TWI663472B - Manufacturing method of fine structure - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可以簡單地製作複合圖案、嵌套構造的微細構造體的製造方法。根據本發明，提供一種微細構造體的製造方法，具備如下程序，在該程序中，在將第1模具的第1圖案按壓於在具有遮光圖案的透明基材上塗敷第1光固化性樹脂組成物而獲得的第1被轉印樹脂層的狀態下，通過第1模具向第1被轉印樹脂層照射活性能量射線，由此形成轉印了第1圖案的第1固化樹脂層，在將第2模具的第2圖案按壓於在第1固化樹脂層上塗敷第2光固化性樹脂組成物而獲得的第2被轉印樹脂層的狀態下，使用上述遮光圖案作為掩膜向第2被轉印樹脂層照射活性能量射線而使第2被轉印樹脂層的一部分的區域固化，由此形成具有包含低臺階部與高臺階部在內的臺階形狀的第2固化樹脂層，第1圖案以及第2圖案中的至少一方具有微細形狀。

Description

微細構造體的製造方法
本發明涉及採用壓印技術的微細構造體的製造方法。
壓印技術是將具有微細圖案的模具向透明基材上的液態樹脂等的樹脂層按壓，由此將模具的圖案轉印於樹脂層而獲得微細構造體的微細加工技術。作為微細圖案，存在從10nm數量級的奈米級別的圖案到100μm左右的圖案。所獲得的微細構造體可以在半導體材料、光學材料、存儲介質、微型機械、生物、環境等各種領域中使用。
然而，作為形成於微細構造體的微細圖案，具有複合圖案、供微細形狀嵌套(nested)的圖案。在使用光刻‧電子束光刻等現有技術來製作這種圖案的情況下，考慮如下程序：通過描繪‧蝕刻‧清洗而製作1次圖案，然後，通過描繪‧蝕刻‧清洗而在1次圖案上形成2次圖案。然而，程序非常長且複雜，對於製作高品質的模具來說所提條件非常嚴格。
在專利文獻1中，在1次圖案上形成單粒子膜的蝕刻掩膜(mask)，使用該掩膜對1次圖案進行蝕刻從而在1次圖案表面形成2次圖案。
【背景技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2009-162831號公報
然而，在專利文獻1的製造方法中，也難以使單粒子膜的賦予條件、蝕刻條件最佳化。
本發明是鑒於上述情況而完成的，提供一種可以簡單地製作複合圖案、嵌套構造的微細構造體的製造方法。
根據本發明，提供一種微細構造體的製造方法，具備如下程序，在該程序中，在將第1模具的第1圖案按壓於在具有遮光圖案的透明基材上塗敷第1光固化性樹脂組成物而獲得的第1被轉印樹脂層的狀態下，通過第1模具向第1被轉印樹脂層照射活性能量射線，由此形成轉印了第1圖案的第1固化樹脂層，在將第2模具的第2圖案按壓於在第1固化樹脂層上塗敷第2光固化性樹脂組成物而獲得的第2被轉印樹脂層的狀態下，使用上述遮光圖案作為掩膜向第2被轉印樹脂層照射活性能量射線而使第2被轉印 樹脂層的一部分的區域固化，由此形成具有包含低臺階部與高臺階部在內的臺階形狀的第2固化樹脂層，第1圖案以及第2圖案中的至少一方具有微細形狀。
本發明的方法基於壓印法，在形成微細形狀的程序中無需描繪‧蝕刻程序，所以可以簡單地製作復合圖案、嵌套構造。
以下，例示出本發明的各種實施方式。以下所示的實施方式可以相互組合。
優選，第1圖案以及第2圖案雙方具有微細形狀，上述低臺階部包含轉印了第1圖案的微細形狀，上述高臺階部包含轉印了第2圖案的微細形狀。
優選，上述透明基材具有撓性。
優選，上述遮光圖案與上述低臺階部的區域實質上相同。
優選，第1固化樹脂層以及第2固化樹脂層不使用蝕刻而形成。
優選，上述遮光圖案形成於上述透明基材的塗敷第1光固化性樹脂組成物的面。
優選，上述遮光圖案以與上述透明基材共面的方式形成。
優選，上述微細構造體為壓印用模具、微接觸印刷用壓模、光學片、憎水片、親水片或細胞培養片。
