JP2007042969A - ナノインプリントパターン形成用金型およびナノレベルのパターンを有する部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体デバイスなどの製造工程において、パターン転写後の基板の不良率を低減することができるナノインプリントパターン形成用金型およびナノレベルのパターンを有する部材の製造方法を提供する。
【解決手段】 ナノインプリントパターン形成用金型１Ａには、被転写基板１０の分割相当箇所に分割切れ込み部１３Ａを転写するための分割用切れ込み形成部としてのノッチ形成用凸部３Ａが形成されている。被転写基板１０にナノインプリントパターン形成用金型１ＡによってパターンＰが転写されると、ノッチ形成用凸部３Ａが転写パターン形成層を貫通して、基板本体１１にノッチ１３ａが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細な凹凸が形成されたナノインプリントパターン形成用金型及びナノレベルのパターンを有する部材の製造方法に関する。

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、フォト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、高集積化を進めるために、フォト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を用いるようになった。

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メガビット、１ギガビット、４ギガビットと、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、電子線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。しかし、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。

これに対し、微細なパターン形成を低コストで実施するための技術が下記特許文献１及び特許文献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金型を、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る。特に、特許文献２や非特許文献１に記載のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハを金型として用い、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。
米国特許第５，２５９，９２６号明細書 米国特許第５，７７２，９０５号明細書 特開２００４−７１５８７号公報 S.Y.Chou et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.67,p.3314(1995)

しかし、微細なパターンを形成可能とされるインプリント技術について本発明者らが検討を行ったところ、転写後に金型と転写物とを乖離させて転写物を小片に分割するに際し、非常に微細な凹凸を樹脂、あるいは基板上の樹脂にパターンを転写した後に、機械的に切断して小片化すると、樹脂上のパターンが損傷したり、分割された形状が切断線に従わず、不均一な形状の小片となる場合が多い。特に、広い領域にわたり転写パターンが形成された基板を大量の小片にする場合には、転写パターンが損傷し、樹脂が基板から剥離し、あるいは所望の形状の小片が得られない現象が見られることが明らかになった。

また、前記特許文献３では、金型の転写パターン構造として、多段の凹凸を形成する技術が開示されている。しかしながら、本発明者らが多段構造を有する金型を用いて転写実験を行ったところ、基板には小片に分離するためのノッチは形成されず、ノッチ形状の形成には特殊な金型構造が必要であることがわかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、半導体デバイスなどの製造工程において、パターン転写後の基板の不良率を低減することができるナノインプリントパターン形成用金型およびナノレベルのパターンを有する部材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、被転写基板にナノレベルのパターンを転写し、前記ナノレベルのパターンが転写された被転写基板を分割してナノレベルのパターンを有する部材を製造するためのナノインプリントパターン形成用金型であって、前記被転写基板の表面にナノレベルのパターンを転写する際に、少なくとも前記被転写基板の一部の分割相当箇所に分割切れ込み部を転写するための分割用切れ込み形成部が設けられていることを特徴とする。

前記本発明によれば、金型に、ノッチ形成用凸部、加熱部、光遮断部からなる分割用切れ込み形成部を設けることで、被転写基板を小片化するための分割切れ込み部が形成される。よって、この分割切れ込み部に沿って被転写基板を高精度に切断することが可能になる。

本発明によれば、パターンが剥離するなどの不良を低減し、しかも被転写基板を高い寸法精度で切断できるので、パターン転写後の被転写基板の不良率を低減することが可能になる。

以下、本実施形態に係るナノインプリントパターン形成用金型について図面を参照して説明する。なお、ナノインプリントとは、数１００μｍから数ｎｍ程度の範囲の転写を意味している。

本実施形態に係るナノインプリントパターン形成用金型（以下、金型と略記する）は、被転写基板にナノレベルのパターンを転写するためのものであり、被転写基板にナノレベルのパターンを転写するためのパターン形成部と、被転写基板の分割相当箇所に例えば格子状の分割切れ込み部を転写するための分割用切れ込み形成部とを有している。この分割用切れ込み形成部は、例えば、同一パターンが複数転写された１枚の被転写基板を、各パターンを備えた基板毎に分割するために利用されるものである。前記金型によってパターンが転写される被転写基板は、例えば、基板本体と転写パターン形成層とから構成されている。

