JP5687857B2 - ナノインプリント用樹脂スタンパ及びこれを使用したナノインプリント装置 - Google Patents
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Description
また、光透過性を有するスタンパを使用すると、光硬化性樹脂からなる前記樹脂層に対して、このスタンパを型押しし、このスタンパを介して光を照射することで、この樹脂層を硬化させることができる。
このようなナノインプリント技術は、大容量記録媒体における記録ビットのパターンの形成や、半導体集積回路のパターンの形成への応用が検討されている。
しかしながら、石英等のハードスタンパは、転写の際、被転写基板の反りや突起に追従できず、広範囲で転写不良領域が発生する問題があった。また、転写不良領域を低減させるためには、前記樹脂層を形成する被転写基板の反りと突起との両方を吸収することがスタンパに要求される。そこで、被転写基板の反りと突起の両方に追従するように、柔軟な樹脂で肉厚に形成したスタンパ(ソフトスタンパ)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなソフトスタンパは、柔軟で肉厚な樹脂で被転写基板の反りや突起に追従することで、転写不良を防止することができる。
しかしながら、フッ素系の離型剤により処理した石英等のハードスタンパは、転写不良が生じやすいことは前記したとおりである。また、フッ素系樹脂や、シリコーン系樹脂を使用したスタンパについても、被転写基板の反りや突起に対する追従性は前記したソフトスタンパに比べて不十分であり、転写不良を十分に防止することができない問題がある。
そこで、前記したソフトスタンパの表面に離型処理を施こすことも考えられる。
そして、ソフトスタンパの表面に離型剤を塗布すると、その濡れ性等によって塗布厚にむらが生じて却って微細パターンの転写精度が低下する問題がある。また、ソフトスタンパの表面に形成された離型層は、繰り返して転写を行うことで劣化しやすく、いわゆる繰返し転写性も不十分なものとなる。
したがって、ナノインプリント技術に用いられてきた光透過性のスタンパにおいては、良好なスループットを維持できるように十分な光透過性を有すると共に、被転写体に対する微細パターンの転写精度に優れ、しかも繰り返し転写性にも優れるナノインプリント用樹脂スタンパが望まれている。
図1に示すように、本実施形態に係るナノインプリント装置Ipは、筐体としての真空チャンバC内に、昇降機構11で昇降すると共に被転写体5が取り付けられたステージブロック12と、後記するナノインプリント用樹脂スタンパ3(図2参照)が取り付けられた固定ブロック13とを備えている。なお、昇降機構11は、特許請求の範囲にいう「駆動機構」に相当する。
被転写基板7としては、要求される強度と加工精度が実現できれば特に制限はなく、例えば、シリコンウエハ、各種金属材料、ガラス、石英、セラミック、プラスチック等が挙げられる。
本実施形態での樹脂層6は、光硬化性樹脂からなるものを想定している。
なお、この固定ブロック13の内部には、紫外光を照射する光源14が配置されており、この光源14は、ナノインプリント用樹脂スタンパ3を介して紫外光を被転写体5に照射するように構成されている。ちなみに、本実施形態でのナノインプリント用樹脂スタンパ3は、後記するように、光透過性、特に、紫外光透過性を有するものを想定している。
図2に示すように、本実施形態に係るナノインプリント用樹脂スタンパ3は、支持基材1上に微細構造体層2を有している。ここで微細構造とは、ナノメートルからマイクロメートルのサイズで形成された構造のことを指す。具体的には、複数の微小突起が規則的に配置されたドットパターンや、これとは逆に微小凹部が規則的に配置されたパターン、複数の条が規則的に配置されたラメラパターン(ラインアンドスペースパターン)等が挙げられる。これらの微細パターン3aは、微細構造体層2の表面に形成されている。
支持基材1の形状としては、平面形状で円形、正方形、長方形等が挙げられ、中でも長方形が好ましい。
