JP2008080586A

JP2008080586A - 型、型製造方法、微細加工品およびその微細加工方法

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Publication number: JP2008080586A
Application number: JP2006261588A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Kusuura; 崇央楠浦; Anupam Mitra; オヌポンミトラ
Original assignee: Scivax Corp
Current assignee: Scivax Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】精密なパターンを転写するための型およびその型製造方法、精密なパターンを有する微細加工品およびその微細加工方法を提供すること。
【解決手段】直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように電子ビームの形状を変化させて描画して、型を製造する。また、このようにエッジラフネスが３０ｎｍ以下に形成された型と加工対象物とを押圧し、型のパターンを加工対象物の被成型面に転写することにより微細加工品を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、精密なパターンを有する型およびその型製造方法、精密なパターンを有する微細加工品およびその微細加工方法に関するものである。

ＬＳＩ(大規模集積回路)に代表される微細回路パターンを半導体基板(以下、単に基板と称する)上に形成するには、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術が一般に用いられている。しかしながら、この方法では、形成するパターンの微細化にともない、装置の大型化やコストの増大を招いていた。

また、微細な成型物を得るために、加熱されて溶融した樹脂を、この樹脂のガラス転移温度以下に加熱された金型に高速・高圧で流し込み、圧力をコントロールしながら凝固させて成型する射出成型も用いられている。しかしながら、この方法では、供給された樹脂が金型に熱を奪われながら凝固するため、金型の微細なパターンの中に樹脂が侵入し難く、微細な形状を形成することは困難であった。また、金型を加熱し、微細なパターン内に樹脂が侵入するのを待った後、金型を冷却し成型することも考えられる。しかしながら、射出成型では、金型に樹脂を高圧で流し込む必要があるため、高圧に耐えられる大きな金型が必要であり、金型の熱容量が大きくなる結果、加熱・冷却に時間がかかるという問題があった。

近年、上記問題を解決するものとして、超微細なパターンを有する型を、基板やフィルム等の加工対象物上に加圧してパターンを転写するナノインプリンティングリソグラフィー技術が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

この方法によれば、高価な電子ビーム光源や光学系を必要とせず、プレス装置を基本とした簡易な構造を用いることができる。

ここで、ナノインプリンティングリソグラフィー技術に用いられる型は、基板状のレジストに電子ビーム等によって所望のパターンを描画した後、エッチング等によりパターンが形成された型を用いるか、あるいは、このように形成された型をマスター型とし、このマスター型から電気鋳造法により製造したものを用いている。

米国特許第５７７２９０５号明細書（第４段落第４６−４７行）

しかしながら従来の方法では、矩形状の電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせて連ね、所望のパターン４００を描画しようとしていたため、図８に示すように、矩形状の電子ビーム４１１の辺と所望のパターン４００の辺４００Ａが平行である場合には、電子ビーム４１１の辺を連続的に連ねることにより、エッジ４０１Ａを滑らかな線として描画することができるが、電子ビーム４１１の辺と所望のパターン４００の辺４００Ｂが異なる方向を向いている場合には、電子ビーム４１１の辺を連続的に連ねることができず、エッジ４０１Ｂに大きなエッジラフネスが生じるという問題があった。

また、この方法で製造したマスター型を用いて電気鋳造法により製造した型にも当然このエッジラフネスを有するパターンが転写されることになる。したがって、形成しようとする所望のパターンと実際に型又はマスター型に形成されたパターンとの間には誤差が生じていた。

このような型を用いて樹脂等に型のパターンを転写した際のパターンの高低差を測定した結果をグラフに示す（図１０、図１１参照）。型のパターンとしては、図９に示すハニカム状（六角形上）のパターンを用いた。また、パターンの高低差の測定には、日本Veeco社製の走査型プローブ顕微鏡を用いた。図１０は、図９に示すハニカムパターンのＸ線上の高低差を示すグラフであり、図１１は、図９に示すハニカムパターンのＹ線上の高低差を示すグラフである。なお、ハニカムパターンの六角形のエッジのうち、エッジ４０１Ａはエッジラフネスが小さく、エッジ４０１Ｂはエッジラフネスが大きいものを用いた。

図１０、図１１のグラフより、エッジラフネスが大きいエッジ４０１Ｂの方が、エッジラフネスが小さいエッジ４０１Ａよりも伸びが生じていることがわかる。更にエッジラフネスが大きくなると、摩擦が大きくなるなどが原因となって、転写後のパターンにバリや欠陥が生じ易くなるという問題もある。また、型側にも樹脂等の残渣が残り易くなるという問題がある。