前記金型の材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、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とを有するものであればよい。すなわち、大気環境において、腐食作用により表面形状が変化する金属では、微細な形状パターンを維持することが困難であることによる。

また、金型に前記したパターン形成部や分割用切れ込み形成部を形成する方法は、目的とする形成部が形成できるものであれば特に限定されるものではないが、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適宜選択することができる。なお、パターン形成部や分割用切れ込み形成部が形成された金型の最表面には、被転写基板の転写パターン形成層との分離を容易にするための離型材層を設けてもよい。この離型材層としては、フッ素化合物、フッ素混合物などの耐熱性樹脂であることが好ましい。

図６は、本実施形態の金型のベースとなるベース金型の作成法の一例を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、直径６ｉｎｃｈφ（≒１５ｃｍφ）×厚さ約０．５ｍｍのＳｉウエハ１ａに、スピンコータを用いて、電子線露光用のレジスト１ｂ（ＯＥＢＲ１０００、東京応化製）で０．５μｍの塗膜を形成した。続いて、電子線描画装置ＪＢＸ６０００ＦＳ（日本電子製）を用い、電子線ビームＥＢで直接描画することにより露光し（図６（ｂ）参照）、現像することによりレジスト１ｂに凹凸を形成した（図６（ｃ）参照）。このレジスト１ｂには、直径１００ｎｍの円形パターンがピッチ１５０ｎｍでマトリクス状に並ぶように構成した。なお、レジスト１ｂのパターンが数百ｎｍオーダー以上であれば、電子線ではなく、Ｋｒレーザ（波長３５１ｎｍ）等を用いてもよい。凹凸が形成されたレジスト１ｂをマスクパターンとしてＳｉウエハのドライエッチングを行い、Ｓｉ表面に凹凸を形成後（図６（ｄ）参照）、Ｏ₂アッシングによりレジスト１ｂを除去した（図６（ｅ）参照）。以上の工程によって、直径１００ｎｍの円柱状凹部が一面に形成されたベース金型Ｂを得た。このベース金型Ｂに、後記するノッチ形成用凸部３Ａや加熱部３Ｂが設けられる。

一方、前記被転写基板の基板本体は、目的とする部材を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、所定の強度を有するものであればよい。具体的には、シリコン、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチックなどが好ましく適用される。

前記被転写基板の転写パターン形成層は、目的とする部材を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、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。なお、この転写パターン形成層は、樹脂に限定されるものではなく、無機ガラス、低融点金属などを用いることもできる。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態、図２はＳｉ基板上のノッチ深さとノッチ形成用凸部のビッカース硬度との関係を示すグラフである。この実施形態での金型１Ａは、分割用切れ込み形成部がノッチ形成用凸部３Ａとして構成されたものである。

第１実施形態の金型１Ａは、図１（ａ）に示すように、ベース金型Ｂに、格子状に形成された分割領域Ｂ１に沿ってノッチ形成用凸部３Ａが形成されている。このノッチ形成用凸部３Ａは、例えば断面が基端から先端にかけて細くなる三角形状に形成したものであり、接着材などでベース金型Ｂに貼り付けられている。なお、ノッチ形成用凸部３Ａを設けるための分割領域Ｂ１は、例えば、ベース金型Ｂに所定幅のレジストなしの部分を格子状に配置し、イオンビームスパッタ法により炭化珪素を堆積させて形成することができる。

また、前記ノッチ形成用凸部３Ａは、その先端形状が曲率１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。このノッチ形成用凸部３Ａは、転写時の圧力による応力集中を利用して分割切れ込み部の一部であるノッチ（後記する）を形成するものであるため、曲率が２００ｎｍを超えると十分な応力の集中が発揮されなくなり、曲率が１０ｎｍ未満であると、パターン転写後の被転写基板１０を高精度に切断できなくなるおそれがある。

