パターン成形型及びその製造方法
【課題】加工時間が短く、工具としての寿命が長く、像形成品質が高いパターン形成型及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係るパターン成形型は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材１と、基材１に中間層２、３を介して接合されたＤＬＣパターン層４ｂとで構成され、基材１が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、中間層２、３が、基材１及びＤＬＣパターン層４ｂとの接合性を提供し、かつ、ＤＬＣパターン層４ｂに比べ、エッチングレートが小さい層であり、ＤＬＣパターン層４ｂに、被加工材の表面に転写するパターンが形成されている。
【解決手段】本発明に係るパターン成形型は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材１と、基材１に中間層２、３を介して接合されたＤＬＣパターン層４ｂとで構成され、基材１が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、中間層２、３が、基材１及びＤＬＣパターン層４ｂとの接合性を提供し、かつ、ＤＬＣパターン層４ｂに比べ、エッチングレートが小さい層であり、ＤＬＣパターン層４ｂに、被加工材の表面に転写するパターンが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の素子が小型化に進化し続けるにつれ、微細構造のパターニングがより重要となっている。このような素子を効率よく、低コストで作製するために、金型またはパターン成形型を利用して被加工材に凹凸を有するパターンを転写して素子を形成する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、アルミニウムのような成形しにくい金属からなる基板などにパターンを形成する技術として、ＳｉＣ層に転写パターンを形成した高剛性なＳｉＣ型を用いて、アルミニウム基板にパターンを転写する技術が非特許文献１に示されている。ＳｉＣ層に形成された転写パターンは、電子ビームリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を利用して形成する。その際、リソグラフィー及びＲＩＥの条件を最適化することにより、幅が４０ｎｍ、深さが８００ｎｍまでの高いアスペクト比を有する微細構造を形成することができる。
【０００４】
しかし、ＳｉＣは、エッチング速度が遅く、加工性に劣っている材料である。ＳｉＣからなる成形型を製造する場合、結果的に製造コストが高くなり、成形型を用いて低コストで微細な形状を創生するという金型製造の目的が達成できなくなる。
【０００５】
また、ガラスも成形しにくい材料である。このようなガラスに関して、特許文献１には、ＦｉＢ（収束イオンビーム）を用いてガラス状カーボンを加工して成形型を製造することが提案されている。しかし、この場合にも、ガラス状カーボンに転写パターンを形成するのに時間がかかり、かつ、大面積のパターン形成には対応できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３８７７０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S. W. Pang, 外２名, “Direct Nano-Printing on Al Substrate Using a SiCMold”, Journal of Vacuum Science and Technology B、（米国）、１９９８年、１６（３）、ｐ.１１４５−１１５０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属やガラスなど被加工材の表面に高精細なパターンを高精度にプレス成形により作製する場合、第１に、成形型の製造が低コストで容易である必要がある。第２に、一般的に、被加工材のプレス成形の場合、成形型を利用して成形を繰り返して行うため、成形型が良好な像形成品質及び長い寿命を有する必要がある。
【０００９】
しかし、特許文献１及び非特許文献１に開示された技術は、上記第１及び第２の条件を満たしているとは言えない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、製造が低コストでかつ短時間に容易にでき、被加工材であるガラスや他の金属等との離型性が良く、像形成品質が高く、さらに寿命の長い、パターン成形型及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本発明に係るパターン成形型（１）は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材と、前記基材に中間層を介して接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、前記基材が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、前記中間層が、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層であり、前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記パターン成形型（１）において、前記中間層が、前記基材側の第１中間層と、前記ＤＬＣ層側の第２中間層との２層で構成され、前記第１中間層が、前記基材及び前記第２中間層との接合性に優れた、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で構成され、前記第２中間層が、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、上記パターン成形型（１）において、前記中間層が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属層で構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記パターン成形型（１）において、前記中間層が金属と非金属との混合層で構成され、前記金属が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉであり、前記非金属が、Ｃであり、 前記中間層の層厚方向において、前記中間層の上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るパターン成形型（２）は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材と、前記基材に接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、前記基材がＳｉＣであり、前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記パターン成形型（１）及び（２）において、前記ＤＬＣ層に形成された前記パターンの横断面形状が、前記ＤＬＣ層の表面に平行する面で、深さ方向で異なることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るパターン成形型の製造方法（１）は、基材、中間層及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスの前記基材を準備するステップと、前記基材上に、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層である前記中間層を形成するステップと、前記中間層上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を形成するステップが、前記基材上に、前記基材及び第２中間層との接合性に優れた第１中間層をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で形成するステップと、前記第１中間層上に、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた前記第２中間層を金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉのうちのいずれかの金属で形成することを特徴とする。
