(57)【要約】【課題】簡易な方法で配線等の構造パタンの高機能性化が可能なナノ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】ナノインプリント法を用いたナノ構造体の製造方法において、基体１３上に一種類以上の微粒子１８が樹脂を主成分にしたマトリクス１９に分散するか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成してパタン被形成層１２を設け、前記パタン被形成層１２が上部に設けられた基体１３に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパ１１を対向して押し付け、前記パタン被形成層１２に前記スタンパ１１の凹凸構造パタンを転写する。一種類以上の微粒子１８は、金属材料から成る。【選択図】      図１
2004314238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノインプリント法を用いたナノ構造体の製造方法において、基体上に一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散されているか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層を設け、前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパを対向して押し付け、前記パタン被形成層に前記スタンパの凹凸構造パタンを転写することを特徴とするナノ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノスケールの間隔を有するナノサイズの凹凸構造を有するナノ構造体の製造方法及びナノ構造体に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来の光や電子線によるリソグラフィは物体表面に微細な構造を作製する技術として用いられているが、近年ナノインプリンティングと呼ばれる方法が新しいナノメートルサイズの加工技術として提案されている（下記非特許文献１、特許文献１等参照）。この方法においては、電子ビーム等により加工された数十〜数百ｎｍの凹凸構造パタンを有するスタンパを、平坦な基板上の柔らかいレジスト薄膜に押し付けて剥離することにより凹凸構造パタンを形成する。次にこのスタンパの凸構造により押し込まれた部分のレジスト膜を反応性イオンエッチング等によって削り取る。このようにして基板表面が露出され、続いてこのレジスト膜をマスクとしてエッチングを行うことにより、基板表面上に元のスタンパと相対的な凹凸を有する微細パタンが形成される。
【０００３】
また、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のレジスト膜をパタン転写膜として、微細パタンが形成されたスタンパをプレスする際に、スタンパ凸構造の押し込みによってレジスト膜のパタン被形成層の凹部分に気泡等が生じる。これを回避するためにはスタンパ及び被加工基板を含む加工装置の一部を減圧又は真空の条件下に置く必要があり、結果として装置の内部を真空に保つ機構が設けられる。また、プレス時のレジスト膜の可塑性・流動性を確保して、パタン凸部からの転写を容易にする目的で、被加工基板全体を加熱して温度制御する機構が設けられる。また、押し付けによるスタンパの劣化を防ぐために、スタンパのパタン凸部がレジスト膜を形成した基板に到達する前に押し付けを止めて剥離する手法もあって、そのための位置制御装置が必要である（下記特許文献２参照）。
【０００４】
上述した従来の微細加工装置及び加工方法には、位置制御や真空機能を具備する装置が必須であり、コストがかかると共に複雑な作製プロセスを経過する。これを回避するための手法として金属製被加工基板に硬度の高いスタンパを用いて、直接高圧で押し付け凸凹構造を形成する手法も提案されている（下記特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５７７２９０５号明細書
【特許文献２】
特開２００１−２７７２００号公報
【特許文献３】
特開平１０−９６８０８号公報
【特許文献４】
特開２０００−１０４９
【非特許文献１】
Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ１４（１９９６）４１２９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなナノインプリティングは、簡易な方法でスタンパの構造パタンを基体へ転写することができるが、配線等の構造パタンの高機能性化は進んでいない。また、電子線やＸ線等のナノインプリンティング以外のリソグラフィ技術を用いて数十〜数百ｎｍのサイズで高機能性を有する構造パタンを形成することが可能であるが、更に簡易な方法で高機能性を有する構造パタンを形成するのが困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、簡易な方法で配線等の構造パタンの高機能性化が可能なナノ構造体の製造方法及びナノ構造体を提供することとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明のナノ構造体の製造方法及びナノ構造体により解決できる。
【０００９】
本発明のナノ構造体の製造方法は、ナノインプリント法を用いたナノ構造体の製造方法において、基体上に一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散するか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成してパタン被形成層を設け、前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパを対向して押し付け、前記パタン被形成層に前記スタンパの凹凸構造パタンを転写することを特徴とする。
【００１０】
また、前記パタン被形成層において、前記一種類以上の微粒子が金属材料から成ることを特徴とする。
【００１１】
また、前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に前記スタンパを対向して押し付けた後、前記パタン被形成層の凹部を金属配線として基体上に形成することを特徴とする。
【００１２】
