JP2001287200A - スタンプ装置、スタンプ方法および原盤作製方法 - Google Patents

スタンプ装置、スタンプ方法および原盤作製方法

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JP2001287200A
JP2001287200A JP2000106508A JP2000106508A JP2001287200A JP 2001287200 A JP2001287200 A JP 2001287200A JP 2000106508 A JP2000106508 A JP 2000106508A JP 2000106508 A JP2000106508 A JP 2000106508A JP 2001287200 A JP2001287200 A JP 2001287200A
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Katsuyuki Naito
勝之 内藤
Yasuyuki Hieda
泰之 稗田
Takashi Ishino
隆 石野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナノメートルレベルの精度の加工が可能で、
スループットの上がる、スタンプ装置、スタンプ方法お
よび原盤作製方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 導電性の原盤11もしくは導電性の基板
13の片方、もしくは両者を移動するための手段と、該
原盤11と基板13の間の電気容量を測定するための手
段を有するスタンプ装置であって、電気容量によって原
盤11と基板13の平行方向の相対位置を制御する手段
を有することを特徴とするスタンプ装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナノメートルレベ
ルの精度での加工を可能とするスタンプ装置、スタンプ
方法および原盤作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光の回折限界を越えて、微細なリソグラ
フィーを実現するいわゆる超解像を利用する方法として
近接場光を利用する方法が知られている。これには、微
小な開口を有するプローブを用いる方法(特開平7−1
06229)や、よりスループットを上げるためにマス
クをレジストに極めて近距離に置く方法(特開平8−1
79493)や密着させる方法がある。
【0003】一方、光や電子線によるリソグラフィーで
はなくナノインプリンティングと呼ばれる方法が新しい
ナノ加工技術として提案されている。これはナノレベル
で凹凸のある原盤を基板上のレジストなどに押しつけて
加工する方法である。
【0004】近接場光用のマスクやナノインプリンティ
ング用の原盤を用いて基板を加工する方法の欠点は原盤
と基板との位置合わせが困難であり、そのため位置合わ
せの必要のない一回の加工のみに限定される場合がほと
んどであり、通常の光リソグラフィのように何回も位置
合わせを行いながら加工することができなかった。ま
た、ナノレベルでの近接場光マスクやナノインプリンテ
ィング原盤を電子線リソグラフィで作製する場合にはス
ループットが悪いという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来、ナノメートルレベルの精度の加工をスループットを
上げて行うことはできなかった。本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、ナノメートルレベルの精度の
加工が可能でスループットの上がる、スタンプ装置、ス
タンプ方法および原盤作製方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のスタンプ装置
は、導電性の原盤もしくは導電性の基板の片方、もしく
は両者を移動するための手段と、該原盤と基板の間の電
気容量を測定するための手段を有するスタンプ装置であ
って、電気容量によって前記原盤と基板の平行方向の相
対位置を制御する手段を有することを特徴とする。
【0007】例えば、図1に示すように凹凸のある導電
性の原盤と、導電性の基板上に凹凸があるポリマー膜、
もしくはSiなどの導電性の基板上に絶縁領域や配線な
どの電気回路などが存在すると、原盤と基板の平行方向
の相対位置が変化すると、図2で示すように両者の間の
電気容量が変化する。したがって、電気容量を精密に測
