JP2017183397A - パターン転写装置及びパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、高アスペクト比および高分解能のパターンを作製可能なパターン転写装置及びパターン転写方法を提供することである。【解決手段】実施形態のパターン転写装置は、基板と、電極を有し、前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記電極に対応するパターンを前記基板に転写する転写部と、前記基板と前記転写部の間の湿度を制御する制御部と、を備える。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、パターン転写装置及びパターン転写方法に関する。

半導体デバイスに対する微細化及び低コスト化の要求は高まっている。

その中、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）が低コストでナノスケールのパターン転写ができるため次世代のリソグラフィとして期待されている。ナノインプリントリソグラフィでは、パターン転写分解能が原版上のパターンサイズに左右される。高分解能の転写を実現するため、超微細原版を作製する必要があり、コストが高くなる。また、残膜の均一性及び残膜の処理などの課題が残っている。上記の課題を解決するため、レジストフリーであり原版上のパターンサイズに依存せず高分解能のパターンを転写できる新規側壁ナノ電極リソグラフィ手法が提案されている。

側壁ナノ電極リソグラフィとは絶縁性モールド上の絶縁性パターンの側壁にナノ電極を形成し、前記側壁ナノ電極と転写基板の間に電圧/電流を印加することより、側壁ナノ電極の形状に対応したパターンを電気的に基板側に転写する方法である。側壁ナノ電極の厚さを数ｎｍまで薄くすれば、原理的に側壁ナノ電極に対応した数ｎｍ級のパターンを一括で転写することができる。本手法だと、従来のナノインプリント技術と比べ、モールド上に形成された電極のパターンサイズより微細なパターンを転写できる。またプローブリソグラフィと比べ高いスループットを有するメリットがある。また、レジストを用いないため、ＮＩＬの残膜などの問題が回避できる。

しかし、本手法により生成する転写パターンの厚さは、通常約サブｎｍ〜１０ｎｍである。エッチングマスクとして使用する際、数１０ｎｍ以上のエッチング要求に対してマスクの厚さが足りない問題がある。汎用性のある微細パターンのエッチングマスクとして使用する際、線幅が細くパターンの厚さを大きくすることが望ましい。つまり、転写パターンのアスペクト比を高くすることが求められている。しかし、転写時の湿度や温度等の環境要因により基板表面に連続した厚い吸着水が形成され、転写部のメニスカスが広げられ高分解能での転写が困難になる。

特開２００４−３１１５１４号公報 特開２００７−６９３０１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高アスペクト比および高分解能のパターンを作製可能なパターン転写装置及びパターン転写方法を提供することである。

実施形態のパターン転写装置は、基板と、電極を有し、前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記電極に対応するパターンを前記基板に転写する転写部と、前記基板と前記転写部の間の湿度を制御する制御部と、を備える。

また、実施形態のパターン転写方法は、基板と、電極を有し前記電極のパターンを転写する転写部と、前記基板と前記転写部の間の湿度を制御する制御部と、を備えるパターン転写装置のパターン転写方法であって、前記基板に前記転写部の前記電極を接触し、前記制御部により前記基板と前記転写部の間の湿度を制御し、前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記基板に前記電極のパターンを転写するパターン転写方法である。

側壁電極を用いたナノインプリントリソグラフィのパターン転写装置を示す図である。 パターンを転写する際の湿度が転写部のメニスカスへの影響を例示した図である。 転写雰囲気の湿度と転写基板（Ｓｉ）に生成される吸着水の厚みの関係を示す図である。 第１の実施形態にかかるパターン転写装置を示す図である。 転写部の構成を示す図である。 転写部と転写基板の間に印加するＡＣバイアス電圧を例示した図である。 湿度を４０％以上８０％以下に変化させた時のパターン転写結果を示すＳＥＭ写真である。 第１の実施形態の変形例１にかかるパターン転写装置を示す図である。 第１の実施形態の変形例２にかかるパターン転写装置を示す図である。 第２の実施形態にかかるパターン転写装置を示す図である。 第２の実施形態の変形例１にかかるパターン転写装置を示す図である。 第２の実施形態の変形例２にかかるパターン転写装置を示す図である。 第２の実施形態の変形例３にかかるパターン転写装置を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るパターン転写装置及びパターン転写方法について説明する。

