(57)【要約】【課題】ナノインプリント、ホットエンボシング等の方法により基板上に微細構造を形成するにあたり、プレス装置に支持しやすく、かつプレス時における加圧および加熱による変形や歪みを防止し、高精度かつ低コストで加工しうる微細加工用型を提供する。【解決手段】本発明に係る微細加工用型１は、微細な構造が形成された薄片型２と、この薄片型２の材料と熱膨張係数が同一または略同等の材料からなり薄片型２より厚みの大きい台座３とが、薄膜４を介して接合されてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な構造が形成された薄片型と、この薄片型の材料と熱膨張係数が同一または略同等の材料からなり前記薄片型より厚みの大きい台座とを備え、前記薄片型と前記台座とが接合されてなることを特徴とする微細加工用型。
【請求項２】
前記薄片型および前記台座が、ともに無機材料、またはいずれか一方が無機材料からなる請求項１に記載の微細加工用型。
【請求項３】
前記薄片型が、シリコン、石英、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンおよびガラス状カーボンよりなる群から選ばれた１種の材料からなる請求項１に記載の微細加工用型。
【請求項４】
前記台座が、シリコン、石英、ホウ珪酸ガラス、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ガラス状カーボンおよび窒化硼素よりなる群から選ばれた１種の材料からなる請求項１または３に記載の微細加工用型。
【請求項５】
前記薄片型と前記台座とが、ＳｉＯ2を主成分とする薄膜を介して接合されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細加工用型。
【請求項６】
前記薄片型と前記台座とが、フッ酸接合により接合されてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細加工用型。
【請求項７】
前記薄片型はダイヤモンドからなり、前記台座上に気相合成により形成されてなる請求項１に記載の微細加工用型。
【請求項８】
前記台座は、その厚み方向の少なくとも１つの方位の断面形状が、前記薄片型との接合面とは反対側の面に向かって裾広がりの形状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細加工用型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な凹凸パターンを半導体などの被加工基板の表面に転写して微細加工を行うための微細加工用型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高密度光記録媒体や光学素子などを製造するために、微細な凹凸パターンの形成を低コストで行うための新しい技術として、いわゆるナノインプリント技術が注目されている。この技術は、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スタンパ（型）を、被転写基板表面に形成された樹脂などの材料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（特許文献１，２、非特許文献１など参照）。
【０００３】
特に特許文献２や非特許文献１に記載のナノインプリント技術によれば、シリコンウエハをスタンパ（型）として用い、２５ｎｍ以下の微細構造（微細パターン）を転写により形成可能であるとしている。
【０００４】
また、同じく高密度光記録媒体や光学素子などを製造するために、微細な凹凸パターンをガラスや樹脂の構造体の表面に形成するいわゆるホットエンボシングの技術領域でも同様の微細な構造の型をプレス形成する技術が注目されている。
【０００５】
これらナノインプリントやホットエンボシングと呼ばれる技術では、いかに低コストで微細構造の型（以下、「微細加工用型」ともいう。）を作り、これをいかに精度良く基板に転写し、かつ繰り返し使用できることが最終製品の品質とコストをきめる重要なポイントとなる。数十〜数百ｎｍサイズの微細構造をプレス形成するにあたっては精密な制御が必要であるが、プレス時には圧力とともに熱も印加するため、加熱時の型の変形や歪み、位置ずれなどが問題となる。また、プレス時に圧力を均一に印加すること、また成型物から型を綺麗に引き剥がすことなども重要な技術ポイントであり、たとえば特許文献３のような提案もなされている。
【特許文献１】米国特許５，２５９，９２６号公報
【特許文献２】米国特許５，７７２，９０５号公報
【特許文献３】特開２００４−２８８８４５号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．６，ｐ．４１２９（１９９６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの技術に用いられる型については、半導体の微細加工技術、フォトリソグラフィ、電子ビーム描画、ドライエッチング等の方法で形成されることが主であり、これらの技術との相性から、数百μｍ程度の厚さのシリコンウエハや、石英、メッキ金属材料などが用いられる。
