モールド及びモールドの製造方法
【課題】加工精度が高く、ローラー型として利用できるモールド及びモールドの製造方法を提供する。
【解決手段】モールド１は、円筒部５と、円筒部５の円筒面上に形成された凹凸のパターンを有するパターン部３から構成される。円筒部５の外側に円筒面に沿って複数のパターン部３が貼り付けられる。パターン部３はシリコンで形成され、基板１１に凹凸のパターン１５を形成した後、基板１１を薄膜化して作製される。パターン転写の際には、円筒状のモールド１を、パターンを転写する対象に対し接触させ、軸を中心に回転させることによってインプリントを行う。
【解決手段】モールド１は、円筒部５と、円筒部５の円筒面上に形成された凹凸のパターンを有するパターン部３から構成される。円筒部５の外側に円筒面に沿って複数のパターン部３が貼り付けられる。パターン部３はシリコンで形成され、基板１１に凹凸のパターン１５を形成した後、基板１１を薄膜化して作製される。パターン転写の際には、円筒状のモールド１を、パターンを転写する対象に対し接触させ、軸を中心に回転させることによってインプリントを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントに用いられるモールド、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造分野においては、微細なレジストパターンを効率よく作製する方法として、フォトリソグラフィが用いられている。また、現在のフォトリソグラフィ技術では難しいナノオーダーのパターンを正確に形成できる手法の確立が望まれている。しかしながら、従来のフォトリソグラフィを用いて、凹凸形状を有するパターンを形成する際には、工程数および使用材料の種類の多いプロセスを経る必要がある。
【０００３】
そこで、レジストパターンの形成をインプリント用のモールド、すなわち型で行なう、ナノインプリントリソグラフィ（以下ＮＩＬと称する。）が提案されている。
【０００４】
ＮＩＬでは、シリコンや石英等の基板にエッチングを施し、基板の表面に凹凸のパターンを形成した平板状のモールドによって転写が行われる。一方で、高いスループットが要求されるので、平板状のモールドではなく、円筒状（ローラー型）のモールドを用いて、モールドの回転によって短い時間でＮＩＬを行う仕組みが提案されている（例えば「特許文献１」参照。）。
【特許文献１】特開２００５−５２８４号公報
【０００５】
ローラー型モールドでは、円筒型に加工しやすいことから、ニッケル（Ｎｉ）や樹脂等の材料が用いられる。
【０００６】
しかしながら、ニッケル（Ｎｉ）製や樹脂製のモールドは、ＮＩＬの際に高い加工精度が得られにくいという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは加工精度が高く、ローラー型として利用できるモールド及びモールドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために第１の発明は、ナノインプリントに用いられる円筒または多角柱形状のモールドであって、円筒部又は多角柱部と、パターン部から構成されており、かつ前記円筒部又は前記多角柱部の外面に、表面に微小凹凸を有する前記パターン部を設けることを特徴とするモールドである。
【０００９】
パターン部は、シリコンを材料とすることが望ましい。パターン部は、円筒部または多角柱部に、単数または複数のパターン部が接合されて設けられる。複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合される。
【００１０】
より具体的には、パターン部は、パターン形成層（基板）と補助層（接合層）とで構成される。パターン形成層は、シリコンからなり、凹凸で構成されたパターンを有する。補助層は、パターン形成層中のシリコン以外の層であるが、補助層は無いことが望ましい。
ここでパターンとは、シリコン上に形成された微細凹凸（凹凸パターン）の集合である。
【００１１】
第２の発明は、ナノインプリントに用いられるモールドの製造方法であって、
パターン部となる材料の基板表面に微小凹凸からなるパターンを形成する工程（ａ）と、前記パターン部を薄膜化する工程（ｂ）と、薄膜化された前記パターン部を、円筒部または多角柱部の外周に設ける工程（ｃ）と、を具備することを特徴とするモールドの製造方法である。
【００１２】
前記工程（ａ）は、例えば、基板の表面にパターン形成層を形成する工程と、前記パターン形成層に凹凸で構成されたパターンを形成する工程と、前記パターンの形成されたパターン形成層をマスクとして、前記基板をエッチングし、前記基板上に凹凸で構成されたパターンを形成し、パターン部とする工程から成る。
【００１３】
前記工程（ｂ）では、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、または基板が二層以上で構成されている場合、表面に凹凸を有している層以外を分離すること等により、パターン部を薄膜化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工精度が高く、ローラー型として利用できるモールド及びモールドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態に係るモールド１及びモールド１の製造方法について詳細に説明する。モールド１は、円筒形または多角柱形の形状をなす。ここでは、円筒形状のモールド１を例に挙げて説明を行う。
【００１６】
図１はモールド１の概略図、図２はモールド１の、図１のＮ−Ｎによる断面図である。図１に示すように、モールド１は、円筒部５と、円筒部５の円筒面上に形成された凹凸のパターンを有するパターン部３から構成される。円筒部５は、モールド１の芯になる部分である。パターン部３は、モールド１の円筒形状を構成する板状の部材である。
図２に示すように、モールド１では、円筒部５の外周面に複数のパターン部３が接合される。モールド１はナノインプリントに用いられる。
【００１７】
図３及び図４はモールド１の製造方法の各工程を示す図である。
【００１８】
