ナノインプリント用モールドおよびその製造方法，凹凸構造の製造方法
【課題】 パターンの微細化に対応可能なナノインプリンと用モールドおよびその製造方法ならびにそれを用いた凹凸構造の製造方法を提供する。
【解決手段】 結晶性基板１１と、結晶性基板１１の一主面１１ａ上に配置された、一主面１１ａに平行な底面２１および一主面１１ａに非平行な面を含む複数の結晶面２２を有する突起構造２０とを備えるナノインプリント用モールド１０である。
【解決手段】 結晶性基板１１と、結晶性基板１１の一主面１１ａ上に配置された、一主面１１ａに平行な底面２１および一主面１１ａに非平行な面を含む複数の結晶面２２を有する突起構造２０とを備えるナノインプリント用モールド１０である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびにそれを用いた凹凸構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターン形成技術として、従来の露光装置を使わずに、凹凸構造を有するモールドを基板に押し当てることで実現するナノインプリントの技術が注目されている。ナノインプリントは従来の露光装置を用いた技術に比べ、高解像度であり、優れた寸法制御性を有し、低コストである、という利点を有する。
【０００３】
ナノインプリントに使用されるモールドは、石英等の基板をエッチング等により加工して凹凸構造を作ったり、基板上の樹脂膜をエッチング等により加工して凹凸構造を作ったりすることにより製造されていた（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ナノインプリントの利点を活かし、さらに微細なパターンの加工が求められている。しかしながら、従来のモールド製造方法ではこれらの要望に充分対応することは困難であった。例えば、基板をエッチング等により加工する場合には、ｎｍオーダーの凹凸構造を形成するのは困難であり、特許文献１のように基板上に樹脂膜を形成し露光装置を用いて加工する場合には、露光装置を用いたパターン形成の解像度以上に微細な凹凸構造を形成するのは困難である。
【０００６】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、その目的は、微細なパターン形成に対応できるナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびにそれを用いた凹凸構造の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のナノインプリント用モールドは、結晶性基板と、該結晶性基板の一主面上に配置された、該一主面に平行な底面および前記一主面に非平行な面を含む複数の結晶面を有する突起構造とを備える。
【０００８】
また、本発明のナノインプリント用モールドの製造方法は、光透過性を有する結晶性基板の一主面上に、ファセット成長によって透光性を有する突起構造を形成するものである。
【０００９】
本発明の凹凸構造の製造方法は、基板の上面に光硬化性材料からなる未硬化層を形成するＡ工程と、前記未硬化層に上記構成のナノインプリント用モールドの前記突起構造を押し当てるＢ工程と、前記ナノインプリント用モールドの前記結晶性基板側から光を照射して、前記未硬化層を硬化させて前記突起構造に対応する形状を有する凹凸層とするＣ工程と、前記凹凸層から前記ナノインプリント用モールドを剥離するＤ工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微細なパターンに対応できるナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびに凹凸構造の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法の一例を示す工程毎の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明に係る凹凸構造の製造方法の各工程を説明する断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法およびナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な平面図，それを用いて製造された凹凸構造を示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明に係るナノインプリント用モールドを用いた凹凸構造の製造方法の一例を示す基板およびナノインプリント用モールドの一例を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜ナノインプリント用モールド＞
以下、本発明に係るナノインプリント用モールドの一実施形態として、ナノインプリント用モールド１０を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１に示したナノインプリント用モールド１０は、結晶性基板１１と突起構造２０とを備えている。結晶性基板１１は一主面１１ａと他方主面１１ｂとを有する。突起構造２０は、一主面１１ａ側に対向する底面２１と、少なくとも一主面１１ａと非平行な面を含む結晶面２２とを有する。
【００１４】
結晶性基板１１は、その一主面１１ａ上に結晶面２２を有する突起構造２０を成長させることが可能な結晶構造を有する基材であればよい。具体的に、結晶性基板１１としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ），シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、二硼化ジルコニウム(ＺｒＢ２)などの単結晶体が挙げられる。結晶性基板１１の厚みとしては、１００〜１０００μｍ程度である。
【００１５】
突起構造２０は、結晶性基板１１の一主面１１ａ上に形成され、一主面１１ａと平行な底面２１と、この底面２１を平面視したときの外周から延びる、底面２１とは非平行な結晶面２２とを含む結晶体である。
