(57)【要約】【課題】  形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント方法及びナノインプリント装置を提供する。【解決手段】  基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント方法は、基体又は基体に設けられた膜と型との間に間隙を設けるように基体又は基体に設けられた膜に型を対向させ、且つ、基体又は基体に設けられた膜と型との間に電圧を印加することを含む。基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント装置は、基体又は基体に設けられた膜と型との間に間隙を設けるように基体又は基体に設けられた膜に型を対向させる手段、及び、基体又は基体に設けられた膜と型との間に電圧を印加する手段を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント方法において、
該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に間隙を設けるように該基体又は基体に設けられた膜に該型を対向させ、且つ、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に電圧を印加することを含むことを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項２】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型の少なくとも一方に水を付着させることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント方法。
【請求項３】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型の少なくとも一方の温度を、露点温度以下の温度に制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のナノインプリント方法。
【請求項４】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型を囲む雰囲気の湿度を３０％以上に制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のナノプリント方法。
【請求項５】
前記型は、カーボンを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のナノインプリント方法。
【請求項６】
基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント装置において、
該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に間隙を設けるように該基体又は基体に設けられた膜に該型を対向させる手段、及び、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に電圧を印加する手段を含むことを特徴とするナノインプリント装置。
【請求項７】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型の少なくとも一方に水を付着させる手段をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のナノインプリント装置。
【請求項８】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型の少なくとも一方の温度を制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のナノインプリント装置。
【請求項９】
前記基体又は基体に設けられた膜及び前記型を囲む雰囲気の湿度を制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のナノインプリント装置。
【請求項１０】
前記型は、カーボンを含むことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のナノインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント方法及びナノインプリントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩを始めとする大規模・高性能デバイスを作製するためには、極微細パターンが必要となる。このようなパターンは、露光、現像、洗浄（リンス）を経て形成されるレジストパターンやエッチング、洗浄（水洗）を経て形成されるエッチングパターンである。レジストとは光、Ｘ線、電子線などに感光する高分子材料であり、粉末状もしくは高粘性液体を有機溶媒に溶解したものが使われる。露光は、回路設計に基づいて形成されたパターンを有するマスクを介して、レジスト上に光や電子線を照射して行われる。しかしながら、露光に使用される装置は、ステッパと称される数十億円の価格の装置が主体となっている。そのため、安価で微細パターンが形成できる装置が要望されてきた。
【０００３】
そこで、近年インプリントリソグラフィと呼ばれる手法が着目されてきた（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照。）。この方法は、従来ＤＶＤ作製で用いられているインプリント法を応用したものである。インプリントリソグラフィは、モールド（スタンパー）を加工すべき薄膜上のレジスト膜に押しつけてパターン転写し、この後エッチングを施して半導体に必要な薄膜パターンを得るものである。図１２は、従来のインプリントリソグラフィの工程を説明する図である。すなわち、図１２（ａ）に示す公知の露光法で形成したシリコン等のモールド１００１を、図１２（ｂ）に示すようにＰＭＭＡ等のレジスト膜１００２に押しつけて、図１２（ｃ）に示すようにモールド１００１のパターンをレジスト膜１００２に転写し、図１２（ｄ）に示すようにレジストパターンを得る。
【０００４】
また、インプリントリソグラフィには、一括転写法とステップ・アンド・リピート法がある。一括転写法は、基板と同サイズのモールドを形成して基板とモールドをそのまま押しつけるものである。ステップ・アンド・リピート法はモールドをチップサイズにしておき、１チップごとインプリントリソグラフィを行うものである。例えば、パターンが形成された２０ｍｍ角のモールドを２００ｍｍ径のシリコンウェハ上に、縦方向５個及び横方向５個押しつけて、２５チップのパターンを転写する。一般に基板及びモールドには反りがあり、反りの程度は、基板のサイズが大きくなるほど、大きくなる。その結果、基板が大きくなると、モールドのパターンが押しつけられる深さが基板面内で違ってくるおそれがある。このため、大口径基板ではステップ・アンド・リピート法が要望されている。
【０００５】
このようなインプリントリソグラフィの大きな問題点は、図１２（ｄ）に示すように、モールド１００１をレジスト膜１００２の付いた基板に押しつけたとき、モールド１００１にレジスト膜１００２が付いて欠陥になることである。これを回避するため、モールド１００１にフッ素系のシランカップリング剤等の離型剤を塗布すること等が行われているが、完全な問題解決にはなっていない。特にステップ・アンド・リピート法では何回もモールド１００１をレジスト膜１００２に押すため、このレジスト片の付着によるパターンの欠陥は顕著な問題になっている。
【０００６】
一方、最近のインプリントリソグラフィでレジスト膜を用いないパターン形成方法は、モールドパターンの凸部と基板を密着させて電圧を印加し、密着部で陽極酸化を施すものである（例えば、非特許文献３、非特許文献４、及び非特許文献５参照。）。より詳しくは、モールドパターンの凸部と密着した基板の部分のみに対して陽極酸化を施している。このように、レジスト膜を用いないため、上記欠陥を生むことはなくなる。
【０００７】
