(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上に硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上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。パタン被形成層１２は、金属薄膜１８と樹脂を主成分とした薄膜１９から成る。【選択図】      図１
2004319762.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、基体上に硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上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、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分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部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、スタンパ凸部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分離とする手法もあって、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凹凸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
【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、基体上に硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上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は、少なとも一種以上の膜が樹脂を主成分とする材料から成り、且つ別の一種以上の膜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、他の部分を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。
【００１３】
また、前記基体は、金属層を含み、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、硬さの異なる二種類以上の膜が２層以上積層形成されたパタン被形成層が上部に設けられ基体に凹凸構造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。図１（ａ）、（ｂ）において一部を拡大して示す。
【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】
また、図１（ａ）に示すパタン被形成層１２は、硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上積層形成したものであるが、一例として金属薄膜１８と樹脂を主成分とした薄膜１９が交互に積層形成されていることが好ましく、金属薄膜１８は樹脂を主成分とした薄膜１９より硬いことが好ましい。また、金属薄膜１８は膜厚が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、且つ樹脂を主成分とした薄膜１９は膜厚が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、パタン被形成層１２は膜厚が１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
パタン被形成層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薄膜１９を塗布する工程、蒸着法により金属薄膜１８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。
【００２１】
図２は、本発明における硬さの異なった二種の薄膜を交互に積層形成したパタン被形成層の概略図である。
【００２２】
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、図２（ｂ）に示すように、その上に金属薄膜１８を蒸着法により形成する。ここでは、金属薄膜１８の膜厚が１０ｎｍとなるようにする。続いて、図２（ｃ）に示すように、前記の前者の工程を繰り返して膜厚３０ｎｍの樹脂を主成分にした薄膜１９を積層形成し、膜厚が７０ｎｍ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１００ｎｍ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薄膜を積層形成することも可能である。
【００２３】
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。
【００２４】
まず、図１（ｂ）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。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、樹脂を主成分とした薄膜１９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、金属薄膜１９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。
【００２５】
＜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＞
上述したように図１（ｂ）において、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の底において金属薄膜１８が露出される。このような金属薄膜１８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。
【００２６】
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にて多層の金属薄膜１８は重なって密になり、基体１３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薄膜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は剥離され前記基体１３へ圧着された金属薄膜１８が残るので、前記金属薄膜１８は金属配線として利用できる。また、パタン被形成層１２の形成過程において、金属薄膜１８の各層の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、且つ樹脂を主成分とした薄膜１９の各層の膜厚は５ｎｍ以上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１００ｎｍ以下であれば、多層の金属薄膜１８及び樹脂を主成分とした薄膜１９の層数はいくつでも形成してもよい。また、樹脂を主成分とした薄膜１９及び金属薄膜１８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。
【００２７】
＜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＞
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の底において金属薄膜１８が露出される。
【００２８】
