KR101869980B1

KR101869980B1 - 금형용 기판 및 금형용 기판의 검사 방법

Info

Publication number: KR101869980B1
Application number: KR1020120012090A
Authority: KR
Inventors: 다이지쯔 하라다; 마사끼 다께우찌
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2018-06-22
Also published as: CN102636953A; EP2487542B1; US20120207865A1; JP2012166380A; TW201242756A; KR20120092025A; TWI614118B; US10948817B2; JP5858623B2; CN108153111A; EP2487542A1

Abstract

본 발명은 표면에 요철 패턴이 형성되는 직경이 125 내지 300 mm인 원 형상의 금형용 기판으로서, 상기 기판의 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하인 금형용 기판을 제공한다.
구체적으로는 표면에 요철에 의한 패턴이 형성되는 원 형상의 금형용 기판으로서, 상기 기판의 중심 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하인 금형용 기판을 사용함으로써, 금형용 기판 위에 패턴을 제조할 때와 전사할 때에 패턴 위치가 부정합이 되거나 패턴 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 고정밀도이면서도 복잡한 패턴의 전사가 가능해진다.

Description

금형용 기판 및 금형용 기판의 검사 방법{MOLD-FORMING SUBSTRATE AND INSPECTION METHOD}

본 발명은 전자 디바이스, 광 부품, 기억 소자, 바이오 소자 등을 제조하는 공정에서, 표면에 요철 형상을 형성하기 위한 원판이 되는 금형용 기판 및 금형용 기판의 검사 방법에 관한 것이다.

최근 전자 디바이스, 광 부품, 기억 소자, 바이오 소자 등의 제조에서 더욱 고성능화, 고정밀화가 요구되는 한편, 제조의 저비용화도 동시에 요구되는 상황이 되었다. 이러한 추세 가운데 종래의 리소그래피 기술에 비해 염가로 미세 가공을 행할 수 있는 나노임프린트 기술이 주목을 받고 있다. 나노임프린트 기술에 있어서, 요철 패턴은 기계적인 방법에 의해 형성한다. 즉, 원하는 요철 패턴을 표면에 형성한 금형을 소정 두께의 수지층을 갖는 기판에 가압함으로써, 금형의 요철 패턴을 전사한다. 가압에 의해 요철 패턴이 전사된 수지층은 경화시킴으로써 그의 형상이 보존되는데, 주로 자외선에 의해 경화시키는 방식과 열에 의해 경화시키는 방식이 있으며, 어떠한 방식에서도 금형과 기판의 평행도를 유지하여, 가압하는 면내를 균일한 압력으로 압박하는 것이 중요하다.

또한, 본 발명에 관련된 선행기술문헌으로는 하기의 것을 들 수 있다.

일본 특허 공개 제2002-318450호 공보

나노임프린트에 사용되는 금형의 외형은, 예를 들면 각변 65 mm나 각변 152 mm의 사각형 또는 50 φmm, 100 φmm, 150 φmm, 200 φmm의 원형인 것 등, 용도에 따라 다양한 형상인 것이 사용되고 있다. 한편, 실질적으로 금형으로서의 역할을 담당하며，요철 패턴을 형성한 영역은 외형에 비해 작은 면적(대략 4000 mm² 이내)인 경우가 많고, 그 영역은 통상 기판의 중심 부근에 형성된다. 일반적으로, 전사하고자 하는 패턴이 미세할수록 패턴을 형성하는 영역이 좁아지는 경향이 있다.

이것은 패턴이 미세할수록 상기한 금형과 기판의 평행도나 가압의 균일성에 요구되는 정밀도가 높아지기 때문이며, 패턴이 형성된 면적이 좁으면 이들의 정밀도를 높일 수 있기 때문이다. 한편, 금형의 외형이 패턴이 형성된 영역에 비해 큰 경향이 있는 것은, 나노임프린트용 금형을 제작하는 공정에서 이유를 구할 수 있다. 나노임프린트용 금형은, 스퍼터링에 의한 메탈막의 도포 공정, EB 묘화 장치를 사용한 리소그래피 공정, 원하는 미세 패턴을 전사한 후의 메탈층이나 기판 표면의 드라이 에칭 공정 등을 거쳐서 제작되는데, 이들 공정에서 사용되는 장치는 경제성이나 편리성의 면에서 전통적인 리소그래피 기술에서 사용한 장치와 공유되는 경우가 많다. 그 때문에, 이들 장치에 대응하는 기판의 크기도 필연적으로 전통적인 리소그래피 기술에서 사용한 기판의 크기가 되어, 나노임프린트용 금형의 외형 크기는 패턴이 형성된 영역에 비해 커지는 경향이 있다.

