CN103809371B - 矩形形成模具用基板 - Google Patents

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Abstract

矩形基板在其具有拓扑图案后用作模具。该基板具有A侧和B侧的相对表面，该A侧表面具有拓扑图案。该A侧表面包括具有至多350nm的平坦度的1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域。使用该形成模具用基板防止在形成模具用基板上形成团的步骤与转印步骤之间发生图案错排或图案错误。能够转印微小尺寸和复杂的图案。

Description

矩形形成模具用基板
技术领域
本发明涉及用于形成模具的矩形基板，所述模具适用于纳米压印光刻法，并在制造电子器件、光学元件、存储元件、生物电子元件等等的工艺中充当用于在表面上形成拓扑图案的模板。
背景技术
在电子器件、光学元件、存储元件、生物电子元件等等的制造中，不仅要求更高的性能和进一步的小型化，同时还要求降低制造成本。在这种情况下，由于纳米压印光刻法（NIL）与传统光刻法工艺相比可以降低微图案化的成本，因此其变得突出。在NIL法中，通过机械手段形成拓扑图案。具体而言，将表面上具有所需拓扑图案的模具压向接收基板上的给定厚度的树脂层，由此将模具上的拓扑图案转印到该树脂层上。参见专利文献1。将拓扑图案已经通过压制转印到其上的树脂层固化，由此保持该树脂层的形状。固化通常通过UV固化和热固化方式实施。在任一方式中，重要的是将形成模具用基板与带有树脂层的接收基板挤压在一起，同时保持它们之间的平行性并在接触平面中提供均匀的压力。具有拓扑图案的形成模具用基板需要具有高形状精度。参见专利文献2。
用于NIL法的形成模具用基板具有不同的外部形状，其包括65毫米见方或152毫米见方的矩形形状，以及直径为50毫米、100毫米、150毫米或200毫米的圆形形状，根据预期用途进行选择。另一方面，起主要模具作用并在其上形成拓扑或凸起/凹陷图案的形成模具用基板区域通常具有比外部形状更小的面积(典型地少于4,000mm2)，并通常位于该形成模具用基板中心周围。通常，存在着这样的趋势：随着所转印的图案的特征尺寸变得更精细，形成图案的面积变得更小。
原因在于，图案特征尺寸变得越细时，模具对接收基板的平行性和压力均匀性所需的精确度变得更高；并且如果形成图案的面积越小，可以提高这些精确度。另一方面，模具外部形状大于形成图案的区域的趋势是由于制造NIL模具的方法。NIL模具制造方法通常包括通过溅射沉积金属膜的步骤，使用EB直写设备将所需精细图案转印到金属膜上的光刻步骤，和干蚀刻图案化金属膜与接收基板表面的步骤。从经济与可行性方面来看，这些步骤通常以共享方式利用传统光刻技术中使用的设备。因此，装载在这些设备上的形成模具用基板的尺寸不可避免地对应于传统光刻技术中使用的基板的尺寸，导致了NIL模具的外部形状尺寸大于形成图案的区域的趋势。
近年来，光（UV）纳米压印光刻法遇到了不断增长的需求以提供用于转印的具有更微小尺寸图案或更复杂图案的模具。由于这样的需求以及上述原因，形成模具用基板的平坦度，尤其是具有图案且起主要模具作用的区域的平坦度是至关重要的。当待转印图案具有更精细的尺寸或更高的复杂性时，出现了更强的可能性，即除非该表面完全平坦，否则在模具制造过程中的图案与转印步骤过程中的图案之间将会发生错排，导致图案错误。
引文列表
专利文献1：JP-A2005-533393（WO2004/016406）
专利文献2：JP-A H03-54569
专利文献3：JP-A2006-506814（WO2004/044651）
专利文献4：JP-A2002-318450（USP6869732，EP1253117A1）
发明概述
本发明的目的在于提供矩形形成模具用基板，其中形成图案的区域具有令人满意的平坦度，以使该形成模具用基板适于保持带有图案的表面与接收基板之间的平行性的同时将基板的带有图案的表面在接触区域内在均匀压力下压制到接收基板上。
本发明人已经发现，使用包括其中形成拓扑图案的中心区域的矩形形成模具用基板可以克服上述问题，该中心区域具有令人满意的平坦度。
在一方面，本发明提供用作模具的将提供有拓扑图案的矩形基板，该基板具有A侧和B侧的相对表面，A侧表面将提供有该拓扑图案。该A侧表面包括中心矩形区域，其尺寸为1～50毫米×1～50毫米，并将提供有拓扑图案，该中心矩形区域具有至多350nm的平坦度。
在优选实施方案中，A侧表面的中心矩形区域与B侧表面之间的距离t1’等于或大于A侧表面的不包括该中心矩形区域的外周区域与B侧表面之间的距离t1（即t1’≥t1）。
在优选实施方案中，该B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸的内部矩形区域，该内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
在优选实施方案中，该B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸但不包括在该B侧表面内的50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的内部矩形区域，该内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
在优选实施方案中，A侧表面的中心矩形区域的平均平面基本平行于不包括50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的B侧表面的平均平面。
在优选实施方案中，该A侧表面的中心矩形区域具有至多3nm/cm的双折射率。
在另一方面，本发明提供用作模具的将具有拓扑图案的矩形基板，该基板具有A侧和B侧的相对表面，该A侧表面将提供有该拓扑图案。该A侧表面包括尺寸为1～50毫米×1～50毫米并将提供有该拓扑图案的中心矩形区域，该中心矩形区域具有至多350nm的平坦度，并且该B侧表面具有凹槽或通道。
