(57)【要約】【課題】機械加工などによって微細な転写パターンを備えた安価な試作用のインプリント用スタンパを簡単に製作できるインプリント用スタンパの製作方法を提案すること。【解決手段】インプリント用スタンパの製作方法は、シミュレーション工程（ＳＴ３）を行い、これによって求められたゲル素材の形状変化に基づき、液状のゲル素材を機械加工可能な硬度を備えた膨潤状態まで固めて膨潤型１Ａを成形する膨潤型成形工程（ＳＴ５）と、膨潤型１Ａの表面１ａに凹凸状の膨潤転写パターン（２Ａ）を形成する膨潤転写パターン形成工程（ＳＴ６）と、膨潤型１Ａを収縮硬化させて膨潤転写パターン２Ａを収縮させることにより、設定寸法の微細転写パターン２Ｂを備えたインプリント用スタンパ１Ｂを得る乾燥収縮工程（ＳＴ７）を行う。機械加工によってナノメートルオーダーの微細転写パターンを備えたインプリント用スタンパを簡単かつ安価に製作できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状のゲル素材を自己保形性のある膨潤状態まで固めて所定形状の膨潤型を成形する膨潤型成形工程と、
前記膨潤型の表面に凹凸状の膨潤転写パターンを形成する膨潤転写パターン形成工程と、
前記膨潤型を収縮硬化させて前記膨潤転写パターンを収縮させることにより、第１設定寸法および第１設定硬度の第１微細転写パターンを備えた第１インプリント用スタンパを得る収縮工程とを有していることを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記膨潤転写パターンが形成された成形型に液状の前記ゲル素材を流し込み、当該成形型内で前記ゲル素材を化学反応によりゲル化させることにより、前記膨潤型成形工程と前記膨潤転写パターン形成工程とを同時に行って、前記膨潤転写パターンが転写された膨潤型を成形することを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記膨潤型の収縮に伴う前記膨潤転写パターンの形状変化のシミュレーションを行うシミュレーション工程と、
前記シミュレーションにより求められた前記形状変化に基づき、前記膨潤転写パターンから、前記第１設定寸法、第１設定硬度の前記第１微細転写パターンが得られるように、少なくとも、前記膨潤転写パターンの寸法および膨潤状態を含む製作条件を設定する条件設定工程とを有しており、
前記製作条件に従って前記膨潤型成形工程および前記膨潤転写パターン形成工程を行うことを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記収縮工程の次に、液状の前記ゲル素材あるいは当該ゲル素材とは異なる種類の液状のゲル素材を固めて、予め定めた形状の第２膨潤型を成形する第２膨潤型成形工程と、
前記第１インプリント用スタンパを用いて、第１微細転写パターンを前記第２膨潤型の表面に転写する転写工程と、
前記第２膨潤型を収縮硬化させて前記第１微細転写パターンを収縮させることにより、第２設定寸法および第２設定硬度を備えた第２微細転写パターンを備えた第２インプリント用スタンパを得る第２収縮工程とを有していることを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記収縮工程の次に、成形面に前記第１インプリント用スタンパの前記第１微細転写パターンを配置した第２成形型に、液状の前記ゲル素材あるいは当該ゲル素材とは異なる種類の液状のゲル素材を流し込み、当該第２成形型内で前記ゲル素材を化学反応によりゲル化させることにより、前記第１微細転写パターンが転写された第２膨潤型を成形する成形工程と、
前記第２膨潤型を収縮硬化させて前記第１微細転写パターンを収縮させることにより、第２設定寸法および第２設定硬度を備えた第２微細転写パターンを備えた第２インプリント用スタンパを得る第２収縮工程とを有していることを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記第２膨潤型の収縮に伴う前記第１微細転写パターンの形状変化のシミュレーションを行う第２シミュレーション工程と、
前記第２シミュレーションにより求められた前記形状変化に基づき、前記第１微細転写パターンから、前記第２設定寸法、第２設定硬度の前記第２微細転写パターンが得られるように、少なくとも、前記第１微細転写パターンの寸法および膨潤状態を含む第２製作条件を設定する第２条件設定工程とを有しており、