このような金属薄膜１８を含有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。
【００２９】
図３は、パタン被形成層の凸部をマスクとして用いた基体への転写を示す概略図である。
【００３０】
前記パタン被形成層凸部１６をマスクに用いる場合とは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、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部分、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、すなわちパタン被形成層１２の凹部１７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。
【００３１】
図４は、パタン被形成層の凹部をマスクとして用いた基体への転写を示す概略図である。
【００３２】
前記パタン被形成層凹部１７をマスクに用いる場合とは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、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の底には多層の金属薄膜１８が重なって密になっている部分がある。また、金属薄膜１８の各層の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、且つ樹脂を主成分とした薄膜１９の各層の膜厚は５ｎｍ以上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１００ｎｍ以下であれば、多層の金属薄膜１８及び樹脂を主成分とした薄膜１９の層数はいくつでも形成してもよい。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薄膜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。
【００３３】
最後にパタン被形成層が上部に設けられた基体の陽極酸化について述べる。
【００３４】
図５は、本発明におけるＡｌを金属薄膜に用いたパタン被形成層の凸部をマスクとして行った基体の陽極酸化前後を示す概略図である。
【００３５】
ここにおける基体３１はＡｌ薄膜３２が形成された基板３３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為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。
【００３６】
次にパタン被形成層１２の一部をマスクとして基体３１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。スタンパ１１の凸部１４に押し込まれた部分つまり金属薄膜１８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３１中のＡｌ薄膜３２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以外の金属薄膜１８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３１中のＡｌ薄膜３２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３５がその位置に形成できる。また、Ａｌを金属薄膜１８として用いた場合には、陽極酸化を行う際に金属薄膜１８であるＡｌ薄膜から陽極酸化が始まり、続いて基体３１中のＡｌ薄膜３２にも陽極酸化が行われ、微細孔３５が形成できる。３６はＡｌ２Ｏ３薄膜である。
【００３７】
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。
【００３８】
図６は、Ａｌを金属薄膜に用いたパタン被形成層の凹部をマスクとして行った基体の陽極酸化前後を示す概略図である。
【００３９】
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を金属薄膜１８に採用する。また、パタン被形成層として、上述したように多層のＡｌ薄膜と多層の樹脂を主成分とした薄膜が交互に積層形成しており、各々の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
Ａｌを金属薄膜１８に用いたパタン被形成層１２付きの基体３１を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、基体３１表面から樹脂を主成分とした薄膜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薄膜４１が残る。続いてこの状態で陽極酸化を行うと、基体３１の凸部を開始点として微細孔３５が形成できるので、高機能性を有するパタン被形成層を用いた基体への転写の効果がある。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を更に説明する。
【００４２】
〔実施例１〕
本実施例は、一例として、２層のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）膜（樹脂を主成分とした薄膜１９）と挟まれた１層のＣｕ薄膜（金属薄膜１８）を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、凹凸構造が転写されたパタン被形成層１２を形成した例について説明する。
【００４３】
例えばＳｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅５０ｎｍ、高さ８０ｎｍ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）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基板上に樹脂を主成分とした薄膜１９にあたる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。次に図２（ｂ）に示すように、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。この後、前記ＰＭＭＡ膜付きの基体１３上にスパッタリング法により膜厚１０ｎｍの金属薄膜１８にあたるＣｕ薄膜を形成した。また、図２（ｃ）に示すように、前記基体１３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、前記基体１３を１２０℃まで加熱し、膜厚５０ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００４４】
そして、図１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秒間保持してから分離した。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厚さより若干厚くなり、パタン被形成層凹部１７の底はＣｕ薄膜が露出されていた。この露出されていた部分は１００ｎｍ間隔で配列し、各々の幅は５０ｎｍで、Ｃｕの膜厚は８ｎｍであった。
【００４５】
また、パタン被形成層１２の形成過程において、樹脂を主成分とした薄膜１９及び金属薄膜１８の各々の膜厚も変えることが可能なのでＣｕ薄膜の膜厚を制御することが可能である。
【００４６】
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、図４に示されるように、パタン被形成層１２の凹部１７をマスクとして、ＰＭＭＡ膜を溶解させるウェットエッチングを行う。つまり金属薄膜１８のパターニングを行うことにより、Ｃｕ配線つまり金属配線として利用できる。また、金属薄膜１８の膜厚を変えることにより所望通りのサイズを有する金属薄膜１８つまり金属配線を形成することも可能である。