在优选实施方案中，A侧表面的中心矩形区域与其中B侧表面的未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2’等于或大于A侧表面的不包括该中心矩形区域的外周区域与其中B侧表面的未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2（即t2’≥t2）。
在优选实施方案中，该B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸并且不包括该凹槽或通道的内部矩形区域，该内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
在优选实施方案中，该A侧表面的中心矩形区域的平均平面基本平行于不包括该凹槽或通道的B侧表面的平均平面。
在优选实施方案中，该A侧表面的中心矩形区域具有至多3nm/cm的双折射率。
发明的有益效果
使用本发明的形成模具用基板，防止了在形成模具用基板上形成图案的步骤与将该图案转印到接收基板上的步骤之间发生图案错排或图案错误。转印微细尺寸和/或复杂的图案成为可行。
附图概述
图1是本发明一个实施方案中的矩形形成模具用基板的立体图。
图2展示了在本发明另一实施方案中的矩形形成模具用基板，其中t1’≥t1，图2A是平面图，图2B是截面图。
图3展示了在本发明的又一实施方案中在B侧表面中加工的矩形形成模具用基板；图3A显示了具有凹槽的B侧表面，图3B显示了具有通道的B侧表面。
图4展示了在本发明的又一实施方案中其B侧表面具有凹槽的矩形形成模具用基板，其中t2’≥t2，图4A是平面图，图4B是截面图。
图5展示了在本发明的又一实施方案中其B侧表面具有通道的矩形形成模具用基板，其中t2’≥t2，图5A是平面图，图5B是截面图。
实施方案描述
在下面的说明书中，如“前”、“后”等等的术语是为方便使用的词语，而不应解释为限制性术语。术语“凹槽”是指并未在基板厚度方向上整个穿透的孔，也就是说，在中途截止并留有底壁，该非通孔的横截面可以具有圆形、椭圆形或矩形形状。术语“中心的”是指矩形形状的中心。
参照图1，展示了本发明的一个实施方案的一种示例性矩形形成模具用基板。如图1中所示，基板1是矩形基板，由其形成模具，该基板具有将提供有拓扑图案的A侧表面2，与A侧表面2相对的B侧表面3，以及侧面4。最常见地，由上或下表面2或3和侧面4限定的边界5是倒角的。
在用作模具之前，该矩形形成模具用基板在其表面上具有由突起与凹陷组成的拓扑图案。如图1中所示，该基板1具有将提供有拓扑图案的A侧表面2，和与其相对的B侧表面3。该A侧表面2包括位于A侧表面2中心处的中心矩形区域6，尺寸为1～50毫米×1～50毫米，并将提供有该拓扑图案。根据本发明，该中心矩形区域6应具有至多350nm、优选至多100nm且更优选至多50nm的平坦度。
其平坦度受限的区域是尺寸为1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域6。如由整个工艺中的准确性和效率的观点来理解，将提供有图案的基板中的区域通常是尺寸为1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域。该区域可以是正方形的或矩形的，只要其尺寸为1～50毫米×1～50毫米。虽然平坦度可以通过使用接触探针厚度规在多个点处测量基板厚度来测定，平坦度的更准确的值可以通过光学干涉仪或激光位移传感器来测得。在本公开中，平坦度是使用光学干涉型平坦度测试仪Tropel
Figure BDA0000406641720000051
200M（Corning Inc.）的测量值。
如果平坦度超过350nm，在矩形形成模具用基板上形成图案的步骤与将基板上的图案转印到接收基板的步骤之间会发生图案位置的错排，导致图案错误。则压力不均匀地施加到该图案表面上，往往在该图案上生成碎屑并缩短该矩形形成模具用基板的寿命。例如，在通过将带有图案的模具压制到具有预定厚度的树脂层的接收基板上以转印图案的步骤中，其中形成该图案的矩形形成模具用基板的平面与接收基板之间的平行性恶化，使得接触平面上的压力不再是均匀的。则移除形成模具用基板后留下的树脂层的厚度也不再是均匀的。即使在包括随后的干蚀刻与金属膜去除步骤的整个过程后也不能形成所需的图案。虽然该矩形形成模具用基板的整个表面的平坦度下限并非关键，但是存在这样的趋势：随着平坦度的值越小，1～50毫米×1～50毫米的矩形区域具有越小的平坦度值。优选地，从距A侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸但不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的A侧表面的内部矩形区域具有至多3μm、更优选至多1μm的平坦度。
优选地，该矩形形成模具用基板具有1至10毫米、更优选3至8毫米的厚度。如果该厚度小于1毫米，即使具有令人满意的平坦度的形成模具用基板也容易在夹具及其自重导致的偏斜的影响下变形，导致劣化的平坦度、图案位置的错排和图案错误。如果该厚度超过10毫米，这意味着提高的体积与重量，那么该基板难以处理和运输，并且提高的材料费用导致不希望的成本提高。
在一个优选实施方案中，该形成模具用基板是石英玻璃基板。由于其UV透射率，石英玻璃基板常常用于纳米压印技术中，该技术利用UV来固化树脂层。尽管利用热固化树脂层的NIL技术也是已知的，但该技术对热膨胀敏感。因此利用UV的NIL技术据称适于转印更细小尺寸的图案。由于石英玻璃在可见光谱内也是透明的，其具有在转印步骤过程中容易对准的另一优点。除了石英玻璃之外，适用于NIL技术的形成模具用基板的材料包括硅（Si）、氧化硅膜、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、镍（Ni）、蓝宝石及其混合材料。
