多孔質構造材料の製造方法
【課題】インプリントプロセスにより形成される凹凸パターンを利用し、その凹凸パターンを、アルミニウムやシリコン等の基材材料に電気化学プロセスにより細孔形成を行う際の細孔発生開始位置の制御を行うためのマスクとして使用することで規則的なホールアレー構造を効率良く確実に形成できるようにした手法を提供する。
【解決手段】基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法。
【解決手段】基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質構造材料の製造方法に関し、とくに、細孔形成開始位置の制御にマスクを用いる多孔質構造材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノスケールの細孔が規則配列したホールアレー構造材料は、様々な分野への応用が期待できる機能性材料である。規則性ホールアレー構造の作製には、リソグラフィー技術とドライエッチングを用いた微細加工技術をはじめ様々な手法が検討されてきている。リソグラフィー技術に基づけば任意の細孔配列パターンの形成が可能であるが、これをマスクとして基材加工を行う際に用いられるドライエッチングでは、プロセスの特性上、アスペクト比の高い細孔を形成することが難しく、高アスペクト比のホールアレー構造の形成が困難であるといった問題点がある。
【０００３】
一方、陽極酸化や電解エッチングといった電気化学的な手法に基づけば、シリコンやアルミニウム等の電極表面に高アスペクト比の細孔形成が可能であるといった特徴を有する。通常、これらの手法で形成される細孔は、ランダムな配列となるが、あらかじめ基材表面に細孔発生の開始点として機能する窪みパターンの形成を行うことにより、細孔配列を制御した高アスペクト比のホールアレー構造も形成可能であることが明らかとなっている（例えば、特許文献１）。しかしながら、これまでに報告されている細孔発生位置の制御法は、シリコンカーバイドやニッケルなど硬度の高いモールドを用いて基材の表面に直接テクスチャリングを行う手法であり、モールドを基材に押し付ける際に高い圧力が必要となるという問題点があった。そのため、直接テクスチャリング法によるパターン形成では大面積化に限界があるという問題点があった。サイズの小さいモールドを用いて位置をずらしながら基材上に複数回テクスチャリングを行うことで、パターンエリアの拡大を行うことも可能であるが、このような手法では、パターン間につなぎ目が形成されるため、シームレスな規則細孔配列を有するホールアレー構造を得ることはできない。
【０００４】
基材表面に微細なパターン形成を行うことが可能なナノインプリント法は、用いるモールドの凹凸構造を一括して転写できることに加え、大面積化も可能であるという特徴を有することから、例えば基材表面にナノスケールのマスクを高スループットに形成するための手法として有望である。これまでにも、各種リソグラフィー技術の代用としてナノインプリント法を使用した基材加工が検討されてきている。しかしながら、その多くはナノインプリント法によりマスク形成を行った後、従来の微細加工プロセスと同様にドライエッチングにより基材加工を行うものであり、細孔形成に電気化学プロセスを適用した例は報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４５１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、ナノインプリントプロセスにより形成される凹凸パターンを利用し、その凹凸パターンを、アルミニウムやシリコン等の基材材料に電気化学プロセスにより細孔形成を行う際の細孔発生開始位置の制御を行うためのマスクとして使用することで基材に規則的なホールアレー構造を効率良く確実に形成できるようにした手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、インプリントプロセスによるパターン形成と、それをマスクとした電気化学プロセスによる細孔形成を行うための手法について鋭意検討を行った結果なされたものである。すなわち、本発明は、基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法を提供する。
【０００８】
マスク材としては、ポリマー材料や無機材料など、インプリントプロセスにより微細な凹凸パターンが形成可能な材料であれば、どのような材料でも用いることが可能である。このマスクに形成された微細凹凸パターンの凹部に対応した位置における電気化学的な手法による基材の加工により、所望の位置にて精度良く細孔の形成を開始することが可能となり、基材に規則的なホールアレー構造を効率良く確実に形成できるようになる。
【０００９】
用いる凹凸パターンは、ラインアンドスペース構造をはじめ様々な凹凸パターンを適用することができるが、細孔発生位置を精密に制御するためにはホールアレー構造の凹凸パターンを形成することが望ましい。基材上のマスクに形成されたパターンは、電気化学プロセスにより基材に対して細孔形成を行った後に、後処理として例えばイオンミリングやエキシマランプ、有機溶剤により取り除くことができる。また、インプリントプロセスにより形成された微細凹凸パターンをマスクとしてドライエッチングまたは化学エッチングを行い、あらかじめ基材に窪みパターンを形成した場合には、電気化学プロセスにより細孔形成を行う前に、マスク材を除去することもできる。
【００１０】
電気化学的な基材加工法には、陽極酸化法や、電解エッチング法を用いることができる。陽極酸化法では、アルミニウムやチタン、タンタル、ニオブ、マグネシウム等の金属を陽極として、酸またはアルカリ電解液中で電気分解を行うと電極表面に酸化物からなる多孔質皮膜を得ることができる。また、電解エッチング法は、アルミニウムやシリコン等の材料を電気分解を行いながら溶解させる手法であり、該電解エッチング法では、電極表面に多孔質構造を形成することができる。
【００１１】
また、インプリントプロセスにより基材表面に設けたマスクに凹凸パターンを形成する際には、マスクに熱可塑性材料を用いた熱インプリントプロセスを用いることもできるが、マスクに光硬化性樹脂を用いた光インプリントプロセスを適用することで、高効率にパターン形成を行うことが可能となる。本発明では、多孔質構造を形成する基材表面に凹凸マスクパターンを形成するが、これらの基材の多くは不透明であるため、光インプリントを行う際には、モールド側より光照射を行う必要がある。このため、用いるモールドは、光透過可能なモールドである必要がある。光透過可能なモールドには、光インプリント用モールドとして広く使用されている石英モールドをはじめ様々なものが適用可能であるが、樹脂製のモールドを用いることも可能である。このように樹脂材料により形成されたモールドで光インプリントを行う場合には、モールドと光硬化性樹脂層の親和性が高いために、モールドの離型が問題となる。この場合には、モールド表面を離型剤で修飾する手法が有効となるが、現在、ナノインプリント用離型剤として使用されている「オプツール」（ダイキン工業社製）をはじめとする離型剤は、通常、基材表面の水酸基とシランカップリング反応により固定化されるために、水酸基を多く有していない樹脂表面には化学的な固定化を行うことが困難となる。このような場合には、モールド表面に離型剤が物理吸着により付着することになり、インプリント処理の際に十分な離型効果を得ることができない。そこで、用いる樹脂製モールドの表面に、金属薄膜や金属酸化物薄膜の形成を行えば、モールドの最表面をそれらの材料で置き換えることが可能となり、離型剤を化学的に固定化することが可能となる。金属や金属酸化物薄膜の形成には、スパッタ法や蒸着法、ゾルゲル法などを用いることができる。形成する薄膜層の厚みは5nm以上であれば、離型剤による表面修飾を行う際に優位な効果を得ることができる。
