JP2008100419A - 微細構造作製方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノインプリント技術を用いてフィルム上に形成された凹凸パタンのフィルムの変形によって縮小するプロセスにおいて、凹凸パタンの深さの減衰を制御する。
【解決手段】本発明は、ナノインプリント技術を用いてフィルム上に形成された凹凸パタンをフィルムの変形によって縮小するプロセスにおいて、凹凸パタンの深さの減衰を制御するものであり、具体的には、フィルム上に凹凸パタンを形成した後に、フィルムとは異なる溶解性をもつ材料によってパタン凹部を埋めてパタンを保護してから、フィルムの変形を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細構造作製方法及び装置に係り、特に、ポリマフィルム表面に微細構造を作成するナノインプリント技術に関する。

表示機器における光学特性の改善や、素材の表面改質などを目的として、フィルム表面に微細構造を作製することによる特性制御が提案されている。このような目的のためには数百ｎｍ〜数十ｎｍの微細構造をフィルム表面に形成することが必要となる。元来、フィルムやシートのような素材に対してこのような微細な構造を形成することは困難であった。その理由として、従来の微細構造作製技術は、半導体プロセスに見られるように、高い平面度と均一性を持つ基板上レジストなどを対象に、マスクを用いた光露光や電子ビーム露光などによりパターニングすることを最初のステップとするものであり、フィルムやシートのようなフレキシブルな素材に対して同様のプロセスを適用することは、困難であることがあげられる。また、従来の微細構造作製技術は、せいぜい直径３０センチ程度の基板を対象にしたものであり、年々大型化する表示機器などに適用することは困難であった。

近年、このような目的にナノインプリント技術を適用することが提案されている。この方法は、微細な凹凸構造を表面に有するモールドを、対象物に押し付けることにより、モールド表面の凹凸構造を対象物表面に転写するものである。モールドの作製にあたっては、電子ビームリソグラフィとエッチングなど、従来の微細構造作製プロセスを用いるが、一旦モールドを作製できれば、繰り返し微細パタンを対象物表面に複製することが可能となる。また、ナノインプリント技術では、フィルムやシート素材のようなフレキシブルな対象物に対して微細構造を直接作製することが可能であり、前述のような目的への適用が実証されている。

このように、ナノインプリント技術によれば、サブミクロンパタンを簡単に複製することが可能であるが、パタン複製の元となるモールドは、目的のパタンサイズに応じた手法によって作製する必要がある。数ミクロン以上のパタンであれば、フォトリソグラフィが用いられ、サブミクロンパタンの形成には、ＥＢ（電子ビーム）リソグラフィが必要となる。このことは、ナノインプリント技術による微細構造作製プロセスにおいて、モールド作製に要するコストが大きな割合を占めることを意味する。また、効率よくパタン転写を行うためには、大面積のモールドを多数準備することが必要となるが、ＥＢリソグラフィのように特殊な装置を必要とするプロセスを用いて大面積のモールドを大量に作製することは、コストや生産可能量からみて現実的ではない。そのため、例えば、機械加工のような大量生産に向いた技術を用いて作成されたモールドを使って、より微細なパタンの形成を可能とする方法が必要とされていた。

この問題を解決するために、図７に示すようなポリマフィルム上にナノインプリント技術によって凹凸パタンを生成した後に、ポリマフィルムを変形させることにより、元の凹凸パタンのサイズを縮小する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この手法は、従来のリソグラフィ技術によってモールド上に作製されたパタンをナノインプリント技術を用いてフィルム上に転写した後、フィルムを一方向に延伸する。フィルム上のパタンは、延伸方向に拡大すると同時に、延伸方向と直角の方向に縮小されるため、ライン・アンド・スペース(Ｌ／Ｓ)パタンをフィルムに転写した後、Ｌ／Ｓパタンと並行にフィルムを延伸すれば、フィルム上のＬ／Ｓパタンのピッチを縮小させることが可能である。従って、機械加工のように加工精度が１μｍ程度であるような技術を用いて作製されたモールドから、光学領域で必要となるサブミクロンピッチのパタンを表面にもつようなフィルム素材の形成が可能となる。
横尾、和田、Kimerling 第５３回応用物理学関係連合講演会、24p-F-7