そこで本発明は、精密なパターンを転写するための型およびその型製造方法、精密なパターンを有する微細加工品およびその微細加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画し、型を製造する型製造方法であって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記電子ビームの形状を変化させて描画することを特徴とする。

また、本発明の別の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画し、型を製造する型製造方法であって、第１の電子ビームによって粗パターンを描画する工程と、第２の電子ビームによって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記粗パターンを補正描画する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の更に別の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画することによりマスター型を製造し、このマスター型から電気鋳造法によって型を製造する型製造方法であって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記電子ビームの形状を変化させて描画し製造されたマスター型を用いて前記型を製造することを特徴とする。

また、本発明の別の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画することによりマスター型を製造し、このマスター型から電気鋳造法によって型を製造する型製造方法であって、第１の電子ビームによって粗パターンを描画された後、第２の電子ビームによって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記粗パターンを補正描画して製造されたマスター型を用いて前記型を製造することを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジを直線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジを円として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジをだ円として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジをインボリュート曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジをサイクロイド曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジをアステロイド曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジを双曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成するエッジを放物線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の型は、直交及び平行する線以外の線を少なくとも含むパターンが形成された型であって、前記パターンを構成する線は、線幅の誤差が６０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の微細加工方法は、上述した型と加工対象物とを押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写することを特徴とする。

また、本発明の微細加工品は、上述した型と加工対象物とを押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写することにより形成されたものであることを特徴とする。

本発明によれば、型のパターンのエッジラフネスを小さくすることができるので、精密なパターンを転写することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図１ないし図１１に基づいて詳細に説明する。

本発明の型１００は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターン１００ａが形成された型１００であって、パターン１００ａのエッジラフネス（ラインエッジラフネス）が３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下に形成されるものである。

ここで、エッジラフネスとは、型１００のパターン１００ａと型１００の表面との境界線であるエッジ１０１が、エッジ１０１の平均線（後述する基準線１０２）方向と垂直な方向に不規則に変動している度合いを意味する。そして、このエッジラフネスが大きくなると、樹脂等に型１００のパターン１００ａを転写する際に摩擦が大きくなる等の結果、転写後のパターンにバリや欠陥が生じるという問題や、型１００側に樹脂等の残渣が残り易くなるという問題が生じる。本発明においては、エッジラフネス（Ｒｑ）として、下記式（１）を用いる。すなわち、エッジラフネス（Ｒｑ）は、基準線１０２からエッジ１０１までの偏差を二乗し、これらを平均した値の平方根で表したものである（図１、図２参照）。

ここで、Ｒｑはエッジラフネス、Ｌは基準線１０２上の長さ、ｆ（ｘ）は基準線１０２を基準としたエッジ１０１の位置（基準線１０２に対するエッジ１０１の垂直方向の距離）を表す。

また、基準線１０２としては、下記式（２）を満たす種々の直線、円、楕円、インボリュート曲線、サイクロイド曲線、アステロイド曲線、双曲線、放物線のいずれかであって、エッジラフネスＲｑを最小とする線を用いる。

また、Ｌの値としては、少なくとも１００ｎｍ以上を用いるのが好ましい。また、パターンを直線の辺が集まった多角形として近似する場合には、その辺の長さをＬとしても良い。

なお、実際の計算においては、写真等から画像処理等で計算しても良いし、（ｘ，ｆ（ｘ））の座標を何点かサンプリングして、近似的に計算しても良い。

型１００の材料は、パターン１００ａを転写する際に型１００の成分が加工対象物２００に付着することがなければどのようなものでも良く、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などが用いられる。

また、上述したパターン１００ａが２本のエッジで構成される線状に形成される場合には、パターン１００ａを構成する線は、線幅（エッジとエッジの間隔）の誤差が６０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下になるようにエッジラフネスを制御して形成するのが好ましい。

型１００をこのように形成することにより、バリや欠陥が生じることがなく、正確なパターン１００ａを転写することができる。また、型１００に樹脂等の残渣が残るのを防止することができる。

