JP4061220B2 - ナノプリント装置、及び微細構造転写方法 - Google Patents
ナノプリント装置、及び微細構造転写方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱・加圧機構を有するスタンパを用い、基板上に微細構造体を形成するナノプリント転写法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路は微細化，集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工方法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化，高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるようになった。
【０００３】
電子線を用いたパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザー等の光源を用いたパターン形成における一括露光方法とは異なり、マスクパターンを描画していく方法をとるため、描画するパターンが多ければ多いほど露光（描画）時間がかかり、パターン形成に時間がかかることが欠点とされている。そのため、２５６メガ、１ギガ、４ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、その分パターン形成時間も飛躍的に長くなることになり、スループットが著しく劣ることが懸念される。そこで、電子ビーム描画装置の高速化のために、各種形状のマスクを組み合わせそれらに一括して電子ビームを照射して複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射法の開発が進められている。この結果、パターンの微細化が進められる一方で、電子線描画装置を大型化せざるを得ないほか、マスク位置をより高精度に制御する機構が必要になるなど、装置コストが高くなるという欠点があった。
【０００４】
これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うための技術が下記特許文献１及び２、非特許文献１などにおいて開示されている。これは、基板上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するスタンパを、被転写基板表面に形成されたレジスト膜層に対して型押しすることで所定のパターンを転写するものであり、特に特許文献２記載や非特許文献１のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハをスタンパとして用い、２５ナノメートル以下の微細構造を転写により形成可能であるとしている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許５，２５９，９２６号公報
【特許文献２】
米国特許５，７７２，９０５号公報
【非特許文献１】
S.Y.Chou et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微細パターンを形成可能とされるインプリント技術によって、より高精度に転写する技術が求められていた。
以上の技術課題に鑑み、本発明は、半導体デバイスなどの製造工程において、微細な形状の構造体を形成するためのパターン転写技術であるナノプリント法において、転写をより高精度に行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、基板とスタンパとの加熱・加圧が均一でないことが転写を高精度に行うことのできない理由と考え、本発明に至った。
即ち、第１に、本発明は、ナノプリント装置の発明であり、基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパとを、緩衝材を介して加熱・加圧するナノプリント装置において、加熱・加圧後に前記緩衝材を順次交換する機構を有することを特徴とする。
ここで、前記緩衝材が前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことが加圧を均一に行う上で好ましい。
【０００８】
第２に、本発明は、パターン転写方法の発明であり、ナノプリント装置を用い、基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパと緩衝材を用いるパターン転写方法において、搬送フィルム上に保持された複数個の前記緩衝材を用い、加熱・加圧時に前記緩衝材を順次交換することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明と同様に、緩衝材が前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことが加熱・加圧を均一に行う上で好ましい。
ここで、樹脂基板または基板上の樹脂膜を成型させる方法としては、▲１▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を、加熱して変形させる、▲２▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を加圧成型後に、光硬化させる、▲３▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を光硬化させる、から選択されることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を参照しながら、ナノプリント方法について説明する。シリコン基板等の表面に微小なパターンを有するスタンパを作製する。これとは別の基板上に樹脂膜を設ける（図（ａ））。図示しない加熱・加圧機構を有するプレス装置を用い、該樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度で、所定の圧力でスタンパを樹脂膜上にプレスする（図（ｂ）。冷却・硬化させる（図（ｃ））。スタンパと基板を剥離して、スタンパの微細なパターンを基板上の樹脂膜に転写する（図（ｄ））。また、加熱硬化する工程の変わりに、光硬化性の樹脂を用い、成型後に、樹脂に光を照射し、樹脂を硬化させても良い。更に、ガラス等の光透過性のスタンパを用い、プレス後に、該光透過性のスタンパの上方より光を照射して、樹脂を光硬化させてもよい。
【００１１】
ナノプリント方法によれば、▲１▼集積化された極微細パターンを効率良く転写できる、▲２▼装置コストがやすい、▲３▼複雑な形状に対応できピラー形成なども可能である、等の特徴がある。
ナノプリント法の応用分野については、▲１▼ＤＮＡチップや免疫分析チップ等の各種バイオデバイス、特に使い捨てのＤＮＡチップ等、▲２▼半導体多層配線、▲３▼プリント基板やＲＦ ＭＥＭＳ、▲４▼光または磁気ストレージ、▲５▼導波路、回折格子、マイクロレンズ、偏光素子等の光デバイス、フォトニック結晶、▲６▼シート、▲７▼ＬＣＤディスプレイ、▲８▼ＦＥＤディスプレイ、等広く挙げられる。本発明はこれらの分野に好ましく適用される。
【００１２】
本発明において、ナノプリントとは、数１００μｍから数ｎｍ程度の範囲の転写を言う。
本発明において、プレス装置は、加熱・加圧機構を有するものや、光透過性スタンパの上方より光を照射できる機構を有するものが、パターン転写を効率良く行う上で好ましい。
【００１３】
本発明において、スタンパは、転写されるべき微細なパターンを有するものであり、スタンパに該パターンを形成する方法は特に制限されない。例えば、フォトリソグラフィや電子線描画法等、所望する加工精度に応じて、選択される。スタンパの材料としては、シリコンウエハ、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック等、強度と要求される精度の加工性を有するものであれば良い。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、ガラス、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、及びこれらを１種以上含むものが好ましく例示される。
【００１４】
