JP6874736B2 - インプリントモールド用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インプリントモールド用基板の製造方法に関する。

近年盛んになってきたフォトリソグラフィーの代替技術の１つであるインプリント技術において、インプリントに用いられるモールドには様々な形状の基板が使われており、基板の表面、裏面、端面、面取り部に加工を施す場合が多々見られる。
インプリント技術とは、予め基板表面にマイクロメートルまたはナノメートルサイズの凹凸パターンを刻印したモールドを、被加工材もしくは表面に塗布形成された樹脂に押し付け、微細パターンを一括で精密に転写する手法である。特に、ＵＶナノインプリントは、微細なパターンが必要とされるＩＣ用途において、低熱膨張、純度、熱耐性、耐薬品性の点において合成石英ガラスが有利である。

インプリントプロセスは、従来の方法に比して工程の短縮による低コスト化、高い転写再現性等の利点を持つが、モールドと被加工材の１：１の直接接触によって行われるため、種々の欠陥や、モールド全体の高い形状精度の要求等、従来のフォトリソグラフィーでは見られないインプリント特有の問題点が挙げられている。
インプリントモールドの製造工程に含まれる凹凸刻印は、多くの場合、半導体製造用またはそれに準ずる装置を用いたフォトリソグラフィー法とウェットエッチングによって行われることが多い。半導体製造におけるパターン位置精度は、数百〜数ｎｍのオーダーが求められるが、微細パターンの加工精度のみならず、モールドの表裏面および端面に至るまで高精度な形状が規定される。

例えば、特許文献１では、モールドパターンと対向面に非貫通孔を形成する方法において、非貫通孔形成の際にＺ軸方向への加工時は、回転加工具の軌跡の対向面にパターンが無い面を通過するように所望形状の一部のみに非貫通孔を形成する。次に、その非貫通孔からＸＹ方向へ加工して非貫通孔を所望の形状に広げて加工することによって、パターンの対向面を回転加工具の軌跡が通過する際は、ＸＹ方向へ加工応力のベクトルを向けてパターンへのダメージを軽減する方法が記載されている。
また、特許文献２では、モールドの形状加工にて排出される研削屑によるモールドパターン形成部へのダメージから保護するためのパターン形成部保護技術が記載されている。

特開２０１１−２４５７８７号公報 特開２０１５−２１４４４９号公報

しかし、特許文献１の場合、Ｚ軸方向への加工時における応力はパターンを含む面全体に加わる上、ＸＹ方向への加工時においてもパターン形成部への応力はゼロにはならない。また、パターン形成部を直接貼り付けて固定することになるため、貼り付けに起因するダメージや、加工応力によるダメージは避けられない。
また、特許文献２においても、研削屑等の外部からの異物接触は軽減するものの、保護部材を介しての加工応力を軽減するまでには至っていないため、ダメージを回避することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、余分な工程や、コストをかけずに、パターン形成部への加工応力を大幅に低減できるインプリントモールド用基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、インプリントモールド用基板のパターン形成部を収容可能な凹部を基板加工用台座に設けることで、パターン形成部と台座との非接触状態を保ちながら、基板の外形加工が可能となることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明に係る外形加工処理されたインプリントモールド用基板の製造方法は、基板加工用台座を用いてパターン形成部および非パターン形成部を有するインプリントモールド用基板の外形加工を行う際に、凹部を有する基板加工用台座を用い、この凹部に、インプリントモールド用基板のパターン形成部を収容し、パターン形成部と基板加工用台座との間に空間領域を設けてパターン形成部と基板加工用台座とが直接接触しない状態で非パターン形成部と基板加工用台座とを貼り付けてインプリントモールド用基板を基板加工用台座に固定した後、当該基板の少なくとも一部に対して外形加工を行うものである。
このように、パターン形成部と基板加工用台座との間に空間領域を設けることで、外形加工時の応力によるパターン形成部の損傷、破損および微小欠陥を低減し、パターン形成部に微小欠陥が発生したり、異物が固着したりすることを効率的に防止できる。