【００２０】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を金属と非金属との混合層で構成し、前記金属をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉとし、前記非金属をＣとし、前記中間層を形成するステップにおいて、前記中間層の層厚が上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上となるように成膜条件を調整することを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明に係るパターン成形型の製造方法（２）は、ＳｉＣからなる基材及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、ＳｉＣからなる前記基材を準備するステップと、前記基材上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ダイヤモンドライクカーボン層に転写パターンを形成することにより、他の超硬母材等の成形型と比較して、成型加工時間が短いのみならず、大面積の成形型を短時間で加工可能であるという効果がある。また、ＤＬＣ層が低摩擦係数を有するため、ガラスや他の金属などの材料からなる被加工材と成形型との離型性が優れているという効果がある。また、ダイヤモンドライクカーボン層とパターン成形型の基材との間に、接合性を向上させる２層の中間層を設けた場合には、パターン成形型の寿命が長くなるという効果がある。さらに、中間層にＳｉＣ層を用いた場合、ＳｉＣ層とダイヤモンドライクカーボン層との間のエッチング選択比が大きいため、すなわち、ダイヤモンドライクカーボン層のエッチングレートがＳｉＣ層のエッチングレートより大きいため、ダイヤモンドライクカーボン層に転写パターンを容易かつ高精度でエッチングすることが可能となり、これにより、パターン成形型の像形成品質を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法によって製造されたパターン成形型の縦断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５Ａ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｄ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るパターン成形型及びその製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るパターン成形型の構成の１例を示す断面図である。
【００２６】
図１に示されているように、本発明の実施形態１に係るパターン成形型は、基材１、第１中間層２、第２中間層３、及びダイヤモンドライクカーボン（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、本明細書においてＤＬＣとも記す）パターン層４ｂを備えている。
【００２７】
基材１は、硬度の高い材料で構成される。例えば、ステンレス鋼、機械構造用鋼などの剛性を有する金属、二酸化ジルコニウムなどの金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、炭化珪素、金属と炭素の焼結材などのセラミックス材料、ガラス等が、基材１として使用可能である。
【００２８】
第１中間層２は、基材１と第２中間層３の両者との間に優れた接合力を提供する層である。第１中間層２は、好ましくは金属で形成され、より好ましくは、クロム（Ｃｒ）、又は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等で形成され、基材１に鉄系材料を用いる際は特にＣｒが好ましい。
【００２９】
第２中間層３は、第１中間層２及びその上のＤＬＣパターン層４ｂの両者との間に優れた接合力を有するものであり、ＤＬＣパターン層４ｂとの間に顕著なエッチングレート差を有し、ＤＬＣパターン層４ｂのパターン形成時にエッチングストッパとしての役割を果たす層であることが好ましい。第２中間層３は、好ましくは炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）などの金属炭化物、ＴｉＮなどの金属窒化物、又はセラミックスで形成され、より好ましくは、ＳｉＣ又はＣｒＣで形成される。
【００３０】
ＤＬＣパターン層４ｂは、ＤＬＣ層をパターニングして形成された層である。ＤＬＣパターン層４ｂのパターンは、被加工材の表面に転写するパターンである。パターン成形型のＤＬＣパターン層４ｂを被加工材にプレスする、或いは、押し込むことにより、パターンが被加工材の表面に転写され、被加工材にパターンが形成される。なお、このＤＬＣ層は、ダイヤモンド構造の炭素とグラファイト構造の炭素に加え、水素を主成分とした高硬度炭素層である。ＤＬＣ層のＣ：Ｈ原子比は、通常、約９５〜６０：５〜４０程度である。
【００３１】
このように、本発明の実施形態１に係るパターン成形型では、基材１とＤＬＣパターン層４ｂと２層の中間層とで構成されている。第１中間層２は、成形型によく使用される基材、例えば、ステンレス鋼等に優れた接合性を有することが好ましく、例えば、クロム層が適している。第２中間層３は、ＤＬＣパターン層４ｂ及び第１中間層２の両者との接合性が高い層、例えばＳｉＣ層であるため、２層の中間層を設けた本実施形態のパターン成形型は、従来の成形型と比較して、基材及びＤＬＣ層間の接合力を著しく強化することができる。これにより、寿命が長いパターン成形型が得られる。さらに、ＳｉＣ層とＤＬＣ層との間では、特に酸素プラズマエッチングのような場合、エッチングレートに非常に大きな差がある、すなわち、ＤＬＣ層のエッチングレートがＳｉＣ層より著しく大きいため、ＳｉＣ層をエッチングストッパとして用い、ＤＬＣ層を高精度で効率的にエッチングすることができる。これにより、本発明のパターン成形型は高い像形成品質を有し、パターン成形型の高い生産性を確保することができる。さらに、パターン成形型の表面及びパターン自体がＤＬＣからなるため、本発明のパターン成形型は、耐摩耗性がよく、より長い寿命が期待できるとともに、被加工材との離型性にも優れている。
【００３２】
次に、本発明に係るパターン成形型の製造方法を、図２及び図３Ａ〜図３Ｄを参照しつつ説明する。
【００３３】
ステップＳ１１：図３Ａに示されているように、例えば、ステンレス鋼の基材１を用意する。
【００３４】
ステップＳ１２：基材１の上に、第１中間層２である第１のクロム層を形成する。形成された第１のクロム層２の厚さは、約０．０２μｍ〜５μｍの範囲内が好適である。より好ましくは、約０．０５μｍ〜０．５μｍの範囲内である。
【００３５】
クロム層の成膜方法としては、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができ、次に説明する第２中間層と同様の方法で成膜することができる。そして、第１及び第２中間層は、同一のチャンバ内で成膜することが可能である。
【００３６】
スパッタリング法の場合、ターゲットとしては、例えば純度９９．９９パーセントのクロムターゲットを用いる。また、成膜雰囲気ガスはアルゴン、窒素などの不活性ガスが好ましい。スパッタリング法としては、このほか、ターゲットの近傍に磁石を配置したマグネトロン・スパッタリングや、ターゲットを向かい合わせに配置する対向スパッタリングなどを用いることができる。
【００３７】