本発明において、基板となる材料は特に限定されないが、所定の強度を有するものであれば良い。具体的には、シリコン、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック、等が好ましく例示される。
【００１５】
本発明において、微細な構造が転写される樹脂膜は特に限定されないが、所望する加工精度に応じて、選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることが可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
本発明の実施例の1つである、緩衝材を逐次交換する機構が付いたナノプリント装置および微細構造転写方法について、図２を用いて説明する。図２は概念図であり、パターン形状は単純化しかつ大きめに書かれていることを断っておく。はじめに装置の概要について説明する。まず、図２中、１は装置本体のフレームである。２はヘッド水平化機構であり、ヘッドがステージと常に平行に接するように調整する働きを有する。３はヘッドであり円形で6inchφの加圧面積を持ち、ヘッド水平化機構2を介してフレームに固定されている。このヘッドは加熱冷却機構を有し室温から300℃まで自由に温度をコントロールすることができる。４はサンプルを搭載するステージで6inchφの円形であり、このステージもヘッド３と同様に加熱、冷却が可能で室温から300℃まで自由に温度コントロールすることができる。また、基板を固定するための真空チャックも表面に形成されている。このステージ４は支持体５を介してステージ加圧機構６と接続されており、微細な構造が形成されたスタンパ７およびサンプル８を加熱、加圧することができる。ステージ加圧機構６は空気圧により最大７000kgfの推力を発生する。この推力は外部コントローラにより圧力および加圧時間をコントロールすることができる。
【００１７】
本装置のステージ４およびヘッド３は真空チャンバ9内に収められている。真空チャンバ9はSUS製で2つの部分から構成されており、サンプル出し入れ時、真空チャンバ開閉機構10により開閉することができる。また、真空チャンバは真空ポンプに接続されており、0.1torr以下にチャンバ内を減圧することが可能である。また、本ナノプリント装置にはサンプルとスタンパが均一に加圧できるように緩衝材１３がサンプル８とステージ４の間に配置されている。この緩衝材１３は、自動搬送用ローラ１１にあらかじめ巻きつけられておりガイドローラ１２を介しステージ４の上を移動し転写完了のたびに逐次交換される。
【００１８】
図３は緩衝材１３を上部から見た模式図である。緩衝材は厚さ50μm幅30cm長さ50mの長尺状ポリイミドフィルム（ユーピレックス：宇部興産製）を図３の様にパターン凹凸形成領域より大きく、サンプル外形、ステージ外形、スタンパ外形より小さい緩衝材領域１３-1と、緩衝材領域を保持し自動搬送するための緩衝材ガイド領域13-2から構成されている。本実施例では200℃で加熱、加圧するために緩衝材材料としてポリイミドフィルムを用いたが、テフロン（商標名）、シリコーンゴムなどのシートを同様に用いることもできる。更に、室温等でプレスする場合はPETフィルム、ポリエチレンフィルム、NBRなど耐熱性の低い材料を用いることもできる。
【００１９】
また、本実施例では1枚のフィルムを打抜いて緩衝材領域13-1を形成したが、本発明の別の緩衝材構造としては、図４（１）の上面図、図４（２）の断面図の様に搬送フィルムを緩衝層ガイド領域13-2として用い、その上に緩衝材領域13-1を形成した2層構造でもかまわない。
【００２０】
更に、緩衝材自動交換機構の別の例としては、図５装置断面図、図６緩衝層自動交換装置上面図に示すように、真空チャック１６がついたアーム１５が真空チャンバ外側の支持軸に接続され、転写終了後にチャンバ内の使用済み緩衝層を吸着しチャンバ外部に排出した後、新品の緩衝層13と交換してチャンバ内部の所定の場所にセットするロボットアーム型の自動交換機構も可能である。
【００２１】
次に、上記装置を用い微細構造を転写する方法について具体的に説明する。はじめに被転写体であるサンプルはポリスチレン679（エー・アンド・エムポリスチレン製）をエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに10％溶解させたワニスを作成した後、厚さ0.5mmの５inch Si基板上にスピン塗布し、90℃/5分プリベークして500nm厚のポリスチレン層が形成されたサンプル８を作成した。次にこのサンプルをステージ４中心部の緩衝材13上に同心円の位置にセッティングした。
【００２２】
次に、Ni電鋳法により作成されたパターン形成エリアが４inchφ、外形８inchφ、厚さ100μmの表面にnmオーダーの微細な凹凸が形成されたNiスタンパ７を緩衝材１３上に置かれたサンプル８上にセットした。今回はサンプルをセットした後、スタンパをサンプル上にセットしたが、あらかじめ、スタンパとサンプルを別の場所で位置合わせをした後、緩衝材上に搭載してもかまわない。また、あらかじめ、スタンパを本装置のヘッドに固定し、サンプルのみを緩衝材上にセットする場合もある。
【００２３】
次に、真空チャンバ９を閉じロータリーポンプにてチャンバ内部の圧力が0.1torr以下まで脱気した。
次にサンプルを200℃まで加熱した後、10MPa加圧後、10分間保持した。
次に、ステージ４を冷却し100℃まで強制冷却した後、チャンバを大気開放した。
次に、緩衝材13を介し、サンプル８をステージ４に真空チャックにより固定し、スタンパ７をヘッド３に固定し、0.1mm/sの速度でステージを下げることによりスタンパ７とサンプル８とを剥離した。
【００２４】
以上のプロセスによりサンプル表面にスタンパのパターンを転写した。この転写されたパターンをSEMにより観察したところスタンパの形状が精度よく転写されていた。本実施例の様にサンプル外形より小さく、スタンパ凹凸形成領域より大きな緩衝材を用い転写することによりサンプル端部における応力集中が回避され、スタンパ凹凸形成領域のみに圧力が均一にかかるようになり転写精度が向上した。更に加熱加圧により変型した緩衝材を逐次自動で交換することによりサンプル間のばらつきも小さくなった。
【００２５】
本実施例ではサンプルとステージの間に緩衝材を配置したが、緩衝材の配置位置としてはこれ以外に、スタンパとヘッドの間でも有効である。更に、ステージとサンプルの間、スタンパとヘッドの間両方に緩衝材を配しても本発明の効果を発揮することができる。
【００２６】
なお、本実施例は加熱溶融させた後、スタンパを加圧させパターンを転写するタイプのナノプリント装置であったが、上記Niスタンパの代わりに石英のような光透過性のスタンパを用い、感光性の液状樹脂を基板上に塗布後、室温で加圧、露光硬化してパターンを形成する場合にも有効である。
【００２７】
［実施例２］
実施例１と同様の装置を用いサンプルにスタンパのパターンを転写した。その際、図７に示したようにサンプル８のSi基板の表面端部を最外周より３ｍｍ内側までの領域を基板外側に向かってテーパのついたSi基板を用いた。この基板に実施例1と同様のポリスチレンワニスをスピンコートし樹脂層を形成したところ通常表面張力により発生する基板周辺部の樹脂の***が解消した。この基板を実施例１と同様の工程でパターン転写した。
【００２８】
この転写されたパターンをSEMにより観察したところスタンパの形状が精度よく転写されていた。実施例１と同様にサンプル外形より小さく、スタンパ凹凸形成領域より大きな緩衝材を用い転写することによりサンプル端部における応力集中が回避され、スタンパ凹凸形成領域のみに圧力が均一にかかるようになり転写精度が向上した。また、本実施例の様に基板端部にテーパを形成することによりサンプル周辺に生ずる樹脂の***が解消されスタンパの片当りが改善され転写も良好になった。更に加熱加圧により変型した緩衝材を逐次自動で交換することによりサンプル間のばらつきも小さくなった。
【００２９】
［実施例３］
