JP5050621B2 - インプリントモールドおよびインプリントモールド製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールド／インプリントモールド製造方法に関するものであり、特に、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールド／インプリントモールド製造方法に関するものである。

ガラスや金属、シリコンなどを特定の微細パターンで、高さの異なる三次元構造（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）に形成した構造物は、回折素子に代表される光学素子として使われるだけでなく、これらの素子を製造するためのモールドとしても使用される。近年、この様な用途が大きな広がりを見せており、また、より微細なパターンや、より段数の多い構造に対する要求が増加している。

また、近年のＬＳＩの銅配線プロセスに用いられるデュアルダマシン構造の形成に対して、３段構造のモールドを使ったナノインプリント技術を用いることによって、必要な工程数を１／３近くに削減できるという報告があることから、この様な多段の構造のモールドに対する要望が高まっている（非特許文献１参照）。

階段状構造を製造する方法として、各段に対応するパターンのレジストを、下層に対してアライメントした重ね合わせリソグラフィによって形成し、このレジストをマスクとしてエッチングやメッキによって階段状構造を形成する方法が知られている。

このとき、重ね合わせリソグラフィを用いる方法では、各リソグラフィ工程においてアライメント誤差が避けられないため、アライメント誤差の問題を回避する方法が提案されている。

例えば、レジストマスク・金属マスクの形成工程を繰り返すことで、アライメント誤差を回避する方法が提案されている（特許文献１参照）。

例えば、アライメント誤差が生じることを前提としてあらかじめパターン修正を施し、この結果生じた微細な突起物をウェットエッチングによって除去する方法が提案されている（特許文献２参照）。

また、階段状構造を製造する方法として、電子線リソグラフィを用いて階段状構造を形成する方法が知られている。

例えば、電子線リソグラフィでの電子ビームドーズ量を制御することで、レジストを階段状に形成する方法が提案されている（非特許文献２参照）。

例えば、ＳＯＧ層等に電子ビームの加速電圧を変化させて照射し、この照射部をエッチング除去することで、階段状構造を一括で作成する方法が提案されている（特許文献３参照）。
特開平１１−１６０５１０号公報 特開２００２−３５０６２３号公報 特表２００５−５３９３９３号公報 Proc. of SPIE.,vol.5992, pp.786-794 (2005) Jpn. J. Appl.Phys., vol.39, pp.6831-6835 (2000)

階段状構造を製造する方法において、重ね合わせリソグラフィを用いる方法では、各リソグラフィ工程においてアライメント誤差が避けられないため、精度良く階段状形状の三次元構造パターンを形成するのが困難であるという問題がある。
また、複数回のリソグラフィ工程を行うことから、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。

また、階段状構造を製造する方法において、電子線リソグラフィを用いる微細なパターンの高精度電子線露光では、電子ビームの散乱によるパターン広がりを考慮する必要が有るため、パターン形状や密度によって局所的に電子線照射量を変化させる手法が採られる。これを「近接効果補正」と呼ぶが、このようなパターン平面形状による補正に、高さ方向に関するドーズ量変化を組み合わせるには、目的とする形状を想定した複雑なシミュレーションを必要とする。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。

また、電子ビームドーズ量の大小でレジスト現像時の溶解量を制御する場合、低コントラストのレジストが必要となる。近年電子線描画に使われるレジストのほとんどは、非常にコントラストが高く、コントラストが高いレジストでは溶解量の制御が難しいことから、現在一般的に使用されているレジストプロセスが使用できない。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。

