JP2014103323A

JP2014103323A - ナノインプリント用テンプレートの製造方法

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Publication number: JP2014103323A
Application number: JP2012255490A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakamoto; 坂本　　武士; Takaaki Hiraka; 貴昭平加
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: JP6003571B2

Abstract

【課題】本発明は、側壁プロセスを用いつつも、より簡易な工程で歩留まり良く、異なるサイズの転写パターンを形成することが可能なナノインプリント用テンプレートの製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】側壁プロセスに用いる芯材にレジストパターンを用い、芯材を覆う薄膜に原子層堆積膜を用いること、および、先に任意の大サイズの転写パターンとなる厚膜パターン部をハードマスク層に形成し、その後、側壁プロセスを用いて小サイズの転写パターンとなる側壁パターンを形成することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な凹凸パターンを形成するナノインプリントリソグラフィに用いるテンプレートの製造方法に関するものである。

半導体デバイス製造においては、従来から、フォトマスクを使って縮小（例えば１／４縮小）露光するフォトリソグラフィの技術が用いられており、近年では、より解像度を向上させる技術として、位相シフトマスクを用いたフォトリソグラフィによって、超ＬＳＩ等の微細なパターンを製造している。
しかしながら、さらなる微細化に対応するためには、露光波長の問題や製造コストの問題などから上記のフォトリソグラフィによる方式の限界が指摘されており、次世代のリソグラフィ技術として、テンプレート（モールド、スタンパ、金型とも呼ばれる）を用いるナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ：ＮａｎｏｉｍｐｒｉｎｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が提案されている。

このナノインプリントリソグラフィは、表面に微細な凹凸形状の転写パターンを形成したナノインプリント用テンプレート（適宜、テンプレートと呼ぶ）を、半導体ウェハなどの被転写基板の上に形成された樹脂に接触させ、この樹脂の表面側の形状をテンプレートの転写パターンの凹凸形状に成型した後に離型し、次いで、ドライエッチング等により余分な樹脂部分（残膜部分）を除去することで、被転写基板の上の樹脂にテンプレートの転写パターンの凹凸形状（より詳しくは、凹凸反転形状）を転写する技術である。

このナノインプリントリソグラフィに用いる樹脂成型方法には、熱可塑性樹脂を用いて、まず、前記樹脂をガラス転移温度以上に加熱して変形可能とし、この状態でテンプレートの転写パターンの凹凸形状に成型し、その後、ガラス転移温度以下に冷却することでテンプレートの転写パターンの凹凸形状を前記樹脂に転写する熱インプリント法や（例えば、特許文献１）、紫外線硬化性樹脂を用いて、硬化前の変形可能な前記樹脂をテンプレートの転写パターンの凹凸形状に成型し、その後、紫外線を照射して前記樹脂を硬化させて、テンプレートの転写パターンの凹凸形状を前記樹脂に転写する光インプリント法などが提案されている（例えば、特許文献２）。

上記のように、光インプリント法は、熱インプリント法のような加熱と冷却の工程が不要であり、室温でパターン転写できる。また、テンプレートや被転写基板が、熱によって寸法変化を生じてしまうリスクを低減できる。
それゆえ、一般的には、熱インプリント法よりも光インプリント法の方が、生産性、解像性、アライメント精度などの点で優れている。

上記のようなテンプレートの製造方法としては、例えば、合成石英ガラス基板等のテンプレート基板の上にクロム（Ｃｒ）等のハードマスク層を形成し、その上に形成したレジストパターンをエッチングマスクに用いてハードマスク層をエッチング加工し、次いで、加工したハードマスク層（ハードマスクパターン）をエッチングマスクに用いてテンプレート基板をエッチング加工して、上記の転写パターンを形成する方法が用いられている。

近年では、さらなる微細化の要求に応じるために、上記のハードマスク層の加工方法として、まずハードマスク層の上に芯材となるパターンを形成し、この芯材パターンを覆うように薄膜を形成した後にエッチバックして、芯材パターンの側面に前記薄膜の材料から構成される側壁パターンを形成し、この側壁パターンを用いてハードマスク層をエッチング加工する方法（側壁プロセスと呼ぶ）を用いることが提案されている（例えば、特許文献３）。

特表２００４−５０４７１８号公報特開２００２−９３７４８号公報特許第４８２５８９１号公報特許第４５２３６６１号公報

しかしながら、従来の側壁プロセスにおいては、レジストパターンやハードマスクパターン以外に芯材パターンも形成する必要があり、工程が複雑になっていた。また、芯材パターン、側壁パターン、ハードマスク層に用いる材料に、互いに異なるエッチング特性をもつ材料を選択する必要があり、材料選択に困難性があった。

さらに、通常、側壁パターンのサイズ（幅寸法）は、芯材パターンの上に形成する薄膜の厚さと同じになることから、この側壁プロセスを用いてテンプレートの転写パターンを形成する場合には、転写パターンの凸部のサイズ（幅寸法）は、全て同じサイズになってしまうという問題があった。

上記について、図５および図６を用いて、より具体的に説明する。ここで、図５および図６は従来のナノインプリント用テンプレートの製造方法の一例を示す概略工程図である。

例えば、上記の側壁プロセスを用いてテンプレートを製造する場合には、まず、図５（ａ）に示すように、テンプレート基板１１１の上に、ハードマスク層１１２および芯材層１４１を順次形成した積層体を準備し、その芯材層１４１の上にレジストパターン１２１Ｐを形成する。
次に、レジストパターン１２１Ｐから露出する芯材層１４１をエッチング加工して芯材パターン１４１Ｐを形成し、その後、レジストパターン１２１Ｐを除去する（図５（ｂ）、（ｃ））。