なお、パターン１００ａを線状に形成する場合には、用いられる加工対象物２００の種類にもよるが、線幅が１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。更に、このパターン１００ａの深さは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。また、このパターン１００ａのアスペクト比としては、０．２以上、０．５以上、１以上、２以上等種々のものがある。更に、このパターン１００ａが占める領域は、９００ｍｍ^２以上、更に好ましくは２５００ｍｍ^２以上の大きさが良い。なお、この型１００は、成型中に加熱・冷却されるため、できる限り薄型化し、その熱容量を小さくする方が好ましい。

次に、このような型１００の製造方法について説明する。

本発明の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターン１００ａを電子ビームによって描画し、型１００を製造する型製造方法であって、パターン１００ａのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように電子ビームの形状を変化させて描画するものである。

この型製造方法に用いる電子ビーム描画装置３００は、図３に示すように、電子銃３０１、集束レンズ３０２、縮小レンズ３０３、対物レンズ３０４、偏向電極３０５、第１の成型アパーチャ３１０、第２の成型アパーチャ３２０等で主に構成される。

第１のアパーチャ３１０は、矩形状の開口部を有するものであり、電子銃から放出された電子がこの窓を通過することにより、矩形に成形されると共に余分な領域への照射がカットされる。この矩形状の電子ビーム３１１（図４参照）は更に第２のアパーチャ３２０の開口部３２２によって特定の形状に成形されて、型１００の表面に形成されたマスク面上に投影される。

第２のアパーチャ３２０は、図４に示すように、矩形状の開口部３２２Ａ、これを４５度回転させた開口部３２２Ｂ、菱形の開口部３２２Ｃ、円状の開口部３２２Ｄ等種々の形状をした開口部３２２を有するものであり、第１のアパーチャ３１０を通過した投影像との重ね合わせで矩形３２１Ａや三角形３２１Ｂ，３２１Ｃ、扇形３２１Ｄ等の電子ビーム３２１を形成することができる。更に、重ね合わせる面積を変えるとビームサイズを自在に変えることも可能である。

なお、第２のアパーチャ３２０の開口部３２２の形状は、矩形状や円状に限られるものではなく、エッジラフネスを３０ｎｍ以下に抑えた正確なパターン１００ａを形成することができるものであれば、楕円、インボリュート曲線、サイクロイド曲線、アステロイド曲線、双曲線、放物線等の他の形状を用いても勿論構わない。

次に、この電子ビーム描画装置３００を用いて、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含む所望のパターン１００ａを有する型１００を形成する方法について図５を用いて説明する。

まず、型用の基板９９上にレジストを塗布し、レジスト膜を形成する。

次に、このレジスト膜上に、前述した電子ビーム描画装置３００を用いて、形状とサイズを制御した電子ビームを所望のパターン（図５では六角形のパターン）に合わせて偏向しながら照射する。すなわち、第１のアパーチャ３１０を通過した投影像の辺と平行するエッジ１０１Ａについては、その辺とエッジ１０１Ａを合わせて電子ビーム３１１を投影（露光）する。また、第１のアパーチャ３１０を通過した投影像の辺と平行でないエッジ１０１Ｂについては、第２のアパーチャ３２０によって、投影像の辺とエッジの辺が平行又は平行に近くなるように電子ビームの形状を変更し、電子ビーム３２１を投影（露光）する。また、エッジ１０１を有さない領域については、電子ビーム３１１を投影（露光）すれば良い。これにより、第１のアパーチャ３１０を通過した投影像の辺と平行するエッジ１０１Ａ以外のエッジ１０１Ｂを含むパターン１００ａであっても、エッジラフネスを３０ｎｍ以下に抑えた正確なパターン１００ａをレジスト膜に露光することが可能となる。

なお、第１のアパーチャ３１０を通過した投影像の辺と平行するエッジ１０１Ａについては、その辺とエッジ１０１Ａを合わせて電子ビーム３１１を投影（露光）する旨説明したが、エッジ１０１Ａと平行する辺を有する投影像を露光できるのであれば、第２のアパーチャ３２０によって形状を変化させた電子ビーム３２１を投影（露光）しても勿論構わない。

その後、レジスト膜をエッチングする等、通常の型の製造方法を用いて、所望のパターン１００ａが形成された型１００を得れば良い。例えば、レジスト膜を現像して感光した部分を除去し、続いて基板９９が露出している部分２２をエッチングにより除去し、最後に、残っているレジスト膜を除去すれば、所望のパターン１００ａが形成された型１００を得ることができる。なお、この型をマスター型として、表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して、凹凸からなるパターンを有する型を形成することも可能である。

