JP2007112648A

JP2007112648A - SiC MOLD

Info

Publication number: JP2007112648A
Application number: JP2005304128A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Okada; 育夫岡田; Mitsutoshi Takahashi; 光俊高橋; Masaru Kono; 大河野
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; NTT AT Nanofabrication Corp
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; NTT AT Nanofabrication Corp
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SiC mold superior in durability, never having a recessed part or the like on its surface, high in precision, and at a low cost. <P>SOLUTION: The SiC mold comprises a substrate which consists of an SiC (silicon carbide) sintered body and a polycrystalline SiC film which is formed by vapor phase growing or liquid phase growing on the substrate, of which the surface is polished into a mirror surface, and uneven patterns are formed on the surface of the polycrystalline SiC film. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ナノインプリントや射出成形等に用いられるモールド（金型）に関するものであり、特に、耐久性が重視される成形品の製造に適用される、パターン形成用のＳｉＣ（炭化珪素）モールドに関する。 The present invention relates to a mold (mold) used for nanoimprinting, injection molding, and the like, and more particularly to a SiC (silicon carbide) mold for pattern formation, which is applied to manufacture of a molded product in which durability is important. .

従来、ナノインプリントや射出成形等に用いられるモールドに関しては、Ｓｉ基板上の酸化膜に形成した直径２５ｍｍ、深さ１００ｎｍ、周期１２０ｎｍのドットパターンをモールドとして、このパターンがＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）に転写可能なことが示され、ナノインプリント技術として提案されている（非特許文献１を参照）。 Conventionally, regarding molds used for nanoimprinting, injection molding, etc., a dot pattern having a diameter of 25 mm, a depth of 100 nm and a period of 120 nm formed on an oxide film on a Si substrate is used as a mold, and this pattern is transferred to PMMA (poly methyl methacrylate). It has been shown to be possible and has been proposed as a nanoimprint technique (see Non-Patent Document 1).

非特許文献１に記載のモールド（金型）は、電子線描画装置を用いてＳｉ基板上の酸化膜にパターンを形成し、反応性イオンエッチングによってシリコン酸化膜をエッチングし、ドットパターンを形成している。
このようなモールドを用いた転写プロセスは以下の通りである。
Ｓｉ基板上に塗布したＰＭＭＡ薄膜及びモールドを２００℃に加熱し、モールドを約１３ＭＰａの圧力でＰＭＭＡ薄膜に押し付け、ＰＭＭＡのガラス転移点（１０５℃）以下まで冷却してからモールドをＰＭＭＡ薄膜から引き離す（離型）。離型後、パターンを転写されたＰＭＭＡ薄膜には、モールドの凸部に押し込められた領域にＰＭＭＡ残渣（ベース層）が残存しており、その部分を酸素ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去し、パターン転写が完了する。ここで、ＰＭＭＡを用いる理由としては、ＰＭＭＡはシリコン酸化膜に付着しにくいことと、温度変化や圧力変化に対して収縮率が小さいこと等が挙げられる。 The mold described in Non-Patent Document 1 forms a dot pattern by forming a pattern on an oxide film on a Si substrate using an electron beam drawing apparatus, etching the silicon oxide film by reactive ion etching, and ing.
The transfer process using such a mold is as follows.
The PMMA thin film and mold coated on the Si substrate are heated to 200 ° C., the mold is pressed against the PMMA thin film at a pressure of about 13 MPa, cooled to below the glass transition point (105 ° C.) of PMMA, and then the mold is pulled away from the PMMA thin film. (Release). After demolding, the PMMA thin film to which the pattern has been transferred has PMMA residue (base layer) remaining in the area pressed into the convex portion of the mold, and this portion is subjected to reactive ion etching (RIE) using oxygen gas. The pattern transfer is completed. Here, the reason why PMMA is used includes that PMMA hardly adheres to the silicon oxide film and that the shrinkage rate is small with respect to temperature change and pressure change.

非特許文献１に記載のモールドを用いて成形を行う技術は、現在、熱ナノインプリント技術と呼ばれているが、熱可塑性材料であれば、どんな材料に対しても適用可能であるため、産業上の応用範囲が広く、今後、重要な技術になると考えられる。
モールドの材料としては、シリコン、ニッケル電鋳品、石英等が用いられている。モールドに石英材料を用いた場合には、下地パターンに対して位置合わせすることが可能となる。また、モールドを試料に押し付ける圧力は、通常の樹脂材料の場合でも数ＭＰａ〜１０数ＭＰａ程度必要であるため、モールド材料には硬さも要求される。リソグラフィとして用いる場合には、上述したようにモールドの凸部によって圧縮されたベース層を、酸素ＲＩＥ等によって除去する必要がある。 The technique of performing molding using the mold described in Non-Patent Document 1 is currently called a thermal nanoimprint technique, but can be applied to any material as long as it is a thermoplastic material. The application range of is wide, and it will be an important technology in the future.
Silicon, nickel electroformed products, quartz, and the like are used as the mold material. When a quartz material is used for the mold, it can be aligned with the base pattern. Moreover, since the pressure which presses a mold against a sample needs several MPa-about 10 or more MPa even in the case of a normal resin material, hardness is also requested | required of a mold material. When using as lithography, it is necessary to remove the base layer compressed by the convex part of the mold as described above by oxygen RIE or the like.