なお、成膜条件としては、例えば、アルゴンの流量が１００ｓｃｃｍ、基材の温度が４００℃、圧力が１Paであるとすることができる。
【００３８】
ステップＳ１３：第１中間層２である第1のクロム層２の上に、第２中間層となる第１の炭化珪素（ＳｉＣ）層３を形成する。形成された第1のＳｉＣ層３の厚さは、約０．００５μｍ〜１μｍの範囲内が好適であり、より好ましくは、約０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲内である。
【００３９】
第1のＳｉＣ層３の成膜方法は、第1のクロム層２と同様な成膜方法を利用できる。この場合、同一のチャンバで成膜を行うことができる。特に、同じくスパッタリング法を用いる場合、ターゲットとしては、例えば、純度９９．９９パーセントのＳｉＣターゲットを用いる。
【００４０】
なお、成膜条件としては、例えば、アルゴンの流量が１００ｓｃｃｍ、温度が４００℃、圧力が１Ｐａであるとすることができる。
【００４１】
ステップＳ１４：第２中間層３である第1のＳｉＣ層３の上に、ＤＬＣ層４を形成する。形成されたＤＬＣ層４の厚さは、被加工材のパターンの深さ、又は奥行きなどの寸法によって決定される。
【００４２】
なお、ＤＬＣ層の成膜は、基材温度３００℃以下、好ましくは常温で、イオンプレーティング法、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）または高周波（ＲＦ）の電力を利用したプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−ＣＶＤ法、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）もしくは高周波（ＲＦ）の電力またはＥＣＲプラズマ、イオンビームを利用したスパッタリング法、レーザー合成法などのうち、いずれかの方法により行うのがよい。イオンプレーティング法及びプラズマＣＶＤ法を利用する場合、原料ガスには、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ペンタン（Ｃ５Ｈ１２）、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）等の炭化水素を使用することが好ましい。
【００４３】
ステップＳ１５：ＤＬＣ層４の上に、第１マスク層５となる第２のＳｉＣ層５を形成する。形成された第２のＳｉＣ層５の厚さは、約０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲内が好ましい。成膜条件は、上記第１のＳｉＣ層３の成膜条件と同様である。
【００４４】
ステップＳ１６：第１マスク層５である第２のＳｉＣ層５の上に、第２マスク層６となる第２のクロム層６を形成する。形成された第２のクロム層６の厚さは、約０．０５μｍ〜１μｍの範囲内が好ましい。成膜条件は、上記第１のクロム層２の成膜条件と同様である。
【００４５】
ステップＳ１７：図示していないが、第２マスク層６の上にフォトレジストを塗布する。その後、露光、現像のプロセスを経て、レジスト層からなるフォトレジストマスクパターンを形成する。ここでいうマスクパターンは、被加工材の表面に転写するパターンに対応する。
【００４６】
ステップＳ１８：図３Ｂに示されているように、上記フォトレジストマスクパターンを利用して、第２マスク層６の第2のクロム層６をセリウム系エッチング液などを用いて湿式エッチングして、第２マスクパターン層６ａを形成する。
【００４７】
ステップＳ１９：引き続き、上記フォトレジストマスクパターンを利用して、フッ素系ガス（ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３）を用いて第１マスク層５の第2のＳｉＣ層５をエッチングし、第１マスクパターン層５ａを形成する。
【００４８】
ステップＳ２０：図３Ｃに示されているように、フォトレジストマスクパターン、第２マスクパターン層６ａ及び第１マスクパターン層５ａをマスクとして、ＤＬＣ層４をエッチングし、ＤＬＣパターン層４ａを形成する。なお、ＤＬＣ層のエッチングには、酸素プラズマエッチングを利用することができる。
【００４９】
ステップＳ２１：図３Ｄに示されているように、フォトレジストマスクパターン、第２マスクパターン６ａ及び第１マスクパターン５ａを除去する。
【００５０】
上記のような一連のステップを通じて、図３Ｄに示されているようなパターン成形型が製造される。
【００５１】
なお、図４は、本発明の方法によって製造されたパターン成形型の縦断面の一例を示すＳＥＭ写真である。図４に示されているように、形成されたＤＬＣ層中の溝の壁がほぼ垂直になっており、かつ、溝の底部のコーナーも直角になっていることが分かる。これは、前述の第１中間層５、第２中間層６を用いるため、ＤＬＣ層のエッチングの制御が容易な上、ＤＬＣ層と第２中間層６との間のエッチングレートの差、すなわち、ＤＬＣ層のエッチング選択比がＳｉＣ層より大幅に大きいことがもたらす効果である。
【００５２】
（実施の形態２）
図５Ｄは、本発明の実施形態２に係るパターン成形型の構成の１例を示す断面図である。
【００５３】
本実施形態２に係るパターン成形型は、中間層が１層で構成される点において、前述の実施形態１に係るパターン成形型と異なる。すなわち、本実施形態２に係るパターン成形型は、基材１、中間層７、及びＤＬＣパターン層４ａを備えている。実施の形態１と同様に、基材１は、硬度の高い材料で構成される。
【００５４】
また、中間層７は、基材１及びＤＬＣパターン層４ａの両者との間に優れた接合力を提供し、かつ、ＤＬＣパターン層４ａのエッチングレートより小さい層である。中間層７は、金属又は金属と非金属との混合層であり、金属は、クロム（Ｃｒ）、又は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等が好ましく、基材に鉄系材料を用いる場合は特にＣｒが好ましい。さらに、中間層７が金属と非金属との混合層の場合は、金属は上記の金属のうちのいずれかで、非金属はＣ、Ｓｉ、それらの化合物であることが好ましい。この場合、中間層は、金属と非金属との含有率が、層厚の方向において、傾斜を有することが好ましい。すなわち、層厚の方向において、ＤＬＣパターン層４ａ側の方が、例えば、Ｃの含有率が大きくなるように中間層を形成する。好ましくは、中間層の表層部において、Ｃの含有率が約８０質量％となるように、金属及びＣの各々の含有率を調整する。
【００５５】
金属と非金属の混合層を形成する場合、非金属をＤＬＣとすることが最も好ましい。例えば、ＣｒとＤＬＣ粒の混合層を形成する場合には、同じ反応チャンバ内でＣｒ層の形成とＤＬＣ粒の形成ができるように、形成される中間層の厚さの増加に伴い、金属層の形成に対するＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成速度を高くするように制御すれば良い。このほか、Ｃｒ層の形成とＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成を交互に行い、両者の形成割合を制御する方法を採用することができる。
【００５６】
図５Ｄに示されているパターン成形型の製造方法は、図５Ａ〜図５Ｄに示されているように、基本的に実施形態１に係るパターン成形型の製造方法と同様である。したがって、本実施形態２において、中間層を、例えば、金属（Ｃｒ）及びＣで形成する場合のみ説明を行う。
【００５７】
この場合Ｃｒの成膜方法としては、イオンプレーティング法、ＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができ、Ｃは基本的にＤＬＣ層と同様の方法で成膜することができる。そして、中間層及びＤＬＣ層は、同一のチャンバ内で成膜することができる。
【００５８】