なお、ここでは省略するが、レジストパターン１２１Ｐを除去する工程（図５（ｃ））の前に、芯材パターン１４１ＰをＣＤＥ（ＣｈｅｍｉｃａｌＤｒｙＥｔｃｈｉｎｇ）やウェットエッチング等の等方性エッチングの方法を用いてスリミングしてもよい。

次に、ＣＶＤ法やスパッタ法等の成膜方法を用いて、この芯材パターン１４１Ｐを覆うように側壁材薄膜１３１（膜厚Ｔ）を形成し（図５（ｄ））、次いで、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）等の異方性エッチングの方法を用いてエッチバックして、芯材パターン１４１Ｐの側面に側壁パターン１３１Ｐを形成し（図５（ｅ））、その後、芯材パターン１４１Ｐを除去する（図６（ｆ））。

ここで、形成される側壁パターン１３１Ｐのサイズ（幅寸法）ＷＳは、レジストパターン１２１Ｐ、若しくは、芯材パターン１４１Ｐのサイズ（幅寸法）に係わらず、全て側壁材薄膜１３１の膜厚Ｔと同じになる。
それゆえ、この側壁パターン１３１Ｐから露出するハードマスク層１１２をエッチング加工して形成されるハードマスクパターン１１２Ｐのサイズ（幅寸法）ＷＨも全て同じサイズになり（図６（ｈ））、同様に、ハードマスクパターン１１２Ｐから露出するテンプレート基板１１１をエッチング加工して形成される転写パターン１１０Ｐの凸部のサイズ（幅寸法）ＷＴも全て同じサイズになる（図６（ｊ））。

したがって、上記の側壁プロセスを用いつつ、異なるサイズの転写パターンを形成しようとする場合には、例えば、特許文献３に記載されている方法のように、芯材パターンを覆う薄膜をエッチバックして側壁パターンを形成した後に、所定の芯材パターンを覆うように再度レジストパターンを形成するといった工程が必要になる。
しかしながら、上記のような方法では、テンプレートの製造工程は、より複雑になり、また、側壁パターンを形成した後にレジストパターンを形成する方法では、現像やリンスなどのウェットプロセスで、側壁パターンが倒壊したり、剥離したりするおそれがあるため、歩留まりが低下するという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、側壁プロセスを用いつつも、より簡易な工程で歩留まり良く、異なるサイズの転写パターンを形成することが可能なナノインプリント用テンプレートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、種々研究した結果、側壁プロセスに用いる芯材にレジストパターンを用い、芯材を覆う薄膜に原子層堆積膜を用いること、および、先に任意の大サイズの転写パターンとなる厚膜パターン部をハードマスク層に形成し、その後、側壁プロセスを用いて小サイズの転写パターンとなる側壁パターンを形成することにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、光透過性基板に転写パターンを有するナノインプリント用テンプレートの製造方法であって、前記光透過性基板の上に形成された第１のハードマスク層形成用材料膜の上に、第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンから露出する前記第１のハードマスク層形成用材料膜をエッチングにより除去して、第１のハードマスク層形成用材料膜パターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンを除去する工程と、前記光透過性基板の上、および、前記第１のハードマスク層形成用材料膜パターンの上に、前記第１のハードマスク層形成用材料膜と同じ材料から構成される第２のハードマスク層形成用材料膜を形成して、厚膜パターン部と、前記厚膜パターン部よりも膜厚が薄い薄膜部を有するハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層の上に、第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンの上面および側面、並びに、前記第２のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層の表面を覆う原子層堆積膜を形成する工程と、前記原子層堆積膜をエッチバックして、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜を残しつつ、前記第２のレジストパターンの上面および前記ハードマスク層の表面を露出させる工程と、前記第２のレジストパターンを除去して、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜から構成される側壁パターンを形成する工程と、前記側壁パターンから露出する前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記厚膜パターン部のハードマスク層を薄膜化しつつ、前記側壁パターンから露出する前記薄膜部のハードマスク層を除去して、前記厚膜パターン部が薄膜化された第１のハードマスクパターン部と、前記側壁パターンの下に形成される第２のハードマスクパターン部と、を有するハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンから露出する前記光透過性基板をエッチングして、前記転写パターンを形成する工程と、を順に備えることを特徴とするナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、光透過性基板に転写パターンを有するナノインプリント用テンプレートの製造方法であって、前記光透過性基板の上に形成されたハードマスク層形成用材料膜の上に、第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層形成用材料膜をハーフエッチングにより薄膜化して、厚膜パターン部と、前記厚膜パターン部よりも膜厚が薄い薄膜部を有するハードマスク層を形成する工程と、前記第１のレジストパターンを除去する工程と、前記ハードマスク層の上に、第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンの上面および側面、並びに、前記第２のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層の表面を覆う原子層堆積膜を形成する工程と、前記原子層堆積膜をエッチバックして、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜を残しつつ、前記第２のレジストパターンの上面および前記ハードマスク層の表面を露出させる工程と、前記第２のレジストパターンを除去して、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜から構成される側壁パターンを形成する工程と、前記側壁パターンから露出する前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記厚膜パターン部のハードマスク層を薄膜化しつつ、前記側壁パターンから露出する前記薄膜部のハードマスク層を除去して、前記厚膜パターン部が薄膜化された第１のハードマスクパターン部と、前記側壁パターンの下に形成される第２のハードマスクパターン部と、を有するハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンから露出する前記光透過性基板をエッチングして、前記転写パターンを形成する工程と、を順に備えることを特徴とするナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記転写パターンを形成する工程における、前記光透過性基板のエッチング速度がＥ１、前記ハードマスク層のエッチング速度がＥ２、形成する前記転写パターンの深さがＤ、である場合に、前記ハードマスク層が有する前記厚膜パターン部と薄膜部との膜厚差Ｈが、Ｈ＞Ｄ×Ｅ２／Ｅ１の関係を満たすように前記ハードマスク層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記厚膜パターン部がアライメントマークを構成するパターン部を含んでおり、前記第２のレジストパターンを形成する工程において、前記アライメントマークを用いて前記厚膜パターン部に対して位置合わせされた前記第２のレジストパターンを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、前記ハードマスク層が、導電性を有する材料を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、前記光透過性基板が酸化シリコンを含む材料から構成されており、前記原子層堆積膜がシリコンを含む材料から構成されており、前記光透過性基板をエッチングして前記転写パターンを形成する工程において、フッ素を含むガスを用いたドライエッチングにより、前記転写パターンを形成するとともに、前記側壁パターンを除去することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法である。

