(57)【要約】【課題】離型性が良好で、高スループットな形状の転写方法を提供する。【解決手段】所定のパターン形状で凹凸が形成されたモールド２と基板１とを、酸素を含む雰囲気に保持する工程と、モールド２の凸部と基板１の表面とが密着するように、モールド２を基板１の表面に押し当てる工程と、基板１の表面にレーザ光３を照射することにより、基板１の表面を加熱し、モールド２の凹部と基板１の表面で構成される空間に含まれる酸素によって、基板１の表面を選択的に燃焼させることで、モールド２に形成された所定の形状を転写する工程と、を包含する形状の転写方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターン形状で凹凸が形成されたモールドと基板とを、酸素を含む雰囲気に保持する工程と、
前記モールドの凸部と前記基板の表面とが密着するように、前記モールドを基板の表面に押し当てる工程と、
前記基板の表面にレーザ光を照射することにより、前記基板の表面を加熱し、前記モールドの凹部と基板の表面で構成される空間に含まれる酸素によって、基板の表面を選択的に燃焼させることで、前記モールドに形成された前記所定の形状を転写する工程と、
を包含する形状の転写方法。
【請求項２】
前記基板は炭素原子で構成された材料であることを特徴とする、請求項１に記載の形状の転写方法。
【請求項３】
前記基板の表面には、転写層が形成されており、前記転写層は炭素原子で構成された材料であることを特徴とする請求項１に記載の形状の転写方法。
【請求項４】
所定のパターン形状で凹凸が形成されたモールドと基板とを、酸素を含む雰囲気に保持する手段と、
前記モールドの凸部と前記基板の表面とが密着するように、前記モールドを基板の表面に押し当てる手段と、
前記基板の表面にレーザ光を照射する手段と、
を具備した形状の転写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な形状が形成される電子デバイス、光学デバイス等の製造プロセスにおける、所望の形状を基板上に転写する形状転写方法、およびその転写方法を実現する形状転写装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス、光学デバイス等の製造プロセスにおいて、被加工物の表面に所定の形状を形成する方法として、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いたパターニング方法が、現在一般的に用いられている。これらは、基板上に形成した、感光性のレジストを、部分的に露光後、現像して所定のパターンを形成し、このパターニングされたレジストをマスクにして、イオンミリングやリアクティブイオンエッチングといった真空技術を用いたエッチング処理を施すことで所定の形状を加工するというものである。
【０００３】
しかしながら、近年の電子機器の低価格化に伴い、プロセスのコストダウンの要請が強く、高価な露光装置・エッチング装置を用いた上述のパターニング方法は、コストダウンの最も大きな障害になっており、簡便で低コストなパターニング方法が求められている。
【０００４】
その１つの方法として、近年インプリントと呼ばれる、成形技術を応用した、パターンを転写する手法の開発が盛んに行われている。
【０００５】
この方法は、所定のパターン形状の凹凸を形成したモールド（型）を、被加工物に密着させて加圧することで、モールドの形状を転写する方法であり、代表的には、レジストを用いる「レジストインプリント法」と、レジストを用いない「直接インプリント法」がある。
【０００６】
このうち「レジストインプリント法」は、レジストが塗布された基板を用い、モールドをレジストにプレスすることにより、モールドの形状をレジストに転写する方法である。この方法によれば、コスト高の主要因の一つであるフォトリソグラフィ工程における露光を省略できるため、微細なパターニングを必要とするデバイスを低コストで製造することができる（例えば特許文献１を参照）。ただし、パターニングされたレジストをマスクとして用い、エッチング装置を使って下地を更にエッチングすることが必要になる。
【０００７】
一方、「直接インプリント法」は、レジストを用いず、ガラスなどの基板にモールドの表面形状を直接転写する方法である。特許文献２は、表面に微細な加工溝が形成された成形用金型をガラス基板にプレスすることにより、ナノオーダーの溝を基板の表面に直接形成する方法を開示している。