前記第２製作条件に従って、前記第２膨潤型成形工程、前記転写工程および前記第２収縮工程、または、前記成形工程および前記第２収縮工程を行うことを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記膨潤型成形工程では、前記膨潤型の表面を、機械加工により前記膨潤転写パターンを形成可能になるまで固め、
前記膨潤転写パターン形成工程では、機械加工あるいはレーザー加工により前記膨潤転写パターンを刻むことを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のうちのいずれかの項において、
前記膨潤転写パターンのパターン寸法はミリメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲であり、前記第１微細転写パターンあるいは前記第２微細転写パターンのパターン寸法はマイクロメートルオーダーからナノメートルオーダーまでの範囲であることを特徴とするインプリント用スタンパの製作方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のうちのいずれかの項に記載の製作方法により製作された前記第１微細転写パターンあるいは前記第２微細転写パターンを備えていることを特徴とするインプリント用スタンパ。
【請求項１０】
請求項９に記載のインプリント用スタンパを試作用インプリント用スタンパとして用いることを特徴とする試作品製作用のインプリント法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試作用のインプリント用スタンパとして用いるのに適したインプリント用スタンパの製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工が要求される半導体デバイスなどの製造においてはフォトリソグラフィ法により半導体基板などの表面に微細な凹凸パターンが転写される。フォトリソグラフィ法は微細なマスクパターンを製作する必要があり、マスクパターンを転写対象の表面に対して正確に位置決めする必要があるので、製作コストが高く、大量生産に適さないという問題点がある。このため、近年においてはインプリント法（ナノインプリント法）と呼ばれる大量生産に適した微細なパターンを転写可能な技術が普及している。
【０００３】
特許文献１にはゾルゲル法により簡便かつ安価にナノインプリントに適する転写用型を製造する方法が提案されており、特許文献２にはスタンプ面がダイヤモンドの微細結晶層から形成されているナノインプリント用スタンプが提案されている。また、特許文献３には、転写される側のゾルゲル素材の硬化収縮を考慮して、インプリント用モールドを製造する方法が提案されている。同様に、特許文献４には被造形物の収縮にあわせて、転写体が被造形物に接触する位置のピッチ、形状を変更する造形方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３３８５５号公報
【特許文献２】特開２００９−０２３１３２号公報
【特許文献３】特開２００８−００６６３９号公報
【特許文献４】特開２００９−０２３３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インプリント法においてはインプリント用スタンパ（インプリント用モールド）に微細な転写パターンを形成する必要があるので、フォトリソグラフィ法などにより微細な転写パターンを形成している。したがって、インプリント用スタンパ、特に微細なナノメートルオーダーの転写パターンを備えたナノインプリント用スタンパは機械加工などの安価な方法により製造できないので、製造コストが非常に高くなってしまう。インプリント用スタンパを用いて転写パターンが転写された試作品を製作する場合などにおいては、安価な試作用のインプリント用スタンパを手軽に利用できることが望まれる。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、機械加工などによって微細な転写パターンを備えた安価な試作用のインプリント用スタンパを簡単に製作できるインプリント用スタンパの製作方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のインプリント用スタンパの製作方法は、
液状のゲル素材を自己保形性のある膨潤状態まで固めて、予め定めた形状の膨潤型を成形する膨潤型成形工程と、
前記膨潤型の表面に凹凸状の膨潤転写パターンを形成する膨潤転写パターン形成工程と、
前記膨潤型を収縮硬化させることにより前記膨潤転写パターンを収縮させ、第１設定寸法および第１設定硬度の第１微細転写パターンを備えた第１インプリント用スタンパを得る収縮工程とを有していることを特徴としている。
