(57)【要約】  【課題】  １つの型で多彩な微細な凹凸パターンを転写し得る、汎用性のある型を提供するものである。  【解決手段】  ダイヤモンドを主成分とする型１であり、一方の表面に汎用性のある微細な凹凸パターン３を有し、反凹凸パターン３側の表面に、凹凸パターン３に対応する部位を加熱するための通電により発熱する抵抗発熱部４を具えてなる。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドを主成分とする型であり、一方の表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有し、反凹凸パターン側の表面に、凹凸パターンに対応する部位を加熱するための通電により発熱する抵抗発熱部を具えてなることを特徴とする型。
【請求項２】
抵抗発熱部が線状あるいは格子状に構成され、電気回路制御により所望の位置のみで発熱できる構成であり、その位置に対応する微細な凹凸パターン部のみが加熱される請求項１に記載の型。
【請求項３】
ダイヤモンドを主成分とする型であり、一方の表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有し、凹凸パターンに対応する部分とそうでない部分との光透過性に差異を有することを特徴とする型。
【請求項４】
反凹凸パターン側の表面の、凹凸パターンに対応する位置に光学レンズを有する請求項３に記載の型。
【請求項５】
導電性領域と非導電性領域とを有し、導電性領域に汎用性のある微細な凹凸パターンが形成されており、所定導電性領域のみに通電することのできるダイヤモンド型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な凹凸パターンを半導体などの被加工基板の表面に転写して微細加工を行うための型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０００−２３２０９５号公報（特許文献１）や特開２００１−２７７２００号公報（特許文献２）あるいは「圧力技術  第４０巻第３号  ２００２  第３８〜４３頁」（非特許文献１）などに説明されているように、最近、フォトリソグラフィーやＥＢリソグラフィーに代わる技術として、マイクロインプリンティングやナノインプリンティングと呼ばれる手法（以下、ナノインプリンティング法と称す）が提唱されている。これらは微細な凹凸パターンを有するモールド（型）に流動性を有する物質を型に流し込んだり、塑性変形できる物質に押し込むことで、微細な３次元パターンを形成する方法である。
【０００３】
上記ナノインプリンティング法は、従来のリソグラフィーよりも安価に微細なパターンを形成できるとされ、多品種少量生産のＭＥＭＳ（マイクロマシン）などの製造に適する手法と目されている。
【０００４】
一方、半導体素子回路に代表されるリソグラフィー工程技術では比較的安価なフォトマスクを用いて２次元あるいは３次元の微細パターンを成形することができる。しかし、従来のフォトリソグラフィープロセスで３次元構造を作り出すには、幾通りもマスクを使って多数の工程を要する、あるいは高価な装置を使って３次元加工する必要がある。
【０００５】
ところが、上述した鋳型に代表される型を使用すれば、３次元構造は比較的簡便に実現でき、工程数が少なくなることで全体のプロセスコストが低減できる。しかし、この型を使用する場合であっても、型そのものは汎用性が小さく、多品種少量生産に適した手法として注目を集めるものの、実際には少量生産には適さない、あるいはコスト低減が図りにくい、という問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−２３２０９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２７７２００号公報
【非特許文献１】「圧力技術」第４０巻第３号  ２００２  第３８〜４３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みなしたもので、その目的は、１つの型で多彩な微細な凹凸パターンを転写し得る、汎用性のある型を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記の目的を達成すべく鋭意検討研究を重ねた。その過程で、非特許文献１に説明されているダイヤモンドモールド（型）に着目した。そして、更なる研究を重ねることにより、以下に詳細を説明する本発明に到達したものである。