また、前記ノッチ形成用凸部３Ａは、ビッカース硬度１９６００Ｎ／ｍｍ²以上（≒２２００ｋｇｆ／ｍｍ²）であることが好ましい。例えば、ビッカース硬度が１９６００Ｎ／ｍｍ²のコランダム構造が主体の酸化アルミ（溶融アルミナ）、２７４４０Ｎ／ｍｍ²（≒２８００ｋｇｆ／ｍｍ²）の炭化珪素、３２３４０Ｎ／ｍｍ²（≒３３００ｋｇｆ／ｍｍ²）の炭化ホウ素、７１５４０Ｎ／ｍｍ²（≒７３００ｋｇｆ／ｍｍ²）の窒化ホウ素、９８０００Ｎ／ｍｍ²（≒１００００ｋｇｆ／ｍｍ²）から選択することが好ましい。図２に示すように、Ｓｉ基板上にノッチを形成する場合、ビッカース硬度が８８２０Ｎ／ｍｍ²（≒９００ｋｇｆ／ｍｍ²）ではノッチ形成には適合せず、ビッカース硬度を１９６００Ｎ／ｍｍ²以上とすることにより、ノッチ形成に適合し、さらにビッカース硬度の増加に伴い、Ｓｉ基板表面におけるノッチ深さが増加することがわかる。なお、図２では、ＳＩ単位ではなく括弧内の単位で記載している。

なお、本実施形態では、図示しない加圧装置を用いて被転写基板１０に所定のパターンを形成するようになっている。この加圧装置では、金型１Ａと被転写基板１０に、それぞれを一括して加圧するための上下２箇所に加圧面を有する加圧ヘッドおよび加圧ステージと、加圧ヘッドおよび加圧ステージに圧力を加えるための加圧推力発生機構とを有している。この加圧ヘッドと加圧ステージには、金型１Ａと被転写基板１０を誘導加熱するための誘導コイルと、金型１Ａと被転写基板１０を冷却するための冷却機構が設けられている。なお、加圧推力発生機構は、油圧力、空気圧力、トルクモータによる電気力などにより推力を発生させることができる。また、本実施形態では、さらに必要に応じて加圧ステージおよび加圧ヘッドの全体を減圧し、真空状態で転写を可能にする真空チャンバを設けるようにしてもよい。

図１（ｂ）に示すように、前記加圧装置により金型１Ａと被転写基板１０とがそれぞれ所定の温度で加熱され、所定の圧力で加圧されながら、被転写基板１０に金型１Ａが押し当てられると、ノッチ形成用凸部３Ａが転写パターン形成層１２を貫通して基板本体１１に至る。そして、図１（ｃ）に示すように、金型１Ａが被転写基板１０から引き離されると、被転写基板１０には、パターン形成部２により転写されたパターンＰと、分割切れ込み部１３Ａとが形成される。この分割切れ込み部１３Ａは、被転写基板１０の分割相当箇所に、転写パターン形成層１２が欠落した欠落部１３ｂと、ノッチ形成用凸部３Ａの先端３ａ（図１（ｂ）参照）によって形成された基板本体１１に達するノッチ１３ａとからなる。このように、被転写基板１０に分割切れ込み部１３Ａが形成されることにより、被転写基板１０を複数の小片に分割する際に、分割切れ込み部１３Ａに沿って高精度に切断することが可能になる。さらに、被転写基板１０に欠落部１３ｂが形成されることにより、被転写基板１０を小片化する際に、パターンＰが剥離したり、損傷したりするなどの不良が発生するのを低減することができる。本実施形態では、基板本体１１に分割切れ込み部１３Ａの一部であるノッチ１３ａが形成されることにより、パターンＰ転写後の被転写基板１０を一層高精度に切断することができる。