この際、パターン形成部と基板加工用台座の間に設けられる空間領域では、パターン形成部と基板加工用台座が直接接触しなければ、それらの離間距離には特に制限はないが、作業性、プロセス安定性等の観点から、ＸＹ方向の離間距離は、少なくとも１００μｍ以上、特に１ｍｍ以上が好ましく、その上限は特に制限されないが１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下が好ましい。
また、同様の観点から、Ｚ方向の離間距離は、少なくとも１０μｍ以上、特に５０μｍ以上が好ましい。

さらに、外形加工前後の基板加工用台座の脱着の際に、パターン形成部と基板加工用台座との接触を回避するため、基板加工用台座には、上述した凹部とは別に、台座から脱着可能であるとともに、取り外した際に凹部が台座の端面まで連通して凹溝となるように構成された可動部を設けることが好ましい。このような構成とすることで、インプリントモールド用基板を台座の端面からスライドして脱着することが可能となる。

本発明によれば、外形加工時の加工応力や、接触支持によるパターン形成部へのダメージ回避が可能となり、外形加工処理された、高品質のインプリント用モールド基板を提供できる。

本発明の製造方法の一実施形態で用いられるインプリントモールド用基板の断面図である。 本発明の製造方法に用いられる基板加工用台座の一実施形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明の製造方法の一実施形態に係る図であり、インプリントモールド用基板を基板加工用台座に貼り付けた状態の断面図である。 本発明の製造方法の一実施形態に係る図であり、インプリントモールド用基板の裏面を外形加工する一例を示す説明図である。 本発明の製造方法に用いられる基板加工用台座の変形例に係る平面図である。 本発明の製造方法に用いられる基板加工用台座の変形例を示し、可動部を有する基板加工用台座の斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１には、本発明の製造方法の一実施形態で用いられる、表面に微細凹凸パターン（図示省略）が形成される凸形状のパターン形成部２が設けられた、平面視矩形状のインプリントモールド用基板１の断面図が示されている。
このインプリントモールド用基板１の原料基板は、合成石英ガラスを所望の形状に成形、アニール処理をして、所望の厚さにスライスした後、平面の研削、必要に応じて外周の研磨を行った後、粗研磨、精密研磨を経て得られる。
このようにして製造された原料基板を洗浄後、蒸着装置またはスパッタ装置を用いて原料基板上にＣｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属またはこれらの金属酸化物膜、金属窒化物膜を常法により積層する。
積層する膜厚は、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは１０〜５０ｎｍである。

次に、積層した金属、金属酸化物膜または金属窒化物膜の上へフォトレジストを塗布する。フォトレジストは、ポジ型、ネガ型のいずれでも構わないが、精度や環境面から好ましくはポジ型レジストが用いられる。レジスト種は露光波長に応じて、電子線用、ＥＵＶ用、ＡｒＦ用、ＫｒＦ用、Ｉ線用、ｇ線用に対応するレジストが選ばれ、レジストもそれに対応する種類となる。レジスト膜厚は、一般的に数ｎｍ〜数十μｍの範囲で選ぶことができる。塗布方法は、スピンコート、スプレーコート、スリットコート等を用いることができるが、より均一に塗布可能であることから、スピンコートが好適である。

続いて、露光機を用いる場合は、所望のパターンとアライメントマークを有するフォトマスクを、直接描画の場合は、所望のパターンデータがセットされる。
露光機の場合、上述の金属、金属酸化物膜または金属窒化物膜とレジスト膜とを積層した原料基板を露光機にセットし、フォトマスクのパターンを介して露光を行う。一般的にフォトマスクは被露光対象の全域をカバーするために、原料基板よりも大きい寸法のものを用いる。フォトマスクと原料基板の寸法は特別限定されないが、ＳＥＭＩの規格に定められている５〜７インチ角、９インチ角のいずれかを選ぶことが好ましい。
直接描画の場合は、電子線やレーザー光を用いて上述の金属、金属酸化物または金属窒化物膜とレジスト膜とを積層した原料基板上の所望パターン形成箇所のみを狙って電子線またはレーザーを直接照射することで、パターンが形成される。
レジスト種、レジスト膜厚に応じた露光量で露光した後、レジスト膜の現像を行い、純水でリンスして、乾燥させる。

