KR101355036B1

KR101355036B1 - 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101355036B1
Application number: KR1020117028874A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 나카노; 신이찌로 카와하라; 신지 마쯔이; 마코토 오카다
Original assignee: 효고껭; 니타 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2014-01-24
Also published as: KR20120014022A; CN102458800A; CN102458800B; TWI461277B; WO2010143321A1; JPWO2010143321A1; JP5329661B2; TW201043427A

Abstract

미세 패턴을 표면에 갖는 표면층과, 이 표면층의 상기 표면과 반대인 이면을 지지하는 지지층을 구비하고, 상기 표면층이 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 임프린트용 몰드이다. 지지층 상에 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층을 적층하는 공정과, 이 표면층의 표면을 미세 패턴을 갖는 마스터 몰드로 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 이상의 온도에서 가압하는 공정과, 이어서 상기 표면층의 온도를 측쇄 결정성 폴리머의 융점 미만의 온도로 하고, 상기 표면층의 표면으로부터 마스터 몰드를 박리하고, 마스터 몰드의 상기 미세 패턴을 표면층의 표면에 전사하는 공정을 포함하는 임프린트용 몰드의 제조 방법이다.

Description

임프린트용 몰드 및 그 제조 방법{MOLD FOR IMPRINTING, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 미세 패턴을 기판 표면에 효율적으로 형성해서 처리량을 높이는 것이 가능한 임프린트 리소그래피(imprint lithography)가 주목받고 있다. 임프린트 리소그래피는 기판 표면이 경화성 수지 조성물로 이루어지는 피막을 형성하고, 이 피막 표면을 몰드로 가압해서 몰드의 미세 패턴을 전사하고, 미세 패턴이 전사된 피막을 경화시켜서 미세 패턴을 기판 표면에 형성하는 방법이다.

임프린트 리소그래피에 의해 형성되는 미세 패턴은 이용하는 몰드의 미세 패턴에 대응하므로 임프린트 리소그래피에 있어서의 몰드의 중요성은 높다. 몰드의 미세 패턴은 상기 수지 조성물의 부착을 방지하기 위해서 통상 불소 함유 자기 조직화막(fluorinated self-assembled monolayer) 등에 의한 이형 처리가 실시되어 있다.

그런데, 임프린트 리소그래피를 반복해서 행하면 미세 패턴에 실시된 이형 처리가 열화된다는 문제가 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조). 이형 처리가 열화된 몰드로 임프린트 리소그래피를 행하면 전사 정밀도가 저하될 뿐만 아니라 몰드 자체도 파손된다.

몰드의 미세 패턴에 재이형 처리를 실시하면 임프린트 리소그래피의 특징의 하나인 높은 처리량화가 손상된다. 또한, 몰드의 미세 패턴은 통상 전자빔(EB: electron beam) 리소그래피에 의해 형성된다. EB 리소그래피는 복잡한 패턴으로 될수록 형성에 시간을 요하기 때문에 몰드가 파손되면 간단히 재현할 수는 없다. 그 때문에, 이형 처리나 재이형 처리를 실시할 필요가 없고, 간단히 재현할 수 있는 몰드의 개발이 요망되고 있다.

Y. Tada, H. Yoshida, and A. Miyauchi, J. Photopolym. Sci. Technol., 20, p545, 2007

본 발명의 과제는 높은 이형성(離型性)을 갖고, 또한 간단히 재현할 수 있는 임프린트용 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 임프린트용 몰드는 미세 패턴을 표면에 갖는 표면층과, 이 표면층의 상기 표면과 반대인 이면을 지지하는 지지층을 구비하고, 상기 표면층이 측쇄 결정성 폴리머로 이루어진다.

본 발명의 임프린트용 몰드의 제조 방법은 지지층 상에 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층을 적층하는 공정과, 이 표면층의 표면을 미세 패턴을 갖는 마스터 몰드로 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 이상의 온도에서 가압하는 공정과, 이어서 상기 표면층의 온도를 측쇄 결정성 폴리머의 융점 미만의 온도로 하고, 상기 표면층의 표면으로부터 마스터 몰드를 박리하고, 마스터 몰드의 상기 미세 패턴을 표면층의 표면에 전사하는 공정을 포함한다.