図３（ａ）は、モールド１のパターン部３を構成する基板１１を示す。基板１１には、凹凸パターンが形成される。基板１１の材料は、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、石英、その他ガラス、クロム（Ｃｒ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等である。微細な凹凸パターンを形成するためには、ナノオーダーの加工装置が入手しやすいことから、基板１１はシリコン（Ｓｉ）であることが望ましい。なお、以下の説明においては基板１１はシリコン（Ｓｉ）を用いる。
【００１９】
最初に、図３（ｂ）に示すように、基板１１の表面にレジスト等のパターン形成層１３を形成する。パターン形成層１３は、凹凸パターンを基板に作製するのに必要な層であり、最終的には除去される。例えばパターン形成層１３がレジストの場合、スピン塗布、スプレー塗布等の方法でパターン形成層１３が形成可能である。次に、パターン形成層１３の形成したいパターンに対応した表面に電子ビーム等を照射し、露光する。露光の方法としては、電子ビームによる露光の他に、レーザー描画機を用いた露光、マスクを使った紫外光による露光等がある。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、現像等の処理を行い、パターン形成層１３の表面にパターン１５ａを形成する。さらに、パターン１５ａの形成されたパターン形成層１３をマスクとして基板１１にエッチングを施し、基板１１、パターン形成層１３上にパターン１５ｂを形成する（図３（ｄ））。
【００２１】
エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれでもよい。ドライエッチングの場合、エッチングガスとしては、一般にはＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３等のフッ素系ガス、Ｃｌ２、ＣＣｌ４等の塩素系ガス、ＨＢｒ等の臭素系ガス等が用いられる。
ウェットエッチングの場合、薬液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、フッ硝酸（フッ酸と硝酸の混合液）が用いられる。ウェットエッチングの薬液としてＫＯＨ、ＴＭＡＨを用いた場合、エッチングの対象となる基板が単結晶であるならエッチングによって現われた側壁はファセット面となる。その際、ファセット面は、用いた基板のもつ結晶方位、およびエッチングを行ったパターン１５ａの形状によって現われる面が異なる。また、深さは面方位およびエッチング時間によって異なる。
【００２２】
次に、図３（ｅ）に示すように、パターン形成層１３を剥離すると、基板１１上に微細な凹凸の集合であるパターン１５ｃが形成される。
【００２３】
次に、基板１１上にコーティング材１７の層を形成する（図３（ｆ））。コーティング材１７は、パターン１５ｃの形成された基板１１を薄膜化する際に、研磨や切削による基板１１の損傷を防ぐためのものである。コーティング材１７としては、例えばテープ、樹脂（例えばワックス）等があげられる。
テープは、例えば保護面側に接着剤のついた樹脂製のテープであり、これを基板１１に貼り付けることによってパターン１５ｃの形成された面を保護する。
樹脂は、基板１１の、パターン１５ｃの形成された面に塗布される。後述の工程で研磨に十分に耐えられるような性質の樹脂を、十分に厚みを持たせて塗布する必要がある。
また、基板１１の、パターン１５ｃの形成された面に鋼板等を貼り付けてもよい。鋼板を貼り付ける場合、樹脂等の接着剤を用いる。
【００２４】
次に、基板１１を薄膜化する（図４（ａ））。薄膜化は、基板１１を湾曲させて曲面にしやすくするために行われる。即ち、基板１１は、円筒部５の円筒面に貼り付けられるように十分に薄く加工される必要がある。薄膜化の方法としては、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、薄膜層の分離等があげられる。
【００２５】
バックグラインドは、後述するように、基板１１を、研磨剤によって研磨、切削する。エッチングはドライエッチング及びウェットエッチングであり、薬品やプラズマを用いて基板１１を切削する方法である。ブラストは高圧の微粒子で物理的に基板１１を切削する方法である。スライスは、基板１１を物理的な切削によって薄くする方法である。
基板が二層以上で構成されている場合については、凹凸を有しているパターン部と、パターン部を支える支持基板とにより構成されているとみなすことができる。よってパターン部を支持基板と分離することで上述の他の方法と同様、基板を薄くしたのと同様の効果が得られる。即ち、基板１１の代りに薄膜を用い、支持基板を用いて薄膜を固定して薄膜に凹凸加工を行う。凹凸を加工した後、支持基板を取り除き、薄膜部分のみを円筒化させる。
【００２６】
薄膜化の方法としては、バックグラインドが望ましい。
薄膜化された基板１１は、円筒部５の半径に対して十分薄く、曲げに耐えられることが必要である。
【００２７】
次に図５を参照しながらバックグラインドによる基板１１の薄膜化についてさらに詳細に説明を行う。
バックグラインドはグラインダ２０を用いて行われる。図５に示すように、グラインダ２０は回転部２１と定盤２５で構成される。コーティング材１７を形成した基板１１を回転部２１に固定する。回転部２１はＡ方向に回転する。定盤２５と基板１１の間には研磨剤２３があり、この研磨剤２３によって基板１１の裏面、即ちパターン１５ｃが形成された面と反対の面が研磨される。
【００２８】
研磨剤２３としては、例えば、ダイヤモンドの微粒子やスラリー（微小粒子状セラミック）が用いられる。尚、定盤２５も回転する場合もある。また、定盤２５と研磨剤２３の代りに、表面に凹凸を有する研磨板を用いてもよい。
【００２９】
以上のように、基板１１は薄膜化加工され、円筒部５に貼り合わせる際の曲げに耐えられる十分な薄さの基板１１となる。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、コーティング材１７を基板１１から分離させ、パターン部３を得る。分離の方法は、コーティング材１７の種類によって異なるが、コーティング材１７を溶解する薬品にて除去するのが一般的である。またこれがテープの場合であると、ＵＶ光の照射により粘着力が弱まるものがある。
