JP4159453B2 - ナノインプリント方法、ナノインプリント装置、及び磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリント製造方法、その製造装置、磁気記録媒体の製造方法、及びその製造装置に関する。

半導体製造における微細パターン形成技術の進歩は目覚しいものがある。現在は１００ｎｍ以下レベルでの線幅加工精度が要求されており、これが現実のものになってきている。シリコンウエハー上のレジストに微細パターンを形成する技術としては、光リソグラフィー、電子ビームによる直接描画等がある。光リソグラフィーに関しては光源波長の短波長化によって解像度を向上してきたが、これらの装置は非常に高価となる上、１００ｎｍ以下の転写が困難である。一方電子線の直接描画では、解像度は優れるものの量産性に乏しい。

これら微細パターンを有するデバイスにおける量産技術の課題を克服する技術として、ナノインプリントリソグラフィー（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。かかるＮＩＬはナノスケールの微細構造を有するモールド（型）をシリコンウエハー上におけるレジストに圧力印加することで、該レジスト上に微細パターンを設けるものである。

ＮＩＬの工程について図９を用いて説明する。モールド３には、例えば、シリコンの熱酸化膜を電子線直接描画にてパターニングしたもの等を用いる。まず、図９（ａ）に示すように、シリコンウエハー４上に熱可塑性樹脂であるＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等によりレジストとしての薄膜５を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、モールド支持台２０によって保持されたモールド３をレジスト５に押し付けることによって、モールド３の微細パターンをレジスト５へ転写する。レジスト５は、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱され軟化された状態で加圧転写され、転写完了後は冷却固化してモールド３をレジスト５より剥離させる。次に、図９（ｃ）に示すように、残膜を酸素リアクティブエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）２１等で除去し、図９（ｄ）に示すように、シリコンの表面を露出させる。これにＡｌ等の金属膜を蒸着、スパッタ等で成膜し、リフトオフすることで微細配線として利用することができる。更に、図９（ｅ）に示すように、レジストもエッチング除去してシリコン単体のデバイスとして用いることもできる。

この製法によれば１０ｎｍ以下の転写が可能とされる。つまりモールドさえ時間をかけて加工して入手することができれば、従来プロセスに比較して非常に安価な装置を用いて微細パターンが形成できかつ大量生産可能とのことから、次世代の微細加工方法として注目されている。

また、レジストを軟化させ転写率を向上させるために、超臨界流体を用いたインプリント法（例えば特許文献２を参照。）や、常温にて低いプレス圧にてパターンを転写するインプリント法（例えば特許文献３を参照。）も提案されている。

一方、近年パターンドメディアと呼ばれる磁気記録媒体についても提案されている（例えば特許文献４を参照。）。この特許文献４には、トラックに沿って等間隔に強磁気微粒子を配列させ強磁気微粒子一個に１ビットを記録するというパターンドメディアの基本構造が開示されている。このパターンドメディアを応用したものも提案されている（例えば特許文献５を参照。）。この製造フローを図１０および図１１を用いて説明する。

まず図１０（ａ）に示すように、基板１０００とレジスト２０００間にスパッタ法による非晶質炭素マトリックス薄膜５６００を介在させる。次に図１０（ｂ）に示すように、電子線レジスト２０００を電子線描画した後、図１０（ｃ）に示すように、酸素ガス用いた反応性イオンエッチング法にて、レジストをマスクとして非晶質炭素マトリックス薄膜５６００をパターン化する。さらに、図１０（ｄ）のように磁性体層５７００を真空蒸着した後、図１０（ｅ）に示すようにレジストマスク２０００を溶解除去させるリフトオフ工程を行い、さらに図１０（ｆ）に示すようにスパッタ法にて非晶質炭素層による潤滑層５８００を形成する。

さらに特許文献５に開示されている製法プロセスについて、図１１を用いて説明する。まず図１１（ａ）のようにガラス基板１０００上にレジスト２０００を形成する。そして図１１（ｂ）に示すように、電子線露光および現像を行い、ついで図１１（ｃ）に示すように反応性エッチングによりマスクパターン２０００を形成する。さらに図１１（ｄ）に示すように、磁性体薄膜５７００を真空蒸着し、次いで図１１（ｅ）に示すようにリフトオフを行って、図１１（ｆ）に示す表面潤滑層５８００を形成してパターンドメディアが完成する。
米国特許５７７２９０５号 特開２００２−２７０５４０号公報 特開２００２−１８４７１８号公報 特許第１８８８３６３号 特開２００１−１１００５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の製法はレジストをＴｇ以上に加熱しつつ高圧プレスすることが必要となる。例えば、特許文献１の発明者らが行った実験では、Ｔｇ１０５℃のレジストを２００℃に加熱し、印加圧力を１３Ｍｐａにしている。また、線幅２μｍ、高さ３４０ｎｍのＰＭＭＡレジスト凸パターンを転写するのに、１７０℃にて８７ＭＰａの加圧力が必要であったという報告事例がある。こうした従来法においては高い加圧力が必要なため、モールドに上述のＳｉＯ_２や石英等を用いた場合、モールドおよびモールド上におけるパターンが破壊されてしまうという問題があった。

