(57)【要約】【課題】  転写するパターンが超微細であっても、効率良くかつ低コストで型を製作することのできるパターン転写型の製作方法、パターン形成方法等を提供することを目的とする。【解決手段】  型材料１４０としてガラス状カーボンを用い、これをマスターパターンＰ０が形成されたマスター型１２０を有する成形型に充填し、これを硬化させて成形体１１０を得た後、成形体１１０を焼成し、所定のパターンＰ１が形成されたパターン転写型１００を製作するようにした。そしてこのパターン転写型１００を、基板の表層部のガラス転移温度以上の温度に加熱して基板に押し付けることで、基板に所定のパターンＰ１を転写形成するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に所定のパターンを転写するパターン転写型の製作方法であって、
成形型内に、流動性を有した型材料を充填する工程と、
前記成形型内に充填された前記型材料を硬化させて成形体を得る工程と、
前記成形体を焼成することで、表面に前記所定のパターンが形成され、かつ前記対象物のガラス転移温度よりも融点が高い前記パターン転写型を形成する工程と、
を含むことを特徴とするパターン転写型の製作方法。
【請求項２】
前記成形型に、前記成形体の表面に前記所定のパターンを形成するためのマスターパターンを形成しておき、
前記成形体を得る工程では、表面に、前記成形型の前記マスターパターンから転写されたパターンが形成された前記成形体を得ることを特徴とする請求項１に記載のパターン転写型の製作方法。
【請求項３】
前記成形型のベース材に、前記所定のパターンを有したマスクを用いた露光、およびエッチングを施すことで、前記成形型の前記マスターパターンを形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のパターン転写型の製作方法。
【請求項４】
前記型材料がガラス状カーボンの原料であり、前記パターン転写型がガラス状カーボンによって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパターン転写型の製作方法。
【請求項５】
パターン転写型で基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成されたガラス状カーボン製のパターン転写型を、前記基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱した状態の前記基板に押し付けることで、前記パターン転写型のパターンを前記基板の表面に転写する工程と、
前記基板の表面の温度を前記ガラス転移温度未満に低下させ、前記パターンを定着させる工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】
前記パターン転写型のパターンを前記基板の表面に転写する工程では、前記パターン転写型を、前記基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱し、当該パターン転写型を前記基板の表面に押し当てることで、当該基板の少なくとも表面を前記所定の温度に加熱することを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
対象物に所定のパターンを転写するためのパターン転写型であって、
前記所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成され、前記対象物を形成する材料のガラス転移温度よりも高い融点を有したガラス状カーボンからなることを特徴とするパターン転写型。
【請求項８】
前記所定のパターンの幅方向の最小寸法が、１０ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項７に記載のパターン転写型。
【請求項９】
対象物に所定のパターンを形成するためのパターン転写型と、
前記対象物を保持する対象物保持部と、
前記対象物保持部に保持された前記対象物に前記パターン転写型を押し付けるプレス機構と、
前記対象物と前記パターン転写型のいずれか一方または双方を加熱する加熱機構と、を備え、
前記パターン転写型は、前記所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成され、前記対象物を形成する材料のガラス転移温度よりも高い融点を有したガラス状カーボンからなることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１０】
前記加熱機構は、前記対象物と前記パターン転写型のうち、熱容量の小さい方を加熱することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なパターン等を形成するためのパターン転写型の製作方法、パターン形成方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＬＳＩ（大規模集積回路）に代表される微細回路パターンを半導体基板（以下、単に基板と称する）上に形成するには、縮小投影露光方式が一般に用いられている。この方法は、ステッパと称される露光装置を用い、レチクル（マスク）上に描かれた回路パターンを、縮小光学系を通して基板上のレジスト表面に投影露光し、その露光を基板全域にわたって繰り返すことで、基板上に所定の微細回路パターンを形成している。
【０００３】
このようにして形成される基板の集積度を高めるには、回路パターンの線幅を狭めていく必要があり、現在主流の線幅１３０ｎｍから、今後１００ｎｍ以下の線幅に移行することが予想されている。
これに対応するには、投影露光に使用する光源の波長を短くする必要があり、現状でも、各露光装置メーカでは紫外（UV）光、遠紫外（DUV）光、極紫外（EUV）光等、短波長の光を光源とした露光装置の開発を進めている。
【０００４】