该形成模具用基板可以在其A侧表面上具有用于形成转印图案的金属薄膜或抗蚀剂膜。优选在使用EB直写工具在形成模具用基板上形成图案之前将金属薄膜或抗蚀剂膜沉积在该形成模具用基板上。金属薄膜或抗蚀剂膜可以通过任何标准方法沉积为5nm到5μm的厚度。当测量已经在其上形成膜的基板的厚度时，该基板优选具有1至10毫米的厚度，并且该A侧表面在1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域中具有等于或小于350nm的平坦度。
虽然该形成模具用基板可以具有某些表面缺陷，在A侧表面中的1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域内的那些表面缺陷优选应当具有至多0.5μm、更优选至多0.2μm和再更优选至多0.05μm的尺寸。原因在于，由于在该形成模具用基板的A侧表面上形成具有亚微米至纳米级别的特征尺寸的图案，在形成模具用基板的A侧表面上的缺陷（如果存在的话）会转印到接收基板上并具有相同的尺寸。要注意的是，表面缺陷的尺寸是通过原子力显微镜（AFM）测量的。
为了便于处理，矩形形成模具用基板的外部形状的尺寸为30～200毫米×30～200毫米，尤其为60～160毫米×60～160毫米。
如图2中所示，形成模具用基板1的A侧表面2包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域6，其平坦度应限制在特定范围内。在一个优选实施方案中，A侧表面2的中心矩形区域6与B侧表面3之间的距离t1’等于或大于A侧表面2的不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域6的外周区域7与B侧表面3之间的距离t1（即t1’≥t1）。距离t1’等于或大于距离t1的原因在于，如果该基板符合NIL设备的形状，其可以容易地安装在NIL设备中。更优选地，t1’-t1的值为0至3毫米，尤其为10～100μm。
对于该基板的A侧和B侧表面，该B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸的内部矩形区域，该内部矩形区域优选具有至多3μm、更优选至多2μm的平坦度。通常，该矩形形成模具用基板通过真空抽吸、静电卡盘或其他类型的夹具保持在其B侧表面上。如果该B侧表面具有差的平坦度，即使A侧表面的平坦度令人满意，该基板通过夹具保持，具有差的平坦度的B侧表面与夹具密切接触。结果，将提供有图案的A侧表面相对于具有树脂层的接收基板倾斜，在转印步骤过程中导致图案错排或图案错误。压力不均匀地施加到图案平面上，容易导致图案破碎并缩短该形成模具用基板的寿命。
平坦度的下限并非关键，平坦度的值越小越好。如果严格规定的话，整个表面的平坦度落在特定范围内的区域是确保基本精确测量的区域，即从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸的内部矩形区域。由于从外周延伸3毫米的外周区域接近倒角的边界，产生了问题。当使用具有广域厚度测量探针的接触型厚度规时，厚度测量探针会部分覆盖倒角边界。在使用光学干涉仪或激光位移传感器时，从外周延伸3毫米的外周区域因该区域位于侧面或倒角边缘附近而受散射光影响，导致无法准确测量厚度。
取决于特定的NIP设备，夹具的接触点可变。例如在专利文献3中，该设备在背（B侧）表面的相对外侧位置处夹持该基板。用此类设备确保令人满意的压印转印的优选基板是在不包括50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的B侧表面区域中具有至多3μm、尤其是至多2μm的平坦度的基板。即使在B侧表面中的50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域具有相对较差的平坦度，B侧表面中50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的平坦度对转印的精确度没有影响，只要NIL设备的夹持位置在中心区域之外。
使用此类设备确保令人满意的压印转印的其它优选基板是其中A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的平均平面基本平行于B侧表面的不包括50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的平均平面的基板。本文所用术语“平均平面”是指由自任意参照平面的距离计算的最小二乘方平面。同样，术语“基本平行”指的是指向两个平均平面的法向矢量之间的角度等于或小于10秒，尤其是等于或小于5秒。即使当A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的平均平面与B侧表面中50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的平均平面之间的平行性相对较差时，这种差的平行性对转印的精确度也没有影响，只要NIL设备的夹持位置在B侧表面中的50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域之外。
在矩形形成模具用基板的优选实施方案中，A侧表面中的1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域具有至多3nm/cm、更优选至多2nm/cm和再更优选至多1nm/cm的最大双折射率。以这种方式尽量减小双折射率将有效区域（将提供有拓扑图案）保持在降低的内部应力应变状态，防止该有效区域因应变而变形。由于降低的应力应变，在其上形成的拓扑图案在弯曲、拉伸和压缩强度方面得到了提高，也就是说，该拓扑图案具有足以承受压印转印的强度。在1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域中该形成模具用基板的最大双折射率可以通过使用双折射率评价系统ABR-10A（UNIOPT Corp.），测量在该1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域上的双折射率并选择其最大值来测定。