1‧‧‧透明基材
3‧‧‧遮光圖案
5‧‧‧第1被轉印樹脂層
7‧‧‧第1模具
11、27‧‧‧活性能量射線
15‧‧‧第1固化樹脂層
21‧‧‧第2模具
25‧‧‧第2被轉印樹脂層
29‧‧‧第2固化樹脂層
圖1表示本發明的第1實施方式中使用的透明基材1，(a)為俯視圖，(b)為A-A剖視圖。(c)~(e)表示遮光圖案3的形成方法的其他例子。
圖2是表示本發明的第1實施方式的第1固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
圖3是表示本發明的第1實施方式的第2固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
圖4是表示本發明的第2實施方式的第1固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
圖5是表示本發明的第2實施方式的第2固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
圖6是表示本發明的第3實施方式的第2固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
圖7是表示本發明的第4實施方式的第2固化樹脂層形成程序的與圖1(b)對應的剖視圖。
以下，參照附圖對本發明的優選實施方式具體地進行說明。
1.第1實施方式
本發明的第1實施方式的微細構造體的製造方法具備第1固化樹脂層形成程序、第2固化樹脂層形成程序。以下，對各程序詳細地進行說明。
(1)第1固化樹脂層形成程序
(1-1)第1被轉印樹脂層形成程序
首先，如圖1(a)所示，在具有遮光圖案3的透明基材1上塗敷第1光固化性樹脂組成物而形成第1被轉印樹脂層5。
<透明基材>
透明基材1由樹脂基材、石英基材等透明材料形成，其材質不作特別限定，但優選為樹脂基材。這是因為，通過使用樹脂基材，從而可以基於本發明的方法獲得所期望的尺寸的(也可以為大面積的)微細構造體。作為構成樹脂基材的樹脂，例如由選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烴、聚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、環狀聚烯烴以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的一種構成。另外，透明基材1優選具有撓性，在使用樹脂基材的情況下，可以將同種或者不同種的基材層疊，或使樹脂組成物呈膜狀層疊於樹脂基材。樹脂基材的厚度優選在25~500μm的範圍。
設置於透明基材1的遮光圖案3為在第2固化樹脂層形成程序中用作掩膜(mask)的圖案，如圖3(b)~(d)所示，在第2固化樹脂層29形成與遮光圖案3對應的臺階形狀31。臺階形狀31具備低臺階部31l與高臺階部31u，在圖3(b)所示的活性能量射線照射程序中，由遮光圖案3遮擋 活性能量射線27的區域成為低臺階部31l。“活性能量射線”是UV光、可見光、電子束等可以固化光固化性樹脂組成物的能量射線的總稱。遮光圖案3的形狀不作特別限定，列舉有圖1(a)所示那樣的原點圖案、條紋圖案等，優選週期為10nm~2mm，更優選為10nm~20μm。
遮光圖案3可以通過在將遮光材料(例如，Cr等金屬材料)通過濺射附著於透明基材1上之後形成圖案，或者通過噴墨印刷或絲網印刷等方法印刷遮光材料的圖案，而形成。遮光圖案3可以如圖1(b)~(c)那樣形成於透明基材1的塗敷第1光固化性樹脂組成物的面1a，也可以如圖1(d)所示那樣形成於透明基材1的背面1b上。另外，遮光圖案3可以如圖1(b)所示那樣以與透明基材1共面的方式形成，也可以如圖1(c)所示那樣形成於透明基材1的平坦面上，也可以如圖1(e)所示那樣埋設於透明基材1的內部。
