JP2008200997A - ナノインプリント用金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノインプリント用金型のコストを低減するナノインプリント用金型の製造方法を提供する。
【解決手段】金型用基板２上に金型用樹脂膜３が形成され、該金型用樹脂膜３にはナノオーダの凹凸からなる金型パターンが形成されたナノインプリント用金型４において、電子ビーム描画法によって作製されたナノオーダの凹凸からなるマザーパターンを有するマザー金型原盤１を上記金型用樹脂膜３に押し付けてマザーパターンを反転して転写させることにより、上記金型パターンが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリント用金型のコストを低減するナノインプリント用金型の製造方法に関する。

ナノインプリント法は、金型を用いて基板上に形成した樹脂の最表面にナノオーダの凹凸パターンを形成する方法である。ナノインプリント法は、１）熱硬化式、２）光硬化式、３）ソフト式に大別される。

ナノインプリント用のＳｉ金型又は石英金型（モールド）は、金型用のシリコン系基板または石英系基板（以下、金型用基板と称する）の表面に、リソグラフィーとエッチングを用いて、ナノオーダの凹凸パターン（以下、金型パターンと称する）を形成することにより、作製される。

まず、熱硬化式でのナノインプリントのプロセスフローを図４に示す。

図４（ａ）に示されるように、対象の基板（以下、対象基板と称する）４１上にレジストあるいは樹脂を塗布して熱硬化性を有する樹脂膜（以下、対象樹脂膜と称する）４２ｔを形成する。ナノインプリント用金型４３を、金型パターンを有する面４４を下にして、対象基板４１の上方から対象樹脂膜４２ｔに押し付ける。図４（ｂ）に示されるように、その状態で加熱することにより、対象樹脂膜４２ｔを硬化させる。続いて、図４（ｃ）に示されるように、ナノインプリント用金型４３を離型させることにより、金型パターンが反転して転写されたパターンを有する対象樹脂膜４２ｔが形成される。その後、図４（ｄ）に示されるように、Ｏ₂ドライエッチングにより対象樹脂膜４２ｔを所望の厚さだけ除去してナノインプリントパターン４５を完成させる。

次に、光硬化式でのナノインプリントのプロセスフローを図５に示す。

光硬化式では、図５（ａ）に示されるように、対象基板４１上にレジストあるいは樹脂を塗布して光硬化性を有する樹脂膜（以下、対象樹脂膜と称する）４２ｏを形成する。ナノインプリント用金型４３を、金型パターンを有する面４４を下にして、対象基板４１の上方から対象樹脂膜４２ｏに押し付ける。図５（ｂ）に示されるように、対象樹脂膜４２ｏを硬化させるために、ナノインプリント用金型４３の裏側（上方）から、例えば紫外線のように樹脂を硬化させる光を照射する。その後は、熱硬化式と同様、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示されるように、離型とＯ₂ドライエッチングを行う。

最後に、ソフト式でのナノインプリントのプロセスフローを図６に示す。

ソフト式では、図６（ｄ）に示すように、上記の熱硬化式、光硬化式の方法と異なり、金型パターン６４のパターン通りに対象基板６１上に、ナノインプリントパターン６２が形成される。まず、図６（ｂ）に示すようにナノインプリント用金型６３の金型パターン６４の全体にレジスト又は樹脂６２を均等に塗布する。次に図６（ｃ）に示すように、このナノインプリント用金型６３を対象基板６２の上面に押し付ける（スタンプする）。上記の熱硬化式、光硬化式の方法と異なり、加熱、光照射、Ｏ₂ドライエッチングの追加工程は必要なく、図６（ｄ）のように金型パターン６４の凸部と一致する部分にレジスト又は樹脂６２が残存したナノプリントパターン６２が形成される。なお、上記の熱硬化式、光硬化式の方法で得られたナノプリントパターンを作製したい場合には、図６（ａ）中のナノインプリント用金型６３の金型パターン６４の凹凸部を反転させればよい。