【０００８】
液状のゲル素材は、その乾燥硬化、ｐＨ変化、溶媒の置換、架橋の進展などの状態変化により収縮して固体の状態になる。ゲル素材によっては体積収縮率が例えば１／１０以下のものも知られている。したがって、乾燥等による収縮後に第１設定寸法の第１微細転写パターンとなるように、収縮状態を考慮して膨潤転写パターンの寸法を設定し、そのような膨潤転写パターンを膨潤型の表面に形成すればよい。例えば、収縮率が１／１０倍であるとすれば、微細転写パターンの第１設定寸法の１０倍の寸法で膨潤転写パターンを形成すればよい。したがって、ナノメートルオーダーの微細転写パターンを得る場合においても機械切削加工によって膨潤転写パターンを形成することが可能になる。
【０００９】
ここで、膨潤した状態のゲルは弱すぎて機械加工が困難な場合がある。そこで、転写パターンが機械加工により付与されている金属型などの成形型に液状のゲル素材を流し込み、当該成形型中で化学反応によりゲル素材をゲル化させ、膨潤転写パターンが転写された膨潤型を成形することが望ましい。換言すると、成形型を用いて、膨潤型成形工程と膨潤転写パターン形成工程を同時に行うことが望ましい。
【００１０】
また、精度良く第１微細転写パターンを形成するためには、前記膨潤型の収縮に伴う膨潤転写パターンの形状変化のシミュレーションを行うシミュレーション工程と、前記シミュレーションにより求められた前記形状変化に基づき、前記膨潤転写パターンから前記第１設定寸法および第１設定硬度の前記第１微細転写パターンが得られるように、少なくとも前記膨潤転写パターンの寸法および膨潤状態を含む製作条件を設定する条件設定工程とを有し、前記製作条件に従って各工程を行えばよい。
【００１１】
次に、上記の各工程を繰り返すことにより、膨潤転写パターンを、ゲル素材の収縮率を超える大幅に縮小された寸法の微細転写パターンにすることが可能である。すなわち、本発明の方法は、
前記収縮工程の次に、液状の前記ゲル素材あるいは当該ゲル素材とは異なる種類の液状のゲル素材を固めて、予め定めた形状の第２膨潤型を成形する第２膨潤型成形工程と、
前記第１インプリント用スタンパを用いて、前記第２膨潤型の表面に前記第１微細転写パターンを転写する転写工程と、
前記第２膨潤型を収縮硬化させて前記第１微細転写パターンを収縮させることにより、第２設定寸法および第２設定硬度を備えた第２微細転写パターンを備えた第２インプリント用スタンパを得る第２収縮工程とを有していることを特徴としている。
【００１２】
この場合においても、第２膨潤型成形工程と転写工程とを同時に行うことが望ましい。すなわち、成形面に前記第１インプリント用スタンパの前記第１微細転写パターンを配置した第２成形型に、液状の前記ゲル素材あるいは当該ゲル素材とは異なる種類の液状のゲル素材を流し込み、当該第２成形型内で前記ゲル素材を化学反応によりゲル化させることにより、前記第１微細転写パターンが転写された第２膨潤型を成形することが望ましい。
【００１３】
例えば、収縮率が１／１０のゲル素材を用いて形成した膨潤転写パターンを収縮させて１／１０倍の寸法の第１微細転写パターンを備えた第１インプリント用スタンパを製作する。この第１インプリント用スタンパを用いて、収縮率が１／１０のゲル素材からなる第２膨潤型に第１微細転写パターンを転写し、これを収縮させると、最初の膨潤転写パターンの１／１００倍に縮小された第２微細転写パターンを備えた第２インプリント用スタンパを得ることができる。したがって、かかる工程を繰り返すことにより、ゲル素材の収縮率の指数倍分の一に縮小させた極めて微細な転写パターンを備えたインプリント用スタンパを得ることができる。
【００１４】
この場合においても、前記第２膨潤型の収縮に伴う前記第２膨潤転写パターンの形状変化のシミュレーションを行う第２シミュレーション工程と、
前記第２シミュレーションにより求められた前記形状変化に基づき、前記第１微細転写パターンから、前記第２設定寸法、第２設定硬度の前記第２微細転写パターンが得られるように、少なくとも、前記第１微細転写パターンの寸法および膨潤状態を含む第２製作条件を設定する第２条件設定工程とを行い、前記第２製作条件に従って、上記の各工程を行うことが望ましい。
【００１５】