例えば、６ｉｎｃｈφのシリコンウエハ（基板本体に相当）上に０．５μｍ厚のポリスチレン薄膜（転写パターン形成層に相当）が形成された被転写基板１０において、第１実施形態の金型１Ａ（ノッチ形成用凸部３Ａは、ビッカース硬度が１９６００Ｎ／ｍｍ²の溶融アルミナ）を用いて、転写温度２００℃、圧力９８Ｎ／ｃｍ²、保持時間３分で転写を行い、さらに誘導コイルにより６０℃から２００℃まで昇温させ、冷却機構により２００℃から６０℃まで冷却させた。その結果、ポリスチレンが欠落した樹脂欠落部と、シリコンウエハに０．０５μｍのノッチが形成されることが確認された。そして、被転写基板を、転写された分割切れ込み部に沿って２５個に分割（ペレタライズ化）した（実施例）。なお、比較例として、従来の金型（ノッチ形成用凸部無し）を使用した場合についても転写実験を行い、実施例と比較例について、分割切れ込み部に沿って高い精度で分割されたか否かの評価と、転写されたパターンに損傷や剥離が生じたか否かの評価を行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、転写後の分割の精度は、本発明による方法により、１０％まで低減され、不良率が４分の１以下とすることができた。

（第２実施形態）
図３は第２実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態、図４は加熱部とパターンとの温度差と、転写パターン形成層の深さとの関係を示すグラフである。この実施形態での金型１Ｂは、分割用切れ込み形成部が加熱部３Ｂとして構成されたものである。

第２実施形態の金型１Ｂは、図３（ａ）に示すように、図６に示す方法で形成されたベース金型Ｂの表面（パターン形成部２側の面）に、所定の方法で凹部Ｂ２を形成し、この凹部Ｂ２内に加熱部３Ｂを設けたものである。この加熱部３Ｂは、カンタル線などで形成された電熱線であり、凹部Ｂ２に沿って接着剤を用いずに張設されている。なお、この加熱部３Ｂによる加熱温度は、転写パターン形成層１２の融点以上またはガラス転移温度以上に設定されることが好ましい。また、加熱部３Ｂは、電熱線に限定されるものではなく、加熱ヒータ、赤外線ランプ、赤外線導波路などであってもよい。

図３（ｂ）に示すように、前記加圧装置により金型１Ｂと被転写基板１０とがそれぞれ所定の温度で加熱され、所定の圧力で加圧されながら、被転写基板１０に金型１Ｂが押し当てられる。そして、図３（ｃ）に示すように、金型１Ｂが被転写基板１０から引き離されると、被転写基板１０には、パターン形成部２により転写されたパターンＰと、加熱部３Ｂの加熱によって転写パターン形成層１２が欠落した分割切れ込み部１３Ｂが形成される。

図４に示すように、加熱部３Ｂと転写パターン形成層１２との温度差が増加するに伴い、加熱部３Ｂが接した領域の転写パターン形成層１２の深さが増加することが確認された。この結果から、加熱部３Ｂと転写パターン形成層１２との温度差が２０℃以上に設定されることが好ましいことが見出された。さらに、加熱部３Ｂは、転写時の局部加熱による転写パターン形成層１２の溶解の作用を用いて分割切れ込み部１３Ｂを形成するため、加熱部３Ｂが、パターン形成部２の先端（図３での下端）よりも被転写基板１０側に突出するように形成されることが好ましい。なお、温度差が増加し、１００℃以上の温度差になると、転写パターン形成層１２の深さではなく、平面的な熱の伝導が生じるため、深さ方向の増加は認められず、加熱部３Ｂが接する領域のさらに外側の転写パターン形成層１２が溶解して凹部となることが確認された。このことより、温度差の上限値は、１００℃未満に設定されることが好ましい。

なお、この実施形態の金型１Ｂに用いられる金属は、加熱部３Ｂからのエネルギーを金型１Ｂおよび被転写基板１０に効率よく伝達するために高熱伝導性を有することが好ましい。さらには本実施形態の金型１Ｂは、被転写基板１０の転写パターン形成層１２を構成する樹脂などにおけるガラス転移温度以下の温度において熱変形量が小さいことが望ましい。このような金型１Ｂを用いることで室温では酸化作用がほとんど無く、保管や取り扱いがしやすく、加熱転写時に熱伝導性を生かして高精度転写を確保できるようになる。