例えば、スパッタリングによりＣｒ層を形成する場合、ターゲットとしては、純度９９．９９％のＣｒ及び純度９９．９９％のカーボンが使用される。成膜雰囲気ガスは、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガス、または一酸化炭素、ハロゲンを含む炭素含有ガスを用いることができる。さらに、これらのガスに、適宜、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの不活性ガスを添加した混合ガスを成膜雰囲気ガスとすることができる。成膜条件としては、Ｃｒのスパッタ投入電力（出力）を所定のパワーレベルから徐々に低下させる。ＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成は、カーボンソースの供給等の成膜条件をＯＦＦの状態から徐々に上げ続け、ＤＬＣ層の成膜が始まる前には所定の成膜レベルに到達するようにする。このように、傾斜構造の中間層が形成される。
【００５９】
傾斜構造の中間層の場合、好ましくは、中間層の表層部において、Ｃｒが約２０質量％未満で、Ｃが約８０質量％以上、より好ましくはＣｒが約１０質量％未満で、Ｃが約９０質量％以上となるように成膜条件を調整して中間膜を形成する。
【００６０】
なお、スパッタリング法としては、このほか、ターゲットの近傍に磁石を配置したマグネトロン・スパッタリングや、ターゲットを向かい合わせに配置する対向スパッタリングなどを用いることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、実施の形態１における上記ステップＳ１１〜Ｓ１２において、基材を用意して第１中間層としてＣｒ及び第２中間層としてＳｉＣを形成する例を示したが、ＳｉＣ層を基材として利用し、その上にＤＬＣ層を直接形成してパターン成形型を製造しても、基本的に同様な効果が得られる。
【００６２】
また、上記ステップＳ２０のＤＬＣ層４のエッチングでは、たとえば、深さ方向で、エッチング条件を変更することにより、エッチングされた溝又は凹部の断面形状を、図１に示されているような、垂直ではなく、例えば上広がりの形状とすることもできる。すなわち、被加工材に成形する形状については、具体的な深さ方向のプロファイルに応じてエッチング条件を変更しながら、ＤＬＣ層４をエッチングすることができる。これにより、ＤＬＣ層４に、深さ方向で横断面形状が異なるパターンを形成することができる。
【００６３】
なお、上記の実施形態では、ＤＬＣ上にＣｒ及びＳｉＣの２層のマスク層を形成することにしたが、マスク層は１層でもよい。さらに、Ｃｒ又はＳｉＣ以外の物質で形成しても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基材
２ 第１中間層（Ｃｒ層）
３ 第２中間層（ＳｉＣ層）
４ ＤＬＣ層
４ａ、４ｂ ＤＬＣパターン層
５ 第１マスク層（Ｃｒ層）
５ａ 第１マスクパターン層
６ 第２マスク層（ＳｉＣ層）
６ａ 第２マスクパターン層
７ 中間層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の素子が小型化に進化し続けるにつれ、微細構造のパターニングがより重要となっている。このような素子を効率よく、低コストで作製するために、金型またはパターン成形型を利用して被加工材に凹凸を有するパターンを転写して素子を形成する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、アルミニウムのような成形しにくい金属からなる基板などにパターンを形成する技術として、ＳｉＣ層に転写パターンを形成した高剛性なＳｉＣ型を用いて、アルミニウム基板にパターンを転写する技術が非特許文献１に示されている。ＳｉＣ層に形成された転写パターンは、電子ビームリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を利用して形成する。その際、リソグラフィー及びＲＩＥの条件を最適化することにより、幅が４０ｎｍ、深さが８００ｎｍまでの高いアスペクト比を有する微細構造を形成することができる。
【０００４】
しかし、ＳｉＣは、エッチング速度が遅く、加工性に劣っている材料である。ＳｉＣからなる成形型を製造する場合、結果的に製造コストが高くなり、成形型を用いて低コストで微細な形状を創生するという金型製造の目的が達成できなくなる。
【０００５】
また、ガラスも成形しにくい材料である。このようなガラスに関して、特許文献１には、ＦｉＢ（収束イオンビーム）を用いてガラス状カーボンを加工して成形型を製造することが提案されている。しかし、この場合にも、ガラス状カーボンに転写パターンを形成するのに時間がかかり、かつ、大面積のパターン形成には対応できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３８７７０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S. W. Pang, 外２名, “Direct Nano-Printing on Al Substrate Using a SiCMold”, Journal of Vacuum Science and Technology B、（米国）、１９９８年、１６（３）、ｐ.１１４５−１１５０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属やガラスなど被加工材の表面に高精細なパターンを高精度にプレス成形により作製する場合、第１に、成形型の製造が低コストで容易である必要がある。第２に、一般的に、被加工材のプレス成形の場合、成形型を利用して成形を繰り返して行うため、成形型が良好な像形成品質及び長い寿命を有する必要がある。
【０００９】
しかし、特許文献１及び非特許文献１に開示された技術は、上記第１及び第２の条件を満たしているとは言えない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、製造が低コストでかつ短時間に容易にでき、被加工材であるガラスや他の金属等との離型性が良く、像形成品質が高く、さらに寿命の長い、パターン成形型及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本発明に係るパターン成形型（１）は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材と、前記基材に中間層を介して接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、前記基材が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、前記中間層が、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層であり、前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記パターン成形型（１）において、前記中間層が、前記基材側の第１中間層と、前記ＤＬＣ層側の第２中間層との２層で構成され、前記第１中間層が、前記基材及び前記第２中間層との接合性に優れた、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で構成され、前記第２中間層が、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、上記パターン成形型（１）において、前記中間層が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属層で構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記パターン成形型（１）において、前記中間層が金属と非金属との混合層で構成され、前記金属が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉであり、前記非金属が、Ｃであり、 