また、支持基材1の表面には、微細構造体層2や前記した緩衝層(図示省略)との接着力を強化するためにカップリング処理を施すことができる。
微細構造体層2を形成する樹脂組成物は、複数の重合性官能基を有するシルセスキオキサン誘導体を主成分として含むと共に、複数の重合性官能基を有するモノマ成分と、光重合開始剤又は熱重合開始剤とを更に含んで構成されている。ちなみに、光重合開始剤を含む樹脂組成物は、光硬化性のものとなり、熱重合開始剤を含む樹脂組成物は、熱硬化性のものとなる。
なお、モノマ成分は、特許請求の範囲にいう「シルセスキオキサン誘導体とは別の重合性樹脂成分」に相当する。
シルセスキオキサン誘導体は、RSiO1.5の組成式で示されるネットワーク状ポリシロキサンの総称である。このシルセスキオキサン誘導体は、構造的には無機シリカ(組成式;SiO2)と有機シリコーン(組成式;R2SiO)との中間に位置付けられ、特性も両者の中間であることが知られている。
シルセスキオキサン誘導体は、上市品を使用することができる。
以上のようなシルセスキオキサン誘導体は、樹脂組成物における主成分をなすものであり、その含有率は、50質量%以上、望ましくは70%以上であればよい。
モノマ成分としては、ビニル基、(メタ)アクリル基、エポキシ基、オキセタニル基、及びビニルエーテル基から選ばれる重合性官能基を2以上含有するものが挙げられ、骨格等に制限はないが、前記したシルセスキオキサン誘導体が有する重合性官能基と同機構で硬化するモノマ成分が望ましい。また、モノマ成分としては、パーフルオロ骨格を有するもの(フッ素成分)を使用することができる。
なお、本実施形態でのモノマ成分は、1種又は2種以上の組み合わせで使用される。
以上のようなモノマ成分の樹脂組成物における含有率は、1質量%以上、50質量%未満とすることができる。
光重合開始剤としては、樹脂組成物に含まれるシルセスキオキサン誘導体や、モノマ成分の重合性官能基に合わせて適宜選択される。この光重合性開始剤の種類としては、紫外光の照射によりカチオンを発生する光カチオン重合開始剤等が挙げられる。光カチオン重合開始剤は酸素阻害による硬化不良を防ぐ点において望ましい。
以上のような光重合開始剤は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
このような範囲内に、光重合開始剤の含有率を設定することで、十分な光透過性(波長
波長365nmの紫外光では透過率80%以上)を有すると共に、図1に示す被転写体5(樹脂層6)に対する微細パターンの転写精度に優れ、しかも繰り返し転写性にも優れる微細構造体層2(図2参照)を形成することができる。
熱重合開始剤としては、樹脂組成物に含まれるシルセスキオキサン誘導体や、モノマ成分の重合性官能基に合わせて適宜選択される。熱重合開始剤の種類としては、加熱によりカチオンを発生する熱カチオン重合開始剤が挙げられる。熱カチオン重合開始剤は酸素阻害による硬化不良を防ぐ点において望ましい。熱カチオン重合開始剤としては求電子試薬であり、カチオン発生源を持っているもので、有機成分を熱により硬化させるものであれば特に制限はなく公知の熱カチオン重合開始剤を用いることができる。
以上のような熱重合開始剤は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、前記した光重合開始剤と熱重合開始剤とは、組み合わせて使用することもできる。
このような範囲内に、熱重合開始剤の含有率を設定することで、十分な光透過性を有すると共に、図1に示す被転写体5(樹脂層6)に対する微細パターンの転写精度に優れ、しかも繰り返し転写性にも優れる微細構造体層2(図2参照)を形成することができる。
しかしながら、製造工程により意図せず混入する反応性官能基を有しない溶剤成分は樹脂組成物に含まれていても本発明の効果を阻害するものではない。また、樹脂組成物には、本発明の課題を阻害しない範囲で、支持基材1(図2参照)と微細構造体層2(図2参照)との密着力を強化するための界面活性剤が含まれていてもよい。また、必要に応じて重合禁止剤等の添加剤を加えてもよい。