しかしながら、この方法では再現性良くパターンを形成するまでには至っていない。すなわち、インプリントして形成したパターンの寸法精度が悪く、最悪の場合には、パターンを形成することができないという問題を生じさせることもある。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．６，ｐｐ．４１２９−４１３３（１９９６）
【非特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６Ｂ，ｐｐ．４０４５−４０４９（２００４）
【非特許文献３】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４２，Ｐａｒｔ  ２，Ｎｏ．２Ａ，ｐｐ．Ｌ９２−Ｌ９４（２００３）
【非特許文献４】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．６，ｐｐ．２９６６−２９６９（２００３）
【非特許文献５】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．２，ｐｐ．１１１９−１１２２（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第一の目的は、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第二の目的は、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様は、基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント方法において、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に間隙を設けるように該基体又は基体に設けられた膜に該型を対向させ、且つ、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に電圧を印加することを含むことを特徴とするナノインプリント方法である。
【００１１】
本発明の第二の態様は、基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント装置において、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に間隙を設けるように該基体又は基体に設けられた膜に該型を対向させる手段、及び、該基体又は基体に設けられた膜と該型との間に電圧を印加する手段を含むことを特徴とするナノインプリント装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第一の態様によれば、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント方法を提供することができる。
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００１５】
本発明の第一の実施形態は、基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント方法であって、基体又は基体に設けられた膜と型との間に間隙を設けるように基体又は基体に設けられた膜に型を対向させ、且つ、基体又は基体に設けられた膜と型との間に電圧を印加することを含む。
【００１６】
本発明の第二の実施形態は、基体又は基体に設けられた膜に、型を用いてパターンを形成するナノインプリント装置であって、基体又は基体に設けられた膜と型との間に間隙を設けるように基体又は基体に設けられた膜に型を対向させる手段、及び、基体又は基体に設けられた膜と型との間に電圧を印加する手段を含む。
【００１７】
ナノインプリント方法及びナノインプリント装置は、それぞれ、基体又は基体に設けられた膜に型を用いてパターンを形成する方法及び装置であるが、好ましくは、数十ナノメートル〜数百ナノメートルの大きさの非常に微細なパターンを、基体又は基体に設けられた膜に形成することができる方法及び装置である。
【００１８】
基体又は基体に設けられた膜の形状は、基体又は基体に設けられた膜に、型の形状の少なくとも一部に対応する形状を転写することができれば、特に制限されないが、基体の形状は、例えば、板の形状であってもよく、基体に設けられた膜は、いわゆる薄膜であってもよい。薄膜の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜２０ｎｍである。すなわち、基体は、例えば、基板であってもよい。基体は、単独では、表面が酸化される基体であり、基体に膜が設けられる場合には、基体は、表面が酸化される基体又は表面が酸化されない基体のいずれであってもよく、基体に設けられた膜は、酸化される膜である。表面が酸化される基体の材料及び酸化される膜の材料としては、シリコン（珪素）、ゲルマニウム、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）のような各種半導体材料、及び、アルミニウム、亜鉛、チタン、クロム、鉄、ニッケル、鉛のような各種金属材料が挙げられる。表面が酸化されない基体の材料としては、シリコン酸化物、ゲルマニウム酸化物、ＧａＡｓ酸化物、ＩｎＰ酸化物のような各種半導体材料の酸化物、アルミニウムの酸化物、亜鉛の酸化物、チタンの酸化物、クロムの酸化物、鉄の酸化物、ニッケルの酸化物、鉛の酸化物のような各種金属材料の酸化物、ボリカーボネートなどの各種有機高分子材料、各種ガラス材料が挙げられる。なお、以下において、“基体又は基体に設けられた膜”を、“基体等“と呼ぶことにする。
【００１９】
型（モールド）の形状は、少なくとも、基体等に転写する形状に対応する形状を含む。型の材料は、シリコンでもよいが、より好ましくは、鉄、ＳＵＳ、チタン、ニッケル、金のような金属やカーボン、炭化珪素（ＳｉＣ）である。これは、鉄（電解分離率６〜９）及びニッケル（電解分離率４〜６）のような金属並びにカーボン（電解分離率７〜８）は、水の電解分離率が高い電極になるためである。特に、型は、好ましくは、カーボンを含み、より好ましくは、カーボンからなる。グラッシーカーボンのような、カーボンの高分子塊を加工してパターンを形成した後、加工されたものを焼成して得られる材料は、その強度が、非常に強固であるため、型として十分に使用することができる。また、型の材料は、上記のような金属、カーボン、炭化珪素で被覆された材料であってもよい。型の材料は、好ましくは、導電性材料を含むが、型の全体が、導電性を有する必要は無く、型の少なくとも一部分が、絶縁性材料で構成されてもよい。
【００２０】
また、型の表面に、触媒作用を備えた金属や化合物を被覆させることも、好都合である。触媒作用を備えた金属としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどが挙げられる。また、触媒作用を備えた化合物としては、例えば、二酸化チタンのような光触媒が挙げられる。この場合には、型の塗布面に触れた酸素及び水から活性酸素が生成し、活性酸素の酸化作用によって、基板の表面における酸化反応を促進させることができる。また、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｏＯ、ＭｎＯ２、ＷＯ３のような酸化触媒を用いてもよい。
【００２１】
基体等と型との間に間隙を設けるように基体等に型を対向させる手段は、特に限定されず、基体等と型との間に所定の間隙を設ける手段であってもよいが、基体等に型を対向させる手段は、好ましくは、基体等及び型の相対的な位置を調整することができる手段である。基体等に型を対向させる手段としては、基体等と型との間に設けられる同一又は異なる大きさのスペーサ、基体等及び型の少なくとも一方を保持すると共に互いに対して機械的に移動させる手段などが挙げられる。例えば、パターンが形成された型を保持する上下（水平）移動治具及び加工される基板を保持するＸＹステージなどが挙げられる。
【００２２】
基体等と型との間に電圧を印加する手段は、特に限定されないが、基体等と型とを電気的に接合し、基体等と型との間の電圧を、公知の電圧制御系で制御してもよい。ここで、電圧は、基体等が型に対して正の電位を有するように、印加される。すなわち、基体等が、陽極になり、型が、陰極になる。このようにして、基体等と型との間に電圧を印加することによって、基体等の表面を陽極酸化し、基体等の表面に陽極酸化膜を形成することが可能となる。例えば、基体等と型との間に設けられる間隙には、空気中の水分などの水が存在する。ここで、基体等と型との間に電圧を印加すると、基体等と型との間に設けられる間隙に存在する水が、式