上述のような熱ナノインプリント用の転写装置は、既に多くのメーカから提案され、販売されている。例えば、モールドの試料に対する位置合わせ精度は約１μｍ以下、モールドを試料にプレスする圧力は数ＭＰａ〜１０数ＭＰａ程度であり、モールドと試料を同時に、或いは何れか一方のみの加熱及び冷却を行い、昇温速度は通常０．５〜５℃／ｓｅｃ程度で、最高温度３００℃付近まで加熱可能な転写装置が主流となっている。
また、パターンの転写方式は、試料の移動と転写を繰り返して行う、ステップ＆リピート方式が主流となっている。
上述のように、熱ナノインプリント用のモールドは、高温及び高荷重の繰り返し条件下で使用されるため、商用生産の際には、繰り返し使用に耐えうる耐久性が要求される。 The transfer device for thermal nanoimprint as described above has already been proposed and sold by many manufacturers. For example, the alignment accuracy of the mold with respect to the sample is about 1 μm or less, the pressure for pressing the mold onto the sample is about several MPa to several tens of MPa, and heating and cooling the mold and the sample at the same time or only one of them, The temperature rising rate is usually about 0.5 to 5 ° C./sec, and transfer devices that can be heated up to a maximum temperature of about 300 ° C. are mainly used.
As a pattern transfer method, a step-and-repeat method in which the movement and transfer of a sample are repeatedly performed is the mainstream.
As described above, since the mold for thermal nanoimprint is used under repeated conditions of high temperature and high load, durability required to withstand repeated use is required during commercial production.

また、非特許文献２に記載されているように、モールドの材料選定にあたっては、耐摩耗性、耐食性、鏡面仕上げ性等が検討され、適宜選択して用いられている。
モールドを繰り返し使用するためには高い耐摩耗性が要求されるが、耐摩耗性が高い材料とは、硬度（ビッカース硬度或いはロックウェル硬度）が大きい材料である。また、腐食性プラスチックや難燃化プラスチックを加工するためには、ハロゲン化合物に対する耐食性が要求されるとともに、光学部品や光ディスク等を加工するためには高い鏡面度が要求される。 In addition, as described in Non-Patent Document 2, in selecting a mold material, wear resistance, corrosion resistance, mirror finish, and the like are studied and appropriately selected and used.
In order to use the mold repeatedly, high wear resistance is required. A material having high wear resistance is a material having a high hardness (Vickers hardness or Rockwell hardness). Further, in order to process corrosive plastics and flame retardant plastics, corrosion resistance to halogen compounds is required, and in order to process optical parts, optical disks, etc., high specularity is required.

熱ナノインプリント用のモールドにおいて、現在、最も一般的に用いられているシリコン、ニッケル電鋳品、石英のビッカース硬度は、それぞれ１０５０、５００、９５０程度である。また、通常の成形品製造に使用されているモールド材料として、超硬合金（主に、ＷＣ−Ｃｏ系合金）があるが、この超硬合金のビッカース硬度は１４００程度となっている。
一方、ＳｉＣ焼結体には２２００という大きなビッカース硬度を持つものがあり、また、ほとんどの酸に対して優れた耐食性を有しているため、現在、一般に使用されているモールドの材料に比べて大きな耐久性を有している。さらに、ＳｉＣ焼結体は、熱伝導率がシリコンに比べて５０％程度大きいため、シリコンモールドに比べて加熱、冷却サイクルを高速化でき、スループットを大きくできるという利点もある。 In the mold for thermal nanoimprinting, the most commonly used Vickers hardness of silicon, nickel electroformed product, and quartz is about 1050, 500, and 950, respectively. In addition, as a molding material used for normal molding production, there is a cemented carbide (mainly a WC-Co alloy), and the cemented carbide has a Vickers hardness of about 1400.
On the other hand, some SiC sintered bodies have a large Vickers hardness of 2200, and also have excellent corrosion resistance against most acids, so compared to the mold materials currently used in general. Has great durability. Furthermore, since the SiC sintered body has a thermal conductivity of about 50% larger than that of silicon, there is an advantage that the heating and cooling cycles can be speeded up and the throughput can be increased as compared with the silicon mold.

上述のようなＳｉＣ焼結体は、モールドの材料として優れた特性を有しているものの、焼結工程によって製造されることから、結晶粒間に気孔と呼ばれる隙間ができてしまうという問題がある。ＳｉＣ焼結体基板を研磨して表面を鏡面化しても、気孔が生じた部分がわずかな凹部として表面に残ってしまうことがある。ナノインプリントのような、ナノメータオーダの製品を製造する際には、このような凹部の存在が大きな問題となる。 Although the SiC sintered body as described above has excellent characteristics as a mold material, since it is manufactured by a sintering process, there is a problem that gaps called pores are formed between crystal grains. . Even if the SiC sintered body substrate is polished to have a mirror-finished surface, a portion where pores are generated may remain as a slight recess on the surface. When manufacturing a nanometer order product such as a nanoimprint, the presence of such a recess becomes a major problem.