【０００７】
これらは総じて薄く、均等に圧力を印加することが難しいだけでなく、型の支持も困難である。
【０００８】
上記特許文献３ではＮｉ等の金属材料からなる型を弾性体などを介して支持することが提案されているが、プレス時における圧力や熱による型の変形に対する考慮はなんらなされていない。
【０００９】
例えば樹脂を加工する（樹脂に転写する）場合でも１０ＭＰａ以上の圧力が要求されるが、厚さ５００μｍ、長さ１０ｍｍ程度のシリコン製の型に対して、型の両端部のみを支えてこの圧力を印加すると数百μｍ程度のたわみが生じてしまうことが簡単な計算によって求めることができる。
【００１０】
また、１ｍｍ以下の薄い型を用いるとプレス装置との固定が困難であり、成形物からの引き剥がしの際にも問題が生じる。仮に型とプレス装置との固定に接着剤のようなものを用いたとしても加圧の際には圧力の不均一や取付け精度の劣化を回避することが困難である。
【００１１】
また型自体が薄いために、接着剤層やプレス装置の固定部との熱膨張係数の差により型に反りなどが生じ、プレスの精度を劣化させる。
【００１２】
本発明は上記のような問題を回避するためになされたものであり、ナノインプリント、ホットエンボシング等の方法により基板（被成型材料）上に微細構造を形成するにあたり、プレス装置に支持しやすく、かつプレス時における加圧および加熱による変形や歪みを防止し、高精度かつ低コストで加工しうる微細加工用型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、微細な構造が形成された薄片型と、この薄片型の材料と熱膨張係数が同一または略同等の材料からなり前記薄片型より厚みの大きい台座とを備え、前記薄片型と前記台座とが接合されてなることを特徴とする微細加工用型である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記薄片型および前記台座が、ともに無機材料、またはいずれか一方が無機材料からなる請求項１に記載の微細加工用型である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記薄片型が、シリコン、石英、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンおよびガラス状カーボンよりなる群から選ばれた１種の材料からなる請求項１に記載の微細加工用型である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記台座が、シリコン、石英、ホウ珪酸ガラス、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ガラス状カーボンおよび窒化硼素よりなる群から選ばれた１種の材料からなる請求項１または３に記載の微細加工用型である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記薄片型と前記台座とが、ＳｉＯ2を主成分とする薄膜を介して接合されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細加工用型である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記薄片型と前記台座とが、フッ酸接合により接合されてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細加工用型である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記薄片型はダイヤモンドからなり、前記台座上に気相合成により形成されてなる請求項１に記載の微細加工用型である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記台座は、その厚み方向の少なくとも１つの方位の断面形状が、前記薄片型との接合面とは反対側の面に向かって裾広がりの形状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細加工用型である。
ここに「方位」とは、台座の厚み方向に対して垂直な平面上における方角を意味するものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、薄片型と、これより厚みの大きい台座とを直接または薄膜を介して接合した構造とすることにより、プレス装置に支持しやすくなり、さらに熱膨張係数が同一または略同等の材料で薄片型と台座とを作成したことにより、プレス時における加熱による変形や歪みを効果的に防止できるようになった。その結果、高精度かつ低コストで基板を加工しうる微細加工用型を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
