微细结构体的制造方法与流程

本发明涉及采用压印技术的微细结构体的制造方法。

背景技术：

压印技术是将具有微细图案的模具向透明基材上的液态树脂等的树脂层按压由此将模具的图案转印于树脂层而获得微细结构体的微细加工技术。作为微细图案，存在从10nm数量级的纳米级别的图案到100μm左右的图案。所获得的微细结构体可以在半导体材料、光学材料、存储介质、微型机械、生物、环境等各种领域中使用。

然而，作为形成于微细结构体的微细图案，具有复合图案、供微细形状嵌套的图案。在使用光刻·电子束光刻等现有技术来制作这种图案的情况下，考虑如下工序：通过描绘·蚀刻·清洗而制作1次图案，然后，通过描绘·蚀刻·清洗而在1次图案上形成2次图案。然而，工序非常长且复杂，对于制作高品质的模具来说所提条件非常严格。

在专利文献1中，在1次图案上形成单粒子膜的蚀刻掩模，使用该掩模对1次图案进行蚀刻从而在1次图案表面形成2次图案。

【背景技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2009－162831号公报

技术实现要素：

【发明所要解决的问题】

然而，在专利文献1的制造方法中，也难以使单粒子膜的赋予条件、蚀刻条件最佳化。

本发明是鉴于上述情况而完成的，提供一种可以简单地制作复合图案、嵌套结构的微细结构体的制造方法。

【解决问题的技术手段】

根据本发明，提供一种微细结构体的制造方法，具备如下工序，在该工序中，在将第1模具的第1图案按压于在具有遮光图案的透明基材上涂敷第1光固化性树脂组合物而获得的第1被转印树脂层的状态下，通过第1模具向第1被转印树脂层照射活性能量射线，由此形成转印了第1图案的第1固化树脂层，在将第2模具的第2图案按压于在第1固化树脂层上涂敷第2光固化性树脂组合物而获得的第2被转印树脂层的状态下，使用上述遮光图案作为掩模向第2被转印树脂层照射活性能量射线而使第2被转印树脂层的一部分的区域固化，由此形成具有包含低阶部与高阶部在内的阶梯形状的第2固化树脂层，第1图案以及第2图案中的至少一方具有微细形状。

本发明的方法基于压印法，在形成微细形状的工序中无需描绘·蚀刻工序，所以可以简单地制作复合图案、嵌套结构。

以下，例示出本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可以相互组合。

优选，第1图案以及第2图案双方具有微细形状，上述低阶部包含转印了第1图案的微细形状，上述高阶部包含转印了第2图案的微细形状。

优选，上述透明基材具有挠性。

优选，上述遮光图案与上述低阶部的区域实质上相同。

优选，第1固化树脂层以及第2固化树脂层不使用蚀刻而形成。

优选，上述遮光图案形成于上述透明基材的涂敷第1光固化性树脂组合物的面。

优选，上述遮光图案以与上述透明基材共面的方式形成。

优选，上述微细结构体为压印用模具、微接触印刷用压模、光学片、疏水片、亲水片或细胞培养片。

【附图说明】

图1表示本发明的第1实施方式中使用的透明基材1，(a)为俯视图，(b)为A－A截面图。(c)～(e)表示遮光图案3的形成方法的其它例子。

图2是表示本发明的第1实施方式的第1固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

图3是表示本发明的第1实施方式的第2固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

图4是表示本发明的第2实施方式的第1固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

图5是表示本发明的第2实施方式的第2固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

图6是表示本发明的第3实施方式的第2固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

图7是表示本发明的第4实施方式的第2固化树脂层形成工序的与图1(b)对应的截面图。

【具体实施方式】

以下，参照附图对本发明的优选实施方式具体地进行说明。

1.第1实施方式

本发明的第1实施方式的微细结构体的制造方法具备第1固化树脂层形成工序、第2固化树脂层形成工序。以下，对各工序详细地进行说明。

(1)第1固化树脂层形成工序

(1－1)第1被转印树脂层形成工序

首先，如图1(a)所示，在具有遮光图案3的透明基材1上涂敷第1光固化性树脂组合物而形成第1被转印树脂层5。

＜透明基材＞

透明基材1由树脂基材、石英基材等透明材料形成，其材质不作特别限定，但优选为树脂基材。这是因为，通过使用树脂基材，从而可以基于本发明的方法获得所期望的尺寸的(也可以为大面积的)微细结构体。作为构成树脂基材的树脂，例如由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、环状聚烯烃以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种构成。另外，透明基材1优选具有挠性，在使用树脂基材的情况下，可以将同种或者不同种的基材层叠，或使树脂组合物呈膜状层叠于树脂基材。树脂基材的厚度优选在25～500μm的范围。