本発明の方法によれば、使用するゲル素材の収縮率に応じて、ミリメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでの範囲のパターン寸法の膨潤転写パターンあるい第２膨潤転写パターンから、マイクロメートルオーダーからナノメートルオーダーまでの範囲のパターン寸法の第１微細転写パターンあるいは第２微細転写パターンを得ることが可能である。したがって、前記膨潤転写パターン形成工程においては機械加工またはレーザー加工によって簡単かつ安価にパターンを形成することができる。
【００１６】
なお、機械加工によって膨潤転写パターンを刻む場合には、前記膨潤型成形工程では、前記膨潤型の表面を、前記膨潤転写パターンを機械切削可能な硬さになるまで固めるようにすればよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、膨潤型の表面に膨潤転写パターンを形成し、膨潤型を乾燥などによって収縮硬化させることにより膨潤転写パターンを収縮させて目標とする微細転写パターンを備えたインプリント用スタンパを製作するようにしている。膨潤型の表面に大きな寸法の転写パターンを形成すればよいのでインプリント用スタンパを簡単かつ安価に製作できる。よって、本発明の方法によって製作されたインプリント用スタンパを試作用インプリント用スタンパとして用いれば、極めて簡単かつ安価にインプリント法により試作品を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のインプリント用スタンパの製作工程を示す概略フローチャートである。
【図２】図１の各製作工程を示す説明図である。
【図３】インプリント用スタンパの別の製作工程を示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明を適用したインプリント用スタンパの製作方法の一例を説明する。
【００２０】
図１は、本発明による試作用インプリント用スタンパの製作方法を示す概略フローチャートであり、図２は各製作工程を示す説明図である。これらの図を参照して説明すると、まず、試作品に転写される微細転写パターン、微細転写パターンを備えた試作用インプリント用スタンパの表面硬度などの基本製作条件を決める（工程ＳＴ１）。次に、試作用インプリント用スタンパの製作に用いるゲル素材を選定する（工程ＳＴ２）。
【００２１】
ゲル素材の選定に当たっては、例えば、機械加工によりその表面に所定寸法のパターンを切削加工可能な膨潤状態から、例えば乾燥により、所定の表面硬度に到達するまでの収縮率を考慮する。また、機械加工によって切削可能な寸法のパターンを、要求される微細転写パターンまで収縮させることのできる収縮率を備えたゲル素材を選定する。なお、以下の説明においてはゲル素材を乾燥して収縮硬化させる場合を例に挙げて説明するが、ゲル素材の収縮硬化を乾燥以外の公知の方法によって行うようにしてもよいことは勿論である。
【００２２】
次に、膨潤型の乾燥に伴う膨潤転写パターンの形状変化のシミュレーションを行う（工程ＳＴ３：シミュレーション工程）。まず、液状のゲル素材を型に流し込み、自己保形性のある膨潤状態まで固めて予め定めた形状の膨潤型を成形する（工程ＳＴ３−１）。例えば、図２（ａ）に示すように一定厚さの直方体状の膨潤型１Ａを成形し、この膨潤型１Ａを、その表面１ａに機械加工によって転写パターンを切削できる硬度となるまで固める。
【００２３】
次に、膨潤型１Ａを設定硬度まで乾燥硬化させた場合の収縮量を考慮して、当該膨潤型１Ａの表面１ａに凹凸状の膨潤転写パターンを形成する（工程ＳＴ３−２）。例えば、収縮量が約１０倍であるとした場合には、微細転写パターンのパターン寸法の１０倍の寸法の膨潤転写パターン２Ａ、図２（ｂ）に示すように、表面１ａに形成する。例えば、表面１ａを機械切削して一定深さＤ、一定間隔で一定幅Ｗの格子状の膨潤転写パターン２Ａを形成する。
【００２４】
この後は、膨潤型１Ａを乾燥させてその表面１ａが設定硬度になるまで固める。この結果、図２（ｃ）に示すように、膨潤転写パターン２Ａがほぼ１／１０に収縮して、１／１０の深さｄ、幅ｗの微細転写パターン２Ｂを備えたインプリント用スタンパ１Ｂが得られる（工程ＳＴ３−３）。
【００２５】
ここで、これらの工程ＳＴ３−１、ＳＴ３−２、ＳＴ３−３を繰り返し行うことにより、膨潤型１Ａの乾燥に伴う膨潤転写パターン２Ａの形状変化のシミュレーションを行う（矢印Ｃのループ）。そして、シミュレーションにより求められた形状変化に基づき、膨潤転写パターン２Ａから設定寸法および設定硬度の微細転写パターン２Ｂが得られるように、少なくとも膨潤転写パターン２Ａの寸法（深さｄ、幅ｗ）および膨潤状態を含む製作条件を設定する（工程ＳＴ４：条件設定工程）。
【００２６】