モールドに高強度のダイヤモンドやＳｉＣを用い、上記問題を解決する手法が提案されているが、モールド作製にコストがかかるという問題があった。

また、従来のＮＩＬ法においてはモールドが光を透過しないため、シリコンウエハーとのアライメントが困難であった。よって多層化におけるパターンニングのための位置あわせが不可能であり半導体プロセスに適用困難であった。モールドを石英等、透明な基材にすると上述のようにすぐに破壊されてしまうので実用不可能であった。

また、従来の半導体プロセスにおいては微細なパターンが形成されたレジスト上に主に有機物質の微小欠陥が残存するため、レジスト表面を洗浄する必要があった。この洗浄工程においてリンス液等の有機溶媒を洗浄液に用いた場合、気相、液相の境界面における表面張力によりレジストのパターンが崩壊してしまうという恐れがあった。パターンの微細化及び高アスペクト比化が進行するに伴い、上記問題はより顕著になった。

プレス時のウエハー基板温度を高くすると、レジストと基板の密着力が弱くなりプレス後の高分子薄膜の一部が基板から剥離する等の問題が生じ、大面積の細密パターンを形成することが困難となるという問題も生じる。また、レジストをモールドから剥離する際には、基板の温度をレジストのＴｇ以下に冷却しなければならないためスループットを低下させる要因となっていた。
上記特許文献２によれば、超臨界流体を流したチャンバー内にて、軟化剤を含むレジストにモールドをプレスさせ転写を行っている。この方法によればレジストの固化はレジスト内の軟化剤を超臨界流体で抽出することで行うため、抽出完了まではプレスを保持する必要があった。そして、超臨界流体はモールドと基板との間のレジスト厚さに相当する極僅かな隙間から浸透して軟化剤を抽出する必要があるためレジスト内部に浸透するまでは時間がかかる。よって大面積のパターンを量産するのは困難であった。
特許文献３によれば、レジストに化学増幅レジストを選択し、モールドの凸部に酸の薬液を保持させてプレスした後に基板を熱処理する。それにより、酸が染み込んだ部分のみレジストが不溶化反応もしくは可溶化反応を生じる。その後、レジストを現像することでモールドパターンに対応した凹凸が形成される。しかしながらこの方法によれば、大面積のモールドパターンの凸部にのみ選択的に酸を浸透させるのは困難であろうと予想される。特に２００ｎｍ以下の微細パターンの場合、パターンの凸部にのみ薬液を浸透させて精密にパターン形成するのは困難であると思われる。

また、上記特許文献５に開示の方法によれば、磁気ディスクの大容量化を図ることができるが、電子線描画のスループットが低いという問題がある。量産性の高いインプリント製法によりパターンドメディアを製造するプロセスについても提案されており（例えば特開２００３−１５７５２０号公報）、それによればモールドパターンと基板とのいずれか一方と上下プレス面との間に基板やモールド面積より狭く記録領域に相当する面積を有するバッファー層を介在させることにより、プレス圧の均等化、効率化が図れるとされている。そして、５００ｂａｒ以上のプレス圧を加えることによりレジストのガラス転移温度以下にてパターン形成可能となり、高スループットが実現できるとされるが、プレス圧が高圧になればモールドや基板のダメージが大きくなって、１つのモールドから大量のパターンドメディアを製造することが困難となるという問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、モールドの寿命を延ばすインプリント方法及び装置を提供することを例示的な目的とする。また、高品位な処理を被処理体に施すインプリント方法及び装置を提供することを他の例示的な目的とする。

さらに本発明は、レジストのガラス転移温度以下の低温プロセスを実現しつつ、低圧力下でも高スループットで大面積の微細パターンを高分子薄膜に形成することのできるインプリント方法、磁気記録媒体の製造方法及び装置を提供することをさらに他の例示的目的とする。また、レジストとモールドの離型性を改善できて、微細パターンの磁気記録媒体の量産を可能とするインプリント方法、磁気記録媒体の製造方法及び装置を提供することも例示的目的とする。

