JP2008296579A - マスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法 - Google Patents

マスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡単な方法と低コストでナノ級の微細パターンの大面積化を可能にし、大面積をなすセル間の干渉及び境界誤差を最小化できるマスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法を提供する。
【解決手段】 マスクまたは微細パターンの刻印された複数の小型モールドに、レジストを塗布する段階と、前記複数の小型モールドを加圧し、前記レジストに微細パターンをインプリンティングする段階と、前記レジストを硬化する段階と、前記複数の小型モールドを前記レジストから離型する段階とを含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、マスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法に関するもので、より詳細には、小型モールドに刻印された微細パターンを、簡単な方法で製作可能な数枚のマスクモールドを用いて大面積に拡張して形成できるマスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法に関する。
ナノインプリント(Ｎａｎｏ ｉｍｐｒｉｎｔ)技術は、基板上に、熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂を塗布した後、ｅ−ビームリソグラフィ（ｅ−ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの方法によってナノ大きさ（１〜１００ｎｍ）の微細パターンが刻印されたモールドで加圧したのち硬化させ、パターンを転写する技術である。
このようなナノインプリント技術は、既存のフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術に比べて、超微細パターンを比較的簡単な工程で生成でき、高生産性・低費用という利点を有するので、次世代半導体及び平板ディスプレイ用回路形成技術として注目されている。
ただし、ナノ大きさのパターンを持つモールドを製作するために一般的に使われるｅ−ビームリソグラフィ工程は、主に、６インチまたは８インチ以下級となっており、これを用いて微細パターンを大面積化する場合には費用が幾何級数的に増えたり、装備上の限界などによって一定大きさ以上の大面積・微細パターンは製作そのものが不可能になるという問題点があった。なお、転写しようとするパターンが３次元の複雑な加工を必要とする場合にも、これを大面積に一度で加工するには、時間がかかる他、費用も増える等の問題点があった。
上記のような問題点を解決するために、微細パターンの形成されている小型モールドでＳｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式を用いて微細パターンを大面積化する方案が提案されたことがある（例えば、特許文献１）。図１に示すように、Ｓｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式は、大面積基板１上に、レジスト３を塗布し、ｅ−ビームリソグラフィなどによって微細パターンが刻印された小型モールド２を、整列系４を用いて大面積基板１上の最初の定位置に整列した後、小型モールド２を加圧してレジスト３上に局部的に微細パターンをインプリンティングする。そして、最初のインプリンティングの後にレジスト３を硬化し、小型モールド２をレジスト３から離型し、整列系４を移動しつつインプリンティング工程を繰り返し行うことによって、大面積基板１全体に亘って微細パターンを形成する。
しかしながら、このようなＳｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式は、基板が大型化するほどインプリンティング工程に時間がかかり、小型モールドの連続リピーティング（Ｒｅｐｅａｔｉｎｇ）によるセル（ｃｅｌｌ；小型モールドでインプリンティング時にパターンが形成される小領域）間に整列誤差が大きく発生するという問題点があった。
なお、このようなＳｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式においてレジストを熱的（ｔｈｅｒｍａｌ）方式で硬化しようとする時には、基板をインプリンティングしようとする領域に限って局部的に加熱しなければならないという現実的な難しさがあり、また、紫外線方式で硬化しようとする時には、反復インプリンティング時に隣接のセルに影響を与えないように、レジストの吐出量（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ）及びモールドのｚ方向位置が正確に制御されなければならないという工程上の制約があった。