また、前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に前記スタンパを対向して押し付けた後、前記パタン被形成層の一部をマスクとして、他の部分はエッチングにより剥離して前記スタンパの構造を転写することを特徴とする。
【００１３】
また、前記前記基体は、金属層を有し、エッチングにより剥離された他の部分に対応する前記金属層を陽極酸化することにより細孔を形成することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明のナノ構造体は、一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散されているか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパが対向して押し付けられ、前記パタン被形成層に前記スタンパの凹凸構造パタンが転写されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
＜パタン被形成層が上部に設けられた基体へのスタンパのパタン転写について＞
図１は、本発明におけるパタン被形成層が上部に設けられた基体へのパタン転写の作製過程を示す概略図である。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、凹凸構造のパタンが形成されたスタンパ１１と、パタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とを対向して押し付けることで、パタン被形成層１２にスタンパ１１の凹凸構造パタンに相対する凹凸構造を形成する。スタンパ１１の１４は凸部、１５は凹部であり、パタン被形成層１２の１６は凸部、１７は凹部である。なお、パタン被形成層１２の凹部１７とは、空間部と底部を含めるものとする。
【００１８】
スタンパ１１は、例えば、電子線、Ｘ線、紫外線、可視光線等のリソグラフィ、ウェットエッチング若しくはドライエッチング技術、又はＦＩＢ等の電子線直描技術によって、少なくとも一つの凹凸部を有するように作製される。凸部１４の表面は平坦でも突起でも良いが、凸部１４が複数形成される場合には各々の頂点が同一平面内に位置することが好ましい。
【００１９】
次に、パタン被形成層の構成について説明する。
【００２０】
図１（ａ）の拡大図は、パタン被形成層が、一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散されているパタン被形成層を示している。
【００２１】
パタン被形成層１２は、一種類以上の微粒子１８が樹脂を主成分にしたマトリクス１９に分散されているパタン被形成層である。前記微粒子１８は金属材料から成る超微粒子であり、樹脂を主成分にしたマトリクス１９より硬いことが好ましい。前記微粒子１８は粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、且つパタン被形成層１２は膜厚が５ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
一種類以上の微粒子１８が分散されているパタン被形成層１２の作製方法としては、ゾルゲル法を用いて金属超微粒子１８をマトリクス１９に分散させたり、ガス蒸発法により作製した金属超微粒子１８を取り出してマトリクス１９に分散させる等の方法があるが、ここでは一つの例を挙げる。それは金属超微粒子分散ペースト、樹脂を主成分にした材料、前記ペースト及び樹脂を主成分にした材料との溶相性が良い有機溶媒を攪拌混合させる方法である。
【００２３】
金属超微粒子分散ペーストは、上記特許文献４に示されるようにＰＭＭＡ等のマトリクスである高分子をトルエン等の有機溶剤に溶かし、前記有機溶媒にあらかじめ分散させた金属超微粒子を混合させてペーストを作製する。また、前記金属超微粒子は一般的にガス中蒸発法により作製することができる。チャンバー内にヘリウム不活性ガスを導入して金属を蒸発させながら、トルエン等の有機溶媒の蒸気を導入することで前記金属超微粒子表面の被覆を行う。前記金属超微粒子の被覆を行うのは前記金属超微粒子の鎖状化及び表面酸化を防ぎ有機溶媒に分散させ易くするためである。次に前記超微粒子を取り出してあらかじめ有機溶媒中に混合させればよい。また、販売されている金属超微粒子分散ペーストは樹脂を主成分にした材料でできており、且つ粒径１００ｎｍ以下の金属超微粒子を分散させているものも存在しているので、このような金属超微粒子分散ペーストを用いてもよい。
【００２４】
パタン被形成層を一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分にした層を交互に積層形成して作製してもよい。
【００２５】
図２は、一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分にした層を交互に積層形成したパタン被形成層の作製方法を示す概略図である。
【００２６】
一種類以上の超微粒子層２２と一種類以上の樹脂を主成分にした層２１が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層１２の作製方法は、スパッタ法、蒸着法、スプレー法、スピンコート法等が色々とあるが、一例としてスピンコート法により樹脂を主成分とした層２１を塗布する工程、蒸着法により金属超微粒子層２２を作製する工程を交互に繰り返して積層形成を行う場合について述べる。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば基体１３上にレジスト等の樹脂を主成分とする液状材料を塗布して膜厚が３０ｎｍとなるようにスピンコートを行い、適度な温度の下でベーキングを行う。更にその上に金属超微粒子層２２を蒸着法により形成する。ここでは、図２（ｂ）に示すように、粒径５ｎｍの金属超微粒子を作製して金属超微粒子層２２の膜厚が５ｎｍとなるようにする。続いて、図２（ｃ）に示すように、前記の前者及び後者の工程を繰り返して膜厚３０ｎｍの樹脂を主成分にした層２１を積層形成し、更にその上に膜厚５ｎｍの金属超微粒子層２２を蒸着法により形成する。最後に膜厚が１００ｎｍであるパタン被形成層１２を仕上げる。また、図２（ｄ）に示すように、前記のパタン被形成層１２の膜厚が１μｍ以下になるまでに二つの工程を繰り返して各々の所望通りの膜厚を有する層を積層形成することも可能である。
【００２８】
