(57)【要約】【課題】転写パターンとの間の剥離性に優れるとともに、ターゲット基板との間の転写率を大幅に向上させることを可能とした転写基板とそれを用いた転写方法を提供する。【解決手段】基板１１上に基板１１とは異なる熱膨張率をもつ転写パターン１２を形成する。その後、加熱又は冷却を行うことで、基板１１と転写パターン１２との熱膨張率の相違により、基板１１及び転写パターン１２間にミクロ的な剥離を部分的に発生させる。基板及１１及び転写パターン１２間の密着力を低下させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に剥離可能に形成された転写パターンを有する転写基板であって、
前記基板と前記転写パターンとの熱膨張率が異なる材料により構成されてなることを特徴とする転写基板。
【請求項２】
前記基板及び前記転写パターン間の密着力を低下させるように加熱又は冷却を行うことで、前記基板と前記転写パターンの熱膨張率の相違により前記基板及び前記転写パターン間にミクロ的な剥離を部分的に発生させる構成を有してなることを特徴とする請求項１記載の転写基板。
【請求項３】
前記基板が、誘電体材料又は半導体材料であり、前記転写パターンが、金属であることを特徴とする請求項１又は２記載の転写基板。
【請求項４】
前記基板が、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ，ガラス、ＳｉＯ２、サファイアから選択された材料からなり、前記基板の前記転写パターンとの接合面が、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなることを特徴とする請求項１又は２記載の転写基板。
【請求項５】
前記基板又は前記基板の前記転写パターンとの接合面が、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなり、前記転写パターンが、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ガラス、ＳｉＯ２、サファイア、又はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなることを特徴とする請求項１又は２記載の転写基板。
【請求項６】
上記請求項１，３〜５のいずれかに記載の基板に形成された転写パターンをターゲット基板に剥離転写して形成する転写方法であって、
前記基板及び前記転写パターン間の密着力を低下させるように前記基板及び前記転写パターンを加熱又は冷却する工程と、前記基板と前記ターゲット基板とを圧接して前記転写パターンを剥離転写させる工程とを有してなることを特徴とする転写方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写接合や常温接合等の構成部品を転写して接合するための転写基板とそれを用いた転写方法に係わり、特に、良好な剥離性と高い転写率とを有する転写基板とそれを用いた転写方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、転写用基板（ドナー基板）１は、図４に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板２上に、転写パターン４であるＡｌ（アルミニウム）又はＡｕ（金）をポリイミド等の離型層３を介して着膜し、Ａｌ又はＡｕのパターニングを行って形成されていた。この従来のドナー基板１は、ポリイミド離型層３とＳｉ基板２との間の密着力が、そのポリイミド離型層３とＡｌ又はＡｕ転写パターン４との間の密着力よりも大きく設定されている。そのため、転写パターン４をターゲット基板（目的基板）５上に圧接すると、ポリイミド離型層３とＡｌ又はＡｕ転写パターン４との間で剥離が起こり、所望の転写パターン４をターゲット基板５上へ転写することが可能となる。これを繰り返すことで、ターゲット基板５に対して複数層の転写積層が可能となる。
【０００３】
しかしながら、転写パターン４とターゲット基板５との間の接合力が、図５に示すように、転写パターン４とポリイミド離型層３との間の密着力よりも弱いと、転写が起こらないという問題が発生する。また、転写パターン４とターゲット基板５との間の接合力は十分にあるが、転写パターン４とポリイミド離型層３との間の密着力が、ポリイミド離型層３とＳｉ基板２との間の密着力よりも強い場合は、転写が起こらないという問題が発生する。また、離型層３に用いるポリイミドは、弾力性を有する樹脂材であるので、図６に示すように、転写パターン４とポリイミド離型層３との間で応力緩和が起こる。その結果、圧接転写時において、転写パターン４がポリイミド離型層３上から剥がれ難いという問題があった。
【０００４】
この種の従来の転写方法の一例としては、例えば離型層をフッ素処理することで、転写パターンと基板との間の密着力を低減する構成の転写方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
従来の転写方法の他の一例としては、例えば転写パターンを基板上から剥離する際に、離型層に接着強度の低下を誘起する熱などを加えることで、転写パターンの剥離を促進させる構成の転写方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３０５４８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、転写パターンとの間の剥離性に優れるとともに、ターゲット基板との間の転写率を大幅に向上させることを可能とした転写基板とそれを用いた転写方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、基板上に剥離可能に形成された転写パターンを有する転写基板であって、前記基板と前記転写パターンとの熱膨張率が異なる材料により構成されてなることを特徴とする転写基板にある。