また、電子ビームの加速電圧を変化させる場合、電子線描画装置に新たに加速電圧を変更させるための機構を設ける必要がある。一般的な量産用高速電子線描画装置では、描画中の加速電圧変更がサポートされていないため、量産用の描画装置が使用できず、結果として実用的な大面積の階段状構造素子・モールドを製造することが難しい。このため、製造コストの増大を招きやすいという問題がある。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、精度良く高さの異なる三次元構造パターンが形成されたインプリントモールド、およびインプリントモールド製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールドであって、基板と、前記基板上に設けた開口部と、前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、前記樹脂層の厚さが、前記開口部の開口密度が低いほど厚く、前記開口部の開口密度が高いほど薄くなるようにすることで、前記樹脂層表面の高さが変化する三次元構造パターンを形成していることを特徴とするインプリントモールドである。
なお、本明細書において、「開口密度」とは、基板表面おける開口部の集積の度合いを示すものとして定義する。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドであって、基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化させることを特徴とするインプリントモールドである。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールドを原版とし、転写加工成形を行うことにより製造されたインプリントモールドである。

請求項５に記載の本発明は、高さの異なる三次元構造パターンを形成するインプリントモールド製造方法であって、局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記樹脂層の厚さが、前記開口部の開口密度が低いほど厚く、前記開口部の開口密度が高いほど薄くなるようにすることで、前記樹脂層表面の高さが変化する三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載のインプリントモールド製造方法であって、更に、三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

請求項７に記載の本発明は、請求項６に記載のインプリントモールド製造方法であって、更に、複製層を剥離した後、基板から樹脂層を除去する工程と、前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

本発明のインプリントモールドは、開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層が、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していることを特徴とする。
本発明の構成によれば、樹脂層は開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。
よって、基板上の開口部の開口密度を制御することで、高さの異なる三次元構造パターンを形成することが出来る。

本発明のインプリントモールドは、
基板と、
前記基板上に設けた開口部と、
前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成している。

本発明のインプリントモールドは、開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層が、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成していることを特徴とする。本発明の構成によれば、樹脂層は開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。

基材表面に微細な凹凸構造である開口部を形成した後、この基材表面にスピンコート法などの薄膜形成法を用いて樹脂層を形成すると、樹脂層の厚さは開口部の凹凸構造の形状によって変動する。このとき、開口部の凹凸構造をある程度倣うように樹脂層は形成されるため、脂膜表面が凹部面積密度に応じて凹むという現象が生じる。よって、樹脂層の表面には凹凸構造の三次元構造パターンが生じる。
以下、樹脂層が自己形成的に、開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成することついて、図１を用いて具体的に一例を挙げながら説明を行う。

図１（ａ）のように、基材１０１ａの表面が完全に平滑な場合に、ある条件で樹脂層１０４ａをスピンコートにより塗布し、膜厚がＴとなったとする。同じ塗布条件で、図１（ｃ）のように基材１０１ｃの表面の一部を比較的広い範囲で、深さＤ（但し、Ｄ≦Ｔとする）だけ掘下げた凹凸１１１ｃに樹脂層１０４ｃを塗布すると、樹脂層表面に凹み部１１４ｃを生じる。凹み部１１４ｃの凹み量はαとなるが、αの値は種々のパラメータにより異なる。

これに対し、図１（ｂ）のように、図１（ｃ）の掘下げ部に相当する表面領域に、基材１０１ｂの表面に微細な凹凸１１１ｂを均等に形成したものに対して樹脂層１０４ｂを塗布すると、やはり樹脂層表面に凹み部１１４ｂが生じる。この場合、樹脂層の凹み量はβとなるが、図１（ｃ）の場合の凹み量αと比べて、図１（ｃ）の場合の凹み量βは小さくなる。これは、開口部１１１ｂの凹部面積密度が、１１１ｃのそれに比較して小さいためである。なお、開口部１１１ｂの開口幅が十分に微細であれば、樹脂層凹み部１１１ｂの表面はほぼ平滑面とみなすことができる。

樹脂表面の凹み量は、種々の条件によって異なるはずであるが、膜厚Ｔが基材掘り下げ深さＤに対して十分大きく、かつ開口部１１１ｂの開口幅が十分に小さい場合においては、開口部１１１ｂの開口率が増加するにつれて大きくなる事が実験的に分かっている。これを言い換えると、開口部１１１ｂの開口率を制御することによって、樹脂表面の高さを局所的に制御できると言うことである。