【０００８】
請求項１に係る発明の型は、ダイヤモンドを主成分とする型であり、一方の表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有し、反凹凸パターン側の表面に、凹凸パターンに対応する部位を加熱するための通電により発熱する抵抗発熱部を具えてなるものである。
【０００９】
上記請求項１に係る発明の構成では、表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有する型に、その型の反凹凸パターン側の表面に、凹凸パターンに対応する部位を加熱するための通電により発熱する抵抗発熱部を具えているので、その抵抗発熱部を局所的に通電して加熱し、これに対応した凹凸パターンの周りのみを硬化変質させることにより、所望の型パターンを熱硬化性樹脂などの被加工基板に転写させることができる。なお、抵抗発熱部は、反凹凸パターン側の表面の凹凸パターンに対応する部位に抵抗発熱体を設置したり、埋め込むことで形成できる。また、凹凸パターンの形状は従来より採用されている格子状又はドット状など任意の形状が採用できる。
【００１０】
また、型本体は、インプリンティング型に最も適した材料として、ダイヤモンドが挙げられる。これはダイヤモンドが、熱伝導性、機械的強度、化学的安定性、光透過度、離面性などインプリンティング型に必要な特性を兼ね備えているためである。上記請求項１に係る発明は、このダイヤモンドの特性のうち、特に優れた熱伝導性と小さな比熱を活かした場合のものである。また、ダイヤモンドは通常、絶縁性であるが、ボロンをドーピングすることにより、導電性を付与することができる。その場合、抵抗率は１Ｅ０〜１Ｅ−２Ωｃｍ程度であるので、導電性を有する部分をレスポンスの高い抵抗発熱部としてダイヤモンド型に埋め込むことができる。
【００１１】
請求項２に係る発明の型は、上記請求項１に係る発明の型において、抵抗発熱部が線状あるいは格子状に構成され、電気回路制御により所望の位置のみで発熱できる構成であり、その位置に対応する微細な凹凸パターン部のみが加熱されるものである。この構成によれば、上記請求項１に係る発明の型が奏する作用効果をより確実に得ることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明の型は、ダイヤモンドを主成分とする型であり、一方の表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有し、凹凸パターンに対応する部分とそうでない部分との光透過性に差異を有するものである。
【００１３】
上記請求項３に係る発明の構成では、表面に汎用性のある微細な凹凸パターンを有する型の、その凹凸パターンに対応する部位とそうでない部分とに光透過性に差異を持たせているので、その光透過性に差異を有する部分に紫外線などの光を局所的に照射することで、その照射部分に対応した凹凸パターンの周りのみを光で硬化変質させることができ、これにより、所望の型パターンを光硬化材などの被加工基板に転写させることができる。この場合、光の波長によって分解能に限界はあるが、それでも表面の凹凸に比べてより微細なパターンを作り出すことができる。
【００１４】
請求項４に係る発明の型は、上記請求項３に係る発明の型において、反凹凸パターン側の表面の、凹凸パターンに対応する位置に光学レンズを有するものである。このように反凹凸パターン側の表面に光学レンズを配置することで、紫外光などの光を集光し、所望の位置の光硬化材などの被加工基板を硬化させるなどにより、所望の型パターンを光硬化材などの被加工基板に転写させることができる。
【００１５】
なお、上記請求項３と４に係る発明は、ダイヤモンドの特性のうち、特に優れた光透過性を活かした場合のものである。この発明の場合も、ダイヤモンドにドーピングすることにより、ドーピングしていない部分は透過率が大きい一方、ボロンや窒素などの不純物をダイヤモンドに混入することで光透過率を低めることもできる。これにより、ダイヤモンド型の特定領域のみに光を透過させるようにできる。
【００１６】
請求項５に係る発明の型は、導電性領域と非導電性領域とを有し、導電性領域に汎用性のある微細な凹凸パターンが形成されており、所定導電性領域のみに通電することができるものである。
