CN104903073B

CN104903073B - 纳米结构体及其制作方法

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Publication number: CN104903073B
Application number: CN201380068572.7A
Authority: CN
Inventors: 远藤惣铭
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2018-05-01
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: US20150306811A1; JP2014124939A; JP6107131B2; CN104903073A; US9975291B2; WO2014103868A1

Abstract

提供一种纳米结构体，以更加有规律且均匀地形成微细凹凸结构而被视觉辨认为无缝状态，对可见光波长区的光发挥优异的防反射效果。该纳米结构体（1）以多列配置通过基体（2）的表面的凸部或凹部形成的结构体（3）以微细的既定间距（P1）排列的轨道（T1、T2、T3、T4）而成。纳米结构体（1）以无法视觉辨认在既定间距不存在结构体（3）的部分沿轨道的排列方向连续形成的带状部分（接缝）的方式，调整接缝中的、相邻的结构体（3）的中心间距离。

Description

纳米结构体及其制作方法

技术领域

本发明涉及纳米结构体及其制作方法。

背景技术

已知通过可见光波长以下的微细间距的表面凹凸，对可见光波长区的光发挥优异的防反射效果的蛾眼结构，并且期待在各种防反射膜等中使用。

作为蛾眼结构的制作方法，期望无缝地得到大面积的蛾眼结构的方法。关于这一点，已知接合多块形成有微细凹凸图案的压印片，将它粘贴在筒的内周表面，通过在该压印片上形成镀敷层将压印筒制作为无缝的筒，将压印筒的表面凹凸转印到被转印基体材料上的抗蚀剂层，将抗蚀剂层作为掩模加工被转印基体材料的方法（专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许4469385号说明书。

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1记载的方法中，由于在接合压印片的镀敷用遮蔽带的部分不会形成镀敷层，所以不能以完全的无缝状态制造压印筒。

对于这样的现有技术，本发明以提供这样的纳米结构体为课题，即，该纳米结构体通过更加有规则并均匀地形成微细凹凸结构，被视觉辨认为无缝状态。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明提供一种纳米结构体，是将包含通过基体表面的凸部或凹部形成的结构体的既定间距的排列的轨道（track）多列配置而成的纳米结构体，以不能视觉辨认在既定间距不存在结构体的部分沿轨道的排列方向连续形成的带状部分（以下，称为接缝）的方式，设定接缝中的相邻的结构体的中心间距离或接缝的长度。

另外，本发明提供一种在纳米结构体的制作中使用的纳米结构体原盘，具有表面凹凸，通过对树脂材料转印该纳米结构体原盘的表面凹凸，形成上述纳米结构体的表面凹凸。

进而，本发明提供一种上述纳米结构体的制作方法，包括：

在原盘的表面形成抗蚀剂层的工序；

通过对原盘上的抗蚀剂层脉冲照射激光并且使照射位置移动，从而形成将包含由曝光部构成的斑点状潜影的曝光方向的既定间距的排列的潜影的轨道多列配置而成的潜影图案的工序；

使潜影显影而形成抗蚀剂图案的工序；

以抗蚀剂图案为掩模，通过对原盘进行蚀刻处理而在原盘的表面形成凹凸图案的工序；以及

向树脂材料转印原盘的表面凹凸的工序，

在形成所述潜影图案的工序中，以在制作后的纳米结构体中无法视觉辨认接缝的方式设定对潜影的轨道作为缓冲区域设置的激光非照射部分的宽度、或作为缓冲区域设置的激光非照射部分沿潜影的多个轨道的排列方向排列的长度。

发明效果

依据本发明的纳米结构体，形成基体表面的微细凹凸结构的各个结构体，构成以微细的既定间距排列的轨道。在该轨道以多列配置之际，以无法视觉辨认接缝的方式设定接缝中的结构体的中心间距离。因此本发明成为微细结构的均匀性优异的无缝的纳米结构体。