また、特許文献１には、ＷＣ等の合金にＳｉＣをコーティングすることによってＳｉＣ膜を形成したモールドが記載されている。特許文献１に記載のモールドは、合金の表面にＳｉＣ膜が形成され、該ＳｉＣ膜にパターンが形成されることにより、耐久性を向上させている。
しかしながら、特許文献１に記載のモールドは、ＷＣ等の合金材料を用いているため、良質なＳｉＣ膜の形成が可能な１０００℃程度の高温下においてＳｉＣをコーティングすることが困難となる。このため、より低温域でＳｉＣのコーティングを行わなければならず、良質なＳｉＣ膜が形成できず、ナノメータオーダの製品を製造するための充分な硬度が得られないという問題がある。
特開２００２−９７０３０号公報ステファン・Ｙ・チョウ（ＳｔｅｐｈｅｎＹ．Ｃｈｏｕ），外３名，「アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）第６７巻（Ｖｏｌ．６７）インプリント・オブ・サブ−２５ｎｍ・ビアス・アンド・トレンチイズ・ポリマーズ（Ｉｍｐｒｉｎｔｏｆｓｕｂ−２５ｎｍｖｉａｓａｎｄｔｒｅｎｃｈｅｓｉｎｐｏｌｙｍｅｒｓ）」，（米国），アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジックス（ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ），１９９５年１１月，Ｎｏ．２１，ｐ．３１１４独立行政法人産業技術総合研究所「テクノナレッジ・ネットワーク“セクション１１金型材料、処理”」，［ｏｎｌｉｎｅ］，［平成１７年９月２８日検索］，＜インターネット＞ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｈｎｏ−ｑａｎｄａ．ｎｅｔ／ｄｓｗｅｂ／Ｇｅｔ／Ｄｏｃｕｍｅｎｔ−１１６７６／ Patent Document 1 describes a mold in which an SiC film is formed by coating SiC on an alloy such as WC. In the mold described in Patent Document 1, a SiC film is formed on the surface of the alloy, and a pattern is formed on the SiC film, thereby improving durability.
However, since the mold described in Patent Document 1 uses an alloy material such as WC, it is difficult to coat SiC at a high temperature of about 1000 ° C. at which a high-quality SiC film can be formed. For this reason, it is necessary to perform SiC coating in a lower temperature range, and a high-quality SiC film cannot be formed, and there is a problem that sufficient hardness for manufacturing a nanometer order product cannot be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-97030 Stephen Y. Chou, three others, “Appl. Phys. Lett., Vol. 67, Imprint of Sub-25 nm Vias and "Imprint of sub-25 nm vias and trenches in polymers", (USA), American Institute of Physics, November 1995, No. 21, p. 3114 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology “Technology Knowledge Network“ Section 11 Mold Materials, Processing ””, [online], [searched on September 28, 2005], <Internet> http: // www. techno-qanda. net / dsweb / Get / Document-11676 /

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れるとともに、モールド表面に凹部等が生じることが無く高い鏡面度を有し、高精度、且つ安価なＳｉＣモールド及びその作製方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an excellent durability and a high specularity without forming a recess or the like on the mold surface. The purpose is to provide.

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、ＳｉＣ（炭化珪素）焼結体からなる基板と、該基板上に気相成長或いは液相成長によって形成され、表面が鏡面状に研磨された多結晶ＳｉＣ膜とからなり、該多結晶ＳｉＣ膜の表面に凹凸のパターンが形成されていることを特徴とするＳｉＣモールドである。 The present invention has been made to achieve the above object, and is formed of a substrate made of SiC (silicon carbide) sintered body, vapor phase growth or liquid phase growth on the substrate, and the surface is polished into a mirror surface. The SiC mold is characterized in that an uneven pattern is formed on the surface of the polycrystalline SiC film.

本発明のＳｉＣモールドによれば、ＳｉＣ（炭化珪素）焼結体からなる基板と、該基板上に気相成長或いは液相成長によって形成され、表面が鏡面状に研磨された多結晶ＳｉＣ膜とからなり、該多結晶ＳｉＣ膜の表面に凹凸のパターンが形成された構成としている。
ＳｉＣ焼結体基板上に、該基板と同じ組成及び熱膨張率を有する多結晶ＳｉＣ膜を形成し、研磨後の多結晶ＳｉＣ膜にのみ凹凸パターンを形成することで、ＳｉＣ焼結体基板が支持体としてのみ存在している。ＳｉＣを緻密な多結晶ＳｉＣ膜として成膜することで、多結晶ＳｉＣ膜内に気泡が生じるのを防止することができるため、多結晶ＳｉＣ膜の表面を研磨した際に凹部等が生じることが無く、高い鏡面度を有した表面が得られる。
また、ＳｉＣ焼結体基板と多結晶ＳｉＣ膜は組成及び熱膨張率が同一であるため、温度変化によってＳｉＣモールドに歪が発生することがない。
上述の作用により、ＳｉＣが持つ優れた耐磨耗性、耐食性、熱伝導性を活かした微細なパターンを、ＳｉＣモールドに高精度で形成することが可能となる。
従って、高精度な製品を製造することが可能であり、且つ耐久性に優れたＳｉＣモールドを安価な構成で得ることができ、特に、ナノインプリント用として好適である。 According to the SiC mold of the present invention, a substrate made of a SiC (silicon carbide) sintered body, a polycrystalline SiC film formed on the substrate by vapor phase growth or liquid phase growth, and polished on a mirror surface And having an uneven pattern formed on the surface of the polycrystalline SiC film.
By forming a polycrystalline SiC film having the same composition and coefficient of thermal expansion as the substrate on the SiC sintered body substrate, and forming an uneven pattern only on the polished polycrystalline SiC film, the SiC sintered body substrate becomes It exists only as a support. By forming SiC as a dense polycrystalline SiC film, it is possible to prevent bubbles from being generated in the polycrystalline SiC film, and therefore, when the surface of the polycrystalline SiC film is polished, a recess or the like may occur. And a surface having a high specularity is obtained.
In addition, since the SiC sintered body substrate and the polycrystalline SiC film have the same composition and thermal expansion coefficient, no distortion occurs in the SiC mold due to temperature changes.
By the above-mentioned action, it becomes possible to form a fine pattern utilizing the excellent wear resistance, corrosion resistance, and thermal conductivity of SiC on the SiC mold with high accuracy.
Therefore, it is possible to produce a highly accurate product and to obtain a SiC mold having excellent durability with an inexpensive configuration, and it is particularly suitable for nanoimprinting.