【００１２】
また、インプリント用モールドは、電子ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなど、各種リソグラフィー技術により作製することも可能であるが、陽極酸化ポーラスアルミナを出発材料として作製する手法を用いることもできる。陽極酸化ポーラスアルミナは、適切な条件下で陽極酸化を行うと、細孔が自己組織化的に規則配列することが知られており、このような手法で作製された陽極酸化ポーラスアルミナを出発構造として用いれば、シームレスな大面積のモールドを得ることが可能である。陽極酸化ポーラスアルミナを用いたモールドの作製には、鋳型法のほかにインプリント法を用いることも可能である。鋳型法では、作製した転写物を得るために鋳型を溶解除去する必要があるが、インプリント法によれば、ひとつの陽極酸化アルミナモールドから複数の転写構造体を得ることができるために、生産性の観点で優れている。
【００１３】
本発明では、ナノインプリントプロセスにより基材上に設けられたマスクに凹凸パターンの形成を行い、凹部に対応した基材部分で電気化学的に細孔形成を行うことを特徴としている。通常、インプリントプロセスで形成された凹凸パターンは、凹部においてもそのマスク基材上に残膜層と呼ばれる薄いマスク層が残るため、細孔形成対象の基材を露出させるためにはドライエッチング等の手法が用いられる。本発明においても、ナノインプリントプロセスにより凹凸パターンの形成を行った後、ドライエッチングやエキシマランプ処理、ＵＶオゾン処理等の手法により、マスク残膜層を除去し。凹部に対応する部分の基材を露出させたのちに電気化学的手法により基材に細孔形成を行うことができる。これに加え、残膜層が20nm以下と十分に薄い場合には残膜除去操作を行わなくても、パターン凹部に対応させて細孔形成を行うことも可能である。マスクに形成する凹凸パターンの凹部を適切な深さに形成するためには、凹凸パターンを形成する際のモールド押し付け圧力が10kg/cm2以上であることが好ましい。とくに上記のような残膜層を十分に薄くしたい場合には、ある値以上のモールド押し付け圧力とすることが望ましい。さらに、インプリントを行う基材に例えばアルミニウムのような塑性変形可能な材料を用いた場合には、モールドをモールド突部がマスクを貫通し該モールド突部の先端部が基材に窪みを形成するまで押し付け、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うようにすることができる。例えば、モールドを押し付けながら光インプリントを行うことで、モールド突部が基材にささり、貫通したホールアレー型のマスクパターンを得ることができる。このような場合には、マスクが貫通しているだけでなく，基材表面にも窪みパターンの形成を行うことができるため、細孔発生位置をより高度に制御することが可能となる。
【００１４】
また、インプリントにより形成されるホールアレーパターンのホール開口径が大きいと、ひとつの凹部に対して複数の細孔が形成されることがある。したがって、電気化学プロセスにより形成される細孔の位置制御を精密に行うためには、ホール径を小さくすることが望ましい。このときのホールのサイズは、周期に対して50％以下のサイズであることが望ましい。ナノインプリントにより、開口径の小さいホールを形成するためには細いピラーが表面に配列したモールドを用いる必要があるが、ピラー径が細くなると各ピラーの直立構造の保持が難しくなり、アスペクト比の高いホールアレーが形成困難になるといった問題点がある。また、インプリントの際の圧力でピラーが撓んでしまい、配列が乱れる等の問題も生じる。このような問題点を解決するためには、テーパー形状のピラーアレーを用いることが望ましい。テーパー形状のピラー構造は、ピラーのサイズが底部は太く先端部では細くなっていることから、強度を保持したまま、開口径の小さいホールを形成するためのモールドとして有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、まず基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより所定の凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うようにしたので、細孔配列がインプリントモールドの形態に沿った形態に確実に精度良く制御された多孔質構造材料を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の基本形態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の一実施形態を例示した模式図である。
【図３】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の別の実施形態を例示した模式図である。
【図４】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図５】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図６】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図７】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図８】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図９】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図１０】実施例２で得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の断面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１１】実施例３で得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１２】実施例５で得られたポーラスシリコンからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し電気化学プロセスにより細孔形成を行う、本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の一例を模式的に示している。図１において、基材１上に設けられたマスク２には、ピラーアレー構造を有するモールド３を用いたインプリントプロセスにより、ホールアレー構造を有する凹凸パターン４が形成される。形成されたこの凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１の位置に、電気化学プロセスによる細孔形成が行われ、基材表面から基材厚さ方向に延びる細孔６が所定の配列形態に制御された多孔質構造材料７が作製される。
【００１８】