以上より、基板上の開口部の開口密度を制御することで、高さの異なる階段状形状の三次元構造パターンを形成することが出来る。

基板は、後述する開口部を形成するだけの物理的特性／機械的特性を備えていれば良く、特に、限定されるものではない。例えば、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、などを用いても良い。
このとき、シリコン基板、石英基板、ＳＯＩ基板、は、公知のリソグラフィ方法、エッチング方法を行うのに適していることが知られており、本発明に用いる基板として好ましい。

開口部は、基板上に設けられる。開口部は、最終的な三次元構造パターンの形成に影響するため、寸法、開口密度は精度良く形成されることが望ましい。開口部の形成には、微細加工技術を用いる。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法などを用いても良い。
リソグラフィ方法を用いた場合、開口部は、公知の方法で一括に形成することが出来ることが知られているため、新規の設備投資を抑えつつ、精度良く、高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールドを提供することが可能となる。

また、本発明のインプリントモールドは、基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口密度を変化させても良い（図２（ａ））。ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口密度を変化させることにより、ブロック毎に樹脂層の高さが異なる階段状形状の三次元構造パターンを形成することが出来る。このとき、ブロックの分割は所望する最終的な階段状形状の三次元構造パターンの設計に併せて、適宜決定して良い。

図２（ａ）は、階段状の断面形状に制御する例を示す。基材２０１ａの表面開口部２１１ａを４つの領域に分割し、各々の領域の開口部の開口率を左より０，３３，６６， １００％とする。この基材２０１ａ上に樹脂層２０４ａを塗布すると、上述したように、開口部２１１ａの開口率に伴って表面凹み量が変化するので、結果として図２（ａ）に示したように、樹脂層２０４ａの断面形状を階段状とする事が可能となる。

また、開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であっても良い。開口密度を任意方向に連続的に変化させることで、該任意方向に斜面を備えたインプリントモールドを提供することが出来る（図２（ｂ））。このとき、斜面の角度は、開口密度の変化の度合いで制御することが出来、開口密度を密から疎に変化させる度合いが緩やかであれば、斜面の角度も緩やかなものとなる。

図２（ｂ）は、緩斜面形状に断面形状を制御する例を示す。図２（ａ）の場合と異なり、基材２０１ｂの表面開口部２１１ｂの開口率を、右から左に向けて連続的に増加していく。この場合は、樹脂層２０４ｂの表面凹み量も連続的に増加することになるので、結果として図２（ｂ）に示したように、樹脂層２０４ｂの断面形状は、緩斜面形状となる。実際には、開口部の開口率を完全に連続的に変化させることは不可能であるが、ある程度離散的に変化させても、樹脂層を固化する前の液体状態における表面張力の影響で、連続的な緩斜面形状が得られる。

樹脂層は、開口部の上部に形成される。このとき、樹脂の一部は開口部を埋めることに用いられるため、樹脂層は自己形成的に開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを形成する。樹脂としては、用いる薄膜形成法に適する粘度を有するものであれば良い。また、後述する複製層完成後の剥離時の離型性が優れているような材料であることが好ましい。

また、樹脂層の厚みが開口部の深さに対して充分に厚い場合、開口密度からの影響は小さくなる傾向がある。このため、程度良く開口部の開口密度に影響されるように、樹脂層の厚みは、開口部の深さに対して、５倍以下が好ましく、更には、２〜３倍程度である事が望ましい。

また、上述のインプリントモールドを原版とし、転写加工成形を行っても良い。転写加工成形を行うことで、原版を成形するための加工特性に頓着することなく、材料を選択しインプリントモールドを製造することが出来る。
機械的強度が高い一体成形された複製層からなるインプリントモールドを製造することにより、同一のインプリントモールドで複数回のパターン形成が出来るため、生産性を高めることが可能となる。

以下、本発明のインプリントモールド製造方法について、図３を用いながら説明を行う。
本発明のインプリントモールド製造方法は、
局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、
前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記開口部の開口密度に応じた三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、を備える。