以下、本発明のＳｉＣモールドの実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＳｉＣモールドの一例を示す断面図であり、このＳｉＣモールド１は、該ＳｉＣモールド１全体の支持体であるＳｉＣ焼結体基板１１と、該ＳｉＣ焼結体基板１１上に気相成長或いは液相成長によって形成された多結晶ＳｉＣ膜１２と、該多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに形成された凹凸パターン１３とから概略構成される。 Hereinafter, embodiments of the SiC mold of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the SiC mold of the present invention. The SiC mold 1 includes an SiC sintered body substrate 11 that is a support for the entire SiC mold 1, and the SiC sintered body substrate 11. And a polycrystalline SiC film 12 formed by vapor phase growth or liquid phase growth, and an uneven pattern 13 formed on the surface 12a of the polycrystalline SiC film 12.

ＳｉＣ焼結体基板１１は、ＳｉＣ焼結体からなる基板であり、上述したように、ＳｉＣモールド１全体の支持体として設けられる。
ＳｉＣ焼結体基板１１は、厚さを０．３〜５ｍｍ程度とすることが好ましいが、強度やＳｉＣモールド１によって製造される製品を勘案しながら、適宜決定することができる。また、ＳｉＣ焼結体基板１１の平面視の大きさについても、ＳｉＣモールド１によって製造される製品の大きさ等を勘案しながら、適宜決定することができる。
また、図１に示す例では、ＳｉＣ焼結体基板１１を板状に形成し、ＳｉＣモールド１全体も板状として構成されているが、本発明のＳｉＣモールドは、この形状には限定されない。例えば、ＳｉＣ焼結体基板をブロック状に形成するとともに、ＳｉＣモールド全体をブロック状に構成しても良く、ＳｉＣモールド及びＳｉＣ焼結体基板の形状は、ＳｉＣモールドを用いて成形される製品の形状や大きさ等を勘案しながら、適宜決定することができる。 The SiC sintered body substrate 11 is a substrate made of an SiC sintered body, and is provided as a support for the entire SiC mold 1 as described above.
The SiC sintered body substrate 11 preferably has a thickness of about 0.3 to 5 mm, but can be appropriately determined in consideration of the strength and the product manufactured by the SiC mold 1. Further, the size of the SiC sintered body substrate 11 in plan view can be appropriately determined in consideration of the size of the product manufactured by the SiC mold 1 and the like.
Moreover, in the example shown in FIG. 1, the SiC sintered compact substrate 11 is formed in plate shape, and the SiC mold 1 whole is also comprised as plate shape, but the SiC mold of this invention is not limited to this shape. For example, the SiC sintered body substrate may be formed in a block shape, and the entire SiC mold may be configured in a block shape, and the shape of the SiC mold and the SiC sintered body substrate may be that of a product molded using the SiC mold. It can be determined as appropriate in consideration of the shape and size.

多結晶ＳｉＣ膜１２は、ＳｉＣ焼結体基板１１上に堆積して形成され、緻密な多結晶ＳｉＣからなる膜であり、図１に示す例では、ＳｉＣ焼結体基板１１を覆うように形成されている。
多結晶ＳｉＣ膜１２は、例えば減圧ＣＶＤ法やスパッタリング法によってＳｉＣ焼結体基板１１上に形成することができる。
多結晶ＳｉＣ膜１２は、凹凸パターン１３が形成される表面１２ａが研磨処理によって鏡面化されている。また、図１に示す例では、表面１２ａの膜厚が裏面１２ｂ側の膜厚よりも研磨処理によって薄くなっている。表面１２ａを鏡面化する際は、例えば、ダイアモンドペースト等を用いて研磨することができる。
多結晶ＳｉＣ膜１２の膜厚は、例えば０．５〜１０μｍ程度とすることが好ましいが、表面１２ａを鏡面化するための研磨量、モールドとしての凹凸パターン１３の深さ、必要残存膜厚を勘案し、適宜決定することができる。 The polycrystalline SiC film 12 is formed by being deposited on the SiC sintered body substrate 11 and is a film made of dense polycrystalline SiC. In the example shown in FIG. 1, the polycrystalline SiC film 12 is formed so as to cover the SiC sintered body substrate 11. Has been.
The polycrystalline SiC film 12 can be formed on the SiC sintered body substrate 11 by, for example, a low pressure CVD method or a sputtering method.
The polycrystalline SiC film 12 has a mirror-finished surface 12a on which the concave / convex pattern 13 is formed. In the example shown in FIG. 1, the film thickness of the front surface 12a is thinner than the film thickness on the back surface 12b side by the polishing process. When the surface 12a is mirror-finished, for example, it can be polished using a diamond paste or the like.
The film thickness of the polycrystalline SiC film 12 is preferably about 0.5 to 10 μm, for example. However, the polishing amount for mirroring the surface 12a, the depth of the uneven pattern 13 as a mold, and the required remaining film thickness are set. This can be determined as appropriate.

