JP4244207B2 - 緩衝層付押圧転写用金型及び押圧転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細な凹凸パターンが形成された金型を用い、被転写基板上に微細構造体を転写形成するナノプリント転写法に関する。

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、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，高精度化を進めるために、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が用いられるようになった。

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、１ギガ、４ギガと、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、電子ビーム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。この結果、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行うための技術が下記特許文献１及び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記載や非特許文献１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５２５９９２６号特許明細書 米国特許第５７７２９０５号特許明細書 特開２００３−１５７５２０公開特許公報 Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ．３３１４（１９９５）

しかし、微細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、転写する形状が非常に微細な凹凸であるために、広い領域にわたり転写パターンを形成する場合、基板や金型および加圧装置の加圧面のわずかなうねりや凹凸により生ずる加圧斑による転写不良が発生することが明らかになった。

更に非特許文献１に記載されている加熱による熱ナノインプリント法によれば加圧面を熱源として加熱、加圧、冷却の工程を経て転写を行うために、加熱、冷却に多大な時間を要することが明らかになった。また、加圧面の面内温度分布が転写特性に影響を与えることも明らかになった。

上記特許文献３では、金型と加圧面との間に金型や加圧面よりやわらかい材料からなるポリマーシートやゴムシートなどのバッファー層を設け、上記基板のうねり等を解消し均一圧力をうる技術が開示されている。

しかしながら、本発明者らが金型や加圧面よりやわらかい材料を緩衝材として転写実験を行ったところ上記材料が加圧時に弾性変形して金型と加圧面間の隙間をうめても、結果的に隙間の狭い部分は広い部分と比較し緩衝材の反発が大きくなってしまい結果的に面内の加圧斑が解消されないことが明らかになった。

以上の技術課題に鑑み、本発明は、半導体デバイスなどの製造工程において、微細な凹凸形状の構造体を形成するためのパターン転写技術であるナノプリント法において、金型と被転写基板を均一圧力で加圧し、かつ、緩衝シートが発熱することで加熱冷却時間を短縮するとともに、加熱源と流体を接触させることで緩衝シート内部における温度ばらつきを解消し、広い面積にわたり転写精度を高精度化し、高速転写を行うことを目的とする。

本発明者は、加圧面と金型および被転写基板には微細なうねりが存在するために均一加圧が出来ない理由と考え、また、加圧面を加熱、冷却するためにこれら部材の熱容量が大きいため加熱冷却に時間を要する理由と考え本発明に至った。

即ち、第１に、本発明は、金型と被転写基板の押圧により、被転写基板の押圧面に金型の凹凸パターンを転写する押圧転写で押圧面の背後側にあてがう押圧転写用の緩衝シートにあって、前記緩衝シートは、外郭になる外包体と、前記外包体内に内置する発熱体と、前記発熱体の回りの空間を埋め埋め尽くするように前記外包体内に満たされる流体とを有することを特徴とする押圧転写用緩衝シートである。

第２に、本発明は、凹凸パテーンが形成された金型を被転写基板に加圧装置を用いて押し付け、前記凹凸パターンを被転写基板に押圧転写する押圧転写方法において、前記加圧装置の加圧面と前記凹凸パターンが形成された金型、または前記加圧面と前記被転写基板との間に、外郭になる外包体と、前記外包体内に内置する発熱体と、前記発熱体の回りを埋めるように前記外包体内に満たされる流体とを有する緩衝シートを介在したことを特徴とする押圧転写方法である。

第３に、本発明は、加圧装置の加圧により被転写基板の押圧面に金型の凹凸パターンを転写する押圧転写で用いる緩衝層付押圧転写用金型において、前記金型は、押圧面の背後側に緩衝シートを備え、前記緩衝シートは、外郭になる外包体と、前記外包体内に内置する発熱体と、前記発熱体の回りを埋めるように前記外包体内に満たされる流体とを有することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型である。

