은 미세 형상을 가지고 이음매가 없는 심리스인 것을 모두 구비하고 있어야 했다.

본 발명에 의해 제작된 몰드는, 전술한 바와 같이 요철 형상 자유도가 높고, 이음매가 없는 심리스이기 때문에, 종래법에 비해 여러 가지 형상을 갖는 필름에 대응할 수 있고, 각별히 생산성이 높다는 특징을 갖는다.

필름의 제조 방법으로서는, 열가소성의 필름 또는 베이스 필름 위에, 열가소성 수지를 도포한 필름을 가열한 상태로 심리스 슬리브에 세게 눌림으로써 전사하는 소위 열 나노임프린트법이나 베이스 필름 위에, 점성이 낮은 UV 경화 수지를 도포한 필름을 심리스 슬리브에 세게 누르고, UV광으로 경화시키는 소위 UV 임프린트법, 더 나아가서는 반경화한 UV 경화 수지를 베이스 필름과 라미네이트시킨 건식 필름 레지스트를 심리스 슬리브에 세게 누름으로써 미세 패턴을 전사하는 방법 등이 있다.

또한 피전사체는 필름이 아니어도 좋다. 예컨대 유리판이나 금속판 표면에 미세 구조를 형성하는 경우, 평행 평판의 몰드를 이용한 방법이나 박막 몰드를 권취하여 슬리브 몰드로 하는 방법에서는, 몰드의 이음매와 판의 길이를 동기시키면 이음매를 피하여 생산할 수는 있다. 그런데, 생산하는 판의 길이가 변할 때마다 이음매의 위치를 맞추기 위해 몰드를 교환해야 한다. 한편 심리스 몰드의 경우, 어떠한 사이즈의 판이어도 교환이 필요없고, 더 나아가서는 길이가 상이한 판을 동일한 라인으로 연속하여 생산할 수도 있다.

실제 필름 제조에서, 본 발명의 심리스 몰드의 제조 방법에 의해 제조된, 표면에 미세 형상이 형성된 심리스 몰드를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 심리스 몰드를 이용하여 필름 제조하는 것에 의해, 표면에 미세한 요철 패턴을 갖는 이음매가 없는 연속한 필름을 제조할 수 있게 된다. 또한 상기 심리스 몰드를 이용한 필름 제조에 의해 제작된 필름은, 사용자가 적절한 사이즈로 절단함으로써, 재료에 낭비가 없고 수율이 높은 미세한 요철 패턴을 갖는 필름이 된다. 표면에 1 ㎛ 이하의 미세 구조를 갖는 부재를 제작하는 데 있어서는, 표면의 미세 형상 사이즈가 1 ㎛ 이하인 심리스 몰드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 심리스 몰드를 이용하여 필름 제조하는 것에 의해, 표면에 미세한 요철 패턴을 갖는 이음매가 없는 연속된 필름을 제조할 수 있게 된다. 또한 상기 심리스 몰드를 이용한 필름 제조에 의해 제작된 필름은, 사용자가 적절한 사이즈로 절단함으로써, 재료에 낭비가 없고 수율이 높은 미세한 요철 패턴을 갖는 필름이 된다.

이하, 본 발명의 효과를 명확히 하기 위해 행한 실시예에 대해서 설명한다.

(실시예 1)

도 17에 도시하는 바와 같이, φ30 ㎜와 φ58 ㎜로 가공된 금속 슬리브(41)를 준비하고, 그 외측에 길이 200 ㎜이며 내경 φ58 ㎜, 외경 φ60 ㎜인 아크릴 파이프(42)를 부착하여, 원통 형상의 슬리브를 구성하였다. 여기서는, 아크릴 파이프가 열 단열층의 역할을 다하고 있다.

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 상기와 같이 준비된 슬리브 위에 두께(d)=40 ㎚로 열반응형 무기 레지스트층을 형성하였다. 이것에 의해, 도 18에 도시하는 바와 같이, 슬리브(41) 위에 아크릴 파이프(42)를 통해 레지스트층(43)이 형성되었다. 또한, 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는, 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 행하였다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 원하는 두께(d) 40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다. 여기서는, 열반응형 무기 레지스트로서, SnOx를 사용했다. 이 경우 Sn의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar와 O₂의 혼합 가스 분위기에서 스퍼터링을 하였다. 이 때, Ar와 O₂의 혼합비로 Sn의 산화량을 변경하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 이 결과로부터, Sn의 산화량은 0≤x<2의 값으로 할 수 있다. 또한, x의 값은 형광 X선에 의한 Sn과 SnO₂의 피크비로부터 구하였다.