前記中間層の層厚方向において、前記中間層の上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るパターン成形型（２）は、被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、基材と、前記基材に接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、前記基材がＳｉＣであり、前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記パターン成形型（１）及び（２）において、前記ＤＬＣ層に形成された前記パターンの横断面形状が、前記ＤＬＣ層の表面に平行する面で、深さ方向で異なることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るパターン成形型の製造方法（１）は、基材、中間層及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスの前記基材を準備するステップと、前記基材上に、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層である前記中間層を形成するステップと、前記中間層上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を形成するステップが、前記基材上に、前記基材及び第２中間層との接合性に優れた第１中間層をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で形成するステップと、前記第１中間層上に、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた前記第２中間層を金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉのうちのいずれかの金属で形成することを特徴とする。
【００２０】
上記パターン成形型の製造方法（１）において、前記中間層を金属と非金属との混合層で構成し、前記金属をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉとし、前記非金属をＣとし、前記中間層を形成するステップにおいて、前記中間層の層厚が上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上となるように成膜条件を調整することを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明に係るパターン成形型の製造方法（２）は、ＳｉＣからなる基材及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、ＳｉＣからなる前記基材を準備するステップと、前記基材上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ダイヤモンドライクカーボン層に転写パターンを形成することにより、他の超硬母材等の成形型と比較して、成型加工時間が短いのみならず、大面積の成形型を短時間で加工可能であるという効果がある。また、ＤＬＣ層が低摩擦係数を有するため、ガラスや他の金属などの材料からなる被加工材と成形型との離型性が優れているという効果がある。また、ダイヤモンドライクカーボン層とパターン成形型の基材との間に、接合性を向上させる２層の中間層を設けた場合には、パターン成形型の寿命が長くなるという効果がある。さらに、中間層にＳｉＣ層を用いた場合、ＳｉＣ層とダイヤモンドライクカーボン層との間のエッチング選択比が大きいため、すなわち、ダイヤモンドライクカーボン層のエッチングレートがＳｉＣ層のエッチングレートより大きいため、ダイヤモンドライクカーボン層に転写パターンを容易かつ高精度でエッチングすることが可能となり、これにより、パターン成形型の像形成品質を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るパターン成形型の製造方法によって製造されたパターン成形型の縦断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５Ａ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【図５Ｄ】本発明の更なる一実施形態に係るパターン成形型の製造方法を説明するためのパターン成形型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るパターン成形型及びその製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るパターン成形型の構成の１例を示す断面図である。
【００２６】
図１に示されているように、本発明の実施形態１に係るパターン成形型は、基材１、第１中間層２、第２中間層３、及びダイヤモンドライクカーボン（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、本明細書においてＤＬＣとも記す）パターン層４ｂを備えている。
【００２７】
基材１は、硬度の高い材料で構成される。例えば、ステンレス鋼、機械構造用鋼などの剛性を有する金属、二酸化ジルコニウムなどの金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、炭化珪素、金属と炭素の焼結材などのセラミックス材料、ガラス等が、基材１として使用可能である。
【００２８】
第１中間層２は、基材１と第２中間層３の両者との間に優れた接合力を提供する層である。第１中間層２は、好ましくは金属で形成され、より好ましくは、クロム（Ｃｒ）、又は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等で形成され、基材１に鉄系材料を用いる際は特にＣｒが好ましい。
【００２９】
第２中間層３は、第１中間層２及びその上のＤＬＣパターン層４ｂの両者との間に優れた接合力を有するものであり、ＤＬＣパターン層４ｂとの間に顕著なエッチングレート差を有し、ＤＬＣパターン層４ｂのパターン形成時にエッチングストッパとしての役割を果たす層であることが好ましい。第２中間層３は、好ましくは炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）などの金属炭化物、ＴｉＮなどの金属窒化物、又はセラミックスで形成され、より好ましくは、ＳｉＣ又はＣｒＣで形成される。
【００３０】
ＤＬＣパターン層４ｂは、ＤＬＣ層をパターニングして形成された層である。ＤＬＣパターン層４ｂのパターンは、被加工材の表面に転写するパターンである。パターン成形型のＤＬＣパターン層４ｂを被加工材にプレスする、或いは、押し込むことにより、パターンが被加工材の表面に転写され、被加工材にパターンが形成される。なお、このＤＬＣ層は、ダイヤモンド構造の炭素とグラファイト構造の炭素に加え、水素を主成分とした高硬度炭素層である。ＤＬＣ層のＣ：Ｈ原子比は、通常、約９５〜６０：５〜４０程度である。
【００３１】
このように、本発明の実施形態１に係るパターン成形型では、基材１とＤＬＣパターン層４ｂと２層の中間層とで構成されている。第１中間層２は、成形型によく使用される基材、例えば、ステンレス鋼等に優れた接合性を有することが好ましく、例えば、クロム層が適している。第２中間層３は、ＤＬＣパターン層４ｂ及び第１中間層２の両者との接合性が高い層、例えばＳｉＣ層であるため、２層の中間層を設けた本実施形態のパターン成形型は、従来の成形型と比較して、基材及びＤＬＣ層間の接合力を著しく強化することができる。これにより、寿命が長いパターン成形型が得られる。さらに、ＳｉＣ層とＤＬＣ層との間では、特に酸素プラズマエッチングのような場合、エッチングレートに非常に大きな差がある、すなわち、ＤＬＣ層のエッチングレートがＳｉＣ層より著しく大きいため、ＳｉＣ層をエッチングストッパとして用い、ＤＬＣ層を高精度で効率的にエッチングすることができる。これにより、本発明のパターン成形型は高い像形成品質を有し、パターン成形型の高い生産性を確保することができる。さらに、パターン成形型の表面及びパターン自体がＤＬＣからなるため、本発明のパターン成形型は、耐摩耗性がよく、より長い寿命が期待できるとともに、被加工材との離型性にも優れている。
