(57)【要約】【課題】基板上に形成された金属薄膜の表面上に微細凹凸構造をモールドからの刻印転写によって形成することを可能ならしめる。【解決手段】微細構造の転写方法においては、基板（１）の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜（２）を準備し、その金属薄膜（２）を備えた基板（２）を支持台上に載置し、その基板（１）の主面全域を覆い得る型面を有する型材（３）をその金属薄膜に押圧し、それによって、その型面が有する微細凹凸構造を金属薄膜（２）上に刻印転写することを特徴としている。【選択図】        図１
2004268170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、
前記金属薄膜を備えた前記基板を支持台上に載置し、
前記基板の主面の全域を覆い得る型面を有する型材を前記金属薄膜に押圧し、
それによって、前記型面が有するの微細凹凸構造を前記金属薄膜上に刻印転写することを特徴とする微細構造の刻印転写方法。
【請求項２】
前記基板の主面と前記型材の型面とは実質的に同一の形状と面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項３】
基板の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、
前記金属薄膜を備えた前記基板を支持台上に載置し、
型面と反対側の背面の周縁部が面取りされていてその中央部のみがピストンに接触する型材をそのピストンで前記金属薄膜に押圧し、
それによって、前記型面が有する微細凹凸構造を前記金属薄膜上に刻印転写することを特徴とする微細構造の刻印転写方法。
【請求項４】
前記面取りされた後の面は連続的に変化する傾斜角を有するることを特徴とする請求項３に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項５】
基板の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、
前記金属薄膜を備えた前記基板を支持台上に載置し、
中央部が突出して周縁部が後退している凸曲面を有するピストンの前記凸曲面の中央部を型材の型面と反対側の背面の中央部に接触させ、
そのピストンによって前記型材の前記型面を前記金属薄膜に押圧し、
それによって、前記型面が有する微細凹凸構造を前記金属薄膜上に刻印転写することを特徴とする微細構造の刻印転写方法。
【請求項６】
前記ピストンの前記凸曲面は球面の一部であることを特徴とする請求項５に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項７】
前記ピストンの前記凸曲面はその頂点を通る中心線を含む任意断面において放物線形状を有していることを特徴とする請求項５に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項８】
前記型材の型面は前記基板の主面の全域を覆い得る大きさを有していることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項９】
前記基板の主面と前記型材の型面とは実質的に同一の形状と面積を有していることを特徴とする請求項８に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１０】
基板の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、
前記金属薄膜を備えた前記基板を支持台上に載置し、
周縁部が面取りされた型面を有する型材を前記金属薄膜に押圧し、
それによって、前記型面が有する微細凹凸構造を前記金属薄膜上に刻印転写することを特徴とする微細構造の刻印転写方法。
【請求項１１】
前記面取りされた後の面は連続的に変化する傾斜角を有することを特徴とする請求項１０に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１２】
前記微細凹凸構造はサブミクロンのピッチを有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１３】
前記薄膜は金からなることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１４】
前記型材は主要成分として、珪素、炭化珪素、窒化珪素、金属炭化物、およびダイヤモンド状炭素のいずれかを含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１５】