<발명의 효과>

본 발명의 임프린트용 몰드에 의하면, 몰드의 미세 패턴이 이형성이 우수한 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지므로, 몰드의 미세 패턴에 이형 처리를 실시할 필요가 없다. 따라서, 몰드의 미세 패턴에 종래와 같은 재이형 처리를 실시할 필요도 없고, 임프린트 리소그래피의 높은 처리량화가 손상될 일이 없다.

본 발명의 임프린트용 몰드의 제조 방법에 의하면, 측쇄 결정성 폴리머에 마스터 몰드의 미세 패턴을 열 임프린팅함으로써 몰드의 미세 패턴을 형성한다. 측쇄 결정성 폴리머에 대한 열 임프린팅은 비교적 저온에서 행할 수 있으므로 단시간에 효율적으로 열 임프린팅을 행하여 본 발명의 몰드를 얻을 수 있다. 또한, 마스터 몰드를 반복 사용함으로써 상기 몰드를 간단히 재현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 임프린트용 몰드에 의한 일실시형태를 나타내는 개략적인 측면도이다.
도 2(a)~도 2(d)는 도 1에 나타내는 임프린트용 몰드의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 3(a)~도 3(d)는 도 1에 나타내는 임프린트용 몰드를 이용하여 미세 구조를 제조하는 일실시형태를 나타내는 공정도이다.
도 4는 실시예에서 얻은 임프린트용 몰드의 주사형 전자현미경 사진이다.

이하, 본 발명의 임프린트용 몰드에 의한 일실시형태에 대해서 도 1을 참조해서 상세하게 설명한다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 임프린트용 몰드(10)는 표면층(1)과 지지층(5)을 구비하고 있다.

표면층(1)은 측쇄 결정성 폴리머로 이루어진다. 상기 측쇄 결정성 폴리머는 융점 미만의 온도에서 결정화되고, 또한 상기 융점 이상의 온도에서 유동성을 나타내는 폴리머이다. 즉, 상기 측쇄 결정성 폴리머는 온도 변화에 대응해서 결정 상태와 유동 상태를 가역적으로 일으킨다.

상기 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층(1)은 그 표면(1a)에 미세 패턴(2)이 형성되어 있고, 이 미세 패턴(2)도 측쇄 결정성 폴리머로 이루어진다. 상기 결정 상태의 측쇄 결정성 폴리머는 높은 이형성을 갖고 있다. 따라서, 미세 패턴(2)도 높은 이형성을 갖고 있으므로 미세 패턴(2)에 종래와 같은 이형 처리를 실시할 필요가 없다.

상기 융점이란 소정 평형 프로세스에 의해 처음에는 질서 있는 배열로 정합되어 있었던 중합체의 특정 부분이 무질서 상태로 되는 온도를 의미하고, 시차열 주사 열량계(DSC)에 의해 10℃/분의 측정 조건에서 측정하여 얻어지는 값이다. 몰드(10)는 측쇄 결정성 폴리머가 결정 상태에 있는 융점 미만의 온도에서 사용한다. 따라서, 상기 융점으로서는 30℃ 이상이 바람직하고, 50~60℃가 보다 바람직하다.

한편, 상기 융점이 너무 낮으면 몰드(10)를 사용할 수 있는 온도 범위가 좁아지므로 바람직하지 못하다. 또한, 몰드(10)의 미세 패턴(2)은 후술하는 바와 같이 열 임프린팅으로 성형한다. 그 때문에, 상기 융점이 너무 높으면 열 임프린팅하기 어려워지므로 바람직하지 못하다. 상기 융점을 소정의 값으로 하기 위해서는 측쇄 결정성 폴리머의 조성 등을 바꿈으로써 임의로 행할 수 있다.

상기 측쇄 결정성 폴리머의 조성으로서는, 예컨대 탄소수 16 이상의 직쇄상 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 20~100중량부와, 탄소수 1~6의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 0~70중량부와, 극성 모노머 0~10중량부를 중합시켜 얻어지는 중합체 등을 들 수 있다.