【０００８】
［２］また本発明は、上記請求項１記載の発明にあって、前記基板及び前記転写パターン間の密着力を低下させるように加熱又は冷却を行うことで、前記基板と前記転写パターンの熱膨張率の相違により前記基板及び前記転写パターン間にミクロ的な剥離を部分的に発生させる構成を有してなることを特徴としている。
【０００９】
［３］また本発明は、上記請求項１又は２記載の発明にあって、前記基板が、誘電体材料又は半導体材料であり、前記転写パターンが、金属であることを特徴としている。
【００１０】
［４］また本発明は、上記請求項１又は２記載の発明にあって、前記基板が、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ガラス、ＳｉＯ２、サファイアから選択された材料からなり、前記基板の前記転写パターンとの接合面が、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなることを特徴としている。
【００１１】
［５］また本発明は、上記請求項１又は２記載の発明にあって、前記基板又は前記基板の前記転写パターンとの接合面が、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなり、前記転写パターンが、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ガラス、ＳｉＯ２、サファイア、又はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物からなることを特徴としている。
【００１２】
［６］更に本発明は、上記請求項１，３〜５のいずれかに記載の基板に形成された転写パターンをターゲット基板に剥離転写して形成する転写方法であって、前記基板及び前記転写パターン間の密着力を低下させるように前記基板及び前記転写パターンを加熱又は冷却する工程と、前記基板と前記ターゲット基板とを圧接して前記転写パターンを剥離転写させる工程とを有してなることを特徴とする転写方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、熱膨張率の相違によってミクロ的な剥がれを局部的に発生させることで、転写パターンと基板との間の密着力を弱め、転写パターンと基板との間で優れた剥離性が得られるとともに、ターゲット基板に対して転写率を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
（転写基板の構成）
図１は、本発明における第１の実施の形態である転写基板の一構成例を模式的に示す説明図である。
【００１６】
図１において、符号１０は、第１の実施の形態における転写基板（ドナー基板）を示している。この転写基板１０の基本構成は、図１に示すように、基板１１及び転写パターン１２で構成される。この転写基板１０にあっては、ポリイミド離型層を排除した構成となっており、従来のドナー基板のように、離型層であるポリイミド上にＡｕ又はＡｌ等の金属薄膜からなる転写パターンを形成し、その転写パターンをＡｕ又はＡｌ等を成膜したターゲット基板（目的基板）に転写する構成とは大きく異なっている。
【００１７】
この第１の実施の形態は、基板１１の熱膨張率とその上に直接的に作製される転写パターン１２の熱膨張率とが大きく異なる材料で構成することを特徴部としている。転写基板１０としては、図１に示すように、基板１１の熱膨張率を転写パターン１２の熱膨張率よりも大きく設定した構成とすることができる。図１（ａ）に示すように、転写基板１０を加熱すると、転写パターン１２には、基板１１との熱膨張率の違いによりストレスあるいは応力が加わることとなり、図１（ｂ）に示すように、基板１１及び転写パターン１２間の界面にミクロ的な剥離を部分的に発生させることができる。この構成を採用することにより、転写基板１０及びターゲット基板（図３）の圧接接合時において、転写パターン１２を基板１１から剥がれ易くすることができるようになる。従来のドナー基板のように、ポリイミドのキュア条件やその表面状態によってＡｕやポリイミドとの密着力が変化し、転写率にバラツキを発生することが完全になくなる。
【００１８】
転写基板１０の好適な一例としては、例えば基板１１を誘電体材料又は半導体材料により構成することができる。転写基板１０の他の一例としては、例えば基板１１をＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ガラス、ＳｉＯ２、サファイア等から選択された材料を使用することができる。合わせて、基板１１の転写パターン１２との接合面としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ等からなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物を使用することができる。転写基板１０の更に他の一例としては、基板１１又は基板１１の転写パターン１２との接合面に、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ等からなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物を使用することができる。