すなわち、Ｓｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式を用いて微細パターンを大面積化する場合に、セル間整列誤差が発生したり、レジストの吐出量が正確に制御されないと、セル間の干渉及び境界誤差（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｅｒｒｏｒ；パターンの形成されない領域が発生したり、不所望のパターンが形成される現象）が発生するという根本的な問題につながる。
大韓民国公開特許公報第２００５−００７５５８０号
したがって、本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、簡単な方法と低コストでナノ級微細パターンの大面積化を可能にし、大面積をなすセル間の干渉及び境界誤差（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｅｒｒｏｒ）を最小化できる、マスクモールド及びその製作方法と、製作されたマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係るマスクモールド製作方法は、マスクまたは微細パターンの刻印された複数の小型モールドに、レジストを塗布する段階と、前記複数の小型モールドを加圧し、前記レジストに微細パターンをインプリンティングする段階と、前記レジストを硬化する段階と、前記複数の小型モールドを前記レジストから離型する段階と、を含む。
また、上記の方法は、硬化されていない残留レジストを洗浄する段階をさらに含む。
また、前記マスクは、ガラスまたは石英基板上にクロム（Ｃｒ）膜が塗布された構造を有する。
また、前記マスクには、明るい領域と暗い領域のパターンが形成されており、前記暗い領域にはクロム（Ｃｒ）膜が塗布される。
また、前記マスクは、整列マークを含む。また、前記レジストは、紫外線硬化性高分子樹脂とし、紫外線の照射によって硬化する。また、前記マスクの明るい領域上のレジストのみを硬化する。
また、前記微細パターンは、ワイヤーグリッド偏光子用のナノ級グリッドパターンと、３次元形状を持つ反射型パターンをはじめとする凹凸を持つナノまたはマイクロ級の機能性パターンを含む。
上記の目的を達成するための本発明によるマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法は、複数の小型モールドに刻印された微細パターンを一つのマスクに形成させてマスクモールドを製作し、前記マスクモールドの微細パターンを大面積基板に成形する。
また、前記大面積・微細パターンの成形は、前記大面積基板または前記マスクモールドにレジストを塗布する段階と、前記大面積基板と前記マスクモールドとを整列する段階と、前記マスクモールドを加圧して前記レジストに微細パターンをインプリンティングする段階と、前記レジストを硬化する段階と、前記マスクモールドを前記レジストから離型する段階と、硬化されていない残留レジストを洗浄する段階と、を含む。
また、この方法は、前記段階を繰り返し行い、前記大面積基板の全体に亘って微細パターンを成形する段階をさらに含む。
また、前記レジストは、紫外線硬化性高分子樹脂とし、紫外線の照射によって硬化する。
また、前記マスクモールドの製作時に使われるレジストと前記大面積・微細パターンの成形時に使われるレジストは、互いに異なる材質を使用する。これら両レジストを同じ材質とする場合には、前記マスクモールドのレジスト上に離型コーティングを行う。
また、前記大面積基板と前記マスクモールドを整列する段階では、最初の整列時には、前記マスクモールドに形成された整列マークと前記大面積基板に形成された整列マークとを一致させて整列し、２番目の整列時からは、前記大面積基板に既成型された微細パターンの境界とさらに成形される前記マスクモールドの微細パターンの境界とを一致させて整列する。
また、前記レジストを硬化する段階では、前記マスクモールドの明るい領域と大面積基板との間のレジストのみを硬化する。
上記の目的を達成するための本発明に係るマスクモールドは、マスクと、前記マスク上に局部的に微細パターンを形成するレジストと、を含む。
また、前記マスクには、明るい領域と暗い領域のパターンが形成される。また、前記微細パターンは、前記マスクの明るい領域にのみ形成される。
また、前記微細パターンは、ワイヤーグリッド偏光子用のナノ級グリッドパターンと、３次元形状を持つ反射型パターンをはじめとする凹凸を持つナノ級またはマイクロ級の機能性パターンを含む。
本発明によれば、簡単な方法と低コストでナノ級パターンまたは複雑な３次元形状の微細パターンを大面積化することが可能になる。
また、本発明によれば、大面積をなすセル間の干渉及び境界誤差を最小限に抑えることが可能になる。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図２Ａ乃至図２Ｈは、本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図であり、図３は、本発明の一実施例による大面積・微細パターン成形のためのマスクモールドの配置及び反復インプリンティング過程を説明するための図である。