また、本発明の別の型製造方法は、直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターン１００ａを電子ビームによって描画し、型を製造する型製造方法であって、第１の電子ビーム３１２によって粗パターン１００ｂを描画する工程と、第２の電子ビーム３２２によって、パターン１００ａのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように粗パターン１００ｂを補正描画する工程と、を有するものである。

例えば、図６（ａ）に示すように、型用の基板９９上に形成されたレジスト膜上に、上述した第１のアパーチャ３１０と第２のアパーチャ３２０とによって形成された比較的大きな面積の第１の電子ビーム３１２によって、形成しようとする所望のパターン１００ｃ（図６では六角形のパターン）内に収まる大きさの粗パターン１００ｂを描画する。

次に、第１のアパーチャ３１０と第２のアパーチャ３２０とによって第１の電子ビーム３１２より面積の小さい第２の電子ビーム３２２を形成し、パターン１００ａのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように上述した粗パターン１００ｂを補正描画する。

その後、レジスト膜をエッチングする等、通常の型の製造方法を用いて、所望のパターンが形成された型を得れば良い。例えば、レジスト膜を現像して感光した部分を除去し、続いて基板９９が露出している部分２２をエッチングにより除去し、最後に、残っているレジスト膜を除去すれば、所望のパターン１００ａが形成された型１００を得ることができる。なお、この場合にも、この型をマスター型として、表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して、凹凸からなるパターンを形成することができる。

次に、本発明の微細加工方法及び微細加工品について説明する。

本発明の微細加工方法は、パターン１００ａのエッジラフネスが３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下に形成される本発明の型１００と加工対象物２００とを押圧し、型１００のパターン１００ａを加工対象物２００の被成型面に転写するものであり、本発明の微細加工品は、上述した本発明の型１００と加工対象物２００とを押圧し、型１００のパターン１００ａを加工対象物２００の被成型面に転写することにより形成されたものである。

まず、本発明の微細加工方法に用いる微細加工装置１の一例について説明する。

微細加工装置１は、図７に示すように、所定のパターン１００ａを有する本発明の型１００と加工対象物２００とを押圧して、型１００のパターンを加工対象物２００に転写する微細加工装置であって、型１００を保持する型保持部２と、加工対象物２００を保持する加工対象物保持部１２と、加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置およびその位置を変化させる変位速度を調節可能な変位手段５と、加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置を検出する位置検出手段７と、型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出する圧力検出手段８と、型１００を加熱する型加熱手段３と、型１００を冷却する型冷却手段４と、型１００の温度を検出する型温度検出手段３１と、加工対象物２００を加熱する加工対象物加熱手段１３と、加工対象物２００を冷却する加工対象物冷却手段１４と、加工対象物２００の温度を検出する加工対象物温度検出手段１３１と、位置検出手段７、圧力検出手段８、型温度検出手段３１および加工対象物温度検出手段１３１の検出情報に基づいて、変位手段５、型加熱手段３、型冷却手段４、加工対象物加熱手段１３および加工対象物冷却手段１４の作動を制御する制御手段３００と、で主に構成される。

型保持部２は、型１００を保持する型保持面２ａに、ねじやクランプ金具等の締結具で型１００を面接触するように固定可能に形成される。なお、型保持部２の構造は、型１００を型保持面２ａ上に保持するものであればどのようなものでも良く、例えば、型保持面２ａに静電吸着や真空吸着により吸着保持する構造とすることも可能である。

また、型保持部２には、型１００を加熱するための型加熱手段３、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータを備えている。カーボンヒータは、制御手段３００によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、型１００を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、ＩＨヒータ等を用いることも可能である。

また、型保持部２には、型１００を冷却する型冷却手段４が設けられている。型冷却手段４としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された型保持部２の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、型１００を冷却することができる冷却流路を用いることができる。

また、型保持部２には、型１００の温度を検出する型温度検出手段３１、例えば熱電対が設けられている。また、型温度検出手段３１は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した型１００の温度に関する情報を制御手段３００に伝達するように形成されている。