【００１６】
結晶性基板１１上における突起構造２０の成長方法としては、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy、略称ＭＢＥ）法、有機金属エピタキシー（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、略称ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy、略称ＨＶＰＥ）法、パルスレーザデポジション（Pulse Laser Deposition、略称ＰＬＤ）法などが用いられる。
【００１７】
突起構造２０を構成する材料としては、結晶性基板１１に成長させることができるよう
な結晶構造および格子定数を有するものであれば特に限定はされない。例えば、結晶性基板１１としてサファイアや窒化ガリウムを用いたときには、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる突起構造２０とすればよい。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体とは、元素周期律表におけるＩＩＩ族（１３族）元素の窒化物から構成される半導体を意味する。半導体層２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などを例示することができ、化学式で例示するとＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）と表すことができる。特に窒化ガリウムは硬度が高いため、耐久性の高いナノインプリント用モールド１０とすることができる。
【００１８】
図１に示す例では、突起構造２０の断面形状は三角形となっており、例えばＧａＮをファセット成長させることにより底面２１に対して５８°もしくは６０°の角度を有するファセット成長面（２２）を得ることができる。また、このような突起構造２０が複数個あり、その底面２１の中心２３同士の間隔が一方向において底面の大きさ以上の等間隔ｄに配列されている。なお、ここで底面２１の中心２３とは、底面２１の平面形状の構造体を仮定したときに、その重心となる位置をいう。
【００１９】
このような突起構造２０の形成位置は、詳しくは後述するように結晶性基板１１上に配置された保護膜３１により制御することができる。保護膜３１は、突起構造２０を形成する際のマスクとしても利用することができ、ＴｉやＳｉＯ２からなり、開口部を複数有している。この開口部の中心同士の間隔をｄとすることにより、配置位置を制御でき、開口部の大きさにより突起構造２０の大きさを制御することができる。
【００２０】
このようなナノインプリント用モールド１０によれば、結晶性基板１１と結晶体からなる突起構造２０とで構成されることから、硬度が高く、耐久性の高いものとなる。特に、サファイア，ＧａＮ（Ｇａ面），ＧａＮ（Ｎ面）のビッカース硬度は順に２２．５ＧＰａ，１２．２ＧＰａ，１１．２ＧＰａであることから、結晶性基板１１としてサファイアまたはＧａＮを用い、突起構造２０がＧａＮからなる場合には、従来のモールド材料として用いられる石英やＳｉ等に比べ耐久性の高いものとなる。
【００２１】
また、突起構造２０は、結晶成長により構成される結晶面により構成される結晶体であることから、結晶成長を制御することでナノメートルオーダーでサイズを制御することができる。これにより、パターンの微細化に対応できるものとなる。さらに、突起構造２０は、結晶性基板１１上に結晶成長により形成するものであることから、結晶性基板１１の一主面１１ａ上の全面に亘り、寸法，一主面１１ａに対する結晶面２２の角度，配置間隔等の精度が優れた突起構造２０を形成することができる。すなわち、広範囲に亘り高精度な突起構造２０を有するナノインプリント用モールド１０を提供することができる。
【００２２】
さらに、ナノインプリント用モールド１０によれば、結晶性基板１１と結晶体からなる突起構造２０とで構成されることから、樹脂等が硬化する温度に比べ融点が高いことから熱硬化タイプのナノインプリントにおいても安定して用いることができる。
【００２３】
（変形例１：光透過性材料）
上述のナノインプリント用モールド１０において、結晶性基板１１および突起構造２０を光透過性を有するものとした場合には、結晶性基板１１の他方主面１１ｂから光を透過させることができるため、光硬化型のナノインプリントにも対応できるものとなる。
【００２４】
このような光透過性を有する結晶性基板１１としては、サファイアやＧａＮ等があげられる。同様に光透過性を有する突起構造２０としては、突起構造２０のサイズにおいて光透過性を有する材料であればよく、例えば、突起構造２０がｎｍ〜数μｍオーダーの場合
には、ＧａＮを用いることができる。
【００２５】
（変形例２：突起構造）
図１に示す例では、断面形状が三角形の突起構造２０を例に説明したが、外周が結晶面で構成されれば特に形状は限定されない。突起構造２０の形状は、突起構造２０の成長方法に依存する場合が多く、例えばファセット成長により、厚み方向における断面形状が三角形や台形のものとしたり、図２に示すナノインプリント用モールド１０ａのように成長方法を制御して六角形の柱状のものとしたりすることができる。図２において、突起構造２０ａは、平面視で六角形状の底面２１ａと、その六角形の各辺から底面２１ａと垂直に延びる、一主面１１ａと非平行な面２２ａおよび底面２１ａと平行な上面２２ｂの結晶面２２と、を有する。このように、結晶面２２は、一主面１１ａと平行な面を有していてもよい。
【００２６】
（変形例３：突起構造の配置）
図１に示す例では、突起構造２０を複数個規則的に配置した例について説明したが、規則性なく配置してもよいし、突起構造を１つのみ有するものでもよい。
【００２７】
（変形例４：結晶性基板）