定することにより、原盤と基板の平行方向の相対位置を
検出することが可能となる。このためには電気容量を原
盤もしくは基板の片方の振動によって検出する手段が、
振動周波数に同期した距離変化に基づく容量変化を取り
出すことができるため、高感度に電気容量変化を検出す
ることが可能となり好ましい。
【0008】また、原盤と基板の距離をできるだけ一定
にして平行方向に移動する手段が必要であるが、ピエゾ
素子を用いた移動手段が好ましい。原盤と基板の距離を
一定に保つには原盤もしくは基板に反射部を設けて光て
こによって制御する手段が好ましい。原盤と基板との距
離が緩やかに変化する場合は、電気容量も緩やかに変化
するため、図2の点線のようになる。また原盤もしくは
基板の水平方向(XY方向)の絶対位置を検出するため
の位置センサーをさらに有することが好ましい。このよ
うな位置センサーとしてはレーザー位置センサー、電気
容量型位置センサーが位置精度の精密性から特に好まし
い。
【0009】本発明のスタンプ方法は、導電性の原盤と
導電性の基板をスタンプする方法において、該原盤と基
板の間の電気容量を測定することによって原盤と基板の
平行方向の相対位置を検出、制御した後、原盤と基板を
接触、加圧することを特徴とする。
【0010】これにより原盤と基板の平行方向の相対位
置を高精度に検出することが可能となり、ナノメートル
レベルで位置制御された基板加工が可能となる。
【0011】本発明の原盤作製方法は、凹凸構造を持っ
た原盤を基板に対して相対位置を移動しながら複数回ス
タンプして基板上に作製した鋳型からメッキによって該
原盤よりも密な凹凸構造を持つ娘原盤を作製することを
特徴とする。
【0012】光リソグラフィーおよび選択エッチングに
より安価な方法で作製したナノ構造の間隔は最低、光の
波長の半分程度である。相対位置を移動しながら複数回
スタンプすることにより上記間隔をさらに小さくするこ
とが可能となり、原盤よりも密な凹凸構造を持つ娘原盤
を作製することができる。
【0013】本発明の原盤作製方法はさらに、導電性の
原盤と導電性の基板の間の電気容量を測定することによ
って原盤と基板の平行方向の相対位置を検出することを
特徴としたり、中心を持つ原盤上の円周方向に隣合う凸
部の中心からの距離が徐々に変化する原盤を基板に対し
て相対的に回転させながら複数回スタンプすることを特
徴としてもよい。
【0014】導電性の原盤と導電性の基板の間の電気容
量を測定することによって原盤と基板の平行方向の相対
位置を検出することができると、相対位置を移動しなが
ら複数回スタンプすることにより、ナノメートルサイズ
で制御された密な凹凸構造を持つ娘原盤を作製すること
ができる。中心を持つ原盤上の円周方向に隣合う凸部の
中心からの距離が徐々に変化する原盤を基板に対して相
対的に回転させながら複数回スタンプすると、同一半径
上のナノ構造の間隔を狭くできるだけではなく、半径方
向の間隔も狭くすることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いつつ詳細に説明する。
【0016】第1の実施形態 図3に本実施形態で示すスタンプ装置の構成を示した。
31はニッケル製原盤32を真空に引いて保持するため
のホルダー、33は基板34を真空に引いて保持するた
めのホルダー、35は基板ホルダーをX、Y、Z方向に
精密に駆動するための微動アクチュエーター、36は微
動アクチュエーターをX、Y、Z方向に大まかに駆動す
るための粗動アクチュエーター、37は電気容量を検出
するための電気計測系、38は大まかな位置決めのため
の光学顕微鏡、39はスタンプ駆動系、3aは基板の高
さ位置を検出するためのレーザー光学系、3bは原盤を
微小振動させるためのピエゾ素子、3cは原盤の水平方
向の絶対位置を測定するためのレーザー位置計測系であ
る。
【0017】ここで1cm四方の原盤32と、膜厚30
nmのポリメチルメタクリレート膜3dを塗布したSi
基板34をスタンプ装置に設置した。原盤32には図4
で示すようにパターンを転写するためピラミッド状の微
小凸部41(先端径2〜3nm)が1μm間隔で設置さ
れている。また光学的に大まかに位置決めするための端
にマーク42が設けられている(図示せず)。
【0018】原盤32と基板34は光学顕微鏡38を用
いてマーク42が合うように合わせた。次に基板34の
みを上昇させ凹パターン43をポリメチルメタクリレー
ト塗布膜3dに転写作製した。なおこれらの操作は大気