상기 탄소수 16 이상의 직쇄상 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 예컨대 세틸(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 에이코실(메타)아크릴레이트, 베헤닐(메타)아크릴레이트 등의 탄소수 16~22의 선상 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트를 들 수 있고, 상기 탄소수 1~6의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 예컨대 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 상기 극성 모노머로서는, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 말레산, 푸말산 등의 카르복실기 함유 에틸렌 불포화 단량체; 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시헥실(메타)아크릴레이트 등의 히드록실기를 갖는 에틸렌 불포화 단량체 등을 들 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상을 혼합해서 이용해도 좋다.

중합 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예컨대 용액 중합법, 괴상 중합법, 현탁 중합법, 유화 중합법 등이 채용 가능하다. 예컨대 용액 중합법을 채용할 경우에는 상기에서 예시한 모노머를 용제에 혼합하고, 40~90℃ 정도에서 2~10시간 정도 교반함으로써 상기 모노머를 중합시킬 수 있다.

상기 측쇄 결정성 폴리머의 중량 평균 분자량은 100,000 이상, 바람직하게는 400,000~800,000인 것이 좋다. 상기 중량 평균 분자량이 너무 적으면 미세 패턴(2)의 강도가 저하되어 손상되기 쉬워질 우려가 있다. 또한, 상기 중량 평균 분자량이 너무 크면 측쇄 결정성 폴리머를 융점 이상의 온도로 해도 유동성을 나타내기 어려워지므로 열 임프린팅하기 어려워진다. 상기 중량 평균 분자량은 측쇄 결정성 폴리머를 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정하여 얻어진 측정값을 폴리스티렌 환산한 값이다.

표면층(1)의 두께로서는 0.01~1,000㎛ 정도가 적절하다. 표면층(1)의 두께란 표면(1a)과 이 표면(1a)과 반대인 이면(1b) 사이의 거리가 가장 커지는 두께를 의미한다. 또한, 미세 패턴(2)은 나노 내지 마이크로미터 스케일이 바람직하다. 미세 패턴(2)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 원하는 것을 채용할 수 있다.

한편, 지지층(5)은 표면층(1)의 이면(1b)을 지지하는 것이고, 몰드(10)에 강성을 부여하는 것이다. 지지층(5)을 구성하는 재료로서는, 예컨대 규소, 실리콘, (SiO₂) 유리 등을 들 수 있다. 지지층(5)의 두께로서는 10~1,000㎛ 정도가 적당하다.

또한, 표면층(1)을 지지하는 지지층(5)의 표면(5a)에는 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 표면(5a)이 조면화되어 지지층(5)과 표면층(1)의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 상기 표면 처리로서는, 예컨대 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 블라스트 처리, 화학 에칭 처리, 프라이머 처리 등을 들 수 있다.

여기서, 상기 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층(1)은 통상 UV 투과성을 갖고 있다. 임프린트 리소그래피를 UV 경화성 수지 조성물에 대해서 행할 경우에는 UV 투과성을 갖는 재료로 지지층(5)을 구성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 몰드(10) 전체가 UV 투과성을 가지게 되므로 이 몰드(10)를 통해서 UV 경화성 수지 조성물에 UV를 조사할 수 있다.

이어서, 몰드(10)의 제조 방법에 대해서 도 2를 참조해서 상세하게 설명한다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 우선 지지층(5) 상에 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층(1)을 적층한다. 표면층(1)이 적층되는 지지층(5)의 표면(5a)은 표면층(1)과의 밀착성을 향상시키는 점에서 표면 처리를 실시하여 조면화하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 적층은 상기 측쇄 결정성 폴리머를 용제에 첨가한 도포액을 지지층(5) 상에 도포해서 건조시킴으로써 행한다.

상기 도포는 일반적으로 나이프 코터, 롤 코터, 캘린더 코터, 콤마 코터 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 도포 두께나 도포액의 점도에 따라서는 그라비어 코터, 로드 코터, 스핀 코터 등에 의해 행할 수도 있다.