本発明によれば、側壁プロセスで形成される同じサイズの微細な転写パターンに加えて異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレートを、より簡易な工程で歩留まり良く製造することができる。

本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第１の実施形態の例を示す概略工程図である。図１に続く、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第１の実施形態の例を示す概略工程図である。本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第２の実施形態の例を示す概略工程図である。図３に続く、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第２の実施形態の例を示す概略工程図である。従来のナノインプリント用テンプレートの製造方法の一例を示す概略工程図である。図５に続く、従来のナノインプリント用テンプレートの製造方法の一例を示す概略工程図である。

以下、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１および図２を用いて、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第１の実施形態について説明する。

本実施形態の製造方法を用いて、異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を製造するには、例えば、図１（ａ）に示すように、まず、テンプレート基板１１の上に第１のハードマスク層形成用材料膜１２が形成された積層体を準備し、第１のハードマスク層形成用材料膜１２の上に第１のレジストパターン２１Ｐを形成する。

次に、第１のレジストパターン２１Ｐから露出する第１のハードマスク層形成用材料膜１２をエッチングにより除去して、第１のハードマスク層形成用材料膜パターン１２Ｐを形成し（図１（ｂ））、その後、第１のレジストパターン２１Ｐを除去する（図１（ｃ））。

次に、テンプレート基板１１の上、および、第１のハードマスク層形成用材料膜パターン１２Ｐの上に、第１のハードマスク層形成用材料膜１２と同じ材料から構成される第２のハードマスク層形成用材料膜を形成して、厚膜パターン部１３ａと、厚膜パターン部１３ａよりも膜厚が薄い薄膜部１３ｂを有するハードマスク層１３を形成する（図１（ｄ））。

次に、ハードマスク層１３の上に第２のレジストパターン２２Ｐを形成し（図１（ｅ））、次いで、第２のレジストパターン２２Ｐの上面および側面、並びに、第２のレジストパターン２２Ｐから露出するハードマスク層１３の表面を覆う原子層堆積膜３１を形成する（図１（ｆ））。

次に、原子層堆積膜３１をエッチバックして、第２のレジストパターン２２Ｐの側面に形成した原子層堆積膜３１を残しつつ、第２のレジストパターン２２Ｐの上面およびハードマスク層１３の表面を露出させ（図２（ｇ））、その後、第２のレジストパターン２２Ｐを除去して、第２のレジストパターン２２Ｐの側面に形成した原子層堆積膜３１から構成される側壁パターン３１Ｐを形成する（図２（ｈ））。

次に、側壁パターン３１Ｐから露出するハードマスク層１３をエッチングすることにより、厚膜パターン部１３ａのハードマスク層１３を薄膜化しつつ、側壁パターン３１Ｐから露出する薄膜部１３ｂのハードマスク層１３を除去して、厚膜パターン部１３ａが薄膜化された第１のハードマスクパターン部１３ａＰと、側壁パターン３１Ｐの下に形成される第２のハードマスクパターン部１３ｂＰと、を有するハードマスクパターン１３Ｐを形成する（図２（ｉ））。

次に、ハードマスクパターン１３Ｐから露出するテンプレート基板１１をエッチングして、転写パターン１０Ｐを形成し（図２（ｊ））、次いで、ハードマスクパターン１３Ｐを除去して、異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を得る（図２（ｋ））。

上述のように、本実施形態によれば、１種類の同じ材料のみを用いて、ハードマスク層１３に膜厚の異なる厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂを形成し、これらの膜厚差を利用することで、側壁プロセスで形成される同じサイズの微細な転写パターンに加えて、異なるサイズの転写パターンを形成することができる。
また、本実施形態によれば、側壁パターン３１Ｐを形成した後には（図２（ｈ）〜（ｋ））、従来のような、異なるサイズの転写パターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程は含まれていないため、現像やリンスなどのウェットプロセスによる側壁パターンの倒壊や剥離のおそれはなく、従来の製造方法に比べて歩留まりを向上させることができる。
それゆえ、本実施形態によれば、側壁プロセスで形成される同じサイズの微細な転写パターンに加えて、異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を、より簡易な工程で歩留まり良く製造することができる。

また、本実施形態においては、側壁パターン３１Ｐを形成するための薄膜に、原子層堆積法（ＡＬＤ法：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）により形成される原子層堆積膜３１を用いているため、従来よりも、側壁パターン３１Ｐのサイズ（幅寸法）を微細かつ均一にでき、さらに、側壁プロセスにおける芯材をレジスト（第２のレジストパターン２２Ｐ）で形成することができる。