加工対象物保持部１２は、加工対象物２００を略水平状態に保持するものであり、上面に加工対象物保持面１２ａを有した保持ステージを備えている。

この保持ステージには、加工対象物保持面１２ａに多数のバキューム孔(図示せず)が形成されており、このバキューム孔に図示しない負圧源から負圧を作用させることで、加工対象物保持面１２ａ上に、加工対象物２００を吸着保持できる構成となっている。なお、加工対象物保持部１２の構造は、加工対象物２００を加工対象物保持面１２ａに保持するものであればどのようなものでも良く、例えば、クランプ金具等の締結具で加工対象物保持面１２ａに固定したり、静電吸着で吸着保持したりする構造とすることも勿論可能である。

また、保持ステージの下部には保持した加工対象物２００を加熱するための加工対象物加熱手段１３、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータを備えている。カーボンヒータは、制御手段３００によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、保持ステージ上の加工対象物２００を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、ＩＨヒータ等を用いることも可能である。

また、加工対象物保持部１２には、加工対象物２００を冷却する加工対象物冷却手段１４を設けることも可能である。加工対象物冷却手段１４としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された加工対象物保持部１２の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、加工対象物２００を冷却することができる冷却流路を用いることができる。

また、加工対象物保持部１２には、加工対象物２００の温度を検出する加工対象物温度検出手段１３１、例えば熱電対が設けられている。また、加工対象物温度検出手段１３１は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した加工対象物２００の温度に関する情報を制御手段３００に伝達するように形成されている。

変位手段５は、例えば、垂直方向に配置されたボールネジ５１と、このボールネジ５１を回転駆動させる電気モータ５２とから構成されている。また、ボールネジ５１の下端部と型保持部２の上面は、押圧部５３、ベアリング機構５４を介して連結されている。そして、ボールネジ５１を電気モータ５２で回転駆動することで、基台５０と上部ベース５５との間に設けられた複数例えば４本の支柱５６に対し、押圧部５３を型１００と加工対象物２００の接離方向（以下、Ｚ方向と称する）に変位させることができる。なお、電気モータ５２としては、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータ等、種々のものを用いることができる。ここで、変位手段５は、加工対象物２００に対する型１００の位置を、型１００のパターンの深さ以下の変位量で調節できる方が好ましい。具体的には、変位量を１００μｍ以下で調節することができるものが良く、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下で調節できるものが好ましい。

また、変位手段５は、加工対象物２００に対する型１００の変位速度を調節できるものが好ましい。具体的には、１００μｍ／秒以下で調節できるものが良く、好ましくは１０μｍ／秒以下、更に好ましくは１μｍ／秒以下、更に好ましくは１００ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１０ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１ｎｍ／秒以下で調節できるものが良い。なぜなら、制御手段３００は、圧力検出手段８が検出した情報に基づいて変位手段５の作動を制御し、型１００と加工対象物２００との間の圧力を調節しているが、圧力検出手段８が検出した情報を変位手段５にフィードバックするには、多少の時間が掛かる。したがって、変位速度が大き過ぎると圧力検出手段８が検出した情報を変位手段５にフィードバックするのが遅れ、型１００と加工対象物２００との間の実際の圧力を正確に制御することができなくなるからである。

なお、ここでは、変位手段５を型保持部２側に設ける場合について説明したが、加工対象物保持部１２側に設けることも勿論可能である。また、変位手段５としては、型１００と加工対象物２００との相対的な変位量や変位速度を調節できるものであれば、ボールねじと電気モータにより構成されるものに限られず、例えば、電圧を調節して大きさ（寸法）を変化させることができる圧電素子や磁界を調節して大きさ（寸法）を変化させることができる磁歪素子を用いることもできる。また、ボールねじおよび電気モータと圧電素子又は磁歪素子の両方を用いることも勿論可能である。この場合には、型１００と加工対象物２００を大きく変位させる際に、ボールねじおよび電気モータを適用し、型１００と加工対象物２００を微小量変位させる際に、圧電素子又は磁歪素子を用いることができる。更に、油圧式のものや空圧式のもの等を用いることも勿論可能である。

変位手段５をこのように構成することによって、型１００を保持する型保持部２を上下し、加工対象物保持部１２に保持される加工対象物２００に対し、型１００のパターン面１００ａを精密に近接・押圧及び離間することができる。