＜リソグラフィ工程＞
まず、基板に開口部を形成するためのレジスト膜を形成する。用いるレジスト膜、薄膜形成方法は、形成するレジストパターンに応じて、適宜公知の方法を用いて良い。図３（ａ）は、基材３０１上に、これをエッチングする際のマスクとなるレジスト膜３０２を成膜したものである。また、図４（ａ）に示すように、基材４０１に対してレジスト膜４０２がエッチングマスクとして不充分な場合、基材４０１とレジスト膜４０２の間に、別途保護膜を形成しても良い。

次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー又は電子線リソグラフィなどによってレジスト膜３０２をパターニングし、微細レジストパターン３１２を形成する。微細レジストパターン３１２は、微細階段状構造の各段部に対応して開口率が変化するようなパターンとして設計する。このとき、開口部の開口密度に応じて、最終的な三次元構造パターンの高さは変化するため、開口部を形成するためのレジストパターンは、最終的な三次元構造パターンに応じたレジストパターンとして設計する。例えば、「基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化するパターン」、「基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化するパターン」などであっても良い。

＜エッチング工程＞
次に、上述したレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基板に開口部を形成する。図３（ｃ）に示したように、微細レジストパターン３１２をマスクとしてエッチングを実施し、基材３０１の表面に微細な凹凸パターン３１１を形成する。このとき、エッチング手法としては、所望のパターン形状が得られる方法であれば良く、例えば、誘導結合型プラズマなどを用いた異方性ドライエッチング、等方性ドライエッチング、化学的薬品を用いたウェットエッチングなどを用いても良い。パターン形状は特に限定されず、所望の構造に応じて最適なものを用いて良い。例えば、溝、ホール、ピラーなどのパターン形状であっても良い。

次に、マスクとして用いたレジストパターンを剥離する。図３（ｄ）に示すように、エッチングマスクとして用いたレジスト膜３１２を、基材３０１の表面に開口部パターン３１１が形成されたものを得る。剥離方法としては、用いたレジスト膜に適する方法であれば良く、例えば、酸素プラズマを用いる方法、各種の薬品などを用いる方法などを用いて良い。

＜樹脂層の成膜工程＞
次に、樹脂層を成膜する。図３（ｅ）に示すように、基材３０１表面の開口部パターン３１１上に、樹脂層３０４を成膜することで、開口部パターン３１１の描画密度に応じた階段状の構造を有する形状を得ることが出来る。樹脂層の成膜方法としては、適宜公知の薄膜形成方法を用いてよく、例えば、ダイコート法、スピンコート法などを用いても良い。
スピンコート法を用いた場合、スピンコート時に作用する遠心力・重力・表面張力等（例えば、塗布する樹脂溶液の濃度・粘度、スピンコートの回転数、スピンコートの回転時間、ベーク温度、ベーク時間などのパラメータ）により、膜厚を厳密に制御することが出来るため、本発明のインプリントモールド製造方法の樹脂層の成膜工程に好適に用いることが出来る。

以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来る。

また、本発明のインプリントモールド製造方法は、更に、三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を行なっても良い。転写加工成形を行うことで、機械的強度が高い複製層からなるインプリントモールドを製造することが出来、同一のインプリントモールドで複数回のパターン形成が出来るため、生産性を高めることが可能となる。
上述の工程を図３（ｆ）〜（ｈ）に示す。

＜複製層を形成する工程＞
複製層は原版となるインプリントモールドの形状を転写することが出来る材料であればよく、例えば、樹脂、金属などで形成して良い。図３（ｆ）〜（ｈ）では一例として、複製層を金属で形成する場合を示す。

まず、樹脂層３０４上に、蒸着・スパッタ・無電解メッキなどの手法を用いて、薄い導電膜３０５の層を形成する（図３（ｆ））。

次に、導電膜３０５を電極として電解メッキ（電鋳）を行い、金属を数十〜数百ミクロン程度の厚さに堆積させた複製層３１５を得る（図３（ｇ））。
金属としては、電解メッキ可能なものであれば良く、導電膜と併せて適宜選択して良い。つまり、導電膜３０５と複製層３１５は、同一材質で形成しても、異なる材質で形成しても良い。例えば、金属としてニッケルを用いて、ニッケルからなる複製層３１５を形成する場合、導電膜としてニッケルを用いても良い。