凹凸パターン１３は、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに形成される凹凸状のパターンであり、ＳｉＣモールド１を用いて製品成形を行う際のモールドとなる。
凹凸パターン１３の、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａへの形成は、例えば、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術等、従来より集積回路製造等で用いられてきた微細加工によって行うことができる。
なお、凹凸パターン１３の深さは、多結晶ＳｉＣ膜１２の膜厚よりも短寸となり、例えば、多結晶ＳｉＣ膜１２の膜厚が上述した０．５〜１０μｍの範囲である場合、０．１〜５μｍとすることができるが、成形される製品のサイズ等を勘案しながら、適宜決定することができる。 The concavo-convex pattern 13 is a concavo-convex pattern formed on the surface 12 a of the polycrystalline SiC film 12, and serves as a mold when performing product molding using the SiC mold 1.
Formation of the concavo-convex pattern 13 on the surface 12a of the polycrystalline SiC film 12 can be performed, for example, by fine processing conventionally used in integrated circuit manufacturing or the like, such as a known lithography technique and etching technique.
The depth of the concavo-convex pattern 13 is shorter than the thickness of the polycrystalline SiC film 12. For example, when the thickness of the polycrystalline SiC film 12 is in the range of 0.5 to 10 μm described above, Although it can be 1-5 micrometers, it can determine suitably, taking into consideration the size of the product etc. which are shape | molded.

本発明のＳｉＣモールドは、多結晶ＳｉＣからなる多結晶ＳｉＣ膜１２に凹凸パターン１３を形成した構成としている。
多結晶ＳｉＣは、融点が２３００℃前後で耐熱性に優れるとともに、ヤング率が３９０Ｇｐａと大きく、耐摩耗性にも優れた安定な化合物であり、また、酸やアルカリ等の腐食性薬品に対する耐薬品性にも優れている。このため、本発明のＳｉＣモールドを用いて製品成形を行う際、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａ及び凹凸パターン１３に、高温溶解で活性化した状態の成形材料が密着しても、多結晶ＳｉＣ膜１２が変質することがない。これにより、本発明のＳｉＣモールドは、安定して多数回の成形を行うことができ、長期間にわたって使用することが可能となる。 The SiC mold of the present invention has a configuration in which a concavo-convex pattern 13 is formed on a polycrystalline SiC film 12 made of polycrystalline SiC.
Polycrystalline SiC is a stable compound with a melting point of around 2300 ° C., excellent heat resistance, a large Young's modulus of 390 Gpa, and excellent wear resistance. Also, it is resistant to corrosive chemicals such as acids and alkalis. Also excellent in properties. Therefore, when a product is molded using the SiC mold of the present invention, even if a molding material activated by high-temperature dissolution is in close contact with the surface 12a and the concavo-convex pattern 13 of the polycrystalline SiC film 12, the polycrystalline SiC The film 12 is not altered. Thereby, the SiC mold of the present invention can be stably formed many times and can be used for a long period of time.

また、本発明のＳｉＣモールドは、多結晶ＳｉＣ膜１２に用いるＳｉＣを、結晶粒の小さな多結晶構造のＳｉＣとしている。
単結晶ＳｉＣでは、荷重が局部に集中して結晶に微小な亀裂が生じると、転移によってＳｉＣ膜に大きな亀裂が生じるという問題がある。これに対し、多結晶ＳｉＣは、数十ｎｍの結晶粒の大きさの範囲内で亀裂が収束するため、機械的強度に優れている。
本発明では、凹凸パターン１３が形成される多結晶ＳｉＣ膜１２を多結晶ＳｉＣで構成することにより、機械的強度が向上して安定性が高く、且つ安価な構成のＳｉＣモールドが得られる。 In the SiC mold of the present invention, the SiC used for the polycrystalline SiC film 12 is SiC having a polycrystalline structure with small crystal grains.
Single crystal SiC has a problem that when a load is concentrated locally and a micro crack is generated in the crystal, a large crack is generated in the SiC film due to the transition. On the other hand, polycrystalline SiC is excellent in mechanical strength because cracks converge within a range of the size of several tens of nanometers of crystal grains.
In the present invention, the polycrystalline SiC film 12 on which the concavo-convex pattern 13 is formed is composed of polycrystalline SiC, whereby a SiC mold having improved mechanical strength, high stability, and low cost can be obtained.

上述したＳｉＣモールド１を用いた製品成形は、例えば、以下のようにして行うことができる。
まず、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに、溶解したガラスやプラスチックを加圧しながら押し当てる。そして、ガラスやプラスチックが冷却、固化してからＳｉＣモールド１を離型し、ガラスやプラスチックの表面に凹凸パターン１３のパターンを転写することにより、成形が完了する。 Product shaping | molding using the SiC mold 1 mentioned above can be performed as follows, for example.
First, melted glass or plastic is pressed against the surface 12a of the polycrystalline SiC film 12 while being pressed. Then, after the glass or plastic is cooled and solidified, the SiC mold 1 is released, and the pattern of the concavo-convex pattern 13 is transferred to the surface of the glass or plastic, thereby completing the molding.