최근, 자외선을 사용한 나노임프린트 등의 보다 고정밀도의 패턴이나 보다 복잡한 패턴을 금형 위에 형성하여 전사하는 요구가 높아지고 있다. 이러한 경위와 상술한 이유로부터 금형용 기판의 평탄도, 특히 패턴이 형성되며, 실질적으로 금형의 역할을 담당하는 영역의 평탄도는 중요하고, 전사하는 패턴이 고정밀도이면서도 복잡할수록 표면이 충분히 평탄하지 않으면, 금형을 제작할 때와 전사할 때에 패턴 위치가 부정합이 되거나 패턴 오차가 발생하는 경우가 있기 때문에 문제가 되고 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 금형과 기판의 평행도를 유지하고, 가압하는 면내를 균일한 압력으로 압박하기 위해 적합한 금형용 기판 및 금형용 기판의 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 원 형상의 금형용 기판으로서, 요철 패턴이 형성되는 범위인 중심 영역의 두께 변동((두께의 최대값)-(두께의 최소값))이 적은 금형용 기판을 사용하는 것이 상기 과제의 해결에 유용하다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 이하의 금형용 기판 및 금형용 기판의 검사 방법을 제공한다.

[1] 표면에 요철 패턴이 형성되는 직경이 125 내지 300 mm인 원 형상의 금형용 기판으로서, 상기 기판의 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[2] 상기 [1]에 있어서, 직경이 300 mm 이하이고, 전체면의 두께 변동이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 직경 125 mm 이하의 원내에서, 가장 판 두께가 두꺼운 점 t의 판 두께를 T, 중심 c의 판 두께를 C, t와 c를 연결한 직선과 상기 직경 125 mm의 원의 원주의 교점 중 t로부터 먼 점 e의 판 두께를 E로 했을 때, 각각의 판 두께가 T≥C≥E의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[4] 상기 [3]에 있어서, 상기 직경 125 mm 이하의 원내에서의 판 두께 T와 판 두께 E가 0.6 ㎛≥T-E≥0.3 ㎛의 관계를 만족하는 금형용 기판.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 석영 유리 기판인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[6] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 전사 패턴을 형성하기 위한 금속 박막 또는 레지스트막을 갖는 석영 유리 기판인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 있어서, 상기 직경 125 mm 이하의 원내에 존재하는 표면 결함의 크기가 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.

[8] 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 있어서, 나노임프린트용인 금형용 기판.

[9] 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 조건에 적합한 금형용 기판인지 아닌지에 따라 양부(良否)를 판정하는 것을 특징으로 하는 금형용 기판의 검사 방법.

본 발명에 따르면, 표면에 요철에 의한 패턴이 형성되는 원 형상의 금형용 기판으로서, 상기 기판의 중심 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하인 금형용 기판을 사용함으로써, 금형용 기판 위에 패턴을 제작할 때와 전사할 때에 패턴 위치가 부정합이 되거나 패턴 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 고정밀도이면서도 복잡한 패턴의 전사가 가능해진다.

[도 1] 본 발명의 금형용 기판을 나타내며, (A)는 평면도, (B)는 측면도이다.
[도 2] 다양한 두께 변동을 갖는 금형용 기판의 단면도이며, (A), (B)는 t, c, e점의 두께가 T≥C≥E의 관계를 만족하는 본 발명의 기판, (C)는 T>E>C의 관계를 만족하는 기판의 형상을 나타낸다.

본 발명의 금형용 기판은, 표면에 요철 패턴이 형성되는 직경이 125 내지 300 mm인 원 형상의 기판으로서, 이 기판의 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하이고, 특히 나노임프린트 금형용의 기판이다.

도 1에 본 발명에 관한 금형용 기판을 도시한다. 도 1(A)에 도시한 바와 같이 기판 (1)은 원 형상의 금형용의 기판이고, 도 1(B)에 도시한 바와 같이 상측 표면 (2), 하측 표면 (3) 및 측면 (4)로 구성되어 있다. 통상, 측면 (4)와 상측 표면 (2) 및 하측 표면 (3)의 경계에는 각각 모따기부 (5)가 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 본 발명의 금형용 기판의 표면에는 요철 패턴을 형성하기 위한 금속 박막 또는 레지스트막이 미리 성막되어 있을 수도 있다.