＜樹脂層と複製層とを剥離する工程＞
次に、樹脂層３０４から複製層３１５を剥離し、モールド３２５を製造する（図３（ｈ））。剥離方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、機械的に剥離しても良い。

また、本発明のインプリントモールド製造方法は、複製層からなるインプリントモールドを製造した後、更に、基板から樹脂層を除去する工程と、前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、を行っても良い。

樹脂層から複製層を剥離した時、樹脂層の三次元構造パターンは、欠損することが多いが、本発明のインプリントモールドは、欠陥が生じた樹脂層を一旦完全に剥離し、洗浄した後、再度樹脂層を形成することにより、容易に原版における樹脂層の三次元構造パターンを再生することが出来る。
これにより、一つの原版から複数の複製層を製作できることになり、全体的な製造コストを低減することが可能となる。

従来技術においても、完成した原版から再度複製を取ることにより、全体的なコストに占めるリソグラフィーコストの割合低減を図っているが、高精度かつ複雑なパターンにおいては、剥離時に欠損が起こる恐れから、この再複製が必ずしも上手く行くわけではなく、本発明における効果は大きい。

＜基板から樹脂層を除去する工程＞
基板から樹脂層を除去する工程は、選択した樹脂に応じて、適宜有効な剥離方法を用いれば良い。

再度行う、＜樹脂層の成膜工程＞、＜複製層を形成する工程＞、＜樹脂層と複製層とを剥離する工程＞の各工程は、上述した記載と同様に行って良い。

以上より、本発明のインプリントモールド製造方法を実施することが出来る。

本発明のインプリントモールド製造方法は、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）の形成にあたって、複数回のリソグラフィ、及び重ね合わせリソグラフィを必要としない。このため、リソグラフィ回数の増加が製造コスト低減に対して大きな負担となる課題を解決し、かつパターンの微細化によって、アライメント誤差が事実上ほとんど許容されなくなる課題をも解決する。

また、本発明のインプリントモールド製造方法において、リソグラフィ工程、及びその後のエッチング工程については、一般的な手法と互換性が有り、特殊な工程制御は必要としない。このため、従来のノウハウ等をそのまま使用する事が出来る。

また、本発明のインプリントモールド製造方法は、現在一般的に用いられているリソグラフィ及びエッチングといったプロセス装置、並びに単結晶シリコンや石英ガラス基板、及びレジストなどのプロセス材料との親和性が高い。このため、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）を製造するために、現在のプロセス技術を大幅に変更することなく、製造する事が可能となる。

以下、本発明のインプリントモールド製造方法について、図４、図５、を用いて具体的に一例を挙げながら説明を行う。当然のことながら、本発明の実施は下記実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
以下、基材として石英を用い、４段の階段状構造を製作する実施例について、図４を用いて説明する。

まず、石英基材４０１上に２０〜１００ｎｍ程度の厚さのクロム膜４０３をスパッタリングにて成膜し、さらにその上に、ポジ型の電子線描画用レジスト４０２を１００〜１０００ｎｍ程度の厚さで塗布した（図４（ａ））。

次に、図４（ｂ）に示すように、電子線描画装置を用いてパターンを描画し、現像を行い、レジストパターン４１２を得た。
このとき、レジストパターン４１２は、そのパターン開口密度により、４１２ａ〜ｄの４つの領域に分割され、４１２ａは開口を全く設けない領域、４１２ｂは開口幅１００ｎｍの溝パターンを３００ｎｍピッチで等間隔に形成した領域、４１２ｃは開口幅２００ｎｍの溝パターンを３００ｎｍピッチで等間隔に形成した領域、４１２ｄは全域を描画して開口させた領域とし、パターン開口密度はそれぞれ０，３３，６７，１００％とした。