设置于透明基材1的遮光图案3为在第2固化树脂层形成工序中用作掩模的图案，如图3(b)～(d)所示，在第2固化树脂层29形成与遮光图案3对应的阶梯形状31。阶梯形状31具备低阶部31l与高阶部31u，在图3(b)所示的活性能量射线照射工序中，由遮光图案3遮挡活性能量射线27的区域成为低阶部31l。“活性能量射线”是UV光、可见光、电子束等可以固化光固化性树脂组合物的能量射线的总称。遮光图案3的形状不作特别限定，可以列举如图1(a)所示那样的原点图案、条纹图案等，优选周期为10nm～2mm，更优选为10nm～20μm。

遮光图案3可以通过在将遮光材料(例如，Cr等金属材料)通过溅射附着于透明基材1上之后形成图案，或者通过喷墨印刷或丝网印刷等方法印刷遮光材料的图案，而形成。遮光图案3可以如图1(b)～(c)那样形成于透明基材1的涂敷第1光固化性树脂组合物的面1a，也可以如图1(d)所示那样形成于透明基材1的背面1b上。另外，遮光图案3可以如图1(b)所示那样以与透明基材1共面的方式形成，也可以如图1(c)所示那样形成于透明基材1的平坦面上，也可以如图1(e)所示那样埋设于透明基材1的内部。

＜第1光固化性树脂组合物＞

构成第1被转印树脂层5的第1光固化性树脂组合物含有单体与光引发剂，具有通过活性能量射线的照射而固化的性质。

作为单体，可以列举用于形成(甲基)丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、硅酮树脂等的光聚合性单体，优选光聚合性(甲基)丙烯酸系单体。此外，在本说明书中，(甲基)丙烯酸是指甲基丙烯酸以及/或者丙烯酸，(甲基)丙烯酸酯是指甲基丙烯酸酯以及/或者丙烯酸酯。

光引发剂是为了促进单体的聚合而添加的成分，优选相对于上述单体100质量部含有0.1质量部以上。光引发剂的含量的上限不作特别限定，例如相对于上述单体100质量部为20质量部。

本发明的第1光固化性树脂组合物可以在不对第1光固化性树脂组合物的性质造成影响的范围内含有溶剂、聚合抑制剂、链转移剂、抗氧化剂、光敏剂、填充剂、流平剂等成分。

第1光固化性树脂组合物可以通过公知的方式混合上述成分来制造。第1光固化性树脂组合物可以通过旋涂、喷涂、棒涂、浸涂、模涂以及狭缝涂布等方法涂敷在透明基材1上而形成第1被转印树脂层5。

第1被转印树脂层5通常为透明树脂层，其厚度通常为50nm～1mm，优选为500nm～500μm。若为这种厚度，则易于进行压印加工。

(1－2)转印以及固化工序

接下来，如图2(a)～(c)所示，在将第1模具7的第1图案9按压于第1被转印树脂层5的状态下通过第1模具7向第1被转印树脂层5照射活性能量射线，由此形成转印有第1图案9的第1固化树脂层15。

第1模具7具有第1图案9。在本实施方式中，第1图案9是以恒定的周期反复的凹凸状的微细形状图案，优选周期为10nm～2mm、深度为10nm～500μm、转印面为1.0～1.0×10⁶mm²的图案，更优选周期为20nm～20μm、深度为50nm～1μm、转印面为1.0～0.25×10⁶mm²的图案。若这样设定，则可以将充足的微细形状转印到第1被转印树脂层5。作为凹凸的具体形状，可以列举蛾眼、线、圆柱、单块、圆锥、棱锥、显微透镜。另外，第1图案9的周期优选小于遮光图案3的周期，进一步优选为遮光图案3的周期的0.01～0.5倍，更优选为0.01～0.3倍。另外，第1图案9可以为随机凹凸的微细形状图案，也可以为具有多个凹凸的微细形状图案。