또한, 표면층(1)의 적층은 상기 도포 외에, 예컨대 압출 성형이나 캘린더 가공에 의해 시트 형상 내지 필름 형상으로 성형한 표면층(1)을 지지층(5) 상에 적층함으로써 행할 수도 있다.

지지층(5) 상에 표면층(1)을 적층한 후, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 표면층(1) 상방에 마스터 몰드(20)를 배치한다. 이 마스터 몰드(20)를 구성하는 재료로서는 측쇄 결정성 폴리머에 대한 친화성이 낮은 재료가 바람직하고, 예컨대 규소, 실리콘, (SiO₂) 유리 등을 들 수 있다.

표면층(1)의 표면(1a)과 대향하는 마스터 몰드(20)의 표면(20a)에는 미세 패턴(21)이 형성되어 있다. 이 미세 패턴(21)의 반대 패턴이 몰드(10)의 미세 패턴(2)이 된다. 따라서, 미세 패턴(21)의 형상은 원하는 미세 패턴(2)과 반대 패턴인 것을 채용한다. 미세 패턴(21)은 나노 내지 마이크로미터 스케일이 바람직하고, EB 리소그래피에 의해 형성할 수 있다.

이 마스터 몰드(20)를 화살표A 방향으로 움직여서, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 표면층(1)의 표면(1a)을 마스터 몰드(20)로 가압한다. 이 가압은 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 이상의 온도에서 행한다. 이에 따라, 상기 측쇄 결정성 폴리머가 유동 상태가 되어 마스터 몰드(20)의 미세 패턴(21)을 표면층(1)의 표면(1a)에 전사하는 열 임프린팅이 가능하게 된다.

가압 온도로서는 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점+10℃~융점+30℃의 온도가 바람직하다. 이에 따라, 상기 측쇄 결정성 폴리머가 적절한 유동 상태가 되고, 마스터 몰드(20)에 의한 전사 정밀도가 향상되며, 비교적 저온에서의 열 임프린팅이 달성된다. 이에 대해서, 상기 가압 온도가 너무 낮으면 측쇄 결정성 폴리머의 유동 상태가 낮아져 마스터 몰드(20)에 의한 전사 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 가압 온도가 너무 높으면 측쇄 결정성 폴리머를 필요 이상으로 가열하게 되어 열 에너지를 많이 요하는 등 경제적으로 불리하게 된다.

상기 가압 온도의 조정은, 예컨대 마스터 몰드(20)의 표면(20a)과 반대인 이면(20b)에 히터 등의 가열 수단을 배치하고, 이 가열 수단에 의해 미세 패턴(21)의 표면 온도를 소정 온도로 가열하거나, 분위기 온도를 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 이상의 온도로 조정하거나 함으로써 행할 수 있다. 그 외의 가압 조건으로서는 압력 0.1~100㎫ 정도, 가압 시간 5~300초 정도가 바람직하다.

표면층(1)의 표면(1a)을 마스터 몰드(20)로 가압한 후, 이 상태를 유지하면서 팬 등의 냉각 수단을 이용해서 표면층(1)의 온도를 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 미만의 온도까지 냉각한다. 이에 따라, 상기 측쇄 결정성 폴리머가 결정 상태가 된다.

그리고, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 마스터 몰드(20)를 화살표B 방향으로 움직여서 결정 상태의 측쇄 결정성 폴리머로 형성된 표면층(1)의 표면(1a)으로부터 마스터 몰드(20)를 박리한다. 이 때, 결정 상태의 측쇄 결정성 폴리머는 상기한 바와 같이 높은 이형성을 갖고 있다. 따라서, 마스터 몰드(20)의 미세 패턴(21)에 이형 처리를 실시하지 않아도 마스터 몰드(20)를 표면층(1)으로부터 박리할 수 있어 생산성을 높일 수 있다.