図２に示すプロセスでは、基材１上に設けられたマスク２に対し、モールド３を用いたインプリントプロセスにより凹凸パターン４が形成され、凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１部分に対し陽極酸化を行うことにより、基材１の表面側に形成される細孔８が所定の配列形態に制御された多孔質酸化皮膜９が形成され、その後に基材１に形成された多孔質酸化皮膜９からマスク２が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料１０が作製される。
【００１９】
図３に示すプロセスでは、基材１上に設けられたマスク２に対し、モールド３を用いたインプリントプロセスにより凹凸パターン４が形成され、凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１部分に対し電解エッチングを行うことにより、所定の配列形態に制御された細孔１１が形成され、その後に基材１からマスク２が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料１２が作製される。
【００２０】
図４に示すプロセスでは、基材１上に光硬化性材料からなる層２１が設けられ、光硬化性材料層２１に透明モールド２２が押し付けられるとともに、所定の波長を有する光２３が照射されて光インプリントプロセスが実行され、光硬化性材料層２１が硬化された後に透明モールド２２を除去することにより、基材１上に所定形状の凹凸パターン２４が形成されたマスク２５が形成され、この凹凸パターン２４の凹部２６に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔２７が形成され、その後に基材１からマスク２５が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料２８が作製される。
【００２１】
図５に示すプロセスでは、陽極酸化ポーラスアルミナ３１の凹凸パターン３２の構造をモールド形成材３３に転写させることによりモールド３４が作製され、作製したモールド３４を用いたインプリントプロセスにより基材１上に所定形状の凹凸パターン３５が形成されたマスク３６が形成され、この凹凸パターン３５の凹部３７に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔３８が形成され、その後に基材１からマスク３６が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料３９が作製される。
【００２２】
図６に示すプロセスでは、透明樹脂モールド４１のピラーアレー４２に対し金属または金属酸化物薄膜４３がコートされ、この透明樹脂モールド４１を用いて、図４に示したのと同様に、基材１上に設けられた光硬化性材料層４４に透明樹脂モールド４１が押し付けられるとともに、所定の波長を有する光４５が照射されて光インプリントプロセスが実行され、光硬化性材料層４４が硬化された後に透明樹脂モールド４１を除去することにより、基材１上に所定形状の凹凸パターン４６が形成されたマスク４７が形成され、この凹凸パターン４６の凹部４８に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔２７が形成される。その後に基材１からマスク４７を除去すれば、細孔配列が制御された多孔質構造材料が得られる。
【００２３】
図７に示すプロセスでは、テーパー状ピラー５１を有するテーパー状ピラーアレーモールド５２を用いて、基材１上に所定形状の凹凸パターン５３が形成されたマスク５４が形成され、この凹凸パターン５３の凹部５５に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された開口径の小さい細孔５６が形成される。その後に基材１からマスク５４を除去すれば、開口径の小さい細孔５６の配列形態が制御された多孔質構造材料が得られる。
【００２４】
図８に示すプロセスでは、モールド６１を用いて、基材１上に所定形状の凹凸パターン６２が形成されたマスク６３が形成され、この段階で、凹凸パターン６２の凹部６４に対応した基材１部分に対しドライエッチングまたは化学エッチングを行うことにより、基材１に所定パターンで窪み６５が形成され、この所定パターンの窪み６５を開始点として電気化学プロセスにより細孔６６が形成され、細孔６６の配列形態が制御された多孔質構造材料６７が得られる。
【００２５】
図９に示すプロセスでは、図８に示したプロセスに比べ、モールド６１を用いて基材１上に所定形状の凹凸パターン６２を形成するに際し、基材１上のマスク形成層７１に対し、モールド６１が、モールド６１の突部７２がマスク形成層７１を貫通し該突部７２の先端部が基材１を塑性変形させて基材１の表面に窪み７３を形成するまで押し付けられる。モールド６１を取り除くと、貫通孔を有するマスク７４とその貫通孔に対応した基材１部分に窪み７３が形成され、マスク７４を除去した後この所定パターンの窪み７３を開始点として電気化学プロセスにより細孔７５が形成され、細孔７５の配列形態が制御された多孔質構造材料７６が得られる。
【実施例】
【００２６】
実施例１〔細孔周期500nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期500nm、孔深さ1.3 μmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを100kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から30分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。イオンミリングを行った試料表面のポリマーマスクは、エキシマランプを１時間照射することにより除去した。マスク除去後のAl板を、0.1Mリン酸水溶液、浴温０℃、化成電圧200Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。
【００２７】
実施例２〔細孔周期500nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期500nm、孔深さ1.3μmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを100kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。マスクを形成したアルミニウム板を、0.1Mリン酸水溶液、浴温０℃、化成電圧200Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。得られた陽極酸化ポーラスアルミナの断面を電子顕微鏡で観察した結果を図１０に示す。
【００２８】
実施例３〔細孔周期200nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から10分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。その後、Al板を、0.05Mシュウ酸水溶液、浴温17℃、化成電圧80Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が200nm周期で規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナを得た。最後に、エキシマランプを試料表面に１時間照射することで、ポリマーマスクの除去を行った。得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を図１１に示す。