２Ｈ２Ｏ  −  ４ｅ−  →  Ｏ２（又は２Ｏ・）  ＋  ４Ｈ＋
に従って、電気分解される。その結果、水の電気分解によって生じた酸素又は酸素ラジカルが、陽極である基体等の表面を酸化し、基体等の表面には、陽極酸化膜が形成されることになる。なお、基体等と型との間に電圧を印加する際に、基体等と型との間に電流が流れてもよい。
【００２３】
基体等と型との間に設けられる間隙（ギャップ）の大きさは、好ましくは、０．４μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは、０．５μｍ〜０．８μｍである。基体等と型との間に設けられる間隙の大きさが、０．４μｍ未満であると、特に基体等と型とが密着すると、基体等と型との間に電流が流れるだけであり、基体等の表面を十分に陽極酸化することができず、基体等の表面に陽極酸化膜を形成することが困難になることがある。一方、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさが、１．２μｍを超えると、基体等と型との間に印加される電圧が弱く、基体等の表面を十分に陽極酸化することができず、基体等の表面に陽極酸化膜を形成することが困難になることがある。よって、基体等の表面に酸化膜を、良好な再現性で、形成するためには、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさが、０．４μｍ〜１．２μｍの範囲にあることが、好ましい。また、基体等と型との間に間隙を設けることによって、基体等と型との間に水又は水分を介在させることが可能となる。
【００２４】
なお、シリコン表面にパターンを形成したモールド及びシリコン基板を用いて実験を行った結果、モールド及びシリコン基板に０．５ＭＰａの加重を加え、モールド及びシリコン基板を完全に密着させたときには、モールドとシリコン基板との間に２０Ｖのパルス電圧を印加しても、シリコン基板の表面にモールドのパターンに対応した陽極酸化膜は、形成されなかった。一方、モールドとシリコン基板との間の間隙を形成すると、シリコン基板の表面にパターンが形成されるようになり、モールドとシリコン基板との間の間隙をさらに大きくすると、今度は逆に、シリコン基板の表面にパターンを形成することができなかった。
【００２５】
基体等に形成される陽極酸化膜の厚さは、通常、２ｎｍ程度である。陽極酸化膜の形成は、水酸化カリウム水溶液で基体等の表面をエッチングすることによって、確認することができる。すなわち、陽極酸化膜が、存在すれば、陽極酸化膜は、全くエッチングすることができないので、基体等の表面におけるパターンの形成を確認することができる。
【００２６】
本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法において、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させてもよい。言い換えれば、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさは、所望の一定の間隔である必要はなく、所望の間隔を含むように変動させてもよい。すなわち、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさが、所望の間隔と同程度であるとき、基体等の表面を効果的に陽極酸化することが可能となる。また、基体等と型との間に電圧を印加すると同時に、基体等に型を対向させる手段によって、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させてもよい。ここで、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさの変動は、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさの増加及び／又は減少を含む。例えば、基体等と型との間に電圧を印加すると同時に、下側にある基体等に向かって上側の型を降下させてもよく、上側の型に向かって下側の基体等を上昇させてもよく、基体等と型との間における間隙の大きさを、増加させる及び減少させることを繰り返してもよい。
【００２７】
基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させる場合には、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させる手段としては、基体等及び型の少なくとも一方を機械的に保持すると共に互いに対して移動させる手段の他に、基体等と型との間に伸縮性のスペーサを有すると共に基体等及び型の少なくとも一方に力を加える手段、基体等及び型の少なくとも一方を変形させる手段などが挙げられる。
【００２８】
基体等及び型の少なくとも一方を機械的に保持すると共に互いに対して移動させる手段によれば、基体等及び型の少なくとも一方を保持すると同時に、基体等及び型の少なくとも一方を互いに対して移動させることによって、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させることができる。
【００２９】
基体等と型との間に伸縮性のスペーサを有すると共に基体等及び型の少なくとも一方に力を加える手段によれば、基体等及び型の少なくとも一方に力を加えると共に基体等と型との間における伸縮性のスペーサを伸縮させることによって、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させることができる。基体等と型との間に設けられる間隙の大きさは、均一に変動させてもよく、また不均一に変動させてもよい。基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを、均一に変動させる場合には、複数の実質的に同一である伸縮性のスペーサを用いることが好ましい。ここで、実質的に同一であるとは、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさの均一な変動を達成することができる程度に同一であることを意味する。一方、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを、不均一に変動させる場合には、異なる伸縮性の複数のスペーサを用いることが好ましく、これら複数のスペーサの少なくとも一つは、非伸縮性のスペーサであってもよい。ここで、非伸縮性とは、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさの不均一な変動を達成することができる程度に非伸縮性であることを意味する。
【００３０】
基体等及び型の少なくとも一方を変形させる手段によれば、基体等及び型の少なくとも一方を変形させることによって、基体等と型との間に設けられる間隙の大きさを変動させることができる。この場合には、基体等及び型の少なくとも一方を変形させるために、基体等と型との間に実質的に非伸縮性のスペーサを設けてもよい。ここで、実質的に非伸縮性は、基体等及び型の少なくとも一方を変形させることができる程度に非伸縮性であることを意味する。基体等及び型の少なくとも一方を変形させるために、基体等及び型の少なくとも一方に力を加える手段を用いてもよい。また、必要に応じて、基体等及び型の少なくとも一方に加える力を変更して、基体等及び型の少なくとも一方に力を複数回加えてもよく、基体等及び型の少なくとも一方における力を加える位置を変更して、基体等及び型の少なくとも一方に力を複数回加えてもよい。
【００３１】
本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法によれば、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント方法を提供することができる。本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置によれば、形成されるパターンの再現性が改善されるナノインプリント装置を提供することができる。