ここで、外包体は可とう性を有することが好ましい。具体的には、可とう性を有する金属、合金、金属酸化膜、無機材料、有機材料、セラミックス、半導体、ガラスもしくはこれら化合物、混合物などが挙げられる。可とう性を有することで金型、被転写基板および加圧面のゆがみに対し追従することができる。更に外包体は耐熱性樹脂であることが好ましい。耐熱性樹脂にすることでより可とう性が高く基板のゆがみに追従性の高い緩衝シートが実現できる。具体的にはポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフィド、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、エチレンテトラフロロエチレン等が挙げられる。

また、発熱体は誘導加熱により発熱することが好ましい。誘導加熱により加熱することで緩衝シートから電源供給のための配線等を排除できる。材質としては誘導加熱により発熱する金属、合金、金属酸化物およびこれらの化合物、混合物などが挙げられる。より具体的には鉄、コバルト、Ｎｉ、ステンレス鋼（強磁性）などの強磁性体素材が好ましい。発熱体の形状としては誘導加熱により発熱したエネルギーが均一に効率よく金型および被転写基板に伝わるよう平板状であることが好ましい。更にその表面には表面積を増大させるための凹凸などの構造が形成されていると熱が流体に伝わりやすくなるため好ましい。発熱体は平板以外でも、流体内に均一に分散した粒子状形状が流体と発熱体の接触面積を増やし流体全体が均一に加熱される上でも好ましい。更に発熱体が外包体を兼ね、転写時に外包体自身が加熱される構造も被転写体および金型を急速に加熱する上で好ましい。

本発明の緩衝シートおよび金型に用いられる流体は発熱体からのエネルギーを金型および被転写基板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。具体的には銀、銅、金、アルミニウム等の高熱伝導率金属を燐辺状または粒子状にしたものを流体中に配合する。そのため、これら高熱伝導率金属や加熱源などの微粒子がシート内で沈降するのを防止する上で流体はチキソトロピー性を有することがさらに好ましい。さらには本発明の緩衝シートおよび金型に用いられる流体は被転写基板のガラス転移温度以下の温度において流動性を有するポリマーであることが好ましい。このようなポリマーを用いることで室温では固体で保管や取り扱いしやすく、加熱転写時にのみ流動性を有することで金型、被転写基板と加圧面との密着性を確保できる。

ここで、本発明に用いる被転写基板を成型させる方法としては、（１）樹脂基板または基板上の樹脂膜を、加熱して変形させる、（２）樹脂基板または基板上の樹脂膜を加圧成型後に、光硬化させる、から選択されることが好ましい。

本発明に用いられる加圧装置は、緩衝シート、金型、被転写基板を一括して加圧するための上下２箇所の加圧面を有する加圧ステージおよび加圧ヘッドと、これらに圧力を加える加圧推力発生機構を有する。ここで、加圧ヘッドおよび加圧ステージには緩衝シートおよび金型を誘導加熱するため誘導コイルおよび金型、被転写基板を冷却するための冷却機構を有する。また、加圧推力発生機構は油圧力および空気圧力、トルクモータによる電気力等により推力を発生する。更に必要に応じて加圧ステージ、加圧ヘッド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有する場合もある。

本発明によれば、外包体と流体と発熱体から構成され、前記外包体中に流体が満たされ、前記流体中に発熱体が接している緩衝シートおよび緩衝層付金型を用いることで転写時の面内圧力ばらつきを解消するとともに、誘導加熱により熱容量の小さい緩衝シートが加熱されることで金型、被転写基板が加熱されるため昇温、冷却が迅速に出来るとともに、緩衝シート内部の流体が熱媒となり、緩衝シート全体が均一に昇温するため温度の面内ばらつきも小さくなり、面内ばらつきが少ない、迅速な転写が可能になる。

先ず、図１を参照しながら、ナノプリント方法について説明する。シリコン基板等の表面に微小なパターンを有する金型を作製する。これとは別の基板上に樹脂膜を設ける（図１（ａ））。金型の裏面に図示しない緩衝シートを配し、加圧装置を用い、該樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度で、所定の圧力で金型を樹脂膜上にプレスする（図１（ｂ））。冷却・硬化させる（図１（ｃ））。金型と基板を剥離して、金型の微細な凹凸パターンを基板上の樹脂膜に転写する（図１（ｄ））。また、加熱成型する工程の代わりに、光硬化性の樹脂を用い、成型後に、樹脂に光を照射し、樹脂を硬化させても良い。