第２実施形態では、加熱部３Ｂが設けられた金型１Ｂを用いて、被転写基板１０の分割相当箇所の領域の転写パターン形成層１２を欠落させることができるので、被転写基板１０を小片化する際に、分割切れ込み部１３Ｂに沿って被転写基板１０を高精度に切断することができる。また、分割相当箇所の転写パターン形成層１２が欠落することで、被転写基板１０を分割する際に、転写パターン形成層１２が剥離してパターンＰに不良が発生するといった不具合を防止することができる。

なお、本実施形態では、加熱部３Ｂの径をパターン転写時に基板本体１１に達する径からなるもの（図３（ｂ）参照）について説明したが、このような大径のものに限定されず、基板本体１１に達しない径のものであってもよい。その場合には、図４で説明したように、加熱部３Ｂとパターンとの温度差を大きく設定すること、つまり、加熱部３Ｂによって積極的に熱をかけて温度差を大きくすることにより、転写パターン形成層１２が欠落した分割切れ込み部１３Ｂを形成することができる。

（第３実施形態）
図５は第３実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態である。この実施形態での金型１Ｃは、分割用切れ込み形成部が光遮断部３Ｃとして構成されたものである。

この実施形態の被転写基板１０は、基板本体１１に、光硬化型の樹脂として紫外線硬化樹脂からなる転写パターン形成層１２を積層したものである。一方、金型１Ｃは、紫外線を透過可能な石英などの材料で形成され、その一面側にパターン形成部２が形成されたものである。この金型１Ｃの作成法としては、例えば、収束した高エネルギーの電子線を直接に石英ガラス表面に照射することにより、石英ガラスを、電子線照射部のみ溶融散逸させて凹部を形成する電子線直接描画法でナノレベルのパターンを形成する方法がある。
また、金型１Ｃには、前記パターン形成部２とは逆側の面の所定位置、つまり被転写基板１０の分割相当箇所に対応する位置に、光遮断部３Ｃが設けられる。この光遮断部３Ｃは、紫外線を遮断できるものであればどのような構成であってもよいが、例えば、紫外線を遮断可能な色の塗料や板材で構成することができる。また、被転写基板１０は、前記したように、基板本体１１と転写パターン形成層１２の２層で構成されたものに限定されず、光硬化型の樹脂から本質的に構成されたものでもよい。

また、前記光遮断部３Ｃの厚み寸法Ｈと幅寸法Ｗ（図５（ａ）参照）は、光照射による回折の影響を受けないサイズで形成され、例えば、厚み寸法Ｈおよび幅寸法Ｗがそれぞれ紫外線の波長（３５０〜７００ｎｍ）の２倍以上に設定されることが好ましい。さらに、好ましくは、厚み寸法Ｈおよび幅寸法Ｗをそれぞれ２０μｍ以上に設定することが好ましい。

図５（ａ）に示すように、基板本体１１の表面に転写パターン形成層１２を塗布した後に、図５（ｂ）に示すように、転写パターン形成層１２の表面に金型１Ｃを押し当てる。この状態において、金型１Ｃの図示上方から紫外線を照射することにより、光遮断部３Ｃが無い領域では紫外線が金型１Ｃを透過して、転写パターン形成層１２まで到達して転写パターン形成層１２が硬化した転写パターン形成層１２Ａが形成される。一方、光遮断部３Ｃが設けられた領域では、紫外線が光遮断部３Ｃによって遮られて転写パターン形成層１２に到達できず、転写パターン形成層１２が硬化していない転写パターン形成層１２Ｂが形成される（図５（ｃ）参照）。この転写パターン形成層１２Ｂが、本実施形態での分割切れ込み部１３Ｃとなる。この分割切れ込み部１３Ｃは、樹脂が硬化していない流動性のある状態であるので、被転写基板１０を小片化する際の切断作業が容易になり、被転写基板１０を分割切れ込み部１３Ｃに沿って高精度に切断することが可能になる。また、転写パターン形成層１２Ｂは、その表面から基板本体１１の表面（図示上面）に至る部分まで硬化していないので、被転写基板１０の切断時に、転写パターン形成層１２Ａが剥離するなどの不良を低減することが可能になる。

