(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドをパターニング材料に圧接して、前記パターニング材料に微細な凹凸構造を備えた微細パターンを転写する微細パターン形成方法において、
微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドとポリシランからなるパターニング材料とを圧接する第１の工程と、
前記モールドと前記パターニング材料とを圧接した状態で前記パターニング材料に紫外線を照射して、前記パターニング材料を光酸化する第２の工程と、
前記モールドと前記パターニング材料との圧接を解除して、前記パターニング材料から前記モールドを引き抜く第３の工程と、
前記第３の工程により前記モールドを引き抜かれた前記パターニング材料における前記微細パターンを転写された表面に酸素プラズマを照射して、前記パターニング材料における前記微細パターンを転写された表面を酸化する第４の工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微細パターン形成方法において、さらに、
前記第４の工程により酸素プラズマを照射された前記パターニング材料を加熱する第５の工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、さらに、
前記第１の工程を行う前に前記ポリシランを加熱する工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、
前記モールドは、紫外線を透過する材料よりなり、
前記第２の工程における紫外線の照射は、前記モールド側から前記パターニング材料に照射する
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、
前記パターニング材料は、基板上に配置され、
前記基板は、紫外線を透過する材料よりなり、
前記第２の工程における紫外線の照射は、前記基板側から前記パターニング材料に照射する
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項６】
請求項４または５のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、
前記紫外線を透過する材料は、石英ガラスである
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項７】
微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドをパターニング材料に圧接して、前記パターニング材料に微細な凹凸構造を備えた微細パターンを転写する微細パターン形成方法において、
微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドとポリシランからなるパターニング材料とを圧接する第１の工程と、
前記モールドと前記パターニング材料とを圧接した状態で前記パターニング材料に紫外線を照射して、前記パターニング材料の前記モールドとの界面領域を除く領域を光酸化する第２の工程と、
前記モールドと前記パターニング材料との圧接を解除して、前記パターニング材料から前記モールドを引き抜く第３の工程と、
前記第３の工程により前記モールドを引き抜かれた前記パターニング材料における前記微細パターンを転写された表面に酸素プラズマを照射して、前記パターニング材料における前記微細パターンを転写された表面を酸化する第４の工程と、
前記パターニング材料に紫外線を照射して、前記第２に工程で光酸化されなかった前記界面領域を光酸化する第５の工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の微細パターン形成方法において、さらに、
前記第５の工程により紫外線を照射された前記パターニング材料を加熱する第６の工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項９】
請求項７または８のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、さらに、
前記第１の工程を行う前に前記ポリシランを加熱する工程と
を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項１０】
請求項７、８または９のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、
前記パターニング材料は、基板上に配置され、
前記基板は、紫外線を透過する材料よりなり、
前記第２の工程における紫外線の照射は、前記基板側から前記パターニング材料に照射する
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の微細パターン形成方法において、
前記紫外線を透過する材料は、石英ガラスである
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法において、
前記パターニング材料は、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）である
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターン形成方法に関し、さらに詳細には、ｎｍオーダーの微細な凹凸構造を備えた微細パターンをパターニング材料に形成するための微細パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ｎｍオーダーの微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成する手法として、ナノインプリント技術が知られている。
ここで、ナノインプリント技術を用いたリソグラフィーの手法が従来より用いられているが、これは、例えば、図１に示すように、ｎｍオーダーの微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成したモールド（モールドは、例えば、Ｓｉ基板などにより構成することができる。）１００と、パターニング材料として有機物質たるＰＭＭＡなどの樹脂材料により形成されたパターニング材料１０２を塗布したＳｉ基板などの基板１０４とを準備し（図１（ａ）：セットアップ）、モールド１００を１００〜２００℃程度の温度かつ１〜１０ＭＰａ程度の圧力でパターニング材料１０２に押し付け（図１（ｂ）：プレス）、所定時間経過後にパターニング材料１０２からモールド１００を引き離すことによって（図１（ｃ）：リリース）、モールド１００に形成されたｎｍオーダーの微細な凹凸構造を備えた微細パターンをパターニング材料１０２に転写してパターニングを行うというものである。
なお、図１（ｄ）は、モールド１００に形成されたｎｍオーダーの微細な凹凸構造を備えた微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図であり、また、図１（ｅ）は、パターニング材料１０２に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図ある。
こうしたナノインプリント技術を用いたリソグラフィーの手法は、現在の半導体技術を支えているフォトリソグラフィー技術と比較すると、
（１）原理が簡単であり、プロセスがスピーディーである、
（２）有機溶媒を使ったウェットプロセスを必要としないため環境にやさしい、
（３）フォトリソグラフィー技術において用いる極めて高価なステッパー（例えば、数十億円程度である。）と比較して、極めて安価な装置（例えば、１千万円〜１億円程度である。）により実施することができる、
などという点で極めて優れている。
なお、本願発明者の知るところによれば、現在報告されているパターニングの最小寸法は５ｎｍである。
上記したように、ナノインプリント技術は、非常に短時間で、例えば、最小寸法が５ｎｍというｎｍオーダーの加工を行うことができる優れた技術であるが、こうしたナノインプリント技術においては、一般に、微細パターンを転写しやすい有機物質からなるパターニング材料を用いていた。即ち、有機物質からなるパターニング材料は、融点が低くやわらかいので６０〜１５０℃の比較的低温で軟化し、モールドに形成された微細パターンを容易に転写することができるものであった。
【０００３】
しかしながら、従来のＰＭＭＡなどの有機物質からなるパターニング材料は、水分を吸収しやすいという問題点や、薬品に対する耐性が弱いという問題点や、温度を上げると転写した微細パターンが変形し易く熱に対する耐性が弱いという問題点や、硬度が比較的低いという問題点などがあるため、使用条件が制限されるということが指摘されていた。
このため、近年においては、従来のＰＭＭＡなどの有機物質からなるパターニング材料に代えて、無機物質からなるパターニング材料を使用する技術が提案されている。この無機物質からなるパターニング材料は、従来のＰＭＭＡなどの有機物質からなるパターニング材料と比較すると、吸水性、耐薬品性、耐熱性ならびに硬度に関して著しく優れた特性を備えているものである。