その後、クロムエッチング液、酸性水溶液、アルカリ水溶液等によるウェットエッチングや、塩素、フッ素系のガスによるドライエッチング等により金属膜、金属酸化物膜または金属窒化物膜のエッチングを行って、所望の金属、金属酸化物または金属窒化物パターンを得た後、そのパターンに基づき基板をエッチングすることにより、図１に示されるような、パターン形成部２を有するインプリントモールド用基板１が得られる。
インプリントモールド用基板のエッチングは、フッ酸やフッ化ナトリウムを含むエッチング水溶液へインプリントモールド用基板を浸漬してエッチングを行うウェットエッチング法と、高周波をかけてプラズマ化したフッ素系ガスを用いてエッチングを行うドライエッチング法がある。
いずれの方法でも金属、金属酸化物または金属窒化物のパターン形成部２を残してガラスをエッチングすることで、図１に示されるように、金属、金属酸化物または金属窒化物のパターン形成部２が凸形状となる構造が得られる。

続いて、上記で得られたインプリントモールド用基板１の少なくとも一部に対して外形加工を行う。この外形加工は、所望の形状に外形加工を行うことで、インプリントモールド用基板に要求される高精度の形状を形成することを目的とするものである。具体的には、インプリントモールド用基板１の少なくとも一部、すなわち基板表面、裏面、端面、面取り部のいずれかに対して行っても、これら複数個所に対して行ってもよい。
外形加工の際には、インプリントモールド用基板１のパターン形成部２を保護する必要があることから、パターン形成部２を保護する保護膜を設けることが好ましい。パターン形成部２を保護する保護膜としては、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属、これらの金属の酸化物または窒化物の膜や、有機化合物系のフォトレジスト膜が用いられる。

保護膜（図示省略）によりパターン形成部２が保護されたインプリントモールド用基板１を、図２に示される基板加工用台座３に固定する。基板加工用台座３には、インプリントモールド用基板１のパターン形成部２が基板加工用台座３に直接接触しないように、パターン形成部２を基板加工用台座３に接触しない態様で収容可能な大きさと深さを有する平面視矩形状の凹部４が、そのほぼ中央部に設けられている。この基板加工用台座３の材質は、特に限定されるものではなく、セラミックス、ガラス、金属製等が挙げられる。
上記凹部４の形成方法は特に限定されるものではなく、基板加工用台座３について、上記パターン形成部２よりも大きくくり抜いて形成したり、凹部４を予め形成した台座用の原料板から基板加工用台座３を作製したりする方法が挙げられる。凹部４の形成手法としては、切削加工やエッチング等の公知の手法を用いることができる。

図３に示されるように、この凹部４にパターン形成部２を収容する態様で、接着部材６を介して、非パターン形成部５と基板加工用台座３とを貼り合わせて、インプリントモールド用基板１を基板加工用台座３に固定する。この際、接着部材６としては、ワックスや、エポキシ系、アクリル樹脂系接着剤、ＵＶ硬化樹脂等が用いられる。
本実施形態では、基板加工用台座３に凹部４が設けられていることにより、図３に示されるように、非パターン形成部５と基板加工用台座３を貼り付けた際に、パターン形成部２と基板加工用台座３との間に空間領域７が形成される。これにより、後の外形加工時の応力によるパターン形成部２の損傷、破損および微小欠陥が低減され、パターン形成部２に微小欠陥が発生したり、異物が固着したりすることを防止できる。

なお、パターン形成部２と基板加工用台座３との間に設けられる空間領域７は、パターン形成部２と基板加工用台座３が直接接触しなければ、その大きさには特に制限はないが、上述したとおり、作業性、プロセス安定性等の観点から、ＸＹ方向の距離は、少なくとも１００μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。また、Ｚ方向の距離は、少なくとも１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。