前記型材が珪素からなる場合に、その型材が前記金属薄膜と接触する面に窒化珪素膜、炭化珪素膜、金属窒化膜、金属炭化膜、およびダイヤモンド状炭素膜のいずれかが形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１６】
電気炉内加熱、直接通電加熱、レーザ加熱、およびヒータ加熱のいずれかによって前記型材と前記金属薄膜の少なくとも一方が加熱された状態において前記刻印転写が行われることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【請求項１７】
前記金属薄膜は２ｍｍ角以上の面積を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の微細構造の刻印転写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細構造の刻印転写方法に関し、特に、型材の型面における微細凹凸構造を金属薄膜上に刻印転写する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体技術、光通信技術、さらには最近注目されているフォトニック結晶技術などにおいて、微細な凹凸構造を形成することが望まれる場合が多い。一般に、そのような微細凹凸構造を形成するためには、従来からフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が利用されている。そして、求められる凹凸パターンの微細化に伴って、フォトリソグラフィ用のマスク作製や微細パターン作製などには、電子ビームリソグラフィ技術やシンクロトロン放射光などによるＸ線露光技術が利用されている。
【０００３】
しかし、これらの技術は非常にコストと手間のかかる技術である。そこで、微細凹凸パターンが形成された型面を有する型材（モールド）を金属や半導体基板などに直接プレスして、その微細凹凸パターンを直接刻印転写する技術（ナノ刻印法）の開発が試みられている。
【０００４】
例えば、非特許文献１のＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．１６，１９９８，ｐｐ．１１４５−１１４９においては、ＳｉＣ製のモールドを用いて数１００ｎｍオーダのピッチの微細凹凸構造をバルクのＡｌ基板上に刻印転写し得ることが報告されている。このようなナノ刻印法においても、最初にモールドを作製するときにはフォトリソグラフィとＲＥＩが利用される。しかし、一旦モールドが作製されれば、そのモールドを繰り返して使用することによって、多数回のナノ刻印を簡便かつ低コストで行うことができる。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．１６，１９９８，ｐｐ．１１４５−１１４９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微細凹凸構造を金属表面上に形成する場合に、バルクの金属基板表面上ではなくて、金属薄膜の表面上にその微細凹凸構造を形成することが望まれる場合も多い。その一例として、光通信において用いられる反射型の微細な回折格子を金材料の表面上に形成する場合がある。
【０００７】
そのような微細回折格子の材料として金が好ましく用いられるのは、金が優れた反射率を有するのみならず、化学的に極めて安定で、錆びなどによってその反射率が劣化することもないからである。しかし、周知のように、金は極めて高価な材料である。したがって、ナノ刻印法によって反射型の微細回折格子がバルクの金基板の表面上に形成できたとしても、その微細回折格子は非常に高価なものになる。
【０００８】
換言すれば、そのような高価な金を材料とする微細回折格子は、薄く形成できるほど好ましい。より具体的には、安価な基板上に形成された金薄膜に対してナノ刻印法を施すことによって微細回折格子を形成することが望まれる。しかし、本発明者らが基板上に形成された金属薄膜に対してナノ刻印を試みたところ、それらの基板や金属薄膜に損傷を生じることなく、モールドの型面全体の微細凹凸構造を忠実に金属薄膜表面に刻印転写することが困難であることが見出された。また、光通信に用いられる反射型の回折格子などにおいては、その取り扱い上の便宜から例えば２ｍｍ角以上の面積を有することが望まれるが、そのように大きな面積の金属薄膜に微細凹凸構造を高い均一性で刻印転写することが困難である。
【０００９】
