JP4073343B2 - 光透過ナノスタンプ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧機構を有する光透過性スタンパを用い、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】
また、下記特許文献３には、基板上に液体状の光硬化性物質からなる光硬化性物質層を形成する工程と、光透過性の物質からなり一方の面側に所定のパターンの溝が形成されたモールドを基板に圧着させる工程と、モールドの他方の面側から光を照射することにより光硬化性物質層を硬化し、溝のパターンに嵌合するパターンを有するレジストパターンを形成する工程と、基板からモールドを脱着する工程とによりパターンを形成法が開示されている。
【０００６】
【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
【特許文献３】
特開２０００−１９４１４２号公報
【非特許文献１】
S.Y.Chou et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献３では、ネガ型レジストを用いており、アスペクト比が高く微細なパターンの形成には不向きであった。
以上の技術課題に鑑み、本発明は、光透過性スタンパを用いるナノプリント法とポジ型レジストを組合せて用いることでアスペクト比が高く微細なパターンの形成を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、レジストとしてポジ型レジストを用いることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は、光透過ナノスタンプ方法の発明であり、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を加圧し、スタンパ裏面より光照射する光透過ナノスタンプ方法において、前記基板にポジ型レジスト層を形成する工程、光透過性スタンパを基板上のポジ型レジスト層に加圧し、レジスト層を変形させる工程、光透過性スタンパ裏面より光を照射する工程、レジストを現像する工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を参照しながら、光透過性スタンパを用いたナノプリント方法について説明する。石英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ポジ型感光性樹脂膜を設ける（図（ａ））。図示しない加圧機構を有するプレス装置を用い、所定の圧力でスタンパをポジ型感光性樹脂膜上にプレスする（図（ｂ））。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、露光部のみ反応させる（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））。基板を現像して、アスペクト比の高いレジスト膜を形成する（図（ｅ））。
【００１０】
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。
【００１１】
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、加圧機構を有し、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。
【００１２】
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、石英、ガラス、セラミック、プラスチック等、透明で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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明において、ポジ型感光性樹脂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、OFPR800（東京応化製）、AZ3100（クラリアント製）、AZ6112（クラリアント製）、MEGAPOSIT SPR 6800（シプレー製）等を用いることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１：スタンパの作製］
本発明の実施の形態の１つである、光透過ナノスタンプ法に用いるスタンパについて、その作製方法を図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。
【００１６】
まず、図２（ａ）のように5インチφ厚さ0.5ｍｍの石英基板1を準備した。次に図２（ｂ）のようにスピンコーターを用いて、電子線露光用のフォトレジスト2（ＯＥＢＲ1000、東京応化製）を100ｎｍ厚みで塗布した。続いて、図２（ｃ）のように電子線描画装置ＪＢＸ6000ＦＳ（日本電子製）を用い、電子線ビーム3で直接描画することにより露光し、現像することにより、図２（ｄ）のような直径30ｎｍ円形パターンが並んだ凹凸を形成した。図２（ｄ）の凹凸をマスクパターンとして石英基板1のＣＦ4ガスを用いたドライエッチングを行い、図２（ｅ）のように石英基板１に100ｎｍ深さの凹凸を形成した。さらにレジストを残したまま図２（ｆ）のようにＣｒを50ｎｍの厚みでスパッタ成膜した。この後レジストの現像を行って、レジストおよびレジスト上に成膜されたＣｒを除去した。以上のプロセスで、図２（ｇ）のパターン凸部は光透過性を有するが、パターン凹部はＣｒ膜が遮光するために光透過性を有さないスタンパを得た。
【００１７】
［実施例２：柱状構造体形成］
次に図２（ｇ）のパターン凸部光透過性スタンパによる光透過ナノスタンプ方法を図３を用いて説明する。被転写基板としては、スタンパとの熱膨張差をなくすために石英基板を用いた。図３（ａ）のように石英基板上にポジ型レジストＯＦＰＲ800（東京応化製）を500ｎｍ厚みになるようにスピンコートした。さらに0.1Ｔｏｒｒ以下に減圧し、250℃に加熱することにより、レジスト中の溶剤成分を揮発させ、粘度を上げて成形性を持たせた。次に図３（ｂ）のように3ＭＰａで10分間加圧することにより、レジストを成型した。続いて図３（ｃ）のように紫外線で露光した。スタンパ凸部は光を透過するのでその下のレジストは可溶化した。一方スタンパ凹部は遮光性のＣｒ膜が形成されているので、その下のレジストは変化を生じなかった。図３（ｄ）のように真空チャックでスタンプ、被転写石英基板それぞれを固定し、0.1ｍｍ/ｓでスタンプを上方に引き上げて剥離を行った。すると図３（ｅ）のように直径30ｎｍ高さ200ｎｍの柱状構造体が形成された。レジスト現像液ＮＭＤ3（東京応化製）で現像するとレジスト可溶部を除去することができ、レジストの柱状構造体が得られた。ネガレジストと部分光透過性スタンパを組み合わせて用いた場合、遮光部からもれた光によるレジストの架橋が起こるために、数十ｎｍの超微細パターンには適用できない。またネガレジストは、光による架橋を所望の粘度で止めるのは困難であるため、スタンパ凹凸そのままの寸法で硬化し、高アスペクトの柱状構造体形成は困難である。よって、本発明のポジ型レジストを用いた光透過ナノスタンプ方法は、高精度でかつ高アスペクトな構造を形成するのに有効な方法であると言える。