【０００８】
直接インプリント法によれば、露光工程のみならず、エッチング工程も省略できるため、露光工程のみ省略し得る前記のレジストインプリント法よりもコスト低減効果が大きいと考えられる。
【０００９】
また、インプリント法以外の安価な形状の加工方法として、カーボン基板を選択的な酸化反応によって基板をエッチングすることで、高価なエッチング装置を用いずに、微細な凹凸加工を施す方法が開示されている（例えば特許文献３を参照）。
【００１０】
上記の方法では、酸化性の雰囲気下に、あらかじめ耐酸化性のマスクを形成したカーボン基板を置き、４００−７００℃程度に加熱することで、マスクで被覆していない部分を選択的に酸化・エッチングすることで、安価に所望の形状を形成する手法が開示されており、従来の機械加工に比べ、安定した加工が可能になるとされる。
【特許文献１】特開２００３−７７８０７号公報
【特許文献２】特開２００３−８５７４０号公報
【特許文献３】特開平５−２７４６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述したインプリント法は、例えば特許文献１に開示されている通り、モールドの表面に一定の処理を施すことで離型性は改善されているものの、長期間に渡って離型性を確保するのは困難で、例えば数百から数千ショット毎に、再処理が必要となる。
【００１２】
また、インプリント法では、被加工物との離型不良が発生した場合、モールドに微細な被加工物が付着したり、大きなプレス力で加工を行なうため、破損等でモールドのパターンに欠陥が生じやすく、パターン不良が起きやすいといった問題があった。
【００１３】
さらに、インプリント法は一般に、レジストやガラスをガラス転移点以上に加熱する（レジストの場合は１００−２００℃程度、ガラスの場合は５００−７００℃程度）必要があり、スループットを上げるのが困難であった。
【００１４】
また、前述したカーボンを酸化により選択的にエッチングする方法は、４００−７００℃の高温に加熱することが必要とされ、加熱や冷却に時間を要するため、インプリント法と同じく、スループットを上げるのが困難であった。また、エッチングの際にマスクとして用いる耐酸化皮膜に関して、その形成工程や、エッチング後の除去工程が必要なので、工程が複雑であった。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高スループットで、離型性が極めて良好で、モールドの汚染や破損が生じにくく、低コストで加工が可能な、形状の転写方法、およびその転写装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る形状の転写方法は、所定のパターン形状で凹凸が形成されたモールドと基板とを、酸素を含む雰囲気に保持する工程と、前記モールドの凸部と前記基板の表面とが密着するように、前記モールドを基板の表面に押し当てる工程と、前記基板の表面にレーザ光を照射することにより、前記基板の表面を加熱し、前記モールドの凹部と基板の表面で構成される空間に含まれる酸素によって、基板の表面を選択的に燃焼させることで、前記モールドに形成された前記所定の形状を転写する工程と、を包含する。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記基板は炭素原子からなる材料で構成する。
【００１８】
他の好ましい実施形態において、前記基板はその表面に炭素原子からなる材料で構成された転写層が形成されている。
【００１９】
本発明に係る転写装置は、所定のパターン形状で凹凸が形成されたモールドと基板とを、酸素を含む雰囲気に保持する手段と、前記モールドの凸部と前記基板の表面とが密着するように、前記モールドを基板の表面に押し当てる手段と、  前記基板の表面にレーザ光を照射する手段と、を具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る形状の転写方法によれば、レーザ光の照射によって基板の表面が極めて短時間に加熱され、基板のモールドの凹部に対向する表面は、酸化雰囲気中にあるため酸化し、エッチングされる。一方、基板のモールドの凸部に対向する部分は、凸部によってカバーされていることによって、酸化雰囲気に暴露されていないため、加熱はされるものの酸化反応は起きず、エッチングされない。その結果、基板上にモールドの凹凸に対応したパターンが極めて短時間に形成される。