本発明者らによって見出されたそのような問題に鑑み、本発明は、基板上に形成された金属薄膜の表面上に微細凹凸構造をモールドからの刻印転写によって形成することを可能ならしめることを目的とし、特に比較的大きな面積を有する金属薄膜に微細凹凸構造を高い均一性で刻印転写することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様による微細構造の刻印転写方法においては、基板の主面上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、その金属薄膜を備えた基板を支持台上に載置し、その基板の主面全域を覆い得る型面を有する型材をその金属薄膜に押圧し、それによって、型面の微細凹凸構造を金属薄膜上に刻印転写することを特徴としている。なお、その基板の主面と型材の型面とは、実質的に同一の形状と面積を有していることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の態様による微細構造の刻印転写方法においては、基板上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、その金属薄膜を備えた基板を支持台上に載置し、型面と反対側の背面の周縁部が面取りされていてその背面の中央部のみがピストンに接触する型材をそのピストンで金属薄膜に押圧し、それによって、型面の微細凹凸構造を金属薄膜上に刻印転写することを特徴としている。なお、その面取りされた後の面は、連続的に変化する傾斜角を有し得る。
【００１２】
本発明の第３の態様による微細構造の刻印転写方法においては、基板上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、その金属薄膜を備えた基板を支持台上に載置し、中央部が突出して周縁部が後退している凸曲面を有するピストンのその凸曲面の中央部を型材の型面と反対側の背面の中央部に接触させ、そのピストンによって型材の型面を金属薄膜に押圧し、それによって、型面の微細凹凸構造を金属薄膜上に刻印転写することを特徴としている。なお、そのピストンの凸曲面は、球面の一部であることが好ましい。代替的に、ピストンの凸曲面は、その頂点を通る中心線を含む任意断面において放物線形状を有していることも好ましい。
【００１３】
上述の本発明の第２と第３の態様による微細構造の刻印転写方法においても、型材の型面は基板の主面全域を覆い得る大きさを有していることが好ましい。また、基板の主面と型材の型面とは、実質的に同一の形状と面積を有していることがさらに好ましい。
【００１４】
本発明の第４の態様による微細構造の刻印転写方法においては、基板上に形成された厚さ１μｍ未満の金属薄膜を準備し、その金属薄膜を備えた基板を支持台上に載置し、周縁部が面取りされた型面を有する型材を金属薄膜に押圧し、それによって、型面の微細凹凸構造を金属薄膜上に刻印転写することを特徴としている。なお、その面取りされた後の面は、連続的に変化する傾斜角を有し得る。
【００１５】
本発明による微細構造の刻印転写方法においては、微細凹凸構造はサブミクロンのピッチを有し得る。また、薄膜は金で形成され得るし、型材は主要成分として、珪素、炭化珪素、窒化珪素、金属炭化物、およびダイヤモンド状炭素のいずれかを含み得る。型材が珪素からなる場合には、その型材が金属薄膜と接触する面に窒化珪素膜、炭化珪素膜、金属窒化膜、金属炭化膜、またはダイヤモンド状炭素膜が形成されていることが好ましい。刻印転写は常温で行い得るが、電気炉内加熱、直接通電加熱、レーザ加熱、およびヒータ加熱のいずれかによって型材と金属薄膜の少なくとも一方が加熱された状態において行われてもよい。以上のような微細構造の刻印転写方法によって、２ｍｍ角以上の面積を有する金属薄膜に微細凹凸構造を高い均一性で形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者らはまず、基板上に形成された金属薄膜の表面上にナノ刻印によって微細凹凸構造を形成する試みとして、図６の模式的な正面図に示されているような予備実験を行った。なお、本願の図面において、同一符号は同一部分または相当部分を表している。
【００１７】
図６の予備実験において、厚さ０．６ｍｍの石英ガラス基板１上に厚さ約５０ｎｍのＣｒ薄膜（図示せず）を介して種々の厚さのＡｕ膜２が真空蒸着によって形成された。このＣｒ薄膜は、ガラス基板１に対するＡｕ膜の接合性を高めるための接合層として挿入されている。そのＡｕ膜２を備えた基板１は、図示されていない支持台の支持面上に載置された。その支持台は、もちろん基板１より大きな支持面を有していた。
【００１８】
型材（モールド）３は珪素からなり、その下側には微細凹凸構造を有する型面がフォトリソグラフィとＲＩＥを利用して形成されていた。その型面は、２ｍｍ角から５ｍｍ角の範囲内の大きさを有していた。また、その型面は約２００ｎｍ〜１μｍの範囲内の幅の溝が約１２０ｎｍ間隔で形成された微細凹凸構造を有していた。その微細凹凸構造の凸部頂面には、硬度を高めて耐磨耗性を向上させるために、厚さ約２０ｎｍの窒化珪素膜がＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法にて形成されていた。他方、型材３の型面と反対側の背面は、その型面に平行な平面で形成されていた。