次に、パタン被形成層１２上にスタンパ１１の凹凸構造パタンを転写する方法について述べる。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示すように、パタン被形成層１２が上部に設けられた基体１３を、樹脂を主成分にした材料のガラス転移点温度まで加熱し、スタンパ１１とパタン被形成層１２が上部に設けられた基体１３を対向して押し付ける。図１（ｂ）に示すように、スタンパ１１の凸部１４に押し込まれたパタン被形成層１２の部分において、樹脂を主成分にした層２１の４層は押し込まれた部分から押し込まれていない部分に流動し、金属超微粒子層２２は重なって密になり、基体に圧着される。図１（ｃ）に示すように、少なくともスタンパ１１の凸部１４の先端が基体１３と数十ｎｍの範囲に近づいた後に分離し、パタン被形成層１２にスタンパ１１の凹凸構造パタンに相対する凹凸構造を形成する。
【００３０】
図２に示したようなパタン被形成層が一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分にした層を交互に積層形成した場合も同様である。
【００３１】
図３は、このようなパタン被形成層が上部に設けられた基体へのパタン転写の作製過程を示す概略図である。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する。
【００３３】
＜パタン被形成層に含有された金属薄膜のパターニングについて＞
図１（ｂ）の拡大図に示すように、タン被形成層１２が上部に設けられた基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付けたことにより、パタン被形成層１２のスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分つまりパタン被形成層凹部１７の底において圧着されて合体した金属超微粒子の合体部分１１０が露出される。このような金属超微粒子の合体部分１１０を含有したパタン被形成層１２の一部を金属配線として形成することについて述べる。
【００３４】
図４は、図１に示したパタン被形成層に含有された金属薄膜のパターニングを示す概略図である。
【００３５】
前記パタン被形成層１２の凹部１７とはスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分のことである。上述したようにパタン被形成層１２が上部に設けられた基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付けることで、前記凹部１７にて金属超微粒子は合体して密着になり、基体へ圧着される。続いてスタンパ１１の凸部１４に押し込まれなかった領域つまりパタン被形成層凸部１６をウェットエッチング等によりエッチングする。例えばウェットエッチングに用いるエッチング液として、アセトンやメタノール等の樹脂を主成分としたマトリクス１９を溶解させるものが好ましい。上述したようなエッチングを行うことで、図４（ｂ）に示すように、パタン被形成層凸部１６は剥離され前記基体１３へ圧着された金属超微粒子の合体部分１１０が残るので、前記金属超微粒子の合体部分１１０は金属配線として利用できる。ここで金属超微粒子の粒径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましいが、使用目的に合わせて金属超微粒子の粒径、種類、添加量、適格なマトリクスの種類を所望通りに選択し、所望通りのサイズを有する金属配線を形成することが可能である。
【００３６】
図５は、図３に示したパタン被形成層に含有された金属薄膜のパターニングを示す概略図である。
【００３７】
一種類以上の金属超微粒子層２２と一種類以上の樹脂を主成分とした層２１が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層１２の場合も同様に、図５（ｂ）に示すように、基体１３へ圧着された金属超微粒子の合体部分３１が残り、金属配線として利用できる。前記パタン被形成層１２の形成過程において、金属超微粒子層２２の各層の膜厚は金属超微粒子１８の粒径つまり１層が好ましく、且つ樹脂を主成分にした層２１の各層の膜厚は金属超微粒子１８が合体して密着できるほど薄い方が好ましく、２０ｎｍ以下であることが好ましい。ここにおけるパタン被形成層１２は膜厚が１μｍ以下であれば、多層の金属超微粒子層２２及び樹脂を主成分にした層２１の層数はいくつでも形成してもよい。また、樹脂を主成分にした層２１及び金属超微粒子層２２の各々の膜厚、各々の薄膜の層数も変えることが可能なので、所望通りのサイズを有する金属配線を形成することが可能である。
【００３８】
＜パタン被形成層の一部をマスクとして用いた基体への転写について＞
図１（ｂ）に示したように、パタン被形成層１２が上部に設けられた基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付けたことにより、パタン被形成層１２のスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分つまりパタン被形成層凹部１７の底において圧着されて合体した金属超微粒子の合体部分１１０が露出される。このように圧着されて形成したパタン被形成層１２の一部をマスクとして用いて基体１３への転写を行うことについて述べる。
【００３９】
前記パタン被形成層凸部１６をマスクに用いる場合についてであるが、その凸部１６とは前記パタン被形成層１２のスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分以外のことであって、この領域をマスクにしてスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分をウェットエッチング等によりエッチングする方法である。例えばウェットエッチングに用いるエッチング液として、アルカリ性、酸性等の金属を溶解させるもので、且つ樹脂を主成分にした材料から成るものが溶解しない溶液が好ましい。上述したようなエッチングを行うことでパタン被形成層凸部１６がマスクとなり、基体１３への転写が可能となる。
【００４０】
次に、一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散されているパタン被形成層の凹部１７をマスクに用いる場合について述べる。
【００４１】