〔実施形態〕
以下、本発明に係る微細加工用型の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
（１）本発明に係る微細加工用型の構成
図１は、本発明に係る微細加工用型の一実施形態の構成を示す縦断面図であり、微細加工用型１は、薄片型２と台座３とが薄膜４を介して接合され形成されている。
【００２４】
薄片型２は、例えばシリコンウエハ上にフォトリソグラフィの方法を用いて微細なパターン（微細構造）を形成し、これをドライエッチング法により加工したのち、所定の大きさに切り出して作成する。半導体の製造ラインのように大口径のシリコンウエハ上に多数の薄片型２を一度に形成し、後で切り出すことで薄片型２の製造コストを下げることが可能となる（後述の実施例１参照）。
【００２５】
なお、本発明は、薄片型２の厚みが１ｍｍ以下の場合に特に好適である。            
【００２６】
台座３は、例えば薄片型２と同じ材料（すなわち、同一の熱膨張係数の材料）である単結晶シリコンのインゴットから、薄片型２より厚みが大きくなるように切り出して作成する。台座３の方は十分な平面度という要求を満たせば機械加工で容易に作成することができる。
【００２７】
薄片型２とそれより分厚い台座３とを張り合わせた構造を採用することで、プレス時の圧力に耐える機械的強度を保持させることができるとともに、プレス装置への支持および被成型材料からの剥離を容易とする機能を台座３の部分に持たせることが可能となる。
【００２８】
例えば、台座３を機械加工により、図１に示すように、厚み方向のある方位の断面形状を裾広がりの形状、例えば台形状に形成するのが好ましい。これにより、後述するように、プレス装置に容易かつ確実に支持することができる。
【００２９】
薄膜４は、例えば台座３の上面（面積の小さい側の水平面）上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2層を形成して作成する。そして、薄片型３の反凹凸パターン側の表面と薄膜４の表面とを例えばフッ酸接合法にて接合することにより、微細加工用型１が得られる。
【００３０】
上記のように薄片型２と台座３との界面にＳｉＯ2（石英）からなる薄膜４を形成し、フッ酸接合を行うことにより室温〜８０℃程度で加圧するだけで容易に接合ができる。
【００３１】
この場合、微細パターンが形成された面はフォトレジスト等の樹脂で保護し、接合後に有機溶媒で取り除くことでパターン面を保護しつつ接合が可能となる。薄片型２と台座３との界面に薄膜４を形成しても、これが非常に薄い場合には反りなどの問題が生じることがなく、機械的精度を劣化することがない。
【００３２】
（２）本発明に係る微細加工用型を用いたパターン形成方法
図２は、本発明に係る微細加工用型を用いて被成型材料にパターンを形成する方法を説明するための縦断面図である。
【００３３】
まず、上記のようにして得られた微細加工用型１を、ヒータ（図示せず）が埋め込まれたプレス装置５のヘッド５ａに装着し、一方、プレス装置５の固定台５ｂには加工対象である被成型材料６を固定する（同図（ａ）参照）。そして、上記ヒータをオンにして所定温度に加熱したヘッド５ａを降下させて薄片型２を被成型材料６に押し付け、圧力および温度を印加する（同図（ｂ）参照）。ついで、薄片型２を被成型材料６に押し付けたまま上記ヒータをオフにして室温まで冷却した後、ヘッド５ａを上昇させて抜重することにより被成型材料６に微細パターンが転写される（同図（ｃ）参照）。
【００３４】
台座３は厚み方向のある方位の断面形状が薄片型２との接合面（上面）３ａとは反対側の面（底面）３ｂに向かって裾広がりの台形状になっている。このため、同図（ａ）に示すように、例えばヘッド５ａにネジで固定された固定部７ａとバネに接続された押付け部７ｂからなる支持手段７で台座３の断面台形状の部分を両側から支持することにより簡単かつ確実に台座３をプレス装置５のヘッド５ａに支持することができる、さらに、プレス後の引き剥がしも、下記の変形防止効果と相まって高精度に行うことができる。
【００３５】
また、薄片型２と台座３とに同じ材料（本例ではシリコン）を用いたので、両者の熱膨張率が同一であることから、プレス時の加熱によって薄片型２および／または台座３に反りも生じにくく、薄片型−台座間の剥離も生じにくい。
【００３６】
さらに、シリコンは熱膨張係数が２〜４ｐｐｍ／℃と小さく、熱伝導率も高いため、もともと熱による変形や歪みが生じにくく、ナノインプリント技術の型材料として優れた特性を有する材料として知られている。
【００３７】
したがって、本実施形態に係る微細加工用型を用いることにより、プレス時における熱による変形や歪みを効果的に防止でき、高精度かつ低コストで微細構造の基板を加工できる。
【００３８】
〔変形例〕