【００４７】
〔実施例２〕
本実施例は、一例として、３層のＰＭＭＡ膜と２層のＣｕ薄膜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、凹凸構造が転写されたパタン被形成層１２を形成した例について説明する。
【００４８】
例えばＳｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅７０ｎｍ、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。次に図２（ａ）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。次に図２（ｂ）に示すように、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上にスパッタリング法により膜厚１０ｎｍのＣｕ薄膜を形成した。図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、上述した二つの形成工程を繰り返して各々の薄膜を交互に積層形成した。各々の膜厚は２０ｎｍ、１０ｎｍである。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８０ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００４９】
そして、図１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秒間保持してから分離した。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薄膜が露出されていた。この露出されていた部分は１００ｎｍ間隔で配列しており、各々の幅は７０ｎｍでＣｕ薄膜の膜厚は２０ｎｍであった。プレスが行われる際に２層のＣｕ薄膜が重なって密になり基体上に圧着されたので、実施例１に比べてＣｕ薄膜の膜厚が約二倍となったことになる。
【００５０】
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、樹脂を主成分とした薄膜１９及び金属薄膜１８の各々の膜厚だけでなく層数も変えることによりＣｕ薄膜の膜厚を制御することが可能である。
【００５１】
実施例１と同様に、図４に示されるように、パタン被形成層１２の凹部１７をマスクとして、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、金属薄膜１８のパターニングを行うことにより、Ｃｕ配線つまり金属配線として利用できる。また、金属薄膜１８の膜厚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薄膜１８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金属薄膜１８の各々の層を薄くし且つ前記金属薄膜１８の層数を多くした方が押し付ける圧力が下げられ、且つ金属薄膜１８を基体１３上にきれいに圧着できる。
【００５２】
〔実施例３〕
本実施例は、一例として、２層のＰＭＭＡ膜（樹脂を主成分とした薄膜１９）と挟まれた１層のＣｕ薄膜（金属薄膜１８）を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、凹凸構造が転写されたパタン被形成層１２をマスクに用いた例について説明する。
【００５３】
実施例１と同様に、Ｓｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅５０ｎｍ、高さ８０ｎｍ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。また、パタン被形成層１２の作製方法においても、実施例１と同様にＳｉ基板上に２層のＰＭＭＡ膜とそのＰＭＭＡ膜に挟まれた１層のＣｕ薄膜を積層形成し、膜厚５０ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。ここにおけるＰＭＭＡ膜、Ｃｕ薄膜の膜厚はそれぞれ２０ｎｍ、１０ｎｍであった。
【００５４】
続いて、図１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秒間保持してから分離した。この結果、パタン被形成層凹部１７の底はＣｕ薄膜が露出され、１００ｎｍ間隔で配列していた。各々の幅は５０ｎｍで、Ｃｕの膜厚は１０ｎｍであった。
【００５５】
次に前記パタン被形成層１２をマスクに用いた例を挙げる。
【００５６】
パタン被形成層の凸部をマスクとして用いた基体への転写について述べる。
【００５７】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば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１分間浸した。この後、ＦＥ−ＳＥＭでその試料を観察した結果、樹脂を主成分とした薄膜１９にあたるＰＭＭＡ膜５１は残っていた状態だったが、露出されていた金属薄膜１８にあたるＣｕ薄膜の部分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５１付きの基体１３をドライ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し、僅かに残っていたＰＭＭＡ膜はエッチングされて無くなった。
【００５８】
この結果より２層の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、２層のレジスト膜等の樹脂を主成分とした薄膜１９と挟まれた１層の金属薄膜１８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。
【００５９】
〔実施例４〕
本実施例は、一例として、１１層のＰＭＭＡ膜と１０層のＣｒ薄膜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をマスクに用いた例について説明する。
【００６０】
例えばＳｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した幅５０ｎｍ、高さ９０ｎｍ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）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５ｎｍになるようにスピンコート法により塗布した。次に図２（ｂ）に示すように、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。この後、前記ＰＭＭＡ膜付きの基板上にスパッタリング法により膜厚２ｎｍのＣｒ薄膜を形成した。図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、上述した二つの形成工程を繰り返して各々の薄膜を交互に積層形成した。各々の膜厚は５ｎｍ、２ｎｍである。最後に前記基体上にＰＭＭＡ膜を膜厚５ｎｍ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７５ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。ＰＭＭＡ膜、Ｃｒ薄膜の層数はそれぞれ１１層、１０層である。
【００６１】
