JP2008015462A - モールドの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】表面エネルギーを容易に変更できることから、所望の表面特性を有するモールドの製造方法を提供する。
【解決手段】モールドの製造方法は、第１パターン２３が形成されたマスター基板２１と透明なモールド基板２７との間に光重合可能な樹脂層２５を形成するステップと、前記樹脂層２５を前記透明なモールド基板２７を介して紫外線光に露出させて硬化するステップと、前記マスター基板２１から前記硬化された樹脂層２５を前記モールド基板２７と結合された状態で分離することにより、前記第１パターン２３が転写された溝状の第２パターン３１を有するモールド２９を形成するステップとを含む。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、半導体集積回路チップ及び平板表示装置の製造に用いられるモールドを製造する方法に関する。

通常の集積回路チップ及び平板表示装置は、半導体物質、絶縁物質、導電物質及びフィルタ物質などからなる複数の薄膜により具現される複数の電気的回路を含む。複数の薄膜のうちの一部は、パターン化された状態で基板上に形成される。

パターン薄膜は、レジストパターンのようなエッチングマスクを利用したパターニング工程により製造することができる。レジストパターンは、通常、被エッチング薄膜へのレジストの塗布、露光及び現像の工程により形成される。露光工程は、レジスト薄膜を選択的に露光するために、露光マスク及び露光装置を必要とする。これらの露光マスク及び露光装置により、露光工程は、露光マスクのアライメントのような付随的な作業工程が追加される。

このように露光工程を含むレジストのパターニング方法は、作業手順が複雑であり、半導体集積回路チップ及び平板表示装置の歩留まりを落とす要因となる。また、露光マスク及び露光装置は、パターンの精密化及びパターン領域の大型化により、そのコストが高まるため、露光工程を含むパターニング方法は、半導体集積回路チップ及び平板表示装置の製造費用を上昇させる要因としても作用する。

このような露光工程を利用したパターニング方法の問題を解消するための方案として、露光工程のないＩＰＰ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法が提案された。ＩＰＰ方法は、任意のパターンが形成されたモールドを利用してパターン対象薄膜またはレジストに所望のパターンを転写することにより、パターン薄膜またはレジストパターンを形成する。モールドは、任意の微細パターンが陰刻または陽刻された弾性物質を含む。

このようなモールドは、図１Ａ及び図１Ｂに示すような従来の技術に係る製造方法により製造される。図１Ａに示すように、任意の第１パターン１３が形成されたマスター基板１１上にＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）などの熱硬化可能な樹脂層１５が形成される。マスター基板１１は、シリコンまたはガラスなどで形成され、第１パターン１３は、酸化シリコン、窒化シリコン及び金属などのような無機物質と、レジスト及びワックスなどのような有機物質のうちのいずれか１つで形成される。

次に、マスター基板１１上の樹脂層１５が熱により硬化される。このとき、樹脂層１５内に残留する硬化されていないＰＤＭＳのチェーン（ｃｈａｉｎ）がマスター基板１１と接触される表面から出て樹脂層１５の表面エネルギーが一定の値を有するようにする。すなわち、樹脂層１５は、一定の表面特性（例えば、親油性）のみを有するようになる。

このように熱硬化された樹脂層１５は、図１Ｂのように、マスター基板１１から分離される。分離された樹脂層１５は、マスター基板１１上の第１パターン１３の形状が陰刻された凹溝部を下面に有する。凹溝部を有する樹脂層１５は、半導体集積回路チップ及び平板表示装置用の基板上のパターン化対象薄膜またはレジストをパターニングするためのモールドとして用いられる。

しかしながら、ＩＰＰパターニング方法は、パターン対象薄膜の物質、工程条件及びパターン形状に応じて異なる値の表面エネルギーを有するモールドを要求する。このようなＩＰＰパターニング方法での要求を満足させるために、ＳＡＭＳ（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）を利用して、樹脂層（すなわち、モールド）の表面を改質する追加的な作業が行われることもある。このような表面の改質作業は、モールドの製造を複雑にする。