しかし、紫外レーザ光源等の短波長の光を光源として用いると、露光装置の投影光学系を構成するレンズやミラー、光源等に、わずかな温度変化や外部振動によって歪みや光源ノイズが生じる。このため、露光装置には、精度の高い温度管理や除振構造が要求され、その結果、こうした一連の機器によって構成される縮小投影式の露光装置は、装置価格が非常に高くなる（例えば数十億円）傾向にある。また、露光装置自体も大掛かりなものとなるため、設置スペースや消費電力が増大する傾向にある。
その結果、縮小投影式の露光装置を用いて製造される基板の生産コストが上昇することとなっている。
【０００５】
このような装置大型化やプロセスコストの高騰を防ぐことを目的として、超微細なパターンを基板上に形成する手法として、ナノインプリンティングプロセス技術が紹介された（例えば、非特許文献１参照。）。
このプロセスは、形成したいパターンが表面に作り込まれた型を用いて、基板上に設けられたレジスト材のガラス転移温度を超える温度に基板を熱し、その状態で型を基板面に押し付けて型を転写する方法である。この方法では、高価なレーザ光源や光学系を必要とせず、加熱用ヒータとプレス装置を基本とした簡易な構成であるにもかかわらず、型に作り込まれた形状をそのまま精度よく転写することが可能となっており、すでにこの方法によって約２０ｎｍの線幅を持つ細線が形成された報告がある（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００６】
【非特許文献１】G. M. Whitesides, J. C. Love、「ナノ構造を作る新技術」、“日経サイエンス”、日本経済新聞社、平成１３年（２００１年）１２月１日、３１巻、１２号、ｐ．３０−４１
【非特許文献２】C. M. Sotomayor, et. al.、“Nanoimprint lithography: an alternative nanofabrication approach”、「Materials Science & Engineering C」、Elsevier Science、平成１４年（２００２年）、９８９巻、ｐ．１−９
【０００７】
上記したようなプロセスでは、近年、ガラス基板のようなガラス転移温度が１０００℃前後の基板にパターンを転写することが望まれている。このような高温下でパターンを形成する場合、従来の金属製の金型では高温下での耐久性が低いため、高温でも強度の高いガラス状カーボン製の型が注目されている。
【０００８】
図１２に示すように、このようなガラス状カーボンを用いて型１を製作するには、ガラス状カーボンを所定の大きさのブロック状、プレート状に形成した後、その表面に、レーザ加工機２等によって、基板に所定のパターンを転写するための凹凸パターンＰを形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、レーザ加工機２によって型１の表面に形成される凹凸パターンＰは、基板上に超微細なパターンを形成するのであれば、当然のことながら、超微細であり、そのような凹凸パターンＰをレーザ加工機２で形成するのは難易度が高い。
そして、このように超微細で、難易度の高い凹凸パターンＰを形成するには自ずと時間がかかり、型製作のスループットが低下する要因となる。
さらに、高精度のレーザ加工を行うことのできるレーザ加工機２は、装置自体も高価であり、これが型１に凹凸パターンＰを形成するための加工コストに影響し、最終的には型１の製作コスト、基板の製作コストの上昇を招くことになる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、転写するパターンが超微細であっても、効率良くかつ低コストで型を製作することのできるパターン転写型の製作方法、パターン形成方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的のもと、本発明は、対象物に所定のパターンを転写するパターン転写型の製作方法であって、成形型内に、流動性を有した型材料を充填する工程と、成形型内に充填された型材料を硬化させて成形体を得る工程と、成形体を焼成し、表面に所定のパターンが形成され、かつ対象物のガラス転移温度よりも融点が高いパターン転写型を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、最終的に得られるパターン転写型の表面に所定のパターンを形成するには、成形型にマスターパターンを形成しておき、この成形型に型材料を充填し、これを硬化させて成形体を得るのが好ましい。これにより、成形体が得られた段階で、その表面には、成形型のマスターパターンから転写されたパターンが形成される。
これ以外にも、成形型にはマスターパターンを形成せず、成形体を得た後に、マスターパターンを有した型を押し付けることで成形体の表面に所定のパターンを転写し、この後に成形体を焼成することも可能である。
【００１１】
このように、成形型への充填時には流動性を有し、これを硬化させた後には、対象物のガラス転移温度よりも融点が高くなる素材としては、ガラス状カーボンがある。つまり、型材料にガラス状カーボンの原料を用い、パターン転写型をガラス状カーボンで形成するのである。このような型材料の硬化は、熱硬化型反応を用いることができるが、他に、紫外線硬化型反応等も有り得る。
このようにして、難易度の高いレーザ加工を用いることなく、通常の樹脂成形等と同様にしてパターン転写型を製作することができる。
ここで、上記のような方法で用いる成形型を事前に形成するため、従来からの半導体製造プロセスを適用し、成形型のベース材に、所定のパターンを有したマスクを用いた露光、およびエッチングを施し、マスターパターンを形成することもできる。また、ミリ程度のパターンであれば、機械加工でマスターパターンを形成することも勿論可能である。
【００１２】