導電性の探針を用いる一般的な走査探針型（ＳＰＭ）リソグラフィは、高分解能を実現可能であるという利点を有するが、その一方で、スループットが非常に低いという難点がある。そこで近年では、低コストのリソグラフィとして、微細のパターンを一括に転写できるナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）が注目されている。しかしながら、ナノインプリントリソグラフィでは、転写分解能が原版であるモールドに形成されたパターンの分解能に制限されてしまう。そのため、ナノインプリントリソグラフィで高分解を実現するためには、超微細パターンが形成されたモールドが必要となるが、これは原版コストを上昇させる要因となる。また、ＮＩＬには残膜の均一性及び残膜の処理などの課題が残っている。そこで以下では、レジストフリーで、モールドに形成されたパターンの分解能に制限されることなく、より分解能の高い転写を実現可能とする形態について、例を挙げて説明する。

モールドに形成されたパターンの分解能よりも微細の分解能を実現可能にする技術としては、凸構造の側面にパターン転写用の側壁電極が形成されたモールド（以下、側壁電極モールドという）を用いてパターンを転写するインプリント技術（以下、側壁電極リソグラフィという）が存在する。

図１は、側壁電極モールドを用いたパターン転写装置の一例を示している。ナノインプリントリソグラフィでは、パターン転写装置１０は、側壁電極１２を持つモールド１１と、転写基板１３とを有する。モールド１１の側壁電極１２を転写基板１３に押し付けながら、転写基板１３と側壁電極１２の間に電圧を印加することにより、転写基板１３に側壁電極１２に対応したパターン１４を形成することができる。

側壁電極リソグラフィは、導電性の探針に代えて側壁電極モールドを使用することにより、電気化学反応により側壁電極に対応したパターンを一括に対象物に転写することができるインプリント技術である。この側壁電極リソグラフィには、接触型のものと非接触型のものが存在する。接触型の側壁電極リソグラフィでは、側壁電極モールドを対象物である基板（以下、転写基板という）に接触させた状態で側壁電極が形成するパターンが転写基板に転写される。一方、非接触型の側壁電極リソグラフィでは、パターン部を転写基板に近接させた状態でパターンが転写基板に転写される。以下では、主に接触型の側壁電極リソグラフィについて説明するが、以下の実施形態は非接触型の側壁電極リソグラフィに対しても適用可能である。

接触型の側壁電極リソグラフィでは、パターン部と転写基板との接触状態が転写特性に大きな影響を与えることがある。そのため、均一なパターン転写を実現するためには、側壁電極を転写基板に均一に接触させることが極めて重要となる。なお、非接触型の側壁電極リソグラフィにおいては、側壁電極と転写基板との間の間隔を一定に保つことが、均一なパターン転写を実現するために極めて重要となる。

また、側壁電極リソグラフィでは、転写されたパターンの均一性を向上するために、転写時の雰囲気湿度を適切に管理することが望まれている。一方で、材料コストや加工性等の観点からは、シリコン製のモールドを使用することが有効である。しかしながら、シリコンは雰囲気中の酸素によって酸化する。この酸化によって形成されたＳｉＯｘなどの自然酸化物は親水性である。そのため、シリコン製モールドを使用した場合には、転写基板と接触または近接するモールドの凸部先端が親水性となる。このように、転写基板と接触または近接する部分が親水性を備えるモールドを使用した場合、電極部のメニスカスが広がり、その結果、転写分解能が低下してしまう可能性がある。

図２は、転写基板に側壁電極モールドを押し付けてパターンを転写する際の湿度の影響について例示した図である。図２（ａ）が転写基板と側壁電極モールドの間の湿度が４０％の場合であり、図２（ｂ）が転写基板１３と側壁電極モールド１１の間の湿度が８０％の場合である。湿度が８０％の場合は転写基板１３上に厚い吸着水１８が発生し電極部１２のメニスカス１６が広がる。これによって転写酸化物１７が大きくなり湿度４０％の場合と比較して転写分解能が低下する。

図３は、転写基板と側壁電極モールドの間の湿度と転写基板上の吸着水の厚みの関係を示した図である。湿度８０％以上で急激に吸着水の厚みが増加している。一方、湿度が３０％以下となるとパターンを形成するのに必要な水分が得られず、パターン形成が不十分となる。そこで高分解能のパターン転写を実現するためには転写基板上の湿度を３０％以上８０％以下で管理することを要する。

また、発明者らはパターン転写の際、転写基板と側壁電極モールドの電極の間に印加する電圧を管理することにより高アスペクト比のパターンを形成できることがわかった。

そこで、以下の実施形態では、高湿度によって基板上に吸着水が発生することによるパターンの広がりを回避しつつ、転写時の電圧条件を最適化することによりアスペクト比を向上したパターン転写装置及びパターン転写方法を例に挙げて説明する。

同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係や部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。