[표2]

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치(파장이 상이한 노광용 레이저와 포커스용 레이저 2종을 탑재한 노광 장치)를 이용하여 노광하였다. 또한, 노광 조건은 이하와 같다.

노광용 레이저 파장: 405 ㎚

렌즈 개구수: 0.85

노광용 레이저 파워: 3 mW∼8 mW

포커스용 레이저 파장: 665 ㎚

포커스용 레이저 파워: 0.2 mW

회전 속도: 700 rpm

이송 피치: 200 ㎚/회전

슬리브 노광 폭: 200 ㎜

또한, 노광중에 레이저의 강도를 바꿈으로써, 여러 가지의 형상·패턴을 형성할 수 있지만, 실험에서는 가공 정밀도를 확인하기 위해, 패턴을 연속 홈 형상으로 하였다. 형성하는 형상은 목적으로 하는 용도에 따라서는 독립된 원형, 타원 형상 등이어도 상관없고, 본 발명은 가공 형상에 의해 전혀 제한을 받는 것이 아니다. 또한, 여기서는, 슬리브 노광 폭은 200 ㎜로 설정했지만, 노광 폭을 넓히면 노광 시간이 길어질 뿐, 본 노광 장치에서는 실험에서 이용한 노광폭보다 긴 폭이어도 전혀 문제없이 노광할 수 있다.

이어서, 상기 노광 장치에 의해 노광된 레지스트를 현상하였다. 현상에는 습식 공정에 의한 현상을 적용하였다. 현상액에는 산이나 알칼리 등을 이용할 수 있지만, 여기서는 테트라메틸암모늄 수용액(TMAH)을 이용하였다. 구체적으로는, 25℃, 2.38%의 TMAH 용액의 배스(bath)를 준비하고, 이 배스에 슬리브를 침지함으로써 현상하였다. 현상 시간은 Sn의 산화량에 따라 상이하지만, 1분∼5분 정도가 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는, 슬리브를 침지하는 방법으로 현상했지만, 현상액을 슬리브를 향해 분무하거나 적하하여 현상하여도 좋다.

이와 같이 현상된 슬리브를 세정하고, SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 슬리브의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 40 ㎚이며 폭 100 ㎚ 정도인 미세한 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다. 이것은 열반응형 레지스트가, 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 가지고 있었기 때문이라고 생각된다.

(실시예 2)

도 17에 도시하는 바와 같이, φ30 ㎜와 φ58 ㎜로 가공된 금속 슬리브(41)를 준비하고, 그 외측에 길이 200 ㎜이며 내경 φ58 ㎜, 외경 φ60 ㎜인 아크릴 파이프(42)를 부착하며, 원통 형상의 슬리브를 구성하였다. 여기서는, 아크릴 파이프가 열 단열층의 역할을 다하고 있다.

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 상기와 같이 준비된 슬리브 위에 두께 100 ㎚로 에칭층을 형성하고, 이어서 두께(d)=40 ㎚로 열반응형 무기 레지스트층을 형성하였다. 이것에 의해, 도 19에 도시하는 바와 같이, 슬리브(41) 위에 아크릴 파이프(42)를 통해 에칭층(44)이 형성되고, 에칭층(44) 위에 레지스트층(43)이 형성되었다. 또한 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는, 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 하였다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 목적으로 하는 두께(d)=40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다. 여기서는, 에칭층(44)으로서 SiO₂막을 이용했다. 이 경우, SiO₂의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar 가스 분위기로 스퍼터링을 행하였다. 또한 열반응형 무기 레지스트로서는, 실시예 1과 마찬가지로, SnOx(x=1.2)를 사용하였다.

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치를 이용하여 노광하였다. 또한 노광 조건은 노광용 레이저 파워만 8 mW로 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하였다. 노광 후, TMAH 용액으로써 레지스트를 현상했다. 현상 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

현상 후, 도 14에 도시하는 에칭 장치를 이용하여 에칭층(44)을 에칭하였다. 또한 슬리브가 균일하게 에칭되도록 에칭 동안에는, 슬리브를 회전시키면서 행했다. 에칭 가스에는 CF₄ 가스를 이용하였다. 또한, 에칭 조건은 이하와 같다.