본 발명에 관한 금형용 기판은, 기판 중심을 중심으로 한 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동이 2 ㎛ 이하, 바람직하게는 1 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.6 ㎛ 이하이다. 2 ㎛를 초과하는 변동(평탄도)에서는, 금형용의 기판 위에 패턴을 제작할 때와 패턴을 형성하여 얻어진 금형을 전사할 때에 패턴 위치가 부정합이 되거나 패턴 오차가 발생한다. 예를 들면, 전사 공정에서 소정의 두께의 수지층을 갖는 피전사용 기판에 가압할 때에 금형과 피전사용 기판의 평행도가 악화되어, 가압하는 면내의 압력이 균일해지지 않게 된다. 이 경우, 금형을 박리한 후의 수지층의 잔막 두께가 균일해지지 않고, 후속 공정인 드라이 에칭 공정이나 메탈막의 제거 공정 등 전체 공정을 통과시킨 후에도 원하는 패턴이 형성되어 있지 않은 결과가 된다. 또한, 금형용 기판의 두께 변동의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 작은 편이 직경 125 mm 이하의 원내의 두께 변동도 작아진다. 또한, 금형용 기판의 두께는 통상 0.1 내지 30 mm, 특히 0.5 내지 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 변동의 규정 범위를 직경 125 mm 이하로 하는 것은, 나노임프린트용 기판에서 공정 전체를 통과시킨 정밀도나 효율의 면에서 일반적으로 패턴이 형성되는 범위가 대략 125 mm 이하이기 때문이다. 또한, 두께의 변동(평탄도)은 접촉식의 두께 측정기로 기판 내의 몇 점을 측정하는 방법도 있지만, 광학 간섭계나 레이저 변위계 등에 의해 보다 정밀도 양호하게 측정할 수도 있다. 본 발명에서는, 광학 간섭식의 평탄도 측정 장치((주)니데크 제조 FT90)에 의해 측정한 값이다.

금형용 기판의 직경은 취급 용이함으로부터 300 mm 이하, 특히 125 내지 200 mm인 경우가 많고, 이 경우 기판 전체의 두께 변동이 크면 125 mm 이하의 원내의 두께 변동을 작게 하는 것이 어려우며, 패턴 형성부 이외의 영역이어도 두께 변동이 크면 전사의 정밀도에 영향을 주기 때문에 기판 전체면의 두께 변동이 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하이다. 하한값은 특별히 제한되지 않으며, 작으면 작을수록 바람직하다. 전체면의 두께 변동의 범위를 엄밀히 규정하면, 실질적으로 정밀도 양호하게 측정할 수 있는 범위, 즉 주연부로부터 3 mm 내측의 원형 범위가 된다. 주연부로부터 3 mm까지의 범위는 모따기부에 가깝다는 점에서, 접촉식의 두께 측정기에서는 측정기의 두께 측정 부위의 면적이 넓기 때문에, 일부 모따기부에 걸려서 두께를 정확하게 측정할 수 없는 경우가 있다. 광학 간섭계나 레이저 변위계여도 주변으로부터 3 mm까지의 범위는, 단부면이나 모따기부가 가깝기 때문에 산란광의 영향에 의해 정확하게 측정할 수 없는 경우가 있다.

또한, 도 2(A), (B)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 관한 금형용 기판의 중심 직경 125 mm 이하의 원내에서 가장 판 두께가 두꺼운 점 t의 판 두께를 T, 중심 c의 판 두께를 C, t와 c를 연결한 직선과 직경 125 mm의 원의 원주의 교점 중 t로부터 먼 점 e의 판 두께를 E로 했을 때, 각각의 판 두께를 비교하여 T≥C≥E의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 도면 중 참조 부호 6의 파선은 직경 125 mm의 원의 원주의 위치를 나타내고, 참조 부호 7의 파선은 기판(및 직경 125 mm의 원)의 중심을 나타낸다.