（第１の実施形態）
図４は、第１の実施形態にかかるパターン転写装置である。

パターン転写装置１は、転写側に転写部２と転写部ホルダ６を有し、被転写側に転写基板３と湿度制御部４と転写基板ホルダ７を有し、さらに電源部５を備える。

転写側の転写部２は、転写部ホルダ６に装着される。転写部ホルダ６は、たとえば吸引用の複数の孔６ａが設けられており、複数の孔６ａから吸引することで、転写部２が転写部ホルダ６に保持される。転写部２の保持方法は吸引による保持に限定されず、磁石による保持や挟持による保持やクリップによる保持等、安定して転写部２を保持できるものなら何でもよい。転写部２は、上述した側壁電極モールドである。

被転写側の転写基板ホルダ７上には、湿度を制御する湿度制御部４が設けられている。パターンが転写される転写基板３は、パターンが転写される面（パターン転写面）を上に向けた状態で湿度制御部４上に載置される。転写基板ホルダ７には、たとえば吸引用の複数の孔７ａが設けられており、複数の孔７ａから吸引することで、湿度制御部４が転写基板ホルダ７上に固定される。また、湿度制御部４には、転写基板ホルダ７の複数の孔７ａのうち少なくとも１つと連通する孔４ａが設けられている。したがって、転写基板ホルダ７の孔４ａから吸引することで、転写基板３が湿度制御部４に固定される。その結果、転写基板３が転写基板ホルダ７に固定される。転写基板３の保持方法も吸引による保持に限定されず、たとえば磁石による保持や挟持部により挟むことで保持しても良いし、クリップによる保持等、安定して転写基板３を保持できるものなら何でもよい。

転写部２は、基部２ａと、複数の凸構造２ｂと、凸構造２ｂと接続している引出し電極２ｃと、を備え、複数の凸構造２ｂの面２ｄが転写基板３のパターン転写面に対向するように、転写部ホルダ６によって保持される。転写部ホルダ６と転写基板ホルダ７とのうち少なくとも一方は、不図示の移動機構によってＺ方向に移動可能である。

本実施形態では、電源５としてＡＣ電源を用いている。パターンの転写時にはＡＣ電圧が、転写部２の引出し電極２ｃと、転写基板３との間に印加される。

図５は、接触型の側壁電極モールドの一例を示す図である。転写部２は、基部２ａと、複数の凸構造２ｂと、引出し電極２ｃとを備える。基部２ａは、転写部２のベースとなる部材である。この基部２ａには、たとえばシリコンや石英などの絶縁性材料を用いることができる。また、基部２ａの材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パラキシリレンなどの絶縁性の樹脂を用いることも可能である。さらに、基部２ａは、光透過性を有する絶縁性材料で構成されてもよい。

複数の凸構造２ｂのそれぞれは、基部２ａの第１主面２ｅに設けられたメサ状の構造部である。図５では、基部２ａの第１主面２ｅにおいてそれぞれＹ方向に延在する複数の凸構造２ｂがＸ方向に所定距離離間して配列されている構造であるが、この構造に限定されず、転写するパターンのレイアウトに応じて種々変形可能である。また、隣接する凸構造２ｂの間のギャップにたとえば疎水性の絶縁性材料を充填し、隣接する凸構造２ｂの間のギャップを埋めた構造とすることも可能である。

各凸構造２ｂは、凸部２ｆと、機能層２ｇと、１つ以上の側壁電極２ｈと、を備える。凸部２ｆは、基部２ａの第１主面２ｅから突出したメサ状の構造部であり、シリコンや石英や樹脂などの絶縁性材料で構成されている。この凸部２ｆは、基部２ａの基となるバルク状の基材（基板等）から削り出された構造部であってもよいし、基部２ａに接合された構造部であってもよい。また、凸部２ｆは、製造工程における製造プロセスの容易性等の観点から、テーパー状に先細った形状を有していてもよい。

機能層２ｇは、少なくとも凸部２ｆの（Ｚ方向の）最頂端を覆うように設けられている。この機能層２ｇは、電極としては機能せず、側壁電極２ｈと対象物である転写基板３との接触を均一にするための構造部として機能する。そこで機能層２ｇには、凸部２ｆ（もしくは基部２ａ）よりも変形し易い絶縁性材料が用いられる。たとえば機能層２ｇには、凸部２ｆのヤング率に対して数パーセントから数十パーセントのヤング率の絶縁性材料が用いられる。

接触型の側壁電極リソグラフィでは、機能層２ｇが転写基板３に接触するため、機能層２ｇの膜厚は、たとえば数ナノメートル（ｎｍ）から数マイクロメートル（μｍ）とすることができる。転写基板３との接触性や機能層２ｇの変形の観点から、機能層２ｇの膜厚は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。