上記したような方法で製作されるパターン転写型を用い、基板上に所定のパターンを形成することができる。本発明は、このようなパターン形成方法として捉えることもでき、所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成されたガラス状カーボン製のパターン転写型を、基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱した状態の基板に押し付けることで、パターン転写型のパターンを基板の表面に転写する工程と、基板の表面の温度をガラス転移温度未満に低下させ、パターンを定着させる工程と、を含むことを特徴とする。
このように、ガラス状カーボンからなるパターン転写型を用いることで、従来の金属製の型に比較し、耐熱性、耐久性も高くすることができる。
ここで、基板は、少なくともその表面が、基板（を形成する材料）のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱されれば良い。
パターン転写型のパターンを基板の表面に転写する工程では、前述したように、基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱した状態の基板に、パターン転写型を押し付ける。このとき、基板を前記の所定の温度に加熱するには、基板自体を加熱しても良いが、パターン転写型を加熱し、このパターン転写型を基板の表面に押し当てることで、この基板の少なくとも表面を所定の温度に加熱するのが好ましい。そして加熱後、パターン転写型を押し付け、パターンを基板の表面に転写するのである。
【００１３】
本発明は、対象物に所定のパターンを転写するためのパターン転写型として捉えることもでき、これは、所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成され、対象物を形成する材料のガラス転移温度よりも高い融点を有したガラス状カーボンからなることを特徴とする。
ここで、ガラス状カーボンの原料は、マスター型に充填される際には溶融状態であるため、形成されるパターンの幅方向の最小寸法が、ガラス状カーボンの原料の分子より大きい限り、所定のパターンを有するパターン転写型を形成することができる。
したがって、パターンの幅方向の最小寸法は、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲で、１００μｍ以下、６０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下等とすることができ、また１０ｎｍ以下であっても、上記したようにガラス状カーボンの原料の分子より大きければ良い。このように、本発明は、パターンの幅方向の最小寸法が小さくなるほど有効であり、従来の手法に比較して、パターン転写型の製作を高スループット、低コストで行うことが可能となる。
このようなパターン転写型は、基板の少なくとも表面を、基板のガラス転移温度を基準とした所定の温度に加熱した状態の基板に押し付けることで、パターン転写型のパターンを基板の表面に転写するためのものとして用いることができる。
【００１４】
また、本発明は、パターン形成装置として捉えることもできる。このパターン形成装置は、対象物に所定のパターンを形成するためのパターン転写型と、対象物を保持する対象物保持部と、対象物保持部に保持された対象物にパターン転写型を押し付けるプレス機構と、対象物とパターン転写型のいずれか一方または双方を加熱する加熱機構と、を備え、パターン転写型は、所定のパターンを有したマスター型にガラス状カーボンの原料を充填して得られる成形体が焼成されることで形成され、対象物を形成する材料のガラス転移温度よりも高い融点を有したガラス状カーボンからなることを特徴とする。
このとき、加熱機構は、対象物と型のいずれか一方または双方を加熱すれば良いが、対象物とパターン転写型のうち、熱容量の小さい方を加熱するのが好ましい。対象物より、パターン転写型の方が熱容量が小さい場合は、パターン転写型を加熱するのである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、転写するパターンが超微細であっても、効率良くかつ低コストでパターン転写型を製作することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１、図２は、本実施の形態におけるパターン転写型１００の製作方法を説明するための図である。
まず、図１に示すように、パターン転写型１００を形成するためのマスター型（成形型）１２０を作成する。これには、例えば、従来から半導体製造プロセス等において超微細パターンの形成に用いられる、ステッパと称される露光装置を用いた手法を採用できる。すなわち、図１（ａ）に示すように、レチクル（マスク）１３０上に描かれた回路パターンを、露光装置の縮小光学系を通してシリコンウエハ（ベース材）１２１上のレジスト表面に投影露光した後、エッチングを施すことで、図１（ｂ）に示すように、パターン転写型１００の表面に形成すべきパターンの凹凸を反転させた形状のマスターパターンＰ０を有したマスター型１２０を形成する。
【００１７】
このようにして作成したマスター型１２０を用い、パターン転写型１００を形成するには、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、成形型を構成するマスター型１２０と対向型１２２とを対向させた状態で、双方の空隙に、パターン転写型１００を形成する型材料１４０を充填する。
この型材料１４０としては、充填時に流動性を有し、硬化した後には金属材料に比較して耐熱性（融点）が高いガラス状（アモルファス）カーボン（Glassy Carbon Composite）の材料（原料）が好適である。
【００１８】
ガラス状カーボンは、一般に、熱硬化性樹脂を原料とし、これを硬化させた後に、焼成炭素化することで得られるものである。
