微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材
【課題】今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材を提供すること。
【解決手段】被延伸部材２にスタンパ１の微細凹凸格子１ａ側を熱プレスなどの処理により押圧して、被延伸部材２に微細凹凸格子１ａのパターンを転写する。スタンパ１を外すと、スタンパ１の微細凹凸格子１ａが転写された微細凹凸格子２ａを有する被延伸部材２が得られる。この被延伸部材２に対して幅方向を自由にした一軸延伸処理を施す。このようにして１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチを有する微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材を製造することができる。
【解決手段】被延伸部材２にスタンパ１の微細凹凸格子１ａ側を熱プレスなどの処理により押圧して、被延伸部材２に微細凹凸格子１ａのパターンを転写する。スタンパ１を外すと、スタンパ１の微細凹凸格子１ａが転写された微細凹凸格子２ａを有する被延伸部材２が得られる。この被延伸部材２に対して幅方向を自由にした一軸延伸処理を施す。このようにして１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチを有する微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、非常に狭いピッチのパターンを形成することができるようになってきている。このように狭いピッチ、特に光の波長レベルのピッチのパターンを形成することができると、このような狭ピッチパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野においても利用することができる。特に、光学分野においては、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有する部材や製品は、利用範囲が広く、このような部材や製品に対する要求が高くなってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができないのが現状であった。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材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】
【０００５】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法は、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱する工程と、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向に略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸する工程と、前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材に一軸延伸処理を施すことにより、被延伸部材の長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる。
【０００７】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の前記微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように一軸延伸を行うことが好ましい。
【０００８】
また、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。この熱可塑性樹脂は、一軸延伸の際のガラス転移点や転写の際の融点などを考慮して選定する。この場合、前記熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸を行うことが好ましい。また、前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であり、前記非晶性樹脂の示差熱分析計で測定したガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが好ましい。また、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、前記被延伸部材を一軸延伸することが好ましい。
【０００９】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法は、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有し、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を与える工程と、前記被延伸部材の前記微細凹凸格子の存在しない側を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略平行な方向に前記延伸部分を一軸延伸する工程と、前記熱可塑性樹脂が硬化する温度まで前記延伸部分を冷却する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の微細凹凸格子部材は、上記方法により製造されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の金属部材の製造方法は、上記方法により微細凹凸格子を有する延伸部材を得る工程と、前記延伸部材の前記凹凸格子を有する側を導電化する工程と、導電化された面上に金属層を形成する工程と、前記延伸部材を除去して前記金属部材を得る工程と、を具備することを特徴とする。また、本発明の金属部材は、前記方法により製造されたことを特徴とする。また、本発明の転写部材は、前記方法により表面に微細凹凸格子を有する金属部材を得る工程と、前記金属部材を用いて被転写部材に前記微細凹凸格子を転写する工程と、により得られたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材に一軸延伸処理を施すので、被延伸部材の長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
現在、狭ピッチのパターンを形成する技術として干渉露光法がある。この干渉露光法は、波長λｎｍのレーザ光源を用い、レジスト面の法線方向とのなす角θで２光束干渉露光を行った場合の干渉縞を用いてパターニングする技術である。この干渉縞のピッチｐは、ｐ＝λ／２sinθで表される。したがって、原理上、波長の２分の１以下のピッチは作れないことになる。また、干渉露光に使用できるレーザはＴＥＭ００モードのレーザに限定される。ＴＥＭ００モードのレーザ発振ができる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザの４倍波などが挙げられる。例えば、波長２６６ｎｍのレーザを用いて９０°の角度で干渉縞を作ったとしてもピッチは１３３ｎｍとなる。したがって、干渉露光で作製できる干渉縞はピッチ１３３ｎｍのものが限界である。本発明者らは、この点に着目し、ピッチが１００ｎｍを超える被延伸部材を干渉露光で作製し、これを延伸することによりピッチを１００ｎｍにできることを見出し本発明をするに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の骨子は、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を凹凸格子の長手方向と略平行な方向に一軸延伸することにより１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することである。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法においては、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向に略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する。
【００１６】
被延伸部材が有する微細凹凸格子のピッチは、０．０１μｍ〜１００μｍの範囲に設定するが、要求する微細凹凸格子のピッチや延伸倍率に応じて適宜変更することができる。すなわち、この範囲は本発明の目的や効果を逸脱しない範囲において変更可能である。
【００１７】
被延伸部材とは、本発明の一軸延伸処理が施される部材をいい、板状体、フィルム状体、シート状体などを挙げることができる。この被延伸部材の厚さや大きさなどについては、一軸延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。また、被延伸部材は、熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。これにより一軸延伸処理を簡単に行うことができる。熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの結晶性樹脂などを挙げることができる。また、上記樹脂を混合したものを用いることもできる。