에칭 파워: 150 W

에칭 가스압: 10 Pa

가스 유량: 20 sccm

에칭 후, 슬리브를 세정하여 레지스트를 제거(박리)하였다. 레지스트 박리에는 습식 공정을 채용하였다. 레지스트 박리액에는 현상액과 같이, 산이나 알칼리 등 여러가지를 적용할 수 있지만, 여기서는 수산화칼륨(KOH)을 이용하였다. 구체적으로는 슬리브를 농도 1 MKOH 용액에 5분 정도 침지하였다. 이것에 의해, SiO₂층을 남긴 상태로 레지스트가 깨끗히 박리되었다.

레지스트 박리 후, 슬리브를 세정하여, SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 슬리브 몰드의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 100 ㎚이며 폭 100 ㎚ 정도인 미세한 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다. 이것은, 열반응형 레지스트가 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 가지고 있었기 때문이라고 생각된다.

(실시예 3)

도 17에 도시하는 바와 같이, φ30 ㎜과 φ60 ㎜로 가공된 금속 슬리브(41)를 준비하고, 실시예 1과 같은 원통 형상의 슬리브를 구성하였다.

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 전술한 바와 같이 준비된 슬리브 위에 두께 200 ㎚로 에칭층을 형성하였다. 여기서는, 에칭층(44)으로서 SiO₂막을 이용하였다. 이 경우, SiO₂의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar 가스 분위기로 스퍼터링을 하였다.

이어서, 도 21에 도시하는 장치를 이용하여, 이 슬리브의 에칭층(44) 위에 두께 0.5 ㎛로 열반응형 유기 레지스트층(43)을 형성하였다. 도 21에 도시하는 장치는, 슬리브(52)를 파지하는 척(53)을 모터(54)에 의해 승강시키는 것에 의해 레지스트 보틀(51)에 수용된 레지스트액에 침지하고 끌어 올린 후에 슬리브를 회전시키는 장치이다. 이 장치에 의해, 슬리브에 열반응형 유기 레지스트를 도포하였다. 이 장치를 사용하는 것에 의해, 슬리브 표면에 균일하게 레지스트를 도포할 수 있었다. 또한, 열반응형 유기 레지스트로서는, 점도 700 cps의 노볼락계의 레지스트를 사용하였다. 이것에 의해 도 20에 도시하는 바와 같이, 슬리브(41) 위에 에칭층(44)이 형성되고, 에칭층(44) 위에 레지스트층(43)이 형성되었다.

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치를 이용하여 노광하였다. 또한, 노광 조건은 노광용 레이저 파워를 4 mW로 하고, 이송 피치를 500 ㎚/회전으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일한 것으로 하였다. 노광 후, TMAH 용액으로써 레지스트를 현상하고, 현상 시간은 1분으로 하였다.

현상 후, 도 14에 도시하는 에칭 장치를 이용하여 에칭층(44)을 에칭하였다. 또한, 슬리브가 균일하게 에칭되도록 에칭 동안에는, 슬리브를 회전시키면서 행하였다. 에칭 가스에는 CF₄가스를 이용하였다. 또한, 에칭 조건은 실시예 2와 동일한 것으로 하였다.

에칭 후, 슬리브를 세정하여 레지스트를 제거(박리)하였다. 레지스트 박리에는 습식 공정을 채용하였다. 레지스트 박리액에는 현상액과 같이, 산이나 알칼리 등 여러 가지를 적용할 수 있지만, 여기서는 1M의 질산을 이용하였다.

레지스트 박리 후, 슬리브를 세정하여, SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 슬리브 몰드의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 200 ㎚이며 폭 300 ㎚, 피치 500 ㎚인 미세한 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다. 이것은, 열반응형 레지스트가 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 가지고 있었기 때문이라고 생각된다.

(실시예 4)

φ 30 ㎜과 φ78 ㎜로 가공된 금속의 둥근 막대(41)를 준비하고, 그 외측에 길이 200 ㎜이며 내경 φ78 ㎜, 외경 φ80 ㎜인 알루미늄 파이프(45)를 부착하고 도 22에 도시하는 바와 같은 원통 형상의 슬리브 몰드를 구성하였다.