原料となる熱硬化性樹脂としては、フラン樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂等があり、また、これらの混合物を用いることもできる。また、硬化を促進させるための硬化材を添加したものであってもよい。
ここでは、熱硬化性樹脂は、マスター型１２０と対向型１２２との空隙に充填したときに、マスターパターンＰ０を形成する凹凸への充填性（流動性）を有したものであればよいので、その具体的な組成や製造方法自体をこれ以上規定する意図はない。
【００１９】
さて、このような型材料１４０をマスター型１２０と対向型１２２との空隙に充填した後、所定条件の熱を加え、型材料１４０に熱硬化反応を生じさせることで型材料１４０を硬化させ、成形体１１０を得る。しかる後、このマスター型１２０と対向型１２２を離し、硬化した成形体１１０を脱型する。図２（ｃ）に示すように、この状態で、成形体１１０の表面には、マスター型１２０のマスターパターンＰ０に対応した所定のパターンＰ１が形成されている。
続いて、得られた成形体１１０を、加熱炉等において所定の温度で焼成することで、図２（ｄ）に示すように、成形体１１０を形成する型材料１４０が炭素化し、ガラス状カーボンからなるパターン転写型１００を得ることができる。
【００２０】
ここで、パターン転写型１００を形成するガラス状カーボンの原料は、マスター型１２０に充填される際には溶融状態であるため、形成されるパターンＰ１の幅方向の最小寸法が、ガラス状カーボンの原料の分子より大きい限り、所定のパターンＰ１を有するパターン転写型１００を形成することができる。
パターンＰ１の幅方向の最小寸法は、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲で、例えば、１００μｍ以下、６０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下等とすることができる。またパターンＰ１の幅方向の最小寸法は、１０ｎｍ以下であっても、上記したようにガラス状カーボンの原料の分子より大きければ良い。
【００２１】
ところで、前記したように、成形型を構成するマスター型１２０と対向型１２２との空隙に型材料１４０を充填する工程では、マスター型１２０と対向型１２２との空隙に、型材料１４０を加圧して注入するのが有効である。これにより、マスター型１２０と対向型１２２との空隙の微細部分にまで型材料１４０が確実に充填され、充填密度も高めることができる。
また、マスター型１２０と対向型１２２との空隙を、真空ポンプ等で吸引して略真空状態としておき、ここに型材料１４０を注入するのも良い。これによって、充填された型材料１４０に気泡等が生じるのを防止でき、最終的に強度の高い成形体１１０（パターン転写型１００）を得ることができる。
【００２２】
また、用いたマスター型１２０を繰り返し使用できるように、成形体１１０を形成し、脱型した後、マスター型１２０に付着した有機物を洗浄する等して除去するのが好ましい。このため、例えば、マスター型１２０を、有機溶剤等の有機物除去・洗浄剤で除去・洗浄するための除去・洗浄手段を、近傍に設けておくのが好ましい。
【００２３】
このようにして得られたパターン転写型１００を用い、基板（対象物）２００に所定のパターンを転写形成するには、例えば以下に示すようなパターン形成装置１０を用いることができる。
図３に示すように、このパターン形成装置１０は、加工対象となる基板２００を保持する基板保持部（対象物保持部）２０と、基板保持部２０を二次元方向に移動させる移動機構３０と、基板２００に所定のパターンを形成するためのパターン転写型１００を保持する型保持部４０と、型保持部４０に保持されたパターン転写型１００を駆動する型駆動機構（プレス機構）５０と、基板２００とパターン転写型１００の相対位置を位置決めするためのアライメント機構６０と、を備えている。
【００２４】
図３および図４に示すように、基板保持部２０は、基板２００を略水平に支持した状態で保持するものであり、上面に基板２００を保持できるテーブル２１を備えている。
また、図４に示すように、テーブル２１は、保持した基板２００を加熱するためのヒータ２２を内蔵している。このヒータ２２は、図示しないコントローラにより、テーブル２１上の基板２００を所定の一定温度に維持するよう、その作動が制御される。このヒータ２２としては、例えば、伝熱ヒータや、セラミックヒータを好適に用いることができる。
【００２５】
図３に示したように、移動機構３０は、上記の基板２００を保持するテーブル２１を、テーブル２１の上面、つまり保持される基板２００の面に平行面内で二次元方向に移動させるものである。この移動機構３０は、基台３１上に設けられた下部ベース３２と、下部ベース３２上に設けられてテーブル２１を支持する上部ベース３３と、を有している。
下部ベース３２は、一方向（以下、これをＸ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３４を介し、基台３１に連結されている。また、上部ベース３３は、ボールネジ３４に直交する方向（以下、これをＹ方向と称する）に軸線を有し、図示しないモータによって回転駆動されるボールネジ３５を介して下部ベース３２に連結されている。さらに、この上部ベース３３は、Ｘ−Ｙ平面内での角度を調節する角度調節ネジ３６を備えている。
これにより、移動機構３０では、ボールネジ３４を回転駆動させることで下部ベース３２が基台３１上でＸ方向に移動し、これに直交するボールネジ３５を回転駆動させることで上部ベース３３が下部ベース３２上でＹ方向に移動する。つまり、基板２００を保持するテーブル２１が、移動機構３０により、基板２００の面に平行二次元面内で、Ｘ、Ｙの二方向に移動される構成となっている。
【００２６】
図４、図５に示すように、型保持部４０は、下面に支持面４１ａを有し、この支持面４１ａでパターン転写型１００を保持する保持ブロック（基板保持部）４１を備えている。