<第1光固化性樹脂組成物>
構成第1被轉印樹脂層5的第1光固化性樹脂組成物含有單體與光引發劑，具有通過活性能量射線的照射而固化的性質。
作為單體，可以列舉用於形成(甲基)丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂、矽酮樹脂等的光聚合性單體，優選光聚合性(甲基)丙烯酸系單體。此外，在本說明書中，(甲基) 丙烯酸是指甲基丙烯酸以及/或者丙烯酸，(甲基)丙烯酸酯是指甲基丙烯酸酯以及/或者丙烯酸酯。
光引發劑是為了促進單體的聚合而添加的成分，優選相對於上述單體100質量部含有0.1質量部以上。光引發劑的含量的上限不作特別限定，例如相對於上述單體100質量部為20質量部。
本發明的第1光固化性樹脂組成物可以在不對第1光固化性樹脂組成物的性質造成影響的範圍內含有溶劑、聚合抑制劑、鏈轉移劑、抗氧化劑、光敏劑、填充劑、流平劑等成分。
第1光固化性樹脂組成物可以通過公知的方式混合上述成分來製造。第1光固化性樹脂組成物可以通過旋塗、噴塗、棒塗、浸塗、模塗以及狹縫塗布等方法塗敷在透明基材1上而形成第1被轉印樹脂層5。
第1被轉印樹脂層5通常為透明樹脂層，其厚度通常為50nm~1mm，優選為500nm~500μm。若為這種厚度，則易於進行壓印加工。
(1-2)轉印以及固化程序
接下來，如圖2(a)~(c)所示，在將第1模具7的第1圖案9按壓於第1被轉印樹脂層5的狀態下通過第1模具7向第1被轉印樹脂層5照射活性能量射線，由此形成轉印有第1圖案9的第1固化樹脂層15。
第1模具7具有第1圖案9。在本實施方式中，第1圖案9是以恒定的週期反復的凹凸狀的微細形狀圖案，優選週期為10nm~2mm、深度為10nm~500μm、轉印面為1.0~1.0×106mm2的圖案，更優選週期為20nm~20μm、深度為50nm~1μm、轉印面為1.0~0.25×106mm2的圖案。若這樣設定，則可以將充足的微細形狀轉印到第1被轉印樹脂層5。作為凹凸的具體形狀，可以列舉蛾眼、線、圓柱、單塊、圓錐、棱錐、顯微透鏡。另外，第1圖案9的週期優選小於遮光圖案3的週期，進一步優選為遮光圖案3的週期的0.01~0.5倍，更優選為0.01~0.3倍。另外，第1圖案9可以為隨機地凹凸的微細形狀圖案，也可以為具有多個凹凸的微細形狀圖案。
第1模具7由樹脂基材、石英基材、矽酮基材等透明材料形成，可以由與透明基材1相同的材質形成。
將第1模具7按壓於第1被轉印樹脂層5的壓力只要為可以將第1圖案9的形狀轉印於第1被轉印樹脂層5的壓力即可。
向第1被轉印樹脂層5照射的活性能量射線11只有以第1被轉印樹脂層5充分固化的程度的積算光量照射即可，積算光量例如為100~10000mJ/cm2。通過活性能量射線11的照射，第1被轉印樹脂層5被固化，而如圖2(c)所示那樣形成第1固化樹脂層15，該第1固化樹脂層15形成有反轉了第1圖案9的第1反轉圖案9r。
(2)第2固化樹脂層形成程序
(2-1)第2被轉印樹脂層形成程序
接下來，如圖3(a)所示，在第1固化樹脂層15上塗敷第2光固化性樹脂組成物而形成第2被轉印樹脂層25。
上述的第1光固化性樹脂組成物的說明只要不違背其主旨，就適用於第2光固化性樹脂組成物。第2光固化性樹脂組成物的種類可以與第1光固化性樹脂組成物相同，也可以與第1光固化性樹脂組成物不同。優選的情況是，第2光固化性樹脂組成物填埋第1反轉圖案9r的間隙，並具有適當的粘性，該適當的粘性的程度為可以形成在第1反轉圖案9r上具有某一程度之厚度的第2被轉印樹脂層25的程度。塗敷第2光固化性樹脂組成物而獲得的第2被轉印樹脂層25通常為透明樹脂層，其在第1反轉圖案9r上的厚度通常為50nm~1mm，優選為500nm~500μm。若為這種厚度，則易於進行壓印加工。