また、従来のモールド製造樹脂層を一度に熱硬化するため、内部の溶媒が外部に排出されて、形状が変形するという問題があった。

したがって、本発明の目的は、表面エネルギーを容易に変更でき、所望の表面特性を有するモールドの製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、変形を防止し得るモールドの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明のモールドの製造方法は、第１パターンが形成されたマスター基板と透明なモールド基板との間に光重合可能な樹脂層を形成するステップと、前記透明なモールド基板を介して紫外線光を第１照射して、前記樹脂層を硬化させる１次硬化ステップと、前記マスター基板から前記硬化された樹脂層を前記モールド基板と結合された状態で分離することにより、前記第１パターンが転写された溝状の第２パターンを有するモールドを形成するステップとを含む。

前記樹脂層は、光重合可能な液状高分子前駆体を含む。
前記１次硬化ステップは、前記紫外線光の強度及び照射期間のうちの少なくとも１つを調節することにより、前記樹脂層の表面エネルギーを変化させる。

前記１次硬化ステップにおいて、前記紫外線光は、略２〜２０ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略５〜１５秒程度の期間、前記樹脂層に照射される。詳細には、前記１次硬化ステップにおける前記紫外線光は、略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１０秒程度の期間、前記樹脂層に照射されることができる。これとは異なり、前記１次硬化ステップにおける前記紫外線光は、略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１０秒程度の期間、前記樹脂層に照射されることもできる。

前記樹脂層は、ポリウレタンアクリレート（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ａｃｒｙｌａｔｅ）、グリシジルアクリレート（ｇｌｙｃｉｄｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）及びブチルメタクリルレート（ｂｕｔｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のうちのいずれか１つを含むことができる。前記樹脂層は、光開始剤をさらに含むこともできる。

前記樹脂層を形成するステップは、前記マスター基板上に樹脂を塗布し、モールド基板を合着するステップを含むことができる。他の形態で、前記樹脂層を形成するステップは、前記モールド基板上に樹脂を塗布し、前記マスター基板を合着するステップを含むこともできる。

前記マスター基板は、シリコン及びガラスのうちのいずれか１つを含む。前記マスター基板上の前記第１パターンは、酸化シリコン、窒化シリコン及び金属の無機物質、及びレジスト及びワックスなどの有機物質のうちのいずれか１つを含む。

前記モールドの製造方法は、前記モールド基板と共に分離された前記樹脂層に紫外線光を照射して、前記樹脂層を硬化させる２次硬化ステップをさらに含むことができる。

前記１次硬化ステップ及び前記２次硬化ステップは、紫外線光の強度及び照射期間のうちの少なくとも１つを調節して、前記樹脂層の表面エネルギーを変化させる。前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を前記１次硬化ステップより長い期間、前記樹脂層に照射することが好ましい。前記２次硬化ステップでの前記紫外線光の照射は、前記１次硬化ステップより略６〜３０倍程度長い期間、前記樹脂層に照射される。

前記紫外線光は、前記１次硬化ステップ及び２次硬化ステップ全てに同じ強度で前記樹脂層に照射されることができる。この場合、前記紫外線光は、略３ｍＷ／ｃｍ^２程度及び略１１ｍＷ／ｃｍ^２のうちのいずれかの強度を有することが好ましい。

前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射し、前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射することができる。他の形態で、前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射し、前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射することもできる。

本発明によれば、光重合特性を有する樹脂を、紫外線光を第１照射した表面を硬化する工程とその後の追加的に第２照射 工程の選択進行的により、内部まで完全に硬化させるため、モールドの形態が変形されるのを防止することができ、また、第１照射だけによるとか又は、 追加的に第２照射までによりモールドの表面エネルギーを調節できるため、モールドの表面特性を容易に選択することができるという利点がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明に係るモールドの製造方法を示す工程図である。

図２Ａに示すように、任意の第１パターン２３が形成されたマスター基板２１と、モールド基板２７と面接触する光重合可能な樹脂層２５とが形成される。このために、任意の第１パターン２３が形成されたマスター基板２１上に光重合可能な液状樹脂を塗布して樹脂層２５を形成した後、この樹脂層２５上にモールド基板２７が合着される。他の方法としては、樹脂層２５をモールド基板２７上に形成した後、第１パターン２３を有するマスター基板２１を合着することもできる。

