(57)【要約】【課題】ナノプリント法において、離型性と転写精度に優れた金属金型を提供する。【解決手段】離型材と金型の表面に形成される金属酸化皮膜の厚さを制御することにより、その外層に形成する離型材層の接着量を調整して、離型性に優れた金型とする。本発明はまた、ナノプリント金型の製造方法及びこの金型を用いたナノプリント装置並びにナノプリント方法に関する。【選択図】図１
2006289519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともプリント側表面がＮｉ又はＮｉ合金からなる金型のプリント側表面に、厚さ１−３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜を有することを特徴とするナノプリント金型。
【請求項２】
上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の表面と水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項１記載のナノプリント金型。
【請求項３】
上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の表面に離型のための樹脂膜を有することを特徴とする請求項１記載のナノプリント金型。
【請求項４】
上記樹脂膜と水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項３記載のナノプリント金型。
【請求項５】
金型のナノプリント側表面が酸素及び水酸基で終端されていることを特徴とする請求項１記載のナノプリント金型。
【請求項６】
酸素及び水酸基で終端されたナノプリント側表面が樹脂膜により被覆されることを特徴とする請求項５記載のナノプリント金型。
【請求項７】
Ｎｉ又はＮｉ合金の表面に形成したナノプリント側表面を酸処理して厚さ１−３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜を形成することを特徴とするナノプリント金型の製造方法。
【請求項８】
上記酸処理されたＮｉ含有酸化物皮膜の表面に樹脂膜を形成することを特徴とする請求項７記載のナノプリント金型の製造方法。
【請求項９】
上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項７記載のナノプリント金型の製造方法。
【請求項１０】
上記樹脂膜の水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項８記載のナノプリント金型の製造方法。
【請求項１１】
ナノメーターレベルの凹凸を形成すべき樹脂膜を支持する手段と、ナノプリント面を有するナノプリント金型と、該樹脂膜面に対向するようにナノプリント金型を支持するステージとを有し、上記ナノプリント金型の少なくともナノプリント面はＮｉ又はＮｉ合金からなり、該ナノプリント面は厚さ１−３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜及びその表面を覆う撥水性樹脂膜を有することを特徴とするプリント装置。
【請求項１２】
表面に厚さが１−３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜及びその表面を被覆する撥水性樹脂膜を有するＮｉ又はＮｉ合金からなる金型のプリント面を、ナノメートルレベルの凹凸を形成すべき有機樹脂膜表面に接触し、熱、光及び／又は炭酸ガスにより上記有機樹脂膜の軟化と硬化を制御して、上記有機樹脂膜面にナノプリント金型の凹凸を転写することを特徴とするナノプリント方法。
【請求項１３】
上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項１２記載のナノプリント方法。
【請求項１４】
上記樹脂膜の水との接触角が１００度以上であることを特徴とする請求項１２記載のナノプリント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメーターレベルの微細な凹凸が形成された金型を用い、樹脂製被転写基板上に微細構造体を形成するナノプリント金型、その製造方法、ナノプリント装置並びにナノプリント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。そのため、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。
【０００４】
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。
【０００５】
【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２００３−１５７５２０公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ．３３１４（１９９５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、金型としてＮｉを用いた場合、転写後に金型と転写物を剥離させるに際し、次の問題がある事がわかった。すなわち、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が形成されている場合、転写物である基板と金型に強い機械的作用を及ぼさないと両者を分離できず、かつ、樹脂の残渣が金型側に残る現象が見られることが明らかになった。
【０００７】
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軟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与えて離型性を向上させ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軟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埋めても、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う。その結果、結果的に面内の加圧ムラが解消されず、離型性も向上しないことが明らかになった。