【００１９】
一方、転写パターン１２にあっても、例えば各種の金属などを使用することができる。その転写パターン１２の一例としては、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ガラス、ＳｉＯ２、サファイア等を使用することができる。転写パターン１２の他の一例としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ等からなる群のうちの少なくとも１種、又はその化合物を使用することができる。
【００２０】
（転写基板の作製方法）
以上の構成をもつ第１の実施の形態に係る転写基板１０は、本発明の作製方法によって、以下のように効率的に製造することができる。以下の表１に、ＳｉＯ２、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、サファイア、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕの熱膨張率をまとめて表す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記表１に示した材料の中から熱膨張率の大きく異なる基板材料と転写パターン材料を選択し、例えばＳｉＯ２からなる基板１１に、Ａｌからなる転写パターン材料を着膜し、フォトリソグラフィー法で、微小構造体の構成材料となる転写パターン１２を形成することができる。一方、別基板であるターゲット基板には、Ａｌを蒸着することができる。そして、基板１１の転写パターン１２をターゲット基板のＡｌ上に圧接接合することで、そのＡｌ上に転写パターン１２を円滑に転写することができる。
【００２３】
更に転写基板１０の作製方法を詳細に述べれば、例えばＳｉＯ２基板１１上にＡｌを１００℃の温度で１μｍ蒸着する。その後、フォトリソグラフィー法により転写パターン１２を形成する。ＳｉＯ２基板１１の熱膨張率は、上記表１に示すように、約０．２４×１０−６Ｋ−１であり、相手方の転写パターン１２であるＡｌの熱膨張率は、約２３×１０−６Ｋ−１である。そのため、それらの熱膨張率差は、２桁程異なる。このＳｉＯ２基板１１を加熱炉の中に入れて、４００℃の温度で２０秒間程、加熱する。その後、ＳｉＯ２基板１１を加熱炉から取り出して、常温に戻す。このような処理を行うと、熱膨張率の相違によりＳｉＯ２基板１１からＡｌ転写パターン１２を容易に剥がすことができるようになり、相手方のターゲット基板に対して転写率を大幅に向上することができる。
【００２４】
この第１の実施の形態にあって、基板１１の表面に対する薄膜の着膜法としては、例えばスパッタ法、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を使用することができる。その薄膜のパターニングとしては、フォトリソグラフィー法の他に、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができる。
【００２５】
（転写方法）
以上のように構成された第１の実施の形態に係る転写基板１０にあっては、例えばパターニング加工された薄膜を転写積層することにより３次元微小構造体を作製する微細加工技術に効果的に使用することができる。その３次元微小構造体を作製するにあたっては、先ず、例えばＳｉＯ２基板１１上に所定の転写パターン１２のＡｌ薄膜層を着膜し、そのＡｌ薄膜層のパターニングを行うことで、Ａｌ転写パターン１２を有する転写基板１０を予め準備しておく。その後、ＳｉＯ２基板１１及びＡｌ転写パターン１２間の密着力を低下させるようにＳｉＯ２基板１１とＡｌ転写パターン１２を加熱する工程と、ＳｉＯ２基板１１とターゲット基板とを圧接接合して、ターゲット基板にＡｌ転写パターン１２を剥離転写させる工程とにより、３次元構造体を構成する転写構成部品が得られる。
【００２６】
ＳｉＯ２基板１１上のＡｌ転写パターン１２を、Ａｌを積層したターゲット基板に圧接接合すると、既述したように、ＳｉＯ２基板１１とターゲット基板のＡｌとの間の接合力が、Ａｌ転写パターン１２とＳｉＯ２基板１１との間の密着力よりも大きくなり、所望のＡｌ転写パターン１２をターゲット基板上に高い確率で転写することができる。
【００２７】
ＳｉＯ２基板１１とターゲット基板とを圧接接合して、ターゲット基板にＡｌ転写パターン１２を剥離転写させる工程では、例えば所定の荷重力で、ＳｉＯ２基板１１とターゲット基板とを所定の時間押圧し、Ａｌ転写パターン１２とターゲット基板とを常温接合することができる。ここで、常温接合という用語は、ターゲット基板の接合面に中性原子ビーム、イオンビームなどを照射して表面を清浄化した後、転写パターンとターゲット基板を室温で接触させて原子同士を直接接合することをいう。常温接合により転写パターンを接合することにより、転写パターンの形状や厚みの変化が少なく、高精度な微小構造体が得られる。そして、ターゲット基板に２層目の転写パターンを転写積層するにあたっては、例えばターゲット基板側に転写された転写パターンの表面、及び２層目の転写パターンの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化することが好適である。
【００２８】
［第２の実施の形態］
（転写基板の構成）
図２は、本発明における第２の実施の形態である転写基板の一構成例を模式的に示す説明図である。なお、同図においては、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