また、ＳｉＣモールド１を、熱ナノインプリントのリソグラフィに用いる場合には、例えば、以下のようにして行うことができる。
まず、ＳｉＣモールド１及び試料のＰＭＭＡを２００℃に加熱し、ＳｉＣモールド１を１３ＭＰａの圧力でＰＭＭＡに押し付ける。次いで、ＳｉＣモールド１及びＰＭＭＡを、ＰＭＭＡのガラス転移点である１０５℃以下まで冷却した後、ＳｉＣモールド１を離型する。そして、凹凸パターン１３のパターンが転写されたＰＭＭＡの、パターン凹部に残存しているＰＭＭＡ残渣（ベース層）をＲＩＥによって除去し、パターン転写が完了する。 In addition, when the SiC mold 1 is used for thermal nanoimprint lithography, it can be performed, for example, as follows.
First, the SiC mold 1 and the sample PMMA are heated to 200 ° C., and the SiC mold 1 is pressed against the PMMA at a pressure of 13 MPa. Next, after the SiC mold 1 and PMMA are cooled to 105 ° C. or lower which is the glass transition point of PMMA, the SiC mold 1 is released. Then, the PMMA residue (base layer) remaining in the pattern recesses of the PMMA to which the pattern of the uneven pattern 13 is transferred is removed by RIE, and the pattern transfer is completed.

なお、本実施形態のＳｉＣモールド１では、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａのみを鏡面化した構成としているが、裏面１２ｂも鏡面化した構成とすれば、図示略のモールド固定部とＳｉＣモールド１との密着性が向上するため、成形品の製造品質を向上させることができる。 In the SiC mold 1 of the present embodiment, only the front surface 12a of the polycrystalline SiC film 12 is mirrored. However, if the back surface 12b is also mirrored, the mold fixing portion (not shown) and the SiC mold 1 are not shown. Therefore, the manufacturing quality of the molded product can be improved.

また、本実施形態のＳｉＣモールド１では、ＳｉＣ焼結体基板１１上に多結晶ＳｉＣ膜１２を形成しているが、基板材料として単結晶ＳｉＣを用いて基板表面に凹凸パターンを形成することにより、この単結晶ＳｉＣ基板のみの構成であっても耐熱性や耐摩耗性に優れた特性を有するナノインプリント用のＳｉＣモールドを得ることも可能となる。
しかしながら、単結晶ＳｉＣでＳｉＣモールドを構成した場合には価格が非常に高価となり、また、マイクロパイプ等の結晶欠陥を有するために凹凸パターンの欠落等が生じ易い。また、上述したように、結晶に微小な亀裂が生じると、転移によってＳｉＣ膜に大きな亀裂が生じる等の問題がある。
本発明では、ＳｉＣ焼結体基板１１上に多結晶ＳｉＣ膜１２を形成した構成とすることにより、良質且つ安価なＳｉＣモールドを提供することができる。 Further, in the SiC mold 1 of the present embodiment, the polycrystalline SiC film 12 is formed on the SiC sintered substrate 11, but by forming a concavo-convex pattern on the substrate surface using single crystal SiC as the substrate material. Even with this single crystal SiC substrate alone, it is possible to obtain a nanoimprint SiC mold having excellent heat resistance and wear resistance.
However, when the SiC mold is composed of single-crystal SiC, the price is very expensive, and a crystal defect such as a micropipe is likely to cause a loss of the uneven pattern. Further, as described above, when a micro crack is generated in the crystal, there is a problem that a large crack is generated in the SiC film due to the transition.
In the present invention, a high-quality and inexpensive SiC mold can be provided by forming the polycrystalline SiC film 12 on the SiC sintered body substrate 11.

また、本発明のＳｉＣモールドはナノインプリント用モールドに好適であるが、ガラス射出成形用モールドとして適用することも可能である。
即ち、ガラス射出成形では、ガラス融点（４００〜８００℃）程度の温度でモールドが使用されるので、ＳｉＣの高温耐性、高対磨耗性、高耐食性及び微細凹凸加工性を持ち合わせた本発明のＳｉＣモールドの材料特性が、現在、ガラス射出成形用モールドとして主流となっている超硬材よりも有効に作用する。 Moreover, although the SiC mold of this invention is suitable for the mold for nanoimprint, it can also be applied as a mold for glass injection molding.
That is, in the glass injection molding, since the mold is used at a temperature of the glass melting point (400 to 800 ° C.), the SiC of the present invention having high temperature resistance, high wear resistance, high corrosion resistance and fine unevenness workability of SiC. The material properties of the mold work more effectively than the cemented carbide materials that are currently mainstream as glass injection molds.

以下、本発明のＳｉＣモールドの作製方法の一例について、図２を用いて説明する。なお、図２（及び図１）においては、本発明のＳｉＣモールドの作製方法を模式的に説明するため、各寸法関係を適宜変更して示している。
本例では、以下に説明する作製方法により、最終的に、図１に示すようなＳｉＣモールド１を得ることができる。 Hereinafter, an example of a method for producing the SiC mold of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, in FIG. 2 (and FIG. 1), in order to demonstrate typically the preparation method of the SiC mold of this invention, each dimension relationship is changed suitably and shown.
In this example, the SiC mold 1 as shown in FIG. 1 can be finally obtained by the manufacturing method described below.