マスター基板２１は、シリコンまたはガラスなどで形成され、第１パターン２３は、酸化シリコン、窒化シリコン及び金属などの無機物質のうちのいずれか、又はフォトレジスト及びワックスなどの有機物質のうちのいずれかで形成される。モールド基板２７は、ガラスなどの透明な物質で形成されることができる。

光重合可能な樹脂層２５は、光重合可能な液状高分子前駆体の材料、すなわち、ポリウレタンアクリレート（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ａｃｒｙｌａｔｅ）、グリシジルアクリレート（ｇｌｙｃｉｄｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）及びブチルメタクリルレート（ｂｕｔｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のうちのいずれかを含む。

また、例に挙げた光重合可能な液状高分子前駆体の材料にＩｒｇａｃｕｒｅ ３６９またはＩｒｇａｃｕｒｅ ８１９などの光開始剤を含めることができる。他の形態として、光重合可能な樹脂層２５は、光重合可能な液状高分子前駆体の材料が希釈された有機溶媒を含むこともできる。

図２Ｂに示すように、樹脂層２５は、透明なモールド基板２７を介して照射される紫外線光に露出される。紫外線光は、３〜２０ｍＷ／ｃｍ^２程度の光の強度で５〜１５秒間、樹脂層２５に照射される。好ましくは、紫外線光は、略１０秒程度樹脂層２５に照射されることが良い。このとき、光重合可能な液状高分子前駆体の材料で形成された樹脂層２５において、紫外線光の照射は、光重合可能な高分子前駆体を架橋結合（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇ）させるか、又は高分子前駆体の配列構造または反応部位を変えることにより光重合可能な樹脂層２５を硬化させる。

紫外線光の強度と照射時間は、樹脂層２５の表面エネルギーの値を変更させるために調節され得る。また、光重合可能な樹脂層２５に含まれた光開始剤は、光重合可能な液状高分子前駆体の材料が紫外線光により円滑に反応するようにする。

紫外線光により硬化された樹脂層２５は、図２Ｃのように、モールド基板２７と結合された状態でマスター基板２１から分離される。分離された樹脂層２５の表面には、マスター基板２１上の第１パターン２３が転写された溝状の第２パターン３１が設けられる。

分離された樹脂層２５は、モールド基板２７を経由する紫外線光に再び露出されて、２次的に硬化され得る。２次硬化工程により、樹脂層２５は、表面層だけでなく内部にまで硬化が行われる。２次硬化での紫外線光は、３〜２０ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で２０秒〜３０分間、樹脂層２５に照射される。

好ましくは、紫外線光の照射は、略３または１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１分または略５分間行われることが良い。このような紫外線光の２次照射は、樹脂層２５の内部の架橋結合の程度、反応部位、または分子配列構造を変化させて、樹脂層２５の表面エネルギーが多様な値を有するようにする。樹脂層２５内に含まれた光開始剤は、光重合可能な液状高分子前駆体の材料が紫外線光により円滑に反応するようにする。

このように紫外線光により硬化された樹脂層２５は、モールド基板２７に結合された状態でＩＰＰパターニング方法においてモールド２９として用いられて、回路素子用の薄膜パターンまたはエッチングマスク用のレジストパターンが露光工程無しで形成されるようになる。分子の架橋結合、分子の結合構造及び／または反応部位の変化を起こす紫外線光により樹脂層２５が硬化されるため、樹脂層２５の表面に形成されるパターンが変形されない。

前記でモールド２９は、紫外線光の第１照射条件及び第２照射条件に応じて表面エネルギーが変わるため、親油性または親水性の表面特性を選択的に有することができる。実際に、前記モールド２９は、表面エネルギーが大きいと親水性の表面特性を有し、表面エネルギーが小さいと親油性の表面特性を有する。モールド２９を形成するとき、樹脂層２５に紫外線光の第２照射が行われないこともある。