実施例１と同様の装置、サンプル、工程により、直径が1μm、0.5μm、0.35μm、0.25μmで高さが1μm柱状構造をサンプル上に形成した。この柱状構造が形成されたサンプル表面に蛍光体がついた抗体（FITC-Albumin）100μlを柱状構造が形成された部分に滴下し、５分後水洗、乾燥を行った。このサンプルに紫外線を照射しながら518nm領域付近のみ透過するフィルタを用い蛍光顕微鏡で柱状構造の表面を観察した。図８左が外観の蛍光顕微鏡写真であり、右側が拡大写真である。図８からも明らかなように柱状構造形成エリアが白く蛍光を示していることが分かる。また、拡大写真から明らかなように、柱状構造体自身が蛍光している。この発光強度について柱状構造の直径および高さとの関係を調べた結果、図９のようになることが分かった。この結果より柱状構造の密度および太さにより発光強度が異なることを見出した。
【００３０】
通常、1μm以下の柱状構造が一様に形成されているか否かを判定する場合、SEM観察しなければならない。SEM観察は電子線を照射するためサンプルに樹脂のような場合サンプルにダメージを与える。また、サンプルを真空中で観察する必要があり観察に時間がかかる。これに対し、我々はこの現象を利用して簡便にしかも高感度で柱状構造の形成具合を判断することが可能となった。すなわち、柱状構造が完全に形成されている部分では強い均一な蛍光が観察され、欠陥やパターン不良が生じた部分では発光ムラや発光強度の低下がみられ、このような発光強度、パターンを観察することで微細な柱状構造の形成具合をSEM観察することなく大気中で簡便に評価できるようになった。
【００３１】
［比較例］
実施例１と類似のナノプリント装置を用い、実施例１と同様のサンプルを用い以下のプロセスでパターンの転写を行った。
ステージ上にサンプル外形より大きな６inchφ、厚さ50μmのポリイミドフィルムを緩衝材として敷いた。次に、実施例１と同じサンプルを緩衝材上に配置した。サンプルセットの後、真空チャンバ９を閉じロータリーポンプにてチャンバ内部の圧力が0.1torr以下まで脱気した。次にサンプルを200℃まで加熱した後、10MPa加圧後、10分間保持した。次に、ステージを冷却し100℃まで強制冷却した後、チャンバを大気開放した。次に、緩衝材を介し、サンプルをステージに真空チャックにより固定し、スタンパをヘッドに固定し、0.1mm/sの速度でステージを下げることによりスタンパとサンプルとを剥離した。
本比較例によるナノプリントサンプルをSEMにて観察したところ、サンプル外周部に強い圧痕が観察されパターン凹凸形成領域の一部に転写パターンの欠陥が認められた。
【００３２】
【本発明の適用例】
以下、本発明の緩衝材を介してスタンパを用いるナノプリントが好ましく適用される幾つかの分野を説明する。
［実施例４：バイオ（免疫）チップ］
図１０はバイオチップ９００の概略図である。ガラス製の基板９０１には深さ３マイクロメーター，幅２０マイクロメーターの流路９０２が形成されており、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸），血液，蛋白質などが含まれる検体を導入孔９０３から導入し、流路９０２を流した後、排出孔９０４へ流す構造になっている。流路９０２には分子フィルター９０５が設置されている。分子フィルター９０５には直径２５０ナノメーターから３００ナノメーター，高さ３マイクロメーターの突起物集合体１００が形成されている。
【００３３】
図１１は分子フィルター９０５が形成されている近傍の断面鳥瞰図である。基板９０１には流路９０２が形成されており、流路９０２の一部には突起物集合体１００が形成されている。基板９０１は上部基板１００１によって蓋をされ、検体は流路９０２の内部を移動することになる。例えばＤＮＡの鎖長解析の場合、ＤＮＡを含む検体が流路９０２を電気泳動する際にＤＮＡの鎖長に応じて分子フィルター９０５によってＤＮＡが高分解に分離される。分子フィルター９０５を通過した検体は基板９０１の表面に実装された半導体レーザー９０６からのレーザー光が照射される。ＤＮＡが通過する際に光検出器９０７への入射光は約４％低下するため光検出器９０７からの出力信号によって検体中のＤＮＡの鎖長を解析することができる。光検出器９０７で検出された信号は信号配線９０８を介して信号処理チップ９０９に入力される。信号処理チップ９０９には信号配線910が結線されており、信号配線９１０は出力パッド９１１に結線され、外部からの端子に接続される。なお、電源は基板９０１の表面に設置された電源パッド912から各部品へ供給した。
【００３４】
図１２に分子フィルター９０５の断面図を示す。本実施例の分子フィルター905は、凹部を有する基板９０１と、基板９０１の凹部に形成された複数の突起物と、基板の凹部を覆うように形成された上部基板１００１から構成されている。ここで、突起物の先端部は上部基板と接触するように形成されている。突起物集合体１００の主な成分は有機物であるため、変形することが可能であり、よって上部基板１００１を流路９０２にかぶせる際に突起物集合体１００が破損することはない。従って、上部基板１００１と突起物集合体１００を密着させることが可能となる。このような構成とすることにより、検体が突起物と上部基板１００１との隙間から漏れることがなく、高感度な分析が可能となる。実際にＤＮＡの鎖長解析を実施した結果、ガラス製の突起物集合体１００では塩基対の分解能が半値幅で１０塩基対であったのに対し、有機物製の突起物集合体１００では塩基対の分解能が半値幅で３塩基対に改善できることが分かった。本実施例の分子フィルターでは、突起物と上部基板が直接接触する構造としたが、例えば、上部基板に突起物と同じ材料の膜を形成し、突起物とこの膜が接触する構造とすれば密着性の向上を図ることができる。
なお、本実施例では流路９０２は一本であったが、異なる大きさの突起物を設置した複数の流路９０２を配置することで同時に異なる分析を行うことも可能である。
【００３５】
また、本実施例では検体としてＤＮＡを調べたが、突起物集合体１００の表面に糖鎖，蛋白質，抗原と反応する分子を予め修飾することで特定の糖鎖，蛋白質，抗原を分析してもよい。このように、突起物の表面に抗体を修飾させることで、免疫分析の感度を向上させることができる。
【００３６】
本発明をバイオチップに適用することにより、直径がナノスケールの有機材料製の分析用突起物を簡便に形成できる効果を得られる。また、モールド表面の凹凸や有機材料薄膜の粘度を制御することで有機材料製突起物の位置，直径，高さを制御できる効果も得られる。高感度の分析用マイクロチップを提供することができる。
【００３７】
［実施例５：多層配線基板］
図１３は多層配線基板を作製するための工程を説明する図である。まず図１３（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１００２と銅配線１００３とで構成された多層配線基板１００１の表面にレジスト７０２を形成した後にスタンパ（図示省略）によるパターン転写を行なう。次に、多層配線基板１００１の露出領域７０３をＣＦ4／Ｈ2ガスによってドライエッチングすると図１３（ｂ）に示すように多層配線基板１００１表面の露出領域７０３が溝形状に加工される。次にレジスト７０２をＲＩＥによりレジストエッチングして、段差の低い部分のレジストを除去することで図１３（ｃ）に示すように露出領域７０３が拡大して形成される。この状態から、先に形成した溝の深さが銅配線１００３に到達するまで露出領域７０３のドライエッチングを行うと、図１３（ｄ）に示すような構造が得られ、次にレジスト７０２を除去することで図１３（ｅ）に示すような、表面に溝形状を有する多層配線基板１００１が得られる。この状態から、多層配線基板１００１の表面にスパッタにより金属膜を形成した後（図示省略）、電解メッキを行なうことで図１３（ｆ）に示すように金属メッキ膜１００４が形成される。その後、多層配線基板１００１のシリコン酸化膜１００２が露出するまで金属メッキ膜１００４の研磨を行なえば、図１３（ｇ）に示すように金属配線を表面に有する多層配線基板１００１を得ることができる。
【００３８】
また、多層配線基板を作製するための別な工程を説明する。図１３（ａ）で示した状態から露出領域７０３のドライエッチングを行なう際に、多層配線基板１００１内部の銅配線１００３に到達するまでエッチングすることで、図１３（ｈ）に示す構造が得られる。次にレジスト７０２をＲＩＥによりエッチングして、段差の低い部分のレジストを除去することで図１３（ｉ）に示す構造が得られる。この状態から、多層配線基板１００１の表面にスパッタによる金属膜１００５を形成すると図１３（ｊ）の構造が得られる。次にレジスト７０２をリフトオフで除去することで、図１３（ｋ）に示す構造が得られる。次に、残った金属膜１００５を用いて無電解メッキを行なうことで図１３（ｌ）に示した構造の多層配線基板１００１を得ることができる。