【００３１】
ここで、必要であれば基板１１の外形形状の加工を行う。即ち、例えば円形の基板１１を四角に加工する等の処理である。外形形状の加工は、ダイシング、エッチング等の方法で行われる。ダイシングは、物理的に切断する切削方法であり、ブレードによる方法とレーザーによる方法がある。
【００３２】
次に、図４（ｃ）に示すように、薄膜化したパターン部３を円筒部５の円筒面に沿わせるように曲げて、円筒部５に接合させて貼り付ける。ここで、モールド１が熱インプリントに使用される場合、円筒部５の熱膨張係数を考慮する必要がある。
接合方法としては、例えば接着剤による接合、共晶をなす金属による接合、酸化膜を介したシロキサン結合、また界面活性化による直接接合などが挙げられる。
【００３３】
パターン部３と円筒部５の間には、シリコン以外の材質からなる補助層を形成することもある。前述のような接合により接合層が形成され、補助層となる場合もある。補助層の有無は問わないが、補助層は無い方が好ましい。
【００３４】
図２及び図４（ｃ）の場合、複数のパターン部３を円筒部５に貼り合わせる。パターン部３同士の継ぎ目は平滑か、あるいは転写しようとするパターンよりも凹んでいることが望ましい。
【００３５】
図６は、パターン部３の接合の状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、パターン部３ａとパターン部３ｂとを接合する際に、継ぎ目２７が凸状であると、モールド１を回転させ、転写を行う場合に、継ぎ目２７が転写面に圧力を加えてしまう。
【００３６】
そのためパターン部３ｃとパターン部３ｄとを接合する際に、継ぎ目２７を凹状とする。これにより、モールド１の回転で継ぎ目２７が転写面に接するのを防ぐことができる。このように、複数のパターン部３を円筒部５に貼り合わせる際には、パターン部３同士の継ぎ目を平滑か、あるいは凹状とすることが望まれる。
また、図６（ｂ）に示すように、パターン３ｅ、３ｆの間にすき間を設けるようにしてもよい。
【００３７】
以上のように、凹凸のパターンを有するパターン部３を円筒部５に貼り合わせることによって、図２に示すようなモールド１が作製される。
【００３８】
図１０は、補助層１２がある場合の、モールド１ａを示す図である。図１０に示すように、円筒部５に補助層１２を介して基板１１が貼り付けられる。
ここでは、パターン部３は、基板１１（パターン形成層）と補助層１２を含むものとする。
【００３９】
前述した実施の形態では、複数のパターン部３を、円筒部５に貼り付けるものであるが、１枚のパターン部３を円筒部５に貼り付けるようにしてもよい。
【００４０】
尚、凹凸のパターンの形成と薄膜化の工程は順序を入れ替えてもよい。また、コーティング材１７の分離はパターン部３を円筒部５に貼り付けた後で行うこともできる。
【００４１】
本実施の形態によれば、モールド１を円筒状（ローラー型）にし、モールド１の回転によって凹凸で構成されたパターンを転写することができるので、高速でインプリントを行うことができる。
また、シリコンを使用することによって微細なパターンを転写することができる。
【００４２】
モールド１は主に熱によるパターン転写、つまり熱インプリントに使用される。熱インプリントでは、円筒状のモールド１を、パターンを転写する対象に対し接触させ、軸を中心に回転させることによってインプリントを行う。これにより、従来の押し付けて離す方法に比べて、高速でインプリントを行うことができる。
【００４３】
また、モールド１は、パターンを転写する対象の材料が透明であれば、光インプリントに使用することもできる。この場合は、転写する対象の裏側、即ちモールド１と反対の側から紫外光等をあててレジストを硬化させる。
【実施例】
【００４４】
次に、図７、図８を参照しながら、本発明における実施例について説明を行う。図７、図８は実施例におけるモールド４５の製造の工程を示す図である。
【００４５】
図７（ａ）はモールド４５の材料となる単結晶シリコン基板３１の平面図、図７（ｂ）は単結晶シリコン基板３１の側面図である。
単結晶シリコン基板３１は、直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのものを２枚準備した。まず、単結晶シリコン基板３１の表面にレジスト３３を塗布した（図７（ｃ））。次に電子ビームＢを照射し（図７（ｄ））、パターン３５ａを描画した（図７（ｅ））。パターン３５は３００ｎｍのホールとした。
次に、ドライエッチングにより基板３１上にパターン３５ｂを形成した（図７（ｆ））。エッチングガスにはＨＢｒとＯ２の混合ガスを用いた。このときのエッチングの深さが２００ｎｍとなるように、エッチングの時間を設定した。
【００４６】
次に、レジスト３３を除去し、単結晶シリコン基板３１上にコーティング材として、研磨専用のテープ３７を貼り、パターン面を保護した（図７（ｇ））。
次に、単結晶シリコン基板３１を研磨し、厚さ１００μｍ、５０μｍの２種類の単結晶シリコン基板３１を得た（図８（ａ））。研磨にはバックグラインダを用いた。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板３１をパターン部４１として、テープ３７を貼ったままの状態で円筒部４３に貼りつけた。基板円筒部４３は半径３２ｍｍ、長さ２００ｍｍのものを用いた。このとき、パターン部４１の厚さが５０μｍのものは、円筒部４３に対して貼り付けが可能であった。しかし、パターン部４１の厚さが１００μｍのものは、曲げの途中で砕けた。以下に、シリコン製の基板の、曲げによる損傷や破損について、さらに詳細に示す。
【００４８】
図９は、シリコン製の基板５１の曲げ性に関するテストの概略を示すものである。使用したのはシリコン基板５１で、表面の面方位は（１００）、ノッチは〈１１０〉方向であった。
シリコン基板５１は、前述と同様、直径２００ｍｍ、厚さ５０μｍのものと、直径２００ｍｍ、厚さ１００μｍのものと２種類、それぞれ３枚ずつ準備した。それぞれ、曲げ方向を〈１１０〉〈１００〉〈−１１０〉とし、半径３２ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒部５３に巻きつけた。
【００４９】