【００２１】
こうして本発明の形状の転写方法は、従来のインプリント法や炭素の酸化プロセスに比べ、加工時間を大幅に短縮することができる。また、エッチングされた基板の部分を、酸化によって気化させることで、モールドの汚染を防止できる。さらにモールドと基板との間で変形を伴わないので、転写工程の終了後においても、モールドの凹部と基板の間には空間があり、その結果、離型の不良が発生することは無い。また、インプリントのようにプレスする必要が無いので、モールドの破損が発生しにくく、モールドの長寿命化が実現できる。
【００２２】
さらに、本発明の形状の転写装置は、加工原理上プレス力は不要なので、従来のインプリント装置と比べ、大掛かりな圧力発生装置が不要で、大きな加重に耐える構造も必要ないので、装置の構成が簡略化できるので、装置の低価格化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
従来のインプリント法を用いてパターニングを行なう場合、塑性変形を伴うプロセスのため、離型不良を起こしやすい。その結果、離型性を確保するため、モールド表面に離型を促す処理を施す必要がある。また、加熱手段によって基板を所定温度（ガラス転移点から軟化点程度の温度）に加熱する必要があるため、スループットが上げることが困難で、製造コストの大幅な削減を実現するのは難しい。また、従来の酸化によるパターニング法においても、４００−７００℃の高温下でのプロセスのため、同じくスループットを上げるのは困難である。本発明者は、パターンの転写対象である基板の表面にレーザ光を照射して加熱することにより、微細なパターンの転写を高いスループットで実現できること、極めて良好な離型性を示すことを見出し、本発明を想到するにいたった。
【００２４】
（実施形態１）
まず、図１（ａ）から（ｃ）を参照して、本発明による形状の転写方法の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における形状の転写方法を模式的に示す工程断面図である。
【００２５】
本実施形態では、凹凸パターンが形成された表面を有するモールド２を用いて、その形状を基板１へ転写する。
【００２６】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１の表面にモールド２を接触させ、転写装置（不図示）を用いて基板１の表面に圧力を印加する。図中の矢印はその圧力を示している。なお、この圧力は、インプリント法のように基板１を塑性変形させる目的ではなく、モールド２を基板１に密着させるためであり、例えば０．１〜１ＭＰａの範囲で設定される。この状態で、少なくともモールド２の凹部に対向する基板１の表面を酸化雰囲気に保つ。
【００２７】
次に、図１（ｂ）に示すように、モールド２を接触させた状態で基板１の表面にレーザ光３を照射し、基板１の表面を加熱する。加熱された基板１の表面において、モールド２の凹部に対向する部分１Ａは酸化雰囲気にあるので、一定条件下で加熱されると選択的に酸化する。基板１を酸化によってガス化する材料で構成することで、選択的に酸化された部分１Ａはエッチングされる。一方、モールド２の凹部に対向する部分１Ａ以外の部分、即ちモールド２の凸部に対向・密着した部分は、レーザ光３によって加熱されるが、モールド２の凸部によってカバーされており、酸化雰囲気にはならないので酸化は起きず、エッチングもされない。
【００２８】
図のようにモールド２を介してレーザ光３を照射する場合、モールド２はレーザ光３を透過する材料で構成するのが望ましい。好ましくは、レーザ光３の波長において、透過率が８０％以上を持つ材料とする。レーザ光３の強度および照射時間は、基板１が酸化する時間とする。
【００２９】
最後に、図１（ｃ）に示すように、モールド２を基板1の表面から離すことで、加工工程が完了する。
【００３０】
この時、図に示した通り、基板１とモールド２の間で接しているのは、基板１に形成された凸部とモールド２の凸部のみで、さらに単一面同士の接触なので、離型性は極めて良好となる。
【００３１】