しかしながら、上述のようなフィルム変形によるパタンサイズの縮小プロセスにおいては、フィルムの変形過程において、フィルム上に形成されているパタンの凹凸深さが浅くなるという問題を生じていた。この結果、ナノインプリント技術によってフィルム上に転写されたパタンのピッチの深さによっては、フィルム変形後にパタンが消失するという可能性があった。これは、元々、ナノインプリント技術によってフィルム上に形成されている凹凸パタンは微視的に見るとポリマが塑性変形されたものであり、その際にポリマ内部に蓄積されたストレスが、パタン縮小プロセスにおけるフィルム全体の変形の際に、凹凸パタンを平面に戻す力として働くためと考えられている。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ナノインプリント技術を用いてフィルム上に形成された凹凸パタンのフィルムの変形によって縮小するプロセスにおいて、凹凸パタンの深さの減衰を制御することが可能な微細構造作製方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、ナノインプリント技術を用いてフィルム上に形成された凹凸パタンをフィルムの変形によって縮小するプロセスにおいて、凹凸パタンの深さの減衰を制御するものであり、具体的には、フィルム上に凹凸パタンを形成した後に、フィルムとは異なる溶解性をもつ材料によってパタン凹部を埋めてパタンを保護してから、フィルムの変形を行う。

本発明（請求項１）は、ナノインプリント技術によりポリマフィルム表面に微細構造を作製する微細構造作製方法であって、
微細パタン形成手段を用いて、ポリマフィルム表面上に凹凸構造による微細パタンを形成する微細パタン形成過程（ステップ１）と、
保護膜形成手段を用いて、ポリマフィルム表面に保護膜を形成する保護膜形成過程（ステップ２）と、
ポリマフィルム変形手段を用いて、ポリマフィルムを変形させることにより、該ポリマフィルム表面の凹凸構造パタンを変形させる変形過程（ステップ３）と、を行う。

また、本発明（請求項２）は、微細パタン形成過程（ステップ１）において、
パタンが形成されたモールドをポリマフィルム上に押し付けることにより、該ポリマフィルム上に凹凸構造による微細パタンを形成する。

また、本発明（請求項３）は、変形過程（ステップ３）において、
ポリマフィルムを一方向へ延伸することにより変形させる。

また、本発明（請求項４）は、変形過程（ステップ３）において、
ポリマフィルムを熱収縮により変形させる。

また、本発明（請求項５）は、変形過程（ステップ３）に加えて、変形されたポリマフィルムの表面の保護膜を除去する過程を行う。

図２は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項６）は、ナノインプリント技術によりポリマフィルム表面に微細構造を作製する微細構造作製装置であって、
ポリマフィルム表面上に凹凸構造による微細パタンを形成する微細パタン形成手段１０と、
ポリマフィルム表面に保護膜を形成する保護膜形成手段２０と、
ポリマフィルムを変形させることにより、該ポリマフィルム表面の凹凸構造パタンを変形させるポリマフィルム変形手段３０と、を有する。

また、本発明（請求項７）は、微細パタン形成手段１０において、
パタンが形成されたモールドをポリマフィルム上に押し付けることにより、該ポリマフィルム上に凹凸構造による微細パタンを形成する手段を含む。

また、本発明（請求項８）は、ポリマフィルム変形手段３０において、
ポリマフィルムを一方向へ延伸することにより変形させる手段を含む。

また、本発明（請求項９）は、ポリマフィルム変形手段３０において、
ポリマフィルムを熱収縮により変形させる手段を含む。

また、本発明（請求項１０）は、ポリマフィルム変形手段３０により変形されたポリマフィルムの表面の保護膜を除去する手段を更に有する。

上記のように本発明によれば、ナノインプリント技術を用いてフィルム上に形成された凹凸パタンをフィルムの変形によって縮小するプロセスにおいて、パタンを消失させることなく、モールド上に形成したパタンよりも小さなピッチをもつパタンをフィルム上に形成できる。つまり、目標となるパタンサイズに必要であったパタン描画技術を用いずに、より簡便なパタン描画技術で代用できるので、微細パタンを有する構造体が安価で簡便に形成でき、牽いては高機能な特性を持つ微細デバイス製造が達成できる。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

本発明は、ポリマフィルムなどの変形可能な基材表面に凹凸パタンを形成し、さらに、フィルムの変形によってフィルム表面のパタンを同時に変形し、パタンピッチの縮小などを行うことができる微細構造作製プロセスにあって、フィルム表面に凹凸パタンを形成した後に、フィルムと溶解性が異なる保護材料を用いてパタン凹部を埋めること、及び、フィルムを変形した後に保護材料を除去する。