次に、本実施形態の金型１Ａ〜１Ｃを用いて被転写基板の表面にナノレベルのパターンを転写し、このナノレベルのパターンが転写された被転写基板を分割してナノレベルのパターンを有する部材の製造方法について説明する。

例えば、ナノレベルのパターンを有する部材としては、（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）シート材、（７）ＬＣＤディスプレイ、（８）ＦＥＤディスプレイ、等広い分野に応用することができる。以下に、いくつか例を挙げて説明する。

［ＳＥＭアライメント形成用の基板］
図７は走査型電子顕微鏡のスティグマ調整に用いるＳＥＭアライメント形成用の基板を示す斜視図である。図８は図７の断面図であり、（ａ）は本実施形態の金型で形成された状態、（ｂ）従来の金型で形成された状態である。

このＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）アライメント用の基板（被転写基板）８０１は、基板本体８０３上に転写パターン形成層８０２が形成され、転写パターン形成層８０２の表面に、最大直径が数百ｎｍの略円錐状の凸状部８０２ａ，・・・と、最大直径が数百ｎｍの略円錐状の凹状部８０２ｂとがそれぞれ複数個形成されている。このように、略円錐状の凸状部８０２ａおよび凹状部８０２ｂを形成することで、凸状部８０２ａおよび凹状部８０２ｂの円形部分が電子線の焦点収差で楕円に見えるのを除外することで、ＳＥＭでとらえる画像の歪みを低減することができる。このための標準パターンとして、図７に示すアライメントチップが用いられる。このチップの大きさは、これら略円錐状の凸状部８０２ａおよび凹状部８０２ｂが点在する基板８０１を切断して、１ｍｍ四方以上にしたものである。

図８（ｂ）に示すように、従来の金型により形成したＳＥＭアライメント用の基板では、凹状部の分割位置にて切断した場合、転写パターン形成層の剥離による不良が発生していた。これに対して、本実施形態に係る金型により形成したＳＥＭアライメント用の基板８０１では、パターン形成と同時に、チップ形状に基板８０１を切断するための転写パターン形成層８０２が欠落した分割切れ込み部（ノッチ）８０４を形成することで（図８（ａ）参照）、転写パターン形成層８０２を剥離させることなく、基板８０１を分割切れ込み部８０４に沿って高精度に切断することが可能になった。また、本実施形態に係る金型を用いることにより、ＳＥＭアライメント用の基板８０１の転写パターン形成層８０２をチップ形状の辺境部のみ薄くすることが可能になる。

［バイオ（免疫）チップ］
図９はバイオチップを示し、（ａ）は全体の概略図、（ｂ）は分子フィルタ近傍の分解斜視図、（ｃ）は分子フィルタの断面図である。
このバイオチップ９００は、ガラス製の基板９０１に、所定深さ寸法ｓ１と所定幅寸法ｓ２の流路９０２が形成されている（図９（ｂ）参照）。また、バイオチップ９００には、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、血液、蛋白質などが含まれる検体を流路９０２に導入する導入孔９０３と、流路９０２を通った検体を外部に排出する排出孔９０４とが設けられている（図９（ａ）参照）。流路９０２には、分子フィルタ９０５が設けられている（図９（ａ）参照）。分子フィルタ９０５には直径および高さが所定寸法の突起物集合体１００が形成されている(図９（ｂ）参照)。この突起物集合体１００は、本実施形態に係る金型を用いることにより形成することができる。金型により形成された転写体の集合である基板は、本発明による電子線を用いたチップ化によりバイオチップとして使用することができる。すなわち、本発明で示したチップ化のための電子線により加熱除去された樹脂部を境界として、例えば、上下長手方向１００ｍｍ、幅５０ｍｍのチップサイズに容易に基板９０１を切断加工することができる。