この原子層堆積法は、金属あるいはシリコンを含む原料ガスと酸素やフッ素等を含む反応ガスの２種類のガスを交互に用いて、基板上に原子層単位で薄膜（原子層堆積膜）を形成する技術であり、金属あるいはシリコンを含むガスの供給、余剰ガスの排除、酸素等を含むガスの供給、余剰ガスの排除、の４工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返して所望の厚さの膜を形成する成膜技術である（例えば、特許文献４）。

この原子層堆積法によれば、例えば、シリコンを含む原料ガスと、酸素を含む反応ガスを交互に用いることで、原子層堆積膜３１として酸化シリコン膜を形成することができる。同様に、シリコンを含む原料ガスと窒素を含む反応ガスを用いて、原子層堆積膜３１として窒化シリコン膜を形成することもできる。

また、反応ガスには複数種の元素を含むガスを用いても良い。例えば、シリコンを含む原料ガスと、酸素および窒素を含む反応ガスを用いて、ＳｉＯＮ膜を形成することや、シリコンを含む原料ガスと、酸素およびフッ素を含む反応ガスを用いて、ＳｉＯＦ膜を形成することもできる。

上記のように、原子層堆積法は原子層単位で薄膜を形成することができ、高い形状追従性を有している。それゆえ、本発明においては、側壁パターンを構成する薄膜の形成方法に、この原子層堆積法を用いることで、従来のＣＶＤ法やスパッタ法によって形成される膜よりも薄く、かつ、膜厚均一性の高い膜（原子層堆積膜３１）を形成することができる。

一方、従来のスパッタ法による成膜方法では、成膜する対象に凹凸形状等の段差がある場合、平坦部や凸部の角部には膜が形成され易いのに対し、凹部の角部には膜が形成され難いという傾向があった。

また、従来のＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜方法では、高質な膜を形成するためには、通常、高温（例えば２００℃以上）での成膜を必要とするため、側壁プロセスにおける芯材にレジストを用いることは困難であった。レジストパターンが熱によって変形してしまい、所望の側壁パターンを精度良く形成できないからである。

一方、原子層堆積法による成膜方法ならば、より低温（例えば室温）で成膜することも可能である。例えば、レジストを構成する樹脂のガラス転移温度よりも低い温度で成膜することができる。すなわち、原子層堆積法を用いれば、レジストパターンが熱によって変形することを抑制しつつ、このレジストパターンを覆うように原子層堆積膜を形成することが可能である。

それゆえ、本実施形態においては、側壁パターン３１Ｐを形成するための薄膜を、原子層堆積膜３１とすることで、側壁プロセスにおける芯材をレジスト（第２のレジストパターン２２Ｐ）で形成することができる。
したがって、本実施形態によれば、レジストパターンやハードマスクパターン以外に、別の材料を用いて芯材パターンを形成する必要は無く、より工程を短縮することができる。

また、従来の製造方法では、例えば図５（ｅ）に示すように、芯材パターン１４１Ｐ、側壁パターン１３１Ｐ、ハードマスク層１１２の３種の材料がいずれも露出する状態があり、それぞれを選択的にエッチング加工するためには、それぞれ互いに異なるエッチング特性をもつ材料を選択する必要があり、材料選択に困難性があった。

例えば、ハードマスク層１１２をクロム等の金属系の材料で構成し、芯材パターン１４１Ｐを酸化シリコン等のシリコン系の材料で構成する場合、側壁パターン１３１Ｐを構成する材料は、原則、金属系の材料を加工するエッチングガス（例えば、塩素系ガス）とシリコン系の材料を加工するエッチングガス（例えば、フッ素系ガス）の両方に耐性を有することが求められる。
さらに、側壁パターン１３１Ｐを構成する材料をエッチングするガスは、例えば図５（ｄ）〜（ｅ）に示すように、金属系の材料から構成されるハードマスク層１１２やシリコン系の材料から構成される芯材パターン１４１Ｐをエッチングしないものであることが要求される。
このような条件を満たすことは、困難性を伴っていた。

一方、本実施形態においては、芯材をレジスト（第２のレジストパターン２２Ｐ）で形成することができるため、例えば図２（ｇ）に示すように、第２のレジストパターン２２Ｐ、側壁パターン３１Ｐ、ハードマスク層１３の３種の材料がいずれも露出する状態があっても、例えば、ハードマスク層１３を窒化クロム等の金属系の材料で構成し、側壁パターン３１Ｐを酸化シリコン等のシリコン系の材料で構成することで、上記のような困難性を伴わずに、それぞれを選択的にエッチング加工することができる。

具体例として、図１（ｆ）〜図２（ｇ）に示す側壁パターン３１Ｐのエッチング加工にはフッ素系ガスを、図２（ｇ）〜（ｈ）に示す第２のレジストパターン２２Ｐのエッチング加工には酸素系ガスを、図２（ｈ）〜（ｉ）に示すハードマスク層１３のエッチング加工には塩素系ガスを用いればよい。

ここで、本実施形態におけるテンプレート基板１１は、ナノインプリント用テンプレートに適用可能なものであれば用いることができるが、光インプリント法に用いる光（通常、紫外線）に対して透過性を有する光透過性基板であることが好ましい。テンプレート基板１１が上記のような光透過性基板であれば、本実施形態の製造方法を用いて製造したテンプレート１０を、生産性、解像性、アライメント精度などの点で優れる光インプリント法に用いることができるからである。

光透過性基板の材料としては、例えば、石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム等を用いることができるが、テンプレート製造工程の洗浄などに用いる洗浄液への耐性に優れたものが好ましく、一般的には、合成石英ガラス基板が用いられる。