另外，依据本发明的纳米结构体的制作方法，在纳米结构体的制作中使用的、具有表面凹凸的原盘的制作工序中，通过对原盘上的抗蚀剂层脉冲照射激光，从而形成使斑点状潜影以微细的既定间距排列、进而将该斑点状潜影的排列多列配置的潜影图案。在此，作为潜影的轨道的缓冲区域设定激光非照射部分，且以使在制作后的纳米结构体中无法视觉辨认接缝的方式确定激光非照射部分的宽度。或者将激光非照射部分连续排列的长度确定为无法视觉辨认接缝的长度。因此，能够制作微细结构的均匀性优异的纳米结构体。

附图说明

图1的A是本发明的一实施例的纳米结构体的概略平面图，B是在A所示的纳米结构体的部分放大平面图，C是B的轨道T1、T3上的截面图，D是B的轨道T2、T4上的截面图，E是示出纳米结构体的原盘的制作中形成与B的轨道T1、T3对应的潜影的激光的调制波形的概略线圈，F是示出纳米结构体的原盘的制作中形成与B的轨道T2、T4对应的潜影的激光的调制波形的概略线圈；

图2是滚筒原盘曝光装置的概略说明图；

图3是形成在滚筒原盘的图案的说明图；

图4是曝光滚筒原盘上的抗蚀剂层的激光的脉冲的说明图；

图5A是潜影图案的示意图；

图5B是潜影图案的示意图；

图5C是潜影图案的示意图；

图5D是潜影图案的示意图。

具体实施方式

参照附图，对以下的本发明进行详细说明。

在本发明的纳米结构体中，例如，如图1所示的一实施例的纳米结构体1那样，以微细的既定间距P1配置多个由基体2的表面的凸部形成的结构体3。更详细而言，成为结构体3的包含微细的既定间距P1的排列的轨道T1、T2、T3、…以既定轨道间距Tp排列多个。

在此，结构体3的微细间距P1的大小，能够为例如可见光波长以下，更具体而言约300nm以下。根据用途也可为1000nm以下。

另外，基体2由聚碳酸酯（PC）。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等的透明性合成树脂或者玻璃等形成。

基体2的形状能够为例如膜状、片状、板状、块状等。

在图1所示的纳米结构体1中，相邻的轨道T1、T2、T3、T4彼此中，结构体3的排列的间距错开半周期，由此，在各轨道T1、T2、T3、T4中，相邻的轨道彼此的结构体3成为彼此不同的配置，结构体3的配置图案，如图1的B所示成为准六方格子的图案。此外，本发明中，结构体的配置图案不限于准六方格子。既可为正六方格子，也可为正四方格子，准四方格子也可。在此，准六方格子是指将正六方格子沿轨道T1、T2、T3、T4的延伸方向（图1的x方向）拉伸而使之应变的图案，准四方格子是指将正四方格子沿轨道T1、T2、T3、T4的延伸方向（图1的x方向）拉伸而使之应变的图案。

在各轨道T1、T2、T3、T4中，结构体3如上所述以可见光波长以下的既定间距P1排列，但是如在后述的本发明的制作方法中说明的那样，在各轨道T1、T2、T3、T4，通过激光的脉冲照射的缓冲区域（Buffer Area：以下称这BA）的调整，还形成结构体3的中心间距离与既定间距P1不同的部分、即在既定间距P1不存在结构体3的部分（以下，也称为结构体的欠缺部）。而且，结构体的欠缺部遍及多个轨道而排列，以带状相连的接缝按照其欠缺部的大小而被以线状视觉辨认。

相对于此，本发明的纳米结构体1中，容许结构体的欠缺部中的相邻的结构体3的中心间距离相对于该轨道的既定间距P1更大，但是为了不让接缝视觉辨认，以不会过大的方式设定。或者以使遍及多个轨道而相连的长度不会过长的方式进行设定，以不能视觉辨认接缝。例如，在结构体的欠缺部中，使相邻的结构体3的中心间距离为该轨道的既定间距P1的1.52倍以下，或者，在结构体的欠缺部中使相邻的结构体3的中心间距离大于该轨道之间距P1的1.52倍，使在轨道的排列方向相连的长度为50μm以下。再者，在此结构体的欠缺部相连的轨道的排列方向，不限于对于轨道的延伸方向垂直，也可为倾斜方向。