【００３２】
本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法は、ステップ・アンド・リピート法に従って、実施されてもよい。本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法は、一括転写法に従って実施されてもよいが、ステップ・アンド・リピート法に従って実施することが、より効果的である。ステップ・アンド・リピート法は、大口径の基板でも均一性の良好なパターンの形成を可能とするが、従来のインプリント法においては、基板に設けられたレジスト層のレジスト片が、型に付着し、基体等に形成されるパターンに欠陥が生じることがある。しかしながら、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法においては、レジストを用いないため、型に対するレジスト片の付着による、基体等に形成されるパターンの欠陥のないステップ・アンド・リピート法を実現させることができる。
【００３３】
このように、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法によれば、型に対するレジスト片の付着による、基体等に形成されるパターンの欠陥のないインプリントリソグラフィ方法を用いて、欠損のより少ない高解像のパターンを形成することが可能となる。よって、微細パターンを備えた構造体を、安価且つ容易に形成することが可能となり、高性能デバイスを、安価で且つ高スループットで、製造することが可能になる。
【００３４】
好ましくは、本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置は、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度を制御する手段をさらに含む。また、本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置は、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度並びに基体等及び型の温度の両方を制御する手段を含んでもよい。なお、ここで基体等及び型を囲む雰囲気の湿度は、基体等及び型を囲む雰囲気の相対湿度（％）である。このような基体等及び型を囲む雰囲気の湿度（並びに基体等及び型の温度の両方）を制御する手段としては、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度（並びに基体等及び型の温度の両方）を制御するチャンバであってもよい。基体等及び型を囲む雰囲気の湿度（並びに基体等及び型の温度の両方）を制御する手段を用いることによって、基体等の表面に陽極酸化膜をより効率的に形成することができるように、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度（並びに基体等及び型の温度の両方）を制御することができる。
【００３５】
好ましくは、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法は、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度を３０％以上に制御することをさらに含む。本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法において、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度が、３０％未満である場合には、基体等の表面の陽極酸化が起こらないことがある。例えば、シリコン表面にパターンを形成したモールドとシリコン基板との間に間隙を設け、モールド及びシリコン基板を室温に維持し、モールドとシリコン基板との間に２０Ｖのパルス電圧を印加した場合、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度が、３０％以上でない限り、シリコン基板の表面にモールドのパターンに対応した陽極酸化膜は、形成されなかった。よって、基体等の表面に陽極酸化膜をより効率的に形成するためには、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度が、３０％以上であることが好ましい。
【００３６】
好ましくは、本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置は、基体等及び型の少なくとも一方に水を付着させる手段をさらに含む。好ましくは、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法は、基体等及び型の少なくとも一方に水を付着させることをさらに含む。基体等及び型の少なくとも一方に水を付着させることは、通常、基体等と型との間に電圧を印加すると同時又は前に、行われる。基体等及び型の少なくとも一方に水を付着させる手段は、特に限定されないが、例えば、基体等及び型の少なくとも一方に水滴を噴霧する手段であってもよい。なお、基体等及び型の少なくとも一方は、基体等のみ、型のみ、並びに、基体等及び型の両方を含む。基体等と型との間に電圧を印加する前に、基体等及び型の少なくとも一方に水を付着させることによって、基体等と型との間で、空気中の水分に加えて、基体等及び型の少なくとも一方に付着した水を電気分解し、基体等の表面の陽極酸化を促進させることができる。その結果、基体等の表面に陽極酸化膜をより効率的に形成することが可能となる。
【００３７】
好ましくは、本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置において、基体等及び型の少なくとも一方の温度を制御する手段をさらに含む。基体等及び型の少なくとも一方は、基体等のみ、型のみ、並びに、基体等及び型の両方を含む。基体等及び型の少なくとも一方の温度を制御する手段は、水などの温度調整媒体を循環させて、基体等及び型の少なくとも一方に温度調整媒体を接触させる手段であってもよいが、好ましくは、ペルチェ素子を用いて基体等及び型の少なくとも一方の温度を制御する手段である。ペルチェ素子を用いる手段は、省スペース化のために、好ましい。基体等及び型の少なくとも一方の温度を制御することによって、基体等及び型の少なくとも一方に結露を起こさせることが可能となる。
【００３８】
好ましくは、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法において、基体等及び型の少なくとも一方の温度を、露点温度以下の温度に制御することをさらに含む。また、基体等及び型の少なくとも一方の温度を、露点温度以下の温度に制御すると、基体等及び型の少なくとも一方の表面に自発的に結露が起こる。すなわち、基体等及び型の少なくとも一方の表面に薄い水の層を容易に形成することができる。このように、基体等及び型の少なくとも一方の表面の結露を効率的に起こさせることによって、基体等と型との間で、空気中の水分に加えて、基体等及び型の少なくとも一方の表面に形成された薄い水層の水を電気分解し、基体等の表面の陽極酸化をより促進させることができる。例えば、雰囲気湿度が３０％であり、モールドの温度を１０℃以下の温度に低下させることで、モールドの表面には、水が吸着されて水の薄い層が形成された。この方法で、モールドの表面に水を吸着させ、モールドと基板との間に電圧を印加したところ、良好な陽極酸化膜のパターンを得ることができた。なお、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度が高すぎると、基体等及び型の少なくとも一方の表面における凝集水が多くなる。よって、基体等及び型を囲む雰囲気の湿度を低下させ、基体等及び型の少なくとも一方の温度を低下させ、基体等及び型の少なくとも一方の表面に薄い層を形成するように、水が吸着されることが、好ましい。
【００３９】
好ましくは、本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置において、基体等及び型の少なくとも一方の表面は、親水化処理されている。親水化処理は、例えば、コロナ放電による親水化処理及び界面活性剤による親水化処理が挙げられる。
