JP2018125318A - 構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸パターンを有する樹脂層同士のつなぎ目の視認性を低減できる構造体を提供する。
【解決手段】面外方向の凹凸形状からなる面外凹凸パターンを有し、光硬化性樹脂組成物を硬化させた第１及び第２樹脂層３、５が連結された構造体であって、第１及び第２樹脂層３、５のつなぎ目４に、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターン４ａを設ける。凹凸パターン４ａの形状は、鋸状パターン、波状パターン、矩形状パターンなど、とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、凹凸パターンを有する構造体及びその製造方法に関する。

インプリント技術とは、凹凸パターンを有するモールドを、基板上の液状樹脂等の転写材料へ押し付け、これによりモールドのパターンを転写材料に転写する微細加工技術である。微細な凹凸パターンとしては、１０ｎｍレベルのナノスケールのものから、１００μｍ程度のものまで存在し、半導体材料、光学材料、記憶メディア、マイクロマシン、バイオ、環境等、様々な分野で用いられている。

ところで、ナノオーダーの微細な凹凸パターンを表面に有するモールドは、パターンの形成に時間がかかるため非常に高価である。そのため、ナノオーダーの微細な凹凸パターンを表面に有するモールドの大型化（大面積化）は困難である。

そこで、特許文献１では、小さいモールドを用いたインプリントを、加工領域が重ならないようにモールドの位置をずらしながら繰り返す行うことによって大面積のインプリントを可能にしている（ステップアンドリピート）。

特許第４２６２２７１号

特許文献１の方法では、モールドの凹凸パターンを転写材料に押し付けた状態で転写材料を露光して硬化させることによって凹凸パターンを有する硬化樹脂層を形成し、その後、モールドを硬化樹脂層から取り外すという工程が繰り返される。本発明者がこの方法について詳細な検討を行ったところ、凹凸パターンを有する樹脂層同士のつなぎ目が目立ってしまう場合があることに気がついた。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、凹凸パターンを有する樹脂層同士のつなぎ目の視認性を低減させることができる構造体を提供するものである。

本発明によれば、面外方向の凹凸形状からなる面外凹凸パターンを有する第１及び第２樹脂層が連結された構造体であって、第１及び第２樹脂層のつなぎ目に、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターンが設けられる、構造体が提供される。

本発明者はつなぎ目が目立ってしまう原因について調査を行ったところ、特許文献１では、隣接する樹脂層間のつなぎ目が直線状になっているために、特定の方向からつなぎ目を見た時に入射光が特定の方向に正反射されてしまい、つなぎ目が目立ってしまうことが分かった。そして、このような知見に基づき、隣接する樹脂層のつなぎ目に、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターンを設けることによって、つなぎ目の視認性を低減させることができることを見出し、本発明の完成に到った。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は、互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記面内凹凸パターンのピッチが１０ｎｍ〜１ｍｍであるか、又は（前記面内凹凸パターンのピッチ／前記面外凹凸パターンのピッチ）で算出されるピッチ比の値が１００００以下である。
好ましくは、前記面外凹凸パターンは、ラインアンドスペースからなるパターンである。
好ましくは、第１及び第２樹脂層は、前記ラインアンドスペースが延びる方向に連結される。
好ましくは、前記面内凹凸パターンは、鋸状、波状、又は矩形状である。
好ましくは、前記面内凹凸パターンは、（前記面内凹凸パターンの幅／前記面内凹凸パターンのピッチ）で算出されるアスペクト比の値が１以上である。
好ましくは、第１及び第２樹脂層は、互いに重なるように連結され、前記つなぎ目において、第２樹脂層の端部が第１樹脂層の上側に配置され、前記面内凹凸パターンは、第２樹脂層の端部に設けられる。
好ましくは、前記面内凹凸パターンは、第２樹脂層の端部と第１樹脂層の端部の両方に設けられる。
好ましくは、第１及び第２樹脂層は、互いに重ならないように連結される。

本発明の別の観点によれば、上記記載の構造体の製造方法であって、基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布して得られる被転写樹脂層に前記面外凹凸パターンの反転パターンを有するモールドを押し付けた状態で前記被転写樹脂層に活性エネルギー線を照射して前記面外凹凸パターンを有する樹脂層を形成する工程を備え、前記活性エネルギー線は、前記面内凹凸パターンの反転パターンを有する遮光パターンをマスクとして用いて行う、構造体の製造方法が提供される。
好ましくは、前記遮光パターンは、前記モールドに設けられる。