以下、図２Ａ〜図２Ｈ及び図３に基づいて、本発明の一実施例を詳細に説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、マスクモールド４０ａ及び図２Ｇの４０ｂを製作するための方法を示す図で、まず、マスクモールド４０ａ及び４０ｂを製作するために、ｅ−ビームリソグラフィなどの方法によって微細パターンの刻印された複数個の小型モールド２０を準備する。複数個の小型モールド２０は、お互い同じパターンを有しても良く、異なるパターンを有しても良い。ここで、微細パターンの例には、偏光板やＬＣＤ基板などを製作する時に用いられるワイヤーグリッド偏光子用のナノ級グリッドパターン、３次元形状を持つ反射型パターンをはじめとする凹凸を持つナノ級またはマイクロ級の機能性パターンなどがある。
また、フォトリソグラフィ工程で使われるマスク１０を製作する。このマスク１０は、片面が感光乳剤や金属膜で一定パターンが形成されている基板構造のもので、紫外線透過が可能なガラスまたは石英基板上に、不透明な膜を塗布し、その上に感光膜を塗布したのちｅ−ビームやレーザーなどを用いてパターニングして製作することができる。一実施例によれば、不透明な膜の材質はクロム（Ｃｒ）とし、また、整列マーク（ａｌｉｇｎ ｍａｒｋまたはａｌｉｇｎ ｋｅｙ）を含み、明るい領域と暗い領域のパターンが形成されているマスクを用いる（図２Ａ及び図３の上図）。
その後、図２Ｂに示すように、マスク１０または複数の小型モールド２０にレジスト３０を塗布する。この時、レジストとしては、紫外線硬化性高分子樹脂を使用することができる。
続いて、微細パターンの刻印されている複数の小型モールド２０をローラ（図示せず）などを用いて加圧し、レジスト３０に微細パターンをインプリンティングする。その後、マスク１０の基板の底部側から紫外線を照射し、レジスト３０を硬化する。この時、マスクの暗い領域１１（クロム膜の塗布されている領域）を通じては紫外線が透過されず、マスクの明るい領域１２（クロム膜の塗布されていない領域）通じてのみ紫外線が透過されるので、マスクの明るい領域１２上に塗布されたレジスト部分のみが紫外線照射により硬化される。
その後、複数の小型モールド２０をレジスト３０から離型し、硬化されていない暗い領域１１上の残留レジストをアルコールなどを用いて洗浄することで、マスクモールド４０ａを完成する（図２Ｃ参照）。マスクモールド４０ａ，４０ｂは、マスク１０のパターンタイプの数に相応する個数に製作されるが、本実施例では、図３に示すように、２タイプのマスクを用いて２タイプのマスクモールド４０ａ，４０ｂを製作した場合を取り上げて説明する。
以下、上記の方法で完成したマスクモールド４０ａ，４０ｂを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を、図２Ｄ〜図２Ｈを参照しつつ詳細に説明する。
図２Ｄに示すように、まず、大面積基板５０またはマスクモールド４０ａに、レジスト６０を塗布する。この時、レジストとしては、マスクモールド４０ａ，４０ｂを製作する時と同様に、紫外線硬化性高分子樹脂を使用し、また、レジスト間における粘着現象を防止するために、マスクモールドの製作時に使われるレジスト３０と大面積・微細パターンの成形時に使われるレジスト６０は、お互い異なる材質とする。また、これら両レジストを同じ材質とする場合には、マスクモールド４０ａ，４０ｂのレジスト上に離型コーティングを行えば良い。
次いで、大面積基板５０とマスクモールド４０ａとを整列させ、マスクモールド４０ａをローラなどを用いて加圧し、レジスト６０に微細パターンをインプリンティングする。整列時には、図３に示すように、大面積基板の整列マーク１００とマスク（モールド）の整列マーク９０とを一致させて整列する。以降、図２Ｅに示すように、マスクモールド４０ａの基板上側から紫外線を照射し、レジスト６０を硬化する。この時にも、マスクモールドの暗い領域４１ａを通じては紫外線が透過されず、マスクモールドの明るい領域４２ａを通じてのみ紫外線が透過するので、マスクモールドの明るい領域４２ａと大面積基板５０間のレジスト部分のみが紫外線により硬化される。
その後、マスクモールド４０ａをレジスト６０から離型し、硬化されていない暗い領域４１ａと大面積基板５０との間の残留レジストをアルコールなどを用いて洗浄することで、大面積基板５０に微細パターンを成形する（図２Ｆ参照）。
マスクモールド４０ａを用いて最初のインプリンティング工程を行うと、図３の下段の最左図のように大面積基板５０に微細パターンが成形される。
以降、図２Ｇに示すように、他のパターンタイプのマスクモールド４０ｂを用いてレジスト塗布→整列→インプリンティング→硬化→離型→洗浄過程を行うことで、図３の下段の２番目の図のように微細パターンが成形された大面積基板５０を得ることができる。
この時、２番目の整列時からは、大面積基板５０に既成型した微細パターンの境界と、さらに成形するマスクモールド４０ｂの微細パターンの境界とを一致させて整列する（一般的に、整列誤差±１．５ｎｍ以内）。