本発明を多層配線基板に適用することで、高い寸法精度を持つ配線を形成できる。
【００３９】
［実施例６：磁気ディスク］
図１４は本実施例による磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図である。基板は微細な凹凸を有するガラスで構成される。基板上には、シード層、下地層、磁性層、保護層が形成されている。以下、図１５を用いて、本実施例による磁性記録媒体の製造方法を説明する。図１５にナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図で示す。まずガラス基板を準備する。本実施の形態ではソーダライムガラスを用いた。基板の材料については平坦性を有していれば特に限定されるものではなく、アルミノシリケートガラスなどの他のガラス基板材料やＡｌなどの金属基板を用いても良い。そして図１５（ａ）のように樹脂膜を200ｎｍ厚みになるようにスピンコータを用いて形成した。ここで樹脂としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いた。
【００４０】
一方、金型としては、磁気記録媒体中央の穴に同心円状になるように溝を形成したＳｉウエハを用意する。溝寸法は幅88ｎｍ、深さ200ｎｍとし、溝と溝の間隔は110ｎｍとした。本金型の凹凸は非常に微細であるので、電子線ビームを用いたフォトリソグラフィで形成した。次に図１５（ｂ）のように250℃に加熱して樹脂粘度を下げた上で、金型をプレスする。金型を樹脂のガラス転移点以下の温度で離型すると図１５（ｃ）のような金型と凹凸が逆転したパターンが得られる。ナノプリント法を用いると、このように、可視光波長よりも小さい微細な、一般の光リソグラフィの露光可能寸法限界を超えたパターン形成が可能である。さらに、ドライエッチングにより、樹脂パターン底部に残った残膜を除去することにより、図１５（ｄ）のようなパターンが形成される。この樹脂膜をマスクとして用いて、さらに基板を弗酸でエッチングすることにより、図１５（ｅ）のように基板を加工することができ、樹脂を剥離液で除去することにより、図１５（ｆ）のような幅110ｎｍ深さ150ｎｍの溝を形成した。この後、ガラス基板上にＮｉＰからなるシード層を無電解めっきで形成する。一般的な磁気ディスクは、ＮｉＰ層を10μｍ以上の厚みで形成するが、本実施の形態では、ガラス基板に形成した微細な凹凸形状を上層にも反映させるため、100ｎｍに留めた。さらに一般的に磁気記録媒体形成に用いられているスパッタ法を用いて、Ｃｒ下地層15ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔ磁性層14ｎｍ、Ｃ保護層10ｎｍを順次成膜することにより、本実施の形態の磁気記録媒体を作製した。本実施の形態の磁気記録媒体は磁性体が幅88ｎｍの非磁性層壁によって半径方向に隔離される。このことによって、面内磁気異方性を高めることができた。なお、研磨テープによる同心円状のパターン形成（テクスチャリング）は、従来から知られているが、パターン間隔はミクロンスケールと大きく、高密度記録媒体には適用困難である。本実施例の磁気記録媒体はナノプリント法を用いた微細パターンで磁気異方性を確保し、400Ｇｂ/平方インチもの高密度記録を実現できた。なお、ナノプリントによるパターン形成は、円周方向に限るものではなく、半径方向に非磁性隔壁を形成することができる。さらに本実施の形態で述べた磁気異方性付与効果は、シード層、下地層、磁性層、保護層の材料によって特に限定されるものではない。
【００４１】
［実施例７：光導波路］
本実施例では入射光の進行方向が変わる光デバイスを光情報処理装置に適用した一例を述べる。
図１６は作製した光回路５００の概略構成図である。光回路５００は縦３０ミリメートル，横５ミリメートル，厚さ１ミリメートルの窒化アルミニウム製の基盤５０１の上に、インジウムリン系の半導体レーザーとドライバ回路からなる１０個の発信ユニット５０２，光導波路５０３，光コネクタ５０４から構成されている。なお、１０個の半導体レーザーの発信波長は５０ナノメートルずつ異なっており、光回路５００は光多重通信系のデバイスの基本部品である。
【００４２】
図１７は光導波路５０３内部での突起物４０６の概略レイアウト図である。発信ユニット５０２と光導波路５０３とのアライメント誤差を許容できるように、光導波路５０３の端部は幅２０マイクロメーターのラッパ状になっており、フォトニックバンドギャップによって信号光が幅１マイクロメーターの領域に導かれる構造になっている。なお、突起物４０６は間隔０.５ マイクロメーターで配列したが、図１７では簡略化し実際の本数よりも突起物４０６を少なく記載している。
【００４３】
光回路５００では１０種類の異なる波長の信号光を重ね合わせて出力できるが、光の進行方向を変更できるために光回路５００の横幅を５ミリメートルと非常に短くでき、光通信用デバイスを小型化できる効果がある。また、モールドのプレスによって突起物４０６を形成できるため、製造コストを下げられる効果も得られる。本実施例では、入力光を重ね合わせるデバイスであったが、光の経路を制御する全ての光デバイスに光導波路５０３が有用であることは明らかである。
【００４４】
本発明を光導波路に適用することにより、有機物を主成分とする突起物を周期的に配列した構造体の中に信号光を進行させることで光の進行方向を変更できる効果を得られる。また、突起物をモールドのプレスという簡便な製造技術で形成できることから、低コストに光デバイスを製造できる効果を得られる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板と表面に微細な凹凸が形成されたスタンパとを、緩衝材を介して加熱・加圧するナノプリント装置において、複数個の前記緩衝材が搬送フィルム上に保持されており、加熱・加圧時に前記緩衝材を順次交換する機構を有することにより、パターンの面内均一性が向上し、かつ緩衝材の交換が自動で行うことが出来、より高精度の転写が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナノプリントの各工程を示す模式図。
【図２】緩衝材を逐次交換する機構が付いたナノプリント装置。
【図３】緩衝材の上面図。
【図４】搬送フィルムの上に緩衝材領域を形成した2層構造。
【図５】他の緩衝材自動交換機構の装置断面図。
【図６】他の緩衝材自動交換機構の緩衝層自動交換装置上面図。
【図７】表面端部より基板外側に向かってテーパのついたSi基板を用いた例。
【図８】蛍光顕微鏡で観察した柱状構造の表面。
【図９】発光強度について柱状構造の直径および高さとの関係。
【図１０】バイオチップの概略図。
【図１１】分子フィルターが形成されている近傍の断面鳥瞰図。
【図１２】分子フィルターの断面図。
【図１３】多層配線基板を作製するための工程を説明する図。
【図１４】磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図。
【図１５】ナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図。
【図１６】光回路５００の概略構成図。
【図１７】光導波路内部での突起物の概略レイアウト図。
【符号の説明】
１：装置本体のフレーム、２：ヘッド水平化機構、３：ヘッド、４：ステージ、５：支持体、６：ステージ加圧機構、７：スタンパ、８：サンプル、９：真空チャンバ、１０：真空チャンバ開閉機構、１１：自動搬送用ローラ、１２：ガイドローラ１２、１３：緩衝材、１５：アーム、１６：真空チャック。
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱・加圧機構を有するスタンパを用い、基板上に微細構造体を形成するナノプリント転写法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路は微細化，集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工方法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化，高精度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるようになった。