本発明の一実施形態の構造体１の斜視図である。 （ａ）は構造体１の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は面内凹凸パターン４ａが波状パターンである変形例の平面図、（ｂ）は面内凹凸パターン４ａが矩形状パターンである変形例の平面図、（ｃ）は面外凹凸パターン３ａ，５ａがピラー形状パターンである変形例の平面図である。 （ｂ）は第１樹脂層３の端部３ｂに面内凹凸パターン４ｂが形成されている変形例の平面図、（ａ）は（ｂ）から第２樹脂層５を除いた状態を示す平面図である。 （ａ）は第１及び第２樹脂層３，５に重なりがない変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は基材７に第１樹脂層３の面外凹凸パターン３ａ形成用のモールド１１を重ねあわせた状態の平面図、（ｂ）〜（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図であり、（ｂ）はインプリント前、（ｃ）はインプリント中の状態を示す。 （ａ）は基材７に第２樹脂層５の面外凹凸パターン５ａ形成用のモールド１３を重ねあわせた状態の平面図、（ｂ）〜（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ断面図であり、（ｂ）はインプリント前、（ｃ）はインプリント中の状態を示す。 （ａ）は対応する辺の両方に面内凹凸パターン１５ａ，１５ｂが設けられている遮光パターン１５を示す平面図であり、（ｂ）は図５の構造体１を製造する工程で基材７上に第１樹脂層３を形成した後の状態を示す平面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態の構造体１は、面外方向の凹凸形状からなる面外凹凸パターン３ａ，５ａを有する第１及び第２樹脂層３，５が連結された構造体であって、第１及び第２樹脂層３，５のつなぎ目４に、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターン４ａが設けられる。第１及び第２樹脂層３，５は、基材７上に設けられる。

基材７は、第１及び第２樹脂層３，５を保持可能なものであればよく、透明材料で形成される基材であることが好ましく、可撓性を有するものがとりわけ好ましい。基材の材質としては、樹脂、石英、シリコンなどが挙げられるが、可撓性、材料コストおよび柔軟性を有する樹脂モールドの形成できる観点から樹脂を用いることが好ましい。樹脂基材は、具体的には例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、環状ポリオレフィンおよびポリエチレンナフタレートからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物からなるものである。

第１及び第２樹脂層３，５は、光硬化性樹脂組成物を硬化させて形成することができる。第１及び第２樹脂層３，５の厚さは、通常５０ｎｍ〜１ｍｍ、好ましくは、５００ｎｍ〜５００μｍである。このような厚さとすれば、インプリント加工が行い易い。第１及び第２樹脂層３，５には面外方向の凹凸形状からなる面外凹凸パターン３ａ，５ａが形成されている。面外凹凸パターン３ａ，５ａの形状は、特に限定されず、図１〜図２及び図３（ａ）〜（ｂ）に示すようなラインアンドスペースからなるパターンや図３（ｃ）に示すように多数のピラーが配置されたパターンなどが例示される。図２（ａ）に示すように、面外凹凸パターン３ａ，５ａのピッチＯＰは、例えば１０ｎｍ〜１μｍであり、２０〜５００ｎｍが好ましく、３０〜２００ｎｍがさらに好ましく、４０〜１２０ｎｍがとりわけ好ましい。面外凹凸パターン３ａ，５ａの深さは、例えば１０ｎｍ〜５００μｍであり、好ましくは５０ｎｍ〜１μｍである。面外凹凸パターン３ａ，５ａは規則的であっても不規則であってもよい。面外凹凸パターン３ａ，５ａが不規則に形成されている場合、つなぎ目４に隣接した領域に設けられた多数の凸部の先端（凸部の先端が平坦な場合はその中央）間の距離の平均値を面外凹凸パターン３ａ，５ａのピッチとする。面外凹凸パターン３ａ，５ａの形状、ピッチ、深さは、同一であっても互いに異なっていてもよい。