【００１８】
被延伸部材に微細凹凸格子を形成する方法としては、特定の波長のレーザ光を角度θの２つの方向から照射して形成される干渉縞を用いて露光を行う干渉露光法などを用いてパターン形成した金型（スタンパ）でパターンを転写する方法を用いることができる。転写方法としては、熱プレス法などを用いることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、ＴＥＭ００モードのレーザを用いることができる。ＴＥＭ００モードのレーザ発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ（波長３６４ｎｍ，３５１ｎｍ，３３３ｎｍ）や、ＹＡＧレーザの４倍波（波長２６６ｎｍ）などが挙げられる。なお、干渉露光に用いるレーザ光の波長及び入射角は、形成する微細凹凸格子のピッチに応じて適宜設定する。
【００１９】
本発明における一軸延伸処理は、被延伸部材に対して、被延伸部材の幅方向（微細凹凸格子の長手方向と直交する方向）は自由であり、被延伸部材の長手方向の一方向に延伸処理を行う方法である。この一軸延伸処理を行う装置としては、通常の一軸延伸処理を行う装置を用いることができる。この一軸延伸処理においては、被延伸部材を構成する材料、例えば熱可塑性樹脂が軟化する温度まで被延伸部材を加熱し、微細凹凸格子の長手方向と略平行な方向に被延伸部材を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま材料が硬化する温度まで被延伸部材を冷却することにより行う。このような一軸延伸処理により、１００ｎｍピッチレベルの微細凹凸格子を実現することができる。また、加熱条件や冷却条件については被延伸部材を構成する材料に応じて適宜決定する。
【００２０】
一軸延伸処理における延伸倍率は、微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき（図１（ｃ），（ｄ）参照）、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように設定することが好ましく、０．８＜ｒ＜１．１が特に好ましい。また、１．０以上の縮小比率ｒを得るためには、延伸方向と直角方向にあらかじめ延伸ひずみを持った被延伸部材を用いることが好ましい。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。なお、被延伸部材の体積が一定で、延伸により幅方向、厚み方向が均等に縮小されると、延伸倍率ｘ＝（Ｌ1／Ｌ0）（Ｌ1：延伸後の長さ、Ｌ0：延伸前の長さ）と、延伸前後のピッチ（ｐ0，ｐ1）及び高さ（ｈ0，ｈ1）の間には、ｐ1＝ｐ0／ｘ1/2（式１）、ｈ1＝ｈ0／ｘ1/2（式２）のような関係がある。延伸倍率は、目的とするピッチに応じて適宜決定する。
【００２１】
また、一軸延伸処理において、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合、硬化している熱可塑性樹脂が延伸できるほぼ限界の温度（できるだけ硬い状態）で一軸延伸を行うことが好ましい。すなわち、後述するような相対的に高い弾性率の領域（低温）で被延伸部材を延伸した場合には、上記式１、式２に近い結果（理論値）が得られるが、相対的に低い弾性率の領域で被延伸部材を延伸した場合には、ｐ1は理論値に近い値になるが、ｈ1は理論値よりも低い値になる。したがって、相対的に高い弾性率の領域（低温）で被延伸部材を延伸することが好ましい。この場合、樹脂の白化や破断を防止するために、比較的ゆっくりと時間をかけて延伸を行うことが好ましい。例えば、ひずみ速度としては、０．５％／秒〜５％／秒であることが好ましく、０．５％／秒〜２％／秒であることが特に好ましい。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率Ｅが１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸処理を行うことが好ましい。動的粘弾性測定を行うと、貯蔵弾性率と損失弾性率の値が得られる。本明細書における貯蔵弾性率は動的粘弾性測定において得られる貯蔵弾性率をいう。
【００２２】
また、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合において、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であるとき、非晶性樹脂のガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが好ましく、Ｔｇ＋３℃〜Ｔｇ＋８℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが特に好ましい。本発明におけるガラス転移温度は、熱可塑性樹脂に対する示差熱走査型熱量計（ＤＳＣ）の測定において、２０℃／分で昇温するときに得られる温度−熱流量グラフのオンセット温度で、オンセット温度が複数ある場合にはその内の最高の温度とする。非晶性樹脂においては、図３に示すような弾性率と温度の関係を示し、弾性率が急激に変化する温度域Ｒが存在する。この温度域Ｒは、選択した非晶性樹脂により異なるが、上記ＤＳＣ測定により得られたＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の範囲内に存在する。したがって、樹脂の白化や破断などを考慮して、温度の上昇と共に弾性率が急激に低下する範囲である、Ｔｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲Ｒにおいて一軸延伸を行うと、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。
【００２３】
また、一軸延伸処理においては、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合において、微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、すなわち微細凹凸格子が流体で濡れた状態下で、被延伸部材を一軸延伸することが好ましい。この流体としては、被延伸部材を構成する材料とぬれ性が高く、被延伸部材を溶解せず、大きく膨潤させず、延伸温度において揮発性が低い流体であることが好ましい。このような流体の存在下では、微細凹凸格子の凹部に流体が流れ込んで延伸が行われるので、凸部同士の接触を流体が防止された状態で延伸が行われる。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。このような流体としては、上記条件を満たすシリコーンオイルやシリコーン系界面活性剤などの粘性液体などを用いることができる。特に、水溶性のシリコーン系界面活性剤は、水洗により容易に除去できることから、洗浄の簡略化の点で好ましい。
【００２４】
熱可塑性樹脂と親和性のある（ぬれ性のある）流体の存在下で、被延伸部材を一軸延伸する場合、流体内で被延伸部材を一軸延伸処理を行っても良く、被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を塗布し、温度調節されたオーブン内で一軸延伸処理を行っても良い。あるいは、被延伸部材に流体を与え、その被延伸部材を、延伸部分のみを加熱しながら被延伸部材に対して一軸延伸処理を行っても良い。この場合には、例えば、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を塗布し、この被延伸部材の微細凹凸格子の存在しない側を加熱し、微細凹凸格子の長手方向と略平行な方向に一軸延伸する。なお、これらの場合においては、流体の温度、オーブンの温度などを一軸延伸処理の加熱温度に設定する。
【００２５】
一軸延伸する被延伸部材の形状は、延伸方向と略直交する方向の幅Ｗを一定とした場合、延伸方向の長さＬが長い方が、延伸時に幅Ｗ方向の縮小を妨げることが少ないので好ましい。延伸前の被延伸部材の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌは、大きくとも１以下が好ましく、０．８以下が特に好ましい。
【００２６】
次に、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材、金属部材及びこの金属部材を用いて微細凹凸格子が転写された転写部材を製造する方法について説明する。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材及び金属部材を製造する断面図である。
【００２８】