ナノプリント方法によれば、（１）集積化された極微細パターンを効率良く転写できる、（２）装置コストがやすい、（３）複雑な形状に対応できピラー形成なども可能である、等の特徴がある。

ナノプリント法の応用分野については、（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、（７）ＬＣＤディスプレイ、（８）ＦＥＤディスプレイ、等広く挙げられる。本発明はこれらの分野に好ましく適用される。

本発明において、ナノプリントとは、数１００μｍから数ｎｍ程度の範囲の転写を言う。

本発明において、金型は、転写されるべき微細な凹凸パターンを有するものであり、金型に凹凸パターンを形成する方法は特に制限されない。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、選択される。金型の材料としては、シリコンウエハ、各種金属材料、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を有するものであれば良い。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、ガラス、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、及びこれらを１種以上含むものが好ましく例示される。

本発明において、基板となる材料は特に限定されないが、所定の強度を有するものであれば良い。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、等が好ましく例示される。

本発明において、微細な構造が転写される樹脂膜は特に限定されないが、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。

以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
本発明の実施例の１つである緩衝シートについて、図２、３を用いて説明する。

緩衝シートは、外郭になる外包体１と、パッキング２と、流体３と、発熱体４と、固定リング５から構成され、外包体１中に流体３が満たされ、前記流体３中に発熱体４が接している。図２、３は概念図であり、パターン形状は単純化し、かつ大きめに書かれていることを断っておく。図２は本実施例の緩衝シートを上部から見た概観模式図であり、図３は図２の破線Ａ−Ａ′断面の断面模式図をしめす。

本実施例の外包体１は直径８ｉｎｃｈφで厚さ５０μｍのポリイミドシートであるカプトン（東レ・デュポン製）を用いた。このポリイミドシート上に太さ１ｍｍのミラブル型フッ素化シリコーンゴムであるＳＩＦＥＬ５７０１（信越シリコーン製）をシリコーン系接着剤によりポリイミドシート上に接着しパッキン２を施した。

次にパッキン２に囲まれた領域にシリコーングリースＫＳ−６１３（信越シリコーン製）を３〜５μｍの粒径を有する銀粉を配合し、これを流体３として満たし、その中に発熱体として直径６ｉｎｃｈφ、厚さ５０μｍのＮｉ箔を配した。最後に外包体１をパッキン２と接着し封印した後、固定リング５と固定ネジ６により緩衝シート全体を密閉し、本発明の緩衝シートを作成した。

次に本実施例の緩衝シートを用い転写実験を行った。以下にこの転写の際用いる微細な凹凸が形成された金型の作成法について図４を用いて説明する。直径６ｉｎｃｈφ×厚さ約０．５ｍｍのＳｉウエハ７を準備した。次に図４（ａ）のようにスピンコーターを用いて、電子線露光用のレジスト８（ＯＥＢＲ１０００、東京応化製）を用い０．５μｍの塗膜を形成した。

続いて、図４（ｂ）のように電子線描画装置ＪＢＸ６０００ＦＳ（日本電子製）を用い、電子線ビーム９で直接描画することにより露光し、現像することにより、図４（ｃ）のような凹凸を形成した。レジストは、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残した。

なお、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）等を用いても良い。

図４（ｄ）の凹凸をマスクパターンとしてＳｉウエハ７のドライエッチングを行い、図４（ｅ）のようにＳｉ基板１に凹凸を形成後、Ｏ_２アッシングにより、レジスト８を除去した。以上の工程で、直径１００ｎｍの円柱状突起が１面に形成されたシリコン製の金型１０を得た。

