ナノインプリント技術について

　まず、基板に熱可塑性樹脂を塗布し、加熱（べーク）して固めます。インプリント装置にセットし、基板をホットプレートを用いて加熱します。樹脂の温度がTgを超えると樹脂は柔らかくなります。そこで、モールド（金型）を押しつけ、パターニングを行います。樹脂温度をTgより下げると樹脂は固まり、パターンが固定されます。その後、圧力を緩和してモールドを離型します。その際、樹脂の種類により、加熱する温度、プレス圧力、プレス時間などがプロセスパラメータとなります。サーマルインプリントでは固体状の樹脂にモールドを押しつけるため、プレス圧力は比較的強く、通常10MPa程度です。以下にサーマルインプリントの転写例を示します。

　PLAなどでは120℃と比較的低温でインプリント出来るが、PCでは180℃と高温インプリントが必要となります。

　光インプリントは、透明なモールドを液状の樹脂に押しつけ、UV光を照射して光硬化させる方法です。以下に光インプリントのプロセスフローを示します。

　光インプリントでは、基板に光硬化性樹脂を塗布します。この時、べークは行なわない事が多いようです。この基板に石英などの透明なモールドを押しつけます。光インプリントでは樹脂は液状なため、樹脂中への空気の混入を防ぐため、真空環境下においてインプリントが行なわれます。また、PFP（ペンタフロロプロパン）のような圧縮性ガスを用いる事で、空気の混入を防ぐプロセスも検討されています。光インプリントでは液体状の樹脂にモールドを押しつけるため、プレス圧力はそれほど強くなく、通常0.1MPa程度です。以下に光インプリントの転写例を示します。

　インプリント技術は、モールドと樹脂を直接接触させてパターニングを行ないます。このため、モールド表面に適切な離型処理を行なわないと、離型時に離型不良が起こる事があります。その様子を以下に模式的に示します。

また、以下に離型時の離型不良の発生例を示します。(a)は離型残渣の発生、(b)は離型不良によるパターン剥がれの発生例です。

これらの問題を解決するためには、モールド表面に離型剤を塗布し、離型処理を施します。一般的にはオプツール材によるシランカップリング処理が有効です。

インプリント技術のアプリケーションとしては、MEMS、バイオ素子、偏光板などの光学素子、モスアイ構造による無反射基板などが検討されています。特に、モスアイ構造による無反射基板への適用が考えられます。光が空気からガラスの様な媒質の中に進むと、ガラス表面で反射・屈折が起こります。たとえばパソコンの画面にガラス板を張ると、画面は反射し、見えずらくなります。そこで、ガラス表面をモスアイ構造にすると、空気からガラス媒質に光が進む際に、見かけ上屈折率徐々に変化するようになり、反射が抑えられます。そのため、モスアイ構造の突起の大きさは、光の波長より短い200nm程度の微細構造が必要になります。　モスアイとは「蛾の目」という事であり、「蛾の目」の表面はこのような無数の突起構造になっています。そのため、蛾は夜でも自由に飛翔することが出来ると言われています。

以下にモスアイパネルの作り方を示します。フィルムの表面に光硬化性樹脂を塗布し、上面からモールドを押しつけます。そしてUV光を当てると樹脂は硬化します。モールドを剥がすとフィルムの表面にモスアイ構造が作られます。

この技術は、すでに実用化され、液晶TVやPCで使われています。

まとめ

ナノインプリント技術は高価な露光装置を必要とせず、高い解像性を有しているため、今後、CMOSのような半導体デバイスへの応用も期待されています。

以上