中、室温で行った。基板34を静かに下降させ、原盤と
基板を剥がした。次に原盤を微小振動させながら電気容
量を測定し、徐々に基板を上昇させた。基板先端が原盤
に接触する直前に留め、XY方向に基板を移動させて電
気容量を測定したところ、図5に示すように電気容量の
値が極小になる点が計測された。その点からX方向に5
0nm移動して基板を上昇させてスタンプした。
【0019】次に、基板34を静かに下降させ、原盤と
基板を剥がした。次に電気容量を測定しながら、徐々に
基板を上昇させた。基板先端が原盤に接触する直前に留
め、XY方向に基板を移動させて電気容量を測定したと
ころ、電気容量の値が極小になる2点が分かった。その
点からさらにX方向に50nm移動して基板を上昇させ
てスタンプした。
【0020】以下同様にして20回スタンプした。AF
Mで測定したところX方向に50nm間隔で逆ピラミッ
ド状の孔が形成されていることがわかった。次にこれを
鋳型にして、化学メッキにより、凸部が原盤よりも密に
並んだニッケル製の娘原盤を作製した。
【0021】第2の実施形態 図6に本実施形態で示すスタンプ装置の構成を示した。
61はニッケル製の円盤状の原盤62を真空に引いて保
持するためのホルダー、63は基板64を真空に引いて
保持するためのホルダー、65は基板ホルダーをX、
Y、Z、θ(回転)方向に精密に駆動するための微動ア
クチュエーター、66は微動アクチュエーターをX、
Y、Z、θ方向に大まかに駆動するための粗動アクチュ
エーター、67は電気容量を検出するための電気計測
系、68は大まかな位置決めのための光学顕微鏡、69
はスタンプ駆動系、6aは基板の高さ位置を検出するた
めのレーザー光学系、6bは原盤を微小振動させるため
のピエゾ素子、6cは原盤の水平方向の絶対位置を測定
するための電気容量位置検出センサーである。
【0022】ここで2cm径の円形原盤62と、膜厚3
0nmのポリメチルメタクリレート膜6dを塗布した2
cm径のガラス上にアルミニウムを蒸着し電解研磨した
基板64をスタンプ装置に設置した。原盤62には図7
で示すようにパターンを転写するため、ピラミッド状の
微小凸部71(先端径2〜3nm)が円周方向に隣合う
凸部の中心からの距離が徐々に変化するように曲線73
上に約1μm間隔で設置されている。曲線73はデータ
領域74において中心からの距離が50nm間隔に微小
凸部が一つあるように多数配置されている。サーボ領域
75にはサーボ信号用の微小凸部パターンが形成されて
いる(図示せず)。データ領域74とサーボ領域75は
交互に配置され原盤を埋め尽くしている。
【0023】原盤62と基板64は光学顕微鏡68を用
いてマーク72が合うように合わせた。次に基板64の
みを上昇させ凹パターン73をポリメチルメタクリレー
ト塗布膜6dに転写形成した。なおこれらの操作は大気
中、室温で行った。基板64を静かに下降させ、原盤と
基板を剥がした。次に原盤を微小振動させながら電気容
量を測定し、徐々に基板を上昇させた。基板先端が原盤
に接触する直前に留め、XY方向に基板を移動させて電
気容量を測定したところ、電気容量の値が極小になる点
が分かった。その点からθ方向に5x10−4度回転し
て基板を上昇させてスタンプした。
【0024】次に、基板64を静かに下降させ、原盤と
基板を剥がした。次に電気容量を測定しながら、徐々に
基板を上昇させた。基板先端が原盤に接触する直前に留
め、XY方向に基板を移動させて電気容量を測定したと
ころ、電気容量の値が極小になる2点が分かった。その
点からさらにθ方向に5x10−4度回転して基板を上
昇させてスタンプした。
【0025】以下同様にしてスタンプを繰り返した。A
FMで測定したところ円周方向に数十nm間隔で逆ピラ
ミッド状の孔が形成されていることがわかった。次にこ
れを鋳型にして、化学メッキにより、ニッケル製の娘原
盤を作製した。
【0026】第3の実施形態 第2の実施形態で示したスタンプ装置を用い、図8で示
すニッケル製の原盤を用いることを除いては実施例2と
同様にして、ポリメチルメタクリーレト膜に逆ピラミッ
ド状の孔を形成した。原盤82は中心から半径が100
nmごと異なる円周上に微小凸部が1μm間隔で配置し
ている(図示せず)。AFMで測定したところ円周方向
に数十nm間隔で逆ピラミッド状の孔が形成されている
ことがわかった。次にこれを鋳型にして、化学メッキに
より、ニッケル製の娘原盤を作製した。
【0027】第4の実施形態 第1の実施形態で示したスタンプ装置を用い、線幅50
nmの凸部が形成されたニッケル製の原盤を用いて、S