금형의 전사 공정은, 전사하는 패턴이 미세하기 때문에 패턴 사이에 기포가 들어가 전사 후의 패턴에 결함이 발생하는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해, 장치측에서는 전사 공정을 진공에 가까운 분위기에서 행하도록 하고 있는 경우도 있지만, 그럼에도 불구하도 완전한 진공 분위기가 아니기 때문에 기포에 의한 결함이 완전히 없어져 있는 것은 아니다. 금형용 기판의 판 두께에서 T≥C≥E의 관계를 만족하는 형상으로 해두면, 이러한 전사 공정시에 발생하는 기포에 의한 결함을 경감할 수 있다. 즉, T≥C≥E의 관계를 만족하는 경우, 전사시에 금형의 표면 중 최초로 기판의 수지층과 접하는 부위는 판 두께가 가장 두꺼운 T의 부분이고, 마지막으로 기판의 수지층과 접하는 부위는 E의 부분이 된다. E는 패턴이 형성된 영역의 말단이기 때문에, 가령 수지 중에 기포나 이물질이 있었다고 하여도 이들은 패턴이 형성된 영역의 외측으로 빠져나가 전사된 패턴에 영향을 주지 않을 가능성이 높아진다. 한편, 만일 도 2(C)와 같이 T>E>C의 관계를 만족하는 형상인 경우, 금형의 표면 중 마지막으로 기판의 수지층과 접하는 부위는 C가 된다. 이 경우, 수지층 중에 기포나 이물질이 있으면, 이들이 패턴이 형성된 영역의 중심 부근에 모여 전사된 패턴에 결함이 발생할 우려가 있다.

상술한 T≥C≥E의 관계를 만족하는 형상의 기판에 있어서 T의 판 두께와 E의 판 두께에 어느 정도 차가 있는 경우에는 보다 기포나 이물질이 방출되기 쉽고, 패턴 위의 결함을 방지하는 효과를 기대할 수 있다. 구체적으로는 0.6 ㎛≥T-E≥0.3 ㎛의 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4 ㎛≥T-E≥0.3 ㎛이다. 이 값이 0.6 ㎛보다 크면, 판 두께 변동이 0.6 ㎛보다 커져 금형용의 기판 위에 패턴을 제작할 때와 전사할 때에 패턴 위치가 부정합이 되기 쉽고, 패턴 오차가 발생하기 쉬워질 가능성이 있다. 0.3 ㎛보다 작으면, 기포나 이물질이 외측으로 빠져나가기에 판 두께의 차가 충분하지 않고, 이들이 패턴이 형성된 영역의 중심 부근에 모여 T≥C≥E의 관계를 만족하고 있어도, 전사된 패턴에 결함이 발생할 가능성이 있다.

여기서, 본 발명의 금형용 기판은 석영 유리 기판인 것이 바람직하다. 석영유리 기판은 자외선을 투과하는 성질로부터, 수지층을 경화시키기 위해 자외선을 이용하는 나노임프린트에 이용되는 경우가 많다. 수지층을 경화시키기 위해 열을 이용하는 나노임프린트의 방식도 있지만, 이 방식에서는 열 팽창의 영향을 받기 때문에, 자외선을 이용하는 방식인 것이 보다 미세한 패턴의 전사에 적합하다고 알려져 있다. 또한, 석영 유리는 가시광 영역에서도 투명하기 때문에, 전사시의 위치 정렬도 행하기 쉽다는 이점도 있다. 석영 유리 이외의 나노임프린트용의 금형용 기판으로서는, 실리콘(Si), 실리콘 산화막, 폴리디메틸실록산(PDMS), 니켈(Ni), 사파이어나 이들의 혼성 소재 등을 들 수 있다.

본 발명의 금형용 기판은 전사 패턴을 형성하기 위한 금속 박막 또는 레지스트막을 가질 수도 있다. 금형 기판에 패턴을 형성할 때에는 EB 묘화 장치를 사용하지만, 그 전에 금속 박막이나 레지스트막을 도포하여 두는 것이 바람직하다. 금속 박막 또는 레지스트막은 통상법에 따라 5 nm 내지 5 ㎛의 두께의 막을 형성할 수 있다. 이 경우, 이러한 막을 형성시킨 상태에서 판 두께를 측정하여, 상술한 바와 같이 중심 직경 125 mm 이하의 원의 범위의 두께 변동이 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 금형용 기판에서 직경 125 mm 이하의 원내의 표면 결함의 크기는 0.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.25 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이하이다. 금형용 기판의 표면에는 서브마이크론 내지 나노 정도의 미세한 패턴이 형성되기 때문에, 금형용 기판의 표면에 결함이 있으면 결함이 그 크기대로 피전사측의 기판에도 전사되기 때문이다. 또한, 본 발명에서 표면 결함의 크기는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope: AFM)에 의해 측정한 값이다.