第1模具7由树脂基材、石英基材、硅酮基材等透明材料形成，可以由与透明基材1相同的材质形成。

将第1模具7按压于第1被转印树脂层5的压力只要为可以将第1图案9的形状转印于第1被转印树脂层5的压力即可。

向第1被转印树脂层5照射的活性能量射线11只有以第1被转印树脂层5充分固化的程度的积算光量照射即可，积算光量例如为100～10000mJ/cm²。通过活性能量射线11的照射，第1被转印树脂层5被固化，而如图2(c)所示那样形成第1固化树脂层15，该第1固化树脂层15形成有反转了第1图案9的第1反转图案9r。

(2)第2固化树脂层形成工序

(2－1)第2被转印树脂层形成工序

接下来，如图3(a)所示，在第1固化树脂层15上涂敷第2光固化性树脂组合物而形成第2被转印树脂层25。

上述的第1光固化性树脂组合物的说明只要不违背其主旨，就适用于第2光固化性树脂组合物。第2光固化性树脂组合物的种类可以与第1光固化性树脂组合物相同，也可以与第1光固化性树脂组合物不同。优选第2光固化性树脂组合物填埋第1反转图案9r的间隙，并具有可以形成在第1反转图案9r上具有某一程度的厚度的第2被转印树脂层25的程度的适当的粘性。涂敷第2光固化性树脂组合物而获得的第2被转印树脂层25通常为透明树脂层，其在第1反转图案9r上的厚度通常为50nm～1mm，优选为500nm～500μm。若为这种厚度，则易于进行压印加工。

(2－2)转印以及固化工序

接下来，如图3(a)～(d)所示，在将第2模具21的第2图案23按压于第2被转印树脂层25的状态下，使用遮光图案3作为掩模向第2被转印树脂层25照射活性能量射线而使第2被转印树脂层25的一部分的区域固化，由此形成具有包含低阶部31l与高阶部31u在内的阶梯形状31的第2固化树脂层29。

上述的第1模具7的说明只要不违背其主旨，就适用于第2模具21。第1模具7以及第2模具21可以为相同的模具，也可以为材质或图案互不相同的模具。

第2模具21无需使活性能量射线27穿透，所以第2模具21也可以由金属材料形成。

将第2模具21按压于第2被转印树脂层25的压力只要为可以将第2图案23的形状转印于第2被转印树脂层25的压力即可。

向第2被转印树脂层25照射的活性能量射线27只要以第2被转印树脂层25充分固化的程度的积算光量照射即可，积算光量例如为100～10000mJ/cm²。通过活性能量射线27的照射，在未被遮光图案3遮挡的区域，填埋于第1反转图案9r的间隙的第2光固化性树脂组合物被固化，并且转印了第2图案23的第2被转印树脂层25被固化而形成第2固化树脂层29。在该工序中第2光固化性树脂组合物被固化的区域，形成图3(d)所示的阶梯形状31的高阶部31u。在高阶部31u形成反转了第2图案23的第2反转图案23r。另一方面，在利用遮光图案3遮挡活性能量射线27而未使第2光固化性树脂组合物固化的区域，形成低阶部31l。第1反转图案9r保持原样残留在低阶部31l。

接下来，如图3(c)～(d)所示，将第2模具21取下，利用溶剂除去残留于低阶部31l的未固化的第2光固化性树脂组合物31，获得图3(d)所示的结构，微细结构体的制造结束。

所制成的微细结构体可以用于压印用模具、微接触印刷用压模、光学片(防反射片、全息片、透镜片、偏振光分离片)、疏水片、亲水片、细胞培养片、注塑用模具、微芯片、全息片等。