その後、図３の上段図に示すように、マスクモールド４０ａとマスクモールド４０ｂをそれぞれ１８０°回転して３番目、４番目のインプリンティング工程を行うと、図３の下段図に示すように、大面積基板５０に微細パターンが形成される領域が漸次増加し、最終としては、微細パターンが大面積基板５０の全体に形成された大面積・微細パターン成形品８０を得ることができる。
すなわち、複数パターンタイプのマスクモールド４０ａ，４０ｂを用いて図２Ｄ〜図２Ｆの過程を繰り返し行うことで、図２Ｈに示すように、セル７０間の干渉及び境界誤差のない大面積・微細パターン成形品８０を完成することができる。
上記の実施例によれば、大面積基板５０とマスクモールド４０ａ，４０ｂの整列及び紫外線を用いたレジストの硬化（マスクモールドの明るい領域４２ａ，４２ｂと大面積基板５０との間のレジスト部分のみが紫外線照射によって硬化）によって、大面積をなすセル７０間の干渉及び境界誤差（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｅｒｒｏｒ）を最小化することが可能になる。
以下、図４に基づき、他の実施例による大面積・微細パターン成形方法について説明する。
まず、微細パターンの刻印された複数の小型モールド２０を準備し、明るい領域１２と暗い領域１１のパターンが形成されているマスク１０を製作する。
次に、マスク１０または複数の小型モールド２０にレジスト３０を塗布し、ローラなどを用いて小型モールド２０を加圧することで、レジスト３０に微細パターンをインプリンティングする（ステップ１１０）。
その後、マスク１０の基板底部側から紫外線を照射し、レジスト３０を硬化する（ステップ１２０）。この時、マスクの明るい領域１２上に塗布されたレジスト部分のみが硬化される。
続いて、複数の小型モールド２０をレジスト３０から離型し、硬化されていない残留レジストをアルコールなどを用いて洗浄することで、マスクモールド４０ａ，４０ｂを完成する（ステップ１３０）。
その後、ステップ１１０〜１３０で製作されたマスクモールド４０ａ，４０ｂを用いて微細パターンを大面積化するために、大面積基板５０またはマスクモールド４０ａ，４０ｂにレジスト６０を塗布する（ステップ１４０）。
続いて、大面積基板５０とマスクモールド４０ａ，４０ｂとを整列した後、ローラなどを用いてマスクモールド４０ａ，４０ｂを加圧することで、レジスト６０に微細パターンをインプリンティングする（ステップ１５０）。
次に、マスクモールド４０ａ，４０ｂの基板上側から紫外線を照射し、レジスト６０を硬化する（ステップ１６０）。この時も同様、マスクモールドの明るい領域４２ａ，４２ｂと大面積基板５０との間のレジスト部分のみが硬化される。
その後、マスクモールド４０ａ，４０ｂをレジスト６０から離型し、硬化されていない残留レジストをアルコールなどを用いて洗浄する（ステップ１７０）。
その後、大面積基板５０全体に微細パターンが成形されたか否かを判断し（ステップ１８０）、基板全体に亘って微細パターンが成形されていないと、ステップ１４０に戻り、大面積基板５０全体に亘って微細パターンが成形されるまでステップ１４０〜１７０を繰り返し行う。一方、基板全体に亘って微細パターンが成形されたら、インプリンティング工程を終了する。
従来のＳｔｅｐ−ａｎｄ−Ｒｅｐｅａｔ方式のナノインプリント工程を概略的に示す図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施例によるマスクモールド製作方法及び製作されたマスクモールドを用いて大面積・微細パターンを成形する方法を説明するための工程図である。 本発明の他の実施例による大面積・微細パターン成形のためのマスクモールドの配置及び反復インプリンティング過程を説明するための図である。 本発明の一実施例による大面積・微細パターン成形方法を示すフローチャートである。
符号の説明
１０ マスク
２０ 小型モールド
３０ レジスト
４０ａ，４０ｂ マスクモールド
５０ 大面積基板
６０ レジスト
７０ セル
８０ 大面積・微細パターン成形品
９０ マスク(モールド)の整列マーク
１００ 大面積基板の整列マーク

Claims (25)

  1. マスクまたは微細パターンの刻印されている複数の小型モールドにレジストを塗布する段階と、
    前記複数の小型モールドを加圧し、前記レジストに微細パターンをインプリンティングする段階と、
    前記レジストを硬化する段階と、
    前記複数の小型モールドを前記レジストから離型する段階とを含むマスクモールド製作方法。
  2. 硬化されていない残留レジストを洗浄する段階とをさらに含む請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  3. 前記マスクは、ガラスまたは石英基板上にクロム（Ｃｒ）膜が塗布された構造である請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  4. 前記マスクには明るい領域と暗い領域のパターンが形成されており、前記暗い領域にはクロム（Ｃｒ）膜が塗布されている請求項３に記載のマスクモールド製作方法。