以上の手法にてインプリントモールド用基板１を基板加工用台座３に固定した後に、図４に示されるように、回転砥石工具９を用いて、パターン形成面、表面、裏面、端面、面取り部の少なくとも一部または全部について外形加工を行う。
この外形加工は、所望形状がプログラムされたマシニングセンター等の自動加工機を用いて行うことが多く、その場合、回転砥石工具９は、例えば、自動加工機の主軸に、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素等が電着またはメタルボンドで固定されて構成される（図示省略）。
回転砥石工具９の主軸回転数は、加工精度、生産性の面から、１００〜３０，０００ｒｐｍが好ましく、１，０００〜１５，０００ｒｐｍがより好ましい。また、研削速度は、加工精度、生産性の面から、１〜１０，０００ｍｍ／ｍｉｎが好ましく、１０〜１，０００ｍｍ／ｍｉｎがより好ましい。
また、冷却・切粉の排除等のため、エマルジョン系、水溶性、油性系等の切削液を同伴して加工を行うことが好ましい。

なお、図４に示されるように、表面にパターン形成部２を有するインプリントモールド用基板１の裏面を外形加工する場合、非貫通の穴部１０の加工時のＺ方向（図４中下方向）への加工応力が、インプリントモールド用基板１の破壊応力を超えると、基板加工用台座３と接していない空間領域７部分でインプリントモールド用基板１に割れや破損が生じる場合がある。そのような場合には、外形加工に使用する回転砥石工具９の形状を切粉排出の容易な設計にする、切れの良い砥石材質とする、加工条件を緩やかにする等の条件を適宜組み合わせて、破壊応力を超えないような加工条件とすることができる。その他にも、外形加工領域が、パターン形成部２を含む非接触エリアよりも大きい場合には、外形加工中の回転砥石工具９の軌跡の一部が常に接触エリアの真裏を通過するように加工をすることによって、加工時のＺ方向への加工応力を抑えることができ、破壊応力を超えないようにすることができる。
外形加工は、基板サイズ、端面の平坦度を向上させるための端面加工、台座からはみ出た表面または裏面と端面の間の面取り部加工を行うことがあり、これらの加工においても上述の回転砥石工具と切削液を用いて行うことができる。

こうして外形加工処理されたインプリントモールド用基板は、非鏡面であることが多いため、必要に応じて被加工部の強度向上、清浄度向上、残留応力低減等のため、鏡面研磨加工を行う。
方法としては、回転研磨パッドを一定圧力でインプリントモールド用基板に当接させながら、インプリントモールド用基板と回転研磨パッドが相対的に搖動するように、いずれか一方または双方を動かしながら研磨を行うのが好ましい。
回転研磨パッドは、研磨剤を含浸させたものを使うこともあるが、研磨砥粒スラリーを介在させた状態で加工を行うことが好ましい。回転研磨パッドの研磨加工部の材質としては、発泡ポリウレタン、酸化セリウム含浸ポリウレタン、酸化ジルコニウム含浸ポリウレタン、不織布、スウェード、ゴム、羊毛フェルト等、被加工物を加工除去できるものであれば種類は限定されない。
研磨砥粒スラリーを介在させた状態で研磨加工を行う場合の研磨砥粒としては、シリカ、セリア、アランダム、ホワイトアランダム（ＷＡ）、ＦＯ、ジルコニア、ＳｉＣ、ダイヤモンド、チタニア、ゲルマニア等が挙げられ、その粒度は１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、これらの水スラリーを好適に用いることができる。
また、回転研磨パッドを被研磨基板側面に一定圧力で押し当てる方法としては、空気圧ピストン、ロードセル等の加圧機構を用いる方法が挙げられる。