【００１９】
型材３の背面は、図６中の矢印５で示されているような押圧力によってピストン４を介して押され、その型材３の下側の型面がＡｕ膜２に対して押圧された。このようにして、予備実験において、Ａｕ膜に対する微細凹凸構造のナノ刻印が試みられた。
【００２０】
しかし、上述のような予備実験において、バルクの金属基板ではなくて金属薄膜に正常にナノ刻印を行うことは容易でないことが判明した。例えば、バルクのＡｕ基板に対してはナノ刻印が可能な圧力で型材をＡｕ膜に押圧しても、微細凹凸構造がそのＡｕ膜に刻印転写されないか、転写されても凹凸の段差が不充分であったり不均一になることが多かった。他方、Ａｕ膜に対する型材の押圧力を高めた場合には、型材の周縁部近傍でＡｕ膜に亀裂が生じたり、石英ガラス基板が割れたりした。
【００２１】
このようにバルクの金属基板に対しては可能なナノ刻印が金属薄膜に対しては困難になる理由としては、同じ金属材料であってもバルク材料と薄膜材料との間で物理的特性が異なることなどが考えられる。
【００２２】
例えば、金属材料を薄くして膜状にすれば、バルク状態に比べて弾性限が拡大して、塑性変形しにくくなることが知られている。このような厚さに依存する変形特性の変化は、厚さが１μｍ未満になったときに特に顕著である。このような現象は、塑性変形を担う格子欠陥である転位が膜厚の減少に伴って膜表面から離脱しやすくなって、膜中の転位密度が極端に小さくなるからであると解釈されている。すなわち、金属薄膜は、１μｍ未満の厚さになった場合に、より大きな弾性変形を示すが、塑性変形しにくくなって、脆性破壊しやすくなる傾向になる。
【００２３】
さらに、金属膜に対するナノ刻印の場合、その金属膜の直下は常温では塑性変形しない石英ガラス基板によって支持されている。したがって、例えば１μｍ未満の厚さの金属薄膜に対して微細凹凸構造を刻印転写する場合、その金属薄膜は１μｍ未満の厚さ範囲内で塑性流動を起こしてその微細凹凸構造を受け入れなければならない。このようなことは、もともと塑性変形しにくい金属薄膜において、困難なことである。
【００２４】
これらの理由から、バルクの金属基板に対しては可能なナノ刻印が金属薄膜に対しては困難になったと考えられる。そこで、本発明者らは、さらなる種々の実験と考察の結果として、以下のような本発明による種々の実施形態によって、厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対してもナノ刻印が可能であることを見出したのである。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による微細構造の刻印転写法を模式的な正面図で図解している。この刻印転写法においては、例えば石英ガラスなどの基板１の主面上に図示されていない例えばＣｒの接合層を介して例えばＡｕなどの金属薄膜２が形成される。そのような金属薄膜２を備えた基板１が支持台（図示せず）上に載置され、型材３の型面がピストン４を介して押圧力５によって金属薄膜２ヘ押圧される。なお、支持台の支持面が基板１より大きな面積を有していることは言うまでもない。
【００２６】
このような図１に示された実施形態１によるナノ刻印法は、図６に示された予備実験に類似しているが、基板１の主面と型材３の型面とが実質的に同一の形状と面積を有していることにおいて異なっている。そして、この相違に基づいて、厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対しても正常なナノ刻印が可能になるのである。
【００２７】
より具体的には、図１の方法では、図６の場合に比べて基板１の割れが遥かに生じにくくなり、押圧力５を遥かに大きくすることができる。このことによって、型材３の型面を金属薄膜２に対して大きな圧力で押圧することが可能になり、その型面の微細凹凸構造を厚さ１μｍ未満の金属薄膜２に対しても刻印転写することが可能になるのである。しかも、その場合に、金属薄膜２の周縁部などにおける亀裂も生じにくくなる。
【００２８】
本実施形態１におけるこれらの効果は、図６の予備実験との比較において、次のような理由によると考えられる。すなわち、図６においては、基板１は型材３の型面に比べて大きな面積を有している。このような状態で型材３の型面を金属薄膜２に押圧するとき、その型面下の基板領域も型材３によって押圧力を受けて弾性変形するが、その弾性変形は図示されていない支持台からの反力によって支えられる。
【００２９】
