JP7094441B2 - 凹凸構造体の製造方法及び凹凸構造体 - Google Patents
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Description
<1> 凹凸パターンを有するパターン原盤の凹部に硬化性樹脂が充填され、上記凹部に充填された上記硬化性樹脂のメニスカスが上記パターン原盤の表面から突出している樹脂充填パターン原盤、及び、基材上に硬化樹脂が形成されてなる凹凸形状を有する基材を準備し、上記樹脂充填パターン原盤と上記凹凸形状を有する基材とを位置あわせした後、上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂と、上記メニスカスとを接触させた状態で上記硬化性樹脂を硬化させ、上記硬化性樹脂の硬化後に上記パターン原盤を離型することにより、上記パターン原盤の上記凹凸パターンに対応する形状を有する硬化樹脂が上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂に積層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> 上記樹脂充填パターン原盤と上記凹凸形状を有する基材との位置あわせは、上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂と上記メニスカスとを接触させ、上記硬化樹脂と接触している部分の上記メニスカスの形状を調節して行うことを含む上記<1>又は<2>に記載の凹凸構造体の製造方法。
<4> 上記パターン原盤の表面における上記凹部の幅Lに対し、凹部の深さDが、D>L/2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> 上記パターン原盤の表面における上記凹部の幅Lに対し、上記メニスカスの高さHが、L/100≦H≦L/10を満たす上記<1>~<4>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<6> 上記樹脂充填パターン原盤における上記パターン原盤と上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂とを接触させずに、上記メニスカスと上記硬化樹脂とを接触させる上記<1>~<5>のいずれか1つに記載の凹凸構造体の製造方法。
<7> 上記硬化性樹脂の20℃における表面張力は、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> 上記硬化性樹脂の20℃における粘度は、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。
本発明の一実施形態の凹凸構造体の製造方法は、凹凸パターンを有するパターン原盤の凹部に硬化性樹脂が充填され、上記凹部に充填された上記硬化性樹脂のメニスカスが上記パターン原盤の表面から突出している樹脂充填パターン原盤、及び、基材上に硬化樹脂が形成されてなる凹凸形状を有する基材を準備し、上記樹脂充填パターン原盤と上記凹凸形状を有する基材とを位置あわせした後、上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂と、上記メニスカスとを接触させた状態で上記硬化性樹脂を硬化させ、上記硬化性樹脂の硬化後に上記パターン原盤を離型することにより、上記パターン原盤の上記凹凸パターンに対応する形状を有する硬化樹脂が上記凹凸形状を有する基材における上記硬化樹脂に積層された凹凸構造体を製造する方法である。
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パターン原盤を用い、パターン原盤の凹凸パターンに対応する形状を有する硬化樹脂が、凹凸形状を有する基材における硬化樹脂上に積層された凹凸構造体を製造する。以下、図1を用いて凹凸パターンを有するパターン原盤の好ましい形態について説明する。
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硬化性樹脂5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。硬化性樹脂5としては、例えば、活性エネルギー線で硬化する活性エネルギー線硬化性樹脂、熱で硬化する熱硬化性樹脂等が挙げられる。
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。
また、基材10上に硬化樹脂8が形成されてなる凹凸形状を有する基材20を準備する。
光透過性を有するとは、硬化性樹脂5が吸収する波長域の光を凹凸形状を有する基材20及びパターン原盤1の少なくとも一方が透過することを意味する。
図2に示す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、パターン原盤1の表面に硬化性樹脂5を付与し、付与した硬化性樹脂5を凹部2に充填させ、凹部2に充填されずにパターン原盤1の凹凸パターンを有する面に残存する硬化性樹脂5を除去することにより、樹脂充填パターン原盤1Aを得ることができる。さらに、方法1では、メニスカスが互いに孤立した状態で存在している樹脂充填パターン原盤も得ることができる。以下、図7を用いて説明する。
図2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、パターン原盤1を硬化性樹脂5に浸漬させて硬化性樹脂5を凹部2に充填させ、水平方向と交差する方向にパターン原盤1を硬化性樹脂5から引き上げることにより、樹脂充填パターン原盤1Aを得る。さらに、方法2では、メニスカスが互いに孤立した状態で存在している樹脂充填パターン原盤も得ることができる。以下、図8を用いて説明する。
本開示の凹凸構造体は、基材と、基材上に成形された複数層の硬化樹脂からなる凹凸形状の硬化樹脂部と、を備え、上記硬化樹脂部の高さに対する一つの上記硬化樹脂の高さの比率は、それぞれ独立に0.1~0.5である。本開示の凹凸構造体は、例えば、前述の本開示の凹凸構造体の製造方法により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 10μm、凹部の深さD 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。参考例1~4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。
参考例1~4では、図7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、各参考例において、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
結果を表1に示す。なお、メニスカスの有無については、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、プラスのメニスカスができなかった場合を「無し」とした。
参考例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。
参考例2及び3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、プラスのメニスカスができていなかった。
参考例4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なかった。参考例4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おり、プラスのメニスカスを形成することができなかった。