なお、本発明の外形加工処理されたインプリントモールド用基板の製造方法に用いられる各部材の形状等は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的、効果を達成できる範囲での変更や改良は本発明に含まれる。
すなわち、上記実施形態では、平面視矩形状の凹部４を有する平面視矩形の基板加工用台座３が用いられていたが、いずれもこの形状に限られず、図５に示されるように、貼り付けるインプリントモールド用基板やパターン形成部の形状に応じて、平面視円形のものや、平面視円形のものと同矩形のものを組み合わせてもよく、必要に応じてその他の形状を採用してもよい。

また、外形加工前後の基板加工用台座の脱着の際に、パターン形成部と基板加工用台座との接触を回避するため、図６に示されるように、凹部４とは別に、基板加工用台座３から脱着可能であるとともに、取り外した際に凹部４が台座３の端面まで連通して凹溝となるように構成された可動部８を有する基板加工用台座３を用いてもよい。このような構成とすれば、インプリントモールド用基板を台座の端面からスライドして脱着することができるという利点がある。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
大きさ１５２×１５２ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの合成石英ガラス基板の中心３０ｍｍ角にパターン形成部２を有する合成石英ガラス基板（インプリントモールド用基板１）、および中央の３５ｍｍ角の範囲を１ｍｍ彫り込んだ凹部４を有する１４０×１４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの基板加工用台座３を用意した。
この合成石英ガラス基板のパターン形成部２と基板加工用台座３の間に空間領域７を設けるようにして、接着部材６であるロジン系合成ワックスで非パターン形成部５と基板加工用台座３を貼り付けた。
次に、合成石英ガラス基板の裏面に非貫通の穴部を外形加工すべく、３２ｍｍφの回転研磨砥石工具９を用いて、回転砥石工具９の中心を、加工する非貫通の穴部の中心と１６ｍｍずらした状態を保ちながら周回した。これにより、６４ｍｍφの非貫通の穴部１０が形成された。この際、回転砥石工具９を、基板加工用台座３と合成石英ガラス基板表面との非接触部および接触部の裏側を常に接するようにして加工を行った。
この結果、６４ｍｍφ、深さ約５．５ｍｍ、残し厚さは約１ｍｍの非貫通の穴部１０を合成石英ガラス基板の裏面に加工した。
この外形加工処理されたインプリントモールド用基板を洗浄し、自動欠陥検査装置を用いて、微小欠陥を計測したところ、パターン形成部２を含めたいずれの面も破損していなかった。

［比較例１］
実施例１と同様の原料の合成石英ガラス基板を段差加工されていない平らな基板加工用台座に、ロジン系合成ワックスを用いてパターン形成部側を貼り付けた。
次に、実施例１と同様の加工を行った後、洗浄を行い、自動欠陥検査装置を用いて、微小欠陥を計測した結果、パターン形成部全面に外形加工に起因すると思われる凹欠陥が散見された。また、パターン形成部のエッジに欠けが見られた。

１ インプリントモールド用基板
２ パターン形成部
３ 基板加工用台座
４ 凹部
５ 非パターン形成部
６ 接着部材
７ 空間領域
８ 可動部
９ 回転砥石工具
１０ 穴部

Claims (2)

1. 基板加工用台座を用いてパターン形成部および非パターン形成部を有するインプリントモールド用基板の外形加工を行う、外形加工処理されたインプリントモールド用基板の製造方法であって、
   前記基板加工用台座が凹部を有し、この凹部に、前記インプリントモールド用基板の前記パターン形成部を収容し、前記パターン形成部と前記基板加工用台座との間に空間領域を設けてパターン形成部と基板加工用台座とが直接接触しない状態で前記非パターン形成部と前記基板加工用台座とを貼り付けて前記インプリントモールド用基板を前記基板加工用台座に固定した後、当該基板の少なくとも一部に対して外形加工を行うことを特徴とする外形加工処理されたインプリントモールド用基板の製造方法。
2. 前記空間領域における、ＸＹ方向の前記パターン形成部と前記基板加工用台座との離間距離が少なくとも１００μｍ以上であり、Ｚ方向の離間距離が少なくとも１０μｍ以上である請求項１記載のインプリントモールド用基板の製造方法。

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