【００２９】
実施例４〔細孔周期200nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。マスクを形成したAl板を、0.05Mシュウ酸水溶液、浴温17℃、化成電圧80Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が200nm周期で規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。
【００３０】
実施例５〔細孔周期200nmのポーラスシリコンの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Si板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Si板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から10分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。その後、Si板を、3wt%フッ酸水溶液、浴温０℃、対極に白金板を用い、5mA/cm2の定電流条件下で20分間電解エッチングを行った。最後に、試料表面にエキシマランプを１時間照射することによりポリマーマスクの除去を行った。得られたポーラスシリコンからなる多孔質構造材料の表面の電子顕微鏡による観察結果を図１２に示す。
【００３１】
実施例６〔細孔周期200nmのポーラスシリコンの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Si板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Si板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、 Si板を、3wt%フッ酸水溶液、浴温０℃、対極に白金板を用い、5mA/cm2の定電流条件下で20分間電解エッチングを行った。最後に、試料表面にエキシマランプを１時間照射することによりポリマーマスクの除去を行いポーラスシリコンからなる多孔質構造材料を得た。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る多孔質構造材料の製造方法は、微細細孔が規則配列したホールアレー構造材料を効率よく製造することが求められるあらゆる分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 基材
２、２５、３６、４７、５４、６３、７４ マスク
３、３４、６１ モールド
４、２４、３５、４６、５３、６２ 凹凸パターン
５、２６、３７、４８、５５、６４ 凹部
６、８、１１、２７、３８、４９、５６、６６、７５ 細孔
７、１０、１２、２８、３９、６７、７６ 多孔質構造材料
９ 多孔質酸化皮膜
２１ 光硬化性材料層
２２ 透明モールド
２３、４５ 光
３１ 陽極酸化ポーラスアルミナ
３２ 陽極酸化ポーラスアルミナの凹凸パターン
３３ モールド形成材
４１ 透明樹脂モールド
４２ ピラーアレー
４３ 金属または金属酸化物薄膜
４４ 光硬化性材料層
５１ テーパー状ピラー
５２ テーパー状ピラーアレーモールド
６５、７３ 窪み
７１ マスク形成層
７２ モールドの突部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質構造材料の製造方法に関し、とくに、細孔形成開始位置の制御にマスクを用いる多孔質構造材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノスケールの細孔が規則配列したホールアレー構造材料は、様々な分野への応用が期待できる機能性材料である。規則性ホールアレー構造の作製には、リソグラフィー技術とドライエッチングを用いた微細加工技術をはじめ様々な手法が検討されてきている。リソグラフィー技術に基づけば任意の細孔配列パターンの形成が可能であるが、これをマスクとして基材加工を行う際に用いられるドライエッチングでは、プロセスの特性上、アスペクト比の高い細孔を形成することが難しく、高アスペクト比のホールアレー構造の形成が困難であるといった問題点がある。
【０００３】
一方、陽極酸化や電解エッチングといった電気化学的な手法に基づけば、シリコンやアルミニウム等の電極表面に高アスペクト比の細孔形成が可能であるといった特徴を有する。通常、これらの手法で形成される細孔は、ランダムな配列となるが、あらかじめ基材表面に細孔発生の開始点として機能する窪みパターンの形成を行うことにより、細孔配列を制御した高アスペクト比のホールアレー構造も形成可能であることが明らかとなっている（例えば、特許文献１）。しかしながら、これまでに報告されている細孔発生位置の制御法は、シリコンカーバイドやニッケルなど硬度の高いモールドを用いて基材の表面に直接テクスチャリングを行う手法であり、モールドを基材に押し付ける際に高い圧力が必要となるという問題点があった。そのため、直接テクスチャリング法によるパターン形成では大面積化に限界があるという問題点があった。サイズの小さいモールドを用いて位置をずらしながら基材上に複数回テクスチャリングを行うことで、パターンエリアの拡大を行うことも可能であるが、このような手法では、パターン間につなぎ目が形成されるため、シームレスな規則細孔配列を有するホールアレー構造を得ることはできない。
【０００４】
基材表面に微細なパターン形成を行うことが可能なナノインプリント法は、用いるモールドの凹凸構造を一括して転写できることに加え、大面積化も可能であるという特徴を有することから、例えば基材表面にナノスケールのマスクを高スループットに形成するための手法として有望である。これまでにも、各種リソグラフィー技術の代用としてナノインプリント法を使用した基材加工が検討されてきている。しかしながら、その多くはナノインプリント法によりマスク形成を行った後、従来の微細加工プロセスと同様にドライエッチングにより基材加工を行うものであり、細孔形成に電気化学プロセスを適用した例は報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４５１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、ナノインプリントプロセスにより形成される凹凸パターンを利用し、その凹凸パターンを、アルミニウムやシリコン等の基材材料に電気化学プロセスにより細孔形成を行う際の細孔発生開始位置の制御を行うためのマスクとして使用することで基材に規則的なホールアレー構造を効率良く確実に形成できるようにした手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、インプリントプロセスによるパターン形成と、それをマスクとした電気化学プロセスによる細孔形成を行うための手法について鋭意検討を行った結果なされたものである。すなわち、本発明は、基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法を提供する。
【０００８】
マスク材としては、ポリマー材料や無機材料など、インプリントプロセスにより微細な凹凸パターンが形成可能な材料であれば、どのような材料でも用いることが可能である。このマスクに形成された微細凹凸パターンの凹部に対応した位置における電気化学的な手法による基材の加工により、所望の位置にて精度良く細孔の形成を開始することが可能となり、基材に規則的なホールアレー構造を効率良く確実に形成できるようになる。