上記実施形態では、薄片型および台座は、熱膨張係数が同一の材料（すなわち、同一の材料）を用いる例を示したが、薄片型および／または台座に実質的に変形や歪みが生じない限り、熱膨張係数が略同等の材料を用いてもよい。ここに、熱膨張係数が略同等の材料とは、薄片型の材料の熱膨張係数に対して、台座の材料の熱膨張係数が±２ｐｐｍ／℃以内の材料をいう。なお、熱膨張係数の測定法としては、ＪＩＳ  Ｒ１６１８「ファインセラミックスの熱機械分析による熱膨張の測定法」が挙げられる。
【００３９】
また、熱膨張係数は温度によって変化するが、使用温度範囲（プレス時の加熱温度〜冷却後の室温までの範囲）において熱膨張係数の差が小さい材料を選択するのが望ましく、薄片型と台座との熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。なお、プレス時の加熱温度は、例えば、微細加工の被成型材料が樹脂の場合１００〜１５０℃程度であり、微細加工の被成型材料がガラス系材料の場合４００〜６００℃程度である。
【００４０】
また上記実施形態では、薄片型および台座の材料は、ともに無機材料（本例ではシリコン）を用いる例を示したが、ともに貴金属材料、または一方が無機材料で他方が貴金属材料としてもよい。
【００４１】
薄片型に用いられる無機材料としては、シリコンの他、石英、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、またはガラス状カーボンを用いることができる。
【００４２】
台座に用いられる無機材料としては、シリコンの他、石英、ホウ珪酸ガラス、ガラス状カーボン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ガラス状カーボン、または窒化硼素を用いることができる。
【００４３】
上記薄片型および台座の双方に用いられる無機材料のうち、シリコン、ホウ珪酸ガラスおよびガラス状カーボンはほぼ同じ熱膨張係数を有するので、これらから適宜組み合わせて用いるのが、特に好ましい。例えば図４に示すように、シリコンとパイレックスガラス（ホウ珪酸ガラスの一種；「パイレックス」は米国コーニング社の登録商標である。）とは、約４００℃以下の温度範囲にて熱膨張係数がほぼ一致している。また、ＳＤ１ガラスおよびＳＤ２ガラス（いずれもＨＯＹＡ社の商品名）は、シリコンの熱膨張係数ときわめて近い値を有し、例えばＳＤ２ガラスの場合、３．２０ｐｐｍ／℃（３０〜３００℃）と３．４１ｐｐｍ／℃（３０〜４５０℃）という値が示されている。
【００４４】
薄片型および台座に用いられる材料としては、上記以外にも、タングステンカーバイド（ＷＣ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、酸化アルミニウム、アルミナ系セラミック、酸化ジルコニウム等の金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ素化合物等、または、タングステン、タンタル、モリブデン等の熱膨張係数が小さい高融点金属を用いることもできる。
【００４５】
なお、薄片型に石英を用いる場合は、台座３も石英とすることで薄膜を介することなく、直接フッ酸接合により接合することが可能となる。
【００４６】
また、薄片型の材料としてダイヤモンドを用いる場合は、例えば台座上に気相合成によりダイヤモンドを形成してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、薄片型と台座とを薄膜を介して接合する例を示したが、薄膜なしで直接接合してもよい。上記のとおり、例えば薄片型に石英を用いる場合は、台座３も石英とすることで直接フッ酸接合により接合することが可能となる。他にも陽極接合やプラズマ活性化張り合わせなどの方法を用いることで４００℃以下の低温で薄膜なしで直接接合することができる。
【００４８】
さらに、はんだ等の低融点金属を用いて接合することも可能である。なお、低融点金属は強度が低い傾向にあり、加圧・加熱時の変形が懸念されるが、この場合にも薄片型の厚みよりも薄い接合層（薄膜）を用いることで変形の影響を回避することができる。具体的には、接合層（薄膜）の厚みはサブミクロン程度またはそれ以下とするのが望ましい。
【００４９】
また、上記実施形態では、薄膜の材料としてＳｉＯ2を例示したが、ＳｉＯ2を主成分とするものであればよく、例えば水ガラスを用いてもよい。
【００５０】
また上記実施形態では、台座の厚み方向の断面形状を台形状とする例を示したが、裾広がりの形状であればよく、例えば台形の斜辺が曲線状であってもよい。
【００５１】
また上記実施形態では、台座の厚み方向の１つの方位の断面形状のみを裾広がりの形状とする例を示したが、複数の方位の断面形状を裾広がりの形状としてもよい。例えば直角の２方位（２つの方角）の断面形状を台形状として、直角の２方向から支持することで、ガタツキをなくして、より確実に固定することができる。
【実施例１】
【００５２】