図５に示すように、この保持ブロック４１は、パターン転写型１００を加熱するヒータ（加熱機構）４２が内蔵されている。このヒータ４２には、例えば窒化アルミニウム等のセラミック素材で形成され、その内部にヒータ電極としての配線が埋め込まれた、いわゆるセラミックヒータが好適である。このような保持ブロック４１では、ヒータ電極に図示しない電源から電流を流すと温度が上昇し、電流を切ると温度が下降する。セラミックヒータは、例えば１０秒で１０００度近く温度が上昇する、非常に応答の速いヒータである。このようなヒータ電極に対する電源からの電流供給は、図示しないコントローラによって制御されるようになっている。
【００２７】
そして、保持ブロック４１の上面側には、冷却ブロック（冷却部）４３が設けられている。この冷却ブロック４３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成されている。冷却ブロック４３は、流路４４に冷却水等の冷媒を流すことで、保持ブロック４１およびパターン転写型１００を冷却する機能を有する。
【００２８】
図３に示したように、型駆動機構５０は、上記のようにパターン転写型１００を吸着保持する保持ブロック４１を、移動機構３０によるテーブル２１の移動方向（Ｘ、Ｙ方向）に直交する方向（以下、これをＺ方向と称する）に移動させるものである。
この型駆動機構５０は、上下方向に軸線を有したボールネジ５１と、このボールネジ５１を回転駆動させるモータ５２とから構成されている。ボールネジ５１は、モータ５２で回転駆動されることで、基台３１上に支柱５３を介して設けられた上部ベース５４に対し、Ｚ方向に上下動するようになっている。
支柱５３に固定された下部ベース５５には、下部ベース５５に一体に設けられたスリーブ５６に対し、支持部材５７が、その回転を拘束された状態で上下方向にのみ移動可能に設けられている。この支持部材５７の上部には、ボールネジ５１の下端部が、ベアリング機構５８を介して連結されており、これにより支持部材５７には、ボールネジ５１の上下動のみが伝達され、その回転は伝わらないようになっている。
そして、この支持部材５７の下面に、保持ブロック４１が固定状態で取り付けられているのである。
このような型駆動機構５０によれば、モータ５２でボールネジ５１を回転駆動させると、これによってボールネジ５１は上部ベース５４、下部ベース５５に対してＺ方向に上下動する。このボールネジ５１の上下動に伴い、パターン転写型１００を保持する保持ブロック４１が上下動するのである。これにより、パターン転写型１００がＺ方向に上下動し、テーブル２１上に保持される基板２００に対し、接近・離間できるようになっている。
【００２９】
なお、ここでは、型駆動機構５０でパターン転写型１００をＺ方向に移動させ、移動機構３０で基板２００をＸ，Ｙ方向に移動させる構成としたが、パターン転写型１００と基板２００を少なくとも互いに直交する３方向に相対移動させることができるのであれば、例えばパターン転写型１００を二方向に、基板２００を一方向に移動させたり、あるいは、パターン転写型１００または基板２００の一方を固定し、他方を三方向に移動させる機構としても良いのは言うまでも無いことである。
【００３０】
アライメント機構６０は、移動機構３０で基板２００をＸ、Ｙ方向に移動させるに際し、パターン転写型１００とテーブル２１上に保持される基板２００との相対位置関係を補正するためのものである。このようなアライメント機構６０としては様々な構成のものを用いることができるが、一例を挙げれば、基板２００上の所定位置に形成されたアライメントマークを撮像するカメラ６１と、このカメラ６１をＸ、Ｙ方向に移動させるためのカメラ移動機構６２、６３とを備える。
このような構成のアライメント機構６０では、カメラ６１で撮像したアライメントマークの位置に基づいてコントローラで移動機構３０を制御することで、パターン転写型１００に対する基板２００の位置を補正する。
【００３１】
加工対象となる基板２００は、図６（ａ）に示すように、例えばポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂材料、ガラス材料、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等、成形素材がそのまま基板形状をなしているものを用いることができる。また、図６（ｂ）に示すように、基板２００として、シリコンウエハやガラスウエハ等からなる基板本体２０１の表面に、樹脂膜、フォトレジスト、配線パターンを形成するためアルミ、金、銀等の金属膜等を薄膜状の被覆層２０２が形成されたものを用いることができる。
図６（ａ）の場合、パターン転写型１００のパターンＰ１により、基板２００の表層部にパターンが転写され、図６（ｂ）の基板２００の場合、パターン転写型１００のパターンＰ１は、被覆層２０２に転写されるが、いずれの場合も、基板２００の表層部にパターンＰ１を転写することに変わりは無いため、以下の説明においては、パターンＰ１が転写される部分を「基板２００の表層部」と単に称し、この表現は図６（ａ）、（ｂ）の双方の場合を含むものとする。
【００３２】
パターン形成装置１０では、パターン転写型１００の下面１００ａに形成された所定のパターンのパターンＰ１を上記の基板２００に所定圧力で押し付けることで、基板２００の表層部のみにパターンを転写して形成する。
【００３３】
以下に、上記のようなパターン形成装置１０におけるパターン形成工程について説明する。なお、以下に示すパターン形成装置１０の動作は、基本的に、図示しないコントローラによって自動的に制御されるものである。