また、機能層２ｇには、パターン転写時に雰囲気中の水分によって発生するメニスカスを抑制するために、疎水性の材料が用いられることが好ましい。たとえば、水に対する接触角が４５°以上となる疎水性を備えている材料を用いて機能層２ｇが形成されていることが好ましい。これらのような要求を満たす材料としては、たとえばサイトップ（登録商標）、ＨＭＤＳ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テフロン（登録商標）ＡＦなどが存在する。また、加工のし易さという観点では、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いることも好適である。ただし、これらに限定されるものではなく、凸部２ｆに用いた材料よりも柔らかく且つ凸部２ｆに用いた材料の酸化物よりも高い疎水性を備えた絶縁性材料であれば種々の材料を用いることが可能である。

また、機能層２ｇは、必ずしも単層である必要はなく、多層構造であってもよい。

ここでは、機能層２ｇを有する場合を説明したが、機能層２ｇは本実施形態を実現するのに必須の構成ではなく、機能層２ｇが無い場合も含まれる。

側壁電極２ｈは、転写基板３へパターンを転写するための構造部であり機能層２ｇの側面に隣接する側壁電極２ｈの端部（以下上端面と呼ぶ）の形状が転写パターンの形状を規定している。そこで側壁電極２ｈは、たとえば導電性金属や導電性金属酸化物などの導電性材料で構成されている。導電性材料としては、たとえばＲｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｕＯ、ＩｒＯｘなどを用いることが可能であるが、これらの導電性材料に限定されるものではない。

各側壁電極２ｈは、機能層２ｇの側面から凸部２ｆの側面にかけて設けられている。つまり、側壁電極２ｈは、凸部２ｆと機能層２ｇとが構成する凸状の構造体の側面に設けられている。

複数の側壁電極２ｈの形状は、上述したように、転写基板へ転写するパターンを形成する。そのため、各側壁電極２ｈの上端面の幅（側壁電極２ｈの厚さに相当）を調整することで、転写基板３に転写されるパターンの幅を調整することが可能である。側壁電極２ｈの上端面の幅は、たとえば凸部２ｆの幅より狭く、凸部２ｆの上端面の幅の数分の１〜数十分の１とすることができる。たとえば数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度とすることができる。

パターンを形成する側壁電極２ｈは、Ｚ方向において機能層２ｇの転写基板３側の面と実質的に同じ高さレベルにあることが好ましい。しかしながら、機能層２ｇが変形可能であることを考慮すると、機能層２ｇが変形可能な範囲内において側壁電極２ｈと機能層２ｇの転写基板３側の面とが異なる高さレベルにあってもよい。

引出し電極２ｃは、たとえば、基部２ａの第１主面２ｅにおける凸構造２ｂが形成されていない領域から基部２ａの側面２ｊまたは裏面（第１主面２ｅと反対側の第２主面２ｋ）まで形成されている。この引出し電極２ｃは、複数の側壁電極２ｈを電気的に引き出すための電極であり、パターン転写時に電流流入用の外部電極と接続することで電気的な接点を形成する。引出し電極２ｃの材料には、たとえばＡｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕなどの金属を用いることが可能である。ただし、これらに限定されず、種々の導電性材料が用いられてよい。

転写基板３は、たとえばシリコン基板等の半導体基板が用いられる。前述したように、転写基板ホルダ７の孔４ａから吸引することで、転写基板３が湿度制御部４に固定される。

湿度制御部４は転写部２と転写基板３の間の湿度を制御するもので、具体的には、転写部２と転写基板３の間の雰囲気（以下雰囲気と呼ぶ）の第１の温度と第１の湿度を測定する図示しないセンサと、このセンサで測定された第１の温度と第１の湿度に基づいてこの雰囲気中の露点を算出する手段と、この露点に基づいて転写基板３の表面付近の湿度が、所定の第２の湿度になるように転写基板３の温度を第２の温度まで変化させる温度制御手段とを備える。温度制御手段としては、ペルチェ素子やヒーターなどを用いることができる。

露点とは、空気の温度を下げると、空気に含まれる水蒸気が水滴になるが、水滴が生じ始めるときの温度を意味する。

湿度制御部４による湿度制御方法としては、まず、センサが雰囲気の第１の温度と第１の湿度を測定して、例えば既知の換算表などから、雰囲気の露点が算出される。さらに得られた露点に基づいて、温度制御手段が、目標となる第２の湿度に必要となる転写基板３の第２の温度を算出する。温度制御手段は、第２の温度が第１の温度よりも高い場合には、第２の温度に達するまで転写基板３をペルチェ素子等で加熱する。センサが測定した第１の温度が目標となる第２の温度に接近したら温度制御手段は加熱を停止する。温度制御手段は、その後センサが測定した第１の温度が第２の温度から所定の値だけ低下したら再度加熱してほぼ第２の温度に保つように制御してもよい。逆に第２の温度が第１の温度よりも低い場合には、第２の温度に達するまで転写基板３をペルチェ素子等で冷却する。