しかし、型材３の型面の周縁の外側近傍領域においては、基板２は型面下のその弾性変形に伴う支持台からの反力を受けるが、その型面周縁の外側には型材３による押圧力が存在しない。したがって、型材３の押圧力が大きくなって型面の周縁の外側近傍領域において支持台からの反力が大きくなったときに、基板が割れやすくなると考えられる。特に、型材３の側面と型面とは９０度のエッジ状態になっており、金属薄膜２および基板１に対する応力集中個所になりやすい。したがって、型材３の周縁近傍において基板１が割れやすく、また、薄くて塑性変形しにくくなっている金属薄膜２に亀裂が入りやすくなると考えられる。
【００３０】
他方、図１に示されているような実施形態１においては、型材３の周縁の外側には基板１および金属薄膜２が存在しない。すなわち、基板１および金属薄膜２は、それらの全領域が型材３の型面と支持台の支持面との間に挟まれることになる。したがって、基板１において、支持台からの反力のみを受けて型材２からの押圧力を受けないという領域は存在しない。また、型材３の側面と型面とがなす９０度のエッジ部が金属薄膜２と基板１に対する応力集中個所として作用することもない。その結果、図１の場合においては、図６の場合に比べて、基板１の割れや金属薄膜２の亀裂などを生じることなくはるかに大きな押圧力５を印加することができ、厚さ１μｍ未満の金属薄膜２に対しても片材の型面の微細凹凸構造を刻印転写することが可能になる。
【００３１】
なお、図１においては基板１の主面と型材３の型面とが実質的に同一の形状と面積を有しているが、単に金属薄膜への微細凹凸構造の刻印転写を可能ならしめるという観点のみからでは、型材３の型面が基板１の主面より大きな面積を有していてもよいことは言うまでもない。ただし、その場合は、型材３の型面の全領域を有効に利用していることにならず、型面の中央部のみが磨耗しやすく、型材３の効率的利用の観点からは図１の場合に比べて好ましくない。
【００３２】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２による微細構造の刻印転写法を模式的な正面図で図解している。このような図２に示された実施形態２によるナノ刻印法は、図６に示された予備実験に類似しているが、型材３ａの型面と反対側の背面の周縁部が面取りされていることにおいて異なっている。そして、この相違に基づいて、厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対しても正常なナノ刻印が可能になる。
【００３３】
より具体的には、図２の方法においても、図６の場合に比べて基板１の割れが生じにくくなり、押圧力５を大きくすることができる。このことによって、型材３ａの型面を金属薄膜２に対して大きな圧力で押圧することが可能になり、その型面の微細凹凸構造を厚さ１μｍ未満の金属薄膜２に対しても刻印転写することが可能になる。しかも、その場合にも、金属薄膜２の周縁部などにおける亀裂も生じにくくなる。
【００３４】
本実施形態２におけるこれらの効果は、次のような理由によると考えられる。すなわち、ピストン４は、型材３ａに対してその背面の主に中央部のみにおいて接触する。しかも、型材３ａの中央部から周縁部に向かうにしたがってその肉厚が減少しているので、型材３ａの中央部に対してその周縁部が基板２からの反力によって弾性的に変形し得る。換言すれば、型材３ａの型面の中央部に比べて、周縁部において金属薄膜２に対する押圧力が少し小さくなり得る。したがって、ピストン４によって型材３に対して大きな押圧力５を印加しても、型材３ａの周縁部近傍での基板１および金属薄膜２における応力集中などが緩和され得る。
【００３５】
このような実施形態２は、金属薄膜２の中央部と周縁部との間における刻印転写性の不均一性を軽減する観点からも好ましい。すなわち、図１の実施形態１においては金属薄膜２の全面に渡ってナノ刻印することが可能であるが、その周縁部に比べて中央部では刻印転写性が少し劣っている。これは、接触面における摩擦の非線型性や荷重変位関係の非線型性による接触の問題に起因していると考えられる。このような状況において、本実施形態２においては、型材３ａの型面の周縁部に比べて中央部において押圧力を高めることができるので、金属薄膜２の中央部における刻印転写性を改善し得るのである。
【００３６】
なお、図２においては型材３ａの背面はその中央部から周縁に向けて一定勾配で面取りされているが、その勾配は連続的に変化させてもよい。そのように面取り面の勾配を調整することによって、金属薄膜２の中央部と周縁部とにおける刻印転写性をより均一化することが可能である。
【００３７】