そして、図１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秒間保持してから分離した。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Ｃｒ薄膜が露出されていた。この露出されていた部分は１００ｎｍの間隔で配列しており、各々の幅は５０ｎｍであり、Ｃｒ薄膜の膜厚は２０ｎｍであった。
【００６２】
次に前記パタン被形成層をマスクに用いた例を挙げる。
【００６３】
パタン被形成層の凹部をマスクとして用いた基体への転写について述べる。
【００６４】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばアセトンを用意し、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をアセトンに１分間浸した。この後、ＦＥ−ＳＥＭでその試料を観察した結果、ＰＭＭＡ膜とＣｒ薄膜が重なった部分つまり前記パタン被形成層１２の凸部１６は溶解されて無くなりＳｉ基板（基体１３）表面上に１００ｎｍ間隔で配列した高さ１８ｎｍ、幅５０ｎｍである細板状構造を有するＣｒ薄膜６１が形成されていた。次に、前記Ｃｒ膜６１付きの基体１３をドライ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し、僅かに残っていたＰＭＭＡ膜はエッチングされて無くなった。
【００６５】
この結果より１１層のレジスト膜と１０層のＣｒ膜を交互に積層形成したパタン被形成層の凹部分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とした薄膜１９と多層の金属薄膜１８を積層形成したパタン被形成層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。
【００６６】
〔実施例５〕
本実施例は、一例として、３層のＡｌ薄膜と４層のＰＭＭＡ膜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３１とスタンパ１１とを対向して押し付け、前記基体３１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。
【００６７】
例えばＳｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した直径３０ｎｍ、高さ１００ｎｍの円柱状構造を、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。また、Ｓｉ基板３３上にスパッタリング法により膜厚５００ｎｍのＡｌ薄膜３２を形成し、これを基体３１とする。以下の過程は、基体１３を基体３１とすれば図２に示される過程と同様である。次にパタン被形成層１２の作製方法として、樹脂を主成分とした薄膜１９にあたるＰＭＭＡ膜を膜厚１５ｎｍになるようにスピンコート法により塗布した。次に前記ＰＭＭＡ膜付きの基体３１を１２０℃まで加熱し、ベーキングを行った。この後、前記ＰＭＭＡ膜付きの基板３１上に蒸着法により膜厚１０ｎｍの金属薄膜１８にあたるＡｌ薄膜を形成した。上述した二つの形成工程を繰り返して各々の薄膜を交互に積層形成した。各々の膜厚は１５ｎｍ、１０ｎｍである。最後に前記基体上にＰＭＭＡを膜厚１５ｎｍ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９０ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００６８】
そして、図１に示す過程と同様に、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体３１とスタンパ１１とを対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから分離した。この試料をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、実施例１と同様に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、パタン形成層凹部１７の底はＡｌ薄膜が露出されていた。また、この露出された部分は１００ｎｍの間隔で配列しており、直径は３０ｎｍで、露出されていたＡｌ薄膜の膜厚は３０ｎｍであった。
【００６９】
次に、Ａｌを金属薄膜に用いたパタン被形成層の凸部をマスクとして行った基体の陽極酸化について述べる。
【００７０】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば０．３ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸水溶液を用意し、その溶液温度を１６℃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３１を０．３ｍｏｌ／Ｌシュウ酸水溶液に浸し、この状態でその基体３１を陽極として、４０Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行った。陽極酸化後、ＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、スタンパ１１の凸部１４に相対したＡｌ薄膜３２表面の各々の箇所に直径３０ｎｍの微細孔３５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３５はＳｉ基板３４までに達していた。
【００７１】
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。
【００７２】
〔実施例６〕
本実施例は、一例として、２層のＰＭＭＡ膜と挟まれたＣｕ薄膜を積層形成したパタン被形成層１２を上部に形成した基体３１とスタンパ１１を対向して押し付け、前記基体３１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。
【００７３】
例えばＳｉ基板に１００ｎｍ間隔で配列した直径３０ｎｍ、高さ８０ｎｍの円柱状構造を、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。また、Ｓｉ基板３３上にスパッタリング法により膜厚５００ｎｍのＡｌ薄膜３２を形成し、これを基体３１とする。以下の過程は、基体１３を基体３１とすれば図２に示される過程と同様である。次にパタン被形成層１２の作製方法として、樹脂を主成分とした薄膜１９にあたる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ＰＭＭＡ膜付きの基体３１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３１上にスパッタリング法により膜厚１０ｎｍの金属薄膜１８にあたるＣｕ薄膜を形成した。また、前記基体３１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、前記基体３１を１２０℃まで加熱し、膜厚５０ｎｍのパタン被形成層１２を形成した。
【００７４】
そして、図１に示す過程と同様に、前記パタン被形成層１２を上部に設けた基体３１とスタンパ１１とを対向して、５００ｋｇｆ／ｃｍ２で押し付け、３０秒間保持してから分離した。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、パタン形成層凹部１７の底はＣｕ薄膜が露出されていた。この露出されていたＣｕ薄膜は直径が３０ｎｍで、１００ｎｍの間隔で配列していた。
【００７５】
図７は、パタン被形成層の凸部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図である。
【００７６】