参考例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、及び縦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、凹凸形状を有する基材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主面とを対面させた状態で位置あわせをした。参考例1では、基材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主面とを対面させた状態で位置あわせをした。参考例2及び3では、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、参考例2及び3では、パターン原盤と基材とを接触させた状態で参考例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。
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主面とを対面させた状態で位置あわせをした。参考例4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とを接触させた状態で参考例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上に形成された凹凸形状を有する基材を得た。
凹凸形状を有する基材が得られた参考例1及び参考例4について、凹凸形状を有する基材での残膜の有無を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。参考例5~11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。
参考例5~11では、図8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、メニスカスの有無については、前述の参考例1~4と同様である。
参考例5~8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。
参考例9及び10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、プラスのメニスカスができていなかった。
参考例11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おり、プラスのメニスカスを形成することができなかった。
参考例5~8では、参考例1と同様の方法により凹凸形状を有する基材を得た。
参考例9及び10では、参考例1と同様の方法により凹凸形状を有する基材を製造しようと試みたが、参考例2及び3と同様に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。
参考例11では、参考例4と同様の方法により凹凸形状を有する基材を得た。
凹凸形状を有する基材が得られた参考例5~8及び参考例11について、参考例1及び参考例4と同様、凹凸形状を有する基材での残膜の有無を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、参考例2、3、9及び10では、凹凸形状を有する基材を製造することができなかった。
参考例4及び11では、凹凸形状を有する基材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。
(凹凸形状を有する基材の製造)
以下に示すパターン原盤に参考例8と同様の方法により、参考例8で用いた硬化性樹脂塗布液を充填させてプラスのメニスカスを形成したパターン原盤を準備した。このパターン原盤、及び、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、凹凸形状を有する基材を以下のようにして製造した。
<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(大部分):ピッチ 40μm、凹部の幅L 20μm、凹部の深さD 16μm
凹凸パターン(一部):ピッチ 20μm、凹部の幅L 10μm、凹部の深さD 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
前述の「凹凸形状を有する基材の製造」にて準備したプラスのメニスカスを形成したパターン原盤、及び前述のようにして得た凹凸形状を有する基材を用い、凹凸構造体を以下のようにして製造した。
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 樹脂充填パターン原盤
2 凹部
3 滴下手段
4 ブレード
5 硬化性樹脂
6 メニスカス
7 吸着手段
8、9 硬化樹脂
10 基材
11 治具
12 硬化樹脂部
20 凹凸形状を有する基材
30 凹凸構造体
L 凹部の幅
D 凹部の深さ
H メニスカスの高さ
Claims (9)
- 凹凸パターンを有するパターン原盤の凹部に硬化性樹脂が充填され、前記凹部に充填された前記硬化性樹脂のメニスカスが前記パターン原盤の表面から突出している樹脂充填パターン原盤、及び、基材上に硬化樹脂が形成されてなる凹凸形状を有する基材を準備し、
前記樹脂充填パターン原盤と前記凹凸形状を有する基材とを位置あわせした後、前記凹凸形状を有する基材における前記硬化樹脂と、前記メニスカスとを接触させた状態で前記硬化性樹脂を硬化させ、前記硬化性樹脂の硬化後に前記パターン原盤を離型することにより、前記パターン原盤の前記凹凸パターンに対応する形状を有する硬化樹脂が前記凹凸形状を有する基材における前記硬化樹脂に積層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。
- 前記樹脂充填パターン原盤と前記凹凸形状を有する基材との位置あわせは、前記凹凸形状を有する基材における前記硬化樹脂と前記メニスカスとを接触させ、前記硬化樹脂と接触している部分の前記メニスカスの形状を調節して行うことを含む請求項1又は請求項2に記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記パターン原盤の表面における前記凹部の幅Lに対し、凹部の深さDが、D>L/2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。
- 前記パターン原盤の表面における前記凹部の幅Lに対し、前記メニスカスの高さHが、L/100≦H≦L/10を満たす請求項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。
- 前記樹脂充填パターン原盤における前記パターン原盤と前記凹凸形状を有する基材における前記硬化樹脂とを接触させずに、前記メニスカスと前記硬化樹脂とを接触させる請求項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。
- 前記硬化性樹脂の20℃における表面張力は、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。
- 前記硬化性樹脂の20℃における粘度は、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。
- 基材と、
基材上に成形された複数層の前記硬化樹脂からなる凹凸形状の硬化樹脂部と、を備え、
前記硬化樹脂部の高さに対する一つの前記硬化樹脂の高さの比率は、それぞれ独立に0.1~0.5である凹凸構造体を製造する請求項1~請求項8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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