また、ポリマフィルムなどの基材表面に凹凸パタンを形成する際に、モールドを押し付けるナノインプリント技術を用いる。

図３は、本発明の一実施の形態における微細構造作製装置の構成を示す。

同図に示す微細構造作製装置は、ポリマフィルム上に凹凸構造による微細パタンを形成する微細パタン形成部１０、ポリマフィルム表面に保護膜を形成する保護膜形成部２０、ポリマフィルムを変形させることにより、ポリマフィルム表面の凹凸構造を変形させるポリマフィルム変形部３０、ポリマフィルム表面の保護膜を除去する保護膜除去部４０から構成される。

上記の構成における微細構造作製装置の動作を図４に基づいて説明する。

図４において、微細パタン形成部１０は、モールド１０１をフィルム１０２に押し付け、フィルム１０２の表面へ凹凸パタン１０３を形成する（図４（ａ），（ｂ）)。当該微細パタン形成部１０として、フィルム表面をダイシングソーやレーザ加工機を用いて、直接溝を作製するなどしてもよい。

保護膜形成部２０は、フィルム上に保護材料１０４を塗布する（図４（ｃ））。ここで、保護材料としては、対象となるポリマフィルムと溶解性が異なるものであればよく、例えば、水溶性ポリマであるポリビニルアルコール樹脂が利用可能である。さらに、保護材料は、ポリマである必然性はなく、ポリマフィルム変形部３０における使用温度よりも融点が高い低分子材用なども利用可能である。

ポリマフィルム変形部３０は、フィルムを変形させると同時にフィルム上のパタンが縮小する。ここで、上記のポリマフィルム変形部３０における、フィルムの変形にあたっては、フィルムを一方向に伸縮する（図４（ｄ）１０６Ａ）、もしくは、フィルムの熱収縮を用いる（図４(ｅ)１０６Ｂ）を利用することができる。

保護膜除去部４０は、保護材料１０４を除去して縮小パタン１０５を得る（図４（ｄ），（ｅ））。

以下に本発明の実施例を説明する。

［第１の実施例］
本実施例では、公知の電子線リソグラフィとエッチングプロセスを用いて、シリコン基板上にピッチ１００ｎｍ、凹凸深さ２００ｎｍをもつライン・アンド・スペース(Ｌ／Ｓ)パタンのモールドを作製した。

微細パタン形成部１０は、上記モールドを用いて、ポリエーテルスルフォン(ＰＥＳ)フィルム上にナノインプリントプロセスによるパタン転写を行った。これにより、図５（Ａ）のようにＰＥＳフィルム上に深さ１９０ｎｍの凹凸パタンが形成された。このフィルム上に保護膜形成部２０において、ポリビニルアルコール水溶液（濃度２ｗｔ％）を塗布し、室温で乾燥した。ポリマフィルム変形部３０として、延伸装置を用いてＬ／Ｓパタンと平行にフィルムを延伸した。これにより、延伸方向と垂直なフィルム幅は約１／５となった。そして、保護膜除去部４０において、ポリビニルアルコール温浴によって除去し、フィルム表面の凹凸形状を露出させた。原子間力顕微鏡による観察の結果、図５（Ｂ）のようにパタンが縮小され、Ｌ／Ｓパタンのピッチが約２０ｎｍ、深さ３５ｎｍであることが確認された。

なお、ポリビニルアルコール水溶液を塗布しない従来のプロセスでは、フィルム延伸によるパタン縮小プロセスの間に、パタンが消失した。

［第２の実施例］
まず、本実施例では、第１の実施例と同様の方法により、ピッチ６０ｎｍ、凹凸深さ１００ｎｍをもつ六方最密充填のドットパタンのモールドを作製した。

微細パタン形成部１０において、上記モールドを用いて、ポリスチレン（ＰＳ）フィルム上にナノインプリントプロセスによるパタン転写を行った。これにより、図６（Ａ）のようにＰＳフィルム上に深さ８０ｎｍの凹凸パタンが形成された。

このフィルム上に、保護膜形成部２０において、ポリビニルアルコール水溶液（濃度２ｗｔ％）を塗布し、室温で乾燥した。そして、ポリマフィルム変形部３０において、フィルムを熱収縮開始温度である１８０度まで加熱して熱収縮させた。フィルムは約１／４（長さ比）の大きさとなった。保護膜除去部４０において、ポリビニルアルコールを温浴によって除去し、フィルム表面の凹凸形状を露出させた。原子間力顕微鏡による観察の結果、図６（Ｂ）のようにパタンが縮小され、六方最密充填パタンのピッチが約１５ｎｍ、深さ１５ｎｍであることが確認された。

なお、ポリビニルアルコール水溶液を塗布しない従来のプロセスでは、熱収縮によるパタン縮小プロセスの間に、パタンが消失した。

［第３の実施例］
本実施例では、ステンレス基板上に機械加工プロセスを用いて、ピッチ２μｍ、深さ１．５μｍをもつライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パタンのモールドを作製した。