(2-2)轉印以及固化程序
接下來，如圖3(a)~(d)所示，在將第2模具21的第2圖案23按壓於第2被轉印樹脂層25的狀態下，使用遮光圖案3作為掩膜向第2被轉印樹脂層25照射活性能量射線而使第2被轉印樹脂層25的一部分的區域固化，由此形成具有包含低臺階部31l與高臺階部31u在內的臺階形狀31的第2固化樹脂層29。
上述的第1模具7的說明只要不違背其主旨，就適用於第2模具21。第1模具7以及第2模具21可以為相同的模具，也可以為材質或圖案互不相同的模具。
第2模具21無需使活性能量射線27穿透，所以第2模具21也可以由金屬材料形成。
將第2模具21按壓於第2被轉印樹脂層25的壓力只要為可以將第2圖案23的形狀轉印於第2被轉印樹脂層25的壓力即可。
向第2被轉印樹脂層25照射的活性能量射線27只要以第2被轉印樹脂層25充分固化的程度的積算光量照射即可，積算光量例如為100~10000mJ/cm2。通過活性能量射線27的照射，在未被遮光圖案3遮擋的區域，填埋於第1反轉圖案9r的間隙的第2光固化性樹脂組成物被固化，並且轉印了第2圖案23的第2被轉印樹脂層25被固化而形成第2固化樹脂層29。在該程序中第2光固化性樹脂組成物被固化的區域，形成圖3(d)所示的臺階形狀31的高臺階部31u。在高臺階部31u形成反轉了第2圖案23的第2反轉圖案23r。另一方面，在利用遮光圖案3遮擋活性能量射線27而未使第2光固化性樹脂組成物固化的區域，形成低臺階部31l。第1反轉圖案9r保持原樣殘留在低臺階部31l。
接下來，如圖3(c)~(d)所示，將第2模具21取下，利用溶劑除去殘留於低臺階部31l的未固化的第2光固化性樹脂組成物31，獲得圖3(d)所示的構造，微細構造體的製造結束。
所製成的微細構造體可以用於壓印用模具、微接觸印刷用壓模、光學片(防反射片、全息片、透鏡片、偏振光分離片)、憎水片、親水片、細胞培養片、注塑用模具、微晶片、全息片等。
本實施方式能夠用以下的方式實施。
‧在上述實施方式中，在第1模具7未設置遮光圖案，但可以將圖案與遮光圖案3不同的遮光圖案設置於第1模具7，通過該第1模具7向第1被轉印樹脂層5照射活性能量射線11。在這種情況下，可以製作形狀更多種多樣的微細構造體。
‧可以在第2固化樹脂層29上塗敷光固化性樹脂組成物而形成被轉印樹脂層，並使其它圖案轉印於該被轉印樹脂層，使該被轉印樹脂層的一部分的區域固化，從而形成第3層的固化樹脂層。通過這種方法，可以製作形狀進一步多種多樣的微細構造體。
2.第2實施方式
使用圖4~圖5，對本發明的第2實施方式進行說明。本實施方式與第1實施方式類似，第1模具7的第1圖案9並非微細形狀圖案而是平面圖案(即平坦面)這點是主要的不同點。以下，以不同點為中心進行說明。
首先，如圖4(a)~(c)所示，向第1被轉印樹脂層5按壓第1模具7的第1圖案9，並且通過第1模具7向第1被轉印樹脂層5照射活性能量射線11，由此可以如圖4(c)所示那樣形成具有反轉了第1圖案9的第1反轉圖案9r的第1固化樹脂層15。第1圖案9為平面圖案，所以第1反轉圖案9r也為平面圖案，第1固化樹脂層15表面為平坦面。
接下來，如圖5(a)~(d)所示，在將第2模具21的第2圖案23按壓於第1固化樹脂層15上的第2被轉印樹脂層25的狀態下，將遮光圖案3作為掩膜向第2被轉印樹脂層25照射活性能量射線27，在非遮光區域使第2被轉印樹脂層25固化，由此形成具有臺階形狀31的第2固化樹脂層29。第2圖案23為微細形狀圖案，所以在高臺階部31u形成反轉了第2圖案23的微細形狀圖案。另一方面，低臺階部31l保持平面圖案的狀態。
如上所述，根據本實施方式，可以製作僅在高臺階部31u形成微細形狀圖案的微細構造體。
3.第3實施方式
使用圖6，對本發明的第3實施方式進行說明。本實施方式與第1實施方式類似，第2模具21的第2圖案23並非微細形狀圖案而是平面圖案(即平坦面)這點是主要的不同點。以下，以不同點為中心進行說明。