図１に示す例では、一主面１１ａは平坦な面であるが、図３に示すナノインプリント用モールド１０ｂのように結晶性基板１１Ａの一主面１１ａに凹部２４および凸部２５を設けても良い。このような凹部２４および凸部２５はエッチング等により形成することができる。そして、図３に示すように凸部２５のみに突起構造２０ｂを形成したり、凹部２４のみに突起構造を形成したりしてもよい。このように一主面１１ａ上に凹部２４，凸部２５を設けることで、突起構造２０ｂをファセット成長などにより成長させることが容易となる。
【００２８】
（変形例５：その他）
図１に示す例では、結晶性基板１１に接するように突起構造２０が配置されているが、両者の間にバッファ層となるような中間層を設けても良い。
【００２９】
＜ナノインプリント用モールドの製造方法＞
次に、図３に示すナノインプリント用モールド１０ｂを例にとり、ナノインプリント用モールドの製造方法について説明する。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、ナノインプリント用モールド１０ｂの製造方法の一例を示す、工程毎の断面図である。
【００３１】
（基板準備工程）
まず、結晶性基板１１Ａと同様の材料からなる基板１１０を用意する。基板１１０は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などのものを用いることができる。基板１１０の厚みは、例えば１μｍ以上２０００μｍ以下程度である。なお、基板１１の厚みとは、基板１１の第１主面１１０ａから第２主面１１０ｂまでの厚みを指す。基板１１０の第１主面１１０ａは、平坦な結晶成長面になっており、結晶面が揃っているものを用いることができる。例えば、基板１１０がサファイアの場合であれば、基板１１０の結晶面としては、Ａ面、Ｃ面またはＲ面などを用いることができる。また、基板１１０の第１主面１１aを研磨したものを用いてもよい。このような基板１１０の第１主面１１
０ａの平坦性は、表面粗さＲｚが例えば１０ｎｍ以下に設定されている。なお、基板１１の第１主面１１aの表面粗さＲｚとしては、ＪＩＳ Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗
さＲｚを用いればよい。
【００３２】
表面粗さを測定する方法としては、例えばＪＩＳ Ｂ0601−2001およびＪＩＳ Ｂ0633−2001に準拠した方法に則って触針式表面粗さ測定機を用いることができる。また、ＪＩＳ Ｒ1683−2007に準拠した方法に則って原子間力顕微鏡を用いてもよい。
【００３３】
このような基板１１０上に、図４（ａ）に示すように、レジスト膜５０を形成し、その上にマスクパターン４０を配置する。マスクパターン４０は、石英などの透明体４２上に開口部を有するクロム等の遮光体４１が配置されている。このマスクパターン４０の厚みは、レジスト膜５０を構成するレジスト材料によって適宜設定すればよく、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下に設定されている。そして、このマスクパターン４０の上面から光を照射し、レジスト膜５０を露光する。
【００３４】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜５０を、マスクパターン４０を介して露光・現像処理を行うことで、所望のパターン形状を有するレジストパターン５１とする。レジスト膜５０を構成するレジスト材料としては、ネガ型、ポジ型を選択可能であるが、この例ではレジスト材料としてネガ型の材料を用いて、マスクパターン４０の遮光体４１の開口部と略同一形状のパターンを有するレジストパターン５１を形成している。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン５１が形成された基板１１０に対してリアクティブイオンエッチング（RIE)等の手法を用いてエッチング加工を行い、基板１１０の第１主面１１０ａのうちレジストパターン５１から露出する領域に凹部２４を形成する。凹部２４の深さはエッチング条件により適宜調整できる。凹部２４が所望の深さとなった後に、レジストパターン５１を除去し、結晶性基板１１Ａを得る。
【００３６】
ここで、結晶性基板１１Ａの一主面１１ａには、凹部２４と凸部２５とが形成されている。なお、凸部２５はレジストパターン５１が配置されていた領域であり、基板１１０の第１主面１１０ａのうちエッチングされずに残った領域を指すものとする。
【００３７】
（突起構造形成工程）
次に、図４（ｄ）に示すように、結晶性基板１１Ａの凸部２５上に突起構造２０ｂを成長させる。突起構造２０ｂは、例えばIII−Ｖ族半導体からなる材料を用いることができ
る。III−Ｖ族半導体としては、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素などを例示することができる。III族窒化物半導体としては、ボロン、アルミニウム、ガリウ
ムまたはインジウムのうち少なくとも１つの窒化物からなる混晶を用いることができ、例えば窒化ガリウムを用いることができる。本例において、突起構造２０ｂは窒化ガリウムから構成されており、その屈折率は、例えば１．８以上２．７以下に設定される。
【００３８】
このような突起構造２０ｂは、有機金属エピタキシー法(ＭＯＶＰＥ法)によって成長させることにより形成でき、例えば、アンモニアガスとトリメチルガリウムガスの混合雰囲気中で、結晶性基板１１を４００℃〜１２００℃程度に加熱したサファイアからなる結晶性基板１１Ａ上にエピタキシャル成長させる事が出来る。
【００３９】
なお、図４（ｄ）に示すように、凸部２５上のみに選択的に突起構造２０ｂを成長させるためには、突起構造２０ｂを結晶成長させるときに原料供給ガスを水平方向から供給することにより実現することができる。また、凸部２５の上面が凹部２４の底面に比べ平坦度が高く且つ結晶性が良好であることからも、凸部２５上において選択的に成長するものと推測される。
【００４０】
一方で、突起構造２０ｂを成長させるための原料ガスの供給方向等の結晶成長方法の条件を適宜調整することにより、凹部２４に突起構造２０ｂを設けることもできる。
【００４１】
以上の工程により、ナノインプリント用モールド１０ｂを製造することができる。
【００４２】