【００２９】
上記第１の実施の形態に係る転写基板１０の作製方法とは逆に、上記表１に示した材料の中から、熱膨張率の大きく異なる基板材料と転写パターン材料を選択することで、図２に示すように、基板１１の熱膨張率を転写パターン１２の熱膨張率よりも小さく設定した構成とすることができる。この第２の実施の形態である転写基板１０にあっても、転写基板１０に熱を加えると、転写パターン１２には、基板１１の熱膨張率の違いによってストレスあるいは応力が加わり、基板１１及び転写パターン１２間にミクロ的な剥離を局部的に発生させることができる。これにより、基板１１及びターゲット基板の圧接接合時において、転写パターン１２を基板１１から円滑に剥離することができるようになる。
【００３０】
［第３の実施の形態］
（転写基板の作製方法）
転写基板１０の作製方法の更に他の一例としては、例えばＳｉＯ２基板１１上に、Ａｕを１００℃で１．５μｍ蒸着することができる。フォトリソグラフィーを行い、Ａｕ転写パターン１２を形成してから、３５０℃の加熱炉に１分間放置する。その後、ＳｉＯ２基板１１を加熱炉から取り出して、ターゲット基板上にＡｕ転写パターン１２を形成したものと接合させると、転写が起こる。この際も、基板１１のＳｉＯ２と転写パターン１２のＡｕの熱膨張率は、１４．２／０．２４＝６０倍程異なる。そのため、特に大きな転写パターンでは、転写パターン１２と基板１１との間の界面で剥がれ易くなる。従って、Ａｕ転写パターン１２とＳｉＯ２基板１１とを圧接接合した際に、Ａｕ転写パターン１２が、ＳｉＯ２基板１１から剥がれ易くなり、転写率を大幅に向上させることができる。
【００３１】
以下に、本発明の更に具体的な実施の形態として、実施例を挙げて具体的に説明する。図３は、本発明における代表的な実施例である誘電体多層膜の転写基板を作製する手順の一例を模式的に示す説明図である。なお、同図においては、上記第１及び第２の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。
【実施例】
【００３２】
（転写基板の作製方法）
転写基板１０の作製にあたり、最初に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、研磨されたＳｉ基板１１の転写パターンとの接合面にＡｌ層１３を１００℃にて１μｍ着膜する。次に、リフトオフ用のレジストパターンを形成してから、ＳｉＯ２層１４を１４７μｍとし、ＴｉＯ２層１５を９０μｍとして、これらを交互に６層着膜した。その後、リフトオフにて誘電体多層膜１６のパターンを形成する。次に、作製するＡｕの転写パターン１２用のリフトオフレジストパターンを再度形成する。最終層として、Ａｕを５００μｍ着膜し、リフトオフにてＡｕの転写パターン１２を形成する。次に、４００℃の温度に３０秒間、熱を印加してから、図３（ｃ）に示すように、Ａｕ層２１を蒸着したターゲット基板２０上に常温転写を行った。その結果、略１００％の転写を確認した。これにより、３次元微小構造体である光学素子を作製することができた。
【００３３】
なお、上記各実施の形態及び実施例では、基板１１と転写パターン１２とを加熱して、その加熱時の熱膨張率の差に基づいて、基板１１及び転写パターン１２間にミクロ的な剥離を局部的に発生させることで、転写パターン１２を基板１１から円滑に剥離することができる構成となっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば基板１１と転写パターン１２とを冷却して、その冷却時の熱膨張率の差に基づいて、基板１１及び転写パターン１２間にミクロ的な剥離を部分的に発生させる構成とすることもできることは勿論であり、上記各実施の形態、実施例及び図示例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における第１の実施の形態である転写基板の作製方法で作製する転写基板の一構成例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明における第２の実施の形態である転写基板の作製方法で作製する転写基板の一構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明における代表的な実施例である誘電体多層膜の転写基板を作製する手順の一例を模式的に示す説明図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は斜視図である。
【図４】従来の転写方法を説明するための説明図である。
【図５】従来の転写方法を説明するための説明図である。
【図６】従来の転写方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１０          転写基板
２，１１          基板
３                離型層
４，１２          転写パターン
５，２０          ターゲット基板
１３              Ａｌ層
１４              ＳｉＯ２層
１５              ＴｉＯ２層
１６              誘電体多層膜
２１              Ａｕ層
【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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