마스터 몰드(20)를 표면층(1)으로부터 박리하면 마스터 몰드(20)의 미세 패턴(21)이 표면층(1)의 표면(1a)에 전사되어 미세 패턴(21)과 반대 패턴인 미세 패턴(2)을 갖는 몰드(10)가 얻어진다. 또한, 마스터 몰드(20)를 이용해서 상기한 각 공정을 반복해서 행하면 몰드(10)를 간단히 재현할 수 있다.

이어서, 몰드(10)를 이용해서 미세 구조를 제조하는 일실시형태에 대해서 경화성 수지 조성물에 UV 경화성 수지 조성물을 이용한 경우를 예로 들고, 도 3을 참조해서 상세하게 설명한다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 우선 기판(51) 표면에 피막(52)을 형성한다.

기판(51)을 구성하는 재료로서는, 예컨대 규소, (SiO₂) 유리 등 외에 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌폴리프로필렌 공중합체, 폴리염화비닐 등의 합성수지를 들 수 있다. 기판(51)은 플렉시블성을 갖는 것이 바람직하고, 그 두께로서는, 예컨대 50~300㎛, 바람직하게는 100~150㎛ 정도이다.

피막(52)은 UV 경화성 수지 조성물로 이루어진다. 이 UV 경화성 수지 조성물은 UV(자외선)가 조사됨으로써 경화되는 것이며, 각종 공지의 것을 채용할 수 있다. 피막(52)의 형성은, 예컨대 UV 경화성 수지 조성물을 소정의 용제에 첨가해서 도포액을 얻고, 이 도포액을 기판(51) 표면에 도포해서 건조시키면 좋다. 상기 도포는, 예컨대 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 롤러 코팅 등에 의해 행할 수 있다. 미경화의 피막(52)의 두께는, 예컨대 0.01~1000㎛, 바람직하게는 0.01~500㎛ 정도이다.

기판(51) 표면에 피막(52)을 형성한 후, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 피막(52) 상방에 몰드(10)를 배치한다. 이 배치는 몰드(10)의 미세 패턴(2)이 피막(52)과 대향하도록 행한다. 이어서, 이 몰드(10)를 화살표C 방향으로 움직여서, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 피막(52) 표면을 몰드(10)로 가압한다. 이에 따라, 몰드(10)의 미세 패턴(2)이 피막(52)에 전사된다.

가압 조건으로서는 압력이 0.1~100㎫ 정도이며, 가압 시간이 5~300초 정도이다. 미세 패턴(2)이 전사된 피막(52)의 경화는 피막(52) 표면을 몰드(10)로 가압한 상태, 즉 도 3(c)에 나타내는 상태의 피막(52)에 대해서 UV를 조사함으로써 행한다.

UV 조사 방향으로서는 피막(52)에 UV를 조사하는 것이 가능한 한 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 기판(51)이 UV 투과성을 갖고 있을 경우에는 기판(51)의 이면측으로부터 피막(52)에 대해서 UV를 조사하면 좋다. 또한, 몰드(10)의 지지층(5)이 UV 투과성을 갖는 재료로 구성되어 있을 경우에는 상기한 바와 같이 몰드(10) 전체가 UV 투과성을 가지게 되므로 이 몰드(10)를 통해서 피막(52)에 UV를 조사할 수 있다.

이어서, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 몰드(10)를 화살표D 방향으로 움직여서 경화 피막(53)으로부터 몰드(10)를 박리한다. 이 때, 몰드(10)의 미세 패턴(2)에는 이형 처리가 실시되어 있지 않지만 이 미세 패턴(2)은 상기한 이유로부터 높은 이형성을 가지고 있으므로 박리시에 경화 피막(53)에 걸리는 부하는 작다. 따라서, 경화 피막(53)으로부터 몰드(10)를 박리하면 우수한 정밀도로 미세 패턴(2)이 전사된 경화 피막(53)과, 기판(51)으로 이루어지는 미세 구조(50)가 얻어진다. 또한, 경화 피막(53)의 두께로서는, 예컨대 0.01~1000㎛, 바람직하게는 0.01~500㎛ 정도이다.

