JP4420746B2 - 形状転写用金型、及びその製造方法、並びにそれを用いた製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は微細３次元構造を有する製品を製造する製造方法とそれに用いる金型に関するものである。

近年ナノオーダーの超精密３次元構造体を金型として用い、レジストや樹脂にプレスして他の部材に転写するナノインプリントと呼ばれる技法が行なわれている（非特許文献１参照。）。ナノインプリント技法は、電子線描画をはじめとするフォトリソプロセスに比べ、加工時間が短く、設備費や材料費が少なくてすみ、量産性に優れるため、にわかに注目を集めている。

図８にナノインプリント技法の一例を示す（特許文献１参照。）。
（Ａ）金型２ａの上に紫外線硬化型樹脂又はレジスト６を塗布する。
（Ｂ）その上から製品基板８をゆっくりと押し当て、金型２ａの形状を紫外線硬化型樹脂又はレジスト層６ａに転写する。
（Ｃ）製品基板８の裏面側から均一な紫外線光を照射して、又は加熱して、紫外線硬化型樹脂層６を硬化させる。硬化した硬化型樹脂層を転写材層６ａという。
（Ｄ）その後、転写材層６ａを製品基板８に接合したまま金型２ａを剥離する。
転写材としてＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いるなど、転写材の材質や製品の目的によっては転写材層６ａの状態でそのまま製品とする場合もある。
（Ｅ）さらに製品基板８に形状を転写する場合には、その後、製品基板８上の転写材層６ａの転写形状をドライエッチング法により製品基板８に転写して目的製品８ａを得る。

ナノインプリント技法の特徴として、操作が簡単である、コスト的に安価である、量産化が可能であるといった多くの利点を挙げることができる。これらの利点を生かすべく、ＧａＡｓ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を初めとする電子デバイスや、有機ＬＥＤ（発光ダイオード）を初めとする光デバイス、さらには記録媒体への応用開発が進みつつある。

ナノインプリント技法は同じ形状のものを短時間で複数個作製できるという利点はあるものの、平面度や面高さを要求されるレベルでそろえることは困難であり、超微細化工領域の成型における再現性が問題となっていた。製品基板上の転写材層の転写形状をドライエッチング法により製品基板に転写して目的製品を得る場合には、平面度や面高さのばらつきは転写材層の残膜厚さばらつきとなり、それが製品基板に転写されたときの形状誤差となり、製品性能を発現できないという問題につながる。

この形状誤差は、近年金型加工装置や、接合技術の高精度化により非常に小さいものとなってきたが、それでもナノプリントで求められるオーダーに対しては無視できないレベルとなっているのが現状である。

複数個のナノインプリントパターンを一つの基板に大面積に渡って形成する手法としてステップ・アンド・リピート法が存在する。これは、1つの金型を製品基板上の転写樹脂に繰り返して複数回押し付けることで、微細３次元形状を形成する方法である。
電子情報通信学会論文誌 C Vol. J85-C No.9 pp.793-802 2002年9月 特開２００２−３９１４００号公報

ステップ・アンド・リピート法は、ナノインプリントを大面積に渡って形成することは実現できるようにするものの、１ステップ毎に金型と製品基板との平行を確保する必要があるため装置構成が複雑になる。また、転写時間はステップ数に比例するため多数個のパターンを転写するにつれ転写時間が長くなる。そのような理由から、ステップ・アンド・リピート法は高コストとなり、ナノインプリントの高精度の形状を低コストで実現できるという利点を十分に生かしきれていなかった。

１つの金型基板に複数個の製品分のパターンを直接形成することが考えられる。しかし、平面度や面高さを所定の精度に保って大型の金型を作製することは容易ではない。また、複数個の製品分のパターンのうちの１つにでも欠陥があれば金型全体が不良となるため、歩留まりが悪いという問題もある。

本発明の第１の目的は、一つの金型基板に複数個の製品分のパターンを直接形成するという技術の延長ではない方法によって、複数個の製品分のパターンを高精度に配置した金型を歩留まりよく得ることである。
本発明の第２の目的は、その金型を用いて製品を得る方法を提供することである。

本発明の金型は、転写形状を表面に有する複数個の型（「テンプレート」という）がベース基板の平面上に配置され、それらのテンプレートの裏面が前記ベース基板に固着され、かつそれらのテンプレートの表面が同一高さになっているものである。