図４において、前記パタン被形成層凹部１７をマスクに用いる場合については、その凹部１７とはスタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分のことであり、この領域をマスクにしてスタンパ１１の凸部１４に押し込まれなかった領域つまりパタン被形成層凸部１６をウェットエッチング等によりエッチングする方法である。特に前記パタン被形成層凹部１７の底には圧着されてできた金属超微粒子の合体部分１１０がある。また、金属超微粒子１８は粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるが、使用目的に合わせて微粒子の種類、粒径、添加量、適格なマトリクスの種類を所望通りに選択し、所望通りのサイズを有する金属超微粒子の合体部分１１０を形成することが可能である。また、ここにおけるパタン被形成層１２は１μｍ以下であることが好ましい。例えばウェットエッチングに用いるエッチング液として、アセトンやメタノール等の樹脂を主成分としたマトリクス１９を溶解させるものが好ましい。上述したようなエッチングを行うことでパタン被形成層凸部１６は剥離され、残りの凹部１７はマスクとなるので基体１３への転写が可能となる。
【００４２】
また、一種類以上の金属超微粒子層２２と一種類以上の樹脂を主成分とした層２１が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層１２の場合も同様である。
【００４３】
図５において、基体１３へ圧着された金属超微粒子の合体部分３１が残り、マスクとなるので基体１３への転写が可能である。前記パタン被形成層１２の形成過程において、金属超微粒子層２２の各層の膜厚は金属超微粒子１８の粒径つまり１層が好ましく、且つ樹脂を主成分とした層１９の各層の膜厚は金属超微粒子１８が合体して密着できるほど薄い方が好ましく、２０ｎｍ以下であることが好ましい。ここにおけるパタン被形成層１２は膜厚が１μｍ以下であれば、多層の金属超微粒子層２２及び樹脂を主成分にした層２１の層数はいくつでも形成してもよい。また、樹脂を主成分にした層２１及び金属超微粒子層２２の各々の膜厚、各々の薄膜の層数も変えることが可能なので、所望通りのサイズを有する金属超微粒子の合体部分３１を形成することが可能である。
【００４４】
最後にパタン被形成層１２が上部に設けられた基体６１の陽極酸化について述べる。
【００４５】
図６は、酸性電解液に溶解する微粒子を分散させたパタン被形成層の一部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図である。
【００４６】
ここにおける基体６１は、Ａｌ薄膜６２が形成された基板６３であるとする。まずアルミニウム又はアルミニウム合金の陽極酸化について説明する。アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極酸化では、ナノホール直径は数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲で制御することが可能であり、ナノホールの間隔はナノホール直径より若干大きい値より約５００ｎｍまで制御することが可能である。アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極酸化にはシュウ酸、リン酸、硫酸、クロム酸等の各種の酸性電解液が利用可能であるが、微細な間隔のナノホールを作製するためには硫酸浴、比較的大きな間隔のナノホールを作製するためにはリン酸浴、その間のナノホールを作製するためにはシュウ酸浴が好ましい。また、ナノホールの直径は陽極酸化後にリン酸等の溶液中でエッチングする方法により拡大させることが可能である。
【００４７】
次にパタン被形成層１２の一部をマスクとして基体６１への陽極酸化が行われるが、まず前記パタン被形成層凸部１６をマスクに用いる場合について述べる。
【００４８】
図６（ａ）は、陽極酸化前を示している。スタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分つまり金属超微粒子の合体部分１１０が露出されている部分をエッチングすることが好ましい。基体６１中のＡｌ薄膜６２の陽極酸化を行う場合は上述したようにシュウ酸、リン酸等の酸性電解液を用いるが、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ等の酸性電解液に溶解しやすい性質を有する金属を用いることが好ましい。上述したように陽極酸化を行う際に、Ａｌ以外の金属超微粒子の合体部分１１０が露出されている部分を酸性電解液によりエッチングし基体６１中のＡｌ薄膜６２を露出させることで、Ａｌの陽極酸化の開始点となり、微細孔６４がその位置に形成できる。また、Ａｌを金属超微粒子１８として用いた場合には、陽極酸化を行う際にＡｌ超微粒子の合体部分１１０から陽極酸化が始まり、続いて、図６（ｂ）に示すように、基体６１中のＡｌ薄膜６２にも陽極酸化が行われ、微細孔６４が形成できる。６５はＡｌ２Ｏ３薄膜である。
【００４９】
次に前記パタン被形成層凹部１７をマスクに用いる場合について述べる。
【００５０】
図７は、酸性電解液に耐える微粒子を分散させたパタン被形成層の一部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図である。
【００５１】
ここでは酸性電解液に対して安定さを保つ金属が好ましいので、例えばＡｌを金属超微粒子１８に採用する。Ａｌ超微粒子１８を分散させたパタン被形成層１２付きの基体６１とスタンパ１１とを対向して押し付けてから、アセトンやメタノール等のウェットエッチングを行うと、図７（ｂ）に示すように、基体６１表面から樹脂を主成分にした層２１つまりマトリクス１９が剥離されて、マスクであるパタン被形成層凹部１７つまりＡｌ超微粒子の合体部分１１０が残る。続いて、この状態で陽極酸化を行うと、図７（ｃ）に示すように、基体６１の凹部を開始点として微細孔６４が形成できるので、高機能性を有するパタン被形成層１２を用いた基体６１への転写の効果がある。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を更に説明する。
【００５３】
〔実施例１〕
本実施例は、一例として、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）に粒径数十ｎｍの金属超微粒子１８を分散させたパタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付け、凹凸構造を転写したパタン被形成層１２を形成した例について説明する。