在如图3中所示的进一步优选的实施方案中，在A侧表面上提供拓扑图案后使用的矩形形成模具用基板1是在A侧表面2中的1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域中具有至多350nm、更优选至多100nm和再更优选至多50nm的平坦度的基板，其中该B侧表面3具有凹槽8或通道9。当该基板在B侧表面中具有凹槽8或通道9时，该基板变得与曝光形状或NIL设备一致，并可以容易地安装在该设备中。
凹槽的形状可以是平面形状的圆形、橄榄形、椭圆形、矩形或多边形。就圆形的直径、橄榄或椭圆形的长轴、或矩形的对角线长度而言，凹槽的尺寸优选范围在5-150mm。对于通道，优选的是，通道9的侧壁9a和9b限定如图3（B）中所示的平行平面。然而，通道的侧壁不需要是平行的，通道侧壁中的一个或两个可限定凸出或凹进的弯曲表面。
在如图4和5所示的具有凹槽8或通道9的矩形形成模具用基板1的进一步优选实施方案中，该A侧表面2中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域6（具有特定平坦度）与B侧表面3的其中未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2’等于或大于A侧表面2的不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的区域7与B侧表面3的其中未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2（即t2’≥t2）。更优选地，t2’-t2的值为0至3毫米，尤其为10～100μm。
在具有凹槽8或通道9的矩形形成模具用基板1的进一步优选实施方案中，B侧表面的不包括该凹槽或通道的区域具有至多3μm、尤其是至多2μm的平坦度。同样优选地，该A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的平均平面基本平行于不包括该凹槽或通道的B侧表面的区域的平均平面。即使当A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的平均平面与B侧表面中凹槽或通道的底面之间的平行性相对较差时，这种较差的平行性对转印的精确度也没有影响，只要NIL设备的夹持位置在不包括该凹槽或通道的B侧表面的区域中。
接着描述如何制造本发明的矩形形成模具用基板。
本发明的矩形形成模具用基板可以通过抛光基板表面，以使将提供有拓扑图案的基板的A侧表面在1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域中具有至多350nm的平坦度来获得。此外，优选将该基板的A侧和B侧表面抛光，以使该表面在整个面积上具有至多3μm的平坦度。该抛光可以通过用双面抛光机同时抛光正面和背面或通过用单面抛光机抛光每一表面并同时供给含有研磨剂的抛光浆料来实现。单面抛光机使用可以比形成模具用基板更大或更小的抛光板。例如，可用于本发明的合成石英玻璃基板可以通过按照标准程序切割合成石英玻璃原料并研磨来制备。
抛光步骤通常包括初级或粗抛光步骤和最终或精确抛光步骤。为了配置矩形形成模具用基板的A侧表面或A侧与B侧表面的外形以具有所需范围内的平坦度，在精确抛光步骤前的粗抛光步骤是重要的。例如，粗抛光步骤通过用双面抛光机同时抛光基板的正面和背面来进行。此时，各自具有附着于其上的抛光垫的上和下抛光板应优选具有更高（更好）的平坦度。该抛光垫可以由硬质聚氨酯泡沫塑料等等制成。为了使抛光垫总是在其表面上保持高平坦度，每几个批次进行丸粒精整是有效的。丸粒精整优选通过以下方式进行：使用精整载体如负载金刚石丸粒的精整载体，供给水流和磨粒，并施加平衡压力载荷至30gf/cm2。具体而言，使用为适应所选抛光机的齿轮而设计的精整载体，以与普通抛光相同的方式对抛光垫表面为平整而精整几分钟至几十分钟。
常用于粗抛光步骤的硬质聚氨酯泡沫塑料的抛光垫优选具有沟槽，以使抛光浆料可以铺展到整个基板上。用抛光浆料完全覆盖基板尽量减少了平面内的抛光不均匀性，使得基板具有良好的平坦度。抛光垫中沟槽的形状可以是具有多个平行间隔的线条或沟槽的条纹阵列。
用于粗抛光的抛光浆料可以含有二氧化硅、二氧化铈、人造刚玉、白刚玉、FO（Fujimi Inc.的氧化铝基研磨剂）、氧化锆、SiC、金刚石、二氧化钛、氧化锗等等的磨粒。该磨粒优选具有0.1至10μm、更优选0.5至3μm的粒度。该浆料可以是此类磨粒的水浆料。
当最终精确抛光意在配置基板的形状以使得A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域（将提供有拓扑图案）具有至多350nm的平坦度，且A侧和B侧表面均在其整个面积上具有至多3μm的平坦度，最终精确抛光过程中的表面外形控制是重要的。例如，当双面抛光机用于抛光时，通过抛光的外形改变在上和下抛光板之间略微不同。基板的A侧与B侧表面的平坦度可以通过以下方式进行控制，例如以使得抛光后的平坦度落在所需范围内的取向在抛光机中装载该基板，控制载体旋转对板回转的比，或选择抛光载体中用于接收工件的孔的位置，即载体中心与孔中心之间的偏移。为了有效地控制外形，优选在研磨与粗抛光结束时确认A侧与B侧表面的平坦度或外形。虽然可以通过使用光学干涉仪或激光位移传感器的测量进行确认，在本发明的实践中使用光学干涉仪。