前記基板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９０５によってＤＮＡが高分解に分離される。分子フィルタ９０５を通過した検体には、基板９０１の表面に実装された半導体レーザー９０６から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、この信号配線９１０が出力パッド９１１に結線され、外部からの端子に接続されている。なお、電源は基板９０１の表面に設置された電源パッド９１２から各部品に供給される。

前記分子フィルタ９０５では、突起物集合体１００の各突起物の先端部は上部基板１００１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と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、検体が各突起物と上部基板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。なお、本実施形態では、流路９０２は１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。また、本実施形態では、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、抗原を分析するようにしてもよい。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。

このように、本発明の金型をバイオチップの製造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が得られ、基板からのチップ化が切断により容易に達成できることがわかった。この際のチップ化切断工程における不良発生率は２分の１に低減できた。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。よって、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。

［多層配線基板］
図１０は多層配線基板を作成するための工程を説明する図である。
まず図１０（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を形成した後に本発明に係る金型（図示省略）によるパターン転写を実施する。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１０（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（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）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１０（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１０（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１０（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）、電解メッキを実施することで、図１０（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の研磨を実施すれば、図１０（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。

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１０（ａ）で示した状態から露出領域７０３のドライエッチングを実施する際に、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１０（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１０（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１０（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１０（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実施することで図１０（ｌ）に示した構造の多層配線基板１００１を得ることができる。

さらに、これらの多層配線基板１００１は、実装のためにモールド被覆に適した３ｍｍ×５ｍｍから１０ｍｍ×３０ｍｍの一般的な形状に切断加工される。この工程は、ナノプリント段階において本発明で示したチップ化の溝形成を加えることにより不良率を半減できることが確認できた。このように、本発明に係る金型を多層配線基板に適用することで、高い寸法精度で小片化された配線チップを形成することが可能になる。

［光導波路］
図１１は光回路を示す概略構成図、図１２は光導波路内部での突起物の概略レイアウト図である。
図１１に示すように、この光回路５００は、縦寸法Ｌ，横寸法Ｄ，厚さ寸法が所定の寸法で形成された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を備えて構成されたものである。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。

また、前記光回路５００では、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の突起物４０６の領域を含まない端部は幅寸法Ｗ２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寸法Ｗ３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Ｓ３で配列したが、図１２では簡略化して実際の本数よりも突起物４０６を少なく記載している。また、光導波路５０３の突起物４０６の幅寸法をＷ１（図１２参照）としたときに、幅寸法Ｗ１とＷ２とＷ３は、例えば、１００：２０：１（Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３）に設定されることが好ましい。

この光回路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の横寸法Ｄを非常に短く設定でき、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。なお、本実施形態では、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。

本発明に係る金型を光導波路に適用することにより、光導波路のチップを、高い寸法精度で切断して、効率的に製造することが可能になる。また、突起物４０６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、低コストで光デバイスを製造できる効果も得られる。特に、光導波路チップとしては、図１１におけるＤが５ｍｍ程度、Ｌが１０ｍｍ程度の形状が主であり、例えば直径２００ｍｍのウエハにおいては、１０ｍｍに切断切代を含めた間隔で２５本の縦切断線と、５ｍｍに切断切代を含めた間隔で３０本の横切断線を本発明で形成することができる。当該切断線を用いてチップ化を図ることにより、従来のダイシング切断に起因する異物付着や切断面荒れを３０％以下に抑えることができた。

また、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態において、転写終了後に、形成された分割切れ込み部１３Ａを被転写基板１０の転写側表面から裏面へ貫通させて被転写基板１０を分割するようにしてもよい。