ところが、無機物質は融点が高く常温では硬いため、モールドとパターニング材料とを圧接してモールドの微細パターンをパターニング材料に転写するパターン形成時には、それを高温高圧で実施しなければならないという条件が課されるとともに、処理時間が長時間に及ぶようになるという問題点があった。なお、こうした高温高圧条件は、例えば、温度が２００〜５９０℃程度であり、圧力が０．２２〜１００ＭＰａ程度である。また、処理時間は、６０秒〜４０分程度である。
即ち、こうした無機物質からなるパターニング材料を用いたナノインプリント技術によれば、高温高圧という厳しい条件下で処理を行う必要があるため、ナノインプリント装置およびモールドに対する負荷が大きくなり、それらの破損や故障を招く恐れが高まり、また、処理に時間がかかるなどという新たな問題点が招来されるものであった。
さらに、無機物質からなるパターニング材料を用いたナノインプリント技術においては、上記したように高温プロセスを経るため、パターニング材料に形成した微細パターンが熱変動により膨張・収縮されるため、パターニング材料に形成した微細パターンの変形が生じ易いという問題点もあった。
また、上記した従来の無機物質をパターニング材料として用いる従来の手法では、上記した種々の問題点に起因して、高アスペクト比構造を実現することが困難であるという問題点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モールドとパターニング材料とを圧接して当該モールドの微細パターンをパターニング材料に転写するパターン形成時には、低温、低圧、短時間でモールドの微細パターンをパターニング材料に転写することを可能にし、パターニング材料にモールドの微細パターンが転写された後においては、パターニング材料が吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に対して優れた特性を示すようになり、パターニング材料に形成された微細パターンが容易に変形することのないようにした微細パターン形成方法を提供しようとするものである。【０００５】
また、本発明の目的とするところは、高アスペクト比構造を実現することができるようにした微細パターン形成方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、ポリシランをパターニング材料として用いることにより、低温、低圧、短時間でモールドの微細パターンをパターニング材料に転写することを可能にするとともに、パターニング材料にモールドの微細パターンが転写された後にパターニング材料をガラス状化するようにしたものである。これにより、パターニング材料が吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に関して優れた特性を示すようになり、パターニング材料に形成された微細パターンは容易に変形することがない。【０００７】
従って、本発明によれば、パターニング材料として従来のＰＭＭＡなどの有機物質を用いた場合と同様に、低温、低圧でモールドの微細パターンをパターニング材料に転写することができるとともに、モールドの微細パターンがパターニング材料に転写された後においては、パターニング材料に無機物質を用いた場合と同様に、パターニング材料は吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に対して優れた特性を示すようになり、パターニング材料に形成された微細パターンは容易に変形する恐れがない。【０００８】
また、本発明によれば、パターニング材料への微細パターンの転写が容易であり、かつ、パターニング材料へ転写された微細パターンは容易に変形することがないので、高アスペクト比構造を実現することが可能になる。【０００９】
なお、ポリシランとは、主鎖がケイ素原子のみからなる高分子であり、紫外線の照射によりＳｉ−Ｓｉ結合がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変化する材料である。
【００１０】
即ち、本発明は、微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドをパターニング材料に圧接して、上記パターニング材料に微細な凹凸構造を備えた微細パターンを転写する微細パターン形成方法において、微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドとポリシランからなるパターニング材料とを圧接する第１の工程と、上記モールドと上記パターニング材料とを圧接した状態で上記パターニング材料に紫外線を照射して、上記パターニング材料を光酸化する第２の工程と、上記モールドと上記パターニング材料との圧接を解除して、上記パターニング材料から上記モールドを引き抜く第３の工程と、上記第３の工程により上記モールドを引き抜かれた上記パターニング材料における上記微細パターンを転写された表面に酸素プラズマを照射して、上記パターニング材料における上記微細パターンを転写された表面を酸化する第４の工程とを有するようにしたものである。【００１１】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、上記第４の工程により酸素プラズマを照射された上記パターニング材料を加熱する第５の工程とを有するようにしたものである。【００１２】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、上記第１の工程を行う前に上記ポリシランを加熱する工程とを有するようにしたものである。【００１３】
また、本発明は、上記した発明において、上記モールドは、紫外線を透過する材料よりなり、上記第２の工程における紫外線の照射は、上記モールド側から上記パターニング材料に照射するようにしたものである。【００１４】
また、本発明は、上記した発明において、上記パターニング材料は、基板上に配置され、上記基板は、紫外線を透過する材料よりなり、上記第２の工程における紫外線の照射は、上記基板側から上記パターニング材料に照射するようにしたものである。【００１５】
また、本発明は、上記した発明において、上記紫外線を透過する材料は、石英ガラスであるようにしたものである。【００１６】
また、本発明は、微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドをパターニング材料に圧接して、上記パターニング材料に微細な凹凸構造を備えた微細パターンを転写する微細パターン形成方法において、微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールドとポリシランからなるパターニング材料とを圧接する第１の工程と、上記モールドと上記パターニング材料とを圧接した状態で上記パターニング材料に紫外線を照射して、上記パターニング材料の上記モールドとの界面領域を除く領域を光酸化する第２の工程と、上記モールドと上記パターニング材料との圧接を解除して、上記パターニング材料から上記モールドを引き抜く第３の工程と、上記第３の工程により上記モールドを引き抜かれた上記パターニング材料における上記微細パターンを転写された表面に酸素プラズマを照射して、上記パターニング材料における上記微細パターンを転写された表面を酸化する第４の工程と、上記パターニング材料に紫外線を照射して、上記第２に工程で光酸化されなかった上記界面領域を光酸化する第５の工程とを有するようにしたものである。【００１７】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、上記第５の工程により紫外線を照射された上記パターニング材料を加熱する第６の工程とを有するようにしたものである。【００１８】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、上記第１の工程を行う前に上記ポリシランを加熱する工程とを有するようにしたものである。【００１９】
また、本発明は、上記した発明において、上記パターニング材料は、基板上に配置され、上記基板は、紫外線を透過する材料よりなり、上記第２の工程における紫外線の照射は、上記基板側から上記パターニング材料に照射するようにしたものである。【００２０】
また、本発明は、上記した発明において、上記紫外線を透過する材料は、石英ガラスであるようにしたものである。【００２１】
また、本発明は、上記した発明において、上記パターニング材料は、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上説明したように構成されているので、モールドとパターニング材料とを圧接してモールドの微細パターンをパターニング材料に転写してパターン形成を行うインプリント時には、低温、低圧、短時間でインプリントを行ってモールドの微細パターンをパターニング材料に転写することが可能となり、パターニング材料にモールドの微細パターンが転写された後においては、パターニング材料はガラス状化されて吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に対して優れた特性を示すようになり、パターニング材料に形成されたパターンが容易に変形することがなくなるという優れた効果を奏する。