なお、上記の例においては、突起構造の配置位置を結晶性基板１１の一主面１１ａに凹部２４，凸部２５を形成することにより制御したが、この方法に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、平坦な一主面１１ａ上に開口部を有するＴｉやＳｉＯ２からなる保護膜３１を形成し、保護膜３１の開口部から露出する一主面１１ａ上に突起構造２０を成長させてもよい。ここで用いた保護膜３１は図１に示すように除去せずにナノインプリント用モールド１０の一部として残しておいてもよいし、除去してもよい。
【００４３】
＜凹凸構造の製造方法＞
次に、凹凸構造の製造方法の各工程について図５を用いて説明する。図３において、図１に示すナノインプリント用モールド１０を用いている。ここで、ナノインプリントモールド１０の保護膜３１の図示を省略している。
【００４４】
（Ａ工程）
まず、図５（ａ）に示すように、基板１００の上面１００ａに光硬化性材料からなる未硬化層１１０を形成する。光硬化性材料としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびポリイミド樹脂などを基材としたものを用いることができる。そしてこのような光硬化性樹脂を例えばスピンコートなどにより一様の厚みに形成する。
【００４５】
（Ｂ工程）
次に、図５（ｂ）に示すように、未硬化層１１０とナノインプリント用モールド１０の突起構造２０側の面とを対向配置し、未硬化層１１０とナノインプリント用モールド１０の突起構造２０とを押し当てる。
【００４６】
（Ｃ工程）
次に、図５（ｃ）に示すように、ナノインプリント用モールド１０の結晶性基板１１側（結晶性基板１１の他方主面１１ｂ）から光を照射して、未硬化層１１０を硬化させて突起構造２０に対応する形状を有する凹凸層１２０とする。
【００４７】
（Ｄ工程）
次に、図５（ｄ）に示すように、凹凸層１２０からナノインプリント用モールド１０を剥離する。必要に応じて、さらにＲＩＥ等のエッチングを行なってもよい。
【００４８】
このような工程により、凹凸構造を形成することができる。
【００４９】
次に、本発明に係るナノインプリント用モールドを用いて製造する凹凸構造の一形態について説明する。図１〜３に示すようなナノインプリント用モールドでは、反射防止膜等として機能する凹凸構造を製造することができる。
【００５０】
また、ナノインプリント用モールドを製造する際に、結晶性基板１１上にマスクとして機能する保護膜３１を配置することで、この保護膜３１に応じた形状の突起構造を得ることができる。例えば、図６（ａ）に示すように結晶性基板１１上にＴｉやＳｉＯ２からなる六角形状の保護膜３１ａを六角形の中心および各角に配置したものを基本単位とし、この基本単位を多数隙間なく配置する。この場合には、図６（ｂ）に示すように、突起構造２０ｃは、保護膜３１ａのそれぞれを囲むように形成される。このような突起構造２０ｃを用いた場合には、基板１００ｃ上に製造される凹凸層１２０ｃは、図６（ｃ）に示すように、保護膜３１ａに対応する六角形状の上面を有し、この上面と比例形状であり，上面よりも大きく、かつ上面と中心を揃えて配置された底面を有する、いわばマイクロプリズムのような形状とすることができる。これにより、凹凸層１２０ｃを、基板１００ｃ側か
らの光を取り出すための光取り出し構造として機能させることができる。
【００５１】
さらに、図７（ａ）に示すような、基板１００ｄ上に形成された複数の光導波路３００において、それぞれの光導波路３００が所望の光路長を有するように光導波路３００中にミラー３５０を作成するために用いることもできる。具体的には、図７（ｂ）に示すように、光導波路３００の所望の位置に対応する部位に突起構造２０ｄを有するナノインプリント用モールド１０ｄを、光導波路３００に押圧すればよい。これにより、所望の箇所にミラー（凹凸構造）３５０を設けることができる。
【００５２】
また、ナノインプリント用モールド１０ｄを光透過性を有するものとした場合には、光導波路３００を形成するための光導波路用未硬化層を形成し、ナノインプリント用モールド１０ｄを押し当てた状態で上から露光することにより、光導波路とミラーとを同時に形成することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ・・・ナノインプリント用モールド
１１・・・結晶性基板
１１ａ・・・一主面
２０・・・突起構造
２１・・・底面
２２・・・結晶面
１００・・・基板
１００ａ・・・上面
１１０・・・未硬化層
１２０・・・凹凸層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびにそれを用いた凹凸構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターン形成技術として、従来の露光装置を使わずに、凹凸構造を有するモールドを基板に押し当てることで実現するナノインプリントの技術が注目されている。ナノインプリントは従来の露光装置を用いた技術に比べ、高解像度であり、優れた寸法制御性を有し、低コストである、という利点を有する。
【０００３】
ナノインプリントに使用されるモールドは、石英等の基板をエッチング等により加工して凹凸構造を作ったり、基板上の樹脂膜をエッチング等により加工して凹凸構造を作ったりすることにより製造されていた（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ナノインプリントの利点を活かし、さらに微細なパターンの加工が求められている。しかしながら、従来のモールド製造方法ではこれらの要望に充分対応することは困難であった。例えば、基板をエッチング等により加工する場合には、ｎｍオーダーの凹凸構造を形成するのは困難であり、特許文献１のように基板上に樹脂膜を形成し露光装置を用いて加工する場合には、露光装置を用いたパターン形成の解像度以上に微細な凹凸構造を形成するのは困難である。