テンプレートは、基板にリソグラフィーとドライエッチングにより形成しようとする形状を形成したマザー金型（母金型又は第１金型ともいう）と、マザー金型を用いてマザー金型とは凹凸が逆になるように形成したシスター金型（第２金型ともいう）の両方を含む。いずれの場合も、テンプレートは最終製品の３次元構造体とは凹凸が逆になる形状をもっている。

好ましい一例では、ベース基板の平面は配置されたテンプレートの表面の合計面積よりも広く、テンプレートはベース基板の平面上の一部の領域に互いに接近して配置されており、そのテンプレート配置領域の周囲のベース基板平面上にはテンプレートとほぼ同じ表面高さをもつダミー部材が配置されている。

ダミー部材の表面高さがテンプレートとほぼ同じ表面高さをもつとは、ダミー部材の表面高さがテンプレートの表面高さと同じか、又は６.５μｍ以下の範囲でテンプレートの表面高さよりも低いことを意味している。

ベース基板へのテンプレートの固着方法は陽極接合やフッ酸接合を初めとする直接接合法がよい。高精度の微細３次元形状を形成する場合にはテンプレートのパターン面の平坦性（平面度）の確保が重要であるので、ベース基板とテンプレートの間に物質が存在しないように接合するために直接接合法が好ましい。

ベース基板とテンプレートの材質はともにガラスとすることができる。その場合、それらの間の固着をガラス直接接合法によりおこなうことができる。
ダミー部材の材質も特に限定されるものでないが、一例としてガラスとすることができ、ベース基板もガラスである場合には、ダミー部材もガラス直接接合法によりベース基板に固着することができる。

本発明の製造方法は、以下の工程（Ａ）から（Ｃ）をその順に含んでいる。
（Ａ）前記金型と製品基板との間に硬化可能な転写材を介在させて該金型の表面形状をその転写材に転写する工程。
（Ｂ）金型の表面形状が転写された転写材を硬化させる工程。
（Ｃ）硬化した転写材を製品基板に接合させた状態で金型を転写材から剥離させる工程。

硬化可能な転写材は、光硬化性樹脂、紫外線硬化接着剤、熱硬化性樹脂又はレジスト材料などである。
硬化させた転写材をそのまま製品とする場合には、転写材が製品仕様を満たせばよいので、製品基板は特に限定されない。

金型の表面形状が転写された転写材を介して製品基板にドライエッチングを施すことにより、転写材の形状を製品基板に転写する工程をさらに備えることもできる。その場合、製品基板はガラス、Ｓｉ、石英、（ＧａＡｌ）Ａｓ、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）など半導体材料を初めとするドライエッチングが可能な基板である。

ドライエッチング工程は、転写材を一部残した状態で終了し、その後残った転写材を選択的に除去するようにしてもよい。転写材を選択的に除去する方法としては、例えば半導体製造プロセスで使用されているキャロス洗浄や、Ｏ₂ドライエッチング法を用いることができる。キャロス洗浄は硫酸とＨ₂Ｏ₂の混合液による洗浄方法である。

１つの金型内でのテンプレート間の転写材の残膜厚さのばらつきを抑えるためには、テンプレートそれぞれの周囲には隙間が設けられており、テンプレート１つあたりの転写材塗布量をテンプレート１つあたりの隙間の容積以下に設定するのが好ましい。より具体的には、金型は各テンプレートの平面形状が一辺長さＬの正方形で、高さがｄであり、ピッチＰで配置されたものであるとき、テンプレート１つあたりの転写材塗布量Ｗは以下の関係を満たすように設定する。
Ｗ≦２ｄＰ(Ｐ−Ｌ) （１）

転写材の塗布量は、テンプレートの配置方法、テンプレート形状、金型と製品基板の間の加圧の方法などの条件に応じて適宜設定することができる。そのため、テンプレート毎に対応する位置に予め転写前に定量塗布することができる。
本発明の金型では１つの金型に複数種類のテンプレートを配置することができるので、１つの金型において転写材の塗布量をテンプレート毎に設定することもできる。

本発明の金型は、短時間で多数個の製品を作製する形状転写用金型を作製する際に、１枚の基板上に複数個の型形状パターンを直接作製するのではなく、複数のテンプレートがベース基板の平面上に固着されたものであるので、良品テンプレートのみを選択して使用することにより、ナノインプリントに用いる型作製時に課題とされてきた金型の欠陥をなくすことが容易になり、歩留まりが向上する。

