JP5002174B2 - パターンの形成方法及びモールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はナノインプリントのモールドとして使用可能な微細構造体の製造方法に関するものである。

微細構造体の作製方法ナノインプリント法が知られている。しかし、ナノインプリント法は、作製したい構造体に応じた凹凸形状のモールドを作製し、これを用いて基板表面に凹凸を作製するため、モールドとして所望の構造の反転パターンを作成する必要がある。

一方、伸縮可能な基板を用い、印刷用インキパターンを表面に形成した後に基板を延伸又は収縮し、被印刷基板にパターンを転写するインキパターン形成方法が提案されている（特許文献１）。本手法を用いればリソグラフィー等で形成した構造体をより微細化することが可能である。
特許第３０４９９４７号

しかし、伸縮可能な材料を基板として用い、基板表面にパターン形成後に基板を縮小することによりパターンを縮小するプロセスにおいて、伸縮するため基板を冶具で固定する時に基板が容易に変形する。これにより基板を牽引して延伸する時に、牽引力や延伸量で制御すると、基板固定前からの基板延伸量の検出が困難である。このため延伸後の基板表面にパターン形成した後に基板を収縮すると基板表面に形成されるパターンがゆがみ、所望のパターンを得ることが困難である。

そこで本発明は、所望のパターンを精度よく形成する方法及びその方法を用いたモールドの製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、伸縮可能な基板を用いたパターン形成方法であって、前記基板を延伸させた状態で前記基板の表面にパターンを形成する工程と、前記基板に設けられた変位量検出用マークの検出結果に基づいて、前記パターンが形成された前記基板の延伸量を制御する工程とを有することを特徴とするパターン形成方法を提供するものである。

本発明によれば、基板の固定時に基板が変形していても、パターン形成後に基板の収縮により得られる縮小パターンのゆがみ量を低減することが可能となる。

より具体的に以下で本発明を説明する。
まず、パターン形成方法について説明する。伸縮可能な基板としては弾性率１〜２０ＭＰａと低くゴム弾性を有する材料が適している。基板の延伸は概ね弾性変形の範囲内で行うことが好ましい。ただしこれに限定されるものではなく、加圧により表面の面積が縮小する材料ならばどのような材料でも良いし、熱収縮フィルムなど加熱により面積が縮小する材料、ＵＶ照射により面積が縮小する材料を用いてもいい。

伸縮可能な基板は、延伸するための装置もしくは冶具に基板の一部を固定して延伸する。延伸する方向は短軸でも多軸でも良い。伸縮可能な基板に形成する変位量検出用マークとしては、基板表面に形成した凹凸構造もしくは気泡などの基板内部の空洞を用いることができる。また、基板表面もしくは基板内部に形成した遮光材料を変位量検出用マークとして用いることができる。遮光材料としては半透明材料、反射材料を用いることも可能である。また、磁性材料を用いることもできる。

変位量検出用マークは、マークに光、イオン、電子、Ｘ線を照射して反射又は透過させて観察することでマーク位置を検知することができる。変位量検出用マークとして磁性材料を用いる時には、表面に磁性材料をコートしたプローブを用いてマーク位置を検知することができる。また、変位量検出用マークとして回折格子を用いる時には、延伸・縮小による回折格子のピッチ変化を回折光の強度分布により検出可能である。回折格子は基板の延伸方向毎に形成することで、多軸方向へ延伸を行う時にも変位量検出用マークとして使用することができる。

弾性部材に外力を加えて（引っ張りや圧縮等の外力を加えない状態から）変形させた状態にする。例えば、弾性部材を引っ張って、引き伸ばした状態にする。その時点で、該部材自体に、あるいは該部材上に所定のパターンを形成する。例えば、外部材に直接凹部や溝を形成したり、該部材上に成膜によりパターンを形成する。前記パターンを形成すると同時に、該パターン自体を利用して、あるいは該部材に設けられている位置検出用のマークにより該部材の位置を認識する。その後、加えている外力を解放あるいは、緩めることで、該部材の変形状態から、変形前の状態あるいはそれに近い状態に戻す。

その際、前記検出用のマークを、あるいはそれを複数用いることで、パターン形成時点から、該部材を変形前の状態に戻すまでに、該マークを利用しながら、変形の戻り具合を制御することができる。例えば、面内方向に歪をかかえた状態で所定のパターンを形成した場合には、その面内方向の歪を保ったまま、即ち等方的に縮小することができる。これは、パターンを等方的に縮小できることを意味する。一旦、大きなパターンを作成した後、等方的に縮小できる技術は重要である。なお、等方的に縮小後、当該パターンを含む該部材を固めることが好ましい。

［実施例１］
本発明において、基板として０．６ｍｍ厚で１００ｍｍ角のシリコンゴムシートを用いる。図１（ａ）に示すように、シリコンゴム基板上にスパッタにより銅を１００ｎｍ厚形成した後に、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、基板四隅に直径５μｍの円形銅パターンを形成し変位量検出用マークとする。その後、液状ゴムから成る感光性材料をシリコンゴムシート基板上にスピンコートにより５μｍ形成し、基板の四隅をクランプし基板を同一面内で延伸する（図１（ｂ））。液状ゴムから成る感光性材料としては、例えば東レダウコーニング社製ＷＬ−５３５１を用いることができる。延伸時には基板四隅に形成した銅パターンを、基板の被加工面の裏面よりカメラで読み込み、マーク重心の相対位置を制御しながら基板を延伸することで、各延伸方向における基板の拡大倍率を所望のものとする。拡大倍率１．５倍にするためには、銅パターン間の相対距離が延伸前と比較してすべて１．５倍になるように基板を延伸する。延伸時に基板を固定後、３００ｎｍピッチで幅１５０ｎｍ、高さ１００ｎｍのスリットパターン表面に形成した５ｍｍ角のニッケルモールドを液状ゴム層に押し当て、モールドを押し当てた面の反対面より液状ゴム層にＵＶ光を照射して液状ゴム層をＵＶ硬化する（図１（ｃ））。硬化後にモールドを離型し、基板を縮小する。これにより基板表面に２００ｎｍピッチで幅が１００ｎｍの凹凸パターンから成る微細構造体が形成される（図１（ｄ））。凹凸パターン上にニッケルを２００ｎｍスパッタした後に、フルファミン酸ニッケルめっき夜により電解ニッケルめっきを５０μｍ厚付与する。ニッケル膜をシリコンゴムより剥離することで、２００ｎｍピッチで１００ｎｍ幅のニッケル微細構造体が得られ、これはモールドとして使用可能である。