【０００６】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、その目的は、微細なパターン形成に対応できるナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびにそれを用いた凹凸構造の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のナノインプリント用モールドは、結晶性基板と、該結晶性基板の一主面上に配置された、該一主面に平行な底面および前記一主面に非平行な面を含む複数の結晶面を有する突起構造とを備える。
【０００８】
また、本発明のナノインプリント用モールドの製造方法は、光透過性を有する結晶性基板の一主面上に、ファセット成長によって透光性を有する突起構造を形成するものである。
【０００９】
本発明の凹凸構造の製造方法は、基板の上面に光硬化性材料からなる未硬化層を形成するＡ工程と、前記未硬化層に上記構成のナノインプリント用モールドの前記突起構造を押し当てるＢ工程と、前記ナノインプリント用モールドの前記結晶性基板側から光を照射して、前記未硬化層を硬化させて前記突起構造に対応する形状を有する凹凸層とするＣ工程と、前記凹凸層から前記ナノインプリント用モールドを剥離するＤ工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微細なパターンに対応できるナノインプリント用モールドおよびその製造方法ならびに凹凸構造の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係るナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法の一例を示す工程毎の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明に係る凹凸構造の製造方法の各工程を説明する断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、発明に係るナノインプリント用モールドの製造方法およびナノインプリント用モールドの１つの実施形態の概略構成を示す模式的な平面図，それを用いて製造された凹凸構造を示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明に係るナノインプリント用モールドを用いた凹凸構造の製造方法の一例を示す基板およびナノインプリント用モールドの一例を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜ナノインプリント用モールド＞
以下、本発明に係るナノインプリント用モールドの一実施形態として、ナノインプリント用モールド１０を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１に示したナノインプリント用モールド１０は、結晶性基板１１と突起構造２０とを備えている。結晶性基板１１は一主面１１ａと他方主面１１ｂとを有する。突起構造２０は、一主面１１ａ側に対向する底面２１と、少なくとも一主面１１ａと非平行な面を含む結晶面２２とを有する。
【００１４】
結晶性基板１１は、その一主面１１ａ上に結晶面２２を有する突起構造２０を成長させることが可能な結晶構造を有する基材であればよい。具体的に、結晶性基板１１としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ），シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、二硼化ジルコニウム(ＺｒＢ２)などの単結晶体が挙げられる。結晶性基板１１の厚みとしては、１００〜１０００μｍ程度である。
【００１５】
突起構造２０は、結晶性基板１１の一主面１１ａ上に形成され、一主面１１ａと平行な底面２１と、この底面２１を平面視したときの外周から延びる、底面２１とは非平行な結晶面２２とを含む結晶体である。
【００１６】
結晶性基板１１上における突起構造２０の成長方法としては、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy、略称ＭＢＥ）法、有機金属エピタキシー（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、略称ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy、略称ＨＶＰＥ）法、パルスレーザデポジション（Pulse Laser Deposition、略称ＰＬＤ）法などが用いられる。
【００１７】
突起構造２０を構成する材料としては、結晶性基板１１に成長させることができるよう
な結晶構造および格子定数を有するものであれば特に限定はされない。例えば、結晶性基板１１としてサファイアや窒化ガリウムを用いたときには、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる突起構造２０とすればよい。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体とは、元素周期律表におけるＩＩＩ族（１３族）元素の窒化物から構成される半導体を意味する。半導体層２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などを例示することができ、化学式で例示するとＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）と表すことができる。特に窒化ガリウムは硬度が高いため、耐久性の高いナノインプリント用モールド１０とすることができる。
【００１８】
図１に示す例では、突起構造２０の断面形状は三角形となっており、例えばＧａＮをファセット成長させることにより底面２１に対して５８°もしくは６０°の角度を有するファセット成長面（２２）を得ることができる。また、このような突起構造２０が複数個あり、その底面２１の中心２３同士の間隔が一方向において底面の大きさ以上の等間隔ｄに配列されている。なお、ここで底面２１の中心２３とは、底面２１の平面形状の構造体を仮定したときに、その重心となる位置をいう。
【００１９】