図９（ａ）はシリコン基板５１を円筒部５３に巻きつけた状態の正面図、図９（ｂ）はその側面図である。図９（ａ）は、図９（ｂ）のＨ方向からの矢視である。図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板５１を、矢印Ｄの向きに３種類の面方位〈１１０〉〈１００〉〈−１１０〉を合わせ、円筒部５３の円筒面に沿ってＣのように曲げた。曲げ幅Ｅ１、Ｅ２は同じ長さになるようにし、シリコン基板５１が破損したときの曲げ幅Ｅ１（＝Ｅ２）を記録した。以上のテストを行った結果を表１に示す。
【００５０】
表１で、厚さは、シリコン基板５１の厚さを示す。曲げ方向Ｄの面方位は、図９（ａ）に示す曲げ方向Ｄに合わせた基板５１の面方位である。曲げ幅Ｅ１は、シリコン基板５１が破損したときの曲げ幅Ｅ１を示す。曲げによって破損が生じなかった場合には、曲げ幅Ｅ１が０となる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果からもわかるように、厚さ５０μｍ、曲げ方向〈１００〉の場合は、破損が発生しなかった。即ち、シリコン基板５１を半径３２ｍｍの円筒部５３のまわりを１周巻きつけることができた。厚さ１００μｍのシリコン基板５１では、すべて途中で破損し、巻きつけることができなかった。
以上のように、半径３２ｍｍの円筒部５３に対し、厚さ５０μｍのシリコン基板５１であれば、貼り付けが可能であるが、同一の材質、結晶性、厚みなどの外形形状を有する物体であっても、曲げの方向により破損のしやすさが異なるため、貼りつけの際には曲げ方向も考慮する必要がある。
【００５３】
また、テストの際、シリコン基板５１全体が一定の曲率ではなく、円筒部５３付近に応力が加わるので、実際にはこの実験で用いた円筒部５３より小さな半径の円筒部に巻きつけられる可能性はある。
【００５４】
以上のテストの結果より、モールド１ではパターン部３の厚さは円筒部５の円周半径に対して十分に小さいことが必要である。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るモールド及びモールドの製造方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、前述の例では、円筒状のモールド１について説明を行ったが、多角柱状のモールド１であってもよい。ただし、この場合は、モールドを用いて転写を行う場合、転写の対象物に対してモールド１の転写面が接する場合と多角形の角が接する場合とで回転中心となる軸が上下に移動する。従って、対象物に対して角が接する場合の圧迫や破損を防ぐために、回転の際に接触圧力を制御する必要がある。また、多角形の角が多いと、形状としては円形に近づき、軸のぶれは少なくなるが、パターン部３の１つあたりの面積が小さくなる。その場合には多角形の底面積を大きくする等の考慮が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】モールド１の斜視図
【図２】モールド１の断面図
【図３】モールド１の製造方法における各工程を示す図
【図４】モールド１の製造方法における各工程を示す図
【図５】グラインダ２０を示す図
【図６】複数のパターン部３の接合を示す図
【図７】実施例におけるモールド４５の製造工程を示す図
【図８】実施例におけるモールド４５の製造工程を示す図
【図９】実施例における単結晶シリコン基板５１と円筒部５３の配置を示す図
【図１０】補助層１２がある場合のパターン部３と円筒部５の接合を示す図
【符号の説明】
【００５８】
１、１ａ………モールド
３………パターン部
５………円筒部
１１………基板
１２………補助層
１３………パターン形成層
１５………パターン
１７………コーティング材
２０………グラインダ
２１………回転部
２３………研磨剤
２５………定盤
３１………単結晶シリコン基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントに用いられるモールド、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造分野においては、微細なレジストパターンを効率よく作製する方法として、フォトリソグラフィが用いられている。また、現在のフォトリソグラフィ技術では難しいナノオーダーのパターンを正確に形成できる手法の確立が望まれている。しかしながら、従来のフォトリソグラフィを用いて、凹凸形状を有するパターンを形成する際には、工程数および使用材料の種類の多いプロセスを経る必要がある。
【０００３】
そこで、レジストパターンの形成をインプリント用のモールド、すなわち型で行なう、ナノインプリントリソグラフィ（以下ＮＩＬと称する。）が提案されている。
【０００４】
ＮＩＬでは、シリコンや石英等の基板にエッチングを施し、基板の表面に凹凸のパターンを形成した平板状のモールドによって転写が行われる。一方で、高いスループットが要求されるので、平板状のモールドではなく、円筒状（ローラー型）のモールドを用いて、モールドの回転によって短い時間でＮＩＬを行う仕組みが提案されている（例えば「特許文献１」参照。）。
【特許文献１】特開２００５−５２８４号公報
【０００５】
ローラー型モールドでは、円筒型に加工しやすいことから、ニッケル（Ｎｉ）や樹脂等の材料が用いられる。
【０００６】
しかしながら、ニッケル（Ｎｉ）製や樹脂製のモールドは、ＮＩＬの際に高い加工精度が得られにくいという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは加工精度が高く、ローラー型として利用できるモールド及びモールドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために第１の発明は、ナノインプリントに用いられる円筒または多角柱形状のモールドであって、円筒部又は多角柱部と、パターン部から構成されており、かつ前記円筒部又は前記多角柱部の外面に、表面に微小凹凸を有する前記パターン部を設けることを特徴とするモールドである。
【０００９】
パターン部は、シリコンを材料とすることが望ましい。パターン部は、円筒部または多角柱部に、単数または複数のパターン部が接合されて設けられる。複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合される。