i基板上のMOSデバイス上に形成されたポリメチルメ
タクリーレト膜にデバイスの電気配線部にあたる部分に
原盤と基板を位置制御して凹部を形成した。RIEエッ
チング、銅蒸着、リフトオフにより線幅50nmの銅配
線を作製した。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ナノメートルレベルの精度の加工が可能で、スループッ
トの上がる、スタンプ装置、スタンプ方法および原盤作
製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、導電性の凸原盤と、導電性の基板上
に凹部があるポリマー膜が存在する場合の模式図であ
り、(b)は、導電性の原盤と導電性のSi基板上にト
ランジスタなどの電気回路が存在する場合の模式図。
【図2】図1(a)での原盤と基板間の電気容量の変化
を示す模式図。
【図3】第1の実施形態で示すスタンプ装置を示す図。
【図4】第1の実施形態で示す原盤を示す図。
【図5】第1の実施形態で示す原盤と基板間の電気容量
の変化を示す図。
【図6】第2の実施形態で示すスタンプ装置を示す図。
【図7】第2の実施形態で示す原盤を示す図。
【図8】第3の実施形態で示す原盤を示す図。
【符号の説明】
11…導電性原盤 12,14…レジスト 13…Si基板 15…トランジスタ構造 31…原盤を保持するためのホルダー 32…ニッケル製原盤 33…基板を保持するためのホルダー 34…基板 35…微動アクチュエーター 36…粗動アクチュエーター 37…電気容量を検出する計測系 38…光学顕微鏡 39…スタンプ駆動系 3a…光学系 3b…ピエゾ素子 3c…レーザー位置計測系 3d…ポリメチルメタクリレート膜 41…ピラミッド状の微小凸部 42…マーク 43…凹パターン 61…原盤を保持するためのホルダー 62…ニッケル製原盤 63…基板を保持するためのホルダー 64…基板 65…微動アクチュエーター 66…粗動アクチュエーター 67…電気容量を検出する計測系 68…光学顕微鏡 69…スタンプ駆動系 6a…光学系 6b…ピエゾ素子 6c…電気容量位置検出センサー 6d…ポリメチルメタクリレート膜 71…ピラミッド状の微小凸部 72…マーク 73…曲線 74…データ領域 75…サーボ領域 82…原盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11B 7/26 511 G11B 7/26 511 521 521 (72)発明者 石野 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5D121 AA02 AA12 BA01 BA05 BB31 DD06 DD07 DD11 DD13 EE21 GG10 JJ01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性の原盤もしくは導電性の基板の片
    方、もしくは両者を移動するための手段と、該原盤と基
    板の間の電気容量を測定するための手段を有するスタン
    プ装置であって、電気容量によって前記原盤と基板の平
    行方向の相対位置を制御する手段を有することを特徴と
    するスタンプ装置。
  2. 【請求項2】 導電性の原盤と導電性の基板をスタンプ
    する方法であって、該原盤と基板の間の電気容量を測定
    することによって前記原盤と基板の平行方向の相対位置
    を検出、制御した後、前記原盤と基板を接触させ、加圧
    することを特徴とするスタンプ方法。
  3. 【請求項3】 凹凸構造を持った原盤を基板に対して相
    対位置を変えながら複数回スタンプして前記基板上に作
    製した鋳型を用いて、メッキによって該原盤よりも密な
    凹凸構造を持つ子原盤を作製することを特徴とする原盤
    作製方法。
  4. 【請求項4】 導電性の原盤と導電性の基板との間の電
    気容量を測定することによって該原盤と基板の平行方向
    の相対位置を検出することを特徴とする請求項3記載の
    原盤作製方法。
  5. 【請求項5】 中心を持つ原盤上の円周方向に隣合う凸
    部の中心からの距離が徐々に変化する原盤を、基板に対
    して相対的に回転させながら複数回スタンプすることを
    特徴とする請求項3若しくは4記載の原盤作製方法。
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