본 발명의 금형용 기판은 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동이 2 ㎛ 이하가 되도록 기판의 표리면을 연마함으로써 얻을 수 있다. 이 경우의 연마 방법은, 연마 지립을 함유한 연마액을 공급하면서 양면 연마기를 사용하여 표리면을 동시에 연마할 수도 있고, 편면 연마기를 사용하여 편면씩 연마할 수도 있다. 또한, 편면 연마에서는 기판보다 큰 연마 정반을 사용할 수도 있고, 기판보다 작은 정반을 사용할 수도 있다. 합성 석영 유리 기판의 경우, 합성 석영 원료를 통상법에 따라 슬라이스, 랩핑한 것을 사용할 수 있다.

여기서, 금형용 기판의 표면 형상을 원하는 두께 변동의 범위 내로 형성하기 위해서는, 최종 정밀 연마 공정 전의 조연마 공정이 중요하다. 예를 들면, 조연마 공정에서는 양면 연마기를 사용하여 기판의 표리면을 동시에 가공하는 방법이 있지만, 이때 각각 연마천을 첩부한 상측 정반과 하측 정반의 평탄도가 보다 높은 것이 바람직하다. 연마천으로서는 경질 발포 폴리우레탄 등을 사용할 수 있지만, 항상 연마천 표면의 평탄도를 높게 유지하기 위해 수 배치마다 펠릿 수정을 행하는 것도 유효하다. 펠릿 수정은, 다이아몬드 펠릿 부착 수정 캐리어 등의 수정 캐리어를 사용하여 물 또는 지립을 흘리면서, 균형압으로 30 gf/cm²의 하중을 가하면서 수분 내지 수십분 정도 통상의 연마와 동일한 요령으로 소정의 연마기의 기어에 적합하도록 설계한 수정 캐리어를 설치하여 연마천 표면 평탄도 수정을 실시하는 것이 바람직하다.

조연마 공정에서 일반적으로 사용되는 경질 발포 폴리우레탄 연마천에 대해서는, 연마액이 기판 전체에 미치도록 홈을 형성하여 두는 것이 바람직하다. 연마액이 기판 전체에 미침으로써 면내의 연마 불균일이 줄어들어, 두께 변동이 적은 기판이 얻어진다. 연마천의 홈의 형상은, 다수의 가는 줄 또는 오목홈이 서로 소정 간격을 두고 평행하게 형성된 줄무늬형 등으로 할 수 있다.

조연마에 사용하는 연마액으로서는, 실리카, 세리아, 알런덤, 화이트 알런덤(WA), FO, 지르코니아, SiC, 다이아몬드, 티타니아, 게르마니아 등의 연마 지립을 포함하는 것을 들 수 있으며, 지립의 입도는 0.1 내지 10 ㎛, 특히 0.5 내지 3 ㎛가 바람직하고, 연마액으로서는 이들의 물 슬러리 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

최종 정밀 연마 후에 중심 직경 125 mm 이내의 범위에서 가장 판 두께가 두꺼운 점 t의 판 두께를 T, 중심점 c의 판 두께를 C, t와 c를 연결한 직선과 중심 직경 125 mm의 원주의 교점 중 t로부터 먼 점 e의 판 두께를 E로 했을 때, T≥C≥E가 되는 판 두께의 관계를 만족하는 형상을 목적으로 하는 경우, 조연마 공정에서의 표면 형상 제어가 중요하다. 그러나, 상기 방법 이외에도, 예를 들면 양면 연마기의 자공전비를 제어하거나 연마 캐리어의 워크를 세팅하는 홀의 위치, 즉 캐리어의 중심과 홀의 중심의 변위를 적절히 선정함으로써 기판 표면 형상을 제어할 수 있다. 이러한 형상의 제어를 행하기 위해서는, 랩 가공 후와 조연마 후에 두께 변동이나 형상을 확인하는 것이 바람직하다. 확인 방법으로서는, 광학 간섭계나 레이저 변위계를 사용하여 측정할 수도 있지만, 본 발명에서는 광학 간섭계를 사용하여 측정한다.