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、従来の技術では達成できなかった高アスペクト比構造を実現することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は従来のナノインプリントリソグラフィー技術を示す説明図であり、図１（ａ）はセットアップ工程を示し、図１（ｂ）はプレス工程を示し、図１（ｃ）はリリース工程を示し、図１（ｄ）はモールドに形成されたｎｍオーダーの微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図であり、図１（ｅ）はパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法を実施する際に用いるナノインプリント装置の一例を示す概念構成説明図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順における各ステップの概念説明図であり、図４（ａ）は第１のステップのプリベーク処理工程を示し、図４（ｂ）は第２のステップのプレス処理工程を示し、図４（ｃ）は第３のステップの紫外線照射処理工程を示し、図４（ｄ）は第４のステップのリリース処理工程を示す。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の一例による微細パターン形成方法の処理手順における各ステップの概念説明図であり、図５（ａ）は第５のステップの酸素プラズマ照射処理工程を示し、図５（ｂ）は第６のステップのポストベーク処理工程を示す。
【図６】図６は、本願発明者によるポストベークの温度の高さ比依存性に関する実験結果を示すグラフであり、横軸はポストベークの温度（Ｂａｋｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、縦軸は高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）である。
【図７】図７は、本願発明者のモールドとパターニング材料との圧接の実験結果を示すグラフであり、横軸は当該圧接する際の温度（Ｉｍｐｒｉｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、縦軸は高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）である。
【図８】図８は、本願発明者により行われた紫外線透過性についての実験結果を示すグラフであり、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順によりパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順によりパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図１１】図１１は、本発明による微細パターン形成方法における紫外線の照射によるパターニング材料たるポリシランの光酸化の状態を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法を実施する際に用いるナノインプリント装置の一例を示す概念構成説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順における各ステップの概念説明図であり、図１４（ａ）は第３のステップの第１回目紫外線照射処理工程を示し、図１４（ｂ）は第４のステップのリリース工程を示し、図１４（ｃ）は第５のステップの酸素プラズマ照射処理工程を示し、図１４（ｄ）は第６のステップの第２回目紫外線照射処理工程を示す。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、本発明による微細パターン形成方法における紫外線の照射によるパターニング材料たるポリシランの光酸化の状態を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法の説明図である。
【図１７】図１７（ａ）（ｂ）は、本願発明者により行われた薬品耐性変化に関する実験結果を示すグラフであり、横軸に洗浄時間（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｔｉｍｅ）をとり、縦軸に高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）をとっており、図１７（ａ）は第１の実施の形態によりパターニングした試料による実験結果を示し、一方、図１７（ｂ）は第２の実施の形態によりパターニングした試料による実験結果を示す。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法の処理手順によりパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図１９】図１９（ａ）は、モールドに形成されたｎｍオーダーの微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図であり、図１９（ｂ）は本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法によりパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図２０】図２０（ａ）は、モールドに形成されたｎｍオーダーの微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図であり、図２０（ｂ）は本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法によりパターニング材料に転写された微細パターンを走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図である。
【図２１】図２１（ａ）は、本願発明者により行われたポストベーク処理におけるベーク温度（Ｂａｋｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とビッカース硬さ（Ｖｉｃｋｅｒｓ  ｈａｒｄｎｅｓｓ）との関係を求める実験結果を示すグラフであり、図２１（ｂ）は、本願発明者により行われたＦＴ−ＩＲ測定の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０      ナノインプリント装置
１０’    ナノインプリント装置
１２      サンプルホルダー
１２ａ    ヒーター
１４      ステッピングモーター
１６      超高圧水銀ランプ
１６’    超高圧水銀ランプ
２００      モールド
２０２      パターニング材料
２０２ａ    パターニング材料の表面
２０４      基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による微細パターン形成方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
まず、はじめに、本発明による微細パターン形成方法の第１の実施の形態について説明するが、この本発明による微細パターン形成方法の第１の実施の形態を実施するに際してパターニング材料とモールドとを圧接するためには、例えば、図２に示すナノインプリント装置１０を用いる。
まず、このナノインプリント装置１０を説明すると、ナノインプリント装置１０は、サンプルホルダー１２を備え、このサンプルホルダー１２上に、上面にポリシランよりなるパターニング材料２０２を形成した基板２０４を載置できるようになされている。また、サンプルホルダー１２には、ヒーター１２ａが内蔵されている。
また、下面に微細な凹凸構造を備えた微細パターンを形成されたモールド２００には、ステッピングモーター１４が取り付けられており、このステッピングモーター１４の駆動により、モールド２００はＹＺ方向へ移動自在となされている。
さらに、モールド２００の上部には、パターニング材料２０２に対して紫外線照射を行うための超高圧水銀ランプ１６が配設されている。
そして、このナノインプリント装置１０においてモールド２００は、超高圧水銀ランプ１６から照射される紫外線を透過する石英ガラスにより構成されている。従って、後述するように、超高圧水銀ランプ１６から照射された紫外線は、石英ガラスよりなるモールド２００を透過してパターニング材料２０２に照射されることになる。
【００２７】
上記したナノインプリント装置１０を用いて、本発明による微細パターン形成方法によってパターニング材料２０２に対してモールド２００に形成された微細パターンを転写するナノインプリントを実施するにあたっては、まず、図２に示すように、ナノインプリント装置１０のサンプルホルダー１２上に、パターニング材料２０２を形成した基板２０４を載置する。
ここで、本発明による微細パターン形成方法においては、パターニング材料２０２としてポリシランであるポリメチルフェニルシラン（ｐｏｌｙ  ｍｅｔｈｙｌ  ｐｈｅｎｙｌ  ｓｙｌａｎｅ：ＰＭＰＳ）を用いるものである。
【化１】
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なお、基板２０４の表面にパターニング材料２０２となるポリメチルフェニルシランを形成するには、例えば、スピンコート処理により形成すればよい。