【００１８】
【本発明の適用例】
以下、本発明の剥離機構付き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３：バイオ（免疫）チップ］
図４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。
【００１９】
図５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。
【００２０】
図６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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
［実施例４：多層配線基板］
図７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７（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７（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７（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７（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７（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７（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７（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。
【００２４】
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７（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７（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７（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７（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７（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７（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。
【００２５】
［実施例５：磁気ディスク］
図８は本実施の形態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、図を用いて、本実施の形態による磁性記録媒体の製造方法を説明する。図９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９（ａ）のようにポジ型レジストＯＦＰＲ８００（東京応化製）を200ｎｍ厚みになるようにスピンコータを用いて形成した。
【００２６】
一方、スタンパとしては、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石英スタンパを用意する。溝寸法は幅88ｎｍ、深さ200ｎｍとし、溝と溝の間隔は110ｎｍとした。本スタンパ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。また、パターン凹部には、実施例１と同様の方法でＣｒ膜を形成し遮光性を持たせた。次に図９（ｂ）のように３ＭＰａで１０分間加圧することにより、レジストを成型した。続いて図９（ｃ）のように紫外線で露光した。スタンパ凸部は光を透過するのでその下のレジストは可溶化した。実施例１と同様の剥離を行い、レジスト現像液ＮＭＤ３（東京応化製）で現像して可溶化部を除去することにより、図９（ｄ）のようなレジストパターンが形成される。このレジスト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９（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９（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。
【００２７】
［実施例６：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１００を光情報処理装置に適用した一例を述べる。
図１０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。
【００２８】
図１１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２１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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、新規な光透過ナノプリント法が提供される。また、光透過性スタンパを用いるナノプリント法とポジ型レジストを組合せて用いることでアスペクト比が高く微細なパターンの形成が可能になる。
【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】光透過ナノスタンプ法に用いるスタンパの作製方法。
【図３】パターン凸部光透過性スタンパによる光透過ナノスタンプ方法。
【図４】バイオチップの概略図。
【図５】分子フィルターが形成されている近傍の断面鳥瞰図。
【図６】分子フィルターの断面図。
【図７】多層配線基板を作製するための工程を説明する図。
【図８】磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図。
【図９】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１０】光回路５００の概略構成図。
【図１１】光導波路内部での突起物の概略レイアウト図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧機構を有する光透過性スタンパを用い、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】