まず、図１（ａ）に示す表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子１ａを有する金型（スタンパ）１を準備する。このスタンパ１は、ガラス基板上にレジスト材料をスピンコートにより塗布してレジスト層を形成し、そのレジスト層に対して干渉露光法を用いて露光を行い、レジスト層を現像する。これにより０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有するレジスト層が得られる。次いで、レジスト層上にニッケルをスパッタリングしてレジスト層を導電化する。次いで、スッパタリングしたニッケル上にニッケルの電気メッキを行ってニッケル板を形成する。その後、ニッケル板をガラス板から剥離し、ニッケル板からレジスト層を除去することにより、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有するスタンパ１を作製することができる。
【００２９】
スタンパ１は、そのまま次の熱プレスなどに供することができるが、レジスト層上に形成した微細凹凸格子の断面形状に、熱プレスなどのパターン転写後の離型時にアンダーカットとなり得る部分が含まれて離型が難しくなる場合は、一旦、熱可塑性樹脂や紫外線硬化樹脂からなる転写部材に形状を反転して転写し、この転写部材を用いて、導電化処理、電気メッキによりスタンパ１を製作する。このようにすることで、転写部材の離型時に、アンダーカット部分の転写部材が適当に変形して、アンダーカット部分がなくなるもしくは減少するために、離型性を向上させることができる。なお、スタンパ１の作製方法としては、上記方法に限定されず、他の方法を用いても良い。
【００３０】
次いで、図１（ａ）に示すように、被延伸部材２にスタンパ１の微細凹凸格子１ａ側を熱プレスなどの処理により押圧して、図１（ｂ）に示すように、被延伸部材２に微細凹凸格子１ａのパターンを転写する。なお、被延伸部材２は、構成材料が熱可塑性樹脂である場合には、射出成形や押出成形などにより作製することができる。そして、スタンパ１を外すと、図１（ｃ）に示すように、スタンパ１の微細凹凸格子１ａが転写された微細凹凸格子２ａを有する被延伸部材２が得られる。
【００３１】
次いで、図１（ｄ）に示すように、この被延伸部材２に対して幅方向を自由にした一軸延伸処理を施す。すなわち、図２（ａ）に示す被延伸部材２を矢印方向（微細凹凸格子２ａの長手方向に略平行な方向）に一軸延伸する。このとき、被延伸部材２を構成する材料が軟化する温度まで加熱し、微細凹凸格子１ａの長手方向と略平行な方向に被延伸部材２を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま前記材料が硬化する温度まで被延伸部材２を冷却する。なお、これらの加熱温度や冷却温度は、被延伸部材２を構成する材料により適宜設定する。
【００３２】
この一軸延伸処理により、被延伸部材２は、矢印方向に長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、図２（ｂ）に示すように、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子２ａ’を有する延伸部材（延伸済み部材）２’が得られる。なお、延伸倍率については、準備する被延伸部材の微細凹凸格子のピッチと必要とする延伸部材の微細凹凸格子のピッチに基づいて適宜設定する。例えば、延伸倍率が６倍でピッチが約２．５分の１に縮小する。例えば、微細凹凸格子１ａのピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであると、６倍延伸することにより、微細凹凸格子２ａ’のピッチ（ｐ1）は、ｐ1＝ｐ0／６1/2＝２５０／２．４４９≒１００となる。このようにして今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチを有する微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材を製造することができる。このような微細凹凸格子部材は、液晶表示装置に使用する配向膜、（構造複屈折型）位相差板などに適用することができる。
【００３３】
次いで、この延伸部材２’を用いて金属部材３を得る。この場合、まず、延伸部材２’の微細凹凸格子２ａ’を有する側を導電化する。例えば、蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法などにより延伸部材２’上に金属膜を形成することにより延伸部材２’の微細凹凸格子２ａ’を有する側を導電化する。その後、導電化された面上に金属層を形成する。金属層を形成する方法としては、電気メッキ法などの方法を挙げることができる。金属層の厚さは、特に制限はなく、金属部材３の用途に応じて適宜設定される。これにより、図１（ｅ）に示すように、延伸部材２’上に金属部材３が形成される。
【００３４】
次いで、金属部材３から延伸部材２’を除去することにより、図１（ｆ）に示すように、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する金属部材３を得ることができる。金属部材３から延伸部材２’を除去する場合においては、金属部材３を延伸部材２’から剥離する方法や、延伸部材２’を構成する材料が可溶である溶剤を用いて、延伸部材２’を溶解して金属部材３を残存させる方法などを用いることができる。
【００３５】
このようにして得られた金属部材３は、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有するので、これをマスター型として使用することにより、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する部材や製品を簡単に製造することができる。すなわち、この金属部材３で構成されたマスター型を被転写部材に押圧する、あるいは紫外線硬化型樹脂をマスター型に塗布した後、紫外線を照射して硬化させて離型する、あるいは熱硬化型樹脂をマスター型に塗布した後、加熱硬化させて離型することにより、微細凹凸格子を転写することができる。これにより、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する部材や製品を得ることができる。
【００３６】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例１）
ピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであり、微細凹凸格子の高さ（ｈ0）が２００ｎｍである微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを準備した。この微細凹凸格子は、周期的サイン波の縞状格子形状であった。このニッケルスタンパを用いて、熱プレス法により厚さ５００μｍのポリスチレン樹脂板に表面形状を転写した。このポリスチレン樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は９４℃であった。また、ポリスチレン樹脂の１００℃における貯蔵弾性率Ｅは１１２０ＭＰａであった。
【００３７】
具体的に、熱プレスは次のように行った。まず、プレス機の系内を真空排気し、ニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板を１９０℃まで加熱した。ニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板が１９０℃に達した後、プレス圧２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間４分でニッケルスタンパの微細凹凸格子をポリスチレン樹脂板に転写した。さらに、プレス圧を２０ｋｇ／ｃｍ2に保持したままニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板を４０℃まで冷却した後、真空開放し、続けてプレス圧を開放した。このとき、ニッケルスタンパとポリスチレン樹脂板は、プレス圧を開放したときに容易に離型した。プレス後のポリスチレン樹脂板の厚さは約３５０μｍであった。また、電界放出型走査型電子顕微鏡で、ポリスチレン樹脂板の表面形状を観察したところ、ニッケルスタンパに形成された周期的サイン波の縞状格子形状が忠実に転写されたことが確認された。
【００３８】
次いで、この周期的サイン波の縞状格子形状が転写されたポリスチレン樹脂板をカッターナイフで３０ｍｍ×２５ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、３０ｍｍ×２５ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００３９】
次いで、延伸用サンプルの長手方向の両端５ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で１００℃に温度調節されたシリコーンオイルバスに延伸用サンプルを３分間浸漬した。その後、２．５ｃｍ／分の速度（初期ひずみ速度１２５％／分）で４分間延伸したところで延伸を終え、１５秒後に延伸用サンプルをシリコーンオイルバスから取り出した。これにより、延伸用サンプルは、幅方向が自由で一軸方向に６倍延伸されていることになる。シリコーンオイルバスから取り出した延伸用サンプルを、延伸状態を保持したまま室温のシリコーンオイルに浸漬して、ポリスチレン樹脂が硬化する温度まで速やかに冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部に近づくほどくびれており、最も幅が縮小されている部分は１０ｍｍになっていた。幅が１０ｍｍになっている領域は全体の４０％程度であった。