次に図５に示す加圧装置により本実施例の緩衝シート１１を冷却管１２および誘電コイルが内蔵されたステージ１４と６ｉｎｃｈφのシリコンウエハ上に０．５μｍ厚のポリスチレン薄膜が形成された被転写基板１５の間及び、ステージ１４と同様に冷却管１２および誘電コイル１３が内蔵されたヘッド１５と上記方法により作成された６ｉｎｃｈφのシリコン製金型１６との間に緩衝シート１１を配し転写実験を行った。

転写の条件は転写温度２００℃、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２、保持時間３分とした。転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。

その結果、昇温時間および冷却時間は１分以下であった。また、転写パターンの面内ばらつきは認められず６ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。

このように斑無く均一な転写が実現できる背景には、本実施例の緩衝シート１１により、被転写基板の全面に均一に圧力をかけることができるためである。この原理は、基板と金型の間に生ずるうねりを本実施例の緩衝シートを用いることにより、加圧時に緩衝シート内のシリコーングリースが緩衝シート内を移動し、被転写基板と金型間に生ずるうねりに添った形状に変形することで、金型全面に擬似的に静水圧がかかった状態となり、その結果全面に均一圧力が印加でき、均一転写が実現できた。
［実施例２］
本発明の実施例の１つである、緩衝シートについて図６を用いて説明する。

実施例１と同様の方法で緩衝シートを作成するが、本実施例では発熱体としてＮｉフィルムの代わりにあらかじめ１００μｍ〜２００μｍの粒径を有する鉄粉をあらかじめ銀粉とともに流体であるグリス内部に配合した。

この緩衝シートを用い実施例１と同様の条件で転写実験を行った。その結果、転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。

その結果、昇温時間および冷却時間は１分以下であった。また、転写パターンの面内ばらつきは認められず、６ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。
［実施例３］
本発明の実施例の１つである、緩衝シートについて図７を用いて説明する。

実施例１と同様の方法で緩衝シートを作成するが、本実施例では流体としてシリコーングリースの代わりに、融点が１００℃以下で直径が７ｉｎｃｈφで厚さが３００μｍの低融点ポリエステルシートを用いた。

この緩衝シートを用い実施例１と同様の条件で転写実験を行った。その結果、転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。その結果、昇温時間および冷却時間は１分以下であった。また、転写パターンの面内ばらつきは認められず６ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。
［実施例４］
本発明の実施例の１つである、転写用金型について図８を用いて説明する。

実施例１と同様の方法で作成した８ｉｎｃｈφのシリコン金型１８の裏面周辺部にシリコーン系接着剤ＫＥ１８２０（信越シリコーン製）を用い接着シール１９を形成し、内部に実施例１と同様の銀粉入りシリコーングリース製の流体３とＮｉ薄膜の発熱体４を配した後、実施例１と同様にシート状ポリイミドの外包体１を被せ、外周部を接着シール部１９に密着させ１２０℃で１時間加熱して封印し、緩衝層付金型を作成した。

この緩衝層付金型を用い実施例１と同様の条件で転写実験を行った。その結果、転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。その結果、昇温時間および冷却時間は１分以下であった。また、転写パターンの面内ばらつきは認められず６ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。
［実施例５］
本発明の実施例の１つである、転写用金型について図９、１０を用いて説明する。

図９（ａ）のように、始めに実施例１と同様の方法で作成した８ｉｎｃｈφのシリコンマスター２０の表面に無電解メッキにより数十ｎｍのＮｉシード層２１を形成する。次に図９（ｂ）のように、このＮｉシード層に通電し、Ｎｉ電鋳層２２を形成する。

最後に図９（ｃ）のように、シリコンマスターよりＮｉを剥離することでＮｉ金型２３を作成する。次に図１０に示すように、このＮｉ金型の裏面周辺部にシリコーン系接着剤ＫＥ１８２０（信越シリコーン製）を用い接着シール１９を形成し、内部に実施例１と同様の銀粉入りシリコーングリース製の流体３のみ配した後、実施例１と同様にシート状ポリイミドの外包体１を被せ、外周部を接着シール部１９に密着させ１２０℃で１時間加熱して封印し、緩衝層付金型を作成した。