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態のＳｉＣモールドの作製方法は、ＳｉＣ焼結体からなるＳｉＣ焼結体基板２１上に、気相成長或いは液相成長によって多結晶ＳｉＣ膜２２を形成する工程と、該多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ａを鏡面状に研磨して表面２２ｃとする工程と、多結晶ＳｉＣ膜２２の２２ｃ表面に凹凸パターン（図１の凹凸パターン１３を参照）を形成する工程とを備えた作製方法としている。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the SiC mold manufacturing method of the present embodiment is formed by polycrystal on a SiC sintered body substrate 21 made of a SiC sintered body by vapor phase growth or liquid phase growth. A step of forming the SiC film 22, a step of polishing the surface 22a of the polycrystalline SiC film 22 into a mirror surface to form a surface 22c, and a concavo-convex pattern (the concavo-convex pattern 13 of FIG. 1) on the surface of the polycrystalline SiC film 22 And a step of forming a manufacturing method.

また、本実施形態では、上述のＳｉＣモールドの作製方法において、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃに凹凸パターンを形成する工程を、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃにレジストを形成し、次いで、該レジストを所定のパターンに加工し、次いで、パターン化されたレジストをマスクとして多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃをエッチングし、次いで、エッチングでパターン化された多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃからレジストを剥離する作製方法とすることができる。
以下、本実施形態のＳｉＣモールドの作製方法の各工程について詳しく説明する。 Further, in the present embodiment, in the above-described SiC mold manufacturing method, the step of forming an uneven pattern on the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22 is performed by forming a resist on the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22, The resist is processed into a predetermined pattern, and then the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22 is etched using the patterned resist as a mask, and then the resist is removed from the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22 patterned by etching. A manufacturing method of peeling can be employed.
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the SiC mold of this embodiment is demonstrated in detail.

図２（ａ）に示すように、まず、ＳｉＣ焼結体基板２１を用意する。
本例では、ＳｉＣ焼結体からなる直径１００ｍｍ、厚さ６２５μｍのウェハ状基板をＳｉＣ焼結体基板２１として用いている。なお、ＳｉＣ焼結体基板２１の基板表面２１ａは、該基板表面２１ａの平面度等の状態を勘案しながら、必要に応じて研磨することが好ましい。 As shown in FIG. 2A, first, a SiC sintered body substrate 21 is prepared.
In this example, a wafer-like substrate having a diameter of 100 mm and a thickness of 625 μm made of a SiC sintered body is used as the SiC sintered body substrate 21. The substrate surface 21a of the SiC sintered body substrate 21 is preferably polished as necessary while taking into account the flatness of the substrate surface 21a.

そして、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＣ焼結体基板２１上に、減圧ＣＶＤ法を用いて多結晶ＳｉＣ膜２２を堆積して形成する。多結晶ＳｉＣ膜２２は、通常、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）−アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）−水素（Ｈ_２）系、或いは、シラン−プロパン−水素系等のガスを用い、ガス圧を５０〜６００Ｐａ程度とし、８００〜１２００℃程度の温度中で反応させることによって形成する。ここで、形成した多結晶ＳｉＣ膜２２の膜厚は、表面を鏡面化するための研磨量、モールドとしての凹凸パターンの深さ、必要残存膜厚を勘案して決める。本例においては、多結晶ＳｉＣ膜２２の膜厚Ｔ１、Ｔ２を２．５μｍとしている。 Then, as shown in FIG. 2B, a polycrystalline SiC film 22 is deposited and formed on the SiC sintered substrate 21 by using a low pressure CVD method. The polycrystalline SiC film 22 normally uses a gas such as dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ ) -acetylene (C ₂ H ₂ ) -hydrogen (H ₂ ) or silane-propane-hydrogen, and has a gas pressure of 50. It is formed by reacting at a temperature of about 800 to 1200 ° C. Here, the film thickness of the formed polycrystalline SiC film 22 is determined in consideration of the polishing amount for mirroring the surface, the depth of the concavo-convex pattern as a mold, and the required remaining film thickness. In this example, the film thicknesses T1 and T2 of the polycrystalline SiC film 22 are 2.5 μm.

次いで、図２（ｃ）に示すように、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ａを、ダイアモンドペーストを用いて、０．５μｍ程度の取り代（図２（ｃ）のＴ３）で研磨して鏡面化することにより、表面２２ｃとする。
また、必要に応じて、多結晶ＳｉＣ膜２２の裏面２２ｂを研磨して鏡面化しても良い。 Next, as shown in FIG. 2C, the surface 22a of the polycrystalline SiC film 22 is polished to a mirror surface by using a diamond paste with a machining allowance of about 0.5 μm (T3 in FIG. 2C). By doing so, the surface 22c is obtained.
If necessary, the back surface 22b of the polycrystalline SiC film 22 may be polished to be mirror-finished.

次いで、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃに、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて微細加工を行い、図１に示すＳｉＣモールド１の表面１２ａに形成されている凹凸パターン１３のような、モールドとしての微細なパターンを形成する。 Next, fine processing is performed on the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22 using a known lithography technique and etching technique, and a mold such as the concavo-convex pattern 13 formed on the surface 12a of the SiC mold 1 shown in FIG. As a fine pattern is formed.