最小線幅及び金型の位置精度の点で、ソフト式より熱硬化式及び光硬化式が優れているため、熱硬化式及び光硬化式がナノインプリント法の主流となっている。

図７に示されるように、ナノインプリント装置７１は、真空作業室７２内に定盤７３が設けられ、その定盤７３上に水平に移動自在な移動ステージ７４が設けられる。移動ステージ７４上には基板保持部材７５が設けられ、この基板保持部材７５に対象樹脂膜７６が形成された対象基板７７が保持される。対象基板７７の上面は、ナノインプリント用金型７８の下面より十分広い面積があり、金型パターンを対象基板７７の複数箇所にナノインプリントすることができる。

真空作業室７２内には、ナノインプリント用金型７８を１つ以上形成されたモールド７９がモールド駆動ステージ８０に保持され、そのモールド駆動ステージ８０はナノインプリント用金型７８を上下に移動させて対象樹脂膜７６に押し付けるための押圧機構８１を備える。

モールド駆動ステージ８０は水平方向には固定であり、移動ステージ７４によって対象基板７７が水平移動し、所定位置で停止したとき、押圧機構８１が作動してナノインプリントを行う。

真空作業室７２は、排気装置８２を備える。排気装置８２は、排気側開閉バルブ８３を開放し、供給側開閉バルブ８４を閉鎖し、ポンプ８５を起動することにより、真空作業室７２内を所定の真空にすることができる。

真空作業室７２の外部には、供給側開閉バルブ８４を介して離型材を供給する離型材供給装置８６が設けられる。離型材としては種々のものを選択でき、レジストが付着しにくい成分からなる材料をガス化したもの、あるいはその材料を含む液体、あるいはその材料を粉末化したものを用いることができる。

特に、ガス化した離型材を用いた場合には、真空作業室７２にプラズマ発生装置を設け、真空作業室７２内をプラズマ発生雰囲気としてもよい。

ナノインプリント装置７１にあっては、ナノインプリント用金型７８が対象樹脂膜７６に接触していないとき、ナノインプリント用金型７８は雰囲気中に存在する離型材と接触する。よって、離型材は金型パターンが形成された面に付着する。

金型パターンが形成された面に離型材を付着させておくことにより、離型の際に対象樹脂膜７６の樹脂がナノインプリント用金型７８に残存することが防止され、離型が良好に実施できる。

特開２００３−１０９９１５号公報 特開２００１−２６４５６６号公報

ナノインプリント用金型に金型パターンを有する面を形成するには、電子ビーム描画法が用いられる。しかし、電子ビーム描画法はパターンを描くのに時間がかかるという欠点があり、ナノインプリント用金型の製作コストが高くなってしまう。

さらに、押圧してナノインプリントパターンを形成するのに用いられるナノインプリント用金型は摩耗などにより劣化するため、使用回数に制限がある。そのため、ナノインプリントのコストに占めるナノインプリント用金型の製作コストが無視できない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ナノインプリント用金型のコストを低減するナノインプリント用金型の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、金型用基板上に金型用樹脂膜が形成され、該金型用樹脂膜にはナノオーダの凹凸からなる金型パターンが形成されたナノインプリント用金型において、電子ビーム描画法によって作製されたナノオーダの凹凸からなるマザーパターンを有するマザー金型原盤を上記金型用樹脂膜に押し付けてマザーパターンを反転して転写させることにより、上記金型パターンが形成されるものである。

マザー金型原盤を金型用樹脂膜に押し付けてから離型させるまでの間に、該金型用樹脂膜に光照射と加熱の少なくともいずれか一方の処理を行ってもよい。

マザー金型原盤を金型用樹脂膜から離型させた後、該金型用樹脂膜にＯ₂熱処理あるいは光照射とＯ₃ガスを用いた熱処理を行ってもよい。

マザー金型原盤を金型用樹脂膜から離型させた後、該金型用樹脂膜の金型パターンにテーパ形状部あるいは逆テーパ形状部を形成してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）ナノインプリント用金型のコスト及びナノインプリントのコストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されるように、本発明に係るナノインプリント用金型の製造方法は、所望のナノインプリントパターンが得られるように設計されたマザーパターンを有するマザー金型原盤１を電子ビーム描画法で作製し、このマザー金型原盤１を金型用基板２上に形成した金型用樹脂膜３に押し付けてマザーパターンを転写させることにより、ナノインプリント用金型４を製造するものである。