【００１０】
より具体的には、パターン部は、パターン形成層（基板）と補助層（接合層）とで構成される。パターン形成層は、シリコンからなり、凹凸で構成されたパターンを有する。補助層は、パターン形成層中のシリコン以外の層であるが、補助層は無いことが望ましい。
ここでパターンとは、シリコン上に形成された微細凹凸（凹凸パターン）の集合である。
【００１１】
第２の発明は、ナノインプリントに用いられるモールドの製造方法であって、
パターン部となる材料の基板表面に微小凹凸からなるパターンを形成する工程（ａ）と、前記パターン部を薄膜化する工程（ｂ）と、薄膜化された前記パターン部を、円筒部または多角柱部の外周に設ける工程（ｃ）と、を具備することを特徴とするモールドの製造方法である。
【００１２】
前記工程（ａ）は、例えば、基板の表面にパターン形成層を形成する工程と、前記パターン形成層に凹凸で構成されたパターンを形成する工程と、前記パターンの形成されたパターン形成層をマスクとして、前記基板をエッチングし、前記基板上に凹凸で構成されたパターンを形成し、パターン部とする工程から成る。
【００１３】
前記工程（ｂ）では、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、または基板が二層以上で構成されている場合、表面に凹凸を有している層以外を分離すること等により、パターン部を薄膜化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工精度が高く、ローラー型として利用できるモールド及びモールドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態に係るモールド１及びモールド１の製造方法について詳細に説明する。モールド１は、円筒形または多角柱形の形状をなす。ここでは、円筒形状のモールド１を例に挙げて説明を行う。
【００１６】
図１はモールド１の概略図、図２はモールド１の、図１のＮ−Ｎによる断面図である。図１に示すように、モールド１は、円筒部５と、円筒部５の円筒面上に形成された凹凸のパターンを有するパターン部３から構成される。円筒部５は、モールド１の芯になる部分である。パターン部３は、モールド１の円筒形状を構成する板状の部材である。
図２に示すように、モールド１では、円筒部５の外周面に複数のパターン部３が接合される。モールド１はナノインプリントに用いられる。
【００１７】
図３及び図４はモールド１の製造方法の各工程を示す図である。
【００１８】
図３（ａ）は、モールド１のパターン部３を構成する基板１１を示す。基板１１には、凹凸パターンが形成される。基板１１の材料は、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、石英、その他ガラス、クロム（Ｃｒ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等である。微細な凹凸パターンを形成するためには、ナノオーダーの加工装置が入手しやすいことから、基板１１はシリコン（Ｓｉ）であることが望ましい。なお、以下の説明においては基板１１はシリコン（Ｓｉ）を用いる。
【００１９】
最初に、図３（ｂ）に示すように、基板１１の表面にレジスト等のパターン形成層１３を形成する。パターン形成層１３は、凹凸パターンを基板に作製するのに必要な層であり、最終的には除去される。例えばパターン形成層１３がレジストの場合、スピン塗布、スプレー塗布等の方法でパターン形成層１３が形成可能である。次に、パターン形成層１３の形成したいパターンに対応した表面に電子ビーム等を照射し、露光する。露光の方法としては、電子ビームによる露光の他に、レーザー描画機を用いた露光、マスクを使った紫外光による露光等がある。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、現像等の処理を行い、パターン形成層１３の表面にパターン１５ａを形成する。さらに、パターン１５ａの形成されたパターン形成層１３をマスクとして基板１１にエッチングを施し、基板１１、パターン形成層１３上にパターン１５ｂを形成する（図３（ｄ））。
【００２１】
エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれでもよい。ドライエッチングの場合、エッチングガスとしては、一般にはＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３等のフッ素系ガス、Ｃｌ２、ＣＣｌ４等の塩素系ガス、ＨＢｒ等の臭素系ガス等が用いられる。
ウェットエッチングの場合、薬液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、フッ硝酸（フッ酸と硝酸の混合液）が用いられる。ウェットエッチングの薬液としてＫＯＨ、ＴＭＡＨを用いた場合、エッチングの対象となる基板が単結晶であるならエッチングによって現われた側壁はファセット面となる。その際、ファセット面は、用いた基板のもつ結晶方位、およびエッチングを行ったパターン１５ａの形状によって現われる面が異なる。また、深さは面方位およびエッチング時間によって異なる。
【００２２】
次に、図３（ｅ）に示すように、パターン形成層１３を剥離すると、基板１１上に微細な凹凸の集合であるパターン１５ｃが形成される。
【００２３】
次に、基板１１上にコーティング材１７の層を形成する（図３（ｆ））。コーティング材１７は、パターン１５ｃの形成された基板１１を薄膜化する際に、研磨や切削による基板１１の損傷を防ぐためのものである。コーティング材１７としては、例えばテープ、樹脂（例えばワックス）等があげられる。
テープは、例えば保護面側に接着剤のついた樹脂製のテープであり、これを基板１１に貼り付けることによってパターン１５ｃの形成された面を保護する。
樹脂は、基板１１の、パターン１５ｃの形成された面に塗布される。後述の工程で研磨に十分に耐えられるような性質の樹脂を、十分に厚みを持たせて塗布する必要がある。
また、基板１１の、パターン１５ｃの形成された面に鋼板等を貼り付けてもよい。鋼板を貼り付ける場合、樹脂等の接着剤を用いる。