また、ひとつの金型を転写部材に何度も転写を繰り返すステップ・アンド・リピート法の金型に比べ、製品作製時間の大幅な短縮が可能となる。
さらに、ベース基板上に多種のテンプレートを固着することができるため、１つの金型によってもいろいろな形状を組み合わせて使用することが可能となるため、少量多機種の加工にも適する。

このように、ナノインプリントやマイクロインプリント技術の弱点とされてきた、型作製時の欠陥問題を解決することが容易となり、ナノインプリント工法の製品作製時間が短いという利点を生かして微細３次元形状の加工が低コストで実現できる。

テンプレート配置領域の周囲にテンプレートとほぼ同じ表面高さをもつダミー部材を配置すれば、テンプレート表面と製品基板表面との隙間を一定に保つことが容易になり、それらの間に介在する転写材の厚さを均一にすることが容易になる。

本発明の製造方法によれば、複数のテンプレートがベース基板に固着された金型を使用するので、ステップ・アンド・リピート法によらずに複数個の製品を同時に作製することができるようになり、製品コストを低下させることができる。

図１は一実施例の金型を表わし、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はその断面図である。ベース基板１０は円板状のガラス基板で平坦で互いに平行な表面と裏面をもっている。その中央部に４つのテンプレート１２が配置されている。テンプレート１２もガラス製であり、形状は正方形で、それぞれ平坦で互いに平行な表面と裏面をもっており、表面には転写しようとする微細形状が形成されている。テンプレート１２は裏面側でベース基板１０の表面にフッ酸接合法により直接接合されて固着されている。テンプレート１２相互の間には１〜３ｍｍの隙間が設けられている。

図２は他の実施例の金型の平面図を表わしている。この実施例は、図１の実施例の金型にダミー部材１４を付加したものであり、ベース基板１０の中央部に配置されて固着されたテンプレート１２の周囲にダミー部材１４が配置されている。ダミー部材１４はテンプレート１２と同じ高さをもつガラス製の基板であり、テンプレート１２と同様にベース基板１０の表面にフッ酸接合法により直接接合されて固着されている。テンプレート１２とダミー部材１４間にも１〜３ｍｍの隙間が設けられている。
図２の実施例ではダミー部材１４はベース基板１０に固着されているが、ダミー部材１４はベース基板１０に固着せず、成型時にテンプレート１２の周囲に配置するようにしてもよい。

ダミー部材１４を配置する際には、ベース基板１０に固着する場合も固着しない場合も、図２の実施例のようにテンプレート１２との間に１〜３ｍｍの隙間を設けておくのが好ましい。もしダミー部材１４がテンプレート１２と完全に同厚の場合はテンプレート１２との間に距離をおく必要はない。しかしながら、完全に同厚であることは物理的に難しく、テンプレート１２とダミー部材１４間には板厚差がわずかながら存在する。表１に示すように、この板厚差が同厚から６.５μｍ以下の範囲でダミー部材１４の方が薄い場合には、このようにダミー部材１４とテンプレート１２との間に隙間を設けることによって製品基板の撓みによりこの板厚差を吸収するできることが明らかになった。表１はその結果を実験的に示したものである。

ここでは、テンプレート１つあたりの転写材塗布量Ｗ、テンプレート１２の一辺の長さをＬ、高さをｄ、ピッチをＰとして、（１）式で表わされる
Ｗ≦２ｄＰ(Ｐ−Ｌ) （１）
の関係を満たすように設定した。この関係は、図３に示されるように、テンプレート１つあたりの転写材塗布量Ｗが１つのテンプレートの周囲の隙間にすべて収容できるようにするための条件である。すなわち、図３で斜線部分の体積は
（ｄＰ（Ｐ−Ｌ）／２）×４
＝２ｄＰ（Ｐ−Ｌ）
であるので、Ｗがその体積以下であれば、塗布された転写材がすべてテンプレート表面から溢れたとしても最終的にはテンプレートの周囲の隙間に収容されることになる。
簡略化のために正方形の１つのテンプレート１２の周囲にダミー基板１４が配置されているとして説明する。

表１の結果は、図４に示されるように説明することができる。
（Ａ）はダミー基板１４の厚さの方がテンプレート１２の厚さよりも厚い場合であり、製品基板１６が撓むことによってテンプレート１２の内側の周辺部に隙間が生じ、転写材１８に残膜ばらつきが発生する。