【００５４】
Ｓｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅５０ｎｍ、高さ１００ｎｍの細板状構造を、スタンパ１１として電子ビーム露光やドライエッチングプロセスにより作製した。パタン被形成層１２の作製方法として、エチルセロソルブアセテートとＰＭＭＡ溶液を１：１の体積比で混合させた液に粒径１０ｎｍのＡｕペースト（Ａｕ：８０重量％）を１：１の体積比で添加した。続いて攪拌混合を行い、Ａｕ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ原料を作製した。さらに、前記原料を基体１３であるＳｉ基板上にスピンコート法により塗布し、膜厚８０ｎｍになるようにＡｕ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ膜つまりパタン被形成層１２を形成した。次に前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。
【００５５】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体１３とスタンパ１１とを対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから剥離した。この試料をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察した結果、パタン被形成層凸部１６の高さは、パタン被形成層凹部１７の体積分が流動するために押し付け前の高さより若干高くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＡｕ超微粒子１８が合体し圧着されていた。この圧着されていたＡｕ超微粒子の合体部分１１０は１００ｎｍ間隔で配列し、各々の幅は５０ｎｍで、高さは４０ｎｍであった。
【００５６】
また、パタン被形成層１２の形成過程において、ＰＭＭＡ等の樹脂を主成分とした材料と導電性ペースト等の金属超微粒子が分散された材料の組み合わせ、各々の体積混合比、金属超微粒子の粒径を自由に選択することが可能なので、圧着された金属超微粒子の合体部分１１０の高さを制御することが可能である。
【００５７】
前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体１３と前記スタンパ１１とを対向して押し付け、ＰＭＭＡ膜を溶解させるウェットエッチングを行う。つまり金属超微粒子の合体部分１１０のパターニングを行うことにより、Ａｕ配線つまり金属配線として利用できる。また、金属超微粒子の粒径及び量を変えることにより所望通りのサイズを有する金属配線を形成することも可能である。
【００５８】
〔実施例２〕
本実施例は、一例として、４層の樹脂を主成分にした層２１つまりＰＭＭＡ膜と３層のＡｕ超微粒子層２２を交互に積層形成したパタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付け、凹凸構造を転写したパタン被形成層１２を形成した例について説明する。
【００５９】
Ｓｉ基板に１２０ｎｍ間隔で配列した幅７０ｎｍ、高さ１２０ｎｍの細板状構造を、スタンパ１１として電子ビーム露光やドライエッチングプロセスにより作製した。次に図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、パタン被形成層１２の作製方法として、基体１３であるＳｉ基板上にＰＭＭＡ膜を膜厚２０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布した。次に前記基体１３を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。この後、前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３上にガス蒸着法により粒径５ｎｍのＡｕ超微粒子１８を付着させＡｕ超微粒子層２２を形成した。上述した二つの形成工程を繰り返して交互に積層形成した。各々のＰＭＭＡ膜厚は２０ｎｍ、Ａｕ超微粒子層２２は５ｎｍであった。最後に前記基体上にＰＭＭＡを膜厚２０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、前記基体を１２０℃まで加熱し、膜厚９５ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００６０】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体にスタンパ１１を対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから剥離した。この試料をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、パタン被形成層凸部１６の高さは、パタン被形成層凹部１７の体積分が流動するために押し付け前の厚さより若干厚くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＡｕ超微粒子１８が合体し圧着されていた。この圧着されていたＡｕ超微粒子の合体部分３１は１２０ｎｍ間隔で配列しており、各々の幅は７０ｎｍで高さは１５ｎｍであった。
【００６１】
また、上述したようにパタン被形成層１２の形成過程において、樹脂を主成分にした層２１の膜厚及び金属超微粒子層２２の粒径及び密度だけでなく層数も変えることにより圧着されたＡｕ超微粒子の合体部分３１の高さを制御することが可能である。
【００６２】
実施例１と同様に前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体１３と前記スタンパ１１とを対向して押し付け、ＰＭＭＡ膜を溶解させるウェットエッチングを行う。つまり、金属超微粒子の合体部分３１のパターニングを行うことにより、Ａｕ配線つまり金属配線として利用できる。また、金属超微粒子層２２の厚さ及び層数を制御することにより所望通りのサイズを有する金属配線を形成することが可能である。また、パタン被形成層１２の膜厚が同じ厚さでもＰＭＭＡ膜つまり樹脂を主成分にした層２１及び金属超微粒子層２２の各々の層を薄くし且つ前記金属超微粒子層２２の層数を多くした方が押し付ける圧力が下げられ、且つ金属超微粒子層２２を基体１３上にきれいに圧着できる。