【０００９】
用いる凹凸パターンは、ラインアンドスペース構造をはじめ様々な凹凸パターンを適用することができるが、細孔発生位置を精密に制御するためにはホールアレー構造の凹凸パターンを形成することが望ましい。基材上のマスクに形成されたパターンは、電気化学プロセスにより基材に対して細孔形成を行った後に、後処理として例えばイオンミリングやエキシマランプ、有機溶剤により取り除くことができる。また、インプリントプロセスにより形成された微細凹凸パターンをマスクとしてドライエッチングまたは化学エッチングを行い、あらかじめ基材に窪みパターンを形成した場合には、電気化学プロセスにより細孔形成を行う前に、マスク材を除去することもできる。
【００１０】
電気化学的な基材加工法には、陽極酸化法や、電解エッチング法を用いることができる。陽極酸化法では、アルミニウムやチタン、タンタル、ニオブ、マグネシウム等の金属を陽極として、酸またはアルカリ電解液中で電気分解を行うと電極表面に酸化物からなる多孔質皮膜を得ることができる。また、電解エッチング法は、アルミニウムやシリコン等の材料を電気分解を行いながら溶解させる手法であり、該電解エッチング法では、電極表面に多孔質構造を形成することができる。
【００１１】
また、インプリントプロセスにより基材表面に設けたマスクに凹凸パターンを形成する際には、マスクに熱可塑性材料を用いた熱インプリントプロセスを用いることもできるが、マスクに光硬化性樹脂を用いた光インプリントプロセスを適用することで、高効率にパターン形成を行うことが可能となる。本発明では、多孔質構造を形成する基材表面に凹凸マスクパターンを形成するが、これらの基材の多くは不透明であるため、光インプリントを行う際には、モールド側より光照射を行う必要がある。このため、用いるモールドは、光透過可能なモールドである必要がある。光透過可能なモールドには、光インプリント用モールドとして広く使用されている石英モールドをはじめ様々なものが適用可能であるが、樹脂製のモールドを用いることも可能である。このように樹脂材料により形成されたモールドで光インプリントを行う場合には、モールドと光硬化性樹脂層の親和性が高いために、モールドの離型が問題となる。この場合には、モールド表面を離型剤で修飾する手法が有効となるが、現在、ナノインプリント用離型剤として使用されている「オプツール」（ダイキン工業社製）をはじめとする離型剤は、通常、基材表面の水酸基とシランカップリング反応により固定化されるために、水酸基を多く有していない樹脂表面には化学的な固定化を行うことが困難となる。このような場合には、モールド表面に離型剤が物理吸着により付着することになり、インプリント処理の際に十分な離型効果を得ることができない。そこで、用いる樹脂製モールドの表面に、金属薄膜や金属酸化物薄膜の形成を行えば、モールドの最表面をそれらの材料で置き換えることが可能となり、離型剤を化学的に固定化することが可能となる。金属や金属酸化物薄膜の形成には、スパッタ法や蒸着法、ゾルゲル法などを用いることができる。形成する薄膜層の厚みは5nm以上であれば、離型剤による表面修飾を行う際に優位な効果を得ることができる。
【００１２】
また、インプリント用モールドは、電子ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなど、各種リソグラフィー技術により作製することも可能であるが、陽極酸化ポーラスアルミナを出発材料として作製する手法を用いることもできる。陽極酸化ポーラスアルミナは、適切な条件下で陽極酸化を行うと、細孔が自己組織化的に規則配列することが知られており、このような手法で作製された陽極酸化ポーラスアルミナを出発構造として用いれば、シームレスな大面積のモールドを得ることが可能である。陽極酸化ポーラスアルミナを用いたモールドの作製には、鋳型法のほかにインプリント法を用いることも可能である。鋳型法では、作製した転写物を得るために鋳型を溶解除去する必要があるが、インプリント法によれば、ひとつの陽極酸化アルミナモールドから複数の転写構造体を得ることができるために、生産性の観点で優れている。
【００１３】
本発明では、ナノインプリントプロセスにより基材上に設けられたマスクに凹凸パターンの形成を行い、凹部に対応した基材部分で電気化学的に細孔形成を行うことを特徴としている。通常、インプリントプロセスで形成された凹凸パターンは、凹部においてもそのマスク基材上に残膜層と呼ばれる薄いマスク層が残るため、細孔形成対象の基材を露出させるためにはドライエッチング等の手法が用いられる。本発明においても、ナノインプリントプロセスにより凹凸パターンの形成を行った後、ドライエッチングやエキシマランプ処理、ＵＶオゾン処理等の手法により、マスク残膜層を除去し。凹部に対応する部分の基材を露出させたのちに電気化学的手法により基材に細孔形成を行うことができる。これに加え、残膜層が20nm以下と十分に薄い場合には残膜除去操作を行わなくても、パターン凹部に対応させて細孔形成を行うことも可能である。マスクに形成する凹凸パターンの凹部を適切な深さに形成するためには、凹凸パターンを形成する際のモールド押し付け圧力が10kg/cm2以上であることが好ましい。とくに上記のような残膜層を十分に薄くしたい場合には、ある値以上のモールド押し付け圧力とすることが望ましい。さらに、インプリントを行う基材に例えばアルミニウムのような塑性変形可能な材料を用いた場合には、モールドをモールド突部がマスクを貫通し該モールド突部の先端部が基材に窪みを形成するまで押し付け、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うようにすることができる。例えば、モールドを押し付けながら光インプリントを行うことで、モールド突部が基材にささり、貫通したホールアレー型のマスクパターンを得ることができる。このような場合には、マスクが貫通しているだけでなく，基材表面にも窪みパターンの形成を行うことができるため、細孔発生位置をより高度に制御することが可能となる。
【００１４】
また、インプリントにより形成されるホールアレーパターンのホール開口径が大きいと、ひとつの凹部に対して複数の細孔が形成されることがある。したがって、電気化学プロセスにより形成される細孔の位置制御を精密に行うためには、ホール径を小さくすることが望ましい。このときのホールのサイズは、周期に対して50％以下のサイズであることが望ましい。ナノインプリントにより、開口径の小さいホールを形成するためには細いピラーが表面に配列したモールドを用いる必要があるが、ピラー径が細くなると各ピラーの直立構造の保持が難しくなり、アスペクト比の高いホールアレーが形成困難になるといった問題点がある。また、インプリントの際の圧力でピラーが撓んでしまい、配列が乱れる等の問題も生じる。このような問題点を解決するためには、テーパー形状のピラーアレーを用いることが望ましい。テーパー形状のピラー構造は、ピラーのサイズが底部は太く先端部では細くなっていることから、強度を保持したまま、開口径の小さいホールを形成するためのモールドとして有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、まず基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより所定の凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うようにしたので、細孔配列がインプリントモールドの形態に沿った形態に確実に精度良く制御された多孔質構造材料を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の基本形態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の一実施形態を例示した模式図である。