このような突起構造２０の形成位置は、詳しくは後述するように結晶性基板１１上に配置された保護膜３１により制御することができる。保護膜３１は、突起構造２０を形成する際のマスクとしても利用することができ、ＴｉやＳｉＯ２からなり、開口部を複数有している。この開口部の中心同士の間隔をｄとすることにより、配置位置を制御でき、開口部の大きさにより突起構造２０の大きさを制御することができる。
【００２０】
このようなナノインプリント用モールド１０によれば、結晶性基板１１と結晶体からなる突起構造２０とで構成されることから、硬度が高く、耐久性の高いものとなる。特に、サファイア，ＧａＮ（Ｇａ面），ＧａＮ（Ｎ面）のビッカース硬度は順に２２．５ＧＰａ，１２．２ＧＰａ，１１．２ＧＰａであることから、結晶性基板１１としてサファイアまたはＧａＮを用い、突起構造２０がＧａＮからなる場合には、従来のモールド材料として用いられる石英やＳｉ等に比べ耐久性の高いものとなる。
【００２１】
また、突起構造２０は、結晶成長により構成される結晶面により構成される結晶体であることから、結晶成長を制御することでナノメートルオーダーでサイズを制御することができる。これにより、パターンの微細化に対応できるものとなる。さらに、突起構造２０は、結晶性基板１１上に結晶成長により形成するものであることから、結晶性基板１１の一主面１１ａ上の全面に亘り、寸法，一主面１１ａに対する結晶面２２の角度，配置間隔等の精度が優れた突起構造２０を形成することができる。すなわち、広範囲に亘り高精度な突起構造２０を有するナノインプリント用モールド１０を提供することができる。
【００２２】
さらに、ナノインプリント用モールド１０によれば、結晶性基板１１と結晶体からなる突起構造２０とで構成されることから、樹脂等が硬化する温度に比べ融点が高いことから熱硬化タイプのナノインプリントにおいても安定して用いることができる。
【００２３】
（変形例１：光透過性材料）
上述のナノインプリント用モールド１０において、結晶性基板１１および突起構造２０を光透過性を有するものとした場合には、結晶性基板１１の他方主面１１ｂから光を透過させることができるため、光硬化型のナノインプリントにも対応できるものとなる。
【００２４】
このような光透過性を有する結晶性基板１１としては、サファイアやＧａＮ等があげられる。同様に光透過性を有する突起構造２０としては、突起構造２０のサイズにおいて光透過性を有する材料であればよく、例えば、突起構造２０がｎｍ〜数μｍオーダーの場合
には、ＧａＮを用いることができる。
【００２５】
（変形例２：突起構造）
図１に示す例では、断面形状が三角形の突起構造２０を例に説明したが、外周が結晶面で構成されれば特に形状は限定されない。突起構造２０の形状は、突起構造２０の成長方法に依存する場合が多く、例えばファセット成長により、厚み方向における断面形状が三角形や台形のものとしたり、図２に示すナノインプリント用モールド１０ａのように成長方法を制御して六角形の柱状のものとしたりすることができる。図２において、突起構造２０ａは、平面視で六角形状の底面２１ａと、その六角形の各辺から底面２１ａと垂直に延びる、一主面１１ａと非平行な面２２ａおよび底面２１ａと平行な上面２２ｂの結晶面２２と、を有する。このように、結晶面２２は、一主面１１ａと平行な面を有していてもよい。
【００２６】
（変形例３：突起構造の配置）
図１に示す例では、突起構造２０を複数個規則的に配置した例について説明したが、規則性なく配置してもよいし、突起構造を１つのみ有するものでもよい。
【００２７】
（変形例４：結晶性基板）
図１に示す例では、一主面１１ａは平坦な面であるが、図３に示すナノインプリント用モールド１０ｂのように結晶性基板１１Ａの一主面１１ａに凹部２４および凸部２５を設けても良い。このような凹部２４および凸部２５はエッチング等により形成することができる。そして、図３に示すように凸部２５のみに突起構造２０ｂを形成したり、凹部２４のみに突起構造を形成したりしてもよい。このように一主面１１ａ上に凹部２４，凸部２５を設けることで、突起構造２０ｂをファセット成長などにより成長させることが容易となる。
【００２８】
（変形例５：その他）
図１に示す例では、結晶性基板１１に接するように突起構造２０が配置されているが、両者の間にバッファ層となるような中間層を設けても良い。
【００２９】
＜ナノインプリント用モールドの製造方法＞
次に、図３に示すナノインプリント用モールド１０ｂを例にとり、ナノインプリント用モールドの製造方法について説明する。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、ナノインプリント用モールド１０ｂの製造方法の一例を示す、工程毎の断面図である。
【００３１】
（基板準備工程）
まず、結晶性基板１１Ａと同様の材料からなる基板１１０を用意する。基板１１０は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などのものを用いることができる。基板１１０の厚みは、例えば１μｍ以上２０００μｍ以下程度である。なお、基板１１の厚みとは、基板１１の第１主面１１０ａから第２主面１１０ｂまでの厚みを指す。基板１１０の第１主面１１０ａは、平坦な結晶成長面になっており、結晶面が揃っているものを用いることができる。例えば、基板１１０がサファイアの場合であれば、基板１１０の結晶面としては、Ａ面、Ｃ面またはＲ面などを用いることができる。また、基板１１０の第１主面１１aを研磨したものを用いてもよい。このような基板１１０の第１主面１１
０ａの平坦性は、表面粗さＲｚが例えば１０ｎｍ以下に設定されている。なお、基板１１の第１主面１１aの表面粗さＲｚとしては、ＪＩＳ Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗
さＲｚを用いればよい。
【００３２】
表面粗さを測定する方法としては、例えばＪＩＳ Ｂ0601−2001およびＪＩＳ Ｂ0633−2001に準拠した方法に則って触針式表面粗さ測定機を用いることができる。また、ＪＩＳ Ｒ1683−2007に準拠した方法に則って原子間力顕微鏡を用いてもよい。