【００３２】
次に、本発明に係るパターン成形型の製造方法を、図２及び図３Ａ〜図３Ｄを参照しつつ説明する。
【００３３】
ステップＳ１１：図３Ａに示されているように、例えば、ステンレス鋼の基材１を用意する。
【００３４】
ステップＳ１２：基材１の上に、第１中間層２である第１のクロム層を形成する。形成された第１のクロム層２の厚さは、約０．０２μｍ〜５μｍの範囲内が好適である。より好ましくは、約０．０５μｍ〜０．５μｍの範囲内である。
【００３５】
クロム層の成膜方法としては、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができ、次に説明する第２中間層と同様の方法で成膜することができる。そして、第１及び第２中間層は、同一のチャンバ内で成膜することが可能である。
【００３６】
スパッタリング法の場合、ターゲットとしては、例えば純度９９．９９パーセントのクロムターゲットを用いる。また、成膜雰囲気ガスはアルゴン、窒素などの不活性ガスが好ましい。スパッタリング法としては、このほか、ターゲットの近傍に磁石を配置したマグネトロン・スパッタリングや、ターゲットを向かい合わせに配置する対向スパッタリングなどを用いることができる。
【００３７】
なお、成膜条件としては、例えば、アルゴンの流量が１００ｓｃｃｍ、基材の温度が４００℃、圧力が１Paであるとすることができる。
【００３８】
ステップＳ１３：第１中間層２である第1のクロム層２の上に、第２中間層となる第１の炭化珪素（ＳｉＣ）層３を形成する。形成された第1のＳｉＣ層３の厚さは、約０．００５μｍ〜１μｍの範囲内が好適であり、より好ましくは、約０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲内である。
【００３９】
第1のＳｉＣ層３の成膜方法は、第1のクロム層２と同様な成膜方法を利用できる。この場合、同一のチャンバで成膜を行うことができる。特に、同じくスパッタリング法を用いる場合、ターゲットとしては、例えば、純度９９．９９パーセントのＳｉＣターゲットを用いる。
【００４０】
なお、成膜条件としては、例えば、アルゴンの流量が１００ｓｃｃｍ、温度が４００℃、圧力が１Ｐａであるとすることができる。
【００４１】
ステップＳ１４：第２中間層３である第1のＳｉＣ層３の上に、ＤＬＣ層４を形成する。形成されたＤＬＣ層４の厚さは、被加工材のパターンの深さ、又は奥行きなどの寸法によって決定される。
【００４２】
なお、ＤＬＣ層の成膜は、基材温度３００℃以下、好ましくは常温で、イオンプレーティング法、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）または高周波（ＲＦ）の電力を利用したプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−ＣＶＤ法、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）もしくは高周波（ＲＦ）の電力またはＥＣＲプラズマ、イオンビームを利用したスパッタリング法、レーザー合成法などのうち、いずれかの方法により行うのがよい。イオンプレーティング法及びプラズマＣＶＤ法を利用する場合、原料ガスには、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ペンタン（Ｃ５Ｈ１２）、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）等の炭化水素を使用することが好ましい。
【００４３】
ステップＳ１５：ＤＬＣ層４の上に、第１マスク層５となる第２のＳｉＣ層５を形成する。形成された第２のＳｉＣ層５の厚さは、約０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲内が好ましい。成膜条件は、上記第１のＳｉＣ層３の成膜条件と同様である。
【００４４】
ステップＳ１６：第１マスク層５である第２のＳｉＣ層５の上に、第２マスク層６となる第２のクロム層６を形成する。形成された第２のクロム層６の厚さは、約０．０５μｍ〜１μｍの範囲内が好ましい。成膜条件は、上記第１のクロム層２の成膜条件と同様である。
【００４５】
ステップＳ１７：図示していないが、第２マスク層６の上にフォトレジストを塗布する。その後、露光、現像のプロセスを経て、レジスト層からなるフォトレジストマスクパターンを形成する。ここでいうマスクパターンは、被加工材の表面に転写するパターンに対応する。
【００４６】
ステップＳ１８：図３Ｂに示されているように、上記フォトレジストマスクパターンを利用して、第２マスク層６の第2のクロム層６をセリウム系エッチング液などを用いて湿式エッチングして、第２マスクパターン層６ａを形成する。
【００４７】
ステップＳ１９：引き続き、上記フォトレジストマスクパターンを利用して、フッ素系ガス（ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３）を用いて第１マスク層５の第2のＳｉＣ層５をエッチングし、第１マスクパターン層５ａを形成する。
【００４８】
ステップＳ２０：図３Ｃに示されているように、フォトレジストマスクパターン、第２マスクパターン層６ａ及び第１マスクパターン層５ａをマスクとして、ＤＬＣ層４をエッチングし、ＤＬＣパターン層４ａを形成する。なお、ＤＬＣ層のエッチングには、酸素プラズマエッチングを利用することができる。
【００４９】
ステップＳ２１：図３Ｄに示されているように、フォトレジストマスクパターン、第２マスクパターン６ａ及び第１マスクパターン５ａを除去する。
【００５０】
上記のような一連のステップを通じて、図３Ｄに示されているようなパターン成形型が製造される。
【００５１】
なお、図４は、本発明の方法によって製造されたパターン成形型の縦断面の一例を示すＳＥＭ写真である。図４に示されているように、形成されたＤＬＣ層中の溝の壁がほぼ垂直になっており、かつ、溝の底部のコーナーも直角になっていることが分かる。これは、前述の第１中間層５、第２中間層６を用いるため、ＤＬＣ層のエッチングの制御が容易な上、ＤＬＣ層と第２中間層６との間のエッチングレートの差、すなわち、ＤＬＣ層のエッチング選択比がＳｉＣ層より大幅に大きいことがもたらす効果である。
【００５２】
（実施の形態２）
図５Ｄは、本発明の実施形態２に係るパターン成形型の構成の１例を示す断面図である。
【００５３】
本実施形態２に係るパターン成形型は、中間層が１層で構成される点において、前述の実施形態１に係るパターン成形型と異なる。すなわち、本実施形態２に係るパターン成形型は、基材１、中間層７、及びＤＬＣパターン層４ａを備えている。実施の形態１と同様に、基材１は、硬度の高い材料で構成される。
【００５４】
また、中間層７は、基材１及びＤＬＣパターン層４ａの両者との間に優れた接合力を提供し、かつ、ＤＬＣパターン層４ａのエッチングレートより小さい層である。中間層７は、金属又は金属と非金属との混合層であり、金属は、クロム（Ｃｒ）、又は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等が好ましく、基材に鉄系材料を用いる場合は特にＣｒが好ましい。さらに、中間層７が金属と非金属との混合層の場合は、金属は上記の金属のうちのいずれかで、非金属はＣ、Ｓｉ、それらの化合物であることが好ましい。この場合、中間層は、金属と非金属との含有率が、層厚の方向において、傾斜を有することが好ましい。すなわち、層厚の方向において、ＤＬＣパターン層４ａ側の方が、例えば、Ｃの含有率が大きくなるように中間層を形成する。好ましくは、中間層の表層部において、Ｃの含有率が約８０質量％となるように、金属及びＣの各々の含有率を調整する。
【００５５】