【００４０】
コロナ放電による親水化処理は、基体等及び型を囲む雰囲気中のオゾン、酸素、窒素、水分などが、コロナ放電により活性化し、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの極性官能基を、基体等及び型の少なくとも一方の表面に生成させるような処理である。コロナ放電による親水化処理は、コロナ放電により基体等及び型の少なくとも一方の表面を親水化して、基体等及び型の少なくとも一方の表面の濡れ性を改善する。その結果、基体等及び型の少なくとも一方の表面に水をさらに容易に吸着させることができ、基体等と型との間における水の電気分解をさらに促進させることができる。結果として、基体等の表面の陽極酸化をより促進させることができる。例えば、コロナ放電によるシリコン基板の親水化処理では、シリコン基板におけるパターン形成に要する反応時間が、平均して３０％短縮されることを確認した。
【００４１】
界面活性剤による親水化処理は、界面活性剤の官能基が、基体等及び型の少なくとも一方の表面に吸着された水分と結合し、基体等及び型の少なくとも一方の表面に吸着された水層をより安定に形成するような処理である。界面活性剤としては、例えば、脂肪酸ジエタノールアミド（Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＮ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）２）、ボリオキシエチレンアルキルエーテル（Ｃ１２Ｈ２５Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８Ｈ）、ボリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（Ｃ９Ｈ１９（Ｃ６Ｈ４）Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８Ｈ）のような非イオン系界面活性剤、脂肪酸塩（Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＮａ）、アルファスルホ脂肪酸エステル塩（Ｃ１０Ｈ２１ＣＨ（ＳＯ３３Ｎａ）ＣＯＯＣＨ３）、アルキルベンゼンスルホン酸塩（Ｃ１２Ｈ２５（Ｃ６Ｈ４）ＳＯ３Ｎａ）、アルキル硫酸塩（Ｃ１２Ｈ２５ＯＳＯ３Ｎａ）、アルキルエーテル硫酸エステル塩（Ｃ１２Ｈ２５Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＳＯ３Ｎａ）、アルキル硫酸トリエタノールアミン（Ｃ１２Ｈ２５ＯＳＯ３−・＋ＮＨ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）３）のような陰イオン系界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウム塩（Ｃ１２Ｈ２５Ｎ＋（ＣＨ３）３・Ｃｌ−）、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド（Ｃ１２Ｈ２５Ｎ＋（Ｃ８Ｈ１７）（ＣＨ３）２・Ｃｌ−）、アルキルピリジニウムクロリド（Ｃ１２Ｈ２５（Ｎ＋Ｃ５Ｈ５）・Ｃｌ）のような陽イオン系界面活性剤、アルキルカルボキシベタイン（Ｃ１２Ｈ２５Ｎ＋（ＣＨ３）２・ＣＨ２ＣＯＯ−）のような両性イオン系界面活性剤が挙げられる。界面活性剤による親水化処理は、基体等及び型の少なくとも一方の表面を親水化して、基体等及び型の少なくとも一方の表面の濡れ性を改善する。その結果、基体等及び型の少なくとも一方の表面に水をさらに安定して吸着させることができ、基体等と型との間における水の電気分解をさらに促進させることができる。例えば、界面活性剤によるシリコン基板の親水化処理では、シリコン基板におけるパターン形成に要する反応時間が、平均して５０％短縮されることを確認した。
【００４２】
次に、本発明の第一の実施形態であるナノインプリント方法及び本発明の第二の実施形態であるナノインプリント装置の例を図面と共に説明する。
【００４３】
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明によるナノインプリント方法の例及びナノインプリント装置の例を説明する図である。図１（ａ）は、モールド及び基板を設置する段階を示し、図１（ｂ）は、モールドを基板に接近させる段階を示し、図１（ｃ）は、モールドの凸部の下における基板の表面に酸化膜を形成する段階を示し、図１（ｄ）は、モールドを基板から遠ざける段階を示し、図１（ｅ）は、基板の表面に対してモールドを移動させる段階を示し、図１（ｆ）は、モールドを再度基板の表面における別の場所に接近させて酸化膜を形成する段階を示し、図１（ｇ）は、基板の表面に形成された酸化膜をマスクとして基板をエッチングする段階を示す。
【００４４】
図１（ａ）に示すように、ナノインプリント装置は、図示してない、内部の温度及び湿度が制御された湿度温度制御チャンバ内に、モールド１１、電圧制御系１２、及び温度調節機構１３を有する。ナノインプリント装置１０には、加工される基板１４が導入される。モールド１１は、例えば、シリコン、カーボン、ＳｉＣ、金属等の材料からなり、モールド１１は、公知の方法で所望の形状にパターン形成されている。図１（ａ）においては、モールド１１は、凹部及び凸部からなるライン・アンド・スペース形状のパターンを有する。モールド１１は、モールド１１の凹凸部が、基板１４の表面と対向すると共に基板１４の表面から離れるように、設置される。基板１４は、シリコン、ガリウム・ヒ素等の材料からなる。そして、モールド１１及び基板１４は、それぞれ、電圧制御系１２と電気的に接続されており、モールド１１と基板１４との間には、基板１４が、陽極であり、モールド１１が、陰極であるように、電圧が印加されている。モールド１１は、さらにペルチェ素子等を用いる温度調節機構１３にも接続されている。
【００４５】
次に、図１（ｂ）に示すように、モールド１１と基板１４との間に電圧を印加したまま、モールド１１の凸部と基板１４の表面との間にギャップが形成されるように、モールド１１を基板１４に向かって下降させて、モールド１１を基板１４に接近させる。なお、モールド１１の凸部と基板１４の表面との間にギャップの大きさを、所望のギャップの大きさを含む範囲内で、変動させてもよい。また、モールド１１は、温度調節機構１３によって、露点以下の温度まで冷却される。このとき、モールド１１の表面において結露が起こり、モールド１１の表面には、空気中の水分に由来する水１５が付着する。
【００４６】
次に、図１（ｃ）に示すように、モールド１１の凸部と基板１４との間における空気中の水分及びモールド１１の凸部の表面に付着した水１５が、モールド１１と基板１４との間に印加された電圧によって、電気分解され、酸素又は酸素ラジカルを発生させる。発生した酸素は、陽極に対応する基板１４の表面を陽極酸化し、モールド１１の凸部に対応する基板１４の表面の部分に厚さ２ｎｍ程度の陽極酸化膜１６の微細なパターンが形成される。なお、モールド１１の凸部の高さは、通常、０．２μｍ以上であるため、モールド１１の凹部と基板１４の表面との間における電界は、弱く、モールド１１の凹部に対応する基板１４の表面の部分には、陽極酸化膜１６は、形成されない。また、モールド１１の凸部が、基板１４の表面に接触した場合にも、その接触した凸部の周辺におけるモールド１１の凹部と基板の表面１４との間には、十分な電界が印加されないので、モールド１１の凹部に対応する基板１４の表面の部分は、同様に、酸化されない。よって、モールド１１の凸部に対応する基板１４の表面の部分のみが、酸化されて、陽極酸化膜１６が形成されるので、微細なパターンを形成することができる。
【００４７】
次に、図１（ｄ）に示すように、モールド１１を上昇させて、モールド１１を基板１４から遠ざける。次に、必要に応じて、図１（ｅ）に示すように、モールド１１を、基板１４の表面における別の場所に移動させて、図１（ｆ）に示すように、同様にナノインプリント方法を実施して、微細なパターンを形成する。このように、ステップ・アンド・リピート法に従って、ナノインプリント方法を実施し、基板１４の表面における必要な部分に、陽極酸化膜１６のパターンを形成する。