本実施形態によれば、レーザ光の照射によって基板の表面が短時間（例えば１ミリ秒以下）で加工可能な温度に加熱・酸化されるため、従来の加熱手段を用いたインプリント法における加工時間よりも、極めて短時間でパターンの転写を行なうことが可能になる。
【００３２】
具体的には、基板としてガラス状カーボンを使用するとき、下記条件のレーザ光を照射すれば、モールドパターンの転写を効果的に行なうことができる。
【００３３】
波長          ：  ２４８ｎｍ
パルス幅      ：  ２０ナノ秒
照射回数      ：  １
パワー密度    ：  ０．５Ｊ／ｃｍ2
本実施形態によれば、基板１の表面は短時間で加熱され、選択的に酸化するため、モールド２の表面に形成された形状は、極めて短時間（約１ミリ秒以内）で基板１の表面に転写されることになる。従来の直接インプリント法では、基板１への転写に概ね、転写前後に必要な加熱、冷却を含め、５分間以上要していたことを考慮すると、本実施形態によって生産効率が著しく上昇する。
【００３４】
なお、レーザ光源の出力が低い場合は、照射面積を狭めて、所定のパワー密度（光源の出力を照射面積で割った値）を確保した上で、モールドを基板内で移動させながら、あるいは、レーザ光のみを移動させながら、繰り返し本転写工程を行なう、いわゆるステップ・アンド・リピートを行なうことも可能である。
【００３５】
本実施形態に用いられる基板１は、レーザ光３の照射によって基板１の表面が効率よく加熱されるよう、照射するレーザ光３に対する基板１の光吸収係数ができるだけ大きいことが必要である。一方、本実施形態では、モールド２を透過するようにレーザ光３を基板１の表面に照射するため、レーザ光３に対するモールド２の透過率はできるだけ大きいことが好ましい。このような要件を満足するモールド２の材料としては、例えば、サファイアや石英などが好ましい。
【００３６】
（実施形態２）
次に、図２（ａ）から（ｃ）を参照して、本発明による形状の転写方法の第１の実施形態を説明する。図２（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における形状の転写方法を模式的に示す工程断面図である。
【００３７】
本実施形態では、凹凸パターンが形成された表面を有するモールド２を用いて、その形状を、その表面に転写層４が形成された基板２へ転写する。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すように、レーザ光を効率よく吸収する転写層４が形成された基板１を用意し、基板１の表面（実質的には転写層４の表面）にモールド２を接触させ、転写装置（不図示）を用いて基板１の表面に圧力を印加する。図中の矢印はその圧力を示している。なお、この圧力は、インプリント法のように基板１を塑性変形させる目的ではなく、モールド２を基板１に密着させるためであり、例えば０．１〜１ＭＰａの範囲で設定される。この状態で、少なくともモールド２の凹部に対向する基板１の表面（実質的には転写層４）を酸化雰囲気に保つ。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、モールド２を接触させた状態で基板１の表面（実質的には転写層４）にレーザ光３を照射し、転写層４を加熱する。加熱された転写層４において、モールド２の凹部に対向する部分４Ａは酸化雰囲気にあるので、一定条件下で加熱されると選択的に酸化する。転写層４を酸化によってガス化する材料で構成することで、選択的に酸化された部分４Ａはエッチングされる。一方、モールド２の凸部に対向・密着した部分４Ｂは、レーザ光３によって加熱されるが、モールド２の凸部によってカバーされており、酸化雰囲気にはならないので酸化は起きず、エッチングもされない。
【００４０】
図のようにモールド２を介してレーザ光３を照射する場合、モールド２はレーザ光３を十分透過する材料で構成するのが望ましい。好ましくは、レーザ光３の波長において、透過率が８０％以上を持つ材料とする。レーザ光３の強度および照射時間は、転写層４が酸化する時間とする。
【００４１】
最後に、図２（ｃ）に示すように、モールド２を基板1の表面から離すことで、加工工程が完了する。
【００４２】
この時、図に示した通り、基板１（実質的には転写層４）とモールド２の間で接しているのは、酸化せずに残った転写層４の凸部とモールド２の凸部のみで、さらに単一面同士の接触なので、離型性は極めて良好となる。