位置検出手段７は、例えば、型保持部２に配置されたリニアスケールにより形成される。このリニアスケールを用いて、加工対象物２００と型保持部２との距離を測定し、その値から加工対象物２００に対する型１００の相対的な位置や変位速度を計算して検出することができる。また、位置検出手段７は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した型１００の位置や変位速度に関する情報を伝達するように形成されている。なお、位置検出手段７としては、リニアスケールに限らず種々のものを用いることができ、例えば、型保持部２側に設けられたレーザー測長機を用いて、加工対象物２００の位置を測定するか、加工対象物保持部１２側に設けられたレーザー測長機を用いて、型１００の位置を測定すればよい。また、電気モータに設けられたエンコーダを用いて、変位手段５の変位量から計算により測定するものでもよい。なお、位置検出手段７の分解能は、少なくとも型１００のパターンの深さ方向（Ｚ方向）の大きさ以下、あるいは、変位手段５が調節できる変位量以下の値で検出できるものが好ましい。具体的には、１００μｍ以下で検出することができるものが良く、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以下で検出することができるものが好ましい。

位置検出手段７をこのように構成することによって、パターンの大きさや型１００と加工対象物２００との間の圧力に応じて、加工対象物２００に対する型１００のパターン面１００ａの位置を精密に調節することができるので、パターンの転写性および離型性を向上することができる。

圧力検出手段８は、型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出するもので、例えば、型１００と加工対象物２００との間の荷重を測定するロードセルを用いることができる。これにより、荷重を測定し、型１００のパターン面１００ａの面積で割れば型１００と加工対象物２００との間の圧力を検出することができる。また、圧力検出手段８は、制御手段３００に電気的に接続されており、検出した圧力に関する情報を伝達するように形成されている。

制御手段３００は、位置検出手段７、圧力検出手段８、型温度検出手段３１および加工対象物温度検出手段１３１の検出情報に基づいて、変位手段５、押圧手段６、型加熱手段３、型冷却手段４、加工対象物加熱手段１３および加工対象物冷却手段１４の作動を制御するもので、例えばコンピュータを用いることができる。

ここで、調節する変位速度は、加工対象物２００の材料や温度等にもよるが、例えば、１００μｍ／秒以下で調節するのが良く、好ましくは１０μｍ／秒以下、更に好ましくは１μｍ／秒以下、更に好ましくは１００ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１０ｎｍ／秒以下、更に好ましくは１ｎｍ／秒以下で調節するのが良い。これにより、型１００と加工対象物２００の間の実際の圧力を確実に予め設定した所定値以下に調節することができる。なお、圧力検出手段８の情報に基づいて型加熱手段３および加工対象物加熱手段１３の少なくともいずれか一方を制御し、加工対象物２００の成型面２００ａの温度を変化させて、型１００と加工対象物２００との間の圧力を調節することも可能である。

この微細加工装置１を用いた微細加工方法は以下の通りである。

まず、パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下である本発明の型１００と加工対象物２００は、成型するための所定の温度に加熱される。ここで、加工対象物２００が基板等の比較的厚みのあるものの場合には、型１００は加工対象物２００より高い温度に加熱される方が好ましく、更に好ましくは、型１００を加工対象物２００が軟化する軟化温度（ガラス転移点や融点の温度）より高い温度に加熱し、加工対象物２００はその軟化温度（ガラス転移点や融点の温度）より低い温度に加熱する方が好ましい。これにより、型１００と加工対象物２００とを押圧した際に、型１００から加工対象物２００に熱が伝達し、加工対象物２００の表面近傍のみを軟化させることができるので、成型時に加工対象物２００が潰れる等の問題を回避することができる。一方、加工対象物２００がフィルムやシートのように比較的薄いものの場合には、型１００と加工対象物２００の温度を同じか同程度の温度に加熱する。これは、熱が伝わり易く結局型１００と加工対象物２００が同じ温度になるためである。加熱する温度は、加工対象物２００の材質や型１００の材質に寄るが、例えば、加工対象物が軟化する軟化温度（Ｔｇ）＋２０℃以上、軟化温度（Ｔｇ）＋２５℃以上、軟化温度（Ｔｇ）＋３０℃以上等にすれば良い。勿論、この温度に限定されるものではない。

型１００と加工対象物２００とを所定温度に加熱した後、型１００と加工対象物２００とを予め設定した圧力で押圧する。この際、型１００と加工対象物２００との間の圧力は、型１００のパターン１００ａを加工対象物２００に転写できる大きさの範囲で、できる限り小さい圧力を用いる方が良い。具体的には、４ＭＰａ以下、好ましくは２ＭＰａ以下、更に好ましくは１．５ＭＰａ以下、更に好ましくは１ＭＰａ以下、更に好ましくは、０．５ＭＰａ以下、更に好ましくは０．２５ＭＰａ以下にするのが良い。これにより、従来よりも比較的小さい圧力で押圧するため、型１００と加工対象物２００との間の密着力を増加させることがなく、型崩れ等を防止して離型を容易にすることができる。