这样依据本发明的纳米结构体1，通过规定带来接缝的结构体的中心间距离或结构体的欠缺部的相连的长度，使接缝不会以线状视觉辨认，而本发明的纳米结构体1实际上成为无缝的纳米结构体。

此外，本发明中，各个结构体3的形状自身无特别限制，既可为底面成为圆形、椭圆形、长圆形、卵形等形状的锥体结构，也可以使底面为圆形、椭圆形、长圆形、卵形等且顶部形成为曲面，使顶部形成为平坦也可。另外，在各结构体3之间设置微小的凸部也可。

关于各结构体3的高度也无特别限制，例如，可为180nm～420nm左右。

结构体3能够通过在基体2的表面形成凸部、或者形成凹部而设置。

上述纳米结构体1按照本发明的方法，能够通过执行以下工序来制作：在原盘的表面形成抗蚀剂层的工序；通过对原盘上的抗蚀剂层脉冲照射激光并且使照射位置移动，从而形成将包含由曝光部构成的斑点状潜影的曝光方向的既定微细间距的排列的潜影的轨道多列配置而成的潜影图案的工序；使潜影显影而形成抗蚀剂图案的工序；以抗蚀剂图案为掩模，通过对原盘进行蚀刻处理而在原盘的表面形成凹凸图案的工序；以及向树脂材料转印原盘的表面凹凸的工序。

该制作方法特征在于形成潜影图案的工序，除了形成潜影图案的工序以外，能够用常用方法来进行。即，本发明的纳米结构体的制作方法，在形成潜影图案的工序中，作为潜影的轨道的BA设定激光非照射部分，以在制作后的纳米结构体中不能视觉辨认接缝的方式确定该激光非照射部分的宽度、或者激光非照射部分沿潜影的多个轨道的排列方向排列的长度。

图2是适合形成这样的潜影图案的滚筒原盘曝光装置10的概略说明图。该滚筒原盘曝光装置10具有：发射用于对滚筒原盘11的表面贴膜的抗蚀剂层12进行曝光的激光（波长266nm）的激光光源13；从激光光源13出射的激光L入射的电光学元件（EOM：ElectroOptical Modulator）14；由偏振分束器构成的反射镜15；以及光电二极管16，由光电二极管16接受透射反射镜15的偏振分量，光电二极管16控制电光学元件14而进行激光L的相位调制，从而减轻激光噪声。

另外，该滚筒原盘曝光装置10具有对于相位调制的激光L进行强度调制的调制光学***（OM）17。调制光学***（OM）17具备聚光透镜18、声光学元件（AOM：Acoustic－Optical Modulator）19、制造平行光的透镜20。另外，具有形成潜影的二维图案的成型机21和驱动器22，成型机21控制对抗蚀剂层12照射激光的定时，驱动器22控制声光学元件（AOM）19。

该潜影的二维图案的形成中，更具体而言，成型机21按每一个轨道产生极性反转成型机信号和使滚筒原盘11的旋转控制器同步的信号，利用声光学元件（AOM）19强度调制。通过以恒定角速度（CAV：Constant Angular Velocity）且适当的转速和适当的调制频率和适当的脉冲占空比和适当的输送间距进行曝光，从而如图3所示能够形成六方格子的图案的潜影。同图的六方格子的图案，例如，使滚筒原盘11的圆周方向的周期（即，曝光方向的间距P1）为315nm、对于圆周方向约60度方向（约－60度方向）的倾斜间距P2为300nm、输送间距Tp为251nm即可（勾股定理）。在该情况下，使滚筒原盘11的转速恒定为例如450rpm、900rpm或1800rpm，对应于该转速而确定成型机21的极性反转成型机信号的频率。也能同样地形成准六方格子、四方格子、准四方格子的图案的潜影。