【００２４】
次に、基板１１を薄膜化する（図４（ａ））。薄膜化は、基板１１を湾曲させて曲面にしやすくするために行われる。即ち、基板１１は、円筒部５の円筒面に貼り付けられるように十分に薄く加工される必要がある。薄膜化の方法としては、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、薄膜層の分離等があげられる。
【００２５】
バックグラインドは、後述するように、基板１１を、研磨剤によって研磨、切削する。エッチングはドライエッチング及びウェットエッチングであり、薬品やプラズマを用いて基板１１を切削する方法である。ブラストは高圧の微粒子で物理的に基板１１を切削する方法である。スライスは、基板１１を物理的な切削によって薄くする方法である。
基板が二層以上で構成されている場合については、凹凸を有しているパターン部と、パターン部を支える支持基板とにより構成されているとみなすことができる。よってパターン部を支持基板と分離することで上述の他の方法と同様、基板を薄くしたのと同様の効果が得られる。即ち、基板１１の代りに薄膜を用い、支持基板を用いて薄膜を固定して薄膜に凹凸加工を行う。凹凸を加工した後、支持基板を取り除き、薄膜部分のみを円筒化させる。
【００２６】
薄膜化の方法としては、バックグラインドが望ましい。
薄膜化された基板１１は、円筒部５の半径に対して十分薄く、曲げに耐えられることが必要である。
【００２７】
次に図５を参照しながらバックグラインドによる基板１１の薄膜化についてさらに詳細に説明を行う。
バックグラインドはグラインダ２０を用いて行われる。図５に示すように、グラインダ２０は回転部２１と定盤２５で構成される。コーティング材１７を形成した基板１１を回転部２１に固定する。回転部２１はＡ方向に回転する。定盤２５と基板１１の間には研磨剤２３があり、この研磨剤２３によって基板１１の裏面、即ちパターン１５ｃが形成された面と反対の面が研磨される。
【００２８】
研磨剤２３としては、例えば、ダイヤモンドの微粒子やスラリー（微小粒子状セラミック）が用いられる。尚、定盤２５も回転する場合もある。また、定盤２５と研磨剤２３の代りに、表面に凹凸を有する研磨板を用いてもよい。
【００２９】
以上のように、基板１１は薄膜化加工され、円筒部５に貼り合わせる際の曲げに耐えられる十分な薄さの基板１１となる。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、コーティング材１７を基板１１から分離させ、パターン部３を得る。分離の方法は、コーティング材１７の種類によって異なるが、コーティング材１７を溶解する薬品にて除去するのが一般的である。またこれがテープの場合であると、ＵＶ光の照射により粘着力が弱まるものがある。
【００３１】
ここで、必要であれば基板１１の外形形状の加工を行う。即ち、例えば円形の基板１１を四角に加工する等の処理である。外形形状の加工は、ダイシング、エッチング等の方法で行われる。ダイシングは、物理的に切断する切削方法であり、ブレードによる方法とレーザーによる方法がある。
【００３２】
次に、図４（ｃ）に示すように、薄膜化したパターン部３を円筒部５の円筒面に沿わせるように曲げて、円筒部５に接合させて貼り付ける。ここで、モールド１が熱インプリントに使用される場合、円筒部５の熱膨張係数を考慮する必要がある。
接合方法としては、例えば接着剤による接合、共晶をなす金属による接合、酸化膜を介したシロキサン結合、また界面活性化による直接接合などが挙げられる。
【００３３】
パターン部３と円筒部５の間には、シリコン以外の材質からなる補助層を形成することもある。前述のような接合により接合層が形成され、補助層となる場合もある。補助層の有無は問わないが、補助層は無い方が好ましい。
【００３４】
図２及び図４（ｃ）の場合、複数のパターン部３を円筒部５に貼り合わせる。パターン部３同士の継ぎ目は平滑か、あるいは転写しようとするパターンよりも凹んでいることが望ましい。
【００３５】
図６は、パターン部３の接合の状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、パターン部３ａとパターン部３ｂとを接合する際に、継ぎ目２７が凸状であると、モールド１を回転させ、転写を行う場合に、継ぎ目２７が転写面に圧力を加えてしまう。
【００３６】
そのためパターン部３ｃとパターン部３ｄとを接合する際に、継ぎ目２７を凹状とする。これにより、モールド１の回転で継ぎ目２７が転写面に接するのを防ぐことができる。このように、複数のパターン部３を円筒部５に貼り合わせる際には、パターン部３同士の継ぎ目を平滑か、あるいは凹状とすることが望まれる。
また、図６（ｂ）に示すように、パターン３ｅ、３ｆの間にすき間を設けるようにしてもよい。
【００３７】
以上のように、凹凸のパターンを有するパターン部３を円筒部５に貼り合わせることによって、図２に示すようなモールド１が作製される。
【００３８】
図１０は、補助層１２がある場合の、モールド１ａを示す図である。図１０に示すように、円筒部５に補助層１２を介して基板１１が貼り付けられる。
ここでは、パターン部３は、基板１１（パターン形成層）と補助層１２を含むものとする。
【００３９】
前述した実施の形態では、複数のパターン部３を、円筒部５に貼り付けるものであるが、１枚のパターン部３を円筒部５に貼り付けるようにしてもよい。
【００４０】
尚、凹凸のパターンの形成と薄膜化の工程は順序を入れ替えてもよい。また、コーティング材１７の分離はパターン部３を円筒部５に貼り付けた後で行うこともできる。
【００４１】
本実施の形態によれば、モールド１を円筒状（ローラー型）にし、モールド１の回転によって凹凸で構成されたパターンを転写することができるので、高速でインプリントを行うことができる。
また、シリコンを使用することによって微細なパターンを転写することができる。
【００４２】
モールド１は主に熱によるパターン転写、つまり熱インプリントに使用される。熱インプリントでは、円筒状のモールド１を、パターンを転写する対象に対し接触させ、軸を中心に回転させることによってインプリントを行う。これにより、従来の押し付けて離す方法に比べて、高速でインプリントを行うことができる。