（Ｂ）はダミー基板１４の厚さとテンプレート１２の厚さが等しい場合であり、製品基板１６が撓むことがなく、テンプレート１２側には隙間が生じることもない。

（Ｃ）はダミー基板１４の厚さがテンプレート１２の厚さよりも５μｍ以下の範囲で薄い場合である。この場合は製品基板１６が撓むことによってダミー基板１４に隙間が生じるが、テンプレート１２側には隙間は生じない。

（Ｄ）はダミー基板１４の厚さがテンプレート１２の厚さよりも７μｍ以上も薄い場合である。この場合は製品基板１６が撓むことによってテンプレート１２の内側の中央部に隙間が生じ、転写材１８に残膜ばらつきが発生する。

［実施例１］
この実施例ではマザー金型の作製から製品の完成までを図５〜図７のフローチャート図を参照して説明する。形成しようとする３次元形状はライン・アンド・スペースパターンである。

（１）マザー金型の作製からテンプレートの作製まで（図５）
予め電子線描画用レジストを０．１μｍの厚さに塗布した直径１００ｍｍのシリコン基板を用意し、ＥＢ（電子線）描画装置で所定の条件下で５ｍｍ×５ｍｍの範囲のレジストに線幅３０ｎｍ、間隔３０ｎｍ、深さ１５０ｎｍのライン・アンド・スペースパターン用の溝を描画し、現像、リンスを行なってレジストパターンを形成した。そのレジストパターンをマスクとしてシリコン基板をドライエッチングし、ライン・アンド・スペースパターンをもつマザー金型を形成した。得られるマザー金型は直径１００ｍｍのシリコン基板にサイズが５ｍｍ×５ｍｍのパターンをもったものである。

この実施例では、このマザー金型を樹脂転写用の金型として用い、複数のテンプレート用基板に対して樹脂転写及びドライエッチングを繰り返して、テンプレートとなるシスター金型用チップを例えば図８に示す通常のナノインプリント法によって複数個作製する。その後、それらのシスター金型チップをテンプレートとしてベース基板に貼り合わせてシスター金型を作製し、この金型を用いて所望の製品基板に転写する。以下に詳細に説明する。

（２）テンプレートの作製
（２−１）テンプレート用基板の表面処理
テンプレート用基板として石英ガラス基板を使用する。
まず、テンプレート用基板−樹脂間の密着性を大きくするためにテンプレート用基板にシランカップリング処理を行なった。シランカップリング処理は樹脂転写の際の密着不良回避を目的とした、密着性向上のための一般的処理である。

シランカップリング処理の一例は、次のものである。市販のカップリング処理剤（例えば、信越シリコーン製、ＫＢＭ５０３）を水に溶かし、表面処理した後、加熱硬化させる。その後、有機溶剤で洗浄し、カップリング処理剤を基板上に１分子層だけ残す。

（２−２）マザー金型表面の洗浄
マザー金型表面にキャロス洗浄を施し、続いてエキシマ処理を施した。キャロス洗浄は前述のように硫酸とＨ₂Ｏ₂の混合液による洗浄方法である。エキシマ洗浄はＯ₂ガスを流しながらエキシマ光を照射してＯ₃を発生させ、基板表面の有機物質を酸化して除去する洗浄方法である。その後フッ素系の離型処理剤で樹脂との離型性を向上させる化学的処理を行った。

（２−３）樹脂転写（ナノインプリント）
以上が樹脂転写の前工程となる。続いて樹脂転写工程を具体的に説明する。
（２−３−１）樹脂塗布
まず、樹脂吐出装置にテンプレート用基板をセットし、基板上の転写しようとする領域上に０．３ｍｇの紫外線硬化型樹脂（GRANDIC RC 8790（大日本インキ株式会社の製品））を塗布した。この塗布方法は、転写しようとする領域に碁盤の目状のマトリックス点ごとにインクジェット法で塗布し、合計塗布量が０．３ｍｇとなるようにした。
次にマザー金型を同装置にセットし、マザー金型のパターン部分に同樹脂を０．３ｍｇ塗布した。

（２−３−２）面合わせ
次にマザー金型にテンプレート用基板を載せる形で面合わせを行なった。このとき空気が転写領域に入り込まないように注意する。
（２−３−３）加圧
次に面合わせを行なったマザー金型とテンプレート用基板を互いに押し付けるように、自動加圧機を用いて１ＭＰａで加圧処理を施した。