詳しく述べると、まず、マザー金型原盤１を作製する。図８（ａ）に示すように、マザー金型原盤１用の基板として、例えば、直径約１０ｃｍ（４インチ）、厚さ１ｍｍの円板形の石英基板を用いる。このマザー金型原盤用基板上にＣｒあるいはＷＳｉの金属膜を膜厚１０〜５０ｎｍで成膜する。その金属膜に電子ビーム描画用ポジレジスト（ＺＥＰ−５２０Ａ）を膜厚１００〜２００ｎｍ塗布する。この電子ビーム描画用ポジレジストを電子ビーム描画により感光させ、現像することによって、レジストのパターニングを行う。図８（ｂ）に示すように、レジストのパターンは、例えば、ピッチ１００ｎｍ（ライン幅５０ｎｍ、スペース幅５０ｎｍ）でラインが並ぶパターンとし、そのパターンが、例えば、石英基板の中央に１０ｍｍ角の範囲内全面に有るものとする。

図８（ｃ）のように、このパターニングされたレジストをマスクとして金属膜をドライエッチングし、レジストの残膜を除去する。図８（ｄ）のように、続いて、金属膜をマスクとしてマザー金型原盤用基板を厚さ１００ｎｍドライエッチングし、金属膜の残膜を除去する。以上により、ピッチ１００ｎｍ（ライン幅５０ｎｍ、スペース幅５０ｎｍ）のマザーパターン９９９を有するマザー金型原盤１が作製される。

次に、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示されるように、マザー金型原盤１からナノインプリント法によりナノインプリント用金型４を作製する。ナノインプリント装置としては、光硬化型樹脂膜を用いる場合は光硬化型装置を、熱硬化型樹脂膜を用いる場合は熱硬化型装置を用いる。ナノインプリント装置は、面内圧力を均一にする機能を有していることが望ましい。金型用基板２としては直径約１０ｃｍの円板形の石英基板を用いる。

図１（ａ）に示されるように、この金型用基板２の上にＳｉ系樹脂あるいはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）と呼ばれる樹脂をスピンコートにより塗布し、熱処理後、金型用樹脂膜３とする。さらにその金型用樹脂膜３の上に離型材として一部フッ素化したＳｉ系樹脂を塗布・熱処理して離型材膜５を形成する。

図７に示すナノインプリント装置のモールド駆動ステージ８０にマザーパターンの面が下向きとなるようにマザー金型原盤１を設置し、基板保持部材７５に金型用樹脂膜３及び離型材膜５の面が上向きとなるように金型用基板２を設置する。この状態で金型用基板２を移動ステージ７４により所定の位置へ横移動させてから、マザー金型原盤１を押圧機８１によって下方へ移動させることにより、図１（ｂ）に示されるように、マザー金型原盤１を金型用基板２に押し付けて金型用樹脂膜３にマザーパターンを転写させる。

マザー金型原盤１を金型用基板２に押し付けてから離型させるまでの間に、押し付けたままの状態で、金型用樹脂膜の硬化特性に応じてマザー金型原盤１の上方の図示しない光源から金型用樹脂膜３に光照射を行うか、図示しないヒータによる金型用樹脂膜３の加熱を行うか、いずれか一方を行うことにより、硬化金型用樹脂膜３を硬化させる。続いて、マザー金型原盤１を上方へ移動させることにより、図１（ｃ）に示されるように、マザー金型原盤１から金型用基板２を離型させ、続いて離型材膜５を除去する。