【００４３】
また、モールド１は、パターンを転写する対象の材料が透明であれば、光インプリントに使用することもできる。この場合は、転写する対象の裏側、即ちモールド１と反対の側から紫外光等をあててレジストを硬化させる。
【実施例】
【００４４】
次に、図７、図８を参照しながら、本発明における実施例について説明を行う。図７、図８は実施例におけるモールド４５の製造の工程を示す図である。
【００４５】
図７（ａ）はモールド４５の材料となる単結晶シリコン基板３１の平面図、図７（ｂ）は単結晶シリコン基板３１の側面図である。
単結晶シリコン基板３１は、直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのものを２枚準備した。まず、単結晶シリコン基板３１の表面にレジスト３３を塗布した（図７（ｃ））。次に電子ビームＢを照射し（図７（ｄ））、パターン３５ａを描画した（図７（ｅ））。パターン３５は３００ｎｍのホールとした。
次に、ドライエッチングにより基板３１上にパターン３５ｂを形成した（図７（ｆ））。エッチングガスにはＨＢｒとＯ２の混合ガスを用いた。このときのエッチングの深さが２００ｎｍとなるように、エッチングの時間を設定した。
【００４６】
次に、レジスト３３を除去し、単結晶シリコン基板３１上にコーティング材として、研磨専用のテープ３７を貼り、パターン面を保護した（図７（ｇ））。
次に、単結晶シリコン基板３１を研磨し、厚さ１００μｍ、５０μｍの２種類の単結晶シリコン基板３１を得た（図８（ａ））。研磨にはバックグラインダを用いた。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板３１をパターン部４１として、テープ３７を貼ったままの状態で円筒部４３に貼りつけた。基板円筒部４３は半径３２ｍｍ、長さ２００ｍｍのものを用いた。このとき、パターン部４１の厚さが５０μｍのものは、円筒部４３に対して貼り付けが可能であった。しかし、パターン部４１の厚さが１００μｍのものは、曲げの途中で砕けた。以下に、シリコン製の基板の、曲げによる損傷や破損について、さらに詳細に示す。
【００４８】
図９は、シリコン製の基板５１の曲げ性に関するテストの概略を示すものである。使用したのはシリコン基板５１で、表面の面方位は（１００）、ノッチは〈１１０〉方向であった。
シリコン基板５１は、前述と同様、直径２００ｍｍ、厚さ５０μｍのものと、直径２００ｍｍ、厚さ１００μｍのものと２種類、それぞれ３枚ずつ準備した。それぞれ、曲げ方向を〈１１０〉〈１００〉〈−１１０〉とし、半径３２ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒部５３に巻きつけた。
【００４９】
図９（ａ）はシリコン基板５１を円筒部５３に巻きつけた状態の正面図、図９（ｂ）はその側面図である。図９（ａ）は、図９（ｂ）のＨ方向からの矢視である。図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板５１を、矢印Ｄの向きに３種類の面方位〈１１０〉〈１００〉〈−１１０〉を合わせ、円筒部５３の円筒面に沿ってＣのように曲げた。曲げ幅Ｅ１、Ｅ２は同じ長さになるようにし、シリコン基板５１が破損したときの曲げ幅Ｅ１（＝Ｅ２）を記録した。以上のテストを行った結果を表１に示す。
【００５０】
表１で、厚さは、シリコン基板５１の厚さを示す。曲げ方向Ｄの面方位は、図９（ａ）に示す曲げ方向Ｄに合わせた基板５１の面方位である。曲げ幅Ｅ１は、シリコン基板５１が破損したときの曲げ幅Ｅ１を示す。曲げによって破損が生じなかった場合には、曲げ幅Ｅ１が０となる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果からもわかるように、厚さ５０μｍ、曲げ方向〈１００〉の場合は、破損が発生しなかった。即ち、シリコン基板５１を半径３２ｍｍの円筒部５３のまわりを１周巻きつけることができた。厚さ１００μｍのシリコン基板５１では、すべて途中で破損し、巻きつけることができなかった。
以上のように、半径３２ｍｍの円筒部５３に対し、厚さ５０μｍのシリコン基板５１であれば、貼り付けが可能であるが、同一の材質、結晶性、厚みなどの外形形状を有する物体であっても、曲げの方向により破損のしやすさが異なるため、貼りつけの際には曲げ方向も考慮する必要がある。
【００５３】
また、テストの際、シリコン基板５１全体が一定の曲率ではなく、円筒部５３付近に応力が加わるので、実際にはこの実験で用いた円筒部５３より小さな半径の円筒部に巻きつけられる可能性はある。
【００５４】
以上のテストの結果より、モールド１ではパターン部３の厚さは円筒部５の円周半径に対して十分に小さいことが必要である。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るモールド及びモールドの製造方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、前述の例では、円筒状のモールド１について説明を行ったが、多角柱状のモールド１であってもよい。ただし、この場合は、モールドを用いて転写を行う場合、転写の対象物に対してモールド１の転写面が接する場合と多角形の角が接する場合とで回転中心となる軸が上下に移動する。従って、対象物に対して角が接する場合の圧迫や破損を防ぐために、回転の際に接触圧力を制御する必要がある。また、多角形の角が多いと、形状としては円形に近づき、軸のぶれは少なくなるが、パターン部３の１つあたりの面積が小さくなる。その場合には多角形の底面積を大きくする等の考慮が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】モールド１の斜視図
【図２】モールド１の断面図
【図３】モールド１の製造方法における各工程を示す図
【図４】モールド１の製造方法における各工程を示す図
【図５】グラインダ２０を示す図
【図６】複数のパターン部３の接合を示す図
【図７】実施例におけるモールド４５の製造工程を示す図
【図８】実施例におけるモールド４５の製造工程を示す図
【図９】実施例における単結晶シリコン基板５１と円筒部５３の配置を示す図
【図１０】補助層１２がある場合のパターン部３と円筒部５の接合を示す図