また、ハードマスク層１３を構成する第１のハードマスク層形成用材料膜１２、および、第２のハードマスク層形成用材料膜は、テンプレート基板１１をエッチングして転写パターンを形成する際に、エッチングマスクとして作用することが可能な材料から構成されており、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等の金属や、それらの酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物等を含むものとすることができる。

また、本実施形態において、転写パターン１０Ｐを形成する工程（図２（ｊ））におけるテンプレート基板１１のエッチング速度がＥ１、ハードマスク層１３のエッチング速度がＥ２、形成する転写パターン１０Ｐの深さがＤ、である場合に、ハードマスク層１３が有する厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂとの膜厚差Ｈは、Ｈ＞Ｄ×Ｅ２／Ｅ１の関係を満たすことが好ましい。
この関係を満たせば、第１のハードマスクパターン部１３ａＰが消失する前に、転写パターン１０Ｐの形成を完了できるからである。
本実施形態において、上記の関係を満たすには、例えば、図1（ａ）に示すように、テンプレート基板１１の上に形成される第１のハードマスク層形成用材料膜１２の膜厚を、上記のＨとすればよい。

また、本実施形態においては、厚膜パターン部１３ａがアライメントマークを構成するパターン部を含んでおり、第２のレジストパターン２２Ｐを形成する工程（図１（ｅ））において、前記アライメントマークを用いて厚膜パターン部１３ａに対して位置合わされた第２のレジストパターン２２Ｐを形成することが好ましい。
厚膜パターン部１３ａにアライメントマークを構成するパターン部を含めることで、別途アライメントマークを形成する工程を省くことができ、かつ、厚膜パターン部１３ａの位置に形成される転写パターンと、側壁パターンの位置に形成される転写パターンとの、相対位置精度を向上させることができるからである。

なお、上記のアライメントマークの形態は、電子線を用いたアライメント描画や、インプリント法による樹脂成型に用いられるアライメントマークや、各種の検査工程に用いられるマークの形態とすることができ、例えば、十字型やＬ字型、ライン状のパターンが所定の間隔で配置されたもの等の形態とすることができる。

本実施形態においては、上記の第２のレジストパターン２２Ｐを形成する方法は、電子線描画による方法であってもよく、ナノインプリントリソグラフィで用いられるインプリント法であってもよい。
また、電子線描画等で形成したレジストパターンを、酸素プラズマ等を用いてスリミングして、第２のレジストパターン２２Ｐを形成してもよい。

ここで、電子線描画による方法を用いる場合は、ハードマスク層１３が、導電性を有していることが好ましい。帯電を防止して、精度良く第２のレジストパターン２２Ｐを形成することができるからである。
ハードマスク層１３が導電性を有するようにするには、ハードマスク層１３が、導電性を有する材料を含む構成にすればよい。導電性を有する材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）等の金属を挙げることができる。
また、本実施形態においては、厚膜パターン部１３ａにアライメントマークを構成するパターン部を含めることで、アライメントマークもハードマスク層の一部として帯電を防止することができ、電子線描画におけるアライメントマークの検出精度も向上させることができる。

また、本実施形態においては、テンプレート基板１１が酸化シリコンを含む材料から構成されており、原子層堆積膜３１がシリコンを含む材料から構成されており、テンプレート基板１１をエッチングして転写パターン１０Ｐを形成する工程において、フッ素を含むガスを用いたドライエッチングにより、転写パターン１０Ｐを形成するとともに、側壁パターン３１Ｐを除去することが好ましい。

上述のように、テンプレート基板１１は、光透過性基板であることが好ましく、一般的には、合成石英ガラス基板が用いられる。そして、この合成石英ガラス基板は、酸化シリコンを含む材料から構成されている。

一方、テンプレート基板１１の上に形成されるハードマスク層１３を構成する材料には、テンプレート基板１１をエッチングして転写パターン１０Ｐを形成する際に、エッチングマスクとして作用することが可能な材料であることが求められ、例えば、クロム（Ｃｒ）等の金属や、それらの酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物等を含むものが用いられている。
このような材料であれば、テンプレート基板１１をエッチング加工する際のフッ素系のガスに耐性を有するからである。

同様に、ハードマスク層１３の上に形成される側壁パターン３１Ｐを構成する材料、すなわち、原子層堆積膜３１を構成する材料には、ハードマスク層１３をエッチングしてハードマスク層１３Ｐ（より詳しくは、第２のハードマスクパターン部１３ｂＰ）を形成する際に、エッチングマスクとして作用することが可能な材料であることが求められる。
それゆえ、原子層堆積膜３１はシリコンを含む材料から構成されていることが好ましい。このような材料であれば、上記のような金属等から構成されるハードマスク層１３をエッチング加工する際の塩素系のガスに耐性を有するからである。

ここで、上記のように原子層堆積膜３１がシリコンを含む材料から構成されている場合、すなわち、側壁パターン３１Ｐがシリコンを含む材料から構成されている場合には、フッ素系のガスを用いたエッチングで側壁パターン３１Ｐを除去することができる。
それゆえ、本実施形態においては、テンプレート基板１１をエッチングして転写パターン１０Ｐを形成する工程において、フッ素を含むガスを用いたドライエッチングにより、転写パターン１０Ｐを形成するとともに、側壁パターン３１Ｐを除去することが好ましい。転写パターン１０Ｐを形成する工程と、側壁パターン３１Ｐを除去する工程を、別々に行う場合に比べて、工程を短縮できるからである。

（第２の実施形態）
次に、図３および図４を用いて、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法の第２の実施形態について説明する。