本実施例では、上記実施形態で説明した微細加工用型を作成した。まず、シリコンウエハ（シリコン基板）上にフォトリソグラフィの方法を用いてパターンを形成し、ドライエッチングにより加工を行った。本実施例で用いたシリコン基板は、通常の半導体製造ラインで加工可能な、２００ｍｍ径、０．７ｍｍ厚さのものを用いたが、あとで裏面に接合を行うため、両鏡面のシリコンウエハを用いた。台座は単結晶シリコンのインゴットから切り出した３ｍｍ厚さの平板を、機械加工で厚み方向断面形状を台形状に加工して形成した。
【００５３】
薄片型と台座との接合は、図３に示すような手順で行った。まず微細パターンを形成したシリコンウエハの面をフォトレジスト樹脂で被覆して保護し（同図（ａ）参照）、ダイシングにより１０ｍｍ角の大きさに切り出し、これを薄片型とした（同図（ｂ）参照）。一方で台座にはＣＶＤ法にて０．１μｍ厚さのＳｉＯ2膜を形成しておき、薄片型と台座の両者を洗浄後、希フッ酸を塗布して両者を室温で加圧して接合した（フッ酸接合法）（同図（ｃ）参照）。最後にシリコンウエハの面を被覆した樹脂を有機溶剤で除去し洗浄して、微細加工用型を得た（同図（ｄ）参照）。
【００５４】
このようにして得られた微細加工用型を、ヒータが埋め込まれたプレス装置のヘッドに装着し、被成型材料としての、シリコン基板上に形成したＰＭＭＡ樹脂または熱可塑性樹脂にプレスすることで微細パターンの転写を行った（前述の図２参照）。台座はその断面形状が台形状になっているため、図２（ａ）に示すような支持手段で簡単に支持することができ、プレス後の被成型材料からの引き剥がしも容易に行うことができた。また、微細パターンも高精度に転写されることを確認した。
【実施例２】
【００５５】
本実施例では、薄片型としてダイヤモンドを用いる場合を説明する。ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン、ガラス状カーボンなど炭素系の材料は硬度が高く耐久性に優れているだけでなく、熱膨張係数が小さく（加熱時の位置ずれが小さい）、かつ熱伝導率は高い（熱が良く伝わる）といった特質をもつため薄片型を形成する上で優れた材料である。また一般に他材料と反応しにくく、表面エネルギーが大きいため被加工材料と付着しにくく、離型性にも優れている。
【００５６】
ダイヤモンドの薄片型は以下のようにして作成した。すなわち、シリコン基板上に微細パターンを形成した後、ＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを堆積した。そして、ダイヤの表面を研磨して平坦化を行い、シリコンを溶解してダイヤモンドの薄片型を得た。
【００５７】
ダイヤモンドの薄片型の場合にも台座の材料はダイヤモンドが望ましいが、非常に高価であるため構造材としての台座には他の材料の利用が実用的である。ダイヤモンドは熱膨張係数が約１ｐｐｍ／℃と小さいため、ＳｉＯ2（熱膨張係数  約０．５ｐｐｍ／℃）や一部の焼結材料のように熱膨張係数の小さな材料を用いることにより、高温まで高精度を保つことができる。前述したように台座部分は熱伝達性能も要求されるため、ここでは、ＢＮ焼結体（窒化硼素；熱膨張係数１．８ｐｐｍ／℃、熱伝導率８．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた。
【００５８】
薄片型と台座との接合は、薄片型と台座各々にＳｉＯ2薄膜を薄く形成することで上記実施例１と同様のフッ酸接合法により可能となる。また、他にもアルミニウム等の金属膜を数百ｎｍ程度に薄く形成し、これを接合層（薄膜）として用いることでプラズマ接合など他の接合方法でも微細加工用型を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る微細加工用型の一実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る微細加工用型を用いて被成型材料にパターンを形成する方法を説明するための縦断面図である。
【図３】実施例１において、薄片型と台座とを接合する手順を説明するための縦断面図である。
【図４】シリコンおよびパイレックスガラスにおける、温度と熱膨張係数との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：微細加工用型
２：薄片型
３：台座
３ａ：接合面（上面）
３ｂ：接合面３ａとは反対側の面（底面）
４：薄膜
５：プレス装置
５ａ：ヘッド
５ｂ：固定台
６：被成型材料
７：支持手段
７ａ：固定部
７ｂ：押付け部
【図１】
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【図２】
2006289684.tif 000004
【図３】
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【図４】
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