由于通过最终精确抛光的外形变化非常小，优选在粗抛光步骤结束时确定A侧和B侧表面的外形，以使A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域（将提供有拓扑图案）可以具有至多250nm的平坦度，并且A侧和B侧表面均在其整个面积上具有至多3μm的平坦度。如果粗抛光步骤结束时的外形在该范围之外，该基板可以通过以下方法进行修饰：在该工艺进行到精确抛光步骤之前，再次重复粗抛光步骤以修整至所需平坦度，或进行能够局部蚀刻掉突起（成为低劣平坦度的原因）的等离子体蚀刻技术，或使用局部抛光用小型抛光工具的抛光技术。如果精确抛光步骤结束时的平坦度在所需范围之外，可以通过使用等离子体蚀刻技术或采用小型抛光工具的局部抛光技术在该阶段降低该平坦度来实现所需的平坦度。此类局部抛光技术描述在例如专利文献4（JP-A2002-318450）中。
要注意的是，等离子体蚀刻和局部抛光技术往往需要很长的加工时间，因为局部加工是连续进行的。特别是当待修正基板的平坦度与所需水平相去甚远时，加工时间是非常长的。同样，例如当在精确抛光步骤前进行局部抛光时，虽然会频繁形成尺寸为大约1μm的微细疵点，但还是可以通过使用具有高抛光速率的抛光工具来缩短该抛光时间，因为在局部抛光步骤后将进行精确抛光步骤。相反，当精确抛光在局部抛光前的时候，局部抛光过的表面成为最终表面，在该表面中即使尺寸为大约1μm的微细疵点也是不允许的。那么该局部抛光步骤必须使用相对柔软的工具，其通常具有低抛光速率，并需要更长的抛光时间。
在粗抛光步骤后的最终精确抛光步骤使用抛光垫，其根据所需表面品质选自例如绒面革、浸渍聚氨酯的无纺织物、柔性聚氨酯泡沫等等。如果抛光浆料没有在整个基板上均匀分布，或者如果磨蚀的碎屑被截留在抛光垫中而没有被快速移走，那么抛光速率在基板内变得不均匀，导致差的平坦度。这可以通过提供在其整个表面上具有沟槽的抛光垫来避免。该沟槽有助于均匀地输送抛光浆料，该抛光浆料完全铺展在整个基板上，并且碎屑可以通过该沟槽被快速移走。随即可以控制抛光速率以改善平坦度或防止平坦度恶化。沟槽的形状可以是条纹的阵列。
精确抛光浆料可以含有二氧化硅、二氧化铈、人造刚玉、白刚玉（WA）、FO（FujimiInc.的氧化铝基研磨剂）、氧化锆、SiC、金刚石、二氧化钛、氧化锗等等的磨粒。该磨粒优选具有5至1,000nm、更优选10～150nm的粒度。优选的浆料可以是此类磨粒的水浆料。
该矩形形成模具用基板可以通过用光学干涉系统的平坦度测试仪测量基板的平坦度并判断其是否符合上述平坦度要求来检验。
可以在粗抛光步骤之前或之后或在精确抛光步骤之后并入加工该矩形形成模具用基板以满足以下关系的步骤：t1’>t1（其中t1’是由A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域至基板的B侧表面的距离，t1是由不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的该A侧表面的外周区域至该基板的B侧表面的距离）。合意地，由于以下原因，在精确抛光步骤后进行该加工步骤以获得所需平坦度。当该方法以具有阶梯状表面的基板（其中t1’>t1）开始时，难以使用设计用于抛光平板的传统抛光技术通过粗抛光或精确抛光步骤抛光该基板并将其精整至令人满意的平坦度。加工该基板以满足关系t1’>t1的步骤是通过适当的技术，如机械加工（使用机床）、喷砂、湿法蚀刻或干法蚀刻局部去除A侧表面的不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的外周区域，由降低t1。
获得在1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域中具有至多3nm/cm的最大双折射率的矩形形成模具用基板的手段可以是任何公知的方法。例如，在合成石英玻璃基板的情况下，可以通过将合成石英玻璃由1200℃缓慢冷却至800℃来降低双折射率量。该缓慢冷却步骤可以在将合成石英玻璃锭成形为所需形状的步骤的同时进行。或者，缓慢冷却可以在合成石英玻璃在成形后的退火之后在空气或氧气气氛中进行。
机械加工矩形形成模具用基板的B侧表面以形成凹槽或通道的步骤可以在粗抛光步骤之前或之后或在精确抛光步骤之后并入。由于以下原因，合意地在精确抛光步骤之后进行机械加工步骤以获得所需平坦度。当该方法以具有凹槽或通道的基板开始时，难以使用设计用于抛光平板的传统抛光技术通过粗抛光或精确抛光步骤抛光该基板并将其精整至令人满意的平坦度。
在机械加工基板以便在其中形成凹槽或通道的步骤中，可以使用加工中心或数控机床。磨轮在不会导致任何开裂、疵点或碎屑的条件下在待加工基板表面上旋转和移动，由此形成具有预定尺寸与深度的凹槽或通道。
具体而言，使用具有电镀或金属结合的金刚石或CBN研磨剂的磨轮，并在100至30,000rpm、优选1,000至15,000rpm的主轴旋转频率和1至10,000毫米/分钟、优选10～1,000毫米/分钟的切削速度下操作。
任选地，将该机械加工的表面，即该凹槽或通道的底面或侧面抛光至镜面光洁度。将机械加工表面上的加工损伤层去除以消除机械加工引起的残余应力，由此抑制残余应力导致的该基板的任何形状变化。如果该凹槽或通道的底面或侧面不是镜面抛光的，难以通过清洁完全去除污染物，存在图案被剩余污染物污染的可能性。凹槽或通道的底面与侧面的镜面精加工对提高底面强度也是有效的。
将机械加工表面，即凹槽或通道的底面和侧面抛光至镜面光洁度的步骤通过将旋转抛光工具的工作部分与机械加工表面在预定压力下接触并以预定速度相对移动该工具来进行。
该旋转抛光工具可以是任何类型的，只要其工作部分是磨料旋转组件。实例包括具有工具夹持部分的主轴，或具有安装在其上的抛光工具的精确研磨机械（例如Leutor）。
用于该抛光工具的材料类型没有特殊限制，只要该工作部分是GC轮、WA轮、金刚石轮、铈轮、铈垫、橡胶轮、重缩毡、聚氨酯或能够加工和去除工件料的其它组件。
当通过旋转抛光工具用其与机械加工表面（凹槽或通道的底面和侧面）接触的工作部分抛光凹槽或通道时，优选将抛光磨料浆料输送至抛光位置。适用于本发明的磨粒的实例包括二氧化硅、二氧化铈、人造刚玉、白刚玉（WA）、FO、氧化锆、SiC、金刚石、二氧化钛和氧化锗。颗粒尺寸优选为10nm至10μm。可以使用此类研磨剂的水浆料。