本実施形態の製造方法を用いて、異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を製造するには、例えば、図３（ａ）に示すように、まず、テンプレート基板１１の上にハードマスク層形成用材料膜１３Ａが形成された積層体を準備し、ハードマスク層形成用材料膜１３Ａの上に第１のレジストパターン２１Ｐを形成する。

次に、第１のレジストパターン２１Ｐから露出するハードマスク層形成用材料膜１３Ａをハーフエッチングにより薄膜化して、厚膜パターン部１３ａと、厚膜パターン部１３ａよりも膜厚が薄い薄膜部１３ｂを有するハードマスク層１３を形成し（図３（ｂ））、その後、第１のレジストパターン２１Ｐを除去する（図３（ｃ））。

次に、ハードマスク層１３の上に第２のレジストパターン２２Ｐを形成し（図３（ｄ））、次いで、第２のレジストパターン２２Ｐの上面および側面、並びに、第２のレジストパターン２２Ｐから露出するハードマスク層１３の表面を覆う原子層堆積膜３１を形成する（図３（ｅ））。

次に、原子層堆積膜３１をエッチバックして、第２のレジストパターン２２Ｐの側面に形成した原子層堆積膜３１を残しつつ、第２のレジストパターン２２Ｐの上面およびハードマスク層１３の表面を露出させ（図４（ｆ））、その後、第２のレジストパターン２２Ｐを除去して、第２のレジストパターン２２Ｐの側面に形成した原子層堆積膜３１から構成される側壁パターン３１Ｐを形成する（図４（ｇ））。

次に、側壁パターン３１Ｐから露出するハードマスク層１３をエッチングすることにより、厚膜パターン部１３ａのハードマスク層１３を薄膜化しつつ、側壁パターン３１Ｐから露出する薄膜部１３ｂのハードマスク層１３を除去して、厚膜パターン部１３ａが薄膜化された第１のハードマスクパターン部１３ａＰと、側壁パターン３１Ｐの下に形成される第２のハードマスクパターン部１３ｂＰと、を有するハードマスクパターン１３Ｐを形成する（図４（ｈ））。

次に、ハードマスクパターン１３Ｐから露出するテンプレート基板１１をエッチングして、転写パターン１０Ｐを形成し（図４（ｉ））、次いで、ハードマスクパターン１３Ｐを除去して、異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を得る（図４（ｊ））。

上述のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、１種類の同じ材料のみを用いて、ハードマスク層１３に膜厚の異なる厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂを形成し、これらの膜厚差を利用することで、側壁プロセスで形成される同じサイズの微細な転写パターンに加えて、異なるサイズの転写パターンを形成することができる。

ただし、上記の第１の実施形態においては、まず、第１のハードマスク層形成用材料膜パターン１２Ｐを形成し、その後、第２のハードマスク層形成用材料膜を形成して、厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂを有するハードマスク層１３を形成していたのに対し、本実施形態においては、ハードマスク層形成用材料膜１３Ａをハーフエッチングにより薄膜化して、厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂを有するハードマスク層１３を形成する点で、第１の実施形態と相違する。

このように、本実施形態によれば、ハードマスク層１３を形成するための材料膜（すなわち、ハードマスク層形成用材料膜１３Ａ）の成膜は１回で済む。それゆえ、本実施形態によれば、上記の第１の実施形態の奏する効果に加えて、さらに工程短縮化の効果を奏することができる。

ここで、本実施形態においても、転写パターン１０Ｐを形成する工程（図４（ｉ））におけるテンプレート基板１１のエッチング速度がＥ１、ハードマスク層１３のエッチング速度がＥ２、形成する転写パターン１０Ｐの深さがＤ、である場合に、ハードマスク層１３が有する厚膜パターン部１３ａと薄膜部１３ｂとの膜厚差Ｈは、Ｈ＞Ｄ×Ｅ２／Ｅ１の関係を満たすことが好ましい。
この関係を満たせば、第１のハードマスクパターン部１３ａＰが消失する前に、転写パターン１０Ｐの形成を完了できるからである。
本実施形態において、上記の関係を満たすには、例えば、図３（ｂ）に示すように、ハードマスク層形成用材料膜１３Ａをハーフエッチングする深さを、上記のＨとすればよい。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、側壁パターン３１Ｐを形成した後には（図４（ｇ）〜（ｊ））、異なるサイズの転写パターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程は含まれていないため、現像やリンスなどのウェットプロセスによる側壁パターンの倒壊や剥離のおそれはなく、従来の製造方法に比べて歩留まりを向上させることができる。
それゆえ、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、側壁プロセスで形成される同一サイズの微細な転写パターンに加えて異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を、より簡易な工程で歩留まり良く製造することができる。

また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、側壁パターン３１Ｐを形成するための薄膜に原子層堆積膜３１を用いているため、従来よりも、側壁パターン３１Ｐのサイズ（幅寸法）を微細かつ均一にでき、さらに、側壁プロセスにおける芯材をレジスト（第２のレジストパターン２２Ｐ）で形成することができる。

また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、厚膜パターン部１３ａがアライメントマークを構成するパターン部を含んでおり、第２のレジストパターン２２Ｐを形成する工程（図３（ｄ））において、前記アライメントマークを用いて厚膜パターン部１３ａに対して位置合わせされた第２のレジストパターン２２Ｐを形成することが好ましい。

また、本実施形態においても、上記の第２のレジストパターン２２Ｐを形成する方法は、電子線描画による方法であってもよく、ナノインプリントリソグラフィで用いられるインプリント法であってもよい。また、電子線描画等で形成したレジストパターンを、酸素プラズマ等を用いてスリミングして、第２のレジストパターン２２Ｐを形成してもよい。