在使脉冲占空比小于50％的情况下，将设置为BA的激光非照射部分设定为零。由此，如图4所示能够使之极性反转发光，并且能够使斑点状潜影沿曝光方向（圆周方向）以既定间距P1排列，且在相邻的轨道彼此间能够形成斑点状潜影的位置错开半间距的潜影图案。

在此，脉冲占空比是照射时间相对于脉冲周期的比率（％），若脉冲占空比小于50％，则如上所述，能够将作为BA设置的激光非照射部分设定为零。相对于此，在使脉冲占空比为50％以上的情况下，作为BA设置的激光非照射部分中，优选使夹着该激光非照射部分的一对斑点状潜影的中心间距离为斑点状潜影的既定间距P1的1.52倍以下。此外，该数值是本发明人研究结构体的配置图案、结构体的间距不同的各种纳米结构体后发现的。

另外，BA是为调整相邻的潜影的轨道彼此的斑点状潜影的位置而设于潜影的轨道的激光非照射部分的长度，根据1个轨道的长度（滚筒原盘11的周长）、脉冲的频率、脉冲占空比等以调制光学***（OM）17进行控制。设定于各轨道的BA可以沿滚筒原盘11的旋转轴方向连成一排，也可以沿与滚筒原盘11的旋转轴倾斜的方向连成一排。

强度如此被调制的激光，在反射镜23反射，通过移动台24上的光束扩展器（BEX）25成形为期望的光束形状，经由物镜26照射滚筒原盘11上的抗蚀剂层12。更具体而言，例如，用光束扩展器（BEX）25放大到5倍的光束直径，经由数值孔径（NA）0.9的物镜26照射滚筒原盘11上的抗蚀剂层12。

滚筒原盘11承载于连接到主轴电动机27的转台28。因此，使滚筒原盘11旋转的同时，一边使激光沿高度方向移动一边向抗蚀剂层12脉冲照射激光。通过这样照射而在抗蚀剂层12形成的潜影，成为在圆周方向具有长轴的大致椭圆形状。

以上，虽然说明了使用滚筒原盘曝光装置10在抗蚀剂层12形成潜影图案的方法，但是在本发明的纳米结构体的制作方法中，也可以通过曝光在盘型原盘形成潜影图案。

在形成潜影图案后，对抗蚀剂层12进行显影处理，进行使曝光的部分的抗蚀剂溶解的显影，从而形成抗蚀剂图案。

接着，以抗蚀剂图案为掩模，对原盘进行蚀刻处理，从而在原盘的表面形成凹凸图案。该构图通过例如在CHF₃气体气氛中对玻璃原盘进行等离子体蚀刻而进行。

该蚀刻中，蚀刻仅对露出原盘的表面的区域进行，存在抗蚀剂的区域中，抗蚀剂成为掩模而不会进行蚀刻。这样，能够得到在表面形成微细的凹凸图案的原盘。

使在表面形成微细的凹凸图案的原盘与丙烯片等的树脂材料密合，通过紫外线照射等来使树脂材料硬化，并通过剥离，能够得到被转印原盘表面的微细凹凸图案的纳米结构体。在此，作为原盘使用滚筒原盘时，通过滚筒到滚筒，能够得到大面积且无法视觉辨认接缝的蛾眼结构片。

本发明的纳米结构体，在显示器、光电子学、光通信（光纤）、太阳能电池、照明装置等各种光器件中，为了得到基于蛾眼结构的功能而能够优选使用，更具体而言，例如，能够通过防反射功能抑制外光的照入而得到鲜明的图像，或者提高照明等的室内用具的质感。另外，本发明的纳米结构体并不只是蛾眼结构，能够适用于纳米结构体具有周期性（间距）的结构。

[实施例]