【００３３】
このような基板１１０上に、図４（ａ）に示すように、レジスト膜５０を形成し、その上にマスクパターン４０を配置する。マスクパターン４０は、石英などの透明体４２上に開口部を有するクロム等の遮光体４１が配置されている。このマスクパターン４０の厚みは、レジスト膜５０を構成するレジスト材料によって適宜設定すればよく、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下に設定されている。そして、このマスクパターン４０の上面から光を照射し、レジスト膜５０を露光する。
【００３４】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜５０を、マスクパターン４０を介して露光・現像処理を行うことで、所望のパターン形状を有するレジストパターン５１とする。レジスト膜５０を構成するレジスト材料としては、ネガ型、ポジ型を選択可能であるが、この例ではレジスト材料としてネガ型の材料を用いて、マスクパターン４０の遮光体４１の開口部と略同一形状のパターンを有するレジストパターン５１を形成している。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン５１が形成された基板１１０に対してリアクティブイオンエッチング（RIE)等の手法を用いてエッチング加工を行い、基板１１０の第１主面１１０ａのうちレジストパターン５１から露出する領域に凹部２４を形成する。凹部２４の深さはエッチング条件により適宜調整できる。凹部２４が所望の深さとなった後に、レジストパターン５１を除去し、結晶性基板１１Ａを得る。
【００３６】
ここで、結晶性基板１１Ａの一主面１１ａには、凹部２４と凸部２５とが形成されている。なお、凸部２５はレジストパターン５１が配置されていた領域であり、基板１１０の第１主面１１０ａのうちエッチングされずに残った領域を指すものとする。
【００３７】
（突起構造形成工程）
次に、図４（ｄ）に示すように、結晶性基板１１Ａの凸部２５上に突起構造２０ｂを成長させる。突起構造２０ｂは、例えばIII−Ｖ族半導体からなる材料を用いることができ
る。III−Ｖ族半導体としては、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素などを例示することができる。III族窒化物半導体としては、ボロン、アルミニウム、ガリウ
ムまたはインジウムのうち少なくとも１つの窒化物からなる混晶を用いることができ、例えば窒化ガリウムを用いることができる。本例において、突起構造２０ｂは窒化ガリウムから構成されており、その屈折率は、例えば１．８以上２．７以下に設定される。
【００３８】
このような突起構造２０ｂは、有機金属エピタキシー法(ＭＯＶＰＥ法)によって成長させることにより形成でき、例えば、アンモニアガスとトリメチルガリウムガスの混合雰囲気中で、結晶性基板１１を４００℃〜１２００℃程度に加熱したサファイアからなる結晶性基板１１Ａ上にエピタキシャル成長させる事が出来る。
【００３９】
なお、図４（ｄ）に示すように、凸部２５上のみに選択的に突起構造２０ｂを成長させるためには、突起構造２０ｂを結晶成長させるときに原料供給ガスを水平方向から供給することにより実現することができる。また、凸部２５の上面が凹部２４の底面に比べ平坦度が高く且つ結晶性が良好であることからも、凸部２５上において選択的に成長するものと推測される。
【００４０】
一方で、突起構造２０ｂを成長させるための原料ガスの供給方向等の結晶成長方法の条件を適宜調整することにより、凹部２４に突起構造２０ｂを設けることもできる。
【００４１】
以上の工程により、ナノインプリント用モールド１０ｂを製造することができる。
【００４２】
なお、上記の例においては、突起構造の配置位置を結晶性基板１１の一主面１１ａに凹部２４，凸部２５を形成することにより制御したが、この方法に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、平坦な一主面１１ａ上に開口部を有するＴｉやＳｉＯ２からなる保護膜３１を形成し、保護膜３１の開口部から露出する一主面１１ａ上に突起構造２０を成長させてもよい。ここで用いた保護膜３１は図１に示すように除去せずにナノインプリント用モールド１０の一部として残しておいてもよいし、除去してもよい。
【００４３】
＜凹凸構造の製造方法＞
次に、凹凸構造の製造方法の各工程について図５を用いて説明する。図３において、図１に示すナノインプリント用モールド１０を用いている。ここで、ナノインプリントモールド１０の保護膜３１の図示を省略している。
【００４４】
（Ａ工程）
まず、図５（ａ）に示すように、基板１００の上面１００ａに光硬化性材料からなる未硬化層１１０を形成する。光硬化性材料としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびポリイミド樹脂などを基材としたものを用いることができる。そしてこのような光硬化性樹脂を例えばスピンコートなどにより一様の厚みに形成する。
【００４５】
（Ｂ工程）
次に、図５（ｂ）に示すように、未硬化層１１０とナノインプリント用モールド１０の突起構造２０側の面とを対向配置し、未硬化層１１０とナノインプリント用モールド１０の突起構造２０とを押し当てる。
【００４６】
（Ｃ工程）
次に、図５（ｃ）に示すように、ナノインプリント用モールド１０の結晶性基板１１側（結晶性基板１１の他方主面１１ｂ）から光を照射して、未硬化層１１０を硬化させて突起構造２０に対応する形状を有する凹凸層１２０とする。
【００４７】
（Ｄ工程）
次に、図５（ｄ）に示すように、凹凸層１２０からナノインプリント用モールド１０を剥離する。必要に応じて、さらにＲＩＥ等のエッチングを行なってもよい。
【００４８】
このような工程により、凹凸構造を形成することができる。
【００４９】
次に、本発明に係るナノインプリント用モールドを用いて製造する凹凸構造の一形態について説明する。図１〜３に示すようなナノインプリント用モールドでは、反射防止膜等として機能する凹凸構造を製造することができる。