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３による微細構造の刻印転写法を模式的な正面図で図解している。このような図３に示された実施形態３によるナノ刻印法は、図６に示された予備実験に類似しているが、型材３の背面と接触するピストン４ａの下面が凸状の曲面に形成されていることにおいて異なっている。そして、この相違に基づいて、厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対しても正常なナノ刻印が可能になる。
【００３８】
より具体的には、図３の方法においても、押圧力５を大きくすることができる。このことによって、型材３の型面を金属薄膜２に対して大きな圧力で押圧することが可能になり、その型面の微細凹凸構造を厚さ１μｍ未満の金属薄膜２に対しても刻印転写することが可能になる。しかも、その場合にも、金属薄膜２の周縁部などにおける亀裂も生じにくくなる。
【００３９】
本実施形態３におけるこれらの効果は、次のような理由によると考えられる。すなわち、ピストン４ａは凸曲面状の押圧面を有しているので、型材３に対してその背面の主に中央部のみにおいて接触する。もちろん、押圧力が増大すれば、そのピストン４ａの押圧面の中央部が弾性変形して、型材３の背面との接触面が増大する。そして、型材３の型面の中央部において金属薄膜２に対する押圧力が大きくなっても、周縁部においては押圧力が少し小さくなり得る。したがって、ピストン４ａによって型材３に対して大きな押圧力５を印加しても、型材３の周縁部近傍での基板１および金属薄膜２における応力集中などが緩和され得る。
【００４０】
このような実施形態３は、実施形態２の場合と同様に、金属薄膜２の中央部と周縁部との間における刻印転写性の不均一性を軽減する観点からも好ましい。すなわち、本実施形態３においても、型材３の型面の周縁部に比べて中央部において押圧力を高めることができるので、金属薄膜２の中央部における刻印転写性を改善することができる。
【００４１】
なお、図３において、ピストン４ａの下側における押圧面の凸状曲面としては、種々の曲面を利用することができる。例えば、球面の一部を利用することができる。また、凸部の頂点を通る中心線を含む任意の断面において放物線形状を示す曲面を利用することもできる。すなわち種々の凸状曲面から適切な曲面を押圧面に選択することによって、金属薄膜２の中央部と周縁部とにおける刻印転写性をより均一化することが可能である。
【００４２】
（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４による微細構造の刻印転写法を模式的な正面図で図解している。このような図４に示された実施形態４によるナノ刻印法は、図６に示された予備実験に類似しているが、型材３ｂの型面の周縁部が面取りされていることにおいて異なっている。そして、この相違に基づいて、厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対しても正常なナノ刻印が可能になる。
【００４３】
より具体的には、図４の方法においても、図６の場合に比べて基板１の割れが生じにくくなり、押圧力５を大きくすることができる。このことによって、型材３の型面を金属薄膜２に対して大きな圧力で押圧することが可能になり、その型面の微細凹凸構造を厚さ１μｍ未満の金属薄膜２に対しても刻印転写することが可能になる。しかも、その場合にも、金属薄膜２の周縁部などにおける亀裂も生じにくくなる。
【００４４】
本実施形態４におけるこれらの効果は、次のような理由によると考えられる。すなわち、型材３ｂがピストン４によって金属薄膜２に対して押圧されるとき、まず型材３ｂの型面の最下表面が金属薄膜２の最上表面に接触する。しかし、その後の型材３ｂの押圧の進行に伴って、型面の周縁部における面取り部分も金属薄膜２と接触し始める。そして、型面の周縁部における面取り部分は、金属薄膜２および基板１からの反力を受ける。その結果、型面の周縁の内側近傍においては、型面の中央部に比べて押圧力が少し減殺される。換言すれば、型材３ｂの型面の中央部に比べて、周縁部において金属薄膜２に対する押圧力が少し小さくなり得る。したがって、ピストン４によって型材３に対して大きな押圧力５を印加しても、型材３ｂの周縁部近傍での基板１および金属薄膜２における応力集中などが緩和され得る。
【００４５】
このような実施形態４も、実施形態２の場合と同様に、金属薄膜２の中央部と周縁部との間における刻印転写性の不均一性を軽減する観点からも好ましい。すなわち、本実施形態４においても、型材３の型面の周縁部に比べて中央部において押圧力を高めることができるので、金属薄膜２の中央部における刻印転写性を改善することができる。
【００４６】
なお、図４においては型材３ｂの型面の周縁から外側に向けて一定勾配で面取りされているが、その勾配は連続的に変化させてもよい。そのように面取り面の勾配を調整することによって、金属薄膜２の中央部と周縁部とにおける刻印転写性をより均一化することが可能である。