【０００３】
電子線を用いたパターン形成は、ｉ線、エキシマレーザー等の光源を用いたパターン形成における一括露光方法とは異なり、マスクパターンを描画していく方法をとるため、描画するパターンが多ければ多いほど露光（描画）時間がかかり、パターン形成に時間がかかることが欠点とされている。そのため、２５６メガ、１ギガ、４ギガと、集積度が飛躍的に高まるにつれ、その分パターン形成時間も飛躍的に長くなることになり、スループットが著しく劣ることが懸念される。そこで、電子ビーム描画装置の高速化のために、各種形状のマスクを組み合わせそれらに一括して電子ビームを照射して複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射法の開発が進められている。この結果、パターンの微細化が進められる一方で、電子線描画装置を大型化せざるを得ないほか、マスク位置をより高精度に制御する機構が必要になるなど、装置コストが高くなるという欠点があった。
【０００４】
これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うための技術が下記特許文献１及び２、非特許文献１などにおいて開示されている。これは、基板上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するスタンパを、被転写基板表面に形成されたレジスト膜層に対して型押しすることで所定のパターンを転写するものであり、特に特許文献２記載や非特許文献１のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハをスタンパとして用い、２５ナノメートル以下の微細構造を転写により形成可能であるとしている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許５，２５９，９２６号公報
【特許文献２】
米国特許５，７７２，９０５号公報
【非特許文献１】
S.Y.Chou et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微細パターンを形成可能とされるインプリント技術によって、より高精度に転写する技術が求められていた。
以上の技術課題に鑑み、本発明は、半導体デバイスなどの製造工程において、微細な形状の構造体を形成するためのパターン転写技術であるナノプリント法において、転写をより高精度に行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、基板とスタンパとの加熱・加圧が均一でないことが転写を高精度に行うことのできない理由と考え、本発明に至った。
即ち、第１に、本発明は、ナノプリント装置の発明であり、基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパとを、緩衝材を介して加熱・加圧するナノプリント装置において、加熱・加圧後に前記緩衝材を順次交換する機構を有することを特徴とする。
ここで、前記緩衝材が前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことが加圧を均一に行う上で好ましい。
【０００８】
第２に、本発明は、パターン転写方法の発明であり、ナノプリント装置を用い、基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパと緩衝材を用いるパターン転写方法において、搬送フィルム上に保持された複数個の前記緩衝材を用い、加熱・加圧時に前記緩衝材を順次交換することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明と同様に、緩衝材が前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことが加熱・加圧を均一に行う上で好ましい。
ここで、樹脂基板または基板上の樹脂膜を成型させる方法としては、▲１▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を、加熱して変形させる、▲２▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を加圧成型後に、光硬化させる、▲３▼樹脂基板または基板上の樹脂膜を光硬化させる、から選択されることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を参照しながら、ナノプリント方法について説明する。シリコン基板等の表面に微小なパターンを有するスタンパを作製する。これとは別の基板上に樹脂膜を設ける（図（ａ））。図示しない加熱・加圧機構を有するプレス装置を用い、該樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度で、所定の圧力でスタンパを樹脂膜上にプレスする（図（ｂ）。冷却・硬化させる（図（ｃ））。スタンパと基板を剥離して、スタンパの微細なパターンを基板上の樹脂膜に転写する（図（ｄ））。また、加熱硬化する工程の変わりに、光硬化性の樹脂を用い、成型後に、樹脂に光を照射し、樹脂を硬化させても良い。更に、ガラス等の光透過性のスタンパを用い、プレス後に、該光透過性のスタンパの上方より光を照射して、樹脂を光硬化させてもよい。
【００１１】
ナノプリント方法によれば、▲１▼集積化された極微細パターンを効率良く転写できる、▲２▼装置コストがやすい、▲３▼複雑な形状に対応できピラー形成なども可能である、等の特徴がある。
ナノプリント法の応用分野については、▲１▼ＤＮＡチップや免疫分析チップ等の各種バイオデバイス、特に使い捨てのＤＮＡチップ等、▲２▼半導体多層配線、▲３▼プリント基板やＲＦ ＭＥＭＳ、▲４▼光または磁気ストレージ、▲５▼導波路、回折格子、マイクロレンズ、偏光素子等の光デバイス、フォトニック結晶、▲６▼シート、▲７▼ＬＣＤディスプレイ、▲８▼ＦＥＤディスプレイ、等広く挙げられる。本発明はこれらの分野に好ましく適用される。
【００１２】
本発明において、ナノプリントとは、数１００μｍから数ｎｍ程度の範囲の転写を言う。
本発明において、プレス装置は、加熱・加圧機構を有するものや、光透過性スタンパの上方より光を照射できる機構を有するものが、パターン転写を効率良く行う上で好ましい。
【００１３】
本発明において、スタンパは、転写されるべき微細なパターンを有するものであり、スタンパに該パターンを形成する方法は特に制限されない。例えば、フォトリソグラフィや電子線描画法等、所望する加工精度に応じて、選択される。スタンパの材料としては、シリコンウエハ、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック等、強度と要求される精度の加工性を有するものであれば良い。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、ガラス、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、及びこれらを１種以上含むものが好ましく例示される。
【００１４】
本発明において、基板となる材料は特に限定されないが、所定の強度を有するものであれば良い。具体的には、シリコン、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック、等が好ましく例示される。
【００１５】
本発明において、微細な構造が転写される樹脂膜は特に限定されないが、所望する加工精度に応じて、選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることが可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