結露前の状態では、温度が変化しても雰囲気中に含まれる水分量が同じである。露点の温度では湿度は１００％なのでこの時の雰囲気中の水分量と、第２の湿度Ｂの時の雰囲気中の水分量から第２の温度Ｔが計算できる。

第１の温度と第１の湿度から得られる露点の温度をＡ［℃］として、目標湿度である第２の湿度をＢ［％］とすると第２の温度Ｔは以下のように求められる。

まず、露点の飽和水蒸気圧Ｃを求める。飽和水蒸気圧Ｃは以下の式で求められる。

第２の湿度Ｂと露点の飽和水蒸気圧Ｃから第２の温度Ｔの時の飽和水蒸気圧Ｄは以下の式で求められる。

温度Ｔの時の飽和水蒸気圧Ｄは以下の式でも求められる。

式（１）及び式（３）を式（２）に代入し、温度Ｔについて解くと以下の式が得られる。

よって、式（４）により第２の温度Ｔが求められる。

転写基板３近傍の目標湿度である第２の湿度は、湿度制御部４にパネル等を設けて直接入力しても良いし、第２の湿度が例えば４０％以上６０％以下となるように湿度制御部４が自動で湿度を定めることにより転写基板３の温度を管理しても良い。

例えば、雰囲気の第１の温度と第１の湿度が、２５℃、８０％であり、転写基板３近傍の第２の湿度が６０％である場合、転写基板３の第２の温度は、２９．９℃に管理される。なお、このような露点および温度の算定には、コンピュータ等を用いることが好ましい。これにより、前述の算出を瞬時に行うことができる。

雰囲気の温度または転写部２表面や転写基板３表面の温度の測定はサーモグラフィ等を用いて測定しても良い。

実験結果からは、転写基板３の表面湿度が３０％以上８０％以下となるように転写基板３の第２の温度を湿度制御部４により管理することによって、転写時のメニスカスの広がりを抑制でき、転写分解能の劣化を防止できた。特に、４０％以上６０％以下の範囲で精密に制御されたパターンを形成することができた。表面湿度が８０％を超えると上述したように、転写基板３上に結露が生じ、過剰に生じた吸着水の影響によりメニスカスが広げられ転写分解能を低下させた。表面湿度が３０％未満になると転写基板３上にパターンを形成するための吸着水が生じず適正なパターンを得ることができなかった。湿度制御部４は、それ自体が電源を持っても良いし、パターン転写装置１内の図示しない電源５とは別の電源に接続されても良い。

電源５は、転写部２と転写基板３の間に電圧を印可する。印可される電圧は主に交流（ＡＣ）バイアス電圧である。

プローブ陽極酸化リソグラフィはＡＣバイアス電圧の印加により、生成したパターンのアスペクト比が向上できることが知られている。これはプローブの先端と描画対象間にＡＣバイアス電圧を印加することにより、面内方向の陽極酸化反応を抑えられ、深さ方向の反応を促進させるため描画線幅のアスペクト比を向上できる。同一転写原理に基づいた側壁リソグラフィに適切なＡＣバイアス電圧を導入すれば、転写パターンのＡＲを向上できる。

図６は、転写部２と転写基板３の間に印加するＡＣバイアス電圧を例示した図である。

縦軸がＡＣバイアス電圧で、横軸が時間である。図６に示すようにＡＣバイアス電圧は転写基板側に対してプラスのＶ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}（転写用）とマイナスのＶ_ｓｅｔ（セット用）から構成される。実験結果から直流（ＤＣ）電圧よりＡＣバイアス電圧を用いて適切な条件設定をすることにより、パターンの厚みが厚く、かつ幅の小さいアスペクト比の高いパターンを形成することができた。

ＡＣバイアス電圧の条件としては、Ｖ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}を１Ｖ以上４０Ｖ以下の範囲にすることにより、酸化反応に必要な電圧と十分な酸化反応を起こすための電圧を提供できる。また、ＡＣバイアス電圧のＶ_ｓｅｔは、−Ｖ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}より大きく０Ｖより小さい値とすることで、転写対象側の溜まった空間チャージを打ち消すことができ、酸化反応の広がりを抑え、深さ方向の反応が進みやすくなる。これにより、転写パターンのアスペクト比を向上できる。