【００６３】
〔実施例３〕
本実施例は、一例として、ＰＭＭＡに粒径数十ｎｍの金属超微粒子１８を分散させたパタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付け、凹凸構造を転写したパタン被形成層１２をマスクに用いた例について説明する。
【００６４】
Ｓｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅５０ｎｍ、高さ１００ｎｍの細板状構造を、スタンパ１１として電子ビーム露光やドライエッチングプロセスにより作製した。パタン被形成層１２の作製方法として、エチルセロソルブアセテートとＰＭＭＡ溶液を１：１の体積比で混合させた液に粒径１０ｎｍのＡｕペースト（Ａｕ：８０重量％）を１：１の体積比で添加した。続いて攪拌混合を行い、Ａｕ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ原料を作製した。さらに、前記原料を基体１３であるＳｉ基板上にスピンコート法により塗布し、膜厚８０ｎｍになるようにＡｕ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ膜つまりパタン被形成層１２を形成した。次に前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。
【００６５】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体１３とスタンパ１１とを対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから剥離した。この試料をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、パタン被形成層凸部１６の高さは、パタン被形成層凹部１７の体積分が流動するために押し付け前の高さより若干高くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＡｕ超微粒子１８が合体し圧着されていた。この圧着されていたＡｕ超微粒子の合体部分１１０は１００ｎｍ間隔で配列し、各々の幅は５０ｎｍで、高さは４０ｎｍであった。
【００６６】
次に前記パタン被形成層１２をマスクに用いた例として、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記のプレスで凸凹パタンを形成したパタン被形成層１２付きの基体１３をアセトンに５分間浸した。この後、ＦＥ−ＳＥＭでその試料を観察した結果、圧着されていたＡｕ超微粒子の合体部分１１０は残っていたが、樹脂を主成分としたマトリクス１９にあたるＰＭＭＡ膜は溶解してなくなり、基体１３にあたるＳｉ基板表面が露出されていた。次に、ＳＦ６をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより前記Ａｕ超微粒子の合体部分１１０付きの基体１３のエッチングを行った。前記Ａｕ超微粒子の合体部分１１０が残るように露出されていたＳｉ基板表面をエッチングした。また、僅かに残っていたＡｕ超微粒子の部分もウェットエッチングを行い、剥ぎ取った。
【００６７】
この結果より前記金属超微粒子１８が分散されたパタン被形成層１２の凹部１７をマスクに用いて露出されていたＳｉ基板表面のエッチングを行うことができたので、ＰＭＭＡ等の樹脂を主成分にしたマトリクス１９に粒径ｎｍサイズの金属超微粒子１８を分散させたパタン被形成層１２の凹部１７をマスクとしてスタンパ１１の凹凸構造を基体１３へ転写することが可能となる。
【００６８】
〔実施例４〕
本実施例は、一例として、４層のＰＭＭＡ膜（樹脂を主成分にした層２１）と３層のＣｕ超微粒子層（金属超微粒子層２２）を交互に積層形成したパタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付け、凹凸構造を転写したパタン被形成層１２をマスクに用いた例について説明する。
【００６９】
Ｓｉ基板に１２０ｎｍ間隔で配列した幅７０ｎｍ、高さ１２０ｎｍの細板状構造を、スタンパ１１として電子ビーム露光やドライエッチングプロセスにより作製した。次に図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、パタン被形成層１２の作製方法として、基体１３であるＳｉ基板上にＰＭＭＡ膜を膜厚２０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布した。次に前記基体１３を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。この後、前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３上にガス蒸着法により粒径５ｎｍのＣｕ超微粒子を付着させＣｕ超微粒子層を形成した。上述した二つの形成工程を繰り返して交互に積層形成した。各々のＰＭＭＡ膜厚は２０ｎｍ、Ｃｕ超微粒子層は５ｎｍであった。最後に前記基体上にＰＭＭＡを膜厚２０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、前記基体を１２０℃まで加熱し、膜厚９５ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００７０】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体にスタンパ１１を対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから剥離した。この試料をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、パタン被形成層凸部１６の高さは、パタン被形成層凹部１７の体積分が流動するために押し付け前の厚さより若干厚くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＣｕ超微粒子が合体し圧着されていた。この圧着されていた部分は１２０ｎｍ間隔で配列しており、各々の幅は７０ｎｍで高さは１５ｎｍであった。
【００７１】