（２−３−４）仮硬化
次にマザー金型とテンプレート用基板の間に挟み込まれた樹脂に対して２０００ｍＪ／ｃｍ²のＵＶ光を照射し仮硬化を行なった。仮硬化とは、完全に硬化するエネルギーの７０％程のエネルギーを与え、ある程度の硬化度を持たせることをいう。硬化の方法としては、テンプレート用基板側から樹脂層の小さい範囲を露光し、その位置をずらして行くことによりマザー金型パターンの形状の通りに仮硬化させた。

（２−３−５）硬化
次にマザー金型からの樹脂の離型処理及び樹脂に十分なエッチング耐性を持たせることを目的とした樹脂硬化を行なった。このときの硬化処理は短時間で一度に行ない、樹脂を引けさせる（硬化による樹脂収縮）ことで効果的に離型を行なった。

（２−３−６）離型
次にマザー金型とテンプレート用基板の組をテンプレート用基板側を上にして離型治具に設置し、テンプレート用基板をマザー金型から剥がした。離型処理により、マザー金型に樹脂残りが発生せずに剥離できた。これにより、テンプレート用基板上の樹脂層にマザー金型の微細形状が転写され、樹脂によるライン・アンド・スペースパターンが形成された。
剥がされたマザー金型は洗浄して繰り返し使用し、マザー金型の微細形状が転写された樹脂層をもつテンプレート用基板を複数個作製する。

（２−４）ドライエッチング
続いてドライエッチングによる微細形状加工処理を示す。
（２−４−１）ダミー処理
ダミー基板（樹脂層は付着していない）をチャンバーに設置した後、チャンバー内を４．０×１０^-4Ｔｏｒｒ以下に排気した。ダミー基板は特に限定されるものではないが、例えばテンプレート用基板と同じもので樹脂層の付着していないものである。その後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを５０ワットに設定し、ＣＨＦ₃を１７ｓｃｃｍで供給して５分間ドライエッチング処理を行なった。この処理を実施することでチャンバー内の雰囲気をテンプレート用基板を処理するガスとした。

（２−４−２）ドライエッチング
次にチャンバーからダミー基板を取り出し、微細３次元形状が形成されている樹脂層が付着しているテンプレート用基板をチャンバー内に設置した後、チャンバー内を４．０×１０^-4Ｔｏｒｒ以下に排気した。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを３００ワットに設定し、ＣＨＦ₃を１７ｓｃｃｍで供給して１５秒間ドライエッチング処理を行なった。このドライエッチング処理により、テンプレート用基板がエッチングされてライン・アンド・スペースパターンが形成されたが、このドライエッチングはライン・アンド・スペースパターンのラインパターン上に樹脂層がまだ残っている状態で終了した。

（２−５）テンプレート基板の洗浄
次にテンプレート用基板にＯ₂アッシング処理を施し、さらにテンプレート用基板をＨ₂ＳＯ₄とＨ₂Ｏ₂の混合液で６分間洗浄して残っていた樹脂層を除去した。
以上の工程により、シリコン基板に形成したマザー金型の高精度の微細形状をテンプレート用基板である石英ガラス上に転写した。このテンプレート用基板から５ｍｍ×５ｍｍのパターン領域を含む１０ｍｍ×１０ｍｍのチップを切り出したものをシスター金型作製用のテンプレートとして用いる。今回はテンプレートを４個作製した。

テンプレート用基板は石英のほか、パイレックス（登録商標）、テンパックス（登録商標）といったガラス材料を使用することができる。テンプレート用基板は基本的にドライエッチング可能な材料であれば使用可能である。

製品作製の段階で転写を仲介する樹脂として、実施例ではＵＶ硬化性樹脂を用いているので、紫外線照射により樹脂を硬化させるために、製品基板と金型の少なくとも一方は紫外線を透過させる特性のものである必要がある。しかし、転写樹脂として、熱硬化性樹脂など、他の方法で硬化する樹脂を使用することもできる。熱硬化性樹脂の場合は製品基板も金型も光を通す必要がない。

（３）シスター金型の作製（図６）
作製した４個のテンプレートをベース基板に貼り合わせる。ベース基板に貼り合わせるテンプレートの数は複数個であれば特に限定はないが、ここでは４個として説明する。貼り合わせる手法は基本的に何でも構わないが、型の精度を考慮すると直接接合法が望ましい。今回はフッ酸接合によりテンプレートとなるチップをベース基板に固定した。