전술한 바와 같이 준비된 슬리브를, 도 8에 도시하는 바와 같은 슬리브가 스퍼터할 수 있는 스퍼터 장치로써, 우선 에칭층(44)을 형성하였다. 에칭층에는 SiO₂의 타깃을 이용하여 Ar 가스로 스퍼터하였다. 에칭층의 막 두께는 300 ㎚로 하였다. 이어서, 열반응형 무기 레지스트층(43)을 형성하였다. 여기서는 열반응형 무기 레지스트로서, SnOx를 사용하였다. Sn의 타깃을 스퍼터기에 장착하고, Ar와 O₂의 혼합 가스 분위기에서 행하며, Ar와 O₂의 혼합비로 Sn의 산화량을 변경하였다. Sn의 산화량은 0≤X<2의 값을 취할 수 있다. X의 값은 형광 X선에 의한 Sn과 SnO₂의 피크비로부터 구하고 x=0.5로 조정하였다. 또한 어느 층을 형성할 때에도, 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터 안은 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 하였다.

열반응형 무기 레지스트층(43)의 두께(d)는 40 ㎚의 두께로 슬리브 위에 형성하였다. 열반응형 무기 레지스트가 형성된 후의 슬리브의 단면도를 도 23에 도시한다. 즉, 몰드(41) 위의 알루미늄 파이프(45) 위에 에칭층(44) 및 무기 레지스트층(43)이 설치된 구성이다. 또한 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 목적으로 하는 두께(d)=40 ㎚ 에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다.

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 바와 같은 노광기로써 노광하였다. 본 노광 장치는, 파장이 상이한 가공용 레이저와 포커스용 레이저 2종을 탑재하고 있다. 노광 장치의 광학 시스템도 합쳐서 도 16에 도시한다. 노광 조건은 이하와 같다.

가공용 반도체 레이저 파장: 405 ㎚

렌즈 개구수: 0.85

가공 레이저 파워: 5 mW∼8 mW

포커스용 반도체 레이저 파장: 660 ㎚

포커스 레이저 파워: 0.2 mW

회전 속도: 700 rpm

이송 피치: 400 ㎚/회전

슬리브 노광 폭: 200 ㎜

가공중에 레이저의 강도를 변조시킴으로써, 여러 가지의 형상·패턴이 가능하지만, 실험에서는 가공 정밀도를 확인하기 위해, 패턴으로서 연속된 홈 형상을 사용하였다. 형성하는 형상은 목적으로 하는 용도에 따라서는 독립된 원형, 타원 형상 등이어도 상관없고, 본 발명은 가공 형상에 의해 전혀 제한을 받는 것이 아니다. 또한 슬리브 가공 폭은 200 ㎜로 설정했지만, 가공 폭을 길게 하면 가공 시간이 길어질 뿐, 본 노광 장치에서는 실험에서 이용한 가공 폭보다 긴 폭이어도 전혀 문제없이 가공할 수 있다.

계속해서, 상기 노광기에 의해 노광된 레지스트를 현상하였다. 현상에는 습식 공정에 의한 현상을 적용하였다. 현상액에는 테트라메틸암모늄 수용액(TMAH)을 이용하였다. 20℃, pH=13의 TMAH 용액의 버스를 준비하고, 슬리브를 침지함으로써 현상하였다. 현상 시간은 Sn의 산화량에 의해 상이하지만 30초∼5분 정도 실시하였다.

이와 같이 현상된 슬리브를 세정하고, SEM(주사형 전자현미경)에 의해 슬리브 몰드의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 40 ㎚로 폭 100 ㎚ 정도인 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다.

이 슬리브를 현상 후, 도 12에 도시하는 바와 같이 건식 에칭 장치로써 에칭층을 에칭하였다. 건식 에칭 장치는, 에칭 동안에는 슬리브를 회전시키지 않는 방법으로 에칭하였다. 에칭 가스에는 O₂+CHF₃(1: 10) 가스를 이용하였다. 에칭 조건은 이하와 같다.

에칭 파워: 150 W

에칭 가스압: 10 Pa

가스유량: 20 sccm

고주파 주파수: 13.56 MHz

에칭 후, 슬리브를 세정하고 레지스트를 제거(박리)하는 공정을 하였다. 레지스트 박리에는 습식 공정을 채용하였다. 레지스트 박리액에는 수산화칼륨(KOH)을 이용하였다. 농도 1M의 KOH 용액에, 5분 정도 침지하면, SiO₂층을 남긴 상태로 레지스트는 깨끗히 박리하였다.