【００４０】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１００ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が７４ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（７４／２００）／（１００／２５０）＝０．９２５であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様にしてニッケルスタンパを用いて周期的サイン波の縞状格子形状をプレス転写して、ピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであり、縞状格子の高さ（ｈ0）が２００ｎｍである周期的サイン波の縞状格子形状を有する厚さ約３５０μｍのポリスチレン樹脂板を作製した。このポリスチレン樹脂板をカッターナイフで３０ｍｍ×２０ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、３０ｍｍ×２０ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００４２】
この延伸用サンプルの周期的サイン波縞状格子形状が転写された面にシリコーンオイルを塗布し、次いで、延伸用サンプルの長手方向の両端５ｍｍを延伸機のチャックで固定した状態で、１００℃に温度調節されたＳＵＳ３０４の円筒形容器を周期的サイン波縞状格子形状の転写されていない側の面に３分間押し当てた。その後ＳＵＳ３０４の円筒形容器を押し当てたまま２．５ｃｍ／分（初期ひずみ速度１２５％／分）の速度で延伸用サンプルを４分間延伸したところで延伸を終え、さらにＳＵＳ３０４表面をサンプルに押し当てた状態で１５秒間保持し、その後サンプル表面からＳＵＳ容器を外した。これにより、延伸用サンプルは、幅方向が自由で一軸方向に６倍延伸されていることになる。表面からＳＵＳ容器を取り外された延伸用サンプルは、延伸状態を保持したまま室温のシリコーンオイルに浸漬して、ポリスチレン樹脂が硬化する温度まで速やかに冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部に近づくほどくびれており、最も幅が縮小されている部分は１０ｍｍになっていた。
【００４３】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１００ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が７５ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（７５／２００）／（１００／２５０）＝０．９４０であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４４】
（実施例３）
実施例１と同様にしてニッケルスタンパを用いて周期的サイン波の縞状格子形状をプレス転写して、ピッチ（ｐ0）が２３０ｎｍであり、縞状格子の高さ（ｈ0）が２５０ｎｍである周期的サイン波の縞状格子形状を有する厚さ約４００μｍのポリスチレン樹脂板を作製した。このポリスチレン樹脂板をカッターナイフで２００ｍｍ×３２０ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、２００ｍｍ×３２０ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００４５】
この延伸用サンプルの周期的サイン波縞状格子形状が転写された面に、全面がほぼ均一にぬれる程度にシリコーン系界面活性剤（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＦ４４５２）を薄くスプレー塗布し、次いで、延伸用サンプルの長手方向における両端１０ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で延伸機を１００±１℃に温度調節された熱風炉に入れた。その後、１０分間放置した後、３ｍｍ／秒（初期ひずみ速度１％／秒）の速度で延伸用サンプルを４倍延伸したところで延伸を終え、延伸終了後、延伸機のチャック間距離を保ったまま２０秒で、延伸用サンプルを室温下の環境に取り出し冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部の約１／３でほぼ幅が均一にくびれており、幅は１００ｍｍになっていた。
【００４６】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１１５ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が１２０ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（１２０／２５０）／（１１５／２３０）＝０．９６０であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材及び金属部材を製造する断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法における一軸延伸を説明するための図である。
【図３】熱可塑性樹脂における弾性率と温度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ スタンパ
１ａ，２ａ，２ａ’，３ａ 微細凹凸格子
２ 被延伸部材
２’ 延伸部材
３ 金型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、非常に狭いピッチのパターンを形成することができるようになってきている。このように狭いピッチ、特に光の波長レベルのピッチのパターンを形成することができると、このような狭ピッチパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野においても利用することができる。特に、光学分野においては、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有する部材や製品は、利用範囲が広く、このような部材や製品に対する要求が高くなってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができないのが現状であった。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる微細凹凸格子のピッチ縮小方法及びそれにより得られた微細凹凸格子部材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】
【０００５】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法は、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱する工程と、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向に略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸する工程と、前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材に一軸延伸処理を施すことにより、被延伸部材の長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる。
【０００７】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の前記微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように一軸延伸を行うことが好ましい。
【０００８】
また、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。この熱可塑性樹脂は、一軸延伸の際のガラス転移点や転写の際の融点などを考慮して選定する。この場合、前記熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸を行うことが好ましい。また、前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であり、前記非晶性樹脂の示差熱分析計で測定したガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが好ましい。また、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法によれば、前記微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、前記被延伸部材を一軸延伸することが好ましい。