（３−１）洗浄（前処理）
まずベース基板及びテンプレートを洗浄する。接合しようとする複数のガラス部材の接合面に異物（有機物及び無機物の汚れ）が存在すると、複数のガラス部材を、それらの接合面を介して接触させる時、それら複数のガラス部材が、良好に密着せず、結果として良好に接合されない。このため、複数のガラス部材の少なくとも接合面を洗浄して、接合面から異物を除去する必要がある。複数のガラス部材の接合面を洗浄するためには、接合面に存在する異物汚にもよるが、一般的には、接合面を、硫酸及び過酸化水素水で洗浄すればよい。また、複数のガラス部材の接合面を予め洗浄した後に、時間が経過して接合面に有機物の汚れが付着した場合などには、例えば、アセトンのような有機溶剤で接合面における汚れを拭き取る程度でもよい。

（３−２）フッ酸供給
接合面の少なくとも一方にフッ酸を供給する。このようなガラス部材の接合面にフッ酸を供給すると、フッ酸に含まれるフッ化水素（ＨＦ）が、ガラス部材の接合面に存在するシラノール基と反応して、シラノール基からＯＨ基が脱離することを促進する。これにより、後に続く、一方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基と他方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基との間における脱水反応を容易に起こさせることができる。

（３−３）面合わせ
フッ酸を供給した接合面を介して複数のガラス部材を互いに接触させる。このとき、複数のガラス部材の間に空気の泡などが入らないように、複数のガラス部材を、極力ゆっくりと接触させて、複数のガラス部材をニュートン貼りの状態にする。ここで、ニュートン貼りの状態とは、一方のガラス部材の接合面と他方のガラス部材の接合面との間の間隔が、光の波長程度（≦１μｍ）であり、これらのガラス部材を接触させた状態で、光の干渉縞の明部が一つだけ見える状態を意味する。つまり、ガラス部材の中央部分に対して周辺部分がわずかに湾曲するとともにこれらのガラス部材が密着している状態である。

（３−４）減圧乾燥
次に面あわせした基板を減圧乾燥する。ここで、互いに接触した複数のガラス部材を乾燥させることで、互いに接触した複数のガラス部材の間に存在するフッ酸又は水の層から水及びフッ化水素を除去する。このとき、互いに接触した複数のガラス部材の間から、フッ酸又は水の層から水及びフッ化水素を除去するだけでなく、一方のガラス部材の接合面におけるシラノール基と他方のガラス部材の接合面におけるシラノール基との間の脱水反応によって生成した水も除去される。従って、互いに接触した複数のガラス部材を乾燥させることで、一方のガラス部材の接合面におけるシラノール基と他方のガラス部材の接合面におけるシラノール基との間の脱水反応の平衡が、進行する方向に移動し、これらのガラス部材が、接合される。ただし、互いに接触した複数のガラス部材を乾燥させただけでは、これらのガラス部材の接合強度は、不十分であり、材料破壊レベルの接合強度は、得られない。

（３−５）加熱
最後に、減圧乾燥した複数のガラス部材を２５０℃以上Ｔｇ（ガラス転移点）以下の温度で加熱する。互いに接触させた複数のガラス部材を加熱することで、一方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基と他方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基との間の脱水反応を大幅に促進させて、これらのガラス部材の接合強度を大きく増加させることができる。これにより、後工程で型として用いるのに十分な接合強度で接合されたガラス接合品を得ることができる。なお、一方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基と他方のガラス部材の接合面に存在するシラノール基との間の脱水反応とは、二つのシラノール基から水分子が除かれ、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が生成する反応である。すなわち、これらのガラス部材が、接着剤などの他の材料を使用せずに、直接、互いに接合される（直接接合）。なお、互いに接触させた複数のガラス部材の加熱は、必ず、常温から開始する必要はない。

以上の工程により、テンプレートを複数個配置したシスター金型が完成する。このシスター金型を用いて、マザー金型よりテンプレートチップを作製したときと同様の工程で微細３次元形状をもつ製品を作製する。

（４）製品の作製（図８）
（４−１）製品基板の表面処理
目的の微細３次元形状作製基板として石英ガラス基板を使用する。
まず、製品基板−樹脂間の密着性を大きくするために製品基板にシランカップリング処理を行なった。シランカップリング処理は樹脂転写の際の密着不良回避を目的とした、密着性向上のための一般的処理である。