図３は、紫外線光の第１照射条件及び第２照射条件に応じるモールド２９の表面エネルギーの変化を実験値として表している。

第１照射は、樹脂層２５に紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２または１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で１０秒間行い、第２照射は、樹脂層２５に紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２または１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１分または５分間行った。第１照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の光の強度で１０秒間行い、第２照射を行わない場合、モールド２９の表面エネルギーの分布（Ｄ）及び極性（Ｐ）は、４１．０及び９．３で、合計（Ｔ）は５０．３であり、分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は４．４であった。

第１照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の光の強度で１０秒間行い、第２照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の光の強度で６０秒間行う場合、モールド２９の表面エネルギーの分布（Ｄ）及び極性（Ｐ）は、３１．４及び６．９で、合計（Ｔ）は３８．３で、そして分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は４．５であった。第１照射を、前記と同じ条件にて行い、第２照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の強度の紫外線光で３００秒間行う場合、モールド２９の表面エネルギーの分布（Ｄ）及び極性（Ｐ）は、２６．４及び６．２であり、合計（Ｔ）は３２．６であり、そして分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は４．３であった。

第１照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の強度の紫外線光で１０秒間行い、第２照射を１１ｍＷ／ｃｍ^２の強度の紫外線光で６０秒間行う場合、モールド２９の表面エネルギーの分布（Ｄ）及び極性（Ｐ）は、２６．６及び６．１、合計（Ｔ）は３２．７、そして分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は４．３であった。最後に、第１照射を前記と同じ条件にて行い、第２照射を１１ｍＷ／ｃｍ^２の強度の紫外線光で３００秒間行う場合、モールド２９の表面エネルギーの分散（Ｄ）及び極性（Ｐ）は、２３．１及び５．０であり、合計（Ｔ）は２８．１で、そして分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は４．６であった。

図３から、モールド２９の表面エネルギーは、第１照射条件が同じであると、第２照射を行わない場合に最も大きく、第２照射を行う時に光の強度及び進行時間が増加するほど低くなる。また、モールド２９の表面エネルギーは、第２照射条件が同じであると、第１照射時の光の強度が高まるにつれて低くなる。実際に、第１照射を１１ｍＷ／ｃｍ^２の強度の光で１０秒間行った後に第２照射を行わない場合、モールド２９の表面エネルギーの分散（Ｄ）、極性（Ｐ）、合計（Ｔ）及び分布（Ｄ）／極性（Ｐ）は３９．４、８．２、４７．６及び４．８である。

この結果は、第１照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の強度の光で行い、第２照射を行わない場合の結果より表面エネルギーの分散（Ｄ）、極性（Ｐ）、合計（Ｔ）及び分散（Ｄ）／極性（Ｐ）が若干減少した値に該当する。また、第１照射を１１ｍＷ／ｃｍ^２の光の強度で１０秒間行った後に第２照射を３ｍＷ／ｃｍ^２または１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度の光で略１分または５分程度行った場合のモールド２９の表面エネルギーの分散（Ｄ）、極性（Ｐ）、合計（Ｔ）及び分散（Ｄ）／極性（Ｐ）は、第１照射を３ｍＷ／ｃｍ^２の光の強度で１０秒間行った後に第２照射を３ｍＷ／ｃｍ^２または１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度の光で略１分または５分程度行った場合に得られたそれらに比べて低い値を有する。

このように、第１照射条件及び第２照射条件に応じて、モールド２９の表面エネルギーは２３から５０まで多様な値を得ることができる。概してモールド２９は、表面エネルギーが大きいと親水性の表面特性を有し、反対に表面エネルギーが小さいと親油性の表面特性を有する。したがって、モールド２９は、第１照射時の光の強度が同一であると、第２照射時の光の強度が小さく、進行時間が短いほど親水性を有し、反対のとき、親油性を有する。また、モールド２９は、第２照射条件が同一であると、第１照射時の光の強度が小さいほど親水性を有し、大きいほど親油性を有する。

上述したように、本発明に係るモールドの製造方法は、任意の第１パターンが形成されたマスター基板上に光重合特性を有する樹脂を塗布して樹脂層を形成し、この樹脂層上に透明なモールド基板を合着した後に紫外線光で第１照射して、樹脂層の表面を硬化する。そして、表面が硬化された樹脂層をモールド基板と結合された状態でマスター基板から分離し、紫外線光で第２照射して、内部まで硬化してモールドを形成する。