可以在粗抛光步骤之前或之后或在精确抛光步骤之后并入加工该矩形形成模具用基板以满足以下关系的步骤：t2’>t2（其中t2’是由A侧表面中1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域至基板的B侧表面的距离，t1是由不包括1～50毫米×1～50毫米的中心矩形区域的该A侧表面的外周区域至该基板的B侧表面的距离）。合意地，由于以下原因，在精确抛光步骤后进行该加工步骤以获得所需平坦度。当该方法以具有阶梯状表面的基板（其中t2’>t2）开始时，难以使用设计用于抛光平板的传统抛光技术通过粗抛光或精确抛光步骤抛光该基板并将其精整至令人满意的平坦度。加工该基板以满足关系t2’>t2的步骤可以先于机械加工该基板以形成凹槽或通道的步骤，并且反之亦然。加工该基板以满足关系t2’>t2的步骤和机械加工该基板以形成凹槽或通道的步骤可以通过与上述相同的技术进行。
实施例
下面给出本发明的实施例作为例示而非限制。
实施例1
切割并研磨合成石英玻璃原料，获得具有152毫米正方形与6.50毫米厚度的外部形状以及研磨玻璃表面的矩形基板前体。使用硬质聚氨酯泡沫塑料垫结合具有相对粗粒度的氧化铈磨粒（平均粒度1.4微米，商品名SHOROX，来自Showa Denko K.K.）对该前体施以粗抛光步骤。使用双面抛光机进行粗抛光。通过在硬质聚氨酯泡沫塑料垫表面上形成沟槽（沟槽间距3厘米，沟槽宽度2毫米）并在预定量的批次后对该垫施以金刚石丸粒精整来控制抛光垫的表面，以使抛光的石英玻璃基板的A侧和B侧表面（即将提供有拓扑图案的A侧表面和与其相对的B侧表面）具有所需的平坦度。
作为粗抛光的结果，完成了具有6.35毫米的厚度和镜面精加工的表面的所需设计的石英玻璃基板。使用光学干涉系统的平坦度测试仪（Tropel UltraFlat200M，CorningInc.），在50毫米正方形的中心区域中测量A侧表面的平坦度。该区域的平坦度为0.112μm。
随后对该基板施以精确抛光至平坦的镜面光洁度。通过以下方式进行抛光：使用双面抛光机，对其安装具有间距为3厘米的沟槽阵列的绒面革抛光垫，供给含有胶体二氧化硅磨粒（平均粒度80nm，
Figure BDA0000406641720000151
80，Fujimi Inc.）的抛光浆料。在抛光结束时，在测定基板的将提供有拓扑图案的A侧表面和与之相对的B侧表面的平坦度之前，将该基板小心地清洁并干燥。使用光学干涉系统的平坦度测试仪（Tropel UltraFlat200M），在50毫米正方形的中心区域中测量A侧表面的平坦度。该区域的平坦度为75nm。B侧表面（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）的整个区域具有1.45μm的平坦度。B侧表面的不包括50-100毫米正方形的中心区域的区域，特别是B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和50毫米正方形的中心区域）具有1.45μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面区域的不包括50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量以2秒的角度相交，表明它们是基本平行的。50毫米正方形的中心区域内的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例2
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有0.30μm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。使用小型抛光工具，将50毫米正方形的中心区域中的突起磨掉以改善平坦度。
对所得基板的A侧表面在50毫米正方形的中心区域中的平坦度进行测量。该区域的平坦度为138nm。B侧表面的整个区域（确切地说，不包括不包括具有低测量准确度的3毫米外周带的146毫米正方形的区域）具有1.57μm的平坦度。B侧表面的不包括50-100毫米正方形的中心区域的区域，特别是B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和50毫米正方形的中心区域）具有1.36μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的区域的平均平面的法向矢量以4秒的角度相交，表明它们是基本平行的。50毫米正方形的中心区域内的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例3
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在10毫米×20毫米的中心矩形区域中具有47nm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。精确抛光过的基板的A侧表面在10毫米×20毫米的中心矩形区域中具有0.044μm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.55μm的平坦度。
该基板的A侧表面中10毫米×20毫米的中心矩形区域用通过照相平版印刷术局部沉积的Cr膜和光致抗蚀剂掩蔽。将该基板在室温下在30重量%的氢氟酸水溶液中浸没50分钟以便将不包括A侧表面中10毫米×20毫米的中心矩形区域的基板蚀刻至0.020毫米的深度。蚀刻使得由A侧表面中10毫米×20毫米的中心矩形区域到基板的B侧表面的距离t1’与由不包括10毫米×20毫米的中心矩形区域的A侧表面蚀刻区域到基板的B侧表面的距离t1为t1’=t1+0.020毫米，满足关系：t1’≥t1。