ここで、ポリシランとは、主鎖がケイ素原子からのみなる高分子の総称であり、側鎖に様々な官能基が付いたものをいう。上記したポリメチルフェニルシランは、こうしたポリシランの一つである。
【００２８】
以下、図３に示す本発明による微細パターン形成方法の処理手順を示すフローチャートならびに図４乃至図５に示す当該処理手順における各ステップ（後述する。）の概念説明図を参照しながら、本発明による微細パターン形成方法によってパターニング材料２０２に対してモールド２００に形成された微細パターンを転写するナノインプリント処理について説明する。
【００２９】
まず、本発明による微細パターン形成方法の第１のステップたるプリベーク処理工程として、サンプルホルダー１２に載置されたパターニング材料２０２を形成した基板２０４を、ヒーター１２ａにより、例えば、温度１２０℃で５分間加熱するプリベーク処理を行う（図３のステップＳ３０２および図４（ａ）を参照する。）。このプリベーク処理により、パターニング材料２０２に含まれていた溶媒が揮発し、基板２０４とパターニング材料２０２とが一体化される。
【００３０】
次に、本発明による微細パターン形成方法の第２のステップたるプレス処理工程として、ステッピングモーター１４を駆動して、形成したい微細パターンが刻まれたモールド２００をパターニング材料２０２に圧接する（図３のステップＳ３０４および図４（ｂ）を参照する。）。この圧接は、低温および低圧で短時間、例えば、温度８０〜１００℃、圧力２〜４ＭＰａで１０秒間行う。
【００３１】
次に、本発明による微細パターン形成方法の第３のステップたる紫外線照射処理工程として、モールド２００をパターニング材料２０２に圧接した状態のままで、超高圧水銀ランプ１６を点灯して、モールド２００の上方向から波長３６５ｎｍを主波長とする紫外線を、例えば、５分間照射する（図３のステップＳ３０６および図４（ｃ）を参照する。）。なお、超高圧水銀ランプ１６の出力は、例えば、２５０Ｗである。
ここで、モールド２００は紫外線に対して透明な石英ガラスにより形成されているため、紫外線はモールド２００を透過してパターニング材料２０２へ照射され、パターニング材料２０２が光酸化される。
即ち、パターニング材料２０２への紫外線の照射により、パターニング材料２０２の成分であるＰＭＰＳと酸素とが結合し、パターニング材料２０２の成分であるＰＭＰＳにおいてＳｉ−Ｓｉ結合がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変化し、ＰＭＰＳがシロキセン化合物に変化してガラス状化する。なお、このＰＭＰＳと酸素との結合に伴いＰＭＰＳがシロキセン化合物に変化してガラス状化する変化により、パターニング材料２０２の体積膨張がおこり、これによって微細パターンが崩れるおそれがあるので、紫外線を照射する際にはモールド２００とパターニング材料２０２とを常に密着させておくことが好ましい。
また、上記の紫外線照射処理工程においては、パターニング材料２０２全体を光酸化してガラス状化する。
【００３２】
次に、本発明による微細パターン形成方法の第４のステップたるリリース処理工程として、ステッピングモーター１４を駆動してモールド２００を真上に引き上げて、パターニング材料２０２からモールド２００を引き抜く（図３のステップＳ３０８および図４（ｄ）を参照する。）。
【００３３】
次に、本発明による微細パターン形成方法の第５のステップたる酸素プラズマ照射処理工程として、パターニング材料２０２に対して酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）を照射する（図３のステップＳ３１０および図５（ａ）を参照する。）。なお、酸素プラズマの照射の条件は、例えば、流量８００ｃｃ、圧力１０Ｐａ、照射時間１分間、出力４００Ｗである。この酸素プラズマ照射処理工程により、微細パターンが転写されたパターニング材料２０２の表面２０２ａを酸化させて硬質化することができる。
【００３４】
最後に、本発明による微細パターン形成方法の第６のステップたるポストベーク処理工程として、上記した第１〜５のステップの処理を施したパターニング材料２０２を、ヒーター１２ａにより、例えば、３５０℃で５分間加熱するポストベーク処理を行う（図３のステップＳ３１２および図５（ｂ）を参照する。）。このポストベーク処理工程により、パターニング材料２０２は熱酸化により完全にガラス化され、無機化されて硬化する。
【００３５】
即ち、上記した第１〜６のステップよりなる一連の工程により、モールド２００と低温低圧で圧接して微細パターンを形成されたパターニング材料２０２は、紫外線の照射により光酸化されてガラス状化された後に、酸素プラズマの照射によって表面が酸化されて硬質化が図られ、さらにそれを加熱することによって熱酸化により完全にガラス化されて無機化されることになる。
つまり、本発明による微細パターン形成方法によれば、パターニング材料２０２にモールド２００の微細パターンを転写する処理は、従来のＰＭＭＡなどの有機物質を用いて行う場合と同様に低温、低圧での処理が可能であり、一方、パターニング材料２０２にモールド２００の微細パターンが転写された後においては、パターニング材料２０２はガラス化されて無機化されるため吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に対して優れた特性を示すようになり、パターニング材料２０２に形成された微細パターンが容易に変形することがなくなる。
従って、本発明による微細パターン形成方法によれば、低温、低圧、短時間で、吸水性や耐薬品性や耐熱性や硬度に対して優れ、微細パターンの変形の恐れがない微細パターンをパターニング材料２０２に形成することができる。
【００３６】
上記した本発明による微細パターン形成方法においては、上記した第６のステップたるポストベーク処理工程を行うことによって、耐薬品性を著しく向上させることができる。即ち、ポストベーク処理工程の前工程である紫外線照射処理工程における紫外線の照射によって、パターニング材料２０２の大部分はガラス状化するため、紫外線照射処理工程を行う前の未処理時、即ち、ポリシラン状態のパターニング材料２０２と比較すると、格段に薬品耐性向上するがアセトンには少し溶解する。
ポストベーク処理工程を行って、例えば、３５０℃程度の温度でポストベークを行うことにより、パターニング材料２０２の完全なガラス化が達成され、耐薬品性が著しく向上してアセトンにも溶解しなくなる。
【００３７】
以下に本願発明者により行われた実験の結果について説明するが、この実験においては、ポリシランとしてポリメチルフェニルシランを用いた。
こうした本願発明者の実験によれば、上記した第１〜６のステップよりなる一連の工程により微細パターンを形成されたパターニング材料２０２は、３５０℃で５分間までの耐熱性が確認され、また、希塩酸に対し不溶であることが確認され、また、アセトン、トルエンおよびアニソール中で１分間超音波洗浄を行った場合でも不溶であることが確認され、また、波長３００ｎｍまでの光を７０％以上透過し、波長３５０ｎｍまでの光であれば９０％以上透過することが確認された。
【００３８】
より詳細には、図６は、本願発明者によるポストベークの温度の高さ比依存性に関する実験結果を示すグラフであり、図６のグラフにおいては、横軸にポストベークの温度（Ｂａｋｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）をとり、縦軸に高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）をとっている。なお、高さ比は、モールドに対する微細パターンの高さの比とした。また、ポストベークの持続時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）は５分間（５ｍｉｎ．）とした。
図６のグラフに示されるように、紫外線照射処理工程および酸素プラズマ照射処理工程を行っていないパターニング材料、即ち、ポリシラン状態のパターニング材料（以下、「未処理ポリシラン状態パターニング材料」と称する。）は、１５０℃以上のポストベークで高さ比が０、つまり、微細パターンは消失した。
一方、本発明による微細パターン形成方法により紫外線照射処理工程および酸素プラズマ照射処理工程を行ったパターニング材料（以下、「本発明処理済みパターニング材料」と称する。）は、ポストベークの温度が２５０℃までは微細パターン形状を完全に維持できた。また、ポストベークの温度を３５０℃として５分間行うと、５％という非常に小さい収縮が観察されたが、微細パターン形状は維持されていた。
即ち、本発明処理済みパターニング材料に形成された微細パターンは、非常に高い耐熱性を有するものであった。このポストベーク処理によりパターニング膜に熱履歴が残り、その温度までの熱処理に耐えることができるようになるものと考えられる。
また、本願発明者の実験によれば、上記した第６のステップたるポストベーク処理工程において３５０℃で５分間ポストベークを行うと、
・アセトン中における３０分間の超音波洗浄
・１０％ＨＣｌ水溶液への３０分間の浸漬
・１０％ＮａＯＨ水溶液への３０分間の浸漬
・５％ＨＦ水溶液への３０分間の浸漬
という処理を行っても、パターニング材料２０２に形成された微細パターンの形状は不変であり、優れた耐薬品性を示した。