얻어진 미세 구조(50)는 그 잔막(殘膜)(54)을, 예컨대 산소 리액티브 이온 에칭 등에 의해 제거하고, 인접하는 경화 피막(53,53) 사이로부터 기판(51) 표면을 노출시킨 후, 경화 피막(53)을 마스크로 해서 에칭 처리를 행하거나, 알루미늄 등을 리프트 오프 가공해서 배선 등에 이용할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 경화성 수지 조성물로서 UV 경화성 수지 조성물을 예로 들어 설명했지만, 다른 경화성 수지 조성물로서, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 열가소성 수지 조성물을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 미세 패턴이 전사된 피막의 경화를 몰드로 가압한 상태에서 행하는 경우에 대해 설명했지만 상기 피막의 경화는 몰드를 박리한 후에 행할 수도 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하지만 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

이하의 실시예에서 사용한 측쇄 결정성 폴리머의 제조는 다음과 같다.

<합성예>

베헤닐아크릴레이트(니찌유사 제품)를 50부, 메틸아크릴레이트(니폰쇼쿠바이사 제품)를 45부, 아크릴산을 5부 및 퍼부틸 ND(니찌유사 제품)를 0.2부의 비율로 각각 아세트산에틸 230부에 첨가해서 혼합하고, 55℃에서 4시간 교반해서 이들 모노머를 중합시켰다. 얻어진 공중합체(측쇄 결정성 폴리머)의 중량 평균 분자량은 60만, 융점은 55℃이었다. 상기 중량 평균 분자량은 공중합체를 GPC로 측정하여 얻어진 측정값을 폴리스티렌 환산한 값이다. 또한, 상기 융점은 DSC를 이용해서 10℃/분의 측정 조건에서 측정한 값이다.

<임프린트용 몰드의 제작>

도 2에 나타내는 바와 같이 해서 본 발명에 의한 임프린트용 몰드를 제작했다. 이용한 각 부재는 이하와 같다.

표면층: 상기 합성예에서 얻어진 측쇄 결정성 폴리머를 이용했다.

지지층: 두께 625㎛의 규소를 이용했다. 상기 표면층을 지지하는 지지층의 표면에는 표면 처리로서 드라이 에칭 처리를 실시했다. 상기 드라이 에칭 처리는 SF₆가스로 행하였다.

마스터 몰드: EB 리소그래피에 의해 형성된 나노미터 스케일의 미세 패턴을 표면에 갖는 규소로 이루어지는 몰드를 이용했다.

마스터 몰드의 상기 미세 패턴은 볼록조가 복수 병설된 형상을 이룬다. 상기 볼록조는 폭이 490㎚이며, 피치 간격이 180㎚이다. 또한, 상기 폭 및 피치 간격은 모두 n=10의 평균값이다. 마스터 몰드의 상기 미세 패턴에는 이형 처리를 실시하지 않았다.

가압 조건은 이하와 같다.

가압 온도: 70℃(측쇄 결정성 폴리머의 융점+15℃)

압력: 5㎫

가압 시간: 60초

또한, 상기 가압 온도의 조정은 마스터 몰드의 이면에 히터를 배치하고, 이 히터에 의해 미세 패턴의 표면 온도가 70℃가 되도록 가열함으로써 행하였다.

몰드의 제작은 이하와 같이 행하였다. 우선 지지층 상에 표면층을 적층했다[도 2(a) 참조]. 이 적층은 상기 측쇄 결정성 폴리머를 아세트산에틸에 첨가한 도포액을 지지층 상에 스핀 코터로 도포하고, 100℃의 분위기 온도에서 건조시킴으로써 행하였다. 적층된 표면층의 두께는 1㎛이었다.

이어서, 표면층 상방에 마스터 몰드를 배치하고[도 2(b) 참조], 이 마스터 몰드에 의해 표면층의 표면을 상기 가압 조건에서 가압했다[도 2(c) 참조]. 이 마스터 몰드에 의한 가압 상태를 유지하면서 팬을 이용해서 표면층의 온도를 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 미만의 온도인 실온(23℃)까지 냉각했다. 그리고, 표면층의 표면으로부터 마스터 몰드를 박리하여 몰드를 얻었다[도 2(d) 참조].