本発明の一側面としてのインプリント方法は、加圧気体又は超臨界流体を加圧浸透させて、レジスト（樹脂薄膜）が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜を柔軟にする工程と、前記被処理体の前記樹脂薄膜側に、所定のナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記所定のパターンを前記樹脂薄膜に転写する工程と、該転写後に前記加圧気体又は前記超臨界流体を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する工程と、該転写後に前記加圧気体又は前記超臨界流体を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する工程とを有し、前記転写する工程では、前記被処理体の温度が前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下であり、更に、上記全ての工程を通じて、前記モールドの温度を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下の一定温度に維持されることを特徴とする。一般に、温度を上下させるとスループットが低くなるが、この構成によれば温度を一定に維持するのでスループットが低下することはない。また、ＣＯ２の圧力にてレジストのガラス転移温度や表面張力を制御できるため、レジストのガラス転移温度よりモールド等の温度を高くする必要がない。
加圧ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２は樹脂薄膜（熱可塑性高分子）内に浸透し高分子の分子間距離を拡大させてそのガラス転移温度及び表面張力を低下させる効果がある。よって、モールドや基板及び樹脂薄膜の温度を高くすることなく容易に樹脂薄膜を軟化させることができる。特に直鎖状高分子は加圧ＣＯ２が浸透しやすく軟化しやすい傾向にあるので、本発明に係るインプリント方法には、樹脂薄膜としてガラス転移温度が１００℃程度のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を用いることがさらに望ましい。また、本発明においてアルコール等のエントレーナ（助剤）を超臨界ＣＯ２と混合して樹脂薄膜と接触させると、さらに可塑剤効果を飛躍的に向上させることができる。
本発明に係るインプリント方法においては、プレスにより樹脂薄膜上にモールドパターンを形成した後、チャンバー内圧及びプレス圧を減圧することで急激に樹脂薄膜内に浸透していたＣＯ２をガス化させ樹脂薄膜を瞬時に固化させることが可能である。急激に減圧すると、樹脂薄膜厚さが５０μｍ以上の場合はガス化したＣＯ２が抜けきらない状態で樹脂薄膜が固化するために樹脂薄膜内部が発泡する。しかしながら、樹脂薄膜厚さを５０μｍ以下とすることによりそのような問題を避けることができる。より望ましくは１０μｍ以下であり、樹脂薄膜の厚さが１μｍ以下であることが最も望ましい。
樹脂薄膜を柔軟にする工程において、加圧気体又は超臨界気体を７ＭＰａ以上かつ温度３１℃以上で樹脂薄膜に加圧浸透させるように構成することが望ましい。加圧気体又は超臨界気体を１０ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下かつ温度４０℃〜５０℃とすることがさらに望ましい。なぜなら圧力と温度とがこの範囲を越えてさらに高くなるとバルブ等のシールが困難となりコスト高となり、圧力と温度とがこの範囲を越えて低くなると可塑剤効果が低くなるからである。

前記転写工程後に、前記樹脂薄膜を超臨界気体で洗浄する工程を更に有することが好ましい。これにより、後工程で洗浄する必要なく欠陥を除去して高品位な処理を被処理体に施すことができる。超臨界ＣＯ_２は表面張力ゼロで、溶解力もｎ−ヘキサン並であるためパターン変形及び崩壊なく樹脂薄膜の洗浄及び乾燥を行うことができる。この場合、７ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の超臨界ＣＯ２を用いることがさらに望ましい。

本発明の別の側面としてのインプリント方法は、加圧気体又は超臨界流体を加圧浸透させて、樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜を柔軟にする工程と、前記被処理体の前記樹脂薄膜側に、ナノオーダーの所定のパターンが形成されたモールドを、５ＭＰａ以下の実効的な加圧力で押し付けて前記所定のパターンを前記樹脂薄膜に転写する工程とを有することを特徴とする。かかるインプリント方法は、加圧力が５ＭＰaと小さいので、モールドの寿命を高くすることができる。
前記モールドは、透明な材料から構成され、前記被処理体と前記モールドとを位置合わせするアライメント工程を更に有してもよい。これにより、モールドを介して光センサなどでアライメントを行うことができ、高品位な処理を被処理体に施すことができる。前記加圧気体は、例えば、加圧ＣＯ２であり、前記超臨界流体は、例えば、超臨界ＣＯ２である。

本発明における実効的な加圧力とは、転写面における機械的な印加圧力（Ａ）−超臨界流体等が転写面を押し返す圧力（Ｂ）と定義する。超臨界流体や加圧ＣＯ_２は粘性が低く、接触物質を破壊する強度が低い。一方、高強度の金型やスタンパ等の金属部材は接触物質に対するダメージが大きい。

金属部材が樹脂薄膜に直接与える圧力は上記式で定義される。Ｂによるダメージも無視できる大きさではないが、本発明における圧力ダメージはそれを考慮したとしても充分に小さい。

本発明の別の側面としてのインプリント方法は、加圧気体又は超臨界流体に、低分子の撥水剤を溶解する工程と、前記撥水剤が溶解した加圧気体又は超臨界流体を加圧浸透させて、樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜を柔軟にする工程と、前記被処理体の前記樹脂薄膜側に、所定のナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記所定のパターンを前記樹脂薄膜に転写する工程と、該転写後に前記加圧気体又は前記超臨界流体を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する工程とを有することを特徴とする。超臨界ＣＯ２はｎ−ヘキサン並の溶媒としての特徴を有し、ある種の低分子ポリマーを溶解させることができる。かかる構成によれば、超臨界ＣＯ_２に撥水機能を有する有機材料を溶解させ、樹脂薄膜内に浸透させることで樹脂薄膜のガラス転移温度を低下させるとともに表面を撥水性に改質できる。通常、モールド表面が撥水性である場合は表面張力が大きくなり、樹脂薄膜等がモールドの微細パターン（微細構造体）を転写しにくくなるが、この構成によれば、撥水剤が超臨界流体に溶解している状態においてはその撥水機能は発現しないので、減圧するまでは低表面張力を維持できる。プレスによって転写した後に減圧すると樹脂薄膜が固化するとともに撥水剤が析出して表面に撥水機能が発現する。それによって、樹脂薄膜とモールドの密着性が低下するため容易に剥離でき、樹脂薄膜と基板の剥離を抑制できる。また、表面張力がゼロで浸透力が強い超臨界ＣＯ_２を溶媒として用いることにより短時間で樹脂薄膜表面に機能剤を均一に配向させることができる。

