説明

インプリント用型

【課題】 大面積のパターンでも熱膨張の影響を受けにくい型を提供すること。
【解決手段】 樹脂、特に好ましくはインプリント技術により成型可能な樹脂からなり被成形物200に転写するための成型パターン1aを有する成型層1と、樹脂の熱膨張係数より低い材料、例えば金属からなる基層2とを有し、被成形物200の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されるインプリント用型。基層2と成形層1の間に基層2及び成形層1の両方と結合する材料からなる中間層を有していても良い。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細な成型パターンを転写するためのインプリント用型に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、樹脂等の被成型物に型を押し、マイクロメートルまたはナノメートルオーダーの微細な成型パターンを転写するナノインプリント技術が注目されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
このナノインプリント技術に用いられる型としては、シリコンや金属によって形成された型がある。シリコンからなる型は、シリコン基板等にフォトリソグラフィーやエッチング等の半導体微細加工技術によってパターンを形成している。また、金属からなる型は、シリコンからなる型の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法(例えばニッケルメッキ法)によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成している。
【0004】
しかしながら、このような方法で作製した型は、非常に高価であると共に、作製に時間を要するという問題があった。
【0005】
そこで、上記型によって樹脂にパターンを転写し、これを樹脂製の型として用いるもの(例えば、特許文献2)が考えられている。
【0006】
【特許文献1】国際公開番号WO2004/062886
【特許文献2】特開2007−55235号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、転写面積が大きくなると型の成型面の温度むらの影響が大きくなり、熱膨張係数が大きい樹脂製の型では、成型面内における成型パターンの位置ずれが生じ易いという問題があった。
【0008】
そこで本発明は、大面積のパターンでも熱膨張の影響を受けにくい型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明のインプリント用型は、樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターンを有する成型層と、前記樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層とを有し、前記被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されることを特徴とする。
【0010】
この場合、前記基層は、熱伝導率や靭性の観点から、金属からなる方が好ましい。また、基層と樹脂の接合力を高めたい場合には、前記基層と前記成形層の間に前記基層及び前記成形層の両方と結合する材料からなる中間層を設けても良い。また、前記樹脂として、インプリント技術により成型可能なものを用いれば、成型層の成型パターンをインプリント技術によって形成することができる。また、前記成型パターンに沿って前記成型層を被覆する被覆層を有していても良い。前記被覆層は、金属等の無機化合物を用いることができる。
【0011】
また、本発明のインプリント用型の製造方法は、樹脂からなるフィルムを、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層の表面に配置し、前記樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターンを転写すると共に当該樹脂と基層を接合することを特徴とする。
【0012】
この場合、基層と樹脂の接合力を高めたい場合には、前記フィルム又は前記基層の少なくともいずれか一方に、前記フィルムと前記基層の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を行った後に前記接合を行う方が好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の型は、型の成型面内の熱膨張の差を極力小さくすることができるので、成型面内の成型パターンの位置ずれ等を起こし難く、被成形物に正確にパターンの転写を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明のインプリント用型を示す断面図である。
【符号の説明】
【0015】
1 成型層
1a 成型パターン
2 基層
100 インプリント用型
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明のインプリント用型100は、図1に示すように、樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターン1aを有する成型層1と、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層2とを有し、被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されるものである。
【0017】
ここで、可撓性を有するフィルム状とは、空圧又は水圧等の流体圧によって被成形物の被成型面の形状に沿うように変形可能であり、これにより成型パターン1aを有する成型面を被成形物に均一に加圧できる形状のものを意味する。