第１実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態である。 Ｓｉ基板上のノッチ深さとノッチ形成用凸部のビッカース硬度との関係を示すグラフである。 第２実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態である。 加熱部とパターンとの温度差と、転写パターン形成層の深さとの関係を示すグラフである。 第３実施形態のナノインプリントパターン形成用金型を示し、（ａ）はパターン転写前の状態、（ｂ）はパターン転写中の状態、（ｃ）はパターン転写後の状態である。 本実施形態の金型のベースとなるベース金型の作成法の一例を示す説明図である。 走査型電子顕微鏡のスティグマ調整に用いるＳＥＭアライメント形成用の基板を示す斜視図である。 図７の断面図であり、（ａ）は本実施形態の金型で形成された状態、（ｂ）従来の金型で形成された状態である。 バイオチップを示し、（ａ）は全体の概略図、（ｂ）は分子フィルタ近傍の分解斜視図、（ｃ）は分子フィルタの断面図である。 多層配線基板を作成するための工程を説明する図である。 光回路を示す概略構成図である。 光導波路内部での突起物の概略レイアウト図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ ナノインプリントパターン形成用金型
３Ａ ノッチ形成用凸部
３Ｂ 加熱部
３Ｃ 光遮断部
１０ 被転写基板
１１ 基板本体
１２ 転写パターン形成層
１３Ａ〜１３Ｃ 分割切れ込み部

Claims (14)

1. 被転写基板にナノレベルのパターンを転写し、前記ナノレベルのパターンが転写された被転写基板を分割してナノレベルのパターンを有する部材を製造するためのナノインプリントパターン形成用金型であって、
   前記被転写基板の表面にナノレベルのパターンを転写する際に、前記被転写基板の少なくとも一部の分割相当箇所に分割切れ込み部を転写するための分割用切れ込み形成部が設けられていることを特徴とするナノインプリントパターン形成用金型。
2. 前記分割用切れ込み形成部は、転写時に前記分割切れ込み部に対応する領域の少なくとも一部を排除するような形状を有するノッチ形成用凸部であることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
3. 前記ノッチ形成用凸部は、転写される前記分割切れ込み部が前記被転写基板の表面側から裏面側に向かうに従って細くなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
4. 前記ノッチ形成用凸部は、その先端形状が曲率１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
5. 前記ノッチ形成用凸部は、ビッカース硬度１９６００Ｎ／ｍｍ²以上の部材により構成されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
6. 前記被転写基板は、基板本体と、前記基板本体に設けられた転写パターン形成層とから構成され、前記ノッチ形成用凸部は、転写時に、前記転写パターン形成層を貫通し、前記基板本体に至る領域まで前記分割用切れ込み部を形成するような形状を有することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
7. 前記分割用切れ込み形成部は、前記被転写基板の少なくとも一部の分割相当箇所に前記分割切れ込み部を形成するのに十分な熱を付与することが可能な加熱部であることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
8. 前記加熱部は、電熱線、加熱ヒータ、赤外線ランプ、赤外線導波路のいずれかから構成されていることを特徴とする請求項７に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
9. 前記被転写基板は、基板本体と、前記基板本体に設けられた転写パターン形成層とから構成され、前記加熱部は、前記転写パターン形成層の融点またはガラス転移温度以上の温度に加熱する能力を有していることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
10. 前記被転写基板は、所定の波長の光により硬化する光硬化型の樹脂から本質的に構成され、あるいは基板本体と所定の波長の光により硬化する光硬化型の樹脂より構成された転写パターン形成層とから構成され、前記分割用切れ込み形成部が前記所定の波長の光を遮断する光遮断部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
11. 前記光遮断部は、光照射による回折の影響を受けないサイズで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のナノインプリントパターン形成用金型。
12. 被転写基板の表面にナノレベルのパターンをナノインプリントパターン形成用金型を用いて転写し、前記ナノレベルのパターンが転写された被転写基板を分割してナノレベルのパターンを有する部材を製造するナノレベルのパターンを有する部材の製造方法であって、前記被転写基板に前記ナノインプリントパターン形成用金型でナノレベルのパターンを転写する際に、少なくとも前記被転写基板の一部の分割相当箇所に分割切れ込み部を転写することを特徴とするナノレベルのパターンを有する部材の製造方法。
13. 前記被転写基板は、ＳＥＭアライメント形成用の基板であることを特徴とする請求項１２に記載のナノレベルのパターンを有する部材の製造方法。
14. さらに、前記転写終了後、形成された前記分割切れ込み部を前記被転写基板の転写側表面から裏面へ貫通させて被転写基板を分割させることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のナノレベルのパターンを有する部材の製造方法。

Images