  5. 前記マスクは、整列マークを含む請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  6. 前記レジストは、紫外線硬化性高分子樹脂とし、紫外線の照射によって硬化する請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  7. 前記マスクの明るい領域上のレジストのみを硬化する請求項４に記載のマスクモールド製作方法。
  8. 前記微細パターンは、ワイヤーグリッド偏光子用のナノ級グリッドパターンと、３次元形状を持つ反射型パターンをはじめとする凹凸を持つナノ級またはマイクロ級機能性パターンを含む請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  9. 前記複数の小型モールドは、お互い異なるパターンを有する請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  10. 前記マスクは、表面に乳剤または金属層で所定のパターンが形成された基板構造を有する請求項１に記載のマスクモールド製作方法。
  11. 複数の小型モールドに刻印された微細パターンを一つのマスクに形成させてマスクモールドを製作し、前記マスクモールドの微細パターンを大面積基板に成形するマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  12. 前記大面積・微細パターンの成形は、
    前記大面積基板または前記マスクモールドにレジストを塗布する段階と、
    前記大面積基板と前記マスクモールドとを整列する段階と、
    前記マスクモールドを加圧し、前記レジストに微細パターンをインプリンティングする段階と、
    前記レジストを硬化する段階と、
    前記マスクモールドを前記レジストから離型する段階と、
    硬化されていない残留レジストを洗浄する段階とを含む請求項１１に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  13. 上記の段階を繰り返し行い、前記大面積基板の全体に亘って微細パターンを成形する段階をさらに含む請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  14. 前記レジストは、紫外線硬化性高分子樹脂とし、紫外線の照射によって硬化する請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  15. 前記マスクモールドの製作時に使われるレジストは、前記大面積・微細パターンの成形時に使われるレジストと互いに異なる材質からなる請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  16. 前記両レジストが同じ材質を使用する場合には、前記マスクモールドのレジスト上に離型コーティングを行う請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  17. 前記大面積基板と前記マスクモールドとを整列する段階では、
    最初の整列時には、前記マスクモールドに形成された整列マークと前記大面積基板に形成された整列マークとを一致させて整列し、２番目の整列からは、前記大面積基板に既成型された微細パターンの境界とさらに成形される前記マスクモールドの微細パターンの境界とを一致させて整列する、請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  18. 前記レジストを硬化する段階では、前記マスクモールドの明るい領域と大面積基板との間のレジストのみを硬化する、請求項１２に記載のマスクモールドを用いた大面積・微細パターン成形方法。
  19. マスクと、
    前記マスク上に局部的に微細パターンを形成するレジストとを含むマスクモールド。
  20. 前記マスクには、明るい領域と暗い領域のパターンが形成されている請求項１９に記載のマスクモールド。
  21. 前記微細パターンは、前記マスクの明るい領域にのみ形成されている請求項１８に記載のマスクモールド。
  22. 前記微細パターンは、ワイヤーグリッド偏光子用のナノ級グリッドパターンと、３次元形状を持つ反射型パターンをはじめとする凹凸を持つナノ級またはマイクロ級機能性パターンを含む請求項１９に記載のマスクモールド。
  23. 各モールドが基板よりも小さい大きさを有する一組の隣接位置するモールド上に、微細パターンを形成する段階と、
    これらのモールドをレジストでコーティングする段階と、
    前記レジストが硬化されるまで前記基板に対して前記モールドを加圧する段階とを含む微細パターン形成工程。
  24. 前記コーティング及び加圧を、前記基板上において異なる位置に繰り返し行う段階をさらに含む請求項２３に記載の微細パターン形成工程。
  25. 各モールドが互いにオフセットされるモールドパターンを有する一組の隣接位置するモールドと、
    前記モールドと相関するマスク領域を有するマスクとを備える微細パターンモールディングキット。
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