この離型の際に、上記光照射又は加熱によって、金型用樹脂膜３に転写によって形成された凸部の体積減少による収縮が引き起こされる。金型用樹脂膜３の凸部が収縮することによって、マザー金型原盤１の凹部との摩擦が解消され、離型が円滑になる。これにより、ナノインプリント用金型４は、金型用樹脂膜３の樹脂がマザー金型原盤１に残存することが防止され、金型用樹脂膜３の凸部がもぎ取られることがなくなる。すなわち、マザーパターンと凹凸が反転したピッチ１００ｎｍ（ライン幅５０ｎｍ、スペース幅５０ｎｍ）の金型パターンを有するナノインプリント用金型４の作製を、高精度にナノインプリントにより行うことができる。

離型の後、金型用樹脂膜にＯ₂熱処理あるいは光照射とＯ₃ガスを用いた熱処理を行うことで、金型用樹脂膜３を酸化させてさらに硬化させ、耐久性を持たせる。以上により、ナノインプリント用金型４が作製される。

次に、ナノインプリント用金型４を用いて対象基板への凹凸ナノインプリントパターンのナノインプリントを行う。ナノインプリント装置としては、光硬化型のものを用いる。ナノインプリント装置は、面内圧力を均一にする機能を有していることが望ましい。

図２（ａ）に示されるように、対象基板２１として、直径約１０ｃｍの円板形の石英基板を用いる。対象基板２１の材料としては、石英、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＬｉＮｂＯ₃、非晶質のカーボンなどがある。

対象基板２１の上にＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ Ｍｅｔｈｙｌ ＭｅｔｈａＡｃｌｙｒａｔｅ）、ポリスチレン、あるいはポリイミド樹脂をスピンコートにより塗布および加熱して対象樹脂膜２２を形成し、さらにその対象樹脂膜２２の上に離型材として光硬化樹脂を塗布して離型材膜２３を形成する。光硬化樹脂としてはＰＡＫ−０１がある。

ナノインプリント装置のモールド駆動ステージ８０に金型パターンの面が下向きとなるようにナノインプリント用金型４を設置し、基板保持部材７５に対象樹脂膜２２及び離型材膜２３の面が上向きとなるように対象基板２１を設置する。この状態で対象基板２１を所望の位置となるよう横方向へ移動させてからナノインプリント用金型４を下方へ移動させることにより、図２（ｂ）に示されるように、ナノインプリント用金型４を対象基板２１に押し付けて対象樹脂膜２２に金型パターンを転写させる。

この状態で、図２（ｂ）に示されるように、加熱による対象樹脂膜２２の硬化と光照射による離型材膜２３の硬化、図２（ｃ）の離型、図２（ｄ）のＯ₂ドライエッチングを行う。離型とＯ₂ドライエッチングは従来と同様に行うので説明は省略する。この結果、ナノインプリントパターンを設計通りに形成できる。

本発明によれば、マザー金型原盤１を用いてナノインプリント用金型４をナノインプリント法で作製するので、１つのマザー金型原盤１から多数、例えば１００個のナノインプリント用金型４をレプリカのように作製することができる。これにより、ナノインプリントの製作コストに占めるマザー金型の製作コストを従来比で百分の１〜数十分の１に低減することができる。

また、本発明では、ナノインプリント用金型４を作製する際のマザー金型原盤１を金型用樹脂膜３から離型させる工程において離型材をガス化させる。しかし、万が一、ガス化した離型材がマザー金型原盤１の表面に十分に行き渡らないと、金型用樹脂膜３の凸部がもぎ取られてその凸部の樹脂がマザー金型原盤１に吸着し、作製されたナノインプリント用金型４が不良になるおそれがある。

そこで、本発明では、マザー金型原盤１を金型用樹脂膜３に押し付けてから離型させるまでの間に、金型用樹脂膜３の硬化特性に応じてに光照射又は加熱のいずれか一方の処理を行うようにした。これにより、離型が容易になると共に、凸部のもぎ取りがなくなることで不良のナノインプリント用金型４が作製されるのを防止することができる。

また、本発明は、マザー金型原盤１を金型用樹脂膜３から離型させた後、金型用樹脂膜３にＯ₂熱処理あるいは光照射とＯ₃ガスを用いた熱処理を行うことにより、金型用樹脂膜３をさらに硬化させるので、ナノインプリント用金型４が形状崩れの無い耐久性のあるものとなる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