第１及び第２樹脂層３，５のつなぎ目４には、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターン４ａが設けられる。面内凹凸パターン４ａを設けることによってつなぎ目４の視認性が低減される。このような効果は、面外凹凸パターン３ａ，５ａの形状によらずに奏されるものであるが、面外凹凸パターン３ａ，５ａがラインアンドスペースパターンである場合につなぎ目４が特に目立ちやすく、且つ面内凹凸パターン４ａを設けることによってつなぎ目４の視認性が大幅に低減されるので、面外凹凸パターン３ａ，５ａはラインアンドスペースパターンであることが好ましい。さらに、ラインアンドスペースが延びる方向（図２（ａ）の矢印Ｘ方向）に第１及び第２樹脂層３，５が連結される場合につなぎ目４が特に目立ちやすく、且つ面内凹凸パターン４ａを設けることによってつなぎ目４の視認性が大幅に低減されるので、ラインアンドスペースが延びる方向に第１及び第２樹脂層３，５が連結されることが好ましい。なお、本実施形態では、２枚の樹脂層を連結する例を示しているが、さらに多くの樹脂層を図２（ａ）の矢印Ｘ又はＹ方向に連結してもよい。面外凹凸パターン３ａ，５ａがラインアンドスペースパターンである場合に、矢印Ｙ方向に樹脂層同士を連結したつなぎ目は比較的目立ちにくいので、このつなぎ目には面内凹凸パターンは必ずしも必要ない。

面内凹凸パターン４ａの形状は、特に限定されず、図１〜図２に示すような鋸状パターン、図３（ａ）に示すような波状パターン、図３（ｂ）に示すような矩形状パターンなどが例示される。図２（ａ）に示すように、面内凹凸パターン４ａのピッチＩＰは、特に限定されないが、１０ｎｍ〜１ｍｍであることが好ましい。ピッチＩＰが小さいほどつなぎ目４の視認性低減がより顕著になるからである。ピッチＩＰは、具体的には例えば、０．０１、０．０５、０．１、０．５、１、５、１０、５０、１００、５００、１０００μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。面内凹凸パターン４ａは規則的であっても不規則であってもよい。面内凹凸パターン４ａが不規則に形成されている場合、多数の凸部のピッチの平均値を面内凹凸パターン４ａのピッチとする。

また、別の観点では、（面内凹凸パターン４ａのピッチＩＰ／面外凹凸パターン３ａ，５ａのピッチＯＰ）で算出されるピッチ比の値が１００００以下であることが好ましい。面内凹凸パターン４ａのピッチＩＰが面外凹凸パターン３ａ，５ａのピッチＯＰに近いほど、つなぎ目４の視認性低減がより顕著になるからである。ピッチ比の値の下限は、特に規定されないが、例えば、０．１である。ピッチ比の値は、０．５〜１０００が好ましく、１〜１００が特に好ましい。ピッチ比の値は、具体的には例えば、０．１、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、５０、１００、５００、１０００、５０００、１００００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

さらに図２（ａ）に示すように、（面内凹凸パターン４ａの幅Ｗ／面内凹凸パターン４ａのピッチＩＰ）で算出されるアスペクト比の値が１以上であることが好ましい。この値が大きくなるほど、面内凹凸パターン４ａの凹凸の程度が微細かつ顕著になり、つなぎ目４の視認性低減がより顕著になるからである。上記アスペクト比の値は、１．５以上が好ましく、２以上がさらに好ましい。アスペクト比の値の上限は、特に規定されないが、例えば、１０である。アスペクト比の値が大きすぎると面内凹凸パターン４ａが倒壊しやすくなるからである。

本実施形態では、図１〜図２に示すように、第１及び第２樹脂層３，５は、互いに重なるように連結されており、つなぎ目４において、第２樹脂層５の端部５ｂが第１樹脂層３の上側に配置されており、面内凹凸パターン４ａは、第２樹脂層５の端部５ｂに設けられている。一方、第１樹脂層３の端部３ｂには面内凹凸パターンが設けられておらず、端部３ｂは直線状になっている。端部３ｂは第２樹脂層５で被覆されるので、端部３ｂが直線状になっていてもつなぎ目４は顕著には目立たないが、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、端部３ｂに面内凹凸パターン４ｂを形成することによって、つなぎ目４の視認性をより一層低減させることが可能である。なお、面内凹凸パターン４ａ，４ｂの形状、ピッチ、アスペクト比などは、同一であっても互いに異なっていてもよい。