【０００９】
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法は、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有し、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を与える工程と、前記被延伸部材の前記微細凹凸格子の存在しない側を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略平行な方向に前記延伸部分を一軸延伸する工程と、前記熱可塑性樹脂が硬化する温度まで前記延伸部分を冷却する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の微細凹凸格子部材は、上記方法により製造されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の金属部材の製造方法は、上記方法により微細凹凸格子を有する延伸部材を得る工程と、前記延伸部材の前記凹凸格子を有する側を導電化する工程と、導電化された面上に金属層を形成する工程と、前記延伸部材を除去して前記金属部材を得る工程と、を具備することを特徴とする。また、本発明の金属部材は、前記方法により製造されたことを特徴とする。また、本発明の転写部材は、前記方法により表面に微細凹凸格子を有する金属部材を得る工程と、前記金属部材を用いて被転写部材に前記微細凹凸格子を転写する工程と、により得られたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材に一軸延伸処理を施すので、被延伸部材の長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
現在、狭ピッチのパターンを形成する技術として干渉露光法がある。この干渉露光法は、波長λｎｍのレーザ光源を用い、レジスト面の法線方向とのなす角θで２光束干渉露光を行った場合の干渉縞を用いてパターニングする技術である。この干渉縞のピッチｐは、ｐ＝λ／２sinθで表される。したがって、原理上、波長の２分の１以下のピッチは作れないことになる。また、干渉露光に使用できるレーザはＴＥＭ００モードのレーザに限定される。ＴＥＭ００モードのレーザ発振ができる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザの４倍波などが挙げられる。例えば、波長２６６ｎｍのレーザを用いて９０°の角度で干渉縞を作ったとしてもピッチは１３３ｎｍとなる。したがって、干渉露光で作製できる干渉縞はピッチ１３３ｎｍのものが限界である。本発明者らは、この点に着目し、ピッチが１００ｎｍを超える被延伸部材を干渉露光で作製し、これを延伸することによりピッチを１００ｎｍにできることを見出し本発明をするに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の骨子は、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を凹凸格子の長手方向と略平行な方向に一軸延伸することにより１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子をｃｍ2オーダー以上の大面積で実現することである。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法においては、表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向に略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する。
【００１６】
被延伸部材が有する微細凹凸格子のピッチは、０．０１μｍ〜１００μｍの範囲に設定するが、要求する微細凹凸格子のピッチや延伸倍率に応じて適宜変更することができる。すなわち、この範囲は本発明の目的や効果を逸脱しない範囲において変更可能である。
【００１７】
被延伸部材とは、本発明の一軸延伸処理が施される部材をいい、板状体、フィルム状体、シート状体などを挙げることができる。この被延伸部材の厚さや大きさなどについては、一軸延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。また、被延伸部材は、熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。これにより一軸延伸処理を簡単に行うことができる。熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの結晶性樹脂などを挙げることができる。また、上記樹脂を混合したものを用いることもできる。
【００１８】
被延伸部材に微細凹凸格子を形成する方法としては、特定の波長のレーザ光を角度θの２つの方向から照射して形成される干渉縞を用いて露光を行う干渉露光法などを用いてパターン形成した金型（スタンパ）でパターンを転写する方法を用いることができる。転写方法としては、熱プレス法などを用いることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、ＴＥＭ００モードのレーザを用いることができる。ＴＥＭ００モードのレーザ発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ（波長３６４ｎｍ，３５１ｎｍ，３３３ｎｍ）や、ＹＡＧレーザの４倍波（波長２６６ｎｍ）などが挙げられる。なお、干渉露光に用いるレーザ光の波長及び入射角は、形成する微細凹凸格子のピッチに応じて適宜設定する。
【００１９】
本発明における一軸延伸処理は、被延伸部材に対して、被延伸部材の幅方向（微細凹凸格子の長手方向と直交する方向）は自由であり、被延伸部材の長手方向の一方向に延伸処理を行う方法である。この一軸延伸処理を行う装置としては、通常の一軸延伸処理を行う装置を用いることができる。この一軸延伸処理においては、被延伸部材を構成する材料、例えば熱可塑性樹脂が軟化する温度まで被延伸部材を加熱し、微細凹凸格子の長手方向と略平行な方向に被延伸部材を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま材料が硬化する温度まで被延伸部材を冷却することにより行う。このような一軸延伸処理により、１００ｎｍピッチレベルの微細凹凸格子を実現することができる。また、加熱条件や冷却条件については被延伸部材を構成する材料に応じて適宜決定する。
【００２０】
一軸延伸処理における延伸倍率は、微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき（図１（ｃ），（ｄ）参照）、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように設定することが好ましく、０．８＜ｒ＜１．１が特に好ましい。また、１．０以上の縮小比率ｒを得るためには、延伸方向と直角方向にあらかじめ延伸ひずみを持った被延伸部材を用いることが好ましい。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。なお、被延伸部材の体積が一定で、延伸により幅方向、厚み方向が均等に縮小されると、延伸倍率ｘ＝（Ｌ1／Ｌ0）（Ｌ1：延伸後の長さ、Ｌ0：延伸前の長さ）と、延伸前後のピッチ（ｐ0，ｐ1）及び高さ（ｈ0，ｈ1）の間には、ｐ1＝ｐ0／ｘ1/2（式１）、ｈ1＝ｈ0／ｘ1/2（式２）のような関係がある。延伸倍率は、目的とするピッチに応じて適宜決定する。
【００２１】
また、一軸延伸処理において、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合、硬化している熱可塑性樹脂が延伸できるほぼ限界の温度（できるだけ硬い状態）で一軸延伸を行うことが好ましい。すなわち、後述するような相対的に高い弾性率の領域（低温）で被延伸部材を延伸した場合には、上記式１、式２に近い結果（理論値）が得られるが、相対的に低い弾性率の領域で被延伸部材を延伸した場合には、ｐ1は理論値に近い値になるが、ｈ1は理論値よりも低い値になる。したがって、相対的に高い弾性率の領域（低温）で被延伸部材を延伸することが好ましい。この場合、樹脂の白化や破断を防止するために、比較的ゆっくりと時間をかけて延伸を行うことが好ましい。例えば、ひずみ速度としては、０．５％／秒〜５％／秒であることが好ましく、０．５％／秒〜２％／秒であることが特に好ましい。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率Ｅが１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸処理を行うことが好ましい。動的粘弾性測定を行うと、貯蔵弾性率と損失弾性率の値が得られる。本明細書における貯蔵弾性率は動的粘弾性測定において得られる貯蔵弾性率をいう。
【００２２】