【符号の説明】
【００５８】
１、１ａ………モールド
３………パターン部
５………円筒部
１１………基板
１２………補助層
１３………パターン形成層
１５………パターン
１７………コーティング材
２０………グラインダ
２１………回転部
２３………研磨剤
２５………定盤
３１………単結晶シリコン基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノインプリントに用いられる円筒または多角柱形状のモールドであって、
円筒部又は多角柱部と、パターン部から構成されており、かつ
前記円筒部又は前記多角柱部の外面に、表面に微小凹凸を有する前記パターン部を設けることを特徴とするモールド。
【請求項２】
少なくとも前記パターン部は、シリコンを材料とすることを特徴とする請求項１記載のモールド。
【請求項３】
前記円筒部または多角柱部に、単数または複数のパターン部が接合されて設けられることを特徴とする請求項１記載のモールド。
【請求項４】
前記複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合されることを特徴とする請求項３記載のモールド。
【請求項５】
ナノインプリントに用いられるモールドの製造方法であって、
パターン部となる材料の基板表面に微小凹凸からなるパターンを形成する工程（ａ）と、
前記パターン部を薄膜化する工程（ｂ）と、
薄膜化された前記パターン部を、円筒部または多角柱部の外周に設ける工程（ｃ）と、
を具備することを特徴とするモールドの製造方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）は、
基板の表面にパターン形成層を形成する工程と、
前記パターン形成層に凹凸で構成されたパターンを形成する工程と、
前記パターンの形成されたパターン形成層をマスクとして、前記基板をエッチングし、前記基板上に凹凸で構成されたパターンを形成し、パターン部とする工程と、
を具備することを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項７】
少なくとも前記パターン部はシリコンを材料とすることを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）は、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、または基板が二層以上で構成されている場合、表面に凹凸を有している層以外を分離することにより、パターン部を薄膜化することを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）は、前記円筒部または多角柱部の外周に、単数又は複数のパターン部が接合されて設けられることを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項１０】
前記複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合されることを特徴とする請求項９記載のモールドの製造方法。
【請求項１】
ナノインプリントに用いられる円筒または多角柱形状のモールドであって、
円筒部又は多角柱部と、パターン部から構成されており、かつ
前記円筒部又は前記多角柱部の外面に、表面に微小凹凸を有する前記パターン部を設けることを特徴とするモールド。
【請求項２】
少なくとも前記パターン部は、シリコンを材料とすることを特徴とする請求項１記載のモールド。
【請求項３】
前記円筒部または多角柱部に、単数または複数のパターン部が接合されて設けられることを特徴とする請求項１記載のモールド。
【請求項４】
前記複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合されることを特徴とする請求項３記載のモールド。
【請求項５】
ナノインプリントに用いられるモールドの製造方法であって、
パターン部となる材料の基板表面に微小凹凸からなるパターンを形成する工程（ａ）と、
前記パターン部を薄膜化する工程（ｂ）と、
薄膜化された前記パターン部を、円筒部または多角柱部の外周に設ける工程（ｃ）と、
を具備することを特徴とするモールドの製造方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）は、
基板の表面にパターン形成層を形成する工程と、
前記パターン形成層に凹凸で構成されたパターンを形成する工程と、
前記パターンの形成されたパターン形成層をマスクとして、前記基板をエッチングし、前記基板上に凹凸で構成されたパターンを形成し、パターン部とする工程と、
を具備することを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項７】
少なくとも前記パターン部はシリコンを材料とすることを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）は、バックグラインド、エッチング、ブラスト、スライス、または基板が二層以上で構成されている場合、表面に凹凸を有している層以外を分離することにより、パターン部を薄膜化することを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）は、前記円筒部または多角柱部の外周に、単数又は複数のパターン部が接合されて設けられることを特徴とする請求項５記載のモールドの製造方法。
【請求項１０】
前記複数のパターン部同士の接合部では、継ぎ目が平滑ないし凹状となるように、隣接するパターン部同士が接合されることを特徴とする請求項９記載のモールドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−７３９０２（Ｐ２００８−７３９０２Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５３７７４（Ｐ２００６−２５３７７４）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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