【００５０】
また、ナノインプリント用モールドを製造する際に、結晶性基板１１上にマスクとして機能する保護膜３１を配置することで、この保護膜３１に応じた形状の突起構造を得ることができる。例えば、図６（ａ）に示すように結晶性基板１１上にＴｉやＳｉＯ２からなる六角形状の保護膜３１ａを六角形の中心および各角に配置したものを基本単位とし、この基本単位を多数隙間なく配置する。この場合には、図６（ｂ）に示すように、突起構造２０ｃは、保護膜３１ａのそれぞれを囲むように形成される。このような突起構造２０ｃを用いた場合には、基板１００ｃ上に製造される凹凸層１２０ｃは、図６（ｃ）に示すように、保護膜３１ａに対応する六角形状の上面を有し、この上面と比例形状であり，上面よりも大きく、かつ上面と中心を揃えて配置された底面を有する、いわばマイクロプリズムのような形状とすることができる。これにより、凹凸層１２０ｃを、基板１００ｃ側か
らの光を取り出すための光取り出し構造として機能させることができる。
【００５１】
さらに、図７（ａ）に示すような、基板１００ｄ上に形成された複数の光導波路３００において、それぞれの光導波路３００が所望の光路長を有するように光導波路３００中にミラー３５０を作成するために用いることもできる。具体的には、図７（ｂ）に示すように、光導波路３００の所望の位置に対応する部位に突起構造２０ｄを有するナノインプリント用モールド１０ｄを、光導波路３００に押圧すればよい。これにより、所望の箇所にミラー（凹凸構造）３５０を設けることができる。
【００５２】
また、ナノインプリント用モールド１０ｄを光透過性を有するものとした場合には、光導波路３００を形成するための光導波路用未硬化層を形成し、ナノインプリント用モールド１０ｄを押し当てた状態で上から露光することにより、光導波路とミラーとを同時に形成することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ・・・ナノインプリント用モールド
１１・・・結晶性基板
１１ａ・・・一主面
２０・・・突起構造
２１・・・底面
２２・・・結晶面
１００・・・基板
１００ａ・・・上面
１１０・・・未硬化層
１２０・・・凹凸層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性基板と、
該結晶性基板の一主面上に配置された、該一主面に平行な底面および前記一主面に非平行な面を含む複数の結晶面を有する突起構造とを備えるナノインプリント用モールド。
【請求項２】
前記結晶性基板および前記突起構造は、光透過性を有する、請求項１記載のナノインプリント用モールド。
【請求項３】
前記突起構造は、前記結晶面がファセット成長面である請求項１または２記載のナノインプリント用モールド。
【請求項４】
前記結晶性基板は、サファイアであり、
前記突起構造は、ＧａＮからなる、請求項１乃至３のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
【請求項５】
前記突起構造は、複数個がそれぞれの一方向の並びにおいて前記底面の中心が等間隔に位置するように配置された、請求項１乃至４のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
【請求項６】
光透過性を有する結晶性基板の一主面上に、ファセット成長によって透光性を有する突起構造を形成する、ナノインプリント用モールドの製造方法。
【請求項７】
基板の上面に光硬化性材料からなる未硬化層を形成するＡ工程と、
前記未硬化層に請求項２乃至５のいずれかに記載のナノインプリント用モールドの前記突起構造を押し当てるＢ工程と、
前記ナノインプリント用モールドの前記結晶性基板側から光を照射して、前記未硬化層を硬化させて前記突起構造に対応する形状を有する凹凸層とするＣ工程と、
前記凹凸層から前記ナノインプリント用モールドを剥離するＤ工程とを有する凹凸構造の製造方法。
【請求項１】
結晶性基板と、
該結晶性基板の一主面上に配置された、該一主面に平行な底面および前記一主面に非平行な面を含む複数の結晶面を有する突起構造とを備えるナノインプリント用モールド。
【請求項２】
前記結晶性基板および前記突起構造は、光透過性を有する、請求項１記載のナノインプリント用モールド。
【請求項３】
前記突起構造は、前記結晶面がファセット成長面である請求項１または２記載のナノインプリント用モールド。
【請求項４】
前記結晶性基板は、サファイアであり、
前記突起構造は、ＧａＮからなる、請求項１乃至３のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
【請求項５】
前記突起構造は、複数個がそれぞれの一方向の並びにおいて前記底面の中心が等間隔に位置するように配置された、請求項１乃至４のいずれかに記載のナノインプリント用モールド。
【請求項６】
光透過性を有する結晶性基板の一主面上に、ファセット成長によって透光性を有する突起構造を形成する、ナノインプリント用モールドの製造方法。
【請求項７】
基板の上面に光硬化性材料からなる未硬化層を形成するＡ工程と、
前記未硬化層に請求項２乃至５のいずれかに記載のナノインプリント用モールドの前記突起構造を押し当てるＢ工程と、
前記ナノインプリント用モールドの前記結晶性基板側から光を照射して、前記未硬化層を硬化させて前記突起構造に対応する形状を有する凹凸層とするＣ工程と、
前記凹凸層から前記ナノインプリント用モールドを剥離するＤ工程とを有する凹凸構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０４６０１（Ｐ２０１２−２０４６０１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７７７８（Ｐ２０１１−６７７７８）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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