【００１７】
上記請求項５に係る発明の構成では、導電性領域に汎用性のある微細な凹凸パターンが形成されており、その導電性領域の所定導電性領域のみに通電することができるので、その通電により、所望凹凸パターンに流し込まれた銅などの金属の被加工基板材は電流が流れ発熱し、微細な凹凸の隅々にまで被加工基板材が行きわたり、所望の型パターンを被加工基板に転写させることができる。すなわち、上記したように、ダイヤモンドは通常、絶縁性であるが、ボロンをドーピングすることにより、導電性を付与することができる。従って、被加工基板を鋳造により形成する場合、その鋳造しようとする材料が導電性を有するものであるならば、導電性ダイヤモンドで型表面の凹凸パターンを形成し、非導電性領域でパターンを区切っておけば、所望のパターンのみに通電し、その接触面で鋳造しようとする材料の流動性を制御して所望の凹凸パターンを転写できることになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に係る型によれば、型表面に一般的な微細凹凸パターンを有しているが、その凹凸パターンに対応して配置された抵抗発熱部、光透過部、あるいは導電性部により、任意の凹凸パターン部の周囲を鋳形することができるので、１つの型で多彩な微細な凹凸パターン形状を転写することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る型の説明図であって、ａは斜視図、ｂはａの背面図である。
【００２０】
型１は、型本体２、その一方面（表面）に形成された微細な凹凸パターン３及び裏面に設置された抵抗発熱部４とを具えて構成されている。型本体２は、例えばＣＶＤ法などで作製したダイヤモンド板などで形成されている。微細な凹凸パターン３は、詳細を後記するように、その凸部５が型本体２と一体に形成されたもの、あるいは別材質（アルミ等）で形成されたものがある。また、抵抗発熱部４は、本例では市販のフィルムヒータ６が用いられ、表面の凹凸パターン３に対応する裏面に、凸部５に沿わせて設置されている。
【００２１】
次に、上記型１の形成方法について説明する。
型本体２としてＣＶＤ法で作製した２０ｍｍ四方、厚さ０．１ｍｍのダイヤモンド板を用意し、この表面に６μｍ径のアルミドットをパターン形成した。これをドライエッチング法により加工し、高さ１０μｍの円柱状の凸パターン５を形成した（図１ａ参照）。なお、エッチングは、酸素、フッ素、塩素を含むガスを用いて行ったが、最終工程で水素を含むガスを用いて、ダイヤモンド表面が水素で終端される領域を少なくとも表面の一部には形成した。
【００２２】
型本体２の反凹凸パターン面（裏面）に、市販のフィルムヒータ６を融着したり、あるいはシャドーマスクを使って白金薄膜を蒸着し、型表面の凹凸パターン３に対応した部位を抵抗加熱できるように抵抗発熱部４を設置した（図１ｂ参照）。なお、抵抗発熱部４は、本例のように後から追加せずとも、予め導電性ダイヤモンドとして任意の形状で型本体２に造り込むこともできる。その造り込みは、例えば気相中にホウ素を混ぜてダイヤモンドをＣＶＤ成膜する際に、所定の抵抗発熱部パターンを予め形成したり、イオン注入等の手法で型本体２のダイヤモンド板に導電性部分を形成したりすればよい。図２はそのように造り込んだ場合の格子状の導電性部７からなる抵抗発熱部４である。また、抵抗発熱部４の型本体２と接合しているのと反対側に、断熱材や熱反射材の類および温度センサを設置することも有用で、保熱効果や所望加熱温度の制御が期待できる。
【００２３】
また、上記導電性ダイヤモンドの造り込みの要領と同様の手法により、光透過性の高い部分と低い部分を作り分けた型を形成することができる。
【００２４】
型本体２のダイヤモンド板をＣＶＤ法により作製する場合について更に詳細を図３を参照して説明する。ＣＶＤダイヤモンドの成膜は、まずシリコン等の基板８を準備する（図３ａ）。この基板８の一方面にＣＶＤ法によりダイヤモンド９を成膜する（図３ｂ）。次いで、反基板８側のダイヤモンド成膜表面を樹脂１０などで被覆する（図３ｃ）。被覆後、基板８を除去する（図３ｄ）。このようにして成膜されたＣＶＤダイヤモンド板９は、昔から言われるように、その成膜表面（反基板８側の面）には顕著な凹凸があるが、裏面（基板８と接する側の面）は比較的平坦なので、成膜表面を樹脂等で被覆し、裏面を研磨し、微細な凹凸パターンを形成する面とすることで型の形成コストを抑えることができる。また、ＣＶＤダイヤモンドの場合は内部応力のためにわん曲していることもあるが、前記の方法なら、ダイヤモンドの研磨加工は一方面だけで済み、型として重要な表裏面同士の平行度を確保しやすい。また、必要に応じて、微細な凹凸パターンを形成する側と反対側の面に弾性の高い材料を配置し、剛性の高いダイヤモンドのみで構成した型にはない弾性を付与することも可能である。