この場合、加工対象物２００に対する型１００の変位速度は、型１００と加工対象物２００との間の圧力が予め設定した圧力、例えば４ＭＰａを常に超えないように調節できる速度にする方が良い。なお、更に好ましくは、加工対象物２００に対する型１００の変位量を制御して押圧する方が好ましい。

また、型１００と加工対象物２００とを押圧し、型１００のパターンを加工対象物に転写する際には、型１００と加工対象物２００の雰囲気を真空にする方が好ましい。この場合、パターンの転写前に真空雰囲気にすれば良いが、加工対象物２００の酸化等を考慮すれば、加工対象物２００の加熱前に真空雰囲気にする方が好ましい。真空度としては、例えば４０Ｐａ以下にすれば良い。

次に、型１００と加工対象物２００とを接触させたまま、型１００と加工対象物２００を冷却し、加工対象物２００の温度をガラス転移温度（または軟化温度）以下にする。例えば、冷却温度を軟化温度（Ｔｇ）−５℃以下、軟化温度（Ｔｇ）−４５℃以下、軟化温度（Ｔｇ）−９０℃以下等にすれば良い。勿論、この温度に限定されるものではない。また、型１００と加工対象物２００との間の圧力を保持したままで冷却しても良いし、ゼロ近傍まで減圧した後に冷却しても良い。

最後に、型１００と加工対象物２００とを離型して、微細加工方法のプロセスを終了する。

これにより、精密にパターン形状が制御された微細加工品を、低コストかつ大量生産することができる。

本発明の型のパターンを説明する概略説明図である。エッジラフネスを求める式を説明するグラフである。本発明の型を製造するための電子ビーム描画装置を示す概略正面図である。電子ビーム描画装置の第２のアパーチャを示す概略平面図である。本発明の型のパターンの製造方法を説明する概略説明図である。本発明の型のパターンの別の製造方法を説明する概略説明図である。本発明の微細加工方法に用いる微細加工装置の概略正面図である。従来の型のパターンを説明する概略説明図である。従来の型のパターンを説明する概略説明図である。型のパターンの中で、エッジラフネスの大きいエッジの高低差を示すグラフである。型のパターンの中で、エッジラフネスの小さいエッジの高低差を示すグラフである。

符号の説明

１００型
１００ａパターン
１０１エッジ
３１１電子ビーム
３１２第１の電子ビーム
３２１電子ビーム
３２２第２の電子ビーム

Claims

直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画し、型を製造する型製造方法であって、
前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記電子ビームの形状を変化させて描画することを特徴とする型製造方法。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画し、型を製造する型製造方法であって、
第１の電子ビームによって粗パターンを描画する工程と、
第２の電子ビームによって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記粗パターンを補正描画する工程と、
を有することを特徴とする型製造方法。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画することによりマスター型を製造し、このマスター型から電気鋳造法によって型を製造する型製造方法であって、
前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記電子ビームの形状を変化させて描画し製造されたマスター型を用いて前記型を製造することを特徴とする型製造方法。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンを電子ビームによって描画することによりマスター型を製造し、このマスター型から電気鋳造法によって型を製造する型製造方法であって、
第１の電子ビームによって粗パターンを描画された後、第２の電子ビームによって、前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下になるように前記粗パターンを補正描画して製造されたマスター型を用いて前記型を製造することを特徴とする型製造方法。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンのエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジを直線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジを円として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジをだ円として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジをインボリュート曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジをサイクロイド曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジをアステロイド曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジを双曲線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行するエッジ以外のエッジを少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成するエッジを放物線として近似した基準線に対するエッジラフネスが３０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
直交及び平行する線以外の線を少なくとも含むパターンが形成された型であって、
前記パターンを構成する線は、線幅の誤差が６０ｎｍ以下であることを特徴とする型。
請求項５ないし１４記載の型と加工対象物とを押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写することを特徴とする微細加工方法。
請求項５ないし１４記載の型と加工対象物とを押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写することにより形成されたものであることを特徴とする微細加工品。