また、ＡＣバイアス電圧の周波数は０．１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲内であることでアスペクト比の高いパターンを形成することができる。高い周波数になると、メニスカスの形状が不安定となり、安定にパターンを転写できないことがあるため、０．１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲で周波数を設定するのが良い。

パターン転写時は、転写部２の複数の凸構造２ｂと転写基板３のパターン転写面とを接触（または近接）させた状態で、電源５によって転写部２と転写基板３との間に電位差が与えられる。それにより、転写基板３のパターン転写面における側壁電極２ｈとの接触領域（または近接領域）に側壁電極２ｈからメニスカスを電離し、基板側に陽極酸化反応を誘導する。その陽極酸化反応により、酸化パターンを生成し、陽極酸化反応が生じていない他の領域の特性とは異なる特性となる。

たとえば、転写基板３にシリコン基板を用いた場合、電子注入領域中のシリコン原子（Ｓｉ）が電子の注入時にメニスカス部の水（Ｈ_２Ｏ）を電離し、酸素（Ｏ_２）を提供する。これにより酸化し、電子注入領域にシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）が形成される。その結果、側壁電極２ｈが形成するパターンと同じレイアウトのシリコン酸化膜が転写基板３のパターン転写面に形成される。シリコンとシリコン酸化物とはエッチング耐性が異なる。すなわち、本例では、陽極酸化反応により生成した酸化物の特性の一つとしてエッチング耐性を例示している。ただし、変性させる特性はエッチング耐性に限定されない。すなわち、化学的特性や物理的特性（形状等）など、目的に応じて変性させる特性が適宜選択されてよい。

次に、第１の実施形態にかかるパターン転写装置１のパターン転写動作の一例を説明する。

まず転写基板３は、転写基板ホルダ７上に設けられた湿度制御部４上に載置される。転写部２は、転写部ホルダ６に保持される。湿度制御部４は、このときの転写部２と転写基板３の間の湿度及び温度を計測し露点の温度を算出する。さらに、この露点の温度から転写基板３の温度を変化することにより転写基板３上の湿度が４０％以上８０％以下の所定の湿度になるように制御する。

その後、転写部ホルダ６をＺ方向に移動して転写部２の複数の凸構造２ｂが転写基板３のパターン転写面に接触して付勢される。ここで接触とは、転写部２の面２ｄと転写基板３とが直接接している状態に加えて、両者が水の層を介して接している状態を含む。

電源５は、転写部２と転写基板３の間にＡＣバイアス電圧を印可する。ＡＣバイアス電圧は、上述したＶ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}を１Ｖ以上４０Ｖ以下の範囲とし、Ｖ_ｓｅｔは、−Ｖ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}より大きく０Ｖより小さい値とする。ＡＣバイアス電圧の周波数は０．１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲とされる。これにより転写基板３に側壁電極２ｈのパターンが転写される。

パターンの転写が完了した後、転写部ホルダ６をＺ方向に移動して転写基板３から転写部２を引き離す。必要であれば、転写部２と転写基板３のうちの少なくとも一方を移動させて、転写基板３の別の被パターン領域に、同様に陽極酸化膜のパターンを形成しても良い。また、一回転写後、同一エリアへの複数回転写または同一エリアでの異なる向きでの転写により、重なる転写パターンを形成できる。

図７は、幅３０ｎｍの側壁電極を有する転写部をＳｉ基板に接触させ、転写部と転写基板との間の湿度を４０％以上８０％以下に調整した場合のパターン転写のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。

転写基板と転写部の間に１７ＶのＡＣ電圧（ｄｕｔｙ： ５０％、周波数１Ｈｚ）を１分間印加した。

図７（ａ）は湿度８０％の時の転写結果であり、図７（ｂ）がその拡大図である。転写パターンの線幅は数μｍまで広がってしまった。

図７（ｃ）は湿度６０％の時の転写結果であり、図７（ｄ）がその拡大図である。この時の転写パターンの線幅は約４０ｎｍであり転写部の側壁電極幅３０ｎｍと近い値であった。さらに、同様な条件で湿度を４０％まで下げた時の結果が、図７（ｅ）である。図７（ｆ）はその拡大図である。転写結果から転写線幅は約３０ｎｍであり、転写分解能が改善したことが分かる。

以上のように第１の実施形態によると、湿度制御部４により転写部２と転写基板３の間を所定の湿度に制御し、電源５の電圧条件を適切に管理することで、高湿度による転写パターンの分解能低下を防止しつつ、アスペクト比の高いパターンが形成できる。