［実施例２］
本発明において、基板として０．６ｍｍ厚で１００ｍｍ角に成形した熱可塑性エラストマーを用いる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン−イソプレンから成る共重合体である日本ゼオン製クインタックを用いることができる。パターン形成には、２００ｎｍピッチで三角格子状に配置した１００ｎｍ径・１００ｎｍ高の円柱状突起が５ｍｍ角のエリアに形成し、その周辺に１辺２０ｍｍの正方形の頂点に高さ１０μｍ・直径１０μｍの突起状パターンを形成したＳｉモールドを用いる。図２に示すように、Ｓｉモールドは１００℃に加熱後、拡大倍率が３倍に延伸した熱可塑性エラストマー基板にプレス・離型する。これにより基板表面には、２００ｎｍピッチで三角格子状に配置したが１００ｎｍ径の凹状パターンが５ｍｍ角のエリアに形成され、その周囲に１辺２０ｍｍの正方形の頂点に、深さ１０μｍ・直径１０μｍの凹状パターンが形成される。その後、深さ１０μｍ・直径１０μｍの凹状パターンを変位量検出用マークとして用いる。基板縮小時には変位量検出用マークをカメラで読み取り、凹状パターンの重心位置を検出し１辺が１０ｍｍ角の正方形になるように基板延伸量を制御する。このとき基板は、拡大倍率が３倍から１．５倍程度に縮小する。これにより、基板表面に１００ｎｍピッチで三角格子状に配置した円形凹状パターンから成る微細構造体が得られる。

円形凹状パターン上にニッケルを２００ｎｍスパッタした後に、フルファミン酸ニッケルめっき夜により電解ニッケルめっきを５０μｍ厚付与する。シリコンゴムを剥離することで、１００ｎｍピッチで三角格子状に配置した円柱状パターンから成る微細構造体が得られ、これをモールドとして使用可能である。

［実施例３］
本発明において、基板として０．６ｍｍ厚で１００ｍｍ角のシリコンゴムシートを用いる。シリコンゴム基板上に２０ｎｍ厚コバルトをスパッタにより形成した後にフォトリソグラフィーおよびエッチングにより、基板四隅に直径２００ｎｍの円柱状のコバルトパターンを形成し変位量検出用マークとする。基板の延伸時に、コバルトから成る変位量検出用マークを、表面をパーマロイでコートした磁気プローブで読み取り、変位量検出用マーク間の相対位置を検知する。そこで実施例１と同様の方法によりシリコンゴムシート上に微細構造体を形成することができる。

［実施例４］
本発明において、基板として０．６ｍｍ厚で１００ｍｍ角のシリコンゴムシートを用いる。シリコンゴムシートは液状シリコンゴムを用いて作製しており、ドライエッチングにより一部に溝を作製したシリコンウェハー上で液状シリコンゴムを熱硬化することにより、図３に示すように、シリコンゴムシートの一部に回折格子を形成する。液状シリコンゴムとしては、例えば東レダウコーニング社製Ｓｙｌｇｕａｒｄ １８４を用いることができる。シリコンゴム中の回折格子に光を照射しながら基板を延伸することにより、基板の延伸量を計測することが可能である。１μｍピッチ溝を形成したシリコンウェハー上で液状シリコンゴムを硬化し、シリコンゴムをシリコンウェハーより離型することで１μｍピッチの回折格子が得られる。波長３００ｎｍ〜７５０ｎｍの光を基板に対して垂直方向より照射して回折光を検出する時に、入射方向に対して３０°の回折光の強度が最大となるピーク波長は、延伸前は３５０ｎｍであり、回折光が７００ｎｍまで延伸することで回折格子を形成したシリコンゴム基板は拡大倍率２倍に延伸していることわかる。延伸時に基板表面に１００ｎｍピッチの溝パターンを延伸方向に対して垂直方向にＦＩＢで形成し基板を縮小することで、５０ｎｍピッチの溝パターンが得られる。

本発明の一実施形態の説明図 本発明の一実施形態の説明図 本発明の一実施形態の説明図

Claims (5)

1. 伸縮可能な基板を用いたパターン形成方法であって、
   前記基板を延伸させた状態で前記基板の表面にパターンを形成する工程と、
   前記基板に設けられた変位量検出用マークの検出結果に基づいて、前記パターンが形成された前記基板の延伸量を制御する工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記基板の延伸量を制御する工程において、
   前記基板の表面に形成したパターンが等方的に縮小されるように前記基板の延伸量を制御することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記基板の表面にパターンを形成する工程において、パターン形成と同時に前記変位量検出用マークを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
4. 前記変位量検出用マークが前記基板の凹凸で形成された回折格子であり、前記基板の縮小による前記回折格子のピッチ変化を回折光の強度分布により検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターン形成方法により基板にパターンを形成する工程と、
   前記パターン表面に金属膜を形成する工程と、
   該金属膜を前記基板より剥離する工程とを有することを特徴とする金属モールドの製造方法。

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