パターン形成装置１０では、概略としては、図７（ａ）に示すように、パターン転写型１００を、基板２００のガラス転移温度以上に加熱しておき、その状態で図７（ｂ）に示すようにパターン転写型１００を基板２００に押し当て、基板２００を加熱する。そして、図７（ｃ）に示すように、パターン転写型１００を一定時間押し付けて荷重を保持した後、パターン転写型１００を冷却し、図７（ｄ）に示すように、基板２００から引き離す。この一連の工程で、基板２００の表層部が、パターン転写型１００のパターンＰ１に対応した形状に成形加工されるようになっている。
【００３４】
より詳しくは、まず、保持ブロック４１に対し、所定のパターン転写型１００を吸着保持させておく。この状態で、型駆動機構５０は、保持ブロック４１を所定のストローク領域の上昇端に位置させておき、保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００とテーブル２１は、互いに離れて位置するようにしておく。
そして、テーブル２１上に、加工対象となる基板２００がセットされると、これをバキューム吸着する。
続いて、アライメント機構６０のカメラ６１をカメラ移動機構６２、６３で移動させ、このカメラ６１でテーブル２１上に吸着固定された基板２００上、およびパターン転写型１００上に形成されたアライメントマークを撮像する。そして、撮像したアライメントマークの位置に基づき、コントローラで移動機構３０を制御することで、パターン転写型１００に対する基板２００の位置を補正するためのキャリブレーション（初期設定）を行う。
【００３５】
そして、この後に、基板２００に対し、パターン転写型１００を押し付けて所定のパターンを転写するわけであるが、これに先立ち、図８に示すように、コントローラにより、テーブル２１に内蔵されたヒータ２２と、保持ブロック４１に備えられたヒータ４２は、所定のタイミングＳ１で、予めそれぞれオンにしておく。また、冷却ブロック４３の流路４４には、冷却水等の冷媒を流しておく。
この状態、つまりパターン転写型１００を基板２００に押し付ける前の、単に押し当てた状態で、保持ブロック４１のヒータ４２およびテーブル２１のヒータ２２からの熱伝導により、パターン転写型１００を、前記のガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に維持し、基板２００を、基板２００の加工対象部分となる表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低い所定の温度Ｔ２に維持している。
【００３６】
この後、移動機構３０でテーブル２１をＸ、Ｙ方向に移動させることで、テーブル２１に吸着固定された基板２００の所定の領域を、保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００に対向させて位置決めする。
【００３７】
そして、型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００をＺ方向に移動させ、テーブル２１に保持された基板２００に接近させる。パターン転写型１００のパターンＰ１が所定温度Ｔ１に温度上昇した後の所定のタイミングＳ３で、図７（ｂ）に示すように、パターン転写型１００が基板２００の表面に接触する（単に押し当てた状態）と、型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００の移動を停止させる。すると、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に温度上昇した状態のパターン転写型１００から基板２００の表層部に対し、熱が伝導され、これによって基板２００の表層部の温度が、パターン転写型１００の温度Ｔ１近くまで上昇する。このとき、パターン転写型１００のパターンＰ１が直接接触する基板２００の表層部以外の他の部分は、さほど温度上昇しない。
基板２００の表層部が、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１近く、あるいは少なくともガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度まで上昇したタイミングＳ４で、図７（ｃ）に示したように、型駆動機構５０で保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００を基板２００側にさらに移動させる。これにより、パターン転写型１００は、基板２００の表面に対して食い込むことになり、基板２００の表層部に、パターン転写型１００のパターンＰ１が転写され、パターンＰ２が形成される。
【００３８】
ところで、上記のような動作において、タイミングＳ３とＳ４の間では、パターン転写型１００が基板２００の表面に接触した状態で、型駆動機構５０によるパターン転写型１００の移動が停止している。つまり、タイミングＳ３とＳ４の間では、荷重コントローラとして機能するコントローラの制御により、基板２００に対し、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも低い状態で永久歪みを与えない所定の荷重Ｆ１がパターン転写型１００から付与された状態となっている。
そして、タイミングＳ４以降で、型駆動機構５０によってパターン転写型１００が基板２００側に移動され、これによって基板２００に対し、パターン転写型１００から、基板２００の表層部の温度がガラス転移温度Ｔｇよりも高い状態で永久歪みを与えて成形を行うための、荷重Ｆ１とは異なる所定の荷重Ｆ２が付与されるようになっている。
このようにして、パターン転写型１００から基板２００に対して付与する荷重を、荷重Ｆ１とＦ２とで２段階に変動させて、パターン転写型１００と基板２００が接触した状態の荷重Ｆ１のときに、パターン転写型１００の熱を基板２００側に伝導させて基板２００の表層部を軟化させ、その後、荷重を荷重Ｆ２に移行させてパターン転写型１００による成形を行うのである。