（４−２）シスター金型表面の洗浄
シスター金型表面にキャロス洗浄を施し、続いてエキシマ処理を施した。

（４−３）樹脂転写（ナノインプリント）
以上が樹脂転写の前工程となる。続いて樹脂転写工程を具体的に説明する。
（４−３−１）樹脂塗布
まず、樹脂吐出装置に製品基板をセットし、転写しようとする領域上に０．３ｍｇ／製品ずつ紫外線硬化型樹脂（GRANDIC RC 8790（大日本インキ株式会社の製品））を塗布した。
次にシスター金型を同装置にセットし、転写したい部分に同樹脂を０．３ｍｇ／テンプレートずつ塗布した。シスター金型には複数個のテンプレートが貼り合わされているおり、各テンプレートから１つずつの製品が得られる。樹脂塗布量の「０．３ｍｇ／テンプレートずつ」、「０．３ｍｇ／製品ずつ」の意味は、シスター金型ではテンプレート１つあたり０．３ｍｇ、製品基板ではシスター金型のテンプレートと貼り合わされる領域、すなわち転写しようとする領域あたりに０．３ｍｇ塗布するという意味である。

（４−３−２）ダミーチップ配置
次にシスター金型のベース基板内でテンプレートを配置していない部分にダミー部材のチップ（ダミーチップ）を配置する。配置例は図２である。ダミーチップはテンプレートと同材料のものを用いる。板厚がテンプレートと同厚又は６.５μｍ以下の範囲内で薄いものが望ましい。また、ダミーチップを配置する際には接合したテンプレートとの距離は１〜３ｍｍ離すのが好ましい。ダミーチップはベース基板に固着してもよく、成型の都度、配置してもよい。

（４−３−３）面合わせ
次にシスター金型に製品基板を載せる形で面合わせを行なった。このとき空気が転写領域に入り込まないように注意する。

（４−３−４）加圧
次に面合わせを行なったシスター金型と製品基板を互いに押し付けるように、自動加圧機を用いて加圧処理を施した。

（４−３−５）仮硬化
次にシスター金型と製品基板の間に挟み込まれた樹脂に対して仮硬化を行なった。仮硬化とは、完全に硬化するエネルギーの７０％程のエネルギーを与え、ある程度の硬化度を持たせることをいう。硬化の方法としては、製品基板側から樹脂層の小さい範囲を露光し、その位置をずらして行くことによりシスター金型パターンの形状の通りに仮硬化させた。

（４−３−６）硬化
次にシスター金型からの樹脂の離型処理及び樹脂に十分なエッチング耐性を持たせることを目的とした樹脂硬化を行なった。このときの硬化処理は短時間で一度に行ない、樹脂を引けさせる（硬化による樹脂収縮）ことで効果的に離型を行なった。

（４−３−７）離型
次にシスター金型と製品基板の組を製品基板側を上にして離型治具に設置し、製品基板をシスター金型から剥がした。これにより、製品基板上の樹脂層にシスター金型の微細形状が転写され、樹脂によるライン・アンド・スペースパターンが形成された。
剥がされたシスター金型は洗浄して繰り返し使用する。

（４−４）ドライエッチング
続いてドライエッチングによる微細形状加工処理を示す。
（４−４−１）ダミー処理
ダミー基板（樹脂層は付着していない）をチャンバーに設置した後、チャンバー内を４．０×１０^-4Ｔｏｒｒ以下に排気した。ダミー基板は特に限定されるものではないが、例えば製品基板と同じもので樹脂層の付着していないものである。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを５０ワットに設定し、ＣＨＦ₃を１７ｓｃｃｍで供給して５分間ドライエッチング処理を行なった。この処理を実施することでチャンバー内の雰囲気を製品基板を処理するガスとした。

（４−４−２）ドライエッチング
次にチャンバーからダミー基板を取り出し、微細３次元形状が形成されている樹脂層が付着している製品基板をチャンバー内に設置した後、チャンバー内を４．０×１０^-4Ｔｏｒｒ以下に排気した。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを３００ワットに設定し、ＣＨＦ₃を１７ｓｃｃｍで供給して１５秒間ドライエッチング処理を行なった。このドライエッチング処理により、製品基板がエッチングされてライン・アンド・スペースパターンが形成されたが、このドライエッチングはライン・アンド・スペースパターンのラインパターン上に樹脂層がまだ残っている状態で終了した。

（４−５）洗浄
次に製品基板をＨ₂ＳＯ₄とＨ₂Ｏ₂の混合液で６分間洗浄して残っていた樹脂層を除去した。
以上の工程により、シスター金型に形成した高精度の微細形状を石英ガラス上に転写することができた。この製品基板には複数個（この実施例では４個）の製品パターンが形成されているので、この製品基板から１０ｍｍ×１０ｍｍのチップを４個切り出し、所望の微細３次元形状の製品を形成した