次に、本実施形態に係るナノインプリント用樹脂スタンパ3(図2参照)の製造方法について説明する。ここで参照する図3(a)から(c)は、ナノインプリント用樹脂スタンパの製造方法を模式的に示す工程説明図である。
ちなみに、この樹脂組成物2aの硬化は、樹脂組成物2aが前記した光重合開始剤を含むものであれば光照射により行われればよいし、熱重合開始剤を含むものであれば加熱により行われればよい。
次に、ナノインプリント装置Ip(図1参照)の動作を説明しつつ、このナノインプリント装置Ipを使用した微細パターン3a(図1参照)の転写方法について説明する。
この転写方法では、図1に示すように、前記した工程(図3(a)から(c)参照)で製造されたナノインプリント用樹脂スタンパ3(図2参照)が、固定ブロック13に取り付けられる。この際、ナノインプリント用樹脂スタンパ3の微細パターン3aは、ステージブロック12に対向するように取り付けられる。
また、ステージブロック12には、ナノインプリント用樹脂スタンパ3と対向する位置に、被転写体5が取り付けられる。この際、被転写体5は、樹脂層6がナノインプリント用樹脂スタンパ3の微細パターン3aに対向するように取り付けられる。
その後、樹脂層6にナノインプリント用樹脂スタンパ3が押し当てられた状態で、光源14からは紫外光が樹脂層6に照射される。そのことによって、微細パターン3aが転写された樹脂層6は硬化する。
そして、昇降装置11でステージブロック12を下降させることによって、被転写体5からナノインプリント用樹脂スタンパ3を剥離する。
図4に示すように、硬化した樹脂層6からナノインプリント用樹脂スタンパ3を剥離することで、この転写方法は終了する。つまり、被転写体5の硬化した樹脂層6には、微細パターン5aが形成される。
ちなみに、被転写体5に転写された微細パターン5aは、ナノインプリント用樹脂スタンパ3の微細構造体層2に形成された微細パターン3aの凹凸形状が反転して形成されたものである。つまり、微細パターン5aは、マスタモールド4の微細パターン4a(図3(a)参照)の凹凸形状に対応する形状となっている。
その結果、被転写体5の樹脂層6には、紫外光が効率よく照射されるので、樹脂層6の硬化時間を短縮することができる。その結果、転写体を得る際に良好なスループットを維持することができる。
その結果、従来のスタンパと異なって、ナノインプリント用樹脂スタンパ3の表面に、離型剤の塗布ムラが形成されることがないことと、被転写基板7に対する良好な追従性を有することとも相俟って、ナノインプリント用樹脂スタンパ3は、更に微細パターン3a(図1参照)の転写精度に優れる。
また、このように離型剤を必要とせずに、繰り返し転写性を向上させることができるナノインプリント用樹脂スタンパ3は、ナノインプリント装置Ip(図1参照)による転写体の製造時において、そのランニングコストを低減することができる。
前記実施形態では、図2に示すように、支持基材1上に微細構造体層2を有するナノインプリント用樹脂スタンパ3について説明としたが、支持基材1の微細構造体層2とは反対側の面に、更に他の基板を配置することができる。次に参照する図5は、本発明の他の実施形態に係るナノインプリント用樹脂スタンパを示す模式図である。
なお、図5中、符号10aは、微細構造体層2の微細パターンである。
ちなみに、前記したように、硬質基板9は厚さを10mm以上とすることによって、ナノインプリント用樹脂スタンパ10に、十分な機械的強度を付与することができる。また、硬質基板9の厚さを30mm以下とすることによって、硬質基板9の光透過性を良好に維持することができる。
(実施例1)
本実施例では、図3(a)から(c)に示す工程でナノインプリント用樹脂スタンパ3を作製した。