【００４８】
最後に、図１（ｇ）に示すように、表面にパターンが形成された基板１４を、ナノインプリント装置から取り出し、公知のエッチング方法を用いて、基板１４の表面に形成された陽極酸化膜１６のパターンをマスクとして、基板１４をエッチングして、基板のパターン１７を得る。
【００４９】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明において使用される型としてのパターン電極の構造の例を説明する図である。
【００５０】
本発明にて用いられるパターン電極の構造としては、図２（ａ）に示されるような、導電性基板１０１の表面に凹凸構造を有するパターン電極、図２（ｂ）に示されるような、導電性基板１０２の表面の少なくとも一部分を化学反応又は物理的な埋め込みにより絶縁物１０３としたパターン電極、図２（ｃ）に示されるような、導電性基板１０４の表面の少なくとも一部分に絶縁物１０５を堆積させたパターン電極、図２（ｄ）に示されるような、導電性基板１０６の表面の凹凸構造の少なくとも一部分を、化学反応又は物理的な埋め込みにより、絶縁物１０７としたパターン電極などがある。ここで、導電性基板の全体が、必ずしも導電性である必要はなく、絶縁性基板の表面に導電性物質が蒸着又は塗布された導電性基板もまた用いることができる。
【００５１】
次に、本発明における型としてのパターン電極と基体としての基板との間に設けられる間隙（ギャップ）を変動させる手段及び方法を説明する。
【００５２】
（ギャップ制御例１）
ギャップ制御例１は、図３に示す方法による。
【００５３】
図３において、導電性のパターン電極２０１を直接もしくはスペーサー２０２を介し、加工対象基板２０３の上に配置する。パターン電極２０１上に荷重２０４を加えた状態で、加工対象基板２０３とパターン電極２０１の間に電源２０５を用いて電圧を印加する。電流計２０６でモニタしながら、荷重を大きくしていき、電流値が所定の値を示すところで荷重を固定する。この際流れる電流により、加工対象基板２０３上で、パターン電極２０１の凸部に対応する場所に電気化学反応が生じ、反応部２０７と未反応部２０８を形成し、パターンニングされた基板３０９が得られる。
【００５４】
パターン電極として、ステンレス基板表面に電子ビームリソグラフィとドライェッチングにより１００ｎｍピッチのラインアンドスペースの凹凸パターンを作製したものを用いた。加工対象基板としてＳｉ基板を用いた。スペーサーとして、基板上に膜厚５０ｎｍのポリイミド薄膜を形成し、フォトリソグラフィにより、加工対象基板の目的の場所が露出するように窓あけ加工した。パターン電極を加工対象基板にスペーサーを介して接触させた。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、パターン電極全体に圧力を加えた。電流値をモニターしながら圧力を上昇させると、圧力が５０ｇ／ｍｍ２となったところで、電流値が急激に上昇し、２Ａとなった。このまま、１８０秒電流を流しつづけた。ＳＥＭ観察により、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることが確認された。また、加工対象基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合には、パターン電極を加工対象基板に直接接触させて荷重をかけ、圧力が２ｇ／ｍｍ２となったところで、電流値が急激に上昇し、２Ａとなった。このまま、１８０秒電流を流しつづけた。ＳＥＭ観察により、パターン電極導電部に対応するＧａＡｓ酸化物パターンが形成されていることが確認された。
【００５５】
（ギャップ制御例２）
ギャップ制御例２は図４に示す方法による。
【００５６】
図４において、導電性のパターン電極３０１を加工対象基板３０２上に配置する。この際、パターン電極支持ステージ３０３と加工対象支持ステージ３０４が、異なる高さを有する絶縁スペーサー３１０と３１１によって非平行に配置されているため、それぞれのステージによって支持されているパターン電極３０１と加工対象基板３０２の表面は非平行な状態になっている。パターン電極支持ステージ３０３と加工対象支持ステージ３０４を接近させると、パターン電極３０１と加工対象基板３０２との距離が電気化学反応に適した反応最適領域３０５が、加工対象基板上に必ず生じる。この状態で加工対象基板３０２とパターン電極３０１の間に電源３０６を用いて電圧を印加する。この際流れる電流により、上記の反応最適領域３０５において、パターン電極３０１の凸部に対応する場所に電気化学反応が生じ、反応部３０７と未反応部３０８を形成し、パターンニングされた基板３０９が得られる。
【００５７】
パターン電極として、ステンレス基板表面に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより１００ｎｍピッチのラインアンドスペースの凹凸パターンを作製したものを用いた。加工対象基板としてＳｉ基板を用いた。パターン電極を上部ステージに、加工対象基板を下部ステージに取り付け、上部ステージと下部ステージが平行状態から０．０５傾くようにスペーサー高さを設定した。上部ステージと下部ステージを近づけ、パターン電極をスペーサーに接触させた。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、１８０秒電流を流しつづけた。ＳＥＭ観察により、加工対象基板の一部にパターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることが確認された。
【００５８】
（ギャップ制御例３）
ギャップ制御例３は図５に示す方法による。
【００５９】
図５において、導電性のパターン電極４０１を直接もしくは絶縁スペーサー４０２を介して加工対象基板４０３上に配置する。パターン電極４０１の一部に荷重４０４を加える。この際、加工対象基板もしくはパターン電極の材料や厚さに応じた所定の大きさ以上の荷重を加えればよい。電流のモニタや荷重の調整を行う必要はなく、加工対象基板もしくはパターン基板のたわみにより、加工対象基板４０３の一部に、パターン電極と基板との距離が反応に適したものとなる反応最適領域４０５が発生する。この状態で、加工対象基板４０３とパターン電極４０１の間に電源４０６を用いて電圧を印加する。この際流れる電流により、上記の反応最適領域４０５において、パターン電極４０１の凸部に対応する場所に電気化学反応が生じ、反応部４０７と未反応部４０８を形成し、パターンニングされた基板４０９が得られる。
【００６０】
パターン電極として、ステンレス基板表面に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより１００ｎｍピッチのラインアンドスペースの凹凸パターンを作製したものを用いた。加工対象基板としてＳｉ基板を用いた。絶縁スペーサーとして、基板上に膜厚５０ｎｍのポリイミド薄膜を形成し、フォトリソグラフィにより、加工対象基板の目的の場所が露出するように窓あけ加工した。周囲に残るポリイミド膜がスペーサーの役割を果たす。パターン電極と加工対象基板を接触させた時に生じるパターン電極もしくは加工対象基板のたわみにより、反応最適距離を有する場所は必ず存在し、さらに、その場所は加圧位置もしくは荷重により制御できるため、ポリイミド膜の厚みは精度を要するものではなく、およそ０．５μｍとした。パターン電極を加工対象基板にスペーサーを介して接触させた。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、１０ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加えた。このまま、１８０秒間電圧を印加しつづけた。加工対象基板上に、図６（ａ）に示されるような箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加した場合には、加工対象基板上に、図６（ｂ）に示されるような箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることが確認された。また、絶縁スペーサーを用いずに、パターン電極を加工対象基板に直接接触させた場合には、パターン基板と加工対象が直接接触した場所でなく、加圧部を中心とするパターン基板のたわみにより適当なギャップが生じた場所にパターンが転写された。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、５０ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加えた。スペーサーを介してパターン基板と加工対象を直接接触させた場合に比べ高い圧力を必要としたのは、パターン基板と加工対象の間に空間が少なく、パターン基板もしくは加工対象に、たわみが発生しにくいためである。このまま、１８０秒間電圧を印加しつづけた。上記の図６（ａ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加した場合にも、上記の図６（ｂ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることが確認された。