撥水剤の分子量が１００から１００００の範囲であり、かつ、シリコンオイル又はフッ素（例えば低分子ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン））を含有するように構成することも可能である。また溶解度を向上させるためにエタノールやアセトン等のエントレーナと呼ばれる助剤を用いることもできる。より濃度を均一にするためには攪拌機構をエントレーナと超臨界流体との混合槽に設けることが望ましい。この構成によれば撥水剤の分子量が１００〜１００００の範囲であるが、分子量がこの範囲より大きくなると溶解度を維持するのが困難となり、分子量がこの範囲より小さくなると樹脂薄膜から撥水剤が脱離しやすくなる。

本発明の一側面としてのインプリント装置は、樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜を柔軟にするための加圧気体又は超臨界流体を導入する柔軟化部と、前記被処理体を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下に維持しつつ、前記樹脂薄膜側に、所定のナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記所定のナノオーダーパターンを前記樹脂薄膜に転写する加圧機構とを有することを特徴とする。また、前記樹脂薄膜を洗浄する洗浄部を更に有してもよい。かかるインプリント装置も上述のインプリント方法と同様の作用を奏することができる。

前記モールドは透明な材料から構成されていてもよい。これにより、前記被処理体と前記モールドとを位置合わせし、モールドを介して光センサなどでモールドと被処理体とをアライメントを行うことができ、高品位な処理を被処理体に施すことができる。

なお、前記加圧気体が、例えば、加圧ＣＯ_２である点、前記超臨界流体が、例えば、超臨界ＣＯ_２である点は上述の通りである。

本発明の別の側面としての磁気記録媒体の製造方法は、加圧気体又は超臨界流体を加圧浸透させて、樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の樹脂薄膜を柔軟にする工程と、被処理体の樹脂薄膜側に、所定のナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて所定のパターンを樹脂薄膜に転写する工程と、転写後に加圧気体又は超臨界流体を減圧することにより樹脂薄膜を固化する工程とを有し、転写する工程では、被処理体の温度が樹脂薄膜のガラス転移温度以下であり、更に、上記全ての工程を通じて、モールドの温度を一定温度に維持されることを特徴とするインプリント方法を用いたことを特徴とする。

かかる構成によれば、加圧気体又は超臨界流体が樹脂薄膜（熱可塑性高分子）内に浸透し高分子の分子間距離を拡大させてそのガラス転移温度及び表面張力を低下させることができる。したがって、モールドや基板及び樹脂薄膜の温度を高くすることなく容易に樹脂薄膜を軟化させることができる。特に直鎖状高分子は加圧ＣＯ２が浸透しやすく軟化しやすい傾向にあるので、本発明に係るインプリント方法には、樹脂薄膜としてガラス転移温度が１００℃程度のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を用いることがさらに望ましい。また、本発明においてアルコール等のエントレーナ（助剤）を超臨界ＣＯ２と混合して樹脂薄膜と接触させると、さらに可塑剤効果を飛躍的に向上させることができる。また、プレスにより樹脂薄膜上にモールドパターンを形成した後、チャンバー内圧及びプレス圧を減圧することで急激に樹脂薄膜内に浸透していたＣＯ_２をガス化させ樹脂薄膜を瞬時に固化させることが可能となる。

前記磁気媒体が、直径５ｃｍ以上の範囲において、溝幅が５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、溝深さが３０ｎｍ〜１００ｎｍ、かつ、トラックピッチが１００ｎｍ〜２００ｎｍのスパイラル矩形溝を有するように構成することも可能である。

かかる構成により、モールドの微細パターンを大面積に形成することができ、精度の高い磁気記録媒体を製造することができる。

本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。

本発明によれば、モールドの寿命を延ばすこと及び／又は高品位な処理を被処理体に施すことが可能なインプリント方法及び装置を提供することができる。また、レジストのガラス転移温度以下の低温プロセスを実現しつつ、低圧力下でも高スループットで大面積の微細パターンを高分子薄膜に形成することのできるインプリント方法、磁気記録媒体の製造方法及び装置を提供することができる。さらに、レジストとモールドの離型性を改善できて、微細パターンの磁気記録媒体の量産を可能とするインプリント方法、磁気記録媒体の製造方法及び装置を提供することも例示的目的とする。

以下に、本発明にかかる実施例を説明する。
［実施例１］
本実施例１に用いたＮＩＬ装置を図１に示す。本実施例においては、シリコンウエハー、石英ガラス等の基板４上におけるレジストとしての高分子薄膜５に高圧ＣＯ_２もしくは超臨界ＣＯ_２を接触させながら、微細な凹凸パターンを有するモールド３を加圧プレスすることで微細パターンを高分子薄膜５に転写するものである。

本実施例においては、密閉チャンバー６内を超臨界ＣＯ_２で充満させ、チャンバー６内でプレスする装置を用いた。ＣＯ_２ボンベ２より超臨界発生装置１に供給されたＣＯ_２ガスは超臨界状態になり、内蔵された電磁弁の開閉により外部に供給される。超臨界ＣＯ_２の圧力、温度は任意であるが、圧力の高い程、固体高分子内により多く浸透し、Ｔｇ、粘性、表面張力を低下させる効果があるので望ましい。しかし圧力が高すぎると密閉及びシールするのが困難になり、装置が高価になるので、より望ましい圧力範囲は１０〜３０ＭＰａである。本実施例においては４０℃、１５ＭＰａの超臨界ＣＯ_２を用いた。