ここで、電子線描画による方法を用いる場合には、ハードマスク層１３が導電性を有していることが好ましい。帯電を防止して、精度良く第２のレジストパターン２２Ｐを形成することができるからである。また、電子線描画におけるアライメントマークの検出精度も向上させることができるからである。

なお、本実施形態においても、テンプレート基板１１は、光インプリント法に用いる光に対して透過性を有する光透過性基板であることが好ましい。本実施形態の製造方法を用いて製造したテンプレート１０を光インプリント法に用いることができるからである。

また、本実施形態においても、テンプレート基板１１が酸化シリコンを含む材料から構成されており、原子層堆積膜３１がシリコンを含む材料から構成されており、テンプレート基板１１をエッチングして転写パターン１０Ｐを形成する工程において、フッ素を含むガスを用いたドライエッチングにより、転写パターン１０Ｐを形成するとともに、側壁パターン３１Ｐを除去することが好ましい。
転写パターン１０Ｐを形成する工程と、側壁パターン３１Ｐを除去する工程を、別々に行う場合に比べて、工程を短縮できるからである。

以上、本発明に係るナノインプリント用テンプレートの製造方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）
テンプレート基板１１に光透過性基板である合成石英ガラス基板を用い、その上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ｃｒターゲットを用いて、窒素ガス雰囲気下で、ＣｒＮ膜を１０ｎｍの厚さに成膜して第１のハードマスク層形成用材料膜１２を形成した。

次に、第１のハードマスク層形成用材料膜１２の上に電子線レジストを膜厚４００ｎｍで形成し、電子線描画して、十字型のアライメントマークと１００ｎｍの１：１Ｌ＆Ｓパターンを含む第１のレジストパターン２１Ｐを形成した。

次に、第１のレジストパターン２１Ｐから露出する第１のハードマスク層形成用材料膜１２を、塩素と酸素の混合ガスを用いてドライエッチングして、第１のハードマスク層形成用材料膜パターン１２Ｐを形成し、その後、硫酸過水（硫酸と過酸化水素水の混合液）を用いた洗浄により第１のレジストパターン２１Ｐを除去した。

次に、テンプレート基板１１の上、および、第１のハードマスク層形成用材料膜パターン１２Ｐの上に、第２のハードマスク層形成用材料膜１２として、第１のハードマスク層形成用材料膜１２の形成と同じ材料および方法で、ＣｒＮ膜を５ｎｍの厚さに成膜して、厚膜パターン部１３ａ（厚さ１５ｎｍ）と薄膜部１３ｂ（厚さ５ｎｍ）を有するハードマスク層１３を形成した。

次に、ハードマスク層１３の上に、電子線レジストを膜厚６０ｎｍで形成し、上記の十字型のアライメントマークを用いて電子線によりアライメント描画して、３０ｎｍの１：１Ｌ＆Ｓパターンを含む第２のレジストパターン２２Ｐを形成し、次いで、シリコンを含む原料ガス（トリ−ジメチルアミノシランガス）と、酸素を含む反応ガス（Ｏ₂ガスとＨ₂Ｏガスの混合ガス）を交互に供給する原子層堆積法を用いて、膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜からなる原子層堆積膜３１を、第２のレジストパターン２２Ｐの上面および側面、並びに、第２のレジストパターン２２Ｐから露出するハードマスク層１３の表面を覆うように形成した。

次に、フッ素系のガス（ＣＦ₄ガス）を用いたドライエッチングにより、原子層堆積膜３１をエッチバックして、第２のレジストパターン２２Ｐの上面およびハードマスク層１３の表面を露出させ、その後、酸素ガスを用いたアッシング処理により第２のレジストパターン２２Ｐを除去して、サイズ（幅寸法）が１５ｎｍの側壁パターン３１Ｐを形成した。

次に、側壁パターン３１Ｐから露出するハードマスク層１３を、塩素と酸素の混合ガスを用いてドライエッチング（１００％オーバーエッチング）することにより、第１のハードマスクパターン部１３ａＰ（厚さ５ｎｍ）と第２のハードマスクパターン部１３ｂＰ（厚さ５ｎｍ）と、を有するハードマスクパターン１３Ｐを形成した。

次に、ハードマスクパターン１３Ｐから露出するテンプレート基板１１を、フッ素系のガス（ＣＦ₄ガス）を用いて２０ｎｍの深さまでエッチングして、転写パターン１０Ｐを形成し、その後、塩素と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより、ハードマスクパターン１３Ｐを除去して、１００ｎｍの１：１Ｌ＆Ｓパターンと１５ｎｍの１：１Ｌ＆Ｓパターンを含む異なるサイズの転写パターンを有するナノインプリント用テンプレート１０を得た。

（実施例２）
テンプレート基板１１に光透過性基板である合成石英ガラス基板を用い、その上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ｃｒターゲットを用いて、窒素ガス雰囲気下で、ＣｒＮ膜を１５ｎｍの厚さに成膜してハードマスク層形成用材料膜１３Ａを形成した。

次に、ハードマスク層形成用材料膜１３Ａの上に電子線レジストを膜厚４００ｎｍで形成し、電子線描画して、十字型のアライメントマークと１００ｎｍの１：１Ｌ＆Ｓパターンを含む第１のレジストパターン２１Ｐを形成した。

次に、第１のレジストパターン２１Ｐから露出するハードマスク層形成用材料膜１３Ａを、塩素と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより、元の表面から１０ｎｍの深さまでハーフエッチングして、厚膜パターン部１３ａ（厚さ１５ｎｍ）と薄膜部１３ｂ（厚さ５ｎｍ）を有するハードマスク層１３を形成し、その後、硫酸過水（硫酸と過酸化水素水の混合液）を用いた洗浄により第１のレジストパターン２１Ｐを除去した。