【００４７】
（実施例）
図５は、本発明の一実施例において得られたナノ刻印の結果を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示しており、その右下の白い線分のスケールは０．５μｍの長さを表わしている。なお、この実施例は、図１に示された第１の実施形態に対応している。
【００４８】
本実施例においても、前述の予備実験の場合と同様に、厚さ０．６ｍｍの石英ガラス基板１上に厚さ５０ｎｍのＣｒ接合層を介してＡｕ膜２が形成された。ただし、この場合に、基板１の主面は２．５ｍｍ×２．５ｍｍの面積を有し、Ａｕ膜２は２００ｎｍ（０．２μｍ）の厚さを有していた。
【００４９】
本実施例の型材（モールド）３も予備実験の場合と同様に珪素からなり、その下側には微細凹凸構造を有する型面がフォトリソグラフィとＲＩＥを利用して形成された。ただし、この場合に、型材３の型面は、基板１の主面と一致する２．５ｍｍ×２．５ｍｍの面積を有していた。また、その型面には、幅２００ｎｍのの溝が１２０ｎｍ間隔（スペーシング）で形成された微細凹凸構造を有していた。そして、その微細凹凸構造の凸部頂面には、硬度を高るために、厚さ約２０ｎｍの窒化珪素膜がＬＰＣＶＤ法にて形成された。
【００５０】
型材３の背面は図１中の矢印５で示されているようにピストン４によって押され、その型材３の下側の型面が常温においてＡｕ膜２に対して押圧された。このとき、Ａｕ膜２に対する型材３の型面の押圧力は５００ＭＰａであった。このようにして、本実施例において、Ａｕ膜２に対するナノ刻印が行われた。
【００５１】
このような本実施例のナノ刻印によって、図５のＳＥＭ写真において明瞭に示されているように、厚さ０．２μｍのＡｕ薄膜上に幅２００ｎｍの凸状ラインが１２０ｎｍのスペーシングで形成されていることが分かる。そして、それらの凸状ラインの高さは、２５０ｎｍであった。このように、本発明の微細構造の刻印転写方法によれば、塑性変形しにくい厚さ１μｍ未満の金属薄膜に対してもナノ刻印による刻印転写が可能になることが分かる。
【００５２】
なお、本発明による以上の実施形態および実施例においては主として金膜に対するナノ刻印が例示として説明されたが、本発明の微細構造の刻印転写方法は他の種々の金属薄膜に対するナノ刻印にも適用し得ることは言うまでもない。
【００５３】
また、本発明におけるナノ刻印は、常温に限られずに昇温状態において行うことも可能である。昇温状態におけるナノ刻印は、金属薄膜の塑性変形性が向上する点において好ましい。そのような昇温状態を得るためには、電気炉内加熱、直接通電加熱、レーザ加熱、およびヒータ加熱のいずれかによって、型材と金属薄膜との少なくとも一方を加熱することができる。
【００５４】
さらに、型材の主材料としては、珪素に限られず、炭化珪素、窒化珪素、金属炭化物、ダイヤモンド状炭素などのように十分な硬度を有する種々の材料を利用することができる。そして、型材が珪素のように比較的硬度の低い材料で形成されている場合には、型面の硬度の改善のために、窒化珪素膜のみならず、炭化珪素膜、金属窒化膜、金属炭化膜、またはダイヤモンド状炭素膜などのコーティングを利用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板上に形成された比較的大きな面積の金属薄膜の表面上に微細凹凸構造をモールドからの刻印転写によって高い均一性で形成することが可能となる。これによって、従来のフォトリソグラフィとＲＩＥによって形成する方法に比べて、微細凹凸構造を簡便かつ低コストで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例による微細構造の刻印転写方法を図解する模式的な正面図である。
【図２】本発明の実施形態の他の例による微細構造の刻印転写方法を図解する模式的な正面図である。
【図３】本発明の実施形態のさらに他の例による微細構造の刻印転写方法を図解する模式的な正面図である。
【図４】本発明の実施形態のさらに他の例による微細構造の刻印転写方法を図解する模式的な正面図である。
【図５】本発明の実施例の一例において型材から金属薄膜上に刻印転写された微細凹凸構造を示すＳＥＭ写真図である。
【図６】本発明の予備実験における微細構造の刻印転写方法を図解する模式的な正面図である。
【符号の説明】
１  基板、２  金属薄膜、３，３ａ，３ｂ  型材（モールド）、４，４ａ  ピストン、５  押圧力。
【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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