次に、前記パタン被形成層１２付きの基体３１を０．３ｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液に一分間浸し、前記Ｃｕ薄膜は溶解して無くなったが、前記Ｃｕ薄膜部分以外の領域では最下層のＰＭＭＡ膜７１が残っていた。続いて、前記ＰＭＭＡ膜７１付きの基体３１を０．３ｍｏｌ／Ｌシュウ酸水溶液に浸し、この状態で前記基体３１を陽極として、４０Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行った。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７に示すようにスタンパ１１の凸部１４に相対したＡｌ薄膜３２表面の各々の箇所に直径３０ｎｍの微細孔３５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３５はＳｉ基板３３までに達していた。
【００７７】
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３５を形成することができた。
【００７８】
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、基体上に硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上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は、少なとも一種以上の膜が樹脂を主成分とする材料から成り、且つ別の一種以上の膜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は、少なくとも樹脂を主成分とする材料から成る薄膜及び金属材料から成る薄膜を各々１層以上交互に積層形成されることを特徴とする実施態様２に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様４］  前記パタン被形成層は、金属材料から成る薄膜の１層の膜厚は１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、且つ樹脂を主成分とする材料から成る薄膜の１層の膜厚は５ｎｍ以上１００ｎｍ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５］  パタン被形成層において、パタン被形成層の膜厚が１００ｎｍ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６］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、凸部の幅が１００ｎｍ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］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、凸部の幅が２０ｎｍ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８］  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９］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、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１０］  前記スタンパの凹凸構造パタンは、パタン間隔が５０ｎｍ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１１］  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２〜１０に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１２］  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、他の部分を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１〜１１に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１３］  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１２に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１４］  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１２に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１５］  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１２〜１４に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１６］  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１５に記載のナノ構造体の製造方法。
［実施態様１７］  硬さの異なる二種類以上の膜が２層以上積層形成されたパタン被形成層が上部に設けられた基体に凹凸構造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ナノ構造体。
［実施態様１８］  前記パタン被形成層は、少なとも一種以上の膜が樹脂を主成分とする材料から成り、且つ別の一種以上の膜が金属材料から成ることを特徴とする実施態様１７に記載のナノ構造体。
［実施態様１９］  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１８に記載のナノ構造体。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により硬さの異なる二種以上の膜を２層以上積層形成した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。
【００８０】
また、本発明により低コストで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】硬さの異なった二種の薄膜を交互に積層形成したパタン被形成層の概略図
【図３】パタン被形成層の凸部をマスクとして用いた基体への転写を示す概略図
【図４】パタン被形成層の凹部をマスクとして用いた基体への転写を示す概略図
【図５】Ａｌを金属薄膜に用いたパタン被形成層の凸部をマスクとして行った基体の陽極酸化前後を示す概略図
【図６】Ａｌを金属薄膜に用いたパタン被形成層の凹部をマスクとして行った基体の陽極酸化前後を示す概略図
【図７】パタン被形成層の凸部をマスクに用いた陽極酸化前後を示す概略図
【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  金属薄膜
１９  樹脂を主成分とした薄膜
３１  基体
３２  Ａｌ薄膜
３３  基板
３４  微細孔
３６  Ａｌ２Ｏ３薄膜
４１  Ａｌ薄膜
５１  ＰＭＭＡ膜
６１  Ｃｕ薄膜
７１  ＰＭＭＡ膜
【図１】
2004319762.tif 000003
【図２】
2004319762.tif 000004
【図３】
2004319762.tif 000005
【図４】
2004319762.tif 000006
【図５】
2004319762.tif 000007
【図６】
2004319762.tif 000008
【図７】
2004319762.tif 000009