超臨界ＣＯ_２が満たされるチャンバー６は上ブロック９と下部本体７が閉鎖されＯリング１９でシールされることで形成される。上ブロック９には基板支持プレート８が固定されており、基板支持プレート８には基板４及びそれに積層された高分子薄膜５が保持されている。基板４は支持プレート８上におけるリング状のバキューム溝１６及びそれに通じる吸引孔１４より、図示しない真空ポンプによって支持体８表面に真空吸着されている。

本実施例において使用する基板４及び高分子薄膜５の材料は任意であるが、本実施例において基板４には厚さ２ｍｍのシリコンウエハー、高分子薄膜５にはガラス転移温度１００℃のＰＭＭＡを用いた。高分子薄膜の膜厚は２μｍとした。

また、基板支持プレート８には円周状の温調回路１３が設けられており、温調回路１３は配管１５および図示しない温調機に通じているので、水を媒体にした温調機によって３０℃〜１４５℃の範囲で温度制御できる。ピストンブロック１７上に保持されているモールド３も基板４と同様にバキューム溝１６からの排気によって真空吸着されている。ピストンブロック１７は下部本体７内に内蔵されており、シリンダー１８内に図示しない油が任意の圧力で出入りすることで上下する。ピストンブロック１７が油圧力で駆動する際、基板支持プレート８に押し付けられるが、本実施例は位置決めリング１２を設け、ピストンブロック１７が上昇した際における、基板４とモールド３の距離を調整している。

図２に示すように、ピストンブロックの上昇時、基板とモールド間の距離が０．５μｍになるように調整した。つまり基板４上に高分子薄膜がない状態においては、基板４とモールド３が接触することはない。

本実施例におけるモールド３の材料やその加工方法等は任意であるが、本実施例においては、厚さ５ｍｍの石英ガラスを用い表面に電子ビームによる直接描画により線幅０．１μｍ深さ０．５μｍ、ピッチ０．２μｍのラインアンドスペースを形成した。該モールド３表面の微細パターンの転写は下記のように行った。モールド３をこのように透明な材料から構成すると、基板４及びレジスト５からなる被処理体とモールド３とのアライメントを、モールド３を介して図示しない光センサなどで行うことができ、位置合わせ、重ね合わせ後に高品位な処理を被処理体に施すことができる。

まず、電磁弁１１を閉鎖した状態にて電磁弁１０を開放し、超臨界流体発生装置１より密閉されたチャンバー６内に超臨界ＣＯ_２を導入した。チャンバー６内の圧力が安定したところで、ピストンブロック１７を上昇させた。このとき基板支持プレート８及びピストンブロック１７は共に１４０℃になるように温度制御した。転写時は高分子薄膜にかかるプレス圧力が１７ＭＰａになるようにシリンダー１８の油圧力を制御した。つまり超臨界流体の圧力である１５ＭＰａがピストンブロックにかかる圧力を差し引くと２ＭＰａの圧力が高分子薄膜に印加されることになる。

本実施例においては超臨界流体状態のＣＯ_２が含浸することによって高分子のＴｇおよび粘性が著しく下がりまた表面張力も低下することで、超低圧でナノスケールの微細構造体に高分子粘性体は浸透することができる。また、超臨界流体自身および高分子は著しく低硬度なのでモールドにダメージを与えにくい。

転写完了した後、基板支持プレート８及びピストンブロック１７を温調制御する温調回路の温度を８０℃に降温した。次に高分子薄膜が十分に固化したところで、ピストンブロック１７を下降させモールド３と基板４を剥離させた。

更に、チャンバー６内を超臨状態に維持し、高分子薄膜の表面を超臨界ＣＯ_２
を利用して洗浄した。超臨界ＣＯ２は表面張力ゼロで、溶解力もｎ−ヘキサン並であるためパターン変形及び崩壊なくレジストの洗浄及び乾燥を行うことができるために好ましい。このとき図示しない配管を通じチャンバー６内に滞留した超臨界ＣＯ_２およびそれに溶解した有機物質をチャンバー外部に送った。そして、超臨界流体発生装置１より超臨界ＣＯ_２の供給を停止した後、電磁弁１０、１１を開放しチャンバー６内の雰囲気を大気に開放した。

上ブロック９を下部本体７より外し基板４を取り出した。本実施例における高分子薄膜のパターンの断面をＳＥＭにて観察したところモールドパターンをほぼ忠実に再現していることがわかった。

本実施例の方法にて、同一のモールド３を用い複数の基板４にて転写を１万回行ったところ、モールド３及びその表面のパターンが破壊されることはなかった。

［比較例］
超臨界ＣＯ_２をチャンバー６内に導入しない以外は実施例と同様な装置を用いて同様な条件でモールド３のパターンの高分子薄膜への転写を試みた。なお、このとき、大気中でプレスを行ったので、高分子薄膜にかかる面圧力が２ＭＰａになるようにシリンダー１８の油圧力を制御した。すると深さ０．５μｍのモールド３における溝深さに対して０．１μｍ深さ程度の転写性しか得られなかった。大気中にてモールド３の溝深さをほぼ完全に転写するための条件は、モールド３及び基板４の温度は２００℃、高分子薄膜５にかかる面圧力は４０ＭＰａであった。この条件にて同一のモールド３を用い、複数の基板４にて転写を繰り返した所数回でモールド３の表面に破損が見られた。