조연마 공정 종료 시점의 형상으로서, 그 후 최종 정밀 연마함으로써 소정의 두께 변동의 범위에 들어가면서 T≥C≥E가 되는 판 두께의 관계를 만족하는 형상이 되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 조연마 공정 종료 시점에서 C, E의 관계에 있어서, C≥E인 경우 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동이 1.5 ㎛ 이하, 특히 0 내지 1.0 ㎛인 것이 바람직하다. 이 두께 변동이 지나치게 크면 최종 연마 공정에서는 기판의 중심보다 말단의 연마량이 많아지는 경향이 있기 때문에, 이 경우에는 최종 연마 공정 후에 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동이 2 ㎛ 이내에 들어가지 않는 경우가 있다. 또한, E와 C의 두께의 차가 0.1 ㎛ 정도로 거의 동일하거나 또는 E>C인 경우, 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동이 2 ㎛ 이하, 특히 0 내지 1.5 ㎛인 것이 바람직하다. 이 두께 변동이 지나치게 크면, 최종 연마 공정에서는 기판 중심보다 말단의 연마량이 많아지는 경향이 있기 때문에, 최종 연마에 의해 기본적 두께 변동은 거의 변하지 않거나 또는 축소되는 경향이 된다. 그 때문에, 조연마가 종료된 형상에서 C>E인 경우보다 두께 변동 허용값은 크지만, 지나치게 크면 최종 연마 공정 후에 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동이 2 ㎛ 이내에 들어가지 않는 경우가 있다. 상술한 바와 같이, 최종 정밀 연마 공정에서는 기판의 중심보다 말단의 연마량이 많아지는 경향이 있기 때문에, 최종 연마 공정 후에 두께 변동을 작게 하기 위해서는, 조연마 종료 시점에서 C의 두께와 E의 두께가 거의 동일하거나 또는 E>C의 관계를 만족하고 있는 것이 유리하다.

조연마 공정이 종료된 후, 최종 정밀 연마 공정에서 사용하는 연마천은 필요한 표면의 품질에 따라 임의로 선택할 수 있지만, 예를 들면 스웨이드, 우레탄 함침 부직포, 연질의 발포 우레탄 등의 재질인 것을 사용할 수 있다. 기판 전체에 걸쳐서 연마액이 균일하게 공급되지 않거나 절삭된 찌꺼기가 빠르게 배출되지 않고 연마천 내에 가득 차면, 기판 내에서 연마 속도에 불균일이 발생하여, 결과로서 두께 변동이 커지는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해, 연마천에는 전체면에 홈을 형성할 수 있다. 이 홈에 의해 연마액이 균일하게 공급되어 기판 내부에 충분히 연마액이 미치고, 절삭 찌꺼기가 이 홈을 통과하여 빠르게 배출되기 때문에, 연마 속도가 제어 가능해져 두께 변동을 양호하게 할 수 있다. 홈의 형상은 줄무늬형 등으로 할 수 있다.

연마액에 포함되는 연마 지립으로서는, 실리카, 세리아, 알런덤, 화이트 알런덤(WA), FO, 지르코니아, SiC, 다이아몬드, 티타니아, 게르마니아 등을 들 수 있으며, 그의 입도는 5 내지 1,000 nm, 특히 10 내지 150 nm가 바람직하고, 연마액으로서는 이들의 물 슬러리 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

그럼에도 불구하고 판 두께 변동이 원하는 범위에 들어가지 않는 경우나, 형성하는 패턴이 미세하여 특히 작은 판 두께 변동이 요구되는 경우에는, 판 두께가 높은 부분을 겨냥하여 평탄화하는 플라즈마 에칭 기술이나, 부분 소형 연마툴 등을 사용한 연마 기술을 이용하여 판 두께 변동을 작게 할 수도 있다. 이러한 부분 연마 방법은, 예를 들면 일본 특허 공개 제2002-318450호 공보에 기재되어 있다.