以下，通过更具体的实施例来说明本发明。

实施例1～4、比较例1及2

图2所示的滚筒原盘曝光装置10，使用滚筒原盘11，并使用化学放大型抗蚀剂，通过如表1那样改变曝光条件，形成图5A～图5D所示的类型A、B、C、D的潜影图案。

此外，图中，T表示曝光方向。

在比较例1及2的潜影图案（图5C）中，BA的潜影的中心间距离，每隔1个轨道长于曝光方向间距P1，表1中，记载了比该P1长的潜影的中心间距离。

将形成潜影图案的抗蚀剂层显影并蚀刻，从而得到在表面形成微细凹凸的滚筒原盘。然后，将该表面的微细凹凸转印于丙烯片而得到纳米结构体。

按照以下基准评价所得的纳米结构体的表面的微细凹凸的均匀性。将结果示于表1。

判定基准为○：不能视觉辨认到接缝；△：能微弱地视觉辨认到接缝；×：视觉辨认到接缝。

[表1]

由表1可知，在脉冲占空比小于50％的情况下（实施例1、2、3）或者即便脉冲占空比为50％以上，若作为BA设定的激光非照射部分中相邻的潜影的中心间距离为潜影的曝光方向间距的1.52倍以下，则不能视觉辨认接缝，纳米结构体的微细凹凸的均匀性较高。

标号说明

1纳米结构体；2基体；3结构体；10滚筒原盘曝光装置；11滚筒原盘；12抗蚀剂层；13激光光源；14电光学元件（EOM）；15反射镜；16光电二极管；17调制光学***（OM）；18聚光透镜；19声光学元件（AOM）；20透镜；21成型机；22驱动器；23反射镜；24移动台；25光束扩展器（BEX）；26物镜；27主轴电动机；28转台；L激光；P1间距（曝光方向）；P2倾斜间距；T1、T2、T3、T4轨道；Tp轨道间距或输送间距。

Claims

1.一种纳米结构体，是将轨道多列配置而成的纳米结构体，该轨道以既定间距排列包含通过基体表面的凸部或凹部形成的结构体，与作为在纳米结构体的原盘形成的缓冲区域设置的激光非照射部分对应地具有在既定间距不存在结构体的部分沿轨道的排列方向连续形成的带状部分即接缝，以不能视觉辨认该接缝的方式，设定接缝中的相邻的结构体的中心间距离或接缝的长度。

2.如权利要求1所述的纳米结构体，接缝中结构体的中心间距离为所述既定间距的1.52倍以下。

3.如权利要求1所述的纳米结构体，接缝中，结构体的中心间距离大于所述既定间距的1.52倍，沿轨道排列方向相连的长度为50μm以下。

4.一种纳米结构体原盘，使用于纳米结构体的制作，通过向树脂材料转印该纳米结构体原盘的表面的凸部或凹部，从而形成权利要求1～3的任一项所述的纳米结构体的基体表面的凸部或凹部。

5.一种权利要求1所述的纳米结构体的制作方法，包括：

在原盘的表面形成抗蚀剂层的工序；

使潜影显影而形成抗蚀剂图案的工序；

向树脂材料转印原盘的表面凹凸的工序，

在形成所述潜影图案的工序中，以在制作后的纳米结构体中无法视觉辨认接缝的方式，设定对潜影的轨道作为缓冲区域设置的激光非照射部分的宽度、或作为缓冲区域设置的激光非照射部分沿潜影的多个轨道的排列方向排列的长度。

6.如权利要求5所述的纳米结构体的制作方法，在形成潜影图案的工序中，各潜影的轨道中，夹着激光非照射部分的一对斑点状潜影的中心间距离为斑点状潜影的既定间距的1.52倍以下。

7.如权利要求5所述的纳米结构体的制作方法，在形成潜影图案的工序中，各潜影的轨道中，夹着激光非照射部分的一对斑点状潜影的中心间距离大于斑点状潜影的所述既定间距。