首先，如圖2(a)~(c)所示，通過與第1實施方式相同的方法來形成具有微細形狀的第1反轉圖案9r的第1固化樹脂層15。
接下來，如圖6(a)~(d)所示，在將第2模具21的第2圖案23按壓於第1固化樹脂層15上的第2被轉印樹脂層25的狀態下，將遮光圖案3作為掩膜向第2被轉印樹脂層25照射活性能量射線27，在非遮光區域使第2被轉印樹脂層25固化，由此形成具有臺階形狀31的第2固化樹脂層29。第2圖案23為平面圖案，所以在高臺階部31u形成平面圖案。另一方面，低臺階部31l保持形成微細形狀圖案的狀態。
如上所述，根據本實施方式，可以製作僅在低臺階部31l形成微細形狀圖案的微細構造體。
4.第4實施方式
使用圖7，對本發明的第4實施方式進行說明。本實施方式與第1實施方式類似，第2模具21的第2圖案23為與第1模具7的第1圖案9不同的微細形狀圖案這點是主要的不同點。以下，以不同點為中心進行說明。
首先，如圖2(a)~(c)所示，通過與第1實施方式相同的方法來形成具有微細形狀的第1反轉圖案9r的第1固化樹脂層15。第1反轉圖案9r為線狀圖案。
接下來，如圖7(a)~(d)所示，在將第2模具21的第2圖案23按壓於第1固化樹脂層15上的第2被轉印樹脂層25的狀態下，將遮光圖案3作為掩膜向第2被轉印樹脂層25照射活性能量射線27，在非遮光區域使第2被轉印樹脂層25固化，由此形成具有臺階形狀31的第2固化樹脂層29。第1圖案9以及第2圖案23分別為線狀圖案以及蛾眼圖案的反轉圖案，所以在高臺階部31u形成蛾眼圖案，低臺階部31l保持形成線狀圖案的狀態。
如上所述，根據本實施方式，可以製作在低臺階部31l與高臺階部31u形成週期、形狀不同的圖案的微細構造體。
另外，可以將在上述的第1~第4實施方式中獲得的微細構造體用作第1模具7、第2模具21，尤其是若使用在第2、第4實施方式中獲得的微細構造體，則可以獲得形成有3種圖案的微細構造體。

Claims (8)

  1. 一種微細構造體的製造方法，包含：在將第1模具的第1圖案按壓於在具有遮光圖案的透明基材上塗敷第1光固化性樹脂組成物而獲得的第1被轉印樹脂層的狀態下，通過第1模具向第1被轉印樹脂層照射活性能量射線，由此形成轉印了第1圖案的第1固化樹脂層，在將第2模具的第2圖案按壓於在第1固化樹脂層上塗敷第2光固化性樹脂組成物而獲得的第2被轉印樹脂層的狀態下，使用該遮光圖案作為掩膜向第2被轉印樹脂層照射活性能量射線而使第2被轉印樹脂層的一部分的區域固化，由此形成具有包含低臺階部與高臺階部在內的臺階形狀的第2固化樹脂層，其中第1圖案以及第2圖案中的至少一方具有微細形狀。
  2. 根據請求項1所述的微細構造體的製造方法，其中，第1圖案以及第2圖案雙方具有微細形狀，該低臺階部包含轉印了第1圖案的微細形狀，該高臺階部包含轉印了第2圖案的微細形狀。
  3. 根據請求項1或2所述的微細構造體的製造方法，其中，該透明基材具有撓性。
  4. 根據請求項1或2所述的微細構造體的製造方法，其中，該遮光圖案與該低臺階部的區域實質上相同。
  5. 根據請求項1或2所述的微細構造體的製造方法，其中，第1固化樹脂層以及第2固化樹脂層不使用蝕刻而形成。
  6. 根據請求項1或2所述的微細構造體的製造方法，其中，該遮光圖案形成於該透明基材的塗敷第1光固化性樹脂組成物的面。
  7. 根據請求項6所述的微細構造體的製造方法，其中，該遮光圖案以與該透明基材共面的方式形成。
  8. 根據請求項1或2所述的微細構造體的製造方法，其中，該微細構造體為壓印用模具、微接觸印刷用壓模、光學片、憎水片、親水片或細胞培養片。
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