本発明の実施例の1つである、緩衝材を逐次交換する機構が付いたナノプリント装置および微細構造転写方法について、図２を用いて説明する。図２は概念図であり、パターン形状は単純化しかつ大きめに書かれていることを断っておく。はじめに装置の概要について説明する。まず、図２中、１は装置本体のフレームである。２はヘッド水平化機構であり、ヘッドがステージと常に平行に接するように調整する働きを有する。３はヘッドであり円形で6inchφの加圧面積を持ち、ヘッド水平化機構2を介してフレームに固定されている。このヘッドは加熱冷却機構を有し室温から300℃まで自由に温度をコントロールすることができる。４はサンプルを搭載するステージで6inchφの円形であり、このステージもヘッド３と同様に加熱、冷却が可能で室温から300℃まで自由に温度コントロールすることができる。また、基板を固定するための真空チャックも表面に形成されている。このステージ４は支持体５を介してステージ加圧機構６と接続されており、微細な構造が形成されたスタンパ７およびサンプル８を加熱、加圧することができる。ステージ加圧機構６は空気圧により最大７000kgfの推力を発生する。この推力は外部コントローラにより圧力および加圧時間をコントロールすることができる。
【００１７】
本装置のステージ４およびヘッド３は真空チャンバ9内に収められている。真空チャンバ9はSUS製で2つの部分から構成されており、サンプル出し入れ時、真空チャンバ開閉機構10により開閉することができる。また、真空チャンバは真空ポンプに接続されており、0.1torr以下にチャンバ内を減圧することが可能である。また、本ナノプリント装置にはサンプルとスタンパが均一に加圧できるように緩衝材１３がサンプル８とステージ４の間に配置されている。この緩衝材１３は、自動搬送用ローラ１１にあらかじめ巻きつけられておりガイドローラ１２を介しステージ４の上を移動し転写完了のたびに逐次交換される。
【００１８】
図３は緩衝材１３を上部から見た模式図である。緩衝材は厚さ50μm幅30cm長さ50mの長尺状ポリイミドフィルム（ユーピレックス：宇部興産製）を図３の様にパターン凹凸形成領域より大きく、サンプル外形、ステージ外形、スタンパ外形より小さい緩衝材領域１３-1と、緩衝材領域を保持し自動搬送するための緩衝材ガイド領域13-2から構成されている。本実施例では200℃で加熱、加圧するために緩衝材材料としてポリイミドフィルムを用いたが、テフロン（商標名）、シリコーンゴムなどのシートを同様に用いることもできる。更に、室温等でプレスする場合はPETフィルム、ポリエチレンフィルム、NBRなど耐熱性の低い材料を用いることもできる。
【００１９】
また、本実施例では1枚のフィルムを打抜いて緩衝材領域13-1を形成したが、本発明の別の緩衝材構造としては、図４（１）の上面図、図４（２）の断面図の様に搬送フィルムを緩衝層ガイド領域13-2として用い、その上に緩衝材領域13-1を形成した2層構造でもかまわない。
【００２０】
更に、緩衝材自動交換機構の別の例としては、図５装置断面図、図６緩衝層自動交換装置上面図に示すように、真空チャック１６がついたアーム１５が真空チャンバ外側の支持軸に接続され、転写終了後にチャンバ内の使用済み緩衝層を吸着しチャンバ外部に排出した後、新品の緩衝層13と交換してチャンバ内部の所定の場所にセットするロボットアーム型の自動交換機構も可能である。
【００２１】
次に、上記装置を用い微細構造を転写する方法について具体的に説明する。はじめに被転写体であるサンプルはポリスチレン679（エー・アンド・エムポリスチレン製）をエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに10％溶解させたワニスを作成した後、厚さ0.5mmの５inch Si基板上にスピン塗布し、90℃/5分プリベークして500nm厚のポリスチレン層が形成されたサンプル８を作成した。次にこのサンプルをステージ４中心部の緩衝材13上に同心円の位置にセッティングした。
【００２２】
次に、Ni電鋳法により作成されたパターン形成エリアが４inchφ、外形８inchφ、厚さ100μmの表面にnmオーダーの微細な凹凸が形成されたNiスタンパ７を緩衝材１３上に置かれたサンプル８上にセットした。今回はサンプルをセットした後、スタンパをサンプル上にセットしたが、あらかじめ、スタンパとサンプルを別の場所で位置合わせをした後、緩衝材上に搭載してもかまわない。また、あらかじめ、スタンパを本装置のヘッドに固定し、サンプルのみを緩衝材上にセットする場合もある。
【００２３】
次に、真空チャンバ９を閉じロータリーポンプにてチャンバ内部の圧力が0.1torr以下まで脱気した。
次にサンプルを200℃まで加熱した後、10MPa加圧後、10分間保持した。
次に、ステージ４を冷却し100℃まで強制冷却した後、チャンバを大気開放した。
次に、緩衝材13を介し、サンプル８をステージ４に真空チャックにより固定し、スタンパ７をヘッド３に固定し、0.1mm/sの速度でステージを下げることによりスタンパ７とサンプル８とを剥離した。
【００２４】
以上のプロセスによりサンプル表面にスタンパのパターンを転写した。この転写されたパターンをSEMにより観察したところスタンパの形状が精度よく転写されていた。本実施例の様にサンプル外形より小さく、スタンパ凹凸形成領域より大きな緩衝材を用い転写することによりサンプル端部における応力集中が回避され、スタンパ凹凸形成領域のみに圧力が均一にかかるようになり転写精度が向上した。更に加熱加圧により変型した緩衝材を逐次自動で交換することによりサンプル間のばらつきも小さくなった。
【００２５】
本実施例ではサンプルとステージの間に緩衝材を配置したが、緩衝材の配置位置としてはこれ以外に、スタンパとヘッドの間でも有効である。更に、ステージとサンプルの間、スタンパとヘッドの間両方に緩衝材を配しても本発明の効果を発揮することができる。
【００２６】
なお、本実施例は加熱溶融させた後、スタンパを加圧させパターンを転写するタイプのナノプリント装置であったが、上記Niスタンパの代わりに石英のような光透過性のスタンパを用い、感光性の液状樹脂を基板上に塗布後、室温で加圧、露光硬化してパターンを形成する場合にも有効である。
【００２７】
［実施例２］
実施例１と同様の装置を用いサンプルにスタンパのパターンを転写した。その際、図７に示したようにサンプル８のSi基板の表面端部を最外周より３ｍｍ内側までの領域を基板外側に向かってテーパのついたSi基板を用いた。この基板に実施例1と同様のポリスチレンワニスをスピンコートし樹脂層を形成したところ通常表面張力により発生する基板周辺部の樹脂の***が解消した。この基板を実施例１と同様の工程でパターン転写した。
【００２８】
この転写されたパターンをSEMにより観察したところスタンパの形状が精度よく転写されていた。実施例１と同様にサンプル外形より小さく、スタンパ凹凸形成領域より大きな緩衝材を用い転写することによりサンプル端部における応力集中が回避され、スタンパ凹凸形成領域のみに圧力が均一にかかるようになり転写精度が向上した。また、本実施例の様に基板端部にテーパを形成することによりサンプル周辺に生ずる樹脂の***が解消されスタンパの片当りが改善され転写も良好になった。更に加熱加圧により変型した緩衝材を逐次自動で交換することによりサンプル間のばらつきも小さくなった。
【００２９】
［実施例３］
実施例１と同様の装置、サンプル、工程により、直径が1μm、0.5μm、0.35μm、0.25μmで高さが1μm柱状構造をサンプル上に形成した。この柱状構造が形成されたサンプル表面に蛍光体がついた抗体（FITC-Albumin）100μlを柱状構造が形成された部分に滴下し、５分後水洗、乾燥を行った。このサンプルに紫外線を照射しながら518nm領域付近のみ透過するフィルタを用い蛍光顕微鏡で柱状構造の表面を観察した。図８左が外観の蛍光顕微鏡写真であり、右側が拡大写真である。図８からも明らかなように柱状構造形成エリアが白く蛍光を示していることが分かる。また、拡大写真から明らかなように、柱状構造体自身が蛍光している。この発光強度について柱状構造の直径および高さとの関係を調べた結果、図９のようになることが分かった。この結果より柱状構造の密度および太さにより発光強度が異なることを見出した。
【００３０】
通常、1μm以下の柱状構造が一様に形成されているか否かを判定する場合、SEM観察しなければならない。SEM観察は電子線を照射するためサンプルに樹脂のような場合サンプルにダメージを与える。また、サンプルを真空中で観察する必要があり観察に時間がかかる。これに対し、我々はこの現象を利用して簡便にしかも高感度で柱状構造の形成具合を判断することが可能となった。すなわち、柱状構造が完全に形成されている部分では強い均一な蛍光が観察され、欠陥やパターン不良が生じた部分では発光ムラや発光強度の低下がみられ、このような発光強度、パターンを観察することで微細な柱状構造の形成具合をSEM観察することなく大気中で簡便に評価できるようになった。