［実施例２］
本実施例２に用いたＮＩＬ装置を図３に示す。本実施例においては、シリコンウエハー、石英ガラス等の基板１００上におけるレジスト（高分子薄膜）２００に高圧ＣＯ_２又は超臨界ＣＯ_２を接触させてレジスト２００を軟化させた後、微細な凹凸パターンを有するモールド３００を加圧プレスすることによって微細パターンを高分子薄膜に転写するものである。
本発明においては、加圧ＣＯ_２や超臨界ＣＯ_２が充填される高圧チャンバーの容積は、必要最小限であることが耐圧容器としての設計が容易になるので望ましい。本実施例においては、高圧チャンバーはガラス基板１００の外側に配置された外周リング１１０がピストン２７０に突き当たることによって形成される。外周リング１１０は流路３２０より導入される高圧ＣＯ_２により上昇する。基板１００とスタンパ等のモールド３００が接していなくてもＯリング１２０がピストン２７０表面に突き当たることでチャンバー内部に高圧ガスが保持されるようになっている。

本実施例のプレス機構について説明する。上シリンダー５９０に内蔵されたピストン２７０と下プレート６１０とは、ヒーター４２０，４３０及び熱電対２９０，３０２によるフィードバック制御により加熱、保温されるようになっている。このヒーター４２０，４３０を用いるのは基板１００やモールド３００を１５０℃以上に加温するときである。例えば、ガラス転移温度が１８０℃以上の熱可塑性ポリイミド等をレジストとして用いる場合にこれらヒーター４２０，４３０を使用する。ＰＭＭＡ等ガラス転移温度が１８０℃未満のレジスト２００を用いる場合は、温調回路４００，４１０を流れ、図示しない温調機によって制御される温調水によって加温される。上シリンダー５９０は油圧式であり最大２５トンのプレス力を発生させる。本実施例においては、上シリンダー５９０は加圧ＣＯ_２や超臨界ＣＯ_２の圧力に対抗できればよく、加圧ＣＯ_２や超臨界ＣＯ_２の圧力に１０ＭＰａを加えた圧力程度のプレス圧が実現できればよい。本実施例においてはレジスト２００を有する基板１００には外径３．５インチ（＝８．８９ｃｍ）のガラス基板を用い、外周リング１１０のＯリング１２０より内周側の空間部（すなわち高圧チャンバー）内に２０ＭＰａのガス圧を保持する際に、その高圧チャンバーが開放されないように保持するための必要プレス力は約１５トンである。

本実施例における加圧ＣＯ_２や超臨界ＣＯ_２の導入装置について図３を用いて説明する。ＣＯ_２ボンベ４０２をブースターポンプ等よりなる加圧ＣＯ_２又は超臨界流体発生装置３０４で昇圧及び加温する。ＣＯ_２の圧力は１〜３５ＭＰa、温度は２５〜５５℃の範囲で制御可能となっている。減圧弁２１０，２２０，２３０でＣＯ_２のプレス装置への導入圧Ｐ１〜Ｐ３が制御される。また自動弁１６０，１９０，２０２により導入タイミングが制御されるようになっている。

本実施例に係る装置においては、リザーブタンク２４０，２５０に溜められた圧力Ｐ１，Ｐ２の高圧ＣＯ_２をモールド３００とレジスト２００との間隙（スペース）に導入する。リザーブタンク２４０，２５０よりプレス装置までの配管の温度は、図示しないヒーターにより４５〜５０℃に維持できるようになっている。圧力Ｐ３のＣＯ_２は外周リング１１０の下部より導入されるようになっている。本実施例においてＰ１は５ＭＰａ、Ｐ２は２０ＭＰａ、Ｐ３は１０ＭＰａとした。

高圧チャンバー内からのＣＯ_２の排出は、自動弁１８０，３８０の開放によって行われ、排出されたそのＣＯ_２は回収容器２６０に貯留される。回収容器内の圧力Ｐ４は１ＭＰａに維持されており、余剰ＣＯ_２はリリーフ弁２８０により自動排出されるように構成されている。

次に本実施例のインプリントプロセスについて説明する。本実施例においては、レジスト２００にガラス転移温度１００℃のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた。温調回路４００，４１０の設定温度を７０℃とし、モールド３００及び基板１００の温度が同温度になるように制御している。レジスト２００の膜厚はスピンコートにより０．５μｍに調整してある。

モールドであるＮｉスタンパ３００の凹凸形状は図７に示すようにレジスト２００の溝幅９００が１００ｎｍ、溝深さ９０２が５０ｎｍになるように設計されている。Ｎｉスタンパ３００はシリコンウエハー上のレジスト２００を電子線描画法によりスパイラル状にパターンニングした後、Ｎｉの電鋳プロセスによって作製されたものである。

上記基板１００を図示しない搬送装置によってこのＮＩＬ装置にセットした後、図４に示すようにピストン２７０を下降させてプレス転写を行う。図４におけるＡ部拡大図である図５及び図６を用いて転写工程を説明する。