次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン４１２をマスクとして、塩素ガスプラズマを用いたドライエッチングにてクロム膜４０３をエッチングし、更にそのまま、フッ素ガスプラズマを用いたドライエッチングにて石英基材４０１の表面を、２００ｎｍの深さになるようエッチングした。
図４（ｃ）では、エッチングされたクロムパターン４１３上にレジストパターン４１２が残っているが、ドライエッチングの条件やエッチング深さによっては、レジストパターン４１２が消滅する場合が有る。この場合でも、クロムパターン４１３が石英エッチングのマスクとなるので、問題は生じない。一般に石英のドライエッチングでは、レジストマスクでは十分な選択比を得にくいことも有り、本実施例のようにクロム層を必要とすることが好ましい。また、基材として石英のような絶縁材を用い、本実施例のように電子線描画を行う場合、照射された電子線によって石英基材表面が帯電し、正常に描画できない問題が生じるが、これを避けるためにもクロム膜を用いる事が好ましい。

次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン４１２を酸素プラズマによるアッシング、及びレジスト・エッチング残渣剥離液を用いて除去した後、硝酸二アンモニウムセリウムを主成分とする水溶液を用いてクロムパターン４１３を全体的に剥離した。
次に、硫酸、アンモニア水、過酸化水素水などを用いた複数の薬液を用いて洗浄を行い、石英基材４０１の表面に開口部４１１が形成された物を得た。開口部４１１は、レジストパターン４１２と同様に、開口密度がそれぞれ０，３３，６７，１００％となる４つの領域４１１ａ〜ｄに分割されていた。

次に、階段状の表面構造を得るために、石英基材４０１表面の微細溝４１１上にメタクリル酸メチル樹脂（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；略称ＰＭＭＡ）を主成分とする樹脂溶液を滴下し、スピンコートし、更に１００〜１８０℃程度で数分間ベークを行うことで、ＰＭＭＡ膜４０４を形成する。このＰＭＭＡのスピンコート条件としては、開口部が無い石英基材上にコートした場合に、形成される膜の厚さが５００ｎｍ〜１μｍ程度となるように、樹脂溶液の濃度や回転速度、回転時間などを調節した。ＰＭＭＡ膜４０４の表面には、開口部４１１の開口密度に対応して凹凸が生じるため、図４（ｅ）に示すような４段階の階段形状のモールドが得られた。

以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。

まず、図４（ｆ）に示すように、ＰＭＭＡ膜４０４上に、無電解メッキによって、薄いニッケル膜４０５を形成した。このニッケル膜４０５は次に実施する電解メッキの際のシード層として使用される。本実施例では、無電解メッキと電解メッキを併用するプロセスを用いる。

次に、薄いニッケル膜４０５をシード層として電解メッキを行い、２００ミクロン程度の厚さのニッケル複製層４１５を得た（図４（ｇ））。このとき、ニッケル複製層４１５の下側の表面（ＰＭＭＡ膜４０４と接している面）には、ＰＭＭＡ膜４０４を凹凸反転した構造が形成された。

次に、形成したニッケル複製層４１５をＰＭＭＡ膜４０４から剥がすことで、階段形状を持つニッケルモールド４２５を製造した（図４（ｈ））。
ニッケル層４１５の剥離が完全に行われず、ＰＭＭＡ膜４０４の一部がニッケルモールド４２５に付着する形で剥がれた場合、ニッケルモールド４２５を高温の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などで処理することにより、付着したＰＭＭＡを除去しても良い。

以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、樹脂層を再生し、再度複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。

まず、ニッケルモールド４２５を剥離した後の石英基材４０１について、表面に残留しているＰＭＭＡ膜４０４を除去・洗浄した。このとき、除去・洗浄として、濃硫酸と過酸化水素水を１：２程度の体積比で混合した液に浸漬した。
次に、再度図４（ｅ）のＰＭＭＡスピンコート工程を行うことで、再度ニッケルモールド４２５を得ることが出来た。