また、下記特許文献３には、基板上に液体状の光硬化性物質からなる光硬化性物質層を形成する工程と、光透過性の物質からなり一方の面側に所定のパターンの溝が形成されたモールドを基板に圧着させる工程と、モールドの他方の面側から光を照射することにより光硬化性物質層を硬化し、溝のパターンに嵌合するパターンを有するレジストパターンを形成する工程と、基板からモールドを脱着する工程とによりパターンを形成法が開示されている。
【０００６】
【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
【特許文献３】
特開２０００−１９４１４２号公報
【非特許文献１】
S.Y.Chou et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献３では、ネガ型レジストを用いており、アスペクト比が高く微細なパターンの形成には不向きであった。
以上の技術課題に鑑み、本発明は、光透過性スタンパを用いるナノプリント法とポジ型レジストを組合せて用いることでアスペクト比が高く微細なパターンの形成を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、レジストとしてポジ型レジストを用いることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は、光透過ナノスタンプ方法の発明であり、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を加圧し、スタンパ裏面より光照射する光透過ナノスタンプ方法において、前記基板にポジ型レジスト層を形成する工程、光透過性スタンパを基板上のポジ型レジスト層に加圧し、レジスト層を変形させる工程、光透過性スタンパ裏面より光を照射する工程、レジストを現像する工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を参照しながら、光透過性スタンパを用いたナノプリント方法について説明する。石英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ポジ型感光性樹脂膜を設ける（図（ａ））。図示しない加圧機構を有するプレス装置を用い、所定の圧力でスタンパをポジ型感光性樹脂膜上にプレスする（図（ｂ））。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、露光部のみ反応させる（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））。基板を現像して、アスペクト比の高いレジスト膜を形成する（図（ｅ））。
【００１０】
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。
【００１１】
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、加圧機構を有し、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。
【００１２】
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、石英、ガラス、セラミック、プラスチック等、透明で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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明において、ポジ型感光性樹脂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、OFPR800（東京応化製）、AZ3100（クラリアント製）、AZ6112（クラリアント製）、MEGAPOSIT SPR 6800（シプレー製）等を用いることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１：スタンパの作製］
本発明の実施の形態の１つである、光透過ナノスタンプ法に用いるスタンパについて、その作製方法を図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。
【００１６】
まず、図２（ａ）のように5インチφ厚さ0.5ｍｍの石英基板1を準備した。次に図２（ｂ）のようにスピンコーターを用いて、電子線露光用のフォトレジスト2（ＯＥＢＲ1000、東京応化製）を100ｎｍ厚みで塗布した。続いて、図２（ｃ）のように電子線描画装置ＪＢＸ6000ＦＳ（日本電子製）を用い、電子線ビーム3で直接描画することにより露光し、現像することにより、図２（ｄ）のような直径30ｎｍ円形パターンが並んだ凹凸を形成した。図２（ｄ）の凹凸をマスクパターンとして石英基板1のＣＦ4ガスを用いたドライエッチングを行い、図２（ｅ）のように石英基板１に100ｎｍ深さの凹凸を形成した。さらにレジストを残したまま図２（ｆ）のようにＣｒを50ｎｍの厚みでスパッタ成膜した。この後レジストの現像を行って、レジストおよびレジスト上に成膜されたＣｒを除去した。以上のプロセスで、図２（ｇ）のパターン凸部は光透過性を有するが、パターン凹部はＣｒ膜が遮光するために光透過性を有さないスタンパを得た。
【００１７】
［実施例２：柱状構造体形成］
次に図２（ｇ）のパターン凸部光透過性スタンパによる光透過ナノスタンプ方法を図３を用いて説明する。被転写基板としては、スタンパとの熱膨張差をなくすために石英基板を用いた。図３（ａ）のように石英基板上にポジ型レジストＯＦＰＲ800（東京応化製）を500ｎｍ厚みになるようにスピンコートした。さらに0.1Ｔｏｒｒ以下に減圧し、250℃に加熱することにより、レジスト中の溶剤成分を揮発させ、粘度を上げて成形性を持たせた。次に図３（ｂ）のように3ＭＰａで10分間加圧することにより、レジストを成型した。続いて図３（ｃ）のように紫外線で露光した。スタンパ凸部は光を透過するのでその下のレジストは可溶化した。一方スタンパ凹部は遮光性のＣｒ膜が形成されているので、その下のレジストは変化を生じなかった。図３（ｄ）のように真空チャックでスタンプ、被転写石英基板それぞれを固定し、0.1ｍｍ/ｓでスタンプを上方に引き上げて剥離を行った。すると図３（ｅ）のように直径30ｎｍ高さ200ｎｍの柱状構造体が形成された。レジスト現像液ＮＭＤ3（東京応化製）で現像するとレジスト可溶部を除去することができ、レジストの柱状構造体が得られた。ネガレジストと部分光透過性スタンパを組み合わせて用いた場合、遮光部からもれた光によるレジストの架橋が起こるために、数十ｎｍの超微細パターンには適用できない。またネガレジストは、光による架橋を所望の粘度で止めるのは困難であるため、スタンパ凹凸そのままの寸法で硬化し、高アスペクトの柱状構造体形成は困難である。よって、本発明のポジ型レジストを用いた光透過ナノスタンプ方法は、高精度でかつ高アスペクトな構造を形成するのに有効な方法であると言える。
【００１８】
【本発明の適用例】