【００２５】
上記の例では、ダイヤモンド板９の微細な凹凸パターンを形成する面は平坦に形成し、その後に凹凸パターンを形成する場合を例としたが、図４に示すように、シリコン等の基板８の表面に微細な凹部１１を形成しておき、上記と同様にＣＶＤ法によりダイヤモンドを成膜することにより、型本体２に一体的に凸部１２を形成して微細な凹凸パターンを造り込むことも可能である。このようにして作製したダイヤモンド型は、研磨加工を省略することが可能であるし、より微細な凹凸パターンを追加工するときも、平面からスタートするよりも加工工程が少なくて済むメリットがある。
【００２６】
図５は、型本体のダイヤモンド板をダイヤモンドレンズ型としてＣＶＤ法により作製する場合の工程の概要を示す説明図である。まず、レンズ型１３を彫り込んだモリブデン基板１４を準備する（図５ａ）。この基板１４の一方面にＣＶＤ法によりダイヤモンド１５を成膜する（図５ｂ）。次いで、反基板１４側のダイヤモンド成膜表面を研磨する（図５ｃ）。更にこの研磨した表面に微細な凹凸パターン１６を形成する（図５ｄ）。形成後、基板１４を除去してダイヤモンドレンズ型１５とする（図５ｅ）。このように形成したダイヤモンドレンズ型１５を集光レンズとして紫外光を集中して、ダイヤモンド型よりもさらに微細なパターンを形成することも可能となる。
【００２７】
次に、微細な凹凸パターンを有するダイヤモンド型に鋳造用の材料を鋳込むことで微細な凹凸パターンを有する被加工基板を作製する場合について説明する。
【００２８】
鋳造用の材料、例えば熱硬化性プラスチックを、抵抗発熱部を具えるダイヤモンド型に対して鋳込んだ後（鋳込みを真空中で行えば、微細な凹凸パターンの隅々まで行き亘らせ易い）、所定の位置のみを抵抗発熱部を通して加熱し、硬化させることができる。逆に高温に熱した金属や熱可塑性樹脂を鋳込む場合は、ダイヤモンド型の特定領域を予め加熱しておけば、当該領域以外のパターン周辺で固化する。いずれの場合にも、一般的に鋳造材の体積変化率（熱膨張率）はダイヤモンド型とは異なるので、簡単に離型できる。
【００２９】
ダイヤモンド型の導電部に１００Ｖの電圧を印加しながら、銅を溶融して流し込んだ。一般には、銅のような金属は、微細な凹凸の間に入るとすぐに固化するが、本実施例では、電極間に電圧を印加しているので、微細な凹凸間に溶融した銅が入り込むとその途端に電極を介して銅に電流が流れ、凹凸部に接している部分の銅が発熱することになり、微細な凹凸の隅々にまで銅が入り込むことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る型の説明図であって、ａは斜視図、ｂはａの背面図である。
【図２】本発明に係る別の形態の型の背面図である。
【図３】本発明に係る型本体のダイヤモンド板をＣＶＤ法により作製する場合の工程の概要を示す説明図である。
【図４】本発明に係る別の形態の型本体のダイヤモンド板をＣＶＤ法により作製する場合の工程の概要を示す説明図である。
【図５】本発明に係る型本体のダイヤモンド板をダイヤモンドレンズ型としてＣＶＤ法により作製する場合の工程の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：型                  ２：型本体              ３：凹凸パターン
４：抵抗発熱部          ５：凸部                ６：フィルムヒータ
７：導電性部            ８：シリコン等の基板    ９：ダイヤモンド
１０：樹脂              １１：凹部              １２：凸部
１３：レンズ型          １４：モリブデン基板    １５：ダイヤモンド
１６：微細な凹凸パターン
【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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