ここで、ナノインプリントに用いられるナノメータ級の微細なパターンを形成する際は、例えば、以下の手順で行うことができる。
まず、表面２２ｃに、図示略のレジストを形成する。
次いで、電子ビーム描画装置を用いて前記レジストにパターンを描画し、現像してエッチングマスクとする。
次いで、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃの一部をエッチングして取り除き、凹凸パターン(図１の凹凸パターン１３を参照)を形成する。
そして、前記レジストを、多結晶ＳｉＣ膜２２の表面２２ｃから剥離することにより、図１に示すようなＳｉＣモールド１が完成する。 Here, when forming the nanometer class fine pattern used for nanoimprinting, it can carry out in the following procedures, for example.
First, a resist (not shown) is formed on the surface 22c.
Next, a pattern is drawn on the resist using an electron beam drawing apparatus and developed to form an etching mask.
Next, a part of the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22 is removed by reactive ion etching using chlorine gas to form an uneven pattern (see the uneven pattern 13 in FIG. 1).
Then, by removing the resist from the surface 22c of the polycrystalline SiC film 22, a SiC mold 1 as shown in FIG. 1 is completed.

以上、説明したように、本発明のＳｉＣモールドは、図１に示す例のように、ＳｉＣ焼結体基板１１と、該ＳｉＣ焼結体基板１１上に形成され、表面が鏡面状に研磨された多結晶ＳｉＣ膜１２とからなり、該多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに凹凸パターン１３が形成された構成としている。
ＳｉＣ焼結体基板１１上に、該基板と同じ組成及び熱膨張率を有する多結晶ＳｉＣ膜１２を形成し、研磨した多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａにのみ凹凸パターン１３を形成するため、ＳｉＣ焼結体基板１１は支持体としてのみ存在している。ＳｉＣを緻密な多結晶ＳｉＣ膜１２として成膜することで、多結晶ＳｉＣ膜１２内に気泡が生じるのを防止することができるため、多結晶ＳｉＣ膜１２の表面１２ａを研磨した際に凹部等が生じることが無く、高い鏡面度を有した表面１２ａが得られる。
また、ＳｉＣ焼結体基板１１と多結晶ＳｉＣ膜１２は組成及び熱膨張率が同一であるため、温度変化によってＳｉＣモールドに歪が発生することがない。
上述の作用により、ＳｉＣが持つ優れた耐磨耗性、耐食性、熱伝導性を活かした微細なパターンを、ＳｉＣモールドに高精度で形成することが可能となる。
従って、高精度な製品を製造することが可能であり、且つ耐久性に優れたＳｉＣモールドを安価な構成で得ることができ、特にナノインプリント用として好適である。 As described above, the SiC mold of the present invention is formed on the SiC sintered body substrate 11 and the SiC sintered body substrate 11 as shown in the example shown in FIG. The polycrystalline SiC film 12 has a structure in which a concavo-convex pattern 13 is formed on the surface 12 a of the polycrystalline SiC film 12.
A polycrystalline SiC film 12 having the same composition and thermal expansion coefficient as that of the substrate is formed on the SiC sintered body substrate 11, and the uneven pattern 13 is formed only on the surface 12 a of the polished polycrystalline SiC film 12. The sintered body substrate 11 exists only as a support. By forming SiC as a dense polycrystalline SiC film 12, it is possible to prevent bubbles from being generated in the polycrystalline SiC film 12, so that when the surface 12a of the polycrystalline SiC film 12 is polished, a recess or the like The surface 12a having high specularity is obtained.
Further, since the SiC sintered body substrate 11 and the polycrystalline SiC film 12 have the same composition and thermal expansion coefficient, no distortion occurs in the SiC mold due to temperature changes.
By the above-mentioned action, it becomes possible to form a fine pattern utilizing the excellent wear resistance, corrosion resistance, and thermal conductivity of SiC on the SiC mold with high accuracy.
Accordingly, it is possible to manufacture a highly accurate product and to obtain a SiC mold having excellent durability with an inexpensive configuration, and it is particularly suitable for nanoimprinting.

本発明のＳｉＣモールドの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the SiC mold of this invention. 本発明のＳｉＣモールドの作製方法の一例を説明する図であり、（ａ）はＳｉＣ焼結体基板の断面図、（ｂ）は（ａ）のＳｉＣ焼結体基板上に多結晶ＳｉＣ膜を形成した状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）の多結晶ＳｉＣ膜表面を研磨して鏡面化した状態を示す断面図である。It is a figure explaining an example of the production method of the SiC mold of this invention, (a) is sectional drawing of a SiC sintered compact board | substrate, (b) is a polycrystalline SiC film | membrane on the SiC sintered compact board | substrate of (a). Sectional drawing of the formed state, (c) is a sectional view showing a state in which the surface of the polycrystalline SiC film of (b) is polished and mirror-finished.

符号の説明Explanation of symbols

１…ＳｉＣモールド、１１、２１…ＳｉＣ焼結体基板、１２、２２…多結晶ＳｉＣ膜、１２ａ、２２ａ、２２ｃ…表面、１３…凹凸パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiC mold, 11, 21 ... SiC sintered compact substrate, 12, 22 ... Polycrystalline SiC film, 12a, 22a, 22c ... Surface, 13 ... Concave / convex pattern

Claims

ＳｉＣ（炭化珪素）焼結体からなる基板と、該基板上に気相成長或いは液相成長によって形成され、表面が鏡面状に研磨された多結晶ＳｉＣ膜とからなり、該多結晶ＳｉＣ膜の表面に凹凸のパターンが形成されていることを特徴とするＳｉＣモールド。
A substrate made of a SiC (silicon carbide) sintered body, and a polycrystalline SiC film formed on the substrate by vapor phase growth or liquid phase growth and having a mirror-polished surface, the polycrystalline SiC film A SiC mold, wherein an uneven pattern is formed on the surface.