微細パタン形成部１０において、上記モールドを用いて、ポリエチレンフィルム上にナノインプリントプロセスによるパタン転写を行った。ポリエチレンフィルム上に深さ１．５μｍの凹凸パタンが形成された。保護膜形成部２０では、このフィルム上にポリビニルアルコール水溶液（濃度２０ｗｔ％）を塗布し、室温で乾燥した。ポリマフィルム変形部３０として、延伸装置を用いて、Ｌ／Ｓパタンと平行にフィルムを延伸した。延伸方向と垂直なフィルム幅は約１／１０となった。ポリビニルアルコールを温浴によって除去し、フィルム表面の凹凸形状を露出させた。原子間力顕微鏡による観察の結果、パタンが縮小されＬ／Ｓパタンのピッチが約２００ｎｍ、深さ１３０ｎｍであることが確認された。

なお、ポリビニルアルコール水溶液を塗布しない従来のプロセスでは、フィルム延伸によるパタン縮小プロセスの間に、パタンが消失した。

なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

本発明は、フィルムやシート素材に対する微細構造を作成するナノインプリント技術に適用可能である。

本発明の原理を説明するための図である。 本発明の原理構成図である。 本発明の一実施の形態における微細構造作製装置の構成図である。 本発明の一実施の形態における微細構造作製装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施例を説明するための図である。 本発明の第２の実施例を説明するための図である。 従来のナノインプリント技術を示す図である。

符号の説明

１０ 微細パタン形成手段、微細パタン形成部
２０ 保護膜形成手段、保護膜形成部
３０ ポリマフィルム変形手段、ポリマフィルム変形部
４０ 保護膜除去部

Claims (10)

1. ナノインプリント技術によりポリマフィルム表面に微細構造を作製する微細構造作製方法であって、
   微細パタン形成手段を用いて、ポリマフィルム表面上に凹凸構造による微細パタンを形成する微細パタン形成過程と、
   保護膜形成手段を用いて、前記微細パタンが形成されたポリマフィルム表面に保護膜を形成する保護膜形成過程と、
   ポリマフィルム変形手段を用いて、前記保護膜が形成されたポリマフィルムを変形させることにより、該ポリマフィルム表面の凹凸構造パタンを変形させる変形過程と、
   を行うことを特徴とする微細構造作製方法。
2. 前記微細パタン形成過程において、
   パタンが形成されたモールドを前記ポリマフィルム上に押し付けることにより、該ポリマフィルム上に前記凹凸構造による微細パタンを形成する
   請求項１記載の微細構造作製方法。
3. 前記変形過程において、
   前記保護膜が形成されたポリマフィルムを一方向へ延伸することにより変形させる
   請求項１または２記載の微細構造作成方法。
4. 前記変形過程において、
   前記保護膜が形成されたポリマフィルムを熱収縮により変形させる
   請求項１または２記載の微細構造作成方法。
5. 前記変形過程に加えて、
   変形された前記ポリマフィルムの表面の保護膜を除去する過程を行う
   請求項１乃至４記載の微細構造作製方法。
6. ナノインプリント技術によりポリマフィルム表面に微細構造を作製する微細構造作製装置であって、
   ポリマフィルム表面上に凹凸構造による微細パタンを形成する微細パタン形成手段と、
   前記微細パタンが形成されたポリマフィルム表面に保護膜を形成する保護膜形成手段と、
   前記保護膜が形成されたポリマフィルムを変形させることにより、該ポリマフィルム表面の凹凸構造パタンを変形させるポリマフィルム変形手段と、
   を有することを特徴とする微細構造作製装置。
7. 前記微細パタン形成手段は、
   パタンが形成されたモールドを前記ポリマフィルム上に押し付けることにより、該ポリマフィルム上に前記凹凸構造による微細パタンを形成する手段を含む
   請求項６記載の微細構造作製装置。
8. 前記ポリマフィルム変形手段は、
   前記保護膜が形成されたポリマフィルムを一方向へ延伸することにより変形させる手段を含む
   請求項６または７記載の微細構造作成装置。
9. 前記ポリマフィルム変形手段は、
   前記保護膜が形成されたポリマフィルムを熱収縮により変形させる手段を含む
   請求項６または７記載の微細構造作成装置。
10. 前記ポリマフィルム変形手段により変形された前記ポリマフィルムの表面の保護膜を除去する手段を更に有する
    請求項６乃至９記載の微細構造作製装置。

Images