次に前記のパタン被形成層１２をマスクに用いた例として、０．３ｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液を用意し、その溶液温度を２０℃に設定した。前記のプレスで凸凹パタンを形成したパタン被形成層１２付きの基体１３を０．３ｍｏｌ／Ｌ硫酸水溶液に一分間浸した。この後、ＦＥ−ＳＥＭでその試料を観察した結果、樹脂を主成分にしたＰＭＭＡ膜は残っていた状態だったが、合体して圧着されていたＣｕ超微粒子の合体部分３１は溶解されて無くなり基体１３にあたるＳｉ基板表面が露出されていた。次に、前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３をＳＦ６をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングを行うことで、露出されていたＳｉ基板表面をさらにエッチングされる。
【００７２】
この結果より前記パタン被形成層１２の凸部１６をマスクに用いて露出されていたＳｉ基板表面のエッチングを行うことができたので、多層のレジスト膜等の樹脂を主成分にした層２１と多層の金属超微粒子層２２を積層形成したパタン被形成層１２の凸部１６をマスクとしてスタンパ１１の凹凸構造を基体１３へ転写することが可能となる。
【００７３】
〔実施例５〕
本実施例は、図６に示すように、一例として、ＰＭＭＡに金属超微粒子１８を分散させたパタン被形成層１２を上部に形成した基体１３とスタンパ１１とを対向して押し付け、前記基体６１の陽極酸化を行うことによりナノ構造体を作製した例について説明する。
【００７４】
図８は、本実施例におけるスタンパの構造を示す上面図である。
【００７５】
図８において、Ｓｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した直径６０ｎｍ、高さ１００ｎｍの円柱状の凸部１４を有する凹凸構造を、スタンパ１１として電子ビーム露光やドライエッチングプロセスにより作製した。また、Ｓｉ基板６３上にスパッタリング法により膜厚１μｍのＡｌ薄膜６２を形成し、これを基体６１とする。次にパタン被形成層１２の作製方法として、エチルセロソルブアセテートとＰＭＭＡを１：１の体積比で混合させた液に粒径数十ｎｍのＮｉペースト（Ｎｉ：７０重量％）を１：１の体積比で添加した。続いて攪拌混合を行い、Ｎｉ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ原料を作製した。さらに、前記原料を基体６１上にスピンコート法により塗布し、膜厚８０ｎｍになるようにＮｉ超微粒子１８を分散させたＰＭＭＡ膜つまりパタン被形成層１２を形成した。次に前記ＰＭＭＡ膜付きの基体６１を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。
【００７６】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体１３とスタンパ１１とを対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから剥離した。この後、パタン被形成層凸部１６の高さは、パタン被形成層凹部１７の体積分が流動するために押し付け前の厚さより若干厚くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＮｉ超微粒子１８が合体し圧着されていた。この圧着されていたＮｉ超微粒子の合体部分１１０は１００ｎｍ間隔で配列し、各々の直径は６０ｎｍで、高さは４０ｎｍであった。
【００７７】
次に、前記パタン被形成層１２付きの基体６１を０．３ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸水溶液に浸し、この状態で前記基体６１を陽極として、４０Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行った。
【００７８】
このときの溶液温度は１６℃に設定していた。陽極酸化後、ＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、図６に示すようにスタンパ１１の凸部１４に相対したＡｌ薄膜６２表面の各々の箇所に直径６０ｎｍの微細孔６４が形成されていた。また、その試料の断面も観察した結果、その微細孔６４はＳｉ基板６３までに達していた。これはＮｉ超微粒子の合体部分１１０は酸性であるシュウ酸水溶液に溶解され、Ａｌ薄膜６２の表面が露出し、露出されていた部分が微細孔６４の形成開始点になったためである。
【００７９】
よって、高機能性を有するパタン被形成層１２の一部をマスクとしてスタンパ１１のパタン構造を転写することが可能となり、一例として容易且つ大面積に微細孔６４を形成することができた。
【００８０】
また、本実施例は従来のナノインプリンティングにおけるＰＭＭＡ膜のドライエッチング等による除去の必要が無くプロセスの簡易化が実現された。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態、実施例について説明したが、本発明の好適な実施の態様を以下のとおり列挙する。
［実施態様１］  ナノインプリント法を用いたナノ構造体の製造方法において、基体上に一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散するか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成してパタン被形成層を設け、前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパを対向して押し付け、前記パタン被形成層に前記スタンパの凹凸構造パタンを転写することを特徴とするナノ構造体の製造方法。