本発明のナノインプリントを用いた微細３次元構造体の金型及びそれを用いた製造方法は、マイクロレンズアレイや偏光板を初めとして、微細な３次元表面構造をもつ物品を作製するために利用することができる。

一実施例を表わす図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 他の実施例を示す平面図であり、図１の金型にダミーチップを配置した状態を示している。 テンプレート１つあたりの転写材塗布量とテンプレートの周囲の隙間の関係を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 ダミー基板とテンプレートの厚さの違いによる効果を説明する概略断面図である。 一実施例においてマザー金型の作製からテンプレートの作製までの工程を示すフローチャート図である。 同実施例においてシスター金型の作製工程を示すフローチャート図である。 同実施例において製品の作製工程を示すフローチャート図である。 一般的なナノインプリント技法を示す工程断面図である。

符号の説明

１０ ベース基板
１２ テンプレート
１４ ダミー部材
１６ 製品基板

Claims (11)

1. 転写形状を表面に有する複数個のテンプレートがベース基板の平面上に配置され、それらのテンプレートの裏面が前記ベース基板に固着され、かつそれらのテンプレートの表面が同一高さになっている形状転写用金型であって、
   前記テンプレートは前記ベース基板に固着される前にテンプレート用基板が微細加工され互いに独立するように切り離されたものであり、
   前記ベース基板とテンプレートはともにガラスであり、それらの間の固着はガラス直接接合法によりなされていることを特徴とする形状転写用金型。
2. 前記ベース基板の平面は配置された前記テンプレートの表面の合計面積よりも広く、前記テンプレートは前記ベース基板の平面上の一部の領域に隙間を介して互いに接近して配置されており、そのテンプレート配置領域の周囲のベース基板平面上には前記テンプレートとほぼ同じ表面高さをもつダミー部材が配置されている請求項１に記載の形状転写用金型。
3. 前記ダミー部材の表面高さは、テンプレートの表面高さと同じか、又は６.５μｍ以下の範囲でテンプレートの表面高さよりも低い請求項２に記載の形状転写用金型。
4. 前記ダミー部材もガラスであり、ダミー部材もガラス直接接合法により前記ベース基板に固着されている請求項２に記載の形状転写用金型。
5. 請求項１に記載の形状転写用金型を製造する方法であって、以下の工程（Ａ）から（Ｃ）を備えている。
   （Ａ）ガラス製ベース基板とガラス製テンプレート用基板を用意し、テンプレート用基板に微細加工を施すことにより複数個の金型用パターン領域を形成する工程、
   （Ｂ）前記テンプレート用基板を金型用パターン領域ごとに独立するように切断してテンプレートとする工程、
   （Ｃ）工程（Ｃ）で得られたテンプレートのうちの良品テンプレートのみの複数個をベース基板の平面上に配置し、それらのテンプレートの表面が同一高さになるようにガラス直接接合法によりテンプレートとベース基板の間を固着する工程。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の形状転写用金型を使用し、以下の工程（Ａ）から（Ｃ）をその順に含んで製品を製造する製造方法。
   （Ａ）前記金型と製品基板との間に硬化可能な転写材を介在させて該金型の表面形状をその転写材に転写する工程。
   （Ｂ）金型の表面形状が転写された転写材を硬化させる工程。
   （Ｃ）硬化した転写材を製品基板に接合させた状態で金型を転写材から剥離させる工程。
7. 金型の表面形状が転写された前記転写材を介して前記製品基板にドライエッチングを施すことにより、前記転写材の形状を製品基板に転写する工程をさらに備えた請求項６に記載の製造方法。
8. 前記テンプレートそれぞれの周囲には隙間が設けられており、テンプレート１つあたりの転写材塗布量をテンプレート１つあたりの前記隙間の容積以下に設定する請求項６又は７に記載の製造方法。
9. 前記金型は各テンプレートの平面形状が一辺長さＬの正方形で、高さがｄであり、ピッチＰで配置されたものであるとき、テンプレート１つあたりの転写材塗布量Ｗは以下の関係を満たすように設定する請求項８に記載の製造方法。
   Ｗ≦２ｄＰ(Ｐ−Ｌ)
10. 転写材は、テンプレート毎に対応する位置に予め転写前に定量塗布する請求項６から８のいずれかに記載の製造方法。
11. 転写材の塗布量をテンプレート毎に設定する請求項１０に記載の製造方法。

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