図５に示すように基板１００上のレジスト２００とＮｉで作製されたスタンパであるモールド３００との間のスペースが０．２μｍとなるようにプレス力を調整する。その状態でバルブ２０２を開放し、レジスト２００とスタンパ３００とのスペースに流路１５０から矢印の方向にＣＯ_２を導入する。このとき、基板１００は機械的に固定されておらず、高圧ＣＯ_２を急激に導入するとチャンバー内部で基板１００があばれて破損する恐れがあるため、低圧の５ＭＰａに調整されたＣＯ_２を導入する。

バルブ２０２を１秒開放後、ただちにバルブ１９０及びバルブ３８０を２秒開放し、チャンバー内を２５ＭＰａの高圧ＣＯ_２にて置換する。その後、バルブ１９０，３８０を閉鎖し、ＣＯ_２をチャンバー内で２秒保持した後、プレス圧をかけてモールド３００のパターンを転写させる。このときのプレス力は２０トンである。プレスに伴いスタンパ３００とレジスト２００とのスペースに介在した余剰のＣＯ_２は図示しない滞留スペースに押し出されるため、チャンバー内の圧力を維持しつつ高速でプレス可能である。本実施例においてはプレス時間を５秒としている。その後、バルブ１８０，３８０を開放し、次いでバルブ１７０を開放し、チャンバー内を減圧してレジスト２００を固化させた。減圧に要する時間は約２秒である。その後ピストン２７０を上昇させて基板１００を取り出す。

基板１００のパターンをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にて観察したところ、図７に示すレジストパターン溝９００の底部７００の厚さは１０ｎｍであった。底部７００の膜厚が薄い方が、後工程である酸素プラズマアッシングによる除去時間を短くできるので望ましいが、５０ｎｍ以下、さらには２０ｎｍ以下に制御することがより望ましい。本実施例に基づいてパターン転写したレジスト２００を内・中・外周において観察したところ、良好なパターンが形成されていることが確認された。

また、１枚の基板１００の加工に要する時間は、基板の取り出し時間を含めて約２０秒であった。１００枚の基板１００について連続してパターン転写を行ったところ、モールド３００に基板１００が貼り付く現象が１枚だけ発生した。

この実施例２に係るインプリント方法に基づいてパターン転写した基板１００を基に、図８に示す後工程によって磁気記録媒体としてのパターンドメディアの基板を作製した。図８（ａ），（ｂ）に示すように、基板１００上に形成されたレジスト膜２００（膜厚約１００ｎｍ）に、ＣＯ_２加圧下でスタンパ３００を押しあてることによってパターン形成した。ここにおいて、パターンサイズは溝幅１００ｎｍ、溝深さ１２０ｎｍ、溝底部のレジスト厚さは前述したように１０ｎｍであった。

図８（ｃ），（ｄ）に示すように、モールド３００によってレジストパターンが形成された基板１００に対して酸素プラズマアッシングを行うことにより、レジスト２００の厚さを全体に２０ｎｍ薄膜化し、レジストパターン底部の基板を露出させた。ここにおいて、アッシング条件は、投入パワー１００Ｗ、酸素ガス圧１Ｐａ、処理時間１５ｓｅｃとした。

次に、ガスを酸素からＣ_２Ｆ_６等のフルオロカーボンガスに置換し、ガラス基板１００を反応性イオンエッチングにより、深さ１００ｎｍにエッチングした。ここにおいて、エッチング条件は、投入パワー３００Ｗ、Ｃ_２Ｆ_６ガス圧１Ｐａ、処理時間９０ｓｅｃとした。エッチングに用いるフルオロカーボンガスは、前記Ｃ_２Ｆ_６以外に、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３等のガスが利用可能である。

次に、再びガスをフルオロカーボンガスから酸素に置換し、残存レジストを除去した。その結果、図８（ｅ）に示すようなパターン付き基板１００を作製することができた。なお、このときのアッシング条件は、投入パワー１００Ｗ、酸素ガス圧１Ｐａ、処理時間１００ｓｅｃとした。その後、図示しない公知の成膜方法により磁性薄膜、保護膜を形成し、パターンドメディアを作成した。

上記により作製された基板１００はパターンの全面に磁性膜が形成されている。この基板１００に基づいて作製されたパターンドメディアを浮上型磁気ヘッドで記録再生した場合、パターンの溝の底部と磁気ヘッドとの距離が長くなるため（すなわちパターンの溝の底部に対する磁気ヘッドの相体的な浮上高さが高くなるため）、溝の底部への磁気ヘッドからの到達磁場が充分小さくなる。したがって、溝の底部は磁気ヘッドにより磁化されず、記録マークが溝間ランド部の幅によって制限されるので、クロストークが低減できて媒体の狭トラック化が可能となった。

なお、本発明の要旨は、ＣＯ_２加圧下において高速でレジストのパターニングを行うことにあり、その後の工程は従来のプロセスを適用することができる。すなわち、この実施例２と同一の方法によって図８（ｄ）に示すレジストパターンを形成した後に、上述の図１１（ｄ）以降の従来プロセスと組み合わせることによっても、効率よくパターンドメディアの作成が可能となる。