얻어진 몰드의 미세 패턴에 대해서 주사형 전자현미경에 의한 현미경 관찰을 행하였다(배율: 12,000배). 그 결과를 도 4에 나타낸다. 동 도면으로부터 명확해지는 바와 같이, 몰드에 있어서의 표면층의 표면에 마스터 몰드의 미세 패턴의 반대 패턴이 정밀하게 전사되어 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로 설명하면 180㎚의 폭(d1)을 갖는 볼록조(30)가 490㎚의 피치 간격(d2)으로 복수 병설되어 있는 것을 알 수 있다. 폭(d1) 및 피치 간격(d2)은 모두 n=10의 평균값이다.

또한, 박리 후의 마스터 몰드의 미세 패턴을 눈으로 봐서 관찰한 결과 측쇄 결정성 폴리머는 부착되어 있지 않았다. 이들 결과로부터, 측쇄 결정성 폴리머에 마스터 몰드의 미세 패턴을 열(나노) 임프린팅함으로써 몰드의 미세 패턴을 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 마스터 몰드의 미세 패턴에는 이형 처리를 실시할 필요가 없어 생산성에도 우수하다고 말할 수 있다. 얻어진 몰드를 이용하면 상기 몰드의 미세 패턴에 이형 처리를 실시하지 않아도 임프린트 리소그래피가 가능하다고 기대된다.

Claims

미세 패턴을 표면에 갖는 표면층과,
이 표면층의 상기 표면과 반대인 이면을 지지하는 지지층을 구비하고;
상기 표면층은 융점 미만의 온도에서 결정화되고, 또한 상기 융점 이상의 온도에서 유동성을 나타내는 것을 특징으로 하는 측쇄 결정성 폴리머로 이루어짐과 아울러,
상기 지지층이 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
기판 표면의 피막에 몰드를 접촉시켜 가압하고, 몰드 표면의 미세 패턴을 기판 표면의 피막으로 전사하고, 그 후 피막을 경화시켜 미세 패턴을 기판 표면에 형성하는 임프린트 리소그래피에 사용되는 몰드로서:
상기 미세 패턴을 표면에 갖는 표면층과,
이 표면층의 상기 표면과 반대인 이면을 지지하는 지지층을 구비하고,
상기 표면층은 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지고,
상기 기판 표면의 피막에 상기 몰드를 압박시킬 때의 상기 측쇄 결정성 폴리머가 결정 상태인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 2 항에 있어서,
상기 측쇄 결정성 폴리머는 융점 미만의 온도에서 결정화되고, 또한 상기 융점 이상의 온도에서 유동성을 나타내는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점이 30℃ 이상인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측쇄 결정성 폴리머는 탄소수 16 이상의 직쇄상 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 20~100중량부와, 탄소수 1~6의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 0~70중량부와, 극성 모노머 0~10중량부를 중합시켜 얻어지는 중합체인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측쇄 결정성 폴리머의 중량 평균 분자량이 100,000 이상인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 미세 패턴에 이형 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 미세 패턴이 나노 내지 마이크로미터 스케일인 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 표면층을 지지하는 상기 지지층의 표면에 표면 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드.
강성을 갖는 지지층 상에 측쇄 결정성 폴리머로 이루어지는 표면층을 적층하는 공정과,
이 표면층의 표면을 미세 패턴을 갖는 마스터 몰드로 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점 이상의 온도에서 가압하는 공정과,
이어서 상기 표면층의 온도를 측쇄 결정성 폴리머의 융점 미만의 온도로 하고, 상기 표면층의 표면으로부터 마스터 몰드를 박리하고, 마스터 몰드의 상기 미세 패턴을 표면층의 표면에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 표면층이 적층되는 상기 지지층의 표면에 표면 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 마스터 몰드의 미세 패턴에 이형 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 마스터 몰드를 구성하는 재료는 규소(silicon), 실리콘(silicone) 및 (SiO₂) 유리로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 가압을 상기 측쇄 결정성 폴리머의 융점+10℃~융점+30℃의 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.