蚀刻的基板的A侧表面在10毫米×20毫米的中心矩形区域中具有45nm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.74μm的平坦度。B侧表面的不包括50-100毫米正方形的中心区域的区域，特别是B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和50毫米正方形的中心区域）具有1.56μm的平坦度。指向A侧表面中10毫米×20毫米的中心矩形区域的平均平面的法向矢量与指向不包括50毫米正方形的中心区域的B侧表面区域的平均平面的法向矢量以4秒的角度相交，表明它们是基本平行的。10毫米×20毫米的中心区域中的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例4
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有110nm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。精确抛光过的基板的A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有0.097μm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.78μm的平坦度。
使用加工中心，对B侧表面在其中心处进行机械加工以形成具有80毫米直径和5毫米深度的圆形凹槽。使用羊毛重缩毡和氧化铈磨粒（平均粒度1.4μm，商品名SHOROX，ShowaDenko K.K.）将机械加工的表面，即该凹槽的底面和侧面抛光至镜面光洁度。在镜面精整磨光结束时，测量基板的平坦度。在凹槽形成后，A侧表面的50毫米正方形的中心区域具有0.154μm的平坦度，并且B侧表面的不包括直径80毫米的凹槽的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和80毫米直径的凹槽）具有1.49μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面的不包括直径80毫米的中心凹槽的区域的平均平面的法向矢量以3.5秒的角度相交，表明它们是基本平行的。50毫米正方形的中心区域中的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例5
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有118nm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。精确抛光过的基板的A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有0.107μm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.61μm的平坦度。
使用加工中心，对B侧表面在其中心处进行机械加工以形成具有3毫米深度、30毫米宽度和152毫米长度并平行于侧面延伸的通道。在机械加工结束时，测量基板的平坦度。在通道形成后，A侧表面的50毫米正方形的中心区域具有0.120μm的平坦度，并且B侧表面的不包括30毫米宽和152毫米长的通道的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和30毫米×152毫米的通道）具有1.55μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面的不包括30毫米宽和152毫米长的通道的区域的平均平面的法向矢量以4秒的角度相交，表明它们是基本平行的。50毫米正方形的中心区域中的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例6
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在30毫米×50毫米的中心矩形区域中具有87nm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。精确抛光过的基板的A侧表面在30毫米×50毫米的中心矩形区域中具有0.085μm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.64μm的平坦度。
该基板的A侧表面中30毫米×50毫米的中心矩形区域用通过照相平版印刷术局部沉积的Cr膜与光致抗蚀剂掩蔽。将该基板在室温下在50重量%的氢氟酸水溶液中浸没90分钟以便将不包括A侧表面中30毫米×50毫米的中心矩形区域的基板蚀刻至0.050毫米的深度。蚀刻使得由A侧表面中30毫米×50毫米的中心矩形区域到基板的B侧表面的距离t1’与由A侧表面的不包括30毫米×50毫米的中心矩形区域的蚀刻区域到基板的B侧表面的距离t1为t1’=t1+0.050毫米，满足关系：t1’≥t1。
使用加工中心，对B侧表面在其中心处进行机械加工以形成具有70毫米直径和4毫米深度的圆形凹槽。使用羊毛重缩毡和氧化铈磨粒（平均粒度1.4μm，商品名SHOROX，ShowaDenko K.K.）将机械加工的表面，即该凹槽的底面和侧面抛光至镜面光洁度。
在镜面精整磨光结束时，测量基板的平坦度。在凹槽形成后，A侧表面的30毫米×50毫米的中心矩形区域具有0.091μm的平坦度，并且B侧表面的不包括直径70毫米的凹槽的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和70毫米直径的凹槽）具有1.63μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面的不包括直径70毫米的中心凹槽的区域的平均平面的法向矢量以4.5秒的角度相交，表明它们是基本平行的。30毫米×50毫米的中心矩形区域中的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
实施例7