はじめに、下記表1に示すように、複数個のオキセタニル基を有するシルセスキオキサン誘導体OX−SQ SI−20(東亞合成社製)90質量部と、光重合性モノマ(モノマ成分)としての、パーフルオロ骨格を有するジエポキシである1,4−ビス(2,3−エポキシプロピル)パーフルオロブタン(ダイキン工業製)10質量部と、光カチオン重合開始剤としての、アデカオプトマーSP−172(ADEKA社製)を、シルセスキオキサン誘導体及びモノマ成分との合計量100質量部に対して0.3質量%(0.3質量部)で調合し、微細構造体層2(図3(c)参照)を形成するための光硬化性の樹脂組成物2a(図3(a)参照)を得た。
次に、支持基材1(図3(a)参照)として、表面にKBM403(信越シリコーン社製)によりシランカップリング処理した20mm×20mm、厚さ0.7mmのガラス板を準備した。
ちなみに、シランカップリング処理したこのガラス板における波長365nmの紫外光の透過率は97%であった。
ちなみに、この微細構造体層2の微細パターン3a(図2参照)は、マスタモールド4のドットパターンとは凹凸が逆の(反転した)、微細な円柱状の凹部形状(直径180nm、深さ200nm)が並ぶパターンであった。
被転写体5としては、ガラス板からなる被転写基板7上に、アクリレート系モノマを主成分とする光ラジカル重合性の樹脂組成物からなる樹脂層6(図1参照)を形成したものを使用した。
その後、硬化した樹脂層6からナノインプリント用樹脂スタンパ3を剥離することによって、硬化した樹脂層6の表面に微細パターン5a(図4参照)が形成された被転写体5を得た。
光透過性は、ナノインプリント用樹脂スタンパ3の作製に使用した、前記樹脂組成物2aの硬化物膜を30μmの膜厚で形成し、この硬化物膜について、波長365nmの紫外光の透過率を測定した。
なお、この光透過率[%]は、80%以上のものを良好であると判定して、表1の光透過率の可否の欄に「○」と記した。また、80%未満のものを不良であると判定して、表1の光透過率の可否の欄に「×」と記した。
そして、この変化率[%]は、被転写体5における5点について求めると共に、これらの変化率[%]のうちの最大の値のものを最大寸法変化率[%]とした。
なお、この最大寸法変化率[%]は、10%以下のものを良好であると判定して、表1の5回転写性の可否の欄に「○」と記した。また、10%を超えるものを不良であると判定して、表1の5回転写性の可否の欄に「×」と記した。
本実施例では、表1に示す光重合開始剤を、表1に示す割合で含有する樹脂組成物を使用した以外は、実施例1と同様の方法で微細構造体層2を有するナノインプリント用樹脂スタンパ3を作製した。
その結果、この微細パターン5aは、マスタモールド4の微細パターン4aに対して転写精度よく対応していることが確認された。
本実施例では、実施例3と同様の樹脂組成物を調製した。
ナノインプリント用樹脂スタンパの作製は、次の手順で行った(図示省略)。
マスタモールド4としては、微細パターン4aがラインアンドスペースパターン(ピッチ90nm、襞高さ50nm)である以外は、離型処理を施した実施例1と同様のものを使用した。
そして、このナノインプリント用樹脂スタンパを使用した以外は、実施例1と同様に、微細パターン5a(図4参照)が形成された被転写体5を得た。
また、作製したナノインプリント用樹脂スタンパにおける、微細構造体層の弾性率[GPa]、光透過率[%]、及び被転写体5に形成した微細パターン5aにおける最大寸法変化率[%]を、実施例1と同様に測定すると共に、実施例1と同様に、光透過率の可否、及び5回転写性の可否を判定した。これらの結果を表1に示す。
本実施例では、実施例3と同様の樹脂組成物(表1参照)を調製した。
ナノインプリント用樹脂スタンパの作製は、次の手順で行った(図示省略)。
まず、離型処理を施した実施例7と同様のマスタモールド4を準備した。
次に、このマスタモールド4の微細パターン4aが形成された面に、樹脂組成物をスピンコート法によって塗布した後、これに365nmの波長の紫外光を600秒間照射して硬化させた。
なお、このナノインプリント用樹脂スタンパにおける第1支持層は、微細構造体層よりも低弾性となっている。第2支持層は、第1支持層よりも低弾性となっており、ガラスで形成された支持基材は、第2支持層よりも高弾性となっている。