なお、型駆動機構５０でパターン転写型１００を基板２００に押し付けるときの荷重制御は、保持ブロック４１あるいはテーブル２１の中に組み込まれた荷重検出センサ（ロードセル、図示無し）によってパターン転写型１００と基板２００の間に作用する荷重を検出し、その荷重が予め設定した所定の荷重となるように、モータ５２で発生するトルクをフィードバック制御することによって行うことができる。
また、荷重によるフィードバック制御ではなく、単に型駆動機構５０におけるパターン転写型１００の移動ストロークによる制御を行うことも可能である。
【００３９】
さて、タイミングＳ４以降、予め設定した所定時間ｔが経過したタイミングＳ５で、保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げる。これにより、保持ブロック４１およびパターン転写型１００、基板２００の温度は低下するわけであるが、このとき、保持ブロック４１の上面側には、ガラス転移温度Ｔｇ以下の冷却ブロック４３が設けられているので、パターン転写型１００および基板２００の温度は、例えばテーブル２１の温度Ｔ２近傍まで速やかに下降する。
【００４０】
保持ブロック４１のヒータ４２に対する電流供給量を下げたタイミングＳ５以降、さらに所定時間が経過したタイミングで、図７（ｄ）に示すように、型駆動機構５０を作動させ、パターン転写型１００をテーブル２１に保持された基板２００から離し、脱型させる。
これにより、基板２００の表層部には、パターン転写型１００のパターンＰ１によって、所定のパターンＰ２が転写形成されるようになっている。
【００４１】
上記のようにして、パターン転写型１００で基板２００に対し、１回のパターン転写を行った後は、所定のタイミングＳ２で保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やし、これによって保持ブロック４１に保持されたパターン転写型１００を、再びガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定しながら、移動機構３０で、基板２００を、次のパターン形成位置まで移動させる。
この、保持ブロック４１のヒータ４２に流す電流を増やすタイミングＳ２は、次のパターン形成位置においてパターン転写型１００のパターンＰ１が基板２００の表面に接触する（押し付けられる）よりも前に、パターン転写型１００がガラス転移温度Ｔｇ以上の所定温度Ｔ１に上昇するのであれば、いかなるタイミングでも良い。
この後は、前記したパターン転写型１００の押し付け、冷却、脱型といった工程を同様に行うことで、他の位置にパターンＰ２を形成することができる。
そして、上記一連の工程を順次繰り返すことで、基板２００の複数箇所に対し、パターン転写型１００のパターンＰ１を順次転写していくことができる。
【００４２】
ところで、上記のようにしてパターン転写型１００を基板２００に押し付ける際、基板２００の温度を、その加工対象となる表層部の素材のガラス転移温度Ｔｇよりも低く一定に設定しておき、一方、パターン転写型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇよりも高く設定した。例えば、基板２００をポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）とする場合、ポリカーボネイト樹脂においてガラス転移温度Ｔｇは約１５０℃であるので、基板２００（テーブル２１）の温度Ｔ２をガラス転移温度Ｔｇ以下の約１４０℃に、パターン転写型１００の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上の約１６０〜１７０℃に設定しておく。この状態でパターン転写型１００を基板２００に押し付けると、パターン転写型１００の温度が基板２００の表層部に伝わり、基板２００の表層部から温度上昇し、徐々にその全体に伝わる。
例えば、基板２００の表層部を形成する素材のガラス転移温度Ｔｇに対し、温度Ｔ１は約２０℃高く、温度Ｔ２は約３０〜５０℃低く設定するのが好ましい。もちろん、素材の種類によってその設定温度は変化するものであり、一義的にその値に決まっているものではない。
基板２００を構成する樹脂やガラス材料において、ガラス転移温度Ｔｇを超えた状態は、外部応力によって非常に変形しやすい、つまり成形加工しやすい状態になっているので、このガラス転移温度Ｔｇを超えた状態を保持したまま、パターン転写型１００に荷重を増大させ、基板２００に押し付ける。そうすると、基板２００はパターン転写型１００の形状に沿って変形していき、パターンＰ１の形状を反転転写した状態で安定する。
その後、パターン転写型１００の温度をガラス転移温度Ｔｇ以下に低下させ、パターン転写型１００と接触している基板２００の温度を低下させた。ガラス転移温度Ｔｇ以下の状態では、基板２００は初期状態と同様、変形しにくい状態であり、つまりパターン転写型１００のパターンＰ１形状に沿って硬化し、パターンが定着した状況である。この基板２００がガラス転移温度Ｔｇ以下になった状態で、パターン転写型１００を基板２００から引き離すと、基板２００の表層部はパターン転写型１００にはパターンＰ１の形状を反転転写したパターンＰ２が成形されるのである。
【００４３】
このようなパターン形成装置１０では、加工対象となる基板２００として、例えば、図９に示すようなウエハ２００Ａを適用することができる。このようなウエハ２００Ａ上に複数のパターンＰ２を転写することができるのである。これにより、ウエハ２００Ａの大面積化が可能となり、ウエハ２００Ａのテーブル２１に対する乗せ代え等のハンドリング時間を節約することができるので、１個の成形品の生産コストを低減することができる。
また、基板２００としては、他に、図１０に示す微小なドット形状が一定の周期で配列しているフォトニック結晶２００Ｂや、所定の配線パターンを有した半導体電子回路基板、さらに図１１に示すような微小な流路２０３を有した基板２００Ｃ等が適用できる。
【００４４】