【００３９】
次に、プレス処理工程におけるモールド２００とパターニング材料２０２とを圧接する際の条件については、図７の当該圧接の際の温度と圧力と時間との依存性を示すグラフに示す実験結果のように、８０℃、２ＭＰａ、１０秒間という低温、低圧、短時間でインプリントが可能であることが確認された。なお、図７のグラフにおいては、横軸に圧接する際の温度（Ｉｍｐｒｉｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）をとり、縦軸に高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）をとっており、また、圧接の持続時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）は１０秒間（１０ｓｅｃ）とした。
【００４０】
次に、図８は、本願発明者により行われた紫外線透過性についての実験結果を示すグラフであり、横軸に波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）をとっており、縦軸に透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）をとっている。この図８に示すように、本発明処理済みパターニング材料にポストベーク処理を施したパターニング材料（以下、「ポストベーク処理済パターニング材料」と称する。）は、波長３００ｎｍまでの光を７０％以上透過し、波長３５０ｎｍまでの光であれば９０％以上透過することが確認された。即ち、可視領域においては透明であった。
【００４１】
また、本発明による微細パターン形成方法によれば、高アスペクト比構造のパターンの形成が可能であり、本願発明者の実験によれば、図９として提示する走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図に示すように、上記した第１〜６のステップよりなる一連の工程により微細パターンを形成されたパターニング材料２０２によれば、３．５という高アスペクト比を実現することができた。
さらにまた、本発明による微細パターン形成方法によれば、図１０として提示する走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図に示すように、２５０ｎｍのＬ＆Ｓ（Ｌｉｎｅ  ＆  Ｓｐａｃｅ：ラインアンドスペース）に対して４．８という高アスペクト比を達成することができた。
【００４２】
なお、インプリントにはパターニングの大きさ、形状、密度依存性があることが知られており、これはパターニング材料の流動度がインプリント条件によって大きく異なるため、パターニングの大きさ、形状、密度によっては完全にパターニングできる場合とできない場合があるということである。
本発明による微細パターン形成方法によれば、上記した８０℃、２ＭＰａ、１０秒間という低温、低圧、短時間の条件では２５０ｎｍ〜２５μｍという２桁異なる大きさのラインアンドスペースのパターニングが可能であった（図１０参照）。
ここで、２５０ｎｍという大きさは光の波長程度であるため、本発明による微細パターン形成方法によればフォトニック結晶などのパターニングが可能になり、２５μｍという大きさはバイオチップの流路の幅などの大きさとほぼ等しいため、本発明による微細パターン形成方法によればバイオチップの流路のパターニングが可能になる。
つまり、本発明による微細パターン形成方法によれば、ポリシランに対して１つの条件で様々なデバイスのパターニングが可能となる。
また、本発明による微細パターン形成方法によれば、２５０ｎｍより小さい、また、２５μｍよりも大きいパターンを形成することも可能である。
【００４３】
以上において説明したように、本発明による微細パターン形成方法は、図１１に示すように、ポリシランを低温、低圧、短時間で熱インプリントした後に（ステップＳ３０４の処理）、紫外線の照射によりポリシランを架橋して硬化させるようにしたものである（ステップＳ３０６の処理）。
ここで、従来のガラスをパターニング材料として用いた場合には、ガラスの融点が高いため５００℃など高温のプロセスが必要となる。しかしながら、本発明による微細パターン形成方法では、８０℃という低温でパターニングができる。その理由は、パターニング材料であるポリシランが直鎖状のシンプルな構造であるため変形しやすく、低温、低圧、短時間での変形が容易であるからである。
ただし、低温で変形可能ということは、モールド２００により形成するパターンが崩れやすいという恐れがある。本発明による微細パターン形成方法では、このパターンの崩れを防ぐために、モールド２００をポリシランよりなるパターニング材料２０２に押し込んだままの状態で紫外線の照射を行い、近隣のポリシラン鎖を光酸化により架橋し、ガラス状に硬化させている。
【００４４】
なお、上記した第１の実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができるものである。
（１）上記した第１の実施の形態においては、ナノインプリント装置１０の上方位置に超高圧水銀ランプ１６を配設したが、超高圧水銀ランプ１６はパターニング材料２０２に対し紫外線を照射することを目的とするものであるので、超高圧水銀ランプ１６はパターニング材料２０２に対し紫外線を照射可能な任意の位置に配設すればよく、超高圧水銀ランプ１６の配設場所は限定されるものではない。
（２）上記した第１の実施の形態においては、モールド２００を石英ガラスにより形成し、紫外線がモールド２００を透過してパターニング材料２０２に照射されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、パターニング材料２０２が形成される基板２０４を石英ガラスなどの紫外線を透過する材料により構成し、紫外線が基板２０４を透過してパターニング材料２０２に照射されるようにしてもよい。
（３）上記した第１の実施の形態においては、パターニング材料２０２に対して波長３６５ｎｍを主波長とする紫外線を照射するようにしたが、紫外線の波長は、例えば、波長３００〜４００ｎｍの範囲で適宜に選択すればよい。なお、これは、Ｓｉ−Ｓｉのσ結合を切断するために必要なエネルギーになっている。
また、上記した紫外線照射処理工程におけるパターニング材料２０２のガラス状化は、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との関数に依存するので、パターニング材料２０２をガラス状化するには、ＦＴ−ＩＲによるピーク判定、屈折率変化などを評価することにより、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との適切な値を選択すればよい。本願発明者の実験によれば、ポリメチルフェニルシランよりなるパターニング材料２０２の膜厚が厚さ２μｍ程度である場合には、波長３００〜４００ｎｍの紫外線を３〜５分間照射することにより、パターニング材料２０２の膜全体をおおよそガラス化することができた。
（４）上記した第１の実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明による微細パターン形成方法の第２の実施の形態について説明するが、上記において説明した本発明による微細パターン形成方法の第１の実施の形態と同一または相当する構成や作用ならびに処理内容については、当該第１の実施の形態と同一の用語や符号を用いて示すことにより、それらの詳細な説明は適宜に省略する。
【００４６】
この本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法は、以下の点で上記した第１の実施の形態とは異なる。
即ち、第１の実施の形態では、一連の処理工程中において、紫外線をモールド２００側から照射して当該紫外線がモールド２００を透過してパターニング材料２０２に照射されるようにしたり、あるいは、パターニング材料２０２が形成される基板２０４をＳｉＯ２などの紫外線を透過する材料により構成し、紫外線を基板２０４側から照射して当該紫外線が基板２０４を透過してパターニング材料２０２に照射されるようにして、パターニング材料２０２全体を光酸化させてガラス状にした。即ち、第１の実施の形態では、１回の紫外線の照射により、パターニング材料２０２全体を光酸化させてガラス状にした。
これに対して、第２の実施の形態においては、紫外線を基板２０４側からパターニング材料２０２へ照射する第１回目の照射と、紫外線をモールド２００側からパターニング材料２０２へ照射する第２回目の照射との２回の紫外線の照射を行うようにした。
その際に、紫外線を基板２０４側からパターニング材料２０２へ第１回目の照射においては、モールド２００とポリシランよりなるパターニング材料２０２との界面が固着しないように、当該界面付近はポリシラン領域を残すような条件でパターニング材料２０２の光酸化を行うものである。
なお、第１の実施の形態において説明したように、パターニング材料２０２のガラス状化は、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との関数に依存するので、モールド２００とパターニング材料２０２との界面付近にポリシラン領域を残すようにパターニング材料２０２をガラス化するには、ＦＴ−ＩＲによるピーク判定、屈折率変化などを評価することにより、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との適切な値を選択すればよい。