［実施態様２］  前記パタン被形成層において、前記一種類以上の微粒子が金属材料から成ることを特徴とする実施態様１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様３］  前記パタン被形成層において、前記微粒子は粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、且つ前記パタン被形成層の膜厚は５ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする実施態様１又は２に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様４］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、凸部の幅が前記微粒子の粒径の５倍以上１００倍以下であることを特徴とする実施態様１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様５］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、パタン間隔が１μｍ以下である少なくとも一組の隣接した凹凸部を有することを特徴とする実施態様１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様６］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、最小パタン間隔が１００ｎｍ以下である少なくとも一組の隣接した凹凸部を有し、且つ前記微粒子が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする実施態様１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様７］  前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に前記スタンパを対向して押し付けた後、前記パタン被形成層の凹部を金属配線として基体上に形成することを特徴とする実施態様１〜６に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様８］  前記パタン被形成層が上部に設けられた基体に前記スタンパを対向して押し付けた後、前記パタン被形成層の一部をマスクとして、他の部分はエッチングにより剥離して前記スタンパの構造を基体上に転写することを特徴とする実施態様１〜７に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様９］  前記パタン被形成層の凸部をマスクとして、凹部をエッチングにより剥離して前記スタンパの構造を転写することを特徴とする実施態様８に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１０］  前記パタン被形成層の凹部をマスクとして、凸部をエッチングにより剥離して前記スタンパの構造を転写することを特徴とする実施態様８に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１１］  前記基体は、金属層を有し、エッチングにより剥離された他の部分に対応する前記金属層を陽極酸化することにより細孔を形成することを特徴とする実施態様８に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１２］  前記金属層が、アルミニウムを主成分とする金属から成ることを特徴とする実施態様１１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１３］  一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散されているか又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分とした層が２層以上交互に積層形成されているパタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造のパタンが形成されたスタンパが対向して押し付けられ、前記パタン被形成層に前記スタンパの凹凸構造パタンを転写されていることを特徴とするナノ構造体。
［実施態様１４］  前記パタン被形成層において、前記一種類以上の微粒子が金属材料から成ることを特徴とする実施態様１３に記載のナノ構造体。
［実施態様１５］  前記パタン被形成層の凹部が金属配線として基体上に形成されていることを特徴とする実施態様１４に記載のナノ構造体。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、一種類以上の微粒子が樹脂を主成分にしたマトリクスに分散するか、又は一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分にした層が２層以上積層形成しているパタン被形成層にスタンパを押し付けることで、パタン被形成層の一部分をマスク、配線等としてスタンパのパタン構造を基体へ転写することを可能とするナノ構造体の製造方法を提供することができる。
【００８３】
また、本発明により容易且つ大面積にパタン構造を転写することを可能とするナノ構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるパタン被形成層が上部に設けられた基体へのパタン転写の作製過程を示す概略図
【図２】一種類以上の微粒子層と一種類以上の樹脂を主成分にした層を交互に積層形成したパタン被形成層の作製方法を示す概略図
【図３】図２に示すパタン被形成層が上部に設けられた基体へのパタン転写の作製過程を示す概略図
【図４】図１に示したパタン被形成層に含有された金属薄膜のパターニングを示す概略図
【図５】図３に示したパタン被形成層に含有された金属薄膜のパターニングを示す概略図
【図６】酸性電解液に溶解する微粒子を分散させたパタン被形成層の一部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図
【図７】酸性電解液に耐える微粒子を分散させたパタン被形成層の一部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図
【図８】実施例５におけるスタンパの構造を示す上面図
【符号の説明】
１１  スタンパ
１２  パタン被形成層
１３  基体
１４  スタンパ凸部
１５  スタンパ凹部
１６  パタン被形成層凸部
１７  パタン被形成層凹部
１８  微粒子（金属超微粒子）
１９  マトリクス
１１０  金属超微粒子の合体部分
２１  樹脂を主成分にした層
２２  金属超微粒子層
３１  金属超微粒子の合体部分
６１  基体
６２  Ａｌ薄膜
６３  基板
６４  微細孔
６５  Ａｌ２Ｏ３薄膜
【図１】
2004314238.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004314238.tif 000007
【図６】
2004314238.tif 000008
【図７】
2004314238.tif 000009
【図８】
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