このように、基板２００の表層部のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に設定したパターン転写型１００を基板２００に押し付け、パターン転写型１００のパターンを転写した後、パターン転写型１００をガラス転移温度Ｔｇ以下の温度Ｔ２まで冷却した後、パターン転写型１００を基板２００から引き離す構成とし、特に、パターン転写型１００を加熱するヒータ４２としてセラミックヒータを適用しているので、パターン転写型１００の温度上昇に要する時間は数秒程度で済む。また、パターン転写型１００の冷却についても、冷媒を用いた冷却ブロック４３で行っているので、ヒータ４２への電流投入量を低下させると即座に冷却効果が現れて、短時間で温度を降下させることができる。
このようにして、基板２００に対し一つのパターン転写型１００で複数回パターンを順次転写するような場合、言い換えれば基板２００よりもパターン転写型１００が小さく、熱容量が小さい場合、保持ブロック４１のヒータ４２によるパターン転写型１００の加熱や冷却を短時間で行うことができる。
また、パターンが形成される基板２００の表層部に接するパターン転写型１００から、基板２００の全体ではなく、加工対象部分となる表層部に対してのみ熱を直接与えるので、これによって基板２００側の加熱・冷却時間も短縮することができる。
このようにして、パターン転写型１００による基板２００に対するパターン形成に際し、加える熱サイクルの効率を高めることが可能となり、スループットを高めるとともに、使用するエネルギーを省力化することができる。
【００４５】
さて、上述したように、型材料１４０としてガラス状カーボンを用い、型成形によってパターン転写型１００を製作するようにしたので、レーザ加工により超微細パターンを形成する従来の手法に比較し、パターン転写型１００の製作を高スループット、低コストで行うことが可能となる。
しかも一つのマスター型１２０から複数のパターン転写型１００を容易に製作できるので、複数のパターン転写型１００を同時に使用したり、パターン転写型１００の劣化に応じて適宜交換を行う等、パターン転写型１００を複数使用して基板２００を大量生産する場合に特に有効である。このような場合、マスター型１２０の製作コストは、製作したパターン転写型１００の数に応じて低減することになるため、コスト低減効果は一層顕著なものとなる。
加えて、マスター型１２０の製作には、従来より確立された技術である半導体製造プロセスを適用できるため、レーザ加工に比較してその技術的難易度も低く、低コストである。
【００４６】
なお、上記実施の形態では、基板２００は、その表層部の成形素材と基板が一体のもの、たとえば樹脂基板やガラス基板、あるいは成形素材が基板上に薄く形成されたもの、たとえばシリコン基板やガラス基板上に形成された樹脂膜、等、その組み合わせは特に限定されるのもではない。
また、パターン形成装置１０を、パターン転写型１００を、基板２００の表層部のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度Ｔ１に加熱しておき、その状態で基板２００に押し付け、パターン転写する構成としたが、このような構成に限るものではない。例えば、基板２００をガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱し、その状態でパターン転写型１００を基板２００に押し付けてパターンを転写し、その後、基板２００をガラス転移温度Ｔｇ以下に冷却した後に、パターン転写型１００を基板２００から引き離して脱型する、といった構成でパターン転写を行う構成とすることもできる。
また、パターン転写型１００で形成するパターン自体も、数ｎｍ〜数μｍといった超微細パターンに限らず、数ｍｍあるいはそれ以上のパターンを形成する場合にも、ガラス状カーボンでパターン転写型１００を形成することもできる。さらに、パターン転写型１００でパターン転写する対象物も、基板２００に限らず、他のものであっても良く、例えば樹脂製の対象物にパターン転写する場合等にも本発明を適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態におけるマスター型の製造過程を示す図である。
【図２】マスター型からパターン転写型を製造する過程を示す図である。
【図３】パターン形成装置の斜視図である。
【図４】基板保持部と型保持部の構成を示す図である。
【図５】基板保持部の構成を示す断面図である。
【図６】対象物となる基板の例を示す図である。
【図７】パターン転写型による基板に対するパターン工程の流れを示す図である。
【図８】パターン形成時の、ヒータ、基板、基板表層部の温度変化を示す図である。
【図９】パターンを形成する基板の一例を示す図である。
【図１０】パターンを形成する基板の他の一例を示す図である。
【図１１】パターンを形成する基板のさらに他の一例を示す図である。
【図１２】従来の型の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…パターン形成装置、２０…基板保持部（対象物保持部）、４０…型保持部、４２…ヒータ（加熱機構）、５０…型駆動機構（プレス機構）、１００…パターン転写型、１１０…成形体、１２０…マスター型（成形型）、１２１…シリコンウエハ（ベース材）、１２２…対向型（成形型）、１４０…型材料、２００…基板（対象物）、Ｐ０…マスターパターン、Ｐ１…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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005167077.tif 000011
【図１０】
2005167077.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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