こうした第１回目の紫外線の照射では、モールド２００とパターニング材料２０２との固着が抑止されて、モールド２００とパターニング材料２０２との離形性を維持されているので、パターニング材料２０２からモールド２００を容易に離形することができる。
そして、パターニング材料２０２からモールド２００を離形した後に、モールド２００側からパターニング材料２０２に残されたポリシラン領域を光酸化するように第２回目の紫外線の照射を行い、パターニング材料２０２全体を光酸化させて全体のガラス状化を図るものである。
こうした第２の実施の形態によれば、
（１）モールド２００とパターニング材料２０２との離形性の向上により、パターニング材料２０２におけるパターン形成の歩留まりが向上する、
（２）基板２０４とポリシランよりなるパターニング材料２０２との密着性が向上する、
（３）基板２０４側とモールド２００側というパターニング材料２０２の上部と下部からの紫外線照射によるポリシランの全面無機化により、２００℃以下という低温でのポストベーク処理による熱酸化を行うことができる（なお、第１の実施の形態におけるポストベーク処理は、例えば、３５０℃で行っており、この熱酸化によりパターニング材料２０２全体の無機化を行っていた。）、
という優れた作用効果が奏される。
【００４７】
以下、上記した本発明による微細パターン形成方法の第２の実施の形態について詳細に説明するが、この本発明による微細パターン形成方法の第２の実施の形態を実施するに際してパターニング材料とモールドとを圧接するためには、例えば、図１２に示すナノインプリント装置１０’を用いる。
まず、このナノインプリント装置１０’は、サンプルホルダー１２の下部に、パターニング材料２０２に対して紫外線照射を行うための超高圧水銀ランプ１６’が配設されている点において、図２に示すナノインプリント装置１０と異なる。
また、このナノインプリント装置１０’においては、サンプルホルダー１２の下部からパターニング材料２０２に対して紫外線を照射することができるように、サンプルホルダー１２ならびにヒーター１２ａが適宜に配置されているとともに、基板２０４が紫外線を透過するＳｉＯ２により構成されているものとする。
【００４８】
次に、図１３に示す本発明による微細パターン形成方法の処理手順を示すフローチャートならびに図１４に示す当該処理手順における各ステップ（後述する。）の概念説明図を参照しながら、本発明による微細パターン形成方法によってパターニング材料２０２に対してモールド２００に形成された微細パターンを転写するナノインプリント処理について説明する。
ここで、第１のステップたるプリベーク処理工程（ステップＳ１３０２）は、第１の実施の形態におけるプリベーク処理工程（ステップＳ３０２および図４（ａ））と同様の処理であり、また、第２のステップたるプレス処理工程（ステップＳ１３０４）は、第１の実施の形態におけるプレス処理工程（ステップＳ３０４および図４（ｂ））と同様の処理であるため、それぞれ詳細な説明は省略する。
【００４９】
次に、第２のステップたるプレス処理工程（ステップＳ１３０４）を終了すると、本発明による微細パターン形成方法の第３のステップたる第１回目紫外線照射処理工程として、モールド２００をパターニング材料２０２に圧接した状態のままで、超高圧水銀ランプ１６’を点灯して、基板２０４の下方向から波長３６５ｎｍを主波長とする紫外線を照射する（ステップＳ１３０６および図１４（ａ）を参照する。）。なお、超高圧水銀ランプ１６’の出力は、例えば、２５０Ｗである。
ここで、サンプルホルダー１２の下部からパターニング材料２０２に対して紫外線を照射することができるように、サンプルホルダー１２ならびにヒーター１２ａが適宜に配置されているとともに、基板２０４が紫外線を透過するＳｉＯ２により構成されているため、紫外線は基板２０４を透過してパターニング材料２０２へ照射され、パターニング材料２０２が光酸化される。
なお、パターニング材料２０２への紫外線の照射に伴う光酸化によるガラス状化に関しては、上記した第１の実施の形態の場合と同様であるので説明を省略する。
また、この第１回目紫外線照射処理工程においては、モールド２００とポリシランよりなるパターニング材料２０２との界面が固着しないように、当該界面付近はポリシラン領域を残すような条件でパターニング材料２０２の光酸化を行う。
即ち、パターニング材料２０２へ紫外線を照射する際に、はじめに超高圧水銀ランプ１６を点灯してモールド２００側から紫外線の照射を行うと、パターニング材料２０２の光酸化がモールド２００側から進むため、モールド２００がパターニング材料２０２の同種物質であるＳｉＯ２製などである場合には、パターニング材料２０２がモールド２００と固着し、パターニング材料２０２からモールド２００を離形することが困難になる（図１５（ａ）参照）。
このため、この第２の実施の形態においては、パターニング材料２０２へ紫外線を照射する際に、はじめに超高圧水銀ランプ１６’を点灯して基板２０４側から紫外線の照射を行い、モールド２００とポリシランよりなるパターニング材料２０２との界面が固着しないように、当該界面付近はポリシラン領域を残すようようにした（図１５（ｂ）参照）。
即ち、第１回目紫外線照射処理工程における紫外線照射は、モールド２００とポリシランよりなるパターニング材料２０２との界面まで全てが光酸化されないように、照射時間、パワーをコントロールすることにより行う。このことにより、モールド２００とポリシランよりなるパターニング材料２０２と界面は、ポリシランのまま残されるのでモールド２００の離形が容易になる。
また、パターニング材料２０２とＳｉＯ２製の基板２０４との密着性は高まり、モールド２００をパターニング材料２０２から離形するときに、基板２０４からのポリシランの剥離が激減した。
【００５０】
次に、第３のステップたる第１回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３０６）を終了すると、第４のステップたるリリース処理工程（ステップＳ１３０８および図１４（ｂ）を参照する。）へ進み、第４のステップたるリリース処理工程（ステップＳ１３０８）を終了すると、第５のステップたる酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ１３１０および図１４（ｃ）を参照する。）へ進む。
ここで、第４のステップたるリリース処理工程（ステップＳ１３０８）は、第１の実施の形態におけるリリース処理工程（ステップＳ３０８および図４（ｄ））と同様の処理であり、また、第５のステップたる酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ１３１０）は、第１の実施の形態における酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ３１０および図５（ａ））と同様の処理であるため、それぞれ詳細な説明は省略する。
【００５１】
次に、第５のステップたる酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ１３１０）を終了すると、本発明による微細パターン形成方法の第６のステップたる第２回目紫外線照射処理工程として、超高圧水銀ランプ１６を点灯して、モールド２００が離形されたパターニング材料２０２に対し、モールド２００によりパターンを形成された側から波長３６５ｎｍを主波長とする紫外線を照射する（ステップＳ１３１２および図１４（ｄ）を参照する。）。なお、超高圧水銀ランプ１６の出力は、例えば、２５０Ｗである。
この第２回目紫外線照射処理工程により、第１回目紫外線照射処理工程では光酸化されていないパターニング材料２０２のポリシラン領域を光酸化させて、パターニング材料２０２全体のガラス状化を行う。
【００５２】
次に、第６のステップたる第２回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３１２）を終了すると、第７のステップたるポストベーク処理工程（ステップＳ１３１４）へ進む。
ここで、第７のステップたるポストベーク処理工程（ステップＳ１３１４）は、第１の実施の形態におけるポストベーク処理工程（ステップＳ３１２および図５（ｂ））と同様の処理であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
即ち、この第２の実施の形態においては、第１回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３０６）のみでは、パターニング材料２０２の上部、即ち、パターンが形成された領域にポリシラン領域が残ることになる。これでは機械的強度、薬品耐性が低下するため、パターニング材料２０２を離形した後に、酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ１３１０）、第２回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３１２）、ポストベーク処理工程（ステップＳ１３１４）の無機化工程を行って、第１回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３０６）で光酸化されなかった領域も含めてガラス状化する（図１６参照）。