＜実施例２＞
以下、基材として石英を用い、基材としてシリコンウェハを用い、緩斜面状構造を製作する実施例について、図５を用いて説明する。

まず、シリコンウェハ５０１上に電子線レジスト膜５０２を、スピンコートにより成膜した（図５（ａ））。

次に、図５（ｂ）に示すように、電子線描画装置を用いてパターンを描画し、現像を行うことで、レジストパターン５１２を得た。レジストパターン５１２は、最終的に傾斜面を形成する領域内で、ある程度連続的に開口率が変更するような溝パターンとし、ここでは、１ミクロンピッチの等間隔で、１００，２００，…，９００ｎｍの様に順次開口幅を変化させて９本の溝パターンを形成し、その左右にはそれぞれレジストを完全に残す領域と、レジストを完全に除去する領域を設けた。

次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン５１２をマスクとして、フッ素ガスプラズマを用いたドライエッチングにてシリコンウェハ５０１の表面を、２００ｎｍの深さになるようにエッチングを行った。

次に、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン５１２を酸素プラズマによるアッシング、及びレジスト・エッチング残渣剥離液を用いて除去し、更に、硫酸、アンモニア水、過酸化水素水などを用いた複数の薬液を用いて洗浄を行い、シリコンウェハ５０１の表面に開口部５１１が形成された物を得た。開口部５１１は、レジストパターン５１２と同様に、開口率が図面右側に向かって徐々に大きくなるように変化している。

次に、緩斜面状の表面構造を得るために、シリコンウェハ５０１表面の微細溝５１１上にＰＭＭＡを主成分とする樹脂溶液を滴下してスピンコートを行い、更に１００〜１８０℃程度で数分間のベークを行うことで、ＰＭＭＡ膜５０４を形成した。
このとき、ＰＭＭＡのスピンコート条件としては、開口部が無いシリコンウェハ上にコートした場合に、形成される膜の厚さが５００ｎｍ〜１μｍ程度となるように、樹脂溶液の濃度や回転速度、回転時間などを調節する。ＰＭＭＡ膜５０４の表面には、微細溝５１１の開口密度に対応して凹凸が生じるため、図５（ｅ）に示すような緩斜面状の形状が得られた。

以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。

まず、図５（ｆ）に示すように、ＰＭＭＡ膜５０４上に、スパッタリングによって、薄いニッケル膜５０５を形成する。実施例１では無電解メッキを用いたのに対し、本実施例ではスパッタリングを用いたのは、ＰＭＭＡＭ膜５０４の形状の違いによる。実施例１の場合のような比較的微細な凹凸構造、特に垂直に近い側壁が狭い間隔で並ぶような構造に、均一なニッケル薄膜を形成するには、無電解メッキの方が適しているが、本実施例の様な形状の場合は、スパッタリングや蒸着を用いても大きな問題は生じない。もちろん、本実施例において無電解メッキを用いても特に問題は無い。

次に、薄いニッケル膜５０５をシード層として電解メッキを行い、２００ミクロン程度の厚さのニッケル層５１５を得る（図５（ｇ））。このニッケル層５１５の下側の表面（ＰＭＭＡ膜５０４と接している面）には、ＰＭＭＡ膜５０４の緩斜面構造の複製層が作製される

次に、形成したニッケル層５１５をＰＭＭＡ膜５０４から剥がすことで、緩斜面形状を持つニッケルモールド５２５が完成した（図５（ｈ））。

以上より、本発明のインプリントモールドを製造することが出来た。引き続き、以下に、樹脂層を再生し、再度複製層からなる本発明のインプリントモールドを製造する方法の一例を示す。

まず、ニッケルモールド５２５を剥離した後のシリコンウェハ５０１について、表面に残留しているＰＭＭＡ膜５０４を除去・洗浄した。このとき、除去・洗浄として、濃硫酸と過酸化水素水を１：２程度の体積比で混合した液に浸漬した。
次に、再度図５（ｅ）のＰＭＭＡスピンコート工程を行うことで、再度ニッケルモールド５２５を得ることが出来た。