金属と非金属の混合層を形成する場合、非金属をＤＬＣとすることが最も好ましい。例えば、ＣｒとＤＬＣ粒の混合層を形成する場合には、同じ反応チャンバ内でＣｒ層の形成とＤＬＣ粒の形成ができるように、形成される中間層の厚さの増加に伴い、金属層の形成に対するＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成速度を高くするように制御すれば良い。このほか、Ｃｒ層の形成とＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成を交互に行い、両者の形成割合を制御する方法を採用することができる。
【００５６】
図５Ｄに示されているパターン成形型の製造方法は、図５Ａ〜図５Ｄに示されているように、基本的に実施形態１に係るパターン成形型の製造方法と同様である。したがって、本実施形態２において、中間層を、例えば、金属（Ｃｒ）及びＣで形成する場合のみ説明を行う。
【００５７】
この場合Ｃｒの成膜方法としては、イオンプレーティング法、ＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができ、Ｃは基本的にＤＬＣ層と同様の方法で成膜することができる。そして、中間層及びＤＬＣ層は、同一のチャンバ内で成膜することができる。
【００５８】
例えば、スパッタリングによりＣｒ層を形成する場合、ターゲットとしては、純度９９．９９％のＣｒ及び純度９９．９９％のカーボンが使用される。成膜雰囲気ガスは、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガス、または一酸化炭素、ハロゲンを含む炭素含有ガスを用いることができる。さらに、これらのガスに、適宜、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの不活性ガスを添加した混合ガスを成膜雰囲気ガスとすることができる。成膜条件としては、Ｃｒのスパッタ投入電力（出力）を所定のパワーレベルから徐々に低下させる。ＤＬＣ粒又はＤＬＣ層の形成は、カーボンソースの供給等の成膜条件をＯＦＦの状態から徐々に上げ続け、ＤＬＣ層の成膜が始まる前には所定の成膜レベルに到達するようにする。このように、傾斜構造の中間層が形成される。
【００５９】
傾斜構造の中間層の場合、好ましくは、中間層の表層部において、Ｃｒが約２０質量％未満で、Ｃが約８０質量％以上、より好ましくはＣｒが約１０質量％未満で、Ｃが約９０質量％以上となるように成膜条件を調整して中間膜を形成する。
【００６０】
なお、スパッタリング法としては、このほか、ターゲットの近傍に磁石を配置したマグネトロン・スパッタリングや、ターゲットを向かい合わせに配置する対向スパッタリングなどを用いることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、実施の形態１における上記ステップＳ１１〜Ｓ１２において、基材を用意して第１中間層としてＣｒ及び第２中間層としてＳｉＣを形成する例を示したが、ＳｉＣ層を基材として利用し、その上にＤＬＣ層を直接形成してパターン成形型を製造しても、基本的に同様な効果が得られる。
【００６２】
また、上記ステップＳ２０のＤＬＣ層４のエッチングでは、たとえば、深さ方向で、エッチング条件を変更することにより、エッチングされた溝又は凹部の断面形状を、図１に示されているような、垂直ではなく、例えば上広がりの形状とすることもできる。すなわち、被加工材に成形する形状については、具体的な深さ方向のプロファイルに応じてエッチング条件を変更しながら、ＤＬＣ層４をエッチングすることができる。これにより、ＤＬＣ層４に、深さ方向で横断面形状が異なるパターンを形成することができる。
【００６３】
なお、上記の実施形態では、ＤＬＣ上にＣｒ及びＳｉＣの２層のマスク層を形成することにしたが、マスク層は１層でもよい。さらに、Ｃｒ又はＳｉＣ以外の物質で形成しても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基材
２ 第１中間層（Ｃｒ層）
３ 第２中間層（ＳｉＣ層）
４ ＤＬＣ層
４ａ、４ｂ ＤＬＣパターン層
５ 第１マスク層（Ｃｒ層）
５ａ 第１マスクパターン層
６ 第２マスク層（ＳｉＣ層）
６ａ 第２マスクパターン層
７ 中間層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、
基材と、前記基材に中間層を介して接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、
前記基材が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、
前記中間層が、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層であり、
前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とするパターン成形型。
【請求項２】
前記中間層が、前記基材側の第１中間層と、前記ＤＬＣ層側の第２中間層との２層で構成され、
前記第１中間層が、前記基材及び前記第２中間層との接合性に優れた、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で構成され、
前記第２中間層が、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成型。
【請求項３】
前記中間層が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属層で構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン成形型。
【請求項４】
前記中間層が金属と非金属との混合層で構成され、前記金属が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉであり、前記非金属が、Ｃであり、
前記中間層の層厚方向において、前記中間層の上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のパターン成形型。
【請求項５】
被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、
基材と、前記基材に接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、
前記基材がＳｉＣであり、
前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とするパターン成形型。
【請求項６】
前記ＤＬＣ層に形成された前記パターンの横断面形状が、前記ＤＬＣ層の表面に平行する面で、深さ方向で異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか項に記載のパターン成形型。
【請求項７】
基材、中間層及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、
剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスの前記基材を準備するステップと、
前記基材上に、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層である前記中間層を形成するステップと、
前記中間層上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、
前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とするパターン形成型の製造方法。
【請求項８】
前記中間層を形成するステップが、
前記基材上に、前記基材及び第２中間層との接合性に優れた第１中間層をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で形成するステップと、