【００３１】
［比較例］
実施例１と類似のナノプリント装置を用い、実施例１と同様のサンプルを用い以下のプロセスでパターンの転写を行った。
ステージ上にサンプル外形より大きな６inchφ、厚さ50μmのポリイミドフィルムを緩衝材として敷いた。次に、実施例１と同じサンプルを緩衝材上に配置した。サンプルセットの後、真空チャンバ９を閉じロータリーポンプにてチャンバ内部の圧力が0.1torr以下まで脱気した。次にサンプルを200℃まで加熱した後、10MPa加圧後、10分間保持した。次に、ステージを冷却し100℃まで強制冷却した後、チャンバを大気開放した。次に、緩衝材を介し、サンプルをステージに真空チャックにより固定し、スタンパをヘッドに固定し、0.1mm/sの速度でステージを下げることによりスタンパとサンプルとを剥離した。
本比較例によるナノプリントサンプルをSEMにて観察したところ、サンプル外周部に強い圧痕が観察されパターン凹凸形成領域の一部に転写パターンの欠陥が認められた。
【００３２】
【本発明の適用例】
以下、本発明の緩衝材を介してスタンパを用いるナノプリントが好ましく適用される幾つかの分野を説明する。
［実施例４：バイオ（免疫）チップ］
図１０はバイオチップ９００の概略図である。ガラス製の基板９０１には深さ３マイクロメーター，幅２０マイクロメーターの流路９０２が形成されており、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸），血液，蛋白質などが含まれる検体を導入孔９０３から導入し、流路９０２を流した後、排出孔９０４へ流す構造になっている。流路９０２には分子フィルター９０５が設置されている。分子フィルター９０５には直径２５０ナノメーターから３００ナノメーター，高さ３マイクロメーターの突起物集合体１００が形成されている。
【００３３】
図１１は分子フィルター９０５が形成されている近傍の断面鳥瞰図である。基板９０１には流路９０２が形成されており、流路９０２の一部には突起物集合体１００が形成されている。基板９０１は上部基板１００１によって蓋をされ、検体は流路９０２の内部を移動することになる。例えばＤＮＡの鎖長解析の場合、ＤＮＡを含む検体が流路９０２を電気泳動する際にＤＮＡの鎖長に応じて分子フィルター９０５によってＤＮＡが高分解に分離される。分子フィルター９０５を通過した検体は基板９０１の表面に実装された半導体レーザー９０６からのレーザー光が照射される。ＤＮＡが通過する際に光検出器９０７への入射光は約４％低下するため光検出器９０７からの出力信号によって検体中のＤＮＡの鎖長を解析することができる。光検出器９０７で検出された信号は信号配線９０８を介して信号処理チップ９０９に入力される。信号処理チップ９０９には信号配線910が結線されており、信号配線９１０は出力パッド９１１に結線され、外部からの端子に接続される。なお、電源は基板９０１の表面に設置された電源パッド912から各部品へ供給した。
【００３４】
図１２に分子フィルター９０５の断面図を示す。本実施例の分子フィルター905は、凹部を有する基板９０１と、基板９０１の凹部に形成された複数の突起物と、基板の凹部を覆うように形成された上部基板１００１から構成されている。ここで、突起物の先端部は上部基板と接触するように形成されている。突起物集合体１００の主な成分は有機物であるため、変形することが可能であり、よって上部基板１００１を流路９０２にかぶせる際に突起物集合体１００が破損することはない。従って、上部基板１００１と突起物集合体１００を密着させることが可能となる。このような構成とすることにより、検体が突起物と上部基板１００１との隙間から漏れることがなく、高感度な分析が可能となる。実際にＤＮＡの鎖長解析を実施した結果、ガラス製の突起物集合体１００では塩基対の分解能が半値幅で１０塩基対であったのに対し、有機物製の突起物集合体１００では塩基対の分解能が半値幅で３塩基対に改善できることが分かった。本実施例の分子フィルターでは、突起物と上部基板が直接接触する構造としたが、例えば、上部基板に突起物と同じ材料の膜を形成し、突起物とこの膜が接触する構造とすれば密着性の向上を図ることができる。
なお、本実施例では流路９０２は一本であったが、異なる大きさの突起物を設置した複数の流路９０２を配置することで同時に異なる分析を行うことも可能である。
【００３５】
また、本実施例では検体としてＤＮＡを調べたが、突起物集合体１００の表面に糖鎖，蛋白質，抗原と反応する分子を予め修飾することで特定の糖鎖，蛋白質，抗原を分析してもよい。このように、突起物の表面に抗体を修飾させることで、免疫分析の感度を向上させることができる。
【００３６】
本発明をバイオチップに適用することにより、直径がナノスケールの有機材料製の分析用突起物を簡便に形成できる効果を得られる。また、モールド表面の凹凸や有機材料薄膜の粘度を制御することで有機材料製突起物の位置，直径，高さを制御できる効果も得られる。高感度の分析用マイクロチップを提供することができる。
【００３７】
［実施例５：多層配線基板］
図１３は多層配線基板を作製するための工程を説明する図である。まず図１３（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１００２と銅配線１００３とで構成された多層配線基板１００１の表面にレジスト７０２を形成した後にスタンパ（図示省略）によるパターン転写を行なう。次に、多層配線基板１００１の露出領域７０３をＣＦ4／Ｈ2ガスによってドライエッチングすると図１３（ｂ）に示すように多層配線基板１００１表面の露出領域７０３が溝形状に加工される。次にレジスト７０２をＲＩＥによりレジストエッチングして、段差の低い部分のレジストを除去することで図１３（ｃ）に示すように露出領域７０３が拡大して形成される。この状態から、先に形成した溝の深さが銅配線１００３に到達するまで露出領域７０３のドライエッチングを行うと、図１３（ｄ）に示すような構造が得られ、次にレジスト７０２を除去することで図１３（ｅ）に示すような、表面に溝形状を有する多層配線基板１００１が得られる。この状態から、多層配線基板１００１の表面にスパッタにより金属膜を形成した後（図示省略）、電解メッキを行なうことで図１３（ｆ）に示すように金属メッキ膜１００４が形成される。その後、多層配線基板１００１のシリコン酸化膜１００２が露出するまで金属メッキ膜１００４の研磨を行なえば、図１３（ｇ）に示すように金属配線を表面に有する多層配線基板１００１を得ることができる。
【００３８】
また、多層配線基板を作製するための別な工程を説明する。図１３（ａ）で示した状態から露出領域７０３のドライエッチングを行なう際に、多層配線基板１００１内部の銅配線１００３に到達するまでエッチングすることで、図１３（ｈ）に示す構造が得られる。次にレジスト７０２をＲＩＥによりエッチングして、段差の低い部分のレジストを除去することで図１３（ｉ）に示す構造が得られる。この状態から、多層配線基板１００１の表面にスパッタによる金属膜１００５を形成すると図１３（ｊ）の構造が得られる。次にレジスト７０２をリフトオフで除去することで、図１３（ｋ）に示す構造が得られる。次に、残った金属膜１００５を用いて無電解メッキを行なうことで図１３（ｌ）に示した構造の多層配線基板１００１を得ることができる。
本発明を多層配線基板に適用することで、高い寸法精度を持つ配線を形成できる。
【００３９】
［実施例６：磁気ディスク］
図１４は本実施例による磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図である。基板は微細な凹凸を有するガラスで構成される。基板上には、シード層、下地層、磁性層、保護層が形成されている。以下、図１５を用いて、本実施例による磁性記録媒体の製造方法を説明する。図１５にナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図で示す。まずガラス基板を準備する。本実施の形態ではソーダライムガラスを用いた。基板の材料については平坦性を有していれば特に限定されるものではなく、アルミノシリケートガラスなどの他のガラス基板材料やＡｌなどの金属基板を用いても良い。そして図１５（ａ）のように樹脂膜を200ｎｍ厚みになるようにスピンコータを用いて形成した。ここで樹脂としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いた。