本発明のインプリントモールドは、高さの異なる三次元構造パターン（例えば、階段状形状、緩斜面形状など）を形成することが求められる広範な分野に活用が期待され、例えば、回折素子に代表される光学素子、半導体の製造工程におけるパターン形成、パターン回路の形成、等の分野に活用することが出来る。

本発明のインプリントモールドにおいて、樹脂層が自己形成的に三次元構造パターンを形成することを説明する図である。 本発明のインプリントモールドの一例を示す模式図である。 本発明のインプリントモールド製造方法の実施の一例を示す模式図である。 本発明のインプリントモールド製造方法の実施の一例を示す模式図である。 本発明のインプリントモールド製造方法の実施の一例を示す模式図である。

符号の説明

１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，２０１ａ，２０１ｂ，３０１……基材
１１１ｂ，１１１ｃ，２１１ａ，２１１ｂ，３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ……基材表面に形成された開口部
３０２……レジスト膜
３１２，３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ，４１２，４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ，４１２ｄ，５１１……微細レジストパターン
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，２０４ａ，２０４ｂ，３０４……開口部上に塗布した樹脂層
１１４ｂ，１１４ｃ……開口部上に塗布した樹脂層の凹み部
３０５……導電薄膜層
３１５……金属複製層
３２５……モールド
４０１……石英基材
４１１，４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃ，４１１ｄ……石英基材表面に形成された開口部
４０２，５０２……電子線レジスト膜
４０３……クロム薄膜
４１３……クロム微細パターン
４０４，５０４……ＰＭＭＡ膜
４０５，５０５……ニッケル薄膜
４１５，５１５……ニッケル複製層
４２５，５２５……ニッケルモールド
５０１……シリコンウェハ

Claims (7)

1. 高さの異なる三次元構造パターンを形成するためのインプリントモールドであって、
   基板と、
   前記基板上に設けた開口部と、
   前記開口部を設けた基板表面上に積層された樹脂層と、を備え、
   前記樹脂層の厚さが、前記開口部の開口密度が低いほど厚く、前記開口部の開口密度が高いほど薄くなるようにすることで、前記樹脂層表面の高さが変化する三次元構造パターンを形成していることを特徴とするインプリントモールド。
2. 請求項１に記載のインプリントモールドであって、
   開口部は、基板表面上の任意の方向に開口密度が連続的に変化する開口部であることを特徴とするインプリントモールド。
3. 請求項１に記載のインプリントモールドであって、
   基材表面の全領域を任意の広さ、形状のブロックに分割し、
   各々の前記ブロック内では開口部の開口密度を一定とし、
   各々の前記ブロック間では開口部の開口密度を変化させること
   を特徴とするインプリントモールド。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のインプリントモールドを原版とし、転写加工成形を行うことにより製造されたインプリントモールド。
5. 高さの異なる三次元構造パターンを形成するインプリントモールド製造方法であって、
   局所的に開口密度を変化させたレジストパターンを面内に一括で形成するリソグラフィ工程と、
   前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基材表面に開口密度が局所的に異なる開口部を一括して形成する工程と、
   前記凹凸構造を有する基材上に樹脂層を成膜し、前記樹脂層の厚さが、前記開口部の開口密度が低いほど厚く、前記開口部の開口密度が高いほど薄くなるようにすることで、前記樹脂層表面の高さが変化する三次元構造パターンを樹脂層に形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。
6. 請求項５に記載のインプリントモールド製造方法であって、
   更に、
   三次元構造パターンを有する樹脂層に、複製層を形成する工程と、
   前記樹脂層と前記複製層とを剥離し、複製層からなるインプリントモールドを製造する工程と、
   を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。
7. 請求項６に記載のインプリントモールド製造方法であって、
   更に、
   複製層を剥離した後、基板から樹脂層を除去する工程と、
   前記樹脂層を剥離した基板に再度樹脂層を成膜する工程と、
   再度成膜した樹脂層に、再度複製層を形成する工程と、
   再度成膜した樹脂層と再度形成した複製層とを剥離し、再度複製層からなるインプリント
   モールドを製造する工程と、
   を備えたことを特徴とするインプリントモールド製造方法。