１０・・・テンプレート
１０Ｐ・・・転写パターン
１１・・・テンプレート基板
１２・・・第１のハードマスク層形成用材料膜
１２Ｐ・・・第１のハードマスク層形成用材料膜パターン
１３・・・ハードマスク層
１３Ａ・・・ハードマスク層形成用材料膜
１３Ｐ・・・ハードマスクパターン
１３ａ・・・厚膜パターン部
１３ｂ・・・薄膜部
１３ａＰ・・・第１のハードマスクパターン部
１３ｂＰ・・・第２のハードマスクパターン部
２１Ｐ・・・第１のレジストパターン
２２Ｐ・・・第２のレジストパターン
３１・・・原子層堆積膜
３１Ｐ・・・側壁パターン
１１０・・・テンプレート
１１０Ｐ・・・転写パターン
１１１・・・テンプレート基板
１１２・・・ハードマスク層
１１２Ｐ・・・ハードマスクパターン
１２１Ｐ・・・レジストパターン
１３１・・・側壁材薄膜
１３１Ｐ・・・側壁パターン
１４１・・・芯材層
１４１Ｐ・・・芯材パターン

Claims

光透過性基板に転写パターンを有するナノインプリント用テンプレートの製造方法であって、
前記光透過性基板の上に形成された第１のハードマスク層形成用材料膜の上に、第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンから露出する前記第１のハードマスク層形成用材料膜をエッチングにより除去して、第１のハードマスク層形成用材料膜パターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンを除去する工程と、
前記光透過性基板の上、および、前記第１のハードマスク層形成用材料膜パターンの上に、前記第１のハードマスク層形成用材料膜と同じ材料から構成される第２のハードマスク層形成用材料膜を形成して、厚膜パターン部と、前記厚膜パターン部よりも膜厚が薄い薄膜部を有するハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層の上に、第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンの上面および側面、並びに、前記第２のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層の表面を覆う原子層堆積膜を形成する工程と、
前記原子層堆積膜をエッチバックして、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜を残しつつ、前記第２のレジストパターンの上面および前記ハードマスク層の表面を露出させる工程と、
前記第２のレジストパターンを除去して、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜から構成される側壁パターンを形成する工程と、
前記側壁パターンから露出する前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記厚膜パターン部のハードマスク層を薄膜化しつつ、前記側壁パターンから露出する前記薄膜部のハードマスク層を除去して、前記厚膜パターン部が薄膜化された第１のハードマスクパターン部と、前記側壁パターンの下に形成される第２のハードマスクパターン部と、を有するハードマスクパターンを形成する工程と、
前記ハードマスクパターンから露出する前記光透過性基板をエッチングして、前記転写パターンを形成する工程と、
を順に備えることを特徴とするナノインプリント用テンプレートの製造方法。
光透過性基板に転写パターンを有するナノインプリント用テンプレートの製造方法であって、
前記光透過性基板の上に形成されたハードマスク層形成用材料膜の上に、第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層形成用材料膜をハーフエッチングにより薄膜化して、厚膜パターン部と、前記厚膜パターン部よりも膜厚が薄い薄膜部を有するハードマスク層を形成する工程と、
前記第１のレジストパターンを除去する工程と、
前記ハードマスク層の上に、第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンの上面および側面、並びに、前記第２のレジストパターンから露出する前記ハードマスク層の表面を覆う原子層堆積膜を形成する工程と、
前記原子層堆積膜をエッチバックして、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜を残しつつ、前記第２のレジストパターンの上面および前記ハードマスク層の表面を露出させる工程と、
前記第２のレジストパターンを除去して、前記第２のレジストパターンの側面に形成した前記原子層堆積膜から構成される側壁パターンを形成する工程と、
前記側壁パターンから露出する前記ハードマスク層をエッチングすることにより、前記厚膜パターン部のハードマスク層を薄膜化しつつ、前記側壁パターンから露出する前記薄膜部のハードマスク層を除去して、前記厚膜パターン部が薄膜化された第１のハードマスクパターン部と、前記側壁パターンの下に形成される第２のハードマスクパターン部と、を有するハードマスクパターンを形成する工程と、
前記ハードマスクパターンから露出する前記光透過性基板をエッチングして、前記転写パターンを形成する工程と、
を順に備えることを特徴とするナノインプリント用テンプレートの製造方法。
前記転写パターンを形成する工程における、前記光透過性基板のエッチング速度がＥ１、前記ハードマスク層のエッチング速度がＥ２、形成する前記転写パターンの深さがＤ、である場合に、
前記ハードマスク層が有する前記厚膜パターン部と薄膜部との膜厚差Ｈが、
Ｈ＞Ｄ×Ｅ２／Ｅ１
の関係を満たすように前記ハードマスク層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法。
前記厚膜パターン部がアライメントマークを構成するパターン部を含んでおり、前記第２のレジストパターンを形成する工程において、前記アライメントマークを用いて前記厚膜パターン部に対して位置合わせされた前記第２のレジストパターンを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法。
前記ハードマスク層が、導電性を有する材料を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法。
前記光透過性基板が酸化シリコンを含む材料から構成されており、
前記原子層堆積膜がシリコンを含む材料から構成されており、
前記光透過性基板をエッチングして前記転写パターンを形成する工程において、
フッ素を含むガスを用いたドライエッチングにより、前記転写パターンを形成するとともに、前記側壁パターンを除去することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のナノインプリント用テンプレートの製造方法。