이와 같이 에칭된 슬리브를 세정하고, SEM(주사형 전자현미경)에 의해 슬리브 몰드의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 300 ㎚이며 폭 100 ㎚ 정도인 홈이 슬리브 표면의 접선에 대하여 수직 방향으로 형성되었다.

이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다.

(실시예 5)

φ30 ㎜와 φ78 ㎜로 가공된 금속의 둥근 막대를 준비하고, 그 외측에 길이 200 ㎜이며 내경 φ78 ㎜, 외경 φ80 ㎜인 알루미늄 파이프를 부착하여 실시예 4와 유사한 원통 형상의 슬리브 몰드를 구성하였다.

전술한 바와 같이 준비된 슬리브를, 실시예 4와 마찬가지로 스퍼터 장치로써, 에칭층을 형성하고, 계속해서 열반응형 레지스트를 형성하였다. 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는 슬리브를 회전시키면서 스퍼터를 행하였다. 에칭층에는 SiO₂을 이용하여 막 두께는 100 ㎚로 하였다. 열반응 레지스트층에는 실시예 4에서 이용한 SnOx(x=0.5)를 두께(d)=40 ㎚로 형성하였다. 또한 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 목적으로 하는 두께(d)=40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다.

전술한 바와 같이 준비된 슬리브를 실시예 4와 동일한 노광 조건으로 노광하였다. 노광 후, TMAH 용액으로써 레지스트를 현상하였다. 현상 조건은 실시예 4와 동일한 조건으로 행하였다. 현상 후, 도 14에 도시하는 건식 에칭 장치로써 에칭층을 에칭하였다. 건식 에칭 장치는, 슬리브를 균일하게 에칭할 수 있도록, 에칭 동안에는 슬리브를 회전시키면서 행하였다. 에칭 가스에는 O₂+CHF₃(1:10) 가스를 이용하였다. 에칭 조건은 이하와 같다.

에칭 파워: 150 W

에칭 가스압: 10 Pa

가스유량: 20 sccm

고주파 주파수: 13.56 MHz

에칭 후, 슬리브를 세정하여 레지스트를 제거(박리)하는 공정을 행하였다. 레지스트 박리에는 습식 공정을 채용하였다. 레지스트 박리액에는 현상액과 같이, 산이나 알칼리 등 여러가지를 적용할 수 있지만, 여기서는 수산화칼륨(KOH)을 이용하였다. 농도 1M의 KOH 용액에, 5분 정도 침지하면, SiO₂층을 남긴 상태로 레지스트는 깨끗이 박리되었다.

레지스트 박리 후, 슬리브를 세정하여 마스터 슬리브가 완성되었다. 이와 같이 현상된 슬리브를 세정하고, SEM(주사형 전자현미경)에 의해 슬리브 몰드 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 100 ㎚이며 폭 100 ㎚ 정도인 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다.

(실시예 6)

실시예 4와 같은 φ30 ㎜와 φ78 ㎜로 가공된 금속 슬리브를 준비하고, 원통 형상의 슬리브를 구성하였다.

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 실시예 5와 마찬가지로, 상기와 같이 준비된 슬리브 위에 두께 100 ㎚로 에칭층을 형성하고, 이어서 두께(d)=40 ㎚로 열반응형 무기 레지스트층을 형성하였다. 이것에 의해, 슬리브 위에 에칭층이 형성되고, 에칭층 위에 레지스트층이 형성되었다. 또한 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 하였다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 목적으로 하는 두께(d)=40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다. 여기서는, 에칭층으로서 SiO₂막을 이용하였다. 이 경우, SiO₂의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar 가스 분위기로 스퍼터링을 하였다. 또한, 열반응형 무기 레지스트로서는 SnOx(x=0.2)를 사용하였다.

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치를 이용하여 노광하였다. 또한 노광 조건은, 노광용 레이저 파워만 3 mW로 변경한 것 이외는 실시예 4와 동일한 것으로 하였다. 노광 후, KOH 용액으로써 레지스트를 현상하였다.

현상 후, 도 14에 도시하는 에칭 장치를 이용하여 에칭층(44)을 에칭하였다. 또한 슬리브가 균일하게 에칭되도록 에칭 동안에는 슬리브를 회전시키면서 하였다. 에칭 가스에는 CHF₃가스를 이용하였다. 또한 에칭 조건은 이하와 같다.