また、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合において、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であるとき、非晶性樹脂のガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが好ましく、Ｔｇ＋３℃〜Ｔｇ＋８℃の温度範囲で一軸延伸を行うことが特に好ましい。本発明におけるガラス転移温度は、熱可塑性樹脂に対する示差熱走査型熱量計（ＤＳＣ）の測定において、２０℃／分で昇温するときに得られる温度−熱流量グラフのオンセット温度で、オンセット温度が複数ある場合にはその内の最高の温度とする。非晶性樹脂においては、図３に示すような弾性率と温度の関係を示し、弾性率が急激に変化する温度域Ｒが存在する。この温度域Ｒは、選択した非晶性樹脂により異なるが、上記ＤＳＣ測定により得られたＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の範囲内に存在する。したがって、樹脂の白化や破断などを考慮して、温度の上昇と共に弾性率が急激に低下する範囲である、Ｔｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲Ｒにおいて一軸延伸を行うと、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。
【００２３】
また、一軸延伸処理においては、被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されている場合において、微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、すなわち微細凹凸格子が流体で濡れた状態下で、被延伸部材を一軸延伸することが好ましい。この流体としては、被延伸部材を構成する材料とぬれ性が高く、被延伸部材を溶解せず、大きく膨潤させず、延伸温度において揮発性が低い流体であることが好ましい。このような流体の存在下では、微細凹凸格子の凹部に流体が流れ込んで延伸が行われるので、凸部同士の接触を流体が防止された状態で延伸が行われる。これにより、微細凹凸格子の形状を良好に保ったまま一軸延伸を行うことができる。このような流体としては、上記条件を満たすシリコーンオイルやシリコーン系界面活性剤などの粘性液体などを用いることができる。特に、水溶性のシリコーン系界面活性剤は、水洗により容易に除去できることから、洗浄の簡略化の点で好ましい。
【００２４】
熱可塑性樹脂と親和性のある（ぬれ性のある）流体の存在下で、被延伸部材を一軸延伸する場合、流体内で被延伸部材を一軸延伸処理を行っても良く、被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を塗布し、温度調節されたオーブン内で一軸延伸処理を行っても良い。あるいは、被延伸部材に流体を与え、その被延伸部材を、延伸部分のみを加熱しながら被延伸部材に対して一軸延伸処理を行っても良い。この場合には、例えば、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を塗布し、この被延伸部材の微細凹凸格子の存在しない側を加熱し、微細凹凸格子の長手方向と略平行な方向に一軸延伸する。なお、これらの場合においては、流体の温度、オーブンの温度などを一軸延伸処理の加熱温度に設定する。
【００２５】
一軸延伸する被延伸部材の形状は、延伸方向と略直交する方向の幅Ｗを一定とした場合、延伸方向の長さＬが長い方が、延伸時に幅Ｗ方向の縮小を妨げることが少ないので好ましい。延伸前の被延伸部材の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌは、大きくとも１以下が好ましく、０．８以下が特に好ましい。
【００２６】
次に、本発明の微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材、金属部材及びこの金属部材を用いて微細凹凸格子が転写された転写部材を製造する方法について説明する。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材及び金属部材を製造する断面図である。
【００２８】
まず、図１（ａ）に示す表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子１ａを有する金型（スタンパ）１を準備する。このスタンパ１は、ガラス基板上にレジスト材料をスピンコートにより塗布してレジスト層を形成し、そのレジスト層に対して干渉露光法を用いて露光を行い、レジスト層を現像する。これにより０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有するレジスト層が得られる。次いで、レジスト層上にニッケルをスパッタリングしてレジスト層を導電化する。次いで、スッパタリングしたニッケル上にニッケルの電気メッキを行ってニッケル板を形成する。その後、ニッケル板をガラス板から剥離し、ニッケル板からレジスト層を除去することにより、表面に０．０１〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有するスタンパ１を作製することができる。
【００２９】
スタンパ１は、そのまま次の熱プレスなどに供することができるが、レジスト層上に形成した微細凹凸格子の断面形状に、熱プレスなどのパターン転写後の離型時にアンダーカットとなり得る部分が含まれて離型が難しくなる場合は、一旦、熱可塑性樹脂や紫外線硬化樹脂からなる転写部材に形状を反転して転写し、この転写部材を用いて、導電化処理、電気メッキによりスタンパ１を製作する。このようにすることで、転写部材の離型時に、アンダーカット部分の転写部材が適当に変形して、アンダーカット部分がなくなるもしくは減少するために、離型性を向上させることができる。なお、スタンパ１の作製方法としては、上記方法に限定されず、他の方法を用いても良い。
【００３０】
次いで、図１（ａ）に示すように、被延伸部材２にスタンパ１の微細凹凸格子１ａ側を熱プレスなどの処理により押圧して、図１（ｂ）に示すように、被延伸部材２に微細凹凸格子１ａのパターンを転写する。なお、被延伸部材２は、構成材料が熱可塑性樹脂である場合には、射出成形や押出成形などにより作製することができる。そして、スタンパ１を外すと、図１（ｃ）に示すように、スタンパ１の微細凹凸格子１ａが転写された微細凹凸格子２ａを有する被延伸部材２が得られる。
【００３１】
次いで、図１（ｄ）に示すように、この被延伸部材２に対して幅方向を自由にした一軸延伸処理を施す。すなわち、図２（ａ）に示す被延伸部材２を矢印方向（微細凹凸格子２ａの長手方向に略平行な方向）に一軸延伸する。このとき、被延伸部材２を構成する材料が軟化する温度まで加熱し、微細凹凸格子１ａの長手方向と略平行な方向に被延伸部材２を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま前記材料が硬化する温度まで被延伸部材２を冷却する。なお、これらの加熱温度や冷却温度は、被延伸部材２を構成する材料により適宜設定する。
【００３２】
この一軸延伸処理により、被延伸部材２は、矢印方向に長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、図２（ｂ）に示すように、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子２ａ’を有する延伸部材（延伸済み部材）２’が得られる。なお、延伸倍率については、準備する被延伸部材の微細凹凸格子のピッチと必要とする延伸部材の微細凹凸格子のピッチに基づいて適宜設定する。例えば、延伸倍率が６倍でピッチが約２．５分の１に縮小する。例えば、微細凹凸格子１ａのピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであると、６倍延伸することにより、微細凹凸格子２ａ’のピッチ（ｐ1）は、ｐ1＝ｐ0／６1/2＝２５０／２．４４９≒１００となる。このようにして今まで実現できなかった１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチを有する微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材を製造することができる。このような微細凹凸格子部材は、液晶表示装置に使用する配向膜、（構造複屈折型）位相差板などに適用することができる。
【００３３】
次いで、この延伸部材２’を用いて金属部材３を得る。この場合、まず、延伸部材２’の微細凹凸格子２ａ’を有する側を導電化する。例えば、蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法などにより延伸部材２’上に金属膜を形成することにより延伸部材２’の微細凹凸格子２ａ’を有する側を導電化する。その後、導電化された面上に金属層を形成する。金属層を形成する方法としては、電気メッキ法などの方法を挙げることができる。金属層の厚さは、特に制限はなく、金属部材３の用途に応じて適宜設定される。これにより、図１（ｅ）に示すように、延伸部材２’上に金属部材３が形成される。