［実施例３］
実施例１と同様のインプリント方法において、リザーブタンク２５０内に撥水剤としてのシリコンオイル（分子量１０００）を導入し超臨界ＣＯ_２に溶解させてレジスト２００に浸透させた。本実施例３においてはモールド３００とレジスト２００の剥離性が向上し、基板１００がモールド２００に貼り付くことがなく、さらに転写性にも弊害は生じなかった。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では加圧ＣＯ_２又は超臨界ＣＯ_２を使用したが、本発明は、加圧Ｈｅ又は超臨界Ｈｅなど加圧気体及び超臨界流体をＣＯ_２に限定するものではない。

本発明の実施例１に係るナノインプリント装置のプレス前の概略断面図である。 図１に示すナノインプリント装置のプレス後の概略断面図である。 本発明の実施例２に係るナノインプリント装置のプレス前の概略断面図である。 図３に示すナノインプリント装置のプレス後の概略断面図である。 図４に示すナノインプリント装置のＡ部拡大図であり、ＣＯ_２を導入する様子を示す図である。 図４に示すナノインプリント装置のＡ部拡大図であり、モールドをレジストに押し付けた状態を示す図である。 基板上のレジストパターンを説明する拡大断面図である。 後工程によって基板からパターンドメディアを作製する様子を説明するための概略断面図である。 従来のナノインプリント方法を説明するための概略断面図である。 従来のパターンドメディアの製造方法の手順を説明する流れ図である。 従来のパターンドメディアの製造方法の手順を説明する流れ図である。

符号の説明

１，３０４：超臨界発生装置
２，４０２：ＣＯ_２ボンベ
３，３００：モールド（Ｎｉスタンパ）
４，１００：基板（シリコンウエハー）
５，２００：レジスト（高分子薄膜）
９００：溝幅
９０２：溝深さ

Claims (10)

1. ５０μｍ以下の厚さを有してポリメタクリル酸メチルからなる樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜に１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の超臨界ＣＯ_２を加圧浸透させることにより前記樹脂薄膜を柔軟にする工程と、
   前記被処理体の前記樹脂薄膜側に、ナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記パターンを前記柔軟化された樹脂薄膜に転写する工程と、
   該転写後の前記樹脂薄膜が柔軟性を有したままの状態から、前記超臨界ＣＯ_２を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する工程とを有し、
   前記転写する工程では、前記被処理体の温度が前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下であり、
   更に、上記全ての工程を通じて、前記モールドの温度を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下の一定温度に維持されることを特徴とするナノインプリント方法。
2. 前記転写工程後に、前記樹脂薄膜を超臨界気体で洗浄する工程を更に有することを特徴とする請求項１記載のナノインプリント方法。
3. 前記洗浄工程において、前記超臨界気体の圧力が７ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２記載のナノインプリント方法。
4. 前記転写工程は、前記モールドを５ＭＰａ以下の実効的な加圧力で押し付けることを特徴とする請求項１記載のナノインプリント方法。
5. 前記モールドは、透明な材料から構成され、
   前記被処理体と前記モールドとを位置合わせするアライメント工程とを更に有することを特徴とする請求項４記載のナノインプリント方法。
6. ５０μｍ以下の厚さを有してポリメタクリル酸メチルからなる樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜に１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の超臨界ＣＯ_２を加圧浸透させることにより前記樹脂薄膜を柔軟にする柔軟化部と、
   前記被処理体を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下に維持しつつ、前記樹脂薄膜側に、ナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記パターンを前記樹脂薄膜に転写する加圧機構と、
   転写後の前記樹脂薄膜が柔軟性を有したままの状態から、前記超臨界ＣＯ_２を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する圧力調整部と、
   転写時に、前記被処理体の温度を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下に維持し、柔軟化、転写及び固化時に、前記モールドの温度を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下の一定温度に維持する温度調節部と、
   を有することを特徴とするナノインプリント装置。
7. 前記樹脂薄膜を洗浄する洗浄部を更に有することを特徴とする請求項６記載のナノインプリント装置。
8. 前記モールドは透明な材料から構成されることを特徴とする請求項６記載のナノインプリント装置。
9. ５０μｍ以下の厚さを有してポリメタクリル酸メチルからなる樹脂薄膜が塗布された基板からなる被処理体の前記樹脂薄膜に１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の超臨界ＣＯ_２を加圧浸透させることにより前記樹脂薄膜を柔軟にする工程と、
   前記被処理体の前記樹脂薄膜側に、ナノオーダーのパターンが形成されたモールドを押し付けて前記パターンを前記柔軟化された樹脂薄膜に転写する工程と、
   該転写後の前記樹脂薄膜が柔軟性を有したままの状態から、前記超臨界ＣＯ_２を減圧することにより前記樹脂薄膜を固化する工程とを有し、
   前記転写する工程では、前記被処理体の温度が前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下であり、
   更に、上記全ての工程を通じて、前記モールドの温度を前記樹脂薄膜のガラス転移温度以下の一定温度に維持されることを特徴とするナノインプリント方法を用いた磁気記録媒体の製造方法。
10. 前記磁気記録媒体が、直径５ｃｍ以上の範囲において、溝幅が５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、溝深さが３０ｎｍ〜１００ｎｍ、かつ、トラックピッチが１００ｎｍ〜２００ｎｍのスパイラル矩形溝を有する磁気記録媒体であることを特徴とする請求項９記載の磁気記録媒体の製造方法。