에칭 파워: 150 W

에칭 가스압: 10 Pa

가스유량: 20 sccm

에칭 후, 슬리브를 세정하여 레지스트를 제거(박리)하였다. 레지스트 박리에는 습식 공정을 채용하였다. 레지스트 박리액에는 현상액과 같이 산이나 알칼리 등 여러가지를 적용할 수 있지만, 여기서는 TMAH를 이용하였다. 구체적으로는 슬리브를 농도 2.38%의 TMAH 용액에 5분 정도 침지하였다. 이것에 의해, SiO₂층을 남긴 상태로 레지스트가 깨끗히 박리되었다.

레지스트 박리 후, 슬리브를 세정하여, SEM(주사형 전자현미경)에 의해 슬리브 몰드의 표면 형상을 관찰한 바, 깊이 100 ㎚이며 폭 100 ㎚ 정도인 미세한 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 슬리브를 몰드로서 이용하고, UV 경화 수지를 사용하여 표면 형상을 필름에 전사시킨 바, 대략 슬리브 몰드와 동일한 형상이 필름 위에 반전되어 전사되었다. 이것은 열반응형 레지스트가, 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 가지고 있었기 때문이라고 생각된다.

(실시예 7)

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 실시예 5와 마찬가지로, 전술한 바와 같이 준비된 슬리브 위에 두께 350 ㎚로 에칭층을 형성하고, 이어서 두께(d)=40 ㎚로 열반응형 무기 레지스트층을 형성하였다. 이것에 의해, 슬리브 위에 에칭층이 형성되고, 에칭층 위에 레지스트층이 형성되었다. 또한 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 행하였다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 목적으로 하는 두께(d)=40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다. 여기서는, 에칭층으로서 SiO₂막을 이용하였다. 이 경우, SiO₂의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar 가스 분위기로 스퍼터링을 행하였다. 또한, 열반응형 무기 레지스트로서는, Cr_1-xO_x, Nb_1-xO_x, Ta_1-xO_x, Ti_1-xO_x를 사용하였다. 각 재료의 성막 조건을 표 3에 나타낸다.

[표 3]

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치를 이용하여 노광하였다. 또한 노광 조건은, 노광용 레이저 파워를 레지스트마다 최적이 되도록 변경한 것 이외는 실시예 4와 동일한 것으로 하였다. 노광 후, 각 레지스트를 표 4에 나타내는 조건으로 현상하였다. 현상 후, 도 14에 도시하는 에칭 장치를 이용하여 에칭층(44)을 에칭하였다. 또한 슬리브가 균일하게 에칭되도록 에칭 동안에는 슬리브를 회전시키면서 행하였다. 에칭 가스에는 CF₄ 가스를 이용하였다. 또한 에칭 조건은 이하와 같다.

에칭 파워: 150 W

에칭 가스압: 10 Pa

가스유량: 20 sccm

[표 4]

(비교예 1)

φ30 ㎜과 φ78 ㎜로 가공된 금속의 둥근 막대를 준비하고, 그 외측에, 길이 200 ㎜이며 내경 φ78 ㎜, 외경 φ80 ㎜인 알루미늄 파이프를 부착하여 실시예 4와 유사한 원통 형상의 슬리브 몰드를 구성하였다.

전술한 바와 같이 준비된 슬리브를, 실시예 4와 같은 스퍼터 장치에 의해, 우선 에칭층(44)을 형성하였다. 에칭층에는 실시예 5와 같이 SiO₂를 이용하였다. SiO₂의 타깃을 이용하여 Ar 가스로 스퍼터링하였다. 에칭층의 막 두께는 1 ㎛로 하였다.

계속해서 도 21에 도시하는 바와 같은 장치를 사용하여, 유기 레지스트(43)를 도포하였다. 본 장치는 슬리브를 레지스트가 들어간 용기에 침지하고, 끌어 올린 후 회전시키는 것에 의해 레지스트를 도포하는 장치이다. 본 장치를 사용함으로써 슬리브 표면에 균일하게 레지스트를 도포할 수 있었다. 유기 레지스트로서 광 반응형의 레지스트 PMER P AR900(도쿄오카공업 제조)을 사용하였다. 도포 두께(d)는 5 ㎛로 하였다. 상기 방법에 의해 제작된 슬리브의 단면도를 도 24에 도시한다. 즉 몰드(41) 위의 알루미늄 파이프(45) 위에 에칭층(45) 및 유기 레지스트층(43)이 설치된 구성이다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 단차계로써 측정한 바, 변동폭은 두께(d)=5 ㎛에 대하여 ±1 ㎛ 이상이었다.