以下、本発明の剥離機構付き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３：バイオ（免疫）チップ］
図４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。
【００１９】
図５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。
【００２０】
図６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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
［実施例４：多層配線基板］
図７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７（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７（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７（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７（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７（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７（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７（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。
【００２４】
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７（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７（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７（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７（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７（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７（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。
【００２５】
［実施例５：磁気ディスク］
図８は本実施の形態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、図を用いて、本実施の形態による磁性記録媒体の製造方法を説明する。図９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９（ａ）のようにポジ型レジストＯＦＰＲ８００（東京応化製）を200ｎｍ厚みになるようにスピンコータを用いて形成した。
【００２６】
一方、スタンパとしては、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石英スタンパを用意する。溝寸法は幅88ｎｍ、深さ200ｎｍとし、溝と溝の間隔は110ｎｍとした。本スタンパ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。また、パターン凹部には、実施例１と同様の方法でＣｒ膜を形成し遮光性を持たせた。次に図９（ｂ）のように３ＭＰａで１０分間加圧することにより、レジストを成型した。続いて図９（ｃ）のように紫外線で露光した。スタンパ凸部は光を透過するのでその下のレジストは可溶化した。実施例１と同様の剥離を行い、レジスト現像液ＮＭＤ３（東京応化製）で現像して可溶化部を除去することにより、図９（ｄ）のようなレジストパターンが形成される。このレジスト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９（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９（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。
【００２７】
［実施例６：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１００を光情報処理装置に適用した一例を述べる。
図１０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。
【００２８】
図１１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２１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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、新規な光透過ナノプリント法が提供される。また、光透過性スタンパを用いるナノプリント法とポジ型レジストを組合せて用いることでアスペクト比が高く微細なパターンの形成が可能になる。
【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】光透過ナノスタンプ法に用いるスタンパの作製方法。
【図３】パターン凸部光透過性スタンパによる光透過ナノスタンプ方法。
【図４】バイオチップの概略図。
【図５】分子フィルターが形成されている近傍の断面鳥瞰図。
【図６】分子フィルターの断面図。
【図７】多層配線基板を作製するための工程を説明する図。
【図８】磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図。
【図９】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１０】光回路５００の概略構成図。
【図１１】光導波路内部での突起物の概略レイアウト図。
Claims (1)
- 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を加圧し、スタンパ裏面より光照射する光透過ナノスタンプ方法において、
前記基板にポジ型レジスト層を形成する工程、前記微細な凹凸が形成された面の凸部表面のみが光透過性を有する光透過性スタンパを基板上のポジ型レジスト層に加圧し、レジスト層を変形させる工程、光透過性スタンパ裏面より光を照射し、前記基板と前記スタンパの凸部との間に存在する前記ポジ型レジスト層を露光する工程、レジストを現像する工程、を含むことを特徴とする光透過ナノスタンプ方法。
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