【0018】
成型層1の成型パターン1aは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものや、所定の曲面を有するレンズ等の光学素子を転写するためのものも含む。当該成型パターン1aは、どのように形成しても良いが、例えば熱インプリントや光インプリントのようなインプリント技術やリソグラフィー技術を用いて形成することができる。
【0019】
また、成型パターン1aは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が100μm以下、10μm以下、2μm以下、1μm以下、100nm以下、10nm以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、10nm以上、100nm以上、200nm以上、500nm以上、1μm以上、10μm以上、100μm以上等種々の大きさに形成される。また、アスペクト比としては、0.2以上、0.5以上、1以上、2以上等種々のものがある。
【0020】
成型層1に用いられる材料は、成型パターン1aを形成できるものであればどのようなものでも良いが、好ましくは、大面積で均一な凹凸構造11を再現性良く形成できるインプリント技術(熱インプリント、光インプリント等)を適用可能な材料が良い。例えば、環状オレフィン開環重合/水素添加体(COP)や環状オレフィン共重合体(COC)等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【0021】
また、エポキシド含有化合物類、(メタ)アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類、等の重合反応性基含有化合物類の重合反応(熱硬化、または光硬化)によって製造される樹脂を用いることもできる。熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて凹凸構造11を形成してもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。
【0022】
なお、成型パターン1aの寸法安定性の観点から、樹脂の吸水率は3%以下である方が好ましい。
【0023】
基層2は、少なくとも成型層1に用いられる樹脂の熱膨張係数より低い材料が用いられる。これにより、成型層1が膨張するのを基層2が制限するので、加熱むらにより生じる成型面内の熱膨張の差を基層2単独で用いるよりも小さくすることができ、転写むらを抑えることができる。熱膨張係数が樹脂に比較して低い材料としては、例えば、金属やシリコン、酸化シリコン、石英等がある。特に金属は、熱伝導率が高い。したがって、成型面の加熱むらを小さくすることができ、面内の熱膨張の差を小さくできる点において有利である。また、金属は靭性が高く、基層2を薄くし可撓性を持たせる場合においても有利である。金属としては、例えばニッケル、ステンレス鋼、銅等を用いることができる。
【0024】
また、基層2の厚さは、被成型物と押圧した際に、当該インプリント用型100又は被成型物のうねりや凹凸に対応して変形できる厚さ以下に形成される方が良い。また、この型は、インプリントプロセス中に加熱・冷却されるため、できる限り薄型化し、その熱容量を小さくする方が好ましい。ただし、基層2が成型層1に比較して薄すぎると、成型層1の熱膨張係数が支配的になるため、成型層1の厚さ以上に形成される方が好ましい。
【0025】
また、基層2と樹脂の接合力を高めたい場合には、基層2と成形層の間に、基層2及び成形層の両方と結合する材料からなる中間層を設けても良い。例えば、基層2及び成型層1のいずれとも結合するカップリング剤を中間層にすることができる。
【0026】
また、成型層1の表面には、成型パターンに沿って成型層1を被覆する被覆層を設けても良い。この場合、成型層1に用いられる樹脂の熱膨張係数より低い材料を被覆層に用いれば、成型層1が膨張するのを被覆層が制限するので、加熱むらにより生じる成型面内の熱膨張の差を更に小さくすることができ、転写むらを抑えることができる。また、被成形物との離型性を向上するための材料や、離型剤を塗布し易い材料を用いることもできる。
【0027】
このような材料としては、例えば、無機化合物が該当する。具体的には、白金(Pt)やニッケル(Ni)、パラジウム、ルテニウム、金、銀、銅、ZnO、酸化インジウムスズ(ITO)等の金属又は金属化合物、シリコンや酸化シリコンなどが該当する。特に金属は、熱伝導率が高い。したがって、成型面の加熱むらを小さくすることができ、面内の熱膨張の差を小さくできる点において有利である。
【0028】
なお、被覆層の膜厚は、厚すぎると成型パターン1aが埋まってしまうため、強度を保持できる範囲で薄く形成される。
【0029】
このような被覆層の形成方法としては、どのような方法でも良いが、例えば、当該材料を化学気相成長法(CVD)や物理気相成長法(PVD)、めっき法等を用いて堆積させる方法がある。例えば、白金(Pt)やニッケル(Ni)等の金属をスパッタリングや蒸着により形成すれば良い。また、銀鏡反応を利用して形成しても良い。
【0030】
次に、本発明のインプリント用型の製造方法について説明する。
【0031】
まず、上述した インプリント用型100の成型層1に用いる樹脂より熱膨張係数の低い材料、例えば、金属やシリコン、酸化シリコン等からなる基層2を用意する。当該基層2は、可撓性を有するフィルム状のものが用いられる。
【0032】
この基層2にインプリント可能な樹脂を均一な所定の厚さに塗布し、インプリント技術を用いて当該樹脂に成型パターン1aを転写して成型層1を形成すれば良い。例えば、熱インプリント技術を用いる場合には、熱可塑性樹脂を基層2の表面に塗布し、当該熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を樹脂に押し当てて加圧し、型のパターンを転写した後、冷却し離型すれば良い。また、光インプリント技術を用いる場合には、光硬化性樹脂を基層2の表面に塗布し、型を当該樹脂に押し当てて加圧し、光を樹脂に照射して硬化させ型のパターンを転写した後、離型すれば良い。これにより、成型層1を形成された インプリント用型100を製造することができる。