이와 같이 하여 준비된 슬리브를 도 25에 도시하는 바와 같은 노광기에 의해 노광하였다. 본 노광기는 스핀들 모터(65)에 슬리브(64)를 장착하여 회전할 수 있는 기능을 가지며, XY 스테이지(66)에서 전후 좌우로 움직일 수 있는 기능을 갖는다. 슬리브에 노광하기 위해, 청색 레이저 광원(61)으로부터 출사된 광을, 핀홀 슬릿(62)을 통해 렌즈(63)에 의해 슬리브 표면에 집광한다. 단 본 노광 장치에는, 오토포커스 기능을 갖지 않기 때문에 회전축 흔들림이나 슬리브의 가공 오차에 의해, 스폿 직경은 회전중에 변동한다. 상기 장치를 이용하여, 노광은 이하의 조건으로 행하였다.

가공용 반도체 레이저 파장: 473 ㎚

렌즈 개구수: 0.25

가공 레이저 파워: 15 mW

회전 속도: 30 rpm

이송 피치: 50 ㎛/회전

가공 폭: 22 ㎛

노광 후 현상하였다. 현상액으로서 P-7G를 사용하였다. 현상 시간은 2분으로 하였다. 현상 후, 도 14에 도시하는 바와 같이 건식 에칭 장치로써 에칭층을 에칭하였다. 건식 에칭 장치는 슬리브를 균일하게 에칭할 수 있도록, 에칭 동안에는 회전시키면서 행하였다. 에칭 가스에는 CF₄가스를 이용하였다. 에칭 조건은 실시예 5와 마찬가지로 하였다.

에칭 후, 계속하여 동일한 에칭 장치로 대향 전극에 고주파를 인가하는 방법을 이용하여 O₂ 가스에 의한 애싱으로 레지스트를 제거(박리)하는 공정을 행하였다. 레지스트 박리 후, 슬리브를 세정하여 슬리브 몰드가 완성되었다. 이 슬리브의 표면을 SEM으로 관찰한 바, 깊이 1 ㎛이며 폭 22 ㎛, 피치 50 ㎛인 홈이 슬리브 위에 형성되어 있었다. 이 방법을 이용하여, 여러 가지 노광 조건을 바꿔 검토했지만, 폭 1 ㎛ 이하의 서브미크론 사이즈의 구조를 슬리브 위에 형성할 수 없었다.

(비교예 2)

실시예 4와 같은 φ30 ㎜과 φ78 ㎜로 가공된 금속 슬리브를 준비하고, 원통 형상의 슬리브를 구성하였다.

이어서, 도 8에 도시하는 바와 같은 스퍼터링 장치를 이용하여, 실시예 5와 마찬가지로, 전술한 바와 같이 준비된 슬리브 위에 두께 350 ㎚로 에칭층을 형성하고, 이어서, 두께(d)=40 ㎚로 열반응형 무기 레지스트층을 형성하였다. 이것에 의해, 슬리브 위에 에칭층이 형성되고, 에칭층 위에 레지스트층이 형성되었다. 또한 슬리브에 균일하게 막을 형성하기 위해 스퍼터링 동안에는 슬리브를 회전시키면서 스퍼터링을 하였다. 레지스트 형성 후의 슬리브 1주 내의 레지스트막 두께 변동을 형광 X선으로써 측정한 바, 변동폭은 두께(d)=40 ㎚에 대하여 ±3 ㎚ 이하였다. 여기서는, 에칭층으로서 SiO₂막을 이용하였다. 이 경우, SiO₂의 타깃을 스퍼터링 장치에 장착하고, Ar 가스 분위기로 스퍼터링을 행하였다. 또한 열반응형 무기 레지스트로서는, 주요 플루오르화물의 비점이 200℃ 이하인 원소(W)를 선택하고, 열반응형 레지스트로서 WO_x를 사용하였다. 성막 조건을 표 3에 나타낸다.