（第１の実施形態の変形例１）
図８は、第１の実施形態の変形例１にかかるパターン転写装置である。

湿度制御部４が転写部２の上部に配置されている点で第１の実施形態にかかるパターン転写装置と異なる。

具体的には、湿度制御部４は転写部ホルダ６と転写部２との間に配置される。湿度制御部４には、たとえば転写部ホルダ６の複数の孔６ａのうち少なくとも１つと連通する孔４ａが設けられている。転写部ホルダ６は、複数の孔６ａから湿度制御部４を吸引することにより固定する。また、複数の孔６ａからの吸引は孔４ａを通り転写部２を吸引し保持する。転写部２や湿度制御部４の保持方法は吸引による保持に限定されず、たとえば磁石による保持や挟持部により挟むことで保持しても良いし、クリップによる保持等、安定して転写部２を保持できるものなら何でもよい。

湿度制御部４は、転写部２上の湿度及び温度から転写部２の温度を変化させることにより、転写部２上の湿度を所定の湿度に制御する。

その他の構成については第１の実施形態に係るパターン転写装置と同様である。このような構成とすることで、湿度の影響によるパターンの分解能低下を防止できる。

（第１の実施形態の変形例２）
図９は、第１の実施形態の変形例２にかかるパターン転写装置である。

本実施形態では、湿度制御部４が、転写部２の上部と転写基板３の下部にそれぞれ配置されている点で第１の実施形態にかかるパターン転写装置と異なる。

具体的には、湿度制御部４は転写部ホルダ６と転写部２の間に配置される。さらに、湿度制御部４は転写基板３と転写基板ホルダ７の間に配置される。それぞれの湿度制御部４は、たとえば転写部ホルダ６の複数の孔６ａと転写基板ホルダ７の複数の孔７ａから吸引され固定される。また、それぞれの湿度制御部４は、複数の孔６ａと複数の孔７ａと少なくとも１つ重なる孔４ａが設けられ転写部２と転写基板３を吸引し保持する。

それぞれの湿度制御部４は、それ自体が電源を持っても良いし、パターン転写装置内の図示しない電源に接続されても良い。

その他の構成については第１の実施形態に係るパターン転写装置と同様である。

転写部２と転写基板３の両側に湿度制御部４を配置することにより、より精度の良い湿度制御が可能になり、湿度の影響によるパターン分解能の低下を防止できる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態にかかるパターン転写装置である。

本実施形態では、湿度制御部４の代わりに、制御チャンバ８を用いる点で第１の実施形態にかかるパターン転写装置と異なる。

転写部２、転写基板３、転写部ホルダ６、転写基板ホルダ７及び電源５は、制御チャンバ８内に配置される。制御チャンバ８は、一般的に用いられる恒温槽や環境試験器等でよい。制御チャンバ８によりチャンバ内の湿度が制御され、転写部２と転写基板３との間が所定の湿度に保たれる。電源５については、必ずしも制御チャンバ８内に配置する必要はない。転写部２と転写基板３からの配線を制御チャンバ８の外部まで引き、そこで電源５と接続しても良い。その他の構成については第１の実施形態に係るパターン転写装置と同様である。

本実施形態では、制御チャンバ８を用いることにより外部環境の温湿度によらずに安定してパターン転写時の湿度を管理できる。

（第２の実施形態の変形例１）
図１１は、第２の実施形態の変形例１にかかるパターン転写装置である。

本実施形態では、湿度制御部４と制御チャンバ８を併用した点で第２の実施形態にかかるパターン転写装置と異なる。

湿度制御部４は、転写基板３と転写基板ホルダ７の間に配置される。湿度制御部４は、たとえば転写基板ホルダ７の複数の孔７ａのうち少なくとも１つと連通する孔４ａが設けられており、転写基板ホルダ７は、複数の孔７ａから湿度制御部４を吸引することにより固定する。また、複数の孔７ａからの吸引は孔４ａを通り転写基板３を吸引し保持する。

本実施形態の場合は、制御チャンバ８によりチャンバ内の湿度を完全に安定させる必要はない。湿度を制御する対象は、転写部２と転写基板３の間の湿度であるので、制御チャンバ８によってある程度の湿度にした後、湿度制御部４で所定の湿度に安定させても良い。

このように、制御チャンバ８を併用することにより、転写部２あるいは転写基板３の温度を大きく変更する頻度が減り、湿度を安定させるための時間の短縮ができる。なお、制御チャンバ８内の湿度は、一般的なクリーンルームの湿度（５０〜６０％）と同程度であっても良い。また、転写部２と転写基板３の間の目標湿度によって適宜変更することができる。