前記第１中間層上に、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた前記第２中間層を金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで形成するステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成型の製造方法。
【請求項９】
前記中間層を、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉのうちのいずれかの金属で形成することを特徴とする請求項７にパターン形成型の製造方法。
【請求項１０】
前記中間層を金属と非金属との混合層で構成し、前記金属をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉとし、前記非金属をＣとし、
前記中間層を形成するステップにおいて、
前記中間層の層厚が上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上となるように成膜条件を調整することを特徴とする請求項７に記載のパターン成形型の製造方法。
【請求項１１】
ＳｉＣからなる基材及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、
ＳｉＣからなる前記基材を準備するステップと、
前記基材上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、
前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とするパターン成形型の製造方法。
【請求項１】
被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、
基材と、前記基材に中間層を介して接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、
前記基材が、剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスであり、
前記中間層が、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層であり、
前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とするパターン成形型。
【請求項２】
前記中間層が、前記基材側の第１中間層と、前記ＤＬＣ層側の第２中間層との２層で構成され、
前記第１中間層が、前記基材及び前記第２中間層との接合性に優れた、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で構成され、
前記第２中間層が、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成型。
【請求項３】
前記中間層が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属層で構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン成形型。
【請求項４】
前記中間層が金属と非金属との混合層で構成され、前記金属が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉであり、前記非金属が、Ｃであり、
前記中間層の層厚方向において、前記中間層の上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のパターン成形型。
【請求項５】
被加工材の表面に、凹凸を有するパターンを転写するパターン成形型であって、
基材と、前記基材に接合されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層とで構成され、
前記基材がＳｉＣであり、
前記ＤＬＣ層に、前記被加工材の表面に転写するパターンが形成されていることを特徴とするパターン成形型。
【請求項６】
前記ＤＬＣ層に形成された前記パターンの横断面形状が、前記ＤＬＣ層の表面に平行する面で、深さ方向で異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか項に記載のパターン成形型。
【請求項７】
基材、中間層及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、
剛性を有する金属、セラミックス、又はガラスの前記基材を準備するステップと、
前記基材上に、前記基材及び前記ＤＬＣ層との接合性を提供し、かつ、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さい層である前記中間層を形成するステップと、
前記中間層上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、
前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とするパターン形成型の製造方法。
【請求項８】
前記中間層を形成するステップが、
前記基材上に、前記基材及び第２中間層との接合性に優れた第１中間層をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉの金属で形成するステップと、
前記第１中間層上に、前記ＤＬＣ層に比べ、エッチングレートが小さく、かつ、前記第１中間層及び前記ＤＬＣ層との接合性に優れた前記第２中間層を金属炭化物、金属窒化物又はセラミックスで形成するステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成型の製造方法。
【請求項９】
前記中間層を、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉのうちのいずれかの金属で形成することを特徴とする請求項７にパターン形成型の製造方法。
【請求項１０】
前記中間層を金属と非金属との混合層で構成し、前記金属をＣｒ、Ｗ、Ｔｉ又はＮｉとし、前記非金属をＣとし、
前記中間層を形成するステップにおいて、
前記中間層の層厚が上面側に行くにしたがい、Ｃの含有率が増加し、かつ、前記中間層の表層部において、Ｃの含有率が９０質量％以上となるように成膜条件を調整することを特徴とする請求項７に記載のパターン成形型の製造方法。
【請求項１１】
ＳｉＣからなる基材及びダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）層で構成され、被加工材の表面にパターンを転写するパターン成形型の製造方法であって、
ＳｉＣからなる前記基材を準備するステップと、
前記基材上に、前記ＤＬＣ層を形成するステップと、
前記ＤＬＣ層上に、前記被加工材の表面に転写するパターンに対応するマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンを基に、前記ＤＬＣ層に転写パターンを形成するステップとを含むことを特徴とするパターン成形型の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図４】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９１５８６（Ｐ２０１３−９１５８６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５６７４（Ｐ２０１１−２３５６７４）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５０１１３３２３６）
【出願人】（５１０３０１４１５）ミツエ・モールド・エンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５０１１３３２３６）
【出願人】（５１０３０１４１５）ミツエ・モールド・エンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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