【０００８】
以上の技術課題に鑑み、本発明は、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、Ｎｉ金型と被転写基板を機械的作用により剥離することなく、離型させ、金型を複数回使用することを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくともプリント側表面がＮｉ又はＮｉ合金からなる金型のプリント側表面に、厚さ１〜３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜を有することを特徴とするナノプリント金型が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、Ｎｉ又はＮｉ合金の表面に形成したナノプリント用凹凸面を酸処理して、厚さ１〜３ｎｍのＮｉ含有酸化皮膜を形成することを特徴とするナノプリント金型の製造方法が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、ナノメーターレベルの凹凸を形成すべき有機物質膜を支持する手段と、該樹脂膜面に対向するようにプリント面を支持するステージとを有し、上記金型の少なくともプリント面はＮｉ又はＮｉ合金からなり、該プリント面は厚さ１〜３ｎｍのＮｉ含有酸化物膜及びそれを覆う撥水性樹脂膜を有することを特徴とするプリント装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、表面に厚さが１〜３ｎｍのＮｉ含有酸化物皮膜及びその表面を被覆する撥水性樹脂膜を有するＮｉ又はＮｉ合金からなる金型のプリント面を、ナノメーターレベルの凹凸を形成すべき有機樹脂膜表面に接触し、熱、光及び／又は炭酸ガスにより上記有機樹脂膜の軟化と硬化を制御して、上記有機樹脂膜面にナノプリント金型の凹凸を転写することを特徴とするナノプリント方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ナノプリント時の金型と被転写材である樹脂膜の剥離力を大きくすることなく良好なナノプリントが実施できる。また、ナノプリント面がダメージを受けにくいので、長寿命のナノプリント金型が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者は、金属金型のうち、Ｎｉでは金型表面にＮｉの酸化皮膜が存在し、その酸化物の結晶特性から離型材が金型表面に相乗に形成されにくいため、転写後の離型に不便が生ずると考えた。また、酸化皮膜の厚さを調整することで、離型材の接着特性が改善されると考え本発明に至った。
【００１５】
即ち、本発明は、Ｎｉ又はＮｉ合金からなるナノプリント金型の発明である。これは、加圧装置を用い、表面に微細な凹凸が形成された金型を被転写基板表面に加圧により前記金型表面の微細な凹凸を転写する際に、前記金型と前記被転写基板を均一に加圧するための金型に用いられる。前記金型はプリント側表面に、Ｎｉ含有酸化皮膜を有するが、その厚さを、ある範囲に制御することにより、ナノプリン時の金型（プリント面に剥離材としての樹脂膜を形成してある）と被転写樹脂膜との剥離が小さい力で行うことができる。従って金型に対するダメージも少なく、金型が長寿命になり、また、転写物も歪みやズレが少なく、高精度のナノプリントが得られる。また、剥離力が非常に小さいので、金型と被転写樹脂膜との引き剥がし手段を省略することもできる。
【００１６】
本発明において、微細な凹凸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、金型表面の微細な凹凸形状を被転写基板に転写する微細形状転写方法において、前記加圧装置の前記微細な凹凸が形成された金型がＮｉ含有酸化物皮膜と離型材から構成される。この酸化皮膜の厚さを制御した金型を用いて加圧することを特徴とする微細パターン転写方法に係わる。
【００１７】
以下に本発明のより具体的な実施形態を例示する。上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の表面の水との接触角は１００度以上であることが好ましい。上記Ｎｉ含有酸化物皮膜の表面に離型のための樹脂膜を有することが好ましい。剥離材としての樹脂膜の厚さは任意であるが、２００ｎｍ以下であることが望ましい。厚さの下限としては、ナノプリント面を外気の影響から保護し、かつナノプリント時の圧力によって損耗しない程度の厚さで、例えば２ｎｍ以上であればよい。上記樹脂膜と水との接触角が１００度以上であることが望ましい。
【００１８】
金型のナノプリント側表面が酸素及び水酸基で終端されていることが望ましい。Ｎｉが大気中で酸化するときは、通常ＮｉＯが形成されるが、大気中の水（水蒸気）との反応によりＮｉ（ＯＨ）２が形成され、最表面となる場合がある。さらに金型表面が酸素及び水酸基で終端された後に樹脂膜により被覆されることが望ましい。上記樹脂膜と水の接触角は１００度以上であることが望ましい。
【００１９】
ここで、金属金型として用いるのは、Ｎｉ、Ｎｉ合金、または、Ｎｉメッキであることが望ましい。すなわち、大気環境において、腐食作用により表面形状が変化する金属では、微細な形状パターンを維持することが困難であることによる。また、酸化皮膜は自然酸化皮膜としてＮｉＯの結晶となるが、概ね結晶形態が不明瞭な非晶質状態、もしくは最表面層が水酸基に置換した化合物となることがある。さらに、その表面に形成する離型材はフッ素化合物、フッ素混合物の耐熱性樹脂であることが好ましい。特に撥水材として知られている有機樹脂であって、水との接触角が１００度以上のものが好ましい。