【００４０】
一方、金型としては、磁気記録媒体中央の穴に同心円状になるように溝を形成したＳｉウエハを用意する。溝寸法は幅88ｎｍ、深さ200ｎｍとし、溝と溝の間隔は110ｎｍとした。本金型の凹凸は非常に微細であるので、電子線ビームを用いたフォトリソグラフィで形成した。次に図１５（ｂ）のように250℃に加熱して樹脂粘度を下げた上で、金型をプレスする。金型を樹脂のガラス転移点以下の温度で離型すると図１５（ｃ）のような金型と凹凸が逆転したパターンが得られる。ナノプリント法を用いると、このように、可視光波長よりも小さい微細な、一般の光リソグラフィの露光可能寸法限界を超えたパターン形成が可能である。さらに、ドライエッチングにより、樹脂パターン底部に残った残膜を除去することにより、図１５（ｄ）のようなパターンが形成される。この樹脂膜をマスクとして用いて、さらに基板を弗酸でエッチングすることにより、図１５（ｅ）のように基板を加工することができ、樹脂を剥離液で除去することにより、図１５（ｆ）のような幅110ｎｍ深さ150ｎｍの溝を形成した。この後、ガラス基板上にＮｉＰからなるシード層を無電解めっきで形成する。一般的な磁気ディスクは、ＮｉＰ層を10μｍ以上の厚みで形成するが、本実施の形態では、ガラス基板に形成した微細な凹凸形状を上層にも反映させるため、100ｎｍに留めた。さらに一般的に磁気記録媒体形成に用いられているスパッタ法を用いて、Ｃｒ下地層15ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔ磁性層14ｎｍ、Ｃ保護層10ｎｍを順次成膜することにより、本実施の形態の磁気記録媒体を作製した。本実施の形態の磁気記録媒体は磁性体が幅88ｎｍの非磁性層壁によって半径方向に隔離される。このことによって、面内磁気異方性を高めることができた。なお、研磨テープによる同心円状のパターン形成（テクスチャリング）は、従来から知られているが、パターン間隔はミクロンスケールと大きく、高密度記録媒体には適用困難である。本実施例の磁気記録媒体はナノプリント法を用いた微細パターンで磁気異方性を確保し、400Ｇｂ/平方インチもの高密度記録を実現できた。なお、ナノプリントによるパターン形成は、円周方向に限るものではなく、半径方向に非磁性隔壁を形成することができる。さらに本実施の形態で述べた磁気異方性付与効果は、シード層、下地層、磁性層、保護層の材料によって特に限定されるものではない。
【００４１】
［実施例７：光導波路］
本実施例では入射光の進行方向が変わる光デバイスを光情報処理装置に適用した一例を述べる。
図１６は作製した光回路５００の概略構成図である。光回路５００は縦３０ミリメートル，横５ミリメートル，厚さ１ミリメートルの窒化アルミニウム製の基盤５０１の上に、インジウムリン系の半導体レーザーとドライバ回路からなる１０個の発信ユニット５０２，光導波路５０３，光コネクタ５０４から構成されている。なお、１０個の半導体レーザーの発信波長は５０ナノメートルずつ異なっており、光回路５００は光多重通信系のデバイスの基本部品である。
【００４２】
図１７は光導波路５０３内部での突起物４０６の概略レイアウト図である。発信ユニット５０２と光導波路５０３とのアライメント誤差を許容できるように、光導波路５０３の端部は幅２０マイクロメーターのラッパ状になっており、フォトニックバンドギャップによって信号光が幅１マイクロメーターの領域に導かれる構造になっている。なお、突起物４０６は間隔０.５ マイクロメーターで配列したが、図１７では簡略化し実際の本数よりも突起物４０６を少なく記載している。
【００４３】
光回路５００では１０種類の異なる波長の信号光を重ね合わせて出力できるが、光の進行方向を変更できるために光回路５００の横幅を５ミリメートルと非常に短くでき、光通信用デバイスを小型化できる効果がある。また、モールドのプレスによって突起物４０６を形成できるため、製造コストを下げられる効果も得られる。本実施例では、入力光を重ね合わせるデバイスであったが、光の経路を制御する全ての光デバイスに光導波路５０３が有用であることは明らかである。
【００４４】
本発明を光導波路に適用することにより、有機物を主成分とする突起物を周期的に配列した構造体の中に信号光を進行させることで光の進行方向を変更できる効果を得られる。また、突起物をモールドのプレスという簡便な製造技術で形成できることから、低コストに光デバイスを製造できる効果を得られる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板と表面に微細な凹凸が形成されたスタンパとを、緩衝材を介して加熱・加圧するナノプリント装置において、複数個の前記緩衝材が搬送フィルム上に保持されており、加熱・加圧時に前記緩衝材を順次交換する機構を有することにより、パターンの面内均一性が向上し、かつ緩衝材の交換が自動で行うことが出来、より高精度の転写が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナノプリントの各工程を示す模式図。
【図２】緩衝材を逐次交換する機構が付いたナノプリント装置。
【図３】緩衝材の上面図。
【図４】搬送フィルムの上に緩衝材領域を形成した2層構造。
【図５】他の緩衝材自動交換機構の装置断面図。
【図６】他の緩衝材自動交換機構の緩衝層自動交換装置上面図。
【図７】表面端部より基板外側に向かってテーパのついたSi基板を用いた例。
【図８】蛍光顕微鏡で観察した柱状構造の表面。
【図９】発光強度について柱状構造の直径および高さとの関係。
【図１０】バイオチップの概略図。
【図１１】分子フィルターが形成されている近傍の断面鳥瞰図。
【図１２】分子フィルターの断面図。
【図１３】多層配線基板を作製するための工程を説明する図。
【図１４】磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図。
【図１５】ナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図。
【図１６】光回路５００の概略構成図。
【図１７】光導波路内部での突起物の概略レイアウト図。
【符号の説明】
１：装置本体のフレーム、２：ヘッド水平化機構、３：ヘッド、４：ステージ、５：支持体、６：ステージ加圧機構、７：スタンパ、８：サンプル、９：真空チャンバ、１０：真空チャンバ開閉機構、１１：自動搬送用ローラ、１２：ガイドローラ１２、１３：緩衝材、１５：アーム、１６：真空チャック。
Claims (7)
- 基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパとを、緩衝材を介して加熱・加圧するナノプリント装置において、
加熱・加圧後に前記緩衝材を順次交換する機構を有することを特徴とするナノプリント装置。 - 請求項１に記載のナノプリント装置において、
前記緩衝材が、前記緩衝材が前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことを特徴とするナノプリント装置。 - ナノプリント装置を用い、基板上に微細構造を形成するために、基板と、表面に微細な凹凸が形成されたスタンパと緩衝材を用いるパターン転写方法において、
搬送フィルム上に保持された複数個の前記緩衝材を用い、加熱・加圧後に前記緩衝材を順次交換することを特徴とするパターン転写方法。 - 請求項３に記載のパターン転写方法において、
前記緩衝材が、前記スタンパのパターン形成エリアより大きく、基板外形およびスタンパ外形のいずれよりも小さいことを特徴とするパターン転写方法。 - 請求項３に記載のパターン転写方法において、
前記パターン転写が、樹脂基板または基板上の樹脂膜を、加熱して変形させるものであることを特徴とするパターン転写方法。 - 請求項３に記載のパターン転写方法において、
前記パターン転写が、樹脂基板または基板上の樹脂膜を加圧成型後に、光硬化させるものであることを特徴とするパターン転写方法。 - 請求項３に記載のパターン転写方法において、
前記パターン転写が、透明スタンパ上から光を照射して、樹脂基板または基板上の樹脂膜を光硬化させるものであることを特徴とするパターン転写方法。
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