この緩衝層付金型は金型部がＮｉであり発熱体が金型部を兼用している。この緩衝層付金型を用い実施例１と同様の条件で転写実験を行った。転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。その結果、昇温時間および冷却時間は１分以下であった。

また、転写パターンの面内ばらつきは認められず６ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。
［実施例６］
本発明の実施例の１つである、緩衝シートを用いた微細パターン転写方法について図１１を用いて説明する。

始めに４ｉｎｃｈφ厚さ１ｍｍの石英基板を用い、実施例１と同様の方法により石英金型２４を作成し図１１に記載の転写装置の金型ホルダ２５にセットした。次に、ステージ２７上に実施例１で作成した緩衝シート１１を搭載した後、この緩衝シート１１上に、４ｉｎｃｈφのＳｉ基板上に光硬化性樹脂ＰＡＫ−０１を塗布した被転写基板２６をセットし、空圧シリンダ２８によりステージ２７を上昇させ、被転写基板２６を石英金型２４に押し付けた。

次に、１００ｍｊ／ｃｍ２の照度を有する紫外線ランプ２９により、石英金型２４を通して被転写基板２６に紫外線を照射した。その後、ステージ２７を降下させ石英金型２４から被転写基板２６を剥離させてパターン転写を完了した。パターン形状ばらつきを評価したところ、転写パターンの面内ばらつきは認められず４ｉｎｃｈφ前面に亙って転写斑が発生せず、良好な転写パターンが得られた。

［比較例１］
図１２に比較例として、従来型の転写装置および転写方法を示す。

実施例１と同様の金型１６および被転写基板を用意し、冷却管１２が内蔵されたヒーター付ステージ３０上に緩衝シート１１として１ｍｍ厚のシリコーンゴムを置き、その上に被転写基板１５を載せ、さらに金型１６、緩衝シート１１を配置して、空圧シリンダ２８によりヒーター付ステージ３０を上昇させ金型１６上の緩衝シート１１が冷却管を内蔵したヒーター付ヘッド３１に接触させた。

次に、実施例と同様の条件にて転写実験を行った。転写の際、６０℃から２００℃までの昇温時間および２００℃から６０℃までの冷却時間の測定および面内パターン形状についても評価した。その結果、昇温時間は６分および冷却時間は７分を要した。また、転写パターンの一部に転写不良領域が確認された。

本比較例では緩衝シートとしてシリコーンゴムを用いたために被転写基板および金型間で生じたうねりに対し、凸部では凹部に比べシリコーンゴムの変形量が大きく、そのため押し付け圧力が凹部に比べ大きくなり、結果的に面内に圧力分布が生じ転写パターンの一部に転写不良が生じた。

［本発明の他の適用例］
以下、本発明の剥離機構付き金型を用いるナノプリントが好ましく適用される幾つかの分野を説明する。
［実施例７］ バイオ（免疫）チップ
図１３はバイオチップ９００の概略図である。

ガラス製の基板９０１には深さ３マイクロメーター，幅２０マイクロメーターの流路９０２が形成されており、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸），血液，蛋白質などが含まれる検体を導入孔９０３から導入し、流路９０２を流した後、排出孔９０４へ流す構造になっている。流路９０２には分子フィルター９０５が設置されている。

分子フィルター９０５には直径２５０ナノメーターから３００ナノメーター，高さ３マイクロメーターの突起物集合体１００が形成されている。

図１４は分子フィルター９０５が形成されている近傍の断面鳥瞰図である。基板９０１には流路９０２が形成されており、流路９０２の一部には突起物集合体１００が形成されている。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ー９０５によってＤＮＡが高分解に分離される。分子フィルター９０５を通過した検体は基板９０１の表面に実装された半導体レーザー９０６からの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、信号配線９１０は出力パッド９１１に結線され、外部からの端子に接続される。なお、電源は基板９０１の表面に設置された電源パッド９１２から各部品へ供給した。

図１５に分子フィルター９０５の断面図を示す。本実施例の分子フィルター９０５は、凹部を有する基板９０１と、基板９０１の凹部に形成された複数の突起物と、基板の凹部を覆うように形成された上部基板１００１から構成されている。