本实施方式可以以以下的方式实施。

·在上述实施方式中，在第1模具7未设置遮光图案，但可以将图案与遮光图案3不同的的遮光图案设置于第1模具7，通过该第1模具7向第1被转印树脂层5照射活性能量射线11。在这种情况下，可以制作形状更多种多样的微细结构体。

·可以在第2固化树脂层29上涂敷光固化性树脂组合物而形成被转印树脂层，并使其它图案转印于该被转印树脂层，使该被转印树脂层的一部分的区域固化，从而形成第3层的固化树脂层。通过这种方法，可以制作形状更多种多样的微细结构体。

2.第2实施方式

使用图4～图5，对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，第1模具7的第1图案9并非微细形状图案而是平面图案(即平坦面)这点是主要的不同点。以下，以不同点为中心进行说明。

首先，如图4(a)～(c)所示，向第1被转印树脂层5按压第1模具7的第1图案9，并且通过第1模具7向第1被转印树脂层5照射活性能量射线11，由此可以如图4(c)所示那样形成具有反转了第1图案9的第1反转图案9r的第1固化树脂层15。第1图案9为平面图案，所以第1反转图案9r也为平面图案，第1固化树脂层15表面为平坦面。

接下来，如图5(a)～(d)所示，在将第2模具21的第2图案23按压于第1固化树脂层15上的第2被转印树脂层25的状态下，将遮光图案3作为掩模向第2被转印树脂层25照射活性能量射线27，在非遮光区域使第2被转印树脂层25固化，由此形成具有阶梯形状31的第2固化树脂层29。第2图案23为微细形状图案，所以在高阶部31u形成反转了第2图案23的微细形状图案。另一方面，低阶部31l保持平面图案的状态。

如上所述，根据本实施方式，可以制作仅在高阶部31u形成微细形状图案的微细结构体。

3.第3实施方式

使用图6，对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，第2模具21的第2图案23并非微细形状图案，而是平面图案(即平坦面)这点是主要的不同点。以下，以不同点为中心进行说明。

首先，如图2(a)～(c)所示，通过与第1实施方式相同的方法来形成具有微细形状的第1反转图案9r的第1固化树脂层15。

接下来，如图6(a)～(d)所示，在将第2模具21的第2图案23按压于第1固化树脂层15上的第2被转印树脂层25的状态下，将遮光图案3作为掩模向第2被转印树脂层25照射活性能量射线27，在非遮光区域使第2被转印树脂层25固化，由此形成具有阶梯形状31的第2固化树脂层29。第2图案23为平面图案，所以在高阶部31u形成平面图案。另一方面，低阶部31l保持形成微细形状图案的状态。

如上所述，根据本实施方式，可以制作仅在低阶部31l形成微细形状图案的微细结构体。

4.第4实施方式

使用图7，对本发明的第4实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，第2模具21的第2图案23为与第1模具7的第1图案9不同的微细形状图案这点是主要的不同点。以下，以不同点为中心进行说明。

首先，如图2(a)～(c)所示，通过与第1实施方式相同的方法来形成具有微细形状的第1反转图案9r的第1固化树脂层15。第1反转图案9r为线状图案。

接下来，如图7(a)～(d)所示，在将第2模具21的第2图案23按压于第1固化树脂层15上的第2被转印树脂层25的状态下，将遮光图案3作为掩模向第2被转印树脂层25照射活性能量射线27，在非遮光区域使第2被转印树脂层25固化，由此形成具有阶梯形状31的第2固化树脂层29。第1图案9以及第2图案23分别为线状图案以及蛾眼图案的反转图案，所以在高阶部31u形成蛾眼图案，低阶部31l保持形成线状图案的状态。

如上所述，根据本实施方式，可以制作在低阶部31l与高阶部31u形成周期、形状不同的图案的微细结构体。

另外，可以将在上述的第1～第4实施方式中获得的微细结构体用作第1模具7、第2模具21，尤其是若使用在第2、第4实施方式中获得的微细结构体，则可以获得形成有3种图案的微细结构体。

【附图标记说明】

1…透明基材；3…遮光图案；5…第1被转印树脂层；7…第1模具；11、27…活性能量射线；15…第1固化树脂层；21…第2模具；25…第2被转印树脂层；29…第2固化树脂层。