また、この第２の実施の形態においては、無機化工程として、第２回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３１２）による光酸化とポストベーク処理工程（ステップＳ１３１４）による熱酸化との２種類行っている。これら紫外線照射およびポストベークによりパターンが鈍るのを抑制するために、第２回目紫外線照射処理工程（ステップＳ１３１２）を行う前に、酸素プラズマ照射処理工程（ステップＳ１３１０）によりポリシラン領域の表面を酸化させて硬質膜にしている。その後に、第２回目紫外線照射処理工程によりポリシラン領域を光酸化し、その後にポストベーク処理により架橋をさらに進行させ硬化させている。
【００５４】
以下に本願発明者により行われた実験の結果について説明するが、この実験においては、ポリシランとしてポリメチルフェニルシランを用いた。
まずはじめに、ポストベーク処理に伴う薬品耐性変化を調べる実験について説明する。この実験においては、薬品耐性を調べるために、アセトン中で第１の実施の形態によりパターニングした試料と第２の実施の形態によりパターニングした試料とをそれぞれ超音波洗浄し、洗浄後の各試料の状態を観察した。
図１７（ａ）（ｂ）は、上記の薬品耐性変化に関する実験結果を示すグラフであり、図１７（ａ）は第１の実施の形態によりパターニングした試料による実験結果を示し、一方、図１７（ｂ）は第２の実施の形態によりパターニングした試料による実験結果を示している。また、この図１７（ａ）（ｂ）のグラフにおいては、横軸に洗浄時間（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｔｉｍｅ）をとり、縦軸に高さ比（Ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）をとっている。なお、高さ比は、「高さ比＝（洗浄後のパターンの高さ）／（ポストベーク処理直後のパターンの高さ）」とした。
なお、実験に用いた第１の実施の形態によりパターニングした試料は、ポストベーク処理を行っていないもの（図１７（ａ）における「未処理」）と、１５０℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ａ）における「１５０℃」）と、２００℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ａ）における「２００℃」）と、２５０℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ａ）における「２５０℃」）と、３００℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ａ）における「３００℃」）と、３５０℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ａ）における「３５０℃」）とである。
一方、実験に用いた第２の実施の形態によりパターニングした試料は、ポストベーク処理を行っていないもの（図１７（ｂ）における「未処理」）と、５０℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ｂ）における「５０℃」）と、１００℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ｂ）における「１００℃」）と、１５０℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ｂ）における「１５０℃」）と、２００℃でポストベーク処理を行ったもの（図１７（ｂ）における「２００℃」）とである。
この実験結果によれば、第１の実施の形態によりパターニングした試料も第２の実施の形態によりパターニングした試料も、未処理のもの、即ち、パターンが形成された領域がポリシラン領域として残されているものは、いずれも１０秒の超音波洗浄でパターンが完全に消失した。
また、洗浄時間が経過してもパターンが変化しないようにするためには、第１の実施の形態によれば熱酸化によりパターン全体をガラス化させていたため、ポストベーク処理として３５０℃のベークが必要であった。一方、第２の実施の形態によれば、２００℃のベークでも十分な薬品耐性を有するものであった。
従って、第２の実施の形態によれば、熱処理を嫌う材料（例えば、有機材料）などを同時に使用することが可能になり、また、２００℃という温度ではポリシランの熱収縮がないので、そうした熱収縮を考慮する必要がない。
即ち、第１の実施の形態においては、ポストベーク処理の熱酸化によりポリシラン全体を酸化させていたため３５０℃のベークが必要になり、最終的に５％程度のパターンの収縮が生じていた。しかしながら、第２の実施の形態によれば、紫外線照射の光酸化によりパターン全体をガラス化させるため、２００℃という低温のポストベーク処理でもアセトン中でモールド２００通りのパターン形状を維持することができた。
【００５５】
また、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法によれば、図１８として提示する走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図に示すように、上記した第１の実施の形態と同じ８０℃、２ＭＰａ、１０秒間という低温、低圧、短時間でインプリントした試料において、５０ｎｍのＬ＆Ｓ（Ｌｉｎｅ  ＆  Ｓｐａｃｅ：ラインアンドスペース）を達成することができた。なお、アスペクト比は、２程度である。
即ち、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法を用いると、例えば、８０℃、２ＭＰａ、１０秒間という低温、低圧、短時間の条件下で、５０ｎｍの構造のパターンニングが可能である。
なお、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法を用いても、図１８に示すと同様な結果が得られる。
つまり、本発明による微細パターン形成方法によれば、５０ｎｍ〜２５μｍというナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの構造を作製することができる。従って、モールドを準備することができれば、５０ｎｍ以下の構造もパターニングすることが可能であり、さらに、５０ｎｍ〜２５μｍという大きさの著しく異なる構造や高アスペクト比の構造を一括でパターニングすることが可能である。なお、こうした大きさが著しく異なるパターン、高アスペクト比構造の一括転写は、通常のガラス材料では不可能であるが、ポリシランを利用した本発明による微細パターン形成方法によれば実現可能である。
【００５６】
さらに、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法によれば、図１９（ａ）（ｂ）および図２０（ａ）（ｂ）として提示する走査型電子顕微鏡で観察した状態を示す説明図に示すように、上記した８０℃、２ＭＰａ、１０秒間という条件において、８０℃の温度条件を室温に変えた場合でもパターニング材料２０２にパターンを形成することができた。
即ち、図１９（ａ）および図２０（ａ）はモールド２００を示し、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）はモールド２００によりインプリントされたパターニング材料２０２を示すものであるが、図１９（ａ）（ｂ）に示すエアーホール構造（Ａｉｒ−ｈｏｌｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の場合は、ほぼ完全にパターニングされている。一方、図２０（ａ）（ｂ）に示すＬ＆Ｓ（Ｌｉｎｅ  ＆  Ｓｐａｃｅ：ラインアンドスペース）パターンの場合は、不完全な場合もあり、パターン精度は構造の形状や大きさなどに依存すると考えられるため、アプリケーションによって条件出しが必要である。
本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法を用いると、上記したように室温でインプリントができるので、昇降温が不必要となるのでプロセスの短時間化が可能になり、例えば、従来では１分かかっていたものをその半分の３０秒に短縮することができる。
なお、本発明の第１の実施の形態による微細パターン形成方法を用いても、図１９（ａ）（ｂ）および図２０（ａ）（ｂ）に示すと同様な結果が得られる。
【００５７】
また、本発明の第２の実施の形態による微細パターン形成方法によれば、図２１（ａ）に示すように、ポストベーク処理におけるベーク温度（Ｂａｋｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の上昇に伴い、ビッカース硬さ（Ｖｉｃｋｅｒｓ  ｈａｒｄｎｅｓｓ）が向上した。具体的には、４５０℃でポストベーク処理した際のビッカース硬さは３００ＨＶとなっており、低融点ガラスのビッカース硬さは３５０ＨＶであるので、低融点ガラス程度の硬さが得られた。また、ＰＭＭＡのビッカース硬さは１００ＨＶであるので、ＰＭＭＡの３倍程度のビッカース硬さが得られる。なお、４５０℃以上のベークによりさらに硬い材料が得られる可能性がある。