その結果、この微細パターン5aは、マスタモールド4の微細パターン4aに対して転写精度よく対応していることが確認された。
本実施例では、実施例3と同様の樹脂組成物(表1参照)を調製すると共に、この樹脂組成物を使用して、図5に示すナノインプリント用樹脂スタンパ10を作製した。
まず、支持基材1として、シランカップリング処理した実施例1と同様のガラス板を準備した。
この支持基材1のカップリング処理表面に、樹脂組成物を塗布した。
そして、図5に示すように、支持基材1の微細構造体層2が形成される面と反対側の面に、光透過性の弾性体プレート8と、光透過性の硬質基板9とをこの順番で接着剤を介して積層してナノインプリント用樹脂スタンパ10を作製した。
その結果、この微細パターン5aは、マスタモールド4の微細パターン4aに対して転写精度よく対応していることが確認された。
また、作製したナノインプリント用樹脂スタンパにおける、微細構造体層の弾性率[GPa]、光透過率[%]、及び被転写体5に形成した微細パターン5aにおける最大寸法変化率[%]を、実施例1と同様に測定すると共に、実施例1と同様に、光透過率の可否、及び5回転写性の可否を判定した。これらの結果を表2に示す。
本実施例では、表2に示す光重合開始剤を、表2に示す割合で含有する樹脂組成物を使用した以外は、実施例1と同様の方法で微細構造体層2を有するナノインプリント用樹脂スタンパ3(図2参照)を作製した。
そして、このナノインプリント用樹脂スタンパ3を使用した以外は、実施例1と同様に、微細パターン5a(図4参照)が形成された被転写体5を得た。
その結果、この微細パターン5aは、マスタモールド4の微細パターン4aに対して転写精度よく対応していることが確認された。
比較例1、比較例2、比較例4、比較例6、及び比較例12では、表3及び表4に示す光重合開始剤を、表3及び表4に示す割合で含有する樹脂組成物を使用した以外は、実施例1と同様の方法で微細構造体層2を有するナノインプリント用樹脂スタンパ3を作製した。
比較例3、比較例5、及び比較例7では、表3及び表4に示す光重合開始剤を、表3及び表4に示す割合で含有する樹脂組成物を使用した。
この樹脂組成物を使用して、実施例1と同様の方法で微細構造体層2を有するナノインプリント用樹脂スタンパ3を作製しようと試みたが、実施例1と同じ条件での紫外光照射では、樹脂組成物が十分に硬化しない微細構造体層2となった。
なお、本比較例では、樹脂組成物が十分に硬化しない微細構造体層2となったために、最大寸法変化率[%]の測定は行わなかった。また、5回転写性の可否を判定は、「×」と記した。
比較例8では、比較例3と同様の樹脂組成物(表3及び表4参照)を調製すると共に、この樹脂組成物を使用した以外は、実施例7と同様の3層構成のナノインプリント用樹脂スタンパ(図示省略)を作製した。
この樹脂組成物を使用して、実施例7と同様の方法でナノインプリント用樹脂スタンパを作製しようと試みたが、実施例7と同じ条件での紫外光照射では、樹脂組成物が十分に硬化しない微細構造体層となった。
なお、本比較例では、樹脂組成物が十分に硬化しない微細構造体層2となったために、最大寸法変化率[%]の測定は行わなかった。また、5回転写性の可否を判定は、転写を行うことができなかったので「×」と記した。
比較例8では、比較例3と同様の樹脂組成物(表3及び表4参照)を調製すると共に、この樹脂組成物を使用した以外は、実施例8と同様の4層構成のナノインプリント用樹脂スタンパ(図示省略)を作製した。
なお、本比較例では、樹脂組成物が十分に硬化しない微細構造体層2となったために、最大寸法変化率[%]の測定は行わなかった。また、5回転写性の可否を判定は、転写を行うことができなかったので「×」と記した。