【図３】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の別の実施形態を例示した模式図である。
【図４】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図５】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図６】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図７】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図８】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図９】本発明に係る多孔質構造材料の製造方法のさらに別の実施形態を例示した模式図である。
【図１０】実施例２で得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の断面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１１】実施例３で得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１２】実施例５で得られたポーラスシリコンからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し電気化学プロセスにより細孔形成を行う、本発明に係る多孔質構造材料の製造方法の一例を模式的に示している。図１において、基材１上に設けられたマスク２には、ピラーアレー構造を有するモールド３を用いたインプリントプロセスにより、ホールアレー構造を有する凹凸パターン４が形成される。形成されたこの凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１の位置に、電気化学プロセスによる細孔形成が行われ、基材表面から基材厚さ方向に延びる細孔６が所定の配列形態に制御された多孔質構造材料７が作製される。
【００１８】
図２に示すプロセスでは、基材１上に設けられたマスク２に対し、モールド３を用いたインプリントプロセスにより凹凸パターン４が形成され、凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１部分に対し陽極酸化を行うことにより、基材１の表面側に形成される細孔８が所定の配列形態に制御された多孔質酸化皮膜９が形成され、その後に基材１に形成された多孔質酸化皮膜９からマスク２が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料１０が作製される。
【００１９】
図３に示すプロセスでは、基材１上に設けられたマスク２に対し、モールド３を用いたインプリントプロセスにより凹凸パターン４が形成され、凹凸パターン４の凹部５に対応した基材１部分に対し電解エッチングを行うことにより、所定の配列形態に制御された細孔１１が形成され、その後に基材１からマスク２が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料１２が作製される。
【００２０】
図４に示すプロセスでは、基材１上に光硬化性材料からなる層２１が設けられ、光硬化性材料層２１に透明モールド２２が押し付けられるとともに、所定の波長を有する光２３が照射されて光インプリントプロセスが実行され、光硬化性材料層２１が硬化された後に透明モールド２２を除去することにより、基材１上に所定形状の凹凸パターン２４が形成されたマスク２５が形成され、この凹凸パターン２４の凹部２６に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔２７が形成され、その後に基材１からマスク２５が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料２８が作製される。
【００２１】
図５に示すプロセスでは、陽極酸化ポーラスアルミナ３１の凹凸パターン３２の構造をモールド形成材３３に転写させることによりモールド３４が作製され、作製したモールド３４を用いたインプリントプロセスにより基材１上に所定形状の凹凸パターン３５が形成されたマスク３６が形成され、この凹凸パターン３５の凹部３７に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔３８が形成され、その後に基材１からマスク３６が除去されて、細孔配列が制御された多孔質構造材料３９が作製される。
【００２２】
図６に示すプロセスでは、透明樹脂モールド４１のピラーアレー４２に対し金属または金属酸化物薄膜４３がコートされ、この透明樹脂モールド４１を用いて、図４に示したのと同様に、基材１上に設けられた光硬化性材料層４４に透明樹脂モールド４１が押し付けられるとともに、所定の波長を有する光４５が照射されて光インプリントプロセスが実行され、光硬化性材料層４４が硬化された後に透明樹脂モールド４１を除去することにより、基材１上に所定形状の凹凸パターン４６が形成されたマスク４７が形成され、この凹凸パターン４６の凹部４８に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された細孔２７が形成される。その後に基材１からマスク４７を除去すれば、細孔配列が制御された多孔質構造材料が得られる。
【００２３】
図７に示すプロセスでは、テーパー状ピラー５１を有するテーパー状ピラーアレーモールド５２を用いて、基材１上に所定形状の凹凸パターン５３が形成されたマスク５４が形成され、この凹凸パターン５３の凹部５５に対応した基材１部分に対し電解化学プロセスにより、所定の配列形態に制御された開口径の小さい細孔５６が形成される。その後に基材１からマスク５４を除去すれば、開口径の小さい細孔５６の配列形態が制御された多孔質構造材料が得られる。
【００２４】
図８に示すプロセスでは、モールド６１を用いて、基材１上に所定形状の凹凸パターン６２が形成されたマスク６３が形成され、この段階で、凹凸パターン６２の凹部６４に対応した基材１部分に対しドライエッチングまたは化学エッチングを行うことにより、基材１に所定パターンで窪み６５が形成され、この所定パターンの窪み６５を開始点として電気化学プロセスにより細孔６６が形成され、細孔６６の配列形態が制御された多孔質構造材料６７が得られる。
【００２５】
図９に示すプロセスでは、図８に示したプロセスに比べ、モールド６１を用いて基材１上に所定形状の凹凸パターン６２を形成するに際し、基材１上のマスク形成層７１に対し、モールド６１が、モールド６１の突部７２がマスク形成層７１を貫通し該突部７２の先端部が基材１を塑性変形させて基材１の表面に窪み７３を形成するまで押し付けられる。モールド６１を取り除くと、貫通孔を有するマスク７４とその貫通孔に対応した基材１部分に窪み７３が形成され、マスク７４を除去した後この所定パターンの窪み７３を開始点として電気化学プロセスにより細孔７５が形成され、細孔７５の配列形態が制御された多孔質構造材料７６が得られる。