【００６１】
（ギャップ制御例４）
ギャップ制御例４は図７に示す方法による。
【００６２】
図７において、導電性のパターン電極５０１を直接もしくは絶縁スペーサー５０２を介して加工対象基板５０３上に配置する。パターン電極５０１の一部に荷重５０４を加える。この際、加工対象基板もしくはパターン電極の材料や厚さに応じた所定の大きさ以上の荷重を加えればよい。電流のモニタを行う必要はなく、加工対象基板もしくはパターン基板のたわみにより、加工対象基板５０３の一部に、パターン電極と基板との距離が反応に適したものとなる反応最適領域Ａ５０５が発生する。この状態で、加工対象基板５０３とパターン電極５０１の間に電源５０６を用いて電圧を印加する。この際流れる電流により、上記の反応最適領域Ａ５０５において、パターン電極５０１の凸部に対応する場所に電気化学反応が生じ、パターンＡ５０７が形成される。次に、荷重を変化させると、加工対象基板もしくはパターン基板のたわみが変化し、パターン電極と基板との距離が反応に適したものとなる反応最適領域は反応最適領域Ｂ５０８に移動する。従って、反応最適領域Ｂ５０８にパターンＢ５０９が形成される。荷重の変化を連続的に行うことにより、全面にわたりパターンが形成されたパターン形成基板５１０を得ることができる。
【００６３】
パターン電極として、ステンレス基板表面に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより１００ｎｍピッチのラインアンドスペースの凹凸パターンを作製したものを用いた。加工対象基板としてＳｉ基板を用いた。絶縁スペーサーとして、基板上に膜厚５０ｎｍのポリイミド薄膜を形成し、フォトリソグラフィにより、加工対象基板の目的の場所が露出するように窓あけ加工した。パターン電極を加工対象基板にスペーサーを介して接触させた。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、１５ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加え、さらに、パンチにかかる圧力を１ｇ／ｍｍ２／秒の割合で減少させながら、１０分間電圧印加と加圧を続けた。加工対象基板上、図８（ａ）に示される箇所にパターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加した場合には、加工対象基板上、図８（ｂ）に示される箇所にパターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、パターン電極を加工対象基板に直接接触させた場合には、パターン基板と加工対象が直接接触した場所でなく、加圧部を中心とするパターン基板のたわみにより適当なギャップが生じた場所にパターンが転写された。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、５０ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加え、さらに、パンチにかかる圧力を１ｇ／ｍｍ２／秒の割合で減少させながら、１０分間電圧印加と加圧を続けた。スペーサーを介してパターン基板と加工対象を直接接触させた場合に比べ高い圧力を必要としたのは、パターン基板と加工対象の間に空間が少なく、パターン基板もしくは加工対象に、たわみが発生しにくいためである。このまま、１０分間電圧印加と荷重変化を続けた。上記の図８（ａ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加しながら、荷重変化させた場合にも、上記の図８（ｂ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。
【００６４】
（ギャップ制御例５）
ギャップ制御例５は図９に示す方法による。
【００６５】
図９において、導電性のパターン電極６０１を直接もしくは絶縁スペーサー６０２を介して加工対象基板６０３上に配置する。パターン電極６０１の加圧位置Ａ６０４に荷重６０５を加える。この際、加工対象基板もしくはパターン電極の材料や厚さに応じた所定の大きさ以上の荷重を加えればよい。電流のモニタを行う必要はなく、加工対象基板もしくはパターン基板のたわみにより、加工対象基板６０３の一部に、パターン電極と基板との距離が反応に適したものとなる反応最適領域Ａ６０６が発生する。この状態で、加工対象基板６０３とパターン電極６０１の間に電源６０７を用いて電圧を印加する。この際流れる電流により、上記の反応最適領域Ａ６０６において、パターン電極６０１の凸部に対応する場所に電気化学反応が生じ、パターンＡ６０８が形成される。次に、加圧位置を加圧位置Ａ６０４から加圧位置Ｂ６０９に変化させると、加工対象基板もしくはパターン基板のたわみが変化し、パターン電極と基板との距離が反応に適したものとなる反応最適領域は反応最適領域Ｂ６１０に移動する。従って、反応最適領域Ｂ６１０にパターンＢ６１１が形成される。加圧位置の変化を連続的に行うことにより、全面にわたりパターンが形成されたパターン形成基板６１２を得ることができる。
【００６６】
パターン電極として、ステンレス基板表面に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより１００ｎｍピッチのラインアンドスペースの凹凸パターンを作製したものを用いた。加工対象基板としてＳｉ基板を用いた。絶縁スペーサーとして、基板上に膜厚５０ｎｍのポリイミド薄膜を形成し、フォトリソグラフィにより、加工対象基板の目的の場所が露出するように窓あけ加工した。パターン電極を加工対象基板にスペーサーを介して接触させた。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、１０ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加え、さらに、パンチを一定方向に５μｍ／秒の速度で移動した。このまま、１０分間電圧印加とパンチの移動を続けた。加工対象基板上、図１０（ａ）に示される箇所にパターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＢＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加した場合には、加工対象基板上、図１０（ｂ）に示される箇所にパターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、パターン電極を加工対象基板に直接接触させた場合には、パターン基板と加工対象が直接接触した場所でなく、加圧部を中心とするパターン基板のたわみにより適当なギャップが生じた場所にパターンが転写された。パターン電極と加工対象基板の間に２０Ｖの電圧を印加した状態で、先端が球状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、５０ｇ／ｍｍ２となるように圧力を加えた。スペーサーを介してパターン基板と加工対象を直接接触させた場合に比べ高い圧力を必要としたのは、パターン基板と加工対象の間に空間が少なく、パターン基板もしくは加工対象に、たわみが発生しにくいためである。さらに、パンチを一定方向に５μｍ／秒の速度で移動した。このまま、１０分間電圧印加とパンチの移動を続けた。上記の図１０（ａ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。また、先端が円筒状になったパンチを用いてパターン電極の一部を押し、電圧を印加しながら、パンチを移動させた場合にも、上記の図１０（ｂ）と類似した箇所に、パターン電極導電部に対応するＳｉＯ２パターンが形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。