また、第１及び第２樹脂層３，５は、図５に示すように、互いに重ならないように連結してもよい。この場合、第１及び第２樹脂層３，５の全体が同一平面上に存在する。このような形態では、第１及び第２樹脂層３，５の間に段差がないので、つなぎ目４の視認性を一層低減することができる。

次に、図１に示す構造体１の製造方法について説明する。
まず、図６（ｂ）に示すように、基材７上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層１２を形成する。

光硬化性樹脂組成物は、モノマーと、光開始剤を含有し、活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を有する。「活性エネルギー線」は、ＵＶ光、可視光、電子線などの、光硬化性樹脂組成物を硬化可能なエネルギー線の総称である。

モノマーとしては、（メタ）アクリル樹脂、スチレン樹脂、オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を形成するための光重合性のモノマーが挙げられ、光重合性の（メタ）アクリル系モノマーが好ましい。なお、本明細書において、（メタ）アクリルとは、メタクリルおよび／またはアクリルを意味し、（メタ）アクリレートはメタクリレートおよび／またはアクリレートを意味する。

光開始剤は、モノマーの重合を促進するために添加される成分であり、前記モノマー１００質量部に対して０．１質量部以上含有されることが好ましい。光開始剤の含有量の上限は、特に規定されないが、例えば前記モノマー１００質量部に対して２０質量部である。

次に、図６（ｂ）〜（ｃ）に示すように、面外凹凸パターン３ａの反転パターン１１ｂを有するモールド１１を被転写樹脂層１２に押し付けた状態で被転写樹脂層１２に活性エネルギー線１４を照射して面外凹凸パターン３ａを有する第１樹脂層３を形成する。モールド１１には、反転パターン１１ｂを取り囲むように遮光パターン１１ａが設けられており、活性エネルギー線１４の照射は、遮光パターン１１ａをマスクとして用いて行われる。遮光パターン１１ａは、長方形状の開口部を有する環状形状となっており、第１樹脂層３の端部３ｂに対応する辺１１ｃは、直線状になっている。このため、端部３ｂは、直線状となる。遮光パターン１１ａの形成方法や材料は、活性エネルギー線を遮光するという目的を達成するものであれば特に限定されない。遮光パターン１１ａは、一例では、Ｃｒなどの金属材料をスパッタリングでモールド１１上に付着させることによって形成することができる。遮光パターン１１ａは、アクリル系、ウレタン系、ポリカーボネート系などの有機材料や、カーボン系などの無機材料で形成してもよい。これらの材料には、色素など他の材料を含有させてもよい。

モールド１１を被転写樹脂層１２に押し付ける圧力は、反転パターン１１ｂの形状を被転写樹脂層１２に転写可能な圧力であればよい。被転写樹脂層１２へ照射する活性エネルギー線１４は、被転写樹脂層１２が十分に硬化する程度の積算光量で照射すればよく、積算光量は、例えば１００〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２である。活性エネルギー線１４の照射によって、被転写樹脂層１２が硬化される。本実施形態では、モールド１１に遮光パターン１１ａを設け、モールド１１側から活性エネルギー線１４の照射を行っているが、基材７に遮光パターン１１ａを設けるか、又は基材７の下側に配置した別の部材に遮光パターン１１ａを設けて、基材７側から活性エネルギー線１４の照射を行ってもよい。

次に、図７（ｂ）に示すように、基材７上の、第２樹脂層５を形成する領域に、光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層１５を形成する。光硬化性樹脂組成物の説明は上述の通りである。

次に、図７（ｂ）〜（ｃ）に示すように、面外凹凸パターン５ａの反転パターン１３ｂを有するモールド１３を被転写樹脂層１５に押し付けた状態で被転写樹脂層１５に活性エネルギー線１４を照射して面外凹凸パターン５ａを有する第２樹脂層５を形成する。モールド１３には、反転パターン１３ｂを取り囲むように遮光パターン１３ａが設けられており、活性エネルギー線１４の照射は、遮光パターン１３ａをマスクとして用いて行われる。遮光パターン１３ａは、環状形状であり、一辺には面内凹凸パターン４ａの反転パターン１３ｃが設けられている。このため、遮光パターン１３ａをマスクとして用いて活性エネルギー線１４の照射を行うことによって、第２樹脂層５の端部５ｂに面内凹凸パターン４ａが形成される。遮光パターン１３ａのその他の説明は、遮光パターン１１ａの説明と同様である。