【００２０】
本発明の金型に用いられる金属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。さらには本発明の金型は被転写基板のガラス転移温度以下の温度において熱変形量が小さいことが望ましい。このような金属を用いることで室温では腐食による酸化作用がほとんど無く、保管や取り扱いが容易で、加熱転写時に熱伝導性を生かして高精度転写を確保できる。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明に用いられる加圧装置は、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のが好ましい。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。
【００２３】
図１及び図２を参照しながら、本発明のナノプリント用金型及びナノプリント法について説明する。まず、金型はシリコン基板等も用いられるが、金属では耐食性に優れたＮｉが多用される。表面に微小なパターンを有する金型（１０１）を作製する。これは金属金型土台（１０２）と、その外表面に大気中に自発的に形成される、もしくは温度雰囲気を調整して形成される酸化皮膜（１０３）とを有する。さらに、凹凸形状を形成した金型の酸化皮膜（１０３）の表面に離型材層（１０４）を形成する。この金型を用いて樹脂が塗布された基板に微細凹凸形状を転写する。
【００２４】
図２に無塵化された転写室を有する転写装置であるナノプリント装置を示す。無塵転写室１０内において、加圧装置により緩衝シート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貼り付ける。また、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Ｎｉ製金型１６との間に緩衝シート１１を配する。これにより、本装置でのナノプリントが可能となる。
【００２５】
図３を参照しながら、ナノプリント方法について説明する。Ｎｉ等の表面に微小なパターンを有する金型（スタンパ）を作製する。これとは別の基板上に樹脂膜を設ける（図３（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３（ｂ））。
【００２６】
次いで、金型および樹脂を冷却・硬化させる（図３（ｃ））。金型と基板を剥離して、金型の微細なパターンを基板上の樹脂膜に転写する（図３（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。
【００２７】
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）装置コストが安い、（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。
【００２８】
この特徴を生かして、本発明の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チップ等に適用することができる。また、（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。
【００２９】
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、ナノプリント金型は、転写されるべき微細なパターンを有するものであり、ナノプリント金型に該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。
【００３０】
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。
【００３１】
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がある。また、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もある。更に、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。
【実施例】
【００３２】
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、Ｎｉ金型の表面酸化皮膜特性について、図４、５を用いて説明する。Ｎｉ金型は、離型材を塗布する直前に、酸洗により、金型表面に存在する自然酸化による酸化膜又は酸化処理による酸化膜を処理する。酸洗薬品として塩酸を用いる場合は、０．５〜１０重量％の濃度の水溶液が好ましく、特に１〜５重量％の濃度の水溶液が好ましい。酸洗薬品として硫酸を用いる場合には、０．５〜３重量％の濃度の水溶液が好ましく、特に０．５〜２重量％の水溶液が好ましい。酸洗の温度は２０〜２７℃、酸洗時間は２０〜５０秒の範囲が好ましい。これらの条件は用いる金型の材質により異なるので、それに合わせて最適条件を選ぶ。
【００３３】
図４、５はＮｉ表面における水の接触角の測定結果である。これらのデータは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による金属表面の断面観察と、接触角計による計測によって得られた。一般に、接触角が大きいほど離型性が高く、金型表面に適している。
【００３４】
図４はＮｉ表面の酸化皮膜厚さに対する水接触角の変化を示す。Ｎｉ表面酸化皮膜が５ｎｍから１０ｎｍの範囲において接触角が大きく、離型材を施さないＮｉ表面においては、Ｎｉ酸化皮膜が５ｎｍ以上、１０ｎｍ以下でＮｉ金属表面より離型性が向上することがわかった。しかし、その接触角は９０度以下で、厚いＮｉ酸化膜は優れた離型材とは言えない。
【００３５】
図５はＮｉ表面の酸化皮膜上に離型材を形成した際の水接触角の変化を示す。図５のデータは、離型処理後、ＴＥＭ観察と接触角計測で得られた。本実施例における離型材層の厚さは、２〜４ｎｍである。
【００３６】