【００３４】
次いで、金属部材３から延伸部材２’を除去することにより、図１（ｆ）に示すように、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する金属部材３を得ることができる。金属部材３から延伸部材２’を除去する場合においては、金属部材３を延伸部材２’から剥離する方法や、延伸部材２’を構成する材料が可溶である溶剤を用いて、延伸部材２’を溶解して金属部材３を残存させる方法などを用いることができる。
【００３５】
このようにして得られた金属部材３は、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有するので、これをマスター型として使用することにより、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する部材や製品を簡単に製造することができる。すなわち、この金属部材３で構成されたマスター型を被転写部材に押圧する、あるいは紫外線硬化型樹脂をマスター型に塗布した後、紫外線を照射して硬化させて離型する、あるいは熱硬化型樹脂をマスター型に塗布した後、加熱硬化させて離型することにより、微細凹凸格子を転写することができる。これにより、１００ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子３ａを有する部材や製品を得ることができる。
【００３６】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例１）
ピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであり、微細凹凸格子の高さ（ｈ0）が２００ｎｍである微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを準備した。この微細凹凸格子は、周期的サイン波の縞状格子形状であった。このニッケルスタンパを用いて、熱プレス法により厚さ５００μｍのポリスチレン樹脂板に表面形状を転写した。このポリスチレン樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は９４℃であった。また、ポリスチレン樹脂の１００℃における貯蔵弾性率Ｅは１１２０ＭＰａであった。
【００３７】
具体的に、熱プレスは次のように行った。まず、プレス機の系内を真空排気し、ニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板を１９０℃まで加熱した。ニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板が１９０℃に達した後、プレス圧２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間４分でニッケルスタンパの微細凹凸格子をポリスチレン樹脂板に転写した。さらに、プレス圧を２０ｋｇ／ｃｍ2に保持したままニッケルスタンパ及びポリスチレン樹脂板を４０℃まで冷却した後、真空開放し、続けてプレス圧を開放した。このとき、ニッケルスタンパとポリスチレン樹脂板は、プレス圧を開放したときに容易に離型した。プレス後のポリスチレン樹脂板の厚さは約３５０μｍであった。また、電界放出型走査型電子顕微鏡で、ポリスチレン樹脂板の表面形状を観察したところ、ニッケルスタンパに形成された周期的サイン波の縞状格子形状が忠実に転写されたことが確認された。
【００３８】
次いで、この周期的サイン波の縞状格子形状が転写されたポリスチレン樹脂板をカッターナイフで３０ｍｍ×２５ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、３０ｍｍ×２５ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００３９】
次いで、延伸用サンプルの長手方向の両端５ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で１００℃に温度調節されたシリコーンオイルバスに延伸用サンプルを３分間浸漬した。その後、２．５ｃｍ／分の速度（初期ひずみ速度１２５％／分）で４分間延伸したところで延伸を終え、１５秒後に延伸用サンプルをシリコーンオイルバスから取り出した。これにより、延伸用サンプルは、幅方向が自由で一軸方向に６倍延伸されていることになる。シリコーンオイルバスから取り出した延伸用サンプルを、延伸状態を保持したまま室温のシリコーンオイルに浸漬して、ポリスチレン樹脂が硬化する温度まで速やかに冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部に近づくほどくびれており、最も幅が縮小されている部分は１０ｍｍになっていた。幅が１０ｍｍになっている領域は全体の４０％程度であった。
【００４０】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１００ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が７４ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（７４／２００）／（１００／２５０）＝０．９２５であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様にしてニッケルスタンパを用いて周期的サイン波の縞状格子形状をプレス転写して、ピッチ（ｐ0）が２５０ｎｍであり、縞状格子の高さ（ｈ0）が２００ｎｍである周期的サイン波の縞状格子形状を有する厚さ約３５０μｍのポリスチレン樹脂板を作製した。このポリスチレン樹脂板をカッターナイフで３０ｍｍ×２０ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、３０ｍｍ×２０ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００４２】
この延伸用サンプルの周期的サイン波縞状格子形状が転写された面にシリコーンオイルを塗布し、次いで、延伸用サンプルの長手方向の両端５ｍｍを延伸機のチャックで固定した状態で、１００℃に温度調節されたＳＵＳ３０４の円筒形容器を周期的サイン波縞状格子形状の転写されていない側の面に３分間押し当てた。その後ＳＵＳ３０４の円筒形容器を押し当てたまま２．５ｃｍ／分（初期ひずみ速度１２５％／分）の速度で延伸用サンプルを４分間延伸したところで延伸を終え、さらにＳＵＳ３０４表面をサンプルに押し当てた状態で１５秒間保持し、その後サンプル表面からＳＵＳ容器を外した。これにより、延伸用サンプルは、幅方向が自由で一軸方向に６倍延伸されていることになる。表面からＳＵＳ容器を取り外された延伸用サンプルは、延伸状態を保持したまま室温のシリコーンオイルに浸漬して、ポリスチレン樹脂が硬化する温度まで速やかに冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部に近づくほどくびれており、最も幅が縮小されている部分は１０ｍｍになっていた。
【００４３】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１００ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が７５ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（７５／２００）／（１００／２５０）＝０．９４０であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４４】
（実施例３）
実施例１と同様にしてニッケルスタンパを用いて周期的サイン波の縞状格子形状をプレス転写して、ピッチ（ｐ0）が２３０ｎｍであり、縞状格子の高さ（ｈ0）が２５０ｎｍである周期的サイン波の縞状格子形状を有する厚さ約４００μｍのポリスチレン樹脂板を作製した。このポリスチレン樹脂板をカッターナイフで２００ｍｍ×３２０ｍｍの長方形に切り出し、延伸用サンプルとした。このとき、２００ｍｍ×３２０ｍｍの長手方向と縞状格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。
【００４５】
この延伸用サンプルの周期的サイン波縞状格子形状が転写された面に、全面がほぼ均一にぬれる程度にシリコーン系界面活性剤（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＦ４４５２）を薄くスプレー塗布し、次いで、延伸用サンプルの長手方向における両端１０ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で延伸機を１００±１℃に温度調節された熱風炉に入れた。その後、１０分間放置した後、３ｍｍ／秒（初期ひずみ速度１％／秒）の速度で延伸用サンプルを４倍延伸したところで延伸を終え、延伸終了後、延伸機のチャック間距離を保ったまま２０秒で、延伸用サンプルを室温下の環境に取り出し冷却した。延伸を終えた延伸用サンプルは、中央部の約１／３でほぼ幅が均一にくびれており、幅は１００ｍｍになっていた。