ここで、突起物の先端部は上部基板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。

本実施例の分子フィルターでは、突起物と上部基板が直接接触する構造としたが、例えば、上部基板に突起物と同じ材料の膜を形成し、突起物とこの膜が接触する構造とすれば密着性の向上を図ることができる。

なお、本実施例では流路９０２は一本であったが、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、本実施例では検体として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。

本発明をバイオチップ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を得られる。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。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。
［実施例８］ 多層配線基板
図１６は多層配線基板を作製するための工程を説明する図である。

まず、図１６（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を形成した後に金型（図示省略）によるパターン転写を行う。

次に、多層配線基板１００１の露出領域７０３をＣＦ_４／Ｈ_２ガスによってドライエッチングすると図１６（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１６（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１６（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１６（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）、電解メッキを行うことで図１６（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の研磨を行なえば、図１６（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１６（ａ）で示した状態から露出領域７０３のドライエッチングを行う際に、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１６（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１７（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１６（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１６（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行うことで図１６（ｌ）に示した構造の多層配線基板１００１を得ることができる。

本発明を多層配線基板に適用することで、高い寸法精度を持つ配線を形成できる。
［実施例９］ 磁気ディスク
図１７は本実施例による磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図である。

基板は微細な凹凸を有するガラスで構成される。基板上には、シード層、下地層、磁性層、保護層が形成されている。以下、図１８を用いて、本実施例による磁性記録媒体の製造方法を説明する。

図１８にナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図で示す。まず、ガラス基板を準備する。本実施の態ではソーダライムガラスを用いた。基板の材料については平坦性を有していれば特に限定されるものではなく、アルミノシリケートガラスなどの他のガラス基板材料やＡｌなどの金属基板を用いても良い。そして図１８（ａ）のように樹脂膜を２００ｎｍ厚みになるようにスピンコータを用いて形成した。ここで樹脂としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いた。

一方、金型としては、磁気記録媒体中央の穴に同心円状になるように溝を形成したＳｉウエハを用意する。溝寸法は幅８８ｎｍ、深さ２００ｎｍとし、溝と溝の間隔は１１０ｎｍとした。本金型の凹凸は非常に微細であるので、電子線ビームを用いたフォトリソグラフィで形成した。

次に図１８（ｂ）のように２５０℃に加熱して樹脂粘度を下げた上で、金型をプレスする。金型を樹脂のガラス転移点以下の温度で離型すると図１８（ｃ）のような金型と凹凸が逆転したパターンが得られる。ナノプリント法を用いると、このように、可視光波長よりも小さい微細な、一般の光リソグラフィの露光可能寸法限界を超えたパターン形成が可能である。

さらに、ドライエッチングにより、樹脂パターン底部に残った残膜を除去することにより、図１８（ｄ）のようなパターンが形成される。この樹脂膜をマスクとして用いて、さらに基板を弗酸でエッチングすることにより、図１８（ｅ）のように基板を加工することができ、樹脂を剥離液で除去することにより、図１８（ｆ）のような幅１１０ｎｍ深さ１５０ｎｍの溝を形成した。この後、ガラス基板上にＮｉＰからなるシード層を無電解メッキで形成する。

一般的な磁気ディスクは、ＮｉＰ層を１０μｍ以上の厚みで形成するが、本実施の形態では、ガラス基板に形成した微細な凹凸形状を上層にも反映させるため、１００ｎｍに留めた。さらに一般的に磁気記録媒体形成に用いられているスパッタ法を用いて、Ｃｒ下地層１５ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔ磁性層１４ｎｍ、Ｃ保護層１０ｎｍを順次成膜することにより、本実施の形態の磁気記録媒体を作製した。

本実施の形態の磁気記録媒体は磁性体が幅８８ｎｍの非磁性層壁によって半径方向に隔離される。このことによって、面内磁気異方性を高めることができた。

なお、研磨テープによる同心円状のパターン形成（テクスチャリング）は、従来から知られているが、パターン間隔はミクロンスケールと大きく、高密度記録媒体には適用困難である。