下地となるＮｉ表面酸化皮膜が薄いほど接触角が大きく、離型材を施したＮｉ表面においては、Ｎｉ酸化皮膜が５ｎｍ以下で離型性が著しく向上することがわかった。その接触角は１００度以上で、優れた離型材とは言える。
【００３７】
図６はＮｉ酸化皮膜と離型材厚さの関係を示す。図６のデータは断面ＴＥＭ観察により得られた。Ｎｉ酸化皮膜厚さが３ｎｍ付近で離型材厚さが最小となる。さらにＮｉ酸化皮膜厚さが増すと、離型材厚さも増す。しかし、この離型材は表面粗さが増大している酸化皮膜に附着しており、平面における二次元連続性が低下した島状付着であり、後に説明する剥離力は大きくなることがわかった。
【００３８】
次に本発明の金型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６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。凹凸をマスクパターンとしてＮｉ金属のドライエッチングを行い、Ｎｉ表面に凹凸を形成後、Ｏ２アッシングにより、レジストを除去した。以上の工程で、直径１００ｎｍの円柱状突起が１面に形成されたＮｉ製の金型を得た。
【００３９】
次に加圧装置により本発明の金型をステージと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を重転写実験を行った。転写の条件は転写温度２００℃、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２、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前面に亙って転写ムラが発生せず、良好な転写パターンが得られた。均一な転写が実現した背景には、本発明により転写基板全面と金型が外力作用を受けずに離型できたことが挙げられる。この原理は、基板と金型の間に生ずる接着力を本発明の酸化皮膜層および離型材層を用いることにより、樹脂と金型の物理的（ファンデアワールス力）及び化学的（イオン結合力）を低減したことが考えられる。その結果、全面に均一に離型が実現できた。
［実施例２］
本発明の実施例の１つである、金型と転写される基板との間における剥離に必要な力について図７、８を用いて説明する。実施例１と同様の方法で金型を作成し、金型と基板の離型に必要な作用力を引張試験機により計測した。図７は金型表面のＮｉ酸化皮膜厚さに対する離型時における必要作用力である。Ｎｉ酸化皮膜の厚さが薄いほど低い力で剥離することができることがわかった。図８は金型表面におけるＮｉ酸化皮膜厚さと離型材の厚さの和に対する離型時における必要作用力である。図７、図８のデータは、ＴＥＭによる観察と引っ張り試験機による計測により得られた。Ｎｉ酸化皮膜の厚さと離型材の厚さの和が薄いほど低い力で剥離することができることがわかった。また、Ｎｉ酸化皮膜の厚さが３ｎｍ以下の場合、剥離力が小さいために、金型に残存する樹脂が低減され、繰返し金型使用が可能であることを見出した。
【００４０】
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３：バイオ（免疫）チップ］
バイオチップ作成用金型に適用する。図９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。
【００４１】
図１０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。
【００４２】
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。
【００４３】
図１１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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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４：多層配線基板］
多層配線基板（１００６）を作製するためのナノプリントに本発明のＮｉ金型が適用できる。図１２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１２（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ＣＦ４／Ｈ２ガスによってドライエッチングすると図１２（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１２（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１２（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１２（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１２（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１２（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。
【００４７】
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１２（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１２（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１２（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１２（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１２（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１２（ｌ）に示した構造の多層配線基板１００１を得ることができる。