以上の工程により、図１に示す構造体１の製造が完了する。本実施形態では、反転パターン１３ｃを有する遮光パターン１３ａを用いて第２樹脂層５に面内凹凸パターン４ａを形成しているので、微細な面内凹凸パターン４ａを高精度に形成することが可能である。

上記実施形態では、遮光パターンが異なる２種類のモールド１１，１３を用いたが、第１樹脂層３の形成時にモールド１３を用いることも可能である。この場合、使用するモールド１３の数を減らすことができるという利点がある。

また、上記実施形態では、モールド１１の辺１１ｃを直線状にしたが、辺１１ｃに面内凹凸パターン４ｂの反転パターンを形成することによって、第１樹脂層３の端部３ｂに面内凹凸パターン４ｂを形成して図４に示す構造体１を製造することができる。また、対向する辺の一方に面内凹凸パターン４ｂの反転パターンを形成し且つ他方に面内凹凸パターン４ａの反転パターンを形成したモールドを用いることによって、１つのモールドを用いて図４に示す構造体１を製造することが可能である。

また、図５に示すように第１及び第２樹脂層３，５が互いに重ならないように配置された構造体１は、例えば図８（ａ）に示すように対向する辺の一方に面内凹凸パターン１６ａを形成し且つ他方にその反転パターンである面外凹凸パターン１６ｂを形成した遮光パターン１６をマスクとして用いて形成することができる。

具体的には、まず、図８（ｂ）に示すように、遮光パターン１６をマスクとして用いて第１樹脂層３の端部３ｂに面内凹凸パターン１６ａの反転パターンである面内凹凸パターン４ｂが形成された構造を形成し、次に、面内凹凸パターン４ｂと面内凹凸パターン１６ｂの位置が一致するように遮光パターン１６を移動させて第２樹脂層５を形成することによって、図５に示す構造体１を製造することができる。

１：構造体、３：第１樹脂層、３ａ：面外凹凸パターン、４：つなぎ目、４ａ：面内凹凸パターン、５：第２樹脂層、５ａ：面外凹凸パターン、７：基材、１１，１３：モールド、１１ａ，１３ａ：遮光パターン、１４：活性エネルギー線、１６：遮光パターン

Claims (11)

1. 面外方向の凹凸形状からなる面外凹凸パターンを有する第１及び第２樹脂層が連結された構造体であって、
   第１及び第２樹脂層のつなぎ目に、面内方向の凹凸形状からなる面内凹凸パターンが設けられる、構造体。
2. 前記面内凹凸パターンのピッチが１０ｎｍ〜１ｍｍであるか、又は（前記面内凹凸パターンのピッチ／前記面外凹凸パターンのピッチ）で算出されるピッチ比の値が１００００以下である、請求項１に記載の構造体。
3. 前記面外凹凸パターンは、ラインアンドスペースからなるパターンである、請求項１又は請求項２に記載の構造体。
4. 第１及び第２樹脂層は、前記ラインアンドスペースが延びる方向に連結される、請求項３に記載の構造体。
5. 前記面内凹凸パターンは、鋸状、波状、又は矩形状である、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の構造体。
6. 前記面内凹凸パターンは、（前記面内凹凸パターンの幅／前記面内凹凸パターンのピッチ）で算出されるアスペクト比の値が１以上である、請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の構造体。
7. 第１及び第２樹脂層は、互いに重なるように連結され、
   前記つなぎ目において、第２樹脂層の端部が第１樹脂層の上側に配置され、
   前記面内凹凸パターンは、第２樹脂層の端部に設けられる、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の構造体。
8. 前記面内凹凸パターンは、第２樹脂層の端部と第１樹脂層の端部の両方に設けられる、請求項７に記載の構造体。
9. 第１及び第２樹脂層は、互いに重ならないように連結される、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の構造体。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１つに記載の構造体の製造方法であって、
    基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布して得られる被転写樹脂層に前記面外凹凸パターンの反転パターンを有するモールドを押し付けた状態で前記被転写樹脂層に活性エネルギー線を照射して前記面外凹凸パターンを有する樹脂層を形成する工程を備え、
    前記活性エネルギー線は、前記面内凹凸パターンの反転パターンを有する遮光パターンをマスクとして用いて行う、構造体の製造方法。
11. 前記遮光パターンは、前記モールドに設けられる請求項１０に記載の構造体の製造方法。