（第２の実施形態の変形例２）
図１２は、第２の実施形態の変形例２にかかるパターン転写装置である。

本実施形態では、湿度制御部４を転写部２と転写部ホルダ６の間に配置した点で第２の実施形態の変形例１と異なる。それ以外の構成については第２の実施形態の変形例１と同様である。

（第２の実施形態の変形例３）
図１３は、第２の実施形態の変形例３にかかるパターン転写装置である。

本実施形態は、制御チャンバ８に加えて、湿度制御部４を転写部２と転写ホルダ６の間と、転写基板３と転写基板ホルダ７の間の２か所に設けている点で他の実施形態とは異なる。それ以外の構成については第２の実施形態と同様である。

上述したが制御チャンバ８として、目標湿度を正確に管理する必要はなく、ある程度の湿度にした後、湿度制御部４で所定の湿度に安定させても良い。

制御チャンバ８を用いることにより、転写部２あるいは転写基板３の温度を大きく変更する頻度が減り、湿度を安定させるための時間の短縮ができる。さらに湿度制御部４を２か所に設けているため、転写部２と転写基板３の間や、それぞれの表面近傍の湿度を精度良く管理することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ パターン転写装置
２ 転写部
２ａ 基部
２ｂ 凸構造
２ｃ 引出し電極
２ｄ 面
２ｅ 第１主面
２ｆ 凸部
２ｇ 機能層
２ｈ 側壁電極
３ 転写基板
４ 湿度制御部
４ａ 孔
５ 電源
６ 転写部ホルダ
６ａ 孔
７ 転写基板ホルダ
７ａ 孔
８ 制御チャンバ
９ 転写パターン
１０ パターン転写装置
１１ 側壁電極モールド
１２ 側壁電極
１３ 転写基板
１４ 転写パターン
１５ 電源
１６ メニスカス
１７ 酸化物
１８ 吸着水

Claims (14)

1. 基板と、
   電極を有し、前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記電極に対応するパターンを前記基板に転写する転写部と、
   前記基板と前記転写部の間の湿度を制御する制御部と、を備えるパターン転写装置。
2. 前記転写部は、前記基板と対向する複数の凸部を備え、
   前記電極が前記凸部のそれぞれの側面に配置される請求項１に記載のパターン転写装置。
3. 前記電圧は、ＡＣ電圧である請求項１または２に記載のパターン転写装置。
4. 前記ＡＣ電圧の最大値をＶｍａｘとすると、Ｖｍａｘは１Ｖ以上４０Ｖ以下である請求項３に記載のパターン転写装置。
5. 前記ＡＣ電圧の最小値をＶｍｉｎとすると、Ｖｍｉｎは−Ｖｍａｘより大きく０Ｖより小さい請求項４に記載のパターン転写装置。
6. 前記ＡＣ電圧の周波数は、０．１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である請求項３乃至５のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
7. 前記制御部は、前記基板と前記転写部の間の湿度を３０％以上８０％以下に保つ請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
8. 前記制御部は、前記基板の下部または前記転写部の上部に配置される請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
9. 前記基板と前記転写部と前記制御部を包含する制御チャンバを更に備え、
   前記制御チャンバはチャンバ内の湿度または温度を制御する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパターン転写装置。
10. 基板と、
    電極を有し前記電極のパターンを転写する転写部と、
    前記基板と前記転写部を包含し湿度を制御する制御チャンバと、を備え、
    前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記電極のパターンを前記基板に転写するパターン転写装置。
11. 基板と、電極を有し前記電極のパターンを転写する転写部と、前記基板と前記転写部の間の湿度を制御する制御部と、を備えるパターン転写装置のパターン転写方法であって、
    前記基板に前記転写部の前記電極を接触し、
    前記制御部により前記基板と前記転写部の間の湿度を制御し、
    前記基板と前記電極の間に電圧を印加して前記基板に前記電極のパターンを転写するパターン転写方法。
12. 前記電圧がＡＣ電圧であって、前記ＡＣ電圧の最大値をＶｍａｘとすると、Ｖｍａｘは１Ｖ以上４０Ｖ以下ある請求項１１に記載のパターン転写方法。
13. 前記電圧がＡＣ電圧であって、前記ＡＣ電圧の最小値をＶｍｉｎとすると、Ｖｍｉｎは−Ｖｍａｘより大きく０Ｖ未満である請求項１２に記載のパターン転写方法。
14. 前記制御部は、前記基板と前記転写部の間の湿度を３０％以上８０％以下に保つ請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のパターン転写方法。