본 발명의 금형용 기판의 검사 방법은, 상기 조건에 적합한 금형용 기판인지 아닌지를 예를 들면 광학 간섭식의 평탄도 측정 장치에 의해 두께 변동을 측정함으로써 판단하고, 기판의 양부를 판정함으로써 행할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예로 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

합성 석영 원료를 슬라이스, 랩핑 가공을 행하여, 직경 약 6 인치, 판 두께 1.0 mm의 불투명 유리면의 웨이퍼 중간 원료를 얻었다. 이것을 비교적 입도가 거친 산화세륨계 연마제(평균 입경 1.4 ㎛; 상품명 쇼록스(SHOROX), 쇼와 덴꼬(주) 제조)와 경질 발포 폴리우레탄을 조합한 조연마 공정에 투입하였다. 조연마는 양면 연마기를 사용하여 행하며, 경질 발포 폴리우레탄의 연마천 표면에는 줄무늬형으로 홈(홈 피치 3 cm, 홈폭 2 mm)을 형성하여 소정의 배치마다 다이아몬드 펠릿 수정 등을 행하여 웨이퍼가 원하는 두께 변동과 형상이 되도록 연마천면의 제어를 행하였다.

그 결과, 조연마가 종료된 시점에 두께 약 0.5 mm 설정대로의 대체로 볼록 형상인 웨이퍼 기판으로 마무리되었다. 광학 간섭식의 평탄도 측정 장치(니데크사 제조 FT90)를 사용하여, 기판 중심부의 직경 125 mm 이내의 범위에서 가장 판 두께가 두꺼운 점 t의 판 두께를 T, 중심점 c의 판 두께를 C, t와 c를 연결한 직선과 중심 직경 125 mm의 원주의 교점 중 t로부터 먼 점 e의 판 두께를 E로 했을 때, 조연마가 종료된 상태에서의 판 두께의 관계는 C>E를 만족하였으며, 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동 "(기판 두께의 최대값)-(기판 두께의 최소값)"은 0.3 ㎛였다.

이어서, 이 기판을 정밀 연마에 의해 평활 경면화를 행하였다. 양면 연마기에 스웨이드제의 연마천으로 줄무늬형으로 홈(홈 피치 3 cm)을 형성한 것을 접착하고, 산화세륨계 연마 지립을 포함하는 연마액(평균 입경 0.8 ㎛; 상품명 미레크, 미쓰이 긴조꾸 고교(주) 제조)을 공급하면서 연마를 행하였다. 연마 종료 후에 기판을 정밀 세정하고, 건조한 후 기판의 두께 변동을 조사하였다. 광학 간섭식의 평탄도 측정 장치(니데크사 제조 FT90)로 중심부 직경 125 mm 영역에서의 두께 변동을 측정한 바, "(기판 두께의 최대값)-(기판 두께의 최소값)"은 0.6 ㎛로 매우 작은 값을 나타내었다. 전체면의 판 두께 변동을 측정한 바 2.1 ㎛였다. 그 형상은 중심 판 두께가 가장 두껍고, 대체로 볼록 형상이었다. T, C, E의 관계를 조사한 바 T-E=0.6 ㎛였으며, T≥C≥E의 관계를 만족하고 있었기 때문에 이 기판은 합격품으로서 취득하였다. 또한, 중심부 직경 125 mm의 영역에서의 표면 결함의 크기는 0.25 ㎛ 이하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 원료 기판을 준비하고, 조연마까지 행하였다. C, E의 관계를 조사한 바, 조연마가 종료된 상태에서의 판 두께의 관계는 C>E를 만족하였으며, 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동은 1.2 ㎛였다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 정밀 연마를 행하며, 더욱 소형의 연마툴로 볼록 형상인 중심 부근을 겨냥하여 연마함으로써 중심의 판 두께를 저하시켰다.

이와 같이 하여 제작한 기판의 두께 변동을 측정한 바, 중심부 직경 125 mm 영역에서의 두께 변동은 0.3 ㎛로 매우 작은 값을 나타내었다. 또한, 전체면의 판 두께 변동을 측정한 바 1.8 ㎛였다. 그 형상은 사다리꼴 형상이었으며, 중심 부근 일대의 판 두께가 거의 균일하고, 외주에 비해 두꺼웠다. T, C, E의 관계를 조사한 바 T-E=0.3 ㎛였으며, T≥C≥E를 만족하고 있었기 때문에 이 기판은 합격품으로서 취득하였다. 또한, 중심부 직경 125 mm의 영역에서의 표면 결함의 크기는 0.25 ㎛ 이하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 방법으로 원료 기판을 준비하고, 조연마까지 행하였다. C, E의 관계를 조사한 바, 조연마가 종료된 상태에서의 판 두께의 관계는 C>E를 만족하였으며, 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동은 1.2 ㎛였다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 정밀 연마를 행하였다. 단, 정밀 연마시에 사용한 스웨이드제의 연마천과 산화세륨계 연마 지립은, 수십 배치 연마를 행한 후의 낡은 것이었다.