通过与实施例1相同的工序，制备并加工起始基板直到粗抛光。在平坦度测量时，A侧表面在20毫米×40毫米的中心矩形区域中具有75nm的平坦度。随后如实施例1中那样对该基板施以精确抛光。精确抛光过的基板的A侧表面在20毫米×40毫米的中心矩形区域中具有0.071μm的平坦度，并且B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带）具有1.53μm的平坦度。
使用加工中心，将该基板的除20毫米×40毫米的中心矩形区域之外的A侧表面机械加工至1.5毫米的深度，使得由A侧表面中20毫米×40毫米的中心矩形区域到基板的B侧表面的距离t1’与由不包括20毫米×40毫米的中心矩形区域的A侧表面机械加工区域到基板的B侧表面的距离t1为t1’=t1+1.5毫米，满足关系：t1’≥t1。
使用加工中心，对B侧表面在其中心处进行机械加工以形成具有2毫米深度、10毫米宽度和152毫米长度并平行于侧面延伸的通道。在机械加工结束时，测量基板的平坦度。在通道形成后，A侧表面的20毫米×40毫米的中心矩形区域具有0.072μm的平坦度，并且B侧表面的不包括20毫米宽和152毫米长的通道的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和20毫米×152毫米的通道）具有1.51μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与B侧表面的指向不包括20毫米宽和152毫米长的通道的区域的平均平面的法向矢量以4秒的角度相交，表明它们是基本平行的。20毫米×40毫米的中心矩形区域中的表面缺陷具有小于0.05μm的尺寸。
对比例1
对合成石英玻璃原料进行切割、研磨和粗抛光。注意，粗抛光步骤使用硬质聚氨酯泡沫塑料的抛光垫，其已经使用了几十个抛光批次而不使用金刚石丸粒进行中间精整，并在其表面上具有差的平坦度，特别是50μm的平坦度。在粗抛光结束时，该A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有0.38μm的平坦度。
随后对该基板施以精确抛光至平坦的镜面光洁度。通过以下方式进行抛光：使用双面抛光机，对其安装具有间距为3厘米的沟槽阵列的绒面革抛光垫，供给含有胶体二氧化硅磨粒（平均粒度80nm，
Figure BDA0000406641720000211
80，Fujimi Inc.）的抛光浆料。
在抛光结束时，将该基板小心地清洁并干燥。使用平坦度测试仪（TropelUltraFlat200M）测定基板的A侧表面和与之相对的B侧表面的平坦度。A侧表面在50毫米正方形的中心区域中具有0.54μm的平坦度。B侧表面的整个区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量精确度的3毫米外周带）具有3.84μm的平坦度。B侧表面的不包括50-100毫米正方形的中心区域的区域，特别是B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的区域（确切地说，146毫米正方形的区域，不包括具有低测量准确度的3毫米外周带和50毫米正方形的中心区域）具有3.60μm的平坦度。指向A侧表面中50毫米正方形的中心区域的平均平面的法向矢量与指向B侧表面的不包括50毫米正方形的中心区域的区域的平均平面的法向矢量以56秒的角度相交。

Claims (7)

1.用作模具的将提供有拓扑图案的矩形基板，所述基板具有A侧和B侧的相对表面，所述A侧表面将提供有所述拓扑图案，其中
所述A侧表面包括尺寸为1～50毫米×1～50毫米并将提供有所述拓扑图案的中心矩形区域，所述中心矩形区域具有至多350nm的平坦度，
所述A侧表面的中心矩形区域与所述B侧表面之间的距离t1’大于A侧表面不包括所述中心矩形区域的外周区域与所述B侧表面之间的距离t1，即t1’>t1，以及
所述A侧表面的中心矩形区域的平均平面基本平行于不包括50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的B侧表面的平均平面。
2.权利要求1的基板，其中所述B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸的内部矩形区域，所述内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
3.权利要求1的基板，其中所述B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸但不包括在所述B侧表面的50～100毫米×50～100毫米的中心矩形区域的内部矩形区域，所述内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
4.权利要求1的基板，其中所述A侧表面的中心矩形区域具有至多3nm/cm的双折射率。
5.用作模具的将提供有拓扑图案的矩形基板，所述基板具有A侧和B侧的相对表面，所述A侧表面将提供有该拓扑图案，其中
所述A侧表面包括尺寸为1～50毫米×1～50毫米并将提供有所述拓扑图案的中心矩形区域，所述中心矩形区域具有至多350nm的平坦度，
所述B侧表面具有凹槽或通道，
所述A侧表面的中心矩形区域与B侧表面的其中未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2’大于A侧表面不包括所述中心矩形区域的外周区域与B侧表面的其中未形成凹槽或通道的区域之间的距离t2，即t2’>t2，以及
所述A侧表面的中心矩形区域的平均平面基本平行于B侧表面的不包括所述凹槽或通道的平均平面。
6.权利要求5的基板，其中所述B侧表面包括从距B侧表面外周间隔3毫米的内部位置向内延伸并且不包括所述凹槽或通道的内部矩形区域，所述内部矩形区域具有至多3μm的平坦度。
7.权利要求5的基板，其中所述A侧表面的中心矩形区域具有至多3nm/cm的双折射率。
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