前述の実施形態では、金型用樹脂膜３に形成された凹凸はいわゆる矩形のものであり、つまり、凹凸の側面が金型用基板２の面及び金型用樹脂膜３の上面に対して垂直である。しかし、この実施形態では、図１（ｃ）のようにマザー金型原盤１を金型用樹脂膜３から離型させた後、図１（ｄ）のナノインプリント用金型４の金型用樹脂膜３の金型パターンにテーパ形状部あるいは逆テーパ形状部を形成する。具体的には、図１（ｄ）で得られたナノインプリント用金型４をドライエッチング又はスパッタすることにより、凹凸の側面が金型用基板２の面及び金型用樹脂膜３の上面に対して斜めになるようにする。

金型用基板２を石英基板とした場合、ドライエッチングするためのガスとしてＣ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₁₀等のガスを用い、−１５０℃程度の低温でドライエッチングするか、あるいはイオンの割合を多くしたエッチング条件でドライエッチングする。これにより、図３（ａ）に示されるように、ナノインプリント用金型３１は、金型用基板３２上の金型用樹脂膜３３の凸部がテーパ状に削られ、凸部断面が等方台形となる。この結果、ナノインプリント用金型３１を対象樹脂膜から離型させることが容易になる。

一方、ラジカルの割合を多くしたエッチング条件でドライエッチングすると、図３（ｂ）に示されるように、ナノインプリント用金型３６は、金型用基板３７上の金型用樹脂膜３８の凸部が逆テーパ状に削られ、凸部断面が楔形となる。この結果、くさび形のため対象樹脂膜と接触面積が小さく、ナノインプリント用金型３６は、対象樹脂膜からの離型が容易という効果がある。

ドライエッチングに用いるガスとしては、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、ＣＢｒＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₁₀等のＦ系ガス、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＣＦ₃Ｃｌ等のＣｌ系ガス、ＣＢｒＦ₃等のＢｒＦ系ガス、あるいはこれらのガスにＨ₂又はＯ₂を適量添加した混合ガスがある。

本発明の一実施形態を示すナノインプリント用金型の製造工程図であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順の断面図である。 本発明のナノインプリント用金型を用いたナノインプリントパターンの製造工程図であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順の断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態を示すナノインプリント用金型の断面図である。 従来のナノインプリント用金型を用いたナノインプリントパターンの製造工程図であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順の断面図である。 従来のナノインプリント用金型を用いたナノインプリントパターンの製造工程図であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順の断面図である。 従来のナノインプリント用金型を用いたナノインプリントパターンの製造工程図であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順の断面図である。 ナノインプリント装置の構成図である。 マザー原盤の製造工程図である。

符号の説明

１ マザー金型原盤
２ 金型用基板
３ 金型用樹脂膜
４ ナノインプリント用金型
５ 離型材膜
２１ 対象基板
２２ 対象樹脂膜
２４ 樹脂

Claims (4)

1. 金型用基板上に金型用樹脂膜が形成され、該金型用樹脂膜にはナノオーダの凹凸からなる金型パターンが形成されたナノインプリント用金型において、
   電子ビーム描画法によって作製されたナノオーダの凹凸からなるマザーパターンを有するマザー金型原盤を上記金型用樹脂膜に押し付けてマザーパターンを反転して転写させることにより、上記金型パターンが形成されることを特徴とするナノインプリント用金型の製造方法。
2. マザー金型原盤を金型用樹脂膜に押し付けてから離型させるまでの間に、該金型用樹脂膜に光照射と加熱の少なくともいずれか一方の処理を行うことを特徴とする請求項１記載のナノインプリント用金型の製造方法。
3. マザー金型原盤を金型用樹脂膜から離型させた後、該金型用樹脂膜にＯ₂熱処理あるいは光照射とＯ₃ガスを用いた熱処理を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のナノインプリント用金型の製造方法。
4. マザー金型原盤を金型用樹脂膜から離型させた後、該金型用樹脂膜の金型パターンにテーパ形状部あるいは逆テーパ形状部を形成することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のナノインプリント用金型の製造方法。

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