【００４８】
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。本発明の実施例によれば、金属金型、特にＮｉ金型を用いてナノプリントにより微小凹凸パターンを基板上樹脂、あるいは樹脂に転写するに際し、Ｎｉ金属金型の転写表面が薄い酸化皮膜と離型材により構成された金型を用いることで転写後の離型不良を解消する。また、金型表面への熱伝導性を、酸化皮膜の厚さを薄くする効果により向上させることができる。剥離のための手段を設けなくてもよく、熱伝導を向上させることができる。そのため、転写に要する時間を短縮し、かつ、金型の繰返し使用を可能とし、また、酸化皮膜による硬度付与で金型の耐久性を向上させることが可能となる。
［実施例５：磁気ディスク］
本実施例によるＮｉ金型を用いて磁性記録媒体のナノインプリントによる作製が可能である。図１３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１４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１４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１４（ａ）のように樹脂膜を２００ｎｍ厚みになるようにスピンコーターを用いて形成した。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。
【００４９】
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Ｎｉ金型を用意する。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１４（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１４（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。
【００５０】
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１４（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１４（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１４（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。
【００５１】
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６：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１５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。
【００５２】
図１６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１６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。
【００５３】
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。
【００５４】
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が得られる。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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ナノプリントの金型における転写を示す模式断面図。
【図２】本発明のナノプリント装置の概略構成を示す断面図。
【図３】本発明のナノプリント方法を説明するフロー図。
【図４】Ｎｉ酸化皮膜の厚さと水の接触角との関係を示す図。
【図５】離型材層を形成した金型表面のＮｉ酸化皮膜の厚さと水の接触角の関係を示す図。
【図６】Ｎｉ酸化皮膜の厚さとその上の形成した離型材層の厚さの関係を示す図。
【図７】Ｎｉ酸化皮膜厚さと転写される側の樹脂の剥離に要する力の関係を示す図。
【図８】Ｎｉ酸化皮膜厚さと離型材厚さの和に対する転写される側の樹脂の剥離に要する力の関係を示す図。
【図９】本発明が適用されるバイオチップの概略図。
【図１０】本発明の実施例によるバイオチップ内フィルター部の断面鳥瞰図。
【図１１】上記バイオチップ内の分子フィルターの断面図。
【図１２】多層配線基板の作製工程を示すフロー図。
【図１３】磁気記録媒体の全体図及び断面拡大図。
【図１４】ナノプリントによる記録媒体へのパターン形成工程を示すフロー図。
【図１５】本発明が適用される光導波路の概略構成を示す平面図。
【図１６】上記光導波路内部の突起部の概略レイアウトを示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…Ｎｉ金型、１０２…金型基板、１０３…酸化皮膜、１０４…離型材、１０…無塵転写室、１１…緩衝シート、１２…冷却管、１３…誘電コイル、１４…ステージ、１５…被転写基板、１６…Ｎｉ製金型、９００…バイオチップ、９０１…基板、９０２…流路、９０３…導入孔、９０４…排出孔、９０５…分子フィルター、１００…突起物集合体、１００１…上部基板、１００２…シリコン酸化膜、１００３…銅配線、１００６…多層配線基板、７０２…レジスト、７０３…露出領域、１００４…金属メッキ膜、１００５…スパッタによる金属膜、５００…光回路、５０１…基盤、５０２…発信ユニット、５０３…光導波路、５０４…光コネクタ、４０６…突起物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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