【0033】
また、別の方法としては、熱インプリント可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムを、当該熱可塑性樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層2の表面に配置し、加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターン1aを転写すると共に熱可塑性樹脂と基層2を接合するようにしても良い。
【0034】
なお、基層2と樹脂の接合力を高めたい場合には、基層2又は樹脂の少なくともいずれか一方に、樹脂と基層2の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を施しても良い。例えば、基層2の表面にカップリング剤を塗布したり、UVオゾンを照射することで、基層2と熱可塑性樹脂との接合力を向上させることができる。
【実施例1】
【0035】
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【0036】
まず、厚さが100μmの銅(JIS H-3100 C-1020)からなる基層にUVオゾン(GSユアサ製DEEP UV PROCESSOR)により表面処理を行った。次に、当該基層に環状オレフィン系樹脂フィルム(JSR株式会社製、製品名:ARTON film、ガラス転移温度:132℃、厚み100μm)を重ね、熱インプリント技術を用いてシリコン型に形成されたパターンを転写すると同時に、基層に当該環状オレフィン系樹脂フィルムを溶着により接合し、成型層を有するインプリント用型Aを作製した。
【0037】
また、比較例として、環状オレフィン系樹脂フィルム(JSR株式会社製、製品名:ARTON film:厚み100μm)に、熱インプリント技術を用いてシリコン型に形成されたパターンを転写し、インプリント用型Aと同一の成型パターンを有するインプリント用型Bを作製した。
【0038】
なお、インプリント用型A及びインプリント用型Bの作製における熱インプリントは次の方法で行った。まず、前記樹脂フィルムに対し、予め180℃に加熱したシリコン型を圧力3MPaで180秒間押圧する。次に、ニッケル金型と樹脂フィルムを120℃まで冷却した後、この樹脂フィルムからニッケル金型を離型し、所定の凹凸構造を形成する。熱インプリントには、SCIVAX社のインプリント装置(X-300)を使用した。
【0039】
シリコン型のパターンは、図1に示すように、対向する4か所の位置に配置された所定のアライメントマークP1〜P4を用いた。アライメントマークP1とP3、P2とP4の間隔は130mmに形成されている。
【0040】
転写されたパターンの比較は、インプリント用型A及びBのパターンを画像測定器を用いて測定し、シリコン型のアライメントマークP1とP3、P2とP4の間隔との誤差を計算することによって行った。その結果を表1に以下に示す。
【0041】
【表1】

【0042】
表1より、本発明に係るインプリント用型Aの方が誤差が小さいことがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂からなり被成形物に転写するための成型パターンを有する成型層と、前記樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層とを有し、前記被成形物の被成形面に対し可撓性を有するフィルム状に形成されることを特徴とするインプリント用型。
【請求項2】
前記基層は、金属からなることを特徴とする請求項1記載のインプリント用型。
【請求項3】
前記基層と前記成形層の間に前記基層及び前記成形層の両方と結合する材料からなる中間層を有することを特徴とする請求項1又は2記載のインプリント用型。
【請求項4】
前記樹脂はインプリント技術により成型可能な樹脂であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のインプリント用型。
【請求項5】
前記成型パターンに沿って前記成型層を被覆する被覆層を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のインプリント用型。
【請求項6】
前記被覆層は、無機化合物からなることを特徴とする請求項5記載のインプリント用型。
【請求項7】
前記被覆層は、金属からなることを特徴とする請求項6記載のインプリント用型。
【請求項8】
樹脂からなるフィルムを、当該樹脂の熱膨張係数より低い材料からなる基層の表面に配置し、前記樹脂のガラス転移温度以上に加熱した型を当該樹脂に押圧することにより前記型から成型パターンを転写すると共に当該樹脂と基層を接合することを特徴とするインプリント用型の製造方法。
【請求項9】
前記フィルム又は前記基層の少なくともいずれか一方に、前記フィルムと前記基層の接合力を向上する物理的又は化学的な表面処理を行った後に前記接合を行うことを特徴とする請求項7記載のインプリント用型の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2012−143915(P2012−143915A)
【公開日】平成24年8月2日(2012.8.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−2614(P2011−2614)
【出願日】平成23年1月10日(2011.1.10)
【出願人】(504097823)SCIVAX株式会社 (31)
【Fターム(参考)】