従来の技術に係るモールドの製造方法を説明するための断面図である。 従来の技術に係るモールドの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るモールドの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るモールドの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るモールドの製造方法を説明するための断面図である。 紫外線光の第１照射条件及び第２照射条件に応じるモールドの表面エネルギーの変化をまとめた表である。

符号の説明

２１ マスター基板、２３ 第１パターン、２５ 樹脂層、２７ モールド基板、２９ モールド、３１ 第２パターン。

Claims (20)

1. 第１パターンが形成されたマスター基板と透明なモールド基板との間に光重合可能な樹脂層を形成するステップと、
   前記透明なモールド基板を介して紫外線光を第１照射して、前記樹脂層を硬化させる１次硬化ステップと、
   前記マスター基板から前記硬化された樹脂層を前記モールド基板と結合された状態で分離することにより、前記第１パターンが転写された溝状の第２パターンを有するモールドを形成するステップと
   を含むことを特徴とするモールドの製造方法。
2. 前記樹脂層は、光重合可能な液状高分子前駆体を含むことを特徴とする請求項１に記載のモールドの製造方法。
3. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光の強度及び照射期間のうちの少なくとも１つを調節することにより、前記樹脂層の表面エネルギーを変化させることを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
4. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略２〜２０ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略５〜１５秒程度の期間、前記樹脂層に照射するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載のモールドの製造方法。
5. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１０秒程度の期間、前記樹脂層に照射することを特徴とする請求項４に記載のモールドの製造方法。
6. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で略１０秒程度の期間、前記樹脂層に照射することを特徴とする請求項４に記載のモールドの製造方法。
7. 前記樹脂層は、ポリウレタンアクリレート、グリシジルアクリレート及びブチルメタクリルレートのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
8. 前記樹脂層は、光開始剤をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のモールドの製造方法。
9. 前記樹脂層を形成するステップは、前記マスター基板上に樹脂を塗布し、モールド基板を合着するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
10. 前記樹脂層を形成するステップは、前記モールド基板上に樹脂を塗布し、前記マスター基板を合着するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
11. 前記マスター基板は、シリコン及びガラスのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
12. 前記第１パターンは、酸化シリコン、窒化シリコン及び金属の無機物質、及びレジスト及びワックスなどの有機物質のうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載のモールドの製造方法。
13. 前記モールド基板と共に分離された前記樹脂層に紫外線光を第２照射して、前記樹脂層を硬化させる２次硬化ステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のモールドの製造方法。
14. 前記１次硬化ステップ及び前記２次硬化ステップは、紫外線光の強度及び照射期間のうちの少なくとも１つを調節して、前記樹脂層の表面エネルギーを変化させることを特徴とする請求項１３に記載のモールドの製造方法。
15. 前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を前記１次硬化ステップより長い期間、前記樹脂層に照射することを特徴とする請求項１４に記載のモールドの製造方法。
16. 前記２次硬化ステップでの前記紫外線光の照射は、前記１次硬化ステップより略６〜３０倍程度長い期間、前記樹脂層に照射されることを特徴とする請求項１５に記載のモールドの製造方法。
17. 前記紫外線光は、前記１次硬化ステップ及び前記２次硬化ステップ全てに同じ強度で前記樹脂層に照射されることを特徴とする請求項１６に記載のモールドの製造方法。
18. 前記紫外線光は、略３ｍＷ／ｃｍ^２程度及び略１１ｍＷ／ｃｍ^２のうちのいずれかの強度を有することを特徴とする請求項１７に記載のモールドの製造方法。
19. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射し、
    前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射する
    ことを特徴とする請求項１６に記載のモールドの製造方法。
20. 前記１次硬化ステップは、前記紫外線光を略３ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射し、
    前記２次硬化ステップは、前記紫外線光を略１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の強度で前記樹脂層に照射する
    ことを特徴とする請求項１６に記載のモールドの製造方法。

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