이와 같이 준비된 슬리브를 도 16에 도시하는 노광 장치를 이용하여 노광하였다. 또한 노광 조건은, 노광용 레이저 파워를 WOx 레지스트에 최적이 되도록 변경한 것 이외는 실시예 4와 동일한 것으로 하였다. 노광 후, WOx 레지스트를 표 4에 나타내는 조건으로 현상하였다. 현상 후, 도 14에 도시하는 에칭 장치를 이용하여 에칭층(44)을 에칭하였다. 에칭은 실시예 7과 동일한 조건으로 행하였다. 에칭 후, SEM(주사형 전자현미경)에 의해 롤 표면의 형상과 단면 형상을 관찰한 바, 레지스트가 소실되어 있고, 명료한 요철 패턴이 관찰되지 않았다. 이것은, 열반응형 레지스트가, 건식 에칭에 의해 플루오르화물로서 휘발했기 때문에 마스크의 효과를 다하지 않았기 때문이라고 생각된다.

본 발명은, 대형이며 미세 형상을 형성할 수 있는 나노임프린트나 광학 필름용 심리스 몰드의 제작에 적용할 수 있다.

Claims

슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서의 광 강도 분포에서 미리 정해진 광 강도 이상으로 반응하는 특성을 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하는 공정과, 상기 열반응형 레지스트층에 대하여 레이저를 이용하여 미세 몰드 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 심리스 몰드의 제조 방법으로서, 상기 열반응형 레지스트층은, 상기 레이저의 스폿 직경에서 미리 정해진 온도 이상으로 반응하는 영역을 포함하는 온도 분포를 갖는 열반응형 레지스트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 슬리브 형상의 몰드 위에 열반응형 레지스트층을 형성하기 전에, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성하는 공정과, 상기 미세 몰드 패턴을 마스크로서 상기 에칭층을 에칭하는 공정과, 상기 미세 몰드 패턴을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열반응형 레지스트는 유기 레지스트 또는 무기 레지스트인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열반응형 레지스트는, 천이 금속 및 XII족∼XV족 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소의 불완전 산화물을 포함하고, 또한 이 원소의 주요 플루오르화물의 비점은 200℃ 이상인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 천이 금속은 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Rh, Ag, Hf, Ta, 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 XII족∼XV족 원소는, Al, Zn, Ga, In, Sn, Sb, Pb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 천이 금속은 Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Ag, Ta, 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소이고, 또한 상기 XII족∼XV족 원소는, Sn, Pb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭층은 Si와 Ta 및 이들의 산화물, 질화물, 및 탄화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열반응형 레지스트층의 막 두께는, 막 두께의 슬리브 둘레 내에서의 변동폭 ±20 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열반응형 레지스트층은 2층 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭층 위에 열반응형 레지스트층을 형성하기 전에, 상기 에칭층 위 또는 아래에 열흡수층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 에칭층을 형성하기 전에, 상기 슬리브 형상의 몰드 위에 열 절연층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열반응형 레지스트층, 에칭층, 열흡수층 중 어느 하나를 형성하는 방법은, 스퍼터링법, 증착법 또는 CVD법을 이용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저를 이용한 노광시에, 상기 레이저의 빔 형상을 타원 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제3항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭층을 에칭할 때, 진공조 안에, 슬리브 형상의 몰드와, 이 몰드 표면의 대향하는 위치에 대향 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 건식 에칭 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 심리스 몰드의 제조 방법.
제16항에서 사용된 건식 에칭 장치로서, 진공조 안에, 슬리브 형상의 몰드와, 이 몰드 표면의 대향하는 위치에 대향 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 건식 에칭 장치.
제17항에 있어서, 상기 대향 전극의 형상은 원통 형상, 평행 평판 형상, 원호 형상으로부터 선택되는 어느 한 형상인 것을 특징으로 하는 건식 에칭 장치.
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 슬리브 형상의 몰드는 중심축을 중심으로 회전하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 에칭 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 심리스 몰드의 제조 방법에 의해 제조되고, 표면에 미세 형상이 형성된 것을 특징으로 하는 심리스 몰드.
제20항에 기재된 심리스 몰드를 이용하여 제조하는 것을 특징으로 하는, 표면에 미세한 요철 패턴을 갖는 이음매가 없는 연속된 필름의 제조 방법.
제21항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된, 표면에 미세한 요철 패턴을 갖는 필름.
표면의 미세 형상의 사이즈는 1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 심리스 몰드.
제23항에 기재된 심리스 몰드를 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 위에 1 ㎛ 이하의 미세 형상 패턴을 갖는 이음매가 없는 연속된 필름의 제조 방법.
제24항에 기재된 제조 방법에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 미세 형상 패턴을 갖는 필름.