【実施例１】
【００６７】
シリコン基板上に公知の電子線リソグラフィー法を用いて５０〜３００ｎｍの幅のレジストパターンを形成した。シリコン層を塩素プラズマで２００ｎｍの深さにエッチング加工した後、レジストを酸素プラズマで除去して、シリコンモールドを形成した。
【００６８】
フッ酸水溶液で表面を洗浄したシリコン基板を上記のように形成したモールドとともに２０％に湿度制御されたチャンバに導入した。モールドの温度を１０℃にするとともに、モールドとシリコン基板との間に２０Ｖの電圧をパルス印加した。モールドと基板の平行度をチェックした後、モールドと基板との間の距離を、１ｍｍから０．１ｍｍ／分の速度で減少させ、モールドを基板に向かって降下させた。０．５ＭＰａの押しつけ圧力で加重をかけながら、モールドの凸部を完全に基板に密着させた。これを２回繰り返した。モールドを上昇させるとともに次のチップ位置にモールドを移動させて、同様にモールドを降下させた。モールドを降下させた部分は極薄酸化膜が形成された。
【００６９】
図１１は、基板とモールドの凸部との間の間隙の大きさと基板に転写されたパターンの数との関係を示す図である。図１１の横軸は、基板とモールドの凸部との間の間隙の大きさ［μｍ］であり、図１１の縦軸は、基板に転写されたパターンの数である。図１１に示すように、基板にパターンを転写するためには、基板とモールドの凸部との間に設けられる間隙（ギャップ）に好適な範囲が存在することが確認された。具体的には、基板とモールドの凸部との間に設けられる間隙の大きさは、好ましくは、０．４μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは、０．５μｍ〜０．８μｍであった。
【００７０】
所望の位置に必要な数だけ酸化膜を形成した後、基板をチャンバから取り出し、塩素ガスのエレクトロンサイクロトロン共鳴プラズマを用いて基板をエッチングすることにより、モールドパターンに相当する基板パターンを得ることができた。この結果、５０〜３００ｎｍ幅のパターンを基板に欠損なく形成することができた。
【実施例２】
【００７１】
ポリメチルメタクリレートの有機高分子の基板上に公知の電子線リソグラフィー法を用いて５０〜３００ｎｍの幅のシリコン含有レジストパターンを形成した。有機高分子の基板を酸素プラズマで２００ｎｍの深さにエッチング加工した後、４００℃で焼成してカーボンモールドを形成した。
【００７２】
ガリウム・ヒ素基板を上記のように形成したモールドとともに２０％に湿度制御されたチャンバに導入した。モールドの温度を１０℃にするとともに、モールドとガリウム・ヒ素基板との間に１０Ｖの電圧を印加した。モールドと基板の平行度をチェックした後、モールドと基板との間の距離を、１ｍｍから０．１ｍｍ／分の速度で減少させ、モールドを基板に向かって降下させた。０．５ＭＰａの押しつけ圧力で加重をかけながら、モールドの凸部を完全に基板に密着させた。モールドを上昇させるとともに次のチップ位置にモールドを移動させて、同様にモールドを降下させた。モールドを降下させた部分は極薄酸化膜が形成された。
【００７３】
所望の位置に必要な数だけ酸化膜を形成した後、基板をチャンバから取り出し、塩素ガスのエレクトロンサイクロトロン共鳴プラズマを用いて基板をエッチングすることにより、モールドパターンに相当する基板パターンを得ることができた。この結果、５０〜３００ｎｍ幅のパターンを基板に欠損なく形成することができた。
【実施例３】
【００７４】
ポリメチルメタクリレートの有機高分子の基板上に公知の電子線リソグラフィー法を用いて５０〜３００ｎｍの幅のシリコン含有レジストパターンを形成した。有機高分子の基板を酸素プラズマで２００ｎｍの深さにエッチング加工した後、４００℃で焼成してカーボンモールドを形成した。
【００７５】
フッ酸水溶液で表面を洗浄したシリコン基板を上記のように形成したモールドとともにチャンバに導入した。湿度を５０％に制御し、モールドの温度を２０℃にするとともに、モールドとシリコン基板との間に５Ｖの電圧を印加した。モールドと基板の平行度をチェックした後、モールドと基板との間の距離を、１ｍｍから０．１ｍｍ／分の速度で減少させ、モールドを基板に向かって降下させた。０．５ＭＰａの押しつけ圧力で加重をかけながら、モールドの凸部を完全に基板に密着させた。モールドを上昇させるとともに次のチップ位置にモールドを移動させて、同様にモールドを降下させた。モールドを降下させた部分は極薄酸化膜が形成された。
【００７６】
所望の位置に必要な数だけ酸化膜を形成した後、基板をチャンバから取り出し、塩素ガスプラズマを用いて基板をエッチングすることにより、モールドパターンに相当する基板パターンを得ることができた。この結果、５０〜３００ｎｍ幅のパターンを基板に欠損なく形成することができた。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は、本発明によるナノインプリント方法の例及びナノインプリント装置の例を説明する図である。
【図２】本発明において使用される型としてのパターン電極の構造の例を説明する図である。
【図３】本発明におけるギャップ制御例１を説明する図である。
【図４】本発明におけるギャップ制御例２を説明する図である。
【図５】本発明におけるギャップ制御例３を説明する図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明におけるギャップ制御例３に従って形成されるパターンを説明する図である。
【図７】本発明におけるギャップ制御例４を説明する図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明におけるギャップ制御例３に従って形成されるパターンを説明する図である。
【図９】本発明によるギャップ制御例５を説明する図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明におけるギャップ制御例５に従って形成されるパターンを説明する図である。
【図１１】基板とモールドの凸部との間の間隙の大きさと基板に転写されたパターンの数との関係を示す図である。
【図１２】従来のインプリントリソグラフィの工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１    モールド
１２    電圧制御系
１３    温度調節機構
１４    基板
１５    水
１６    陽極酸化膜
１７    基板のパターン
１０１，１０２，１０４，１０６    導電性基板
１０３，１０５，１０７    絶縁物
２０１，３０１，４０１，５０１，６０１    パターン電極
２０２，４０２，５０２，６０２    スペーサー
２０３，３０２，４０３，５０３，６０３    加工対象基板
２０４，４０４，５０４，６０５    荷重
２０５，３０６，４０６，５０６，６０７    電源
２０６    電流計
２０７，３０７，４０７    反応部
２０８，３０８，４０８    未反応部
２０９，４０９    パターン形成基板１
３０３    パターン電極支持装置
３０４    加工対象支持ステージ
３０５，４０５    反応最適領域
３０９，５１０，６１２    パターン形成基板
５０５，６０６    反応最適領域Ａ
５０７，６０８    パターンＡ
５０８，６１０    反応最適領域Ｂ
５０９，６１１    パターンＢ
６０４    加圧位置Ａ
６０９    加圧位置Ｂ
１００１    モールド
１００２    レジスト膜
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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