【００４３】
本実施形態によれば、レーザ光の照射によって基板の表面が短時間（例えば１ミリ秒以下）で加工可能な温度に加熱・酸化されるため、従来の加熱手段を用いたインプリント法における加工時間よりも、極めて短時間でパターンの転写を行なうことが可能になる。
【００４４】
具体的には、転写層としてカーボン膜を使用するとき、下記条件のレーザ光を照射すれば、モールドパターンの転写を効果的に行なうことができる。
【００４５】
波長          ：  ２４８ｎｍ
パルス幅      ：  ２０ナノ秒
照射回数      ：  １
パワー密度    ：  ０．１Ｊ／ｃｍ2
本実施形態によれば、転写層４は短時間で加熱され、選択的に酸化するため、モールド２の表面に形成された形状は、極めて短時間（約１ミリ秒以内）転写層４に転写されることになる。従来の直接インプリント法では、基板１への転写に概ね、転写前後に必要な加熱、冷却を含め、５分間以上要していたことを考慮すると、本実施形態によって生産効率が著しく上昇する。
【００４６】
なお、レーザ光源の出力が低い場合は、照射面積を狭めて、所定のパワー密度（光源の出力を照射面積で割った値）を確保した上で、モールドを基板内で移動させながら、あるいは、レーザ光のみを移動させながら、繰り返し本転写工程を行なう、いわゆるステップ・アンド・リピートを行なうことも可能である。
【００４７】
本実施形態に用いられる転写層４は、レーザ光３の照射によって転写層４が効率よく加熱されるよう、照射するレーザ光３に対する転写層４の光吸収係数ができるだけ大きいことが必要である。一方、本実施形態では、モールド２を透過するようにレーザ光３を基板１の表面に照射するため、レーザ光３に対するモールド２の透過率はできるだけ大きいことが好ましい。このような要件を満足するモールド２の材料としては、例えば、サファイアや石英などが好ましい。
【００４８】
なお、本実施形態ではモールド側からレーザ光を転写層へ照射したが、レーザ光が効率よく透過する基板材料であれば、基板の裏面（転写層とは反対の面）から、転写層へ照射しても良い。
【００４９】
また、転写層として、カーボン等の炭素原子で構成された材料以外に、高温で燃焼する材料、例えばボロン、タングステンを採用することも可能である。
【００５０】
（実施例）
以下、本実施形態の具体的な実施例を説明する。
【００５１】
まず、ＲＦスパッタ法で厚さ２０ｎｍのカーボン転写層を形成した、直径２０ｍｍの円板状のガラス基板を用意した。
【００５２】
次に、５μｍの直線パターンを１０μｍピッチで形成した直径２５ｍｍの石英製モールドを用い、下記の条件に従って転写層への転写を行った。このときのパターンの高さ（凹凸の高低差）はおよそ５００ｎｍであった。モールドと基板（転写層を含む）を、チャンバー内に設置し、乾燥窒素を導入することでチャンバー内の空気を置換し、酸素濃度を２００ｐｐｍとした。
【００５３】
圧力（押当て力）：  ０．５ＭＰａ
レーザ  波長    ：  ２４８ｎｍ
パルス幅：  ２０ナノ秒
照射回数：  １ショット
パワー  ：  ０．１Ｊ／ｃｍ2
この条件下で転写工程に要した時間は１秒以下であった。本実施例によれば、モールドに形成された、５μｍの直線パターンを短時間で転写層に転写できた。その時のパターンの深さは、転写前の転写層の厚さである２０ｎｍだった。また、特に力を加えることなく、モールドと基板は自然にリリースできた。さらに、その後モールドの表面を光学顕微鏡で観察したが、異物や破損等によるパターン不良は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、微細加工が低コスト・高スループットで実現できるので、微細形状が形成されたデバイスを安価に量産できるため、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造工程断面図
【図２】本発明の一実施形態を示す製造工程断面図
【符号の説明】
【００５６】
１    基板
１Ａ    基板において選択的に酸化された部分
２    モールド
３    レーザ光
４    転写層
４Ａ    転写層において選択的に酸化された部分
４Ｂ    転写層において酸化されない部分
【図１】
2006086249.tif 000003
【図２】
2006086249.tif 000004