本実施例の磁気記録媒体はナノプリント法を用いた微細パターンで磁気異方性を確保し、４００Ｇｂ／平方インチもの高密度記録を実現できた。

なお、ナノプリントによるパターン形成は、円周方向に限るものではなく、半径方向に非磁性隔壁を形成することができる。さらに本実施の形態で述べた磁気異方性付与効果は、シード層、下地層、磁性層、保護層の材料によって特に限定されるものではない。
［実施例１０］ 光導波路
本実施例では入射光の進行方向が変わる光デバイスを光情報処理装置に適用した一例を述べる。

図１９は作製した光回路５００の概略構成図である。光回路５００は縦３０ミリメートル，横５ミリメートル，厚さ１ミリメートルの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から構成されている。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。

図２０は光導波路５０３内部での突起物４０６の概略レイアウト図である。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の端部は幅２０マイクロメーター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１マイクロメーター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０．５ マイクロメーターで配列したが、図２０では簡略化し実際の本数よりも突起物４０６を少なく記載している。

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の横幅を５ミリメートルと非常に短くでき、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。本実施例では、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。

本発明を光導波路に適用することにより、有機物を主成分とする突起物を周期的に配列した構造体の中に信号光を進行させることで光の進行方向を変更できる効果を得られる。また、突起物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、低コストに光デバイスを製造できる効果を得られる。

ナノプリントの各工程を示す模式図。 緩衝シートの概観模式図。 緩衝シートの断面模式図。 金型の作成方法。 本発明の転写装置および転写時部材配置断面模式図。 緩衝シートの断面模式図。 緩衝シートの断面模式図。 緩衝層付金型の断面模式図。 Ｎｉ金型作成方法。 緩衝層付金型の断面模式図。 本発明の転写装置および転写時部材配置断面模式図。 比較例の転写装置および転写時部材配置断面模式図。 バイオチップの概略図。 分子フィルターが形成されている近傍の断面鳥瞰図。 分子フィルターの断面図。 多層配線基板を作製するための工程を説明する図。 磁性記録媒体の全体図及び断面拡大図。 ナノプリント法によるガラスへの凹凸形成方法を、半径方向に切った断面図で示す。 光回路５００の概略構成図。 光導波路内部での突起物の概略レイアウト図。

符号の説明

１…外包体、２…パッキング、３…流体、４…発熱体、５…固定リング。

Claims (12)

1. 凹凸パターンが形成された金型を被転写基板に加圧装置を用いて押し付け、前記凹凸パターンを被転写基板に押圧転写する押圧転写方法において、
   前記加圧装置の前記加圧面と前記被転写基板との間に、その一部が前記凹凸パターンが形成された金型であり、外郭になる外包体と、前記外包体内に内置する発熱体と、前記発熱体の回りを埋めるように前記外包体内に満たされる流体とを有する緩衝層付押圧転写用金型を用いたことを特徴とする押圧転写方法。
2. 加圧装置の加圧により被転写基板の押圧面に金型の凹凸パターンを転写する押圧転写で用いる緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記金型は、
   その一部が前記凹凸パターンが形成された金型であり、外郭になる外包体と、前記外包体内に内置する発熱体と、前記発熱体の回りを埋めるように前記外包体内に満たされる流体とを有することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
3. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記外包体は、可撓性を有することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
4. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記外包体は、耐熱性樹脂フィルムであることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
5. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記発熱体は、誘導加熱により発熱することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
6. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記発熱体は、金属性であることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
7. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記発熱体は、平板であることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
8. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記発熱体は、粒子状で流体中に均一分散していることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
9. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
   前記流体は、高熱伝導性を含有することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
10. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
    前記流体は、チキソトロピー性を有することを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
11. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
    前記流体は、被転写体のガラス転移温度以下の温度で流動性を有するポリマーであることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。
12. 請求項２記載の緩衝層付押圧転写用金型において、
    前記外包体の被転写基板側外包体は、誘導加熱により発熱する発熱体をかねていることを特徴とする緩衝層付押圧転写用金型。

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