こうしたポリシランの硬度上昇は、ポストベーク処理におけるベーク温度の上昇に伴ってポリシラン側鎖についている官能基（メチル基）の脱離することによるものであることが、フーリエ変換型赤外分光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）によるＦＴ−ＩＲ測定よりわかった（図２１（ｂ）参照）。この図２１（ｂ）に示すグラフより、さらなるベークにより硬度が上昇する可能性があると考えられ、また、ポリシランのメチル鎖を脱離しやすい官能基（例えば、フェニル基）に置換することにより、さらに低温のベークで硬度の高いパターニングが可能になると考えられる。
【００５８】
なお、上記した第２の実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。
（１）上記した第２の実施の形態においては、パターニング材料２０２に対して波長３６５ｎｍを主波長とする紫外線を照射するようにしたが、紫外線の波長は、例えば、波長３００〜４００ｎｍの範囲で適宜に選択すればよい。なお、これは、Ｓｉ−Ｓｉのσ結合を切断するために必要なエネルギーになっている。
また、上記した紫外線照射処理工程におけるパターニング材料２０２のガラス状化は、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との関数となり、パターニング材料２０２を完全にガラス化するには、ＦＴ−ＩＲによるピーク判定、屈折率変化などを評価することにより、パターニング材料２０２の膜厚と紫外線の照射時間との適切な値を選択することができる。本願発明者の実験によれば、ポリメチルフェニルシランよりなるパターニング材料２０２の膜厚が厚さ２μｍ程度である場合には、波長３００〜４００ｎｍの紫外線を３〜５分間照射することにより、パターニング材料２０２の膜全体をおおよそガラス化することができた。
（２）上記した第２の実施の形態においては、モールド２００の上部に配置された超高圧水銀ランプ１６とは別に、サンプルホルダーの下部に超高圧水銀ランプ１６’を配置するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、単一の超高圧水銀ランプを移動自在に配置して、所望の方向からパターニング材料２０２に対して紫外線を照射することができるようにしてもよい。
（３）上記した第２の実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００５９】
〔第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態の変形例〕
なお、上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態は、以下の（１）乃至（７）に示すように変形することができるものである。
（１）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、プリベーク処理工程からポストベーク処理工程までの一連の工程を行って、微細パターン内の欠陥を減少させ、かつ、耐熱性、耐薬品性、硬度を著しく向上させたが、これに限られるものではないことは勿論であり、用途に応じては、プリベーク処理工程とポストベーク処理工程とを両方行わなかったり、あるいは、プリベーク処理工程とポストベーク処理工程とのいずれか一方を行わなくてもよい。その場合でも、上記した第１の実施の形態のように、パターニング材料２０２に微細パターンを形成した後に、当該パターニング材料２０２に対して紫外線を照射して光酸化によりパターニング材料２０２全体をガラス状化し、さらにそのパターニング材料２０２に酸素プラズマを照射することにより表面を酸化させて硬化を図り、無機化されたパターニング材料２０２を得ることができる。また、上記した第２の実施の形態のように、パターニング材料２０２に微細パターンを形成した後に、第１回目の紫外線の照射として当該パターニング材料２０２に対して基板２０４側から紫外線を照射して、当該パターニング材料２０２とモールド２００との界面付近の領域を残して当該パターニング材料２０２を光酸化によりガラス状化し、さらにそのパターニング材料２０２に酸素プラズマを照射することにより表面を酸化させて硬化を図り、それから上記第１回目の紫外線の照射で光酸化によりガラス状化されなかった領域を光酸化によりガラス状化するための第２回目の紫外線を照射してガラス状化することによって、無機化されたパターニング材料２０２を得ることができる。
（２）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、パターニング材料にポリフェニルメチルシランを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、紫外線の照射によりＳｉ−Ｓｉ結合がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変化する材料、例えば、ポリフェニルメチルシラン以外のポリシランである
【化２】
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【化３】
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【化４】
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【化５】
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【化６】
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のような他のポリシランをパターニング材料として用いることも可能である。
（３）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、紫外線を透過する石英ガラスによりモールド２００を形成したが、モールド２００を形成する材料は石英ガラスに限られるものではなく、紫外線を透過する材料であれば他の材料を用いることができる。なお、上記した第１の実施の形態に関しては、基板２０４を石英ガラスなどの紫外線を透過する材料により構成した場合には、モールド２００は紫外線を透過しない材料により構成するようにしてもよい。
（４）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、基板２０４上に形成されたパターニング材料２０２に微細パターンを形成する場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明は種々の分野における種々のパターニング材料に微細パターンを形成する際に用いることができる。
（５）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、紫外線を照射するための光源として超高圧水銀ランプを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、３００〜４００ｎｍの紫外線を発生する光源であればよく、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプあるいはＤｅｅｐ−ＵＶランプなども紫外線を発生する光源として用いることができる。
（６）上記した第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態においては、温度、圧力、処理時間、紫外線の波長、酸素プラズマの流量や圧力などについて具体的な数値を示したが、これらは例示にすぎないものであることは勿論であり、微細パターンの形状や、モールド２００やパターニング材料２０２を構成する材料などに応じて、適宜に変更してよいことは勿論である。
（７）上記した第１の実施の形態、第２の実施の形態ならびに上記した（１）乃至（６）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、耐久性や高アスペクト比構造が必要な素子などの作製に利用することができるものであり、例えば、フォトニック結晶などの光デバイス、バイオチップなどの流路形成、ストレージデバイス、ナノインプリント用モールド、マイクロレンズあるいはディスプレイなどを製造する際の微細パターンの形成などに利用することができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２１】
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【図１】
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【図９】
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【図１０】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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