このシミュレーションは、実際に、膨潤型１Ａを製作し、ここに膨潤転写パターン２Ａを機械切削して乾燥収縮させる各工程を繰り返し行って、目標とする微細転写パターン２Ｂが精度良く得られる膨潤転写パターン２Ａの各部分の寸法（深さＤ、幅Ｗなど）を求めてもよい。また、各種の条件を順次に変えてコンピュータを用いたシミュレーションを行って膨潤転写パターン２Ａの各部分の寸法を算出することも可能である。
【００２７】
なお、シミュレーションによって目標とする微細転写パターンが得られない場合には、使用するゲル素材を変更する、膨潤型１Ａの形状、例えば、その表面形状を変更するなどの変更を行い、再び、シミュレーションを行うことにより、満足できる結果が得られる条件を求める（図１の破線Ｄで示すループ）。
【００２８】
この後は、シミュレーションにより求められた形状変化に基づき、上記の工程ＳＴ３−１と同様に、液状のゲル素材を型に流し込み、自己保形性のある膨潤状態まで固めて予め定めた形状の膨潤型１Ａを成形する膨潤型成形工程ＳＴ５を行う。次に、上記の工程ＳＴ３−２と同様に膨潤転写パターン形成工程ＳＴ６、および、上記の工程ＳＴ３−３と同様な乾燥収縮工程ＳＴ７を行う。これにより、最終製品である微細転写パターン２Ｂを備えたインプリント用スタンパ１Ｂが得られる。
【００２９】
なお、導電性を持たせたゲルを用いた製作したインプリント用スタンパ１Ｂの表面にメッキを施すなどの表面処理を行うこともできる。また、表面に金属薄膜などの処理膜を静電塗布など各種の方法で塗布することもできる。さらに、上記のようにして得られたインプリント用スタンパを用いて別の素材に微細転写パターンを転写したものを最終的なインプリント用スタンパとして用いることも可能である。
【００３０】
ここで、膨潤型１Ａ（膨潤した状態のゲル）の硬度は一般的に低く、機械加工が一般的には難しい場合が多い。この場合には、シミュレーション工程における膨潤型成形工程ＳＴ３-１と膨潤転写パターン形成工程ＳＴ３−２とを同時に行うことが望ましい。また、膨潤型成形工程ＳＴ５と膨潤転写パターン形成工程ＳＴ６とを同時に行うことが望ましい。すなわち、機械加工によって膨潤転写パターンが形成された金属型などの成形型を製作し、この成形型に液状のゲル素材を流し込み、その中で化学反応によりゲル化させることにより、膨潤転写パターンが転写された膨潤型を成形し、当該膨潤型を収縮させるようにすればよい。
【００３１】
次に、ゲル素材による収縮率を大幅に超える縮小率の微細転写パターンを備えたインプリント用スタンパを製作する場合には、図３に示すように、上記のようにして製作されたインプリント用スタンパ（工程ＳＴ１〜ＳＴ７）を用いて、ゲル素材から形成した第２膨潤型に微細転写パターンを転写する（工程ＳＴ８、ＳＴ９）。次に、当該第２膨潤型を収縮させて、微細転写パターンに比べてゲル素材の収縮率だけ更に縮小した第２微細転写パターンを備えたインプリント用スタンパを製作すればよい（工程ＳＴ１０、ＳＴ１1）。第２膨潤型は第１膨潤型と並行して製作しておいてもよい。また、シミュレーション工程（ＳＴ３）においては、膨潤型の収縮状態、および第２膨潤型の収縮状態をシミュレーションする。さらに、乾燥収縮工程ＳＴ７、ＳＴ１０における収縮率を異なる値に設定しておくことも可能である。
【００３２】
この場合においても、前述したように、膨潤型成形工程ＳＴ５と膨潤転写パターン形成工程ＳＴ６とを同時に行うことが望ましい。また、第２膨潤型成形工程ＳＴ８と微細転写パターンの転写工程ＳＴ９も同時に行うことが望ましい。すなわち、乾燥収縮工程ＳＴ７の次に、成形面に第１インプリント用スタンパの第１微細転写パターンが配置された第２成形型を製作し、ここに、液状のゲル素材を流し込み、当該第２成形型内でゲル素材を化学反応によりゲル化させることにより、第１微細転写パターンが転写された第２膨潤型を成形することが望ましい。
【００３３】
このように、パターンの転写および収縮を２回繰り返すことにより、機械加工によって得られる転写パターンに比べて大幅に縮小された微細転写パターンを得ることができる。勿論、パターンの転写および収縮を３回以上繰り返すことにより、極めて微細な転写パターンを備えたインプリント用スタンパを得ることも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ  膨潤型
１ａ  表面
１Ｂ  インプリント用スタンパ
２Ａ  膨潤転写パターン
２Ｂ  微細転写パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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