【実施例】
【００２６】
実施例１〔細孔周期500nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期500nm、孔深さ1.3 μmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを100kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から30分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。イオンミリングを行った試料表面のポリマーマスクは、エキシマランプを１時間照射することにより除去した。マスク除去後のAl板を、0.1Mリン酸水溶液、浴温０℃、化成電圧200Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。
【００２７】
実施例２〔細孔周期500nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期500nm、孔深さ1.3μmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを100kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。マスクを形成したアルミニウム板を、0.1Mリン酸水溶液、浴温０℃、化成電圧200Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。得られた陽極酸化ポーラスアルミナの断面を電子顕微鏡で観察した結果を図１０に示す。
【００２８】
実施例３〔細孔周期200nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から10分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。その後、Al板を、0.05Mシュウ酸水溶液、浴温17℃、化成電圧80Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が200nm周期で規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナを得た。最後に、エキシマランプを試料表面に１時間照射することで、ポリマーマスクの除去を行った。得られた陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料の表面を電子顕微鏡で観察した結果を図１１に示す。
【００２９】
実施例４〔細孔周期200nmの理想配列陽極酸化ポーラスアルミナの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Al板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Al板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。マスクを形成したAl板を、0.05Mシュウ酸水溶液、浴温17℃、化成電圧80Vにおいて５分間陽極酸化することにより細孔が200nm周期で規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナからなる多孔質構造材料を得た。
【００３０】
実施例５〔細孔周期200nmのポーラスシリコンの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Si板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Si板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、Arイオンミリングにより試料の垂直方向から10分間エッチングを行い、残膜層の除去、並びにAl板表面への窪みパターンの形成を行った。その後、Si板を、3wt%フッ酸水溶液、浴温０℃、対極に白金板を用い、5mA/cm2の定電流条件下で20分間電解エッチングを行った。最後に、試料表面にエキシマランプを１時間照射することによりポリマーマスクの除去を行った。得られたポーラスシリコンからなる多孔質構造材料の表面の電子顕微鏡による観察結果を図１２に示す。
【００３１】
実施例６〔細孔周期200nmのポーラスシリコンの作製〕
細孔周期200nm、孔深さ700 nmのテーパー状細孔を有するポーラスアルミナをインプリント用モールドとして、光硬化性樹脂に構造転写を行い、テーパー状ポリマーピラーアレーを形成した。このポリマーピラーアレーの表面にNiを10nmスパッタし、0.1wt%オプツール溶液（ダイキン工業社製）に浸漬することで樹脂製透明モールドを得た。Si板を基材として、樹脂製透明モールドを用いた光インプリントプロセスによりポリマーホールアレーの形成を行った。光インプリントには、光硬化性樹脂（PAK-02、東洋合成工業社製）を用いて、樹脂製透明モールドを30kg/cm2の圧力条件下で押し付けながら光照射を行う手法を用いた。これにより、Si板表面にポリマーホールアレーマスクを形成した。この後、 Si板を、3wt%フッ酸水溶液、浴温０℃、対極に白金板を用い、5mA/cm2の定電流条件下で20分間電解エッチングを行った。最後に、試料表面にエキシマランプを１時間照射することによりポリマーマスクの除去を行いポーラスシリコンからなる多孔質構造材料を得た。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る多孔質構造材料の製造方法は、微細細孔が規則配列したホールアレー構造材料を効率よく製造することが求められるあらゆる分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 基材
２、２５、３６、４７、５４、６３、７４ マスク
３、３４、６１ モールド
４、２４、３５、４６、５３、６２ 凹凸パターン
５、２６、３７、４８、５５、６４ 凹部
６、８、１１、２７、３８、４９、５６、６６、７５ 細孔
７、１０、１２、２８、３９、６７、７６ 多孔質構造材料
９ 多孔質酸化皮膜
２１ 光硬化性材料層
２２ 透明モールド
２３、４５ 光
３１ 陽極酸化ポーラスアルミナ
３２ 陽極酸化ポーラスアルミナの凹凸パターン
３３ モールド形成材
４１ 透明樹脂モールド
４２ ピラーアレー
４３ 金属または金属酸化物薄膜
４４ 光硬化性材料層
５１ テーパー状ピラー
５２ テーパー状ピラーアレーモールド
６５、７３ 窪み
７１ マスク形成層
７２ モールドの突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法。
【請求項２】
インプリント法により形成されるマスクパターンがホールアレー構造を有していることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項３】
電気化学的な細孔形成法として陽極酸化法を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項４】
電気化学的な細孔形成法として電解エッチング法を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項５】