【００４６】
この延伸を終えた延伸用サンプルの表面を電界放出型走査型電子顕微鏡にて観察したところ、ピッチ（ｐ1）が１１５ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状の高さ（ｈ1）が１２０ｎｍであり、周期的サイン波の縞状格子形状は維持されていた。幅・高さ縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））は、（１２０／２５０）／（１１５／２３０）＝０．９６０であり、ポリスチレン樹脂表面の周期的サイン波の縞状格子の凹凸形状は実質的に延伸前の形状と相似で縮小されていたことが分かった。すなわち、１００ｎｍレベルのピッチの微細凹凸格子を実現することができた。
【００４７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法を用いて、微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材及び金属部材を製造する断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る微細凹凸格子のピッチ縮小方法における一軸延伸を説明するための図である。
【図３】熱可塑性樹脂における弾性率と温度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ スタンパ
１ａ，２ａ，２ａ’，３ａ 微細凹凸格子
２ 被延伸部材
２’ 延伸部材
３ 金型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱する工程と、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向と略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸する工程と、前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項２】
前記微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の前記微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように一軸延伸を行うことを特徴とする請求項１記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項３】
前記被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸を行うことを特徴とする請求項３記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であり、前記非晶性樹脂の示差熱分析計で測定したガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項６】
前記微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、前記被延伸部材を一軸延伸することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項７】
表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有し、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を与える工程と、前記被延伸部材の前記微細凹凸格子の存在しない側を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略平行な方向に前記延伸部分を一軸延伸する工程と、前記熱可塑性樹脂が硬化する温度まで前記延伸部分を冷却する工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする表面に微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法により微細凹凸格子を有する延伸部材を得る工程と、前記延伸部材の前記凹凸格子を有する側を導電化する工程と、導電化された面上に金属層を形成する工程と、前記延伸部材を除去して前記金属部材を得る工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子を有する金属部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法により製造されたことを特徴とする表面に微細凹凸格子を有する金属部材。
【請求項１１】
請求項９記載の方法により表面に微細凹凸格子を有する金属部材を得る工程と、前記金属部材を用いて被転写部材に前記微細凹凸格子を転写する工程と、により得られたことを特徴とする微細凹凸格子を有する転写部材。
【請求項１】
表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有する被延伸部材を、前記被延伸部材を構成する材料が軟化する温度まで加熱する工程と、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向と略平行な方向に前記被延伸部材を一軸延伸する工程と、前記材料が硬化する温度まで前記被延伸部材を冷却する工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項２】
前記微細凹凸格子の延伸前後のピッチをそれぞれｐ0，ｐ1とし、延伸前後の前記微細凹凸格子の高さをそれぞれｈ0，ｈ1としたとき、縮小比率ｒ（＝（ｈ1／ｈ0）／（ｐ1／ｐ0））が０．３＜ｒ＜１．５となるように一軸延伸を行うことを特徴とする請求項１記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項３】
前記被延伸部材が熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１０ＭＰａ〜２０００ＭＰａとなる温度範囲内で一軸延伸を行うことを特徴とする請求項３記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂であり、前記非晶性樹脂の示差熱分析計で測定したガラス転移温度Ｔｇに対してＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋２０℃の温度範囲で一軸延伸を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項６】
前記微細凹凸格子表面に流体が存在する状態下で、前記被延伸部材を一軸延伸することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項７】
表面に０．０１μｍ〜１００μｍピッチの微細凹凸格子を有し、熱可塑性樹脂で構成された被延伸部材の微細凹凸格子の存在する側に流体を与える工程と、前記被延伸部材の前記微細凹凸格子の存在しない側を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度まで加熱し、前記凹凸格子の長手方向と略平行な方向に前記延伸部分を一軸延伸する工程と、前記熱可塑性樹脂が硬化する温度まで前記延伸部分を冷却する工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子のピッチ縮小方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする表面に微細凹凸格子を有する微細凹凸格子部材。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法により微細凹凸格子を有する延伸部材を得る工程と、前記延伸部材の前記凹凸格子を有する側を導電化する工程と、導電化された面上に金属層を形成する工程と、前記延伸部材を除去して前記金属部材を得る工程と、を具備することを特徴とする微細凹凸格子を有する金属部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法により製造されたことを特徴とする表面に微細凹凸格子を有する金属部材。
【請求項１１】
請求項９記載の方法により表面に微細凹凸格子を有する金属部材を得る工程と、前記金属部材を用いて被転写部材に前記微細凹凸格子を転写する工程と、により得られたことを特徴とする微細凹凸格子を有する転写部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２２４６５９（Ｐ２００６−２２４６５９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１００（Ｐ２００６−２１００）
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
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