그 결과, 전체면의 판 두께 변동은 12.5 ㎛로 그다지 양호한 값은 아니지만, 중심부 직경 125 mm 영역에서의 두께 변동은 1.8 ㎛로 비교적 양호하였다. T, C, E의 관계를 조사한 바 T≥C≥E를 만족시키고 있었기 때문에, 이 기판은 합격품으로서 취득하였다.

[비교예 1]

합성 석영 원료를 슬라이스, 랩핑, 조연마를 행하였다. 단, 조연마시에 사용한 경질 발포 폴리우레탄의 연마천은 수십 배치 연마를 행한 후의 낡은 것이었으며, 도중에 다이아몬드 펠릿에 의한 수정을 행하지 않아 연마천 표면의 평탄도가 악화된 상태(평탄도: 50 ㎛)였다. C, E의 관계를 조사한 바, 조연마가 종료된 상태에서의 판 두께의 관계는 E>C가 되었으며, 중심 직경 125 mm 이내의 범위의 두께 변동은 6.3 ㎛였다.

이 기판을 정밀 연마에 의해 평활 경면화를 행하였다. 양면 연마기에 스웨이드제의 연마천으로 줄무늬형으로 홈(홈 피치 3 cm)을 형성한 것을 접착하고, 산화세륨계 연마 지립을 포함하는 연마액(평균 입경 0.8 ㎛; 상품명 미레크, 미쓰이 긴조꾸 고교(주) 제조)을 공급하면서 연마를 행하였다.

연마 종료 후에 기판을 정밀 세정하고, 건조한 후 기판의 두께 변동을 조사하였다. 광학 간섭식의 평탄도 측정 장치(니데크사 제조 FT90)로 중심부 직경 125 mm 영역에서의 두께 변동을 측정한 바, "(기판 두께의 최대값)-(기판 두께의 최소값)"은 8.7 ㎛로 큰 값을 나타내었다. 전체면의 판 두께 변동을 측정한 바 24.2 ㎛였다. 이 기판은 불합격으로 하였다.

1 금형용 기판
2 금형용 기판의 상측 표면
3 금형용 기판의 하측 표면
4 금형용 기판의 측면
5 금형용 기판의 모따기부
6 기판의 중심을 중심으로 하여 직경 125 mm의 위치를 나타내는 선
7 기판의 중심을 나타내는 선
c 기판의 중심
t c를 중심으로 한 직경 125 mm 이하의 원내에서 가장 판 두께가 두꺼운 점
e t와 c를 연결한 직선과, c를 중심으로 한 직경 125 mm 이하의 원의 원주의 교점 중 t로부터 먼 것의 점
C c점의 판 두께
T t점의 판 두께
E e점의 판 두께

Claims

표면에 요철 패턴이 형성되는 직경이 125 내지 300 mm인 원 형상의 석영 유리 기판 또는 상기 석영 유리 기판 상에 전사 패턴을 형성하기 위한 금속 박막 또는 레지스트막을 갖는 석영 유리 기판을 포함하는 금형용 기판으로서,
주연으로부터 3 mm 내측의 원형 범위에서의 전체면의 두께 변동이 10 ㎛ 이하인 상기 기판의 직경 125 mm 이하의 원내의 요철 패턴이 형성되는 영역의 두께 변동이 1 ㎛ 이하인 것과 함께,
상기 직경 125 mm 이하의 원내에서, 가장 판 두께가 두꺼운 점 t의 판 두께를 T, 중심 c의 판 두께를 C, t와 c를 연결한 직선과 상기 직경 125 mm의 원의 원주의 교점 중 t로부터 먼 점 e의 판 두께를 E로 했을 때, 각각의 판 두께가 T≥C≥E이지만, 0.6 ㎛≥T-E≥0.3 ㎛의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트용 금형용 기판.
제1항에 있어서, 두께가 0.1 내지 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 직경 125 mm 이하의 원내에 존재하는 표면 결함의 크기가 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 금형용 기판.
제1항 또는 제2항에 기재된 조건에 적합한 금형용 기판인지 아닌지에 따라 양부(良否)를 판정하는 것을 특징으로 하는 금형용 기판의 검사 방법.
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