基材表面に光硬化性樹脂からなるマスクを設け、該マスクに、光透過可能なモールドを用いた光インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項６】
光透過可能なモールドの材質が樹脂であることを特徴とする、請求項５に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項７】
モールドの表面に金属酸化物または金属をコートし離型剤による表面化学修飾を可能にした光透過可能な樹脂製モールドを用いることを特徴とする、請求項６に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項８】
インプリント用モールドの作製に陽極酸化ポーラスアルミナを用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項９】
インプリントプロセスにより形成される凹凸パターンの凹部底部の残膜層を除去する操作なしで、直接細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１０】
インプリントプロセスで形成される残膜層の厚さが20nm以下であることを特徴とする、請求項９に記載の多孔質構造の製造方法。
【請求項１１】
インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成する際のモールド押し付け圧力が10kg/cm2以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の多孔質構造の製造方法。
【請求項１２】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成し、ドライエッチング、エキシマランプ処理、UVオゾン処理の少なくともいずれかの処理により凹凸パターンの凹部底部の残膜層を除去し、凹部に対応する部分の基材を露出させた後細孔を形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１３】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成し、ドライエッチングにより凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に窪みを形成し、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１４】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成するに際し、モールドをモールド突部がマスクを貫通し該モールド突部の先端部が基材に窪みを形成するまで押し付け、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１５】
インプリントプロセスに、テーパー形状のピラーアレー構造を有したモールドを用いることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１】
基材上に設けられたマスクにインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に、電気化学的な手法により細孔形成を行うことを特徴とする、細孔配列が制御された多孔質構造材料の製造方法。
【請求項２】
インプリント法により形成されるマスクパターンがホールアレー構造を有していることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項３】
電気化学的な細孔形成法として陽極酸化法を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項４】
電気化学的な細孔形成法として電解エッチング法を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項５】
基材表面に光硬化性樹脂からなるマスクを設け、該マスクに、光透過可能なモールドを用いた光インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項６】
光透過可能なモールドの材質が樹脂であることを特徴とする、請求項５に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項７】
モールドの表面に金属酸化物または金属をコートし離型剤による表面化学修飾を可能にした光透過可能な樹脂製モールドを用いることを特徴とする、請求項６に記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項８】
インプリント用モールドの作製に陽極酸化ポーラスアルミナを用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項９】
インプリントプロセスにより形成される凹凸パターンの凹部底部の残膜層を除去する操作なしで、直接細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１０】
インプリントプロセスで形成される残膜層の厚さが20nm以下であることを特徴とする、請求項９に記載の多孔質構造の製造方法。
【請求項１１】
インプリントプロセスにより凹凸パターンを形成する際のモールド押し付け圧力が10kg/cm2以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の多孔質構造の製造方法。
【請求項１２】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成し、ドライエッチング、エキシマランプ処理、UVオゾン処理の少なくともいずれかの処理により凹凸パターンの凹部底部の残膜層を除去し、凹部に対応する部分の基材を露出させた後細孔を形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１３】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成し、ドライエッチングにより凹凸パターンの凹部に対応した基材位置に窪みを形成し、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１４】
インプリントプロセスによりマスクに凹凸パターンを形成するに際し、モールドをモールド突部がマスクを貫通し該モールド突部の先端部が基材に窪みを形成するまで押し付け、該窪みを細孔発生の開始点として電気化学プロセスにより細孔形成を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【請求項１５】
インプリントプロセスに、テーパー形状のピラーアレー構造を有したモールドを用いることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の多孔質構造材料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１６２８７０（Ｐ２０１１−１６２８７０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０１１１（Ｐ２０１０−３０１１１）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【Ｆターム（参考）】
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