表1及び表2に示すように、本発明の実施例に係るナノインプリント用樹脂スタンパは、主成分としてのシルセスキオキサン誘導体と、モノマ成分とを含有する樹脂組成物であって、光重合開始剤をシルセスキオキサン誘導体、及びモノマ成分の合計の質量に対して、0.3質量%以上、3質量%以下で含有するか、又は熱重合開始剤をシルセスキオキサン誘導体、及びモノマ成分の合計の質量に対して、0.5質量%以上、15質量%未満で含有する樹脂組成物の重合体で微細構造体層が形成されるので、微細構造体層における波長365nmの紫外光透過率が80%以上となる。
この図6からも明らかなように、光重合開始剤の含有率を0.3質量%以上、3質量%以下とすることによって、微細構造体層の光透過率、及び最大寸法変化率(繰り返し転写率)が優れたものとなる。
2 微細構造体層
2a 樹脂組成物
3 ナノインプリント用樹脂スタンパ
4 マスタモールド
Claims (6)
- 複数の重合性官能基を有する主成分としてのシルセスキオキサン誘導体と、複数の重合性官能基を有し、前記シルセスキオキサン誘導体とは別の重合性樹脂成分と、光重合開始剤とを含有する樹脂組成物の重合体からなる微細構造体層を、光透過性の支持基材上に備えるナノインプリント用樹脂スタンパであって、
前記光重合開始剤は、光カチオン重合開始剤であるとともに、前記シルセスキオキサン誘導体、及び前記重合性樹脂成分の合計の質量に対して、0.3質量%以上、3質量%以下であり、
前記微細構造体層は、波長365nmの光を80%以上透過し、
被転写体に転写した当該樹脂スタンパの微細パターンにおける5回転写後の最大寸法変化率が10%以下であることを特徴とするナノインプリント用樹脂スタンパ。 - 複数の重合性官能基を有する主成分としてのシルセスキオキサン誘導体と、複数の重合性官能基を有し、前記シルセスキオキサン誘導体とは別の重合性樹脂成分と、熱重合開始剤とを含有する樹脂組成物の重合体からなる微細構造体層を、光透過性の支持基材上に備えるナノインプリント用樹脂スタンパであって、
前記熱重合開始剤は、熱カチオン重合開始剤であるとともに、前記シルセスキオキサン誘導体、及び前記重合性樹脂成分の合計の質量に対して、0.5質量%以上、15質量%未満であり、
前記微細構造体層は、波長365nmの光を80%以上透過し、
被転写体に転写した当該樹脂スタンパの微細パターンにおける5回転写後の最大寸法変化率が10%以下であることを特徴とするナノインプリント用樹脂スタンパ。 - 請求項1又は請求項2に記載のナノインプリント用樹脂スタンパにおいて、
前記重合性官能基は、ビニル基、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基、及び(メタ)アクリル基から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするナノインプリント用樹脂スタンパ。 - 請求項1又は請求項2に記載のナノインプリント用樹脂スタンパにおいて、
前記支持基材の前記微細構造体層が形成される面と反対側の面に、光透過性の弾性体プレートと、光透過性の硬質基板とをこの順番で更に備えると共に、
前記支持基材が、可撓性の硬質材料で形成されていることを特徴とするナノインプリント用樹脂スタンパ。 - 請求項1又は請求項2に記載のナノインプリント用樹脂スタンパと、
前記ナノインプリント用樹脂スタンパを固定する固定ブロックと、
被転写体を保持するステージブロックと、
前記ナノインプリント用樹脂スタンパと前記被転写体とを接触させた後に離反させるように前記固定ブロック及び前記ステージブロックのうちの少なくとも一方を駆動する駆動機構と、
を備えることを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項5に記載のナノインプリント装置において、
前記ナノインプリント用樹脂スタンパは、前記支持基材の前記微細構造体層が形成される面と反対側の面に、光透過性の弾性体プレートと、光透過性の硬質基板とをこの順番で更に備えると共に、
前記支持基材が、可撓性の硬質材料で形成されていることを特徴とするナノインプリント装置。
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